KR19990029943U - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고온의 냉각수 일부를 바이패스시켜 관내 유동손실을 줄임으로써 압력손실을 극복하여 박형, 경량화를 실현할 수 있는 열교환기에 관한 것으로, 헤더와 탱크의 결합에 의해 냉각수로가 형성되고 상호 이격되어 배설되는 커넥터탱크(10) 및 리턴탱크(20)와, 상기 커넥터탱크와 리턴탱크의 각각의 헤더에 연통되는 다수의 튜브(31)와, 상기 튜브들 사이에 설치되는 코루게이트핀(32)과, 상기 커넥터탱크(10) 내부를 제1쳄버(13)와 제2쳄버(14)로 구획하는 배플(40)이 설치되고; 상기 배플은 두께방향으로 냉각수를 바이패스시키는 바이패스홀(42)이 형성됨을 특징으로 한다.

Description

열교환기

본 고안은 차량 엔진실린더를 냉각시키는 고온의 냉각수를 이용하여 실내를 난방하는 열교환기에 관한 것으로, 특히 열교환기에 유입된 냉각수의 일부를 바이패스시킬 수 있도록 하는 배플구조를 개선한 열교환기에 관한 것이다.

열교환기는 대시하부에 장착되어 있는 소형 라디에이터로 엔진을 경유한 뜨거운 냉각수를 열원으로 하고 블로어로 공기를 순환시켜 실내를 난방하게 된다.

최근에는 열교환기의 박형, 경량화에 따른 기술이 요구되고 있으나 일정한 냉각수량을 유지하면서 압력손실을 저감할 수 있는 박형의 열교환기를 제조하는데 어려움이 있다.

일예로 종래의 열교환기는 도 5와 같이 헤더(11)와 탱크(12)로 결합되어 있는 커넥터탱크(10)에 유동하는 냉각수의 전열시간을 높여 냉각효율을 향상시킬 수 있도록 배플(40)에 의해 내부를 구획하고 상기 배플(40)을 중심으로 냉각수를 리턴탱크(20;도 1참조)에서 U턴시킴으로써 유동거리를 증대시키고 있다.

그러나 종래 고안은 배플에 의해 리턴탱크가 구획되어 이웃하는 쳄버와 완전히 밀폐되어 있기 때문에 냉각수가 항상 동일한 유로를 통해 동일량이 유동하게 되고 따라서 열교환기를 박형으로 제작할 경우 압력손실을 극복할 수 없거나 또는 압력손실을 고려할 경우 냉각수량을 감소시켜야 하는 등 성능이 저하되는 문제가 있다.

본 고안은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 특히 고온의 냉각수 일부를 바이패스시켜 관내 유동손실을 줄임으로써 압력손실을 극복함으로써 박형, 경량화를 실현할 수 있는 열교환기를 제공하는데 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 헤더와 탱크의 결합으로 형성되고 상호 이격되어 배설되는 커넥터탱크 및 리턴탱크와, 상기 커넥터탱크와 리턴탱크의 각각의 헤더에 연통되는 다수의 튜브와, 상기 튜브들 사이에 설치되는 냉각핀과, 상기 커넥터탱크 내부를 제1쳄버와 제2쳄버로 구획하는 배플이 설치되고; 상기 배플은 두께방향으로 냉각수를 바이패스시키는 바이패스홀이 형성되며, 그 외주면이 상기 탱크들의 내주면과 접면되고, 일측이 탱크에 형성된 슬릿에 삽입되는 돌기를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 바이패스홀은 배플과 커넥터탱크의 헤더와의 조합에 의해 형성되게 하거나 또는 배플에 홀을 천공하여 형성할 수도 있다.

이러한 구성에 의하면, 제1쳄버로 유입된 냉각수중 일부가 배플에 형성된 바이패스홀을 통해 제2쳄버로 바이패스되며, 동시에 바이패스되지 않은 고온의 냉각수가 튜브를 통해 유동하면서 냉각된 후 바이패스된 냉각수와 함께 제2쳄버에서 혼합되어 유출된다.

도 1은 본 고안에 따른 열교환기 정면도,

도 2는 본 고안의 실시예에 따른 배플을 보인 도1의 A-A선 요부단면도,

도 3 및 도 4는 배플의 다른 실시예를 보인 단면도,

도 5는 종래 배플의 형상을 보인 단면도,

도 6은 본 고안에 따른 실험장치를 보인 계략도,

도 7은 본 고안의 실차 장착후의 실험 결과를 보인 그래프,

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10;커넥터탱크 13;제1쳄버

14;제2쳄버 20;리턴탱크

30;코어 31;튜브

40;배플 42-44;바이패스홀

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 열교환기를 도시한 정면도이고, 도 2는 실시예에 따른 배플의 형상을 설명하기 위한 도 1의 A-A선 단면도이다.

