KR100581565B1 - 증발기의 냉매 분배장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증발기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건도가 작은 구간없이 증발기의 대부분 구간이 적절한 건도를 유지할 수 있도록 한 증발기의 냉매 분배장치에 관한 것으로서, 1개의 동파이프를 사형으로 반복 절곡하여 다단을 이루는 냉매관을 구성하고, 상기 냉매관에 다수의 냉각핀이 부착된 증발기에 있어서, 상기 냉매관의 입구를 통해 내부로 유입된 냉매로부터 액냉매를 분리하는 수단이 구비되고; 상기 기액분리수단에 의하여 추출된 액상의 냉매를 냉매관의 출구측에 주입할 수 있도록 구성함으로써 관내측 열전달 계수의 상승에 따른 증발효율 및 증발기의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
증발기, 냉매관, 분지관, 기액분리수단, 분지관, 리턴관

Description

증발기의 냉매 분배장치{A refrigerants distributing apparatus of an evaporator}
도 1은 일반적인 냉동사이클을 나타낸 계통도.
도 2는 도 1의 증발기를 확대 도시한 정면도.
도 3은 냉매의 건도에 따른 열전달 계수의 변화를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 의한 증발기의 냉매 분배상태를 개략적으로 도시한 예시도.
도 5는 본 발명의 요부를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 냉매 건도 변화를 나타낸 대비표.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:압축기 2:응축기
3:팽창기구
4:증발기
41:냉매관 41a:리턴부
42:냉각핀 43:기액분리수단
43a:분지관
본 발명은 증발기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건도가 작은 구간없이 증발기의 대부분 구간이 적절한 건도를 유지할 수 있도록 하여 관내측 열전달 계수의 상승에 따른 증발효율 및 증발기의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 증발기의 냉매 분배장치에 관한 것이다.
일반적으로 에어컨, 냉장고 등은 압축-응축-팽창-증발의 과정을 연속적으로 행하는 냉동사이클의 원리에 따라 냉매를 상태 변화시켜 실내를 냉방하거나 식품을 냉장 보관하게 된다.
도 1은 일반적인 냉동사이클을 나타낸 계통도이다.
통상 냉동사이클은 저온저압의 기체 상태로 된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태의 냉매로 변화시키는 압축기(1)와, 상기 압축기(1)에서 변화된 고온고압의 기체상태로 된 냉매를 외부공기와 열교환을 이루게 하여 상온고압의 액체상태의 냉매로 응축시키는 응축기(2)와, 상기 응축기(2)를 거친 상온고압의 액체상태의 냉매를 단열 팽창시켜 저온저압의 액체상태 냉매로 변화시키는 팽창기구(3)와, 상기 팽창기구(3)에서 변화된 저온저압의 액체상태의 냉매를 기체상태로 변화시키면서 외부의 열을 흡수하여 외부공기와 열교환을 이루는 증발기(4)로 구성된다.
그리고, 상기 냉동사이클은 냉매가스가 고압상태로 유지되어 순환하는 고압부(H)와, 냉매가스가 저압상태로 유지되어 순환하는 저압부(L)로 구분되는 것으로서, 상기 압축기(1)와 응축기(2)로 구성되는 부분이 고압부(H)에 해당되고, 상기 팽창기구(3)와 증발기(4)로 구성되는 부분은 저압부(L)에 해당되는 것이며, 압축기(1)가 작동하면서 냉매가스가 고압부(H)와 저압부(L)를 통해 사이클을 순환하면서 냉각 또는 냉방기능을 수행하게 되는 것이다.
도 2는 도 1의 증발기를 확대 도시한 정면도이다.
상기 증발기(4)는 주로 핀-관형 열교환기가 사용되는 것으로서, 1개의 동파이프를 사형(巳型)으로 반복 절곡하여 다단을 이루는 냉매관(41)으로 구성되고, 상기 냉매관(41)의 외측에 알루미늄 재질의 평판체로 된 다수의 냉각핀(42)이 일정 간격으로 고정된다. 여기서, 미설명 부호 41a는 리턴부이다.
이러한 증발기(4)는 팽창기구로부터 저온저압의 액체상태의 냉매가 유입되면, 이 유입된 저온저압의 액체상태 냉매는 사형으로 반복 절곡된 냉매관(41)을 통과하면서 외부공기와 열교환을 이루어 열을 흡수하게 되는데, 이때 냉각핀(42)에 의해서 외부공기와의 접촉면적이 확장되고, 증발기(4)의 내부로 유입된 저온저압의 액체상태의 냉매는 증발된 상태로 압축기측으로 순환된다.
이때, 상기 냉매관(41)의 입구를 통해 내부로 유입된 저온저압의 액체상태 냉매에 의해서 냉매관(41)의 입구측에 건도(乾度)가 작은 구간이 항상 존재하게 되는 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 건도가 큰 구간에서는 관내측 열전달 계수가 높고, 건도가 작은 구간에서는 관내측 열전달 계수가 작아진다.
통상적인 증발기의 경우, 전술한 바와 같이 냉매관(41)의 입구에서부터 출구까지 중간에 분류(分流)되지 않고 하나의 유동 경로를 지나므로 건도는 도 6에 도시된 바와 같이 입구에서 출구까지 일관되게 감소한다.
