KR100389697B1 - 일체형 열교환기 - Google Patents

Abstract

차량용 열교환기에서 오일 쿨러 내부에 튜브레이터를 삽입시키며, 콘덴서 및 오일 쿨러의 냉매와 오일이 순환하는 튜브를 횡방향으로 배열한 후 그 위에 냉각휜을 적층하되 이들을 반복하여 적층시켜 밀집되도록 한 것으로, 본 발명은, 순환하는 매개물이 서로 다른 적어도 2 개 이상의 열교환기 튜브를 횡방향으로 이격되게 배열하고 열교환기 튜브 위에 동일한 냉각휜을 적층하되, 열교환기 튜브와 냉각휜을 교대로 반복하여 적층시킨 것이다.

이로 인해, 오일 쿨러 내부에 튜브레이터를 삽입하며 탱크에 격리판을 삽입하여 격리시킴에 따라 열교환기 특정부위를 다른 용도의 열교환기로 사용하거나 순환하는 매개물의 유동경로를 인위적으로 변경하여 유속을 증대시킬 수 있다. 콘덴서와 오일 쿨러를 냉각휜으로 밀집형이 되도록 적층하여 일체형으로 조합함에 따라 서로 다른 용도의 열교환기를 모듈화하여 전체적인 사이즈를 감소시켜 해당 부품의 경량화 및 장착공간을 줄일 수 있다. 주행시 대기중의 먼지 및 이물질이 휜에 응착되거나, 휜 사이에 고착 및 귀속되는 것을 방지하며, 공기저항과 불결계수와 같은 열저항을 감소시켜 방열성능 저하를 최소화하며, 이물질의 제거 및 청소가 용이하다. 오일 점성에 의한 유체 전단응력이 커져 난류생성이 용이하며 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 해당 부품의 효율개선 및 경량화, 단순화, 표준화, 조립비용을 절감하며, 엔진룸 내의 장착성 및 제한된 공간을 유용하게 활용할 수 있게 된다.

Description

일체형 열교환기{Combination Heat Exchanger}

본 발명은 차량용 열교환기에서 오일 쿨러 내부에 튜브레이터(turbulator)를 삽입시키며, 콘덴서 및 오일 쿨러의 냉매와 오일이 순환하는 튜브를 횡방향으로 배열한 후 그 위에 냉각휜을 적층하되 이들을 반복하여 적층시켜 밀집되도록 한 일체형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 열교환기는 최적의 실용적인 면적과 방열성능을 발휘할 수 있도록 가장 얇은 코어, 경제적인 열교환기를 유지하는 것이 요구된다.

차량용 열교환기의 에어컨 콘덴서는 대기중의 공기를 팬으로 강제 송풍시켜 냉매를 등압방열시키고, 오일 쿨러는 냉각방식에 따라 수냉식과 공냉식으로 오일을 냉각시키게 된다. 그리고 콘덴서, 오일 쿨러의 냉매와 오일이 튜브 내부로 유동될 때 열에너지가 튜브에 전달되며 서로 다른 유체와 직교운동(cross flow) 및 대향운동(counter flow)에 의해 열교환이 일어나고, 튜브와 인접한 유체 사이의 열전달률을 촉진시키기 위해 확장표면 즉 휜을 설치한다.

이와 같이 이종 유체의 종류에 따라 기존의 콘덴서와 오일 쿨러는 상호 독립적으로 차량에 장착되거나 또는 개별적인 코어로 조립된 후 조합되어 장착되고 있다.

콘덴서와 오일 쿨러가 독립적으로 차량에 장착된 경우, 장착시 발생되는 체결부 및 부수적인 체결부품의 증가를 초래하게 되고 차량에 독립적으로 장착되므로 공간활용 측면상 효율적이지 못한 문제점을 갖게된다. 또한 일체형이 아닌 개별적인 코어 제작 후 조합되어진 경우는 코어와 코어 사이에 불필요한 공간이 발생되며 전체 코어의 두께가 커지는 문제점이 발생된다. 이때 코어의 두께가 두꺼운 형태를디프코어(deep core)라 한다.

매질내의 온도 구배에 의한 에너지의 전달률(열전달률이라 칭한다)은 단면적(A), 온도(dT)에 비례하고 길이(dx)에 반비례하므로 코어사이즈가 커지게 되면 열전달률이 저하되어 냉각효율이 감소된다. 따라서 디프코어는 차량 주행시 공기유동에 의해 속도구배가 작아지고, 표면전단응력이 필요 이상으로 커져 난류 형성에는 용이하나 공기유동저항이 증가되어 냉각공기 통과량이 감소되며, 방열성능이 저하된다.

