KR101619532B1 - 차량의 엔진 배기열 회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 엔진 배기열 회수장치에 관한 것으로, 엔진 배기열 회수장치에 의하면, 차량 시동시 및 급출발시나 급가속시 또는 고속 주행시와 같이 연료 소비가 많은 상황에서는 냉각수와 오일의 온도 상승을 유도하여 차량의 연비 향상을 도모할 수 있게 되고, 냉각수의 열교환이 필요하지 않은 상황에서는 냉각수의 불필요한 열교환을 방지할 수 있게 됨으로써 냉각수를 사용하는 차량 부품의 성능 저하를 예방할 수 있도록 된 것이다.

Description

차량의 엔진 배기열 회수장치{An engine exhaust steam withdrawal apparatus of vehicle}

본 발명은 차량의 엔진 배기열 회수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 급출발시와 급가속 및 고속 주행시와 같이 연료 소비가 많은 상황에서 연비 향상을 도모할 수 있도록 하고, 냉각수의 열교환이 필요하지 않은 상황에서는 배기가스 열에 의한 냉각수의 열교환을 방지할 수 있도록 하는 차량의 엔진 배기열 회수장치에 관한 기술이다.

일반적으로, 차량의 엔진 배기열 회수장치는 촉매와 소음기 사이의 배기 파이프에 설치되어서 대기로 배출되는 폐열을 이용하여 엔진, 워터펌프, 라디에이터 등에 사용되는 냉각수나 또는 변속기의 오일 온도를 증가시켜서 연비 향상을 도모할 수 있도록 하는 장치이다.

상기 엔진 배기열 회수장치는 냉각수와 변속기 오일의 예열이 필요한 상황과 예열이 필요하지 않은 상황에 따라 배기가스의 흐름을 변경하기 위한 바이패스 파이프 및 밸브장치를 구비하고 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 촉매(1)와 소음기(2) 사이의 배기 파이프(3)상에 냉각수 통로(4)와 오일 통로(5)를 구비한 열교환 파이프(6)가 설치되고, 상기 열교환 파이프(6)속에 바이패스 파이프(7)가 설치되며, 상기 바이패스 파이프(7)의 후미에 상기 바이패스 파이프(7)를 개폐시키는 밸브(8)가 설치되고, 냉각수의 온도에 따라 상기 밸브(8)는 작동시키는 밸브 작동기(9)를 갖춘 구성이다.

상기 열교환 파이프(6)에는 냉각수 입구관(11)과 냉각수 출구관(12)이 상기 냉각수 통로(4)와 연결되게 설치되고, 또한 오일 입구관(13)과 오일 출구관(14)이 상기 오일 통로(5)와 연결되게 설치되어 있다.

상기 냉각수 입구관(11)은 상기 밸브 작동기(9)와도 연통된 구성을 갖추고 있다.

그리고, 상기 열교환 파이프(6)는 바이패스 파이프(7)의 외측으로 냉각수 통로(4) 및 오일 통로(5) 사이에 열교환 통로(15)가 구비된 구성이다.

따라서, 차량 시동시와 같은 상황에서는 밸브(8)가 바이패스 파이프(7)를 밀폐시킨 상황을 유지하게 되고, 이에 따라 배기가스는 열교환 통로(15)를 통해 흐르게 되는 바, 이때 냉각수 통로(4)와 오일 통로(5)를 통과하는 냉각수 온도 및 오일 온도를 배기가스의 열을 이용해 상승시킴으로써 연비 향상을 도모할 수 있게 된다.

