KR20060085573A

KR20060085573A - 열교환기

Info

Publication number: KR20060085573A
Application number: KR1020060000842A
Authority: KR
Inventors: 오광헌; 임홍영
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2006-01-04
Publication date: 2006-07-27
Also published as: CN1811317A; CN100513964C; KR101047428B1

Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열교환기의 중앙부분 일정영역의 한 쌍의 컵부를 상호 연통시켜 입,출구측 열교환부를 연통시킴은 물론 그 내부를 흐르는 냉매의 유동방향을 동일하게 함으로서, 냉매의 편중 및 냉매측 압력강하량을 줄여 소형화에 보다 유리함은 물론 열교환기의 표면 온도분포를 균일하게 하고 열교환성능을 향상하며, 입,출구파이프의 전방배치가 용이한 열교환기에 관한 것이다.

이에 본 발명은 한 쌍의 플레이트(111)가 상호 접합되어 내부에는 구획비드(113)를 사이에 두고 독립된 두 개의 유로(114)가 형성되며 상,하단에는 상기 각 유로(114)와 연통하는 한 쌍의 컵(112)이 나란하게 형성됨과 아울러 상기 한 쌍의 컵(112)들을 접합하여 상,하부 탱크(101)(102)를 형성하도록 다수 적층되는 튜브(110); 상기 두 개의 유로(114)와 각각 연통되게 설치되어 냉매를 유입/배출하는 입,출구파이프(150)(151); 상기 적층된 튜브(110)에서 입구파이프(150)와 연통하는 입구측 열교환부(103) 및 출구파이프(151)와 연통하는 출구측 열교환부(104)를 상호 연통시켜 각각의 내부를 흐르는 냉매의 유동방향이 동일하도록 상기 입,출구파이프(150)(151)가 설치된 입,출구측 열교환부(103)(104)의 각 탱크(101)를 일정영역 연통시키는 연통수단(140); 상기 입,출구측 열교환부(103)(104)를 복수의 열교환영역(105∼108)으로 구획하되 상기 연통수단(140)으로 연통하는 열교환영역(106)(107)은 일부가 상호 겹칠 수 있도록 상기 연통수단(140)을 사이에 두고 서로 대각선 방향에 위치한 하나의 컵(112a)을 폐쇄하여 설치된 블랭크 플레이트(111a)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

열교환기, 증발기, 튜브, 플레이트, 연통로, 블랭크플레이트

Description

열교환기{Heat exchanger}

도 1은 종래의 열교환기를 나타내는 사시도,

도 2는 종래의 열교환기의 냉매흐름을 나타내는 도면,

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 사시도,

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 정면도,

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 일반 튜브를 분해한 상태를 나타내는 사시도,

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 연통로가 형성된 튜브를 분해한 상태를 나타내는 사시도,

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 블랭크 플레이트를 분해한 상태를 나타내는 사시도,

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 전체 튜브열 수 대비 연통로 튜브열 수의 비율에 따라 방열량과 냉매측 압력강하량을 나타낸 그래프,

도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기의 냉매 흐름을 나타내는 도면,

도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 냉매유동분포를 나타내는 도면,

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 사시도,

도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 사시도,

도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환기에서 상단에는 연통로 및 하단에는 바이패스통로가 형성된 튜브를 분해한 상태를 나타내는 사시도,

도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 열교환기의 냉매 흐름을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

100: 열교환기 101: 상부탱크

102: 하부탱크 103: 입구측 열교환부

104: 출구측 열교환부 105∼108: 제 1∼4 열교환영역

110: 튜브 111: 플레이트

111a: 블랭크 플레이트 112,112a: 컵

112b: 배분홀

113: 구획비드 114: 유로

115: 제 1 비드 116: 목비드부

116a: 제 2 비드 116b: 통로

120: 방열핀 130: 엔드 플레이트

140: 연통수단 141: 연통로

145: 바이패스통로

150: 입구파이프 151: 출구파이프

열교환기는 그 내부에 열교환매체가 흐를 수 있는 유로를 구비함으로써 열교환매체와 외기가 열교환되도록 이루어진 장치로서 각종 공조장치에 사용되며 사용조건에 따라 증발기, 응축기, 라디에이터, 히터코어 등 여러가지 형식의 것이 사용되고 있다.

