KR100822632B1 - 4-탱크식 증발기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4-탱크식 증발기에 관한 것으로, 증발기의 모든 구간을 통과하기 이전에 이미 증발된 기상 냉매가 증발기의 일부 구간을 통과하지 않고 배출되도록 함을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 4-탱크식 증발기는, 복수의 튜브(20)와, 상기 복수의 튜브들 사이에 배치되는 방열핀(21)을 포함한다. 상기 튜브는, 중앙 구획비드(33)의 좌우 양측에 독립된 냉매유로(34)(35)가 형성되면서 이 냉매유로의 상하 단부에 냉매유출입 컵(34a)(34b)(35a)(35b)이 각각 구비된 한 쌍의 플레이트(30)(30A)가 접합되어 구성된다. 특히, 본 발명에 따른 증발기는, 상기 튜브들 중 대략 중앙부에 위치된 튜브의 하단 냉매유출입 컵이 배플(B1)(B2)에 의해 막혀 냉매가 순차적으로 흐르는 4개의 냉매영역(S1~S4)으로 이루어지고, 상기 배플에 의해 구획된 제2 및 제3냉매후방영역 사이의 각 구획비드에 제2 및 제3냉매후방영역(S2,S3)을 유체 연통시키는 기상 냉매 통과홈(33a)이 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 제1냉매전방영역과 제2냉매후방영역의 상측부를 흐르면서 증발된 기상 냉매는 상기 기상 냉매 통과홈을 통하여 제2 및 제3냉매후방영역의 하측부를 통과하지 않고 바로 제3냉매후방영역의 상측부로 유동하므로 저온 액상 냉매의 유입량이 증가되어 열교환 성능이 향상된다.

4-탱크, 증발기, 기상냉매, 증발, 통과홈

Description

4-탱크식 증발기{4-TANK TYPE EVAPORATOR}

도 1은 일반적인 증발기의 사시도.

도 2는 종래 기술에 따른 튜브의 분해 사시도.

도 3은 종래 기술에 따른 증발기 플레이트의 정면도.

도 4는 종래 기술에 따른 증발기에 있어서 냉매의 흐름을 보인 개략도.

도 5는 본 발명에 따른 증발기에 적용된 튜브의 분해 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 증발기에 적용된 증발기 플레이트의 정면도.

도 7은 본 발명에 따른 증발기에 있어서 냉매의 흐름을 도시한 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 증발기 20 : 튜브

30 : 플레이트 31 : 비드

32 : 접합부 33 : 구획비드

33a : 기상냉매 통과홈 34a,34b,35a,35b : 냉매유출입 컵

본 발명은 4-탱크식 증발기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증발기의 냉각 성능을 높일 수 있도록 한 4-탱크식 증발기에 관한 것이다.

자동차의 공기조화장치에 있어서, 공기의 냉각을 위해 사용되는 증발기는 그 내부를 유동하는 냉매가 증발기를 통과하는 외부 공기로부터 열을 빼앗음으로써 그 자신은 온도가 올라가 기상으로 상 변화되는 과정에서 주위 공기를 낮추는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 증발기(10)는, 한 쌍의 좌우 엔드 플레이트(11)(12)의 사이에 다수개의 튜브(20)가 서로 유체 연통되도록 적층되고, 튜브(20)들의 사이에 방열핀(21)이 설치되어 구성된다.

도 2와 도 3에서 보이는 바와 같이, 튜브(20)는 한 쌍의 플레이트(30)(30A)가 서로 접합되어 이루어진다.

플레이트(30)는, 그 내면에 복수의 반구형 비드(31)가 형성되고, 그 테두리부에는 접합부(32)가 내면으로부터 단차지게 형성되며, 그 내면 중앙부에 상하 길이방향을 따라 형성된 구획비드(33)의 좌우 양측에 독립된 냉매유로(34)(35)가 각각 형성되고, 그 상하 단부에 냉매유로(34)(35)와 연통하며 튜브의 적층을 안내하는 냉매유출입 컵(34a)(34b)(35a)(35b)이 각각 구비되어 이루어진다. (플레이트(30)는 구획비드(33)을 중심으로 하여 좌우 대칭으로 이루어져 한 쌍의 플레이트(30)(30A)는 동일형상으로 이루어진 2장의 플레이트이므로 하나의 플레이트(30)만 도면부호를 부여하여 설명하였다.)

