KR19990080930A - 적층형 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 특히 냉매흐름의 편류를 방지하고 냉매의 난류효과를 높여 전체적인 방열량을 증대시킬 수 있는 적층형 열교환기에 관한 것으로, 일단부에 형성된 유입 및 유출 탱크부, 상기 유입 및 유출탱크부의 하방으로 상당부분에 걸쳐 형성되고 타단부로부터 일정거리 이격됨으로써 두 개의 통로로 분할하는 격벽, 상기 격벽에 의해 분할되는 두 개의 통로를 연결하는 U턴부 및 저면으로부터 연장되어 돌출되는 다수의 비드를 갖는 각각의 플레이트 한 쌍을 대면접합하여 형성되는 다수의 플레이트튜브; 상기 다수의 플레이트튜브들 사이에 각각 개재되는 다수의 코루게이트핀;을 포함하며, 여기서 상기 비드들 각각은 타원형상으로서 그 장축이 플레이트 종방향에 대해 소정각도의 기울기 갖고, 상기 한 쌍의 플레이트 각각의 횡방향에 대해 소정각도록 기울어진 동일축상에 배열되는 비드들에 의해 형성되는 다수의 비드행을 갖으며, 상기 다수의 행에 형성되는 상기 다수의 비드들은 인접하는 비드행들 사이에서 서로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

적층형 열교환기

본 발명은 자동차용 공조장치의 냉각싸이클 등에 이용되고, 플레이트튜브와 핀이 교호하여 복수단으로 적층되며, 특히 플레이트튜브의 일측에 한쌍의 탱크부가 형성된 적층형 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 탱크부와 이 탱크부와 연통하는 통로가 형성된 플레이트튜브를 다수적층하고, 플레이트튜브 사이에 코루게이트핀을 개재함과 동시에 이웃하는 플레이트튜브를 탱크부에 접합하여 적층방향으로 연통시키고, 단부의 플레이트튜브에 엔드플레이트를 설치하도록 하는 적층형 열교환기는 잘 알려져 있다.

이러한 적층형 열교환기에 있어서, 플레이트는 열매체가 저장 및 분배되는 탱크부가 형성되며, 중앙에는 규칙적으로 돌설된 다수의 구형비드들이 규칙적으로 배열된 열교환부 및 하부에 열매체가 U턴하는 U턴부가 평판에 프레스가공에 의해 형성된다.

이와 같이 프레스 가공된 플레이트들을 한쌍씩 대면접합함으로써 플레이트튜브를 제조하게 되며, 이들에 의해 형성된 경로를 통해 열매체가 통과하면서 열교환을 하게 된다.

이와 같이 제조된 증발기는 폭이 70-100mm가 일반적으로, 중량감소, 소음저감 부가적인 전자장치 및 공기 정화필터등을 위한 공간확보라는 고객의 욕구를 만족시키기 위해 이보다 더 작은 폭을 갖는 고효율 박형의 증발기가 요구되고 있다.

일반적으로 더운공기와 열교환하여 찬공기를 승객에게 제공하는 증발기는 그 성능을 방열량으로 표시하며 이는 열전달율과 면적의 곱으로 표시된다. 열전달은 먼저 더운 공기와 핀에서 일어난다. 열을 흡수한 핀은 차가운 표면의 플레이트에 열을 전달하고 플레이트는 냉매에 열을 전달한다.

냉매가 증발하기 위해서는 많은 열을 흡수해야 하며 이때 외부공기로부터 전달된 열이 필요한 것이다.

열을 많이 전달하기 위해서는 큰 면적이 필요하며 따라서 주름형상으로 핀을 플레이트 사이에 교대로 적층하는 것이다.

이러한 방열량 증대를 위한 고효율 박형의 조건은 열교환면적을 넓힘과 동시에 열전달율을 높혀야 한다.

공기측의 열교환 면적을 넓게 하기 위해서는 핀의 높이를 낮추고 핀 밀도를 높이는 방법이 제시되고 있지만 핀 높이와 핀 밀도는 응축수 배수와 밀접한 관계를 갖기 때문에 어느 특정값 이상이나 이하에서는 오히려 방열성능을 저하시킨다.

