KR101603901B1 - 증발기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증발기에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 입구파이프의 후단부에 냉매유동을 제어하는 밸브를 설치하여 냉매유량에 따라 증발기의 전방열교환부(전방유로)와 후방열교환부(후방유로)를 선택적으로 사용하도록 함으로써, 냉매유량이 설정량 이하일 경우 증발기의 전,후방열교환부 중 일측 열교환부에만 냉매가 유동하도록 하여 냉매가 유동하는 동안 열교환을 충분히 하면서도 압력강하가 작게 걸리게 되고 이로인해 압축기의 부하를 감소하고 온도분포도 균일하게 개선할 수 있는 증발기에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 복수개의 전방유로들로 이루어진 전방열교환부(105) 및 복수개의 후방유로들로 이루어진 후방열교환부(106)를 구성하는 복수개의 튜브와, 상기 튜브의 상,하단에 각각 형성됨과 아울러 전방유로와 연통하는 전방탱크부(103a) 및 후방유로와 연통하는 후방탱크부(103b)를 갖는 상,하부 탱크(101,102)와, 상기 상부 탱크(101) 또는 하부 탱크(102)에 연통되게 설치되어 냉매를 유입하고 배출하는 입,출구파이프(140,141)를 포함하여 이루어진 증발기에 있어서, 상기 입구파이프(140)의 후단부에는 냉매유량에 따라 상기 전방열교환부(105)와 후방열교환부(106) 모두에 냉매를 유입하거나 또는 어느 한 쪽에만 냉매를 유입할 수 있도록 냉매유동을 제어하는 밸브(150)가 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

증발기{EVAPORATOR}
본 발명은 증발기에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 입구파이프의 후단부에 냉매유동을 제어하는 밸브를 설치하여 냉매유량에 따라 증발기의 전방열교환부(전방유로)와 후방열교환부(후방유로)를 선택적으로 사용하도록 함으로써, 냉매유량이 설정량 이하일 경우 증발기의 전,후방열교환부 중 일측 열교환부에만 냉매가 유동하도록 하여 냉매가 유동하는 동안 열교환을 충분히 하면서도 압력강하가 작게 걸리게 되고 이로인해 압축기의 부하를 감소하고 온도분포도 균일하게 개선할 수 있는 증발기에 관한 것이다.
열교환기는 그 내부에 열교환매체가 흐를 수 있는 유로를 구비함으로써 열교환매체와 외기가 열교환되도록 이루어진 장치로서 각종 공조장치에 사용되며, 사용조건에 따라 증발기, 응축기, 라디에이터, 히터코어 등 여러가지 형식의 것이 사용되고 있다.
상기 열교환기 중에서 증발기는 냉매 통로의 구조형식에 따라 분류되는데, 하나의 압출튜브를 다단절곡한 서펜타인 타입, 딤플형상의 플레이트를 적층시킨 라미네이트 타입 등이 대표적이며, 최근에는 복수개의 압출튜브를 사용하는 복수압출튜브 타입의 증발기가 소개되고 있다.
이러한 종래 증발기(1)의 일예로 일본 실용신안공개 평7-12778호가 개시되어 있으며, 도 1, 2를 참조하여 간략히 설명하면, 상기 증발기(1)는 상,하단에 한 쌍의 컵(12)이 형성된 플레이트(11) 두 개를 접합하여 구성된 튜브(10)를 복수개 적층하여 이루어진다.
상기 튜브(10)의 내부에는 상호 구획된 전방유로(미도시) 및 후방유로(미도시)가 형성된다.
그리고, 상기 복수개 적층된 튜브(10)의 상,하단에는 상,하부탱크(2)(3)가 형성되고, 일측에는 냉매를 유입/배출할 수 있도록 입,출구파이프(4)(5)가 구비된다.
이러한 상기 증발기(1)는 상기 튜브(10)의 전방유로들로 이루어진 전방열교환부(20a)와 후방유로들로 이루어진 후방열교환부(20b)가 구성된다.
