KR20180113589A - 열교환기의 유체를 이송하기 위한 순환 덕트, 및 열교환기 - Google Patents

열교환기의 유체를 이송하기 위한 순환 덕트, 및 열교환기 Download PDF

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KR20180113589A
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로드리게스 욜란다 브라보
프란시스코 모레노 후안 카를로스 드
산체스 페르난도 푸에르톨라스
아르날 마리아 루이사 미에데스
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발레오 테르미코 에스.에이.
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Abstract

열교환기의 유체를 이송하기 위한 순환 덕트, 및 열교환기. 덕트(1)는 2개의 표면(s1, s2)을 포함하며, 각각의 표면은 덕트(1) 내부로 돌출하는 복수의 돌출 요소(p)를 구비하며, 복수의 돌출 요소(p)는 서로 인접하게 배열되고, 상이한 형태를 갖는 돌출 요소(p)를 포함하는 열을 형성하고, 이러한 열은 순환하는 유체의 메인 순환 방향(Y)을 따라 종방향으로 연장되어, 유체의 유동이 이러한 종방향을 따라 공간적으로 그리고 시간적으로 순차적으로 상이한 돌출 요소(p)와 마주치게 하여 복수의 무질서한 흐름 라인(L)을 발생시킨다. 열교환기는 본 발명의 순환 덕트에 따라 적어도 하나가 형성되는 유체용 순환 덕트를 포함한다.

Description

열교환기의 유체를 이송하기 위한 순환 덕트, 및 열교환기
본 발명은 일반적으로, 제 1 양태에서, 난류를 발생시키는 복수의 돌출 요소가 제공되는, 열교환기의 유체를 이송하기 위한 순환 덕트에 관한 것이고, 특히 돌출 요소의 개선된 배열을 갖는 순환 덕트에 관한 것이다.
본 발명의 제 2 양태는 본 발명의 제 1 양태의 덕트에 따라 형성된 하나 이상의 순환 덕트를 포함하는 열교환기에 관한 것이다.
본 발명은 특히 엔진(배기 가스 재순환 냉각기 또는 EGRC)의 배기 가스 재순환 교환기에 적용된다.
EGR 열교환기의 주요 기능은 배기 가스를 냉각시키기 위해, 배기 가스와 냉매 유체(coolant fluid) 사이에서 열을 교환하는 것이다.
현재, EGR 열교환기는 배출물(emission)을 감소시키기 위해 디젤 응용에 널리 사용되며, 또한 연료 소비를 감소시키기 위해 가솔린 응용에도 사용된다.
기본적으로, 2 가지 타입의 EGR 열교환기, 즉 가스의 통과를 위한 순환 덕트를 구성하는 평행한 튜브의 다발(bundle)이 내부에 존재하는 케이싱으로 이루어지고, 냉매가 튜브의 외부 상의 케이싱을 통해 순환하는 제 1 타입과, 열교환 표면을 구성하는 일련의 평행한 플레이트로 이루어져서, 배기 가스 및 냉매가 2개의 각각의 플레이트 사이에서 교대하는 층으로 한정된 순환 덕트를 통해 순환하게 하며, 열교환을 향상시키기 위해 핀(fin)을 포함할 수 있는 제 2 타입이 있다.
시장 트렌드는 엔진의 크기를 감소시키고, 고압(HP) 응용뿐만 아니라 저압(LP) 응용에서도 EGR 열교환기를 사용하는 것이며, 이들 응용 모두는 EGR 열교환기의 설계에 영향을 미친다. 자동차 제조업체는 보다 높은 성능을 갖는 EGR 열교환기를 요구하고 있으며, 동시에, 열교환기와 그 구성요소를 위치시키기 위해 이용 가능한 공간은 점점 더 작아지고 열교환기를 합체하기가 보다 어려워지고 있다.
다시 말해서, 점점 더 콤팩트한 열교환기가 요구되도록, EGR 열교환기의 설계 및 제조에 대한 요구사항이 전개되어 왔다. 이러한 콤팩트성을 증가시키는 2 가지 방식, 즉 열교환기 표면에 2차 표면(핀)을 제공하는 것에 기초한 방식과, 열교환기 표면 상에 특정 돌출부(또는 요철부)를 포함하여 가스 순환의 난류를 촉진시키고, 그에 따라 열 전달 계수의 값을 증가시키는 것에 기초한 방식이 있다.
