KR102504678B1

KR102504678B1 - 엔진시스템

Info

Publication number: KR102504678B1
Application number: KR1020210021301A
Authority: KR
Inventors: 이희범; 김정훈; 윤진호; 양승일; 김지원; 박상욱; 김대원; 김현민; 김문겸
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2023-02-28
Also published as: KR20220117666A

Abstract

본 발명은 엔진시스템에 관한 것이다.
본 발명의 엔진시스템은, 연료를 연소하여 실린더를 구동하는 엔진과, 상기 엔진에서 배출되는 가스를 정화 및 냉각하는 배기장치를 포함하고, 상기 배기장치는, 상기 엔진에서 배출되는 가스를 정화하여, 배출하는 클리너와, 상기 클리너의 일측에 배치되고, 상기 클리너에서 배출되는 가스를 냉각수와 열교환하는 열교환기와, 상기 클리너로부터 일정간격 이격배치되고, 상기 클리너 둘레를 커버하는 클리너커버를 포함한다.

Description

엔진시스템{Enginue System}

본 발명은 엔진 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진으로부터 배출되는 공기를 정화 및 냉각시키는 배기장치를 포함하는 엔진시스템에 관한 것이다.

GHP(Gas engine Heat Pump, 가스엔진 히트펌프)는 엔진에서 발생한 동력을 이용하여 압축기를 구동하는 히트펌프이다. 엔진은 연료의 연소 과정을 통해 동력을 발생시킨다. 엔진의 연소 과정에서는 여러 종류의 배기가스가 생성된다. 특히 고온의 연소 과정을 거치면 공기 중의 질소가 산소와 결합되어 질소산화물(NOx)을 형성될 수 있다.

가스 엔진에서 발생하는 배기가스의 폐열을 이용하기 위해서 열교환기를 사용하였으며, 배기가스를 정화하는 용도로 클리너도 사용하였다. 종래에는 상기 두가지 부품이 개별로 사용되었으며 이로 인하여 배기가스의 이동 경로가 길어져 구조가 복잡하였으며 열·압손실이 발생하였다.

또한, 클리너를 유동하는 가스는 담체를 통과함에 따라 유동속도가 저하되므로, 가스의 열이 외부로 방출되기 용이하다. 이는, 열교환기로 유동하는 가스의 온도가 낮아져, 열교환기의 성능이 저하될 수 있는 문제가 있다.

등록특허 10-2163243호에서는, 가스엔진 히트펌프의 배기정화시스템을 개시하고 있다. 다만, 정화장치와 열교환기의 구체적인 형태 및 배치를 개시하고 있지 않아 정화장치와 열교환기에서의 열이 외부로 방출되는 문제를 해결할 수 없다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 엔진에서 배출되는 가스의 열이 외부로 방출되는 것을 최소화할 수 있는 엔진시스템을 제공하는 것이다. 또한, 엔진에서 배출되는 열에 의해 발생하는 안전사고를 예방할 수 있는 엔진시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 클리너로부터 열교환기로 유동하는 가스에서 발생하는 열손실 또는 압력손실을 최소화하는 엔진시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진시스템은, 연료를 연소하여 실린더를 구동하는 엔진과, 상기 엔진에서 배출되는 가스를 정화 및 냉각하는 배기장치를 포함하고, 상기 배기장치는, 상기 엔진에서 배출되는 가스를 정화하여, 배출하는 클리너와, 상기 클리너의 일측에 배치되고, 상기 클리너에서 배출되는 가스를 냉각수와 열교환하는 열교환기와, 상기 클리너로부터 일정간격 이격배치되고, 상기 클리너 둘레를 커버하는 클리너커버를 포함하여, 클리너커버가 클리너에서 외부로 방출되는 열을 차단할 수 있다.

상기 열교환기는, 상기 클리너의 일측에 배치되고, 상기 클리너커버는 상기 열교환기가 배치되지 않는 영역에서 상기 클리너의 둘레를 커버하여, 클리너커버 주위로 열교환기 또는 클리너커버가 배치되어, 가스의 열이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다.

상기 클리너커버는, 상기 클리너에 이격배치되는 커버패널과, 상기 커버패널을 상기 클리너로부터 이격시키는 스페이서를 포함하여, 커버패널이 클리너로부터 일정간격 이격배치될 수 있다.

상기 클리너는, 외형을 형성하는 클리너하우징과, 상기 클리너하우징 내측에 배치되고, 유동하는 가스 중의 유해물질을 인체에 무해한 물질로 환원되도록 반응을 촉진시키는 담체를 포함하고, 상기 클리너하우징은, 내부에 담체가 배치되는 정화공간과, 상기 정화공간을 통과한 가스가 유동하는 배기공간을 형성하고, 상기 배기공간에는, 상기 정화공간을 통과한 가스의 산소농도를 측정하는 산소센서가 배치되어, 클리너를 통과하여 배기되는 가스의 산소농도를 감지할 수 있다.

상기 배기공간의 상류에는 상기 정화공간이 배치되고, 상기 배기공간의 하류에는 상기 클리너를 통과한 가스가 배출되는 하우징유출부가 배치되며, 상기 배기공간은, 상기 정화공간과 연결되는 일측에서의 유로단면적이 상기 하우징유출부로 연결되는 타측에서의 유로단면적보다 크게 형성되어, 클리너에서 배출되는 가스를 하우징유출부로 집중할 수 있다.

상기 산소센서는, 상기 클리너에서 배출되는 가스의 산소농도를 감지하도록 상기 하우징유출부에 인접하게 배치되어, 하우징유출부로 집중유동하는 가스의 산소농도를 정확하게 측정할 수 있다.

상기 배기공간은, 밴딩된 유로형태를 가져, 일측에 열교환기가 배치될 수 있다. 이는 클리너커버가 배치되는 영역을 최소화할 수 있다.

