상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 각각 최외각 격벽을 가짐과 아울러 소정의 위치에 적어도 하나의 홀컵을 가지는 두 플레이트가 서로 접합됨으로써 내부유로에 의하여 연결되는 적어도 한 쌍의 탱크를 가지는 플랫튜브들과 전열핀들이 교대로 적층되어 이루어지는 적층형 열교환기의 각 플레이트의 내면에 소정의 비드 피치로 배열되는 N개의 엠보싱 비드로 이루어진 제1엠보싱 비드열과 소정의 비드 피치로 배열되는 N+1개의 엠보싱 비드로 이루어진 제2엠보싱 비드열이 소정의 비드열 피치로 지그재그형태로 교대로 배열되는 적층형 열교환기용 플레이트의 엠 보싱 비드 배열구조에 있어서: 상기 비드 피치를 HP라 할 때, 상기 최외각 격벽과 제2엠보싱 비드열들의 최외각 엠보싱 비드들간의 최단거리가 각각 0.95HP 이상이고; 상기 비드열 피치를 VP라 할 때, 비드열 피치(VP)는 1.30HP 이상이며; 상기 최외각 격벽중 각 제1엠보싱 비드열과 대응하는 부분에는 기상냉매와 액상냉매의 분배유동을 유도하는 제1분배비드가 각각 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 플레이트의 내면에 소정 형태의 유로를 형성하는 소정 형상의 구획비드가 적어도 하나 더 형성될 수 있고, 이 경우 상기 구획비드와 이 구획비드와 제2엠보싱 비드열들의 최외곽 엠보싱 비드들간의 최단거리가 각각 0.95HP 이상이며, 상기 구획비드중 이와 최단거리에 있는 제1엠보싱 비드열들의 엠보싱 비드들과 대응하는 부분에는 기상냉매와 액상냉매의 분배유동을 유도하는 제2분배비드가 각각 더 형성된다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
<실시예 1>
도 1 내지 도 4를 참조하면서 본 발명의 실시예 1에 따른 엠보싱 비드 배열구조에 대하여 설명한다.
적층형 열교환기는 예컨대 증발기로서 다수의 플랫튜브(10)들 및 전열핀(40) 들이 교대로 적층되어 이루어지며, 상기 플랫튜브(10)는 본 실시예의 엠보싱 비드 배열구조가 적용된 두 플레이트(20a, 20a)가 서로 접합되어 이루어진다.
본 실시예에서는 상부 및 하부에 홀컵(22, 24)이 차례로 형성되고 가장자리에 최외각 격벽(28)이 형성되며 내면에 상기 홀컵들(22,24)과 통하는 일자형 유로(26)를 가진 플레이트(20a)에 엠보싱 비드 배열구조가 적용된 것을 예시하여 설명한다. 따라서, 플랫튜브(10)는 이 두 플레이트(20a, 20a)가 접합되어 이루어짐으로써 상부 및 하부에 탱크(12, 14)를 차례로 가짐과 아울러 내부에 상기 탱크들(12, 24)과 통하는 일자형 내부유로(16)를 가진다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 플레이트(20a)의 내면에는 다수의 엠보싱 비드(34)가 소정의 배열로 배열되는데, 본 실시예에서는 소정의 비드 피치(HP)로 배열되는 N개의 엠보싱 비드(30)로 이루어진 제1엠보싱 비드열(31)과 소정의 비드 피치(HP)로 배열되는 N+1개의 엠보싱 비드로 이루어진 제2엠보싱 비드열(32)이 소정의 비드열 피치(VP)로 지그재그형태로 교대로 배열된다. 이 때, 상기 최외각 격벽(28)과 제2엠보싱 비드열(32)들의 최외각 엠보싱 비드(34)들간의 최단거리(G1)는 각각 0.95HP 이상이고, 비드열 피치(VP)는 1.30HP 이상이 되도록 엠보싱 비드(34)들이 배열된다.
