KR100547320B1 - 마이크로채널 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 마이크로채널 열교환기는, 중공이 형성되어 냉매가 흐르는 수평 헤더; 상기 수평 헤더에 삽입되어 상기 헤더 내에 흐르는 냉매가 분배되도록 하며, 상측으로 흐르는 냉매관과, 하측으로 흐르는 냉매관이 포함되고, 상기 상측으로 흐르는 냉매관의 수가 하측으로 흐르는 냉매관의 수보다 많으며, 상기 상측으로 흐르는 냉매관의 직경과 하측으로 흐르는 냉매관의 직경이 다른 냉매관군; 상기 헤더 내의 냉매관 사이에 설치되어 냉매의 흐름 방향을 변경시키는 격벽;이 포함된다.

본 발명에 따른 냉매관의 수를 달리한 마이크로채널 열교환기는, 냉매의 흐름 방향에 따라 격벽의 간격을 달리하도록 하므로써 열교환기내에서 균일하게 냉매가 흐르도록 하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 또 다른 효과는 열교환기의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

열교환기, 헤더, 튜브, 격벽, 간격

Description

마이크로채널 열교환기{Micro Channel Heat Exchanger}

도 1은 열교환기의 외형을 간략히 나타낸 사시도.

도 2는 열교환기의 구성요소의 결합관계를 나타내는 분해도.

도 3은 도 2에 있어서 튜브의 단면을 나타내는 도면.

도 4는 종래의 기술에 따른 격벽이 등간격으로 설치되는 것을 나타내는 절개도면.

도 5는 종래 기술에 따른 튜브가 헤드내에 삽입된 상태를 나타내는 측단면도.

도 6a는 본 발명에 따른 냉매관의 수를 달리하여 설치되는 것을 나타내는 절개도면.

도 6b는 도 6a에 있어서 튜브내부의 단면을 나타내는 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 하부헤더 2 : 상부헤더 3 : 튜브

4 : 헤더홀 5 : 채널 6 : 핀

7 : 격벽

본 발명은 마이크로채널 열교환기에 있어서 냉매의 유동 방향에 따라 냉매관의 수를 조절하여 냉매 분배를 조절하도록 하는 냉매관 배열에 관한 것으로서, 일반적으로 열교환기는 실내의 온도를 높이거나 낯추는 냉방기 및 난방기의 공기조화기에 사용된다.

도 1은 열교환기의 외형을 간략히 나타낸 사시도이고, 도 2는 열교환기의 구성요소의 결합관계를 나타내는 분해도이며, 도 3은 도 2에 있어서 튜브의 단면을 나타내는 도면이다.

이들 도면을 참조하면, 종래 열교환기는 하부헤더(1)의 상부에 대응되도록 위치하는 상부헤더(2)와, 상기 상부헤더(2)와 하부헤더(1) 사이에 위치하는 다수개의 튜브(3)와, 상기 각 튜브(3) 사이에 위치하는 핀(6)으로 구성된다. 상기 하부헤더(1)는 원통형으로 형성되어 내부에 중공이 형성되고, 그 외형을 이루는 외주부의 일측부에는 튜브(3)를 삽입하여 고정하도록 다수개의 헤더홀(4)이 하부헤더(1)의 길이방향을 따라 등간격으로 형성되어 있다.

여기서, 상기 하부헤더(1)와 대응되도록 상부에 위치하는 상부헤더(2)는 상기 하부헤더(1)와 동일한 형상을 갖는다. 상기 각 튜브(3)는 각 헤더홀(4)에 튜브(3)의 길이방향 양단부가 고정되어 헤더(1,2)의 길이방향으로 나란하게 배열된다.

한편, 유동공기는 두 헤더(1,2)의 길이방향의 축을 잇는 면을 향해 일정한 경사를 가지도록 유동하여 각 튜브(3)와 두 헤더(1,2) 사이를 통과한다. 상기 튜브(3)는 두 헤더(1,2)에 고정된 양끝단부 사이의 거리인 길이와, 유동공기의 방향에 수직한 거리인 두께를 갖고,유동공기의 흐름방향과 평행한 거리인 폭을 갖는다. 상기 튜브(3)는 두 헤더(1,2)에 수용될 수 있는 정도의 폭과 얇은 두께를 갖는 직사각형 형상의 판형으로서, 내부에는 중공인 다수개의 채널(5)이 형성되어 있다.

