KR20180114285A - 축냉 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축냉 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 폭 방향으로 3열 배치되는 튜브 중, 제2열 튜브에 축냉재가 저장되고, 제1열 및 제3열 튜브에 유동되는 냉각유체가 서로 이동 가능하도록 형성됨으로써, 냉각유체의 냉기를 효과적으로 저장하는 동시에, 엔진 정지 시 냉기를 방출하여, 차량 실내의 급격한 온도 상승을 방지함으로써, 사용자의 냉방 쾌적성을 높일 수 있으며, 재 냉방 시 소모되는 에너지와 시간을 최소화할 수 있는 축냉 열교환기에 관한 것이다.

Description

축냉 열교환기{Cold reserving heat exchanger}
본 발명은 축냉 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 폭 방향으로 3열 배치되는 튜브 중, 제2열 튜브에 축냉재가 저장되고, 제1열 및 제3열 튜브에 유동되는 냉각유체가 서로 이동 가능하도록 형성됨으로써, 냉각유체의 냉기를 효과적으로 저장하는 동시에, 엔진 정지 시 냉기를 방출하여, 차량 실내의 급격한 온도 상승을 방지함으로써, 사용자의 냉방 쾌적성을 높일 수 있으며, 재 냉방 시 소모되는 에너지와 시간을 최소화할 수 있는 축냉 열교환기에 관한 것이다.
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.
상기 하이브리드 차량은 신호대기 등의 정차 시 자동으로 엔진을 정지하고 다시 변속기의 조작으로 엔진이 재시동 되도록 하는 아이들 스톱/고 시스템을 채택되는 경우가 많다. 그러나 상기 하이브리드 차량의 경우에도 냉방장치는 엔진에 의해 작동되므로 엔진이 정지될 경우, 압축기도 정지하게 되고 이에 따라, 증발기의 온도가 상승되어 사용자의 쾌적함을 떨어뜨리는 문제점이 있다. 또한, 증발기 내부의 냉매는 상온에서도 쉽게 기화되므로 압축기가 동작되지 않는 짧은 시간동안 냉매가 기화되어 다시 엔진이 작동되어 압축기 및 증발기가 작동되더라도 기화된 냉매를 압축하여 액화해야하므로 실내에 냉풍이 공급되기 위한 시간이 오래 소요될 뿐만 아니라 전체 에너지 소요량을 높이는 문제점이 있다.
이때, 하이브리드 차량에서는 축냉 증발기가 더 구비됨으로써, 냉방 성능 향상은 물론, 엔진 재시동 시간을 연장 또는 연기시킬 수 있다.
이와 관련한 기술로, 일본특허공개공보 제2000-205777호 (발명의 명칭 :　축냉 열교환기)가 제안된 바 있으며, 이를 도 1에 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같은 축냉 열교환기(90)는 냉매가 유통되는 냉매 통로(91e)와, 축냉재가 저장되는 축냉재실(91f，91f′)을 2중관 구조의 튜브(91)에 의하여 일체로 형성하고, 상기 2중관 구조의 튜브(91)의 외측에 상기 냉매와의 열교환 되는 유체의 통로(94)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
그러나 도 1에 도시된 바와 같은 상기 축냉 열교환기는 상기 튜브가 여러 개의 판재를 접합하여 형성되므로 접합 불량의 발생빈도가 높고 2중관 형태로 형성됨에 따라 제조상의 어려움이 있으며, 접합 불량이 발생되는 경우에 내부의 냉매와 축냉재가 혼합되는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 접합 불량이 발생된다 하더라도 그 부분을 찾아내기 어려운 문제점이 있었다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해, 도 2와 같이, 2열의 튜브를 배열하여, 1열 및 3열에 냉매가 유동되고, 2열에 축냉재가 충전되는 구조의 축냉 열교환기가 개발된 바 있다.
상기 축냉 열교환기는 1열 및 3열 간에 냉매 이동을 위해, 추가적인 구조물이 필요하며, 도 2의 실시 예에서는 하부 탱크(12)의 일측 단부에 1열 및 3열 간에 냉매가 유동되도록 하기 위한 냉매 유동 통로부(13)가 더 구비되었다.
이 경우, 상기 축냉 열교환기는 1, 2, 3열 간에 유체를 구분하는 격벽이 각각의 부피를 차지함에 따라 증발기의 폭이 커질 뿐만 아니라, 냉매 유동 통로부로 인해 길이가 증가한다는 단점이 있다.
또한, 상기 2열 튜브 내에 충전된 축냉재는 온도에 따라서 부피가 달라지고 올라갈수록 부피가 커지기 때문에, 과도한 양을 주입 시에는 재료비가 상승하고 외부기온에 따라 폭발의 위험성이 있으며, 부족한 양을 주입 시에는 축냉 성능이 부족해진다는 문제점이 있다.
따라서 보다 콤팩트한 구조로, 부피 증가를 최소화할 수 있으며, 적절한 양의 축냉재가 주입될 수 있는 축냉 열교환기의 개발이 필요하다.
