WO2018124428A2 - 이지알 쿨러용 웨이브핀 - Google Patents

이지알 쿨러용 웨이브핀 Download PDF

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WO2018124428A2
WO2018124428A2 PCT/KR2017/010636 KR2017010636W WO2018124428A2 WO 2018124428 A2 WO2018124428 A2 WO 2018124428A2 KR 2017010636 W KR2017010636 W KR 2017010636W WO 2018124428 A2 WO2018124428 A2 WO 2018124428A2
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조형근
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주식회사 코렌스
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/28—Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/32—Liquid-cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a wave fin mounted in a gas tube of an EG cooler, and more particularly, to a wave fin for an EG cooler configured to prevent a phenomenon in which thermal stress is concentrated on a part.
  • Exhaust Gas Recirculation is a system in which a part of the exhaust gas is recycled back to the intake system to increase the concentration of CO 2 in the intake air, thereby lowering the temperature of the combustion chamber and thereby reducing the NOx.
  • the mechanism of NOx generation in detail, consists of about 79% nitrogen, 21% oxygen and other trace elements.
  • nitrogen and oxygen do not react with each other, but at high temperature (above about 1450 ° C), they react with each other to form nitrogen oxides (thermal NOx).
  • thermal NOx nitrogen oxides
  • diesel engines generate combustion by compression ignition method, and the compression ratio is getting higher due to the development of the material of the cylinder, thereby increasing the temperature of the combustion chamber.
  • Increasing the combustion chamber temperature increases the efficiency of the thermodynamic engine, but a large amount of nitrogen oxides are generated due to the high temperature.
  • These nitrogen oxides are the main harmful substances that destroy the global environment, causing acid rain, optical smog, respiratory disorders, and the like.
  • the principle of NOx reduction by EZR is to lower the maximum temperature of the combustion chamber by recirculating inert gas (steam, carbon dioxide, etc.), second, to prevent the atmosphere of nitrogen oxide formation by lean combustion, and To reduce the ignition delay and lower the local maximum temperature and pressure in the combustion chamber.
  • inert gas steam, carbon dioxide, etc.
  • EGR the NOx reduction mechanism by EGR has been reported that the reduction of the oxygen concentration is the root cause and the study that the flame temperature decrease is the cause. At this time, no conclusion about which is right is given, but the contribution of NOx reduction in oxygen concentration and flame temperature has recently been reported to be at the same level.
  • EZR is equipped with EZR cooler, which reduces NOx without increasing fuel economy and PM due to stricter diesel emission control, and installs a cooler (cooler) using coolant from the engine. It is a device that can be obtained.
  • the EZR cooler should be cooled to 700 °C to 200 °C, so it must be heat-resistant and must be compactly designed to be installed inside the car. Should be minimized, and condensation is generated from exhaust gas during heat exchange and sulfuric acid is included in the condensate because it is susceptible to corrosion. Since particulate matter (PM) of the exhaust gas can block the inside of the passage, countermeasure against fouling is required.
  • PM particulate matter
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional EG cooler
  • Figure 2 is a perspective view of a wave fin included in a conventional EZ cooler.
  • an EZR cooler may cover a body cell 10 through which coolant flows in and out, a plurality of gas tubes 20 installed in the body cell 10, through which exhaust gas flows, and ends of the body cell 10.
  • the burring plate 30 is provided.
  • the gas tube 20 is installed with a fin structure, that is, a wave fin 40 that can improve the heat exchange efficiency of the fluid by inducing turbulence of the fluid.
  • the wave fin 40 has a structure in which the vertical portion 41 and the horizontal portion 42 are connected in a zigzag pattern, and have a sinusoidal shape having a predetermined pitch including a hill shape or a valley shape in the longitudinal direction.
  • the exhaust gas flowing through the wave fins 40 causes turbulence by the sinusoidal shape of the wave fins 40 having a constant pitch, thereby contributing to increasing the heat exchange efficiency of the EG cooler.
  • the wave fin 40 Since the wave fin 40 is in direct contact with the exhaust gas at a high temperature, thermal expansion occurs, and since the wave fin 40 is curved in a sinusoidal shape in the longitudinal direction, some thermal expansion is possible, which may cause damage due to thermal stress concentration. Not big
  • the wave fin 40 has no curved portion in the height direction (up and down direction in FIG. 2), a stress due to thermal expansion, that is, a thermal stress is largely generated and may be easily broken.
