KR100545273B1 - 열교환기 및 열교환기의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발기에서 발생하는 저온의 냉각수나 또는 증발기에서 토출되는 저온의 증발냉매를 응축기의 튜브사이로 유동되게 함으로써 응축냉매를 냉각시키는 열교환기에 관한 것이다.

본 발명은 헤더와 탱크의 결합으로 형성되고 상호 이격되어 배설되는 한 쌍의 헤더파이프; 상기 한 쌍의 헤더파이프 각각을 수직으로 분할하여 냉매와 냉각수의 유동로를 구분하는 수직배플; 상기 한 쌍의 헤더파이프의 각각의 헤더에 연통되어 고온의 발열매체를 유동시키는 다수의 발열튜브; 상기 한 쌍의 헤더파이프 내에 수직으로 설치된 수직배플에 연통되어 저온의 흡열매체를 유동시키는 흡열튜브; 및 상기 발열튜브와 흡열튜브들 사이에 각각 설치되는 다수의 냉각핀;을 포함한다.

Description

열교환기 및 열교환기의 냉각장치{Heat exchanger and a cooling apparatus}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치를 보인 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 응축기를 부분적으로 보인 분해사시도,

도 3은 도 2의 결합단면도,

도 4는 본 발명의 헤더파이프의 다른 실시예를 보인 단면도,

도 5는 도 3의 평단면도,

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치를 보인 개략도,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 몰리엘선도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1;응축기2;튜브

2a;발열튜브2b;흡열튜브

3;코루게이트핀4,5;헤더파이프

4a;헤더4b;탱크

6;수직배플7;수평배플

본 발명은 차량용 공조장치에 이용되는 열교환기에 관한 것으로, 특히 고온의 기냉매를 외부공기와 열교환시켜 액냉매로 상변환시키는 응축기에 있어서, 증발기 표면에 발생하는 저온의 응축수를 응축기로 바이패스시켜 고온의 응축냉매를 냉각시킬 수 있도록 하는 열교환기에 관한 것이다.

응축기는 통상적으로 양측에 한 쌍의 헤더파이프를 직립으로 설치하고, 헤더파이프 사이에 다수의 플랫튜브들을 적층시켜 그 단부를 헤더파이프에 연결시키고 있다.

플랫튜브들 사이에는 코루게이트핀이 열적접합되어 있고 헤더파이프 각각에 는 다수의 배플을 설치하여 한 쌍의 헤더파이프와 다수의 튜브 사이에 복수의 유로를 형성함으로써 냉매가 지그재그 형태로 흐르도록 하고 있다.

차량에 탑재된 응축기는 전방이나 또는 후방에 냉각팬을 설치하여 응축기의 플랫튜브를 유동하는 고온의 냉매를 외부공기에 의해 강제로 냉각시키도록 하고 있다.

응축기에 도입된 고온의 가스냉매는 플랫튜브를 유동하면서 점차 액상의 냉매로 상변환되어 팽창밸브로 유출된다.

응축기의 열교환효율은 고온의 기냉매를 어느정도 과냉각시키느냐에 따라 성능이 좌우되는 것으로, 응축기의 열교환면적을 크게 할 경우 열교환효율을 높일 수 있으나 차량의 엔진룸의 공간상의 한계를 극복할 수는 없다.

다른 방법으로 응축기에 설치되는 냉각팬의 성능을 증대시키는 방법이 요구 되고 있으나, 냉각팬 역시 적정한 사이즈를 유지하면서 성능을 개선시켜야 하는 한계가 있다.

본 발명은 이러한 점을 해결하기 위한 것으로, 특히 응축기의 전체면적을 유지하면서 열교환효율을 높일 수 있는 열교환기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 증발기에서 발생하는 저온의 냉각수를 응축기측으로 바이패스시켜 응축냉매를 냉각시키도록 하는 열교환기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 증발기에서 토출되는 저온의 증발냉매를 응축기의 튜브사이로 유동되게 함으로써 응축냉매를 냉각시키는 열교환기를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는 헤더와 탱크의 결합으로 형성되고 상호 이격되어 배설되는 한 쌍의 헤더파이프; 상기 한 쌍의 헤더파이프 각각을 수직으로 분할하여 냉매와 냉각수의 유동로를 구분하는 수직배플; 상기 한 쌍의 헤더파이프의 각각의 헤더에 연통되어 고온의 발열매체를 유동시키는 다수의 발열튜브;

상기 한 쌍의 헤더파이프 내에 수직으로 설치된 수직배플에 연통되어 저온의 흡열매체를 유동시키는 흡열튜브; 및 상기 발열튜브와 흡열튜브들 사이에 각각 설치되는 다수의 냉각핀;을 포함한다.

