KR100238602B1 - 적층형 열교환기 - Google Patents

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KR100238602B1
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구니히코 니시시타
무네오 사쿠라다
세이지 이노우에
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오타 유다카
가부시키가이샤 젝셀
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    • F28F9/0273Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes with multiple holes
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Abstract

적층방향의 일단부에 열교환매체의 입구부 및 출구부를 갖추고, 입구부가 적층방향의 일단부에서 떨어진 최상류단째의 패스에 연통파이프를 통하여 연통되며, 출구부가 최하류단째의 패스에 적층방향의 일단부에 있어서 연통되어 있다. 연통파이프를 홀수단째의 패스에 또다시 연통하고, 이 홀수단째의 패스와 연통파이프의 연통부위를 하나 앞의 짝수단째의 패스에서의 이행부 근방에 설치한다. 또 입구부를 최하류단의 하나 앞의 패스에 적층방향의 일단부에 있어서 연통한다. 칸막이부의 하류측근방의 관요소에도 열교환매체가 충분히 흘러서 온도분포의 불균일을 억제하고 열교환효률의 향상을 도모할 수가 있다.

Description

적층형 열교환기
본 발명은 차량용 공조장치의 냉각사이클등에 이용되고, 관요소와 핀을 교호히 복수단으로 적층한 적층형 열교환기, 특히 관요소의 한쪽에 한쌍의 탱크부가 형성되고, 열교환매체의 출입구부가 적층방향의 일단부에 설치되는 형식의 적층형 열교환기에 관한다.
열교환기의 소형화, 열교환효율의 향상을 도모하는 요청에 따라, 출원인은, 도 1a에 나타낸 외형형상을 지닌 열교환기를 개발하고, 이에 대한 각종의 연구를 거듭하고 있다.
이 적층형 열교환기는, 관요소의 핀을 통하여, 단수단으로 적층하여 코어본체를 형성하고, 각 관요소의 한쪽에 설치된 한쌍의 탱크부를 U턴 통로부에 의하여 연통하고, 인접한 관요소의 탱크부를 적의 연통하여, 도 13에서 나타낸 것 같이, 코어본체에 연속한 복수패스의 열교환매체 유로를 형성토록한 것으로서, 적층방향의 일단부에 열교환매체의 입구부(4)와 출구부(5)를 설치하고, 현행의 타입의 것에서는, 입구부(4)를 최상류단째의 패스에 대하여 연통파이프(20)를 지니고 연통시킴과 동시에 출구부(5)를 최하류단의 패스에 직접 연통되도록 한 것이다.
상기한 열교환기에 있어서는, 열교환매체가 입구부(4)에서 유입하면, 이 열교환매체는 연통파이프(20)를 통하여 최상류단의 패스로 들어가 복수로 패스한 후에 최하류단의 패스에 이르고, 이 최하류단의 패스와 연통하는 출구부(5)에서 유출하는 것으로된다. 여기서, 열교환매체가 탱크측에서 반탱크측으로 또는 반탱크측에서 탱크측으로 이동하는 일방향의 유속을 1패스로 하고, 열교환매체가 입구부에서 출구부에 이르는 과정에서 U턴 통로부를 2회 통과하는 열교환기이면, 4패스의 열교환기, 3회 통과하는 열교환기이면, 6패스의 열교환기등으로 불리운다.
그러나, 상기 4패스의 적층형 열교환기는 코어본체의 일단부에서 냉매가 유출하는 구성으로 되어 있으므로, 도 14a에서 나타내는 것 같이, 제2패스에서 제3패스로 이행할때에, 출구측(적층방향의 일단부측)에 가까운 관요소에 냉매가 편재한다. 즉, 제3패스로부터 제4패스에 걸쳐서, 제1패스와 제4패스를 사이에둔 칸막이부(α)에 가까운 쪽에 냉매의 흐르기가 어렵게 되어 있으며, 이점은, 이부분에 있어서 통과 공기온도가 다른 부분에 비하여 높게 된다고 하는 도5a, 5b 또는 도 10a, 10b의 파선으로서 나타내는 실측정 데이터에 의하여서도 증명되고 있다. 그리고 도 5a, 5b 또는 도 10a, 10b에 있어서, 튜브 넘버(TUBE NO.)라는 것은, 출입구부를 지닌 일단부로부터 세어진 관요소수이다. 또 통과 공기온도(AIR TEMP.)라는 것은 관요소간의 통과하는 핀과 열교환한 공기온도를 지칭하며, 코어본체의 하류측단면으로부터 1~2cm 떨어진 위치에서 측정한 온도이다.
또, 6패스의 열교환기에 있어서도, 도 14b에 나타낸 바와 같이, 열교환매체가 칸막이부(α)에서 떨어져서 출구측으로 기울어져서 흐르고, 그 결과, 칸막이부(α)의 출구측 근방의 관 온도 내지는 통과 공기온도가 다른 부분에 비해서 달라지는 것이 추정된다.