상기 클리너에서 배출되는 가스를 상기 열교환기로 공급하도록 상기 클리너와 상기 열교환기를 연결하는 연결관을 더 포함하고, 상기 연결관은, 상기 열교환기와 접촉하는 면의 중심에서 일측으로 치우쳐 배치되어, 가스유동챔버 내부를 유동하는 가스의 유로면적을 증가시킬 수 있다.

상기 클리너커버는, 상기 연결관의 일부를 커버하여, 연결관을 유동하는 가스의 열이 방출되는 것을 방지할 수 있다.

상기 열교환기는, 외형을 형성하고, 상기 클리너로부터 배출된 가스가 유동하는 가스유동챔버를 형성하는 열교환기하우징과, 상기 가스유동챔버에 배치되고, 냉각수가 유동하는 복수의 냉각수관을 포함하여, 열교환기 내부에서 가스와 냉각수가 열교환할 수 있다.

상기 열교환기하우징은, 외부에 노출되게 배치되는 아우터하우징과, 상기 아우터하우징 내측에 배치되는 이너하우징을 포함하고, 상기 이너하우징의 내측에는, 상기 클리너로부터 유입된 가스가 유동하는 가스유동챔버가 형성되고, 상기 아우터하우징과 상기 이너하우징 사이에는, 외부로부터 냉각수가 유입되는 냉각수유입챔버와, 냉각수가 외부로 배출되는 냉각수배출챔버가 형성되어, 가스유동챔버를 유동하는 가스는, 외부에 냉각수가 유동하는 챔버와 열교환하거나, 냉각수관을 유동하는 관과 열교환할 수 있다.

상기 열교환기는, 상기 열교환기하우징의 일측에 배치되고 상기 가스유동챔버를 통과한 가스가 배출되는 가스배출관을 포함하고, 상기 열교환기는, 상기 가스배출관이 배치되는 부분이 하측으로 경사지게 배치되어, 열교환기 내부에서 발생하는 응축수를 배출할 수 있다.

상기 클리너에서 배출되는 가스를 상기 열교환기로 공급하도록 상기 클리너와 상기 열교환기를 연결하는 연결관을 더 포함하고, 상기 연결관의 길이는, 상기 연결관이 접촉하는 상기 열교환기하우징의 일측면의 직경보다 작게 형성되어, 연결관의 길이를 최소화하여, 클리너에서 열교환기로 유동하는 가스의 열이 외부로 방출되는 것을 최소화할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진시스템에서, 상기 클리너커버는, 상기 열교환기하우징과 연결되어 상기 클리너의 둘레로 상기 클리너에서 배출되는 가스가 유동하는 배기공간을 형성하여, 클리너가 클리너커버와 열교환기 사이에서 밀폐된 공간에 배치될 수 있다.

상기 클리너커버가 형성하는 배기공간과, 상기 열교환기 내부에 형성되는 가스유동챔버를 연통시키는 연결관을 더 포함하여, 클리너에서 배출되어 배기공간에 존재하는 가스가 열교환기로 유입될 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 엔진시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 배기장치의 클리너의 둘레에 클리너커버가 일정간격 이격배치되어, 클리너를 유동하는 가스에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 클리너커버가 클리너로의 접촉을 제한하므로, 작업자 등이 클리너와 접촉하여 발생할 수 있는 안전사고를 예방할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 클리너와 열교환기가 인접하게 배치되어, 클리너에서 열교환기로 유동하는 과정에서 가스의 폐열이 외부로 배출되는 것을 최소화할 수 있다. 이는, 배기가스와 냉각수의 열교환성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기장치의 일측면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 배기장치의 타측면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ를 자른 단면도이다.
도 6은 도 3의 Ⅵ-Ⅵ를 자른 단면도이다.
도 7a는 도 4의 A-A를 자른 단면도이다.
도 7b는 도 4의 B-B를 자른 단면도이다.
도 7c는 도 4의 C-C를 자른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 배기장치의 사시도이다.
도 9는 도 8의 배기장치의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 배기장치의 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 배기장치의 개략적인 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 첨부도면은 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다름과 같다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 엔진시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 엔진시스템은, 엔진(10)으로 압축기(미도시)를 작동시키는 가스엔진 히트펌프에 사용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 엔진시스템(1)은, 가스와 공기의 혼합기체(이하’혼합기’)로 복수의 실린더(11)를 구동시키는 엔진(10), 엔진(10)으로 공급되는 연료와 공기를 혼합하는 믹서(12), 믹서(12)로 공급되는 공기를 필터링하는 에어클리너(13), 믹서(12)로 공급되는 연료의 압력을 조절하는 제로가버너(14), 엔진(10)으로 공급되는 혼합기의 양을 조절하는 스로틀밸브(15), 엔진(10)에서 배출되는 가스를 정화 및 냉각하는 배기장치(20)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 배기장치(20)는, 엔진(10)에서 배출되는 가스를 정화하는 클리너(22)와, 클리너(22)에서 배출되는 가스를 냉각수와 열교환하여, 가스의 온도를 낮추는 열교환기(70)와, 클리너(22)와 열교환기(70)를 연결하여, 클리너(22)에서 배출되는 가스를 열교환기(70)로 공급하는 연결관(100)과, 클리너(22)를 유동하는 가스의 열이 외부로 방출되는 것을 최소화하도록 클리너(22)의 둘레로 이격배치되는 클리너커버(44)를 포함한다.

클리너(22)는, 배기가스에 있는 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx) 등의 유해물질을 백금과 로듐 등을 이용하여 인체에 무해한 성분인 물(H2O), 이산화탄소(CO2), 질소(N2) 등으로 환원시켜주는 장치이다.

