KR100825709B1

KR100825709B1 - Heat exchanger

Info

Publication number: KR100825709B1
Application number: KR1020010060975A
Authority: KR
Inventors: 이준강; 안용귀
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2001-09-29
Filing date: 2001-09-29
Publication date: 2008-04-29
Also published as: KR20030027611A

Abstract

본 발명은 이산화탄소와 같이 온도에 따라 비체적의 차이가 큰 유체를 냉매로 사용하는 열교환기에 있어, 전체 무게를 줄이고, 소형화하기 위한 것으로, 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되며, 그 길이방향을 따라 각각 적어도 둘 이상의 독립된 격실을 구비하고, 각각이 구비한 상기 격실 중 인접한 적어도 두개의 격실들을 서로 연통되시킬 수 있는 리턴 홀을 구비하여 그 내부에서 냉매의 흐름이 역방향으로 전환되어 흐를 수 있는 제 1,2 헤더 파이프와, 상기 제 1 헤더 파이프에 형성되어 상기 냉매가 유입되는 유입관과, 상기 냉매의 흐름에 따라 상기 제 1 또는 제 2헤더 탱크에 형성되어 상기 냉매가 유출되는 유출관과, 상기 제 1,2헤더 파이프의 마주하는 격실들을 서로 연통시키는 것으로, 폭이 서로 다른 단위 튜브 열을 적어도 둘 이상 형성하되, 그 폭은 상기 각 단위 튜브 열의 내부를 흐르는 냉매 온도에 따라 달라지도록 하는 복수개의 방열 튜브를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 열교환기에 관한 것이다.The present invention is a heat exchanger using a fluid having a large difference in specific volume as a refrigerant, such as carbon dioxide, to reduce the overall weight and miniaturization, are arranged parallel to each other at a predetermined interval, along the longitudinal direction A first hole having at least two independent compartments, each having a return hole for communicating at least two adjacent ones of the compartments with each other, the refrigerant flowing in the reverse direction therein; A second header pipe, an inlet pipe formed in the first header pipe to introduce the refrigerant, an outlet pipe formed in the first or second header tank according to the flow of the refrigerant, and the refrigerant flowing out; Communicating the opposite compartments of the first and second header pipes with each other to form at least two unit tube rows of different widths; The width of the heat exchanger is characterized in that it comprises a plurality of heat dissipation tubes to vary depending on the refrigerant temperature flowing through the interior of each unit tube row.

Description

Heat exchanger

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열교환기의 사시도.1 is a perspective view of a heat exchanger according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 제 2헤더탱크의 일 실시예를 나타내는 부분 사시도.FIG. 2 is a partial perspective view showing an embodiment of the second header tank of FIG. 1. FIG.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열교환기의 튜브 형상을 설명하기 위한 부분 파단 사시도.Figure 3 is a partially broken perspective view for explaining the tube shape of the heat exchanger according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 튜브 형상을 설명하기 위한 단면도.4 is a cross-sectional view illustrating the tube shape of FIG. 3.

도 5는 튜브의 배치를 달리한 다른 일 실시예를 나타내는 단면도.Figure 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of a different arrangement of the tube.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열교환기에서 냉매의 온도에 따른 비체적 변화를 나타내는 그래프.Figure 6 is a graph showing the specific volume change with the temperature of the refrigerant in the heat exchanger according to an embodiment of the present invention.

도 7은 이산화탄소 냉동 사이클의 p-h 그래프.7 is a p-h graph of a carbon dioxide refrigeration cycle.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

10: 제 1헤더 파이프 12: 제 1격실10: first header pipe 12: first compartment

14: 제 2격실 20: 제 2헤더 파이프14: second compartment 20: second header pipe

22: 제 3격실 24: 제 4격실22: third compartment 24: fourth compartment

11,21: 캡 26: 리턴 홀11, 21: Cap 26: Return hole

30: 냉매 유입관 40: 냉매 유출관30: refrigerant inlet tube 40: refrigerant outlet tube

52: 제 1 튜브 열 54: 제 2 튜브 열 52: first tube row 54: second tube row

56: 미세관 60: 방열핀56: microtube 60: heat dissipation fin

본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소와 같이 초임계압력의 냉동사이클을 갖는 유체를 냉매로 사용하는 열교환기의 튜브 형상을 개선한 열교환기에 관한 것이다. The present invention relates to a heat exchanger, and more particularly, to a heat exchanger having an improved tube shape of a heat exchanger using a fluid having a supercritical pressure refrigeration cycle, such as carbon dioxide, as a refrigerant.

