KR20110034736A

KR20110034736A - 증발기

Info

Publication number: KR20110034736A
Application number: KR1020090092134A
Authority: KR
Inventors: 이덕호
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-06

Abstract

본 발명은 증발기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 증발기 하부에 액냉매가 저장되는 별도의 액냉매 저장부를 구비하여 엔진 정지 시 저장된 액냉매를 기화시켜 냉기를 방출하여 차량 실내의 급격한 온도 상승을 방지함으로써 사용자의 냉방 쾌적성을 높일 수 있으며, 재 냉방 시 소모되는 에너지와 시간을 최소화할 수 있는 증발기 관한 것이다.

동시에 저장된 액냉매 하부에 누적되는 압축기 오일이 원활하게 배출되도록 오일 포집 및 배출 구조를 구비하도록 한 증발기에 관한 것이다.

아이들, 열교환기, 증발기, 축냉, 오일

Description

증발기 {Evaporator}

열에너지를 재사용하거나 용도에 맞게 온도를 낮추거나 높여 사용할 목적 등으로 각종 열교환기가 사용되고 있으며, 자동차에도 각종 열교환기가 구비되고 있다. 증발기는 열교환기의 한 종류이며, 자동차용 공조장치의 내부에 구비되는 한 구성요소로 외부의 공기와 열 교환하여 자동차 실내로 차가운 공기가 공급되도록 하는 냉방장치이다.

상기 증발기에 있어서, 과거에는 냉방 부하가 저하될 수 냉매의 유속이 가변적으로 저하됨에 따라서 증발기 하단부에 액냉매가 정체되는 문제점을 있었고 일본 공개특허 2007-247946은 이를 해결하고자 도 1과 같이 증발기의 하부 탱크에 액 냉매 환류용 튜브를 별도로 구비함으로써 증발기에 정체되는 액냉매를 원활하게 배출하고자 한 바 있다.

그러나 이는 종래에 증발기의 열교환 성능에만 관심을 두어 액냉매를 최대한 배출하고자 한 것에 중점이 있는 것으로 자동차 전체의 연비향상을 중시하는 최근의 자동체 에어컨 시스템과는 거리가 있는 것이다. 최근에는 자동차의 연비 개선을 위한 연구가 주를 이루며 특히, 동력과 전기에너지를 동시에 사용하는 하이브리드 차량에 대한 연구 개발이 증가하는 추세이다. 상기 하이브리드 차량은 신호대기 등의 정차시 자동으로 엔진을 정지하고 다시 변속기의 조작으로 엔진이 재시동되도록 하는 아이들 스톱/고 시스템을 채택하는 경우가 많다.

그러나 상기 하이브리드 차량의 경우에도 냉방장치는 엔진에 의해 작동되므로 엔진이 정지될 경우, 압축기도 정지하게 되고 이에 따라, 증발기의 온도가 상승 되게 되므로 이때 오히려 증발기에 포집된 액냉매를 기화 배출시킴으로써 저열원으로 삼고자 한다.

즉, 상기 일본공개특허와 달리 증발기의 냉매를 필요에 의해 정체시키고 배출하는 시스템을 적용하는 것으로 이와 관련하여 미국특허 20090095015에서는 도 2에 도시한 바와 같이 증발기의 두께 방향으로 축냉재를 포함하고 있다.

그러나 도 2와 같이 증발기 두께 방향으로 축냉기를 구비한 경우 증발기 사 이즈가 증가하여 공간상 제약이 있으며 그 구조가 복잡하여 제조가 어려운 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 한 것으로 필요에 의해 액냉매를 안전하게 포집하여 축냉의 효과를 달성할 수 있는 증발기를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 포집을 위한 액냉매 저장부 구성이 기존 증발기 구조와 일체화 되도록 하여 공간 간섭이 생기지 않고 동시에 증발기의 성능을 그대로 유지할 수 있는 증발기를 제공하고 한다.

