KR101472480B1

KR101472480B1 - 고압용 열교환기

Info

Publication number: KR101472480B1
Application number: KR1020090020177A
Authority: KR
Inventors: 이덕호; 장정우
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2014-12-12
Also published as: KR20100101801A

Abstract

본 발명은 열교환매체가 유동하는 제1 내부 관통공이 형성되는 탱크 바디와 상기 탱크 바디에 결합되어 헤더 탱크를 구성하는 탱크 시트를 포함하는 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 탱크 바디에 상기 제1 내부 관통공과 이격되어 상기 탱크 바디의 길이방향을 따라 제2 내부 관통공이 형성되고, 튜브의 일측단이 상기 제1 내부 관통공과 제2 내부 관통 사이에 위치하도록 상기 헤더 탱크에 끼워짐으로서 튜브의 일측단이 제1 내부 관통공 내부로 돌출되지 않아 열교환매체와 튜브의 충돌로 인한 와류 형성이 방지되는 고압용 열교환기에 관한 것이다.

열교환기, 헤더 탱크, 탱크 바디, 탱크 시트, 내압성, 열전달효율

Description

고압용 열교환기{Heat Exchanger for High Pressure}

종래 열교환기로는 일본에 특허 출원된 열교환기(출원번호:JP1998-294163)가 있다.

도1은 상기 열교환기(출원번호:JP1998-294163)의 부분 단면도를 나타낸다.

도1을 참조하면 상기 열교환기(출원번호:JP1998-294163)는 유체가 유통되는 복수개의 튜브(111)와, 상기 복수개의 튜브(111)의 길이 방향 양단에 설치되고, 상기 길이 방향과 직교하는 방향으로 연장되고 상기 복수개의 튜브(111)에 연통하는 헤더 탱크(120)를 구비하고, 상기 헤더 탱크(120) 내에는 대향하는 상기 헤더 탱 크(120)의 내벽을 연결하는 내주부재(123)가 마련되어 있고, 또한 상기 헤더 탱크(120)와 상기 내주부재(123)에 의하여 형성되는 복수개의 공간(120a, 120b)의 단면 형상은 거의 원형이고, 상기 헤더 탱크(120) 안을 복수개로 구분하는 세퍼레이터를 가지고 있고, 상기 세퍼레이터는 상기 헤더 탱크(120)의 내벽 및 상기 내주부재(123)에 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 열교환기(출원번호:JP1998-294163)는 재료의 두께를 두껍게 하지 않고 외부 사이즈를 증대시키지 않으면서도 고압에 견디는 헤더 탱크를 구비하는 장점이 있다.

그러나, 상기 열교환기(출원번호:JP1998-294163)는 내주부재(123)가 있는 부위에 튜브(111)가 끼워짐으로써 복수개의 공간(120a, 120b)을 일부 가리게 된다. 상기 열교환기(출원번호:JP1998-294163)는 복수개의 공간(120a, 120b)이 모두 열전달매체의 유동로 역할을 수행하는데, 튜브(111)가 복수개의 공간(120a, 120b)을 일부 가림으로써 열전달매체의 압력 손실을 초래하게 되고, 이에 따라 열교환기의 성능이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 복수개의 공간(120a, 120b)에 끼워진 튜브(111)는 헤더 탱크(120)에 연결되는 열교환매체 유입관(도면 미도시) 및 열교환매체 유출관(도면 미도시)에 수직한 방향으로 세워지므로, 튜브(111)에 의한 열전달매체의 압력 손실은 더욱 커지는 단점이 있다.

또한, 상기 열교환기(출원번호:JP1998-294163)는 내압성을 위하여 내부 형상을 원형에 가깝게 설계함으로써 설계시 자유도가 떨어지는 단점이 있다. 따라서 내압성을 만족하는 경우 부피와 중량을 증가시키면서까지 내부 형상을 원형에 가깝게 설계할 필요가 없는데, 이러한 경우는 오히려 재료의 낭비가 되는 단점이 있다.

본 발명은 헤더 탱크의 내압성을 유지하면서도 열전달매체의 유동을 위하여 헤더 탱크 내부에 형성되는 제1 내부 관통공의 형상을 자유롭게 설계할 수 있는 고압용 열교환기를 제공하고자 한다.

