KR102216177B1 - 차량용 열교환기 - Google Patents

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Abstract

냉각수와의 열교환을 통해 냉매를 냉각시켜 응축시키는 차량용 열교환기는 상기 냉각수와 상기 냉매가 서로 분리된 상태로 흐르면서 열교환이 이루어지도록 구성되며 복수의 제1 열교환 플레이트가 적층되어 형성되는 응축부, 상기 응축부를 통과한 상기 냉매에서 기상 성분을 분리하는 기액 분리기, 상기 응축부를 통과한 상기 냉각수와 상기 기액 분리기를 통과한 냉매가 서로 분리된 상태로 흐르면서 열교환이 이루어지도록 구성되며 복수의 제2 열교환 플레이트가 적층되어 형성되는 과냉각부, 그리고 상기 응축부와 상기 과냉각부 사이에 개재되며 상기 냉각수가 상기 응축부로부터 상기 과냉각부로 흐르도록 허용하는 냉각수 통로와 상기 냉매가 상기 응축부로부터 상기 기액 분리기를 경유하여 상기 과냉각부로 흐르도록 허용하는 냉매 통로를 형성하는 연결부를 포함한다. 상기 연결부는 상기 응축부에 밀착되도록 배치되는 제1 중간 플레이트, 상기 과냉각부에 밀착되도록 배치되는 제2 중간 플레이트, 그리고 상기 제1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트의 적층 방향으로 상기 1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트의 서로 마주하는 면을 지지하는 지지 고정체를 포함한다.

Description

차량용 열교환기{Heat exchanger for vehicles}
본 발명은 차량용 열교환기에 관한 것이다.
기존에 많이 사용되고 있는 공랭식 자동차의 열교환기를 대체하는 수랭식 열교환기가 개발되었다. 수랭식 열교환기는 외기에 의해 냉각된 냉각수를 이용하여 열교환을 통해 냉매의 응축이 이루어지도록 구성된다. 기존의 수랭식 열교환기는 냉각수와 냉매 사이의 1차 열교환이 이루어지는 응축부, 응축부를 통과한 냉매에서 기상과 액상을 분리하는 기액 분리기, 응축부를 통과한 냉각수와 기액 분리기를 통과한 냉매 사이의 2차 열교환이 이루어지는 과냉각부, 그리고 응축부, 기액 분리기, 과냉각부를 연결하여 냉각수와 냉매의 유로를 형성하는 연결부를 포함한다.
이러한 기존의 수랭식 열교환기는 응축부, 연결부, 및 과냉각부가 여러 개의 알루미늄 플레이트가 적층된 구조를 가지며, 다수의 알루미늄 플레이트와 부품들을 적층한 후 적층방향으로 압축력을 가한 상태로 지그에 조립하여 브레이징하여 제조된다. 이때 연결부를 구성하는 두 개의 중간 플레이트 사이에 압축력을 고르게 분포시키기 위해 복잡한 구조의 지그를 사용하여야 하며, 이로 인해 조립 공정 및 분리 공정에 어려움이 야기되었다.
등록특허공보 10-1909655 (등록일자: 2018년10월12일) 등록특허공보 10-1909658 (등록일자: 2018년10월12일)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연결부를 구성하는 두 개의 중간 플레이트 사이의 압축력을 고르게 분산할 수 있는 구조를 가지는 차량용 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수와의 열교환을 통해 냉매를 냉각시켜 응축시키는 차량용 열교환기는 상기 냉각수와 상기 냉매가 서로 분리된 상태로 흐르면서 열교환이 이루어지도록 구성되며 복수의 제1 열교환 플레이트가 적층되어 형성되는 응축부, 상기 응축부를 통과한 상기 냉매에서 기상 성분을 분리하는 기액 분리기, 상기 응축부를 통과한 상기 냉각수와 상기 기액 분리기를 통과한 냉매가 서로 분리된 상태로 흐르면서 열교환이 이루어지도록 구성되며 복수의 제2 열교환 플레이트가 적층되어 형성되는 과냉각부, 그리고 상기 응축부와 상기 과냉각부 사이에 개재되며 상기 냉각수가 상기 응축부로부터 상기 과냉각부로 흐르도록 허용하는 냉각수 통로와 상기 냉매가 상기 응축부로부터 상기 기액 분리기를 경유하여 상기 과냉각부로 흐르도록 허용하는 냉매 통로를 형성하는 연결부를 포함한다. 상기 연결부는 상기 응축부에 밀착되도록 배치되는 제1 중간 플레이트, 상기 과냉각부에 밀착되도록 배치되는 제2 중간 플레이트, 그리고 상기 제1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트의 적층 방향으로 상기 1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트의 서로 마주하는 면을 지지하는 지지 고정체를 포함한다.
