KR20180009622A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스의 배압 상승을 규제함과 더불어 열손실을 최소화할 수 있는 열교환기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly, to a heat exchanger capable of minimizing heat loss while regulating the back pressure of exhaust gas.
열교환기는 2 이상의 유체들 사이의 열을 이동시키는 장치로서, 넓은 의미로는 가열기, 냉각기, 응축기 등도 포함되나 보통은 열의 회수를 목적으로 하는 것을 열교환기라고 한다. 이러한 열교환기는 차량, 보일러, 선박, 설비 등과 같은 다양한 산업분야에 적용될 수 있다. A heat exchanger is a device for transferring heat between two or more fluids. In a broad sense, it includes a heater, a cooler, a condenser, and the like, but for the purpose of recovering heat, it is called a heat exchanger. Such a heat exchanger can be applied to various industrial fields such as a vehicle, a boiler, a ship, a facility, and the like.
한편, 차량의 폐열회수시스템의 랭킨사이클에는 응축기, 보일러 등과 같은 다양한 열교환기가 적용되고 있다. 이러한 차량의 폐열회수시스템에는 배기가스 또는 EGR가스를 열원으로 하여 랭킨사이클의 작동유체에 열을 가하는 배기가스 보일러 또는 EGR가스 보일러 등과 같은 열교환기가 설치되어 있다. Meanwhile, various heat exchangers such as a condenser, a boiler, and the like are applied to the Rankine cycle of a waste heat recovery system of a vehicle. The waste heat recovery system of such a vehicle is provided with a heat exchanger such as an exhaust gas boiler or an EGR gas boiler that uses exhaust gas or EGR gas as a heat source to heat the working fluid of the Rankine cycle.
EGR가스 보일러는 상용차의 캡 또는 차량의 바디 하부에 배치된 엔진의 측면에 장착되어 있으므로 주변환경에 의한 열손실이 적다. The EGR gas boiler is mounted on the side of the engine located at the bottom of the body of the vehicle or the cab of the commercial vehicle, so there is little heat loss due to the surrounding environment.
그리고, 배기가스 보일러는 배기계의 구조 상에서 촉매컨버터, 머플러 등의 하류 측에 장착되고, 이에 배기가스 보일러는 지면과 가깝고 외부에 대해 노출될게 배치되어 있으므로 주행풍에 의한 표면 열손실이 발생할 뿐만 아니라 겨울철이나 우천 시에 더욱 큰 열손실이 발생할 수 있다. The exhaust gas boiler is mounted on the downstream side of the catalytic converter, the muffler, and the like on the structure of the exhaust system. Since the exhaust gas boiler is disposed close to the ground and exposed to the outside, More heat loss may occur during winter or rainy weather.
이에 따라, 차량의 폐열회수시스템의 배기가스 보일러는 열손실을 방지하기 위한 단열처리가 필수적으로 요구되고 있다. Accordingly, the exhaust gas boiler of the waste heat recovery system of the vehicle is required to be heat-treated to prevent heat loss.
또한, 배기가스 보일러는 배기저항으로 인해 배기가스의 배압(back pressure)이 증가할 수 있고, 특히 배기가스의 배압이 일정 수준 이상으로 상승할 경우에는 연비에 악영향을 미칠 수 있다. 이러한 배기가스의 배압 상승에 대응하기 위하여 열교환기의 단면적을 크게 함으로써 배기가스의 유로를 확보하여 개선할 수 있지만, 열교환기의 단면적을 크게 할 경우에는 열교환기의 크기가 필요 이상으로 과다하게 증가하여 중량 및 원가가 높아질 수도 있다. In addition, the back pressure of the exhaust gas may increase due to the exhaust resistance of the exhaust gas boiler, and particularly, when the back pressure of the exhaust gas rises above a certain level, the fuel consumption may be adversely affected. In order to cope with the back pressure rise of the exhaust gas, it is possible to secure and improve the flow path of the exhaust gas by increasing the sectional area of the heat exchanger. However, when the sectional area of the heat exchanger is increased, the size of the heat exchanger excessively increases excessively Weight and cost may be increased.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 배기가스 또는 EGR가스의 배압 상승을 규제함과 더불어, 열손실을 최소화할 수 있는 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a heat exchanger capable of minimizing heat loss while regulating the back pressure rise of exhaust gas or EGR gas
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열교환기는, According to an aspect of the present invention, there is provided a heat exchanger comprising:
제1유체 및 제2유체가 열교환하는 챔버를 가진 하우징;A housing having a chamber in which a first fluid and a second fluid exchange heat;
상기 하우징을 둘러싸는 히트 커버;A heat cover surrounding the housing;
상기 히트 커버의 내면과 상기 하우징의 외면 사이에 형성된 바이패스 통로;A bypass passage formed between an inner surface of the heat cover and an outer surface of the housing;
상기 하우징의 상류에서 상기 바이패스 통로로 연장된 바이패스 도관; 및 A bypass conduit extending from the upstream of the housing to the bypass passage; And
상기 바이패스 도관에 개폐가능하게 설치된 바이패스 밸브;를 포함할 수 있다. And a bypass valve provided in the bypass conduit to be openable and closable.
