KR20050006714A - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 공기조화장치에 사용되는 열교환기에 관한 것으로서, 특히 작동유체를 작동유체 유동방향으로 균일하게 분배하여, 열교환성능을 증대시키도록 한 적층형 열교환기에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 입구측 탱크에 접속된 입구파이프(3)내에 작동유체의 유량분배를 위한 분배관(9)을 삽입고정하여 입구측 탱크 내부에 설치하되, 상기 입구파이프(3)와 상기 분배관(9) 사이에 바이패스 유로를 형성하여 상기 바이패스 유로가 입구측 탱크 내부와 연통되도록 함과 동시에, 출구측 탱크 내부에 작동유체의 유로를 구획하기 위한 배플(Baffle, 10)을 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기{Heat Exchanger}

본 발명은 자동차의 공기조화장치에 사용되는 열교환기에 관한 것으로서, 특히 입구파이프내에 작동유체의 유량분배를 위한 분배관을 삽입고정하여 입구측 탱크 내부에 설치하고, 상기 입구파이프와 상기 분배관 사이에 바이패스(Bypass) 유로를 형성하여 상기 바이패스 유로가 입구측 탱크 내부와 연통되도록 함과 동시에, 출구측 탱크 내부에 작동유체의 유로를 구획하기 위한 배플(Baffle)을 설치함으로써, 작동유체가 작동유체 유동방향으로 균일하게 분배되도록 하여 열교환효율을 증대시킬 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 공기조화장치에 사용되는 열교환기는, 그 내부에 유로가 형성되어 있는 튜브내로 작동유체를 통과시킴으로써, 튜브의 외부면에 결합되는 방열핀 및 튜브의 표면에 접촉되는 유동공기와의 열교환이 가능하도록 구성되어 있다.

이러한 열교환기는 그 구조나 열전달 방향등에 따라 다양한 종류가 있으며, 대표적으로 휜 튜브 타입(Fin Tube Type), 서펜틴 타입(Serpentine Type), 드론 컵 타입(Drawn Cup Type), 패러렐 플로우 타입(Parallel Flow Type)등이 있다.

그 일례로서, 도 1은 종래의 패러렐 플로우 타입 열교환기를 나타낸 사시도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 패러렐 플로우 타입 열교환기(50)는, 작동유체를 순환시키기 위한 상·하부탱크(51, 52)와, 작동유체의 유입 및 유출을 위하여 상기 상·하부탱크(51, 52)에 연결된 입구파이프(53) 및 출구파이프(54)와, 상기 상·하부탱크(51, 52)와 결합되며 다수개의 관통공이 소정 간격으로 형성된 상·하부 헤더(55, 56)와, 상·하부 헤더(55, 56)의 다수개의 관통공에 양단부가 삽입고정되어 내부에 작동유체의 유로가 형성된 다수개의 튜브(57)와, 상기 튜브(57) 사이에 적층되는 방열핀(58)으로 구성되어 있다.

이러한 구조의 열교환기는, 작동유체가 한방향으로 유동되는, 이른바 원웨이(One-Way) 방식으로서, 하부탱크(52)의 일측에 연결된 입구파이프(53)를 통해 하부탱크(52)내로 유입된 작동유체는, 각 튜브(57)를 통과하면서 외부공기와 열교환되고, 상부탱크(51)측으로 유동된 후 출구파이프(54)를 통해 유출된다.

그러나, 상기한 종래의 열교환기(50)에 있어서, 입·출구파이프가 도1에 도시된 바와 같이 일측면에 있거나, 또는 중앙에서 한쪽으로 치우쳐 있는 경우, 입구파이프(53)를 통하여 상기 하부탱크(52)측으로 유동되는 작동유체의 유동속도는, 탱크의 단면적이 동일하기 때문에 상기 입구파이프에서 원거리쪽(도1에서 오른쪽)에 위치한 튜브(57)측으로 갈수록 점차적으로 완만해진다. 이에 의해, 입구파이프 (53)와 근접한 부분에 결합된 튜브(57)와 입구파이프(53)와 상대적으로 원거리에 결합된 튜브(57)를 통과하는 작동유체의 압력이 다르게 분포됨으로써, 각각의 튜브(57)를 통과하는 작동유체량이 균일하지 않게 되고, 또한 각각의 튜브간에 온도편차가 발생하게 되어 효율적인 열교환이 이루어 지지 않는다는 문제점이 있었다.

