KR101462459B1 - 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이중관 튜브를 이용하여 내측과 외측의 열교환매체 흐름이 서로 반대로 형성되도록 함으로써 온도 분포를 균일화할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.
본 발명의 열교환기(100)는 내부가 상부영역(111) 및 하부영역(112)으로 구획되며, 상기 상부영역(111) 및 하부영역(112)에 각각 입구파이프(150) 및 출구파이프(160)가 형성되는 제1헤더탱크(110); 상기 제1헤더탱크(110)와 나란하게 형성되는 제2헤더탱크(120); 상기 제1헤더탱크(110) 및 제2헤더탱크(120)에 양단이 고정되되, 이중관 형태로 형성되어 내관(130a)이 상기 제1헤더탱크(110)의 상부영역(111)과 연통되고 외관(130b)이 상기 제1헤더탱크(110)의 하부영역(112)과 연통되는 튜브(130); 및 상기 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(140); 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 열교환기는 이중관 튜브를 이용함으로써 1열만으로도 열교환매체의 흐름을 원활히 하여 열교환기 전체의 온도 분포를 균일화 할 수 있으며, 두께를 줄여 소형화가 가능한 장점이 있다.
열교환기, 이중관, 튜브, 카운터

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이중관 튜브를 이용하여 내측과 외측의 열교환매체 흐름이 서로 반대로 형성되도록 함으로써 온도 분포를 균일화할 수 있는 열교환기에 관한 것이다.
근래 자동차 산업에 있어서 세계적으로 환경과 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 연비 개선을 위한 연구가 이루어지고 있으며 다양한 소비자의 욕구를 만족시키기 위해 경량화ㆍ소형화 및 고기능화를 위한 연구개발이 꾸준히 이루어지고 있다.
특히, 열교환기는 공조장치의 일부로서 열교환에 의해 차량 내부 온도를 조절하는 냉방 또는 난방 장치로서, 차량 내부에서 충분한 공간을 확보하기 어려운 실정이기 때문에 작은 크기를 가지면서도 높은 효율을 가지는 열교환기를 제조하기 위한 노력이 있어왔다.
열교환기는 일정거리 이격되어 구비되는 제1헤더탱크(10) 및 제2헤더탱크(20); 상기 제1헤더탱크(10) 또는 제2헤더탱크(20)에 형성되는 입구파이프(11) 및 출구파이프(12); 상기 제1헤더탱크(10) 및 제2헤더탱크(20)에 양 단이 고정되어 열교환매체 유로를 형성하는 복수개의 튜브(30); 및 상기 튜브(30) 사이에 개재되는 핀(40); 을 포함하여 이루어진다.
도 1은 일반적인 원-웨이(One-Way) 방식 열교환기 흐름을 도시한 것으로, 입구파이프(11)가 하부에 형성된 상기 제1헤더탱크(10)의 좌측에, 출구파이프(12)가 상부에 형성된 상기 제2헤더탱크(20) 좌측에 형성된 예를 도시하였다.
상기 도 1에 도시한 원-웨이 방식 열교환기는 상기 입구파이프를 통해 유입된 열교환매체가 제1헤더탱크의 길이방향으로 이동되면서 상기 튜브를 통해 상기 제2헤더탱크로 이동되고, 상기 제2헤더탱크의 길이방향으로 이동되어 상기 출구파이프를 통해 배출된다.
그런데, 상기 원-웨이 방식 열교환기는 내부의 열교환매체 흐름이 비교적 간단하여 열교환매체의 압력이 크게 저하되지 않는 장점이 있으나, 상기 입구파이프 및 출구파이프가 열교환기의 일측에 모두 형성됨에 따라 상기 입구파이프 및 출구파이프와 인접한 영역에 열교환매체가 편중되어 열교환기 전체의 온도 분포가 불균일해지는 문제점이 있다.
