KR20060011204A

KR20060011204A - 복합형 열교환기

Info

Publication number: KR20060011204A
Application number: KR1020040059908A
Authority: KR
Inventors: 이상옥
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-03

Abstract

본 발명은 주위 공기와 열교환되는 차량의 공조용 냉매가 통과하는 냉매 통과영역과, 트랜스미션 오일이 통과하는 트랜스미션 오일 통과영역과, 파워스티어링 오일이 통과하는 파워스티어링 통과영역을 구획하여 단일의 열교환기에 일체형으로 구비한 복합형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 복합형 열교환기는, 한 쌍의 평행한 헤더파이프와; 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치되고, 각각의 양단이 상기 헤더파이프에 연통 가능하게 결합되며, 내부에 다중 유로를 갖는 다수의 튜브와; 상기 튜브들 사이에 개재되는 다수의 방열핀; 상기 헤더파이프의 내부 공간을 상하 방향으로 서로 독립된 제1, 제2, 제3 공간부가 형성되도록 구획하는 구획수단과; 상기 제1,제2,제3 공간부중 어느 하나에 해당되는 헤더파이프에 연통 접속된 냉매 유입/유출 파이프와; 나머지 두 개의 공간부중 어느 하나에 해당되는 헤더파이프에 연통 접속된 트랜스미션 오일 유입/유출 파이프와; 나머지 한 개의 공간부에 해당되는 헤더파이프에 연통 접속된 파워스티어링 오일 유입/유출 파이프를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

헤더파이프, 냉매, 파워스티어링, 트랜스미션, 오일, 복합

Description

복합형 열교환기{A MULTI-PURPOSE HEAT EXCHANGER}

도 1은 본 발명에 의한 복합형 열교환기의 일 실시예에 따른 내부 구성을 도시한 전체 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 복합형 열교환기의 구성중 냉매가 통과하는 튜브의 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 복합형 열교환기의 구성중 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브의 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 복합형 열교환기의 구성중 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브의 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 복합형 열교환기의 다른 실시예에 따른 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100,110 : 헤더파이프

200 : 튜브

300 : 방열핀

S1,S2,S3 : 제1,제2,제3 공간부

400,410 : 냉매 유입/유출 파이프

420,421 : 트랜스미션 오일 유입/유출 파이프

430,431 : 파워스티어링 오일/유출 파이프

본 발명은 복합형 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주위 공기와 열교환되는 차량의 공조용 냉매가 통과하는 냉매 통과영역과, 트랜스미션 오일이 통과하는 트랜스미션 오일 통과영역과, 파워스티어링 오일이 통과하는 파워스티어링 통과영역을 구획하여 단일의 열교환기에 일체형으로 구비한 복합형 열교환기에 관한 것이다.

차량의 트랜스미션에서 각 동력전달요소 간의 직접적인 마찰을 방지하는 윤활작용과, 마찰에 따른 과열 현상을 방지하는 냉각작용을 위해 사용되는 트랜스미션 오일은 마찰열로 인해 소정의 온도 이상으로 과열될 경우, 냉각작용은 물론 점성이 떨어져 윤활작용도 못하게 된다.

그리고, 자동차의 파워스티어링 장치는 엔진에 의해 구동되는 오일펌프의 유압으로 스티어링 오일의 조작력을 가볍게 하는 장치로서, 압력을 높인 오일을 스티어링장치와 연통하는 실린더에 넣어 피스톤에 의해 핸들의 조작력이 가벼워지도록 하는 것이다.

상기와 같은 파워스티어링 장치는 압력에 의해 의한 것이므로 오일의 온도가 125℃~130℃이상이 되면 오일의 성능이 급격히 저하되며, 유막이 형성되지 않으므로 슬라이딩 부분이 소결된다.

따라서, 오일을 냉각시켜 대략 80℃~95℃정도로 유지할 필요가 있다.

