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KR20240027371A - 열교환기 및 이를 포함하는 열교환기 모듈 - Google Patents

열교환기 및 이를 포함하는 열교환기 모듈 Download PDF

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KR20240027371A
KR20240027371A KR1020220105500A KR20220105500A KR20240027371A KR 20240027371 A KR20240027371 A KR 20240027371A KR 1020220105500 A KR1020220105500 A KR 1020220105500A KR 20220105500 A KR20220105500 A KR 20220105500A KR 20240027371 A KR20240027371 A KR 20240027371A
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KR
South Korea
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heat exchanger
radial
heat exchange
clause
blower wheel
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KR1020220105500A
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한정완
반진기
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한온시스템 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 공조를 위해 차량 실내로 공급하는 공기를 열교환시키기 위한 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환기에 실내로 공기를 유입시키기 위한 블로워를 일체로 구비하여 열교환기 모듈의 패키지를 축소한 열교환기 및 이를 포함하는 열교한기 모듈에 관한 것이다.

Description

열교환기 및 이를 포함하는 열교환기 모듈{Heat Exchanger and Heat Exchanger Module having the Same}
본 발명은 공조를 위해 차량 실내로 공급하는 공기를 열교환시키기 위한 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환기에 실내로 공기를 유입시키기 위한 블로워를 일체로 구비하여 열교환기 모듈의 패키지를 축소한 열교환기 및 이를 포함하는 열교한기 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 공조장치는 하절기나 동절기에 자동차 실내를 적정온도로 유지하거나 또는 우천 시나 동절기에 자동차의 유리창에 끼게 되는 성에 등을 제거하여 운전자의 전ㆍ후방 시야가 확보될 수 있도록 하는 장치로 블로워에 의해 자동차 실내로 유입된 차량 외부의 공기를 열교환매체가 흐르는 열교환기에 통과시켜 자동차 실내의 각 부위와 연통된 덕트(Duct)를 통하여 냉기 또는 온기 상태로 차량 실내의 여러 방향으로 분배하도록 구성되어 있다.
도 1에는 일반적인 열교환기(H)의 전체사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 열교환기(H)는, 일정거리 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 헤더탱크(1, 2)와, 헤더탱크(1, 2)에 양단이 고정되어 열교환매체 유로를 형성하는 튜브(3)와, 튜브(3) 사이에 개재되는 핀(4)을 포함하여 이루어진다. 따라서 열교한기(H)를 경유하는 공기는 튜브(3)와 핀(4)을 통해 열교환하여 냉각 또는 가열될 수 있다.
도 2에는 일반적인 블로워(20)의 투영 사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 차량용 공조장치에는 차량의 내기 또는 외기를 강제 흡입하여 공조장치 내 덕트로 강제 송풍하는 블로워(20)가 설치된다. 블로워(20)의 상류 측에는, 내부에 흡기유로(11)가 형성되고 흡기유로(11)를 유동하는 공기를 필터링하기 위한 에어 컨디셔닝 필터(12)가 구비되는 흡기부(10)가 구비되고, 블로워(20)의 하류 측에는 흡기유로(11)를 통해 흡입된 공기를 공조장치 내로 공급하기 위한 송풍팬(30)과, 송풍모터(40)가 구비된다.
위와 같이 열교환기와 블로워를 포함하는 종래의 공조장치는, 열교환기와 블로워가 각각 별도로 구성되기 때문에 블로워에서 송풍되는 공기를 열교환기로 공급하기 위해 공기유로가 복잡하게 추가되기 때문에 공조장치의 크기가 커지고, 송풍 효율이 낮아 공조 성능이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 원통형 블로워의 내부에 장착 가능하도록 열교환기를 적용하여 블로워와 열교환기를 일체형으로 구성한 열교환기 및 이를 포함하는 열교환기 모듈을 제공함에 있다.
