KR101569829B1

KR101569829B1 - Egr 가스 차압 저감용 웨이브 핀 플레이트를 갖는 열교환기

Info

Publication number: KR101569829B1
Application number: KR1020140072200A
Authority: KR
Inventors: 조용국
Original assignee: 주식회사 코렌스
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2015-11-19
Also published as: JP6391714B2; CN107076533A; US20170184060A1; US9951724B2; WO2015190635A1; EP3156753A1; JP2017516975A; EP3156753B1; EP3156753A4; ES2764838T3; CN107076533B

Abstract

열교환기 본체와, 상기 열교환기 본체 내로 배기가스가 유입되는 가스 인렛과, 상기 열교환기 본체 내로 냉각수의 유입이 이루어지는 냉각수 인렛과, 냉각수와의 열교환에 의해 냉각된 배기가스를 내보내는 가스 아웃렛과, 열교환을 마친 냉각수를 내보내는 냉각수 아웃렛을 포함하는 열교환기가 개시된다. 이때, 상기 열교환기 본체는, 복수의 가스 튜브들이 나란히 적층되어 이루어진 튜브 적층 코어와, 상기 튜브 적층 코어의 양 단부를 제외한 나머지 부분을 둘러싸도록 형성된 하우징과, 폭방향을 따라

형 단면의 웨이브 핀과 이와 연속하는

형 단면의 웨이브 핀을 포함하는 복수의 웨이브 핀들을 일체로 포함하고, 상기 가스 튜브들 각각의 내부에 배치되는 웨이브 핀 플레이트를 포함하되, 상기 웨이브 핀들 각각은 길이 방향을 따라 가스 인렛 위치와 인접한 고정 피치 구간과, 가스 아웃렛 위치와 인접한 가변 피치 구간을 포함하며, 상기 가변 피치 구간 내 웨이브 핀의 피치는 상기 고정 피치 구간 내 웨이브 핀의 피치보다 항상 크고 상기 가변 피치 구간은 상기 웨이브 핀 플레이트 전체 길이의 10~60%을 점유한다.

Description

EGR 가스 차압 저감용 웨이브 핀 플레이트를 갖는 열교환기{HEAT EXCHANGER HAVING WAVY FIN PLATE FOR REDUCING DIFFERENTIAL PRESSURE OF EGR GAS}

본 발명은 EGR 가스 차압 저감용 웨이브 핀 플레이트를 갖는 열교환기에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 가스 인렛 위치와 인접한 고정 피치 구간과 가스 아웃렛 위치와 인접한 가변 피치 구간을 포함하는 웨이브 핀 플레이트에 의해 차압을 크게 저감할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 이지알 시스템(EGR; Exhaust Gas Recirculation)은 배기가스의 일부를 다시 흡기계로 재순환시켜 흡입공기 중의 CO₂ 농도를 증대시켜 연소실의 온도를 저하시키고, 이에 의해 NOx를 저감시키는 시스템이다.

이러한 시스템에는 냉각수에 의해 배기가스를 냉각시키는 배기가스 열교환기(통상, '이지알 쿨러(EGR Cooler)'라고도 함)가 이용되고 있으며, 배기가스 열교환기는 700℃ 정도의 배기가스 온도를 150 ~ 200℃ 까지 냉각시켜야 하므로 내열성 재질이어야 하며, 자동차에 설치되기 위해 콤팩트하게 설계되어야 하고, 적절한 EGR량을 공급하기 위해 압력강하가 최소화되어야 하며, 열교환 중 배기가스로부터 응축이 발생하면 연료의 황 성분 때문에 응축수에 황산이 포함되어 부식을 일으키기 쉬우므로 방식성 재료이어야 하며, 배기가스의 맥동영향으로 기계적 부하가 작용하므로 일정의 기계적 강도가 있어야 한다.

이러한 배기가스 열교환기는 복수의 가스 튜브가 적층된 튜브 적층코어를 포함하고, 각 가스 튜브의 내부에는 배기가스가 통과하는 배기가스용 통로가 형성되며, 인접하는 가스 튜브들 사이에는 냉각수용 통로가 형성된다. 그리고 배기가스 열교환기의 가스 튜브 내에는 유체의 난류화를 유도함으로써 유체의 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 핀 구조체, 즉, 웨이브 핀 플레이트가 설치된다. 흔히 "웨이비 핀"이라고도 불리는 웨이브 핀 플레이트는 복수의 웨이브 핀을 포함하되 각 웨이브 핀은 전체 길이 구간에 걸쳐 연속적인 산 형태 또는 골 형태를 포함하는 일정 피치의 사인 곡선 형태를 갖는다.