상기와 같이 언급한 트랜스미션 오일을 냉각하기 위한 방법으로 오일이 라디에이터의 탱크 내에 구비된 오일쿨러를 통과하도록 하여 냉각시키는 수냉식과, 콘덴서의 전면에 오일쿨러를 장착하여 공기에 의해 냉각되도록 하는 공랭식이 있다.

그리고, 스티어링 오일을 냉각하기 위한 방법으로 오일이 콘덴서의 전면에 오일쿨러를 장착하여 공기에 의해 냉각되도록 한다.

상기와 같이 구성된 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 트랜스미션 오일을 냉각하기 위한 수냉식은, 오일쿨러를 내장 설치하기 위한 라디에이터의 탱크 공간이 한정되어 있기 때문에 오일의 냉각효율을 증가시키기 위해 오일쿨러의 사이즈를 크게 하지 못하는 문제점이 있었다.

둘째, 트랜스미션 오일을 냉각하기 위한 공랭식은, 오일쿨러를 콘덴서의 전면에 장착하기 때문에 콘덴서 측으로 유입되는 공기가 오일쿨러에 의해 방해를 받아 콘덴서로 유입되는 공기량이 감소하여 결국에는 콘덴서의 성능 저하 및 자동차의 냉방 성능이 저하되는 문제점도 있었다.

셋째, 트랜스미션 오일과 파워 스티어링 오일을 냉각하기 위한 다른 방편으로 콘덴서의 전면에 각각 오일쿨러를 설치하는 방법에서는 콘덴서의 전면에 별도로 오일쿨러들을 장착하여야 하기 때문에 조립 공수가 증가되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 주위 공기와 열교환되는 차량의 공조용 냉매가 통과하는 냉매 통과영역과, 트랜스미션 오일이 통과하는 트랜스미션 오일 통과영역과, 파워스티어링 오일이 통과하는 파워스티어링 통과영역을 구획하여 단일의 열교환기에 일체형으로 구비한 복합형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 복합형 열교환기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 복합형 열교환기의 일 실시예에 따른 내부 구성을 도시한 전체 단면도이며, 도 2는 본 발명에 의한 복합형 열교환기의 구성중 냉매가 통과하는 튜브의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 복합형 열교환기의 구성중 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 복합형 열교 환기의 구성중 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브의 단면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 복합형 열교환기의 다른 실시예에 따른 단면도이다.

본 발명에 의한 복합형 열교환기는 한 쌍의 평행한 헤더파이프(100)(110)와, 튜브(200)와, 방열핀(300)과, 구획수단을 포함하여 이루어진다.

상기 튜브(200)는 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치되고, 각각의 양단이 상기 헤더파이프(100)(110)에 연통 가능하게 결합되며, 도 2, 도 3, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부에 다중 유로(201)(202)(203)를 가진다.

상기 방열핀(300)은 상기 튜브(200)들 사이에 개재된다.

상기 구획수단은 상기 헤더파이프(100)(110)의 내부 공간을 상하 방향으로 서로 독립된 제1, 제2, 제3 공간부(S1)(S2)(S3)가 형성되도록 구획한다.

상기 구획수단의 일 실시예는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 헤더파이프(100)(110)는 하나의 부재로 이루어질 경우에 상하로 소정 간격 이격되어 배치된 두 개의 배플(150)(151)이다.

그러나, 상기 구획수단은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 배플(150)(151)을 사용하지 않고, 헤더파이프(100)를 세 개로 별로 분리하여 적층한 헤더파이프(100a)(100b)(100c)로 구성한다.

그리고, 헤더파이프(110)를 각각 세 개로 별도 분리하여 적층한 헤더파이프(100a)(100b)(100c)로 구성한다.

상기와 같이 구성된 헤더파이프(100a)(100b)(100c)를 한 쌍의 브라켓트(120)(121) 사이에 스페이서(122)를 개재하여 볼트(123)로 체결하거나 용접 또는 브레이징한다.

