KR100553479B1 - 내연기관의 배기열을 이용한 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 배기열을 이용한 열교환기에 관한 것으로, 이러한 열교환기는 난방수가 유입되는 입수관과 난방수가 배출되는 출수관이 형성되는 원통형상의 본체;와 상기 본체의 내부 중공부에 형성되는 제1수직격판;과 제2수직격판;과 한 쌍의 상기 측면판과 상기 제1수직격판과 상기 제2수직격판을 관통하여서 형성되는 복수의 가스지관;과 상기 가스지관과 연통되고, 타측은 배기가스가 유입되는 배기입구관과 연통되는 제1연통부재;와 가스지관과 연통되고, 타측은 배기가스가 유출되는 배기출구관과 연통되는 제2연통부재;와 상기 본체의 내벽에 일정거리 외부로 이격되는 동일한 형상으로, 양단은 상기 한 쌍의 측면판과 연결되어 중공부를 형성하는 외벽;과 상기 외벽의 일측에 장착되며 상기 외벽에 의하여 형성된 중공부와 연통되는 공기유입관; 및 상기 외벽의 타측에 장착되며 상기 외벽에 의하여 형성된 상기 중공부와 연통되는 공기유출관으로 구성되어, 상기 입수관으로 유입된 난방수가 상기 가스지관을 통과하는 배기가스에 의하여 가열되고, 상기 공기유입관에서 유입된 공기가 상기 본체의 내벽에 의하여 가열되어 상기 공기유출관으로 배출되는 구성이다. 이와 같은 발명에 의해 폐기되는 열을 재활용하여 열효율을 증대시킬 수 있게 된다.

내연기관, 자동차, 엔진, 배기가스, 열교환

Description

내연기관의 배기열을 이용한 열교환기{Heat exchanger}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 사시도.

도 2는 열교환기의 부분절단 사시도.

도 3a와 3b는 열교환기의 횡단면도와 종단면도.

도 4는 열교환기를 사용을 위한 구성도.

도 5a 내지 5c는 열교환기의 작동을 설명하기 위한 도면.

도 6은 자동차에 장착된 열교환기를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 열교환기, 20: 가스지관,

100: 본체, 110: 측면판,

120: 내벽, 130: 입수관,

140: 출수관, 150: 제1수직격판,

160: 제2수직격판, 210: 제1연통부재,

220: 제2연통부재, 400: 외벽,

410: 공기유입관, 420: 공기유출관,

430: 나선형 격판

본 발명은 내연기관의 배기열을 이용한 열교환기에 관한 것으로, 특히 차량의 내연기관에서 발생되는 배기가스를 이용하여 필요한 온도의 공기나 난방수를 제공할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 엔진으로 사용되는 내연기관은 실린더 안에서 연료를 폭발 연소시킴으로써 동력을 발생시키는 기관이다. 연료의 연소가 기관의 내부에서 이루어져 그 연소가스의 팽창으로 작동하는 열기관으로서, 크게 용적형과 속도형으로 나눌 수 있다. 연료의 연소에 의하여 팽창된 연소가스의 온도는 약 2,000~2,500℃ 정도이고, 전부하시에 실린더에서 배출되는 배기가스의 온도는 약 950℃ 정도가 된다. 이와 같은 고온의 배기가스는 외부로 배출되어서 열의 재활용 없이 폐기되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로서, 본 발명의 목적은 폐기되는 열을 재활용하여 열효율을 증대시킬 수 있고, 특히, 재활용의 사용목적에 따라 물이나 공기를 선택 혹은 동시에 가열할 수 있는 열교환장치를 제공하는 데 있다.