클리너(22)는 클리너(22)의 외형을 형성하는 클리너하우징(24)과, 클리너하우징(24) 내측에 배치되고, 유동하는 배기가스 중의 유해물질을 인체에 무해한 물질로 환원되도록 반응을 촉진시키는 담체(32)를 포함한다.

클리너하우징(24)에는 배기가스가 유입되는 클리너유입구(26)와 배기가스가 정화되어 배출되는 클리너배출구(28)가 형성된다. 클리너하우징(24)은, 내부에 담체(32)가 배치되는 정화공간(30)과, 정화공간(30)을 통과한 가스가 유동하는 배기공간(34)을 형성한다. 정화공간(30)에는, 원통형의 형상을 가지는 담체(32)가 배치될 수 있다.

클리너하우징(24)은, 엔진(10)으로부터 배출된 공기가 유입되는 클리너유입구(26)를 형성하는 하우징유입부(36)과, 담체(32)를 통과한 공기가 배출되는 클리너배출구(28)를 형성하는 하우징유출부(38)과, 하우징유입부(36)과 하우징유출부(38) 사이에 배치되고, 담체(32)가 배치되는 정화공간(30)을 형성하는 담체하우징(33)을 포함한다. 하우징유입부(36)과 하우징유출부(38)은, 경사지게 배치될 수 있다. 도 6을 참조하면, 하우징유입부(36)과 하우징유출부(38)은 서로 수직하게 배치될 수 있다.

하우징유입부(36)의 클리너유입구(26)로부터에서 담체(32)가 배치되는 정화공간(30)으로 갈수록 유로의 단면적이 크게 증가할 수 있다. 정화공간(30)에 형성되는 유로의 직경(30D)은, 하우징유입부(36)에 형성되는 유로의 직경(36D)보다 1.5배 내지 3배의 크기로 형성될 수 있다.

하우징유입부(36)의 종단에서 유로의 면적이 크게 확장되므로, 정화공간(30)에 배치되는 담체(32)에 고르게 가스가 퍼지면서 유동할 수 있다. 배기공간(34)은, 정화공간(30)의 하류에 배치되고, 정화공간(30)에서 배출되는 가스를 하우징유출부(38)으로 보낸다. 배기공간(34)은, 정화공간(30)과 수직한 방향으로 형성되는 하우징유출부(38)으로 가스를 유동시킨다. 배기공간(34)은, 밴딩된 유로형태를 가질 수 있다. 배기공간(34)은, 일측에서 정화공간(30)과 연결되고, 일측에 수직한 타측에서 하우징유출부(38)으로 연결된다. 배기공간(34)은, 정화공간(30)과 연결되는 일측에서의 유로단면적이 하우징유출부(38)으로 연결되는 타측에서의 유로단면적보다 크게 형성된다. 배기공간(34)은, 정화공간(30)과 연결되는 일측에서의 유로 직경(30D)이 하우징유출부(38)으로 연결되는 타측에서의 유로가 상하방향으로 형성된 직경(38D)에 2배 내지 4배의 크기로 형성될 수 있다. 배기공간(34)은, 상류에서 하류로 갈수록 유로면적이 줄어들 수 있다.

하우징유출부(38)은, 연결관(100)과 연결된다. 하우징유출부(38)은, 별도의 체결부재(40)를 통해 연결관(100)과 연결된다.

클리너(22)의 배기공간(34)에는, 산소센서(42)가 배치될 수 있다. 산소센서(42)는 엔진(10)에서 배출되는 배기가스 중의 산소농도를 감지할 수 있다. 산소센서(42)는, 하우징유출부(38)에 인접하게 배치되어, 클리너하우징(24)에서 배출되는 가스의 산소농도를 감지할 수 있다.

클리너(22)의 둘레에는, 클리너커버(44)가 배치될 수 있다. 클리너커버(44)는, 클리너하우징(24)의 둘레에 이격배치된다. 클리너커버(44)는, 클리너(22) 내부로 가스가 유동할 때, 클리너(22) 내부에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 클리너커버(44)는, 작업자 등이 클리너(22)와 접촉하여, 화상을 입는 것을 방지할 수 있다.

도 6을 참조하면, 클리너커버(44)는, 클리너(40)의 외측을 커버하고, 연결관(100)의 둘레 일부를 커버할 수 있다. 열교환기(70)는, 클리너(40)의 일측에 배치되고, 클리너커버(44)는, 열교환기(70)가 배치되지 않은 영역에서 클리너(40)를 커버한다. 열교환기(70)가 배치되는 영역에서는, 열교환기(70)가 클리너커버(44)의 기능을 수행할 수 있다.

클리너커버(44)는, 열교환기(70)가 배치되는 방향과, 하우징유입부(36)이 배치되는 방향을 제외한 방향에서 배치된다. 클리너커버(44)는, 클리너하우징(24)에 이격배치되는 커버패널(46)과, 커버패널(46)을 클리너하우징(24)으로부터 이격시키는 스페이서(56)를 포함한다.

커버패널(46)은, 정화공간(30)의 둘레를 형성하는 클리너하우징(24) 일측을 커버하는 제1커버패널(48)과, 배기공간(34)과 하우징유출부(38)의 둘레를 형성하는 클리너하우징(24) 일측을커버하는 제2커버패널(50)을 포함한다.

커버패널(46)에는, 클리너하우징(24)에 장착되는 산소센서(42)가 관통하는 센서홀(52)이 형성된다. 클리너하우징(24)의 일측에는, 클리너하우징(24)과 연결관(100)을 고정시키는 체결부재(40)가 배치된다. 커버패널(46)에는, 관통홀(54)이 형성된다. 작업자는, 관통홀(54)을 통해, 체결부재(40)를 클리너하우징(24)의 일측에 고정할 수 있다.

