KR19990006412A - 다단 기액분리형 응축기 - Google Patents

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Abstract

응축기(30)는 평행하게 배치되는 한 쌍의 제1,2헤더(32,34)를 포함하며, 다수의 플랫 튜브(36)의 양단부는 제1,2헤더에 결합된다. 인접하는 플랫 튜브들 사이에는 다수의 코루게이트 핀(38)이 개재되며, 제1,2헤더에는 배플들(42)이 형성되어 다수의 냉매 유로를 형성하게 된다. 또한 배플들은 제1 및 제2 헤더의 내부를 각각 네 개의 격실(50,52,54,72,56,58,60,74)으로 분할하며 제2 헤더의 각각의 격실에는 소통로(44,46,48)가 형성된다. 제2 헤더에는 수액기(40)가 형성된다. 제1 헤더에는 유입 파이프(64)와 유출 파이프(66)가 형성된다. 유입된 냉매는 냉매 유로들을 흐르면서 일차적으로 제2 헤더에서 기상과 액상의 냉매가 분리되게 되며 응축된 냉매는 수액기(40)에 저장된다. 수액기(40)에 저장된 냉매는 제2 헤더의 하단부에 형성된 소통로를 통해 과냉각의 냉매 유로로 유입된 다음 유출 파이프를 통해 응축기로부터 배출된다.

Description

다단 기액분리형 응축기
본 발명은 열교환기에 관한 것으로서, 상세히는 차량용 응축기에 관한 것이다.
종래의 차량용 응축기로는 냉매가 유입되어 유출될 때까지 응축기 내부에 형성된 다수의 냉매 유로들을 따라 지그재그(zigzag) 형태로 흐르게 되는 병렬 유동형(parallel flow type) 내지 다중 유동형(multi flow type) 응축기가 사용되고 있다. 이와 같은 종래 기술상의 응축기의 구성은 도1에 도시된 바와 같이 응축기(10)는 상호간 병렬로 정렬되는 다수의 플랫 튜브(flat tube)(11)와 인접하는 튜브들(11)사이에 교대로 개재되는 다수의 코루게이트 핀(corrugated fins)(12)을 포함한다. 플랫 튜브들(11)은 일단부에서 제1 헤더(header)(13)에, 그리고 타단부에서 제2 헤더(14)에 연결된다. 응축기(10)는 또한 최외각부에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트(side plate)(20,21)를 포함한다. 헤더들(13,14) 각각의 양단부에는 블라인드 캡(blind cap)(17,18)에 의해 밀폐된다. 제1 헤더(13)의 상부에는 유입 파이프(inlet pipe)(15)가 연결되며 그 하부에는 유출 파이프(outlet pipe)(16)가 연결된다. 도1에는 유입 및 유출 파이프(15,16)가 모두 제1 헤더(13)에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 유출 파이프(16)는 제2 헤더(14)에 연결할 수도 있다. 이와 같은 유입/유출 파이프의 위치는 다중유로의 형성 개수에 따라 결정될 것이다.
제1 및 제2 헤더(13,14) 각각의 내부에는 배플(baffle)(19)이 배치되어 다수의 냉매유로(refrigerant flow paths or pass)를 정하게 되며 또한 각각의 냉매유로는 다수의 플랫 튜브(11)에 의해 정해진다. 도1에서는 4개의 유로가 형성되는 예를 보여주고 있으며 냉매 유로의 수는 배플의 수를 조절함으로써 변화시킬수 있을 것이다. 다중유동형 콘덴서에서는 냉매가 유입 파이프(15)를 통해 제1 헤더(13)에 유입된 후 유출 파이프(16)를 통해 배출될 때까지 냉매 유로들을 지그재그 형태로 유동하게 된다.
상기와 같은 구성을 갖는 응축기에 의해 응축되어 액상으로 변화된 냉매는 응축기(10)의 유출 파이프(16)에 도관을 통해 연결된 수액기(22)로 보내져 저장된다. 수액기(22)는 일정량의 냉매를 저장하고 있으므로 열교환 부하에 따라 급격히 변동하게 되는 전체 냉매 순환량의 변동에 적절히 대처할 수 있게 된다. 또한 수액기(22) 내부에는 통상 건조제가 내장되어 있어 응축기에 의해 액상으로 응축된 냉매로부터 수분이나 먼지 등을 제거하게 된다.
