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KR102066717B1 - 적층 플레이트 열 교환기，특히 과급 공기 냉각기 - Google Patents

적층 플레이트 열 교환기，특히 과급 공기 냉각기 Download PDF

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KR102066717B1
KR102066717B1 KR1020187004299A KR20187004299A KR102066717B1 KR 102066717 B1 KR102066717 B1 KR 102066717B1 KR 1020187004299 A KR1020187004299 A KR 1020187004299A KR 20187004299 A KR20187004299 A KR 20187004299A KR 102066717 B1 KR102066717 B1 KR 102066717B1
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Abstract

본 발명은 적층 플레이트 열 교환기(1), 특히 과급 공기 냉각기에 관한 것이다. 본 발명에서, 제 1 및 제 2 적층 플레이트 팩(4, 5)에는 각각의 경우에서 나란히 배치되어 서로 접속되는, 특히 납땜되는 복수의 적층 플레이트(6) 및 냉각제(8)의 유입 및/또는 유출이 발생하는 베이스 플레이트(7)가 제공되고, 두 개의 적층 플레이트 팩(4, 5)은 두 개의 베이스 플레이트(7) 사이에 놓인 분배기 플레이트(9)를 통해서 간접적으로 또는 서로에 대해 놓인 두 개의 베이스 플레이트(7)를 통해서 직접적으로 서로에 그리고 냉각제 유입구(10) 및/또는 냉각제 배출구(11)에 접속되며, 오로지 분배기 플레이트(9) 상에만 또는 두 개의 베이스 플레이트(7) 상에 적층 플레이트 열 교환기(1)를 유지하는 홀더(12)가 제공되는 것이 필수적이다.

Description

적층 플레이트 열 교환기，특히 과급 공기 냉각기
본 발명은 청구범위 제1항의 도입절에 따른 적층 플레이트 열 교환기(stacked-plate heat exchanger)에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 이러한 적층 플레이트 열 교환기를 갖는 내연 기관에 관한 것이다.
DE 10 2005 044 291 A1에서, 서로 적층되고 서로 접속되는, 특히 납땜된, 복수의 긴 플레이트를 갖는 일반적인 적층 플레이트 열 교환기, 특히 과급 공기 냉각기(charge-air cooler)가 공지되었으며, 이는 플레이트의 길이 방향에서 예로서 가급 공기와 같이 냉각될 매체의 직통 공급을 위한 공동 및 냉각제의 직통 공급을 위한 추가의 공동의 범위를 정한다. 이러한 플레이트는 냉각될 매체를 위한 진입 접속부 및 배출구 접속부를 각각 가진다. 적층 플레이트 열 교환기를 유리한 비용으로 생산하고 특히 고온과 관련하여 내구성을 갖도록 구성하기 위해서, 적어도 하나의 냉각제 접속부가 냉각될 매체를 위한 접속부 둘레에서 부분적으로 연장한다.
일반적으로, 보통의 적층 플레이트 열 교환기에 있어서, 이들이 자신의 베이스 플레이트 위의 하나의 면에서 길게 돌출하여 예로서 내연 기관에 접속되고, 그에 따라 하나의 면에서의 접속 및 큰 돌출 범위로 인해 베이스 플레이트를 통해서 큰 진동이 소멸되어야만 하며, 그 결과 베이스 플레이트 자체가 비교적 무겁고 따라서 값 비싸게 구성되어야만 한다는 문제점이 항상 존재한다. 여기에서 적층 플레이트 열 교환기의 원하는 성능이 클수록 더 많은 적층 플레이트를 구비해야 하며 연관된 베이스 플레이트가 더 강하게 설계되어야 한다.
따라서 본 발명은 특히 발생하는 진동과 관련하여 개선된 접속을 가능하게 하는, 개선된 또는 적어도 대안적인 실시예를 일반적인 유형의 적층 플레이트 열 교환를 나타내는 문제와 관련된다.
이 문제는 독립 청구항의 주제에 의해 본 발명에 따라 해결된다. 유리한 실시예는 종속 청구항의 주제이다.