상기 열교환기 중에서 증발기는 냉매 통로의 구조형식에 따라 분류되는데, 하나의 압출튜브를 다단절곡한 서펜타인 타입, 딤플형상의 플레이트를 적층시킨 라미네이트 타입 등이 대표적이며, 최근에는 복수개의 압출튜브를 사용하는 복수압출튜브 타입의 증발기가 소개되고 있다.

이러한 종래 증발기의 일예로 일본 실용신안공개 평7-12778호가 개시되어 있으며, 도 1을 참조하여 간략히 설명하면, 상기 증발기(1)는 상,하단에 한 쌍의 컵(12)이 형성된 플레이트(11) 두 개를 접합하여 구성된 튜브(10)를 다수개 적층하여 이루어진다.

그리고, 상기 튜브(10)들을 다수개 적층함으로서 상,하부에는 탱크(2)(3)가 형성되고, 일측에는 냉매를 유입/배출할 수 있도록 입,출구파이프(4)(5)가 구비된다.

따라서, 상기 입구파이프(4)와 연통하는 측에는 입구측 열교환부(20a)가 구성되고, 출구파이프(5)와 연통하는 측에는 출구측 열교환부(20b)가 구성된다.

또한, 상기 입,출구파이프(4)(5)의 반대측에는 상기 입,출구측 열교환부(20a)(20b)를 상호 연통시킬수 있도록 연통부(25)가 설치된다.

한편, 상기 입,출구측 열교환부(20a)(20b)를 복수의 열교환영역(21∼24)으로 구획하도록 상기 상부 탱크(2)의 내부에는 칸막이벽(26)이 나란하게 형성되며, 상기 튜브(10)들 사이에는 열교환을 촉진시키는 방열핀(15)이 개재된다.

상기한 증발기(1)의 냉매흐름을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 입구파이프(4)를 통해 입구측 열교환부(20a)의 상부탱크(2)로 유입된 냉매는 칸막이벽(26)에 의해 구획된 제1열교환영역(21)에서 하강하여 하부탱크(3)로 이동하고, 하부탱크(3)로 이동한 냉매는 이곳에서 리턴한 후 제2열교환영역(22)에서는 상승하여 상부탱크(2)로 이동한다.

이렇게 입구측 열교환부(20a)를 통과한 냉매는 상기 연통부(25)를 통해 출구측 열교환부(20b)의 상부탱크(2)로 유입된다.

상기 출구측 열교환부(20b)의 상부탱크(2)로 유입된 냉매는 칸막이벽(26)에 의해 구획된 제3열교환영역(23)에서 하강하여 하부탱크(3)로 이동하고, 하부탱크 (3)로 이동한 냉매는 이곳에서 리턴한 후 제4열교환영역(24)에서는 상승하여 상부탱크(2)로 이동하며, 이후 출구파이프(5)를 통해 배출된다.

한편, 상기 제 1 열교환영역(21)은 상부탱크(2)의 냉매가 튜브(10)를 따라 하강하여 하부탱크(3)로 이동하는 영역으로서, 상부탱크(2)의 내부를 유동하는 냉매에는 중력이 작용하여 냉매의 진행방향 초반부에는 각 튜브(10)로 유입되는 냉매량이 많아지고 후반부로 갈수록 튜브(10)로 유입되는 냉매량이 점차 적어지게 된다.

상기 제 2 열교환영역(22)은 제 1 열교환영역(21)으로부터 유입된 하부탱크(3)의 냉매가 튜브(10)를 따라 상승하여 상부탱크(2)로 이동하는 영역으로서, 하부탱크(3)의 내부를 유동하는 냉매에는 관성력이 작용하여 냉매의 진행방향 초반부에는 각 튜브(10)로 유입되는 냉매량이 적고 후반부로 갈수록 튜브(10)로 유입되는 냉매량이 점차 많아지게 된다.

상기 제 3 열교환영역(23)은 제 2 열교환영역(22)으로부터 연통부(25)를 거쳐 유입된 상부탱크(2)의 냉매가 튜브(10)를 따라 하강하여 하부탱크(3)로 이동하는 영역으로서, 상부탱크(2)의 내부를 유동하는 냉매에는 중력이 작용하여 냉매의 진행방향 초반부에는 각 튜브(10)로 유입되는 냉매량이 많아지고 후반부로 갈수록 튜브(10)로 유입되는 냉매량이 점차 적어지게 된다.

