KR20140119196A

KR20140119196A - 자동차에서의 이동식 난방 장치용 열교환기

Info

Publication number: KR20140119196A
Application number: KR1020147025594A
Authority: KR
Inventors: 귄터 갈츠; 토비아스 헨트리히; 스테판 폴진
Original assignee: 베바스토 에스이
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2014-10-08
Also published as: EP2504184A1; KR20120084799A; DE102009055686A1; RU2012126128A; CN102666160A; WO2011063792A1; CN102666160B; US20120286053A1; RU2523866C2

Abstract

본 발명은 버너를 포함하는 이동식 난방 장치용 열교환기(100)에 관한 것으로서, 열교환기는 내면(14) 및 외면(15)을 갖는 캐리어 바디(12)를 갖는다. 캐리어 바디(12)의 내면(14)은 버너의 배기 가스를 안내하기 위한 내부 배기 가스 덕트로서 형성된다. 게다가, 열 전달 매체를 안내하기 위하여 캐리어 바디(12)의 내면(14) 및 외면(15) 사이에 안내부가 배열된다. 열 전달 매체는 내면(14)을 통해, 내부 배기 가스 덕트 내의 배기 가스와 열 전도성 접촉을 한다. 캐리어 바디(12)의 외면(15)에서, 버너의 배기 가스를 안내하기 위한 외부 배기 가스 덕트(102)가 제공된다. 열 전달 매체는 캐리어 바디(12)의 외면(15)을 통해, 외부 배기 가스 덕트(102) 내를 흐르는 배기 가스와 열 전도성 접촉을 한다. 본 발명은 또한 버너를 갖는 이동식 난방 장치 및 그러한 열교환기(100) 및 그러한 난방 장치를 포함하는 자동차에 관한 것이다.

Description

자동차에서의 이동식 난방 장치용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR A MOBILE HEATING DEVICE IN A MOTOR VEHICLE}

본 발명은 버너(burner)를 갖는 이동식 난방 장치용 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 버너와 열교환기를 갖는 이동식 난방 장치 및 난방 장치를 갖는 자동차(motor vehicle)에 관한 것이다.

이동식 난방 장치는 공기 또는 물과 같은 열 전달 매체를 가열하기 위하여 차량에서 보조 난방 장치로서 사용된다. 알려진 적용 분야는 객실 칸의 냉방 또는 차량의 내연 모터의 냉각수의 예열을 포함한다.

이러한 종류의 이동식 냉방 장치의 버너의 경우에 있어서, 일반적으로 예를 들면, 차량의 연료 탱크로부터 끌려진 액체 연료가 공기와 혼합되고 점화된다. 연소에 의해 발생되는 뜨거운 배기 가스는 열교환기를 통하여 안내되고 뜨거운 배기 가스 주위의 열 전달 매체의 안내부(channeling)로 보내지는 열 전달 매체를 가열한다. 액체 열 전달 매체, 예를 들면, 50%의 물과 50%의 글리콜(glycol) 혼합물을 제공하기 위하여 물 또는 물 혼합물이 흔히 사용된다.

예를 들면, 컵 형태의 열교환기 및 실질적으로 단계적 방식(step-wise manner)으로 버너로 확장하는 관상 배리어(tubular barrier)가 독일특허 DE 102 08 03 116 B4에서 설명된다. 배기 가스는 관상 배리어의 내부 공간을 통하여 흐르는데, 상기 내부 공간은 관상 배리어의 외면(outer face)을 지나 흐르는 열 전달 매체에 의해 가열된다.

종래의 열교환기에 있어서, 버너의 배기의 열 에너지의 대부분은 열 전달 매체로 전달되며 따라서 80% 내지 85% 정도까지의 효율성이 발생할 수 있다. 그러나, 에너지를 전달한 후에 열교환기를 나가는 배기 가스는 종종 여전히 바람직하지 않은 소음을 야기할 수 있는 상대적으로 높은 속도를 갖는다. 따라서, 그러한 열교환기 다음에 무시할 수 없을 정도의 공간이 필요할 수 있는, 소음 억제장치(noise suppressor) 배열이 일반적으로 제공된다.

열 교환기의 효율 정도를 증가시키고 더 간단한 디자인을 가능하게 하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 목적은 독립항들의 특징에 의해 달성된다.

또 다른 바람직한 실시 예들 및 본 발명의 디자인들이 종속항들에 설명된다.

