KR101918506B1

KR101918506B1 - 판형 열교환기

Info

Publication number: KR101918506B1
Application number: KR1020130157877A
Authority: KR
Inventors: 최준영; 안용남; 원승식; 이해준
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2018-11-14
Also published as: KR20150071171A

Abstract

본 발명은 판형 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 플레이트의 적층방향으로 응축 영역, 제1과냉 영역 및 제2과냉 영역이 형성되어 소형화가 가능하며, 증발기를 출구측 온도가 과도하게 상승되는 것을 방지하여 냉방 성능을 향상시킬 수 있는 판형 열교환기에 관한 것이다.

Description

판형 열교환기 {Heat Exchanger}

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 차량용 공조시스템에 있어서, 대개 엔진룸 내부에서 충분한 공간을 확보하기 어려운 실정이기 때문에 상기 차량용 공조시스템을 구성하는 열교환기 등의 구성은 소형이면서도 효율을 높일 수 있는 기능이 요구되고 있다.

도 1은 종래의 판형 열교환기를 나타낸 도면으로, 상기 도 1에 도시한 판형 열교환기는 제1열교환매체가 유입되는 제1입구파이프(10) 및 배출되는 제1출구파이프(미도시); 제2열교환매체가 유입되는 제2입구파이프(30) 및 배출되는 제2출구파이프(미도시); 및 복수개가 적층되어 각각 제1열교환매체 및 제2열교환매체가 교대로 유동되는 제1유동부(51) 및 제2유동부(52)를 형성하는 플레이트(50); 을 포함하여 형성된다.

도 1에서, 전체 판형 열교환기의 내구성을 증대하기 위하여 이너핀(60)이 구비된 예를 나타내었고, 제1열교환매체와 제2열교환매체의 2종류의 열교환매체가 서로 열교환된다.

한편, 최근 하이브리드 타입 또는 새로운 장치의 이용 등에 따라 추가적으로 열교환매체를 냉각할 필요가 있어, 별도의 열교환기를 장착하거나, 3종류의 열교환매체를 열교환하기 위한 방안이 연구되고 있다.

그 일예로서, 도 2에 미국등록특허 05462113호(발명의 명칭 : Three-circuit stacked plate heat exchanger)를 나타내었다.

도 2에 도시한 열교환기는 하나의 플레이트에 6개의 홀이 형성되고, 각각의 플레이트가 형성하는 공간에 선택적으로 제1열교환매체 내지 제3열교환매체가 유동되도록 한다.

도 2는 단면도로서, 도 2의 (a)에 제1열교환매체가 유동되는 공간을, 도 2의 (b)에 제2열교환매체가 유동되는 공간을 도 2 (c)에 제3열교환매체가 유동되는 공간을 표시하였다.

도 2에 도시한 편형 열교환기는 별도의 열교환기 추가 없이 3종류의 열교환매체를 열교환할 수 있는 장점이 있으나, 단일 플레이트에 6개의 홀이 형성됨에 따라 홀 형성 면적만큼 열교환매체가 유동되면서 열교환할 수 있는 면적이 줄어드는 단점이 있다. 또한, 복잡한 플레이트 형상을 가지며, 내부 리크(Leak) 발생 시 3종류의 열교환매체가 혼합되는 단점이 있다.

따라서, 충분한 열교환매체 유동 공간을 확보할 수 있으며, 간단한 구성으로도 3종류의 열교환매체를 열교환할 수 있는 판형 열교환기에 대한 개발이 요구되고 있다.