돌출부를 한정하는 것에 기초한 제안은 이러한 돌출부를 포함하는 것이 가스 순환의 압력 손실을 증가시킨다는 사실에도 불구하고, 다른 기존의 기술과 비교하여 최종 제품의 콤팩트성을 증가시키는 큰 잠재력을 가지고 있다. 다른 한편으로, 2차 표면(핀)을 포함하는 것에 기초한 제안과 비교하여, 파울링(fouling)으로 알려진 현상, 즉 먼지, 일반적으로는 탄소의 축적의 영향을 고려하면 이러한 파라미터(압력 손실)의 영향은 더 낮을 것이다. 이것은 난류를 촉진하는 것에 기초한 제안, 즉 돌출부에 기초한 제안과 연관된 수력학적 직경(hydraulic diameter)이 열교환 유닛 내부의 심각한 탄소 축적을 방지하도록, 핀에 기초한 제안과 연관된 수력학적 직경보다 크기 때문이다.
무엇보다도 돌출부의 타입, 및 열교환기의 순환 덕트 내부에 이들을 배열하는 방식에 의해 구별되는, 돌출부에 기초한 제안을 개시하는 특허문헌이 존재한다.
이러한 제안 중 하나는 본 출원과 동일한 소유자에 의한 특허문헌 제 ES 2259265 B1 호에 개시되어 있으며, 여기서 열교환기의 유체를 이송하기 위한 튜브가 기재되어 있고, 이 튜브는 Z 방향을 따라 대향하는 2개의 벽을 포함하고, 각각의 벽에는, 반대측 벽 상에 배열된 대응하는 불연속적인 주름부(corrugation)에 대면하여 위치되는 적어도 하나의 불연속적인 주름부가 제공되고, 이러한 벽은 XY 평면 상에서의 Z 방향으로의 이들 벽의 돌출부가 실질적으로 "X" 형태인 실루엣(silhouette)을 한정하도록 배열되어 있다.
순환 덕트 내부에 돌출부를 포함하는 것에 기초한 이러한 제안 중 다른 하나는 본 발명의 청구항 1의 전제부에 규정된 특성을 조합하는 유럽 특허 제 EP 1682842 B1 호의 효력에 대응하는 특허문헌 제 ES 2496943 T3 호에 개시되어 있다.
특허문헌 제 ES 2496943 T3 호에서 제안된 순환 덕트에서는, 열(row)에서의 돌출 요소가 일반적으로 서로 동일하다. 그러나, 설명에 있어서, "하나의 열에서 상이한 구조 요소(예컨대, 13 및 14)를 사용하는 것이 가능하다"라고 매우 일반적으로 기술하고 있지만, 특허 문헌 제 ES 2496943 T3 호는 서로 매우 상이한 돌출 요소를 개시하고 있지는 않으며, 이는 설명된 모든 돌출 요소가 직선형 및/또는 곡선형의 세장형 요소의 하나 이상의 세그먼트에 기초하고 있기 때문이다.
그러나, 가장 중요한 것은, 특허문헌 제 ES 2496943 T3 호가 참조하는 서로 상이한 돌출 요소의 열이 덕트를 통해 순환하는 유체의 메인 순환 방향에 대해 횡방향인 방향으로 뻗어 있으며, 그에 따라 상이한 돌출 요소 각각이 유체 파면의 상이한 횡방향 부분에, 그리고 순환 덕트를 통과하는 유체의 순환 동안에 오직 한 번만 영향을 미친다는 것이다.
따라서, 열 효율의 면에서 특허문헌 제 ES 2496943 T3 호에서 이루어진 제안에 의해 얻어지는 결과는 명확하게 개선될 수 있다.
따라서, 종래 기술에 따른 돌출 요소를 갖는 순환 덕트에 의해 제공된 성능을 실질적으로 향상시키는 해결책을 제공함으로써, 종래 기술이 포함하는 결함(gap)을 보상하는 종래 기술에 대한 대안을 제공할 필요가 있는 것으로 보인다.
