KR100823654B1 - 이지알 쿨러 - Google Patents

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KR100823654B1
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coolant
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김태진
조용국
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주식회사 코렌스
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Abstract

본 발명은 엔진의 배기매니폴드에서 흡기매니폴드 쪽으로 배기가스를 공급하는 배기가스 재순환시스템(EGR: Exhaust Gas Recirculation, 이하 '이지알' 이라 함)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이지알 내로 유입되는 배기가스를 냉각수에 의해 냉각하는 이지알 쿨러에 관한 것이다.
본 발명은 배기가스가 통과하는 다수의 튜브, 상기 튜브 사이에 냉각수가 통과하는 냉각수 통로, 상기 냉각수 통로와 소통하는 냉각수 유입관 및 냉각수 유출관을 구비한 이지알 쿨러에 있어서, 상기 튜브는 배기가스 유입영역과 배기가스 유출영역으로 구획되고, 상기 튜브의 일단에는 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구를 가진 플랜지가 배치되며, 상기 튜브의 타단에는 마감캡이 설치되고, 상기 플랜지의 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구는 구획바에 의해 비등분으로 구획되며, 상기 배기가스 유입구의 면적은 상기 배기가스 유출구의 면적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
이지알, 쿨러, 유입, 유출, 배기가스, 구획바, 비등분

Description

이지알 쿨러{EXHAUST GAS RECIRCULATION COOLER}
본 발명은 엔진의 배기매니폴드에서 흡기매니폴드 쪽으로 배기가스를 공급하는 배기가스 재순환시스템(EGR: Exhaust Gas Recirculation, 이하 '이지알' 이라 함)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이지알 내로 유입되는 배기가스를 냉각수에 의해 냉각하는 이지알 쿨러에 관한 것이다.
일반적으로 이지알(EGR: Exhaust Gas Recirculation)은 배기가스의 일부를 다시 흡기계로 재순환시켜 흡입공기중의 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 질소산 화물이 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, 배기가 스의 입자상물질(PM) 등이 통로 내부를 막을 수 있어 파울링(fouling)에 대한 대책이 요구된다.
이와 같은 이지알(1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 배기매니폴드(3)를 통하여 배기되는 배기 가스의 일부를 흡기매니폴드(2)로 재순환시켜 NOx의 발생을 저감시키도록 한 것으로, 이러한 배기가스의 재순환 경로 도중에는 이지알 쿨러(4)가 설치되고, 도 1에 예시된 이지알 쿨러(4)는 배기가스를 냉각된 상태로 공급할 수 있도록 셀앤튜브(shell & tube)형 열교환기가 적용되며, 도 1의 이지알 쿨러(4)는 배기가스가 한방향으로만 통과하는 1-패스형 직선튜브(straight-tube, 1-패스)의 열교환기가 적용된다. 그리고, 셀 유체로서 엔진(10)의 냉각수가 사용되고, 냉각수는 냉각수 유입관(7in)에서 유입되어 냉각수 유출관(7out)로 유출되며, 튜브 유체로 배기가스가 사용되고, 배기가스는 배기매니폴드(3)에서 연장된 우측 관로(6in)를 통해 유입되고, 흡기매니폴드(2)로 연장되는 좌측 관로(6out)로 유출된다. 도면중 미설명 부호 11은 연소실을 도시한 것이다.
한편, 도2 및 도 3에는 배기가스가 두방향으로 통과하는 2-패스 직선튜브(straight-tube, 2-패스)의 열교환기 구조가 적용된 이지알 쿨러(4)가 도시되어 있으며, 이지알 쿨러(4)는 바디셀(4a)와, 이 바디셀(4a) 내에 설치된 다수의 유입 튜브(inlet tube, 5in) 및 다수의 유출 튜브(outlet tube, 5out)를 포함하고, 유입 튜브(5in) 및 유출 튜브(5out)는 원형 단면의 파이프 형태로 이루어진다.