미국등록특허 05462113호(발명의 명칭 : Three-circuit stacked plate heat exchanger)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 응축기로서, 플레이트의 적층방향으로 응축 영역, 제1과냉 영역 및 제2과냉 영역이 형성되어 소형화가 가능하며, 증발기를 출구측 온도가 과도하게 상승되는 것을 방지하여 냉방 성능을 향상시킬 수 있는 판형 열교환기를 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 응축 영역에서 제1열교환매체와 제2열교환매체가 열교환되고, 제1과냉 영역에서 상기 응축 영역 및 기액분리기를 통과한 제1열교환매체와 제2열교환매체가 열교환되며, 제2과냉 영역에서, 상기 제1과냉 영역을 통과한 제1열교환매체 및 제3열교환매체가 열교환됨으로써 과냉 성능을 증대시켜 냉방 성능을 높일 수 있으며, 이에 따른 압축기의 소비 동력을 저감할 수 있는 판형 열교환기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 제1홀 내지 제5홀, 구획부의 돌출 방향 및 폐쇄유무를 조절함으로써 복수개의 플레이트 적층에 의해 제1열교환매체, 제2열교환매체, 및 제3열교환매체가 열교환되는 판형 열교환기를 제조할 수 있어 소형화가 가능하며, 제조성을 확보할 수 있는 판형 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 판형 열교환기(1000)는 제1열교환매체가 유입되는 제1입구파이프(110) 및 배출되는 제1출구파이프(120); 제2열교환매체가 유입되는 제2입구파이프(210) 및 배출되는 제2출구파이프(220); 및 제3열교환매체가 유입되는 제3입구파이프(310) 및 제3출구파이프(320); 복수개가 적층되어 제1열교환매체가 유동되는 제1유동부(400a), 제2열교환매체가 유동되는 제2유동부(400b), 및 제3열교환매체가 유동되는 제3유동부(400c)를 형성하는 플레이트(400)를 포함하는 판형 열교환기(1000)에 있어서, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제1유동부(400a)와 연결되는 제1연결파이프(510) 및 제2연결파이프(520)와 연결되는 기액분리기(500)가 구비되며, 상기 플레이트(400)의 적층방향으로 상기 제1열교환매체 및 제2열교환매체가 서로 열교환되는 응축 영역(A1), 상기 응축 영역(A1) 및 기액분리기(500)를 통과한 제1열교환매체 및 제2열교환매체가 열교환되는 제1과냉 영역(A2), 상기 제1과냉 영역(A2)을 통과한 제1열교환매체 및 제3열교환매체가 열교환되는 제2과냉 영역(A3)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 플레이트(400)의 길이방향 일측에 둘레부가 상측 또는 하측 방향으로 돌출되는 제1접합부(408-1, 408-2)가 형성되는 제1연통홀(401), 상기 플레이트(400)의 길이방향 타측에 상기 제1접합부(408-1, 408-2)가 형성되는 제2연통홀(402), 상기 플레이트(400)의 길이방향 일측에 상기 제1연통홀(401)과 나란하게 위치되며 상기 제1접합부(408-1, 408-2)의 돌출방향과 반대방향으로 돌출되는 제2접합부(409-1, 409-2)가 형성되는 제3연통홀(403), 상기 플레이트(400)의 길이방향 타측에 상기 제2연통홀(402)과 나란하게 위치되며 상기 제2접합부(409-1, 409-2)가 형성되는 제4연통홀(404)이 각각 중공형성되되, 상기 제1접합부(408-1)가 하측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-1)가 상측방향으로 형성되는 제1플레이트(410) 및 상기 제1접합부(408-2)가 상측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-2)가 하측방향으로 형성되는 제2플레이트(420)를 포함하며, 상기 응축 영역(A1)이 상기 제1플레이트(410) 및 제2플레이트(420)가 교번 적층되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제1플레이트(410) 및 제2플레이트(420)와 동일한 형태이되, 상기 제2연통홀이 폐쇄(402a)되고, 상기 제2연통홀(402)에 인접한 상기 플레이트(400)의 타측에 상기 제1접합부(408-1, 408-2)가 둘레부에 형성되는 제5연통홀(405)이 더 형성되며, 상기 제1접합부(408-1)가 하측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-1)가 상측방향으로 형성되는 제3플레이트(430) 및 상기 제1접합부(408-2)가 상측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-2)가 하측방향으로 형성되는 제4플레이트(440)를 포함하며, 상기 제1과냉 영역(A2)이 상기 제3플레이트(430) 및 제4플레이트(440)가 교번 적층되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 플레이트(400)는 상기 제1플레이트(410) 및 제2플레이트(420)와 동일한 형태이되, 상기 제2연통홀(402)에 인접한 상기 플레이트(400)의 타측에 상기 제1접합부(408-1, 408-2)가 둘레부에 형성되는 제5연통홀(405) 및 상기 플레이트(400)의 길이방향으로 상기 제2연통홀(402)이 형성되는 영역과 상기 제5연통홀(405)이 형성되는 영역을 구획하도록 상기 플레이트(400)의 폭방향으로 형성되며 상기 제2접합부(409-1, 409-2)와 동일한 방향으로 볼록 또는 오목하게 돌출되는 구획부(406a, 406b)가 형성되고, 상기 제1접합부(408-1)가 하측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-1)가 상측방향으로 형성되며 상기 구획부(406a)가 볼록하게 형성되는 제5플레이트(450) 및 상기 제1접합부(408-2)가 상측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-2)가 하측방향으로 형성되며 상기 구획부(406b)가 오목하게 형성되는 제6플레이트(460)를 포함하고, 상기 제2과냉 영역(A3)이 상기 제5플레이트(450) 및 제5플레이트(450)가 교번 적층되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 응축 영역(A1)과 제1과냉 영역(A2)을 구획하도록 상기 제1플레이트(410)의 제1연통홀 및 제2연통홀이 폐쇄(401a, 402a)되는 제1구획플레이트(470)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제1과냉 영역(A2)과 제2과냉 영역(A3)을 구획하도록 상기 제3플레이트(430)의 제3연통홀 및 제4연통홀이 폐쇄(403, 404)되는 제2구획플레이트(480)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 판형 열교환기(1000)는 플레이트(400)의 적층방향으로 제1열교환매체의 흐름을 차단하도록 상기 제5플레이트(450) 및 제6플레이트(460)의 제1연통홀이 폐쇄(401a)되거나 제2연통홀이 폐쇄(402a)되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제1열교환매체가 압축기(4000)를 통과한 냉매이고, 상기 제2열교환매체가 라디에이터(610)를 통과하여 냉각된 냉각수이며, 상기 제3열교환매체가 증발기(3000)를 통과한 후, 상기 압축기(4000)를 통과하기 이전의 냉매인 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 판형 열교환기는 응축기로서, 플레이트의 적층방향으로 응축 영역, 제1과냉 영역 및 제2과냉 영역이 형성되어 소형화가 가능하며, 증발기를 출구측 온도가 과도하게 상승되는 것을 방지하여 냉방 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명의 판형 열교환기는 응축 영역에서 제1열교환매체와 제2열교환매체가 열교환되고, 제1과냉 영역에서 상기 응축 영역 및 기액분리기를 통과한 제1열교환매체와 제2열교환매체가 열교환되며, 제2과냉 영역에서, 상기 제1과냉 영역을 통과한 제1열교환매체 및 제3열교환매체가 열교환됨으로써 과냉 성능을 증대시켜 냉방 성능을 높일 수 있으며, 이에 따른 압축기의 소비 동력을 저감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 판형 열교환기는 제1홀 내지 제5홀, 구획부의 돌출 방향 및 폐쇄유무를 조절함으로써 복수개의 플레이트 적층에 의해 제1열교환매체, 제2열교환매체, 및 제3열교환매체가 열교환되는 판형 열교환기를 제조할 수 있어 소형화가 가능하며, 제조성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 판형 열교환기를 나타낸 도면.
도 2는 종래의 다른 판형 열교환기를 나타낸 도면.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 판형 열교환기의 사시도, 분해사시도, 및 제1열교환매체 내지 제3열교환매체의 전체 흐름 개략도.
도 6 내지 도 8은 각각 본 발명에 따른 판형 열교환기의 제1열교환매체, 제2열교환매체, 및 제3열교환매체의 흐름을 나타낸 개략도.
도 9 내지 도 11은 상기 도 3 및 도 4에 도시한 판형 열교환기의 플레이트들을 나타낸 사시도.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 판형 열교환기(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 판형 열교환기(1000)는 제1입구파이프(110), 제1출구파이프(120), 제2입구파이프(210), 제2출구파이프(220), 제3출구파이프(320), 제4출구파이프, 플레이트(400), 제1연결파이프(510), 제2연결파이프(520), 및 기액분리기(500)를 포함한다.

