KR20150085765A - 관-핀 축열 증발기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 차량 공조 시스템용 증발기의 관 및 핀 배치 구조는, 적어도 2개의 냉매관과, 적어도 2개의 냉매관과 열적으로 통해 있으며 상변화 물질을 각각 수용하는 적어도 2개의 축열관을 갖고, 공기의 흐름 내에 배치되어 있는 제1 열의 관을 구비한다. 상기 관 및 핀 배치 구조는, 제1 열의 관과 열적으로 통해 있으며 통과하는 공기의 흐름을 받아들이도록 되어 있는 핀을 포함한다.

Description

관-핀 축열 증발기{TUBE-FIN THERMAL STORAGE EVAPORATOR}
본 발명은 차량 공조 회로에 사용하는 축열 증발기에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 증발기에서의 냉매관 및 축열관의 배치 구조에 관한 것이다.
통상적으로 공지되어 있는 바와 같이, 차량용 공조 시스템은 차량의 엔진 출력에 의해 구동된다. 작동시에, 냉매는 온난 공기로부터 열을 받아들여 공기를 냉각시키고, 냉각된 혹은 제습된 공기는 차량의 객실에 보내어진다. 종래의 공조 시스템의 경우, 차량의 엔진이 작동되고 있는 동안에, 공조 시스템의 수동 압축기가 작동된다. 연료 효율을 향상시키기 위해, 내연 기관을 구비한 차량에는 스톱-스타트 엔진 시스템이 채용될 수 있다. 추가적으로, 마일드 하이브리드 시스템을 구비한 차량에도 스톱-스타트 엔진 시스템이 채용된다. 마일드 하이브리드 시스템은 내연 기관과 전기 모터의 조합을 구비한다. 스톱-스타트 엔진 시스템에서, 차량이 정지 또는 아이들 모드인 동안에는, 예컨대 정지 신호등이 켜져 있는 동안에는, 엔진의 작동이 정지된다. 엔진의 작동이 정지된 경우, 공조 시스템의 수동 압축기의 작동도 또한 정지된다. 따라서, 공저 시스템의 압축기의 작동을 정지시키는 엔진의 정지는, 특히 주위 온도가 더 높은 경우에, 객실의 온도에 영향을 미쳐, 온도 불편감을 야기한다.
효율성을 유지하면서 상기한 온도 불편감 문제를 처리하기 위해, 일부 공조 시스템은 엔진 정지 상황 중에 잔존 냉각을 제공하는 증발기, 예컨대 상변화 물질(PCM)을 갖는 증발기 등을 채용한다. PCM은 소정 온도에서 용융 혹은 고화될 때 열에너지를 축적하거나 방출한다. PCM이 고체에서 액체로 상변화하는 온도에 도달하면, PCM은 열을 흡수한다. 온도가 떨어지면, PCM은 고화되고 축적되어 있던 열을 방출한다. 따라서, 엔진이 작동되고 있는 동안에는, PCM으로부터 열에너지가 제거되고, 그 대신에, 엔진이 작동되고 있지 않을 때에는, PCM이 상변화하여 공기로부터 열을 흡수한다.
예컨대, Vreeland et al.의 미국 특허 출원 공개 제2012/0272679호에는, 증발기의 상변화 열사이펀이 개시되어 있다. 증발기는 매니폴드와, 이 매니폴드로부터 하방으로 연장되는 복수의 냉매관을 구비한다. PCM 하우징이 냉매관의 상부와 매니폴드를 결합시킨다. 작동시에는, 열이 냉매로부터 고화된 PCM에 전달되어, 냉매를 냉각 및 응축시킨다. 이때, 공기의 흐름을 냉각시키고 냉매를 데워 증발시키기 위해, 응축된 냉매는 공기의 흐름으로부터 열을 받아들인다. 증발된 냉매는 매니폴드까지 상승하고, 이 매니폴드에서 냉매는 열을 상변화 물질에 분배한다.
