KR100664537B1 - 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트 - Google Patents

자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 증발기의 플레이트들과 함께 복수개가 적층되어 한 번의 브레이징 공정을 통해 서로 접합됨으로써 증발기의 측방에서 증발기에 일체화된 자동차 공기조화장치의 적층형 2 차열교환기를 이루게 되는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트에 관한 것이다.
본 발명에 따른 2차 열교환기용 플레이트(600)는 저압면(610)과 고압면(620)으로 이루어진 박판으로, 상하부에 각각 저압탱크부(611)와 고압탱크부(621)가 쌍을 이루어 같은 종류끼리 나란히 배열되게 성형되고, 그 사이에 상기 각 탱크부들을 같은 종류끼리 연결하는 저압유로(65)와 고압유로(62)를 각각 형성하는 비드(613)가 성형되며, 아울러, 상기 저압탱크부와 상기 비드들 사이에, 상기 저압탱크부로부터 저압냉매를 유도하여 각 저압유로(65)에 고루 분배하는 균배부(均排部)(616)가 더 성형되어 이루어지며, 이러한 구조의 플레이트는 2차 열교환기에서, 그 저압면 저압유로와 고압면의 고압유로로 각각 저압냉매와 고압냉매를 유도하여 상호 열교환시키는 바, 저압냉매 유동에 대한 균배가 양호하여 2차 열교환기의 열교환성능을 크게 높일 수 있다.
공기조화, 증발기, 2차열교환, 보조열교환기, 열교환플레이트

Description

자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트{PLATE FOR LAMINATE TYPE SECONDARY HEAT EXCHANGER OF CAR AIR CONDITIONER}
도 1은 일반적인 자동차 공기조화장치의 냉각시스템 구성도,
도 2는 2차 열교환기가 구비된 자동차 공기조화장치의 냉각시스템 구성도,
도 3은 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기가 구비된 증발기의 분해사시도,
도 4는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기의 개략 사시도,
도 5는 동일자로 출원되는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트의 저압면 정면도
도 6은 동일자로 출원되는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트의 고압면 정면도,
도 7a 및 7b는 도 6의 A-A선 및 B-B선을 따라 취한 단면도,
도 8은 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기가 형성하는 냉매유로를 보인 도 3의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 취한 단면도,
도 9는 동일자로 출원되는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트의 저압면을 따라 흐르는 저압냉매의 유동도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트의 저압면 정면도,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트의 고압면 정면도, 그리고,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트의 저압면을 따라 흐르는 저압냉매의 유동도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
3 : 팽창밸브 4 : 증발기
61 : 고압냉매유입실 62 : 고압유로
63 : 고압냉매배출실 64 : 저압냉매유입실
65 : 저압유로 66 : 저압냉매배출실
7 : 유입접속블록 8 : 배출접속블록
9 : 냉매도관 600 : 플레이트
610 : 저압면 611 : 저압탱크부
612 : 저압탱크공 613 : 비드
614 : 유로차단부 616 : 균배부
620 : 고압면 621 : 고압탱크부
622 : 고압탱크공
본 발명은 자동차 공기조화장치의 냉각시스템에서 교축되기 전의 고온 고압 액상냉매와 증발기에서 배출되는 저온 저압의 기상냉매를 상호 열교환시켜 교축되기 전의 냉매를 과냉화하고 증발기에서 배출되는 냉매의 과열도를 적정화함으로써 증발기내의 냉매유동을 안정화하고 증발기의 과열영역을 축소할 수 있게 하여 공기조화장치의 냉방성능을 높이는 2차 열교환기의 제조에 사용되는 플레이트에 관한 것이다.
자동차 공기조화장치의 냉방시스템은 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor)(1), 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2), 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve)와 같은 교축기구(3), 그리고, 상기 교축기구(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 자동차 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등으로 이루어진 증기 압축 냉동사이클로 구성되며, 자동차 공기조화장치의 냉방스위치(미도시)의 온(On)으로 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방하게 된다.
먼저, 압축기(1)가 엔진의 동력으로 구동하면서 저온 저압의 기상냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 송출하고, 응축기(2)는 그 기상냉매를 외기와 열교환하여 고온 고압의 액체로 응축하여 송출한다. 이어, 응축기(2)에서 송출된 액상냉매는 교축기구(3)의 교축작용으로 급속히 팽창되어 저 온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 그 냉매를 블로어(미도시)가 자동차 실내로 송풍하는 공기와 열교환시킨다. 이에 냉매는 증발기에서 증발하여 저온 저압의 기체 상태로 배출되고 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다. 이상의 냉매순환과정에 있어서, 자동차 실내의 냉방은 상술한 바와 같이 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 자동차 실내에 토출됨으로써 이루어진다.
상술한 바와 같은 냉동사이클을 통해 냉방작용을 하는 공기조화장치의 냉방효율은 여러 가지 요인들에 의해 결정되는 바, 그 중에서도 팽창밸브와 같은 교축기구(3)에 의해 교축되기 직전의 고압 냉매의 과냉도와 증발기에서 배출되는 저압 냉매의 과열도는 각각 냉매 유동성과 증발기(4)에서의 압력 강하량, 그리고 증발기(4)의 과열영역(증발기의 냉매 배출구측 일부 영역)과 압축기(1)의 체적효율 등에 영향을 미쳐 공기조화장치의 냉방효율에 상당한 영향을 주게 된다.
