KR20150008075A

KR20150008075A - 냉매 회로용 열교환기

Info

Publication number: KR20150008075A
Application number: KR1020147029568A
Authority: KR
Inventors: 피터 헤일; 토비아스 하스; 마르크 그라프; 밀란 모라베크; 지리 도브너; 얀 그레거스-콜라
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2015-01-21
Also published as: KR20160128461A; DE102012110701A1; US20150251517A1; CN104364598B; WO2014073887A1; KR101766617B1; JP6483607B2; JP2015518952A; US10017028B2; CN104364598A

Abstract

본 발명은 자동차의 공조 시스템의 냉매 회로의 양방향으로의 통과 유동이 가능한 열교환기(1)에 관한 것이다. 공조 시스템은 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동을 하도록 형성되고, 열교환기(1)는 멀티패스로 형성되는데, 냉매의 유동 방향은 작동 모드에 의존하여 달라진다. 멀티패스로 형성된 제1 열교환기(1)는 헤더 파이프들(2, 3), 패스에 각각 할당되는 유로들, 및 적어도 하나의 헤더 파이프(2, 3)의 내부 체적 공간을 서로 독립된 영역들로 분할하는 수단을 포함한다. 열교환기(1)의 제1 패스는 마지막 패스보다 큰 유동 횡단면 및 큰 열교환 면으로 형성된다. 제2 열교환기(1)에서는, 냉매 출입구(4)에 냉매 라인(27)의 연결을 위한 연결 블록(28)이 형성되는데, 헤더 파이프(2)와 연결 블록(28) 사이에 냉매 출입구(4)와의 부가의 유체 연결부로서 형성된 단락 라인(29)이 배치된다. 또한, 본 발명은 열교환기(1)의 헤더 파이프(2, 3)의 내부 체적 공간을 분할하는 장치에 관한 것이다. 헤더 파이프(2, 3)의 내부에 적어도 하나의 이동 가능한 분리 요소(13, 13')가 배치되는데, 이동 가능한 분리 요소(13, 13')는 차압의 원리에 의거하여 형성되고, 헤더 파이프(2, 3)의 내부에서의 그 정렬 및 그에 걸리는 압력차에 따라 개구부를 개방하거나 폐쇄한다.

Description

냉매 회로용 열교환기{HEAT EXCHANGE UNIT FOR REFRIGERANT CIRCUIT}

본 발명은 자동차 공조 시스템의 냉매 회로의 열교환기에 관한 것이다. 그러한 열교환기는 헤더 파이프(header pipe)를 포함하고, 멀티패스(multi-pass) 및 양방향(bidirectional)으로의 통과 유동이 가능하게 형성된다. 공조 시스템은 냉각 모드와 가열 모드의 조합된 작동을 하도록 마련된다. 열교환기의 내부에서의 냉매의 유동 방향은 작동 모드에 의존하여 달라진다.

또한, 본 발명은 열교환기의 헤더 파이프의 내부 체적 공간을 분할하고 열교환기의 헤더 파이프에서 유체의 유동을 전향하는 장치에 관한 것이다.

자동차에서의 종래의 공조 시스템은 조합된 냉각 장치 및 히트 펌프 시스템으로서 형성된다. 냉각 장치 모드에서 응축기로서 냉매로부터 주위 공기에 열을 방출하도록 마련된 열교환기는 히트 펌프 모드에서는 증발기로서 주위 공기로부터 열을 흡수하도록 작동된다.

선행 기술에 따르면, 응축기로서 사용되는 멀티패스 열교환기(multi-pass heat exchanger)로서의 열교환기에는 예컨대 과냉 섹션(supercooling section) 및 통합된 고압 축압기(high-pressure accumulator)가 형성된다. 자동차 공조 시스템의 냉매 회로에서, 응축기는 통상적으로 2개 또는 4개의 패스(pass)들을 갖는다. 열을 교환하는 면은 공기측에서 리브들에 의해 연결되는 납작관 프로파일(flat tube profile)들로서 형성된다. 그러한 열교환기의 제조 시에, 납작관 프로파일들은 냉매측에서 그 양 단부들로써 슬롯이 형성된 헤더 파이프들에 끼워 넣어져 납땜된다. 냉매 질량 유동의 방향을 전향하기 위해, 분리 요소들이 마련된다. 헤더 파이프의 외측에서, 전향을 원하는 위치에 예컨대 프레이즈 절삭 또는 스탬핑에 의해 슬롯을 벽에 마련하고, 헤더 파이프의 유동 횡단면을 스탬핑된 소형 플레이트로 폐쇄한다. 여기서, 그 소형 플레이트가 바로 분리 요소에 해당한다. 분리 요소들을 사용함으로써, 열교환기가 예컨대 2개 또는 4개의 부분 영역들, 소위 패스들로 분할된다. n개의 분리 요소들을 사용함으로써, 냉매측에서 n+1개의 패스들로 열교환기의 분할이 이뤄진다.

특히, 공조 시스템의 냉각 장치 모드의 작동 시에 응축기로서 사용되는 열교환기에서는, 온도식 자동 팽창 밸브(thermostatic expansion valve)들을 구비한 시스템의 경우에 마지막에서 두 번째 패스와 마지막 패스 사이에 고압 축압기가 배치되는 것이 선행 기술에 속한다. 그러한 축압기는 응축기에 배치되어 형성된다. 축압기에서는, 거의 완전히 응축된 냉매의 상(phase)들이 서로 분리된다. 가라앉는 액체 냉매는 뒤이어 응축기의 마지막 패스를 통해 유동한다. 따라서 마지막 패스에는 기체 냉매보다 훨씬 높은 밀도를 갖고 2상(two-phase) 혼합물보다 작은 유동 횡단면을 필요로 하는 액체 냉매가 인가되는 것이 바람직하다. 그러한 이유로, 선행 기술에서는 마지막 패스가 이전 패스들보다 현저히 적은 납작관들을 갖는 과냉 섹션으로서 형성된다.

부가적으로, 응축기는 필터 스크린(filter screen) 및 건조 수단을 구비할 수 있다.

히트 펌프 모드의 냉매 회로의 작동 시에는, 동일한 열교환기가 증발기로서 사용된다. 이때, 냉매는 그 해당 포화 온도가 주위 공기의 온도보다 낮은 압력 레벨로 팽창한다. 그러면서 냉매는 주위 공기로부터 열을 흡수하여 증발한다.

팽창된 2상 냉매는 본래의 과냉 섹션을 통해 유동하면서 증발한다. 이제 증발기로서 작동되는 열교환기의 그러한 섹션은 원래 액체 냉매의 통과 유동 및 적은 납작관 수에 의한 훨씬 높은 밀도 그리고 그에 따른 작은 유동 횡단면에 맞춰 설계된 섹션으로서, 히트 펌프 모드에서는 매우 높은 압력 손실을 갖는데, 왜냐하면 증발의 증가에 따라 냉매의 밀도가 감소하기 때문이다.

낮은 압력 레벨에 기인하여, 히트 펌프 모드의 작동 시의 냉매의 밀도가 냉매 회로의 저압측에서 매우 낮아지고, 그에 따라 부가의 유동 압력 손실이 히트 펌프 시스템의 성능과 효율에 현저히 악영향을 미치게 된다.

또한, 0 ℃ 미만의 온도에서 냉매 회로 및 열원으로서의 주위 공기에 의한 히트 펌프 모드의 작동 시에는, 증발기로서 작동되는 열교환기의 열교환 면들이 결빙될 위험이 있다.

냉매의 낮은 흡인 밀도로 인해 높은 냉매측 압력 레벨을 일으키는 열교환기의 멀티패스 구조는 열교환기의 표면 온도의 부가적인 하강 및 그에 따른 결빙 위험의 증대를 가져온다.

외부 공기를 인가받도록 형성된 열교환기가 냉매측에서 교대되는 유동 방향으로 작동되는 냉매 회로의 구성 요소들의 어셈블리가 공지되어 있다. 그러한 어셈블리에서는, 냉매가 냉각 장치 모드에서 응축기로서 작동될 때에는 제1 유동 방향으로 열교환기를 통해 유동하는 반면에, 히트 펌프 모드에서 증발기로서 작동될 때에는 제1 방향과 반대의 제2 방향으로 열교환기를 통해 유동하도록 열교환기가 냉매를 인가받는다. 그로 인해, 특히 열교환기가 히트 펌프 모드에서 증발기로서 작동될 때에 냉매의 압력 레벨이 감소한다. 따라서 히트 펌프 모드에서는, 거의 완전히 증발되거나 과열되기까지 한 냉매가 아니라 감압 후의 2상 상태에 있는 냉매를 훨씬 높은 밀도로 냉각 장치 모드의 응축기의 과냉 섹션을 통해 유동시킨다. 그러나 히트 펌프 모드에서의 불리한 매우 높은 압력 손실은 단지 줄어들기만 할 뿐이지 최적으로 감소하지 않는다.

