KR20140025334A - 내부 열교환기 - Google Patents

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KR20140025334A
KR20140025334A KR1020137019985A KR20137019985A KR20140025334A KR 20140025334 A KR20140025334 A KR 20140025334A KR 1020137019985 A KR1020137019985 A KR 1020137019985A KR 20137019985 A KR20137019985 A KR 20137019985A KR 20140025334 A KR20140025334 A KR 20140025334A
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니크힐 바시
유진 에이. 디아네티
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콘티테크 퀴너 게엠베하 운트 체이에. 카게
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Abstract

본 발명은 내측 유로를 형성하고 입구와 출구를 구비한 내측 튜브; 내측 튜브의 적어도 일부를 반경방향으로 둘러싸고 내측 튜브로부터 반경방향 외측으로 이격되어 환형 공간을 형성하는 외측 튜브; 및 내측 튜브 주변에 권선되고 상기 공간에 배치된 열 전도성 나선형 요소를 포함하는 열교환기를 제공하고, 나선형 요소는 내측 튜브 및 외측 튜브와 함께 상기 공간을 관통하는 나선형 유로를 형성하고, 나선형 유로는 외측 튜브의 입구 및 출구와 유체 연통하고, 외측 튜브는 나선형 요소로부터 열적으로 분리된다. 본 발명은 외측 튜브를 내측 튜브에 연결하는 이음 고리들을 더 제공한다.

Description

내부 열교환기{INTERNAL HEAT EXCHANGER}
이 출원은 2010년 12월 29일에 출원된 미국 가출원 61/427,822의 우선권의 이점을 주장하고, 이에 따라 상기 가출원이 참조로서 여기에 포함된다.
본 발명은 내부 열교환기, 더 구체적으로는 자동차에 적용하기 위한 이중 파이프 내부 열교환기에 관한 것으로서, 파이프들은 나선형의 외측 유체 통로를 제공하는 스프링 또는 나선형 요소에 의해 분리된다.
열교환기는 보통, 예를 들면 이산화탄소 공기 조화기 형태로, 예를 들면 자동차에 사용될 수 있는 공기 조화기에 사용된다. 내부 열교환기는 고압측의 냉매로부터 저압측의 냉매로 열을 전달하는 역할을 하고, 이에 의해 소위 성적 계수, 즉 공기 조화기의 냉동 용량과 입력 전력의 비가 상당히 증가한다.
효율 및 성능의 개선은 액체 냉매가 흡입 튜브의 외측 주변을 흐르는 동축 열교환기의 사용을 통해 달성될 수 있다. 열은 액체로부터 액체 라인의 과냉각을 증가시키는 흡입 라인으로 전달된다. 그러나, 공지된 내부 열교환기는 흡입 라인의 짧은 컴팩트한 길이에서 항상 최대한의 열 전달을 할 수 없다.
본 발명은 내측 유로를 형성하고 입구와 출구를 구비한 내측 튜브; 내측 튜브의 적어도 일부를 반경방향으로 둘러싸고 내측 튜브로부터 반경방향 외측으로 이격되어 환형의 공간을 형성하는 외측 튜브; 및 내측 튜브 주변에 권선되고 상기 공간에 배치된 열 전도성 나선형 요소를 포함하는 열교환기를 제공하고, 나선형 요소는 내측 튜브 및 외측 튜브와 함께 상기 공간을 관통하는 나선형 유로를 형성하고, 나선형 유로는 외측 튜브의 입구 및 출구와 유체 연통되고, 외측 튜브는 나선형 요소와 열적으로 분리된다.
외측 튜브는 나선형 요소로부터 반경방향 외측으로 이격되고 바이패스 유로를 형성하여 나선형 요소와 열적으로 분리될 수 있다.
바이패스 유로는 바이패스 유로와 나선형 유로를 통과하는 전체 유량의 대략 5% 미만을 수용할 수 있다.
바이패스 유로는 바이패스 유로와 나선형 유로를 통과하는 전체 유량의 대략 1% 미만을 수용할 수 있다.
외측 튜브는 나선형 요소와 외측 튜브 사이에 게재된 절연층에 의해 나선형 요소와 열적으로 분리될 수 있다.
나선형 요소는 내측 튜브와 용접될 수 있다.