예컨대, 교축되기 전 냉매의 과냉도가 증가하면, 냉매의 비체적이 감소되어 냉매유동이 안정화되고 증발기(4)에서의 냉매 압력강하량이 감소되어 공기조화장치의 냉방효율이 증대되며 압축기(1)의 동력소모량은 감소한다. 반면, 증발기(4)에서 배출되는 저압 냉매의 과열도가 적정하게 유지되지 않으면, 액상 냉매의 압축기 유입 방지를 위해 냉매가 완전히 기화할 수 있게 설정되는 온도가 상대적으로 높은 증발기(4)의 과열영역이 확대되어야 하기 때문에 공기조화장치의 냉방성능이 떨어지게 된다. 따라서, 자동차 공기조화장치들은, 일반적으로, 교축되기 전 냉매의 과 냉도가 증가하고 증발기(4)에서 배출되는 냉매의 과열도가 적정하게 유지되면 냉방성능이 높아지게 된다.
이에, 최근의 자동차 공기조화장치에는 냉방 성능의 증진을 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 교축기구(3)에 유입되는 고온 고압의 액상냉매와 증발기(4)에서 배출되는 저온 저압의 기상냉매를 상호 열교환시켜 교축 전의 고온 고압 액상냉매를 과냉화하고 증발기(4)로부터 배출되는 저압 냉매의 과열도를 적정화할 수 있는 2차 열교환기(6)가 사용되고 있다.
자동차 공기조화장치의 냉각사이클에 있어서 2차 열교환기는 교축되기 전의 고온 고압 기상냉매와 증발기(4)에서 기화된 저온저압의 기상냉매를 상호 열교환시켜 증발기에 유입되는 냉매를 과냉화하고 증발기에서 기화되어 배출되는 기상냉매의 과열도를 적정화할 수 있다. 이로써, 증발기(4)에 유입되는 냉매의 비체적 감소로 증발기내 냉매압력강하량이 줄어들어 증발기내 냉매유동이 안정화되고, 아울러, 액상냉매의 압축기 유입 방지를 위해 냉매가 완전 기화하도록 기존에 증발기에 설정된 - 온도가 상대적으로 높아서 냉방성능을 저하하는 - 냉매 과열영역을 증발기의 배출측 외부로 인출할 수 있게 됨으로써, 공기조화장치의 냉방효율을 크게 높일 수 있다. 결과적으로 압축기(1), 응축기(2) 및 증발기(4)의 효율화를 도모하여 공기조화장치의 고효율화 및 소형화에 기여할 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 잇점들에도 불구하고, 예컨대 일본국 특개평 6-185831 호의 2차 열교환기나 일본국 특개평 10-103812 호의 2차 열교환기 등과 같은 종래 자동차 공기조화장치의 2차 열교환기들은 구성부품의 수가 많은 데다 그 구조도 복잡하여 제조원가가 상당히 높고, 냉매 배관이 복잡하게 얽혀 있어 냉매의 유동성을 저하시키는 접속부를 많이 가지기 때문에, 공기조화장치의 냉각성능을 높이는데 한계를 가지고 있었다. 그 외에도 많은 접속부들로 인해 냉매에 대한 기밀성과 내구성이 취약하고, 부피가 커서 냉각시스템의 소형화에도 역행하는 등 여러 가지의 문제점들을 안고 있었다.
본 출원인은 상술한 바와 같은 종래 2차 열교환기들이 가지는 문제점들을 해소하기 위하여, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 증발기 플레이트들과 함께 적층된 후 한 번의 브레이징 공정을 통해 증발기 플레이트들의 접합과 동시에 접합되는 복수개의 박판형 플레이트들의 적층구조로 이루어져, 증발기(4)와 동시 조립이 가능하여 조립이 용이하고, 단순한 구성과 냉매배관으로 접속부가 적어 냉매에 대한 기밀성과 내구성이 우수하며, 부피도 작아 공기조화장치의 소형화에도 기여할 수 있는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기(6)를 개발하여 본 출원과 동일자로 출원하고 있다.
이 2차 열교환기의 조립에 사용되는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트(600)는 도 5의 저압면(610)과 도 6의 고압면(620)을 앞,뒷면으로 가지는 상하대칭 구조의 열전도성 소재의 박판으로서, 도 5, 도 6, 도 7a 및 도 7b로부터 알 수 있는 바와 같이, 그 상부와 하부에 각각 상기 저압면(610)에서 침하되고 가운데에 저압탱크공(612)이 뚫린 저압탱크부(611)와 고압면(620)에서 침하되고 가운데에 고압탱크공(622)이 뚫려진 고압탱크부(621)가 쌍을 이루어 나란히 성형되고, 상기 상하부 탱크부(611,621)(611,621)들 사이에 상기 저압면(610)에서 돌 출되는 복수개의 수직방향 비드(613)가 나란히 성형된다. 그리고, 그 중앙에는 저압면(610)으로 돌출된 저압냉매유로차단부(614)와 고압면(620)으로 돌출된 고압냉매유로차단부(624)가 각각 상하의 저압탱크부들(611)(611)과 고압탱크부(621)(621)들 대하여 어긋나게 배치되도록 횡방향으로 성형되고, 그 차단부(614)(624)들의 상하에는 비드의 성형이 배제된 혼류부(601)가 각각 형성된다. 또 상기 각 탱크부들(611)(621)과 비드(613)들 사이의 영역과 상기 혼류부(601)상에는 복수개의 유량분배용 비드(615)(625)들이 저압면(610)과 고압면(620)으로 돌출되게 각각 성형된다.
