KR20200000639A - 열교환기 - Google Patents

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KR20200000639A
KR20200000639A KR1020180072685A KR20180072685A KR20200000639A KR 20200000639 A KR20200000639 A KR 20200000639A KR 1020180072685 A KR1020180072685 A KR 1020180072685A KR 20180072685 A KR20180072685 A KR 20180072685A KR 20200000639 A KR20200000639 A KR 20200000639A
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baffle
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heat exchanger
tube
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KR1020180072685A
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육완수
윤신원
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 서로 이격되어 배치된 제1헤더탱크 및 제2헤더탱크; 상기 제1헤더탱크 및 제2헤더탱크에 양단이 연결된 복수개의 냉매 튜브; 상기 제1헤더탱크 및 제2헤더탱크 중 어느 하나 이상의 내측에 배치되어 내부 공간을 구획하는 배플; 상기 냉매 튜브들 사이에 배치되되 냉매 튜브들이 배열된 방향으로 배플에 근접한 위치에 배치되고, 상기 제1헤더탱크 및 제2헤더탱크에 양단이 결합되며, 내부에 냉매가 유동되지 않도록 형성된 더미 튜브; 를 포함하여 이루어져, 배플에 의해 헤더탱크의 내부 공간이 구획되어 열교환매체의 흐름 방향이 전환되도록 구성되는 열교환기에서, 온도 차이에 의해 배플에 근접한 튜브들에 인가되는 열응력이 감소되어, 헤더탱크와 튜브의 결합부에서 열교환매체가 리크되는 것을 방지할 수 있으며, 내구성 및 수명이 향상될 수 있는 열교환기에 관한 것이다.

Description

열교환기 {Heat exchanger}
본 발명은 헤더탱크 내에 배플을 적용하여 내부 유체의 흐름 방향이 전환되도록 구성되는 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 특정 유로상에 설치되어 그 내부를 순환하는 열교환매체가 외기열을 흡열하도록 하거나 또는 자신의 열을 외부로 방열하는 방식으로 열교환을 수행하도록 하는 장치이다.
종래의 열교환기는 도 1과 같이, 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 제1헤더탱크(11)및 제2헤더탱크(12), 상기 헤더탱크(11, 12)들에 양단이 고정되어 열교환매체 유로를 형성하는 튜브(13); 튜브(13)들 사이에 개재되는 핀(14)을 포함하여 이루어진다. 그리고 제1헤더탱크(11)에는 배플(15)이 결합되어 배플(15)에 의해 제1헤더탱크(11)의 내부 공간이 구획될 수 있으며, 배플(15)에 의해 구획된 제1헤더탱크(11)의 일측에는 열교환매체가 유입되는 유입구(16)가 형성되며 타측에는 열교환매체가 배출되는 배출구(17)가 형성될 수 있다. 그리하여 유입구(16)를 통해 제1헤더탱크(11)의 일측으로 유입된 열교환매체는 일부의 튜브(13)들을 통과하면서 외부 공기와 열교환된 후 제2헤더탱크(12)에 모인 후 유턴하여 나머지 튜브(13)들을 통과하여 외부 공기와 다시 열교환된 후 제1헤더탱크(11)의 타측에 형성된 배출구(17)를 통해 배출되도록 열교환매체의 흐름이 구성될 수 있으며, 이와 같이 U-flow 형태로 열교환매체의 유로를 구성함에 따라 열교환기의 열교환 효율을 높일 수 있다.
그런데 배플을 기준으로 구분된 양측의 튜브들을 통과하는 열교환매체들의 온도 차이가 크기 때문에, 배플에 근접하여 배치된 튜브들에 인가되는 열응력이 과다해져 튜브와 헤더탱크의 결합부 등에서 균열이 발생할 수 있고, 이로 인해 열교환매체의 리크가 발생할 수 있으며 열교환기의 내구성 및 수명이 저하될 수 있다.
