KR100452347B1 - 납작관 열교환기를 이용한 증발기 - Google Patents

납작관 열교환기를 이용한 증발기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 특히 냉매가 유입되는 공급배관의 구조를 개선함으로써, 냉매가 기상과 액상으로 분리되어 액상의 냉매만이 열교환기 내부로 유입되므로 냉매 분지가 용이한 납작관 열교환기를 이용한 증발기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 납작관 열교환기를 이용한 증발기는 다수개가 상하 방향으로 수직하게 평행을 이루도록 설치되어 냉매가 순환되면서 열 교환되는 유로를 형성하는 냉매관과, 상기 냉매관의 하측에 설치되고, 일 측에 냉매가 주입되는 공급배관이 연결된 냉매공급헤더와, 상기 냉매관의 상측에 설치되고, 일 측에 열 교환된 냉매가 외부로 토출되는 배출배관이 연결된 냉매배출헤더와, 상기 냉매공급헤더에 연결된 상기 공급배관의 일 측에 설치되어 냉매를 기체상태와 액체상태로 분리시켜 액체상태의 냉매만이 냉매공급헤더로 주입될 수 있도록 하는 기액분리수단을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

납작관 열교환기를 이용한 증발기 {A evaporator using micro channel heat exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 특히 냉매가 유입되는 공급배관의 구조를 개선함으로써, 냉매가 기상과 액상으로 분리되어 액상의 냉매만이 열교환기 내부로 유입되므로 냉매 분지가 용이한 납작관 열교환기를 이용한 증발기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 전열매체가 열전도 효율이 높은 금속관 형태의 전열 벽을 통해 온도가 높은 유체로부터 온도가 낮은 유체에 열을 전달하는 장치로 자동차용 응축기 및 공기 조화기나 냉각기기의 응축기, 증발기 등 열 교환이 필요한 제품에 사용된다.최근에는 열교환 성능을 향상시키기 위해 납작관 열교환기(Micro Channel heat exchanger, MC heat exchanger)의 사용이 증대되는 추세이다.
도 1은 종래 기술에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기가 도시된 사시도이다.
종래 기술에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기는 냉매가 공급되는 냉매공급헤더(2)와, 상기 냉매공급헤더(2)와 대향되도록 위치되어 열 교환된 냉매가 외부로 배출되는 냉매배출헤더(4)와, 상기 냉매공급헤더(2)와 냉매배출헤더(4)사이에 설치되어 냉매가 지나면서 열 교환을 이루도록 하는 다수개의 냉매관(6)을 포함하여 구성된다.
상기 냉매공급헤더(2)는 중공된 원 기둥 모양으로 형성되어 증발기의 하단에 수평 방향으로 설치되고, 일 측면에 냉매가 공급되는 공급배관(12)이 연결되며, 상면에 다수개의 냉매관(6)이 수직하게 상측을 향하여 설치되므로 수평 방향으로 이동된 냉매가 냉매공급헤더(2)에서 상측 방향으로 냉매관(6)을 따라 상승되면서 열 교환을 이루도록 한다.
상기 냉매배출헤더(4)는 냉매공급헤더(2)와 같이 중공된 원 기둥 모양으로 형성되어 상기 냉매관(6)의 상단에 설치되고, 일 측에 배출배관(14)이 연결되므로 냉매관(6)을 따라 이동된 냉매가 일 측으로 이동되어 배출배관(14)을 따라 외부로 배출되도록 한다.
상기 냉매관(6) 각각의 사이에는 냉매관(6)의 전열 면적을 넓혀 열 교환 효율을 향상시킬 수 있도록 다수개의 핀(8)이 설치되는 바, 상기 핀(8)은 산과 골이 연속되는 파형으로 형성된다.한편, 상기 증발기가 응축기로 사용될 경우, 표면에 생성된 응축수가 배수되기 용이하도록 상기 핀(8)은 냉매관(6) 사이에 상하 방향으로 설치되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 압축기나 펌프 등에 의해 냉매가 상기 공급배관(12)을 따라 냉매공급헤더(2)의 내부로 이동되고, 이동된 냉매는 상기 냉매관(6)을 따라 상승하면서 열 교환을 이루면서 상측으로 이동되어 상기 냉매배출헤더(4)의 내부로 이동된다.