또한, 상기 입,출구파이프(4)(5)의 반대측에는 상기 전,후방열교환부(20a)(20b)를 상호 연통시킬수 있도록 연통부(25)가 설치된다.
한편, 상기 전,후방열교환부(20a)(20b)를 복수의 열교환영역으로 구획하도록 상기 상부 탱크(2)의 내부에는 칸막이벽(26)이 나란하게 형성되며, 상기 튜브(10)들 사이에는 열교환을 촉진시키는 방열핀(15)이 개재된다.
상기한 증발기(1)의 냉매흐름을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 입구파이프(4)를 통해 후방측열교환부(20b)의 상부탱크(2)로 유입된 냉매는 칸막이벽(26)에 의해 하강하여 하부탱크(3)로 이동하고, 하부탱크(3)로 이동한 냉매는 이곳에서 리턴한 후 상승하여 상부탱크(2)로 이동한다.
이렇게 후방측열교환부(20b)를 통과한 냉매는 상기 연통부(25)를 통해 전방측열교환부(20a)의 상부탱크(2)로 유입된다.
상기 전방측열교환부(20a)의 상부탱크(2)로 유입된 냉매는 칸막이벽(26)에 의해 하강하여 하부탱크(3)로 이동하고, 하부탱크(3)로 이동한 냉매는 이곳에서 리턴한 후 상승하여 상부탱크(2)로 이동하며, 이후 출구파이프(5)를 통해 배출된다.
그러나, 상기 종래기술은, 상기 증발기(1)의 내부를 유동하는 냉매의 유량이 작을 경우, 냉매가 증발기(1)의 내부에 지나치게 오래 머물러 있게 되면서 압력강하가 크게 걸리게 되고 이로인해 냉매가 한쪽으로 치우치거나 온도분포도 불균일하게 되는 문제가 있다.
상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 입구파이프의 후단부에 냉매유동을 제어하는 밸브를 설치하여 냉매유량에 따라 증발기의 전방열교환부(전방유로)와 후방열교환부(후방유로)를 선택적으로 사용하도록 함으로써, 냉매유량이 설정량 이하일 경우 증발기의 전,후방열교환부 중 일측 열교환부에만 냉매가 유동하도록 하여 냉매가 유동하는 동안 열교환을 충분히 하면서도 압력강하가 작게 걸리게 되고 이로인해 압축기의 부하를 감소하고 온도분포도 균일하게 개선할 수 있는 증발기를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 복수개의 전방유로들로 이루어진 전방열교환부 및 복수개의 후방유로들로 이루어진 후방열교환부를 구성하는 복수개의 튜브와, 상기 튜브의 상,하단에 각각 형성됨과 아울러 전방유로와 연통하는 전방탱크부 및 후방유로와 연통하는 후방탱크부를 갖는 상,하부 탱크와, 상기 상부 탱크 또는 하부 탱크에 연통되게 설치되어 냉매를 유입하고 배출하는 입,출구파이프를 포함하여 이루어진 증발기에 있어서, 상기 입구파이프의 후단부에는 냉매유량에 따라 상기 전방열교환부와 후방열교환부 모두에 냉매를 유입하거나 또는 어느 한 쪽에만 냉매를 유입할 수 있도록 냉매유동을 제어하는 밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 입구파이프의 후단부에 냉매유동을 제어하는 밸브를 설치하여 냉매유량에 따라 증발기의 전방열교환부와 후방열교환부를 모두 또는 후방열교환부만 사용하도록 함으로써, 냉매유량이 설정량 이하일 경우 후방열교환부에만 냉매가 유동하도록 하여 냉매가 유동하는 동안 열교환을 충분히 하면서도 압력강하가 작게 걸리게 되고 이로인해 압축기의 작동부하가 감소되고, 온도분포도 균일하게 개선된다.