버너를 갖는 이동식 난방 장치용 열교환기가 제안된다. 열교환기는 버너로부터 배기 가스를 보내기 위한 내부 배기 가스 덕트(inner exhaust gas duct)로서 형성되는 내면(inner face), 및 외면을 갖는 캐리어 바디(carrier body)를 가지며, 나아가 캐리어 바디의 내면 및 외면 사이에 배열되며 열 전달 매체를 보내도록 배열되는 안내부를 포함하며, 열 전달 매체는 캐리어 바디의 내면을 통해 내부 배기 가스 덕트 내에 흐르는 배기 가스와 열 전도성 접촉을 하며, 열 전달 매체는 캐리어 바디의 외면을 통해 외부 배기 가스 덕트 내에 흐르는 배기 가스와 열 전도성 접촉을 한다. 열 전달 매체는 따라서 하나의 면뿐만 아니라 내면 및 외면 모두를 통해 배기 가스와 열 전도성 접촉을 하는 것으로 기획된다. 이는 상당히 큰 열 전달 영역을 야기하는데, 이에 따라 배기 가스의 열에너지는 열 전달 매체로 더 효율적으로 전달될 수 있다. 따라서 예를 들면, 90% 이상의 열 효율성 정도가 달성될 수 있다. 따라서 동일한 에너지 비용으로 더 높은 난방력(heating power)이 달성되거나 또는 낮은 에너지 비용으로 바람직한 난방력이 달성된다. 에너지를 절약하기 위한 또 다른 가능성이 또한 발생할 수 있다. 예를 들면, 버너로 연소 공기를 공급하기 위한 송풍력(blower power)이 감소될 수 있는데, 이에 따라 전기 에너지가 절약된다. 따라서 음향 방출(acoustic emission)이 또한 감소될 수 있다. 게다가, 배기 가스는 종래 기술과 비교하여, 더 냉각될 수 있으며 이는 배기 가스의 또 다른 전도를 가능하게 한다. 특히, 높은 배기 가스 온도에 너무 민감한 신규의 비용이 덜 드는 재료들이 배기 가스 덕트를 위하여 사용된다. 복잡한 배기 가스 덕트는 완전히 없애는 것이 가능할 수 있다. 그 결과로서, 낮은 배기 가스 온도 및 열교환기가 존재하는 지점에서의 낮은 배기 가스의 흐름 속도는 또한 배기 가스에 의해 발생되는 소음의 감소에 기여한다. 따라서, 소음 억제장치의 설치가 또한 생략될 수 있으며, 이는 더 간단한 디자인에 이르게 한다. 보통, 캐리어 바디의 내면 및 외면은 표면에 관하여, 부가적으로 존재할 수 있는 측면보다 상당히 크게 형성된다. 내면은 난방 장치의 버너를 마주보는 캐리어 바디의 면으로 기획될 수 있다. 외면은 이 경우에 있어서, 예를 들면 차량에 배열되는 또 다른 부품들이 위치될 수 있는, 캐리어 바디의 외부 환경을 향하여 지향될 수 있다. 열 전달 매체를 위한 흐름 공간은 캐리어 바디의 내부 면 및 외부 면 사이에 제공될 수 있다. 열 전달 매체의 명확한 흐름을 가능하도록 열 전달 매체를 안내하기 위하여 예를 들면, 이러한 흐름 공간 내에, 핀(fin)과 같은 가이드 소자(guide element)들을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 게다가, 내면 상의 열교환기 표면을 확대하기 위한 열교환기는 배기 가스 흐름을 향하여 지향될 수 있거나 및/또는 내면 상에 제공되고 열교환기 매체의 흐름을 향하여 지향될 수 있다. 부가적으로 혹은 대안으로서 그러한 열교환기 핀을 외면에 배열하고 배기 가스 흐름으로 지향되거나 및/또는 외면에 배열하고 열 전달 매체의 흐름을 향하여 지향되는 것이 또한 가능하다. 배기 가스 흐름 또는 열 전달 매체의 흐름과 접촉하는 열교환기 핀들은 또한 그것들의 열 교환 기능에 더하여 각각의 흐름을 안내하는데 도움을 줄 수 있다. 단일 피스(single piece) 또는 몇몇 피스로서 캐리어 바디가 형성될 수 있다. 실질적으로 실린더형 또는 관형이 되도록 캐리어 바디를 형성하는 것이 유용하다. 캐리어 바디의 일 단(end)은 플로어에 의해 닫힐 수 있다. 그러한 플로어는 단일 피스로 특히 쉽게 생산될 수 있으며 그 단에 캐리어 바디의 관 부(tubular part)를 갖는 캐리어 바디의 내면의 기밀 종말(gastight termination)을 야기한다. 캐리어 바디의 다른 단에서의 하나의 오리피스(orifice)에서, 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 덕트를 거쳐 연소 공기 또는 연료가 제공되는 실(seal)로서, 버너가 제공될 수 있다. 열 전달 매체 또는 열 캐리어(heat carrier)로서 기체 및 액체 매체 모두, 예를 들면, 공기 또는 물이 사용될 수 있다. 특히, 잘 어울리는 열 전달 매체는 글리콜과 물의 혼합물이다. 편리하게도, 캐리어 바디는 적어도 하나의 열 전달 매체를 위한 입구(inlet) 및 하나의 열 전달 매체를 위한 출구(outlet)를 갖는다. 캐리어 바디는 그것의 최대 세로 크기의 방향으로 확장할 수 있는 열 캐리어 세로 방향을 가질 수 있다. 열교환기의 원칙적인 확장 방향은 캐리어 바디의 세로 방향과 평행하게 확장할 수 있다. 원칙적인 확장 방향은 버너의 화염 튜브(flame tube)의 세로 방향과 평행하게 확장할 수 있는데, 이 경우에 있어서, 원칙적인 확장 방향 및 캐리어 바디의 세로 방향은 동일할 수 있으나, 반드시 그렇지는 않다. 원칙적인 확장 방향에 반대로 흐르는 외면 또는 외부 배기 가스 덕트의 외부 배리어 면은 외부 배기 가스 덕트 및/또는 열교환기의 플로어 표면(floor surface)으로서 작용한다. 캐리어 바디의 세로 방향에 반대로 확장하는 캐리어 바디의 배리어 면들이 캐리어 바디의 플로어 표면으로 언급될 수 있다.