또한 포집된 액냉매 하부에 누적되는 압축기 오일이 원활히 배출되도록 하여 오일 트랩을 막을 수 있는 증발기를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 증발기는,

나란히 배열되어 전열과 후열을 각각 형성하며 내부로 냉매가 흘러 열교환이 이루어지는 복수개의 냉매 열교환유로;

전·후방으로 구획된 냉매 유로가 냉매 입·출구관과 각각 연결되고 상기 전·후열 냉매 열교환유로의 일단과 각각 연통하여 연결되는 상부 탱크; 및

전·후방으로 구획된 냉매 유로가 상기 전·후열 냉매 열교환유로의 타단과 각각 연통하여 연결되는 하부 탱크; 를 포함하며,

상기 하부 탱크의 냉매 유로에 형성된 하나 이상의 유입 구멍을 통해 액냉매를 유입 받아 저장하는 액냉매 저장부가 상기 하부 탱크 하방에 구비된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 액냉매 저장부는 상기 유입 구멍의 하부로부터 일정 거리를 두고 구비되며 다수개의 중간 구멍이 형성된 격벽을 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 액냉매 저장부의 최하단부로부터 상기 하부 탱크의 후방 냉매 유로까지 연장되는 오일 배출관을 통해 저장된 액냉매 하부에 누적되는 오일이 배출되도록 할 수 있다.

이때, 상기 오일은, 상기 액냉매 저장부의 바닥에 형성된 홈 또는 상기 냉매 출구관과 연결되는 방향으로 상기 하부 탱크에 대하여 하향 경사지게 형성된 액냉매 저장부의 하향 경사 단부에 누적되는 것이 바람직하다.

또 다른 한편, 상기 전열 냉매 열교환유로가 후열 냉매 열교환유로보다 전후방향 폭이 넓은 것이 바람직하다.

본 발명은 증발기내에 쌓이는 액냉매를 필요에 의해 증발기 하단부에 포집하는 액냉매 저장부 구성을 통해 비교적 짧은 시간의 Idle/Stop 시의 저열원으로 사용하여 하여 축냉의 효과가 있다. 이때 기존의 어큐뮬레이터의 구조의 액냉매 저장부를 증발기의 하단에 동일 두께로 일체형으로 제작하므로 별도의 구조를 채용하는 경우 우려되는 공기 측 압력강하 가능성을 낮추어 증발기의 성능을 그대로 유지하면서도 축냉의 효과를 달성한다.

또한 액냉매 저장부에 기존 어큐뮬레이터와 같이 액냉매 하부에 누적되는 오일을 원활히 배출될 수 있는 오일 배출관을 구비하여 하여 압축기의 오일 부족 현상을 방지한다.

이하, 상술한 바와 같은 특징이 있는 본 발명의 증발기(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 증발기(1000)의 사시도이며 도 4, 도 5 및 도 5은 도 3의 증발기(1000)의 액냉매 저장부(400)의 사시도, 단면도 및 냉매의 흐름도이다. 도 10은 본 발명의 증발기에서의 냉매 흐름을 표시한 냉매의 P-h선도이다.

본 발명의 증발기(1000)는 나란히 배열되어 전열(110)과 후열(120)을 각각 형성하며 내부로 냉매가 흘러 열교환이 이루어지는 복수개의 냉매 열교환유로(100); 전·후방으로 구획된 냉매 유로가 냉매 입·출구관(600)과 각각 연결되고 상기 전·후열 냉매 열교환유로(110, 120)의 일단과 각각 연통하여 연결되는 상부 탱크(200); 전·후방으로 구획된 냉매 유로(310, 320)가 상기 전·후열 냉매 열교환유로(110, 120)의 타단과 각각 연통하여 연결되는 하부 탱크(300); 상기 하부 탱크(300)하방에 구비되며 하부 탱크의 냉매 유로(310)에 형성된 하나 이상의 유입 구멍(330)을 통해 액냉매를 유입 받아 저장하는 액냉매 저장부(400)를 포함한다.

냉매 열교환유로(100)는 내부에 열교환 매체로서 냉매가 흐르며 공기 등과 열교환의 이루어지는 곳으로 여러 개가 나란하게 배열된다. 이때 전·후방에 2개의 열을 이루며 전열(110)과 후열(120)을 형성한다. 냉방 대상인 공기는 전방에서 후방 방향으로 상기 냉매 열교환유로(100) 사이를 통과하며 냉매 열교환유로(100)와 열교환을 하는데 이때 냉매 열교환유로(100) 사이에는 도 3과 같이 복수개의 핀을 구비하여 열교환 면적을 넓히도록 하고 있는 것이 일반적이다.

