KR101108271B1 - 멀티 패스 방식 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매가 흐르는 경로의 길이는 짧지만 경로의 수는 많아질 수 있도록 듀얼 헤더의 내부에 다수의 배플이 설치되되 제작과정에서 각 유로에 연결되는 냉매입구 니플 및 냉매출구 니플의 형성에 따른 용접이나 가공 공정이 축소될 수 있도록 한 멀티 패스 방식 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은 마주하는 한 쌍의 듀얼 헤더 사이에 일정 간격을 두고 다수의 방열 튜브가 이중으로 배열 설치되는 한편 방열 튜브들 사이에는 얇은 두께의 방열 핀이 일정 간격을 두고 지그재그 형태로 배열 설치되되 듀얼 헤더의 내부를 흐르는 유체의 경로가 여럿으로 나뉘도록 듀얼 헤더의 내부에는 일정 간격을 두고 다수의 배플이 설치되는 한편 각 유로에는 별도의 냉매입구와 냉매출구가 형성된 멀티 패스 방식 열교환기에 있어서, 냉매입구가 형성된 듀얼 헤더의 바깥 측면 상에 냉매입구들끼리가 상호 연통이 되게 형성된 냉매입구 보조유로; 및 냉매출구가 형성된 듀얼 헤더의 바깥 측면 상에 냉매출구들끼리가 상호 연통이 되게 형성된 냉매출구 보조유로; 를 포함하여 구성이 이루어진다.

열교환기, 듀얼 헤더, 방열 튜브, 멀티, 배플

Description

멀티 패스 방식 열교환기{Multi-pass type heat exchanger}

본 발명은 멀티 패스 방식 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매가 흐르는 경로의 길이는 짧지만 경로의 수는 많아질 수 있도록 듀얼 헤더의 내부에 다수의 배플이 설치되되 제작과정에서 각 유로에 연결되는 냉매입구 니플 및 냉매출구 니플의 형성에 따른 용접이나 가공 공정이 축소될 수 있도록 한 멀티 패스 방식 열교환기에 관한 것이다.

에어 컨디셔너, 냉장고, 자동차 냉방기 등의 장치는 열교환기를 포함하여 구성이 이루어지는데, 일반적인 열교환기는 헤더, 방열 튜브, 방열 핀 및 배플 등의 구성요소로써 구성이 이루어진다.

열교환기의 헤더는 상하 또는 좌우 양측에 간격을 두고 상호 마주하는 형태로 설치가 되고, 양쪽에 위치된 헤더가 상호 마주하는 면 상에는 일정 간격을 두고 방열 튜브의 끝단이 접속된 상태로 접속이 되는 한편 방열 튜브와 방열 튜브 사이에는 박판의 금속이 지그재그 형태로 배열이 된 방열 핀이 설치된다. 전술한 헤더, 방열 튜브 및 방열 핀 등의 구성요소는 열전도율이 우수하며 쉽게 부식되지 않는 알루미늄이나 동 등의 금속으로 이루어지는 것이 일반적이다.

한편, 열교환기는 그 형태나 기능 등에 따라서 여러 방식으로 구분되는데, 상호 마주하는 한 쌍의 헤더로 냉매가 유입된 후 배출되기까지 형성된 유로의 수에 따라서 단일 패스(single pass) 방식과 멀티 패스(multi pass) 방식으로 구분될 수도 있다.

도 1 은 단일 패스 방식에 따른 종래의 열교환기의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 1 에 도시된 바와 같이 듀얼 헤더(12)에 하나의 냉매입구 니플(12a)과 하나의 냉매출구 니플(12b)이 접속 형성되어 있어서 냉매입구 니플(12a)을 통해 입력된 냉매는 전방의 방열 튜브(14), 맞은 편의 듀얼 헤더(12), 후방의 방열 튜브(14) 순으로 순환된 후 하나의 냉매출구 니플(12b)를 통해 배출이 되는 단일 패스 방식의 열교환기(10)가 있다. 이와 같은 방식의 예로는 대한민국 특허청 공개특허공보 2003-0035513호 등에서도 확인할 수 있다.