이때, 냉매관(6) 각각의 사이에 설치된 다수개의 핀(8)에 의해 냉매관(6)의 전열 면적이 증가되어 열 교환 효율이 향상됨과 동시에 냉매관(6) 외벽에 생성되는 응축수가 하측으로 용이하게 배수된다.
아울러, 상기 냉매배출헤더(4)로 이동된 냉매는 상기 배출배관(14)을 따라 외부로 토출되어 열 교환 작동을 마친다.
그러나, 종래 기술에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기는 납작관 열교환기(Micro Channel heat exchanger)의 특성상 상기 냉매관(56)의 폭이 매우 좁은 단면 형상으로 형성되어 상기 냉매공급헤더(52)로부터의 냉매공급이 용이하지 않은 구조를 가지게 되나, 상기 냉매공급헤더(2)의 내부로 액체 상태의 냉매와 기체 상태의 냉매가 모두 공급되므로 상기 냉매관(6)으로의 냉매 분할이 용이치 않게 되고, 그로 인해 열교환기의 냉매분지 성능을 악화시키는 문제점이 있다.또한, 상기와 같이 액상 및 기상의 냉매가 냉매공급헤더(2)로 공급되면, 기체 상태의 냉매로 인해 압력손실이 발생되고, 아울러 상기 냉매관(6) 내측의 열전달 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉매공급헤더와 공급배관이 연결되는 부위에 액상의 냉매와 기상의 냉매를 분리시키는 기액분리수단이 설치됨으로써, 액상의 냉매만이 냉매공급헤더 내부로 공급되어 냉매의 분지 성능이 향상될 수 있는 납작관 열교환기를 이용한 증발기를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기가 도시된 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기가 도시된 사시도,
도 3은 본 발명에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기의 다른 실시 예가 도시된 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
52 : 냉매공급헤더 54 : 냉매배출헤더
56 : 냉매관 58 : 핀
62 : 공급배관 64 : 배출배관
70 : 기액분리통 72 : 배기관
80 : 체크밸브
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 납작관 열교환기를 이용한 증발기는 다수개가 상하 방향으로 수직하게 평행을 이루도록 설치되어 냉매가 순환되면서 열 교환되는 유로를 형성하는 냉매관과, 상기 냉매관의 하측에 설치되고, 일 측에 냉매가 주입되는 공급배관이 연결된 냉매공급헤더와, 상기 냉매관의 상측에 설치되고, 일 측에 열 교환된 냉매가 외부로 토출되는 배출배관이 연결된 냉매배출헤더와, 상기 냉매공급헤더에 연결된 상기 공급배관의 일 측에 설치되어 냉매를 기체상태와 액체상태로 분리시켜 액체상태의 냉매만이 냉매공급헤더로 주입될 수 있도록 하는 기액분리수단을 포함하여 이루어진 증발기에 있어서, 상기 기액분리수단은 상기 공급배관이 연결되는 상기 냉매공급헤더의 일부분이 상측방향으로 절곡되어 형성되는 소정의 공간부인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기의 일 실시 예가 도시된 사시도이다.
본 발명에 따른 납작관 열교환기를 이용한 증발기는 압축기나 펌프 등에 의해 냉매가 공급되도록 냉매 공급배관(62)이 연결되는 냉매공급헤더(52)와, 상기 냉매공급헤더(52)와 대향되는 위치에 설치되어 냉매가 외부로 배출되는 배출배관(64)이 연결되는 냉매배출헤더(54)와, 상기 냉매공급헤더(52)와 냉매배출헤더(54) 사이에 설치되어 냉매가 열 교환을 이루며 이동되도록 하는 다수개의 냉매관(56)과, 상기 냉매공급헤더(56)에 연결된 공급배관(62) 상에는 공급되는 냉매를 기체상태의 냉매와 액체상태의 냉매로 분류하여 액체상태의 냉매만이 냉매공급헤더(52) 내부로 주입될 수 있도록 하는 기액분리통(70)을 포함하여 구성된다.