이와 같은 구조의 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트들은 증발기를 이루는 증발기 플레이트 적층구조의 일측에서 저압면(610)과 고압면(620) 및 상하가 동시에 교번하도록 적층된 다음 서로 접합되어, 도 4에 도시된 바와 같은 적층형 2 차 열교환기(6)를 이루게 되는 바, 이 2차 열교환기의 상부에는 도 3과 도 4에 나타난 바와 같이 각 플레이트(600) 상부의 저압탱크부(611)들과 고압탱크부(621)들이 각각 형성하는 저압냉매배출실(66)과 고압냉매배출실(63)이 나란히 형성되고, 이들과 대응하여 하부에는 각 플레이트(600)의 하부측 저압탱크부(611)들과 고압탱크부(621)들에 의해 형성되는 저압냉매유입실(64)과 고압냉매유입실(61)이 쌍을 이루어 형성되며, 상하의 동일 종류 탱크부들(61,63)(64,66)은 저압면으로 돌출한 비드(도 5의 부호 613 참조)들이 저압면(610)과 고압면(620)에서 각각 형성하는 저압유로(도 5의 부호 65)와 고압유로(도 6의 부호 62)를 통해 서로 연결된다. 그리고, 상기 저압냉매유입실(64) 과 고압냉매유입실(61)에는 도 3에 나타난 바와 같이, 증발기(4)의 배출측탱크부(42)와 응축기(미도시)의 배출유로(20)가 각각 연결되고, 상부의 저압냉매배출실(66)과 고압냉매배출실(63)은 각각 압축기로 향하는 유로(81,31)와 팽창밸브가 내장된 교축기구(3)의 교축공(30)에 연결된다. 상기 교축공(30)에는 냉매도관(9)이 연결되고, 그 냉매도관(9)은 다시 상기 고압냉매유입실(61)을 관통하여 증발기 유입측탱크부(41)에 삽입된 유량분배관(40)에 연결된다.
이와 같은 구성에 따라 적층형 2차 열교환기는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 응축기(미도시)에서 배출되는 고압냉매와 증발기(4)에서 배출되는 저압냉매를 각각 상기 고압냉매유입실(61)과 저압냉매유입실(64)로 유입하여 각 플레이트(600)를 사이에 두고 교번되는 고압유로(도 6과 8의 부호 62 참조)와 저압유로(도 5와 8의 부호 65 참조)를 경유하게 한 다음 각각 고압냉매배출실(63)과 저압냉매배출실(66)을 통해 각각 교축기구(3)와 압축기(미도시)로 흐르게 함으로써, 고압냉매와 저압냉매를 각각 고압유로(62)와 저압유로(65)를 따라 흐르는 동안에 상호 열교환시킨다.
한편, 상술한 바와 같이 고압냉매와 저압냉매를 상호 열교환시키는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기에 있어서, 열교환 성능은 각 플레이트의 저압면과 고압면을 따라 흐르는 냉매의 유동 균배(均排)에 영향을 받게 되는 바, 고압면(620)의 고압냉매의 유동은 그 냉매가 고압의 액상냉매이어서 고압면(620) 전체에 균배(均排)되므로 열교환성능에 영향을 거의 미치지 않으나, 저압면(610)의 저압냉매 유동은 저압냉매 자체가 저압인데다 기상과 액상이 혼재(混在)하는 냉매의 유동인 관계로 저압면(610) 전체에 대한 유동 균배가 여러 가지 요인에 따라 크게 달라지기 때문에, 2차 열교환기의 열교환성능에 지배적인 영향을 준다.
