KR20090022204A

KR20090022204A - 일체형 축냉 열교환기

Info

Publication number: KR20090022204A
Application number: KR1020070087336A
Authority: KR
Inventors: 이대웅; 권대복
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-04
Also published as: KR101291029B1

Abstract

본 발명은 벨로우즈를 이용하여 온도에 따른 축냉재의 체적변화를 흡수할 수 있는 축냉 열교환기에 관한 것으로, 본 발명의 축냉 열교환기는 다수개가 일렬로 적층되는 튜브; 상기 튜브 사이에 개재되는 핀; 상기 튜브의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 일측에 상기 튜브와 연통되는 탱크; 및 상기 탱크에 각각 형성되는 유입파이프 및 배출파이프; 를 포함하여 형성되고, 내부에 축냉재가 저장되는 축냉부가 일체로 형성된 축냉 열교환기에 있어서, 상기 축냉 열교환기는 상기 축냉부의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 일측에 축냉재가 유통되는 홀이 형성되고, 상기 탱크는 상기 홀과 연통되어 상기 축냉부에 축냉재가 장입되도록 축냉재장입부가 형성되며, 상기 축냉재장입부의 내측으로 삽입되어 길이방향으로 신축가능한 벨로우즈가 구비되고 상기 축냉재장입부를 개폐하는 개폐부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 축냉 열교환기는 축냉부의 부피 변화에 따른 응력을 벨로우즈가 적절히 흡수하여 내구성을 향상시킬 수 있고, 기존의 열교환기와 일체로 형성되어 열전달 효율을 높일 수 있으며, 상기 마개를 용이하게 개폐가능하여 조건에 따라 축냉재를 장입 또는 제거할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 축냉 열교환기는 냉매 유로 사이에 축냉부를 구비하여 엔진 정지시 축냉부에 저장된 냉기를 이용하여 차량 실내 온도를 쾌적하게 유지할 수 있어 사용자의 냉방 쾌적성을 유지할 수 있으며 축냉재의 재냉각시 소요되는 에너지를 절약할 수 있는 장점이 있다.

또한, 플레이트를 이용하여 축냉부와 냉매 유로를 일체로 형성하는 간단한 구성으로 제조가 용이하고, 별도의 공간이 필요하지 않으므로 차량의 소형화를 이룰 수 있으며 연비의 향상과 유해 배기물질의 배출이 저감되어 부가적으로 환경오염을 줄일 수 있는 장점이 있다.

벨로우, 축냉, 튜브, 플레이트, 핀, 증발기

Description

일체형 축냉 열교환기{Cold reserving part equipped Heat Exchanger}

본 발명은 벨로우즈를 이용하여 온도에 따른 축냉재의 체적변화를 흡수할 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. 특히, 동력과 전기에너지를 동시에 사용하는 하이브리드 차량에 대한 연구 개발이 증가되는 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 되어 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.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 축냉재가 저장되어 증발기 내부 냉매의 열을 저장하였다가 압축기가 동작되지 않은 시간동안 냉방 효율을 높일 수 있는 축냉기가 제안된 바 있으나, 공조장치의 소형화에 따라 별도의 축냉기를 구비하는 것은 그 한계가 있으며, 상기 축냉기 내부에 저장된 축냉제는 온도에 따라 수축 및 팽창되므로 부피 팽창에 의한 응력으로 축냉기에 균열이 생기는 등 사용수명이 짧은 문제점이 있으며, 상기 문제점을 해결하기 위해 저장용기가 탄성이 있는 플라스틱으로 형성되는 경우에는 열전도도가 낮아져 열교환 성능이 저하되어 충분한 축냉효과를 얻을 수 없는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 일본특허공보 2002-071285호(축냉 열교환기 및 차량용 공조 장치)가 개시된 바 있으며, 이를 도 1에 도시하였다.

