KR102169284B1 - 열교환기 및 이를 갖는 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매가 분배되어 열교환되는 열교환기 및 이를 갖는 공기조화기에 관한 것이다. 열교환기는 복수의 냉매튜브, 복수의 냉매튜브의 양단에 결합되는 헤더, 헤더의 일 측에 설치되고 냉매가 각각 분배되어 유입되는 복수의 유입관, 복수의 유입관을 통해 각각 유입된 냉매가 서로 다른 분배그룹의 냉매튜브를 통과하여 각각 토출되도록, 복수의 유입관과 대응하여 설치되는 복수의 유출관을 포함한다. 냉매를 소정의 유량으로 분배하여 열교환기에 유입시켜 효과적으로 열교환할 수 있다.

Description

열교환기 및 이를 갖는 공기조화기{HEAT EXCHANGER AND AIR CONDITIONAL HAVING THE SAME}

본 발명은 열교환기 및 이를 갖는 공기조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉매가 분배되어 열교환되는 열교환기 및 이를 갖는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 냉동 사이클을 이용하여 인간이 활동하기 알맞은 온도, 습도, 기류, 분포 등을 조절함과 동시에 공기 속에 있는 먼지 등을 제거하는 장치이다. 냉동사이클을 이루는 주요 구성요소로써 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브, 송풍팬 등이 구비된다.

공기조화기는 실내기와 실외기가 분리되어 설치되는 분리형 공기조화기와,, 실내기와 실외기가 하나의 캐비닛에 함께 설치되는 일체형 공기조화기로 구분될 수 있다. 이 중 분리형 공기조화기의 실내기는 패널 내부로 흡입된 공기를 열교환시키는 열교환기와, 실내의 공기를 패널 내부로 흡입하고 흡입된 공기를 다시 실내로 송풍시키는 송풍팬을 구비한다.

열교환기는 공기조화기를 구성하는 장치로써 응축기나 증발기의 역할을 할 수 있다. 열교환기는 냉매를 안내하는 냉매관으로 마련되고, 냉매관은 다수의 열교환 핀과 결합하여 열교환 효율을 높일 수 있다.

마이크로채널 냉매튜브를 가지는 열교환기는 다른 형태의 열교환기에 비해 열전달 특성이 우수한 것으로 알려져, 공기조화기의 열교환기로 사용된다. 그러나 마이크로채널 냉매튜브를 흘러가며 상변화를 하는 냉매로 인해 냉매튜브에 고르게 냉매가 분배되지 않는 문제점이 있다. 특히, 냉매의 건도가 상승할수록 헤더에서 마이크로채널 튜브로의 냉매분배는 불리해지는 문제점이 있다.

　이러한 헤더에서 마이크로채널 튜브로의 냉매분배 특성은 냉매의 질량유량및 헤더의 유효단면적의 영향을 받는다. 따라서, 다양한 용량대의 제품에 대응하기 위해서는 다양한 헤더의 사양을 필요로 하는 문제점이 있다.

본 발명의 일 측면은 복수의 냉매튜브가 효과적으로 열교환할 수 있도록 냉매를 제공하는 열교환기 및 이를 갖는 공기조화기를 제공한다.

또한, 분배기를 사용하여 냉매의 유량을 필요에 따라 분배할 수 있는 열교환기 및 이를 갖는 공기조화기를 제공한다.

본 발명의 사상에 따른 열교환기는 복수의 냉매튜브, 상기 복수의 냉매튜브의 양단에 결합되는 헤더, 상기 헤더의 일 측에 설치되고, 냉매가 각각 분배되어 유입되는 복수의 유입관, 상기 복수의 유입관을 통해 각각 유입된 냉매가 서로 다른 분배그룹의 냉매튜브를 통과하여 각각 토출되도록, 상기 복수의 유입관과 대응하여 설치되는 복수의 유출관을 포함한다.

상기 복수의 냉매튜브를 하나의 유입관 및 유출관을 각각 포함하는 복수의 분배그룹으로 구분시키도록, 상기 헤더에 설치되는 적어도 하나의 분배배플을 포함할 수 있다.

동일한 분배그룹에 속하는 복수의 냉매튜브를,　동일한 방향으로 냉매가 유동하고 상호인접하게 위치하는 복수의 유동그룹으로 구분시키도록, 상기 헤더에 설치되는 적어도 하나의 유동배플을 포함할 수 있다.

하나의 분배그룹이 제 1유동그룹, 제 2유동그룹, 제 3유동그룹, 제 4유동그룹으로 구분되도록, 상기 유동배플은, 상기 제 1유동그룹과 상기 제 2유동그룹 사이에 위치하는 제 1유동배플, 상기 제 2유동그룹과 상기 제 3유동그룹 사이에 위치하는 제 2유동배플, 상기 제 3유동그룹과 상기 제 4유동그룹 사이에 위치하는 제 3유동배플을 포함할 수 있다.

