KR101974764B1

KR101974764B1 - 열회수 장치 및 그 장치가 장착된 배기 라인

Info

Publication number: KR101974764B1
Application number: KR1020177018150A
Authority: KR
Inventors: 야닉 고다드; 줄리엔 카블릭
Original assignee: 포르시아 쥐스뗌 데샤피망
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2019-05-02
Also published as: FR3031140A1; FR3031140B1; WO2016107899A1; US20180003097A1; US10337382B2; KR20170088993A; DE112015005850T5

Abstract

열회수 장치(1)는, 입구(9)에서부터 출구(11)에 이르는 배기가스를 위한 직통 유로(13)를 내부에 획정하는 밸브 바디(7); 밸브 바디(7)의 입구 구역에서 개방된 배기가스를 위한 유로(39)를 포함하는 열교환기(5); 및 밸브 바디(7)에 위치한 셔터(15)를 포함한다. 열회수 장치(1)는 입구 구역(31)에서 직통 유로(13) 내에 배치된 가이드 벽(57)을 포함하며, 이 가이드 벽(57)은, 셔터(15)가 직통 유로(13)를 개방시킨 경우에 배기가스를 입구에서부터 컷오프 섹션을 향해 입구 구역(31)으로부터 떨어지게 안내하도록 배치되는 한편, 셔터(15)가 직통 유로(13)를 폐쇄하는 경우에 배기가스가 입구 구역(31)으로 흐를 수 있게 하는 적어도 하나의 개구(59)를 획정한다.

Description

열회수 장치 및 그 장치가 장착된 배기 라인{HEAT RECOVERY DEVICE AND EXHAUST LINE FITTED WITH SUCH DEVICE}

본 발명은 일반적으로는 배기 라인을 위한 열회수 장치에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 제1 양태에 따르면, 본 발명은 배기 라인을 위한 열회수 장치에 관한 것으로, 그 장치는:

- 적어도 하나의 배기가스 입구와 적어도 하나의 배기가스 출구를 구비하고, 입구에서부터 출구에 이르는 배기가스를 위한 직통 유로(direct flow path)를 내부에 획정하는 밸브 바디;

- 배기가스와 열전달 유체 간의 열교환기로서, 배기가스를 위한 유로와 열전달 유체를 위한 유로를 포함하고, 배기가스를 위한 유로는 밸브 바디의 입구 및 출구 구역에서 각각 개방되는 상류측 및 하류측 단부를 구비하고, 이들 단부는 각각 직통 유로를 따라 입구에 상대적으로 근접하고 출구에 상대적으로 근접하게 배치되는 것인, 열교환기; 및

- 밸브 바디에 배치되는 셔터로서, 적어도 셔터가 직통 유로의 컷오프 섹션을 폐쇄하여 배기가스가 배기가스 유로를 따라 열교환기를 통과해 입구에서부터 출구를 향해 흐르게 하는 열교환 위치와, 셔터가 직통 유로의 컷오프 섹션을 개방시키고 출구 구역을 폐쇄하여 배기가스가 직통 유로를 따라 입구에서부터 출구를 향해 흐르게 하는, 단락 회로 위치(short-circuit position) 사이에서 밸브 바디에 대해 이동 가능하며, 컷오프 섹션은 직통 유로를 따라 입구 구역과 출구 구역 사이에 위치하는 것인 셔터를 포함하는 타입이다.

셔터가 단락 회로 위치에 있는 경우, 열교환기는 비활성 상태이다. 배기가스는 직통 유로를 따라 밸브 바디의 입구에서부터 출구로 흐른다.

하지만, 배기가스로부터 열전달 유체로의 잔류 열전달이 관찰된다. 그러한 잔류 열전달은 또한 기생 손실(parasitic loss)로도 불린다.

이러한 맥락에서, 본 발명은 기생 손실이 감소된 열회수 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은 전술한 타입의 열회수 장치에 관한 것으로, 열회수 장치가 입구 구역의 앞에서 직통 유로 내에 배치된 가이드 벽을 포함하며, 이 가이드 벽은, 셔터가 단락 회로 위치에 있는 경우에 배기가스를 입구에서부터 컷오프 섹션을 향해 입구 구역으로부터 떨어지게 안내하도록 배치되는 한편, 셔터가 열교환 위치에 있는 경우에 배기가스가 입구 구역으로 흐를 수 있게 하는 적어도 하나의 개구를 획정하는 것을 특징으로 한다.

