KR101951050B1 - 증발기 및 공기 조절방법 - Google Patents

Abstract

증발기는 유입 매니폴드, 유입 매니폴드에 평행한 유출 매니폴드 및 유출 매니폴드에 평행 및 인접하는 수집 매니폴드를 포함한다. 제1 흐름관은 유입 매니폴드에서 수집 매니폴드로 연장하고, 적어도 하나의 제2 흐름관은 수집 매니폴드에서 유출 매니폴드에로 연장한다. 이 증발기는 인클로저 내에 탑재하여 외장 탑재 증발기를 제공할 수 있다. 공기가 증발기를 통과할 때 공기에서 냉매로 열을 전달함으로써 공기 조절이 이루어진다. 냉매는 인클로저의 외부에서 유입 매니폴드 내부로 수용되며, 제1 및 제2 냉매통로를 통과하면서 공기로부터 열을 수용한다. 냉매 흐름은 제2 통로에서 수집 매니폴드에로 수용되고 다시 유출 매니폴트에 전달되며, 마지막으로 인클로저 밖으로 배출 제거된다.

Description

증발기 및 공기 조절방법 {EVAPORATOR, AND METHOD OF CONDITIONING AIR}

본 발명은 열교환기에 관한 것이며 특히 공기를 조절('conditioning')하는 증발기로 작동하는 열교환기에 관한 것이다.

증기 압축 시스템은, 다른 용도 중에서도, 통상적으로 냉각 및 냉방(air conditioning)이나 난방을 위해서 사용한다. 전형적인 증기 압축 시스템에서는, 온도 및/또는 습도가 제어된 환경으로부터 제어되지 않은 주변 환경으로, 또는 그 역으로 열 에너지를 전달하기 위해서, 연속적인 열역학 사이클을 통해 종종 작동 유체라 부르는 냉매가 순환된다. 그러한 증기 압축 시스템들은 다양하게 구현할 수 있으나, 이 시스템들은 대부분의 경우에 증발기로서 작동하는 적어도 하나의 열교환기 및 응축기로서 작동하는 적어도 하나의 다른 열교환기를 구비한다.

상술한 종류의 시스템에 있어서, 전형적으로 냉매는, 이것이 과냉 액체(subcooled liquid) 또는 상대적으로 낮은 증기 품질의 부분 기화된 2상 유체인 열역학적 상태(즉, 압축 및 엔탈피 조건)에서 증발기로 들어간다. 열에너지는 냉매가 증발기를 통해 이동함에 따라 냉매 속으로 보내짐으로써, 냉매는 상대적으로 높은 증기 품질의 부분 기화된 2상 유체 또는 과열 증기(superheated vapor)로서 증발기를 나온다. 이 열에너지는 종종 공기 흐름에서 제거되는 현열 및/또는 잠열로서 온도 및/또는 습도 제어된 환경으로 공기를 전달하기 앞서서 상기의 공기 흐름을 조절한다.

이 시스템의 다른 지점에서, 냉매는 전형적으로 증발기의 작동 압력보다 높은 압력으로 과열 증기로서 응축기로 들어간다. 냉매가 응축기를 통해 이동함에 따라 냉매로부터 열에너지가 방출됨으로써, 냉매는 적어도 부분적으로 응축된 상태로 응축기에서 나온다. 대부분의 경우에 냉매는 완전 응축된 과냉 액체로서 응축기를 나온다.

일부 증기 압축 시스템은 냉방 모드(가령, 제어되지 않은 주변 환경의 온도가 제어된 환경의 원하는 온도보다 높은 경우) 또는 난방 모드(가령, 제어되지 않은 주변 환경의 온도가 제어된 환경의 원하는 온도보다 낮은 경우)중 하나로 작동할 수 있는 가역 히트 펌프 시스템이다. 그러한 시스템은 하나의 모드에서 증발기로, 다른 모드에서는 응축기로 작동할 수 있는 열교환기를 필요로 할 수 있다.

냉장 시스템에 이용되는 특히 유용한 열교환기 종류로서 병렬 흐름(PF) 형태의 열교환기를 들 수 있다. 이러한 열교환기는 냉매를 유입 매니폴드로부터 열전달 영역을 통해 유출 매니폴드로 전달할 복수의 병렬 채널 특히 마이크로채널을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 어떤 실시예에서, 증발기는 유체 입구(fluid inlet port)가 한 말단에 배치된 유입(inlet) 매니폴드 및 상기 유입 매니폴드 내에 배치되고 유체 입구에 연결된 유체 분배기(fluid distributor:흐름 분배장치)를 포함한다. 유체 출구(fluid outlet port)를 갖는 유출(outlet) 매니폴드가 유입 매니폴드와 병렬 배치되며 수집(collection) 매니폴드는 유출 매니폴드와 병렬 배치 및 이에 인접한다. 복수의 제1 흐름관(flow conduits)이 유입 매니폴드에서 수집 매니폴드로 연장되며, 적어도 하나의 제2 흐름관이 수집 매니폴드에서 유출 매니폴드로 연장된다.

