KR102038207B1 - 열교환기를 위한 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환기의 열교환 다발(100)을 위한 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)에 관한 것이고, 상기 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)는,
유밀 방식으로 서로 조립되도록 구성되는 2개의 순환 플레이트(3)로서, 이 순환 플레이트(3)는 적어도 하나의 덕트(31)를 형성하고, 제 1 열전달 유체가 순환 플레이트(3) 사이에서 흐르는, 상기 2개의 순환 플레이트(3)와,
공동(51)을 포함하고, 이 공동(51)을 폐쇄하고 상변화 물질을 위한 하우징을 형성하기 위해, 2개의 순환 플레이트(3) 중 하나의 외부면 상에 유밀 방식으로 조립될 수 있도록 구성되는 적어도 하나의 저장 플레이트(5)로서, 공동(51)이 저장 플레이트(5)의 외부면으로부터 돌출하고, 그에 따라 제 2 열전달 유체가 공동(51) 사이에서 순환할 수 있는, 상기 적어도 하나의 저장 플레이트(5)를 포함한다.

Description

열교환기를 위한 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브{TUBE WITH A RESERVOIR OF PHASE-CHANGE MATERIAL FOR A HEAT EXCHANGER}
본 발명은 열교환기의 열교환 다발을 위한 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브, 특히, 자동차 내의 열제어 분야에 있어서, 열교환기의 열교환 다발을 위한 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브에 관한 것이다.
열교환기는 일반적으로, 제 1 열전달 유체, 예를 들면, 공기조화 회로 증발기의 경우에는, 냉각 유체를 포함하는 플레이트로 형성된 복수의 튜브의 다발을 포함한다. 제 2 열전달 유체는 또한, 다발을 통과한다, 예를 들어, 차실을 위해 의도된 공기의 유동은 튜브를 휩쓸고, 이 유동의 표면적은 이 튜브 사이의 방해 요소 또는 중간 요소를 추가함으로써 증가되어, 열교환을 최적화시킨다.
제 1 열전달 유체를 순환하는데 사용된 다발의 튜브와 관련된 상변화 물질의 저장소를 갖는 이러한 열교환기를 제공하는 것이 알려져 있다. 공기조화 회로의 증발기의 경우에, 이러한 종류의 열교환기는 특히, 자동차의 짧은 정지(short stop) 동안에 엔진을 자동적으로 정지시키는 시스템이 마련된 자동차에 있어서, 특히, 자동차의 엔진이 정지되어, 냉각제 유체를 순환시키는 압축기를 더이상 구동하지 않을 때, 소정의 시간대(time period) 동안 자동차의 차실의 냉각을 유지하도록 할 수 있다. 엔진이 정지된 이러한 기간에, 상변화 물질은 공기를 냉각하기 위해 증발기를 통과하는 공기로부터 열에너지를 포착한다.
따라서, 특히 냉각제 유체를 순환시키기 위한 튜브의 세트를 포함하는 열교환 다발과, 튜브와 접촉하는 상변화 물질을 저장하는 저장소와, 특히, 튜브와 저온 저장소(cold storage reservoir) 사이에 형성된 돌출부 및 리세스에 의해, 튜브와 저온 저장소 사이에 제공되는 공기 통로를 포함하는 자동차 공기조화 회로 증발기가 알려져 있다. 이러한 종류의 열교환기에 있어서, 냉각제 유체가 순환하는 튜브와 상변화 물질의 저장소 사이의 열전달은, 한편으로는, 각각의 튜브의 큰 영역에 걸쳐서 연장되는 상기 돌출부 및 리세스의 존재에 의해서, 다른 한편으로는, 튜브로부터 저장소로의 열전달에 관련된 물질의 두께에 의해 저감된다. 사실상, 이러한 물질의 두께는 튜브의 벽과 저장소의 벽을 포함한다.