본 발명은 오로지 길이방향 단부에만 있는 캔틸레버 암의 방식으로 종래기술로부터 알려진 적층 플레이트 열 교환기를 더는 장착하지 않고 그에 따라 큰 진동을 수신할 필요가 없으며, 오히려 중심에 배치된, 특히 적층 플레이트 열 교환기의 중간에 배치된 분배기 플레이트 또는 각각의 두 개의 베이스 플레이트를 통한 장착을 구현하는 일반적인 아이디어에 기초한다. 예를 들어 내연 기관의 과급 공기 냉각기로서 구성될 수 있는 본 발명에 따른 적층 플레이트 열 교환기는, 각각의 경우에서 나란히 배치되어 서로 접속되는, 특히 납땜되는 복수의 적층 플레이트 및 냉각제의 유입 및/또는 유출이 발생하는 베이스 플레이트를 구비한 제 1 및 제 2 적층 플레이트 팩을 포함한다. 두 개의 적층 플레이트 팩은 선택적으로 자신들의 베이스 플레이트 사이에 놓인 분배기 플레이트를 통해서 간접적으로 또는 두 개의 베이스 플레이트를 통해서 직접적으로 서로에 그리고 냉각제 유입구 및/또는 냉각제 배출구에 접속된다. 또한, 적층 플레이트의 유지는 분배기 플레이트에 또는 각각 두 개의 중심에 배치된 베이스 플레이트에 접속된 홀더를 통해 이루어진다. 이로써, 본 발명의 적층 플레이트 열 교환기의 중앙 장착이 가능해짐으로써, 개별적인 적층 플레이트 팩이 더는 돌출하지 않음으로써 내연 기관의 동작 중에도 강하게 진동하지 않게 되어, 기본적으로 두 개의 베이스 플레이트 자신들 또한 더욱 얇게 구성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 적층 플레이트 열 교환기에 있어서, 적층 플레이트 열 교환기의 진동 양상과 관련한 그리고 또한 베이스 플레이트 또는 각각의 베이스 플레이트들의 설계와 관련한 뚜렷한 이점을 가능하게 하는 중앙 장착이 처음으로 이루어진다.
본 발명에 따른 해결책의 바람직한 추가의 발전에서, 제 1 적층 플레이트 팩은 고온 냉각기로서 구성되고 제 2 적층 플레이트 팩은 저온 냉각기로서 구성된다. 이에 따라, 예를 들어 과급 공기 흐름은 고온 냉각기로서 구성된 제 1 적층 플레이트 팩을 통해 먼저 지향된 후에 자신의 베이스 플레이트, 분배기 플레이트 그리고 제 2 적층 플레이트 팩의 베이스 플레이트를 통해, 그리고 그 다음 저온 냉각기로서 구성된 제 2 적층 플레이트 팩을 통과함으로써 내연 기관을 위해 효율적으로 냉각될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 적층 플레이트 열 교환기에 의해, 저온 냉각기로의 고온 냉각기의 비교적 단순한 커플링이 가능하며, 이때 냉각제를 갖는 두 개의 냉각기의 공급은 이들 사이에 배치된 분배기 플레이트를 통해 이루어진다.
편의상, 제 1 적층 플레이트 팩을 위한 냉각제 유입구와 냉각제 배출구 및 제 2 적층 플레이트 팩을 위한 냉각제 유입구 및 냉각제 배출구 모두가 분배기 플레이트 내에 제공된다. 따라서 두 개의 적층 플레이트 팩 내로의 냉각제의 유입 및 유출은 오로지 실질적으로 중심에 배치된 분배기 플레이트를 통해서 이루어지며, 물론 제 1 및 제 2 적층 플레이트 팩의 바람직한 성능에 따라, 이들은 동일한 크기를 가질 수 있거나 또는 서로 다른 크기를 가질 수 있으며 그에 따라 서로 다른 성능을 가질 수 있다. 분배기 플레이트 내의 두 적층 플레이트 팩 모두에 대한 냉각제 유입구 및 냉각제 유출구 모두의 커플링을 통해서 지금까지 별개로 배치된 냉각제 덕트가 불필요하므로 적층 플레이트 열 교환기 전체가 보다 유리한 비용으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 해결책의 다른 실시예에서, 제 1 적층 플레이트 팩을 위한 냉각제 유입구 또는 냉각제 배출구 및 제 2 적층 플레이트 팩을 위한 냉각제 유입구 또는 냉각제 배출구 모두가 분배기 플레이트 내에 제공된다. 다시 대안적으로, 제 1 적층 플레이트 팩을 위한 냉각제 유입구 및 제 2 적층 플레이트 팩을 위한 냉각제 배출구 또는 각각 제 1 적층 플레이트 팩을 위한 냉각제 배출구 및 제 2 적층 플레이트 팩을 위한 냉각제 유입구 또한 분배기 플레이트 내에 제공될 수 있다. 두 개의 적층 플레이트 팩의 냉각제 유입구 및 배출구의 서로 다른 배치 가능성의 비-배타적인 목록은 이미 본 발명에 따른 적층 플레이트 열 교환기의 생산에서 어떠한 큰 유연성이 보장될 수 있는지를 제안한다.
