KR101336346B1 - 냉매 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 실시예는 냉매 시스템을 제안한다.
실시예에 따른 냉매 시스템에는, 내부에 각각 다수의 냉매 유로가 형성되는 다수의 플랫 튜브; 상기 플랫 튜브 일측에 연결되는 다수의 제 1 챔버를 가지는 제 1 헤더; 상기 제 1 헤더와 연결되어 냉매의 유동을 안내하는 분배기; 상기 분배기와 상기 제 1 챔버 사이에 개입되어, 상기 분배기와 상기 제 1 챔버를 연결하는 연결 튜브; 상기 플랫 튜브 타측에 연결되는 다수의 제 2 챔버를 가지는 제 2 헤더; 및 상기 제 2 헤더와 연결되어 냉매의 유동을 안내하는 메인부와, 상기 메인부에서 분지되어 상기 제 2 챔버와 연결되는 다수의 분지부를 가지는 캐필러리; 를 포함하여 구성되고, 상기 냉매는 어느 한 헤더에서 다른 헤더로 유동하여 배출되는 구성이 포함된다.
냉매

Description

냉매 시스템{Refrigerant system}
본 실시예는 냉매 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 냉매 시스템은 압축기-응축기-팽창기-증발기로 구분된다. 상기 응축기 또는 증발기는, 내부의 냉매가 외부의 유체와 열교환되도록 하므로, 열교환기로도 통칭된다.
상기 열교환기는, 크게, 핀-튜브 타입 열교환기와, 마이크로 채널 튜브 타입 열교환기로 구분될 수 있다. 상기 핀-튜브 타입 열교환기에는, 다수 개의 핀과 상기 다수 개의 핀을 관통하는 다수 개의 원형 또는 원형과 유사한 형상의 튜브가 포함된다. 반면, 상기 마이크로 채널 튜브 타입 열교환기는, 다수 개의 플랫 튜브와, 상기 각 플랫 튜브 사이에 구비되면, 다수 회 절곡되는 핀이 포함된다.
본 실시예의 목적은 열교환기의 효율이 향상되도록 하는 냉매 시스템을 제안하는 것에 있다.
본 실시예의 다른 목적은 열교환기의 제작이 용이한 냉매 시스템을 제안하는 것에 있다.
일 측면에 따른 냉매 시스템에는, 내부에 각각 다수의 냉매 유로가 형성되는 다수의 플랫 튜브; 상기 플랫 튜브 일측에 연결되는 다수의 제 1 챔버를 가지는 제 1 헤더; 상기 제 1 헤더와 연결되어 냉매의 유동을 안내하는 분배기; 상기 분배기와 상기 제 1 챔버 사이에 개입되어, 상기 분배기와 상기 제 1 챔버를 연결하는 연결 튜브; 상기 플랫 튜브 타측에 연결되는 다수의 제 2 챔버를 가지는 제 2 헤더; 및 상기 제 2 헤더와 연결되어 냉매의 유동을 안내하는 메인부와, 상기 메인부에서 분지되어 상기 제 2 챔버와 연결되는 다수의 분지부를 가지는 캐필러리; 를 포함하여 구성되고, 상기 냉매는 어느 한 헤더에서 다른 헤더로 유동하여 배출되는 구성이 포함된다.
다른 측면에 따른 냉매 시스템에는, 다수의 제 1 챔버가 구획 형성되는 제 1 헤더; 상기 제 1 챔버와 연통되고, 다수의 제 2 챔버가 구획 형성되는 제 2 헤더; 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버를 서로 대응되게 연통시키며, 그 내부로 냉매가 각각 독립적으로 분리되어 유동하는 다수의 플랫 튜브; 상기 제 1 헤더와 연결되는 제 1 분배기; 상기 제 1 분배기와 상기 제 1 챔버 사이에 개입되어 상기 제 1 분배기와 상기 제 1 챔버를 연결하는 연결 튜브; 상기 제 2 헤더와 연결되는 메인부와, 상기 메인부에서 분지되어 상기 제 2 헤더와 상기 메인부를 연결하는 다수의 분지부를 가지는 캐필러리; 및 상기 캐필러리와 연결되는 제 2 분배기; 가 포함된다.