일반적으로 열교환기는 온도가 높은 유체와 온도가 낮은 유체가 열교환기 벽면을 통해 높은 온도에서 낮은 온도로 열을 전달함으로써 열교환을 행하는 장치이다. 이러한 열교환기를 구성요소로 하는 에어컨 시스템의 작동 매체로 지금까지는 주로 HFC 냉매가 사용되어 왔으나, 이러한 HFC 냉매는 지구 온난화의 주요 요인 중의 하나로 인식되어 그 사용에 대한 규제가 점차 확대되고 있다. 이러한 상황 하에서, HFC 냉매를 대체할 차세대 냉매로서 이산화탄소 냉매에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. In general, a heat exchanger is a device in which a high temperature fluid and a low temperature fluid transfer heat from a high temperature to a low temperature through a heat exchanger wall surface to perform heat exchange. Although HFC refrigerants have been mainly used as an operating medium of air conditioner systems having such heat exchangers, such HFC refrigerants are recognized as one of the main factors of global warming, and regulations on their use are gradually being expanded. Under these circumstances, research on carbon dioxide refrigerants as a next generation refrigerant to replace HFC refrigerants has been actively conducted.

이러한 차세대 냉매의 대표주자인 이산화탄소는 지구 온난화 지수(GWP)가 대표적인 HFC냉매인 R134a의 약 1300분의 1에 해당되며, 그 외에도 냉매로서 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 곧, 작동 압축비가 낮아 압축 효율이 우수하다는 점과, 열전달 성능이 매우 우수하여 2차 유체인 공기의 입구 온도와 냉매의 출구 온도 사이의 온도 차이가 기존의 냉매에 비해 훨씬 작아질 수 있다는 것이다. 이러한 장점을 이용하여 겨울철 낮은 외기 온도에서도 열을 뽑아 쓸 수 있으므로 여름철에는 냉방, 겨울철에는 난방 역할을 수행하는 히트펌프에도 적용 가능하다. Carbon dioxide, the representative of such next-generation refrigerants, corresponds to about one-third of R134a, a global warming index (GWP), is a representative HFC refrigerant. In addition, it has the following advantages as a refrigerant. In other words, the compression ratio is excellent due to the low operating compression ratio, and the heat transfer performance is very good so that the temperature difference between the inlet temperature of the secondary fluid air and the outlet temperature of the refrigerant can be much smaller than that of the conventional refrigerant. This advantage can be used to extract heat at low outside temperatures in winter, so it can be applied to heat pumps that perform cooling in summer and heat in winter.

또한, 이산화탄소는 체적냉방능력(증발잠열×기체밀도)이 기존의 냉매인 R134a의 7 내지 8배에 달하기 때문에 압축기의 용량을 크게 줄일 수 있으며, 표면 장력이 작아서 비등열전달이 우수하고, 정압비열이 크고 점도가 낮아 열전달 성능이 뛰어나므로 냉매로서 우수한 열역학적 특성을 갖고 있다. 또한, 냉동사이클의 측면에서 살펴보면 작동 압력이 기존에 비해 6 ~ 8 배(약 100 ~ 130 bar) 높아서, 열교환기 내부에서의 냉매의 압력 강하로 인한 손실이 기존 냉매에 비해 상대적으로 작게 되는 바, 압력강하는 크지만 열전달 성능이 우수한 것으로 알려진 미세관의 열교환기 튜브를 사용할 수 있다.In addition, since the carbon dioxide has a volume cooling capacity (evaporative latent heat x gas density) of 7 to 8 times that of the conventional refrigerant R134a, the capacity of the compressor can be greatly reduced. This large and low viscosity has excellent heat transfer performance and therefore has excellent thermodynamic properties as a refrigerant. In addition, when looking at the side of the refrigeration cycle operating pressure is 6 ~ 8 times (about 100 ~ 130 bar) higher than the conventional, the loss due to the pressure drop of the refrigerant in the heat exchanger is relatively small compared to the conventional refrigerant bar, It is possible to use a microtube heat exchanger tube which is known to have a large pressure drop but excellent heat transfer performance.

이렇게 이산화탄소를 냉매로 사용하는 열교환기는 크게 2가지 형태로 구분할 수 있는 데, 곧 멀티 패스(multi-pass)방식과 멀티 슬랩(multi-slab)방식이 그것이다. The heat exchanger using carbon dioxide as a refrigerant can be classified into two types, namely, a multi-pass method and a multi-slab method.

멀티 패스 방식은 헤더 탱크 내에 다수의 배플을 개재하여 튜브를 통해 유동되는 냉매의 패스 수를 증가시키는 것으로, 이는 열교환기 내에서의 냉매의 분포도는 좋으나 냉매가 쿨링될 때 냉매인 이산화탄소는 열교환기 내에서 응축과정이 없어 계속적으로 온도가 하강하게 되고, 이에 따라 열교환기 전체에서의 온도편차가 심해져 튜브와 핀을 통해 열교환기 표면을 따라 자체적으로 열흐름이 발생하는 문제가 생기게 된다. 이러한 열흐름은 냉매가 외부 유입공기와 열교환하는 것을 방해하게 되고 자연히 열교환 성능을 감소시키게 된다.The multi-pass method increases the number of passes of the refrigerant flowing through the tube through a plurality of baffles in the header tank. The distribution of the refrigerant in the heat exchanger is good, but carbon dioxide, a refrigerant when the refrigerant is cooled, is in the heat exchanger. There is no condensation at, which leads to a continuous drop in temperature, resulting in a severe temperature deviation across the heat exchanger, resulting in the heat flow itself along the surface of the heat exchanger through tubes and fins. This heat flow prevents the refrigerant from exchanging heat with the external inlet air and naturally reduces the heat exchange performance.

