KR20210000499A - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 헤더탱크, 상기 제1 헤더탱크와 마주보도록 배치되는 제2 헤더탱크 및 제3 헤더탱크, 상기 제1 헤더탱크 및 상기 제2 헤더탱크를 연결하는 제1 연결부 및 상기 제1 헤더탱크 및 상기 제3 헤더탱크를 연결하는 제2 연결부를 포함하며, 상기 제2 헤더탱크에 배치되는 작동유체 유입구의 높이는 상기 제3 헤더탱크에 배치되는 제3 헤더탱크의 작동유체 유출구의 높이보다 낮게 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.

Description

열교환기{Multiple heat exchanger}

실시예는 열교환기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 복수의 층을 가지도록 연결시 발생하는 에어트랩을 방지하는 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 공조장치에는 차실내의 공기의 냉난방을 위해 차실내에 공기를 순환시키는 과정에서 냉각 또는 가열을 위한 열교환기가 구비되어 있다.

최근에는 환경문제에 때한 의식이 높아지고, 연료의 고갈문제 등 다양한 원인으로 전기 자동차가 주목을 모으고 있다.

전기 자동차에 탑재되는 공기 조화 장치를 개발하는 데에 있어서 문제가 되는 것은, 전기 자동차가 엔진을 탑재하지 않기 때문에, 공기 조화 장치에 구비되는 히터에 열원으로서 엔진 냉각수를 이용할 수가 없다는 것이다.

기존 내연기관 차량에서 냉각수의 온도는 약 90~100℃로 실내 난방에 충분한 냉각수온이 형성되지만, 수가열식 히터 시스템을 이용하는 전기 자동차의 경우 냉각수온이 30~70℃로 낮게 형성되기 때문에 열교환기의 성능향상이 요구되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 2열 구조의 열교환기를 배치하는 방법이 제안되었다.

도 1 및 도 2는 2열 구조 열교환기의 배치구조를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 전기 자동차에서 열교환기의 성능향상을 위해 한 쌍의 열교환기를 복수로 배치할 수 있다.

그러나, 도 1에 나타나는 것과 같이 냉각수가 하부에서 유입되고 복수의 열교환기를 연결하는 헤더탱크를 지나 하부로 유출되는 경우 상부에서 에어트랩(air trap)이 발생하는 문제가 있다.

또한, 도 2에 나타나는 것과 같이 복수의 열교환기를 연결하고 냉각수를 상부에서 유입하고 상부로 유출되는 경우 유입구 상측에서 에어트랩이 발생하게 되는 문제가 있다.

실시예는 열교환기를 다중으로 연결하는 경우 발생하는 에어트랩을 제거하여 열교환기의 성능을 증대하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예는, 제1 헤더탱크; 상기 제1 헤더탱크와 마주보도록 배치되는 제2 헤더탱크 및 제3 헤더탱크; 상기 제1 헤더탱크 및 상기 제2 헤더탱크를 연결하는 제1 연결부; 및 상기 제1 헤더탱크 및 상기 제3 헤더탱크를 연결하는 제2 연결부;를 포함하며, 상기 제2 헤더탱크에 배치되는 작동유체 유입구의 높이는 상기 제3 헤더탱크에 배치되는 제3 헤더탱크의 작동유체 유출구의 높이보다 낮게 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공한다.

바람직하게는, 상기 제1 헤더탱크, 상기 제2 헤더탱크 및 상기 제3 헤더탱크는 세로로 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 작동유체 유입구는 상기 제2 헤더탱크의 높이를 4등분한 경우 최상부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 작동유체 유출구는 상기 제3 헤더탱크의 높이를 4등분한 경우 최하부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 연결부는 상기 제1 헤더탱크 및 상기 제2 헤더탱크를 연결하는 복수의 제1 튜브와 북수의 상기 제1 튜브 사이에 배치되는 복수의 제1 핀을 구비하고, 상기 제2 연결부는 상기 제1 헤더탱크 및 상기 제3 헤더탱크를 연결하는 복수의 제2 튜브와 북수의 상기 제2 튜브 사이에 배치되는 복수의 제2 핀을 구비할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부는 측면이 이웃하도록 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 헤더탱크는 상기 제2 헤더탱크 또는 상기 제3 헤더탱크보다 크게 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 헤더탱크와 제3 헤더탱크는 하나의 챔버의 내부가 베플을 통해 구획되어 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

실시예에 따르면, 열교환기를 다중으로 연결시 발생하는 에어트랩을 제거하여 열교환 효율을 증대하는 효과가 있다.

