KR101318620B1 - 축냉 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축냉재의 상변화에 따른 부피변화에 따른 상기 축냉부 내의 압력이 소정범위 이상 증가되는 경우 축냉재가 유입되도록 축냉부에는 열교환기의 폭방향으로 일측이 폐쇄된 축냉재보조유입부가 더 구비된 축냉 열교환기에 관한 것이다.

즉 좌ㆍ우 양측에 열교환매체의 유로(11a)(11b)가 형성된 한 쌍의 플레이트(10)가 접합되어 이루어진 다수개의 튜브(30)가 일렬로 적층되며, 상기 튜브(30)의 상부 또는 하부에 상기 튜브(30)와 연통된 탱크(40)가 형성되고, 열교환매체가 상기 탱크(40)에 유출입되는 유입배출파이프(31)(32)가 각각 형성되며, 상기 튜브(30)의 열교환매체 유로(11a)(11b) 사이에 상기 플레이트(10)와 일체로 형성되고 축냉재가 저장되는 축냉부(20)를 포함하는 축냉 열교환기에 있어서, 축냉재의 상변화에 따른 부피변화로 상기 축냉부(20) 내의 압력이 소정범위 이상 증가되는 경우 부피 팽창된 축냉재가 유입되도록 상기 축냉부(20)에는 열교환기의 폭방향으로 일측이 폐쇄된 축냉재보조유입부(22)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

플레이트, 축냉부, 축냉재보조유입구, 튜브, 부피 팽창

Description

축냉 열교환기{A Cold Storage Heat Exchanger}

본 발명은 축냉 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 튜브의 냉매유로사이에 축냉부가 구비된 축냉 열교환기에 있어서, 축냉재의 상변화에 따른 부피변화에 따른 상기 축냉부 내의 압력이 소정범위 이상 증가되는 경우 축냉재가 유입되도록 축냉부에는 열교환기의 폭방향으로 일측이 폐쇄된 축냉재보조유입부가 더 구비된 축냉 열교환기에 관한 것이다.

현대 자동차 산업에 있어서 환경과 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 연비 향상과 친환경적인 자동차를 개발하려는 노력이 계속되고 있다. 특히 두 가지 이상의 동력원(가솔린 엔진+전기 모터)을 동시에 사용하는 자동차 즉 하이브리드 자동차를 개발하여 상용화 단계에 이르렀다. 상기 하이브리드 자동차는 시동은 전기모터로 하고, 주행 중에는 가솔린 엔진을 주동력으로, 전기 모터를 보조동력으로 사용해 기존 휘발유 차보다 연료 소모량을 30%~50% 줄일 수 있는 장점이 있으며, 배출가스도 훨씬 적어 미래형 저공해 자동차로 각광받고 있다.

상기 하이브리드 자동차에 있어서, 연료절감을 위해 아이들 스톱/ 고(stop/go)시스템을 채택하는데 이 아이들 스톱은 차량이 정지할 경우 연료 소비를 줄이고 배기 가스를 저감시키기 위해 엔진을 자동으로 정지시키는 기능이며, 아이들 스톱이 해제되면 모터 크랭킹과 엔진 분사를 재개하여 엔진을 재시동시킨다. 그러나 여기에서 아이들 스톱 상태가 되면 공조 시스템은 일정 시간 유지 후 정지상태에 이르게 된다.

즉, 아이들 스톱 상태에 이르게 되면 압축기가 정지상태가 되며, 이에 따라 증발기의 온도가 상승되어 탑승자가 불쾌감을 느끼게 된다. 또한, 증발기 내부의 냉매는 상온에서도 쉽게 기화되므로 압축기가 동작되지 않는 짧은 시간동안 냉매가 기화되어 엔진 재가동시에도 실내에 냉풍이 공급되려면 오랜 시간이 소요되며 이에 따라 에너지 소모량은 증가하게 된다.