멀티 슬랩 방식은 튜브가 배열된 열을 복수개로 하여 냉매가 이 튜브 열을 지남에 따라 열교환을 행하도록 하는 것으로, 이는 상기 멀티 패스 방식과 같은 열흐름은 차단할 수 있어 이산화탄소를 냉매로 사용하는 열교환기에 보다 효과적이다. In the multi slab method, a plurality of rows of tubes are arranged so that the refrigerant exchanges heat as the tube passes through the heat of the tube, which can block heat flow as in the multi-pass method. More effective.

그러나, 이러한 이산화탄소의 냉동 사이클은 초임계(transcritical) 압력 사이클이기 때문에 증발 압력뿐만 아니라 개스 쿨링(gas-cooling) 압력이 기존의 사이클에 비해 6배 내지 8배(약 100 ~ 130 bar) 높다. However, since the refrigeration cycle of carbon dioxide is a transcritical pressure cycle, not only the evaporation pressure but also the gas-cooling pressure is 6 to 8 times higher (about 100 to 130 bar) than the conventional cycle.

이산화탄소를 냉매로 사용하는 열교환기에 있어서 외부 공기와의 열교환으로 인해 열교환기 내에서의 냉매의 온도가 감소하게 되고, 이에 따라 이산화탄소의 비체적도 감소하게 된다. 이산화탄소 냉매의 경우 이러한 비체적의 차이는 매우 커서 온도가 약 110℃ 이상인 냉매 유입관에서의 이산화탄소의 비체적은 온도가 약 50℃ 정도인 냉매 유출관에서의 이산화탄소의 비체적의 약 3배에 달하게 된다. In a heat exchanger using carbon dioxide as a refrigerant, the temperature of the refrigerant in the heat exchanger decreases due to heat exchange with external air, thereby reducing the specific volume of carbon dioxide. In the case of carbon dioxide refrigerant, the specific volume difference is so large that the specific volume of carbon dioxide in the refrigerant inlet tube having a temperature of about 110 ° C. or more is about three times the specific volume of carbon dioxide in the refrigerant outlet tube having a temperature of about 50 ° C. .

이렇게 온도에 따라 비체적의 차이가 크게 나는 이산화탄소를 냉매로 사용하는 열교환기에 있어서, 방열 튜브의 폭을 일정하게 유지하는 것은 열교환기의 경량화 및 소형화의 차원에서 비효율적이며, 부품의 생산비용도 가중되게 된다.In a heat exchanger using carbon dioxide as a refrigerant having a large difference in specific volume according to temperature, maintaining a constant width of the heat dissipation tube is inefficient in terms of weight reduction and miniaturization of the heat exchanger, and increases the production cost of parts. do.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 이산화탄소와 같이 온도에 따라 비체적의 차이가 큰 유체를 냉매로 사용할 경우에 전체 무게를 줄이고, 소형화할 수 있는 열교환기를 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention is designed to solve the above problems, and an object thereof is to provide a heat exchanger capable of reducing the overall weight and miniaturization when using a fluid having a large difference in specific volume, such as carbon dioxide, as a refrigerant. .