냉매와 주위 공기 사이의 열교환을 위해 양방향으로의 통과 유동이 가능하게 냉매 회로에 끼워 넣어진 열교환기에 있어 히트 펌프 모드의 작동 시에 열교환 면들이 결빙되는 것을 어떻게 제어 기술적으로 방지할 수 있는지가 선행 기술로부터 알려져 있다. 그러한 선행 기술에서는, 예컨대 0 ℃ 미만의 주위 온도에서 히트 펌프를 끔으로써 결빙의 과정을 회피하거나, 아니면 열교환기를 녹이기 위해 냉매 회로를 히트 펌프 모드로부터 냉각 장치 모드로 전환하여 적어도 단시간 동안 냉각 장치 모드로 작동한다. 그러나 제시된 방법은 공조 시스템의 매우 큰 출력 저하를 일으킨다.

EP 1 895 255 B1에는, 서로 평행하게 이격 배치된 2개의 분배 파이프들을 구비하고, 분배 파이프들 사이에서 냉매를 유동시킬 수 있도록 하기 위해 2개의 분배 파이프들 사이에 다수의 유관(flow tube)들이 연장되어 분배 파이프들과의 유체 연통을 이루는 열교환기 어셈블리가 제안되어 있다. 제1 분배 파이프에는, 분배 파이프의 중공 공간을 정해진 비율들을 갖는 제1 챔버와 제2 챔버로 분할하는 정적 분리기(static separator)가 배치된다. 본 열교환기 어셈블리는 분배 파이프들에 배치된 연결부들 및 증발기 모드와 응축기 모드 사이의 전환을 위한 외부 제어 장치를 포함한다. 여기서, 연결부들은 냉매가 증발기 모드에서는 싱글패스로 그리고 응축기 모드에서는 멀티패스로 모든 유관들을 통해 순환하도록 개폐된다. 본 열교환기 어셈블리는 증발기 모드에서 예컨대 2 패스로의 통과 유동도 가능한데, 그 경우에 응축기 모드에서는 2개의 패스들보다 많은 패스들을 통해 냉매가 유동한다.

본 발명의 과제는 냉각 작동 모드의 작동 시에는 물론 히트 펌프 모드의 작동 시에도 최소의 공간을 소요하면서 최대의 열출력을 교환할 수 있는 열교환기를 제공하고 그와 같이 되도록 열교환기를 개선하는 것이다. 이때, 히트 펌프 모드의 작동 시에 결빙 위험을 최소화하기 위해, 냉매측 압력 레벨이 최적화되어야 한다. 열교환기의 하위 구성 요소(sub-component)들 및 제조 방법이 공지의 시스템과 대비하여 부가의 비용을 발생시키지 않아야 한다.

또한, 그와 더불어, 열교환기는 결빙의 방지를 위한 제어 기술이 적용되도록 형성될 수 있어야 한다.

그러한 과제는 자동차의 공조 시스템의 냉매 회로의 구성 요소로서 형성되는 본 발명에 따른 열교환기에 의해 해결된다. 공조 시스템은 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동을 하도록 마련된다.

그러한 열교환기는 제1 헤더 파이프와 제2 헤더 파이프, 냉매의 통과 유동을 위한 제1 냉매 출입구와 제2 냉매 출입구, 다수의 유로(flow path)들, 및 적어도 하나의 헤더 파이프의 내부 체적 공간을 서로 독립된 영역들로 분할하는 수단을 포함한다. 헤더 파이프들은 서로 평행하게 이격 정렬된다. 유로들은 헤더 파이프들 사이에 서로 평행하게 배치된 유체 연결부들로서 형성되고, 각각 패스에 할당된다. 열교환기는 멀티패스 및 양방향으로의 통과 유동이 가능하게 형성되는데, 열교환기의 내부에서의 냉매의 유동 방향은 공조 시스템의 작동 모드에 의존하여 달라진다. 이때, 냉각 장치 모드의 냉매의 유동 방향은 히트 펌프 모드의 냉매의 유동 방향과 반대의 방향으로 향한다.

헤더 파이프들은 냉매의 유동 방향 및 헤더 파이프의 내부의 해당 영역에 따라 냉매를 상이한 유로들에 분배하는 분배기로서의 역할도 한다. 헤더 파이프들은 그 세분화된 기능에 상응하게 분배 파이프들로도 지칭된다.

본 발명의 개념에 따르면, 냉각 장치 모드에서의 냉매의 유동 방향으로 열교환기의 제1 패스는 마지막 패스보다 큰 유동 횡단면 및 큰 열교환 면을 갖는다. 또한, 냉각 장치 모드에서의 냉매의 유동 방향으로 냉매를 유입하기 위한 제1 냉매 출입구는 냉매를 배출하기 위한 제2 냉매 출입구보다 크거나 그와 동일한 유동 횡단면으로 형성된다.

열교환기는 주위 공기로부터 냉매에 열을 공급하고 냉매로부터 승객 공간에 공급할 공기 또는 주위 공기에 열을 방출하는 냉매-공기 열교환기로서 형성되는 것이 바람직하다. 공조 시스템의 제1 작동 모드로서의 냉각 장치 모드에서는, 열교환기가 응축기/기체 냉각기로서 작동된다. 주위 공기를 열원으로 하는 히트 펌프 모드에서는, 열교환기가 증발기로서 냉매를 인가받는다.

이때, 열교환기는 과냉 섹션 없이 형성되고, 축압기 없이 냉매 회로에 배치될 수 있다. 냉매는 냉각 장치 모드에서 열교환기의 적어도 2개의 패스들을 통해 유동할 수 있다.

본 발명의 일 구성에 따르면, 냉각 장치 모드의 작동 시에 냉매를 유입하기 위한 제1 냉매 출입구는 8 ㎜보다 큰 안지름을 갖는다. 이때, 그 안지름은 바람직하게는 10 ㎜ 내지 14 ㎜의 범위에 있다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 냉각 장치 모드의 작동 시에 냉매를 배출하기 위한 제2 냉매 출입구는 6 ㎜보다 큰 안지름을 갖는다. 이때, 그 안지름은 바람직하게는 6 ㎜ 내지 19 ㎜의 범위에 있다.

또한, 본 발명의 과제는 헤더 파이프, 서로 평행하게 배치된 유로들, 및 적어도 2개의 냉매 출입구들을 포함하는, 자동차의 공조 시스템의 냉매 회로의 본 발명에 따른 열교환기에 의해 해결된다. 그러한 열교환기는 양방향으로의 통과 유동이 가능하고, 열교환기의 내부에서의 냉매의 유동 방향은 공조 시스템의 작동 모드에 의존하여 달라진다. 냉매는 유동 방향에 따라 차례대로 유로들, 헤더 파이프, 및 냉매 출입구를 통해 유동하거나, 냉매 출입구, 헤더 파이프, 및 유로들을 통해 유동한다. 냉매 출입구에는, 헤더 파이프를 향한 쪽의 반대쪽에 냉매 회로의 냉매 라인의 연결을 위한 연결 블록이 형성된다.

본 발명의 개념에 따르면, 헤더 파이프와 연결 블록 사이에 냉매 출입구와의 부가의 유체 연결부로서 단락 라인이 배치된다. 즉, 그러한 단락 라인은 냉매 출입구와 병렬로 연결된, 헤더 파이프와 연결 블록 사이의 연결부이다.

본 발명에 따른 열교환기의 헤더 파이프들은 수직으로 향하고 수평으로 서로 이격 배치되는 것이 바람직하다. 유로들은 수평으로 향하고 수직으로 서로 이격 배치된다.

헤더 파이프들 사이에 유체 연결부들로서 배치되는 개개의 유로들은 납작관 프로파일들로서 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 납작관 프로파일들은 20 ㎜ 미만의 깊이를 갖는다. 납작관 프로파일들의 깊이는 바람직하게는 10 ㎜ 내지 18 ㎜의 범위에 있다.

본 발명의 일 구성에 따르면, 납작관 프로파일들과 동일한 깊이를 갖는 리브들이 공기측에서 납작관 프로파일들 사이에 배치된다. 여기서, 깊이란 공기의 유동 방향으로 그리고 유체가 유동하는 길이 방향에 수직으로 잰 납작관 프로파일들의 치수를 의미한다.

