KR20040103051A - 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조에 관한 것으로서, 일측에 냉매를 유입할 수 있도록 형성되는 입구에 입구매니폴드가 연결되는 증발기에 있어서, 상기 입구매니폴드로부터 증발기로의 냉매의 유입유동분포가 균일하게 이루어지도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31)에 연결되는 입구매니폴드(60)의 출구(61)는 그 크기가 상기 냉매유입구의 크기보다 작게 형성되어 냉매유입구중 입구매니폴드와 가까운 쪽 부분과 연결된다. 또한, 냉매유입구중 입구매니폴드의 출구와 겹치지 않는 부분은 막힌다. 냉매유입구중 막힌 부분은 그 크기가 냉매유입구 크기의 15∼25%의 범위인 것이 바람직하고, 냉매유입구에 일체로 형성되는 배플(32) 또는 입구매니폴드의 출구로부터 연장되어 제1엔드 플레이트의 외면에 접합되는 플랜지(62)에 의하여 막힐 수 있다. 또한, 상기 제1엔드 플레이트의 냉매유입구와, 제1엔드 플레이트와 접합되는 최외측 플레이트(20)의 홀컵(21)은 버링부가 없는 노 버링 홀컵 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

Description

증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조{CONNECTING STRUCTURE BETWEEN INLET OF EVAPORATOR AND INLET MANIFOLD}

본 발명은 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조에 관한 것으로서, 특히 냉매가 유입유동이 균일하게 이루어지도록 하여 압력손실을 줄임으로써 열교환 효율을 높일 수 있는 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조에 관한 것이다.

자동차용 공조장치에 있어서 증발기는 송풍기로부터 송풍되어 증발기의 외부를 거치는 공기를 그 내부를 유동하는 냉매와 열교환시켜 냉기로 만들어 자동차 실내를 냉방하기 위한 장치이다.

이러한 증발기의 경우, 일반적으로 상단부 또는 하단부에 한 쌍의 홀컵이 형성되거나 상/하단부에 각각 적어도 하나의 홀컵이 형성된 한 쌍의 플레이트가 접합되어 이루어지는 플랫튜브들과, 열교환핀들이 교대로 적층되고, 이들의 최외측에 엔드 플레이트가 적층되어 이루어진다. 그리고, 상기 증발기의 입구측 및 출구측에는 냉매를 증발기 내부로 유입하기 위한 입구매니폴드와 냉매를 증발기 외부로 배출하기 위한 출구매니폴드가 차례로 설치되는데, 최근에는 공조장치를 구성하면서 증발기 및 히터코어가 내장되는 공조케이스의 유로저항을 고려하여 측부에 입/출구매니폴드가 측부에 설치되는 증발기가 많이 사용되고 있다.

이러한 증발기로서, 예컨대 상단부 및 하단부에 하나의 홀컵이 형성된 증발기에 있어서, 그 입구와 입구매니폴드와의 결합구조는 통상적으로 도 10에 나타난 바와 같은 구조로 이루어진다. 즉, 입구매니폴드의 출구의 크기와 증발기의 입구를 형성하는 엔드 플레이트의 냉매유입구의 크기가 같은 구조이다. 이와 같은 증발기입구와 입구매니폴드와의 결합구조에 있어서는, 입구매니폴드의 출구가 예컨대 엔드 플레이트의 외면쪽에서 그 폭방향으로 배치되어 엔드 플레이트의 냉매유입구에 연결되므로, 냉매유입시 입구매니폴드의 출구를 통하여 배출되는 냉매가 도 10에서의 화살표 A와 같이 유동하여야 이상적이지만, 실제로는 도 10에서의 화살표 B와 같이 증발기의 입구의 한쪽으로 치우쳐 흐르는 편류유동을 하게 된다. 따라서 냉매의 유속분포가 고르지 못하고, 증발기 입구에서 큰 압력손실이 발생(도 8 참조)한다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 일측에 냉매를 유입할 수 있도록 형성되는 입구에 입구매니폴드가 연결되는 증발기에 있어서, 상기 입구매니폴드로부터 증발기로의 냉매의 유입유동분포가 균일하게 이루어지도록 하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조가 적용된 증발기를 나타내는 개략적인 구성도이다.

