KR20120065414A - Gas heat exchanger, in particular for the exhaust gases of an engine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 엔진 배기가스용 가스 열교환기에 관한 것이다. 이 열교환기는 가스 입구에 배치되며 제 1 금속으로 만들어진 제 1 부분(2), 및 가스류를 따라서 상기 제 1 부분(2)의 뒤에 배치되며 상기 제 1 부분(2)보다 낮은 용융 온도를 갖는 제 2 금속으로 만들어진 제 2 부분(3)을 포함하며, 상기 제 1 부분(2)은 가스가 상기 제 2 부분(3)을 통과하기 전에 가스의 온도를 낮출 수 있다. 바람직하게는, 제 1 부분(2)은 스테인리스강으로 만들어지고 제 2 부분(3)은 알루미늄으로 만들어진다. 스테인리스강과 알루미늄을 결합하는 이점과 적절한 효율 및 비용을 유지하는 이점을 갖는 열교환기가 얻어진다.The present invention relates in particular to a gas heat exchanger for engine exhaust gas. The heat exchanger is arranged at a gas inlet and is made of a first part 2 made of a first metal, and is disposed behind the first part 2 along the gas stream and having a lower melting temperature than the first part 2. It comprises a second part 3 made of two metals, the first part 2 being able to lower the temperature of the gas before the gas passes through the second part 3. Preferably, the first part 2 is made of stainless steel and the second part 3 is made of aluminum. A heat exchanger is obtained that has the advantage of combining stainless steel with aluminum and the advantage of maintaining adequate efficiency and cost.
Description
본 발명은 특히 엔진 배기가스용 가스 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates in particular to a gas heat exchanger for engine exhaust gas.
본 발명은 가솔린 및 디젤용 배기가스 재순환제어(EGRC)에 사용하기 특히 적합하다.The invention is particularly suitable for use in exhaust gas recirculation control (EGRC) for gasoline and diesel.
EGR 열교환기의 주요한 기능은 배기가스와 가스를 냉각시키기 위한 냉각 유체 사이의 열교환이다.The main function of an EGR heat exchanger is heat exchange between the exhaust gas and the cooling fluid for cooling the gas.
EGR 열교환기는 현재 배기를 줄이기 위해 디젤용으로 주로 사용되고 있다.EGR heat exchangers are currently used primarily for diesel to reduce emissions.
시장에서의 동향은 고압(HP)뿐만 아니라 저압(LP)에서도 엔진의 사이즈를 줄이고 EGR 열교환기를 이용하는 것인데, 둘 다 모두 EGR 열교환기의 설계에 영향을 준다. 차량 제조업자들은 보다 높은 성능값을 갖는 EGR 열교환기와 동시에 열교환기를 배치할 수 있는 공간을 요구하고 있으며 그 구성부품들은 점차 작아져서 점차 통합하기 어렵게 만든다.The trend in the market is to reduce engine size and use EGR heat exchangers at low pressure (LP) as well as high pressure (HP), both of which influence the design of the EGR heat exchanger. Vehicle manufacturers demand space for placing heat exchangers at the same time as EGR heat exchangers with higher performance values, and their components become smaller and increasingly difficult to integrate.
동시에, 냉각된 배기가스의 재순환은 연료주입 및 터보차지형 압축점화엔진의 성능을 손상시키지 않고 연료절감에 대한 요구 증대를 해결하기 위한 전망 있는 기술인 것으로 생각된다.At the same time, recirculation of cooled exhaust gases is considered to be a promising technique for addressing the increased demand for fuel savings without compromising the performance of fuel injection and turbocharged compression ignition engines.
특히 크기 축소는 내연기관의 연료소비를 줄이기 위한 유망한 전략이다. 그럼에도 불구하고, 터보차지형 엔진의 크기 축소는 엔진의 손상을 피하기 위해 자기점화 문제의 가능성 및 재료의 열적 한계를 고려하여야 한다.In particular, size reduction is a promising strategy to reduce fuel consumption of internal combustion engines. Nevertheless, the size reduction of turbocharged engines must take into account the possibility of self-ignition problems and the thermal limitations of the material to avoid engine damage.
이를 위해서는 두 가지 전략이 일반적으로 이용되는데, 첫 번째 전략은 실린더 내부 압력과 자기점화를 제한하기 위해 점화점을 늦추는 것을 수반하며, 두 번째 전략은 희석을 통한 연소율을 제한하고 배기가스의 온도 상승을 제한하기 위해 과량의 연료를 혼합물 속에 주입하는 것을 수반한다. 여기서 나타나는 결점은 연료소비의 증가와 CO 및 HC 배출의 증가이다.Two strategies are commonly used for this purpose, the first strategy involves slowing the ignition point to limit the in-cylinder pressure and self-ignition, while the second strategy limits the combustion rate through dilution and increases the temperature of the exhaust gases. In order to limit this involves injecting excess fuel into the mixture. The drawbacks here are increased fuel consumption and increased CO and HC emissions.
희석을 통해 자기점화 문제점을 제한하기 위한 유망한 전략이라고 생각되는 한 가지 대안적이고 효과적인 해결책은 냉각된 배기가스의 재순환(EGR)을 수반한다. EGR 시스템은 연료 효율을 개량하기 위한 큰 가능성을 부여한다.One alternative and effective solution that is considered a promising strategy for limiting self-ignition problems through dilution involves the recirculation of cooled exhaust gas (EGR). The EGR system offers great potential for improving fuel efficiency.
시판되고 있는 EGR 교환기의 현재의 구성(디젤용)은 일반적으로 스테인리스강 또는 알루미늄으로 제조되는 금속 열교환기의 구성과 대응한다.The current configuration (for diesel) of commercially available EGR exchangers corresponds to that of metal heat exchangers, which are generally made of stainless steel or aluminum.
기본적으로는 두 가지 타입의 EGR 열교환기가 있는데, 첫 번째 타입은 하우징으로 구성되는데, 그 내부에는 가스의 통과를 허용하기 위해 평행관의 번들이 배치되며, 냉매가 관의 외부 하우징의 내부를 순환하며, 두 번째 타입은 열교환을 위한 표면을 구성하는 일련의 평행판을 포함하므로, 배기가스 및 냉매는 교대로 된 층 속에서 두 개의 판 사이를 순환하며, 열교환을 향상시키기 위해 핀(fin)을 포함할 가능성이 있다.Basically, there are two types of EGR heat exchangers, the first of which consists of a housing, inside which bundles of parallel tubes are arranged to allow the passage of gas, and refrigerant is circulated inside the outer housing of the tube. The second type includes a series of parallel plates that make up the surface for heat exchange, so the exhaust and refrigerant circulate between the two plates in alternating layers and include fins to improve heat exchange. There is a possibility.
