KR100869294B1

KR100869294B1 - 열 교환기를 구비한 보조 가열 장치

Info

Publication number: KR100869294B1
Application number: KR1020020052674A
Authority: KR
Inventors: 갈츠뤼디거
Original assignee: 베바스토 써모시스테메 인터내셔널 게엠베하
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2008-11-18
Also published as: JP2008296910A; KR20030021129A; DE10143479C1; JP2003127649A

Abstract

본 발명은 버너 및 캔형 열 교환기(10)를 구비한 차량용 보조 가열 장치에 관한 것이다. 캔형 열 교환기(10)는 중공 원통형 벽 섹션(26, 48) 및 버너의 반대쪽에 있는 바닥 섹션(24, 46)을 각각 구비한 내부 캔(12) 및 외부 캔(14)을 포함하고, 보조 가열 장치의 작동 시에는 내부 캔(12)과 외부 캔(14) 사이로 유체 열 전달 매체가 흐른다. 또한, 내부 캔(12)과 외부 캔(14) 사이에는 하나 이상의 브리지(54)가 형성된다. 구조 크기가 동일하더라도 종래의 보조 가열 장치보다 효율이 더 높은 보조 가열 장치를 제공하기 위해, 하나 이상의 브리지(54)는 중공 원통형 벽 섹션(26)에 일체로 형성되고, 내부 캔(12)과 외부 캔(14)이 조립된 상태에서 대향된 원통형 벽 섹션(48)과 적어도 부분적으로 억지 끼워 맞춤(54a, 56)을 이룬다.

Description

열 교환기를 구비한 보조 가열 장치{AUXILIARY HEATING DEVICE WITH HEAT EXCHANGER}

도 1은 본 발명에 따른 보조 가열 장치의 실시예가 조립된 상태에서 열 교환기의 내부 캔 및 외부 캔을 나타낸 단면도.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따른 단면도.

도 3은 내부 캔의 외측의 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 캔형 열 교환기

12 : 내부 캔

14 : 외부 캔

16 : 접속 블록 또는 버너 쪽에 있는 단부 구역

18 : 열 전달 매체 입구

20 : 열 전달 매체 출구

22 : 배기 출구

24 : 내부 캔 바닥 섹션

26 : 내부 캔 관

28 : 리세스

30 : 개구부

32 : 중공 공간

34, 36, 54 : 브리지

38 : 리브

40, 42 : 중공 공간 섹션

44 : 수집 공간

46 : 외부 캔 바닥 섹션

48 : 외부 캔 관

50 : 밀봉 시트

52 : 밀봉 링

54a, 56 : 억지 끼워 맞춤면

58 : 돌출부

60, 62 : 아치형 리브

a : 입구측 중공 공간 섹션의 각도

b : 출구측 중공 공간 섹션의 각도

본 발명은 버너 및 캔형(can-shaped) 열 교환기를 구비하고, 캔형 열 교환기가 중공 원통형 벽 섹션 및 버너의 반대쪽에 있는 바닥 섹션을 각각 구비한 내부 캔(can) 및 외부 캔을 포함하며, 그 작동 시에는 내부 캔과 외부 캔 사이로 유체 열 전달 매체가 흐르고, 내부 캔과 외부 캔 사이에는 하나 이상의 브리지가 형성되는 차량용 보조 가열 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 보조 가열 장치의 그러한 유형의 캔형 열 교환기 및 서두에 전술한 보조 가열 장치를 구비한 차량에 관한 것이다.

생성된 열 에너지를 전달하는 데에 유체 열 전달 매체가 사용되는 차량용 보조 가열 장치는 승용차, 상용차, 버스, 철도 차량, 또는 선박과 같은 차량에 예컨대 보조 열수기(auxiliary water heater)로서 내장된다. 통상, 그러한 보조 가열 장치는 차량의 승객실의 난방을 하거나 차량의 내연 기관의 냉각수를 예열하는 역할을 한다.

유체 열 전달 매체를 동반한 보조 가열 장치의 특유한 특징은 열 교환기가 보조 가열 장치의 버너에서 유체, 특히 액체를 가열한다는 것이다. 그러한 액체는 예컨대 보조 가열 장치에 의해 예열되는 내연 기관의 냉각수일 수 있다. 아울러, 그 유체는 추가의 열 교환기에 의해 후속적으로 승객실의 실내 공기를 가열하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명과 관련된 보조 가열 장치는 내연 기관의 냉각수뿐만 아니라, 승객실 내의 실내 공기를 가열하는 복합형 장치로서도 자주 사용된다.