일 실시 예에서, 열교환기는 내부 배기 가스 덕트 및 외부 배기 가스 덕트를 연결하는 배기 가스 파이프를 포함하는 것이 기획될 수 있다. 따라서 배기 가스는 내면으로부터 외면으로 혹은 그 반대로 보내질 수 있다. 배기 가스 파이프는 곡선의 튜브 링크로서 형성될 수 있다. 배기 가스 파이프는 서로 연결되는 두 개의 쉘(shell)을 포함하는 것이 기획될 수 있다. 쉘들은 기밀 방식으로 서로 연결될 수 있다. 각각의 쉘은 하나 혹은 그 이상의 연결 플랜지(connection flange)들을 가질 수 있다. 쉘들은 연결 플랜지들을 통하여 기밀 방식으로 서로 연결되는 것이 기획될 수 있다. 배기 가스 파이프 내에 하나 혹은 그 이상의 가이드 바(guide bar)가 형성될 수 있다. 특히 가이드 바는 실질적으로 배기 가스 파이프를 통하여 중앙으로 확장하는 것이 기획될 수 있다. 가이드 바는 흐름 분배기의 역할을 할 수 있으며 특히 배기 가스 파이프 내의 바람직하지 않은 소용돌이(vortex) 또는 소용돌이의 부착을 감소시키거나 방지할 수 있다. 배기 가스 파이프는 두 개 이상의 만곡(curvature)을 갖는다. 배기 가스 파이프는 특히 U 형태를 갖는 것으로 기획될 수 있다. 배기 가스 파이프는 배기 가스 파이프 내로 한 방향으로 흐르는 배기 가스 흐름을 실질적으로 반대 방향 내로 다시 보내도록 형성될 수 있다. 배기 가스 파이프는 열 캐리어 바디 및/또는 외부 배기 가스 덕트 외부에 완전히 또는 적어도 부분적으로 배열되는 것이 기획될 수 있다. 외부 배기 가스 덕트 또는 외부 배기 가스 덕트의 재킷(jacket)과 마주보거나 및/또는 열 전달체와 마주보는 배기 가스 파이프의 배리어 사이에 거리 공간(distance space)이 배열될 수 있다. 거리 공간은 외부를 향하여 자유롭게 접근가능하다. 외부 배기 가스 덕트의 출구가 제공될 수 있는데, 이를 거쳐 배기 가스가 캐리어 바디의 내면으로부터 외부 배기 가스 덕트로 흐를 수 있다. 편리하게도, 외부 배기 가스 덕트는 이를 거쳐 배기 가스가 내부 배기 가스로부터 및/또는 배기 가스 파이프로부터 외부 배기 가스 덕트로 들어가는 적어도 하나의 배기 가스 입구를 갖는다. 외부 배기 가스 덕트는 이를 거쳐 배기 가스가 외부 배기 가스 덕트로부터 흐를 수 있는 적어도 하나의 배기 가스 출구를 가질 수 있다. 이 경우에 있어서, 배기 가스는 예를 들면, 튜브를 거쳐 제거될 수 있다. 튜브는 플라스틱 튜브일 수 있다. 버너가 열교환기에 배열되거나 또는 부착되는 것이 기획될 수 있다. 버너는 화염 파이프를 가질 수 있다. 화염 파이프는 열교환기의 내면 상을 완전히 또는 적어도 부분적으로 포함될 수 있다. 특히 화염 파이프는 적어도 부분적으로 캐리어 바디의 내부 영역 내에 포함되는 것이 기획될 수 있다. 화염 파이프 및 캐리어 바디 또는 캐리어 바디의 내면 사이에 배기 가스를 안내하기 위한 내부 배기 가스 흐름 공간이 형성될 수 있다. 내부 배기 가스 덕트는 특히 적어도 부분적으로 화염 파이프의 피복(cladding) 및 화염 파이프의 피복과 마주보는 캐리어 바디의 피복에 의해 형성될 수 있다.

특히 열교환기는 배기 가스가 외부 배기 가스 덕트를 통하여 흐르기 전에 내부 배기 가스 덕트를 통하여 흐르는 것과 같이 배열되는 것이 기획될 수 있다. 만일 버너가 캐리어 바디의 내부에 배열되거나 또는 배기 가스가 외면으로 흐르기 전에 처음에는 내면 내로 흐르는 것과 같이 배열되면 이는 특히 바람직하다. 외면 상을 흐르는 배기 가스는 따라서 열 변형이 이전의 캐리어 바디 내부의 열 전달 매체와의 열 전도성 접촉에 의해 이미 냉각되었으며 자동차 부품과 같은, 열 캐리어의 외부에 배열되는 부품들 상의 열 변형은 낮게 유지된다. 게다가, 외부 배기 가스 덕트는 하나 혹은 그 이상의 배기 가스 입구 및 하나 혹은 그 이상의 배기 가스 출구를 가질 수 있다.

특히 바람직한 변형에서, 외부 배기 가스 덕트 내에 소음 억제 장치가 제공된다. 열교환기에 의해 야기되는 성가신 소음은 따라서 부가적인 외부 소음 억제 장치의 필요 없이 감소될 수 있다. 외부 배기 가스 덕트 내의 배기 가스는 배기 가스로부터 열 전달 매체로의 향상된 에너지 전달에 기인하여 이미 상당히 냉각될 수 있기 때문에, 소음 억제 장치는 상대적으로 작게 형성될 수 있다. 전체적으로 볼 때, 더 간결한 시스템이 제공된다. 소음 억제 장치는 소음 흡수 또는 소음 억제 물질을 포함할 수 있다. 소음 억제 물질은 직접 외부 배기 가스 덕트 내에 배열될 수 있다. 소음 억제 물질이 외부 배기 가스 덕트의 피복의 일부에 배열되는 것이 특히 기획될 수 있다. 소음 억제 장치 또는 소음 억제 물질은 열교환기의 플로어 표면, 예를 들면, 외부 배기 가스 덕트의 플로어 표면에 제공될 수 있다. 외부 배기 가스 덕트 내의 소음 억제 물질을 지탱하기 위하여 천공 그리드(perforated grid)와 같은, 지탱 수단이 제공될 수 있다. 작동 동안에 외부 배기 가스 덕트를 통하여 흐르는 배기 가스와 접촉하기 위하여 소음 흡수 물질이 배열될 수 있다. 편리하게도, 배기 가스가 캐리어 바디 주위를 흐르는 외부 배기 가스 덕트의 영역 내에 소음 억제 장치가 배열될 수 있다. 이 경우에 있어서, 배기 가스 흐름은 일 면 상 및 배기 가스 흐름에 대하여 반대되는 캐리어 바디에서의 면 상에서 소음 억제 장치를 통과하는 것이 기획될 수 있다. 소음 억제장치는 소음 억제 물질로서 암면(stone wool) 및/또는 유리 섬유 울을 포함하는 것이 기획될 수 있다. 이는 외부 배기 가스 덕트 내에 소음 억제장치를 배열하는 간단하고 비용이 덜 드는 방법을 제공한다. 게다가, 암면 또는 다른 소음 억제 물질에 부가적으로 또는 대안으로서, 소음 억제장치는 하나 또는 그 이상의 람다(lamda)/4 공진 경로(resonance path) 또는 쿤트 튜브(Kundt's tube)를 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 쿤트 튜브는 열교환기 또는 히터가 작동될 때 발생되는 하나 혹은 그 이상의 주파수로 설정된다. 따라서 간단하고 효율적인 방식으로 소음 억제가 달성된다.