전체 부호를 1로 표시한 열교환기는 헤더(11)(21)와 탱크(12)(22)의 결합에 의해 냉매 통로를 형성하는 커넥터탱크(10)와 리턴탱크(20)가 대향되게 이격되어 수평으로 설치되며, 상기 커넥터탱크(10)의 탱크(11)에는 각각 유입파이프(10a)와 유출파이프(10b)가 결합된다.

상기 커넥터탱크(10)와 리턴탱크(20) 사이에는 각각의 헤더(11)(21)와 연통되게 다수의 튜브(31)가 수직방향으로 배열되며, 상기 튜브(31)들의 사이에는 코루게이트핀(32)이 배열되어 냉각수를 열교환시키는 코어(30)를 형성하고 있다.

상기 커넥터탱크(10) 내부에는 중앙에 배플(40)이 설치되어 각각의 냉각수 유동공간을 갖는 제1쳄버(13)와 제2쳄버(14)로 구획하게 되며, 상기 배플(40)은 냉각수를 U턴시켜 열교환 면적을 증대시킨다.

상기 배플(40)은 커넥터탱크(10)의 평단면 내주면과 동일한 직사각형상으로 일측에 탱크(12)에 형성된 슬릿(12a)에 삽입되는 돌기(41)가 일체로 형성되며 하부 양측에는 냉각수를 바이패스시키기 위한 바이패스홀(42)이 형성되어 있다.

실시예에서는 배플(40)의 하부 양단을 절개하여 상기 배플(40)과 탱크(12)와의 조합에 의해 홀을 형성하고 있으나 다른 실시예로 도 3과 같이 하나의 바이패스홀(43)을 형성하여 동일한 면적을 유지할 수 있고, 또한 도 4와 같이 배플(40)의 중앙에 바이패스홀(44)을 두께방향으로 천공할 수 있다.

상기 바이패스홀(42)의 직경은 냉각수의 통과량이 500cc/분 이하의 바이패스량을 갖는 면적을 형성하며, 바람직하게는 30mm²이하의 개방면적을 갖는게 좋다.

이와 같이 구성된 본 고안의 열교환기는 커넥터탱크(10)의 상부에 결합된 유입파이프(10a)를 통해 실린더에서 열교환된 고온.고압의 냉각수가 제1쳄버(13)로 유입되면 배플(40)에 의해 리턴탱크(20)로 유동하고 상기 리턴탱크(20)에서 U턴한 후 제2쳄버(14)를 경유하여 유출파이프(10b)로 토출된다.

이러한 냉각수의 유동과정에 있어서, 커넥터탱크(10)의 제1쳄버(13)로 유입된 고온의 냉각수중 미소량이 커넥터탱크(10) 중앙에 위치한 배플(40)의 바이패스홀(42)을 통과해 곧바로 제2쳄버(14)로 바이패스되고, 나머지 냉각수는 코어(30)를 통과하면서 열교환된 후 상기 바이패스된 냉각수와 함께 제2쳄버(14)에서 합류되어 유출파이프(10b)로 유출된다.

이때 상기 바이패스홀(42)을 통과하는 냉각수량은 약 500cc/분 이하로 통과되도록 홀의 개방면적을 유지할 필요가 있다. 바이패스량이 기준치 보다 많을 경우에는 튜브의 압력손실을 줄일 수 있으나 열교환량이 감소되어 엔진 냉각에 부적합하며, 반대로 바이패스량이 적을 경우에는 열교환량은 증대되지만 튜브의 압력손실이 증가하여 열교환기의 박형 또는 경량화를 실현할 수 없으므로 적당량의 냉각수가 바이패스될 수 있도록 홀의 면적을 실험에 의해 설정하여야 한다.

상기한 바이패스홀(42)의 면적을 설정함에 있어 본 고안은 도 6과 같은 실험을 통해 바이패스량을 측정하였다.

