KR20010007153A - 냉매 증발기 - Google Patents

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나가사와토시야
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오카베 히로무
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Abstract

냉매 증발기에 있어서, 알루미늄으로 제작된 복수개의 튜브가 공기 흐름 방향에 직교하는 방향으로 적층 배열되고, 알루미늄으로 제작된 복수개의 주름핀이 인접한 튜브 사이에 배치된다. 상기 증발기에 있어서, 상기 튜브의 판 두께(TT)가 0.10 mm - 0.35 mm 의 범위에서 설정되고, 상기 각 튜브의 높이(TH)가 적층 방향으로 1.5 mm - 3.0 mm의 범위에서 설정될 시, 냉매 통로에서의 냉매 압력 손실은 감소되고, 공기의 전열 면적은 증가된다. 또한, 상기 주름핀의 핀 높이(FH)가 4.0 mm - 7.5 mm 의 범위에서 설정될 시, 상기 주름핀의 핀 효과는 향상된다. 그 결과, 상기 증발기의 전열 성능은 향상된다.

Description

냉매 증발기{Refrigerant evaporator}
본 발명은, 차량용 에어컨(vehicle air conditioner)에 적합한, 냉동 사이클의 냉매를 증발시키기 위한 냉매 증발기에 관한 것이다.
일반적인 냉매 증발기에 있어, 냉매 통로를 갖는 복수개의 알루미늄 튜브가 적층되고, 알루미늄으로 제작된 복수개의 주름핀(corrugated fin)이 공기의 전열 면적을 증가시키기 위하여 인접한 튜브들 사이에 배치된다. 상기 증발기를 경량화하기 위해 튜브 판 두께는 0.4mm 까지 얇게 된다. 그러나, 상기 튜브 판 두께를 얇게 하는 것과 증발기의 전열 성능과의 관계에 대해서는 충분하게 검토되지 못한 문제점이 있었다.
따라서, 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 증발기의 전열 성능을 향상시키기 위하여 최대 전열 성능을 얻기 위한 조건을 구하고 충분히 얇은 튜브 판 두께를 갖는 냉매 증발기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 튜브의 내압 강도를 향상시킴과 동시에, 열전도 성능을 향상시킨 냉매 증발기를 제공하는데 있다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 냉매 증발기를 나타낸 개략 사시도.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 증발기의 튜브와 주름핀을 나타낸 확대 사시도.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 코어 두께(D)와 핀 높이(FH) 그리고 전열량(Q) 사이의 관계를 나타낸 특성도.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀 피치(FP)와 핀 높이(FH) 그리고 전열량(Q) 사이의 관계를 나타낸 특성도.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 튜브 높이(TH)와 핀 높이(FH) 그리고 전열량(Q) 사이의 관계를 나타낸 특성도.
도 6 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 튜브 판 두께(TT)와 핀 높이(FH) 그리고 전열량(Q) 사이의 관계를 나타낸 특성도.
도 7 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀 높이(FH)와 튜브 판 두께(TT) 그리고 전열량(Q) 사이의 관계를 나타낸 특성도.
도 8 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 핀 높이(FH)와 튜브 높이(TH) 그리고 전열량(Q) 사이의 관계를 나타낸 특성도.
도 9 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 튜브 판 두께(TT)와 튜브 높이(TH) 그리고 전열량(Q) 사이의 관계를 나타낸 특성도.
도 10 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다른 재료를 사용하여 튜브 부식 테스트의 결과를 나타낸 그래프.
도 11 은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 냉매 증발기의 주요 부분을 나타낸 사시도.
도 12 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 튜브 판 두께(TT)와 인접한 튜브 지지대 사이의 거리(L) 그리고 튜브 응력() 사이의 관계를 나타낸 특성도.
도 13 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 튜브 지지대 두께(ST)와 튜브 응력() 사이의 관계를 나타낸 특성도.
도 14 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 튜브 판 두께(TT)와 거리(L) 그리고 전열량(Q) 사이의 관계를 나타낸 특성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 증발기 2, 3, 4, 5 : 튜브
6 : 입구 7 : 출구
8 : 상부 왼편 입구측 탱크부 9 : 입구측 하부 탱크부
10 : 상부 오른편 입구측 탱크부 11 : 상부 오른편 출구측 탱크부
12 : 하부 출구측 탱크부 13 : 상부 왼편 출구측 탱크부
14, 15 : 구획판 16, 17 : 구획벽
18 : 바이패스 홀 19 : 주름핀
20 : 내부핀 30 : 튜브
31 : 외벽부 32 : 냉매 통로
33 : 지지대
X, Y : 열교환부 D : 코어 두께
TH : 튜브 높이 TT : 튜브판 두께
FH : 핀 높이 FP : 핀 피치
Q : 전열량 L : 지지대 사이의 거리
본 발명의 첫 번째 관점에 의하면, 냉매 증발기는 냉매가 흐르는 복수개의 튜브와, 알루미늄 재료로 제작되며 상기 튜브 사이를 지나는 공기의 전열 면적을 증가시키기 위하여 인접한 튜브 사이에 각각 위치되는 복수개의 주름핀을 포함한다. 상기 튜브는 알루미늄 재료로 제작되며, 공기의 흐름 방향에 직교하는 방향으로 서로 나란하게 적층 배열된다. 상기 증발기에 있어서, 상기 튜브는 0.10 mm - 0.35 mm 의 범위로 되는 튜브 판 두께(TT)를 가지며, 상기 튜브 높이(TH)는 적층방향으로 1.5 mm - 3.0 mm 의 범위로 된다. 따라서, 상기 튜브 판 두께(TT)와 튜브 높이(TH)를 상기 기술한 범위에서 각각 설정하여 튜브 냉매 통로 내에서의 압력 손실을 작게 하고 공기측의 전열 면적은 크게 한다. 그 결과, 증발기의 전열 성능이 향상된다.
본 발명의 두 번째 관점에 의하면, 냉매 증발기에 있어서, 상기 각 주름핀은 적층 방향으로 핀 높이(FH)를 가지며, 상기 핀 높이(FH)는 4.0 mm - 7.5 mm의 범위이다. 따라서, 증발기에 있어, 주름핀의 핀 효과(fin effect)는 증가될 수 있고 응축수로 인한 전열율(heat-conductive percentage)의 감소는 제한될 수 있다. 그 결과, 증발기의 전열율은 향상된다.
내부에 내부 공간을 형성하기 위하여 평단면 형상으로 형성된 외벽부를 갖고, 상기 외벽부의 내부 공간을 복수개의 냉매 통로로 구획하기 위하여 복수개의 지지대를 갖도록 형성된 각각의 튜브를 포함하는 냉매 증발기에 있어서, 상기 외벽부는 0.15 mm - 0.35 mm의 범위로 되는 판 두께를 갖고, 상기 각 튜브는 적층방향으로 1.5 mm - 3.0 mm의 범위로 되는 튜브 높이(TH)를 가지며, 상기 각 지지대는 0.05 mm 보다 크거나 같은 판 두께(ST)를 갖고, 인접한 지지대 사이의 거리(L)는 0.8 mm - 1.6 mm 의 범위로 된다. 상기 튜브 판 두께(TT)와 튜브 높이(TH)를 상기 기술한 범위에서 각각 설정하고, 인접한 지지대 사이의 거리(L)를 0.8 mm 보다 크거나 같은 값으로 설정하므로써, 튜브의 냉매 통로 내에서 냉매의 압력 손실은 작아지고, 공기의 전열 면적은 커져서 전열 성능은 향상된다. 또한, 상기 증발기에 서, 상기 지지대의 판 두께(ST)를 0.05 mm 보다 크거나 같은 값으로 설정하고, 인접한 지지대 사이의 거리(L)를 1.6 mm 보다 작거나 같은 값으로 설정하므로써, 상기 튜브의 내압 강도는 향상되고, 전열율도 향상된다.