제안되는 실시예에 의하면, 상기 열교환기를 구성하는 구성요소 간 및 열교환기와 연결 튜브 및 상기 연결 튜브와 제 1 분배기를 동시에 가열함으로써, 각각 이 동시에 고정될 수 있으므로, 냉매 시스템을 간단하게 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 일정 길이의 직선 형상의 플랫 튜브의 양측을 상기 각 헤더에 결합시키므로, 상기 플랫 튜브의 제작이 간단해지고, 상기 각 헤더와 상기 플랫 튜브의 결합이 간단해지는 장점이 있다. 특히, 제 1 분배기와 제 2 분배기가, 열교환기를 기준으로 서로 반대측에서 열교환기와 연통되므로, 서로 간섭이 없어 제작 및 조립이 용이하다. 또한, 냉매가 열교환기에 유입되어 토출되기까지, 한 방향으로만 유동되므로, 헤더의 제작이나 유로의 설계가 용이하다.
또한, 다수 개의 플랫 튜브가 다수 개의 핀에 관통되므로, 상기 열교환기가 증발기로 작용하는 경우 열교환 과정에서 발생되는 응축수가 하측으로 용이하게 흘러내릴 수 있게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 냉매 시스템의 구조를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 X부분의 확대도이며, 도 3은 실시예에 따른 열교환기의 부분 수직 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉매 시스템(1)에는, 플랫 형상의 다수 개의 마이크로 채널 튜브(11 : 이하에서는 설명의 편의를 위하여 '플랫 튜브'라 함)가 구비되는 열교환기(10)와, 상기 열교환기(10)와 연통되는 제 1 분배기(40)와, 상기 열교환기(10)와 연통되는 캐필러리(60)와, 상기 캐필러리(60)와 연결되는 제 2 분배기(70)가 포함된다.
상세히, 상기 열교환기(10)에는, 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)가 관통하는 다수 개의 핀(12)과, 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)의 일측과 결합되는 제 1 헤더(20)와, 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)의 타측과 결합되는 제 2 헤더(30)가 포함된다.
상기 다수 개의 플랫 튜브(11)는 상하 방향으로 이격되어 배치되며, 상기 제 1 헤더(20) 및 제 2 헤더(30)에는 각각 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)가 결합되기 위한 결합홀이 상기 플랫 튜브(11)와 대응되는 형상으로 형성된다.
상기 플랫 튜브(11) 및 상기 핀(12)은 일 례로 전도성이 우수한 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
상기 각 플랫 튜브(11)에는, 튜브 바디(111)와, 상기 튜브 바디(111)의 내부 공간을 다수 개의 냉매 유로(112)로 구획하는 구획부(113)가 포함된다.
상기 다수 개의 플랫 튜브(11)에서의 냉매 유동 방향은 동일하다. 즉, 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)는, 그 내부의 냉매가 상기 제 1 헤더(20)에서 상기 제 2 헤더(30)로 또는, 상기 제 2 헤더(30)에서 상기 제 1 헤더(20)로 유동되도록 형성된다.
상기 제 1 헤더(20) 및 제 2 헤더(30) 각각에는, 그 내부 공간이 구획되도록 하는 제 1 구획부(21) 및 제 2 구획부(31)가 형성된다.
그리고, 상기 제 1 구획부(21) 및 제 2 구획부(31)에 의해, 냉매가 서로 혼합되지 않고, 구획되어 각각 독립적으로 유동되는 하나의 단위를 열교환 유닛(X)으로 정의할 수 있다. 그러면, 본 실시예는 다수 개의 열교환 유닛(X)이 구비되는 것 으로 설명될 수 있으며, 도 1에서는 9개의 열교환 유닛(X)이 형성되는 것이 일 례로 도시된다.
즉, 상기 각 구획부(21, 31)는, 각각의 열교환 유닛(X)을 유동하는 냉매가 상기 각 헤더(20, 30) 내에서 서로 혼합되지 않도록 하기 위하여 상기 각 헤더(20, 30) 내부 공간을 구획한다. 그러면, 상기 제 1 헤더(20)와 상기 제 2 헤더(30)에는 에는 각 열교환 유닛(X)의 냉매가 독립적으로 유동하는 다수 개의 챔버(A,B)가 형성된다. 그리고, 상기 제 1 헤더(20)의 각 챔버(A)와 상기 제 2 헤더(30)의 각 챔버(B)는, 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)에 의해서, 연통된다.
상기 열교환기(10)에서의 냉매 유동에 대해서 간단하게 살펴보기로 한다.
