KR100640068B1 - 일체형 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일체형 열교환기에 관한 것으로서, 증발기 및 히터 코어를 일체로 하여 부품의 단순화 및 조립공수 절감에 의한 생산성 향상을 도모하는 한편 찬 공기의 유로를 별도로 마련하여 공기조화성능 향상을 도모함을 목적으로 한다.
본 발명의 일체형 열교환기는, 증발기(1), 히터 코어(2) 및 공유 전열핀(31)들이 일체로 접합되어 이루어진다. 증발기 플레이트(5)에는 제1 및 제2홀컵(51,52)이 형성되고, L형 구획비드(54)에 의하여 플레이트(5)에는 L턴 유로(55)가 형성된다. 증발기의 좌중앙 및 우중앙 플랫튜브(4LC,4RC)에는 각각의 제1홀컵(51)들과 통하는 매니폴드(36,37)가 설치된다. 증발기의 중앙 플레이트(5C)의 제1홀컵(51)은 배플(41)로 막히고, 최좌측 및 최우측 플레이트(5L,5R)의 제1 및 제2홀컵(51,52)은 막힌다. 한편, 히터 코어의 플레이트(7)에는 제3 및 제4홀컵(71,72)이 형성되고 직선형 구획비드(74)에 의하여 플레이트(7)에는 U턴 유로(75)가 형성된다. 히터 코어의 최좌측 플레이트(7L)의 제3 및 제4홀컵(71,72)에는 이들과 통하는 매니폴드(38,39)가 연결되고, 최우측 플레이트(7R)의 제3 및 제4홀컵(71,72)은 막힌다.
열교환기, 일체형열교환기, 증발기, 히터코어

Description

일체형 열교환기{INTEGRATED PLATE TYPE HEAT EXCHANGER}
도 1은 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 구성하는 증발기 플레이트들 및 히터 코어 플레이트들이 접합되는 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 구성하는 증발기 플랫 튜브 및 히터 코어 플랫 튜브가 접합된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 구성하는 히터 코어 플레이트의 예를 나타내는 정면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 구성하는 다른 증발기 플레이트들 및 히터 코어 플레이트들이 접합되는 상태와 이 플레이트들이 접합되어 플랫 튜브들을 이루는 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 나타내는 배면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 냉매유동구조를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명에 따른 일체형 열교환기가 적용된 공기조화장치의 작용상태를 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 증발기, 2 : 히터 코어,
4 : 증발기 플랫 튜브, 5 : 증발기 플레이트,
6 : 히터 코어 플랫 튜브, 7 : 히터 코어 플레이트,
31 : 공유 전열핀, 36 : 냉매유입 매니폴드,
37 : 냉매배출 매니폴드, 38 : 냉각수유입 매니폴드,
39 : 냉각수배출 매니폴드, 41 : 배플,
51, 52, 71, 72 : 홀컵, 54 : L형 구획비드(54),
55 : L턴 유로, 56 : 엠보싱 비드,
58, 78 : 브래이징 비드, 59 : 전열차단 노치부,
74 : 직선형 구획비드, 75 : U턴 유로,
81 : 냉매유입관, 82 : 냉매배출관,
76 : 사각형 엠보싱 비드, 77 : 접합용 엠보싱 비드,
83 : 냉각수유입관, 84 : 냉각수배출관
본 발명은 일체형 열교환기에 관한 것으로서, 특히 증발기 및 히터 코어가 일체로 구성됨에 따른 부품의 단순화 및 조립공수 절감에 의하여 생산성 향상을 도모하는 한편 증발기 및 히터 코어가 공기조화케이스의 공기송풍유로에 대하여 전후 로 배치되지만 찬 공기의 유로가 별도로 마련됨으로써 공기조화성능 향상을 도모할 수 있는 일체형 열교환기에 관한 것이다.
자동차용 공기조화장치는 자동차의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과 자동차의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함한다. 냉방시스템은 압축기의 구동에 의하여 토출되는 냉매가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 증발기에 의한 열교환에 의하여 자동차의 실내를 냉방하도록 구성되며, 난방시스템은 냉각수를 히터 코어로 유입하여 열교환시킴으로써 실내를 난방하도록 구성된다.
