KR20110134679A

KR20110134679A - 일체형 열교환기

Info

Publication number: KR20110134679A
Application number: KR1020100054399A
Authority: KR
Inventors: 김철희; 심호창; 김병주
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-12-15

Abstract

본 발명은 일체형 열교환기에 관한 것으로, 상세하게는 응축기와 라디에이터를 일체형으로 하되 이 응축기와 라디에이터의 간격을 최소화함으로써 열교환기의 중량을 감소시키고 공간을 최대로 활용할 수 있으며, 아울러 제조 공정을 간소화하고 제조 비용을 감소시킬 수 있는 일체형 열교환기에 관한 것이다.
본 발명은 제1열교환부, 제2열교환부 및 상기 제1열교환부와 제2열교환부 사이에 격벽홈이 구비되는 격막을 포함하여 이루어지는 튜브와; 상기 제1열교환부와 제2열교환부가 삽입되는 복수개의 튜브삽입홈이 구비되어 일정간격을 유지하도록 고정하는 헤더와; 상기 헤더에 끼워져 삽입되며 상기 튜브의 격막에 끼워지는 격벽이 구비되고 상기 제1열교환부와 제2열교환부를 격실하는 탱크 및 상기 튜브 사이에 설치되는 방열 핀으로 구성됨을 특징으로 하여, 제1열교환부와 제2열교환부는 압출 성형하여 일체형으로 제작하여 부품의 개수를 줄이고 컴팩트한 열교환기를 제공할 수 있으며, 제1열교환부와 제2열교환부 사이에는 상호간의 열교환을 방지하는 격막을 구비하여 라디에이터의 냉각수과 응축기의 냉매가 서로 혼합되지 아니하며 냉각수과 냉매의 열교환이 이루어지지 않아 열교환기의 효율이 향상되고 조립이 간단한 열교환기를 제공할 수 있다.

Description

일체형 열교환기{INTEGRATED TYPE HEAT EXCHANGER}

본 발명은 일체형 열교환기에 관한 것으로, 상세하게는 응축기와 라디에이터를 일체형으로 하되 이 응축기와 라디에이터의 간격을 최소화함으로써 열교환기의 중량을 감소시키고 공간을 최대로 활용할 수 있으며, 아울러 제조 공정을 간소화하고 제조비용을 감소시킬 수 있는 일체형 열교환기에 관한 것이다.

자동차용 공기조화장치는 자동차의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과 자동차의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함한다.

자동차 실내의 온도를 낮추고자 하는 냉방시스템은 압축기의 구동에 의하여 토출되는 열교환매체가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 증발기에 의한 열교환에 의하여 자동차의 실내를 냉방하도록 구성되며, 자동차의 실내 온도를 높이고자 하는 난방시스템은 냉각수를 히터 코어로 유입하여 열교환시킴으로써 실내를 난방하도록 구성된다.

한편, 자동차에는 엔진의 연소열에 의하여 실린더, 피스톤 등이 손상되는 것을 방지하기 위하여 엔진 냉각시스템이 구성되고, 이 엔진 냉각시스템은 공랭식과 수냉식으로 크게 나눌 수 있다. 대부분의 자동차에는 수냉식 엔진 냉각시스템이 적용되며, 이러한 수냉식 엔진 냉각시스템은 증류수 및 냉각수의 혼합용액을 냉각수로 사용하며, 엔진에 내장된 워터펌프를 이용하여 실린더 블록에 형성된 워터 재킷으로 냉각수를 순환시켜 열교환에 의하여 엔진을 냉각시키고, 열교환된 고온의 냉각수를 엔진의 일측에 설치된 냉각수 분배기를 거쳐 일부를 라디에이터로 공급하여 냉각수의 열을 방열시킨 다음 냉각된 냉각수를 다시 엔진으로 순환시키도록 이루어져 있다. 라디에이터에 의한 냉각수의 방열은 일반적으로 라디에이터의 배면에 설치되는 냉각팬의 강제송풍에 의하여 수행되며, 이 냉각팬의 강제송풍에 의하여 통상 라디에이터의 앞쪽에 설치되는 응축기 내부를 거치는 냉매의 응축작용이 수행된다.