그러나, 엔진이 작동되고 있을 때(즉, 에너지가 PCM으로부터 제거될 때) 증발기의 상태가 충전이고, 엔진이 정지 또는 아이들 모드일 때(즉, 열이 PCM에 의해 흡수될 때) 증발기의 상태가 방출인, 전술한 증발기는 충전 시간을 짧게 하고 방출 시간을 길게 하기에 가장 적합한 것은 아니다. 공지된 증발기는 PCM을 포함하지만; PCM은 증발기를 통과하는 공기의 흐름 내에 직접 배치되기 보다는 증발기의 상부에 배치된다. PCM을 증발기의 상부에 배치함으로써, PCM의 최적의 충전 및 방출 시간이 달성되지 않는다. 예컨대, 엔진 비작동 시간 중에 PCM을 갖는 기존의 증발기에 의한 잔존 냉각은, 증발기가 원하는 방출 온도를 더 이상 제공하지 않기 전의 제한된 기간 동안에만 지속될 수 있다. 뒤이어, 엔진이 다시 작동되기 시작한 후에, 차량은 이전 정지 또는 아이들 모드 직후의 다른 정지 또는 아이들 모드에 도달하여 PCM의 충분한 충전 시간을 허용하지 않을 수 있고, 이에 따라 잔존 냉각 시각이 짧아지게 된다.
또한, PCM의 양이 클수록, 잔존 냉각 시간이 길어진다. 그러나, 증발기의 구조는 통상적으로, 차량내 설치 공간에 기초한 특정 공조 패키지 요건에 맞춰 그 크기가 제한된다. 따라서, 추가적인 구성 요소를 증발기에 통합시키는 것은 실행 불가능할 수 있다. 또한, 추가적인 구성 요소는, 예컨대 증발기의 전후에서의 압력 강하를 낮게 유지하지 못하게 하고 차량의 객실에 대한 공기의 성층화를 최적화하지 못하게 함으로써, 공조 시스템의 효율적인 작동성을 제한할 수 있다. 따라서, 최적의 패키지, 비용, 효율 및 제조 요건을 충족시키면서, 잔존 냉각을 늘리는 축열 증발기에 대한 요구가 계속 있어 왔다. 축열 증발기가 개량될 수 있다면 유익할 것이다.
본 발명과 조화 및 화합을 이루면, 놀랍게도 축열 증발기가 개량되는 것이 발견되었다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 차량 공조 시스템의 관 및 핀(tube and fin) 배치 구조가 개시되어 있다. 이러한 관 및 핀 배치 구조는, 적어도 2개의 냉매관과, 적어도 2개의 냉매관과 열적으로 통해 있으며 상변화 물질을 각각 수용하는 적어도 2개의 축열관을 구비하고, 공기의 흐름 내에 배치되어 있는 제1 열의 관을 포함한다. 상기 관 및 핀 배치 구조는, 제1 열의 관과 열적으로 통해 있으며 통과하는 공기의 흐름을 받아들이도록 되어 있는 핀을 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 차량 공조 시스템용 증발기의 관 및 핀 배치 구조가 개시되어 있다. 이러한 관 및 핀 배치 구조는, 적어도 2개의 냉매관의 중간에 배치되어 있으며 상변화 물질을 각각 수용하는 적어도 1개의 축열관을 각각 구비하고, 공기의 흐름 내에 배치되어 있는 복수 열의 관을 포함한다. 상기 관 및 핀 배치 구조는, 상기 복수 열의 관의 사이에 개재되어 있고 상기 복수 열의 관과 열적으로 통해 있는 복수의 핀을 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 차량 공조 시스템용 증발기가, 냉매 및 상변화 물질(PCM) 중의 적어도 하나를 수용하는 복수 개의 헤더를 포함한다. 이 증발기는, 적어도 2개의 냉매관과, 적어도 2개의 냉매관과 열적으로 통해 있으며 상변화 물질을 각각 수용하는 적어도 2개의 축열관을 각각 구비하고, 상기 헤더로부터 연장되며 상기 헤더와 유체 연통되어 있고, 공기의 흐름 내에 배치되어 있는 실질적으로 평행한 복수 열의 관을 더 포함한다. 복수의 평행 핀을 갖는 핀 어셈블리가, 상기 복수 열의 관의 사이에 개재되어 있고 상기 복수 열의 관과 열적으로 통해 있으며 통과하는 공기의 흐름을 받아들이도록 되어 있다.
본 발명의 전술한 이점과 그 밖의 이점은, 첨부 도면을 참조하여 고려해 보면, 이하의 바람직한 실시형태에 대한 상세한 설명을 통해 당업자에게 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 증발기의 상측 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 증발기의 관 및 핀 배치 구조의 상측 사시도이다.