도 2는 도 1의 증발기를 구성하는 플레이트의 예를 나타내는 정면도이다.

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조의 예를 나타내는 일부 단면도이다.

도 4a는 본 발명이 적용된 증발기와, 종래 증발기들에 있어서의 증발기 입구측 액냉매비율을 비교한 그래프이다.

도 4b는 본 발명이 적용된 증발기와, 종래 증발기들에 있어서의 증발기 입구측 액냉매량을 비교한 그래프이다.

도 5a 및 5b는 각각 종래 증발기 입구에서의 액냉매비율을 나타내는 씨에프디(CFD) 해석결과이고, 도 5c 및 도 5d는 본 발명이 적용된 증발기 입구에서의 액냉매비율을 나타내는 CFD 해석결과이다.

도 6a는 종래 증발기 입구에서의 냉매유속분포를 나타내는 CFD 해석결과이고, 도 6b는 본 발명이 적용된 증발기 입구에서의 냉매유속분포를 나타내는 CFD 해석결과이다.

도 7a는 종래 증발기 입구에서의 냉매유동경로를 나타내는 CFD 해석결과이고, 도 7b는 본 발명이 적용된 증발기 입구에서의 냉매유동경로를 나타내는 CFD 해석결과이다.

도 8은 종래 증발기 입구에서의 압력손실정도를 나타내는 CFD 해석결과이다.

도 9a는 본 발명이 적용된 증발기의 중간 유로에서의 유속분포를 나타내는 CFD 해석결과이고, 도 9b는 본 발명이 적용된 증발기의 중간 유로에서의 액냉매비율을 나타내는 CFD 해석결과이다.

도 10은 종래 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조를 나타내는 CFD 해석모델을 나타내는 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 플랫튜브, 20 : 플레이트,

21 : 홀컵, 30 : 제1엔드 플레이트,

31 : 냉매유입구, 32 : 배플,

40 : 제2엔드 플레이트, 50 : 열교환핀,

60 : 입구매니폴드, 61 : 출구,

62 : 플랜지

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 상단부에 적어도 하나의 홀컵이 형성된 한 쌍의 플레이트가 접합되어 이루어지는 플랫튜브들과, 열교환핀들이 교대로 적층되고, 이들의 최외측에 제1 및 제2엔드 플레이트가 각각 적층되어 이루어지는 증발기중 냉매유입측 제1엔드 플레이트의 냉매유입구에 냉매를 증발기로 유입하기 위한 입구매니폴드의 출구가 제1엔드 플레이트의 외면쪽에서 그 폭방향으로 배치되어 연결되는 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조에 있어서:

상기 입구매니폴드의 출구의 크기는 냉매유입구의 크기보다 작게 형성되어, 상기 냉매유입구중 입구매니폴드와 가까운 쪽 부분과 연결되고;

상기 냉매유입구중 입구매니폴드의 출구와 겹치지 않는 부분은 막혀 있는 것을 특징으로 한다.

상기 냉매유입구중 입구매니폴드의 출구와 겹치지 않고 막혀 있는 부분의 크기는 냉매유입구 크기의 15∼25%의 범위가 바람직하다.

상기 냉매유입구중 입구매니폴드의 출구와 겹치지 않는 부분은 냉매유입구에 일체로 형성되는 배플에 의하여 막힐 수 있고, 대안으로서 입구매니폴드의 출구로부터 연장되어 제1엔드 플레이트의 외면에 접합되는 플랜지에 의하여 막힐 수 있다. 즉, 배플 또는 플랜지에 의하여 냉매유입구의 15∼25%가 막힐 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제1엔드 플레이트의 냉매유입구와, 제1엔드 플레이트와 접합되는 최외측 플레이트의 홀컵은 버링부가 없는 노 버링 홀컵 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 예컨대 제1엔드 플레이트의 외면쪽에서 그 폭방향으로 입구매니폴드의 출구가 배치되어 제1엔드 플레이트의 냉매유입구에 연결되므로, 냉매유입시 입구매니폴드의 출구를 통하여 배출되는 냉매는 상기 냉매유입구 및 플레이트들의 홀컵들 중앙부쪽으로 유입되고, 이에 따라 증발기를 흐르는 냉매의 균일한 유동을 도모할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조가 적용된 증발기가 도시되어 있다.