그리고, 열교환을 통해 냉각수가 충분히 예열된 상태가 되면, 상승된 냉각수의 온도에 의해 밸브 작동기(9)가 동작하여 밸브(8)를 작동시키게 되고, 이에 따라 바이패스 파이프(7)는 개방상태로 전환되는 바, 이때부터 배기가스는 바이패스 파이프(7)와 열교환 통로(15)를 통해 동시에 이동하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 엔진 배기열 회수장치는 급출발시나 급가속시 그리고 고속 주행시와 같은 상황에서 바이패스 파이프(7)를 통과하는 배기가스의 압력에 의해 바이패스 파이프(7)를 밀폐시키고 있던 밸브(8)가 상기 바이패스 파이프(7)를 개방시키도록 작동하게 됨으로써, 이때에는 연비 향상을 도모할 수 없는 문제점이 있다.

즉, 배기 파이프(3)를 통과한 배기가스가 바이패스 파이프(7)로 유입되면 파이프의 단면적 변화에 의해 속도가 빨라지게 되고, 이로 인해 상기 바이패스 파이프(7)의 후미에 설치된 밸브(8)는 상승된 배기가스의 압력이 작용하여 된다.

이와 같은 상황에서, 급출발시나 급가속시 또는 고속 주행시와 같은 상황이 발생하면 배기가스의 배출량이 많아지게 됨으로써 압력은 더욱 커지게 되고, 또한 바이패스 파이프(7)의 후미에 설치된 밸브(8)에는 더욱 상승된 배기가스의 강한 압력이 작용하여 되는 바, 이에 따라 상기 밸브(8)는 배기가스의 강한 압력에 의해 바이패스 파이프(7)를 밀폐시키고 있던 상태에서 개방상태로 강제 작동하게 되는 것이다.

그런데, 급출발시나 급가속시 또는 고속 주행시와 같은 상황은 연료를 많이 소모하는 상황이므로, 특히 이때에는 더욱 연비 향상을 도모할 수 있어야 하며, 이를 위해 밸브(8)는 바이패스 파이프(7)를 밀폐시키고 있어야만 하는데, 종래의 엔진 배기열 회수장치는 상기에 전술한 바와 같이 급출발시나 급가속시 또는 고속 주행시에 밸브(8)가 배기가스의 압력에 의해 개방상태로 작동하게 됨으로써, 연비 향상을 도모할 수 없는 문제점이 있었던 것이다.

또한, 종래의 엔진 배기열 회수장치는 냉각수 통로(3)와 열교환 통로(15) 사이의 단열 및 오일 통로(5)와 열교환 통로(15) 사이의 단열이 없는 구성이며, 이로 인해 냉각수의 열교환이 필요하지 않은 상황에서도 지속적인 열교환이 발생하게 됨으로써, 냉각수를 사용하는 차량 부품의 성능 저하를 초래하는 문제점도 있었다.

즉, 종래의 엔진 배기열 회수장치는 냉각수의 열교환이 필요하지 않은 상황시 밸브(8)가 바이패스 파이프(7)를 개방시킨 상태가 되더라도 배기가스는 상기 바이패스 파이프(7)와 열교환 통로(15)를 통해 동시에 통과하게 된다.