스페이서(56)는, 커버패널(46)을 클리너하우징(24)으로부터 일정간격 이격시킨다. 스페이서(56)는 일단이 커버패널(46)과 연결되고, 타단이 클리너하우징(24)에 체결된다. 스페이서(56)는, 클리너커버(44)를 클리너하우징(24)에 고정시킨다. 스페이서(56)는, 제1커버패널(48)에 연결되어 클리너하우징(24)에 체결되는 제1스페이서(58)와, 제2커버패널(50)에 연결되어 클리너하우징(24)에 체결되는 제2스페이서(60)를 포함한다.

클리너커버(44)에는, 클리너커버(44)와 스페이서(58, 60)를 고정하는 복수의 고정부재(62)가 배치될 수 있다.

열교환기(70)는, 클리너(22)에서 배출된 가스와 냉각수를 열교환시킨다. 열교환기(70)는, 외형을 형성하고, 내측으로 클리너(22)로부터 배출된 가스가 유동하는 가스유동챔버(74)를 형성하는 열교환기하우징(72), 열교환기하우징(72) 내측에 형성된 가스유동챔버(74)에 배치되고, 냉각수가 유동하는 복수의 냉각수관(96)을 포함할 수 있다.

열교환기(70)는, 열교환기하우징(72)의 일측에 배치되고 냉각수가 유입되는 냉각수유입관(90), 열교환기하우징(72)의 다른 일측에 배치되고 냉각수가 배출되는 냉각수배출관(92), 열교환기하우징(72)의 또 다른 일측에 배치되고 가스유동챔버(74)를 통과한 가스가 배출되는 가스배출관(94)을 포함한다. 열교환기(70)의 일측에는, 클리너(22)로부터 배출되는 가스를 열교환기하우징(72) 내측의 가스유동챔버(74)로 공급하는 연결관(100)이 연결된다.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 열교환기하우징(72)은, 외부에 노출되게 배치되는 아우터하우징(82a)과, 아우터하우징(82a) 내측에 배치되는 이너하우징(82b)을 포함한다. 아우터하우징(82a)과 이너하우징(82b) 사이에는, 외부로부터 냉각수가 유입되는 냉각수유입챔버(78, 80)와, 냉각수가 외부로 배출되는 냉각수배출챔버(76)가 형성된다. 이너하우징(82b)의 내측으로는, 클리너(22)로부터 유입된 가스가 유동하는 가스유동챔버(74)가 형성된다. 이너하우징(82b)의 내측으로는, 복수의 냉각수관(96)이 배치된다.

열교환기하우징(72)은, 대략 원통형상을 가질 수 있다.

열교환기하우징(72)은, 클리너(22)의 일측에 배치되는 제1패널(84a, 84b)과, 제1패널(84a, 84b)에 평행하게 배치되고, 일정간격이격된 제2패널(86a, 86b)과, 제1패널(84a, 84b)과 제2패널(86a, 86b)을 연결하는 둘레패널(88a, 88b)을 포함한다. 도 5 내지 도 6을 참조하면, 아우터하우징(82a)은, 제1아우터패널(84a), 제2아우터패널(86a), 및 아우터둘레패널(88a)을 포함한다. 도 5 내지 도 6 을 참조하면, 이너하우징(82b)은, 제1이너패널(84b), 제2이너패널(86b), 및 이너둘레패널(88b)을 포함한다.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 제1아우터패널(84a)과 제1이너패널(84b) 사이에는, 열교환된 세척수가 배출되는 냉각수배출챔버(76)가 형성된다. 제1아우터패널(84a)에는, 냉각수배출관(92)이 연결된다. 연결관(100)은, 제1아우터패널(84a)과 제1이너패널(84b)을 관통하게 배치된다. 따라서, 연결관(100)을 따라 유동하는 가스는, 제1아우터패널(84a) 및 제1이너패널(84b)을 통과하여, 가스유동챔버(74)로 유동할 수 있다.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 제1이너패널(84b)은, 복수의 냉각수관(96)과 연결된다. 따라서, 복수의 냉각수관(96)을 유동하는 냉각수가 냉각수배출챔버(76)로 유동할 수 있다.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 냉각수유입챔버(78, 80)는, 냉각수유입관(90)으로부터 냉각수가 유입되는 제1냉각수유입챔버(78)와, 제1냉각수유입챔버(78)로부터 유동하는 냉각수를 복수의 냉각수관(96)으로 보내는 제2냉각수유입챔버(80)를 포함한다.

아우터둘레패널(88a)과 이너둘레패널(88b) 사이에는, 제1냉각수유입챔버(78)가 형성된다. 이너둘레패널(88b)의 내측에는 가스유동챔버(74)가 형성되고, 외측에는 제1냉각수유입챔버(78)가 형성된다. 따라서, 이너둘레패널(88b)에서는, 가스유동챔버(74)를 유동하는 가스와 제1냉각수유입챔버(78)를 유동하는 냉각수 간의 열교환이 발생할 수 있다.

도 5를 참조하면, 아우터둘레패널(88a)에는, 냉각수가 유입되는 냉각수유입관(90)이 연결된다. 냉각수유입관(90)은, 제2이너패널(86b)보다 제1이너패널(84b)에 인접하게 배치된다. 따라서, 제1냉각수유입챔버(78)를 유동하는 냉각수의 유동범위를 증가시킬 수 있다.

도 5를 참조하면, 이너둘레패널(88b)에는, 가스배출관(94)이 연결된다. 가스배출관(94)은, 이너둘레패널(88b)에서 외측방향으로 연장되고, 아우터둘레패널(88a)을 관통한다. 가스배출관(94)은, 제1이너패널(84b)보다 제2이너패널(86b)에 인접하게 배치된다.

