KR20030021128A

KR20030021128A - 보조 가열 장치의 열 교환기

Info

Publication number: KR20030021128A
Application number: KR1020020052667A
Authority: KR
Inventors: 갈츠뤼디거
Original assignee: 베바스토 써모시스테메 인터내셔널 게엠베하
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2003-03-12
Also published as: JP2003080930A; US6932151B2; US20030085028A1; DE10143458A1; JP4164795B2; KR100869295B1; DE10143458B4

Abstract

본 발명은 버너 및 캔형 열 교환기(10)를 구비하고, 열 교환기(10)가 보조 가열 장치의 버너 쪽에 있는 제1 단부 구역(16)이 마련된 중공 원통형 벽 섹션(26, 48), 버너의 반대쪽에 있는 바닥 섹션(24, 46), 및 제1 단부 구역(16)에 배치된 열 전달 매체 입구(18)와 열 전달 매체 출구(20)를 구비하며, 보조 가열 장치의 작동 시에는 유체 열 전달 매체가 열 전달 매체 입구(18) 및 열 전달 매체 출구(20)를 통해 바닥 섹션(24, 46) 및 중공 원통형 섹션(26, 48)을 통과하여 흐르는 차량용으로 적합한 보조 가열 장치에 관한 것이다. 구조 크기가 동일하더라도 종래의 보조 가열 장치보다 더 높은 효율을 나타내는 보조 가열 장치를 제공하기 위해, 열 전달 매체 입구(18)도 역시 열 교환기(10)의 제1 단부 구역(16)에 배치된다.

Description

보조 가열 장치의 열 교환기{HEAT EXCHANGER OF AUXILIARY HEATING DEVICE}

본 발명은 차량용 보조 가열 장치의 열 교환기로서, 캔형(can-shaped)으로 형성되고, 보조 가열 장치의 버너 쪽에 있는 제1 단부 구역이 마련된 중공 원통형벽 섹션, 버너의 반대쪽에 있는 바닥 섹션, 및 제1 단부 구역에 배치된 열 전달 매체 입구와 열 전달 매체 출구를 구비하며, 보조 가열 장치의 작동 시에는 유체 열 전달 매체가 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구를 통해 바닥 섹션 및 중공 원통형 섹션을 통과하여 흐르는 차량용 보조 가열 장치의 열 교환기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 캔형 열 교환기를 구비한 보조 가열 장치에 관한 것이다.

생성된 열 에너지를 전달하는 데 유체 열 전달 매체가 사용되는 차량용 보조 가열 장치는 승용차, 상용차, 버스, 철도 차량, 또는 선박과 같은 차량에 예컨대 보조 열수기(auxiliary water heater)로서 내장된다. 통상, 그러한 보조 가열 장치는 차량의 승객실을 난방하거나 차량의 내연 기관의 냉각수를 예열하는 역할을 한다.

유체 열 전달 매체를 동반한 보조 가열 장치의 특유한 특징은 열 교환기가 보조 가열 장치의 버너에서, 예컨대 승객실의 실내 공기와 같은 가스가 아니라, 유체, 그 중에서 특히 액체를 가열한다는 것이다. 그러한 액체는 예컨대 보조 가열 장치에 의해 예열되는 내연 기관의 냉각수일 수 있다. 아울러, 그 유체는 추가의 열 교환기에 의해 후속적으로 승객실의 실내 공기를 가열하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명과 관련된 보조 가열 장치는 내연 기관의 냉각수뿐만 아니라, 승객실 내의 실내 공기를 가열하는 복합형 장치로서도 흔히 사용된다.

그러한 보조 가열 장치는 공지되어 있다(예컨대, DE 32 08 828 A1, DE 34 00 048 A1, US 4 640 262 A, DE 197 49 809 A1, DE 197 49 821 C1, 및 DE 199 34 488A1을 참조). 그러한 공지의 보조 가열 장치는 통상 화염관이 마련된 버너를 각각 구비한다. 버너의 작동 시에는 화염관 내에서 화염이 연소되는데, 그 화염의 배기 가스가 전술한 유체를 가열하는 데에 사용된다. 그를 위해, 화염관은 이중 벽으로 된 캔형 열 교환기에 의해 둘러싸이고, 캔형 열 교환기에는 순환 펌프에 의해 열 전달 매체로서의 유체가 급송된다. 그러기 위해, 캔형 열 교환기에는 바닥 섹션의 구역에 열 전달 매체 입구가 형성되고, 버너 쪽에 있는 중공 원통형 벽 섹션의 단부 구역에 열 전달 매체 출구가 형성된다.