이러한 문제점을 해결하고자 축냉 열교환기가 제안된 바 있다. 이러한 축냉 열교환기는 축냉재를 동결시키고 잠열을 이용하는 경우 그 동결할 때의 체적 팽창으로 인해 열교환기의 파손의 염려가 있으며, 축냉한 열을 오랫동안 보존하지 못하는 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하고자 일본특허공개번호 특개2002-71285(발명의 명칭 : 축냉 열교환기 및 차량용 공조장치, 출원일 : 2000.08.24)가 개시된 바 있으며, 이를 도 1에 도시하였다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이중관을 하는 외측관(132)과 내측관(131) 사이에 체적 팽창을 하는 축냉재(135)를 봉입하고, 상기 축냉재(135) 내에 수축 가능한 튜 브(136)를 삽입하여 상기 튜브에 의하여 상기 축냉재의 체적 팽창을 흡수하는 것을 특징으로 한다.

그러나 상기한 발명은 축냉재(135)의 상변화에 따른 체적 팽창을 흡수하기 위해 별도의 튜브(136)를 삽입하였으며, 이로 인해 제조비용이 상승될 뿐만 아니라, 제조하기 곤란하며, 축냉재(135)의 온도변화에 따라 상기 튜브(136)가 손상되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 본 발명은 축냉재의 상변화에 따른 체적 팽창으로 인한 열교환기의 내구성 저하 내지는 파손을 구조변경으로 효과적으로 방지하기 위한 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 좌ㆍ우 양측에 열교환매체의 유로가 형성된 한 쌍의 플레이트가 접합되어 이루어진 다수개의 튜브가 일렬로 적층되며, 상기 튜브의 상부 또는 하부에 상기 튜브와 연통된 탱크가 형성되고, 열교환매체가 상기 탱크에 유출입되는 유입배출파이프가 각각 형성되며, 상기 튜브의 열교환매체 유로 사이에 상기 플레이트와 일체로 형성되고 축냉재가 저장되는 축냉부를 포함하는 축냉 열교환기에 있어서, 축냉재의 상변화에 따른 부피변화로 상기 축냉부 내의 압력이 소정범위 이상 증가되는 경우 부피 팽창된 축냉재가 유입되도록 상기 축냉 부에는 열교환기의 폭방향으로 일측이 폐쇄된 축냉재보조유입부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축냉재보조유입부는 축냉재의 점성에 의해 소정의 압력 이상에서만 유입가능하도록 미세유로로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 축냉재보조유입부는 축냉재의 유입부측이 좁은 플라스크(flask) 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 축냉부의 양측에 일정한 간격으로 다수개 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명은 간단한 구조변경으로 축냉부에 열교환기의 폭방향으로 일측이 폐쇄된 축냉재보조유입부를 구비시킬 수 있고, 이로 인해 축냉재의 상변화에 따른 부피변화로 상기 축냉부 내의 압력이 소정범위 이상 증가되는 경우 부피 팽창된 축냉재가 유입되며, 이로 인하여 열교환기의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 열교환기의 파열을 방지할 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참고로 상술하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 축냉 열교환기의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 축냉 열교환기의 일부 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 일부 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 축냉 열교환기를 나타내는 사시도로서, 이러한 열교환기는 축냉부(20)를 구비한 4-탱크식 열교환기로서 좌우 양측에 독립된 냉매 유로(11a)(11b)를 각각 형성하는 한 쌍의 플레이트(10)가 접합되어 이루어진 다수개의 튜브(30)가 일렬로 적층되며, 상기 튜브(30)의 상부와 하부에 각각 상기 튜브(30)의 상부와 하부에 상기 튜브(30)와 연통된 탱크(40)가 형성되고, 상기 탱크(40)에 유입파이프(31) 및 배출파이프(32)가 형성되며, 상기 튜브(30) 사이에 복수개의 핀(50)이 개재되어 이루어진 형태이다. 또한, 상기 냉부유로(11a)(11b)부분에는 열교환율을 상승시키기 위해 비드(12)가 형성되어 있다. 상기 플레이트(10)의 상부와 하부에는 각각 냉매유출입컵(13)이 형성되고 탱크(40)가 연통되어 냉매가 유입된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 축냉부(20)의 상부 또는 하부에 축냉재가 유통되는 홀(21)이 형성될 수 있다. 상기 홀(21)이 형성되어 차량의 운행상태 및 외부의 온도에 따른 축냉재의 부피변화에 따라 축냉재가 유통될 수 있게 되며, 일측에 형성된 축냉재장입부(41)를 통해 전체 축냉부(20) 영역에 축냉재를 장입할 수 있다. 상기 탱크(40)는 상기 홀(21)과 연통되어 상기 축냉부(20)에 축냉재가 장입되도록 하는 축냉재장입부(41) 및 축냉재의 장입시에 상기 축냉부(20)에 잔존하는 공기가 배출되도록 공기배출부(42)가 형성되어 상기 축냉재장입부(41) 및 상기 홀(21)을 통해 상기 축냉부(20)에 축냉재가 장입되도록 한다.

