KR20040091577A - 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 열교환기는, 제1튜브(20A)를 구비하는 제1코어부(22A) 및 제2튜브(20B)를 구비하는 제2코어부(22B)를 포함한다. 상기 제1튜브(20A)는 내부유체가 흐르는 제1통로(T1)를 형성하고, 상기 제2튜브(20B)는 제1통로(T1)를 통과한 내부유체가 흐르는 제2통로(T2)를 형성한다. 상기 제1코어부(22A)의 제1부분을 통과하는 내부유체의 흐름방향 및 상기 제1코어부(22A)의 제2부분을 통과한 냉매의 흐름방향은 제2코어부(22B)로 흐르기 전 튜브가 적층되는 방향(D1)에 대하여 변경된다. 그러므로, 상기 제1코어부(22A)의 제1부분을 통과한 내부유체는 제2코어부(22B)의 제2부분으로 흐르고, 상기 제1코어부(22A)의 제2부분을 통과한 내부유체는 상기 제2코어부(22B)의 제1부분으로 흐른다.

Description

열교환기{Heat exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량공조장치의 냉동사이클에 적합한 냉매증발기에 관한 것이며, 히트펌프 사이클시스템(heat pump cycle system)에 이용되는 열교환기에 관한 것이다.
냉매증발기의 일예로서, 미국특허 제6,339,937호(일본국 특허공개 2001-324290호 공보) 및 일본국 특허공개 2001-12821호 공보에 멀티-플로(multi-flow)형 열교환기 및 서펜타인(serpentine)형 열교환기가 제안되었다. 상기 멀티-플로형 열교환기에서는 복수개의 튜브를 구비한 코어부(core portion)가 상부 및 하부탱크 사이에 배치되며, 냉매는 복수개의 튜브를 동시에 흐르도록 구성된다. 상기 서펜타인형 열교환기에서도 냉매는 유사한 방식으로 흐른다.
상기 코어부에서는 상기 튜브가 열교환기의 외측을 통과하는 공기의 흐름방향(A)에 직교하는 방향으로 배치된다. 이하, 상기 튜브가 배치되는 방향은 코어폭방향(D1) 또는 열교환기의 좌우방향으로 설명한다. 상기 공기흐름방향(A)에 대한 코어부의 하류측은 전방측으로, 상기 공기흐름방향(A)에 대한 코어부의 상류측은 후방측으로 설명한다.
예를 들면, 도19에 나타낸 냉매증발기에서, 복수개의 편평튜브(120)는 상부탱크(116) 및 하부탱크(118) 사이에서 적층된다. 상기 튜브(120)는 코어부(122)를 형성한다. 냉매흡입 커넥터(connector)(112) 및 냉매배출 커넥터(114)는 상부탱크(116)의 좌측단과 우측단에 연결된다. 상기 상부탱크(116)의 중간부에는 세퍼레이터(separator)(24)가 제공된다. 상기 냉매는 코어부(22)의 좌측부에 배치된 좌측튜브(120)에서 흐르고, 동시에 하부탱크(118)에서 좌측으로부터 우측으로 방향전환한다. 그런 다음, 상기 냉매는 코어부(122)의 우측부에 배치된 우측튜브(120)에서 흐른다. 그러므로, 보드(board)면으로 바라볼 경우, 제1냉매통로(refrigerant pass)(P1))는 좌측에 형성되고, 제2냉매통로(P2)는 우측에 형성된다. 여기에서, 상기 상부탱크(116)와 하부탱크(188)가 수직으로 연장하고, 상기 튜브(120)가 수직방향으로 적층되는 방식으로 상기 냉매증발기가 위치될 경우라도, 상기 튜브(120)가 적층되는 방향은 코어폭방향(D1)과 유사하다.
상기한 좌우측 U턴 방식 증발기에서, 냉매가 과열될 경우, 제1냉매통로(P2)가 형성되는 코어부(122)의 우측부에서만 온도분포가 발생하기 쉽다. 그 결과, 좌측부 및 우측부로부터 송풍된 공기의 온도는 균일하지 않게 된다.
또한, 냉매가 과열되지 않은 경우, 냉매량이 대체로 작기 때문에, 우측튜브(120)에서 액상냉매를 균일하게 분포시킬 필요가 있다. 상기 냉매가 우측튜브(120)에서 균일하게 분포되지 않을 경우, 냉매는 드라이 아웃(dry-out), 즉 냉매량이 작은 튜브(120)에서 완전히 증발하게 된다. 그 결과, 공기온도는 불균일하게 된다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 예를 들면 미국특허 제6,272,881호 공보(일본 특개평11-287587호)에 제안된 바와 같이 도20a 및 도20b에 나타낸 2-2통로 방식 증발기가 제안되었다. 상기 2-2통로 방식에서, 전방 코어부(122A) 및 후방 코어부(122B)는 한 쌍의 상부탱크(116A, 116B)와 한 쌍의 하부탱크(118A, 118B) 사이에 배치된다. 냉매 흡입 및 배출커넥터(113)는 상부탱크(116A, 116B)의 상부 좌측단에 연결된다. 냉매 흡입구와 연통하는 상부 전방탱크(116A)에는 제1세퍼레이터(124A)가 제공되고, 냉매 배출구와 연통하는 상부 후방탱크(116B)에는 제2세퍼레이터(124B)가 제공된다. 그러므로, 보드 면에서 바라볼 때, 두 냉매통로 (P1)(P2)는 전방 코어부(122A)에 형성되고, 두 냉매통로(P3)(P4)는 후방 코어부(122B)에 형성된다. 도20b에 나타낸 바와 같이 상기 전방 코어부(122A)는 1열(row)의 튜브(120A)로 구성되고, 후방 코어부(122B)는 1열의 튜브(120B)로 구성된다. 상기 튜브(120A)(120B) 사이에는 주름핀(corrugated fin)(126)이 개재된다.
상기 증발기에서, 냉매는 4개의 냉매통로(P1 내지 P4)를 통해 흐르기 때문에, 냉매흐름거리는 길다. 또한, 냉매는 여러 횟수 방향전환된다(turn). 즉, 냉매가 튜브(120A)(120B) 및 코어(122A)(122B)로 들어가고 나오는 횟수가증가된다(도20a에서는 4회). 따라서, 증발기 전반에 걸쳐 냉매의 압력손실은 증가한다. 그 결과, 증발기의 성능은 저하된다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 도21에 나타낸 바와 같이 전방 및 후방 U-턴 방식 증발기가 제안되었다. 상기 증발기에서, 탱크(116A)(116B)에는 세퍼레이터가 제공되지 않는다. 그러므로, 냉매는 전방 코어부(122A)의 모든 전방튜브(120)로 흐르고, 하부탱크(118A)(118B)에서 전방측으로부터 후방측으로 방향 전환된다. 그런 다음, 냉매는 후방 코어부(122B)의 후방튜브(120)로 흐른다. 이러한 종류의 증발기는 예를 들면 일본국 공개특허 2003-75025호(WO 2103263)에 제안되었다. 이러한 증발기에서는 압력손실이 쉽게 감소될 수 있고, 공기의 온도차도 쉽게 감소된다.
최근, 차량용 공조장치에서는 객실의 우측영역과 좌측영역의 공기온도의 독립적인 제어를 필요로 한다. 따라서, 이러한 차량용 공조장치에 상기한 증발기를 적용하기에는 어려움이 따른다.
상기한 증발기에서, 많은양의 기류가 통과하는 코어부에서는 공기와 냉매 사이에서 열교환이 실행되고, 공기는 냉각되며, 냉매증발량이 증가하기 때문에, 압력손실은 공기체적의 증가로 증가한다. 한편, 공기량이 작은 코어부에서는, 냉매증발량이 작다. 따라서, 공기체적의 증가는 작아지고, 압력손실은 크게 증가하지 않는다. 그 결과, 도21에 나타낸 풀 패스(full pass) 방식 증발기에서는, 공기의 통과체적이 작은 코어부, 즉 냉매의 압력손실이 작은 코어부에서 냉매는 쉽게 흐른다. 따라서, 높은 냉각성능을 보다 필요로 하는 코어부, 즉 공기체적이 큰 코어부에서냉각성능을 유지하기에는 어려움이 따른다. 또한, 큰 공기부에서, 냉매는 쉽게 과열되고, 드라이 아웃된다. 따라서, 공기온도를 균일하게 하기에는 어려움이 따른 문제점이 있다.
따라서, 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 내부유체 흐름의 압력손실을 줄일 수 있고, 코어폭방향에 대하여 코어부내 온도분포를 균일하게 할 수 있는 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
도1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉매증발기의 사시도.
도1b는 튜브 및 핀의 배치를 나타내기 위하여 도1a에 나타낸 냉매증발기의 일부분을 나타낸 사시도.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉매증발기의 교차부를 나타낸 확대 사시도.
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉매증발기의 교차부를 나타낸 확대 사시도.
도4는 본 발명의 제3실시예에 따른 냉매증발기의 교차부를 나타낸 확대 사시도.