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 서로 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되며, 그 길이방향을 따라 각각 적어도 둘 이상의 독립된 격실을 구비하고, 각각이 구비한 상기 격실 중 인접한 적어도 두개의 격실들을 서로 연통되시킬 수 있는 리턴 홀을 구비하여 그 내부에서 냉매의 흐름이 역방향으로 전환되어 흐를 수 있는 제 1,2 헤더 파이프와, 상기 제 1 헤더 파이프의 어느 한 격실에 형성되어 상기 냉매가 유입되는 유입관과, 상기 냉매의 흐름에 따라 상기 제 1 또는 제 2헤더 파이프의 다른 한 격실에 형성되어 상기 냉매가 유출되는 유출관과, 상기 제 1,2헤더 파이프의 마주하는 격실들을 서로 연통시키는 것으로, 폭이 서로 다른 단위 튜브 열을 적어도 2열 이상 형성하되, 상기 각 단위 튜브 열의 튜브 폭은 상기 각 단위 튜브 열의 내부를 흐르는 냉매 온도에 따라 달라지도록 하는 복수개의 방열 튜브를 포함하고, 상기 단위 튜브열의 폭은 상기 유입관으로부터 유입된 고온의 냉매가 흐르는 단위 튜브 열의 방열 튜브 폭이 상기 고온의 냉매보다 온도가 낮은 저온의 냉매가 흐르는 단위 튜브 열의 방열 튜브 폭보다 더 크게 형성되며, 상기 유입관을 통해 상기 제1헤더 파이프의 일 격실로 유입된 냉매는 첫째 열에 배열된 단위 튜브 열을 통해 제2헤더 파이프의 일 격실로 유입되고, 제2헤더 파이프의 리턴 홀을 통해 제2헤더 파이프의 다른 격실로 유입된 후 둘째 열에 배열된 단위 튜브 열을 통해 상기 제1헤더 파이프의 다른 격실로 유입되는 열교환기를 제공한다.In order to achieve the above object, they are spaced apart from each other at a predetermined distance and arranged in parallel, each having at least two independent compartments along its longitudinal direction, and at least two adjacent compartments of the compartments provided with each other communicate with each other. A first and second header pipes having a return hole capable of converting the refrigerant flow in a reverse direction therein; an inlet pipe formed in one of the compartments of the first header pipe; And the outlet pipe formed in the other compartment of the first or second header pipe according to the flow of the refrigerant to communicate with the outlet pipe through which the refrigerant flows, and the facing compartments of the first and second header pipes. At least two rows of different unit tubes are formed, wherein the tube width of each unit tube row is cold And a plurality of heat dissipation tubes to vary according to each temperature, wherein the width of the unit tube row is a low temperature coolant whose heat dissipation tube width of the unit tube row through which the high temperature refrigerant flowed from the inlet tube flows is lower than that of the high temperature refrigerant. It is formed larger than the heat dissipation tube width of the unit tube row flowing through, the refrigerant flowing into the one compartment of the first header pipe through the inlet pipe flows into the one compartment of the second header pipe through the unit tube row arranged in the first row And a heat exchanger introduced into another compartment of the second header pipe through a return hole of the second header pipe and then introduced into another compartment of the first header pipe through a row of unit tubes arranged in a second column.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 저온의 냉매가 흐르는 단위 튜브 열의 방열 튜브 폭이 고온의 냉매가 흐르는 단위 튜브 열의 방열 튜브 폭의 절반 이상으로 할 수 있다.According to another feature of the present invention, the heat dissipation tube width of the unit tube row through which the low temperature refrigerant flows can be set to at least half the width of the heat dissipation tube of the unit tube row through which the high temperature refrigerant flows.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 방열 튜브는 내부가 냉매가 흐를 수 있는 복수 개의 미세관으로 이루어 지도록 할 수 있으며, 이 때, 상기와 같이 고온의 냉매가 흐르는 단위 튜브 열의 방열 튜브의 미세관 수력직경을 x라 하고, 상기 저온의 냉매가 흐르는 단위 튜브 열의 방열 튜브의 미세관 수력직경을 y라 할 때, 상기 x와 y가 0.5∑x ≤ ∑y 〈 ∑x 를 만족하도록 할 수 있다.According to another feature of the invention, the heat dissipation tube may be made of a plurality of micro-tubes through which the refrigerant flows, in this case, as described above, the micro-tubes of the heat dissipation tube of the unit tube row flowing a high-temperature refrigerant When the hydraulic diameter is x and the microtube hydraulic diameter of the heat dissipation tube of the unit tube row through which the low-temperature refrigerant flows is y, x and y may satisfy 0.5∑x ≦ ∑y <∑x.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대해 보다 상세 히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

상기 설명한 바와 같이, 이산화탄소를 냉매로 사용하는 열교환기의 작동 압력 범위는 100 내지 130 bar에 달하며, 외부 공기와의 열교환으로 인해 열교환기내의 냉매는 온도가 감소함에 따라 도 6과 같이 그 비체적이 감소한다. 곧, 점 A는 냉매가 열교환기의 냉매 유입관으로 유입될 때의 온도와 비체적을 나타내며, 점 C는 냉매가 열교환을 마친 후 냉매 유출관으로 유출될 때의 상태를 나타낸다. 곧, 110℃로 유입된 냉매가 약 50℃정도로 유출되게 되는 데, 이 때, 그 비체적은 약 1/3 수준으로 감소하게 된다. As described above, the operating pressure range of the heat exchanger using carbon dioxide as the refrigerant reaches 100 to 130 bar, and the refrigerant in the heat exchanger decreases its specific volume as shown in FIG. 6 as the temperature decreases due to heat exchange with external air. do. That is, point A represents the temperature and specific volume when the refrigerant flows into the refrigerant inlet tube of the heat exchanger, and point C represents the state when the refrigerant flows out into the refrigerant outlet tube after the heat exchange. In other words, the refrigerant flowing into 110 ° C is about 50 ° C outflow, the specific volume is reduced to about 1/3.