본 발명에 따른 해결책의 또 다른 바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 적층 플레이트 팩은 냉각될 매체를 위한, 특히 냉각될 배기가스를 위한 통로를 갖는 커버 플레이트를 각각 구비한다. 이 경우, 적층 플레이트 열 교환기는 그에 따라 냉각될 매체에 의해 적층 플레이트 평면에 수직으로 통과하여 흐르며, 제 1 적층 플레이트 팩 및/또는 제 2 적층 플레이트 팩 내에서 각각의 적층 플레이트에 대해 평행한 냉각될 매체, 예를 들어 냉각된 배기가스의 편향 또한 당연히 가능하다.
본 발명에 따른 해결책의 또 다른 유리한 실시예에서, 적층 플레이트, 베이스 플레이트 및/또는 분배기 플레이트는 납땜 가능한 알루미늄으로 제조된다. 알루미늄은 비교적 높은 열전도율을 가지며 또한 비교적 가벼우므로, 자동차의 내연 기관 내의 광급 공기 냉각기의 사용에 특히 유리하다.
본 발명은 추가로 내연 기관에서 위에서 기술된 적층 플레이트 열 교환기를 과급 공기 냉각기로서 사용하며, 그에 따라 특히 진동과 관련하여 최적화된 적층 플레이트 열 교환기의 접속이 가능하게 되는 일반적인 아이디어에 기초한다.
본 발명의 또 다른 중요한 특징 및 이점이 종속 청구항, 도면 및 도면의 도움을 받는 연관된 설명으로부터 나타날 것이다.
위에서 언급된 특성 및 아래에서 더 설명되는 특성은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 각각 나타내어진 조합뿐 아니라 다른 조합으로, 또는 분리하여 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 예시적인 실시예가 도면에 도시되고 아래에서 추가로 설명되며, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 또는 기능적으로 동일한 구성요소를 나타낸다.
도면에는 각각 다음이 개략적으로 도시되었다:
도 1은 본 발명에 따른 적층 플레이트 열 교환기를 비스듬하게 바라본 도면,
도 2는 도 1에서와 동일한 적층 플레이트 열 교환기의 전면도,
도 3은 본 발명에 따른 적층 플레이트 열 교환기의 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 적층 플레이트 열 교환기의 추가의 가능한 실시예를 도시한 도면,
도 5는 홀더의 세부사항을 도시한 도면,
도 6은 표시된 홀더만을 구비하는, 본 발명에 따른 적층 플레이트 열 교환기의 추가의 가능한 실시예를 도시한 도면.
도 1 내지 4 및 도 6에 따르면, 특히 자동차(3)의 내연 기관(2)의 과급 공기 냉각기로서 구성될 수 있는 본 발명에 따른 적층 플레이트 열 교환기(1)는, 각각의 경우에서 나란히 배치되어 서로 접속되는, 특히 서로 납땜되는 복수의 적층 플레이트(6) 및 냉각제(8)의 유입 및/또는 유출이 발생하는 베이스 플레이트(7)를 구비하는 제 1 적층 플레이트 팩(4) 및 제 2 적층 플레이트 팩(5)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 두 개의 적층 플레이트 팩(4, 5)은 두 개의 베이스 플레이트(7) 사이에 놓이는 분배기 플레이트(9)를 통해 서로 접속되고 냉각제 유입구(10) 및/또는 냉각제 배출구(11)에 접속된다(도 6 및 7 참조). 대안적으로, 두 개의 적층 플레이트 팩(4, 5)이 각각의 베이스 플레이트(7)를 통해 서로 접속되는 것이 또한 고안될 수 있으며, 이들 두 개의 베이스 플레이트(7)가 함께 분배기 플레이트(9)를 형성하고 마찬가지로 냉각제 유입구(10) 및 /또는 냉각제 배출구를 구비한다. 또한, 적층 플레이트 열 교환기(1)를 오로지 중심에, 즉 특히 두 개의 베이스 플레이트(7) 또는 각각 분배기 플레이트(9)에 유지함으로써 각각 베이스 플레이트(7)로부터 돌출하는 적층 플레이트 팩(4, 5)의 중심에 고정시키는 홀더(12)가 제공된다. 이로써, 적층플레이트 팩 전체가 캔틸레버 암(cantilever arm)의 방식으로 한쪽 면에서만 베이스 플레이트 상에 현수되는 종래 기술로부터 알려진 적층 플레이트 열 교환기와 비교할 때, 본 발명에 따른 더 짧은 적층 플레이트 팩(4, 5)으로 인해 뚜렷하게 더 낮은 진동 스트레스가 획득될 수 있고, 그에 따라 한편으로는 베이스 플레이트(7)가 예를 들어 덜 단단하고 따라서 덜 무겁게 구성되며, 하나의 측면 상의 접속의 경우에 종종 필요했던 추가 외부 파이프라인을 피할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 따른 적층 플레이트 열 교환기(1)를 관찰하면, 제 1 적층플레이트 팩(4)은 고온 냉각기(HT)로 구성되고, 제 2 적층 플레이트 팩(5)은 저온 냉각기(LT)로 구성된다.
