KR100704769B1 - 수액기 및 바이패스 유로를 갖는 응축기 - Google Patents

Abstract

응측기(30)는 평행하게 배치되는 한 쌍의 제1,2헤더(33,34)를 포함하며, 다수의 플랫튜브(36)의 양단부는 제1,2헤더에 결합된다. 인접하는 플랫튜브들 사이에는 다수의 코루게이트 핀(38)이 개재되며, 제1,2헤더에는 배플들(42)이 형성되어 다수의 냉매유로를 형성하게 된다. 또한 배플들은 제1 및 제2헤더의 내부를 각각 네 개의 격실(50,52,54,56,58,60)으로 분할하며 제2헤더의 격실에는 소통로(46,48)가 형성된다. 제2헤더에는 수액기(40)가 형성된다. 제1헤더에는 유입파이프(64)와 유출파이프(66)가 형성된다. 유입된 냉매는 냉매유로들을 흐르면서 일차적으로 제2헤더에서 기상과 액상의 냉매가 분리되게 되며 응축된 냉매는 수액기(40)에 저장된다. 수액기(40)에 저장된 냉매는 제2헤더의 하단부에 형성된 소통로를 통해 과냉각의 냉매유로로 유입된 다음 유출파이프를 통해 응축기로부터 배출된다.

Description

수액기 및 바이패스 유로를 갖는 응축기{Condenser with receiver and bypass passage}

도 1은 종래의 응축기를 보여주는 도면,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수액기 및 바이패스 유로를 갖는 응축기의 전체 단면도,

도 3은 도 2의 응축기에서의 냉매의 흐름을 보여주기 위한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

30 : 응축기 32 : 제1헤더

34 : 제2헤더 36 : 플랫튜브

40 : 수액기 42 : 배플

46,48 : 소통로

본 발명은 열교환기에 관한 것으로, 상세하게는 차량용 응축기에 관한 것이다.

종래의 차량용 응축기로는 냉매가 유입되어 유출될 때 까지 응축기 내부에 형성된 다수의 냉매유로들을 따라 지그재그(zigzag)형태로 흐르게 되는 병렬 유동형(parallel flow type) 내지 다중 유동형(muiti flow type) 응축기가 사용되고 있다. 이와 같은 종래 기술상의 응축기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 상호간 병렬로 정렬되는 다수의 플랫튜브(flat tube)(11)와 인접하는 튜브들(11)사이에 교대로 개재되는 다수의 코루게이트 핀(corrugated fins)(12)을 포함한다. 플랫튜브들(11)은 일단부에서 제1헤더(header)(13)에 그리고 타단부에서 제2헤더(14)에 연결된다. 응축기(10)는 또한 최외각부에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트(side plate)(20, 21)를 포함한다. 헤더들(13,14) 각각의 양단부에는 블라인드 캡(blind cap)(17,18)에 의해 밀폐된다. 제1헤더(13)의 상부에는 유입파이프(inlet pipe)(15)가 연결되며 그 하부에는 유출파이프(outlet pipe)(16)가 연결된다. 도 1에는 유입 및 유출파이프(15)(16)가 모두 제1헤더(13)에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 유출파이프(16)는 제2헤더(14)에 연결할 수도 있다. 이와 같은 유입/유출파이프의 위치는 다중유로의 형성 개수에 다라 결정될 것이다.

제1 및 제2헤더(13,14) 각각의 내부에는 배플(baffle)(19)이 배치되어 다수의 냉매유로(refrigerant flow paths or pass)를 정하게 되며 또한 각각의 냉매유로는 다수의 플랫튜브(11)에 의해 정해진다. 도 1에서는 4개의 유로가 형성되는 예를 보여주고 있으며 냉매 유로의 수는 배플의 수를 조절함으로써 변화시킬 수 있을 것이다. 다중유동형 응축기에서는 냉매가 유입파이프(15)를 통해 제1헤더(13)에 유입된 후 유출파이프(16)를 통해 배출될 때까지 냉매 유로들은 지그재그 형태로 유동하게 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 응축기에 의해 응축되어 액상으로 변화된 냉매는 응축기(10)의 유출파이프(16)에 도관을 통해 연결된 수액기(22)로 보내져 저장된다. 수액기(22)는 일정량의 냉매를 저장하고 있으므로 열교환 부하에 따라 급격히 변동하게 되는 전체 냉매 순환량의 변동에 적절히 대처할 수 있게 된다. 또한 수액기(22) 내부에는 통상 건조제 및 필터가 내장되어 있어 응축기에 의해 액상으로 응축된 냉매로부터 수분이나 먼지 등을 제거하게 된다.