또한, 열교환기는, 원형의 튜브(또는 플레이트)와 핀이 교번 적층되되, 핀에 형성된 루버의 개수가 센터를 기준으로 비대칭으로 형성하여 스프링백 효과에 의해 굽힘정도에 차이를 발생시켜 핀을 원형으로 성형한 열교환기 및 이를 포함하는 열교환기 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기는, 회전에 의해 중앙 측으로 유입되는 공기를 반경 방향 외측으로 송풍하는 블로워 휠; 및 상기 블로워 휠의 반경 방향 내측에 이격 구비되고, 반경 방향 내측에서 외측으로 열교환 유로가 형성되는 코어부;를 포함하되, 상기 코어부는, 내부에 열교환매체가 유동하며, 축 방향을 따라 다단으로 적층되되, 열교환 유로가 형성되도록 이격 적층되는 환형 튜브; 복수의 환형 튜브 사이에 게재되는 핀; 열교환매체를 유입 받아 각각의 환형 튜브에 공급하는 열교환매체 유입부; 및 열교환된 열교환매체를 유입 받아 외부로 배출하는 열교환매체 유출부를 포함한다.
또한, 상기 핀은, 판상으로 이루어지되, 지그재그로 절곡 또는 라운드형으로 굽어지게 형성되고, 상기 핀의 절곡 또는 굽어짐으로 인해 형성된 단위면에는 상기 핀의 일부를 절개하고, 상기 절개부를 절곡한 루버가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 루버는, 상기 단위면의 반경 방향을 따라 다수 개가 이격 형성되되, 상기 루버의 개수는, 상기 단위면의 반경 방향 중심을 기준으로 반경 방향 내측의 개수와 반경 방향 외측의 개수가 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 루버의 개수는, 상기 반경 방향 내측의 개수가 상기 반경 방향 외측의 개수 보다 많게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 루버는, 상기 단위면의 반경 방향을 따라 다수 개가 이격 형성되되, 상기 루버는, 상기 단위면의 반경 방향 중심을 기준으로 반경 방향 내측에 형성된 루버의 크기가 외측에 형성된 루버의 크기보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 블로워 휠과, 상기 코어부는, 원통형으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 열교환기.
본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기 모듈은, 상술된 열교환기; 및 상기 코어부의 중앙에 연통되는 유입구와, 상기 블로워 휠의 반경 방향 외측과 연통되는 유출구를 포함하는 하우징을 포함한다.
또한, 상기 열교환기 모듈은, 공조 장치의 공기가 유동하는 유로 상에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환기 모듈은, 상기 열교환기로 유입되는 공기의 상류 측에 구비되는 에어 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환기 모듈은, 상기 블로워 휠과, 상기 블로워 휠의 회전을 위한 모터와, 반경 방향 내측이 상기 모터의 회전축과 연결되고, 외측이 상기 블로워 휠에 연결되는 스테이터를 포함하는 블로워를 포함한다.
아울러, 상기 코어부는, 상기 블로워 휠의 반경 방향을 따라 이격되고, 상기 스테이터의 상측에 이격되어 상기 하우징 상에 고정되도록 일단이 복수의 원형 튜브 중 최상측 원형 튜브와 결합되고, 타단이 상기 하우징에 결합되는 플랜지를 포함한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 열교환기 및 이를 포함하는 열교환기 모듈은, 열교환기와 블로워가 일체로 구성됨에 따라 열교환기 모듈의 패키지 축소가 가능하여 공간 활용도가 향상되는 효과가 있다.
또한, 핀에 적용된 비대칭 루버를 통해 핀의 원형 성형이 용이하고, 열교환 성능이 증대되는 효과가 있다.