관 번들을 갖는 열교환기의 경우에, 관과 하우징 사이의 조립체는 다양한 타입이 될 수 있다. 일반적으로 관은 하우징의 각 말단에 부착된 두 개의 지지판 사이에 말단이 고정되어 있으며, 두 개의 지지판은 각 관의 설치를 위한 다수의 개구부를 나타낸다.In the case of a heat exchanger with a tube bundle, the assembly between the tube and the housing can be of various types. In general, the tube is end fixed between two support plates attached to each end of the housing, and the two support plates represent a plurality of openings for the installation of each tube.
상기 지지판은 결국 부착 수단에 의해 순환 라인에 고정되는데, 이 부착 수단은 열교환기가 조립되는 순환 라인의 설계에 따라서 V형 조립체 또는 경우에 따라서는 주변 부착 칼라 또는 플랜지로 구성될 수 있다. 주변 칼라는 가스 저장기가 하우징과 칼라 사이의 중간 구성부가 되는 방식으로 가스 저장기와 조립되거나, 또는 칼라가 하우징에 직접 조립될 수 있다.The support plate is in turn secured to the circulation line by means of attachment, which may consist of a V-shaped assembly or, in some cases, a peripheral attachment collar or flange, depending on the design of the circulation line on which the heat exchanger is assembled. The peripheral collar may be assembled with the gas reservoir in such a way that the gas reservoir is an intermediate component between the housing and the collar, or the collar may be assembled directly to the housing.
상기 두 가지 타입의 EGR 열교환기에 있어서, 그들 구성부품의 대부분은 금속이므로, 이들은 기계적 수단에 의해 조립된 다음 이 용도에 요구되는 정확한 실링을 보장하기 위해 오븐 솔더링, 또는 용접 또는 레이저 용접된다.In both types of EGR heat exchangers, since most of their components are metal, they are assembled by mechanical means and then oven soldered, or welded or laser welded to ensure the correct sealing required for this application.
특정 경우에 있어서, EGR 열교환기는 또한 플라스틱으로 만들어진 다수의 구성부품을 포함할 수 있는데, 이 구성부품들은 단일편으로 제조됨으로써 한 가지 기능 또는 다양한 기능을 만족시킬 수 있으며, 예를 들어 하우징은 플라스틱으로 만들어질 수 있으며 냉매 유체 회로의 관 및 엔진환경에 고정하기 위한 지지부를 구비한다.In certain cases, the EGR heat exchanger may also include a number of components made of plastic, which may be manufactured in a single piece to satisfy one or a variety of functions, for example the housing may be made of plastic. It may be made and provided with support for securing the tube and engine environment of the refrigerant fluid circuit.
시판되고 있는 EGR 열교환기의 대부분은 스테인리스강으로, 소수의 경우에는 알루미늄으로 만들어진다.Most of the EGR heat exchangers on the market are made of stainless steel and, in a few cases, aluminum.
그럼에도 불구하고, 특정 용도에서는 두 재료의 혼합을 찾을 수 있다. 열교환기 번들, 즉 배기가스와 접촉하는 관의 번들에 대하여 스테인리스강이 이용되고, 냉매유체와 접촉하는 하우징에 대해서는 알루미늄이 이용되는 많은 해결책이 알려져 있다.Nevertheless, in certain applications a mixture of the two materials can be found. Many solutions are known in which stainless steel is used for heat exchanger bundles, ie bundles of tubes in contact with exhaust gases, and aluminum for housings in contact with refrigerant fluids.
알루미늄을 사용하는 것이 주로 다음과 같은 이유로 열교환기에 대한 바람직한 해결책이다:The use of aluminum is a preferred solution for heat exchangers primarily for the following reasons:
- 알루미늄의 전도성이 스테인리스강의 전도성보다 훨씬 높다. 두 가지 재료로 제조된 동일 열교환기의 효율을 비교하는 경우, 성능은 알루미늄으로 만들어진 열교환기의 경우가 높은 것을 알 수 있을 것이다.The conductivity of aluminum is much higher than that of stainless steel. When comparing the efficiency of the same heat exchanger made of two materials, it will be appreciated that the performance is higher for heat exchangers made of aluminum.
- 중량 감소. 알루미늄으로 만들어진 열교환기는 스테인리스강으로 만들어진 것보다 훨씬 가볍다. 이 이점은 연료소비에 대한 영향 때문에 사용자에게 매우 중요하다.-Weight reduction. Heat exchangers made of aluminum are much lighter than those made of stainless steel. This advantage is very important to the user because of the impact on fuel consumption.
- 비용 감소. 알루미늄의 원재료는 스테인리스강보다 싸다.-Cost reduction. The raw material of aluminum is cheaper than stainless steel.
그러나 알루미늄으로 만들어진 EGR 열교환기는 많은 결점을 나타내는데, 이는 특정 경우에 그 사용이 허용되지 않으며, 따라서 이를 스테인리스강으로 교체할 필요가 있다. 이들 결점들의 일부는 다음과 같다:However, EGR heat exchangers made of aluminum show a number of drawbacks, which are not permitted in certain cases and therefore need to be replaced with stainless steel. Some of these drawbacks are:
- 부식: 디젤용에 있어서, 부식은 알루미늄으로 만들어진 열교환기가 사용되지 않는 주된 문제점이다. 이 경우, 배기가스는 2 내지 3.5의 산성 pH를 가지며, 열교환기 내부에서 응축하는 산성분의 성질을 고려하면, 열교환기 내부에 부식 및 핏팅(pitting)의 문제점을 야기할 수 있다. 그러나 생성되는 응축물은 가솔린 엔진에서 산성이 덜하며, 이는 핏팅에 의한 이런 부식이 일어나지 않을 것 같다는 것을 지시한다.Corrosion: For diesel, corrosion is a major problem in that heat exchangers made of aluminum are not used. In this case, the exhaust gas has an acidic pH of 2 to 3.5, and considering the nature of the acid component condensing in the heat exchanger, it may cause problems of corrosion and fitting inside the heat exchanger. However, the resulting condensate is less acidic in gasoline engines, indicating that this corrosion by fitting is unlikely to occur.
