KR20170036867A - 판형 열교환기 - Google Patents

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KR20170036867A
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이상호
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Abstract

본 발명은 일면에는 응축기 출구측 배관 및 압축기 입구측 배관과 연결되는 제1유입홀과 제1배출홀이 구비되는 상부 플레이트; 다수의 플레이트가 적층되어 내부에 교번적으로 다른 연결유로를 형성하고, 서로 다른 작동유체가 각각 유입되어 각각의 연결유로를 통과하면서 상호 열교환이 이루어지는 메인 플레이트; 일면에 위치하는 상기 메인 플레이트를 지지하며, 팽창장치의 출구측 배관 및 입구측 배관과 연결되는 제2유입홀 및 제2배출홀이 형성되는 베이스 플레이트; 및 일면에 상기 상부 플레이트, 상기 메인 플레이트가 위치하는 상기 베이스 플레이트의 타면에 위치하는 팽창밸브를 상기 베이스 플레이트에 타면에 체결시키는 마운팅볼트를 포함하며, 상기 상부 플레이트와 상기 메인 플레이트 및 상기 베이스 플레이트에는 각각 상기 마운팅 볼트가 관통하는 제1관통홀과 제2관통홀 및 제3관통홀이 형성되고, 상기 팽창밸브의 일면에는 상기 마운팅볼트가 체결되는 체결홀이 형성되는 판형 열교환기를 제공한다.
따라서, 다수개의 플레이트가 적층된 메인 플레이트를 마운팅볼트를 이용하여 팽창밸브 등의 차량에 용이하게 고정할 수 있고, 부쉬에 의해 마운팅볼트가 메인 플레이트를 가압하는 힘이 분산됨으로써 메인 플레이트가 변형되는 것을 방지할 수 있으며, 메인 플레이트를 구성하는 다수의 플레이트 단부와 부쉬의 외측 둘레면이 브레이징 접합됨으로 인하여 기밀을 더욱 향상시킬 수 있고, 내압에 우수한 구조를 가져 강도를 향상시킬 수 있다.

Description

판형 열교환기{Plate type heat exchanger}
본 발명은 판형 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각각의 작동유체가 내부로 유입되어 상호 열교환을 통해 온도가 조절되는 판형 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 에어컨 시스템은 외부의 온도변화에 관계없이 자동차 실내의 온도를 적당한 온도로 유지하여 쾌적한 실내온도를 유지할 수 있도록 하는 것이다.
일반적으로 차량에는 차량 내부의 온도를 조절하기 위하여 냉난방시스템을 구비하는데, 이중 냉방시스템은 기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 주위와 열교환시켜 액체상태로 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 감압하는 팽창밸브와, 팽창된 냉매를 주위와 열교환시켜 기체상태로 기화시키는 증발기를 포함하는 구성으로 되어 있다.
여기서, 냉매는 에어컨 배관에 설치되는 이중관 구조의 내부열교환기를 통하여 고온고압의 액체냉매가 저온저압의 기체냉매와 상호 열교환되면서 과냉된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 이중관형 내부열교환기를 대신하여 판형 열교환기를 통하여 응축기에서 응축된 냉매를 다시 과냉시키는 구조로 이루어지는 바, 판형 열교환기를 팽창밸브 등에 조립하기 위해 판형 열교환기를 지지하는 베이스 플레이트가 브라켓 역할을 수행하기 위해 불필요하게 크게 형성되는 문제점이 있었다.
상기 문제점이 되는 종래의 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0011114호(2013.01.30.)에 기재되어 있다.
