WO2018117378A1 - 냉각성능 조절이 가능한 배기가스 열교환기 - Google Patents

냉각성능 조절이 가능한 배기가스 열교환기 Download PDF

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    • F28D1/05316—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05333—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas heat exchanger configured to cool a portion of an exhaust gas of an engine with a cooler and then resupply it to an engine or bypass a portion of the exhaust gas of an engine and then supply it to the engine as it is.
  • An exhaust gas heat exchanger configured to adjust a gas cooling rate.
  • the exhaust gas of the vehicle is generated during combustion of the mixer and is discharged to the outside through the exhaust pipe of the vehicle, and the nitrogen oxide contained in the exhaust gas has an inverse relationship with the carbon monoxide and hydrocarbon contained in the exhaust gas. This means that even if the emissions of carbon monoxide and hydrocarbons are greatly reduced by the complete combustion of the fuel, the generation of nitrogen oxides increases more. Accordingly, various techniques for reducing pollutants such as nitrogen oxides have been developed.
  • an EGR system which reduces a generation amount of nitrogen oxide by reducing the maximum combustion temperature while minimizing a decrease in output by recycling a part of the exhaust gas.
  • an EGR system includes a recirculation pipeline for recirculating a portion of the exhaust gas discharged through the exhaust manifold to the intake manifold, and an EGR cooler installed in the recirculation pipeline to cool the recirculated exhaust gas.
  • the recycle pipeline includes inlet pipes and outlet pipes. The hot exhaust gas is introduced into the EGR cooler through the inlet pipe, and the cooled exhaust gas from the EGR cooler is discharged through the outlet pipe.
  • an inlet pipe assembly is provided with a bypass valve assembly for selectively introducing and bypassing exhaust gas.
  • 1 and 2 are cross-sectional views of a conventional exhaust gas heat exchanger.
  • a conventional exhaust gas heat exchanger includes a valve block 10 having an exhaust gas flow passage 11 through which exhaust gas flows, and an exhaust gas flow passage 11 on the valve block 10.
  • the rotary shaft 60 is mounted to the rotary shaft 60, and is fixedly coupled to any one of the cooler 20 and the bypass pipe 40 to the flow of the exhaust gas introduced into the valve block 10 to the valve block (10) And a flap 50 to flow.
  • the rear end of the cooler 20 and the bypass pipe 40 is provided with an exhaust block 30 having a discharge port 31, the exhaust gas or the bypass pipe 40 cooled while passing through the cooler 20 All exhaust gas bypassed through is discharged through the outlet 31 and recycled to the engine.
  • the conventional exhaust gas heat exchanger is a mode in which the exhaust gas introduced into the valve block 10 is in contact with all gas tubes included in the cooler 20 and cooled, and the exhaust gas introduced into the valve block 10 is cooler.
  • Bar 20 is provided with only the bypass mode without contacting the gas tube included at all, there is a disadvantage in that it does not perform a function of adjusting the cooling rate of the exhaust gas, that is, only a slight cooling of the exhaust gas.
  • reducing the temperature or flow rate of the cooling water flowing into the cooler 20 can reduce the exhaust gas cooling rate to a certain level.
  • the method of reducing the cooling water temperature or flow rate immediately reduces the exhaust gas cooling rate. The disadvantage is that it is difficult to control.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, the cooling mode in which the exhaust gas is in contact with the entire gas tube included in the cooler, and the bypass mode in which the exhaust gas is not in contact with the gas tube included in the cooler at all.
  • the cooler flows into the inner space, the cooler is built-in a plurality of gas tubes that the exhaust gas can flow;
  • An intake and exhaust block having a flow path, a bypass flow path for bypassing the exhaust gas introduced into the intake end to the outside, and a first flap for selectively closing one of the flow paths and the bypass flow path;
  • a U-turn block having a discharge passage for discharging exhaust gas to the outside and a second flap for selectively closing any one of the recooling passage
  • the bypass flow path is interrupted to form a bypass partition wall having a bypass hole.
  • the first flap is rotatably mounted in the intake and exhaust block, and is configured to cover the supply hole or the bypass hole according to the rotation direction.
  • the recooling flow path is interrupted to form a recooling partition having a recooling hole
  • the discharge flow path is interrupted to form a discharge partition formed with a discharge hole
  • the second flap may be mounted in the u-turn block in a rotatable structure to cover the recooling hole or cover the discharge hole according to the rotation direction.
  • the outlet of the discharge passage and the outlet of the bypass passage are formed in one pipe shape separated by the discharge partition wall.
  • the number of gas tubes connected to the outlet of the recooling passage is set to be larger than the number of gas tubes connected to the outlet of the supply passage.
  • Exhaust gas heat exchanger is a cooling mode in which the exhaust gas is in contact with the entire gas tube of the cooler to the maximum cooling and recycled to the engine, and the exhaust gas is recycled to the engine after the exhaust gas is not in contact with the gas tube of the cooler at all.
