KR100290800B1 - 열교환기 - Google Patents
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Abstract
열교환기를 개시한다. 제1열교환매체가 흐르는 통로를 가지는 제1탱크부와; 상기 제1탱크부와 소정간격 이격되며 제2열교환매체가 흐르는 제2탱크부와, 상기 제1탱크부에 수열부가 지지되는 복수개의 제1히터 튜브와,상기 제2탱크부에 수열부가 지지되며 상기 제1히터 튜브와 상호 소정간격 이격되는 복수개의 제2 히터튜브를 포함한다.
Description
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 더 상세하게는 두 열교환 매체의 사용이 가능한 열교환 매체에 관한 것이다.
통상적으로 각종 열교환기 즉, 라디에이터(radiator), 또는 자동차 공기조화장치의 히이터 코어, 증발기로 사용되는 열교환기는 그 특성상 다소의 차이는 있는데, 이들 열교환기의 대부분은 단일의 열교환 매체만을 사용할 수 있도록 되어 있다.
일예로서 자동차용 공기조화 장치의 히이터 코어로 사용되는 열교환기는 도 1에 나타내 보인 바와 같이 상하부 헤더(11)(11´)에 상호 이격되는 복수개의 튜브(12) 양단부가 고정설치되고, 상부 헤더(11)는 그 내부가 배플(13a)에 의해 구획되며 열교환 매체 유입구(14)와 유출구(15)가 형성된 상부탱크(13)와 결합되며, 하부헤더(11')는 하부탱크(13')가 결합되어 통로를 형성할 수 있도록 구성된다.
그리고 자동차용 공기조화 장치로 이용되는 증발기의 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 성형플레이트가 상호 접합되어 이루어진 튜브(21)가 복수개 적층되어 탱크와 열교환 매체 통로를 형성하게 된다.
상술한 바와 같이 구성된 종래의 열교환기들에 있어서, 자동차용 공기조화 장치의 히이터 코어(10)의 경우에는 자동차 엔진의 냉각수를 이용하게 되고, 상기 증발기로 사용되는 드론컵 타입 열교환기의 경우에는 별도의 열교환 매체 즉,냉매를 사용하게 된다. 따라서 하나의 공기조화 장치를 구성하기 위해서는 냉방과 난방을 위한 적어도 두 개의 열교환기를 송풍기로부터 공급되는 통로상에 설치하여야 한다. 이로인하여 자동차용 공기조화 장치가 상대적으로 복잡하여지는 문제점을 가지고 있으며, 케이스가 커지게 된다. 특히 최근 자동차의 기능이 다양하여짐에 따라 엔진룸과 인스트루먼트 패널 내에 공기조화 장치를 이루는 부품들의 설치공간이 좁아져 공기조화 장치의 열교환기 설계에 많은 제약을 받고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 소형화가 가능하며 적어도 두 열교환 매체를 동시에 사용하여 냉방과 난방에 이용할 수 있는 열교환기를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1는 종래 열교환기의 시시도,
도 2는 종래 열교환기의 다른 실시예를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 열교환기의 사시도,
도 4은 튜브를 발췌하여 도시한 일부절제 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 열교환기의 다른 실시예를 도시한 정면도.
〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명〉,
31,32;탱크부 31;헤더
40; 제1히터 튜브 50; 제2히터 튜브
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1열교환매체가 흐르는 통로를 가지는 제1탱크부와; 상기 제1탱크부와 소정간격 이격되며 제2열교환매체가 흐르는 제2탱크부와, 상기 제1탱크부에 수열부가 지지되는 복수개의 제1히터 튜브와, 상기 제2탱크부에 수열부가 지지되며 상호 소정간격 이격되는 복수개의 제2 히터튜브를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1히터튜브들과 제1히터튜브들은 상호 교호적으로 배열된다. 그리고 상기 제1,2히터튜브는 공히 수열부와 상기 수열부로부터 탱크부의 외측으로 연장되는 방열부을 기지며 상기 수열부와 방열부 사이에 사행 또는 루푸형으로 형성되어 2상 응축성 제2열교환매체가 흐르는 세관통로가 형성된 본체를 포함한다. 상기 각 제1,2히터 튜브들의 사이에 방열휜이 설치될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 열교환기의 일 실시예를 도 3에 나타내 보였다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 열교환기(30)는 제1열교환매체가 흐르는 통로를 가지는 제1탱크부(31)와, 상기 제1탱크부(31)와 소정간격 이격되며 제2열교환매체가 흐르는 제2탱크부(32)와, 상기 제1탱크부(31)에 수열부가 지지되는 복수개의 제1히터 튜브(40)와, 상기 제2탱크부(32)에 수열부가 지지되는 복수개의 제2히터 튜브(50)와, 상기 제1히터 튜브(40)와 제2히터튜브(50)들의 사이에 설치되는 방열휜(60)을 포함한다.