일반적인 공기조화장치에 있어서는 통상적으로 공기조화케이스 내부에 별도로 구성된 증발기 및 히터 코어가 전후로 분리된 상태로 설치된다. 이러한 경우 증발기 및 히터 코어의 각각의 구성 부품의 수량이 많아지기 때문에 증발기 및 히터 코어를 별도로 조립함에 따라 재료비 뿐만 아니라 조립공수 및 조립인원이 많이 소요되어 원가 상승 및 생산성 저하를 초래한다. 또한, 공기조화케이스에 증발기 및 히터 코어를 별도로 내장하여야 함에 따라 온도조절도어의 추가적인 설치가 요구되어 공기조화케이스가 복잡해질 뿐만 아니라 공기조화케이스의 크기도 증대되어 자동차에 대한 장착성도 악화된다. 또한, 이와 같이 냉난방 시스템이 복잡해지면 송풍기로부터 공기조화케이스 내부로 송풍되는 공기의 유동에 있어서 저항이 커져 시스템 풍량의 감소, 노이즈 증대 및 냉난방 성능 저하를 초래한다.
이러한 점을 고려하여 증발기 및 히터 코어가 일체로 이루어진 일체형 열교환기가 제안되고 있는데 이 일체형 열교환기는 공기조화케이스의 송풍유로에 대한 장착 위치에 따라 증발기 및 히터 코어가 전후로 배치되는 전후 일체형 열교환기 및 증발기 및 히터 코어가 좌우로 배치되는 좌우 일체형 열교환기 두 종류로 나눌 수 있다. 전후 일체형 열교환기의 대표적인 것으로는 한국 공개실용 제96-2586호 및 일본 특개평 8-296991호에 개시된 것을 들 수 있고, 좌우 일체형 열교환기의 대표적인 것으로는 일본 특개평 8-261667호에 개시된 것을 들 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 일체형 열교환기에 있어서도 증발기 및 히터 코어를 별개로 구성하여야 할 뿐만 아니라 이들을 제조하기 위한 플레이트들도 별도로 성형하여 조립하여야 하기 때문에 구성요소가 많이 소요되고 조립공수가 증가되는 문제는 해결할 수 없다. 특히 종래의 전후 일체형 열교환기의 경우에는 찬 공기가 별도로 유동할 수 있도록 마련된 유로가 없고, 좌우 일체형 열교환기의 경우에는 증발기 및 히터 코어가 좌우로 배열됨으로써 온도조절도어가 크고 공기조화케이스 내부의 배플 구조가 복잡하므로 제습성 제어가 곤란하다는 문제점이 있다.
본 발명은 증발기 및 히터 코어가 일체로 구성됨에 따른 부품의 단순화 및 조립공수 절감에 의하여 생산성 향상을 도모하고 찬 공기의 유로를 별도로 마련함으로써 공기조화성능 향상을 도모할 수 있는 일체형 열교환기의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 일체형 열교환기는, L자 형상의 두 증발기 플레이트가 접합된 다수의 증발기 플랫 튜브들이 차례로 적층되어 이 루어짐과 아울러 냉매가 유통하는 증발기와, 상기 각 증발기 플레이트에 접합되어 증발기 플레이트와 함께 전체적으로 사각형의 평면형상을 이루는 사각형상의 두 히터 코어 플레이트가 접합된 다수의 히터 코어 플랫 튜브들이 차례로 적층되어 이루어짐과 아울러 냉각수가 유통하는 히터 코어와, 그리고 상기 증발기와 히터 코어의 각 플랫 튜브 사이에 적층되는 공유 전열핀을 포함하여 이루어지는 일체형 열교환기에 있어서, 상기 증발기 플랫 튜브들이 차례로 통하도록 증발기 플레이트의 하단부에는 제1홀컵 및 제2홀컵이 나란하게 형성됨과 아울러 이들 사이로부터 상단 굴곡부 일부까지 형성된 L형 구획비드에 의하여 증발기 플레이트에는 L턴(L-turn) 유로가 형성되고; 상기 증발기 플랫 튜브들중 좌중앙 증발기 플랫튜브 및 우중앙 증발기 플랫튜브의 일측에는 냉매유입관 및 냉매배출관과 결합되도록 각각의 제1홀컵들과 통하는 냉매유입 매니폴드 및 냉매배출 매니폴드가 차례로 설치되며; 상기 증발기 플레이트들중 중앙 증발기 플레이트의 제1홀컵은 배플에 의하여 막혀 있음과 아울러 상기 최좌측 증발기 플레이트 및 최우측 증발기 플레이트의 제1홀컵 및 제2홀컵은 막혀 있으며; 상기 히터 코어 플랫 튜브들이 차례로 통하도록 히터 코어 플레이트의 하단부에는 제3홀컵 및 제4홀컵이 나란하게 형성됨과 아울러 이들 사이로부터 상단부까지 형성된 직선형 구획비드에 의하여 U턴(U-turn) 유로가 형성되고; 상기 히터 코어 플레이트들중 최좌측 히터 코어 플레이트의 제3홀컵 및 제4홀컵에는 냉각수유입관 및 냉각수배출관과 결합되도록 제3홀컵 및 제4홀컵과 통하는 냉각수유입 매니폴드 및 냉각수배출 매니폴드가 연결되며; 상기 최우측 히터 코어 플레이트의 제3홀컵 및 제4홀컵은 막혀 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 히터 코어 플레이트와 증발기 플레이트가 서로 접합되는 각각의 단부에는 소정의 간격으로 브래이징 비드들이 서로 대향하여 형성되고 이들이 서로 접합됨으로써 증발기 플레이트와 히터 코어 플레이트와의 접합면에는 증발기와 히터 코어간의 열전달을 차단하는 전열차단 노치부들이 소정의 간격으로 형성될 수 있다.