일본특허공개공보 제2000-205777호 (발명의 명칭 :　축냉 열교환기)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 3열 배치되는 튜브 중, 제2열 튜브에 축냉재가 저장되고, 제1열 및 제3열 튜브에 유동되는 냉각유체가 서로 이동 가능하도록 형성됨으로써, 냉각유체의 냉기를 효과적으로 저장하는 동시에, 엔진 정지 시 냉기를 방출하여, 차량 실내의 급격한 온도 상승을 방지함으로써, 사용자의 냉방 쾌적성을 높일 수 있으며, 재 냉방 시 소모되는 에너지와 시간을 최소화할 수 있는 축냉 열교환기를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 제2열 튜브에 충전되는 축냉재의 충전량을 적절한 수준으로 충전함으로써, 외부공기 온도에 따라 상변화 물질의 내부압이 변하더라도 안정성 및 최적의 성능을 보장할 수 있는 축냉 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 축냉 열교환기는 폭 방향으로 3열 배치되며, 제1열 및 제3열 튜브(130)에 냉각유체가 순환되고, 제2열 튜브(120)에 축냉재가 저장되는 복수개의 튜브(100); 상기 튜브(100)의 길이방향으로 양단에 고정되며, 너비방향으로 공간이 세 개로 분리되어, 상기 제1열 튜브(110)와 연통되는 제1공간부(231), 상기 제2열 튜브(120)와 연통되는 제2공간부(232) 및 상기 제3열 튜브(130)와 연통되는 제3공간부(233)로 이루어지며, 헤더(210) 및 탱크(220)가 결합되는 상부 헤더탱크(201) 및 하부 헤더탱크(202); 상기 상부 헤더탱크(201) 및 하부 헤더탱크(202) 내부에 구비되어 냉각유체가 순환되는 공간인 제1공간부(231) 및 제3공간부(233)와, 축냉재 저장 공간이 배치되는 제2공간부(232)를 분리하는 격벽부(300); 상기 제1공간부(231) 또는 제3공간부(233)에 형성되어 냉각유체가 유입되는 유입구(410) 및 배출되는 배출구(420); 상기 제2공간부(232)에 형성되어 축냉재가 주입되는 축냉재 주입구(600); 를 포함하되, 상기 제2열 튜브(120)와, 상기 상ㆍ하부 헤더탱크(201, 202)의 제2공간부(232) 내에 최대로 축냉재가 충전되는 최대 충전량 대비, 실제 충전량은 70~90%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축냉 열교환기는 상기 제2열 튜브(120) 전체 길이의 75~85% 길이만큼 축냉재가 충전될 수 있다.
또한, 상기 축냉 열교환기는 상기 제2열 튜브(120)의 단부 및 상부 헤더탱크(201)의 헤더(210) 사이에 위치하는 지점까지 축냉재가 충전될 수 있다.
또한, 상기 격벽부는 상기 헤더(210)의 제2열 튜브삽입홀(212)과, 제1열 튜브삽입홀(211) 사이 및 제3열 튜브삽입홀(213) 사이에 일단이 고정되고, 상기 제2열 튜브(120)를 감싸며 탱크(220) 측 방향으로 연장되는 2개의 헤더측 격벽부(310); 및 상기 헤더측 격벽부(310)가 일정 지점에서 만나 동일 방향으로 연장되어 타단이 상기 탱크(220)의 어느 한 지점에 고정되는 탱크측 격벽부(320); 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 축냉 열교환기는 상기 헤더측 격벽부(310) 내부에 상기 제2공간부(232)가 형성되며, 상기 제2공간부(232) 내에 위치한 튜브의 상단부 내부 공간을 포함한 제2공간부의 축냉재 충전 가능량이, 상기 최대 충전량 대비 5~10%일 수 있다.
또한, 상기 격벽부(300)는 두 개의 상기 헤더측 격벽부(310)가 상기 제2열 튜브(120)의 단부에서 절곡되며, 일정 기울기를 갖고 상기 탱크측 격벽부(320)가 형성되는 어느 한 지점을 향해 일직선으로 연장될 수 있다.
또한, 상기 격벽부(300)는 두 개의 상기 헤더측 격벽부(310)가 상기 제2열 튜브(120)의 단부에서 라운드 형태로 만곡되어, 상기 탱크측 격벽부(320)가 형성되는 어느 한 지점을 향해 일직선으로 연장될 수 있다.
또한, 상기 격벽부(300)는 두 개의 상기 헤더측 격벽부(310)가 상기 제2열 튜브(120)의 단부에서 절곡되며, 상기 탱크측 격벽부(320)가 형성되는 어느 한 지점을 향해 수평방향으로 연장될 수 있다.
또한, 상기 격벽부(300)는 상기 제1공간부(231) 및 제3공간부(233) 간에 냉각유체가 이동 가능하도록, 상기 탱크측 격벽부(320) 상 일정 영역이 중공 형성되는 연통홀(340)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 연통홀(340)은 상기 상부 헤더탱크(201) 또는 하부 헤더탱크(202)에 구비되는 격벽부(300) 중 적어도 어느 한 곳에 형성될 수 있다.