상기 열교환기는 내부의 열교환매체가 불균일화 될 경우, 상기 열교환기의 열교환 성능이 저하되며 자동차 실내 좌ㆍ우로 토출되는 공기의 온도차가 발생됨에 따라 사용자의 온도쾌적성을 저하시키고 상기와 같은 문제점은 열교환 매체의 양이 적어지고 유속이 느려질 경우 더욱 커지게 된다.
한편, 도 2a 및 도 2b는 카운터 플로우(Counter Flow) 방식의 2열 열교환기 를 나타낸 도면으로, 기본적인 구조는 도 1에 도시한 형태와 유사하나, 상부의 제1헤더탱크(10)의 일측(도면에서 좌측)에 입구파이프(11)가 타측에 출구파이프(12)가 형성되고, 상기 튜브(30)가 2열로 형성되며, 상기 제1헤더탱크(10) 내부에 제1열과 제2열을 구획하는 배플(13)이 형성된 예를 도시하였다.
상기 카운터 플로우 방식의 열교환기는 상기 입구파이프를 통해 제1헤더탱크의 제1열로 유입되어 길이방향으로 이동되면서 제1열 튜브를 통해 하부의 제2헤더탱크로 이동되고, 상기 제2헤더탱크는 제1열과 제2열이 연통되어 다시 상기 제1헤더탱크의 제2열로 이동된 후, 길이방향으로 이동되어 상기 출구파이프를 통해 배출된다.
상기 카운터 플로우 방식의 열교환기는 상기 원-웨이 방식의 열교환기와 비교하여 열교환매체 편중에 의한 온도차를 줄일 수 있는 장점이 있으나 상기 제1열 튜브를 통해 이동되는 열교환매체의 유량에 비하여 상기 제2열교환기의 단면적이 상대적으로 좁기 때문에 상기 부분에서 열교환매체의 압력강하가 커지게 되는 문제점이 있다.
상기 열교환매체의 압력강하가 커지게 되는 경우에, 열교환매체의 상태가 변화하게 되고, 열교환매체의 흐름이 원활하지 않게 되어 열교환매체의 성능을 저하시키게 되며, 2열 이상으로 형성되어야 하므로 열교환기 두께가 증가되어 소형화가 방해되는 문제점이 있다.
따라서 열교환매체의 압력강하를 줄이면서도 냉매편중을 방지하여 균일한 온도분포를 갖도록 함으로써 열교환 효율을 높일 수 있는 열교환기가 요구된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이중관 튜브의 내측과 외측의 열교환매체 흐름이 서로 반대로 형성되도록 함으로써 전체 영역에서 균일한 온도 분포를 갖으면서도 소형화가 가능한 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 열교환기(100)는 내부가 상부영역(111) 및 하부영역(112)으로 구획되며, 상기 상부영역(111) 및 하부영역(112)에 각각 입구파이프(150) 및 출구파이프(160)가 형성되는 제1헤더탱크(110); 상기 제1헤더탱크(110)와 나란하게 형성되는 제2헤더탱크(120); 상기 제1헤더탱크(110) 및 제2헤더탱크(120)에 양단이 고정되되, 이중관 형태로 형성되어 내관(130a)이 상기 제1헤더탱크(110)의 상부영역(111)과 연통되고 외관(130b)이 상기 제1헤더탱크(110)의 하부영역(112)과 연통되는 튜브(130); 및 상기 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(140); 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환기(100)는 상기 튜브(130)가 중력방향으로 형성되고, 상기 튜브(130)의 내관(130a) 내부의 열교환매체의 흐름과, 상기 튜브(130)의 내관(130a)과 외관(130b) 사이의 열교환매체의 흐름이 서로 반대로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제1헤더탱크(110)는 상기 내관(130a)이 삽입되는 내관삽입홀(118)이 복수개 형성된 배플(115)에 의해 상부영역(111) 및 하부영역(112)이 구획되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 튜브(130)는 상기 내관(130a) 및 외관(130b) 각각에 서로 대향되도록 돌출되어 접합되는 비드(131)가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 열교환기는 이중관 튜브를 이용함으로써 1열만으로도 열교환매체의 흐름을 원활히 하여 열교환기 전체의 온도 분포를 균일화 할 수 있으며, 두께를 줄여 소형화가 가능한 장점이 있다.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 갖는 열교환기(100)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 6은 각각 본 발명에 따른 열교환기(100)를 나타낸 사시도, 단면도, 전면 및 측면 열교환매체 흐름개략도이고, 도 7은 본 발명에 따른 열교환기(100)의 다른 흐름개략도이며, 도 8 및 도 9는 각각 본 발명에 따른 열교환기(100)의 부분 분해사시도이다.