나선형 요소는 예를 들어 스프링 형태일 수 있는 나선형 요소의 고유 탄성에 의해 내측 튜브의 외경에 단단히 유지될 수 있다. 더 구체적으로는, 나선형 요소는 내측 튜브에 조립되어 있지 않을 때(탄성 지지되지 않은 상태) 내측 튜브의 외경보다 작은 내경을 가질 수 있어, 나선형 요소는 내측 튜브 위에서 미끄러지도록 탄성적으로 확장될 수 있고, 그리고 나서 나선형 요소의 탄성이 해제되어 반경방향 내측으로의 편향력(biasing force)에 의해 나선형 요소가 내측 튜브 주변에 수축되어 내측 튜브에 유지된다.
나선형 요소는 실질적으로 나선형 요소의 전체 길이에 걸쳐 내측 튜브와 접촉될 수 있다.
외측 튜브의 축방향 단부들은 내측 튜브와 용접될 수 있다.
외측 튜브는 외측 튜브의 각각의 축방향 단부들에서 이음 고리들을 통해 내측 튜브와 연결될 수 있다.
나선형 요소는 내측 튜브 및 외측 튜브 중 적어도 하나, 바람직하게는 외측 튜브에 대해 축방향으로 자유롭게 이동될 수 있어, 열교환기는 열교환기의 손상없이 그 축방향 길이를 따라 구부러질 수 있다.
본 발명의 전술한 일반적인 특징들은 개별적으로 또는 집합적으로 본 발명의 다른 양태에 따른 열교환기에 적용될 수 있고, 이 열교환기는 내측 유로를 형성하고 입구와 출구를 구비한 내측 튜브; 내측 튜브의 적어도 일부를 반경방향으로 둘러싸고 내측 튜브로부터 반경방향 외측으로 이격되어 환형 공간을 형성하는 외측 튜브; 및 내측 튜브 주변에 권선되고 상기 공간에 배치된 열 전도성 나선형 요소를 포함하고, 나선형 요소는 내측 튜브를 둘러싸고 내측 튜브 및 외측 튜브와 함께 환형 공간을 관통하는 나선형 유로를 형성하고, 나선형 유로는 외측 튜브의 입구 및 출구와 유체 연통되고, 나선형 요소는 나선형 요소의 대부분의 길이를 따라 내측 튜브와 연속적으로 접촉하고, 나선형 요소는 용접 또는 납땜을 통해 내측 튜브에 일체로 부착되거나, 나선형 요소가 내측 튜브에 단단히 유지되도록 내측 튜브에 탄성적으로 편향된다.
내측 튜브는 매끄러운 외경 표면을 구비한다.
외경 표면은 나선형 요소에 의해 둘러싸인 그 길이를 따라 균일한 직경을 갖는다.
본 발명의 전술한 일반적인 특징들은 개별적으로 또는 집합적으로 본 발명의 다른 양태에 따른 열교환기에 적용될 수 있고, 이 열교환기는 내측 유로를 형성하고 입구와 출구를 구비한 내측 튜브; 내측 튜브의 반경방향 외측으로 이격되고 그 안에 환형 공간을 형성하는 중첩 영역에서 내측 튜브의 적어도 일부를 반경방향으로 둘러싸는 외측 튜브; 내측 튜브 주변에 권선되고 중첩 영역의 공간에 배치되는 열 전도성 나선형 요소; 및 외측 튜브의 제 1 축방향 단부에서 외측 튜브를 내측 튜브에 고정하도록 구성되고, 제 1 반경방향 홀을 구비한 제 1 이음 고리를 포함하고, 나선형 요소는 내측 튜브 및 외측 튜브와 함께 중첩 영역의 공간을 관통하는 나선형 유로를 형성하고, 나선형 유로는 제 1 반경방향 홀과 유체 연동된다.
열교환기는 외측 튜브의 제 2 축방향 단부에서 외측 튜브를 내측 튜브에 고정하도록 구성된 제 2 이음 고리를 더 포함할 수 있고, 제 2 이음 고리는 제2반경방향 홀을 포함하고, 나선형 유로는 제 2 반경방향 홀과 유체 연통된다.
제 1 이음 고리는 내측 튜브의 외경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 중앙 구멍, 제 1 상대 구멍 및 제 2 상대 구멍을 포함할 수 있고, 제 1 상대 구멍은 중앙 구멍과 제 2 상대 구멍의 직경의 중간 직경을 갖고, 제 2 상대 구멍의 직경은 외측 튜브의 외경과 실질적으로 동일하고, 중앙 구멍은 내측 튜브를 수용하고, 제 2 상대 구멍은 그 안에 외측 튜브를 수용한다.