본 발명의 일 목적은, 적어도 부분적으로, 종래 기술의 문제점을 처리하는 것이고, 열교환기의 열교환 다발에서의 보다 효율적인 사용을 위해 개선되는 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브를 제안하는 것이다.
그러므로, 본 발명은 열교환기의 열교환 다발을 위한 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브에 관한 것이고, 상변화 물질의 저장소를 갖는 상기 튜브는,
유밀 방식(fluid tight fashion)으로 서로 조립되도록 구성되는 2개의 순환 플레이트로서, 이 순환 플레이트는 적어도 하나의 덕트를 형성하고, 제 1 열전달 유체가 순환 플레이트 사이에서 흐르는, 상기 2개의 순환 플레이트와,
공동을 포함하는 적어도 하나의 저장 플레이트로서, 이 저장 플레이트는 공동을 폐쇄하고 상변화 물질을 위한 하우징을 형성하기 위해, 2개의 순환 플레이트 중 하나의 외부면 상에 유밀 방식으로 조립될 수 있도록 구성되고, 공동이 저장 플레이트의 외부면으로부터 돌출하고, 그에 따라 제 2 열전달 유체가 공동 사이에서 순환할 수 있는, 상기 적어도 하나의 저장 플레이트를 포함한다.
따라서, 근소한 상이한 유형의 플레이트, 즉, 2개의 순환 플레이트 및 적어도 하나의 저장 플레이트가 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브를 제조하는데 사용된다. 이는 제조 비용의 절감을 가능하게 하는 이러한 2개의 유형의 플레이트에 대한 제조를 한정할 수 있게 한다. 게다가, 감소된 수의 유형의 플레이트가 조립을 단순화시킨다.
상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브의 추가의 이점은 제 1 열전달 유체와 상변화 물질 사이의 열에너지의 교환을 용이하게 하고 향상시키는 순환 플레이트와 직접 접촉하는 것이다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브는 제 2 열전달 유체와 접촉하는 외부면 중 하나 상에 단일의 저장 플레이트를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 튜브는 제 2 열전달 유체와 접촉하는 각각의 외부면 상에 상변화 물질의 저장소를 갖는 저장 플레이트를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브는 2개의 저장 플레이트의 돌출 공동을 충전하기 위한 공통의 오리피스를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 돌출 공동은 돔 형상이다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 돌출 공동은 저장 플레이트의 종축에 대해 "V"형 분포를 갖는다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 돌출 공동의 상부는 열교환 다발 내에서 이러한 상부와 대면하는 교환 튜브와 접촉하기 위해 편평하다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 순환 플레이트는 동일하다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 순환 플레이트 중 적어도 하나는 상변화 물질을 저장하기 위한 중공부를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 각 중공부는 다른 순환 플레이트와 접촉하여 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 중공부는 5점형(quincunx)으로 배치된다.
본 발명은 또한, 상술된 바와 같은 상변화 물질의 저장소를 갖는 적어도 하나의 튜브를 포함하는 열교환기를 위한 열교환 다발에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상술된 바와 같은 적어도 하나의 열교환 다발을 포함하는 열교환기에 관한 것이다.
본 발명의 다른 특징부 및 이점은 비한정 예시에 의해, 그리고 첨부 도면으로부터 주어진 이하의 설명을 읽음으로써 보다 확실하게 명백해질 것이다.
도 1은 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브의 개략적인 분해 사시도,
도 2는 조립 시에, 도 1로부터의 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브의 개략적인 사시도,
도 3은 일 특정 실시예에 따른 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브의 개략적인 사시도,
도 4는 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브의 일부분의 개략적인 단면도,
도 5는 다른 실시예에 따른 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브의 일부분의 개략적인 단면도,
도 6은 도 5의 실시예에 따른 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브의 개략적인 사시도,
도 7은 열교환 다발 내의 튜브의 조립체의 개략적인 사시도,
도 8은 열교환기 다발의 개략도.