도5는 본 발명의 제4실시예에 따른 냉매증발기의 교차부를 나타낸 확대 사시도.
도6a는 본 발명의 제5실시예에 따른 냉매증발기를 나타낸 분해 사시도.
도6b 및 도6c는 도6a에 나타낸 냉매증발기의 상부탱크의 냉매흐름을 설명하기 위한 설명도.
도6d는 도6a 내지 도6c에 나타낸 탱크부로 냉매유입이 댐(dam)에 의하여 완전히 제한될 경우의 냉매분포를 나타낸 그래프.
도6e는 탱크부로의 냉매유입이 본 발명의 제5실시예에 따른 댐에 의하여 한정될 경우의 냉매분포를 나타낸 그래프.
도7a는 도6a의 흐름방향에 대향하는 방향으로 냉매가 흐르는 냉매증발기를 나타낸 분해 사시도.
도7b 및 도7c는 도7a에 나타낸 상부탱크에서의 냉매흐름을 설명하기 위한 설명도.
도8a는 제6실시예의 냉매증발기에서 냉매유동율과 냉매압력손실 간의 관계를 나타낸 그래프.
도8b는 냉매증발기에서 공기체적과 온도차의 관계를 나타낸 테이블.
도9는 본 발명의 제7실시예에 따른 냉매증발기를 나타낸 사시도.
도10a는 본 발명의 제8실시예에 따른 냉매증발기를 나타낸 사시도.
도10b는 도10a의 XB-XB 선에 따른 냉매증발기를 개략적으로 나타낸 단면도.
도11은 본 발명의 제9실시예에 따른 냉매증발기를 나타낸 사시도.
도12는 도11에 나타낸 냉매증발기의 냉매흐름을 설명하기 위한 설명도.
도13은 본 발명의 제9실시예에 따른 냉매증발기를 개략적으로 나타낸 단면도.
도14a는 도13의 XIVA-XIVA 선에 따른 냉매증발기를 나타낸 단면도.
도14b는 도13의 XIVB-XIVB 선에 따른 냉매증발기를 나타낸 단면도.
도14c는 도13의 XIVC-XIVC 선에 따른 냉매증발기를 나타낸 단면도.
도14e는 도13의 XIVE-XIVE 선에 따른 냉매증발기를 나타낸 단면도.
도15는 본 발명의 제10실시예에 따른 냉매증발기를 나타낸 사시도.
도16a는 냉각모드에서의 1열 튜브배치를 갖는 냉매증발기를 구비한 냉동사이클회로의 개략적인 다이아프램.
도16b는 가열모드에서의 1열 튜브배치를 갖는 냉매증발기를 구비한 냉동사이클회로의 개략적인 다이아프램.
도17은 본 실시예들의 냉매증발기 및 이젝터를 구비한 냉동사이클의 개략적인 다이아프램.
도18은 본 실시예들의 냉매증발기 및 감압장치를 구비한 냉동사이클의 개략적인 다이아프램.
도19는 종래 기술의 멀티-플로우 방식 냉매증발기를 나타낸 사시도.
도20a은 종래 기술의 2-2 통로방식 냉매증발기를 나타낸 사시도.
도20b는 튜브 및 핀배치를 나타내기 위하여 도20a에 나타낸 냉매증발기의 일부분을 나타낸 사시도.
도21은 종래 기술의 전방 및 후방 U-턴 방식 냉매증발기를 나타낸 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
13: 커넥터 25: 댐
24: 세퍼레이터 26: 주름핀
30: 가이드부재 32, 34: 파이프
38: 탱크플레이트 40; 연통플레이트
116, 116A, 116B: 상부탱크 118, 118A, 118B: 하부탱크
120: 편평튜브 120A, 120B: 튜브
122: 코어부 122A:전방코어부
122B: 후방코어부 124: 세퍼레이터
124A: 전방세퍼레이터 124B: 후방세퍼레이터
(T1), (T2), T3, T4: 통로
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1관점에 따르면, 열교환기는 코어부, 유입부, 배출부, 집합부, 및 분배부를 포함한다. 상기 코어부에는 복수개의 튜브가 하나 이상의 열로 배치된다. 상기 튜브는 내부유체가 흐르는 제1통로 및 제1통로를 통과한 후 내부유체가 흐르는 제2통로를 형성한다. 상기 유입부 및 배출부는 코어부에 연결된다. 상기 내부유체는 유입부로 흐르고, 코어부를 통과한 후 배출부로부터 배출된다. 상기 집합부 및 분배부는 코어부에 연결된다. 상기 집합부는 코어부의 제1부분의 제1통로와 연통하는 제1공간, 및 코어부의 제2부분의 제1통로와 연통하는 제2공간을 형성한다. 상기 분배부는 코어의 제1부분의 제2통로와 연통되는 제1공간 및 코어부의 제2부분의 제2통로와 연통되는 제2공간을 형성한다. 또한, 상기 분배부는 연통부를 통해 집합부와 연통된다. 상기 연통부는 제1연통부 및제2연통부를 포함한다. 상기 제1연통부는 집합부의 제1공간과 분배부의 제2공간을 연통시키도록 배치된다. 상기 제2연통부는 집합부의 제2공간과 분배부의 제1공간을 연통시키도록 배치된다.
따라서, 상기 코어부의 제1부분의 튜브내 제1통로를 통과한 내부유체는, 집합부의 제1공간으로 흐른 다음, 제1연통부를 통해 분배부의 제2공간 으로 흐른다. 그런 다음, 내부유체는 코어부의 제2부분의 튜브내 제2통로로 흐른다. 한편, 상기 코어부의 제2부분의 튜브내 제1통로를 통과한 내부유체는 상기 집합부의 제2공간으로 흐른 다음, 제2연통부를 통해 분배부의 제1공간으로 흐른다. 그런 다음, 상기 내부유체는 코어부의 제1부분의 제2통로로 흐른다. 따라서, 내부유체의 흐름은 코어부의 제1부분과 제2부분 사이에서 연통부재를 통해 교차된다. 즉, 상기 내부유체의 흐름은 튜브가 배치되는 코어폭방향에 대하여 변경된다. 따라서, 내부유체증발량은 코어부 전체에 걸쳐 균일하게 된다. 이로 인하여, 상기 코어부를 통과하는 외부유체의 온도는 코어폭방향에 대하여 균일하게 된다. 상기 내부유체의 방향전환수가 작기 때문에, 예를 들면 2회이기 때문에, 내부유체의 압력손실은 감소된다. 외부유체의 온도차가 작기 때문에, 상기 열교환기는 코어부의 제1부분과 제2부분으로 가해지는 외부유체의 체적이 다른 시스템, 예를 들면 객실의 좌측영역과 우측영역을 독립적으로 제어하기 위한 차량용 공조시스템의 냉매증발기로서 이용되는 것이 바람직하다.
상기 튜브가 2열로 배치되는 경우, 제1통로는 제1열의 튜브에 형성되고, 제2통로는 제2열의 튜브에 형성된다. 제1 및 제2연통부는 코어폭방향에 대하여 서로교차되게 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2연통부는 각각 집합부의 제1단과 제2단에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 집합부 및 분배부는 탱크부에 제공될 수 있다. 상기 탱크부는 홈을 형성한 탱크플레이트 및 연통공을 형성한 연통플레이트을 결합시킴으로써 형성될 수 있다. 따라서, 상기 탱크부는 용이하게 형성될 수 있다.
본 발명의 제2관점에 따르면, 상기 열교환기는 코어부, 유입부, 배출부, 제1탱크부 및 제2탱크부를 포함한다. 상기 코어부에서, 제1통로를 형성하는 복수개의 제1튜브 및 제2통로를 형성하는 복수개의 제2튜브는 1열로 교대로 배치된다. 상기 제1탱크부 및 제2탱크부는 코어부에 연결된다. 상기 제1탱크부는 코어부의 제1부분의 제1튜브와 제1탱크부를 연통시키도록 제1유입공을 형성한다. 또한, 상기 제1탱크부는 제1탱크부와 코어부의 제2부분의 제2튜브를 연통시키도록 제1유출공을 형성한다. 상기 제2탱크부는 코어부의 제2부분의 제1튜브와 제2탱크부를 연통시키도록 제2유입공을 형성한다. 또한, 상기 제2탱크부는 제2탱크부와 코어부의 제1부분을 연통시키도록 제2유출공을 형성한다.
상기 제1튜브와 제2튜브가 단일 1열로 교대로 배치되기 때문에, 온도분포는 균일하게 된다. 상기 제1튜브 및 제2튜브는 단일 1열로 교대로 배치된다. 각 세트의 튜브는 소정 개수의 튜브를 포함한다.
상기 발명의 상기 목적들 및 다른 목적들, 특징들 그리고 장점들은 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 더 명료하게 이해될 수 있다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예에서의 열교환기는, 예를 들면 외부유체(공기)와 내부유체(냉매) 간의 열교환을 실행하는 전후방 U-턴 방식 냉매증발기에 적용된다. 본 발명은 이러한 방식의 냉매증발기에 한정되지 않는다.
