KR100913141B1

KR100913141B1 - 마이크로채널튜브를 이용한 증발기

Info

Publication number: KR100913141B1
Application number: KR1020040073992A
Authority: KR
Inventors: 김정훈; 조홍기; 길성호; 조금남; 윤백; 구형모; 이재권
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2009-08-19
Also published as: US7640970B2; CN1749679A; EP1640683A1; CN100347500C; EP1640683B1; EP2402695B1; EP2402695A1; US20060054312A1; KR20060025081A

Abstract

본 발명은 마이크로채널튜브를 이용한 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로채널튜브를 이용한 열교환기를 가정용 공기조화기의 증발기에 적용하기 위한 열교환기의 구조에 관한 것이다.

본 발명에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기는 수평방향으로 놓이는 상하 한 쌍의 헤더와, 상기 한 쌍의 헤더 사이에 설치되는 다수의 마이크로채널튜브를 구비하는 제1열교환유닛과; 상기 제1열교환유닛과 인접하게 설치되며 수평방향으로 놓이는 상하 한 쌍의 헤더와, 상기 한 쌍의 헤더 사이에 설치되는 다수의 마이크로채널튜브를 구비하는 제2열교환유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

공기조화기, 증발기, 마이크로채널 튜브, 열교환기

Description

마이크로채널튜브를 이용한 증발기{AN EVAPORATOR USING MICRO- CHANNEL TUBES}

도1은 종래 기술에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 열교환기를 도시한 정면도.

도2는 도1의 열교환기에서의 냉매 흐름을 도시한 모식도.

도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기를 도시한 분해사시도.

도4는 도3의 A부를 도시한 절개사시도.

도5는 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기에서의 냉매 흐름을 도시한 모식도.

도6은 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기의 평면도.

도7은 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기의 상면도.

도8은 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기를 도시한 평면도.

도9는 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기를 도 시한 평면도.

도10는 본 발명의 제4실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기를 도시한 평면도.

도11은 본 발명의 제1,2,3,4실시예들에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기를 이용하여 전열 성능 실험을 수행한 결과를 도시한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20: 제1열교환유닛 21: 제1상부헤더

22: 제1하부헤더 30: 제2열교환유닛

31: 제2상부헤더 32: 제2하부헤더

41: 칸막이판 42: 장공

43: 튜브 44: 파형핀

45: 입구관 46: 출구관

마이크로채널튜브를 이용한 열교환기란, 수 mm 이내의 직경을 갖는 유로가 다수 개 형성된 튜브로 냉매를 흐르게 하는 열교환기를 말한다. 이러한 열교환기는 차량용 공기조화기의 응축기에 널리 사용되고 있다.

마이크로채널튜브를 이용한 열교환기의 일반적인 구조는 대한민국 특허공보1996-0009342호에 개시된 바와 같다. 도1을 참조하여 이를 설명하면 다음과 같다.

마이크로채널튜브를 이용한 열교환기는 수평방향으로 놓이는 복수의 튜브(1)를 구비한다. 이 튜브(1)는 다수 개가 상하로 배열되며, 각 튜브(1) 사이 사이에는 파형(波形)핀(2, corrugated fin)이 설치된다. 튜브(1)들의 양단에는 각 튜브(1)들로 냉매가 분배되거나 각 튜브(1)로부터의 냉매가 모이게 되는 헤더(3,4)가 구비된다. 이 헤더(3,4)는 원형 단면의 알루미늄 봉재로 만들어지며 튜브(1)들의 양측에 수직하게 놓이게 된다. 각각의 튜브(1)들은 양측의 헤더(3,4)와 연통되어 있으며, 헤더(3,4)의 중도에는 다수의 튜브(1)를 수개의 통로군(A,B,C)으로 나누어주는 칸막이판(10,11, separator)이 설치된다.

