KR101422583B1 - 경사지게 설치되는 튜브 구비 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환기의 튜브를 열교환기의 중앙부를 향하여 경사지게 설치함으로써 열교환기 일측(좌측)을 통과하는 일측(좌측) 공기와 타측(우측)을 통과하는 타측(우측) 공기를 상호 혼합함으로써, 열교환기로부터 토출되는 공기가 균일한 온도를 나타낼 수 있도록 한 열교환기에 관한 것이다.
튜브, 경사, 온도차, 혼합

Description

경사지게 설치되는 튜브 구비 열교환기{Heat exchanger having tubes established to slant to the center}
본 발명은 열교환기의 튜브를 열교환기의 중앙부를 향하여 경사지게 설치함으로써 열교환기 일측(좌측)을 통과하는 일측(좌측) 공기와 타측(우측)을 통과하는 타측(우측) 공기를 상호 혼합함으로써, 열교환기로부터 토출되는 공기가 균일한 온도를 나타낼 수 있도록 한 열교환기에 관한 것이다.
도1은 열교환기 중에서 U-플로우 타입 열교환기의 개략적 단면도를 나타낸다.
도1을 참조하면 종래의 U-플로우 타입 열교환기는 소정의 간격을 두고 상하로 나란하게 배열되는 상,하부 헤더탱크(1, 2)와, 상기 상,하부 헤더탱크(1, 2)가 상호 연통하도록 이들을 연결하는 다수의 튜브(3)와, 상기 튜브(3)들 사이에 각각 개재되는 다수의 방열핀(4)과, 상기 상,하부 헤더탱크(1, 2) 중 소정의 위치에 열교환 매체를 각각 유입하고 배출하도록 연결되는 입,출구 파이프(5, 6)와, 상기 튜브(3)들과 방열핀(4)들을 보강하기 위해 이들의 최외측에 설치된 사이드 서포트(7)로 구성되어 있다.
또한, 상기 상부 헤더탱크(2)의 내부에는 유입되는 열교환 매체와 배출되는 열교환 매체를 구획하는 배플(9)이 설치되어 열교환 매체가 상기 튜브(4)들을 구획단위로 통과하게 되는 것이다.
상기와 같이 구성된 열교환기는 상기 입구파이프(5)를 통해 유입된 열교환 매체가 상기 상부 헤더탱크(1) 내부로 유입되어 충전된 후 상기 배플(9)에 의해 구획된 유입부(a)측의 튜브들을 통과하면서 상기 하부 헤더탱크(2) 내부로 흘러들어간 후 유턴하여 배출부(b)측의 튜브들을 통과하여 상부 헤더탱크(1)로 흘러간 후 상기 출구파이프(6)를 통해 배출되는 것이다.
도2은 일반적인 원-웨이(One-Way) 방식 열교환기의 흐름을 도시한 것으로, 입구파이프(11)가 하부에 형성된 상기 제1 헤더탱크(10)의 좌측에, 출구파이프(12)가 상부에 형성된 상기 제2 헤더탱크(20) 좌측에 형성된 예를 도시하였다.
상기 도2에 도시한 원-웨이 방식 열교환기는 상기 입구파이프(11)를 통해 유입된 열교환매체가 제1 헤더탱크(20)의 길이방향으로 이동되면서 튜브(30)를 통해 상기 제2 헤더탱크(20)로 이동되고, 상기 제2 헤더탱크(20)의 길이방향으로 이동되어 상기 출구파이프(12)를 통해 배출된다.
도2에 도시된 원-웨이(One-Way) 방식 열교환기는 도1에 도시된 종래의 U-플로우 타입 열교환기에서 냉각수측 압력강하량을 감소시키기 위하여 안출되었다. 즉, 엔진효율 향상 및 아이들 알피엠(idle rpm) 저하 등을 이유로 한 냉각수측 압력강하량을 감소시킬 필요에 의하여 안출되었다.
그러나, 도2에 도시된 원-웨이(One-Way) 방식 열교환기는 열교환매체의 흐름 방향 의 특성상 코아 표면온도(특히, 상하온도 편차)가 불균일하게 된다. 이러한 문제점에 대해서 개선이 필요하게 되었다.
