KR101282684B1 - 배기가스 재순환장치 쿨러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 EGR 쿨러의 가스 파이프를 설치함에 있어 가스 파이프를 스파이어럴 형태로 형성된 방열판을 이용하여 설치함으로서 EGR 쿨러 내부에서 냉각수가 방열판에 의해 가이드되면서 가스 파이프를 지나는 고온의 가스와 열교환이 원활히 이루어지도록 하여 쿨러의 냉각 효과가 상승되도록 하는 EGR 쿨러에 관한 것으로서, 유입되는 배기가스를 냉각시켜 흡기 매니폴드로 보내주는 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러에 있어서, 열 전도성이 높은 재질의 금속판을 스파이어럴 형태로 절곡하여 형성되는 방열판(10), 상기 방열판(10)의 면에 다수개로 형성되어 가스 파이프(3)가 삽입 고정되도록하는 삽입공(20)으로 구성되어 있다.

차량, 배기가스, 쿨러

Description

배기가스 재순환장치 쿨러{Exhaust Gas Recirculation cooler}

도 1a는 일반적인 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러의 형태를 나타내는 사시도.

도 1b는 일반적인 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러의 형태를 나타내는 단면도.

도 1c는 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러에서 사용하는 가스 파이프의 단부 형태를 나타내는 사시도.

도 2a와 도 2b는 가스 파이프를 사용하지 않는 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러의 사용시 쿨러 내부의 온도 분포를 나타내는 도면.

도 3a와 도 3b는 가스 파이프를 사용하는 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러의 사용시 쿨러 내부의 온도 분포를 나타내는 도면.

도 4a와 도 4b는 베이플이 설치되어 있는 사각형 형태의 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러의 냉각수 흐름을 나타내는 도면.

도 5는 원통형 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러의 베이플 설치시 문제점을 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러의 방열판의 형태를 나타내는 사시도.

도 7은 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러의 방열판에 고정된 가스 파이프를 외부 파이프의 내부로 조립하는 방식을 나타내는 사시도.

도 8은 본 발명에 의한 방열판을 사용 상태를 나타내는 사시도.

도 9a와 도 9b는 본 발명을 사용하였을 경우의 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러 내부의 온도 분포를 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 쿨러 10 : 방열판

20 : 삽입공

본 발명은 차량의 EGR 쿨러에 관한 것으로서, 특히 EGR 쿨러의 내부에 설치되는 가스 파이프를 스파이어럴 형태로 형성된 방열판에 고정한 후 설치함으로서 EGR 쿨러 내부에서 방열판에 의해 냉각수의 흐름이 원활히 이루어지도록 하여 쿨러의 냉각 효과가 상승되도록 하는 EGR 쿨러에 관한 것이다.

자동차의 배출가스는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC) 등의 유해물질이 포함되어 있는 바, 연소과정에서 발생하는 상기 3원소 중 일산화탄소와 탄화수소에 대하여 질소산화물은 항상 반대의 인과 관계를 가지고 있다.

즉, 실용적인 출력범위에서 일산화탄소와 탄화수소가 가장 감소하는 시점에 질소산화물은 가장 많이 발생하는데, 이러한 질소산화물은 연료가 완전 연소할수록 즉, 엔진이 고온일수록 질소산화물의 발생량은 증가하게 된다.

따라서, 상기 질소산화물 등의 배출가스 허용량은 관계 법률로서 규제됨에 따라 배출가스를 줄이는 다양한 기술이 개발되고 있는 바, 그 중 하나가 배기가스 재순환장치(Exhaust Gas Recirculation, EGR)이다.

상기 배기가스 재순환 장치는 다른 유해물질의 급증없이 질소산화물의 발생량을 줄이기 위해서는 혼합비를 이론 공연비로 유지하면서 연소실로 흡입되는 혼합기 중에 기 연소가스(EGR 가스)의 일부를 공급함으로써 신기의 양을 줄임과 동시에 연소가스의 열용량을 증가시켜 화염의 온도를 낮추는 방법으로 사용되는 장치이다.

보다 상세하게는, 상기 배기가스 재순환장치(EGR)는 상기 배출가스중 배기가스를 흡기계로 재순환시켜 실린더내의 연소 온도를 낮추어 질소산화물의 발생을 억제하는 장치로서, 배기가스중의 질소산화물(NOx)을 저감하는 수단으로 배기가스의 일부를 흡기계통에 되돌려서, 혼합기가 연소할 때 최고 온도를 낮게 하여 질소산화물(NOx)의 생성량을 적게 하는 장치를 말한다.

또한, 배기가스 재순환장치(EGR)는 유입되는 배기가스를 냉각시켜 흡기매니폴드로 보내주는 EGR 쿨러가 포함되어 있다.

도 1a는 일반적인 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러의 형태를 나타내는 사시도이고, 도 1b는 일반적인 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러의 형태를 나타내는 단면도로서, EGR 쿨러(1)는 최외곽을 이루는 소정 직경의 외부파이프(2)와; 배기가스의 경로가 되도록 외부 파이프(2)의 내부에 동심원 구조로 배열되는 다수의 가스 파이프(3)와; 상기 외부 파이프(2)의 외경면에 일체로 부착되어 EGR 쿨러의 거치대 역할을 하는 브라켓(4)과; 상기 외부 파이프(2)의 양끝단에 장착되는 플랜지(5) 등으로 구성되어 있다.