제2아우터패널(86a)과 제2이너패널(86b) 사이에는, 제2냉각수유입챔버(80)가 형성된다. 도 7c를 참조하면, 제2이너패널(86b)은, 복수의 냉각수관(96)과 연결된다. 따라서, 제2냉각수유입챔버(80) 내부의 냉각수가 복수의 냉각수관(96)으로 유동할 수 있다.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 이너하우징(82b) 내부에는, 가스유동챔버(74)의 유로를 형성하는 복수의 가이드패널(98a, 98b)이 배치된다.

도 6을 참조하면, 복수의 가이드패널(98a, 98b)은, 이너하우징(82b)의 내측에 고정배치되고, 일측에서 이너하우징(82b)과 이격되어, 제1가이드홀(99a)을 형성하는 제1가이드패널(98a)과 이너하우징(82b)의 내측에 고정배치되고, 제1가이드홀(99a)과 반대방향에서 이너하우징(82b)과 이격되는 제2가이드홀(99b)을 형성하는 제2가이드패널(98b)을 포함한다. 가스유동챔버(74)에는, 제1가이드패널(98a)과 제2가이드패널(98b)이 교번(alternately) 배치된다.

가스유동챔버(74)에는 복수의 제1가이드패널(98a)과 복수의 제2가이드패널(98b)이 연속하여 교번 배치되므로, 가스유동챔버(74) 내부에서 가스가 유동하는 유로가 길게 형성될 수 있다.

제1가이드패널(98a)과 제2가이드패널(98b) 각각에는, 복수의 냉각수관(96)이 관통하는 냉각수관홀(미도시)이 형성된다.

열교환기(70)는, 가스배출관(94)이 배치되는 영역이 지면으로부터 이격된 높이가 낮게 형성되도록 경사지게 배치된다. 도 3을 참조하면, 지면에 수평한 가상의 수평선(HL)에 열교환기(70)가 경사각(θ)을 형성할 수 있다. 따라서, 가스유동챔버(74)에서 발생하는 응축수가 가스배출관(94)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

연결관(100)은, 일측에서 클리너(22)와 결합되고, 타측에서, 열교환기(70)와 연결된다. 연결관(100)은, 클리너(22)에서 배출되는 가스를 열교환기(70)로 공급한다. 도 7b를 참조하면, 연결관(100)은, 열교환기(70)의 제1아우터패널(84a)이 형성하는 면의 중심에서 일측으로 치우져 배치된다.

연결관(100)의 둘레에는, 열교환기(70)로 연장되며, 연결관(100)의 배치를 지지하는 서포터(102)가 배치될 수 있다. 도 4를 참조하면, 서포터(102)는, 연결관(100)의 둘레에서 열교환기(70)방향으로 경사지게 배치될 수 있다.

도 5를 참조하면, 연결관(100)의 길이(100L)는, 열교환기(70)의 제1아우터패널(84a)의 직경(70D)보다 작게 형성될 수 있다. 연결관(100)의 길이를 최소화하여, 클리너(40)에서 배출되어 열교환기(70)로 유동하는 가스의 폐열이 외부로 방출되는 것을 최소화할 수 있다.

이하에서는, 도 8 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 배기장치를 설명한다.

도 8 내지 도 9를 참조하면, 배기장치는, 엔진(10)에서 배출되는 가스를 정화하는 클리너(22)와, 클리너(22)에서 배출되는 가스를 냉각수와 열교환하여, 가스의 온도를 낮추는 열교환기(70)와, 클리너(22)와 열교환기(70)를 연결하여, 클리너(22)에서 배출되는 가스를 열교환기(70)로 공급하는 연결관(100)과, 클리너(22)를 유동하는 가스의 열이 외부로 방출되는 것을 최소화하도록 클리너(22)의 둘레로 이격배치되는 클리너커버(44)를 포함한다.

도 9을 참조하면, 클리너(22)는, 담체(32)를 수용하는 클리너하우징(24)을 포함한다. 클리너(22)는, 엔진(10)에서 배출되는 가스가 유입되는 하우징유입부(36)과, 담체(32)를 통과한 가스가 배출되는 하우징유출부(38)을 포함한다. 하우징유입부(36)과 하우징유출부(38)은, 클리너하우징(24)을 기준으로 서로 반대방향에 배치될 수 있다. 클리너하우징(24)에는, 담체(32)가 배치되는 정화공간(30)이 형성된다.

도 9를 참조하면, 클리너커버(44)는, 클리너(22)의 둘레에 배치되고, 열교환기(70)와 연결되는 구조를 가진다. 따라서, 클리너커버(44)는, 내부에 클리너(22)가 배치되고, 클리너(22)에서 배출된 공기가 유동하는 배기공간(34)를 형성할 수 있다.

도 9를 참조하면, 클리너커버(44)는, 클리너(22)가 배치되는 제1커버(44a)와, 열교환기(70)와 연결되는 제2커버(44b)를 포함할 수 있다.

배기공간(34)은, 클리너(22)의 주위로 형성될 수 있다. 배기공간(34)에는, 클리너(22)에서 배출되는 가스의 산소농도를 측정하는 산소센서(42)가 배치될 수 있다. 도 6을 참조하면, 산소센서(42)는, 클리너커버(44)가 형성하는 배기공간(34)에서, 연결관(100)에 인접하게 배치될 수 있다.

열교환기(70)는, 외형을 형성하고, 내측으로 클리너(22)로부터 배출된 가스가 유동하는 가스유동챔버(74)를 형성하는 열교환기하우징(72), 열교환기하우징(72) 내측에 형성된 가스유동챔버(74)에 배치되고, 냉각수가 유동하는 복수의 냉각수관(96)을 포함한다. 열교환기(70)는, 열교환기하우징(72)의 일측에 배치되고 냉각수가 유입되는 냉각수유입관(90), 열교환기하우징(72)의 다른 일측에 배치되고 냉각수가 배출되는 냉각수배출관(92), 열교환기하우징(72)의 또 다른 일측에 배치되고 가스유동챔버(74)를 통과한 가스가 배출되는 가스배출관(94)을 포함한다.