헤더 파이프들은 일체로 또는 2 부분으로 형성되고, 납작관 프로파일들의 깊이보다 큰 지름 또는 폭을 갖는 것이 바람직하다.

냉매측의 압력 손실을 최소화하고 히트 펌프 모드의 작동 시의 열교환 면들의 결빙의 위험을 감소시키기 위해, 냉매가 통과 유동하는 패스들의 상이한 개수가 공조 시스템의 작동 모드에 의존하여, 그에 따라 열교환기를 통한 냉매의 유동 방향에 의존하여 조정된다. 또한, 냉각 장치 모드의 작동 시에 교환되는 열출력이 최적화된다.

본 발명의 제1 대안적 구성에 따르면, 열교환기는 2 패스로의 통과 유동이 가능하게 형성되는데, 냉각 장치 모드의 냉매의 유동 방향으로 제2 패스의 납작관 프로파일들의 수에 대한 제1 패스의 납작관 프로파일들의 수의 비가 3 내지 5의 범위에 있다, 그러한 비는 3.5 내지 4.5의 범위에 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 대안적 구성에 따르면, 열교환기는 4 패스로의 통과 유동이 가능하게 형성되는데, 냉각 장치 모드의 냉매의 유동 방향으로 냉매가 차례대로 통과 유동하는 패스들의 납작관 프로파일들의 수의 비가 19:13:10:6이다. 이때, 납작관 프로파일들은 바람직하게는 15 ㎜ 내지 17 ㎜의 범위의 깊이와 1.0 ㎜ 내지 1.6 ㎜의 범위의 높이를 갖는다. 여기서, 높이란 공기의 유동 방향에 수직으로 그리고 유체가 유동하는 길이 방향에 수직으로 잰 납작관 프로파일들의 치수를 의미한다.

또한, 본 발명의 과제는 열교환기의 헤더 파이프의 내부 체적 공간을 분할하고 열교환기의 헤더 파이프에서 유체의 유동을 전향하는 장치에 의해 해결된다.

본 발명의 개념에 따르면, 헤더 파이프의 내부에 적어도 하나의 이동 가능한 분리 요소가 배치된다. 이때, 분리 요소의 이동은 차압의 원리 및 헤더 파이프의 내부에서의 분리 요소의 정렬에 의거한다. 상이한 측들에 걸리는 압력차 및 분리 요소의 정렬에 따라, 유체의 출입구로서의 개구부가 분리 요소에 의해 개방되거나 폐쇄된다.

이동 가능한 분리 요소는 직선 이동 가능한 폐쇄 요소 및 정지 요소를 포함한다. 폐쇄 상태에서는, 폐쇄 요소가 정지 요소에 접한다. 폐쇄 요소 및 그에 따른 분리 요소는 수직으로 향한 헤더 파이프의 방향으로 배치되는데, 그러한 방향은 이하에서 길이 방향으로도 지칭될 것이다.

정지 요소와 폐쇄 요소는 바람직하게는 다중 부분으로 분리 요소에 형성된다. 정지 요소는 헤더 파이프의 내부 윤곽과 정지 요소의 외부 윤곽 사이에 +/-0.1 ㎜, 바람직하게는 +/-0.05 ㎜의 하용 오차를 갖는 좁은 납땜용 갭이 남도록 헤더 파이프의 내부 윤곽과 합치하는 외부 윤곽을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 일 구성에 따르면, 정지 요소는 유체의 유동 횡단면으로서의 개구부를 형성하는 내부 윤곽을 갖는다. 그러한 개구부는 분리 요소의 폐쇄 상태에서는 폐쇄 요소에 의해 폐쇄된다.

폐쇄 요소는 길이 방향(L)으로 직선 이동 가능하게 형성되는 것이 유리하다.

본 발명의 부가의 구성에 따르면, 분리 요소는 정지 요소에 대해 이동 가능한 폐쇄 요소의 이동을 안내하는 수단을 포함한다.

제1 대안적 구성에 따르면, 정지 요소의 내부 윤곽에는 몰딩 부분들이 형성되고, 폐쇄 요소에는 가이드 요소가 형성된다. 이때, 가이드 요소는 폐쇄 요소에 의해 펼쳐지는 평면에 수직으로 길이 방향(L)으로 연장되어 폐쇄 요소에 배치된 핀의 형태를 갖는 것이 바람직하다. 가이드 요소는 몰딩 부분들에 접하여 길이 방향(L)으로 이동 가능하게 유지된다. 그럼으로써, 정지 요소의 몰딩 부분들과 가이드 요소는 이동 가능한 폐쇄 요소를 위한 가이드를 형성한다.

제2 대안적 구성에 따르면, 이동 가능한 폐쇄 요소를 안내하는 가이드 요소들이 분리 요소에 형성된다. 이때, 가이드 요소들은 정지 요소의 내부 윤곽의 둘레를 따라 균일하게 정지 요소에 배치되고, 계단부를 갖는 원형 세그먼트(circular segment)로서 형성된다. 정지 요소의 내부 윤곽은 원형 개구부로서 형성되는 것이 바람직하다. 원의 중심점 쪽으로 향하고 정지 요소 상에 얹혀진, 계단부의 원호 형태의 면들이 이동 가능한 폐쇄 요소를 안내하는데 제공되고, 폐쇄 요소의 측면들과 합치된다. 또한, 가이드 요소들은 폐쇄 요소에 대한 제2 정지 요소를 지지 및 고정하는 부분으로서 형성되는 것이 바람직하다.

제2 정지 요소는 가이드 요소의 계단부의 높이에 제1 정지 요소와 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 폐쇄 요소는 길이 방향으로 이동 가능하게 정지 요소들 사이에 유지되고, 원형으로 형성되는 것이 바람직하다. 폐쇄 요소의 바깥쪽 둘레에는, 길이 방향으로 향한 개구부들이 마련되는데, 그 개구부들은 폐쇄 요소가 정지 요소에 접할 때에 개구부의 적어도 일부씩이 유체를 위한 출입구를 개방하도록 형성되는 것이 매우 유리하다.

본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 정지 요소에 대한 폐쇄 요소의 이동을 안내하는 수단이 폐쇄 요소의 비틀어 돌려짐을 방지하도록 형성된다.

본 발명의 개념에 따르면, 헤더 파이프의 내부 체적 공간을 분할하고 유체의 유동을 전향하는 본 발명에 따른 장치가 헤더 파이프의 내부에서 본 발명에 따른 열교환기에 형성된다. 그와 같이 본 발명에 따른 장치를 배치함으로써, 열교환기의 유동 횡단면 및/또는 열교환 면들이 동적으로 변경될 수 있고, 작동 모드 및 필요에 따라 그에 맞춰 조정될 수 있게 된다.

바람직한 유체는 이산화탄소(R744), R134a, HFO1234yf와 같은 상변화 열전달 매체(phase-change heat transfer medium)로서의 냉매 또는 냉매 혼합물이다.

본 발명에 따른 열교환기 또는 열교환기의 헤더 파이프의 내부 체적 공간을 분할하는 장치가 선행 기술에 비해 우수한 또 다른 이점들은 다음과 같이 요약될 수 있다:

- 열교환기의 하위 구성 요소들로서의 납작관 프로파일들, 헤더 파이프들, 및 리브 구조물과 열교환기의 제조 방법이 부가의 제조 비용을 발생시키기 않고,

- 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드에서의 열교환 면들의 분포가 열교환 및 압력 손실과 관련하여 최적화되며,

- 히트 펌프 모드에서의 결빙의 위험이 최소화되고,

- 해빙 동안 히트 펌프 모드로 작동할 때에 공조 시스템의 출력 손실이 방지되며,

- 냉매에 최대 출력이 전달되고,

- 가열(보조 가열) 시스템의 작동 시에 효율이 증가하면서도 연료 소비가 감소하고 전기 차량의 주행 거리가 증가한다.