어떤 실시예에서, 유입 매니폴드는 유출 매니폴드와 수집 매니폴드 중 적어도 하나에 인접한다. 어떤 실시예에서, 중간 헤더(intermediate header)가 유입 매니폴드와 수집 매니폴드 반대측의 증발기의 말단에 설치된다.

본 발명의 어떤 실시예에 있어서, 공기 조절 방법(a method for conditioning air)은 인클로저(봉입체: enlosure) 안에 수용된 증발기의 공기 측을 통하여 공기 흐름(flow of air)을 인클로저의 공기 유입구 내로 전달하는 단계 및 냉방된 공기를 공기 유출구를 통하여 인클로저로부터 분리하는 단계를 포함한다. 열은, 공기를 조절하기 위해 공기 흐름이 증발기를 통과할 때 공기 흐름에서 냉매 흐름으로 전달되는 열이다. 냉매 흐름은 인클로저의 외부로부터 상기 인클로저 내에 설치된 유입 매니폴드의 한 말단 속으로 수용되며 또한 제1 및 제2 냉매 통로를 통과하여 공기의 열을 수용한다. 이때의 냉매는 제1 및 제2 통로에서 대향 방향으로 흐른다. 냉매 흐름은 제2 통로에서 나와 수집 매니폴드에 수용되고, 유출 매니폴드에 전달되어 인클로저의 외부로 배출 제거된다.

어떤 실시예에서, 제1 통로 안의 냉매의 흐름 방향은 인클로저에 유입되는 공기 흐름에 대해 예각의 방향으로 배향한다. 어떤 실시예에서, 공기 흐름은 제1 냉매 통로에 유입되기(encountering) 전에 제2 냉매 통로에 유입된다. 어떤 실시예에서, 냉매 흐름은 유입 매니폴드 및 수집 매니폴드의 맞은 편에 있는 증발기의 말단에 배치된 중간 헤더 내에서 제1 냉매 통로에서 제2 냉매 통로로 전달된다.

본 발명의 어떤 실시예에서, 외장 케이스에 수용된 증발기 ('외장 탑재 증발기')는, 공기 흐름을 이 증발기 속으로 유입시키는 입구면, 이 입구면에 소정 간격을 두고 병렬로 배치된 것으로서 공기 흐름을 상기 증발기 밖으로 유출시키는 출구면, 또한 입구면과 출구면 사이에 연장된 복수의 측벽을 포함한다. 증발기는 인클로저 내부에 배치되며, 인클로저 입구면에 대해 예각으로 설치된 공기 유입구 코어면 및 일정 간격을 두고 이 공기 유입구 코어면에 대해 평행하게 설치된 공기 유출구 코어면을 포함한다. 유입 매니폴드, 유출 매니폴드 및 수집 매니폴드는 증발기 코어의 한 말단에 공통으로 존재한다. 냉매 입구는 측벽 중 하나를 통해 유입 매니폴드 속으로 연장하며, 냉매 출구는 측벽 중 하나를 통해 유출 매니폴드 속으로 연장한다. 복수의 제1 흐름관은 증발기 코어를 통과하여 유입 매니폴드에서 수집 매니폴드로 연장되고, 적어도 하나의 제2 흐름관은 수집 매니폴드에서 유출 매니폴드로 연장한다.

어떤 실시예에서, 응축액 트레이(tray)는 인클로저 내부에 배치되고, 외장 탑재 증발기가 작동할 때는 유입 매니폴드, 유출 매니폴드 및 수집 매니폴드 바로 밑에 위치한다. 어떤 실시예에서, 냉매 입구 및 냉매 출구는 서로 인접한다. 어떤 실시예에서, 수집 매니폴드는 공기 유입구 코어면과 공기 유출구 코어면으로 정의 두 평면 사이에 배치된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 잠열 및/또는 현열을 공기 흐름에서 냉매 흐름으로 효과적으로 전달할 수 있으며, 증발기가 제 1 운전모드에서는 증발기로, 제 2 운전모드에서는 응축기로 작용할 수 있다.

