KR100717774B1 - 냉동사이클의 모세관 열교환 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조는, 냉매가 압축되는 압축기와, 상기 압축기에 연결되어 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기에 연결되어 냉매가 팽창되는 모세관과, 상기 모세관에 연결되어 냉매가 팽창되는 증발기를 구비하고, 상기 증발기의 출구측 냉매관에는 하나의 입수공과 출수공이 각각 형성된 소정 길이의 열교환용 튜브가 기밀성 있게 결합되고, 상기 모세관의 일부분이 상기 열교환용 튜브의 입수공 및 출수공을 통과하여 튜브의 내부로 삽입되고 상기 입수공와 출수공은 열교환용 튜브와 밀봉결합됨으로써 모세관을 유동하는 냉매와 증발기 출구측의 냉매가 상호 열교환된다. 상기와 같은 냉동사이클의 모세관 열교환 구조는 모세관을 통과하여 증발기로 유입되는 고온의 냉매와 증발기 출구의 저온의 냉매가 열교환용 튜브에서 상호 열교환됨으로써 증발기 입구의 냉매가 보다 낮은 엔탈피를 갖게 되고, 따라서 증발기에서 더욱 많은 열을 흡수함으로써 냉동 효율이 향상된다. 또한 증발기 출구의 냉매의 건도를 증가시켜 압축기에 캐비테이션 등의 부작용이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 응축기 출구의 냉매관에 열교환용 튜브를 연결하여 모세관의 일부를 그 내부로 통과시키는 간단한 구성에 의하여 냉동 효율 향상 및 건도 증가 효과를 제공할 수 있으므로, 제작단가가 줄어들고 장치의 컴팩트화에 기여할 수 있는 이점을 제공한다.

Description

냉동사이클의 모세관 열교환 구조{Heat exchange structure for capillary tube of refrigeration cycle}

도1은 본 발명에 따른 모세관 열교환 구조가 적용되는 냉동사이클의 일 예에 대한 구성도,

도2a 및 도2b는 본 발명에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조의 일 실시예의 사시도 및 단면도,

도3a 및 도3b는 본 발명에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조의 다른 실시예의 사시도 및 단면도,

도4a 및 도4b는 본 발명에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조의 또 다른 실시예의 사시도 및 단면도,

도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조의 또 다른 실시예의 사시도 및 단면도,

도6은 본 발명에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조의 또 다른 실시예의 사시도,

도7은 종래 기술에 따른 냉동사이클의 구성도이다.

본 발명은 냉장고 등에 사용되는 냉동사이클의 모세관 열교환 구조에 관한 것이다.

냉매순환식 냉동사이클은 냉매가 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기로 이루어진 폐회로를 순환한다. 즉 저압 기상의 냉매는 압축기에서 압축된 다음 고압 기상으로 응축기로 전달되어, 여기서 열을 방출함으로써 액상으로 응축된다. 응축된 냉매는 팽창기를 거치면서 감압 팽창되어 증발기로 공급되고, 냉매는 증발기에서 외부로부터 열을 흡수하여 증발된 후 압축기로 복귀된다.

상기와 같은 냉동사이클은 응축기에서 냉매의 냉각이 원활하게 이루어지지 않은 냉매가 팽창기를 거쳐 증발기로 유입됨으로써 증발기에서 증발되는 냉매가 증발기 주위로부터 충분한 열량을 흡수할 수 없게 되어 냉방 효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한 증발기에서 냉매의 증발이 원활하게 이루어지지 않아 냉매의 건도가 낮은 상태로 압축기에 유입됨으로써 압축기에서 냉매를 습압축하게 되어 압축기에 캐비테이션 등이 발생하여 압축기의 수명을 저하시키는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 한국 특허 제2001-0060533호에 개시된 냉동사이클은 도7에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기(130)와, 냉매를 증발시키는 증발기(230)와, 응축기(130)로부터 증발기(230)를 향해 유동하는 냉매를 감압 팽창하는 팽창기(150)와, 팽창기(150)를 나온 냉매와 증발기(230)를 나온 냉매를 상호 열교환하는 내부열교환기(170)로 구성된다. 상기 내부열교환기(170)는 밀폐용기 형태의 케이싱(190)으 로 이루어지며, 케이싱(190) 내에는 응축기(130)로부터의 냉매가 통과하는 열전도성 코일도관(210)이 수용되어 있고, 케이싱(190)에는 증발기(230)로부터의 냉매가 유입 및 유출되는 유입구(190a)와 유출구(190b)가 마련된다.