  • an additional semi-cooling mode in which the exhaust gas is brought into contact with a part of the gas tube of the cooler to be cooled only to a predetermined level and then recycled to the engine, has the advantage that the cooling performance of cooling the exhaust gas is adjustable. have.
  • 1 and 2 are cross-sectional views of a conventional exhaust gas heat exchanger.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of the exhaust gas heat exchanger according to the present invention in a cooling mode.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the exhaust gas heat exchanger according to the present invention in a bypass mode.
  • FIG 5 is a cross-sectional view of the exhaust gas heat exchanger according to the present invention in a semi-cooling mode.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the exhaust gas heat exchanger according to the present invention in a cooling mode
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the exhaust gas heat exchanger according to the present invention in a bypass mode
  • FIG. 5 is a semi-cooled exhaust gas heat exchanger according to the present invention. Sectional view in mode.
  • the exhaust gas heat exchanger according to the present invention is provided to the engine side after the exhaust gas passes through the cooler 300 when the exhaust gas is recycled to the engine side in order to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas, or the exhaust gas is the cooler 300.
  • a device for selectively guiding the exhaust gas flow direction so that the exhaust gas flows directly to the engine side without passing through the exhaust gas. After the exhaust gas passes only a part of the gas tube 310 of the cooler 300, the exhaust gas is cooled to some extent. The biggest feature is the addition of a semi-cooling mode provided to the engine side.
  • the exhaust gas heat exchanger includes a cooler 300 in which a plurality of gas tubes 310 in which coolant flows and an exhaust gas flows into an internal space, and exhaust gas through an exhaust gas pipe 100.
  • a cooler 300 in which a plurality of gas tubes 310 in which coolant flows and an exhaust gas flows into an internal space, and exhaust gas through an exhaust gas pipe 100.
  • the intake and exhaust block 200 for supplying the cooler 300, and the U-turn block 400 for delivering the exhaust gas cooled through the process of passing through the cooler 300 to the intake and exhaust block 200 side
  • the exhaust gas supplied to the cooler 300 through the intake and exhaust block 200 does not pass through all the gas tubes 310 embedded in the cooler 300, but passes through some gas tubes 310 and then turns.
  • the exhaust gas is supplied to the block 400 and the exhaust gas supplied to the U-turn block 400 passes through the remaining gas tube 310 and then is delivered to the intake and exhaust block 200 or does not pass through the gas tube 310.
  • Supply passage 220 for communicating with the stage 210, discharge passage 230 for communicating one end of the remaining gas tube 310 of the plurality of gas tubes 310 and the inlet end 210 is introduced
  • the U-turn block 400 the inlet end 410 through which the exhaust gas discharged through the other end of the gas tube 310 of the plurality of gas tubes 310 and the plurality of gas tubes 310 A recooling flow passage 420 for communicating the other end of the gas tube 310 with the inflow stage 410, a discharge passage 430 for discharging exhaust gas introduced into the inflow stage 410 to the outside; And a second flap 440 that selectively closes one of the recooling flow passages 420 and the discharge passage 430.
  • a separate communication pipe 500 communicating with the outlet end of the discharge passage 430 and the discharge passage 230 so that the exhaust gas discharged through the discharge passage 430 can be directly provided to the intake and exhaust block 200. ) Is provided.
  • a supply hole 224 is formed at the interruption of the supply flow path 220 so that the first flap 250 more tightly seals one of the supply flow path 220 and the bypass flow path 240.
  • a supply partition wall 222 is formed, a bypass partition wall 242 having a bypass hole 244 is formed at the stop of the bypass flow path 240, and the first flap 250 is supplied along the rotation direction. It is mounted in the intake and exhaust block 200 in a rotatable structure to cover the hole 224 or to cover the bypass hole 244. Therefore, when the first flap 250 is rotated as far as possible in the counterclockwise direction, the bypass flow path 240 is closed by covering the bypass hole 244 as shown in FIG. 3, and the first flap 250 is clockwise. If the maximum rotation in the direction to cover the supply hole 224 as shown in Figure 5 to close the supply flow path 220.
  • the second flap 440 may effectively close one of the recooling flow passages 420 and the discharge passage 430 so that a recooling hole 424 is formed at the interruption of the recooling flow passage 420.
  • a recooling partition 422 is formed, and a discharge partition 432 having a discharge hole 434 is formed at the stop of the discharge passage 430, and the second flap 440 is recooled according to a rotation direction. It is mounted in the U-turn block 400 in a rotatable structure to cover the 424 or to cover the discharge hole 434. Therefore, when the second flap 440 is rotated as far as possible in the clockwise direction, as shown in FIG. 3, the discharge passage 430 is closed to cover the discharge hole 434, and the second flap 440 is counterclockwise. When the maximum rotation, the recooling flow path 420 is closed by covering the recooling hole 424 as shown in FIG. 4.