상기 한 쌍의 헤더파이프 내부를 횡방향으로 분할하여 발열매체 및 흡열매체를 사행으로 유동시켜 유동경로를 연장되게 하는 수평배플을 설치하는 것이 바람직 하다.

실시예의 구성에 의하면, 증발기에서 발생하는 저온의 응축수를 응축기측으로 바이패스시키고, 바이패스된 응축수를 응축기의 튜브와 함께 유동되게 동일방향으로 튜브를 배열시키고, 이들 튜브사이를 냉각핀에 의해 열적접합시킴으로써 응축기를 유동하는 냉매의 응축열량을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예를 보인 응축기 정면도이고, 도 2는 헤더파이프를 발췌한 도 1의 요부 분해사시도이다.

전체부호를 1로 표시한 열교환기는 차량용 공조장치에 이용되는 응축기를 도시한 것이다. 이 응축기(1)는 수평방향으로 배열된 복수의 튜브(2)와 이 사이에 열적결합된 코루게이트핀(3)에 의해 열교환부를 형성하며, 상기 튜브(2) 양측에는 서로 대향되게 직립된 한 쌍의 제1헤더파이프(4) 및 제2헤더파이프(5)가 결합되어 있다.

튜브(2)는 고온의 냉매가 유동하는 발열튜브(2a)와 저온의 응축수가 유동하는 흡열튜브(2b)로 구분되고 이들 튜브들은 각각 교대로 배치되어 있다.

튜브(2)는 편평한 관으로 내부에 다수의 냉매통로가 형성되게 격벽(2a)이 형성되는 것으로, 압출성형이나 프레스성형에 의해 제조된다.

헤더파이프(4)(5)는 각각 동형의 반타원형상인 헤더(4a)(5a)와 반구형상인 탱크(4b)(5b)의 분할체로 구성되어 결합됨으로써 일정한 직경을 갖는 결합단면이 도 5와 같이 타원형상인 통로를 형성하고 있다.

상기 각각의 헤더(4a)(5a)에는 다수의 튜브(2) 양단부가 각각 삽입되어 결합되며, 그 외측으로 탱크(4b)(5b)와 각각 결합되어 있다.

또한 헤더파이프(4)는 내부를 수직으로 구획하는 수직배플(6)을 포함한다. 수직배플(6)에 의해 구획된 헤더파이프(4)는 내측으로 발열매체인 고온의 냉매가 유동하고, 반대로 외측으로는 흡열매체인 저온의 응축수가 유동한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 수직배플(6)은 균일한 간격으로 절곡되어 있으며, 탱크(4b)측으로 절곡된 외향면(6b)은 발열튜브(2a)를 유동하는 냉매가 저항을 받지 않도록 하는 것이 바람직하다.

반대로 헤더(4a)측으로 절곡된 내향면(6a)은 흡열튜브(2b)의 결합을 용이하게 하기 위한 것으로 이 내향면(6a)에는 흡열튜브(2b)의 단부가 삽입되는 튜브홀(6c)이 형성되어 있다. 이와 같이 본 발명은 수직배플(6)을 지그재그로 절곡함으로써 각각의 튜브 단부를 동일수직선상에 정열시킬 수 있고, 이로인해 열교환기의 조립을 용이하게 할 수 있다.

다른 예로써 도 4와 같이 수직배플(6)은 절곡된 부분이 2;1의 길이를 갖을 수 있다. 즉, 절곡길이가 긴 부분에는 고온의 냉매가 유동하는 발열튜브(2a)를 연이어 적층하고, 절곡길이가 짧은 부분은 저온의 응축수가 유동하는 흡열튜브(2b)를 1개소 배치할 수 있다.

또한 수직배플(6)은 내향으로 절곡된 부분을 폭방향 외측으로 돌설되게 탭(6d)을 형성하고 이 탭(6d)은 헤더파이프(4)를 결합할 때 헤더(4a)와 탱크의 접면부분에 협착되어 브레이징 결합된다.