제 1 반경방향 홀은 제 1 상대 구멍에 배치될 수 있다.
외측 튜브는 나선형 요소와 열적으로 분리될 수 있다.
본 발명의 전술한 그리고 다른 특징들은 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 기술된다.
도 1은 자동차의 공기 조화 시스템의 개략도이고,
도 2는 고스트 라인으로 도시된 외측 튜브와 이음 고리들을 포함하는 본 발명에 따른 열교환기의 사시도이고,
도 3은 열교환기의 부분 단면도이고,
도 3a는 도 3의 확대도이나, 내측 나선형 요소가 외측 튜브와 이격되어 외측 튜브와 비교적 열적으로 격리된 열교환기가 적용된 것을 도시하고,
도 4는 열교환기의 측면도이고,
도 5는 고스트 라인으로 도시된 외측 튜브를 포함하는 본 발명에 따른 다른 열교환기의 사시도이고,
도 6은 도 5의 열교환기의 부분 단면도이고,
도 7은 도 5의 열교환기의 측면도이다.
본 발명에 따른 열교환기는 많은 적용예들에 이용될 수 있지만, 설명 및 이해의 편의를 위해, 자동차에 이용되는 공기 조화 시스템을 참조하여 여기에 기술될 것이다. 또한, 파이프 및 튜브 등(관 부재)의 용어 사용은 호환 가능하게 사용되고 그 맥락이 다른 것을 요구하지 않는 한 반드시 제한된 정의를 의미하지는 않는다. 또한, "나선형(spiral)" 이라는 용어는 "나선형(helical)" 을 포함하는 경향이 있고, 나선형(helical)과 호환 가능하게 사용된다.
도 1은 본 발명의 양태들에 따라 사용될 수 있는 예시적인 공기 조화 시스템(100)의 개략도이다. 차량은 그 안에 엔진(10)을 유지하는 엔진 룸(1) 및 대시 패널(3)에 의해 엔진 룸(1)과 분리된 객실(2)을 구비할 수 있다. 공기 조화 시스템(100)은 팽창 밸브(131)와 증발기(141)를 포함하는 냉매 사이클 장치(100A) 및 내부 유닛(100B)을 구비할 수 있다. (보통 팽창 밸브(131)와 증발기(141)를 제외한) 냉매 사이클 장치(100A)의 부품들은 엔진 룸(1)의 미리 정해진 장착 공간에 배치될 수 있다. 내부 유닛(100B)은 객실(2)에 위치된 계기판에 배열될 수 있다.
내부 유닛(100B)은 송풍기(102), 증발기(141), 히터(103) 및 내부 유닛(100B)의 부품들을 수용하는 공기 조화기 케이스(101)를 포함할 수 있다. 송풍기(102)는 선택적으로 외측 공기 또는 내측 공기를 받아들여 증발기(141)와 히터(103)로 공기를 보낸다. 증발기(141)는 냉매 사이클에 이용되는 냉매를 증발시켜 공기가 냉각되도록 증발된 냉매가 공기의 기화 잠열을 흡수하게 하는 냉각 열교환기이다. 히터(103)는 객실(2)로 송풍될 공기를 가열하기 위한 열원으로서의 엔진(10)을 냉각시키기 위한 뜨거운 물(예를 들면, 엔진 냉각수)을 이용할 수 있다.
공기 혼합 도어(104)는 공기 조화기 케이스(101) 안에서 히터(103) 근처에 배치될 수 있다. 공기 혼합 도어(104)는 원하는 온도를 갖는 공기가 객실(2)로 전달되도록 증발기(141)에 의해 냉각된 차가운 공기와 히터(103)에 의해 가열된 뜨거운 공기 사이의 혼합비를 조절하기 위해 작동될 수 있다.
냉매 사이클 장치(100A)는 압축기(110), 응축기(120), 팽창 밸브(131) 및 증발기(141)를 포함할 수 있다. 튜브들(150)은 폐쇄 회로를 형성하기 위해 냉매 사이클 장치(100A)의 이 부품들을 연결할 수 있다. 본 발명의 적어도 하나의 이중 벽 튜브(160)가 튜브들(150)에 배치될 수 있다. 응축기(120)(예를 들면, 냉매 라디에이터, 가스 쿨러 등)는 고압 고온의 냉매를 냉각하는 고압 열교환기로서 역할을 한다. 증발기(141)는 저압 열교환기로서 역할을 하고 그 안을 통과하는 공기를 냉각시키기 위해 배치될 수 있다. 팽창 밸브(131)는 스로틀 또는 이젝터와 같은 감압기이다.