본 발명은 이렇게 온도가 감소함에 따라 비체적이 현격히 감소하는 이산화탄소 냉매의 특성을 이용하여, 열교환기의 소형화를 꾀한 것이다.The present invention aims to miniaturize the heat exchanger by utilizing the characteristics of the carbon dioxide refrigerant whose specific volume significantly decreases as the temperature decreases.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이산화탄소용 열교환기를 나타낸다. 그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 이산화탄소용 열교환기는 서로 나란히 배치된 제 1헤더파이프(10)와 제 2헤더 파이프(20)를 구비하고, 각 헤더 파이프(10)(20)는 각각 독립된 제 1,2격실(12)(14)과, 제 3,4격실(22)(24)을 갖는다. 이 때, 제 1헤더 파이프(10)의 제 1격실(12)과 제 2격실(14)은 서로 연통되지 않으며, 제 2헤더 파이프(20)의 제 3격실(22)과 제 4격실(24)은 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 그 길이방향으로 복수 개가 형성된 리턴 홀(26)에 의해 상호 연통될 수 있다. 그리고, 각 헤더 파이프(10)(20)의 양 단부는 캡(11)(21)에 의해 밀봉되며, 제 1격실(12)의 상단에 냉매가 유입되는 냉매 유입관(30)이 형성되고, 제 2격실(14)의 하단에 냉매가 유출되는 냉매 유출관(40)이 형성된다. 1 shows a heat exchanger for carbon dioxide according to an embodiment of the present invention. As can be seen in the figure, the heat exchanger for carbon dioxide of the present invention includes a first header pipe 10 and a second header pipe 20 arranged side by side, and each header pipe 10, 20 is independent of each other. The first and second compartments 12 and 14 and the third and fourth compartments 22 and 24 are provided. At this time, the first compartment 12 and the second compartment 14 of the first header pipe 10 do not communicate with each other, and the third compartment 22 and the fourth compartment 24 of the second header pipe 20 are not in communication with each other. As can be seen in Figure 2 can be mutually communicated by a plurality of return holes 26 formed in the longitudinal direction. And, both ends of each of the header pipe (10, 20) is sealed by the cap (11) (21), the refrigerant inlet pipe 30 through which the refrigerant flows is formed in the upper end of the first compartment 12, A coolant outlet pipe 40 through which the coolant flows out is formed at a lower end of the second compartment 14.

이렇게 형성된 헤더 파이프의 격실들을 복수개의 방열 튜브로 구성된 튜브 열이 서로 연통시켜 준다. 곧, 제 1격실(12)과 제 3격실(22)을 제 1튜브 열(52)이 연통시키며, 제 2격실(14)과 제 4격실(24)을 제 2튜브 열(54)이 연통시킨다. 도 1과 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열교환기는 상기 격실들(12)(14)(22)(24)에 배플을 구비하지 않은 것으로 튜브 열들(52)(54)은 각각 하나의 슬랩(slab)을 형성하여 전체 이중 슬랩을 구성하게 된다. 곧, 냉매 유입관(30)을 통해 제 1격실(12)로 유입된 냉매는 제 1튜브열(52)을 따라 제 2격실(22)로 흐르고, 제 3격실(24)을 거쳐 제 2튜브열(54)로 흐르게 된다. 여기서 다시 제 4격실(14)을 거쳐 냉매 유출관(40)을 통해 유출된다. The formed heat pipes of the header pipes communicate with each other by a column of tubes consisting of a plurality of heat dissipation tubes. That is, the first tube row 52 communicates with the first compartment 12 and the third compartment 22, and the second tube row 54 communicates with the second compartment 14 and the fourth compartment 24. Let's do it. The heat exchanger according to the preferred embodiment of the present invention as shown in FIG. 1 does not have a baffle in the compartments 12, 14, 22, 24, so that the tube rows 52, 54 each have one slab. The slab is formed to form the entire double slab. In other words, the refrigerant introduced into the first compartment 12 through the refrigerant inlet tube 30 flows to the second compartment 22 along the first tube row 52 and passes through the third compartment 24 to the second tube. Flow to column 54. Here, the liquid flows out through the refrigerant outlet pipe 40 via the fourth compartment 14 again.