또한, 상기 축냉 열교환기(1)는 상기 제1열 내지 제3열 튜브삽입홀(211, 212, 213) 사이 간격과, 상기 헤더측 격벽부(310)의 두께가 동일할 수 있다.
또한, 상기 축냉재 주입구(600)는 상기 제2열 튜브(120) 전체 길이의 75~85% 길이에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 축냉 열교환기는 상기 상부 헤더탱크(201)의 일측에 구비되며, 상기 유입구(410) 및 배출구(420)와 연통되도록 형성되는 매니폴드(430); 상기 매니폴드(430)를 통해 유입구(410)와 연통되며, 냉각유체가 유입되는 입구파이프(440); 및 상기 매니폴드(430)를 통해 배출구(420)와 연통되며, 냉각유체가 배출되는 출구파이프(450); 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 축냉 열교환기는 상기 입구파이프(440)의 하단부와 상기 출구파이프(450)의 하단부 사이 높이까지, 상기 제2열 튜브(120) 내에 축냉재가 충전될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 축냉 열교환기는 축냉재가 가운데에 위치한 튜브에 저장됨으로써, 냉매의 냉기를 효과적으로 저장하고, 엔진 정지 시 냉기를 방출하여 차량 실내의 급격한 온도 상승을 방지하고, 실내 공기를 일정하게 유지함으로써, 사용자의 냉방 쾌적성을 높일 수 있으며, 재 냉방 시 소모되는 에너지와 시간을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상, 하부 헤더탱크 내에 축냉재가 저장되는 제2열 튜브를 감싸며, 제1열 및 제3열 튜브와 공간을 분리시키고, 제1열 및 제3열 튜브의 냉각유체가 순환되도록 연통홀이 형성된 격벽부를 포함함으로써, 축냉재와 냉각유체가 서로 섞이지 않게 할 뿐만 아니라, 공간 분리를 위해 불필요하게 차지하는 면적을 제거함으로써, 열교환기 전체 코어의 폭을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 본 발명은 상기 격벽부가 제2열 튜브 공간을 분리하면서도, 상, 하부 헤더탱크 내에서 제1열 및 제3열 튜브로 이동하는 냉각유체의 유동공간을 최대한 확보하도록 함으로써, 유동저항을 최소화할 수 있으며, 제1열 및 제3열 튜브의 냉각유체 간 이동을 위해 별도의 추가적인 구조물을 설치하지 않아도 됨에 따라 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 축냉재가 가운데 위치하도록 함으로써, 초기 에어컨 가동 시 속효성이 좋고, 플레이트 타입의 축냉 증발기에 비해 축냉재 주입량을 늘여 축냉 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 제2열 튜브에 충전되는 축냉재의 충전량을 적절한 수준으로 충전함으로써, 외부공기 온도에 따라 상변화 물질의 내부압이 변하더라도 안정성 및 최적의 성능을 보장할 수 있으며, 불필요하게 축냉재를 많이 충전하지 않아 원가 절감을 이룰 수 있다.
도 1은 종래 이중관 형태의 축냉 열교환기를 나타낸 단면도.
도 2는 종래 3열 축냉 열교환기를 나타낸 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 축냉 열교환기의 부분 분해사시도 및 사시도.
도 5는 용기 내에 충전된 축냉재의 충전량별로, 외부 온도에 따라 용기가 지지할 수 있는 임계압력의 변화를 나타낸 그래프.
도 6은 추가적인 에너지를 차단한 상태에서 냉방할 때, 토출되는 공기가 일정 온도에 도달하는 시간을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 축냉 열교환기의 정단면도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 축냉 열교환기의 상부 헤더탱크 측을 나타낸 사시도 및 분해사시도.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 축냉 열교환기에서 격벽부가 장착된 상태를 나타낸 정면도.
도 11은 본 발명에서 다양한 실시 예에 따른 격벽부가 장착된 상태를 나타낸 정면도.
도 12는 도 11의 격벽부 형상에 따른 각 영역의 축냉재 충전량을 나타낸 표.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 축냉 열교환기에서 냉각유체의 흐름을 나타낸 흐름도.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 축냉 열교환기를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 축냉 열교환기(1)는 크게 튜브(100), 상부 헤더탱크(201), 하부 헤더탱크(202), 격벽부(300), 유입구(410), 배출구(420) 및 축냉재 주입구를 포함하여 형성된다.
먼저, 상기 튜브(100)는 폭 방향으로 3열 배치되며, 제1열 및 제3열 튜브(130)에 냉각유체가 순환되고, 2열 튜브(100)에 축냉재가 저장된다.
이때, 상기 튜브(100)는 3열의 튜브(100)가 서로 연결되도록 형성되어, 동시에 일체로 압출공정을 통해 제작될 수 있는데, 이런 경우 제작이 간편하고 조립이 용이하다는 장점이 있다.