셔터가 단락 회로 위치에 있는 경우에 가이드 벽이 배기가스를 열교환기의 입구 구역으로부터 떨어지게 편향시키기 때문에, 그 입구 구역을 통해 열교환기 내로 침투하는 배기가스의 양을 감소시킨다.

그 양은 가이드 벽이 없다면 상당하다. 그 배기가스는 열전달 유체로의 열을 전달하는 데에 기여한다.

열회수 장치는 또한 개별적으로 또는 가능한 모든 기술적 조합에 따라 고려되는 이하의 특징 중 하나 이상을 구비할 수 있다.

- 가이드 벽은, 입구 구역의 상류측에 위치한 상류측 개구에서부터 입구 구역의 하류측에 위치한 하류측 개구까지 연장하는 배기가스를 위한 도관을 내부에 획정하는 튜브이며,

- 그 열회수 장치는 배기가스의 흐름을 막을 수 있는 적어도 하나의 장애물을 컷오프 섹션에 포함하며, 가이드 벽의 하류측 단부 부분은 배기가스를 그 장애물로부터 떨어지게 편향시키도록 배치되며,

- 그 장애물은 열교환 위치의 셔터를 위한 밀봉면을 획정하는 프레임을 포함하며,

- 프레임은 배기가스의 통과를 위한 중앙 개구를 획정하는 내부 에지를 포함하며, 가이드 벽의 하류측 단부 부분이 내부 에지에 연결되며,

- 가이드 벽은 상류 방향에서 직통 유로의 내면에 밀봉 가능하게 연결된 상류측 에지에 의해 획정되며,

- 가이드 벽은 적어도 입구 영역의 앞에서 가스 층에 의해 밸브 바디로부터 분리되며, 직통 유로는 셔터가 단락 회로 위치에 있는 경우에 출구 구역에서 제1 압력에 있고, 가스 층은 셔터가 단락 회로 위치에 있는 경우의 제1 압력보다 낮은 제2 압력에 있으며,

- 열교환기는 열전달 유체 유로를 내부에 획정하고 밸브 바디에 대해 압박되는 인클로저를 포함하며, 이 인클로저는 입구 구역이 배치된 밸브 바디의 벽에 의해 폐쇄된 적어도 하나의 개구를 구비하며,

- 셔터는 단락 회로 위치에서 밸브 바디에 기대어지는 시일을 구비하며, 이 시일은 금속 니트(metal knit)로 이루어지며,

- 직통 유로는 가이드 벽을 따라 배기가스를 위한 제1 통로 섹션을 제공하고, 그 유로는 출구 구역을 따라 제1 통로 섹션보다 큰 배기 가스를 위한 제2 통로 섹션을 제공한다.

제2 양태에 따르면, 본 발명은 상기한 특징들을 갖는 열회수 장치를 포함하는 차량 배기 라인에 관한 것이다.

본 발명의 기타 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 비한정적으로 정보를 위해 제공된 이하의 상세한 설명으로부터 드러날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열전달 장치의 사시도이며,
도 2는 도 1과 유사한 사시도로서, 밸브 바디를 구성하는 2개의 쉘 절반부 중 하나와 가이드 벽은 도시 생략하여 밸브 바디의 내부 구조가 보일 수 있게 하고 셔터는 단락 회로 위치에 있는 상태를 나타내며,
도 3은 도 2와 유사한 도면으로서, 가이드 벽의 절반만을 도시하고 셔터는 열교환 위치에 있는 상태를 나타내며,
도 4는 도 1 내지 도 3의 열회수 장치의 단면 평면도로서, 셔터는 열교환 위치에 있고 단일 열교환 튜브가 도시되어 있다.

도 1에 도시한 열회수 장치(1)는 차량 배기 라인에 삽입되는 것이다. 그 차량은 통상, 자동차, 예를 들면 승용차 또는 트럭이다.

그 열회수 장치는 배기가스로부터 열에너지의 일부분을 회수하여 예를 들면 엔진 냉각제 라인에 전달하거나 차량의 승객실의 난방 회로로 전달한다.

열회수 장치(1)는 밸브(3) 및 열교환기(5)를 포함한다.

밸브(3)는 이하의 구성을 포함한다.