본 발명에서의 증발기를 구성하는 플레이트(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 예컨대 상부 및 하부에 제1홀컵(21) 및 제2홀컵(22)이 차례로 형성되고, 가장자리에 브레이징 비드(24)가 형성되며, 내면에 상기 홀컵들(21, 22)과 통하는 일자형 유로(23)를 가지고, 이 일자형 유로(23)에 다수의 엠보싱 비드(25)가 소정의 배열로 배열되어 이루어진다.

이와 같이 형성되는 두 개의 플레이트(20, 20)의 접합에 의하여 증발기 유로를 형성하는 플랫튜브(10)가 형성되며, 이 플랫튜브(10)들과 열교환핀(50)들이 교대로 적층됨과 아울러 이들의 최외측에 제1 및 제2엔드 플레이트(30, 40)가 차례로 적층됨으로써 도 1과 같은 증발기가 구성된다. 여기서는 미도시되었으나 증발기중 소정의 장소에 있는 플레이트들의 홀컵들은 소정 경로의 증발기 유로를 형성할 수 있도록 막히고, 이 홀컵이 막힌 플레이트들은 블랭크 플레이트로 기능한다.

플랫튜브(10)들은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 인접하는 두 플레이트(20)들중 어느 하나의 플레이트(20)의 홀컵(21, 22)의 구멍에 형성된 버링부(26)가 이와 대응하는 플레이트(20)의 홀컵(21, 22)(여기에는 버링부가 형성되지 않음)에 삽입되어 접합됨으로써 차례로 적층될 수 있다. 상기 버링부(26)들은 냉매유동방향으로 형성되는 것이 바람직하지만, 냉매의 증발성능을 고려하여 경우에 따라 증발기중 부분적으로 냉매유동방향과는 반대방향으로 버링부(26)가 형성될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 엔드 플레이트들(30, 40)중 냉매유입측의 제1엔드 플레이트(30)와 접합되는 최외측 플레이트(편의상 참조부호 "20L"로 나타냄)의 제1홀컵(21)은 다른 플레이트(20)의 홀컵과는 달리 상기한 바와 같은 버링부(26)가 형성되지 않은 노 버링 홀컵(no burring hole cup)으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 최외측 플레이트(20L)의 제1홀컵(21)과 대응하여 제1엔드 플레이트(30)의 상단부에도 버링부가 형성되지 않은 노 버링 홀컵 구조의 냉매유입구(31)가 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 최외측 플레이트(20L)의 상단부와 제1엔드 플레이트(30)의 상단부는 상기 노 버링 홀컵(21) 및 냉매유입구(31)가 일치하도록 면접합된다.

그리고, 상기 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31)를 통하여 증발기 내부로 냉매를 유입하기 위하여, 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31)에는 입구매니폴드(60)가 제1엔드 플레이트(30)의 외면쪽에 배치되어 연결된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이 증발기 내부로부터 냉매를 배출하기 위하여 냉매배출측의 제2엔드 플레이트(40)의 냉매배출구(미도시)에는 출구매니폴드(70)가 연결된다.

본 발명에 따르면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 입구매니폴드(60)의 출구(61)의 크기는 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31)의크기보다 작게 형성되어 있고, 이 입구매니폴드(60)의 출구(61)가 상기 냉매유입구(31)중 입구매니폴드(60)와 가까운 쪽 부분과 연결된다. 구체적으로 입구매니폴드(60)의 출구(61)쪽 단부는 제1엔드 플레이트(30)의 외면쪽에서 폭방향으로 배치되고, 이 입구매니폴드(60)의 출구(61)가 냉매유입구(31)중 입구매니폴드(60)와 가까운 쪽 부분과 대응하도록 배치되어 제1엔드 플레이트(30)의 외면에 접합된다.

