KR101954545B1 - 배플을 구비하는 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환기(1)에 관한 것이고, 이 열교환기(1)는,
평행하게 스택된 튜브(2)와,
튜브(2)가 내측에 수용되는 하우징(3)으로서, 튜브(2)는, 튜브(2) 사이의 단면 유동 영역(4)과, 튜브와 하우징(3) 사이의 단면 유동 영역(5)으로 구성된 냉각재 통과 채널을 형성하기 위해 서로 이격되고, 상기 단면 유동 영역(4)은 스택 방향으로 서로 인접한, 상기 하우징(3)과,
종방향에 수직인 평면 내에 위치되는 2개의 일체형 박판체(6, 7)인 냉각재용 배플(6, 7)을 포함하고, 이러한 박판체는,
튜브와 하우징(3) 사이의 단면 유동 영역(5)을 부분적으로 가로막을 수 있는 제 1 섹션(8)과,
상기 제 1 섹션(8)으로부터 그에 대해 직각으로 연장되고, 스택 방향으로 서로 인접한 튜브(2) 사이의 단면 유동 영역(4)을 가로막을 수 있는 연장부(9)를 각각 구비하도록 절결된다.

Description

배플을 구비하는 열교환기{HEAT EXCHANGER HAVING A BAFFLE}
본 발명은 냉각 유체와 냉각된 유체 사이의 최적의 열교환을 획득하기 위해, 냉각 유동을 안내하는 하나 이상의 배플이 제공된 열교환기에 관한 것이다.
자동차 분야에서 이미 알려져 있는 열교환기는,
스택(stack)으로 배열되고, 종방향으로 규정되는 직사각형 단면의 병렬 튜브의 적어도 하나의 열(column)과,
튜브가 내측에 수용되는 하우징으로서, 튜브는 냉각 유체의 통과를 위한 채널을 형성하기 위해 분리부를 갖고서, 이 튜브가 서로 조립되고 하우징과 조립된 상태로 유지되도록 하는 돌출부를 갖는 하우징의 상측부 및 하측부에 장착되는, 하우징을 포함하며,
이러한 채널은,
스택 방향으로 인접한 튜브 사이의 통로 섹션과,
튜브와 하우징 사이의 통로 섹션으로 이루어진다.
그 결과, 냉각 유체는 튜브의 외부면과 접촉하여, 상기 통로 섹션을 통과하도록 강제되고, 그에 따라 튜브의 내측을 따라 흐르는 냉각될 유체와 냉각 유체 사이에서 열의 교환이 발생한다.
보통, 공간 때문에, 튜브의 일단부를 거쳐서 들어가고, 타단부를 거쳐서 떠나는, 즉 열교환기를 통해 종방향으로 이동하는 냉각된 유체, 또는 상단부에서 열교환기의 전방을 거쳐서 들어가서 하단부를 거쳐서, 바람직하게 측부 상으로 떠나는 냉각 유체 중 어느 한쪽의 입구 및 출구를 어떻게 형성하는지에 대한 극히 소수의 선택지가 있다.
많은 방식으로 달라질 수 있는 이러한 구성은, 냉각 유체의 입구 및 출구로부터 멀리 떨어져 있고, 또한, 침체 구역(stagnation zone)으로 불리는 교환 구역, 특히 코너부가 유지되는 것이 가능하기 때문에, 2개의 유체 사이의 열 구배의 구성에 걸쳐서 오직 한정된 제어만을 제공하며, 냉각 유체의 유동은 낮아지고, 그 결과로서 냉각 효율이 위태로워진다.
침체 구역을 감소시키기 위해, 유동을 보다 효율적으로 형성할 목적으로, 통로 섹션 내에 위치되는 장애물을 구성하는, 냉각 유체를 편향시키는 배플의 사용이 알려져 있다.
그럼에도 불구하고, 튜브 및 배플을 조립하는 방법과 호환 가능한 임의의 다용도 해결책이 아직 존재하지 않는다.
이러한 갭을 채우기 위해,
스택으로 배열되고, 종방향을 규정하는 병렬 튜브(2)의 적어도 하나의 열과,
튜브(2)가 내측에 수용되는 하우징(3)으로서, 튜브(2)는 냉각 유체의 통과를 위한 채널을 형성하기 위해 서로 이격되는, 상기 하우징(3)과,
냉각 유체를 편향시키는 배플(6, 7)을 포함하고,
이러한 채널은,
스택의 방향으로 인접한 튜브(2) 사이의 통로 섹션(4)과,
튜브와 하우징(3) 사이의 통로 섹션(5)으로 이루어지는 열교환기(1)에 있어서,
상기 배플은 상기 종방향에 수직인 평면에 배열된 단일 피스의 적어도 2개의 박판체(lamellar body)(6, 7)이고, 이 박판체는,
상기 튜브와 상기 하우징(3) 사이의 통로 섹션(5)을 부분적으로 가로막을 수 있는 제 1 섹션(8)과,
상기 제 1 섹션(8)으로부터 그에 대해 직각으로 연장되고, 상기 스택의 방향으로 인접한 튜브(2) 사이의 통로 섹션(4)을 가로막을 수 있는 연장부(9)를 각각 구비하도록 절결되며,
각각의 상기 박판체(6, 7)의 연장부(9)의 길이는, 상기 박판체 중 하나의 박판체(6)의 연장부(9)가 상기 다른 박판체(7)의 연장부(9)와 중첩되어서, 각 박판체(6, 7)가 상기 튜브(2)에 대해 측방향으로 도입되고 상기 냉각 유체를 편향시키는 배플을 배플을 구성할 수 있도록 되어 있다.