- 온도: 전술한 바와 같이, 알루미늄은 동작 온도에 대한 한계점을 갖는다. 알루미늄에 대한 최대 온도는 연속 사용에서 250℃에 가깝게 위치하며 최대부하하에서 300℃(벽 온도라고 함)에 가깝게 위치한다. 이들 벽 온도값은 550℃ 내지 600℃의 입구 가스 온도를 수반한다. 이 사실에 의해 알루미늄으로 만들어진 열교환기를 디젤용으로 사용할 수 있게 되는 반면, 가솔린 엔진에서는 입구에서의 가스 온도가 850℃에 도달할 수 있으며, 이는 사용을 불가능하게 한다.Temperature: As mentioned above, aluminum has a limit on operating temperature. The maximum temperature for aluminum is located close to 250 ° C in continuous use and close to 300 ° C (called wall temperature) at maximum load. These wall temperature values are accompanied by inlet gas temperatures of 550 ° C to 600 ° C. This fact makes it possible to use heat exchangers made of aluminum for diesel, while in gasoline engines the gas temperature at the inlet can reach 850 ° C, which makes it impossible to use.
특히 엔진으로부터의 배기가스에 대한 가스 열교환기의 본 발명에 따른 목적은 스테인리스강과 알루미늄을 결합하는 이점과 적절한 성능과 제조비용을 유지하는 이점을 나타내는 열교환기를 제안함으로써 공지의 열교환기에서 나타나는 결점들을 극복하는 것이다.The object according to the invention of the gas heat exchanger, in particular for exhaust gases from the engine, overcomes the drawbacks of known heat exchangers by proposing a heat exchanger that combines the advantages of combining stainless steel and aluminum and maintains adequate performance and manufacturing costs. It is.
본 발명의 목적인 특히 엔진 배기가스용 가스 열교환기는 가스 입구에 배치되며 제 1 금속으로 만들어지는 제 1 부분, 및 가스류를 따라서 상기 제 1 부분의 뒤에 배치되며 상기 제 1 부분의 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 갖는 제 2 금속으로 만들어지는 제 2 부분을 포함하며, 상기 제 1 부분은 가스가 상기 제 2 부분을 통과하기 전에 가스의 온도를 낮출 수 있는 것을 특징으로 한다.A gas heat exchanger, particularly for engine exhaust gas, which is an object of the present invention, is disposed at a gas inlet and is made of a first metal, and is disposed behind the first portion along the gas stream and below the melting temperature of the first portion. And a second portion made of a second metal having a temperature, wherein the first portion is capable of lowering the temperature of the gas before the gas passes through the second portion.
이런 방식으로, 제 1 부분내의 가스의 온도가 제 2 부분의 재료의 열적 특성과 조화할 수 있는 값으로 충분히 성공적으로 낮추어질 수 있다.In this way, the temperature of the gas in the first portion can be successfully lowered to a value that is compatible with the thermal properties of the material of the second portion.
유리하게는 제 1 부분은 스테인리스강으로 만들어지고 제 2 부분은 알루미늄으로 만들어진다.Advantageously the first part is made of stainless steel and the second part is made of aluminum.
제 1 부분의 스테인리스강과 제 2 부분의 알루미늄을 결합하는 본 발명에 따른 열교환기의 주요한 이점중의 일부를 다음과 같이 설명한다:Some of the main advantages of the heat exchanger according to the invention which combine the stainless steel of the first part and the aluminum of the second part are described as follows:
- 현재 차량 제조업자가 요구하는 사양은 EGR 열교환기의 효율 및 컴팩트성에 기초한다. The specifications currently required by the vehicle manufacturer are based on the efficiency and compactness of the EGR heat exchanger.
알루미늄으로 만들어진 열교환기는 이런 사양, 즉 작은 체적에 높은 성능을 만족시킬 수 있지만, 배기가스의 특성(온도 및 조성) 때문에 항상 이용할 수는 없다. 본 발명에 따른 결합형 열교환기는 알루미늄으로 만들어진 열교환기의 특성의 이익을 얻어서 이들 문제점을 해결한다.Heat exchangers made of aluminum can meet these specifications, ie high performance in small volumes, but are not always available due to the nature (temperature and composition) of the exhaust gases. The combined heat exchanger according to the invention solves these problems by taking advantage of the properties of the heat exchanger made of aluminum.
- 본 발명에 따른 결합형 열교환기는 스테인리스강으로만 만들어진 열교환기보다 훨씬 컴팩트하다. 그 결과, 차량 제조업자에 있어서의 엔진 통합의 문제점이 해결되는데, 이는 차량 제조업자의 사양을 만족시키기 위해 가질 필요가 있는 큰 길이 때문에 스테인리스강 열교환기가 맞지 않는 공간에 EGR 열교환기를 수용할 수 있기 때문이다.The combined heat exchanger according to the invention is much more compact than a heat exchanger made only of stainless steel. As a result, the problem of engine integration in the vehicle manufacturer is solved, because the large length that is needed to meet the specification of the vehicle manufacturer allows the EGR heat exchanger to be accommodated in a space where the stainless steel heat exchanger does not fit. .
- 본 발명에 따른 통합형 열교환기는 알루미늄으로 만들어진 한 부분을 사용하는 결과로서 동일 효율을 부여하는 스테인리스강으로 만들어진 열교환기보다 훨씬 가볍다.The integrated heat exchanger according to the invention is much lighter than a heat exchanger made of stainless steel giving the same efficiency as a result of using one part made of aluminum.
- 본 발명에 따른 통합형 열교환기는 알루미늄으로 만들어진 한 부분을 사용하는 결과로서 스테인리스강으로 만들어진 동등한 열교환기보다 싸다.The integrated heat exchanger according to the invention is cheaper than an equivalent heat exchanger made of stainless steel as a result of using one part made of aluminum.