이러한 상기 목적은 본 발명에 의해 달성되며, 본 발명의 일면에 따라, 내연기관의 배기열을 이용한 열교환기는, 한 쌍의 측면판과 상기 측면판 사이에 장착되는 내벽에 의하여 중공부가 형성되고 일측에서 난방수가 유입되는 입수관이 상기 중공부와 연통되며 타측에는 유입된 난방수가 배출되는 출수관이 형성되는 본체, 상기 본체의 내벽의 상부와 연결되며 일정거리 하부로 돌출되게 형성되는 형상이고 횡으로 일정거리 이격되게 장착되는 복수의 제1수직격판, 상기 본체의 내벽의 하부와 연결되며 일정거리 상부로 돌출되게 형성되는 형상이고 상기 제1수직격판과 사이에 장착되는 복수의 제2수직격판, 한 쌍의 상기 측면판과 상기 제1수직격판과 상기 제2수직격판을 관통하여서 형성되는 복수의 가스지관, 일측에는 복수의 상기 가스지관과 연통되고 타측은 배기가스가 유입되는 배기입구관과 연통되어 중공부의 배기유입실이 구비되는 형상이며 상기 본체의 일측의 측면판과 결합되는 제1연통부재, 일측에는 복수의 상기 가스지관과 연통되고 타측은 배기가스가 유출되는 배기출구관과 연통되는 중공부의 배기출구실이 구비되는 형상이며 상기 본체의 타측 측면판과 결합되는 제2연통부재, 상기 본체의 내벽에 일정거리 외부로 이격되는 동일한 형상으로 양단은 상기 한 쌍의 측면판과 연결되어 중공부를 형성하는 외벽, 상기 외벽의 일측에 장착되며 상기 외벽에 의하여 형성된 중공부와 연통되는 공기유입관 및 상기 외벽의 타측에 장착되며 상기 외벽에 의하여 형성된 상기 중공부와 연통되는 공기유출관으로 구성되어, 상기 입수관으로 유입된 난방수가 상기 가스지관을 통과하는 배기가스에 의하여 가열되고, 상기 공기유입관에서 유입된 공기가 상기 본체의 내벽에 의하여 가열되어 상기 공기유출관으로 배출되는 것을 특징으로 한다.

삭제

그리고 상기 내벽과 상기 외벽 사이의 중공부에는 나선형으로 형성되는 나선형격판;이 추가로 장착되어 상기 공기유입관에서 유입되는 공기가 상기 나선형격판에 의하여 유도되고, 상기 공기유출관으로 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내벽과 상기 외벽은 원통형상으로 이루어지고, 상기 제1연통부재와 상기 제2연통부재는 플랜지에 의하여 상기 측면판과 결합되며, 상기 제1연통부재와 상기 제2연통부재와 결합되는 상기 측면판에는 가스켓이 추가로 장착되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하며, 도면 전체를 통하여 동일한 부분에는 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예 따른 열교환기의 전체 사시도이고, 도 2는 부분 절단사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 도면 부호 10으로 도시한 본 발명에 따른 열교환기는 본체(100), 가스지관(20), 제1연통부재(210), 제2연통부재(220), 외벽(400) 등으로 구성된다.

상기 본체(100)에서는 배기가스의 열로 난방수를 가열하는 기능을 하게 되는데, 원판 형상의 측면판(110)이 한 쌍으로 구비되고, 상기 측면판(110) 사이에는 원통형상의 내벽(120)이 고정되어 중공부를 형성되게 된다. 그리고 내벽(120)의 일측에는 난방수가 유입되는 입수관(130)이 형성되고, 타측에는 가열된 난방수가 배 출되는 출수관(140)이 형성되게 된다. 또한, 상기 중공부에는 수직으로 형성되는 격판(150,160)이 형성되는데, 상기 내벽(120)의 상부에서 하부로 일정거리 돌출되게 형성되는 제1수직격판(150)과, 하부는 고정되고 상부로 일정거리 돌출되게 장착되는 제2수직격판(160)으로 형성된다. 상기 제1수직격판(150)과 상기 제2수직격판(160)은 서로 교차하면서 장착되도록 한다. 따라서 상기 입수관(130)으로 유입된 난방수는 상기 제1수직격판(150)과 상기 제2수직격판(160)에 의하여 지그재그로 이동되면서 상기 출수관(140)을 통하여 배출되게 된다.

