KR20080064385A - 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입구파이프로부터 먼 영역까지 유량이 고르게 분배되도록 하여 열교환 매체의 흐름을 개선함으로써 열교환 효율을 높인 열교환기에 관한 것이다.
본 발명의 열교환기는 적어도 하나 이상의 격실을 구비하고 일정간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 제 1 헤더탱크 및 제 2 헤더탱크와, 상기 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크에 연결되고 열교환 매체가 유입되는 입구파이프 및 유입된 열교환 매체가 배출되는 출구파이프와, 상기 제 1 헤더탱크 및 제 2 헤더탱크 사이에 양단이 고정되어 열교환 매체 유로를 형성하는 복수개의 튜브와, 상기 튜브 사이에 개재되는 핀을 포함하여 이루어진 열교환기에 있어서, 상기 입구파이프가 형성되는 상기 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크 내부의 격실에 구비되고 상기 입구파이프가 형성되는 측으로부터 상기 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크의 길이방향으로 진행할수록 폭이 감소하며 수평면에 대하여 경사진 배분판; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 열교환기는 입구파이프가 구비되는 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크 내부에 배분판을 구비하여 열교환 매체의 유동량을 균일하게 배분하고 튜브 내에서 난류화를 촉진하여 열교환 성능을 향상시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 열교환기는 상기 입구파이프를 통해 유입되는 열교환 매체 의 양이 적어지더라도 상기 입구파이프가 구비된 측에서 먼 곳까지 열교환 매체를 도달시킬 수 있어 열교환기 표면온도분포를 균일화하는 장점이 있다.
열교환기, 난류, 배분판, 헤더탱크

Description

열교환기{Heat Exchanger}
도 1은 종래의 열교환기에 따른 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 일 실시예를 나타낸 사시도.
도 3은 상기 도 2에 도시한 열교환기의 부분 확대 사시도.
도 4는 상기 도 2에 도시한 열교환기의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 열교한기의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 6은 상기 도 5에 도시한 열교환기의 부분 확대 사시도.
도 7은 상기 도 5에 도시한 열교환기의 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 열교환기의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 9는 상기 도 8에 도시한 열교환기의 부분 확대 사시도.
도 10은 상기 도 8에 도시한 열교환기의 단면도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
10 : 제 1 헤더탱크 20 : 제 2 헤더탱크
30 : 튜브 40 : 핀
50 : 배분판
W : 배분판의 폭 α : 배분판과 수평면이 이루는 각도
60 : 입구파이프 70 : 출구 파이프
80 : 열교환기
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입구파이프로부터 먼 영역까지 유량이 고르게 분배되도록 하여 열교환 매체의 흐름을 개선함으로써 열교환 효율을 높인 열교환기에 관한 것이다.
근래 자동차 산업에 있어서 세계적으로 환경과 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 연비 개선을 위한 연구가 이루어지고 있으며 다양한 소비자의 욕구를 만족시키기 위해 경량화ㆍ소형화 및 고기능화를 위한 연구개발이 꾸준히 이루어지고 있다. 특히, 열교환기는 액상의 열교환 매체가 기체 상태로 변화하는 과정에서 송풍장치에 의해 유입된 공기를 열교환에 의해 냉각되도록 하여 차가워진 공기를 차량의 실내로 공급되도록 하는 장치로 차량 내부에서 충분한 공간을 확보하기 어려운 실정이기 때문에 작은 크기를 가지면서도 높은 효율을 가지는 열교환기를 제조하기 위한 노력이 있어왔다.
종래의 일반적인 열교환기를 도 1에 도시하였다. 종래의 열교환기는 적어도 하나 이상의 격실을 구비하고 일정간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 제 1 헤더탱크(10) 및 제 2 헤더탱크(20)와, 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20) 에 연결되고 열교환 매체가 유입되는 입구파이프(60) 및 유입된 열교환 매체가 배출되는 출구파이프(70)와, 상기 제 1 헤더탱크(10) 및 제 2 헤더탱크(20) 사이에 양단이 고정되어 열교환 매체 유로를 형성하는 복수개의 튜브(30)와, 상기 튜브(30) 사이에 개재되는 핀(40)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 도 1은 1열을 갖는 열교환기를 도시하였으며, 상기 도 1은 본 발명과 동일한 구성요소의 경우 같은 도면부호로 도시하였다.
