KR20060040951A - 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조에 관한 것으로서, 버스에 적용되고 있는 공기가열식 프리히터로부터 배기되는 고온의 배기가스를 열원으로 재활용할 수 있도록 함으로써, 난방 속효 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 차량 외부로 배출되는 프리히터의 연소 배기가스의 온도를 낮추어줌으로써, 프리히터 케이스를 포함하는 주변 부품의 열변형을 용이하게 방지할 수 있도록 한 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적 달성을 위해 본 발명은 소정 체적의 케이스와, 케이스의 외기 유입구 측에 장착된 라디에이터와, 외기를 직접 가열하도록 케이스의 내부에 설치되는 연소통 및 전열핀과, 상기 연소통과 연결된 히팅 버너와, 상기 케이스의 후면에 장착되는 팬 등을 포함하는 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조에 있어서, 상기 연소통의 저면과 케이스의 하면 사이 공간에 상기 연소통의 배기측과 연결되는 배기용 보조챔버를 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조를 제공한다.

버스용 공기가열식 프리히터, 배기용 보조챔버, 재활용, 격벽, 난방 속효 성능

Description

버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조{Exhaust part structure of preheater for bus}

도 1은 본 발명에 따른 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조에 적용되는 배기용 보조챔버를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 배기용 보조챔버가 버스용 공기 가열식 프리히터에 설치된 상태를 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 배기용 보조챔버가 버스용 공기 가열식 프리히터에 설치된 상태로서, 배기용 보조챔버내의 배기가스 흐름을 보여주는 횡단면도,

도 4는 본 발명에 따른 배기용 보조챔버가 버스용 공기 가열식 프리히터에 설치된 상태로서, 배기용 보조챔버 주위로 가열공기가 흐르는 것을 보여주는 단면도,

도 5 및 도 6은 종래의 버스용 공기 가열식 프리히터를 나타내는 사시도,

도 7 및 도 8은 종래의 버스용 공기 가열식 프리히터에서 가열공기의 흐름을 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 케이스 12 : 유입구

14 : 연소통 16 : 전열핀

18 : 히팅 버너 20 : 팬

22 : 배기파이프 24 : 라디에이터

26 : 배기용 보조챔버 28 : 격벽

30 : 공기유도판 32 : 에어가이드

본 발명은 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 버스와 같은 대형차량에 적용되고 있는 공기 가열식 프리히터의 배기측에 배기가스용 보조챔버를 설치하여 고온의 배기가스를 열원으로 재활용할 수 있도록 한 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조에 관한 것이다.

최근에 고속버스 차량이 주요 운송수단으로 자리 잡으면서 운전자 및 승객들의 객실 공간의 안락함과 쾌적한 열환경에 대한 관심이 증대되고 있는 바, 쾌적한 열환경을 갖는 객실공간의 창출은 운송업체 및 자동차 제조사 모두에게 중요한 과제로 인식되고 있다.

대개, 대형버스의 경우 겨울철 객실난방을 위해 프리 히터(pre-heater) 시스템을 장착하고 있으며, 히터 시스템의 설계는 난방 속효성, 친환경성, 소음, 쾌적성 등의 성능 측면과 정비성, 경제성, 안전성 등을 동시에 고려해야 하며, 이 중에 서도 히터가동 후 빠른 시간내에 객실 내부로 적정한 온풍을 공급하는 것을 의미하는 난방 속효 성능은 매우 중요한 항목이다.

대형버스에 적용되고 있는 공기가열식 프리히터에 대한 구성을 첨부한 도 5 내지 도 8을 참조로 설명하면 다음과 같다.

공기가열식 프리히터는 소정 체적을 가지면서 상면에는 차가운 외기의 유입구(12)가 형성되고, 일측면에는 가열된 공기가 유출되는 유출구가 형성된 케이스(10)와; 상기 케이스(10)의 내부에 설치되어 차가운 유입공기를 직접 가열할 수 있도록 연소통(14)과 전열핀(16)으로 구성된 전열체와; 공기와 연료를 흡입하여 연소를 통해 열원을 발생하도록 상기 전열체와 연결된 히팅 버너(18)와; 상기 케이스(10)의 후면에 장착되어 가열된 온풍을 실내로 송풍시키는 한 쌍의 팬(20)과; 상기 연소통(14)의 하면에 연결 설치되어 배기가스의 배출경로가 되는 배기 파이프 (22) 등을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 전열체의 연소통(14)은 히팅버너(18)와 연통되게 연결되며, 열교환을 극대화시킬 수 있는 목적으로 외기와의 전열면적을 증대시킬 수 있도록 상기 연소통(14)의 외표면에 전열핀(16)이 배치된다.