상기 바이패스 밸브가 폐쇄됨에 따라 제1유체는 상기 하우징의 챔버를 통과하면서 상기 제2유체와 열교환할 수 있고, 상기 바이패스 밸브가 개방됨에 따라 제1유체의 적어도 일부는 상기 바이패스 통로를 통과하면서 상기 제2유체와 열교환할 수 있다. As the bypass valve is closed, the first fluid can exchange heat with the second fluid while passing through the chamber of the housing, and as the bypass valve is opened, at least a portion of the first fluid passes through the bypass passage And can exchange heat with the second fluid.
상기 바이패스 도관의 내부에는 바이패스 밸브가 회전가능하게 설치되고, 상기 바이패스 밸브의 회전에 의해 상기 바이패스 도관의 유로가 개폐될 수 있다. A bypass valve is rotatably installed in the bypass conduit, and the flow path of the bypass conduit can be opened and closed by the rotation of the bypass valve.
상기 바이패스 밸브를 폐쇄방향으로 회전시키도록 탄성력을 인가하는 탄성부재를 더 포함할 수 있다. And an elastic member for applying an elastic force to rotate the bypass valve in the closing direction.
상기 탄성부재는 인장 스프링(extension spring)이고, 상기 바이패스 밸브의 일면에는 제1지지부가 형성되며, 상기 바이패스 밸브에 인접한 바이패스 도관의 내면에는 제2지지부가 형성되고, 상기 탄성부재의 양단부가 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부에 개별적으로 지지될 수 있다. Wherein the elastic member is an extension spring, a first support portion is formed on one surface of the bypass valve, a second support portion is formed on an inner surface of the bypass conduit adjacent to the bypass valve, Can be individually supported by the first support portion and the second support portion.
상기 히트 커버의 내면에는 제1유체의 흐름을 일정방향으로 가이드하는 가이드가 형성될 수 있다. A guide for guiding the flow of the first fluid in a predetermined direction may be formed on the inner surface of the heat cover.
상기 하우징의 일단에는 제1유체가 유입되는 입구 캡이 마련되고, 상기 하우징의 타단에는 제1유체가 배출되는 출구 캡이 마련될 수 있다. An inlet cap through which the first fluid flows may be provided at one end of the housing, and an outlet cap through which the first fluid may be discharged may be provided at the other end of the housing.
상기 하우징의 외면에는 제2유체가 유입되는 입구포트 및 제2유체가 배출되는 출구포트가 마련되고, 상기 입구포트 및 상기 출구포트는 상기 하우징의 외면에서 대각선방향으로 이격될 수 있다. The outer surface of the housing is provided with an inlet port through which the second fluid flows and an outlet port through which the second fluid is discharged, and the inlet port and the outlet port may be diagonally spaced from the outer surface of the housing.
상기 히트 커버의 일단에는 폐쇄단이 마련되고, 상기 히트 커버의 타단에는 개방단이 마련될 수 있다. One end of the heat cover is provided with a closed end, and the other end of the heat cover is provided with an open end.
상기 히트 커버의 일단에는 제1폐쇄단이 마련되고, 상기 히트 커버의 타단에는 제2폐쇄단이 마련될 수 있다. A first closed end is provided at one end of the heat cover, and a second closed end is provided at the other end of the heat cover.