도시하지는 않았지만, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 이와 같이 하나의 헤더 파이프가 세 개, 혹은 네 개의 격실들도 가질 수 있다. 곧, 다수의 격실들을 구비한 헤더 파이프와 이 격실들을 서로 독립적으로 연통시키는 단위 튜브 열들에 의해 멀티 슬랩(multi-slab)이 형성되며, 냉매는 하나의 슬랩을 통과할 때마다 열교환을 일으키게 되는 것이다. 또한 도시하지는 않았지만, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 헤더 파이프의 격실에는 적어도 하나 이상의 배플이 구비되어 슬랩을 단위로 흐르는 냉매의 흐름에 상하 방향의 경로를 형성시킬 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서도 하기 설명될 본 발명의 튜브열의 구조가 그대로 채용될 수 있음은 물론이다.Although not shown, according to another embodiment of the present invention, one header pipe may thus have three or four compartments. That is, a multi-slab is formed by a header pipe having a plurality of compartments and unit tube rows communicating the compartments independently of each other, and the refrigerant generates heat exchange whenever passing through one slab. . In addition, although not shown, according to another embodiment of the present invention, at least one baffle may be provided in the compartment of the header pipe to form a vertical path in the flow of the refrigerant flowing through the slab. Also in these embodiments, the structure of the tube train of the present invention to be described below can be adopted as it is.

상기 설명한 도 1과 같은 열교환기에서 냉매는 제 1튜브 열(52)을 지나면서 1차 열교환을 수행하고, 제 2튜브 열(54)을 지나면서 2차 열교환을 수행하게 된다. 따라서, 1차 열교환을 수행하는 제 1튜브열(52)의 냉매 온도와 2차 열교환을 수행하는 제 2튜브열(54)의 냉매 온도는 서로 다르게 된다. 곧, 제 1튜브열(52)의 냉매 온도가 제 2튜브열(54)의 냉매 온도보다 더 높음을 알 수 있다. In the heat exchanger as illustrated in FIG. 1 described above, the refrigerant performs a first heat exchange while passing through the first tube row 52, and performs a second heat exchange while passing through the second tube row 54. Therefore, the refrigerant temperature of the first tube row 52 performing the primary heat exchange and the refrigerant temperature of the second tube row 54 performing the secondary heat exchange are different from each other. In other words, it can be seen that the coolant temperature of the first tube row 52 is higher than the coolant temperature of the second tube row 54.

곧, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 점 A의 상태로 유입된 냉매는 1차 열교환을 마친 후 점 B의 상태로 되고, 다시 2차 열교환을 마친 후에는 점 C의 상태가 되는 것이다. 냉매의 유입점과 유출점 사이의 비체적의 차이는 최종 비체적이 최초 비체적의 30% 수준이지만, 중간 리턴 포인트인 점 B에서는 최초 비체적의 65% 수준이 됨을 알 수 있다. 따라서, A점에서 B점까지 열교환을 수행하는 튜브의 폭과 B점에서 C점까지 열교환을 수행하는 튜브의 폭을 달리할 수 있으며, 저온의 냉매가 흐르는 B점에서 C점까지의 2차 열교환 수행 구역인 제 2튜브열(54)의 튜브 폭을 고온의 냉매가 흐르는 A점에서 B점까지의 1차 열교환 수행 구역인 제 1튜브열(52)의 튜브 폭보다 작게 형성할 수 있는 것이다.6, the refrigerant introduced into the state of point A becomes the state of point B after the first heat exchange, and is in the state of point C after the second heat exchange. It can be seen that the difference in specific volume between the inlet and outlet points of the refrigerant is at the final specific volume of 30% of the original specific volume, but at point B, the intermediate return point, at 65% of the original specific volume. Therefore, the width of the tube performing heat exchange from point A to point B and the width of the tube performing heat exchange from point B to point C can be varied, and the secondary heat exchange from point B to point C at which a low-temperature refrigerant flows. The tube width of the second tube row 54, which is an execution zone, may be formed to be smaller than the tube width of the first tube row 52, which is the first heat exchange execution zone from point A to point B, through which a high temperature refrigerant flows.

이렇게 온도에 따라 달라지는 튜브 폭의 차이는 도 3을 통해 더욱 상세히 알 수 있다.This difference in tube width depending on temperature can be seen in more detail with reference to FIG. 3.

도 3은 상기와 같은 열교환기에 있어, 튜브 폭의 차이를 설명하기 위한 것으로, 그림에서 제 1튜브열(52)을 구성하는 튜브(52a)의 튜브 폭을 X라 하고, 제 2튜브열(54)을 구성하는 튜브(54a)의 튜브 폭을 Y라 하면, X가 Y보다 크도록 한다. 이 때, 상기 제 1튜브열(52)과 제 2튜브열(54)의 튜브폭 차이는 과도하게 나지 않도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 과도한 튜브폭의 감소는 냉매의 과도한 압력강하를 일으켜 냉방성능을 감소시키기 때문이다. 3 is for explaining the difference in tube width in the heat exchanger as described above, the tube width of the tube 52a constituting the first tube row 52 in the figure is referred to as X, the second tube row 54 If the tube width of the tube 54a constituting the X is Y, then X is larger than Y. At this time, it is preferable that the tube width difference between the first tube row 52 and the second tube row 54 does not become excessive. This is because the excessive reduction in the tube width causes excessive pressure drop of the refrigerant, thereby reducing cooling performance.

