KR20010059263A - 일체형 열교환기를 가진 자동차용 공기조화장치 - Google Patents

일체형 열교환기를 가진 자동차용 공기조화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일체형 열교환기를 가진 자동차용 공기조화장치로서, 일체형 열교환기가 내장됨으로써 냉난방 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 콤팩트하고 경량의 공기조화장치를 구성할 수 있고, 원가절감 및 생산성 향상을 도모할 수 있으며, 냉난방 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 공기조화장치는, L자 형상의 두 플레이트(23,23)가 접합된 다수의 플랫 튜브(21)들에 의하여 이루어지는 증발기(2)와, 상기 증발기와 일체로 설치되고 전열핀(4)을 공유하는 히터 코어(3)를 가지는 일체형 열교환기(1)가, 상기 증발기가 송풍기(8)쪽을 향하도록 공기조화케이스(5)의 풍로에 내장되어 이루어지고; 상기 공기조화케이스는 히터 코어와 겹치지 않는 증발기의 굴곡부 전후에 설치되는 두 온도조절도어(51,52)를 가지며; 상기 공기조화케이스는 일체형 열교환기의 하부 위치에 설치되는 드레인 홀(56)을 가지며; 상기 공기조화케이스는 일체형 열교환기의 공기 토출측의 믹싱 챔버(57)의 둘레를 따라 하부 벤트 도어(54), 상부 벤트 도어(53) 및 디프로스트 벤트 도어(55)를 가진 것을 특징으로 한다.

Description

일체형 열교환기를 가진 자동차용 공기조화장치{AIR CONDITIONER WITH ONE PIECE TYPE HEAT EXCHANGER FOR VEHICLE}
본 발명은 일체형 열교환기를 가진 공기조화장치에 관한 것으로서, 특히 증발기 및 히터 코어가 일체로 이루어진 일체형 열교환기가 내장됨으로써 냉난방 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 콤팩트하고 경량의 공기조화장치를 구성할 수 있고, 원가절감 및 생산성 향상을 도모할 수 있으며, 냉난방 성능을 향상시킬 수있는 일체형 열교환기에 관한 것이다.
자동차용 공기조화장치는 자동차의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과 자동차의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함한다. 냉방시스템은 압축기의 구동에 의하여 토출되는 열교환매체가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 증발기에 의한 열교환에 의하여 자동차의 실내를 냉방하도록 구성되며, 한편 난방시스템은 냉각수를 히터 코어로 유입하여 열교환시킴으로써 실내를 난방하도록 구성된다.
일반적인 공기조화장치에 있어서는 공기조화케이스 내부에 증발기 및 히터 코어가 별도로 설치된다. 이러한 경우 증발기 및 히터 코어의 각각의 구성 부품의 수량이 많아지기 때문에 금형 개발비용이 많이 소요되고, 증발기 및 히터 코어를 별도로 조립함에 따라 증발기 및 히터에 대한 제조라인을 별도로 설치하여야 하므로 설비비가 증대되며, 조립공수 및 조립인원이 많이 소요되어 원가 상승 및 생산성 저하를 초래한다. 또한, 공기조화케이스에 증발기 및 히터 코어를 별도로 내장하여야 함에 따라 온도조절도어의 추가적인 설치가 요구되어 공기조화케이스가 복잡해질 뿐만 아니라 공기조화케이스의 크기도 증대되어 자동차에 대한 장착성도 악화된다. 또한, 이와 같이 냉난방 시스템이 복잡해지면 송풍기로부터 공기조화케이스 내부로 송풍되는 공기의 유동에 있어서 저항이 커져 시스템 풍량의 감소, 노이즈 증대 및 냉난방 성능 저하를 초래한다.
이러한 점을 고려하여 증발기 및 히터 코어가 일체로 이루어진 열교환기 및 공기조화장치가 제안되었는데, 일본 공개특허 평9-39553호에 개시된 것이 대표적이다.
이 열교환기는, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 L자 형상으로 이루어진, 냉각매체가 유통하는 제1열교환기(101)와, 상기 L자의 공간부에 설치되어 전체적으로 사각형의 평면형상을 이루는, 가열매체가 유통하는 제2열교환기(111)와, 그리고, 상기 제1열교환기(101)와 제2열교환기(111)가 공유하는 전열핀(121)들을 구비한다. 상기 두 열교환기(101,111) 사이에 열전달을 차단하도록 노치부(미도시)가 설치되며 공기의 토출측은 상기 제1열교환기(101)의 토출측 일부와 상기 제2열교환기(111)의 토출측 전부(全部)에 의하여 구성된다. 상기 열교환기는 공기조화케이스(131)의 공기가 유통하는 풍로 내에 설치되어 상기 제1열교환기(101)가 냉방사이클의 증발기로 사용되며, 제2열교환기(111)가 엔진 냉각수가 순환하는 온수회로에 설치되어 히터코어로 사용된다. 이러한 공기조화장치에 있어서 상기 제1열교환기(101)의 상기 공기의 토출측에 그 제1열교환기(101)를 통과한 공기를 제어하는 도어(133)가 설치되고, 상기 제2열교환기(111)의 배관에 그 제2열교환기(111) 내를 유통하는 온수의 양을 제어하는 유량제어밸브(113)가 설치된다.