이를 해결하기 위하여 마운팅볼트가 판형 열교환기를 관통한 후 팽창밸브 등에 조립됨으로써 판형 열교환기가 팽창밸브 등에 조립되어 베이스 플레이트가 불필요한 공간을 확보하는 것을 해결하였으나, 마운팅볼트 체결 시 토크에 의해 판형 열교환기 내부 플레이트의 변형이 발생하는 문제점이 발생하고, 그로 인해 열교환 면적이 줄어 성능이 저하되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 마운팅볼트를 이용하여 메인 플레이트를 팽창밸브에 간편하게 장착하고, 마운팅볼트에 의해 메인 플레이트가 변형되는 것을 방지할 수 있도록 하는 판형 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일면에는 응축기 출구측 배관 및 압축기 입구측 배관과 연결되는 제1유입홀과 제1배출홀이 구비되는 상부 플레이트; 다수의 플레이트가 적층되어 내부에 교번적으로 다른 연결유로를 형성하고, 서로 다른 작동유체가 각각 유입되어 각각의 연결유로를 통과하면서 상호 열교환이 이루어지는 메인 플레이트; 일면에 위치하는 상기 메인 플레이트를 지지하며, 팽창장치의 출구측 배관 및 입구측 배관과 연결되는 제2유입홀 및 제2배출홀이 형성되는 베이스 플레이트; 및 일면에 상기 상부 플레이트, 상기 메인 플레이트가 위치하는 상기 베이스 플레이트의 타면에 위치하는 팽창밸브를 상기 베이스 플레이트에 타면에 체결시키는 마운팅볼트를 포함하며, 상기 상부 플레이트와 상기 메인 플레이트 및 상기 베이스 플레이트에는 각각 상기 마운팅 볼트가 관통하는 제1관통홀과 제2관통홀 및 제3관통홀이 형성되고, 상기 팽창밸브의 일면에는 상기 마운팅볼트가 체결되는 체결홀이 형성되는 판형 열교환기을 제공한다.
본 발명에 따른 판형 열교환기는 상기 제1배출홀 및 제1유입홀에 장착되며, 상기 제1배출홀 및 제1유입홀과 상기 응축기 출구측 배관 및 상기 압축기 입구측 배관을 체결시키는 플랜지, 및 상기 마운팅볼트의 체결 시 상기 메인 플레이트의 내부에 구비되는 다수개의 플레이트가 변형되는 것을 방지하는 부쉬를 더 포함할 수 있다.
상기 부쉬는 원통형상을 가질 수 있으며, 일단에는 상기 상부 플레이트와 밀착되는 머리부가 외측으로 절곡되게 형성될 수 있고, 상기 부쉬의 타단 하단부는 상기 머리부에 의해 상기 베이스 플레이트의 바닥면 이상으로 돌출되는 않게 된다.
상기 메인 플레이트의 내부 플레이트의 단부에는 상기 부쉬의 외측 둘레면과의 밀착력을 높이기 위해 일측으로 절곡되는 절곡단이 형성될 수 있으며, 상기 절곡단은 상기 부쉬의 외측 둘레면에 브레이징 접합될 수 있다.
상기 부쉬의 타단은 상기 메인 플레이트와 상기 베이스 플레이트의 사이에 구비되는 하부 플레이트의 절곡단에 밀착될 수 있으며, 상기 부쉬의 타면은 상기 하부 플레이트의 절곡단에 브레이징 접합될 수 있다.
본 발명에 따른 판형 열교환기는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 다수개의 플레이트가 적층된 메인 플레이트를 마운팅볼트를 이용하여 팽창밸브 등의 차량에 용이하게 고정할 수 있고, 부쉬에 의해 마운팅볼트가 메인 플레이트를 가압하는 힘이 분산됨으로써 메인 플레이트가 변형되는 것을 방지할 수 있다.
둘째, 메인 플레이트를 구성하는 다수의 플레이트 단부와 부쉬의 외측 둘레면이 브레이징 접합됨으로 인하여 기밀을 더욱 향상시킬 수 있고, 내압에 우수한 구조를 가져 강도를 향상시킬 수 있다.
셋째, 부쉬의 단부가 베이스 플레이트의 일면에 브레이징 접합됨으로 인하여 판형 열교환기의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 판형 열교환기가 적용되는 에어컨 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 판형 열교환기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 판형 열교환기가 마운팅볼트에 의해 팽창밸브에 고정되는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 마운팅볼트 및 부쉬가 삽입된 판형 열교환기의 내부 단면도이다.
도 5는 도 4의 요부를 확대한 도면이다.
도 6은 상부 플레이트의 평면도이다.