한편, 도 2 는 멀티 패스 방식에 따른 열교환기의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2 에 따른 멀티 패스 방식의 열교환기는 본 출원인에 의해서 2009년 8월 1일 대한민국 특허청에 특허 출원이 된 '열교환기용 헤더 파이프'와 관련한 도면이다. 도 2 에 도시된 바와 같이 멀티 패스 방식 열교환기(20)의 듀얼 헤더(22)에는 다수의 냉매입구 니플(22a)과 다수의 냉매출구 니플(22b)이 접속 설치되어 있으며, 각각의 냉매입구 니플(22a)을 통해 듀얼 헤더(22)로 유입된 냉매 등 유체는 전방의 방열 튜브(24), 다른 한쪽의 듀얼 헤더(22), 후방의 방열 튜브(24)의 순서로 이루어진 경로를 통해서 흐른 후 상대가 되는 하나의 냉매출구 니플(22b)을 통해서 배출될 수 있게 순환 경로가 설정된다. 특히, 각 유로 사이는 격리될 수 있도 록 듀얼 헤더(22) 내에는 일정 간격을 두고 배플(26)들이 설치된다.

도 1 에 도시된 바와 같은 단일 패스 방식의 열교환기와 도 2 에 도시된 바와 같은 방식의 열교환기 사이에는 상호 장단점이 있다. 도 2 에 도시된 멀티 패스 방식의 열교환기의 경우에는 듀얼 헤더에 다수의 냉매입구와 다수의 냉매출구가 접속 형성되어야 함에 따른 용접 또는 가공 공정이 수가 많아질 뿐만 아니라 부품의 수가 많아진다는 점이 그 하나의 예일 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위해서 창안이 된 것으로서, 냉매가 흐르는 경로의 길이는 짧아지되 경로의 수가 많아질 수 있도록 듀얼 헤더의 내부에 다수의 배플이 설치되되 제작과정에서 각 유로에 연결되는 냉매입구 니플 및 냉매출구 니플의 설치에 따른 용접이나 가공 공정이 축소될 수 있도록 한 멀티 패스 방식 열교환기를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 냉매가 흐르는 경로가 상대적으로 짧고 많아질 수 있도록 듀얼 헤더의 내부에 다수의 배플이 설치되되 제작과정에서 각 유로에 연결되는 냉매입구 니플 및 냉매출구 니플과 관련된 부품의 수가 줄어들 수 있도록 한 멀티 패스 방식 열교환기를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다.

본 발명은 마주하는 한 쌍의 듀얼 헤더 사이에 일정 간격을 두고 다수의 방 열 튜브가 이중으로 배열 설치되는 한편 방열 튜브들 사이에는 얇은 두께의 방열 핀이 일정 간격을 두고 지그재그 형태로 배열 설치되되 듀얼 헤더의 내부를 흐르는 유체의 경로가 여럿으로 나뉘도록 듀얼 헤더의 내부에는 일정 간격을 두고 다수의 배플이 설치되는 한편 각 유로에는 별도의 냉매입구와 냉매출구가 형성된 멀티 패스 방식 열교환기에 있어서, 냉매입구가 형성된 듀얼 헤더의 바깥 측면 상에 냉매입구들끼리가 상호 연통이 되게 형성된 냉매입구 보조유로; 및 냉매출구가 형성된 듀얼 헤더의 바깥 측면 상에 냉매출구들끼리가 상호 연통이 되게 형성된 냉매출구 보조유로; 를 포함하여 구성이 이루어진다.

본 발명에 따른 멀티 패스 방식 열교환기에서 냉매입구 보조유로 및 냉매출구 보조유로는 어느 한쪽의 듀얼 헤더에 나란하게 형성이 되되 냉매입구 보조유로 및 냉매출구 보조유로가 형성된 쪽의 듀얼 헤더 내부에는 듀얼 헤더 내부의 영역을 양쪽으로 구획하는 격벽이 형성되는 한편 다른 한쪽의 듀얼 헤더 내부는 전후가 연통이 된 구조로 이루어진다.