한편, 엔진에서 가열된 냉각수를 이용하여 실내난방을 할 경우, 열교환이 이루어지는 라이에이터(24)가 상기 케이스(10)의 외기 유입구(12) 측에 별도로 장착된다.

또한, 상기 전열핀(16)의 주위에는 히터 케이스(10)의 내부로 유입되는 차가운 외기에의 열전달을 향상시키기 위해 에어 가이드(26)가 일체로 장착되어, 차가 운 외기가 연소통(14) 및 전열핀(16)의 근접 영역을 통과하도록 안내하는 역할을 하게 된다.

이러한 구성을 갖는 공기가열식 프리히터의 작동 원리는 프리히터 스위치를 온(ON)시키면, 가열 플러그가 5초간 가열되어 ECU(미도시됨)에 의해 송풍팬(20)과 연료펌프(미도시됨)가 가동되고, 이어서 히팅 버너(18)에 연료와 공기가 공급되어 점화가 됨과 동시에 상기 팬(20)이 작동하여 냉기를 히터 케이스(10) 내부로 흡입 유도하게 된다.

이러한 상태에서 약 5분에서 6분 경과후 히팅 열원이 되는 연소통(14)과 전열핀(16)을 통과하는 외부 냉기에 열전달이 이루어져 객실 내부로 온풍이 공급된다.

이때, 상기 연소통(14) 내부에서 연소된 배기가스는 배기파이프(22)를 통해 배출되며 엔진의 냉각수 온도가 약 65도가 되면 자동적으로 프리히터가 오프(OFF)되고, 이 시점부터 가열된 냉각수를 열원으로 하여 실내 난방을 지속하게 된다.

이와 같이, 겨울철 차량 실내 난방을 위한 공기가열식 프리히터는 전열핀등을 장착하여 전열면적을 증가시켜 열교환 효율 향상시킬 수 있고, 또한 에어가이드를 연소통 주변에 배치하여 열원과 외부에서 유입되는 냉기와 열교환이 잘 이루어지도록 하고 있으나, 연소통 내부의 연소가스 유동이 고속이면서 상기 팬의 풍량을 일정수준으로 유지해야 하기 때문에 차가운 외기와 전열체(연소통 및 전열핀)간에 이루어지는 열교환 효율이 그다지 좋지 않은 단점이 있다.

특히, 히팅버너 작동시 상기 연소통 내부벽의 온도가 약 500℃ 이상이나, 연 소되어 배출되는 배기가스의 온도는 약 250℃ 이상으로 열교환이 제대로 이루어지지 못하고, 결국 배기가스가 열원을 가지고 배출되므로 난방 속효 성능에 악영향을 미친다.