본 발명의 다른 목적들 및 장정들이 첨부조면을 참조로 할 때 하기의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 더 명료하게 이해될 수 있다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 제 1 실시예를 도 1 내지 도 10 을 참조하여 설명한다. 제 1 실시예에 있어서, 본 발명은 차량용 에어컨(air conditioner)의 냉동 사이클의 냉매 증발기(1)에 일반적으로 적용된다. 상기 증발기(1)는 도 1 의 장치에 해당되는 차량용 에어컨(도시되지 않음)의 유니트 케이스내에 상하 방향으로 배치된다. 공기가 송풍기(도시되지 않음)에 송풍되어, 도 1 의 공기 흐름 방향(A)으로 증발기(1)를 통과 할 시, 송풍된 공기와 상기 증발기(1)를 통해 흐르는 냉매 사이에서 열 교환이 행해진다.
상기 증발기(1)는 복수개의 튜브(2 내지 5)를 포함하며, 상기 튜브(2 내지 5)의 길이 방향으로 냉매가 흐른다. 상기 튜브(2 내지 5)는 공기 흐름 방향(A)과 상기 튜브(2 내지 5)의 길이 방향 모두에 직교하는 폭 방향으로 서로 나란하게 배열된다. 또한, 상기 튜브(2 내지 5)는 공기 흐름 방향(A)으로 서로 인접하게 배치된 두 줄로 배열된다. 즉, 튜브(2)(3)는 하류측에 배열되고, 튜브(4)(5)는 상기 튜브(2)(3)의 상류측에 배열된다. 상기 각 튜브(2 내지 5)는 그 내부에 평단면 형상의 냉매 통로를 형성하는 평면 튜브이다. 상기 튜브(2)(3)는 입구측 열교환부(X)의 냉매 통로를 형성하고, 상기 튜브(4)(5)는 출구측 열교환부(Y)의 냉매 통로를 형성한다.
도 1 에 있어서, 튜브(2)는 입구측 열교환부(X)의 좌측에 배치되고, 튜브(3)는 상기 입구측 열교환부(X)의 우측에 배치된다. 유사하게, 튜브(4)는 출구측 열교환부(Y)의 좌측에 배치되고, 튜브(5)는 상기 출구측 열교환부(Y)의 우측에 배치된다.
상기 증발기(1)는 냉매를 유입하는 입구(6)와 냉매를 배출하는 출구(7)를 갖는다. 냉동 사이클의 열 팽창 밸브(도시되지 않음)에 의해 감압된 저온 저압 기액 2상(gas-liquid two-phase) 냉매는 상기 입구(6)를 통해 증발기(1)로 유입된다. 상기 출구(7)는 상기 증발기(1)에서 증발된 냉매 가스가 상기 출구(7)을 통해 압축기(도시되지 않음)로 되돌아 가도록 냉동 사이클의 압축기의 입구 파이프와 연결되어 있다. 상기 제 1 실시예에서는, 상기 입구(6)와 출구(7)가 증발기(1)의 상부 좌측단 면에 배치되어 있다.
상기 증발기(1)는 그 증발기(1)의 상부 왼편 입구측에 배치된 상부 왼편 입구측 탱크부(8)와, 상기 증발기(1)의 하부 입구측에 배치된 하부 입구측 탱크부(9)와, 상기 증발기(1)의 상부 오른편 입구측에 배치된 상부 오른편 입구측 탱크부(10)와, 상기 증발기(1)의 상부 오른편 출구측에 배치된 상부 오른편 출구측 탱크부(11)와, 상기 증발기(1)의 하부 출구측에 배치되는 하부 출구측 탱크부(12)와, 그리고 상기 증발기(1)의 상부 왼편 출구측에 배치되는 상부 왼편 출구측 탱크부(13)를 포함한다. 상기 입구(6)는 상기 상부 왼편 입구측 탱크부(8)와 연통되고, 상기 출구(7)는 상부 왼편 출구측 탱크부(13)와 연통된다. 냉매는 상기 탱크부(8 내지 13)로부터 각 튜브(2 내지 5)로 배분되고, 상기 각 튜브(2 내지 5)로부터 상기 탱크부(8 내지 13)으로 모아진다. 상기 탱크부(8 내지 13) 또한 상기 튜브(2 내지 5)의 배열과 대응되게, 공기 흐름 방향(A)에 대해 서로 인접하게 두 줄로 배열된다. 즉, 입구측 탱크부(8 내지 10)는 출구측 탱크부(11 내지 13)의 하류 공기측에 배치된다.
상기 상부 입구측 탱크부(8)(10)는 그 사이에 배치되는 구획 판(14)에 의해 구획되고, 상기 상부 출구측 탱크부(11)(13)는 그 사이에 배치되는 구획 판(15)에 의해 구획된다. 상기 하부 입구측 탱크부(9)와 하부 출구측 탱크부(12)는 구획되지 않고 상기 증발기(1)의 전 폭를 따라 폭 방향으로 길게 연장 형성된다.
상기 증발기(1)의 입구측 열교환부(X)에 있어서, 튜브(2)의 각 상단은 상부 왼편 입구측 탱크부(8)와 연통되고, 상기 튜브(2)의 각 하단은 하부 입구측 탱크부(9)와 연통된다. 이와 유사하게, 튜브(3)의 각 상단은 상부 오른편 입구측 탱크부(10)와 연통되고, 상기 튜브(3)의 각 하단은 상기 하부 입구측 탱크부(9)와 연통된다. 상기 증발기(1)의 출구측 열교환부(Y)에 있어서, 튜브(4)의 각 상단은 상부 왼편 출구측 탱크부(13)와 연통되고, 상기 튜브(4)의 각 하단은 하부 출구측 탱크부(12)와 연통된다. 유사하게, 튜브(5)의 각 상단은 상기 상부 오른편 출구측 탱크부(11)와 연통되고, 상기 튜브(5)의 각 하단은 하부 출구측 탱크부(12)와 연통된다.
상기 구획 벽(16)은 상기 상부 왼편 입구측 탱크부(8)와 상부 왼편 출구측 탱크부(13)의 사이와, 상부 오른편 입구측 탱크부(10)와 상부 오른편 출구측 탱크부(11)의 사이에 형성된다. 즉, 상기 구획 벽(16)은 상기 증발기(1)의 전체 폭에 걸쳐 그 폭 방향으로 연장 형성된다. 또한 구획벽(17)은 하부 입구측 탱크부(9)와 하부 출구측 탱크부(12) 사이에서 상기 증발기(1)의 전 폭에 걸쳐 그 폭 방향으로 연장 형성된다. 상기 구획 벽(16)(17)은 상기 탱크부(8 내지 13)와 일체로 형성된다.
