KR100270382B1 - 자동차용응축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤더탱크에 점프튜브를 집적화시켜 폭방향 길이를 최적화할 수 있도록 하는 응축기에 관한 것으로, 냉매유입부와 냉매유출부가 각각 형성되는 탱크 및 상기 탱크와 결합하여 유체통로를 형성하는 헤더를 갖는 제1헤더탱크(4); 상기 제1헤더탱크와 대향되게 위치하고 탱크 및 헤더에 의해 유체통로를 형성하는 제2헤더탱크(5); 일정한 간격을 갖고 상,하로 수평하게 배열되며 양 단부가 각각 상기 제1,2헤더탱크의 헤더에 삽입되어 결합되는 복수의 튜브(3); 상기 튜브들 사이에 각각 배열되는 냉각핀(2); 상기 제1헤더탱크에 유입된 냉매가 유로를 통과하여 액냉매는 자중에 의해 하부영역의 유로로 순환되고 기냉매는 상부영역의 유로로 순환되도록 상기 제1,2헤더탱크의 내부를 각각 구획하는 복수의 배플(6-10); 및 상기 제2헤더탱크에 형성된 복수의 유체통로중 상부영역의 튜브와 연통하는 상부쳄버와 하부영역의 튜브와 연통하는 하부쳄버를 연결하는 점프튜브(16)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기

본 발명은 가스냉매를 냉각하여 액화응축하는 냉매응축기에 관한 것으로, 특히 압축기에서 유입된 가스냉매가 열교환되어 부분 응축된 2상의 기액냉매를 헤더탱크에서 자중에 의해 기액분리할 수 있도록 하는 응축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기에서 응축기로 유입된 냉매는 헤더탱크 내부에 설치된 복수의 배플에 의해 S자형의 사행의 경로로 유동하게 되며, 진행방향으로 갈수록 점차 액상의 냉매 비율이 높아지면서 가스냉매와 액냉매가 공존하는 2상을 유지한다.

일예로 종래의 응축기(30)는 도 12에 도시한 바와 같이 서로 대향되게 마주한 제1,2 헤더탱크(31)(32)와, 상기 제1,2 헤더탱크(31)(32) 사이에 평행으로 상,하로 배열되며 그 양단부가 연통되어 결합된 복수의 튜브(33)와, 상기 튜브(33) 사이에 개재된 냉각핀(34)으로 구성되며, 제1,2헤더탱크(31)(32)에는 복수의 배플(35)이 일정한 등고차를 갖고 배열되어 있으며, 이들에 의해 응축기 내부를 유동하는 냉매의 경로가 결정된다. 그리고 상기 제1헤더탱크(31)의 상부에는 압축기와 연통된 유입파이프(36)가 설치되고, 하부에는 수액기측으로 유통되는 유출파이프(37)가 각각 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 응축기는 제1헤더탱크(31)의 유입파이프(36)로 유입된 고온.고압의 기냉매가 복수의 배플(35)에 의해 결정된 냉매경로를 따라 튜브(33) 사이를 유동하면서 열교환되어 점차 액상의 비율이 높은 액냉매로 상변환된 후 유출파이프(37)를 통해 유동하게 된다.

그러나 상기한 응축기를 유동하는 냉매는 튜브를 경유하여 열교환하면서 액상과 기상이 혼합된 2상의 냉매가 함께 유동하므로 유동중 압력손실이 높아질 뿐만 아니라 튜브의 내주벽측으로는 액냉매가 분포하고 튜브의 중앙에는 기냉매가 분포하는 현상이 일어나 중앙의 기냉매는 외측의 액냉매에 의해 형성된 액막에 의해 열교환효율이 낮아져 응축열량을 증대시킬 수 없다.

따라서 본 원인이 선출원한 한국 특허출원번호 제97-24666호에 의하면, 2상의 공존냉매를 자중에 의해 분리하여 기냉매는 상부영역으로 액냉매는 하부영역으로 각각 경로가 다르게 유동되게 하고 상부영역을 유동하여 상변환된 기냉매는 점프튜브를 통해 하부영역에서 열교환된 액냉매와 합쳐진 후 과냉각영역으로 유동시켜 응축시키는 구성으로 되어 있다.