하나의 분배그룹에 속하는 복수 개의 냉매튜브는, 상기 제 1유동그룹에 11% 이상, 16% 이하, 상기 제 2유동그룹에 17% 이상, 22% 이하, 상기 제 3유동그룹에 26% 이상, 29% 이하, 상기 제 4유동그룹에 34% 이상, 46% 이하의 개수로 마련될 수 있다.

상기 헤더의 유효단면적을 줄여 냉매의 유속을 증가시키기 위해, 동일한 유동그룹에 속하는 냉매튜브들 사이에 위치하는 적어도 하나의 유속배플을 포함할 수 있다.

서로 다른 분배그룹간의 열전달을 방지하기 위해, 상기 복수의 냉매튜브는 분배그룹들 사이에 위치하는 리스냉매튜브를 포함할 수 있다.

상기 복수의 유입관과 연결되도록 설치되고, 소정의 냉매유량으로 냉매를 분배하는 분배기를 포함할 수 있다.

상기 분배기와 상기 열교환기를 연결하는 상기 복수의 유입관은 서로 다른 길이로 마련될 수 있다.

본 발명의 사상에 따른 공기조화기는 냉매가스를 압축하는 압축기와 냉매액을 팽창시키는 팽창밸브를 포함하는 공기조화기에 있어서,　복수의 냉매튜브와, 상기 복수의 냉매튜브의 양단에 결합되는 한 쌍의 헤더를 포함하는　열교환기, 상기 팽창밸브와 상기 열교환기의 사이에 위치하고, 냉매를 분배하여 상기 열교환기에 각각 유입시키는 분배기를 포함한다.

상기 분배기를 통해 분배된 냉매가 상기 열교환기로 각각 유입되도록, 상기 분배기와 상기 열교환기를 연결하는 복수의 유입관을 포함할 수 있다.

상기 복수의 냉매튜브를　유입관 및 유출관이 각각 마련된 복수의 분배그룹으로 구분시키도록,　상기 열교환기는 상기 헤더에 설치되는 적어도 하나의 분배배플을 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 분배배플은 냉매가 서로 다른 분배그룹에 속하는 냉매튜브를 흐르도록,　상기 한쌍의 헤더에 각각 설치될 수 있다.

동일한 분배그룹에 속하는 복수의 냉매튜브를 상호인접하고 동일한 방향으로 냉매가 유동하는 복수의 유동그룹으로 구분시키도록, 상기 열교환기는 상기 헤더에 설치되는 적어도 하나의 유동배플을 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 유동배플은 냉매가 상기 한 쌍의 헤더를 순환하도록, 상기 한 쌍의 헤더 중 적어도 하나에 설치될 수 있다.

냉매를 소정의 유량으로 분배하여 열교환기에 유입시켜 효과적으로 열교환할 수 있다.

또한, 최소 개수의 헤더 사양으로 다양한 용량대의 제품에 최적의 분배특성을 가질 수 있다.

도 1은　본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기의 냉매사이클을 도시한 도면이다.
도 2은　본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기가 응축기로 사용되는 경우 냉매의 흐름을 도시한 도면이다.
도 3은　본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기가 증발기로 사용되는 경우 냉매의 흐름을 도시한 도면이다.
도 4는　본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기의 분배기를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기의 분배배플, 유동배플, 유속배플을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기의 유속배플의 다양한 실시예를 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은　본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기(1)의 냉매사이클을 도시한 도면이다.

공기조화기(1)를 이루는 냉매사이클은 압축기(7), 응축기, 팽창밸브(3), 증발기로 이루어져 있다. 공기조화기(1)는 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 일련의 과정을 순환하는 냉매와 공기를 열교환시켜, 조화된 공기를 실내공간으로 공급할 수 있다.

압축기(7)는 냉매가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하며, 배출된 냉매가스는 응축기로 유입된다. 응축기는 압축된 냉매를 액상으로 응축하고, 응축과정을 통해 주위로 열을 방출하고, 난방효과를 달성할 수 있다.

팽창밸브(3)는 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 저압상태의 액상냉매로 팽창시킨다. 증발기는 팽창밸브(3)에서 팽창된 냉매를 증발시키고, 저온저압상의 냉매가스를 압축기(7)로 복귀시킨다. 증발기는 냉매의 증발 잠열을 이용하여 피 냉각 물체와 열교환에 의하여 냉동효과를 달성할 수 있다. 이러한 냉매사이클을 통해 공기조화기(1)는 실내공간의 공기 온도를 조절 할 수 있다.

공기조화기(1)의 실외기(200a)는 냉동사이클 중 압축기(7), 실외 열교환기(10a)로 이루어진 부분을 말한다. 팽창밸브(3)는 실내기(200b)나 실외기(200a) 중 어느 한 곳에 있을 수 있고, 실내 열교환기(10b)는 공기조화기(1)의 실내기(200b)에 마련될 수 있다.