상기 본 발명의 제 1 실시예에 있어서, 상기 탱크부(10)(11)를 구획하는 상기 구획 벽(16)의 우측부는, 도 1 에 도시한 바와 같이, 상기 탱크부(10)(11)가 서로 연통되는 복수개의 바이패스 홀(18)을 갖는다. 상기 제 1 실시예에서, 상기 바이패스 홀(18)은 상기 튜브(3)(5)에 각각 대응되는 위치에 형성되며, 따라서 냉매가 상기 튜브(3)(5)측으로 균일하게 분배된다. 즉, 상기 바이패스 홀(18)의 개수는 상기 각 튜브(3)(5)의 개수와 동일하다.
상기 바이패스 홀(18)은 프레스 가공등과 같은 방법을 통하여 금속 박판(예를 들면, 알루미늄)으로 만들어진 상기 구획 벽(16)상에 동시에 스탬핑된다. 상기 제 1 실시예에어, 상기 각 바이패스 홀(18)은 직사각 형상으로 형성된다. 상기 바이패스 홀(18)의 개방 면적과 배열 위치는 상기 튜브(3)(5)측으로 흐르는 냉매가 가장 알맞은 분배가 얻어지도록 결정된다.
복수개의 웨이브 형상의 주름핀(19)은 인접한 튜브(2 내지 5) 사이에 배치되며, 상기 튜브(2 내지 5)의 평면 외면에 일체로 결합된다. 또한, 상기 복수개의 웨이브 형상의 내부 핀(20)은 상기 각 튜브(2 내지 5)의 내측에 배치된다. 상기 각 내부 핀(20)의 웨이브의 첨단부(尖端部)는 상기 튜브(2 내지 5)의 각 내면에 접착된다. 상기 내부 핀(20)으로 인하여 상기 튜브(2 내지 5)는 보강되고, 냉매의 전열 면적은 증가되어 상기 증발기(1)의 냉각 성능을 향상시킨다. 상기 튜브(2 내지 5)와 상기 주름핀(19) 그리고 상기 내부 핀(20)은 상기 증발기(1)의 열교환부(X)(Y) 를 형성하기 위해 브레이즈 용접되어 일체로 형성된다. 상기 제 1 실시예에서, 상기 증발기(1)는 납땜(brazing)을 통해 각 부분이 일체로 결합되어 조립된다.
상기 각 튜브(2 내지 5)는 그 중앙에 평단면 형상을 갖는 냉매 통로를 형성하도록 알루미늄 금속 박판을 구부려 형성된다. 상기 튜브(2 내지 5)의 각 내부 냉매 통로는 상기 튜브(2 내지 5)의 내부에 제공되는 상기 내부 핀(20)에 의하여 복수개의 작은 통로로 구획된다. 상기 튜브(2 내지 5)의 길이 방향으로 연장되는 상기 복수개의 작은 통로가 상기 튜브(2 내지 5)의 각 내부 냉매 통로에서 구획되도록 상기튜브(2 내지 5)의 내면과 상기 내부 핀(20)의 각 웨이브 첨단부가 접착된다.
상기 튜브(2 내지 5)를 형성하기 위한 알루미늄 박판은 알루미늄 판, 즉 일면에 희생부식재(犧牲腐食材)(예를 들면, Al-1.5wt%Zn)를 도포한 알루미늄 코어 판(예를 들면, A3000)이다. 이 경우, 상기 알루미늄 판은 상기 희생부식재가 도포된 면이 상기 튜브(2 내지 5)의 외측에 배치되도록 배치된다. 상기 튜브(2 내지 5)는 상기 내측 핀(20)에 의해 보강되어지고 고 부식저항재로 제작되기 때문에, 상기 튜브(2 내지 5)를 형성하기 위한 알루미늄 박판의 두께, 즉 튜브 판 두께(TT)는 대폭 감소될 수 있다. 상기 내부 핀(20) 역시 알루미늄 판(예를 들면, A3000)으로 제작된다.
상기 튜브(2 내지 5)의 튜브 박판의 내면과 내부 핀(20) 사이의 접합은, 상기 증발기(1)가 납땜으로 일체로 될 시, 동시에 수행될 수 있다. 즉, 상기 튜브(2 내지 5)의 튜브 박판이 상기 튜브(2 내지 5)의 내측에 배치되는 그 일면에 납땜 재료를 입힌 일측 피복 알루미늄 판일 때, 상기 납땜 재료를 상기 튜브 박판에 입힐 필요가 없다. 대안으로, 상기 각 내부 핀(20)은 그 양측면에 납땜 재료를 입힌 양측 피복 알루미늄 판으로 제작될 수 있다. 이 경우, 상기 내부 핀(20)의 웨이브 첨단부에 납땜 재료의 도포는 필요하지 않다.
상기 제 1 실시예에 있어서, 길이 방향으로의 상기 튜브(2 내지 5)의 각 단부를 상기 탱크부(8 내지 13)의 각 평면에 형성된 삽입 홀로 삽입하므로써 결합된다. 상기 탱크부(8 내지 13)가 그 양측면에 납땜 재료를 입힌 양측 피복 알루미늄 판으로 형성될 시, 상기 튜브(2 내지 5)와 상기 탱크부(8 내지 13)의 접합은 상기 증발기(1)의 납땜중에 쉽게 이루어진다.
다음으로, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 증발기(1)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 냉동 사이클의 팽창 밸브(도시되지 않음)에 의해 감압된 저온 저압 기-액 2상(gas-liquid two-phase) 냉매는 입구(6)에서 상부 왼편 입구측 탱크부(8)로 유입되고, 화살표 "a" 로 나타낸 바와 같이, 각 튜브(2)로 분배되어 상기 튜브(2)를 통해 하방향으로 흐른다. 이후, 상기 냉매는, 화살표 "b" 로 나타낸 바와 같이, 하부 입구측 탱크부(9)을 통해 오른쪽으로 흐르고, 화살표 "c" 로 나타낸 바와 같이, 각 튜브(3)로 분배되어 상기 튜브(3)를 통해 상방향으로 흐른다. 또한, 상기 냉매는, 화살표 "d" 로 나타낸 바와 같이, 바이패스 홀(18)을 통과하여 상부 오른편 입구측 탱크부(10)로 흐른 후, 상부 오른편 출구측 탱크부(11)로 흐른다. 따라서, 상기 냉매는 상기 바이패스 홀(18)을 통해 하류 공기측으로부터 상류 공기측으로 이동된다. 이후, 상기 냉매는 상기 상부 오른편 출구측 탱크부(11)에서 각 튜브(5)로 배분되어, 화살표 "e" 로 나타낸 바와 같이, 상기 튜브(5)를 통해 하방향으로 흘러 하부 출구측 탱크부(12)측으로 흐른다.
또한, 상기 냉매는 화살표 "f" 로 나타낸 바와 같이, 하부 출구측 탱크부(12)을 통해 좌측으로 흘러 각 튜브(4)로 배분되어, 화살표 "g" 로 나타낸 바와 같이, 상기 튜브(4)를 통해 상방향으로 흐른다. 이후, 상기 냉매는 상부 왼편 출구측 탱크부(13)로 집결되어, 화살표 "h" 로 나타낸 바와 같이, 상기 상부 왼편 출구측 탱크부(13)를 통해 좌측으로 흘러서 출구(7)로부터 증발기(1)의 외부로 토출된다.
한편, 공기는 증발기(1)를 향하여 공기 흐름 방향(A)으로 송풍되어 상기 증발기(1)의 열교환부(X)(Y)의 튜브(2 내지 5)와 주름핀(19) 사이의 개방부를 통해 통과한다. 이 때, 상기 튜브(2 내지 5)를 통해 흐르는 냉매는 공기의 열을 흡수하여 증발된다. 그 결과, 공기는 냉각되고 차량의 객실로 토출되어 객실을 냉방시킨다.