상기 냉매공급헤더(52)는 중공된 원 기둥 모양으로 형성되어 증발기의 하측에 수평 방향으로 설치되고, 일 측에 냉매가 주입되는 공급배관(62)이 설치되어 압축기나 펌프 등에 의해 주입되는 냉매가 비교적 수평 방향에서 고르게 분포되도록 공급되어진다.
상기 냉매배출헤더(54)는 냉매공급헤더(52)와 같이 중공된 원 기둥 모양으로 형성되어 냉매공급헤더(52)의 상측에 평행하게 설치되고, 일 측에 냉매가 토출되는 배출배관(64)이 연결되어 열 교환된 냉매가 외부로 배출될 수 있도록 한다.
상기 냉매관(56)은 다수개의 관이 상기 냉매공급헤더(52)와 냉매배출헤더(54) 사이에 설치되어 냉매공급헤더(52)로 주입된 냉매가 기화되면서 상측으로 이동되어 열을 흡수하고, 냉매배출헤더(54)로 이동되도록 한다.
아울러, 상기 냉매관(56) 각각의 사이에는 산과 골이 연속되는 파형으로 형성된 다수의 핀(58)이 설치되는 바, 냉매관(56)의 전열 면적을 넓혀 열 교환 효율을 향상시키며, 특히 상기 증발기가 응축기로 사용될 경우 외부 표면에 생성된 응축수가 배출되기 용이하도록 상하방향으로 형성된다.
상기 기액분리통(70)은 공급배관(62) 상에 일정 공간이 형성되도록 하는 소정의 공간이 형성되는 용기로서, 상측에 냉매가 공급되는 배관이 연결되고, 냉매가배출되는 배관이 바닥면으로부터 냉매공급헤더까지 설치되며, 기액분리통(70)의 상면과 배출배관(64) 사이에는 분리된 기체상태의 냉매가 배출되는 배기관(72)이 설치된다.
이로써, 공급배관(62)을 따라 주입되는 기체상태와 액체상태가 혼합된 냉매는 기액분리통(70)에서 그 비중의 차이에 의해 상대적으로 비중이 작은 기체는 상승하여 냉매배출헤더(54)의 출구 측에 설치되는 배출배관(64)으로 이동되고, 액체상태의 냉매는 냉매공급헤더(52)로 주입되어 기화되면서 열을 흡수하도록 한다.
아울러, 상기 기액분리통(70)과 배출배관(64) 사이에 설치된 배기관(72) 일 측에는 유체가 일 방향으로만 이동될 수 있도록 하는 체크밸브(80)가 설치되어 배출배관(64)으로 이동된 기체상태의 냉매가 역류되는 것을 방지하도록 한다.
도 3은 본 발명에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기의 다른 실시 예가 도시된 사시도이다.
본 발명에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기의 다른 실시 예는 상기한 일 실시 예와 같이 냉매공급헤더(152)와, 배출배관(164)과 연결된 냉매배출헤더(154), 다수개의 냉매관(156) 및 핀(158), 그리고, 기액분리수단, 배기관(172) 및 첵크밸브(180)로 구성되는 것은 동일하나 일 실시 예에서 공급배관에 기액분리통이 설치된 것이 특징인 반면에, 다른 실시 예는 공급배관(162)이 연결되는 냉매공급헤더(152)의 일 부분이 상측으로 절곡됨으로써, 일정 크기의 공간부(170)가 냉매공급헤더(152)와 일체로 형성되어 간편하게 기액분리수단을 이루는 것이 특징이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 압축기나 펌프 등에 의해 냉매가 상기 기액분리수단인 공간부(170)에 주입되고, 주입된 냉매는 그 비중의 차이에 의해 상대적으로 비중이 작은 기체상태의 냉매는 상측으로 이동되어 냉매배출헤더(154)의 토출구 측에 설치된 배출배관(164)으로 배기되고, 액체상태의 냉매는 공간부(170)의 바닥면에 형성된 냉매공급헤더(152)로 이동된 후, 상기 냉매관(156)을 통과하면서 열을 흡수하여 기화되면서 냉매배출헤더(154)로 유입되고, 배출배관(164)을 따라 외부로 배출된다.