이러한 목적을 위해, 본 발명의 제 1 양태는 열교환기의 유체를 메인 순환 방향(Y)으로 이송하기 위한 순환 덕트에 관한 것이며, 이 순환 덕트는 실질적으로 서로 대향하는 2개의 열교환기 표면을 알려진 방식으로 포함하며, 각각의 표면은 순환 덕트 내부로 돌출하는 복수의 돌출 요소를 포함하고, 복수의 돌출 요소는 서로 인접하게 배열되고, 상이한 돌출 요소를 포함하는 적어도 하나의 열을 형성한다.
알려진 순환 덕트와 달리, 특히 상이한 돌출 요소의 열이 메인 순환 방향(Y)에 대해 횡방향인 방향으로 뻗어 있는 특허문헌 제 ES 2496943 T3 호에 개시된 것과 달리, 본 발명의 제 1 양태에 따른 순환 덕트에서, 상기 열은 적어도 메인 순환 방향(Y)을 따라 종방향으로 연장되어, 유체의 유동이 이러한 종방향을 따라 공간적으로 그리고 시간적으로 상이한 돌출 요소와 순차적으로 마주치게 하여 복수의 무질서한 흐름 라인을 발생시킨다.
이에 의해, 순환 유체의 파면의 각 부분이 덕트를 따라 상이한 순간 및 상이한 위치에서 상이한 돌출 요소에 의해 영향을 받기 때문에, 열 효율의 면에서 성능이 훨씬더 양호해진다.
일 실시예에 따르면, 상기 돌출 요소는 서로 상이한 형태를 갖는다.
이전 실시예에 대해 대안적 또는 상보적인 다른 실시예에 있어서, 돌출 요소는 서로 상이한 배향을 갖는다.
이전 실시예에 대해 대안적 또는 상보적인 다른 실시예에 있어서, 돌출 요소는 서로 상이한 치수를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 상기 열은 또한 동일한 형태 및 치수를 갖는 돌출 요소를 포함한다.
이전 실시예에 대해 대안적 또는 상보적인 다른 실시예에 있어서, 상기 열은 또한 동일한 형태이지만 상이한 치수 및/또는 상이한 배향을 갖는 돌출 요소를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 상기 열은 열을 따라 2회 이상 반복되는 (형태 및/또는 치수 및/또는 배향의 면에서) 2개 이상의 상이한 돌출 요소의 시퀀스 또는 반복 패턴을 따르는 일련의 돌출 요소를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 열은 덕트의 길이의 적어도 70%를 따라 연장되어, 덕트를 통해 순환하는 유체가 대부분의 덕트를 따라 돌출 요소와 상호작용하게 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 열은 메인 순환 방향(Y)으로 종방향으로 연장되는 돌출 요소의 2개 이상의 서브-열을 포함하며, 이러한 서브-열 중 적어도 하나는, 이러한 실시예의 변형예에서, 상이한 형태, 상이한 치수 및/또는 상이한 배향을 갖는 돌출 요소를 포함한다.
이러한 실시예의 변형예에 있어서, 서브-열 중 적어도 하나는 서브-열 중 다른 하나를 공간적으로 침범하는 돌출 요소를 포함하여, 이들 돌출 요소의 일부분이 이러한 다른 서브-열의 돌출 요소들 사이에 개재된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 열은 열, 또는 이들 서브-열 중 하나 내에서 횡방향으로 변위되어 배열되고 메인 순환 방향(Y)에 대해 횡방향인 방향으로 엇갈리게 배치되는 돌출 요소를 포함한다.
구체적으로, 상이한 실시예에서, 상기 열은 평면도에서 볼 때, 하나 이상의 직선 및/또는 곡선 궤적을 따르는 세장형 요소, 원형, 타원형, 마름모꼴, 삼각형 및 직사각형의 형태 중 2개 이상, 또는 이들의 조합을 갖는 돌출 요소를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 1개 초과의 궤적을 따르는 세장형 형태를 갖는 상기 돌출 요소는 상이한 배향 각도를 갖는 세그먼트에 의해 형성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 열은 원형 형태의 중앙 영역과 세장형 형태와 같은, 상기 형태 중 2개 이상의 조합인 형태를 갖는 돌출 요소를 포함한다.
바람직하게는, 돌출 요소의 형태의 단부 및/또는 꼭지점은 둥글게 되어 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 열은 삼각형, 마름모꼴 또는 직사각형과 유사하지만 그 변 중 하나가 곡선형인 형태를 포함하는, 상기 나열된 형태 중 하나의 변형인 형태를 갖는 돌출 요소를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 덕트의 2개의 대향하는 표면 중 하나의 표면의 돌출 요소 중 적어도 하나는 다른 표면의 적어도 하나의 돌출 요소에 의해 중첩된다.