상기 제 1 실시예에 의하면, 도 1 의 화살표 "a" 내지 "c" 로 나타낸 바와 같은 지그재그 경로의 입구측 냉매 통로를 포함하는 입구측 열교환부(X)는, 도 1 의 화살표 "e" 내지 "h" 로 나타낸 바와 같은 지그재그 경로의 출구측 냉매 통로를 포함하는 출구측 열교환부(Y)의 하류 공기측에 배치된다. 따라서, 상기 증발기(1)는 열전도성이 우수한 열교환을 효과적으로 수행할 수 있다.
다음으로, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 의한 증발기(1)에 있어서, 상기 증발기(1)의 전열량(Q)을 컴퓨터 시뮬레이션에서 검사한 결과를 설명한다.
상기 시뮬레이션에 있어, 상기 증발기(1)의 전열량(Q)은, 도 1 및 도 2 에 나타낸 코어 두께(D), 튜브 높이(TH), 튜브 판 두께(TT), 핀 높이(FH) 및 핀 피치(FP)를 근거로 하여 산출된다. 상기 튜브 높이(TH)는, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 각 튜브(2 내지 5)의 적층 방향으로의 치수이다. 또한, 상기 핀 높이(FH)는 튜브 적층 방향으로의 각 주름핀(19)의 치수이다.
상기 제 1 실시예에서, 상기 시뮬레이션의 전제 조건으로서, 코어 높이(H)는 215 mm(H = 215 mm)로 설정하고, 코어 폭(W)은 300 mm(W = 300 mm)로 설정하며, 핀의 판 두께(FT)는 0.07 mm(FT = 0.07 mm)로 설정하고, 통로 갯수는 4개로 설정한다. 여기에서, 탱크부로부터 복수개의 튜브로 분배된 냉매가 상기 튜브를 통과해서 탱크부로 집결되기까지의 냉매 흐름을 하나의 통로로 한다. 예를 들면, 도 1 에 나타낸 증발기(1)에 있어서, 탱크부(8)로부터 튜브(2)를 통해 탱크부(9)까지의 냉매 흐름을 하나의 통로로 하고, 따라서 도 1 에 나타낸 증발기(1)는 4 개의 통로를 가진다.
또한, 상기 증발기(1)의 코어부측으로 흘러 들어오는 공기량과 습도, 온도는 일정 값으로 설정하고, 상기 증발기(1)의 입구(6)로 흐르는 냉매의 온도 및 압력도 일정 값으로 설정한다. 여기에서, 상기 증발기(1)의 경우, 전열율은 응축수가 주름핀(19)에 부착되는 것과 크게 관련있기 때문에, 상기 전열량(Q)은 응축수와의 관계를 고려해서 산출된다.
이하, 상기 증발기(1)의 전열량(Q)에 관한 다음의 다양한 요소들을 설명하면 다음과 같다.
(1) 핀 높이(FH)
도 3 내지 도 6 은 핀 높이(FH)와 전열량(Q) 사이의 관계를 나타낸 것이다.
먼저, 도 3 에 있어, 튜브 높이(TH)는 1.7 mm(TH = 1.7 mm)로 설정되고, 튜브 판 두께(TT)는 0.25 mm(TT = 0.25 mm)로 설정되며, 핀 피치(FP)는 3.0 mm(FP = 3.0 mm)로 설정된다. 이러한 조건하에서, 코어 두께(D)를 도 3 에 나타낸 바와 같이, 35 - 150 mm의 범위에서 7 종류의 다른 값으로 설정하여 증발기(1)의 전열량(Q)을 산출한 것이다. 상기 각 코어의 두께(D)와 관계 없이, 상기 핀 높이(FH)가 4.0 mm - 7.5 mm(4.0 mmFH7.5 mm)의 범위로 설정 될 시, 상기 전열량(Q)은 도 3 에 나타낸 바와 같이 커지게 된다. 또한, 상기 핀 높이(FH)가 4.5 mm - 6.5 mm(4.5 mmFH6.5 mm)의 범위로 설정되었을 시에는 상기 전열량(Q)이 더욱 커지게 된다. 도 3 에 있어서, 상기 코어 두께(D)가 50 mm보다 작거나 같게 설정될 때, 상기 핀 높이(FH)의 적정 선택 결과는 4.0 mm - 7.5 mm 범위에서 보다 향상된다.
도 4 에 있어, 튜브 높이(TH)는 1.7 mm(TH = 1.7 mm)로 설정하고, 튜브 판 두께(TT)은 0.25 mm(TT = 0.25mm)로 설정하며, 코어 두께(D)는 40 mm(D = 40 mm) 로 설정된다. 이러한 조건하에서, 핀 피치(FP)를 도 4 에 나타낸 바와 같이, 2.0 - 3.5 mm 의 범위에서 4 종류의 다른 값으로 설정하여 증발기(1)의 전열량(Q)을 산출한 것이다. 도 4 에 나타난 바와 같이, 상기 핀 피치(FP)와 관계없이, 핀 높이(FH)가 4.0 mm - 7.5 mm(4.0 mmFH7.5 mm)의 범위로 설정되었을 시, 전열량(Q)은 커지게 된다. 또한, 상기 핀 높이(FH)가 4.5 mm - 6.5 mm(4.5 mmFH6.5 mm)의 범위로 설정되었을 시에는 상기 전열량(Q)은 더욱 커지게 된다.
도 5 에 있어서, 튜브 판 두께(TT)는 0.25 mm(TT = 0.25 mm)로 설정되고, 핀 피치(FP)는 3.0 mm(FP = 3.0 mm)로 설정되며, 코어 두께(D)는 40 mm(D = 40 mm)로 설정된다. 이러한 조건하에서, 상기 튜브 높이(TH)를 도 5 에 나타낸 바와 같이, 1.3 mm - 4.0 mm의 범위에서 7 종류의 다른 값으로 설정하여 전열량(Q)을 산출한 것이다. 상기 도 5 에 나타난 바와 같이, 상기 튜브 높이(TH)가 1.5 mm 이상인 경우, 핀 높이(FH)가 4.0 mm - 7.5 mm(4.0 mmFH7.5 mm)의 범위 일 때, 전열량(Q)은 커지게 된다. 또한, 상기 핀 높이(FH)가 4.5 mm - 6.5 mm(4.5 mmFH6.5 mm)의 범위로 설정되었을 시에는 상기 전열량(Q)은 더욱 커지게 된다.
도 6 에 있어서, 튜브 높이(TH)는 1.7 mm(TH = 1.7 mm)로 설정되고, 핀 피치(FP)는 3.0 mm(FP = 3.0 mm)로 설정되며, 코어 두께(D)는 40 mm(D = 40 mm)로 설정된다. 이러한 조건하에서, 상기 튜브 두께(TT)를 도 6 에 나타낸 바와 같이, 0.10 mm - 0.40 mm의 범위에서 4 종류의 다른 값으로 하여 전열량(Q)을 산출한 것이다. 상기 도 6 에 나타난 바와 같이, 상기 각 튜브 두께(TT)와 관계없이, 핀 높이(FH)를 4.0 mm - 7.5 mm(4.0 mmFH7.5 mm)의 범위로 설정하였을 시, 전열량(Q)은 커지게 된다. 또한, 상기 핀 높이(FH)가 4.5 mm - 6.5 mm(4.5 mmFH6.5 mm)의 범위로 설정되었을 시에는 상기 전열량(Q)은 더욱 커지게 된다.
