KR20060082220A - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체가 최초로 유입되는 입구측 영역의 탱크부내로 균일하게 배분 유동되어 효과적인 열전달 및 온도분포를 가질 수 있도록 한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 하며,

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열교환기는 유체 통과공이 형성된 탱크부를 상하부중 적어도 어느 한부분에 형성한 다수의 단위튜브를 폭방향으로 접합하여서 된 튜브 조립체와; 상기 튜브 조립체의 최양단측에 위치한 단위튜브의 외측에 각각 고정 설치되며, 상기 유체 통과공과 연통되는 유체 안내공이 형성된 유체 안내부를 구비한 한 쌍의 엔드플레이트와; 상기 한 쌍의 엔드플레이트의 유체 안내부의 외측에 각각 설치되는 유체 유입/배출 매니폴드와; 상기 유체 유입/배출 매니폴드에 각각 설치되는 유체 유입/배출 파이프와; 상기 유체 유입 파이프로 유입되어 상기 유체 유입 매니폴드내에 도달된 유체를 일정한 비율로 배분되어 상기 탱크부중 입구측 영역의 탱크부내에서 유동되도록 하는 유체 배분수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

열교환기, 유체, 배분

Description

열교환기{A heat exchanger}

도 1은 종래 기술에 의한 열교환기의 외관 사시도.

도 2는 도 1의 지시선 "A-A"선의 단면도.

도 3은 도 1의 지시선 "B-B"선의 단면도.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 열교환기의 전체 단면도.

도 5는 도 4의 지시선 "C-C"선의 단면도.

도 6은 본 발명의 제1 실시예의 요부 사시도.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 열교환기의 전체 단면도.

도 8은 도 7의 지시선 "D-D"선의 단면도.

도 9는 본 발명의 제2 실시예의 요부 사시도.

도 10은 본 발명의 제3 실시예를 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 제4 실시예를 도시한 도면.

도 12는 본 발명의 제5 실시예를 도시한 도면.

도 13은 본 발명의 제6 실시예를 도시한 도면.

도 14는 본 발명의 제7 실시예를 도시한 도면.

도 15는 본 발명과 종래의 냉매 배분율을 그래프로 비교하여 도시한 도면.

도 16은 종래 기술에 의한 열교환기의 입구측 영역의 탱크부에서 유체인 냉매유동분포를 나타낸 그림.

도 17은 본 발명에 의한 열교환기의 입구측 영역의 탱크부에서 유체인 냉매유동분포를 나타낸 그림.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 튜브 조립체

110 : 단위튜브

113 : 탱크부

113a : 유체 통과공

200,210 : 엔드 플레이트

300,310 : 유체 유입/배출 매니폴드

400,410 : 유체 유입/배출 파이프

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체가 최초로 유입되는 입구측 영역의 탱크부내로 균일하게 배분 유동되어 효과적인 열전달 및 온도분포를 가질 수 있도록 한 열교환기에 관한 것이다.

통상적으로 열교환기는 온도가 다른 두 개의 유체를 직접 또는 간접으로 접 촉시켜 열을 교환하는 장치로서, 그 내부에 열교환 매체가 유동할 수 있는 통로부를 구비하여, 열교환 매체가 통로부를 흐르는 동안 외부의 공기와 열교환을 행할 수 있도록 구성된 장치이다.

자동차의 공기조화 시스템에서도 열교환기는 필수적으로 사용되고 있다.

열교환기는 열교한 매체로서 사용되는 냉매의 종류 및 열교환기 내부에서 발생하는 내부 압력에 따라 다양한 방식이 개발되어 왔으며, 대표적으로 휜 튜브 타입(fin tube type), 서펜틴 타입(serpentine type), 드론 컵 타입(drawn-cup type), 패러랠 플로우 타입(parallel flow type)등이 있다.

도 1은 종래의 드론 컵 타입 열교환기의 일예를 나타낸 사시도이다.