상세한 설명 전반에 걸쳐, 증발기 코어부의 복수개의 튜브가 적층되는 방향은 코어폭방향(D1)으로 설명한다. 증발기에서, 공기흐름방향에 대하여 하류에 위치된 측은 증발기의 전방측으로 설명하고, 공기흐름방향에 대하여 상류에 위치된 측은 증발기의 후방측으로 설명한다. 통로(pass)(T1)(T2)는 냉매증발기의 냉매흐름을 나타낸다. 도면에서, 화살표A(A1, A2)는 공기흐름방향을 나타낸다.
도1a, 도1b 및 도2에 나타낸 바와 같이, 증발기는 멀티-플로우(multi-flow) 방식(MF-type)이고, 상부 전방탱크부(냉매집합부)(16A), 상부 후방탱크부(냉매분배부)(16B), 하부 전방탱크부(냉매유입부)(18A), 하부 후방탱크부(냉매배출부)(18A), 전방코어부(22A) 및 후방코어부(22B)로 구성된다. 상기 코어부(22A)(22B)는 상부탱크부(16A)(16B)와 하부탱크부(18A)(18B) 사이에 배치된다. 상기 전방코어부(22A)는 전방튜브열(제1열)(20A)로 구성된다. 상기 후방코어부(22B)는 후방튜브열(제2열)(20B)로 구성된다.
냉매유입구 및 냉매유출구를 구비한 커넥터(13)는 하부탱크부(18A)(18B)에 연결된다. 상기 냉매유입구는 하부 전방탱크부(18A)에 연통되고, 상기 냉매유출구는 하부 후방탱크부(18B)에 연통된다. 또한, 도1b에 나타낸 바와 같이, 주름핀(26)과 같은 흡열핀(heat-absobing fin)은 전방튜브(20A)와 후방튜브(20B) 사이에서 전방측을 통해 후방측으로 개재된다.
도1a의 굵은 실선으로 나타낸 바와 같이, 제1냉매통로(first refrigerant pass)(T1)는 전방코어부(22A)의 전방튜브(20A)에서 상부방향으로 이루어진다. 냉매흐름방향은 코어부에서 공기흐름방향(A)에 직교하고, 탱크부(16A)(16B)에서 공기흐름방향(A)에 대향한다. 이러한 구성은 성능 및 온도분포면에서 장점을 갖는다. 또한, 제1냉매통로(T1)가 전방코어부(22A)에서 상방향으로 이루어진 경우, 각 튜브(20A)로의 냉매분포는 향상된다. 이는 코어부에서 온도분포를 균일하도록 구성된다.
또한, 상기 커넥터(13)는 상부탱크(16A)(16B)에 연결될 수 있고, 상기 제1냉매통로(T1)는 하방향으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1냉매통로(T1)는 후방 코어부(22B)의 후방튜브(22B)에서 이루어질 수 있다.
이러한 전후방 U-턴 방식 증발기에서, 상기 제1냉매통로(T1) 이후의 냉매흐름방향은 상부탱크부(16A)(16B)에서 코어폭방향(D1)에 대하여 변환되고, 전방측으로부터 후방측으로 U-턴(U-turn) 된다. 이하, 냉매흐름방향이 모든 튜브(20A)에 대하여 변환될 경우를 기초로 하여 설명한다. 또한, 흐름방향의 변환은 소정 튜브(20A)에 흐르는 냉매에 대하여 부분적으로 실행될 수 있다.
상기 증발기에서의 냉매흐름을 보다 상세히 설명한다. 도1a에 나타낸 바와 같이, 하부 전방탱크부(18A)로 흐른 냉매는 전방튜브(20A)로 흐른다. 상기 상부탱크부(16A)(16B)에서는, 상기 전방코어부(22A)의 좌측부(좌측 제1통로(T1L))에서 상기 전방튜브(20A)를 통과하는 냉매는 우측으로 흐르고, 후방코어부(22B)의 우측부(우측 제2통로 (T2R))에서 상기 후방튜브(20B)로 흐른다. 한편, 전방 코어부(22A)(우측 제1통로(T1R))의 우측부에서 전방튜브(20A)를 통과하는 냉매는 좌측부(좌측 제2통로 (T2L))로 흐르고, 후방코어부(22A)의 좌측부에서 후방튜브(20B)로 흐른다.
그러므로, 상기 상부탱크(16A)(16B)에서의 냉매흐름은, 원형 2점파선B로 나타낸 바와 같이, 코어폭방향(D1)에 대하여 교차부(intersectinal portion)(연통부)를 통해 서로 수평적으로 교차한다. 즉, 좌측 제1통로(T1L)를 통과하는 냉매는 상부 전방탱크(16A)의 좌측부(16AL)에서 흐른다. 또한, 상기 냉매는 상부 후방탱크(16B)의 우측부(16BR)로 흐른 다음, 우측 제2통로(T2R)을 형성한다. 유사하게, 우측 제1통로(T1R)를 통과하는 냉매는 상부 전방탱크(16A)의 우측부(16AR)에서 흐른다. 이후, 냉매는 상부 후방탱크(16B)의 좌측부(16BL)로 흐른 다음, 좌측 제2통로(T2L)를 형성한다. 제2좌측 및 우측통로(T2L)(T2R)를 통과한 냉매는 하부 후방탱크부(18B)에 집합되고, 커넥터(13)의 냉매출구로부터 배출된다.
상기 교차부는 도2에 나타낸 바와 같이 구성된다. 상기 상부 전방탱크(16A) 및 상부 후방탱크(16B)가 그의 중간부에서 좌측부(16AL)(16BL) 및 우측부(16AR)(16BL)로 분할된다. 상기 상부 전방탱크부(16A) 및 상부 후방탱크부(16B)의 중간부에는 연통공간(28)이 형성된다. 상기 연통공간(28)에는 가이드부재(세퍼레이터(separator))(30)가 고정된다. 상기 가이드부재(30)는 분리벽부(30a), 두개의 하부 댐플레이트(dam plate)(30b) 및 두개의 상부 댐플레이트(30c)를 포함한다. 상기 댐플레이트(30b)(30c)는 반원형 형태로 이루어진다. 상기 하부 댐플레이트(30b)는 분리벽부(30a)의 전방 좌측 및 후방 우측에서부터 하방향으로 연장한다. 상기 상부 댐플레이트(30c)는 분리벽부(30a)의 전방 우측 및 후방 좌측에서 상방향으로 연장한다.
따라서, 좌측 제1통로(T1L)를 통과하는 냉매는 도2의 실선 화살표 A3로 나타낸 바와 같이 연통공간(28)의 상부 공간(연통부)을 통해 좌측 상부전방탱크부(16AL)로부터 우측 상부후방탱크부(16BL)로 흐른다. 그런 다음, 냉매는 우측 제2통로(T2R)를 통과한다. 한편, 우측 제1통로(T1R)를 통과한 냉매는 도2의 파선 화살표 A4로 나타낸 바와 같이 연통공간(28)의 하부공간(연공부)를 통해 우측 상부전방탱크부(16AR)로부터 좌측 상부후방탱크부(16BL)로 흐른다. 그런 다음, 상기 냉매는 좌측 제2통로(T2L)를 통과한다.
도2에서, 좌측 전방부(16AL)로부터 우측 후방부(16BR)로의 냉매흐름 A3는 우측 전방부(16AR)로부터 좌측 후방부(16BL)로의 냉매흐름 A4 위쪽을 통과한다. 또한, 상기 교차부는 냉매흐름 A3가 냉매흐름 A4 아래쪽으로 흐르도록 형성될 수 있다.
이러한 증발기의 구성에서, 냉매 압력손실은 감소된다. 또한, 코어부(22A)(22B)를 통과하는 공기온도는 코어폭방향(D1)에 대하여 균일하게 이루어질 수 있다. 상기 증발기가 객실의 우측영역과 좌측영역의 풍량을 독립적으로 제어하는 차량용 공조장치에 적용될 경우, 우측영역 및 좌측영역 모두에 쾌적한 상태의 공기를 제공할 수 있다.
이하, 도1a를 참조하여 풍량이 코어의 우측 및 좌측 사이에서 독립적으로 제어되는 일예를 설명한다. 여기에서, 코어부의 좌측부에 적용되는 풍량 A1은 코어부의 우측부에 적용되는 풍량 A2보다 크다. 상기 풍량 A1, A2는 송풍기(미도시)에 의하여 독립적으로 제어된다. 또한, 풍량차이는 코어부(22A)(22B)의 공기상류 또는 하류위치에 배리어벽(barrier wall)을 제공함으로써 이루어진다.
풍량이 큰 제1좌측통로(T1L)에서의 냉매증발량은 풍량이 작은 제2우측통로(T2R)에서의 냉매증발량보다 크다. 한편, 풍량이 작은 제1우측통로(T1R)에서의 냉매증발량은 풍량이 큰 제2 좌측통로(T2L)에서의 냉매증발량보다 작다. 그 결과, 풀-통로(full-pass) 방식 코어일지라도 냉매의 증발량은 코어부 전체에 걸쳐 균일하고, 충분한 온도분포가 이루어진다. 또한, 풍량이 큰 측에서의 성능은 유지된다.
