KR20010108764A - 일체형 열교환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일체형 열교환기에 관한 것으로서, 원가절감 및 생산성 향상을 도모하고, 열교환성능 및 쾌적성을 향상시킴과 아울러 공기조화장치의 콤팩트화를 도모하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일체형 열교환기는, L자 형상의 증발기 플레이트들이 적층된 증발기, 히터 코어 플레이트들이 적층된 히터 코어 및 공유 전열핀들이 일체로 접합되어 이루어진다. 각 증발기 플레이트의 하단부에는 제1홀컵이, 상단부에는 제2 및 제3홀컵이 각각 형성된다. 상단부 내면에 형성된 L턴유로 형성비드에 의하여 증발기 플레이트의 내면은 제1 및 제2홀컵과 통하는 L턴(L-turn) 유로를 형성한다. 최좌측 증발기 플레이트에는 제1홀컵과 연통하는 제1냉매유입구 및 제3홀컵과 연통하는 제1냉매배출구를 가진 제1엔드 플레이트가 적층된다. 최우측 증발기 플레이트에는 그 제2 및 제3홀컵과 모두 연통하는 제4홀컵을 가진 제2엔드 플레이트가 적층된다. 그리고, 좌중앙 증발기 플레이트의 제1홀컵, 우중앙 증발기 플레이트의 제2홀컵 및 최우측 증발기 플레이트의 제1홀컵은 각각 막힌다.
Description
본 발명은 일체형 열교환기에 관한 것으로서, 특히 증발기 및 히터 코어가 일체로 구성됨에 따른 부품의 단순화 및 조립공수 감소에 의하여 생산성 향상을 도모하는 한편 공기조화케이스의 공기송풍유로에 대하여 찬 공기의 유로가 별도로 마련됨으로써 공기조화성능 향상을 도모할 수 있는 일체형 열교환기에 관한 것이다.
자동차용 공기조화장치는 냉방장치와 난방장치를 포함하여 이루어진다. 냉방장치는 엔진의 동력을 전달받아 구동되는 압축기에 의하여 냉매를 압축하여 응축기로 보내고 이 응축기에서 냉각팬의 강제송풍에 의하여 냉매를 응축시킨 다음 이 냉매를 리시버 드라이어, 팽창팰브 및 증발기를 차례로 거치도록 하여 다시 압축기로 복귀시키는 과정에서 블로어 유니트에 의하여 송풍되는 공기와 증발기를 거치는 냉매를 열교환시켜 송풍공기를 냉기 상태로 실내로 토출시킴으로써 자동차의 실내를 냉방하도록 되어 있다. 또한 난방장치는 엔진의 냉각수를 히터 코어를 거쳐 엔진으로 복귀시키는 과정에서 블로어 유니트에 의하여 송풍되는 공기와 히터 코어를 거치는 냉각수를 열교환시켜 송풍공기를 온기 상태로 실내로 토출시킴으로써 자동차의 실내를 난방하도록 되어 있다.
일반적인 공기조화장치에 있어서는 통상적으로 공기조화케이스 내부에 별도로 구성된 증발기 및 히터 코어가 전후로 분리된 상태로 설치된다. 이러한 경우 증발기 및 히터 코어의 각각의 구성 부품의 수량이 많아지기 때문에 증발기 및 히터 코어를 별도로 조립함에 따라 재료비 뿐만 아니라 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 일체형 열교환기가 제안되고 있는데, 이 일체형 열교환기는 공기조화케이스의 송풍유로에 대한 장착 위치에 따라 증발기 및 히터 코어가 전후로 배치되는 전후 일체형 열교환기 및 증발기 및 히터 코어가 좌우로 배치되는 좌우 일체형 열교환기 두 종류로 나눌 수 있다. 전후 일체형 열교환기의 대표적인 것으로는 한국 공개실용 제96-2586호 및 일본 특개평 8-296991호에 개시된 것을 들 수 있고, 좌우 일체형 열교환기의 대표적인 것으로는 일본 특개평 8-261667호에 개시된 것을 들 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 일체형 열교환기에 있어서도 증발기 및 히터 코어를 별개로 구성하여야 할 뿐만 아니라 이들을 제조하기 위한 플레이트들도 별도로 성형하여 조립하여야 하기 때문에 구성요소가 많이 소요되고 조립공수가 증가되는문제는 해결할 수 없다. 특히 종래의 전후 일체형 열교환기의 경우에는 찬 공기가 별도로 유동할 수 있도록 마련된 유로가 없고, 좌우 일체형 열교환기의 경우에는 증발기 및 히터 코어가 좌우로 배열됨으로써 온도조절도어가 크고 공기조화케이스 내부의 배플 구조가 복잡하므로 제습성 제어가 곤란하다는 문제점이 있다.