도 1은 종래의 증발기를 나타내는 사시도,
도 2는 종래의 증발기의 냉매흐름을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 증발기를 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 증발기에서 튜브를 분해한 상태를 나타내는 사시도,
도 5a는 도 3의 A-A선 단면도로서 밸브가 전방탱크부를 개방하고 있는 상태를 나타내는 단면도,
도 5b는 도 3의 A-A선 단면도로서 밸브가 전방탱크부를 폐쇄하고 있는 상태를 나타내는 단면도,
도 6은 냉매유동량이 설정량 이상일 경우의 냉매흐름을 나타내는 도면,
도 7은 냉매유동량이 설정량 이하일 경우의 냉매흐름을 나타내는 도면,
도 8은 본 발명의 밸브가 압출튜브형 증발기에 적용된 경우를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 증발기를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 증발기에서 튜브를 분해한 상태를 나타내는 사시도이며, 도 5a는 도 3의 A-A선 단면도로서 밸브가 전방탱크부를 개방하고 있는 상태를 나타내는 단면도이고, 도 5b는 도 3의 A-A선 단면도로서 밸브가 전방탱크부를 폐쇄하고 있는 상태를 나타내는 단면도이며, 도 6은 냉매유동량이 설정량 이상일 경우의 냉매흐름을 나타내는 도면이고, 도 7은 냉매유동량이 설정량 이하일 경우의 냉매흐름을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 증발기(100)는, 적층형 증발기나 압출튜브형 증발기에 모두 적용가능하며, 먼저, 적층형 증발기에 적용된 경우를 설명한다.
상기 증발기(100)는, 내부에 냉매가 유동할 수 있도록 복수개의 튜브(110)를 적층하여 이루어진다.
상기 튜브(110)는 한 쌍의 플레이트(111)를 상호 접합하여 이루어지고, 내부에는 대략 중앙에 수직으로 형성된 구획비드(113)를 통해 상호 구획된 전방유로(114a) 및 후방유로(114b)가 형성되며, 상,하단에는 상기 전방유로(114a) 및 후방유로(114b)와 각각 연통하는 한 쌍의 컵(112)이 나란하게 형성되어 있다.
또한, 상기 증발기(100)는 복수개의 튜브(110)들을 적층함에 따라 각 튜브(110)의 전방유로(114a)들로 이루어진 전방열교환부(105)와 후방유로(114b)들로 이루어진 후방열교환부(106)가 구성된다.
아울러, 상기 적층된 튜브(110)들 사이에는 열교환을 촉진시킬 수 있도록 방열핀(120)이 개재되고, 상기 복수개의 튜브(110) 및 방열핀(120)들을 보강할 수 있도록 이들의 최외곽에는 엔드 플레이트(130)가 설치된다.
그리고, 상기 튜브(110)의 상,하단에는 상기 전방유로(114a)와 연통하는 전방탱크부(103a) 및 후방유로(114b)와 연통하는 후방탱크부(103b)를 갖는 상,하부 탱크(101,102)가 형성된다.
즉, 상기 각 튜브(110)의 상,하단에 형성된 한 쌍의 컵(112)들을 서로 접합하여 적층함으로서 상기 접합된 한 쌍의 컵(112)들에 의해 상기 전방탱크부(103a) 및 후방탱크부(103b)를 갖는 상,하부 탱크(101)(102)가 형성되는 것이다.
한편, 상기 튜브(110)들의 전,후방유로(114a,114b) 입,출구측에는 적어도 하나 이상의 제 2 비드(116a)들로 구획되는 복수개의 통로(116b)를 갖는 목비드부(116)가 형성되어 냉매가 상기 전,후방유로(114a,114b)로 골고루 분배되어 유입되도록 이루어져 있다.
또한, 상기 튜브(110)를 구성하는 한 쌍의 플레이트(111)에는 냉매의 유동성 향상과 난류를 유도하도록 상기 전,후방유로(114a,114b)를 따라 다수의 제 1 비드(115)들이 엠보싱 성형방법에 의해 내측으로 돌출되도록 형성되어 있다. 아울러 상기 한 쌍의 플레이트(111)에 각각 형성된 구획비드(113) 및 제 1 비드(115)들은 서로 접촉된 상태에서 브레이징에 의해 접합되게 된다.