본 발명에 의하면, 폐열회수시스템의 배기가스 보일러 또는 EGR가스 보일러 등과 같이 배기가스 또는 EGR가스가 통과하는 열교환기에서 배기가스 또는 EGR가스의 배압이 설정치를 보다 커질 경우에 배기가스 또는 EGR가스가 열교환기를 바이패스(우회)함으로써 배기가스의 배압 상승을 적절하게 규제하여 연비에 악영향을 미침을 방지할 수 있다. According to the present invention, when exhaust gas or an EGR gas boiler or the like of a waste heat recovery system passes through exhaust gas or a heat exchanger through which the EGR gas passes, the exhaust gas or the EGR gas undergoes heat exchange It is possible to prevent the back pressure of the exhaust gas from being appropriately regulated so as to prevent the fuel economy from being adversely affected.
특히, 본 발명은 배기가스 또는 EGR가스가 통과하는 열교환기의 하우징을 둘러싸는 커버를 설치하고, 하우징과 커버 사이에 배기가스 또는 EGR가스가 통과하는 바이패스 통로를 형성함으로써 하우징으로부터의 열손실을 최소화할 수 있다. Particularly, the present invention is characterized in that a cover surrounding a housing of a heat exchanger through which exhaust gas or EGR gas passes is provided, and a bypass passage through which exhaust gas or EGR gas passes is formed between the housing and the cover, Can be minimized.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열교환기를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 화살표 A 부분을 확대하여 도시한 도면으로, 바이패스 밸브가 폐쇄된 상태를 나타낸다.
도 3은 바이패스 밸브가 개방된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 열교환기의 바이패스 밸브가 바이패드 도관의 장착공간에 설치된 상태를 도시한 부분 절취단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 열교환기의 히트 커버의 내부에 가이드가 형성된 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 열교환기가 배기계의 후처리장치의 하류 측에 배치된 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 열교환기가 배기계의 후처리장치의 상류 측에 배치된 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기를 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a heat exchanger according to various embodiments of the present invention.
Fig. 2 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow A in Fig. 1, showing a state in which the bypass valve is closed.
3 is a view showing a state in which the bypass valve is opened.
4 is a partially cut-away sectional view showing a state where a bypass valve of a heat exchanger according to the present invention is installed in a mounting space of a bipod conduit.
5 is a view showing a structure in which a guide is formed inside a heat cover of a heat exchanger according to the present invention.
6 is a view showing an embodiment in which the heat exchanger according to the present invention is disposed on the downstream side of the post-treatment apparatus of the exhaust system.