바디셀(4a)의 내부는 배기가스가 유입되는 다수의 유입 튜브(inlet tube, 5in)에 의해 형성된 배기가스의 유입영역(4b) 및 배기가스가 유출되는 다수의 유출 튜브(outlet tube, 5out)에 의해 형성된 배기가스의 유출영역(4c)이 구분되며, 엔진의 냉각수는 바디셀(4a)측에 설치된 유입구(7in) 및 유출구(7out)를 통해 유입 및 유출된다.
바디셀(4a)의 일단에는 배기가스가 유입 및 유출되는 개구(12a, 12b)를 가진 플렌지(6)가 설치되고, 바디셀(4a)의 타단에는 유 플로 캡(13, U-Flow Cap)이 설치된다.
플렌지(6)의 개구(12a, 12b)는 구획바(12)에 의해 구획됨으로써 배기가스가 유입되는 유입구(12a) 및 배기가스가 유출되는 유출구(12b)가 형성되고, 이러한 유입구(12a) 및 유출구(12b)에 대응하여 유입 튜브(5in)와 유출 튜브(5out)로 구분된다.
이 플렌지(6)의 개구(12a, 12b) 측에는 이지알 밸브(미도시)가 설치되고, 이지알 밸브(미도시)는 유입구(12a) 및 유출구(12b)를 개폐한다.
배기가스가 배기가스 유입구(12a)를 통해 유입되면, 배기가스는 유입 튜브(5in)를 통과한 후에 유 플로 캡(13, U-Flow Cap) 내에서 유턴하여 유출 튜브(5out)을 통과하고, 배기가스 유출구(12b)를 통해 유출된다. 유출된 배기가스는 도 1의 흡기매니폴드(2)와 연결되는 우측 관로(6out)로 유입된다.
하지만, 이러한 종래의 이지알 쿨러는 복잡한 구조에 의해 구성요소가 많이 소요됨으로써 그 제조원가가 상승하는 단점이 있었고, 또한 배기가스의 냉각효율이 저하되며, 자동차 내에 설치공간을 많이 차지하는 단점이 있었다.
이러한 단점들을 해결하기 위하여, 본 출원인은 국내특허출원 제10-2007- 20344(명칭 : 이지알 쿨러), 국내특허출원 제10-2007-20350호(명칭 : 플라스틱 이지알 쿨러), 국내특허출원 제10-2007-20354(명칭 : 스택형 이지알 쿨러) 등을 선출원한 바 있다.
이러한 본 출원인의 선출원은 이지알 쿨러를 보다 단순한 구조로 구현함으로써 그 제조원가를 절감하였고, 자동차 내의 설치공간을 적게 차지하며, 배기가스의 냉각효율을 향상시키는 장점이 있었다.
한편, 종래의 이지알 쿨러 및 본 출원인의 선출원들은 플랜지(6)의 구획바(12)가 개구의 중앙부에 배치됨으로써 플랜지(6)의 유입구(12a) 및 유출구(12b)의 면적이 균등하게 설정되었다.
이와 같이 종래의 이지알 쿨러 및 본 출원인의 선출원들은 배기가스의 유입구(12a) 및 유출구(12b)가 균등하게 설정됨에 따라, 배기가스의 유입속도와 유출속도 사이의 차이가 크게 발생하여(즉, 배기가스의 유입속도 및 유출속도가 일정하지 못함) 배기가스는 그 유출측에서의 파울링(fouling)이 크게 발생할 수 있고, 이러한 파울링의 증대로 인해 배기가스의 입자상물질(PM)이 통로 내부를 막을 수 있는 단점이 있었다.