제2통로(T2)전의 냉매교차흐름을 제공하기 위한 교차부의 구성은 상기에 한정되지 않는다. 상기 교차부는 다음과 같은 방식으로 다양하게 변경되어 제공될 수 있다.
도3에 나타낸 제2실시예에서, 상기 교차부는 교차가이드부(30A)를 구비한 연결블럭(connecting block)(20A)으로 제공된다. 이에 따르면, 냉매교차흐름 A3, A4는 제1실시예에서의 냉매교차흐름과 유사하게 제공된다. 따라서, 유사한 작용효과를 제공한다.
도4에 나타낸 제3실시예에서, 상기 교차부는 상부 탱크부(16A)(16B)의 외측에 배치된 제1연통파이프(32) 및 제2연통파이프(34)로 이루어진다. 상부 전방탱크부(16A)에는 제1세퍼레이터(24A)가 제공되고, 상부 후방탱크부(16B)에는 제2세퍼레이터(24B)가 제공된다. 상기 제1연통파이프(32)는 좌측 상부전방탱크부(16AL) 및 우측 상부후방탱크부(16BR) 사이를 연통하도록 제공된다. 상기 제2연통파이프(34)는 우측 상부전방탱크부(16AR) 및 좌측 상부후방탱크부(16AL) 사이를 연통하도록 제공된다. 상기 제1연통파이프(32) 및 제2연통파이프(34)는 서로 교차되게 배치된다. 상기 제1 및 제2실시예와 유사한 냉매의 교차흐름 A3, A4이 형성된다. 따라서, 유사한 작용효과를 제공할 수 있다.
도5에 나타낸 제4실시예에서, 적어도 두 개의 냉매통로부가 상부 전방탱크부(16A) 및 상부 후방탱크부(16B) 사이에 제공된다. 상기 냉매통로부에 의하여 교차부가 제공된다. 특히, 제1세퍼레이터(24A) 및 제2세퍼레이터(24B)는, 도4에 나타낸 제4실시예와 유사한 방식으로, 상부 전방탱크부(16A) 및 상부 후방탱크부(16B)에 배치된다. 또한, 내부에 상기 교차부를 형성하기 위하여 상기 전방 탱크부(16A)와 상부 후방탱크부(16B) 상에 중간탱크부(연결탱크부재)(16C)가 제공된다. 상기 중간탱크부(16C) 내측에는 그 내측공간을 상부공간과 하부공간으로 분할하도록 분할벽(35)이 제공된다. 도5에서, 상기 중간탱크부(16C)는 예를 들면 상부 전방탱크부(16A) 및 상부 후방탱크부(16B)의 직경과 같은 직경을 갖는 원통형태로 이루어진다. 상기 중간탱크부(16C)의 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 중간탱크부(16C)는 상하방향으로 돌출하는 아치(arch) 형태의 단면 또는 타원형 형태의 단면을 가질 수 있다.
상기 좌측 상부전방탱크부(16AL)와 상기 분할벽(35) 위의 중간탱크부(16C)의 상부공간 사이를 연통하도록 상부 연통공(36A)이 형성된다. 유사하게, 상기 우측 상부후방탱크부(16BR)와 상기 분할벽(35) 위의 중간탱크부(16C)의 상부공간을 연통하도록 상부 제2연통공(36B)을 형성한다. 그러므로, 좌측 제1통로(T1L) 이후의 좌측 상부전방탱크부(16AL)로 흐른 냉매는 상부 제1연통공(36A)을 통해 중간탱크부(16C)의 상부공간으로 흐른 다음, 상부 제2연통공(36B)을 통해 우측 상부후방탱크부(16BR)에서 흐른다. 이후, 냉매는 우측 제2통로(T2R)를 통해 흐른다.
한편, 우측 정방상부탱크부(16AR)과 분할벽(35) 아래의 중간탱크부(16C)의 하부공간을 연통하도록 하부 제1연통공(37A)이 형성된다. 유사하게, 좌측 상부후방탱크부(16BL)와 분할벽(35) 아래의 중간탱크부(16C)의 하부공간을 연통하도록 하부 제2연통공(37B)이 형성된다. 그러므로, 우측 제1통로(T1R) 이후의 우측 상부전방탱크부(16AR)에서 흐른 냉매는 하부 제1연통공(37A)을 통해 중간탱크부(16C)의 하부공간으로 흐른 다음, 제2연통공(37B)을 통해 좌측 상부후방탱크부(16BL)로 흐른다. 이후, 냉매는 좌측 제2통로(T2L)를 통해 흐른다.
따라서, 냉매교차흐름 A3, A4는 중간탱크부(16C)에 의해 형성된다. 본 제4실시예서도 상기한 제1 내지 제3실시예에서와 유사한 작용효과를 제공할 수 있다.
도6a 내지 도6c에 나타낸 제5실시예에서, 상부탱크는 탱크플레이트(38) 및 연통플레이트(40)로 형성된다. 상기 탱크플레이트(38)는 코어폭방향(D1)으로 연장하는 3개의 홈(16A 내지 16C)을 형성한다. 상부 전방탱크부를 형성하는 제1홈(16A)은, 상부 후방제1탱크부(16B1)와 상부 후방제2탱크부(16B2)를 형성하는 제2홈(16B1) 및 제3홈(16B2)보다 넓거나 크다. 상기 연통플레이트(40)는 상부 전방탱크부(16A)에 대응하는 전방측에 제1연통공(39a) 그룹(group), 상부 후방제1탱크부(16B1)에 대응하는 후방 좌측부에 후방 제1연통공(39b) 그룹 및 상부 후방제2탱크부(16b2)에 대응하는 후방 우측부에 후방 제2연통공(39c) 그룹을 형성한다. 또한, 상부 전방탱크부(16A)를 좌측 상부전방탱크부(16AL) 및 우측 상부전방탱크부(16AR)로 분할하도록 상부 전방탱크부(16A)의 중간위치에 세퍼레이터(24C)가 제공된다. 상기 전방 연통공(39a)은 전방코어(22A)의 전방튜브(20A)의 상부 개구부에 대응한다. 상기 후방 제1연통공(39b)은 후방코어(22B)의 좌측 후방튜브(20B)의 상부 개구부에 대응한다. 상기 제2연통공(39c)은 후방코어(22B)의 우측 후방튜브(20B)의 상부 개구부에 대응한다.
도6b에 나타낸 바와 같이, 좌측 상부전방탱크부(16AL)와 상부 후방제2탱크부(16B2) 사이를 연통하도록 좌측단에 제1연통로(연통부)가 형성된다. 도6c에 나타낸 바와 같이, 우측 상부전방탱크부(16AR)과 상부 후방제1탱크부(16B1) 사이를 연통하도록 우측단에 제2연통로(연통부)(32B)가 형성된다. 상기 제1연통로(32A)는 상부 후방제1탱크부(16B1)를 통과한다. 그러므로, 상기 상부 후방제1탱크부(16B1)에 대응하는 위치에서 좌측단으로부터 냉매가 상부 후방제1탱크부(16B1)내로 흐르는 것을 제한하도록 댐(dam)(25)이 제공된다. 상기 댐(25)은 상기 상부 후방제1탱크부(16B1)로의 냉매유입을 완전하게 방지하도록 제공될 필요는 없다. 냉매의 유입이 상기 댐(25)에 의하여 완전히 방지될 경우, 상기 상부 후방제1탱크부(16B1)의 중간부로부터 후방 제1연통공(39b)측으로의 냉매흐름은 도6d에 나타낸 바와 같이 균일하지 않게 된다.
상기 댐(25)을 통한 냉매의 유입이 소정량 이루어질 경우, 냉매는 댐(25)의 중간부 및 상부 후방제1탱크부(16B1)의 중앙부로부터 상부 후방제1탱크부(16B1)로 흐른다. 즉, 상기 냉매는 양측으로부터 상부 후방제1탱크부(16B1)로 흐른다. 그러므로, 상기 후방 제1연통공(39b)으로의 냉매흐름은 도6e에 나타낸 바와 같이 균일하게 된다. 상기 댐(25)을 통해 냉매의 유입이 많아질 경우, 본 발명의 작용효과는 쉽게 감소된다. 따라서, 냉매의 유입량이 30% 이하로 되도록 개방정도를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 제5실시예에서의 냉매의흐름은 다음과 같이 흐른다.
전방코어부(22A)의 좌측튜브(20A)를 통과하는 냉매는, 굵은실선 A5로 나타낸 바와 같이, 좌측 상부전방탱크부(16AL)에서 흐른다. 그런 다음, 상기 냉매는 제1연통로(32A)를 통해 상부 후방제2탱크부(16B2)에서 흐른다. 또한, 상기 냉매는 연통플레이트(40)의 우측부의 후방 제2연통공(39c)을 통해 후방코어부(22B) 우측부의 튜브(20B)에서 흐른다. 이후, 상기 냉매는 우측 제2통로(T2R)를 통과한다.