본 발명은 튜브의 일측단이 제1 내부 관통공 내부로 돌출되지 않아 열교환매체와 튜브의 충돌로 인한 와류 형성을 방지하여, 열교환매체 유입관 및 열교환 매체 유출관을 통하여 유출입되는 열교환매체의 압력 손실을 저감시켜 열전달 효율이 제고되는 고압용 열교환기를 제공하고자 한다.

본 발명은 길이방향을 따라 내부에 열전달매체 유동을 위한 제1 내부 관통공(1111)이 형성되고, 외주면과 상기 제1 내부 관통공(1111) 사이에 상기 제1 내부 관통공(1111)과 분리되어 길이방향을 따라 제2 내부 관통공(1112)이 형성되며, 외주면으로부터 내측으로 상기 제1 내부 관통공(1111) 및 제2 내부 관통공(1112)에 연통하는 바디 슬롯(1113)이 형성되는 탱크 바디(1110); 상기 탱크 바디(1110)의 외주면에 결합되고, 상기 바디 슬롯(1113)에 연통하는 시트 슬롯(1123)이 형성되는 탱크 시트(1120); 상기 제1 내부 관통공(1111)이 완전히 개방되도록, 상기 시트 슬롯(1123)을 통하여 상기 바디 슬롯(1113)에 끼워지는 일측단이 상기 제1 내부 관통공(1111) 외측에 위치하는 튜브(1200); 상기 제1 내부 관통공(1111)에 연통하도록 연결되는 열전달매체 유입관(1510) 및 열전달매체 유출관(1520); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 바디 슬롯(1113)의 바닥면(1113-1)은 상기 튜브(1200)의 일측단 가운데 상기 튜브(1200)의 외측에 접촉되어 상기 튜브(1200)를 지지할 수 있고, 상기 바디 슬롯(1113)의 바닥면(1113-1)은 상기 튜브(1200)의 외측과 접촉하는 부분으로부터 상기 제1 관통공(1111)까지 경사지게 형성될 수 있고, 상기 바디 슬롯(1113)의 바닥면은 원호 형태일 수 있고, 상기 제2 내부 관통공(1112)이 완전히 차단되도록 상기 튜브(1200)의 일측단은 상기 제2 내부 관통공(1112) 외측에 위치할 수 있다.

본 발명은 탱크 바디에 제1 내부 관통공과 제2 내부 관통공을 분리시키는 관통공 분리벽이 존재하므로, 헤더 탱크의 내압성을 높일 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 튜브의 일측단이 제1 내부 관통공 내부로 돌출되지 않아 열교환매체와 튜브의 충돌로 인한 와류 형성을 방지할 수 있으므로, 열교환매체 유입관 및 열교환 매체 유출관을 통하여 유출입되는 열교환매체의 압력 손실이 저감되어 열교환기의 열전달 효율이 제고되는 장점이 있다.

이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도2는 본 발명의 일실시예의 사시도를, 도3은 본 발명의 일실시예의 일부 분해 사시도를, 도4는 도2의 헤더 탱크의 일부 절개 사시도를, 도5는 본 발명의 일실시예의 정면도를, 도6은 도5의 AA'의 단면도를, 도7은 도5의 BB'의 단면도를 나타 낸다.

도2를 참조하면 본 발명의 일실시예는 헤더 탱크(1100), 일측단이 헤더 탱크(1100)에 끼워지는 튜브(1200), 튜브(1200)와 튜브(1200) 사이에 설치되는 핀(1300), 튜브(1100)의 측단이 끼워지는 헤더 탱크(1100), 헤더 탱크(1100)의 측단에 체결되는 캡(1410, 1420), 캡(1410, 1420)을 통하여 헤더 탱크(1100)에 연결되는 열전달매체 유입관(1510) 및 열전달매체 유출관(1520)을 가진다.

도3 및 도4를 참조하면 헤더 탱크(1100)는 탱크 바디(1110)와 탱크 시트(1120)를 가진다.

도3 및 도4를 참조하면 탱크 바디(1110)에는 탱크 바디(1110)의 길이방향을 따라 내부에 제1 내부 관통공(1111) 및 제2 내부 관통공(1112)이 형성된다. 제1 내부 관통공(1111)은 열전달매체가 유동하는 열교환매체가 유동로이다.

도3을 참조하면 제2 내부 관통공(1112)은 탱크 바디(1110)의 외주면과 제1 내부 관통공(1111) 사이에 제1 내부 관통공(1111)과 분리되어 탱크 바디(1110)의 길이방향을 따라 형성된다. 제2 내부 관통공(1112)의 단면적은 제1 내부 관통공(1111)의 단면적 보다 작게 형성될 수 있다.