상기 제1,2탱크부(31)(32)는 상호 동일한 구성을 가지는 것으로, 제1,2헤더(31a)(32a)와, 상기 제1헤더(31a)와 접합되어 제1열교환 매체 통로(101)를 형성하는 제1탱크(31b)와 상기 제2헤더(31a)와 접합되어 제2열교환 매체 통로(201)를 형성하는 제2탱크(32b)로 이루어진다. 그리고 상기 제1,2탱크에는 에는 각각 제1열교환 매체의 유입구 및 유출구와 제2열교환 매체의 유입구와 유출구가 형성된다.
상기 제1,2헤더(31a)(32a)들에 대한 제1,2히터 튜브들의 수열부 또는 방열부의 고정은 제1,2헤더(31a)(32b)들에 관통공이 형성되어 상기 수열부 또는 방열부가 삽입된 상태로 브레이징 접합되어 이루어지거나 상기 제1,2헤더(31a)(32a)의 하면에 제,2히터 튜브의 수열부가 브레이징 접합되어 이루어진다.
상기 제1,2히터 튜브(40)(50)는 공히 동일한 구조를 가진다. 상기 튜브는 기체와 액체상의 열교환 매체가 공존하는 세관으로 이루어지거나 내부에 미세통로가 형성된 판상으로 이루어지는데, 도 4에 판상으로 이루어진 제1,2히터튜브의 일예를 나타내 보였다.
도시된 바와 같이 제1,2히터 튜브(40)(50)는 수열부(42)(52)와 방열부(43)(53)를 가진 판상의 본체(41)(51)를 포함한다. 본체(41)(51)의 내부에는 수열부(42)(52)와 방열부(43)(53)에 걸쳐 사행 또는 루프형의 제3열교환매체(300)의 통로(44)(54)가 형성된다. 상기 튜브본체(41)(51)는 길이 방향으로 다수의 통로가 형성된 압출튜브를 사용함이 바람직하다. 이 경우 상기 사행 또는 루프형의 열교한 매체 통로(44)(54)는 그 턴부(44a)(54a)가 수열부(42)과 방열부(43)에서 이루어지도록 수열부(42)(52)와 방열부(43)(53)에서 열교환 매체 통로 사이의 격벽이 교호적으로 짧게 형성되도록 한다. 그리고 상기 본체의 양단부는 통로가 가압되어 밀폐되거나 양단부 엔드 캡이 브레이징 결합됨으로써 밀폐된다. 그리고 상기 본체(41)(51)에 형성된 사행 또는 루프형의 열교환 매체 통로는 그 단면 형상이 다양한 형태로 제작될 수 있는데, 내경은 0.1 내지 5.0mm의 범위 내에서 형성함이 바람직하다.
그리고 상기 열교환 매체 통로(44)(54) 내면의 튜브본체(41)(51)의 내면은 열교환 매체의 표면적을 넓히기 위한 돌기 또는 톱니 또는 파형의 요철부를 형성함이 바람직하며 상기 수열부(42)에 형성된 열교환매체 통로의 내부에는 다수의 인입부(reentrant)을 형성함이 바람직하다.
상기 튜브본체(41)(51)의 열교환 매체 통로(44)(54)에 주입되는 제3열교환 매체(300)는 2상 응축성 작동액이면 어느것이나 가능한데, 단위 용적당 증기 발생량이 많고, 열용량과 잠열(潛熱)이 크며, 동점성계수가 작고 포화 증기압이 큰 것이 바람직하다. 예컨데 질소, 물, 프레온 가스 등이 이용될 수 있고, 열교환특성에 따라 다양한 형태의 열교환 매체를 사용할 수 있을 것이다.
그리고 상기 튜브본체(41)(51)에 형성된 열교환매체 통로(44)(54)에 주입되는 열교환 매체의 주입량은 열교환매체 통로 용적의 15 내지 93%를 넘지 않도록 함으로써 열교환 매체 통로(44)(54) 상에 제3열교환 매체(300)의 액(301)과 포화 증기포(302)가 공존하도록 함이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 열교환기의 다른 실시예로서 도 5에 도시된 바와 같이 제1,2히터 튜브(40)(50)를 사행의 형상으로 밴딩하여 상호 중첩되도록 하고, 히터튜브의 일측밴딩부가 헤더에 브레이징 접합되어 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 열교환기의 작용을 엔진의 냉각수와 냉매를 각각 제1,2열교환 매체로 사용하는 것을 예로서 설명하기로 한다.