본 발명의 열교환기(100)는 상기 도 3에 도시한 바와 같이, 기본적인 제1헤 더탱크(110), 및 제2헤더탱크(120); 상기 제1헤더탱크(110), 및 제2헤더탱크(120)에 양단이 고정되는 튜브(130); 및 상기 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(140)을 포함하도록 구성된다.
본 발명의 열교환기(100)의 상세 구조는 상기 제1헤더탱크(110)가 상부영역(111)과 하부영역(112)으로 구획되고, 상기 튜브(130)는 이중관 형태로 내관(130a)이 상기 제1헤더탱크(110)의 상부영역(111)과 연통되며 외관(130b)이 상기 제1헤더탱크(110)의 하부영역(112)과 연통되도록 한다.
더욱 상세하게, 상기 제1헤더탱크(110)는 길이방향으로 길게 상ㆍ하로 구획되어 상부영역(111)과 하부영역(112)이 분리되며, 상기 상부영역(111)과 하부영역(112)에는 각각 입구파이프(150) 및 출구파이프(160)가 연결된다.
본 발명에서 제1헤더탱크(110)란, 튜브(130)의 단부를 고정하되, 내부가 상부영역(111) 및 하부영역(112)으로 구획되고, 입구파이프(150) 및 출구파이프(160)가 형성되는 헤더탱크를 칭하는 것으로, 도 3에서 상기 제1헤더탱크(110)가 상측에 형성된 예를 도시하였으나 본 발명의 열교환기(100)는 이에 한정되지 않으며, 그 구체적인 구성은 아래에서 다시 설명한다.
상기 튜브(130)는 상기 제1헤더탱크(110) 및 제2헤더탱크(120)에 양단이 고정되어 열교환매체 유로를 형성하며, 내관(130a)과 외관(130b)을 갖는 이중관 형태로 형성되어 상기 내관(130a) 내부, 및 상기 내관(130a)과 외관(130b) 사이 영역은 열교환매체가 유동된다.
상기 튜브(130)는 각각 상기 내관(130a) 내부가 상기 제1헤더탱크(110)의 상 부영역(111)과 연통되고, 상기 내관(130a)과 외관(130b) 사이가 상기 제1헤더탱크(110)의 하부영역(112)과 연통되도록, 상기 내관(130a)이 상기 외관(130b)보다 길게 형성된다.
본 발명의 열교환기(100)는 중력방향으로 상기 제1헤더탱크(110) 및 제2헤더탱크(120)가 나란하게 형성되고, 상기 튜브(130)가 중력방향으로 형성되어 상기 튜브(130)의 내관(130a) 내부 또는 내관(130a)과 외관(130b) 사이의 열교환매체는 중력방향 또는 중력과 반대되는 방향으로 흐르도록 함으로써 더욱 원활한 흐름을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 열교환기(100)는 상기 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 튜브(130)의 상기 내관(130a) 및 외관(130b) 각각에 서로 대향되도록 돌출되어 접합되는 비드(131)가 더 형성됨으로써 내구성을 높이고 제조가 용이하도록 할 수 있다.
아울러, 상기 튜브(130)는 서로 접합되는 접합용 비드(131)뿐만 아니라 열교환매체의 흐름을 조절하는 흐름조절용 비드(132)가 더 형성될 수 있다.