따라서 열전달율을 높히기 위한 조건으로 플레이트에 형성된 비드의 형상위치 배열관계 또는 비드와 비드사이의 냉매유로 면적등을 고려한 방법들이 제시된 바 있으나, 이들은 매니폴드에서 각각의 플레이트로 냉매가 균일하게 분배되지 않고 플레이트내에서 냉매가 편류하거나 난류효과가 작아 방열량을 증대시키는데 한계가 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 특히 냉매흐름의 편류를 방지하고 냉매의 난류효과를 높여 전체적인 방열량을 증대시킬 수 있는 적층형 열교환기를 제공하는데 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 적층형 열교환기는 일단부에 형성된 유입 및 유출 탱크부, 상기 유입 및 유출탱크부의 하방으로 상당부분에 걸쳐 형성되고 타단부로부터 일정거리 이격됨으로써 두 개의 통로로 분할하는 격벽, 상기 격벽에 의해 분할되는 두 개의 통로를 연결하는 U턴부 및 저면으로부터 연장되어 돌출되는 다수의 비드를 갖는 각각의 플레이트 한 쌍을 대면접합하여 형성되는 다수의 플레이트튜브; 상기 다수의 플레이트튜브들 사이에 각각 개재되는 다수의 코루게이트핀;을 포함하며, 여기서 상기 비드들 각각은 타원형상으로서 그 장축이 플레이트 종방향에 대해 소정각도의 기울기 갖고, 상기 한 쌍의 플레이트 각각의 횡방향에 대해 소정각도록 기울어진 동일축상에 배열되는 비드들에 의해 형성되는 다수의 행을 갖으며, 상기 다수의 행에 형성되는 상기 다수의 비드들은 인접하는 행들 사이에서 서로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 적층형 열교환기를 나타내는 정면도.

도 2는 도 1의 평면도,

도 3은 플레이트를 보인 평면도,

도 4는 플레이트에 형성된 비드들의 배열관계를 보인 요부 확대 평면도,

도 5는 플레이트에 형성된 비드들의 배열관계를 설명하기 위한 설명도,

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 보인 플레이트의 평면도,

도 7은 본 발명의 다른 실시예로써 비드행에 형성된 비드들의 배열관계를 보인 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10;증발기 11;플레이트튜브

12;플레이트 19;유입부

20;유출부 21;소통구

22-25;비드 26;플랜지

27;격벽

도 1은 본 발명에 따른 열교환기 정면도이고, 도 2는 도 1의 평면도로써 증발기를 표시한 것이다.

본 발명의 증발기는(10)는 알루미늄 합금으로 된 다수의 플레이트튜브(11)를 포함하며 플레이트튜브(11) 각각은 한 쌍의 접시 형상의 플레이트(12)를 포함한다. 플레이트튜브(11)는 한 쌍의 플레이트(12)를 대면하여 브레이징으로 접합함으로써 이루어지며, 이로 인해 유입/유출 탱크부(13)가 플레이트튜브(11)의 한 단부(도면에서는 상단부)에 형성된다.

그리고 증발기(10)는 플레이트튜브(11)와 코루게이트 핀(14)을 교대로 적층함으로써 이루어진다. 유입공(15)과 유출공(16)은 각각 열교환기로 입출되는 냉매의 공급 및 방출을 위한 것이다. 도면중 부호 17은 엔드플레이트이며, 18은 사이드플레이트이다.

접시형상의 플레이트(12) 각각은 탱크부, 열교환부 및 U턴부로 구분되고 동일 평면상에 배치된다. 상기 탱크부는 유입부(19)와 유출부(20)로 나누어지며, 열교환기가 완성이 되었을 때 플레이트튜브(11)에 형성된 유입/유출 탱크부(13)들 각각의 유입부(19)와 유출부(20)는 소통구(21)를 통해 서로 소통이 된다.

열교환부는 탱크부에 연이어 플레이트(12)의 전면에 걸쳐 균일하게 형성이 된다. Y형상의 비드(23)는 플레이트의 기계적 강도를 높여준다. 열교환부의 함몰부(22) 상면에 돌설되는 비드(24)들은 탱크부를 통해 냉매가 입출되는 것을 안내하며 또한 플레이트의 기계적 강도를 증가시켜준다. 역시 열교환부의 함몰부(22)로부터 연장되어 제공되는 다수의 타원형 비드는 플레이트(12)를 프레스가공할 때 동시에 형성되고 대접하는 플레이트의 대향하는 부위에 형성된 비드들과 접합면을 형성함과 동시에 그 사이로 유로를 형성한다. 비드(23-25)들의 상부 표면은 편평한 상태를 유지함으로써 두 개의 플레이트(12)를 접합시 양호한 접합상태를 유지하도록 해준다.