그러한 보조 가열 장치는 예컨대 DE 197 49 809 A1 및 DE 197 49 821 C1로부터 공지되어 있다. 그 공지의 보조 가열 장치는 통상 화염관이 마련된 버너를 각각 구비한다. 버너의 작동 시에는 화염관 내에서 화염이 연소되는데, 그 화염의 배기 가스가 전술된 유체를 가열하는데 사용된다. 그를 위해, 화염관은 이중 벽으로 된 캔형 열 교환기에 의해 둘러싸이고, 캔형 열 교환기에는 순환 펌프에 의해 열 전달 매체로서의 유체가 급송된다. 이중 벽으로 된 열 교환기에서 열 전달 매체의 흐름을 유도하기 위해, 캔형 열 교환기의 내부 캔의 바닥 섹션에는 일체형 리브가 형성된다. 또한, 캔형 열 교환기에는 바닥 섹션의 구역에 열 전달 매체 입구가 형성되고, 버너 쪽에 있는 중공 원통형 벽 섹션의 단부 구역에 열 전달 매체 출구가 형성된다.

본 발명의 목적은 그 열 교환기의 구조 크기가 동일하더라도 종래의 열 교환기보다 효율이 더 높은 차량용 보조 가열 장치를 제공하는 것이다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 하나 이상의 브리지가 중공 원통형 벽 섹션에 일체로 형성되고, 내부 캔과 외부 캔이 조립된 상태에서 대향된 원통형 벽 섹션과 적어도 부분적으로 억지 끼워 맞춤을 이루는 서두에 전술한 보조 가열 장치에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 억지 끼워 맞춤에 의해 내부 캔의 벽 섹션과 외부 캔의 벽 섹션간에는 하나 이상의 브리지를 경유하여 열 전도 접속이 제공되고, 그러한 열 전도 접속으로 인해 열 에너지가 내부 캔으로부터 열 교환기의 재료에서의 열 전도에 의해 열 전달 매체 층을 통해 외부 캔까지 도달하게 된다. 그럼으로써, 본 발명에 따른 열 교환기에서는 외부 캔이 종래의 열 교환기에서보다 더 강력하게 가열 된다. 외부 캔은 그와 같이 흡수된 열 에너지를 그 내부측을 경유하여 열 전달 매체에 인도한다. 따라서, 열 전달 매체는 보다 더 넓은 면적에 걸쳐, 즉 내부 캔의 외면 및 그와 동시에 외부 캔의 내면에 걸쳐 가열하게 된다. 그와 같이 확대된 열 전달 면적에 의거하여, 열 전달 매체가 열 교환기에 체류하는 시간이 동일하더라도 보다 더 많은 양의 열 에너지가 열 전달 매체에 전달된다. 즉, 열 교환기의 구조 크기가 동일하더라도 효율이 보다 높아지게 된다.

본 발명에 따른 브리지는 열 전달 매체 흐름을 유도할 뿐만 아니라, 열 에너지를 내부 캔으로부터 외부 캔으로 전도하는 역할을 함으로써 이중의 기능을 행한다.

아울러, 본 발명에 따른 브리지를 구비한 열 교환기는 저렴하게 조립될 수 있다. 내부 캔과 외부 캔을 예비 조립한 후, 브리지에 제공되는 억지 끼워 맞춤에 의해 양자의 부품이 서로 고정적으로 결합하게 된다. 그 이외의 고정 수단은 불필요하다. 따라서, 열 교환기는 매우 간단하게 예비 조립될 수 있다.

그러한 예비 조립은 납품업체에서 행해질 수 있는데, 그와 동시에 납품업체는 열 교환기를 밀봉하여 그 밀봉성에 대해 점검하게 된다. 즉, 예컨대 납품업체는 나중에 보조 가열 장치의 버너 쪽에 놓여질 제1 단부 섹션에서 내부 캔과 외부 캔 사이에 특히 O링 패킹 형태의 패킹을 끼워 넣을 수 있다. 그런 연후에야 비로소, 예비 조립되고 밀봉되며 억지 끼워 맞춤으로 결합되고 밀봉성에 대해 점검된 내부 캔과 외부 캔으로 이뤄진 구조 유닛이 최종 조립에 제공된다. 즉, 열 교환기에서의 밀봉성의 결함이 납품업체에서 이미 인지될 수 있고, 경우에 따라서는 결함 의 제거를 위한 열 교환기의 마감 처리가 고려될 수도 있다. 특히, 결함이 있는 부품을 최종 조립으로부터 납품업체로 반송하는데 드는 비용까지도 생략되도록 하는 단축된 품질 확보 사이클을 얻게 된다.