  • the exhaust gas cooling mode is determined according to which flow path the first flap 250 and the second flap 440 close, respectively.
  • first flap 250 and the second flap 440 Mode switching according to the operation will be described in detail.
  • the first flap 250 is rotated to the maximum counterclockwise to cover the bypass hole 244, and the second flap 440 is rotated to the maximum clockwise to cover the discharge hole 434.
  • the state is a cooling mode for maximally cooling the exhaust gas provided through the exhaust gas pipe 100.
  • the exhaust gas when the exhaust gas is provided to the intake end 210 through the exhaust gas pipe 100 in a state where the bypass passage 240 and the discharge passage 430 are closed as shown in FIG. It flows along the supply flow path 220, wherein the outlet of the supply flow path 220 is a gas tube 310 of the plurality of gas tubes 310 built in the cooler 300 (in this embodiment, the upper three gases) Since only the tube 310 is in communication with each other, the exhaust gas supplied to the cooler 300 through the supply passage 220 is cooled while passing through the upper three gas tubes 310 and then the inlet end of the U-turn block 400 ( 410).
  • the exhaust gas introduced into the inlet 410 may be a recooling passage 420. It is conveyed to the cooler 300 through and cooled once again. At this time, the outlet of the recooling flow passage 420 is in communication with only the remaining gas tube 310 (in this embodiment, the lower five gas tubes 310 of the plurality of gas tubes 310 built in the cooler 300) The exhaust gas supplied to the cooler 300 through the recooling flow path 420 does not interfere with the exhaust gas flowing into the U-turn block 400.
  • the exhaust gas cooled again while passing through the lower five gas tubes 310 is recycled to the engine through the exhaust passage 230.
  • some of the exhaust gas introduced into the discharge flow path 230 may flow into the U-turn block 400 through the communication pipe 500, but the discharge flow path 430 communicating with the communication pipe 500 is the second flap ( Since it is sealed by 440, the phenomenon that the exhaust gas flows backward does not occur.
  • the recooling passage 420 In order to reliably cool the exhaust gas conveyed to the cooler 300, it is preferable to increase the contact area with the gas tube 310. That is, the number of gas tubes 310 connected to the outlet of the recooling passage 420 is preferably set to be larger than the number of gas tubes 310 connected to the outlet of the supply passage 220.
  • the covering state is a semi-cooling mode in which the exhaust gas provided through the exhaust gas pipe 100 is cooled only to a predetermined level.
  • the exhaust gas heat exchanger according to the present invention is switched to the semi-cooling mode shown in FIG. 4 to cool the exhaust gas only to a certain level.
  • the first flap 250 is rotated as far as possible in the clockwise direction to cover the supply hole 224, and bypasses the exhaust gas provided through the exhaust gas pipe 100 without cooling the engine. Cooling mode that maximizes cooling to recycle.
  • the exhaust gas discharged to the outside of the intake and exhaust block 200 through the outlet of the exhaust passage 230 or the bypass passage 240 is supplied to the intake manifold of the engine through a separate return pipe (not shown).
  • the exhaust gas discharged through the outlet of the discharge passage 230 and the exhaust gas discharged through the outlet of the bypass passage 240 may be supplied to the intake manifold of the engine, even with one return pipe.
  • the outlet of the outlet passage 230 and the outlet of the bypass passage 240 are preferably manufactured to have a semicircular flow passage cross-sectional area to form one pipe shape.
  • the outlet of the discharge passage 230 and the outlet of the bypass passage 240 should be separated by the discharge partition wall 232 so as not to communicate directly.

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Abstract

본 발명에 의한 배기가스 열교환기는, 내부공간으로 냉각수가 흐르며, 배기가스가 유동할 수 있는 다수 개의 가스튜브가 내장된 쿨러; 배기가스 제공을 위한 배기가스관이 연결되는 흡기단과, 상기 다수 개의 가스튜브 중 일부의 가스튜브 일단을 상기 흡기단과 연통시키는 공급유로와, 상기 다수 개의 가스튜브 중 나머지 가스튜브 일단을 외부로 연통시키는 배출유로와, 상기 흡기단으로 유입된 배기가스를 외부로 바이패스시키는 바이패스유로와, 상기 공급유로와 바이패스유로 중 어느 하나의 유로를 선택적으로 폐쇄시키는 제1 플랩을 구비하는 흡배기블록; 상기 다수 개의 가스튜브 중 일부의 가스튜브 타단을 통해 배출된 배기가스가 유입되는 유입단과, 상기 다수 개의 가스튜브 중 나머지 가스튜브 타단을 상기 유입단과 연통시키는 재냉각유로와, 상기 유입단으로 유입된 배기가스를 외부로 방출시키는 방출유로와, 상기 재냉각유로와 방출유로 중 어느 하나의 유로를 선택적으로 폐쇄시키는 제2 플랩을 구비하는 유턴블록; 및 상기 방출유로를 통해 방출되는 배기가스를 상기 배출유로로 안내하는 연통관;을 포함한다.