이러한 실시예의 변형예에 있어서, 전술한 중첩된 돌출 요소는 적어도 치수의 면에서 상이하다.
이러한 실시예의 다른 변형예에 있어서, 전술한 중첩된 돌출 요소는 적어도 배향의 면에서 상이하다.
이러한 실시예의 다른 변형예에 있어서, 전술한 중첩된 돌출 요소는 적어도 형태의 면에서 상이하다.
이러한 실시예의 다른 변형예에 따르면, 전술한 중첩된 돌출 요소는 세장형 형태를 가지며, 하나의 돌출 요소의 다른 돌출 요소에 대한 투영은 실질적으로 "X" 형태인 형태를 한정하도록 중첩된다.
이러한 변형예의 구현예에 따르면, 상기 "X" 형태는 대칭이 아니다.
일 구현예에 따르면, "X"의 2개의 세그먼트에 의해 형성된 보다 작은 각도는 26° 내지 40°이다.
상기 실시예의 다른 변형예에 따르면, 덕트의 2개의 대향하는 표면 중 하나의 표면의 적어도 2개의 돌출 요소는 다른 표면의 돌출 요소 상에 중첩되어, 이들 2개의 돌출 요소의 다른 돌출 요소에 대한 투영이 실질적으로 이중 "X" 형태인 형태를 한정하게 한다.
서로 중첩된 적어도 2개의 돌출 요소에 관한 실시예의 상기 변형예는 본 발명의 제 1 양태의 순환 덕트의 구현에 따라 독립적이거나 서로 조합될 수 있다.
메인 순환 방향(Y)으로 상이한 돌출 요소를 포함한다는 사실을 모두 공통적으로 가지는 전술한 실시예에 의해 커버된 돌출 요소의 다양한 가능한 조합 모두는, 요구 성능 수준을 얻고, 예를 들어 콤팩트성의 면에서 응용에 특정한 요구사항 및 작업 조건에 적합화시키기 위해, 각각의 응용에 대해 개별 맞춤화되는 방식으로 순환 덕트를 설계하는 것을 가능하게 하고, 그에 따라 열교환을 최적화하고 순환하는 유체의 압력 손실을 가능한 한 감소시킨다.
돌출 요소는 일반적으로 1㎜ 내지 2㎜의 최대 높이를 갖지만, 또한 다른 값도 가능하다.
유리하게는, 각각의 돌출 요소의 최대 높이(즉, 요소가 돌출하는 표면으로부터 이러한 표면에 수직인 방향으로의 거리)는 서로 대향하는 2개의 열교환기 표면들 사이의 거리의 2/5보다 작다.
본 발명의 제 2 양태는 특히 엔진의 배기 가스를 냉각시키기 위한 열교환기에 관한 것이고, 이 열교환기는 유체의 순환을 위한 덕트를 포함하고, 이들 순환 덕트 중 적어도 하나는 본 발명의 제 1 양태의 덕트에 따라 형성된다.
본 발명의 제 2 양태의 열교환기의 일 실시예에 따르면, 순환 덕트는 튜브에 의해 형성되고, 튜브의 내부에서 이러한 배기 가스가 순환하고, 튜브 주위에서 냉매 유체가 배기 가스와의 열교환을 위해 순환하며, 돌출 요소를 포함하는 적어도 열교환기 표면은 튜브 벽으로 된다.
이러한 실시예의 변형예에 있어서, 튜브 벽은 편평하며, 일반적으로 튜브의 횡방향 단면은 직사각형 형태를 갖는다.
대안으로서, 이러한 실시예의 다른 변형예에 있어서, 튜브의 횡방향 단면은 원형이거나 타원형 형태를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 각 튜브의 길이는 80㎜ 내지 220㎜이다.
다른 실시예에 있어서, 순환 덕트는 플레이트 또는 디스크의 적층에 의해 형성되며, 돌출 요소를 포함하는 적어도 열교환기 표면은 상기 플레이트 또는 디스크의 적어도 2개의 대향 벽으로 된다.