본 발명에 따라 외부 캔과 내부 캔이 열 접속됨으로써, 이미 전술한 장점 이외에 예컨대 주행시 바람 또는 튀기는 물과 같은 열 교환기의 환경으로부터 열 교환기에 미치는 영향도 덜 작용하게 된다. 외부 캔은 보다 더 높고 낮게 변동되는 온도를 나타낸다. 공지의 열 교환기의 외부 캔에는 흔히 보조 가열 장치의 제어 장치에 전송하기 위해 열 전달 매체 또는 내부 캔의 온도에 관한 정보를 탐지하는 온도 프로브가 배치된다. 본 발명에 따른 열 교환기의 외부 캔에 그러한 온도 프로브가 마련될 경우, 그 온도 프로브는 열 전달 매체 또는 내부 캔의 온도에 관해 한결같이 매우 정확한 측정 데이터를 제공하는 것으로 판명되었다. 그 경우, 억지 끼워 맞춤이 이뤄지는 본 발명에 따른 브리지의 구역에서 외부 캔에 마련된 측정 프로브에 의해 측정을 행하는 것이 매우 바람직하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성에서는 하나 이상의 브리지가 외측에서 열 교환기의 내부 캔에 형성된다. 그와 같이 형성되는 브리지는 각종의 제조 방법에 의해 매우 저렴하게 높은 치수 정밀도로 형성될 수 있다. 외부 캔의 내부에 형성되는 브리지와는 대조적으로, 그러한 브리지는 그곳으로의 용이한 출입이 가능하고, 그에 따라 공지의 모든 가공 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 그러한 브리지는 주조 방법에 의해 정밀하게 형성될 수도 있다. 브리지는 2개의 단계로 제조될 수도 있다. 즉, 제1 단계, 예컨대 주조 공정에서 대략적인 형태로 브리지를 형성 하고, 그런 연후에 억지 끼워 맞춤을 위한 정밀 가공 공정으로 마감 가공한다. 그러나, 브리지를 나머지 내부 캔과 함께 일체형 부품으로 제조하는, 특히 알루미늄으로 주조하는 단일 단계의 제조 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 그 경우, 마련되는 주조 사면에 걸쳐 주조 기술적 조건으로 인한 공차와 더불어 억지 끼워 맞춤면간의 원하는 부착이 보장되도록 하는 길이 이상으로 본 발명에 따른 브리지에서 억지 끼워 맞춤이 이뤄져야 한다.

억지 끼워 맞춤은 버너의 화염으로부터 내부 캔으로 대부분의 열 에너지가 반출되는 곳에서 특히 의의가 있게 된다. 그것은 내부 캔의 바닥 섹션의 경우에 그러하다. 따라서, 억지 끼워 맞춤은 열 교환기의 바닥 섹션 부근에서 중공 원통형 벽 섹션에 배치된다. 억지 끼워 맞춤은 바닥 섹션으로부터 중공 원통형 벽 섹션으로 전이되는 곳에서도 매우 중요하다. 즉, 브리지는 예컨대 중공 원통형 벽 섹션을 넘어 인접 바닥 섹션에까지 걸쳐 연장될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 억지 끼워 맞춤은 열 교환기의 바닥 섹션에 있는 리브 그 자체에서 이뤄질 수 있다. 브리지는 열 교환기의 대칭 평면에서 연장되는 것이 바람직하다. 브리지 이외에 추가의 브리지가 배치될 수도 있다. 적절한 개수의 브리지에 의해, 열 전달 매체를 유도하는 중공 원통형 벽 섹션의 자유면과 열 에너지를 외부 캔에 전달하는 횡단면간의 최적의 비가 생성될 수 있다.

중공 원통형 벽 섹션의 외피면에 각각 억지 끼워 맞춤을 이루는 3개 이상의 브리지를 특히 등간격으로 분포시켜 배치함으로써, 그 브리지가 내부 캔을 외부 캔 내에 센터링하는데 사용되도록 하는 것이 바람직하다.

특히, 중공 원통형 벽 섹션이 버너 쪽에 있는 제1 단부 구역을 구비하고, 열 교환기가 그 제1 단부 구역에 배치된 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구를 구비할 경우에 본 발명에 따른 열 전달 매체의 매우 양호한 통과 흐름이 보장되게 된다.