상기 축냉 열교환기(1)는 상기 튜브(100) 사이에 핀(500)이 더 개재될 수 있는데, 3열로 배치되는 튜브(100) 사이에 개재되는 핀(500)이 일체로 형성되어, 냉각유체가 유동되는 제1열 튜브(110) 및 제3열 튜브(130)와, 축냉재가 저장되는 제2열 튜브(120) 간 열교환이 상기 핀(500)을 통해 이루어질 수도 있다.
아울러, 상기 튜브(100)는 제1열 튜브(110), 제2열 튜브(120) 및 제3열 튜브(130)의 폭이 서로 동일하거나, 제2열 튜브(120)가 더 얇게 형성될 수도 있으나, 제2열 튜브(120) 내의 축냉재 저장 공간이 충분히 확보될 수 있도록, 제2열 튜브(120)의 폭 또는 너비가 좀 더 두껍게 형성될 수도 있으며, 제2열 튜브(120) 내에 내압성 향상을 위해 형성되는 격벽의 수가, 제1열 튜브(110) 및 제3열 튜브(130)보다 적게 형성될 수도 있다.
다음으로, 상기 상부 헤더탱크(201) 및 하부 헤더탱크(202)는 상기 튜브(100)의 길이방향으로 양단에 고정되며, 너비방향으로 공간이 세 개로 분리되어, 상기 제1열 튜브(110)와 연통되는 제1공간부(231), 상기 제2열 튜브(120)와 연통되는 제2공간부(232) 및 상기 제3열 튜브(130)와 연통되는 제3공간부(233)로 이루어지며, 헤더(210) 및 탱크(220)의 결합으로 형성된다.
상기 헤더(210)와 탱크(220)는 각각 프레스 공정에 의해 성형되고, 서로 브레이징 접합되어 하나의 상부 헤더탱크(201) 또는 하부 헤더탱크(202)를 구성하게 된다.
상기 상부 헤더탱크(201) 및 하부 헤더탱크(202) 내부에는 제1공간부(231), 제2공간부(232) 및 제3공간부(233)의 분리를 위해 격벽부(300)가 더 구비된다.
다음으로, 상기 축냉재 주입구는 상기 제2공간부(231)에 형성되는 것으로, 상기 상부 헤더탱크(201)의 제2공간부(231)에 형성될 수도 있고, 하부 헤더탱크(202)의 제2공간부(231)에 형성될 수도 있다.
특히, 본 발명에서는 적절한 축냉재 충전량을 통해 축냉 열교환기의 안정성과 성능을 보장하기 위해, 상기 제2열 튜브와, 상기 상ㆍ하부 헤더탱크의 제2공간부 내에 최대로 축냉재가 충진되는 최대 충전량 대비, 실제 충전량이 70~90%가 되도록 한다.
도 5에는 용기 내에 충전된 축냉재의 충전량별로, 외부 온도에 따라 용기가 지지할 수 있는 임계압력의 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
축냉재는 온도에 따라 부피가 달라지는데, 온도가 증가할수록 부피가 커지게 된다. 따라서, 일정 크기의 용기에 주입된 경우, 온도가 증가함에 따라, 축냉재가 주입된 용기의 내부압이 커져, 용기가 지지할 수 있는 힘의 임계점을 벗어나게 된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 용기의 95%이상 축냉재가 충전된 경우에는, 외부공기 온도가 증가할 경우 용기가 지지할 수 있는 힘의 임계점에 도달하게 되지만, 용기의 90% 정도 축냉재가 충전된 경우에는 외부공기 온도가 증가하더라도, 용기의 임계 압력에 도달하지 않는 것을 확인할 수 있다
도 6은 추가적인 에너지를 차단한 상태에서 냉방할 때, 토출되는 공기가 일정 온도에 도달하는 시간을 나타낸 그래프이다.
축냉 열교환기의 경우, 축냉재의 양에 따라서, 잠열을 이용할 수 있는 시간이 결정된다. 도 6에서 보는 바와 같이, 추가적인 에너지를 차단한 상태에서 냉방 시, 토출되는 공기가 12도, 15도에 도달하는 시간은 80%이상 충전되는 경우, 그 효과가 비슷한 것을 확인할 수 있다.
따라서 상기와 같은 실험 결과와, 오차범위를 고려하여, 상기 제2열 튜브와, 상기 상ㆍ하부 헤더탱크의 제2공간부 내에 최대로 축냉재가 충진되는 최대 충전량 대비, 실제 충전량은 70~90%인 것이 바람직하다.
이때, 상기 축냉 열교환기는 제2열 튜브 전체 길이의 75~85% 길이만큼 축냉재가 충전될 수 있다.
상기 축냉재 주입구는 상기 제2열 튜브 전체 길이의 75~85% 길이에 대응될 수 있는데, 이 경우, 축냉재가 충전되는 최대 높이에 해당되는 지점에 형성됨으로써, 축냉재 충전 시, 최대 높이보다 더 많이 충전하게 되면 축냉재가 외부로 흘러나와 충전량을 확인할 수 있다.