플레이트(12)의 주변에는 플랜지(26)가 함몰부(22)로부터 연장되어 일정한 단차를 이루며 그 상면은 편평한 상태를 유지한다. 플레이트(12)의 중심위치에는 격벽(27)이 Y형상의 비드(23)로 부터 연장되어 플레이트(12)의 하방으로 연장되며 플레이트의 하단부로 부터 일정 거리만큼 이격되어 종료되고 상기 플랜지(26)와 동일면상에 형성되며 하단부에는 U턴부(C)가 형성되어 2장의 플레이트를 접합할 경우 U형상의 열매체 통로가 형성된다.

상기 비드(25)들은 도 3 내지 도 5와 같이 열교환부 및 U턴부 전체면에 일정한 크기 및 방향을 갖고 규칙적으로 배열됨으로써 열매체 유동저항 및 소음을 감소할 수 있다.

즉, 상기 비드(25)는 타원형상을 갖고 그 정점은 상기 플랜지(26)와 동일면상에 위치하며, 규칙적으로 행열을 이루고 있다. 실시예에 의하면 상기 비드(25)들 각각은 단축(A)이 1.0-3.5mm 범위내의 길이를 갖고 장축(B)은 3.0-8.0mm 범위내의 길이로 이루어진다. 단축의 길이가 1.0mm 이하일 경우에는 비드 성형이 어렵고 열매체의 난류효과가 감소하며, 3.5mm 이상일 경우에는 성능향상에 비해 열매체의 유동저항이 심화되므로, 바람직하게는 단축(A)이 2.0-2.5mm의 길이를 갖는게 좋다. 반대로 비드(25)의 장축(B)은 단축의 길이와 일정한 비율관계를 유지하는 것이 좋다.

예를 들면 단축(A)의 길이가 1.0mm일 경우에는 장축(B)의 길이는 3.0mm를 유지하고, 단축(A)의 길이가 3.0mm 일 경우에는 장축(B)의 길이는 7.0-8.0mm를 유지한다.

상기 비드(25)들의 집합체는 동일선상에 위치함으로써 비드행을 형성하게 되며, 이 비드행들은 이웃하는 비드행과 직교방향으로 배열되고, 각각의 비드들은 장축이 소정의 경사각으로 있다. 다시말해 이의 경사각은 플레이트의 종방향에 대해 대략 30-40°를 유지하고 있다.

또한 비드행과 비드행은 일정한 간격(C)으로 이격되어 있으며, 실시예에서는 4.0- 8.0mm의 간격으로 이루고 있다. 비드행간의 간격(C)이 8.0mm 이상일 경우에는 냉매의 난류화 저하에 따라 전열계수가 낮아지므로 바람직하지 못하며, 4.0mm 이하일 경우에는 비드와 비드가 너무 밀접해지므로 열매체의 유동저항이 증가하게 되므로, 바람직한 비드행간의 거리(C)는 5.8-6.0mm의 거리를 갖는 것이 좋다.

상술한 비드행의 간격(C)은 비드의 평단면 면적과 비례하여 간격을 산출하는 것이 바람직하며, 예를 들면 비드의 장단축 길이가 각각 7.0mm와 3.0mm의 사이즈를 유지할 경우 비드행의 간격(C)은 이와 비례하여 대략 6.0-7.0mm의 거리를 갖도록 하는 것이 좋다.

또한 어느 하나의 비드행에 있어서, 이웃하는 비드행을 형성하는 각각의 비드행은 선행하는 비드행을 형성하는 비드들의 통로 후방 저압존 사이에 위치하고 있으며, 선행하는 비드의 중심선과 후방에 위치한 비드의 중심선간의 거리(D)는 약 2.0-3.0mm 의 범위내에 위치하고 있다.

또한 동일선상에 위치한 비드들은 이웃하는 비드들과 일정하게 격간을 이루어 통로를 형성하고 있으며, 이들 비드들의 거리(E)는 4.0-10.0mm 의 범위를 갖는 것이 좋다. 비드간의 거리(E)가 4.0mm 이하일 경우에는 열매체의 유동저항이 증가하게 되며, 반대로 비드간의 거리(E)가 10.0mm 이상일 경우에는 열매체의 유동저항은 감소하나 열교환 효율이 감소하므로 비드간의 거리(E)는 7.0mm가 적정하다.

