KR20070081334A - 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 헤더탱크 어셈블리를 포함하는 증발기의 상부헤더에 상부세퍼레이터를 결합하고, 하부탱크에 유출홀과 유입홀로 구성된 하부세퍼레이터를 결합함으로써 2-Pass 구조에 적용 가능하며, 냉매의 유동방향을 유동홀에서 냉매분배장치를 지나 튜브 순으로 흐를 수 있도록 하는 4-Pass 구조에까지 확장 적용함과 동시에, 분배공을 형성하는 유입분배판과 유출분배판으로 구성된 냉매분배장치를 하부탱크의 캡과 하부세퍼레이터 사이에 결합하여 냉매측 통로저항을 줄임으로써 4-Pass 구조에서도 균일한 냉매 분배를 구현할 수 있는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기에 관한 것이다.

냉매분배장치, 세퍼레이터, 증발기, 열교환기

Description

냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기{Improvement of Refrigerant Distribution of Heat-Exchanger for Automobile}

도 1은 종래의 자동차용 에어컨 시스템의 증발기를 나타낸 사시도이고,

도 2는 종래의 증발기의 냉매 흐름을 나타낸 회로도이고,

도 3은 종래의 PCT/JP2002/006046에 고안된 냉매 분배 개선안을 설명하기 위한 개략도,

도 4는 종래의 US6, 449, 979 B1에 고안된 냉매 분배 개선안을 설명하기 위한 개략도,

도 5는 본 발명에 의해 고안된 냉매 분배 개선안을 설명하기 위한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 상부탱크 3 : 상부헤더

4 : 상부세퍼레이터 11 : 하부헤더

12 : 하부탱크 16 : 유출홀

17 : 유입홀 18 : 하부세퍼레이터

20 : 유동홀 22 : 분배공

23 : 유입분배판 24 : 유출분배판

25 : 냉매분배장치

본 발명은 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 헤더탱크 어셈블리를 포함하는 증발기의 상부헤더에 상부세퍼레이터를 결합하고, 하부탱크에 유출홀과 유입홀로 구성된 하부세퍼레이터를 결합함으로써 2-Pass 구조에 적용 가능하며, 냉매의 유동방향을 유동홀에서 냉매분배장치를 지나 튜브 순으로 흐를 수 있도록 하는 4-Pass 구조에까지 확장 적용함과 동시에, 분배공을 형성하는 유입분배판과 유출분배판으로 구성된 냉매분배장치를 하부탱크의 캡과 하부세퍼레이터 사이에 결합하여 냉매측 통로저항을 줄임으로써 4-Pass 구조에서도 균일한 냉매 분배를 구현할 수 있는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 장착되는 엔진은 시동에 의해 가동됨에 따라 점차 열이 발생되어 주변에 연결된 부품들로 전도되며, 상기 열에 의해 부품들의 온도가 과도하게 높아지면 상기 부품들을 형성하는 물질의 열팽창이나 열화에 따른 부품의 강도 저하뿐만 아니라 엔진의 수명이 단축되거나 연소상태가 나빠져 노킹 및 조기점화 현상이 초래되어 결과적으로 엔진의 출력이 저하된다.

따라서, 상기 엔진의 냉각이 불완전하게 이루어질 경우에는 엔진 자체의 뿐만 아니라, 차량을 구성하는 부품들 전반으로 문제가 커지기 때문에 차량의 엔진에 발생되는 열을 이용하여 적절하게 열교환 시켜주는 장치가 필수적인데, 이러한 장치로는 차량의 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환하는 통로에 구비되어 차량의 엔진을 냉각시키거나 냉각수의 열로서 차량의 실내를 따뜻하게 하는 열교환기가 사용된다.

열교환기는 온도가 다른 두 개의 유체를 전도성이 우수한 재료를 이용하여 간접적으로 접촉시켜 열을 교환시키는 장치이다.

상기 열교환기 중 플레이트와 센터를 교대로 적층한 형태의 적층형 열교환기는 기술발전에 따라 열전달 효율이 상승하여 소형화되어 열코어, 증발기, 변속기 오일쿨러, 라디에이터 등 열교환을 필요로 하는 많은 분야에서 이용되고 있다.