도시된 바와 같이, 한쌍의 플레이트(11)(12)가 상호 브레이징 접합되어 이 플레이트(11)(12)의 내면 사이의 간극으로 유체통로를 형성하는 튜브(10)를 형성하게 된다.

상기 한쌍의 플레이트(11)(12)로 이루어진 튜브(10)는 다수개가 일정 간격 이격되게 적층되어 배열된다.

상기 플레이트(11)(12) 각각의 상하측에는 유로 통과공(13a)이 구비된 컵형상의 상,하 탱크부(13)가 형성되며, 상기 플레이트(11)(12) 각각의 상측에 형성되어 마주보는 상 탱크부(13)는 서로 마주 접합되어 상기 플레이트(11)(12)의 상호 브레이징 접합시 함께 브레이징 용접되며, 상기 플레이트(11)(12) 각각의 하측에 형성되어 마주보는 하 탱크부(30)는 서로 마주 접합되어 상기 플레이트(11)(12)의 상호 브레이징 접합시 함께 브레이징 용접된다.

상기 서로 마주 접합되어 브레이징 용접된 상 탱크부(13)와 하 탱크부(13) 사이에 해당되는 플레이트(11)(12) 사이에는 방열 면적을 증대시키는 방열핀(20)이 개재되어 플레이트(11)(12)와 브레이징 용접 설치된다.

여기서, 상,하 탱크부(13)중 임의의 위치에는 유체의 유로를 변경시키기 위한 유체유로 변경수단이 형성되어 있는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 상 탱크부(13)중 열교환기의 중앙을 기준으로 하여 좌우 양측에 상기 유체 통과공(13a)이 형성되지 않은 폐쇄된 상태의 탱크부(13)로 이루어진 제1, 제3 유체유로 변경수단(31,33)을 구성한 것이다.

그리고, 하 탱크부(30)중 상기 제1, 제3 유체유로 변경수단(31)(33) 사이에 상기 유체 통과공(13a)이 형성되지 않은 폐쇄된 상태의 탱크부(13)를 형성하여 제2 유체유로 변경수단(32)을 구성한 것이다.

상기와 같이 제1, 제2, 제3 유체유로 변경수단(31,33,32)을 형성함에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 실선 화살표와 같이 지그 재그 방향으로 유체가 유동된다.

한편, 상기 열교환기(50)의 최양단측에 해당되는 플레이트(11)(12)에는 좌,우측 엔드플레이트(35)(36)가 각각 브레이징 용접 설치된다.

상기 좌,우측 엔드플레이트(35)(36)의 상측에는 각각 상 탱크부(13)의 유체 통과공(13a)과 연통되는 유체 통과공(35a)(36a)이 각각 형성되어 있다.

상기 좌,우측 엔드플레이트(35)(36)의 상측 외면에는 유체 통과공(13a)과 연통되는 좌,우측 매니폴드(41)(42)가 각각 고정 설치되고, 좌,우측 매니폴드 (41)(42)에는 각각 열교환을 위한 유체 및 배출되는 유입 파이프(43)와 배출 파이프(44)가 고정 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래 기술은 도 16에 도시된 바와 같이, 유입 파이프(43)를 통해 유입된 유체(노란색 참조)가 좌측 매니폴드(41)내로 도달된 후, 열교환기(50)의 탱크부(13)중 입구측 영역(구간(I)) 탱크부(13)내에서 불균일하게 배분 유동됨에 따라 입구측 영역(구간(I)) 탱크부(13)에서 열전달 성능이 감소될 뿐만 아니라 온도가 불균일한 단점이 발생되어 결과적으로, 유체 배출 파이프(44)에 인접한 유체 출구영역에서 국부적으로 발생하는 과열 영역이 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 유체가 최초로 유입되는 입구측 영역의 탱크부내로 균일하게 배분 유동되어 효과적인 열전달 및 온도분포를 가질 수 있도록 한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유체 통과공이 형성된 탱크부를 상하부중 적어도 어느 한부분에 형성한 다수의 단위튜브를 폭방향으로 접합하여서 된 튜브 조립체와; 상기 튜브 조립체의 최양단측에 위치한 단위튜브의 외측에 각각 고정 설치되며, 상기 유체 통과공과 연통되는 유체 안내공이 형성된 유체 안내부를 구비한 한 쌍의 엔드플레이트와; 상기 한 쌍의 엔드플레이트의 유체 안내부의 외측에 각각 설치되는 유체 유입/배출 매니폴드와; 상기 유체 유입/배출 매니폴 드에 각각 설치되는 유체 유입/배출 파이프와; 상기 유체 유입 파이프로 유입되어 상기 유체 유입 매니폴드내에 도달된 유체를 일정한 비율로 배분되어 상기 탱크부중 입구측 영역의 탱크부내에서 유동되도록 하는 유체 배분수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

