KR20090029890A - 이중관형 내부 열교환기 - Google Patents

이중관형 내부 열교환기 Download PDF

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KR20090029890A
KR20090029890A KR1020070095059A KR20070095059A KR20090029890A KR 20090029890 A KR20090029890 A KR 20090029890A KR 1020070095059 A KR1020070095059 A KR 1020070095059A KR 20070095059 A KR20070095059 A KR 20070095059A KR 20090029890 A KR20090029890 A KR 20090029890A
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강성호
변상철
서용은
전길웅
김택근
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한라공조주식회사
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    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
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    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically

Abstract

본 발명은 이중관형 내부 열교환기에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 내부관을 원형파이프로 형성하고 외부관은 나선형파이프로 형성하여 이중관을 구성함으로써, 입,출구파이프가 연결되는 외부관의 입,출구부내 유로 단면적이 증대되어 냉매의 압력손실을 최소화 함과 아울러 나선형으로 형성된 고압유로의 골 직경을 크게 할 수 있어서 벤딩시 고압유로의 단면적이 감소하더라도 최소 유량 면적을 확보할 수 있고 외부관의 파이프 직경 증대로 인해 열교환성능을 향상할 수 있는 이중관형 내부 열교환기에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 저온 저압의 냉매가 흐르도록 저압유로(111)를 형성하는 내부관(110)과, 상기 내부관(110)의 외주면에 이중관 구조로 결합됨과 아울러 고온 고압의 냉매가 흐르도록 고압유로(124)를 형성하는 외부관(120)으로 이루어져 상기 내부관(110)을 흐르는 냉매와 상기 외부관(120)을 흐르는 냉매를 상호 열교환시키는 이중관형 내부 열교환기에 있어서, 상기 내부관(110)은 원형파이프로 형성되고, 상기 외부관(120)은 양단부에 형성되는 원형의 입,출구부(121)(122)와, 상기 입,출구부(121)(122)의 사이에 나선형으로 형성됨과 아울러 상기 내부관(110)과의 사이에 상기 고압유로(124)를 형성하는 나선부(123)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
내부 열교환기, 이중관, 원형파이프, 나선형파이프

Description

이중관형 내부 열교환기{dual pipe type internal heat exchanger}
본 발명은 이중관형 내부 열교환기에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 내부관을 원형파이프로 형성하고 외부관은 나선형파이프로 형성하여 이중관을 구성함으로써, 입,출구파이프가 연결되는 외부관의 입,출구부내 유로 단면적이 증대되어 냉매의 압력손실을 최소화 함과 아울러 나선형으로 형성된 고압유로의 골 직경을 크게 할 수 있어서 벤딩시 고압유로의 단면적이 감소하더라도 최소 유량 면적을 확보할 수 있고 외부관의 파이프 직경 증대로 인해 열교환성능을 향상할 수 있는 이중관형 내부 열교환기에 관한 것이다.
차량용 공조장치는, 하절기나 동절기에 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 우천시나 동절기에 윈드 실드에 끼게 되는 성에 등을 제거하여 운전자가 전후방 시야를 확보할 수 있게 할 목적으로 설치되는 자동차의 내장품으로, 이러한 공조장치는, 통상, 난방시스템과 냉방시스템을 동시에 갖추고 있어서, 외기나 내기를 선택적으로 도입하여 그 공기를 가열 또는 냉각한 다음 자동차의 실내에 송풍함으로써 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 환기한다.
이러한 공조장치의 일반적인 냉방시스템은 통상, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor)(1), 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2), 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve)(3), 그리고, 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등이 냉매 파이프(5)로 연결되어 이루어진 냉동사이클로 구성되며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.
자동차 공조장치의 냉방스위치(미도시)가 온(On) 되면, 먼저 압축기(1)가 엔진의 동력으로 구동하면서 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 송출하고, 응축기(2)는 그 기상 냉매를 외기와 열교환하여 고온 고압의 액체로 응축한다. 이어, 응축기(2)에서 고온 고압의 상태로 송출되는 액상 냉매는 팽창밸브(3)의 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 그 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시킨다. 이에 냉매는 증발기(4)에서 증발하여 저온 저압의 기체 상태로 배출되고 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다. 이상의 냉매순환과정에 있어서, 차량 실내의 냉방은 상술한 바와 같이 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.