즉, 공지의 열 교환기에서는 열 전달 매체가 열 교환기의 바닥 섹션으로부터 출발하여 버너 쪽에 있는 단부 구역 쪽으로 열 교환기를 통해 흐르게 된다. 그러한 형식의 흐름은 배기 가스로부터 열 전달 매체로의 비교적 양호하고도 균일한 열 전달을 보장한다. 열 전달 매체가 흐름상으로 양호하게 바닥 섹션에 유입될 수 있도록 하기 위해, 공지의 열 교환기는 경사진 바닥 섹션을 구비한다. 그러나, 그와 더불어 바닥 섹션이 경사짐으로 인해 바닥 섹션에서 연소 가스측으로 열을 전달하는 면적이 대략 열 전달 매체 입구의 내경만큼 감소된다. 그 결과, 열 전달이 줄어듦으로써 배기 가스 온도가 더 높아지고 열 교환기의 효율이 떨어지게 된다. 추가로, 반경 방향 또는 접선 방향으로 바닥 섹션에 유입되는 열 전달 매체가 중공 원통형 벽 섹션의 축 방향 연장부 또는 가이드로 전향될 때에 역류 구역 및 물 정체 구역이 생기고, 그것은 기포, 특히 증기 기포와 공동화를 촉진시키게 된다.

DE-PS 18 00 561로부터는, 서로 동심상으로 배치된 중공 원통형 열 교환 요소를 구비하는 열 교환기가 공지되어 있다. 그러한 열 교환기는 그 기본 구성에있어서 열을 전달하는 바닥 섹션을 구비하지 않고, 그에 따라 그 크기를 기준으로 한 효율이 낮다. 그 경우에 열을 전달하는 바닥 섹션을 구현하려면, 단일의 열 교환 요소가 별도의 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구를 구비해야 한다. 제안된 바와 같이 서로 동심상으로 배치되는 열 교환 요소도 역시 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구를 각각 구비할 필요가 있다. 또한, 열 교환 요소 내에서는 열 전달 매체 흐름이 밀접된 원호로 전향되는 데, 그것도 역시 전술한 역류 구역 및 물 정체 구역의 문제점을 초래한다.

본 발명의 목적은 보조 가열 장치의 구조 크기가 동일하더라도 더 높은 효율을 가능하게 하는 서두에 언급된 유형의 보조 가열 장치용 열 교환기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 보조 가열 장치의 실시예에서 열 교환기의 내부 캔을 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 보조 가열 장치의 실시예에서 열 교환기의 외부 캔을 도 1에 비해 축소시켜 나타낸 사시도.

도 3은 도 1에 따른 내부 캔이 조립된 상태에서의 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따른 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 캔형 열 교환기