그러나, 앞서 설명한 동일자 출원의 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상하에서 저압냉매를 유입하고 배출하는 저압냉매유입실(도 4의 부호 64)과 저압냉매배출실(도 4의 부호 66)을 각각 형성하는 저압면 상하의 저압탱크부(611)(611)들이 플레이트(600)의 한쪽으로 치우쳐 있음에도 불구하고, 저압유로(65)들이 상하의 저압탱크부(611) 사이에 성형된 동일한 규격의 비드(613)들 선단에 의해 형성되는 거의 동일한 높이의 입구들을 각각 가지고 있어, 도 9에 나타난 바와 같이, 저압냉매의 유동이 냉매압이 높은 저압탱크부측에 가까운 저압유로(65)들로 편중되어 흘러 저압냉매에 대한 유동 균배가 아주 불량하기 때문에, 적층형 2차 열교환기의 열교환성능을 크게 떨어뜨리는 요인이 되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트에 따른 2차 열교환기의 문제점을 해소하기 위하여, 2차 열교환기의 열교환성능에 지배적인 영향을 미치는 저압냉매 유동에 대한 균배가 매우 양호하여 2차 열교환기의 열교환성능을 크게 높일 수 있는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 가지고 안출된 본 발명에 따른 공기조화장치의 2차 열교 환기용 플레이트는, 저압면과 고압면으로 이루어져 복수개가 상기 저압면과 고압면이 교번되면서 동시에 상하가 교번되게 적층된 후 서로 접합되어 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기를 이루는 상하 대칭형 박판으로, 상하부에 각각 상기 저압면에서 침하되고 그 가운데에 저압탱크공이 뚫린 저압탱크부와 상기 고압면에서 침하되고 그 가운데에 고압탱크공이 뚫린 고압탱크부가 쌍을 이루어 같은 종류끼리 나란히 배치되게 성형되어 저압냉매유입실과 저압냉매배출실을 상하로 격리되게 형성함과 아울러 고압냉매유입실과 고압냉매배출실을 상하로 격리되게 형성하고, 상기 상하부 탱크부들 사이에 상기 저압면에서 돌출되는 복수개의 수직방향의 비드들이 나란히 성형되어 상기 저압면에서 상기 비드들 사이 사이에 저압유로를 형성하여 상기 저압냉매유입실과 상기 저압냉매배출실을 연결하며, 아울러 상기 고압면에서는 상기 비드들이 고압유로를 형성하여 상기 고압냉매유입실과 상기 고압냉매배출실을 연결하는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트에 있어서,
상기 저압탱크부와 상기 비드들 사이에, 상기 저압냉매유입실을 형성하는 저압탱크부로부터 저압냉매를 유도하여 상기 각 저압유로에 고루 분배하는 균배부(均排部)가 더 성형되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트의 바람직한 특징에 따르면, 상기 균배부는 상기 비드들의 상기 저압탱크부측 각 선단 일부가 배제되어 형성된다.
또한, 상기 균배부의 상하폭은 플레이트의 폭방향 중앙에서 가장 크고 그 양 측으로 가면서 점감되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 플레이트의 길이방향 중앙에, 저압면으로 돌출된 저압냉매유로차단부와 고압면으로 돌출된 고압냉매유로차단부가 동일 수평선상에서 각각 상,하의 상기 저압탱크부와 상,하의 상기 고압탱크부에 대하여 어긋나게 배치되도록 성형되고, 상기 차단부들의 상하에는 상기 비드의 성형이 배제된 혼류부가 더 형성되어 이루어지는 것이 바람직하다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트들은 증발기 플레이트들과 함께 적층된 후 한 번의 브레이징 공정을 통해 증발기 플레이트들의 접합과 동시에 서로 접합되어 증발기에 일체화되는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기를 이루게 된다. 즉, 적층되어 접합된 플레이트들의 상하에 쌍을 지어 성형된 고압탱크부와 저압탱크부들이 고압냉매유입실과 저압냉매유입실을 형성하고, 또 이들과 각 플레이트의 고압유로와 저압유로를 통해 연결되는 저압냉매유입실과 고압냉매유입실을 형성하여, 응축기에서 배출되는 고압냉매와 증발기에서 배출되는 저압냉매를 각각 상기 고압냉매유입실과 저압냉매유입실로 유입하여 각 플레이트를 사이에 두고 서로 교번하여 배열되는 상기 고압유로와 저압유로를 거쳐 고압냉매배출실과 저압냉매배출실을 통해 교축기구와 압축기로 각각 흐르게 함으로써, 그 고압냉매와 저압냉매를 상호 열교환시킨다.
이렇게 본 발명에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트들의 적층구조로 이루어지는 적층형 2차 열교환기는 증발기와 동시에 조립되어 증발기 일측에 일체화되므로 조립공정이 매우 단순하고, 그 구성과 냉매배관이 단 순한데다 접속부도 적어 제조원가와 기밀성, 그리고 내구성면에서 매우 우수하며, 부피가 작아 냉각시스템의 소형화에도 크게 기여할 수 있다. 뿐만 아니라, 저압냉매유입실에 유입되어 각 플레이트 저압면의 저압유로들 따라 흐르는 저압냉매가 상기 균배부에 의해 각 저압유로에 고루 분배되어 열교환성능에 지배적인 영향을 미치는 저압면의 저압냉매 유동 균배가 매우 양호하게 이루어짐으로써 열교환성능도 매우 높다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트의 구조적인 특징과 그에 따른 효과를 첨부도면을 참조하여 보다 구체적으로 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트들의 적층구조로 이루어진 적층형 2차 열교환기는, 도 3에 도시된 바와 같이 증발기(4)의 측방에 부착되어 증발기(4)에 일체화되며, 그 하부에 고압냉매유입실(61)과 저압냉매유입실(64)을, 그리고 상부에는 상기 두 유입실(61)(64)과 각각 연통하는 고압냉매배출실(63)과 저압냉매배출실(66)을 쌍을 이루어 각각 보유한다.
