KR20010102171A - 정지 가능한 열 교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 냉각제 통로(14)를 위한 냉각제 유입부(26)와 냉각제 환류부(28) 및 배기가스 통로(36)를 위한 배기가스 입구(30)와 배기가스 출구(32)를 갖고 있는, 내연기관의 냉각회로와 배기가스 관 사이의 열 교환기(10)에 관한 것이다.
열 교환기가 주 배기가스흐름(34) 내에 배치되어 있으며 냉각제 유입부(26)에 차단 장치(20)가 설치되는 것을 제안한다.

Description

정지 가능한 열 교환기{Switched heat exchanger}
MTZ(자동차 기술지) 7/2 98의 특별 부록 "System Partners 98" 페이지 4로부터 내연기관의 연소실 내로 복귀하는 배기가스를 냉각하기 위해 배기가스 복귀관에 설치되어 있는 열 교환기가 알려져 있다. 배기가스의 냉각에 의해 주유성이 개선된다. 내연기관의 전 작동 기간 중 열 교환기는 항상 사용되고 있기 때문에, 내연기관의 냉각제 내로 계속하여 열이 유출하고 심지어 불필요한 완전부하 작동시에도열은 유출한다. 또한 이 자동차내 냉각제와 내연기관의 과열을 방지하기 위해, 추가적인 열이 내연기관의 주 냉각기를 통해 배출되어야 한다. 그래서, 주 냉각기 및 거기에 배치되는 송풍기는 보다 큰 크기의 것이 사용될 필요가 있다.
본 발명은 청구항 1의 대개념에 의한 열 교환기에 관한 것이다.
내연기관에 의한 이산화탄소의 배출로 인한 특수한 환경 부담은 실질적으로는 그 효율에 의존하는 것이다. 이 효율은 특히, 내연기관이 그의 최적 작동 온도 이하에서 작동될 때에 만족스럽지 않다. 몇 가지 작동상태, 예컨대 자동차의 저온 출발 또는 긴 시간에 걸친 하강 운행시에는, 내연기관의 최적 온도가 도달되지 않고 이로 인해 연료 소모가 높아지고 배기 방출이 상승된다. 외부 온도가 낮을 때에 저온 출발하는 경우에는, 주행 안정성 및 승객 안락성을 개선하기 위해서 유리창의 얼음을 제거하고 또는 자동차 내부 공간을 따뜻하게 하기 위해 추가의 열이 필요하게 된다. 현재 이 문제점을 해결하기 위해 주로 화학 또는 전기 가열기가 사용되고 있다. 그러나 이런 사용도 역시 연료 소모의 증가와 연관되어 있다.
도 1은 정지 가능한 열 교환기의 개략도를 보여준다.
본 발명에 의해서는 주 배기가스 흐름 내에 열교환기가 배치되어 있고 냉각제 회로에는 차단 장치가 설치되어 있다. 그럼으로써 배기가스의 이용 가능한 열이 저온 시동시에 최적하게 이용될 수 있고 그리하여 내연기관의 작동 온도가 가능한 한 신속히 도달될 수 있고 충분한 열량이 자동차 유리창의 얼음을 제거하고 승객실을 가온하는 데에 이용될 수 있다. E.D Pott의 학위논문 "디젤 자동차에서 에너지 흐름 관리에 의한 소모-, 방출- 및 가열 안락의 최적화"로부터, 배기가스의 가용 열은 소형 자동차 디젤 내연기관에서도 주행 사이클에서는 평균 약 1.4 KW나 된다는 것이 나타나 있다. 오토 원리에 따라 작동하는 내연기관을 가진 자동차의 경우에는, 높은 배기가스 온도 때문에 가용 열이 더욱 확실히 많을 것이다.
내연기관이 그 최적 작동 온도에 도달했으면, 차단 장치는 냉각제 유입부를 폐쇄하여 열 교환기를 통한 냉각제 관류를 중단하며, 그리하여 내연기관의 주 냉각기와 거기에 배치된 팬은 큰 크기로 만들어질 필요가 없다.
