KR20180028836A - 수냉식 이지알 쿨러 - Google Patents

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KR20180028836A
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tube
tubes
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KR1020160116725A
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윤성일
이동영
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현대자동차주식회사
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Abstract

알루미늄 판재 및 이를 구비한 이지알 쿨러가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따라서 배기라인으로부터 배기가스를 전달받고, 냉각된 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 이지알 쿨러는 배기가스가 들어가고 나오는 배기가스입구와 배기가스출구가 각각 형성되고, 상기 배기가스를 냉각하기 위한 냉각수가 들어가고 나오는 냉각수입구와 냉각수출구가 각각 형성되는 하우징, 안쪽으로는 상기 배기가스입구에서 상기 배기가스출구로 지나는 배기가스가 지나도록 상기 하우징 내부에 설정된 간격을 두고 배열되는 튜브들, 및 상기 튜브들 사이에 각각 개재되어 상기 튜브들 사이에 설정된 간격을 유지하고 상기 튜브들을 지지하도록 냉각수가 흐르는 공간에 배치되는 서포터를 포함할 수 있다.

Description

수냉식 이지알 쿨러{WATER-COOLED EGR COOLER}
본 발명은 배기라인에서 흡기라인으로 재순환되는 배기가스를 냉각수에 의해서 냉각시키는 것으로 튜브 사이에 서포터를 사용하여 지지구조를 개선한 수냉식 이지알 쿨러에 관한 것이다.
최근 들어, 지구 온난화 등 환경문제가 대두되면서 배기가스에 대한 규제가 강화되고 있는데, 특히 자동차 배기가스의 배출량에 대한 엄격한 기준이 적용되고 있다.
구체적으로, EURO-6 에 의하면 승용차용 디젤 엔진의 경우 NOx 의 발생량을 80mg/km 수준으로 저감시켜야 하는데, 이에 대응하여, 자동차 관련 업체들은 EGR, LNT, SCR 등의 신기술을 적용하고 있다.
상기 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 장치는 촉매 전단의 배기가스를 재순환시키는 고압 배기가스 재순환(High Pressure Exhaust Gas Recirculation, HP-EGR) 장치와, DPF(Diesel Particle Filter) 후단의 배기가스를 재순환하여 터보차저 전단으로 재순환시키는 저압 배기가스 재순환(Low Pressure Exhaust Gas Recirculation, LP-EGR)를 포함할 수 있다.
이 때, 재순환 배기가스를 냉각시키기 위해서 배기가스 재순환 라인에는 이지알 쿨러(EGR cooler)가 배치되며, 이러한 이지알 쿨러는 고온상태와 응축수에 대한 부식 저항성이 높은 스테인레스 재질로 만들어질 수 있다.
그런데, 스테인레스 재질로 만들어진 이지알 쿨러는 무겁고, 열전달 효율이 낮고, 성형성이 좋지 않으며, 전체적인 부품 가격도 비싸다. 따라서, 열전달효율이 높고, 성형성이 좋으며, 부품 가격도 상대적으로 저렴한 알루미늄 재질의 이지알 쿨러에 대한 연구가 진행되고 있다.
통상적으로 쿨러인 연교환기의 핀과 튜브에는 순알루미늄계(A1xxx)인 A1100 및 알루미늄-망간계(A3xxx)인 A3003이 사용되는데, 재순환 배기가스의 온도가 약 섭씨 550도에 이른다.
또한, 응축수 성분으로써 CI-, SO42-, NO3-등과 같은 부식성 이온이 존재하여, 알루미늄 계열의 핀 또는 튜브가 고온환경 및 부식환경에 손상될 수 있으며, 이에 고강도이면서 고내식성의 알루미늄 판재에 대한 연구가 진행되고 있다.
도 5는 이지알 쿨러에 적용되는 튜브의 일부 단면 사시도이다.
도 5를 참조하면, 이지알 쿨러는 내부로 배기가스가 지나고, 외부로는 냉각수가 지나는 튜브(200)를 포함한다.
상기 튜브(200)는 설정된 간격을 두고 배치되는 두 개의 판재를 포함하고, 상기 판재에는 안쪽으로 돌출된 엠보(500)가 형성된다. 그리고, 서로 마주하는 상기 엠보(500)의 선단부가 서로 브레이징 접합되어 튜브(200)가 구성된다.