다양한 도면에 있어서, 동일한 요소는 동일한 도면 부호를 갖는다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)는 2개의 순환 플레이트(3)와 적어도 하나의 저장 플레이트(5)를 포함한다.
2개의 순환 플레이트(3)는 유밀 방식으로 서로 조립되도록, 그리고 적어도 하나의 덕트(31)를 형성하도록 구성되고, 이러한 적어도 하나의 덕트(31) 내에서, 제 1 열전달 유체가 상기 순환 플레이트(3) 사이에서 순환한다. 2개의 순환 플레이트(3)는 바람직하게, 동일하고, "거울" 구조로 서로에 대해 배치되며, 이러한 "거울" 구조는 오직 한 유형의 순환 플레이트(3)를 제조할 수 있게 하므로, 제조 비용의 절감을 달성할 수 있게 한다.
이 부분을 위해, 이 부분을 위한 적어도 하나의 저장 플레이트(5)는 공동(51)을 포함하고, 공동(51)을 폐쇄하고 상변화 물질을 위한 하우징을 형성하기 위해, 2개의 순환 플레이트(3) 중 하나의 외부면에 유밀 방식으로 조립되도록 구성된다. 이러한 공동(51)은 저장 플레이트(5)의 외부면 상에 돌출되고, 그에 따라, 제 2 열전달 유체, 예를 들면 공기의 유동이 상기 공동(51) 사이에서 순환할 수 있다.
오직 2개의 상이한 유형의 플레이트, 즉, 2개의 순환 플레이트(3) 및 적어도 하나의 저장 플레이트(5)가 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)를 제조하는데 사용된다. 이러한 유형의 디자인은 이러한 종류의 저장 튜브를 이러한 2개의 유형의 플레이트로 제조를 제한할 수 있게 하여, 제조 비용의 절감을 발생시킨다. 게다가, 조립체는 이러한 적은 수의 유형의 플레이트에 의해 단순화된다.
상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)의 추가의 이점은, 상변화 물질이 순환 플레이트(3)와 직접 접촉하여, 제 1 열전달 유체와 상변화 물질 사이의 열에너지의 교환을 용이하게 하고 향상시킨다는 것이다.
도 1, 도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 순환 플레이트(3)는 바람직하게, 도면에 의해, 그리고 이 순환 플레이트(3)의 전체에 걸쳐서 균질 분포로 제조된 중공부(32)를 또한 포함할 수 있다. 순환 플레이트(3)는 저장 플레이트(5), 또는 파형 플레이트와 같이 제 2 열전달 유체와 열을 교환하기 위한 요소를 향해 배향되도록 의도된 외부면을 구비한다. 각 순환 플레이트(3)는 외부면에 대향하는 내부면을 구비하고, 이 내부면으로부터, 각 중공부(32)는 중공부의 상단부가 인접한 순환 플레이트(3)와 접촉하도록 연장된다. 하나의 바람직하지만 비한정 실시예에 따르면, 중공부(32)는 5점형으로 순환 플레이트(3) 상에 분포된다. 이러한 종류의 분포 때문에, 각 중공부(32)의 내부면은 덕트(31)에 의해 한정된 제 1 유체의 유로 내에 있고, 외부면은 상변화 물질의 국부적인 저장부를 형성할 수 있고, 이에 의해 상변화 물질과 열교환을 향상시킨다.
순환 플레이트(3)의 외부면이 중공부(32)를 포함하기 때문에, 중공부(32)는 상변화 물질의 상보적인 저장부(complementary reserve)를 형성하고, 그에 따라 소정의 전체 크기에 대해서, 이러한 종류의 중공부(32)를 포함하는 상변화 물질의 저장소(5)를 갖는 튜브는 보다 대량의 상변화 물질의 저장을 가능하게 한다. 이것의 효과는 상변화 물질이 제 2 유체와 열에너지를 교환하기 위한 시간을 증가시키는 것이다.