편리하게도, 외부 배기 덕트 내에 배기 가스를 안내하기 위한 가이드 핀들이 제공될 수 있다. 그러한 가이드 핀들에 의해 배기 가스 흐름은 쉽게 안내되거나 보내질 수 있다. 가이드 핀들이 외부 배기 가스 덕트의 입구 및 외부 배기 가스 덕트의 출구 사이의 바람직한 흐름 방향 또는 바람직한 흐름 장(flow field)을 정의하는 것이 기획될 수 있다. 각각의 가이드 핀들은 일직선이거나 혹은 그것들이 안내하는 방향 또는 그것들의 세로 방향으로 만곡을 가질 수 있다. 몇몇 가이드 핀들은 서로 평행하게 확장되는 것이 기획될 수 있다. 몇몇 가이드 핀들의 배열에서, 그것들의 적어도 일부는 그것들이 안내하는 방향 또는 그것들의 세로 방향으로 서로 평행하게 확장하지 않는 것이 기획될 수 있다. 가이드 핀들이 캐리어 바디에 제공될 수 있다. 가이드 핀들은 특히 캐리어 바디에 형성되거나 또는 거기에 부착될 수 있다. 특히 바람직한 변형에서, 열교환기 바디는 주물 재료(cast material)로 만들어진다. 가이드 핀들은 그리고 나서 직접 캐리어 바디를 주조하여 형성될 수 있다. 캐리어 바디에 형성되는 가이드 핀들은 또한 열을 열 전달 매체로 전달하는데 도움을 줄 수 있다. 외부 배기 가스 덕트의 배기 가스 입구 및 배기 가스 출구가 원주 방향(circumferential direction)으로 서로 인접하게 배열되는 것이 기획될 수 있다. 외부 배기 가스 덕트는 본 발명의 경우에 있어서, 입구로부터 출구로 흐르기 위하여 배기 가스 흐름이 캐리어 바디의 원주의 적어도 상당 부분 주위를 흐르도록 야기하는 것과 같이 형성될 수 있다. 부가적으로, 예를 들면, 배기 가스가 입구로부터 출구로 직접 흐르는 것을 방지하기 위하여, 가이드 핀들 및/또는 흐름 장애물이 제공될 수 있다. 배기 가스를 안내하기 위한 래버린스(labyrinth)가 외부 배기 가스 덕트 내에 제공될 수 있다. 따라서 열 전달 매체 및 배기 가스 사이의 바람직한 열 교환이 달성될 수 있다. 특히, 래버린스를 형성하기 위하여 가이드 핀들이 제공될 수 있다.

만일 외부 배기 가스 덕트가 특히 캐리어 바디의 외부 배리어의 재킷일 수 있는, 캐리어 바디의 재킷을 포함하면 이는 특히 바람직하다. 만일 캐리어 바디의 재킷 및 캐리어 바디 사이에 배기 가스 흐름 공간이 제공되면 이는 특히 바람직하다. 가이드 핀들 또는 래버린스는 예를 들면, 배기 가스 흐름 공간 내에 배열될 수 있다. 외부 배기 가스 덕트 또는 재킷이 캐리어 바디를 방사상으로 또는 세로 방향으로 둘러싸는 것이 기획될 수 있다. 예를 들면, 공간은 따라서 열 전달 매체의 온도를 측정하기 위한 온도 센서와 같은, 추가적인 부품들을 위하여 제공될 수 있다. 그러나, 외부 배기 가스 덕트 또는 재킷이 캐리어 바디를 방사상으로 또는 세로 방향으로 실질적으로 완전히 둘러싸는 것이 또한 기획될 수 있다. 따라서 최대한의 효율이 달성될 수 있다. 재킷은 배기 가스 열이 외부로 이동하는 것을 방지하기 위하여 열 절연성 재료로 만들어질 수 있다. 재킷은 몇몇 피스로 형성될 수 있다. 재킷의 일부는 캐리어 바디를 넘어 적어도 부분적으로 미끄러지는 캡(cap)으로서 형성되는 것이 기획될 수 있다. 캡은 캐리어 바디의 세로 방향으로 및/또는 원칙적인 확장 방향 또는 캐리어 바디의 세로 방향을 둘러싸는 원주와 관련하여 캐리어 바디를 완전히 또는 적어도 부분적으로 둘러싸는 것과 같이 배열되는 것이 기획될 수 있다. 재킷의 캡은 기밀 방식으로 코트(coat)와 같은, 떨어져 있는 또 다른 재킷과 연결될 수 있다. 캐리어 바디에 캡 또는 재킷이 부착될 수 있다. 예를 들면, 캡 및/또는 재킷이 스크루, 예를 들면, 자가 절삭 스크루(self-cutting screw)에 의해 나사로 죄어지는 것이 기획될 수 있다. 재킷 및/또는 재킷의 캡과 외부 배기 가스 덕트에 존재할 수 있는 가이드 핀들 사이의 거리가 설정될 수 있다. 재킷의 캡 내에 소음 억제장치가 제공될 수 있다. 소음 억제장치는 특히 소음 흡수 또는 소음 억제 물질을 포함한다. 소음 흡수 또는 소음 억제 물질은 예를 들면, 바람직한 그리드(grid)에 의해 캡 내에 지탱될 수 있다. 편리하게도, 재킷의 캡 플로어에 소음 흡수 물질이 배열된다. 배기 가스 흐름은 그렇게 함으로써, 캡 플로어를 통과하거나 소음 흡수 물질을 통과하여 흐르는 것과 같이, 입구로부터 외부 배기 가스 덕트로 안내될 수 있다. 재킷 및/또는 재킷의 캡은 외부 배기 가스 덕트의 외부 배기 가스 흐름 공간 내로 돌출하는 가이드 핀들을 가질 수 있다. 그러한 가이드 핀들은 캐리어 바디에 배열되는 가이드 핀들에 대안으로서 또는 부가적으로 제공될 수 있다.