도 7은 메인 플레이트의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 판형 열교환기가 적용되는 에어컨 시스템의 블록 구성도, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 판형 열교환기의 구성을 개략적으로 도시한 도면, 도 3은 도 2에 도시된 판형 열교환기가 마운팅볼트에 의해 팽창밸브에 고정되는 상태를 도시한 도면, 도 4는 마운팅볼트 및 부쉬가 삽입된 판형 열교환기의 내부 단면도, 도 5는 도 4의 요부를 확대한 도면, 도 6은 상부 플레이트의 평면도, 도 7은 메인 플레이트의 평면도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 판형 열교환기(100)는 상부 플레이트(110)와, 메인 플레이트(120)와, 베이스 플레이트(130)와, 팽창밸브(30)와, 마운팅볼트(140)를 포함하며, 플랜지(150)와, 부쉬(160)를 더 포함할 수 있고, 차량의 에어컨 시스템에 적용되어 상기 메인 플레이트(120)를 구성하는 다수의 플레이트(122)로 서로 다른 유체를 교차 유동시켜 간접적으로 열교환시키기 위해 사용된다.
일반적으로 차량에는 차량 내부의 온도를 조절하기 위하여 냉난방시스템을 구비하는데, 이중 냉방시스템은 기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 압축된 냉매를 주위와 열교환시켜 액체상태로 응축시키는 응축기(20)와, 응축된 냉매를 감압하는 팽창밸브(30)와, 팽창된 냉매를 주위와 열교환시켜 기체상태로 기화시키는 증발기(40)를 포함하는 구성으로 되어 있다. 여기서, 상기 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(30) 및 증발기(40)는 공지의 냉각시스템에서 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기와 그 구성 및 작동이 대응되므로 상세한 설명은 생략하기로 하며, 이하에서는 이와 대별되는 구성만을 중심적으로 살펴보기로 한다.
상기 상부 플레이트(110)의 일면에는 제1유입홀(112)과 제1배출홀(114)이 형성되고, 상기 베이스 플레이트(130)의 일면에는 제2유입홀(132)와 제2배출홀(134)이 형성된다. 상기 제1유입홀(112)은 상기 응축기(20)의 출구측 배관과 연결되고, 상기 제1배출홀(114)은 상기 압축기(10)의 입구측 배관과 연결되며, 상기 제2배출홀(134)과 제2유입홀(132)은 팽창밸브(30)의 제1연결홀(31) 및 제2연결홀(32)와 연결된다.
상기 메인 플레이트(120)는 다수의 플레이트(122)가 적층되어 형성되고, 내부에 상기 플레이트(122)의 중심으로 교차되게 다른 연결유로(124;124a,124b)가 구비된다. 상기 메인 플레이트(120)에서는 상기 각 연결유로(124;124a,124b)를 통해 상기 응축기(20)에서 유입되는 고온 고압의 액체 냉매와 상기 팽창밸브(30)에서 유입되는 저온 저압의 기체냉매가 상호 열교환이 이루어진다. 상기 제1유입홀(112)과 상기 제2배출홀(134) 및 상기 제1배출홀(114)와 상기 제2유입홀(132)은 교차되게 상기 메인 플레이트(120)의 대응되는 양면에 구비됨으로써 상기 응축기(20)에서 상기 증발기(40)로 유동하는 고온고압의 액체냉매와 상기 증발기(40)에서 상기 압축기(10)로 유동하는 저온저압의 기체냉매의 열교환 효율이 증대되게 된다.
상기 메인 플레이트(120)의 일면에는 베이스 플레이트(130)가 구비되며, 상기 베이스 플레이트(130)는 상기 메인 플레이트(120)를 지지하는 역할을 한다. 상기 베이스 플레이트(130)에는 상기 제2유입홀(132)과 제2배출홀(134)이 형성된다. 상기 베이스 플레이트(130)는 상기 메인 플레이트(120)를 지지하는 역할뿐 아니라 상기 메인 플레이트(120)에서 열교환이 이루어져 상기 팽창밸브(30)로 이송되는 고온고압의 액체냉매와 상기 증발기(40)에서 상기 메인 플레이트(120)로 이송되는 저온저압의 기체냉매를 통과시키는 역할을 한다.