이와 같은 구성을 가지는 적층형 2차 열교환기 조립에 사용되는 본 발명에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트는, 증발기용 플레이트와 대략 같은 크기의 박판으로, 도 3과 4에 도시된 바와 같이, 이들은 증발기 플레이트(400)들과 함께 적층되어 단일 브레이징 공정을 통해 증발기 플레이트(400)들이 서로 접합되어 증발기(4)를 이루는 것과 동시에, 서로 접합되어 2차 열교환기(6)를 이루게 된다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 공기조 화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트들의 적층구조로 이루어지는 적층형 2차 열교환기(6)는 단일 브레이징 공정을 통해 증발기(4)와 함께 조립되므로 조립공정이 단순하다는 장점을 갖는다.
도 10과 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트(600)의 앞면(저압면)과 뒷면(고압면)을 보인 정면도와 배면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트(600)는, 그 앞면과 뒷면이 저압면(610)과 고압면(620)이 되는 상하 대칭 구조의, 예컨대 알루미늄과 같은 열전도성 소재 박판으로서, 그 상하부에 2 개씩의 탱크부(611,621)(611,621), 즉 저압면(610)에서 침하된 저압탱크부(611)와 반대면인 고압면(620)에서 침하된 고압탱크부(621)가 상하에서 쌍을 이루면서 같은 종류의 탱크부(611,611)(621,621)끼리 상하에서 병치되도록 각각 성형된다. 상기 상,하부 탱크부(611,621)(611,621)들 사이에는 상기 저압면(610)에서 돌출되는 복수개의 수직방향 비드(613)가 나란히 성형되는데, 이 비드(613)들은 도 10에 도시된 바와 같이 저압면(610)에서 그들 사이 사이에 상기 상,하부 저압탱크부(612)(612)를 연결하는 저압유로(65)를 형성하고, 고압면(620)에서는 도 11에 도시된 바와 같이 그 자체(613)가 함몰된 유로가 되어 상,하부 고압탱크부(621)(621)를 사이를 연결하는 고압유로(62)가 된다. 그리고, 상기 각 탱크부들, 즉 저압탱크부(611)와 고압탱크부(621)들에는 각각 저압탱크공(612)과 고압탱크공(622)이 뚫려진다. 아울러 바람직한 구성으로서, 도 10와 도 11에 각각 도시된 바와 같이, 플레 이트(600)의 중앙에 저압면(610)으로 돌출된 저압냉매유로차단부(614)와 고압면(620)으로 돌출된 고압냉매유로차단부(624)가 상하에서 병치되는 상기 상,하부 저압탱크부들(611)(611)과 상,하부 고압탱크부(621)(621)들 대하여 각각 어긋나게 배치되도록 플레이트(600)의 중앙에 횡방향으로 각각 성형되고, 그 차단부(614)(624)들의 상하에는 비드(613)의 성형이 배제된 혼류부(601)가 각각 형성된다. 그리고, 상기 각 탱크부들(611)(621)과 비드(613)들의 사이의 영역과 상기 혼류부(601)상에는 복수개의 유량분배용 비드(615)(625)들이 저압면(610)과 고압면(620)으로 돌출되게 각각 성형된다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트는, 도 10에 나타난 바와 같이, 그 저압탱크부(611)와 상기 저압유로(65)들 사이에, 냉매 유수(流水) 공간으로서 상기 저압유로(65)를 형성하는 상기 비드(613)들의 각 선단 일부가 배제되어 형성되는 균배부(616)를 더 구비한다.
이 균배부(616)는 저압인데다 기상과 액상이 혼재하여 유동양상이 수시로 변하는 저압냉매 유동의 균배 문제를 해소하기 위해 설치된 것으로서, 플레이트(600)의 일측으로 편재된 - 저압냉매유입실(도 3의 부호 64 참조)을 형성하는 - 저압탱크부(611)로부터 저압냉매를 유도하여 각 저압유로(65)에 고루 분배함으로써 저압냉매가 저압면(610)에서 각 저압유로(65)를 따라 균등한 비율로 분배되어 흐르게 한다. 이 균배부(616)의 형상은 저압유로(65)들의 각 입구에 냉매압력이 균등하게 작용하도록 그 상하방향 폭(H)이 중앙에서 가장 크고 양측으로 가면서 점감되는 형상, 예컨대 도 10에 나타난 바와 같이 저압냉매의 유동방향으로 볼록한 형상인 것 이 바람직하다.
이상과 같은 구조의 본 발명에 따른 플레이트(600)들은 최외곽 양측의 엔드 플레이트(미도시) 사이에서 서로 대치하는 구조로 맞대어지도록 저압면(610)과 고압면(620) 그리고 상부와 하부가 동시에 교번되게 적층된 후 서로 접합되어 다음과 같은 구성들을 보유하는 적층형 2차 열교환기를 이루게 된다.