7 is a view showing an embodiment in which the heat exchanger according to the present invention is disposed on the upstream side of the post-treatment apparatus of the exhaust system.
8 is a view illustrating a heat exchanger according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For the sake of convenience, the size, line thickness, and the like of the components shown in the drawings referenced in the description of the present invention may be exaggerated somewhat. The terms used in the description of the present invention are defined in consideration of the functions of the present invention, and thus may be changed depending on the user, the intention of the operator, customs, and the like. Therefore, the definition of this term should be based on the contents of this specification as a whole.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열교환기(10)는 제1유체 및 제2유체가 열교환하는 챔버(chamber, 13)를 가진 하우징(11)과, 하우징(11)을 감싸는 히트 커버(20)를 포함할 수 있다. Referring to Figure 1, a
하우징(11)은 원통형 또는 직육면체 형상 등으로 이루어질 수 있고, 하우징(11)의 내부에는 제1유체와 제2유체가 개별적으로 흐르면서(통과하면서) 열교환하는 챔버(13)가 형성될 수 있다. The
하우징(11)의 챔버(13)에는 복수의 튜브(12)가 일정간격으로 이격되게 설치되고, 각 튜브(12)는 하우징(11)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 복수의 튜브(12)는 하나 이상의 배플(14)에 의해 지지될 수 있으며, 배플(14)은 복수의 통공을 가질 수 있다. A plurality of
하우징(11)의 일단에는 제1유체가 유입되는 입구 캡(15)이 마련되고, 이에 하우징(11)의 일단은 상류단이 될 수 있다. 하우징(11)의 타단에는 제1유체가 배출되는 출구 캡(16)이 마련되고, 이에 하우징(11)의 타단은 하류단이 될 수 있다. 입구 캡(15)을 통해 유입된 제1유체는 복수의 튜브(12)를 통과한 후에 출구 캡(16)으로 배출될 수 있다. One end of the
하우징(11)의 외면(periphery)에는 제2유체가 유입되는 입구포트(17) 및 제2유체가 배출되는 출구포트(18)가 마련될 수 있다. 입구포트(17) 및 출구포트(18)는 하우징(11)의 외면 상에서 서로 반대편에 위치하며, 입구포트(17) 및 출구포트(18)는 하우징(11)의 길이방향으로 이격되게 배치됨으로써 입구포트(17)와 출구포트(18)는 대각선 방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 이에, 제2유체는 입구포트(17)로 유입된 제2유체는 하우징(11)의 챔버(13)를 통과한 후에 출구포트(18)를 통해 배출될 수 있다. An
일 실시예에 따르면, 본 발명의 열교환기(10)는 폐열회수시스템의 랭킨사이클에 설치되는 배기가스 보일러 또는 EGR가스 보일러 등일 수 있다.According to one embodiment, the
도 6에 예시된 바와 같이, 열교환기(10)는 배기계의 정화장치 또는 머플러 등과 같은 후처리장치(5, after treatment device)의 하류 측에 배치된 배기가스 보일러일 수 있으며, 이에 본 발명의 열교환기(10)는 배기계의 배기파이프(31, 32)에 설치될 수 있다. 예컨대, 하우징(11)의 입구 캡(15)에는 상류측 배기파이프(31)가 연결될 수 있고, 하우징(11)의 출구 캡(16)에는 하류측 배기파이프(32)가 연결될 수 있다. As illustrated in FIG. 6, the
이와 같이, 본 발명의 열교환기(10)가 폐열회수시스템의 배기가스 보일러 또는 EGR가스 보일러일 경우에 제1유체는 배기가스 또는 EGR가스일 수 있고, 제2유체는 랭킨사이클의 작동유체, 냉각수, 냉매 등일 수 있으며, 특히 제2유체는 배기가스 또는 EGR가스의 폐열에 의해 가열 및 증발될 수 있다. As described above, when the