또한, 축냉 열교환기는 상기 상부 헤더탱크의 일측에 구비되며, 상기 유입구 및 배출구와 연통되도록 형성되는 매니폴드와, 상기 매니폴드를 통해 유입구와 연통되며, 냉각유체가 유입되는 입구파이프와, 상기 매니폴드를 통해 배출구와 연통되며, 냉각유체가 배출되는 출구파이프를 포함할 수 있다.
상기 입구파이프 및 출구파이프는 폭 방향과 나란하게 수평으로 설치되고, 이를 위해, 상기 매니폴드가 상기 입구파이프 및 출구파이프 측으로 각각 연장되며 대략 'L'자 형태로 구부러져 형성될 수 있다.
이때, 상술한 바와 같은 축냉재 충전 높이를 고려하면, 상기 축냉 열교환기는
상기 입구파이프의 하단부와 상기 출구파이프의 하단부 사이 높이까지, 상기 제2열 튜브 내에 축냉재가 충진되는 것이 바람직하다.
한편, 도 7과 같이, 상기 격벽부(300)는 크게 2개의 헤더측 격벽부(310)와 탱크측 격벽부(320)로 이루어질 수 있는데, 상기 헤더측 격벽부(310)는 상기 헤더(210)의 제2열 튜브삽입홀(212) 및 제1열 튜브삽입홀(211) 사이, 제2열 튜브삽입홀(212) 및 제3열 튜브삽입홀(213) 사이에 일단이 고정되고, 상기 제2열 튜브(120)를 감싸며 상기 탱크(220) 측 방향으로 연장 형성된다.
상기 탱크측 격벽부(320)는 상기 헤더측 격벽부(310)가 일정 지점에서 만나 동일 방향으로 연장되어 타단이 상기 탱크(220)의 어느 한 지점에 고정된다.
이때, 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼, 상기 격벽부(300)는 상기 제1공간부(231) 및 제3공간부(233) 간에 냉각유체가 이동 가능하도록, 상기 탱크측 격벽부(320) 상 일정 영역이 중공 형성되는 연통홀(340)을 포함한다.
상기 연통홀(340)은 상기 상부 헤더탱크(201) 또는 하부 헤더탱크(202)에 구비되는 격벽 중 적어도 어느 한 곳에 형성되는데, 상기 연통홀(340)의 위치는, 축냉 열교환기(1)의 냉각유체 유로에 따라 달라질 수 있으며, 여러 곳에 형성될 수도 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 연통홀(340)은 상기 격벽부(300)의 길이방향으로 일정간격 이격되어 다수개 형성된 예가 도시되었는데, 냉각유체의 유동저항 및 격벽부(300)의 내압성을 고려하여 작게 형성된 연통홀(340)이 다수개 형성될 수도 있고, 크게 하나가 형성될 수도 있다.
도 9에 도시된 실시 예에서, 상기 격벽부(300)는 상기 헤더측 격벽부(310)의 일단부에 상기 헤더(210)측으로 돌출되는 헤더(210) 결합돌기가, 길이방향으로 일정간격 이격되어 다수개 형성된다.
상기 헤더(210) 결합 돌기는 상기 격벽부(300)가 상기 헤더(210)의 일정 위치에 고정되도록 하는 것으로, 상기 헤더(210) 상에 형성된 돌기 삽입홈(214)에 삽입 고정된다.
또 다른 실시 예로, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 격벽부(300)의 고정을 위해, 상기 상부 헤더탱크(201) 및 하부 헤더탱크(202)는 상기 헤더측 격벽부(310)의 단부가 일정 위치에 안착되도록 상기 헤더(210)의 내측면이 오목하게 형성되는 제1안착홈(331)과, 상기 탱크측 격벽부(320)의 단부가 일정 위치에 안착되도록 상기 탱크(220)의 내측면이 오목하게 형성되는 제2안착홈(332)을 포함할 수도 있다.
다시 설명하면, 상기 격벽부(300)는 상기 헤더(210)의 2 지점에 헤더측 격벽부(310)가 고정되고, 상기 탱크(220)의 1 지점에 탱크측 격벽부(320)가 고정되는데, 각각 고정되는 지점에 상기 헤더측 격벽부(310) 및 탱크측 격벽부(320)가 안착될 수 있도록 내측면이 오목하게 제1안착홈(331) 및 제2안착홈(332)이 형성된다.
이후, 상기 격벽부(300)는 상기 헤더(210) 및 탱크(220)와 함께 브레이징 결합됨으로써, 결합 부위의 밀폐가 이루어지도록 한다.
또 다른 실시 예로, 상기 격벽부(300)는 상기 헤더(210) 및 탱크(220)에 고정 시, 제1안착홈(331) 및 제2안착홈(332) 또는 관통되는 돌기 삽입홈(214) 없이, 상기 헤더(210) 내측면에 안착된 후, 브레이징 됨으로써, 결합 고정될 수도 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 격벽부(300)의 형상은 상기 헤더(210)의 2 지점에 헤더측 격벽부(310)가 고정되고, 상기 탱크(220)의 1 지점에 탱크측 격벽부(320)가 고정되도록 하면서, 제1공간부(231), 제2공간부(232) 및 제3공간부(233)로 공간이 분리되도록 한다면, 얼마든지 다양하게 변경 실시가 가능하다.