본 고안의 실험장치(50)는 일정한 저수량을 갖는 수조(51)의 일측에 유입파이프(52)를 설치하고, 상기 수조(51)의 측벽에는 냉각수가 넘칠 경우 배출하기 위한 드레인파이프(53)를 설치하고 있다. 또한 상기 수조(51)의 하부에는 본 고안에 따른 열교환기(1)의 커넥터탱크(10)에 결합된 유입파이프(10a)와 연통되게 배관(54)을 설치하고, 유출파이프(10b) 하방에는 메스실린더(55)를 구비하고 있으며, 이때 상기 열교환기(1)의 리턴탱크(20)의 높이는 수조의 오버플로우 한계높이 보다 높이 설정하여 커넥터탱크(10)로 유동되지 않게 한다.

여기서 수조(51)의 유입파이프(52)로 유입되는 냉각수의 압력 및 수량은 실차에 적용된 것과 동일하게 적용하였다.

상기 실험장치를 통해 커넥터탱크(10)를 구획하고 있는 배플(40)의 바이패스홀(42)의 면적을 조절하면서 통과하는 누수량의 분당 체적을 측정한 후 실차에 적용한 결과 바이패스홀(42)을 통해 분당 500cc 정도 통과하는 약 30mm²이하의 통과면적일 때 튜브의 압력손실을 줄이면서 전체 유량을 동일하게 할 수 있는 이상적인 결과를 얻었다.

도 7은 본 고안에 따른 실험결과를 그래프로 도시한 것으로, 도시한 그래프에 의하면 바이패스홀(42)을 통과하는 냉각수량을 분당 500cc로 유지할 경우 커넥터탱크가 완전히 밀폐된 상태보다 방열량은 약 2% 정도 감소하는 미세한 차이를 보이고 있으나, 압력손실은 약 20%까지 상승됨을 알 수 있다.

따라서 열교환기의 성능을 거의 일정하게 유지시키고 압력 강하를 적게하여 전체 냉각수량을 요구하는 양 만큼 유지시킬 수 있다. 그래프중 A구간은 방열량과 압력강하의 최적화가 되는 구간이다.

이상과 같이 열교환기에서 유입된 냉각수중 일부를 바이패스시킴으로 인해 코어를 유동하는 나머지 유동 냉각수량을 상대적으로 줄일 수 있음으로 인해 튜브내 냉각수의 유동저항을 줄일 수 있어 박형의 열교환기에 있어서도 유량을 저감시키지 않고 압력손실을 줄일 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안의 제1실시예는 헤더와 탱크의 결합으로 형성되고 상호 이격되어 배설되는 커넥터탱크 및 리턴탱크와, 상기 커넥터탱크와 리턴탱크의 각각의 헤더에 연통되는 다수의 튜브와, 상기 튜브들 사이에 설치되는 냉각핀과, 상기 커넥터탱크와 리턴탱크 내부에 냉매를 사행으로 유동시키는 배플이 설치되고; 상기 배플은 중앙에 두께방향으로 액냉매를 바이패스시키는 바이패스홀이 형성되며, 그 외주면이 상기 탱크들의 내주면과 접면되고, 일측이 탱크에 형성된 슬릿에 삽입되는 돌기를 갖는 구조로 커넥터탱크 및 리턴탱크에 설치되고 중앙에 바이패스홀이 천공된 배플들에 의해 액냉매중 일부를 바이패스시킴으로 나머지 냉매에 대한 유동저항을 감소시킬 수 있고, 아울러 그 구조가 간단하여 경량화가 가능하게 된다.

Claims (5)

1. 헤더와 탱크의 결합으로 형성되고 상호 이격되어 배설되는 커넥터탱크 및 리턴탱크와, 상기 커넥터탱크와 리턴탱크의 각각의 헤더에 연통되는 다수의 튜브와, 상기 튜브들 사이에 설치되는 냉각핀과, 상기 커넥터탱크 내부에 냉각수를 U턴으로 유동시키는 배플이 설치되고; 상기 배플은 두께방향으로 냉각수를 바이패스시키는 바이패스홀이 적어도 1개소 이상 형성되며, 그 외주면이 커넥터탱크 내주면과 접면되고, 일측이 탱크에 형성된 슬릿에 삽입되는 돌기를 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 배플의 바이패스홀은 배플과 탱크와의 조합에 의해 홀이 형성됨을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제 1항 있어서, 상기 바이패스홀은 배플의 중앙을 관통하여 형성됨을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플의 바이패스홀은 약 30mm²이하의 냉각수 통과면적을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플의 바이패스홀의 통과면적은 냉각수량이 약 500cc/분 이하의 통과량을 갖도록 함을 특징으로 하는 열교환기.