도시된 예에서, 압축기(110)는 저압의 냉매를 압축하여 냉매 사이클 장치(100A)에 고온 고압의 냉매를 제공하기 위해 엔진(10)을 통해 구동된다. 풀리(111)는 압축기(110)의 구동 샤프트에 부착된다. 구동 벨트(12)는 풀리(111)와 크랭크샤프트 풀리(11) 사이에 연장되어 엔진(10)을 통해 압축기(110)를 구동한다. 풀리(111)는 전자석 클러치(미도시)를 통해 압축기(110)의 구동 샤프트와 연결된다. 전자석 클러치는 풀리(111)를 압축기(110)의 구동 샤프트와 연결하거나 풀리(111)를 압축기(110)의 구동 샤프트로부터 분리한다. 응축기(120)는 압축기(110)의 배출측에 연결된다. 응축기(120)는 냉매 증기를 액체 냉매로 응축하기 위해 외부 공기를 통해 냉매를 냉각하는 열교환기이다.
팽창 밸브(131)는 응축기(120)로부터 배출된 냉매의 압력을 감소시키고 냉매를 팽창시킨다. 팽창 밸브(131)는 등엔트로피 상태에서 액체 냉매의 압력을 감소시킬 수 있는 압력 감소 밸브일 수 있다. 내부 유닛(100B)에 포함된 팽창 밸브(131)는 보통 증발기(141) 근처에 배치된다. 팽창 밸브(131)는 가변 오리피스를 구비한 온도 제어식 팽창 밸브일 수 있고, 냉매가 소정의 과열도로 가열되도록 증발기(141)로부터 배출되어 압축기(110)로 흐르는 냉매의 흐름을 제어할 수 있다. 전술한 것처럼, 증발기(141)는 객실로 송풍될 공기를 냉각하기 위한 냉각 열교환기이다. 증발기(141)의 배출측은 압축기(110)의 흡입측과 연결된다.
이중 벽 튜브(160)는 튜브들(150)의 고압 튜브(151)의 일부와 저압 튜브(152)의 일부를 결합하여 형성될 수 있다. 고압 튜브(151)는 응축기(120)와 팽창 밸브(131) 사이에서 연장되어 감압되기 전의 고압 냉매를 운반한다. 저압 튜브(152)는 증발기(141)와 압축기(110) 사이에서 연장되어 감압되고 냉각된 후의 저온 저압 냉매를 운반한다.
예를 들면, 전술한 공기 조화 시스템이 작동될 때, 다음의 프로세스가 일어날 수 있다: 객실의 승객이 냉각 작동을 위해 공기 조화 시스템(100)을 작동하길 원할 때, 엔진(10)에 의해 압축기(110)가 구동되도록 전자석 클러치가 맞물릴 수 있다. 그리고 나서, 압축기(110)는 증발기(141)로부터 배출된 냉매를 흡입하고, 냉매를 압축시켜, 고온 고압의 냉매를 응축기(120)로 배출한다. 응축기(120)는 고온 고압의 냉매를 실질적으로 완전히 액상인 액체 냉매 상태로 냉각시킨다. 응축기(120)의 액체 냉매는 이중 벽 튜브(160)와 연결된 액체 튜브(164)를 통과하고, 이중 벽 튜브(160)의 내측 튜브(162)와 외측 튜브(161) 사이에 형성된 환형 공간을 통과하여 팽창 밸브(131)로 유입된다. 팽창 밸브(131)는 액체 냉매의 압력을 감소시키고 액체 냉매가 팽창되도록 한다. 증발기(141)는 액체 냉매를 실질적으로 포화된 가스 냉매로 증발시킨다. 증발기(141)에 의해 증발된 냉매는 증발기(141)를 통해 흐르된 공기로부터 열을 흡수하여 객실로 송풍될 공기를 냉각시킨다. 증발기(141)에 의해 증발된 포화된 가스 냉매, 즉 저온 저압 냉매는 흡입 튜브, 내측 튜브(162) 및 흡입 튜브를 통해 압축기(110)로 흐른다.