또한, 증발기 플레이트에는 다수의 엠보싱 비드들이 소정의 배열로 형성되고, 이들은 두 증발기 플레이트가 접합되어 증발기 플랫 튜브를 이룰 때 서로 접합됨으로써 증발기 플랫 튜브 내를 흐르는 냉매가 난류상태가 되도록 유도하여 열교환성능을 향상시킨다. 그리고, 히터 코어 플레이트에도 다수의 엠보싱 비드들과 다수의 접합용 엠보싱 비드들이 소정의 배열로 혼합되어 형성되고, 두 히터 코어 플레이트가 접합되어 히터 코어 플랫 튜브를 이룰 때 엠보싱 비드들은 접합되지 않고 접합용 엠보싱 비드들은 서로 접합되어, 히터 코어 플랫 튜브 내를 흐르는 냉각수가 난류상태가 되도록 유도하여 열교환성능을 향상시킨다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 일체형 열교환기에 따르면, 냉매유입관을 통하여 좌중앙 증발기 플랫 튜브의 제1홀컵에 냉매가 유입되면 이 냉매는 좌우로 좌반부 증발기 플랫 튜브들의 제1홀컵들 쪽으로 유동하면서 좌반부 증발기 플랫 튜브들의 L턴 유로들을 통하여 좌반부 증발기 플랫 튜브들의 제2홀컵들쪽으로 유동하고, 다음에 제2홀컵들을 통하여 우반부 증발기 플랫 튜브들의 제2홀컵들 쪽으로 유동하며, 다음에 우반부 증발기 플랫 튜브들의 L턴 유로를 통하여 우반부 증발기 플랫 튜브들의 제1홀컵들 쪽으로 유동한 후 우중앙 증발기 플랫 튜브의 제1홀 컵 쪽으로 유동하여 최종적으로 냉매배출관 쪽으로 배출된다.
한편, 엔진으로부터 냉각수유입관을 통하여 최좌측 히터 코어 플랫 튜브의 제3홀컵에 냉각수가 유입되면 이 냉각수는 제3홀컵들을 통하여 최우측 히터 코어 플랫 튜브까지 유동함과 동시에 각 히터 코어 플랫 튜브들의 U턴 유로들을 통하여 제4홀컵들 쪽으로 유동한다. 각 히터 코어 플랫 튜브들의 제4홀컵들쪽으로 유동한 냉각수는 제4홀컵들을 통하여 최좌측 히터 코어 플랫 튜브의 제1홀컵 쪽으로 유동한 후 최종적으로 냉각수배출관 쪽으로 배출되어 엔진으로 복귀될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 열교환기는 L자 형상을 하고 있는 증발기(1)와, 상기 증발기(1)의 L자 형상에 의하여 형성되는 사각형의 공간부에 증발기(1)와 일체로 연결되는 대략 직육면체 형상의 히터 코어(2)를 포함하여 이루어진다. 따라서 본 발명에 따른 일체형 열교환기는 전체적으로 대략 육면체 형상을 하고 있다.