그리하여, 본 발명에 있어서는, 어느 관요소에서도 열교환 매체가 거의 균일하게 흐르도록 열교환매체를 가급적 한쪽으로 치우치지 않도록 흐르게하여, 열교환효율의 향상을 도모할 수가 있는 적층형 열교환기를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
본원 발명자는 칸막이 부분 근방의 관요소에도 열교환매체를 충분히 흘려서 코어 본체의 온도분포를 거의 균일하게 하기 위해서는, 열교환매체의 주류(主流)의 흐름과는 별개로 홀수 패스에도 열교환매체를 적극적으로 공급하면 흐름을 개선할 수가 있다는 것을 찾아내고 이 아이디어에 기초하여 열고환기의 구조에 대하여 예의 연구를 거듭한 결과, 본원 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본원 발명에 관한 적층형 열교환기는 한쪽에 설치한 한쌍의 탱크부와, 이 한쌍의 탱크부를 연통하는 U턴 통로부를 구비한 관요소를 핀을 통하여 복수단으로 적층하고, 인접 관요소의 탱크부를 적의 연통하여 열교환매체의 동일 방향의 유속을 1패스로하는 연속한 짝수 패스의 열교환매체 유로를 형성하고, 적층방향의 일단부에 열교환매체의 입구부 및 출구부를 구비하며, 상기 입구부를 상기 열교환 매체유로의 최상류단째의 패스에 연통로를 통하여 연통하여, 상기 출구부를 상기 열교환 매체유로의 최하류단째의 패스에 상기 적층방향의 일단부에 있어서 연통하고, 더욱이 상기 연통로를 홀수단째의 패스에 연통하며, 이 홀수단째의 패스와 상기 연통로와의 연통부위를 하나앞의 짝수단째의 패스에서의 이행부분 근방에 설치한 것을 특징으로 하고 있다.
여기서 짝수 패스로부터 되는 열교환매체 유로를 구비한 적층형 열교환기라고함은 4패스 내지 6패스의 이 열교환기를 상상하면 되지만, 때에 따라서는 2패스나 8패스 이상의 열교환기에도 대응할 수 있음은 물론이다. 또, 연통로가 연통하는 홀수단째의 패스라함은 예컨대 4패스의 열교환기에 있어서는 제3단째의 패스를 가리키며, 6패스의 열교환기에 있어서는 제3단째의 패스와 제5단째의 패스의 어느 하나 또는 양쪽을 가리킨다.
따라서, 이러한 구성에 있어서는 입구부에서 유입되는 열교환매체는 연통로를 통하여 열교환매체유로의 제1단째의 패스에 유입하며, 복수 패스한후에, 열교환매체 유로의 최종단째의 패스에 이르고, 이 최종단째의 패스로부터 출구부를 통하여 유출된다. 이와 같은 흐름과 동시에, 연통파이프내의 열교환매체는, 홀수단째의 패스에도 직접들어가며, 이후 하류측의 패스를 흘러서 최종단째의 패스에 이르고 이 최종단째의 패스로부터 출구부를 통하여 유출된다.
짝수단째의 패스에서 홀수단째의 패스에 이행하는 열교환매체는, 출구부와 최하류단째의 패스가 적층방향의 일단부에 있어서 연통하고 있음에 더하여, 짝수단째의 패스에서 보내지는 세력과 서로 맞추어서 상기한 칸막이부에서 떨어진 부분에 치우쳐서 흐를려고 한다. 그러나, 홀수단째의 패스에는 연통로가 연통하고, 더욱이, 이 연통부분이 하나앞의 짝수단째의 패스에서의 이행부분 근방에 설치되어 있이므로, 하여튼 냉매유량이 적게되기가 쉬운 관요소(홀수단째의 패스를 구성하는 관요소중 하나앞의 패스로부터의 이행부분 근방의 관요소)에도 다른 관요소와 동일하게 열교환매체가 충분히 흐르며, 이로인하여 도 5a, 도 5b의 실선으로서 나타내도록 온도분포에 큰 치우침이 없어지고, 이 때문에 상기 과제를 당성할 수가 있다.
또 코어본체의 온도분포의 균일화를 도모하기 위하여, 한쪽에 설치된 한쌍의 탱크부와 이 한쌍의 탱크부를 연통하는 U턴 통로부를 구비한 관요소를 핀을 통하여 복수단으로 적층하며, 인접한 관요소의 탱크부를 적당히 연통하여 열교환매체의 동일 방향의 유속을 1패스로하는 연속한 짝수 패스의 열교환매체 유로를 형성하고, 적층방향의 일단부에 열교환매체의 입구부 및 출구부를 구비하며, 상기 입구부를 상기 열교환매체유로의 최상류단째의 패스에 연통 파이프를 통하여 연통하며, 상기 출구부를 상기 열교환매체 유로의 최하류단째의 패스에 상기 적층방향의 일단부에 있어서, 연통하여 더욱이 상기 입구부를 상기 최하류단째의 패스의 하나앞의 패스에 상기 적층방향의 일단부에서 연통하여 열교환기를 구성하도록 해도 좋다. 이와 같은 구성에 있어서는, 입구부에서 유입된 열교환매체는 연통파이프 통하여, 열교환매체 유로의 최상단째의 패스에 유입하고, 복수 패스한후에 열교환매체 유로의 최하류단째의 패스에 이르고, 이 최하류단째의 패스에서 출구부를 통하여 유출된다. 이와 동시에, 입구부의 열교환매체는 최하류단째의 패스의 하나앞 패스에 적층방향의 일단부에서 유입되며, 이후 하류측의 패스를 흘려서 최하류단째의 패스에 이르고, 이 최하류단째의 패스에서 출구부를 통하여 유출된다.
이 때문에, 최하류단째의 패스의 하나앞의 패스에는 하나앞의 짝수번째의 패스에서 보내지는 열교환매체와, 입구부에서 직접 유입되는 열교환매체가 서로 충돌하고, 이 패스를 구성하는 관요소에 거의 균등하게 분배되며, 이로인하여 4패스의 열교환기에 있어서는 도 10a, 도 10b의 실선에서 나타내는 것 같이, 온도분포에 큰 치우침이 없어진다.