따라서, 상기한 종래 일체형 열교환기들보다 더욱 콤팩트한 열교환기가 제안되고 있는데, 이러한 열교환기의 대표적인 것으로 일본 특개평 9-39533호에 개시된 일체형 열교환기를 들 수 있다. 이 일체형 열교환기는, L자 형상으로 이루어짐과 아울러 냉각매체가 유통하는 제1열교환기와, 상기 L자의 공간부에 설치되어 전체적으로 사각형의 평면형상을 이루며 가열매체가 유통하는 제2열교환기를 가지고; 상기 제1열교환기와 제2열교환기는 전열핀들을 공유하며; 상기 두 열교환기와의 사이에 열전달을 차단하도록 노치부가 설치되며; 공기의 토출측 부분이 상기 제1열교환기의 토출측 부분의 일부와 상기 제2열교환기의 토출측 부분 전체에 걸쳐 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이 구성된 일체형 열교환기는 공기조화장치를 구성하는 공기조화케이스에 조립되고, 그 중 증발기의 기능을 하는 제1열교환기는 냉방시스템과 연결됨과 아울러 히터 코어 기능을 하는 제2열교환기는 난방시스템과 연결된다. 따라서, 제1열교환기에는 냉각매체가 유통되고 제2열교환기에는 가열매체가 유통되므로, 제2열교환기에 의하여 소망하는 온도의 온풍을 송풍할 수 있고, 또한 제1열교환기의 일부에 의하여 가열되지 않은 냉풍을 송풍할 수 있어, 복합모드 운전시의 온풍과 냉풍의 온도차를 크게 할 수 있다. 즉, 제2열교환기에 의하여 가열되지 않고 제1열교환기만을 거쳐 토출되는 공기는 저온이고 제1열교환기 및 제2열교환기를 거친 공기는 위 공기보다 고온이므로 온도차가 커져 바이 레벨(bi-lebel) 상태가 되므로 쾌적함을 느낄 수 있게 된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 일체형 열교환기에 있어서는, 제1열교환기와 제2열교환기와의 사이에 이들 상호간의 열전달을 최소화하기 위하여 노치부가 형성되어 있다고 하더라도 도시된 바와 같이 제1열교환기와 제2열교환기 상호간의 열전달현상을 완전히 막을 수 없고 제1열교환기 내부로 유입된 냉각매체의 경우 유동경로가 L턴(L-turn)을 한 다음 그대로 제1열교환기로부터 배출되도록 되어 있어 열교환효율이 나쁘기 때문에 제1열교환기의 일부만을 거친 공기와 제1열교환기 및 제2열교환기를 거친 공기와의 차이가 크지 않다. 따라서 양호한 바이 레벨상태를 얻을 수 없어 특히 냉방성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 증발기 및 히터 코어가 일체로 구성됨에 따른 부품의 단순화 및 조립공수 감소에 의하여 원가절감 및 생산성 향상을 도모하고, 열교환성능 및 쾌적성을 향상시킴과 아울러 공기조화장치의 콤팩트화를 도모할 수 있는 일체형 열교환기의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 두 개의 증발기 플레이트 및 두 개의 히터 코어 플레이트가 모두 일체로 이루어진 일체형 플레이트를 제공함으로써 부품을 더욱 단순화할 수 있음과 아울러 조립공수도 더욱 줄일 수 있는 일체형 열교환기를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 구성하는 증발기 플레이트들 및 히터 코어 플레이트들이 서로 접합되는 상태를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 구성하는 증발기 플레이트들 및 히터 코어 플레이트들이 서로 접합되어 이루어지는 증발기 플랫 튜브 및 히터 코어 플랫 튜브를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 구성하는 히터 코어 플레이트의 내면쪽을 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 나타내는 배면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 구성하는 제1엔드 플레이트의 내면쪽을 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 구성하는 제2엔드 플레이트의 내면쪽을 나타내는 정면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 냉매 유동구조 및 냉각수 유동구조를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명에 따른 일체형 열교환기가 채용된 공기조화장치를 나타내는구성도이다.