웨이브 핀의 유체 통로를 통과하는 유체, 즉 배기가스는 위와 같이 일정 피치를 갖는 웨이브 핀의 사인 곡선 형태 의해 난류화를 일으키고, 이에 의해, 배기가스 열교환기의 열교환 효율을 높이는데 기여를 한다. 한편, 차량 개발시 EGR 쿨러의 성능 및 차압 요구 사항은 엔진마다 다르되, 성능(또는, 효율)은 더 좋게 차압은 더 낮게 요구되고 있다. 하지만, 일정 피치의 사인 곡선 형태로 이루어진 웨이브 핀들로 이루어진 웨이브 핀 플레이트로는 효율을 유지하면서도 차압을 낮추는데 어려움이 있었다.

한국특허등록 제10-0925816호 한국특허공개 제10-2013-0059784

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는, 가스 인렛 위치와 인접한 고정 피치 구간과 가스 아웃렛 위치와 인접한 가변 피치 구간을 포함하는 웨이브 핀 플레이트에 의해 효율을 유지하면서도 가스 차압을 크게 저감한 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 열교환기는, 열교환기 본체와, 상기 열교환기 본체 내로 배기가스가 유입되는 가스 인렛과, 상기 열교환기 본체 내로 냉각수의 유입이 이루어지는 냉각수 인렛과, 냉각수와의 열교환에 의해 냉각된 배기가스를 내보내는 가스 아웃렛과, 열교환을 마친 냉각수를 내보내는 냉각수 아웃렛을 포함하며, 상기 열교환기 본체는, 복수의 가스 튜브들이 나란히 적층되어 이루어진 튜브 적층 코어와, 상기 튜브 적층 코어의 양 단부를 제외한 나머지 부분을 둘러싸도록 형성된 하우징과, 폭방향을 따라

형 단면의 웨이브 핀과 이와 연속하는

형 단면의 웨이브 핀을 포함하는 복수의 웨이브 핀들을 일체로 포함하고, 상기 가스 튜브들 각각의 내부에 배치되는 웨이브 핀 플레이트를 포함하되, 상기 웨이브 핀들 각각은 길이 방향을 따라 가스 인렛 위치와 인접한 고정 피치 구간과, 가스 아웃렛 위치와 인접한 가변 피치 구간을 포함하며, 상기 가변 피치 구간 내 웨이브 핀의 피치는 상기 고정 피치 구간 내 웨이브 핀의 피치보다 항상 크고, 상기 가변 피치 구간은 상기 웨이브 핀 플레이트 전체 길이의 10~60%을 점유한다.

일 실시예에 따라, 상기 웨이브 핀들 각각은 상기 가변 피치 구간의 첫 번째 피치가 상기 고정 피치 구간의 고정 피치보다 1.1 ~ 2.5 배 크게 구성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 가변 피치 구간의 웨이브 핀의 피치는 가스 아웃렛 위치 쪽으로 갈수록 점점 커지도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 가변 피치 구간의 웨이브 핀의 피치는 서로 동일하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 가변 피치 구간의 웨이브 핀의 피치는 가스 아웃렛 위치 쪽으로 갈수록 점점 작아지도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 웨이브 핀은 제1 파형부와, 상기 제1 파형부와 연속되게 위치하여 상기 제1 파형부와의 사이에 특정 피치를 한정하는 제2 파형부를 포함하며, 상기 제1 파형부는 제1 곡률 반경을 가지며 상기 제2 파형부는 상기 제1 곡률 반경의 1.5 ~ 3배의 제2 곡률 반경을 가질 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 웨이브 핀들은 4 ~ 8 mm의 일정 높이를 갖도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 웨이브 핀들 각각은 모든 피치가 3 ~ 8mm 내에 있도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 웨이브 핀은 금속 판재를 프레스 성형, 기어 성형 및 이들의 조합 중에서 선택된 성형에 의해 성형되어 구성되고, 상기 웨이브 핀은 상기 튜브 적층 코어 내에서 용접, 납땜 , 점착 및 이들의 조합 중에서 선택된 접합에 의해 일체로 접합되어 구성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 웨이브 핀 플레이트를 구성하는 금속판재는 SUS 304, SUS 304L, SUS 316,SUS 316L 중에서 선택된 어느 하나의 오스테나이트계 스테인레스 스틸의 재질을 가지며, 그 판 두께가 0.05~0.3mm 일 수 있다.