도 3A는 본 발명의 일 실시형태에 따른 냉매 또는 상변화 물질(PCM)용 관의 단면도이다.
도 3B는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 냉매 또는 상변화 물질(PCM)용 관의 단면도이다.
도 3C는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 냉매 또는 상변화 물질(PCM)용 관의 단면도이다.
이하의 상세한 설명과 첨부 도면에는 본 발명의 여러 예시적인 실시형태가 기재 및 예시되어 있다. 이러한 기재 내용 및 도면은, 당업자로 하여금 본 발명을 제작 및 사용할 수 있게 하는 역할을 하며, 본 발명의 범위를 어떤 방식으로든 제한하려는 의도는 없다. 상측, 하측, 수평 및 수직의 용어는 중력의 방향과 관련하여 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 공조 시스템의 증발기(10)를 보여준다. 도시된 실시형태에서, 증발기(10)는, 자동차의 엔진에 작동 가능하게 연결되어 있는 압축기를 구비하는 자동차(도시 생략)의 냉각 시스템의 구성 요소이도록 되어 있다. 따라서, 자동차의 엔진이 작동하지 않을 때에는, 압축기가 작동하지 않는다. 증발기(10)는, 예컨대 빌딩용 공조 시스템 또는 전동(電動) 압축기를 구비한 차량 공조 시스템 등의 다른 시스템에 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
증발기(10)는 복수 개의 상측 헤더(12)와 1개의 하측 헤더(14)를 구비한다. 상측 헤더(12)는, 실질적으로 수평하게 그리고 서로에 대해 실질적으로 평행한 관계로 배치되어 있는 가늘고 긴 도관이다. 도시된 실시형태에서는, 4개의 헤더(12a, 12b, 12c, 12d)가 도시되어 있다. 상기 헤더 중의 2개의 헤더(12a, 12c)는 냉매의 유입 흐름 및 냉매의 유출 흐름 등의 냉매의 흐름을 운반한다. 상기 헤더 중의 나머지 2개의 헤더(12b, 12d)는 축열 물질 또는 상변화 물질(PCM)을 수용하도록 구성되어 있다. 헤더(12a, 12b, 12c, 12d)는 일체로 또는 독립적으로 형성될 수 있다. 추가적으로, 증발기(10)는 원하는 바에 따라 냉매를 수용하는 임의의 수의 헤더(12a, 12b, 12c, 12d)와 PCM을 수용하는 임의의 수의 헤더(12a, 12b, 12c, 12d)를 구비할 수 있고, 헤더(12a, 12b, 12c, 12d)는 증발기(10)를 통과하는 공기의 흐름(16)의 방향에 관하여 임의의 순서로 배치될 수 있다.
증발기(10)는 관 및 핀 배치 구조(18)를 더 포함한다. 관 및 핀 배치 구조(18)는, 헤더(12a, 12b, 12c, 12d)로부터 연장되며 이들 헤더와 유체 연통되어 있고 열전달을 용이하게 하는 물질을 수용하도록 구성되어 있는 실질적으로 평행한 복수 열의 관(20)을 포함한다. 복수 열의 관(20)은 증발기(10)를 통과하는 공기의 흐름(16)의 방향을 가로지르게 배치되어 있다. 복수 열의 관(20) 각각은 가늘고 긴 냉매관(22)과 PCM을 수용하는 가늘고 긴 축열관(24)을 포함할 수 있으며, 냉매관(22)은 냉매를 수용하는 헤더(12a, 12c)로부터 연장되고, 축열관(24)은 PCM을 수용하는 헤더(12b, 12d)로부터 연장된다. 증발기(10)는, 실질적으로 서로 평행하게 배치되어 있고 복수 열의 관(20)의 사이에 개재되어 있는 복수의 핀(30)을 더 포함한다. 핀(30)은 공기의 흐름(16)을 받아들이도록 구성되어 있다.