증발기(1)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, L자 형상의 두 증발기 플레이트(5,5)가 서로 접합되어 형성된 다수의 증발기 플랫 튜브(4)가 차례로 적층되어 이루어지고, 히터 코어(2)는 대략 직사각형 형상의 두 히터 코어 플레이트(7,7)가 접합되어 형성된 다수의 히터 코어 플랫 튜브(6)가 차례로 적층되어 이루어진다. 그리고, 증발기 플랫 튜브(4)들과 히터 코어 플랫 튜브(6)들은 동일평면상에 서로 대응하여 차례로 배치되고, 이들 사이에는 단일체의 코르게이트형 전열핀(31)(도 6 및 도 7 참조)들이 차례로 적층된다. 따라서, 증발기(1)와 히터 코어는 전열핀(31)들을 공유하게 됨으로써 전열핀(31)의 조립공정 및 제조원가를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 증발기(1) 및 히터 코어(2)를 함께 조립하여 브래이징하게 되어 열교환기의 생산성을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 증발기 플랫 튜브(4)를 형성하는 L자 형상의 증발기 플레이트(5)를 도 1과 같이 역으로 세워 놓았을 때 각 증발기 플레이트(5)의 하단부에는 제1홀컵(51) 및 제2홀컵(52)이 형성된다. 제1홀컵(51) 및 제2홀컵(52)은 동일한 높이로 나란하게 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 제1홀컵(51) 및 제2홀컵(52)의 형상은 폭이 높이보다 작은 타원형 또는 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 증발기 플레이트(5)의 한 쪽 면(즉, 내면)은 가장자리를 따라 형성된 브래이징 플랜지(53)에 의하여 한 쪽 면이 요입되어 있다. 증발기 플레이트(5)의 요입된 면에는 제1홀컵(51) 및 제2홀컵(52) 사이로부터 상단 굴곡부의 일부까지 형성된 L형 구획비드(54)에 의하여 L턴 유로(55)가 형성되며, L형 구획비드(54)의 높이는 브래이징 플랜지의 높이와 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 두 증발기 플레이트(5)를 접합하여 증발기 플랫 튜브(4)를 형성할 때 서로 대응하는 브래이징 플랜지(53)들 및 L형 구획비드(54)들이 접합되며, 이에 따라 증발기 플랫 튜브(4)의 내부에 있어서는 제1홀컵(51)들과 제2홀컵(52)들이 L턴 유로(55)를 통하여 통할 수 있다.
그리고, L형 구획비드(54)를 따라 L턴 유로(55)를 냉매가 경유할 때 L형 구획비드(54)의 굴곡부 부근에서 냉매가 한 쪽으로 치우쳐 흐르는 것을 방지하기 위 하여 L형 구획비드(54)의 굴곡부는 도 1에 도시된 바와 같이 호형으로 만곡지는 것이 바람직하다.
또한 냉매의 전열면적을 넓힘과 아울러 냉매의 난류를 도모하고 또한 두 증발기 플레이트(5)의 접합강도를 높이기 위하여 증발기 플레이트(5)의 L턴 유로(55)에는 다수의 엠보싱 비드(56)가 소정의 배열로 형성된다. 즉, 두 증발기 플레이트(5,5)의 엠보싱 비드(56,56)들은 서로 대응하여 형성됨과 아울러 엠보싱 비드(56)들의 높이는 L형 구획비드(54) 또는 브래이징 플랜지(53)의 높이와 동일하게 형성됨으로써 브래이징시 서로 대응하는 엠보싱 비드(56,56)들끼리 서로 접합된다. 이 엠보싱 비드(56)들은 원형, 타원형, 사각형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있고, 이러한 다양한 형태의 엠보싱 비드들이 혼용되어 형성될 수 있다.
한편, 히터 코어(2)의 각 히터 코어 플랫 튜브(6)를 형성하는 히터 코어 플레이트(7)는 대략 직사각형으로 이루어져, 이와 대응하는 각 증발기 플레이트(5)의 L자 형상에 의하여 형성되는 공간에 삽입된 상태로 각 증발기 플레이트(5)와 연결되어 있다. 즉, 증발기 플레이트(5)의 가장자리에 형성된 브래이징 플랜지(53)중 히터 코어 플레이트(7)와 대응하는 부분에는 브래이징 비드(58)들이 소정의 간격으로 형성되고, 또한 히터 코어(2)의 가장자리를 따라 브래이징 플랜지(73)가 형성됨과 아울러 이 브래이징 플랜지(73)중 증발기 플레이트(5)의 브래이징 플랜지(53)와 대응하는 부분에는 증발기 플레이트(5)의 브래이징 비드(58)들과 대응하는 브래이징 비드(78)들이 형성되어, 서로 대응하는 브래이징 비드(58,78)들끼리 서로 접합됨으로써, 증발기 플레이트(5)와 히터 코어 플레이트(7)가 서로 연결되고 이에 따 라 브래이징 비드(58,78)들 사이에는 증발기(1)와 히터 코어(2) 상호간의 연전달을 방지하기 위한 전열차단 노치부(59)들이 형성될 수 있다.
그리고, 히터 코어 플레이트(7)의 하단부에는 제3홀컵(71) 및 제4홀컵(72)이 나란하게 형성되고, 히터 코어 플레이트(7)의 한 쪽 면(즉, 내면)은 상기한 바와 같이 그 가장자리를 따라 형성된 브래이징 플랜지(73)에 의하여 요입되어 있다. 이와 같이 요입된 히터 코어 플레이트(7)의 내면에는 제3홀컵(71) 및 제4홀컵(72) 사이로부터 상단부까지 형성된 직선형 구획비드(74)에 의하여 U턴 유로(75)가 형성될 수 있다.