- 본 발명에 따른 통합형 열교환기는 후술하는 바와 같이 스테인리스강으로 만들어진 부분과 알루미늄으로 만들어진 부분 사이에 최적화된 조인트를 포함하며, 스테인리스강으로 만들어진 열교환기에 비하여 비용에서의 이점이 얻어진다.The integrated heat exchanger according to the invention comprises an optimized joint between a part made of stainless steel and a part made of aluminum, as described below, with an advantage in cost compared to a heat exchanger made of stainless steel.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제 1 부분은 부착 칼라 또는 플랜지를 포함한다.According to one embodiment of the invention, the first portion comprises an attachment collar or flange.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 제 1 부분은 가스의 순환과 주위 냉매 유체와의 열교환을 가능하게 하는 번들로서 제조된다.According to another embodiment of the present invention, the first portion is made as a bundle which enables circulation of the gas and heat exchange with the surrounding refrigerant fluid.
스테인리스강으로 만들어진 제 1 부분에 있어서, 번들에 대해서는 다양한 기술을 이용할 수 있다.In the first part made of stainless steel, various techniques are available for the bundle.
바람직하게는, 제 2 부분은 가스의 순환과 주위 냉매 유체와의 열교환을 가능하게 하는 제 2 번들로서 제조된다.Preferably, the second portion is made as a second bundle which enables circulation of the gas and heat exchange with the surrounding refrigerant fluid.
알루미늄으로 제조된 제 2 부분에서는 가스를 냉각하기 위한 목적의 다양한 기술을 이용할 수 있다.In the second part made of aluminum, various techniques for the purpose of cooling the gas can be used.
유리하게는, 번들 형태의 두 개의 부분은 적어도 하나의 하우징에 수용된다.Advantageously, two parts in the form of bundles are housed in at least one housing.
열교환기의 번들에 대한 것과 동일한 방식으로 외부 하우징도 다양한 재료 및/또는 다양한 타입의 조인트를 이용하여 다양한 방식으로 제조될 수 있다.In the same way as for bundles of heat exchangers, the outer housing can also be manufactured in various ways using various materials and / or various types of joints.
하우징의 제 1 실시형태에 따르면, 열교환기는 제 1 번들을 수용하는 스테인리스강으로 만들어진 제 1 하우징, 및 제 2 번들을 수용하는 알루미늄으로 만들어진 제 2 하우징을 포함한다.According to a first embodiment of the housing, the heat exchanger comprises a first housing made of stainless steel for receiving the first bundle, and a second housing made of aluminum for receiving the second bundle.
두 개의 하우징 사이의 조인트는 다양한 방식으로 제조될 수 있다.Joints between two housings can be manufactured in a variety of ways.
제 1 선택안은 스테인리스강으로 만들어진 제 1 하우징의 일부를 구성하는 단일의 부착 칼라 또는 플랜지에 의해 서로 결합되는 두 개의 하우징을 포함한다.The first option includes two housings joined to each other by a single attachment collar or flange constituting a portion of the first housing made of stainless steel.
참고로, 알루미늄으로 만들어진 제 2 하우징은 오븐 솔더링에 의해 단일 칼라에 직접 조립될 수 있다. 이런 타입의 부착은 경우에 따라서는 경제적인 관점에서 최상의 해결책이다.For reference, the second housing made of aluminum can be assembled directly to a single collar by oven soldering. This type of attachment is sometimes the best solution from an economic point of view.
제 2 선택안은 각각 하우징의 일부인 두 개의 부착 칼라 및 플랜지에 의해 서로 결합되는 두 개의 하우징을 포함한다.The second option includes two housings joined together by two attachment collars and flanges, each of which is part of the housing.
참고로, 상기 두 개의 칼라는 나사 요소에 의해 서로 결합되어 이들 칼라 사이에 밀봉 조인트를 갖는다. 이런 타입의 부착은 매우 간단하다.For reference, the two collars are joined to each other by threaded elements and have sealing joints between these collars. This type of attachment is very simple.
일 실시형태에 따르면, 각 번들은 자신의 독립 냉매 유체 회로와 관련되며, 각 회로는 냉매 유체 입구관과 출구관을 포함한다.According to one embodiment, each bundle is associated with its own independent refrigerant fluid circuit, each circuit comprising a refrigerant fluid inlet tube and an outlet tube.
다른 실시형태에 따르면, 두 개의 번들은 동일 냉매 유체 회로를 공유한다. 이 경우, 상기 회로는 냉매 유체가 하나의 하우징으로부터 다른 하우징으로 전달될 수 있도록 하기 위해 다시 정해져야 한다. 이 때문에 다양한 해결책이 채용될 수 있다:According to another embodiment, the two bundles share the same refrigerant fluid circuit. In this case, the circuit must be redefined to allow refrigerant fluid to be transferred from one housing to the other. Because of this, various solutions can be employed:
제 1 선택안은 냉매 유체가 하나의 하우징으로부터 다른 하우징으로 통과할 수 있도록 하기 위해 두 개의 하우징을 서로 연결하는 대체로 반원형 외부 도관을 포함하는 열교환기를 포함하는데, 상기 도관은 스테인리스강 또는 알루미늄으로 만들어진다.The first option includes a heat exchanger comprising a generally semicircular outer conduit connecting the two housings together to allow the refrigerant fluid to pass from one housing to the other housing, wherein the conduit is made of stainless steel or aluminum.
제 2 선택안은 냉매 유체가 하나의 하우징으로부터 다른 하우징으로 통과할 수 있도록 하기 위해 두 개의 하우징을 서로 연결하는 커버 형태의 구성부를 포함하는데, 상기 구성부는 스테인리스강 또는 알루미늄으로 만들어진다.The second option includes a cover-like component that connects the two housings together to allow refrigerant fluid to pass from one housing to the other housing, the component being made of stainless steel or aluminum.
제 3 선택안은 냉매 유체가 하나의 하우징으로부터 다른 하우징으로 통과할 수 있도록 하기 위해 두 개의 하우징을 서로 연결하는 커버 형태로 조립된 두 개의 구성부를 포함하는데, 제 1 구성부는 스테인리스강으로 만들어지고 제 2 구성부는 알루미늄으로 만들어진다.The third option includes two components assembled in the form of a cover connecting the two housings together to allow the refrigerant fluid to pass from one housing to the other housing, the first component being made of stainless steel and the second being The component is made of aluminum.
