KR100501564B1 - 헤더파이프내의작동유체를냉각시키는장치를갖는응축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응축기의 헤더파이프 주벽에 작동유체를 냉각하는 냉각수를 흐르게 하여 작동유체의 온도를 낮추고, 특히 상기 냉각수가 수액기와 서브쿨링영역 사이에 존재하는 작동유체를 냉각시켜 서브쿨링영역 통과전에 작동유체의 온도를 더욱 낮춤으로써 응축기의 냉각성능을 향상시켜 냉각효과를 높이도록 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기에 관한 것으로, 이의 구성은 양측 헤더파이프와, 상기 헤더파이프 사이에 작동유체가 흐를 수 있게 병렬식으로 복수개 연결되는 튜브와, 상기 튜브를 통해 흐르는 작업유체가 상기 튜브를 구획단위로 지그재그식으로 통과할 수 있게 상기 양측 헤더파이프 소정위치에 고정되는 배플과, 작동유체가 상기 튜브를 통과할 때 외부공기와의 전열면적을 넓힐 수 있게 몸체가 지그재그식으로 절곡되어 상기 튜브들 사이에 고정되는 코루게이트핀과, 수액기에서 상기 헤더파이프로 배출된 작동유체를 냉각수로 냉각할 수 있게 냉각수가 흐르도록 상기 헤더파이프 주벽 및 저면에 구비되는 통로와, 상기 통로에 냉각수를 공급하는 냉각수공급수단을 포함하는 것이다. 여기서 상기 통로는 냉각수가 상기 헤더파이프 내부로 공급될 수 있게 상기 헤더파이프 외측면 소정위치에 통공되는 입구와, 상기 입구를 통해 공급되는 냉각수가 배출될 수 있게 상기 헤더파이프 저면 소정위치에 통공되는 출구와, 상기 입구로 공급되는 냉각수가 상기 헤더파이프 주벽을 따라 흘러 상기 출구로 배출될 수 있게 상기 헤더파이프 주벽 및 저면에 상기 통로를 형성할 수 있게 일정간격 틈을 가지고 밀폐되는 통로형성부재를 포함한다.

Description

헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기

본 발명은 공기조화장치의 응축기에 관한 것으로, 특히 헤더파이프 주벽에 작동유체를 냉각하는 냉각수를 흐르게 하여 작동유체의 온도를 낮춤으로써 응축기의 냉각성능을 향상시켜 냉각효과를 높이도록 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기에 관한 것이다.

공기조화장치는 일정장소의 공기를 원하는 환경에 맞게 조절하는 장치를 총칭하는 것으로, 이러한 공기조화장치는 냉방, 난방, 온습도 조정, 건포, 냉동, 유독 가스제거,제진장치 등 많은 장치가 있다.

본 명세서에서는 이러한 장치 중에서 각종 건물내부나 자동차 실내와 같이 특정장소를 냉방하는 냉방장치에 관한 것이다.

이 냉방장치는 유로상에 흐르는 작동유체를 압축기에서 고온,고압으로 압축시키고, 상기 고온,고압으로 압축된 작동유체를 응축기에서 외부 공기와 열교환시켜 액체상태로 응축시키고, 이 응축된 작동유체를 증발기에서 다시 외부공기와 열교환시킴으로써, 즉 상기 증발기의 작동유체가 외부 일정공간의 공기열을 흡열하여 그곳의 공기 온도를 낮춤으로써 냉방목적을 달성하게 되는 것이다.

이와 같이 상기 작동유체를 외부 공기와 열교환시키는 응축기와 증발기를 통상 열교환기라고 일컷는 데, 이 열교환기는 작동유체가 외부공기와 쉽게 열교환할 수 있게 전열면적이 크고 길게 연장된 통로가 구비되어 있어, 작동유체가 이 통로를 통과하면서 외부공기와 열교환을 수행하게 된다.

상기 열교환기 중에서 기체상태의 작동유체를 응축시켜 액체상태로 상변화 시키는 응축기의 일반적인 구성은 도 1 에서 보는 바와 같다. 이 응축기는 양측 헤더파이프(10) 사이에 복수개의 튜브(11)가 병렬식으로 고정되고, 이 양측 헤더파이프(10) 내부에는 상기 튜브(11)를 흐르는 작동유체가 구획단위 지그재그식 통과할 수 있게 복수개의 배플(12)이 고정되고, 상기 튜브(11)를 사이에는 넓은 전열면적을 가진 코루게이트핀(13)이 고정되며, 상기 양최외측 코루게이트핀(13)에는 상기 코루게이트핀(13)을 보호하는 엔드플레이트(14)가 고정된다.