도 10은 본 발명에 따른 일체형 열교환기를 구성하기 위한 플레이트의 다른 예로서 두 증발기 플레이트 및 두 히터 코어 플레이트가 일체로 이루어진 일체형 플레이트를 나타내는 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 일체형 열교환기, 2 : 증발기,
3 : 히터 코어, 4 : 전열핀,
21 : 증발기 플랫 튜브, 21a : 일체형 플랫 튜브,
23 : 증발기 플레이트, 23a : 일체형 플레이트,
23b : 복합 열교환 플레이트, 23c : 연결리브,
31 : 히터 코어 플랫 튜브, 33 : 히터 코어 플레이트,
211 : 제1엔드 플레이트, 212 : 제1안내통로,
213 : 냉매유입구, 214 : 제2안내통로,
215 : 냉매배출구, 221 : 제2엔드 플레이트,
224 : 제4홀컵, 231 : 제1홀컵,
232 : 제2홀컵, 233 : 제3홀컵,
235 : L턴유로 형성비드, 237 : L턴 유로,
239 : 엠보싱 비드, 243 : 브래이징 플랜지,
245 : 연결돌기, 247 : 노치부,
335 : 제5홀컵, 336 : 제6홀컵,
337 : U턴유로 형성비드, 338 : U턴 유로,
339 : 엠보싱 비드, 343 : 브래이징 플랜지,
345 : 연결돌기
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 상단부가 수직으로 굴곡된 L자 형상의 두 증발기 플레이트가 접합된 다수의 증발기 플랫 튜브들이 차례로 적층되어 이루어져 냉매가 유통하는 증발기와; 상기 증발기 플레이트와 함께 전체적으로 사각형의 평면형상을 이루도록 각 증발기 플레이트에 접합되는 히터 코어 플레이트 두 개가 접합된 다수의 히터 코어 플랫 튜브들이 차례로 적층되어 이루어져 냉각수가 유통하는 히터 코어와; 그리고, 상기 증발기와 히터 코어의 각 플랫 튜브 사이에 적층되는 공유 전열핀을 포함하여 이루어지는 일체형 열교환기에 있어서, 상기 각 증발기 플레이트의 하단부에는 제1홀컵이 형성됨과 아울러 상단 굴곡부에는 제2홀컵 및 제3홀컵이 나란하게 형성되고, 또한 상기 상단 굴곡부의 내면중 제2홀컵 및 제3홀컵의 아래쪽에 형성된 L턴유로 형성비드에 의하여 증발기 플레이트의 내면은 전체적으로 제1홀컵 및 제2홀컵과 통하는 L턴(L-turn) 유로를 형성하며; 상기 증발기의 최좌측 증발기 플레이트에는 최좌측 증발기 플레이트의 제1홀컵과 연통하는 냉매유입구 및 최좌측 증발기 플레이트의 제3홀컵과 연통하는 냉매배출구를 가진 제1엔드 플레이트가 적층되고; 상기 증발기의 최우측 증발기 플레이트에는 최우측 증발기 플레이트의 제2홀컵 및 제3홀컵과 모두 연통하는 제4홀컵을 가진 제2엔드 플레이트가 적층되며; 상기 증발기 플레이트들중 최좌측 증발기 플레이트의 제2홀컵과, 좌중앙 증발기 플레이트의 제1홀컵과, 우중앙 증발기 플레이트의 제2홀컵과, 그리고 최우측 증발기 플레이트의 제1홀컵은 각각 막혀 있는 것을 특징으로 한다.
상기 각 증발기 플레이트의 L턴 유로에는 다수의 엠보싱 비드가 소정의 배열로 형성되고 또한 각 증발기 플레이트의 가장자리에는 브래이징 플랜지가 형성되어, 두 증발기 플레이트의 서로 대응하는 엠보싱 비드들, 가장자리를 따라 형성된 플랜지들 및 L턴유로 형성비드들이 서로 접합됨으로써 증발기 플랫 튜브가 이루어질 수 있다.
또한, 상기 히터 코어 플레이트의 하단부에는 냉각수유입관과 연결되는 제5홀컵 및 냉각수배출관과 연결되는 제6홀컵이 형성되고, 상기 제5홀컵 및 제6홀컵의 사이로부터 상단부의 소정의 높이까지 U턴유로 형성비드가 형성됨으로써 히터 코어 플레이트에는 전체적으로 U턴(U-turn) 유로가 형성되며, 상기 U턴 유로에도 다수의 엠보싱 비드들이 소정의 배열로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 두 개의 증발기 플레이트 및 두 개의 히터 코어 플레이트가 모두 일체로 이루어진 일체형 플레이트가 제공될 수 있다. 즉, 증발기 플레이트 및 히터 코어 플레이트가 일체로 이루어진 두 개의 복합 열교환 플레이트가 다수의 연결리브에 의하여 서로 연결됨으로써 일체형 플레이트가 이루어질 수 있다. 그리고, 이 일체형 열교환기의 두 복합 열교환 플레이트를 상기 연결리브들을 중심으로 서로 대응하는 방향으로 굴곡하여 접합함으로써 증발기 플랫 튜브 및 히터 코어 플랫 튜브가 일체로 이루어진 일체형 플랫튜브가 이루어질 수 있으며, 이와 같이 이루어지는 일체형 플랫 튜브들, 전열핀들 및 엔드 플레이트들을 적층함으로써 일체형 열교환기가 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
도 4, 도 5 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1)는 상단부가 수직으로 굴곡된 역L자 형상(이하 편의상 "L자 형상"이라 칭함)을 하고 있는 증발기(2)와, 상기 L자 형상의 공간부에 증발기(2)와 일체로 연결되는 대략 직육면체 형상의 히터 코어(3)를 포함하여 이루어지며, 따라서 본 발명에 따른 일체형 열교환기는 전체적으로 대략 직육면체 형상을 하고 있다.