그러나 상기한 응축기는 점프튜브 탱크부와 분할 제작되므로 한정된 엔진룸의 공간확보가 어려워 장착성이 좋지 못한 결점이 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 헤더탱크에 점프튜브를 집적화시켜 폭방향 길이를 최적화할 수 있도록 하는 응축기를 제공하는데 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 응축기는 냉매유입부와 냉매유출부가 각각 형성되는 탱크 및 상기 탱크와 결합하여 유체통로를 형성하는 헤더를 갖는 제1헤더탱크; 상기 제1헤더탱크와 대향되게 위치하고 탱크 및 헤더에 의해 유체통로를 형성하는 제2헤더탱크; 일정한 간격을 갖고 상,하로 수평하게 배열되며 양 단부가 각각 상기 제1,2헤더탱크의 헤더에 삽입되어 결합되는 복수의 튜브; 상기 튜브들 사이에 각각 배열되는 냉각핀; 상기 제1헤더탱크에 유입된 냉매가 유로를 통과하여 액냉매는 자중에 의해 하부영역의 유로로 순환되고 기냉매는 상부영역의 유로로 순환되도록 상기 제1,2헤더탱크의 내부를 각각 구획하는 복수의 배플; 및 상기 제2헤더탱크에 형성된 복수의 유체통로중 상부영역의 튜브와 연통하는 상부쳄버와 하부영역의 튜브와 연통하는 하부쳄버를 연결하는 점프튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 점프튜브는 제2헤더탱크의 내부에 위치되게 설치하되, 제2헤더탱크의 탱크 내주벽에 파이프를 결합하거나 또는 제2헤더탱크의 탱크의 측벽과 플레이트를 결합하여 유체통로가 형성되게 함이 바람직하다.

또한 상기 점프튜브는 제2헤더탱크를 구획하는 각각 배플의 중앙에 삽입홀을 형성하고, 상기 삽입홀에 양단부가 삽입되는 파이프를 결합하거나 또는 제2헤더탱크의 탱크 외주벽에 길이방향으로 상기 탱크와 각각 연통하는 연통공을 갖는 홈을 형성하고, 상기 홈의 외주연에 플레이트를 결합하여 유체통로를 형성하여도 좋다.

그리고, 상기 점프튜브는 제2헤더탱크의 탱크 외주벽에 길이방향으로 탱크와 각각 연통하는 연통공을 갖는 홈을 형성하고, 상기 홈에 각각의 연통공과 연통되게 파이프를 안착시켜 유체통로를 형성함이 바람직하며, 상기 홈의 상,하면에 탱크와 연통하는 연통공을 형성하고, 상기 연통공과 수직으로 관통하는 파이프를 결합하여 유체통로를 형성할 수 있고, 상기 홈의 측면에 탱크의 연통하는 연통공을 형성하고, 상기 연통공을 향해 양단부가 절곡된 파이프를 결합시켜 유체통로를 형성하여도 좋다.

이러한 구성에 의하면, 제1헤더탱크의 중앙으로 유입된 고온.고압의 기체냉매가 중부영역의 튜브를 유동하여 외부공기와 열교환되면서 액체와 기체상태의 2상이 공존하는 냉매로 제2헤더탱크로 유입된다. 이후 제2헤더탱크로 유입된 2상의 냉매중 기체상태의 냉매는 상부영역으로 액체상태의 냉매는 하부영역으로 유동하게 되며, 상기 상부영역으로 유동하여 열교환된 냉매는 점프튜브를 통해 하부영역으로 유동한 냉매와 제2헤더탱크의 하부에서 혼합되어 과냉각영역을 유동하면서 열교환된다.