다수의 튜브(1)들은 냉매가 유입되는 측의 입구측 통로군(A)과, 냉매가 빠져나가는 출구측 통로군(C)과, 이들 사이에 놓이는 중간 통로군(B)으로 구분된다. 열교환기 내에서 전체적인 냉매의 흐름은 도2에 도시 된 바와 같이, 각 통로군(A,B,C)의 전체 튜브(1)에서 일방향으로 평행하게 진행한 후, 다음 통로군(B,C)으로 진행하게 된다. 즉 냉매입구관(6)을 통해서 유입된 냉매는 좌측헤더(3)의 칸막이판(10) 상측에서 입구측 통로군(A)의 각 튜브(1)에 고르게 분배되어 우측헤더(4)의 칸막이판(11) 상측으로 흐르게 된다. 우측헤더(4)의 칸막이판(11) 상측 부분은 입구측 통로군(A)과 중간 통로군(B)이 서로 연통되어 있어, 유입된 냉매는 다시 중간통로군(B)을 흘러 좌측헤더(3)의 칸막이판(10) 하측으로 전달된다. 마찬가지로 중간 통로군(B)을 통해 좌측헤더(3)로 흘러간 냉매는 다시 출구측 통로군(C)을 통해 우측헤더(4)의 칸막이판(11) 하측으로 유입된 후 냉매출구관(8)을 통해 빠져나가게 된다.

미설명 부호 7과 9는 헤더의 단부를 폐쇄하는 폐쇄편이며, 13과 14는 최외측의 파형핀 외측에 배치되는 사이드플레이트이다.

이와 같은 마이크로채널튜브 열교환기에 있어서, 냉매입구관(6)을 통해서 유입된 기체 상태의 냉매는 입구측 통로관(A)에서부터 출구측 통로관(C)에 이르기 까지 각 튜브(1)를 흐르면서 열교환되어 액상의 냉매로 응축되어 냉매출구관(8)을 통해 빠져나가게 되는 것이다.

마이크로채널튜브 열교환기는 그 재질에서 기인하여 알루미늄 열교환기, 튜브의 형상에서 기인하여 납작관형 열교환기, 냉매의 흐름에서 기인하여 패러렐 플로우 열교환기(PFC, Parallel Flow Condenser) 등 다양한 이름으로 불리우고 있다.

마이크로채널튜브 열교환기는 핀-튜브 형 열교환기에 비하여 전열효율이 높아 소형화가 가능한 장점이 있지만, 가정용 공기조화기의 증발기로 사용하기 위하여는 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있다.

우선, 증발기는 그 성질상 그 자체 온도보다 고온의 공기와 열교환하기 때문에 공기 중의 수분이 응결되어 증발기 표면에 응축수가 맺히게 된다. 종래의 마이크로채널튜브 열교환기는 각 튜브들이 수평방향으로 놓여 있기 때문에 열교환기 표 면에 맺힌 응축수가 튜브들 사이사이와 파형핀의 골부분에 고이게 되어 열교환효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.

다음으로 열교환기 주위를 지나는 공기의 유속에 있어서, 차량용 응축기 주위에는 공기의 유속이 3~4m/s 정도로 상당히 빠른데 비하여 가정용 공조기의 증발기 주위는 일반적으로 공기 유속이 0.5~1.5m/s 정도로 매우 느리기 때문에 단위 시간당 열전달량이 줄어들게 된다. 따라서 충분한 열전달량을 확보하기 위하여는 전열면적을 넓게 확보하여야 하는 문제가 있다.

다음으로 열교환기를 지나는 냉매의 흐름을 보면 일측 헤더의 상부로 유입되어 반대편 헤드의 하부로 빠져나가기까지 S자 형상을 그리며 차츰 아래쪽으로 내려가게 되는데, 응축기의 경우 열교환기를 지나는 냉매는 기체상태에서 점차 응축되어 액체 상태로 변하기 때문에 이러한 흐름이 자연스럽게 일어날 수 있다. 그리고 도2에 도시된 바와 같이 냉매의 상변화에 따라 출구측 통로군(C)의 튜브수가 입구측 통로군(A)의 튜브 수보다 줄어들어 열교환기 내에서의 압력손실을 최소화하도록 되어 있다. 그러나 증발기의 경우는 액상의 냉매가 기화하기 때문에 이와 같은 응축기의 유로 구조를 동일하게 적용할 수 없다는 문제가 있다.

이러한 여러 가지 문제에도 불구하고 마이크로채널튜브 열교환기를 가정용 공기조화기의 증발기로 사용하려는 시도가 없었던 것은 아니다.

