KR20120026833A - 자동차용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 작동유체의 출입구가 형성되고 양측이 마주보며 이격되게 배치되는 제1헤더 및 제2헤더와 양 단부가 상기 제1헤더 및 상기 제2헤더에 각각 연통되어 작동유체가 통과하며, 폭 방향으로 높이가 폭보다 큰 유로가 형성되어 길이 방향을 따라 복수 개가 형성되어 있고, 복수 개가 서로 이격되어 배열되어 있는 튜브들 및 상기 튜브들 사이에 설치되는 열교환용 핀들을 포함하는 자동차용 열교환기를 제공한다.
따라서, 유로의 형상을 평형사변형으로 하여 동일 통로 단면적 내에 유체직경을 작게 하여 열전달 촉진에 의한 열교환기의 효율이 증가되며, 유로를 좌우 대칭형상으로 하여 튜브의 압출성 향상에 따른 작업성이 증대되는 효과를 가진다.

Description

자동차용 열교환기{Heat exchanger for a vehicle}

본 발명은 자동차용 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열교환기의 튜브 내 유로를 폭 방향으로 경사진 평행사변형으로 형성하여, 열교환기의 효율이 증대되는 자동차용 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 공기기조화기의 열교환기의 구성요소 중 유체의 통로역할을 하는 튜브는, 열전달 효율을 극대화하는 납작 튜브를 사용한다. 상기 납작 튜브는, 열교환기에서 튜브 측의 열전달 촉진 정도에 따라 열교환기의 성능이 결정되는데, 상기 납작 튜브의 경우 내부에 형성된 구멍의 열전달 면적 및 기하학적 형상에 의해 유체의 열전달 촉진 정도 및 유체의 유동 특성이 결정된다. 여기서, 유체직경이 작으면 열전달면적이 증가에 의한 열전달이 증가하나, 통로단면적이 작게 되어 유체의 통로 저항 또한 증가한다. 또한, 압력 강하량이 증대되면 공기조화장치의 압축기 부하를 증대시켜, 공기조화장치의 시스템 효율 및 연비가 감소되게 된다.

상기 납작 튜브 내의 구멍은 여러 기하학적 형상이 있지만, 일반적으로 직사각형상이 적용되고 있다. 상기 직사각형 형상은 구멍의 수를 증가하여 열전달을 증가할 수 있으나, 동일 통로 단면적 대비 유체직경 감소에 한계가 있어 열전달 향상이 저하되는 단점이 있다.

특히, 최근 들어, 지구온난화 지수(GWP)가 낮은 친환경적 차세대 냉매가 활발하게 연구되고 있는데, 이러한 냉매는 일반적인 냉매(R134a)에 비하여 열전달 특성이 좋지 않은 문제점이 있다. 만일, 열교환기의 구조를 종래와 동일하게 한 상태에서, 새롭게 개발된 냉매를 적용할 경우, 열전달 성능 저하에 따른 전체 시스템의 저하 문제가 발생될 가능성이 크다.

본 발명은, 열교환기의 튜브 내 유로를 폭 방향으로 경사진 평행사변형으로 형성하여 열교환기의 효율이 증대되는, 자동차용 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 작동유체의 출입구가 형성되고 양측이 마주보며 이격되게 배치되는 제1헤더 및 제2헤더 와 양 단부가 상기 제1헤더 및 상기 제2헤더에 각각 연통되어 작동유체가 통과하며, 폭 방향으로 기울어진 형상을 가지는 제1유로가 상기 폭 방향을 따라 복수 개가 서로 이격되어 배열되어 있는 튜브들 및 상기 튜브들 사이에 설치되는 열교환용 핀들을 포함하는 자동차용 열교환기를 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 제1유로는 평행사변형 또는 타원형 형상을 가질 수 있다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 제1유로는 평행사변형 형상을 가지며, 상기 제1유로에서 양 측면의 경사 각도는 0ㅀ 보다 크고 30ㅀ보다 작으며, 상기 제1유로에서 양 측면들의 길이가 상하면들의 길이 보다 클 수 있다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 각 튜브에서, 상기 제1유로들은 상기 폭 방향에 대하여 상기 각 튜브의 가운데 부분을 중심으로 하여 서로 좌우 대칭되게 배열되되, 상기 가운데 부분을 중심으로 하여 일 방향에 배치된 상기 제1유로들은 동일한 방향으로 기울어지도록 형성될 수 있다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 각 튜브의 가운데 부분에는 삼각형 형상을 가지는 제2유로가 더 형성될 수 있다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 제1유로들은 동일한 형상을 가질 수 있다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 제1유로의 측면을 따라 깊이 방향으로 연장되는 그루브들이 형성될 수 있다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 작동유체는 R-1234yf 냉매일 수 있다.