이와 같이 2상의 냉매를 자중에 의해 분리되게 하고, 분리된 각각의 냉매에 대해 열교환유로를 다르게 하여 상부영역으로 유동하는 기냉매를 점프튜브를 통해 하부역역으로 유동하는 액냉매와 혼합시키도록 하는 구성에 있어서, 상기 점프튜브를 제2헤더탱크 내부에 내장되게 설치하거나 또는 제2헤더탱크의 측벽에 홈을 형성하여 냉매유통경로를 제공함으로써 점프튜브가 포함된 응축기 폭방향에 대한 전체길이를 최적화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 헤더탱크에 점프튜브가 내장된 제1실시예를 보인 응축기 전단면도,

도 2는 도 1의 A-A선 단면도,

도 3은 헤더탱크의 중앙에 점프튜브가 결합된 상태를 보인 요부 단면도,

도 4는 플레이트와 탱크와의 결합에 의해 유체통로가 형성된 제2실시예를 보인 단면도,

도 5는 도 4의 B-B선 단면도,

도 6은 외장형 점프튜브에 대한 제3실시예를 보인 단면도,

도 7은 도 6의 C-C선 단면도,

도 8은 외장형 점프튜브에 대한 제4실시예를 보인 단면도,

도 9는 도 8의 D-D선 단면도,

도 10은 외장형 점프튜브에 대한 제5실시예를 보인 단면도,

도 11은 도 10의 E-E선 단면도,

도 12는 종래 응축기를 보인 정면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1;응축기 2;튜브

3;코루게이트핀 4;제1헤더탱크

5;제2헤더탱크 6-10;배플

11;유입파이프 12;유출파이프

13;상부쳄버 14;중앙쳄버

15;하부쳄버 16;점프튜브

17;플레이트 18;홈

19;플레이트 20,22;안착홈

21;직관파이프 23;절곡파이프

도 1은 본 발명의 실시예를 보인 응축기 단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다. 전체부호를 1로 표시한 응축기는 수평방향으로 배열된 복수의 튜브(2)와 이 사이에 배열된 코루게이트핀(3)에 의해 열교환부가 구성되며, 상기 튜브(2) 양측에는 서로 대향되게 직립된 한쌍의 제1헤더탱크(4)와 제2헤더탱크(5)가 접속되어 있다.

튜브(2)는 편평한 관으로 내부에 다수의 냉매통로가 형성되어 있으며, 압출성형이나 프레스성형에 의해 제조된다. 상기 제1,2헤더탱크(4)(5)는 각각 헤더(4a) (5a)와 탱크(4b)(5b)로 이루어져 냉매통로를 형성하고 있다.

상기 헤더(4a)(5a)에는 튜브(2)의 양단부가 각각 삽입되어 결합되며, 그 외측으로 탱크(5a)(5b)가 각각 결합되어 있다. 상기 제1,2헤더탱크(4)(5)는 복수의 배플(6-10)에 의해 구획분할되어 다실의 유체통로를 형성하고 있으며, 제1헤더탱크(4)에는 가스상태의 냉매가 유입되는 유입파이프(11)와 열교환부에서 외기와 열교환되어 상변환된 액냉매가 유출되는 유출파이프(12)가 각각 결합되어 있다. 상기 유입파이프(11)는 내부를 구획하는 배플(6)(7) 사이에 결합되고 유출파이프(12)는 배플(8) 하부에 결합되어 있다. 또한 제2헤더탱크(5)에 구비된 배플(9)(10)은 제1헤더탱크(4)에 구비된 배플(6-8)들과 서로 다른 위도차를 갖고 배열되어 있으며, 상기 배플(6-10)들에 의해 냉매회로가 결정된다.

즉, 제2헤더탱크(5)의 배플(9)은 제1헤더탱크(4)의 배플(6)보다 위도가 높으며, 상기 제2헤더탱크(5)의 배플(10)은 제1헤더탱크(4)의 배플(7)보다 위도가 낮고 배플(8)보다 위도가 높은 곳에 위치하고 있다. 따라서 이들 배플(6-10)들의 위치에 따라 냉매가 유동하는 튜브군이 분할되어 상,중,하부영역 및 과냉각영역으로 분리되고, 상기 배플(9)(10)들에 의해 제2헤더탱크(5)는 상,중,하부쳄버(13-15)로 구획된다.