먼저 도 11(a)에 도시된 바와 같이, 상기 격벽부(300)는 두 개의 상기 헤더측 격벽부(310)가 상기 제2열 튜브(120)의 단부에서 절곡되며, 일정 기울기를 갖고 상기 탱크측 격벽부(320)가 형성되는 어느 한 지점을 향해 일직선으로 연장될 수 있다.
다른 실시 예로, 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 상기 격벽부(300)는 두 개의 상기 헤더측 격벽부(310)가 상기 제2열 튜브(120)의 단부에서 라운드 형태로 만곡되어, 상기 탱크측 격벽부(320)가 형성되는 어느 한 지점을 향해 일직선으로 연장될 수 있다.
또 다른 실시 예로, 도 11(c)에 도시된 바와 같이, 상기 격벽부(300)는 두 개의 상기 헤더측 격벽부(310)가 상기 제2열 튜브(120)의 단부에서 절곡되며, 상기 탱크측 격벽부(320)가 형성되는 어느 한 지점을 향해 수평방향으로 연장될 수 있다.
이때, 도 12에 도시된 바와 같이, 도 11의 격벽부 형상에 따라 각 영역의 축냉재 충전량은 약간씩 달라질 수 있으며, 상기 축냉 열교환기는 상기 헤더측 격벽부 내부에 형성되는 상기 제2공간부와, 그 내부에 위치한 튜브의 상단부 내측 공간을 포함한 축냉재 충전 가능량이, 상기 최대 충전량 대비 5~10%일 수 있다.
도 12를 참고로 적절한 축냉재 충전량에 대해 살펴보면, 튜브의 전체길이가 242mm인 경우, 90%이하로 충전되도록 하기 위해서는 축냉재가 상기 제2열 튜브의 206mm를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 축냉 열교환기(1)는 상기 제1열 내지 제3열 튜브삽입홀(213) 사이 간격과, 상기 헤더측 격벽부(310)의 두께가 동일하게 형성됨으로써, 코어 폭이 최소화될 수 있다.
한편, 상기 축냉 열교환기(1)는 상기 제1공간부(231) 또는 제3공간부(233)에 형성되어 냉각유체가 유입되는 유입구(410) 및 배출되는 배출구(420)가 형성될 수 있다.
이때, 상기 유입구(410) 및 배출구(420)에는 매니폴드(430)를 통해 입구파이프(440) 및 출구파이프(450)가 연결될 수 있다.
또한, 상기 축냉 열교환기(1)는 상기 제1공간부(231) 및 제3공간부(233)에 냉각유체의 유동을 조절하는 배플(360)이 더 구비됨으로써, 유로를 다양하게 변경할 수 있다.
도 13 내지 도 16에는 연통홀(340) 및 배플(360)의 위치를 달리 하여, 냉각유체의 유로를 다양하게 구성한 축냉 열교환기(1)가 도시되어 있다.
이하에서는, 도 13을 참고로 축냉 열교환기(1) 내, 2 패스의 냉각유체 흐름을 설명하기로 한다.
도 13에 도시된 축냉 열교환기(1)는 상기 유입구(410) 및 배출구(420)가 상부 헤더탱크(201)에 형성되고, 연통홀(340)이 하부 헤더탱크(202) 내에 구비되는 격벽 상 한 곳에 형성될 수 있다.
먼저, 냉각유체는 상기 상부 헤더탱크(201)의 제1공간부(231)에 형성된 유입구(410)를 통해 유입되며, 제1열 튜브(110)를 따라 하측으로 이동된 다음, 상기 하부 헤더탱크(202)의 격벽부(300) 상 형성된 연통홀(340)을 지나 제3공간부(233)로 유입된다.
그 다음, 냉각유체는 상기 하부 헤더탱크(202)의 제3공간부(233)를 지나, 제3열 튜브(130)를 따라 다시 상측으로 이동된 후, 상기 상부 헤더탱크(201)의 제3공간부(233)로 유입되고, 상기 상부 헤더탱크(201)의 제3공간부(233)에 형성된 배출구(420)를 따라 배출된다.
다음으로, 도 14를 참고로 축냉 열교환기(1) 내, 4 패스의 냉각유체의 흐름을 설명하기로 한다.
도 14에 도시된 축냉 열교환기(1)는 상기 유입구(410) 및 배출구(420)가 상부 헤더탱크(201)에 형성되고, 연통홀(340)이 하부 헤더탱크(202) 내에 구비되는 격벽 상 한 곳에 형성되며, 상부 헤더탱크(201)의 제1공간부(231) 및 제3공간부(233)에 각각 배플(360)이 구비된다.