본 발명에 따르면, 가변 피치 구간을 갖는 웨이브 핀을 포함하는 웨이브 핀 플레이트의 적용에 의해 효율을 유지하면서도 차압을 크게 저감할 수 있는 열교환기가 구현된다. 특히, 웨이브 핀 전체 길이에 대해, 웨이브 핀의 전체 길이 중 가변 피치 구간의 길이 점유율이 10~60%일 때, 차압을 크게 줄이면서도 효율은 유사하게 유지할 수 있다. 또한, 가변 피치 구간의 첫 번째 웨이브 핀 피치가 고정 피치 구간의 웨이브 핀 피치보다 1.1~2.5배로 제한됨으로써 효율 저하를 더욱 최소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 시스템용 배기가스 열교환기를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열교환기 본체를 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 열교환기 본체에서 분리한 웨이브 핀 플레이트를 도시한 확대 사시도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 웨이브 핀이 가변 피치 구간을 갖는 웨이브 핀 플레이트와 종래 기술에 따라 웨이브 핀이 일정한 피치로 이루어진 웨이브 핀 플레이트를 비교적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브 핀 플레이트의 일정 피치 구간과 가변 피치 구간을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예예 따른 웨이브 핀 플레이트의 가변 피치 구간 내 이웃하는 파형부 간 곡률 반경 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 가변 피치 구간을 갖는 웨이브 핀을 포함하는 웨이브 핀 플레이트가 적용된 열교환기(본 발명)와 일정 피치로 이루어진 웨이브 핀으로 구성된 웨이브 핀 플레이트가 적용된 열교환기의 차압과 효율을 비교적으로 설명하기 위한 그래프이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위해 과장되어 표현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 시스템용 배기가스 열교환기를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 열교환기 본체를 분해하여 도시한 분해사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 열교환기 본체에서 분리한 웨이브 핀 플레이트를 도시한 확대 사시도이고, 도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따라 웨이브 핀이 가변 피치 구간을 갖는 웨이브 핀 플레이트와 종래 기술에 따라 웨이브 핀이 일정한 피치로 이루어진 웨이브 핀 플레이트를 비교적으로 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브 핀 플레이트의 일정 피치 구간과 가변 피치 구간을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예예 따른 웨이브 핀 플레이트의 가변 피치 구간 내 이웃하는 파형부간 곡률 반경 관계를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 가변 피치 구간을 갖는 웨이브 핀을 포함하는 웨이브 핀 플레이트가 적용된 열교환기(본 발명)와 일정 피치로 이루어진 웨이브 핀으로 구성된 웨이브 핀 플레이트가 적용된 열교환기의 차압과 효율을 비교적으로 설명하기 위한 그래프이다.

먼저 도 1을 참조하면, 배기가스 열교환기는 배기가스의 일부를 다시 흡기계로 재순환시켜 흡입공기 중의 CO₂농도를 증대시켜 연소실의 온도를 저하시키고, 이에 의해 NOx를 저감시키는 EGR 시스템에 적용되는 것으로서, 배기가스와 냉각수 사이의 열교환에 의해 배기가스가 냉각이 이루어지는 열교환기 본체(1)와, 상기 열교환기 본체(1) 내로 배기가스가 유입되는 가스 인렛(2)과, 상기 열교환기 본체(1) 내로 냉각수의 유입이 이루어지는 냉각수 인렛(3)과, 냉각수와의 열교환에 의해 냉각된 배기가스를 내보내는 가스 아웃렛(4)과, 열교환을 마친 냉각수를 내보내는 냉각수 아웃렛(5)을 포함한다.

다음 도 2를 참조하면, 상기 열교환기 본체(1)는 길이 방향을 따라 길게 마련된 대략 직육면체의 튜브 적층 코어(10)와, 상기 튜브 적층 코어(10)의 양 단부를 제외한 나머지 부분을 둘러싸도록 형성된 사각 박스형의 하우징(20)을 포함한다. 상기 하우징(20)은 상기 튜브 적층 코어(10)의 양 사이드와 상부를 덮도록 대략 "ㄷ"형 단면으로 형성된 제1 하우징 셸(21)과, 상기 제1 하우징 셸(21)의 하단 개방부를 마감하도록 상기 제1 하우징 셸(21)에 결합된 "ㄷ"형 단면의 제2 하우징 쉘(22)을 포함한다.