상기 열코어는 가열된 유체를 내부에 흘려 주변의 공기를 따듯하게 해주는 바와 같은 방식의 열교환 용으로 사용되며, 냉동싸이클을 구성하는 상기 증발기는 내부에 흐르는 냉매가 외부의 열을 흡수하여 기화시킴으로써 주변공기를 냉각시키는 것과 같은 방식의 열 교환용으로 사용된다.

또한, 상기 변속기 오일 쿨러는 자동차의 엔진에서 연료를 연소시켜 발생시킨 동력을 구동바퀴에 적절한 기어비로 조절하여 전달하는 변속기에 부속적으로 장착되어, 변속기 내부에 채워지는 오일이 기계적 마찰로 인해 고온으로 가열되어 점도가 떨어짐에 따라 기어와 같은 기계요소의 윤활이 불량해져 마모가 심해져 변속기가 기계적 건전성을 상실하게 되고 변속성능이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있도록, 오일을 냉각수와 함께 내부에 흘려 열을 냉각수가 흡수하도록 하여 오일을 냉각시키는 것과 같은 방식의 열교환용으로 사용된다.

상기 라디에이터 역시 자동차의 엔진이 과열되는 것을 방지하고 항상 적절한 온도로 유지하기 위하여 엔진 내부를 순환하면서 뜨거워진 냉각수가 내부를 흐르면서 열을 대기에 방출시키도록 하여 냉각수를 냉각시키는 방식의 열교환용으로 사용된다.

상기와 같은 용도로 사용되는 일반적인 열 교환기는 크게 위 아래로 서로 마주보고 있는 한 쌍의 수평 헤더 탱크와, 상단이 상기 상부헤더탱크에 하단이 상기 하부 헤더 탱크에 연통 상태로 연결된 복수개의 냉매 튜브로 구성된다.

도 1 또는 도 2는 일반적인 열 교환기(300)의 냉매 흐름을 보인 개략 사시도로서, 동 도면에서 보여지는 바와 같은 종래의 열 교환기는 열 효율을 높이기 위해 2개 이상의 냉매 패스를 구비하고 있다.

그러나 이와 같이 2개 이상의 냉매 패스를 구성하기 위해서는 복수 개의 냉매 튜브를 헤더 탱크의 좌우 방향으로 병렬 배치하고, 헤더 탱크 내에 별도 구획실을 구비시켜야 하기 때문에 열 교환기의 구조가 복잡해지고 조립공정에 많은 시간이 소요되기 때문에 생산 효율이 저하되는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 다양한 개선안들이 고안되고 있는데 대표적인 것으로, 도 3에 개재한 종래의 PCT/JP2002/006046에 제시된 냉매 분배 개선을 위한 열교환기(500)와, 도 4에 개재한 종래의 US6, 449, 979 B1에 제시된 냉매 분배를 위한 열교환기(600)가 있지만 여기서 PCT/JP2002/006046는 2-Pass 구조에 적용 가능하지만 Pass 확장이 어렵고, 반면 US6,449,979 B1은 4-Pass 구조에 적용할 수 있지만 냉매측 통로저항이 큰 것이 단점이다.