12 : 내부 캔

14 : 외부 캔

16 : 접속 블록 또는 버너 쪽에 있는 단부 구역

18 : 열 전달 매체 입구의 접속 보조 파이프

20 : 열 전달 매체 출구의 접속 보조 파이프

22 : 배기 출구의 접속 보조 파이프

24 : 내부 캔 바닥 섹션

26 : 내부 캔 관

28 : 리세스

30 : 유입 개구부

32 : 유출 개구부

34, 36 : 브리지

38, 40 : 리브

42, 44 : 제1 및 제2 아치형 리브

46 : 외부 캔 바닥 섹션

48 : 외부 캔 관

50 : 플랜지

52, 54 : 입구측 및 출구측 중공 공간 섹션

56, 58 : 입구측 및 출구측 수집 공간

60 : 배기 출구에 있는 수집 공간

62 : 종방향 리브

a : 입구측 중공 공간 섹션의 각도

b : 출구측 중공 공간 섹션의 각도

그러한 목적은 본 발명에 따라 서두에 언급된 열 교환기에서 열 교환기의 열 전달 매체 입구가 중공 원통형 벽 섹션의 제1 단부 구역에 배치되도록 함으로써 달성된다. 또한, 전술한 목적은 본 발명에 따라 그와 같이 형성되는 보조 가열 장치에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 열 전달 매체 입구는 버너의 다음에 위치된 열 교환기의 단부 구역으로 이전되는 데, 그 곳에서는 버너의 화염으로부터 비교적 적은 열만이 생성되어 열 전달 매체에 인도된다. 따라서, 본 발명에 따라 배치된 열 전달 매체 입구는 배기 가스측의 열 전달 면적을 일방적으로 줄이는 것이 아니다. 본 발명에따라 도입되는 열 전달 매체는 거의 역류 및 물 정체를 수반함이 없이 열 교환기를 통해 흐르게 된다. 그와 동시에 기포 형성 및 공동화가 방지되기 때문에, 본 발명에 따른 열 전달 매체는 전체적으로 종래의 열 교환기의 경우에 비해 더 높은 효율을 나타내게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구는 아주 콤팩트하고 공간 절약형으로 단지 열 교환기의 단부 구역에만 배치되게 된다. 따라서, 유입 및 유출용 접속부는 예컨대 단일의 접속 부재 또는 접속 플랜지에 의해 형성될 수 있고, 아울러 그러한 접속 부재 또는 접속 플랜지는 간단하게 조립 및 분해될 수 있기도 하다. 전반적으로, 차량 구조 유닛에서는 개별적으로 접촉되어야 하는 인터페이스를 덜 마련하려는 시도가 이뤄지고 있다. 그것은 보조 가열 장치의 경우에 열 전달 매체 입구를 본 발명과 같이 배치함으로써 달성된다.

또한, 본 발명과 같이 배치하는 것은 종래와 같이 열 전달 매체 입구가 열 교환기의 바닥 섹션에 배치되는 것 및 종래와 같이 유체 열 전달 매체가 "방향성이 없이" 열 교환기를 통해 흐르는 것과는 전혀 상반된다.

본 발명에 따르면, 열 전달 매체는 전혀 다른 형식으로, 그리고 추가의 해당 구성에서는 그와 동시에 매우 바람직하게 이용될 수 있는 형식으로 열 교환기를 통해 흐르게 된다. 그럴 경우, 이미 개선된 효율이 추가로 더욱 상승된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성에서는 열 교환기가 역시 그 열 교환기의 제1 단부 구역에 배치된 배기 출구를 구비한다. 그와 같이 배기 출구를 배치하는 것은 보조 가열 장치의 공지의 열 교환기에서도 존재하기는 하지만, 본 발명에 따라 형성되는 열 교환기에서의 그러한 배치는 전혀 자명한 것이 아니다. 본 발명에 따른 열 교환기는 종래의 열 교환기와는 다른 형식으로 열 전달 매체가 그것을 통해 흐르기 때문에, 먼저 열 교환기 중에서의 배기 가스 또는 연소 가스의 흐름 제어도 그에 상응하게 맞춰져야 한다는 것이 전제된 바 있다. 그러나, 배기 출구의 접속과 관련하여 그 배기 출구가 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구와 함께 보조 가열 장치의 버너 인근에 있는 제1 단부 구역에 배치되는 것이 바람직한 것으로 판명되었다. 즉, 그럴 경우에 배기 출구는 공간적으로 아주 양호하게 보조 가열 장치로부터 안내되고, 경우에 따라서는 접속 블록 또는 공통의 인터페이스에서 열 전달 매체 순환의 접속과 통합될 수 있다.

열 교환기의 횡단면이 환형이고, 열 전달 매체 입구가 열 교환기의 횡단면에서 열 전달 매체 출구로부터 직경상으로 대향되어 배치될 경우에 본 발명에 따른 열 전달 매체의 매우 양호한 통과 흐름이 보장되게 된다. 그 경우, 열 교환기에 단지 매우 적은 흐름 유도 수단만이 마련된다면, 열 교환기는 전체적으로 순환 펌프에 의해 급송하려는 열 전달 매체에 대해 비교적 작은 흐름 저항을 부여한다. 따라서, 그에 상응하게 펌프 출력이 작은 순환 펌프가 사용될 수 있게 된다. 선택적으로, 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구는 일측, 즉 횡단면이 대략 환형인 열 교환기의 캔의 반원측에 배치될 수도 있다. 그 경우, 열 교환기에서의 흐름 유도가 다소 복잡한 것은 사실이다. 그러나, 그에 따른 단점은 예컨대 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구용 접속 블록이 매우 저렴하게 형성된다는 것과 같은 대응된 장점에 의해 보상될 수 있다.

본 발명과 같이 열 교환기에 열 전달 매체 입구를 배치하는 것은 열 교환기로의 열 전달 매체 흐름의 접선 방향 유입 및/또는 열 교환기로부터의 열 전달 매체 흐름의 접선 방향 유출과 조합되는 것이 매우 바람직하다. 특히, 접속 보조 파이프를 접선 방향으로 배치함으로써, 공간적 여건이 최적으로 활용될 수 있는 동시에 역류 흐름 및 공동화가 거의 없는 흐름 진행이 제공될 수 있다.