이러한 배플(6-10)들은 유입파이프(11)를 통해 유입된 가스상태의 냉매를 중부영역으로 유동시켜 액체상태의 냉매로 부분 상변환시킨 후 제2헤더탱크(5)의 배플(9)(10)에 의해 형성된 중앙쳄버(14)로 유동시키며, 동시에 중앙쳄버(14)로 유동한 2상의 냉매중 기체와 액체냉매를 자중에 의해 분리되게 하여 각각의 냉매가 상부영역과 하부영역으로 유동할 수 있도록 냉매유로를 제공하게 된다.

상기 제2헤더탱크(5)에는 배플(9)(10)에 의해 각각 구획되는 상부쳄버(13)와 하부쳄버(15)를 연통하는 점프튜브(16)가 일측에 편심되게 내설되어 있다. 상기 점프튜브(16)는 관상의 파이프로 상부쳄버(13)로 유동한 냉매를 하부쳄버(15)로 유통시켜 중앙쳄버(14)에서 자중에 의해 분리된 하부영역으로 유동된 액냉매와 혼합시킨 후 과냉각영역으로 유통시킨다.

상기 제1실시예에서는 점프튜브(16)가 제2헤더탱크(5)의 일측에 편심된 위치에 있으나 도 3과 같이 제2헤더탱크(5)를 구획하는 각각의 배플(9)(10) 중앙에 삽입홀(9a)(10a)을 형성하고, 상기 삽입홀(9a)(10a)에 파이프를 관통시켜 결합함으로써 제2헤더탱크(5)의 중앙에 위치되게 하여도 좋다.

또한 본 발명은 상기 점프튜브(16)에 의해 형성되는 유체통로를 도 4 및 도 5에 도시한 제2실시예와 같이 제2헤더탱크(5)의 탱크(5b)와 플레이트(17)의 결합에 의해 형성할 수 있다. 상기 플레이트(17)는 제2헤더탱크(5)의 탱크(5b)와 대향되게 길이방향으로 만곡된 얇은 판체로 되어 있고, 양단에 탱크(5b)와 동일곡률로 이루어진 날개부(17a)를 형성하여 상기 탱크(5b)의 내주벽과의 접합면적을 넓힘으로써 결합을 증대시킬 수 있다.

제1실시예에서는 제2헤더탱크(5) 내부에 점프튜브(16)를 내장하고 있으나 상기 점프튜브(16)를 제2헤더탱크(5)의 외측에 형성하여도 좋다.

도 6은 본 발명의 제3실시예로 제2헤더탱크(5) 외측에 점프튜브(16)가 결합된 상태를 보인 종단면도이고, 도 7은 도 6의 C-C선 단면도이다. 본 발명은 헤더(5a)와 함께 제2헤더탱크(5)를 구성하고 있는 탱크(5b) 외주면을 프레스나 사출성형에 의해 길이방향으로 홈(18)을 형성하고 있다. 상기 홈(18)의 상면과 하면에는 각각 상부쳄버(13) 및 하부쳄버(15)와 통공하는 연통공(18a)(18b)이 형성되어 있으며, 상기 홈(18)의 외주연에 플레이트(19)를 결합함으로써 상기 상부쳄버(13)와 하부쳄버(15)가 연통되게 유체통로를 형성하고 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 제4실시예를 도시한 것으로, 제2헤더탱크(5)의 탱크(5b) 외주연에 길이방향으로 안착홈(20)을 형성한다. 상기 안착홈(20)의 상면과 하면에는 상부쳄버(13) 및 하부쳄버(15)와 통공하는 연통공(20a)(20b)을 각각 형성하고, 상기 안착홈(20)에 직관파이프(21)를 안착시켜 상부쳄버(13)와 하부쳄버(15)가 연통되게 유체통로를 형성하고 있다. 여기서 상기 안착홈(20)의 내주연의 반경과 직관파이프(21)의 외주연의 반경을 동일하게 형성함으로써 안착홈(20)과 직관파이프(21)의 접합면적을 크게 하여 결합력을 증대시키도록 함이 바람직하다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 제5실시예를 도시한 것으로, 도시한 바와 같이 제2헤더탱크(5)의 탱크(5b) 외주연에 길이방향으로 안착홈(22)을 형성하고, 상기 안착홈(22)의 만곡면에는 상부쳄버(13)와 하부쳄버(15)를 통공되게 연통공(22a) (22b)이 형성되어 있다. 그리고 연통공(22a)(22b)의 길이와 동일한 절곡파이프(23)를 안착홈(22)에 삽입하여 결합함으로써 유체통로를 형성한다. 여기서 상기 절곡파이프(23)의 절곡부(23a)(23b)의 상,하면은 안착홈(22)의 상하면과 일치되게 제작함으로써 결합력을 증대시키는 것이 바람직하다. 또한 안착홈(22)의 만곡면 직경과 절곡파이프(23)의 외주연의 반경을 동일하게 형성하여 결합력을 증대시키는 것이 좋다.