이와 같이 종래의 냉매순환회로에 있어서는 응축기와 수액기를 별도로 제작하여 도관에 의해 연결시키고 있으므로 불필요한 설치공간을 차지하게 되고 또한 부품수 증가에 따른 비용 상승의 단점이 있게 된다. 또한 응축기 내부의 일정 면적을 기체와 액체의 두 상의 냉매가 공존하면서 지그재그 형태로 흐르게 되므로 응축기 내에서 기액의 분리를 이용한 응축효과는 기대할 수 없게 된다.

본 발명의 목적은 응축기를 이루는 한 쌍의 헤더 중 어느 하나에 수액기를 형성하고, 응축기 내의 냉매유로들을 지나면서 응축이 진행된 냉매로부터 헤더들 내에서 일차적으로 배플 호울에 의해 기상과 액상의 냉매를 분리하게 되며, 수액기가 형성된 헤더와 수액기 사이에 형성된 냉매의 소통로를 통해 응축된 냉매를 수액기로 유출시켜 이 수액기내에서 재차 기상과 액상의 냉매를 분리함으로써 응축기로부터 배출되는 냉매는 액상의 상태를 유지하도록 하는 다단 기액분리형 응축기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 배플수단에 호울을 형성하여 액냉매가 헤더내의 격실과 격실사이로 바이패스되게 함으로써 냉매유로의 수, 유로면적, 호울크기 조절을 통하여 응축기 전체를 통해 냉매의 유속을 최적화하고 그에 따라 응축기의 열교환효율을 개선시킬 수 있는 응축기를 제공함에 있다.

본 발명은 서로 병렬로 배치되는 제1 및 제2헤더; 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치되며, 각각의 양단부에서 상기 제1헤더와 상기 제2헤더에 결합되는 다수의 플랫튜브; 상기 플랫튜브들의 인접하는 플랫튜브사이에 개재되는 다수의 코루게이트 핀; 상기 제1,2헤더내에 배치되어 각각의 헤더를 다수의 격실로 분할하며 상기 다수의 격실들은 상기 플랫튜브들과의 관계에서 다수의 냉매유로를 정하게 되는 다수의 배플; 상기 제1헤더의 상부 격실에 형성되는 냉매유입구; 상기 제1,2헤더중 어느 하나에 연결됨과 아울러 냉매 필터수단을 포함하는 수액기; 상기 제1,2헤더중 어느 하나 또는 상기 수액기에 형성되는 냉매유출구; 상기 냉메유로들을 지나면서 응축된 액상의 냉매를 동일한 헤더내의 격실과 격실사이로 바이패스시키기 위해 상기 배플들에 형성된 호울들; 및 상기 냉매는 응축기 내부를 흐르면서 액상으로 응축된 다음 상기 헤더와 상기 수액기 사이에 냉매의 소통을 제공하는 소통로를 통해 유입된 다음 상기 수액기로부터 냉매의 소통로를 통해 마지막 냉매유로를 흐르면서 과냉각되는 것;을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 응축기의 전체 단면도로서, 응축기(30)는 서로 평행하게 배치되는 제1헤더(32) 및 제2헤더(34)를 포함한다. 제1,2헤더(32,34)는 두 개의 구성요소로 이루어진 것으로 도 2에 도시되어 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 헤더들(32,34)이 두 개의 구성요소로 이루어진 경우 각각의 헤더는 통상 플랫튜브가 삽입되는 하부 부분과 냉매유입을 위한 파이프 등이 연결되는 상부 부분(2 pieces)으로 이루어지며 두 부분이 결합될 경우 통상 타원형의 단면 형상을 갖게 된다.

그러나, 본 발명에 따른 응축기(30)에 사용되는 헤더들은 이에 제한되는 것은 아니며 실린더 형상의 헤더를 또한 사용될 수 있음은 물론이다.제1헤더(32)와 제2헤더(34)사이에는 다수의 플랫튜브들(36)이 서로 병렬로 배치되어 플랫튜브들 각각의 양단부는 제1,2헤더(32,34)에 형성된 슬롯들(slots)을 통해 헤더들에 결합된다.

플랫튜브들 사이에는 다수의 코루게이트 핀(38)이 개재된다. 제2헤더(34)에는 수액기(40)가 형성된다. 응축기(30)는 또한 최외각부에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트(70)(side plate)를 포함한다. 제1헤더(32)와 수액기(40)를 갖는 제2헤더(34)의 양단부는 블라인드 캡(blind cap)(68)에 의해 밀폐된다.