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

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 열교환기의 전체 단면도이고, 도 5는 도 4의 지시선 "C-C"선의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 제1 실시예의 요부 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 열교환기의 전체 단면도이며, 도 8은 도 7의 지시선 "D-D"선의 단면도이며, 도 9는 본 발명의 제2 실시예의 요부 사시도이며, 도 10은 본 발명의 제3 실시예를 도시한 도면이며, 도 11은 본 발명의 제4 실시예를 도시한 도면이며, 도 12는 본 발명의 제5 실시예를 도시한 도면이며, 도 13은 본 발명의 제6 실시예를 도시한 도면이며이며, 도 14는 본 발명의 제7 실시예를 도시한 도면이며, 도 15는 본 발명과 종래의 냉매 배분율을 그래프로 비교하여 도시한 도면이며, 도 16은 종래 기술에 의한 열교환기의 입구측 영역의 탱크부에서 유체인 냉매유동분포를 나타낸 그림이며, 도 17은 본 발명에 의한 열교환기의 입구측 영역의 탱크부에서 유체인 냉매유동분포를 나타낸 그림이다.

본 발명에 의한 열교환기는 튜브 조립체(100)와, 한 쌍의 엔드플레이트(200)(210)와, 유체 유입/배출 매니폴드(300)(310)와, 유체 유입/배출 파이프(400)(410)와, 유체 배분수단을 포함하여 이루어진다.

상기 튜브 조립체(100)는 유체 통과공(113a)이 형성된 탱크부(113)를 상하부중 적어도 어느 한부분에 형성한 다수의 단위튜브(110)를 폭방향으로 접합하여서 이루어진다.

상기 단위튜브(110)는, 한쌍의 플레이트(111)(112)가 상호 브레이징 접합되어 이 플레이트(111)(112)의 내면 사이의 간극으로 유체통로를 형성하여서 이루어진다.

상기 플레이트(111)(112) 각각의 상하측에는 유체 통과공(113a)이 구비된 컵형상의 상,하 탱크부(113)가 형성되며, 상기 플레이트(111)(112) 각각의 상측에 형성되어 마주보는 상 탱크부(113)는 서로 마주 접합되어 상기 플레이트(111)(112)의 상호 브레이징 접합시 함께 브레이징 용접되며, 상기 플레이트(111)(112) 각각의 하측에 형성되어 마주보는 하 탱크부(113)는 서로 마주 접합되어 상기 플레이트(111)(112)의 상호 브레이징 접합시 함께 브레이징 용접된다.

상기 서로 마주 접합되어 브레이징 용접된 상 탱크부(113)와 하 탱크부(113) 사이에 해당되는 플레이트(111)(112) 사이에는 방열 면적을 증대시키는 방열핀(120)이 개재되어 플레이트(111)(112)와 브레이징 용접 설치된다.

상기 한 쌍의 엔드플레이트(200)(210)는 상기 튜브 조립체(100)의 최양단측에 위치한 단위튜브(110)의 외측에 각각 고정 설치되며, 상기 유체 통과공(113a)과 연통되는 유체 안내공(201a)(211a)이 형성된 유체 안내부(201)(211)를 구비한다.