분배기 플레이트(9) 또는 이 분배기 플레이트(9)를 형성하는 두 개의 베이스 플레이트(7) 내에는 각각, 예를 들어 제 1 적층 플레이트 팩(4)을 위한 냉각제 유입구(10)와 냉각제 유출구(11) 및 제 2 적층 플레이트 팩(5)을 위한 냉각제 유입구(10)와 냉각제 유출구(11)가 모두 여기에 제공될 수 있다(도 6 참조). 대안으로서, 분배기 플레이트(9) 또는 이 분배기 플레이트(9)를 형성하는 두 개의 냉각 플레이트(7) 내에는, 제 1 적층 플레이트 팩(4)을 위한 냉각제 유입구(10) 또는 냉각제 배출구(11) 및 제 2 적층 플레이트 팩(5)을 위한 냉각제 유입구(10) 또는 냉각제 배출구(11)가 제공될 수 있다. 분배기 플레이트(9) 또는 두 개의 베이스 플레이트(7) 각각의 내에는 대안적으로 유사하게 제 1 적층 플레이트 팩(4)을 위한 냉각제 유입구(10) 및 제 2 적층 플레이트 팩(5)을 위한 냉각제 배출구(11)가 제공될 수 있으며 또는 그 역 또한 가능하다. 분배기 플레이트(9) 또는 두 개의 베이스 플레이트(7) 각각의 내에는, 여기에서 추가로 상세히 설명되지 않는 채널이 냉각될 매체(13), 예를 들어 배기가스(14) 및 냉각제(8)를 위해 배치된다.
도 1 내지 4 및 도 6에 따른 실시예를 관찰하면, 제 1 및 제 2 적층 플레이트 팩(4, 5) 각각이 냉각될 매체(13)를 위한, 특히 냉각될 배기가스(14)를 위한 통로(16)를 구비한 커버 플레이트(15)를 포함한다. 적층 플레이트(6) 자체 또는 각각의 베이스 플레이트(7) 및/또는 분배기 플레이트(9)는 여기에서 경량인 동시에 예를 들어 납땜 가능한 알루미늄과 같은 우수한 열전도 속성을 갖는 재료로부터 제조될 수 있다.
원래 하나의 부분인 적층 플레이트 팩이 이제 두 개의 적층 플레이트(4, 5)로 분할되었으며 그에 따라 적층 플레이트 팩(4, 5)의 각각의 돌출하는 부분이 종래기술로부터 알려진 하나의 측면 상에만 접속된 적층 플레이트 팩의 대략 절반의 크기이기 때문에, 본 발명에 따른 적층 플레이트 열 교환기(1)를 구비한 자동차(3)의 내연 기관(2)은 진동과 관련하여 최적화된 장착이 가능하다는 큰 이점을 제공한다. 이로써 특히 베이스 플레이트(7) 또는 각각 분배기 플레이트(9)가 경량으로 그리고 그에 따라 보다 좋은 비용으로 설계될 수 있다. 특히, 두 개의 적층 플레이트 팩(4, 5)은 여기서 크기 면에서 실질적으로 동일할 수 있거나, 예를 들어 고온 냉각기가 하류의 저온 냉각기보다 더 높거나 더 낮은 성능을 갖는 한 다른 크기를 가질 수 있다. 두 개의 베이스 플레이트(7) 사이의 접속 또는 이들과 분배기 플레이트(9) 사이의 접속은 예를 들어 나사(17)에 의해 수행된다(도 6 참조).