열은 이중 벽 튜브(160)를 통해 흐르는 고온 고압의 냉매(예를 들면, 대략 600 Psi 까지)로부터 이중 벽 튜브(160)를 통해 흐르는 저온 저압 냉매로 전달된다. 따라서, 이중 벽 튜브(160)에서, 고온 고압 냉매는 냉각되고, 저온 저압 냉매는 가열된다. 응축기(120)로부터 배출된 액체 냉매는 전형적으로 과냉각되고 그 온도는 액체 냉매가 이중 벽 튜브(160)를 통해 흐르는 동안에 강하된다. 증발기(141)로부터 배출된 포화된 가스 상태의 냉매는 전형적으로 과열도를 갖는 가스 상태의 냉매로 과열된다.
도 2 및 3을 참조하면, 이중 벽 튜브 열교환기(160)가 본 발명에 따라 도시된다. 도 2에서 외측 튜브(161)는 열교환기의 내부 부품들 또한 보일 수 있도록 고스트 라인들로 도시된다.
나선형으로 권선된 스프링 또는 다른 나선형 요소(170)는 내측 튜브(162) 주변에 권선될 수 있고, 외측 튜브(161)의 내측면과 내측 튜브(162)의 외측면을 따라 유체 흐름(예를 들면, 액체 냉매)을 위한 나선형 통로를 한정한다. 나선형 요소(170)는 내측 튜브와의 열 전도도를 향상시키기 위해 단단히 권선되거나 그렇지 않으면 내측 튜브(162)와 직접 또는 간접적으로 열 접촉될 수 있다. 예를 들면, 내측 튜브(162)의 외측면은 내측 튜브를 감싸는 나선형 요소(170)와의 접촉 면적을 최대화하기 위해 매끄러울 수 있다. 선택적으로, 나선형 요소(170)는 내측 튜브와의 열 전도도를 향상시키기 위해 내측 튜브(162)에 용접될 수 있다. 내측, 외측 및 나선형 요소는 각각 적어도 그 축방향으로 동일한 부분들에 걸쳐서 균일한 직경을 가질 수 있다.
언급한 것처럼, 나선형 요소는 예를 들면 스프링 형태일 수 있는 나선형 요소의 고유 탄성에 의해 내측 튜브의 외측 직경에 단단히 유지될 수 있다. 더 구체적으로, 나선형 요소는 내측 튜브에 조립되어 있지 않을 때(탄성 지지되지 않은 상태) 내측 튜브의 외측 직경보다 작은 내측 직경을 가질 수 있어, 나선형 요소는 내측 튜브 위에서 미끄러지도록 탄성적으로 확장될 수 있고, 그리고 나서 나선형 요소의 탄성이 해제되어 반경방향 내측으로의 편향력(biasing force)에 의해 나선형 요소가 내측 튜브 주변에 수축되어 내측 튜브에 유지된다.
나선형 요소(170)는 높은 열 전도도를 갖는 재료, 예를 들면 알루미늄과 같은, 예를 들면 금속 재료로 구성될 수 있다. 내측 튜브(162) 및 외측 튜브(161) 또한 열 전도성 재료, 예를 들면 알루미늄과 같은, 예를 들면 금속 재료들로 구성될 수 있다.
외측 튜브(161)는 입구(180) 및 출구(181)를 구비한다. 입구(180)는 예를 들면 공기 조화 시스템(100)의 응축기(120)에 연결된다. 따라서 액체는 나선형 경로를 따라 나선형 요소(170) 및 내측 튜브(162)의 외측면을 쓸도록 힘을 받는다. 이 유동 경로는 대응되는 크기의 나선형 요소가 없는 이중 벽 열 교환기에 비해 감소된 단면적을 가질 수 있다. 이 감소된 단면적의 유동 경로는 유체 흐름 속도를 증가시키고, 따라서 대류 냉각의 효과를 증가시킨다. 또한, 나선형 유동 경로는, 동일한 양의 물리적 공간을 이용하는 동안, 나선형 요소가 없는 이중 벽 열 교환기에 비해 유동 경로의 길이를 증가시킨다. 유동 경로의 증가된 길이는 또한 열 교환기(160)에서 발생하는 열 전달 효율을 증가시킬 수 있다.
