KR101679344B1 - 차지 에어 냉각기용 평판 튜브 및 대응 차지 에어 냉각기 - Google Patents

차지 에어 냉각기용 평판 튜브 및 대응 차지 에어 냉각기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교환 플레이트(1)를 형성하도록 프레싱된 적어도 하나의 금속 시트로부터 제조된 차지 에어 열 교환기의 평판 튜브(100)로서, 상기 프레싱에 의해 유체 유입구(3a) 및 유체 유출구(3b)가, 열 전달 유체가 순환되는 회로에 의해 연결될 수 있게 하는, 평판 튜브(100)에 있어서, 상기 회로는, 이 회로 내에 위치되고 그리고 상기 평판 튜브(100)의 재료와 30㎷ 이상의 전위차를 생성하는 재료로 제조된 적어도 하나의 금속 인서트(51)를 포함한다.

Description

차지 에어 냉각기용 평판 튜브 및 대응 차지 에어 냉각기{FLAT TUBE FOR A CHARGE AIR COOLER AND CORRESPONDING CHARGE AIR COOLER}
본 발명은 열 교환기의, 특히 자동차 분야에 사용되는 차지 에어 열 교환기의 분야에 관한 것이다.
자동차의 분야에 있어서 제 1 유체가 순환하는 동일한 평판 튜브의 적층체를 포함하는 열 교환기를 사용하는 것은 공지되어 있다. 일반적으로, 각각의 평판 튜브는, 사전규정된 패턴으로 디시(dish)를 형성하기 위해서 프레싱되고 그리고 그들 오목부가 서로 대면하게 하는 방식으로 배치된 2개의 시트 금속 플레이트로 형성된다. 다음에, 2개의 플레이트는 액밀 방식으로 함께 결합되며, 따라서 제 1 유체가 유체 유입구로부터 유체 유출구를 향해서 순환할 수 있는 평판 튜브를 형성하며, 각각의 하나는 평판 튜브의 일 단부에 위치되며 그리고 보다 일반적으로 각각의 하나는 플레이트의 대향 측면에 위치된다.
평판 튜브는 서로의 상부에 적층되며, 각 평판 튜브의 유체 유입구는 함께 결합되어 유입구 라이저를 형성한다. 유사하게, 각 평판 튜브의 유체 유출구는 함께 결합되어 유출구 라이저를 형성한다. 각 평판 튜브 사이에는 제 2 유체의 통로용의 공간이 남아 있다. 다음에, 2개의 유체 사이에서의 열의 교환은, 제 1 유체가 평판 튜브를 통해 통과될 때 그리고 제 2 유체가 상기 평판 튜브 사이를 통과할 때 이뤄진다.
이러한 열 교환기는, 통상적으로 자동차의 내부를 공기 조화시키기 위한 냉매 회로 내의 증발기로서 사용되며, 이 경우 이러한 냉매는 제 1 유체를 구성하고 그리고 제 2 유체는 대기이며, 또는 자동차의 캐빈을 가열하기 위한 열 전달 유체 회로 내의 히터로서 사용되며, 이 경우 이러한 열 전달 유체는 제 1 유체를 구성하고 그리고 제 2 유체는 대기이다.
그럼에도 불구하고, 이러한 교환기는 열적 매개변수가 완전히 특정되어 있는 차지 에어 흡입 회로에 사용하기에는 부적당한 것으로 증명되었다. 특히, 연소 실린더에 유입되기 전에, 압축되고 가열된 흡입 공기는 자체 점화의 위험을 감소시키기 위해서 열 교환기에 의해서 충분히 냉각되어야 할 필요가 있으며, 이것은 종래의 열 교환기가 효율적으로 성취될 수 없다는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 보다 높은 효율을 위해서, 이러한 타입의 차지 에어 교환기는 예를 들면 차지 에어인 제 2 유체를 냉각시키기 위해서 워터와 같은 액체인 제 1 유체의 방식을 이용한다.
제 1 유체로서 액체를 사용하는 것은 특히 부식을 통해서 보다 손상되기 쉬은 교환기의 내구성을 감소시키는 단점을 갖고 있다.
따라서, 본 발명의 목적 중 하나는 종래 기술의 단점을 적어도 부분적으로 해결하고 그리고 개선된 차지 에어 열 교환기를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 교환 플레이트를 형성하도록 프레싱된 적어도 하나의 금속 시트로부터 제조된 차지 에어 열 교환기의 평판 튜브로서, 상기 프레싱에 의해 유체 유입구 및 유체 유출구가, 열 전달 유체가 순환되는 회로에 의해 연결될 수 있게 하는, 평판 튜브에 있어서, 상기 회로는, 이 회로 내에 위치되고 그리고 상기 평판 튜브의 재료와 30㎷ 이상의 전위차를 생성하는 재료로 제조된 적어도 하나의 금속 인서트를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 평판 튜브는, 프레싱된 금속 시트로부터 제조되고 그리고 서로 조립되는 2개의 교환 플레이트의 조립체에 의해 형성되어 있으며, 각 교환 플레이트의 프레싱된 측면은 서로 대면한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 인서트는 비례적으로 0.7% 내지 1.5%의 아연을 함유하는 금속 합금으로 제조된다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 적어도 하나의 교환 플레이트는 3000 시리즈 알루미늄 합금으로 제조되며, 상기 인서트는 6815 또는 6807 알루미늄 합금으로 제조된다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 적어도 하나의 평판 튜브를 포함하는 차지 에어 열 교환기에 관한 것이다.
본 발명의 추가 특징 및 장점은 예시 및 비제한 실시예의 방식으로 제공된 하기의 설명을 읽으면 보다 명확해질 것이다.
도 1은 교환 플레이트의 개략적인 설명도이다.
도 2는 본 발명에 따른 평판 튜브의 단면의 개략적인 설명도이다.
각종 도면에서, 동일한 구성요소는 유사한 도면부호로 표시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 열 교환기의 평판 튜브용 교환 플레이트(1)는 프레싱된 금속 시트로 제조될 수 있다. 교환 플레이트는 유체 유입구(3a) 및 유체 유출구(3b)를 포함한다. 교환 플레이트(1)의 프레싱은 유동 회로를 형성하는 리브(7)를 갖는 캐비티를 형성하며, 상기 유동 회로는 유체가 유체 유입구(3a)와 유체 유출구(3b) 사이에서 유동하게 한다.