일반적으로 냉방시스템을 구성하는 응축기와 엔진 냉각시스템을 구성하는 라디에이터는 그 구조에 있어서는 유사하지만 각각 독립적인 구조로 별도로 구성되어 엔진룸에 설치된다. 즉, 응축기 및 라디에이터는, 각각 소정의 간격을 두고 나란히 배열되는 두 개의 헤더 탱크와, 상기 헤더 탱크들을 상호 연통시켜 열교환매체를 유동시키는 다수의 튜브와, 상기 각 튜브들 사이에 개재되는 다수의 전열핀 등으로 이루어져 있으며, 최외측에는 서포트 플레이트에 의하여 보강된다. 헤더 탱크는 한 쪽이 개방되고 튜브들이 삽입될 수 있도록 길이방향을 따라 다수의 구멍이 형성된 헤더와, 상기 헤더와 접합되어 헤더의 개방부를 덮음으로써 헤더와 함께 내부에 유로를 이루는 탱크로 이루어진다.

이러한 응축기 및 라디에이터는 각각 개별적으로 제조되어 자동차 엔진실의 전면부에 병렬로 설치되는데 응축기와 라디에이터 상호간의 열 전달을 방지하기 위해 일정공간 이격되도록 설치된다.

그러나, 상기한 바와 같이 응축기 및 라디에이터는 각각 개별적으로 구성됨으로써 구성에 따른 부품의 수가 증가될 뿐만 아니라 생산성이 저하되고, 또한 이격되는 공간에 의해 설치공간을 많이 차지하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 개선하고자 응축기 및 라디에이터를 일체형으로 하는 열교환기가 제안되었다.

공개특허 제2004-0090245호에는 일체형으로 이루어진 열교환기가 개시되어 있고, 도 1과 도 2에는 그 요부를 나타내고 있다.

공개된 일체형으로 이루어진 이 열교환기는 한장의 금속플레이트에서 형성되고, 상기 금속플레이트의 일측단부를 몸체부의 상면으로 벤딩시켜 형성되는 제1튜브(10)와; 상기 금속플레이트의 타측단부를 몸체부의 상면으로 벤딩시켜 형성되는 제2튜브(20)와; 금속플레이트의 양측단부에서 일체로 형성된 인너핀형성부를 금속플레이트의 상면측으로 벤딩하여 형성되고, 제1튜브(10) 및 제2튜브(20)의 내측을 격실하는 인너핀(112)을 구비하는 튜브(50)와: 상기 튜브(50) 사이에 설치되는 방열용 핀(30)을 포함하여 구성된다.

그런데 이 열 교환기는 제조 공정시 다수의 절곡 공정과 브레이징 과정이 요구되어 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라 다수의 절곡으로 금속에 크랙(crack)이 발생될 수 있으며, 이 크랙으로 유체가 유출될 수 있는 문제점이 발생될 수 있다.

이에 더하여 제1튜브(10)에 결합되는 라디에이터 탱크(12, 13)와 제2튜브(20)에 결합되는 응축기 헤더 파이프(22, 23)는 각각 별도로 제작되어 구비되며, 이 라디에이터 탱크(12, 13)와 응축기 헤더 파이프(22, 23)를 지지하는 보강대(40)를 포함하여 구성되는 것인바, 이들 각각은 별도의 제조과정과 조립과정을 통해 완성되는 것으로, 부품의 수가 축소되거나 조립이 용이하다고 볼 수 없다.