상부 탱크(200)은 내부가 상기 전열 냉매 열교환유로(110) 및 후열 냉매 열교환유로(110)의 일단과 각각 연결되는 전·후방으로 구획되어 있으며 각 구획은 외부로 냉매가 출입하는 냉매 입구관(500) 및 출구관(600)과 각각 연결된다. 상부 탱크(200)은 냉매 열교환유로(100)가 배열되는 방향으로 길게 형성되며 냉매 유로를 형성하게 된다.

하부 탱크(300)는 상부 탱크(200)과 연결된 전열 냉매 열교환유로(110) 및 후열 냉매 열교환유로(120)의 다른 일단과 각각 연결되는 전·후방으로 내부가 구획되어 있다. 마찬가지로 하부 탱크도 냉매 열교환유로(100)가 배열되는 방향으로 길게 형성되며 냉매 유로를 형성한다.

상기 상부 탱크(200) 및 하부 탱크(300)의 형성 방법에 제한이 있는 것은 아니나 본 실시예에서는 핀-튜브 타입의 증발기로 도 4에 도시한 바와 같이 냉매 열교환유로(100)의 양단이 끼워져 조립되는 헤더 부재(301)와 헤더 부재(301)와 결합하여 구획된 내부 냉매 유로를 형성하는 탱크 부재(302)에 의하여 각 탱크가 형성되도록 하였다.

본 실시예에서 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 액냉매 저장부(400)는 하부 탱크(300)의 하방에 일체로 형성이 된다. 상기 탱크 부재(302)의 제작시 액냉매 저장부(400)를 한 번에 사출 성형함으로써 액냉매 저장부(400)와 하부 탱크(300)가 일체로 형성하여 증발기의 원래 성능을 그대로 유지하도록 한다. 하부 탱크(300)의 구획된 냉매 유로 중 전방 냉매 유로(310) 구획의 바닥에는 다수개의 유입 구멍(330)이 형성되어 있어서 액냉매가 상기 유입 구멍(330)을 통해 하방으로 흘러 액냉매 저장부(400)에 저장된다.

액냉매 저장부(400)은 내부 공간이 빈 U자 형상을 이루고 있는데 본 발명에서는 상부의 탱크 부재(302)의 구획에 맞추어 액냉매 저장부(400) 내부 공간을 세로로 나누는 벽을 구비하여 전·후방으로 나누되 상기 벽에 마련된 구멍을 통해 액냉매가 유동한다. 또한 냉매가 상기 하부 탱크(300)의 유입 구멍(330)으로부터 유입될 때 상기 유입 구멍(330)부터 액냉매 저장부(400) 바닥까지의 액냉매가 낙하하는 운동에너지를 완충하고자 액냉매 저장부(400)에는 격벽(410)을 구비하였다. 상기 유입 구멍(330)의 하부로부터 일정 거리를 두고 액냉매 저장부(400)를 가로로 막는 격벽(410)을 만들고 격벽(410)에 다시 하방으로 액냉매가 낙하할 수 있는 다수개의 중간 구멍(411)을 구비하여 액냉매가 순차적으로 최하방까지 낙하하며 안정적으로 저장되도록 한다.

본 실시예의 액냉매 저장부(400)에는 도 5에 도시한 바와 같이 상기 액냉매 저장부(400)의 최하단부로부터 상기 하부 탱크의 후방 냉매 유로(320)까지 연장되는 오일 배출관(420)이 구비되어 있는데 이를 통해 저장된 액냉매 하부에 누적되는 오일이 배출된다. 냉매와 일정 비율 섞여 유동하는 오일은 액냉매 저장부(400)에 저장시 비중에 의해 냉매보다 아래 부분에 분리되며 누적될 수 있다. 액냉매가 원활하게 기화되어 배출되는 반면 최하단에 누적되는 오일은 배출이 어려우므로 액냉매 저장부(400)에 쌓이게 되고 이 때문에 압축기 오일이 부족하게 되는 것을 방지하고자 한 것이다. 오일 배출관(420)은 그 직경이 충분히 작도록 하여 오일 배출관(420)으로 액냉매가 오일과 함께 과도하게 유입되는 것을 막는 것이 바람직하다. 상기 오일 배출관(420)을 통해 오일이 직접 하부 탱크의 후방 냉매 유로(320)까지 배출되며 기화된 냉매와 섞여 증발기를 빠져나간다.