리브(7)는 유체 유입구(3a)와 유체 유출구(3b) 사이에서의 제 1 열 전달 유체의 순환을 위한 경로의 유동 회로를 제공한다. 이러한 순환 경로는 만곡형 부분(9)에 의해 연결된 적어도 2개의 직선형 패스(5)를 포함한다. 이러한 순환 경로는 유동 회로의 길이를 증가시키며, 그에 따라 제 1 열 전달 유체가 순환 경로 내에서 유동하는 시간을 증가시키며, 이에 의해 교환 플레이트(1)의 반대 면에서 순환하는 제 2 유체에 대해서 열의 전달이 이뤄질 수 있는 시간의 길이를 증가시킨다. 제 1 열 전달 유체의 이러한 유동을 촉진시키기 위해서, 리브(7)는 둥근 단부(11)를 갖고 있다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 플레이트(1)는 4개의 상호 평행한 패스(5)와, 상기 패스(5) 사이를 연결시키는 3개의 만곡형 부분(9)을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 만곡형 부분(9)은 돌출부(91)를 구비할 수 있다. 이들 돌출부(91)는 예를 들어 프레싱에 의해 제조된 적어도 하나의 열 교환 플레이트(1)의 일체형 부분으로서 형성될 수 있거나, 선택적으로 이들 돌출부는 본 기술 분야에 숙련된 자들에게 공지된 모든 수단을 이용하여 적어도 하나의 만곡형 부분(9) 내측에 부착 및 고정된 요소들일 수 있다.
평판 튜브(100)는 일반적으로 2개의 교환 플레이트(1)를 서로 조립함으로써 제조되며, 회로의 패스(5) 및 만곡형 부분(9)과 2개의 교환 플레이트(1) 각각의 리브(7)는 서로 대면하여, 상기 평판 튜브(100)의 순환 경로를 형성한다. 교환 플레이트(1)는 예를 들면 납땜을 이용하여 액밀 방식으로 조립되어, 평판 튜브(100)를 따라 통과하는 열 교환 유체의 모든 누설을 회피한다. 이러한 평판 튜브(100)는 상대적으로 얇으며, 그 순환 경로는 1㎜ 내지 3㎜의 높이를 갖고 있다.
평판 튜브(100)를 구현하는 다른 방법은 교환 플레이트(1)의 주변부 상에 그리고 리브(7) 상에 안착하여 유동 회로를 커버하는 평판 플레이트로 교환 플레이트(1)를 조립하는 것일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 평판 튜브(100)의 내측에서, 회로는, 제 1 열 전달 유체의 순환을 동요시켜서 와류를 생성하도록 그리고 제 1 열 전달 유체와의 접촉 영역을 증가시키고 그에 따라 상기 제 1 유체와 평판 튜브(100) 사이에서의 교환을 증가시키도록 구성된 적어도 하나의 인서트(51)를 포함한다.
적어도 하나의 인서트(51)는 평판 튜브(100)의 재료와 30㎷ 이상의 전위차를 생성하는 금속성 재료로 제조된다. 이러한 전위차는 상기 인서트가 평판 튜브(100)의 재료보다 우선적으로 부식되는 희생적 애노드(sacrificial anode)가 되게 하며, 이에 의해 평판 튜브는 장시간에 걸쳐서 부식에 견딜 수 있는 보다 우수한 능력을 성취한다.
인서트(51)가 효율적인 희생적 애노드가 될 수 있도록, 상기 인서트는 비례적으로 0.7% 내지 1.5%의 아연을 함유하는 금속성 합금으로 제조될 수 있다.
따라서, 예를 들면 3003 또는 3916 알루미늄 합금과 같은 3000 시리즈 알루미늄 합금으로 제조된 교환 플레이트(1)로 제조되고 그리고 최적의 비율로 아연을 함유하는 6815 또는 6807 알루미늄 합금으로 제조된 인서트를 포함하는 평판 튜브(100)를 구성하는 것이 가능하다.
인서트(51)는 제 1 열 전달 유체의 유동의 방향에 직각인 주름형 구성을 가질 수 있으며, 각각의 주름부의 단부는 평판형 튜브(100)의 벽과 접촉하고 있다. 또한, 인서트(51)는, 열 전달 유체가 평판 튜브(100)를 따라 순환되는 방향에 평행하게, 일련의 주름형 섹션을 구비할 수 있으며, 상기 주름형 섹션은 열 전달 유체가 순환하는 방향에 직각으로 서로 오프셋되어 있다. 따라서, 제 1 열 전달 유체는 각 섹션의 주름부 사이에서 통과되어, 유체와 평판 튜브(100)의 벽 사이의 접촉 및 교환을 위한 영역을 증가시키며, 유체가 하나의 주름형 섹션으로부터 다른 주름형 섹션까지 통과할 때, 제 1 열 전달 유체는 동요되며, 이에 의해 온도가 안정되게 하며, 평판 튜브(100)와의 보다 효율적인 열 교환을 보장한다.
물론, 상기 인서트(51)는, 접촉 영역의 증가를 허용하고 그리고 유체가 사각형 파형 형태, 지그 재그 또는 심지어 루버(louver)와 같이 안정되게 되는 것을 허용하는 다른 형상을 균등하게 구비할 수 있다.
또한, 평판 튜브(100)를 갖는 열 교환기는 그들의 유체 유입구(3a) 및 유체 유출구(3b)에서 함께 결합된 평판 튜브(100)의 적층체를 포함하며, 각각의 평탄 튜브(100)는 이격되어, 제 2 유체가 상기 평판 튜브(100) 사이를 통과할 수 있게 한다. 평판 튜브(100)는 유체 유입구(3a) 및 유체 유출구(3b)에서 함께 결합되어, 모든 평판 튜브(100)의 모든 유체 유입구를 함께 그룹화하는 유체 유입구 라이저와, 모든 평판 튜브(100)의 모든 유체 유출구를 함께 그룹화하는 유체 유출구 라이저를 형성한다. 평판 튜브(100)를 통해 순환하는 제 1 열 전달 유체와 상기 평판 튜브(100) 사이에서 통과되는 제 2 유체 사이에서의 열의 교환을 촉진시키기 위해서, 또한 평판 튜브(100)의 각 측면 상에, 2개의 평탄 튜브(100) 사이의 공간 내의 핀(fin)과 같은 교란기(perturbator)(102)를 추가하는 것이 가능하다.
평판 튜브(100)의 패스(5) 내의 인서트(51)에 의해서 부착형 부품을 사용함으로써 평판 튜브가 부드러운 벽을 갖게 하며, 그에 따라 예를 들면 2개의 평판 튜브(100) 사이의 공간 내로 교란기(102)를 용이하게 부착시키는 것을 가능하게 한다.
따라서, 평판 튜브(100)의 재료와 30㎷ 이상의 전위차를 생성하는 재료로 제조되고 그리고 희생적 애노드로서 작용하는 금속성 인서트(51)의 존재로 인해서, 본 발명에 따른 평판 튜브(100)는 특히 제 1 유체에 의한 부식과 같은 부식에 대해서 양호한 내부식성을 갖고 있으며, 그에 따라 보다 긴 수명을 갖고 있다.