즉, 도 3과 4에 도시된 바와 같이, 여러 개의 본 발명에 따른 플레이트(600)들이 적층되어 형성하는 적층형 2차 열교환기(6)는, 각 플레이트(600)들의 상,하부 저압탱크부(611)(621)들이 그 각 탱크공(612)들을 통해 서로 연통하면서 저압면(610)으로 마주하는 플레이트(600)들 사이에서 밀폐공간을 형성하여 저압냉매배출실(66)과 저압냉매유입실(64)을 각각 형성하고, 각 플레이트(600)들의 상,하부 고압탱크부(621)들이 그 각 탱크공(622)들을 통해 서로 연통하면서 고압면(620)으로 마주보는 플레이트(600)들 사이를 밀폐공간을 형성하여 고압냉매배출실(63)과 고압냉매유입실(61)을 각각 형성함으로써, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부에는 저압냉매배출실(66)과 고압냉매배출실(63)을, 하부에는 상기 두 배출실(66)(63)에 대하여 나란히 배열되는 저압냉매유입실(64)과 고압냉매유입실(61)을 보유하게 된다.
상기 저압냉매배출실(66)과 저압냉매유입실(64)은 저압면(610)으로 맞대어 접합된 플레이트(600)들 사이에서 도 10에 도시된 바와 같이 각 플레이트의 저압면(610)에서 돌출된 비드(613)들 사이 사이에 형성되는 각 플레이트 저압면(610)의 저압유로(65)들을 통해 연결되며, 상기 고압냉매배출실(63)과 고압냉매유입실(61)은 고압면(620)으로 맞대어진 플레이트(600)들 사이에서 도 11에 도 시된 바와 같이 각 플레이트의 고압면(620)에서 함몰된 비드(613)들이 형성하는 고압유로(62)들을 통해 서로 연결된다(도 8의 부호 62와 65 참조).
이러한 적층형 2차 열교환기의 구성에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 하부에 배치되는 저압냉매유입실(64)은 증발기(4)의 배출측탱크부(42)에 직결되고, 상기 고압냉매유입실(61)에는 증발기 반대쪽에서 부착되는 유입접속블록(7)을 통해 응축기의 배출유로(20)가 연결된다. 그리고, 상기 고압냉매유입실(61)에는 증발기(4) 반대측에서 그 고압냉매유입실(61)을 관통하여 증발기(4)의 유입측탱크부(41)로 삽입되는 유량분배관(40)이 삽입된다. 그리고, 상기 저압냉매유입실(64)과 고압냉매유입실(61)에 대하여 각 플레이트의 저압면(610)과 고압면(620)의 저압유로(도 8과 도 10의 부호 62 참조)와 고압유로(도 8과 도 11의 부호 65 참조)를 통해 각각 연결되는 상부의 고압냉매배출실(63)과 저압냉매배출실(66)에는 각각 증발기(4) 반대 방향으로 배출구(63a)(66a)가 형성되는데, 그 배출구(63a)(66a)측에는 배출접속블록(8)과 교축기구(3)가 순차적으로 부착되어, 상기 고압냉매배출실(63)은 상기 배출접속블록(8)의 제 1 통공(80)과 팽창밸브가 내장된 교축기구(3)의 교축공(30), 그리고 냉매도관(9)의 순서로 상기 고압냉매유입실(61)을 관통하여 증발기 유입측탱크부(41)에 삽입된 유량분배관(40)에 연결되며, 상기 저압냉매배출실(66)은 상기 교축기구(3)에 형성된 통공(31)을 통해 압축기(도 2의 부호 1 참조)의 유입측에 연결된다.
상술한 바와 같은 냉매 유로에 따라, 응축기(도 2의 부호 2 참조)에서 배출된 고압냉매는 도 3에 나타난 바와 같이 하부의 고압냉매유입실(61)을 통해 적층형 2차 열교환기(6)에 유입하여 각 플레이트의 고압면의 고압유로(도 8과 도 11의 부호 65)들을 따라 상승한 뒤 고압냉매배출실(63)을 통해 2차 열교환기로부터 배출된다. 이어 배출된 고압 냉매는 교축기구(3)의 팽창밸브를 거치면서 팽창되어 저압의 상태로 상기 유량분배관(40)을 통해 증발기(4)에 유입된 다음 그 증발기(4)가 형성하는 냉매유로로 분배되어 흐르면서 증발기(4)로 송풍되는 공기와 열교환하여 기화된다. 그리고 그 기화된 냉매는 증발기(4)의 배출측탱크부(42)에서 2차 열교환기(6)의 하부측 저압냉매유입실(64)로 유입되어 2 차 열교환기(6)에 재차 유입된 다음 각 플레이트들의 저압면(610)에 형성된 저압유로(도 5의 부호 65)들을 따라 상승하여 저압냉매배출실(66)을 거쳐 압축기로 송출된다.