본 발명에 따른 멀티 패스 방식 열교환기에서 냉매입구 보조유로는 어느 한쪽의 듀얼 헤더에 형성되는 한편 냉매출구 보조유로는 다른 한쪽의 듀얼 헤더에 형성이 되되 각 방향의 듀어 헤더 내부는 전후가 연통이 된 구조로 이루어진다.

본 발명에 따른 멀티 패스 방식 열교환기에서 냉매입구 보조유로 및 냉매출구 보조유로는 듀얼 헤더와 일체로 성형 제작이 이루어진다.

본 발명에 따른 멀티 패스 방식 열교환기에 의하면 냉매가 흐르는 경로의 길 이는 상대적으로 짧아지되 경로의 수는 많아지도록 듀얼 헤더의 내부에 다수의 배플이 설치된 상태로 열교환기가 제작되는 과정에서 냉매입구 니플 및 냉매출구 니플의 설치에 따른 용접이나 가공 공정이 축소될 수 있는 커다란 장점이 있다.

본 발명에 따른 멀티 패스 방식 열교환기에 의하면 냉매가 흐르는 경로의 길이는 상대적으로 짧아지되 냉매가 흐르는 경로의 수는 많아지도록 듀얼 헤더의 내부에 다수의 배플이 설치된 상태로 열교환기가 제작되는 과정에서 냉매입구 니플 및 냉매출구 니플의 형성에 따른 부품의 수가 줄게 되는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기의 구성 및 작용 등에 대하여 첨부된 도면을 참조하면서 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3 은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기의 사시도, 도 4 는 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기의 분해 사시도, 도 5 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기의 사시도, 도 6 은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기의 분해 사시도다. 도면 중에 표시되는 도면부호 100 은 본 발명의 실시 예에 따라 구성된 멀티 패스 방식 열교환기를 지시하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기(100)는 내부가 빈 파이프 형태로 상호 마주보게 설치되는 한 쌍의 듀얼 헤더(110), 듀얼 헤더(110)와 듀얼 헤더(110) 사이에 일정 간격을 두고 이중으로 배열 설치되는 다수의 방열 튜 브(120) 및 방열 튜브(120) 사이에 지그재그 형태로 배열 설치되는 방열 핀(130)을 포함하여 구성이 된다.

본 발명의 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기(100)를 구성하는 듀얼 헤더(110), 방열 튜브(120) 및 방열 핀(130)은 알루미늄이나 동을 주재료로 하여 구성이 되는 한편 제작 과정에는 브레이징(brazing) 공정이 포함된다. 전술한 블레이징 공정을 통해서 도 4 에 도시된 바와 같이 여러 조각으로 분리 형성된 부분품들이 도 3 에 도시된 바와 같이 하나의 완성품으로 제작된다.

본 발명의 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기(100)의 듀얼 헤더(110)는 도면에 도시된 바와 같이 내부가 빈 이중의 파이프 형태로 형성되는데, 한 쌍의 듀얼 헤더(110)가 상호 마주하는 내벽(112) 상에는 방열 튜브(120)가 접속되기 위한 방열 튜브 조립구멍(112a)이 일정 간격을 두고 관통 형성이 된다. 또한, 듀얼 헤더(110)의 내벽(112) 상에는 냉매 등 유체가 흐르는 경로를 여럿으로 나누는 배플(140)이 설치되기 위한 배플 설치구멍(112b)이 관통 형성이 된다.

본 발명의 실시 예에 따른 듀얼 헤더(110)의 내벽(112)은 제작 공정의 편의상 도면에 도시된 바와 같이 별개의 몸체로 분리 형성되었다가 블레이징 공정을 통해서 듀얼 헤더(110)에 일체화된다.