  • the exhaust gas flowing into the gas tube 20 does not flow evenly over the entire inner space of the gas tube 20, but may be concentrated to any one side of the gas tube 20.
  • Conventional wave fin 40 is to isolate the inner space of the gas tube 20 to a plurality of bars, even in one gas tube 20 is generated a temperature difference for each part, thereby reducing the exhaust gas cooling efficiency is a problem have.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, and when heated to a high temperature it can be thermally expanded to a certain level in the height direction to reduce the occurrence of thermal stress, the exhaust gas introduced into the gas tube of the gas tube
  • An object of the present invention is to provide a wave fin for an EG cooler that can flow in the width direction to maximize the exhaust gas cooling efficiency.
  • the wave fin for easy cooler according to the present invention for achieving the above object is formed in a curved shape in which the vertical portion and the horizontal portion are alternately connected but the planar shape to form a wave pattern, in the gas tube of the easy cooler And at least one notch is formed at the longitudinal end of the vertical portion.
  • One or more through holes are formed in the vertical portion.
  • the notch is formed in a semi-circular shape
  • the through hole is formed in a circular shape having a diameter of the same size as the notch
  • the center point of the notch and the center point of the through hole is located at a half point of the height of the vertical portion.
  • the diameter of the notch and the through hole is 1/4 to 1/2 of the height of the vertical portion, and the separation distance between the center point of the notch and the center point of the through hole is set to two to three times the diameter of the through hole.
  • the notch is formed in a slit shape extending in the longitudinal direction of the vertical portion, and the through hole is formed in a slot shape extending in the longitudinal direction of the vertical portion.
  • the vertical portion is formed with one or more concave lines extending in the longitudinal direction of the vertical portion.
  • the wave fin for easy cooler according to the present invention can be expanded not only to a certain level in the longitudinal direction when it is heated to a high temperature, but also to a certain level of thermal expansion in the height direction, so that thermal stress is not largely generated.
  • Exhaust gas can flow in the width direction of the gas tube has the advantage that can maximize the exhaust gas cooling efficiency.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional RG cooler.
  • FIG. 2 is a perspective view of a wave fin included in a conventional EZ cooler.
  • FIG 3 is a partial perspective view of a wave fin for EZ cooler according to the present invention.
  • FIG. 4 to 6 is a partial perspective view, a use state diagram, and a side view of a second embodiment of the fin fin for easy cooler according to the present invention.
  • FIG. 7 is a partial perspective view of a third embodiment of the fin fin for easy cooler according to the present invention.
  • FIG 8 is a partial perspective view of a fourth embodiment of the fin fin for easy cooler according to the present invention.
  • FIG 3 is a partial perspective view of a wave fin for EZ cooler according to the present invention.
  • the wave fin 100 for the EG cooler according to the present invention is mounted in the gas tube of the EG cooler to evenly disperse heat of the exhaust gas and generate turbulence in the exhaust gas to increase the heat exchange rate.
  • the biggest feature is that the heat stress is configured so that it does not generate much when heat is applied.
  • the wave fin 100 for the EG cooler according to the present invention as in the conventional wave fin 40 shown in Figs. 1 and 2, the vertical portion 110 and the horizontal portion 120 are alternately connected to the plane
  • the shape is formed in a curved shape to form a wave pattern, there is a configuration feature in that at least one notch 112 is formed at the longitudinal end of the vertical portion (110).
  • the basic structure of the EG cooler wave fin 100 in which the vertical portion 110 and the horizontal portion 120 are alternately arranged to have a lateral top surface of a zigzag pattern has a conventional EG cooler wave fin 40. Since the same, detailed description thereof will be omitted.
  • the thermal expansion rate in the height direction (up and down direction in FIG. 3) does not become excessively large, that is, the thermal stress is not largely generated.
  • the notch 112 may be formed in any shape as long as it can increase the longitudinal end area of the vertical part 110. However, the notch 112 may be formed in a corner portion when the notch 112 is formed in a 'V' groove or a square groove shape. As the stress may be concentrated and cracks may be generated, the notch 112 may be formed in a semi-circular shape as shown in this embodiment. In addition, the notch 112 may be applied to any kind of streamlined groove if it does not have an edge to prevent stress concentration. However, in order to increase the longitudinal end area of the vertical portion 110 to the maximum, it should be formed in a semi-circular shape as shown in this embodiment.