상기 제1입구파이프(110)는 제1열교환매체가 유입되는 부분이며, 상기 제1출구파이프(120)는 제1열교환매체가 배출되는 부분이다. 또한, 상기 제2입구파이프(210)는 제2열교환매체가 유입되는 부분이며, 상기 제2출구파이프(220)는 제2열교환매체가 배출되는 부분이다. 또, 상기 제3입구파이프(310)는 제3열교환매체가 유입되는 부분이며, 상기 제3출구파이프(320)는 제3열교환매체가 배출되는 부분이다.

상기 플레이트(400)는 복수개가 적층되어 제1열교환매체가 유동되는 제1유동부(400a), 제2열교환매체가 유동되는 제2유동부(400b), 및 제3열교환매체가 유동되는 제3유동부(400c)를 형성한다.

상기 기액분리기(500)는 일측 단부가 제1유동부(400a)와 연결되는 제1연결파이프(510) 및 제2연결파이프(520)의 타측 단부와 연결되어, 상기 제1연결파이프(510)를 통해 제1열교환매체가 유입되며 기상과 액상의 제1열교환매체를 분리한 후, 상기 제2연결파이프(520)를 통해 기상의 제1열교환매체만 배출한다.

이 때, 상기 플레이트(400)는 적층방향으로, 응축 영역(A1), 제1과냉 영역(A2), 및 제2과냉 영역(A3)이 형성되는 것으로, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 응축기이다.

상기 응축 영역(A1)은 상기 제1열교환매체 및 제2열교환매체가 서로 열교환되는 영역으로서, 상기 제1입구파이프(110)를 통해 유입된 제1열교환매체와 상기 제2입구파이프(210)를 통해 유입된 제2열교환매체가 서로 열교환된다.

즉, 상기 응축 영역(A1)은 상기 제1유동부(400a)를 형성하는 플레이트(400) 및 제2유동부(400b)를 형성하는 플레이트(400)가 교번되어 형성되며, 상기 응축 영역(A1)을 형성하는 플레이트(400)의 세부 형상은 아래에서 다시 설명한다.

상기 제1과냉 영역(A2)은 상기 응축 영역(A1)의 하측에 형성되어 상기 응축 영역(A1) 및 기액분리기(500)를 통과한 제1열교환매체 및 제2열교환매체가 서로 열교환된다.