또한, 도 1c는 배기가스 재순환장치(EGR) 쿨러에서 사용하는 가스 파이프(3)의 단부 형태를 나타내는 사시도로서, 다수의 가스 파이프(3)는 단부가 고정 플레이트(3a)에 의해 고정되어 있어, 외부의 진동에 의해서도 위치가 변동되지 않게 된다.

상기 외부파이프(2)의 외경면에는 내부와 연통되는 냉각수 유입 파이프(6a)와 냉각수 배출 파이프(6b)가 일체로 돌출 형성되어 있다.

이때, 상기 외부파이프(2)의 내경면과 각 가스 파이프(3)의 외경면 사이 공간을 따라 냉각수가 흐르게 되고, 상기 가스 파이프(3)들의 내부에는 일측의 플랜지(5)를 통해 유입된 배기가스가 흐르게 된다.

따라서, 상기 가스 파이프(3)를 흐르는 고온의 배기가스는 냉각수에 의하여 냉각된 후 타측의 플랜지(5)를 통해 배출되어, 흡기 매니폴드 쪽으로 흐르게 된다.

상술한 바와 같이 구성된 EGR 쿨러를 사용하는 경우, 다음과 같은 문제점이 있었다.

도 2a와 도 2b는 가스 파이프를 사용하지 않는 EGR 쿨러(1)의 사용시 쿨러 내부의 온도 분포를 나타내는 도면으로서, 냉각수 유입 파이프(6a)의 부근에서는 쿨러 내부로 유입된 냉각수가 와류를 형성하여 냉각 효율이 저하되는 문제점이 있 었다. 특히, 도 2a의 a 부분에서 와류의 발생이 커서 냉각 효율 저하가 크게 나타냄을 알 수 있다.

도 3a와 도 3b는 가스 파이프를 사용하는 EGR 쿨러(1)의 사용시 쿨러 내부의 온도 분포를 나타내는 도면으로서, 냉각수 유입 파이프(6a)의 입구 직하방에서 냉각수의 와류가 발생하여 냉각 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 특히, 도 3a의 b 부분에서 와류의 발생이 커서 냉각 효율 저하가 크게 나타냄을 알 수 있다.

상술한 바와 같은 와류에 의한 냉각 효율 저하는 베이플 설치에 의해 방지할 수 있었다. 즉, 도 4a와 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이 사각형 형태의 EGR 쿨러의 경우에는 베이플(8)을 설치하여 냉각수의 와류 발생을 방지하고 있었다.

그러나, 원통 형태의 EGR 쿨러는 사각형 형태의 EGR 쿨러와 비교하였을 때, 설치의 용이함을 장점으로 할 수 있으나, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 냉각이 가장 크게 발생하는 aa 영역에서는 냉각수의 유동 효과가 적어 냉각이 이루어지지 못하고, bb 영역에서는 유동 속도가 느려 냉각수의 순환이 적절히 이루어지지 못하여 냉각효과가 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, EGR 쿨러의 가스 파이프를 설치함에 있어 가스 파이프를 스파이어럴 형태로 형성된 방열판을 이용하여 설치함으로서 EGR 쿨러 내부에서 냉각수의 흐름이 원활히 이루어지도록 하여 쿨러의 냉각 효과가 상승되도록 하는 EGR 쿨러를 제공하는 것을 목적으로 한 다.

도 6은 본 발명에 의한 EGR 쿨러의 방열판의 형태를 나타내는 사시도로서, 유입되는 배기가스를 냉각시켜 흡기 매니폴드로 보내주는 EGR 쿨러에 있어서, 열 전도성이 높은 재질의 금속판을 스파이어럴 형태로 절곡하여 형성되는 방열판(10), 상기 방열판(10)의 면에 다수개로 형성되어 가스 파이프(3)가 삽입 고정되도록하는 삽입공(20)으로 구성되어 있음을 도시하고 있다.

상기 방열판(10)의 길이는 가스 파이프(3)의 길이보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 방열판(10)의 지름은 외부 파이프(3)의 지름보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 방열판(10)의 외곽부는 외부 파이프(3)의 내측면에 밀착된 후 용접에 의해 고정되는 것이 바람직하다.

상기 삽입공(20)의 지름은 가스 파이프(3)가 삽입된 후 밀착되는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 삽입공(20)에 삽입 고정된 가스 파이프(3)는 용접에 의해 고정되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

EGR 쿨러의 내부 온도 분포가 균일하게 되도록 하기 위해 본 발명을 사용하 도록 한다.

우선, 열 전도성이 높은 금속 재질로 제작된 금속판에 삽입공(20)이 형성되도록 한 후, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 스파이어럴 형태로 절곡 형성하여 방열판이 형성되도록 한다. 이때, 방열판의 곡귤과 피치는 쿨러의 용량에 따라 가변될 수 있다.