특히, 작동유체가 고유량인 경우에는, 입구파이프를 통과한 작동유체의 흐름이 관성력의 작용에 의해 탱크의 끝단쪽으로 편중되어, 각각의 튜브간에 균일한 유량분배가 되지 않은 상태에서 외부공기와 열교환되고, 이렇게 열교환된 작동유체(상대적으로 저온인 작동유체)는 입구파이프를 통하여 유입되는 작동유체(상대적으로 고온인 작동유체)에 의하여 재순환됨으로써, 전체적으로 열교환성능이 저하되는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명의 일반적인 목적은, 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 입구파이프를 통하여 유입된 작동유체를 작동유체 유동방향으로 균일한 유속으로 고르게 분배시키도록 함과 동시에, 작동유체가 재순환되는 것을 방지하여 열교환성능을 향상시킬 수 있도록 하는 데 있다.

도1은, 종래기술에 의한 열교환기의 사시도.

도2는, 본 발명의 제1 실시예에 따라 입구파이프에 분배관이 설치되고 출구파이프에 배플(Baffle)이 설치된 열교환기의 단면도.

도3은, 도2에서의 A-A선 확대 단면도.

도4는, 도2에서의 입구파이프에 분배관의 삽입상태를 나타내기 위한 분해사시도.

도5는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 열교환기에서 입구부위가 확관된 분배관의 정면도.

도6은, 도5에서의 분배관의 확관된 입구부위에 슬릿(Slit)의 형성구조를 도시한 개략도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1, 51 ... 상부탱크 2, 52 ... 하부탱크

3, 53 ... 입구파이프 4, 54 ... 출구파이프

3a ... 홈 7, 57 ... 튜브

9 ... 분배관 9a ... 분배홀

9c ... 슬릿(Slit) 10 ... 배플(Baffle)

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 작동유체를 순환시키기 위한 한쌍의 상·하부 탱크와, 상기 상·하부 탱크와 각각 결합되며 다수개의 관통공이 소정 간격으로 형성된 한쌍의 상·하부 헤더와, 상기 한쌍의 상·하부 헤더의 다수개의 관통공에 양단부가 삽입고정되고 내부에 작동유체의 유로가 형성된 다수개의 튜브와, 상기 튜브들 사이에 적층되는 방열핀으로 구성된 열교환기에 있어서, 상기 상부탱크 및 상기 하부탱크중 어느 하나의 탱크에 접속된 입구파이프에 작동유체의 유량분배를 위한 분배관을 삽입고정하여 그 탱크내부에 배치하되, 상기 입구파이프로 유입된 작동유체의 일부가 상기 입구파이프와 분배관 사이로 유동되도록 바이패스(Bypass) 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 열교환기에 있어서, 상기 바이패스 유로는, 상기 분배관이 삽입고정되는 상기 입구파이프의 입구부위에 원주방향으로 소정 간격을 두고 형성된 다수개의 홈에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 열교환기에 있어서, 상기 바이패스 유로는, 상기 분배관의 입구부위에 형성된 슬릿(Slit)에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 열교환기에 있어서, 상기 분배관의 입구부위는, 분배관의 길이방향으로 경사지게 확관된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 열교환기에 있어서, 상기 분배관의 외주면에는, 상기 분배관으로 유입된 작동유체를 탱크측으로 분출하기 위한 다수개의 분배홀이 천공된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 열교환기에 있어서, 상기 분배관이 배치된 탱크에 대향하는 다른 탱크 내부에는, 유로를 구획분할하여 작동유체를 일시 정체하기 위한 적어도 1개 이상의 배플(Baffle)이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세히 설명한다.

(제1 실시예)

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 입구파이프에 분배관을 삽입고정하여 하부탱크 내부에 배치하고 출구파이프에 배플을 설치한 적층형 열교환기의 단면도이고, 도3은 도2에서의 A-A선 확대 단면도이며, 도4는 도2에서의 입구파이프에 분배관의 삽입상태를 나타내기 위한 분해사시도이다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용된 열교환기는, 종래의 열교환기와 마찬가지로, 한쌍의 상·하부탱크(1, 2)와, 상기 상·하부탱크(1, 2)에 연결된 입·출구파이프(3, 4)와, 상기 상·하부탱크(1, 2)와 각각 결합되며 다수개의 관통공이 소정 간격으로 형성된 한쌍의 상·하부 헤더(5, 6)와, 상기 한쌍의 상·하부 헤더의 다수개의 관통공에 양단부가 삽입고정된 다수개의 튜브(7)와, 이들 튜브(7) 사이에 적층되는 방열핀(8)으로 구성되어 있다.