또한, 상기 각 튜브(3)의 폭이 유동공기의 흐름방향에 평행하도록 각 튜브(3)가 두 헤더(1,2)에 고정되고, 튜브(3)의 길이방향에 대해 수직하도록 미세한 단면적을 가짐과 함께 튜브(3)의 길이방향으로 길게 형성되는 다수개의 채널(5)은 유동공기의 흐름방향을 따라 순차적으로 배열되도록 형성된다.

이와 같이 형성된 튜브(3)는 두 헤더(1,2)에 양끝단부가 고정되어 헤더(1,2)에 형성된 중공과 연통되어 있고, 상기 각 튜브(3) 사이에는 유동공기가 통과할 수 있는 공간을 형성하도록 각 핀(6)이 설치된다. 즉, 각 핀(6)은 얇은 두께를 가진 판형으로서 여러번 지그재그로 절곡되어 각 튜브(4) 사이에 설치된다. 상기 핀(6)은 여러 가지 형상을 가지며 고정될 수 있지만, 일반적으로 유동공기의 흐름저항이 최소화 되도록 공간을 형성하는 것이 바람직하다.

도 4는 종래의 기술에 따른 격벽이 등간격으로 설치되는 것을 나타내는 절개도면이고, 도 5는 종래 기술에 따른 튜브가 헤드내에 삽입된 상태를 나타내는 측단면도이다.

이들 도면에 따르면, 다수개의 튜브(3)들은 다수개의 튜브군(群)으로 구분되어 상기 각각의 튜브군을 기본 단위로 하여 각 튜브군의 전후에는 교번하여 하부 헤더 (1)와 상부 헤더(2)로의 냉매의 흐르는 방향을 변경시키기 위한 격벽이 설치 되는데, 즉, 첫번째 튜브군의 하측방향의 끝지점에 첫번째 격벽이 설치되고, 두번째 튜브군의 상측방향 끝지점에 두번째 격벽이 설치되며, 세번째 튜브군의 하측방향의 끝지점에 세번째 격벽이 설치되고, 네번째 튜브군의 상측방향 끝지점에 네번째 격벽이 설치된다.

이와 같은 격벽구조를 갖는 열교환기에 있어서, 처음 하부 헤더(1)로 유입된 냉매는 첫번째 튜브군을 통하여 상승하고, 상승된 냉매는 상부 헤더(2)를 따라서 수평으로 이동하다가, 두번째 격벽에 의하여 간섭되어 두번째 튜브군을 타고 하측 방향으로 하강하게 된다. 이후에도 이와같은 방식으로 튜브군을 타고 상승과 하강을 반복하게 된다. 그리고 이렇게 튜브(3)를 따라 이동하는 과장에서 상기 튜브(3)에 고정된 핀(6)으로 열 전달이 이루어 지고, 최종적으로는 상기 핀(6)의 표면을 통하여 유동공기와 열교환이 이루어지게 된다.

그러나, 기상과 액상이 혼합된 2상 유동에 있어서는 헤더에서 냉매관으로 냉매가 분배될 때, 냉매의 유동 방향(아래 -> 위, 혹은 위 -> 아래)에 따라 그 분배 특성이 달라지게 되므로, 격벽간의 간격이 균등하고 격벽사이에 포함되는 냉매관도 냉매의 유동 방향에 무관하게 동일한 수로 형성되는 구조를 갖는 종래의 열교환기에 있어서는, 기액이 균일하게 분지되지 못하므로 증발기의 효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 상기 헤더내에 흐르는 냉매가 고르게 분배되도록 냉매의 유동 방향에 따라 냉매관의 수를 조절하므로써, 열교환기의 효율을 획기적으로 증대시키는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 마이크로채널 열교환기는, 중공이 형성되어 냉매가 흐르는 수평 헤더; 상기 수평 헤더에 삽입되어 상기 헤더 내에 흐르는 냉매가 분배되도록 하며, 상측으로 흐르는 냉매관과, 하측으로 흐르는 냉매관이 포함되고, 상기 상측으로 흐르는 냉매관의 수가 하측으로 흐르는 냉매관의 수보다 많으며, 상기 상측으로 흐르는 냉매관의 직경과 하측으로 흐르는 냉매관의 직경이 다른 냉매관군; 상기 헤더 내의 냉매관 사이에 설치되어 냉매의 흐름 방향을 변경시키는 격벽;이 포함된다.