그리고, 이러한 파울링의 증가로 인해 시간의 경과에 따른 배기가스의 압력강하(pressure drop)가 매우 증대될 뿐만 아니라 배기가스의 냉각 성능이 크게 저하되는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명은 쿨러 내의 배기가스의 유입영역 및 유출영역을 비등분으로 구획함으로써 배기가스의 유입속도 및 유출속도를 일정하게 유지시킴으로써 파울링을 감소시킬 수 있고, 이러한 파울링의 감소에 의해 시간의 경과에 따라 배기가스의 압력강하가 최소화될 뿐만 아니라 배기가스의 냉각 성능이 대폭 향상될 수 있는 이지알 쿨러를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이지알 쿨러는, 배기가스가 통과하는 다수의 튜브, 상기 튜브 사이에 냉각수가 통과하는 냉각수 통로, 상기 냉각수 통로와 소통하는 냉각수 유입관 및 냉각수 유출관을 구비한 이지알 쿨러에 있어서,
상기 튜브의 일단에는 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구를 가진 플랜지가 배치되며, 상기 튜브의 타단에는 마감캡이 설치되고, 상기 플랜지의 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구는 구획바에 의해 비등분으로 구획되며, 상기 배기가스 유입구는 상기 배기가스 유출구 보다 큰 면적을 가지도록 구획된 것을 특징으로 한다.
상기 플랜지에는 배기가스의 유입 및 유출을 조절하는 이지알 밸브가 설치되고, 상기 이지알 밸브는 격벽에 의해 구획된 배기가스 유입통로 및 유출통로를 가 진 밸브하우징 및 상기 배기가스 유입통로 및 유출통로를 개폐하는 밸브체를 가지며, 상기 밸브하우징의 격벽은 상기 플랜지의 구획바에 대응하는 위치에 배치된다.
상기 튜브는 그 내부에 파형진 웨이핀이 내장된다.
상기 이지알 쿨러는 다수의 튜브를 감싸는 바디셀을 더 구비할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 배기가스의 유입구와 배기가스의 유출구의 구획비율이 서로 상이한 구조, 특히 배기가스의 유입구가 배기가스의 유출구 보다 큰 면적을 가진 구조로 이루어진 것을 그 기술적 특징으로 하고 있고, 이에 의해 본 발명은 배기가스의 유입속도 및 유출속도가 일정하게 유지되어 파울링의 최소화를 달성할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이지알 쿨러를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이지알 쿨러(100)는 셀 앤 튜브(shell & tube)형 열교환기가 적용된 구조를 예시한 것으로, 바디셀(110) 및 바디셀(110)의 내부에 설치된 다수의 튜브(120)를 포함한다.
바디셀(110)은 그 양단부가 개방되고, 그 외측면에는 냉각수가 유입되는 냉각수 유입관(111) 및 냉각수가 유출되는 냉각수 유출관(112)을 가진다.
바디셀(110)의 일단에는 개구(141, 142)를 가진 플랜지(140)가 일체형 또는 조립식으로 구비되고, 바디셀(110)의 타단에는 마감캡(150)이 설치된다.
바디셀(110)의 내부면과 다수의 튜브(120) 사이, 각 튜브(120)와 튜브(120) 사이에는 냉각수가 통과할 수 있는 냉각수 통로(113)가 형성되며, 이 냉각수 통로(113)는 냉각수 유입관(111) 및 냉각수 유출관(112)과 소통한다.
플랜지(140)는 개구(141, 142)를 가지고, 이러한 개구(141, 142)는 구획바(145)에 의해 배기가스가 유입되는 유입구(141)와 배기가스가 유출되는 유출구(142)를 구획되며, 이 유입구(141)는 유출구(142) 보다 큰 면적을 가지도록 구획된다. 즉, 구획바(145)는 유입구(141)의 면적이 유출구(142)의 면적보다 크게 형성되는 위치에 배치된다.
다수의 튜브(120)는 타원형 단면을 가진 튜브(120)로 이루어질 수 있고, 이와 달리 도 2 및 도 3(종래기술)의 원형 단면의 파이프로 이루어질 수도 있을 것이다.
각 튜브(120)의 일단은 도 6에 도시된 바와 같이 플랜지(140)의 개구(141, 142)들과 소통되게 배치되고, 각 튜브(120)의 타단은 마감캡(150)에 의해 밀폐된다.