어떤 것이 설명되는지를 용이하게 이해하기 위해, 개략적으로 그리고 단지 비한정 예로서, 본 발명에 따른 열교환기를 구현하는 하나의 실질적인 방식을 도시하는 도면이 첨부된다.
도 1은 본 발명에 따른 열교환기의 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 분해 사시도,
도 3은 정면도,
도 4 및 도 5는 배플 수단을 형성하는 개별 구성요소 중 하나의 측면도 및 정면도,
도 6은 튜브의 세트 및 2개의 쌍의 배플 구성요소의 분해 사시도.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 열교환기(1)에 관한 것이고, 이 열교환기(1)는,
스택으로 배열되고, 종방향을 규정하는 매우 바람직하게 직사각형 단면의 병렬 튜브(2)의 적어도 하나의 열과,
튜브(2)가 내측에 수용되는 하우징(3)으로서, 이 튜브(2)는 냉각 유체의 통과를 위한 채널을 형성하기 위해 서로 이격되는, 하우징(3)과,
냉각 유체를 편향시키는 배플(6, 7)을 포함하고,
이러한 채널은,
스택 방향으로 인접한 튜브(2) 사이의 통로 섹션(4)과,
튜브와 하우징(3) 사이의 통로 섹션(5)으로 이루어지며,
열교환기(1)는,
배플은 종방향에 수직인 평면에 배열된 단일 피스의 적어도 2개의 박판체(6, 7)이고, 이 박판체는,
- 튜브와 하우징(3) 사이의 통로 섹션(5)을 부분적으로 가로막을 수 있는 제 1 섹션(8)과,
- 이러한 제 1 섹션(8)과 수직으로 연장되고, 스택의 방향으로 인접하는 튜브(2) 사이의 통로 섹션(4)을 가로막을 수 있는 연장부(9)를 각각 구비하도록 절결되는 것을 특징으로 한다.
박판체(6, 7) 각각의 연장부(9)의 길이는, 박판체 중 하나의 박판체(6)의 연장부(9)가 다른 박판체(7)의 연장부(9)와 중첩되어서, 각 박판체(6, 7)가 튜브에 대해 측방향으로 도입되고 냉각 유체를 편향시키는 배플을 구성할 수 있도록 되어 있다.
그 결과, 즉, 배플은 빗 형상(comb-shape)이고, 튜브(2) 사이에 빗의 치형부를 안내함으로써 측부에 의해 조립되는 2개의 구성요소로 구성된다. 이러한 "빗"의 단부는 일 피스(one piece) 구성요소의 동등물을 구성하도록 겹쳐지게 된다.
조립이 병렬 조립과 대조적으로 측부로부터 수직으로, 즉, 종방향으로 안내되는 것에 의해 수행된다는 사실은, 배플을 형성하는 구성요소 상의 연결 돌출부와 대응하는 절결부(cutout)를 제공할 필요가 없도록 한다. 이러한 절결부는 많으므로, 냉각 유체용 통로의 바람직하지 않은 선택을 수반하게 된다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 튜브(2)의 상측부 및 하측부에는, 튜브(2)가 서로 조립되고 하우징(3)과 조립된 채로 유지되도록 하는 돌출부(2P)가 장착된다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 바람직한 실시예에 따르면, 열교환기는 스택으로 배열된 직사각형 단면의 병렬 튜브(2)의 2개의 인접한 열을 포함한다. 그런 경우에, 수평 방향으로 인접한 튜브 사이의 통로 섹션은 구성요소 또는 "빗"에 의해 플러깅되지 않지만, 이는 별로 중요하지 않은 부분이다.
각 박판체(6, 7)는, 연장부(9)에 평행하고 하우징(3)과 스택의 하측 또는 상측 튜브 사이의 냉각 유체용 통로 섹션을 가로막는 단말 섹션(10)을 포함한다. 이러한 단말 섹션(10)은 튜브에 배플을 고정하는데 공헌하기 위해, 상측(하측) 튜브의 상부면(하부면)에 납땜됨으로써 조립될 수 있다.
열교환기는 냉각 유체용 상부 전방 유입구(11) 및 냉각 유체용 측방향 후방 유출구(12)를 포함하고, 2개의 박판체(6, 7)는 냉각 유체용 상부 전방 유입구(11)의 바로 하류측에 있는 상부 부분을 통해 냉각 유체용 통로 섹션을 가로막도록 배치되고, 2개의 박판체(6', 7')는 냉각 유체용 측방향 후방 유출구(12)의 바로 상류측에 있는 하부 부분을 통해 냉각 유체용 통로 섹션을 가로막도록 배치된다.