즉, 복수의 튜브(20)가 냉매유출입 컵(34a)(34b)(35a)(35b)을 매개로 하여 적층되어 냉매유로(34)(35)가 각각 연결됨으로써 냉매가 순환되는 냉매영역이 형성되는 것이다.

그리고, 증발기는 배플의 배치에 따라 다양한 형태의 냉매패스를 가질 수 있으며, 예컨대, 4-탱크식 증발기의 냉매패스의 일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 대략 중앙부에 배치된 튜브의 하단 좌우 양측 냉매유출입 컵이 배플(B1)(B2)에 의해 막혀 증발기에는 전후 좌우에 배치되며 연쇄적으로 이어지는 4개의 냉매영역(S1)(S2)(S3)(S4)이 형성된다.

냉매는 냉매유입관(IP)이 연결된 우측 전방의 제1냉매전방영역(S1), 우측 후방의 제2냉매후방영역(S2), 좌측 후방의 제3냉매후방영역(S3) 및 냉매배출관(OP)이 연결된 좌측 전방의 제4냉매전방영역(S4) 순으로 순환된다.

4개의 냉매영역(S1)(S2)(S3)(S4)중 제1냉매전방영역(S1)과 제4냉매전방영역(S4) 그리고, 제2냉매후방영역(S2)과 제3냉매후방영역(S3)은 배플(B1)(B2)에 의해 나뉘어진 튜브군들을 구성하는 튜브들 내부의 좌우 양측에 구획 형성된 것이다.

한편, 냉매영역(S1~S4)이 단일 폐유로로 이루어지도록 첫 번째 튜브 및 마지막 튜브의 상단 냉매유출입 컵이 배플(B3)(B4)(B5)(B6)에 의해 각각 막히고, 마지막 튜브의 하단 좌우 양측의 냉매유출입 컵이 매니폴드(미도시)에 의해 연통된다.

이와 같이 구성된 4-탱크식 증발기(10)에 따르면, 냉매유입관(IP)을 통하여 제1냉매전방영역(S1)을 구성하는 튜브군에 유입된 냉매는 배플(B1) 때문에 제1냉매전방영역(S1)을 따라 상승한 후, 상단 냉매유출입 컵(35a)을 통하여 제2냉매후방영역(S2)에 유입된다.

제2냉매후방영역(S2)에 유입된 냉매는 마지막 튜브의 상단 냉매유출입 컵이 배플(B5)에 의해 막혀 있으므로 제2냉매후방영역(S2)을 따라 하강한 후, 매니폴드를 통하여 제3냉매후방영역(S3)에 유입된다.

계속해서 냉매는 제3냉매후방영역(S3)의 마지막 튜브의 하단 냉매유출입 컵이 배플(B2) 막혀 있으므로 제3냉매후방영역(S3)을 따라 상승하여 상단 냉매유출입 컵(34a)을 통해 제4냉매전방영역(S4)에 유입된다.

이 냉매는 제4냉매전방영역(S4)의 마지막 튜브의 상단부가 배플(B4)에 의해 막혀 있기 때문에 제4냉매전방영역(S4)을 따라 하강한 후 냉매배출관(OP)을 통하여 배출된다.

전술한 바와 같이, 증발기(10)에 유입된 액상 냉매가 냉매영역(S1~S4)을 통과하면서 방열핀(21)을 통과하는 외부 공기로부터 고온의 열을 빼앗아 그 자신은 기상으로 증발되면서 외부 공기의 온도를 낮추게 된다.

그러나, 종래 기술에 따른 4-탱크식 증발기에 따르면 다음과 같은 문제점이 있다.

증발기(10)에 유입된 냉매는 냉매영역(S1~S4)을 따라 흐르다가 튜브(20) 사이의 방열핀(21)을 통과하는 공기로부터 열을 빼앗아 증발되는데, 그 중 일부 냉매는 제2냉매후방영역(S2)을 통과하기 이전에 이미 기상으로 증발될 수 있으며, 이미 증발된 냉매는 나머지 냉매영역(S3,S4)을 통과할 때 외부 공기와 열교환하지 못하기 때문에 열교환 효율이 떨어진다.

그리고, 기상 냉매에 의해 냉매측 압력 손실이 커지고, 냉매의 유입량이 적으므로 증발기의 방열 성능이 저하된다.