열교환기하우징(72)은, 외부에 노출되게 배치되는 아우터하우징(82a)과, 아우터하우징(82a) 내측에 배치되는 이너하우징(82b)을 포함한다. 도 5 내지 도 6을 참조하면, 아우터하우징(82a)은, 제1아우터패널(84a), 제2아우터패널(86a), 및 아우터둘레패널(88a)을 포함한다. 도 5 내지 도 6을 참조하면, 이너하우징(82b)은, 제1이너패널(84b), 제2이너패널(86b), 및 이너둘레패널(88b)을 포함한다.

도 9를 참조하면, 제1아우터패널(84a)과 제1이너패널(84b) 사이에는, 열교환된 세척수가 배출되는 냉각수배출챔버(76)가 형성된다. 제1아우터패널(84a)과 제1이너패널(84b) 사이에 배치되는 아우터둘레패널(88a)에는, 냉각수배출관(92)이 연결된다.

도 9를 참조하면, 아우터둘레패널(88a)과 이너둘레패널(88b) 사이에는, 냉각수유입챔버(78, 80)가 형성된다.

냉각수유입챔버(78, 80)는, 냉각수유입관(90)으로부터 냉각수가 유입되는 제1냉각수유입챔버(78)와, 제1냉각수유입챔버(78)로부터 유동하는 냉각수를 복수의 냉각수관(96)으로 보내는 제2냉각수유입챔버(80)를 포함한다.

아우터둘레패널(88a)과 이너둘레패널(88b) 사이에는, 제1냉각수유입챔버(78)가 형성된다. 제2아우터패널(86a)과 제2이너패널(86b) 사이에는, 제2냉각수유입챔버(80)가 형성된다. 제2이너패널(86b)은, 복수의 냉각수관(96)과 연결된다. 따라서, 제2냉각수유입챔버(80) 내부의 냉각수가 복수의 냉각수관(96)으로 유동할 수 있다.

아우터둘레패널(88a)에는, 냉각수가 유입되는 냉각수유입관(90)이 연결된다.

냉각수유입챔버(78, 80)의 내측에 배치되는 이너둘레패널(88b)에는, 가스배출관(94)이 연결된다. 이너둘레패널(88b)에는, 아우터둘레패널(88a)을 관통하여 외측으로 연장되는 가스배출관(94)이 연결된다.

도 9를 참조하면, 이너하우징(82b) 내부에는, 가스유동챔버(74)의 유로를 형성하는 복수의 가이드패널(98a, 98b)이 배치된다.

도 9를 참조하면, 복수의 가이드패널(98a, 98b)은, 이너하우징(82b)의 내측에 고정배치되고, 일측에서 이너하우징(82b)과 이격되어, 제1가이드홀(99a)을 형성하는 제1가이드패널(98a)과 이너하우징(82b)의 내측에 고정배치되고, 제1가이드홀(99a)과 반대방향에서 이너하우징(82b)과 이격되는 제2가이드홀(99b)을 형성하는 제2가이드패널(98b)을 포함한다. 가스유동챔버(74)에는, 제1가이드패널(98a)과 제2가이드패널(98b)이 교번(alternately) 배치된다.

도 9를 참조하면, 연결관(100)은, 제1패널(84a, 84b)과 제2패널(86a, 86b)을 관통하도록 배치된다. 연결관(100)은, 클리너커버(44)의 내측에 형성되는 배기공간(34)과, 이너하우징(82b) 내측에 형성되는 가스유동챔버(74)를 연통시킨다. 연결관(100)은, 냉각수배출챔버(76)를 관통하도록 배치된다.

연결관(100)은, 클리너(22)와 이격배치될 수 있다. 연결관(100)은, 열교환기(70)의 열교환기하우징(72)에 배치되어, 배기공간(34)의 가스를 열교환기(70) 내부로 유동시킬 수 있다.

도 9를 참조하면, 클리너커버(44)와 열교환기(70)의 아우터하우징(82a)은 서로 연결되는 구조를 가질 수 있다. 도 9를 참조하면, 클리너커버(44)의 제2커버(44b)는, 열교환기(70)와 연결되어, 내부에 배기공간(34)을 형성할 수 있다.

이하에서는, 도 10을 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 배기장치(20)를 설명한다.

제3실시예에 따른 배기장치(20)는, 엔진(10)에서 배출되는 가스를 정화하는 클리너(22)와, 클리너(22)에서 배출되는 가스를 냉각수와 열교환하여, 가스의 온도를 낮추는 열교환기(70)를 포함한다.

도 10을 참조하면, 클리너(22)는, 열교환기(70) 내측에 배치될 수 있다. 클리너(22)의 구성 및 형태는, 도 9에서 설명한 제2실시예의 클리너와 동일할 수 있다.

도 10을 참조하면, 열교환기(70)는, 클리너(22)가 배치되는 제1챔버(74a)와, 제1챔버(74a)에서 배출된 가스가 유동하는 제2챔버(74b)를 포함한다.

열교환기(70)는, 외형을 형성하고, 내측으로 제1챔버(74a)와 제2챔버(74b)를 형성하는 열교환기하우징(72)과, 제1챔버(74a)와 제2챔버(74b)를 관통하여 형성되고 냉각수가 유동하는 복수의 냉각수관(96)을 포함한다. 따라서, 냉각수가 유동하는 냉각수관(96)의 길이가 길게 형성될 수 있다. 이는, 클리너(22)로부터 배출되는 가스와 냉각수의 열교환 면적을 증가시킬 수 있다.