그리고, 상기 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31)중 입구매니폴드(60)의 출구(61)와 겹치지 않는 부분은 막힌다. 이 막힌 부분의 크기는 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31) 크기의 15∼25%의 범위가 바람직하다.

상기 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31)중 입구매니폴드(60)의 출구(61)와 겹치지 않는 부분을 막는 수단으로서, 예컨도 도 3a에 도시된 바와 같이 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31)에 일체로 형성되는 배플(32)이 채용될 수 있다. 대안으로서, 도 3b에 도시된 바와 같이 입구매니폴드(60)의 출구(61)로부터 제1엔드 플레이트(30)의 폭방향으로 더 연장되어 제1엔드 플레이트(30)의 외면에 접합되는 플랜지(62)에 의하여 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31)중 입구매니폴드(60)의 출구(61)와 대응하지 않는 부분이 막힐 수 있다. 즉, 냉매유입구(31)의 배플(32) 또는 입구매니폴드(60)의 플랜지(62)에 의하여 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31)의 15∼25%가 막힐 수 있다.

본 발명에 따르면, 입구매니폴드(60)는 예컨대 증발기의 전방으로부터 그 입구가 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31)에 연결되므로, 냉매유입시 입구매니폴드(60)의 출구(61)를 통하여 배출되는 냉매는 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31) 및 플레이트(20)들의 제1홀컵(21)들 중앙부쪽으로 유입되므로 냉매의 유동이 균일하게 이루어질 수 있다.

본 발명자들은 다음의 표 1과 같이, 종래 증발기로서 모델 1 내지 모델 3(model#1 ∼ model#3)의 3가지 종류를 제작하고, 또한 본 발명이 적용된 증발기로서 모델 4(model#4)를 제작하여 냉매유동성능을 시험하였다.

모델	입구매니폴드와 제1엔드 플레이트와의 결합구조	입구매니폴드의출구와 냉매유입구와의크기 비교	비고
모델 1	1. 버링부에 의한 결합2. 버링부 방향 :냉매유동방향	출구 = 냉매유입구	종래
모델 2	노 버링부	출구 = 냉매유입구	종래
모델 3	1. 버링부에 의한 결합2. 버링부 방향 :냉매유동반대방향	출구 = 냉매유입구	종래
모델 4	노 버링부	출구 < 냉매유입구	본 발명

상기 모델들의 증발기의 냉매유입측 플랫튜브들중 제1엔드 플레이트에 가까운 플랫튜브로부터 먼 플랫튜브쪽의 플랫튜브 6개의 유로를 유로 1 내지 유로 6(도 10 참조)이라 할 때, 각 모델에 대한 각각의 유로에 있어서의 액냉매 비율은 다음의 표 2 및 도 4a의 그래프와 같고, 각각의 유로에 있어서의 액냉매량은 다음의 표 3 및 도 4b의 그래프와 같다.

유로	종래model#1	종래model#2	종래model#3	본 발명model#4
1	76.2%	76.8%	75.1%	72.9%
2	77.1%	76.5%	79.2%	72.9%
3	72.1%	71.4%	71.7%	77.4%
4	71.3%	71.2%	70.5%	73.8%
5	71.1%	71.3%	70.3%	71.4%
6	72.2%	72.7%	72.4%	71.4%

유로	종래model#1	종래model#2	종래model#3	본 발명model#4
1	18.8	17.9	18.8	15.8
2	19.2	21.3	19.2	16.1
3	15.0	15.0	15.0	19.2
4	14.8	14.4	14.8	16.4
5	15.0	14.5	15.0	15.2
6	16.6	16.4	16.6	16.2

또한, 모델 1에 대한 액냉매비율(액냉매부피/(액냉매부피+기상냉매부피))을 CFD 해석한 결과는 도 5a 및 도 5b에 나타나 있고, 모델 4에 대한 액냉매비율을 CFD 해석한 결과는 도 5c 및 도 5d에 나타나 있다.