또한 버너로부터의 배기 가스 흐름을 적어도 두 개의 분리된 부분 흐름 상에 분산하도록 배열되는 배기 가스 분배기(divider)가 제공될 수 있다. 배기 가스 분배기는 또한 각각 내부 배기 가스 덕트에 적어도 일부 흐름을 그리고 외부 배기 가스 덕트에 일부 흐름을 공급하도록 배열된다. 따라서 안내부 안으로 보내지는 열 전달 매체가 동일한 온도를 갖는 배기 가스에 의해 양면으로부터 가열되는 것이 달성될 수 있으며, 이는 열 전달 매체의 더 균일한 난방 및 더 균일한 흐름을 야기한다.

또한, 위에서 설명된 것과 같이 버너 및 열교환기를 갖는 이동식 난방 장치가 제안된다. 그러한 난방 장치는 보조 난방 장치, 주차 난방 또는 차량용 보조 난방으로서 적합하다. 만일 내부 배기 가스 덕트 내에 버너가 배열되거나, 혹은 그러한 배기 가스가 캐리어 바디의 내부 면상의 버너를 떠난 후에 열 전달 매체 또는 캐리어 바디의 내부 배리어과 직접 열 전도성 접촉을 하면 이는 특히 바람직하다. 난방 장치는 배기 가스의 흐름을 제공하기 위한 배기 블로우어를 가질 수 있다. 배기 가스 블로우어는 외부 배기 가스 덕트의 배기 가스 출구의 하류에 제공될 수 있으며 배기 가스를 끌어당기기 위하여 배열될 수 있다.

나아가, 이러한 형태의 이동식 난방 장치를 갖는 자동차가 제안된다.

본 발명에 따르면, 열 교환기의 효율이 증가되고 더 간단한 디자인이 가능하다.

본 발명은 바람직한 실시 예들을 기초로 하여 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 열교환기의 일 실시 예의 단면도를 개략적으로 도시한다;
도 2는 외부 배기 가스 덕트를 갖는 열교환기의 단면도를 개략적으로 도시한다;
도 3은 외부 배기 가스 덕트를 갖는 열교환기의 또 다른 개략적인 도면을 아래로부터 도시한다;
도 4는 외부 배기 가스 덕트를 갖는 열 교환기의 또 다른 개략적인 도면을 위로부터 도시한다;
도 5는 화염 파이프를 갖는 버너를 볼 수 있는, 열교환기의 또 다른 개략적인 단면도를 도시한다;
도 6은 배기 가스 덕트의 단면도를 도시한다;
도 7은 캐리어 바디에 배열되는 가이드 핀을 볼 수 있는, 열교환기의 단면도를 도시한다.

도 1은 선행 기술에 따른 열교환기(10)의 일 실시 예를 개략적으로 도시한다. 열교환기(10)는 컵 형태이며 내면(14)과 외면(15)을 갖는 캐리어 바디(12)를 포함한다. 캐리어 바디(12)는 내부 상의 내부 배리어(inner barrier, 16) 및 외부면 상에 내부 배리어(16)를 둘러싸는 외부 배리어(18)를 더 포함한다. 캐리어 링(carrier ring, 22)이 종래에 알려진 방법으로 캐리어 바디(12)에 부착된다. 캐리어 링(22)은 열 전달 매체를 위한 입구(24) 및 열 전달 매체를 위한 출구(도시되지 않음)를 가지며 열 전달 매체의 흐름 공간(20) 내로의 유입과 유출을 가능하게 한다. 기밀 방식으로 캐리어 바디(12)를 밀봉하기 위하여 캐리어 링(22)에 실이 제공될 수 있다. 내부 배리어(16)와 외부 배리어(18)는 알루미늄 또는 강합금(steel alloy)과 같은, 열 전도성 물질로 형성된다. 열 전달을 향상시키고 배기 가스 흐름을 안내하기 위하여 내면(14)상의 내부 배리어(16)에 핀(도시되지 않음)들이 제공된다. 배기 가스 흐름은 여기서 내부 상에 형성되는 공간 내에 배열되고 버너에 의해 캐리어 바디(12)의 내면(14) 상에 형성되는 이러한 공간 내로 공급되는 버너(도시되지 않음)로부터 유래한다. 내면(14) 상에서, 배기 가스 흐름은 내부 배리어(16)에 의해 둘러싸이며, 따라서 내면(14)은 내부 배기 가스 덕트로서 형성된다. 게다가, 배기 가스 출구(26)가 제공되는데. 이를 통하여 열 내용물의 상당 부분을 내부 배리어(16)를 거쳐 열 전달 매체로 전달한 후에 열교환기(10)의 내면(14)으로부터 배기가스가 방출된다. 본 실시 예에서, 50%의 물과 50%의 글리콜의 혼합액이 열 전달 매체로서 사용될 수 있다. 가열된 열 전달 매체는 열 전달 매체용 출구를 거쳐 외부 방열 회로(heating circuit, 도시되지 않음)로 공급될 수 있으며 열 전달 매체용 입구(24)를 거쳐 흐름 공간 내로 재순환될 수 있으며 재난방될 수 있다.

