KR100626707B1 - 자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리는 헤더(10)와 탱크(20)로 이루어져서 헤더(10)에 다수개의 튜브홀(12)이 형성되는 한쌍의 헤더탱크 어셈블리(1)와 상기 헤더탱크 어셈블리(1)의 양측 개구부에 결합되어 냉매 유로를 밀폐하는 캡(2)과, 상기 튜브홀(12)에 삽입되어 냉매가 유동되도록 다단으로 구성되는 다수개의 냉매 튜브(3)와 상기 냉매 튜브(3) 상간에 결합되어 냉매로부터 전달되는 열의 열교환성을 향상시켜주는 전열 핀(4)으로 이루어지는 열교환기에 있어서, 상기 헤더(10)와 탱크(20) 사이에 냉매 진행 방향으로 크기가 변화하는 삽입물(5)이 내설되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리는 상류측과 하류측의 내용적을 다르게하여 냉매 진행방향으로 상류측과 하류측의 압력차를 발생시켜 중력에 의해 하류측의 냉매 튜브로 몰리던 액상의 냉매를 헤더탱크 어셈블리의 상류측과 하류측의 냉매 튜브에 균등하게 유입되도록 함으로써, 실제 열교환 면적이 극대화되어 열교환기의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

열교환기, 헤더, 탱크, 헤더탱크 어셈블리, 라디에이터

Description

자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리{HEADER-TANK ASSEMBLY FOR HEAT EXCHANGER USING IN VEHICLE}

도 1은 종래의 튜브 타입 자동차 열교환기의 개략도이고,

도 2는 종래의 헤더탱크 어셈블리 사시도이며,

도 3은 종래의 자동차 열교환기의 액상 및 기상 냉매 분포도이고,

도 4는 본 발명에 따른 헤더탱크 어셈블리 사시도이며,

도 5는 본 발명에 따른 자동차 열교환기의 액상 및 기상 냉매 분포도이다.

※ 도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명

1 : 헤더탱크 어셈블리 2 : 캡

2a : 삽입홈 3 : 냉매 튜브

4 : 전열 핀 5 : 삽입물

10 : 헤더 12 : 튜브홀

20 : 탱크 G : 기상

L : 액상

본 발명에 따른 자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열교환기를 구성하는 헤더탱크 어셈블리의 내부 수용공간에 냉매 진행방향으로 크기가 점진적으로 커지는 삽입물을 삽입하여 냉매 튜브로 유입되는 냉매가 모든 부위에서 균등하게 유입되도록 하는 자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 열교환기는 공조장치와 엔진냉각수계통에 설치되어 냉매 및 냉각수를 외부공기의 유동을 이용하여 원하는 온도로 변화시키는 역활을 하는데, 이러한 열교환기 중 공조장치에 사용되는 열교환기는 컨덴서, 증발기 및 엔진냉각을 위하여 사용되는 라디에이터가 대표적인 예이다.

상기와 같은 공조장치에 사용되는 에어컨 시스템의 구성을 살펴보면, 냉매를 고온 고압의 가스로 변환하는 압축기와, 고온고압의 가스를 액화하는 컨덴서와, 수분과 먼지등을 제거하고 냉방부하에 맞게 필요한 양을 증발기로 공급할 수 있도록 냉매를 일시 저장하는 리시버드라이어와, 증발기에서 열교환이 용이하도록 저온 저압의 서리와 같은 형태로 만드는 팽창밸브와, 블로워유니트에 의하여 유입되는 공기와 열교환하여 냉기를 생성하는 증발기로 구성되며, 증발기를 거친 냉매는 다시 압축기로 순환 반복하게 된다.

이러한 열교환기중 컨덴서와 증발기는 에어컨의 작동에 필요한 냉매를 고온 고압의 상태 또는 저온 저압의 상태에서 주위의 잠열과 열교환하여 냉매를 액화시 키거나 증발시켜 냉기를 생성시키게 되고, 라디에이터는 엔진의 실린더를 경유하여 고온화 된 냉각수를 주위의 잠열과 열교환함으로써 저온상태로 변온시키는 역활을 한다.

