KR20200124582A - 배기가스 재순환용 쿨러 - Google Patents

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정세욱
이희술
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 배기가스 재순환용 쿨러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 부품 추가 없이 헤더의 구조를 개선하여 튜브의 열변형을 흡수하는 배기가스 재순환용 쿨러에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배기가스 재순환용 쿨러는 배기가스 재순환 장치에 적용되는 쿨러로서, 배기가스 재순환 라인에 연결되는 한 쌍의 플랜지 사이에 배치되는 바디와; 상기 바디의 내부에 수용되면서 양단이 각각 헤더를 매개로 상기 플랜지에 결합되어 배기가스가 유동되는 튜브와; 상기 바디의 내부에 수용되어 튜브에서 유동되는 배기가스와 열교환되는 냉각핀을 포함하고, 상기 헤더는 상기 튜브의 팽창 및 수축에 의한 변형에 대응하여 변형되는 것을 특징으로 한다.

Description

배기가스 재순환용 쿨러{COOLER FOR EXHAUST GAS RECIRCULATION}
본 발명은 배기가스 재순환용 쿨러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 부품 추가 없이 헤더의 구조를 개선하여 튜브의 열변형을 흡수하는 배기가스 재순환용 쿨러에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 배출가스에는 일산화탄소(Co), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 및 입자상 물질(PM: Particulate Matters) 등과 같은 유해가스가 포함되어 있다.
그래서, 차량에는 배출가스 중에서 유해가스의 발생을 억제하기 위한 다양한 수단이 적용되고 있다. 이러한 수단 중 하나가 질소산화물의 발생을 억제하기 위해 사용되는 배기가스 재순환(EGR; Exhaust gas recirculation) 장치이다.
배기가스 재순환 장치에는 배기가스 재순환용 쿨러를 필수적으로 장착하여 배기가스와 냉각수를 상호 열교환시켜 배기가스를 냉각시켜 주게 된다.
도 1은 일반적인 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 절개사시도이고, 도 2는 일반적인 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 요부 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 배기가스 재순환용 쿨러는 배기가스 재순환 라인에 연결되는 한 쌍의 플랜지(10, 20) 사이에 배치되는 바디(30)와; 상기 바디(30)의 내부에 수용되면서 양단이 각각 헤더(40)를 매개로 상기 플랜지(10, 20)에 결합되어 배기가스가 유동되는 튜브(50)와; 상기 바디(30)의 내부에 수용되어 튜브(50)에서 유동되는 배기가스와 열교환되는 냉각핀(60)을 포함한다.
이때 플랜지(10, 20)는 배기가스가 유입되는 측에 배치되는 입구 플랜지(10)와 배기가스가 배출되는 측에 배치되는 출구 플랜지(20)로 구분된다.
한편, 튜브(50)는 내부가 하나의 유동공간으로 형성되기도 하지만, 다수의 튜브(50)가 바디(30)의 길이 방향을 따라 서로 인접되어 나란하게 배치되고, 튜브(50)들 사이 공간으로 냉각수가 직접 유동되거나 냉각수가 유동되는 냉각핀(60)이 배치될 수 있다.
이때 다수의 튜브(50)가 배치되는 경우에, 입구 플랜지(10) 측에 배치되는 헤더(40)는 입구 플랜지(10)를 통하여 유입된 배기가스를 각각의 튜브(50)로 유동시키면서, 냉각수가 유동되는 공간으로 유입되는 것을 차단하는 역할을 한다. 물론 출구 플랜지(20) 측에 배치되는 헤더(40)는 각각의 튜브(50)로 유동되면서 열교환된 배기가스가 다시 출구 플랜지(20)를 통하여 배기가스 재순환 라인으로 유동되도록 하는 것을 역할을 한다.
한편, 튜브(50)는 헤더(40)에 의해 플랜지(10, 20) 및 바디(30)에 용접으로 고정된다. 이렇게 튜브(50)가 고정된 상태에서 고온의 배기가스가 그 내부로 유동되면서 냉각되는 열교환이 반복됨에 따라 튜브(50)는 열에 의한 팽창 및 수축이 반복되어 열응력이 축적되면서 튜브(50)가 파손되거나 튜브(50)와 헤더(40) 사이의 고정부분이 파손되는 문제가 발생되었다.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
공개특허공보 제10-2013-0056400호 (2013.05.30)
본 발명은 배기가스 재순환용 쿨러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 부품 추가 없이 헤더의 구조를 개선하여 튜브의 열변형을 흡수하는 배기가스 재순환용 쿨러를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배기가스 재순환용 쿨러는 배기가스 재순환 장치에 적용되는 쿨러로서, 배기가스 재순환 라인에 연결되는 한 쌍의 플랜지 사이에 배치되는 바디와; 상기 바디의 내부에 수용되면서 양단이 각각 헤더를 매개로 상기 플랜지에 결합되어 배기가스가 유동되는 튜브와; 상기 바디의 내부에 수용되어 튜브에서 유동되는 배기가스와 열교환되는 냉각핀을 포함하고, 상기 헤더는 상기 튜브의 팽창 및 수축에 의한 변형에 대응하여 변형되는 것을 특징으로 한다.