한편, 우측 제1통로(T1R)를 통해 전방코어(22A)의 우측튜브(20A)를 통과하는 냉매는, 파선 화살표 A6으로 나타낸 바와 같이, 우측 전방상부탱크부(16AR)에서 흐른다. 그런 다음, 상기 냉매는 제2연통로(32B)를 통해 상부 후방제1탱크부(16B1)에서 흐른다. 또한, 상기 냉매는 제2탱크플레이트(40) 좌측부의 후방 제1연통공(39b)을 통해 후방 코어부(22B)의 좌측부의 튜브(20B)로 흐른다. 이후, 상기 냉매는 좌측 제2통로(T2L)를 통과한다.
또한, 상기 제2연통로(32B)는, 제2연통로(32B')가 좌측의 제1연통로(32A)와 동일 길이를 갖도록 도6c의 파선 32B'로 나타낸 바와 같이 연장될 수 있다. 이 경우, 좌측단의 댐(25)과 유사한 방식으로, 제2연통로(32B)와 상부 후방제2탱크부(16B2) 사이의 연결부에 댐이 제공된다. 또한, 이 경우, 상기 댐은상부 후방제2탱크부(16B2)로의 냉매유입이 완전히 차단되지 않도록 제공될 수 있다. 상기 냉매유입은, 우측단 및 중간위치로부터 후방 제2연통공(39c)에서 냉매가 흐르도록 소정량 이루어질 수 있다. 그러므로, 상기 우측 후방튜브(20B)에서의 냉매흐름은 균일하게 된다.
도7a 내지 도7c에 나타낸 제6실시예에서, 상부 탱크부의 배치는 공기흐름방향(A)에 대하여 도6a 내지 도6c의 배치에 대향되고, 냉매흐름방향 또한 화살표 A7, A8로 나타낸 바와 같이 반대이다. 도7a에 나타낸 바와 같이, 상부 후방탱크부를 형성하는 넓은 홈(16B)은 탱크플레이트(38)의 공기흐름 상류측에 형성되고, 상부 전방제1탱크부 및 상부 전방제2탱크부를 형성하는 두개의 좁은 홈(16A1)(16A2)은 탱크플레이트(38)의 공기흐름 하류측에 형성된다. 상기 넓은 탱크부(16B)와 연통하는 제1열의 튜브(20A)는 후방 코어부(22B)를 구성한다. 상기 제2냉매통로(T2R)((T2L)는 튜브(20A)내에 형성된다.
상기 튜브(20B)내의 제1통로((T1)L)((T1)R)를 통과한 냉매는 각각 연통공(39c)(39d)를 통해 좁은 탱크부(16A1)(16A2)로 흐른다. 그런 다음, 상기 냉매는 좌측단 및 우측단에 형성된 연통로(32A)(32B)를 통해 넓은 탱크부(16B)로 흐른다. 또한, 상기 냉매는 후방코어부(22B)의 튜브(20A)로 흐른다. 그러므로, 상기 냉매는 공기흐름 상류측에 배치된 튜브(20A)내의 제2통로(T2L)(T2R)를 형성한다. 이 경우, 상기 넓은 탱크부(16B)의 중간부에 세퍼레이터(24C)를 항상 제공할 필요가 없다. 또한, 제한기(restrictor) 또는 스로틀(throttle)이 상기 넓은 탱크부(16B)에 제공될 수 있다.
도7a에 나타낸 증발기에서의 압력손실 및 공기온도차를 비교 증발기와 비교한다. 비교 증발기로서, 도20a 및 도20b에서 나타낸 2-2통로 방식 증발기와 도21에 나타낸 후방 U-턴 방식 증발기가 이용된다.
도7a의 증발기 및 비교 증발기들은 동일 코어크기를 갖는다. 코어폭은 285.3mm이고, 코어높이는 235.0mm이며, 코어두께는 38.0mm이다.
공기는 코어에 균일하게 제공된다. 여기에서, 공기 및 냉매의 조건은 다음과 같이 조절된다. 공기온도는 40℃이고, 상대습도는 40%이다. 냉매에 있어서는, 팽창밸브의 상류위치에서의 압력 및 온도가 9.0MPa이고 27.92℃이다. 증발기의 하류위치에서의 압력 및 가열정도는 4.0MPa이고 1.0℃이다.
<압력손실 테스트>
상기 테스트 조건하에서, 풍량은 5개지점으로 설정한다. 테스트 결과는 도8a에 나타내었다. 그래프에서, 수평축은 냉매의 유동율 GR(kg/h)을 나타내고, 수직축은 냉매의 압력손실 ΔPr(MPa)로 나타낸다. 사각마크를 갖는 실선 R1은 도7a에 나타낸 실시예의 증발기의 결과를 나타낸 것이다. 원형마크를 갖는 파선R2는 비교 증발기의 결과를 나타낸 것이다. 테스트 결과에 따르면, 압력손실은 본 실시예의 증발기에서 약 27% 감소되었다.
<온도차 테스트>
상기 테스트 조건하에서, 공기는 다른 송풍량을 갖는 두 개의 송풍기에 의하여 코어로 제공된다. 상기 두 송풍기로의 전압은 독립적으로 제어된다. 우측 및 좌측이 독립적으로 제어되는 동안 코어를 통과하는 공기온도는 써모-뷰어(thermo-viewer)(적외선 검온기(infrared-thermometer)에 의하여 측정된다. 상기 코어는 코어폭방향(D1)에서 4개의 측정영역으로 분할되고, 상하방향으로 2개의 측정영역으로 분할된다. 측정온도의 평균은 각 영역에서 비교되고, 가장 높은 온도영역과 가장 낮은 온도영역 사이의 온도차가 검출된다. 상기 온도차 테스트 결과는 도8b에 나타내었다. 테이블에서, "L" 및 "R"은 좌측 송풍기 및 우측 송풍기를 나타낸다. 도8b에 나타낸 바와 같이, 도7a에 나타낸 본 실시예의 증발기에서, 온도차는 풍량의 차이와 함께 증가한다.
전술한 제1 내지 제6실시예에서, 냉매 유입구의 개수는 한정되지 않는다. 다수개의 냉매 유입구가 도9에 나타낸 제7실시예와 같이 제공될 수 있다.
도9의 증발기에서, 하부 전방탱크부(18A)에 전형적으로 두개의 냉매 유입구가 형성된다. 전방 하부탱크부(18A)에는 세퍼레이터(24D)가 제공된다. 이러한 형태는 넓은 코어폭을 갖는 증발기에 효과적이다. 상기 상부 탱크부(16A)(16B)에는 전술한 실시예와 유사한 방식으로 냉매 교차부가 제공된다.
전술한 제1 내지 제7실시예에서, 전방튜브(20A) 및 후방튜브(20B)는 별도로 제공된다. 상기 별도의 1열의 튜브(22A)(22B)에 의하여 코어부(22A)(22B)가 제공된다. 또한, 상기 증발기의 코어부는 다음의 제8실시예에서와 같이 통로를 형성한 편평튜브로 형성될 수 있다. 즉, 상기 코어는 단일 열의 튜브로 형성될 수 있다.
도10a에 나타낸 제8실시예에서, 상기 튜브(20)는 상부 전방 및 후방 탱크부(16A)(16B)와 하부 전방 및 후방 탱크부(18A)(18B) 사이에서 코어폭방향(D1)에서 단일 1열로 배치된다. 각 튜브(20)는 편평한 튜브 단면을 가지며, 도10c에 나타낸 바와 같이 그 내부에 다수개의 냉매통로공(20a)을 형성한다. 상기 튜브(20)는 예를 들면 압출성형에 의하여 형성된다.
도10c에 나타낸 바와 같이, 튜브폭방향에 대한 튜브(20)의 중앙부의 상단 및 바닥단부에 노치(notch)(20)가 형성된다. 상부 탱크플레이트(15A) 및 하부 탱크플레이트(15B), 상부 연통플레이트(40A) 및 하부 연통플레이트(40B)가 제공된다. 상기 각 연통플레이트(40A)(40B)에서, 연통공(40c)은 연통플레이트(40A)(40B)의 길이방향으로 2열로 형성된다. 각 탱크플레이트(15A)(15B)에서, 탱크플레이트(15A)(15B)의 길이방향으로 연장하는 두개의 홈이 형성된다. 상기 상부 탱크플레이트(15A)의 두 홈은 상부 전방탱크플레이트(16A) 및 상부 후방탱크플레이트(16B)를 형성한다. 상기 하부 탱크플레이트(15B)의 두 홈은 하부 전방탱크플레이트(18A) 및 하부 후방탱크플레이트(18B)를 형성한다.
상기 연통플레이트(40A)(40B)는, 도10b에 나타낸 바와 같이, 튜브(20)의 각 단이 연통공(40c)에 끼워 넣어지도록 상기 튜브(20)에 연결된다. 이 때, 상기 튜브(20)의 노치(20b)는 연통플레이트(40A)(40B)의 연통공(40c) 사이에 형성된 분리벽(40d)과 함께 끼워 넣어진다. 또한, 상기 탱크플레이트(15A)(15B)는 연통플레애트(40A)(40B)에 연결된다. 이러한 방식으로, 상부 탱크의 공간은 상부 전방탱크공간(16A)과 상부 후방탱크공간(16B)으로 분할된다. 상기 하부탱크의 공간은 하부 전방탱크공간(18A)와 하부 후방탱크공간(18B)으로 분할된다.