참고로, 제 1 구성부는 두 개의 하우징 사이에 위치하는 스테인리스강으로 만들어진 공통 칼라의 일체부이며, 제 2 구성부는 제 2 하우징을 오븐 솔더링하는 과정중에 공통 칼라에 부착될 수 있다.For reference, the first component is an integral part of a common collar made of stainless steel positioned between the two housings, and the second component may be attached to the common collar during the process of oven soldering the second housing.
제 2 실시형태에 따르면, 열교환기는 두 개의 번들, 즉 제 1 번들 및 제 2 번들을 수용하는 단일 하우징을 포함하는데, 냉매 유체 회로는 양쪽에 공유되어 있다.According to a second embodiment, the heat exchanger comprises a single housing for receiving two bundles, a first bundle and a second bundle, wherein the refrigerant fluid circuit is shared on both sides.
앞에서 개시한 모든 것의 설명을 용이하게 하기 위해, 다수의 도면을 첨부하는데, 여기서 본 발명에 따른 가스 열교환기의 현실적인 실시형태가 비포괄적인 예로서만 개략적으로 도시되어 있다.To facilitate the description of all of the foregoing, a number of figures are attached, wherein a realistic embodiment of a gas heat exchanger according to the invention is shown schematically only as a non-inclusive example.
도 1은 단일 칼라에 의한 두 개의 하우징 사이의 조인트의 제 1 실시형태를 도시하는 본 발명에 따른 열교환기의 정면도,
도 2는 두 개의 칼라에 의한 두 개의 하우징 사이의 조인트의 제 2 실시형태를 도시하는 본 발명에 따른 열교환기의 정면도,
도 3 내지 도 5는 냉매 유체가 하나의 하우징으로부터 다음 하우징으로 통과할 수 있도록 두 개의 하우징 사이의 결합 요소의 여러 변형예를 도시하는 열교환기의 종단면도.1 is a front view of a heat exchanger according to the invention, showing a first embodiment of a joint between two housings by a single collar;
2 is a front view of a heat exchanger according to the invention, showing a second embodiment of a joint between two housings by two collars,
3 to 5 are longitudinal cross-sectional views of heat exchangers showing various modifications of coupling elements between two housings such that refrigerant fluid can pass from one housing to the next housing;
도 1 및 도 2를 참조하면 특히 엔진의 배기가스용 가스 열교환기는 가스의 입구에 배치되는 스테인리스강으로 만들어진 제 1 부분(2), 및 상기 제 1 부분(2) 다음에 가스류를 따라서 배치되는 알루미늄으로 만들어진 제 2 부분(3)을 포함함을 알 수 있을 것이다.1 and 2, in particular, the gas heat exchanger for the exhaust gas of the engine is arranged along a gas flow after the
알루미늄으로 만들어진 제 2 부분(3)은 스테인리스강으로 만들어진 상기 제 1 부분(2)보다 낮은 용융 온도를 갖는다. 마찬가지로, 상기 제 1 부분(2)은 가스가 상기 제 2 부분(3)을 통과하기 전에 가스의 온도를 낮출 수 있다.The second part 3 made of aluminum has a lower melting temperature than the
이런 방식으로, 제 1 부분(2)의 스테인리스강의 열적 특성 때문에, 제 1 부분에서의 가스의 온도는 제 2 부분의 알루미늄의 열적 특성과 호환되는 값까지 충분히 성공적으로 낮춰질 수 있다.In this way, because of the thermal properties of the stainless steel of the
제 1 부분(2)은 스테인리스강으로 최소의 가능한 치수로 제조되지만, 출구 지점에서 배기가스에 대한 약 550℃의 최대 온도를 계속 보장하여야 한다. 알루미늄으로 만들어진 제 2 부분(3)은 사용자가 요구하는 배기가스의 출구 온도를 보장해야 하는데, 이 온도는 엔진에 따라서 150℃ 내지 200℃ 또는 그 이하에 있을 수 있다.The
알루미늄으로 만들어진 열교환기는 스테인리스강으로 만들어진 것보다 효율적이라는 사실을 고려하면, 본 발명에 따른 열교환기의 전체 크기는 동일 성능을 얻기 위해 스테인리스강으로 만들어진 단일 열교환기가 사용되는 경우 필요한 크기에 비교하여 훨씬 컴팩트하고 짧다.Considering the fact that heat exchangers made of aluminum are more efficient than those made of stainless steel, the overall size of the heat exchangers according to the invention is much more compact compared to the size required when a single heat exchanger made of stainless steel is used to achieve the same performance. And short.
일반적으로 제 1 부분(2)은 가스 순환에 주위의 냉매 유체와의 열교환을 제공하려고 하는 번들로서 제조되지만, 이는 또한 부착 칼라 또는 플랜지(도시하지 않음)가 될 수도 있다.In general, the
스테인리스강으로 만들어진 제 1 부분(2)에 있어서, 관 번들에 대한 다양한 기술을 이용할 수 있으므로, 상기 가스관은 원형 단면을 나타낼 수 있거나 또는 다른 두 개의 반대면보다 서로 더 넓고 가까운 두 개의 반대면을 나타내는 타원형 단면을 갖는 상태로 편평해질 수 있다. 가스관은 매끈한 벽을 나타낼 수 있으며, 한편으로는 열교환기의 열적 성능을 향상시키기 위해 리브나 기복을 포함할 수 있다.In the
제 2 부분(3)은 가스 순환에게 주위의 냉매 유체와의 열교환을 제공하기 위한 제 2 번들로서 제조된다.The second part 3 is made as a second bundle to provide gas circulation with heat exchange with the surrounding refrigerant fluid.
알루미늄으로 만들어진 제 2 부분에 있어서, 가스를 냉각하기 위한 다양한 기술, 예를 들어 관의 번들을 이용할 수 있거나 또는 적층된 판 및 핀의 조립체가 사용될 수 있다. 마찬가지로, 관은 압출되거나, 아크 용접되거나, 판을 굽혀서 형성된 다음에 오븐 솔더링될 수 있다. 관에 이용되는 기술에 따라서, 상기 관의 내부에 날개가 포함되거나 포함되지 않을 수 있다. 또한, 알루미늄으로 만들어진 번들은 단일편으로의 압출에 의해 제조될 수 있다.In the second part made of aluminum, various techniques for cooling the gas can be used, for example bundles of tubes or assemblies of laminated plates and fins can be used. Likewise, the tube may be extruded, arc welded, or formed by bending a plate and then oven soldered. Depending on the technology used for the tube, the wing may or may not be included within the tube. In addition, a bundle made of aluminum can be produced by extrusion into a single piece.