상기 베이스 플레이트(130)의 타면에는 상기 팽창밸브(30)가 구비되며, 상기 팽창밸브(30)의 일면에는 상기 제1연결홀(31) 및 제2연결홀(32)이 형성되고, 다른 일면에는 상기 제1연결홀(31) 및 제2연결홀(32)과 연통되며 상기 증발기(40)와 연결되는 제3연결홀(33)과 제4연결홀(34)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상부 플레이트(110), 상기 메인 플레이트(120), 상기 베이스 플레이트(130) 및 상기 팽창밸브(30)는 마운팅볼트(140)에 의해 일체로 체결된다. 상기 상부 플레이트(110)에는 상기 마운팅볼트(140)가 관통하는 제1관통홀(116)이 형성되고, 상기 메인 플레이트(120)에는 상기 마운팅볼트(140)가 관통하는 제2관통홀(126)이 형성되며, 상기 베이스 플레이트(130) 역시 상기 마운팅볼트(140)가 관통하는 제3관통홀(136)이 형성된다. 상기 베이스 플레이트(130)가 밀착되는 상기 팽창밸브(30)의 일면에는 상기 마운팅볼트(140)가 체결되는 체결홀(35)이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 메인 플레이트(120)와 상기 베이스 플레이트(130) 사이에는 하부 플레이트(Bottom Plate;BP)가 구비되는 것이 바람직하며, 상기 하부 플레이트(BP)에는 상기 마운팅볼트(140)가 관통하는 관통홀(미도시) 및 상기 제2유입홀(132) 및 제2배출홀(134)와 연통되는 유입홀(미도시) 및 배출홀(미도시)이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상부 플레이트(110)의 일면에 구비되는 제1유입홀(112)과 제1배출홀(114)에는 플랜지(150)가 장착되며, 상기 플랜지(150)는 상기 제1배출홀(114) 및 제1유입홀(112)과 상기 응축기(20) 출구측 배관 및 상기 압축기(10) 입구측 배관을 체결시키는 역할을 한다.
상기 플랜지(150)가 상기 제1유입홀(112)과 제1배출홀(114)에 장착됨으로 인하여 상기 응축기(20) 출구측 배관 및 상기 압축기(10) 입구측 배관과 상기 제1유입홀(112) 및 제1배출홀(114)이 용이하게 연통되게 된다.
상기 메인 플레이트(120)의 내부에는 부쉬(160)가 삽입되며, 더욱 상세하게는 상기 부쉬(160)는 제1관통홀(116)과 제2관통홀(126)을 관통한 후 일단이 상기 하부 플레이트(BP)의 절곡단(123a)에 밀착된다. 상기 하부 플레이트(BP)의 절곡단(123a)은 상기 베이스 플레이트(130)의 일면에 브레이징 접합되는 것이 바람직하며, 브레이징 접합됨으로 인하여 강도를 향상시킬 수 있다. 이를 통해서 상기 부쉬(160)는 상기 마운팅볼트(140)가 상기 상부 플레이트(110)에 체결 시 상기 상부 플레이트(110)와 상기 메인 플레이트(120)의 내부에 구비되는 복수개의 플레이트(122)가 상기 마운팅볼트(140)의 체결에 의해 변형되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 부쉬(160)는 원통형상을 가지는 몸체(162)와, 상기 몸체(162)의 일단에 구비되며 상기 상부 플레이트(110)와 밀착되는 머리부(164)을 포함하며, 상기 머리부(164)는 상기 부쉬(160)를 상기 상부 플레이트(110) 및 메인 플레이트(120)에 삽입 조립 시 상기 부쉬(160)의 하단부가 상기 베이스 플레이트(130)의 아래쪽 바닥면 이상 돌출되지 않도록 하는 스토퍼 역할을 한다. 상기 몸체(162)는 상기 메인 플레이트(120)의 내부에 삽입되며, 상기 머리부(164)는 상기 몸체(162)의 일단에 외측으로 절곡되게 형성되며, 상기 상부 플레이트(110)와 밀착된다.
상기 제2관통홀(126)을 형성하는 상기 메인 플레이트(120)의 내부 플레이트(122)의 단부에는 절곡단(122a)이 형성되며, 상기 절곡단(122a)은 상기 부쉬(160)의 몸체(162) 외측 둘레면과의 밀착력을 높이기 위해 일측으로 절곡되게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 절곡단(122a)과 상기 부쉬(160)의 몸체(162) 외측 둘레면은 브레이징 접합되는 것이 바람직하다. 상기 메인 플레이트(120)를 구성하는 상기 각 플레이트(122)의 절곡단(122a)과 상기 부쉬(160)의 몸체(162) 외측 둘레면이 브레이징 접합됨으로 인하여 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 제2관통홀(126)을 관통한 후 상기 하부 플레이트(BP)의 절곡단(123a)은 상기 부쉬(160)의 몸체(162) 외측 둘레면과의 밀착력을 높이기 위해 일측으로 절곡되게 형성되며 이는 다시 상기 베이스 플레이트(130)의 제3관통홀(136) 일면에 브레이징 접합되는 것이 바람직하다. 상기 절곡단(123a)이 제3관통홀(136)에 브레이징 접합됨으로 인하여 내압에 우수한 구조를 가지도록 하여 강도를 더욱 향상시킬 수 있고, 기밀을 더욱 향상시킬 수 있다.