이하 도 6과 도 10을 통해 본 실시예에서 냉매와 오일의 흐름을 살펴보면, 냉매 입구관(500)을 통해 상부 탱크(200의 전방 냉매 유로로 액냉매가 유입되고 전열 냉매 열교환유로(110)를 통해 이동하며 열교환을 통해 기화한다. 전열 냉매 열교환유로(110)의 타단에서 하부 탱크의 전방 냉매 유로(310)로 유입된 냉매는 대부분 상부·하부 탱크(200, 300), 전·후 냉매 열교환유로(110, 120)를 흐르며 계속 열교환을 하며 기화된다. 이 때 일부 냉매는 기화되지 않고 하부 탱크의 전방 냉매 유로(310)에 형성된 유입 구멍(330)을 빠져나와 액냉매 저장부(400)로 저장된다. 자동차의 아이들 작동시에도 액냉매 저장부의 냉매가 다시 반대로 유입 구멍(330)을 통해 기화되어 증발기를 빠져나가게 되며 엔진 정지에 불구하고 차량 실내의 급격한 온도 상승을 방지하고 사용자의 냉방 쾌적성을 높일 수 있으며, 재 냉방 시 소모되는 에너지와 시간을 최소화하는 축냉 효과를 얻게 된다.

상기 제 1 실시예와 같은 핀-튜브 타입뿐만 아니라 핀-플레이트 타입(미도시)의 열교환기도 이하 제 2 실시예와 같은 구성으로 형성될 수 있다. 기본적인 구성은 동일하며 즉, 전열과 후열 냉매 열교환유로(110, 120)는 플레이트가 접합되어 형성되되 전방과 후방으로 구분하여 냉매가 내부로 전열 및 후열로 흐를 수 있도록 형성한다. 이 때 플레이트에서 전열 냉매 열교환유로(110) 및 후열 냉매 열교환유로(120)를 구성하는 공간의 상부를 각각 관통하여 상호 연결하여 상부 탱크(200)의 전방 냉매 유로와 후방 냉매 유로를 형성하고 마찬가지로 그 하부를 각각 관통하여 상호 연결하여 하부 탱크(300)의 전방 냉매 유로(310)와 후방 냉매 유로(320)를 형성한다. 이 때 액냉매 저장부(400)는 냉매 열교환유로(110, 120)의 하단에 구비되며(실직적으로 하부 탱크(300) 하단에 구비됨) 제 1 실시예와 동일한 구성을 갖는다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제 3 실시예의 증발기(1000)의 사시도 및 액냉매 저장부(400)의 단면도로서 제 1 실시예와 기본적인 구성은 동일하다. 다만 액냉매 저장부(400)를 구성함에 있어 바닥에 홈(430)을 형성하여 저장된 액냉매 하부에 누적되는 오일이 특히 홈(430)에 모이도록 한다. 또한 액냉매 저장부(400)에서 액냉매가 직접 유입되는 전방측을 경사지게 형성하여 오일이 액냉매 저장부(400)의 후방측에 구비된 홈(430)에 원할히 포집되도록 하며 상기 액냉매 저장부(400)의 최하단부인 홈(430)에 오일 배출관(420)의 일단을 두고 타단을 하부 탱크의 후방 냉매 유로(310)로 직접 연결되도록 구비하여 오일이 원활히 배출되도록 한다.

본 실시예에서는 또한 전열 냉매 열교환유로(110)가 후열 냉매 열교환유로(120)보다 전후방향 폭이 넓게 형성하였다. 이로서 전열 냉매 열교환유로(110)를 통해 이루어지는 열교환량을 늘리도록 함으로써 아이들 운행시에 액냉매가 역으로 유입 구멍(330)을 빠져나와 기화시에 원활하게 기화가 이루어져 축냉의 효과를 극대화한 것이다.