상기 제1헤더탱크(110)의 상부영역(111)과 하부영역(112)이 분리되어 각각 상기 튜브(130)의 내관(130a) 및 외관(130b)과 연통되도록 하기 위하여, 본 발명의 열교환기(100)는 상기 헤더탱크 내부에 내관(130a)이 삽입되는 내관삽입홀(118)이 복수개 형성된 배플(115)이 이용될 수 있다. (도 8 참조)
상기 도 3 내지 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같은 형태는 상기 제1헤더탱크(110) 및 제2헤더탱크(120)가 상기 튜브(130)의 외관(130b)이 삽입되는 외관삽입홀(119)이 복수개 형성된 헤더(114)와 탱크(113)의 결합에 의해 형성되고, 상기 제 1헤더탱크(110)에는 상부영역(111)과 하부영역(112)을 구획하기 위한 배플(115)이 더 형성된다.
상기 배플(115)은 상기 튜브(130)의 내관(130a)이 삽입되는 내관삽입홀(118)이 복수개 형성된다.
도 9는 제1헤더탱크(110)의 다른 형태로서, 폐단면을 형성하여 상부영역(111)을 형성하는 제1부재(116)와 상기 제1부재(116)의 하측에 연결되어 하부영역(112)을 형성하는 제2부재(117)를 이용한 예를 도시한 것으로서, 이 때, 상기 제1부재(116)의 하부는 상기 튜브(130)의 내관(130a)이 삽입되는 내관삽입홀(118)이, 상기 제1부재(116)는 상기 튜브(130)의 외관(130b)이 삽입되는 외관삽입홀(119)이 형성된다.
상기 도 8 및 도 9는 본 발명의 열교환기(100)를 구성하는 제1헤더탱크(110)의 형성 예를 나타낸 것으로서, 본 발명의 열교환기(100)는 도시한 것 외에도 내부가 상부영역(111) 및 하부영역(112)으로 구획되어 각각 이중관 튜브(130)의 내관(130a) 및 외관(130b)과 연통되도록 하는 제1헤더탱크(110)라면 다양하게 형성될 수 있다.
상기 도 5 및 도 6은 각각 상기 도 3에 도시한 본 발명의 열교환기(100) 내부의 열교환매체 흐름을 나타낸 도면으로, 상기 도 5는 전면, 도 6은 측면에서 바라본 형태를 도시하였다.
상기 도 3 내지 도 5는 상기 입구파이프(150)가 상기 제1헤더탱크(110)의 좌측 상부영역(111)에, 상기 출구파이프(160)가 상기 제1헤더탱크(110)의 좌측 하부 영역(112)에 형성된 예를 도시한 것으로서, 상기 입구파이프(150)를 통해 유입된 열교환매체는 상기 제1헤더탱크(110)의 상부영역(111) 길이방향을 따라 이동되면서 상기 튜브(130)의 내관(130a) 내부로 이동되어 상기 제2헤더탱크(120)로 이동되고, 다시 상기 튜브(130)의 외관(130b)과 내관(130a) 사이의 공간을 통해 상기 제1헤더탱크(110)의 하부영역(112)으로 이동된 후, 상기 출구파이프(160)를 통해 배출된다.
도 6애 도시한 바와 같이, 본 발명의 열교환기(100)는 서로 반대되는 열교환매체의 흐름이 형성되어 종래 2열 이상의 튜브(130)가 형성되는 카운터 플로우 방식의 열교환기(100) 전체의 온도차를 줄일 수 있는 장점을 가지면서도 1열의 튜브(130)를 이용함에 따라 열교환기(100)의 형성 두께를 줄일 수 있어 소형화가 가능하다.
도 7은 본 발명의 열교환기(100)에 따른 다른 열교환매체 흐름 개략도로서, 상기 도 7은 상기 입구파이프(150)가 상기 제1헤더탱크(110)의 좌측 하부영역(112)에, 상기 출구파이프(160)가 상기 제1헤더탱크(110)의 우측 상부영역(111)에 형성된 예를 도시하였다.