상기 제 4 열교환영역(24)은 제 3 열교환영역(23)으로부터 유입된 하부탱크(3)의 냉매가 튜브(10)를 따라 상승하여 상부탱크(2)로 이동하는 영역으로서, 하부탱크(3)의 내부를 유동하는 냉매에는 관성력이 작용하여 냉매의 진행방향 초반부에 는 각 튜브(10)로 유입되는 냉매량이 적고 후반부로 갈수록 튜브(10)로 유입되는 냉매량이 점차 많아지게 된다.

따라서, 냉매의 편중에 의해 증발기(1)의 표면 온도차가 심하게 발생하게 되고 이는 냉매 흐름량이 적거나 증발기(1)를 통과하는 공기가 저풍량일수록 더욱 심하게 발생하게 되는데, 즉, 상기 입,출구측 열교환부(20a)(20b)에서는 상기와 같이 많은 양의 냉매가 유동하는 튜브(10)측과 적은 양의 냉매가 유동하는 튜브(10)측에 각각 과냉구간과 과열구간이 발생하게 된다.

또한, 상기와 같은 유로구성에서는 상기 과냉구간 및 과열구간이 상기 입구측 열교환부(20a)와 출구측 열교환부(20b)에 거의 비슷한 위치에서 발생하게 되면서 상기 출구측 열교환부(20b)의 과냉구간을 통과한 공기의 대부분은 입구측 열교환부(20a)의 과냉구간을 통과하고, 출구측 열교환부(20b)의 과열구간을 통과한 공기의 대부분은 입구측 열교환부(20a)의 과열구간을 통과하기 때문에 상기 전체 튜브(10)들 사이를 통과하는 공기는 열교환이 균일하게 되지 않아 토출공기의 온도분포차이가 더욱더 크게 발생함은 물론, 상기 과냉구간에서는 증발기(1)의 표면에 아이싱(icing) 문제까지 발생하는 등 에어컨 시스템이 불안정하게 되고 과열구간에서는 토출공기의 냉각 및 제습이 정상적으로 이루어지지 않아 온도가 상승된 습한 공기가 차실내로 유입되어 탑승자에게 불쾌감을 주는 문제가 있다.

그리고, 상기 입구측 열교환부(20a)와 출구측 열교환부(20b)를 연통하도록 탱크(2)의 일단부에 별도로 설치된 연통부(25)에 의해 냉매측 압력강하량이 증가하여 열교환성능을 저하시키는 원인이 되고 있음은 물론 소형화에 많은 걸림돌이 되 고 있다.

또한, 증발기(1)의 일측면에 입,출구파이프(4)(5)가 모두 배치되어 입,출구파이프(4)(5)의 전방배치가 어려운 문제도 있었다.

상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 열교환기의 중앙부분 일정영역의 한 쌍의 컵부를 상호 연통시켜 입,출구측 열교환부를 연통시킴은 물론 그 내부를 흐르는 냉매의 유동방향을 동일하게 함으로서, 냉매의 편중 및 냉매측 압력강하량을 줄이고 입,출구측 열교환부가 상호 보완적인 열교환작용을 하도록하여 소형화에 보다 유리함은 물론 열교환기의 표면 온도분포를 균일하게 하고 열교환성능을 향상하며, 입,출구파이프의 전방배치가 용이한 열교환기를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 한 쌍의 플레이트가 상호 접합되어 내부에는 구획비드를 사이에 두고 독립된 두 개의 유로가 형성되며 상,하단에는 상기 각 유로와 연통하는 한 쌍의 컵이 나란하게 형성됨과 아울러 상기 한 쌍의 컵들을 접합하여 상,하부 탱크를 형성하도록 다수 적층되는 튜브; 상기 두 개의 유로와 각각 연통되게 설치되어 냉매를 유입/배출하는 입,출구파이프; 상기 적층된 튜브에서 입구파이프와 연통하는 입구측 열교환부 및 출구파이프와 연통하는 출구측 열교환부를 상호 연통시켜 각각의 내부를 흐르는 냉매의 유동방향이 동일하도록 상기 입,출구파이프가 설치된 입,출구측 열교환부의 각 탱크를 일정영역 연통시키는 연 통수단; 상기 입,출구측 열교환부를 복수의 열교환영역으로 구획하되 상기 연통수단으로 연통하는 열교환영역은 일부가 상호 겹칠 수 있도록 상기 연통수단을 사이에 두고 서로 대각선 방향에 위치한 하나의 컵을 폐쇄하여 설치된 블랭크 플레이트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 정면도이며, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 일반 튜브를 분해한 상태를 나타내는 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 연통로가 형성된 튜브를 분해한 상태를 나타내는 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 블랭크 플레이트를 분해한 상태를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 전체크기 대비 연통수단의 비율에 따라 방열량과 냉매측 압력강하량을 나타낸 그래프이며, 도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기의 냉매 흐름을 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 냉매유동분포를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기(100)는, 내부에 냉매가 유동할 수 있도록 유로(114)를 갖는 다수의 튜브(110)를 적층하여 이루어진다.