그리고 각각의 비드행은 열매체의 흐름방향에 대해 일정한 경사도(F)를 유지하고 있으며, 바람직하게는 비드행의 경사도(F)가 열매체의 흐름방향에 대해 약 30 -60°를 유지하도록 하는 것이 좋다. 이로인해 난류효과를 증대시켜 열매체의 편류를 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 보인 것으로, 실시예에서 설명한 비드와 관계하는 치수는 거의 동일하며 다만 비드행들의 방향 관계에서 실시예와 구분되고 있다. 즉, 본 발명은 각각의 비드행을 형성하는 비드들이 동일한 방향을 향해 배열되어 있으며, 비드들의 간격은 일정한 규칙에 의해 배열되어 있다. 그리고 타원형상으로 이루어진 비드들은 장축이 일정한 방향으로 경사각을 가지고 있으며, 이의 경사각은 중심선을 플레이트 종방향에 대해 대략 30-40°를 유지하고 있다. 각각의 비드들의 경사각이 실시예에 의한 경사각 범위를 벗어날 경우 일반적인 원형상의 비드들과 다를 바 없으며, 그로인한 열매체의 난류효과 증대를 기대할 수 없게 된다.

또한 본 발명은 도 7과 같이 비드행을 이루는 각각의 비드(25)들의 방향을 엇갈리게 배열할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 비드의 단면적과 비드와 비드사이의 냉매유로 면적을 실시예와 같은 비율로 플레이트를 제조함으로써 냉매의 편류현상을 방지하고 아울러 냉매의 난류효과 및 혼합효과를 높일 수 있어 증발기의 방열량을 증대시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 일단부에 형성된 유입 및 유출 탱크부, 상기 유입 및 유출탱크부의 하방으로 상당부분에 걸쳐 형성되고 타단부로부터 일정거리 이격됨으로써 두 개의 통로로 분할하는 격벽, 상기 격벽에 의해 분할되는 두 개의 통로를 연결하는 U턴부 및 저면으로부터 연장되어 돌출되는 다수의 비드를 갖는 각각의 플레이트 한 쌍을 대면접합하여 형성되는 다수의 플레이트튜브;

   상기 다수의 플레이트튜브들 사이에 각각 개재되는 다수의 코루게이트핀;을 포함하며,

   여기서 상기 비드들 각각은 타원형상으로서 그 장축이 플레이트 종방향에 대해 소정각도의 기울기 갖고, 상기 한 쌍의 플레이트 각각의 횡방향에 대해 소정각도록 기울어진 동일축상에 배열되는 비드들에 의해 형성되는 다수의 비드행을 갖으며, 상기 다수의 비드행에 형성되는 상기 다수의 비드들은 인접하는 비드행들 사이에서 서로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 적층식 열교환기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 비드행과 인접하는 비드행에 형성되는 비드들의 장축에 대한 기울기 방향이 엇갈리게 배열됨을 특징으로 하는 적층식 열교환기.
3. 제 1항 또는 제 2항중 어느 한 항에 있어서, 상기 비드행을 이루는 다수의 비들에 있어서 인접하는 비드들의 장축에 대한 기울기 방향이 서로 엇갈리게 배열됨을 특징으로 하는 적층식 열교환기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트의 통로에 형성되는 비드행의 기울기에 대해 다른 통로에 형성되는 각각의 비드행의 기울기가 대칭인 것을 특징으로 하는 적층식 열교환기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 비드행의 기울기는 플레이트의 종방향에 대해 약 30°내지 60°의 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 적층식 열교환기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트에 형성되는 각각의 비드들을 형성함에 있어서, 상기 비드들 각각의 단축(A) 및 장축(B), 비드행들간의 간격(C), 선행하는 비드의 중심선과 후방에 위치한 비드의 중심선간의 거리(D) 및 동일선상에 위치하는 비드들간의 거리(E)는 다음과 같은 관계를 갖으며;

   A = 1.0 내지 3.5mm

   B = 3.0 내지 8.0mm

   C = 4.0 내지 8.0mm

   D = 2.0 내지 3.0mm

   E = 4.0 내지 10.0mm

   의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 적층식 열교환기.