또한, 열교환기를 다중으로 연결하여 부피를 감소할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 2열 구조 열교환기의 배치구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 구조를 나타내는 사시도이고,
도 4는 도 3의 냉각유체의 흐름을 나타내는 개념도이며,
도 5는 도 4를 상부에서 바라본 도면이고,
도 6은 도 4를 측면에서 바라본 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1 내지 도 6는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 냉각유체의 흐름을 나타내는 개념도이며, 도 5는 도 4를 상부에서 바라본 도면이고, 도 6은 도 4를 측면에서 바라본 도면이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열교환기는 헤1 헤더탱크, 제2 헤더탱크(200), 제3 헤더탱크(300), 제1 연결부(400) 및 제2 연결부(500)를 포함할 수 있다.

제1 헤더탱크(100)는 한 쌍의 열교환기를 연결하기 위한 구조를 구비하며, 제1 열교환기에서 유입구(210)에서 유입되는 냉각수를 유출구(310) 측으로 전달하는 역할을 수행할 수 있다.

제2 헤더탱크(200)와 제3 헤더탱크(300) 각각은 제1 헤더탱크(100)와 마주보도록 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 나타나는 제1 헤더탱크(100), 제2 헤더탱크(200) 및 제3 헤더탱크(300)는 냉각수가 이동할 수 있는 내부공간을 형성할 수 있다.

일실시예로, 헤더탱크는 헤더와 탱크의 결합으로 내부공간을 형성할 수 있으며, 다양한 형상으로 변형실시될 수 있다.

제1 연결부(400)는 제1 헤더탱크(100) 및 제2 헤더탱크(200)를 연결할 수 있으며, 제2 연결부(500)는 제1 헤더탱크(100) 및 제3 헤더탱크(300)를 연결할 수 있다.

제1 연결부(400)는 제1 헤더탱크(100)와 제2 헤더탱크(200)를 연결하는 복수의 제1 튜브(410)와 복수의 제1 튜브(410) 사이에 배치되는 복수의 제1 핀을 포함할 수 있다.

제1 튜브(410)는 내부가 빈 관 구조로 마련되어 작동유체를 이동시킬 수 있다. 제1 튜브(410)의 형상에는 제한이 없으며 다양한 구조로 변형 실시될 수 있다.

제1 핀은 제1 튜브(410)와 제1 튜브(410) 사이에 배치되어 외기와 작동유체의 열 교환을 도울 수 있다. 일실시예로, 제1 핀은 물결형상의 단면을 가지도록 마련되어 제1 튜브(410)와 제2 튜브(510) 사이에서 선 접촉 또는 면 접촉을 할 수 있다.

제1 핀의 형상은 제한이 없으며 열전도율을 증대하여 열 교환 효율을 증대하기 위한 다양한 형상으로 변형 실시될 수 있다.

제2 연결부(500)는 제1 헤더탱크(100)와 제3 헤더탱크(300)를 연결하는 복수의 제2 튜브(510)와 복수의 제1 튜브(410) 사이에 배치되는 복수의 제2 핀(520)을 포함할 수 있다.

제2 연결부(500)는 제1 연결부(400)와 동일한 구조를 가질 수 있는바, 이하 구조에 중복되는 설명을 생략한다.

다만, 도 3에 나타나는 핀 및 튜브 구조를 구비하는 연결부를 설명하고 있으나, 제1 연결부(400) 및 제2 연결부(500)의 구성은 이에 한정되지 않으며, 미세튜브를 이용하여 이동하는 작동유체가 외기와 열교환을 할 수도 있다.

또한, 열교환기의 구조를 보강하기 위한 다양한 구조들이 추가로 부가될 수 있음은 물론이다.

또한, 제2 헤더탱크(200)와 제3 헤더탱크(300)는 별도로 마련될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 하나의 챔버 내부가 베플을 통해 구획됨으로 형성될 수 도 있다.

이 경우 제1 헤더탱크(100)는 제2 헤더탱크(200)와 제3 헤더탱크(300)를 구비하는 챔버와 서로 마주보도록 배치될 수 있으며, 사이에는 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)가 배치될 수 있다.

일실시예로, 제1 연결부(400)와 제2 연결부(500)는 측면이 이웃하도록 배치될 수 있다.

이는 열교환기를 복수로 배치하는 경우 부피를 최소화 할 수 있으며, 작동유체가 이동하면서 열교환 효율을 증대할 수 있다.