실내 열교환기(10b)와 실외 열교환기(10a)는 동일한 형태의 열교환기(10, 도2)로 마련될 수 있다. 열교환기(10)는 응축기로 사용되는 경우 기체 상태의 냉매가 유입되어 액체 상태로 토출되고, 증발기로 사용되는 경우 액체 상태의 냉매가 기체 상태로 토출될 수 있다.

실외 열교환기(10a)와 실내 열교환기(10b)는 응축기, 증발기 중 어느 하나로 사용될 수 있다. 실외 열교환기(10a)가 응축기의 역할을 하는 경우 실내 열교환기(10b)는 증발기로 역할하고, 실외 열교환기(10a)가 증발기의 역할을 하는 경우 실내 열교환기(10b)는 응축기로 역할한다.

도 1에서 실선으로 도시된 냉매사이클은 실내공간을 냉방하는 냉방사이클을 표현한 것으로, 실외 열교환기(10a)가 응축기가 되고, 실내 열교환기(10b)가 증발기가 된다. 압축기(7)에서 압축된 고온고압의 냉매가스가 실외 열교환기(10a)로 유입되고, 실외 열교환기(10a)는 냉매가스를 냉매액으로 응축하여 실외공기에 열을 배출한다. 실외 열교환기(10a)를 빠져나온 냉매액은 팽장밸브(3)에서 팽창되어 실내 열교환기(10b)로 유입되고. 실내 열교환기(10b)는 냉매액을 냉매가스로 증발시키며 실내공기의 열을 빼앗아 실내공간을 냉방할 수 있다.

도 1에서 점선으로 도시된 냉매사이클은 실내공간을 난방하는 난방사이클을 표현한 것으로, 실외 열교환기(10a)가 증발기가 되고, 실내 열교환기(10b)가 응축기가 된다. 앞서 설명한 실선으로 표시된 냉방사이클과는 반대방향으로 냉매가 이동한다. 압축기(7)에서 나온 냉매가스가 실내 열교환기(10b)로 유입되고, 실내 열교환기(10b)는 실내공기에 열을 방출하여 실내를 난방할 수 있다. 실내 열교환기(10b)는 냉매가스를 냉매액으로 응축시켜 팽창밸브(3)로 보내고, 팽창밸브(3)를 통과한 냉매는 실외 열교환기(10b)에서 냉매가스로 상변화한다.

냉매변환장치(60)는 냉매사이클이 난방사이클 및 냉방사이클로 사용될 수 있도록, 냉매의 방향을 전환시켜줄 수 있다. 냉매변환장치(60)로 인해 냉매는 시계방향이나 반시계방향으로 흐를 수 있고, 공기조화기(1)는 실내공기를 냉방 또는 난방할 수 있는 냉난방 겸용 공기조화기(1)로 사용될 수 있다.

냉매변환장치(60)는 압축기(7)와 실외 열교환기(10a) 사이에 위치할 수 있다. 냉매변환장치(60)는 공기조화기(1)를 이루는 냉매사이클 중 가장 큰 영향력을 가진 압축기(7)와 인접하게 설치되어 냉매의 방향을 보다 쉽게 변경할 수 있다.

본 발명에서 열교환기(10)는 응축기 또는 증발기로 사용될 수 있고, 실내 열교환기(10b) 또는 실외 열교환기(10a)로 사용될 수 있다.

도 2은　본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기(10)가 응축기로 사용되는 경우 냉매의 흐름을 도시한 도면이고, 도 3은　본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기(10)가 증발기로 사용되는 경우 냉매의 흐름을 도시한 도면이다.

열교환기(10)는 복수의 냉매튜브(20), 복수의 냉매튜브(20)의 양단에 결합되는 한 쌍의 헤더(41, 42)를 포함한다. 헤더(41, 42)의 일 측에는 압축기(7), 팽창밸브(3) 등의 장치와 연결되어 냉매가 들어오고 나가는 냉매관(43, 44, 45, 46, 47, 48)이 결합될 수 있다.

헤더(41, 42)는 복수의 냉매튜브(20)의 양단에 각각 결합되는 제 1헤더(41) 및 제 2헤더(42)를 포함할 수 있다. 제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)를 통해 냉매는 복수의 냉매튜브(20)를 흐를 수 있다. 편의상 도 2 및 도 3에서 냉매관(43, 44, 45, 46, 47, 48)이 마련된 헤더를 제 1헤더(41)라 하고, 나머지를 제 2헤더(42)라 한다.

복수의 냉매튜브(20)는 길이방향으로 연장되어 마련되고, 각각 소정의 간격으로 이격 배치된다. 냉매튜브(20)는 유체인 냉매가 흐를 수 있도록 그 내부가 중공되어 형성될 수 있다. 냉매튜브(20)는 마이크로채널 냉매튜브가 사용될 수 있고, 이는 보통 수력직경이 3mm이하인 튜브를 말한다. 수력직경은 튜브의 단면적을 튜브의 둘레로 나누어 구할 수 있다.