따라서, 상기한 바와 같이 구성된 공기조화장치에 있어서 증발기의 기능을 하는 제1열교환기(101)가 냉방시스템과 연결되고 히터 코어 기능을 하는 제2열교환기(111)가 난방시스템과 연결되면, 도어(133)가 폐쇄된 상태에서 송풍기(135)에 의하여 송풍되는 공기는 제1열교환기(101)를 흐르고 있는 냉매와 열교환되어 냉각되고, 이 냉각된 공기는 제2열교환기(111)를 통과할 때 제2열교환기(111)를 흐르고있는 온수와 열교환되어 가열되어 냉풍은 공기조화케이스(131)의 상부 벤트(137)를 통하여, 그리고 온풍은 공기조화케이스(131)의 하부 벤트(139)를 통하여 차실내의 승객의 상반신쪽으로 토출되어 차실내가 냉방 또는 난방된다. 또한, 도어(133)가 개방된 상태에서는 제1열교환기(101)에 의하여 냉각된 공기중 일부(즉, 제1열교환기(101)를 거쳐 도어(133)쪽으로 토출되는 공기)는 그대로 상부 벤트(137)를 통하여 차실내로 배출되고, 제1열교환기(101)에 의하여 냉각된 공기의 나머지 부분은 제2열교환기(111)와 열교환되어 하부 벤트(139)를 통하여 차실내의 승객의 하반신쪽으로 토출된다. 따라서, 이 경우에는 제2열교환기(111)에 의하여 가열되지 않고 제1열교환기(101)만을 거쳐 토출되는 공기는 저온이고 제1열교환기(101) 및 제2열교환기(111)를 거친 공기는 위 공기보다 고온이므로 온도차가 커져 바이 레벨(bi-lebel) 상태가 되므로 쾌적함을 느낄 수 있게 된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 일체형 열교환기 및 이를 이용한 공기조화장치에 있어서는, 제1열교환기(101)와 제2열교환기(111)와의 사이에 이들 상호간의 열전달을 최소화하기 위하여 노치부가 형성되어 있다고 하더라도 제1열교환기(101)와 제2열교환기(111) 상호간의 열전달현상을 완전히 막을 수 없고 제1열교환기(101) 내부로 유입된 냉각매체의 경우 유동경로가 L턴(L-turn)을 한 다음 그대로 제1열교환기(101)로부터 배출되도록 되어 있어 열교환효율이 나쁘기 때문에 제1열교환기(101)의 일부만을 거친 공기와 제1열교환기(101) 및 제2열교환기(111)를 거친 공기와의 차이가 크지 않다. 따라서 양호한 바이 레벨상태를 얻을 수 없어 특히 냉방성능이 저하되는 문제점이 있다. 더욱이 종래 공기조화장치에 있어서는 제1열교환기(101)를 통과한 공기를 제어하는 도어(133)가 공기가 토출되는 방향인 제1열교환기(101) 후방에 설치됨으로써 상기 도어(133)가 닫힌 경우에도 공기가 제1열교환기(101)를 거쳐 제2열교환기(111) 쪽으로 유동함으로써 온도조절을 효과적으로 수행할 수 없다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 증발기 및 히터 코어가 일체로 이루어진 일체형 열교환기가 내장됨으로써 냉난방 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 콤팩트하고 경량의 공기조화장치를 구성할 수 있고, 원가절감 및 생산성 향상을 도모할 수 있으며, 냉난방 성능을 향상시킬 수 있는 공기조화장치의 제공을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화장치를 구성하는 일체형 열교환기의 요부 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기조화장치를 구성하는 일체형 열교환기의 작용상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 일체형 열교환기가 적용된 본 발명에 따른 공기조화장치의 작용상태를 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 공기조화장치에 의한 냉방 사이클 및 난방 사이클의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기조화장치를 구성하는 냉각수 조절 밸브의 작용을 나타내는 구성도이다.
도 6은 종래 일체형 열교환기를 나타내는 사시도이다.
도 7은 종래 일체형 열교환기를 나타내는 부분 정면도이다.
도 8은 종래 일체형 열교환기를 나타내는 일부 분해 사시도이다.
도 9는 종래 일체형 열교환기가 적용된 공기조화장치의 작용상태를 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 일체형 열교환기, 2 : 증발기,
3 : 히터 코어, 4 : 전열핀,
5 : 공기조화케이스, 21 : 증발기의 플랫 튜브,
23 : 증발기 플레이트, 31 : 히터 코어의 플랫 튜브,
33 : 히터 코어 플레이트, 51, 52 : 온도조절도어,
53, 54, 55 : 벤트 도어, 56 : 드레인 홀,
57 : 믹싱 챔버, 61 : 냉각수 공급라인,
62 : 냉각수 배출라인, 63 : 냉각수 조절 밸브,
631 : 밸브 케이스, 633 : 밸브 플레이트,
231, 232, 233 : 유로공, 235 : 구획비드,
237 : L턴 유로, 245 : 연결돌기,
247 : 노치부
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, L자 형상의 두 플레이트가 접합된 다수의 플랫 튜브들이 차례로 적층되어 이루어진 냉각매체가 유통하는 증발기와, 상기 L자의 공간부에 상기 증발기와 일체로 설치되어 전체적으로 사각형의 평면형상을 이루는, 냉각수가 유통하는 히터 코어와, 그리고 상기 증발기와 히터 코어의 각 플랫튜브 사이에 공유된 전열핀을 구비하여서 된 열교환기에 있어서, 상기 열교환기는 그 증발기가 송풍기쪽을 향하도록 공기조화케이스의 풍로에 내장되고, 상기 공기조화케이스는 히터 코어와 겹치지 않는 증발기의 굴곡부 전후에 유입공기 및 토출공기를 제어하는 제1온도조절도어 및 제2온도조절도어를 가지며; 상기 일체형 열교환기의 하부에 드레인 홀을 가지며; 또한 상기 일체형 열교환기의 공기 토출측의 믹싱 챔버의 둘레를 따라 하부 벤트 도어, 상부 벤트 도어 및 상부 디프로스트 벤트 도어를 가진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 증발기를 구성하는 각 플레이트가 차례로 통하도록 각 플레이트의 하단부에 제1유로공, 제2유로공 및 제3유로공이 차례로 형성됨과 아울러 상기 중앙의 제2유로공으로부터 상단부의 굴곡부 일부까지 구획비드가 형성되고, 상기 증발기의 한 쪽의 끝에 배치되는 제1엔드 플레이트의 제3유로공은 막히며, 상기 증발기의 중앙 플레이트의 제1유로공은 막히며, 상기 증발기의 다른 쪽 끝에 배치되는 제2엔드 플레이트의 제3유로공은 막힘과 아울러 제1유로공 및 제2유로공은 서로 통하도록 되어 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 히터 코어의 냉각수 공급라인 및 냉각수 배출라인에 걸쳐 냉각수 조절 밸브가 설치되고, 이 냉각수 조절 밸브는 냉각수 공급라인 및 냉각수 배출라인과 통하는 유로를 가진 밸브 케이스와; 상기 유로에 회전가능하게 설치되어 그 회동량에 따라 냉각수의 공급 및 배출량을 조절하거나 차단하는 밸브 플레이트를 가진다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 공기조화장치에 따르면, 증발기는 냉방시스템과 연결됨과 아울러 히터 코어는 난방시스템과 연결된다.