- 배기가스 입구(9)와 배기가스 출구(11)를 구비하고, 입구(9)에서부터 출구(11)에 이르는 배기가스를 위한 직통 유로(13)를 내부에 획정하는 밸브 바디(7); 및

- 밸브 바디(7) 내에 배치되는 셔터(15)로서, 적어도 셔터가 직통 유로(13)의 컷오프 섹션을 폐쇄하여 배기가스가 열교환기를 통과해 입구(9)에서부터 출구(11)를 향해 흐르게 하는 열교환 위치(도 3 참조)와, 셔터(15)가 직통 유로(13)의 컷오프 섹션을 개방시켜 배기가스가 직통 유로(13)를 따라 입구(9)에서부터 출구(11)를 향해 흐르게 하는 단락 회로 위치(도 2 참조) 사이에서 밸브 바디(7)에 대해 이동 가능한 셔터(15).

밸브 바디(7)는 직통 유로(13)의 중앙 축선이기도 한 중앙 축선(C)을 구비한다.

셔터(15)는 열교환 위치와 단락 회로 위치 사이에서 도 3에 도시한 축(17)을 중심으로 밸브 바디에 대해 회전 가능하다. 셔터(15)는 축(17)에 고정된다.

셔터(15)는 예를 들면 크랭크(18)에 의해 이동된다.

도시한 예에서, 밸브 바디(7)는 각각의 에지(29)에 의해 서로 나란히 배치된 2개의 밸브 쉘 절반부(25, 27)를 포함한다. 에지(29)들은 축(17)에 실질적으로 평행한 접촉 평면을 따라 서로 나란히 기대어지게 배치된다. 입구(9)와 출구(11)는 각각 쉘 절반부(25)에 의해 절반이 획정되며, 쉘 절반부(27)에 의해 다른쪽 절반부가 획정된다.

축(17)은 쉘 절반부(27)에 장착된다.

대안적으로, 밸브 바디는 2개의 쉘 절반부로 이루어지는 것이 아니라, 임의의 다른 적절한 방식으로 형성될 수도 있다.

밸브 바디(7)는 또한 배기가스가 직통 유로(13)로부터 열교환기(5) 내로 흐를 수 있게 하는 입구 구역(31)(도 2 참조)을 포함한다. 또한, 열교환기(5)로부터 나오는 배기가스가 직통 유로(13)로 복귀될 수 있게 하는 출구 구역(33)(도 3 참조)도 포함한다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 입구 구역(31)은 복수의 입구 구멍(35)을 포함하며, 출구 구역(33)은 복수의 출구 구멍(37)을 포함한다.

입구 구역(31)은 직통 유로(13)를 따라 입구(9)와 컷오프 섹션 사이에 위치한다. 출구 구역(33)은 직통 유로(13)를 따라 컷오프 섹션과 출구(11) 사이에 위치한다.

열교환기(5)는 배기가스가 그 열에너지의 일부를 열전달 유체로 전달할 수 있도록 마련된다. 따라서, 열교환기는 배기가스 유로(39)와 열전달 유체 유로(41)를 포함한다. 유로(39)에서 이동하는 배기가스는 유로(41)에서 이동하는 열전달 유체와 열접촉한다.

배기가스 유로(39)는 밸브 바디(7)의 입구 및 출구 구역(31, 33)에서 각각 개방되는 상류측 및 하류측 단부를 구비한다.

도시한 예시적인 실시예에서, 열교환기(4)는 배기가스가 내부에서 흐르는 복수의 튜브(43)를 포함한다. 따라서, 튜브(43)들은 함께 그 내부에 배기가스 유로(39)를 획정한다. 각 튜브(43)는 한쪽 단부에 의해 입구 구멍(35) 중 하나에, 그 반대쪽 단부에 의해 출구 구멍(37) 중 하나에 연결된다.

도면에 도시한 예에서, 튜브는 각각 U자 형상으로서, 각각 입구 구멍(35) 중 하나에 연결되는 상류측 브랜치(45), 출구 구멍(37) 중 하나에 연결되는 하류측 브랜치(47), 및 상류측 브랜치(45)와 하류측 브랜치(47)를 서로 연결하는 호형부(49)를 구비한다. 여기서, 상류측 및 하류측 브랜치들은 서로 실질적으로 평행하게 입구 및 출구 구역에 대해 실질적으로 직교한다.