상기 도 1에 도시된 바와 같은 축냉 열교환기는 2중관(110) 구조로 형성되어 내측(110a)을 통해 냉매가 유동되며, 외측(110b)에 축냉재(120) 및 수지제 튜브(130)가 삽입되어 상기 수지제 튜브(130)에 의해 축냉재(120)의 부피 팽창을 흡수하고, 상기 2중관(110)의 외측에 핀(140)이 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 축냉 열교환기는 상기 수지제 튜브가 상기 축냉재가 저장되는 2중관의 외측에 구비되고, 축냉재의 부피팽창을 흡수할 수 있는 수지제로 형성되며, 상기 수지재 튜브 내부에는 공기가 유동되도록 하여 부피 팽창에 의한 높은 응력이 2중관에 전달되지 않도록 하는 장점이 있으나, 2중관 형태로 내측에 냉매가 이동되는 통로가 형성되고 외측에 축열재가 저장되므로 상기 축열재가 내부의 냉매의 냉기를 저장하기에는 용이하지만, 상기 이중관 구조의 외부를 통과하는 공기는 상기 축열재실과 접촉되므로 열전달이 저하되는 문제점이 있고, 이중관 튜브 외측에 개재되는 핀 역시 냉매와는 직접 연결되지 않게 되어 열교환효율이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 상기 축냉 열교환기는 축냉재의 장입과 함께 상기 수지제 튜브가 삽입되어야 하며, 상기 수지제 튜브의 양 단부는 상기 2중관의 외측으로 돌출되어 외부 공기가 연통되도록 형성되어야 하므로, 그 구조가 복잡하여 생산효율을 저하시키고, 저장된 축냉재가 쉽게 유출될 수 있는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 축냉재장입부에 벨로우즈가 구비되어 내부에 저장된 축냉부의 온도에 따른 체적변화를 흡수할 수 있으면서도 열교환효율을 높일 수 있으며, 축냉재장입부에 나사산이 형성된 캡이 형성되어 마개를 통해 용이하게 개폐할 수 있는 축냉 열교환기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 축냉부를 일체로 형성하여 엔진 정지시에도 축냉부에 저장된 냉기를 이용하여, 차량 실내의 급격한 온도 상승을 방지함으로써 사용자의 냉방쾌적성을 유지할 수 있고 냉매의 급격한 온도상승을 방지하며, 다시 냉매 압축기의 작동시 빠르게 축냉될 수 있어 재 냉방시 소모되는 에너지와 시간을 최소화할 수 있는 축냉 열교환기를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 축냉 열교환기(70)는 다수개가 일렬로 적층되는 튜브(30); 상기 튜브(30) 사이에 개재되는 핀(60); 상기 튜브(30)의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 일측에 상기 튜브(30)와 연통되는 탱크(40); 및 상기 탱크(40)에 각각 형성되는 유입파이프(31) 및 배출파이프(32); 를 포함하여 형성되고, 내부에 축냉재가 저장되는 축냉부(20)가 일체로 형성된 축냉 열교환기(70)에 있어서, 상기 축냉 열교환기(70)는 상기 축냉부(20)의 상부 또는 하부 중 적어 도 어느 일측에 축냉재가 유통되는 홀(21)이 형성되고, 상기 탱크(40)는 상기 홀(21)과 연통되어 상기 축냉부(20)에 축냉재가 장입되도록 축냉재장입부(41)가 형성되며, 상기 축냉재장입부(41)의 내측으로 삽입되어 길이방향으로 신축가능한 벨로우즈(52)가 구비되고 상기 축냉재장입부(41)를 개폐하는 개폐부(50)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 개폐부(50)는 내측에 나사산이 형성되고 상기 축냉재장입부(41)와 브레이징 결합되는 캡(51)과, 상기 벨로우즈(52)가 연결되며 상기 캡(51)의 나사산에 결합되어 상기 축냉재장입부(41)를 밀폐시키는 마개(53)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 축냉 열교환기(70)는 상기 축냉재장입부(41)가 2곳 이상 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 개폐부(50)는 상기 캡(51)과 마개(53) 사이에 실링부재(54)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 축냉 열교환기(70)는 상기 튜브(30)가 좌ㆍ우 양측에 냉매 유로(11a, 11b)가 각각 형성된 한 쌍의 플레이트(10)가 접합되어 이루어지며, 상기 축냉부(20)가 상기 튜브(30)의 냉매 유로(11a, 11b) 사이에 형성되고 상기 플레이트(10)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 축냉부(20)는 냉매 유로(11a, 11b)와 평행하게 형성되며, 적어도 2면 이상이 냉매 유로(11a, 11b)와 접하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 축냉 열교환기(70)는 축냉부(20)의 부피 변화에 따른 응력을 벨로우즈(52)가 적절히 흡수하여 내구성을 향상시킬 수 있고, 기존의 열교환기와 일체로 형성되어 열전달 효율을 높일 수 있으며, 상기 마개(53)를 용이하게 개폐가능하여 조건에 따라 축냉재를 장입 또는 제거할 수 있는 장점이 있다.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 축냉 열교환기(70)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 축냉 열교환기(70)의 일 예를 나타낸 사시도로, 본 발명의 축냉 열교환기(70)는 다수개가 일렬로 적층되는 튜브(30); 상기 튜브(30) 사이에 개재되는 핀(60); 상기 튜브(30)의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 일측에 상기 튜브(30)와 연통되는 탱크(40); 및 상기 탱크(40)에 각각 형성되는 입구파이프 및 배 출파이프(32); 를 포함하여 형성되고 내부에 축냉재가 저장되는 축냉부(20)가 일체로 형성된 축냉 열교환기(70)의 온도에 따른 축냉재의 부피 변화를 흡수 할 수 있는 구조로 형성되어 있다.