한편, 상기 엠보(500)가 형성된 내측 공간으로는 배기가스 또는 냉각수가 지나고, 외측 공간으로는 냉각수 또는 배기가스가 지나는 구조를 갖는데, 상기 엠보(500)의 브레이징 접합부(505)가 고열과 응축수에 의해서 부식되어 리크가 발생하고, 전체적인 내구성이 저하될 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
대한민국 특허공개번호 10/2014/0000406
본 발명의 목적은 튜브에 접합부를 최소화하여 접합부의 부식을 줄이고, 튜브들 사이의 간격을 안정적으로 일정하게 유지할 수 있는 수냉식 이지알 쿨러를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따라서 배기라인으로부터 배기가스를 전달받고, 냉각된 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 이지알 쿨러는 배기가스가 들어가고 나오는 배기가스입구와 배기가스출구가 각각 형성되고, 상기 배기가스를 냉각하기 위한 냉각수가 들어가고 나오는 냉각수입구와 냉각수출구가 각각 형성되는 하우징, 안쪽으로는 상기 배기가스입구에서 상기 배기가스출구로 지나는 배기가스가 지나도록 상기 하우징 내부에 설정된 간격을 두고 배열되는 튜브들, 및 상기 튜브들 사이에 각각 개재되어 상기 튜브들 사이에 설정된 간격을 유지하고 상기 튜브들을 지지하도록 냉각수가 흐르는 공간에 배치되는 서포터를 포함할 수 있다.
지그재그 형태로 절곡되고, 외측면이 상기 튜브의 내측면에 밀착되도록 상기 튜브 안쪽에 배치되는 핀을 포함할 수 있다.
상기 튜브, 상기 핀, 및 상기 서포터는 알루미늄 재질로 만들어질 수 있다.
상기 냉각수입구와 상기 냉각수출구는 상기 하우징의 길이방향으로 설정된 간격을 두고 형성되고, 상기 냉각수입구와 상기 냉각수출구에 각각 연결되는 냉각수입구파이프와 냉각수출구파이프를 포함할 수 있다.
상기 서포터는 상기 튜브의 높이방향으로 연장되고, 상기 튜브의 길이방향으로 설정된 간격을 두고 배열되는 제1부재, 및 상기 제1부재와 일체로 형성되고, 상기 튜브의 길이방향으로 연장되고, 상기 튜브의 높이방향으로 설정된 간격을 두고 배열되는 제2부재를 포함할 수 있다.
상기 제2부재는 냉각수가 흐르는 방향으로 직선형태를 갖도록 연장되고, 상기 제1부재는 지그재그 형태로 절곡되며, 한쪽 제1면은 일측에 배치되는 상기 튜브의 외면을 지지하고, 다른 쪽 제2면은 타측에 배치되는 상기 튜브의 외면을 지지하여, 일측과 타측에 배치되는 상기 튜브들 사이에 설정된 간격을 유지할 수 있다.
상기 제2부재는 상기 일측과 타측에 배치되는 상기 튜브들 중 하나에 접할 수 있다.
상기 하우징에서 배기가스입구와 배기가스출구는 일단면의 양측에 형성되고, 타단면에는 일단면에서 타단면으로 흐르는 배기가스의 흐름방향을 전환하는 U플랜지가 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라서 배기라인으로부터 배기가스를 전달받고, 냉각된 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 이지알 쿨러는 배기가스가 들어가고 나오는 배기가스입구와 배기가스출구가 각각 형성되고, 상기 배기가스를 냉각하기 위한 냉각수가 들어가고 나오는 냉각수입구와 냉각수출구가 각각 형성되는 하우징, 안쪽으로는 상기 배기가스입구에서 상기 배기가스출구로 지나는 배기가스가 지나도록 상기 하우징 내부에 설정된 간격을 두고 배열되는 튜브들, 지그재그 형태로 절곡되고, 외측면이 상기 튜브의 내측면에 밀착되도록 상기 튜브들 각 안쪽에 배치되는 핀, 및 상기 튜브들 사이에 각각 개재되고, 일면의 일부는 한쪽에 배치되는 상기 튜브에 접하고, 타면의 일부는 다른 쪽에 배치되는 상기 튜브에 접하여, 상기 튜브들 사이에 설정된 간격을 유지하도록 냉각수가 흐르는 공간에 배치되는 서포터를 포함할 수 있다.
상기 서포터는 상기 튜브의 높이방향으로 연장되고, 높이방향으로 설정된 간격을 두고 배열되는 제1부재, 및 상기 제1부재와 일체로 형성되고, 냉각수가 흐르는 길이방향으로 연장되고, 상기 높이방향으로 설정된 간격을 두고 배열되는 제2부재를 포함하고, 상기 제1부재는 지그재그 형태로 절곡되며, 한쪽 제1면은 일측에 배치되는 상기 튜브의 외면을 지지하고, 다른 쪽 제2면은 타측에 배치되는 상기 튜브의 외면을 지지하여, 일측과 타측에 배치되는 상기 튜브들 사이에 설정된 간격을 유지하고, 상기 제2부재는 상기 일측과 타측에 배치되는 상기 튜브들 중 하나에 접할 수 있다.