나선형 요소(170)는 도 3a에 도시된 것처럼 외측 튜브(161)의 내측면으로부터 열적으로 분리될 수 있다. 이 열적 분리는 예를 들면, 외측 튜브(161)와 나선형 요소(170) 사이의 환형 틈(175)에 의해 달성될 수 있다. 따라서 이 틈은 바이패스 유로를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 바이패스 유로는 내측 튜브(162)와 외측 튜브(161) 사이의 전체 유동의 대략 5%보다 작은 부분을 차지할 수 있다. 더 바람직하게는, 바이패스 유로는 내측 튜브(162)와 외측 튜브(161) 사이의 전체 유동의 대략 1%보다 작은 부분을 차지할 수 있다. 이 열적 분리는 예를 들면, 외측 튜브(161)로부터 나선형 요소(70) 및 내측 튜브(162)로의 전도를 방지하는 놀라운 성능을 나타낼 수 있다.
대안적으로, 열적 분리는 예를 들면, 절연 재료(185)의 하나 이상의 층을 통해 달성될 수 있다. 절연 재료(185)는 실질적으로 외측 튜브(161)의 내부면 전체를 따라 연장되거나, 나선형 요소만을 따라 연장되거나, 스페이서의 역할을 하도록 외측 튜브의 내부면의 길이를 따라 간헐적으로 배치될 수 있다.
외측 튜브(161)는 예를 들면, 도 2 내지 4에 도시된 것처럼 하나 이상의 단부 이음 고리(190)에 의해 내측 튜브(162)에 간접적으로 부착될 수 있다. 단부 이음 고리(190)는 예를 들면, 내측 튜브(162)의 외측면 주변에 고정하기 위한 크기를 갖는 중앙 구멍(191)을 포함하는 원통형 조각일 수 있다. 단부 이음 고리(190)는 내측 튜브(162)보다 크지만 외측 튜브(161)의 외측면보다는 작은 크기를 갖는 제 1 상대 구멍(또는 상대 싱크)(192)을 더 포함할 수 있다. 마지막으로, 이음 고리(190)는 외측 튜브(161)의 외측면을 고정하기 위한 크기를 갖는 제 2 상대 구멍(193)을 포함할 수 있다. 이음 고리(190)는 이음 고리의 입구 및/또는 출구 및 나선형 유로로서의 역할을 하는 반경방향 홀 또는 통로(195, 196)를 구비할 수 있다. 반경방향 홀은 제 1 상대 구멍(192)에 위치될 수 있다.
대안적으로, 외측 튜브(161)는 예를 들면, 도 5 내지 7에 도시된 것처럼 스웨이징(swaging) 및/또는 용접에 의해 내측 튜브에 직접 부착될 수 있다. 외측 튜브(161)는 나선형 유로의 입구 및/또는 출구로서의 역할을 하는 제 1 및 제 2 반경방향 홀(197, 198)을 포함할 수 있다.
외측 나선형 경로를 통한 흐름이 내측 파이프를 통한 흐름과 동일한 방향인 것으로 도시되고 기술되었지만, 흐름은 반전되어, 그 결과 가스 및 액체 상태의 냉매의 반대방향 흐름이 발생될 수도 있다. 이러한 반대방향 흐름은 일부 경우들에서 바람직할 수 있고, 다른 열 전달 효율을 가져다 줄 수 있다.
강 또는 구리와 같은 알루미늄 이외의 재료로 구성된 튜브들이 알루미늄으로 구성된 튜브들(161, 162) 대신에 사용될 수 있다.
알 수 있는 것처럼, 나선형 요소는 내측 및 외측 튜브들 중 적어도 하나, 특히 외측 튜브에 대해 축방향으로 자유롭게 이동될 수 있어, 열교환기는 열교환기의 손상 없이 그 축방향 길이를 따라 구부러질 수 있다.
본 발명의 이중 벽 튜브(160)가 자동차 공기 조화 시스템(100)의 냉매 사이클 장치(100A)에 이용되는 것을 기술하였지만, 본 발명은 실제 적용에 있어서 이에 제한되지 않는다. 이중 벽 튜브(160)는 실내 공기 조화기에 적합하게 사용될 수 있다. 이중 벽 튜브(160)가 실내 공기 조화기에 사용될 때, 외측 튜브(161) 주변의 대기 온도는 엔진 룸(1)의 공기의 온도보다 낮다. 따라서, 고압 냉매와 저압 냉매 사이의 열전달 조건이 허용될 때, 저압 냉매는 내측 튜브(162)와 외측 튜브(161) 사이의 공간을 통과하도록 설정될 수 있고, 고압 냉매는 내측 튜브(162)의 내부 통로를 통과하도록 설정될 수 있다.