그리고, 상기 상부 탱크(101) 또는 하부 탱크(102)의 양단부에는 냉매를 유입하고 배출할 수 있도록 입,출구파이프(140,141)가 연통되게 설치된다. 상기 입,출구파이프(140,141)는 상부 탱크(101) 또는 하부 탱크(102)의 전방탱크부(103a) 및 후방탱크부(103b)와 연통되게 설치된다.
한편, 도면에서는 상기 상부 탱크(101)의 양단부측에 입,출구파이프(140,141)가 설치된 경우만 도시하였으나, 냉매의 유동경로에 따라 입구파이프(140)는 상부 탱크(101)측에 설치되고 출구파이프(141)는 하부 탱크(102)측에 설치할 수도 있다.
따라서, 상기 입구파이프(140)를 통해 유입되는 냉매는 증발기(100)의 전방열교환부(105)와 후방열교환부(106)로 각각 유입되게 된다.
또한, 상기 입구파이프(140)를 통해 유입된 냉매가 상기 전방열교환부(105)와 후방열교환부(106)를 각각 지그재그 형태로 유동할 수 있도록 상기 복수개의 튜브(110) 중에는 플레이트의 상단 또는 하단 컵을 폐쇄한 블랭크 플레이트(111a)가 설치된다.
한편, 상기 블랭크 플레이트(111a)의 위치에 따라 냉매의 유동경로를 다양하게 설정할 수 있다.
그리고, 상기 입구파이프(140)의 후단부에는 냉매유량에 따라 상기 전방열교환부(105)와 후방열교환부(106) 모두에 냉매를 유입하거나 또는 어느 한 쪽에만 냉매를 유입할 수 있도록 냉매유동을 제어하는 밸브(150)가 설치된다.
즉, 상기 밸브(150)는 냉매유량이 설정량 이상일 경우, 상기 전방열교환부(105)와 후방열교환부(106) 모두에 냉매가 유입되도록 냉매유동을 제어하고, 냉매유량이 설정량 이하일 경우에는, 상기 전방열교환부(105)와 후방열교환부(106) 중 증발기(100)를 통과하는 공기의 유동방향 하류측에 위치한 열교환부에만 냉매가 유입되도록 냉매유동을 제어하게 된다.
이와 같이, 증발기(100)로 유입되는 냉매유량이 적을 경우에는 냉매가 증발기(100)내에 지나치게 오래 머물러 있게 되어 압력강하만 크게 걸리기 때문에 이를 해결하고자 상기 입구파이프(140)의 후단부에 설치된 밸브(150)를 통해 증발기(100)의 전,후방열교환부(105,106) 중 한 쪽으로만 냉매가 유동되도록 한 것이다.
즉, 냉매유량이 적은 경우, 증발기(100)를 통과하는 공기의 유동방향 하류측에 위치한 후방열교환부(106)로만 냉매가 유동하도록 함으로써, 후방열교환부(106)를 유동하는 동안 충분히 열교환을 하면서도 압력강하가 적게 걸리게 되고, 이로인해 압축기(미도시)의 작동부하를 감소하고 온도분포도 균일하게 개선할 수 있다.
여기서, 냉매유량이 적을 경우, 증발기(100)를 통과하는 공기의 유동방향 상류측에 위치한 전방열교환부(105) 보다는 하류측에 위치한 후방열교환부(106)로만 냉매가 유동하도록 하는 것이 성능이 향상에 유리하다.
이러한, 상기 밸브(150)는, 상기 상부 탱크(101) 또는 하부 탱크(102)의 일단부에 설치됨과 아울러 상기 입구파이프(140)와 전,후방탱크부(103a,103b)를 연통되게 연결하는 밸브하우징(151)과, 상기 밸브하우징(151)의 내부에 설치되어 상기 전방탱크부(103a)와 후방탱크부(103b) 중 어느 하나를 개폐하는 개폐도어(152)로 이루어진다.