그러나 상기한 바와 같이 구성된 열교환기는 상기 입구파이프가 상기 제 1 헤더탱크 또는 상기 제 2 헤더탱크의 일측에 구비되어 상기 입구파이프를 통해 유입된 열교환 매체가 상기 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크의 길이방향으로 이동함에 따라 유동저항이 증가되고 열교환 매체의 유동이 완만해짐에 따라 상기 입구파이프에 인접한 영역에 형성된 영역의 튜브에 열교환 매체의 양이 편중되어 상기 열교환기 전체의 열교환 매체 분포가 불균일하게 되는 문제점이 있다.
상기 열교환 매체 분포가 불균일화 될 경우, 상기 열교환기의 열교환 성능이 저하되며 자동차 실내 좌ㆍ우로 토출되는 공기의 온도차가 발생됨에 따라 사용자의 온도쾌적성을 저하시키며 상기와 같은 문제점은 열교환 매체의 양이 적어지고 유속이 느려질 경우 더욱 커지게 된다.
이러한 열교환 매체 분배의 불균일성을 해결하기 위해 다양한 기술이 개시된 바 있으며, 그 일예로 일본특허공개 제 2001-141388호가 개시된바 있다.
상기 열교환기는 입구파이프가 구비되는 상기 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크의 길이방향에 있어 열교환 매체를 분배하는 온수 분배 수단을 가지는 것을 특 징으로 한다. 상기 열교환기는 열교환 매체를 고루 분배하여 열교환 매체 분포의 불균일성을 일부 해소하였으나 상기 열교환기 내부로 유입되는 열교환 매체의 양이 적어질 경우, 상기 열교환 매체의 유속이 느려져 상기 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크의 길이방향으로 증가할수록 열교환 매체의 양이 줄어들어 종래의 문제점을 그대로 갖고 있는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 입구파이프가 구비되는 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크 내부에 배분판을 구비하여 입구측에서 먼 곳까지 열교환 매체를 안내함으로써 열교환기 내부의 열교환 매체 분포를 균일화 하고 튜브 내에서의 난류화를 촉진하여 열교환 성능을 향상시킨 열교환기를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는 적어도 하나 이상의 격실을 구비하고 일정간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 제 1 헤더탱크 및 제 2 헤더탱크와, 상기 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크에 연결되고 열교환 매체가 유입되는 입구파이프 및 유입된 열교환 매체가 배출되는 출구파이프와, 상기 제 1 헤더탱크 및 제 2 헤더탱크 사이에 양단이 고정되어 열교환 매체 유로를 형성하는 복수개의 튜브와, 상기 튜브 사이에 개재되는 핀을 포함하여 이루어진 열교환기에 있어서, 상기 입구파이프가 형성되는 상기 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크 내부의 격실에 구비되고 상기 입구파이프가 형성되는 측으로부터 상기 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크의 길이방향으로 진행할수록 폭이 감소하며 수평면에 대하여 경사진 배분판; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배분판은 상기 입구파이프가 형성되는 측으로부터 상기 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크의 길이방향으로 진행할수록 상기 수평면과 형성되는 각도가 감소하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 배분판의 단면은 직선 또는 원호형상인 것을 특징으로 한다.