상기 이점 및 특성뿐만 아니라 다른 이점 및 특성은 비제한적인 예시로서 취해져야 하는 첨부된 도면을 참조하여 일부 실시예의 하기의 상세한 설명으로부터 보다 충분히 이해될 것이다:
도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d는 본 발명의 제 1 양태에 의해 제안된 순환 덕트의 실시예를 도시하는 것으로서, 도 1c는 덕트를 사시도로 도시하고, 도 1a는 덕트의 표면 중 하나에 대한 위로부터의 평면도를 도시하고, 1b는 대향 표면에 대한 위로부터의 평면도를 도시하고, 도 1d는 양쪽 표면의 돌출부의 중첩을 도시하는 XY 평면 상에의 투영도이며;
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 도 1과 유사한 방식으로, 본 발명의 제 1 양태에 의해 제안된 순환 덕트의 다른 실시예를 도시하며;
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 도 1 및 도 2와 유사한 방식으로, 본 발명의 제 1 양태에 의해 제안된 순환 덕트의 다른 실시예를 도시하며;
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 도 1, 도 2 및 도 3과 유사한 방식으로, 본 발명의 제 1 양태에 의해 제안된 순환 덕트의 다른 실시예를 도시하며;
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각, 또 다른 실시예에 대해, 본 발명의 제 1 양태에 의해 제안된 순환 덕트의 표면의 평면도들과, 양쪽 표면의 돌출부의 중첩을 도시하는 XY 평면 상에의 투영도이며;
도 6은 일 실시예에 대해, 본 발명의 제 1 양태에 의해 제안된 덕트의 일부의 사시도와 함께, 덕트를 통해 순환하는 유체의 유동이 덕트를 따라 돌출 요소와 마주칠 때에 유체의 유동에 의해 발생된 무질서한 흐름 라인의, 수학적 시뮬레이션에 의해 얻어진 개략도를 도시하며;
도 7은 도 6과 동일한 실시예에 대해, 본 발명의 제 1 양태에 의해 제안된 덕트의 일부와 함께, 수학적 시뮬레이션에 의해 얻어진 데이터에 기초하여, 덕트를 통해 순환하는 유체의 유동을 나타내는 일부 벡터의 부분을 사시도로 도시하고, 여기서 벡터의 부분은 덕트를 따라 이격된 3개의 횡방향 영역에 대해 도시되고, 상이한 회색 음영이 도면에 표현된 스케일에 따른, "m/s" 단위의 유체 속도의 상이한 크기 정도(order of magnitude)에 대응하며, 유체 속도의 값도 또한 시뮬레이션에 의해 얻어지며;
도 8은 동일한 실시예에 대해, 도 7과 유사한 도면이고, 이러한 경우에 벡터의 부분이 도시되지 않은 수학적 시뮬레이션의 결과를 또한 도시하고, 상이한 속도의 값을 또한 상이한 회색 음영에 의해 나타내지만 덕트를 따라 이격된 3개의 각각의 횡방향 평면 상에 나타내고 있으며;
도 9는 동일한 실시예에 대해, 도 8과 유사한 도면이지만, 이러한 경우에 덕트를 따라 이격된 3개의 각각의 횡방향 평면 상의 회색 스케일에 의해 나타낸 값은 속도의 값에 대응하지 않고, 도면에 표현된 스케일에 따른, "/s" 단위의 벡터 와도(vectorial vorticity)의 크기 정도에 대응한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 제 1 양태에 의해 제안된 순환 덕트(1)의 상이한 실시예를 도시하며, 이들 실시예 모두는 열교환기의 유체를 메인 순환 방향(Y)으로 이송하기 위한 순환 덕트(1)와 관련된다는 사실을 공통적으로 가지며, 이 순환 덕트는 실질적으로 서로 대향하는 2개의 열교환기 표면(s1, s2)을 포함하고, 각각의 표면(s1, s2)은 순환 덕트(1) 내부로 돌출하는 복수의 돌출 요소(p)를 포함하고, 복수의 돌출 요소는 서로 인접하게 배열되고, 그 형태 및/또는 치수 및/또는 배향의 면에서 상이한 돌출 요소(p)를 포함하고 메인 순환 방향(Y)을 따라 종방향으로 연장되는 적어도 하나의 열을 형성한다.