이때, 기체상태의 냉매는 체크밸브(180)가 개방됨에 따라 배기관(172)을 통해 배출배관(164)으로 이동되어 냉매공급헤더(152)의 내부에는 액체상태의 냉매만이 공급되므로, 상기 냉매관(156) 내측의 열전달 성능이 향상되고, 기체상태의 냉매로 인한 압력손실도 저감된다.특히, 납작관 열교환기(Micro Channel heat exchanger)의 특성상 상기 냉매관(156)은 폭이 매우 좁게 형성된 단면 구조로 구성되어 상기 냉매공급헤더(152)로부터의 냉매공급이 쉽지 않으나, 상기와 같이 액체상태의 냉매만이 냉매공급헤더(152)로 공급되면 다수개가 구비된 냉매관(156)으로의 냉매 분배가 액상과 기상이 공존하는 냉매에 비해 원활하게 이루어져 열교환기의 냉매분지 성능이 향상된다.
아울러, 상기 체크밸브(180)는 상기 열교환기가 응축기로 사용될 때에 상측의 헤더로 공급되는 기체상태의 냉매가 열 교환되지 않고 상기 배기관(172)으로 유실되는 것을 방지하도록 한다.즉, 본 발명에서는 납작관 열교환기를 이용한 증발기를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 증발기에 한정되지 않고 응축기에도 적용될 수 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 납작관 열교환기를 이용한 증발기는 냉매공급헤더에 연결되는 공급배관의 일측에 기액분리수단이 설치되어 기체상태의 냉매와 액체상태의 냉매를 분리하고 상기 냉매공급헤더 내부로 액체상태의 냉매만을 주입시킴으로써, 액체상태의 냉매로 인해 다수개의 냉매관으로 보다 원활하게 분배되어 납작관 열교환기에 대한 냉매분지 성능이 향상되는 이점이 있다.또한, 액상의 냉매만이 냉매공급헤더로 공급되므로, 기상의 냉매로 인한 압력손실이 저감되고, 열전달 성능도 향상되는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 다수개가 상하 방향으로 수직하게 평행을 이루도록 설치되어 냉매가 순환되면서 열 교환되는 유로를 형성하는 냉매관과, 상기 냉매관의 하측에 설치되고, 일측에 냉매가 주입되는 공급배관이 연결된 냉매공급헤더와, 상기 냉매관의 상측에 설치되고, 일측에 열 교환된 냉매가 외부로 토출되는 배출배관이 연결된 냉매배출헤더와, 상기 냉매공급헤더에 연결된 상기 공급배관의 일측에 설치되어 냉매를 기체상태와 액체상태로 분리시켜 액체상태의 냉매만이 냉매공급헤더로 주입될 수 있도록 하는 기액분리수단을 포함하여 이루어진 열교환기에 있어서,
    상기 기액분리수단은 상기 공급배관이 연결되는 상기 냉매공급헤더의 일 부분이 상측 방향으로 절곡되어 형성되는 소정의 공간부인 것을 특징으로 하는 납작관 열교환기를 이용한 증발기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간부는 상부 일측에 냉매가 공급되는 배관이 연결되고, 상기 공간부의 상면과 상기 냉매배출헤더의 배출배관 사이에는 기체상태의 냉매가 이동되는 배기관이 설치되며, 상기 배기관의 일측에는 냉매가 일 방향으로만 이동될 수 있도록 하는 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 납작관 열교환기를 이용한 증발기.
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