상기 지지 고정체는 상기 제1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트에 교대로 접촉하는 코러게이션(corrugation) 구조를 가질 수 있다.
상기 연결부는 상기 제1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트 사이에 개재되며 상기 응축부와 상기 과냉각부 사이의 냉각수 통로를 형성하는 냉각수 통로 부재, 그리고 상기 제1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트 사이에 개재되며 상기 응축부와 상기 기액 분리기 사이 및 상기 기액 분리기와 상기 과냉각부 사이의 냉매 통로를 형성하는 냉매 통로 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 제1 중간 플레이트와 제2 중간 플레이트가 지지 고정체에 의해 적층방향으로 지지되는 상태로 조립되기 때문에, 조립 공정이 간단해질 뿐만 아니라 조립된 열교환기의 안정적인 성능이 확보될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 배면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기의 분해 사시도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 열교환기는 냉각수를 이용하여 냉매를 냉각하는 수랭식 열교환기이다. 차량용 열교환기는 냉각수와 냉매 사이의 열교환을 통해 고온고압의 냉매를 중온고압의 냉매로 응축할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 냉각수와 냉매 사이의 열교환이 이루어지는 응축부(10)와 과냉각부(30)가 구비되며, 기액 분리기(20)는 응축부(10)에서 1차로 냉각된 냉매에서 기상 성분을 분리한다. 연결부(40)는 응축부(10), 기액 분리기(20), 과냉각부(30) 사이의 냉각수 통로와 냉매 통로를 형성한다.
응축부(10)는 복수의 열교환 플레이트(11)가 적층되어 형성될 수 있으며, 가장 외측에 배치된 열교환 플레이트(11)의 외측에 커버 플레이트(12)가 배치될 수 있다. 냉각수와 냉매가 응축부(10)로 각각 유입되어 배출되며, 냉각수와 냉매가 응축부(10)를 흐르는 과정에서 양자 사이의 열교환이 이루어진다. 구체적으로, 냉각수는 커버 플레이트(12)에 구비된 냉각수 유입구(121)를 통해 응축부(10)로 유입되어 열교환 플레이트(11) 사이의 정해진 공간을 채우면서 흐른 후 연결부(40)로 배출된다. 한편, 냉매는 커버 플레이트(12)에 구비된 냉매 유입구(122)를 통해 유입되어 열교환 플레이트(11) 사이의 정해진 공간을 채우면서 흐른 후 연결부(40)로 배출된다. 이때, 냉각수와 냉매는 서로 분리된 상태로 흐르면서 열교환이 이루어지도록 구성된다. 적층되는 복수의 열교환 플레이트(11) 사이에 분리된 복수의 공간이 형성되며, 이들 복수의 공간에 냉각수와 냉매가 교대로 채워져 열교환이 이루어진다.
도 4를 참조하면, 열교환 플레이트(11)는 냉각수의 이동을 위한 냉각수 이동 구멍(111)과 냉매의 이동을 위한 냉매 이동 구멍(112)을 구비할 수 있다. 냉각수 이동 구멍(111)과 냉매 이동 구멍(112)은 열교환 플레이트(11)의 상단부와 하단부에 각각 하나씩 구비될 수 있다. 냉각수 유입구(121)는 냉각수 이동 구멍(111)에 대응하는 위치에 형성될 수 있으며, 냉각수는 열교환 플레이트(11) 사이의 냉각수 공간을 채운 후 냉각수 이동 구멍(111)을 통해 이동한다. 냉매 유입구(122)는 커버 플레이트(12)의 하단 부분에 구비될 수 있으며, 냉매는 냉매 유입구(122)로 유입되어 열교환 플레이트(11) 사이의 냉매 공간을 채운 후 냉매 이동 구멍(112)을 통해 이동한다.
응축부(10)를 통과한 냉각수는 연결부(40)를 경유하여 과냉각부(30)로 유입되고, 응축부(10)를 통과한 냉매는 연결부(40)를 경유하여 기액 분리기(20)로 공급된다. 기액 분리기(20)는 응축부(10)를 통과한 냉매에서 기상 성분을 분리하며, 기액 분리기(20)를 통과한 냉매는 연결부(40)를 경유하여 과냉각부(30)로 공급된다.