  • FIG. 4 to 6 is a partial perspective view, a state of use, and a side view of a second embodiment of the wave fin 100 for easy cooler according to the present invention.
  • the wave fin 100 for the EG cooler installed in the gas tube is heated at the highest end of the vertical part 110 (the left end in this embodiment) of the side into which the exhaust gas flows.
  • the notch 112 for preventing the thermal stress concentration should be formed at the end of the side in which the exhaust gas flows in the vertical portion 110.
  • the vertical portion 110 is thermally expanded as a whole. It may be formed over the vertical portion 110 as well as the longitudinal end of the).
  • the wave fin 100 for the EG cooler according to the present invention is one in the vertical portion 110, as shown in Figure 4 to prevent the phenomenon that the thermal stress occurs in the interruption of the vertical portion (110)
  • the through hole 114 may be formed. As such, when the through hole 114 is formed at the interruption of the vertical part 110, when the vertical part 110 is heated, thermal stress due to thermal expansion is evenly distributed over the entire edge of the through hole 114. There is an advantage that it is possible to prevent the phenomenon that the thermal stress is concentrated in the vertical portion (110).
  • the through hole 114 may be formed in a circular shape so as not to generate a portion where the thermal stress is concentrated, like the notch 112.
  • the through hole 114 has a diameter of the same size as the notch 112 so that the thermal stress dispersion effect in the portion where the notch 112 is formed and the portion where the through hole 114 is formed can be implemented as similarly as possible. It is preferable that it is formed in a circular shape with.
  • the center point of the notch 112 and the center point of the through hole 114 is preferably located at a half point of the height of the vertical portion 110. Do. In addition, if the notch 112 and the through hole 114 are too small, thermal stress dispersion efficiency is lowered. If the notch 112 and the through hole 114 are too large, the structural strength of the vertical portion 110 is excessively degraded. Since it may be generated, the diameter of the notch 112 and the through hole 114 is preferably set to 1/4 to 1/2 of the height of the vertical portion 110.
  • the separation distance between the center point of the notch 112 and the center point of the through hole 114 is preferably set to two to three times the diameter of the through hole 114.
  • the through hole 114 is formed in the vertical portion 110 as shown in FIG. 4, as illustrated in FIG. 5, the exhaust gas flowing between the two vertical water flows laterally through the through hole 114. Since it can also flow, there is an advantage that the temperature of each part of the gas tube is uniform, that is, the heat exchange efficiency between the exhaust gas and the cooling water is increased.
  • FIG 5 illustrates only a case in which one through hole 114 is formed in each vertical part 110, but a plurality of through holes 114 may be formed in one vertical part 110.
  • Figure 7 is a partial perspective view of a third embodiment of the wave fin 100 for EZ cooler according to the present invention.
  • the through hole 114 when the through hole 114 is formed along the longitudinal center axis line of the vertical part 110, thermal stress is applied to the interruption of the vertical part 110 where the through hole 114 is formed. Although not greatly generated, there is a fear that the thermal stress is relatively generated in the upper side and the lower side of the vertical portion 110 in which the through hole 114 is not formed. Therefore, the through hole 114 is preferably provided on the upper side and the lower side of the vertical portion 110 so that the thermal stress is not largely generated on the upper side and the lower side of the vertical portion 110.
  • the through holes 114 are formed in a circular shape as illustrated in FIGS. 4 and 5, a problem arises in that a plurality of through holes 114 cannot be arranged up and down in one vertical part 110. Similarly, the notches 112 may not be arranged in plural in one vertical part 110.
  • the notch 112 is formed in a slit shape extending in the longitudinal direction of the vertical part 110, and the through hole ( 114 may be formed in a slot shape extending in the longitudinal direction of the vertical portion (110).
  • the plurality of notches 112 and the through holes 114 may be arranged in one vertical part 110 in the vertical direction. It is possible to obtain the effect that the magnitude of the thermal stress formed in each portion of the vertical portion 110 becomes more uniform. At this time, when a right angled corner portion is formed in the slit and the slot, the stress may be concentrated in the corner portion, and the edge portions of the slit and the slot are preferably rounded.