첨부 도면들을 참조로 한 이후의 실시예들의 설명으로부터 본 발명의 또 다른 명세, 특징들, 및 이점들이 명확히 드러날 것이다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 냉각 장치 모드에서의 응축기/기체 냉각기로서의 2 패스 열교환기를 나타낸 도면,
도 2는 헤더 파이프의 내부에 배치하기 위한 정적 분리 요소를 여러 타입의 도면들로 나타낸 도면,
도 3a는 헤더 파이프에 분리 요소들을 포함하는 3 패스 열교환기를 나타낸 도면,
도 3b는 분리 요소의 직선 이동 가능한 폐쇄 요소가 폐쇄되어 있는 것을 나타낸 도면,
도 3c는 분리 요소의 직선 이동 가능한 폐쇄 요소가 개방되어 있는 것을 나타낸 도면,
도 4a는 제1 실시 형태의 이동 가능한 분리 요소가 헤더 파이프의 내부에 배치되어 있는 것을 나타낸 도면,
도 4b는 개방되어 있는 도 4a의 분리 요소를 정면도로 나타낸 도면,
도 4c는 개방되어 있는 도 4a의 분리 요소를 배면도로 나타낸 도면,
도 5a는 바로 장착 가능한 상태에 있는 제2 실시 형태의 이동 가능한 분리 요소를 나타낸 도면,
도 5b는 도 5a의 분리 요소를 분해도로 나타낸 도면,
도 5c는 개방된 상태에 있는 도 5a의 분리 요소를 단면도로 나타낸 도면,
도 5d는 폐쇄된 상태에 있는 도 5a의 분리 요소를 단면도로 나타낸 도면,
도 5e는 도 5a의 분리 요소의 구조 개요를 나타낸 도면,
도 6은 제1 헤더 파이프의 냉매 출입구에 있는, 단락 라인을 구비한 연결 블록을 나타낸 도면.

도 1에는, 냉각 장치 모드에 있는 선행 기술에 따른 응축기/기체 냉각기로서의 2 패스 구성의 열교환기(1)가 도시되어 있다. 그러한 열교환기(1)는 바람직하게는 도시를 생략한 자동차의 공조 시스템의 냉매 회로의 구성 요소이다.

냉매 압축기에 의해 압축된 기상(gaseous) 냉매는 고온으로 제1 냉매 출입구(4)를 통해 열교환기(1)의 제1 헤더 파이프(2)에 유입된다. 제1 헤더 파이프(2)는 그 헤더 파이프(2)를 서로 독립되고 서로 밀폐된 영역들로 분할하는 정적 분리 요소(7)를 포함한다. 그러한 정적 분리 요소(7)는 예컨대 금속 시트로서 형성된다.

상부 영역에서는, 제1 헤더 파이프(2)에 도입된 기상 냉매가 제1 패스의 여러 유로들에 균일하게 분배된다. 유로들은 실선의 화살표들에 의해 표시되어 있다. 냉매는 서로 평행하게 배치된 유로들을 통해 유동 방향(6')으로 제1 헤더 파이프(2)로부터 제2 헤더 파이프(3)로 유동한다. 분배된 질량 유량이 동일한 방향으로 서로 평행하게 통과하여 유동하는 유동 채널들 또는 냉매의 부분 질량 유량들을 패스(pass)라 지칭한다. 이때, 냉매의 부분 질량 유량들은 대략 동일한 상태 파라미터들을 갖는다.

여러 유로들을 통해 제2 헤더 파이프(3)로 이송되는 냉매는 제2 헤더 파이프(3)에서 다시 혼합되고, 이어서 제2 패스의 여러 유로들에 균일하게 분배된다. 냉매는 역시 서로 평행하게 배치된 유로들을 통해 제2 헤더 파이프(3)로부터 제1 헤더 파이프(2)로 되돌아 유동한다. 여러 유로들을 통해 이송되는 냉매는 제1 헤더 파이프(2)의 하부 영역에서 다시 혼합된다. 전체의 냉매 질량 유량은 제1 헤더 파이프(2)의 하부 영역에 배치된 제2 냉매 출입구(5)를 통해 열교환기(1)로부터 배출된다. 이제는, 열을 방출하면서 냉각되어 적어도 부분적으로 액화된 냉매가 액상으로 또는 2 상으로 존재하게 된다. 또한, 완전히 액화된 냉매는 더욱 과냉될 수 있다. 즉, 응축 온도보다 낮은 온도를 가질 수 있다.

2개의 패스들의 면적 관계들은 열교환 면적들과 유로들의 횡단면 면적들에 있어 냉각 및 응축 시에 변하는 냉매의 밀도에 의거하여 달라진다.

도 2는 헤더 파이프(2, 3)의 내부에 배치하기 위한 선행 기술에 따른 정적 분리 요소(7)를 도시하고 있다. 금속 시트로부터 스탬핑에 의해 제작되는 일체로 형성된 정적 분리 요소(7)는 테두리(9)에 의해 완전히 둘러싸이는 폐쇄되게 형성된 평탄한 면(8)을 갖는다. 그러한 폐쇄된 면(8)은 테두리(9)보다 작은 판 두께로 형성되고, 그에 따라 테두리(9)가 폐쇄된 면(8)의 양측으로 돌출한다. 또한, 정적 분리 요소(7)는 대칭면에 대해 대칭으로 형성된다.

테두리(9)는 허용 오차의 감안 하에 헤더 파이프(2, 3)의 내부 윤곽을 복제한 외부 윤곽을 갖는다. 또한, 테두리(9)에는 로킹 요소(11)와 유지 요소(12)가 형성되는데, 로킹 요소(11)와 유지 요소(12)는 테두리(9)의 외부 윤곽에 형성되어 대칭면(10)에 배치된다. 이때, 로킹 요소(11)는 유지 요소(12)의 맞은편에 정렬된다.

정적 분리 요소(7)는 열교환기(1)의 제작 시에 유지 요소(12)에서 유지되고, 헤더 파이프들(2, 3) 사이의 냉매의 유로들을 형성하는 납작관 프로파일들과 함께 슬롯이 형성된 헤더 파이프들(2, 3)에 끼워 넣어진다. 로킹 요소(11)는 제작 중에 분리 요소(7)를 헤더 파이프(2, 3)의 내부에 고정하는 역할을 한다. 분리 요소(7)와 납작관 프로파일들을 헤더 파이프들(2, 3)에 집어넣은 후에, 개개의 구성 요소들을 납땜한다. 이때, 이미 형성되어 있는 분리 요소(7)의 테두리(9)는 간단한 납땜을 가능하게 한다. 정적 분리 요소(7)는 헤더 파이프(2, 3)의 유동 횡단면을 폐쇄한다.

도 3a에는, 2개의 헤더 파이프들(2, 3)에 분리 요소들(13)을 포함하는 3 패스 열교환기(1)가 냉각 장치 모드로 작동하는 경우와 히트 펌프 모드로 작동하는 경우를 도시하고 있다. 도 1에 따른 구성과는 달리, 분리 요소들(13)이 이동 가능한 반면, 도 1의 분리 요소(7)는 정적이다. 냉각 장치 모드에서의 냉매의 유동 방향(6')은 실선의 화살표들로 표시되어 있고, 히트 펌프 모드에서의 냉매의 유동 방향(6")은점선의 화살표들로 표시되어 있다.

헤더 파이프들(2, 3)은 그 단부들에서 주위에 대한 밀폐를 위한 플러그에 의해 각각 형성된다.

분리 요소들(13)은 냉매가 도 1과 유사하게 제1 냉매 출입구(4)를 통해 제1 헤더 파이프(2)로 인도되어 제1 패스의 평행하게 정렬된 유로들을 통해 제2 헤더 파이프(3)로 유동하도록 개폐된다. 제1 헤더 파이프(2)에 있는 분리 요소(13)는 헤더 파이프(2)가 서로 분리된 2개의 영역들을 갖도록 헤더 파이프(2)를 폐쇄한다. 냉매는 제2 헤더 파이프(3)의 상부 영역에서 혼합되어 제2 패스로 전향된다.

제2 패스를 통해 냉매가 제1 패스와는 반대 방향으로 유동한다. 냉매는 제1 헤더 파이프(2)의 하부 영역에서 혼합되어 제3 패스로 전향된다.

이어서, 제3 패스를 통해 냉매가 제1 패스와 평행한 방향으로 유동하고 제2 헤더 파이프(3)의 하부 영역에서 혼합되어 냉매 질량 유량으로서 제2 냉매 출입구(5)를 통해 열교환기(1)로부터 배출된다.

냉각 장치 모드에서는, 냉매가 3 패스로 작동되는 열교환기(1)를 통해 대략 위로부터 아래로 유동한다. 패스들의 면적 관계, 즉 열교환 면적들과 유로들의 횡단면 면적들은 열교환기(1)를 통한 유동 시에 변하는 냉매의 밀도 거동에 맞춰 조정된다.

냉각 장치 모드와는 대비되게, 히트 펌프 모드에서는 냉매가 대략 아래로부터 위로의 유동 방향(6")으로 1 패스로 열교환기(1)를 통해 유동한다. 히트 펌프 모드에서의 냉매의 유동 방향(6")은 점선의 화살표들에 의해 표시되어 있다.