따라서, 열 교환기의 냉매 패스 구조를 간단하게 구성함으로써, 생산 효율이 향상되도록 하는 열 교환기의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 헤더탱크 어셈블리를 포함하는 증발기의 상부헤더에 상부세퍼레이터를 결합하고, 하부탱크에 유출홀과 유입홀로 구성된 하부세퍼레이터를 결합함으로써 2-Pass 구조에 적용 가능하며, 냉매의 유동방향을 유동홀에서 냉매분배장치를 지나 튜브 순으로 흐를 수 있도록 하는 4-Pass 구조에까지 확장 적용할 수 있는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 분배공을 형성하는 유입분배판과 유출분배판으로 구성된 냉매분배장치를 하부탱크의 캡과 하부세퍼레이터 사이에 결합하여 냉매측 통로저항을 줄임으로써 4-Pass 구조에서도 균일한 냉매 분배를 구현할 수 있는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기에 관한 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 내부로 열교환 유체가 유동되며, 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브와, 상기 튜브의 상단에 연통 되도록 결합되는 상부헤더탱크와, 상기 튜브의 하단에 연통 되도록 결합되는 하부헤더탱크로 구성되는 열교환기에 있어서, 상기 상부헤더탱크는 길이방향 중단에 폭방향으로 상부세퍼레이터를 개입시켜 형성된 상부헤더와, 하부가 개구된 통체의 형상을 가지며 상기 헤더 상부에 위치하는 상부탱크로 이루어지며, 상기 하부헤더탱크는 상부가 개구된 통체로 형상되되 길이방향 중단에 폭방향으로 개입시킨 하부세퍼레이터를 내부에 형성하며, 상기 하부세퍼레이터를 기준으로 후면부 좌측과 전면부 우측 상단에 얹히면서 결합되어 냉매 분배를 균일하게 하는 냉매분배장치를 포함하는 하부탱크와, 상기 하부탱크 상부에 얹히도록 조립되는 하부헤더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시 예를 통해 보다 명확히 설명될 수 있을 것이다. 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 종래의 자동차용 에어컨 시스템의 증발기를 나타낸 사시도이고, 도 2는 종래의 증발기의 냉매 흐름을 나타낸 회로도이고, 도 3은 종래의 PCT/JP2002/006046에 고안된 냉매 분배 개선안을 설명하기 위한 개략도이고, 도 4는 종래의 US6, 449, 979 B1에 고안된 냉매 분배 개선안을 설명하기 위한 개략도이고, 도 5는 본 발명에 의해 고안된 냉매 분배 개선안을 설명하기 위한 개략도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기는 내부로 열교환 유체가 유동되며, 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브와, 상기 튜브의 상단에 연통 되도록 결합되는 상부헤더탱크(100)와, 상기 튜브의 하단에 연통 되도록 결합되는 하부헤더탱크(200)로 구성되는 열교환기에 있어서 냉매 분배 균일화를 통한 냉방 성능 향상을 위한 장치이며, 상부헤더탱크(100), 하부헤더탱크(200), 상부탱크(1), 상부헤더(3), 하부탱크(12), 하부헤더(11), 상부세퍼레이터 (4), 하부세퍼레이터(18), 냉매분배장치(25)를 포함한다.

상기 상부헤더탱크(100)는 일정간격 이격되어 다수 개로 형성된 튜브의 일측과 관통결합되며, 상부헤더(3)와 상부탱크(1)로 구성된다.

상기 하부헤더탱크(200)는 일정간격 이격되어 다수 개로 내부에 유로를 형성하는 튜브에 관통결합되되, 상기 상부헤더탱크(100)와 대향 되는 튜브의 하부에 결합되고, 하부헤더(11)와 하부탱크(12)로 구성된다.

상기 상부탱크(1)는 상기 상부헤더탱크(100)의 구성 중 상기 상부헤더(3)의 상단에 위치된다. 상기 상부탱크(1)는 하부가 개구된 통체인 유로 형상의 단면을 갖는 형상이며, 길이방향의 중단까지 격막(2)을 개입시켜 유로의 유입부와 출입부를 분리할 수 있는 상단면과 하단면으로 구획이 나누어진다.

상기 상부헤더(3)는 상기 상부헤더탱크(100)의 구성 중 상기 상부탱크(1)의 하단에서 대응되게 결합된다. 상기 상부헤더(3)는 길이방향 중단에 폭방향으로 상부세퍼레이터(4)를 개입시켜 상기 상부탱크(1)에 형성된 격막(2)과 함께 유로를 구획하는 역활을 한다. 또한, 상부헤더(3)는 상기 상부탱크(1)와 결합시 양단부를 밀폐하기 위한 캡(6)이 형성되며 일측의 캡(6)은 유로의 입/출을 위해 관통된 유출공(8)과 유입공(7)이 상기 상부세퍼레이터(4)와 동일 방향인 상부헤더(3)의 폭방향으로 각각 형성된다.

상기 하부헤더(11)는 상기 하부헤더탱크(200)의 구성 중 상기 하부탱크(12)의 상면에 얹히도록 결합되며, 상기 튜브의 하단부와 관통결합되는 유로인 튜브홀(5)이 일정간격 이격되어 다수 개가 형성된다.