한편, 상기 응축기(2)와 팽창밸브(3)의 사이에는 기상과 액상의 냉매를 분리 하는 리시버드라이어(미도시)가 설치되어 상기 팽창밸브(3)로 액상의 냉매만 공급될 수 있도록 하고 있다.
상술한 바와 같은 냉동사이클을 통해 냉방작용을 하는 공조장치의 냉방효율은 여러 가지 요인들에 의해 결정되는 바, 그 중에서도 팽창밸브(3)에 의해 교축되기 직전의 고압 냉매의 과냉도와 증발기(4)에서 배출되는 저압 냉매의 과열도는 각각 냉매 유동성과 증발기(4)에서의 압력 강하량 그리고 증발기(4)의 과열영역(증발기의 냉매 배출구측 일부 영역)과 압축기(1)의 체적효율 등에 영향을 미쳐 공조장치의 냉방효율에 상당한 영향을 주게 된다.
예컨대, 교축되기 전 냉매의 과냉도가 증가하면, 냉매의 비체적이 감소되어 냉매유동이 안정화되고 증발기(4)에서의 냉매 압력강하량이 감소되어 공조장치의 냉방효율이 증대되며 압축기(1)의 동력소모량은 감소한다. 반면, 증발기(4)에서 배출되는 저압 냉매의 과열도가 적정하게 유지되지 않으면, 액상 냉매의 압축기(1) 유입을 방지하기 위해 냉매가 완전히 기화할 수 있게 설정되는 상대적으로 온도가 높은 증발기(4)의 과열영역이 확대되어야 하기 때문에 공조장치의 냉방성능이 떨어지게 된다.
따라서, 차량 공조장치들은, 일반적으로, 교축되기 전 냉매의 과냉도가 증가하고 증발기(4)에서 배출되는 냉매의 과열도가 적정하게 유지되면 냉방성능이 높아지게 된다.
이에, 차량 공조장치의 냉방성능을 향상하기 위해 증발기(4)에 유입되기에 앞서 팽창밸브(3)에 의해 교축되는 고온 고압의 액상 냉매를 과냉화하고 증발기(4) 에서 배출되는 냉매의 과열도를 적정화할 수 있는 다양한 시도들이 있어 온 바, 현재에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 팽창밸브(3)에 유입되는 고온 고압의 액상 냉매와 증발기(4)에서 배출되는 저온 저압의 기상 냉매를 상호 열교환시킴으로써 교축 전의 고온 고압 액상 냉매를 과냉화하고 증발기(4)로부터 배출되는 저압 냉매의 과열도를 적정화하는 내부열교환기(10)가 주로 사용되고 있다.
이 내부열교환기(10)는 팽창밸브(3)에 의해 교축되기전의 고온 고압 액상냉매와 증발기(4)에서 배출되는 저온 저압의 기상 냉매를 상호 열교환시킴으로써, 증발기(4)에 유입되는 냉매의 유동을 안정화하고 증발기(4) 내에서의 냉매 압력강하량을 감소시키며, 액상 냉매의 압축기(1) 유입 방지를 위해 냉매가 완전히 기화할 수 있게 설정되어 온도가 상대적으로 높은 증발기(4)의 과열영역(미도시)을 축소할 수 있게 한다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 내부열교환기(10)가 냉방시스템에 채용되는 경우, 증발기(4)에 유입되는 냉매의 비체적이 줄어 증발기(4)에서의 냉매 압력강하량이 축소되므로 증발기(4)내 각 냉각튜브에서의 냉매 유동을 안정화할 수 있고, 아울러 압축기(1)에 유입되는 냉매를 증발기(4)에서 배출된 이후에 과열화할 수 있으므로 온도가 상대적으로 높아 공조장치의 냉방성능 저하의 요인이 되는 증발기(4)의 과열영역을 축소할 수 있어 공조장치의 냉방효율을 크게 높일 수 있다. 결과적으로 압축기(1), 응축기(2) 및 증발기(4)의 효율화를 도모하여 공조장치의 고효율화 및 소형화에 기여할 수 있다.