상기 튜브(110)는 한 쌍의 플레이트(111)를 상호 접합하여 이루어지고, 내부 에는 대략 중앙에 수직으로 형성된 구획비드(113)를 사이에 두고 그 양측으로 독립된 두 개의 유로(114)가 형성되며, 상,하단에는 상기 각 유로(114)와 연통하는 한 쌍의 컵(112)이 돌출되어 나란하게 형성되어 있다.

또한, 상기 튜브(110)는 한 쌍의 컵(112)들을 서로 접합하여 적층함으로서 상기 접합된 한 쌍(112)의 컵들에 의해 상,하부에는 탱크(101)(102)가 형성되게 된다.

한편, 상기 튜브(110)들의 각 유로(114) 입,출구측에는 적어도 하나 이상의 제 2 비드(116a)들로 구획되는 복수개의 통로(116b)를 갖는 목비드부(116)가 형성되어 냉매가 상기 유로(114)로 골고루 분배되어 유입되도록 이루어져 있다.

또한, 상기 튜브(110)를 구성하는 한 쌍의 플레이트(111)에는 상기 유로(114)를 따라 다수의 제 1 비드(115)들이 엠보싱 성형방법에 의해 내측으로 돌출되도록 형성되어 있으며, 냉매의 유동성 향상과 난류를 유도하도록 사선방향으로 규칙적으로 격자 배열되어 있다. 아울러 상기 한 쌍의 플레이트(111)에 각각 형성된 구획비드(113) 및 제 1 비드(115)들은 서로 접촉된 상태에서 브레이징에 의해 접합되게 된다.

한편, 상기 적층된 튜브(110)들 사이에는 열교환을 촉진시킬 수 있도록 방열핀(120)이 개재되고, 상기 다수의 튜브(110) 및 방열핀(120)들을 보강할 수 있도록 이들의 최외곽에는 엔드 플레이트(130)가 설치된다.

그리고, 상기 상,하부 탱크(101)(102) 중 어느 한 곳의 양단부에는 냉매를 유입/배출할 수 있도록 입,출구파이프(150)(151)가 설치된다. 즉, 상기 입,출구파 이프(150)(151)는 상기 적층된 튜브(110)의 전,후열 두 개의 유로(114)와 각각 연통되게 설치되는 것이다. 아울러, 상기 엔드 플레이트(130)에 유로를 형성할 경우 입,출구파이프(150)(151)의 위치를 더욱더 자유롭게 변경할 수 있다. 예를들어, 상기 입구파이프(150)는 상부 탱크(101)에 설치하고, 출구파이프(151)는 하부 탱크(102)에 설치할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명에서는 상부 탱크(101)에 입,출구파이프(150)(151)를 설치한 경우에 대해서 설명하기로 한다.

또한, 상기 적층된 튜브(110)에서 상기 입구파이프(150)와 연통하는 후방측에는 입구측 열교환부(103)가 구성되고, 상기 출구파이프(151)와 연통하는 전방측에는 출구측 열교환부(104)가 구성된다.

그리고, 상기 입구측 열교환부(103)와 출구측 열교환부(104)를 상호 연통시켜 각각의 내부를 흐르는 냉매의 유동방향이 동일하도록 상기 입,출구파이프(150)(151)가 설치된 입,출구측 열교환부(103)(104)의 각 탱크(101)를 일정영역 연통시키는 연통수단(140)이 구비된다.

즉, 상기 입,출구측 열교환부(103)(104)는 아래에서 설명될 블랭크 플레이트(111a)의 구획에 의해 냉매가 상부탱크(101)에서부터 하강하여 하부탱크(102)에서 리턴한 후 다시 상부탱크(101)측으로 상승하는 냉매유동방향을 가지게 된다.

따라서, 상기 입,출구측 열교환부(103)(104) 모두 블랭크 플레이트(111a)를 기준으로 상기 입구파이프(150)측에서는 냉매가 상부탱크(101)에서 하부탱크(102)로 하강하고, 출구파이프(151)측에서는 냉매가 하부탱크(102)에서 상부탱크(101)로 상승하는 동일한 냉매유동구조를 가지게 되는 것이다.