그런데, 종래의 장치는 냉각수 통로(4)와 열교환 통로(15) 사이의 단열 및 열 및 오일 통로(5)와 열교환 통로(15) 사이에 단열이 없는 구성이므로, 원치 않는 냉각수의 열교환이 지속적으로 진행되는 바, 이에 따라 냉각수를 사용하는 차량 부품의 성능 저하가 초래되는 문제점이 있었던 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 급출발시나 급가속시 또는 고속 주행시와 같이 연료 소비가 많은 상황에서 연비 향상을 도모할 수 있도록 하고, 냉각수의 열교환이 필요하지 않은 상황에서는 냉각수의 열교환을 방지할 수 있도록 함으로써 냉각수를 사용하는 차량 부품의 성능 저하를 예방할 수 있도록 하는 차량의 엔진 배기열 회수장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 냉각수가 방열핀을 구비한 냉각튜브를 통과하면서 배기가스와의 열교환이 이루어질 수 있도록 함으로써, 열교환 성능을 한층 더 향상시킬 수 있도록 하여 연비 향상에 더 큰 도움을 주도록 하는 데에 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 엔진 배기열 회수장치는, 배기가스를 대기로 배출시키는 배기 파이프에 연결되도록 설치된 바이패스 파이프와; 상기 바이패스 파이프속에 고정 설치되되 상기 바이패스 파이프와의 사이에 바이패스 통로가 구비되도록 설치되면서 입구가 상기 배기 파이프와 연결되어 설치되고 상기 입구의 외주면에는 상기 바이패스 통로와의 연결을 위해 다수개의 통공이 형성된 열교환 파이프와; 냉각수 통로와 오일 통로가 구비됨과 더불어 상기 열교환 파이프와의 사이에 열교환 통로가 구비되도록 상기 열교환 파이프속에 고정 설치된 냉각튜브와; 상기 열교환 파이프의 입구에서 상기 통공이 없는 부위에 회전 가능하게 설치되어서 상기 열교환 파이프를 개폐시키는 밸브와; 상기 바이패스 파이프에 고정 설치되어서 상기 냉각수 통로로 유입되는 냉각수의 온도에 감응하여 상기 밸브를 작동시키도록 동작하는 밸브 작동기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 냉각수 통로속에 상기 오일 통로가 위치하도록 구비된다.

그리고, 상기 냉각수 통로에는 냉각수 입구관과 냉각수 출구관이 연결되게 구비되고; 상기 오일 통로에는 오일 입구관과 오일 출구관이 연결되게 구비되며; 상기 냉각수 입구관은 상기 밸브 작동기와도 연결되게 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 냉각튜브에는 냉각수의 열교환 성능을 향상시키기 위한 방열핀이 일체로 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 열교환 파이프의 바깥 둘레면 중 상기 냉각수 통로가 있는 부위에는 상기 바이패스 통로와의 단열을 위하여 단열재가 일체로 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 밸브 작동기는 상기 바이패스 파이프에 고정 설치되면서 상기 냉각수 입구관과 연결되도록 설치된 하우징과; 상기 하우징속에 설치되어서 냉각수의 온도에 따라 부피가 변하는 왁스와; 상기 왁스의 부피 변화에 따라 상기 하우징에 대해 슬라이드 이동할 수 있도록 설치된 푸시로드와; 상기 푸시로드에 일단에 연결되고 상기 밸브에 타단이 연결 설치됨과 더불어 상기 푸시로드의 이동에 따라 축 회전하면서 상기 밸브를 작동시키는 밸브축과; 상기 밸브축에 감겨진 상태에서 상기 바이패스 파이프에 일단이 지지지고 상기 밸브축에 타단이 지지되도록 설치되어서 상기 밸브축에 복원력을 부여하는 코일스프링으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 엔진 배기열 회수장치에 의하면, 차량 시동시 및 급출발시나 급가속시 또는 고속 주행시와 같이 연료 소비가 많은 상황에서는 냉각수와 오일의 온도 상승을 유도하여 차량의 연비 향상을 도모할 수 있게 되고, 냉각수의 열교환이 필요하지 않은 상황에서는 냉각수의 불필요한 열교환을 방지할 수 있게 됨으로써 냉각수를 사용하는 차량 부품의 성능 저하를 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 장치는 냉각수가 방열핀을 구비한 냉각튜브를 통과하면서 배기가스와의 열교환이 더욱 활발하게 진행됨으로써, 냉각수의 열교환 성능을 한층 더 향상시킬 수 있게 되고, 이를 통해 냉각수를 사용하는 차량 부품의 성능 저하를 예방할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 종래의 엔진 배기열 회수장치를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 엔진 배기열 회수장치의 사시도,
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도로서, 밸브가 개방된 상태의 도면,
도 4는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,
도 5는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,
도 6과 도 7은 밸브가 밀폐된 상태의 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 엔진 배기열 회수장치는 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이 촉매(1)와 소음기(2) 사이의 배기 파이프(3)상에 설치된 구조로서, 상기 배기 파이프(3)에 연결되도록 설치된 바이패스 파이프(21)와, 상기 바이패스 파이프(21)속에 고정 설치되되 상기 바이패스 파이프(21)와의 사이에 바이패스 통로(22)가 구비되도록 설치되면서 입구(23)가 상기 배기 파이프(3)와 연결되어 설치되고 상기 입구(23)의 외주면에는 상기 바이패스 통로(22)와의 연결을 위해 다수개의 통공(24)이 형성된 열교환 파이프(25)와, 냉각수 통로(26)와 오일 통로(27)가 구비됨과 더불어 상기 열교환 파이프(25)와의 사이에 열교환 통로(28)가 구비되도록 상기 열교환 파이프(25)속에 고정 설치된 냉각튜브(29)와, 상기 열교환 파이프(25)의 입구(23)에서 상기 통공(24)이 없는 부위에 회전 가능하게 설치되어서 상기 열교환 파이프(25)를 개폐시키는 밸브(31)와, 상기 바이패스 파이프(21)에 고정 설치되어서 상기 냉각수 통로(26)로 유입되는 냉각수의 온도에 감응하여 상기 밸브(31)를 작동시키도록 동작하는 밸브 작동기(32)를 포함하여 구성된다.