증발기(2)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, L자 형상의 두 증발기 플레이트(23,23)가 서로 접합되어 형성되는 다수의 증발기 플랫 튜브(21)가 차례로 적층되어 이루어지고, 히터 코어(3)는 대략 직사각형을 하고 있는 두 히터 코어 플레이트(33,33)가 접합되어 형성되는 다수의 히터 코어 플랫 튜브(31)가 차례로 적층되어 이루어진다. 그리고, 증발기 플랫 튜브(21)들과 히터 코어 플랫 튜브(31)들은 서로 대응하여 동일평면상에 배치되어 접합됨으로써 사각형상의 조립체를 이루며, 이와 같이 이루어지는 조립체들 사이에 단일체의 코르게이트형 전열핀(4)들이 차례로 적층됨으로써 증발기(2) 및 히터 코어(1)가 일체로 이루어진 일체형 열교환기가 구성된다. 즉, 증발기(2)와 히터 코어(3)는 전열핀(4)들을 공유하고 있다. 실제 제조공정상 증발기 플레이트(23)들, 히터 코어 플레이트(33)들, 전열핀(4)들, 기타 부품들을 모두 조립하여 적층한 상태를 지그로 유지한 상태에서 이들을 브래이징함으로써 일체형 열교환기의 제조가 이루어진다.
본 발명에 따르면, 증발기 플랫 튜브(21)를 형성하는 L자 형상의 증발기 플레이트(23)를 도면과 같이 역으로 세워놓았을 때 각 증발기 플레이트(23)의 하단부에는 제1홀컵(231)이 형성되고, 각 증발기 플레이트(23)의 굴곡된 상단부에는 제2홀컵(232) 및 제3홀컵(233)이 나란하게 형성된다.
그리고, 증발기 플레이트(23)의 상단 굴곡부 내면중 상기 제2홀컵(232) 및 제3홀컵(233)의 아래쪽에는 직선부 가장자리로부터 굴곡부 가장자리를 향하여 소정의 길이만큼 L턴유로 형성비드(235)가 수평으로 형성됨으로써 증발기 플레이트(23)의 내면은 전체적으로 L턴 유로(237)를 형성하고 있다. 이 L턴 유로(237)는 상기 제1홀컵(231) 및 제2홀컵(232)과는 통하지만 제3홀컵(233)과는 통하지 않도록 되어 있다. 따라서, 어느 일측 증발기 플레이트(23)의 제1홀컵(231)을 통하여 증발기 플랫 튜브(21)의 내부로 냉매가 유입되면 이 냉매는 L턴 유로(237)를 거쳐 두 증발기 플레이트(23,23)의 각 제2홀컵(232)을 통하여 배출될 수 있다.
그리고, 증발기 플레이트(23)의 내면, 즉 L턴 유로(237)에는 냉매의 전열면적을 넓힘과 아울러 냉매의 난류를 도모하고 또한 두 증발기 플레이트(23,23)의 접합강도를 높이기 위하여, 다수의 엠보싱 비드(239)가 소정의 배열로 형성된다. 또한, 증발기 플레이트(23)의 가장자리를 따라 상기 L턴유로 형성비드(235) 및 엠보싱 비드(239)들과 동일한 높이로 브래이징 플랜지(243)이 형성되고, 이 브래이징 플랜지(243)에 의하여 L턴 유로(237)는 냉매가 흐를 수 있는 요입된 구조를 가질 수 있다. 따라서, 두 증발기 플레이트(23,23)가 브래이징에 의하여 접합하여 증발기 플랫 튜브(21)를 이룰 때 서로 대응하는 엠보싱 비드(239,239)들끼리, L턴유로 형성비드들(235,235) 및 브래이징 플랜지들(243,243)이 서로 서로 접합됨으로써 증발기 플랫 튜브(21)의 내부에 유로가 형성될 수 있다.
상기 엠보싱 비드(239)들은 원형, 타원형, 사각형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있고, 이러한 다양한 형태의 엠보싱 비드들이 혼용되어 형성될 수 있다.
한편, 도 4, 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 최좌측 증발기 플레이트(편의상 참조부호 "23L"로 나타냄)의 L턴 유로(237)는 외부를 향하도록 적층되며, 이 최좌측 증발기 플레이트(23L)에 제1엔드 플레이트(211)가 적층된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1엔드 플레이트(211)는 냉매유입관과 연결되는 냉매유입구(213) 및 냉매배출관과 연결되는 냉매배출구(215)를 가지고 있다. 상기 냉매유입구(213)는 제1엔드 플레이트(211)의 내면에 형성된 제1안내통로(212)를 통하여 최좌측 증발기 플레이트(23L)의 제1홀컵(231)과 연결되어 있고, 상기 냉매배출구(215)는 제1엔드 플레이트(211)의 내면에 형성된 제2안내통로(214)를 통하여 최좌측 증발기 플레이트(23L)의 제3홀컵(233)과 연결되어 있다.
그리고, 최우측 증발기 플레이트(편의상 참조부호 "23R"로 나타냄)의 L턴 유로(237)는 외부를 향하도록 적층되며, 이 최우측 증발기 플레이트(23R)에 제2엔드 플레이트(221)이 적층된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2엔드 플레이트(221)의 상단부에는 최우측 증발기 플레이트(23R)의 제2홀컵(232) 및 제3홀컵(233)과 모두 통하는 제4홀컵(224)이 형성되어 있다. 이 제4홀컵(224)중 제2엔드 플레이트(221)의 내면쪽은 개방되고 외면쪽은 막혀 있다.