본 발명은 상기 축냉재가 장입된 후 축냉재의 부피팽창으로 인한 열교환기의 내구성 저하 및 파열되는 문제점이 발생될 우려가 있는바 좌ㆍ우 양측에 열교환매체의 유로(11a)(11b)가 형성된 한 쌍의 플레이트(10)가 접합되어 이루어진 다수개의 튜브(30)가 일렬로 적층되며, 상기 튜브(30)의 상부 또는 하부에 상기 튜브(30)와 연통된 탱크(40)가 형성되고, 열교환매체가 상기 탱크(40)에 유출입되는 유입배출파이프(31)(32)가 각각 형성되며, 상기 튜브(30)의 열교환매체 유로(11a)(11b) 사이에 상기 플레이트(10)와 일체로 형성되고 축냉재가 저장되는 축냉부(20)를 포함하는 축냉 열교환기에 있어서, 축냉재의 상변화에 따른 부피변화로 상기 축냉부(20) 내의 압력이 소정범위 이상 증가되는 경우 부피 팽창된 축냉재가 유입되도록 상기 축냉부(20)에는 열교환기의 폭방향으로 일측이 폐쇄된 축냉재보조유입부(22)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 축냉재보조유입부(22)는 상기 축냉부에 장입된 축냉재의 부피가 팽창되는 경우 효율적으로 팽창된 부피만큼의 축냉재를 흡수함으로써 축냉재의 압력 증가 내지 튜브내의 압력 증가에 따른 열교환기의 파손을 방지하기 위한 것이다.

상기 축냉재보조유입부(22)는 상기 플레이트(10)의 제작공정에서 상기 축냉부(20)에 좌ㆍ우 양측에 열교환매체의 유로(11a)(11b)와 접하는 측에 구비되는 것이 바람직할 것이며, 이는 종래의 상기 플레이트(10)를 제작하는 과정에서 간단한 구조변경을 통하여 쉽게 제작할 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 축냉재보조유입부(22)는 축냉재의 점성에 의해 소정의 압력 이상에서만 유입가능하도록 미세유로로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 축냉재보조유입부(22)는 축냉재의 유입부측이 좁은 플라스크(flask) 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 축냉재보조유입부(22)는 상기 축냉부의 양측에 일정한 간격으로 다수개 형성되는 것이 바람직하다.

상기 축냉재보조유입부(22)를 미세유로로 형성하는 것은 축냉재의 점성 및 축냉재보조유입부(22) 내부의 자체압력에 의해 소정의 압력이하에서는 미세유로측으로 유입될 수 없을 것이며, 이로인해 소정의 압력이상에서만 일정양만큼의 축냉재가 유입될 수 있다.