상기의 구성에서 본 발명의 실시예는 상기 냉각수 통로(26)속에 상기 오일 통로(27)가 위치하도록 된 구성이다.

그리고, 상기 냉각수 통로(26)에는 냉각수 입구관(33)과 냉각수 출구관(34)이 연결되게 구비되고, 상기 오일 통로(27)에는 오일 입구관(35)과 오일 출구관(36)이 연결되게 구비되는 바, 상기 냉각수 입구관(33)은 상기 밸브 작동기(32)와도 연결된 구성으로 되어 있다.
상기 냉각수 통로(28)는 상기 열교환 파이프(25) 내부에서 상기 열교환 파이프(25)의 내측면 상부와 내측면 하부로 분기된다.
상기 냉각튜브(29)는 상기 열교환 파이프(25)의 길이방향을 따라 정해진 간격을 두고 분기된 냉각수 통로(28)를 연결하고, 상기 냉각튜브(29)가 분기된 냉각수 통로(28)를 연결하는 부위에서는 상기 열교환 파이프(25)의 폭방향으로 서로 간격을 두고 상기 냉각튜브(29)가 복수로 배열되어 상기 냉각수 통로(28)를 연결한다.

본 발명의 실시예는 냉각수의 열교환 성능을 향상시키기 위하여 상기 냉각튜브(29)에 방열핀(미도시)이 일체로 구비된 구성이다.

또한, 상기 열교환 파이프(25)의 바깥 둘레면 중 상기 냉각수 통로(26)가 있는 부위에는 상기 바이패스 통로(22)와의 단열을 위하여 단열재(37)가 일체로 결합된 구성이다.

한편, 상기 밸브 작동기(32)는 상기 바이패스 파이프(21)에 고정 설치되면서 상기 냉각수 입구관(33)과 연결되도록 설치된 하우징(38)과, 상기 하우징(38)속에 설치되어서 냉각수의 온도에 따라 부피가 변하는 왁스(39)와, 상기 왁스(39)의 부피 변화에 따라 상기 하우징(38)에 대해 슬라이드 이동할 수 있도록 설치된 푸시로드(41)와, 상기 푸시로드(41)에 일단에 연결되고 상기 밸브(31)에 타단이 연결 설치됨과 더불어 상기 푸시로드(41)의 이동에 따라 축 회전하면서 상기 밸브(31)를 작동시키는 밸브축(42)과, 상기 밸브축(42)에 감겨진 상태에서 상기 바이패스 파이프(21)에 일단이 지지지고 상기 밸브축(42)에 타단이 지지되도록 설치되어서 상기 밸브축(42)에 복원력을 부여하는 코일스프링(43)으로 구성된다.

이하, 본 발명의 작용에 대해 설명한다.