도 2는 도 1의 도면과 상응하는 또 다른 열교환기(100)의 도면을 도시한다. 열교환기(100)는 본질적으로 외면(15) 상에 외부 배기 가스 덕트(102)의 존재에서 도 1에 도시된 열교환기(10)와는 다르다. 단순화하기 위하여, 다음에서 동일하거나 유사한 특징들에 대하여 같은 참조 부호들이 사용될 것이다. 외부 배기 가스 덕트(102)는 개략적으로 표시된 배기 가스 파이프(104)를 통하여 배기 가스 출구(26)로 연결된 배기 가스 입구(105)를 갖는데 따라서 내면(14) 상의 배기 가스 덕트로부터의 배기 가스는 배기 가스 출구(26), 배기 가스 파이프(104), 및 배기 가스 입구(105)를 거쳐 외부 배기 가스 덕트(102) 내로 흐를 수 있다. 외부 배기 가스 덕트(102)는 배기 가스 흐름 공간(108)이 외부 배리어(18) 및 재킷(106) 사이에 형성되는 것과 같이 배열되는 재킷(106)을 포함한다. 본 실시 예에서, 배기 가스는 내부 배리어(16)와의 열 전도성 접촉 방식으로 내면(14) 상을 흐르며 흐름 공간(20) 내의 열 전달 매체로 열을 방출한다. 이미 냉각된 배기 가스는 그리고 나서 외부 배기 가스 덕트(102)로 안내되며 외부로부터 흐름 공간 주위를 흐른다. 동시에, 배기 가스는 열 전도성 물질로 만들어진 외부 배리어(18)를 거쳐 흐름 공간(20) 내의 열 전달 매체와 열 전도성 접촉을 하며, 예를 들면, 가이드 핀(guide fin, 도시되지 않음) 또는 열교환기 핀을 가질 수 있으며, 계속해서 열 전달 매체로 열을 방출한다. 재킷(106)은 세로 방향으로 캐리어 바디(12) 주위를 완전히 확장하지 않는다. 따라서 예를 들면, 연 전달 매체의 온도 또는 연소 공기 공급 또는 연료 공급을 모니터링하기 위한 센서들이 재킷(106)을 통하여 덕트를 통과할 필요 없이 캐리어 바디에 배열될 수 있다. 그러나, 본 실시 예에서, 최대한의 효율을 보장하기 위하여 재킷(106)은 캐리어 바디(12)를 완전히 방사상으로 둘러싼다.

도 3은 아래로부터 열교환기(100)의 도면을 개략적으로 도시한다. 도면에서, 배기 가스 흐름 공간(108) 내에 배열되는 핀들(110)을 볼 수 있는데, 이는 외부 배리어(18)를 통하여 열 전달 매체와의 최대 열 교환을 달성하기 위하여, 원하는 만큼 외부 배기 가스 덕트(102) 내의 배기 가스 흐름을 보낸다. 이를 위하여, 배기 가스 흐름은 본 실시 예에서, 본질적으로 평행의 연속적인 경로로 안내되며 각각은 반대 방향으로 안내된다. 게다가, 이를 거쳐 냉각된 배기 가스가 외부 배기 가스 덕트를 떠날 수 있는 외부 배기 가스 출구(112)가 도시된다. 재킷(106)이 세로 방향으로 외부 배리어(18)를 완전히 덮지 않는 것을 볼 수 있다. 배기 가스 입구(105) 및 외부 배기 가스 출구(112) 사이에 임의의 수의 핀들(110)이 제공될 수 있으며 개수는 원하는 흐름 상태에 의존한다. 배기 가스 출구(26)는 캐리어 바디(12)에 반드시 배열될 필요는 없다. 예를 들면, 캐리어 링을 나타내지 않고 도 3에 제안되는 것과 같이 캐리어 링(22) 내에 제공될 수 있다.

도 3에 도시된 것과 같은 열교환기(100)일 수 있는 열교환기(100)의 또 다른 개략적인 도면이 도 4에 위로부터 도시된다. 본 도면에서 외부상의 캐리어 바디(12)에 장착되는 일부 추가적인 요소들이 표시된다. 특히, 캐리어 링(22)이 도시되는데, 여기에 열 전달 매체를 위한 입구(24) 및 열 전달 매체를 위한 출구(25)가 제공된다. 도 4는 또한 외부 배리어(18)의 외부 영역을 도시하는데, 이는 재킷(106) 또는 캐리어 링(22)에 의해 완전히 덮여 있지 않으며 배기 가스는 내면(14) 상에서 오직 외부 영역 내로만 흐른다. 게다가, 배기 가스 흐름 공간(108)과 상응하는 영역이 도시된다. 이러한 영역에서, 배기 가스는 주로 외부 배기 가스 흐름 공간 내에서, 캐리어 바디(12)의 외면상 및 내면(14) 상 모두를 흐르며 그렇게 하는 동안에, 그것들 사이에 위치되는 열 전달 매체를 위한 흐름 공간(20) 내에서 열 전달 매체와 열 전도성 접촉을 한다. 그러나, 본 도면에서, 내면(14) 및 흐름 공간(20)은 보일 수 없다. 연장부(prolongation, 114)는 재킷(106)의 일부를 넘어 확장하며 외부 배리어(18) 일부는 재킷(106)에 의해 둘러싸이지 않는다. 대안으로서, 연장부(114) 아래로 확장하지 않고 그 주위를 확장하는 것과 같이 재킷(106)이 배열될 수 있다. 연장부(114)에서, 전기 또는 전자 부품을 위하여 센서들이 접촉하거나 또는 버너를 작동하기 위하여 연소 공기 또는 연료로부터 연결이 제공될 수 있다.