그러나 상기와 같은 종래기술에 따른 냉동사이클은 사이클을 구성하는 필수구성요소인 압축기, 응축기, 증발기 및 팽창기 이외에 케이싱과 코일도관으로 이루어지는 내부열교환기를 더 설치하여야 하므로, 장치의 구성이 복잡하여 제작단가가 증가할 뿐만 아니라 장치의 컴팩트화를 구현하기 어려워 실용성이 현저하게 저하된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 모세관에 흐르는 냉매와 증발기 출구의 냉매를 극히 간단한 구성으로 상호 열교환시킴으로써 냉방효율을 향상시키고 압축기의 수명을 연장시킬 수 있는 냉동사이클의 모세관 열교환 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조는, 냉매가 압축되는 압축기와, 상기 압축기에 연결되어 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기에 연결되어 냉매가 팽창되는 모세관과, 상기 모세관에 연결되어 냉매가 팽창되는 증발기를 구비하고, 상기 증발기의 출구측 냉매관에는 하나 이상의 입수공과 출수공이 각각 형성된 소정 길이의 열교환용 튜브가 기밀성 있게 결합되고, 상기 모세관의 일부분이 상기 열교환용 튜브의 입수공 및 출수공을 통과하여 튜브의 내부로 삽입되고 상기 입수공와 출수공은 열교환용 튜브와 밀봉결합됨으로써 모세관을 유동하는 냉매와 증발기 출구측의 냉매가 상호 열교환되는 것을 특징으로 한다.

상기 입수공과 출수공은 상기 열교환용 튜브의 일측과 타측을 열교환용 튜브의 원주방향을 따라 소정길이 만큼 절개하고, 그 절개부를 열교환용 튜브의 방사선 방향의 바깥쪽 또는 안쪽으로 확장 또는 축소시킴으로써 제공되는 것이 바람직하다.

상기 입수공과 출수공은 상기 열교환용 튜브의 양단부에 상기 모세관의 단면 형상에 대응되는 형상의 돌출부를 각각 형성하고 상기 열교환용 튜브의 양단부를 증발기 출구측 냉매관에 용접결합함으로써 제공되는 것이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 모세관 열교환 구조가 적용되는 냉동사이클의 일 실시예에 대한 구성도이다. 도시된 바와 같은 본 실시예에 따른 냉동사이클은 냉매가 압축되는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)에 연결되어 냉매가 응축되는 응축기(12)와, 상기 응축기(12)에 연결되어 냉매가 팽창되는 모세관(14)과, 상기 모세관(14)에 연결되어 냉매가 팽창되는 증발기(16)를 구비한다.

도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 상기 증발기의 출구측 냉매관(20a, 20b)에는 소정 길이를 가진 중공원통 형상의 열교환용 튜브(30)가 기밀성 있게 용접 결합된다. 즉 열교환용 튜브(30)의 양단부(30a, 30b)가 냉매관(20a, 20b)의 양측 단 부에 각각 용접 결합된다. 상기 냉매관(20a, 20b)은 구리로 제작되는 반면에, 상기 열교환용 튜브(30)는 알루미늄 재질로 만들어지는 것이 바람직하다.

상기 열교환용 튜브(30)의 일측과 타측에는 하나 이상의 입수공(31)과 출수공(32)이 각각 형성된다. 상기 입수공(31)과 출수공(32)은 모세관(14)의 단면 형상에 대응되는 형상으로 만들어지는 것이 바람직하다. 상기 열교환용 튜브(30)의 길이 및 상기 입수공(31)과 출수공(32) 사이의 거리는 냉매의 열교환 효과를 고려하여 당업자가 적절한 크기로 설정할 수 있다.

또한 모세관(14)은 일부분이 상기 열교환용 튜브(30)의 입수공(31) 및 출수공(32)을 통과하여 튜브(30)의 내부로 삽입된다. 한편 상기 입수공(31)와 출수공(32)은 모세관(14)의 외측면과 밀봉 결합된다. 이에 의하여 모세관(14)을 유동하는 냉매와 증발기(16) 출구측의 냉매가 상호 열교환된다.