게다가, 중공부(32)가 인접한 순환 플레이트(3)와 추가의 연결부를 형성하는 것을 고려하면, 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)의 기계적 강도는 향상된다. 따라서, 상변화 물질 저장소를 갖는 이러한 유형의 튜브(1)는, 압력이 대략 15 바아(bar)의 공칭값(norminal value)을 갖는 냉각 유체를 수용하도록 조정되는 증발기의 유형의 열교환기 내에서 사용될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)는 제 2 열전달 유체와 접촉하는 외부면 중 하나 상에 단일의 저장 플레이트(5)를 포함한다. 외부면 중 다른 하나는 제 2 열전달 유체와의 열의 교환을 위한 파형 플레이트와 접촉하여 있고, 이러한 유형의 파형 플레이트는 때때로, 분리기 또는 핀으로 불려진다.
변형 실시예에 따르면, 튜브(1)는 그럼에도 불구하고, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 열전달 유체와 접촉하는 각각의 외부면 상의 상변화 물질의 저장소를 갖는 저장 플레이트(5)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서 돌출 공동(51)의 충전을 용이하게 하기 위해서, 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)는 2개의 저장 플레이트(5)의 돌출 공동(51)에 공통된 필러 오리피스(filler orifice)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 제 1 실시예에 따르면, 돌출 공동(51)은 돔 형상이다. 이러한 돔은 특히 5점형으로 배치되고, 그에 따라 제 2 열전달 유체는 그들 사이에서 순환할 수 있다.
도 5에 도시된 제 2 실시예에 따르면, 돌출 공동(51)은 오블롱(oblong) 형상을 갖는다. 그 다음에, 돌출 공동(51)은 도 6에 도시된 바와 같이 저장 플레이트(5)의 종축(A)에 대해 "V"형 구조로 분포된다. 이러한 형상 및 이러한 특정 분포는 돔 형상보다 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)가 보다 대량의 상변화 물질을 포함할 수 있게 하고, 제 2 열전달 유체가 돌출 공동(51) 사이를 통과할 때, 이 제 2 열전달 유체의 열 손실을 제한할 수 있게 한다.
제 1 또는 제 2 실시예에 있어서, 돌출 공동(51)은 원통형 및 다각형, 예를 들면, 대략 사다리꼴 섹션의 편평 상부(55)를 구비한다.
이러한 종류의 상부(55)는 도 7에 도시된 바와 같이, 열교환 다발(100) 내측의 대면 교환 튜브(30)와 접촉하도록 의도된다.
교환 튜브(30)는 마이크로채널을 포함하는 튜브일 수도 있고, 이러한 유형의 튜브는 편평 플레이트 및 파형 플레이트의 중첩에 의해 획득되고, 파형 플레이트는 때때로 내부 분리기로 불리고, 상기 파형 플레이트는 그 다음에, 마이크로채널을 형성하도록, 2개의 인접한 편평 플레이트 사이에 배치된다.
변형 실시예에 따르면, 교환 튜브(30)는 특히, 상술된 바와 같이 유밀 방식으로 서로 조립된 2개의 순환 플레이트(3)로 구성될 수 있다.
도 8은 최종적으로 열교환기를 형성하기 위해, 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)를 포함하는 열교환 다발(100)을 도시한다. 여기서, 열교환 다발(100)은 전체 길이에 걸쳐서 분포된 상변화 물질의 저장소를 갖는 3개의 튜브(1)를 포함한다. 상변화 물질의 저장소를 갖는 3개의 튜브(1) 중 2개는 제 2 열전달 유체와 접촉하는 각각의 외부면 상에 저장 플레이트(5)를 포함한다. 이 부분을 위해, 상변화 물질의 저장소를 갖는 3개의 튜브(1)는 제 2 열전달 유체와 접촉하는 외부면 중 하나 상에 오직 하나의 저장 플레이트(5)를 포함한다. 열교환 다발(100) 내에 존재하는 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1) 및 저장 플레이트(5)의 총 개수는 그들의 크기 및 길이의 함수이다. 제 1 열전달 유체가 더이상 열교환 다발(100) 내에서 순환하지 않더라도, 예를 들면, 압축기가 정지되면, 상기 다발이 길어질수록, 제 2 열전달 유체를 지속적으로 냉각하기 위해, 그 개수가 늘어난다.