Description

냉각성능 조절이 가능한 배기가스 열교환기
본 발명은 엔진의 배기가스 일부를 쿨러로 냉각시킨 후 엔진으로 재공급하거나 엔진의 배기가스 일부를 바이패스시킨 후 그대로 엔진으로 재공급할 수 있도록 구성되는 배기가스 열교환기에 관한 것으로, 더 상세하게는 배기가스 냉각률을 조절할 수 있도록 구성된 배기가스 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 배기가스는 혼합기의 연소 시에 발생하여 차량의 배기관을 통해 외부로 배출되는데, 배기가스에 포함된 질소산화물은 배기가스에 포함된 일산화탄소 및 탄화수소와 반비례적인 관계를 갖는다. 이는 연료의 완전 연소에 의해 일산화탄소 및 탄화수소의 배출량이 크게 감소하더라도 질소산화물의 발생량은 더 많이 증가한다는 것을 의미한다. 이에 따라, 질소산화물 등 오염물질을 줄이기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다.
질소산화물 발생량 저감 기술로서, 배기가스의 일부를 재순환시켜 출력이 저하되는 것을 최소화함과 동시에 최고 연소 온도를 낮춰 질소산화물의 발생량을 저감시키는 EGR 시스템이 잘 알려져있다.
일반적으로, EGR 시스템은 배기매니폴드를 통하여 배출되는 배기가스의 일부를 흡기매니폴드로 재순환시키는 재순환 파이프라인과, 재순환 파이프라인에 설치되어 재순환된 배기가스를 냉각하는 EGR 쿨러를 포함한다. 재순환 파이프라인은 인렛 파이프와 아웃렛 파이프를 포함한다. 인렛 파이프를 통해 고온의 배기가스가 EGR 쿨러 내로 유입되고, 아웃렛 파이프를 통해 EGR 쿨러에서 냉각된 배기가스가 배출된다. 인렛 파이프 상에는 EGR밸브와 더불어 배기가스를 선택적으로 유입하여 바이패스시키는 바이패스 밸브 조립체가 설치된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 배기가스 열교환기에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 종래의 배기가스 열교환기의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 배기가스 열교환기는, 배기가스가 유입되는 배기가스유로(11)가 형성된 밸브블록(10)과, 밸브블록(10)의 배기가스유로(11) 상에 장착되는 회전샤프트(60)와, 상기 회전샤프트(60)에 고정결합되어 상기 밸브블록(10)으로 유입된 배기가스의 흐름을 쿨러(20)와 바이패스관(40) 중 어느 하나로 선택적으로 흐르게 하는 플랩(50)을 포함한다. 상기 쿨러(20)와 바이패스관(40)의 후단에는 배출구(31)를 갖는 배기블록(30)이 구비되는바, 쿨러(20)를 지나면서 냉각된 배기가스나 바이패스관(40)을 통해 바이패스된 배기가스는 모두 배출구(31)를 통해 배출되어 엔진으로 재순환된다.
따라서 도 1에 도시된 바와 같이 상기 플랩(50)이 배기가스유로(10) 중 바이패스관(40)을 향하는 측을 폐쇄시키도록 작동되면, 상기 밸브블록(10)으로 유입된 배기가스는 쿨러(20)를 지나면서 일정 수준 냉각된 이후 엔진 측으로 재순환된다. 반대로 도 2에 도시된 바와 같이 상기 플랩(50)이 배기가스유로(10) 중 쿨러(20)를 향하는 측을 폐쇄시키도록 작동되면, 밸브블록(10)으로 유입된 배기가스는 바이패스관(40)을 통해 그대로 엔진측으로 재순환된다.
이때, 종래의 배기가스 열교환기는, 밸브블록(10)으로 유입된 배기가스가 쿨러(20)에 포함된 모든 가스튜브와 접촉되서 냉각되는 모드와, 밸브블록(10)으로 유입된 배기가스가 쿨러(20)에 포함된 가스튜브를 전혀 접촉하지 아니하고 바이패스되는 모드만을 구비하는바, 배기가스의 냉각률을 조절하는 기능 즉, 배기가스를 약간만 냉각시키는 기능을 수행하지 못한다는 단점이 있다.