히트 펌프 모드에서의 냉매의 유동 방향은 위로부터 아래로 향할 수도 있는데, 반면에 그 경우에는 냉각 장치 모드에서 냉매가 아래로부터 위로 유동한다.

냉매는 제2 냉매 출입구(5)를 통해 열교환기(1)의 제2 헤더 파이프(3)에 유입된다. 제2 헤더 파이프(3)에 있는 분리 요소(13)가 개방된다. 즉, 헤더 파이프(3)에 형성된 2개의 영역들이 유체 기술적으로 서로 연결된다. 냉매는 헤더 파이프들(2, 3)을 연결하는 열교환기(1)의 모든 유로들에 분배되고, 그에 따라 냉매가 1 패스로 열교환기(1)를 통해 유동한다.

분리 요소(13)가 역시 개방되어 2개의 형성된 영역들이 유체 기술적으로 서로 연결되어 있는 제1 헤더 파이프(2)에서 냉매의 부분 질량 유량들이 서로 혼합된다. 이어서, 냉매는 제2 냉매 출입구(5)를 통해 열교환기(1)로부터 배출된다.

그러한 분리 요소들(13)의 구성에 의해, 냉매가 순차적으로 통과하여 유동하는 패스들의 수가 예컨대 히트 펌프 모드와 비교하여 냉각 장치 모드에서 변하게 된다. 냉매의 열교환 면 및 유동 횡단면이 동적으로 변경될 수 있고, 각각의 작동 상태 및 외부 조건에 맞춰 조정될 수 있다.

헤더 파이프들(2, 3)사이의 냉매의 유로들을 형성하는 납작관 프로파일들은 20 ㎜ 미만의 프로파일 깊이를 갖는데, 16 ㎜ ± 2 ㎜ 또는 12 ㎜ ± 2 ㎜의 프로파일 깊이가 바람직하다. 공기측에서는, 그들 사이에 리브들이 배치된 납작관 프로파일들에 의해 열교환 면이 형성된다. 이때, 리브들은 납작관과 동일한 프로파일 깊이를 갖는다.

2 패스 열교환기(1)의 구성에서는, 예컨대 16 ㎜ ± 2 ㎜ 또는 12 ㎜ ± 2 ㎜의 프로파일 깊이를 갖는 납작관 프로파일들이 사용된다. 냉각 장치 모드의 작동 시에 냉매의 유동 방향으로 제2 패스의 납작관 수에 대한 제1 패스의 납작관 수의 비는 3 내지 5이다. 여기서, 바람직한 비는 3.5 내지 4.5이다.

4 패스 열교환기의 구성에서는, 예컨대 16 ㎜ ± 1 ㎜의 프로파일 깊이를 갖는 납작관 프로파일들이 사용된다. 냉각 장치 모드의 작동 시에 냉매의 유동 방향으로 제1 패스 내지 제4 패스의 납작관 수들은 서로 19:13:10:6의 비로 된다.

제1 냉매 출입구(4)는 도시를 생략한 냉매 라인으로서 형성되는 파이프와 연결된다. 그러한 파이프는 10 ㎜보다 큰, 바람직하게는 16 ㎜ ± 1 ㎜인 안지름을 갖는다.

제2 냉매 출입구(5)도 역시 도시를 생략한 냉매 라인으로서 형성되는 파이프와 연결된다. 그러한 파이프는 6 ㎜보다 큰, 바람직하게는 10 ㎜ ± 1 ㎜ 또는 13 ㎜ ± 1 ㎜ 또는 16 ㎜ ± 1 ㎜인 안지름을 갖는다.

헤더 파이프들(2, 3)은 일체로 또는 2 부분으로 형성되고, 납작관들의 프로파일 깊이보다 큰 폭 또는 지름을 갖는다. 각각의 헤더 파이프(2, 3)는 헤더 파이프(2, 3)의 유동 횡단면을 폐쇄하고 가능한 경우에 헤더 파이프(2, 3)를 분리된 체적 공간들로 분할하는 적어도 하나의 분리 요소(13) 이외에, 헤더 파이프(2, 3)를 주위에 대해 밀폐하는 도시를 생략한 4개의 플러그들을 포함한다.

도 3b 및 도 3c에는, 도 3a의 분리 요소들(13)이 각각 직선 이동 가능한 폐쇄 요소(14)를 포함하는 상세도로 도시되어 있다.

패스들의 분리는 헤더 파이프들(2, 3)에서 기계적으로 차압에 의해 제어되어 이동 가능한 분리 요소들(13)에 의해 이뤄지는데, 그러한 분리 요소들(13)은 열교환기(1)의 작동 시에 밸브로서 냉각 장치 모드에서는 폐쇄되고 히트 펌프 모드에서는 개방된다. 그와 관련하여, 이동 가능한 분리 요소들(13)은 체크 밸브와 유사하게 형성된다.

이동 가능한 분리 요소들(13)은 냉각 장치 모드의 작동을 위해 헤더 파이프들(2, 3)을 서로 분리된 체적 공간들을 갖는 2개의 영역들로 분할하거나, 히트 펌프 모드에서 그 영역들을 유체 기술적으로 서로 연결하여 공통의 체적 공간을 형성하는 역할을 한다.

도 3b는 헤더 파이프들(2, 3)이 서로 분리된 2개의 체적 공간들을 갖는 상태인 폐쇄 상태에 있는 분리 요소들(13)을 각각 도시하고 있는 반면에, 도 3c에는 개방 상태에 있는 분리 요소들(13)이 도시되어 있다.

각각의 분리 요소(13)는 직선 이동 가능한 폐쇄 요소(14)와 정지 요소(15)를 포함한다. 분리 요소(13)의 폐쇄 상태에서는, 폐쇄 요소(14)가 정지 요소(15)에 접한다.

열교환기(1)가 냉각 장치 모드로 작동될 때에는, 정지 요소(15)가 딸린 직선 이동 가능한 폐쇄 요소(14)로서 형성된 분리 요소(13)가 도 3b에 따라 폐쇄된다. 고압으로 압축된 후에 열교환기(1)의 제1 냉매 출입구(4)를 통해 제1 헤더 파이프(2)의 상부 영역에 유입된 기상 고온 냉매는 직선 이동 가능한 폐쇄 요소(14)를 아래쪽으로 가압하고, 제1 패스의 유로들에 분배된다. 제1 패스의 유로들을 통한 유동, 제2 헤더 파이프(3)에서의 혼합, 전향, 및 제2 패스의 유로들에의 분배 동안 발생하는 압력 손실로 인해, 제1 헤더 파이프(2)에 있는 분리 요소(13)가 양 측면에서 상이한 압력들로 냉매를 인가받는데, 그 압력차가 폐쇄 요소(14)를 정지 요소(15)에 맞대어 눌러 분리 요소(13)를 폐쇄한다. 제2 헤더 파이프(3)에 있는 분리 요소(13)의 상태도 동일하다. 따라서 열교환기(1)를 통해 3 패스로 유동이 이뤄진다. 냉매는 열을 방출한 후에 제2 냉매 출입구(5)를 통해 액체 상태로 또는 액체/증기 상태로 열교환기(1)로부터 배출된다.

열교환기(1)가 히트 펌프 모드로 작동될 때에는, 분리 요소들(13)이 직선 이동 가능한 폐쇄 요소들(14)에 의해 개방된다. 제2 냉매 출입구(5)를 통해 열교환기(1)의 제2 헤더 파이프(3)의 하부 영역에 유입된 2상 냉매는 직선 이동 가능한 폐쇄 요소(14)를 위쪽으로 가압하고, 3개의 패스들의 유로들에 분배된다. 냉매는 제2 헤더 파이프(3)의 전체를 통해 열교환기(1)의 유로들에 분배되고 모든 유로들을 통해 평행하게 유동한다. 유입되는 냉매의 압력으로 인해, 폐쇄 요소(14)가 정지 요소(15)로부터 떨어져 밀쳐진다. 분리 요소(13)가 개방된다. 제2 냉매 출입구(5)를 통해 유입될 때부터 제1 냉매 출입구(4)를 통해 배출될 때까지 발생하는 압력 손실로 인해, 폐쇄 요소들(14)의 상부 측면에서의 압력들이 하부 측면에서의 압력보다 항상 낮기 때문에, 히트 펌프 모드에서는 그 압력차에 의거하여 폐쇄 요소들(13)이 개방된 채로 유지된다. 따라서 열교환기(1)를 통해 1 패스로 유동이 이뤄진다. 냉매는 열을 흡수한 후에 제1 냉매 출입구(4)를 통해 기체 상태로 열교환기(1)로부터 배출된다.