이와 같이 구성된 응축기에서 작동유체의 흐름경로는 도면의 화살표와 같다. 즉, 인넷파이프(15)로 유입된 작동유체는 양측 헤더파이프(10)에 고정된 다수개의 배플(12)들을 경계로 하여 튜브(11)들을 구획단위로 지그재그식으로 통과하면서 외부 공기와 열교환을 수행한 다음 아웃넷파이프(16)로 배출된다.

그리고 상기와 같이 응축기에서 배출된 작동유체는 수액기를 지나면서 수분이 제거된 다음 증발기로 유입되어 외부공기열을 흡열함을 반복하게 된다.

그런데 종래에는 작동유체가 상기 응축기를 완전히 지난 다음에 수액기를 통과하게 되므로, 응축기를 지난 다음에는 외부 공기와의 열교환이 거의 이루어지지 않아 열교환 효율이 떨어지는 단점이 있었다.

이러한 단점을 해결하기 위해 도 2 에서 보는 바와 같이 헤더파이프(10) 일측에 수액기(17)를 설치하여 작동유체가 응축기를 흐르는 도중에 상기 수액기(17)를 통과한 다음 다시 응축기를 지나도록 하므로써 수액기(17)에서 수분이 제거된 작동유체가 상기 응축기에서 더욱 냉각된 상태로 배출되게 하여 냉각효율을 높이도록 하였다.

여기서, 상기 수액기(17)를 통과한 작동유체가 다시 상기 응축기로 유입되어 흐르는 응축기 구간, 즉 도면에서 하부에서부터 3개 튜브(11)에 해당하는 구간을 통상 Sub-cooling area(서브쿨링영역)(A)이라고 지칭하는 데, 이를 다른 용어로는 수퍼쿨링영역 또는 재쿨링영역 이라는 용어로 지칭되기도 한다.

이 서브쿨링영역(A)은 응축기의 하부에 구비된다. 이는 기체상태의 작동유체가 인넷파이프(15)로 유입되어 흐르면서 외부공기와의 열교환으로 점차 액체상태로 상변화된 다음 상기 수액기(17)를 통과하면서 수분이 제거된 채로 배출될 때 액체 상태로 완전 상변화가 이루어지게 되는 데, 이 때 미처 액체상태로 상변화되지 않는 작동유체가 응축기 하부를 흐르게 되므로 상기 서브쿨링영역(A)에서 상기 작동유체를 외부공기와 열교환시켜 완전 액체상태로 변화시켜 냉방효율을 높이게 하는 것이다.

그런데 이와 같이 서브쿨링영역(A)을 구성하는 양측 헤더파이프(10) 하부, 즉 배플(12) 하부 영역의 헤더파이프(10)는 도 3에서 보는 바와 같이 단순히 중공원통형상으로 구성되어 있기 때문에 상기 수액기(17)에서 배출된 작동유체를 상기 서브쿨링영역(A)의 튜브(11)에 분배하는 기능만 하였다.

따라서 상기 헤더파이프(10)에는 작동유체를 냉각하는 수단이 구비되지 않아 서브쿨링영역(A)이 구비되지 않는 통상의 응축기와 비교해서 냉각 효율이 크게 향상되는 않았다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 기술적인 과제는 헤더파이프 주벽에 작동유체를 냉각하는 냉각수를 흐르게 하여 작동유체의 온도를 낮추고, 특히 냉각수가 수액기와 서브쿨링영역 사이에 존재하는 작동유체를 냉각시켜 서브쿨링영역 통과전에 작동유체의 온도를 더욱 낮춤으로써 응축기의 냉각성능을 향상시켜 냉각효과를 높이도록 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기를 제공함에 있다.

이러한 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기는 헤더파이프 내주벽 또는 외주벽에 냉각수가 흐르는 통로를 구비하고, 이 통로의 적당위치에 입,출구를 구비하여 냉각수가 통과할 수 있게 하는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 각 실시예 구성을 상세히 설명한다. 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤더파이프의 정단면도이며, 도 5 는 도 4 의 헤더파이프 평단면도이다. 그리고 도 6 은 본 발명의 내부통로형성부재의 사시도이고, 도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤더파이프의 정단면도이고, 도 8 은 도 7 의 헤더파이프 평단면도이다.