이하에서 상기와 같은 구성을 가진 본 실시예에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조의 작용효과를 설명한다.

압축기(10)에서 압축된 고온 고압의 기체 상태의 냉매는 응축기(12)를 통하여 열을 외부로 방출하면서 액체 상태로 응축된다. 상기 액상의 냉매는 모세관(14)을 통과하면서 단열 팽창하여 온도가 저하된다. 한편 모세관(14)을 통과하는 냉매는 열교환용 튜브(30)의 내부로 유입됨으로써 증발기(16) 출구의 냉매관(20a, 20b)을 유동하는 저온의 기체 상태의 냉매와 열교환이 이루어져 온도가 저하된다. 따라서 모세관(14)을 통과하여 증발기(16)로 유입되는 냉매가 과냉각됨으로써 증발기(16) 입구에서 냉매가 보다 낮은 엔탈피를 갖게 되고, 따라서 증발기에서 더욱 많은 열을 흡수할 수 있어서 냉동 효율이 향상된다.

한편 증발기(16)를 통과하면서 열을 흡수하여 기체 상태로 변한 저온 냉매는 냉매관(20a, 20b)을 통하여 압축기로 복귀한다. 이때 증발기(16) 출구의 저온 냉매는 열교환용 튜브(30)를 거치면서 모세관(14)을 흐르는 고온의 냉매로부터 열을 전달받게 된다. 따라서 증발기에서 기화가 충분히 이루어지지 않아 기화되지 못한 액상의 냉매가 완전히 기화될 수 있고, 따라서 압축기(10)로 유입되는 냉매의 건도를 증가시킴으로써 압축기(10)에 캐비테이션 등의 부정적인 기능이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도3a 및 도3b 그리고 도4a 및 도4b는 본 발명에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조의 다른 실시예들을 도시한 것이다. 본 실시예에 따른 모세관 열교환 구조는 열교환용 튜브의 입수공과 출수공의 성형 구조가 상이한 점을 제외하고 도2a 및 도2b에 도시된 실시예와 동일한다.

즉 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같이, 열교환용 튜브(40)의 일측과 타측을 열교환용 튜브(40)의 원주방향을 따라 소정길이 만큼 절개한다. 그리고 상기 절개부를 열교환용 튜브(40)의 방사선 방향의 바깥쪽으로 확장시킴으로써 열교환용 튜브(40)의 길이방향을 따라 돌출된 입수공(41)과 출수공(42)이 형성된다.

또한 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이, 열교환용 튜브(50)의 일측과 타측을 열교환용 튜브(50)의 원주방향을 따라 소정길이 만큼 절개한다. 그리고 상기 절개부를 열교환용 튜브(50)의 방사선 방향의 안쪽으로 축소시킴으로써 열교환용 튜브(50)의 길이방향을 따라 만곡된 입수공과 출수공이 형성된다.

도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조의 또 다른 실시예들을 도시한 것이다. 본 실시예에 따른 모세관 열교환 구조는 열교환용 튜브의 입수공과 출수공의 성형 구조가 상이한 점을 제외하고 도2a 및 도2b에 도시된 실시예와 동일한다.

본 실시예에 따른 모세관 열교환 구조에서는 상기 입수공(61)과 출수공(62)을 형성하기 위하여 상기 열교환용 튜브(60)의 양단부에 모세관(14)의 단면 형상에 대응되는 형상의 돌출부(61, 62)를 각각 형성한다. 그리고 상기 열교환용 튜브(60)의 양단부를 증발기 출구측 냉매관(20a, 20b)에 용접결합함으로써 상기 2개의 돌출부가 입수공(61)과 출수공(62)으로서 기능하게 된다.

도2 내지 도5에 따른 실시예들에 있어서 열교환용 튜브(30)(40)(50)(60)의 입수공(31)(41)(51)(61) 및 출수공(32)(42)(52)(62)과 모세관(14)은 용접 등에 의하여 견고하게 결합함으로써, 냉매관 및 열교환용 튜브를 유동하는 냉매가 밖으로 누출되지 않도록 한다.