따라서 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 제1열교환부와 제2열교환부는 압출 성형하여 일체형으로 제작하여 부품의 개수를 줄이고 두께가 감소된 컴팩트한 열교환기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이에 더하여, 본 발명의 열교환기는 제1열교환부와 제2열교환부 사이에 상호간의 열교환을 방지하는 격막을 구비하여 라디에이터의 냉각수와 응축기의 냉매가 서로 혼합되지 아니하며, 열교환이 이루어지지 않는 열교환기를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.

또한 튜브, 헤더 및 탱크의 조립을 용이하게 하도록 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 제1열교환부, 제2열교환부 및 상기 제1열교환부와 제2열교환부 사이에 격벽홈이 구비되는 격막을 포함하여 이루어지는 튜브와; 상기 제1열교환부와 제2열교환부가 삽입되는 복수개의 튜브삽입홈이 구비되어 일정간격을 유지하도록 고정하는 헤더와; 상기 헤더에 끼워져 삽입되며 상기 튜브의 격막에 끼워지는 격벽이 구비되고 상기 제1열교환부와 제2열교환부를 격실하는 탱크 및 상기 튜브 사이에 상기 튜브의 열을 흡수하여 방출하는 방열 핀으로 구성되는 것에 의해 달성된다.

또한, 상기 튜브는 압출 성형되는 것에 의해 달성된다.

또한, 상기 격막의 내부는 중공부가 형성되는 것에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 제1열교환부와 제2열교환부는 압출 성형하여 일체형으로 제작하여 부품의 개수를 줄이고 컴팩트한 열교환기를 제공할 수 있다.

또한, 제1열교환부와 제2열교환부 사이에는 상호간의 열교환을 방지하는 격막을 구비하여 라디에이터의 냉각수과 응축기의 냉매가 서로 혼합되지 아니하며 냉각수와 냉매의 열교환이 이루어지지 않아 열교환기의 효율이 향상되고 조립이 간단한 열교환기를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 열교환기의 사시도,
도 2는 종래 튜브의 부분 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 튜브의 사시도,
도 4a는 도 4의 A-A'의 단면도,
도 5는 튜브, 헤더 및 탱크의 분해 단면도(a) 및 결합 단면도(b)를 나타낸 도면이다.

본 발명은 제1열교환부, 제2열교환부 및 상기 제1열교환부와 제2열교환부 사이에 격벽홈이 구비되는 격막을 포함하여 이루어지는 튜브와; 상기 제1열교환부와 제2열교환부가 삽입되는 복수개의 튜브삽입홈이 구비되어 일정간격을 유지하도록 고정하는 헤더와; 상기 헤더에 끼워져 삽입되며 상기 튜브의 격막에 끼워지는 격벽이 구비되고 상기 제1열교환부와 제2열교환부를 격실하는 탱크 및 상기 튜브 사이에 설치되는 방열 핀으로 구성됨을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기 분해 사시도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 튜브의 사시도를 나타낸 것이다.

본 발명의 열교환기는 크게 튜브(100), 헤더(200), 탱크(300) 및 방열 핀(400)으로 구성된다.

튜브(100)는 제1열교환부(110), 제2열교환부(120) 및 상기 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120) 사이에 격벽홈(140)이 구비되는 격막(130)을 포함하여 일체형의 압출 성형으로 이루어진다.

제1열교환부(110)와 제2열교환부(120)는 상·하가 통개되어 유체가 흐를 수 있도록 내부는 중공 상태로 이루어지며, 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120) 사이에는 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120) 상호간의 열 전달을 방지하는 격막(130)을 포함하여 이루어진다.

격막(130)은 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120) 상호간의 열전달을 방지하는 것으로, 이 격막(130)의 두께(D)는 열 전달을 방지하기 위해 상기 튜브(100)의 두께(D')보다 얇게 형성될 수 있다. 즉, 첨부된 도면의 도 4a에 도시된 바와 같이 격막(130)의 두께(D)를 튜브(100)의 두께(D')보다 낮도록 구성하여, 이 격막(130)을 통해 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120) 상호간의 열전달이 최소화되도록 구성될 수 있다.