그리고, 6패스 이상의 열교환기와 같이 패스수가 많을 경우나, 3패스의 열교환기와 같이 1패스당의 관요소 수가 많을 경우에는 최하류단째의 패스의 하나 앞의 패스에 입구부를 연통시켰을 경우에도 의연하게 열교환매체의 치우침을 발생하는 일을 생각하게 된다. 그러나, 이와 같은 경우에는 연통로를 홀수단째의 패스에 연통하여, 이 홀수단째의 패스와 상기 연통로의 연통부위를 하나앞의 짝수단째의 패스로부터의 이행부분 근방에 배치하는 상기한 구성을 병용함으로서 대응할 수가 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의하여 설명한다. 도 1 및 도 2에 있어서, 적층형 열교환기(1)는 핀(2)과 관요소(3)를 교호로 복수적층하여 코어본체를 형성하고, 관요소(3)의 적층방향의 일단에 열교환매체 입구부(4) 및 출구부(5)가 설치되어 있는 예컨대 4패스 방식의 증발기이며, 관요소(3)는 적층방향 양단의 관요소(3a, 3b), 후술하는 확대 탱크부를 지닌 관요소(3c, 3d) 및 그의 중앙의 관요소(3e)를 제거하고 도 3에 나타낸 성형플레이트(6a)를 2장 접합하여 구성되어 있다.
이 성형플레이트(6a)는 알루미늄제의 플레이트를 프레스가공하여 형성되어 있는 것으로서, 일단부에 밥그릇 모양의 2개의 탱크형성용 팽출부(7, 7)가 형성됨과 동시에, 이에 연속하여 통로형성용 팽출부(8)가 형성되어 있고, 탱크형성용 팽출부간에는 후술하는 연통파이프를 부착하기 위한 오목부(9)가 형성되어 있으며, 또 통로형성용 팽출부(8)에는 2개의 탱크 형성용 팽출부(7, 7)의 사이에서 성형 플레이트(6a)의 자유단 근방까지 뻗는 돌조(10)가 형성되어 있다. 또한(11)은 열교환 효율을 높이기 위하여 성형 플레이트에 형성되는 원형의 비이드이며, 각각의 비이드(11)는 2장의 성형플레이트가 접합되면, 대향하는 부위에 형성되는 비이드와 접합하도록 되어 있다.
탱크형성용 팽출부(7)는 통로형성용 팽출부(8)보다 크게 팽출형성되고, 또 돌조(10)는 성형 플레이트 가장자리의 접합재와 동일면상이 되도록 형성되어 있으며, 2개의 성형 플레이트(6a)가 그 가장자리에서 접합시키면, 서로의 돌조(10)도 접합되어져서 대향하는 탱크형성용 팽출부(7)에 의하여 한쌍의 탱크부(12, 12)가 형성됨과 동시에, 대향하는 통로형성용 팽출부(8)에 의하여, 탱크부간을 연결하는 U턴 통로부(13)가 형성되도록 되어 있다.
적층방향 양단의 관요소(3a, 3b)는 도 2의 성형 플레이트(6a)에 평판형상의 플레이트(15)를 외측에 접합하여 구성되어 있다. 또 관요소(3c, 3d)에는 상기 관요소(3)와 같은 크기의 탱크부(12)와 상기 오목부를 메우도록 확대된 탱크부(12a, 12b)가 형성되어 있다. 2중관요소(3c)는 도 4a, 4b에서 나타내는 성형 플레이트(6b, 6c)를 조립하여 구성되고, 각 성형 플레이트(6b, 6c)는 한쪽의 탱크 형성용 팽출부(7a, 7b)가 다른쪽의 탱크형성용 팽출부(7)에 접근하도록 확대형성되고 성형 플레이트(6b)의 확대 형성된 탱크 형성용 팽출부(7a)에는, 후술하는 연통파이프(20)를 삽입 접합하는 통공(14)가 형성되어 있다. 이에 대하여 관요소(3d)는 예컨대, 상기 도 4a의 성형 플레이트(6b)와 이와 대칭형상을 하는 성형 플레이트를 조립하여 구성되고, 연통파이프(20)가 통공(14)을 삽통하여 접합되도록 되어 있다. 성형 플레이트(6b, 6c)의 다른 구성 즉, 탱크형성용 팽출부에 계속하여 통로형성용 팽출부(8)가 형성되어 있는점, 탱크형성용 팽출부(7)의 사이에서 성형 플레이트 자유단근방을 걸쳐서 돌조(10)가 형성되어 있는 점등에 대해서는 도 3에 나타낸 성형 플레이트(6a)와 동일하므로서 설명을 생략한다.
그리고, 열교환기(1)는 도 1 및 도 2에 나타낸 것 같이, 인접한 소자가 탱크부에서 마주쳐 합치고 적층방향(통풍방향에 대하여 직각)으로 뻗는 제1 및 제2의 2개의 탱크군(16, 17)을 형성하고 있으며, 확대된 탱크부(12a)를 포함하는 한쪽의 탱크군(16)은 적층방향의 거의 중앙에 위치하는 성형 플레이트(6e)를 제거한 탱크형성용 팽출부(7)에 형성된 통공(18)을 통하여 각 탱크부가 연통되며, 다른 탱크군(17)은, 막히는 일없이 통공(18)을 통하여 모든 탱크부가 연통되어 있다.
여기서, 관요소(3e)는 도 3에 나타내는 성형 플레이트(6a)와 같은 외형을 하고, 한쪽 탱크 형성용 팽출부에 통공이 형성되어 있지 않는 성형 플레이트(6e)를 조립하여 구성되어 있으며, 이 비연통부분을 가지고, 한쪽의 탱크군(16)을 막는 칸막이부(19)가 형성되어 있다. 이 칸막이부(19)는 탱크형성용 팽출부를 폐쇄하는 대신에 관요소(3e)와 이것에 인접하는 관요소와의 사이에 얇은 판을 끼워서 통공을 폐쇄하는 구성으로 해도 좋다.