본 발명에 따른 자동차용 열교환기는, 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 튜브 내 유로의 형상을 평행사변형으로 하여 동일 통로 단면적 내에 유체직경을 작게 하여 열전달 촉진에 의한 열교환기의 효율이 증가되는 효과를 가진다.

둘째, 튜브 내 유로를 좌우 대칭형상으로 하여, 튜브의 압출성 향상에 따른 작업성이 증대되는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기의 정면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선을 취한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 튜브의 변형예로서, 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 튜브의 다른 변형예로서, 단면도를 나타낸다.
도 5는 도 1의 도시된 튜브의 다른 실시예에 따른 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 열교환기가 도시되어 있다. 본 실시예에서, 상기 열교환기는 자동차용 공기조화장치의 증발기 또는 응축기로 이용되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 자동차용 열교환기(100)는 제1헤더(110a), 제2헤더(110b)와, 튜브(120)들 및 열교환용 핀(130)들을 포함한다.

상기 제1헤더(110a) 및 제2헤더(110b)는, 양측이 마주보며 이격되게 배치된다.

또한 제1헤더(110a) 및 제2헤더(110b)는, 서로 마주보는 방향으로 각각 출입구(111)들이 설정간격으로 배열되며, 상기 출입구(111)들에는 상기 튜브(120)들이 각각 연통된다.

여기서 상기 튜브(120)들은, 유체 통로의 역할을 하며 열전달효율을 극대화 하기위해 납작하게 압출 가공하여 납작 튜브(120)를 형성한다.

하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 상기 납작 튜브(120)들은 다양하게 형성될 수 있다.

도 2의 A-A'선에 따른 단면도를 참조하면, 상기 납작 튜브(120)는, 제1유로(121)들 및 제2유로(123)를 포함한다. 여기서 상기 제1유로(121)들은 양 측면들의 길이가 상하면들의 길이보다 크게 형성된다.

즉, 상기 제1유로(121)들은, 경사를 가지고 기울어지므로 유로의 형상을 동일 통로 단면적 내에 유체직경을 작게 하여 열전달 촉진에 의한 열 교환 효율이 증대되는 것이다. 또한 압출시 뒤틀림을 방지하고 미세홀이 발생하지 않도록 상기 양 측면의 경사 각도는 0ㅀ 보다 크고 30ㅀ보다 작도록 형성된다.

여기서 상기 제1유로(121)들은, 평행사변형의 형상으로 30ㅀ각도를 가지며, 각 모서리는 원호를 이루도록 형성하며, 상기 납작 튜브(120)의 길이 방향을 따라 복수개가 형성된다.

도 3 및 도 4는, 도 2에 도시된 상기 제1유로(121)들의 다른 변형예로서, 상기 제1유로(121)들이 평행사변형 또는 타원형으로 형성된다. 도 3의 상기 제1유로(221)들은 각 모서리가 직각을 이루도록 형성되며, 도 4에 도시된 제1유로(321)들은 타원형으로 형성된다.

하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 상기 유로들은 양 측면들의 길이는 동일하나 상하면들은 각각 마주보도록, 반원으로 형성되거나 또는 다각형 등으로 형성될 수도 있다.

상기 제2유로(123)는, 상기 납작 튜브(120)의 가운데 부분에서 삼각형 형상으로 형성된다. 여기서 상기 제1유로(121)들은, 상기 납작 튜브(120) 중심(C)에서 폭 방향을 따라 서로 좌우 대칭되게 배열된다.

상기 제1유로(121)들 및 제2유로(123)를 구체적으로 설명하면, 상기 제1유로(121)들은, 상기 길이 방향을 따라 외측의 평면부(125)와 평형한 두변을 가지며 나머지 두변은 소정의 각을 가지고 기울어지도록 평행사변형으로 형성된다. 상기 제1유로(121)들 및 상기 제2유로(123)의 크기는 동일하며, 서로의 간격도 동일하다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 크기 및 간격 등은 다양하게 선택될 수 있다.

상기 제1유로(121)들은, 각 측면들의 길이가 상하면들의 길이보다 크게 된다. 여기서 상기 제1유로(121)들은, 동일 단면적 대비 유체직경은 사각형 형상 대비 약 15?20% 작게 형성될 수 있다. 또한, 기울어진 두면이 이루는 각은 0ㅀ 보다 크고 30ㅀ 보다 작도록 형성된다. 따라서 냉매의 유동량이 최소화되면서도, 냉매와 납작 튜브(120) 사이의 열전달 면적이 크게 증가하기 때문에, 상기 자동차용 열교환기(100)의 열전달 성능이 크게 향상된다.

상기 기울어진 두 면들 사이의 각도는 다양하게 선택될 수 있지만, 유로 저항이 크게 증가하지 않은 상태에서 열전달 성능을 향상시키는 것을 고려하면, 0ㅀ 보다 크고 30ㅀ 보다 작은 것이 바람직하다.