또한, 축냉재보조유입부(22)를 유입부측이 좁은 플라스크(flask)형상으로 형성함으로 인하여 소정에 압력이상에서 축냉재가 유입될 수 있을 뿐만 아니라, 축냉재보조유입부의 입구측에서는 축냉재의 점성에 의해 소정의 압력이상에서만 유입될 수 있을 것이며, 축내재의 과도한 부피변화에도 적절하게 대처할 수 있는 효과가 있다.

또한 이러한 축냉재보조유입부(22)가 상기 축냉부의 양측에 일정한 간격으로 다수개 형성되는 것으로 인하여 어느한 곳에만 축냉재가 집중되는 것을 방지할 수 있을 것이다. 이는 결과적으로 차량실내의 쾌적하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 형태의 축냉재보조유입부(22)는 플라스크(flask) 형상으로 다수 개가 규칙적으로 배열되는 것이 바람직할 것이며, 또한 상기 플라스크 형상에 있어서 일반적으로 속이 빈 구형인 것이 바람직할 것이나, 다양한 형태(다면체 형상 등)의 설계변경 또한 가능할 것이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 4-탱크식 열교환기를 중심으로 설명한 것이나, 1-탱크식 열교환기에도 마찬가지로 적용가능하다. 즉, 도 5는 본 발명에 따른 축냉 열교환기의 다른 실시예를 나타내는 일부 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 축냉 열교환기의 또 다른 실시예를 나타내는 일부 단면도이다.

특히, 상기 도 5 는 연통부가 구비된 4-탱크식 열교환기이며, 도 6은 1-탱크식 열교환기를 나타내는 것으로 축냉재가 저장되는 축냉부(20)를 포함하는 축냉 열교환기라면 어느 것이라도 축냉재보조유입구(22)를 구비하여 축냉부의 부피 팽창에 따른 열교환기의 파손을 미연에 방지할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 축냉 열교환기의 일부 구성요소를 나타내는 단면도

도 2는 본 발명에 따른 축냉 열교환기의 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 축냉 열교환기의 일부 분해 사시도.

도 4는 도 3의 일부 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 축냉 열교환기의 다른 실시예를 나타내는 일부 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 축냉 열교환기의 또 다른 실시예를 나타내는 일부 단면도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

플레이트 : 10 유로 : 11a, 11b

축냉부 : 20 축냉재보조유입부 : 22

튜브 : 30 유입파이프 : 31

배출파이프 : 32 탱크 : 40

Claims (4)

1. 좌ㆍ우 양측에 열교환매체의 유로(11a)(11b)가 형성된 한 쌍의 플레이트(10)가 접합되어 이루어진 다수개의 튜브(30)가 일렬로 적층되며, 상기 튜브(30)의 상부 또는 하부에 상기 튜브(30)와 연통된 탱크(40)가 형성되고, 열교환매체가 상기 탱크(40)에 유출입되는 유입배출파이프(31)(32)가 각각 형성되며, 상기 튜브(30)의 열교환매체 유로(11a)(11b) 사이에 상기 플레이트(10)와 일체로 형성되고 축냉재가 저장되는 축냉부(20)를 포함하는 축냉 열교환기에 있어서,

   축냉재의 상변화에 따른 부피변화로 상기 축냉부(20) 내의 압력이 소정범위 이상 증가되는 경우 부피 팽창된 축냉재가 유입되도록 상기 축냉부(20)에는 열교환기의 폭방향으로 일측이 폐쇄된 축냉재보조유입부(22)가 형성되며,

   상기 축냉재보조유입부(22)는 축냉재의 점성에 의해 소정의 압력 이상에서만 유입가능하도록 미세유로로 형성되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 축냉재보조유입부(22)는 축냉재의 유입부측이 좁은 플라스크(flask) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 축냉재보조유입부(22)는 상기 축냉부의 양측에 일정한 간격으로 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.

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