도 5는 버너(120)를 갖는 열교환기(100)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 버너(120)는 적절한 방법으로, 예를 들면, 스크루 연결에 의해 열교환기(100)에 부착될 수 있다. 버너(120)는 캐리어 바디(12)의 내부 공간 내로 돌출하는 화염 파이프(122)를 갖는다. 본 도면에서, 열 전달 매체를 위한 캐리어 바디(12) 또는 흐름 공간이 크로스바(crossbar)로 표시된다. 화염 파이프(122)는 버너(120)에 의해 생산되는 화염을 둘러싸는 원주 배리어를 형성할 수 있다. 흐름 특성을 향상시키기 위하여 화염 파이프(122)에 홀(hole)이 제공되는 것을 또한 기획할 수 있다. 화염 파이프(122)는 캐리어 바디(12) 내로 돌출하는 그것의 단에서 열린다. 작동 동안에, 버너는 설정에 따라, 화염 파이프(122)를 너머 약간 돌출할 수 있는 화염 파이프 내에 화염을 발생시킨다. 버너(120)에 의해 발생되는 배기 가스는 화염 파이프(122) 외부로 흐르며 캐리어 바디(12)의 내부 배리어 및 화염 파이프(122)의 외부 배리어 사이의 출구(26)로 흐를 수 있다. 도 5에서, 배기 가스의 가능한 흐름 방향이 화살표로 표시된다. 본 실시 예에서, 따라서 내부 배기 가스 덕트는 화염 파이프(122) 및 캐리어 바디(12) 또는 캐리어 바디(12)의 내부 배리어(16) 사이에 형성된다. 화염이 캐리어 바디(12)의 내부 배리어(16)에 직접 도달하지 않도록 하기 위하여 버너(120)가 배열되거나 또는 조절되는 것을 기획할 수 있다. 따라서 캐리어 바디 재료 및 열 전달 매체의 과도한 가열이 방지될 수 있다. 도 5에서, 재킷(106)은 캡(124)을 갖는 것을 볼 수 있다. 이러한 변형에서, 캡은 기밀 방식으로 캐리어 바디(12)를 둘러싸는 재킷(106) 상으로 미끄러진다. 이를 위하여, 재킷(106)은 캡(124)의 내부 원주가 그 위로 미끄러지는 클램프 리셉션(clamp reception, 128)을 갖는다. 게다가, 캡은 스크루 연결(130)을 거쳐 캐리어 바디(12)에 부착된다. 스크루 연결(130)에서, 캐리어 바디(12) 내의 상응하는 리셉션에서 받은 스크루가 도시된다. 캡 내에, 상응하는 스크루 가이드(screw guide)가 제공된다. 편리하게도, 유사하게 배열되는 몇몇의, 예를 들면 세 개의 스크루를 거쳐 캐리어 바디(12)에 부착된다. 캡(124)의 플로어(floor, 132) 내에, 소음 억제 물질(134)이 배열된다. 소음 억제 물질(134)은 흘러간 배기 가스에 의해 물질의 마모를 방지하기 위하여 구멍 평판(aperture plate, 136)에 의해 플로어에 지탱된다. 게다가, 캡(124) 내에 캡 가이딩 핀(cap guiding fin, 138)이 제공되는데, 여기서는 4개가 표시된다. 4개 이상의 캡 가이딩 핀(138)이 제공될 수 있다. 캡 가이딩 핀들은 캡(124)의 내면 상에 배열되는데 따라서 외부 배기 가스 덕트의 배기 가스 흐름 공간(108) 내로 돌출한다. 만일 배기 가스 흐름 공간(108) 내로 돌출하는 가이드 핀들이 또한 캐리어 바디(12)에서 형성되는 그것은 바람직하다. 배기 가스 출구(26) 및 배기 가스 입구(105)는 본 실시 예에서는 튜브 연결(140)로서 형성되는, 배기 가스 파이프에 의해 연결된다. 튜브 연결(140)은 재킷(106) 외부로 확장한다. 그것은 출구(26) 외부로 흐르는 배기 가스의 흐름 방향을 함께 뒤바꾸는 두 만곡을 갖는다. 바람직하게는, 튜브 연결(140)은 난류가 형성될 수 있는 모서리 및/또는 분리 없이 부드러운 흐름 통과를 획득하도록 디자인된다. 튜브 연결(140)은 특히 실질적으로 U 형태로 형성된다.

도 6은 예를 들면, 도 6에 도시된 배열에서 사용될 수 있는 튜브 연결(140)의 단면도를 도시한다. 튜브 연결(140)은 제 1 튜브 쉘(first tube shell, 142) 및 제 2 튜브 쉘(144)을 포함한다.제 1 튜브 쉘(142)은 제 1 연결 플랜지(first connecting flange, 146, 147)를 가지며, 반면에 제 2 튜브 쉘(144)은 제 2 연결 플렌지(148, 149)를 갖는다. 튜브 쉘들(142, 144)은 기밀 방식으로 예를 들면, 나사고정(screwing), 리베팅(riveting), 용접(welding), 및/또는 아교칠(gluing)에 의해 연결 플랜지들(146, 147, 148, 149)을 거쳐 서로 연결된다. 제 1 튜브 쉘(142) 내에, 제 1 튜브 쉘(142)의 내부 튜브 반경 내에서 중앙으로 확장하는 제 1 가이드 바(150)가 배열된다. 편리하게도, 가이드 바(150)는 출구(26)로부터 입구(105)로 확장한다. 제 2 튜브 쉘(144) 내에, 유사하게 제 2 가이드 바가 제공되는데, 제 2 가이드 바는 튜브 연결 내에서 제 1 가이드 바와 마주보며 위치된다. 가이드 바들(150, 152)은 중앙에서 서로 접촉할 수 있거나, 또는 도시된 것과 같이 특정 거리에서 서로 떨어져 위치될 수 있다. 기밀 방식으로 서로 연결되는 튜브 쉘을 사용함으로써, 튜브 연결(140)은 바람직한 흐름 효과를 가능하게 하는 것과 같이 디자인될 수 있다. 그러나, 흐름 방향으로 연속적으로 배열되는 하나의 원주의 관상 피스(tubular piece) 또는 몇몇의 관상 피스로부터 튜브 연결을 제조하는 것이 또한 가능하다. 본 실시 예의 튜브 연결은 각각 출구(26)의 외부 노즐 상 및 입구(105)의 내부 노즐 상에 위치되며 클램프 연결에 의해 유지된다. 다른 적절한 연결 방법들이 또한 기획될 수 있다.