상기 도 3 내지 6 에 있어, 상기 핀 높이(FH)가 4.0 mm - 7.5 mm(4.0 mmFH7.5 mm)의 범위로 설정되었을 시에는, 응축수가 주름핀(19)에 부착되는것에 의한 전열율의 저하를 방지하면서 핀 효율을 높게 하는 것이 가능하다. 그 결과, 높은 전열량(Q)을 얻을 수 있게 된다. 한편, FH4.0 mm 에서 전열량(Q)이 저하되고 있는 것은 상기 주름핀(19)의 표면에 응측수가 부착된 부분이 커져 전열율의 저하를 초래하기 때문이고, 또한 FH7.5 mm 에서 전열량(Q)이 저하되고 있는 것은 핀 효율의 저하에 의한 것이다.
(2) 튜브 판 두께(TT)
도 7 은 튜브 판 두께(TT)와 전열량(Q)과의 관계를 나타낸 것이다. 상기 도 7 에 있어, 튜브 높이(TH)는 1.7 mm(TH = 1.7 mm)로 설정되고, 핀 피치(FP)는 3.0 mm(FP = 3.0 mm)로 설정되며, 코어 두께(D)는 40 mm(D = 40 mm)로 설정된다. 이러한 조건하에서, 핀 높이(FH)를 4 - 10 mm의 범위에서 5 종류의 다른 값으로 설정하여 전열량(Q)을 산출한 것이다. 상기 도 7 에 나타낸 바와 같이, 상기 튜브 두께(TT)의 치수가 0.35 mm 보다 크면 전열량(Q)은 급격히 감소한다. 이것은 튜브 내의 냉매 통로의 단면적이 감소하고, 냉매 통로에서의 압력손실이 증가하기 때문이다. 따라서, 상기 튜브 두께(TT)는 전열량(Q)을 향상시키기 위하여 0.35 mm 보다 작거나 같은 값으로 설정한다. 한편, 상기 튜브 판 두께(TT)의 최저값은, 희생부식재층을 갖는 알루미늄 판이 사용될 시, 0.10 mm 로 설정될 수 있다. 즉, 이러한 조건하에서 상기 튜브 판 두께(TT)는 0.1 mm 까지 얇게 할 수 있다.
도 10 은 응축수에 기인한 부식 테스트를 나타내고 있다. 도 10 에 있어서, T-1 은 증발기의 튜브가 희생부식재층을 갖지 않은 알루미늄 재료와 그 튜브 판 두께(TT)가 6 mm(TT = 6 mm)로 제작된 경우를 나타낸 것이다. 상기 T-1 테스트에서, 0.5 mm의 최소 두께를 갖는 얇은 부분이 프레싱에 의해 형성될 시, 최대 부식 높이, 즉 감소 두께는 800 시간의 테스트 시간동안 0.5 mm 가 되며 상기 얇은 부분에는 통공이 형성된다.
도 10 에 있어서, T-2 테스트는, 20 μm 두께를 갖는 희생부식층이 제공되고, 희생부식층을 포함한 튜브 판 두께(TT)가 0.10 mm(TT = 0.10 mm)로 설정된 알루미늄 판에 의해 형성된 증발기의 튜브인 경우를 나타낸 것이다. 한편, T-3 테스트는, 40 μm 두께를 갖는 희생부식층이 제공되고, 그 희생부식층을 포함한 튜브 판 두께(TT)가 0.25 mm(TT = 0.25 mm)로 설정된 알루미늄 판에 의해 형성된 증발기의 튜브인 경우를 나타낸 것이다. 상기 T-2 테스트와 T-3 테스트에 있어서, 최대 부식 높이는 800 시간의 테스트 시간동안 0.05 mm 이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 상기 핀 높이(FH)가 4.0 - 7.5 mm(4.0 mmFH7.5 mm)의 범위로 설정되고, 희생부식층을 포함하는 튜브 판 두께(TT)가 0.10 - 0.35 mm(0.10 mmTT0.35 mm)의 범위로 설정된 경우, 내압 강도와 부식 저항성능이 향상됨과 동시에 전열량(Q)이 증가한다. 특히, 상기 튜브 판 두께(TT)를 0.30 mm(TT0.30 mm)보다 작거나 값은 값으로 설정하므로서, 전열량(Q)은 더욱 증가한다.
(3) 튜브 높이(TH)
도 8 과 도 9 는 튜브 높이(TH)와 전열량(Q)과의 관계를 나타낸다. 먼저, 도 8 에 있어서, 튜브 판 두께(TT)는 0.25 mm(TT = 0.25 mm)로 설정되고, 핀 피치(FP)는 3.0 mm(FP = 3.0 mm)로 설정되며, 코어 두께(D)는 40 mm(D = 40 mm)로 설정된다. 이러한 조건하에서, 상기 핀 높이(FH)를 도 8 에 나타낸 바와 같이, 4 mm - 10 mm 의 범위에서 5 종류의 다른 값으로 하여 전열량(Q)을 산출한 것이다. 상기 도 8 에 나타낸 바와 같이, 핀 높이(FH)가 4.0 mm - 7.5 mm(4.0 mmFH7.5 mm)의 범위일 경우, 튜브 높이(TH)를 1.5 mm - 3.0 mm(1.5 mmTH3.0 mm)의 범위로 설정하였을 시, 전열량(Q)은 커지게 된다. 상기 튜브 높이(TH)가 1.5 mm - 2.5 mm(즉, 1.5 mmTH2.5 mm)의 범위로 설정되었을 시에는 상기 전열량(Q)은 더욱 커지게 된다.
도 9 에 있어서는, 핀 높이(FH)는 6 mm(FH = 6 mm)로 설정하고, 핀 피치(FP)는 3.0 mm(FP = 3.0 mm)로 설정하며, 코어 두께(D)는 40 mm(D = 40 mm)로 설정된다. 이러한 조건하에서, 튜브 판 두께(TT)를 0.1 mm - 0.4 mm의 범위에서 7 종류의 다른 값으로 하여 전열량(Q)을 산출한 것이다. 상기 도 9 에 나타난 바와 같이, 상기 튜브 판 두께(TT)가 0.10 mm - 0.35 mm(0.10 mmTT0.35 mm)의 범위일 경우, 상기 튜브 높이(TH)를 1.5 mm - 3.0 mm(1.5 mmTH3.0 mm)의 범위로 설정하였을 시, 전열량(Q)은 커지게 된다. 상기 튜브 높이(TH)가 1.5 mm - 2.5 mm(1.5 mmTH2.5 mm)의 범위로 설정되었을 시에는 상기 전열량(Q)은 더욱 커지게 된다.
여기에서, 상기 핀 높이(FH)를 4.0 mm - 7.5 mm의 범위로 설정하고, 상기 튜브 판 두께(TT)를 0.10 mm - 0.35 mm의 범위로 설정하며, 상기 튜브 높이(TH)를 1.5 mm - 3.0 mm로 설정하면, 증발기(1)의 전열량(Q)은 최대가 될 수 있다.