열교환기(5)는 또한 튜브(43)들이 수용되는 용적을 내부에 획정하는 인클로저(51)를 포함한다. 인클로저(51)는 열전달 유체를 위한 입구(53)와 열전달 유체를 위한 출구(55)를 구비한다. 따라서, 인클로저(51)의 내부 용적은 그 내부에 열전달 유체 유로(41)를 획정한다.

대안적으로, 열교환기는, 배기가스 유로의 상류측 및 하류측 단부가 밸브 바디의 입구 구역(31) 및 출구 구역(33) 각각을 통해 직통 유로(13)로 개방되는 한은 임의의 다른 형상을 취할 수도 있다. 열교환기는 예를 들면 그 튜브들이 U자 형상이 아닌 튜브 열교환기, 플레이트 열교환기, 또는 임의의 기타 타입의 열교환기일 수도 있다.

셔터의 열교환 위치가 도 3에 도시되어 있다. 셔터(15)는 컷오프 섹션에서 직통 유로(13)를 폐쇄하고 있다. 따라서, 배기가스는 입구(9)에서부터 입구 구역(31)으로 흐르게 강제되며, 그 입구 구역으로부터 배기가스가 열교환기(5) 내로 유입되어 유로(39)를 통해 출구 구역(33)까지 이동한다. 그 배기가스는 출구 구역(33)에서 직통 유로(13) 내로 복귀하며, 이어서 출구(11)로 흐른다.

셔터(15)의 단락 회로 위치가 도 2에 도시되어 있다. 이 위치에서, 셔터(15)는 직통 유로의 컷오프 섹션을 개방시키고 출구 구역(33)을 폐쇄한다. 따라서, 배기가스(11)는 직통 유로(13)를 따라 입구(9)로부터 출구(11)로 흐르도록 강제된다.

본 발명에 따르면, 열회수 장치(1)는 입구 구역(31)의 앞에서 직통 유로(13) 내에 배치된 가이드 벽(57)을 포함한다. 가이드 벽(57)은 셔터(15)가 단락 회로 위치에 있는 경우에 배기가스를 입구(9)에서부터 컷아웃 섹션을 향해 입구 구역(31)으로부터 떨어지게 안내하도록 배치된다.

특히 도 2에 도시한 바와 같이, 입구 구역(31)은 밸브 바디(7)의 총 표면적의 측면에서 제한된 사이즈를 갖는다. 그 입구 구역은 통상 밸브 바디의 둘레의 적어도 절반에 걸쳐, 바람직하게는 밸브 바디의 둘레의 적어도 1/3에 걸쳐 둘레방향으로 연장한다. 그 입구 구역은 밸브 바디의 중앙 축선(C)을 따라 밸브 바디의 길이의 절반 미만에 걸쳐, 바람직하게는 밸브 바디의 길이의 1/3 미만에 걸쳐 연장한다.

출구 구역(33)은 입구 구역(31)과 실질적으로 동일한 사이즈를 갖는다.

가이드 벽(57)은 밸브 바디의 중앙 축선(C)과 입구 구역(31) 사이에 반경방향으로 삽입된다는 점에서 입구 구역(31)의 앞에 위치한다. 가이드 벽은, 가이드 벽이 없을 시에 입구 구역 부근을 통과하였던 흐름 라인들이 대부분 편향되어 입구 구역(31)으로부터 멀리 떨어져 통과하도록 한다는 점에서, 배기가스를 입구 구역으로부터 떨어지게 안내하도록 배치된다. 마찬가지로, 흐름 내의 난류가 감소하고, 그 결과 입구 구역(31)에 도달하는 기생 가스 흐름도 감소한다.

게다가, 가이드 벽(57)은 도 3에 도시한 바와 같이 셔터가 열교환 위치에 있는 경우에 배기가스가 입구 구역(31)에 이를 수 있게 하도록 적어도 하나의 개구(59)를 형성한다.

따라서, 셔터(15)의 열교환 위치에서, 배기가스는 입구(9)에서부터 개구(59)를 통해 입구 구역(31)으로 흐르고, 이어서 열교환기(5)의 유로(39)를 통해 흐른다.

통상, 개구(59)는 가이드 벽(57)에 천공된다. 하나의 바람직하지 않은 대안예에 따르면, 그 개구들은 가이드 벽의 에지와 밸브 바디 사이에 배치된다.