그리고 듀얼 헤더(110)의 내부에는 일정 간격을 두고 배플(140)이 설치될 뿐만 아니라 듀얼 헤더(110)의 길이방향으로 길게 격벽(150)이 설치된다. 이 격벽(150)은 어느 한쪽의 듀얼 헤더(110) 내의 냉매가 방열 튜브(120)로 고르게 분할되어 흐를 수 있게 하는 기능을 하게 된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기(100)의 듀얼 헤더(110) 상에는 전술한 바와 같이 배플(140) 및 격벽(150)에 의해서 분할된 각 유로로 냉매가 유입될 수 있도록 하기 위한 냉매입구(114)가 일정 간격을 두고 관통 형성이 되는 한편 배플(140) 및 격벽(150)에 의해서 분할된 각 유로로부터 냉매가 배출될 수 있도록 하기 위한 냉매출구(116)가 일정 간격을 두고 관통 형성이 된다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기(100)를 설명하기 위한 도면에 도시된 바와 같이 냉매입구(114)가 형성된 듀얼 헤더(110)의 바깥 측면 상에는 단면의 형태가 반원형을 이루는 냉매입구 보조유로(200)가 듀얼 헤더(110)의 길이방향으로 돌출 형성이 된다. 이 냉매입구 보조유로(200)는 듀얼 헤더(110)에 관통 형성된 냉매입구(114)들끼리가 상호 연통이 되게 하는 기능을 하게 된다. 특히, 냉매입구 보조유로(200)의 한쪽에는 하나의 냉매입구 니플(210)이 설치 형성이 된다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기(100)에서 냉매출구(116)가 형성된 듀얼 헤더(110)의 바깥 측면 상에는 단면의 형태가 반원형을 이루는 냉매출구 보조유로(300)가 듀얼 헤더(110)의 길이방향으로 돌출 형성이 된다. 냉매출구 보조유로(300)는 냉매입구 보조유로(200)와 마찬가지로 듀얼 헤더(110)에 관통 형성된 냉매출구(116)들끼리가 상호 연통이 되게 하는 기능을 하게 된다. 그리고 냉매출구 보조유로(300)의 한쪽에는 하나의 냉매출구 니플(310)이 설치 형성이 된다.

도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 냉매입구 보조유로(200) 및 냉매출구 보 조유로(300)는 어느 한쪽의 듀얼 헤더(110)에 나란하게 형성이 되되 냉매입구 보조유로(200) 및 냉매출구 보조유로(300)가 형성된 쪽의 듀얼 헤더(110) 내부는 격벽(150)에 의해서 양쪽으로 구획된다. 한편, 냉매입구 보조유로(200) 및 냉매출구 보조유로(300)가 형성되지 않은 쪽의 듀얼 헤더(110) 내부에도 격벽(150)이 설치되되 이 격벽(150)에는 듀얼 헤더(110)의 전후방 영역이 상호 연통이 되게 하기 위한 통공(152)이 관통 형성이 된다.

도 3 에 도시된 바와 같은 멀티 패스 방식 열교환기(100)에서는 냉매입구 니플(210)을 통해서 유입된 유체는 냉매입구 보조통로(200)가 형성된 측의 듀얼 헤더(110), 전방의 방열 튜브(120), 다른 측의 듀얼 헤더(110), 후방의 방열 튜브(120), 냉매출구 보조통로(300)가 형성된 측의 듀얼 헤더(110)의 순서의 경로를 따라 순환된 후 냉매출구 니플(310)을 통해서 배출이 이루어진다.

그리고 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이 냉매입구 보조유로(200)는 어느 한쪽의 듀얼 헤더(110)에 형성되는 한편 냉매출구 보조유로(300)는 다른 한쪽의 듀얼 헤더(110)에 형성된다. 이때, 양쪽 모두의 듀얼 헤더(110) 내부에 설치되어 있는 격벽(150) 상에는 듀얼 헤더(110)의 전후방 영역이 상호 연통이 되게 하기 위한 통공(152)이 관통 형성이 된다.