물론, 쿨러(20)로 유입되는 냉각수의 온도나 유량을 감소시키면 배기가스 냉각률을 일정 수준 떨어뜨릴 수는 있지만, 이와 같이 냉각수의 온도나 유량을 감소시키는 방법으로는 배기가스 냉각률을 즉각적으로 제어하기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배기가스가 쿨러에 포함된 가스튜브 전체와 접촉되는 냉각모드와, 배기가스가 쿨러에 포함된 가스튜브와 전혀 접촉하지 아니하는 바이패스모드 뿐만 아니라, 배기가스가 쿨러에 포함된 가스튜브 중 일부와 접촉되는 세미냉각모드를 구비하여, 배기가스를 냉각시키는 성능이 조절 가능한 배기가스 열교환기를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 배기가스 열교환기는, 내부공간으로 냉각수가 흐르며, 배기가스가 유동할 수 있는 다수 개의 가스튜브가 내장된 쿨러; 배기가스 제공을 위한 배기가스관이 연결되는 흡기단과, 상기 다수 개의 가스튜브 중 일부의 가스튜브 일단을 상기 흡기단과 연통시키는 공급유로와, 상기 다수 개의 가스튜브 중 나머지 가스튜브 일단을 외부로 연통시키는 배출유로와, 상기 흡기단으로 유입된 배기가스를 외부로 바이패스시키는 바이패스유로와, 상기 공급유로와 바이패스유로 중 어느 하나의 유로를 선택적으로 폐쇄시키는 제1 플랩을 구비하는 흡배기블록; 상기 다수 개의 가스튜브 중 일부의 가스튜브 타단을 통해 배출된 배기가스가 유입되는 유입단과, 상기 다수 개의 가스튜브 중 나머지 가스튜브 타단을 상기 유입단과 연통시키는 재냉각유로와, 상기 유입단으로 유입된 배기가스를 외부로 방출시키는 방출유로와, 상기 재냉각유로와 방출유로 중 어느 하나의 유로를 선택적으로 폐쇄시키는 제2 플랩을 구비하는 유턴블록; 및 상기 방출유로를 통해 방출되는 배기가스를 상기 배출유로로 안내하는 연통관;을 포함한다.
상기 공급유로 중단에는 공급홀이 형성된 공급격벽이 형성되고,
상기 바이패스유로 중단에는 바이패스홀이 형성된 바이패스격벽이 형성되며,
상기 제1 플랩은 회전 가능한 구조로 상기 흡배기블록 내에 장착되어, 회전 방향에 따라 상기 공급홀을 덮거나 상기 바이패스홀을 덮도록 구성된다.
상기 재냉각유로 중단에는 재냉각홀이 형성된 재냉각격벽이 형성되고,
상기 방출유로 중단에는 방출홀이 형성된 방출격벽이 형성되며,
상기 제2 플랩은 회전 가능한 구조로 상기 유턴블록 내에 장착되어, 회전 방향에 따라 상기 재냉각홀을 덮거나 상기 방출홀을 덮도록 구성된다.
상기 배출유로의 출구와 상기 바이패스유로의 출구는, 배출격벽에 의해 구분된 하나의 파이프 형상으로 형성된다.
상기 재냉각유로의 출구와 연결되어 있는 가스튜브의 개수는 상기 공급유로의 출구와 연결되어 있는 가스튜브의 개수보다 많게 설정된다.
본 발명에 의한 배기가스 열교환기는, 배기가스가 쿨러의 가스튜브 전체와 접촉되어 최대한으로 냉각되어 엔진으로 재순환되는 냉각모드와, 배기가스가 쿨러의 가스튜브와 전혀 접촉하지 아니한 후 엔진으로 재순환되는 바이패스모드 뿐만 아니라, 배기가스가 쿨러의 가스튜브 중 일부와 접촉되어 일정 수준으로만 냉각된 후 엔진으로 재순환되는 세미냉각모드를 추가로 구비함으로써, 배기가스를 냉각시키는 냉각성능이 조절 가능하다는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 배기가스 열교환기의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 배기가스 열교환기가 냉각모드 상태인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 배기가스 열교환기가 바이패스모드 상태인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 배기가스 열교환기가 세미냉각모드 상태인 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 배기가스 열교환기의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 배기가스 열교환기가 냉각모드 상태인 단면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 배기가스 열교환기가 바이패스모드 상태인 단면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 배기가스 열교환기가 세미냉각모드 상태인 단면도이다.