상기 제1엔드 플레이트(211) 및 제2엔드 플레이트(221)는 히터 코어(3)의 엔드 플레이트들로 공용으로 사용될 수 있고, 이 경우 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 일체형 열교환기(1)의 측면크기에 맞게 대략 직사각형으로 형성되고, 제1엔드플레이트(211)의 하단부에는 후술하는 제5홀컵(335) 및 제6홀컵(336)과 연결되는 냉각수 유입구(217) 및 냉각수 배출구(218)이 각각 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 증발기(2)의 냉매유동구조가 최적의 열교환효율을 나타낼 수 있도록 하기 위하여 도 8에 도시된 바와 같이, 최좌측 증발기 플레이트(23L)의 제2홀컵(232), 증발기 플레이트(23)들중 좌중앙 증발기 플레이트(편의상 참조부호 "23LC"로 나타냄)의 제1홀컵(231), 우중앙 증발기 플레이트(편의상 참조부호 "23RC"로 나타냄)의 제2홀컵(232) 및 최우측 증발기 플레이트(23R)의 제1홀컵(231)은 막힌다. 즉, 좌중앙 증발기 플레이트(23LC) 및 우중앙 증발기 플레이트(23RC)는 각각 블랭크 플레이트로 기능한다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 두 히터 코어 플레이트(33,33)를 접합하여 히터 코어 플랫 튜브(31)를 이룰 수 있도록 하기 위하여 각 히터 코어 플레이트(33)의 가장자리에는 브래이징 플랜지(343)가 형성되어 있고, 이 브래이징 플랜지(343)중 증발기 플레이트(23)와 대향하는 부분에는 다수의 연결돌기(345)가 소정의 간격으로 형성됨과 아울러 증발기 플레이트(23)의 브래이징 플랜지중 히터 코어(3)와 대향하는 부분에는 상기 연결돌기(345)와 대응하여 다수의 연결돌기(245)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 가열매체, 즉 엔진 냉객수를 순환시키기 위한 냉각수유입관(미도시)과 연결되는 제5홀컵(335) 및 냉각수배출관(미도시)과 연결되는 제6홀컵(336)이 형성된다. 제1엔드 플레이트(211)에 냉각수 유입구(217) 및 냉각수 배출구(218)가 형성된 경우에는 냉각수 유입구(217)에 제5홀컵(335)이 연결되고, 냉각수 배출구(218)에 제6홀컵(336)이 연결된다.
또한 히터 코어 플레이트(33)의 내면중 상기 두 개의 홀컵(335,336) 사이로부터 상단부의 소정의 높이까지 브래이징 플랜지(343)와 대응하는 두께로 U턴유로 형성비드(337)가 돌출형성됨으로써 히터 코어 플레이트(33)의 내면은 전체적으로 U턴 유로(338)를 형성하고 있다. 상기 U턴 유로(338)는 상기 두 홀컵(335,336)과 서로 통하는 것이 바람직하다.
또한 히터 코어 플레이트(33)의 내면, 즉 U턴 유로(338)에도 다수의 엠보싱 비드(339)가 소정의 배열로 형성되며, 이 엠보싱 비드(339)들은 원형, 타원형 또는 사각형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 이러한 다양한 형태의 엠보싱 비드(339)들이 서로 혼용되어 형성될 수 있다. 그리고 최우측 히터 코어 플레이트(33)의 제5홀컵(335) 및 제6홀컵(336)은 막힌다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 두 개의 증발기 플레이트(23,23) 및 두 개의 히터 코어 플레이트(33,33)가 일체로 이루어진 일체형 플레이트(23a)가 제공될 수 있다. 이 일체형 플레이트(23a)는 서로 연결된 두 개의 복합 열교환 플레이트(23b,23b)에 의하여 이루어져 있다. 즉, 각 복합 열교환 플레이트(23b)는 증발기 플레이트(23) 및 히터 코어 플레이트(33)가 일체로 접합되어 이루어지고, 이와 같은 두 개의 복합 열교환 플레이트(23b,23b)가 다수의 연결리브(23c)에 의하여 서로 연결됨으로써 일체형 플레이트(23a)가 이루어질 수 있다. 그리고, 이 일체형 열교환기(23a)의 두 복합 열교환 플레이트(23b,23b)를 상기 연결리브(23c)들을 중심으로 서로 대응하는 방향으로 굴곡하여 접합함으로써 증발기 플랫 튜브(21) 및 히터 코어 플랫 튜브(31)가 일체로 이루어진 일체형 플랫튜브(21a)(도 2 참조)가 이루어질 수 있다. 이와 같이 이루어지는 일체형 플랫 튜브(21a)들, 전열핀(4)들 및 엔드 플레이트들(211,221)을 적층함으로써 본 발명에 따른 일체형 열교환기가 이루어질 수 있다.