이와 같은 냉매 유동과정에 있어서, 2차 열교환기의 하부측 저압냉매유입실(64)과 고압냉매유입실(61)로 유입된 뒤 각 플레이트의 저압유로(65)들과 고압유로(62)들을 따라 상승한 뒤 상부측 저압냉매배출실(66)과 고압냉매배출실(63)을 통해 각각 배출되는 저압냉매와 고압냉매는 각 플레이트의 저압유로(65)들과 고압유로(62)들을 따라 상승하는 동안 유로차단부(624)(614) 상하의 혼류부(630)들에서 서로 혼합된 뒤 재분배되어 흐르고 또 일측으로 편재된 유로차단부(624)(614)에 의해 각 면, 즉 저압면(610)과 고압면(620)에서 서로 대하여 엇갈리는 방향으로 우회하여 흐르게 된다. 그 과정에서 저압탱크부(611)와 저압유로(65) 사이의 균배부(616)는 도 12에 도시된 바와 같이, 각 플레이트의 일측에 편재된 - 저압냉매유입실(64)을 형성하는 - 저압탱크부(611)로부터 저압냉매를 유입하여 각 저압유로(65)에 고루 분배함으로써 저압냉매가 저압탱크부(611)로부터 각 저압유로(65)에 균등한 비율로 분배되어 흐르게 한다.
한편, 교축 냉매를 증발기(4)에 유입하는 상기 유량분배관(40)은, 도 3에 도시된 바와 같이 고압냉매유입실(61)을 통해 증발기(4)의 유입측탱크부(41)로 삽입되며, 그 선단부에 길이방향으로 배열되고 냉매 압력이 낮아지는 선단측으로 갈수록 커지는 복수개의 분배공(40a)들을 가지고 있어, 각 분배공(40a)들을 통해 교축기구(3)에서 교축된 냉매를 증발기(4)의 각 냉각튜브(도 8의 부호 400 참조)에 고르게 분배하는 역할을 한다. 이렇게 냉매를 증발기(4)의 각 냉매튜브에 고루 분포되어 흐르게 할 수 있는 유량분배관(40)의 사용에 따라 증발기(4) 열교환 효율의 저하없이 증발기(4)의 냉매유로를 단순화할 수 있으므로, 본 발명에 따른 적층형 2차 열교환기(6)를 냉각시스템에 적용하는 경우에는 통상 U 자형의 단순한 냉매유로를 가지는 증발기(4)가 채용된다.
증발기(4)의 냉매유동에 있어서, 냉매의 유동분배가 부적절하면 증발기의 각 냉각튜브들이 형성하는 증발기 코어 내부에 온도편차가 생기게 되고 압력강하량이 큰 경우에 2상 유동(기상 냉매와 액상 냉매가 공존하는 유동)의 압력차이에 대응하는 만큼의 온도차이, 예를 들면, HFC134a 냉매인 경우에는 코어 내 압력강하량이 0.5 kgf/cm2 인 경우에 약 5 ℃ 정도의 온도차이가 생기게 되는데, 본 발명에 따른 적층형 2차 열교환기(6)를 공기조화장치에 적용하는 경우에는 상술한 바와 같이 냉매 유량을 증발기 각 튜브에 대하여 고루 분배하는 유량분배관(40)의 역할로 단순 유로를 가진 증발기(4)가 사용되므로 증발기 튜브들 사이의 온도편차와 증발기 튜브내에서의 압력강하량이 크게 감소되어 공기조화장치의 냉방성능이 향상된다.
이상과 같은 구성들로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트의 적층구조로 이루어진 2차 열교환기는 냉각시스템에 부속되어 도 2에 도시된 바와 같은 냉각사이클을 구성한다. 이에, 도 3에 도시된 바와 같이, 응축기에서 송출되는 중온 고압의 액상 냉매를 고압냉매유입실(61)로 유입하여 고압면(620)으로 마주보는 플레이트들 사이 사이에 형성된 고압유로(62)들을 경유 고압냉매배출실(63)을 통해 교축기구(3)측으로 배출하고, 동시에 증발기(4)에서 배출되는 저온 저압의 액상냉매를 저압냉매유입실(64)로 유입하여 상기 고압유로(62)에 대하여 각 플레이트(600)를 사이에 두고 격리된 저압유로(65)들을 경유 저압냉매배출실(66)을 거쳐 배출함으로써, 교축되기 직전의 고온 고압냉매와 증발기(4)에서 기화된 저온저압의 냉매를 각 플레이트(600)들을 열전달 매체로 상호 열교환시킨다. 이 과정에서 저압탱크부(611)와 저압유로(65) 사이의 균배부(616)는 도 12에 도시된 바와 같이, 각 플레이트의 일측에 편재된 저압탱크부(611)의 저압냉매가 각 저압유로(65)에 균배되어 흐르게 함으로써 열교환성능에 지배적인 영향을 미치는 저압면(610)의 저압냉매 유동 균배를 양호하게 하여 적층형 2차 열교환기의 열교환 성능을 크게 높여준다.
이상에서 설명한 바와 같이 적층형 2차 열교환기는 교축되기 직전의 고온 고압냉매와 증발기에서 기화된 저온 저압의 냉매를 각 플레이트들을 열전달 매체로 상호 열교환시킴으로써, 고온 고압 상태의 액상냉매를 과냉화하고 증발기에서 배출되어 압축기에 유입되는 기상냉매의 과열도를 적정화할 수 있다. 그 결과 교축되기 전 고온 고압의 기상냉매의 비체적을 감소시켜 그 유동을 안정화할 수 있으며, 액 상냉매의 압축기 유입 방지를 위해 냉매가 완전히 기화되도록 설정된 증발기 과열영역을 축소할 수 있게 한다.