본 발명에 따른 보조 가열 장치의 접속부는 열 교환기가 역시 제1 단부 구역에 배치된 배기 출구를 구비함으로써 열 교환기의 단부 구역에 매우 콤팩트하게 통합될 수 있다.

또한, 보조 가열 장치는 횡단면이 환형인 열 교환기를 구비하고, 열 전달 매체 입구는 열 전달 매체 출구와 열교환기의 내부 캔의 직경방향으로 마주보게 배치되는 것이 바람직하다. 그 경우, 열 교환기에 단지 매우 적은 흐름 유도 수단만이 마련된다면, 열 교환기는 전체적으로 순환 펌프에 의해 급송하려는 열 전달 매체에 대해 비교적 작은 흐름 저항을 부여한다. 따라서, 그에 상응하게 펌프 출력이 작은 순환 펌프가 사용될 수 있게 된다. 선택적으로, 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구는 일측, 즉 횡단면이 대략 환형인 열 교환기의 캔의 반원측에 배치될 수도 있다. 그 경우, 열 교환기에서의 흐름 유도가 다소 복잡한 것은 사실이다. 그러나, 그에 따른 단점은 예컨대 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구용 접속 블록이 매우 저렴하게 형성된다는 것과 같은 대응된 장점에 의해 보상될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 구성에서는 열 전달 매체 흐름의 진행을 개선하기 위해, 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구에서 내부 캔과 외부 캔 사이에 수집 공간이 형성될 수 있다. 그 경우, 수집 공간은 그 횡단면이 대략 원형이거나 타원형인 링의 절편으로서 형성되는 것이 바람직할 수 있는데, 열 전달 매체는 그 수집 공간에서 대략 층류로서 흐르게 된다.

또한, 중공 원통형 벽 섹션에는 열 전달 매체 입구와 대면된 측과 열 전달 매체 출구와 대면된 측간을 분리하는 대략 직경방향으로 마주보는 2개의 추가의 브리지가 형성되는데, 그 2개의 브리지에 의해 열 전달 매체 흐름이 열 전달 매체 입구로부터 바닥 섹션 쪽으로, 그리고 다시 열 전달 매체 출구 쪽으로 유도되게 된다. 그럼으로써, 본 발명에 따른 열 교환기의 단지 일 단부 구역에서만 열 전달 매체가 일방적으로 유입 및 유출됨에도 불구하고, 열을 전달하는 열 교환기의 바닥 섹션의 열 전달면이 매우 바람직하게도 열 교환면으로서 사용되게 된다. 그에 의해, 열 전달 매체가 냉각 매체로서 작용하는 열 전달 매체측이 연소 가스측에 배치된 내부 캔의 주위에 최적으로 흐르게 된다. 특히, 2개의 브리지는 내부 캔과 외부 캔 사이에서 제1 단부 구역으로부터 바닥 섹션까지 각각 연장된다. 2개의 브리지는 내부 캔과 외부 캔 사이의 개재 공간을 2개의 반쪽 쉘로 분할하는데, 열 전달 매체는 그 2개의 반쪽 쉘을 연속적으로 통과하여 흐른다. 2개의 브리지는 중공 원통형 벽의 둘레를 따라 입구측 수집 공간과 출구측 수집 공간이 직접 접속되는 것을 차단한다. 그 대신에, 전체의 열 전달 매체를 통한 열 전달 매체 흐름이 제1 단부 구역으로부터 바닥 섹션으로, 그리고 다시 그 바닥 섹션으로부터 제1 단부 구역으로 유도된다. 그와 같이 흐름을 우회시키는데는 단지 2개의 브리지만이 필요하기 때문에, 매우 작은 흐름 저항이 보장되게 된다. 그러한 형식으로 흐름을 유도할 때에 흐름의 전향이 이뤄지기는 하지만, 버너의 화염으로부터 대부분의 열 에너지를 전달받는 바닥 섹션의 주위에서는 거의 균일한 흐름이 이뤄진다. 역류 또는 불리한 난류는 생기지 않는다. 그에 상응하게 맞춰진 개재 공간의 반쪽 쉘의 횡단면 면적 및 바닥 섹션에 있는 개재 공간의 횡단면 면적이 그러한 효과를 지원할 수 있다.