하나의 특히 유리한 실시예에 따르면, 가이드 벽(57)은, 입구 구역(31)의 상류측에 위치한 상류측 개구(61)에서부터 입구 구역(31)의 하류측에 위치한 하류측 개구(63)까지 연장하는 배기가스를 위한 도관(60)을 내부에 획정하는 튜브이다. 밸브 바디의 중앙 축선(C)에 대해 직교하게 고려할 때에, 튜브는 닫힌 단면을 갖는다. 그 튜브는 통상, 원형, 직사각형, 타원 단면 또는 임의의 다른 단면 형상을 갖는다.

따라서, 배기가스는 도관(60) 내에서 흘러 입구 구역(31)으로부터 떨어지게 편향된다.

가이드 플레이트는 통상 강으로 이루어진다. 그 가이드 플레이트는 시스템의 열적 관성을 제한하도록 1.5㎜보다 작은 두께를 갖는다.

대안적으로, 중앙 축선에 직교하는 단면에서 고려할 때에 가이드 벽(57)은 닫힌 윤곽을 갖지 않는다. 그 윤곽은 일측에서, 통상은 중앙 축선(C)에 대해 입구 구역(31)과는 반대측에서 개방된다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 열회수 장치(1)는 컷오프 섹션에 위치한 프레임(65)을 포함한다. 프레임(65)은 셔터(15)가 열교환 위치에서 기대어지게 되는 밀봉면(67)(도 4 참조)을 형성한다.

프레임(65)은 셔터(15)가 단락 회로 위치에 있는 경우에 배기가스의 흐름을 막을 수 있는 기하학적 단일성을 구성한다. 보다 구체적으로, 가이드 벽(57)이 없다면, 프레임(65)은 배기가스 흐름 내에서, 배압의 증가에 추가하여 기생 손실에 부분적으로 책임이 있는 재순환을 생성할 것이다. 이러한 재순환은 배기가스의 일부가 입구 구역(31)으로, 이어서 열교환기(5)의 내부로 가게 할 것이다.

열회수 장치는 컷오프 섹션에 또는 입구 구역(31)과 출구 구역(33) 사이에 위치한 임의의 지점에 기타 장애물, 예를 들면 셔터의 축(17) 또는 밸브 바디(7)에 형성된 기타 부분 또는 요철을 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 특히 유리한 양태에 따르면, 가이드 벽(57)의 하류측 단부 부분(69)이 배기가스를 장애물로부터 떨어지게 편향시키도록 배치된다.

따라서, 배기가스 스트림은 배기가스의 일부를 입구 구역을 향하게 안내하는 데에 기여하는 재순환을 더 이상 형성하지 않는다.

도시한 예에서, 프레임(65)은 배기가스의 통과를 위한 중앙 개구(73)를 획정하는 내부 에지(71)를 구비한다. 밀봉면(67)은 중앙 개구(73)를 둘러싼다.

가이드 벽(57)의 하류측 단부 부분(69)은 내부 에지(71)에 바람직하게는 밀봉 가능하게 연결된다.

통상적으로, 하류측 단부 부분(69)은 개구(73)의 전체 둘레에 걸쳐 내측 에지에 연결된다.

통상적으로, 하류측 단부 부분(69)은 둘레 에지(71)에 기대지게 배치되어 그에 용접되는 하류측 에지(74)로 끝난다.

가이드 벽(57)이 닫힌 윤곽을 갖지 않는다면, 하류측 단부 부분(69)은 단지 내부 에지(71)의 일부분에만, 통상 입구 구역(31)을 향한 부분에 연결된다.

대안적으로, 가이드 벽(57)과 프레임(65) 사이, 보다 구체적으로 하류측 단부 부분(69)과 내부 프레임 에지(71) 사이에 유격이 존재한다.

도 3에 도시한 예에서, 가이드 벽(57)은 상류 방향에서는 직통 유로(13)의 내면에 밀봉 가능하게 연결된 상류측 에지(75)에 의해 획정된다.

따라서, 배기가스는 가이드 벽(57)과 밸브 바디(7) 사이로 침투하지 않으며, 이에 따라 입구 구역(31)에 이르기까지 순환하지 않는다.

상류측 에지(75)는 도관의 상류측 개구(61)를 통상 형성한다. 게다가, 도시한 예에서, 하류측 개구(53)는 프레임의 중앙 개구(73)와 일치한다.