상기와 같은 실시예에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조는 열교환용 튜브와 모세관 사이의 결합력이 증가되고 밀봉성과 내구성이 크게 향상될 수 있어서 제품의 신뢰성이 향상된다.

본 명세서 및 도면에 기재된 사항은 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 예시적으로 제시된 것으로서, 본 발명의 보호범위가 이들 사항에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 예를 들어 본 명세서 및 도면에서는 증발기 출구의 냉매관의 일부를 절개하고 이 절개부에 별도의 열교환용 튜브를 용접결합한 실시예를 들어 설 명하였으나, 도6에 도시된 바와 같이 증발기 출구의 냉매관(20)을 절개하지 않고 입수공(20a)과 출수공(20b)을 형성함으로써 모세관(14)이 상기 입수공과 출수공을 통하여 냉매관의 내부로 삽입되어 열교환이 이루어지도록 구성할 수도 있다.

본 발명에 따른 냉동사이클의 모세관 열교환 구조는 모세관을 통과하여 증발기로 유입되는 고온의 냉매와 증발기 출구의 저온의 냉매가 열교환용 튜브에서 상호 열교환됨으로써 증발기 입구의 냉매가 보다 낮은 엔탈피를 갖게 되고, 따라서 증발기에서 더욱 많은 열을 흡수함으로써 냉동 효율이 향상된다. 또한 증발기 출구의 냉매의 건도를 증가시켜 압축기에 캐비테이션 등의 부작용이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

특히 본 발명에 따르면, 응축기 출구의 냉매관에 열교환용 튜브를 연결하여 모세관의 일부를 그 내부로 통과시키는 간단한 구성에 의하여 냉동 효율 향상 및 건도 증가 효과를 제공할 수 있으므로, 제작단가가 줄어들고 장치의 컴팩트화에 기여할 수 있는 이점을 제공한다. 아울러 모세관과 열교환용 튜브의 사이의 결합력이 현저하게 증가하므로 제품의 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 냉매가 압축되는 압축기와, 상기 압축기에 연결되어 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기에 연결되어 냉매가 팽창되는 모세관과 상기 모세관에 연결되어 냉매가 팽창되는 증발기를 구비하는 냉동사이클의 모세관 열교환 구조에 있어서,

   상기 증발기의 출구측 냉매관에는 하나 이상의 입수공과 출수공이 각각 형성된 소정 길이의 열교환용 튜브가 기밀성 있게 결합되고,

   상기 모세관의 일부분이 상기 열교환용 튜브의 입수공 및 출수공을 통과하여 튜브의 내부로 삽입되고 상기 입수공와 출수공은 열교환용 튜브와 밀봉결합됨으로써 모세관을 유동하는 냉매와 증발기 출구측의 냉매가 상호 열교환되며,

   상기 입수공과 출수공은 상기 열교환용 튜브의 일측과 타측을 열교환용 튜브의 원주방향을 따라 소정길이 만큼 절개하고, 그 절개부를 열교환용 튜브의 방사선 방향의 바깥쪽 또는 안쪽으로 확장 또는 축소시킴으로써 제공되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클의 모세관 열교환 구조.
3. 냉매가 압축되는 압축기와, 상기 압축기에 연결되어 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기에 연결되어 냉매가 팽창되는 모세관과 상기 모세관에 연결되어 냉매가 팽창되는 증발기를 구비하는 냉동사이클의 모세관 열교환 구조에 있어서,

   상기 증발기의 출구측 냉매관에는 하나 이상의 입수공과 출수공이 각각 형성된 소정 길이의 열교환용 튜브가 기밀성 있게 결합되고,

   상기 모세관의 일부분이 상기 열교환용 튜브의 입수공 및 출수공을 통과하여 튜브의 내부로 삽입되고 상기 입수공와 출수공은 열교환용 튜브와 밀봉결합됨으로써 모세관을 유동하는 냉매와 증발기 출구측의 냉매가 상호 열교환되며,

   상기 입수공과 출수공은 상기 열교환용 튜브의 양단부에 상기 모세관의 단면 형상에 대응되는 형상의 돌출부를 각각 형성하고 상기 열교환용 튜브의 양단부를 증발기 출구측 냉매관에 용접결합함으로써 제공되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클의 모세관 열교환 구조.

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