이하, 작용을 설명한다. 본 발명은 압축기에서 압축된 고온.고압의 기체냉매가 제1헤더탱크(4)의 중앙에 결합된 유입파이프(11)로 유입된다. 상기 유입파이프(11)로 유입된 기체냉매는 배플(6-10)에 의해 냉매회로가 결정된 열교환부의 중부영역으로 유동하여 외부공기와 열교환되면서 부분적으로 액체상태로 변화된 상태로 제2헤더탱크(5)의 중앙쳄버(14)로 유동한다.

중앙쳄버(14)에는 기체와 액체가 혼합된 2상의 냉매가 유입되며, 2상의 냉매는 자중에 의해 기냉매는 상부로 액냉매는 하부로 분리된다. 상기 중앙쳄버(14)에 서 분리된 기냉매는 열교환부의 상부영역으로 유동하면서 제1헤더탱크(4)에서 유턴하여 제2헤더탱크(5)의 상부쳄버(13)로 유입된다.

그리고, 상기 중앙쳄버(14)에 분리된 액냉매는 배플(8)(10)에 의해 열교환부의 하부영역으로 유동하면서 제1헤더탱크(4)를 경유하여 제2헤더탱크(5)의 하부쳄버(15)로 유입된다.

한편, 열교환부의 상부영역으로 유동되어 제2헤더탱크(5)의 상부쳄버(13)로 유입된 냉매는 점프튜브(16)를 통해 하부쳄버(15)로 유통되면서 열교환부의 하부영역으로 유동되어 유입된 액냉매와 혼합된다. 이와 같이 혼합된 액냉매는 과냉각영역을 경유하면서 냉각되어 제1헤더탱크(4) 및 유출파이프(12)를 통해 유출된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 2상의 냉매를 자중에 의해 분리되게 하고, 분리된 각각의 냉매에 대해 열교환 유로를 다르게 하여 상부영역으로 유동하는 기냉매를 점프튜브를 통해 하부영역으로 유동하는 액냉매와 혼합시키도록 하는 구성으로 되어 있다.

본 발명은 이러한 구성에 있어서, 제1 내지 제5실시예와 같이 점프튜브를 제2헤더탱크 내부에 내장되게 설치하거나 또는 제2헤더탱크의 외주연에 길이방향으로 홈을 형성하고 외주연에 플레이트를 결합하여 상부쳄버와 하부쳄버와 연통시킴으로써 유체통로를 형성하고 있다. 또한 제2헤더탱크의 외주연에 길이방향으로 안착홈을 형성하고 상기 안착홈에 파이프를 결합하여 상부쳄버와 하부쳄버와 연통되게 함으로써 유체통로가 형성되게 하는 것으로, 점프튜브가 헤더탱크의 수직면 외측으로 돌출되지 않으므로 응축기 폭방향에 대한 전체길이를 최적화시킬 수 있다.