차량 시동시, 급출발시나 급가속시 또는 고속 주행시와 같은 상황은 연료를 많이 소모하는 상황이므로, 특히 이때에는 연비 향상을 도모할 수 있어야 하는 바, 본 발명은 상기와 같은 상황 발생시 도 3 및 도 4와 같이 밸브(31)가 개방된 상태를 유지하게 된다.

그러면, 배기 파이프(3)를 통해 배기열 회수장치로 유입된 배기가스는 열교환 파이프(25)의 통공(24)을 통해 바이패스 통로(22)를 따라 통과함과 동시에 열교환 파이프(25)의 열교환 통로(28)를 통과하게 되는 바, 이때 열교환 통로(28)를 통과하는 배기가스의 열에 의해 냉각수 통로(26)와 오일 통로(27)를 통과하는 냉각수 및 오일은 온도가 상승하게 되고, 온도가 상승된 냉각수 및 오일을 공급받는 엔진, 변속기 및 기타 차량의 구성품들은 온도 상승에 필요한 연료 소비를 줄일 수 있게 됨으로써, 연비 향상을 도모할 수 있게 된다.

그리고, 열교환을 통해 냉각수가 충분히 예열된 상태가 되면, 온도가 상승된 냉각수를 하우징(38)을 통해 왁스(39)가 전달받게 됨으로써 상기 왁스(39)는 부피가 팽창하게 된다.

왁스(39)의 부피가 팽창하면 푸시로드(41)가 하우징(38)으로부터 돌출되는 이동을 하게 되고, 상기 푸시로드(41)의 이동에 의해 밸브축(42)이 축회전을 하게 되며, 상기 밸브축(42)의 회전에 의해 밸브(31)가 회전을 하게 됨으로써, 개방 상태이던 열교환 파이프(25)의 입구(23)는 도 6 및 도 7과 같이 상기 밸브(31)에 의해 밀폐된 상태로 전환된다.

그러면, 배기열 회수장치로 유입된 배기가스는 열교환 파이프(25)를 통과하지 못하고, 바이패스 통로(22)만을 통해 통과하여 배출된다.

이때, 바이패스 통로(22)를 통과하는 배기가스는 단열재(37)에 의해 냉각수 통로(26)를 통과하는 냉각수에 영향을 주지 못하게 되는 바, 이에 따라 냉각수의 열교환이 필요하지 않은 상황에서는 냉각수의 불필요한 열교환이 발생하지 않게 됨으로써, 냉각수를 사용하는 차량 부품의 성능 저하를 예방할 수 있게 된다.

이후, 냉각수의 온도가 다시 하강하면 왁스(39)의 부피 감소로 인해 푸시로드(41)가 하우징(38)속으로 삽입되어 밸브축(42)을 축회전시키게 됨으로써, 개방 상태이던 열교환 파이프(25)의 입구(23)는 도 3 및 도 4와 같이 상기 밸브(31)에 의해 다시 개방된 상태로 전환되고, 냉각수와 오일은 다시 배기가스에 의해 예열되어 온도가 상승하게 됨으로써 연비 향상을 도모할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예는 차량 시동시 및 급출발시나 급가속시 또는 고속 주행시와 같이 연료 소비가 많은 상황에서는 냉각수와 오일의 온도 상승을 유도하여 차량의 연비 향상을 도모할 수 있게 되고, 냉각수의 열교환이 필요하지 않은 상황에서는 냉각수의 불필요한 열교환을 방지할 수 있게 됨으로써 냉각수를 사용하는 차량 부품의 성능 저하를 예방할 수 있는 장점이 있게 된다.

또한, 본 발명의 장치는 냉각수가 방열핀을 구비한 냉각튜브(29)를 통과하면서 배기가스와의 열교환이 더욱 활발하게 진행됨으로써, 냉각수의 열교환 성능을 한층 더 향상시킬 수 있게 되고, 이를 통해 냉각수를 사용하는 차량 부품의 성능 저하를 예방할 수 있는 장점이 있게 된다.