다음에 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 일체형 열교환기의 작용에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 일체형 열교환기(1)는 도시된 바와 같이 공기조화장치를 구성하는 공기조화케이스(5)에 내장된다. 즉, 일체형 열교환기(1)는, 그 증발기(2)가 공기조화케이스(5)의 공기유로중 상류측인 송풍기(6)쪽을 항하도록 배치됨과 아울러 그 히터 코어(3)가 공기유로중 하류측에 배치되도록, 공기조화케이스(5)에 내장된다. 이 공기조화케이스(5)에 내장된 증발기(2)는 냉매유입관 및 냉매배출관을 통하여 냉방시스템과 연결됨과 아울러 히터 코어(3)는 냉각수유입관 및 냉각수배출관을 통하여 엔진측 냉각수 라인과 연결된다. 증발기 플레이트(23)는 히터 코어 플레이트(33)보다 길이가 길기 때문에 증발기(2)는 히터 코어(3)와 겹치지 않는 부분을가지며, 이 부분은 증발기 플레이트(23)들의 상단 굴곡부에 해당한다. 이 히터 코어(3)가 겹치지 않는 증발기(2) 부분의 전후에 대응하여 공기조화케이스(5) 내부에 제1온도조절도어(51) 및 제2온도조절도어(52)가 차례로 설치될 수 있다.
상기한 바와 같이 설치되는 두 온도조절도어(51,52)가 개방되고 압축기(71)가 구동되는 상태에서는 송풍기(6)에 의하여 송풍되는 공기는 증발기(2)를 흐르고 있는 냉매와 열교환되어 냉각되고, 이 냉각된 공기는 히터가 가동되지 않을 때에는 히터 코어(3)를 통과할 때 열교환되지 않고 냉각된 상태를 유지하고, 이 냉풍은 적절한 공기토출모드에 따라 선택적으로 개도가 조절되는 공기조화케이스(5)의 페이스 벤트(53), 푸트 벤트(54), 디프로스트 벤트(55)를 통하여 자동차 실내로 토출됨으로써 자동차 실내의 냉방이 수행된다. 그리고, 두 온도조절도어(51,52)가 폐쇄되고 압축기(71)가 구동되지 않고 히터만 가동되는 상태에서는 송풍기(6)에 의하여 송풍되는 공기는 증발기(2)를 통과할 때 열교환되지 않고 히터 코어(3)를 통과하면서 열교환되어 온기로 바뀌고 이 온기가 자동차 실내로 토출됨으로써 자동차 실내의 난방이 수행될 수 있다.
한편, 두 온도조절도어(51,52)가 개방되고 압축기가 구동되는 상태에서는 송풍기(6)에 의하여 송풍되는 공기는 증발기(2)를 흐르고 있는 냉매와 열교환되어 냉각되고, 이 냉각된 공기는 히터 코어(3)를 통과할 뿐만 아니라 히터 코어(3)와 겹치지 않은 증발기(2) 부분을 통과한다. 히터가 가동되지 않는 상태에서는 냉기만 자동차 실내로 토출되어 자동차 실내의 냉방이 수행된다. 히터가 가동되는 상태에서는 히터 코어(3)를 통과하는 공기는 히터 코어(3)를 겹치지 않은 증발기(2) 부분을 통과하는 공기보다 다소 높은 온도로 열교환되면서 제습되고, 이와 같이 일체형 열교환기(1)를 거친 공기는 믹스상태로 서로 다른 온도층을 가져 자동차 실내로 토출되므로 바이 레벨 상태로 자동차 실내의 쾌적성을 유지할 수 있다. 그리고, 증발기(2)와 히터 코어(3)간의 열전도 현상은 증발기(2)와 히터 코어(3) 사이에 설치되는 노치부(247)들에 의하여 최소한도로 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 일체형 열교환기(1)에 있어서의 냉매의 유동경로는 다음과 같다.
