KR101526604B1 - 배기폐열 회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조가 간단하여 제작이 용이해져 차량의 원가절감을 도모할 수 있고, 배기가스와 엔진의 냉각수 및/또는 엔진 오일 혹은 변속기 오일과의 열교환이 효율적으로 이루어져 차량의 난방 성능과 연비 향상을 도모할 수 있는 배기폐열 회수장치를 제공하기 위해, 배기가스가 유동하는 메인경로와, 이 메인경로를 배기가스가 빠져나온 다음에 다시 메인경로로 유입되게 하는 바이패스경로, 이 바이패스경로의 내부에서 상기 메인경로의 외주에 감겨지는 형태로 설치됨과 더불어 상기 배기가스와 열교환하는 열교환 유체가 유동하는 열교환 유체경로를 구비한다.

배기폐열, 회수장치, 열교환 유체경로, 배기가스

Description

배기폐열 회수장치{Exhaust heat recovery device}

본 발명은 차량의 배기폐열 회수장치에 관한 것으로, 특히 차량의 배기가스의 배기폐열을 효율적으로 회수할 수 있는 구조가 간단한 배기폐열 회수장치에 관한 것이다.

종래 차량의 배기폐열 회수장치는 차량의 외부로 방사되는 배기가스에 포함된 배기폐열을 엔진의 냉각수나 엔진 오일 혹은 변속기 오일 등과의 열교환을 통해 회수하여 차량의 난방성능이나 연비 향상 등을 도모하는 장치이다.

상기와 같은 종래의 배기폐열 회수장치에서는 배기 매니폴드로부터 소음기 사이의 배기경로의 도중에 열교환기를 설치하고, 상기 열교환기에서 배기가스와 하나 이상의 유체사이에 열교환이 이루어지도록 해서 배기가스에 포함된 폐열을 회수하게 되어 있다.

예컨대 배기가스와 엔진의 냉각수와의 열교환이 이루어지는 경우에는 엔진의 냉각수를 조기에 데울 수 있으므로 차량의 난방 성능이 향상되게 되고, 배기가스와 엔진 오일 혹은 변속기 오일과의 열교환이 이루어지는 경우에는 오일의 온도를 빨리 상승시켜 오일의 점도를 낮추어서 마찰저감으로 연비 향상을 도모하게 되며, 배 기가스와 엔진의 냉각수 혹은 오일 사이에 동시에 열교환이 이루어지도록 해서 차량의 난방 성능과 연비 향상을 동시에 도모하는 경우도 있다.

상기와 같은 배기폐열 회수장치에서는 열교환 성능의 향상과, 배기경로의 도중에 한정된 공간에 설치해야 하므로 구조의 단순화가 요구되고 있다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 구조가 간단하여 제작이 용이해져 차량의 원가절감을 도모할 수 있고, 배기가스와 엔진의 냉각수 및/또는 엔진 오일 혹은 변속기 오일과의 열교환이 효율적으로 이루어져 차량의 난방 성능과 연비 향상을 도모할 수 있는 배기폐열 회수장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배기가스가 유동하는 메인경로와, 이 메인경로를 배기가스가 빠져나온 다음에 다시 메인경로로 유입되게 하는 바이패스경로, 이 바이패스경로의 내부에서 상기 메인경로의 외주에 감겨지는 형태로 설치됨과 더불어 상기 배기가스와 열교환하는 열교환 유체가 유동하는 열교환 유체경로를 구비한다.

바람직하기로는 상기 바이패스경로로 배기가스가 유입된 다음에 바이배스경로를 따라 유동된 이후에 상기 메인경로 다시 유입되게 상기 메인경로에는 다수개의 타공홀들이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 다수개의 타공홀들이 상기 메인경로로부터 바이패스경로로 배기가스가 유입되게 하는 제1타공홀과, 상기 바이패스경로를 따라 유동한 배기가스가 상기 메인경로로 다시 유입되게 하는 제3타공홀을 갖춘 것을 특징으로 한다.