열 전달 매체 흐름을 유도하기 위한 2개의 브리지의 또 다른 구성에서는 그 브리지가 열 전달 매체 입구와 대면된 열 교환기의 측에서 180°미만의 각도로 한정된다. 즉, 그 2개의 브리지는 내부 캔과 외부 캔 사이의 개재 공간을 정확히 2개의 "반쪽 쉘"로 경계짓는 것이 아니라, 예컨대 "1/4 쉘"과 "3/4 쉘"로 경계짓게 된다. 즉, 그와 관련하여 "반쪽 쉘"이란 개념은 단지 대략 반원에만 걸쳐 있는 쉘에도 사용된다. 한정되는 각도는 65°/295°내지 175°/185°, 특히 130°/230°내지 160°/200°인 것이 바람직하다. 개재 공간이 횡단면에 있어서 보다 큰 각도, 예컨대 210°를 나타내는 열 교환기 쪽은 열 전달 매체 출구가 배치되는 쪽인 것이 바람직하다. 그와 같이 하여, 열 전달 매체 입구측에서 유속이 상승됨으로써 기포가 축적될 위험이 감소되고, 열 교환기의 배기가 개선되게 된다. 그와는 대조적으로, 출구측의 반쪽 쉘에서 경우에 따라 축적되는 기포는 열 전달 매체 출구를 경유하여 자동적으로 배출되므로, 유속을 상승시킬 필요가 없다.

이하, 본 발명에 따른 보조 가열 장치의 실시예를 개략적인 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 대략 캔형의 열 교환기(10)는 내부 캔(12)과 외부 캔(14)을 구비한다. 상세한 도시를 생략한 보조 가열 장치가 조립된 상태에서 내 부 캔(12) 내에는 버너의 화염관이 위치된다. 화염관 내에서 연소되는 화염은 방사 열 및 가열된 배기 가스를 생성한다. 배기 가스는 화염관으로부터 내부 캔(12)의 내부로 전향되어 흐르고, 그 때에 그것의 열 에너지를 내부 캔(12)에 전달한다. 내부 캔(12)과 외부 캔(14) 사이에는 유체 열 전달 매체, 예컨대 도시를 생략한 내연 기관의 냉각수가 흐르게 된다. 그러한 냉각수는 내부 캔(12)에 전달되는 대부분의 열 에너지를 흡수한다.

내부 캔(12)은 접속 블록(16)을 구비하고, 그 접속 블록(16)에는 배기 출구(22)가 형성된다.

내부 캔(12)은 얇은 벽으로 된 대략 원형 쉘의 형태의 바닥 섹션(24)을 포함하는데, 그 바닥 섹션(24)에는 내부 캔 관 또는 중공 원통형 내부 캔 벽 섹션(26)이 버너 또는 접속 블록 쪽으로 연결된다. 내부 캔 바닥 섹션(24)과 내부 캔 관(26)간의 전이부는 둥글게 형성된다. 내부 캔 관(26)은 접속 블록(16)에 형성된 환형 리세스(28)에 연통된다. 접속 블록(16)은 중앙에서 개구부(30)에 의해 뚫려지고, 그 개구부(30)에는 내부 캔(12)의 중공 공간(32)이 접속된다. 개구부(30)에 의해, 접속 블록(16)은 버너에 조립될 때에 버너의 화염관 위로 이동된다.

접속 블록(16)에는 그 접속 블록(16)을 관통하여 환형 리세스(28)에 연통되는 열 전달 매체 유입 개구부(18) 및 열 전달 매체 유출 개구부(20)가 형성된다(도 3을 참조).

내부 캔 관(26)의 외피면에는 리세스(28)로부터 출발하여 내부 캔 바닥 섹션(24)까지 내부 캔 관(26)의 종 방향으로 2개의 브리지(34, 36)가 연장된다. 또한, 내부 캔 바닥 섹션(24)에는 다수의 리브(38, 39, 60, 62)가 형성되는데, 그 리브의 단부는 내부 캔 바닥 섹션(24)의 둘레 에지를 따라 등간격으로 배치된다. 그러한 리브는 내부 캔 바닥 섹션(24)에 인접된 내부 관(26)의 구역에 걸쳐서도 연장된다. 그러한 리브 중에서, 다수의 리브(38)는 둘레 에지로부터 출발하여 반경 방향으로 단지 짧은 구간만으로 내부 캔 바닥 섹션(24)에 걸쳐 연장된다. 그러한 리브(38)는 대략 내부 캔 바닥 섹션(24)과 내부 캔 관(26) 사이의 전이부에 형성된 둥근 부분에만 걸쳐 있다. 중앙의 리브(39)는 내부 캔 바닥 섹션(24)의 거의 전체에 걸쳐 직경 방향으로 똑바르게 연장된다. 그 리브(39)는 2개의 브리지(34, 36)의 대칭 평면에 놓인다.