따라서, 칸막이부(19)에 의하여 제1의 탱크군(16)은 확대탱크부(12a)를 포함한 제1탱크 블록(21)과, 출구부(5)와 연통하는 제2탱크블록(22)로 구획되어서, 구획되지 않는 제2탱크군(17)은 제3탱크블록(23)을 구성하고 있다. 또한, 이 실시형태에 있어서는 도면중 우단(입구부(4) 및 출구부(5)가 설치된 단부)으로 부터 세어서 11단째에 관요소(3d)가, 14단째에 관요소(3e)가, 22단째에 관요소(3c)가 각각 배치되어 있다.
그리하여, 적층방향의 일단부에 설치되는 입구부(4) 및 출구부(5)는 출입구 통로형성용 플레이트(24)를 관요소(3a)의 평판형상 플레이트(15)에 접합하여 구성되고, 이들 플레이트간에 평판형상 플레이트(15)의 직사각형 방향 중간 정도에서 탱크부측에 걸쳐서 입구통로(25)와 출구통로(26)를 형성하여 구성되어 있다.
입구통로(25)와 출구통로(26)의 상부에는 팽창변을 고정하는 레버(27)를 통하여 유입구(28)와 유출구(29)가 각각 설치되며, 입구통로(25)와 확대 탱크부(12a)와는 상기 오목부(9)에 고정된 연통파이프(20)에 의하여 구성되는 연통로를 가지고 연통되고 있으며, 제2탱크블록(22)과 출구통로(26)를 플레이트(15)에 형성된 구멍을 통하여 연통되어 있다.
또, 오목부(9)에 부착되는 연통파이프(20)은 관요소(3d)를 구성하는 각 성형 플레이트의 통공(14)를 삽통하여 부착되며, 통공(14)과의 사이에 틈새가 형성되는 일 없이 봉해져 있으며 탱크부(12b)에 삽입된 부분에서 주벽공이 형성되며, 탱크부(12b)내에 냉매가 유출되도록 되어 있다.
제1도는 본 발명에 관한 적층형 열교환기를 나타내는 것으로서, 제1a도는 통풍방향에 대하여 직각으로 되는 단면을 나타내는 도면이며, 제1b도는 입구부와 출구부가 설치된 측면을 나타내는 도면.
제2a도는, 제1도에 관한 4패스의 적층형 열교환기의 저면도로서, 제2b도는 제1도에 관한 적층형 열교환기의 열교환매체의 흐름을 나타내는 개념도.
제3도는, 제1도에 관한 적층형 열교환기의 가장 많이 사용되는 표준형상의 성플레이트를 나타내는 도면.
제4도는 확대 탱크부를 가지는 관요소로 사용되는 성형 플레이트를 나타내고, 제4a도는 연통파이프를 삽입하는 통공이 형성되어 있지 않는 확대된 탱크형성용 팽출부를 가지는 성형 플레이트를 나타낸 도면.
제5도는 제1도에 관한 적층형 열교환기를 사용한 경우의 분출 공기온도를 나타내는 도면.
제5a도는 적층형 열교환기의 상단을 통과한 공기의 온도(관요소간의 상반분을 통과한 공기의 대표온도)를 나타내는 특성선도이며, 제5b도는 적층형 교환기의 하단을 통과한 공기의 온도(관요소간의 하반부를 통과한 공기의 대표온도)를 나타내는 특성선도.
제6a도는, 6패스의 적측형 열교환기의 저면도이며, 제1 및 제3패스에 적층형 열교환매체를 유입하는 경우의 구성을 나타내며, 제6b도는 이 5패스의 적층형 열교환기의 열교환매체의 흐름을 나타내는 개념도.
제7a도는, 6패스의 적층형 열교환기의 저면도이며, 제1, 제3 및 제5패스에 열교환매체를 유입할때의 구성을 나타내고, 제7b도는, 이 6패스의 적층형 열교환기의 열교환매체의 흐름을 나타내는 개념도.
제8도는 본 발명에 관한 적층형 열교환기의 다른 형태를 나타내는 것으로서, 제8a도는 통풍방향과 직각이되는 단면을 나타내는 도면이며, 제8b도는 입구부와 출구부가 설치된 측면을 나타내는 도면.
제9a도는 제8도에 관한 4패스의 적층형 열교환기의 저면도로서, 제9b도는 제8도에 관한 적층형 열교환기의 열교환매체의 흐름을 나타내는 개념도.
제10도는 제8도에 관한 적층형 열교환기를 사용했을때의 분출 공기온도를 나타내며, 제10a도는, 적층형 열교환기의 상단을 통과한 공기의 온도(관요소간의 상반분을 통과한 공기의 대표온도)를 나타내는 특성선도이며, 제10b도는 적층형 열교환기의 하단을 통과한 공기의 온도(관요소간의 하반분을 통과한 공기의 대표온도)를 나타내는 특성선도.
제11a도는, 입구부에서 제1패스에 연통파이프를 통하여 열교환매체를 유입함과 동시에, 제5패스에 직접 열교환매체를 유입하는 6패스형 적층형 열교환기의 저념도이며, 제11b도는, 이 6패스의 적층형 열교환기의 열교환매체의 흐름을 나타내는 개념도.