상기 메인경로에서 배기가스의 유동방향으로 상기 제3타공홀에 비해 상류측에는 메인경로의 축방향을 따라 소정 간격을 두고 배기가스가 상기 바이패스경로로 유입되게 하는 제2타공홀이 형성되고, 이 제3타공홀과 상기 제2타공홀 사이에는 상기 메인경로를 개폐하는 개폐밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 열교환 유체경로에는 열교환 유체의 유량을 제어하는 유량제어밸브와 열교환 유체의 온도를 감지하는 온도센서가 각각 설치되고, 상기 유량제어밸브와 배기밸브는 전자제어유니트의 제어신호에 따라 작동되게 전자제어유니트에 접속되며, 상기 온도센서를 열교환 유체의 온도를 감지하여 상기 전자제어유니트에 입력하도록 상기 전자제어유니트에 접속된 것을 특징으로 한다.

상기 메인경로의 외주에는 메인경로의 직경보다 큰 내경을 가진 케이스가 장착되고, 상기 케이스와 메인경로 사이에 상기 바이패스경로가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 열교환 유체경로는 상기 바이패스경로의 내부에서 상기 메인경로의 외주에 교대로 감겨지는 형태로 설치됨과 더불어 상기 배기가스와 열교환하는 2종류의 열교환 유체가 유동하는 서로 독립된 2개의 제1,2열교환 유체경로를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량의 배기폐열 회수장치에 의하면, 배기가스가 유동하는 메인경로와 바이패스경로가 각각 구비되고, 상기 바이패스경로의 내부에서 상기 메인경로의 외주에 열교환 유체가 유동하는 열교환 경로가 여러 번 감겨져 설치된 구조로 이루어져, 열교환기의 구조가 간단해져 제작이 용이할 뿐만 아니라 원가절감을 도모할 수 있고, 상기 바이패스경로 및 메인경로를 통해 유동하는 배기가스와 열교환 유체사이에 효율적인 열교환이 이루어져 차량의 연비 및 난방 성능을 동시에 향상시킬 있으며, 배기가스와 열교환 유체의 유로를 구분 혹은 고정하는 브래킷이나 배플 등과 같은 별도의 부속물이 필요하지 않고, 열교환기 케이스 외에 제작금형을 필요로 하는 부품이 없으므로 설계 변경이 용이하고, 배기가스와 열교환 유체가 각각의 튜브만을 통해서 유동하므로 누수, 누유 혹은 혼합 문제가 발생할 개연성이 없는 안전성이 뛰어난 등의 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 배기폐열 회수장치의 구성이 도시되어 있는 바, 즉 엔진의 배기 매니폴드와 연결되어 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 차량의 외부로 방사되도록 유도하는 배기가스 메인경로(1)가 구비되고, 상기 메인경로의 외주에는 열교환기 케이스(2)가 감싸는 형태로 설치되며, 상기 열교환기 케이스(2)의 내경은 상기 메인경로(1)의 외경보다 크게 형성되어, 이들 사이에는 소정 크기의 공간이 형성되면서 이 공간을 통해 배기가스가 유동할 수 있는 바이패스경로(3)가 형성된다.

상기 케이스(2)의 내부에서 케이스(2)의 입구 쪽에 위치한 메인경로(1)에는 메인경로(1)를 통해 유동하는 배기가스가 상기 바이패스경로(3)로 유출될 수 있도록 다수개의 제1타공홀(1a)이 형성되어, 상기 메인경로(1)를 통해 유동하는 배기가스에 유동 저항이 생길 경우에 메인경로 내부의 배기가스가 상기 다수개의 제1타공홀을 통해 상기 바이패스경로로 유동하게 된다.

또한 상기 케이스(2)의 출구 쪽에 위한 메인경로(1)는 다수개의 제2타공홀(1b)과 제3타공홀(1c)이 각각 축방향으로 소정 간격을 두고 형성되고, 상기 제2타공홀(1b)과 제3타공홀(1c) 사이에는 상기 메인경로(1)를 개폐하는 개폐밸브(4)가 설치되어 있다.

상기 제1타공홀(1a)과 상기 제2타공홀(1b) 사이의 메인경로(1)의 소정 부위에는 열교환 유체경로(5)가 설치되는 데, 이 열교환 유체경로(5)는 튜브 형상을 하고서 상기 바이패스경로(3)의 내부에서 상기 메인경로(1)의 외주를 여러 번 감는 형태로 설치된다.