또한, 내부 캔 바닥 섹션(24)에는 중앙의 리브(39)의 양쪽에 그 리브(39)의 옆에 늘어선 채로 리브(60, 62)가 아치형으로 배치된다. 그러한 리브(60, 62)는 내부 캔 관(26)의 일측으로부터 대향된 타측까지 연장된다.

접속 블록(16)에 의해, 열 교환기(10)에서의 유입 및 유출을 위한 접속부가 하나의 부품으로 통합된다. 그러한 부품은 재료 선택, 구조적 형태, 및 제작에 있어서 그 기능에 상응하게 최적으로 맞춰질 수 있다. 또한, 접속부가 통합됨으로써 그것이 속한 보조 가열 장치에의 조립이 간단해진다.

열 전달 매체 입구는 접속 블록(16)에, 즉 버너 쪽에 있는 열 교환기(10)의 단부 구역에 배치된다. 그것은 열 전달 매체 입구를 통상적으로 열 교환기의 바닥 섹션에 배치하는 것과는 대조적이다. 그럼으로써, 본 발명에 따른 열 교환기(10)에서는 열 버너의 화염에 의해 강렬하게 가열되는 바닥 섹션의 주위에 열 전달 매 체가 균일하게 흐르게 된다.

브리지(34, 36)는 조립 후에 외부 캔(14)과 내부 캔(12) 사이에 형성된 개재 공간을 대략 반쪽 쉘형의 2개의 중공 공간 섹션(40, 42)으로 분할한다. 중공 공간 섹션(40)은 열 전달 매체 입구측에, 그리고 중공 공간 섹션(42)은 열 전달 매체 출구측에 각각 위치된다. 유입되는 유체 열 전달 매체는 우선 확대된 수집 공간(28)으로 흐른 후에 중공 공간 섹션(40)으로 흐르고, 그 중공 공간 섹션(40)으로부터 브리지(34, 36)에 의해 전향됨으로 인해 내부 캔 바닥 섹션을 두루 거치고 나서야 비로소 중공 공간 섹션(42)을 통해 열 전달 매체 출구측에 배치된 수집 공간(28)으로 흐른다. 즉, 열 전달 매체는 내부 캔(12)의 전체의 면에 걸쳐 열 교환기 주위로 균일하게 흐르게 된다.

또한, 접속 블록(16)에는 배기 출구(22)의 구역에 있는 수집 공간(44)도 형성된다.

브리지(34, 36)에 의해 한정되는 중공 공간 섹션(40, 42)은 정확히 반쪽 쉘의 형태는 아니다. 즉, 브리지(34, 36)는 대향된 채로 내부 캔(12)에 배치되는 것이 아니라, 직경 방향으로 약간 어긋나 있다. 브리지(34, 36)는 내부 캔의 둘레에서 열 전달 매체 입구측으로는 150°의 각도(a)를 한정하고, 열 전달 매체 출구측으로는 210°의 각도(b)를 한정한다. 따라서, 도 2에 도시된 횡단면에 있어서, 열 전달 매체 입구측의 중공 공간 섹션(40)은 출구측의 중공 공간 섹션(42)보다 더 작다. 그와 같이 하여, 열 전달 매체의 유속이 입구측에서 상승되어 기포 형성의 위험 및 그 축적 또는 공동의 형성이 감소되게 된다.

리브(38)는 아치형으로 그 옆에 늘어선 리브(60, 62)와 함께 내부 캔 바닥 섹션(24)과 내부 캔 관(26) 사이의 전이부에서 내부 캔 관(12) 또는 외부 캔(14)의 외피면으로부터 그 바닥 섹션면을 따라 열 전달 매체 흐름을 전향시킨다. 즉, 열 교환기(10)의 바닥 섹션에서 물 정체 구역이 생기는 것이 방지되게 된다.

캔형 열 교환기(10)의 외부 캔(14)은 외부 캔 바닥 섹션(46)을 구비하고, 그 외부 캔 바닥 섹션(46)에는 외부 캔 관(48)이 연접된다. 외부 캔 바닥 섹션(46)은 원형이고, 쉘형 또는 접시형으로 바깥쪽으로 약간 만곡된다.