본 발명이 적용되는 통상의 응축기는 양측 헤더파이프(100) 사이에 복수개의 튜브(110)가 병렬식으로 고정되고, 이 양측 헤더파이프(100) 내부에는 상기 튜브(110)를 흐르는 작동유체가 구획단위 지그재그식 통과할 수 있게 복수개의 배플(120)이 고정되고, 상기 튜브(110)들 사이에는 넓은 전열면적을 가진 코루게이트핀(130)이 고정된다.

그리고 상기 응축기의 헤더파이프(100) 소정위치에는 수액기(140)가 연결되어 작동유체가 응축기에서 상기 수액기(140)를 지나면서 수분이 제거된 후 다시 응축기 헤더파이프(100)로 유입되어 튜브(110)를 지나 증발기로 배출된다. 이에 따라 상기 응축기에는 수액기(140)를 지난 작동유체가 다시 통과하므로 서브쿨링영역(A)을 가지게 된다.

이러한 응축기에 있어서, 본 발명은 상기 통상의 응축기 헤더파이프(100) 내주벽 또는 외주벽에 상기 수액기(140)에서 상기 헤더파이프(100)로 배출된 작동유체를 냉각수로 냉각할 수 있게 상기 헤더파이프(100) 주벽 및 저면에 구비되는 통로(200)와, 상기 통로(200)에 냉각수를 공급하는 냉각수공급수단(300)을 포함한다.

상기 통로(200)는 냉각수를 상기 헤더파이프(100) 내부 또는 외부로 공급할 수 있게 구성한다.

상기 실시예로서 도 4 는 상기 헤더파이프(100) 내부에 통로(200)를 구비한 것으로써, 이 통로(200)는 상기 헤더파이프(100) 외측면 소정위치에 냉각수를 상기 헤더파이프(100) 내부에 공급할 수 있게 통공되는 입구(210)와, 상기 입구(210)를 통해 공급되는 냉각수가 통로(200)로 배출될 수 있게 상기 헤더파이프(100) 저면 소정위치에 통공되는 출구(220)와, 상기 입구(210)로 공급되는 냉각수가 상기 헤더파이프(100) 내주벽을 따라 흘러 상기 출구(220)로 배출될 수 있게 상기 헤더파이프(100) 내주벽 및 저면에 상기 통로(200)를 형성할 수 있게 일정간격 틈을 가지고 밀폐되는 내측통로형성부재(230)를 포함한다.

상기 내측통로형성부재(230)는 몸체가 대략 반원통 중공형상을 가지며, 일측단이 상기 헤더파이프(100)의 저면과의 사이에 통로(200)를 형성하는 틈을 가지도록 밀폐되고, 상기 몸체의 전방에 수액기(140)에서 배출된 작동유체가 상기 튜브(110)로 배출될 수 있게 소정폭으로 개구부(231)를 가지며, 이 개구부(231) 양단부에 상기 헤더파이프(100) 내주벽에 상기 통로(200)를 형성하는 틈을 가지고 고정되도록 고정편(232)이 외측으로 절곡된다.

여기서, 상기 통로(200)는 도면에서와 같이 헤더파이프(100) 하부에 고정된 배플(120) 하부, 즉 서브쿨링영역(A)에만 설치하여 수액기(140)를 통과한 작동유체만를 냉각시킬 수 있게 할 수 있다. 이 때는 상기 헤더파이프(100)에 통공되는 입구(210)를 상기 배플(120)의 하부에 통공하고, 내부통로형성부재(230)는 상단부가 상기 배플(120)의 저면에 밀착되게 고정한다.

그리고 상기 통로(200)를 상기 헤더파이프(100) 전 길이에 구성할 수도 있는데, 이는 상기 통로(200)의 입구(210)는 헤더파이프(100) 상부 적당위치에 통공하고, 상기 내부통로형성부재(230)의 길이를 연장하여 그 상단부가 헤더파이프(100) 상단에 밀착되게 하며, 작동유체의 흐름을 조절하는 배플(120)은 상기 내부통로형성부재(230)의 외측벽에 고정되어야 함은 당연하다.

한편, 상기 통로(200)는 헤더파이프(100) 외측에 설치할 수도 있는 데, 이를 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 통로(200)는 몸체의 외측벽과 저면 적당위치에 입구(210)와 출구(220)를 가진 외측통로형성부재(240)를 상기 헤더파이프(100) 외측에 밀폐되게 고정하되, 냉각수가 상기 입구(210)로 공급되어 출구(220)로 배출될 수 있게 상기 헤더파이프(100)와 외측통로형성부재(240) 사이에 일정간격 틈을 가지게 고정한다.