상기 하부탱크(12)는 상기 하부헤더탱크(200)의 구성 중 상기 하부헤더(11)의 하면에 결합되되, 하부가 개구된 통체인 유로 형상의 단면을 가지며 내부에 길이방향으로 격벽(15)이 형성되어 유로의 구간을 전면부와 후면부로 구획한다. 또한, 상기 하부헤더(11)와 결합시 양단부를 밀폐하기 위한 캡(13)이 형성되고 상기 캡(13)의 일측상단에 상기 냉매분배장치(25)와 체결되기 위한 결합홈(14)이 형성되며 내부에 냉매분배장치(25)를 포함한다.

상기 상부세퍼레이터(4)는 상기 상부헤더(3)의 길이방향의 중단에 폭방향으로 개입되어 입/출되는 유로가 상기 튜브로 향하게 하거나, 유출되는 유로가 상기 유출공(8)으로 배출될 수 있도록 유동방향을 조절한다.

상기 하부세퍼레이터(18)는 상기 하부탱크(12) 길이방향의 중단에 상기 상부탱크(1) 내부에 형성된 상기 격벽(15)과 교차되며 폭방향으로 형성되되, 상기 격벽(15)으로 구획되어진 상기 하부탱크(12)의 전면부에 위치하게 되는 상기 하부세퍼레이터(18) 부분에는 유출홀(16)이 형성되고, 상기 후면부에 위치하게 되는 상기 하부세퍼레이터(18) 부분에는 유입홀(17)이 형성된다. 또한, 상기 유출홀(16)과 유입홀(17) 중단에 상기 하부탱크(12)의 격벽(15)과 교차결합될 수 있는 기준홀(19)이 형성되며, 상기 유출홀(16)과 유입홀(17) 상단에는 결합홈(14)이 형성된다.

상기 냉매분배장치(25)는 유입분배판(23)과 유출분배판(24)으로 구성되며, 상기 유입분배판(23)은 상기 하부탱크(12)의 격벽(15)에 의해 구획되어진 후면부 좌측 유로측에 위치되되, 상기 하부탱크(12)의 상부에 얹히도록 결합되며, 상기 유출분배판(24)은 상기 하부탱크(12)의 격벽(15)에 의해 구획되어진 전면부 우측 유 로측에 위치되되, 상기 하부탱크(12)의 상부를 얹히도록 결합된다. 또한, 상기 유입분배판(23)과 유출분배판(24)은 각각 일정간격 이격되어 관통되는 분배공(22)이 형성되고, 상기 분배공(22)의 크기는 냉매 유동방향으로 작아지는 형태를 취한다.

이하에서는 상기와 같은 구성 및 구조를 갖는 본 발명의 바람직한 실시 예의 작용 및 원리를 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기는 내부로 열교환 유체가 유동 되며, 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브와, 상기 튜브의 상단에 연통 되도록 결합되는 상부헤더탱크(100)와, 상기 튜브의 하단에 연통 되도록 결합되는 하부헤더탱크(200)로 구성되는 열교환기에 적용이 된다.

열교환기의 상기 상부헤더탱크(100)의 일측면에 형성된 상기 캡(6)의 유입공(7)으로 냉매가 유입되면, 유입된 냉매는 상기 상부헤더탱크(100)의 상부탱크(1)에 형성된 상기 격막(2)과 상부헤더(3)의 중단에 폭방향으로 개입된 상기 상부세퍼레이터(4)로 인해 상기헤더의 후면부 우측의 상기 튜브홀(5)을 통하여 튜브로 유동 되고, 튜브를 지나 상기 하부헤더(11)의 튜브홀(5)을 통과한 다음 하부탱크(12) 후면부로 향하게 된다.

후면부에 도착한 냉매는 상기 하부세퍼레이터(18)의 유입홀(17)을 통과하여 상기 분배공(22)이 점차 작아지는 상기 유입분배판(23)을 거쳐 상기 하부헤더(11)와 튜브를 지나 상기 상부헤더탱크(100)로 상승하게 된다.

상승한 냉매는 지금까지 통과한 유로를 열교환기의 후면부가 아닌 전면부에 서 되돌아 진행하게 된다.