대한민국 특허공개 2003-0063980호에는 헤더를 상하로 배치하고 마이크로채널튜브를 수직하게 놓이도록 한 열교환기가 개시되어 있다. 상기 열교환기에는 응축수의 배수를 용이하게 하기 위한 배수홀 및 라인홈이 형성되어 있다. 기타 대한 민국 특허공개2004-0017447호, 대한민국 특허공개 2004-0017449호, 대한민국 특허공개2004-0017920호, 대한민국 특허공개 2004-0019628호 등에도 상기 열교환기와 같은 방향으로 헤더와 튜브를 배열한 상태에서 응축수의 배수를 용이하게 하기 위한 다양한 구성이 개시되어 있다.

이들 공개특허에 기재된 바와 같이, 헤더를 상하로 배치하고 마이크로채널튜브를 수직하게 놓이도록 한 증발기는 응축수 배수 문제는 어느 정도 해결되나, 전열면적은 여전히 그대로 인 점과, 냉매 흐름의 불균일이 문제된다.

증발기 입구에서의 냉매 조건은 이상(two phase) 유동상태이므로, 증발기 헤더로 유입되는 냉매는 기체상태와 액체상태 간의 운동량의 차이로 인하여 각 튜브로 공급되는 냉매가 불균일하게 분배되는 문제가 있다. 특히 하나의 통로군에서 다음 통로군으로의 이동이 하나의 헤더 내부에서 일어나기 때문에 이러한 문제는 더욱 심각하다.

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 고효율의 콤팩트한 마이크로채널튜브를 이용한 가정용 공기조화기의 증발기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 응축수의 배수가 용이하고, 냉매분배가 균일한 마이크로채널튜브를 이용한 가정용 공기조화기의 증발기를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증 발기는 한 쌍의 헤더와, 상기 한 쌍의 헤더 사이에 설치되는 다수의 마이크로채널튜브를 구비하는 열교환유닛이 복수 개로 마련되고, 상기 복수의 열교환유닛 간의 냉매유통이 가능하도록 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 열교환유닛의 상기 한 쌍의 헤더는 수평방향으로 놓이도록 설치되고, 상기 마이크로채널튜브는 상기 한 쌍의 헤더 사이에 수직방향으로 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 증발기는 상기 증발기로 유입된 냉매가 상기 증발기 밖으로 배출되기까지 일련의 냉매유로를 형성하는 냉매써킷이 복수 개 마련된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 열교환유닛의 상기 한 쌍의 헤더는 다수의 칸막이판에 의해 구획되어 상기 각 열교환유닛의 마이크로채널튜브가 다수의 통로군을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 증발기는 상기 인접한 열교환유닛간의 냉매전달을 위하여 상기 인접한 열교환유닛의 헤더와 헤더를 서로 연결하는 리턴파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 어느 하나의 열교환유닛의 통로군은 인접한 다른 열교환유닛의 통로군으로 연통되며, 냉매흐름 상의 하류층 통로군이 이루는 유로단면적은 상류층 통로군이 이루는 유로 단면적보다 크거나 같은 것을 특징으로 한다.

그리고 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기는 수평방향으로 놓이는 상하 한 쌍의 헤더와, 상기 한 쌍의 헤더 사이 에 설치되는 다수의 마이크로채널튜브를 구비하는 제1열교환유닛과; 상기 제1열교환유닛과 인접하게 설치되며 수평방향으로 놓이는 상하 한 쌍의 헤더와, 상기 한 쌍의 헤더 사이에 설치되는 다수의 마이크로채널튜브를 구비하는 제2열교환유닛을 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 상기 제1열교환유닛 및 상기 제2열교환유닛의 헤더는 다수의 칸막이판에 의해 구획되어 상기 각 열교환유닛의 상기 마이크로채널튜브가 다수의 통로군을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1열교환유닛의 상부헤더와, 상기 제2열교환유닛의 상부헤더는 이들을 서로 연통시키는 리턴파이프에 의해 연결되어, 상기 제1열교환유닛의 어느 하나의 통로군과 상기 제2열교환유닛의 어느 하나의 통로군이 하나의 냉매써킷을 이루며, 이러한 냉매써킷이 복수개가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1열교환유닛 및 상기 제2열교환유닛의 하부 헤더에는 냉매가 유입되는 입구관 및 냉매가 배출되는 출구관이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하나의 냉매써킷에서 냉매가 유입되는 입구측 통로군의 유로단면적은 냉매가 배출되는 출구측 통로군의 유로단면적보다 작거나 같은 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3에 도시한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이 용한 증발기는 수평하게 놓이는 한 쌍의 헤더 사이에 수직하게 설치되는 다수의 마이크로채널튜브들을 구비하는 열교환유닛(20,30)이 전후방향으로 2개가 구비된다. 이하에서 전방의 열교환유닛을 제1열교환유닛(20)이라하고, 후방의 열교환유닛을 제2열교환유닛(30)이라 하겠다.