먼저, 냉각유체는 상기 상부 헤더탱크(201)의 제1공간부(231)에 형성된 유입구(410)를 통해 유입되며, 유입된 냉각유체는 제1열 튜브(110)를 따라 하측, 상측 방향의 순서로 유동되어 상기 상부 헤더탱크(201)에 도달한 다음, 상기 상부 헤더탱크(201)의 격벽부(300) 상 형성된 연통홀(340)을 지나 제3공간부(233)로 유입된다.
그 다음, 냉각유체는 상부 헤더탱크(201)의 제3공간부(233)에 연결된 제3열 튜브(130)를 따라 하측으로 이동된 후, 상기 하부 헤더탱크(202)의 제3공간부(233)를 따라 이동하다가, 다시 제3열 튜브(130)를 따라 상측 방향으로 유동되어 최종적으로 상기 상부 헤더탱크(201)에 도달한 다음, 상기 상부 헤더탱크(201)의 제3공간부(233)에 형성된 배출구(420)를 따라 배출된다.
다음으로, 도 15를 참고로 축냉 열교환기(1) 내, 6 패스의 냉각유체 흐름을 설명하기로 한다.
도 15에 도시된 축냉 열교환기(1)는 상기 유입구(410) 및 배출구(420)가 상부 헤더탱크(201)에 형성되고, 연통홀(340)이 하부 헤더탱크(202) 내에 구비되는 격벽 상 한 곳에 형성되며, 상부 헤더탱크(201) 및 하부 헤더탱크(202)의 제1공간부(231) 및 제3공간부(233)에 각각 배플(360)이 구비된다.
먼저, 냉각유체는 상기 상부 헤더탱크(201)의 제1공간부(231)에 형성된 유입구(410)를 통해 유입되며, 유입된 냉각유체는 제1열 튜브(110)를 따라 하측, 상측, 하측 방향의 순서로 유동되어 상기 하부 헤더탱크(202)에 도달한 다음, 상기 하부 헤더탱크(202)의 격벽부(300) 상 형성된 연통홀(340)을 지나 제3공간부(233)로 유입된다.
그 다음, 냉각유체는 하부 헤더탱크(202)의 제3공간부(233)에 연결된 제3열 튜브(130)를 따라 상측으로 이동된 후, 상기 상부 헤더탱크(201)의 제3공간부(233)를 따라 이동하다가, 다시 제3열 튜브(130)를 따라 하측, 상측 방향의 순서로 유동되어 최종적으로 상기 상부 헤더탱크(201)에 도달한 다음, 상기 상부 헤더탱크(201)의 제3공간부(233)에 형성된 배출구(420)를 따라 배출된다.
마지막으로 도 16에는 8패스의 냉각유체 흐름을 갖는 축냉 열교환기(1)가 도시되어 있으며, 흐름은 도 15와 유사하되 하측에서 상측 방향으로, 상측에서 하측 방향으로 유동되는 패스 2개가 더 형성되도록 하기 위해, 상부 헤더탱크(201)의 제1공간부(231) 및 제3공간부(233)에 각각 배플(360)이 하나 더 구비된다.
이에 따라, 본 발명은 상, 하부 헤더탱크(202) 내에 축냉재가 저장되는 제2열 튜브(120)를 감싸며, 제1열 및 제3열 튜브(110, 130)와 공간을 분리시키고, 제1열 및 제3열 튜브(110, 130)의 냉각유체가 순환되도록 연통홀(340)이 형성된 격벽부(300)를 포함함으로써, 축냉재와 냉각유체가 서로 섞이지 않게 할 뿐만 아니라, 공간 분리를 위해 불필요하게 차지하는 면적을 제거함으로써, 열교환기 전체 코어의 폭을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 본 발명은 상기 격벽부(300)가 제2열 튜브(120) 공간을 분리하면서도, 상, 하부 헤더탱크(202) 내에서 제1열 및 제3열 튜브(110, 130)로 이동하는 냉각유체의 유동공간을 최대한 확보하도록 함으로써, 유동저항을 최소화할 수 있으며, 제1열 및 제3열 튜브(110, 130)의 냉각유체 간 이동을 위해 별도의 추가적인 구조물을 설치하지 않아도 됨에 따라 제조비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 축냉 열교환기
100: 튜브
110, 120, 130: 제1열 내지 제3열 튜브
201, 202 : 상부 헤더탱크, 하부 헤더탱크
210 : 헤더
211, 212, 213 : 제1 내지 제3열 튜브삽입홀
214: 돌기 삽입홈
220 : 탱크
231, 232, 233 : 제1공간부, 제2공간부, 제3공간부
300: 격벽부
310: 헤더측 격벽부 320: 탱크측 격벽부
331: 제1안착홈 332: 제2안착홈
340 : 연통홀
360 : 배플
410, 420: 유입구, 배출구
430: 매니폴드
440, 450: 입구파이프, 출구파이프
500: 핀
600: 축냉재 주입구

Claims (14)

  1. 폭 방향으로 3열 배치되며, 제1열 및 제3열 튜브(130)에 냉각유체가 순환되고, 제2열 튜브(120)에 축냉재가 저장되는 복수개의 튜브(100);
    상기 튜브(100)의 길이방향으로 양단에 고정되며, 너비방향으로 공간이 세 개로 분리되어, 상기 제1열 튜브(110)와 연통되는 제1공간부(231), 상기 제2열 튜브(120)와 연통되는 제2공간부(232) 및 상기 제3열 튜브(130)와 연통되는 제3공간부(233)로 이루어지며, 헤더(210) 및 탱크(220)가 결합되는 상부 헤더탱크(201) 및 하부 헤더탱크(202);
    상기 상부 헤더탱크(201) 및 하부 헤더탱크(202) 내부에 구비되어 냉각유체가 순환되는 공간인 제1공간부(231) 및 제3공간부(233)와, 축냉재 저장 공간이 배치되는 제2공간부(232)를 분리하는 격벽부(300);