과냉각부(30)는 복수의 열교환 플레이트(31)가 적층되어 형성될 수 있으며, 가장 외측에 배치된 열교환 플레이트(31)의 외측에 커버 플레이트(32)가 배치될 수 있다. 냉각수와 냉매가 과냉각부(30)로 각각 유입되어 배출되며, 냉각수와 냉매가 과냉각부(10)를 흐르는 과정에서 양자 사이의 열교환이 이루어진다. 열교환 플레이트(31)는 연결부(40)로부터 공급된 냉각수의 이동을 위한 냉각수 이동 구멍(311)과 연결부(40)로부터 공급된 냉매의 이동을 위한 냉매 이동 구멍(312)을 구비할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각수 이동 구멍(311)은 열교환 플레이트(31)의 상단 부분과 하단 부분에 각각 구비될 수 있으며, 냉매 이동 구멍(312)도 열교환 플레이트(31)의 상단 부분과 하단 부분에 각각 구비될 수 있다. 연결부(40)로부터 공급되는 냉각수는 열교환 플레이트(31) 사이의 정해진 냉각수 공간을 채우면서 냉각수 이동 구멍(311)을 통해 이동한 후 커버 플레이트(32)에 구비된 냉각수 배출구(322)로 배출된다. 연결부(40)로부터 공급되는 냉매는 열교환 플레이트(31) 사이의 정해진 냉매 공간을 채우면서 냉매 이동 구멍(312)을 통해 이동한 후 커버 플레이트(32)에 구비된 냉매 배출구(321)를 통해 배출된다. 이때, 냉각수와 냉매는 서로 분리된 상태로 흐르면서 열교환이 이루어지도록 구성된다. 적층되는 복수의 열교환 플레이트(31) 사이에 분리된 복수의 공간이 형성되며, 이들 복수의 공간에 냉각수와 냉매가 교대로 채워져 열교환이 이루어진다. 과냉각부(30)에서 냉각수와 냉매 사이의 2차 열교환이 이루어진다.
연결부(40)는 응축부(10)와 과냉각부(30) 사이에 개재된다. 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 응축부(10)와 과냉각부(30)는 다수의 플레이트가 적층되는 구조를 가지며, 연결부(40) 역시 플레이트 구조로 응축부(10)와 과냉각부(30) 사이에 배치된다. 연결부(40)는 냉각수가 응축부(10)로부터 과냉각부(40)로 흐르도록 허용하는 냉각수 통로, 그리고 냉매가 응축부(10)로부터 기액 분리기(20)를 경유하여 과냉각부(30)로 흐르도록 하는 냉매 통로를 형성한다.
연결부(40)는 제1 중간 플레이트(41)와 제2 중간 플레이트(42)를 포함한다. 제1 중간 플레이트(41)는 응축부(10)에 밀착되고, 제2 중간 플레이트(42)는 과냉각부(30)에 밀착된다. 제1 중간 플레이트(41)와 제2 중간 플레이트(42)는 응축부(10)의 열교환 플레이트(11) 및 과냉각부(40)의 열교환 플레이트(41)와 대략 동일한 사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다.
지지 고정체(49)는 제1 중간 플레이트(41)와 제2 중간 플레이트(42)의 적층 방향으로 제1 중간 플레이트(41)와 제2 중간 플레이트(42)의 서로 마주하는 면을 지지한다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 지지 고정체(49)는 제1 중간 플레이트(41)와 제2 중간 플레이트(42)를 교대로 지지하는 코러게이션(corrugation) 구조를 가질 수 있다. 제1 중간 플레이트(41)와 제2 중간 플레이트(42)가 지지 고정체(49)에 의해 적층방향으로 지지되는 상태로 조립되기 때문에, 조립 공정이 간단해질 뿐만 아니라 조립된 열교환기의 안정적인 성능이 확보될 수 있다.
제1 중간 플레이트(41)는 냉각수가 흐르는 통로인 냉각수 구멍(411)을 구비할 수 있고, 제2 중간 플레이트(42)는 냉각수가 흐르는 통로인 냉각수 구멍(421)을 구비할 수 있다. 두 개의 냉각수 구멍(411, 421)은 서로 대응하는 위치에 형성되며, 통로를 구비하는 커넥터(43, 44)가 두 개의 냉각수 구멍(411, 421)을 연결할 수 있다. 이에 의해 냉각수가 응축부(10)에서 과냉각부(30)로 흐르도록 하는 냉각수 통로가 형성될 수 있다. 이때, 냉각수 구멍(411, 421)은 제1 중간 플레이트(41)와 제2 중간 플레이트(42)의 상단 부분과 하단 부분에 각각 형성될 수 있다.