본 발명에 의한 제1 실시예의 구조는, 도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 작동유체의 유량분배를 균일하게 하기 위하여 하부탱크(2)에 접속된 입구파이프(3)의 일단에, 외주면에 다수개의 분배홀(9a)이 천공된 직관(直管)구조의 분배관(9)이 삽입고정되고, 상기 분배관(9)은 상기 하부탱크(2) 내부에서 길이방향으로 상기 하부탱크(2)의 내벽과 어느정도 이격된 상태로 배치되어 있다.

상기 분배관(9)은, 도3 및 도4에 명확히 도시된 바와 같이, 그 선단부가 상기 입구파이프(3)의 내부에 삽입되어 고정되도록, 상기 입구파이프(3)의 내경 치수와 거의 동일한 외경치수를 갖는다.

또한, 상기 분배관(9)이 삽입되는 입구파이프(3)의 입구부위에는, 소정의 간격을 두고 원주방향으로 다수개의 홈(3a)이 형성되어 있다. 이 다수개의 홈(3a)에 의해, 상기 입구파이프(3)와 상기 분배관(9)과의 사이로 작동유체가 유동될 수 있는 바이패스(Bypass) 유로가 형성되며, 상기 바이패스 유로는 하부탱크(2)와 연통된다.

이에 의해, 작동유체가 입구파이프(3)를 통하여 하부탱크(2)내로 유입시, 작동유체의 일부는 입구파이프(3)에 삽입된 분배관(9)을 통하면서 외주면에 천공된 다수개의 분배홀(9a)로 분출되어 하부탱크(2)로 유동되고, 나머지 일부는 바이패스유로를 통하여 직접 하부탱크(2)로 유동된다. 이와같이 입구파이프(3)로부터 2방향으로 분기되어 하부탱크(2) 내부로 유동되는 작동유체는, 그 흐름이 제어되면서 각 튜브(7)로 균일하게 유량이 분배되고, 이 상태에서 외부공기와 열교환된 작동유체(상대적으로 저온인 작동유체)가 입구파이프(3)를 통하여 유입되는 작동유체(상대적으로 고온인 작동유체)에 의해 재순환되는 것이 방지된다. 즉, 상기 분배관(9)에 의해 하부탱크(2)의 단면적이 감소됨과 동시에, 상기 바이패스 유로에 의해 작동유체가 2방향으로 분기되어 유동됨으로써, 작동유체의 유속이 조절되면서 고르게 유량이 분배되므로 열교환효율이 향상되는 것이다.

상기 분배관(9)은, 입구파이프(3)와의 견고한 결합을 위해 브레이징접합될 수 있고, 또한 사출성형이나 프레스 등을 이용하여 입구파이프(3)와 일체로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 분배관(9)이 설치된 하부탱크(2)에 대향하는 상부탱크(1)의 내부유로 중앙에는, 작동유체의 유로를 구획하기 위한 적어도 1개 이상의 배플(10)이 브레이징접합에 의해 설치되어 있다.

이에 따라, 다수개의 튜브(7)를 통하여 상부탱크(1)내로 유동하는 작동유체는, 상기 배플(10)에 의한 유동저항에 의해 일시적으로 정체된 후 분출되므로, 미처 열교환되지 않은 작동유체가 출구파이프측으로 바로 유출되는 것을 방지할 수가있다.

본 실시예에서는, 상기 분배관(9)을 입구파이프(3)에 삽입하여 하부탱크(2) 내부에 배치함과 함께, 상부탱크(1)에 배플(10)을 설치한 구조로 하였으나, 이와 반대로 상기 분배관(9)을 출구파이프(4)에 동일한 방식으로 삽입하여 상부탱크(1) 내부에 배치하고, 하부탱크(2)에 배플(10)을 설치할 수도 있다.

(제2 실시예)

도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열교환기를 정면에서 바라보았을 때 입구부위가 확관된 분배관의 정면도를 도시한 것이고, 도6은 도5에서의 분배관의 확관된 입구부위에 슬릿(Slit)의 형성구조를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 제2 실시예에 의한 분배관(9)은, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 그 입구부위(9b)가 분배관(9)의 길이방향으로 경사지게 확관된 구조를 갖는다는 것을 제외하고는 상술한 도2에 도시된 분배관(9)과 동일한 구성과 작용을 갖는다.