도 3은 상기한 내부열교환기(10)의 일예를 나타낸 도면으로써, 도시된 바와 같이, 상기 내부열교환기(10)는 저온 저압의 냉매가 흐르는 내부관(20)과, 상기 내부관(20)의 외주면에 이중관 구조로 결합됨과 아울러 고온 고압의 냉매가 흐르는 외부관(30)으로 이루어진다.
그리고, 상기 내부관(20)은 벤딩시 유로 면적 변화를 최소화 할 수 있도록 나선형파이프로 형성되고, 상기 외부관(30)은 원형파이프로 형성된다.
또한, 상기 외부관(30)의 양단부측에는 냉매가 유입/배출될 수 있도록 입,출구파이프(31)(32)가 결합된다.
여기서, 상기 입구파이프(31)는 상기 응축기(2)와 외부관(30)을 연결하는 냉매파이프이고, 상기 출구파이프(32)는 상기 외부관(30)과 팽창밸브(3)를 연결하는 냉매파이프이다.
또한, 상기 내부관(20)은 상기 증발기(4)에서 압축기(1)를 연결하는 냉매파이프의 특정 부분을 나선형으로 형성하여 이루어진다.
한편, 상기 외부관(30)은 상기 내부관(20)의 외주면에 밀착되게 끼움 결합되며 그 양단부는 내부관(20)의 외주면에 용접된다.
따라서, 상기 응축기(2)에서 토출된 고온 고압의 액상 냉매는 상기 입구파이프(31)를 통해 상기 외부관(30)으로 유입되며, 상기 외부관(30)으로 유입된 냉매는 상기 외부관(30)과 내부관(20)의 사이에 형성된 나선형 고압유로(33)를 따라 유동한 후 상기 출구파이프(32)를 통해 상기 팽창밸브(3)로 이동하게 된다.
또한, 상기 증발기(4)에서 토출된 저온 저압의 기상 냉매는 상기 내부관(20)내의 저압유로를 통과하게 되는데, 이때 상기 내부관(20)을 통과하는 냉매와 상기 외부관(30)을 통과하는 냉매가 상호 열교환하게 된다.
이후, 상기 내부관(20)을 통과한 냉매는 상기 압축기(1)로 유입된다.
그러나, 상기와 같이 내부관(20)을 나선형파이프로 형성하고 외부관(30)을 원형파이프로 형성한 이중관형 내부열교환기(10)는, 차량의 엔진룸 구조에 따라 벤딩을 하게 되는 경우가 발생하게 되는데, 이처럼 이중관 전체를 벤딩할 경우 상기 내부관(20)에 의해 형성된 나선형 고압유로(33)의 단면적이 감소하게 되고, 이로 인해 냉매의 압력손실이 증대되어 성능이 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 입,출구파이프(31)(32)가 연결되는 외부관(30)과 내부관(20) 사이의 유로 단면적이 협소하여 입,출구파이프(31)(32)를 통해 냉매가 유입되고 배출될때 압력손실이 증가하여 역시 성능이 저하는 문제가 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 내부관을 원형파이프로 형성하고 외부관은 나선형파이프로 형성하여 이중관을 구성함으로써, 입,출구파이프가 연결되는 외부관의 입,출구부내 유로 단면적이 증대되어 냉매의 압력손실을 최소화 함과 아울러 나선형으로 형성된 고압유로의 골 직경을 크게 할 수 있어서 벤딩시 고압유로의 단면적이 감소하더라도 최소 유량 면적을 확보할 수 있고 외부관의 파이프 직경 증대로 인해 열교환성능을 향상할 수 있는 이중관형 내부 열교환기를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 저온 저압의 냉매가 흐르도록 저압유로를 형성하는 내부관과, 상기 내부관의 외주면에 이중관 구조로 결합됨과 아울 러 고온 고압의 냉매가 흐르도록 고압유로를 형성하는 외부관으로 이루어져 상기 내부관을 흐르는 냉매와 상기 외부관을 흐르는 냉매를 상호 열교환시키는 이중관형 내부 열교환기에 있어서, 상기 내부관은 원형파이프로 형성되고, 상기 외부관은 양단부에 형성되는 원형의 입,출구부와, 상기 