  • the notches 112 and the through holes 114 are arranged in a line along the longitudinal direction of the vertical portion 110, the longitudinal end of the notch 112 and the longitudinal end of the through hole 114 are very adjacent to each other. Therefore, there is a fear that cracks may occur between the longitudinal end of the notch 112 and the longitudinal end of the through hole 114. Therefore, the notches 112 and the through holes 114 are preferably arranged in a zigzag pattern to be staggered with each other as shown in FIG. 7.
  • FIG 8 is a partial perspective view of a fourth embodiment of the fin fin for easy cooler 100 according to the present invention.
  • Wave fin 100 for easy cooler according to the present invention may be configured so that the longitudinal expansion coefficient can be improved without forming the through hole 114.
  • the vertical portion 110 of the wave fin 100 for easy cooler one extending in the longitudinal direction (horizontal direction in this embodiment) of the vertical portion 110 as shown in FIG.
  • the concave line 116 may be formed.
  • the vertical part 110 is vertically up and down when heat of exhaust gas is applied. The thermal expansion evenly in the direction, no heat stress concentration occurs.
  • the depth or number of the concave lines 116 may be variously changed according to various conditions such as the size and material of the wave cooler 100 for easy cooler according to the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

Abstract

본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀은, 수직부와 수평부가 교번으로 연결되되 평면형상이 물결패턴을 이루도록 만곡된 형상으로 형성되어, 이지알 쿨러의 가스튜브 내에 장착되며, 상기 수직부의 길이방향 끝단에 하나 이상의 노치가 형성된다. 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀은, 고온으로 가열되었을 때 길이방향으로 일정 수준 팽창될 수 있을 뿐만 아니라 높이방향으로도 일정 수준 열팽창될 수 있어 열응력이 크게 발생되지 아니하고, 가스튜브 내부로 배기가스가 가스튜브의 폭방향으로 흐를 수 있어 배기가스 냉각효율을 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

이지알 쿨러용 웨이브핀
본 발명은 이지알 쿨러의 가스튜브 내에 장착되는 웨이브핀에 관한 것으로, 더 상세하게는 열응력이 일부에 집중되는 현상을 방지할 수 있도록 구성되는 이지알 쿨러용 웨이브핀에 관한 것이다.
일반적으로 이지알(EGR: Exhaust Gas Recirculation)은 배기가스의 일부를 다시 흡기계로 재순환시켜 흡입공기 중의 CO2 농도를 증대시켜 연소실의 온도를 저하시키고 이에 의해 NOx를 저감시키는 시스템이다.
한편, NOx 발생 메커니즘을 구체적으로 살펴보면, 공기는 약 79%의 질소와 21%의 산소 및 기타 미량의 원소로 구성되어 있다. 상온에서 질소와 산소는 서로 반응을 일으키지 않지만 고온(약 1450℃이상)에서는 서로 반응을 하여 질소산화물(thermal NOx)이 된다. 특히 디젤엔진은 압축착화방식으로 연소를 일으키며 실린더의 재질 발달로 인해 압축비가 점점 더 높아져 연소실의 온도가 높아지고 있다. 연소실 온도의 상승은 열역학적 엔진 효율을 증대시키지만, 고온으로 인한 질소산화물이 다량 발생을 하고 있다. 이러한 질소산화물은 지구환경을 파괴하는 주요 유해물질로써, 산성비, 광학스모그, 호흡기 장애 등을 일으킨다.
이지알에 의한 NOx 저감 원리는 첫째 불활성가스(수증기, 이산화탄소 등) 재순환에 의해 연소실 최고온도를 낮추는 것이며, 둘째 희박연소에 의해 질소산화물 생성분위기를 방지하는 것이며, 세째 고비열 냉각 불활성 가스 투입으로 인한 점화진각 지연 및 연소실 국부 최고온도 및 압력을 낮추는 것이다. 한편, 디젤기관에서 이지알(EGR)에 의한 NOx 저감 메커니즘은 가솔린과는 달리 산소농도 저감이 근본적인 원인이라는 연구와 이에 반론하여 화염온도 감소가 원인이라는 연구가 보고되었다. 현재로서는 어느 것이 옳은지에 대한 결론은 제시되지 않은 상태이지만, 산소농도와 화염온도의 NOx 저감 기여도는 동일한 수준인 것으로 최근 보고되고 있다.