그리고, 각 튜브(120)는 그 내부에 웨이브핀(130)이 내장되고, 이 웨이브핀(130)은 곡선형 또는 직선형 파형이 형성된 주름진 플레이트로서, 이 웨이브 핀(130)의 파형에 의해 형성된 골 또는 산 부분은 배기가스를 통과시키는 채널이 된다. 이 웨이브 핀(130)의 파형은 그 피치(산과 산 사이의 거리)는 바람직하게는 4.0mm 내지 6.0 mm이고, 이 웨이브핀(130)의 외면에는 요철부가 형성되어 배기가스의 전열면적을 증대시켜 난류의 형성을 용이하게 할 수 있다. 이러한 웨이브핀(130)에 의해 배기가스의 냉각성능이 보다 향상될 수 있다.
웨이브핀(130)은 그 일단이 플랜지(140)의 개구(141, 142)와 소통하고, 그 타단은 마감캡(150)과 이격되어 배기가스가 유턴할 수 있는 유턴 영역(160)을 형성한다.
그리고, 각 튜브(120)는 플랜지(140)의 유입구(141) 및 유출구(142)에 대응하여 유입영역(121)과 유출영역(122)으로 구분되고, 구획바(145)에 의해 구획된 플랜지(140)의 유입구(141)와 유출구(142)에 대응하여 각 튜브(120)의 유입영역(121) 또한 유출영역(122) 보다 그 면적이 크게 형성된다.
플랜지(140)측에는 플랜지(140)의 유입구(141) 및 유출구(142)를 선택적으로 개폐하는 이지알 밸브(170)가 설치되고, 이지알 밸브(170)는 플랜지(140)의 유입구(141) 및 유출구(142)를 선택적으로 개폐시킴으로써 배기매니폴더(3, 도 1 참조)로부터 쿨러(100) 내로 배기가스를 유입시키고, 냉각수에 의해 냉각된 배기가스를 흡기매니폴더(2, 도 1 참조)측으로 보낸다.
참고적으로, 그외 보다 자세한 구성에 대한 설명은 본 출원인의 국내특허출원 제10-2007-20344(명칭 : 이지알 쿨러) 및 국내특허출원 제10-2007-20350호(명칭 : 플라스틱 이지알 쿨러) 등에 개시되어 있다.
이지알 밸브(170)는 유입통로 및 유출통로(171a, 171b)를 가진 밸브하우징(171), 밸브하우징(171)의 유입통로 및 유출통로(171a, 171b)를 선택적으로 개폐하는 밸브체(172), 밸브체(172)를 구동시키는 구동부(173)를 포함한다.
밸브하우징(171)은 그 내부에 격벽(171c)에 의해 유입통로 및 유출통로(171a, 171b)가 구분되고, 이 격벽(171c)은 밸브하우징(171) 내에서 플랜지(140)의 구획바(145)에 대응하는 위치에 배치됨으로써 밸브하우징(171)의 유입통로(171a)와 플랜지(140)의 유입구(141)는 상호 대응하고, 밸브하우징(171)의 유출통로(171b)와 플랜지(140)의 유출구(142)는 상호 대응한다.
밸브체(172)는 실린더 형태로 이루어져 유입통로 및 유출통로(171a, 171b)를 선택적으로 개폐할 뿐만 아니라, 그 개도를 적절히 조절함으로써 배기가스의 유입유량 및 유출유량을 조절할 수 있다.
그리고, 구동부(173)는 밸브하우징(171)측에 피벗가능하게 설치된 구동축(173a), 이 구동축(173a)을 피벗시키는 작동링크(173b), 구동축(173a)의 피벗운동을 밸브체(172)의 직선운동으로 변환하는 변환기구(미도시) 등을 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 이지알 밸브(171)는 밸브하우징(171)의 유입통로(171b) 및 유출통로(171c)가 격벽(171c)에 의해 비등분으로(불균일하게) 구획된 구성이외에 나머지 밸브체(172) 및 구동부(173)의 구성은 다양하게 변경가능할 것이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이지알 쿨러를 도시한 도면 이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 이지알 쿨러(200)는 다수의 튜브(220)가 적층된 구조의 스택형 쿨러를 예시한 것으로, 바디셀이 생략된 구조이다.