특히, 이들 도 1 내지 도 5에 의해 예시된 실시예에 있어서, 열교환기 표면(s1, s2)은 순환 덕트를 형성하는 직사각형 단면을 갖는 튜브의 편평한 메인 벽의 내부면이지만, 도시된 돌출 요소(p)의 동일한(또는 유사한) 분포는, 편평하든지 아니든지 간에, 도시된 것과는 상이한 다른 종류의 순환 덕트의 표면에 적용될 수 있다.
도 1 내지 도 5의 실시예는 그 안에 포함된 돌출 요소(p)의 형태 및/또는 치수 및/또는 배향과 관련한 상이한 타입뿐만 아니라, 열을 따른 돌출 요소의 개수 및 분포에 의해 서로 구별된다.
특히, 도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d에 도시된 실시예에 있어서, 단일의 직선 궤적을 각각 따르는 상이한 길이 및 배향을 갖는 세장형 요소(페그(peg)와 유사함), 마름모꼴 및 원형의 (평면도에서의) 형태를 가지는 돌출 요소가 포함된다. 도시된 형태 모두는 둥근 단부 및/또는 꼭지점을 갖는다.
도 1a, 도 1b 및 도 1d로부터, 돌출 요소(p)의 배열은 방향(Y)으로의 열을 따른 패턴을 따를 뿐만 아니라, 일부의 돌출 요소 주위에 상이한 배열에 따라 그룹화된 서브-패턴, 특히 돌출 요소(p)의 경사진 그룹이 있다는 것을 알 수 있으며, 돌출 요소의 형태는 경사진 긴 페그 형태의 돌출 요소(p)에 의해 분리되는, 중간에 마름모꼴을 갖는 2 쌍의 짧은 페그 형태의 경사진 그룹과 (방향(Y)으로의 열을 따라) 교대로 배열된 중간에 마름모꼴을 갖는 2 쌍의 원형 형태에 대응한다.
도 1d에서 알 수 있는 바와 같이, 표면(s1)으로부터 돌출 요소(p)가 표면(s2)의 돌출 요소(p) 상으로 돌출함에 따라, 실질적으로 "X" 형태인 실루엣이 각 쌍의 세장형 돌출 요소(페그) 및 돌출 요소의 각 경사진 그룹 모두에 대해 한정된다.
도 1c로부터 알 수 있는 바와 같이, 문제의 돌출 요소(p)는 튜브형 덕트(1)의 보다 큰 편평한 벽의 외부면으로부터 형성된 각각의 스탬핑부(stamping)로 이루어지고, 그에 따라 실제로 도 1a(및, 또한 도 2a, 도 3a, 도 4a 및 도 5a)는 덕트(1)의 내부면에 돌출부를 형성하는 이들 스탬핑부에 의해 야기된 함몰부(p로 표시됨)를 나타내고 있다. 스탬핑 이외에 표면(s1, s2)에 이들 돌출 요소를 구성 및 배열하는 임의의 다른 방법도 또한 가능하며, 본 발명에 의해 커버된다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d의 실시예에 있어서, 단일의 직선 궤적을 각각 따르는 상이한 길이를 갖는 세장형 요소(페그와 유사함), 및 마름모꼴의 (평면도에서의) 형태를 가지는 돌출 요소가 포함된다. 도시된 형태 모두는 둥근 단부 및/또는 꼭지점을 갖는다.
이러한 실시예에 있어서, 돌출 요소의 열은 3개의 서브-열, 즉 마름모꼴 형상인 형태에 의해 형성된 중앙 열(여기서는, 도 1의 실시예와는 달리, 이들은 공간적으로 교대로 약간 오프셋되어 있음)과, 상이한 길이 및 배향을 갖는 페그의 쌍의 시퀀스에 의해 형성된 상부 열과, 상부 열과 유사한 하부 열을 포함하며, 상부 서브-열 및 하부 서브-열의 돌출 요소(p)의 각각의 양 단부 부분은 중앙 서브-열의 각각의 2개의 마름모꼴 사이의 공간을 침범하고 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 표면(s1)으로부터 돌출 요소(p)가 표면(s2)의 돌출 요소(p) 상으로 돌출함에 따라, 이러한 경우에도 실질적으로 "X" 형태인 실루엣이 각 쌍의 세장형 돌출 요소(페그)에 대해 한정된다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d의 실시예에 있어서, 상이한 배향 각도를 갖는 직선 세그먼트에 의해 각각 형성된 상이한 길이를 갖는 세장형 요소(페그와 유사함), 및 타원형의 (평면도에서의) 형태를 가지는 돌출 요소가 포함된다.