이 때, 상기 제1과냉 영역(A2)은 상기 응축 영역(A1)과 마찬가지로 제1유동부(400a)를 형성하는 플레이트(400) 및 제2유동부(400b)를 형성하는 플레이트(400)가 교번되어 형성되되, 상기 기액분리기(500)를 통과한 제1열교환매체가 유입되기 위한 구성을 갖는다.

또한, 상기 응축 영역(A1)과 제1과냉 영역(A2)은 서로 다른 제1열교환매체가 유동되는 것으로서, 서로의 영역을 구획하기 위한 제1구획플레이트(470)가 구비된다.

상기 제2과냉 영역(A3)은 상기 제1과냉 영역(A2)의 하측에 형성되어 상기 제1과냉 영역(A2)을 통과한 제1열교환매체 및 상기 제3입구파이프(310)를 통해 유입된 제3열교환매체가 열교환된다.

상기 제2과냉 영역(A3)은 상기 제1유동부(400a)를 형성하는 플레이트(400) 및 제3유동부(400c)를 형성하는 플레이트(400)가 교번되어 형성되되, 상기 제1과냉 영역(A2)으로 기액분리기(500)를 통과한 제1열교환매체의 흐름이 가능하도록 하기 위한 구성을 갖는다.

본 발명의 판형 열교환기(1000)는 도 5에 도시한 바와 같이, 제1열교환매체가 압축기(4000)를 통과한 냉매이고, 제2열교환매체가 라디에이터(610)를 통하여 냉각된 냉각수이며, 제3열교환매체가 증발기(3000)를 통과한 후, 상기 압축기(4000)를 통과하기 이전의 냉각된 냉매이다.

또한, 도 6 내지 도 8은 각각 본 발명에 따른 판형 열교환기(1000)의 제1열교환매체, 제2열교환매체, 및 제3열교환매체의 흐름을 나타낸 개략도로, 판형 열교환기(1000) 내부에서 제1열교환매체, 제2열교환매체, 및 제3열교환매체의 흐름을 상세히 나타내었다.

도 5 및 도 6을 참조하여 제1열교환매체의 흐름을 설명하면, 본 발명의 판형 열교환기(1000)의 제1입구파이프(110)를 통해 유입되는 제1열교환매체는 상기 압축기(4000)를 통과한 고온 고압의 기상 냉매로서, 상기 응축 영역(A1), 기액분리기(500) 내부 영역, 제1과냉 영역(A2) 및 제2과냉 영역(A3)을 순차적으로 통과하면서 고온 고압의 액상 냉매로 상변화 한 후, 상기 팽창밸브(200)를 통과하면서 감압 팽창되어 저온 저압으로 변화된다.

상기 팽창밸브(200)를 통과한 제1열교환매체는 증발기(3000)를 통과하여 차량 실내 측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 증발 잠열에 의한 흡열작용을 통해 차량 실내로 송풍되는 공기를 냉각시킨다.

즉, 상기 제1열교환매체는 차량 냉방을 위한 냉매로 이용된다.

본 발명의 판형 열교환기(1000)의 제2입구파이프(210)를 통해 유입되는 제2열교환매체는 워터펌프(620)에 의해 엔진의 열을 흡수한 후, 상기 라디에이터(610)를 통해 외기와 열교환되어 냉각되어 순환되는 엔진 냉각 시스템의 냉각수로서, 상기 라디에이터(610)를 통과하여 냉각된 냉각수이다.

도 5 및 도 7을 참조하여 제2열교환매체의 흐름을 설명하면, 상기 제2열교환매체는 상기 제2입구파이프(210)를 통해 응축 영역(A1) 및 제1과냉 영역(A2)을 유동한 후 상기 제2출구파이프(220)를 통해 배출되며, 상기 압축기(4000)로 공급된다.

상기 제3입구파이프(310)를 통해 유입되는 제3열교환매체는 냉방 시스템의 증발기(3000)를 통과한 냉매로서, 증발기(3000)를 통과하여 냉각된 냉매에 의해 상기 제1열교환매체를 과냉각 시킨다.

이를 통해, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 제1열교환매체가 응축되고, 기액분리된 후, 라디에이터(610)를 통과하여 냉각된 냉각수인 제2열교환매체에 의해 1차로 과냉각되고, 상기 증발기(3000)를 통과하여 냉각된 냉매인 제3열교환매체에 의해 2차로 과냉각될 수 있어 과냉각 성능을 보다 높일 수 있다.

특히, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 과냉각 성능이 높아짐에 따라 압축기(4000)의 부하를 줄일 수 있고, 전체 냉방 시스템의 효율을 높일 수 있으며, 이에 따라 전체 에너지 효율성을 향상할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상기 응축 영역(A1), 제1과냉 영역(A2), 및 제2과냉 영역(A3)이 복수개의 플레이트(400) 조합에 의해 형성될 수 있으며, 그 상세한 플레이트(400)들의 구성을 설명한다.

도 9 (a)는 제1플레이트(410)의 사시도이고, 도 9 (b)는 제2플레이트(420)의 사시도이며, 도 9 (c)는 제1구획플레이트(470)의 사시도이다.