그와 같이 함에 있어서, 직선 이동 가능한 폐쇄 요소들(14)은 중력과 유동력들(flow forces)과 압력들의 합성력이 개폐를 일으키게 되도록 설계된다.

도 4a는 열교환기(1)의 조립 상태에서 이동 가능한 폐쇄 요소(13)가 헤더 파이프(2, 3)의 내부에 배치된 것을 도시하고 있다. 헤더 파이프(2, 3)의 도시된 부분은 냉매 출입구(4, 5) 및 슬롯이 형성된 외벽을 포함하고 있다.

외벽에 있는 슬롯형 개구부들(16)을 통해, 패스들의 유로들을 형성하는 납작관 프로파일들(17)이 끼워 넣어진다. 이때, 납작관 프로파일들(17)은 적어도 10 ㎜까지의, 바람직하게는 8 ㎜의 삽입 깊이로 헤더 파이프(2, 3)에 끼워 넣어진다. 이동 가능한 분리 요소(13)도 역시 슬롯형 개구부를 통해 헤더 파이프(2, 3)에 끼워 넣어지는데, 다만 그 슬롯형 개구부는 도시되어 있지 않다.

납작관 프로파일들(17) 및 정지 요소(15)를 형성하는 분리 요소(13)의 배플 플레이트(baffle plate)는 헤더 파이프(2, 3)의 외벽에 납땜된다. 배플 플레이트(15)는 로킹 요소(11)에 의해 외벽에 로킹된다. 이때, 로킹 요소(11)는 분리 요소(13)를 헤더 파이프(2, 3)에 삽입하기 위한 슬롯형 개구부(16)의 맞은편에서 외벽에 끼워 넣어진다. 스트라이크 플레이트(strike plate)로서 형성되는 직선 이동 가능한 폐쇄 요소(14)는 이후에 배플 플레이트로도 지칭되는 정지 요소(15)에 접하지 않으면, 이동 가능한 분리 요소(13)가 개방된다.

분리 요소(13)의 개방 상태에서는, 이동 가능한 폐쇄 요소(14)가 헤더 파이프(2, 3)에 끼워 넣어진 납작관 프로파일(17)에 접한다. 따라서 납작관 프로파일(17)은 분리 요소(13)의 개방 상태에서의 폐쇄 요소(14)에 대한 스토퍼로서도 동시에 형성된다.

분리 요소(13)는 열교환기(1)의 제작 시에 유지 요소(12)에서 유지되어 슬롯이 형성된 헤더 파이프(2, 3)에 끼워 넣어진다. 로킹 요소(11)는 도 2의 정적 분리 요소(7)에서와 같이 제작 중에 분리 요소(13)를 헤더 파이프(2, 3)의 내부에 고정하는 역할을 한다. 분리 요소(13)가 헤더 파이프(2, 3)에 끼워 넣어진 후에, 헤더 파이프(2, 3)의 구성 요소들, 납작관 프로파일들(17), 및 정지 요소(15)가 서로 납땜된다.

도 4b 및 도 4c에는, 도 4a의 이동 가능한 분리 요소(13)가 상세도로 도시되어 있는데, 도 4b는 분리 요소(13)의 정면도를 도시하고 있고, 도 4c는 분리 요소(13)의 배면도를 도시하고 있다.

이동 가능한 분리 요소(13)는 스트라이크 플레이트(14)와 배플 플레이트(15)에 의해 서로 분리되어 형성된 2개의 요소들을 포함하는데, 그 2개의 요소들은 금속 시트로부터 스탬핑에 의해 제작되고, 대칭면에 대해 대칭으로 형성되는 것이 바람직하다. 배플 플레이트(15)는 코팅, 바람직하게는 AA44045로 이뤄진 코팅을 갖는 납땜 가능한 재료, 바람직하게는 AA3003으로 적어도 0.2 ㎜의 재료 두께로 제작된다. 이때, 배플 플레이트의 두께는 0.2 ㎜ 내지 2.5 ㎜의 범위에서, 바람직하게는 0.4 ㎜ 내지 2.3 ㎜의 범위에서 변할 수 있다. 그와 대비하여, 스트라이크 플레이트(14)는 납땜 가능하지 않은 재료, 바람직하게는 특수강, 예컨대 AlSi 304(DIN 1.4301)로 적어도 0.2 ㎜의, 바람직하게는 0.3 ㎜ 내지 0.5 ㎜의 범위의 재료 두께로 제조된다.

배플 플레이트(15)는 허용 오차의 감안 하에 헤더 파이프(2, 3)의 내부 윤곽을 복제한 둘레를 두른 외부 윤곽을 가장자리측에 구비한다. 또한, 배플 플레이트(15)의 외부 윤곽은 대칭면에 배치된 로킹 요소(11)와 유지 요소(12)를 구비한다. 이때, 로킹 요소(11)는 유지 요소(12)의 맞은편에 정렬된다.

외부 윤곽 이외에도, 배플 플레이트(15)는 배플 플레이트(15)를 통한 관통 개구부로서 유동 횡단면을 개방하는 네잎 클로버 잎의 형태의 내부 윤곽(18)을 구비한다. 이때, 관통 개구부는 배플 플레이트(15)에 의해 펼쳐진 평면에 수직으로 향한다.

스트라이크 플레이트(14)는 역시 허용 오차의 감안 하에 배플 플레이트(15)의 내부 윤곽(18)을 복제한 네잎 클로버 잎의 형태의 둘레를 두른 외부 윤곽(19)을 가장자리측에 구비한다. 여기서, 스트라이크 플레이트(14)의 외부 윤곽(19)은 배플 플레이트(15)의 내부 윤곽(18)보다 큰 치수를 갖고, 그에 따라 분리 요소(13)의 폐쇄 상태에서 스트라이크 플레이트(14)가 배플 플레이트(15)에 접하게 된다. 이때, 배플 플레이트(15)의 내부 윤곽(18)의 전체가 스트라이크 플레이트(14)의 외부 윤곽(19)에 의해 덮인다.

스트라이크 플레이트(14)의 외부 윤곽(19)과 배플 플레이트(15)의 내부 윤곽(18)의 치수들의 허용 오차는 약 0.1 ㎜이고, 그에 따라 헤더 파이프(2, 3)와 스트라이크 플레이트(14) 사이의 갭이 스트라이크 플레이트(14)의 이동을 허용한다.

배플 플레이트(15)의 내부 윤곽(18)과 스트라이크 플레이트(14)의 외부 윤곽(19) 대략 원형이고, 한쪽에 있는 몰딩 부분들(20)과 다른 쪽에 있는 노치들(21)을 구비한다.

스트라이크 플레이트(14)는 4개의 노치들(21)을 외부 윤곽(19)에 구비하는데, 그 노치들(21)은 서로 균일하게 이격되고, 바깥 가장자리로부터 출발하여 스트라이크 플레이트(14)의 중심점 쪽으로 연장된다. 이때, 노치들(21)은 스트라이크 플레이트(14)의 밑면의 지름의 대략 1/3을 지난 후에 끝나고, 그에 따라 노치들(21)에 의해 생기는 스트라이크 플레이트(14)의 부분 영역들이 중심점 쪽을 향한 영역에서 서로 연결되어 형성된다. 이때, 스트라이크 플레이트(14)의 원래의 대략 원형의 외형으로부터 노치들(21)에 의해 제거될 면의 면적은 노치들이 없이 동일한 지름을 갖는 스트라이크 플레이트의 전체 면적보다 작다.

스트라이크 플레이트(14)는 도 4c에 따라 가이드 요소(22)를 구비한다. 여기서, 가이드 요소(22)는 스트라이크 플레이트(14)에 의해 펼쳐진 평면에 수직으로 정렬되고, 스트라이크 플레이트(14)의 중심점으로부터 길이 방향(L)으로 연장되어 배치된다. 핀의 형태를 갖는 가이드 요소(22)는 원형의 횡단면으로부터 벗어난 횡단면, 예컨대 다각형이나 타원형으로 형성될 수 있는 횡단면으로 형성된다.

배플 플레이트(15)는 4개의 몰딩 부분들(20)을 내부 윤곽(18)에 구비하는데, 그 몰딩 부분들(20)은 서로 균일하게 이격되고, 바깥으로부터 배플 플레이트(15)의 중심점 쪽으로 연장된다. 이때, 몰딩 부분들(20)은 각각 배플 플레이트(15)의 내부 윤곽(18)의 지름의 대략 1/3을 지난 후에 끝난다. 배플 플레이트(15)의 몰딩 부분들(20)의 치수들은 분리 요소(13)의 폐쇄를 위해 윤곽들(18, 19)이 겹쳐지도록 허용 오차를 포함한 스트라이크 플레이트(14)의 노치들(21)의 치수들과 일치한다.