제1열교환부(110)의 내부에는 그 내부를 흐르는 유체의 압력을 견딜 수 있도록 다수의 인너핀(Inner fin, 112)이 구비되는데, 이 인너핀(112)은 상기 제1열교환부(110)와 일체형으로 압출 성형되고, 제1열교환부(110)의 내부를 다수개 격실하는 것에 의하여 제1열교환부(110)의 내부를 흐르는 유체의 압력을 충분히 견딜 수 있다.

이와 같이 형성된 인너핀(112)이 형성된 제1열교환부(110)의 내부에는 유체가 흐를 수 있는 유로가 형성되며, 이 유로를 통하여 냉각수가 흐르면서 열 교환이 이루어진다.

제2열교환부(120)의 내부에는 그 내부에 유체가 흐를 수 있도록 중공 상태로 제작되며, 상기 제1교환부(110)와 동일하게 압출 성형된다. 이 제2열교환부(120)도 그 내부에 유로가 형성되며 이 유로를 통하여 냉매가 흐르면서 열 교환이 이루어진다.

제1열교환부(110), 제2열교환부(120) 및 격막(130)은 하나의 단품으로 형성되도록 일체형으로 이루어질 수 있으며, 이와 같이 일체형으로 이루어질 수 있도록 동시에 압출성형으로 제작될 수 있다.

헤더(200, 201)에는 상기 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120)으로 형성된 튜브(100)가 삽입되는 복수개의 튜브삽입홈(210)이 구비되고 이 튜브삽입홈(210)에 상기 튜브(100)가 삽입되어 일정간격을 유지토록 한다.

탱크(300, 301)는 상기 헤더(200, 201)에 끼워져 삽입 설치되는 것으로, 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120)를 각각 분리하여 격실하며 유체가 흐를 수 있도록 하되 이 유체가 외부로 방출되는 것을 방지한다.

이 탱크(300)에는 중심부에는 돌출 성형된 격벽(310)이 구비되는 데, 이 격벽(310)은 튜브(100)의 격막홈(140)에 끼워져 설치되어 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120) 각각 격실한다. 즉, 격벽(310)은 상기 탱크(300)의 중간부를 U자형으로 벤딩하여 형성되며 저면부가 상기 격막(130)과 면접되고, 이 면접된 부분에 브레이징을 통해 밀폐됨으로써 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120)를 각각 격실하는 공간부가 형성된다. 따라서 탱크(300)자체에서도 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120)의 유체가 서로 혼합되지 않토록 제1격실(111)과 제2격실(121)의 유로가 차단되어 열전달을 최소화할 수 있는 효과가 발생된다.

이와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 열교환기는 탱크(300)가 헤더(200)에 설치됨으로써, 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120)를 각각 분리하여 격실하게 되며, 제1열교환부(110)의 유체와 제2열교환부(120)의 유체가 혼합되지 아니한다.

방열 핀(400)은 다수의 절곡부를 가지며, 이 절곡부가 상기 튜브(100)의 외접면과 접촉하여 튜브(100)의 열을 전달받아 이를 공기중으로 방열한다.

이를 좀 더 상세히 설명한다. 도 5는 튜브, 헤더 및 탱크의 분해 단면도(a) 및 결합 단면도(b)를 나타낸 도면이다.

이 첨부된 도면의 도 5에 따르면, 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120)가 구비된 튜브(100)에 헤더(200)가 삽입되어 설치된다.

튜브(100)에는 냉각수가 흐르는 제1열교환부(110)와 냉매가 흐르는 제2열교환부(120)가 압출 성형으로 제작되되 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120) 사이에는 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120) 상호간의 열 전달을 방지하는 격막(130)이 구비되며, 이 격막(130)의 상·하부에는 격벽홈(140)이 구비된다.