즉, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 압축기(71)에 의하여 압축되어 토출되는 냉매가 응축기(72), 리시버 드라이어(73), 팽창밸브(74)를 거쳐, 제1엔드 플레이트(211)의 냉매유입구(213), 제1안내통로(212) 및 최좌측 증발기 플레이트(23L)의 제1홀컵(231)을 통하여 최좌측 플랫 튜브(21)로 냉매가 유입되면, 이 냉매는 좌중앙 증발기 플레이트(23LC)의 제1홀컵(231)이 막혀 있기 때문에 최좌측 증발기 플레이트(23L)로부터 좌중앙 증발기 플레이트(23LC)까지의 각 증발기 플레이트(23)의 제1홀컵(231)을 통하여 좌중앙 증발기 플레이트(23LC)까지 유동함과 동시에 각 증발기 플레이트(23)의 L턴 유로(237)들을 통하여 각 증발기 플레이트(23)의 제2홀컵(232)들 쪽으로 유동한다. 이와 같이 최좌측 증발기 플레이트(23L)로부터 좌중앙 증발기 플레이트(23LC)까지의 제2홀컵(232)들쪽으로 유동한 냉매는 좌중앙 증발기 플레이트(23LC)의 제2홀컵(232)이 개방되어 있음과 아울러 우중앙 증발기 플레이트(23RC)의 제2홀컵(232)은 막혀 있기 때문에 좌중앙 증발기 플레이트(23LC)의 제2홀컵(232)을 통하여 좌중앙 증발기 플레이트(23LC)로부터 우중앙 증발기 플레이트(23RC)까지의 각 증발기 플레이트(23)의 제2홀컵(232)들 쪽으로 유동하여, 각 증발기 플레이트(23)의 L턴 유로(237)들을 통하여 제1홀컵(231)들쪽으로 유동한다. 이와 같이 좌중앙 증발기 플레이트(23LC)로부터 우중앙 증발기 플레이트(23RC)까지의 각 증발기 플레이트(23)의 제1홀컵(231)들쪽으로 유동한 냉매는 우중앙 증발기 플레이트(23RC)의 제1홀컵(231)은 개방되어 있고 최우측 증발기 플레이트(23R)의 제1홀컵(231)은 막혀 있기 때문에 우중앙 증발기 플레이트(23RC)의 제1홀컵(231)을 통하여 우중앙 증발기 플레이트(23RC)로부터 최우측 증발기 플레이트(23R)까지의 각 증발기 플레이트(23)의 제1홀컵(231)들까지 유동하면서 각 증발기 플레이트(23)의 L턴 유로(237)들을 통하여 제2홀컵(232)들쪽으로 유동한다. 이와 같이 우중앙 증발기 플레이트(23RC)로부터 최우측 증발기 플레이트(23R)의 제2홀컵(232)들 쪽으로 유동한 냉매는 최우측 증발기 플레이트(23R)의 제2홀컵(232)이 개방되어 있기 때문에 이 홀컵을 통하여 제2엔드 플레이트(221)의 제4홀컵(224)으로 유동한다. 이 제4홀컵(224)은 최우측 증발기 플레이트(23R)의 제2홀컵(232) 및 제3홀컵(233)과 통하고 있고, 또한 최우측 증발기 플레이트(23R)로부터 최좌측 증발기 플레이트(23L)까지의 각 증발기 플레이트(23)의 제3홀컵(233)이 서로 통하고 있기 때문에 제4홀컵(224)으로 유입되는 냉매는 최우측 증발기 플레이트(23R)로부터 최좌측 증발기 플레이트(23L)까지의 제3홀컵(233)들을 통하여 최좌측 증발기 플레이트(23L)의 제3홀컵(233)쪽으로 유동하여 최종적으로 제1엔드 플레이트(211)의 제2안내통로(214) 및 냉매배출구(215)를 거쳐 압축기(71) 쪽으로 복귀된다.
본 발명에 따른 일체형 열교환기는 상기한 바와 냉매유동구조를 가짐에 따라 증발기(2) 내부를 유동하는 냉매가 세 번의 L턴 유동을 한 다음 제3홀컵(233)들을 통하여 증발기(2) 전체를 거쳐 최종적으로 배출되기 때문에 열교환효율이 향상될 뿐만 아니라 냉매가 과열상태로 배출될 수 있어 압축기로의 액냉매 유동을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 일체형 열교환기에 있어서, 엔진으로부터 배출되는 냉각수가 히터 코어(3)를 거쳐 다시 엔진으로 복귀하는 냉각수의 유동경로는 다음과 같다.
즉, 엔진으로부터 냉각수유입관을 통하여 최좌측 히터 코어 플레이트(33L)의 제5홀컵(335)으로 냉각수가 유입되면, 이 냉각수는 최좌측 히터 코어 플레이트(33L)로부터 최우측 히터 코어 플레이트(33R)까지의 각 히터 코어 플레이트(33)의 제5홀컵(335)들쪽으로 유동하여 각 히터 코어 플레이트(33)의 U턴 유로(338)들을 통하여 각 히터 코어 플레이트(33)의 제6홀컵(336)들 쪽으로 유동하고, 이와 같이 각 히터 코어 플레이트(33)의 제6홀컵(336)들쪽으로 유동한 냉각수는 최좌측 히터 코어 플레이트(33L)의 제6홀컵(336)쪽으로 유동하여 최종적으로 냉각수복귀관을 통하여 엔진으로 복귀한다. 상기 냉각수유입관 및 냉각수복귀관에 걸쳐 이들의 개도를 선택적으로 조절할 수 있는 워터밸브(75)가 설치되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 일체형 열교환기에 있어서는, 증발기(2) 내부를 유동하는 냉매가 세 번 또는 네 번의 L턴 유동을 한 다음 최종적으로 배출될 때 증발기(2) 전체를 거치면서 열교환되도록 이루어져 있기 때문에 열교환효율이 향상되므로 자동차 실내의 냉난방 성능을 높일 수 있을 뿐만 아니라 증발기(2)의 콤팩트화가 가능하다. 따라서, 공기조화케이스의 구조가 간단해지고 공기조화케이스의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 증발기(2)만을 거쳐 토출되는 저온 공기와 증발기(2) 및 히터 코어(3)를 모두 거친 공기와의 온도차가 커져 바이 레벨(bi-lebel) 상태를 효과적으로 얻을 수 있으므로 실내의 쾌적한 난방을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 제습성이 우수하다.