이지알 쿨러가 설치된 이지알은 디젤엔진의 배기규제가 엄격해지면서 연비와 PM의 증가없이 NOx를 저감시키는 방법으로 엔진의 냉각수를 이용한 냉각기(쿨러)를 설치함으로서 비교적 적은 투자로서 NOx저감에 큰 효과를 얻을 수 있는 장치이다.
이 경우에 이지알 쿨러는 700℃ 정도의 배기가스 온도를 150℃~200℃까지 냉각시켜야 하므로 내열성 재질이어야 하며, 자동차 내부에 설치되기 위해 콤팩트하게 설계되어야 하며, 적절한 EGR량을 공급하기 위해 압력강하가 최소화되어야 하며, 열교환 중 배기가스로부터 응축이 발생하며 연료의 황성분 때문에 응축수에 황산이 포함되어 부식을 일으키기 쉬우므로 방식성 재료이어야 하며, 배기가스의 맥동영향으로 기계적 부하가 작용하므로 일정의 기계적 강도가 있어야 하며, 배기가스의 입자상물질(PM) 등이 통로 내부를 막을 수 있어 파울링(fouling)에 대한 대책이 요구된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 이지알 쿨러에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 이지알 쿨러의 분해사시도이고, 도 2는 종래의 이지알 쿨러에 포함되는 웨이브핀의 사시도이다.
일반적으로 이지알 쿨러는, 냉각수가 유출입되는 바디셀(10)과, 상기 바디셀(10) 내에 설치되어 배기가스가 흐르는 다수의 가스튜브(20)와, 상기 바디셀(10)의 끝단을 덮는 버링플레이트(30)를 구비한다. 이때, 상기 가스튜브(20) 내에는 유체의 난류화를 유도함으로써 유체의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 핀 구조체, 즉, 웨이브핀(40)이 설치된다.
상기 웨이브핀(40)은 수직부(41)와 수평부(42)가 지그재그 패턴으로 연결된 구조를 가지며, 길이방향으로는 산 형태 또는 골 형태를 포함하는 일정 피치의 사인 곡선 형태를 갖는다. 웨이브핀(40)을 타고 흐르는 배기가스는 일정 피치를 갖는 웨이브핀(40)의 사인 곡선 형태 의해 난류를 일으키고, 이에 의해, 이지알 쿨러의 열교환 효율을 높이는 데 기여를 한다.
상기 웨이브핀(40)은 고온의 배기가스와 직접 접촉되므로 열팽창이 발생되는데, 길이방향으로는 사인 곡선 형태로 만곡되어 있으므로 어느 정도의 열팽창이 가능해지고, 이에 따라 열응력 집중에 의한 파손의 우려가 크지 아니하다.
그러나 상기 웨이브핀(40)은 높이방향(도 2에서는 상하방향)으로는 만곡된 부분이 없어 열팽창에 의한 응력 즉, 열응력이 크게 발생되어 쉽게 파손될 수 있다는 단점이 있다.
또한, 가스튜브(20) 내부로 유입되는 배기가스는 가스튜브(20)의 내부공간 전체에 걸쳐 고르게 유입되는 것이 아니라, 상기 가스튜브(20) 중 어느 일측에 집중적으로 유입되는 현상이 발생될 수 있다. 종래의 웨이브핀(40)은 가스튜브(20)의 내부공간을 다수 개로 격리시키는바, 하나의 가스튜브(20) 내에서도 부위별 온도차가 발생되고, 이에 따라 배기가스 냉각효율이 떨어질 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고온으로 가열되었을 때 높이방향으로 일정 수준 열팽창될 수 있어 열응력 발생을 감소시킬 수 있고, 가스튜브 내부로 유입된 배기가스가 가스튜브의 폭방향으로 흐를 수 있어 배기가스 냉각효율을 극대화시킬 수 있는 이지알 쿨러용 웨이브핀을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀은, 수직부와 수평부가 교번으로 연결되되 평면형상이 물결패턴을 이루도록 만곡된 형상으로 형성되어, 이지알 쿨러의 가스튜브 내에 장착되며, 상기 수직부의 길이방향 끝단에 하나 이상의 노치가 형성된다.
상기 수직부에는 하나 이상의 관통공이 형성된다.