이러한 상기 연통수단(140)은 상기 입,출구파이프(150)(151)의 사이에 적층된 튜브(110)들 중 상기 일정영역에 해당하는 튜브(110)에 한 쌍의 컵(112)을 상호 연통시킨 연통로(141)를 형성하여 이루어지며, 상기 연통로(141)는 튜브(110)의 상단에 형성된다.

여기서, 상기 연통수단(140)은 상기 입,출구측 열교환부(103)(104)의 각 상부탱크(101)를 탱크(101)의 전체크기 대비 10∼50% 영역을 연통시키도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 연통수단(140)이 형성된 튜브(110)의 개수를 전체 튜브(110)의 개수 대비 10∼50% 이내로 구성하는 것이다.

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서 전체 튜브열 수 대비 연통로 튜브열 수의 비율에 따라 방열량과 냉매측 압력강하량을 나타낸 그래프로서, 도시된 바와 같이, 상기 연통수단(140)의 비율을 10∼50%로 하는 것이 최적의 값임을 알 수 있다. 만일 10% 이하로 하게되면 냉매측 압력강하량이 높아짐과 동시에 방열량이 저하되는 문제가 있으며, 50% 이상으로 하게 되면 출구파이프(151)가 설치된 출구측 열교환부(104)의 냉매유로군이 작아지면서 냉매측 압력강하량의 높아지게 되고 이에따라 방열량이 저하되는 문제가 있다.

한편, 상기한 냉매측 압력강하량과 방열량을 고려하여 상기 연통로(141)가 형성된 튜브열 수는 열교환기(100)의 전체 튜브열 수 대비 20∼40% 로 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

아울러, 상기 연통수단(140)은 열교환기(100)의 대략 중간영역에 형성되는 것이 바람직하며, 또한 연통수단(140)인 상기 연통로(141)가 형성된 튜브(110)의 개수는 냉매의 배분 및 냉매측 압력강하량 또는 열교환성능 등을 고려하여 적정개수로 설정할 수 있다.

아울러, 상기 연통로(141)의 크기는 모두 동일하게 할 수도 있지만, 서로 다른 크기로 형성할 수도 있으며, 또한, 상기 연통로(141)는 연속적으로 형성하지 않고 중간에 1열 또는 여러열의 연통로(141)를 폐쇄하여 필요한 부분에만 부분적으로 형성할 수 있다.

그리고, 상기 입,출구측 열교환부(103)(104)를 복수의 열교환영역(105∼108)으로 구획하되 상기 연통수단(140)으로 연통하는 열교환영역(106)(107)은 일부가 상호 겹칠 수 있도록 블랭크 플레이트(111a)가 설치된다.

상기 블랭크 플레이트(111a)는 상기 연통수단(140)을 사이에 두고 그 양측에 각각 설치되며 서로 대각선 방향에 위치한 하나의 컵(112a)은 폐쇄되어 있다.

따라서, 상기 블랭크 플레이트(111a)에 의해 상기 입,출구측 열교환부(103)(104)는 제 1,2,3,4 열교환영역(105∼108)으로 구획되며, 여기서 상기 블랭크 플레이트(111a)를 사이에 두고 대각선 방향에 위치한 상기 제 1 열교환영역(105)과 제 4 열교환영역(108)의 면적이 비슷하게 구성되고, 상기 연통수단(140)으로 연통하는 제 2 열교환영역(106)과 제 3 열교환영역(107)의 면적이 비슷하게 구성되며, 아울러 상기 제 2,3 열교환영역(106)(107)은 상기 연통수단(140)에 의해 일부 영역이 상호 겹쳐져 있다.

한편, 상기 제 1,2,3,4 열교환영역(105∼108)은 상기 블랭크 플레이트(111a) 의 위치에 따라 열교환면적을 자유롭게 변경할 수 있다.

또한, 특정부위의 컵(112)을 폐쇄한 블랭크 플레이트(111a)를 열교환기(100)의 특정위치에 하나 이상 추가 설치할 경우 냉매의 상하유동수를 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 더욱 다양한 유로구성을 위해 상기한 연통수단(140)은 하부 탱크(102)에 형성할 수도 있다.

이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기(100)의 냉매흐름을 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 입구파이프(150)를 통해 유입된 냉매는 상기 입구측 열교환부(103)의 제 1 열교환영역(105)에서 제 2 열교환영역(106)으로 리턴하여 흐르고, 이후 상기 연통수단(140)을 통해 출구측 열교환부(104)로 이동하여 이번에는 제 3 열교환영역(107)에서 제 4 열교환영역(108)으로 리턴하여 흐른 후 출구파이프(151)로 배출된다.