난방 모드에서는 두 온도조절도어는 닫히고, 따라서 송풍기를 통하여 송풍되는 공기는 히터 코어와 겹친 증발기 부분 및 히터 코어를 통하여 믹싱 챔버로 토출된다. 한편, 엔진 냉각수는 냉각수 공급라인을 통하여 히터 코어 내부로 유통함으로써 이 냉각수와 믹싱 챔버로 토출되는 공기는 열교환되어 고온으로 바뀜으로써실내로 온풍이 공급된다. 온도 조절은 컨트롤 유니트의 온도조절스위치의 조작에 의하여 밸브 플레이트의 회동량을 조절함으로써 이루어질 수 있다.
냉방 모드에서는 두 온도조절도어가 개방된다. 따라서, 송풍기를 통하여 송풍되는 공기는 증발기의 전체 면적과 히터 코어를 거쳐 믹싱 챔버로 토출된다. 이와 같이 믹싱 챔버로 토출되는 공기는 증발기 내를 유동하는 냉매와 열교환되어 저온으로 바뀜으로써 실내로 냉풍이 공급된다. 이 냉방 모드에서는 밸브 플레이트에 의하여 냉각수 공급라인과 냉각수 배출라인의 유로가 차단되어 엔진으로부터 공급되는 냉각수가 냉각수 조절 밸브에서 엔진쪽으로 바이패스됨으로써 히터 코어에는 냉각수가 유동하지 않는다.
한편, 믹싱 모드에서는 온도조절을 위하여 두 온도조절도어가 적당한 각도로 개방되고, 또한 냉각수 조절 밸브의 유로도 적당하게 조절된다. 이 상태에서는 송풍기로부터 송풍되는 공기는 두 온도조절도어의 개방각도에 따라 증발기의 굴곡된 상단부의 적절한 영역 및 그 하부 전체를 거치고 히터 코어와 겹친 증발기 영역을 거친 공기는 히터 코어도 거쳐 믹싱 챔버로 토출된다. 따라서, 믹싱 챔버의 상부 영역에는 저온의 공기가, 그리고 믹싱 챔버의 하부 영역에는 상기 공기보다 높은 적절한 온도의 공기가 토출되어 믹싱 챔버에서 믹싱된 후 각 벤트 도어들을 통하여 배출된다. 특히 실내의 상부는 저온의 공기가 공급되고 실내의 하부는 상기 공기보다 온도가 높은 공기가 공급되므로 온도차가 발생하여 바이 레벨 상태(bi-lebel)를 이루므로 실내를 쾌적하게 할 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 참조부호 1은 본 발명에 따른 공기조화장치를 구성하는 일체형 열교환기로서 L자 형상을 하고 있는 증발기(2)와, 상기 L자 형상의 공간부에 증발기(2)와 일체로 연결되는 대략 직육면체 형상의 히터 코어(3)를 포함하여 이루어지며, 따라서 전체적으로 대략 사각 평면 형상을 하고 있다.
증발기(2)는 L자 형상의 두 플레이트(23,23)가 서로 접합되어 형성되는 다수의 플랫 튜브(21)가 차례로 적층되어 이루어지고, 히터 코어(3)는 대략 직사각형을 하고 있는 두 플레이트(33,33)가 접합되어 형성되는 다수의 플랫 튜브(31)가 차례로 적층되어 이루어진다. 그리고, 증발기(2)의 플랫 튜브(21)들과 히터 코어(3)의 플랫 튜브(31)들은 서로 대응하여 배치되고, 이들 사이에는 단일체의 코르게이트형 전열핀(4)들이 차례로 적층된다. 따라서, 증발기(2)와 히터 코어(3)는 전열핀(4)들을 공유하게 된다.
본 발명에 따르면, 증발기(2)의 플랫 튜브(2)를 형성하는 L자 형상의 플레이트(23)를 도면과 같이 역으로 세워놓았을 때 각 플레이트(23)의 하단부에는 제1유로공(231), 제2유로공(232) 및 제3유로공(233)이 차례로 형성된다. 도면과 같이 제1유로공(231) 및 제3유로공(233)은 배치높이가 동일한 것이 바람직하며, 가운데의 제2유로공(232)의 배치높이는 제1유로공(231) 및 제3유로공(233)의 배치높이보다 낮은 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제2유로공(232)의 상단으로부터 상단의 굴곡부 일부까지 구획비드(235)가 역L자 형상으로 이루어지며, 구획비드(235)의 굴곡부는 냉매의 유동성을 고려하여 만곡지는 것이 바람직하다.