또한, 분배이상을 해소할 수 있어 시스템의 안정성 향상 및 증발기 내에서 달성할 수 있는 열부하값의 증가효과가 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 증발기의 사시도이고;
도 2는 도 1의 단면(II-II)의 상세도이고;
도 3은 도 2의 선(III-III)을 따라 절단한 사시도이고;
도 4는 도 1의 증발기의 정면도이고;
도 5는 도 1의 증발기에 사용되는 핀 및 관 조합체의 부분 사시도이고;
도 6은 본 발명의 어떤 실시예의 장점을 수용하도록 구성된 증기 압축 시스템의 개략도이고;
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 외장 탑재 증발기의 사시도이고;
도 8은 도 7의 선(III-III)을 따라 절단한 단면도이고; 및
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 증발기의 부분 사시도이다.

본 발명의 어떤 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 이것의 출원에 있어서 다음의 설명에서 언급하거나 다음의 도면에 도시된 구성요소의 구성 및 배열의 상세로 제한되지 않음을 이해해야 한다. 본 발명은 다른 실시예도 가능하며 다양한 방식으로 실행 및 실시할 수 있다. 또한, 본원에서 사용한 용어 및 어법은 설명의 목적을 위한 것으로 제한으로 간주해서는 안되는 점을 이해해야 한다. 본원에서 "구비하는", "포함하는" 또는 "갖는" 및 그 변형을 사용한 것은 이후에 열거하는 항목 및 그의 등가물뿐만 아니라 추가적인 항목을 망라하는 것을 의미한다. 달리 특정하거나 제한하지 않는 한, "장착된", "연결된", "지지된" 및 "결합된" 및 그 변형에 대한 용어는 폭넓게 사용되며 직접 및 간접 두가지로 장착되고, 연결되고, 지지되고, 결합되는 것을 망라한다. 또한, "연결된" 및 "결합된"은 물리적 또는 기계적 연결이나 결합으로 한정되지 않는다.

본 발명의 어떤 측면에 따른 실시예를 도 1 내지 도 4에 도시 및 기술한다. 이 실시예는 잠열 및/또는 현열을 공기 흐름에서 냉매 흐름으로 전달하는데 효과적인 증발기(1)를 포함하며 이에 따라 냉매를 적어도 일부가 액상인 상태에서 과열된 기체 상태로 증발시킬 수 있다. 또다른 분야에서, 이러한 증발기(1)는 제1 운전 모드에서는 증발기로 또한 제2 운전 모드에서는 응축기로 작동할 수 있다. 또다른 분야에서, 상기 증발기(1)는 다른 종류의 장치, 예컨대, 랜킨(Rankine) 사이클 발전기에 활용할 수 있다.

실시예에 따른 증발기(1)는 병렬 흐름관 및 핀 구조로 되어있다. 복수의 편평관(9)이 2개의 평행한 행렬(banks)(9a 및 9b)로 배열되며 나선형 사행 핀 구조(11)는 각 행렬 내의 인접한 편평관(9) 사이에 배열된다. 핀 구조(11) 및 편평관(9)의 전형적인 반복 구간을 도 5에 상세히 도시한다. 도 5를 참조하면, 편평관(9)은 2개의 짧은 아치형 면(13)과 결합되어 있는 2개의 이격된 폭넓은 편평면(12)을 포함한다. 핀 구조(11)의 나선체의 산마루는 경납땜 등에 의해 상기 편평관(9)의 폭넓은 편평면(12)에 접합되어 있다. 편평관(9) 내측에는 내부망(web) 구조(15)가 배치되어 편평관(9)의 내부 용적을 비교적 작은 수력학적 직경을 가진 복수의 흐름 채널(14)로 분할하며, 이에 따라 냉매가 편평관(9)을 통해 운반될 수 있다. 공기는 핀 구조(11)의 나선체 및 편평관(9)의 폭넓은 편평면(12)에 의해 형성된 채널을 통과할 수 있으며, 이에 따라 공기 흐름과 냉매 흐름 간의 효과적인 열전달이 가능하다. 핀 구조(11) 및 편평관(9)의 조립체를 여기서 증발기 코어(39)라고 한다.

증발기 코어(39)는 제1 및 제1 코어면(25 및 26)으로 정의한 두 평면 사이에 장착한다. 어떤 실시예에서, 제1 코어면(25)은 공기 유입구 코어면 역할을 하며 제2 코어면(26)은 공기 유출구 코어면으로 기능 한다. 또다른 실시예는 공기 흐름 방향이 역전되어, 제1 코어면(25)이 공기 유출구 코어면 역할을 하고 제2 코어면(26)이 공기 유입구 코어면으로 기능한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 증발기(1)의 제1 행렬에 있는 편평관(9a)은 증발기(1)의 제1 말단에 배치된 유입 매니폴드(2)에서 상기 증발기(1)의 반대측인 제2 말단에 배치된 중간 헤더(31)로 연장한다. 마찬가지로, 증발기(1)의 제2 행렬에 있는 편평관(9b)은 상기의 중간 헤더(31)에서 증발기(1)의 제1 말단에 배치되고 제1 매니폴드(2)에 인접한 수집 매니폴드(3)로 연장한다. 편평관(9a)을 통과하는 유체 흐름은 중간 헤더(31) 안의 유통로에 수용되어 복수의 제2 편평관(9b)에 전달될 수 있으며, 또는 그 반대도 가능하다. 중간 헤더(31)의 실례는 2011년 3월 31일 출원한 Mross et. al의 현재 계류중인 미국 특허출원 제 13/076,607호에 기술되어 있으며 이의 전체 내용을 본원에 참조로서 수록한다. 그러나, 중간 헤더(31)는 그외의 또다른 구성으로도 될 수 있으며, 어떤 실시예의 경우 중간 헤더(31)를 전면 생략할 수도 있다. 예를 들어, 어떤 실시예의 경우 증발기(1)는 유입 매니폴드(2)에서 수집 매니폴드(3)로 연장한 단일 행렬의 편평관(9)을 포함한다.