입,출구부의 사이에 나선형으로 형성됨과 아울러 상기 내부관과의 사이에 상기 고압유로를 형성하는 나선부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 이중관형 내부열교환기를 구성하기 위해 내부관은 원형파이프로 형성하고 외부관은 나선형파이프로 형성함으로써, 입,출구파이프가 연결되는 외부관의 입,출구부내 유로 단면적이 증대되어 상기 외부관으로 유입/배출되는 냉매의 압력손실이 최소화 됨과 아울러 나선형으로 형성된 고압유로의 골 직경을 크게 할 수 있어서 벤딩시 나선형 고압유로의 단면적이 감소하더라도 최소 유량 면적을 확보할 수 있고 외부관의 파이프 직경 증대로 인해 내부열교환기의 열교환성능이 향상된다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
종래에 있어서와 동일한 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명에 따른 이중관형 내부 열교환기가 냉방 시스템에 설치된 경우를 나타내는 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 이중관형 내부 열교환기를 나타내는 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 이중관형 내부 열교환기를 나타내는 단면 도이고, 도 7은 도 5에서의 A-A선 단면도이며, 도 8은 내부관을 나선형으로 형성한 경우와 외부관을 나선형으로 형성한 경우, 외부관의 입구측 냉매흐름을 나타내는 그림이고, 도 9는 내부관을 나선형으로 형성한 경우와 외부관을 나선형으로 형성한 경우, 3개의 나선형 고압유로를 흐르는 냉매의 유량 비율을 나타내는 표이다.
먼저, 본 발명에 따른 이중관형 내부열교환기(100)가 적용되는 차량용 냉방 시스템은, 압축기(1), 응축기(2), 이중관형 내부열교환기(100), 팽창밸브(3), 증발기(4), 이중관형 내부열교환기(100), 압축기(1)가 냉매 파이프로 순차적으로 연결되어 냉매를 순환시키게 된다.
그리고, 상기 이중관형 내부열교환기(100)는 증발기(4)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 흐르도록 저압유로(111)를 형성하는 내부관(110)과, 상기 내부관(110)의 외주면에 이중관 구조로 결합됨과 아울러 상기 응축기(2)에서 배출된 고온 고압의 냉매가 흐르도록 고압유로(124)를 형성하는 외부관(120)으로 이루어진다.
따라서, 상기 응축기(2)에서 배출되어 팽창밸브(3)로 유동하는 냉매와 상기 증발기(4)에 배출되어 압축기(1)로 유동하는 냉매를 상기 이중관형 내부열교환기(100)에서 상호 열교환시킴으로써, 상기 팽창밸브(3)로 유입되는 냉매를 과냉화하고 상기 압축기(1)로 유입되는 냉매의 과열도를 적정하게 높이게 된다.
그리고, 상기 내부관(110)은 원형파이프로 형성되는데, 즉, 상기 증발기(4)와 압축기(1)의 사이에 연결/설치되어 있는 냉매 파이프를 그대로 내부관(110)으로 활용하면 된다. 여기서, 상기 내부관(110)은 원형 단면을 갖는 파이프로 형성하는것이 바람직하지만, 이 외에도 타원형 단면 등 다른 단면 형상을 갖는 파이프도 선 택적으로 적용가능하다.
또한, 상기 외부관(120)은 상기 내부열교환기(100)를 구성해야할 상기 내부관(110)의 특정위치에 이중관 구조로 결합되는 것으로써, 양단부에 형성되는 원형의 입,출구부(121)(122)와, 상기 입,출구부(121)(122)의 사이에 나선형으로 형성됨과 아울러 상기 내부관(110)과의 사이에 상기 고온 고압의 냉매가 흐르는 고압유로(124)를 형성하는 나선부(123)로 이루어진다.