도 2는 증발기(10)의 관 및 핀 배치 구조(18)를 보여준다. 관 및 핀 배치 구조(18)는 공기 유입측(26)과 공기 유출측(28)을 갖는다. 복수 열의 관(20) 각각은, 냉매의 흐름을 운반하는 냉매관(22)과 PCM을 수용하는 축열관(24)을 포함할 수 있다. 각 냉매관(22)은, 냉매를 수용하는 대응 헤더(12a, 12c) 중의 하나와 유체 연통되어 있고 그로부터 세로로 연장되어 있다. 또한, 냉매관(22)은 헤더(12a, 12c)에 대해 실질적으로 수직으로 연장되어 있다. 냉매관(22)은 각 헤더(12a, 12c)와 하측 헤더(14)의 사이에서 연장되어 있다. 냉매를 수용하는 상측 헤더(12a, 12c) 각각이 하측 헤더(14)와 유체 연결되어 있도록, 각 냉매관(22)은 하측 헤더(14)와 유체 연통되어 있다. 도시된 실시형태에서, 냉매관(22) 중의 어느 하나는 유입 냉매관이고 냉매관(22) 중의 어느 하나는 유출 냉매관이다. 도시된 바와 같이, 하측 헤더(14)는 단일 도관이다. 그러나, 하측 헤더(14)는 임의의 수의 도관일 수 있다. 이 경우, 이들 도관은 유체 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수 열의 관(20) 각각에 2개의 냉매관(22)이 마련되어 있는 경우, 하측 헤더(14)는 2개의 하측 도관을 포함할 수 있고, 이들 냉매관(22)과 2개의 하측 도관이 하나씩 도관에 의해 유체 연결될 수 있다. 2개의 냉매관(22)이 도 2에 도시되어 있다. 그러나, 보다 많거나 혹은 적은 수의 냉매관(22)이 복수 열의 관(20) 각각에 마련될 수 있는 것으로 이해된다.
각 축열관(24)은, PCM을 수용하는 대응 헤더(12b, 12d) 중의 하나와 유체 연통되어 있고 그로부터 연장되어 있다. 각 축열관(24)은 헤더(12b, 12d)에 대해 실질적으로 수직으로 연장되어 있다. 도 2에서는 2개의 축열관(24)이 도시되어 있다. 그러나, 복수 열의 관(20)의 각각에는 원하는 바에 따라 임의의 수의 축열관(24), 예컨대 1개의 축열관, 3개의 축열관, 4개의 축열관, 또는 그 밖의 수의 축열관이 존재할 수 있다. PCM은, 고체상에서 액체상으로 변화할 때에는 열을 흡수 및 축적하고, 액체상에서 고체상으로 변화할 때에는 축적된 열을 방출하는 잠열 축열 물질이다. PCM은, 차량 공조 시스템에 필요한 열역학적 특성을 지닌, 예컨대 유기 및 무기 공융 물질, 수화염, 파라핀 및 지방산 등의 임의의 물질일 수 있고, 또는 예컨대 많은 잠열 축열이 가능할 뿐만 아니라 열전도율이 높은 임의의 다른 물질일 수 있다. 각 축열관(24) 내의 PCM은, 증발기(10)의 제약 조건에 좌우되는 필요 상변화 온도를 갖는 임의의 PCM일 수 있다. 또한, 각 축열관(24) 내의 PCM이 서로 동일할 수 있고, 또는 각 축열관(24) 내의 PCM이 서로 다를 수 있다.
냉매관(22)과 축열관(24)은, 냉매관(22)의 효율을 유지하면서 축열관(24)에 수용된 PCM에 대한 열전도를 가능하게 하도록, 복수 열의 관(20)의 각각에 있어서 정연히 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 실시형태에서는, 복수 열의 관(20) 각각에 4개의 관(20a, 20b, 20c, 20d)이 있다. 냉매관(22) 중의 하나는 복수 열의 관(20) 각각에서 제1 관(20a)으로서 배치될 수 있고, 이 경우 제1 관(20a)은 복수 열의 관(20) 각각에서 공기 유입측(26)에 가까운 관이다. 축열관(24) 중의 하나는 복수 열의 관(20)에서 제2 관(20b)으로서 배치될 수 있고, 이 경우 제2 관(20b)은 복수 열의 관(20) 각각에서 제1 관(20a)과 제3 관(20c)에 인접한 관이다. 냉매관(22) 중의 다른 하나는 복수 열의 관(20)에서 제3 관(20c)으로서 배치될 수 있고, 이 경우 제3 관(20c)은 복수 열의 관(20) 각각에서 제2 관(20b)과 제4 관(20d)에 인접한 관이다. 축열관(24) 중의 다른 하나는 복수 열의 관(20) 각각에서 제4 관(20d)으로서 배치될 수 있고, 이 경우 제4 관(20d)은 복수 열의 관(20) 각각에서의 제3 관(20c)과 공기 유출측(28)의 사이에 배치되어 있다.