본 발명은 상기한 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 증발기의 모든 냉매영역을 통과하기 이전에 이미 증발된 기상 냉매가 이후의 모든 냉매영역을 통과하지 않고 일부 구간만을 통과한 후 배출되도록 한 4-탱크식 증발기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 제공되는 4-탱크식 증발기는, 길이방향을 따라 돌출된 중앙 구획비드를 사이에 두고 좌우 양측에 독립된 냉매유로가 각각 형성되면서 이 냉매유로의 각 상하 단부에 냉매유출입 컵이 각각 형성된 한쌍의 플레이트가 접합되어 이루어진 복수의 튜브들; 상기 복수의 튜브들 사이에 개재된 복수의 방열핀 등이 교대로 적층되어 이루어지며, 상기 튜브들의 냉매 유동 형태는 어느 일측 전방에서부터 일측 후방, 타측 후방 그리고 타측 전방순으로 진행하는 4-탱크식 증발기에 있어서,

증발기의 전체 냉매영역이, 하단에 냉매유입관이 연결되며 마지막 튜브의 하단 냉매유출입 컵이 배플에 의해 막혀 냉매가 상승하는 제1냉매전방영역과, 상기 제1냉매전방영역에 상단 냉매유출입 컵을 통해 연결되며 냉매가 하강하는 제2냉매후방영역과, 상기 제2냉매후방영역의 하단 냉매유출입 컵과 그 하단 냉매유출입 컵을 연결하는 매니폴드를 매개로 하여 연결되며 마지막 튜브의 하단 냉매유출입 컵이 배플에 의해 막혀 냉매가 상승하는 제3냉매후방영역 및 상기 제3냉매후방영역에 상단 냉매유출입 컵을 통해 연결되며 하단 냉매유출입 컵에 냉매배출관이 연결되는 제4냉매전방영역으로 이루어지고,
냉매후방영역을 상기 제2냉매후방영역과 제3냉매후방영역으로 구획하는 각 구획비드의 대략 중앙에는 상기 제1냉매전방영역을 지나 상기 제2냉매후방영역의 일부를 통과하면서 증발된 기상 냉매가 제2냉매후방영역의 나머지를 거치지 않고 제3냉매후방영역으로 유입되도록 안내하는 기상냉매 통과홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 기상 냉매 통과홈의 폭은 1.5 ~ 2.5 ㎜인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 4-탱크식 증발기에 적용된 튜브의 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 증발기에 적용된 플레이트의 정면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 증발기에 있어서 냉매의 흐름을 보인 흐름도이다. 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 도 1 내지 도 3을 인용하여 설명한다.

4-탱크식 증발기는 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 좌우 엔드 플레이트(11)(12)의 사이에 다수개의 튜브(20)가 서로 유체 연통되도록 적층되고, 튜브(20)들의 사이에 방열핀(21)이 설치되어 구성된다.

도 2와 도 3에서 보이는 바와 같이, 튜브(20)는 서로 대칭 형상으로 이루어진 한 쌍의 플레이트(30)(30A)가 서로 접합되어 이루어진다.

플레이트(30)는, 그 내면에 복수의 반구형 비드(31)가 형성되고, 그 테두리부에 접합부(32)가 내면으로부터 단차지게 형성되며, 그 중앙부에 상하 길이방향을 따라 형성된 구획비드(33)의 좌우 양측에 독립된 냉매유로(34)(35)가 각각 형성되고, 상하 단부에 냉매유로(34)(35)와 연통하며 튜브(20)의 적층을 안내하는 냉매유출입 컵(34a)(34b)(35a)(35b)이 각각 구비되어 이루어진다.

즉, 복수의 튜브(20)가 냉매유출입 컵(34a)(34b)(35a)(35b)을 매개로 하여 적층되어 냉매유로(34)(35)가 연결됨으로써 냉매영역이 형성되는 것이다.

그리고, 4-탱크식 증발기는 냉매유출입 컵들에 대한 배플의 배치에 따라 다양한 형태의 냉매패스를 가질 수 있으며, 예컨대, 4-탱크식 증발기의 냉매패스의 일예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 대략 중앙부에 배치된 튜브의 하단 좌우 양측 냉매유출입 컵이 배플(B1)(B2)에 의해 막혀 증발기(10)가 연속하는 4개의 냉매영역(S1)(S2)(S3)(S4)을 가진다.

제1냉매전방영역(S1)과 제2냉매후방영역(S2) 그리고, 제3냉매후방영역(S3)과 제4냉매전방영역(S4)은 배플(B1)(B2)에 의해 구분되며, 제1냉매전방영역(S1)과 제4냉매전방영역(S4) 그리고, 제2냉매후방영역(S2)과 제3냉매후방영역(S3)은 구획비드(33)들에 의해 튜브(20)들을 기준으로 좌우로 구획 형성된다.