특히, 차량 주행시 코어를 통과하는 공기유동으로 인해 대기중의 먼지 및 이물질이 휜과 튜브에 고착되며, 코어와 코어사이의 공간에 귀속시키는 문제점이 발생되고, 이로 인해 주행시 공기유동저항이 증가되며, 열교환기 구조상 귀속된 이 물질을 인위적으로 제거하기가 어려운 문제점이 야기되었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 오일 쿨러 내부에 튜브레이터를 삽입하고 탱크에 격리판을 삽입하여 격리시킴에 따라 열교환기 특정 부위를 다른 용도의 열교환기로 사용하거나 순환하는 매개물의 유동경로를 변경하여 유속을 증대시킬 수 있도록 한 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 에어컨 콘덴서와 오일 쿨러의 냉각 휜을 밀집형이 되도록 적층하고 일체형으로 조합함에 따라 서로 다른 용도의 열교환기를 모듈화하여 전체적인 사이즈를 감소시켜 경량화 및 장착공간을 줄일 수 있도록 한 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 주행시 대기중의 먼지 및 이물질이 휜사이에 고착 및 귀속되는 것을 방지하며, 공기저항과 불결계수와 같은 열저항을 감소시켜 방열성능 저하를 최소화하며, 이물질의 제거 및 청소가 용이한 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 오일 점성에 의한 유체전단응력이 커져 난류생성이 용이하며 냉각효율을 향상시킬 수 있도록 한 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 해당 부품의 효율개선 및 경량화, 단순화, 표준화, 조립비용을 절감하며, 엔진룸내의 장착성 및 제한된 공간을 유용하게 활용할 수 있도록 한 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 일체형 열교환기의 개략도,

도 2는 도 1의 A-A선에서의 단면도,

도 3은 도 1의 B-B선에서의 단면도,

도 4는 본 발명에 의한 튜브와 휜이 결합된 일체형 열교환기의 요부 발췌도,

도 5는 본 발명에 의한 튜브와 헤드가 결합된 일체형 열교환기의 요부 발췌도,

도 6은 본 발명에 의한 격리판이 삽입된 일체형 열교환기의 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1,1'; 냉각휜 2,2'; 콘덴서 튜브

3,3'; 오일 쿨러 튜브 4 ; 사이드 서포트

5,8 ; 탱크 6 ; 파이프형 헤드

7,9 ; 헤드 플레이트 10 ; 튜브

11 ; 격리판

전술한 본 발명의 목적은, 순환하는 매개물이 서로 다른 적어도 2개 이상의 열교환기 튜브(2,3,10)를 횡방향으로 이격되게 나란하게 배열하고 열교환기 튜브(2,3,10)위에 동일한 냉각휜(1)을 적층하되, 열교환기 튜브(2,3,10)와 냉각휜(1)을 교대로 반복하여 적층시킨 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기를 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 열교환기 튜브(2,3,10)의 오일 쿨러(3)와 에어컨 콘덴서(2)의 탱크 내압강도를 보강할 수 있도록 반원호 형상인 헤드플레이트(7)와 탱크(5)를 밀착시켜 브레이징으로 접합시킨 것이다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 냉각휜(1)에 적층되는 사이드 서포트(4)와 순환하는 매개물이 서로 상이한 적어도 2개 이상의 열교환기 튜브(2,3,10)를 파이프형 헤드(6) 및 헤드 플레이트(7,9)에 동시에 삽입하여 조립후 브레이징으로 접합시킨 것이다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 열교환기의 소정부위를 용도가 상이한 열교환기로 사용하거나 순환하는 매개물의 유동경로를 변경하여 방열면적을 증대시킬 수 있도록 수 개의 튜브 열수를 포함하여 탱크를 격리시키는 격리판(11)이 상하부헤드(6)와 헤드 플레이트(7,9) 사이에 삽입되어 브레이징으로 접합된 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

이하에서, 본 발명에 의한 일체형 열교환기의 사용방법을 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 일체형 열교환기는 열교환기의 사용목적과 용도가 서로 상이한 열교환기를 하나의 냉각휜을 사용하여 차량의 엔진룸에 간단하게 장착할 수 있도록 형성된 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 서로 다른 매개물이 유동하는 튜브(2,3)를 나란하게 횡방향으로 배열하고 튜브(2,3)위에 냉각휜(1)을 적층 후, 다시 튜브(2',3')를 적층하고 밀집된 형태가 되도록 반복 적층하여 도 1에 도시된 일체형 열교환기를 조립하게 되는 것이다.

따라서 통기성이 양호하고, 주행시 외부로부터 먼지 또는 불순물을 포함한 이물질이 냉각휜(1)에 달라붙어 고착 및 귀속(entrapment)되는 것을 방지하며, 공기저항과 불결계수(heat transfer rate)와 같은 부가적인 열저항이 증가되어 열전단율 감소를 최소화할 수 있게 되며, 냉각휜(1)에 의해 서로 다른 열교환기 사이에 틈새가 발생되지 않아 냉각휜(1)에 부착되는 이물질의 제거 및 청소하는 작업이 용이하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 냉각휜(1)과 파이프형 헤드(6)와 헤드 플레이트(7)를 각각 튜브(2,3)에 삽입하고 사이드 서포트(4)로 조립한 후 브레이징으로 접합시켜 열교환 부위와 내부 순환되는 매개물이 서로 상이한 열교환기를 일체형으로 모듈화시킬 수 있게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 서로 다른 매개물이 유동하는 3 종류 이상의 튜브를 하나의 냉각휜을 사용하여 반복 적층하고, 소정 사이즈의 코어로 조립하여 소정 목적의 열교환기에 응용할 수 있게 된다. 서로 용도가 다른 2 가지 이상의 열교환기를 냉각휜을 사용하여 일체형으로 조립함에 따라 열교환기의 단순화 및 모듈화가 가능하다.