통상적으로, 상류측 에지(75)는 닫힌 윤곽을 가지며, 그 전체 둘레에 걸쳐 직통 유로(13)의 내면에 연결된다. 그 에지는 예를 들면, 배기가스 입구(9)와 일치하거나, 입구(9)에 대해 유로의 내부를 향해 약간 오프셋되게 배치된다. 예를 들면, 그 에지는 밸브 바디(7)에 밀봉 가능하게 용접된다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 가이드 벽(57)은 적어도 입구 구역(31) 앞에서, 가스 층(77)에 의해 밸브 바디(7)로부터 분리된다. 다시 말해, 가이드 벽(57)과 밸브 바디(7) 사이에 가스 층이 존재한다. 바람직하게는, 가스 층(77)은 가이드 벽이 튜브인 경우에 가이드 벽(57)의 전체 둘레에 걸쳐 연장한다. 가스 층은 통상 2㎜ 이상의 두께를 갖는다.

이는 배기가스로부터 밸브 바디(7)로의 열전달을 감소시키는 이점이 있다.

이는 도 2 및 도 3에 도시한 열교환기(5)의 구성, 즉 그 열교환기가 밸브 바디의 벽에 대고 압박되는 경우에 특히 유리하다. 입구 구역(31)과 출구 구역(33)은 벽(79)의 구역들이다.

예를 들면, 인클로저(51)는 개구를 갖고 있고, 이 개구는 벽(79)에 의해 폐쇄된다. 튜브(43)의 양 단부는 그 개구를 가로지른다.

이 경우, 배기가스로부터 벽(79)을 향한 열전달의 감소는, 특히 열전달 유체가 벽(79)과 접촉하고 있기 때문에, 기생 손실을 매우 효과적으로 제한하는 데에 기여한다.

본 발명은 셔터가 단락 회로 위치에서 밸브 바디(7)에 기대어지는 금속 니트 시일(81)을 구비하는 경우에 특히 유리하다. 시일(81)은 출구 구역(33) 주위에서 밸브 바디(7) 상에 배치된 밀봉면에 대해 기대진다. 시일(81)은 배기가스의 흐름에 의해 셔터에 생성되는 진동을 감쇠시킬 수 있다. 그러한 진동은 밸브 바디(7)에 단지 약간만 전달되거나 전혀 전달되지 않는다. 이는 특히 열회수 장치(1)에 의해 생성되는 소음을 감소시키는 데에 기여한다.

게다가, 금속 니트 시일(81)은 셔터(15)와 밸브 바디(7) 간의 밀봉도 제공한다. 하지만, 가이드 벽(57)이 없다면, 그 밀봉은 완벽하지 않아, 셔터의 단락 회로 위치에서 열교환기를 통한 배기가스의 흐름의 원인이 된다.

가이드 벽(57)에 의해, 셔터(15)의 단락 회로 위치에서, 직통 유로(13)는 밸브 바디의 출구 구역(33)에서 제1 압력에 있게 된다. 가스 층(77)은 제1 압력보다 낮은 제2 압력을 갖는다. 따라서, 놀랍게도 가스 층(77)에서부터 출구 구역(33)으로, 이어서 출구(11)에 이르는 배기가스의 흐름이 관찰되는 것이 아니라, 이와는 반대로, 출구 구역(33)에서부터 열교환기를 통해, 보다 구체적으로 유로(39)를 통해 가스 층(77)에 이르는 흐름이 관찰된다. 이러한 흐름은 그 질량에 있어서 가이드 벽(57)이 없을 때에 그 반대 방향으로 발생하는 흐름보다 훨씬 작다. 예를 들면, 가이드 벽(57)이 없을 때에 그 반대 방향으로의 흐름의 4배만큼 작다.

대안적으로, 열회수 장치는 셔터와 밸브 바디 사이에 금속 니트 시일과는 다른 밀봉 부재를 포함한다. 그 부재는 임의의 적절한 타입이다.

밀봉 부재에 의해 생성되는 밀봉 수준에 관계없이, 가스 층(77)과 출구 구역(33) 사이의 압력 차의 존재는 열교환기(5)의 유로(39)를 따른 입구 구역(31)에서부터 출구 구역(33)까지의 배기가스의 흐름을 방지하는 데에 기여한다.

직통 유로(13)는 가이드 벽(57)을 따라 배기가스를 위한 제1 통로 섹션을 제공한다는 점을 유념해야 할 것이다. 직통 유로(13)는 제1 통로 섹션보다 큰 배기가스를 위한 제2 통로 섹션을 출구 구역(33)을 따라 제공한다.