복수 열의 관(20) 각각에서 냉매관(22)과 축열관(24)은 원하는 바에 따라 임의의 방식으로 배치될 수 있다. 비제한적인 일례에서, 복수 열의 관(20) 각각은, 공기 유입측(26)에 인접하여 제1 관(20a)으로서 배치된 하나의 냉매관(22)과, 공기 유출측(28)에 인접하여 제4 관(20d)으로서 배치된 다른 냉매관(22)을 구비할 수 있다. 냉매관(22)의 사이에는 2개의 축열관(24)이 제2 관(20b) 및 제3 관(20c)으로서 배치될 수 있다. 추가적으로, 다른 비제한적인 예에서, 2개의 냉매관(22)은 복수 열의 관(20) 각각에서 제1 관(20a) 및 제2 관(20b)으로서 배치될 수 있고, 2개의 축열관(24)은 복수 열의 관(20) 각각에서 제3 관(20c) 및 제4 관(20d)으로서 배치될 수 있다. 각 축열관(24)은 여러 상변화 특성을 갖는 PCM을 수용할 수 있는 것으로 이해된다. 예컨대, 복수 열의 관(20) 각각에 있어서 어느 한 축열관(24)은 나머지 축열관(24)보다 높은 융점 온도를 갖는 PCM을 수용할 수 있다.
핀(30)은 복수 열의 관(20) 각각의 사이에 배치된다. 핀(30)은 복수 열의 관(20)과 실질적으로 평행하다. 각 핀(30)은 증발기(10)의 공기 유입측(26)과 증발기(10)의 공기 유출측(28)의 사이에서 연장되어 있다. 각 핀(30)의 제1 측(31)은 어느 한 열의 관(20)에 있어서의 각 관(20a, 20b, 20c, 20d)과 열적으로 통해 있고, 각 핀(30)의 제2 측(32)은 다른 열의 관(20)에 있어서의 각 관(20a, 20b, 20c, 20d)과 열적으로 통해 있다. 핀(30)은 상측 헤드(12)에 인접한 상측 단부(32)와, 하측 헤드(14)에 인접한 하측 단부(34)를 갖고, 이들 단부는 서로 이격되어 있다. 도시된 바와 같이, 각 핀(30)은 증발기(10)에서 냉매로부터 공기의 흐름(16)으로의 열전달을 최대화하도록 연속 파형 시트의 일부분으로서 형성된다. 열효율을 최대화하기 위해, 각 핀(30)의 파형 벽(38)에는 루버(36)가 형성될 수 있다.
복수 열의 관(20) 각각에 있어서의 각 관(20a, 20b, 20c, 20d)은 서로 동일한 폭을 가질 수 있다. 별법으로서, 복수 열의 관(20) 각각에 있어서의 각 관(20a, 20b, 20c, 20d)은 서로 다른 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수 열의 관(20) 각각에서의 제1 관(20a)으로서 배치된 냉매관(22)과 같은 냉매관(22) 중의 어느 하나가, 복수 열의 관(20) 각각에서의 다른 냉매관(22)의 폭과 축열관(24)의 폭 각각보다 큰 폭을 가질 수 있다. 큰 폭을 갖는 냉매관(22)에는, 공기가 증발기(10)를 통과해 흐를 때, 공기의 흐름(16)에 혹은 공기의 흐름(16)으로부터 열을 전달하는 표면 영역이 보다 크게 형성된다. 다른 예에서, 각 냉매관(22)의 폭은 축열관(24)의 폭보다 클 수 있다. 추가적으로, 복수 열의 관(20) 각각에서 제2 관(20b)으로서 배치된 축열관(24)과 같은 축열관(24) 중의 어느 하나가, 다른 축열관(24)의 폭보다 큰 폭을 가질 수 있다. 복수 열의 관(20)의 관(20a, 20b, 20c, 20d)은, 증발기(10)의 공간 요건에 따르면서 증발기(10) 내에서의 열전달을 최대화하도록, 원하는 바에 따라 임의의 폭을 가질 수 있다.