그리고, 상기와 같이 구성된 헤더파이프(110a)(110b)(110c)를 한 쌍의 브라켓트(125)(126) 사이에 스페이서(127)를 개재하여 볼트(128)로 체결하거나 용접 또는 브레이징한다.

한편, 본 발명은 제1,제2,제3 공간부(S1)(S2)(S3)중 어느 하나에 해당되는 헤더파이프(100)(110)에 연통 접속된 냉매 유입/유출 파이프(400)(410)와, 나머지 두 개의 공간부중 어느 하나에 해당되는 헤더파이프(100)(110)에 연통 접속된 트랜스미션 오일 유입/유출 파이프(420)(421)와, 나머지 한 개의 공간부에 해당되는 헤더파이프(100)(110)에 연통 접속된 파워스티어링 오일 유입/유출 파이프(430)(431)를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 제1 공간부(S1)에 해당되는 헤더파이프(100)(110) 및 이 사이의 튜브(200)로 냉매가 유동되는 냉매 통과영역을 형성하고, 상기 제2 공간부(S2)에 해당되는 헤더파이프(100)(110) 및 이 사이의 튜브(200)로 트랜스미션 오일이 유동되는 트랜스미션 오일 통과영역을 형성하며, 상기 제3 공간부(S3)에 해당되는 헤더파이프(100)(110) 및 이 사이의 튜브(200)로 파워스티어링 오일이 유동되는 파워스티어링 오일 통과영역을 형성하였다.

여기서, 상기 제1 공간부(S1)에 해당되는 헤더파이프(100)(110) 및 이 사이의 튜브(200)로 냉매가 통과하는 영역부분은 차량의 공조시스템의 구성에서 압축기에서 토출된 고온 고압의 압축된 개스 상태의 냉매를 응축시키는 콘덴서역할을 하게 된다.

따라서, 상기 제1 공간부(S1)의 튜브(200)를 통과하는 냉매의 유동 과정 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명은 냉매와 트랜스미션 오일과 파워스티어링 오일이 유동되는 위치를 위에 언급한 바와 같이 한정되지 않고 다르게 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.

이제까지 설명한 본 발명의 실시예에서, 상기 튜브(200)의 수력직경의 상관 관계에 대해서 설명하면 아래와 같다.

즉, 상기 냉매가 통과하는 튜브(200)의 수력직경을 HD1, 상기 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브(200)의 수력직경을 HD2, 상기 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브(200)의 수력직경을 HD3라고 할 때, 다음식, HD1＜HD2＜HD3을 만족하도록 형성한다.

상기와 같이 수력직경을 냉매와 트랜스미션 오일과 파워스티어링 오일에 대해서 서로 다르게 설정하는 이유는, 냉매가 지나가는 튜브 측에서는 고온 고압 상태의 냉매가 튜브 내를 지나가면서 주위의 공기에 의해 응축될 때 발열 성능을 극대화시킬 수 있도록 수력 직경이 적은 것을 사용한다.

또한, 튜브내에서 냉매가 상변화를 일으키며 상대적으로 튜브 내부의 압력이 높기 때문에 가장 작은 수력직경의 튜브를 사용한다.

일반적으로 오일은 냉매에 비해 점성이 커서 유로 저항이 열교환성능에 미치는 영향이 크기 때문에 적정한 유로 크기를 설정해야 한다.

그리고, 트랜스미션 오일이 지나가는 튜브 측에서는 컨덴서 튜브와 같이 수 력직경이 작은 튜브를 사용할 경우 유로의 저항이 증가하여 방열효과가 저하되므로 적정한 유로 저항과 방열량을 동시에 만족시키기 위해 상대적으로 냉매가 지나가는 튜브 측보다 수력 직경을 작은 것을 사용한다.

마지막으로, 파워스티어링 오일이 지나가는 튜브 측에서는, 정상 작동 온도가 80℃~95℃이기 때문에 요구 방열량이 상대적으로 작으므로 냉매와 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브 측보다 수력직경이 큰 튜브를 사용한다.