제1열교환유닛(20) 및 제2열교환유닛(30)은 동일한 구조로 마련된다.

이하 도3과 도4를 참조하여 제1열교환유닛(20)의 구조를 설명하면 다음과 같다.

제1열교환유닛(20)의 상부에는 원형 단면형상의 파이프로 만들어지는 제1상부헤더(21)가 구비된다. 제1상부헤더(21)는 알루미늄파이프 재질로 만들어지며, 그 내부는 수 개의 칸막이판(41)에 의해 구획되어 있다. 이 칸막이판(41)은 인접한 구역 간의 냉매흐름을 차단하는 기능을 한다. 파이프 형상의 제1상부헤더(21) 하측에는 그 길이방향에 대하여 수직하게 장공(42)이 형성되어 있다.

제1상부헤더(21)의 하부에는 수직하게 세워져 설치되는 다수의 마이크로채널튜브(43, 이하 줄여서 '튜브'라고도 한다.)가 구비된다. 튜브(43)의 상단부는 상기 장공(42)에 소정 정도 삽입된 상태로 제1상부헤더(21)에 접합된다. 튜브(43)의 내부는 미세유로를 형성할 수 있도록 다수 개로 구획되어 있으며 그 단면형상이 마치 하모니카와 유사하여 하모니카 튜브(harmonica tube)라 불리운다.

마이크로채널튜브(43)의 사이사이에는 물결모양으로 주름진 파형(波形)핀(44, corrugated fin)이 구비된다. 파형핀(44)에는 열전달을 용이하게 하기 위하여 루버(44a, louver)가 형성되는 것이 바람직하다.

증발기의 설치 시 공기의 흐름방향을 고려하여 증발기의 면이 전체적으로 공기의 흐름방향에 대하여 수직하게 놓이도록 설치하는 것이 바람직하다. 한편, 증발기 표면에 맺히는 응축수는 도4에 도시된 바와 같이 수직으로 세워진 마이크로채널튜브(43)의 표면을 타고 자중에 의해 흘러내리게 된다. 파형핀(44)에 맺히는 응축수 역시 파형핀(44)의 기울기에 의해 아래방향으로 타고 내려가게 되고, 튜브(43)와 만나는 부분에서 튜브(43)를 타고 흘러내리거나 또는 파형핀(44)을 타고 다시 아래로 흘러내리게 된다.

마이크로채널튜브(43)의 아래쪽에 마련되는 제1하부헤더(22)의 구조는 제1상부헤더(21)와 동일하다.

제2열교환유닛(30) 역시 제1열교환유닛(20)과 동일하게 제2상부헤더(31), 마이크로채널튜브(43), 파형핀(44), 제2하부헤더(32) 등을 구비한다.

제1하부헤더(22) 및 제2하부헤더(32)의 아래 쪽에는 통상의 냉동사이클 상의 팽창밸브(미도시)를 거친 냉매가 유입되는 입구관(45)과, 증발기에서 기화된 냉매가 빠져나오는 출구관(46)이 연결된다. 출구관(46)을 통해서 빠져나온 냉매들은 각 출구관(46)의 하류 측에 마련되는 합지매니폴드(47)에 모여 압축기(미도시) 측으로 보내진다. (도7 참조)

제1열교환유닛(20)과 제2열교환유닛(30) 사이의 냉매 소통을 위하여 제1상부헤더(21)와 제2상부헤더(31)는 이들을 서로 연통시키는 다수의 리턴파이프(48)에 의해 연결되어 있다. (도6참조)

다음은 도5를 참조하여 제1실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기 의 냉매흐름을 설명한다.

도면 상의 상측 부분이 제2열교환유닛(30)에서의 냉매흐름을 나타내며, 하측 부분이 제1열교환유닛(20)에서의 냉매흐름을 나타낸다.

