KR100705482B1

KR100705482B1 - 열교환기

Info

Publication number: KR100705482B1
Application number: KR1020000066631A
Authority: KR
Inventors: 오광헌; 박창호
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2007-04-10
Also published as: KR20020036461A

Abstract

본 발명은 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 냉각수 통과면적을 달리하여 구성함으로써 상부 파이프 커넥터를 통과하기 전에 상부 탱크내의 챔버에서 배압이 형성되도록 하여 코어 전체에 냉각수가 균일하게 분배되도록 하며, 이로 인해 코어 전체에 온도 분포가 균일하여 방열 성능이 향상되도록 한 것을 목적으로 하며,

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열교환기는, 한쌍의 상하부 헤더와, 상기 상하부 헤더 각각의 외측에 설치되는 한쌍의 상하부 탱크와, 상기 상하부 헤더 사이에 설치되는 다수개의 튜브와, 상기 튜브들의 사이에 배치되는 핀과, 상기 상하부 탱크에 각각 설치되는 상하부 파이프 커넥터로 구성된 열교환기에 있어서, 상기 상부 탱크의 일측부에 수평 상태로 관통 설치되는 상기 상부 파이프 커넥터의 상기 상부 탱크의 내측 냉각수 유출통과면적을 상기 하부 탱크의 일측부에 수평 상태로 관통 설치되는 상기 하부 파이프 커넥터의 상기 하부 탱크의 내측 냉각수 유입통과면적보다 작게 형성한 것을 특징으로 한다.

상부 탱크, 하부 탱크, 상부 파이프 커넥터, 하부 파이프 커넥터

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

도 1은 종래 기술의 일례에 따른 열교환기를 도시한 정면도.

도 2는 종래 기술의 다른 예에 따른 열교환기를 도시한 정면도.

도 3은 도 2에 도시된 지시선 "A"부의 상세 내부 단면도.

도 4는 도 2에 도시된 지시선 "B"부의 상세 내부 단면도.

도 5는 본 발명의 열교환기를 구성하는 상부 파이프 커넥터가 설치된 부분의 상세 내부 단면도.

도 6은 본 발명의 열교환기를 구성하는 하부 파이프 커넥터가 설치된 부분의 상세 내부 단면도.

도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 종단면도.

도 8은 본 발명에 의한 상부 및 하부 파이프 커넥터의 냉각수 통과면적을 달리한 상태에서 방열량과 압력 강하에 대한 실험을 실시한 후 나타낸 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

17 : 하부 탱크

20 : 하부 파이프 커넥터

31 : 상부 탱크

40 : 상부 파이프 커넥터

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 냉각수 통과면적을 달리하여 구성함으로써 상부 파이프 커넥터를 통과하기 전에 상부 탱크내의 챔버에서 배압이 형성되도록 하여 코어 전체에 냉각수가 균일하게 분배되도록 하며, 이로 인해 코어 전체에 온도 분포가 균일하여 방열 성능이 향상되도록 한 열교환기에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 열교환기는 차량의 대시 하부에 장착되어 있는 히터코어로 엔진같은 열원을 경유하여 뜨거워진 냉각수를 열원으로 하고, 블로워(blower)로 공기를 순환시켜 실내를 난방하는데 사용되는 것이다.

최근에는 상기 열교환기의 박형, 경량화 추세에 부응하여 일정한 냉각수량을 유지하면서 압력손실을 저감할 수 있는 박형의 열교환기를 제조하는데 노력하고 있다.

이러한 노력의 결과로 제조된 열교환기의 구조를 도 1에 도시하였다.

도시된 바와 같이, 내부에 소정 크기의 챔버가 형성된 한쌍의 헤더(1)(2)가 좌우 방향으로 서로 마주보게 소정 거리 이격되게 배치되어 있고, 좌우 양단이 상기 챔버와 연통 가능하도록 헤더(1)(2)의 내측에 연결 설치되는 구조로 하여 상기 한쌍의 헤더(1)(2) 사이에는 다수개의 튜브(3)가 상하로 일정한 간격이 되게 배열 설치되어 있다.