도 2에 도시된 실시형태에서, 냉매관(22) 및 축열관(24) 각각은, 아치형 단부(42)에 의해 상호 연결된 2개의 실질적으로 평탄한 측면(40)을 갖고, 트랙형, 긴타원형, 또는 실질적으로 타원형인 단면을 갖는다. 다른 실시형태에서는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 냉매관(22) 및 축열관(24)은, 아치형 단부(42)에 의해 상호 연결된 2개의 실질적으로 평탄한 측면(40)을 갖고 실질적으로 평탄한 측면(40) 사이에 파티션(44)이 형성되어 있으며, 트랙형, 긴타원형, 또는 실질적으로 타원형인 단면을 가질 수 있다. 파티션(44)은 관(22, 24)과 핀(30) 사이에서의 열전도를 더 향상시킨다. 도시된 바와 같이, 파티션(44)은 실질적으로 평탄한 대향 측면(40) 각각의 중심으로부터 연장되지만, 원하는 바에 따라 다른 구성이 사용될 수 있다. 관(22, 24)을 형성하는 데, 압출 프로세스 등의 임의의 프로세스가 사용될 수 있다. 관(22, 24)의 다른 실시형태가 도 3b에 도시되어 있는데, 이 실시형태에서는 냉매관(22)과 축열관(24)이 그 내면으로부터 돌출되는 돌기(46)를 구비한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 관(22, 24)에는 4개의 돌기(46)가 일체로 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 각 돌기(46)는 실질적으로 T자형 단면을 갖지만, 원하는 바에 따라 다른 단면 형상이 사용될 수 있다. 돌기(46) 중의 둘은 실질적으로 평탄한 대향 측면(40)으로 연장되고, 나머지 둘은 아치형 대향 단부(42)로부터 연장된다. 돌기(46)는 관(22, 24)과 동일한 재료로 형성될 수 있고, 또는 원하는 바에 따라 임의의 도전성 재료로 형성될 수 있다. 돌기(46)는 원하는 바에 따라 임의의 단면 형상, 예컨대 직사각형, 삼각형, 사형(蛇形), 포물선형, 활꼴, 궁형 등의 단면 형상을 가질 수 있다. 관(22, 24)을 형성하는 데, 압출 프로세스 등의 임의의 프로세스가 사용될 수 있다.
도 3c에 도시된 실시형태에서, 관(22, 24)은, 아치형 단부(54)에 의해 상호 연결된 2개의 실질적으로 평탄한 측면(52)을 갖고 트랙형, 긴타원형, 또는 실질적으로 타원형인 단면을 갖는 일체형 관(50)으로서 형성될 수 있다. 일체형 관(5) 내에는 도관(48)이 형성되어 있다. 각 도관(48)은, 상측 헤더(12)와 하측 헤더(14) 사이에서 냉매를 운반하거나 혹은 PCM을 수용하도록 구성되어 있다. 도관(48)은 일체형 관(50)의 실질적으로 평탄한 측면(52) 사이에서 연장되는 파티션(44)에 의해 분리되어 있다. 일체형 관(50)은 증발기(10)의 공기 유입측(26)에서 공기 유출측(28)까지 가로 방향으로 연장된다. 또한 전술한 바와 같이, 일체형 관(50)에는 돌기가 형성될 수 있다. 추가적으로, 관(22, 24)은 PCM의 상변화를 야기하는 열전달을 용이하게 하도록, 원하는 바에 따라 임의의 단면 형상, 예컨대 원형, 난형, 직사각형, 또는 임의의 다른 단면 형상을 가질 수 있다.
냉매관(22) 및 축열관(24) 각각은, 50 ㎜ 내지 70 ㎜의 깊이 제약을 갖는 증발기(10)와 같이, 치수 제약을 갖는 증발기(10)에 맞춰 설정되는 임의의 단면 형상과 치수를 가질 수 있다. 복수 열의 관(20) 각각에 있어서 냉매관(22)과 축열관(24)은 원하는 바에 따라, 예컨대 압출, 3D 인쇄, 열전도성 재료의 시트의 절곡, 또는 흐름 공간을 형성하는 스탬핑 가공된 특징부를 갖는 2개의 하프 플레이트의 조립 등으로 만들어질 수 있다. 추가적으로, PCM은 예컨대 금속망, 금속 입자 및 금속 섬유 등의 다른 열전도성 구조와 조합될 수 있다.