앞에서 설명한 바와 같이, 각 헤더(21,22,31,32)들은 다수의 칸막이판(41)에 의해 구획되어 있는데, 제1실시예의 증발기에서는 각 헤더(21,22,31,32)들이 4개의 구역으로 분리되어 있으며, 도5와 같은 흐름을 형성하도록 각 구역은 크기가 서로 다르게 구획된다.

도5 상의 제2하부헤더(32)의 좌측 구역(32a)과 제2상부헤더(31)의 좌측 구역(31a)은 그 크기가 같도록 구획되며, 이들 사이에 설치되어 있는 튜브(43)들은 하나의 통로군 G1을 형성한다. 그 우측으로 G2, G3, G4의 통로군을 형성하도록 제2하부헤더(32)와 제2상부헤더(31)의 나머지 부분(32b,32c,32d 및 31b,31c,31d)이 구획되며, 제1상부헤더(21)와 제1하부헤더(22)도 도면 상의 좌측부터 순차로 G5, G6, G7, G8의 통로군을 형성할 수 있도록 각각 네 구역(21a, 21b, 21c, 21d 및 22a, 22b, 22c, 22d)으로 구획되어 있다.

이들 통로군 중에서 G1, G3, G6, G8은 G2, G4, G5, G7보다 튜브(43)수가 적다. 이는 증발기 내에서 냉매가 기화할 때 팽창되는 부피를 반영하여 증발기 내에서 냉매의 압력강하를 줄이기 위함이다.

통로군 G1이 결합되어 있는 제2하부헤더(32)에는 냉매의 입구관(45)이 연결되어 있다. 입구관(45)을 통해 유입된 냉매는 제2하부헤더(32) 일 구역(32a)에서 통로군 G1의 각 튜브(43)로 분배된다. 통로군 G1을 따라 흐르는 냉매는 제2상부헤 더(31)의 일 구역 (31a)에 모이고, 다시 이에 연결된 리턴파이프(48)로 분배되어 제1상부헤더(21)의 일 구역(21a)으로 전달된다. 다시 냉매는 통로군 G5의 각 튜브(43)로 분배되어 제1하부헤더(22)의 일 구역(22a)로 전달된다. 제1하부헤더(22)의 일 구역(22a)의 냉매는 그 하부에 연결된 출구관(46)을 통해 빠져나가게 된다.

냉매는 통로군 G1과 G5를 지나면서 주위공기와 열교환되어 기화된다. 냉매가 유입되는 통로군 G1을 입구측 통로군이라 하고, 냉매가 빠져나가게 되는 통로군 G5를 출구측 통로군이라 한다. 그리고 하나의 유입관(45)에서 유입된 냉매가 반대측 출구관(46)에 이르기까지의 일련의 유로를 냉매써킷이라 한다. 마찬가지로 G3, G6, G8은 입구측 통로군이 되고, G2, G4, G7은 출구측 통로군이 된다. 그리고 이들에 의해 3개의 냉매써킷이 형성된다. 본 실시예의 증발기에서 냉매써킷은 총4개가 형성되어 있으며, 인접한 냉매써킷 간의 냉매의 흐름방향은 서로 엇갈리게 형성되어 있다. 이는 각 통로군의 냉매튜브(43) 수의 많고 적음을 고려하여 형성된 것이다.

전술한 바와 같이 입구측 통로군 G1, G3, G6, G8의 튜브(43) 수는 출구측 통로군 G2, G4, G5, G7 보다 적은데, 이는 곧 출구측 통로군 G2, G4, G5, G7에 의한 유로 단면적이 입구측 통로군 G1, G3, G6, G8에 의한 유로 단면적보다 큰 것을 의미한다. 증발기의 특성상 증발기를 지나는 냉매는 액상으로 유입되어 기상으로 배출되면서 부피가 팽창하기 때문에 증발기 내부에서의 압력강하를 줄이기 위하여 이와 같이 설계하는 것이 바람직하다.

하나의 통로군에서 다음 통로군으로 냉매가 전달될 때, 종래에는 헤더 내부에서 냉매가 흐르면서 각 튜브(43)로 냉매가 분배되어 불균일한 분배가 되었으나, 본 실시예의 증발기에서는 헤더와 헤더를 연결하는 다수의 리턴파이프에 의해 냉매가 전달되어 고른 냉매 분배가 가능하게 된다.