이와 같이 종래의 냉매순환회로에 있어서는 응축기와 수액기를 별도로 제작하여 도관에 의해 연결시키고 있으므로 불필요한 설치 공간을 차지하게 되고 또한 부품수 증가에 따른 비용 상승의 단점이 있게 된다. 또한, 응축기 내부의 일정 면적을 기체와 액체의 두 상의 냉매가 공존하면서 지그 재그 형태로 흐르게 되므로 응축기 내에서 기액의 분리를 이용한 응축 효과는 기대할 수 없게 된다.
본 발명의 목적은 응축기를 이루는 한 쌍의 헤더 중 어느 하나에 수액기를 형성하고, 유입 파이프를 통해 응축기로 유입된 기상의 냉매는 응축기 내의 냉매 유로들을 지나면서 응축이 진행된 냉매로부터 헤더들 내에서 일차적으로 기상과 액상의 냉매를 분리하게 되며, 수액기가 형성된 헤더와 수액기 사이에 형성된 냉매의 소통로를 통해 응축된 냉매를 수액기로 유출시켜 이 수액기내에서 재차 기상과 액상의 냉매를 분리함으로써 응축기로부터 배출되는 냉매는 거의 액상의 상태를 유지하도록 하는 다단 기액분리형 응축기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉매순환회로에서 열교환 부하의 변동에 따른 급격한 냉매 순환량 변화에 대처할 수 있는 다단 기액분리형 응축기를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 응축기를 이루는 한 쌍의 헤더 중 하나에는 수액기를 형성하고 다른 헤더에는 바이패스 도관을 형성함으로써 ① 상기 수액기를 통해서는 응축기 내의 냉매 유로들을 지나면서 응축이 진행된 냉매로부터 헤더들 내에서 일차적으로 기상과 액상의 냉매를 분리하고, 수액기가 형성된 헤더와 수액기 사이에 형성된 냉매의 소통로를 통해 응축된 냉매를 수액기로 유출시키게 되며, 따라서 수액기내에서 재차 기상과 액상의 냉매를 분리함으로써 응축기로부터 배출되는 냉매는 거의 액상의 상태를 유지하도록 하며, ② 상기 바이패스 도관을 통해서는 응축된 액상의 냉매중 일부를 냉매 유로들을 거치지 않고 직접 헤더에 형성된 격실과 격실 사이로 바이패스시킴으로써 응축기 내부에서의 냉매의 흐름상의 유동저항을 감소시키는 바이패스 도관을 갖는 다단 기액분리형 응축기를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 다단 기액분리형 응축기는 적어도 3개의 격실을 갖는 제1 헤더 ;
적어도 2개의 격실을 갖으며 상기 제1 헤더와 평행하게 배치되는 제2 헤더 ; 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치되며, 각각의 양단부에서 상기 제1 헤더와 상기 제2 헤더에 결합되는 다수의 튜브 ;
상기 튜브들의 인접하는 튜브 사이에 개재되는 다수의 핀 ;
상기 제1 헤더 또는 상기 제2 헤더에 연결되는 수액기 ;
상기 제1 헤더의 중간 격실에 형성되는 냉매 유입구 ;
상기 제1,2 헤더의 어느 하나에 또는 상기 수액기에 형성되는 냉매 유출구 ;
상기 냉매는 상기 냉매 유입구를 통해 유입되어 다수의 튜브를 통해 정해지는 제1 냉매 유로, 상기 제1 냉매 유로를 지난 상기 냉매 중 기상의 냉매를 재응축 시키기 위해 다수의 튜브를 통해 정해지는 제2 냉매 유로, 상기 제1 냉매 유로의 하부에 위치하며 상기 제1 냉매 유로를 지난 상기 냉매 중 응축된 액상의 냉매가 흐르도록 다수의 튜브를 통해 정해지는 제3 냉매 유로를 통하여 흐르며 ;
상기 제1 냉매 유로를 흐르면서 응축이 진행된 냉매는 상기 제2 헤더내에서 일차적으로 기액상분리되어 기상의 냉매는 상기 제2 냉매 유로를 흐르면서 재응축된 다음 상기 수액기가 배치된 헤더의 상부 격실과 상기 수액기 사이에 형성된 상부 소통로를 통해 상기 수액기로 유출되며, 기액상분리된 액상의 냉매는 상기 제3 냉매 유로를 통해 상기 냉매 유출구 쪽으로 흐르며, 상기 수액기가 배치된 헤더의 하부 격실과 상기 수액기 사이에 형성된 하부 소통로를 통해 상기 수액기와 상기 수액기가 배치된 헤더 사이에 상기 냉매의 소통이 이루어지며, 상기 수액기에 유입된 냉매 중 기상의 냉매는 상기 수액기에 존재하는 일정량의 액상의 냉매와의 관계에서 2차적으로 기액상분리가 일어나는 것을 특징으로 한다.