　냉매관(43, 44, 45, 46, 47, 48)은 압축기(7)와 연결되는 기체냉매관(43, 45, 47)과, 팽창밸브(3)와 연결되는 액체냉매관(44, 46, 48)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 기체냉매관(43, 45, 47)을 통해 냉매가 들어오고 액체냉매관(44, 46, 48)을 통해 냉매가 나가는 경우, 열교환기(10)는 응축기로 기능할 수 있다.

반대로, 액체냉매관(44, 46, 48)을 통해 냉매가 들어오고 기체냉매관(43, 45, 47)을 통해 냉매가 나가는 경우, 열교환기(10)는 증발기로 기능할 수 있다. 도 3은 냉매가 액체냉매관(44, 46, 48)으로 들어와 열교환하며 기체냉매관(43, 45, 47)으로 빠져나가는 증발기로 사용되는 열교환기(10)를 도시한 것이다.

이때, 액체냉매관(44, 46, 48)과 기체냉매관(43, 45, 47)은 각각 대응하도록 복수 개로 마련될 수 있다. 도 2 및 도 3에서 액체냉매관(44, 46, 48)과 기체냉매관(43, 45, 47)은 각각 3개씩 도시하였고, 이하 설명의 편의상 액체냉매관(44, 46, 48)과 기체냉매관(43, 45, 47)이 3개씩 마련된 경우를 설명한다. 상부에서부터 차례로 제 1기체냉매관(43), 제 1액체냉매관(44), 제 2기체냉매관(45), 제 2액체냉매관(46), 제 3기체냉매관(47), 제 3액체냉매관(48)이라 한다.

도 2에서는 제 1기체냉매관(43), 제 2기체냉매관(45), 제 3기체냉매관(47)을 통해 냉매가 각각 분배되어 열교환기(10) 내부로 유입된다. 분배되어 유입된 냉매는 서로 다른 냉매튜브(20)를 통과하여 각각 제 1액체냉매관(44), 제 2액체냉매관(46), 제 3액체냉매관(48)을 통해 열교환기(10)를 빠져나간다.

즉, 열교환기(10)가 응축기로 사용되는 경우, 각각의 기체냉매관(43, 45, 47)은 유입관이 되고, 각각의 액체냉매관(44, 46, 48)은 유출관이 된다. 도 3에서 도시한 열교환기(10)가 증발기로 사용되는 경우에는 각각의 액체냉매관(44, 46, 48)이 유입관이 되고, 각각의 기체냉매관(43, 45, 47)이 유출관이 된다.

따라서, 열교환기(10)는 복수의 유입관 및 유출관을 포함할 수 있다. 복수의 유입관을 통해 각각 분배되어 유입된 냉매는 서로 다른 분배그룹(A, B, C)의 냉매튜브(20)를 통과하여 복수의 유출관을 통해 각각 토출될 수 있다.

복수의 분배그룹(A, B, C)에는 각각 하나의 유입관 및 유출관이 마련될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1기체냉매관(43)을 통해 들어와 제 1액체냉매관(44)을 통해 나가는 냉매는 제 1분배그룹(A)에 속하는 냉매튜브(20)를 통과하며 열교환할 수 있다. 이와 같이, 복수의 냉매튜브(20)는 제 1분배그룹(A), 제 2분배그룹(B), 제 3분배그룹(C)으로 나누어질 수 있다.

복수의 냉매튜브(20)를 복수의 분배그룹(A, B, C)으로 구분하기 위해, 열교환기(10)는 헤더(41, 42)에 설치되는 적어도 하나의 분배배플(51, 52, 53, 54)을 포함할 수 있다. 분배배플(51, 52, 53, 54)은 헤더(41, 42)의 내부를 흐르는 냉매의 길이방향유동을 차단하도록 설치될 수 있다.

분배배플(51, 52, 53, 54)은 서로 다른 유입관으로 유입된 냉매가 열교환기(10) 내부에서 만나지 않도록, 제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)에 각각 설치될 수 있다. 분배배플(51, 52, 53, 54)은 제 1분배그룹(A)과 제 2분배그룹(B)을 분리하는 상부분배배플(51, 52)과, 제 2분배그룹(B)과 제 3분배그룹(C)을 구분하는 하부분배배플(53, 54)을 포함할 수 있다. 또한, 상부분배배플(51, 52)과 하부분배배플(53, 54)은 제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)에 각각 설치되는 적어도 하나의 제 1상부분배배플(51), 제 2상부분배배플(52), 제 1하부분배배플(53), 제 2하부분배배플(54)을 포함할 수 있다.

서로 다른 분배그룹(A, B, C)간의 열전달을 방지하기 위해, 복수의 냉매튜브(20)는 분배그룹들 사이에 위치하는 리스냉매튜브(56, 57)를 포함할 수 있다. 리스냉매튜브(56, 57)에는 열교환을 위한 냉매가 흐르지 않는다. 리스냉매튜브(56, 57)는 제 1분배그룹(A)과 제 2분배그룹(B) 사이에 위치하는 상부리스튜브(56)와, 제 2분배그룹(B)과 제 3분배그룹(C) 사이에 위치하는 하부리스튜브(57)를 포함할 수 있다.