상기 제1,2헤더파이프(4)(5)는 복수의 수평배플(7)에 의해 구획분할되어 다실의 유체통로를 형성하고 있으며, 실시예에 의하면 제1헤더파이프(4)에는 가스상태의 냉매가 유입되는 입구파이프(8)와 열교환부에서 외기와 열교환되어 상변환된 액냉매가 유출되는 출구파이프(9)가 각각 결합되어 있다. 제1,2헤더파이프(4)(5)는 수평배플(7)들의 배열위치나 또는 설치개소에 따라 출구파이프가 제2헤더파이프 결합될 수 있다. 도면중 부호 10은 헤더파이프의 상하부 개구부를 밀폐하기 위한 캡을 도시한 것이다.

본 발명은 도 1과 같이 증발기(11) 표면에서 발생되는 응축수를 흡열매체로 이용한 것으로, 이를 위해 집수수단과 폄핑수단이 설치된다.
상기 집수수단은 증발기(11) 하부에 드레인팬(12)를 설치하고, 이 드레인팬(12)을 통해 집수된 응축수를 집수하는 저장통(13)을 구비하여 이루어지며, 상기 펌핑수단은 상기 헤더파이프(4)와 연결된 파이프상에 펌프(14)를 설치하여 상기 저장통(13)에 집수된 응축수를 상기 펌프(14)에 의해 강제로 송출시키도록 이루어진다.

이하, 작용을 설명한다. 도시되지 않은 엔진으로부터 동력을 전달받아 압축기(10)가 구동하면, 냉각싸이클에 주입된 냉매가 순환하면서 응축과 증발을 통해 목적하는바 냉기를 발생하게 된다.

응축기(1)로 도입된 가스냉매는 헤더파이프(4)내에 설치된 수평배플(7)에 의해 지그재그로 유동하면서 외부의 공기와 열교환된 후 액상으로 상변화되어 도시되지 않은 팽창밸브측으로 유동한 후 이곳에서 단열팽창된 상태로 증발기(11)로 유입되어 외부공기와 열교환을 행하면서 흡열작용을 한다.

증발기(11)를 유동하는 냉매는 주변공기를 흡열하여 저온.저압의 기체상태로 도시되지 않은 압축기로 유입된다. 이러한 흡열과정은 증발기(11)를 유동하는 냉매와 주변공기와 온도차가 발생하기 때문에 가능하게 되며, 특히 증발기(11)의 표면에는 주변온도와의 차이로 인해 물방울 맺힘현상 즉, 응축수가 발생하게 되는데 이 응축수는 냉매의 증발온도와 비슷한 낮은 온도를 유지하게 된다.

이러한 응축수는 증발기(11)의 표면을 따라 자중에 의해 낙하하게 되며, 낙하된 응축수는 상기 증발기(11) 하부에 구비된 드레인팬(12)에 집수된다. 집수된 응축수는 연결파이프를 통해 저장통(13)에 모이게 되고 여기에 모인 응축수는 펌프(14)를 통해 응축기(1)에 설치된 흡열튜브(2b)를 따라 유동하면서 고온의 냉매를 냉각시키게 된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 보인 냉각싸이클을 도시한 것으로, 실시예에와 동일한 응축기의 구성은 동일부호를 부여하도록 하며, 여기서 실시예와 다른점은 저온의 증발냉매를 흡열매체로 사용하도록 하는 것이다.

즉, 증발기(11)에서 유출되어 압축기(15)로 유동하는 저온냉매를 헤더파이프(4)의 흡열튜브(2b)를 통해 유동시켜 응축냉매와 열교환시킴으로써 응축냉매는 냉각되고 반대로 증발냉매는 과열된 상태로 압축기(15)로 유입된다.

이럴 경우 증발냉매는 포화증기상태로 압축기(15)에 유입되므로 압축기(15)에 걸리는 부하를 줄일 수 있고 더구나 응축기(1)는 증발냉매와의 열교환에 의해 열교환효율을 높일 수 있어 전체적인 사이즈를 줄일 수 있는 등 응축기의 소형.경량화를 추구할 수 있다.

도 7은 냉각싸이클에서의 냉매의 상태를 표시한 몰리엘선도로써 몰리엘선도상에 주요점a-e에 대응하는 위치를 도 6에 점 a-e로 표시한다. 압축기(2)에 의해 압축된 고압의 냉매는 응축기(3)에서 방열하게 되며, 이로 인해 점a와 점b사이에서 가스냉매가 액냉매로 상변화한 후 팽창밸브(16)를 통과하면서 단열팽창한다.

이 기냉매는 증발기(11)에서 공기와 열교환되어 점 d까지 증발을 개시하고, 이 증발냉매는 응축기(1)의 헤더파이프(4)에 적층된 발열튜브(2a)를 유동하면서 응축냉매와 열교환되어 점e까지 포화증기상태인 과열증기로 되어 압축기(15)로 송출된다.