상기 헤더는, 튜브의 단부에 접촉되어 배기가스가 바디의 내부에서 냉각수가 유동되는 냉각수 유동공간으로 유입되는 것을 차단하는 베이스부와; 상기 베이스부에서 연장되어 상기 튜브의 단부영역 외주면에 밀착되는 제 1 밀착부와; 상기 제 1 밀착부에서 연장되면서 절곡되어 상기 튜브의 팽창 및 수축에 의한 변형에 대응하여 변형되는 버퍼부와; 상기 버퍼부에서 연장되면서 절곡되어 상기 플랜지의 단부영역 외주면에 밀착되는 제 2 밀착부로 구분되는 것을 특징으로 한다.
상기 버퍼부는 상기 튜브 및 플랜지와 직접 접촉되지 않고, 상기 튜브의 길이방향 및 직경방향으로의 팽창 및 수축에 대응하여 변형되는 것을 특징으로 한다.
상기 헤더는 제 1 밀착부가 튜브의 단부에서 내측방향으로 연장되어 형성되고, 버퍼부는 제 1 밀착부에서 튜브의 내측에서 단부방향으로 연장되면서 절곡되며, 제 2 밀착부는 상기 버퍼부에서 튜브의 단부에서 내측방향으로 연장되면서 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 튜브는 양측 단부영역에 형성되어 냉각핀이 설치되지 않는 미설치영역과, 상기 미설치영역의 사이에 형성되어 냉각핀이 설치되는 설치영역으로 구분되는 것을 특징으로 한다.
상기 튜브는 상기 미설치영역의 내경이 설치영역의 내경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 튜브를 플랜지 및 바디에 고정시키는 헤더의 구조에 튜브의 열변형에 대응하여 변형되는 구조를 부가하여 튜브의 열변형을 흡수하여 배기가스 재순환용 쿨러의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 일반적인 배가가스 재순환용 쿨러 대비 별도의 부품을 추가하지 않고도 헤더의 구조를 개선하는 것만으로도 배기가스 재순환용 쿨러가 파손되거나 손상되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 일반적인 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 절개사시도이고,
도 2는 일반적인 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 요부 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 절개사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 요부 사시도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 요부 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 요부 확대단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 절개사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 요부 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 요부 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환용 쿨러를 보여주는 요부 확대단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환용 쿨러는 배기가스 재순환 라인에 연결되어 배기가스를 냉각시키는 장치로서, 배기가스 재순환 라인에 연결되는 한 쌍의 플랜지(100, 200) 사이에 배치되는 바디(300)와; 상기 바디(300)의 내부에 수용되면서 양단이 각각 헤더(400)를 매개로 상기 플랜지(100 ,200)에 결합되어 배기가스가 유동되는 튜브(500)와; 상기 바디(300)의 내부에 수용되어 튜브(500)에서 유동되는 배기가스와 열교환되는 냉각핀(600)을 포함한다. 특히, 본 발명에서 헤더(400)는 튜브(500)의 팽창 및 수축에 의한 변형에 대응하여 변형됨에 따라 튜브(500) 자체 및 튜브(500)와 그 주변 부품과의 고정부의 파손 및 손상을 억제하는 역할을 한다.
바디(300)는 내부에 수용공간이 형성되는 단면이 사각형 또는 원형을 갖는 관체로 형성된다. 이때 바디(300)의 양단은 한 쌍의 플랜지(100, 200)에 의해 배기가스 재순환 라인에 연결된다. 이때 플랜지(100, 200)는 배기가스가 유입되는 측에 배치되는 입구 플랜지(100)와 배기가스가 배출되는 측에 배치되는 출구 플랜지(200)로 구분된다.
튜브(500)는 배기가스가 유동되는 공간을 하나의 공간으로 제공하기도 하지만, 배기가스가 유동되는 공간을 다수의 공간으로 구획한다. 본 실시예에서는 배기가스가 유동되는 공간을 다수의 공간으로 구획하기 위하여 다수의 튜브(500)가 바디(300)의 길이 방향을 따라 서로 인접되어 나란하게 배치된다.