도 6a는 본 발명에 따른 냉매관의 수를 달리하여 설치되는 것을 나타내는 절개도면이고, 도 6b는 도 6a에 있어서 튜브내부의 단면을 나타내는 도면이다.

이들 도면을 참조하면, 헤더에 상입되어 냉매가 분배되는 냉매관은 대략적으로 군(A, B, C군 등등)을 형성하게 되는데, 이때 냉매가 위방향으로 상승되는 경우의 냉매관 군(A, B군등등)들은, 냉매가 아래 방향으로 하강하는 경우의 냉매관 군(B군 등등)들에 비하여 그 포함되는 냉매관의 수가 더 많게 된다. 이로써 기상과 액상이 혼합된 2상 유동에 있어서, 헤더에서 냉매관으로 냉매가 분배될 때 발생하는 냉매의 유동 방향(아래 -> 위, 혹은 위 -> 아래)에 따른 그 분배 특성에 대응하게 되므로, 기액이 균일하게 분배되어 증발기의 효율이 향상되게 되는데, 이때 냉매가 위로 흐르는 경우의 냉매관내의 냉매 유동홀의 직경을, 냉매가 아래로 흐르는 경우의 냉매관내의 냉매 유동홀의 직경과 달리 하는 것이 바람직 한바, 특히 상기 열교환기가 증발기에 사용되는 경우에는 냉매가 위로 흐르는 경우의 냉매관내의 냉매 유동홀의 직경을, 냉매가 아래로 흐르는 경우의 냉매관내의 냉매 유동홀의 직경보다 작게 하는 것이 바람직하고, 반대로 상기 열교환기가 응축기에 사용되는 경우에는 냉매가 위로 흐르는 경우의 냉매관내의 냉매 유동홀의 직경을, 냉매가 아래로 흐르는 경우의 냉매관내의 냉매 유동홀의 직경보다 크게 하는 것이 바람직하다.

이때 상기의 직경의 차이에 있어서는 적은 직경의 냉매관에 대하여, 큰 직경의 냉매관은 그 직경을 1.2 ~ 3배로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 냉매관의 수를 달리한 마이크로채널 열교환기는, 냉매의 흐름 방향에 따라 격벽의 간격을 달리하도록 하므로써 열교환기내에서 균일하게 냉매가 흐르도록 하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 또 다른 효과는 열교환기의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 중공이 형성되어 냉매가 흐르는 수평 헤더;

   상기 수평 헤더에 삽입되어 상기 헤더 내에 흐르는 냉매가 분배되도록 하며, 상측으로 흐르는 냉매관과, 하측으로 흐르는 냉매관이 포함되고, 상기 상측으로 흐르는 냉매관의 수가 하측으로 흐르는 냉매관의 수보다 많으며, 상기 상측으로 흐르는 냉매관의 직경과 하측으로 흐르는 냉매관의 직경이 다른 냉매관군;

   상기 헤더 내의 냉매관 사이에 설치되어 냉매의 흐름 방향을 변경시키는 격벽;이 포함되는 마이크로 채널 열교환기.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 하측으로 흐르는 냉매관의 직경이 상측으로 흐르는 냉매관의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 열교환기.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 큰 직경의 냉매관은 작은직경의 냉매관에 대하여 직경을 1.2 ~ 3배로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 열교환기.

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