열교환기(70)는, 열교환기하우징(72)의 일측에 배치되고 냉각수가 유입되는 냉각수유입관(90), 열교환기하우징(72)의 다른 일측에 배치되고 냉각수가 배출되는 냉각수배출관(92), 열교환기하우징(72)의 또 다른 일측에 배치되고 가스유동챔버(74)를 통과한 가스가 배출되는 가스배출관(94)을 포함한다.

열교환기하우징(72)은, 외부에 노출되게 배치되는 아우터하우징(82a)과, 아우터하우징(82a) 내측에 배치되는 이너하우징(82b)을 포함한다.

이너하우징(82b)의 내측에는 제2챔버(74b)가 형성된다. 이너하우징(82b)이 형성되지 않은 부분에서 아우터하우징(82a)의 내측에는 클리너(22)가 배치되는 제1챔버(74a)가 형성된다.

도 10을 참조하면, 아우터하우징(82a)은, 제1아우터패널(84a), 제2아우터패널(86a), 및 아우터둘레패널(88a)을 포함한다. 이너하우징(82b)은, 제1이너패널(84b), 제2이너패널(86b), 및 이너둘레패널(88b)을 포함한다.

아우터둘레패널(88a)은, 클리너(22)가 배치되는 외측으로 배치되는 제1아우터둘레패널(88a1)과, 이너둘레패널(88b)의 외측에 배치되는 제2아우터둘레패널(88a2)을 포함한다. 제1아우터둘레패널(88a1)과 제2아우터둘레패널(88a2) 사이에는, 격벽(72a)이 형성된다. 격벽(72a)에는, 제1챔버(74a)와 제2챔버(74b)를 연통시키는 연통홀(72b)이 형성된다.

제1챔버(74a)에는, 클리너(22)가 배치된다. 클리너(22)는, 제1아우터패널(84a)과 제2아우터패널(86a)을 관통하여 배치되고, 클리너(22)의 클리너배출구(28)는, 제1챔버(74a)에 배치된다. 따라서, 클리너(22)를 통과한 가스는, 제1챔버(74a)로 배출될 수 있다. 제1챔버(74a)에는, 클리너(22)에서 배출된 가스에 존재하는 산소의 농도를 측정하는 산소센서(42)가 배치된다. 제1챔버(74a)에는, 클리너(22) 둘레로 냉각수가 유동하는 복수의 냉각수관(96)이 배치된다.

제1아우터패널(84a)과 제1이너패널(84b) 사이에는, 열교환된 세척수가 배출되는 냉각수배출챔버(76)가 형성된다. 제1아우터패널(84a)과 제1이너패널(84b) 사이에 배치되는 아우터둘레패널(88a)에는, 냉각수배출관(92)이 연결된다.

아우터둘레패널(88a)과 이너둘레패널(88b) 사이에는, 냉각수유입챔버(78, 80)가 형성된다.

제2아우터둘레패널(88a2)과 이너둘레패널(88b) 사이에는, 제1냉각수유입챔버(78)가 형성된다. 제2아우터패널(86a)과 제2이너패널(86b) 사이에는, 제2냉각수유입챔버(80)가 형성된다. 제2이너패널(86b)은, 복수의 냉각수관(96)과 연결된다. 따라서, 제2냉각수유입챔버(80) 내부의 냉각수가 복수의 냉각수관(96)으로 유동할 수 있다.

제2아우터둘레패널(88a2)에는, 냉각수가 유입되는 냉각수유입관(90)이 연결된다.

이너하우징(82b) 내부에는, 가스유동챔버(74)의 유로를 형성하는 복수의 가이드패널(98a, 98b)이 배치된다.

복수의 가이드패널(98a, 98b)은, 이너하우징(82b)의 내측에 고정배치되고, 일측에서 이너하우징(82b)과 이격되어, 제1가이드홀(99a)을 형성하는 제1가이드패널(98a)과 이너하우징(82b)의 내측에 고정배치되고, 제1가이드홀(99a)과 반대방향에서 이너하우징(82b)과 이격되는 제2가이드홀(99b)을 형성하는 제2가이드패널(98b)을 포함한다. 가스유동챔버(74)에는, 제1가이드패널(98a)과 제2가이드패널(98b)이 교번(alternately) 배치된다.

이하에서는, 도 11을 참조하여, 제4실시예에 따른 배기장치(20)를 설명한다.

도 10의 제3실시예에 따른 배기장치(20)와의 차이점을 위주로 설명한다. 클리너(22)는, 열교환기(70) 내부에 배치되어, 클리너(22)에서 배출된 가스를 열교환기(70) 내부 공간으로 배출한다.

열교환기(70) 내부에는, 클리너(22)가 배치되는 제1챔버(74a)와, 복수의 가이드패널(98a, 98b)이 배치되는 제2챔버(74b)가 형성된다. 다만, 제3실시예에서와 같이, 제1챔버(74a)와 제2챔버(74b) 사이에 별도의 격벽이 존재하지 않는다.

냉각수관(96)은, 제3실시예에 따른 배기장치(20)와 같이, 제1챔버(74a)와 제2챔버(74b)를 걸치도록 배치된다.

제4실시예에 따른 열교환기(70)는, 외형을 형성하고, 내측으로 제1챔버(74a)와 제2챔버(74b)를 형성하는 열교환기하우징(72)과, 제1챔버(74a)와 제2챔버(74b)를 관통하여 형성되고 냉각수가 유동하는 복수의 냉각수관(96)을 포함한다.

복수의 냉각수관(96)은, 제1챔버(74a)와 제2챔버(74b)에 배치된다. 따라서, 냉각수가 유동하는 냉각수관(96)의 길이가 길게 형성되어, 클리너(22)로부터 배출되는 가스와 냉각수의 열교환 면적을 증가시킬 수 있다.