곧, 도 7과 같은 이산화탄소 냉매의 P-H곡선을 보면, 냉매가 압력강하를 일으키지 않았을 때의 열교환기 내에서의 개스 쿨링은 2→3을 나타내고 이에 따른 증발기에서 흡수되는 열량은 4→1의 Q1을 나타내게 된다. 그러나, 냉매가 입구와 출구에서 압력강하를 일으킬 경우에는 증발기에서 흡수되는 열량은 감소하게 된다. 곧, 개스쿨링의 시작 압이 약간 올라가 2'로부터 시작하여 개스쿨링이 2'→3'로 이루어지고, 증발압력은 약간 떨어지고, 더불어 과열도가 약간 상승되면서 증발곡선은 4'→1'로 이루어진다. 이 때, 증발기에서 흡수되는 열량이 Q2로 되어, 상기 Q1보다 작아지게 되는 것이다. 이에 따라 냉방성능은 감소하게 된다.In other words, when the PH curve of the carbon dioxide refrigerant as shown in FIG. 7 is shown, the gas cooling in the heat exchanger when the refrigerant does not cause a pressure drop is 2 → 3, and the amount of heat absorbed by the evaporator is Q1 of 4 → 1. Will be displayed. However, when the refrigerant causes a pressure drop at the inlet and the outlet, the amount of heat absorbed by the evaporator is reduced. Soon, the starting pressure of gas schooling is slightly increased, starting from 2 ', and the gas schooling is made from 2' → 3 ', the evaporation pressure is slightly lowered, and the superheat is slightly increased, so the evaporation curve is made of 4' → 1 '. . At this time, the amount of heat absorbed by the evaporator becomes Q2, which becomes smaller than the above Q1. Accordingly, the cooling performance is reduced.

이에 따라 본 발명의 멀티 슬랩 방식 이산화탄소용 열교환기의 바람직한 일 실시예를 나타낸 도 1과 같은 열교환기에 있어, 제 1튜브열(52)을 구성하는 튜브(52a)의 튜브 폭 X와, 제 2튜브열(54)을 구성하는 튜브(54a)의 튜브 폭 Y는 0.5X ≤ Y 〈 X의 식을 만족하는 것이 바람직하다. 곧, 저온의 냉매가 흐르는 제 2튜브열(54)의 튜브 폭이 고온의 냉매가 흐르는 제 1튜브열(52)의 튜브폭보다는 작도록 하되, 적어도 그 절반 이상은 되도록 해야 하는 것이다. Accordingly, in the heat exchanger as shown in FIG. 1 showing a preferred embodiment of the multi-slab type carbon dioxide heat exchanger of the present invention, the tube width X of the tube 52a constituting the first tube row 52 and the second tube It is preferable that the tube width Y of the tube 54a constituting the row 54 satisfies the formula 0.5X ≦ Y <X. That is, the tube width of the second tube row 54 in which the low-temperature coolant flows is smaller than the tube width of the first tube row 52 in which the high-temperature coolant flows, but at least half of the tube width is to be made.

이는 또한 반드시 튜브의 폭에 대해서만 한정되는 것은 아니며, 각 튜브 내로 실제 냉매가 통과하는 실제 튜브 홀의 수력직경으로도 나타낼 수 있다. 곧, 도 3 내지 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방열 튜브를 내부가 냉매가 흐를 수 있는 복수 개의 미세관으로 이루어지도록 할 경우에 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 제 1튜브열(52)의 미세관(56a)의 수력직경을 x라 하고, 제 2튜브열(54)의 미세관(56b) 수력직경을 y라 할 때, 이들 사이의 관계는 0.5∑x ≤ ∑y 〈 ∑x 의 식을 만족하도록 하는 것이 바람직하다. 이는 각 튜브의 수력직경의 합이 실제 냉매가 통과하는 공간이기 때문이다. This is also not necessarily limited to the width of the tube, but can also be represented by the hydraulic diameter of the actual tube hole through which the actual refrigerant passes into each tube. 3 to 5, when the heat dissipation tube of the present invention is formed of a plurality of microtubes through which a refrigerant flows, the first tube row (as shown in FIG. 4). When the hydraulic diameter of the microtubules 56a of 52) is x, and the hydraulic diameter of the microtubules 56b of the second tube rows 54 is y, the relationship therebetween is 0.5∑x ≤ ∑y <∑ It is desirable to satisfy the expression of x. This is because the sum of the hydraulic diameters of the tubes is a space through which the actual refrigerant passes.

또한, 이러한 튜브들은 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1튜브열(52)의 튜브들과 제 2튜브열(54)의 튜브들이 서로 엇갈리도록 배치시킬 수도 있다. 이렇게 서로 엇갈리게 배치될 경우에는 이를 통과하는 공기의 흐름에 와류가 형성되어 열교환 효율이 더욱 높아질 수 있다.In addition, such tubes may be arranged such that the tubes of the first tube row 52 and the tubes of the second tube row 54 are alternated with each other, as shown in FIG. 5. In the case of staggering, vortices are formed in the flow of air passing therethrough, thereby increasing heat exchange efficiency.