또한, 블로워의 송풍 효율이 향상됨에 따라 상대적으로 낮은 출력의 모터 적용이 가능하여 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열교환기가 원형으로 이루어짐에 따라 열교환매체의 유입 및 유출을 위한 입구파이프와 출구파이프의 설계 위치 자유도가 증대되어 다양한 설계 요구조건에 부합할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 열교환기의 사시도
도 2는 일반적인 블로워의 투영 사시도
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 블로워 휠을 포함하는 열교환기의 사시도
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 코어부의 사시도
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기의 설치 예를 나타낸 평면개략도
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기의 단면도
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 코어부의 환형 튜브와 핀의 결합구조를 나타낸 정면도
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 핀의 부분 사시도
도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 핀의 단면도
도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기가 설치된 열교환기 모듈의 단면개략도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3에는 본 발명의 일실시 예에 따른 블로워 휠을 포함하는 열교환기(1000)의 사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 본 발명의 열교환기(1000)는 원통형으로 이루어지며, 회전에 의해 중앙 측으로 유입되는 공기를 반경 방향 외측으로 송풍하는 블로워 휠(110)과, 원통형으로 이루어지며, 블로워 휠(110)의 반경 방향 내측에 구비되고 반경방향 내측에서 외측으로 열교환 유로가 형성되는 코어부(200)를 포함하여 이루어진다. 따라서 블로워 휠(110)의 회전에 의해 중앙 측으로 유입되는 공기는 코어부(200)의 열교환 유로를 경유함에 따라 코어부(200)를 유동하는 열교환매체와 열교환한 후 블로워 휠(110)의 반경 방향 외측으로 송풍될 수 있다. 도면상에는 블로워 휠(110)과 코어부(200)가 밀착된 것으로 보일 수 있으나, 블로워 휠(110)은 회전하고, 코어부(200)는 고정됨에 따라 블로워 휠(110)의 원활한 회전을 위해 코어부(200)는 블로워 휠(110)과 반경 방향을 따라 소정거리 이격되어 배치될 수 있다.
도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 코어부(200)의 사시도가 도시되어 있다. 이하, 코어부(200)의 세부 구조에 대해 살펴보면, 코어부(200)는 링 형으로 이루어지며 내부에 열교환매체가 유동하도록 소정의 두께를 갖고, 두께 방향을 따라 다단으로 적층되되 열교환 유로가 형성되도록 이격 적층되는 환형 튜브(210) 또는 플레이트와, 복수의 환형 튜브(210) 사이에 게재되어 환형 튜브(210)와 공기의 열교환 면적을 확장하는 핀(220)과, 열교환매체를 유입 받아 각각의 환형 튜브(210)에 공급하는 열교환매체 유입부(230)와, 열교환된 열교환매체를 유입 받아 외부로 배출하는 열교환매체 유출부(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 열교환매체 유입부(230)는 다단으로 적층되는 환형 튜브(210)의 최상측 또는 최하측에 형성되는 유입홀(231)과, 유입홀(231)에서 유입되는 열교환매체를 각각의 환형 튜브(210)에 공급하도록 각각의 환형 튜브와 연통되는 입구탱크(232)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 열교환매체 유출부(240)는 각각의 환형 튜브(210)에서 열교환된 열교환매체를 공급받도록 각각의 환형 튜브와 연통되는 출구탱크(242)와, 출구탱크(242)의 열교환매체를 외부로 배출하도록 환형 튜브(210)의 최상측 또는 최하측에 형성되는 유출홀(241)을 포함하여 구성될 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 코어부(200)는 유입홀(231)로 유입된 열교환매체가 입구탱크(232)에 공급되며, 입구탱크(232)에 공급된 열교환매체는 환형 튜브(210)를 경유한 후 출구탱크(242)에 전달된다. 또한, 출구탱크(242)에 전달된 열교환매체는 유출홀(241)을 통해 배출되고, 열교환된 열교환매체를 냉각시키기 위한 열교환 수단을 경유한 후 다시 유입홀(231)로 유입되는 사이클이 반복된다.
한편, 코어부(200)의 중앙으로 유입되는 공기는 환형 튜브(210)와 이웃하는 환형 튜브 사이에 구비된 핀(220)을 통과하여 코어부(200)의 반경 방향 외측으로 배출되는 데 이때 열교환매체를 통해 냉각된 환형 튜브(210)의 외면 및 핀(220)을 경유하며 열교환된 냉각 공기가 배출될 수 있다.
도 5에는 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기(1000)를 포함하는 열교환기 모듈(10000)의 평면개략도가 도시되어 있고, 도 6에는, 본 발명의 일실시 예에 따른 코어부(200)의 환형 튜브(210)와 핀(220)의 결합구조를 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 열교환기(1000)는 코어부(200)의 중앙과 연통되는 유입구(2100)와 블로워 휠(200)의 반경 방향 외측과 연통되는 유출구(2200)를 포함하는 하우징(2000)에 내설될 수 있다. 따라서 블로워 휠(200)의 회전에 의해 유입구(2100)로 유입된 공기는 코어부(200)의 환형 튜브(210)와 이웃하는 튜브 사이에 게재되는 핀(220)을 경유하며 냉각되고, 블로워 휠(110)을 통해 유출구(2200)로 배출되도록 구성된다.