KR 10-2011-0133154 A (2011.12.12)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배플에 의해 헤더탱크의 내부 공간이 구획되어 열교환매체의 흐름 방향이 전환되도록 구성되는 열교환기에서, 온도 차이에 의해 배플에 근접한 튜브들에 인가되는 열응력을 감소시킬 수 있는 내구성이 향상된 열교환기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열교환기는, 서로 이격되어 배치되며, 내부에 열교환매체가 저장 및 유동될 수 있는 공간이 형성된 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200); 상기 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200)에 양단이 연결되어 열교환매체가 유동되는 복수개의 냉매 튜브(300); 상기 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200) 중 어느 하나 이상의 내측에 배치되어 내부 공간을 구획하는 배플(130); 및 상기 냉매 튜브(300)들 사이에 배치되되 상기 냉매 튜브(300)들이 배열된 방향으로 배플(130)에 근접한 위치에 배치되고, 상기 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200)에 양단이 결합되며, 내부에 냉매가 유동되지 않도록 형성된 더미 튜브(400); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 더미 튜브(400)는 관 형태로 형성되되 길이방향 단부가 압착되어 막혀있는 압착부(440)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 더미 튜브(400)는 관 형태로 형성된 모재(410)의 내측면에 내측 클래드층(420)이 형성되어, 압착된 압착부(440)에서 내측면이 서로 접합되어 막혀있을 수 있다.
또한, 상기 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200)는, 각각 결합에 의해 내부에 열교환매체가 저장 및 유동될 수 있는 공간이 형성되는 헤더(110)와 탱크(120); 및 상기 헤더(110) 및 탱크(120)의 사이에 개재되어 헤더(110)와 탱크(120)가 결합되는 부분을 밀폐하며, 상기 배플(130)과 헤더(110)의 사이에 개재되어 배플(130)과 헤더(110)의 사이를 밀폐하는 가스켓(140); 을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 더미 튜브(400)는 관 형태로 형성되되 길이방향 일측 단부만 막혀있도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 더미 튜브(400)는 길이방향으로 배플(130)에서 먼 쪽의 단부가 막혀있도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 더미 튜브(400)는 관 형태로 형성되되 길이방향 양측 단부가 막혀있도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 더미 튜브(400)는 냉매 튜브(300)들이 배열된 방향으로 배플(130)에 근접한 일측에만 배치될 수 있다.
또한, 상기 더미 튜브(400)는 냉매 튜브(300)들이 배열된 방향으로 배플(130)에 근접한 양측에 배치될 수 있다.
또한, 상기 냉매 튜브(300)들의 사이 및 상기 냉매 튜브(300)와 더미 튜브(400)의 사이에 개재되어 결합된 복수개의 핀(500)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명은 배플에 의해 헤더탱크의 내부 공간이 구획되어 열교환매체의 흐름 방향이 전환되도록 구성되는 열교환기에서, 온도 차이에 의해 배플에 근접한 튜브들에 인가되는 열응력이 감소되어, 헤더탱크와 튜브의 결합부에서 열교환매체가 리크되는 것을 방지할 수 있으며, 열교환기의 내구성 및 수명이 향상될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 열교환기를 나타낸 개략도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 조립사시도, 부분 분해사시도 및 정면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 정면 부분 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 더미튜브의 압착전 및 압착후의 상태를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 정면 부분 단면도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열교환기를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 조립사시도, 부분 분해사시도 및 정면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기를 나타낸 정면 부분 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1000)는, 제1헤더탱크(100), 제2헤더탱크(200), 복수개의 냉매 튜브(300), 헤더탱크의 내부 공간을 구획하는 배플(130) 및 더미 튜브(400)로 구성될 수 있다.