종래의 컨덴서 및 증발기와 같은 열교환기는 종래의 튜브 타입 자동차 열교환기의 개략도인 도1과 종래의 헤더탱크 어셈블리 사시도인 도2에서 도시하는 바와같이, 헤더(10)와 탱크(20)로 이루어져서 헤더(10)에 다수개의 튜브홀(12)이 형성되는 한쌍의 헤더탱크 어셈블리(1)와, 상기 헤더탱크 어셈블리(1)의 양측 개구부에 결합되어 냉매 유로를 밀폐하는 캡(2)과, 상기 튜브홀(12)에 삽입되어 냉매가 유동되도록 다단으로 구성되는 다수개의 냉매 튜브(3)와, 상기 냉매 튜브(3) 상간에 결합되어 냉매로부터 전달되는 열의 열교환성을 향상시켜주는 전열 핀(4)으로 이루어져서, 일측 헤더탱크 어셈블리(1)로 유입된 냉매가 다단으로 구성된 냉매 튜브(3)로 유입되어 타측의 헤더탱크 어셈블리(1)로 유동하는 동안 주위의 잠열과 열교환하여 냉매는 액화되거나 증발된다.

이때 사용되는 냉매는 액상(L)과 기상(G)이 혼합되어 있는 상태로써, 상기 탱크(20)와 헤더(10) 사이를 흐르는 이상 냉매가 냉매 튜브(3)로 유입될 때 기상(G)과 액상(L)이 불균일하게 유입되는 문제점이 있다. 특히 냉매가 아래 방향에 위치한 탱크를 지나는 경우, 종래의 자동차 열교환기의 액상 및 기상 냉매 분포도를 나타낸 도3과 같이 중력의 영향때문에 액상(L) 냉매는 탱크를 따라 탱크의 단부까지 흐르다가 단부인 하류측에 위치된 냉매 튜브(3)로 집중 유입되는 현상이 발생됨으로 인하여 상대적으로 기상(G)이 많이 유입되는 냉매 튜브(3)는 액상(L) 결 핍 영역이 발생되어 열교환되는 성능이 저하되는 문제점이있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 헤더탱크 어셈블리의 내용적을 변화시킬 수 있도록 헤더탱크 어셈블리의 내부 수용공간에 삽입물을 삽입하여 헤더탱크 어셈블리 내의 압력을 적절히 조절하여 다단으로 구성되는 각각의 냉매 튜브로 액상의 냉매가 균등하게 유입되도록 하는 것이다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 헤더탱크 어셈블리가 냉매 진행 방향으로 내용적이 점진적으로 줄어들도록 하기 위하여 헤더와 탱크 사이의 내부 수용공간에 냉매 진행 방향으로 크기가 변화하는 삽입물이 내설되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 헤더탱크 어셈블리 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 자동차 열교환기의 액상 및 기상 냉매 분포도이다.

도면에서 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리는 헤더(10)와 탱크(20)로 이루어져서 헤더(10)에 다수개의 튜브홀(12)이 형성되는 한쌍의 헤더탱크 어셈블리(1)와 상기 헤더탱크 어셈블리(1)의 양측 개구부에 결합되어 냉매 유로를 밀폐하는 캡(2)과, 상기 튜브홀(12)에 삽입되어 냉매가 유동되도록 다단으로 구성되는 다수개의 냉매 튜브(3)와 상기 냉매 튜브(3) 상간에 결합되어 냉매로부터 전달되는 열의 열교환성을 향상시켜주는 전열 핀(4)으로 이루어지는 열교환기에 있어서, 상기 헤더(10)와 탱크(20) 사이에 냉매 진행 방향으로 크기가 변화하는 삽입물(5)이 내설된다.

상기 한쌍의 헤더탱크 어셈블리(1)는 소정의 거리로 이격된 채 수직방향으로 나란히 세워지는 대략 중앙부가 절곡된 원통관으로서, 그 중 일부는 냉매가 유입되고, 나머지 부분은 냉매가 유출된다. 또한 용접으로 접합되는 내측의 헤더(10)와 외측의 탱크(20) 및 양측 개구부에 결합되어 냉매 유로를 밀폐하는 캡(2)으로 이루어지며, 헤더(10)와 탱크(20) 및 캡(2)으로 둘러싸여지는 내부는 냉매가 유동될 수 있도록 중공부가 형성된다.

상기 캡(2)은 그 중앙부에 각각 상기 삽입물(5)이 삽입될 수 있도록 삽입홈(2a)이 형성되어, 상기 삽입물(5)의 양단이 삽입되어 조립되거나, 상기 삽입물(5)은 상기 캡(2)에 브레이징되어 고정되는 것이 바람직하다. 하지만, 상기 삽입물(5)은 상기 캡(2)에 그 양단이 어떠한 방법으로 조립 또는 고정되어도 무방하다.