상기 노치는 반원 형상으로 형성되고, 상기 관통공은 상기 노치와 동일한 크기의 지름을 갖는 원형으로 형성되며, 상기 노치의 중심점과 상기 관통공의 중심점은 상기 수직부 높이의 1/2 지점에 위치한다.
상기 노치와 상기 관통공의 지름은, 상기 수직부 높이의 1/4 내지 1/2이고, 상기 노치의 중심점과 상기 관통공의 중심점 간의 이격거리는 상기 관통공 지름의 2배 내지 3배로 설정된다.
상기 노치는 상기 수직부의 길이방향으로 연장되는 슬릿 형상으로 형성되고, 상기 관통공은 상기 수직부의 길이방향으로 연장되는 슬롯 형상으로 형성된다.
상기 수직부에는, 상기 수직부의 길이방향으로 연장된 하나 이상의 오목라인이 형성된다.
본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀은, 고온으로 가열되었을 때 길이방향으로 일정 수준 팽창될 수 있을 뿐만 아니라 높이방향으로도 일정 수준 열팽창될 수 있어 열응력이 크게 발생되지 아니하고, 가스튜브 내부로 배기가스가 가스튜브의 폭방향으로 흐를 수 있어 배기가스 냉각효율을 극대화시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 이지알 쿨러의 분해사시도이다.
도 2는 종래의 이지알 쿨러에 포함되는 웨이브핀의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀의 부분사시도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀 제2 실시예의 부분사시도, 사용상태도, 측면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀 제3 실시예의 부분사시도이다.
도 8은 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀 제4 실시예의 부분사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀의 부분사시도이다.
본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀(100)은 이지알 쿨러의 가스튜브 내에 장착되어 배기가스의 열을 고르게 분산시킴과 동시에 배기가스에 난류를 발생시켜 열교환율을 높이기 위한 것으로서, 배기가스의 열이 인가되었을 때 열응력이 크게 발생되지 아니하도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 종래의 웨이브핀(40)과 마찬가지로 수직부(110)와 수평부(120)가 교번으로 연결되되 평면형상이 물결패턴을 이루도록 만곡된 형상으로 형성되며, 상기 수직부(110)의 길이방향 끝단에 하나 이상의 노치(112)가 형성된다는 점에 구성상의 특징이 있다. 이때, 지그재그 패턴의 횡상면을 갖도록 수직부(110)와 수평부(120)가 교번으로 배열되는 이지알 쿨러용 웨이브핀(100)의 기본 구조는 종래의 이지알 쿨러용 웨이브핀(40)과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 언급한 바와 같이 수직부(110)의 길이방향 끝단에 노치(112)가 형성되면 상기 수직부(110)의 길이방향 끝단 면적이 증가하게 되는바, 상기 웨이브핀(100)에 고온의 열이 인가되었을 때 높이방향(도 3에서는 상하방향)으로의 열팽창율이 과도하게 커지지 아니한다는 장점 즉, 열응력이 크게 발생되지 아니한다는 장점이 있다.
상기 노치(112)는 수직부(110)의 길이방향 끝단 면적을 증가시킬 수 있다면 어떠한 형상으로도 형성될 수 있으나, 상기 노치(112)가 'V'홈이나 사각홈 형상으로 형성되면 모서리 부위에 응력이 집중되어 크랙이 발생될 수 있는바, 상기 노치(112)는 본 실시예에 도시된 바와 같이 반원 형상으로 형성됨이 바람직하다. 또한, 상기 노치(112)는 응력 집중을 방지할 수 있도록 모서리를 갖지 아니한다면 어떠한 종류의 유선형 홈으로 적용될 수도 있다. 그러나 상기 수직부(110)의 길이방향 끝단 면적을 최대한 증대시키기 위해서는 본 실시예에 도시된 바와 같이 반원 형상으로 형성되어야 할 것이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀(100) 제2 실시예의 부분사시도, 사용상태도, 측면도이다.
일반적으로 가스튜브 내에 설치되는 이지알 쿨러용 웨이브핀(100)은, 수직부(110) 중 배기가스가 유입되는 측의 끝단(본 실시예에서는 좌측단)이 가장 높은 온도로 가열되는바, 상기 언급한 바와 같이 열응력 집중을 방지하기 위한 노치(112)는 수직부(110) 중 배기가스가 유입되는 측의 끝단에 형성되어야 할 것이다.