제 1상부분배배플(51)과 제 1하부분배배플(53)은 상부리스튜브(56)와 하부리스튜브(57)에 냉매가 투입되지 않도록 한 쌍으로 마련될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1상부분배배플(51)은 상부리스튜브(56)의 상하부에 한 쌍이 설치되어 상부리스튜브(56)의 냉매유동을 차단할 수 있다. 제 1하부분배배플(53) 또한 하부리스튜브(57)의 상하부에 한쌍이 설치된다.

냉매튜브(20)는 냉매와 외부공기의 열교환 면적을 넓히기 위해 가능한 한 길게 형성되는 것이 바람직하나, 연장되어 형성되는 것은 공간적인 제약이 따른다. 따라서 제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)에는 냉매가 흐르는 방향을 변경할 수 있는 적어도 하나의 유동배플(61, 62, 63)을 설치될 수 있다.

즉, 적어도 하나의 유동배플(61, 62, 63)은　동일한 분배그룹(A, B, C)에 속하는 복수의 냉매튜브(20)를　동일한 방향으로 냉매가 유동하고 상호인접하게 위치하는 복수의 유동그룹(a, b, c, d)으로 구분시킬 수 있다. 유동배플(61, 62, 63)은 한 쌍의 헤더(41, 42) 중 적어도 하나에 설치되고, 헤더(41, 42)의 내부를 흐르는 냉매의 길이방향유동을 차단할 수 있다.

복수의 유동그룹(a, b, c, d)은 제 1유동그룹(a), 제 2유동그룹(b), 제 3유동그룹(c), 제 4유동그룹(d)을 포함할 수 있다. 이를 위해, 유동배플(61, 62, 63)은 제 1유동그룹(a)과 제 2유동그룹(b) 사이에 위치하는 제 1유동배플(61), 제 2유동그룹(b)과 제 3유동그룹(c) 사이에 위치하는 제 2유동배플(62), 제 3유동그룹(c)과 제 4유동그룹(d) 사이에 위치하는 제 3유동배플(63)을 포함할 수 있다.

냉매가 흐르는 방향을 바꾸어가며 냉매튜브(20)를 따라 열교환기(5)를 통과할 수 있도록, 배플(50)은 제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)에 번갈아 가며 마련될 수 있다. 제 1유동배플(61) 및 제 3유동배플(63)은 제 1헤더(41)에 설치되고, 제 2유동배플(62)은 제 2헤더(42)에 설치될 수 있다.

도 3에 도시된 제 1분배그룹(A)의 냉매흐름을 설명하면, 제 1액체냉매관(44)을 통해 제 1헤더(41)로 유입된 냉매는 제 1상부분배배플(51)과 제 1유동배플(61)에 의해 구획된 제 1유동그룹(a)에 속하는 냉매튜브(20)를 따라 제 2헤더(42)로 흐른다. 제 2헤더(42)에서 제 2상부분배배플(52)에 의해 냉매는 상부로 흐르고, 제 2유동배플(62)에 의해 구획된 제 2유동그룹(b)에 속하는 냉매튜브(20)를 따라 제 1헤더(41)로 흐른다. 냉매는 다시 제 1헤더(41)에서 제 3유동배플(63)에 의해 제 3유동그룹(c)을 따라 제 2헤더(42)로 흐르고, 제 4유동그룹(d)을 따라 제 1헤더(41)로 흘러 제 1기체냉매관(43)을 통해 제 1헤더(41)를 빠져나간다.

도 3과 같이 액체냉매관(44, 46, 48)을 통해 냉매액의 상태로 들어온 냉매는 공기와 열교환을 통해 냉매가스의 상태로 기체냉매관(43, 45, 47)으로 나가게 된다. 반대로, 도 2와 같이 냉매가 기체냉매관(43, 45, 47)으로 들어와 액체냉매관(44, 46, 48)으로 나가는 경우, 냉매가스에서 냉매액로 상변화한다.

냉매액은 같은 질량의 냉매가스에 비하여 작은 부피를 갖기 때문에 냉매액이 많이 포함되어 흐르는 냉매튜브(20)의 수는 작게 마련될 수 있다. 냉매액이 많이 포함된 냉매가 흐르는 제 1유동그룹(a)은 적은 수의 냉매튜브(20)를 가지고, 반대로 냉매가스가 많이 포함된 냉매가 흐르는 제 4유동그룹(d)은 가장 많은 수의 냉매튜브(20)를 가진다. 즉, 열교환기(10)는 제 1유동그룹(a)에서 제 4유동그룹(d)으로 갈수록 순차적으로 냉매튜브(20)의 수가 늘어나도록 배치된다.