제1,2헤더(32,34)에는 배플들(baffles)(42)이 배치되어 제1,2헤더(32,34)와 다수의 플랫튜브들과의 관계에 의해 다수의 냉매유로(refrigerant pass)를 정하게 된다. 이와 같이 배플을 헤더들(32,34)에 배치하여 격실들을 형성함으로써 냉매는 응축기 내부를 냉매유로들을 통해 지그재그 형태로 흐르게 된다. 제1헤더(32)와 제2헤더(34) 각각에는 두 개씩의 배플(42)이 형성된 것으로 도시되어 있으며, 배플의 수를 조절함으로써 냉매유로의 수를 변화시킬 수 있을 것이다. 제1헤더(32)에 형성되는 두 개의 배플은 제1헤더 내부를 상부격실(52), 중부격실(50) 및 하부격실(54)로 나누게 된다. 제2헤더(34)와 수액기(40)는 격벽(39)(이는 제2헤더 의 외주면의 일부에 해당함)에 의해 각각의 공간부를 형성하도록 구분된다. 제2헤더(34)에 형성되는 두 개의 배플(42)은 제2헤더(34) 내부를 상측격실(58), 중간격실(56) 및 하측격실(60)로 나누게 된다.

제2헤더(34)의 중간 및 하측격실(56,60)에는 각기 중앙소통로(48) 및 하부소통로(46)가 형성되며 상측격실(58)에도 상부소통로가 형성될 수도 있다. 이 소통로들(46,48)을 통해 제2헤더(34)와 수액기(40)는 상호 연통이 되므로 제2헤더로부터 수액기쪽으로 그리고 수액기(40)로부터 제2헤더(34)쪽으로 냉매의 소통이 이루어진다. 또한 격벽(39)과 이 격벽에 결합되는 수액기(40)에 의해 제2헤더(34)로부터 유출되는 냉매를 저장할 수 있는 수액실(62)이 형성된다.

상부격실(52)이 형성된 제1헤더(32)에는 냉매유입을 위한 유입파이프(64)가 형성되며 제1헤더(32)의 하부, 즉 하부격실(54)이 형성된 곳에는 냉매의 유출을 위한 유출파이프(66)가 형성된다.

헤더들(32,34)의 격실과 격실사이를 구획하는 배플에 바이패스유로가 형성된다. 즉, 배플들(42) 각각에는 비교적 작은 호울(42a)이 형성되어 이 호울들(42a)을 통해 응축된 액상의 냉매중 일부는 개개의 헤더내에서 격실과 격실사이로 직접 바이패스된다.

액상의 냉매만을 바이패스시키고 기상의 냉매가 통과되는 것을 효율적으로 방지하기 위해서는 호울(42a)의 크기는 비교적 작은 것이 좋으며, 바람직하게는 모세관 작용을 할 수 있도록 형성하는 것이 좋다.

도 3은 도 2의 본 발명 응축기에서의 내매의 흐름을 보여주기 위한 개략도로서 도 2와 도 3을 함께 참조하면, 이 실시예에서는 4개의 냉매유로가 형성이 된다. 냉매유로들 각각은 배플들(42)에 의해 구분되는 헤더들(32,34)의 격실들(50,52,54, 56,58,60)과 그에 배치되는 다수의 플랫튜브들(36)에 의해 정해진다. 제1헤더(32)의 상부결실(52)에는 유입파이프(64)가 형성이 되므로, 냉매는 제1헤더(32)의 상부격실(52)과 이 상부격실(52)에 배치된 다수의 플랫튜브를 통해 제2헤더(34) 방향으로 냉매유로(P1)가 형성된다.

그런 다음 냉매는 U-턴되어 제1헤더(32)쪽으로 흐르게 되며 이와 같이 지그재그 형태로 응축기 내부를 흐르게 된다. 냉매는 액상으로 바뀌어 제2헤더(34)의 중간격실(56)에 형성된 소통로(48)를 통해 수액기(40)로 유입된 다음 하측격실(60)에 형성된 소통로(46)를 통해 마지막 냉매유로를 흐르면서 과냉각된다.

이때, 각 냉매유로를 흐르는 동안 액상으로 응축된 액냉매가 계속해서 다음의 냉매유로를 통해 흐를 경우 응축기 전체적인 면에서 보아 냉매의 유속을 저하시키게 되고 그에 따라 전체적인 열교환성능을 떨어뜨리게 된다. 그러므로 응축된 액냉매를 배플들(42)에 형성된 호울들(42a)에 의해 냉매유로의 조정 및 유로면적조정, 호울크기조정 등을 통해 개개의 헤더내에서 하부쪽으로 직접 흐르게 함으로써 유속을 최적화할 수 있게 되며 또한 응축기의 열교환 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