이제까지 설명한 수력직경의 설명에서 상기 냉매가 통과하는 수력직경은 0.55mm~1.55mm인 것이 바람직하며, 상기 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브의 수력직경은 1.6mm~4.0mm인 것이 바람직하며, 상기 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브의 수력직경은 4.0mm 이상인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 냉매와 트랜스미션 오일과 파워스티어링 오일에 맞게 상기 튜브(200)의 다중 유로(201)(202)(203)중에서 단일유로의 면적을 달리 하도록 설계하는데, 상기 냉매가 통과하는 튜브에서의 단일유로(201)의 면적을 A1, 상기 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브에서의 단일유로(202)의 면적을 A2, 상기 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브에서의 단일유로(203)의 면적을 A3라고 할 때, 다음식, A1＜A2＜A3를 만족하도록 형성한다.

그리고, 본 발명은 냉매와 트랜스미션 오일과 파워스티어링 오일에 맞게 상기 튜브(200)의 다중 유로(201)(202)(203)의 수를 달리하도록 설계하는데, 상기 냉매가 통과하는 튜브에서의 다중 유로(201)의 수를 N1, 상기 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브에서의 다중 유로(202)의 수를 N2, 상기 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브에서의 다중 유로(203)의 수를 N3라고 할 때, 다음식, N1＞N2＞N3를 만족하도록 형성한다.

또한, 본 발명은 냉매와 트랜스미션 오일과 파워스티어링 오일에 맞게 튜브의 개수를 달리하여 설계하는데, 상기 냉매가 통과하는 튜브의 개수를 N4, 상기 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브의 개수를 N5, 상기 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브의 개수를 N6라고 할 때, 다음식, N4＞N5＞N6를 만족하도록 형성한다.

여기서, 본 발명은 방열량에 따라 상기 냉매가 통과하는 튜브의 길이, 상기 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브의 길이, 상기 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브의 길이를 서로 동일하게 하거나 다르게 하는 등 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.

한편, 이제까지 설명한 본 발명에서, 상기 배플(150)(151)이 위치한 상기 튜브(200)들 사이에는 열차단수단이 구비된다. 상기 열차단수단은 상기 튜브(200)들 사이를 비워두어 형성한 공간부(S4)(S5)로 이루어진다.

즉, 상기 공간부(S4)(S5)내에 방열핀(300)을 개재하지 않는 것이다.

따라서, 본 발명은 냉매 통과영역과 트랜스미션 오일 통과영역과 파워스티어링 오일 통과영역이 하나의 열교환기에 적층형 타입으로 일체로 구비되기 때문에 기존 콘덴서와 제작시 자동화에 의해 함께 제작되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명은 트랜스미션 오일과 파워스티어링 오일을 냉각하기 위한 냉각수단을 종래와 같이 별도로 콘덴서의 전면이나 라디에이터의 탱크 내부에 설치할 때 발생되는 사이즈 제한 및 콘덴서의 성능 저하를 해소할 수 있다.

그리고, 본 발명은 냉매와 트랜스미션 오일과 파워스티어링 오일 등의 서로 다른 기능을 하는 유체가 하나의 열교환기를 통과하도록 구비되어 있기 때문에 외관 형상을 매우 컴팩트하게 구현할 수 있게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은, 주위 공기와 열교환되는 차량의 공조용 냉매가 통과하는 냉매 통과영역과, 트랜스미션 오일이 통과하는 트랜스미션 오일 통과영역과, 파워스티어링 오일이 통과하는 파워스티어링 통과영역을 구획하여 단일의 열교환기에 일체형으로 구비함으로써, 냉매 통과영역과 트랜스미션 오일 통과영역과 파워스티어링 오일 통과영역이 하나의 열교환기에 적층형 타입으로 일체로 구비되기 때문에 기존 콘덴서와 제작시 자동화에 의해 함께 제작되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명은 트랜스미션 오일과 파워스티어링 오일을 냉각하기 위한 냉각수단을 종래와 같이 별도로 콘덴서의 전면이나 라디에이터의 탱크 내부에 설치하지 않기 때문에 사이즈 제한 및 콘덴서의 성능 저하를 해소할 수 있다.