좀더 상세히 설명하면, 상기 입구파이프(150)를 통해 제 1 열교환영역(105)의 상부탱크(101)로 유입된 냉매는 튜브(110)를 따라 하강하여 하부탱크(102)로 이동하고, 하부탱크(102)로 이동한 냉매는 제 2 열교환영역(106)의 하부탱크(102)로 흘러간다.

상기 제 2 열교환영역(106)의 하부탱크(102)로 이동한 냉매는 이번에는 튜브(110)를 따라 상승하여 상부탱크(101)로 이동하면서 입구측 열교환부(103)에서의 열교환을 완료하게 된다.

계속해서, 상기 제 2 열교환영역(106)의 상부탱크(101)로 이동한 냉매는 상기 연통수단(140)인 튜브(110)의 상단에 형성된 연통로(141)를 통해 제 3 열교환영역(107)의 상부탱크(101)로 이동하게 된다.

상기 제 3 열교환영역(107)의 상부탱크(101)로 이동한 냉매는 튜브(110)를 따라 하강하여 하부탱크(102)로 이동하고, 하부탱크(102)로 이동한 냉매는 제 4 열교환영역(108)의 하부탱크(102)로 흘러간다.

상기 제 4 열교환영역(108)의 하부탱크(102)로 이동한 냉매는 이번에는 튜브(110)를 따라 상승하여 상부탱크(101)로 이동하면서 출구측 열교환부(104)에서의 열교환을 완료한 후 상기 출구파이프(151)를 통해 배출된다.

이와 같이, 본 발명의 열교환기(100) 역시 도 9와 같이 냉매의 유동과정에서 중력 및 관성력의 영향을 받긴 하나, 상기 입구측 열교환부(103)와 출구측 열교환부(104)의 냉매유동방향이 동일하기 때문에, 즉, 공기의 유동방향으로 상호 대응하는 제 1 열교환영역(105)과 제 3 열교환영역(107)에서는 튜브(110)를 따라 하강하는 냉매에 모두 중력이 작용함은 물론 상호 열교환 면적이 다르고, 제 2 열교환영역(106)과 제 4 열교환영역(108)에서는 튜브(110)를 따라 상승하는 냉매에 모두 관성력이 작용함은 물론 상호 열교환 면적이 다르게 된다.

또한, 상기 제 2 열교환영역(106)에서는 튜브(110)를 따라 상승하는 냉매가 탱크(101)(102)의 끝단부측으로 치우쳐 흐르던 것을 상기 연통수단(140)측으로 치우침방향을 변경함으로서 냉매의 편중을 줄이고 각 튜브(110)로 최대한 균일한 양의 냉매가 흐를 수 있게 된다. 즉, 상기 제 2 열교환영역(106)은 관성력에 의해 튜 브(110)를 흐르는 냉매량이 탱크(101)(102)의 끝단부로 갈수록 점차 많아지게 되지만 상기 연통수단(140)을 열교환기(100)의 중간영역에 설치함으로서 탱크(101)(102)의 끝단부로 치우치는 냉매의 방향을 연통수단(140)측으로 변경되게 한 것이다.

따라서, 상기 출구측 열교환부(104)의 과냉구간을 통과한 공기는 입구측 열교환부(103)의 과열구간을 최대한 통과하도록 하고, 출구측 열교환부(104)의 과열구간을 통과한 공기는 입구측 열교환부(103)의 과냉구간을 최대한 통과할 수 있도록 함으로서, 입,출구측 열교환부(103)(104)가 상호 보완적인 열교환작용을 하게 되면서 표면온도차가 감소하여 열교환기(100)의 전체 표면온도분포가 균일하게 되는 것이다.

또한, 상기 입,출구파이프(150)(151) 사이의 일정영역에 연통수단(140)을 형성함으로서 냉매측 압력강하량을 줄일 수 있고 동시에 열교환성능도 향상되어 소형화에 보다 유리하며, 아울러 상기와 같은 유로 구성에 의해 상부 탱크(101)의 양단부측에 입,출구파이프(150)(151)을 설치할 수 있게 되어 입,출구파이프(150)(151)의 전방배치가 용이하게 된다. 따라서, 열교환기(100)를 공조장치 케이스에 장착할 경우 냉매배관 설계를 자유롭게 할 수 있는 이점이 있다.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 사시도로서, 상기한 제 1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명하고 반복되는 설명은 생략한다.