발명의 실시예에 의하면 저온의 증발냉매를 응축냉매로부터 열량을 공급받도로 함으로써 증발기 내에서 드라이 아웃 구간과 단상증기에 의해 열전달 면적을 줄일 수 있어 증발기와 응축기의 열교환량을 증대시킬 수 있고 또한 냉매를 포화증기상태로 압축기에 공급할 수 있어 시스템성능 및 안정성을 향상시킬 수 있다. 반대로 응축기를 유동하는 고온의 응축냉매를 증발냉매에 의해 과냉각시킬 수 있어 팽창밸브로 액냉매만을 유출시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 증발기에서 발생하는 저온의 응축수를 응축기측으로 바이패스시키고, 바이패스된 응축수를 응축기의 튜브와 함께 유동되게 동일방향으로 튜브를 배열시키고, 이들 튜브사이를 냉각핀에 의해 열적접합시킴으로써 응축기를 유동하는 냉매의 응축열량을 증대시킬 수 있다.

더욱이 응축기의 응축열량을 증대시킬 수 있음에 따라 냉각팬의 사이즈나 또는 열교환기 전체크기를 줄일 수 있다.

또한 본 발명은 흡열매체를 저온의 증발냉매를 직접 이용하는 냉매순환회로를 구성함으로써 응축기를 통과하는 고온의 응축냉매를 과냉각시킴과 동시에 반대로 응축냉매와 열교환되는 증발냉매를 과열시켜 포화증기상태로 압축기에 유입될 수 있도록 함으로써 압축기의 부하를 줄일 수 있다.

더욱이 응축냉매를 증발냉매에 의해 과냉각시킬 수 있어 응축기의 전체 사이즈를 축소시키는 등 응축기의 소형.경량화도 가능하다.

Claims (10)

1. 헤더와 탱크의 결합으로 형성되고 상호 이격되어 배설되는 한 쌍의 헤더파이프;

   상기 한 쌍의 헤더파이프 각각을 수직으로 분할하여 냉매와 냉각수의 유동로를 구분하는 수직배플;

   상기 한 쌍의 헤더파이프의 각각의 헤더에 연통되어 고온의 발열매체를 유동시키는 다수의 발열튜브;

   상기 한 쌍의 헤더파이프 내에 수직으로 설치된 수직배플에 연통되어 저온의 흡열매체를 유동시키는 흡열튜브; 및

   상기 발열튜브와 흡열튜브들 사이에 각각 설치되는 다수의 냉각핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 발열튜브와 흡열튜브가 교대로 적층되게 한 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 발열튜브를 연이어 복수로 적층하고, 복수로 적층된 발열튜브의 그룹사이에 흡열튜브가 적층되게 한 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 흡열매체는 증발기에서 집수된 응축수인 것을 특징으 로 하는 열교환기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 흡열매체는 증발기에서 토출된 저온의 증발냉매인 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 수직배플은 냉매튜브의 단부와 이격되게 절곡된 것을 특징으로 하는 열교환기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 한 쌍의 헤더파이프 내부를 횡방향으로 분할하여 발열매체 및 흡열매체를 사행으로 유동시키는 수평배플을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 제 1항에 있어서, 상기 수직배플의 양단부에 탭을 형성하여, 그 탭이 헤더와 탱크사이에 협착되어 고정되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
9. 헤더와 탱크의 결합으로 형성되고 상호 이격되어 배설되는 한 쌍의 헤더파이프;

   상기 한 쌍의 헤더파이프 각각을 수직으로 분할하여 냉매와 냉각수의 유동로를 구분하는 수직배플;

   상기 한 쌍의 헤더파이프의 각각의 헤더에 연통되어 고온의 발열매체를 유동 시키는 다수의 발열튜브;

   상기 한 쌍의 헤더파이프 내에 수직으로 설치된 수직배플에 연통되어 저온의 흡열매체를 유동시키는 흡열튜브;

   상기 발열튜브와 흡열튜브들 사이에 각각 설치되는 다수의 냉각핀;

   증발기의 표면에서 발생하는 응축수를 집수하는 집수수단; 및 상기 집수수단에 집수된 응축수를 열교환기로 송출하는 펌핑수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 냉각장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 한 쌍의 헤더파이프 내부를 횡방향으로 분할하여 발열매체 및 흡열매체를 사행으로 유동시키는 수평배플을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 냉각장치.

Images