상기 구획비드(235)에 의하여 플레이트(23)에는 L턴 유로(237)가 형성되며, 이 L턴 유로(237)와 제1유로공(231) 및 제3유로공(233)은 서로 통하지만 L턴 유로(237)와 제2유로공(232)은 서로 통하지 않는 것이 바람직하다.
또한 플레이트(23)의 내면에는 냉매의 전열면적을 넓힘과 아울러 냉매의 난류를 도모하고 또한 두 플레이트(23,23)의 접합강도를 높이기 위하여 L턴 유로(237)에는 소정의 배열로 다수의 엠보싱 비드(239)가 전체적으로 형성된다. 즉, 두 플레이트(23,23)의 엠보싱 비드(239,239)들은 서로 대응하여 형성됨으로써 브레이징시 서로 대응하는 엠보싱 비드(239)들끼리 서로 접합된다. 이 엠보싱 비드(239)들은 원형, 타원형, 사각형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있고, 이러한 다양한 형태의 엠보싱 비드(239)들이 혼용되어 형성될 수 있다.
그리고, 플레이트(23)의 내면 모서리부에는 냉매의 흐름이 한 쪽으로 치우치지 않고 L턴 유로(237)를 따라 잘 유도될 수 있도록 사선방향의 슬로트형 비드(241)가 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 각 플레이트(23)의 가장자리를 따라 두 플레이트(23,23)를 브레이징 접합하기 위한 플랜지(243)가 형성됨과 아울러 히터 코어(3)와 연결되는 쪽 플랜지(243) 부분에는 소정의 간격으로 다수의 연결돌기(245)가 형성됨에 따라 후술하겠지만 증발기(2)와 히터 코어(3) 상호간의 연전달을 최소화하기 위하여 상기 연결돌기(245)들 사이에는 노치부(247)가 형성된다.
상기한 바와 같이 이루어진 증발기(2)의 플레이트(23) 2개가 서로 접합됨으로써 플랫 튜브(21)를 이루고, 이 플랫 튜브(21)들이 차례로 적층되어 증발기(2)가구성됨으로써 증발기(2)의 내부에는 냉매가 유통하는 소정의 유로가 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 냉매가 증발기(2)의 내부를 유통하면서 최적의 열교환효율을 나타낼 수 있도록 증발기(2)를 구성하는 플레이트(23)들중 양쪽 최외측의 한 쪽 끝에 배치되는 제1엔드 플레이트(편의상 참조부호 211로 나타냄)의 유로공들중 제3유로공(233)은 막힌다. 또 증발기(2)를 구성하는 플레이트(23)들중 중앙부에 배치되는 중앙 플레이트(편의상 참조부호 213으로 나타냄)의 제1유로공(231)은 막힘으로써 중앙 플레이트(213)는 블랭크 플레이트로서 기능한다. 또한 증발기(2)를 구성하는 플레이트(23)들중 양쪽 최외측의 다른 쪽 끝에 배치되는 제2엔드 플레이트(편의상 참조부호 212로 나타냄)의 제3유로공(233)은 막히고 이 제2엔드 플레이트(212)의 제1유로공(231) 및 제2유로공(232)은 서로 통하도록 되어 있다. 그리고, 상기 제1엔드 플레이트(211)의 제1유로공(231)에는 냉매유입관(미도시)이 연결되고, 제1엔드 플레이트(211)의 제2유로공(232)에는 냉매배출관이 연결된다.
따라서, 상기 두 엔드 플레이트(211,212) 및 중앙 플레이트(213)가 채용된 증발기에 있어서는 제1유로공(231)을 통하여 제1엔드 플레이트(211)에 의하여 이루어지는 제1엔드 플랫 튜브(21)에 냉매가 유입되면 제1유로공(231) 및 제3유로공(233)이 L턴 유로(237)와 통하고 있기 때문에 냉매가 제1엔드 플랫 튜브(21)의 제1유로공(231)으로부터 구획비드(235)를 따라 L턴하여 제1엔드 플레이트(21)의 제3유로공(233) 쪽으로 유동한다. 또한 중앙 플레이트(213)의 제1유로공(231)은 막혀 있기 때문에 제1엔드 플레이트(211)의 제1유로공(231)과 서로 대응하는 중앙 플레이트(213) 사이의 각 플레이트(23)의 제1유로공(231)들을 통하여 중앙 플레이트(213)까지 제1엔드 플레이트(211)의 제1유로공(231)으로부터 냉매가 유동하지만, L턴 유로(237)와 제2유로공(232)은 통하지 않기 때문에 제2유로공(232) 쪽으로는 냉매가 유동하지 않는다. 그리고, 각 플레이트(23)의 제1유로공(231)을 통하여 중앙 플레이트(213)까지 유동한 냉매는 제1엔드 플랫 튜브(21)와 중앙 플랫 튜브(21)와의 사이의 플랫 튜브(21)들 내부에서 구획비드(235)들을 따라 L턴유동하여 당해 플랫 튜브의 제3유로공(233)들 쪽으로 유동하지만 이 경우에도 L턴 유로(237)와 제2유로공(232)은 서로 통하지 않기 때문에 제2유로공(232)으로는 냉매가 유동하지 않는다. 이와 같이 제1엔드 플레이트(211)로부터 중앙 플레이트(213)까지 각 플랫 튜브(21) 내부를 L턴하여 각 플레이트(23)의 제3유로공(233)쪽으로 유동한 냉매는 제3유로공(233)들이 서로 통하고 있기 때문에 제1엔드 플레이트(211)의 제3유로공(233)으로부터 제2엔드 플레이트(212)의 제3유로공(233)까지 유동하고, 또한 중앙 플레이트(213)와 제2엔드 플레이트(212) 사이에 위치하는 플레이트(23)들의 제3유로공(233)으로부터 당해 플레이트(23)의 L턴 유로를 통하여 당해 플레이트(23)의 제1유로공(231)쪽으로 냉매가 L턴 유동한다. 