상기 제1 및 제2 하우징 셸(21, 22)은 엠보싱 가공이 가능한 얇은 두께의 금속 박판 소재를 절단, 절곡하여 제작될 수 있다. 상기 튜브 적층 코어(10)는 복수의 가스 튜브(11)들이 횡으로 나란하게 적층되어 이루어진다.

상기 가스 튜브(11) 각각은 서로 대향하도록 절곡되어"ㄷ"형 단면 및 그와 대칭인 단면을 갖는 제1 및 제2 튜브 플레이트가 측벽들(또는 플랜지들)끼로 중첩된 후 브레이징을 통해 접합되어 대략 사각 단면 배기가스 통로를 갖도록 제작될 수 있다.

상기 가스 튜브(11) 각각의 내부에는 배기가스가 통과하는 배기가스용 통로가 형성되고, 상기 열교환기 본체(1)는 가스 튜브(11) 각각의 내부 배기가스 통로에 설치된 웨이브 핀 플레이트(12)를 포함한다. 상기 웨이브 핀 플레이트(12)는 본 발명의 주요 특징을 구성하는 부분으로서, 배기가스의 난류화 및 배기 가스 전열 면적을 확대시켜 배기가스 열교환기의 성능을 높이는데 크게 기여한다. 상기 웨이브 핀 플레이트(12)의 주요 구성들 및 특징들에 대해서는 이하에서 보다 더 자세히 설명하기로 한다. 한편, 인접하는 가스 튜브(11)들의 사이에는 냉각수용 통로가 형성된다.

또한, 상기 열교환기 본체(1)는, 튜브 적층코어(10)의 양 단부에 상기 튜브 적층코어(10)의 가스 튜브(11)들의 위치를 결정하는 두 세트의 튜브 유지 플레이트들을 포함할 수 있다. 그리고, 튜브 유지 플레이트 세트 각각은 제1 튜브 유지 플레이트(31)와 상기 제1 튜브 유지 플레이트(31)의 전면에 적층되는 제2 튜브 유지 플레이트(32)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 튜브 유지 플레이트(31, 32)는 가스 튜브(11)들이 끼워지는 튜브 삽입홀들을 구비한다.

도 3을 참조하면, 상기 웨이브 핀 플레이트(12)는 폭방향을 따라 복수의 웨이브 핀(121a, 121b)들을 일체로 포함하며, 복수의 웨이브 핀(121a, 121b; 통칭하여 121)은 대략 요홈형 단면 또는

형 단면의 웨이브 핀(121a)과 이와 이웃 또는 연속하는 볼록형 단면 또는

형의 단면의 웨이브 핀(121b)을 포함한다. 또한, 상기 복수의 웨이브 핀(121a 또는 121b; 통칭하여 121) 각각은 길이 방향으로 완만한 포물형 요부와 철부가 연속적으로 이어져 대략 물결 모양, 파형 또는 사인 곡선 형태를 갖는다. 상기 웨이브 핀 플레이트(12)는 금속 판재를 프레스 성형, 기어 성형 및 이들의 조합 중에서 선택된 성형에 의해 성형되어 구성되고, 상기 튜브 적층 코어 내에서 용접, 납땜 , 점착 및 이들의 조합 중에서 선택된 접합에 의해 일체로 접합되어 구성된다.

상기 웨이브 핀 플레이트(12)를 구성하는 금속판재는 SUS 304, SUS 304L, SUS 316,SUS 316L 중에서 선택된 어느 하나의 오스테나이트계 스테인레스 스틸의 재질을 가지며, 그 판 두께가 0.05~0.3mm 일 수 있다.

도 3, 도 4의 (a) 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 웨이브 핀(121a 또는 121b; 121)은 길이 방향을 따라 피치가 가변적으로 변하도록 구성되되, 적어도 열교환기의 가스 인렛(gas inlet) 측보다는 가스 아웃렛(gas outlet) 측에서 피치가 크게 되어 있다. 이는 배기가스가 웨이브 핀(121a 또는 121b; 121)의 파형에 부딪히면서 와류를 형성한 후 긴 피치를 갖는 파형을 갖는 가스 아웃렛 측으로 가면서 와류의 세력이 줄어들게 하여 결과적으로 차압을 줄이는데 기여한다.

도 4의 (b)에 보이는 종래 웨이브 핀 플레이트의 웨이브 핀(121')은 가스 인렛 측에서 가스 출구 측까지 길이 전체에 걸쳐 동일한 피치를 갖는데, 이는 가스 차압을 줄이는데 한계를 갖는다.