상기 도 8 과 도 9 에 있어, 상기 튜브 판 두께(TT)가 0.10 - 0.35 mm의 범위로 설정될 시, 냉매 통로에서의 냉매 압력 손실이 증가되는 것이 방지되면서 공기측의 전열 면적은 증가한다. 따라서, 이러한 경우에, 증발기(1)의 전열량(Q)은 향상된다. 그러나, 상기 튜브 높이(TH)가 1.5 mm 보다 작게 설정되면, 튜브 내의 냉매 통로의 단면적은 감소되고, 냉매 통로에서의 냉매 압력 손실은 증가된다. 그 결과, 전열량(Q)는 감소된다. 한편, 상기 튜브 높이(TH)가 3.0 mm 보다 크게 설정되면, 공기측 전열 면적은 감소되고, 따라서 상기 증발기(1)의 전열량(Q)은 감소된다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 제 2 실시예를 도 11 내지 도 14 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기에서 설명한 제 1 실시예에 있어서, 각 튜브(2 내지 5)는 그 중앙에 평단면 형상을 갖는 냉매 통로를 형성하기 위하여 알루미늄 박판을 구부려 형성한 것이고, 상기 튜브(2 내지 5)의 각 내부 냉매 통로는 상기 튜브(2 내지 5) 내측에 제공되는 내부핀(20)에 의해 복수개의 작은 통로로 구획된다. 그러나, 이후 설명될 제 2 실시예에 있어서는, 복수개의 냉매 통로(32)를 갖는 평판 튜브(30)가 알루미늄 재료를 이용하여 압출 가공으로 성형된다.
도 11 에 나타낸 바와 같이, 상기 복수개의 냉매 통로(32)는 평단면의 주 방향으로 한 줄씩 배열되게 형성된다. 따라서, 상기 복수개의 냉매 통로(32)는 병렬로 나란하게 배열되도록 튜브의 길이 방향으로 연장된다. 상기 복수개의 냉매 통로(32)는 복수개의 지지대(33)에 의해 서로 구획된다. 상기 복수개의 튜브(30)는, 상기한 제 1 실시예와 유사하게, 인접한 튜브(30)사이에 배치되는 각 주름핀을 통해 적층된다. 상기 제 2 실시예에서는 상기한 제 1 실시예에서 설명한 내부 핀(20)은 필요하지 않다.
다음으로, 상기 평판 튜브(30)를 이용한 냉매 증발기에 있어서, 상기 튜브(30)의 강도와 전열량(Q)을 컴퓨터 시뮬레이션에서 검사한 결과를 설명한다.
먼저, 상기 튜브(30)의 강도를 설명한다. 도 12 는 인접한 지지대(33)의 거리(L)와 튜브(30)에서 발생되는 최대 튜브 응력()과의 관계를 나타낸 그래프이다. 상기 시뮬레이션의 조건으로, 핀 높이(FH)는 1.7 mm로 설정하고, 각 지지대(30)의 지지판 두께(ST)는 0.2 mm로 설정하며, 튜브(30)의 최대 하중압력(내부 압력)은 증발기가 차량에 실제로 사용될 시의 압력인 10 kg/cm2로 설정한다.
상기 제 2 실시예에 있어, 상기 튜브(30)는 알루미늄 재료를 이용하여 압출 성형된 후, 고부식저항을 갖는 희생부식층이 상기 튜브(30)에 제공되기 위하여 용해 아연과 같은 희생부식재료가 상기 튜브(30)의 외벽부(31)의 외면상에 도포된다. 이러한 경우, 상기 아연 확산 높이는 약 0.12 mm 정도이고, 실제 사용상의 부식 높이에 대해 충분한 값이다. 그리고, 상기 시뮬레이션에서 부식도(최대부식높이)가 0.12 mm로 설정되고 소정의 내용년수(resistance years) 동안 증발기가 사용될 때, 사용 후의 튜브 판 두께(TT')는 0.15 - 0.35 mm 의 최초 튜브판 두께(TT)로부터 부식도 0.12 mm 를 뺀 0.03 - 0.23 mm 의 범위에서 4 종류의 값으로 설정한다
도 12 에 나타낸 바와 같이, 압출 성형시 상기 튜브(30)에 작용된 인장 강도는 약 90MPa이기 때문에, 최초 튜브 판 두께(TT)가 0.15 mm - 0.35 mm 의 범위 설정 될 시, 소정의 내용년수 이후에 상기 튜브(30)의 내압 강도를 유지하기 위하여 인접한 지지대(33) 사이의 거리(L)를 1.6 mm 보다 작거나 같게 할 필요가 있다.
도 13 은 지지대(33)의 지지판 두께(ST)와 튜브(30)에서 발생되는 최대 튜브 응력() 사이의 관계를 나타낸다. 도 13 에서, 시뮬레이션의 조건으로, 핀 높이(FH)를 1.7 mm(FH = 1.7 mm)로 설정하고, 튜브판 두께(TT)를 0.35 mm(TT = 0.35)로 설정하며, 인접한 지지대(33)의 거리(L)를 1.2 mm(L = 1.2 mm)로 설정하거, 상기 튜브(30)의 내부 압력은 27 kg/cm2으로 설정한다. 상기 내부 압력은 JIS로 결정된 R134a을 이용한 내부 용기의 파괴압이다. 도 13 에 나타낸 바와 같이, 초기의 파괴용력을 얻기 위하여 상기 지지대(33)의 판 두께(ST)는 0.05 mm 보다 크거나 같게 할 필요가 있다.(ST0.05 mm)
도 14 는 인접한 지지대(33)의 거리(L)와 전열량(Q)과의 관계를 나타낸다. 도 14 에서, 시뮬레이션의 조건으로, 코어 높이(H)를 215 mm로, 상기 코어 폭(W)를 300 mm로, 핀 두께(FT)를 0.07 mm로, 펄스(pulse)수를 4로, 튜브 높이(TH)를 1.7 mm로, 핀 피치(FP)를 3.0 mm로, 코어 두께(D)를 40 mm로, 지지판 두께(ST)를 0.2 mm로 각각 설정하고, 튜브판 두께(TT)를 0.15 mm - 0.35 mm 범위에서 4 종류의 다른 값으로 설정한다.
또한, 증발기의 코어부로 흐르는 공기량과 공기 습도 그리고 공기 온도는 일정 값으로 설정되고, 증발기의 입구로 흐르는 냉매의 압력 및 온도 또한 일정 값으로 설정된다. 상기 증발기의 경우, 전열율은 응축수가 주름핀에 부착되는 것에 크게 비례하기 때문에, 전열량(Q)은 응축수에 비례하여 산출된다.
도 14 에 나타낸 바와 같이, 인접한 지지대 사이의 거리(L)가 0.8 mm 보다 작을 시, 전열량(Q)은 급격히 감소된다. 이러한 경우는 상기 지지대(33)의 수가 증가되기 때문에, 냉매 통로의 단면적이 감소되고 냉매 통로에서의 냉매 압력 손실이 증가한다. 따라서, 전열 성능을 향상시키기 위해 상기 인접한 지지대(33) 사이의 거리(L)는 0.8 mm 보다 크거나 같도록 설정된다.(L0.8 mm)
상기한 튜브(30)을 갖는 증발기에 있어서, 튜브 판 두께(TT)가 0.15 mm - 0.3 mm 로 설정되고, 튜브 높이(TH)가 1.5 mm - 3.0 mm로 설정될 시, 상기 인접한 지지대(33) 사이의 거리(L)이 0.8 mm 보다 크거나 같게 설정될 경우, 냉매 통로의 압력 손실은 작아지고, 공기측의 열교환 면적은 커지게 된다. 그 결과, 증발기의 열교환 성능은 향상된다. 또한, 지지대 판 두께(ST)가 0.05 mm 보다 크거나 같게 설정되고(ST0.05 mm), 인접한 지지대(33)의 거리(L)이 1.6 mm 으로 설정(L1.6 mm)될 경우, 튜브(30)의 내압 강도는 향상된다. 여기에서, 상기 튜브(30)를 사용하는 증발기에 있어서는 얍력 저항력과 열전달 성능 둘 다 향상된다.