상기 엠보싱 비드(34)는 예컨대 반구형으로 형성되는 것이 바람직하지만, 이외에 반타원구형, 다각뿔형 등 냉매유동에 악영향을 끼치지 않는 범위에서 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 최외각 격벽(28)중 각 제1엠보싱 비드열(31)과 대응하는 부분에는 기상 냉매와 액상냉매의 분배유동을 유도하는 제1분배비드(36)가 각각 더 형성된다. 상기 제1분배비드(36)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 엠보싱 비드(34)의 반경과 동일한 반경을 가진 1/4구형으로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 두 플레이트(20a, 20a)의 접합시 서로 대응하는 접합되는 제1분배비드(36)쌍이 접합됨으로써 기상냉매와 액상냉매의 분배유동을 유도하게 된다.
상기한 바와 같이 구성된 본 실시예의 엠보싱 비드 배열구조가 적용된 플레이트(20a)들을 이용한 적층형 열교환기에 있어서는, 열교환기 내부로 유입된 냉매가 유동하는 과정에서 외부공기와의 열교환에 의하여 액냉매가 증발하면서 기상 냉매의 흐름은 더욱 원활하게 향상되고 증발되지 않은 액상 냉매의 흐름은 지연시킴으로써 열교환기내의 차압 감소와 전열성능 증대의 두가지 효과를 동시에 얻을 수 있다.
즉, 냉매 차압량은 기상 냉매의 유속에 가장 큰 영향을 받으며, 냉매의 평균유속의 제곱에 비례한다. 본 실시예서는 유입된 냉매가 플랫튜브(10)의 내부유로(16)를 유동하는 과정에서 도 4에 도시된 바와 같이 제1분배비드(36)들에 충돌한 냉매중 액상 냉매의 유동 왜곡 정도가 기상 냉매에 비하여 크다. 따라서, 기상 냉매는 최외곽 엠보싱 비드(34)들과 최외각 격벽(28) 사이로 빠른 유속으로 유동하지만 액상 냉매의 유동은 제1분배비드(36)들에 의하여 엠보싱 비드열들(31,32) 쪽으로 유도되므로 액상 냉매의 유속은 기상 냉매의 유속보다 상대적으로 늦다. 이와 같이 기상 냉매의 유속이 액상 냉매의 유속보다 상대적으로 빠르면 열교환기의 출구에 놓이는 미도시된 팽창밸브의 온도센서에 의하여 열교환 기 입구측의 팽창밸브 개도가 더 크게 되어 냉매유입량이 증대되는 결과를 얻을 수 있다. 또한, 열교환기 내부의 차압량에 결정적인 영향을 끼치는 기상 냉매의 유동이 최외곽 엠보싱 비드(34)들과 최외각 격벽(28) 사이에서 원활해 지므로 차압량 감소효과가 우수하여 냉매유입량의 증대를 저해하지 않는다.
도 5에는 본 실시예에 따른 엠보싱 비드 배열구조가 적용된 플레이트(20a)를 이용한 적층형 열교환기(A)와 종래 엠보싱 비드 배열구조가 적용된 플레이트(20a)를 이용한 적층형 열교환기(B)에 대하여 최외각 격벽(28) 및 이 최외각 격벽(28)과 최외각 엠보싱 비드(34)들간의 최단거리의 변화에 따른 냉매유속을 수치해석한 그래프가 도시되어 있다. 이 때 냉매량은 130kg/h이고, 건도는 0.5인 조건을 적용하였다. 종래 열교환기(B)에서는 냉매의 유속이 최고 10.5m/s이지만 본 실시예에 따른 엠보싱 비드 배열구조가 적용된 열교환기(A)에서의 냉매의 유속은 최고 7.8m/s로서 종래 열교환기(B)에 비하여 75% 수준임을 알 수 있다. 차압은 유속의 제곱에 비례하므로 본 발명의 엠보싱 비드 배열구조가 적용된 열교환기(A)에서는 종래 열교환기(B)에 비하여 차압량이 56% 줄어드는 것을 알 수 있다.