이너하우징(82b)의 내측에는, 제1챔버(74a)와 제2챔버(74b)가 형성된다. 도 11을 참조하면, 아우터하우징(82a)은, 제1아우터패널(84a), 제2아우터패널(86a), 및 아우터둘레패널(88a)을 포함한다. 이너하우징(82b)은, 제1이너패널(84b), 제2이너패널(86b), 및 이너둘레패널(88b)을 포함한다.

제1아우터패널(84a)과 제1이너패널(84b) 사이에는, 열교환된 세척수가 배출되는 냉각수배출챔버(76)가 형성된다.

이너둘레패널(88b)은, 제1챔버(74a)와 제2챔버(74b)의 둘레에 배치된다. 이너둘레패널(88b)과 아우터둘레패널(88a) 사이에는, 냉각수유입관(90)으로부터 냉각수가 유입되는 제1냉각수유입챔버(78)가 형성된다. 제2아우터패널(86a)과 제2이너패널(86b) 사이에는, 제1냉각수유입챔버(78)로부터 유동하는 냉각수를 복수의 냉각수관(96)으로 보내는 제2냉각수유입챔버(80)가 형성된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

1 : 엔진시스템 10 : 엔진
20 : 배기장치 22 : 클리너
24 : 클리너하우징 32 : 담체
36 : 하우징유입부 38 : 하우징유출부
42 : 산소센서 44 : 클리너커버
46 : 커버패널 58 : 제1스페이서
60 : 제2스페이서 70 : 열교환기
72 : 열교환기하우징 74 : 가스유동챔버
76 : 냉각수배출챔버 78 : 제1냉각수유입챔버
80 : 제2냉각수유입챔버 82a : 아우터하우징
82b : 이너하우징 84a : 제1아우터패널
84b : 제1이너패널 86a : 제2아우터패널
86b : 제2이너패널 88a : 아우터둘레패널
88b : 이너둘레패널 90 : 냉각수유입관
92 : 냉각수배출관 94 : 가스배출관
96 : 냉각수관 98a : 제1가이드패널
98b : 제2가이드패널 100 : 연결관

Claims

연료를 연소하여 실린더를 구동하는 엔진;
상기 엔진에서 배출되는 가스를 정화 및 냉각하는 배기장치를 포함하고,
상기 배기장치는,
상기 엔진에서 배출되는 가스를 정화하여, 배출하는 클리너;
상기 클리너의 일측에 배치되고, 상기 클리너에서 배출되는 가스를 냉각수와 열교환하는 열교환기;
상기 클리너에서 배출되는 가스를 상기 열교환기로 공급하도록 상기 클리너와 상기 열교환기를 연결하는 연결관; 및
상기 클리너로부터 일정간격 이격배치되고, 상기 클리너 둘레를 커버하는 클리너커버를 포함하고,
상기 열교환기는, 외형을 형성하고, 상기 클리너로부터 배출된 가스가 유동하는 가스유동챔버를 형성하는 열교환기하우징과, 상기 가스유동챔버에 배치되고, 냉각수가 유동하는 복수의 냉각수관을 포함하고,
상기 클리너는, 외형을 형성하는 클리너하우징과, 상기 클리너하우징 내측에 배치되고, 유동하는 가스 중의 유해물질을 인체에 무해한 물질로 환원되도록 반응을 촉진시키는 담체를 포함하고,
상기 클리너하우징은, 내부에 담체가 배치되는 정화공간과, 상기 정화공간을 통과한 가스가 유동하는 배기공간을 형성하고,
상기 배기공간은, 밴딩된 유로형태를 가지고,
상기 배기공간의 상류에는 상기 정화공간이 배치되고, 상기 배기공간의 하류에는 상기 클리너를 통과한 가스가 배출되는 하우징유출부가 배치되며,
상기 배기공간은, 상기 정화공간과 연결되는 일측에서의 유로단면적이 상기 하우징유출부로 연결되는 타측에서의 유로단면적보다 크게 형성되고,
상기 연결관의 길이는, 상기 연결관이 접촉하는 상기 열교환기하우징의 일측면의 직경보다 작게 형성되는 엔진 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 열교환기는, 상기 클리너의 일측에 배치되고,
상기 클리너커버는 상기 열교환기가 배치되지 않는 영역에서 상기 클리너의 둘레를 커버하는 엔진 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 클리너커버는, 상기 클리너에 이격배치되는 커버패널과, 상기 커버패널을 상기 클리너로부터 이격시키는 스페이서를 포함하는 엔진시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 배기공간에는, 상기 정화공간을 통과한 가스의 산소농도를 측정하는 산소센서가 배치되는 엔진시스템.
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제 4 항에 있어서,
상기 산소센서는, 상기 클리너에서 배출되는 가스의 산소농도를 감지하도록 상기 정화공간보다 상기 하우징유출부에 인접하게 배치되는 엔진시스템.
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제 1 항에 있어서,
상기 연결관은, 상기 열교환기와 접촉하는 면의 중심에서 일측으로 치우쳐 배치되는 엔진시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 클리너커버는, 상기 연결관의 일부를 커버하는 엔진시스템.
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제 1 항에 있어서,
상기 열교환기하우징은, 외부에 노출되게 배치되는 아우터하우징과, 상기 아우터하우징 내측에 배치되는 이너하우징을 포함하고,
상기 이너하우징의 내측에는, 상기 클리너로부터 유입된 가스가 유동하는 가스유동챔버가 형성되고,
상기 아우터하우징과 상기 이너하우징 사이에는, 외부로부터 냉각수가 유입되는 냉각수유입챔버와, 냉각수가 외부로 배출되는 냉각수배출챔버가 형성되는 엔진시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 열교환기는, 상기 열교환기하우징의 일측에 배치되고 상기 가스유동챔버를 통과한 가스가 배출되는 가스배출관을 포함하고,
상기 열교환기는, 상기 가스배출관이 배치되는 부분이 하측으로 경사지게 배치되는 엔진시스템.
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