과 냉각영역을 이루는 마지막 냉매유로를 흐르는 냉매는 액상의 상태로 흐르게 되는데, 이는 수액기(40)의 수액실(62)에 저장되는 냉매는 응축기(30)의 응축영역을 지나면서 충분히 액상으로 변화하게 되기 때문이다. 또한 액상의 냉매는 수액 기(40)로부터 하부소통로(46)를 통해 제2헤더(34)의 하측격실(60)로 유출되게 되는데, 이 하부소통로(46)의 크기를 충분히 작게 형성할 경우에는 수액기(40)로부터 과냉각 영역으로 냉매가 급격히 흐르게 되는 것을 제어하게 된다. 수액실(62)에 기상의 냉매가 혼합되어 있다 하더라도 하부소통로(46)를 통해 유출되기는 어렵기 때문이다. 따라서, 과냉각 영역에는 거의 기상의 냉매가 유입되지 않게 된다. 나아가, 수액기(40)에는 응축과정을 통해 액상으로 변화된 냉매가 수액기(40)의 내부 저면으로부터 일정 양 만큼 저장되어 있으며 수액기 내부에서 열교환을 통해 재응축된다. 그리고 도시하지 않았지만 수액기(40)의 하단부 부근에 건조제 및 필터를 배치하게 되면 수분이나 먼지 등이 제거된 액상의 냉매만이 과냉각 영역을 흐르게 된다.

도 2,3의 실시예에서, 제2헤더(34)와 수액기(40)사이에 형성되는 소통로들의 크기는 임의적으로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 격실의 크기보다 작게 형성하는 것이 좋다. 그리고, 각 소통로의 크기는 수치적으로 제한할 수도 있는데, 예로 응축기의 응축영역에 형성되는 소통로(이 실시예에서는 상부 및 중앙 소통로(48))는 호울(hole) 형태나 슬릿(slit)형태로 형성할 수 있으며, 호울 형태의 경우는 직경이 1-8mm가 되도록 형성하는 것이 좋다. 슬릿 형태의 경우는 슬릿에 의해 형성된 개구의 폭이 1-8mm가 되도록 하는 것이 좋으며 개구의 길이는 개구의 폭에 상응하여 적절하게 선택할 수 있을 것이다. 응축기(30)의 과냉각 영역에 형성되는 소통로(이 실시예에서는 하부 소통로(46)) 또한 호울이나 슬릿 형태로 할 수 있으며, 호울의 경우 그 직경은 8-13mm로 하는 것이 좋다. 슬릿 형태의 경우는 개구의 폭은 8-13mm로 유지하는 것이 좋으며 격실의 하단부측에 형성하는 것이 바람직하다.

그리고 소톨로들은 해당하는 각 격실에 있어서 격의 하단부측에 형성하는 것이 바람직하다.

이상에서 바람직한 실시예들에 따라 본 발명을 기술하였으나 당업자라면 첨부된 청구범위에서 정하고 있는 본 발명의 범위내에서 여러 가지 변형 및 수정을 할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 기액분리형 응축기에서는 응축기내를 흐르는 냉매가 헤더내에서 일차적으로 기액 상분리되며 또한 수액기에 의해 이차적으로 상분리 효과를 얻을 수 있게 된다.

본 발명에 따른 응축기에 의하면 응축기에 수액기가 형성되므로 별도로 수액기를 구성할 필요가 없이 열교환 부하의 변동에 따른 급격한 냉매 순환량 변화에 대처할 수 있게 된다. 또한 그에 다른 비용 절감의 효과가 얻어진다.

바이패스 유로를 통해서는 응축된 액상의 냉매가 냉매유로를 거치지 않고 헤더에 형성된 격실과 격실 사이로 바이패스되므로 응축기 내부에서의 냉매의 흐름상의 유동저항을 감소시키게 되고, 그에 따라 열교환 효율의 개선을 가져온다.

Claims (2)

1. 서로 병렬로 배치되는 제1 및 제2헤더;

   일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치되며, 각각의 양단부에서 상기 제1헤더와 상기 제2헤더에 결합되는 다수의 플랫튜브;

   상기 플랫튜브들의 인접하는 플랫튜브사이에 개재되는 다수의 코루게이트 핀;

   상기 제1,2헤더내에 배치되어 각각의 헤더를 다수의 격실로 분할하며 상기 다수의 격실들은 상기 플랫튜브들과의 관계에서 다수의 냉매유로를 정하게 되는 다수의 배플;

   상기 제1헤더의 상부 격실에 형성되는 냉매유입구;

   상기 제1,2헤더중 어느 하나에 연결됨과 아울러 냉매 필터수단을 포함하는 수액기;

   상기 제1,2헤더중 어느 하나 또는 상기 수액기에 형성되는 냉매유출구;

   상기 냉매유로들을 지나면서 응축된 액상의 냉매를 동일한 헤더내의 격실과 격실사이로 바이패스시키기 위해 상기 배플들에 형성된 호울들; 및

   상기 냉매는 응축기 내부를 흐르면서 액상으로 응축된 다음 상기 헤더와 상기 수액기 사이에 냉매의 소통을 제공하는 소통로를 통해 유입된 다음 상기 수액기로부터 냉매의 소통로를 통해 마지막 냉매유로를 흐르면서 과냉각되는 것;을 포함하는 수액기 및 바이패스 유로를 갖는 응축기.
2. 삭제

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