본 발명에 의한 배기가스 열교환기는 배기가스에 포함되는 질소산화물을 저감시키기 위하여 배기가스를 엔진 측으로 재순환시킬 때 상기 배기가스가 쿨러(300)를 거친 후 엔진측으로 제공되거나, 상기 배기가스가 쿨러(300)를 거치지 아니하고 곧바로 엔진측으로 제공되도록 상기 배기가스 유동방향을 선택적으로 가이드하기 위한 장치로서, 상기 배기가스가 쿨러(300)의 가스튜브(310) 일부만을 통과함으로써 상기 배기가스가 어느 정도만 냉각된 후 엔진측으로 제공되는 세미냉각모드를 추가한다는 점에 가장 큰 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 배기가스 열교환기는, 내부공간으로 냉각수가 흐르며 배기가스가 유동할 수 있는 다수 개의 가스튜브(310)가 내장된 쿨러(300)와, 배기가스관(100)을 통해 배기가스를 제공받아 상기 쿨러(300)로 공급하는 흡배기블록(200)과, 상기 쿨러(300)를 통과하는 과정을 통해 냉각된 배기가스를 상기 흡배기블록(200) 측으로 전달하는 유턴블록(400)을 포함하되, 상기 흡배기블록(200)을 통해 쿨러(300) 측으로 공급되는 배기가스는 쿨러(300)에 내장되어 있는 모든 가스튜브(310)를 통과하는 것이 아니라 일부의 가스튜브(310)를 통과한 후 유턴블록(400)으로 공급되며, 상기 유턴블록(400)으로 공급된 배기가스는 나머지 가스튜브(310)를 통과한 후 흡배기블록(200)으로 전달되거나 가스튜브(310)를 통과하지 아니한 상태로 흡배기블록(200)으로 전달되도록 구성된다는 점에 구성상의 특징이 있다.
이와 같은 유로흐름이 가능하도록 상기 흡배기블록(200)은, 배기가스관(100)이 연결되는 흡기단(210)과, 상기 다수 개의 가스튜브(310) 중 일부의 가스튜브(310) 일단을 상기 흡기단(210)과 연통시키는 공급유로(220)와, 상기 다수 개의 가스튜브(310) 중 나머지 가스튜브(310) 일단을 외부로 연통시키는 배출유로(230)와, 상기 흡기단(210)으로 유입된 배기가스를 외부로 바이패스시키는 바이패스유로(240)와, 상기 공급유로(220)와 바이패스유로(240) 중 어느 하나의 유로를 선택적으로 폐쇄시키는 제1 플랩(250)을 포함하여 구성된다.
또한 상기 유턴블록(400)은, 상기 다수 개의 가스튜브(310) 중 일부의 가스튜브(310) 타단을 통해 배출된 배기가스가 유입되는 유입단(410)과, 상기 다수 개의 가스튜브(310) 중 나머지 가스튜브(310) 타단을 상기 유입단(410)과 연통시키는 재냉각유로(420)와, 상기 유입단(410)으로 유입된 배기가스를 외부로 방출시키는 방출유로(430)와, 상기 재냉각유로(420)와 방출유로(430) 중 어느 하나의 유로를 선택적으로 폐쇄시키는 제2 플랩(440)을 포함하여 구성된다. 이때 상기 방출유로(430)를 통해 방출되는 배기가스가 상기 흡배기블록(200)으로 곧바로 제공될 수 있도록, 상기 방출유로(430)의 출구단과 상기 배출유로(230)를 연통시키는 별도의 연통관(500)이 구비된다.
한편, 제1 플랩(250)이 공급유로(220)와 바이패스유로(240) 중 어느 하나의 유로를 보다 확실하게 밀폐시킬 수 있도록, 상기 공급유로(220) 중단에는 공급홀(224)이 형성된 공급격벽(222)이 형성되고, 상기 바이패스유로(240) 중단에는 바이패스홀(244)이 형성된 바이패스격벽(242)이 형성되며, 상기 제1 플랩(250)은 회전 방향에 따라 상기 공급홀(224)을 덮거나 상기 바이패스홀(244)을 덮도록 회전 가능한 구조로 상기 흡배기블록(200) 내에 장착된다. 따라서 상기 제1 플랩(250)이 반시계방향으로 최대한 회전하면 도 3에 도시된 바와 같이 바이패스홀(244)을 덮어 바이패스유로(240)를 폐쇄시키고, 상기 제1 플랩(250)이 시계방향으로 최대한 회전하면 도 5에 도시된 바와 같이 공급홀(224)을 덮어 공급유로(220)를 폐쇄시키게 된다.
마찬가지로 상기 제2 플랩(440)이 재냉각유로(420)와 방출유로(430) 중 어느 하나의 유로를 효과적으로 폐쇄시킬 수 있도록, 상기 재냉각유로(420) 중단에는 재냉각홀(424)이 형성된 재냉각격벽(422)이 형성되고, 상기 방출유로(430) 중단에는 방출홀(434)이 형성된 방출격벽(432)이 형성되며, 상기 제2 플랩(440)은 회전 방향에 따라 상기 재냉각홀(424)을 덮거나 상기 방출홀(434)을 덮도록 회전 가능한 구조로 상기 유턴블록(400) 내에 장착된다. 따라서 상기 제2 플랩(440)이 시계방향으로 최대한 회전하면 도 3에 도시된 바와 같이 방출홀(434)을 덮어 방출유로(430)를 폐쇄시키고, 상기 제2 플랩(440)이 반시계방향으로 최대한 회전하면 도 4에 도시된 바와 같이 재냉각홀(424)을 덮어 재냉각유로(420)를 폐쇄시키게 된다.