냉매의 흐름을 위해, 제1 중간 플레이트(41)에는 냉매 유입 구멍(412)이 구비되고 제2 중간 플레이트(42)에는 냉매 배출 구멍(422)이 형성된다. 냉매가 냉매 유입 구멍(412)을 통해 연결부(40)로 유입되고 냉매 배출 구멍(422)을 통해 과냉각부(30)로 배출된다. 한편, 냉매 유입 구멍(412)을 통해 유입된 냉매를 기액 분리기(20)로 배출하기 위한 냉매 배출 통로를 형성하기 위한 제1 관 부재(45)가 구비될 수 있고, 기액 분리기(20)에서 리턴된 냉매를 냉매 배출 구멍(422)으로 안내하기 위한 냉매 리턴 통로를 형성하기 위한 제2 관 부재(46)가 구비될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 관 부재(45)와 제2 관 부재(46)는 두 개의 분리된 부분으로 조립된 후 브레이징에 의해 상호 결합될 수 있다. 한편, 제1 관 부재(45)에 기액 분리기(20)를 연결하는 냉매 배출 커넥터(47), 그리고 기액 분리기(20)와 제2 관 부재(46)를 연결하는 냉매 리턴 커넥터(48)가 구비될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10: 응축부
11: 열교환 플레이트
12: 커버 플레이트
121: 냉각수 유입구
122: 냉매 유입구
20: 기액 분리기
30: 과냉각부
31: 열교환 플레이트
32: 커버 플레이트
321: 냉매 배출구
322: 냉각수 배출구
40: 연결부
41: 제1 중간 플레이트
411: 냉각수 구멍
412: 냉매 유입 구멍
42: 제2 중간 플레이트
421: 냉각수 구멍
422: 냉매 배출 구멍
45, 46: 관 부재
47: 냉매 배출 커넥터
48: 냉매 리턴 커넥터
49: 지지 고정체

Claims (3)

  1. 냉각수와의 열교환을 통해 냉매를 냉각시켜 응축시키는 차량용 열교환기로서,
    상기 냉각수와 상기 냉매가 서로 분리된 상태로 흐르면서 열교환이 이루어지도록 구성되며 복수의 제1 열교환 플레이트가 적층되어 형성되는 응축부,
    상기 응축부를 통과한 상기 냉매에서 기상 성분을 분리하는 기액 분리기,
    상기 응축부를 통과한 상기 냉각수와 상기 기액 분리기를 통과한 냉매가 서로 분리된 상태로 흐르면서 열교환이 이루어지도록 구성되며 복수의 제2 열교환 플레이트가 적층되어 형성되는 과냉각부, 그리고
    상기 응축부와 상기 과냉각부 사이에 개재되며 상기 냉각수가 상기 응축부로부터 상기 과냉각부로 흐르도록 허용하는 냉각수 통로와 상기 냉매가 상기 응축부로부터 상기 기액 분리기를 경유하여 상기 과냉각부로 흐르도록 허용하는 냉매 통로를 형성하는 연결부
    를 포함하며,
    상기 연결부는
    상기 응축부에 밀착되도록 배치되는 제1 중간 플레이트,
    상기 과냉각부에 밀착되도록 배치되는 제2 중간 플레이트,
    상기 제1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트 사이에 개재되며 상기 응축부와 상기 과냉각부 사이의 냉각수 통로를 형성하는 냉각수 통로 부재,
    상기 제1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트 사이에 개재되며 상기 응축부와 상기 기액 분리기 사이 및 상기 기액 분리기와 상기 과냉각부 사이의 냉매 통로를 형성하는 냉매 통로 부재, 그리고
    상기 제1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트의 적층 방향으로 상기 제1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트의 서로 마주하는 면을 지지하는 지지 고정체를 포함하고,
    상기 지지 고정체는 상기 제1 중간 플레이트와 상기 제2 중간 플레이트에 교대로 접촉하는 코러게이션(corrugation) 구조를 갖는
    차량용 열교환기.
  2. 삭제
  3. 삭제
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