따라서 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기(1000)는 종래의 블로워 휠에서 송풍되는 공기를 코어부까지 이송하기 위한 별도의 덕트 시설을 삭제할 수 있어 열교환기 모듈의 패키지 축소가 가능하여 공간 활용도가 향상되는 효과가 있다.
도 7에는 본 발명의 일실시 예에 따른 코어부(200)의 환형 튜브(210)와 핀(220)의 결합구조를 나타낸 정면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 환형 튜브(210)와 이웃하는 환형 튜브(210') 사이에는 핀(220)이 게재되며, 핀(220)은 판상으로 이루어지되, 열교환 면적을 확장시키기 위해 지그재그로 절곡된 상태로 게재될 수 있다. 도면상에는 핀(220)이 절곡된 것으로 도시되어 있으나, 라운드형으로 굽어지게 형성될 수도 있다.
도 8에는 본 발명의 일실시 예에 따른 핀(220)의 부분 사시도가 도시되어 있고, 도 9에는 핀(220)의 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 핀(220)의 절곡으로 인해 형성된 단위면(221)에는 코어부(200)의 냉각에 따라 생성될 수 있는 응축수의 원활한 배출과, 핀(220)의 열교환 효율 향상을 위한 표면적을 증가시키기 위한 루버(225)가 형성될 수 있다. 루버(225)는 핀(220)의 일부를 절개하여 절개면을 단위면(221)에 수직한 방향으로 절곡하여 형성될 수 있다.
이때, 루버(225)는 단위면(221)의 반경 방향을 따라 다수 개가 이격되어 형성되되, 루버(225)의 개수는, 반경 방향 중심을 기준으로 반경 방향 내측과 외측의 개수가 서로 다르게 형성될 수 있다. 즉 반경 방향 내측의 개수가 반경 방향 외측의 개수보다 많게 형성될 수 있다. 위와 같이 루버(225)의 개수가 반경 방향 중심을 기준으로 비대칭으로 형성되는 경우 스프링백 효과에 의해 굽힘정도에 차이를 발생시켜 핀을 원형으로 성형하기 용이해진다. 즉 반경 방향 내측의 개수가 반경 방향 외측의 개수보다 많게 형성되는 경우 핀(220)이 반경 방향 내측으로 휘어지도록 유도하는 역할을 하기 때문에 핀을 원형으로 성형하기 용이해진다.
다른 실시 예로, 루버(225)는, 단위면(221)의 반경 방향 중심을 기준으로 반경 방향 내측에 형성된 루버(225)의 크기가 외측에 형성된 루버(225)의 크기보다 크게 형성되어, 상술된 효과를 유도하도록 구성될 수도 있다.
도 10에는, 본 발명의 일실시 예에 따른 열교환기(1000)가 설치된 열교환기 모듈(10000)의 단면개략도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 차량용 열교환기 모듈(10000)에는 차량의 내기 또는 외기를 강제 흡입하여 열교환기 모듈 내 덕트로 강제 송풍하는 블로워(100)가 설치되는 하우징(2000)을 포함한다. 하우징(2000) 상의 블로워(100)의 상류 측에는, 내부에 유입구(2100)가 형성되고 유입구(2100)를 유동하는 공기를 필터링하기 위한 에어 필터(2500)가 구비된다. 또한, 하우징(2000)은 블로워(100)의 반경 방향 외측과 연통되는 유출구(2200)를 포함하여 형성된다.
블로워(100)는 원통형으로 이루어진 블로워 휠(110)과, 블로워 휠(110)의 회전을 위한 모터(120)와, 반경 방향 내측이 모터(120)의 회전축(121)과 연결되고, 반경 방향 외측이 블로워 휠(110)에 연결되는 스테이터(150)를 포함하여 구성된다.