히터 코어 플레이트(7)의 제3홀컵(71) 및 제4홀컵(72)의 형상은 폭이 높이보다 작은 타원형 또는 원형으로 이루어질 수 있다. 또한 직선형 구획비드(74)의 높이는 브래이징 플랜지(73)의 높이와 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 두 히터 코어 플레이트(7,7)를 접합하여 히터 코어 플랫 튜브(6)를 형성할 때 서로 대응하는 브래이징 플랜지들(73,73) 및 직선형 구획비드(74)들이 접합되고, 이에 따라 히터 코어 플랫 튜브(6)의 내부에 있어서는 제3홀컵(71)들과 제4홀컵(72)들이 U턴 유로(75)를 통하여 통할 수 있다.
그리고, 직선형 구획비드(74)를 따라 U턴 유로(75)를 냉매가 경유할 때 냉매의 전열면적을 넓힘과 아울러 냉매의 난류를 도모하기 위하여 히터 코어 플레이트(7)의 U턴 유로(75)에는 다수의 엠보싱 비드(76)가 소정의 배열로 형성된다. 이 엠보싱 비드(76)들은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 대응하여 형성됨과 아울러 사각형, 원형 또는 타원형으로 형성되고, 엠보싱 비드들(76)의 높이 는 직선형 구획비드(74) 또는 브래이징 플랜지(73)의 높이보다 낮은 높이로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 브래이징시 두 히터 코어 플레이트(7,7)의 서로 대응하는 엠보싱 비드(76,76)들끼리는 서로 접합되지 않는다. 또한, 본 발명에 따르면, 히터 코어 플레이트(7)의 U턴 유로(75)에는 다수의 접합용 엠보싱 비드(77)들이 더 형성될 수 있다. 이 접합용 엠보싱 비드(77)들의 형상은 사각형으로 형성되고, 그 높이는 직선형 구획비드(74) 또는 브래이징 플랜지(73)의 높이와 동일한 것이 바람직하며, 따라서 두 히터 코어 플레이트(7,7)를 접합하여 히터 코어 플랫 튜브(6)를 형성할 때 두 히터 코어 플레이트(7)의 서로 대응하는 접합용 엠보싱 비드(77)들이 서로 접합되므로 히터 코어 플랫 튜브(6)의 접합강도를 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 증발기 플랫 튜브(4)들은 제1홀컵(51)들 및 제2홀컵(52)들을 통하여 차례로 서로 통하지만, 냉매의 유동에 따른 열교환을 최적화할 수 있는 소정의 유로를 증발기에 형성하기 위하여, 도 8에 도시된 바와 같이 증발기 플레이트(5)들중 중앙 증발기 플레이트(다른 증발기 플레이트(5)들과 구별하기 위하여 참조부호 '5C'로 나타냄)의 제1홀컵(51)은 배플(41)에 의하여 막혀 있다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 증발기 플레이트(5)들중 최좌측 증발기 플레이트(다른 증발기 플레이트(5)들과 구별하기 위하여 참조부호 '5L'로 나타냄)의 제1홀컵(51) 및 제2홀컵(52)은 제1엔드 플레이트(32)(도 6 및 도 7 참조)에 의하여 막혀 있고, 최우측 증발기 플레이트(다른 증발기 플레이트(5)들과 구별하기 위하여 참조부호 '5R'로 나타냄)의 제1홀컵(51) 및 제2홀컵(52)은 제2엔드 플레이트(33)(도 6 및 도 7 참조)에 의하여 막혀 있다. 그리고, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 증발기 플랫 튜브(4)들중 좌중앙 증발기 플랫 튜브(다른 증발기 플랫 튜브(4)들과 구별하기 위하여 참조부호 '4LC'로 나타냄)의 일측에는 냉매유입관(81)과 연결되도록 제1홀컵(51)들과 통하는 냉매유입 매니폴드(36)가 설치되고, 증발기 플랫 튜브(4)들중 우중앙 증발기 플랫 튜브(다른 증발기 플랫 튜브(4)들과 구별하기 위하여 참조부호 '4RC'로 나타냄)의 일측에는 냉매배출관(82)과 연결되도록 제1홀컵(51)들과 통하는 냉매배출 매니폴드(37)가 설치된다. 상기 매니폴드들(36,37)은 도 5에 도시된 바와 같이 일측에 제1홀컵(51)과 통하는 반원형 매니폴드(35)가 형성된 두 증발기 플레이트(5,5)가 접합되어 이루어질 수 있다.