또한, 도 10 (a)는 제3플레이트(430)의 사시도이고, 도 10 (b)는 제4플레이트(440)의 사시도이며, 도 10 (c)는 제2구획플레이트(480)의 사시도이다.

또, 도 11 (a)는 제5플레이트(450)의 사시도이고, 도 11 (b)는 제6플레이트(460)의 사시도이며, 도 11 (c)는 제1연통홀이 폐쇄(401a)된 제5플레이트(450)의 사시도이고, 도 11 (d)는 제2연통홀이 폐쇄(402a)된 제6플레이트(460)의 사시도이다.

본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상기 응축 영역(A1)이 제1플레이트(410) 및 제2플레이트(420)가 교번 적층되어 형성된다.

먼저, 상기 제1플레이트(410) 및 제2플레이트(420)는 상기 플레이트(400)의 길이방향 일측에 둘레부가 상측 또는 하측 방향으로 돌출되는 제1접합부(408-1, 408-2)가 형성되는 제1연통홀(401), 상기 플레이트(400)의 길이방향 타측에 상기 제1접합부(408-1, 408-2)가 형성되는 제2연통홀(402), 상기 플레이트(400)의 길이방향 일측에 상기 제1연통홀(401)과 나란하게 위치되며 상기 제1접합부(408-1, 408-2)의 돌출방향과 반대방향으로 돌출되는 제2접합부(409-1, 409-2)가 형성되는 제3연통홀(403), 상기 플레이트(400)의 길이방향 타측에 상기 제2연통홀(402)과 나란하게 위치되며 상기 제2접합부(409-1, 409-2)가 형성되는 제4연통홀(404)이 각각 중공형성된다.

이 때, 상기 제1플레이트(410)는 상기 제1접합부(408-1)가 하측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-12)가 상측방향으로 형성되어 상측에 상기 제1입구파이프(110)를 통해 유입된 제1열교환매체가 유동되는 제1유동부(400a)를 형성한다.

제2플레이트(420)는 상기 제1플레이트(410)와는 반대로, 상기 제1접합부(408-2)가 상측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-2)가 하측방향으로 형성되어 상측에 제2열교환매체가 유동되는 제2유동부(400b)를 형성한다.

또, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상기 제1과냉 영역(A2)이 제3플레이트(430) 및 제4플레이트(440)가 교번 적층되어 형성된다.

상기 제3플레이트(430) 및 제4플레이트(440)는 상기 제1플레이트(410) 및 제2플레이트(420)와 마찬가지로, 상기 플레이트(400)의 길이방향 일측에 둘레부가 상측 또는 하측 방향으로 돌출되는 제1접합부(408-1, 408-2)가 형성되는 제1연통홀(401), 상기 플레이트(400)의 길이방향 타측에 상기 제1접합부(408-1, 408-2)가 형성되는 제2연통홀(402), 상기 플레이트(400)의 길이방향 일측에 상기 제1연통홀(401)과 나란하게 위치되며 상기 제1접합부(408-1, 408-2)의 돌출방향과 반대방향으로 돌출되는 제2접합부(409-1, 409-2)가 형성되는 제3연통홀(403), 상기 플레이트(400)의 길이방향 타측에 상기 제2연통홀(402)과 나란하게 위치되며 상기 제2접합부(409-1, 409-2)가 형성되는 제4연통홀(404)이 각각 중공형성된다.

이 때, 상기 제3플레이트(430) 및 제4플레이트(440)는 각각 상기 제1플레이트(410) 및 제2플레이트(420)와 동일한 형태이되, 상기 제2연통홀이 폐쇄(402a)되고, 상기 제2연통홀(402)에 인접한 타측에 상기 제1접합부(408-1, 408-2)가 둘레부에 형성되는 제5연통홀(405)이 더 형성된다.

상기 제5연통홀(405)은 상기 판형 열교환기(1000)의 하측 방향으로 상기 제2연결파이프(520)가 연결되는 부분이다.

즉, 상기 제3플레이트(430)는 상기 제1접합부(408-1)가 하측방향으로 형성되고, 상기 제2접합부(409-1)가 상측방향으로 형성되는 상기 제1플레이트(410)와 동일한 형태이되, 상기 제2연통홀이 폐쇄(402a)된다.

이를 통해, 상기 제3플레이트(430)는 상측에 상기 기액분리기(500)를 통과한 후, 상기 제2연결파이프(520) 및 제5연통홀(405)을 통해 유입되는 제1열교환매체가 유동되는 제1유동부(400a)를 형성한다.

상기 제4플레이트(440)는 상기 제1접합부(408-2)가 상측방향으로 형성되고, 상기 제2접합부(409-2)가 하측방향으로 형성되는 상기 제2플레이트(420)와 동일한 형태이되, 상기 제2연통홀이 폐쇄(402a)된다.