한편, 증발기(10)가 하나의 유로로 이루어지도록 첫 번째 튜브 및 마지막 튜브의 상단 냉매유출입 컵이 배플(B3)(B4)(B5)(B6)에 의해 각각 막히고, 마지막 튜브의 하단 좌우 양측의 냉매유출입 컵이 매니폴드(미도시)에 의해 연통된다.

즉, 증발기의 전체적인 냉매영역을 살펴보면, 하단에 냉매유입관(IP)이 연결되며 마지막 튜브의 하단 냉매유출입 컵이 배플(B1)에 의해 막혀 냉매가 상승하는 제1냉매전방영역(S1), 제1냉매전방영역(S1)과 상단 냉매유출입 컵(35a)을 통해 연결되며 냉매가 하강하는 제2냉매후방영역(S2), 제2냉매후방영역(S2)의 하단 냉매유출입 컵과 그 하단 냉매유출입 컵을 연결하는 매니폴드(미도시)를 매개로 하여 연결되며 마지막 튜브의 하단 냉매유출입 컵이 배플(B2)에 의해 막혀 냉매가 상승하는 제3냉매후방영역(S3) 및 제3냉매후방영역(S3)과 상단 냉매유출입 컵(34a)을 통해 연결되며 하단 냉매유출입 컵에 냉매배출관(OP)이 연결되는 제4냉매전방영역(S4)으로 이루어진다.

지금까지 설명한 것은 종래 기술과 동일하며, 본 발명은 증발기를 통과하면서 증발된 기상 냉매가 증발기의 일부 구간을 통과하지 않고 배출되도록 하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해 냉매영역(S1~S4)들 사이에 유체 연통하는 유로가 형성되 고, 이 유로는 기상 냉매가 통과할 수 있도록 한 것인 바, 증발기를 통과한 액체 냉매가 기상으로 증발되는 최적의 위치에 형성되어야 한다.

그 일 예로, 도 7에서 보이는 바와 같이, 배플(B1)(B2)에 의해 나뉘어져 좌우에 제2냉매후방영역(S2) 및 제3냉매후방영역(S3)이 형성된 튜브(20)들의 중앙 구획비드(33)의 대략 중앙부에 제2,3냉매후방영역(S2)(S3)의 냉매유로(34)(35)를 유체 연통시키는 기상냉매 통과홈(33a)(도 5와 도 6 참조)이 형성된다.

본 발명에 따르면, 액냉매는 중력과 압축기의 힘에 의해 아래로 떨어지고, 기화된 냉매는 이 기상 냉매 통과홈(33a)을 통해 옆의 냉매영역으로 이동하게 하는 것으로, 이렇게 되면, 냉매측 압력 손실을 줄이고, 결과적으로 더 많은 냉매를 증발기에 유입시킬 수 있으므로 증발기의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.

이때, 액상에서 기상으로 기화된 냉매가 옆의 냉매영역으로 이동하기 위한 가장 적합한 기상 냉매 통과홈(33a)의 폭은 1.5 ~ 2.5 ㎜ 이내이며, 2.0 ㎜인 것이 바람직하다. 이는, 1.5 ㎜ 이하의 폭일때는 기상의 냉매가 잘 통과하지 못하고, 2.5 ㎜ 이상일 때는 미처 기상으로 변화하지 않은 액상 냉매까지 이동되기 때문이다.

이와 같이 구성된 4-탱크식 증발기에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 냉매유입관(IP)을 통하여 제1냉매전방영역(S1)에 유입된 냉매는 제1냉매전방영역(S1)을 따라 상승한 후, 상단 냉매유출입 컵(35a)을 통하여 제2냉매후방영역(S2)에 유입된 후, 제2냉매후방영역(S2)을 따라 하강한다.

액상 냉매는 냉매영역을 통과하면서 방열핀(21)을 통과하는 외부 공기로부터 고온의 열을 빼앗아 그 자신은 기상으로 증발되면서 외부 공기의 온도를 낮추게 되는데, 제1냉매전방영역(S1)을 거쳐 제2냉매후방영역간(S2)의 일부를 통과한 액상 냉매 중 일부는 이미 증발되어 기상으로 상 변화된다.