본 발명에서는 작동유체가 유입되는 경우, 에어 트랩 발생을 방지하기 위해 제2 헤더탱크(200)에 배치되는 작동유체의 유입구(210)의 높이는 제3 헤더 탱크에 배치되는 착동유체의 유출구(310)의 높이보다 낮게 형성될 수 있다.

이는 작동유체가 유입하여 하강하는 움직임에서 발생하는 기체로 인해 작동유체의 이동영역의 상부에 형성되는 에어트랩을 방지하기 위함이다.

이 경우, 제1 헤더탱크(100), 제2 헤더탱크(200) 및 제3 헤더탱크(300)는 세로방향으로 배치되어 작동 유체가 제2 헤더탱크(200)의 유입구(210)롤 통해 유입된 후, 제1 헤더탱크(100)를 지나 제3 헤더탱크(300)의 유출구(310)를 통해 유출되는 순간까지 하강의 흐름을 생성하지 않아 에어트랩의 발생을 방지할 수 있다.

일실시예로, 작동유체의 유입구(210)는 제2 헤더탱크(200)의 높이를 4등분한 경우 최하부에 배치될 수 있으며, 작동유체의, 유출구(310)는 제3 헤더탱크(300)의 높이를 4등분한 경우 최상부에 배치될 수 있다.

이는 유입구(210)와 유출구(310)가 각각의 구획영역에서 최하단과 최상단에 배치되어 유입구(210)를 통해 유입되는 작동유체가 유출구(310)를 통해 유출될 때까지 하강하는 흐름을 발생하지 않으면서 이동하는 흐름을 유도할 수 있다.

유출구(310)와 유입구(210)의 형상은 제한이 없으며, 다양한 형상으로 변형 실시될 수 있다.

도 4 내지 도 6을 참조하여, 작동유체의 전체흐름을 살펴보면, 제2 헤더탱크(200)의 하단에 배치되는 유입구(210)를 통해 유입되는 작동유체는 제1 연결부(400)를 통해 제1 헤더탱크(100)로 이동하게 되며, 제2 연결부(500)를 통해 제3 헤더탱크(300)의 상단에 배치되는 유출구(310)를 통해 외부로 유출될 수 있다.

이때, 유출구(310)가 제3 헤더탱크(300)의 최상단에 배치됨으로 작동유체의 전체 이동경로에서 하강 흐름이 형성되지 않는 바, 에어트랩의 발생을 방지할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 제1 헤더탱크
200 : 제2 헤더탱크
210 : 유입구
300 : 제3 헤더탱크
310 : 유출구
400 : 제1 연결부
410 : 제1 튜브
500 : 제2 연결부
510 : 제2 튜브
520 : 제2 핀

Claims (8)

1. 제1 헤더탱크;
   상기 제1 헤더탱크와 마주보도록 배치되는 제2 헤더탱크 및 제3 헤더탱크
   상기 제1 헤더탱크 및 상기 제2 헤더탱크를 연결하는 제1 연결부; 및
   상기 제1 헤더탱크 및 상기 제3 헤더탱크를 연결하는 제2 연결부;
   를 포함하며,
   상기 제2 헤더탱크에 배치되는 작동유체 유입구의 높이는 상기 제3 헤더탱크에 배치되는 제3 헤더탱크의 작동유체 유출구의 높이보다 낮게 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 헤더탱크, 상기 제2 헤더탱크 및 상기 제3 헤더탱크는 세로로 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 작동유체 유입구는 상기 제2 헤더탱크의 높이를 4등분한 경우 최상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 작동유체 유출구는 상기 제3 헤더탱크의 높이를 4등분한 경우 최하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제2 항에 잇어서,
   상기 제1 연결부는 상기 제1 헤더탱크 및 상기 제2 헤더탱크를 연결하는 복수의 제1 튜브와 북수의 상기 제1 튜브 사이에 배치되는 복수의 제1 핀을 구비하고,
   상기 제2 연결부는 상기 제1 헤더탱크 및 상기 제3 헤더탱크를 연결하는 복수의 제2 튜브와 북수의 상기 제2 튜브 사이에 배치되는 복수의 제2 핀을 구비하는 열교환기.
6. 제2 항에 있어서,
   상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부는 측면이 이웃하도록 배치되는 열교환기.
7. 제2 항에 있어서,
   상기 제1 헤더탱크는 상기 제2 헤더탱크 또는 상기 제3 헤더탱크보다 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 헤더탱크와 제3 헤더탱크는 하나의 챔버의 내부가 베플을 통해 구획되어 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.

Images