이와 같이 상기 제1 플랩(250)과 제2 플랩(440)이 각각 어떤 유로를 폐쇄시키는지에 따라 배기가스 냉각모드가 결정되는데, 이하에서는 상기 제1 플랩(250)과 제2 플랩(440)의 작동에 따른 모드 전환에 대하여 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이 제1 플랩(250)이 반시계방향으로 최대한 회전되어 바이패스홀(244)을 덮고 제2 플랩(440)이 시계방향으로 최대한 회전되어 방출홀(434)을 덮고 있는 상태는 배기가스관(100)을 통해 제공된 배기가스를 최대한 냉각시키는 냉각모드이다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 바이패스유로(240)와 방출유로(430)가 폐쇄되어 있는 상태에서 배기가스관(100)을 통해 흡기단(210)으로 배기가스가 제공되면, 상기 배기가스는 공급유로(220)를 따라 흐르게 되는데, 이때 공급유로(220)의 출구는 쿨러(300)에 내장된 다수 개의 가스튜브(310) 중 일부의 가스튜브(310)(본 실시예에서는 상측 3개의 가스튜브(310))와만 연통되어 있으므로, 공급유로(220)를 통해 쿨러(300) 측으로 공급된 배기가스는 상측 3개의 가스튜브(310)를 통과하면서 냉각된 후 유턴블록(400)의 유입단(410)으로 유입된다.
도 3에 도시된 유턴블록(400)은 방출유로(430)는 폐쇄되어 있고 재냉각유로(420)만 개방되어 있으므로, 상기 유입단(410)으로 유입된 배기가스는 재냉각유로(420)를 통해 쿨러(300)로 반송되어 다시 한번 냉각된다. 이때 상기 재냉각유로(420)의 출구는 쿨러(300)에 내장된 다수 개의 가스튜브(310) 중 나머지 가스튜브(310)(본 실시예에서는 하측 5개의 가스튜브(310))와만 연통되어 있으므로, 재냉각유로(420)를 통해 쿨러(300) 측으로 공급된 배기가스는 유턴블록(400)으로 유입되는 배기가스와 간섭되지 아니하게 된다.
또한, 하측 5개의 가스튜브(310)를 지나면서 재차 냉각된 배기가스는 배출유로(230)를 통해 엔진으로 재순환된다. 이때, 배출유로(230)로 유입된 배기가스 중 일부가 연통관(500)을 통해 유턴블록(400) 측으로 유입될 수도 있으나, 상기 연통관(500)과 연통된 방출유로(430)가 제2 플랩(440)에 의해 밀폐되어 있으므로 배기가스가 역류하는 현상은 발생되지 아니하게 된다.
한편, 재냉각유로(420)를 통해 쿨러(300)로 반송된 배기가스는 공급유로(220)를 통해 쿨러(300)로 공급될 때보다 일정 수준 냉각된 상태이므로, 재냉각유로(420)를 통해 쿨러(300)로 반송된 배기가스를 확실하게 냉각시키기 위해서는 가스튜브(310)와의 접촉면적을 증가시킴이 바람직하다. 즉, 재냉각유로(420)의 출구와 연결되어 있는 가스튜브(310)의 개수는 공급유로(220)의 출구와 연결되어 있는 가스튜브(310)의 개수보다 많도록 설정됨이 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이 제1 플랩(250)이 반시계방향으로 최대한 회전되어 바이패스홀(244)을 덮고 제2 플랩(440) 역시 반시계방향으로 최대한 회전되어 재냉각홀(424)을 덮고 있는 상태는 배기가스관(100)을 통해 제공된 배기가스를 일정 수준까지만 냉각시키는 세미냉각모드이다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 바이패스유로(240)와 재냉각유로(420)가 폐쇄되어 있는 상태에서 배기가스관(100)을 통해 흡기단(210)으로 배기가스가 제공되면, 상기 배기가스는 쿨러(300)에 내장된 다수 개의 가스튜브(310) 중 일부의 가스튜브(310)(본 실시예에서는 상측 3개의 가스튜브(310))를 지나면서 일정 수준 냉각된 후, 쿨러(300)로 다시 반송되는 것이 아니라 방출유로(430) 및 연통관(500)을 통해 배출유로(230)로 곧바로 흐르게 된다. 이와 같이 방출유로(430) 및 연통관(500)을 통해 배출유로(230)로 유입된 배기가스는 도 3에 도시된 냉각모드에 비해 높은 온도를 유지한 채로 엔진으로 재순환된다.