한편, 히터 코어(2)에 있어서는 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 히터 코어 플레이트(7)들중 최좌측 히터 코어 플레이트(다른 히터 코어 플레이트(7)와 구별하기 위하여 참조부호 '7L'로 나타냄)의 제3홀컵(71) 및 제4홀컵(72)은 제1엔드 플레이트(32)에 설치되는 냉각수유입 매니폴드(38) 및 냉각수배출 매니폴드(39)와 통하도록 되어 있으며, 이 매니폴드들(38,39)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 냉각수유입관(83) 및 냉각수배출관(84)과 통하도록 되어 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 최우측 히터 코어 플레이트(다른 히터 코어 플레이트(7)와 구별하기 위하여 참조부호 '7R'로 나타냄)의 제3홀컵(71) 및 제4홀컵(72)은 제2엔드 플레이트(33)에 의하여 막혀 있다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 작용에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 일체형 열교환기를 도 9에 도시된 바와 같은 공기조화케이스(91)에 설치하여 공기조화장치를 구성하고, 압축기(92)를 구동하면 압축기(92)에 의하여 압축된 냉매가 응축기(93), 리시버 드라이어(94) 및 팽창밸브(95)를 거친 다음 냉매유입 매니폴드(36)를 통하여 증발기(1)의 좌중앙 증발기 플랫 튜브(4)의 제1홀컵(51)에 유입된다. 이 냉매는 최좌측 증발기 플레이트(5L)의 제1홀컵(51) 및 중앙 증발기 플레이트(5C)의 제1홀컵(51)이 배플(41)에 의하여 막혀 있기 때문에 좌중앙 증발기 플랫 튜브(4LC)의 제1홀컵(51)으로부터 좌우로 좌반부 증발기 플랫 튜브들(즉, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이 최좌측 증발기 플랫 튜브(4L)와 중앙 증발기 플랫 튜브(4C) 사이의 증발기 플랫 튜브(4)들)의 제1홀컵(51)들 쪽으로 유동하면서 좌반부 증발기 플랫 튜브들의 L턴 유로(55)들을 통하여 좌반부 증발기 플랫 튜브들의 제2홀컵(52)들 쪽으로 유동한다.
이와 같이 L턴 유동하여 좌반부 증발기 플랫 튜브들의 제2홀컵(52)들 쪽으로 유동한 냉매는 최좌측 증발기 플레이트(5L)의 제2홀컵(52)은 막혀 있는 반면에 중앙 증발기 플레이트(5C)의 제2홀컵(52)은 배플(41)에 의하여 막혀있지 않고 개방되어 있기 때문에, 제2홀컵(52)들을 통하여 우반부 증발기 플랫 튜브들(즉, 중앙 증발기 플랫 튜브(4L)와 최우측 증발기 플랫 튜브(4R) 사이의 플랫 튜브(4)들)의 제2홀컵(52)들 쪽으로 유동한다.
이와 같이 우반부 증발기 플랫 튜브들의 제2홀컵(52)들 쪽으로 유동한 냉매는 우반부 증발기 플랫 튜브들의 L턴 유로(55)들을 통하여 우반부 증발기 플랫 튜브들의 제1홀컵(51)들 쪽으로 유동한다. 우반부 증발기 플랫 튜브들의 제1홀컵(51)들 쪽으로 유동한 냉매는 중앙 증발기 플레이트(5C)의 제1홀컵(51)과 최우측 증발 기 플레이트(5R)의 제1홀컵(51)이 막혀 있기 때문에 우중앙 증발기 플랫 튜브(4RC)의 제1홀컵(51) 쪽으로 유동한 다음 최종적으로 냉매배출 매니폴드(37) 및 냉매배출관(82)를 거쳐 압축기(92) 쪽으로 복귀될 수 있다.
이와 같이 냉매가 일체형 열교환기의 증발기(1)를 거치는 과정에서 도 9에 도시된 바와 같이 송풍기(96)에 의하여 송풍되는 공기는 냉매와 열교환됨으로써 찬 공기로 바뀌어 공기조화케이스(91)의 벤트들(911,912,913)을 통하여 자동차 실내로 토출됨으로써 자동차 실내의 냉방이 수행될 수 있다.
한편, 엔진으로부터 냉각수유입관(83) 및 냉각수유입 매니폴드(38)를 통하여 최좌측 히터 코어 플랫 튜브(도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이 다른 히터 코어 플랫 튜브(6)들과 구별하기 위하여 참조부호 '6L'로 나타냄)의 제3홀컵(71)에 냉각수가 유입되면 최좌측 히터 코어 플랫 튜브(6L)의 제3홀컵(71)으로부터 최우측 히터 코어 플랫 튜브(6)(다른 히터 코어 플랫 튜브(6)들과 구별하기 위하여 참조부호 '6R'로 나타냄)의 제3홀컵(71)까지 냉각수가 유동함과 동시에 각 히터 코어 플랫 튜브(6)의 제3홀컵(71)으로부터 각 히터 코어 플랫 튜브(6)의 U턴 유로(75)를 통하여 각 히터 코어 플랫 튜브(6)의 제4홀컵(72) 쪽으로 냉각수가 유동한다. 이와 같이 각 히터 코어 플랫 튜브(6)의 제4홀컵(72)으로 유동한 냉각수는 다시 각 히터 코어 플랫 튜브(6)의 제4홀컵(72)들을 통하여 최좌측 히터 코어 플랫 튜브(6L)의 제4홀컵(72) 쪽으로 유동하여 냉각수배출 매니폴드(39) 및 냉각수배출관(84)를 거쳐 엔진으로 복귀될 수 있다.