작동시에, 예컨대 차량의 엔진이 작동하고 있을 때와 같은 PCM의 충전 기간 동안에는, 차가운 냉매와 저온의 공기가 PCM으로부터 열에너지를 뺏고, 그 결과 PCM은 응고 또는 고화된다. 예컨대 차량 엔진이 정지 또는 아이들 모드에 있을 때와 같은 PCM의 방출 기간 동안에는, 압축기가 작동하지 않고, 온난 공기가 증발기(10)를 통과해 흐른다. PCM은 소정의 온도에 도달하고, 이 온도에서 PCM은 점점 액화 또는 용융된다. 이러한 상변화 과정에서, PCM은 열을 흡수한다. 모든 PCM이 액화될 때까지, PCM은 실질적인 온도의 상승 없이 열을 계속 흡수한다. 따라서, 냉매관(22)과 축열관(24)은, 전도 및 대류를 조장하여 방출 기간을 최대화하고 충전 기간을 최소화하도록 배치될 수 있다. 냉매관(22)과 축열관(24)은, PCM과 공기 사이에서의 직접적인 열에너지 전달을 조장하도록 공기의 흐름(16) 내에 배치되어 있다. 관 및 핀 배치 구조(18)는, 온도 섭씨 약 20도 내지 40도 및 유량 약 200 cfm 내지 약 300 cfm의 조건인 공기의 흐름(16)을 받아들이도록 구성될 수 있다. 그러나, 관 및 핀 배치 구조(18)는, 원하는 바에 따라 임의의 유량, 임의의 온도인 공기의 흐름을 받아들이도록 구성될 수 있다. 공기의 흐름(16) 내에 냉매관(22)과 축열관(24)을 배치함으로써, 약 20초 내지 약 60초의 방출 시간과 30초 미만의 충전 시간을 제공할 수 있게 되지만, 냉매관(22)과 축열관(24)은 원하는 바에 따라 다른 충전 시간을 제공할 수 있게 배치될 수 있다.
이상의 설명을 통해, 당업자는 본 발명의 본질적인 특징을 쉽게 확인할 수 있고, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고서도, 본 발명을 다양한 사용처 및 조건에 맞추도록, 본 발명에 대해 다양하게 변형 및 수정을 실시할 수 있다.

Claims (20)

  1. 차량 공조 시스템용 증발기의 관 및 핀 배치 구조로서,
    적어도 2개의 냉매관과, 적어도 2개의 냉매관과 열적으로 통해 있으며 상변화 물질을 각각 수용하는 적어도 2개의 축열관을 구비하고, 공기의 흐름 내에 배치되어 있는 제1 열(列)의 관;
    제1 열의 관과 열적으로 통해 있으며 통과하는 공기의 흐름을 받아들이도록 되어 있는 핀
    을 포함하는 관 및 핀 배치 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉매관 중의 적어도 하나의 폭은 상기 축열관 중의 적어도 하나의 폭보다 큰 것인 관 및 핀 배치 구조.
  3. 제1항에 있어서, 각 축열관과 각 냉매관은 대향하는 실질적으로 평탄한 면을 갖는 것인 관 및 핀 배치 구조.
  4. 제1항에 있어서, 상기 축열관과 상기 냉매관 중의 적어도 하나에는, 열전달을 용이하게 하는 파티션이 형성되어 있는 것인 관 및 핀 배치 구조.
  5. 제1항에 있어서, 상기 냉매관은 축열관과 일체로 형성되어 있는 것인 관 및 핀 배치 구조.
  6. 제1항에 있어서, 상기 축열관과 상기 냉매관 중의 적어도 하나는 그 내벽에 돌기가 형성되어 있는 것인 관 및 핀 배치 구조.
  7. 제1항에 있어서, 첫 번째 축열관이 제1 상변화 물질을 수용하고, 두 번째 축열관이 제2 상변화 물질을 수용하며, 제1 상변화 물질의 융점이 제2 상변화 물질의 융점보다 높은 것인 관 및 핀 배치 구조.
