KR101610059B1 - 배기가스 배출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치는, 배기가스가 흐르고, 그 앞쪽에 제1관통홀과 그 뒤쪽에 제2관통홀이 각각 형성된 이너파이프, 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀이 내측에 배치되도록 상기 이너파이프가 삽입되고, 그 양단부는 상기 이너파이프의 외주면에 밀착되는 아우터파이프, 상기 이너파이프의 상기 제1관통홀 뒤에 설치되어 배기가스 유로를 선택적으로 차단하여 배기가스가 상기 이너파이프로 흐르거나 상기 제1관통홀을 통해 상기 이너파이프의 외부로 흐르도록 제어하는 밸브, 및 상기 이너파이프와 상기 아우터파이프 사이 공간에 설치되어, 그 내부를 흐르는 유체와 배기가스 사이에 열교환을 실시하는 열교환기를 포함한다.
따라서, 배기가스의 에너지가 상기 엔진냉각수, 엔진오일, 또는 변속기오일로 전달되어 엔진이 신속하게 웜업되고, 난방성능이 더욱 향상되며, 변속기가 더욱 정상적으로 작동될 수 있다.

Description

배기가스 배출장치{EXHAUST DEVICE FOR EXHAUST GAS}

본 발명은 배기가스 배출장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스의 열 에너지를 회수함으로써 연료의 소비를 줄이고 난방 성능을 향상시키는 다기능의 배기가스 배출장치에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진에서 배출되는 배기가스는 높은 온도로 배출되어 적지 않은 양의 열에너지를 대기 중으로 방출한다.

이렇게 대기 중으로 방출되는 배기가스의 열에너지를 회수하여 냉각수의 온도를 상승시켜 엔진을 웜업시키는데 사용함으로써 연료의 소모를 줄이는 연구가 진행되고 있다.

아울러, 엔진이나 변속기 오일이 배기가스와 열교환을 수행해서, 엔진이나 변속기의 정상적인 작동을 원활하게 하며, 겨울철 난방성능을 향상시킬 수 있는 기술이 연구되고 있다.

따라서, 본 발명은 냉각수, 엔진오일, 또는 변속기오일과 열교환을 실시하여 연료의 소비를 줄이고 엔진이 신속하게 웜업되어 정상적으로 작동되도록 하는 배기가스 배출장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치는, 배기가스가 흐르고, 그 앞쪽에 제1관통홀과 그 뒤쪽에 제2관통홀이 각각 형성된 이너파이프, 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀이 내측에 배치되도록 상기 이너파이프가 삽입되고, 그 양단부는 상기 이너파이프의 외주면에 밀착되는 아우터파이프, 상기 이너파이프의 내측에 설치되어 배기가스 유로를 선택적으로 차단하여 배기가스가 상기 이너파이프로 흐르거나 상기 제1관통홀을 통해 상기 이너파이프의 외부로 흐르도록 제어하는 밸브, 및 상기 이너파이프와 상기 아우터파이프 사이 공간에 설치되어, 그 내부를 흐르는 유체와 배기가스 사이에 열교환을 실시하는 열교환기를 포함한다.

상기 열교환기는 상기 이너파이프와 상기 아우터파이프 사이 공간에 설치되는 제1열교환파이프이고, 상기 제1열교환파이프의 앞쪽에는 상기 제1열교환파이프로 제1유체가 인입되는 제1인입파이프가 형성되고, 상기 제1열교환파이프의 뒤쪽에는 상기 제1열교환파이프로부터 상기 제1유체가 배출되는 제1배출파이프가 형성된다.

상기 제1열교환파이프는 상기 이너파이프 측에 배치되는 내측주름관, 및 상기 내측주름관과 간격을 두고 상기 아우터파이프 측에 배치되는 외측주름관을 포함한다.

상기 제1열교환파이프 안쪽에 배치되고 그 내측으로 제2유체가 흐르는 제2열교환파이프를 더 포함한다.

상기 제2열교환파이프는 상기 제1열교환파이프의 내측에서 나선형으로 감긴 형태를 갖는다.

상기 제1열교환파이프는 상기 이너파이프 측에 배치되는 내측주름관, 및 상기 내측주름관과 간격을 두고 상기 아우터파이프 측에 배치되는 외측주름관을 포함하고, 상기 내측주름관과 상기 외측주름관 사이에 배치되어 제2유체가 흐르는 제2열교환파이프를 더 포함하되, 상기 제2열교환파이프는 상기 내측주름관의 내측면과 상기 외측주름관의 내측면과 연속적으로 밀착되는 나선형 구조를 갖는다.