또한, 핀 높이(FH)를 4.0 mm - 7.5 mm(4.0 mmFH7.5 mm) 범위에서 설정하므로써, 응축수로 인한 전열율은 제한되면서 핀 효과는 높게 될 수 있다. 그 결과, 증발기의 전열량(Q)은 더욱 커지게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
예를 들면, 상기 설명한 실시예에 있어서, 튜브(2 내지 5, 30)와 탱크부(8 내지 13)는 각각 별개로 형성된 후 납땜으로 결합된다. 그러나, 본 발명은 튜브와 탱크부의 냉매 통로를 각각 형성하기 위해 두 판이 결합되는 다수 쌍의 판을 적층하여 형성된 냉매 증발기에 적용할 수 있다.
또한, 상기 설명한 제 1 실시예에서는, 튜브(2 내지 5)가 공기 흐름 방향(A)으로 두 줄로 배열 되고, 탱크부(8 내지 13) 역시 상기 튜브(2 내지 5)의 배열에 대응되게 두 줄로 배열된다. 그러나, 본 발명은 튜브가 한 줄 또는 그 이상 복수개의 줄로 배열된 튜브를 갖는 증발기에도 적용될 수 있다. 상기 튜브가 세줄 이상의 복수개의 줄로 배열될 경우, 상기 설명한 증발기 치수의 적정 선택 결과로서 알 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 상기 실시 형태에서 개시한 4 개의 통로와는 다르게 복수개의 통로를 갖는 증발기에 적용할 수 있다.
상기와 같은 변형 및 변경은 특허청구의 범위에 의해 정의된 본 발명의 범위내에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 증발기를 구성하는 튜브 및 주름핀이 소정의 튜브 두께와 높이 그리고 주름핀 높이를 갖도록 하여 냉매 통로의 압력 손실을 감소시키고 공기의 전열 면적을 크게 하여 핀 효과를 향상시켜 증발기의 전열 성능을 향상시킨 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 냉매와 공기 사이의 열 교환을 수행하는 증발기에 있어서,
    알루미늄 재료로 제작되고 공기의 흐름방향에 직교하는 방향으로 서로 나란하게 적층 배열되어 냉매가 흐르는 복수개의 튜브; 및
    상기 튜브 사이를 통과하는 공기의 전열 면적을 증가시키기 위해 인접한 튜브들 사이에 각각 배치되고, 알루미늄 재료로 형성되는 다수개의 주름핀을 포함하며,
    상기 튜브는 0.10 mm - 0.35 mm의 범위로 되는 튜브 판 두께(TT)를 갖고, 적층방향으로 1.5 mm - 3.0 mm 의 범위로 되는 튜브 높이(TH)를 갖는 증발기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 주름핀은 적층 방향으로 4.0 mm - 7.5 mm 의 범위로 되는 핀 높이(FH)를 갖는 증발기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브를 형성하기 위한 상기 알루미늄 재료가 외면에 희생부식층을 가지는 증발기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브는 공기 흐름 방향으로 복수개의 줄로 배열된 증발기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 튜브와 주름핀이 코어부를 형성하고;
    상기 코어부는 공기 흐름방향으로 두께(D)를 가지며;
    상기 두께(D)는 50 mm 보다 작거나 같은 증발기.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각 튜브의 양단에 배치되어 상기 튜브로 냉매를 배분하고 상기 튜브로부터 냉매를 모으기 위한 탱크를 더 포함하는 증발기.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브를 통해 흐르는 냉매의 전열 면적을 증가시키기 위해 상기 튜브 내에 배치된 내부 핀을 더 포함하는 증발기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 튜브는
    그 내부에 내부 공간을 형성하기 위한 평단면으로 형성된 외벽부와 상기 내부 공간을 다수개의 냉매 통로로 구획하기 위한 복수개의 지지대를 갖고, 압출 성형되는 증발기.
  9. 냉매와 공기 사이의 열 교환을 수행하는 증발기에 있어서,
    알루미늄 재료로 제작되고 공기의 흐름방향에 직교하는 방향으로 서로 나란하게 적층 배열되어 냉매가 흐르는 복수개의 튜브; 및
    상기 튜브 사이를 통과하는 공기의 전열 면적을 증가시키기 위해 인접한 튜브들 사이에 각각 배치되고, 알루미늄 재료로 제작되는 복수개의 주름핀을 포함하며,
    상기 각 주름핀은 적층방향으로 4.0 mm - 7.5 mm의 범위로 되는 주름핀 높이(FH)를 갖는 증발기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 튜브는 적층 방향으로 0.10 mm - 0.35 mm의 범위로 되는 튜브 판 두께(TT)를 갖는 증발기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 각 튜브는 적층방향으로 1.5 mm - 3.0 mm 의 범위로 되는 튜브 높이(TH)를 갖는 증발기.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브는 공기 흐름 방향으로 복수개의 줄로 배열되는 증발기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 튜브와 주름핀이 코어부를 형성하고;
    상기 코어부는 공기 흐름방향으로 두께(D)를 가지며;
    상기 두께(D)는 50 mm 보다 작거나 같은 증발기.
  14. 제 9 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브를 통해 흐르는 냉매의 전열 면적을 증가시키기 위해 상기 튜브 내에 배치된 내부 핀을 더 포함하는 증발기.
  15. 제 9 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 튜브는
    그 내부에 내부 공간을 형성하기 위한 평단면으로 형성된 외벽부와 상기 내부 공간은 복수개의 냉매 통로로 구획하기 위한 복수개의 지지대를 갖고, 압출 성형되는 증발기.
  16. 냉매와 공기 사이의 열 교환을 수행하는 증발기에 있어서,
    알루미늄 재료로 제작되고 공기의 흐름방향에 직교하는 방향으로 서로 나란하게 적층 배열되어 냉매가 흐르는 복수개의 튜브; 및
    상기 튜브 사이를 통과하는 공기의 전열 면적을 증가시키기 위해 인접한 튜브들 사이에 각각 배치되고, 알루미늄 재료로 제작되는 복수개의 주름핀을 포함하며,
    상기 각 튜브는 그 내부에 내부 공간을 형성하기 위한 평단면으로 형성된 외벽부와 상기 내부 공간은 복수개의 냉매 통로로 구획하기 위한 복수개의 지지대를 갖으며,
    상기 외벽부는 0.15 mm - 0.35 mm의 범위로 되는 판 두께(D)를 갖고, 상기 튜브는 적층방향으로 1.5 mm - 3.0 mm 의 범위로 되는 튜브 높이(TH)를 갖으며, 상기 지지대는 0.0 5mm 보다 크거나 같은 판 두께(ST)를 갖으며, 인접한 지지대 사이의 거리(L)는 0.8 mm - 1.6 mm의 범위로 되는 증발기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 각 주름핀은 적층방향으로 4.0 mm - 7.5 mm의 범위로 되는 핀 높이(FH)를 갖는 증발기.