도 3에서 가장 잘 도시한 바와 같이, 유출 매니폴드(4)는 코어면(25 및 26)으로 정의된 평행한 평면 간에 전면 배치된다. 유입 매니폴드(2) 및 수집 매니폴드(3) 중의 적어도 일부가, 또한 바람직하게는, 유입 매니폴드(2)와 수집 매니폴드(3) 대부분이 마찬가지로 코어면(25 및 26)으로 정의된 평행한 평면 간에 위치한다.

명확히 나타내기 위해, 나선형(convoluted) 핀(fin) 구조(11)의 일부만을 도 1 및 도 2에 도시한다. 어떤 실시예 (반드시 모두일 필요는 없음)에서, 핀 구조(11)는 코어(39)의 전체 폭이 매니폴드(2,3)에서 중간 헤더(31)로 연장하는 것으로 이해한다. 실시예에서 편평관(9a) 및 (9b)은, 연속 핀 구조(11)가 편평관(9)의 제1 및 제2 행렬 양측에 공통이 될 수 있도록, 상호 정렬 방식으로 배열된다(도 3에 가장 잘 나타남). 그러나 어떤 실시예에서는, 각 편평관 행렬의 개별적인 핀 구조(11)를 이용하는 것이 바람직할 수도 있다.

유입 매니폴드(2)는 제1 말단(32)에서 제2 말단(33)으로 연장한다. 복수의 슬롯(16)이 유입 매니폴드(2)의 세로길이를 따라 배열하며 제1 편평관(9a) 행렬의 말단(10)은 밀폐 방식으로 슬롯(16) 내부에 수용된다. 유체 입구(5)는 제1 말단(32)에 위치하며 유입 매니폴드(2) 내에 배치된 흐름 분배장치(19)와 유체 소통한다. 실시예의 흐름 분배장치(19)는 도 3에 최상으로 도시되어 있다. 실시예에서, 흐름 분배장치(19)는 적어도 유입 매니폴드(2)의 길이의 일부를 연장시키는 원통관을 포함하며 또한, 어떤 실시예에서는, 전체 길이를 연장시킨다. 오리피스 (도면에 없음)는 흐름 분배장치(19)의 길이를 따라 배열되고, 편평관(9a) 행렬 내에서 유체 입구(5)로부터 흐름 채널(14)에 수용된 냉매 흐름을 균일하게 분배할 수 있다. 기타의 다수 흐름 분배장치가 당해 분야에 공지되어 있으며, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 마찬가지로 대체가 가능하다.

수집 매니폴드(3)는 제1 말단(34)에서 제2 말단(35)으로 연장한다. 복수의 슬롯(16)이 수집 매니폴드(2)의 세로길이를 따라 배열되며, 제2 편평관(9b) 행렬의 말단(10)은 슬롯(16) 내에 밀폐 수용된다. 유출 매니폴드(4)는 유입 매니폴드(2)와 수집 매니폴드(3)에 인접한 증발기(1)의 제1 말단에 배치된다. 유출 매니폴드(4)는 제1 말단(36)에서 제2 말단(37)으로 연장하고, 유체 출구(6)는 상기 말단(36)에 위치하나, 어떤 실시예에서는 이와 달리, 상기 유체 출구(6)가 또다른 말단(37)에 위치한다. 어떤 실시예 (단, 모든 경우는 아님)에서, 제1 말단(32, 34 및 36)의 일부 혹은 전체가 대체로 동일 평면상에 있다. 마찬가지로, 어떤 (단 모든 경우는 아님) 실시예에서, 제2 말단(33, 35 및 37)의 일부 혹은 전체가 역시 동일 평면상에 있다.