도면에서는 상기 상부 탱크(101)의 일단부에 밸브하우징(151)이 설치되어, 입구파이프(140)와 상부 탱크(101)의 전,후방탱크부(103a,103b)를 연통시키게 된다. 이때, 상기 밸브하우징(151)의 전방면에는 입구파이프(140)와 연통하는 제1연통공(153)이 형성되고, 측면에는 상기 전,후방탱크부(103a,103b)와 각각 연통하는 제2연통공(154a,154b)이 형성된다.
상기 개폐도어(152)는 전방탱크부(103a)의 일단부를 개폐하도록 설치되는 것이 바람직하며, 따라서 상기 개폐도어(152)가 전방탱크부(103a)와 연통하는 제2연통공(154a)을 개방한 경우에는 입구파이프(140)를 통해 유입된 냉매가 밸브하우징(151)을 통해 전,후방탱크부(103a,103b)로 각각 유동하게 되고, 상기 개폐도어(152)가 전방탱크부(103a)와 연통하는 제2연통공(154a)을 폐쇄한 경우에는 입구파이프(140)를 통해 유입된 냉매가 밸브하우징(151)을 통해 후방탱크부(103b)로만 유동하게 된다.
한편, 상기 개폐도어(152)는 미도시된 엑츄에이터와 같은 구동수단을 통해 회전작동하게 되며, 아울러 상기 개폐도어(152)는 냉매유량을 감지한 미도시된 제어부에 의해 제어되면서 전방탱크부(103a)를 선택적으로 개폐하게 된다.
또한, 도면에 도시된 밸브(150)의 구조는 일예로 나타낸 것이며, 여기에 한정되지 않고 다양한 형태의 밸브를 사용할 수 있다.
그리고, 상기 밸브(150)는, 도 8과 같이 압출튜브형 증발기에도 동일한 방법으로 적용된다.
즉, 상기 압출튜브형 증발기(100)는, 복수개의 압출튜브(110a)를 설치하여 복수개의 전방유로(전방측 튜브)들로 이루어진 전방열교환부(105) 및 복수개의 후방유로(후방측 튜브)들로 이루어진 후방열교환부(106)를 구성하게 되고,
상기 튜브(110a)의 상,하단에는 각각 전방유로(전방측 튜브)와 연통하는 전방탱크부(103a) 및 후방유로(후방측 튜브)와 연통하는 후방탱크부(103b)를 갖는 상,하부 탱크(101,102)가 설치되어 이루어진다.
또한, 상기 입구파이프(140)의 후단부에 설치되는 밸브(150)는 냉매유량에 따라 상기 전방열교환부(105)와 후방열교환부(106) 모두에 냉매를 유입하거나 또는 어느 한 쪽에만 냉매를 유입하는 것으로, 앞서 설명한 것과 동일하여 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 열교환기(100)의 냉매흐름을 설명하면 다음과 같다.
가. 냉매유량이 설정량 이상인 경우(도 6),
냉매유량이 설정량 이상인 경우에는 상기 밸브(150)의 개폐도어(152)에 의해 전방탱크부(103a)가 개방되며, 이로인해 상기 입구파이프(140)와 상부탱크(101)의 전,후방탱크부(103a,103b)는 모두 연통하게 된다.
따라서, 상기 입구파이프(150)를 통해 유입된 냉매는 상기 밸브(150)를 통해 상부탱크(101)의 전,후방탱크부(103a,103b)로 각각 유입되고, 이후 냉매는 블랭크플레이트(111a)에 의해 전,후방열교환부(105,106)를 상,하방향 지그재그 형태로 유동한 후 출구파이프(141)로 배출되게 되며, 이렇게 전,후방열교환부(105,106)를 유동하는 과정에서 증발기(100)를 통과하는 공기와 열교환하여 냉각시키게 된다.