이러한 실시예에 있어서, 도 3d에서 알 수 있는 바와 같이, 표면(s1)으로부터 돌출 요소(p)가 표면(s2)의 돌출 요소(p) 상으로 돌출함에 따라, 각 쌍의 세장형 돌출 요소(페그)에 대해 실질적으로 "X" 형태인 실루엣이 또한 한정된다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d의 실시예는 타원형의 (평면도에서의) 형태를 갖는 돌출 요소를 포함하지 않는다는 점에서만 도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d의 실시예와 상이하다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 제 1 양태에 의해 제안된 순환 덕트의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 이 순환 덕트는 세장형 형태(페그와 유사함)만을 갖지만, 상이한 서브-열에 따라 그룹화된 상이한 치수 및 상이한 배향을 갖는 돌출 요소를 포함하며, 서브-열은 서브-열 중 다른 서브-열을 공간적으로 침범하는 돌출 요소(p)를 포함하고, 특히 (도 5a에 도시된 위치에 따른) 상부 서브-열의 돌출 요소(p)의 하단부가 하부 서브-열의 돌출 요소(p)의 상단부 사이에 개재되고, 하부 서브-열의 돌출 요소(p)의 상단부도 상부 서브-열의 돌출 요소(p)의 하단부 사이에 개재된다.
이러한 경우에, 도 5c에 도시된 바와 같이, 표면(s1)의 돌출 요소(p)가 표면(s2)의 돌출 요소(p) 상으로 돌출함에 따라, 동일한 치수를 갖는 각 쌍의 세장형 돌출 요소(페그)에 대해 실질적으로 "X" 형태인 실루엣이 또한 한정된다.
본 발명자들은 도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같은 순환 덕트에 대한 일련의 디지털 시뮬레이션을 수행했고, 이들 결과가 도 6 내지 도 9에 순환 덕트(1)의 일부분에 대해 그래픽으로 도시되어 있다(그렇지만, 시뮬레이션은 전체 덕트에 대해 수행되었음).
튜브형 형태 및 직사각형 단면을 가지며 실질적으로 길이 100㎜, 높이 14.5㎜ 및 폭 4.35㎜의 치수, 및 0.4mm의 벽 두께를 갖는 순환 덕트와, 실질적으로 1.3㎜의 최대 높이(돌출 요소가 연장되는 벽의 내부면으로부터 측정됨)를 갖는 돌출 요소에 대해, 시뮬레이션이 수행되었다.
특히, 도 6은 덕트를 통해 순환하는 유체의 유동이 덕트를 따라 돌출 요소(p)와 마주칠 때에 유체의 유동에 의해 발생된 무질서한 흐름 라인을 도시하고 있다. 도시된 흐름 라인은 종래 기술에 따른 순환 덕트에서 발생된 것보다 더 구불구불하고, 더 많은 개수가 있으며, 이는 (동일한 치수를 갖는 덕트에 대해) 유체가 종래 기술에 따른 덕트에 의해 얻어진 온도보다 낮은 온도로 덕트로부터 나온다는 것을 의미한다.
도 7 및 도 8은 덕트를 따라 이격된 3개의 횡방향 영역에 대해 순환 덕트를 통해 순환하는 유체의 크기(모듈러스)의 면에서 속도 값(m/s)을 회색의 스케일로 나타내고, 도 9는 동일한 3개의 횡방향 영역에 대한 벡터 와도 값(/s)을 나타낸다.
얻어진 결과는 디지털 시뮬레이션 결과가 그래픽으로 표현된 실시예(도 6 내지 도 9)뿐만 아니라 도시된 나머지 실시예(도 2 내지 도 5)와, 일반적으로 순환 덕트를 따라 상이한 돌출 요소를 포함하는 임의의 실시예에 적용되는, 상이한 형태를 갖는 돌출 요소의 덕트를 따른 배열의 유효성을 나타낸다.
당업자는 첨부된 청구범위에서 규정된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 설명된 실시예에 대해 변경 및 변형을 도입할 수 있다.