이 결과로부터 차압량 감소효과는 최외각 격벽(28)과 최외곽 엠보싱 비드(34)들간의 최단거리가 늘어날수록 차압량 감소효과가 크다는 것을 알 수 있지만, 이와 같이 최단거리가 늘어나면 액상 냉매의 흐름도 원활하게 되어 열교환성능에서 큰 손실을 초래한다. 하지만, 본 실시예에서는 비드 피치(HP) 및 비드열 피치(VP)를 적절하게 적용함과 아울러 제1분배비드(36)의 적용으로 최단거리를 늘이지 않고도 기상 냉매의 흐름을 원활하게 함은 물론 액상 냉매의 흐름은 지연시킴 으로써 효과적인 차압량 감소 및 열교환효율 증대라는 두가지 이점을 동시에 얻을 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 6에는 본 실시예에 따른 엠보싱 비드 배열구조가 적용된 적층형 열교환기(A)에서의 플레이트(20a) 내부의 냉매유속분포를 플루언트(Fluent)라는 씨에프디(CFD) 소프트웨어에 의하여 나타낸 사진이 도시되어 있고, 도 7에는 종래 적층형 열교환기(B)에서의 플레이트(20a) 내부의 냉매유속분포를 측정하여 나타낸 사진이 도시되어 있다.
도 5 및 도 6에 보이는 바와 같이, 열교환기(A)의 플레이트(20a)에서는 최외각 격벽(28)과 최외곽 엠보싱 비드(34)들 사이의 내부유로(16)를 유동하는 냉매의 유속이 비교적 낮은 값에서 골고루 분포하고 있지만, 도 5 및 도 7에 보이는 바와 같이 종래 열교환기(B)의 플레이트(20a)에서는 최외각 격벽(28)과 최외곽 엠보싱 비드들 사이를 유동하는 냉매의 유속이 과도하게 커 유속의 제곱에 비례하는 차압량이 급격하게 커지는 단점이 있음을 알 수 있다.
또한, 도 8에는 엠보싱 비드들간의 비드 피치(HP) 및 엠보싱 비드열들간의 비드열 피치(VP)가 동일하게 적용된 적층형 열교환기(A)와 적층형 열교환기(B)에 대한 차압량 및 열교환성능을 비교한 그래프가 도시되어 있다. 도 8의 그래프에서 알 수 있듯이, 열교환성능면에서 본 실시예에 따른 엠보싱 비드 배열구조가 적용된 적층형 열교환기(A)는 종래 적층형 열교환기(B)에 비하여 동등 내지 우위를 나타내고 있고, 차압량에서는 적층형 열교환기(A)가 종래 적층형 열교환기(B)에 비하여 20% 감소되는 뛰어난 성능을 보이고 있다.
<실시예 2>
도 9 및 도 10을 참조하면서 본 발명의 실시예 2에 따른 엠보싱 비드 배열구조에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 실시예 1과 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리킨다.
본 실시예의 엠보싱 비드 배열구조는, 예컨대 하부에 한 쌍의 홀컵(22b, 24b)이 나란하게 형성되고, 내면에 상기 두 홀컵(22b, 24b) 사이로부터 상단부까지 더 형성되는 구획비드(25)에 의하여 U턴유로(26b)를 가지는 플레이트(20b)에 실시예 1과 동일한 엠보싱 비드 배열구조가 적용되고, 또한 상기 구획비드(25) 및 이 구획비드(25)와 제2엠보싱 비드열(32)들의 최외곽 엠보싱 비드(34)들간의 최단거리(G2)가 각각 0.95HP 이상이며, 상기 구획비드(25)중 이와 최단거리에 있는 제1엠보싱 비드열(31)들의 엠보싱 비드(34)들과 대응하는 부분에는 기상냉매와 액상냉매의 분배유동을 유도하는 제2분배비드(36b)가 각각 더 형성된다는 제외하고 나머지 구성은 실시예 1과 모두 동일하게 이루어져 있다.
또한, 본 실시예에서도 제2분배비드(36b)는 엠보싱 비드(34)의 반경과 동일한 반경을 가진 1/4구형으로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 두 플레이트(20b, 20b)의 접합시 서로 대응하는 접합되는 제2분배비드(36b)쌍이 접합됨으로써 유로(26b)를 흐르는 냉매가 기상냉매와 액상냉매로 분배되어 유동하도록 유도하게 된다.