이중 벽 튜브(160)을 통해 흐르는 냉매는 냉매 사이클 장치(100A)에 채용된 냉매에 제한되지 않고, 냉매 사이클 장치(100A)에 채용된 냉매의 물리적 특성들과 다른 물리적 특성들을 갖는 냉매가 사용될 수 있다. 예를 들면, 다른 방향들로 흐르는 냉매, 각각 다른 온도를 갖는 냉매들 또는 각각 다른 압력을 갖는 냉매들이 조합되어 사용될 수 있다. 또한, 냉매 사이클 장치(100A)의 냉매 이외의 유체들이 이중 벽 튜브(160)에 사용될 수 있다.
본 발명은 특정 실시예 또는 실시예들에 대해서 도시되고 기술되었지만, 이 기술분야의 당업자들이 이 명세서 및 첨부된 도면들을 읽고 이해하여 동등한 변형예들 및 수정예들을 만들 수 있다는 것은 명백하다. 특히 전술한 요소들(부품들, 조립체들, 장치들, 구성요소들 등)에 의해 수행되는 다양한 기능들에 대하여, 상기한 요소들을 설명하는데 이용된 ("수단"으로 참조되는 것을 포함하는) 용어들은, 여기서 본 발명의 예시적인 실시예 또는 실시예들의 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 동등하지 않을 지라도, 다른 것을 나타내지 않는 한, 기술된 요소의 특정한 기능을 수행하는 임의의 요소(즉, 기능적으로 동등한 것)와 대응되는 것으로 간주된다. 또한, 본 발명의 특수한 특징이 여러 도시된 실시예들 중 하나 이상에 대해서만 기술되었지만, 이러한 특징은 주어진 또는 특정한 적용을 위해 바람직하고 유익할 수 있기 때문에 다른 실시예들의 하나 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다.

Claims (24)

  1. 내측 유로를 형성하고 입구와 출구를 구비한 내측 튜브;
    상기 내측 튜브의 적어도 일부를 반경방향으로 둘러싸고 상기 내측 튜브로부터 반경방향 외측으로 이격되어 환형 공간을 형성하는 외측 튜브; 및
    상기 내측 튜브 주변에 권선되고 상기 공간에 배치된 열 전도성 나선형 요소를 포함하고,
    상기 나선형 요소는 내측 튜브 및 외측 튜브와 함께 상기 공간을 관통하는 나선형 유로를 형성하고, 상기 나선형 유로는 상기 외측 튜브의 입구 및 출구와 유체 연통하고,
    상기 외측 튜브는 상기 나선형 요소와 열적으로 분리되는 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 튜브는 상기 나선형 요소로부터 반경방향 외측으로 이격되고 바이패스 유로를 한정하는 환형 틈을 형성하여 상기 나선형 요소로부터 열적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 바이패스 유로는 상기 바이패스 유로 및 상기 나선형 유로를 통과하는 전체 유량의 대략 5% 미만을 수용하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 바이패스 유로는 상기 바이패스 유로 및 상기 나선형 유로를 통과하는 전체 유량의 대략 1% 미만을 수용하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 내측 유로를 형성하고 입구와 출구를 구비한 내측 튜브;
    상기 내측 튜브의 적어도 일부를 반경방향으로 둘러싸고 상기 내측 튜브로부터 반경방향 외측으로 이격되어 환형 공간을 형성하는 외측 튜브; 및
    상기 내측 튜브 주변에 권선되고 상기 공간에 배치된 열 전도성 나선형 요소를 포함하고,
    상기 나선형 요소는 상기 내측 튜브를 둘러싸고 내측 튜브 및 외측 튜브와 함께 상기 환형 공간을 관통하는 나선형 유로를 형성하고, 상기 나선형 유로는 외측 튜브의 입구 및 출구와 유체 연통하고,
    상기 나선형 요소는 상기 나선형 요소의 대부분의 길이를 따라 상기 내측 튜브와 연속적으로 접촉하고, 상기 나선형 요소는 용접 또는 납땜을 통해 상기 내측 튜브에 일체로 부착되거나, 상기 나선형 요소가 상기 내측 튜브에 단단히 유지되도록 상기 내측 튜브에 탄성적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측 튜브는 매끄러운 외경 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외경 표면은 상기 나선형 요소로 둘러싸인 그 길이를 따라 균일한 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 튜브는 절연층에 의해 상기 나선형 요소와 열적으로 분리된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 절연층은 실질적으로 상기 외측 튜브의 내부면 전체를 따라 연장되거나, 상기 나선형 요소만을 따라 연장되거나, 스페이서의 역할을 하도록 상기 외측 튜브의 내부면의 길이를 따라 