나. 냉매유량이 설정량 이하인 경우(냉매유량이 적은 경우)(도 7),
냉매유량이 설정량 이하인 경우에는 상기 밸브(150)의 개폐도어(152)에 의해 전방탱크부(103a)가 폐쇄되며, 이로인해 상기 입구파이프(140)와 상부탱크(101)의 후방탱크부(103b)가 연통하게 된다.
따라서, 상기 입구파이프(150)를 통해 유입된 냉매는 상기 밸브(150)를 통해 상부탱크(101)의 후방탱크부(103b)로만 유입되고, 이후 냉매는 블랭크플레이트(111a)에 의해 후방열교환부(106)를 상,하방향 지그재그 형태로 유동한 후 출구파이프(141)로 배출되게 되며, 이렇게 후방열교환부(106)를 유동하는 과정에서 증발기(100)를 통과하는 공기와 열교환하여 냉각시키게 된다.
이처럼, 냉매유량이 적은 경우에는 전,후방열교환부(105,106)에 각각 냉매를 유동시키는 것이 아니라, 밸브(150)를 통해 후방열교환부(106)로만 냉매가 유동하도록 제어함으로써, 후방열교환부(106)를 유동하는 동안 충분히 열교환을 하면서도 압력강하가 적게 걸리게 되고, 이로인해 압축기의 작동부하를 감소하고 온도분포도 균일하게 개선되게 된다.
100: 증발기 101: 상부탱크
102: 하부탱크 103a: 전방탱크부
103b: 후방탱크부
105: 전방열교환부 106: 후방열교환부
110,110a: 튜브 111: 플레이트
111a: 블랭크 플레이트 112: 컵
113: 구획비드 114a: 전방유로
114b: 후방유로
115: 제 1 비드 116: 목비드부
116a: 제 2 비드 116b: 통로
120: 방열핀 130: 엔드 플레이트
140: 입구파이프 141: 출구파이프
150: 밸브 151: 밸브하우징
152: 개폐도어

Claims (3)

  1. 복수개의 전방유로들로 이루어진 전방열교환부(105) 및 복수개의 후방유로들로 이루어진 후방열교환부(106)를 구성하는 복수개의 튜브와,
    상기 튜브의 상,하단에 각각 형성됨과 아울러 전방유로와 연통하는 전방탱크부(103a) 및 후방유로와 연통하는 후방탱크부(103b)를 갖는 상,하부 탱크(101,102)와,
    상기 상부 탱크(101) 또는 하부 탱크(102)에 연통되게 설치되어 냉매를 유입하고 배출하는 입,출구파이프(140,141)를 포함하여 이루어진 증발기에 있어서,
    상기 입구파이프(140)의 후단부에는 냉매유량에 따라 상기 전방열교환부(105)와 후방열교환부(106) 모두에 냉매를 유입하거나 또는 어느 한 쪽에만 냉매를 유입할 수 있도록 냉매유동을 제어하는 밸브(150)가 설치되고,
    상기 밸브(150)는, 상기 상부 탱크(101) 또는 하부 탱크(102)의 일단부에 설치됨과 아울러 상기 입구파이프(140)와 전,후방탱크부(103a,103b)를 연통되게 연결하는 밸브하우징(151)과, 상기 밸브하우징(151)의 내부에 설치되어 상기 전방탱크부(103a)의 일단부를 개폐하는 개폐도어(152)로 이루어지며,
    상기 밸브(150)는, 냉매유량이 설정량 이상일 경우, 상기 전방열교환부(105)와 후방열교환부(106) 모두에 냉매가 유입되도록 냉매유동을 제어하고, 냉매유량이 설정량 이하일 경우, 상기 전방열교환부(105)와 후방열교환부(106) 중 증발기(100)를 통과하는 공기의 유동방향 하류측에 위치한 후방열교환부(106)에만 냉매가 유입되도록 냉매유동을 제어하는 것을 특징으로 하는 증발기.
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JP2009127888A (ja) * 2007-11-20 2009-06-11 Toyota Motor Corp 熱交換器及びエンジン

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