하나의 분배그룹(A, B, C)에 속하는 복수 개의 냉매튜브(20)는 제 1유동그룹(a)에 11% 이상, 16% 이하의 개수로 마련될 수 있다. 또한, 제 2유동그룹(b)에 17% 이상, 22% 이하의 수로 마련될 수 있고, 제 3유동그룹(c)에 26% 이상, 29% 이하가 마련될 수 있다. 제 4유동그룹(d)에는 34% 이상, 46% 이하의 개수로 마련될 수 있다. 이러한 비율을 갖는 열교환기(10)는 최적으로 냉매를 분배하고, 압력손실을 최소화할 수 있다.

예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 복수의 냉매튜브(20)의 총 개수는 91개이다. 3개의 분배그룹(A, B, C)은 각각 29개의 냉매튜브를 포함하고, 분배그룹(A, B, C)사이에는 하나의 리스냉매튜브(56, 57)가 각각 마련된다. 하나의 분배그룹(A, B, C)에 속하는 29개의 냉매튜브는 제 1유동그룹(a)에 4개, 제 2유동그룹(b)에 6개, 제 3유동그룹(c)에 8개, 제 4유동그룹(d)에 11개가 배치될 수 있다. 이때, 하나의 분배그룹에서 제 1유동그룹(a)은 약 13.8%(4개/29개*100%)을 차지하고, 제 2유동그룹(b)은 약 20.7%, 제 3유동그룹(c)은 약 27.6%, 제 4유동그룹(d)은 약 37.9%의 비율로 마련된다.

도 4는　본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기(10)를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기(10)의 분배기(100)를 도시한 도면이다.

냉매는 냉매튜브(20)를 따라 흐르면서 상변화하며 주위로 열을 방출하거나 주위로부터 열을 흡수할 수 있다. 냉매가 열을 효율적으로 방출 또는 흡수하기 위해, 냉매튜브(20)에 열교환 핀(30)이 결합될 수 있다. 열교환 핀(30)은 냉매튜브(20)의 외면에 접합되어 실질적으로 공기와 냉매튜브(20)의 열교환 면적을 넓히는 역할을 할 수 있다.

열교환 핀(30)은 열전도율이 높은 알루미늄 합금 재질로　만들어질 수 있다. 열교환 핀(30)은 냉매튜브(20)가 효율적으로 열을 방출 또는 흡수할 수 있도록 임의의 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 열교환 핀(30)은 냉매튜브(20)가 연장되는 방향과 수직한 방향으로 일정한 간격을 두고 복수 개가 이격 배치되는 형태로 마련될 수 있다. 도 4에서는 열교환 핀(30)의 형태를 간단하게 도시하였고, 설명의 편의상 도 2, 3, 6에서는 열교환 핀(30)을 도시하지 않았다.

열교환기(10)의 설치를 위해 제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)에는 제 1브라켓(94)과 제 2브라켓(92)이 각각 설치될 수 있다. 브라켓(92, 94)을 통해 열교환기(10)를 실내기(200b)나 실외기(200a)에 고정시킬 수 있다. 냉매관(43, 44, 45, 46, 47, 48)과 연결되는 제 1헤더(41)에 부착되는 제 1브라켓(94)은 냉매관(43, 44, 45, 46, 47, 48)이 통과할 수 있는 복수의 개구를 포함할 수 있다.

열교환기(10)의 일 측에는 냉매를 분배하여 열교환기(10) 내부로 유입시키는 분배기(100)가 위치할 수 있다. 분배기(100)는 분배된 냉매가 열교환기(10)로 각각 유입되도록, 복수의 액체냉매관(44, 46, 48)과 연결될 수 있다. 따라서, 분배기(100)의 일 측은 복수의 액체냉매관(44, 46, 48)으로 열교환기(10)와 연결되고, 다른 일 측은 액측배관(70)으로 팽창밸브(3)와 연결될 수 있다.

열교환기(10)가 증발기로 사용되는 경우 액체냉매관(44, 46, 48)은 유입관이 되고, 팽창밸브(3)에서 열교환기(10)로 냉매가 이동할 수 있다. 액측배관(70)을 통해 분배기(100)의 내부로 들어온 냉매는 각각의 액체냉매관(44, 46, 48)으로 분배되어 열교환기(10)로 각각 유입된다. 서로 다른 분배그룹(A, B, C)의 냉매튜브(20)를 이동한 냉매는 각각의 기체냉매관(43, 45, 47)으로 빠져나가고 기측배관(72)을 통해 다시 합쳐진다.