그리고 냉각핀(600)은 바디(300)의 내부에서 다수의 튜브(500)들 사이 공간으로 배치된다. 이때 튜브(500)들의 사이 공간으로는 냉각수가 직접 유동되거나 냉각수가 유동되는 냉각핀(60)이 배치될 수 있다.
특히 냉각핀(600)의 일부는 튜브(500)를 관통하여 튜브(500)의 내부로 노출됨에 따라 배기가스가 냉각핀에 직접적으로 접촉되면서 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 물론 냉각핀(600)은 튜브(500)의 내부로 노출되지 않고 튜브의 외면에 접하도록 배치되어 배기가스와 냉각핀(600)이 간접적으로 접촉되면서 열교환이 이루어지도록 할 수 있다. 튜브(500)와 냉각핀(600)의 배치 및 관계는 상호 간에 이루어지는 열교환 효율을 향상시키기 위하여 그 구조가 다양하게 변경되어 적용될 수 있을 것이다.
한편, 헤더(400)는 튜브(500)의 양측 단부에 배치되어 배기가스가 다수의 튜브(500)로 유동되도록 하면서 냉각수가 유동되는 공간으로 유입되는 것을 차단하는 역할을 한다. 부연하자면, 입구 플랜지(100) 측에 배치되는 헤더(400)는 입구 플랜지(100)를 통하여 유입된 배기가스를 각각의 튜브(500)로 유동시키면서, 냉각수가 유동되는 공간으로 유입되는 것을 차단하는 역할을 하고, 출구 플랜지(200) 측에 배치되는 헤더(400)는 각각의 튜브(500)로 유동되면서 열교환된 배기가스가 다시 출구 플랜지(200)를 통하여 배기가스 재순환 라인으로 유동되도록 하는 것을 역할을 한다.
이를 위하여 헤더(400)는 튜브(500)의 단부에 접촉되어 배기가스가 바디(300)의 내부에서 냉각수가 유동되는 냉각수 유동공간으로 유입되는 것을 차단하는 베이스부(410)와; 상기 베이스부(410)에서 연장되어 상기 튜브(500)의 단부영역 외주면에 밀착되는 제 1 밀착부(420)와; 상기 제 1 밀착부(420)에서 연장되면서 절곡되어 상기 튜브(500)의 팽창 및 수축에 의한 변형에 대응하여 변형되는 버퍼부(440)와; 상기 버퍼부(440)에서 연장되면서 절곡되어 상기 플랜지(100, 200)의 단부영역 외주면에 밀착되는 제 2 밀착부(430)로 구분된다.
베이스부(410)는 바디(300)의 길이방향에 수직되는 방향의 단면 형상에 대응되는 형상으로 형성되어 튜브(500)의 단부에 접촉된다. 이때 베이스부(410)에는 다수의 튜브(500)와 연통될 수 있도록 다수의 유로홀(411)이 형성된다.
제 1 밀착부(420)는 베이스부(410) 중 유로홀(411)이 형성된 영역의 주변에서 연장되어 튜브(500)의 단부영역에 밀착되도록 절곡된다. 바람직하게는 베이스부(410)의 유로홀(411)의 주변에서 튜브(500)의 내측방향으로 연장되어 절곡된다.
버퍼부(440)는 제 1 밀착부(420)에서 연장되어 절곡되되, 다시 튜브(500)의 내측에서 단부방향으로 연장되면서 절곡된다. 이때 버퍼부(440)는 플랜지(100, 200) 및 바디(300)에 접촉되지 않는 영역에서 튜브(500)의 열변형에 대응하여 그 열변형을 흡수할 수 있도록 충분한 길이 및 면적만큼 형성되는 것이 바람직하다.
제 2 밀착부(430)는 버퍼부(440)에서 연장되어 절곡되되, 다시 튜브(500)의 단부에서 내측방향으로 연장되면서 절곡된다.
이렇게 헤더(400)는 베이스부(410), 제 1 밀착부(420), 버퍼부(440) 및 제 2 밀착부(430)로 구분되도록 일체로 형성되고, 제 1 밀착부(420) 및 제 2 밀착부(430)에 의해 튜브(500)를 플랜지(100, 200)에 고정시킨다. 다만, 버퍼부(440)는 제 1 밀착부(420) 및 제 2 밀착부(430)와 달리 튜브(500) 및 플랜지(100, 200)에 접촉되지 않도록 구비되어 튜브(500)의 열변형에 의한 팽창 및 수축시 그 열변형량을 흡수하도록 한다. 이에 따라 튜브(500)가 플랜지(100, 200)에 고정된 상태에서 튜브(500)가 길이방향으로 팽창 및 수축되더라도 버퍼부(440)에서 그 변형량을 흡수하기 때문에 튜브(500)의 파손을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 실시예는 튜브 자체에서도 팽창 및 수축에 의한 열변형을 억제하는 구조를 가질 수 있다.