도 5에 잘 도시된 바와 같이, 웨이브 핀(121)은 가스 인렛 위치로부터 길이 전체의 40%에 해당하는 중간 위치까지 일정 피치(a)를 갖는 고정 피치 구간(A)과 중간 위치로부터 가스 아웃렛 위치까지 가변 피치(b, c, …)를 갖는 가변 피치 구간(B)을 포함한다.

본 실시예에서, 상기 가변 피치 구간(B)은 가스 인렛 위치로부터 열교환기 길이 전체의 40% 내지 90%에 해당하는 중간 위치에서 아웃렛 위치 사이에 존재한다. 즉 상기 가변 피치 구간(B)은 가스 인렛 위치로부터 상기 웨이브핀(121) 전체 길이의 40% 내지 90% 에 해당되는 지점에서 시작되어 아웃렛 위치까지 존재하게 된다. 이때 고정 피치 구간(A)은 가스인렛 위치로부터 상기 웨이브핀(121) 전체 길이의 40% 내지 90% 에 해당되는 지점까지 존재하게 된다.

이 경우 상기 고정 피치 구간(A)은 상기 웨이브 핀 플레이트(12) 또는 상기 웨이브 핀(121) 전체길이의 40~90%를 차지하고, 가변 피치 구간(B)은 상기 웨이브 핀 플레이트(12) 또는 상기 웨이브핀(121) 전체길이의 10~60%를 차지하게 된다.

그리고, 가변 피치 구간(B)의 첫 번째 피치(b)는 고정 피치 구간(A)의 고정 피치(a)보다 크되 대략 1.1 ~ 2.5 배로 정해지는 것이 좋다. 또한, 가변 피치 구간(B)에서 피치는 점진적으로 변화될 수 있는데, 바람직하게는, 가변 피치 구간(B) 내 연속하는 피치들 중 후행 피치는 선행 피치에 대하여 1.2 ~ 1.8배, 더 바람직하게는, 1.5배씩 증가되도록 하는 것이 좋다. 이때, 상기 웨이브 핀(121)들 각각은 모든 피치가 3 ~ 8mm 내에 있도록 구성되는 것이 좋다. 또한 상기 웨이브 핀의 피치는 두 파형부(요부 또는 철부)의 정점간 거리로 정해지되, 각 파형부는, 도 6에 도시된 것과 같이, 곡률 반경(R1 또는 R2)을 갖는다. 이때, 후행 파형부의 곡률 반경(R2)은 후행 파형부의 곡률 반경(R1)의 1.5 ~ 3배로 정해지는 것이 바람직하다. 또한, 웨이브 핀의 높이(H)는 항상 일정하되, 그 높이(H; 도 3 참조)는 대략 4 ~ 8 mm 정해지는 것이 바람직하다.

또한 상기 가변 피치 구간(B) 내의 웨이브 핀(121)의 모든 피치가 서로 동일하도록 구성할 수도 있고, 서로 다르게 구성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 상기 가변 피치 구간(B)의 시작점에서 종료지점인 아웃렛 위치로 갈수록 웨이브 핀(121)의 피치가 점점 커지도록 구성하는 것도 가능하고, 점점 작아지도록 구성하는 것도 가능하다.

도 7은 웨이브 핀 플레이트의 웨이브 핀 피치를 다르게 설계하여 차압 및 효율을 측정한 실험의 조건 및 결과를 나타낸 그래프이다.

도 7을 참조하면, 그래프의 100%는 기본 피치를 고정피치로 하여 전부 적용한 경우(종래기술)를 나타내며, 80%(실시예 1), 65%(실시예 2) 및 50%(실시예 3)는 기본 피치를 웨이브 핀(121) 전체 길이의 해당 퍼센티지(80%, 65% 및 50%) 만큼 고정 피치구간으로 적용하고, 나머지 길이 구간을 기본피치의 1.5배 또는 2배의 피치를 가지도록 하는 가변피치구간을 적용한 경우들을 보여준다.

이를 참조하면, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3과 같이 가변 피치 효율 구간을 둠으로써 열교환 효율은 100% 고정 피치 구간을 둘 때와 비교해 유사하면서도 차압을 대폭 저감할 수 있음을 알 수 있다.