도1은 종래의 응축기를 보여주는 도면.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 기액분리형 응축기의 전체 단면도.
도3은 도2의 기액분리형 응축기에서의 냉매의 흐름을 보여주기 위한 개략도.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기액분리형 응축기의 개략도.
도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기액분리형 응축기의 개략도.
도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 바이패스 도관을 갖는 기액분리형 응축기의 전체 단면도.
도7은 도6의 응축기에서의 냉매의 흐름을 보여주기 위한 개략도.
도8은 도6의 A-A선을 따라 절취한 응축기의 헤더에 냉매 유입 파이프와 바이패스 도관을 연결하는 것을 보여주는 단면도.
도9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 바이패스 도관을 갖는 기액분리형 응축기의 개략도.
도10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 헤더와 수액기의 연결관계를 보여주는 기액분리형 응축기의 전체 단면도.
도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기액분리형 응축기의 전체 단면도.
도12는 도11의 응축기에서의 냉매의 흐름을 보여주기 위한 개략도.
도13은 본 발명의 기액분리형 응축기의 수액기에 건조제가 내장된 것을 보여주는 도면.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 기액분리형 응축기의 전체 단면도로서 기액분리형 응축기(30)는 서로 평행하게 배치되는 제1 헤더(32) 및 제2 헤더(34)를 포함한다. 제1,2 헤더(32,34)는 두 개의 구성요소로 이루어진 것으로 도2에 도시되어 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 헤더들(32,34)이 두 개의 구성요소로 이루어진 경우(도8 참조) 각각의 헤더는 통상 플랫 튜브가 삽입되는 하부 부분과 냉매 유입을 위한 파이프 등이 연결되는 상부 부분(2 pieces)으로 이루어 지며 두 부분이 결합될 경우 통상 타원형의 단면 형상을 갖게 된다. 그러나, 본 발명에 따른 기액분리형 응축기(30)에 사용되는 헤더들은 이에 제한되는 것은 아니며 실린더 형상의 헤더들 또한 사용될 수 있음은 물론이다. 제1 헤더(32)와 제2 헤더(34) 사이에는 다수의 플랫 튜브들(36)이 서로 병렬로 배치되어 플랫 튜브들 각각의 양단부는 제1,2 헤더(32,34)에 형성된 슬롯들(slots)을 통해 헤더들에 결합된다. 플랫 튜브들 사이에는 다수의 코루게이트 핀(38)이 개재된다. 제2 헤더(34)에는 수액기(40)가 형성이 된다. 응축기(30)는 또한 최외각부에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트(70)(side plate)를 포함한다. 제1 헤더(32)와 수액기(40)를 갖는 제2 헤더(34)의 양단부는 블라인드 캡(blind cap)(68)에 의해 밀폐된다.