즉 상기 상부헤더탱크(100)에 유입된 냉매는 상기 상부헤더(3)의 전면부측 상기 튜브홀(5)을 통해 상기 튜브와 상기 하부헤더(11)를 지나, 하부탱크(12) 전면부측으로 하강한 후 상기 열교환기 전면부 우측에 설치되되, 유동방향으로 점차 작아지며 관통되는 분배공(22)이 형성된 상기 하부탱크(12)의 상기 유출분배판(24)을 통과해 상기 하부헤더(11)의 튜브홀(5)과 상기 튜브를 거쳐 상기 상부헤더탱크(100)의 전면부로 향한 후 상기 상부헤더(3)의 유출홀(16)로 냉매가 배출됨에 따라 냉매 분배가 균일하게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 헤더탱크 어셈블리를 포함하는 증발기의 상부헤더(3)에 상부세퍼레이터(4)를 결합하고, 하부탱크(12)에 유출홀(16)과 유입홀(17)로 구성된 하부세퍼레이터(18)를 결합함으로써 2-Pass 구조에 적용 가능하며, 냉매의 유동방향을 유동홀(20)에서 냉매분배장치(25)를 지나 튜브 순으로 흐를 수 있도록 하는 4-Pass 구조에까지 확장 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 분배공(22)을 형성하는 유입분배판(23)과 유출분배판(24)으로 구성된 냉매분배장치(25)를 하부탱크(12)의 캡(13)과 하부세퍼레이터(18) 사이에 결합하여 냉매측 통로저항을 줄임으로써 4-Pass 구조에서도 균일한 냉매 분배를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 내부로 열교환 유체가 유동 되며, 상호 일정간격 이격되는 다수개의 튜브와, 상기 튜브의 상단에 연통 되도록 결합되는 상부헤더탱크(100)와, 상기 튜브의 하단에 연통 되도록 결합되는 하부헤더탱크(200)로 구성되는 열교환기에 있어서,

   상기 상부헤더탱크(100)는 길이방향 중단에 폭방향으로 상부세퍼레이터(4)를 개입시켜 형성된 상부헤더(3)와, 하부가 개구된 통체의 형상을 가지며 상기 상부헤더(3) 상부에 위치하는 상부탱크(1)로 이루어지며,

   상기 하부헤더탱크(200)는 상부가 개구된 통체로 형상되되 길이방향 중단에 폭방향으로 개입시킨 하부세퍼레이터(18)를 내부에 형성하며, 상기 하부세퍼레이터(18)를 기준으로 후면부 좌측과 전면부 우측 상단에 얹히면서 결합되어 냉매 분배를 균일하게 하는 냉매분배장치(25)를 포함하는 하부탱크(12)와, 상기 하부탱크(12) 상부에 얹히도록 조립되는 하부헤더(11)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상부탱크(1)는 길이방향을 따라 중단까지 격막(2)을 내부에 개입시키는 것을 특징으로 하는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 상부헤더(3)는 양단을 밀폐하기 위한 캡(6)이 형성되되, 일측은 열교환 유체의 유/출입을 위해 관통된 형상의 유입공(7)과 유출공(8)이 상기 상부헤더(3)의 폭방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 하부탱크(12)는 내부에 길이방향을 따라 격벽(15)이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 하부탱크(12)는 양단을 밀폐하기 위한 캡(13)이 형성되되, 상기 캡(13)의 일측상단에 결합홈(14)이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 하부세퍼레이터(18)는 중단에 기준홀(19)이 형성되어 상기 하부탱크(12)의 격벽(15)과 교차되면서 길이 방향 중단에 폭방향으로 형성되되, 상기 기준홀(19)을 기준으로 좌/우 하단방향에 유출홀(16)과 유입홀(17)이 관통되어 형성되며, 상기 유출홀(16)과 유입홀(17) 상단에 결합홈(14)이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 냉매분배장치(25)는 유입분배판(23)과 유출분배판(24)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기.
8. 제 1, 5, 7항 중 어느 한 항에 있어서

   상기 냉매분배장치(25)는 상기 캡(13)에 형성된 결합홈(14)과 체결되는 결합돌기(21)를 양단부에 형성하고, 상기 하부탱크(12)의 종방향을 따라 소정간격으로 형성된 복수의 분배공(22)이 형성되되, 냉매 유동방향으로 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 냉매 분배를 개선한 자동차용 열교환기.

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