열 교환기(10)의 조립은 외부 캔(14)의 외부 캔 관(48)을 내부 캔 바닥 섹션(24) 및 내부 캔 관(26) 위에 씌움으로써 이뤄진다. 외부 관(48)에서는 외부 캔 바닥 섹션(48)의 반대쪽에 있는 단부에 패킹(50)이 형성되고, 그 패킹(50)은 외부 캔(14)을 내부 캔(12) 상에 조립할 때에 접속 블록(16)에 있는 패킹 링(52)에 맞대어 접한다. 즉, 내부 캔(12)과 외부 캔(14) 사이에는 중공 공간(40, 42)이 제공되어 그 중공 공간(40, 42)을 통해 열 전달 매체가 흐르게 된다.

배기 가스와 열 전달 매체간에 가능한 한 효과적인 열 교환이 제공되도록 하는 것이 목적이다. 그와 동시에, 열 교환기(10)는 콤팩트하게 구성되어야 하고, 저렴하게 제조 및 유지되어야 한다.

그러한 목적을 구현하는 열 교환기(10)를 제공하기 위해, 내부 캔(12)의 외피면에는 브리지(34, 36) 이외에 축 방향으로 정향된 브리지(54)가 전체적으로 균일한 간격을 두고 분포되어 내부 캔(12)과 일체로 형성되는데, 그 브리지(54)는 도시된 실시예에서는 리브(38, 60, 62)의 축 방향의 둘레 섹션에 의해 형성된다(예시 적으로 하나의 브리지만이 도면 부호 "54"로 지시되어 있는 도 3을 아울러 참조). 예컨대, 그러한 브리지(54) 중의 6개는 외부 캔(14)과 대면된 그 단부에 억지 끼워 맞춤면(54a)을 구비한다(도 2를 참조). 그러한 억지 끼워 맞춤면(54a)은 외부 캔(14)을 내부 캔(12) 위에 씌울 때에 외부 캔 관(48)의 내측 외피면에 있는 대응 억지 끼워 맞춤면(56)에 접하게 된다. 전술된 6개의 브리지(54)에 의해, 내부 캔(12)과 외부 캔(14)간에 마찰 결속과 더불어 열 전도 접속이 이뤄진다. 특히, 억지 끼워 맞춤면(54a)은 외부 캔 바닥 섹션(46)과 대향된 브리지(54)의 단부 구역에 형성되는 데, 그 곳에서는 내부 캔(12)이 버너의 화염에 의해 가장 강력한 열 에너지의 반출에 노출되게 된다.

외부 캔 관(48)에서는 억지 끼워 맞춤면(56)이 작은 돌출부(58)에 형성된다. 억지 끼워 맞춤면(54a) 및 돌출부(58)에 있는 대응 억지 끼워 맞춤면(56)은 그에의 양호한 출입이 가능하여 매우 정밀하게 가공되거나 직접 다이 캐스팅 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 6개의 브리지(54)는 상세한 도시를 생략한 삽입 사면을 구비한다. 외부 캔(14)에 있는 억지 끼워 맞춤면(56)은 외부 캔 관(48)의 종 방향 축에 대해 약간의 경사를 둔 채로 형성되어 외부 캔(14)을 씌울 때에 압입 사면을 제공하고, 그 압입 사면은 압축되었을 때에 내부 캔(12)과 외부 캔(14)의 마찰 결속과 더불어 양호한 열 전도 접속을 가져온다.

선택적으로 또는 부가적으로, 중앙의 리브(39)는 외부 캔 바닥 섹션(46)에 있는 홈 속에 넣어지거나 아니면 외부 캔 관(48)의 내면에서 내부 캔 관(26)으로의 전이부에 있는 리브(39)의 측면에 접하는 억지 끼워 맞춤면을 구비할 수 있다.

브리지(54) 또는 리브(39)는 전술된 바와 같이 내부 캔(14)과 외부 캔(12)간의 열 전도 접속을 이룬다. 그러한 접속을 통해, 내부 캔(12)의 가열 시에 열 에너지가 외부 캔(14)으로 전달되어 흐른다. 그러한 열 에너지는 외부 캔(14)의 내측 외피면을 경유하여 열 전달 매체를 가열하는데 기여한다. 즉, 확대된 열 전달 면적이 제공된다. 따라서, 열 교환기(10)는 구조 크기가 동일하더라도 보다 더 높은 효율을 보이게 된다.