배플 플레이트(15)의 내부 윤곽(18)의 몰딩 부분들과 스트라이크 플레이트(14)의 가이드 요소(22)는 가이드 요소(22)가 몰딩 부분들(20)의 단부 면들에 접함으로써 이동 시에 안내되도록 각각 형성된다. 이때, 스트라이크 플레이트(14)는 배플 플레이트(15)에 대해 비틀어 돌려지지 않게 유지되는데, 왜냐하면 가이드 요소(22)가 원형의 횡단면으로부터 벗어난 횡단면, 도 4c에 따르면 정사각형의 횡단면을 갖기 때문이다. 배플 플레이트(15)의 내부 윤곽(18)의 몰딩 부분들(20)의 곧은 단부 면들이 가이드 요소(22)의 정삭가형 호이단면의 측면 에지들에 접하고, 그에 따라 가이드 요소(22)가 그 길이 방향(L)으로만 슬라이딩 이동될 수 있다.

도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d, 및 도 5e에는, 또 다른 실시 형태의 이동 가능한 분리 요소(13')가 도시되어 있는데, 도 5a는 바로 장착 가능한 상태에 있는 분리 요소(13')를 도시하고 있고, 도 5b는 개별 구성 요소들을 나타내기 위한 분해도를 도시하고 있으며, 도 5c 및 도 5d는 각각 단면도를 도시하고 있고, 도 5e는 구조 개요를 평면도로 도시하고 있다. 도 5c는 개방 상태에 있는 분리 요소(13')를 도시하고 있고, 도 5d는 폐쇄 상태에 있는 분리 요소(13')를 도시하고 있다.

정지 요소(15')는 역시 로킹 요소(11)와 유지 요소(12)가 형성된 테두리(9)를 갖는 면(8)을 포함한다. 그러한 면(8)은 원형의 개구부의 형태의 내부 윤곽(18')을 중앙에 구비한다. 원형의 개구부는 출입구로서 면(8)의 대부분에 걸쳐 연장된다.

그러한 면(8)은 테두리(9)로 이행하는 부분에서 둘레에 걸쳐 균일하게 분배되어 배치된 가이드 요소들(23)을 구비한다. 계단 형태로 형성된 4개의 가이드 요소들(23)은 각각 계단부를 갖는 원형 세그먼트로서 마련된다. 면(8) 상에 얹혀 있고 원의 중심점 쪽으로 향하고 있는 계단부의 원호형 제1 면들은 직선 이동 가능한 폐쇄 요소(14')를 안내하는 역할을 한다. 테두리와 연결되어 있는, 길이 방향(L)으로 향하고 있는 계단부의 면들 및 원의 중심점 쪽으로 향하고 있는 계단부의 면들은 제2 정지 요소(24)의 지지 및 고정 부분으로서 형성된다.

제2 정지 요소(24)는 제작 또는 조립 시에 원형 세그먼트로서 형성된 가이드 요소들(23)의 원의 중심점에 대해 동심상으로 가이드 요소들(23)의 계단부들의 단차 부분들 상에 놓여 납땜된다. 그 경우, 제2 정지 요소(24)는 계단부의 높이에서 제1 정지 요소(15')에 대해 이격되어 배치된다. 이때, 정지 요소들(15'. 24) 사이의 간격이 폐쇄 요소(14')의 이동의 크기를 결정한다.

배플 플레이트(15')에 해당하는 제1 정지 요소(15')의 면(8)과 제2 정지 요소(24) 사이의 개재 공간에는, 스트라이크 플레이트(14')에 해당하는 직선 이동 가능한 폐쇄 요소(14')가 배치된다. 이때, 폐쇄 요소(14')는 정지 요소들(15', 24) 사이에 이동 가능하게 유지되고, 원의 중심점 쪽으로 향하고 있는 가이드 요소들(23)의 계단부의 원호형 제1 면들에서 안내된다.

가이드 요소들(23)의 계단부의 원호형 제1 면들과 폐쇄 요소(14')의 측면이 서로 합치하여 안내를 보장하게 된다.

원형으로 형성된 제2 정지 요소(24)는 바깥쪽 둘레에 배치된 구멍들 또는 천공부들의 형태의 개구부들(25)을 구비한다. 이때, 정지 요소들(15', 24)의 조립 및 상호 납땜을 위해, 정지 요소(24)의 반지름이 테두리와 연결되어 있는, 원의 중심점 쪽으로 향하고 있는 가이드 요소(23)의 계단부의 원호형 면의 허용 오차를 포함한 반지름과 일치한다.

길이 방향(L)으로 향하고 있는 개구부들(25)은 폐쇄 요소(14')가 정지 요소(24)에 접할 때에 도 5c에 따른 바와 같이 개구부들(25) 중의 적어도 일부 또는 개구부들(25) 전체가 폐쇄 요소(14')에 의해 덮이지 않고 개방된 채로 남도록 정지 요소(24)에 배치되고, 또한 그와 같이 되도록 하는 지름으로 각각 형성된다.

폐쇄 요소(14')는 2개의 단부 위치들 사이에서 자유 이동 가능한데, 제1 단부 위치에서는 도 5d로부터도 알 수 있는 바와 같이 제1 정지 요소(15')에 접하여 개구부로서 형서오딘 내부 윤곽(18')을 폐쇄한다. 따라서 폐쇄 요소(14')의 지름은 개구부의 지름보다 크다. 폐쇄 요소(14')가 면(8) 상에 놓인다. 분리 요소(13')가 폐쇄 된다.

제2 단부 위치에서는, 폐쇄 요소(14')가 도 5c에 따른 바와 같이 제2 정지 요소(24)에 접하여 제1 정지 요소(15')의 내부 윤곽(18')을 개방한다. 동시에, 제2 정지 요소(24)의 개구부들(25)이 적어도 부분적으로 개방된 채로 유지되기 때문에, 개구부들(25)의 개방된 영역들이 분리 요소(13')의 양측으로 영역들 사이의 통과를 가능하게 한다. 또한, 정지 요소(24)의 둘레와 정지 요소(15')의 테두리(9) 사이에 갭(26)이 형성되는데, 그 갭(26)은 정지 요소(24)의 둘레 방향으로 오로지 가이드 요소들(23)에 의해서만 단절된다. 그러한 갭(26)은 개구부들(25)과 함께 유체에 대한 부가의 출입구가 된다. 유체는 화살표들로 표시된 유동 방향(6)으로 분리 요소(13')를 통과하여 유동한다. 분리 요소(13')가 개방된다.

도 3a에서 패스들의 납작관 수의 비들 및 냉매 출입구들(4, 5)에서의 냉매 라인들의 지름들에 의거하여 설명한 바와 같이 냉각 장치 모드의 작동 시에 냉매의 유동 방향으로 열교환기(1)에서의 유동 횡단면이 작아지는 것은 공간 소요를 최소로 하면서 최대의 열출력을 내도록 열교환 면들을 분배하는 이외에, 열교환기(1)를 통한 유동 시의 냉매측에서의 압력 손실을 감소시키는 역할도 한다.

도 6에는, 단락 라인(29)이 달린 연결 블록(28)이 도시되어 있다. 헤더 파이프들(2, 3)에서의 패스들을 통한 유동, 혼합, 전향, 및 분배 시에 발생하는 냉매의 압력 손실 이외에, 냉매는 냉매 라인(27)을 냉매 출입구들(4)에 연결하는 연결 블록(28)을 통해 유동할 때에도 교축된다. 이때, 그 중에서도 특히, 히트 펌프 모드에서 출구측에 배치되는 연결 블록(28)을 통한 유동 시의 압력 손실이 현저히 크다. 그러한 압력 손실을 최소화하기 위해, 연결 블록은 종래의 연결 블록보다 큰 유동 횡단면으로 형성되거나, 아니면 종래의 연결 블록(28)에 단락 라인(29)이 구비된다. 단락 라인(29)은 "점퍼관(junper tube)"으로도 불리고, 헤더 파이프(2)로부터 연결 블록(28)으로의 바이패스를 이룬다. 그럼으로써, 헤더 파이프(2)와 냉매 라인(27) 사이의 냉매 출입구(4)의 유동 횡단면이 냉매 출입구(4) 그 자체의 유동 횡단면을 확대하지 않고서도 단락 라인(29)의 횡단면만큼 확대된다. 열교환기(1)로부터의 냉매의 배출 시의 압력 손실이 감소한다.