제12a도는 입구부에서 제5패스에 직접 열교환매체를 유입함과 동시에 제1 및 제3패스로 연통파이프를 통하여 열교환매체를 유입하는 6패스형 적층형 열교환기의 저면도이며, 제12b도는, 이 6패스형 적층형 열교환기의 열교환매체의 흐름을 나타내는 개념도.
제13도는 종래의 4패스형 적층형 열교환기의 열교환매체의 흐름을 설명하는 사시도.
제14도는 제13도에 관한 적층형 열교환기의 열교환매체의 흐름을 설명하는 개념도이고, 제14b도는, 6패스형 적층형 열교환기의 열교환매체의 흐름을 설명하는 개념도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 적층형 열교환기 2 : 핀
3 : 관요소 4 : 입구부
5 : 출구부 6a : 성형플레이트
7 : 형성용 팽출부 8 : 통로형성용 팽출부
9 : 오목부 10 : 돌조
11 : 비이드 12, 13 : 탱크부
14 : 통공 16, 17 : 탱크군
18 : 통공 19 : 칸막이부
20 : 연통파이프 21 : 탱크블록
23 : 제3탱크 25 : 입구통로
26 : 출구통로 28 : 유입구
29 : 유출구 30, 31 : 칸막이부
32 : 제1탱크블록 35 : 제4탱크블록
36 : 소공
상기 구성에 있어서, 입구부(4)에서 유입된 냉매는 연통파이프(20)을 통하여 확대 탱크부(12a)에 들어가서, 제1탱크블록(21)의 전체에 분사되며, 그 제1탱크블록(21)에 대응하는 관요소의 U턴 통로부(13)을 돌조(10)에 따라서 상승한다(제1패스). 그리고, 돌조(10)의 상방에 U턴하여 하강하고(제2패스), 반대측의 탱크군(제3탱크 블록(23))에 이른다. 그후, 제3탱크블록(23)을 구성하는 잔여의 관요소에 평행이동하고, 그 관요소의 U턴 통로부(13)을 돌조(10)에 따라서 재차 상승한다(제3패스). 그리고, 돌조(10)의 상방을 U턴하여 하강하고 (제4패스), 제2탱크블록(22)를 구성하는 탱크부에 유도되며, 그 연후에 출구부(5)에서 유출된다.
이 주류(主流)의 흐름에 대하여, 연통파이프(20)내에 유도된 냉매는, 측벽공을 통하여 관요소(3d)의 확대된 탱크부(12b)에서 제3탱크블록(23)에 들어가서, 제2패스로부터 보내지는 주류의 흐름과 합류하면서 제3패스를 구성하는 관요소의 U턴 통로부(13)를 흐르고, 그 연후에 출구부(5)에서 유출한다.
이때에, 출구부(5)가 코어본체의 적층방향 단부를 통하여 제2탱크블록(22)에 접속되어 있으므로서, 제2패스에서 제3패스로 이행하는 냉매는, 상기 한 출구부에 가까운 관요소에 치우칠가 염려되지만, 제3패스에는 제2패스에서의 이행부분 근방에 연통파이프(20)이 연통하고 있으므로, 제3 및 제4패스를 구성하는 관요소중 칸막이부(19)근방의 관요소에도 냉매가 충분히 흐르도록 된다. 이와 같은 흐름은 도 5a, 5b의 실선에서 나타내는 것 같이, 칸막이부(19)의 출구측근방(특히 TUBE NO.7-13)을 통과하는 공기의 온도가 종전의 열교환기에 비하여 낮게 되며, 전체적으로 평균된 온도분포로 되어 있는 것으로도 증명된다.
상기한 기술적 사상을 6패스의 열교환기에 사용한 구성이 도 6 및 도 7에 나타내고 있다. 도 6에 있어서는 관요소(26)단적층되어 있는 예를 나타내며, 입구부(4) 및 출구부(5)가 설치되어 있는 단부에서부터 세어서 제9단째와 제17단째에 통공이 없는 관요소(3e)가 배치되고, 제9단째의 관요소(3e)에 의하여 제1의 탱크군(16)을 구획하는 칸막이부(30)이 구성되고, 제17단째의 관요소(3e)에 의하여 제2탱크군(17)을 구획하는 칸막이부(31)이 구성되어 있다. 또 15단째에 상기 관요소(3d)가 23단째에 관요소(3c)가 각각 배치되어 있으며, 관요소(3c)에 있어서는 제2의 탱크군(17)측의 탱크부(12a)가 확대되고, 관요소(3d)에 있어서는 제1의 탱크군(16)측의 탱크부(12b)가 확대되어 있다. 그리고, 이 구성에 대응하여 연통파이프(20)의 주벽공의 위치도 관요소(3d)의 위치에 맞추어서 형성되어 있다.
따라서, 제1의 탱크군(16)은 칸막이부(30)에 의하여 확대 탱크부(12b)를 포함하는 제1탱크블록(32)와 출구부(5)와 연통하는 제2탱크블록(33)으로 나누어지고, 제2탱크군(17)은 칸막이부(31)에 의하여 확대탱크부(12a)를 포함한 제3탱크블록(34)와 그 이외의 제4탱크블록(35)로 나누어져있다.