도 9는 본 발명의 제 4 실시예의 증발기(1000)의 사시도로 제 1 실시예와 기본적인 구성은 동일하다. 본 실시예에서는 액냉매 저장부(400)를 경사지도록 구성하여 하향 경사의 단부에 오일이 특히 모이도록 하였다. 오일이 원활하게 기화된 냉매와 다시 섞여 증발기를 빠져나가도록 하기 위해서는 상기 냉매 출구관(600)과 연결되는 방향으로 상기 하부 탱크에 대하여 하향 경사지게 액냉매 저장부(400)를 형성한다. 이때 마찬가지로 액냉매 저장부(400)의 최하단부인 하향 경사의 단부에 오일 배출관(420)의 일단을 두고 타단이 하부 탱크까지 연결되도록 하여 오일이 배출되도록 한다.

상기 제 3 실시예 및 제 4 실시예의 특징이 제 2 실시예와 마찬가지로 플레이트-핀 타입의 증발기에도 동일하게 적용가능함은 물론이다.

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

도 1은 종래의 증발기 하부의 탱크를 나타낸 단면도.

도 2는 종래의 액냉매 저장부가 구비된 증발기의 사시도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 증발기의 사시도.

도 4 및 도 5는 도 3의 증발기의 액냉매 저장부의 사시도 및 단면도.

도 6은 도 3의 증발기의 냉매의 흐름도.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제 3 실시예의 증발기의 사시도 및 액냉매 저장부의 단면도

도 9는 본 발명의 제 4 실시예의 증발기의 사시도

도 10은 본 발명의 증발기를 표시한 냉매의 P-h선도

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1000 : 증발기

100 : 냉매 열교환유로

110 : 전열 냉매 열교환유로 120 : 후열 냉매 열교환유로 200 : 상부 탱크 300 : 하부 탱크

301 : 헤더 부재 302 : 탱크 부재

310 : 하부 탱크 전방 냉매 유로 320 : 하부 탱크 후방 냉매 유로

330 : 유입 구멍

400 : 액냉매 저장부

410 : 격벽 411 : 중간 구멍

420 : 오일 배출관 430 : 홈

500 : 입구관 600 : 출구관

Claims

나란히 배열되어 전열(110)과 후열(120)을 각각 형성하며 내부로 냉매가 흘러 열교환이 이루어지는 복수개의 냉매 열교환유로(100);

전·후방으로 구획된 냉매 유로가 냉매 입·출구관(500, 600)과 각각 연결되고 상기 전·후열 냉매 열교환유로(110, 120)의 일단과 각각 연통하여 연결되는 상부 탱크(200; 및

전·후방으로 구획된 냉매 유로(310, 320)가 상기 전·후열 냉매 열교환유로(110, 120)의 타단과 각각 연통하여 연결되는 하부 탱크(300); 를 포함하는 증발기에 있어서,

상기 하부 탱크의 냉매 유로(310, 320)에 형성된 하나 이상의 유입 구멍(330)을 통해 액냉매를 유입 받아 저장하는 액냉매 저장부(400)가 상기 하부 탱크(300) 하방에 구비된 것을 특징으로 하는 증발기(1000).
제1항에 있어서,

상기 액냉매 저장부(400)는 상기 유입 구멍(330)의 하부로부터 일정 거리를 두고 구비되며 다수개의 중간 구멍(411)이 형성된 격벽(410)을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발기(1000).
제1항에 있어서,

상기 액냉매 저장부(400)의 최하단부로부터 상기 하부 탱크의 후방 냉매 유로(320)까지 연장되는 오일 배출관(420)을 통해 저장된 액냉매 하부에 누적되는 오일이 배출되는 것을 특징으로 하는 증발기(1000).
제3항에 있어서,

상기 오일은, 상기 액냉매 저장부(400)의 바닥에 형성된 홈(430) 또는 상기 냉매 출구관(600)과 연결되는 방향으로 상기 하부 탱크(300)에 대하여 하향 경사지게 형성된 액냉매 저장부(400)의 하향 경사 단부에 누적되는 것을 특징으로 하는 증발기(1000).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전열 냉매 열교환유로(110)가 후열 냉매 열교환유로(120)보다 전후방향 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 증발기(1000).