다수의 튜브(220)가 상호 적층되고, 각 튜브(220)와 튜브(220) 사이에는 냉각수가 통과하는 냉각수 통로(미도시)가 형성된다.
적층된 튜브(220)들의 일단 외측에는 제2어댑터(320)가 설치되고, 제2어댑터(320)에는 냉각수 유출관(212)가 결합되며, 적층된 튜브(220)들의 타단 외측에는 제1어댑터(310)가 설치되고, 이 제1어댑터(310)에는 냉각수 유입관(211)가 결합된다. 제1 및 제2 어댑터(320)와 튜브(330) 사이, 적층된 각 튜브(220)와 튜브(220) 사이에는 냉각수 통로(330)가 형성되고, 이 냉각수 통로(330)는 냉각수 유입관(211) 및 냉각수 유출관(212)와 소통한다.
각 튜브(220)의 일단은 도 9에 도시된 바와 같이 플랜지(240)의 개구(241, 242)들과 소통되게 배치되고, 각 튜브(220)의 타단은 마감캡(250)에 의해 밀폐된다.
그리고, 각 튜브(220)는 그 내부에 웨이브핀(230)이 내장되고, 이 웨이브핀(230)은 곡선형 또는 직선형 파형이 형성된 주름진 플레이트로서, 이 웨이브핀(230)의 파형에 의해 형성된 골 또는 산 부분은 배기가스를 통과시키는 채널이 된다. 이 웨이브 핀(230)의 파형은 그 피치(산과 산 사이의 거리)는 바람직하게는 4.0mm 내지 6.0 mm이고, 이 웨이브핀(130)의 외면에는 요철부가 형성되어 배기가스 의 전열면적을 증대시켜 난류의 형성을 용이하게 할 수 있다. 이러한 웨이브핀(230)에 의해 배기가스의 냉각성능이 보다 향상될 수 있다.
웨이브핀(230)은 그 일단이 플랜지(240)의 개구(241, 242)와 소통하고, 그 타단은 마감캡(250)과 이격되어 배기가스가 유턴할 수 있는 유턴 영역(260)을 형성한다.
그리고, 각 튜브(220)는 플랜지(240)의 유입구(241) 및 유출구(242)에 대응하여 유입영역(221)과 유출영역(222)으로 구분되고, 구획바(245)에 의해 구획된 플랜지(240)의 유입구(241)와 유출구(242)에 대응하여 각 튜브(220)의 유입영역(221) 또한 유출영역(222) 보다 그 면적이 크게 형성된다.
제1어댑터(310)는 일체형 또는 조립식으로 플랜지(240)측에 제공되고, 제2어댑터(320)는 마감캡(250)측에 설치된다.
플랜지(240)는 개구(241, 242)를 가지고, 이러한 개구(241, 242)는 구획바(245)에 의해 배기가스가 유입되는 유입구(241)와 배기가스가 유출되는 유출구(242)를 구획되며, 이 유입구(241)는 유출구(242) 보다 큰 면적을 가지도록 구획된다. 즉, 구획바(245)는 유입구(241)의 면적이 유출구(242)의 면적보다 크게 형성되는 위치에 배치된다.
구획바(245)는 유입구(241)의 면적이 유출구(242)의 면적보다 크게 형성되는 위치(즉, 비등분위치)에 배치된다.