  8. 제1항에 있어서, 상기 냉매관 중의 하나는 관 및 핀 배치 구조의 입구측 근방에 배치되어 있는 것인 관 및 핀 배치 구조.
  9. 제1항에 있어서, 상기 축열관 중의 적어도 하나는 상기 냉매관들의 중간에 배치되어 있는 것인 관 및 핀 배치 구조.
  10. 제1항에 있어서, 상기 핀과 열적으로 통해 있으며, 적어도 2개의 냉매관과, 상변화 물질을 각각 수용하는 적어도 2개의 축열관을 구비하는 제2 열의 관을 더 포함하고, 상기 핀은 제1 열의 관과 제2 열의 관의 중간에 배치되는 것인 관 및 핀 배치 구조.
  11. 제1항에 있어서, 상기 핀은 파형이며, 상기 핀에는 루버가 형성되어 있는 것인 관 및 핀 배치 구조.
  12. 차량 공조 시스템용 증발기의 관 및 핀 배치 구조로서,
    적어도 2개의 냉매관의 중간에 배치되어 있으며 상변화 물질을 각각 수용하는 적어도 1개의 축열관을 각각 구비하고, 공기의 흐름 내에 배치되어 있는 복수 열의 관;
    상기 복수 열의 관의 사이에 개재되어 있고 상기 복수 열의 관과 열적으로 통해 있는 복수의 핀
    을 포함하는 관 및 핀 배치 구조.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수 열의 관 각각에서의 상기 냉매관 중의 적어도 하나는 그 폭이, 상기 복수 열의 관 각각에서의 상기 축열관 중의 적어도 하나의 폭보다 큰 것인 관 및 핀 배치 구조.
  14. 제12항에 있어서, 상기 복수 열의 관 각각은 2개의 냉매관과 2개의 축열관을 구비하는 것인 관 및 핀 배치 구조.
  15. 제14항에 있어서, 상기 복수 열의 관 각각에서의 상기 냉매관 중의 하나는 관 및 핀 배치 구조의 입구측 근방에 배치되어 있고, 상기 축열관 중의 하나는 관 및 핀 배치 구조의 출구측 근방에 배치되어 있는 것인 관 및 핀 배치 구조.
  16. 제14항에 있어서, 첫 번째 축열관이 제1 상변화 물질을 수용하고, 두 번째 축열관이 제2 상변화 물질을 수용하며, 제1 상변화 물질의 융점이 제2 상변화 물질의 융점보다 높은 것인 관 및 핀 배치 구조.
  17. 차량 공조 시스템용 증발기로서,
    냉매와 PCM 중의 적어도 하나를 수용하는 복수의 헤더;
    적어도 2개의 냉매관과, 적어도 2개의 냉매관과 열적으로 통해 있으며 상변화 물질을 각각 수용하는 적어도 2개의 축열관을 각각 구비하고, 상기 헤더로부터 연장되며 상기 헤더와 유체 연통되어 있고, 공기의 흐름 내에 배치되어 있는 실질적으로 평행한 복수 열의 관;
    상기 복수 열의 관의 사이에 개재되어 있고 상기 복수 열의 관과 열적으로 통해 있으며 통과하는 공기의 흐름을 받아들이도록 되어 있는 복수의 평행 핀을 갖는 핀 어셈블리
    를 포함하는 증발기.
  18. 제17항에 있어서, 상기 복수 열의 관 각각은 2개의 냉매관과 2개의 축열관을 구비하고, 상기 냉매관 중의 하나는 증발기의 입구측 근방에 배치되어 있으며, 상기 축열관 중의 하나는 축열기의 출구측 근방에 배치되어 있는 것인 증발기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 냉매관 중의 적어도 하나의 폭은 상기 축열관 중의 적어도 하나의 폭보다 큰 것인 증발기.
  20. 제17항에 있어서, 상기 헤더는, 적어도 2개의 냉매 헤더와 적어도 2개의 축열 헤더를 포함하고, 각 냉매 헤더는 상기 복수 열의 관 각각에서의 적어도 하나의 냉매관과 유체 연통되어 있으며, 각 축열 헤더는 상기 복수 열의 관 각각에서의 적어도 하나의 축열관과 유체 연통되어 있는 것인 증발기.
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