열 교환기내 냉각제 회로가 차단되어 남아 있는 냉각제가 과열되어 분해되고 또한 내연기관의 냉각제 통로 내에 퇴적되지 않도록, 차단 장치가 냉각제 회로 내에 폐쇄되는 즉시 냉각제를 냉각제 통로로부터 배출시키는 것이 합리적이다. 이를 위해 냉각제 통로의 높은 위치의 지점에는 가스 탱크가 연결되어 있고, 그 가스 탱크로부터는, 보통 공기인 가스가 냉각제 통로 내로 이동되고 나중에 다시 배출된다. 차단 장치가 다시 개방되기 직전에 그 가스는 가스 탱크 내에 복귀된다.
간단한 방법에서는 가스 탱크는 주름 상자로 구성되어 있고, 그 상자의 한 정면에서는 연결관이 냉각제 통로까지 연장되고 그 상자의 대향 위치의 정면에는 작동 장치가 작용한다. 이 작동 장치는 주름 상자를 수축시켜 해당 용적의 가스를 연결관을 통해 냉각제 통로 내로 압입시킨다. 작동 장치는 전기적으로, 유압적으로 및/또는 공압적으로 작동된다. 작동기가 복귀하면 주름 상자는 다시 신장하여 공기를 냉각제 통로로부터 흡인한다.
이것에 대한 다른 방법은 배기가스 입구와 배기가스 출구 사이에 바이패스 관이 배치되고, 그 바이패스 관의 분기부에는 배기가스 입구와 배기가스 관을 보충으로 제어하기 위해 차단 장치가 배치되게 하는 것이다. 차단 장치가 냉각제 유입부를 폐쇄하면 바이패스 관의 분기부에 있는 차단 장치는 동시에 배기가스 입구를 막고 바이패스 관을 연다. 이제 열 교환기에는 더 이상 배기가스가 통과하지 않기 때문에 냉각제의 과열은 확실히 방지된다.
원칙적으로 열 교환기는 자동차의 주 배기가스 흐름에서 임의의 적당한 위치에 배치될 수 있다. 그러나 합리적으로는 그것은, 배기가스 촉매부가 지연되어 그 작동 온도에 도달하는 것을 방지하기 위해, 배기가스 촉매부 후단에 배치된다.
추가 이점은 다음의 도면 설명으로부터 알 수 있게 될 것이다. 도면에는 발명의 실시예들이 기재되어 있다. 도면, 설명 및 청구 범위는 결합되어 있는 많은 특징들을 포함하고 있다. 통상의 지식을 가진 사람들은 특징들을 합리적으로 개별관찰하여 가치 있는 추가의 조합들로 요약할 수 있을 것이다.
도시된 열 교환기(10)는 역류 원리에 따라 작동하고 주 배기가스 흐름(34) 내에 배치되어 있다. 이 교환기는, 배기가스 통로(36)에 의해 연결되어 있는, 배기가스 입구(30)와 배기가스 출구(32)를 갖고 있다. 배기가스 통로(36)에는 냉각제 통로(14)가 접경해 있고 그 냉각제 통로는 냉각제 유입부(26)와 냉각제 환류부(28)와 연결되어 있다. 냉각제 흐름은 화살표(38, 40)로 표시되어 있다.
냉각제 유입부(26)에는, 작동 변수 및 주위 변수에 따라 냉각제 유입부(26)를 더 또는 덜 스로틀링하거나 폐쇄시키는 차단 장치(20)가 배치되어 있다. 차단 장치(20)는 전자 제어 장치(12)에 의해 신호선(42)을 통해 제어된다. 이 제어 장치는 엔진 전자 부품계의 일체화 성분일 수 있다.
높이 위치하는 지점(24)에서는 냉각제 통로(14)가 연결관(18)을 통해 가스 탱크(16)와 연결되어 있는데, 이 가스 탱크는 주름상자로 구성되어 있고 작동 장치에 의해 선(52, 54) 사이에서 그 길이가 변할 수 있다. 연결관(18)이 가스 탱크(16)의 정면(48)에 배치되어 있는 한편, 작동 장치(22)는 그 반대쪽 정면(50)에서 작용하고 있다. 작동 장치(22)는 역시 전자 제어장치(12)에 의해 신호선(44)을 통해 제어된다.