상기 서포터는 하나의 판재를 절곡하여 형성하고, 일면에서 타면으로 관통하는 유동홀이 설정된 간격을 두고 배열될 수 있다.
상기 튜브, 상기 핀, 및 상기 서포터는 알루미늄 재질로 만들어질 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 서포터가 튜브 사이에 개재되어 튜브를 안정적으로 고정시키고, 접합부를 줄임으로써 냉각수 또는 배기가스에 의해서 부식을 방지함으로써, 이지알쿨러의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러에 적용되는 서포터의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서포터의 일부 단면도이다.
도 5는 이지알 쿨러에 적용되는 튜브의 일부 단면 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 이지알 쿨러(100)는 하우징(115), 마운팅플랜지(110), 및 U플랜지(105)를 포함한다.
상기 하우징(115)의 상부측 일단부에는 냉각수가 들어오는 냉각수입구파이프가 연결되고, 상기 하우징(115)의 상부측 타단부에는 냉각수가 배출되는 냉각수배출파이프가 연결된다.
상기 하우징(115)의 일단면 상부에는 배기가스가 들어오는 배기가스입구가 형성되고, 상기 하우징(115)의 일단면 하부에는 배기가스가 배출되는 배기가스출구가 형성된다.
상기 하우징(115)의 타단면에는 상기 U플랜지(105)가 장착되고, 상기 U플랜지(105)는 상기 하우징(115)의 상부와 하부를 연통한다.
상기 하우징(115)의 상기 배기가스입구(122)를 통해서 배기라인으로부터 공급된 배기가스는 상기 하우징(115)의 상부측을 흘러서 상기 U플랜지(105)를 지나서 상기 하우징(115)의 하부측을 흐르고, 상기 배기가스출구(124)를 통해서 흡기라인으로 합류된다.
그리고, 상기 마운팅플랜지(110)는 상기 하우징(115)을 엔진의 일측에 고정시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 이지알 쿨러(100)에서 하우징(115)의 내부에는 튜브(200), 핀(210), 및 서포터(220)가 배치된다.
상기 튜브(200)는 길이방향으로 연장되고, 폭방향으로 설정된 간격을 두고 배열된다. 그리고, 상기 튜브(200)의 내부에는 핀(210)이 배치되는데, 상기 핀(210)은 지그재그 형태로 절곡되고, 외측면이 상기 튜브(200)의 내면에 접하는 구조를 갖는다.
상기 튜브(200)의 안쪽으로는 배기가스가 지나고, 상기 튜브(200)의 바깥쪽으로는 냉각수가 흐르는 구조를 갖는다. 그리고, 상기 튜브(200)의 안쪽에 배치되는 상기 핀(210)은 냉각수와 배기가스의 열교환 효율을 향상시킨다.
본 발명의 실시예에서, 상기 튜브(200)들 사이에 상기 서포터(220)가 개재된다. 상기 서포터(220)는 상기 튜브(200)들 사이에 일정한 간격을 유지하고, 상기 튜브(200)들 사이에 냉각수가 흐르는 통로를 형성한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러에 적용되는 서포터의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 상기 서포터(220)는 제1부재(302)와 제2부재(304)를 포함한다.
상기 제1부재(302)는 높이방향으로 연장되고, 지그재그 형태로 절곡된 구조를 가지며, 길이방향으로 설정된 간격을 두고 배열된다.
상기 제2부재(304)는 길이방향으로 연장되고, 직선 형태를 가지며, 높이방향으로 설정된 간격을 두고 배열된다.
그리고, 상기 제1,2부재(302, 304)는 일체로 형성되며, 상기 제1,2부재(302, 304)의 간격에 의해서 유동홀(310)이 형성되며, 상기 유동홀(310)은 길이방향, 및 높이방향으로 설정된 간격을 두고 배열된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1,2부재(302, 304)는 하나의 판재에 상기 유동홀(310)을 설정간격을 두고 형성하고, 프레스하여 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2부재(304)는 냉각수가 흐르는 방향으로 형성되고, 직선형태를 가짐으로써 냉각수의 흐름저항을 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서포터의 일부 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 서포터(220)의 상기 제1부재(302)는 지그재그 형태로 절곡되고, 일면 바깥쪽에 형성된 제1면(405)은 상기 튜브(200)들 중 하나에 접하고, 타면 바깥쪽에 형성된 제2면(400)은 상기 튜브(200)들 중 다른 하나에 접한다.