한 쌍의 상기 측면판(110)과 상기 제1수직격판(150) 및 상기 제2수직격판(160)에는 가스지관(20)이 관통되게 장착되는데, 상기 가스지관(20)은 배기입구관(310)에서 유입되는 배기가스가 이동되는 관으로서 상기 입수관(130)에서 유입되는 난방수에 열전달이 용이하도록 복수로 장착된다.(도 3a와 3b 참조)

복수의 상기 가스지관(20)은 제1연통부재(210)와 제2연통부재(220)에 의하여 배기입구관(310)과 배기출구관(320)에 각각 연통되게 된다. 상기 제1연통부재(210)는 배기유입실(215)이 형성되어서 상기 배기입구관(310)에 의하여 유입되는 배기가스가 각각의 상기 가스지관(20)으로 이동하게 하며, 플랜지(500)에 의하여 상기 측면판(110)과 결합된다. 그리고 가스의 누출을 방치하게 의하여 상기 플랜지(500)에는 가스켓(600)이 장착되는 것이 바람직하다.

상기 제2연통부재(220)에는 배기출구실(225)이 형성되어서 일측은 상기 가스지관(20)과 연통되고 타측은 배기출구관(320)과 연통되는 형상으로 복수의 상기 가스지관(20)을 통과한 배기가스를 배기출구관(320)으로 이동시키는 기능을 하게 된 다. 상기 제1연통부재(210)와 동일하게 상기 제2연통부재(220)는 플랜지(500)에 의하여 또 하나의 측면판(110)과 결합되고, 또한 배기가스의 누출을 방지하기 위하여 가스켓(600)이 장착되는 것이 바람직하다.

상기 내벽(120)의 외부에는 상기 내벽(120)과 동일한 형상의 외벽(400)이 장착되어서 상기 내벽(120)과 외벽(400)사이에 중공부를 형성하게 된다. 상기 외벽(400)의 양단은 한 쌍의 상기 측면판(110)에 고정되고, 상기 내벽(120)과 연통되는 상기 입수관(130)과 출수관(140)은 상기 외벽(400)을 관통하도록 한다. 그리고 상기 내벽(120)과 외벽(400)에 의하여 형성되는 중공부는 공기유입관(410)과 공기유출관(420)에 의하여 서로 연통되는 형상이고, 상기 내벽(120)의 외부면에는 나선형 격판(430)이 장착되어 있어서, 상기 공기유입관(410)으로 유입된 공기는 상기 나선형격판(430)에 의하여 회전되어서 상기 공기유출관(420)으로 배출되는 구성이다. (도 4 참조)

본 발명의 상기와 같은 구성에 따른 작동은 도 5a 내지 5c를 참조하여 상술한다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 열교환기(10)는 자동차의 배기가스가 배출되는 엔진과 인접한 위치에 장착되게 된다. 자동차의 내연기관에서 발생되는 배기가스는 상기 배기입구관(310)을 통하여 상기 열교환기(10)의 복수의 가스지관(20)을 관통하여서 상기 배기출구관(320)으로 이동된다. 그리고 상기 배기출구관(320)으로 이동되는 배기가스는 소음기를 경유하여 외부로 배출된다.

이때 상기 배기입구관(310)으로 유입되는 배기가스의 온도는 약 755~785℃ 정도 되고, 상온에서 상기 입수관(130)을 통하여 유입된 난방수는 상기 제1수직격판(150)과 상기 제2수직격판(160)에 의하여 지그재그로 이동하면서 상기 가스지관(20)의 열을 흡수하고 상기 출수관(140)을 통하여 배출되게 된다. 상기 출수관(140)을 통하여 배출되는 난방수의 온도는 약 96℃ 정도가 유지되었다. 또한, 상기 공기유입관(410)을 통하여 유입된 상온의 공기는 상기 나선형격판(430)에 의하여 회전되면서 열을 공급받게 되고, 상기 공기유출관(420)으로 유출되는데, 상기 공기 유출관(420)으로 유출되는 공기의 온도는 약 60℃ 정도로 측정되었다. 상기 배기가스의 온도, 난방되어 유출되는 난방수와 공기의 온도는 본원 출원인의 실험에 의하여 측정된 값이다.