상기 제4플레이트(440)는 상기 제2플레이트(420)와 마찬가지로, 상기 제2입구파이프(210)를 통해 유입된 제2열교환매체가 유동되는 제2유동부(400b)를 형성한다.

한편, 상기 응축 영역(A1)과 제1과냉 영역(A2)은 제1구획플레이트(470)에 의해 구획된다.

상기 제1구획플레이트(470)는 상기 제1플레이트(410)와 동일한 형태이되, 제1연통홀 및 제2연통홀(401a, 402a)이 폐쇄되어 응축 영역(A1)의 제1열교환매체가 제1과냉 영역(A2)으로 전달되지 않도록 형성된다. (도 9 (c) 참조)

또, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 제2과냉 영역(A3)이 제5플레이트(450) 및 제6플레이트(460)가 교번 적층되어 형성된다.

상기 제5플레이트(450) 및 제6플레이트(460)는 상기 제1플레이트(410) 및 제2플레이트(420)와 마찬가지로, 상기 플레이트(400)의 길이방향 일측에 둘레부가 상측 또는 하측 방향으로 돌출되는 제1접합부(408-1, 408-2)가 형성되는 제1연통홀(401), 상기 플레이트(400)의 길이방향 타측에 상기 제1접합부(408-1, 408-2)가 형성되는 제2연통홀(402), 상기 플레이트(400)의 길이방향 일측에 상기 제1연통홀(401)과 나란하게 위치되며 상기 제1접합부(408-1, 408-2)의 돌출방향과 반대방향으로 돌출되는 제2접합부(409-1, 409-2)가 형성되는 제3연통홀(403), 상기 플레이트(400)의 길이방향 타측에 상기 제2연통홀(402)과 나란하게 위치되며 상기 제2접합부(409-1, 409-2)가 형성되는 제4연통홀(404)이 각각 중공형성된다.

또한, 상기 제2연통홀(402)에 인접한 상기 플레이트(400)의 타측에 상기 제1접합부(408-1, 408-2)가 둘레부에 형성되는 제5연통홀(405) 및 기 플레이트(400)의 길이방향으로 상기 제2연통홀(402)이 형성되는 영역과 상기 제5연통홀(405)이 형성되는 영역을 구획하도록 상기 플레이트(400)의 폭방향으로 형성되며 상기 제2접합부(409-1, 409-2)와 동일한 방향으로 볼록 또는 오목하게 돌출되는 구획부(406a, 406b)가 더 형성된다.

상기 구획부(406a, 406b)는 상측으로 볼록한 형태를 도면번호 406a로, 하측으로 오목한 형태를 도면번호 406b로 표시하였다.

상기 구획부(406a, 406b)는 플레이트(400)의 길이방향으로 상기 제2연통홀(402)이 형성되는 영역(제1과냉 영역(A2)을 통과한 후, 이동된 제1열교환매체가 이동되는 영역)과 상기 제5연통홀(405)이 형성되는 영역(상기 제1과냉 영역(A2)으로 제1열교환매체가 이동되는 영역)을 구획한다.

즉, 상기 제5플레이트(450)는 상기 제1접합부(408-1)가 하측방향으로 형성되고, 상기 제2접합부(409-1)가 상측방향으로 형성되며, 상기 구획부(406a)가 상측방향으로 볼록하게 형성된다.

또한, 상기 제6플레이트(460)는 상기 제1접합부(408-2)가 상측방향으로 형성되고, 상기 제2접합부(409-2)가 하측방향으로 형성되며, 상기 구획부(406b)가 하측방향으로 오목하게 형성된다.

상기 구획부(406a)는 상기 제5플레이트(450) 상측의 경우 제1열교환매체가 유동되는 제1유동부(400a)를 형성하되, 이웃하는 플레이트(400)의 구획부(406b)와 접합되어 상기 제2연통홀(402)이 형성되는 영역과, 상기 제5연통홀(405)이 형성되는 영역을 구획하고, 상기 제6플레이트(460) 상측의 경우 제3열교환매체가 제6플레이트(460)의 전 영역에서 제3열교환매체가 유동되는 제3유동부(400c)를 형성한다.

이 때, 본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상기 제2과냉 영역(A3)에서, 상기 제1열교환매체의 흐름을 조절하도록 상기 제5플레이트(450)의 제1연통홀 또는 제2연통홀이 폐쇄(401a, 402a)되거나, 상기 제6플레이트(460)의 제1연통홀 또는 제2연통홀이 폐쇄(401a, 402a)될 수 있다.

도 11 (c)는 상기 제5플레이트(450)의 제1연통홀(401)이 폐쇄(401a)된 형태를 나타내었고, 제5플레이트(450)와 구별하기 위하여 도면번호 450'로 표시하였다.

도 11 (d)는 상기 제6플레이트(460)의 제2연통홀(402)이 폐쇄(402a)된 형태를 나타내었고, 제6플레이트(460)와 구별하기 위하여 도면번호 460'로 표시하였다.

한편, 상기 제1과냉 영역(A2)과 제2과냉 영역(A3)은 제2구획플레이트(480)에 의해 구획된다.