흐름관(7)은 수집 매니폴드(3)와 유출 매니폴드(4) 사이에 연장된다. 상응하는 공동(apertures)(32)이 매니폴드(3, 4)의 측벽에 형성되어 흐름관(7)의 말단을 밀폐 수용한다. 안장부(8)는 바람직하게, 각 흐름관의 외측 가장자리를 따라 설치되며 흐름관(7)을 매니폴드(3, 4)에 조립하는데 도움을 준다. 매니폴드(3), 매니폴드(4) 및 흐름관(7)은 바람직하게는 경납땜 처리로 접합하나, 그외에도 용접, 아교접합 등의 방법에 따라 접합할 수도 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 증발기(1)의 다른 구성요소 중 일부 혹은 전부 (예, 편평관(9), 핀 구조(11), 유입 매니폴드(12), 중간 헤더(31), 입구(5) 및 출구(6) 등)를 마찬가지의 조작으로 접합한다.

어떤 실시예에서는 도 3에서 보는 바와 같이, 유출 매니폴드(4)를 적어도 그 일부가 유입 매니폴드(2)와 수집 매니폴드(3) 사이의 공간에 위치하도록 하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 배열은 바람직한 매니폴드(2, 3 및 4)의 조밀한 조립배열을 제공할 수 있다. 이러한 실시예에서 유출 매니폴드(4)의 종축 거리와 상기 매니폴드(2) 및 (3)의 종축을 관통하는 평면 간의 거리 'd'는 상기 매니폴드(2)와 (4)의 외경의 합의 1/2보다 짧다.

유입 매니폴드(2), 수집 매니폴드(3) 및 유출 매니폴드(4)는 모두 원형 단면을 갖는 것으로 도시되고 있으나, 이들 매니폴드 중 하나 이상은 원형 이외에 사각형, 육각형, 팔각형 혹은 구형 등 이에 대한 제한되지 않는 단면을 가질 수 있는 것으로 이해한다. 어떤 실시예에서, 유출 매니폴드(4)는 매니폴드(2, 3) 중 하나 또는 양측보다 단면 혹은 직경이 더 작을 수 있다. 어떤 특정의 바람직한 실시예에서, 유출 매니폴드(4)는 출구(6)의 크기 및/또는 형상과 유사할 수 있다.

증기 압축시스템(40) 내의 증발기(1)의 조작 원리에 대해 도 6의 개략도를 참조로 기술한다. 증기 압축시스템(40)는 압축기(33), 응축기(35), 팽창기(34) 및 증발기(1)를 포함한다. 이 압축기(33)는 냉매 작동유체를 시스템(40)에 통과시킨다. 승온 및 압력의 과열 기체 냉매는 압축기(40)에서 응축기(35)로 향하며, 이때의 열이 냉매로부터 제거되어 냉매를 냉각 응축함으로써 고압 과냉각 액체를 형성한다. 압축기(33)와 응축기(35)는 서로 근접한 위치에 함께 배열되며 단일 장치 안에 함께 탑재된다.

도 6을 또한 참조하면, 고압 과냉각 액체 냉매는 배관(41)을 통과하며 (통상 '액체관') 팽창기(34)로 향한다. 팽창기(34)는 자동온도조절식(thermostatic) 밸브, 전자제어 팽창기, 고정형 오리피스, 혹은 고압 과냉각 액체에서 저압 액체 혹은 액체-기체 혼합물 형태로 냉매를 팽창시키기 위해 증기 압축시스템에 통상적으로 이용되는 그외 다른 종류의 팽창기일 수 있다. 팽창기(34)는 일반적으로 증발기(1)의 유체 입구(5)에 근접한 위치에 설치된다.

비교적 낮은 온도 및 압력의 팽창 냉매는 유체 입구(5)를 통과하여 유입 매니폴드(2)로 향한다. 이 냉매는 유입 매니폴드(2)에서 수집 매니폴드(3)로 연장하는 복수의 흐름관(17)에 분배된다. 예를 들면, 복수의 흐름관(17)은 편평관(9)의 채널(14)과 중간 헤더(31)의 유통로를 포함할 수 있다. 냉매는 복수의 흐름관(17)을 통과하면서 기화 및 부분적으로 과열된다. 다음, 냉매는 흐름관(7)을 통해 유출 매니폴드(4)에 전달되고 저압 과열기체 형태로 유체 출구(6)를 거쳐 증발기(1) 밖으로 제거된다. 이 저압 과열기체는 배관(통상 '흡입관(suction line)'이라고 한다)(42)을 통해 압축기(33)의 입구로 복귀한다.