이하, 상기한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 열교환기를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환기(80)의 일 실시예를 나타낸 사시도이다. 상기 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 열교환기(80)는 적어도 하나 이상의 격실을 구비하고 일정간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 제 1 헤더탱크(10) 및 제 2 헤더탱크(20)와, 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)에 연결되고 열교환 매체가 유입되는 입구파이프(60) 및 유입된 열교환 매체가 배출되는 출구파이프(70)와, 상기 제 1 헤더탱크(10) 및 제 2 헤더탱크(20) 사이에 양단이 고정되어 열교환 매체 유로를 형성하는 복수개의 튜브(30)와, 상기 튜브(30) 사이에 개재되는 핀(40)을 포함하여 이루어진 열교환기(80)에 있어서, 상기 입구파이프(60)가 형성되는 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20) 내부의 격실에 구비되고 상 기 입구파이프(60)가 형성되는 측으로부터 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)의 길이방향으로 진행할수록 폭(W)이 감소하며 수평면에 대하여 경사진 배분판(50); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 배분판(50)의 일측 단면부는 상기 입구파이프(60)가 구비되는 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)의 저면에 부착 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 수평면이란 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)의 저면의 의미로 해석되어도 무방하다.
도 3은 상기 도 2에 도시한 열교환기(80)의 부분 확대 사시도로 도시된 바와 같이 상기 입구파이프(60)를 통해 유입된 열교환 매체는 상기 경사진 배분판(50)을 따라 이동하게 되므로 열교환 매체는 와류를 일으키며 상기 튜브(30) 내로 유입되게 되어 열교환기(80)의 열교환 능력이 더욱 향상된다.
도 4는 상기 도 2에 도시한 열교환기(80)의 단면도로 상기 도 4 (a)는 상기 도 2의 AA' 방향의 단면도를 나타내고, 상기 도 4 (b)는 상기 도 2의 BB' 방향의 단면도를 나타내었다.
상기 도 2 내지 도 4에 도시한 열교환기(80)는 수평면에 대하여 경사지며(αA = αB) 상기 입구파이프(60)가 형성되는 측으로부터 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)의 길이방향으로 진행할수록 폭(W)이 감소하여(WA > WB) 상기 입구파이프(60)로부터 먼 곳까지 열교환 매체가 도달하도록 하여 열교환 매체가 편중 됨을 방지함으로써 열교환 성능을 향상시키는 효과가 있다.
더욱 상세히 설명하면, 상기 배분판(50)은 상기 입구파이프(60)와 인접한 영역에서 그 폭(WA)이 커 일부 열교환 매체만 유동되도록 하고, 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)의 길이방향으로 진행할수록 상기 배분판(50)의 폭(W)이 감소하여 입구측으로부터 먼 곳까지 열교환 매체가 도달되도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 열교한기의 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 6은 상기 도 5에 도시한 열교환기(80)의 부분 확대 사시도로 또한, 본 발명의 열교환기(80)의 상기 배분판(50)은 상기 입구파이프(60)가 형성되는 측으로부터 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)의 길이방향으로 진행할수록 상기 수평면과 형성되는 각도(α)가 감소하도록 형성될 수 있다.
상기 도 5 및 도 6에 도시한 열교환기(80)는 상기 도 2 내지 도 4에 도시한 배분판(50)이 뒤틀린 형태를 갖는 것을 도시하였으며, 도 7은 상기 도 5에 도시한 열교환기(80)의 단면도로, 상기 도 7 (a)는 상기 도 5 AA' 방향의 단면도를 나타내었고 상기 도 7 (b)는 상기 도 5 BB' 방향의 단면도를 나타내었다.
상기 도 7에 도시한 배분판(50)은 상기 도 2 내지 도 4에 도시한 배분판(50)과 같이 상기 입구파이프(60)가 형성되는 측으로부터 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)의 길이방향으로 진행할수록 폭(W)이 감소하며(WA > WB) 수평면에 대하여 경사지도록 형성되고, 상기 수평면과 형성되는 각도(α)가 상기 입구파이프(60)가 형성되는 측으로부터 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)의 길이방향으로 진행할수록 감소(αA > αB)된다.
상기 도 5 내지 도 7에 도시한 실시예는 상기 배분판(50)의 단면과 수평면이 이루는 각도(α)가 입구측으로 멀어질수록 감소하므로 열교환 매체의 양이 적거나 유속이 느린 경우에도 상기 입구파이프(60)가 형성되는 측으로부터 먼 곳까지 열교환 매체가 균일하게 도달되도록 하는 효과가 있다.