더욱 상세하게, 본 발명의 축냉 열교환기(70)는 상기 축냉부(20)의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 일측에 축냉재가 유통되는 홀(21)이 형성되고, 상기 탱크(40)는 상기 홀(21)과 연통되어 상기 축냉부(20)에 축냉재가 장입되도록 축냉재장입부(41)가 형성되며, 상기 축냉재장입부(41)를 개폐하는 개폐부(50)가 형성된다.

상기 홀(21)은 차량의 운행상태 및 외부의 온도에 따른 축냉재의 부피 변화에 따라 축냉재가 유통될 수 있도록 하며, 상기 축냉재장입부(41)를 통해 축냉재를 장입하면 상기 홀(21)에 의해 한 번에 전체 축냉부(20) 영역에 축냉재를 장입할 수 있다.

상기 개폐부(50)는 상기 축냉재의 부피 변화를 흡수할 수 있도록 신축성있는 소재로 주름에 의해 길이방향으로 신축가능한 벨로우즈(52)가 구비된다.

도 3은 본 발명의 축냉 열교환기(70)의 축냉부(20) 온도에 따른 벨로우즈(52)의 상태를 나타낸 도면으로, 상기 도 3의 (a)는 평상시의 벨로우즈(52)를 나타낸 것이며, 상기 도 3의(b)는 온도의 상승에 따라 상기 축냉재의 부피가 증가될 때를 나타낸 것이다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 벨로우즈(52)는 평상시에는 L2와 같은 길이를 유지하며, 상기 축냉재의 부피 변화에 L1과 같이 따라 신축되어 부피 증가 에 따른 응력으로 파손되는 등의 문제를 미연에 방지할 수 있게 된다.

상기 벨로우즈(52)는 축냉부(20) 용량의 10% 정도를 수용할 수 있을 정도의 길이로 형성되며, 상기 축냉재장입부(41)의 개수를 조절하여 벨로우즈(52)에 의한 축냉재의 부피 변화를 용이하게 제어할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 축냉 열교환기(70)의 개폐부(50)를 나타낸 사시도로, 다른 부분을 삭제하고 개폐부(50) 부분만을 도시하였으며, 그 형태를 설명하기 위해 상기 벨로우즈(52)와 마개(53)가 연결되지 않은 상태를 도시하였다.

상기 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 개폐부(50)는 캡(51), 벨로우즈(52), 마개(53)로 이루어지며, 상기 캡(51)은 내측에 나사산이 형성되고 상기 축냉재장입부(41)와 브레이징 결합되어 상기 마개(53)의 개폐가 용이하도록 구성된다.

상기 마개(53)는 상기 캡(51)의 나사산에 대응되도록 형성되어 상기 캡(51)의 나사산에 결합됨으로써 상기 축냉재장입부(41)를 밀폐시키며 상기 벨로우즈(52)와 연결된다.

상기 벨로우즈(52)가 마개(53)와 연결되어 상기 마개(53)를 통해 축냉재장입부(41)가 개폐되도록 함으로써 축냉재에 수지제 튜브(30)가 구비되는 종래의 축냉 열교환기에 비해 그 구조가 간단하며, 본 발명의 벨로우즈(52)는 길이방향으로 신축가능하므로 축냉부(20)의 부피 변화를 효율적으로 흡수할 수 있는 장점이 있다.