그러나 가스튜브 내로 유입되는 배기가스의 온도가 매우 높은 경우에는 상기 수직부(110)의 길이방향 끝단만이 열팽창되는 것이 아니라 상기 수직부(110)가 전체적으로 열팽창되는바, 열응력이 수직부(110)의 길이방향 끝단뿐만 아니라 수직부(110) 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀(100)은 수직부(110)의 중단에 열응력이 발생되는 현상을 방지할 수 있도록, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 수직부(110)에는 하나 이상의 관통공(114)이 형성될 수 있다. 이와 같이 수직부(110)의 중단에 관통공(114)이 형성되면 상기 수직부(110)가 가열되었을 때 열팽창에 의한 열응력이 관통공(114)의 가장자리 전체에 걸쳐 고르게 분산되는바, 상기 수직부(110)에 열응력이 집중되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
이때, 상기 관통공(114)은 노치(112)와 마찬가지로 열응력이 집중되는 부위가 발생되지 아니하도록 원형으로 형성될 수 있다. 또한, 노치(112)가 형성된 부위와 관통공(114)이 형성된 부위에서의 열응력 분산효과가 최대한 유사하게 구현될 수 있도록, 상기 관통공(114)은 상기 노치(112)와 동일한 크기의 지름을 갖는 원형으로 형성됨이 바람직하다.
또한 상기 노치(112)와 관통공(114)이 수직부(110)의 상측이나 하측에 치우쳐 형성되면, 상기 수직부(110)의 상단측에 발생되는 열응력의 크기와 수직부(110)의 하단측에 발생되는 열응력의 크기에 차이가 있을 수 있으므로, 상기 노치(112)의 중심점과 상기 관통공(114)의 중심점은 상기 수직부(110) 높이의 1/2 지점에 위치함이 바람직하다. 또한 상기 노치(112)와 관통공(114)이 너무 작으면 열응력 분산효율이 떨어지고, 노치(112)와 관통공(114)이 너무 크면 수직부(110)의 구조적 강도가 과도하게 떨어지는 문제가 발생될 수 있으므로, 상기 노치(112)와 상기 관통공(114)의 지름은 상기 수직부(110) 높이의 1/4 내지 1/2로 설정됨이 바람직하다.
한편, 수직부(110) 중단의 열응력 분산효율을 높이기 위해서는 관통공(114) 개수를 증가시킴이 유리한데, 상기 관통공(114)의 개수가 너무 많아지면 즉, 노치(112)와 관통공(114) 간의 거리가 너무 가까우면 노치(112)와 관통공(114) 사이에 크랙이 발생될 우려가 있다. 따라서 상기 노치(112)의 중심점과 상기 관통공(114)의 중심점 간의 이격거리는 상기 관통공(114) 지름의 2배 내지 3배로 설정됨이 바람직하다.
한편, 도 3에 도시된 실시예와 같이 상기 수직부(110)에 관통공(114)이 형성되지 아니하면 가스튜브 내로 유입된 배기가스가 수직부(110)를 가로지르는 방향으로는 흐르지 못하므로, 가스튜브의 어느 일측으로 배기가스 공급량이 집중되었을 때 가스튜브의 각 부위별 온도가 상이하게 되고, 이에 따라 열교환 효율이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.
그러나 도 4에 도시된 바와 같이 수직부(110)에 관통공(114)이 형성되면, 도 5에 도시된 바와 같이 두 개의 수직수 사이를 흐르던 배기가스가 관통공(114)을 통해 횡방향으로도 흐를 수 있으므로, 가스튜브의 각 부위별 온도가 균일해진다는 장점 즉, 배기가스와 냉각수 간의 열교환 효율이 높아진다는 장점이 있다.
이때, 도 5에는 각각의 수직부(110)에 관통공(114)이 하나씩 형성된 경우만을 도시하고 있으나, 상기 관통공(114)은 하나의 수직부(110)에 복수 개 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀(100) 제3 실시예의 부분사시도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 실시예와 같이 관통공(114)이 수직부(110)의 길이방향 중심축 선상에 형성되면, 관통공(114)이 형성된 수직부(110)의 중단에는 열응력이 크게 발생되지 아니하지만, 관통공(114)이 형성되지 아니한 수직부(110)의 상측 및 하측에는 상대적으로 열응력이 크게 발생될 우려가 있다. 따라서 수직부(110)의 상측과 하측에도 열응력이 크게 발생되지 아니하도록 하기 위해서는 상기 관통공(114)이 수직부(110)의 상측과 하측에도 구비됨이 바람직하다.