이들 기술 중의 하나 또는 다른 기술을 이용하는 것은 다양한 요인에 따를 수 있다. 예를 들어, 다음과 같은 다양한 점을 고려할 수 있다:Using one or the other of these techniques can depend on a variety of factors. For example, various points can be considered:
- 효율 및 압력 감소에 관하여 차량 제조업자가 부과하는 기간 및 조건.-Terms and conditions imposed by the vehicle manufacturer on efficiency and pressure reduction.
- 열교환기를 수용하기 위한 엔진실 내부의 가용 공간 및 그 공간 내부의 위치.The available space inside the engine compartment for accommodating the heat exchanger and the location within the space.
- 두 개 부분 사이의 결합을 위해 두 번들의 열교환기에 이용되는 기술.A technique used in two bundles of heat exchangers for coupling between two parts.
마찬가지로, 번들형태의 두 개의 부분(2, 3)이 적어도 하나의 외부 하우징(4, 5)의 내부에 수용된다. 열교환기 번들의 경우에서처럼, 하우징은 또한 다양한 재료 및/또는 다양한 타입의 조인트를 이용하여 다양한 방식으로 제조될 수 있다.Likewise, two
하우징의 제 1 실시형태에 따르면, 열교환기(1)는 제 1 번들(2)을 수용하는 스테인리스강으로 만들어진 제 1 하우징(4), 및 제 2 번들(3)을 수용하는 알루미늄으로만들어진 제 2 하우징(5)을 포함한다.According to a first embodiment of the housing, the
두 개의 하우징(4, 5) 사이의 조인트는 다양한 방식으로 제조될 수 있다.The joint between the two
도 1에 도시된 제 1 선택안은 스테인리스강으로 만들어진 제 1 하우징(4)의 일부를 구성하는 단일 부착 칼라 또는 플랜지(6)에 의해 서로 결합되는 두 개의 하우징(4, 5)을 포함한다. 알루미늄으로 만들어진 제 2 하우징(5)은 오븐 솔더링에 의해 단일 칼라(6)에 직접 조립될 수 있다. 이러한 타입의 부착이 최상의 해결책이다.The first option shown in FIG. 1 comprises two
스테인리스강과 알루미늄의 오븐 솔더링에 필요한 온도는 완전히 다르기 때문에, 스테인리스강으로 만들어진 제 1 하우징(4)이 먼저 오븐 솔더링되어야 하는데, 이는 구성부들의 조립을 보장하기 위해서는 공통 칼라(6)도 스테인리스강으로 제조되어야 한다는 것을 의미한다. 그리고 알루미늄(5)으로 만들어진 하우징이 스테인리스강으로 만들어진 일체형 칼라(6)에 오븐 솔더링된다.Since the temperatures required for the oven soldering of stainless steel and aluminum are completely different, the
또한 이들 재료의 오븐 솔더링에 필요한 공간은 상당히 다르다는 것과 틈새의 정의도 다르다는 것을 고려할 필요가 있다.It is also necessary to consider that the space required for oven soldering of these materials is quite different and that the definition of the gaps is different.
도 2에 도시한 제 2 선택안은 각각 하우징(4, 5)의 일부를 구성하는 두 개의 부착 칼라 또는 플랜지(6, 7)에 의해 서로 결합된 두 개의 하우징(4, 5)을 포함한다. 상기 두 개의 중앙 칼라(6, 7)는 이들 사이의 밀봉 조인트를 갖는 나사 요소(8)에 의해 서로 결합된다. 이는 가장 단순한 타입의 조인트이다.The second option shown in FIG. 2 comprises two
한편, 냉매 유체용 회로는 두 개의 번들(2, 3)에 대하여 동일할 수 있거나, 각 번들(2, 3)은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 자신의 독립적인 회로를 가질 수 있는데, 각 회로는 냉매 유체에 대한 자체의 입구관(4a, 5a) 및 출구관(4b, 5b)을 각각 포함한다.On the other hand, the circuit for the refrigerant fluid may be the same for the two bundles (2, 3), or each bundle (2, 3) may have its own independent circuit, as shown in Figs. Each circuit includes its
냉매 유체용 회로가 두 개의 번들(2, 3)에 공용인 경우, 냉매 유체가 하나의 하우징(4)으로부터 다른 하우징(5)으로 전달될 수 있도록 하기 위해 상기 회로가 재정의되어야 한다. 이 때문에 다양한 해결책이 채용될 수 있다.If the circuit for the refrigerant fluid is common to the two
도 3에 도시한 제 1 선택안은 냉매 유체가 하나의 하우징(4)으로부터 다른 하우징으로 통과할 수 있도록 하기 위해 두 개의 하우징(4, 5)을 서로 연결하는 대체로 반원형의 외부 도관(9)을 포함하는 열교환기(1)를 포함한다. 상기 도관(9)은 스테인리스강 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있다.The first option shown in FIG. 3 comprises a generally semicircular
도 4에 도시한 제 2 선택안은 냉매 유체가 하나의 하우징(4)로부터 다른 하우징(5)으로 통과할 수 있도록 하기 위해 두 개의 하우징(4, 5)을 서로 연결하는 커버 형태의 구성부(10)를 포함하는 열교환기(1)를 포함하는데, 상기 구성부(10)는 스테인리스강 또는 알루미늄으로 만들어진다.The second option shown in FIG. 4 is a cover-shaped
도 5에 도시한 제 3 선택안은 냉매 유체가 하나의 하우징(4)으로부터 다른 하우징(5)으로 통과할 수 있도록 하기 위해 두 개의 하우징(4, 5)을 서로 연결하는 커버 형태로 조립된 두 개의 구성부(10, 11)를 포함하는 열교환기(1)를 포함하는데, 제 1 구성부(10)는 스테인리스강으로 만들어지고 제 2 구성부(11)는 알루미늄으로 만들어져 있다. 제 1 구성부(10)는 두 개의 하우징(4, 5) 사이에 위치하는 스테인리스강으로 만들어진 공통 칼라(6)의 일체부이며, 제 2 구성부(11)는 제 2 하우징(5)을 오븐 솔더링하는 과정 중에 공통 칼라(6)에 부착될 수 있다.The third option, shown in FIG. 5, is a two assembly assembled in the form of a cover connecting the two
필요에 따라서, 두 개의 번들(2, 3)에는 동일 온도 또는 서로 다른 온도에서 두 타입의 냉매 유체가 공급될 수 있는데, 하나의 번들에는 고온(HT)에서 냉매 유체가 공급되고 다른 번들에는 저온(LT)에서 냉매 유체가 공급된다. 이 용도에서 두 개의 하우징 내의 냉매 유체에 대해서는 표준형의 부착관이 이용될 수 있다.If desired, two
제 2 실시형태에 따르면, 열교환기는 두 개의 번들, 즉 제 1 번들(2) 및 제 2 번들(3)을 수용하는 단일 하우징(도시하지 않음)을 포함하는데, 냉매 유체 회로는 양쪽에 공통이다.According to the second embodiment, the heat exchanger comprises a single housing (not shown) which receives two bundles, namely the