플랜지(240)측에는 플랜지(240)의 유입구(241) 및 유출구(242)를 선택적으로 개폐하는 이지알 밸브(270)가 설치되고, 이지알 밸브(270)는 플랜지(240)의 유입 구(241) 및 유출구(242)를 선택적으로 개폐시킴으로써 배기매니폴더(3, 도 1 참조)로부터 쿨러(200) 내로 배기가스를 유입시키고, 냉각수에 의해 냉각된 배기가스를 흡기매니폴더(2, 도 1 참조)측으로 보낸다.
참고적으로, 그외 보다 자세한 구성에 대한 설명은 본 출원인의 국내특허출원 제10-2007-20354(명칭 : 스택형 이지알 쿨러)에 개시되어 있다.
이지알 밸브(270)는 유입통로 및 유출통로(271a, 271b)를 가진 밸브하우징(271), 밸브하우징(271)의 유입통로 및 유출통로(271a, 271b)를 선택적으로 개폐하는 밸브체(272), 밸브체(272)를 구동시키는 구동부(273)를 포함한다.
밸브하우징(271)은 그 내부에 격벽(271c)에 의해 유입통로 및 유출통로(271a, 271b)가 구분되고, 이 격벽(271c)은 밸브하우징(271) 내에서 플랜지(240)의 구획바(245)에 대응하는 위치에 배치됨으로써 밸브하우징(271)의 유입통로(271a)와 플랜지(240)의 유입구(241)는 상호 대응하고, 밸브하우징(271)의 유출통로(271b)와 플랜지(240)의 유출구(242)는 상호 대응한다.
밸브체(272)는 실린더 형태로 이루어져 유입통로 및 유출통로(271a, 271b)를 선택적으로 개폐할 뿐만 아니라, 그 개도를 적절히 조절함으로써 배기가스의 유입유량 및 유출유량을 조절할 수 있다.
그리고, 구동부(273)는 밸브하우징(271)측에 피벗가능하게 설치된 구동축(273a), 이 구동축(273a)를 피벗시키는 작동링크(273b), 구동축(273a)의 피벗운동을 밸브체(272)의 직선운동으로 변환하는 변환기구(미도시) 등을 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 이지알 밸브(271)는 밸브하우징(271)의 유입통로(271b) 및 유출통로(271c)가 격벽(271c)에 의해 비등분으로(불균일하게) 구획된 구성이외에 나머지 밸브체(272) 및 구동부(273)의 구성은 다양하게 변경가능할 것이다.
도 10은 플랜지(140, 240)의 유입구(141, 241) 및 유출구(142, 242)의 구획비율에 따른 속도를 비교한 그래프를 나타낸다.
여기서, 배기가스의 유입압력은 2.61bar(Abs.)이고, 도 6 및 도 9에서 A지점의 온도는 133℃로 설정된다.
이러한 조건을 기초로 밀도, 면적 등을 이용하여 위치별(A, B, C, D 지점)의 속도를 유입구(141, 241) 및 유출구(142, 242)의 구획비율에 따라 개별적으로 나타내면 아래의 표 1과 같이 나타남을 알 수 있다.
(표 1)
위치 유입구 및 유출구의 구획비율에 따른 속도(m/s)
50:50 55:45 60:40
A 지점 22.4 20.3 18.5
B 지점 14.2 12.7 11.5
C 지점 14.2 15.4 17.2
D 지점 12.2 13.6 15.3
도 10 및 표 1을 참조하면, 유입구(141, 241)와 유출구(142, 242)의 구획비율이 55 : 45일 경우 배기가스의 유입측 속도(A지점)와 유출측 속도(D지점)의 차이가 6.7이고, 유입구(141, 241)와 유출구(142, 242)의 구획비율이 60 : 40일 경우 배기가스의 유입측 속도(A지점)와 유출측 속도(D지점)의 차이가 3.2인 데 반하여, 유입구(141, 241) 및 유출구(142, 242)의 구획비율이 50:50일 경우 배기가스의 유입측 속도(A지점)와 유출측 속도(D지점)의 차이가 10.2임을 알 수 있었다.