상기 유체 유입/배출 매니폴드(300)(310)는 상기 좌,우측 엔드플레이트(200)(210)를 구성하는 유체 안내부(201)(211)의 외측에 각각 설치된다.

상기 유체 유입/배출 파이프(400)(410)는 유체 유입/배출 매니폴드(300)(310)에 각각 연통 가능하게 설치된다.

상기 유체 배분수단은, 상기 유체 유입 파이프(400)로 유입되어 상기 유체 유입 매니폴드(300)내에 도달된 유체를 일정한 비율로 배분되어 상기 탱크부(113)중 입구측 영역의 탱크부(113)내에서 유동되도록 하는 역할을 한다.

여기서, 상,하 탱크부(113)중 임의의 위치에는 유체의 유로를 변경시키기 위한 유체유로 변경수단이 형성되어 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 상 탱크부(113)중 열교환기의 중앙을 기준으로 하여 좌우 양측에 상기 유체 통과공(113a)이 형성되지 않은 폐쇄된 상태의 탱크부(113)로 이루어진 제1, 제3 유체유로 변경수단(131,133)을 구성한 것이다.

그리고, 하 탱크부(113)중 상기 제1, 제3 유체유로 변경수단(131)(133) 사이에 상기 유체 통과공(113a)이 형성되지 않은 폐쇄된 상태의 탱크부(113)를 형성하여 제2 유체유로 변경수단(132)을 구성한 것이다.

상기와 같이 제1, 제2, 제3 유체유로 변경수단(131,133,132)을 형성함에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 실선 화살표와 같이 지그 재그 방향으로 유체가 유동된다.

이하, 본 발명에 의한 상기 유체 배분수단의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

상기 유체 배분수단은, 도 4, 도 5, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 유체 유입 매니폴드(300)가 설치된 엔드플레이트(200)에 형성된 유체 안내부(201)내의 중 간부에 설치되어 유체 안내공(201a)을 분리하는 배플(500)로 이루어진다.

그리고, 상기 유체 배분수단은, 도 7, 도 8, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 유체 유입 매니폴드(300)로부터 입구측 영역의 탱크부(113)내의 중간부에 설치되어 유체 통과공(113a)을 분리하는 배플(510)로 구성할수도 있다.

그리고, 본 발명에 의한 상기 유체 배분수단은, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 유체 유입 매니폴드(300)내의 중간부에 통로의 일부분만 막도록 설치된 배플(520)로 구성할수도 있다.

그리고, 본 발명에 의한 상기 유체 배분수단은, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 유체 유입 매니폴드(300)의 내부 공간을 확대공간부(301)와, 상기 확대공간부(301)에 비해 면적이 축소된 축소공간부(302)로 형성하여 구성할수도 있다.

한편, 이제까지 설명한 상기 유체 배분수단의 실시예들 이외에도 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 유체 유입 매니폴드(300)가 설치된 엔드플레이트(200)에 형성된 유체 안내부(201)내의 중간부에 설치되어 유체 안내공(201a)을 분리하는 배플(500)과, 상기 유체 유입 매니폴드(300)로부터 입구측 영역의 탱크부(111)내의 중간부에 설치되어 유체 통과공(113a)을 분리하는 배플(510)을 동시에 구성할수도 있음은 물론이다.

그리고, 본 발명은 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 도 12에 도시된 도면에서 상기 유체 유입 매니폴드(300)내의 중간부에 통로의 일부분만 막도록 설치된 배플(520)을 더 포함하여 구성할수도 있음은 물론이다.

그리고, 본 발명은 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 도 12에 도시된 도면에 서 상기 유체 유입 매니폴드(300)의 내부 공간을 확대공간부(301)와, 상기 확대공간부(301)에 비해 면적이 축소된 축소공간부(302)로 구성하여 더 포함할 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 열교환기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유체 유입/배출 파이프(400)를 통해 유입된 유체는 유체 유입/배출 매니폴드(300)내로 모인후, 엔드 플레이트(200)의 유체 안내부(201)에 형성된 유체 안내공(201a)를 통과한 다음, 단위튜브(110)의 입구측 영역의 탱크부(113)에 형성된 유체 통과공(113a)내로 진입하게 된다.