다음으로, 상기와 같이 구성된 열교환기의 작용을 설명한다. Next, the operation of the heat exchanger configured as described above will be described.

도 1을 참조하면, 냉매 유입관(30)을 통해 유입된 고온의 냉매는 도 6의 A점의 상태에서 제 1튜브열(52)을 통과하면서 1차 열교환을 수행하고 제 2헤더파이프(20)의 리턴 홀(26)을 거치면서 도 6의 B점의 상태가 된다. 그리고 다시 제 2튜브열(54)을 통과하면서 2차 열교환을 수행하고 도 6의 C점의 상태에서 유출관(40)을 통해 유출된다. 이 때, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 냉매와 열교환을 수행하는 공기는 냉매 유출관(40)과 연결되어 있는 제 2튜브열(54)측으로부터 유입된다. Referring to FIG. 1, the high temperature refrigerant introduced through the refrigerant inlet pipe 30 performs the first heat exchange while passing through the first tube row 52 in the state of point A of FIG. 6 and the second header pipe 20. It becomes the state of the point B of FIG. 6 through the return hole 26 of (). Then, the second heat exchange is performed while passing through the second tube row 54 again, and flows out through the outlet pipe 40 at the point C of FIG. 6. At this time, as shown in FIG. 1, air performing heat exchange with the refrigerant flows in from the second tube row 54 side connected to the refrigerant outlet pipe 40.

상술한 바와 같이, 냉매가 2차 열교환을 수행할 때의 비체적이 1차 열교환을 수행할 때의 비체적에 비해 더 작으므로 이에 따라 보다 작은 튜브 폭을 구비하더라도 동일한 열교환 효율을 유지할 수 있게 된다. As described above, since the specific volume of the refrigerant when performing the secondary heat exchange is smaller than that of the primary heat exchange, the same heat exchange efficiency can be maintained even with a smaller tube width.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 이산화탄소와 같이 온도에 따라 비체적이 현저히 달라지는 냉매를 사용함에 있어, 냉방성능을 크게 떨어뜨리지 않으면서도 열 교환기의 전체 무게 및 부피를 현저히 감소시킬 수 있다. According to the present invention as described above, in using a refrigerant whose specific volume is significantly changed depending on temperature, such as carbon dioxide, it is possible to significantly reduce the total weight and volume of the heat exchanger without significantly reducing the cooling performance.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명한 것이나, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게는 다양한 변형 및 다른 실시예가 가능하다는 점이 이해될 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해질 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, it will be understood that various modifications and other embodiments are possible to those skilled in the art. Therefore, the protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.

Claims

Spaced apart from each other at a predetermined distance and arranged in parallel, each having at least two independent compartments along its longitudinal direction, and having a return hole for communicating at least two adjacent compartments of each of the compartments provided therewith; First and second header pipes in which a flow of the refrigerant is reversed and flows therein;

An inlet pipe formed in one compartment of the first header pipe to introduce the refrigerant;

An outlet pipe formed in the other compartment of the first or second header pipe according to the flow of the coolant to allow the coolant to flow out; And

Comparting opposite compartments of the first and second header pipes with each other to form at least two rows of unit tube rows having different widths, wherein the tube width of each unit tube row is a refrigerant temperature flowing inside the unit tube rows. It includes a plurality of heat dissipation tube to vary depending on,

The width of the unit tube row is formed such that the heat dissipation tube width of the unit tube row through which the high temperature refrigerant flowing from the inlet pipe flows is larger than the heat dissipation tube width of the unit tube row through which the low temperature coolant flows lower than the high temperature refrigerant.

The refrigerant introduced into the one compartment of the first header pipe through the inlet pipe is introduced into one compartment of the second header pipe through the unit tube row arranged in the first column, and the second header through the return hole of the second header pipe. And a heat exchanger introduced into another compartment of the first header pipe through a unit tube row arranged in a second column after entering the other compartment of the pipe.

delete

The method of claim 1,

When the heat radiation tube width of the unit tube row through which the high temperature coolant flows is X, and the heat radiation tube width of the unit tube row through which the low temperature refrigerant flows is Y, X and Y satisfy Equation 1 below. Heat exchanger.

0.5X ≤ Y <X

The method according to claim 1 or 3,

The heat dissipation tube is a heat exchanger, characterized in that consisting of a plurality of microtubes through which the refrigerant flows.

The method of claim 4, wherein

When x and y are the microtube hydraulic diameters of the heat dissipation tubes of the heat dissipation tube of the unit tube row through which the high temperature refrigerant flows, and y is the y A heat exchanger characterized by satisfying the expression (2).

0.5∑x ≤ ∑y 〈∑x