그리고, 이와 같이 중앙 플레이트(213)와 제2엔드 플레이트(212) 사이의 플레이트(23)들의 제1유로공(231)쪽으로 유동한 냉매는 제2엔드 플레이트(212)의 제1유로공(231)쪽으로 유동한 다음 제2엔드 플레이트(212)의 제1유로공(231) 및 제2유로공(232)이 서로 통하고 있기 때문에 제2엔드 플레이트(212)의 제2유로공(232)으로 유입되어 제1엔드 플레이트(211)와 제2엔드 플레이트(212) 사이의 플레이트(23)들의 제2유로공(232)들을 통하여 제1엔드 플레이트(211)의 제2유로공(231)쪽으로 유동한 다음 최종적으로 냉매배출관을 통하여 증발기로부터 배출된다. 따라서, 증발기(2) 내부를 유동하는 냉매가 두 번의 L턴을 한 다음 증발기(2) 전체의 제2유로공(232)들을 거쳐 배출되기 때문에 열교환효율이 향상되므로 냉방성능을 높일 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 히터 코어(3)의 각 플랫 튜브(31)를 형성하는 플레이트(33)는 대략 직사각형으로 이루어지고, 히터 코어(3)의 각 플레이트(33)는 이와 대응하는 증발기(2)의 각 플레이트(23)의 L자의 공간에 삽입된 상태로 증발기(2)의 각 플레이트(23)와 연결된다. 즉, 히터 코어(3)의 플레이트(33)의 가장자리에는 두 플레이트(33,33)를 브레이징 접합하기 위한 플랜지(343)가 형성되어 있고, 이 히터 코어 플레이트(33)의 플랜지(343)중 증발기 플레이트(23)와 대응하는 부분에는 증발기 플레이트(23)의 연결돌기(245)들과 대응하는 다수의 연결돌기(345)가 소정의 간격으로 형성된다. 따라서, 증발기 플레이트(23)의 연결돌기(245)와 히터 코어 플레이트(33)의 연결돌기(345)가 서로 접합됨으로써 증발기 플레이트(23)와 히터 코어 플레이트(33)가 서로 연결될 수 있고, 이와 같이 증발기 플레이트(23)와 히터 코어 플레이트(33)가 서로 연결됨으로써 증발기(2)와 히터 코어(3) 사이에는 상호간의 연전달을 방지하기 위한 노치부(247)들이 형성될 수 있다. 연결돌기들(245,345)의 크기 및 간격은 실험에 의하여 열전달률을 최소화할 수 있도록 설정될 수 있다.
그리고, 히터 코어 플레이트(33)의 하단부에는 냉각수, 즉 엔진 냉객수를 순환시키기 위한 냉각수유입라인(61)과 연결되는 제4유로공(334) 및 냉각수배출라인(62)과 연결되는 제5유로공(335)이 형성된다. 이 두 개의 유로공(334,335) 사이로부터 상단부의 소정의 높이까지 구획리브(336)가 형성됨으로써 전체적으로 U턴 유로(337)가 형성되며, 이 U턴 유로(337)는 상기 두 유로공(334,335)과 서로 통하는 것이 바람직하다. 또 히터 코어 플레이트(33)의 내면에는 다수의 엠보싱 비드(339)가 소정의 배열로 형성되며, 이 엠보싱 비드들은 원형, 타원형 또는 사각형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 이러한 다양한 형태의 엠보싱 비드(339)들이 서로 혼용되어 형성될 수 있다. 또한, 미도시되었지만 히터 코어 플레이트(33)의 상단부 양쪽 모서리에는 냉각수가 한 쪽으로 치우치지 않고 원활하게 유동될 수 있도록 사선방향의 슬로트형 비드가 형성되어도 좋다.
따라서, 엔진(7)(도 4 참조)으로부터 냉각수유입라인(61)을 통하여 제4유로공(334)을 통하여 히터 코어(3)의 한 쪽 끝의 제3엔드 플랫 튜브(31)의 냉매가 유입되면 U턴 유로(337)를 통하여 제3엔드 플랫 튜브(31)의 제5유로공(335)쪽으로 냉매가 U턴 유동함과 아울러 서로 대응하는 제4유로공(334)들을 통하여 히터 코어(3)의 다른 쪽 끝의 제4엔드 플랫 튜브(31)의 제4유로공(334)쪽으로 냉매가 흘러 다시 제3엔드 플랫 튜브(31) 및 제4엔드 플랫 튜브(31) 사이의 각 플랫 튜브(31)의 제4유로공(334)으로부터 U턴 유로(337)들을 통하여 제5유로공(335)쪽으로 냉매가 U턴 유동한다. 이와 같이 제3엔드 플랫 튜브(31) 및 제4엔드 플랫 튜브(31) 사이의 각 플랫 튜브(31)의 제5유로공(335)쪽으로 유동한 냉매는 다시 제3엔드 플랫 튜브(31)의 제5유로공(335)쪽으로 흘러 최종적으로 냉각수배출라인(62)을 통하여 배출되어엔진(7)으로 복귀된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 참조부호 5는 본 발명에 따른 공기조화장치를 구성하는 공기조화케이스로서, 입구측은 송풍기(8)와 연결됨으로써 송풍기(8)에 의하여 내부 풍로로 공기가 송풍될 수 있다. 이 공기조화케이스(5)에는 증발기(2)가 송풍기(8)쪽을 향하도록 상기한 일체형 열교환기(1)가 내장되며, 따라서 송풍기에 의하여 송풍되는 공기는 일체형 열교환기(1)를 거치면서 열교환되어 일체형 열교환기(1)의 후측으로 토출된다.