상기와 같은 유체의 흐름 과정에서 유체는 본 발명에 의한 유체 배분수단을 구성하는 배플(500)(510)(520) 및 상기 유체 유입 매니폴드(300)의 내부 공간에 형성된 확대공간부(301)와, 축소공간부(302)을 구비함에 따라, 종래와 본 발명을 비교 실험한 결과 도 15에 도시된 바와 같이 종래(개선전)보다 본 발명(개선후)이 탱크부(113)중 입구측 영역의 탱크부(113), 바람직하게는 입구측 영역의에서 3번째 위치 까지의 단위튜브내로 균일하게 배분되어 탱크부(113)내로 잘 도입됨을 알 수 있었다.

아울러, 유체(노란색 참조)가 도 17에 도시된 바와 같이, 입구측 영역(구간(Ⅰ))의 탱크부(113)에서 유체 배분수단(보라색)(500)에 의해 균일하게 배분되어 효과적인 열전단 및 온도분포를 가질수 있게 되며, 이로인해 상기 유체 배출 파이프(410)에 인접한 유체 출구영역에서 국부적으로 발생하는 과열 영역을 감소시키게 된다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 열교환기에 따르면, 유체가 최초로 유입되는 입구측 영역의 탱크부내로 균일하게 배분 유동되어 효과적인 열전달 및 온도분포를 가질 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 유체 통과공(113a)이 형성된 탱크부(113)를 상하부중 적어도 어느 한부분에 형성한 다수의 단위튜브(110)를 폭방향으로 접합하여서 된 튜브 조립체(100)와;

   상기 튜브 조립체(100)의 최양단측에 위치한 단위튜브(110)의 외측에 각각 고정 설치되며, 상기 유체 통과공(113a)과 연통되는 유체 안내공(201a)(211a)이 형성된 유체 안내부(201)(211)를 구비한 한 쌍의 엔드플레이트(200)(210)와;

   상기 한 쌍의 엔드플레이트(200)(210)의 유체 안내부(201)(211)의 외측에 각각 설치되는 유체 유입/배출 매니폴드(300)(310)와;

   상기 유체 유입/배출 매니폴드(300)(310)에 각각 설치되는 유체 유입/배출 파이프(400)(410)와;

   상기 유체 유입 파이프(400)로 유입되어 상기 유체 유입 매니폴드(300)내에 도달된 유체를 일정한 비율로 배분되어 상기 탱크부(113)중 입구측 영역의 탱크부(113)내에서 유동되도록 하는 유체 배분수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유체 배분수단은,

   상기 유체 유입 매니폴드(300)가 설치된 엔드플레이트(200)에 형성된 유체 안내부(201)내의 중간부에 설치되어 유체 안내공(201)을 분리하는 배플(500)인 것 을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 유체 배분수단은,

   상기 유체 유입 매니폴드(300)로부터 입구측 영역의 탱크부(111)내의 중간부에 설치되어 유체 통과공(113a)을 분리하는 배플(510)인 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 유체 배분수단은,

   상기 유체 유입 매니폴드(300)내의 중간부에 통로의 일부분만 막도록 설치된 배플(520)인 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 유체 배분수단은,

   상기 유체 유입 매니폴드(300)의 내부 공간을 확대공간부(301)와, 상기 확대공간부(301)에 비해 면적이 축소된 축소공간부(302)로 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 유체 배분수단은,

   상기 유체 유입 매니폴드(300)가 설치된 엔드플레이트(200)에 형성된 유체 안내부(201)내의 중간부에 설치되어 유체 안내공(201a)을 분리하는 배플(500)과;

   상기 유체 유입 매니폴드(300)로부터 입구측 영역의 탱크부(113)내의 중간부에 설치되어 유체 통과공(113a)을 분리하는 배플(510)로 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기.

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