상기 튜브(3)들의 사이에는 코루게이트핀(4)이 배치되어 냉각수를 열교환시키는 코어(5)를 형성하고 있고, 상기 헤더(1)(2) 각각의 외측에는 내부에 소정 크기의 챔버를 갖는 한쌍의 탱크(6)(7)가 설치되어 있되, 이 탱크(6)(7)의 챔버는 상기 헤더(1)(2)의 챔버와 상호 연통 가능하게 설치되어 있다.

상기 탱크(6)(7)중 어느 하나, 도면상의 좌측에 위치한 탱크(6)에는 중앙을 기준으로 하여 상하부 적정 위치에는 냉각수 배출파이프(8)와 냉각수 유입파이프(9)가 탱크(6)의 챔버와 연통 가능하게 설치되어 있다.

상기 냉각수 배출/유입파이프(8)(9)가 설치된 탱크(6)의 중앙에 해당되는 챔버에는 냉각수의 흐름을 "⊃"자 형상으로 유로길이를 증가시켜 열교환 성능을 높이기 위한 배플(10)이 설치되어 있다.

그런데, 상기와 같은 구성을 갖는 열교환기는 박형 경량화로 개발되면서 코어의 유로면적의 협소로 인한 냉각수측 압력 손실값이 커져 차량을 공회전 운전 또는 저속 운전할 경우 냉각수 유량이 감소하여 열교환기의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 개발된 종래 열교환기를 도 2 내지 도 4에 도시하였다.

도시된 바와 같이, 튜브(13)들의 사이에는 코르게이트핀(14)이 배치되어 냉각수를 열교환시키는 코어(15)를 형성하고 있고, 상기 헤더(11)(12) 각각의 외측에는 내부에 소정의 챔버를 갖는 한쌍의 탱크(16)(17)가 설치되어 있다.

상기 탱크(16)(17)의 도면상에서 보아 좌측부분에 각각 냉각수 배출파이프(18)와 냉각수 유입파이프(19)가 탱크(16)(17)의 챔버와 연통 가능하게 설치되어 있다.

좀더 상세하게는 상기 냉각수 배출파이프(18)와 냉각수 유입파이프(19)는 탱크(16)(17)에 파이프 커넥터(20)를 매개로 하여 연결되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래 열교환기에 따르면, 냉각수측 압력강하가 적게 일어나도록 하는 것을 해결할 수 있으나 전술한 도 1에 도시된 열교환기와 비교하여 열교환기 코어 전체의 냉각수 유량 분배가 균일하지 않기 때문에 도 2에 도시된 열교환기의 방열 성능이 저하되는 문제점을 유발하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 냉각수 통과면적을 달리하여 구성함으로써 상부 파이프 커넥터를 통과하기 전에 상부 탱크내의 챔버에서 배압이 형성되도록 하여 코어 전체에 냉각수가 균일하게 분배되도록 하며, 이로 인해 코어 전체에 온도 분포가 균일하여 방열 성능이 향상되도록 한 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 의한 열교환기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 열교환기를 구성하는 상부 파이프 커넥터가 설치된 부분의 상세 내부 단면도이고, 도 6은 본 발명의 열교환기를 구성하는 하부 파이프 커넥터가 설치된 부분의 상세 내부 단면도이며, 도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 종단면도이며, 도 8은 본 발명에 의한 상부 및 하부 파이프 커넥터의 냉각수 통과면적을 달리한 상태에서 방열량과 압력 강하에 대한 실험을 실시한 후 나타낸 그래프이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 열교환기는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상부ㆍ하부 헤더(11)(12)와, 튜브(13)와 코르게이트핀(14)으로 이루어진 코어(15)와, 상부ㆍ하부 탱크(31)(17)와, 냉각수 유입파이프(19)와, 상부ㆍ하부 파이프 커넥터(40)(20)와, 냉각수 배출파이프(18)로 구성된다.

상기 튜브(13)는 상하 양단이 상기 상부ㆍ하부 헤더(11)(12)의 내측에 연결 설치되며, 상기 상부ㆍ하부 헤더(11)(12) 사이에 좌우 방향으로 일정한 간격이 되게 다수개가 배열된다.

상기 코르게이트핀(14)은 튜브(13) 사이에 배치된다.

상기 상부ㆍ하부 탱크(31)(17)는 상기 상부ㆍ하부 헤더(11)(12)의 외측에 설치된다.