차단 장치(20)가 폐쇄되면, 작동 장치(22)가 작동하게 되어 주름상자(16)가오그라지게 한다. 그러면 주름상자(16)의 내부 공간(46)은 축소하고, 그래서 보통은 공기인 가스가 연결관(18)을 통해 냉각 통로(14) 내로 이송되고 거기에서 냉각제를 배제시킨다. 그러면 냉각제는 더 이상 배기가스에 의해 더 가열되지 않는다.
차단 장치(20)가 다시 개방하기 바로 전에, 작동 장치(22)는 다시 그의 출발 위치로 복귀하여, 작동 장치는 가스를 냉각 통로(14)로부터 다시 팽창하는 주름상자(16)의 내부 공간(46) 내로 역 흡인한다. 그래서 냉각제는 통로가 재형성되었을 때에 열 교환기(10)를 통해 배기가스로부터 열을 흡수한다.
상기에 대한 다른 별법이 점선으로 표시되어 있다. 그 경우에는 배기가스 입구(30)는 바이패스 관(56)을 통해 배기가스 출구(32)에 연결된다. 바이패스 관(56)의 분기부의 영역에는 추가의 차단 장치(58)가 배치되고, 그 장치는 신호선(60)을 통해 제어 유닛(12)에 연결되어 배기가스 입구(30)와 바이패스 관(56)을 보충으로 제어하는 것으로, 즉 배기가스 입구(30)는 바이패스 관(56)이 더 개방될수록 그만큼 더 통로를 축소시키거나 또는 폐쇄하게 된다.
이제 차단 장치(20)가 냉각제 유입부(26)에서 폐쇄되면 대략 동시에 차단 장치(58)가 배기가스 입구(30)를 폐쇄하고 바이패스 관(56)을 개방한다. 그래서 배기가스는 열 교환기(10)를 우회하고 따라서 냉각제는 냉각제 통로(14) 내에서 과열되지 않을 수 있다. 차단 장치(20)가 개방되면 차단 장치(58)는 배기가스 입구(30)를 개방하고 바이패스 관(56)을 폐쇄한다.
도시되지 않은 배기가스 촉매부의 작동상태를 교란시키지 않기 위해, 열 교환기(10)를 배기가스 촉매부의 하류에 설치하는 것이 합리적이다.

Claims (6)

  1. 냉각제 통로(14)를 위한 냉각제 유입부(26)와 냉각제 환류부(28) 및 배기가스 통로(36)를 위한 배기가스 입구(30)와 배기가스 출구(32)를 갖고 있는, 내연기관의 냉각회로와 배기가스 관 사이의 열 교환기(10)에 있어서,
    열 교환기가 주 배기가스흐름(34) 내에 배치되고 냉각제 유입부(26)에 차단 장치(20)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  2. 제 1 항에 있어서, 냉각제 통로(14)의 높은 위치의 지점(24)에는 가스 탱크(16)가 연결되고, 그 가스 탱크로부터는 차단 장치(20)가 폐쇄되고 냉각제의 상한 온도가 초과되었을 때에는, 가스가 가스 탱크(16)로부터 냉각제 통로(14) 내로 이동하여 그 가스가 냉각제를 열 교환기(10)로부터 배제시키며, 차단 장치(20)가 개방되기 직전에 가스는 가스 탱크(16) 내로 복귀 이동되는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  3. 제 2 항에 있어서, 가스 탱크(16)는 주름 상자로 구성되고, 그 상자의 한 정면(48)에는 연결관(18)이 배치되고 그 상자의 대향 위치의 정면(50)에는 작동 장치(22)가 작용하는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  4. 제 3 항에 있어서, 작동 장치(22)는 전기적으로, 유압적으로 및/또는 공압적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 열 교환기는 주 배기가스류(34) 내에 흐름 방향으로 배기가스 촉매부 후단에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
  6. 제 1 항 또는 5 항에 있어서, 배기가스 입구(30)와 배기가스 출구(32) 사이에 바이패스 관(56)이 배치되어 있고, 그 바이패스 관의 분기부에는 배기가스 입구(30)와 바이패스 관(56)을 보충으로 제어하기 위해 차단 장치(58)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 열 교환기(10).
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