즉, 유입구(141, 241)측의 면적인 유출구(142, 242)측의 면적보다 크게 형성될 경우, 유입구(141, 241)와 유출구(142, 242)의 면적이 동일하게 구획된 경우와 비교하여 배기가스의 유입측 속도(A지점)와 유출측 속도(D지점)의 차이가 작게 나타남을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명의 이지알 쿨러(100, 200)는 유입구(141, 241)와 유출구(142, 242)의 구획비율이 비등분됨으로써 배기가스의 유입속도 및 유출속도가 일정하게 유지되어 파울링의 최소화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 파울링의 최소화로 인해 그 사용시간의 경과에 따른 압력강하를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 압력강하의 최소화에 의해 배기가스의 냉각성능을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상과 같은 본 발명의 이지알 쿨러는 배기가스의 유입구와 배기가스의 유출구의 구획비율이 서로 상이한 구조, 특히 배기가스의 유입구가 배기가스의 유출구 보다 큰 면적을 가진 구조로 이루어진 것을 그 기술적 특징으로 하고 있고, 이에 의해 본 발명은 배기가스의 유입속도 및 유출속도가 일정하게 유지되어 파울링의 최소화를 달성할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 셀 앤 튜브(shell & tube)형 열교환기가 적용된 구조(도 2, 도 4 참조), 다수의 튜브가 적층된 스택형 구조(도 7 참조) 등의 이지알 쿨러구조 가 예시되었지만, 본 발명은 이에 한정하지 않으며 배기가스의 유입구 및 배기가스의 유출구가 비등분으로 구획된 구성만을 만족한다면 그외 다양한 형태의 이지알 쿨러 구조에도 적용가능할 것이다.
도 1은 일반적인 배기가스 재순환시스템을 예시적으로 도시한 도면.
도 2는 종래의 이지알 쿨러를 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 W-W선을 따라 도시한 평단면도.
도 4는 본 발명의 일 예시적인 이지알 쿨러를 도시한 분해사시도.
도 5는 본 발명의 일 예시적인 이지알 쿨러를 도시한 결합사시도.
도 6은 도 5의 X-X선을 따라 도시한 평단면도.
도 7은 본 발명의 다른 예시적인 이지알 쿨러를 도시한 분해사시도.
도 8은 본 발명의 다른 예시적인 이지알 쿨러를 도시한 결합사시도.
도 9는 도 8의 Y-Y선을 따라 도시한 평단면도.
도 10은 본 발명의 이지알 쿨러에 의한 속도 크기(velocity magnitude)를 나타낸 결과그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
100 : 이지알 쿨러 110 : 바디셀
120 : 튜브 140 : 플랜지
141 : 배기가스 유입구 142 : 배기가스 유출구
145 : 구획바 170 : 이지알 밸브

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 배기가스가 통과하는 다수의 튜브, 상기 튜브 사이에 냉각수가 통과하는 냉각수 통로, 상기 냉각수 통로와 소통하는 냉각수 유입관 및 냉각수 유출관를 구비한 이지알 쿨러에 있어서,
    상기 튜브의 일단에 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구를 가진 플랜지가 배치되며, 상기 튜브의 타단에 마감캡이 설치되고, 상기 플랜지의 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구는 구획바에 의해 비등분으로 구획되며, 상기 배기가스 유입구는 상기 배기가스 유출구 보다 큰 면적을 가지도록 구획되고,
    상기 플랜지에는 배기가스의 유입 및 유출을 조절하는 이지알 밸브가 설치되고, 상기 이지알 밸브는 격벽에 의해 구획된 배기가스 유입통로 및 유출통로를 가진 밸브하우징 및 상기 배기가스 유입통로 및 유출통로를 개폐하는 밸브체를 가지며, 상기 밸브하우징의 격벽은 상기 플랜지의 구획바에 대응하는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 튜브는 그 내부에 파형진 웨이브 핀이 내장된 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 이지알 쿨러는 상기 다수의 튜브를 감싸는 바디셀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이지알 쿨러.
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