제2냉매후방영역(S2)의 대략 중앙부에 도달하는 시점에서 이미 증발된 기상 냉매는 기상냉매 통과홈(33a)을 통하여 A 방향으로 우회하여 제3냉매후방영역(S3)에 유입되고, 제2냉매후방영역(S2)의 기상냉매 통과홈(33a)까지 흐르는 동안 증발되지 않은 액상 냉매는 제2냉매후방영역(S2)의 하부로 계속해서 B방향으로 하강하여 제2냉매후방영역(S2)의 나머지 구간을 통과한 후 매니폴드를 통하여 제3냉매후방영역(S3)의 하부로 유입된다.

제3냉매후방영역(S3)에 A 방향으로 유입된 기상 냉매는 제2냉매후방영역(S2)의 모든 구간을 통과한 후 제3냉매후방영역(S3)에 유입된 냉매와 함께 제3냉매후방영역(S3)의 상측으로 상승하여 제4냉매전방영역(S4)에 유입된다.

이 냉매는 제4냉매전방영역(S4)의 마지막 튜브의 상단부가 배플(B1)에 의해 막혀 있기 때문에 제4냉매전방영역(S4)을 따라 하강한 후 냉매배출관(OP)을 통하여 배출된다.

전술한 바와 같이, 증발기(10)에 유입된 액상 냉매가 냉매영역(S1~S4)을 통과하면서 방열핀(21)의 표면을 거치는 외부 공기로부터 고온의 열을 빼앗아 그 자신은 기상으로 증발되면서 외부 공기의 온도를 낮추게 된다.

따라서, 증발기(10) 내부를 흐르는 냉매중 증발기(10)를 완전히 빠져나가기 이전에 이미 기상으로 상변화된 기상 냉매가 기상냉매 통과홈(33a)을 통하여 증발 기(10)의 일부 냉매유로를 통과하지 않고 배출되므로 그 만큼 액상 냉매가 증발기(10)에 더 유입될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 4-탱크식 증발기에 의하면, 증발기에서 토출되기 이전에 이미 증발된 기상 냉매가 증발기의 일부 구간을 통과하지 않고 패스되며, 이 기상 냉매의 양만큼 저온의 액상 냉매가 증발기 내부에 유입되어 주위 공기로부터 더 많은 열량을 빼앗을 수 있으므로 냉각성능을 높일 수 있다.

Claims (2)

1. 길이방향을 따라 형성된 중앙 구획비드를 사이에 두고 좌우 양측에 독립된 냉매유로가 각각 형성되면서 이 냉매유로의 각 상하 단부에 냉매유출입 컵이 각각 형성된 한쌍의 플레이트가 접합되어 이루어진 복수의 튜브들; 상기 복수의 튜브들 사이에 개재된 복수의 방열핀들이 교대로 적층되어 이루어지며,

   상기 튜브들의 냉매 유동 형태는 어느 일측 전방에서부터 일측 후방, 타측 후방 그리고 타측 전방순으로 진행하는 4-탱크식 증발기에 있어서,

   증발기의 전체 냉매영역이, 하단에 냉매유입관이 연결되며 마지막 튜브의 하단 냉매유출입 컵이 배플에 의해 막혀 냉매가 상승하는 제1냉매전방영역과, 상기 제1냉매전방영역에 상단 냉매유출입 컵을 통해 연결되며 냉매가 하강하는 제2냉매후방영역과, 상기 제2냉매후방영역의 하단 냉매유출입 컵과 그 하단 냉매유출입 컵을 연결하는 매니폴드를 매개로 하여 연결되며 마지막 튜브의 하단 냉매유출입 컵이 배플에 의해 막혀 냉매가 상승하는 제3냉매후방영역 및 상기 제3냉매후방영역에 상단 냉매유출입 컵을 통해 연결되며 하단 냉매유출입 컵에 냉매배출관이 연결되는 제4냉매전방영역으로 이루어지고,

   냉매후방영역을 상기 제2냉매후방영역과 제3냉매후방영역으로 구획하는 각 구획비드의 중앙 부근에는 상기 제1냉매전방영역을 지나 상기 제2냉매후방영역의 일부를 통과하면서 증발된 기상 냉매가 제2냉매후방영역의 나머지를 거치지 않고 제3냉매후방영역으로 유입되도록 안내하는 기상냉매 통과홈이 형성된 것을 특징으로 하는 4-탱크식 증발기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기상 냉매 통과홈의 폭은 1.5 ~ 2.5 ㎜인 것을 특징으로 하는 4-탱크식 증발기.

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