전체 길이 구간의 60%를 초과하여 가변 피치 구간을 둔 경우(또는 전체길이구간의 40% 미만으로 고정 피치 구간을 정하는 경우)에는 효율이 과도하게 떨어지고 전체 길이 구간의 10% 미만으로 가변 피치 구간을 둔 경우(또는 전체길이구간의 90%를 초과하여 고정 피치 구간을 정하는 경우)에는 원하는 차압 저감 효과를 얻을 수 없었다. 따라서, 웨이브 핀 전체 길이의 10~60%의 가변 피치 구간을 출구 측과 가까이 배치하는 것이 가장 유리하다.

1: 열교환기 본체 2: 가스 인렛
3: 냉각수 인렛 4: 가스 아웃렛
5: 냉각수 아웃렛 10: 튜브 적층 코어
11: 가스 튜브 12: 웨이브 핀 플레이트
121a, 121b, 121: 웨이브 핀

Claims

열교환기 본체와, 상기 열교환기 본체 내로 배기가스가 유입되는 가스 인렛과, 상기 열교환기 본체 내로 냉각수의 유입이 이루어지는 냉각수 인렛과, 냉각수와의 열교환에 의해 냉각된 배기가스를 내보내는 가스 아웃렛과, 열교환을 마친 냉각수를 내보내는 냉각수 아웃렛을 포함하는 열교환기에 있어서,
상기 열교환기 본체는,
복수의 가스 튜브들이 나란히 적층되어 이루어진 튜브 적층 코어;
상기 튜브 적층 코어의 양 단부를 제외한 나머지 부분을 둘러싸도록 형성된 하우징; 및
폭방향을 따라
형 단면의 웨이브 핀과 이와 연속하는
형 단면의 웨이브 핀을 포함하는 복수의 웨이브 핀들을 일체로 포함하고, 상기 가스 튜브들 각각의 내부에 배치되는 웨이브 핀 플레이트를 포함하되,
상기 웨이브 핀들 각각은 길이 방향을 따라 가스 인렛 위치와 인접한 고정 피치 구간과, 가스 아웃렛 위치와 인접한 가변 피치 구간을 포함하며, 상기 가변 피치 구간 내 웨이브 핀의 피치는 상기 고정 피치 구간 내 웨이브 핀의 피치보다 항상 크고, 상기 가변 피치 구간은 상기 웨이브 핀 플레이트 전체 길이의 10~60%을 점유하고,
상기 웨이브 핀은 제1 파형부와, 상기 제1 파형부와 연속되게 위치하여 상기 제1 파형부와의 사이에 특정 피치를 한정하는 제2 파형부를 포함하며, 상기 제1 파형부는 제1 곡률 반경을 가지며 상기 제2 파형부는 상기 제1 곡률 반경의 1.5 ~ 3배의 제2 곡률 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 웨이브 핀들 각각은 상기 가변 피치 구간의 첫 번째 피치가 상기 고정 피치 구간의 고정 피치보다 1.1 ~ 2.5 배 큰 것을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 2에 있어서,
상기 가변 피치 구간은 선행하는 구간에 대하여 피치가 1.2 ~ 1.8배씩 점진적으로 증가되는 복수개의 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 2에 있어서,
상기 가변 피치 구간의 웨이브 핀의 피치는 가스 아웃렛 위치 쪽으로 갈수록 점점 커지도록 구성됨을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 2에 있어서,
상기 가변 피치 구간의 웨이브 핀의 피치는 서로 동일하도록 구성됨을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 가변 피치 구간의 웨이브 핀의 피치는 가스 아웃렛 위치 쪽으로 갈수록 점점 작아지도록 구성됨을 특징으로 하는 열교환기.
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청구항 1에 있어서,
상기 웨이브 핀들은 4 ~ 8 mm의 일정 높이를 갖도록 구성됨을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 웨이브 핀들 각각은 모든 피치가 3 ~ 8mm 내에 있도록 구성됨을 특징으로 하는 열교환기
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
상기 웨이브 핀 플레이트는 금속 판재를 프레스 성형, 기어 성형 및 이들의 조합 중에서 선택된 성형에 의해 성형되어 구성되고, 상기 튜브 적층 코어 내에서 용접, 납땜 , 점착 및 이들의 조합 중에서 선택된 접합에 의해 일체로 접합되어 구성됨을 특징으로 하는 열교환기.
청구항 10에 있어서,
상기 웨이브 핀 플레이트를 구성하는 금속판재는 SUS 304, SUS 304L, SUS 316,SUS 316L 중에서 선택된 어느 하나의 오스테나이트계 스테인레스 스틸의 재질을 가지며, 그 판 두께가 0.05~0.3mm 인 것을 특징으로 하는 열교환기.