상기 서포터(220)의 상기 제1,2면(405, 400)이 상기 튜브(200)에 접하는 구조를 통해서 내각효율을 향상시키고, 상기 튜브(200)들을 안정적으로 서포트할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 이지알쿨러 105: U플랜지
110: 마운팅플랜지 115: 하우징
122: 배기가스입구 124: 배기가스출구
200: 튜브 210: 핀
220: 서포터 302: 제1부재
304: 제2부재 310: 유동홀
405: 제1면 400: 제2면

Claims (12)

  1. 배기라인으로부터 배기가스를 전달받고, 냉각된 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 이지알 쿨러에 있어서,
    배기가스가 들어가고 나오는 배기가스입구와 배기가스출구가 각각 형성되고, 상기 배기가스를 냉각하기 위한 냉각수가 들어가고 나오는 냉각수입구와 냉각수출구가 각각 형성되는 하우징;
    안쪽으로는 상기 배기가스입구에서 상기 배기가스출구로 지나는 배기가스가 지나도록 상기 하우징 내부에 설정된 간격을 두고 배열되는 튜브들; 및
    상기 튜브들 사이에 각각 개재되어 상기 튜브들 사이에 설정된 간격을 유지하고 상기 튜브들을 지지하도록 냉각수가 흐르는 공간에 배치되는 서포터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 튜브 안쪽에 배치되고, 지그재그 형태로 절곡되며, 외측면이 상기 튜브의 내측면에 밀착되는 핀;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 튜브, 상기 핀, 및 상기 서포터는 알루미늄 재질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 냉각수입구와 상기 냉각수출구는 상기 하우징의 길이방향으로 설정된 간격을 두고 형성되고, 상기 냉각수입구와 상기 냉각수출구에는 냉각수입구파이프와 냉각수출구파이프가 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서포터는
    상기 튜브의 높이방향으로 연장되고, 상기 튜브의 길이방향으로 설정된 간격을 두고 배열되는 제1부재; 및
    상기 제1부재와 일체로 형성되고, 상기 튜브의 길이방향으로 연장되고, 상기 튜브의 높이방향으로 설정된 간격을 두고 배열되는 제2부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2부재는 냉각수가 흐르는 방향으로 직선형태를 갖도록 연장되고,
    상기 제1부재는 지그재그 형태로 절곡되며, 한쪽 제1면은 일측에 배치되는 상기 튜브의 외면을 지지하고, 다른 쪽 제2면은 타측에 배치되는 상기 튜브의 외면을 지지하여, 일측과 타측에 배치되는 상기 튜브들 사이에 설정된 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2부재는 상기 일측과 타측에 배치되는 상기 튜브들 중 하나에 접하는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징에서 배기가스입구와 배기가스출구는 일단면의 양측에 형성되고, 타단면에는 일단면에서 타단면으로 흐르는 배기가스의 흐름방향을 전환하는 U플랜지가 배치되는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
  9. 배기라인으로부터 배기가스를 전달받고, 냉각된 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 이지알 쿨러에 있어서,
    배기가스가 들어가고 나오는 배기가스입구와 배기가스출구가 각각 형성되고, 상기 배기가스를 냉각하기 위한 냉각수가 들어가고 나오는 냉각수입구와 냉각수출구가 각각 형성되는 하우징;
    안쪽으로는 상기 배기가스입구에서 상기 배기가스출구로 지나는 배기가스가 지나도록 상기 하우징 내부에 설정된 간격을 두고 배열되는 튜브들;
    지그재그 형태로 절곡되고, 외측면이 상기 튜브의 내측면에 밀착되도록 상기 튜브들 각 안쪽에 배치되는 핀; 및
    상기 튜브들 사이에 각각 개재되고, 일면의 일부는 한쪽에 배치되는 상기 튜브에 접하고, 타면의 일부는 다른 쪽에 배치되는 상기 튜브에 접하여, 상기 튜브들 사이에 설정된 간격을 유지하도록 냉각수가 흐르는 공간에 배치되는 서포터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 서포터는
    상기 튜브의 높이방향으로 연장되고, 높이방향으로 설정된 간격을 두고 배열되는 제1부재; 및
    상기 제1부재와 일체로 형성되고, 냉각수가 흐르는 길이방향으로 연장되고, 상기 높이방향으로 설정된 간격을 두고 배열되는 제2부재; 를 포함하고,
    상기 제1부재는 지그재그 형태로 절곡되며, 한쪽 제1면은 일측에 배치되는 상기 튜브의 외면을 지지하고, 다른 쪽 제2면은 타측에 배치되는 상기 튜브의 외면을 지지하여, 일측과 타측에 배치되는 상기 튜브들 사이에 설정된 간격을 유지하고,
    상기 제2부재는 상기 일측과 타측에 배치되는 상기 튜브들 중 하나에 접하는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 서포터는 하나의 판재를 절곡하여 형성하고, 일면에서 타면으로 관통하는 유동홀이 설정된 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 튜브, 상기 핀, 및 상기 서포터는 알루미늄 재질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 수냉식 이지알 쿨러.
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