본 발명에 따르면, 열교환에 의한 공기의 온도를 효과적으로 조절할 수 있도록 하기 위하여, 공기조화케이스(5)는 히터 코어(3)와 겹치지 않는 증발기(3)의 상단 굴곡부 전후에 설치되는 제1온도절도어(51) 및 제2온도조절도어(52)를 가진다. 즉, 상기 온도조절도어들(51,52)은 상단이 공기조화케이스(5)에 핀에 의하여 선회가능하게 결합됨으로써 증발기(2)의 상단 굴곡부에 대한 개방각도를 조절하게 된다. 또한, 일체형 열교환기(1)와 대응하는 공기조화케이스(5)의 하부는 아래로 요입되어 있고, 이 요입부의 최하단에 드레인 홀(56)이 설치된다. 따라서 증발기(2)의 표면에 맺혀 아래로 흘러내리는 수분은 드레인 홀(56)을 통하여 외부로 배출될 수 있다.
그리고, 열교환된 공기가 토출되는 일체형 열교환기(1)의 후측에 위치하는 공기조화케이스(5)의 내부공간은 믹싱 챔버(57)로 작용한다. 믹싱 챔버(57)를 형성하는 공기조화케이스(5)의 외벽중 바닥을 형성하는 부분에는 승객의 하반신 쪽으로 열교환된 공기를 공급하기 위한 하부 벤트 도어(54)가 선회가능하게 설치된다. 또한, 믹싱 챔버(57)를 형성하는 외벽중 상단 끝 부분은 경사지게 형성되고, 이 경사진 부분에 승객의 상반신 쪽으로 열교환된 공기를 공급하기 위한 상부 벤트 도어(53)가 선회가능하게 설치된다. 또한, 믹싱 챔버(57)를 형성하는 외벽중 천정을 형성하는 부분에는 디프로스트 벤트 도어(55)가 선회가능하게 설치된다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 엔진(7)과 히터 코어(3)를 연결함으로써 엔진 냉각수를 히터 코어(3)에 공급하기 위한 냉각수 공급라인(61)과, 히터 코어(3)로부터 엔진 냉각수를 엔진(7)으로 복귀시키기 위한 냉각수 배출라인(62)에 걸쳐 냉각수 조절 밸브(63)가 설치된다. 냉각수 조절 밸브(63)는 상기 냉각수 공급라인(61) 및 냉각수 배출라인(62)과 서로 통하는 유로(632)를 가진 밸브 케이스(631)와, 상기 밸브 케이스(631)의 유로(632)에 회전가능하게 설치되어 그 회동량에 따라 냉각수 공급라인(61) 및 냉각수 배출라인(62)의 유로(632)의 개방정도를 조절하는 밸브 플레이트(633)를 가진다. 즉, 밸브 플레이트(633)가 냉각수 공급라인(61) 및 냉각수 배출라인(62)의 유로를 차단하는 위치로 회동한 경우에는 엔진(7)으로부터 배출되는 냉각수는 냉각수 공급라인(61), 밸브 케이스(631)의 유로(632) 및 냉각수 배출라인(62)을 거쳐 엔진(7)으로 바이패스되어 히터 코어(3)에는 냉각수가 공급되지 않고, 밸브 플레이트(633)가 냉각수 공급라인(61) 및 냉각수 배출라인(62)의 유로를 차단하지 않는 위치로 회동한 경우에는 엔진(7)으로부터 배출되는 냉각수가 냉각수 공급라인(61), 밸브 케이스(631)의 유로(632), 냉각수 공급라인(61), 히터 코어(3), 냉각수 배출라인(62), 밸브 케이스(631)의 유로(632), 냉각수 배출라인(62)을 차례로 거쳐 엔진(7)으로 복귀된다. 이 경우 냉각수 유동량은 밸브 플레이트(633)의 회동량에 따른 냉각수 공급라인(61) 및 냉각수 배출라인(62)의 개도에 따라 결정되고 이 밸브 플레이트(633)의 회동량은 차량 실내의 인스트루먼트 패널에 설치된 컨트롤부(미도시)에 의하여 조절될 수 있다.
다음에 본 발명의 공기조화장치에 따른 작용에 대하여 상세히 설명한다.
공기조화케이스(5)에 내장되는 일체형 열교환기(1)에 있어서 증발기(2)는 냉방 사이클을 구성하며 송풍기(8)쪽을 향하고, 히터 코어(3)는 난방 사이클을 구성하며 엔진(7)측과 연결된다.