히트 커버(20, heat cover)는 하우징(11)의 길이방향을 연장되어 하우징(11)의 외면을 둘러싸도록 설치될 수 있다. 히트 커버(20)의 일단에는 폐쇄단(21)이 형성되고, 폐쇄단(21)은 입구 캡(15)의 외면에 밀착되게 형성될 수 있다. The
히트 커버(20)의 타단에는 개방단(22)이 형성될 수 있고, 개방단(22)은 출구 캡(16)의 외면에 대해 외경방향으로 이격되며, 이를 통해 개방단(22)과 출구 캡(16)의 외면 사이에 제1유체가 배출되는 통로가 형성될 수 있다. 예컨대, 도 6의 실시예와 같이 열교환기(10)가 후처리장치(5)의 하류 측에 배치될 경우 후처리장치(5)에 의해 제1유체인 배기가스가 적절히 정화처리된 상태이므로 제1유체는 개방단(22)을 통해 외부로 배출될 수 있다. An
그리고, 히트 커버(20)의 내면과 하우징(11)의 외면이 일정 간격으로 이격됨으로써 바이패스 통로(25)가 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 제1유체는 바이패스 통로(25)를 통과한 후에 개방단(22)을 통해 배출될 수 있다. The
하우징(11)의 상류단(입구 캡(15))에 연결된 상류측 배기파이프(31)와 히트 커버(20) 사이에는 바이패스 도관(23)이 연결되고, 바이패스 도관(23)을 통해 제1유체의 적어도 일부가 바이패스 통로(25)로 유입될 수 있다. A
바이패스 도관(23)은 상류측 배기파이프(31)에서 일정각도로 경사지게 연결된 경사부(23a)와, 경사부(23a)에 수평방향으로 연결된 수평부(23b)를 가질 수 있다. The
히트 커버(20)의 폐쇄단(21)에는 결합보스(24)가 형성되고, 바이패스 도관(23)의 수평부(23b)의 단부가 결합보스(24)에 밀봉적으로 결합될 수 있다. The closing
바이패스 도관(23)에는 바이패스 밸브(35)가 개폐가능하게 설치될 수 있다. 바이패스 밸브(35)는 버터플라이 밸브와 같은 원판형으로 이루어질 수 있고, 바이패스 밸브(35)의 일측에는 피벗축(36)이 마련될 수 있다. 이에 바이패스 밸브(35)는 피벗축(36)에 의해 바이패스 도관(23) 내에서 회전가능하게 설치됨으로써 바이패스 도관(23)의 유로가 개폐될 수 있다. The
일 실시예에 따르면, 피벗축(36)은 바이패스 밸브(35)의 중심라인에서 일측방향을 향해 편향되게 설치될 수 있다. 이에 의해 제1유체의 배압 상승으로 인한 바이패스 밸브(35)의 개방작동이 보다 안정되게 이루어질 수 있다. According to one embodiment, the
그리고, 바이패스 밸브(35)와 바이패스 도관(23) 사이에는 바이패스 밸브(35)를 폐쇄방향으로 회전시키도록 탄성력을 인가하는 탄성부재(37)가 설치될 수 있다. Between the
일 실시예에 따르면, 탄성부재(37)는 인장 스프링(extension spring)일 수 있고, 바이패스 밸브(35)의 일면에는 제1지지부(38a)가 형성되며, 인접한 바이패스 도관(23)의 내면에는 제2지지부(38b)가 형성되고, 탄성부재(37)의 양단부가 제1지지부(38a) 및 제2지지부(38b)에 개별적으로 지지될 수 있다. According to one embodiment, the
이에 따라, 제1유체의 배압이 설정치(연비에 악영향을 미칠 수 있는 배압의 임계치에 해당됨) 이상으로 상승하지 않으면 탄성부재(37)가 바이패스 밸브(35)를 폐쇄방향으로 당김으로써 바이패스 밸브(35)는 폐쇄위치로 유지할 수 있다. 제1유체의 배압이 설정치 이상으로 상승하면 제1유체의 배압에 의해 탄성부재(37)가 인장되어 바이패스 밸브(35)는 개방위치로 회전할 수 있다. Accordingly, if the back pressure of the first fluid does not rise above the set value (corresponding to the threshold value of the back pressure that may adversely affect fuel efficiency), the
한편, 탄성부재(37)는 바이패스 밸브(35)의 개방 및 폐쇄의 기준이 되는 제1유체의 배압에 대한 설정치에 대응하는 탄성력(탄성계수)을 가지도록 구성됨이 바람직하다. On the other hand, the
바이패스 도관(23)의 내면에는 바이패스 밸브(35)가 접촉하는 밸브시트(26, 27)가 형성될 수 있다. On the inner surface of the
도 5를 참조하면, 밸브시트(26, 27)는 바이패스 밸브(35)의 일면과 접촉하는 제1밸브시트(26)와, 바이패스 밸브(35)의 타면과 접촉하는 제2밸브시트(27)를 포함할 수 있다. 이에, 제1밸브시트(26) 및 제2밸브시트(27)는 바이패스 밸브(35)의 두께(t)에 대응하는 간격으로 서로 엇갈리게 형성될 수 있다.5, the valve seats 26 and 27 include a