이러한 증발기에서, 도10b에 나타낸 바와 같이, 제1냉매통로((T1))는 튜브(20)의 전방측의 통로공(20a)으로 이루어지고, 제2냉매통로(T2)는 튜브(20)의후방측의 통로공(20a)으로 이루어진다. 따라서, 상기한 실시예들과 유사한 작용효과를 제공할 수 있다.
상기 제1 내지 제8실시예에서, 제1통로(T1) 및 제2통로(T2)는 공기흐름방향(A)에 대하여 코어의 전방측 및 후방측에 형성된다. 즉, 냉매는 코어의 전방측으로부터 후방측으로 탱크부(16A)(16B)에서 방향된다. 또한, 상기 증발기는 냉매가 다음과 같이 코어폭방향(D1)으로 방향 전환되도록 구성될 수 있다.
도11 내지 도14e에 나타낸 제9실시예에서, 튜브(20)는 냉매가 코어폭방향(D1)에서 1열로 교대로 제1통로(T1) 및 제2통로(T2)를 이루도록 배치된다.
보다 상세하게는, 상기 튜브(20)를 포함하는 코어부(22)는 상부 전방 및 후방 탱크부(16A)(16B)와 하부 전방 및 후방 탱크부(18A)(18B) 사이에 배치된다. 상기 튜브(20)는 편평한 튜브 단면을 갖는다. 상기 코어부(22)에서, 상기 튜브(20)는 코어폭방향(D1)으로 단일 열로 배치된다.
상기 냉매는 커넥터(13)의 냉매 유입구로부터 상부 전방탱크부(16A)로 흐른다. 상기 코어(22)를 통과한 후, 냉매는 상부 후방탱크부(16B)를 통해 커넥터(13)의 냉매 유출구로부터 배출된다. 도13에 나타낸 바와 같이, 튜브(20) 그룹에서, 제1냉매통로(T1)를 이루는 제1튜브(20A)와 제2냉매통로((T2))를 이루는 제2튜브(20B)는 교대로 배치된다.
도14a 내지 도14e에 나타낸 바와 같이, 상부 연통플레이트(41A)는, 상부 전방탱크공간(16A)이 상부 후방탱크공간(16B)로부터 별도로 이루어지도록 상부 탱크플레이트(15A)에 연결된다. 도14a에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2연통공(39e)(39f)은 각각 제1 및 제2튜브(20A)(20B)의 개구단부에 대응하는 위치에서, 코어폭방향(D1)으로 1열로 상부 연통플레이트(41A)에 형성된다. 상기 제1튜브(20A)는 제1연통공(39e)을 통해 상부 전방탱크부(16A)와 연통되고, 상기 제2튜브(20B)는 제2연통공(39f)을 통해 상부 후방탱크부(16B)와 연통된다.
또한, 하부 연통플레이트(41B)는 하부 탱크플레이트(15B)에 연결된다. 도14b에 나타낸 바와 같이, 제2연통플레이트(41B)는 제1튜브(20A)의 하부 개구단에 대응하는 위치에서 연통공(39cR)(39cL)을 형성하고, 제2튜브(20B)의 하부 개구단에 대응하는 위치에서 연통공(39dR)(39dL)을 형성한다. 상기 연통공(39cR)(39cL)(39dR)(39dL)은 코어폭방향으로 1열로 배치된다. 상기 연통공(39dR)은 코어부(22)의 우측부에서 제1튜브(20A)의 전방부에 대응하는 하부 연통플레이트(41B)의 전방 우측부에 위치된다. 상기 연통공(39cL)은 코어부(22)의 좌측부에서 제1튜브(20A)의 전방부에 대응하는 하부 연통플레이트(41B)의 전방 좌측부에 위치된다. 상기 연통공(39cR)은 코어부(22)의 우측부에서 제2튜브(20B)의 후방부에 대응하는 하부 연통플레이트(41B)의 후방 우측부에 위치된다. 상기 연통공(39cL)은 코어부(22)의 좌측부에서 제2튜브(20B)의 후방부에 대응하는 하부 연통플레이트(41B)의 후방 좌측부에 위치된다.
상기한 구성에서, 냉매는 도12 내지 도14e의 화살표로 나타낸 바와 같이 흐른다. 특히, 냉매는 상부 전방탱크부(16A)로부터 연통공(39e)을 통해 제1튜브(20A)로 흐르고, 제1튜브(20A)에서 제1통로(T1)를 형성한다. 그런 다음, 상기코어부(22)의 좌측부에서 상기 제1튜브(20A)를 흐르는 냉매는 연통공(39cL)을 통해 하부 전방 탱크부(18A)로 흐르고, 하부 전방탱크부(18A)에서 방향 전환된다. 이후, 상기 냉매는 코어부(22)의 우측부에서 연통공(39dR)을 통해 제2튜브(20B)로 흐르고, 우측 제2튜브(20B)에서 제2통로((T2))를 형성한다. 한편, 상기 코어부(22)의 우측부에서 제1튜브(20A)로 흐르는 냉매는 연통공(39cR)을 통해 하부 후방탱크부(18B)로 흐르고, 하부 후방탱크부(18B)에서 방향 전환된다. 이후, 상기 냉매는 연통공(39dL)을 통해 코어부(22)의 좌측부에서 제2튜브(20B)로 흐르고, 좌측 제2튜브(20B)에서 제2통로((T2))를 형성한다. 상기 제2통로((T2))를 통과한 냉매는 연통공(39f)를 통해 상부 후방탱크부(16B)에서 집결되고, 커넥터(13)의 냉매 유출구로부터 배출된다.
이러한 실시예에서, 냉매흐름방향은 코어폭방향(D1), 즉 코어부(22)의 좌우방향에 대하여 변경된다. 전방 코어부(22A) 및 후방 코어부(22B)가 공기흐르방향 A에 대하여 배치되는 실시예와 유사하게, 냉매증발량은 코어부(22)에서 균일하게 된다. 따라서, 코어부(22)를 통과하는 공기온도는 코어폭방향(D1)에 대하여 균일하게 된다. 냉매의 방향전환수(mumber of turn)가 작기 때문에, 냉매의 압력손실은 감소된다. 냉매가 제2통로(T2)를 형성하는 제2튜브(20B)에서 드라이 아웃(dry-out) 영역 및 과열영역이 생성되더라도, 냉매가 제1통로(T1)를 형성하는 핀(26) 및 제1튜브(20A)를 통해 열교환은 실행된다. 따라서, 열량은 코어폭방향(D1)에 대하여 균일하고, 온도분포는 향상된다.
일반적인 증발기에서, 과열영역에서 발생된 공기분포된 공기는 코어의 공기흐름 하류측(냉매흐름 상류측)에서 열교환되고, 냉각된다. 즉, 공기분포는 공기흐름방향에 직교하는 냉매흐름방향을 설정함으로써 감소된다. 한편, 본 실시예에서, 튜브(20A)(20B)는 코어부(22)에 단일 1열로 배치된다. 과열영역이 생성되는 상기 제2튜브(20B)는 과열영역이 생성되지 않는 제1튜브(20A) 사이에 위치될 수 있다. 따라서, 온도분포는 단일 1열의 튜브 배치를 갖는 코어부에서 향상된다.
냉매흐름방향이 반대인 증발기에서 이용되는 사이클에서, 온도분포는 다음과 같이 향상된다.
도20a 및 도20b에 나타낸 증발기에서, 예를 들면, 냉매는, 공기흐름 하류측의 전방 코어부(22A) 이후 공기흐름 상류측의 후방 코어부(22B)에서 열교환이 실행되도록 흐른다. 그러므로, 상기 냉매는 공기흐름 하류측으로부터 공기흐름 상류측으로 방향전환된다. 즉, 보드(board)상으로 볼 때, 냉매흐름은 공기흐름에 반대이다. 이러한 증발기에서, 냉매흐름이 냉매 유입구를 냉매 유출구로 대신함으로써 반대로 될 경우, 상기 냉매흐름방향은 보드 상으로 볼 때 공기흐름방향과 같다. 이 경우, 냉매 유출구 주위에서 발생된 과열영역 등은 공기통풍 온도영역으로서 나타난다. 한편, 코어가 단일 1열로 배치되는 실시예에서, 냉매흐름방향이 반대로 되더라도, 냉매흐름방향은 공기흐름방향(A)와 평행하지 않지만, 공기흐름방향(A)와 직교한다. 즉, 냉매흐름은 코어폭방향(D1)에 대하여 대칭되게 이루어진다. 따라서, 온도분포는 향상된다. 또한, 이러한 단일 1열코어배치는 라디에이터(radiator)에 적용될 수 있다. 상기 라디에이터에서, 공기분포는 향상된다.