도 7은 캐리어 바디(12)에 배열되는 가이드 핀들(160)이 도시될 수 있는 열교환기(100)의 단면도를 도시한다. 가이드 핀들은 캐리어 바디(12) 상에 형성된다. 그것은 입구(105)를 통하여 흐르는 배기 가스가 바람직한 방식으로 캐리어 바디(12) 주위를 흐르는 것을 보장하도록 형성된다. 이를 위하여, 가이드 핀들(160)에 의해 캐리어 바디(12)를 둘러싸는 흐름 장이 발생된다. 가이드 핀들(160)은 일직선으로 확장하거나 또는 적어도 부분적으로 세로 방향 및/또는 적절한 압력 손실을 갖는 바람직한 흐름을 발생시키도록 배기 가스를 보내는 방향으로 굽어진다. 캐리어 바디(12) 주위를 흘러간 배기 가스는 외부 배기 가스 출구(112)를 거쳐 열교환기(100)를 나갈 수 있다. 가이드 핀들은 원하는 만큼 배기 가스 흐름 공간(108) 내로 배기 가스를 분산시킨다. 입구(105) 및 출구(112) 사이에, 캐리어 바디(12)로 또는 거기에 위치하는 매체로 열을 방출하지 않고, 입구(105)로부터 출구(112)로 직접 흐르는 것을 방지하기 위하여 흐름 배리어(162)가 제공될 수 있다. 게다가, 세 개의 리셉션(164)이 도시될 수 있는데, 이는 스크루 연결(130)의 스크루를 받는데 도움을 준다. 재킷(106) 또는 재킷의 캡(124)이 세 개의 리셉션(164)을 거쳐 캐리어 바디(12)에 부착될 수 있다. 도 7에 도시된 캐리어 바디는 지금까지 설명된 모든 배열에서의 사용을 위하여 적합하다. 가이드 핀들이 또한 캐리어 바디(12)의 가이드 핀들(160)과 공동으로, 바람직한 흐름 지역을 발생시키기 위하여 피복의 내면 상에 배열되는 것이 기획될 수 있다.

앞의 설명에서 설명된 본 발명의 특징, 도면, 및 청구항들은 본 발명을 구현하기 위하여 개별적으로 그리고 어떤 조합으로도 모두 해당할 수 있다.

10 : 열교환기
12 : 캐리어 바디
14 : 내면
15 : 외면
16 : 내부 배리어
18 : 외부 배리어
20 : 흐름 공간
22 : 캐리어 링
24 : 열 전달 매체용 입구
25 : 열 전달 매체용 출구
26 : 배기 가스 출구
100 : 열교환기
102 : 외부 배기 가스 덕트
104 : 배기 가스 파이프
105 : 배기 가스 입구
106 : 재킷
108 : 배기 가스 흐름 공간
110 : 핀
112 : 외부 배기 가스 출구
114 : 연장부
120 : 버너
122 : 화염 파이프
124 : 캡
126 : 코트
128 : 클램프 리셉션
130 : 스크루 연결
132 : 플로어
134 : 소음 억제 물질
136 : 구멍 평판
138 : 캡 가이딩 핀
140 : 튜브 연결
142 : 제 1 튜브 쉘
144 : 제 2 튜브 쉘
146, 147 : 제 1 연결 플랜지
148, 149 : 제 2 연결 플랜지
150 : 제 1 가이드 바
151 : 제 2 가이드 바

Claims

버너의 배기 가스를 안내하기 위하여 내부 배기 가스 덕트로서 형성되는 내면(14) 및 외면(15)을 갖는 캐리어 바디(12); 및
상기 캐리어 바디(12)의 내면(14) 및 외면(15) 사이에 배열되며 열 전달 매체를 안내하도록 적용된 안내부;를 포함하는, 상기 버너를 갖는 이동식 난방 장치용 열교환기(100)에 있어서,
상기 열 전달 매체는 상기 캐리어 바디(12)의 내면(14)을 거쳐 상기 내부 배기 가스 덕트 내의 배기 가스 흐름과 열 전도성 접촉을 하며,
상기 캐리어 바디(12)의 외면(15)에 상기 버너의 배기 가스를 인도하기 위한 외부 배기 가스 덕트(102)가 제공되며,
열 전달 매체는 상기 캐리어 바디(12)의 외면(15)을 거쳐 상기 외부 배기 가스 덕트(102) 내의 배기 가스 흐름과 열 전도성 접촉을 하며,
상기 외부 배기 가스 덕트(102)는 상기 캐리어 바디(12)의 열 절연성 재킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 있어서, 상기 내부 배기 가스 덕트 및 상기 외부 배기 가스 덕트(102)를 연결하는 배기 가스 파이프(104)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 2항에 있어서, 배기 가스가 상기 외부 배기 가스 덕트(102)를 통하여 흐르기 전에 상기 내부 배기 가스 덕트를 통하여 흐르는 것과 같이 배열되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 있어서, 상기 외부 배기 가스 덕트(102)에 소음 억제 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 4항에 있어서, 상기 소음 억제 장치는 소음 흡수 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 4항에 있어서, 상기 소음 억제 장치는 상기 외부 배기 가스 덕트의 플로어 표면에 제공되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 있어서, 상기 외부 배기 가스 덕트(102) 내에 상기 배기 가스를 안내하기 위한 가이드 핀(110)들이 제공되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 2항에 있어서, 상기 배기 가스 파이프(104)는 적어도 부분적으로 상기 캐리어 바디 외부로 확장하는 튜브 연결(140)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 기재된 버너 및 열교환기(100)를 갖는 이동식 난방 장치.
제 9항에 기재된 이동식 난방 장치를 포함하는 자동차.