3 - 배기 파이프 21 - 바이패스 파이프
22 - 바이패스 통로 23 - 입구
24 - 통공 25 - 열교환 파이프
26 - 냉각수 통로 27 - 오일 통로
28 - 열교환 통로 29 - 냉각튜브
31 - 밸브 32 - 밸브 작동기

Claims (6)

1. 배기가스를 대기로 배출시키는 배기 파이프에 연결되도록 설치된 바이패스 파이프와;
   상기 바이패스 파이프속에 고정 설치되되 상기 바이패스 파이프와의 사이에 바이패스 통로가 구비되도록 설치되면서 입구가 상기 배기 파이프와 연결되어 설치되고 상기 입구의 외주면에는 상기 바이패스 통로와의 연결을 위해 다수개의 통공이 형성된 열교환 파이프와;
   냉각수 통로와 오일 통로가 구비됨과 더불어 상기 열교환 파이프와의 사이에 열교환 통로가 구비되도록 상기 열교환 파이프속에 고정 설치된 냉각튜브와;
   상기 열교환 파이프의 입구에서 상기 통공이 없는 부위에 회전 가능하게 설치되어서 상기 열교환 파이프를 개폐시키는 밸브와;
   상기 바이패스 파이프에 고정 설치되어서 상기 냉각수 통로로 유입되는 냉각수의 온도에 감응하여 상기 밸브를 작동시키도록 동작하는 밸브 작동기를 포함하고,
   상기 냉각수 통로는 상기 열교환 파이프 내부에서 상기 열교환 파이프의 내측면 상부와 내측면 하부로 분기되고,
   상기 냉각튜브는 상기 열교환 파이트의 길이방향을 따라 정해진 간격을 두고 분기된 냉각수 통로를 연결하고,
   상기 냉각튜브가 분기된 냉각수 통로를 연결하는 부위에서는 상기 열교환 파이프의 폭방향으로 서로 간격을 두고 상기 냉각튜브가 복수로 배열되어 상기 냉각수 통로를 연결하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 배기열 회수장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각수 통로속에 상기 오일 통로가 위치하도록 구비된 것
   을 특징으로 하는 차량의 엔진 배기열 회수장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각수 통로에는 냉각수 입구관과 냉각수 출구관이 연결되게 구비되고;
   상기 오일 통로에는 오일 입구관과 오일 출구관이 연결되게 구비되며;
   상기 냉각수 입구관은 상기 밸브 작동기와도 연결되게 구성된 것
   을 특징으로 하는 차량의 엔진 배기열 회수장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각튜브에는 냉각수의 열교환 성능을 향상시키기 위한 방열핀이 일체로 구비된 것
   을 특징으로 하는 차량의 엔진 배기열 회수장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 열교환 파이프의 바깥 둘레면 중 상기 냉각수 통로가 있는 부위에는 상기 바이패스 통로와의 단열을 위하여 단열재가 일체로 결합된 것
   을 특징으로 하는 차량의 엔진 배기열 회수장치.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브 작동기는
   상기 바이패스 파이프에 고정 설치되면서 상기 냉각수 입구관과 연결되도록 설치된 하우징과;
   상기 하우징속에 설치되어서 냉각수의 온도에 따라 부피가 변하는 왁스와;
   상기 왁스의 부피 변화에 따라 상기 하우징에 대해 슬라이드 이동할 수 있도록 설치된 푸시로드와;
   상기 푸시로드에 일단에 연결되고 상기 밸브에 타단이 연결 설치됨과 더불어 상기 푸시로드의 이동에 따라 축 회전하면서 상기 밸브를 작동시키는 밸브축과;
   상기 밸브축에 감겨진 상태에서 상기 바이패스 파이프에 일단이 지지지고 상기 밸브축에 타단이 지지되도록 설치되어서 상기 밸브축에 복원력을 부여하는 코일스프링
   으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 배기열 회수장치.

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