Claims (5)

  1. 교환 플레이트(1)를 형성하도록 프레싱된 적어도 하나의 금속 시트로부터 제조된 차지 에어 열 교환기의 평판 튜브(100)로서, 상기 프레싱에 의해 유체 유입구(3a) 및 유체 유출구(3b)가, 열 전달 유체가 순환되는 회로에 의해 연결될 수 있게 하는, 평판 튜브(100)에 있어서,
    상기 회로는, 이 회로 내에 위치되고 그리고 상기 평판 튜브(100)의 재료와 30㎷ 이상의 전위차를 생성하는 재료로 제조된 복수의 금속 인서트(51)를 포함하고,
    상기 복수의 금속 인서트(51) 각각은 상기 열 전달 유체의 유동 방향에 수직으로 연장하는 주름을 가지는 주름형 섹션을 포함하고, 복수의 상기 주름형 섹션은 상기 열 전달 유체의 유동 방향에 수직인 방향으로 서로 오프셋되도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    평판 튜브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평판 튜브는, 프레싱된 금속 시트로부터 제조되고 그리고 서로 조립되는 2개의 교환 플레이트(1)의 조립체에 의해 형성되어 있으며, 각 교환 플레이트(1)의 프레싱된 측면은 서로 대면하는 것을 특징으로 하는
    평판 튜브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 인서트(51)는 비례적으로 0.7% 내지 1.5%의 아연을 함유하는 금속 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는
    평판 튜브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 교환 플레이트(1)는 3000 시리즈 알루미늄 합금으로 제조되며,
    상기 인서트(51)는 6815 또는 6807 알루미늄 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는
    평판 튜브.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 적어도 하나의 평판 튜브(100)를 포함하는
    차지 에어 열 교환기.
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