이와 같은 구성에 있어서 입구부(4)에서 유입한 냉매는 연통파이프(20)을 통하여 제3탱크블록(34)전체에 분산되고, 그 제3 탱크블록(34)에 대응하는 관요소의 U턴 통로부(13)을 통하여 반대측의 탱크군(제1탱크블록(32))에 이른다(제1, 제2패스). 그후 제1탱크블록(32)를 구성하는 잔여의 관요소에 평행이동하고, 그관요소의 U턴 통로부(13)을 통하여, 제4탱크 블록(35)를 구성하는 탱크부에 유도되고(제3, 제4패스), 더욱이 제4탱크블록(35)를 구성하는 나머지의 관요소에 평행이동하고, U턴 통로부(13)을 재차 통과하여 제2탱크블록(33)을 구성하는 탱크부에 인도되며(제5, 제6패스), 그러한 연후에 출구부(5)에서 유출한다. 또 이 주류의 흐름과 동시에 연통파이프(20)에 인도된 냉매는 관요소(3d)의 확대된 탱크부(12b)를 통하여 제1탱크블록(32)에 유입하며, 제2패스에서 보재지는 주류(main flow)의 흐름과 합류하면서 제3패스 이하의 패스를 흘러서 출구부(5)에서 유출한다.
이와 같이, 제3패스에서는 제2패스로부터의 이행부분 근방에 연통파이프(20)가 접속되어 있으므로, 제3 및 제4패스를 구성하는 관요소중 칸막이(31)에 가까운 관요소에도 냉매가 충분히 흐르도록 되어서, 적어도 코어본체의 중앙부분의 온도분포를 종전의 열교환기 보다도 평활히 할 수가 있다. 그리하여, 상기 6패스의 열교환기에 있어서는 제3 및 제4패스의 냉매의 흐름이 개선되는 것은 명백한 것이나 제5 및 제6패스의 흐름에 있어서는 냉매가 출구부쪽으로 치우치는 일이 의연히 문제가 된다. 이것에 대응하기 위하여, 도 7에 나타내는 열교환기에 있어서는 제5패스에도 제4패스로부터의 이행부분 근방에 직접 냉매를 유입하는 구성으로 되어 있다. 즉, 도 6에서 나타내는 열교환기의 제7단째에 확대된 탱크부(12b)를 제2의 탱크군(17)측으로 하는 관요소(3d)를 배치하여 이 제7단쪽의 탱크부(12b)를 삽통하는 연통파이프(20)에 이 탱크부내에서 개구하는 주벽공을 형성한다.
이와 같은 구성에 있어서는 도 7b에 나타낸 것과 같이 칸막이부(31)의 하류쪽 근방뿐만아니라, 칸막이부(30)의 하류쪽 근방의 관요소에 냉매가 충분히 흐르고 모든 관요소에 거의 균등으로 냉매를 분사시킬 수가 있어서, 열교환기를 통과하는 공기의 온도를 보다 한층 평활히 할 수가 있다.
도 8 및 도 9에 있어서, 본 발명의 다른 실시형태가 나타내고, 이하 상이하는 부분을 주로하여 설명하고 도면에 나타내는 부분에 있어서는 동일 개소에 동일 번호를 붙쳐서 설명을 생략한다.
이 적층형 열교환기는 도 1 및 도 2와 같은 4패스식 열교환기이며, 연통파이프(20)가 입구부(4)와 관요소(3c)의 확대탱크부(12a)를 연통하기 위한 것에만 사용되고, 입구부(4)를 구성하는 입구통로(25)를 출구통로(26)에서 멀어지는 방향으로 확대하여 평판형상 플레이트(15)에 형성된 소공(36)을 통하여 최하류단째의 패스의 하나앞패스, 즉 제3단째의 패스에도 연통하는 구성으로 되어 있다. 이 소공(36)은 연통파이프(20)의 지름보다도 작게 형성되어 있으며, 대량의 냉매가 입구부(4)에서 제3패스로 유입되지 않도록 되어 있다.
이와 같은 구성에 있어서는 입구부(4)에서 유입된 냉매는 연통파이프(20)를 통과하여 확대 탱크부(12a)에 들어가고 제1탱크블록(21)전체에 분산되며, 이 제1탱크블록(21)에 대응하는 관요소의 U턴 통로부(13)를 돌조(10)를 따라서 상승한다(제1패스). 그리고 돌조(10)의 상방을 U턴하여 하강하며(제2패스), 반대측의 탱크군(제3탱크 블록(23))에 이른다. 그후 제3탱크블록(23)을 구성하는 나머지의 관요소에 평행이동하고, 그 관요소의 U턴 통로부(13)을 돌조(10)을 따라서 재차 상승한다(제3패스). 그리고 돌조(10)의 상방을 U턴하여 하강하며(제4패스). 제2탱크블록(22)를 구성하는 탱크부에 인도되며, 연후에 출구부(5)에서 유출한다.
이 주류의 흐름에 대하여 입구부(4)의 냉매는 소공(36)을 통하여 제2탱크 블록(23)에 들어가며, 제2패스로부터 보내지는 주류의 흐름과 합류하여 제3패스를 구성하는 관요소의 U턴 통로부(13)을 돌조(10)을 따라서 상승한다. 그리하여 돌조(10)의 상방을 U턴하여 하강하고(제4패스), 그연후에 출구부(5)에서 유출한다.
따라서, 제3탱크블록의 제3패스를 구성하는 탱크군에는 제2패스에서 보내지는 냉매와 입구부(4)에서 유입되는 냉매가 집중하여, 더욱이 제2패스에서 보내지는 냉매는 입구부(4)에서 유입하는 냉매와 상반되는 방향에서 충돌하여서 출구쪽으로 흐르는 기세를 억제하고, 제3 및 제4패스를 구성하는 관요소중에 칸막이(19)의 출구쪽 근방의 관요소에도 냉매가 충분히 흐른다. 그결과 도 10a, 10b의 실선에서 나타낸 것 같이, 칸막이부(19)의 출구쪽 근방의 관요소(특히 튜브 NO.7~13)간을 통과하는 공기온도는 종전의 열교환기와 비교하여 낮게되며, 전체적으로 평균된 온도 분포로 된다.