상기 표 2 및 표 3과, 도 4a 및 도 4b의 그래프와, 도 5a 내지 도 5d에 나타난 CFD 해석결과를 통하여 알 수 있듯이, 본 발명이 적용된 모델 4의 증발기가 냉매유동성능이 우수함에 따라 냉매의 증발성능이 다른 종래의 증발기들보다 우수함을 알 수 있다.

또한, 모델 1의 증발기 입구에서의 냉매유속분포와 냉매유동경로를 CFD 해석한 결과는 각각 도 6a 및 도 7a에 나타나 있고, 본 발명이 적용된 모델 4의 증발기 입구에서의 냉매유속분포를 CFD 해석한 결과는 도 6b 및 도 7b에 나타나 있다. 이들 CFD 해석결과로부터 알 수 있듯이, 모델 1의 경우 편류의 발생으로 냉매의 유동이 균일하지 않은 반면에, 본 발명이 적용된 모델 4의 경우 냉매가 증발기 입구측의 대략 중앙부로 유입되어 편류가 발생하지 않음에 따라 냉매의 유동이 균일하게 이루어진다.

또한, 모델 1의 증발기 입구에서의 압력분포를 CFD 해석한 결과는 도 8에 나타나 있다. 도 8에 나타나는 바와 같이, 종래 모델 1의 증발기는 입구에서 냉매의 유동에 편류가 발생하기 때문에 증발기 입구측의 일부 영역(즉, 편류 영역)을 제외한 나머지 영역에서 큰 압력손실이 발생함을 알 수 있다.

참고로, 도 9a는 본 발명이 적용된 모델 4의 증발기중 중간 유로에서의 유속분포를 CFD 해석한 결과이고, 도 9b는 본 발명이 적용된 모델 4의 증발기중 중간 유로에서의 액냉매비율(액냉매부피/(액냉매부피+기상냉매부피))을 CFD 해석한 결과이다.

본 발명의 모델 4에서는 액냉매 비율 및 유속의 분포가 고르게 나타나고 있는 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조에 있어서는, 냉매유입측의 제1엔드 플레이트(30)의 냉매유입구(31)중 일부가 막혀 있어 입구매니폴드(60)로부터 배출되는 냉매가 증발기 입구의 대략 중앙부로 공급되므로 냉매의 유입유동분포가 균일하게 이루어질 뿐만 아니라 압력손실도 줄어들고, 이에 따라 열교환성능이 향상된다.

Claims (5)

1. 상단부에 적어도 하나의 홀컵이 형성된 한 쌍의 플레이트가 접합되어 이루어지는 플랫튜브들과, 열교환핀들이 교대로 적층되고, 이들의 최외측에 제1 및 제2엔드 플레이트가 각각 적층되어 이루어지는 증발기중 냉매유입측 제1엔드 플레이트의 냉매유입구에 냉매를 증발기로 유입하기 위한 입구매니폴드의 출구가 제1엔드 플레이트의 외면쪽에서 그 폭방향으로 배치되어 연결되는 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조에 있어서:

   상기 입구매니폴드의 출구의 크기는 냉매유입구의 크기보다 작게 형성되어, 상기 냉매유입구중 입구매니폴드와 가까운 쪽 부분과 연결되고;

   상기 냉매유입구중 입구매니폴드의 출구와 겹치지 않는 부분은 막혀 있는 것을 특징으로 하는 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉매유입구중 입구매니폴드의 출구와 겹치지 않고 막혀 있는 부분의 크기는 냉매유입구 크기의 15∼25%의 범위인 것을 특징으로 하는 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 냉매유입구중 입구매니폴드의 출구와 겹치지 않는 부분은 냉매유입구에 일체로 형성되는 배플에 의하여 막혀 있는 것을 특징으로 하는 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 냉매유입구중 입구매니폴드의 출구와 겹치지 않는 부분은 입구매니폴드의 출구로부터 연장되어 제1엔드 플레이트의 외면에 접합되는 플랜지에 의하여 막혀 있는 것을 특징으로 하는 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1엔드 플레이트의 냉매유입구와, 제1엔드 플레이트와 접합되는 최외측 플레이트의 홀컵은 버링부가 없는 노 버링 홀컵 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 증발기의 입구와 입구매니폴드와의 결합구조.