즉, 상기 외부관(120)에서 양단부에 형성된 입,출구부(121)(122)는 원형파이프 형태이고, 상기 나선부(123)는 나선형파이프 형태이다.
한편, 상기 외부관(120)의 나선부(123)에 의해 형성된 나선형 고압유로(124)는 적어도 1개 이상 형성할 수 있으며, 이때, 상기 고압유로(124)는 3개를 나선형으로 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 만일, 상기 나선형 고압유로(124)가 3개미만일 경우에는 열교환 성능이 저하되고 3개를 초과할 경우에는 나선형파이프의 제조가 어려워지게 된다.
상기 외부관(120)의 양단부에 형성되는 입,출구부(121)(122)의 외주면에는 상기 응축기(2)에서 배출된 고온 고압의 냉매가 상기 외부관(120)으로 유입되어 통과한 후 배출될 수 있도록 입,출구파이프(125)(126)가 용접 등의 방법으로 결합된다.
이때, 상기 입구파이프(125)는 상기 입구부(121)와 상기 응축기(2)를 연결하는 냉매파이프이고, 상기 출구파이프(126)는 상기 출구부(122)와 상기 팽창밸프(3)를 연결하는 냉매파이프이다.
그리고, 상기 외부관(120)에 나선형으로 형성된 나선부(123)는 상기 입,출구부(121)(122)의 외주면을 기준으로 내측방향으로 형성되며, 이때 상기 나선부(123)의 내측면이 상기 내부관(110)의 외주면에 밀착됨으로써, 상기 나선부(123)에 의해 형성된 3개의 나선형 고압유로(124a)(124b)(124c)는 서로 독립된 상태가 되며 서로 연통하지 않게 된다.
또한, 상기 나선부(123)의 나선형태가 상기 입,출구부(121)(122)의 외주면을 기준으로 내측방향으로 형성됨으로써, 상기 외부관(120)의 원형 입,출구부(121)(122)는 상기 내부관(110)의 외주면과 자연스럽게 이격되면서 내부관(110)과 보다 큰 직경으로 형성되게 된다.
이에 따라, 상기 입,출구파이프(125)(126)가 연결되는 외부관(120)의 입,출구부(121)(122)내 유로 단면적이 증대되어 상기 입구파이프(125)를 통해 냉매가 외부관(120)의 입구부(121)내로 유입될 때 또는 외부관(120)으로 유입된 냉매가 열교환후 출구부(122)를 통해 출구파이프(126)로 배출될 때 냉매의 압력손실을 최소화하게 된다.
여기서, 상기 외부관(120)의 입,출구부(121)(122) 내부 직경(D1)은 상기 나선형 고압유로(124)의 골 직경(D2)보다 크게 형성되어 상기 외부관(120)의 입,출구부(121)(122)측 압력 손실을 감소하도록 하는 것이 바람직하다.
도 8은 종래와 같이 내부관(20)을 나선형으로 형성한 경우와 본 발명과 같이 외부관(120)을 나선형으로 형성한 경우, 외부관(120)의 입구측 냉매흐름을 나타내는 그림으로써, 보는 바와 같이, 종래처럼 내부관(20)을 나선형으로 형성한 구조에 서는 입구파이프(31)를 통해 외부관(30)의 입구측으로 유입되는 냉매가 원활하게 흐르지 못하고 정체됨을 알 수 있고, 본 발명처럼 상기 외부관(120)을 나선형으로 형성한 구조에서는 입구파이프(125)를 통해 외부관(120)의 입구측으로 유입되는 냉매가 정체되지 않고 원활하게 흐르는 것을 알 수 있다.