상기한 바와 같이 냉각수가 일체형 열교환기의 히터 코어(2)를 거치는 과정 에서 도 9에 도시된 바와 같이 송풍기(96)에 의하여 송풍되는 공기는 냉각수와 열교환되어 따뜻한 공기로 바뀌어 공기조화케이스(91)의 벤트들(911,912,913)을 통하여 자동차 실내로 토출됨으로써 자동차 실내의 난방이 수행될 수 있다.
상기한 바와 같은 냉방 사이클 및 난방 사이클의 작용에 있어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 냉방 모드에서는 공기조화케이스(91)의 두 온도조절도어(921,922)가 개방된다. 따라서, 송풍기(96)를 통하여 송풍되는 공기는 증발기(1)의 두 온도조절도어(921,922)쪽 영역도 거치므로 증발기(1)의 전체 영역과 히터 코어(2)를 거친다. 이와 같이 공기가 증발기(1)의 전체 영역을 거치면서 증발기(1) 내를 유동하는 냉매와 열교환되어 찬 공기로 바뀌어 믹싱 챔버(931)로 토출되므로 자동차 실내의 상부를 향하는 페이스 벤트(face vent)(912), 자동차 실내의 하부를 향하는 푸트 벤트(foot vent)(913) 및 자동차 창문을 향하는 디프로스트 벤트(defrost vent)(911)를 통하여 실내로 찬 공기가 공급될 수 있다. 이 냉방 모드에서는 히터 코어(2)에는 냉각수가 유동하지 않고, 찬 공기의 온도는 벤트 도어(915)들의 개도에 의하여 결정될 수 있다.
난방 모드에서는 공기조화케이스(91)의 제1온도조절도어(921) 및 제2온도조절도어(922)는 선회하여 히터 코어(2)와 겹치지 않는 증발기(1)의 상단 굴곡부 전후에 밀착되고, 이에 따라 증발기(1)의 상단 굴곡부 전후가 공기조화케이스(91)의 송풍기(96)쪽 풍로 및 믹싱 챔버(931)쪽과 차단된다. 따라서 송풍기(96)를 통하여 송풍되는 공기는 증발기(1)의 상단 굴곡부 영역을 거치지 못하고 히터 코어(2)와 겹친 증발기(1) 영역 및 히터 코어(2)의 전체 영역을 차례로 거친다. 난방 모드에 서는 냉방 사이클의 가동은 중단되고 히터 코어(2)에 냉각수가 유입되어 히터 코어(2)를 내부를 거치는 과정에서 냉각수와 히터 코어(2)를 거치는 공기가 서로 열교환된다. 따라서, 냉각수와 열교환된 공기는 따뜻한 공기로 바뀌어 믹싱 챔버(931)로 토출된 후 벤트들(911,912,913)을 통하여 실내로 공급될 수 있다.
한편, 믹싱 모드에서는 온도조절을 위하여 두 온도조절도어(921,922)가 적당한 각도로 개방되고, 냉방사이클 및 난방사이클이 동시에 가동된다. 즉, 이 상태에서는 송풍기(96)로부터 송풍되는 공기는 두 온도조절도어(921,922)의 개방각도에 따라 증발기(1)의 굴곡된 영역도 거친다. 따라서, 믹싱 챔버(931)의 상부 영역에는 증발기(1)의 상단 굴곡부를 거친(즉, 증발기(1) 영역만 거친) 찬 공기가 토출되고, 믹싱 챔버(931)의 하부 영역에는 증발기(1) 영역만 거친 찬 공기보다 높은 온도의 공기가 토출되어 믹싱 챔버(931)에서 증발기(1) 영역만 거친 찬 공기와 믹싱된 후 각 벤트들(911,912,913)을 통하여 배출된다. 믹싱 챔버(931)에서 찬 공기와 이보다 온도가 높은 공기가 믹싱된다 하더라도 찬 공기가 페이스 벤트(912)에 가까운 믹싱 챔버(931)의 상부 영역으로 토출되고 찬 공기보다 온도가 높은 공기는 푸트 벤트(913)에 가까운 믹싱 챔버(931)의 하부 영역으로 토출되므로 상대적으로 찬 공기는 실내의 상부로 공급되고 찬 공기보다 온도가 높은 공기는 실내의 하부로 공급된다. 따라서 자동차 실내의 상하부는 현저한 온도차가 발생하여 바이 레벨 상태(bi-lebel)를 이루며, 이에 따라 대류현상이 효과적으로 유도되어 실내를 쾌적하게 할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 일체형 열교환기에 있어서는, 증발기 및 히터 코어가 일체로 구성됨에 따라 부품이 단순화될 뿐만 아니라 조립공수가 절감되어 원가절감 및 생산성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 찬 공기의 유로를 별도로 마련함으로써 공기조화성능 향상을 도모할 수 있다.