도3 및 도4를 참조하면 탱크 바디(1110)에는 바디 슬롯(1113)이 형성된다. 바디 슬롯(1113)은 탱크 바디(1110)의 외주면으로부터 내측으로 제1 내부 관통공(1111) 및 제2 내부 관통공(1112)에 연통하도록 형성된다. 도7을 함께 참조하면 바디 슬롯(1113)은 튜브(1200)의 일측단이 끼워진 경우 채널(1210)의 일측단이 제1 내부 관통공(1111)과 제2 내부 관통공(1112) 사이에 위치하도록 형성된다. 즉, 바 디 슬롯(1113)은 튜브(1200)의 일측부가 제1 내부 관통공(1111)은 전혀 차단하지 않고, 제2 내부 관통공(1112)은 완전히 차단할 수 있는 깊이까지 가공 형성된다. 바디 슬롯(1113)은 튜브(1200)가 끼워지는 끼움공이다.

도3을 참조하면 탱크 시트(1120)는 탱크 바디(1110)의 외주면에 결합되는데, 탱크 바디(1110)의 외주면 가운데 제1 내부 관통공(1112)에 인접한 외주면에 결합된다. 탱크 시트(1120)는 탱크 바디(1110)와의 용이한 결합을 위하여 "U"자 형으로 형성될 수 있다.

도3을 참조하면 탱크 시트(1120)에는 시트 슬롯(1123)이 형성된다. 시트 슬롯(1123)은 튜브(1200)가 끼워지는 끼움공이다. 탱크 시트(1120)가 탱크 바디(1110)에 결합된 경우 튜브(1200)의 일측단이 시트 슬롯(1123)을 통하여 바디 슬롯(1113)에 끼워지도록, 시트 슬롯(1123)은 바디 슬롯(1113)에 연통하게 형성된다.

도6 및 도7을 참조하면 튜브(1200)는 일측단이 헤더 탱크(1100)에 끼워진다. 상기한 바와 같이 튜브(1200)는 일측단이 시트 슬롯(1123)을 통하여 바디 슬롯(1113, 도4 참조)에 끼워짐으로써 헤더 탱크(1100)에 끼워진다.

도2를 참조하면 헤더 탱크(1100)의 측단에는 캡(1410, 1420)이 장착된다. 열교환매체 유입관(1510) 및 열교환 매체 유출관(1520)은 캡(1410, 1420)을 관통하며 헤더 탱크(1100)에 연결된다.

도6 및 도7을 참조하면 상기한 바와 같이 튜브(1200)는 헤더 탱크(1100)에 끼워져 일측단이 제1 내부 관통공(1111)과 제2 내부 관통공(1112) 사이에 위치한다. 즉, 튜브(1200) 일측단은 제2 내부 관통공(1112)의 외측 상부 및 제1 내부 관 통공(1111)의 외측 하부에 위치한다. 따라서, 헤더 탱크(1100)에 끼워진 튜브(1200)는 헤더 탱크(1100)의 길이방향을 따라 제2 내부 관통공(1112)은 완전히 차단하고, 헤더 탱크(1100)의 길이방향을 따라 제1 내부 관통공(1111)은 완전히 개방시키게 된다. 따라서, 열교환매체 유입관(1510)을 통하여 유입된 열교환 매체는 제2 내부 관통공(1112)에는 유입되지 않고, 제1 내부 관통공(1111)을 따라 유동하게 된다.

도6 및 도7을 참조하면 튜브(1200)의 일측단은 제1 내부 관통공(1111) 내부로 돌출되지 않아 튜브(1200)와의 충돌로 인한 와류 형성을 방지할 수 있으므로, 열교환매체 유입관(1510) 및 열교환 매체 유출관(1520)을 통하여 유출입되는 열교환매체의 압력 손실을 저감시킬 수 있다. 한편, 튜브(1200)에는 다수개의 채널(1210)이 형성될 수 있다. 채널(1210)의 일측단은 바디 슬롯(1113)을 통하여 제1 내부 관통공(1111)에 연통된다.

도7을 참조하면 바디 슬롯(1113, 도4 참조)의 바닥면(1113-1)은 튜브(1200)의 일측단 가운데 튜브(1200)의 외측에 접촉되어 튜브(1200)를 지지한다.