또한, 도 9는 종래와 같이 내부관(20)을 나선형으로 형성한 경우와 본 발명과 같이 외부관(120)을 나선형으로 형성한 경우, 3개의 나선형 고압유로(124a)(124b)(124c)를 흐르는 냉매의 유량 비율을 나타내는 표로써, 보는 바와 같이, 종래처럼 내부관(20)을 나선형으로 형성한 구조에서는 외부관(30)의 입구측으로 유입되는 냉매의 흐름이 원활하지 않아 각 나선형 고압유로(33)를 흐르는 냉매의 유량 편차가 심하게 발생함을 알 수 있고,
본 발명처럼 상기 외부관(120)을 나선형으로 형성한 구조에서는 외부관(120)의 입구측으로 유입되는 냉매의 흐름이 원활히 이루어져 각 나선형 고압유로(124a)(124b)(124c)를 흐르는 냉매의 유량이 균일함을 알 수 있다.
한편, 상기 입,출구부(121)(122)의 끝단부는 축관되어 상기 내부관(110)의 외주면에 용접 등의 방법으로 접합된다.
여기서, 상기 외부관(120)을 상기 내부관(110)에 용접하기 전에 상기 외부관(120)을 정확한 조립위치에 고정할 수 있도록 상기 내부관(110)의 외주면에는 스토퍼(115)가 설치된다.
따라서, 상기 내부관(110)의 특정위치에 외부관(120)을 조립하여 내부열교환기(100)를 구성하고자 할 경우 상기 내부열교환기(100)를 구성할 위치의 내부 관(110)에 상기 스토퍼(115)를 미리 설치함으로써 상기 내부관(110)에 외부관(120)을 조립할 때 정확한 조립위치에 조립할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 스토퍼(115)는 상기 내부관(110)의 외주면에 별도의 링을 결합할 수도 있고, 또는 상기 내부관(110) 자체를 가공하여 내부관(110)의 외주면에 비드가 돌출되게 할 수도 있다.
한편, 상기 외부관(120)의 출구부(122)는 상기 팽창밸브(3)와 200mm 이내에 설치하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 이중관형 내부열교환기(100)는 차량의 엔진룸 구조에 따라 벤딩하는 경우가 발생하게 되는데, 이때 상기 나선형 고압유로(124)를 형성하는 나선부(123)가 상기 외부관(120)에 형성됨으로써 그 만큼 나선형 고압유로(124)의 골 직경(D2)을 크게 할 수 있어서, 상기 내부열교환기(100)의 벤딩시 나선형 고압유로(124)의 단면적이 감소하더라도 최소 유량 면적을 확보할 수 있게 되므로 내부열교환기(100)의 성능을 향상할 수 있는 것이다.
또한, 상기 이중관형 내부열교환기(100)의 벤딩 유무와 관계없이 상기 나선형 고압유로(124)의 골 직경(D2)을 크게 할 수 있기 때문에 종래와 같이 내부관(20)을 나선형으로 형성한 경우보다 압력손실을 줄이고 방열량(두 냉매의 열교환시 방열량)은 증대할 수 있어서 내부열교환기(100)의 성능을 향상할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 이중관형 내부열교환기(100)의 작용을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 압축기(1)에서 압축되어 배출되는 고온/고압의 기상 냉매는 상기 응축기(2)로 유입되고, 상기 응축기(2)로 유입된 기상냉매는 외부공기와의 열교환을 통해 응축되면서 고온/고압의 액상 냉매로 상변화 한 후, 상기 내부열교환기(100)의 외부관(120) 입구부(121)내로 유입된다.
상기 외부관(120)의 입구부(121)내로 유입된 고온/고압의 냉매는 상기 외부관(120)의 나선형 고압유로(124)를 따라 흐르는 과정에서 상기 증발기(4)에서 배출되어 상기 내부관(110)의 저압유로(111)를 흐르는 저온/저압의 냉매와 상호 열교환을 수행한 후 상기 팽창밸브(3)로 유입되어 감압/팽창 된다.
상기 팽창밸브(3)에서 감압/팽창된 냉매는 저온/저압의 무화 상태가 되어 상기 증발기(4)로 유입되고, 상기 증발기(4)로 유입된 냉매는 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내로 송풍되는 공기를 냉각시키게 된다.