그러므로, 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)가 2개의 순환 플레이트(3)와 적어도 하나의 저장 플레이트(5)로 구성되어 있기 때문에, 비교적 저가로 단순 제작 및 조립을 할 수 있게 한다는 것이 명확하다. 게다가, 상변화 물질은 제 1 열전달 유체와 상변화 물질 사이의 열에너지의 교환을 용이하게 하고 향상시키는 순환 플레이트(3)와 직접 접촉된다.

Claims (13)

  1. 열교환기의 열교환 다발(100)을 위한 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)에 있어서,
    유밀 방식으로 서로 조립되도록 구성되는 2개의 순환 플레이트(3)로서, 상기 순환 플레이트(3)는 적어도 하나의 덕트(31)를 형성하고, 제 1 열전달 유체가 상기 순환 플레이트(3) 사이에서 흐르는, 상기 2개의 순환 플레이트(3)와,
    공동(51)을 포함하는 적어도 하나의 저장 플레이트(5)로서, 상기 저장 플레이트(5)는 상기 공동(51)을 폐쇄하고 상기 상변화 물질을 위한 하우징을 형성하기 위해, 상기 2개의 순환 플레이트(3) 중 하나의 외부면 상에 유밀 방식으로 조립될 수 있도록 구성되고, 상기 공동(51)이 상기 저장 플레이트(5)의 외부면으로부터 돌출하고, 그에 따라 제 2 열전달 유체가 상기 공동(51) 사이에서 순환할 수 있는, 상기 적어도 하나의 저장 플레이트(5)를 포함하고,
    상기 2개의 순환 플레이트(3)는 서로 동일하며, 상기 순환 플레이트(3) 중 적어도 하나는 상기 저장 플레이트(5)와 상기 순환 플레이트(3) 사이에 제공된 상변화 물질의 일부를 저장하기 위한 중공부(32)를 포함하며,
    상기 저장 플레이트(5)의 두 개의 인접한 공동(51) 사이의 부분은 상기 저장 플레이트(5)가 조립되는 순환 플레이트(3)의 외부면으로부터 이격되어 있어, 상기 저장 플레이트(5)의 상기 부분과 상기 순환 플레이트(3) 사이에 상기 상변화 물질이 저장되는 것을 특징으로 하는
    상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 열전달 유체와 접촉하는 상기 튜브의 외부면 중 하나 상에 단일의 저장 플레이트(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 열전달 유체와 접촉하는 상기 튜브의 각각의 외부면 상에 상변화 물질의 저장소를 갖는 저장 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는
    상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브(1)는 상기 2개의 저장 플레이트(5)의 돌출 공동(51)을 충전하기 위한 공통의 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는
    상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출 공동(51)은 돔 형상인 것을 특징으로 하는
    상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출 공동(51)은 상기 저장 플레이트(5)의 종축(A)에 대해 "V"형 분포를 갖는 것을 특징으로 하는
    상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 돌출 공동(51)의 상부(55)는 상기 열교환 다발(100) 내에서 상기 상부(55)와 대면하는 교환 튜브(30)와 접촉하도록 편평한 것을 특징으로 하는
    상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    각 중공부(32)는 다른 순환 플레이트(3)와 접촉하여 있는 것을 특징으로 하는
    상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공부(32)는 5점형으로 배치되는 것을 특징으로 하는
    상변화 물질의 저장소를 갖는 튜브.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 상변화 물질의 저장소를 갖는 적어도 하나의 튜브(1)를 포함하는
    열교환기를 위한 열교환 다발(100).
  13. 제 12 항에 기재된 적어도 하나의 열교환 다발(100)을 포함하는
    열교환기.
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