즉, 냉매의 건도는 냉매관의 입구에서 0.2일때, 점차 증가하여 출구에서 1.0으로 변화되는 것으로서, 상기한 바와 같이 냉매의 건도가 0.2 부근에서는 성층류로 되어 열전달 계수가 작은 구간이 항상 존재하게 됨으로써 증발효율 및 증발기의 성능 저하를 초래하는 문제점이 있었던 것이다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 창안된 것으로서, 그 목적은 건도가 작은 구간없이 증발기의 대부분 구간이 적절한 건도를 유지할 수 있도록 하여 관내측 열전달 계수의 상승에 따른 증발효율 및 증발기의 성능을 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 1개의 동파이프를 사형으로 반복 절곡하여 다단을 이루는 냉매관을 구성하고, 상기 냉매관에 다수의 냉각핀이 부착된 증발기에 있어서, 상기 냉매관의 입구를 통해 내부로 유입된 냉매로부터 액냉매를 분리하는 수단이 구비되고; 상기 기액분리수단에 의하여 추출된 액상의 냉매를 냉매관의 출구측에 주입할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한 증발기의 냉매 분배장치가 제공된다.
또한, 상기 기액분리수단은, 냉매관에서 상부측으로 곡선을 이루는 리턴부의 하부측에, 그 리턴부의 반대방향으로 작은 곡선을 이루는 분지관을 형성하여서 된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구성을 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 의한 증발기의 냉매 분배상태를 개략적으로 도시한 예시도이다.
통상적으로 열교환기의 튜브(Tube), 즉 팽창기구로부터 냉매관의 입구를 통해 내부로 유입된 저온저압의 액체상태 냉매는 그 입구에서 0.2의 건도를 갖다가 외부공기와 열교환을 이루면서 증발이 계속적으로 진행되어 출구에서 건도가 1.0이 된다.
이러한 증발기에 있어, 본 발명은 상기한 바와 같이 건도가 작은 구간, 즉 팽창기구로부터 저온저압의 액체냉매가 유입됨에 따라 건도가 작은 수 밖에 없는 증발기의 입구측 구간에서 그 유입되는 냉매로부터 액냉매를 추출하여 증발기의 출구측에 그 추출된 액냉매가 다시 주입되도록 하는 냉매 분배 구조를 갖도록 구성한 것으로서, 상기 액냉매의 추출은 도 5에 도시된 바와 같은 기액분리수단(43)에 의해서 이루어진다.
상기 기액분리수단(43)은 냉매관(41)에서 상부측으로 곡선을 이루는 리턴부(41a)의 하부측에, 상기 리턴부(41a)를 따라 작은 곡선을 이루는 분지관(43a)을 형성한 것이며, 상기 분지관(43a)의 단부측은 냉매관의 출구측에 연결되도록 구성한 것이다.
통상적으로 증발기의 입구에서는, 냉매의 흐름이 건도 0∼0.3을 갖는 성층류(Stratified flow)가 되어 액상의 냉매는 냉매관(41)의 하부측을 따라 흐르고, 기상의 냉매는 상부측을 따라 각각 분리되어 흐른다.
따라서, 냉매관(41)의 입구를 통해 내부로 유입된 냉매중에 상부측의 기체상태 냉매는 상부측으로 곡선을 이루는 냉매관(41)의 리턴부(41a)를 통해 흐르고, 하부측의 액체상태 냉매는 하부측으로 작은 곡선을 이루는 분지관(43a)을 따라 흐르게 됨으로써 기액분리에 따른 액냉매의 추출이 이루어지게 되는 것이며, 이 추출된 액냉매는 상기 분지관(43a)을 통하여 냉매관(21)의 출구측에 주입됨으로써 냉매의 분배가 이루어지게 되는 것이다.
이렇게 개선된 냉매 분배 구조에 의한 증발기의 건도를 살펴보면 도 6에 도시된 바와 같다.
즉, 냉매관의 입구에서 0.2의 건도를 갖는 냉매는 상기한 바와 같은 액냉매의 추출에 의해서 건도가 0.7로 상승되어 관내측 열전달 계수를 상승시키게 되는 것이며, 액냉매 주입에 의해 건도가 0.9에서 0.7로 하강된 후, 다시 냉매관의 출구에서 1.0의 건도를 갖게 되는 것으로서, 증발기의 대부분 구간에서 건도를 0.7∼0.9 사이로 유지할 수 있게 되므로 증발효율 및 응축기의 성능을 향상시킬 수 있게 되고, 여기서 추출된 액냉매가 냉매관의 출구측에 주입되면 냉매의 유량 증가에 따른 냉매의 압력 손실이 발생되므로 필요한 경우에 냉매관을 분지하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 건도가 작은 구간없이 증발기의 대부분 구간이 적절한 건도를 유지할 수 있도록 구성함으로써 관내측 열전달 계수의 상승을 기대할 수 있게 되고, 이에 따라 증발효율 및 증발기의 성능을 보다 향상시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.

Claims (2)

1개의 동파이프를 사형으로 반복 절곡하여 다단을 이루는 냉매관을 구성하고, 상기 냉매관에 다수의 냉각핀이 부착된 증발기에 있어서,
상기 냉매관의 입구를 통해 내부로 유입된 냉매로부터 액냉매를 분리하는 수단이 구비되고;
상기 기액분리수단에 의하여 추출된 액상의 냉매를 냉매관의 출구측에 주입할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한 증발기의 냉매 분배장치.
제1항에 있어서,
상기 기액분리수단은, 냉매관에서 상부측으로 곡선을 이루는 리턴부의 하부측에, 그 리턴부의 반대방향으로 작은 곡선을 이루는 분지관을 형성하여서 된 것을 특징으로 한 증발기의 냉매 분배장치.
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