바이패스 도관(23)은 밸브시트(26, 27)의 하류 측에 형성된 확장부(28)를 가질 수 있고, 확장부(28)는 바이패스 도관(23)의 경사부(23a)와 수평부(23b)를 연결할 수 있다. 이러한 확장부(28)의 폭은 제1밸브시트(26)와 제2밸브시트(27) 사이의 폭 보다 넓게 형성될 수 있다. 특히, 확장부(28)의 일측에는 곡면부(28a)가 하부방향으로 볼록하게 형성됨으로써 확장부(28)는 제1밸브시트(26)와 제2밸브시트(27)의 폭 보다 넓은 폭을 가질 수 있다. The
이러한 확장부(28)의 곡면부(28a)에 의해 바이패스 밸브(35)가 개방될 때, 도 3과 같이 바이패스 밸브(35)의 일측과 확장부(28)의 곡면부(28a) 사이에 제1유체가 통과할 수 있는 개방통로(28b)가 확보될 수 있고, 이를 통해 제1유체가 바이패스 도관(23)을 통해 바이패스 통로(25)로 안정되게 흐를 수 있다. When the
이와 같이, 본 발명은 바이패스 밸브(35)의 폐쇄 시에 바이패스 밸브(35)가 제1밸브시트(26) 및 제2밸브시트(27)과 기밀하게 밀착될 수 있으므로 제1유체가 바이패스 도관(23)을 통해 바이패스 통로(25)로 누설됨을 차단할 수 있고, 바이패스 밸브(35)의 개방 시에 확장부(28)에 의해 개방통로(28b)를 안정되게 확보할 수 있으므로 제1유체의 일부가 바이패스 도관(23)을 통해 바이패스 통로(25)로 안정되게 흘러갈 수 있다. As described above, according to the present invention, when the
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 확장부(28)의 곡면부(28a)가 바이패스 도관(23)의 하부방향에 위치할 수 있고, 피벗축(36)은 바이패스 밸브(35)의 중심에서 상향 즉, 제1밸브시트(26)를 향해 일정간격(S)으로 편향되게 배치될 수 있다. 그리고, 제1지지부(38a)는 제1밸브시트(26)와 인접한 바이패스 밸브(35)의 일면에 형성될 수 있고, 제2지지부(38b)는 제1밸브시트(26)와 인접한 바이패스 도관(23)의 내면에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 제1유체의 배압이 설정치 이상으로 상승할 경우 제1유체와 접촉하는 바이패스 밸브(35)이 편향된 피벗축(36)을 기준으로 용이하게 회전함으로써 바이패스 밸브(35)의 개방작동이 보다 원활하게 이루어질 수 있는 장점이 있다. According to various embodiments of the present invention, the
이러한 바이패스 밸브(35)의 작동을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. The operation of the
도 3과 같이, 제1유체의 배압이 설정치 이상으로 상승하지 않은 경우에는 제1유체의 배압이 탄성부재(37)의 탄성력 보다 작으므로 탄성부재(37)의 탄성력에 의해 바이패스 밸브(35)는 밸브시트(26, 27)와 접촉하고, 이를 통해 바이패스 도관(23)의 유로를 폐쇄한 상태를 유지할 수 있다. 이에, 제1유체는 하우징(11)의 입구 캡(15)을 통해 유입되고, 복수의 튜브(12)를 통과한 후에 하우징(11)의 출구 캡(16)으로 배출될 수 있다. 이때, 제2유체는 입구 포트(17)를 통해 챔버(13) 내로 유입되어 복수의 튜브(12)를 통과하는 제1유체와 열교환하며, 그 이후에 출구 포트(18)를 통해 배출될 수 있다. 3, when the back pressure of the first fluid does not rise above the set value, the back pressure of the first fluid is smaller than the elastic force of the
도 4와 같이, 제1유체의 배압이 설정치 이상으로 상승할 경우에는 제1유체의 배압이 탄성부재(37)의 탄성력 보다 크므로 탄성부재(37)가 인장될 수 있고, 이에 제1유체의 배압에 의해 바이패스 밸브(35)가 회전하여 바이패스 도관(23)의 유로가 개방될 수 있다. 바이패스 밸브(35)가 바이패스 도관(23)의 유로를 개방함에 따라 제1유체의 적어도 일부가 바이패스 통로(25)를 통과하면서 제2유체와 열교환한 후에 히트 커버(20)의 개방단(22)을 통해 배출될 수 있고, 제1유체의 나머지는 입구 캡(15)을 통해 복수의 튜브(12)를 통과하면서 제2유체와 열교환한 후에 하우징(11)의 출구 캡(16)으로 배출될 수 있다. 4, when the back pressure of the first fluid rises above the set value, the back pressure of the first fluid is greater than the elastic force of the
이와 같이, 제1유체의 배압이 설정치 이상으로 상승함에 따라 적어도 일부의 제1유체를 바이패스 통로(25)로 흐르게 함으로써 제1유체의 배압 상승을 적절히 규제할 수 있고, 특히 제1유체가 배기가스일 경우에는 연비를 대폭 개선할 수 있다. As the back pressure of the first fluid rises above the set value, at least a part of the first fluid flows to the