따라서, 다수개의 플레이트(122)가 적층된 메인 플레이트(120)를 마운팅볼트(140)를 이용하여 팽창밸브(30) 등의 차량에 용이하게 고정할 수 있고, 부쉬(160)에 의해 마운팅볼트(140)가 메인 플레이트(120)를 가압하는 힘이 분산됨으로써 메인 플레이트(120)가 변형되는 것을 방지할 수 있으며, 메인 플레이트(120)를 구성하는 다수의 플레이트(122) 단부와 부쉬(160)의 외측 둘레면이 브레이징 접합됨으로 인하여 기밀을 더욱 향상시킬 수 있고, 내압에 우수한 구조를 가져 강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 판형 열교환기 110 : 상부 플레이트
112 : 제1유입홀 114 : 제1배출홀
116 : 제1관통홀 120 : 메인 플레이트
122 : 플레이트 124 : 연결유로
126 : 제2관통홀 130 : 베이스 플레이트
132 : 제2유입홀 134 : 제2배출홀
136 : 제3관통홀 140 : 마운팅볼트
150 : 플랜지 160 : 부쉬
162 : 몸체 164 : 머리부

Claims (9)

  1. 일면에는 응축기 출구측 배관 및 압축기 입구측 배관과 연결되는 제1유입홀과 제1배출홀이 구비되는 상부 플레이트;
    다수의 플레이트가 적층되어 내부에 교번적으로 다른 연결유로를 형성하고, 서로 다른 작동유체가 각각 유입되어 각각의 연결유로를 통과하면서 상호 열교환이 이루어지는 메인 플레이트;
    일면에 위치하는 상기 메인 플레이트를 지지하며, 팽창장치의 출구측 배관 및 입구측 배관과 연결되는 제2유입홀 및 제2배출홀이 형성되는 베이스 플레이트; 및
    일면에 상기 상부 플레이트, 상기 메인 플레이트가 위치하는 상기 베이스 플레이트의 타면에 위치하는 팽창밸브를 상기 베이스 플레이트에 타면에 체결시키는 마운팅볼트를 포함하며,
    상기 상부 플레이트와 상기 메인 플레이트 및 상기 베이스 플레이트에는 각각 상기 마운팅 볼트가 관통하는 제1관통홀과 제2관통홀 및 제3관통홀이 형성되고, 상기 팽창밸브의 일면에는 상기 마운팅볼트가 체결되는 체결홀이 형성되는 판형 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1배출홀 및 제1유입홀에 장착되며, 상기 제1배출홀 및 제1유입홀과 상기 응축기 출구측 배관 및 상기 압축기 입구측 배관을 체결시키는 플랜지를 더 포함하는 판형 열교환기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 마운팅볼트의 체결 시 상기 메인 플레이트의 내부에 구비되는 다수개의 플레이트가 변형되는 것을 방지하는 부쉬를 더 포함하는 판형 열교환기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 부쉬는 원통형상을 가지며, 일단에는 상기 상부 플레이트와 밀착되는 머리부가 외측으로 절곡되게 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 부쉬의 타단 하단부는 상기 머리부에 의해 상기 베이스 플레이트의 바닥면 이상으로 돌출되는 않는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 메인 플레이트의 내부 플레이트의 단부에는 상기 부쉬의 외측 둘레면과의 밀착력을 높이기 위해 일측으로 절곡되는 절곡단이 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 절곡단은 상기 부쉬의 외측 둘레면에 브레이징 접합되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 부쉬의 타단은 상기 메인 플레이트와 상기 베이스 플레이트의 사이에 구비되는 하부 플레이트의 절곡단에 밀착되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 부쉬의 타면은 상기 하부 플레이트의 절곡단에 브레이징 접합되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
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