    상기 제1공간부(231) 또는 제3공간부(233)에 형성되어 냉각유체가 유입되는 유입구(410) 및 배출되는 배출구(420);
    상기 제2공간부(232)에 형성되어 축냉재가 주입되는 축냉재 주입구(600); 를 포함하되,
    상기 제2열 튜브(120)와, 상기 상ㆍ하부 헤더탱크(201, 202)의 제2공간부(232) 내에 최대로 축냉재가 충전되는 최대 충전량 대비, 실제 충전량은 70~90%인 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 축냉 열교환기는
    상기 제2열 튜브(120) 전체 길이의 75~85% 길이만큼 축냉재가 충전되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 축냉 열교환기는
    상기 제2열 튜브(120)의 단부 및 상부 헤더탱크(201)의 헤더(210) 사이에 위치하는 지점까지 축냉재가 충전되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 격벽부는
    상기 헤더(210)의 제2열 튜브삽입홀(212)과, 제1열 튜브삽입홀(211) 사이 및 제3열 튜브삽입홀(213) 사이에 일단이 고정되고, 상기 제2열 튜브(120)를 감싸며 탱크(220) 측 방향으로 연장되는 2개의 헤더측 격벽부(310); 및
    상기 헤더측 격벽부(310)가 일정 지점에서 만나 동일 방향으로 연장되어 타단이 상기 탱크(220)의 어느 한 지점에 고정되는 탱크측 격벽부(320); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 축냉 열교환기는
    상기 헤더측 격벽부(310) 내부에 상기 제2공간부(232)가 형성되며,
    상기 제2공간부(232) 내에 위치한 튜브의 상단부 내부 공간을 포함한 제2공간부의 축냉재 충전 가능량이, 상기 최대 충전량 대비 5~10%인 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 격벽부(300)는
    두 개의 상기 헤더측 격벽부(310)가 상기 제2열 튜브(120)의 단부에서 절곡되며,
    일정 기울기를 갖고 상기 탱크측 격벽부(320)가 형성되는 어느 한 지점을 향해 일직선으로 연장되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 격벽부(300)는
    두 개의 상기 헤더측 격벽부(310)가 상기 제2열 튜브(120)의 단부에서 라운드 형태로 만곡되어, 상기 탱크측 격벽부(320)가 형성되는 어느 한 지점을 향해 일직선으로 연장되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 격벽부(300)는
    두 개의 상기 헤더측 격벽부(310)가 상기 제2열 튜브(120)의 단부에서 절곡되며,
    상기 탱크측 격벽부(320)가 형성되는 어느 한 지점을 향해 수평방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 격벽부(300)는
    상기 제1공간부(231) 및 제3공간부(233) 간에 냉각유체가 이동 가능하도록, 상기 탱크측 격벽부(320) 상 일정 영역이 중공 형성되는 연통홀(340)을 포함하는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 연통홀(340)은
    상기 상부 헤더탱크(201) 또는 하부 헤더탱크(202)에 구비되는 격벽부(300) 중 적어도 어느 한 곳에 형성되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 축냉 열교환기(1)는
    상기 제1열 내지 제3열 튜브삽입홀(211, 212, 213) 사이 간격과, 상기 헤더측 격벽부(310)의 두께가 동일한 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  12. 제 2항에 있어서,
    상기 축냉재 주입구(600)는
    상기 제2열 튜브(120) 전체 길이의 75~85% 길이에 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  13. 제 2항에 있어서,
    상기 축냉 열교환기는
    상기 상부 헤더탱크(201)의 일측에 구비되며, 상기 유입구(410) 및 배출구(420)와 연통되도록 형성되는 매니폴드(430);
    상기 매니폴드(430)를 통해 유입구(410)와 연통되며, 냉각유체가 유입되는 입구파이프(440); 및
    상기 매니폴드(430)를 통해 배출구(420)와 연통되며, 냉각유체가 배출되는 출구파이프(450); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 축냉 열교환기는
    상기 입구파이프(440)의 하단부와 상기 출구파이프(450)의 하단부 사이 높이까지, 상기 제2열 튜브(120) 내에 축냉재가 충전되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
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