더욱 상세하게, 상기 도 7에 도시한 열교환기(100)는 상기 입구파이프(150)를 통해 유입된 열교환매체는 상기 제1헤더탱크(110)의 하부영역(112) 길이방향을 따라 이동되면서 상기 튜브(130)의 내관(130a)과 외관(130b) 사이로 이동되어 상기 제2헤더탱크(120)로 이동되고, 다시 상기 튜브(130)의 내관(130a) 내부 공간을 통 해 상기 제1헤더탱크(110)의 상부영역(111)으로 이동된 후, 상기 출구파이프(160)를 통해 배출된다.
본 발명의 열교환기(100)는 상기 입구파이프(150) 및 출구파이프(160)가 상부영역(111) 및 하부영역(112)으로 구획되는 제1헤더탱크(110)에 형성되어야 하나, 도시된 예 외에도 제1헤더탱크(110)의 어느 영역과 연통되도록 어떤 위치에 형성되느냐를 조절하여 열교환기(100) 내부를 유동하는 열교환매체의 흐름을 원활히 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
도 1은 원-웨이(One-Way) 방식 열교환기의 흐름을 나타낸 도면.
도 2a 및 도 2b는 카운터 플로어(Counter Flow) 방식 열교환기의 흐름을 나타낸 도면.
도 3 내지 도 6은 각각 본 발명에 따른 열교환기를 나타낸 사시도, 단면도, 전면 및 측면 열교환매체 흐름개략도.
도 7은 본 발명에 따른 열교환기의 다른 흐름개략도.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명에 따른 열교환기의 부분 분해사시도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100 : 본 발명의 열교환기
110 :　제1헤더탱크
111 : 상부영역 112 : 하부영역
113 : 탱크 114 : 헤더
115 : 배플
116 : 제1부재 117 : 제2부재
118 : 내관삽입홀 119 : 외관삽입홀
120 : 제2헤더탱크
130 : 튜브 130a, 130b : 내관, 외관
131 : 접합용 비드 132 : 흐름조절용 비드
140 : 핀
150　:　입구파이프 160 : 출구파이프

Claims (4)

  1. 내부가 상부영역(111) 및 하부영역(112)으로 구획되며, 상기 상부영역(111) 및 하부영역(112)에 각각 입구파이프(150) 및 출구파이프(160)가 형성되는 제1헤더탱크(110);
    상기 제1헤더탱크(110)와 나란하게 형성되는 제2헤더탱크(120);
    상기 제1헤더탱크(110) 및 제2헤더탱크(120)에 양단이 고정되되, 이중관 형태로 형성되어 내관(130a)이 상기 제1헤더탱크(110)의 상부영역(111)과 연통되고 외관(130b)이 상기 제1헤더탱크(110)의 하부영역(112)과 연통되는 튜브(130); 및
    상기 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(140); 을 포함하여 형성되며,
    상기 열교환기(100)는 상기 튜브(130)가 중력방향으로 형성되고, 상기 튜브(130)의 내관(130a) 내부의 열교환매체의 흐름과, 상기 튜브(130)의 내관(130a)과 외관(130b) 사이의 열교환매체의 흐름이 서로 반대로 형성되며,
    상기 튜브(130)는 상기 내관(130a) 및 외관(130b) 각각에 서로 대향되도록 돌출되어 접합되는 비드(131)가 더 형성되며,
    상기 내관(130a) 내면에는 열교환매체의 흐름을 조절하기 위한 흐름조절용 비드(132)가 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1헤더탱크(110)는 상기 내관(130a)이 삽입되는 내관삽입홀(118)이 복수개 형성된 배플(115)에 의해 상부영역(111) 및 하부영역(112)이 구획되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 삭제
KR1020080082999A 2008-08-25 2008-08-25 열교환기 KR101462459B1 (ko)

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