상기 제2구획플레이트(480)는 상기 제3플레이트(430)와 동일한 형태이되, 제3연통홀 및 제4연통홀이 폐쇄(403a, 404a)되어 제1과냉 영역(A2)의 제1열교환매체(기액분리기(500)를 통과한 후의 제1열교환매체)가 제2과냉 영역(A3)으로 전달되지 않도록 형성된다. (도 10 (c) 참조)

도 3 내지 도 11에서, 상기 판형 열교환기(1000)의 상측방향으로, 상기 제1연통홀(401)은 상기 제1입구파이프(110)와 연통되는 부분이고, 상기 제2연통홀(402)은 상기 제1연결파이프(510)와 연통되는 부분이며, 상기 제3연통홀(403)은 상기 제2입구파이프(210)와 연통되는 부분이고, 상기 제3연통홀(403)은 상기 제2출구파이프(220)와 연통되는 부분인 예를 나타내었다.

또한, 상기 판형 열교환기(1000)의 하측 방향으로, 상기 제1연통홀(401)은 상기 제1출구파이프(120)가 연결되며, 상기 제3연통홀(403)은 제3출구파이프(320)가 연결되고, 상기 제4연통홀(404)은 제4출구파이프가 연결되며, 상기 제5연통홀(405)은 상기 제2연결파이프(520)가 연결되는 예를 나타내었다.

도면에 도시한 예는 일 실시예로서, 제1열교환매체, 제2열교환매체, 및 제3열교환매체의 흐름을 다양화하도록 제1입구파이프(110), 제1출구파이프(120), 제2입구파이프(210), 제2출구파이프(220), 제3입구파이프(310), 제4출구파이프, 제1연결파이프(510), 및 제2연결파이프(520)는 더욱 다양하게 연결될 수 있다.

본 발명의 판형 열교환기(1000)는 상기 제1플레이트(410) 내지 제6플레이트(460)와, 제1구획플레이트(470), 및 제2구획플레이트(480)를 이용한 형태 외에도, 응축 영역(A1), 제1과냉 영역(A2), 및 제2과냉 영역(A3)을 형성할 수 있는 다양한 예가 이용될 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 판형 열교환기
110 : 제1입구파이프 120 : 제1출구파이프
210 : 제2입구파이프 220 : 제2출구파이프
310 : 제3입구파이프 320 : 제3출구파이프
400 : 플레이트
400a : 제1유동부 400b : 제2유동부
400c : 제3유동부
401 : 제1연통홀 401a : 제1연통홀이 폐쇄된 부분
402 : 제2연통홀 402a : 제2연통홀이 폐쇄된 부분
403 : 제3연통홀 403a : 제3연통홀이 폐쇄된 부분
404 : 제4연통홀 404a : 제4연통홀이 폐쇄된 부분
405 : 제5연통홀
406a, 406b : 구획부 (406a : 볼록한 형태, 406b : 오목한 형태)
408-1 : 제1접합부(하측) 409-1 : 제2접합부(상측)
408-2 : 제1접합부(하측) 409-1 : 제2접합부(상측)
410 : 제1플레이트 420 : 제2플레이트
430 : 제3플레이트 440 : 제4플레이트
450 : 제5플레이트 460 : 제6플레이트
470 : 제1구획플레이트
480 : 제2구획플레이트
500 : 기액분리기
510 : 제1연결파이프 520 : 제2연결파이프
A1 : 응축 영역
A2 : 제1과냉 영역
A3 : 제2과냉 영역
610 : 라디에이터 620 : 워터펌프
2000 : 팽창밸브
3000 : 증발기
4000 : 압축기