도8은 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기에 관한 것으로, 평면도를 도시한 것이다. 제1실시예의 증발기와 마찬가지로 2대의 열교환유닛을 구비하고 있으나, 냉매 유로 구조에서 차이가 있다. 제2실시예의 증발기는 3개의 냉매써킷으로 구성되어 있다. 도면 상 아래쪽에 있는 제1상부헤더(51)와 그 위쪽에 있는 제2하부헤더(52)는 2개의 칸막이판(54)에 의해 각각 3개의 구역으로 구획되어 있으며, 상기 제1실시예의 증발기와 마찬가지로 출구측 통로군의 유로 단면적이 입구측 통로군의 유로 단면적보다 크게 구획된다. 제1상부헤더(51)와 제2상부헤더(52)는 다수의 리턴파이프(53)에 의해 연통되어 있어, 이를 통해 냉매가 전달된다. 냉매의 흐름 방향은 화살표로 표시된 바와 같이, 인접한 냉매써킷 간에 서로 엇갈리게 흐르게 된다.

도9는 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기에 관한 것으로, 평면도를 도시한 것이다. 제2실시예의 증발기와 같이 3개의 냉매써킷으로 구성된다. 다만, 냉매의 흐름에 있어서, 입구측 통로군의 유로단면적과 출구측 통로군의 유로단면적이 동일하며, 각 냉매써킷에서의 냉매의 흐름방향이 동일하다는 점에서 차이가 있다. 도면 상의 하측에 위치하는 제1상부헤더(61)와 그 상측에 위치하는 제2상부헤더(62)는 칸막이판(64)에 의해 3개의 구역으로 구획되어 있으며, 제1상부헤더(61)와 제2상부헤더(62)는 냉매의 전달을 위하여 리턴파이프(63)에 의해 연결되어 있다. 화살표로 표시된 바와 같이 냉매는 제2상부헤더(62)로부터 제 1상부헤더(61)로 흐른다.

도10은 본 발명의 제4실시예에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기를 도시한 것이다. 제3실시예에서와 같이 3개의 냉매써킷으로 구성되며 각 냉매써킷에서 입구측 통로군의 유로단면적은 출구측 통로군의 유로단면적과 동일하다. 다만, 제1상부헤더(71)와 제2상부헤더(72)를 연결하는 리턴파이프(73)의 수가 제3실시예에서의 리턴파이프(63)의 수의 1/2이라는 점에 차이가 있다.

도11은 상기 실시예들에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기들을 동일한 용량 및 크기로 제작하여 전열 성능 실험(실험조건: 한국공업규격 KS C 9306)을 수행한 결과이다.

X축의 좌측부터 순차로 제2실시예, 제1실시예, 제3실시예, 제4실시예에 의한 증발기를 의미하며, Y축의 값은 제4실시예에 따른 증발기의 열교환량을 기준으로 각 실시예에 따른 증발기의 열교환량을 백분율로 표시한 것이다.

제3실시예와 제4실시예를 비교해 보면. 제3실시예의 증발기는 제4실시예의 증발기에 비하여 리턴파이프수가 2배로 증가하였음에도 불구하고 전열성은은 8%가 감소하였다. 이는 리턴파이프의 수가 무조건 많을수록 좋은 것이 아니라, 각 증발기에서의 냉매써킷 수나 통로군의 크기에 따라 적절한 리턴파이프의 수가 존재함을 의미한다.

또한, 제2실시예의 증발기는 제4실시예의 증발기에서와 달리, 출구측 통로군의 유로 단면적이 입구측 통로군의 유로 단면적보다 큰 경우인데, 이때는 열교환량이 9% 증가하였다. 그러나 제1실시예의 증발기는 제2실시예의 증발기와 같이 출구 측 통로군의 유로단면적이 입구측 통로군의 유로 단면적보다 크고, 다만 냉매써킷 수가 1개 더 많은 경우인데, 이때는 오히려 열교환량이 3%감소하였다. 이는 일반적으로 출구측 통로군의 유로 단면적이 입구측 통로군의 유로 단면적보다 큰 증발기가 열교환효율이 높으나, 이를 만족하기 위하여는 적절한 냉매써킷 수가 존재함을 의미한다.