상기 열교환기(10)가 응축기로 작용하는 경우, 상기 제 1 헤더(20)의 제 1 챔버(A)로 냉매가 유입된 후에 상기 각 플랫 튜브(11)로 분배된다. 그러면 냉매는 상기 각 플랫튜트(11)에 의해서 상기 제 2 헤더(30)의 제 2 챔버(B)로 유동된다.
반면, 상기 열교환기(10)가 증발기로 작용하는 경우, 상기 제 2 헤더(30)의 제 2 챔버(B)로 냉매가 유입된 후에 상기 각 플랫튜트(11)으로 분배된다. 그러면 냉매는 각 플랫튜트(11)에 의해서 상기 제 1 헤더(20)의 제 1 챔버(A)로 유동된다.
한편, 상기 제 1 분배기(40)는 다수 개의 연결 튜브(50)에 의해서 상기 제 1 헤더(20)에 연결된다. 이 때, 상기 연결 튜브(50)는 상기 제 1 헤더(20)의 제 1 챔버(A)와 연통된다. 그리고, 상기 연결 튜브(50)는 상기 열교환 유닛(X)의 수와 동일한 수로 구비된다.
그리고, 상기 제 1 분배기(40)에는 냉매가 유동하기 위한 연결관(42)이 형성 된다. 상기 연결관(42)은 열교환기(10)가 응축기로 작용하는 경우에 냉매의 유입구 역할을 하고, 상기 열교환기(10)가 증발기로 작용하는 경우에 냉매의 토출구로 작용한다.
상기 캐필러리(60)는, 메인부(61)와, 상기 메인부(61)에서 분지되는 다수 개의 분지부(62)가 포함된다. 상기 다수 개의 분지부(62)는 상기 제 2 헤더(30)에 형성된 다수 개의 캐필러리 연결부(34)에 각각 연결된다.
상기 다수 개의 분지부(62)는 각각 상기 제 2 헤더(30)의 제 2 챔버(B)와 연통된다. 그리고, 상기 다수 개의 분지부(62) 및 상기 다수 개의 캐필러리 연결부(34)는 상기 열교환 유닛(X)의 수와 동일한 수로 구비된다.
상기 각 헤더(20, 30)와, 상기 연결 튜브(50) 및 제 1 분배기(40)는 일 례로 알루미늄 재질로 형성될 수 있고, 상기 캐필러리(60)는 일 례로 구리 재질로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 캐필러리(60)는 상기 캐필러리 연결부(34)에 저온 용접에 의해서 결합될 수 있다.
상기 제 2 분배기(70)는 상기 열교환기(10)의 하방에 위치된다. 그리고, 상기 메인부(61)는 상기 제 2 분배기(70)의 상면에 연결된다.
한편, 도 3을 참조하면, 상기 각 플랫 튜브(11)와 상기 핀(12)의 접촉면에는 납재 층(13)이 형성된다. 상기 납재 층(13)은, 상기 플랫 튜브(10)에 결합 또는 부착된 시트 형상의 납재가 가열됨에 따라 형성된다.
상기 납재 층(13)은 상기 플랫 튜브(11)와 상기 핀(12)이 견고하게 고정되도록 한다. 그리고, 상기 납재로는 일 례로 클래드(Clad)가 사용될 수 있다. 이 때, 상기 납재의 용융점은 상기 플랫 튜브 및 상기 핀(12)의 융용점 보다 낮다.
또한, 도시되지는 않았으나, 상기 각 플랫 튜브(11)와 상기 각 헤더(20, 30)의 접촉면에는 납재 층이 형성될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 상기 연결 튜브(50)와 상기 제 1 헤더(20)의 접촉면 및 상기 연결 튜브(50)와 상기 제 1 분배기(40)의 접촉면에도 납재 층이 형성될 수 있다.
이하에서는 상기 냉매 시스템(1)의 제작 과정에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 일정 길이의 다수 개의 플랫 튜브(11)에 납재를 결합 또는 부착시킨다. 그 다음, 납재가 부착된 다수 개의 플랫 튜브(11)를 상기 다수 개의 핀(12)에 관통 결합시킨다.
그 다음, 납재가 부착된 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)의 일측을 상기 제 1 헤더(20)에 관통 결합시키고, 납재가 부착된 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)의 타측을 상기 제 2 헤더(30)에 관통 결합시킨다.