최종적으로 언급된 장점은 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구의 접속 보조 파이프가 서로 평행으로 배치되고, 특히 열 교환기의 일측에 위치될 정도로, 즉 전술한 바와 같이 횡단면이 환형인 열 교환기의 반원 이상의 부분으로부터 출발할 정도로 원에 대해 접선 방향으로 연장될 경우에 특히 두드러지게 된다. 통상, 접속 보조 파이프의 종방향 축은 캔형 열 교환기의 종방향 축에 대해 수직으로 연장된 평면에 위치되는 것이 바람직하다. 그와 같이 형성된 접속 보조 파이프는 매우 바람직하게도 하나의 부품으로 조합되어 형성된 후에 그에 배정된 대응 부품과 접속될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 구성에서는 열 전달 매체 흐름의 진행을 더욱 개선하기 위해, 캔형 열 교환기가 내부 캔 및 외부 캔을 구비하고, 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구에서 내부 캔과 외부 캔 사이에 수집 공간이 형성될 수 있다. 그 경우, 수집 공간은 그 횡단면이 대략 원형이거나 타원형인 링의 절편으로서 형성되는 것이 바람직할 수 있는 데, 열 전달 매체는 그 수집 공간에서 거의 균일하게 흐르게 된다.

종래의 보조 가열 장치의 열 교환기에서도 기본적으로 사용되는 바와 같이열 교환기 내부에서 열 전달 매체 흐름을 유도하는 전술한 수단은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서는 내부 캔과 외부 캔 사이에 마련되고, 그것에 의해 열 전달 매체 흐름이 열 교환기의 바닥 섹션 쪽으로도 유도되도록 형성된다. 그럼으로써, 본 발명에 따른 열 교환기의 단지 한 단부 구역에서만 열 전달 매체가 일방적으로 유입 및 유출됨에도 불구하고, 열을 전달하는 열 교환기의 바닥 섹션의 열 전달 면이 매우 바람직하게도 열 교환 면으로서 사용되게 된다.

또한, 본 발명은 특히 열 전달 매체가 냉각 매체로서 작용하는 열 전달 매체의 측이 본 발명에 따른 열 교환기에서 연소 가스 측에 배치된 내부 캔의 주위에 최적으로 흐르도록 할 것을 지향한다. 그를 위해, 전술한 유도 수단은 내부 캔과 외부 캔 사이에서 제1 단부 구역으로부터 바닥 섹션까지 각각 연장되는 2개의 브리지로서 형성된다. 그러한 2개의 브리지는 내부 캔과 외부 캔 사이의 개재 공간을 2개의 반쪽 쉘로 분할하는데, 열 전달 매체는 그 2개의 반쪽 쉘을 연속적으로 통과하여 흐른다. 2개의 브리지는 중공 원통형 벽의 둘레를 따라 입구측 수집 공간과 출구측 수집 공간이 직접 접속되는 것을 차단한다. 그 대신에, 전체의 열 전달 매체를 통한 열 전달 매체 흐름이 제1 단부 구역으로부터 바닥 섹션으로, 그리고 다시 그 바닥 섹션으로부터 제1 단부 구역으로 유도된다. 그와 같이 흐름을 우회시키는데는 단지 2개의 브리지만이 필요하기 때문에, 매우 작은 흐름 저항이 보장되게 된다. 그러한 형식으로 흐름을 유도할 때에 흐름이 전향이 이뤄지기는 하지만, 버너의 화염으로부터 대부분의 열 에너지를 전달받는 바닥 섹션의 주위에서는 거의 균일한 흐름이 이뤄진다. 역류 또는 불리한 난류는 생기지 않는다. 그에 상응하게 맞춰진 개재 공간의 반쪽 쉘의 횡단면 면적 및 바닥 섹션에 있는 개재 공간의 횡단면 면적이 그러한 효과를 지원할 수 있다.