간헐적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 요소는 상기 내측 튜브 또는 외측 튜브 중 적어도 하나에 부착되지 않는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 요소의 권선들은 축방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 요소는 상기 내측 튜브에 용접되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형 요소는 실질적으로 상기 나선형 요소의 전체 길이에 걸쳐서 상기 내측 튜브와 접촉하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 튜브의 축방향 단부는 상기 내측 튜브에 용접되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 튜브는 상기 외측 튜브의 각각의 축방향 단부들에서 이음 고리에 의해 상기 내측 튜브에 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 튜브의 제 1 축방향 단부에서 상기 외측 튜브를 상기 내측 튜브에 고정하도록 구성된 제 1 이음 고리를 더 포함하고, 상기 제 1 이음 고리는 제 1 반경방향 홀을 포함하고, 상기 나선형 유로는 상기 제 1 반경방향 홀과 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 외측 튜브의 제 2 축방향 단부에서 상기 외측 튜브를 상기 내측 튜브에 고정하도록 구성된 제 2 이음 고리를 더 포함하고, 상기 제 2 이음 고리는 제 2 반경방향 홀을 포함하고, 상기 나선형 유로는 상기 제 2 반경방향 홀과 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 이음 고리는 상기 내측 튜브의 외경과 실질적으로 동일한 직경의 중앙 구멍, 제 1 상대 구멍 및 제 2 상대 구멍을 포함하고, 상기 제 1 상대 구멍은 중앙 구멍의 직경 및 제 2 상대 구멍의 직경의 중간 직경을 구비하고, 상기 제 2 상대 구멍의 직경은 상기 외측 튜브의 외경과 실질적으로 동일하고, 상기 중앙 구멍은 상기 내측 튜브를 수용하고 상기 제 2 상대 구멍은 그 안에 상기 외측 튜브를 수용하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 반경방향 홀은 상기 제 1 상대 구멍에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  20. 내측 유로를 형성하고, 입구와 출구를 구비한 내측 튜브;
    상기 내측 튜브의 반경방향 외측으로 이격되고 그 안에 틈을 형성하는 중첩 영역에서 상기 내측 튜브의 적어도 일부를 반경방향으로 둘러싸는 외측 튜브;
    상기 내측 튜브 주변에 권선되고 상기 중첩 영역의 틈에 배치되는 열 전도성 나선형 요소; 및
    상기 외측 튜브의 제 1 축방향 단부에서 상기 외측 튜브를 상기 내측 튜브에 고정하도록 구성되고, 제 1 반경방향 홀을 구비하는 제 1 이음 고리를 포함하고,
    상기 나선형 요소는 내측 튜브 및 외측 튜브와 함께 상기 중첩 영역의 틈을 관통하는 나선형 유로를 형성하고, 상기 나선형 유로는 상기 제 1 반경방향 홀과 유체 연통되는 열교환기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 외측 튜브의 제 2 축방향 단부에서 상기 외측 튜브를 상기 내측 튜브에 고정하도록 구성된 제 2 이음 고리를 더 포함하고, 상기 제 2 이음 고리는 제 2 반경방향 홀을 포함하고, 상기 나선형 유로는 상기 제 2 반경방향 홀과 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 이음 고리는 상기 내측 튜브의 외경과 실질적으로 동일한 직경을 구비한 중앙 구멍을 포함하고, 제 1 상대 구멍은 상기 중앙 구멍의 직경 및 제 2 상대 구멍의 직경의 중간 직경을 구비하고, 상기 제 2 상대 구멍의 직경은 상기 외측 튜브의 외경과 실질적으로 동일하고, 상기 중앙 구멍은 상기 내측 튜브를 수용하고 상기 제 2 상대 구멍은 그 안에 상기 외측 튜브를 수용하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 반경방향 홀은 상기 제 1 상대 구멍에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 튜브는 상기 나선형 요소와 열적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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