상기 아우터파이프의 앞쪽에 배치되어 상기 제2열교환파이프로 상기 제2유체를 공급하는 제2인입파이프, 및 상기 아우터파이프의 뒤쪽에 배치되어 상기 제2열교환파이프로부터 상기 제2유체가 배출되는 제2배출파이프를 포함한다.

상기 제2열교환파이프의 일측 외측면은 상기 제1열교환파이프의 일측 내측면과 밀착된다.

상기 이너파이프의 외주면과 그 사이에 흡음공간을 형성하는 단열파이프가 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀 사이에 배치된다.

상기 이너파이프와 상기 단열파이프 사이 공간으로 통하는 공명홀이 상기 이너파이프에 형성된다.

상기 이너파이프와 상기 단열파이프 사이 공간에 흡음재가 충진된다.

상기 열교환기를 순환하는 유체의 온도에 따라서 작동되어 상기 밸브의 개폐율을 조절하는 써모스탯을 더 포함한다.

상기 써모스탯은, 그 내부에 충진공간에 충진되는 열감응매질을 포함하고, 상기 열감응매질은 상기 유체의 온도에 따라서 수축 또는 팽창되어 상기 밸브의 개폐율을 조절한다.

상기 써모스탯은, 내부에 피스톤 공간이 형성된 내부하우징, 상기 내부하우징의 공간에서 슬라이딩되어 움직이도록 배치되는 피스톤, 일측은 상기 피스톤과 열결되어 상기 피스톤과 함께 움직이고, 타측은 상기 밸브와 연결된 작동로드, 상기 내부하우징에서 상기 피스톤의 한쪽 공간에 충진되는 열감응매질, 및 상기 내부하우징에서 상기 피스톤의 다른쪽 공간에 배치되어 상기 피스톤을 상기 열감응매질 측으로 탄성지지하는 탄성부재를 포함하여, 상기 내부하우징에 접촉하는 상기 유체의 온도에 따라서 상기 열감응매질이 수축 또는 팽창하여 상기 피스톤과 상기 작동로드를 움직여서 상기 밸브의 개폐율이 조절된다.

앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 배출장치에서, 배기가스의 에너지가 상기 엔진냉각수, 엔진오일, 또는 변속기오일로 전달되어 엔진이 신속하게 웜업되고, 난방성능이 더욱 향상되며, 변속기가 더욱 정상적으로 작동될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치의 일부 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치의 일부 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치에 구비된 밸브가 닫힌 상태를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치에 구비된 밸브가 열린 상태를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치에 구비된 써모스탯의 작동모습을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치의 일부 상세 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치의 일부 개략적인 사시도이다.

도 1을 참조하면, 배기가스 배출장치는 배기파이프(100), 소음기(110), 밸브(120), 써모스탯(130), 제1인입파이프(140a), 제1배출파이프(140b), 제2인입파이프(150a), 및 제2배출파이프(150b)를 포함한다.

상기 제1인입파이프(140a)로 유입되는 제1유체(200a)는 상기 소음기(110) 내부의 열교환기(290)를 거처 상기 제1배출파이프(140b)로 배출되고, 상기 제2인입파이프(150a)로 유입되는 제2유체(200b)는 상기 소음기(110) 내부의 열교환기(290)를 거쳐 상기 제2배출파이프(150b)로 배출된다.

상기 제1인입파이프(140a)로 배기가스와 열교환될 유체가 공급되고, 상기 써모스탯(130)은 상기 제1인입파이프(140a)를 통과하는 유체의 온도에 따라서 상기 밸브(120)의 개도율을 조절한다.

따라서, 상기 밸브(120)에 의해서 상기 배기파이프(100)를 지나는 유로가 효과적으로 변경된다. 상기 소음기(110) 내부의 구조에 대해서 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 소음기(110)는 크게 이너파이프(280) 및 아우터파이프(285)로 구성된다. 상기 아우터파이프(285)의 중심에 상기 이너파이프(280)가 배치되고, 상기 아우터파이프(285)의 내주면과 상기 이너파이프(280)의 외주면 사이에는 설정된 갭을 두고 배치된다.

상기 아우터파이프(285)의 양단부는 상기 이너파이프(280)의 외주면에 둘레방향으로 밀착되어 고정되고, 상기 이너파이프(280)의 앞과 뒤에 각각 제1관통홀(260a)과 제2관통홀(260b)이 형성된다.