본 발명에 따르면, 난방 모드에서는 공기조화케이스(5)의 제1온도조절도어(51) 및 제2온도조절도어(52)는 선회되어 히터 코어(3)와 겹치지 않는 증발기(2)의 상단 굴곡부 전후에 밀착됨으로써 증발기(2)의 상단 굴곡부 전후를 공기조화케이스(5)의 송풍기(8)쪽 풍로 및 믹싱 챔버(57)와 차단하고 있다. 따라서 송풍기(8)를 통하여 송풍되는 공기는 증발기(2)의 상단 굴곡부를 거치지 않고 히터 코어(3)와 겹친 증발기 부분(2) 및 히터 코어(3)를 차례로 거쳐 믹싱 챔버(57)로 토출된다. 한편, 난방 모드에서는 냉방 사이클의 가동은 중단되고 엔진 냉각수는 냉각수 공급라인(61)을 통하여 히터 코어(3) 내부로 공급되며, 이와 같이 히터 코어(3)에 냉각수가 유입되어 히터 코어(3) 내부를 거치는 과정에서 냉각수와 히터 코어(3)를 거치는 공기가 서로 열교환된다. 열교환된 냉각수는 온도가 낮아진 상태로 엔진(7)으로 복귀하여 엔진(7)을 다시 냉각하고 열교환된 공기는 온도가 높아진 상태로 믹싱 챔버(57)로 토출되어 벤트 도어들(53,54,55)을 통하여 실내로 공급된다. 공기의 온도 조절은 차량 실내의 컨트롤부의 조작에 의하여 냉각수 조절밸브(63)에 내장된 밸브 플레이트(633)의 회동량을 조절함으로써 이루어질 수 있다. 즉, 밸브 플레이트(633)가 냉각수 공급라인(61)과 냉각수 배출라인(62) 사이에서 이들과 나란한 상태로 회동한 경우에는 히터 코어(3)로의 냉각수 공급량이 최대가 되어 열교환된 공기의 온도가 가장 높다. 그리고 밸브 플레이트(633)가 냉각수 공급라인(61)과 냉각수 배출라인(62) 사이에서 경사진 상태로 회동함으로써 냉각수 공급라인(61)과 냉각수 배출라인(62)의 유로를 일부 막고 있을 경우에는 위의 경우보다 히터 코어(3)로의 냉각수 공급량이 적어져 열교환된 공기의 온도는 낮다. 이 때의 공기의 온도는 상기 라인들(61,62)들의 유로의 개방 정도에 따른 히터 코어(3)로의 냉각수 유동량의 차이에 의하여 증감된다.
한편, 냉방 모드에서는 공기조화케이스(5)의 두 온도조절도어(51,52)가 개방된다. 따라서, 송풍기(8)를 통하여 송풍되는 공기는 증발기(2)의 두 온도조절도어(51,52)쪽 영역도 거치므로 증발기(2)의 전체 면적과 히터 코어(3)를 거쳐 믹싱 챔버(57)로 토출된다. 이와 같이 증발기(2)의 전체 영역을 거쳐 믹싱 챔버(57)로 토출되는 공기는 증발기(2) 내를 유동하는 냉매와 열교환되어 저온으로 바뀌어 믹싱 챔버(57)로 토출됨으로써 상부 벤트 도어(53), 하부 벤트 도어(54) 및 디프로스트 벤트 도어(55)를 통하여 실내로 냉풍이 공급된다. 이 냉방 모드에서는 밸브 플레이트(633)에 의하여 냉각수 공급라인(61)과 냉각수 배출라인(62)의 유로가 차단되어 엔진(7)으로부터 공급되는 냉각수가 냉각수 조절 밸브(63)에서 엔진(7)쪽으로 바이패스됨으로써 히터 코어(3)에는 냉각수가 유동하지 않고, 냉풍의 온도는 벤트 도어들(53,54,55)의 개도에 의하여 결정될 수 있다.
한편, 믹싱 모드에서는 온도조절을 위하여 두 온도조절도어(51,52)가 적당한 각도로 개방되고, 또한 냉각수 조절 밸브(63)의 밸브 플레이트(633)의 회동에 따른 냉각수 공급라인(61) 및 냉각수 배출라인(62)의 개도도 적당하게 조절된다. 즉, 이 상태에서는 송풍기(8)로부터 송풍되는 공기는 두 온도조절도어(51,52)의 개방각도에 따라 증발기(2)의 굴곡된 상단부의 적절한 영역도 거쳐 열교환된다. 그리고, 히터 코어(3)와 겹친 증발기(2) 영역을 거치는 공기는 히터 코어(3)도 거쳐 믹싱 챔버(57)로 토출된다. 따라서, 믹싱 챔버(57)의 상부 영역에는 저온의 공기가 토출되고, 믹싱 챔버(57)의 하부 영역에는 상기 공기보다 높은 온도의 공기가 토출되어 믹싱 챔버(57)에서 믹싱된 후 각 벤트 도어들(53,54,55)을 통하여 배출된다. 믹싱 챔버(57)에서 저온의 공기와 이보다 온도가 높은 고온의 공기가 믹싱된다 하더라도 저온의 공기가 상부 벤트 도어(53)에 가까운 믹싱 챔버(57)의 상부 영역으로 토출되고 온도가 높은 공기는 하부 벤트 도어(54)에 가까운 믹싱 챔버의 하부 영역으로 토출되므로 상대적으로 저온의 공기는 실내의 상부로 공급되고 상기 공기보다 온도가 높은 공기는 실내의 하부로 공급되므로 실내의 상하부는 현저한 온도차가 발생하여 바이 레벨 상태(bi-lebel)를 이루며, 따라서 대류현상이 효과적으로 유도되어 실내를 쾌적하게 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 공기조화장치에 적용되는 일체형 열교환기(1)에 있어서 팽창밸브(91)를 거쳐 증발기(2)로 유입되어 압축기(92)로 배출되는 냉매유동경로는 다음과 같이 이루어진다.