상기 제2유로(123)는, 상기 납작 튜브(120)의 가운데에서 삼각형 형상으로 형성되어 있다. 상기 제2유로(123)에 의하여, 냉매의 유로 면적이 증가하기 때문에, 공기조화장치의 성능이 향상될 수 있다.

상기 제1유로(121)들이 상기 제2유로(123)를 중심으로 좌우 대칭되어 배열되어 있다. 따라서 압출 시 뒤틀림 현상을 방지될 뿐만 아니라, 압출비가 맞지 않아 상기 납작 튜브(120)내 미세홀이 발생되는 문제가 미연에 방지하게 된다.

하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1유로(121)들 및 상기 제2유로(123)들이 하나의 폭 방향에 대하여 동일하게 경사진 평행사변형 형상을 가질 수 있다.

도 5에는, 본 발명의 제1유로(421)들이 다른 실시예에로 도시되어 있다.

상기 제1유로(421)들은, 상기 일 실시예에 따른 상기 납작 튜브(100)와 동일하게 평행사변형의 유로를 형성하나, 자세히 살펴보면 상기 평형사변형의 형상은 미세 글로브로 형성된다. 상기 제1유로(421)들의 미세글로브 형상은, 유로내의 유체들과 접촉하는 면적이 많아지며, 또한 난류가 생성 되므로, 열 교환기(100)의 열전달 성능이 향상된다. 또한 상기 납작 튜브(420)의 강도가 증대되는 효과를 가진다.

하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 상기 제1유로(421)들은 상기 도 3 및 도 4와 동일한 형상의, 평행사변형 또는 타원형의 형상으로 형성될 수 있다.

상기 열교환용 핀(130)들은, 상기 납작 튜브(120)에 인접하는 공간들 사이에서 배치된다. 상기 열교환용 핀(130)들은, 상기 납작 튜브(120)들 사이에서 지그재그 식으로 연속되게 절곡되어 삽입된다. 따라서 넓은 전열면적으로 작업유체가 용이하게 열교환된다.

상기 납작 튜브(120)내의 상기 작동유체는 R-1234yf 냉매가 이용된다. R-1234yf는 지구온난화 지수(GWP)가 낮은 친환경적 차세대 냉매이다. 일반적으로 자동차용 공기조화장치에 이용되는 R-134a에 비하여 R-1234yf의 열전달 특성이 좋지 않다. 따라서, 냉매가 변경될 경우, 자동차용 공기조화장치의 대부분의 설계가 변경되어야 하는 문제점이 있다. 하지만, 상기 납작 튜브(120)들에서는 열전달 성능이 종래에 비하여 향상된 구조를 가지기 때문에, R-1234yf가 적용되더라도 다른 시스템의 구성요소의 설계 변경이 최소화될 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 자동차용 열교환기
110: 제1,제2헤더
120: 납작 튜브
130: 열교환용 핀

Claims (8)

1. 작동유체의 출입구가 형성되고 양측이 마주보며 이격되게 배치되는 제1헤더 및 제2헤더; 와
   양 단부가 상기 제1헤더 및 상기 제2헤더에 각각 연통되어 작동유체가 통과하며, 폭 방향으로 기울어진 형상을 가지는 제1유로가 상기 폭 방향을 따라 복수 개가 서로 이격되어 배열되어 있는 튜브들; 및
   상기 튜브들 사이에 설치되는 열교환용 핀들을 포함하는 자동차용 열교환기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1유로는 평행사변형 또는 타원형 형상을 가지는 자동차용 열교환기.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1유로는 평행사변형 형상을 가지며,
   상기 제1유로에서 양 측면의 경사 각도는 0ㅀ 보다 크고 30ㅀ보다 작으며,
   상기 제1유로에서 양 측면들의 길이가 상하면들의 길이 보다 큰 자동차용 열교환기.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 튜브에서, 상기 제1유로들은 상기 폭 방향에 대하여 상기 각 튜브의 가운데 부분을 중심으로 하여 서로 좌우 대칭되게 배열되되, 상기 가운데 부분을 중심으로 하여 일 방향에 배치된 상기 제1유로들은 동일한 방향으로 기울어지도록 형성된 자동차용 열교환기.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 각 튜브의 가운데 부분에는 삼각형 형상을 가지는 제2유로가 더 형성되어 있는 자동차용 열교환기.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1유로들은 동일한 형상을 가지는 자동차용 열교환기.
7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1유로의 측면을 따라 깊이 방향으로 연장되는 그루브들이 형성되어 있는 자동차용 열교환기.
8. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 작동유체는 R-1234yf 냉매인 자동차용 열교환기.

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