따라서 엔진으로부터 배출된 배기가스가 약간만 냉각된 후 엔진으로 재순환되어야 할 필요가 있을 경우, 본 발명에 의한 배기가스 열교환기는 도 4에 도시된 세미냉각모드로 전환되어 상기 배기가스를 일정 수준만 냉각시킬 수 있는바, 상황별 NOx 저감효과를 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 제1 플랩(250)이 시계방향으로 최대한 회전되어 공급홀(224)을 덮고 있는 상태는 배기가스관(100)을 통해 제공된 배기가스를 냉각시키지 아니하고 바이패스시킨 후 엔진으로 재순환시키고자 최대한 냉각시키는 냉각모드이다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이 공급유로(220)가 폐쇄되어 있는 상태에서 배기가스관(100)을 통해 흡기단(210)으로 배기가스가 제공되면, 상기 배기가스는 바이패스유로(240)를 따라 흡배기블록(200) 외부로 바이패스되는바 쿨러(300)에 의한 냉각과정을 전혀 거치지 못하고 엔진으로 재순환된다. 이때, 상기 배기가스는 유턴블록(400) 측으로는 전혀 전달되지 못하므로, 상기 제2 플랩(440)이 어느 유로를 폐쇄시키고 있는지에 상관 없이 상기 배기가스는 바이패스될 수 있다.
이와 같이 엔진의 배기매니폴드로부터 배출된 배기가스가 다시 엔진의 흡기매니폴드로 바이패스되면, 엔진 시동시와 같이 배기가스의 온도가 매우 높지 아니한 경우 HC, CO가 무해 가스로 변환되지 않고 그대로 배출되는 문제를 해결할 수 있는데, 이와 같은 효과는 종래의 배기가스 열교환기를 사용하였을 때에도 동일하게 얻을 수 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 배출유로(230)의 출구나 바이패스유로(240)의 출구를 통해 흡배기블록(200) 외부로 배출되는 배기가스는 별도의 회송관(미도시)을 통해 엔진의 흡기매니폴드로 공급되는데, 이때 하나의 회송관으로도 배출유로(230)의 출구를 통해 배출된 배기가스와 바이패스유로(240)의 출구를 통해 배출된 배기가스를 모두 엔진의 흡기매니폴드로 공급시킬 수 있도록, 상기 배출유로(230)의 출구와 바이패스유로(240)의 출구는 각각 반원 형태의 유로단면적을 갖도록 제작되어 하나의 파이프 형상을 이루도록 설정됨이 바람직하다. 물론, 상기 배출유로(230)의 출구와 상기 바이패스유로(240)의 출구는 직접적으로 연통되지 아니하도록 배출격벽(232)에 의해 구분되어야 할 것이다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 내부공간으로 냉각수가 흐르며, 배기가스가 유동할 수 있는 다수 개의 가스튜브가 내장된 쿨러;
    배기가스 제공을 위한 배기가스관이 연결되는 흡기단과, 상기 다수 개의 가스튜브 중 일부의 가스튜브 일단을 상기 흡기단과 연통시키는 공급유로와, 상기 다수 개의 가스튜브 중 나머지 가스튜브 일단을 외부로 연통시키는 배출유로와, 상기 흡기단으로 유입된 배기가스를 외부로 바이패스시키는 바이패스유로와, 상기 공급유로와 바이패스유로 중 어느 하나의 유로를 선택적으로 폐쇄시키는 제1 플랩을 구비하는 흡배기블록;
    상기 다수 개의 가스튜브 중 일부의 가스튜브 타단을 통해 배출된 배기가스가 유입되는 유입단과, 상기 다수 개의 가스튜브 중 나머지 가스튜브 타단을 상기 유입단과 연통시키는 재냉각유로와, 상기 유입단으로 유입된 배기가스를 외부로 방출시키는 방출유로와, 상기 재냉각유로와 방출유로 중 어느 하나의 유로를 선택적으로 폐쇄시키는 제2 플랩을 구비하는 유턴블록; 및
    상기 방출유로를 통해 방출되는 배기가스를 상기 배출유로로 안내하는 연통관;
    을 포함하되,
    상기 공급유로 중단에는 공급홀이 형성된 공급격벽이 형성되고, 상기 바이패스유로 중단에는 바이패스홀이 형성된 바이패스격벽이 형성되며, 상기 제1 플랩은 회전 가능한 구조로 상기 흡배기블록 내에 장착되어 회전 방향에 따라 상기 공급홀을 덮거나 상기 바이패스홀을 덮도록 동작되고,
    상기 재냉각유로 중단에는 재냉각홀이 형성된 재냉각격벽이 형성되고, 상기 방출유로 중단에는 방출홀이 형성된 방출격벽이 형성되며, 상기 제2 플랩은 회전 가능한 구조로 상기 유턴블록 내에 장착되어 회전 방향에 따라 상기 재냉각홀을 덮거나 상기 방출홀을 덮도록 동작되며,
    상기 배출유로의 출구와 상기 바이패스유로의 출구는, 배출격벽에 의해 구분된 하나의 파이프 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 재냉각유로의 출구와 연결되어 있는 가스튜브의 개수는 상기 공급유로의 출구와 연결되어 있는 가스튜브의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 배기가스 열교환기.
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