Claims (4)

  1. L자 형상의 두 증발기 플레이트(5,5)가 접합된 다수의 증발기 플랫 튜브(4)들이 차례로 적층되어 이루어짐과 아울러 냉매가 유통하는 증발기(1)와, 상기 각 증발기 플레이트에 접합되어 증발기 플레이트와 함께 전체적으로 사각형의 평면형상을 이루는 사각형상의 두 히터 코어 플레이트(7,7)가 접합된 다수의 히터 코어 플랫 튜브(6)들이 차례로 적층되어 이루어짐과 아울러 냉각수가 유통하는 히터 코어(2)와, 그리고 상기 증발기와 히터 코어의 각 플랫 튜브 사이에 적층되는 공유 전열핀(31)을 포함하여 이루어지는 일체형 열교환기에 있어서,
    상기 증발기 플랫 튜브들이 차례로 통하도록 증발기 플레이트의 하단부에는 제1홀컵(51) 및 제2홀컵(52)이 나란하게 형성됨과 아울러 이들 사이로부터 상단 굴곡부 일부까지 형성된 L형 구획비드(54)에 의하여 증발기 플레이트(5)에는 L턴 유로(55)가 형성되고;
    상기 증발기 플랫 튜브들중 좌중앙 증발기 플랫튜브 및 우중앙 증발기 플랫튜브의 일측에는 냉매유입관(81) 및 냉매배출관(82)과 차례로 연결되도록 각각의 제1홀컵들과 통하는 냉매유입 매니폴드(36) 및 냉매배출 매니폴드(37)가 차례로 설치되며;
    상기 증발기 플레이트들중 중앙 증발기 플레이트의 제1홀컵(51)은 배플(41)에 의하여 막혀 있음과 아울러 상기 최좌측 증발기 플레이트 및 최우측 증발기 플레이트의 제1홀컵(51) 및 제2홀컵(52)은 막혀 있으며;
    상기 히터 코어 플랫 튜브들이 차례로 통하도록 히터 코어 플레이트의 하단부에는 제3홀컵(71) 및 제4홀컵(72)이 나란하게 형성됨과 아울러 이들 사이로부터 상단부까지 형성된 직선형 구획비드(74)에 의하여 U턴 유로(75)가 형성되고;
    상기 히터 코어 플레이트들중 최좌측 히터 코어 플레이트의 제3홀컵 및 제4홀컵에는 냉각수유입관(83) 및 냉각수배출관(84)과 결합되도록 제3홀컵 및 제4홀컵과 통하는 냉각수유입 매니폴드(38) 및 냉각수배출 매니폴드(39)가 연결되며;
    상기 최우측 히터 코어 플레이트의 제3홀컵(71) 및 제4홀컵(72)은 막혀 있는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발기 플레이트(5)와 히터 코어 플레이트(7)가 서로 접합되는 각각의 단부에는 소정의 간격으로 브래이징 비드(58,78)들이 서로 대향하여 형성되고, 이들이 서로 접합되어 증발기 플레이트와 히터 코어 플레이트와의 접합면에는 증발기와 히터 코어간의 열전달을 차단하는 전열차단 노치부(59)들이 소정의 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 증발기 플레이트(5)에는 두 증발기 플레이트가 서로 접합되어 증발기 플랫 튜브(4)를 이룰 때 접합되는 다수의 엠보싱 비드(56)들이 소정의 배열로 형성되고,
    상기 히터 코어 플레이트(7)에는 다수의 엠보싱 비드(76)들과 다수의 접합용 엠보싱 비드(77)들이 소정의 배열로 혼합되어 형성되고, 두 히터 코어 플레이트가 접합되어 히터 코어 플랫 튜브를 이룰 때 서로 대응하는 엠보싱 비드(76,76)들은 접합되지 않고 서로 대응하는 접합용 엠보싱 비드(77,77)들은 접합되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히터 코어 플레이트(7)에 형성된 엠보싱 비드(76)들은 사각형, 원형 또는 타원형을 포함하는 군에서 선택된 어느 한 형태로 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
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