그 다음, 상기 다수 개의 연결 튜브(50)의 양단에 납재를 결합 또는 부착 시킨다. 그리고, 납재가 부착된 상기 다수 개의 연결 튜브(50)의 일측을 상기 제 1 헤더(20)에 결합시키고, 납재가 부착된 상기 다수 개의 연결 튜브(50)의 타측을 상기 제 1 분배기(40)에 결합시킨다.
그 다음, 상기 제 1 분배기(40)와 연결된 상기 열교환기(10)(제 1 헤더, 제 2 헤더, 핀 및 플랫 튜브로 구성)를 가열한다. 예를 들면, 상기 열교환기(10), 연결 튜브(50) 및 제 1 분배기(40)를 대략 580-612oC의 온도로 가열한다. 상기 열교환 기(10), 연결 튜브(50) 및 제 1 분배기(40)를 가열하는 것은 상기 납재를 가열하여 용융시키기 위한 것이다.
그러면, 상기 플랫 튜브(11)와 핀(12) 사이, 상기 플랫 튜브(11)와 상기 각 헤더(20, 30) 사이, 상기 연결 튜브(50)와 제 1 헤더(20) 사이 및 상기 연결 튜브(50)와 상기 제 1 분배기(40) 사이에 납재 층이 형성되어 상호 간에 고정된다. 그 다음, 상기 제 2 분배기(70)와 연결된 캐필러리(60)와 상기 제 1 헤더(20)를 저온 용접에 의해서 결합시킨다.
이와 같은 실시예에 의하면, 상기 열교환기(10)를 구성하는 구성요소 간 및 열교환기(10)와 연결 튜브(50) 및 상기 연결 튜브(50)와 제 1 분배기(40)를 동시에 가열함으로써, 각각이 동시에 고정될 수 있으므로, 냉매 시스템(1)을 간단하게 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 일정 길이의 직선 형상의 플랫 튜브(11)의 양측을 상기 각 헤더에 결합시키므로, 상기 플랫 튜브(11)의 제작이 간단해지고, 상기 각 헤더(20,30)와 상기 플랫 튜브(11)의 결합이 간단해지는 장점이 있다.
특히, 제 1 분배기(40)와 제 2 분배기(70)가, 열교환기(10)를 기준으로 서로 반대측에서 열교환기와 연통(10)되므로, 서로 간섭이 없어 제작 및 조립이 용이하다. 또한, 냉매가 열교환기(10)에 유입되어 토출되기까지, 한 방향으로만 유동되므로, 헤더(20,30)의 제작이나 유로의 설계가 용이하다.
다음으로, 상기 냉매 시스템(1)의 작용에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 상기 열교환기(10)가 응축기로 작용하는 경우, 압축기(미도시)에서 토 출된 기상의 냉매는 상기 연결관(42)을 통하여 상기 제 1 분배기(40)로 유입된다. 그리고, 상기 제 1 분배기(40)로 유입된 냉매는 상기 각 연결 튜브(50)로 분배되고, 상기 각 연결 튜브(50)의 냉매는 상기 제 1 헤더(20)의 제 1 챔버(A)로 각각 유입된다.
그리고, 상기 제 1 챔버(A)로 유입된 냉매는 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)로 분배된다. 그리고, 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)로 유입된 냉매는 상기 제 2 헤더(30)의 제 2 챔버(B)로 이동하면서 응축된다. 상기 제 2 챔버(B)로 이동된 냉매는 상기 캐필러리(60)를 통과하면서 팽창된 후에 상기 제 2 분배기(70)로 유입된다. 그리고, 상기 제 2 분배기(70)로 이동된 냉매는 도시되지 않은 증발기로 작용하는 열교환기를 지나 상기 압축기로 이동하게 된다.
반면, 상기 열교환기(10)가 증발기로 작용하는 경우, 상기 제 2 분배기(70)에서 상기 캐필러리(60)로 액상 및 기상의 이상 상태(Two-phase)의 냉매가 분배된다.
냉매가 응축기를 통과하면서 완전하게 응축되는 경우, 상기 응축기를 통과한 냉매는 액상 상태가 된다. 그러나, 실질적으로 응축기를 통과한 냉매는 완전한 액상이 될 수 없고, 액상과 기상의 이상 상태가 된다.