2개의 쌍의 배플 구성요소가 획득되는 냉각 유체의 유동에 대한 전체적인 변경이 도 1에서 파악할 수 있다. 명백하게, 배플 구성요소의 임의의 조합이 소망된 유동 패턴을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
각각의 제 1 섹션(8)은 튜브와 접촉하도록 제 1 섹션(8)의 에지로부터 직각으로 연장되어, 튜브(2)에 측방향으로 고정되기 위한 플레이트를 구성하는 플랜지(13)를 포함한다.
마지막으로, 배플을 구성하는 구성요소는, 배플이 튜브 상에 위치되어 고정될 때, 하우징이 조립체 전체에 걸쳐서 미끄러져서 장착되기 때문에, 하우징을 위한 내부 조립체 돌출부(3P)가 통과하게 하도록 구성된 절결부(14)를 포함한다.
예를 들면, 도 1 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 각 경우에, 소망된 냉각 유체의 유동을 획득하기 위해, 구성요소의 쌍의 최적의 개수를 결정할 수 있더라도, 구성요소는 통로 섹션의 1/2 부분과 2/3 부분 사이를 커버한다.
본 발명의 하나의 구체적인 실시예가 참조되었지만, 본 명세서에서 설명된 열교환기는 수많은 방식으로 변경 및 변형될 수 있고, 설명된 모든 상세는 첨부된 특허청구범위에 의해 규정된 보호의 범위를 일탈하는 일 없이, 다른 기술적 동등물로 대체될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다.

Claims (8)

  1. 열교환기(1)로서,
    스택으로 배열되고, 종방향을 규정하는 병렬 튜브(2)의 적어도 하나의 열과,
    상기 튜브(2)가 내측에 수용되는 하우징(3)으로서, 상기 튜브(2)는 냉각 유체의 통과를 위한 채널을 형성하기 위해 서로 이격되는, 상기 하우징(3)과,
    상기 냉각 유체를 편향시키는 배플(6, 7)을 포함하고,
    상기 채널은,
    상기 스택의 방향으로 인접한 튜브(2) 사이의 통로 섹션(4)과,
    상기 튜브와 상기 하우징(3) 사이의 통로 섹션(5)으로 이루어지는, 상기 열교환기(1)에 있어서,
    상기 배플은 상기 종방향에 수직인 평면에 배열된 단일 피스의 적어도 2개의 박판체(6, 7)이고, 상기 박판체는,
    상기 튜브와 상기 하우징(3) 사이의 통로 섹션(5)을 부분적으로 가로막을 수 있는 제 1 섹션(8)과,
    상기 제 1 섹션(8)으로부터 그에 대해 직각으로 연장되고, 상기 스택의 방향으로 인접한 튜브(2) 사이의 통로 섹션(4)을 가로막을 수 있는 연장부(9)를 각각 구비하도록 절결되며,
    각각의 상기 박판체(6, 7)의 연장부(9)의 길이는, 상기 박판체 중 하나의 박판체(6)의 연장부(9)가 상기 다른 박판체(7)의 연장부(9)와 중첩되어서, 각 박판체(6, 7)가 상기 튜브(2)에 대해 측방향으로 도입되고 상기 냉각 유체를 편향시키는 배플을 구성할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브(2)의 상측부 및 하측부에는, 상기 튜브(2)가 서로 조립되고 상기 하우징(3)과 조립된 상태로 유지되도록 하는 돌출부(2P)가 장착되는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브는 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스택으로 배열된 직사각형 단면의 병렬 튜브(2)의 2개의 인접한 열을 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각 박판체(6, 7)는, 상기 연장부(9)에 평행하고 상기 하우징(3)과 상기 스택의 하부 튜브 또는 상부 튜브 사이의 냉각 유체용 통로 섹션을 가로막는 단말 섹션(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    각 박판체(6, 7)는, 상기 연장부(9)에 평행하고 상기 하우징(3)과 상기 스택의 하부 튜브 또는 상부 튜브 사이의 냉각 유체용 통로 섹션을 가로막는 단말 섹션(10)을 포함하고,
    상기 박판체(6, 7)의 단말 섹션(10)은 상기 하우징(3)의 돌출부(3P)와 협동할 수 있는 절결부(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    냉각 유체용 상부 전방 유입구(11) 및 냉각 유체용 측방향 후방 유출구(12)를 포함하고, 2개의 박판체(6, 7)는 상기 냉각 유체용 상부 전방 유입구(11)의 바로 하류측에 있는 상부 부분을 통해 상기 냉각 유체용 통로 섹션을 가로막도록 배치되고, 2개의 박판체(6', 7')는 상기 냉각 유체용 측방향 후방 유출구(12)의 바로 상류측에 있는 하부 부분을 통해 상기 냉각 유체용 통로 섹션을 가로막도록 배치되는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 상기 제 1 섹션(8)은 상기 튜브와 접촉하도록 상기 제 1 섹션(8)의 에지로부터 직각으로 연장되어, 상기 튜브(2)에 고정하기 위한 플레이트를 구성하는 플랜지(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
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