한편, 이와 같은 마이크로채널튜브를 이용한 증발기는 헤더, 튜브, 파형핀 등이 알루미늄재질로 제조되며, 제조방법은 통상적으로 노 브레이징공정에 의한 방법이 사용된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로채널튜브를 이용한 증발기는 크기가 작으면서도 효율이 높기 때문에 가정용 공기조화기의 소형화가 가능하다.

또한, 열교환유닛을 복수 개로 구비하고 있어 전열면적을 충분히 확보할 수 있다.

또한, 증발기의 설치방향과, 각 열교환유닛을 연결하는 리턴파이프에 의해 냉매의 균일한 분배가 가능한 효과가 있다.

또한, 증발기의 설치방향에 의해 응축수의 배수가 용이한 장점이 있다.

Claims

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한 쌍의 헤더와, 상기 한 쌍의 헤더 사이에 설치되는 다수의 마이크로채널튜브를 구비하는 열교환유닛이 복수 개로 마련되고, 상기 복수의 열교환유닛 간의 냉매유통이 가능하도록 연결되며,

상기 각 열교환유닛의 상기 한 쌍의 헤더는 수평방향으로 놓이도록 설치되고, 상기 마이크로채널튜브는 상기 한 쌍의 헤더 사이에 수직방향으로 설치되며,

상기 각 열교환유닛의 상기 한 쌍의 헤더는 다수의 칸막이판에 의해 구획되어 상기 각 열교환유닛의 마이크로채널튜브가 다수의 통로군을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로채널튜브를 이용한 증발기.
제2항에 있어서,

상기 증발기는 상기 증발기로 유입된 냉매가 상기 증발기 밖으로 배출되기까지 일련의 냉매유로를 형성하는 냉매써킷이 복수 개 마련된 것을 특징으로 하는 마이크로채널튜브를 이용한 증발기.
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제2항에 있어서,

상기 증발기는 인접한 상기 열교환유닛간의 냉매전달을 위하여 인접한 상기 열교환유닛간의 헤더와 헤더를 서로 연결하는 리턴파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로채널튜브를 이용한 증발기.
제5항에 있어서,

어느 하나의 열교환유닛의 통로군은 인접한 다른 열교환유닛의 통로군으로 연통되며, 냉매흐름 상의 하류측 통로군이 이루는 유로단면적은 상류측 통로군이 이루는 유로 단면적보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 마이크로채널튜브를 이용한 증발기.
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수평방향으로 놓이는 상하 한 쌍의 헤더와, 상기 한 쌍의 헤더 사이에 설치되는 다수의 마이크로채널튜브를 구비하는 제1열교환유닛과; 상기 제1열교환유닛과 인접하게 설치되며 수평방향으로 놓이는 상하 한 쌍의 헤더와, 상기 한 쌍의 헤더 사이에 설치되는 다수의 마이크로채널튜브를 구비하는 제2열교환유닛을 포함하며,

상기 제1열교환유닛 및 상기 제2열교환유닛의 상하 한 쌍의 헤더는 다수의 칸막이판에 의해 구획되어 상기 각 열교환유닛의 상기 마이크로채널튜브가 다수의 통로군을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로채널튜브를 이용한 증발기.
제8항에 있어서,

상기 제1열교환유닛의 상부헤더와, 상기 제2열교환유닛의 상부헤더는 이들을 서로 연통시키는 리턴파이프에 의해 연결되어,

상기 제1열교환유닛의 어느 하나의 통로군과 상기 제2열교환유닛의 어느 하나의 통로군이 하나의 냉매써킷을 이루며,

이러한 냉매써킷이 복수개가 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로채널튜브를 이용한 증발기.
제9항에 있어서,

상기 제1열교환유닛 및 상기 제2열교환유닛의 하부 헤더에는 냉매가 유입되는 입구관 및 냉매가 배출되는 출구관이 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로채널튜브를 이용한 증발기.
제10항에 있어서,

상기 하나의 냉매써킷에서 냉매가 유입되는 입구측 통로군의 유로단면적은 냉매가 배출되는 출구측 통로군의 유로단면적보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 마이크로채널튜브를 이용한 증발기.