그 결과, 배기가스는 출구 구역(33)을 따른 유속보다 가이드 벽(57)을 따라 더 높은 유속을 가지며, 이는 출구(11)에서의 과압의 생성하는 데에 기여한다.

도시한 예에서, 제1 통로 섹션은 닫힌 단면의 관형 형상을 갖는 가이드 벽(57)에 의해 획정된다. 가이드 벽(57)이 닫힌 단면을 갖지 않는 경우, 제1 통로 섹션은 가이드 벽(57)과 밸브 바디(7) 사이에 획정된다.

또한, 특히 열회수 장치가 컷오프 섹션에 장애물을 포함하는 경우, 가이드 벽이 직통 유로를 따라 흐르는 배기가스에 대한 압력 손실을 감소시킬 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.

개구(59)들의 개수 및 표면적은, 셔터가 열교환 위치에 있을 때에 가이드 벽이 열교환기의 작동에 단지 작은 영향만을 미치도록 선택된다. 실제로, 개구(59)들은 입구 구역(31) 앞에 위치하는 가이드 벽의 구역에 모여 있다. 대안적으로, 가이드 벽(57)의 다른 구역에 나머지 개구(59)들이 존재할 수도 있다.

가이드 벽(57)은 셔터(15)의 열교환 위치에서 배기가스의 압력 손실을 현저히 증가시키지는 않는다.

게다가, 가스 층이 가이드 벽과 밸브 바디(7) 사이에 존재하기 때문에, 밸브 바디는 가스 층에 의해 배기가스로부터 열적으로 격리된다. 따라서, 밸브 바디는 가이드 벽에서의 온도가, 가이드 벽과 가스 층이 없을 때의 온도보다 낮다. 결과적으로, 밸브 바디에서의 열기계적 응력이 보다 낮아진다. 따라서, 밸브 바디(7)는 보다 작은 변형을 겪으며, 2개의 쉘 절반부(25, 37)의 서로 간의 체결부에 응력이 덜 걸리게 된다.

입구(9) 측에 있어서의 열회수 장치의 부분들 전부가 열기계적 관점에서 응력이 덜 걸리기 때문에, 그 재료의 두께를 감소시키고 이에 따라 열회수 장치의 열 관성을 감소시키는 것이 가능하다.

게다가, 가이드 벽의 존재 시에 표유손(stray loss)이 감소되기 때문에, 단락 회로 위치에서의 셔터와 밸브 바디 간의 밀봉이 덜 중요하게 된다. 보다 낮은 밀봉 수준을 가져오는 저렴한 재료를 시일에 사용할 수 있게 된다.