따라서, 도 5 에 도시된 바와 같은 멀티 패스 방식 열교환기(100)에서는 냉매입구 니플(210)을 통해서 유입된 유체가 냉매입구 보조유로(200)가 형성된 듀얼 헤더(110) 측에서 냉매출구 보조유로(300)가 형성된 듀얼 헤더(110) 측으로 흐른 후 냉매출구 니플(310)을 통해 배출이 된다.

한편, 본 발명에 따른 멀티 패스 방식 열교환기(100)에서 냉매입구 보조유로(200) 및 냉매출구 보조유로(300)는 듀얼 헤더(110)의 성형 제작시 듀얼 헤더(110)에 일체로 형성이 된다.

특히, 본 발명에 따른 멀티 패스 방식 열교환기(100)에 의하면 냉매입구 보조유로(200) 및 냉매출구 보조유로(300)가 형성됨에 따라서 제품의 생산과정에서 냉매입구 니플(210) 및 냉매출구 니플(310)의 설치에 따른 용접 등의 작업공정 수를 줄일 수 있게 된다. 또한, 멀티 패스 방식 열교환기(100)의 듀얼 헤더(110)에 설치 조립되는 부품의 수가 줄어들게 된다.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수가 있다.

도 1 은 단일 패스 방식에 따른 종래의 열교환기의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 2 는 멀티 패스 방식에 따른 열교환기의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 3 은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기의 사시도.

도 4 는 본 발명의 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기의 분해 사시도.

도 5 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기의 사시도.

도 6 은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 멀티 패스 방식 열교환기의 분해 사시도.

[ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ]

100. 멀티 패스 방식 열교환기 110. 듀얼 헤더

112. 내벽 114. 냉매입구

116. 냉매출구 120. 방열 튜브

130. 방열 핀 200. 냉매입구 보조유로

210. 냉매입구 니플 300. 냉매출구 보조유로

310. 냉매출구 니플

Claims (4)

1. 마주하는 한 쌍의 듀얼 헤더 사이에 일정 간격을 두고 다수의 방열 튜브가 이중으로 배열 설치되는 한편 방열 튜브들 사이에는 얇은 두께의 방열 핀이 일정 간격을 두고 지그재그 형태로 배열 설치되되 상기 듀얼 헤더의 내부를 흐르는 유체의 경로가 여럿으로 나뉘도록 상기 듀얼 헤더의 내부에는 일정 간격을 두고 다수의 배플이 설치되는 한편 각 유로에는 별도의 냉매입구와 냉매출구가 형성된 멀티 패스 방식 열교환기에 있어서, 상기 냉매입구가 형성된 듀얼 헤더의 바깥 측면 상에 상기 냉매입구들끼리가 상호 연통이 되게 형성된 냉매입구 보조유로; 및 상기 냉매출구가 형성된 듀얼 헤더의 바깥 측면 상에 상기 냉매출구들끼리가 상호 연통이 되게 형성된 냉매출구 보조유로를 포함하여 구성되되,

   상기 냉매입구 보조유로 및 냉매출구 보조유로는 어느 한쪽의 듀얼 헤더에 나란하게 형성이 되되 상기 냉매입구 보조유로 및 냉매출구 보조유로가 형성된 쪽의 듀얼 헤더 내부에는 듀얼 헤더 내부의 영역을 양쪽으로 구획하는 격벽이 형성되는 한편 다른 한쪽의 듀얼 헤더 내부는 전후가 연통이 된 구조로 형성되거나, 상기 냉매입구 보조유로는 어느 한쪽의 듀얼 헤더에 형성되는 한편 상기 냉매출구 보조유로는 다른 한쪽의 듀얼 헤더에 형성이 되되 각 방향의 상기 듀얼 헤더 내부는 전후가 연통이 된 구조로 형성되는 한편, 상기 냉매입구 보조유로 및 냉매출구 보조유로는 듀얼 헤더와 일체로 성형 제작이 된 것을 특징으로 하는 멀티 패스 방식 열교환기.
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