[서열목록 Free Text]

1: 열교환기 2: 제1 헤더 파이프

3: 제2 헤더 파이프 4: 제1 냉매 출입구

5: 제2 냉매 출입구 6: 냉매의 유동 방향

6': 냉각 장치 모드에서의 냉매의 유동 방향

6": 히트 펌프 모드에서의 냉매의 유동 방향

7: 정적 분리 요소 8: 면

9: 테두리 10: 대칭면

11: 로킹 요소 12: 유지 요소

13, 13': 이동 가능한 분리 요소

14, 14': 직선 이동 가능한 폐쇄 요소, 스트라이크 플레이트

15, 15': 폐쇄 요소에 대한 정지 요소, 배플 플레이트

16: 헤더 파이프(2, 3)의 슬롯형 개구부

17: 납작관 프로파일

18, 18': 배플 플레이트(15, 15')의 내부 윤곽

19: 스트라이크 플레이트(14)의 외부 윤곽

20: 내부 윤곽(18)의 몰딩 부분 21: 외부 윤곽(19)의 노치

22, 23: 가이드 요소

Claims

자동차의 공조 시스템의 냉매 회로의의 열교환기(1)로서, 공조 시스템은 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동을 하도록 형성되고, 열교환기(1)는
- 서로 평행하게 이격 정렬되어 배치된 제1 헤더 파이프(2)와 제2 헤더 파이프(3),
- 냉매의 통과 유동을 위한 제1 냉매 출입구(4)와 제2 냉매 출입구(5),
- 헤더 파이프들(2, 3) 사이에 서로 평행하게 배치된 유체 연결부들로서 형성되고, 각각 패스에 할당되는 유로들, 및
- 적어도 하나의 헤더 파이프(2, 3)의 내부 체적 공간을 서로 독립된 영역들로 분할하는 수단을 포함하되,
- 열교환기(1)는 멀티패스 및 양방향으로의 통과 유동이 가능하게 형성되고, 열교환기(1)의 내부에서의 냉매의 유동 방향은 작동 모드에 의존하여 달라지며,
- 냉각 장치 모드에서의 냉매의 유동 방향으로
- 열교환기(1)의 제1 패스는 마지막 패스보다 큰 유동 횡단면 및 큰 열교환 면을 갖고,
- 냉매를 유입하기 위한 제1 냉매 출입구(4)는 냉매를 배출하기 위한 제2 냉매 출입구(5)보다 크거나 그와 동일한 유동 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기(1).
제 1 항에 있어서, 냉각 장치 모드의 작동 시에 냉매를 유입하기 위한 냉매 출입구(4)는 8 ㎜보다 큰 안지름을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기(1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 냉각 장치 모드의 작동 시에 냉매를 배출하기 위한 냉매 출입구(5)는 6 ㎜보다 큰 안지름을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기(1).
자동차의 공조 시스템의 냉매 회로의 열교환기(1)로서, 열교환기(1)는 헤더 파이프(2), 서로 평행하게 배치된 유로들, 및 적어도 2개의 냉매 출입구들을 포함하되,
- 열교환기(1)는 양방향으로의 통과 유동이 가능하게 형성되고, 열교환기(1)의 내부에서의 냉매의 유동 방향은 공조 시스템의 작동 모드에 의존하여 달라지며,
- 냉매는 유동 방향에 따라 차례대로 유로들, 헤더 파이프(2), 및 냉매 출입구(4)를 통해 유동하고,
- 냉매 출입구(4)에는 냉매 라인(27)의 연결을 위한 연결 블록(28)이 형성되는 열교환기(1)에 있어서,
헤더 파이프(2)와 연결 블록(28) 사이에 냉매 출입구(4)와의 부가의 유체 연결부로서 형성된 단락 라인(29)이 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기(1).
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 헤더 파이프들(2, 3) 사이에 유체 연결부들로서 배치된 유로들은 납작관 프로파일들로 형성되되, 납작관 프로파일들은 20 ㎜ 미만의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기(1).
제 5 항에 있어서, 열교환기(1)는 2 패스로의 통과 유동이 가능하게 형성되되, 냉각 장치 모드에서의 냉매의 유동 방향으로 제2 패스의 납작관 프로파일들의 수에 대한 제1 패스의 납작관 프로파일들의 수의 비는 3 내지 5의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 열교환기(1).
제 5 항에 있어서, 열교환기(1)는 4 패스로의 통과 유동이 가능하게 형성되되, 냉각 장치 모드의 냉매의 유동 방향으로 냉매가 차례대로 통과 유동하는 패스들의 납작관 프로파일들의 수의 비는 19:13:10:6인 것을 특징으로 하는 열교환기(1).
열교환기(1)의 헤더 파이프(2, 3)의 내부 체적 공간을 분할하고 열교환기(1)의 헤더 파이프(2, 3)에서 유체의 유동을 전향하는 장치에 있어서,
헤더 파이프(2, 3)의 내부에 적어도 하나의 이동 가능한 분리 요소(13, 13')가 배치되되, 이동 가능한 분리 요소(13, 13')는
- 차압의 원리에 의거하여 형성되고, 헤더 파이프(2, 3)의 내부에서의 그 정렬 및 그에 걸리는 압력차에 따라 개구부를 개방하거나 폐쇄하며,
- 이동 가능한 폐쇄 요소(14, 14') 및 정지 요소(15, 15')를 포함하되, 폐쇄 요소(14, 14')는 분리 요소(13, 13')의 폐쇄 상태에서 정지 요소(15, 15')에 접하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8 항에 있어서, 정지 요소(15, 15')는 내부 윤곽(18, 18')을 구비하되, 내부 윤곽(18, 18')은 분리 요소(13, 13')의 폐쇄 상태에서 폐쇄되는, 유체에 대한 유동 횡단면으로서의 개구부를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 폐쇄 요소(14, 14')는 길이 방향(L)으로 직선 이동 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 분리 요소(13, 13')는 정지 요소(15, 15')에 대한 이동 가능한 폐쇄 요소(14, 14')의 이동을 안내하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 11 항에 있어서, 정지 요소(15)의 내부 윤곽(18)에 몰딩 부분들(20)이 형성되고, 폐쇄 요소(14)에 가이드 요소(22)가 형성되되, 가이드 요소(22)는 폐쇄 요소(14)에 의해 펼쳐지는 평면에 수직으로 길이 방향(L)으로 연장되어 폐쇄 요소(14)에 배치된 핀의 형태를 갖고, 몰딩 부분들(20)에 접하여 길이 방향(L)으로 이동 가능하게 유지되며, 그에 따라 몰딩 부분들(20)과 가이드 요소(22)가 이동 가능한 폐쇄 요소(14)를 위한 가이드를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 11 항에 있어서, 이동 가능한 폐쇄 요소(14')를 안내하는 가이드 요소들(22)이 분리 요소(13')에 형성되되, 가이드 요소들(23)은
- 정지 요소(15')의 내부 윤곽(18')의 둘레를 따라 균일하게 정지 요소(15')에 배치되고,
- 계단부를 갖는 원형 세그먼트들로서 형성되되, 원의 중심점 쪽으로 향하고 정지 요소(15') 상에 얹혀진, 계단부의 원호 형태의 면들이 이동 가능한 폐쇄 요소(14')를 안내하는데 제공되고, 폐쇄 요소(14')의 측면들과 합치되며,
- 폐쇄 요소(14')에 대한 제2 정지 요소(24)를 지지 및 고정하는 부분으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13 항에 있어서, 제2 정지 요소(24)는
- 계단부의 높이에 제1 정지 요소(15')와 이격되어 배치되되, 폐쇄 요소(14')가 길이 방향(L)으로 이동 가능하게 정지 요소들(15', 24) 사이에 유지되고,
- 원형으로 형성되고, 바깥쪽 둘레에 배치되어 길이 방향(L)으로 향한 개구부들(25)을 구비하되, 개구부들(25)은 폐쇄 요소(14')가 정지 요소(24)에 접할 때에 개구부(25)의 적어도 일부씩이 출입구를 개방하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 11 항 내지 제 14 항에 있어서, 정지 요소(15, 15')에 대한 폐쇄 요소(14, 14')의 이동을 안내하는 수단은 폐쇄 요소(14, 14')의 비틀어 돌려짐을 방지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 헤더 파이프(2, 3)의 내부에 제 8 항 내지 제 15 항 중의 어느 한 항에 따른 장치가 형성되어 유동 횡단면 및/또는 열교환 면들이 동적으로 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 열교환기(1).