내연 기관(2)에 대한 적층 플레이트 열 교환기(1)의 가능한 한 견고한 접속을 획득할 수 있도록, 이를 위해 사용되는 홀더(12)는 보강 립(rib)(18)을 가질 수 있으며(도 1 내지 5 참조), 여기에서 홀더(12)는 적층 플레이트 열 교환기(1)에 나사로 결합될 수 있다. 순수하게 이론적으로는, 홀더(12) 내에서의 냉각제 덕트의 가이드도 고안 가능하다.

Claims (8)

  1. 적층 플레이트 열 교환기(1)로서,
    제 1 및 제 2 적층 플레이트 팩(4, 5)에 각각의 경우에서 나란히 배치되어 서로 접속되는 복수의 적층 플레이트(6), 및 냉각제(8)의 유입 및/또는 유출이 발생하는 베이스 플레이트(7)가 제공되고,
    상기 적층 플레이트 열 교환기는,
    두 개의 적층 플레이트 팩(4, 5)은 서로에 대해 놓인 두 개의 베이스 플레이트(7)를 통해서 직접적으로 서로에 그리고 냉각제 유입구(10) 및/또는 냉각제 배출구(11)에 접속되며,
    두 개의 베이스 플레이트(7) 상에만 상기 적층 플레이트 열 교환기(1)를 유지하는 홀더(12)가 제공되고,
    제 1 적층 플레이트 팩(4)은 고온 냉각기(HT)로서 구성되고 제 2 적층 플레이트 팩(5)은 저온 냉각기(NT)로서 구성되는 것으로 특징지어지는, 적층 플레이트 열 교환기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 두 개의 베이스 플레이트(7) 내에 상기 제 1 적층 플레이트 팩(4)을 위한 냉각제 유입구(10)와 냉각제 배출구(11) 및 상기 제 2 적층 플레이트 팩(5)을 위한 냉각제 유입구(10)와 냉각제 배출구(11)가 모두 제공되는 것으로 특징지어지는, 적층 플레이트 열 교환기.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 두 개의 베이스 플레이트(7) 내에 상기 제 1 적층 플레이트 팩(4)을 위한 냉각제 유입구(10) 또는 냉각제 배출구(11) 및 상기 제 2 적층 플레이트 팩(5)을 위한 냉각제 유입구(10) 또는 냉각제 배출구(11)가 모두 제공되거나, 또는
    상기 두 개의 베이스 플레이트(7) 내에 상기 제 1 적층 플레이트 팩(4)을 위한 냉각제 유입구(10) 및 상기 제 2 적층 플레이트 팩(5)을 위한 냉각제 배출구(11)가 제공되거나, 또는
    상기 두 개의 베이스 플레이트(7) 내에 상기 제 1 적층 플레이트 팩(4)을 위한 냉각제 배출구(11) 및 상기 제 2 적층 플레이트 팩(5)을 위한 냉각제 유입구(10)가 제공되는 것으로 특징지어지는, 적층 플레이트 열 교환기.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 적층 플레이트 팩(4, 5) 각각이 냉각될 매체(13)를 위한 통로(16)를 갖는 커버 플레이트(15)를 구비하는 것으로 특징지어지는, 적층 플레이트 열 교환기.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 적층 플레이트(6) 및 상기 베이스 플레이트(7)는 납땜 가능한 알루미늄으로부터 형성되는 것으로 특징지어지는, 적층 플레이트 열 교환기.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 따른 과급 공기 냉각기로서 구성되는 적층 플레이트 열 교환기(1)를 구비한 내연 기관(2)으로서,
    상기 적층 플레이트 열 교환기(1)는 홀더(12)를 통해 유지되는, 적층 플레이트 열 교환기(1)를 구비한 내연 기관(2).
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 적층 플레이트 팩(4, 5) 각각이 냉각될 배기가스(14)를 위한 통로(16)를 갖는 커버 플레이트(15)를 구비하는 것으로 특징지어지는, 적층 플레이트 열 교환기.
KR1020187004299A 2015-08-12 2016-08-03 적층 플레이트 열 교환기，특히 과급 공기 냉각기 Expired - Fee Related KR102066717B1 (ko)

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