헤더(200)의 상·하부에는 탱크(300, 301)가 삽입 설치되는데, 이 탱크(300, 301)에는 상기 헤더(200)의 좌·우측을 내접하여 끼워지는 측면부(320)와 중심부에 돌출 성형되어 상기 격벽홈(140)에 삽입 설치되는 격벽(310)이 구비된다.

헤더(200)에 탱크(300)가 끼워져 설치되면, 제1열교환부(110)가 연통되는 제1격실(111)과 제2열교환부(120)가 연통되는 제2격실(121)이 형성된다.

이와 같이 결합된 상태에서 연결을 더욱 견고히 하기 위해 브레이징(brazing) 공정을 통해 냉각수 및 냉매가 외부로 유출되거나 타 격실로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

이 제1격실(111)은 튜브(100)의 제1열교환부(110)를 서로 연통되도록 하여 냉각수의 유동이 가능하며, 제2격실(121)은 제2열교환부(120)를 서로 연통하도록 하여 냉매의 유동이 가능하다.

상기 튜브(100) 사이에는 별도의 제작으로 성형되며, 튜브(100)의 열을 흡수하여 방출하는 방열 핀(400)이 설치된다.

상기 방열 핀(400)은 각각의 튜브(100)에서의 열전도에 의하여 보다 효율적으로 방열시키기 위한 것이다. 이 방열 핀(400)은 일정한 간격을 가지고 반복되는 형상, 즉 산과 골이 서로 연속적으로 중첩되는 형상을 가지도록 형성하여, 공기와의 접촉 면적이 증대되도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120)는 압출 성형하여 일체형으로 제작되어 부품의 개수를 줄이고 두께가 감소된 컴팩트한 열교환기를 제공할 수 있으며, 이에 더하여 본 발명의 열교환기에는 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120) 사이에는 상호간의 열교환을 방지하는 격막이 구비되어 라디에이터의 냉각수과 응축기의 냉매가 서로 혼합되지 않는 열교환기를 제공할 수 있다.

또한, 튜브, 헤더 및 탱크의 조립을 용이하게 하도록 제공할 수 있다.

100 : 튜브 110 : 제1열교환부
111 : 제1격실 112 : 인너핀
120 : 제2열교환부 121 : 제2격실
130 : 격막 140 : 격벽홈
200, 201 : 헤더 210 : 튜브삽입홈
300, 301 : 탱크 310 : 격벽
320 : 측면부 400 : 방열 핀

Claims

제1열교환부(110), 제2열교환부(120) 및 상기 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120) 사이에 격벽홈(140)이 구비되는 격막(130)을 포함하여 이루어지는 튜브(100)와;
상기 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120)가 삽입되는 복수개의 튜브삽입홈(210)이 구비되어 상기 제1열교환부(110)와 상기 제2열교환부(120)를 일정간격 유지토록 고정하는 헤더(200)와;
상기 헤더(200)에 끼워져 삽입되며 상기 튜브(100)의 격벽홈(140)에 끼워지는 격벽(310)이 구비되고 상기 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120)를 각각 격실하는 탱크(300) 및
상기 튜브(100) 사이에는 상기 튜브(100)의 열을 흡수하여 방출하는 방열 핀(400)이 설치됨을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 격벽(310)은,
상기 탱크(300)의 중간부를 U자형으로 벤딩하여 형성되며 저면부가 상기 격막(130)과 면접되어 제1열교환부(110)와 제2열교환부(120)를 각각 격실하는 제1격실(111)과 제2격실(121)이 형성됨을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 튜브(100)의 제1열교환부(110), 제2열교환부(120) 및 격막(130)은 동시에 압출 성형됨을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 격막(130)의 내부는 중공부가 형성됨을 특징으로 하는 일체형 열교환기.
청구항 1에 있어서,
상기 격막(130)의 두께(D)는 상기 튜브(100)의 두께(D')보다 얇은 것을 특징으로 하는 일체형 열교환기.