본 발명은 열교환기를 통과하는 일측(좌측) 공기와 타측(우측) 공기를 상호 혼합함으로써, 열교환기로부터 토출되는 공기가 균일한 온도를 나타낼 수 있는 토출공기 온도 균일화를 위한 열교환기를 제공하고자 한다.
본 발명은 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120); 상기 제1 헤더탱크(110) 또는 제2 헤더탱크(120)에 형성되는 유입관(210) 및 유출관(220); 상기 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)에 양단이 고정되어 열교환매체 유로를 형성하는 복수개의 튜브(300); 및 상기 튜브(300) 사이에 개재되는 핀; 을 포함하는 열교환기(1000)에 있어서, 상기 튜브(300)는, 열교환기(1000)의 후면으로 토출되는 공기가 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면으로부터 중심방향으로 기울어져 유동하도록 전단부와 후단부를 잇는 직선이 중심방향으로 기울어지게 설치되되, 열교환기(1000)의 길이방향의 일측부에 설치되는 다수개의 제1 튜브(300-1)로 이루어지는 제1 튜브군(300-L); 열교환기(1000)의 후면으로 토출되는 공기가 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면으로부터 중심방향으로 기울어져 유동하도록 전단부와 후단부를 잇는 직선이 중심방향으로 기울어지게 설치되되, 열교환기(1000)의 길이방향의 타측부에 설치되는 다수개의 제2 튜브(300-2)로 이루어지는 제2 튜브군(300-R); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 경사지게 설치되는 튜브 구비 열교환기에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 다수개의 제1 튜브(300-1)는 상기 다수개의 제1 튜브(300-1) 가운데 상호 이웃하여 설치되는 제1 튜브(300-1l, 300-1r) 중 외측 제1 튜브(300-1l)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각(θl)은 내측 제1 튜브(300-1r)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각(θr) 보다 크도록 설치되고, 상기 다수개의 제2 튜브(300-2)는 상기 다수개의 제2 튜브(300-2) 가운데 상호 이웃하여 설치되는 제2 튜브(300-2r, 300-2l) 중 외측 제2 튜브(300-2r)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각(γr)은 내측 제2 튜브(300-2l)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각(γl) 보다 크도록 설치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 튜브군(300-L)과 제2 튜브군(300-R)은 상기 제1 튜브군(300-L)과 제2 튜브군(300-R) 사이에 위치하는 특정 수직면을 중심으로 좌우 대칭되도록 설치될 수 있는데, 상기 각각의 제1 튜브(300-1)의 전단부와 후단부를 잇는 직선 및 상기 각각의 제2 튜브(300-2)의 전단부와 후단부를 잇는 직선은 상기 특정 수직면 상에 위치하는 특정 수직선을 향할 수 있다.
본 발명은 제1 튜브군 및 제2 튜브군을 통과한 일측(좌측) 공기와 타측(우 측) 공기가 상호 혼합됨으로써 열교환기의 후면으로 토출되는 공기가 균일한 온도를 나타내는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도3은 본 발명에 따른 일실시예의 후면도를, 도4는 도3의 AA'의 단면도를, 도5는 본 발명에 일실시예의 작동도를 나타낸다.
도3을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 제1 헤더탱크(110), 제2 헤더탱크(120), 유입관(210), 유출관(220), 다수개의 튜브(300) 및 핀(도면부호 미부여)를 가진다.
도3을 참조하면 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)는 일정거리 이격되어 나란하게 구비된다. 유입관(210) 및 유출관(220) 은 제1 헤더탱크(110) 또는 제2 헤더탱크(120)에 형성된다. 복수개의 튜브(300)는 열교환매체 유로를 형성하도록 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)에 양단이 고정된다. 핀(도면부호 미부여)은 튜브(300)와 튜브(300) 사이에 개재된다.