도7을 참조하면 바디 슬롯(1113, 도4 참조)의 바닥면(1113-1)은 튜브(1200)의 외측과 접촉하는 부분으로부터 제1 내부 관통공(1111)까지 경사지게 형성된다. 바디 슬롯(1113, 도4 참조)의 바닥면은 원호 형태로 가공될 수 있다.

도7을 참조하면 상기한 일실시예는 탱크 바디(1110)에 제1 내부 관통공(1111)과 제2 내부 관통공(1112)을 분리시키는 관통공 분리벽(도면부호 미부여)이 존재하고, 상기 관통공 분리벽(도면부호 미부여)이 배경기술에서 설명한 종래 열교환기(출원번호:JP1998-294163)의 내주부재(123, 도1 참조) 역활을 수행하므로, 헤더 탱크(1100)의 내압성을 높일 수 있는 장점이 있다.

도7을 참조하면 상기한 일실시예는 상기 관통공 분리벽(도면부호 미부여)이 종래 열교환기(출원번호:JP1998-294163)의 내주부재(123, 도1 참조) 역활을 수행하므로, 제1 내부 관통공(1111)과 제2 내부 관통공(1112)의 형상을 자유롭게 변경하면서도 헤더 탱크(1100)의 내압성을 높일 수 있다.

도7을 참조하면 상기한 바와 같이 상기한 일실시예는 튜브(1200)의 일측단이 제1 내부 관통공(1111) 내부로 돌출되지 않아 튜브(1200)와의 충돌로 인한 와류 형성을 방지할 수 있으므로, 열교환매체 유입관(1510) 및 열교환 매체 유출관(1520)을 통하여 유출입되는 열교환매체의 압력 손실을 저감되는 장점이 있다.

도1은 종래 열교환기의 부분 단면도.

도2는 본 발명의 일실시예의 사시도.

도3은 본 발명의 일실시예의 일부 분해 사시도.

도4는 도2의 헤더 탱크의 일부 절개 사시도.

도5는 본 발명의 일실시예의 정면도.

도6은 도5의 AA'의 단면도.

도7은 도5의 BB'의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1100:탱크 바디 1111:제1 내부 관통공

1112:제2 내부 관통공 1113:바디 슬롯

1113-1:바디 슬롯의 바닥면

1120:탱트 시트 1123:시트 슬롯

1200:튜브 1210:채널

1510:열전달매체 유입관 1520:열전달매체 유출관

Claims

길이방향을 따라 내부에 열전달매체 유동을 위한 제1 내부 관통공(1111)이 형성되고, 외주면과 상기 제1 내부 관통공(1111) 사이에 상기 제1 내부 관통공(1111)과 분리되어 길이방향을 따라 제2 내부 관통공(1112)이 형성되며, 외주면으로부터 내측으로 상기 제1 내부 관통공(1111) 및 제2 내부 관통공(1112)에 연통하는 바디 슬롯(1113)이 형성되는 탱크 바디(1110);

상기 탱크 바디(1110)의 외주면에 결합되고, 상기 바디 슬롯(1113)에 연통하는 시트 슬롯(1123)이 형성되는 탱크 시트(1120);

상기 제1 내부 관통공(1111)이 완전히 개방되도록, 상기 시트 슬롯(1123)을 통하여 상기 바디 슬롯(1113)에 끼워지는 일측단이 상기 제1 내부 관통공(1111) 외측에 위치하는 튜브(1200);

상기 제1 내부 관통공(1111)에 연통하도록 연결되는 열전달매체 유입관(1510) 및 열전달매체 유출관(1520);

을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기.
제1항에 있어서,

상기 바디 슬롯(1113)의 바닥면(1113-1)은 상기 튜브(1200)의 일측단 가운데 상기 튜브(1200)의 외측에 접촉되어 상기 튜브(1200)를 지지하는 것을 특징으로 고 압용 열교환기.
제2항에 있어서,

상기 바디 슬롯(1113)의 바닥면(1113-1)은 상기 튜브(1200)의 외측과 접촉하는 부분으로부터 상기 제1 관통공(1111)까지 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기.
제3항에 있어서,

상기 바디 슬롯(1113)의 바닥면은 원호 형태인 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 내부 관통공(1112)이 완전히 차단되도록 상기 튜브(1200)의 일측단은 상기 제2 내부 관통공(1112) 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 고압용 열교환기.