상기 제1관통홀(260a) 바로 뒤에 상기 밸브(120)가 배치되고, 상기 밸브(120)가 닫히면, 상기 배기파이프(100)를 통해서 상기 이너파이프(280)로 유입된 배기가스는 상기 제1관통홀(260a)을 통과해서 상기 아우터파이프(285)와 상기 이너파이프(280) 사이 공간을 지나고 상기 제2관통홀(260b)을 통해서 상기 이너파이프(280)로 다시 합류된다.

반대로, 상기 밸브(120)가 열리면, 상기 이너파이프(280)를 통해서 후단으로 배출된다.

상기 써모스탯(130)의 일측에 형성된 상기 제1인입파이프(140a)를 통해서 제1유체(200a)가 공급되고, 상기 써모스탯(130)은 상기 제1유체(200a)의 온도에 따라서 작동로드(250)를 통해서 상기 밸브(120)의 개도율을 제어한다. 상기 써모스탯(130)의 작동원리는 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.

상기 이너파이프(280)의 외측면에는 단열파이프(275)가 배치되는데, 상기 단열파이프(275)와 상기 이너파이프(280) 사이의 좁은 공간으로 흡음재(270)가 충진된다.

아울러, 상기 이너파이프(280)에는 공명홀(265)이 형성되어 상기 흡음재(270)가 배기가스의 소음을 효과적으로 흡수할 수 있도록 한다. 본 실시예에서, 상기 흡음재(270)는 난연성 유리섬유로 구성될 수 있다.

상기 이너파이프(280)와 상기 아우터파이프(285) 사이에는 상기 단열파이프(275) 이외에 열교환기(290)가 더 설치된다.

상기 열교환기(290)는 상기 제1유체(200a)가 흐르는 제1열교환파이프(290a)와 제2유체(200b)가 흐르는 제2열교환파이프(290b)를 포함하여 구성된다.

상기 제1열교환파이프(290a)는 상기 이너파이프(280)와 상기 아우터파이프(285) 사이 공간에서 상기 아우터파이프(285)의 내측 둘레를 따라서 형성되는 외측주름관(290aa)과 내측주름관(290ab)을 포함한다.

상기 외측주름관(290aa)과 상기 내측주름관(290ab)은 모두 원통형으로, 상기 외측주름관(290aa)의 내측 둘레와 상기 내측주름관(290ab)의 외측 둘레 사이에 상기 제1유체(200a)가 흐르는 공간이 형성된다. 상기 외측주름관(290aa)과 상기 내측주름관(290ab)은 그 단면이 사인파(sine wave)와 같은 굴곡진 형태를 갖는다.

상기 제1열교환파이프(290a) 내부에 제2열교환파이프(290b)가 배치된다. 상기 제2열교환파이프(290b)는 상기 외측주름관(290aa)과 상기 내측주름관(290ab) 사이에 배치되고, 상기 제1열교환파이프(290a) 내부에서 배기가스의 흐름방향으로 나선형으로 감긴 형태를 갖는다.

상기 제2열교환파이프(290b)는 상기 내측주름관(290ab) 및 상기 외측주름관(290aa)과 연속적으로 밀착되어, 상기 제1인입파이프(140a)로 유입된 상기 제1유체(200a)는 상기 제2열교환파이프(290b)를 따라서 나선형으로 형성된 제1유체유로(210a)를 따라서 흘러 상기 제1배출파이프(140b)로 배출된다.

아울러, 상기 제2인입파이프(150a)로 유입된 상기 제2유체(200b)는 상기 제2열교환파이프(290b)의 제2유체유로(210b)를 따라서 나선형으로 흘러 상기 제2배출파이프(150b)로 배출된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치의 일부 분해 사시도이다.

도 3을 참조하면, 상기 내측주름관(290ab)과 상기 외측주름관(290aa) 사이에 나선형으로 형성된 상기 제1유체유로(210a)를 통해서 상기 제1유체(200a)가 흐른다.

아울러, 상기 내측주름관(290ab)과 상기 외측주름관(290aa) 사이에 나선형으로 배치된 상기 제2열교환파이프(290b)를 통해서 상기 제2유체(200b)가 흐른다.