도4를 참조하면 다수개의 튜브(300)는 헤더탱크(110, 120)의 길이방향을 따라 중앙부에 위치하는 중앙 튜브(300-C), 중앙 튜브(300-C)의 일측에 위치하는 다수개의 제1 튜브(300-1)로 이루어진 제1 튜브군(300-L), 중앙 튜브(300-C)의 타측에 위치하는 다수개의 제2 튜브(300-2)로 이루어진 제2 튜브군(300-R)으로 이루어진다.
도4를 참조하면 각각의 제1 튜브(300-1)는 열교환기(1000)의 후면으로 토출 되는 공기가 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면으로부터 중심방향, 즉 중앙 튜브(300-C) 방향으로 기울어져 유동하도록 전단부와 후단부를 잇는 직선이 중심방향으로 기울어지게 설치된다.
도4를 참조하면 다수개의 제1 튜브(300-1) 가운데 상호 이웃하여 설치되는 제1 튜브(300-1l, 300-1r) 중 외측 제1 튜브(300-1l)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각 θl은 내측 제1 튜브(300-1r)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각 θr보다 크도록 설치된다.
도4를 참조하면 각각의 제1 튜브(300-1)는 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직하게 설치되는 중앙 튜브(300-C)의 전단부와 후단부를 통과하는 중앙 수직면 상의 특정 수직선 O를 향하도록 설치될 수 있다.
도4를 참조하면 각각의 제2 튜브(300-2)는 열교환기(1000)의 후면으로 토출되는 공기가 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면으로부터 중심방향, 즉 중앙 튜브(300-C) 방향으로 기울어져 유동하도록 전단부와 후단부를 잇는 직선이 중심방향으로 기울어지게 설치된다.
도4를 참조하면 다수개의 제2 튜브(300-1) 가운데 상호 이웃하여 설치되는 제2 튜브(300-2r, 300-2l) 중 외측 제2 튜브(300-2r)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각 γr은 내측 제2 튜브(300-2l)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각 γl보다 크도록 설치된다.
도4를 참조하면 제2 튜브군(300-R)은 열교환기(1000)의 길이방향에 수직하게 설치되는 중앙 튜브(300-C)의 전단부와 후단부를 통과하는 수직면을 중심으로 좌우 대칭이 되도록 설치될 수 있다. 따라서, 각각의 제2 튜브(300-2)는 전단부와 후단부를 잇는 직선이 중앙 튜브(300-C)의 전단부와 후단부를 통과하는 상기 중앙 수직면 상의 특정 수직선 O를 향하도록 설치될 수 있다.
이하, 상기한 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
도5를 참조하면 열교환기(1000)의 전면으로 유입된 공기 중 제1 튜브군(300-L)을 통과하는 공기는 각각의 제1 튜브(300-1)가 중앙 튜브(300-C) 방향으로 경사지게 설치되어 있으므로, 중앙 튜브(300-C)의 전단부와 후단부를 통과하는 상기 중앙 수직면 방향으로 기울어지며 유동한다. 이때, 각각의 제1 튜브(300-1)는 전단부와 후단부를 잇는 직선이 중앙 튜브(300-C)의 전단부와 후단부를 통과하는 상기 중앙 수직면 상의 특정 수직선 O를 향하도록 설치되어 있으므로, 제1 튜브군(300-L)을 통과하는 공기는 상기 중앙 수직면 상의 특정 수직선 O를 향하며 유동한다.
도5를 참조하면 열교환기(1000)의 전면으로 유입된 공기 중 제2 튜브군(300-R)을 통과하는 공기는 각각의 제2 튜브(300-2)가 중앙 튜브(300-C) 방향으로 경사지게 설치되어 있으므로, 중앙 튜브(300-C)의 전단부와 후단부를 통과하는 상기 중앙 수직면 방향으로 기울어지며 유동한다. 이때, 각각의 제2 튜브(300-2)는 전단부 와 후단부를 잇는 직선이 중앙 튜브(300-C)의 전단부와 후단부를 통과하는 상기 중앙 수직면 상의 특정 수직선 O를 향하도록 설치되어 있으므로, 제2 튜브군(300-R)을 통과하는 공기는 상기 중앙 수직면 상의 특정 수직선 O를 향하며 유동한다.