이때, 각각의 액체냉매관(44, 46, 48)은 서로 다른 길이로 마련될 수 있다. 액체냉매관(44, 46, 48)의 길이를 조절하여 설치환경에 맞은 다양한 유량으로 냉매를 분배할 수 있다. 분배기(100)의 내부에는 필터(미도시)가 마련되어 통과하는 냉매의 이물질을 제거할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기(10)의 분배배플(52, 54), 유동배플(62), 유속배플(82)을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기(10)의 유속배플(81, 82, 83)의 다양한 실시예를 도시한 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이 헤더(41, 42)에는 적어도 하나의 분배배플(52, 54)과 유동배플(62)이 설치될 수 있다. 도 6은 제 2헤더(42)를 도시한 것으로, 제 2상부분배배플(52), 제 2하부분배배플(54)이 각각 하나씩 마련되고, 각 분배그룹(A, B, C, D)마다 제 2유동배플(62)이 하나씩 마련된다. 이하, 설명의 편의상 제 2헤더(42)를 헤더라 한다.

또한, 헤더(42)에는 동일한 유동그룹(a, b, c, d)에 속하는 냉매튜브(20)들 사이에 위치하는 적어도 하나의 유속배플(82)이 마련될 수 있다. 유속배플(82)은 헤더(42)의 내부를 흐르는 냉매의 길이방향유동을 완전히 차단하는 분배배플(52, 54) 및 유동배플(62)과 달리, 냉매의 길이방향유동을 일부 차단할 수 있다. 즉, 유속배플(82)은 헤더(42)의 유효단면적을 줄여 냉매의 유속을 증가시키기 위해 설치된다.

도 7의 (a)에 도시된 제 1유속배플(81)은 헤더(42)의 길이방향유동을 차단하는 차단벽부(88)와, 냉매가 유동할 수 있도록 차단벽부(88)에 형성되는 분배홀(84)을 포함한다. 또한, 제 1유속배플(81)의 삽입깊이를 제한하도록 차단벽부(88)에서 양측으로 돌출되는 스토퍼부(87)를 포함할 수 있다. 냉매는 분배홀(84)을 통해서만 제 1유속배플(81)을 통과할 수 있어 유속이 증가한다.

분배홀(84)의 형상은 제한이 없고, 개수에도 제한이 없다. 도 7에서는 다양한 형상의 분배홀(84, 85, 86)을 가지는 제 1유속배플(81), 제 2유속배플(82), 제 3 유속배플(83)을 도시하였다. 이는 예시적인 것에 불과하며 분배홀(84, 85, 86)의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다. 제 1유속배플(81)는 원형의 제 1분배홀(84)을 포함하고, 제 2유속배플(82)은 사각형의 제 2분배홀(85)을, 제 3유속배플(83)은 타원형의 제 3분배홀(86)을 포함한다.

분배홀(84, 85, 86)은 제 1분배홀(84)과 같이 중앙에 형성될 수 있고, 제 2분배홀(85) 및 제 3분배홀(86)과 같이 일 측으로 치우치게 형성될 수 있다. 헤더(42)의 일 측에는 냉매튜브(20)가 결합되기 때문에 헤더(42)의 유효단면적은 원형이 아닌 형상을 가진다. 따라서, 분배홀(84, 85, 86)은 냉매튜브(20)가 결합되는 반대편으로 치우치게 형성되어 냉매가 분배홀(84, 85, 86)의 형상대로 통과할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 헤더(42)에는 분배배플(52, 54), 유동배플(62), 유속배플(82)이 끼워질 수 있는 복수의 배플홀(96)이 마련된다. 각각의 배플은 소정의 위치에 마련된 배플홀(96)에 끼워질 수 있다.

특히, 유속배플(82)은 제 4유동그룹(d)에 속하는 냉매튜브(20) 사이에 위치할 수 있다. 가장 많은 수의 냉매튜브(20)를 포함하는 제 4유동그룹(d)은 각 냉매튜브(20)에 냉매가 균형되게 분배되지 못할 수 있다. 특히, 냉매의 이동속도로 인해 제 4유동그룹(d) 중 상부에 위치하는 냉매튜브(20)에 냉매가 주로 분배될 수 있다. 따라서, 유속배플(82)이 제 4유동그룹(d)에 속하는 냉매튜브(20)의 사이에 적어도 하나가 배치되어, 일부 냉매의 이동을 방해하여 균형있게 냉매를 분배할 수 있다.

설명함에 있어 특정 형상을 위주로 설명하였으나, 이는 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 공기조화기 10 : 열교환기
20 : 냉매튜브 30 : 열교환 핀
41, 42 : 헤더 43, 45, 47 : 기체냉매관
44, 46, 48 : 액체냉매관 51, 52, 53, 54 : 분배배플
56, 57 : 리스냉매튜브 61, 62, 63 : 유동배플
81, 82, 83 : 유속배플 100 : 분배기

Claims (15)