그러한 2개의 브리지는 열 교환기의 내부 벽에 형성될 경우에 매우 저렴하게 제조될 수 있다. 그 경우, 2개의 브리지는 그 제조 시에 용이하게 출입될 수 있는 내부 캔의 외측에 위치된다. 브리지는 조립된 상태에서 그것과 외부 캔간에 매우 작은 틈새가 남도록 형성된다. 그와 같이 틈새가 남아 있기 때문에, 내부 캔과 외부 캔은 여유가 있는 치수 공차로 제조될 수 있다. 그러한 틈새는 강제적으로 유체 밀봉되어 폐쇄될 필요는 없다. 본 발명에 따른 열 교환기의 입구측과 출구측간의 미세한 "누출"은 허용될 수 있다. 브리지는 외부 캔의 내측에서 2개의 종방향 리브 사이에 각각 배치되어 흐름 기술적으로 레비린스 시일(labyrinth seal)이 형성되도록 할 수 있다.

열 전달 매체 흐름을 유도하기 위한 2개의 브리지의 또 다른 구성에서는 그 브리지가 열 전달 매체 입구와 대면된 열 교환기의 측에서 180°미만의 각도로 한정된다. 즉, 그 2개의 브리지는 내부 캔과 외부 캔 사이의 개재 공간을 정확히 2개의 "반쪽 쉘"로 경계짓는 것이 아니라, 예컨대 "1/4 쉘"과 "3/4 쉘"로 경계짓게 된다. 즉, 그와 관련하여 "반쪽 쉘"이란 개념은 단지 대략 반원에만 걸쳐 있는 쉘에도 사용된다. 한정되는 각도는 65°/295°내지 175°/185°, 특히 130°/230°내지 160°/200°인 것이 바람직하다. 개재 공간이 횡단면에 있어서 보다 더 큰 각도, 예컨대 210°를 나타내는 열 교환기의 측은 열 전달 매체 출구가 배치되는 측인 것이 바람직하다. 그와 같이 하여, 열 전달 매체 입구측에서 유속이 상승됨으로써 기포가 축적될 위험이 감소되고(특히, 수직 내장 위치에서), 열 교환기의 배기가 개선되게 된다.

열 전달 매체를 "반쪽 쉘"로부터 바닥 섹션을 경유하여 다른 "반쪽 쉘"로 유리하게 유도하기 위해, 내부 캔과 외부 캔 사이의 개개 공간 내에서 바닥 섹션에 하나 이상의 리브가 마련될 수 있다. 특히, 그러한 리브는 내측에 형성되는 것이, 즉 전술한 바와 같이 브리지가 곧 그 리브이기도 한 것이 바람직하고, 전술한 브리지의 대칭면에서 그 브리지를 가로질러 연장되는 것이 바람직하다. 그러한 리브 이외에, 특히 아치형의 추가의 리브가 배치될 수 있다. 전술한 리브는 바닥 섹션을 넘어 원통형 섹션의 인접 단부 구역에까지 걸쳐 연장될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 보조 가열 장치의 실시예를 개략적인 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 대략 캔형의 열 교환기(10)는 특히 도 1에 상세히 도시된 내부 캔(12)과 특히 도 2에 상세히 도시된 외부 캔(14)을 구비한다. 상세한 도시를 생략한 보조 가열 장치가 조립된 상태에서 내부 캔(12) 내에는 버너의 화염관이 위치된다. 화염관 내에서 연소되는 화염은 방사 열 및 가열된 배기 가스를 생성한다. 배기 가스는 화염관으로부터 내부 캔(12)의 내부로 전향되어 흐르고, 그 때에 그것의 열 에너지를 내부 캔(12)에 전달한다. 내부 캔(12)과 외부 캔(14) 사이에는 유체 열 전달 매체, 예컨대 도시를 생략한 내연 기관의 냉각수가 흐르게 된다. 그러한 냉각수는 내부 캔(12)에 전달되는 대부분의 열 에너지를 흡수한다.

본 발명의 목적은 배기 가스와 열 전달 매체간에 가능한 한 효과적인 열 교환이 제공되도록 하는 것이다. 그와 동시에, 열 교환기(10)는 콤팩트하게 구성되어야 하고, 저렴하게 제조 및 유지되어야 한다.

그러한 목적을 구현하는 열 교환기(10)를 제공하기 위해, 버너 쪽에 있는 내부 캔(12)의 단부 구역에는 접속 블록(16)이 마련되고, 그 접속 블록(16)에는 열 전달 매체 입구용 접속 보조 파이프(18) 및 열 전달 매체용 접속 보조 파이프(20)가 배치된다.