도 5는 본 발명의 축냉 열교환기(70)의 다른 개폐부(50)를 나타낸 사시도로, 상기 개폐부(50)는 상기 캡(51)과 마개(53) 사이에 실링부재(54)가 더 구비되어 밀폐력을 더욱 높일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 축냉 열교환기(70)는 상기 축냉재장입부(41)가 2곳 이상 형성되어 일측 축냉재장입부(41)를 통해 축냉재가 유입될 때, 타측 축냉재장입부(41)를 통해서는 상기 축냉부(20) 내부에 잔존하는 공기가 배출될 수 있도록 형성된다.

아울러, 상기 축냉재장입부(41)가 2곳이상 형성됨으로써 상기 축냉재장입부(41)를 밀폐하는 개폐부(50)의 벨로우즈(52)에 의해 축냉재의 부피 변화를 더욱 효율적으로 제어할 수 있게 된다.

본 발명의 축냉 열교환기(70)는 상기 캡(51)과 축냉재장입부(41)가 브레이징에 의해 결합되고, 일측 축냉재장입부(41)를 통해 축냉재가 상기 축냉부(20)에 공급되며 상기 벨로우즈(52)가 연결된 마개(53)를 상기 캡(51)에 연결하여 상기 축냉재장입부(41)를 밀폐한다.

또한, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 축냉 열교환기(70)는 상기 튜브(30)가 좌ㆍ우 양측에 냉매 유로(11a, 11b)가 각각 형성된 한 쌍의 플레이트(10)가 접합되어 이루어지며, 상기 축냉부(20)가 상기 튜브(30)의 냉매 유로(11a, 11b) 사이에 형성되고 상기 플레이트(10)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 플레이트(10)는 냉매 유로(11a, 11b)가 각각 형성되고, 상기 냉매 유로(11a, 11b)의 사이에 축냉부(20)가 형성되며, 외부를 유동하는 공기와의 접촉면적을 넓히도록 반구형의 비드(12)가 형성된다.

또한, 일측 냉매 유로(11b)에서 타측 냉매 유로(11a)로 연통되는 튜브(30)를 형성하기 위해서는 상기 플레이트(10)의 상측 또는 하측이 연결되도록 형성된다.

상기 축냉부(20)는 상기 튜브(30)를 형성하는 플레이트(10)와 일체로 형성함으로써 상기 축냉부(20)를 형성하기 위해 별도의 부재를 이용하지 않으므로 열교환효율의 저하를 막을 수 있고, 공간을 최소화하여 열교환기의 소형화를 이룰 수 있는 장점이 있다.

상기 축냉부(20)는 냉매 유로(11a, 11b)와 평행하게 형성되며, 적어도 2면 이상이 냉매 유로(11a, 11b)와 접하도록 하여 냉매 유로(11a, 11b) 내부를 유통되는 냉매의 냉기를 효율적으로 상기 축냉부(20)에 의해 저장될 수 있도록 하며, 상기 축냉부(20)는 접촉면적을 높이기 위해 상기 냉매 유로(11a, 11b)와 접하는 면에 내측 또는 외측으로 돌출되는 돌기부(22)가 형성될 수 있다.

도 6은 상기 도 2에 도시한 축냉 열교환기(70)의 냉매흐름 개략도로, 상기 도 2 및 도 6에 도시한 축냉 열교환기(70)는 상기 탱크(40)의 양측에 각각 유입파이프(31) 및 출구파이프가 구비된 4-탱크(40)식을 나타낸 도면이다.