Claims

배기 라인을 위한 열회수 장치(1)로서:
- 적어도 하나의 배기가스 입구(9)와 적어도 하나의 배기가스 출구(11)를 구비하고, 상기 입구(9)에서부터 상기 출구(11)에 이르는 배기가스를 위한 직통 유로(13)를 내부에 획정하는 밸브 바디(7);
- 상기 배기가스와 열전달 유체 간의 열교환기(5)로서, 배기가스를 위한 유로(39)와 열전달 유체를 위한 유로(41)를 포함하고, 상기 배기가스를 위한 유로(39)는 상기 밸브 바디(7)의 입구 및 출구 구역(31, 33)에서 각각 개방되는 상류측 및 하류측 단부를 구비하고, 이들 단부는 각각 상기 직통 유로(13)를 따라 입구(9)에 상대적으로 근접하고 상기 출구(11)에 상대적으로 근접하게 배치되는 것인, 열교환기(5); 및
- 상기 밸브 바디(7)에 배치되는 셔터(15)로서, 적어도 상기 셔터(15)가 상기 직통 유로(13)의 컷오프 섹션(cutoff section)을 폐쇄하여 상기 배기가스가 상기 유로(39)를 따라 상기 열교환기(5)를 통과해 상기 입구(9)에서부터 상기 출구(11)로 흐르게 하는 열교환 위치와, 상기 셔터(15)가 상기 직통 유로(13)의 컷오프 섹션을 개방시키고 상기 출구 구역(33)을 폐쇄하여 상기 배기가스가 상기 직통 유로(13)를 따라 상기 입구(9)에서부터 상기 출구(11)로 흐르게 하는 단락 회로 위치(short-circuit position) 사이에서 상기 밸브 바디(7)에 대해 이동 가능하며, 상기 컷오프 섹션은 상기 직통 유로(13)를 따라 상기 입구 구역(31)과 출구 구역(33) 사이에 위치하는 것인, 셔터(15)
를 포함하고, 상기 열회수 장치(1)는 상기 입구 구역(31)의 앞에서 상기 직통 유로(13) 내에 배치된 가이드 벽(57)을 포함하며, 이 가이드 벽(57)은, 상기 셔터(15)가 상기 단락 회로 위치에 있는 경우에 배기가스를 상기 입구에서부터 상기 컷오프 섹션을 향해 상기 입구 구역(31)으로부터 떨어지게 안내하도록 배치되는 한편, 상기 셔터(15)가 상기 열교환 위치에 있는 경우에 상기 배기가스가 상기 입구 구역(31)으로 흐를 수 있게 하는 적어도 하나의 개구(59)를 획정하고,
상기 가이드 벽(57)은 튜브이고, 가스 층(77)이 상기 가이드 벽(57)의 전체 둘레에 걸쳐 상기 가이드 벽(57)과 상기 밸브 바디(7) 사이에서 연장되고, 적어도 하나의 개구(59)가 상기 가스 층(77)으로 개방되고, 상기 배기가스를 위한 유로(39)의 상류 단부는 상기 밸브 바디(7)의 입구 구역(31)을 통해 상기 가스 층(77)으로 개방되는 것을 특징으로 하는 열회수 장치.
제1항에 있어서, 상기 가이드 벽(57)은, 상기 입구 구역(31)의 상류측에 위치한 상류측 개구(61)에서부터 상기 입구 구역(31)의 하류측에 위치한 하류측 개구(63)까지 연장하는 배기가스를 위한 도관(60)을 내부에 획정하는 튜브인 것을 특징으로 하는 열회수 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열회수 장치는 상기 배기가스의 흐름을 막을 수 있는 적어도 하나의 장애물을 상기 컷오프 섹션에 포함하며, 상기 가이드 벽의 하류측 단부 부분(69)은 상기 배기가스를 상기 장애물로부터 떨어지게 편향시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열회수 장치.
제3항에 있어서, 상기 장애물은 상기 열교환 위치의 셔터(15)를 위한 밀봉면(67)을 획정하는 프레임(65)을 포함하는 것을 특징으로 하는 열회수 장치.
제4항에 있어서, 상기 프레임(65)은 배기가스의 통과를 위한 중앙 개구(73)를 획정하는 내부 에지(71)를 포함하며, 상기 가이드 벽(57)의 하류측 단부 부분(69)이 내부 에지(71)에 연결되는 것을 특징으로 하는 열회수 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가이드 벽(57)은 상류 방향에서 상기 직통 유로(13)의 내면에 밀봉 가능하게 연결된 상류측 에지(75)에 의해 획정되는 것을 특징으로 하는 열회수 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가이드 벽(57)은 적어도 상기 입구 구역(31)의 앞에서 가스 층(77)에 의해 상기 밸브 바디(7)로부터 분리되며, 상기 직통 유로(13)는 상기 셔터(15)가 상기 단락 회로 위치에 있는 경우에 상기 출구 구역(33)에서 제1 압력에 있고, 상기 가스 층(77)은 상기 셔터가 상기 단락 회로 위치에 있는 경우의 제1 압력보다 낮은 제2 압력에 있는 것을 특징으로 하는 열회수 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환기(5)는 상기 열전달 유체 유로(41)를 내부에 획정하고 상기 밸브 바디(7)에 대해 압박되는 인클로저(51)를 포함하며, 이 인클로저(51)는 상기 입구 구역(31)이 배치된 상기 밸브 바디(7)의 벽(79)에 의해 폐쇄된 적어도 하나의 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 열회수 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 셔터(15)는 상기 단락 회로 위치에서 상기 밸브 바디(7)에 기대어지는 시일(81)을 구비하며, 이 시일(81)은 금속 니트(metal knit)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열회수 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 직통 유로(13)는 상기 가이드 벽을 따라 상기 배기가스를 위한 제1 통로 섹션을 제공하고, 상기 직통 유로(13)는 상기 출구 구역(33)을 따라 상기 제1 통로 섹션보다 큰 배기 가스를 위한 제2 통로 섹션을 제공하는 것을 특징으로 하는 열회수 장치.
제1항 또는 제2항에 따른 열회수 장치(1)를 포함하는 차량 배기 라인.