도 11내지 도 12에는 코어본체의 단부에는, 코어본체의 단부에 상기와 동일한 소공(36)을 형성하는 열교환기의 다른 형태를 나타내며, 도 11과 도 12는 6패스의 열교환기가 나타내고 있다.
도 11에서 나타내는 열교환기는 최하류단째의 패스의 하나 앞 패스 즉 제5단째의 패스에 입구부(4)가 연통하도록 되어 있으며, 따라서 입구부(4)에서 유입되는 냉매는 연통파이프(20)을 통하여 제1의 탱크블록(32)에 유입하여서 복수 패스한 후에 출구부(5)에서 유출됨과 동시에, 이것과는 별도로 소공(36)을 통하여 직접 제5패스에 유입하며, 제4패스에서 흘러오는 냉매와 충돌하면서 합류하며, 이 제5패스를 구성하는 관요소의 전체에 확산되어서 U턴 통로를 통과한다. 이 때문에, 제5 및 제6패스를 구성하는 관요소중, 칸막이부(30)의 하류쪽 근방의 관요소에도 냉매가 충분이 흐르도록 되어서, 온도분포를 개선할 수가 있다.
상기한 구성에 있어서는 적어도 제5 및 제6패스의 흐름을 개선할 수 있으며, 그 한도에 있어서 온도분포의 개선을 도모할 수 있으나, 제3 및 제4패스에 있어서는 냉매가 하류쪽에 치우치는 점이 여전히 문제가 된다. 이 때문에 도 12에서 나타내는 열교환기에 있어서는 도 6에서 나타낸 열교환기에 대하여 입구부(4)와 제5패스를 소공(36)에 의하여 직접연통하는 구조로 되어 있다. 이 구조에 의하여 제5 및 제6패스 뿐만아니라, 제3 및 제4패스에 대하여도 냉매가 거의 균일하게 분산하여 전체로서 치우치지 않는 온도분포로 할 수가 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 코어본체의 적층방향의 일단부에 열교환매체의 출입구부를 갖춘 열교환기에 있어서, 홀수단째의 패스로부터의 이행 부분 근방에 적극적인 열교환매체를 유입하도록 했기 대문에 칸막이부분의 하류쪽 근방의 관요소에도 열교환매체를 충분히 흐를수가 있으며, 따라서 열교환매체의 편류를 억제시킬 수 있으며, 열교환기의 온도분포를 양호하게하며, 열교환 효율의 형상을 도모할 수가 있다.
또 열교환매체가 편류하고 있는 종래의 열교환기에 있어서는 소정의 개소의 관요소에 열교환매체가 집중적으로 흐르므로서 통로저항이 크게 되어 있었으나, 본원 발명에 의하여 각 관요소에 거의 균일하게 열교환매체가 흐르므로서 통로저항의 저감을 도모할 수가 있다.

Claims (15)

  1. 각각이 2장의 성형플레이트(6a, 6b, 6c)로 되었고, 길이방향 일단에 형성된 한쌍의 탱크부(12)와, 이 한쌍의 탱크부(12)의 한편과 연통하는 왕로(往路) 및 이 한쌍의 탱크부의 다른편과 연통하는 귀로를 구비한 U턴 통로부(13)를 구비한 여러개의 관요소(3a, 3b, 3c)와 ; 상기 관요소(3a, 3b, 3c)와 번갈아 적층되는 핀(2)과 ; 상기 관요소(3a, 3b, 3c) 및 상기 핀(2)의 적층방향의 한편쪽에 설치되어, 열교환 매체입구부(4)와 연통하는 입구통로(25) 및 열교환 매체출구부(5)와 연통하는 출구통로(26)와 ; 상기 적층방향으로 연속하는 한쌍의 탱크부(12)에 의하여 구성되는 한쌍의 탱크군(16, 17)과 ; 적층방향으로 연속하는 소정수의 탱크부(12)와, 이 소정수의 탱크부(12)와 연통하는 U턴 통로부(13)의 왕로에 의하여 구성되는 홀수패스부로서, 이 홀수패스부의 페1패스부는 상기 적층방향의 다른편쪽에 위치하며, 이 제1패스부를 구성하는 탱크부의 하나(12a)는, 상기 입구통로(25)와 연통파이프(20)를 통하여 연통되는 홀수패스부와 ; 상기 홀수패스부를 구성하는 U턴 통로부(13)의 귀로와, 이 귀로가 연통하는 소정수의 탱크부(12)에 따라 구성되는 짝수패스부로서, 이 짝수패스부를 구성하는 탱크부(12)는 이 짝수패스부에 계속하여 홀수패스부를 구성하는 탱크부(12)와 적층방향에 있어서 연통하고, 상기 짝수패스부의 최종단의 패스부는, 상기 적층방향의 한편쪽에 위치하여, 그 최종단의 패스부를 구성하는 탱크부(12)의 적층방향 한편쪽의 단부에 위치하는 탱크부(12)는 상기 출구통로(26)와 직접연통하는 짝수패스부로 되었으며, 제1 패스부를 제외하는 적어도 하나의 홀수패스부는, 이 홀수패스부에 유입하는 냉매의 상류측 근방에, 상기 입구통로(25)와 연통하는 하나의 탱크부(12b)를 구비하였음을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 패스부를 구성하는 탱크부의 하나(12a) 및 상기 하나 이상의 홀수패스부를 구성하는 탱크부의 하나(12b)는, 다른편의 탱크부측으로 뻗어나와 형성된 확대탱크부이며, 상기 제1 패스부의 확대탱크부(12a)와 상기 입구통로(25)를 연통하는 연통파이프(20)는, 그 도중에 있어서 상기 하나 이상의 홀수패스부에 형성된 확대탱크부(12b)와 연통하는 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 홀수패스부는, 제1 및 제3 패스부이고, 상기 짝수패스부는, 제2 및 제4 패스부임과 동시에, 제4 패스부가 최총단의 패스부이며, 상기 냉매입구통로(25)와 상기 제1 패스부를 연통하는 연통파이프(20)는, 상기 제3 패스부의 확대탱크부(12b)와 연통하는 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 홀수패스부는, 제1, 제3 및 제5 패스부이고, 상기 짝수패스부는, 제2, 제4 