이와 같이, 난방 속효 성능(프리히터가동 후, 빠른 시간내에 객실 내부로 적정한 온풍을 공급하는 것)이 떨어짐에 따라, 추운 겨울철 운전자 및 승객들의 불만을 초래하게 되며, 또한 배기 파이프의 온도가 고온의 배기가스로 인하여 고온으로 유지됨에 따라 배기 파이프와 인접하는 프리히터 케이스 등의 분위기 온도를 상승시켜 인접 부품들에 열응력에 의한 국부적인 열변형을 초래하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구 개발된 것으로서, 공기가열식 프리히터에서 배출되는 배기가스를 프리히터의 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 열원으로 재활용하고자, 배기파이프 기능과 에어가이드 기능을 동시에 수행하여 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 배기 챔버구조를 배기파이프 대신에 설치하여, 프리히터의 난방 속효성능을 향상시킬 수 있고, 차량 외부로 배출되는 프리히터의 연소 배기가스의 온도를 배기 챔버구조에서 낮추어줌으로써, 프리히터 케이스를 포함하는 주변 부품의 열변형을 용이하게 방지할 수 있도록 한 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소정 체적의 케이스와, 케이스의 외기 유입구 측에 장착된 라디에이터와, 외기를 직접 가열하도록 케이스의 내부에 설치되는 연소통 및 전열핀과, 상기 연소통과 연결된 히팅 버너와, 상기 케이스의 후면에 장착되는 팬 등을 포함하는 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조에 있어서, 상기 연소통의 저면과 케이스의 하면 사이 공간에 상기 연소통의 배기측과 연결되는 배기용 보조챔버를 설치하여서 된 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 배기용 보조챔버의 입구는 상기 연소통의 배기구와 연결되고, 출구는 상기 케이스의 외벽면쪽으로 연장 노출되며, 내부에는 지그재그 형태의 격벽이 형성된 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 구현예로서, 상기 배기용 보조챔버의 전단부와 라디에이터의 하단부간에는 외기를 유도하는 공기유도판이 연결 부착된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조에 적용되는 배기용 보조챔버를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배기용 보조챔버가 버스용 공기 가열식 프리히터에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 버스에 적용되고 있는 공기가열식 프리히터로부터 배기되는 고온의 배기가스를 열원으로 재활용할 수 있도록 함으로써, 히터가동 후 빠른 시간내에 객실 내부로 적정한 온풍을 공급하는 것을 의미하는 난방 속효 성능을 향상시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

전술한 바와 같이, 공기가열식 프리히터는 소정 체적을 가지면서 상면에는 차가운 외기의 유입구(12)가 형성되고, 일측면에는 가열된 공기가 유출되는 유출구가 형성된 케이스(10)와; 상기 케이스(10)의 내부에 설치되어 차가운 유입공기를 직접 가열할 수 있도록 연소통(14)과 전열핀(16)으로 구성된 전열체와; 공기와 연료를 흡입하여 연소를 통해 열원을 발생하도록 상기 전열체와 연결된 히팅 버너(18)와; 상기 케이스(10)의 후면에 장착되어 가열된 온풍을 실내로 송풍시키는 한 쌍의 팬(20)과; 상기 케이스(10)의 외기 유입구(12) 측에 별도로 장착되어 엔진에서 가열된 냉각수를 이용하여 실내난방을 할 경우, 열교환이 이루어지는 라이에이터(24) 등을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 연소통(14)의 저면과 케이스(10)의 하면 사이 공간에 소정의 면적(연소통의 저면을 커버할 수 있는 면적)을 갖는 중공형의 배기용 보조챔버(26)를 설치하게 된다.

상기 배기용 보조챔버(26)의 입구는 상기 연소통(14)의 배기구와 연결되고, 출구는 상기 케이스(10)의 외벽면쪽으로 연장 노출된다.

특히, 상기 배기용 보조챔버(26)의 내부에는 지그재그 형태의 격벽(28)이 형성된다.

이때, 상기 배기용 보조챔버(26)의 상면은 상기 연소통(14)의 저면과 이격된 상태가 되고, 또한 배기용 보조챔버(26)의 저면과 양측면은 상기 케이스(10)의 벽면과 이격된 상태가 되도록 하여, 배기용 보조챔버(26)내의 열이 상기 케이스(10)를 포함하는 주변 부품으로 직접 전달되지 않도록 함으로써, 케이스(10)를 포함하는 주변 부품들의 국부적인 열변형을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 케이스(10)의 외기 유입구(12)쪽에는 라디에이터(24)가 배치되어 있는 바, 이 라디에이터(24)의 하단부와 상기 배기용 보조챔버(26)의 전단부간에 외기를 유도하는 공기유도판(30)이 연결 부착된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 배기용 보조챔버에 대한 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 배기용 보조챔버가 버스용 공기 가열식 프리히터에 설치된 상태로서, 배기용 보조챔버내의 배기가스 흐름을 보여주는 횡단면도이다.

프리히터 스위치의 온(ON)과 함께 ECU에 의해 송풍팬(20)과 연료펌프가 가동되면서 상기 히팅 버너(18)에 연료와 공기가 공급되어 점화가 이루어지는 동시에 상기 팬(20)이 작동하여 냉기를 히터 케이스(10) 내부로 유입되게 한다.