제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200)는 내부에 열교환매체가 저장 및 유동될 수 있는 공간이 형성되어 열교환매체가 유동되는 유로를 형성하며, 제1헤더탱크(100)와 제2헤더탱크(200)는 일정거리 이격되어 서로 나란하게 배치될 수 있다. 그리고 일례로 제1헤더탱크(100)에는 배플(130)이 설치될 수 있으며, 제1헤더탱크(100)의 내부에 배플(130)이 결합되거나 일체로 형성되어 배플(130)에 의해 제1헤더탱크(100)의 내부 공간이 구획되며, 높이방향 상하로 나뉜 상측의 제1공간(100-1) 및 하측의 제2공간(100-2)이 형성될 수 있다. 또한, 제1헤더탱크(100)에는 제1공간(100-1)에 연통되어 열교환매체가 유입되는 입구 파이프(150)가 형성되며, 제2공간(100-2)에 연통되어 열교환매체가 배출되는 출구 파이프(160)가 형성될 수 있다. 여기에서, 배플(130)은 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200) 중 어느 하나 이상의 내측에 배치되어 내부 공간을 구획하도록 구성될 수 있으며, 입구 파이프(150) 및 출구 파이프(160)가 제2헤더탱크(100)에 형성될 수도 있다.
그리고 제1헤더탱크(100)는 헤더(110)와 탱크(120)의 결합에 의해 형성되며, 헤더(110)와 탱크(120)의 결합에 의해 내부에 열교환매체가 저장 및 유동될 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 또한, 헤더(110)와 탱크(120)가 서로 결합되는 부분에는 실링부재인 가스켓(140)이 개재되어 헤더(110)와 탱크(120)가 결합되는 부분이 밀폐될 수 있다. 그리하여 제1헤더탱크(100)의 외부로 열교환매체가 누출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 배플(130)과 헤더(110)의 사이에도 가스켓(140)이 개재되어 배플(130)과 헤더(110)의 사이가 밀폐될 수 있으며, 이에 따라 제1헤더탱크(100)의 제1공간(100-1)과 제2공간(100-2)의 사이가 배플(130) 및 가스켓(140)에 의해 완전히 막혀있도록 구성될 수 있다. 도시되지는 않았으나 마찬가지로 제2헤더탱크(200)도 헤더와 탱크의 결합에 의해 형성될 수 있으며, 헤더와 탱크의 사이에 가스켓이 개재되어 결합되는 부분이 밀폐될 수 있다.
냉매 튜브(300)는 열교환매체가 통과하며 열교환을 일으키는 부분으로서, 관 형태로 형성되어 제1헤더탱크(100)의 헤더(110)에 형성된 튜브 삽입홀에 일측 단부가 삽입되고 제2헤더탱크(200)의 헤더에 형성된 튜브 삽입홀에 타측 단부가 삽입된 후 브레이징 등에 의해 양단이 고정되어 열교환매체 유로를 형성한다. 이때, 헤더(110)에는 냉매 튜브(300)의 단부가 삽입될 수 있도록 복수개의 튜브 삽입홀이 형성되고, 튜브 삽입홀은 복수개가 길이방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 형성되어, 복수개의 냉매 튜브(300)들이 길이방향으로 서로 이격되어 나란하게 배치될 수 있다.
더미 튜브(400)는 냉매 튜브(300)들 사이에 배치되되 냉매 튜브(300)들이 배열된 방향인 높이방향으로 배플(130)에 근접한 위치에 배치될 수 있다. 그리하여 일례로 도시된 바와 같이 배플(130)을 기준으로 높이방향으로 바로 배플(130)의 상측에 냉매 튜브(300)가 위치하고 배플(130)의 하측에 더미 튜브(400)가 배치될 수 있다. 그리고 더미 튜브(400)는 내부에 냉매가 유동되지 않도록 형성되어, 양단이 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200)에 결합되어 고정될 수 있다.