그와 동시에, 브리지(54)는 외부 캔 관(48) 내에서 내부 캔 관(26)을 센터링하는 역할을 한다. 또한, 그 브리지(54)는 내부 캔(12)과 외부 캔(14)간의 마찰 결속을 제공하고, 그에 의해 그 2개의 부품이 충분히 고정적으로 서로 결합되어 그 사이의 중공 공간을 밀봉성에 대해 점검할 수 있고, 납품업체는 외부 캔(14)을 내부 캔(12)에 추가로 고정시킬 필요가 없이 그와 같은 구조 유닛을 최종 조립에 공급하여 그 곳에서 조립할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 열 교환기를 구비한 보조 가열 장치에서는 억지 끼워 맞춤에 의해 내부 캔의 벽 섹션과 외부 캔의 벽 섹션간에 하나 이상의 브리지를 경유하여 열 전도 접속이 제공되고, 그러한 열 전도 접속으로 인해 열 에너지가 내부 캔으로부터 열 교환기의 열 전달 매체 층을 통해 외부 캔까지 도달되게 된다. 그럼으로써, 본 발명에 따른 열 교환기에서는 외부 캔이 종래의 열 교환기에서보다 더 강력하게 가열되고, 외부 캔은 그와 같이 수령된 열 에너지를 그 내부측을 경유하여 열 전달 매체에 인도하므로, 열 전달 매체는 보다 더 넓은 면적에 걸쳐, 즉 내부 캔의 외면과 더불어 외부 캔의 내면에 걸쳐 가열되게 된다. 그와 같이 확대된 열 전달 면적에 의거하여, 열 전달 매체가 열 교환기에 체류하는 시간이 동일하더라도 보다 더 많은 양의 열 에너지가 열 전달 매체에 전달된다. 즉, 열 교환기의 구조 크기가 동일하더라도 효율이 보다 높아지게 된다.

Claims

버너 및 캔형 열 교환기(10)를 구비하고, 캔형 열 교환기(10)는 중공 원통형 벽 섹션(26, 48) 및 버너의 반대쪽에 있는 바닥 섹션(24, 46)을 각각 구비한 내부 캔(12) 및 외부 캔(14)을 포함하며, 그 작동 시에는 내부 캔(12)과 외부 캔(14) 사이로 유체 열 전달 매체가 흐르고, 내부 캔(12)과 외부 캔(14) 사이에는 하나 이상의 브리지(54)가 형성되는 차량용 보조 가열 장치에 있어서,

하나 이상의 브리지(54)는 중공 원통형 벽 섹션(26)에 일체로 형성되고, 내부 캔(12)과 외부 캔(14)이 조립된 상태에서 대향된 원통형 벽 섹션(48)과 적어도 부분적으로 억지 끼워 맞춤(54a, 56)을 이루는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 가열 장치.
제1항에 있어서, 상기 중공 원통형 벽 섹션(26)의 외피면에는 억지 끼워 맞춤(54a, 56)을 각각 이루는 3개 이상의 브리지(54)가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 브리지(54)는 열 교환기(10)의 내부 캔(12)에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중공 원통형 벽 섹션(26, 48)은 버너 쪽에 있는 제1 단부 구역(16)을 구비하고, 열 교환기(10)는 그 제1 단부 구역(16)에 배치된 열 전달 매체 입구(18) 및 열 전달 매체 출구(20)를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 가열 장치.
제4항에 있어서, 상기 열 교환기(10)는 제1 단부 구역(16)에 배치된 배기 출구(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 가열 장치.
제4항에 있어서, 상기 캔형 열 교환기(10)는 그 횡단면이 환형이고, 열 전달 매체 입구(18)는 열 전달 매체 출구(20)와 상기 열교환기의 내부 캔의 직경방향으로 마주보는 측면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 중공 원통형 벽 섹션(26, 48)에는 대략 직경방향으로 마주보는 2개의 추가의 브리지(34, 36)가 형성되고, 상기 2개의 추가의 브리지는 열 전달 매체 입구(18)와 대면된 측과 열 전달 매체 출구(20)와 대면된 측간을 분리하고, 상기 2개의 브리지(34, 36)에 의해 열 전달 매체 흐름이 열 전달 매체 입구(18)로부터 바닥 섹션(24, 46) 쪽으로, 이후에 열 전달 매체 출구(20) 쪽으로 유도되는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 가열 장치.
제7항에 있어서, 2개의 추가의 브리지(34, 36)는 열 전달 매체 입구(18)와 대면된 측에서 180°미만의 각도(a)로 한정되는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 따른 열 교환기(10)의 특징을 갖는 보조 가열 장치의 캔형 열 교환기(10).
제1항 또는 제2항에 따른 보조 가열 장치를 구비한 차량.