압축기(33)와 응축기(35)는 대개 팽창기(34)와 증발기(1)로부터 소정 간격을 두고 배치한다. 예를 들어, 압축기(33)와 응축기(35)는 건물 외부에 설치하여 응축기(35) 내부의 냉매에서 배출된 열이 외기로 쉽게 전달될 수 있게 하며, 한편 증발기(1) 및 팽창기(34)는 가열 및 냉각장치를 위해 건물의 지정된 위치에 설치한다. 그 결과로서, 액체관(41)과 흡입관(42)은 통상적으로 상기 두 다른 위치 간에 연장되는 단일 '배관군(line set)'으로서 제공된다.

액체관(41)과 흡입관(42)을 포함한 배관군과 팽창기(34) 및 증발기(1)의 연결을 단순화하기 위하여, 증발기(1)의 유체 입구(5)와 유체 출구(6)를 인접한 말단(32, 36)에 배열하는 등 서로에 대해 밀접한 위치에 배치하는 것이 훨씬 유리할 수 있다. 이 결과로, 공통의 위치에 배관군을 종결 마감할 수 있다. 그러나, 위와 같은 유체 입/출구(5, 6)의 조립배열은 입/출구(5, 6)에 가까운 흐름관이 멀리 떨어진 것보다 전체 냉매 흐름 중 훨씬 큰 부분을 수용하는 경향이 있으므로 실질적으로 복수의 흐름관(17) 간의 흐름 분배의 균일성을 저하시킬 우려가 있다. 이러한 분배이상(maldistribution)은 여러가지 바람직하지 않은 영향, 예컨대 공기조절 이상, 시스템 안정 감소, 및 증발기 내에서 달성할 수 있는 열부하값의 저하 등을 야기할 수 있다.

본 발명자는 흐름관(7)의 수, 크기 및 위치 등을 적절히 선택함으로써 상술한 분배이상을 실질적으로 해소할 수 있음을 밝혀내었다. 제일 먼저 수집 매니폴드(3) 내의 흐름관(17)에서 나온 냉매를 수용하고 흐름관(7)을 통해 냉매를 유출 매니폴드(4)로 전달함으로써, 상기 흐름관(17)은 모두 동등한 유로를 형성할 수 있다. 실시예에서 2개의 흐름관(7)을 도시하고 있으나, 경우에 따라 이보다 적은 수 혹은 많은 수의 흐름관(7)을 사용할 수 있는 것으로 이해한다. 또한, 흐름관(7) 중 일부는 또다른 흐름관(7)보다 더 큰 흐름 면적을 갖는 것이 바람직하다. 어떤 실시예에서, 유체 출구(6)에 더 가까이 배치된 흐름관(7)은 이로부터 더 먼 위치에 있는 흐름관(7)보다 더 작은 흐름 면적을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 외장 탑재 증발기(cased evaporator)(20)를 설치하고 이는 인클로저(21) 내부에 배치한 증발기(1)를 포함한다. 외장 탑재 증발기(20)는 중앙난방 및 냉방장치에서 유익한 소음구간 역할을 할 수 있다. 어떤 실시예에서, 외장 탑재 증발기(20)는 공기 이동장치 및/또는 용광로나 기타 가열장치 하단에 직접 장착할 수 있다.

인클로저(21)는 이 인클로저(21)의 한 면에 배치된 공기 유입구(22) 및 동일한 인클로저(21)의 반대측 면에 배치된 공기 유출구(23)를 포함한다. 측벽(24)은 공기 유입구(22)와 공기 유출구(23) 사이에 연장하며, 외장 탑재 증발기를 통과하여 공기 유입구(22)에서 공기 유출구(23)로 이동하는 공기 흐름(29)을 위한 덕트공기 유로를 제공한다. 증발기(1)는 인클로저(21) 내에 배치되고 이에 따라 공기 유로가 증발기(1)의 코어(39)를 통해 연장한다. 입구(5)와 출구(6)는 측면(24) 중 하나를 통과 연장하여 서로 인접한 위치에 놓이며 이에 따라 흡입관(42) 및 팽창기(34)와 액체관(41)을 상기 출/입구(6, 5)에 대해 각각 간단히 조립할 수 있다.

증발기(1)는 공기 유입구 코어면(25)이 공기 유입구(22)에 대해 예각의 방향으로 배향되도록 인클로저(21) 내부에 배치된다. 어떤 바람직한 실시예에서, 상기 예각(30)은 30 내지 60°의 범위이며 경우에 따라 더 바람직한 실시예에서는 상기 예각(30)이 약 45° 이다.

인클로저(21) 내에 배치된 증발기(1)의 경우, 공기 흐름(29)은 공기 유입구(22)를 통해 외장 탑재 증발기(20)로 들어가고, 냉매가 증발기(1)의 코어(39)를 통과할 때 이로부터 열이 제거됨으로써 상기의 공기 흐름이 냉각 및 조절되며, 이어서 공기 유출구(23)를 통해 외장 탑재 증발기(20)로부터 배출된다. 냉매 흐름은 인클로저(21) 외부로부터 인클로저(21)의 측면(24)를 관통하는 유체 입구(5)를 통해 유입 매니폴드(2) 말단 내로 수용된다. 냉매 흐름은 편평관(9a) 행렬 내에 흐름 채널로 구성된 제1 냉매통로(18a)를 통과한다.