이어서, 상기 연소통(14)의 내부에서 연소가 일어나면서 전열핀(16)이 가열되고, 이때 차가운 외기가 연소통(14) 주변에 장착된 에어가이드(32)의 안내를 받으면서 연소통(14)과 전열핀(16)을 통과하여 가열된 후, 팬에 의하여 실내로 송출된다.

또한, 상기 연소통(14)의 배기가스(약 250℃)가 상기 배기용 보조챔버(26)의 내부로 흐르게 되는 바, 첨부한 도 3에서 보는 바와 같이 내부의 격벽(28)을 따라 지그재그 흐름을 가지며 외부로 배출된다.

이때, 상기 케이스(10)의 내부로 유입된 차가운 외기가 상기 공기유도판(30)의 안내에 의하여 배기용 보조챔버(26)의 상면을 통과하는 바, 고온의 배기가스로 인하여 가열된 배기용 보조챔버(26)는 차가운 외기를 가열시키는 열교환을 하게 된다.

보다 상세하게는, 상기 배기용 보조챔버(26)의 격벽(28)에 의하여 배기가스의 유동경로가 증가될 뿐만아니라 재순환 유동이 형성되어, 결국 배기가스가 지니는 열원을 배기용 보조챔버(26)의 내부에 지연시킴으로써, 차가운 외기와의 열교환 효율을 높일 수 있고, 부수적으로 격벽(28)에 의한 배기가스의 배출 소음을 줄일 수 있다.

한편, 차가운 외기의 유입경로를 살펴보면, 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이 차가운 외기는 상기 배기용 보조챔버(26)의 상면 중앙쪽으로 쏠리면서 팬(20)에 의하여 흡입되는 경로를 가지며, 배기용 보조챔버(26)의 양측면과 케이스(10) 사이는 이격에 따른 틈새가 형성되어 있기 때문에 이 틈새로 상대적으로 작은량의 외기(점선 화살표)가 유입된다.

이때, 상기 틈새로 인하여 배기용 보조챔버(26)로부터 케이스(10)로의 직접적인 열전도가 발생하지 않아 열변형을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 틈새로 유입되는 외기는 배기용 보조챔버(26)의 양측 하면으로부터 위쪽으로 발산되는 열에 의하여 가열되므로, 결국 외기에 대한 열전달 효율을 극대화시킬 수 있다.

한편, 상기 연소통(14) 내부에서 연소된 배기가스는 배기용 보조챔버(26)를 경유하여 외부로 배출되며, 이때 엔진의 냉각수 온도가 약 65도가 되면 자동적으로 프리히터가 오프(OFF)되고, 이 시점부터 가열된 냉각수를 열원으로 하여 실내 난방이 지속된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조에 의하면, 버스에 적용되고 있는 공기가열식 프리히터에 배기용 보조챔버를 설치함으로써, 고온의 배기가스를 열원으로 재활용하여 히터가동 후 빠른 시간내에 객실 내부로 적정한 온풍을 공급하는 것을 의미하는 난방 속효 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 차량 외부로 배출되는 프리히터의 고온 배기가스를 배기용 보조챔버에서 낮추어주고, 배기용 보조챔버를 주변 부품간의 직접적인 접촉을 방지하는 구조로 설치함으로써, 프리히터 케이스를 포함하는 주변 부품의 열변형을 용이하게 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 소정 체적의 케이스와, 케이스의 외기 유입구 측에 장착된 라디에이터와, 외기를 직접 가열하도록 케이스의 내부에 설치되는 연소통 및 전열핀과, 상기 연소통과 연결된 히팅 버너와, 상기 케이스의 후면에 장착되는 팬 등을 포함하는 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조에 있어서,

   상기 연소통의 저면과 케이스의 하면 사이 공간에 상기 연소통의 배기측과 연결되는 배기용 보조챔버를 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 배기용 보조챔버의 입구는 상기 연소통의 배기구와 연결되고, 출구는 상기 케이스의 외벽면쪽으로 연장 노출되며, 내부에는 지그재그 형태의 격벽이 형성된 것을 특징으로 하는 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 배기용 보조챔버의 전단부와 라디에이터의 하단부간에는 외기를 유도하는 공기유도판이 연결 부착된 것을 특징으로 하는 버스용 공기 가열식 프리히터의 배기 구조.

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