내부 캔(12)은 얇은 벽으로 된 대략 원형 쉘의 형태의 바닥 섹션(24)을 포함하는데, 그 바닥 섹션(24)에는 내부 캔 관 또는 중공 원통형 내부 캔 벽 섹션(26)이 버너 또는 접속 블록(16) 쪽으로 연결된다. 내부 캔 바닥 섹션(24)과 내부 캔 관(26)간의 전이부는 둥글게 형성된다. 내부 캔 관(26)은 접속 블록(16)에 형성된 환형 리세스(28)에 연통된다. 접속 블록(16)은 리세스(28)의 중앙에서 도시를 생략한 개구부에 의해 뚫려지고, 그 개구부에는 내부 캔(12)의 내부에 있는 중공 공간이 접속된다. 개구부에 의해, 접속 블록(16)은 버너에 조립될 때에 버너의 화염관 위로 이동된다.

접속 보조 파이프(18, 20)에는 그 길이 방향을 따라 접속 보조 관(18, 20)이 관통하고 전술한 환형 리세스(28)에 연통되는 열 전달 매체 유입 개구부(30) 또는 열 전달 매체 유출 개구부(32)가 각각 형성된다.

내부 캔 관(26)의 외피면에는 리세스(28)로부터 출발하여 내부 캔 바닥 섹션(24)까지 내부 캔 관(26)의 종방향으로 2개의 브리지(34, 36)가 연장된다. 또한, 내부 캔 바닥 섹션(24)에는 다수의 리브(38 내지 44)가 형성되는데, 그 리브의 단부는 내부 캔 바닥 섹션(24)의 둘레 에지를 따라 등간격으로 배치된다. 그러한 리브(38 내지 44)는 내부 캔 바닥 섹션(24)에 인접된 내부 관(26)의 구역에 걸쳐서도 연장된다. 그러한 리브 중에서, 리브(38)는 둘레 에지로부터 출발하여 반경 방향으로 단지 짧은 구간만으로 내부 캔 바닥 섹션(24)에 걸쳐 연장된다. 그러한 리브(38)는 대략 내부 캔 바닥 섹션(24)과 내부 캔 관(26) 사이의 전이부에 형성된 둥근 부분에만 걸쳐 있다. 리브(40)는 내부 캔 바닥 섹션(24)의 거의 전체에 걸쳐 직경상으로 똑바르게 연장된다. 그 리브(40)는 2개의 브리지(34, 36)의 대칭 평면에 놓이는데, 그것은 특히 도 3에서 잘 알아볼 수 있다.

브리지(34, 36)의 옆에 형성된 리브(38)와 리브(40) 사이에는 내부 캔 관(26)의 일측으로부터 대향된 타측까지 연장되는 2개의 아치형 리브(42, 44)가 배치된다. 그 경우, 리브(42)의 곡률 반경은 리브(44)의 곡률 반경보다 더 크다. 리브(40, 42, 44)의 단부 사이에는 하나씩의 리브(38)가 배치된다. 그러나, 그러한 리브(42, 44)는 반쪽 쉘당 2개 이상으로 배치될 수도 있다.

캔형 열 교환기(10)의 외부 캔(14)은 외부 캔 바닥 섹션(46)을 구비하고, 그 외부 캔 바닥 섹션(46)에는 외부 캔 관(48)이 연접된다. 외부 캔 바닥 섹션(46)은 원형이고, 쉘형 또는 접시형으로 바깥쪽으로 약간만 만곡된다. 외부 캔 관(48)에는 외부 캔 바닥 섹션(48)의 반대쪽에 있는 단부에 플랜지(50)가 연결되고, 그 플랜지(50)는 접속 블록(16)에 장착되도록 맞춰져 있다.

플랜지(50)는 외부 캔(14)의 외부 캔 관(48)을 내부 캔 바닥 섹션(24) 및 내부 캔 관(26) 위에 끼워 넣음으로써 접속 블록(16)에 장착된다. 그 경우, 플랜지(50)는 접속 블록(16)에 접하여 그에 나사 결합될 수 있다. 즉, 내부 캔(12)과 외부 캔(14) 사이에는 그것을 통해 열 전달 매체가 흐를 수 있는 중공 공간이 제공된다. 그러한 중공 공간은 플랜지(50)와 접속 블록(16) 사이에 예컨대 O링 패킹과 같은 패킹을 삽입함으로써 간단하게 밀봉될 수 있다.

이후로는 전술한 접속 블록(16), 브리지(34), 및 리브(38 내지 44)의 기능에 관해 더욱 상세히 설명하기로 한다.