유입 매니폴드(2) 반대편의 증발기(1) 말단에서, 냉매 흐름은 중간 헤더(37)를 경유하여 제1 냉매통로(18a)에서 이 통로(18a) 내의 흐름 방향과 반대 방향으로 흐르는 제2 냉매통로(18b)로 전달되며 이 통로(18b)는 편평관(9b)의 행렬 내에 흐름 채널(14)을 포함한다. 냉매 흐름은 수집 매니폴드(3)에 수용되며 흐름관(7)을 경유하여 유출 매니폴드(4)에 전달된다. 냉매 흐름은 유출 매니폴드(4)의 말단에서 출구(6)를 통해 인클로저(21) 외부로 배출된다.

인클로저(21) 내부에 도시된 바와 같이 배치된 증발기(1)에서, 제1 통로(18a) 내의 냉매 흐름방향은 공기(29)가 공기 유입구(22)에 유입될 때 이의 흐름 방향에 대해 예각 방향으로 배향된다. 특히, 이들 흐름 방향 간의 예각은 예각(30)을 보상한다. 실시예에서, 공기 흐름은 제1 통로(18a)와 접촉하기 전에 먼저 제2 통로(18b)와 만난다. 그러나 또다른 실시예에서는 공기 흐름이 위와 반대의 순서로 냉매 유로와 접촉할 수도 있다.

어떤 바람직한 실시예에서 유입 매니폴드(2)에 수용된 냉매 흐름은 적어도 부분적으로 액상이다. 냉매가 제1 냉매통로(18a)를 따라 이동할 때, 제1 열량이 공기 흐름(29)에서 냉매 속으로 전달된다. 또한, 냉매가 제2 냉매통로(18b)를 따라 이동하면 제2 열량이 공기 흐름(29)에서 냉매 속으로 전달된다. 어떤 바람직한 실시예에서, 냉매 흐름은 제1 열량 및 제2 열량을 수용함으로써 기화되며 또한 어떤 실시예에서는 냉매 흐름이 제1 열량 및 제2 열량을 수용함으로써 부분적으로 과열된다.

선택적으로, 외장 탑재 증발기(20)의 인클로저(21) 내부에 응축액 트레이(43)를 구비하여 공기 흐름이 냉각 및 탈수될 때 공기 흐름(29)으로부터 응축된 물을 포집할 수 있다. 응축액 트레이(43)는 응축액을 수용할 홈통(44), 및 공기 흐름(29)이 관통할 공동(45)을 갖는다. 유입 매니폴드(2), 수집 매니폴드(3) 및 유출 매니폴드(4)는 모두 응축액 트레이(43)의 홈통(44) 바로 위에 모두 배열된다. 잠열이 공기 흐름(29)으로부터 제거될 때 증발기 코어(39)에 형성되는 응축액은 편평관(9)의 아치형 말단(13)을 따라 모세관 작용을 통해 매니폴드(2 및 3)에로 이동할 수 있으며, 계속해서 홈통(44) 속으로 적하한다. 응축액 배수관(도시되지 않음)은 인클로저(21)의 측면(24)들 중 하나를 통과하여 홈통(44) 속으로 연장하며 이에 따라 수집된 응축액은 응축액 트레이(43)로부터 분리 제거할 수 있다.

본 발명에 따른 증발기(101)의 또다른 실시예를 도 9에 나타낸다. 대체로 증발기(101)의 다수의 구성요소는 도 1 내지 도 4에 기술된 증발기(1)의 것과 동일하거나 실질적으로 유사하므로 이들은 동일한 부호로 표시한다.

이 증발기(101)는 말단(34, 35) 사이의 위치에서 수집 매니폴드(3)에 연결된 블록(45)을 포함한다. 블록(46)의 아치형 면(48)은 매니폴드(3)의 외측면에 상응하며 이에 결합되어 있다. 유출 매니폴드(104)는 출구(6)에서 블록(46)으로 연장하며 한 면(47)을 통하여 블록(46) 내부의 도중까지 연장된다. 흐름관은 한 면(48)을 통해 상기 블록(46) 속으로 연장하여 유체를 매니폴드(3)에서 매니폴드(104)로 운반한다. 이러한 흐름관 (도 9에서는 볼 수 없음)은, 예를 들어, 매니폴드(3) 및 (104)에 블록(46)을 접합하기 전에 이 블록(46)을 기계 가공함으로써 제작할 수 있다.