상기 실시예의 통로(200)도 앞선 실시예서와 같이 서브쿨링영역(A)에 한정되게 설치할 수도 있고, 또한 상기 헤더파이프(100) 전 길이에 걸쳐서 설치할 수도 있다. 이의 자세한 설명한 앞선 실시예와 같아 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

그리고 상기 통로(200)에 냉각수를 공급하는 냉각수공급수단(300)은 공급된 냉각수를 저장하는 저장탱크(310)와, 상기 저장탱크(310)에 냉각수를 공급할 수 있게 상기 저장탱크(310)에 연결되는 제 1 파이프(320)와, 상기 저장탱크(310)에 저장된 냉각수를 상기 통로(200)에 제공할 수 있게 상기 저장탱크(310)와 통로(200) 입구(210)를 연결하는 제 2 파이프(330)와, 상기 통로(200)의 출구(220)를 통해 배출된 냉각수를 다시 상기 저장탱크(310)로 공급하여 냉각수를 순환사용할 수 있게 상기 통로(200)의 출구(220)와 저장탱크(310)를 연결하는 제 3 파이프(340)를 포함한다.

여기서, 상기 냉각수공급수단(300)에 의해 통로(200)로 공급되는 냉각수는 제 1 파이프(320)를 통해 사용자가 정기적으로 공급할 수도 있으나, 이는 관리상의 문제점이 많아, 본 발명에서는 냉방사이클를 이용하여 보다 간편하게 냉각수를 공급할 수 있게 하였다.

즉, 상기 냉방사이클은 서두에서도 설명한 바와 같이 작동유체가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 그리고 증발기를 순환하면서 외부 공기와 열교환하는 데, 상기 응축기가 외부 공기와 열교환할 때 발생되는 응축수를 냉각수로 이용하는 것이다.

따라서 상기 저장탱크(310)에 연결되는 제 1 파이프(320)를 도 4에서 보는 바와 같이 증발기의 응축수를 집수하는 응축기 유니트(350)와 연결하여 상기 증발기에서 생성되는 응축수를 상기 통로(200)로 공급할 수 있게 한다.

또한, 상기 냉각수공급수단(300)은 상기 저장탱크(310)의 냉각수를 상기 통로(200)에 강제로 공급할 수 있게 상기 제 2 파이프(330) 소정위치에 펌프(P)를 더 설치한다.

상기 저장탱크(310)에는 상기 제 1 파이프(320)로부터 공급되는 냉각수의 양이 용량을 초과할 때 이 초과된 냉각수를 외부로 배출할 수 있게 측벽 상부에 배출파이프(360)를 설치하여 안정성을 높인다.

다음은 본 발명에 의해 냉각수가 통로(200)로 유입되어 작동유체의 냉각하는 과정을 설명한다. 냉방장치를 가동하게 되면 증발기 주변에 응축수, 즉 냉각수가 생성되어 이 냉각수가 상기 제 1 파이프(320)를 통해 저장탱크(310)로 유입된다. 이와 같이 냉각수가 저장탱크(310)로 유입되면, 펌프(P)가 가동되어 제 2 파이프(330)를 통해 상기 냉각수를 통로(200)에 공급하여 헤더파이프(100)의 주벽을 흐르면서 헤더파이프(100) 내부의 작동유체를 냉각하게 된다. 이와 같이 통로(200)를 흐르면서 작동유체를 냉각시키는 냉각수는 상기 통로(200)의 하부에 위치한 출구(220)로 배출되어 상기 제 3 파이프(340) 통해 저장탱크(310)로 유입된 후 상기 펌프(P)의 구동력에 의해 상기와 같은 과정을 계속 반복적으로 수행하면서 작동유체를 연속적으로 냉각시키게 된다.

이러한 과정으로 냉각수가 작동유체를 냉각시킴에 따라 수액기(140)에서 배출되는 작동유체가 서브쿨링영역(A)의 헤더파이프(100)로 공급될 때 상기 통로(200)를 흐르는 냉각수가 작동유체를 냉각하므로써 증발기로 배출되는 작동유체는 더욱 냉각되어 냉방효과를 극대화 할 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 통로(200)를 흐르는 냉각수가 외부공기와 열교환하는 작동유체를 현저하게 낮추어 냉방효과를 높이는 장점이 있고, 이와 더불어 증발기에 생성되는 응축수를 냉각수로 사용하기 때문에 냉각수를 별도로 공급하지 않아도 되는 장점을 가지게 된다..