먼저 난방을 위해서는 상기 열교환기의 제1탱크부(31)을 통하여 제1열교환 매체 즉, 자동차의 엔진에 의해 가열된 냉각수등이 유입되어 헤더(31a)와 탱크(31b)에 의해 형성된 통로(101)를 따라 흐르도록 한다. 이와 같이 제1열교환 매체가 통과하는 과정에서 상기 헤더(31)에 고정된 각 제1히터튜브(40)의 수열부(41)가 가열되게 된다. 상기 수열부(41)가 가열되면 사행 또는 루프상으로 형성된 제3열교환 매체 통로(44)에 주입된 2상의 작동액 즉, 열교환 매체(300)의 핵비등에 의해 단속적이고 다수발생하는 고온 고압의 증기포(301)와, 상기 증기포의 열팽창에 의해 튜브본체(41)의 길이 방향으로 형성된 열교환 매체 통로(44)를 따라 튜브본체(41)의 길이 방향으로 진동하게 된다.
상술한 바와 같은 축방향의 진동으로 수열부(41)에 의해 핵비등 및 팽창되면서 열을 흡수한 제3열교환 매체(300)는 튜브본체(41)의 방열부(42) 측으로 이동된다. 방열부(43)로 이동된 고온 고압의 액상과 증기포상의 열교환 매체는 열을 방출하고 응축되어 저온저압화 되어 소멸되거나 축소된다. 즉, 수열부(42)로부터 흡수된 열의 이송은 액상의 열교환 매체의 수열과 방열에 의한 현열의 수송과 상기 증기포의 발생과 응축에 의한 잠열에 의해 열의 수송이 이루어지게 된다. 따라서 상기 헤더에 고정된 수열부(42)로부터 연장된 방열부(43)는 이를 통과하는 공기와 열교환이 이루어지게 된다. 특히 상기 각 튜브본체(41)의 방열부(42) 사이에는 열교환 효율을 향상시키기 위한 방열휜(60)이 설치되어 있으므로 통과기류와의 열전달효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 열교환이 이루어지는 동한 상기 제2탱크부(32)에는 제2열교환 매체가 흐르지 않게 된다.
그리고 냉방을 위해서는 상기 제1탱크부(31)에 제1열교환 매체가 흐르지 않도록 제1열교환 매체통로로의 흐름을 차단하고, 상기 제2탱크부(32)에 제2열교환 매체 즉, 냉매가 흐르도록 한다. 상기와 같이 제2탱크부(32)가 냉매의 흐름으로 냉각되면 상술한 제1히터 튜브의 작용과 동일한 작용으로 제2열교환 매체와 열교환이 이루어진다.
상술한 바와 같이 작동되는 본 발명에 따른 열교환기는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째; 한 열교환기 내에 두 열교환매체를 사용하여 냉방 또는 난방을 위한 열교환이 이루어질 수 있다.
둘째; 두 열교환기의 작용을 한 열교환기에서 얻을 수 있으므로 이를 채용한 공기조화 장치의 구조가 간단하다.
셋째; 히터 튜브를 사용하여 열교환이 이루어지므로 종래 열교환 매체가 튜브내를 흐르는 구조보다 구조적 안정성이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 도면에 도시된 일 실시예를 일예로들어 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본원 기술분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
Claims (4)
- 제1열교환매체가 흐르는 통로를 가지는 제1탱크부와;상기 제1탱크부와 소정간격 이격되며 제2열교환매체가 흐르는 제2탱크부와, 상기 제1탱크부에 수열부가 삽입된 상태로 접합되며 방열부가 제2탱크부와 접합되는 복수개의 제1히터 튜브와,상기 제2탱크부에 수열부가 삽입된 상태로 접합되며 상기 제1히터 튜브와 소정간격 이격되는 복수개의 제2 히터튜브를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 열교환기.
- 제1항에 있어서, 상기 제1히터튜브들과 제2히터튜브들은 상호 교호적으로 배열된 것을 특징으로 하는 열교환기.
- 제1항에 있어서, 제1,2히터튜브는 각각 수열부와, 상기 수열부로부터 탱크부의 외측으로 연장되는 방열부을 기지며 상기 수열부와 방열부 사이에 사행 또는 루푸형으로 형성되어 2상 응축성 제3열교환매체가 흐르는 세관통로가 형성된 본체를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 열교환기.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 각 제1,2히터 튜브들의 사이에 방열휜이 설치된 것을 특징으로 하는 열교환기.
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