상기 열교환 유체경로(5)에는 열교환 유체가 상기 케이스(2)의 내부로 유입되는 입구포트(5a)와, 상기 열교환 유체가 상기 케이스(2)의 외부로 유출되는 출구포트(5b)가 각각 구비되어, 열교환 유체는 상기 입구포트를 통해 케이스의 내부로 열교환 유체경로를 따라서 유입된 다음에 메인경로의 주위를 여러 번 경유한 이후에 다시 상기 출구포트를 통해 케이스의 외부로 유출되게 된다.

상기 열교환 유체경로(5)의 입구포트(5a)와 인접한 부위에는 열교환 유체경로(5)의 입구포트를 개폐하는 유량제어밸브(6)와, 열교환 유체의 온도를 감지하는 온도센서(7)가 각각 설치되고, 상기 유량제어밸브(6)와 배기밸브(4)는 전자제어유니트(ECU)의 출력단에 접속되어 전자제어유니트의 제어에 따라 작동되게 되며, 상기 온도센서는 전자제어유니트의 입력단에 접속되어 열교환 유체의 온도를 감지해서 전자제어유니트에 입력하게 된다.

도 1에는 본 발명에 따른 배기폐열 회수장치의 차량의 초기 시동시의 작동 상태가 도시되어 있다.

즉 엔진의 초기 시동시에는 상기 전자제어유니트(ECU)가 상기 유량제어밸브(6)는 개방시키고, 상기 배기밸브(4)는 메인경로를 폐쇄하도록 제어하게 된다.

엔진의 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스가 상기 메인경로(1)를 따라 유동할 경우에 상기 배기밸브에 의해 메인경로가 닫혀 있으므로, 메인경로 내부의 대부분의 배기가스는 상기 제1타공홀(1a)을 통해 상기 바이패스경로(3)를 따라 유동하고, 메인경로 내부의 일부의 배기가스는 상기 제2타공홀(1b)을 통해 바이패스경로로 유입된 다음에 제3타공홀(1c)을 통해 다시 메인경로(1)로 유입된 이후에 메인경로를 따라 배출되게 된다.

이에 따라 상기 바이패스경로를 통해 유동하는 배기가스와 바이패스경로에 위치된 열교환 유체경로를 따라 유동하는 열교환 유체는 서로 효과적으로 열교환하게 되며, 열교환 유체가 엔진이나 변속기 오일인 경우에는 오일의 온도가 조기에 상승하면서 그 점성이 낮아져서 원활한 윤활이 이루어지고, 이로 인해 엔진과 변속기에서의 마찰저감으로 차량의 연비가 향상되며, 열교환 유체가 엔진의 냉각수인 경우에는 차량의 초기 운전시에 엔진의 냉각수가 조기에 데워져서 차량의 난방 성 능이 향상되게 된다.

도 2에는 차량의 시동후에 일정시간이 경과한 상태가 도시되어 있는 바, 즉 전자제어유니트는 온도센서를 통해 열교환 유체의 온도를 감지하고, 열교환 유체의 온도가 적절히 상승한 것으로 판단한 경우에는 유량제어밸브(6)에 제어신호를 인가하여 열교환 유체경로의 입구포트(5a)를 닫도록 유량제어밸브를 제어하고, 상기 배기밸브(4)는 메인경로(1)를 개방하도록 배기밸브에 제어신호를 인가하여 배기밸브를 작동시킨다.

이에 따라 메인경로로 유입된 대부분의 배기가스는 메인경로를 따라 그대로 배출됨으로써, 배기가스와 열교환 유체사이의 열교환이 거의 발생하지 않고, 배기가스의 원활한 배출이 이루어져 차량의 출력을 향상시키게 된다.

한편 도 3에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있는 바, 예컨대 엔진의 냉각수와 엔진 오일 혹은 변속기 오일과 같은 2종류의 열교환 유체가 배기가스와 열교환할 수 있도록 제2 열교환 유체경로(15)가 추가로 구비된다.

상기 제2열교환 유체경로(15)는 상기 메인경로의 외주에 감겨지는 형태로 설치되고, 제1열교환 유체경로(5)와 서로 번갈아서 교번되게 메인경로의 외주에 감겨지는 형태로 설치되는 것이다.