상기 단일 하우징은 단일 재료로 만들어질 수 있으며 열교환기의 두 개의 번들을 덮는다. 이 경우, 하우징은 스테인리스강이나 알루미늅 뿐만 아니라 플라스틱으로도 제조될 수 있다. 이들 경우 중의 특정 경우에, 그리고 제조공정의 타입, 예를 들어 알루미늄 캐스팅 또는 플라스틱 사출성형에 따라서 하우징은 열교환기를 엔진 환경에 고정하기 위한 지지부 같은 다양한 기능을 구비할 수 있다.The single housing may be made of a single material and covers two bundles of heat exchangers. In this case, the housing can be made of stainless steel or aluminium as well as plastic. In certain of these cases and depending on the type of manufacturing process, for example aluminum casting or plastic injection molding, the housing may have various functions such as a support for fixing the heat exchanger to the engine environment.
하우징을 제조하는 과정을 간단히 하기 위해, 하우징은 종방향 또는 횡방향 분할선에 따라서 두 개 이상의 부분으로 분할될 수 있으며, 그리고 두 개의 번들(2, 3)이 내부에 배치된 후에 조립될 수 있다.To simplify the process of manufacturing the housing, the housing can be divided into two or more parts along a longitudinal or transverse dividing line, and can be assembled after the two
상기 하우징은 냉매 유체용 입구관 및 출구관의 통합 같은 여러 가지 기능을 제공하기 위해 다양한 형태를 포함할 수 있다. 상기 관들은 하우징의 내부 또는 두 개의 번들 사이의 환경의 가스용 입구 및 출구 영역에 제공될 수 있다. 하우징의 다른 기능은 지지판을 통한 번들의 지지의 역할을 할 수 있다.The housing may include various forms to provide various functions, such as the integration of inlet and outlet tubes for refrigerant fluid. The tubes can be provided in the inlet and outlet area for the gas of the environment within the housing or between the two bundles. Another function of the housing may serve as support of the bundle through the support plate.
하우징의 외부형태는 대응하는 번들의 치수에 맞추기 위해 또는 지지판을 지지하기 위해 종방향으로 증가되거나 또는 다수의 구역만 있을 수 있다.The external form of the housing may be increased in the longitudinal direction or only in multiple zones to fit the dimensions of the corresponding bundle or to support the support plate.
여기서 설명한 EGR 열교환기의 설계는 "I" 형상 구조, 즉 가스용 입구 및 출구가 두 개의 서로 반대측 말단에 배치된 구조로 쉽게 적용될 수 있다.The design of the EGR heat exchanger described herein can be easily applied to an "I" shaped structure, ie a structure in which the gas inlet and outlet are arranged at two opposite ends.
또한 "U"형상 구조, 즉 가스용 입구 및 출구가 동일 개방 말단에서 서로 나란하게 배치된 구조를 이용하는 것도 가능한데, 반대측 말단은 폐쇄되어 공급 통로 및 복귀 통로를 한정한다. 이 경우, 가스용 입구는 항상 스테인리스강으로 만들어진 부품이어야 하며 상기 스테인리스강으로 만들어진 입구 부분은 제 1 부분의 재료인 알루미늄에 대한 허용 온도로 가스를 냉각하기에 충분하게 길어야 한다는 것을 고려할 필요가 있다.It is also possible to use a "U" shaped structure, ie a structure in which the gas inlet and outlet are arranged next to each other at the same open end, the opposite end being closed to define the supply passage and the return passage. In this case, it is necessary to consider that the gas inlet should always be a part made of stainless steel and that the inlet part made of stainless steel should be long enough to cool the gas to an allowable temperature for aluminum, which is the material of the first part.
Claims (18)
가스용 입구에 배치되며 제 1 금속으로 만들어지는 제 1 부분(2), 및 가스류를 따라서 상기 제 1 부분(2)의 다음에 배치되며 상기 제 1 부분(2)의 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 갖는 제 2 금속으로 만들어지는 제 2 부분(3)을 포함하며, 상기 제 1 부분(2)은 가스가 상기 제 2 부분(3)을 통과하기 전에 가스의 온도를 낮출 수 있는
열교환기.Especially in the gas heat exchanger for the exhaust gas of the engine,
A first portion 2 disposed at an inlet for gas and made of a first metal, and a melting temperature disposed after the first portion 2 along the gas stream and lower than the melting temperature of the first portion 2 And a second part 3 made of a second metal having a second part 3, said first part 2 being capable of lowering the temperature of the gas before the gas passes through the second part 3.
heat transmitter.
상기 제 1 부분(2)은 스테인리스강으로 만들어지고, 상기 제 2 부분(3)은 알루미늄으로 만들어지는
열교환기.The method of claim 1,
The first part 2 is made of stainless steel and the second part 3 is made of aluminum
heat transmitter.
상기 제 1 부분(2)은 부착 칼라 또는 플랜지를 포함하는
열교환기.The method according to claim 1 or 2,
The first part 2 comprises an attachment collar or flange
heat transmitter.