상기 도 6을 참조로 내부를 유동하는 냉매의 흐름을 살펴보면, 상기 유입파이프(31)를 통해 유입된 냉매는 상기 일측 탱크(40)로 유입되어 일측 냉매 유로(11b)를 통해 타측 탱크(40)로 이동되는 제 1 영역, 상기 제 1 영역을 통과하여 상기 타측 탱크(40)로 이동된 냉매가 일측 냉매 유로(11b)를 통해 다시 일측 탱크(40)로 이동되고 상기 제 1 영역에 이웃하여 위치되는 제 2 영역, 상기 일측 탱크(40)의 연통부(33)를 통해 이동된 냉매가 타측 냉매 유로(11a)를 통해 타측 탱크(40)로 이동되는 제 3 영역, 및 상기 제 3 영역을 통과하여 타측 탱크(40)로 이 동된 냉매가 상기 타측 냉매 유로(11a)를 통해 다시 일측 탱크(40)로 이동되고 상기 제 3 영역에 이웃하여 위치하는 제 4 영역을 거쳐 상기 배출파이프(32)를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명의 축냉 열교환기(70)는 기존의 열교환기의 냉매 흐름에는 어떠한 변화도 주지 않게 되고, 상기 축냉부(20)가 상기 냉매 유로(11a, 11b)의 흐름 전체에 걸쳐 있어 접촉면적을 넓힐 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 축냉 열교환기(70)는 상기 도 2 및 도 6에 도시된 4-탱크(40)식 축냉 열교환기(70) 외에도 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 1-탱크(40)식의 경우에 냉매유출입컵(13) 및 홀(21)이 상부 또는 하부에만 형성되어 있는 점을 제외하면 상기 4-탱크(40)식과 같은 구조를 갖는다.

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

도 1은 종래의 축냉 열교환기를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 축냉 열교환기의 일 예를 나타낸 사시도.

도 3은 본 발명의 축냉 열교환기의 개폐부를 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명의 축냉 열교환기의 다른 개폐부를 나타낸 사시도.

도 5는 본 발명의 축냉 열교환기의 축냉부 온도에 따른 벨로우즈의 상태를 나타낸 도면.

도 6은 상기 도 2에 도시한 축냉 열교환기의 냉매흐름 개략도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10 : 플레이트 11a, 11b : 냉매 유로

12 : 비드 13 : 냉매유출입컵

20 : 축냉부 21 : 홀(hole)

22 : 돌기부

30 : 튜브 31 :　유입파이프

32　:　배출파이프 33 : 연통부

40 : 탱크 41 : 축냉재장입부

50 : 개폐부 51 : 캡

52 : 벨로우즈 53 : 마개

54 : 실링부재

60 : 핀

70 : 본 발명의 축냉 열교환기

Claims

다수개가 일렬로 적층되는 튜브(30); 상기 튜브(30) 사이에 개재되는 핀(60); 상기 튜브(30)의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 일측에 상기 튜브(30)와 연통되는 탱크(40); 및 상기 탱크(40)에 각각 형성되는 유입파이프(31) 및 배출파이프(32); 를 포함하여 형성되고, 내부에 축냉재가 저장되는 축냉부(20)가 일체로 형성된 축냉 열교환기(70)에 있어서,

상기 축냉 열교환기(70)는

상기 축냉부(20)의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 일측에 축냉재가 유통되는 홀(21)이 형성되고, 상기 탱크(40)는 상기 홀(21)과 연통되어 상기 축냉부(20)에 축냉재가 장입되도록 축냉재장입부(41)가 형성되며,

상기 축냉재장입부(41)의 내측으로 삽입되어 길이방향으로 신축가능한 벨로우즈(52)가 구비되고 상기 축냉재장입부(41)를 개폐하는 개폐부(50)가 형성되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 개폐부(50)는

내측에 나사산이 형성되고 상기 축냉재장입부(41)와 브레이징 결합되는 캡(51)과, 상기 벨로우즈(52)가 연결되며 상기 캡(51)의 나사산에 결합되어 상기 축냉재장입부(41)를 밀폐시키는 마개(53)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
제 2 항에 있어서,

상기 축냉 열교환기(70)는 상기 축냉재장입부(41)가 2곳 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
제 2 항에 있어서,

상기 캡(51)과 마개(53) 사이에 실링부재(54)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
제 1 항에 있어서,

상기 축냉 열교환기(70)는

상기 튜브(30)가 좌ㆍ우 양측에 냉매 유로(11a, 11b)가 각각 형성된 한 쌍의 플레이트(10)가 접합되어 이루어지며, 상기 축냉부(20)가 상기 튜브(30)의 냉매 유로(11a, 11b) 사이에 형성되고 상기 플레이트(10)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.
제 5 항에 있어서,

상기 축냉부(20)는 냉매 유로(11a, 11b)와 평행하게 형성되며, 적어도 2면 이상이 냉매 유로(11a, 11b)와 접하는 것을 특징으로 하는 축냉 열교환기.