Claims

제1열교환매체가 유입되는 제1입구파이프(110) 및 배출되는 제1출구파이프(120); 제2열교환매체가 유입되는 제2입구파이프(210) 및 배출되는 제2출구파이프(220); 및 제3열교환매체가 유입되는 제3입구파이프(310) 및 배출되는 제3출구파이프(320); 복수개가 적층되어 제1열교환매체가 유동되는 제1유동부(400a), 제2열교환매체가 유동되는 제2유동부(400b), 및 제3열교환매체가 유동되는 제3유동부(400c)를 형성하는 플레이트(400)를 포함하는 판형 열교환기(1000)에 있어서,
상기 판형 열교환기(1000)는
상기 제1유동부(400a)와 연결되는 제1연결파이프(510) 및 제2연결파이프(520)와 연결되는 기액분리기(500)가 구비되며,
상기 제1입구파이프(110)을 통해 유입된 제1열교환매체와 상기 제2입구파이프(210)을 통해 유입된 제2열교환매체가 서로 열교환되는 응축 영역(A1), 상기 응축 영역(A1)의 하측에 형성되고 상기 응축 영역(A1)과 기액분리기(500)를 통과한 제1열교환매체 및 제2열교환매체가 열교환되는 제1과냉 영역(A2), 상기 제1과냉 영역(A2)의 하측에 형성되고 상기 제1과냉 영역(A2)을 통과한 제1열교환매체 및 제3열교환매체가 열교환되는 제2과냉 영역(A3)이 상기 플레이트(400)의 적층방향으로 순서대로 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 판형 열교환기(1000)는
상기 플레이트(400)의 길이방향 일측에 둘레부가 상측 또는 하측 방향으로 돌출되는 제1접합부(408-1, 408-2)가 형성되는 제1연통홀(401), 상기 플레이트(400)의 길이방향 타측에 상기 제1접합부(408-1, 408-2)가 형성되는 제2연통홀(402), 상기 플레이트(400)의 길이방향 일측에 상기 제1연통홀(401)과 나란하게 위치되며 상기 제1접합부(408-1, 408-2)의 돌출방향과 반대방향으로 돌출되는 제2접합부(409-1, 409-2)가 형성되는 제3연통홀(403), 상기 플레이트(400)의 길이방향 타측에 상기 제2연통홀(402)과 나란하게 위치되며 상기 제2접합부(409-1, 409-2)가 형성되는 제4연통홀(404)이 각각 중공형성되되,
상기 제1접합부(408-1)가 하측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-1)가 상측방향으로 형성되는 제1플레이트(410) 및 상기 제1접합부(408-2)가 상측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-2)가 하측방향으로 형성되는 제2플레이트(420)를 포함하며,
상기 응축 영역(A1)이 상기 제1플레이트(410) 및 제2플레이트(420)가 교번 적층되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 판형 열교환기(1000)는
상기 제1플레이트(410) 및 제2플레이트(420)와 동일한 형태이되,
상기 제2연통홀이 폐쇄(402a)되고, 상기 제2연통홀(402)에 인접한 상기 플레이트(400)의 타측에 상기 제1접합부(408-1, 408-2)가 둘레부에 형성되는 제5연통홀(405)이 더 형성되며,
상기 제1접합부(408-1)가 하측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-1)가 상측방향으로 형성되는 제3플레이트(430) 및 상기 제1접합부(408-2)가 상측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-2)가 하측방향으로 형성되는 제4플레이트(440)를 포함하며,
상기 제1과냉 영역(A2)이 상기 제3플레이트(430) 및 제4플레이트(440)가 교번 적층되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제3항에 있어서,
상기 플레이트(400)는
상기 제1플레이트(410) 및 제2플레이트(420)와 동일한 형태이되,
상기 제2연통홀(402)에 인접한 상기 플레이트(400)의 타측에 상기 제1접합부(408-1, 408-2)가 둘레부에 형성되는 제5연통홀(405) 및 상기 플레이트(400)의 길이방향으로 상기 제2연통홀(402)이 형성되는 영역과 상기 제5연통홀(405)이 형성되는 영역을 구획하도록 상기 플레이트(400)의 폭방향으로 형성되며 상기 제2접합부(409-1, 409-2)와 동일한 방향으로 볼록 또는 오목하게 돌출되는 구획부(406a, 406b)가 형성되고,
상기 제1접합부(408-1)가 하측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-1)가 상측방향으로 형성되며 상기 구획부(406a)가 볼록하게 형성되는 제5플레이트(450) 및 상기 제1접합부(408-2)가 상측방향으로 형성되고 상기 제2접합부(409-2)가 하측방향으로 형성되며 상기 구획부(406b)가 오목하게 형성되는 제6플레이트(460)를 포함하고,
상기 제2과냉 영역(A3)이 상기 제5플레이트(450) 및 제5플레이트(450)가 교번 적층되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제3항에 있어서,
상기 판형 열교환기(1000)는 상기 응축 영역(A1)과 제1과냉 영역(A2)을 구획하도록 상기 제1플레이트(410)의 제1연통홀 및 제2연통홀이 폐쇄(401a, 402a)되는 제1구획플레이트(470)를 포함하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제4항에 있어서,
상기 판형 열교환기(1000)는 상기 제1과냉 영역(A2)과 제2과냉 영역(A3)을 구획하도록 상기 제3플레이트(430)의 제3연통홀 및 제4연통홀이 폐쇄(403, 404)되는 제2구획플레이트(480)를 포함하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제4항에 있어서,
상기 판형 열교환기(1000)는 플레이트(400)의 적층방향으로 제1열교환매체의 흐름을 차단하도록 상기 제5플레이트(450) 및 제6플레이트(460)의 제1연통홀이 폐쇄(401a)되거나 제2연통홀이 폐쇄(402a)되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.
제1항 내지 제7항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 판형 열교환기(1000)는
상기 제1열교환매체가 압축기(4000)를 통과한 냉매이고,
상기 제2열교환매체가 라디에이터(610)를 통과하여 냉각된 냉각수이며,
상기 제3열교환매체가 증발기(3000)를 통과한 후, 상기 압축기(4000)를 통과하기 이전의 냉매인 것을 특징으로 하는 판형 열교환기.