그리하여 본 발명은 배플에 의해 헤더탱크의 내부 공간이 구획되어 열교환매체의 흐름 방향이 전환되도록 구성되는 열교환기에서, 배플에 근접하여 배치된 더미 튜브를 따라 열교환매체가 유동되지 않으므로, 배플을 기준으로 상측에서 유동되는 열교환매체와 하측에서 유동되는 열교환매체의 온도 차이에 의해 더미 튜브의 상측에 이웃하여 배치된 냉매 튜브와 더미 튜브의 하측에 이웃하여 배치된 냉매 튜브 간의 열응력을 효과적으로 해소할 수 있다. 즉, 열교환매체의 온도 차이에 의해 배플에 근접한 튜브들에 인가되는 열응력이 감소되어, 배플이 위치하는 부분의 헤더탱크와 튜브의 결합부에서 열교환매체가 리크되는 것을 방지할 수 있으며, 열교환기의 내구성 및 수명이 향상될 수 있다.
또한, 더미 튜브(400)는 내부가 비어있는 관 형태로 형성되어, 배플(130)을 기준으로 상측에서 유동되는 열교환매체와 하측에서 유동되는 열교환매체 간의 열전달을 차단하는 역할을 할 수 있다. 그리고 더미 튜브(400)는 길이방향 배플(130)에 가까운쪽의 단부가 막혀있도록 형성될 수도 있으나, 더미 튜브(400)는 길이방향으로 배플(130)에서 먼 쪽의 단부가 막혀있도록 형성될 수 있다. 그리하여 배플(130)이 없는 헤더탱크 쪽에서 더미 튜브(400)의 단부를 막는 압착 또는 코킹 등의 작업을 할 수 있어, 더미 튜브(400)의 단부를 막는 제조 공정을 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 더미 튜브(400)는 내부가 비어있는 관 형태로 형성되어 길이방향 양측 단부가 막혀있도록 형성될 수 있다. 이에 따라 더미 튜브(400)의 내부에 밀폐된 빈 공간이 형성되어, 더미 튜브(400)의 내부에 열교환매체가 존재하지 않고 공기가 채워져 있을 수 있다. 이에 따라 배플을 기준으로 상측에서 유동되는 열교환매체와 하측에서 유동되는 열교환매체 간의 열전달을 효과적으로 차단 할 수 있다.
또한, 더미 튜브(400)는 관 형태로 형성되되 길이방향 단부가 압착되어 막혀있는 압착부(440)가 형성될 수 있다. 즉, 관 형태로 형성되어 개방된 길이방향 단부는 다양한 방법으로 막을 수 있으나, 단부를 압착하는 방법으로 막아서 더미 튜브(400)의 단부에 압착부(440)가 형성될 수 있다.
이때, 더미 튜브(400)는 관 형태로 형성된 모재(410)의 내측면에 내측 클래드층(420)이 형성되어, 압착된 압착부(440)에서 내측면이 서로 접합되어 막혀있도록 형성될 수 있다. 즉, 더미 튜브(400)의 압착부(440)에서 밀착된 내측면에 위치하는 내측 클래드층(420)이 브레이징 시 접합되어 압착부(440)에서 완전하게 기밀이 유지되도록 할 수 있다. 그리고 모재(410)의 외측에 외측 클래드층(430)이 형성되어, 헤더탱크들의 튜브 삽입홀에 더미 튜브가 삽입되어 조립된 상태에서 브레이징에 의해 더미 튜브가 헤더에 접합되어 견고하게 결합될 수 있다.
또한, 더미 튜브(400)는 냉매 튜브(300)들이 배열된 높이방향으로 배플(130)에 근접한 일측에만 배치될 수 있으며, 도시된 바와 같이 배플(130)의 바로 아래쪽에만 1개의 더미 튜브(400)가 배치되어, 배플을 기준으로 상측에서 유동되는 열교환매체와 하측에서 유동되는 열교환매체 간의 열전달을 차단 할 수 있다.