즉, 튜브 내부에 서로 다른 매개물인 오일, 냉매, 냉각수, 과급공기 등이 유동할 때 상호 열전달 효과를 고려할 수 있어 방열성능이 향상되고, 제조 공정수 및 열교환기 전체 사이즈와 중량이 감소되므로 조립비용 절감과 부품의 경량화가 가능하고 차량에 장착시 장착상의 문제점을 보완할 수 있게된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 사이드 서포트(4)는 도 4에 도시된 튜브(2,3,10)과 함께 헤드 플레이트(7,9), 그리고 파이프형 헤드(6)에 동시에 삽입되어 조립된 후 브레이징되어 열교환기 전체 강도를 유지하는 역할을 하게 된다. 이와 같이 열교환기의 목적에 따른 탱크를 선택하여 일체형 열교환기를 조립하여 모듈화시킴에 따라 냉각시스템의 고효율화, 고성능화가 가능한 것이다. 이때 필요에 따라 4종류 이상의 매매물이 순환하는 튜브와 헤드가 결합되는 일체형의 열교환기의 제작도 가능한 것이다.

도 6에 도시된 열교환기는 파이프형 헤드(6)와 형상이 서로 다른 탱크(5,8)의 특정위치에 격리판(11)을 삽입하여 격리시킨 일체형 열교환기를 나타낸 것이다. 다소의 튜브 열수를 격리하여 열교환기의 특정부분을 다른 용도의 열교환기로 사용할 수 있고, 탱크를 격리시켜 순환하는 매개물의 유동경로를 인위적으로 변경함에 따라 단위 체적당 열전달률을 증대시킬 수 있게된다.

따라서, 일체형 열교환기에 의하면, 열교환기 사이에서 상호 열전달 효과를 고려할 수 있으며, 방열시키는 열에너지를 최적화하여 연료 소비량을 줄이며, 장시간 주행시 열교환기의 방열성능 저하를 최소화하며, 부품의 효율개선 및 생산원가비용을 절감할 수 있게된다.

이상에서와 같이, 바람직한 실시예에 의하면 아래와 같은 이점을 갖는다.

첫째, 오일 쿨러 내부에 튜브레이터를 삽입하며 탱크에 격리판을 삽입하여 격리시킴에 따라 열교환기 특정부위를 다른 용도의 열교환기로 사용하거나 순환하는 매개물의 유동경로를 인위적으로 변경하여 유속을 증대시켜 방열 성능을 증대시킬 수 있다.

둘째, 에어컨 콘덴서와 오일 쿨러를 냉각휜으로 밀집형이 되도록 적층하여 일체형으로 조합함에 따라 서로 다른 용도의 열교환기를 모듈화하여 전체적인 사이즈를 감소시켜 해당 부품의 경량화 및 장착공간을 줄일 수 있다.

셋째, 주행시 대기중의 먼지 및 이물질이 휜에 증착되거나, 휜 사이에 고착 및 귀속되는 것을 방지하며, 공기저항과 불결계수와 같은 열저항을 감소시켜 방열성능 저하를 최소화하며, 이물질의 제거 및 청소가 용이하다.

넷째, 오일 점성에 의한 유체 전단응력이 커져 난류생성이 용이하며 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

다섯째, 해당 부품의 효율개선 및 경량화, 단순화, 표준화, 조립비용을 절감하며, 엔진룸 내의 장착성 및 제한된 공간을 유용하게 활용할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 순환하는 매개물이 서로 다른 적어도 2 개 이상의 열교환기 튜브를 횡방향으로 이격되게 배열하고, 상기 열교환기 튜브 위에 동일한 냉각휜을 적층하되, 상기 열교환기 튜브와 냉각휜을 교대로 반복하여 적층시키며, 상기 열교환기의 튜브의 오일 쿨러와 에어컨 콘덴서의 탱크 내압강도를 보강할 수 있도록 반원호 형상인 헤드 플레이트와 탱크를 밀착시켜 브레이징으로 접합시키되, 상기 열교환기의 소정 부위를 용도가 상이한 열교환기로 사용하거나 순환하는 매개물의 유동경로를 변경하여 유속을 증대시킬 수 있도록 수개의 튜브 열수를 포함하여 탱크를 격리시키는 격리판이 상,하부 헤드와 헤드 플레이트 사이에 삽입되어 브레이징으로 접합된 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제