즉, 팽창밸브(91)로부터 제1엔드 플레이트(211)의 제1유로공(231)을 통하여증발기(2)의 제1엔드 플랫 튜브(21)로 냉매가 유입되면, 이 유입된 냉매는 각 플레이트(23)의 제1유로공(231)을 통하여 중앙의 블랭크 플레이트(213)까지 유동함과 동시에 각 플랫 튜브(21) 내부의 L턴 유로(237)를 L턴 유동하여 각 플레이트(23)의 제3유로공(233)쪽으로 유동한다. 이와 같이 제1엔드 플레이트(211)로부터 블랭크 플레이트(213)까지의 각 제3유로공(233)쪽으로 유동한 냉매는 다시 제3유로공(233)들을 통하여 블랭크 플레이트(213)로부터 제2엔드 플레이트(212)들 사이의 제3유로공(233)들쪽으로 유동함과 동시에 이 플레이트(23)들의 각 L턴 유로(237)를 L턴 유동하여 블랭크 플레이트(213)로부터 제2엔드 플레이트(212)들 사이의 각 제1유로공(231)쪽으로 유동한 다음 모두 제2엔드 플레이트(212)의 제1유로공(231)쪽으로 유동한다. 이와 같이 제2엔드 플레이트(212)의 제1유로공(231)쪽으로 유동한 냉매는 제2엔드 플레이트(212)의 제1유로공(231)과 제2유로공(232)이 통하고 있기 때문에 제2유로공(232)으로 유동한 다음 각 플레이트(23)의 제2유로공(232)들을 통하여 제1엔드 플레이트(211)의 제2유로공(232)쪽으로 유동하여 최종적으로 제2유로공(232)과 연결된 냉매배출관을 통하여 증발기(2)로부터 배출되어 압축기(92)로 공급된다. 따라서, 증발기(2) 내부를 유동하는 냉매가 두 번의 L턴 유동을 한 다음 제2유로공(232)들을 통하여 증발기(2) 전체를 거쳐 최종적으로 배출되기 때문에 열교환효율이 향상될 뿐만 아니라 압축기(92)로의 액냉매 유동을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 일체형 열교환기를 가진 자동차용 공기조화장치에 있어서는, 히터 코어(3)와 겹치지 않는 증발기(2) 영역의 전후에 제1온도조절도어(51) 및 제2온도조절도어(52)가 설치됨으로써 증발기(2)와 히터 코어(3) 상호간의 열전달을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 온도조절을 미세하게 조절할 수 있으므로 냉난방 성능을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 증발기 플레이트(23)에 형성된 제1유로공(231), 제2유로공(232) 및 제3유로공(233)들에 의하여 증발기(2) 내부를 유동하는 냉매가 두 번의 L턴 유동을 하여 열교환되도록 이루어져 있기 때문에 열교환효율이 향상되고, 이에 따라 증발기(2)만을 거쳐 토출되는 저온 공기와 증발기(2) 및 히터 코어(3)를 모두 거친 고온의 공기와의 온도차가 종래보다 커져 바이 레벨(bi-lebel) 상태를 효과적으로 얻을 수 있으므로 실내를 쾌적하게 할 수 있다. 그리고, 열교환기의 콤팩트화에 따른 공기조화장치의 콤팩트화, 생산성 향상 및 원가절감을 도모할 수 있고, 증발기의 열교환효율이 향상되어 압축기(92)로의 액냉매 유입현상이 방지되므로 압축기(92)를 보호할 수 있다.

Claims (3)

  1. L자 형상의 두 플레이트가 접합된 다수의 플랫 튜브들이 차례로 적층되어 이루어진 냉각매체가 유통하는 증발기와, 상기 L자의 공간부에 상기 증발기와 일체로 설치되어 전체적으로 사각형의 평면형상을 이루는, 냉각수가 유통하는 히터 코어와, 그리고 상기 증발기와 히터 코어의 각 플랫튜브 사이에 공유된 전열핀을 구비하여서 된 열교환기에 있어서,
    상기 일체형 열교환기는 그 증발기가 송풍기쪽을 향하도록 공기조화케이스의 풍로에 내장되고,
    상기 공기조화케이스는 히터 코어와 겹치지 않는 증발기의 굴곡부 전후에 유입공기 및 토출공기를 제어하는 제1온도조절도어 및 제2온도조절도어를 가지며;
    또한 상기 공기조화케이스는 일체형 열교환기의 하부 위치에 설치되는 드레인 홀을 가지며;
    또한, 상기 공기조화케이스는 일체형 열교환기의 공기 토출측의 믹싱 챔버의 둘레를 따라 하부 벤트 도어, 상부 벤트 도어 및 상부 디프로스트 벤트 도어를 가진 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기를 가진 자동차용 공기조화장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증발기를 구성하는 각 플레이트가 차례로 통하도록 각 플레이트의 하단부에 제1유로공, 제2유로공 및 제3유로공이 차례로 형성됨과 아울러 상기 중앙의 제2유로공으로부터 상단부의 굴곡부 일부까지 구획비드가 형성됨으로써 각 플레이트의 내면에는 L턴 유로가 형성되고, 상기 증발기의 한 쪽의 끝에 배치되는 제1엔드 플레이트의 제3유로공은 막히며, 상기 증발기의 중앙 플레이트의 제1유로공은 막히며, 상기 증발기의 다른 쪽 끝에 배치되는 제2엔드 플레이트의 제3유로공은 막힘과 아울러 제1유로공 및 제2유로공은 서로 통하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기를 가진 자동차용 공기조화장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터 코어의 냉각수 공급라인 및 냉각수 배출라인에 걸쳐 냉각수 조절 밸브가 설치되고,
    상기 냉각수 조절 밸브는 냉각수 공급라인 및 냉각수 배출라인과 통하는 유로를 가진 밸브 케이스와, 상기 유로에 회전가능하게 설치되어 그 회동량에 따라 냉각수의 공급 및 배출량을 조절하거나 차단하는 밸브 플레이트를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기를 가진 자동차용 공기조화장치.
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