이후, 상기 증발기(4)에서 배출된 저온/저압의 냉매는 상기 내부열교환기(100)의 내부관(110)의 저압유로(111)를 흐르는 과정에서 상기 외부관(120)의 나선형 고압유로(124)를 흐르는 고온/고압의 냉매와 상호 열교환을 수행한 후 상기 압축기(1)로 유입된다.
이상과 같이, 본 발명의 이중관형 내부열교환기(100)는, 상기 외부관(120)의 나선형 고압유로(124)로 응축기(2)에서 배출된 고온 고압의 냉매가 흐르고, 이와 반대 방향으로 상기 내부관(110)의 저압유로(111)로는 증발기(4)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 흐르면서 상호 열교환을 통해 냉방 시스템의 성능을 향상시키게 된 다.
도 1은 일반적인 차량용 냉방 시스템을 나타내는 구성도
도 2는 일반적인 차량용 냉방 시스템에 내부열교환기가 설치된 경우를 나타내는 구성도,
도 3은 종래의 내부열교환기의 일예를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 이중관형 내부 열교환기가 냉방 시스템에 설치된 경우를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 이중관형 내부 열교환기를 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 이중관형 내부 열교환기를 나타내는 단면도,
도 7은 도 5에서의 A-A선 단면도,
도 8은 내부관(110)을 나선형으로 형성한 경우와 외부관(120)을 나선형으로 형성한 경우, 외부관(120)의 입구측 냉매흐름을 나타내는 그림,
도 9는 내부관(110)을 나선형으로 형성한 경우와 외부관(120)을 나선형으로 형성한 경우, 3개의 나선형 고압유로(124)를 흐르는 냉매의 유량 비율을 나타내는 표이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
100: 내부열교환기 110: 내부관
111: 저압유로 115: 스토퍼
120: 외부관 121: 입구부
122: 출구부 123: 나선부
124: 고압유로 125: 입구파이프
126: 출구파이프

Claims (7)

  1. 저온 저압의 냉매가 흐르도록 저압유로(111)를 형성하는 내부관(110)과, 상기 내부관(110)의 외주면에 이중관 구조로 결합됨과 아울러 고온 고압의 냉매가 흐르도록 고압유로(124)를 형성하는 외부관(120)으로 이루어져 상기 내부관(110)을 흐르는 냉매와 상기 외부관(120)을 흐르는 냉매를 상호 열교환시키는 이중관형 내부 열교환기에 있어서,
    상기 내부관(110)은 원형파이프로 형성되고,
    상기 외부관(120)은 양단부에 형성되는 원형의 입,출구부(121)(122)와, 상기 입,출구부(121)(122)의 사이에 나선형으로 형성됨과 아울러 상기 내부관(110)과의 사이에 상기 고압유로(124)를 형성하는 나선부(123)로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중관형 내부 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부관(120)의 입,출구부(121)(122)는 상기 내부관(110)과 이격되게 형성됨과 아울러 상기 입,출구부(121)(122)의 끝단부는 축관되어 상기 내부관(110)에 접합되는 것을 특징으로 하는 이중관형 내부 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부관(120)의 입,출구부(121)(122) 외주면에는 상기 고온 고압의 냉매 가 상기 외부관(120)으로 유입/배출될 수 있도록 입,출구파이프(125)(126)가 결합되는 것을 특징으로 하는 이중관형 내부 열교환기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부관(120)의 나선부(123)는 상기 입,출구부(121)(122)의 외주면을 기준으로 내측방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중관형 내부 열교환기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부관(120)의 입,출구부(121)(122) 내부 직경(D1)은 상기 나선형 고압유로(124)의 골 직경(D2)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 이중관형 내부 열교환기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부관(110)의 외주면에는 상기 외부관(120)의 조립위치를 고정할 수 있도록 스토퍼(115)가 설치되는 것을 특징으로 하는 이중관형 내부 열교환기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부관(120)의 고압유로(124)는 3개가 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이중관형 내부 열교환기.
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