제1,2 헤더(32,34)에는 배플들(baffles)(42)이 배치되어 제1,2 헤더(32,34)와 다수의 플랫 튜브들과의 관계에 의해 다수의 냉매 유로(refrigerant pass)를 정하게 된다. 이와 같이 배플을 헤더들(32,34)에 배치하여 격실들을 형성함으로써 냉매는 응축기 내부를 냉매 유로들을 통해 지그재그 형태로 흐르게 된다. 제1 헤더(32)와 제2 헤더(34) 각각에는 세 개씩의 배플(42)이 형성된 것으로 도시되어 있으며, 배플의 수를 조절함으로써 냉매 유로의 수를 변화시킬 수 있을 것이다. 제1 헤더(32)에 형성되는 세 개의 배플은 제1 헤더 내부를 상부 격실(52), 중부 격실(50) 및 하부 격실(54) 그리고 보조 격실(72)의 네 개의 공간부로 나누게 된다. 제2 헤더(34)와 수액기(40)는 격벽(39)(이는 제2 헤더의 외주면의 일부에 해당함)에 의해 각각의 공간부를 형성하도록 구분된다. 제2 헤더(34)에 형성되는 세 개의 배플(42)은 제2 헤더(34) 내부를 상측 격실(58), 중간격실(56) 및 하측 격실(60) 그리고 보조 격실(74)의 네 개의 공간부로 나누게 된다. 격벽(39)의 상단부, 중앙 및 하단부에는 각기 개구(opening)가 형성됨으로써 상부 소통로(44), 중앙 소통로(48) 및 하부 소통로(46)를 이루게 된다. 이 소통로들(44,46,48)을 통해 제2 헤더(34)와 수액기(40)는 상호 연통이 되므로 제2 헤더로부터 수액기쪽으로 그리고 수액기(40)로부터 제2 헤더(34)쪽으로 냉매의 소통이 이루어진다. 또한 격벽(39)과 이 격벽에 결합되는 수액기(40)에 의해 제2 헤더(34)로부터 유출되는 냉매를 저장할 수 있는 수액실(62)이 형성된다. 중부 격실(50)이 형성된 제1 헤더(32) 부분에는 냉매 유입을 위한 유입 파이프(64)가 형성되며 제1 헤더(32)의 하부, 즉 하부 격실(54)이 형성된 곳에는 냉매의 유출을 위한 유출 파이프(66)가 형성된다.
도3은 도2의 기액분리형 응축기에서의 냉매의 흐름을 보여주기 위한 개략도로서 도2와 도3을 함께 참조하면, 이 실시예에서는 P1 내지 P6의 6개의 냉매 유로가 형성이 된다. 냉매 유로들(P1 내지 P6) 각각은 배플들(42)에 의해 구분되는 헤더들(32,34)의 격실들(50,52,54,56,58,60,72,74)과 그에 배치되는 다수의 플랫 튜브들(36)에 의해 정해진다. 제1 헤더(32)의 중부 격실(50)에는 유입 파이프(64)가 형성이 되므로, 냉매는 제1 헤더(32)의 중부 격실(50)과 이 중부 격실(50)에 배치된 다수의 플랫 튜브를 통해 제2 헤더(34) 방향으로 냉매 유로(P1)를 형성한다. 냉매 유로(P1)를 지나면서 기상의 냉매는 응축과정을 격으면서 일부는 액상으로 변화하고 일부는 기상의 상태로 남아 있게 되어 기상과 액상의 두 개의 상을 갖는 냉매로 된다. 기상의 냉매는 그 운동이 대단히 활발하고 액상의 냉매와의 밀도차이에 의한 부력에 의해 상부로 이동하려고 하는 반면 액상의 냉매는 높은 점성(viscosity) 및 기체에 비해 큰 질량 및 밀도로 인해 중력 방향인 아래로 이동하게 된다. 따라서 기상의 냉매는 냉매 유로(P1)의 상부에 위치하고 있는 냉매 유로들(P2,P3)로 유입되어 각각의 냉매 유로에 배치되어 있는 다수의 플랫 튜브들을 지나 흐르게 된다. 냉매 유로들(P2,P3)를 지나면서 기상의 냉매들은 점차적으로 액상의 냉매로 재응축되어 제2 헤더(34)의 상측 격실(58)에 형성된 상부 소통로(44)를 통해 수액기(40)의 수액실(62)에 저장된다. 다음으로 냉매 유로(P1)를 거친 후 액상으로 변화된 냉매는 냉매 유로(P1)에 인접한 하부 냉매유로들(P5,P6)을 통해 흐르면서 재응축된 다음 제2 헤더(34)에 형성된 보조 격실(74)에 형성된 중앙 소통로(48)를 통해 수액기(40)로 유출된다. 도2,3의 실시예에서 제2 헤더(34)의 중간 격실(56)에는 소통로를 형성하지 않는다. 응축 영역의 냉매 유로들(P1-P3, P5, P6)을 흐른 냉매는 액상으로 응축되어 수액기(40)에 저장된다. 수액기(40)에 저장된 액상의 냉매는 제2 헤더(34)와 수액기(40) 사이의 냉매의 소통을 제공하는 하부 소통로(46)를 통해 냉매 유로(P4)를 통해 흐른 다음 유출 파이프(66)를 통해 냉매순환회로를 구성하는 다른 구성요소로 이동이 된다. 화살표는 냉매의 흐름 방향을 나타낸다.