도 1 은 종래 응축기의 정면도

도 2 는 종래 다른 실시예 응축기에 수액기가 장착됨을 보인 정면도

도 3 은 도 2 의 응축기에서 수액기 장착된 부분의 헤더파이프 정면도

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤더파이프의 정단면도

도 5 는 도 4 의 헤더파이프 평단면도

도 6 은 본 발명의 내부통로형성부재의 사시도

도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤더파이프의 정단면도

도 8 은 도 7 의 헤더파이프 평단면도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

200 : 통로 210 : 입구

220 : 출구 230 : 내측통로형성부재

240 : 외측통로형성부재 300 : 냉각수공급수단

310 : 저장탱크 320 : 제 1 파이프

330 : 제 2 파이프 340 : 제 3 파이프

350 : 증발기 유니트 360 : 배출파이프

Claims (9)

1. 양측 헤더파이프와;

   상기 헤더파이프 사이에 작동유체가 흐를 수 있게 병렬식으로 복수개 연결되는 튜브와;

   상기 튜브를 통해 흐르는 작업유체가 상기 튜브를 구획단위로 지그재그식으로 통과할 수 있게 상기 양측 헤더파이프 소정위치에 고정되는 배플과;

   작동유체가 상기 튜브를 통과할 때 외부공기와의 전열면적을 넓힐 수 있게 몸체가 지그재그식으로 절곡되어 상기 튜브들 사이에 고정되는 코루게이트핀과;

   수액기에서 상기 헤더파이프로 배출된 작동유체를 냉각수로 냉각할 수 있게 냉각수가 흐르도록 상기 헤더파이프 주벽 및 저면에 구비되는 통로와;

   상기 통로에 냉각수를 공급하는 냉각수공급수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 통로는; 냉각수가 상기 헤더파이프 내부로 공급될 수 있게 상기 헤더파이프 외측면 소정위치에 통공되는 입구와; 상기 입구를 통해 공급되는 냉각수가 배출될 수 있게 상기 헤더파이프 저면 소정위치에 통공되는 출구와; 상기 입구로 공급되는 냉각수가 상기 헤더파이프 내주벽을 따라 흘러 상기 출구로 배출될 수 있게 상기 헤더파이프 내주벽 및 저면에 일정한 간격의 틈을 가지고 밀폐되는 내측통로형성부재; 에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 내측통로형성부재는 몸체가 대략 반원통 중공형상을 가지며, 일측단이 상기 헤더파이프의 저면과의 사이에 통로를 형성하는 틈을 가지도록 밀폐되고, 상기 몸체의 전방에 수액기에서 배출된 작동유체가 상기 튜브로 배출될 수 있게 소정폭으로 개구부를 가지며, 이 개구부 양단부에 상기 헤더파이프 내주벽에 상기 통로를 형성하는 틈을 가지고 고정되도록 고정편이 외측으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 냉각수가 흐르는 통로를 서브쿨링영역으로 한정할 수 있게 입구를 헤더파이프 하부에 설치된 배플 하단 소정위치에 통공하고, 상기 내측 통로형성부재의 상단부가 상기 배플저면에 고정되도록 함을 특징으로 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 통로는; 상기 헤더파이프 외측전체 길이에 형성할 수 있게 입구와 출구를 가진 외측통로형성부재를 상기 헤더파이프 외측에 밀폐되게 고정하되, 냉각수가 상기 입구로 공급되어 출구로 배출될 수 있게 상기 헤더파이프와 외측통로형성부재 사이에 일정간격 틈을 가지게 고정함을 특징으로 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 통로는 서브쿨링영역에 한정될 수 있게 상기 입구를 하단에 고정된 배플 이하에 설치함을 특징으로 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수공급수단은 냉각수를 저장하는 저장탱크와;

   상기 저장탱크에 냉각수를 공급할 수 있게 상기 저장탱크에 연결되는 제 1 파이프와;

   상기 저장탱크에 저장된 냉각수를 상기 통로에 제공할 수 있게 상기 저장탱크와 통로 입구를 연결하는 제 2 파이프와;

   상기 통로의 출구를 통해 배출된 냉각수를 다시 상기 저장탱크로 공급하여 냉각수를 순환사용할 수 있게 상기 통로의 출구와 탱크를 연결하는 제 3 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기.
8. 제 7 항에 있어서, 냉각수를 강제 순환시킬 수 있게 상기 제 2 파이프 소정위치에 펌프를 더 설치함을 특징으로 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 저장탱크는 상기 제1파이프로부터 공급되는 냉각수의 양이 용량을 초과할 때 이 초과된 냉각수를 외부로 배출할 수 있게 측벽 상부 소정 위치에 배출파이프를 더 설치함을 특징으로 하는 헤더파이프내의 작동유체를 냉각시키는 장치를 갖는 응축기.