또한, 더미 튜브(400)는 냉매 튜브(300)들이 배열된 높이방향으로 배플(130)에 근접한 양측에 모두 배치될 수 있으며, 도 8과 같이 배플(130)의 바로 위쪽과 아래쪽에 각각 1개씩 더미 튜브(400)가 배치되어, 배플을 기준으로 상측에서 유동되는 열교환매체와 하측에서 유동되는 열교환매체 간의 열전달을 차단 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(1000)는 냉매 튜브(300)들의 사이 및 냉매 튜브(300)와 더미 튜브(400)의 사이에 개재되어 브레이징 등으로 결합된 복수개의 핀(500)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 핀(500)은 주름진 형상으로 형성되어 방열 면적을 넓게 하여 열교환 효율을 높이는 역할을 할 수 있으며, 도시된 바와 같이 서로 이웃하는 냉매 튜브(300)들 사이에 각각 핀(500)이 개재될 수 있으며, 냉매 튜브(300)와 더미 튜브(400)의 사이에도 핀(500)이 개재될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 열교환기
100 : 제1헤더탱크
100-1 : 제1공간 100-2 : 제2공간
110 : 헤더 120 : 탱크
130 : 배플 140 : 가스켓
150 : 입구 파이프 160 : 출구 파이프
200 : 제2헤더탱크
300 : 냉매 튜브
400 : 더미 튜브
410 : 모재 420 : 내측 클래드층
430 : 외측 클래드층 440 : 압착부
500 : 핀

Claims (10)

  1. 서로 이격되어 배치되며, 내부에 열교환매체가 저장 및 유동될 수 있는 공간이 형성된 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200);
    상기 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200)에 양단이 연결되어 열교환매체가 유동되는 복수개의 냉매 튜브(300);
    상기 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200) 중 어느 하나 이상의 내측에 배치되어 내부 공간을 구획하는 배플(130); 및
    상기 냉매 튜브(300)들 사이에 배치되되 상기 냉매 튜브(300)들이 배열된 방향으로 배플(130)에 근접한 위치에 배치되고, 상기 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200)에 양단이 결합되며, 내부에 냉매가 유동되지 않도록 형성된 더미 튜브(400);
    를 포함하여 이루어지는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 더미 튜브(400)는 관 형태로 형성되되 길이방향 단부가 압착되어 막혀있는 압착부(440)가 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 더미 튜브(400)는 관 형태로 형성된 모재(410)의 내측면에 내측 클래드층(420)이 형성되어, 압착된 압착부(440)에서 내측면이 서로 접합되어 막혀있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1헤더탱크(100) 및 제2헤더탱크(200)는,
    각각 결합에 의해 내부에 열교환매체가 저장 및 유동될 수 있는 공간이 형성되는 헤더(110)와 탱크(120); 및
    상기 헤더(110) 및 탱크(120)의 사이에 개재되어 헤더(110)와 탱크(120)가 결합되는 부분을 밀폐하며, 상기 배플(130)과 헤더(110)의 사이에 개재되어 배플(130)과 헤더(110)의 사이를 밀폐하는 가스켓(140);
    을 포함하여 이루어지는 열교환기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 더미 튜브(400)는 관 형태로 형성되되 길이방향 일측 단부만 막혀있도록 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 더미 튜브(400)는 길이방향으로 배플(130)에서 먼 쪽의 단부가 막혀있도록 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 더미 튜브(400)는 관 형태로 형성되되 길이방향 양측 단부가 막혀있도록 형성된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 더미 튜브(400)는 냉매 튜브(300)들이 배열된 방향으로 배플(130)에 근접한 일측에만 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 더미 튜브(400)는 냉매 튜브(300)들이 배열된 방향으로 배플(130)에 근접한 양측에 배치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 튜브(300)들의 사이, 상기 냉매 튜브(300)와 더미 튜브(400)의 사이에 개재되어 결합된 복수개의 핀(500)을 더 포함하여 이루어지는 열교환기.
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