다만, 상기 제2 실시예에 의한 분배관(9)은, 작동유체의 분출을 위해 외주면에 천공된 분배홀(9a) 대신에, 분배관의 확관된 입구부위(9b)에 슬릿(9c)을 형성한 구조로 되어 있다. 상기 슬릿(9c)은 도6에는 1개만 도시되어 있으나, 다수개 형성할 수도 있다.

이러한 구조에 의해, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 상기 슬릿(9c)을 통하여, 상기 입구파이프(3)와 상기 분배관(9)과의 사이로 작동유체가 유동될 수 있는 바이패스(Bypass) 유로가 형성된다.

이와같이 입구폭이 확관된 구조의 분배관(9)을 입구파이프(3)에 삽입고정함에 있어서는, 소정의 압착도구를 사용하여 입구파이프(3)의 외주면을 어느정도 압착시켜서 분배관(9)을 고정시킬 수가 있다.

더욱이, 상기 분배관(9)의 확관된 입구부위(9b)에는 작동유체의 이물질을 여과할 수 있도록 메시 필터(Mesh Filter)를 삽입할 수도 있다.

본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 의한 상기 분배관(9)의 끝단은 완전히 밀폐시킬 수도 있으며, 또는 일부만 밀폐시킬 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예들은 상하 양쪽에 탱크가 설치된 양탱크식 열교환기에 대하여 설명하였으나, 상, 하중 어느 한쪽에만 탱크가 설치된 편탱크식 열교환기에도 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은, 여기에 도시하지는 않았지만, 각각 두 장의 플레이트가 브레이징 접합되어 작동유체 유로가 형성된 다수의 튜브를 갖고, 이 튜브의 상, 하단부에 각각 한쌍의 탱크가 형성되어 있고, 이 한쌍의 탱크에 작동유체 유입.유출을 입출구파이프가 연결된 통상의 적층형 열교환기에도 동일하게 적용될 수가 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 입구측의 탱크내에는 입구파이프에 삽입고정된 분배관을 설치함과 동시에, 상기 입구파이프와 상기 분배관 사이에 바이패스 유로를 형성하여 탱크 내부와 연통되도록 하고, 또한 출구측의 탱크내에는 배플을 설치함으로써, 탱크 내부의 단면적이 감소됨에 따라, 작동유체의 유동방향 및 유속을 제어할 수 있고, 이에 의해, 작동유체가 계속적으로 유입되는 작동유체에 의해 재순환되는 일이 없이, 작동유체 유동방향으로 균일하게 유량이 분배될 수 있으므로, 열교환효율을 증대시킬 수가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 아니하며, 당업자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지로 그 변형과 응용이 가능할 것이다.

Claims (6)

1. 작동유체를 순환시키기 위한 한쌍의 상·하부 탱크(1, 2)와, 상기 상·하부 탱크(1, 2)와 각각 결합되며 다수개의 관통공이 소정 간격으로 형성된 한쌍의 상·하부 헤더(5, 6)와, 상기 한쌍의 상·하부 헤더(5, 6)의 다수개의 관통공에 양단부가 삽입고정되고 내부에 작동유체의 유로가 형성된 다수개의 튜브(7)와, 상기 튜브 들사이에 적층되는 방열핀(8)으로 구성된 열교환기에 있어서,

   상기 상부탱크(1) 및 상기 하부탱크(2)중 어느 하나의 탱크에 접속된 입구파이프(3)에 작동유체의 유량분배를 위한 분배관(9)을 삽입고정하여 그 탱크내부에 배치하되, 상기 입구파이프(3)로 유입된 작동유체의 일부가 상기 입구파이프(3)와 분배관(9) 사이로 유동되도록 바이패스(Bypass) 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 바이패스 유로는, 상기 분배관(9)이 삽입고정되는 상기 입구파이프의 입구부위에 원주방향으로 소정 간격을 두고 형성된 다수개의 홈(3a)에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 바이패스 유로는, 상기 분배관(9)의 입구부위(9b)에 형성된 슬릿(Slit,9c)에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 분배관(9)의 입구부위(9b)는, 분배관(9)의 길이방향으로 경사지게 확관된 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 분배관(9)의 외주면에는, 상기 분배관(9)으로 유입된 작동유체를 탱크측으로 분출하기 위한 다수개의 분배홀(9a)이 천공된 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 분배관(9)이 배치된 탱크에 대향하는 다른 탱크 내부에는, 유로를 구획분할하여 작동유체를 일시 정체하기 위한 적어도 1개 이상의 배플(Baffle, 10)이 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.