상기 제 1 부분(2)은 가스의 순환과 주위 냉매 유체와의 열교환이 가능하도록 구성된 제 1 번들(2)로서 제조되는
열교환기.The method according to claim 1 or 2,
The first part 2 is manufactured as a first bundle 2 configured to enable circulation of gas and heat exchange with ambient refrigerant fluid.
heat transmitter.
상기 제 2 부분(3)은 가스의 순환과 주위 냉매 유체와의 열교환이 가능하도록 구성된 제 2 번들(3)로서 제조되는
열교환기.The method according to claim 1 or 2,
The second part 3 is made as a second bundle 3 configured to enable the circulation of the gas and the heat exchange with the surrounding refrigerant fluid.
heat transmitter.
번들 형태의 두 개의 부분(2, 3)은 적어도 하나의 하우징(4, 5) 내에 수용되는
열교환기.The method according to claim 4 or 5,
The two parts 2, 3 in the form of a bundle are housed in at least one housing 4, 5.
heat transmitter.
상기 열교환기는 스테인리스강으로 만들어지고, 상기 제 1 번들(2)을 수용하는 제 1 하우징(4), 및 알루미늄으로 만들어지고 상기 제 2 번들(3)을 수용하는 제 2 하우징(5)을 포함하는
열교환기.The method according to claim 6,
The heat exchanger comprises a first housing 4 made of stainless steel and containing the first bundle 2, and a second housing 5 made of aluminum and containing the second bundle 3.
heat transmitter.
상기 두 개의 하우징(4, 5)은 스테인리스강으로 만들어진 상기 제 1 하우징(4)의 일부를 구성하는 단일의 부착 칼라 또는 플랜지(6)에 의해 서로 결합되는
열교환기.The method of claim 7, wherein
The two housings 4, 5 are joined to each other by a single attachment collar or flange 6 constituting part of the first housing 4 made of stainless steel.
heat transmitter.
알루미늄으로 만들어진 상기 제 2 하우징(5)은 오븐 솔더링에 의해 상기 단일의 칼라(6)에 직접 조립될 수 있는
열교환기.The method of claim 8,
The second housing 5 made of aluminum can be assembled directly to the single collar 6 by oven soldering.
heat transmitter.
상기 두 개의 하우징(4, 5)은 각각 하우징(4, 5)의 일부를 구성하는 두 개의 부착 칼라 또는 플랜지에 의해 서로 결합되는
열교환기.The method of claim 7, wherein
The two housings 4, 5 are joined to each other by two attachment collars or flanges which respectively form part of the housings 4, 5.
heat transmitter.
상기 두 개의 칼라(6, 7)는 나사 요소(8)에 의해 서로 결합되어, 이들 칼라 사이에 밀봉 조인트를 갖는
열교환기.11. The method of claim 10,
The two collars 6, 7 are joined to each other by screw elements 8, having a sealing joint between these collars.
heat transmitter.
각 번들은 자신의 독립 냉매 유체 회로와 연관되며, 각 회로는 냉매 유체용의 입구관 및 출구관을 포함하는
열교환기.The method according to any one of claims 6 to 11,
Each bundle is associated with its own independent refrigerant fluid circuit, each circuit comprising an inlet tube and an outlet tube for refrigerant fluid.
heat transmitter.
상기 두 개의 번들은 동일한 냉매 유체 회로를 공유하는
열교환기.The method according to any one of claims 6 to 11,
The two bundles share the same refrigerant fluid circuit
heat transmitter.
냉매 유체가 하나의 하우징(4)으로부터 다른 하우징(5)으로 통과할 수 있도록 하기 위해 상기 두 개의 하우징(4, 5)을 서로 연결하는 대체로 반원형 외부 도관(9)을 포함하며, 상기 도관(9)은 스테인리스강 또는 알루미늄으로 만들어지는
열교환기.The method of claim 13,
A generally semicircular outer conduit 9 connecting the two housings 4, 5 to each other to allow refrigerant fluid to pass from one housing 4 to the other housing 5, the conduit 9 ) Is made of stainless steel or aluminum
heat transmitter.
냉매 유체가 하나의 하우징(4)으로부터 다른 하우징(5)으로 통과할 수 있도록 하기 위해 상기 두 개의 하우징(4, 5)을 서로 연결하는 커버 형태의 구성부(10)를 포함하며, 상기 구성부(10)는 스테인리스강 또는 알루미늄으로 만들어지는
열교환기.The method of claim 13,
A cover-like component 10 which connects the two housings 4 and 5 to each other in order to allow the refrigerant fluid to pass from one housing 4 to the other housing 5. 10 is made of stainless steel or aluminum
heat transmitter.
냉매 유체가 하나의 하우징(4)으로부터 다른 하우징(5)으로 통과할 수 있도록 하기 위해 상기 두 개의 하우징(4, 5)을 서로 연결하는 커버 형태로 조립된 두 개의 구성부(10, 11)를 포함하며, 제 1 구성부(10)는 스테인리스강으로 만들어지고 제 2 구성부(11)는 알루미늄으로 만들어지는
열교환기.The method of claim 13,
In order to allow the refrigerant fluid to pass from one housing 4 to the other housing 5, two components 10, 11 assembled in the form of a cover connecting the two housings 4, 5 to each other are provided. Wherein the first component 10 is made of stainless steel and the second component 11 is made of aluminum
heat transmitter.
상기 제 1 구성부(10)는 상기 두 개의 하우징(4, 5) 사이에 위치한 스테인리스강으로 만들어진 공통 칼라(6)의 일체부이며, 상기 제 2 구성부(11)는 상기 제 2 하우징(5)을 오븐 솔더링하는 과정 중에 상기 공통 칼라(6)에 부착될 수 있는
열교환기.17. The method of claim 16,
The first component 10 is an integral part of a common collar 6 made of stainless steel located between the two housings 4, 5, and the second component 11 is the second housing 5. Can be attached to the common collar 6 during the oven soldering process.
heat transmitter.
상기 열교환기는 제 1 번들(2) 및 제 2 번들(3)인 두 개의 번들을 수용하는 단일의 하우징을 포함하며, 상기 냉매 유체 회로는 양 번들에 공통인
열교환기.The method according to claim 6,
The heat exchanger includes a single housing for receiving two bundles, the first bundle 2 and the second bundle 3, wherein the refrigerant fluid circuit is common to both bundles.
heat transmitter.
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