본 발명의 특징 및 구성요소에 대한 다양한 대안을 본 발명의 특별한 실시예를 참조하여 기술하였다. 상술한 실시예에 대해 배타적이거나 이와 부합하지 않는 특징, 구성요소 및 조작 방식을 제외하고, 한 특정 실시예를 참조하여 기술한 기타의 특징, 구성요소 및 조작방식 등은 다른 실시예들에도 적용할 수 있다는 점에 유념한다.

상술하고 도면에 예시된 바와 같은 실시예들은 예시의 목적으로 주어진 것이며 본 발명의 개념과 원리를 한정하기 위한 것은 아니다. 이와 같이, 당해 분야의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 한도에서 상술한 구성요소 및 이의 기술구성과 조립에 있어 다양한 변화가 가능함을 충분히 이해할 것이다.

1: 증발기 2: 유입 매니폴드
3: 수집 매니폴드 4: 유출 매니폴드
5: 유체 입구 6: 유체 출구
7: 흐름관 8: 안장부
9: 편평관 19: 흐름 분배장치

Claims (20)

1. 제1 말단에서 제2 말단으로 종방향 연장하는 유입 매니폴드;
   상기 유입 매니폴드의 제1 및 제2 말단 중 하나에 배치된 유체 입구;
   유입 매니폴드 내부에 배치되고 유체 입구에 연결되어 이로부터 흐름을 수용하는 흐름 분배장치;
   유입 매니폴드에 평행하게, 제1 말단에서 제2 말단으로 종방향 연장하는 유출 매니폴드;
   상기 유출 매니폴드의 제1 및 제2 말단 중 하나에 배치된 유체 출구;
   유출 매니폴드와 평행하게 또한 이에 인접하여, 제1 말단에서 제2 말단으로 종방향 연장하는 수집 매니폴드;
   유입 매니폴드에서 상기 수집 매니폴드로 연장하는 복수의 제1 흐름관; 및
   수집 매니폴드에서 유출 매니폴드로 연장하는 적어도 하나의 제2 흐름관을 포함하고,
   유입 매니폴드의 종방향 축과 이 유입 매니폴드의 종방향 축 및 수집 매니폴드의 종방향 축을 관통하는 평면에 연직인 방향의 유출 매니폴드의 종방향 축 사이의 거리는 유입 매니폴드의 외경과 유출 매니폴드의 외경을 합한 값의 절반보다 짧은 것인 증발기.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 유입 매니폴드는 유출 매니폴드와 수집 매니폴드 중 적어도 하나에 인접하는 것인 증발기.
3. 제1 항에 있어서,
   유입 매니폴드의 제1 및 제2 말단 중 상술한 하나 및 유출 매니폴드의 제1 및 제2 말단 중 상술한 하나는, 입구 및 유출 매니폴드의 종방향에 대해 수직인 공통의 평면상에 배열되는 것인 증발기.
4. 제1 항에 있어서,
   제2 흐름관의 말단을 밀폐 수용하기 위해 상기 제2 흐름관에 대해 1 대 1 대응으로 유출 매니폴드를 따라 배열된 복수의 관통부를 더 포함하는 것인 증발기.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 복수의 관통부 중 제1 관통부는 제1 흐름 면적을 가진 제2 흐름관의 말단을 수용하고, 상기 복수의 관통부 중 제2 관통부는 상술한 제1 흐름 면적보다 작은 제2 흐름 면적을 가진 제2 흐름관의 말단을 수용하며, 또한 상기 복수의 관통부 중 상기 제2 관통부는 유체 출구와 상기 복수의 관통부 중 제1 관통부 사이에 배치되는 것인 증발기.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 유출 매니폴드의 길이는 수집 매니폴드의 길이보다 짧은 것인 증발기.
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8. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 제1 흐름관은 복수의 편평관을 포함하고, 각 편평관은:
   이격 및 대향하는 폭넓은 제1 편평면쌍;
   이격 및 대향하는 짧은 길이의 폭좁은 제2 측면쌍; 또한
   제1 관 말단에서 제2 관 말단으로 연장하는 하나 이상의 흐름 채널을 포함하는 것인 증발기.
9. 제1 항에 있어서,
   유입 매니폴드와 수집 매니폴드의 반대측의 증발기의 한 말단에 배치된 중간 헤더;
   유입 매니폴드에서 상기 중간 헤더로 연장하는 복수의 제1 편평관; 및
   중간 헤드에서 수집 매니폴드로 연장하는 복수의 제1 편평관을 더 포함하고, 이때 상술한 복수의 제1 흐름관은 복수의 제1 편평관, 중간 헤더 및 복수의 제2 흐름관을 관통하여 연장하는 것인 증발기.
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