상기 냉각수 유입파이프(19)는 상기 하부 탱크(17)에 파이프 커넥터(20)를 매개로 결합 설치되어 냉각수를 상기 하부 탱크(17)의 챔버내로 유입시키는 역할을 한다.

여기서, 상기 파이프 커넥터(20)는 소정의 직경과 길이를 가지고 있다.

상기 냉각수 배출파이프(18)는 상기 상부 탱크(31)에 파이프 커넥터(40)를 매개로 결합 설치되어 냉각수를 상부 탱크(31)로부터 외부로 유출하는 역할을 한다.

여기서, 상기 상부 파이프 커넥터(40)와 하부 파이프 커넥터(20)의 부분중 상기 상부 탱크(31)와 하부 탱크(17)의 내부에 위치되어 있는 부분의 냉각수 통과면적(Ao/A_i)을 도 7에 도시된 바와 같이 다르게 형성한다.

즉, 상부 파이프 커넥터(40)의 유출통과면적(Ao)을 하부 파이프 커넥터(20)의 유입통과면적(A_i)보다 적정하게 작게 형성한다.

바람직하게는, 0.4≤Ao/A_i≤0.6의 범위가 되도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4에 도시된 냉각수 유입파이프(19) 및 파이프 커넥터(20)를 통해 고온ㆍ고압의 냉각수가 하부 탱크(17)내로 유입되며, 이렇게 유입된 냉각수는 다수개의 튜브(13)를 통해 수직 상방향으로 유동하여 상부 탱크(31)의 챔버내로 이동한 후, 상부 파이프 커넥터(40)를 경유하여 냉각수 배출파이프(18)로 배출된다.

상부 파이프 커넥터(40)의 통과 면적이 하부 파이프 통과 면적보다 작기 때문에 상부 파이프 커넥터(40)가 장착된 상부 탱크(31)의 챔버내에 배압을 형성하게 된다.

이 배압의 형성으로 인해 튜브(13)내에는 냉각수가 균일하게 분배되며, 이로 인해 튜브(13) 사이에 있는 코르게이트핀(14)에서 발생되는 방열량이 증대된다.

상기와 같은 냉각수의 유동과정을 거치는 본 발명의 열교환기를 차량에 적용하여 실험한 결과를 도 8에 나타내 보였다.

도 8에 나타낸 그래프에 따르면, 0.4≤A₀/A_i≤0.6에서 냉각수 압력강하("a"선참조)가 많이 일어남과 아울러 방열 성능(Q)("b"선 참조)이 향상되는 되는 최적 조건인 것으로 나타났으며, 차량의 공회전 상태 또는 저속 운전시 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 통과면적을 달리함에 따라 방열량이 차이가 있는 것을 알수 있다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상부 파이프 커넥터와 하부 파이프 커넥터의 냉각수 통과면적을 달리하여 구성함으로써 상부 파이프 커넥터를 통과하기 전에 상부 탱크내의 챔버에서 배압이 형성되도록 하여 코어 전체에 냉각수가 균일하게 분배되도록 하며, 이로 인해 코어 전체에 온도 분포가 균일하여 방열 성능이 향상된다.

Claims

한쌍의 상하부 헤더(11)(12)와, 상기 상하부 헤더(11)(12) 각각의 외측에 설치되는 한쌍의 상하부 탱크(31)(17)와, 상기 상하부 헤더(11)(12) 사이에 설치되는 다수개의 튜브(13)와, 상기 튜브(13)들의 사이에 배치되는 핀(14)과, 상기 상하부 탱크(31)(17)에 각각 설치되는 상하부 파이프 커넥터(40)(20)로 구성된 열교환기에 있어서,

상기 상부 탱크(31)의 일측부에 수평 상태로 관통 설치되는 상기 상부 파이프 커넥터(40)의 상기 상부 탱크(31)의 내측 냉각수 유출통과면적(A₀)을 상기 하부 탱크(17)의 일측부에 수평 상태로 관통 설치되는 상기 하부 파이프 커넥터(20)의 상기 하부 탱크(17)의 내측 냉각수 유입통과면적(A_i)보다 작게 형성한 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 상부 파이프 커넥터(40)와 하부 파이프 커넥터(20)의 단면적 비는 0.4≤Ao/A_i≤0.6인 것을 특징으로 하는 열교환기.