한편, 코어부(200)는 블로워 휠(110)의 반경 방향 내측에 구비되되 블로워 휠(110)의 회전에 영향을 주지 않도록 블로워 휠(110)과 반경 방향을 따라 이격 배치되고, 스테이터(150)의 상측으로 이격 배치될 수 있다. 또한 코어부(200)는 다수가 적층된 환형 튜브 중 최상측 환형 튜브를 하우징에 고정시키기 위한 플랜지(250)를 포함하여 코어부(200)가 블로워 휠(110)의 반경 방향 내측에 이격되어 안정적으로 고정될 수 있도록 구성된다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
10000 : 열교환기 모듈
1000 : 열교환기
2000 : 하우징
2100 : 유입구
2200 : 유출구
100 : 블로워
110 : 블로워 휠
120 : 모터
150 : 스테이터
200 : 코어부
210 : 환형 튜브
220 : 핀
221 : 단위면
225 : 루버
230 : 열교환매체 유입부
240 : 열교환매체 유출부
250 : 플랜지

Claims (11)

  1. 회전에 의해 중앙 측으로 유입되는 공기를 반경 방향 외측으로 송풍하는 블로워 휠; 및
    상기 블로워 휠의 반경 방향 내측에 이격 구비되고, 반경 방향 내측에서 외측으로 열교환 유로가 형성되는 코어부;를 포함하되,
    상기 코어부는,
    내부에 열교환매체가 유동하며, 축 방향을 따라 다단으로 적층되되, 열교환 유로가 형성되도록 이격 적층되는 환형 튜브;
    복수의 환형 튜브 사이에 게재되는 핀;
    열교환매체를 유입 받아 각각의 환형 튜브에 공급하는 열교환매체 유입부; 및
    열교환된 열교환매체를 유입 받아 외부로 배출하는 열교환매체 유출부;
    를 포함하는, 열교환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 핀은,
    판상으로 이루어지되, 지그재그로 절곡 또는 라운드형으로 굽어지게 형성되고,
    상기 핀의 절곡 또는 굽어짐으로 인해 형성된 단위면에는 상기 핀의 일부를 절개하고, 상기 절개부를 절곡한 루버가 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 루버는,
    상기 단위면의 반경 방향을 따라 다수 개가 이격 형성되되,
    상기 루버의 개수는, 상기 단위면의 반경 방향 중심을 기준으로 반경 방향 내측의 개수와 반경 방향 외측의 개수가 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 루버의 개수는, 상기 반경 방향 내측의 개수가 상기 반경 방향 외측의 개수 보다 많게 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 루버는,
    상기 단위면의 반경 방향을 따라 다수 개가 이격 형성되되,
    상기 루버는, 상기 단위면의 반경 방향 중심을 기준으로 반경 방향 내측에 형성된 루버의 크기가 외측에 형성된 루버의 크기보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 블로워 휠과, 상기 코어부는, 원통형으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 열교환기.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 열교환기; 및
    상기 코어부의 중앙에 연통되는 유입구와, 상기 블로워 휠의 반경 방향 외측과 연통되는 유출구를 포함하는 하우징;
    을 포함하는, 열교환기 모듈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 열교환기 모듈은,
    공조 장치의 공기가 유동하는 유로 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 열교환기 모듈.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 열교환기 모듈은,
    상기 열교환기로 유입되는 공기의 상류 측에 구비되는 에어 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열교환기 모듈.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 열교환기 모듈은,
    상기 블로워 휠과, 상기 블로워 휠의 회전을 위한 모터와, 반경 방향 내측이 상기 모터의 회전축과 연결되고, 외측이 상기 블로워 휠에 연결되는 스테이터를 포함하는 블로워;를 포함하는, 열교환기 모듈.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 코어부는,
    상기 블로워 휠의 반경 방향을 따라 이격되고, 상기 스테이터의 상측에 이격되어 상기 하우징 상에 고정되도록 일단이 복수의 원형 튜브 중 최상측 원형 튜브와 결합되고, 타단이 상기 하우징에 결합되는 플랜지를 포함하는, 열교환기 모듈.
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