도시된 바와 같이, 제 2 실시예는 상기한 제 1 실시예와 동일한 구성으로 이 루어지며, 다만 냉매의 증발을 촉진시켜 열교환성능을 향상할 수 있도록 상기 상,하부 탱크(101)(102) 중 적어도 어느 한 곳에 내부의 통로 단면적을 축소한 배분홀(112b)을 형성한 것이다.

여기서, 상기 배분홀(112b)은 상기 연통수단(140)이 형성된 튜브(110)의 상단 컵(112)측에 형성되며, 입구측 열교환부(103) 보다는 출구측 열교환부(104)에 형성되는 것이 바람직하다. 물론 상기 배분홀(112b)은 입,출구측 열교환부(103)(104)의 다양한 위치에 다수개를 형성할 수도 있다.

따라서, 상기 입구측 열교환부(103)에서 상기 연통수단(140)을 통해 출구측 열교환부(104)로 이동할 때, 일부 냉매는 상기 배분홀(112b)을 통과하게되는데, 이 과정에서 냉매가 무화(안내같은 작은 알갱이)되어 증발을 촉진함으로서 열교환성능을 향상할 수 있는 것이다.

도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환기를 나타내는 사시도이고, 도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환기에서 상단에는 연통로 및 하단에는 바이패스통로가 형성된 튜브를 분해한 상태를 나타내는 사시도로서, 상기한 제 2 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명하고 반복되는 설명은 생략한다.

도시된 바와 같이, 제 3 실시예는 상기한 제 2 실시예와 동일한 구성으로 이루어지며, 다만 상기 입구측 열교환부(103)의 하부탱크(102)에서 리턴하는 냉매의 일부를 출구측 열교환부(104)의 하부탱크(102)로 바이패스할 수 있도록 적어도 하나의 튜브(110)에는 냉매가 리턴하는 영역측에 있는 한 쌍의 컵(112)을 상호 연통 시킨 바이패스통로(145)를 형성한 것이다.

따라서, 열교환기(100)를 흐르는 냉매유량이 적을 때, 상기 입구측 열교환부(103)를 흐르는 냉매중 일부를 상기 바이패스통로(145)를 통해 출구측 열교환부(104)로 곧바로 바이패스시킴으로서 출구측 공기온도분포를 향상할 수 있게 된다.

도 14는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 열교환기의 냉매 흐름을 나타내는 도면으로서, 상기한 제 1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명하고 반복되는 설명은 생략한다.

도시된 바와 같이, 제 4 실시예는 상기한 제 1 실시예와 동일한 구성으로 이루어지며, 다만 상기 출구파이프(151)를 상기 출구측 열교환부(104)의 마지막 열교환영역인 제 4 열교환영역(108)의 중앙에 설치한 것이다.

제 1 실시예의 경우, 출구파이프(151)의 위치가 열교환기(100)의 끝단부에 위치하게 되어 냉매 흐름상 관성에 의하여 끝단부측으로 치우칠 우려가 있다. 즉 출구측 열교환부(104)는 냉매가 기상으로 존재하여 냉매 흐름속도가 매우 빠르며 냉매 유동소음에 민감한 부분이기 때문에 출구측 열교환부(104)에서 냉매가 치우치게 되면 냉매유동음이 발생할 수 있고 아울러 냉매유동분포가 불균일하게 되어 온도 역시 불균일 할 수 있다.

따라서, 제 4 실시예는 입구측 열교환부(103) 보다 과열도가 심한 출구측 열교환부(104)에서의 냉매 치우침을 방지하여 냉매유동분포를 균일하게 할 수 있도록 출구파이프(151)의 위치를 출구측 열교환부(104)의 마지막 열교환영역인 제 4 열교 환영역(108)의 중앙에 설치함으로서 관성에 의하여 출구파이프(151)쪽으로 냉매가 치우치는 것을 줄여서 냉매 유동소음을 감소할 수 있고 온도 역시 균일하게 할 수 있는 것이다.

상기한 본 발명에 따르면, 상기 열교환기의 중앙부분 일정영역의 한 쌍의 컵부를 상호 연통시켜 입,출구측 열교환부를 연통시킴은 물론 그 내부를 흐르는 냉매의 유동방향을 동일하게 함으로서, 냉매의 편중 및 냉매측 압력강하량을 줄이고 입,출구측 열교환부가 상호 보완적인 열교환작용을 하도록하여 소형화에 보다 유리하고, 열교환기의 표면 온도분포가 균일하게 되며, 열교환성능도 향상된다.