상기 제1유체(200a) 및 상기 제2유체(200b)는 엔진냉각수, 변속기오일, 또는 엔진오일 등으로 구성되어, 배기가스의 열에너지를 선택적으로 공급받는다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치에 구비된 밸브가 닫힌 상태를 보여주는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 써모스탯(130)을 흐르는 상기 제1유체(200a)의 온도가 낮으면, 상기 밸브(120)가 닫히고, 상기 이너파이프(280)로 유입된 배기가스는 상기 이너파이프(280)의 상기 제1관통홀(260a)을 통해서 상기 이너파이프(280)와 상기 아우터파이프(285) 사이 공간으로 배출된다.

따라서, 배기가스는 상기 열교환기(290)를 지나는 상기 제1유체(200a) 또는 상기 제2유체(200b)와 열교환을 실시하고, 상기 제2관통홀(260b)을 통해서 다시 상기 이너파이프(280)로 유입된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치에 구비된 밸브가 열린 상태를 보여주는 단면도이다.

도 5를 참조하면, 상기 써모스탯(130)을 흐르는 상기 제1유체(200a)의 온도가 높으면, 상기 밸브(120)가 열리고, 상기 이너파이프(280)를 통해서 배출된다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 제1유체(200a) 또는 상기 제2유체(200b)의 온도가 높을 경우에는 배기가스가 상기 이너파이프(280) 내부를 흐르면서 상기 흡음재(270)에 의해서 소음이 감소되고, 상기 제1유체(200a) 또는 상기 제2유체(200b)의 온도가 낮은 경우에는 배기가스가 상기 열교환기(290)를 지나면서 열교환을 실시한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치는 소음기와 열교환기의 두 가지 기능을 동시에 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치에 구비된 써모스탯의 작동모습을 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 6을 참조하면, 상기 써모스탯(130)은 외부하우징(600), 내부하우징(610), 피스톤(620), 열감응매질(630), 및 작동로드(250)를 포함한다.

상기 내부하우징(610)의 중간에 상기 피스톤(620)이 배치되고, 상기 피스톤(620)을 중심으로 좌측에 상기 열감응매질(630)이 충진되고, 우측에 탄성부재로써 상기 스프링(640)이 배치되며, 상기 피스톤(620)에 상기 작동로드(250)가 고정된다.

상기 외부하우징(600)과 상기 내부하우징(610) 사이로 상기 제1유체(200a)가 공급되고, 상기 제1유체(200a)의 온도가 낮은 경우에는 상기 열감응매질(630)이 수축되어 상기 작동로드(250)를 잡아당기고, 상기 제1유체(200a)의 온도가 높은 경우에는 상기 열감응매질(630)이 팽창되어 상기 작동로드(250)를 밀어낸다.

상기 작동로드(250)의 움직임에 따라서 상기 이너파이프(280) 내부에 장착된 상기 밸브(120)가 배기가스의 유로를 조절한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 배출장치의 일부 상세 단면도이다.

도 7을 참조하면, 상기 제1열교환파이프(290a)는 상기 내측주름관(290ab) 및 상기 외측주름관(290aa)으로 구성되고, 상기 내측주름관(290ab)과 상기 외측주름관(290aa)에는 내측으로 오목한 외측오목부(700b)와 내측오목부(700a)가 형성된다.

상기 제2열교환파이프(290b)는 상기 외측오목부(700b)와 상기 내측오목부(700a)의 내측면에 각각 연속적으로 밀착되는 구조로, 상기 제2열교환파이프(290b) 사이로 상기 제1유체유로(210a)를 형성하고, 상기 제2열교환파이프(290b)가 제2유체유로(210b)를 형성한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1유체(200a)와 상기 제2유체(200b)는 엔진냉각수, 엔진오일, 또는 변속기오일을 포함할 수 있다. 따라서, 배기가스의 에너지가 상기 엔진냉각수, 엔진오일, 또는 변속기오일로 전달되어 엔진이 신속하게 웜업되고, 난방성능이 더욱 향상되며, 변속기가 더욱 정상적으로 작동될 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 배기파이프
110: 소음기
120: 밸브
130: 써모스탯
140a: 제1인입파이프
140b: 제1배출파이프
150a: 제2인입파이프
150b: 제2배출파이프
200a: 제1유체
200b: 제2유체
210a: 제1유체유로
210b: 제2유체유로
250: 작동로드
260a: 제1관통홀
260b: 제2관통홀
265: 공명홀
270: 흡음재
275: 단열파이프
280: 이너파이프
285: 아우터파이프
290: 열교환기
290a: 제1열교환파이프
290b: 제2열교환파이프
290aa: 외측주름관
290ab: 내측주름관
600: 외부하우징
610: 내부하우징
620: 피스톤
630: 열감응매질
640: 스프링
700a: 내측오목부
700b: 외측오목부