또한, 상기 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이 본 발명은 2열의 열교환기(80)에도 적용가능하며 도시한 것 외에도 다양한 형태의 열교환기에 적용가능하다.
상기 도 2 내지 도 7에 도시한 배분판(50)은 상기 배분판(50)의 단면이 직선 형태를 갖는 실시예를 도시하였으며, 본 발명의 열교환기(80)는 상기 배분판(50)의 단면이 원호형으로 형성되어 헤더탱크(10, 20) 내부에서의 와류를 더욱 촉진함으로써 방열능력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명에 따른 열교환기(80)의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 9는 상기 도 8에 도시한 열교환기(80)의 부분 확대 사시도이며, 도 10은 상기 도 8에 도시한 열교환기(80)의 단면도이다.
상기 도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이 상기 입구파이프(60)가 구비되는 측과 멀어진 흐름이 원활하지 않은 부분인 열교환 매체분포밀도가 높은 부분인 입구측에서는 상기 배분판(50)과 수평면이 형성하는 각도(αA)가 높고 상기 배분판(50)의 폭(WA)이 넓어 열교환 매체가 소량 유입될 수 있도록 하고, 상기 열교환 매체분포밀도가 낮은 부분인 상기 입구측에서 먼 부분에서는 상기 배분판(50)과 수평면이 형성하는 각도(αB)가 낮고 상기 배분판(50)의 폭(WB)이 좁아 열교환 매체가 상기 입구측과 비교하여 종래보다 다량 유입되도록 되어 열교환 매체가 전체적으로 균일하게 분포되도록 된다.
또한, 본 발명의 열교환기(80)는 1열을 갖는 열교환기(80)뿐만 아니라 복수개의 열을 갖는 열교환기(80)에도 쉽게 적용 가능하며 상기한 바와 같은 배분판(50)이 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)의 저면에 부착 고정됨으로써 상기 열교환기(80)의 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 열교환기는 입구파이프가 구비되는 제 1 헤더탱크 또는 제 2 헤더탱크 내부에 배분판을 구비하여 열교환 매체의 유동량을 균일하게 배분하고 헤더탱크 내부에서 와류를 일으키며 튜브 내로 유입되도록 함으로써 상기 튜브 내에서 난류화를 촉진하여 열교환 성능을 향상시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 열교환기는 상기 입구파이프를 통해 유입되는 열교환 매체 의 양이 적어지더라도 상기 입구파이프가 구비된 측에서 먼 곳까지 열교환 매체를 도달시킬 수 있어 열교환기 표면온도분포를 균일화하는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 적어도 하나 이상의 격실을 구비하고 일정간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 제 1 헤더탱크(10) 및 제 2 헤더탱크(20)와, 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)에 연결되고 열교환 매체가 유입되는 입구파이프(60) 및 유입된 열교환 매체가 배출되는 출구파이프(70)와, 상기 제 1 헤더탱크(10) 및 제 2 헤더탱크(20) 사이에 양단이 고정되어 열교환 매체 유로를 형성하는 복수개의 튜브(30)와, 상기 튜브(30) 사이에 개재되는 핀(40)을 포함하여 이루어진 열교환기(80)에 있어서,
    상기 입구파이프(60)가 형성되는 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20) 내부의 격실에 구비되고 상기 입구파이프(60)가 형성되는 측으로부터 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)의 길이방향으로 진행할수록 폭(W)이 감소하며 수평면에 대하여 경사진 배분판(50); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배분판(50)은 상기 입구파이프(60)가 형성되는 측으로부터 상기 제 1 헤더탱크(10) 또는 제 2 헤더탱크(20)의 길이방향으로 진행할수록 상기 수평면과 형성되는 각도(α)가 감소하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 배분판(50)의 단면은 직선 또는 원호형상인 것을 특징으로 하는 열교환기.
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