상기 냉매가 이산화탄소(carbon dioxide)일 경우, 냉매는 과임계상태(supercritical state)에서 열교환기에서 흐른다. 그러나, 상기 냉매는 등온변화하지 않는다. 특히, 냉매가 열교환기에서 흐른 이후, 냉매의 온도는 즉시 감소된다. 단일 1열 튜브배치를 갖는 코어부에서, 냉매의 온도변화는 송풍되는 공기온도분포로서 직접적으로 나타난다. 그러나, 도11 내지 도14e에 나타낸 제9실시예에서, 열교환기에서 흐른 바로 직후의 높은 온도를 갖는 냉매가 흐르는 제1튜브(20A) 및 배출되기 전의 낮은 온도를 갖는 냉매를 갖는 제2튜브(20B)는 교대로 배치된다. 따라서, 향상된 공기분포가 제공된다.
제9실시예에서, 제1통로(T1)을 형성하도록 냉매가 하방향으로 흐르는 제1튜브(20A) 및 제2통로(T2)를 형성하도록 냉매가 상방향으로 흐르는 제2튜브(20B)는 교대로 배치된다. 그러나, 코어부(22)는 한 세트의 제1튜브(20A) 및 제2튜브(20B)를 교대로 배치함으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, 두개 또는 세개의 제1튜브(20A) 및 두개 또는 세개의 제2튜브(20B)는 교대로 배치된다. 이 경우, 유사한 작용효과를 제공할 수 있다.
따라서, 단일 1열 튜브배치를 갖는 코어는 증발기 및 라디에이터로서 공기분포를 향상시킬 수 있다. 그러므로, 이러한 코어배치는 증발기 및 라디에이터 모두에 적용될 수 있다. 여기에서, 상기 증발기는 냉매가 열을 흡수하고 증발하고, 냉매와 냉각될 외부유체(예를 들면, 공기) 간의 열교환을 싱행하는 열교환기를 의미한다. 상기 라디에이터는 그 자체를 냉각하도록 열을 방출시키는 열교환기를 의미한다.
상기한 제1 내지 제9실시예에서, 튜브(20)(20A)(20B)는 수직으로 배치되고,탱크(16A)(16B)(18A)(18B)는 튜브(20)(20A)(20B)의 상단 및 바닥단에 연결된다. 상기 열교환기의 설치위치는 이용에 있어 상기한 위치에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 탱크(16A)(16B)(18A)(18B)는 수직으로 배치되고, 코어(22A)(22B)는 상기 탱크(16A)(16B)(18A)(18B) 사이에 수평으로 배치된다. 즉, 상기 튜브(20)(20A)(20B)는 제10실시예의 도15에 나타낸 바와 같이 수평으로 배치되고, 수직방향으로 적층된다. 이러한 구성에 있어서도 유사한 작용효과를 제공할 수 있다. 또한, 수직방향으로의 온도의 불균일은 감소될 수 있다. 도15에 나타낸 냉매증발기는 도1a에 나타낸 냉매증발기를 90도로 방향전환(turn)시킴으로써 제공된다.
상기 실시예들에서 설명한 열교환기는 도16a 및 도16b에 나타낸 바와 같은 내부 열효관기를 갖는 냉동사이클회로에 적용될 수 있다. 예를 들면, 도11에 나타낸 열교환기는 내부 열교환기(44)로서 이용된다. 상기 냉동사이클회로에서는 스위칭 밸브(4방향 밸브)(42)가 제공된다. 이러한 사이클회로에서, 동작모드는 상기 스위칭 밸브에 의하여 냉각모드(도16a) 및 가열모드(도16b) 간을 스위칭한다. 이하, 냉매로서 이산화탄소가 과열임계상태에서 이용되는 냉동사이클회로의 구성은 예시적으로 설명한다.
도16a에 나타낸 냉각모드에서는, 압축기(46)에서 압축된 냉매가 스위칭밸브(42)의 스위칭 동작에 의하여 파이프(43)를 통해 외부 열교환기(라디에이터)(48)로 유입된다. 상기 외부 열교환기(48)에서는 고압냉매와 고온공기 사이에서 열교환기이 실행된다. 따라서, 고압 고온 냉매는 외부 열교환기(48)로부터 배출된다. 그런 다음, 냉매는 냉매들 간에 열교환이 실행되는 내부 열교환기(IHX)(50)와 팽창밸브(감압장치)(45)를 통해 저온 저압냉매로 전환되고, 내부 열교환기(증발기)측으로 흐른다. 상기 내부 열교환기(44)에서, 냉매는 객실로 송풍될 공기로부터 흡열하여 공기를 냉각시킨다. 그런 다음, 냉매는 리시버(receiver)(52)로 유입된다. 상기 리시버(52)에서, 냉매는 기상냉매와 액상냉매로 분리된다. 이후, 냉매는 압축기(46)로 복귀되고, 이후 고압 고압 냉매로 변환된다. 도16a 및 도16b에서 화살표는 냉매흐름방향을 나타낸다.
도16b에 나타낸 가열모드에서, 압축기(46)에서 압축된 냉매는 스위칭밸브에 의하여 파이프(43A)를 통해 내부 열교환기(라디에이터)(44)로 유입된다. 상기 내부 열교환기(44)에서, 냉매는 저온공기로 열을 방출하여 공기를 가열한다. 그러므로, 고압 저온 냉매는 내부 열교환기(44)로부터 배출된다. 이후, 냉매는 팽창밸브(45)를 통해 저압 저온 냉매로 변환된다. 그런 다음, 저압 저온 냉매는 외부 열교환기(증발기)(48)로 흐른다. 상기 외부 열교환기(48)에서, 냉매는 흡열한다. 이후, 상기 냉매는 스위칭밸브(42)를 통해 내측 열교환기(IHX)로 유입된다. 또한, 상기 냉매는 압축기(46)로 복귀된 다음, 고압 고온 냉매로 변환된다.
단일 1열 튜브배치를 갖는 열교환기(44)에서, 냉매 유입구는 하부측에 제공될 수 있다. 또한, 냉매 유입구 및 냉매 유출구는 그의 우측 및 좌측에 제공될 수 있다. 또한, 두개의 냉매유입구가 제공될 수 있다. 또한, 냉매가 제1통로((T1))를 형성하는 튜브(20A)와 냉매가 제2통로((T2))를 형성하는 튜브(20B)는 반드시 교대로 배치될 필요가 없다. 또한, 소정 개수의 튜브를 포함하는 각각의 튜브(20A) 세트와 튜브(20B) 세트는 교대로 배치될 수 있다.
상기 내부 열교환기와 결합되는 본 실시예의 열교환기를 이용함으로써, 열교환기의 냉매입구측에서 냉매의 드라이 아웃이 감소되기 때문에, 온도분포는 보다 향상된다. 또한, 냉매 유출구측의 엔탈피(enthalpy)의 차이는 증가될 수 있다. 따라서, 열교환기의 성능은 향상된다.
상기 실시예들에서, 제1통로(T1)를 통과한 냉매흐름은 제2통로(T2)로 흐르기 전에 교차부에서 수평방향으로 교차된다. 또한, 상기 냉매흐름은 복수개의 제1통로(T1)가 이루어진 이후에 교차될 수 있다. 또한, 교차부의 개수는 이에 한정되지 않는다. 상기 교차부는 복수 위치에 제공될 수 있다.
본 발명의 구성은 냉매흐름이 전방 및 후방 코어부에서 복수개의 튜브를 통해 서펜타인(serpentine) 형태로 형성되고, 복수개의 냉매통로가 형성되는 서펜타인 방식 열교환기에 적용될 수 있다.
또한, 상기한 냉매증발기는 도17 및 도18에 나타낸 바와 같이 이젝터 및 내부 열교환기를 포함하는 냉동사이클에 적용될 수 있다. 도17의 냉동사이클은 압축기(66), 라디에이터(67), 이젝터(68), 기액분리기(69) 및 증발기(64)를 포함한다. 도18의 냉동사이클은 도17의 이젝터(68) 대신에 감압장치(팽창밸브)(65)를 구비한다.
도17에 나타낸 냉동사이클에서, 기액분리기(69)는 증발기(64)의 상류측에 배치되는 것이 바람직하다. 도18에 나타낸 냉동사이클에서는, 기액분리기(69)가 감압장치의 상류측에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 증발기(64)의 냉매입구측에서 냉매의 건조가 감소되기 때문에, 이러한 배치는 코어폭방향(D1)에서의 온도분포 향상및 냉강성능 면에서 보다 바람직하다.
본 실시예에서의 증발기는 이젝터와 결합되어 이용된다. 이젝터 사이클에서, 저압측(예들 들면, 증발기 및 기액분리기)에서의 냉매의 압력손실이 작을 수록, 저압측에서의 냉매유량은 증가한다. 따라서, 성능은 보다 향상된다.