상기 브레이징(Brazing)이란 접합하고자 하는 모재의 용융점보다 낮은 온도의 용융점을 갖는 합금을 모세관 현상에 의하여 접합부위 사이로 흘러 들어가게 함으로써 접합하는 방법이다.

상기 삽입물(5)은 상기 삽입홈(2a)에 삽입되도록 양단이 삽입홈(2a)에 대응되도록 돌출되어 있고, 중앙부는 상기 헤더탱크 어셈블리(1)의 수용공간에 내설되 도록 대략 구형상을 갖는 다수개의 볼로 구성되며, 상기 볼의 크기는 헤더탱크 어셈블리(1)의 상류측에서 하류측으로 즉, 냉매 진행 방향으로 크기가 점진적으로 커지는 것이 바람직하다. 그리하여 헤더탱크 어셈블리(1)의 상류측은 내용적이 넓고, 하류측은 내용적이 좁다.

상기와 같이 냉매 진행 방향으로 헤더탱크 어셈블리(1)의 내용적이 줄어들도록 헤더탱크 어셈블리(1)의 내부 수용공간에 삽입물(5)을 삽입하여 상대적으로 냉매 진행 방향의 단부 즉, 헤더탱크 어셈블리(1)의 하류측에는 압력이 많이 걸리게 된다. 이로 인하여 액상(L) 냉매가 냉매 튜브(3) 속으로 균등하게 유입되는 것이다. 또한 내용적의 감소는 상대적으로 액상(L) 냉매가 몰릴 수 있는 영역을 줄어들게 하여 액상(L) 냉매가 냉매 튜브(3) 속으로 균등하게 유입될 수 있도록 하는 것이다.

위와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자동차 교환기용 헤더탱크 어셈블리로 유입되는 냉매는 다음과 같이 유동된다.

한쌍인 헤더탱크 어셈블리(1) 중 어느 하나로 유입되는 기상(G)과 액상(L)이 혼합된 냉매는 그 중 액상(L)이 중력에 의해 하류측으로 유동되는 경향을 가지게 된다. 하지만 헤더탱크 어셈블리(1) 내부의 내용적에 의해 상대적으로 상류측은 저압으로, 하류측은 고압으로 유지된다. 그래서, 액상(L) 냉매는 헤더탱크 어셈블리(1) 내부의 압력차와 중력에 의해 균등하게 분배되어 냉매 튜브(3)로 유입된다.

냉매 튜브(3)에 기상(G)과 액상(L)이 균등하게 유입되면 전열 핀(4)을 통한 열교환 면적이 극대화되어 최상의 조건에서 열교환이 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리는 상류측과 하류측의 내용적을 다르게하여 냉매 진행방향으로 상류측과 하류측의 압력차를 발생시켜 중력에 의해 하류측의 냉매 튜브로 몰리던 액상의 냉매를 헤더탱크 어셈블리의 상류측과 하류측의 냉매 튜브에 균등하게 유입되도록 함으로써, 실제 열교환 면적이 극대화되어 열교환기의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 열교환기 출구쪽의 표면 온도 분포도 균일하게 되므로써, 자동차 실내의 쾌적성을 높이는데 기여하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 헤더(10)와 탱크(20)로 이루어져서 헤더(10)에 다수개의 튜브홀(12)이 형성되는 한쌍의 헤더탱크 어셈블리(1)와 상기 헤더탱크 어셈블리(1)의 양측 개구부에 결합되어 냉매 유로를 밀폐하는 캡(2)과, 상기 튜브홀(12)에 삽입되어 냉매가 유동되도록 다단으로 구성되는 다수개의 냉매 튜브(3)와 상기 냉매 튜브(3) 상간에 결합되어 냉매로부터 전달되는 열의 열교환성을 향상시켜주는 전열 핀(4)으로 이루어지는 열교환기에 있어서,

   상기 헤더(10)와 탱크(20) 사이에 냉매 진행 방향으로 크기가 변화하는 삽입물(5)이 내설되는 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 삽입물(5)의 크기는 냉매 진행 방향으로 커지는 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 캡(2)은 상기 삽입물(5)의 양단이 삽입되는 삽입홈(2a)이 형성되고, 상기 삽입물(5)은 상기 삽입홈(2a)에 삽입되어 조립되는 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 삽입물(5)은 그 양단이 상기 캡(2)에 브레이징되어 고정되는 것을 특징으로 하는 자동차 열교환기용 헤더탱크 어셈블리.

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