Claims (20)

  1. 열교환기의 유체를 메인 순환 방향(Y)으로 이송하기 위한 순환 덕트(1)로서, 상기 순환 덕트(1)는 실질적으로 서로 대향하는 열교환기의 2개의 표면(s1, s2)을 포함하며, 각각의 상기 표면(s1, s2)은 상기 순환 덕트(1) 내부로 돌출하는 복수의 돌출 요소를 포함하고, 상기 복수의 돌출 요소는 서로 인접하게 배열되고, 상이한 돌출 요소(p)를 포함하는 적어도 하나의 열을 형성하는, 상기 순환 덕트(1)에 있어서,
    상기 열은 적어도 상기 메인 순환 방향(Y)을 따라 종방향으로 연장되어, 상기 유체의 유동이 상기 종방향을 따라 공간적으로 그리고 시간적으로 순차적으로 상이한 돌출 요소(p)와 마주치게 하여 복수의 무질서한 흐름 라인(L)을 발생시키는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출 요소(p)는 서로 상이한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 돌출 요소(p)는 서로 상이한 배향을 갖는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출 요소(p)는 서로 상이한 치수를 갖는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열은 동일한 형태 및 치수를 갖는 돌출 요소(p)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열은 동일한 형태이지만 상이한 치수 및/또는 상이한 배향을 갖는 돌출 요소(p)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열은 상기 열을 따라 2회 이상 반복되는 2개 이상의 상이한 돌출 요소(p)의 시퀀스 또는 반복 패턴을 따르는 일련의 돌출 요소(p)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열은 상기 메인 순환 방향(Y)으로 종방향으로 연장되는 돌출 요소(p)의 적어도 2개의 서브-열을 포함하는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 2개 이상의 서브-열 중 적어도 하나는 상이한 형태, 상이한 치수 및/또는 상이한 배향을 갖는 돌출 요소(p)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 서브-열 중 적어도 하나는 상기 서브-열 중 다른 하나를 공간적으로 침범하는 돌출 요소(p)를 포함하여, 상기 돌출 요소(p)의 일부분이 상기 다른 서브-열의 돌출 요소(p) 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열은 상기 열, 또는 상기 서브-열 중 하나 내에서 횡방향으로 변위되어 배열되고 상기 메인 순환 방향(Y)에 대해 횡방향인 방향으로 엇갈리게 배치되는 돌출 요소(p)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열은 평면도에서 볼 때, 하나 이상의 직선 및/또는 곡선 궤적을 따르는 세장형 요소, 원형, 타원형, 마름모꼴, 삼각형 및 직사각형의 형태 중 적어도 2개, 또는 이들의 조합을 갖는 돌출 요소(p)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열은 1개 초과의 직선 및/또는 곡선 궤적을 따르고 상이한 배향 각도를 갖는 세그먼트에 의해 형성되는 세장형 형태를 갖는 돌출 요소(p)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 열은 상기 형태 중 2개 이상의 조합인 형태를 갖는 돌출 요소(p)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출 요소(p)의 형태의 단부 및/또는 꼭지점은 둥글게 되어 있는 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 표면(s1, s2) 중 하나의 표면(s1)의 돌출 요소(p) 중 적어도 하나는 다른 표면(s2)의 적어도 하나의 돌출 요소(p)에 의해 중첩되고, 중첩된 상기 돌출 요소(p)는 적어도 치수의 면에서 상이한 것을 특징으로 하는
    순환 덕트.
  17. 유체의 순환을 위한 덕트를 포함하는, 특히 엔진의 배기 가스를 냉각시키기 위한 열교환기에 있어서,
    적어도 하나의 순환 덕트(1)는 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 순환 덕트는 튜브에 의해 형성되고, 상기 튜브의 내부에서 상기 배기 가스가 순환하고, 상기 튜브 주위에서 냉매 유체가 배기 가스와의 열교환을 위해 순환하며, 돌출 요소(p)를 포함하는 적어도 열교환기 표면(s1, s2)은 튜브 벽으로 되는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 튜브 벽은 편평한 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 순환 덕트는 플레이트 또는 디스크의 적층에 의해 형성되고, 돌출 요소(p)를 포함하는 적어도 열교환기 표면(s1, s2)은 상기 플레이트 또는 디스크의 적어도 2개의 대향 벽으로 되는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
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