방열판(10)이 형성된 후, 방열판(10)에 형성되어 있는 삽입공(20)에는 가스 파이프(3)가 삽입되도록 하여 고정한다. 가스 파이프(3)가 삽입공(20)에 삽입된 후에는 용접에 의해 고정되는 것이 바람직하고, 고정력이 증가되기 위해 삽입공(20)의 지름은 가스 파이프(3)가 삽입된 후 밀착될 수 있는 크기로 형성되어야 한다.

가스 파이프(3)가 고정된 방열판(10)은 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 외부 파이프(2)의 내부로 삽입하도록 하고, 외부 파이프(2)로 삽입된 방열판(10)은 용접에 의해 고정되어야 한다.

이때 방열판(10)은 스파이어럴 형태로 절곡 형성되어 있어, 가스 파이프(3)는 방열판(10)에 형성되어 있는 다수개의 삽입공(20)에 차례대로 삽입된 후 용접과 같은 방법에 의해 가스 파이프(3)를 방열판(10)에 고정되도록 하고, 방열판(10)의 전체 길이는 외부 파이프(2)의 길이보다 짧게 형성되며, 방열판(10)의 지름도 외부 파이프(2) 보다 짧게 형성되는 것이 바람직하다.

방열판(10)에 고정된 가스 파이프(3)는 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 외부 파이프(3)의 내측으로 삽입되고, 가스 파이프(3)의 양단이 외부 파이프(3)의 양단에 용접에 의해 고정되는 것은 종래의 기술과 동일하므로 상세한 설명은 생략한 다.

방열판(10)에 고정된 가스 파이프(3)가 외부 파이프(2)에 삽입되어 고정된 후 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 외부 파이프(2)의 외부에 냉각수 유입 파이프(6a)와 냉각수 배출 파이프(6b)를 설치하고, 외부 파이프(2)의 양단에는 플랜지(5)를 설치하도록 하는 것은 종래의 기술과 동일하다.

도면에 도시되어 있는 바와 같이, 가스 파이프(3)가 방열판(10)에 고정되어 있어, 가스 파이프(3)의 내부를 통과하는 배기 가스의 열이 가스 파이프(3)를 통해 방열판(10)으로 전달된다.

상기와 같이 구성된 EGR 쿨러는 다음과 같이 작용하게 된다. 즉, 냉각수 유입 파이프(6a)를 통해 쿨러를 구성하는 외부 파이프(2)의 내측으로 유입된 냉각수는 스파이어럴 형태로 형성된 방열판(10)에 의해 가이드되면서 유속이 빨라지게 된다. 냉각수는 가스 파이프(2)의 주위를 지나므로 냉각수의 유속이 빨라지는 것에 의해 냉각수에 의한 냉각 효율이 증가됨을 알 수 있다.

즉, 도 9a은 3열로 절곡된 방열판을 사용하였을 경우의 쿨러 내부의 온도 분포이고, 도 9b는 4열로 절곡된 방열판을 사용하였을 경우의 쿨러 내부의 온도 분포로서, 가스 파이프의 내부를 통과하는 고온의 가스와 스파이어럴 형태로 형성된 방열판에 의해 가이드되는 냉각수의 열교환이 적절히 발생되고 있음을 나타내고 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야 에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

상기와 같은 본 발명은, EGR 쿨러의 가스 파이프를 설치함에 있어 가스 파이프를 스파이어럴 형태로 형성된 방열판을 이용하여 설치함으로서 EGR 쿨러 내부에서 냉각수가 방열판에 의해 가이드되면서 가스 파이프를 지나는 고온의 가스와 열교환이 원활히 이루어지도록 하여 쿨러의 냉각 효과가 상승되도록 하는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 유입되는 배기가스를 냉각시켜 흡기 매니폴드로 보내주는 배기가스 재순환장치 쿨러에 있어서,

   다수의 삽입공(20)을 가지는 금속판을 스파이어럴 형태로 절곡 형성하여 이루어지고, 외부 파이프(2)의 길이보다 짧게 형성되는 동시에 외부 파이프(2)의 지름보다 짧게 형성되며, 그 외곽부는 외부 파이프(2)의 내측면에 밀착된 후 용접에 의해 고정되는 방열판(10);

   상기 방열판(10)에 형성되어 있는 삽입공(20)에 삽입 고정되는 가스 파이프(3);

   냉각수 유입 파이프(6a)와 냉각수 배출 파이프(6b)가 설치되어 있으며, 방열판(10)이 고정된 가스 파이프(3)가 내부에 삽입되어 고정되어 있는 외부 파이프(2);

   를 포함하며, 상기 냉각수 유입 파이프를 통해 외부 파이프의 내측으로 유입된 냉각수가 스파이어럴 형태로 형성된 방열판에 의해 가이드되면서 유속이 빨라질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치 쿨러.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 삽입공(20)의 지름은 가스 파이프(3)가 삽입된 후 밀착되는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치 쿨러.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 삽입공(20)에 삽입 고정된 가스 파이프(3)는 용접에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치 쿨러.

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