그리고, 열교환기의 전체 크기 대비 연통수단(연통로)의 비율을 10∼50% 이내로 구성함으로서 최적의 방열량을 얻을 수 있다.

또한, 상기한 유로 구성에 의해 상부탱크의 양단부측에 입,출구파이프를 설치할 수 있게 되어 입,출구파이프의 전방배치가 용이하다.

그리고, 상기 탱크의 내부에 통로 단면적을 축소한 배분홀을 형성함으로서 상기 배분홀을 통과하는 냉매가 무화되어 증발이 촉진되고 열교환성능도 향상된다.

또한, 상기 입구측 열교환부에서 리턴하는 냉매의 일부를 출구측 열교환부로 바이패스할 수 있도록 바이패스통로를 형성함으로서, 열교환기를 흐르는 냉매유량이 적을 때, 상기 입구측 열교환부를 흐르는 냉매중 일부가 출구측 열교환부로 곧바로 바이패스되어 출구측 공기온도분포가 향상된다.

그리고, 상기 출구파이프를 상기 출구측 열교환부의 마지막 열교환영역인 제 4 열교환영역의 중앙에 설치함으로서 냉매가 치우치는 것을 줄일 수 있게 되어 냉매 유동소음이 감소되고 온도 역시 균일하게 할 수 있다.

Claims

한 쌍의 플레이트(111)가 상호 접합되어 내부에는 구획비드(113)를 사이에 두고 독립된 두 개의 유로(114)가 형성되며 상,하단에는 상기 각 유로(114)와 연통하는 한 쌍의 컵(112)이 나란하게 형성됨과 아울러 상기 한 쌍의 컵(112)들을 접합하여 상,하부 탱크(101)(102)를 형성하도록 다수 적층되는 튜브(110);

상기 두 개의 유로(114)와 각각 연통되게 설치되어 냉매를 유입/배출하는 입,출구파이프(150)(151);

상기 적층된 튜브(110)에서 입구파이프(150)와 연통하는 입구측 열교환부(103) 및 출구파이프(151)와 연통하는 출구측 열교환부(104)를 상호 연통시켜 각각의 내부를 흐르는 냉매의 유동방향이 동일하도록 상기 입,출구파이프(150)(151)가 설치된 입,출구측 열교환부(103)(104)의 각 탱크(101)를 일정영역 연통시키는 연통수단(140);

상기 입,출구측 열교환부(103)(104)를 복수의 열교환영역(105∼108)으로 구획하되 상기 연통수단(140)으로 연통하는 열교환영역(106)(107)은 일부가 상호 겹칠 수 있도록 상기 연통수단(140)을 사이에 두고 서로 대각선 방향에 위치한 하나의 컵(112a)을 폐쇄하여 설치된 블랭크 플레이트(111a)

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 연통수단(140)은 상기 입,출구파이프(150)(151)의 사이에 적층된 튜브(110)들 중 상기 일정영역에 해당하는 튜브(110)에 한 쌍의 컵(112)을 상호 연통시킨 연통로(141)를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 연통수단(140)은 상기 입,출구측 열교환부(103)(104)의 각 탱크(101)를 탱크(101)의 전체크기 대비 10∼50% 영역을 연통시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 2 항에 있어서,

상기 연통로(141)가 형성된 튜브열 수는 열교환기(100)의 전체 튜브열 수 대비 20∼40% 인 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 2 항에 있어서,

상기 연통수단(140)은 열교환기(100)의 중간영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 상,하부 탱크(101)(102) 중 적어도 어느 한 곳에는 내부의 통로 단면적을 축소한 배분홀(112b)이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 6 항에 있어서,

상기 배분홀(112b)은 상기 연통수단(140)이 형성된 튜브(110)의 컵(112)측에 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 입구측 열교환부(103)에서 리턴하는 냉매의 일부를 출구측 열교환부(104)로 바이패스할 수 있도록 적어도 하나의 튜브(110)에는 냉매가 리턴하는 영역측에 있는 한 쌍의 컵(112)을 상호 연통시키는 바이패스통로(145)가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 출구파이프(151)는 상기 출구측 열교환부(104)의 마지막 열교환영역(108)의 중앙에 설치된 것을 특징으로 하는 열교환기.