접속 블록(16)에 의해, 열 교환기(10)에서의 유입 및 유출을 위한 모든 접속부가 하나의 부품으로 통합된다. 그러한 부품은 재료 선택, 구조적 형태, 및 제작에 있어서 그 기능에 상응하게 최적으로 맞춰질 수 있다. 또한, 접속부가 통합됨으로써 그것이 속한 보조 가열 장치에의 조립이 간단해진다.

열 전달 매체 입구(18)는 접속 블록(16)에, 즉 버너 쪽에 있는 열 교환기(10)의 단부 구역에 배치된다. 그것은 열 전달 매체 입구를 통상적으로 열 교환기의 바닥 섹션에 배치하는 것과는 대조적이다. 그럼으로써, 본 발명에 따른 열 교환기(10)에서는 열 버너의 화염에 의해 강렬하게 가열되는 바닥 섹션의 주위에 열 전달 매체가 균일하게 흐르게 된다.

브리지(34, 36)는 조립 후에 외부 캔(14)과 내부 캔(12) 사이에 형성된 개재 공간을 대략 반쪽 쉘형의 2개의 중공 공간 섹션(52, 54)으로 분할한다. 중공 공간 섹션(52)은 열 전달 매체 입구(18) 측에, 그리고 중공 공간 섹션(54)은 열 전달 매체 출구(20) 측에 각각 위치된다. 유입되는 유체 열 전달 매체는 우선 중공 공간섹션(52)으로 흐르고, 그 중공 공간 섹션(52)으로부터 브리지(34, 36)에 의해 전향됨으로 인해 내부 캔 바닥 섹션(24)을 두루 거치고 나서야 비로소 중공 공간 섹션(54)을 통해 흐른다. 즉, 열 전달 매체는 내부 캔(12)의 전체의 면에 걸쳐 열 교환기 주위로 균일하게 흐르게 된다.

외부 캔(14)의 내측에는 2개의 브리지(34, 36)에 배속되는 2개씩의 종방향 리브(62)가 축 방향으로 정향된 채로 배치되고, 그에 따라 2개의 브리지(34, 36)는 내부 캔(12)을 외부 캔(14) 속에 끼워 넣을 때에 2개씩의 종방향 리브(62) 사이에 배치되어 흐름 기술적으로 레비린스 시일을 형성하게 된다.

리세스(28) 내에 있는 유입 개구부(30) 및 유출 개구부(32)의 포트에서는 그 곳에서 열 전달 매체 흐름이 전향됨으로 인해 역류 구역 또는 물 정체 구역이 생길 위험이 매우 높다. 그러한 구역에는 리세스(28)에 의해 간단하게 수집 공간으로서의 부분 환형 채널(56 또는 58)이 각각 제공되는데, 그 환형 채널 내에서는 난류가 억제되고 압력 요동이 평형화될 수 있다.

열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구의 접속 보조 파이프(18, 20)는 그러한 부분 환형 채널(56, 58)에 대해 접선 방향으로 연장되어 전체적으로 보았을 때에 열 전달 매체 흐름이 비교적 단지 약간만 전향되게 된다. 또한, 2개의 접속 보조 파이프(18, 20)는 하나의 방향으로 서로 나란히 배치되므로, 대응 접속 부품에 저렴하고도 장소 절감적으로 접속될 수 있다.

또한, 접속 블록(16)에는 배기 출구(22)의 구역에 있는 수집 공간(60)도 형성된다.

브리지(34, 36)에 의해 한정되는 중공 공간 섹션(52, 54)은 정확히 반쪽 쉘의 형태는 아니다. 즉, 브리지(34, 36)는 대향된 채로 내부 캔(12)에 배치되는 것이 아니라, 직경상으로 약간 어긋나 있다. 브리지(34, 36)는 내부 캔(12)의 둘레에서 열 전달 매체 입구(18) 측으로는 150°의 각도(a)를 한정하고, 열 전달 매체 출구(20) 측으로는 210°의 각도(b)를 한정한다. 따라서, 도 3에 도시된 횡단면에 있어서, 열 전달 매체 입구측의 중공 공간 섹션(52)은 출구측의 중공 공간 섹션(54)보다 더 작다. 그와 같이 하여, 열 전달 매체의 유속이 입구측에서 상승되어, 특히 수직 내장 위치에서의 기포 형성의 위험 및 공동의 형성이 감소되게 된다.

리브(38 내지 44)는 내부 캔 바닥 섹션(24)과 내부 캔 관(26) 사이의 전이부에서 내부 캔 관(12) 또는 외부 캔(14)의 외피면으로부터 그 바닥 섹션면을 따라 열 전달 매체 흐름을 전향시킨다. 즉, 열 교환기(10)의 바닥 섹션에서 물 정체 구역이 생기는 것이 방지되게 된다.