따라서, 적층형 2차 열교환기는 증발기에서 압축기로 이어지는 냉매유동에 있어서 증발기에서의 냉매 압력강하량을 감소시키고 온도가 상대적으로 높아 공기조화장치의 냉방성능을 저하하는 증발기의 과열영역을 축소할 수 있게 함으로써 공기조화장치의 냉방성능을 크게 높일 수 있다. 이에, 압축기, 응축기 및 증발기의 효율화를 도모하여 공기조화장치의 고효율화 및 소형화에 기여할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트에 의해 조립되는 적층형 2차 열교환기의 경우에는, 저압탱크부와 저압유로 사이의 반원형 균배부가 각 플레이트의 일측에 편재된 저압탱크부로부터 저압냉매를 유입하여 각 저압유로에 고루 분배함에 따라 저압탱크부로부터 저압냉매가 각 저압유로를 따라 균등한 비율로 분배되어 흐르므로 저압냉매와 고압냉매 사이의 열교환효율이 매우 높다. 즉, 본 발명에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트는 저압인데다 기상과 액상이 혼재하여 압력변화가 심해 그 유동균배가 불량하여 열교환성능 저하의 원인이 되었던 저압면 저압냉매유동의 균배문제를 해소할 수 있으므로 2차 열교환기의 열교환성능을 높이는데 크게 기여할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트는 저압면과 고압면으로 이루어져 증발기 플레이트들과 함께 그 저압면과 고압면이 교번되게 복수개 적층된 다음 단일 브레이징 공정 을 통해 증발기 플레이트들이 증발기를 이루는 것과 동시에 증발기에 일체화된 적층형 2차 열교환기를 이루게 되는 바, 그 적층형 2차 열교환기는 증발기와 동시에 조립가능하여 조립공정이 단순하고 구성과 냉매배관이 단순한데다 접속부도 적어 제조원가가 낮을 뿐만 아니라, 기밀성과 내구성면에서도 매우 우수하며, 증발기의 일측에 일체화되어 공기조화장치의 소형화에도 크게 기여할 수 있다.
이와 같은 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기에 있어서, 본 발명에 따른 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트는 그 저압면과 고압면으로 각각 저압냉매와 고압냉매를 유도하여 그들을 상호 열교환시키는 역할을 하게 되는 바, 저압인데다 기상과 액상냉매의 혼재(混在)로 그 유동균배가 매우 불량하여 2차 열교환기의 열교환성능을 떨어뜨리는 저압면 저압냉매 유동의 균배 문제를 저압탱크부와 저압유로 사이의 균배부가 저압탱크부의 저압냉매를 각 저압유로에 고루 분배하여 해소함으로써 2차 열교환기의 열교환성능을 획기적으로 개선할 수 있다.
한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고, 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (4)

  1. 저압면과 고압면으로 이루어져 복수개가 상기 저압면과 고압면이 교번되면서 동시에 상하가 교번되게 적층된 후 서로 접합되어 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기를 이루는 상하 대칭형 박판으로, 상하부에 각각 상기 저압면에서 침하되고 그 가운데에 저압탱크공이 뚫린 저압탱크부와 상기 고압면에서 침하되고 그 가운데에 고압탱크공이 뚫린 고압탱크부가 쌍을 이루어 같은 종류끼리 나란히 배치되게 성형되어 저압냉매유입실과 저압냉매배출실을 상하로 격리되게 형성함과 아울러 고압냉매유입실과 고압냉매배출실을 상하로 격리되게 형성하고, 상기 상하부 탱크부들 사이에 상기 저압면에서 돌출되는 복수개의 수직방향의 비드들이 나란히 성형되어 상기 저압면에서 상기 비드들 사이 사이에 저압유로를 형성하여 상기 저압냉매유입실과 상기 저압냉매배출실을 연결하고, 아울러 상기 고압면에서는 상기 비드들이 고압유로를 형성하여 상기 고압냉매유입실과 상기 고압냉매배출실을 연결하는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트에 있어서,
    상기 저압탱크부와 상기 비드들 사이에, 상기 저압냉매유입실을 형성하는 저압탱크부로부터 저압냉매를 유도하여 상기 각 저압유로에 고루 분배하는 균배부(均排部)가 더 성형되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서
    상기 균배부는 상기 비드들의 상기 저압탱크부측 각 선단 일부가 배제되어 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서
    상기 균배부의 상하폭은 플레이트의 폭방향 중앙에서 최대이고 양측으로 가면서 점감되는 것을 특징으로 하는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기용 플레이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플레이트의 길이방향 중앙에 저압면으로 돌출된 저압냉매유로차단부와 고압면으로 돌출된 고압냉매유로차단부가 동일 수평선상에서 각각 상,하부 상기 저압탱크부와 상,하의 상기 고압탱크부에 대하여 어긋나게 배치되도록 성형되고, 상기 차단부들의 상하에는 상기 비드의 성형이 배제된 혼류부가 더 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 공기조화장치의 적층형 2차 열교환기.
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