1. 복수의 냉매튜브;
   상기 복수의 냉매튜브의 양단에 결합되는 헤더;
   상기 헤더의 일 측에 설치되고, 냉매가 각각 분배되어 유입되는 복수의 유입관;
   상기 복수의 유입관을 통해 각각 유입된 냉매가 서로 다른 분배그룹의 냉매 튜브를 통과하여 각각 토출되도록, 상기 복수의 유입관과 대응하여 설치되는 복수의 유출관;
   상기 복수의 냉매튜브를 하나의 유입관 및 유출관을 각각 포함하는 복수의 분배그룹으로 구분시키도록, 상기 헤더에 설치되는 적어도 하나의 분배배플;
   동일한 분배그룹에 속하는 복수의 냉매튜브를, 동일한 방향으로 냉매가 유동하고 상호 인접하게 위치하는 복수의 유동그룹으로 구분시키도록, 상기 헤더에 설치되는 적어도 하나의 유동배플; 및
   상기 헤더의 유효단면적을 줄여 냉매의 유속을 증가시키기 위해, 동일한 유동그룹에 속하는 냉매튜브들 사이에 위치하는 적어도 하나의 유속 배플;
   을 포함하며,
   하나의 분배그룹은 상기 헤더를 따라 상부 방향으로 갈수록 제 1유동그룹, 제 2유동그룹, 제 3유동그룹 및 제 4유동그룹으로 구분되며,
   상기 제1 유동그룹, 상기 제2 유동그룹, 상기 제3 유동그룹 및 상기 제4 유동그룹으로 갈수록, 하나의 그룹에 속하는 복수의 냉매튜브가 더 많은 개수로 마련되며,
   상기 적어도 하나의 유속 배플은 상기 제4 유동그룹에 속하는 냉매튜브 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 유동배플은,
   상기 제 1유동그룹과 상기 제 2유동그룹 사이에 위치하는 제 1유동배플,
   상기 제 2유동그룹과 상기 제 3유동그룹 사이에 위치하는 제 2유동배플,
   상기 제 3유동그룹과 상기 제 4유동그룹 사이에 위치하는 제 3유동배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제 4항에 있어서,
   하나의 분배그룹에 속하는 복수 개의 냉매튜브는,
   상기 제 1유동그룹에 11% 이상, 16% 이하,
   상기 제 2유동그룹에 17% 이상, 22% 이하,
   상기 제 3유동그룹에 26% 이상, 29% 이하,
   상기 제 4유동그룹에 34% 이상, 46% 이하의 개수로 마련되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   서로 다른 분배그룹간의 열전달을 방지하기 위해,
   상기 복수의 냉매튜브는 분배그룹들 사이에 위치하는 리스냉매튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 복수의 유입관과 연결되도록 설치되고, 냉매를 분배하는 분배기를 포함하는 열교환기.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 분배기와 상기 열교환기를 연결하는 상기 복수의 유입관은 서로 다른 길이로 마련되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
10. 냉매가스를 압축하는 압축기와 냉매액을 팽창시키는 팽창밸브를 포함하는 공기조화기에 있어서,
    복수의 냉매튜브와, 상기 복수의 냉매튜브의 양단에 결합되는 한 쌍의 헤더를 포함하는　열교환기; 및
    상기 팽창밸브와 상기 열교환기의 사이에 위치하고, 냉매를 분배하는 분배기를 포함하며,
    상기 열교환기는,
    상기 헤더의 일 측에 설치되고, 냉매가 각각 분배되어 유입되는 복수의 유입관;
    상기 복수의 유입관을 통해 각각 유입된 냉매가 서로 다른 분배그룹의 냉매 튜브를 통과하여 각각 토출되도록, 상기 복수의 유입관과 대응하여 설치되는 복수의 유출관;
    상기 복수의 냉매튜브를 하나의 유입관 및 유출관을 각각 포함하는 복수의 분배그룹으로 구분시키도록, 상기 헤더에 설치되는 적어도 하나의 분배배플;
    동일한 분배그룹에 속하는 복수의 냉매튜브를, 동일한 방향으로 냉매가 유동하고 상호 인접하게 위치하는 복수의 유동그룹으로 구분시키도록, 상기 헤더에 설치되는 적어도 하나의 유동배플; 및
    상기 헤더의 유효단면적을 줄여 냉매의 유속을 증가시키기 위해, 동일한 유동그룹에 속하는 냉매튜브들 사이에 위치하는 적어도 하나의 유속 배플을 포함하고,
    하나의 분배그룹은 상기 헤더를 따라 상부 방향으로 갈수록 제 1유동그룹, 제 2유동그룹, 제 3유동그룹 및 제 4유동그룹으로 구분되며,
    상기 제1 유동그룹, 상기 제2 유동그룹, 상기 제3 유동그룹 및 상기 제4 유동그룹으로 갈수록, 하나의 그룹에 속하는 복수 개의 냉매튜브가 더 많은 개수로 마련되며,
    상기 적어도 하나의 유속 배플은 상기 제4 유동그룹에 속하는 냉매튜브 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
11. 삭제
12. 삭제
13. 제 10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 분배배플은 냉매가 서로 다른 분배그룹에 속하는 냉매튜브를 흐르도록,
    상기 한쌍의 헤더에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
14. 삭제
15. 제 10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유동배플은 냉매가 상기 한 쌍의 헤더를 순환하도록,
    상기 한 쌍의 헤더 중 적어도 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

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