또한, 상대적으로 높은 온도인 제1유체가 하우징(11)의 외면을 감싸면서 통과함에 따라 하우징(11)의 열손실을 차단할 수 있고, 특히 제바이패스 통로(25)를 통과하는 제1유체가 제2유체와 열교환함에 따라 제2유체의 가열 및 증발효율을 더욱 높일 수도 있으며, 이에 열회수 효율을 개선함과 더불어 제1유체 및 제2유체의 열교환효율을 대폭 개선할 수 있다. In addition, since the first fluid having a relatively high temperature passes through the outer surface of the
히트 커버(20)의 내면에는 제1유체의 흐름을 일정방향으로 가이드하는 가이드(45)가 형성될 수 있다. A
한편, 랭킨사이클의 작동유체, 냉매, 냉각수 등과 같은 제2유체는 액체 상태로 입구포트(17)로 유입됨에 따라 하우징(11)의 챔버(13) 하부에 액체 상태의 제2유체가 고일 수 있으며, 또한 챔버(13)의 내부는 입구포트(17)에서 출구포트(18)를 향하는 대각선방향으로 온도가 증가하는 불균일한 온도 분포를 가질 수 있다. 이에, 제1유체에 의한 제2유체의 가열 및 증발이 원활하게 이루어지지 못할 수도 있다. On the other hand, as the second fluid such as working fluid, refrigerant, cooling water and the like of the Rankine cycle flows into the
이에 대응하기 위하여, 가이드(45)는 히트 커버(20)의 내면에서 경사방향으로 형성될 수 있다. In order to cope with this, the
특히, 하우징(11)의 입구포트(17) 및 출구포트(18)가 대각선 방향으로 이격됨에 따라 가이드(45)는 제2유체의 대각선방향 흐름(F2)과 교차하는 대각선방향으로 형성될 수 있다. 이를 통해 히트 커버(20)와 하우징(11) 사이의 바이패스 통로(25)를 통과하는 제1유체의 흐름방향(F1)과 제2유체의 흐름방향(F2)을 교차시킴으로써 제1유체 및 제2유체의 열교환효율을 대폭 향상시킬 수 있다. In particular, as the
다른 실시예에 따른 열교환기(10)는 도 7에 예시된 바와 같이, 배기계의 정화장치 또는 머플러 등과 같은 후처리장치(5, after treatment device)의 상류 측에 배치된 보일러일 수 있다. The
이와 같이, 본 발명의 열교환기(10)가 후처리장치(5)의 상류 측에 설치된 경우에, 도 8과 같이, 히트 커버(20)의 일단에는 제1폐쇄단(21)이 형성되고, 히트 커버(20)의 타단에는 제2폐쇄단(23)이 형성됨으로써 히트 커버(20)는 밀폐될 수 있다. 히트 커버(20)의 제2폐쇄단(23)에는 회수관(24)의 일단이 접속되고, 회수관(24)의 타단은 하류측 배기파이프(32)에 접속될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 바이패스 통로(25)를 통과한 일부의 제1유체는 회수관(24)을 거쳐 하류측 배기파이프(32)로 회수될 수 있다. 8, the first
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. .
10: 열교환기
11: 하우징
12: 튜브
13: 챔버
20: 히트 커버
23: 바이패스 도관
25: 바이패스 통로
35: 바이패스 밸브
36: 피벗축
37: 탄성부재
45: 가이드10: heat exchanger 11: housing
12: tube 13: chamber
20: heat cover 23: bypass conduit
25: bypass passage 35: bypass valve
36: pivot shaft 37: elastic member
45: Guide
Claims (10)
상기 하우징을 둘러싸는 히트 커버;
상기 히트 커버의 내면과 상기 하우징의 외면 사이에 형성된 바이패스 통로;
상기 하우징의 상류에서 상기 바이패스 통로로 연장된 바이패스 도관; 및
상기 바이패스 도관에 개폐가능하게 설치된 바이패스 밸브;를 포함하는 열교환기.A housing having a chamber in which a first fluid and a second fluid exchange heat;
A heat cover surrounding the housing;
A bypass passage formed between an inner surface of the heat cover and an outer surface of the housing;
A bypass conduit extending from the upstream of the housing to the bypass passage; And
And a bypass valve provided in the bypass conduit to be openable and closable.