상기 제2열교환 유체경로(15)에도 열교환 유체가 유입되는 입구포트(15a)와 유출되는 출구포트(15b)가 각각 구비되며, 유량제어밸브와 온도센서도 각각 설치되어 전자제어유니트(ECU)의 제어를 받게 된다.

이에 따라 엔진의 냉각수 온도를 조기에 상승시켜 차량의 난방 성능을 향상 시키는 동시에 변속기 오일이나 엔진 오일의 온도도 조기에 상승시켜 차량의 연비 향상을 도모할 수 있게 되며, 엔진 오일과 변속기 오일의 2종류의 오일 온도를 동시에 상승시켜 연비를 더욱더 향상시킬 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 배기폐열 회수장치의 엔진 초기 시동시의 작동 상태도,

도 2는 본 발명에 따른 배기폐열 회수장치의 엔진 시동후의 작동 상태도,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기폐열 회수장치의 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-메인경로 2-케이스

3-바이패스경로 4-배기밸브

5-열교환 유체경로 6-유량제어밸브

7-온도센서

Claims (7)

1. 배기가스가 유동하는 메인경로와, 이 메인경로를 배기가스가 빠져나온 다음에 다시 메인경로로 유입되게 하는 바이패스경로, 이 바이패스경로의 내부에서 상기 메인경로의 외주에 감겨지는 형태로 설치됨과 더불어 상기 배기가스와 열교환하는 열교환 유체가 유동하는 열교환 유체경로를 구비하고,

   상기 메인경로에서 상기 열교환 유체경로를 지나기 전 부위에는 상기 메인경로로부터 바이패스경로로 배기가스가 유입되게 하는 다수개의 제1타공홀이 형성되고,

   상기 메인경로에서 상기 열교환 유체경로를 지난 부위에는 다수개의 제2타공홀과 제3타공홀이 각각 축방향으로 간격을 두고 상기 배기가스의 유동방향을 따라 형성되며, 상기 제2타공홀은 상기 메인경로를 통하여 상기 열교환 유체경로가 설치된 부위를 통과한 배기가스가 상기 바이패스경로로 유입되게 하고, 상기 제3타공홀은 상기 바이패스경로를 따라 유동한 배기가스가 상기 메인경로로 다시 유입되게 하며,

   상기 제2타공홀과 상기 제3타공홀 사이에는 상기 메인경로를 개폐하는 개폐밸브가 설치되고,

   상기 개폐밸브가 폐쇄되면, 상기 배기가스의 일부는 상기 제1타공홀을 통하여 상기 바이패스경로로 유동된 후 상기 제3타공홀을 통하여 상기 메인경로로 다시 유입되고, 나머지 배기가스는 상기 메인경로를 통하여 상기 열교환 유체경로가 설치된 부위를 유동한 후 상기 제2타공홀을 통하여 상기 바이패스경로로 유입된 후 상기 제3타공홀을 통하여 상기 메인경로로 다시 유입되는 것을 특징으로 하는 배기폐열 회수장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 열교환 유체경로에는 열교환 유체의 유량을 제어하는 유량제어밸브와 열교환 유체의 온도를 감지하는 온도센서가 각각 설치되고, 상기 유량제어밸브와 배기밸브는 전자제어유니트의 제어신호에 따라 작동되게 전자제어유니트에 접속되며, 상기 온도센서를 열교환 유체의 온도를 감지하여 상기 전자제어유니트에 입력하도록 상기 전자제어유니트에 접속된 것을 특징으로 하는 배기폐열 회수장치.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 메인경로의 외주에는 메인경로의 직경보다 큰 내경을 가진 케이스가 장착되고, 상기 케이스와 메인경로 사이에 상기 바이패스경로가 형성된 것을 특징으로 하는 배기폐열 회수장치.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 열교환 유체경로는 상기 바이패스경로의 내부에서 상기 메인경로의 외주에 교대로 감겨지는 형태로 설치됨과 더불어 상기 배기가스와 열교환하는 2종류의 열교환 유체가 유동하는 서로 독립된 2개의 제1,2열교환 유체경로를 구비한 것을 특징으로 하는 배기폐열 회수장치.

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