본 발명에 따른 보조 가열 장치의 열 교환기에서는 열 전달 매체 입구가 버너의 다음에 위치된 열 교환기의 단부 구역으로 이전되는데, 그 곳에서는 버너의 화염으로부터 비교적 적은 열만이 생성되어 열 전달 매체에 인도된다. 따라서, 본 발명에 따라 배치된 열 전달 매체 입구는 배기 가스 측의 열 전달 면적을 줄이지 않으면서 열 전달 매체가 거의 역류 및 물 정체를 수반함이 없이 열 교환기를 통해 흐르도록 한다. 그와 동시에 기포 형성 및 공동화가 방지되기 때문에, 본 발명에따른 열 전달 매체는 전체적으로 종래의 열 교환기의 경우에 비해 더 높은 효율을 나타내게 된다. 또한, 열 전달 매체 입구 및 열 전달 매체 출구는 아주 콤팩트하고 공간 절약형으로 단지 열 교환기의 단부 구역에만 배치되게 된다.

Claims

차량용 보조 가열 장치의 열 교환기로서, 캔형으로 형성되고, 보조 가열 장치의 버너 쪽에 있는 제1 단부 구역(16)이 마련된 중공 원통형 벽 섹션(26, 48), 버너의 반대쪽에 있는 바닥 섹션(24, 46), 및 제1 단부 구역(16)에 배치된 열 전달 매체 입구(18)와 열 전달 매체 출구(20)를 구비하며, 보조 가열 장치의 작동시에는 유체 열 전달 매체가 열 전달 매체 입구(18) 및 열 전달 매체 출구(20)를 통해 바닥 섹션(24, 46) 및 중공 원통형 섹션(26, 48)을 통과하여 흐르는 차량용 보조 가열 장치의 열 교환기에 있어서,

열 전달 매체 입구(18)도 역시 열 교환기(10)의 제1 단부 구역(16)에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 보조 가열 장치의 열 교환기.
제1항에 있어서, 상기 열 교환기(10)도 열 교환기(10)의 제1 단부 구역(16)에 배치되는 배기 출구(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열 교환기(10)의 횡단면은 환형이고, 열 전달 매체 입구(18)는 열 전달 매체 출구(20)로부터 직경상으로 대향되어 배치되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 열 교환기(10)의 횡단면은 환형이고, 열 전달 매체 입구(18) 및 열 전달 매체 출구(20)는 접속 보조 파이프의 형태로 형성되며, 하나 이상의 접속 보조 파이프(18, 20)는 그 환형 링에 대해 접선 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제4항에 있어서, 상기 열 전달 매체 입구(18) 및 열 전달 매체 출구(20)의 접속 보조 파이프는 그것이 특히 열 교환기(10)의 일측에서 서로 평행하게 배치될 정도로 환형 링에 대해 접선 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 열 교환기(10)는 내부 캔(12) 및 외부 캔(14)을 구비하고, 내부 캔(12)과 외부 캔(14) 사이에는 특히 열 전달 매체 입구(18) 및 열 전달 매체 출구(20)에 수집 공간(56, 58)이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제6항에 있어서, 상기 내부 캔(12)과 외부 캔(14) 사이에는 열 전달 매체 흐름을 열 교환기(10)의 바닥 섹션(24, 46)으로도 유도하는 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제7항에 있어서, 상기 내부 캔(12)과 외부 캔(14) 사이에서 제1 단부 구역(16)으로부터 바닥 섹션(24, 46)까지 연장되는 2개의 브리지(34, 36)가 상기 유도 수단으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제8항에 있어서, 상기 2개의 브리지(34, 36)는 열 교환기(10)의 내부 캔(12)에 형성되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 2개의 브리지(34, 36)는 특히 외부 캔(14)의 내측에서 그 브리지(34, 36)와 대향된 부분에 배치된 2개의 종방향 리브(62)와 맞물려 레비린스 시일을 형성하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 브리지(34, 36)는 열 전달 매체 입구(18)와 대면된 열 교환기(10)의 측에서 180°미만의 각도(a)를 한정하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제7항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 바닥 섹션(24, 46)에는 열 전달 매체 흐름을 열 교환기(10)의 일측으로부터 그 타측으로 전향시키는 하나 이상의 리브(38, 40, 42, 44)가 배치되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 따른 열 교환기를 구비한 차량용 보조 가열 장치.