즉, 열교환기(1000)의 중앙부를 중심으로 일측에 위치한 제1 튜브군(300-L)을 통과하는 공기 및 타측에 위치한 제2 튜브군(300-R)을 통과한 공기는 상기 중앙 수직면 상의 특정 수직선 O에서 혼합되어 온도가 균일하게 된다. 따라서 튜브(300)가 중앙부를 향하여 기울어지지 않은 경우와 비교하여 열교환기(1000)의 후면 특정 위치에서 온도가 균일한 공기가 토출되는 장점이 있다.
도1은 열교환기 중에서 U-플로우 타입 열교환기의 개략적 단면도.
도2는 일반적인 원-웨이(One-Way) 방식 열교환기의 흐름도.
도3은 본 발명에 따른 일실시예의 후면도.
도4는 도3의 AA'의 단면도.
도5는 본 발명에 일실시예의 작동도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110:제1 헤더탱크 120:제2 헤더탱크
210:유입관 220:유출관
300:튜브 300-C:중앙 튜브
300-L:제1 튜브군 300-1:제1 튜브
300-R:제2 튜브군 300-2:제2 튜브

Claims (4)

  1. 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120); 상기 제1 헤더탱크(110) 또는 제2 헤더탱크(120)에 형성되는 유입관(210) 및 유출관(220); 상기 제1 헤더탱크(110) 및 제2 헤더탱크(120)에 양단이 고정되어 열교환매체 유로를 형성하는 복수개의 튜브(300); 및 상기 튜브(300) 사이에 개재되는 핀; 을 포함하는 열교환기(1000)에 있어서,
    상기 튜브(300)는,
    열교환기(1000)의 후면으로 토출되는 공기가 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면으로부터 중심방향으로 기울어져 유동하도록 전단부와 후단부를 잇는 직선이 중심방향으로 기울어지게 설치되되, 열교환기(1000)의 길이방향의 일측부에 설치되는 다수개의 제1 튜브(300-1)로 이루어지는 제1 튜브군(300-L);
    열교환기(1000)의 후면으로 토출되는 공기가 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면으로부터 중심방향으로 기울어져 유동하도록 전단부와 후단부를 잇는 직선이 중심방향으로 기울어지게 설치되되, 열교환기(1000)의 길이방향의 타측부에 설치되는 다수개의 제2 튜브(300-2)로 이루어지는 제2 튜브군(300-R);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 경사지게 설치되는 튜브 구비 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수개의 제1 튜브(300-1)는 상기 다수개의 제1 튜브(300-1) 가운데 상호 이웃하여 설치되는 제1 튜브(300-1l, 300-1r) 중 외측 제1 튜브(300-1l)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각(θl)은 내측 제1 튜브(300-1r)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각(θr) 보다 크도록 설치되고,
    상기 다수개의 제2 튜브(300-2)는 상기 다수개의 제2 튜브(300-2) 가운데 상호 이웃하여 설치되는 제2 튜브(300-2r, 300-2l) 중 외측 제2 튜브(300-2r)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각(γr)은 내측 제2 튜브(300-2l)의 전단부와 후단부를 잇는 직선이 열교환기(1000)의 길이방향에 수직한 수직면과 이루는 경사각(γl) 보다 크도록 설치되는 것을 특징으로 하는 경사지게 설치되는 튜브 구비 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 튜브군(300-L)과 제2 튜브군(300-R)은 상기 제1 튜브군(300-L)과 제2 튜브군(300-R) 사이에 위치하는 특정 수직면을 중심으로 좌우 대칭되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 경사지게 설치되는 튜브 구비 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 각각의 제1 튜브(300-1)의 전단부와 후단부를 잇는 직선 및 상기 각각의 제2 튜브(300-2)의 전단부와 후단부를 잇는 직선은 상기 특정 수직면 상에 위치하는 특정 수직선을 향하는 것을 특징으로 하는 경사지게 설치되는 튜브 구비 열교환기.
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