또한, 증발기(2)의 열교환효율이 향상되어 증발기(2)로부터 냉매가 과열상태로 배출되므로 압축기로의 액냉매 유입현상이 방지되어 압축기를 보호할 수 있다.
더욱이, 두 개의 증발기 플레이트(23,23) 및 두 개의 히터 코어 플레이트(3,33)가 모두 일체로 이루어진 일체형 플레이트(23a)에 의하여 간단하게 일체형 플랫튜브(21a)를 만들 수 있어 부품을 더욱 단순화할 수 있음과 아울러 조립공수 및 금형개발비를 더욱 줄일 수 있으므로 일체형 열교환기의 제조원가절감 및 생산성 향상을 더욱 높일 수 있다.
Claims (5)
- 상단부가 수직으로 굴곡된 L자 형상의 두 증발기 플레이트가 접합된 다수의 증발기 플랫 튜브들이 차례로 적층되어 이루어져 냉매가 유통하는 증발기와; 상기 증발기 플레이트와 함께 전체적으로 사각형의 평면형상을 이루도록 각 증발기 플레이트에 접합되는 히터 코어 플레이트 두 개가 접합된 다수의 히터 코어 플랫 튜브들이 차례로 적층되어 이루어져 냉각수가 유통하는 히터 코어와; 그리고, 상기 증발기와 히터 코어의 각 플랫 튜브 사이에 적층되는 공유 전열핀을 포함하여 이루어지는 일체형 열교환기에 있어서,상기 각 증발기 플레이트의 하단부에는 제1홀컵이 형성됨과 아울러 상단 굴곡부에는 제2홀컵 및 제3홀컵이 나란하게 형성되고, 또한 상기 상단 굴곡부의 내면중 제2홀컵 및 제3홀컵의 아래쪽에 형성된 L턴유로 형성비드에 의하여 증발기 플레이트의 내면은 전체적으로 제1홀컵 및 제2홀컵과 통하는 L턴(L-turn) 유로를 형성하며;상기 증발기의 최좌측 증발기 플레이트에는 최좌측 증발기 플레이트의 제1홀컵과 연통하는 제1냉매유입구 및 최좌측 증발기 플레이트의 제3홀컵과 연통하는 제1냉매배출구를 가진 제1엔드 플레이트가 적층되고;상기 증발기의 최우측 증발기 플레이트에는 최우측 증발기 플레이트의 제2홀컵 및 제3홀컵과 모두 연통하는 제4홀컵을 가진 제2엔드 플레이트가 적층되며;상기 증발기 플레이트들중 최좌측 증발기 플레이트의 제2홀컵과, 좌중앙 증발기 플레이트의 제1홀컵과, 우중앙 증발기 플레이트의 제2홀컵과, 그리고 최우측 증발기 플레이트의 제1홀컵은 각각 막혀 있는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
- 제 1 항에 있어서,상기 각 증발기 플레이트의 L턴 유로에는 두 증발기 플레이트의 접합시 서로 대응하여 접합되는 다수의 엠보싱 비드가 소정의 배열로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 히터 코어 플레이트의 하단부에는 냉각수유입관과 연결되는 제5홀컵 및 냉각수배출관과 연결되는 제6홀컵이 형성되고, 상기 제5홀컵 및 제6홀컵의 사이로부터 상단부의 소정의 높이까지 U턴유로 형성비드가 형성되어 히터 코어 플레이트에는 전체적으로 U턴 유로가 형성되며, 상기 U턴 유로에는 두 히터 코어 플레이트의 접합시 서로 대응하여 접합되는 다수의 엠보싱 비드들이 소정의 배열로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
- 제 3 항에 있어서,상기 각 증발기 플랫 튜브와, 이 각 증발기 플랫 튜브와 동일평면상에서 접합되는 각 히터 코어 플랫 튜브와의 연결부에는 소정의 간격으로 다수의 노치부가형성되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
- 제 1 항에 있어서,상기 증발기 플레이트 및 히터 코어 플레이트가 일체로 접합되어 복합 열교환 플레이트가 형성되고, 상기 복합 열교환 플레이트 두 개가 다수의 연결리브에 의하여 서로 연결되어 일체형 플레이트가 형성되며, 상기 일체형 플레이트는 두 복합 열교환 플레이트가 상기 연결리브들을 중심으로 서로 대응하는 방향으로 굴곡되어 접합됨으로써 증발기 플랫 튜브 및 히터 코어 플랫 튜브가 일체로 이루어진 일체형 플랫튜브를 이루도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
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