예를 들어 튜브(500)에는 냉각핀(600)의 일부가 관통되어 내부로 노출되도록 설치됨에 따라 배기가스가 냉각핀(600)에 직접적으로 접촉되면서 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 하지만, 냉각핀(600)이 설치되는 영역은 그만큼 열변형이 많이 진행된다.
따라서, 본 실시예에서는 튜브(500)는 양측 단부영역에 냉각핀(600)이 설치되지 않는 미설치영역(520)과, 상기 미설치영역(520)의 사이에 냉각핀(600)이 설치되는 설치영역으로 구분시킬 수 있다. 그래서 설치영역(510)에만 냉각핀(600)을 설치하여 설치영역에서 상대적으로 많이 팽창 및 수축이 일어나도록 유도하고 미설치영역(520)에서는 설치영역(510)의 열변형을 흡수할 수 있도록 한다.
이를 위하여 튜브(500)는 미설치영역(520)의 내경을 설치영역(510)의 내경보다 크게 형성하여 설치영역(510)에서 열변형, 특히 직경방향의 팽창 및 수축이 발생되는 경우에 미설치영역에서 그 열변형을 흡수할 수 있도록 한다.
특히, 헤더(400)의 제 1 밀착부(420)를 튜브(500)의 미설치영역(520)에 밀착시킴으로써, 튜브(500)의 팽창 및 수축에 따른 열변형을 튜브(500) 자체의 미설치영역(520)에서 흡수하는 동시에 헤더(400)의 버퍼부(440)에서 흡수하여 튜브(500)의 열변형을 흡수하는 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10, 100: 입구 플랜지 20, 200: 출구 플랜지
30, 300: 바디 40, 400: 헤더
410: 베이스부 411: 유로홀
420: 제 1 밀착부 430: 제 2 밀착부
440: 버퍼부 50, 500: 튜브
510: 설치영역 520: 미설치영역
60, 600: 냉각핀

Claims (6)

  1. 배기가스 재순환 장치에 적용되는 쿨러로서,
    배기가스 재순환 라인에 연결되는 한 쌍의 플랜지 사이에 배치되는 바디와;
    상기 바디의 내부에 수용되면서 양단이 각각 헤더를 매개로 상기 플랜지에 결합되어 배기가스가 유동되는 튜브와;
    상기 바디의 내부에 수용되어 튜브에서 유동되는 배기가스와 열교환되는 냉각핀을 포함하고,
    상기 헤더는 상기 튜브의 팽창 및 수축에 의한 변형에 대응하여 변형되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환용 쿨러.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤더는,
    튜브의 단부에 접촉되어 배기가스가 바디의 내부에서 냉각수가 유동되는 냉각수 유동공간으로 유입되는 것을 차단하는 베이스부와;
    상기 베이스부에서 연장되어 상기 튜브의 단부영역 외주면에 밀착되는 제 1 밀착부와;
    상기 제 1 밀착부에서 연장되면서 절곡되어 상기 튜브의 팽창 및 수축에 의한 변형에 대응하여 변형되는 버퍼부와;
    상기 버퍼부에서 연장되면서 절곡되어 상기 플랜지의 단부영역 외주면에 밀착되는 제 2 밀착부로 구분되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환용 쿨러.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 버퍼부는 상기 튜브 및 플랜지와 직접 접촉되지 않고, 상기 튜브의 길이방향 및 직경방향으로의 팽창 및 수축에 대응하여 변형되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환용 쿨러.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 헤더는 제 1 밀착부가 튜브의 단부에서 내측방향으로 연장되어 형성되고, 버퍼부는 제 1 밀착부에서 튜브의 내측에서 단부방향으로 연장되면서 절곡되며, 제 2 밀착부는 상기 버퍼부에서 튜브의 단부에서 내측방향으로 연장되면서 절곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환용 쿨러.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 튜브는 양측 단부영역에 형성되어 냉각핀이 설치되지 않는 미설치영역과, 상기 미설치영역의 사이에 형성되어 냉각핀이 설치되는 설치영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환용 쿨러.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 튜브는 상기 미설치영역의 내경이 설치영역의 내경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환용 쿨러.
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