상기 설명에서, 본 발명은 외부유체(제1유체)가 공기이고, 내부유체(제2유체)가 냉매인 냉매증발기에 적용된다. 또한, 본 발명은 제1유체와 냉매 이외의 제2유체 사이에서 열교환하는 열교환기에 적용될 수 있다. 상기 열교환기는 제1유체를 가열하도록 이용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 열교환기는 내부유체흐름의 압력손실을 줄일 수 있고, 코어폭방향에 대하여 코어부내 온도분포를 균일하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 드라이 아웃을 방지하고, 공기온도를 균일하게 하여 열교환 성능을 보다 향상시키는 효과가 있다.

Claims (27)

  1. 외부를 흐르는 외부유체와 내부를 흐르는 내부유체 간을 열교환시키는 열교환기에 있어서,
    하나 이상의 열로 배치된 복수개의 튜브를 포함하되, 상기 튜브는 내부유체가 흐르는 제1통로와, 상기 내부유체가 상기 제1통로를 통과한 다음에 흐르는 제2통로를 형성하는 코어부;
    상기 제1통로와 연통되도록 상기 코어부에 연결되고, 상기 내부유체가 유입되는 유입부;
    상기 제2통로와 연통되도록 상기 코어부에 연결되고, 내부유체를 배출하는 배출부;
    상기 코어부의 제1부분의 상기 제1통로와 연통하는 제1공간과, 상기 코어부의 제2부분의 상기 제1통로와 연통하는 제2공간을 형성하고, 상기 코어부에 연결되는 집합부; 및
    상기 코어부의 제1부분의 상기 제2통로와 연통하는 제1공간과, 상기 코어부의 제2부분의 상기 제2통로와 연통하는 제2공간을 형성하고, 상기 코어부에 연결된 분배부;
    를 포함하며,
    상기 분배부는 제1연통부와 제2연통부를 구비한 연통부를 통해 상기 집합부와 연통하되, 상기 제1연통부는 상기 집합부의 제1공간과 상기 분배부의 제2공간사이를 연통하도록 배치되고, 상기 제2연통부는 상기 집합부의 제2공간과 상기 분배부의 제1공간 사이를 연통하도록 배치된
    열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 튜브는 2열로 배치되되, 상기 제1통로는 튜브의 제1열에 형성되고, 상기 제2통로는 튜브의 제2열에 형성되며,
    상기 제1연통부 및 제2연통부는 서로 교차되게 배치되어, 교차부를 제공하는
    열교환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 집합부 및 분배부는 탱크부들에 의하여 제공되되, 탱크부중 하나는 외부유체의 흐름방향에 대하여 탱크부중 다른 하나의 하류측에 배치되며,
    상기 탱크부들은 중간위치에서 분할되고, 상기 교차부가 상기 탱크부의 중간위치에 배치되는
    열교환기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 집합부 및 분배부는 탱크부들에 의하여 제공되고, 하나의 탱크부는 외부유체의 흐름방향에 대하여 다른 탱크의 하류측에 배치되며,
    상기 교차부는 상기 탱크부의 외측에 제공되는
    열교환기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 집합부 및 분배부는 탱크부들에 의하여 제공되고, 탱크부중 하나는 외부유체의 흐름방향에 대하여 탱크부중 다른 하나의 하류측에 배치되고,
    상기 연통부는 상기 탱크부 사이에 배치된 탱크연결부재에 의하여 제공되며,
    상기 탱크연결부재는 제1공간 및 제2공간으로 분할되되, 상기 제1공간에 의하여 상기 제1연통부가 제공되고, 상기 제2공간에 의하여 상기 제2연통부가 제공되는
    열교환기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 튜브는 2열로 배치되되, 상기 튜브의 제1열에 의하여 상기 제1통로가형성되고, 상기 튜브의 제2열에 의하여 상기 제2통로가 형성되고,
    상기 분배부는 상기 제1공간을 형성하는 제1탱크부 및 상기 제2공간을 형성하는 제2탱크부를 형성하며,
    상기 제1 및 제2탱크부중 하나는 외부유체의 흐름방향에 대하여 다른 탱크의 상류측에 배치되는
    열교환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 집합부는 세퍼레이터에 의하여 제1공간 및 제2공간을 분할되고,
    상기 제1연통부는 상기 집합부의 제1공간과 제2탱크부 사이를 연통하도록 상기 집합부의 일단에 제공되며,
    상기 제2연통부는 상기 집합부의 제2공간과 제1탱크부 사이를 연통하도록 상기 집합부의 대향단부에 제공되는
    열교환기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 집합부는 외부유체의 흐름방향에 대하여 상기 제1 및 제2탱크부의 하류측에 제공되는
    열교환기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 튜브는 2열로 배치되되, 상기 튜브의 제1열에 상기 제1통로가 형성되고, 상기 튜브의 제2열에 상기 제2통로가 형성되며,
    상기 집합부는 상기 제1공간을 형성하는 제1탱크부 및 상기 제2공간을 형성하는 제2탱크부를 형성하고,
    상기 제1 및 제2탱크부 중 하나는 외부유체의 흐름방향에 대하여 다른 탱크의 상류측에 배치되는
    열교환기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1연통부는 상기 제1탱크부와 상기 분배부의 제1공간 사이를 연통하도록 상기 분배부의 일단에 제공되고,
    상기 제2연통부는 상기 제1탱크부와 상기 분배부의 제2공간 사이를 연통하도록 상기 분배부의 대향단에 제공되는
    열교환기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 분배부는 외부유체의 흐름방향에 대하여 제1 및 제2탱크부의 상류측에 제공되는
    열교환기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 각 튜브는 편평 튜브 단면을 구비하고, 내부에 복수개의 통로공간을 형성하며,
    상기 제1통로 및 제2통로는 상기 튜브의 통로공간에 의하여 형성되는
    열교환기.
  13. 외부를 흐르는 외부유체와 내부를 흐르는 내부유체를 열교환하는 열교환기에 있어서,
    내부유체가 흐르는 제1통로를 형성하는 제1튜브와, 상기 제1통로를 통과한 후 상기 내부유체가 흐르는 제2통로를 형성하는 제2튜브를 포함하고, 상기 제1튜브 및 제2튜브가 1열로 교대로 배치되는 코어부;
    상기 코어부에 연결되고, 상기 제1튜브와 연통되도록 복수개의 연통공을 형성한 유입부;
    상기 코어부에 연결되고, 상기 제2튜브와 연통되도록 복수개의 연통공을 형성한 배출부;
    상기 코어부에 연결되는 제1탱크부; 및
    상기 코어부에 연결되고, 상기 제1탱크부에 평행하게 배치되는 제2탱크부;
    를 포함하며,
    상기 제1탱크부는, 상기 코어부의 제1부분의 그 제1탱크부와 제1튜브 사이를 연통시키도록 제1유입공 및 상기 코어부의 제2부분의 상기 제1탱크부와 제2튜브를 연통시키도록 제1유출공을 형성하고,
    상기 제2탱크부는, 상기 코어부의 제2부분의 제1튜브와 제2탱크부를 연통시키는 제2유입공 및 상기 제2탱크부와 상기 코어부의 제1부분의 제2튜브를 연통시키는 제2유출공을 형성하는
    열교환기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1튜브 및 제2튜브는, 소정 개수의 튜브를 갖는 한 세트의 제1튜브와 소정 개수의 튜브를 갖는 한 세트의 제2튜브가 교대로 배치되는 방식으로 배치되는
    열교환기.
  15. 제1한 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어부는 상기 튜브가 수직방향으로 적층되는 방식으로 배치되는
    열교환기.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부유체가 상기 유입부로 유입되는 복수개의 유입구를 더 포함하는
    열교환기.
  17. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어부는, 상기 내부유체가 복수개의 튜브에 동시에 흐르도록 상기 튜브가 배치되는 멀티-플로우 방식 코어를 형성하는
    열교환기.
  18. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브는 서펜타인 형태로 이루어지고, 상기 코어부는 멀티-통로의 서펜타인 코어로 형성되는
    열교환기.
  19. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입부, 배출부, 집합부 및 분배부는 상기 탱크부에 의하여 제공되는
    열교환기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 탱크부는 홈을 형성한 탱크플레이트와, 연통공을 형성한 연통플레이트로 형성되고, 상기 연통플레이트는 상기 탱크플레이트에 결합되는
    열교환기.
  21. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코어부는 상기 내부유체가 제1통로에서 상방향으로 흐르도록 배치되는
    열교환기.
  22. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부유체는 냉매인
    열교환기.
  23. 고온냉매 및 저온냉매를 열교환하는 내부 열교환기와 결합하는 제22항에 따른 열교환기를 이용한 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 열교환기는 이젝터와 더 결합되어 이용되는 방법.
  25. 기액분리기가 감압장치 및 열교환기 중 하나의 상류에 배치되는 냉동사이클에 제22항에 따른 열교환기를 이용하는 방법.
  26. 냉동사이클회로에서 냉매의 흐름방향을 전환할 수 있는 스위칭 밸브를 구비한 냉동사이클회로에 제22항에 따른 열교환기를 이용하는 방법.
  27. 냉각동작중에는 증발기이고, 가열동작중에는 라이에이터인 제22항에 따른 열교환기를 이용한 방법.
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