그러나 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 관통공(114)이 원형으로 형성되면, 하나의 수직부(110)에 복수 개의 관통공(114)을 상하로 배열시킬 수 없다는 문제가 발생된다. 마찬가지로, 상기 노치(112) 역시 하나의 수직부(110)에 복수개 배열될 수 없다.
본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀(100)은 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 상기 노치(112)는 상기 수직부(110)의 길이방향으로 연장되는 슬릿 형상으로 형성되고, 상기 관통공(114)은 상기 수직부(110)의 길이방향으로 연장되는 슬롯 형상으로 형성될 수 있다.
이와 같이 노치(112)와 관통공(114)이 각각 슬릿과 슬롯 형상으로 형성되면, 하나의 수직부(110)에 노치(112)와 관통공(114)을 상하로 다수 개 배열할 수 있으므로, 수직부(110)의 각 부위에 형성되는 열응력의 크기가 보다 균일해진다는 효과를 얻을 수 있다. 이때, 상기 슬릿과 슬롯에 직각 모서리부가 형성되면 모서리부에 응력이 집중될 수 있는바, 상기 슬릿과 슬롯의 모서리 부위는 둥글게 형성됨이 바람직하다.
한편, 노치(112)와 관통공(114)이 수직부(110)의 길이방향을 따라 일렬로 배열되면 상기 노치(112)의 길이방향 끝단과 관통공(114)의 길이방향 끝단이 매우 인접해지므로, 노치(112)의 길이방향 끝단과 관통공(114)의 길이방향 끝단 사이에 크랙이 발생될 우려가 있다. 따라서 상기 노치(112)와 관통공(114)은 도 7에 도시된 바와 같이 서로 엇갈리도록 지그재그 패턴으로 배열됨이 바람직하다.
도 8은 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀(100) 제4 실시예의 부분사시도이다.
본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀(100)은, 관통공(114)을 형성하지 아니하고서도 길이방향 열팽창률이 향상될 수 있도록, 구성될 수도 있다.
즉, 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀(100)의 수직부(110)에는, 도 8에 도시된 바와 같이 수직부(110)의 길이방향(본 실시예에서는 수평방향)으로 연장된 하나 이상의 오목라인(116)이 형성될 수 있다. 이와 같이 수직부(110)에 다수 개의 오목라인(116)이 형성되어 상기 수직부(110)의 횡단면이 물결파 형상으로 이루어지면, 배기가스의 열이 인가되었을 때 상기 수직부(110)가 상하방향으로 고르게 열팽창되는바, 열응력 집중이 발생되지 아니하게 된다.
또한, 상기 수직부(110)에 다수 개의 오목라인(116)이 형성되면 상기 수직부(110)를 따라 흐르는 배기가스에 난류가 더욱 활발하게 발생되므로, 열교환 효율이 증대되는 효과도 기대할 수 있다.
상기 오목라인(116)의 깊이나 개수는 본 발명에 의한 이지알 쿨러용 웨이브핀(100)의 규격 및 재질 등 여러가지 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
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 (1)

  1. 수직부와 수평부가 교번으로 연결되되 평면형상이 물결패턴을 이루도록 만곡된 형상으로 형성되어, 이지알 쿨러의 가스튜브 내에 장착되며,
    상기 수직부의 길이방향 끝단에는 반원 형상의 노치가 형성되고, 상기 수직부에는 상기 노치와 동일한 크기의 지름을 갖는 원형의 관통공이 하나 이상 형성되며,
    상기 노치의 중심점과 상기 관통공의 중심점은 상기 수직부 높이의 1/2 지점에 위치하고, 상기 노치와 상기 관통공의 지름은 상기 수직부 높이의 1/4 내지 1/2이며, 상기 노치의 중심점과 상기 관통공의 중심점 간의 이격거리는 상기 관통공 지름의 2배 내지 3배이고,
    상기 수직부에는, 상기 수직부의 길이방향으로 연장된 하나 이상의 오목라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러용 웨이브핀.
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