및 제6의 패스부임과 동시에, 제6 패스부가 최총단의 패스부이며, 상기 냉매입구통로(25)와 상기 제1 패스부를 연통하는 연통파이프(20)는 상기 제3 패스부의 냉매유입측에 위치하는 확대탱크부(12b)와 연통하는 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제25항에 있어서, 상기 홀수패스부는, 제1, 제3 및 제5 패스부이고, 상기 짝수패스부는, 제2, 제4 및 제6의 패스부임과 동시에, 제6 패스부가 최총단의 패스부이며, 상기 냉매입구통로(25)와 상기 제1 패스부를 연통하는 연통파이프(20)는 상기 제3 및 제5 패스부의 냉매유입측에 위치하는 확대탱크부(12b)와 연통하는 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 패스부를 구성하는 탱크부의 하나(12a)는 다른편의 탱크부측에 뻗어나와 형성된 확대탱크부이고, 이 확대탱크부(12a)는 연통파이프(20)를 통하여 상기 입구통로(25)를 연통하며, 상기 최종단의 짝수패스와 반환통로부(13)를 통하여 연통하는 홀수패스의 적층방향 일단측에 위치하는 탱크부(12)는 상기 입구통로(25)와 직접 연통하는 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 홀수패스부는, 제1 및 제3의 패스부이며, 상기 짝수패스부는, 제2 및 제4 패스부임과 동시에, 제4 패스부가 최총단의 패스부이며, 상기 제1 패스부는, 상기 연통파이프(20) 및 확대탱크부(12a)를 개재하여 상기 입구통로(25)와 연통하였고, 상기 제3 패스부의 적층 방향 일단측에 위치하는 탱크부(12)는 상기 입구통로(25)와 직접 연통하는 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  8. 제6항에 있어서, 상기 홀수패스부는, 제1 및 제3 및 제5의 패스부이며, 상기 짝수패스부는, 제2 및 제4 및 제6 패스부임과 동시에, 제6 패스부가 최총단의 패스부이며, 상기 제1 패스부는, 상기 연통파이프 및 확대탱크부(12a)를 개재하여 상기 입구통로(25)와 연통하였고, 상기 제5 패스부의 적층방향 일단측에 위치하는 탱크부(12)는 상기 입구통로(25)와 직접 연통하는 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 패스부를 구성하는 탱크부의 하나(12a) 및 상기 하나 이상의 홀수패스부를 구성하는 탱크부의 하나(12b)는, 다른편의 탱크부측에 뻗어나와 형성된 확대탱크부이며, 상기 제1 패스부의 확대탱크부(12a)와 상기 입구통로(25)를 연통하는 연통파이프(20)는, 그 도중에 있어서 상기 하나 이상의 홀수패스부에 형성된 확대탱크부(12b)와 연통하여, 상기 최종단의 짝수패스와 U턴통로부(13)를 통하여 연통하는 홀수 패스의 적층방향 일단측에 위치하는 탱크부(12)는, 상기 입구통로(25)의 직접 연통하는 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 홀수패스부는 제1, 제3 및 제5의 패스부이고, 상기 짝수패스부는, 제2, 제4 및 제6 패스부임과 동시에, 제6 패스부가 최종단의 패스부이며, 상기 입구통로(25)와 상기 제1 패스부를 연통하는 연통파이프(20)는 상기 제3 패스부의 냉매유입측에 위치하는 확대탱크부(12b)와 연통하고, 상기 제5 패스부의 적층방향 일단측에 위치하는 탱크부(12)는 상기 입구통로(25)와 직접 연통하는 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  11. 제6항에 있어서, 상기 입구통로(25)와 상기 최종단의 짝수패스와 U턴 통로부(13)를 통하여 연통하는 홀수패스의 적층방향 일단측에 위치하는 탱크부(12)와의 사이를 연통하는 소공(36)은 상기 연통파이프(20)의 지름보다도 작은 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  12. 제7항에 있어서, 상기 입구통로(25)와 제3 패스부의 적층방향 일단측에 위치하는 탱크부(12)와의 사이를 연통하는 소공(36)은, 상기 연통파이프(20)의 지름보다도 작은 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  13. 제8항에 있어서, 상기 입구통로(25)와 제5 패스부의 적층방향 일단측에 위치하는 탱크부(12)와의 사이를 연통하는 소공(36)은, 상기 연통파이프(20)의 지름보다도 작은 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  14. 제9항에 있어서, 상기 입구통로(25)와 상기 최종단의 짝수패스와 U턴 통로부(13)를 통하여 연통하는 홀수패스의 적층방향 일단측에 위치하는 탱크부(12)와의 사이를 연통하는 소공(36)은 상기 연통파이프(20)의 지름보다도 작은 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
  15. 제10항에 있어서, 상기 입구통로(25)와 제5 패스부의 적층방향 일단측에 위치하는 탱크부(12)와의 사이를 연통하는 소공(36)은, 상기 연통파이프(20)의 지름보다도 작은 것을 특징으로 하는 적층형 열교환기.
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