그리고, 본 발명은 냉매와 트랜스미션 오일, 파워스티어링 오일이 통과하면서 열교환되는 각 튜브의 수력직경의 크기를 적정히 하여 각 열교환 특성에 부합하도록 함으로써, 적정한 유로 저항과 방열량을 극대화시킬 수 있게 된다.

Claims

한 쌍의 평행한 헤더파이프(100)(110)와;

일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치되고, 각각의 양단이 상기 헤더파이프(100)(110)에 연통 가능하게 결합되며, 내부에 다중 유로를 갖는 다수의 튜브(200)와;

상기 튜브(200)들 사이에 개재되는 다수의 방열핀(300)과;

상기 헤더파이프(100)(110)의 내부 공간을 상하 방향으로 서로 독립된 제1, 제2, 제3 공간부(S1)(S2)(S3)가 형성되도록 구획하는 구획수단과;

상기 제1,제2,제3 공간부(S1)(S2)(S3)중 어느 하나에 해당되는 헤더파이프(100)(110)에 연통 접속된 냉매 유입/유출 파이프(400)(410)와;

나머지 두 개의 공간부중 어느 하나에 해당되는 헤더파이프(100)(110)에 연통 접속된 트랜스미션 오일 유입/유출 파이프(420)(421)와;

나머지 한 개의 공간부에 해당되는 헤더파이프(100)(110)에 연통 접속된 파워스티어링 오일 유입/유출 파이프(430)(431)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 복합형 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 튜브(200)의 수력직경은,

상기 냉매가 통과하는 튜브(200)의 수력직경을 HD1, 상기 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브(200)의 수력직경을 HD2, 상기 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브(200)의 수력직경을 HD3라고 할 때, 다음식, HD1＜HD2＜HD3을 만족하는 것을 특징으로 하는 복합형 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 튜브(200)의 다중 유로중에서 단일유로의 면적은,

상기 냉매가 통과하는 튜브에서의 단일유로 면적을 A1, 상기 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브에서의 단일유로 면적을 A2, 상기 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브에서의 단일유로 면적을 A3라고 할 때,

다음식, A1＜A2＜A3를 만족하는 것을 특징으로 하는 복합형 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 튜브(200)의 유로수는,

상기 냉매가 통과하는 튜브에서의 유로수를 N1, 상기 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브에서의 유로수를 N2, 상기 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브에서의 유로수를 N3라고 할 때,

다음식, N1＞N2＞N3를 만족하는 것을 특징으로 하는 복합형 열교환기.
제1 항에 있어서,

상기 냉매가 통과하는 튜브의 개수를 N4, 상기 트랜스미션 오일이 통과하는 튜브의 개수를 N5, 상기 파워스티어링 오일이 통과하는 튜브의 개수를 N6라고 할 때,

다음식, N4＞N5＞N6를 만족하는 것을 특징으로 하는 복합형 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 공간부(S1)에 해당되는 헤더파이프(100)(110) 및 이 사이의 튜브(200)로 냉매가 유동되는 냉매 통과영역을 형성하고,

상기 제2 공간부(S2)에 해당되는 헤더파이프(100)(110) 및 이 사이의 튜브(200)로 트랜스미션 오일이 유동되는 트랜스미션 오일 통과영역을 형성하며,

상기 제3 공간부(S3)에 해당되는 헤더파이프(100)(110) 및 이 사이의 튜브(200)로 파워스티어링 오일이 유동되는 파워스티어링 오일 통과영역을 형성한 것을 특징으로 하는 복합형 열교환기.