  18. 제 16 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 튜브를 형성하기 위한 알루미늄 재료가 외면에 희생부식층을 가지는 증발기.
  19. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 튜브는 공기 흐름 방향으로 복수개의 줄로 배열된 증발기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 튜브와 주름핀이 코어부를 형성하고;
    상기 코어부는 공기 흐름방향으로 두께(D)를 가지며;
    상기 두께(D)는 50 mm 보다 작거나 같은 증발기.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100638490B1 (ko) * 2002-05-29 2006-10-25 한라공조주식회사 열교환기
KR101408899B1 (ko) * 2006-12-18 2014-06-18 한라비스테온공조 주식회사 차량용 열교환기
US9127892B2 (en) 2007-09-03 2015-09-08 Halla Visteon Climate Control Corporation Evaporator

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001165532A (ja) * 1999-12-09 2001-06-22 Denso Corp 冷媒凝縮器
JP2002048421A (ja) * 2000-08-01 2002-02-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷凍サイクル装置
JP4124136B2 (ja) * 2003-04-21 2008-07-23 株式会社デンソー 冷媒蒸発器
JP4679827B2 (ja) * 2003-06-23 2011-05-11 株式会社デンソー 熱交換器
US6907919B2 (en) * 2003-07-11 2005-06-21 Visteon Global Technologies, Inc. Heat exchanger louver fin
WO2005071329A1 (en) * 2004-01-20 2005-08-04 Norsk Hydro Asa Parallel flow evaporator
FR2867845B1 (fr) 2004-03-16 2007-04-20 Valeo Climatisation Tubes d'echangeur de chaleur favorisant le drainage des condensats
JP4193741B2 (ja) * 2004-03-30 2008-12-10 株式会社デンソー 冷媒蒸発器
US7080683B2 (en) * 2004-06-14 2006-07-25 Delphi Technologies, Inc. Flat tube evaporator with enhanced refrigerant flow passages
JP4281634B2 (ja) * 2004-06-28 2009-06-17 株式会社デンソー 冷媒蒸発器
AT501943A1 (de) * 2005-06-01 2006-12-15 Hydrogen Res Ag Heizkörper
US20070240865A1 (en) * 2006-04-13 2007-10-18 Zhang Chao A High performance louvered fin for heat exchanger
DE102006055837A1 (de) * 2006-11-10 2008-05-15 Visteon Global Technologies Inc., Van Buren Wärmeübertrager, insbesondere als Verdampfer von Fahrzeugklimaanlagen
JP2008267686A (ja) * 2007-04-19 2008-11-06 Denso Corp 冷媒蒸発器
FR2929388B1 (fr) * 2008-03-25 2015-04-17 Valeo Systemes Thermiques Echangeur de chaleur a puissance frigorifique elevee
JP5655676B2 (ja) * 2010-08-03 2015-01-21 株式会社デンソー 凝縮器
CN102554574A (zh) * 2012-01-18 2012-07-11 金沙 一种板壳式蒸发器板束元件的加工工艺
JP5796518B2 (ja) * 2012-03-06 2015-10-21 株式会社デンソー 冷媒蒸発器
CN102767873B (zh) * 2012-08-02 2015-01-21 广东芬尼克兹节能设备有限公司 健康舒适节能空调器及对空气的处理方法
WO2015004720A1 (ja) * 2013-07-08 2015-01-15 三菱電機株式会社 熱交換器、及び空気調和機
JP6543638B2 (ja) * 2014-09-19 2019-07-10 株式会社ティラド 熱交換器用コルゲートフィン
KR102342091B1 (ko) * 2015-01-20 2021-12-22 삼성전자주식회사 열교환기
KR101837046B1 (ko) * 2015-07-31 2018-04-19 엘지전자 주식회사 열교환기
KR102568753B1 (ko) 2015-12-31 2023-08-21 엘지전자 주식회사 열교환기

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3502619A1 (de) * 1985-01-26 1986-07-31 Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co KG, 7000 Stuttgart Waermetauscher, insbesondere kaeltemittel-verdampfer
JPS61252495A (ja) * 1985-05-01 1986-11-10 Showa Alum Corp 横式積層型熱交換器
EP0223995B1 (de) * 1985-10-25 1990-01-17 Elpag Ag Chur Wärmeaustauscher
US5458190A (en) * 1986-07-29 1995-10-17 Showa Aluminum Corporation Condenser
GB2197450A (en) * 1986-11-08 1988-05-18 Pentagon Radiator Heat exchangers
JP3405997B2 (ja) * 1991-10-23 2003-05-12 株式会社デンソー インナーフィンおよびその製造方法
US5190101A (en) * 1991-12-16 1993-03-02 Ford Motor Company Heat exchanger manifold
JP3459271B2 (ja) * 1992-01-17 2003-10-20 株式会社デンソー 自動車用空調装置のヒータコア
US5479985A (en) * 1992-03-24 1996-01-02 Nippondenso Co., Ltd. Heat exchanger
GB2268260A (en) * 1992-06-24 1994-01-05 Llanelli Radiators Ltd Heat exchange tubes formed from a unitary portion of sheet or strip material
KR0184019B1 (ko) * 1993-08-03 1999-05-01 도모마쯔 겐고 알루미늄 합금 브레이징 재료, 열교환기용 알루미늄 합금 브레이징 박판 및 알루미늄 합금 열교환기 제조방법
JP3355824B2 (ja) * 1994-11-04 2002-12-09 株式会社デンソー コルゲートフィン型熱交換器
US5992514A (en) * 1995-11-13 1999-11-30 Denso Corporation Heat exchanger having several exchanging portions
JPH10111091A (ja) 1996-10-08 1998-04-28 Zexel Corp 熱交換器
DE19719252C2 (de) * 1997-05-07 2002-10-31 Valeo Klimatech Gmbh & Co Kg Zweiflutiger und in Luftrichtung einreihiger hartverlöteter Flachrohrverdampfer für eine Kraftfahrzeugklimaanlage
US5941303A (en) * 1997-11-04 1999-08-24 Thermal Components Extruded manifold with multiple passages and cross-counterflow heat exchanger incorporating same
US6216776B1 (en) * 1998-02-16 2001-04-17 Denso Corporation Heat exchanger
JPH11287587A (ja) 1998-04-03 1999-10-19 Denso Corp 冷媒蒸発器
US6209202B1 (en) * 1999-08-02 2001-04-03 Visteon Global Technologies, Inc. Folded tube for a heat exchanger and method of making same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100638490B1 (ko) * 2002-05-29 2006-10-25 한라공조주식회사 열교환기
KR101408899B1 (ko) * 2006-12-18 2014-06-18 한라비스테온공조 주식회사 차량용 열교환기
US9127892B2 (en) 2007-09-03 2015-09-08 Halla Visteon Climate Control Corporation Evaporator

Also Published As

Publication number Publication date
KR100333217B1 (ko) 2002-04-25
EP1058070A2 (en) 2000-12-06
US6339937B1 (en) 2002-01-22
EP1058070A3 (en) 2002-07-31
CN1525120A (zh) 2004-09-01
BR0002569A (pt) 2001-01-02
CN1276507A (zh) 2000-12-13
CN1277090C (zh) 2006-09-27
CN1165722C (zh) 2004-09-08

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