Claims (13)

1. 배기가스가 흐르고, 그 앞쪽에 제1관통홀과 그 뒤쪽에 제2관통홀이 각각 형성된 이너파이프;
   상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀이 내측에 배치되도록 상기 이너파이프가 삽입되고, 그 양단부는 상기 이너파이프의 외주면에 밀착되는 아우터파이프;
   상기 이너파이프의 내측에 설치되어 배기가스 유로를 선택적으로 차단하여 배기가스가 상기 이너파이프로 흐르거나 상기 제1관통홀을 통해 상기 이너파이프의 외부로 흐르도록 제어하는 밸브; 및
   상기 이너파이프와 상기 아우터파이프 사이 공간에 설치되어, 그 내부를 흐르는 유체와 배기가스 사이에 열교환을 실시하는 열교환기; 를 포함하고, 상기 열교환기는 상기 이너파이프와 상기 아우터파이프 사이 공간에 설치되는 제1열교환파이프이고, 상기 제1열교환파이프는
   상기 이너파이프 측에 배치되는 내측주름관; 및
   상기 내측주름관과 간격을 두고 상기 아우터파이프 측에 배치되는 외측주름관; 을 포함하고, 상기 내측주름관과 상기 외측주름관 사이에 배치되어 제2유체가 흐르는 제2열교환파이프; 를 더 포함하되,
   상기 제2열교환파이프는 상기 내측주름관의 내측면과 상기 외측주름관의 내측면과 연속적으로 밀착되는 나선형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출장치.
2. 제1항에서,
   상기 제1열교환파이프의 앞쪽에는 상기 제1열교환파이프로 제1유체가 인입되는 제1인입파이프가 형성되고,
   상기 제1열교환파이프의 뒤쪽에는 상기 제1열교환파이프로부터 상기 제1유체가 배출되는 제1배출파이프가 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에서,
   상기 아우터파이프의 앞쪽에 배치되어 상기 제2열교환파이프로 상기 제2유체를 공급하는 제2인입파이프; 및
   상기 아우터파이프의 뒤쪽에 배치되어 상기 제2열교환파이프로부터 상기 제2유체가 배출되는 제2배출파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출장치.
7. 제1항에서,
   상기 제2열교환파이프의 일측 외측면은 상기 제1열교환파이프의 일측 내측면과 밀착되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출장치.
8. 제1항에서,
   상기 이너파이프의 외주면과 그 사이에 흡음공간을 형성하는 단열파이프가 상기 제1관통홀과 상기 제2관통홀 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출장치.
9. 제8항에서,
   상기 이너파이프와 상기 단열파이프 사이 공간으로 통하는 공명홀이 상기 이너파이프에 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출장치.
10. 제8항에서,
    상기 이너파이프와 상기 단열파이프 사이 공간에 흡음재가 충진되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출장치.
11. 제1항에서,
    상기 열교환기를 순환하는 유체의 온도에 따라서 작동되어 상기 밸브의 개폐율을 조절하는 써모스탯; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출장치.
12. 제11항에서,
    상기 써모스탯은,
    그 내부에 충진공간에 충진되는 열감응매질을 포함하고, 상기 열감응매질은 상기 유체의 온도에 따라서 수축 또는 팽창되어 상기 밸브의 개폐율을 조절하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출장치.
13. 제11항에서,
    상기 써모스탯은,
    내부에 피스톤 공간이 형성된 내부하우징;
    상기 내부하우징의 공간에서 슬라이딩되어 움직이도록 배치되는 피스톤;
    일측은 상기 피스톤과 열결되어 상기 피스톤과 함께 움직이고, 타측은 상기 밸브와 연결된 작동로드;
    상기 내부하우징에서 상기 피스톤의 한쪽 공간에 충진되는 열감응매질; 및
    상기 내부하우징에서 상기 피스톤의 다른쪽 공간에 배치되어 상기 피스톤을 상기 열감응매질 측으로 탄성지지하는 탄성부재; 를 포함하여,
    상기 내부하우징에 접촉하는 상기 유체의 온도에 따라서 상기 열감응매질이 수축 또는 팽창하여 상기 피스톤과 상기 작동로드를 움직여서 상기 밸브의 개폐율이 조절되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출장치.

Images