상기 바이패스 밸브가 폐쇄됨에 따라 제1유체는 상기 하우징의 챔버를 통과하면서 상기 제2유체와 열교환하고,
상기 바이패스 밸브가 개방됨에 따라 제1유체의 적어도 일부는 상기 바이패스 통로를 통과하면서 상기 제2유체와 열교환하는 열교환기.The method according to claim 1,
As the bypass valve is closed, the first fluid undergoes heat exchange with the second fluid while passing through the chamber of the housing,
Wherein at least a portion of the first fluid passes through the bypass passage and heat-exchanges with the second fluid as the bypass valve is opened.
상기 바이패스 도관의 내부에는 바이패스 밸브가 회전가능하게 설치되고, 상기 바이패스 밸브의 회전에 의해 상기 바이패스 도관의 유로가 개폐되는 열교환기.The method according to claim 1,
Wherein a bypass valve is rotatably installed in the bypass conduit, and the flow path of the bypass conduit is opened and closed by rotation of the bypass valve.
상기 바이패스 밸브를 폐쇄방향으로 회전시키도록 탄성력을 인가하는 탄성부재를 더 포함하는 열교환기.The method according to claim 1,
And an elastic member for applying an elastic force to rotate the bypass valve in the closing direction.
상기 탄성부재는 인장 스프링(extension spring)이고, 상기 바이패스 밸브의 일면에는 제1지지부가 형성되며, 상기 바이패스 밸브에 인접한 바이패스 도관의 내면에는 제2지지부가 형성되고, 상기 탄성부재의 양단부가 상기 제1지지부 및 상기 제2지지부에 개별적으로 지지되는 열교환기.The method of claim 4,
Wherein the elastic member is an extension spring, a first support portion is formed on one surface of the bypass valve, a second support portion is formed on an inner surface of the bypass conduit adjacent to the bypass valve, Is individually supported by the first support portion and the second support portion.
상기 히트 커버의 내면에는 제1유체의 흐름을 일정방향으로 가이드하는 가이드가 형성되는 열교환기. The method according to claim 1,
And a guide for guiding the flow of the first fluid in a predetermined direction is formed on the inner surface of the heat cover.
상기 하우징의 일단에는 제1유체가 유입되는 입구 캡이 마련되고, 상기 하우징의 타단에는 제1유체가 배출되는 출구 캡이 마련되는 열교환기.The method according to claim 1,
Wherein an inlet cap through which the first fluid flows is provided at one end of the housing, and an outlet cap through which the first fluid is discharged is provided at the other end of the housing.
상기 하우징의 외면에는 제2유체가 유입되는 입구포트 및 제2유체가 배출되는 출구포트가 마련되고, 상기 입구포트 및 상기 출구포트는 상기 하우징의 외면에서 대각선방향으로 이격되는 열교환기.The method according to claim 1,
Wherein the housing has an inlet port through which the second fluid flows and an outlet port through which the second fluid is discharged, the inlet port and the outlet port being diagonally spaced from the outer surface of the housing.
상기 히트 커버의 일단에는 폐쇄단이 마련되고, 상기 히트 커버의 타단에는 개방단이 마련되는 열교환기.The method of claim 2,
Wherein the heat cover has a closed end at one end and an open end at the other end of the heat cover.
상기 히트 커버의 일단에는 제1폐쇄단이 마련되고, 상기 히트 커버의 타단에는 제2폐쇄단이 마련되는 열교환기.
The method of claim 2,
Wherein a first closed end is provided at one end of the heat cover and a second closed end is provided at the other end of the heat cover.
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WO2021015456A1 (en) * | 2019-07-25 | 2021-01-28 | 엘지전자 주식회사 | Heat exchanger |
KR102368650B1 (en) * | 2021-10-12 | 2022-02-28 | 에스케이에코플랜트 주식회사 | Heat recovery apparatus and fuel cell system including the same |
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