만약 사용자가 난방수만을 원하는 경우에는 상기 공기유입관(410)과 공기유출관(420)으로 이동되는 공기를 차단하여서 도 5b에 도시된 바와 같이 난방수만이 이동될 수 있도록 하고, 따듯한 공기만을 원하는 경우에는 상기 입수관(130)과 상기 출수관(140)으로 이동되는 물을 차단하면 되는데, 공기에 열전달이 이루어지기 위해서는 상기 가스지관(20)에서 발생되는 열을 전달할 수 있는 물이 상기 본체(100) 내부에 충진되어 있어야 한다.(도 5c 참조)

본 발명의 상기와 같은 구성 및 작동에 따라, 폐기되는 열을 재활용하여 열효율을 증대시킬 수 있고, 특히, 재활용의 사용목적에 따라 물이나 공기중 하나를 선택하여 가열할 수 있고, 또한 난방수나 난방된 공기를 동시에 공급할 수 있게 된다. 본 발명에서는 자동차의 배기가스를 이용하는 실시예로 설명하고 도시하였으나 본 발명의 열교환기는 항공기, 선박, 중장비, 발전기, 산업기계, 건설기계, 트랙터 등에도 적용하여 사용할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 내연기관의 배기열을 이용한 열교환기를 실시하기 우한 실시예에 불과 한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하고 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서, 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

Claims (6)

1. 한 쌍의 측면판과 상기 측면판 사이에 장착되는 내벽에 의하여 중공부가 형성되고, 일측에서 난방수가 유입되는 입수관이 상기 중공부와 연통되며, 타측에는 유입된 난방수가 배출되는 출수관이 형성되는 본체;

   상기 본체의 내벽의 상부와 연결되며 일정거리 하부로 돌출되게 형성되는 형상이고, 횡으로 일정거리 이격되게 장착되는 복수의 제1수직격판;

   상기 본체의 내벽의 하부와 연결되며 일정거리 상부로 돌출되게 형성되는 형상이고, 상기 제1수직격판과 사이에 장착되는 복수의 제2수직격판;

   한 쌍의 상기 측면판과 상기 제1수직격판과 상기 제2수직격판을 관통하여서 형성되는 복수의 가스지관;

   일측에는 복수의 상기 가스지관과 연통되고, 타측은 배기가스가 유입되는 배기입구관과 연통되어 중공부의 배기유입실이 구비되는 형상이며, 상기 본체의 일측의 측면판과 결합되는 제1연통부재;

   일측에는 복수의 상기 가스지관과 연통되고, 타측은 배기가스가 유출되는 배기출구관과 연통되는 중공부의 배기출구실이 구비되는 형상이며, 상기 본체의 타측 측면판과 결합되는 제2연통부재;

   상기 본체의 내벽에 일정거리 외부로 이격되는 동일한 형상으로, 양단은 상기 한 쌍의 측면판과 연결되어 중공부를 형성하는 외벽;

   상기 외벽의 일측에 장착되며 상기 외벽에 의하여 형성된 중공부와 연통되는 공기유입관; 및

   상기 외벽의 타측에 장착되며 상기 외벽에 의하여 형성된 상기 중공부와 연통되는 공기유출관으로 구성되어,

   상기 입수관으로 유입된 난방수가 상기 가스지관을 통과하는 배기가스에 의하여 가열되고, 상기 공기유입관에서 유입된 공기가 상기 본체의 내벽에 의하여 가열되어 상기 공기유출관으로 배출되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기열을 이용한 열교환기.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 내벽과 상기 외벽 사이의 중공부에는 나선형으로 형성되는 나선형격판;이 추가로 장착되어 상기 공기유입관에서 유입되는 공기가 상기 나선형격판에 의하여 유도되고, 상기 공기유출관으로 배출되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기열을 이용한 열교환기.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 내벽과 상기 외벽은 원통형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기열을 이용한 열교환기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 제1연통부재와 상기 제2연통부재는 플랜지에 의하여 상기 측면판과 결합되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기열을 이용한 열교환 기.
6. 제 5항에 있어서 상기 제1연통부재와 상기 제2연통부재와 결합되는 상기 측면판에는 가스켓이 추가로 장착되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기열을 이용한 열교환기.

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