따라서 협소한 엔진룸에 응축기의 장착시 작업성을 향상시킬 수 있고, 헤더탱크에 점프튜브가 일체로 형성되므로 점프튜브를 지지하기 위한 별도의 브라켓을 생략할 수 있다.

Claims (9)

1. 일정한 간격을 갖고 서로 평행하게 배열되는 다수의 튜브; 상기 튜브들 사이에 각각 배열되는 냉각핀; 상기 튜브의 일단이 접속되고, 그 내부의 유체통로를 적어도 3개 이상으로 구획하여 형성된 챔버와, 상기 챔버중, 중간 챔버에 접속되는 냉매유입부와, 하부 챔버로 접속되는 냉매유출부를 각각 구비하는 제1헤더탱크; 상기 튜브의 타단이 접속되고, 적어도 3개이상의 챔버를 구비하는 제2헤더탱크; 상기 제1,2헤더탱크 내부에 각각 설치되어, 상기 제1,2헤더탱크 내부의 유체 통로를 다수의 챔버로 구획함으로써, 상기 다수의 튜브들과 상기 다수의 챔버에 의해 형성되는 유체통로를 상부영역, 중부영역, 하부영역 및 과냉각영역으로 구분하는 배플; 및 상기 제2헤더탱크에 형성된 복수의 챔버중 상부챔버와 하부챔버를 소통시키는 점프튜브;를 포함하여, 상기 제1헤더탱크의 냉매유입부를 통해 유입된 냉매가 상기 제2헤더탱크의 대응하는 챔버에서 기체와 액체상태로 분리되어, 기상냉매는 상기 상부영역으로 액상냉매는 자중에 의해 상기 하부영역으로 분리되어 유동되도록 한 후, 이들 분리 유동되는 냉매가 상기 점프튜브에 의해 상기 제2헤더탱크의 하부챔버에서 합류되어 과냉각영역으로 흐르도록 구성한 것을 특징으로 하는 자동차용 응축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 점프튜브는 제2헤더탱크의 내부에 위치되게 설치됨을 특징으로 하는 자동차용 응축기.
3. 제2항에 있어서, 상기 점프튜브는 제2헤더탱크의 탱크 내주벽에 파이프를 결합됨을 특징으로 하는 자동차용 응축기.
4. 제2항에 있어서, 상기 점프튜브는 제2헤더탱크의 탱크의 측벽과 플레이트를 결합하여 유체통로가 형성되게 함을 특징으로 하는 자동차용 응축기.
5. 제2항에 있어서, 상기 점프튜브는 제2헤더탱크를 구획하는 각각 배플의 중앙에 각각 삽입홀을 형성하고, 상기 삽입홀에 양단부가 삽입되게 파이프를 결합하여 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 응축기.
6. 제1항에 있어서, 상기 점프튜브는 제2헤더탱크의 탱크 외주벽에 길이방향으로 상기 탱크와 각각 연통하는 연통공을 갖는 홈을 형성하고, 상기 홈의 외주연에 플레이트를 결합하여 유체통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차용 응축기.
7. 제1항에 있어서, 상기 점프튜브는 제2헤더탱크의 탱크 외주벽에 길이방향으로 탱크와 각각 연통하는 연통공을 갖는 홈을 형성하고, 상기 홈에 각각의 연통공과 연통되게 파이프를 안착시켜 유체통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차용 응축기.
8. 제7항에 있어서, 상기 홈의 상,하면에 탱크와 연통하는 연통공을 각각 형성하고, 상기 각각의 연통공과 수직으로 관통하는 직관파이프가 결합됨을 특징으로 하는 자동차용 응축기.
9. 제7항에 있어서, 상기 홈의 측면에 탱크의 연통하는 연통공을 각각 형성하고, 상기 각각의 연통공을 향해 양단부가 절곡된 절곡파이프가 결합됨을 특징으로 하는 자동차용 응축기.

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