여기서, 본 실시예에서는 상기 캐필러리(60)의 메인부(62)가 상기 제 2 분배기(70)의 상면에 결합되고, 상기 메인부(61)에서 각 분지부(62)가 분지되므로, 상기 제 2 분배기(70)에서 상기 각 분지부(62)로 냉매가 균일하게 분배될 수 있게 된다. 즉, 상기 다수 개의 분지부(62) 중 어느 한 분지부(62)로는 액상 냉매 만이 분 배되고, 다른 분지부(62)에는 기상 냉매 만이 분배되는 것이 방지된다.
상기 캐필러리(60)로 유입된 냉매는 팽창 과정을 거치게 되고, 팽창된 냉매는 상기 제 2 헤더(30)의 제 2 챔버(B)로 각각 유입된다. 그리고, 상기 제 2 챔버(B)로 유입된 냉매는 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)로 분배된다. 그리고, 상기 다수 개의 플랫 튜브(11)로 유입된 냉매는 상기 제 1 헤더(20)의 제 1 챔버(A)로 이동하면서 증발된다.
상기 제 1 챔버(A)로 이동된 냉매는 상기 연결 튜브(50)를 통하여 상기 제 1 분배기(40)로 이동된다. 그리고, 상기 제 1 분배기(40)로 이동된 냉매는 상기 연결관(42)을 지나 도시되지 않은 압축기로 이동하게 된다.
여기서, 상기 열교환기(10)가 증발기로 작용하는 중에는, 냉매와 외부 유체의 열교환 과정에서 응축수가 발생된다. 이 때, 본 실시예의 경우 상기 플랫 튜브(11)가 상기 핀(12)에 관통 결합되므로, 발생된 응축수는 상기 핀(12)을 따라 용이하게 흘러내릴 수 있게 된다.
도 1은 실시예에 따른 냉매 시스템의 구조를 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 X부분의 확대도.
도 3은 실시예에 따른 열교환기의 부분 수직 단면도.

Claims (10)

  1. 내부에 각각 다수의 냉매 유로가 형성되는 다수의 플랫 튜브;
    상기 플랫 튜브 일측에 연결되는 다수의 제 1 챔버를 가지는 제 1 헤더;
    상기 제 1 헤더와 연결되어 냉매의 유동을 안내하는 분배기;
    상기 분배기와 상기 제 1 챔버 사이에 개입되어, 상기 분배기와 상기 제 1 챔버를 연결하는 연결 튜브;
    상기 플랫 튜브 타측에 연결되는 다수의 제 2 챔버를 가지는 제 2 헤더; 및
    상기 제 2 헤더와 연결되어 냉매의 유동을 안내하는 메인부와, 상기 메인부에서 분지되어 상기 제 2 챔버와 연결되는 다수의 분지부를 가지는 캐필러리; 를 포함하여 구성되고,
    상기 냉매는 어느 한 헤더에서 다른 헤더로 유동하여 배출되는 냉매 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫 튜브가 관통되는 다수의 핀이 더 포함되는 냉매 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 튜브는 각각의 상기 제 1 챔버와 연통되는 냉매 시스템
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐필러리에는 상기 캐필러리와 연결되는 분배기가 더 제공되는 냉매 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랫 튜브와 상기 각 헤더의 접촉부에는 납재가 용융되어 형성되는 납재 층이 제공되는 냉매 시스템.
  7. 다수의 제 1 챔버가 구획 형성되는 제 1 헤더;
    상기 제 1 챔버와 연통되고, 다수의 제 2 챔버가 구획 형성되는 제 2 헤더;
    상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버를 서로 대응되게 연통시키며, 그 내부로 냉매가 각각 독립적으로 분리되어 유동하는 다수의 플랫 튜브;
    상기 제 1 헤더와 연결되는 제 1 분배기;
    상기 제 1 분배기와 상기 제 1 챔버 사이에 개입되어 상기 제 1 분배기와 상기 제 1 챔버를 연결하는 연결 튜브;
    상기 제 2 헤더와 연결되는 메인부와, 상기 메인부에서 분지되어 상기 제 2 헤더와 상기 메인부를 연결하는 다수의 분지부를 가지는 캐필러리; 및
    상기 캐필러리와 연결되는 제 2 분배기; 가 포함되는 냉매 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 각 플랫 튜브 내부에는 다수의 냉매 유로가 형성되고,
    상기 각 플랫 튜브를 유동하는 냉매의 유동 방향은 동일한 냉매 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 분지부와 각각의 상기 제 2 챔버 사이에는 상기 분지부와 상기 제 2 챔버를 연결하는 캐필러리 연결부가 더 제공되는 냉매 시스템.
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