도2,3에 도시된 실시예에서 응축기(30)의 냉매 유로(P1)를 포함하여 이 냉매 유로의 상부에 있는 냉매 유로들(P2,P3)은 응축 영역(condensing area)을 형성하며, 냉매 유로(P1)의 아래에 인접하고 있는 냉매 유로(P4)는 과냉각 영역(subcooling area)을 이룬다. 물론, 냉매유로들(P5,P6)에서도 주로 액상의 냉매가 흐르므로 어느정도 과냉각이 이루어진다. 응축 영역은 응축기(30) 전체 유효 단면적의 70-80％를 차지하도록 냉매 유로들을 형성하며, 과냉각 영역은 응축기 전체 유효 단면적의 20∼30％를 차지하도록 냉매 유로를 형성한다. 냉매 유로(P1)는 응축 영역 중 가장 큰 유효 단면적을 갖도록 하며 응축 영역의 유효 단면적의 30-50％를 차지하도록 한다.
과냉각 영역을 이루는 냉매 유로(P4)를 흐르는 냉매는 거의 액상의 상태로 흐르게 되는데, 이는 수액기(40)의 수액실(62)에 저장되는 냉매는 응축기(30)의 응축 영역을 지나면서 충분히 액상으로 변화하게 되기 때문이다. 또한 액상의 냉매는 수액기(40)로부터 하부 소통로(46)을 통해 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)로 유출되게 되는데, 이 하부 소통로(46)의 크기를 충분히 작게 형성할 경우에는 수액기(40)로부터 과냉각 영역으로 냉매가 급격히 흐르게 되는 것을 제어하게 된다. 수액실(62)에 기상의 냉매가 혼합되어 있다 하더라도 하부 소통로(46)를 통해 유출되기는 어렵기 때문이다. 따라서, 과냉각 영역에는 거의 기상의 냉매가 유입되지 않게 된다. 나아가, 수액기(40)에는 응축 과정을 통해 액상으로 변화된 냉매가 수액기(40)의 내부 저면으로부터 일정 양 만큼 저장되어 있으므로 수액기(40)로 유입된 기상의 냉매는 수액기(40)에 저장되어 있는 액상의 냉매와의 관계에서 재응축 된다. 그리고, 도시하지 않았지만 수액기(40)의 하단부 부근에 건조제를 배치하게 되면 수분이나 먼지 등이 제거된 액상의 냉매만이 과냉각 영역을 흐르게 된다.
도2,3의 실시예에서, 제2 헤더(34)와 수액기(40)사이에 형성되는 소통로들의 크기는 임의적으로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 격실의 크기보다 작게 형성하는 것이 좋다. 그리고, 각 소통로의 크기는 수치적으로 제한할 수도 있는데, 예로 응축기의 응축 영역에 형성되는 소통로(이 실시예에서는 상부 및 중앙 소통로(44,48))는 호울(hole) 형태나 슬릿(slit) 형태로 형성할 수 있으며, 호울 형태의 경우는 직경이 1-8mm가 되도록 형성하는 것이 좋다. 슬릿 형태의 경우는 슬릿에 의해 형성된 개구의 폭이 1-8mm가 되도록 하는 것이 좋으며 개구의 길이는 개구의 폭에 상응하여 적절하게 선택할 수 있을 것이다. 응축기(30)의 과냉각 영역에 형성되는 소통로(이 실시예에서는 하부 소통로(46)) 또한 호울이나 슬릿 형태로 할수 있으며, 호울의 경우 그 직경은 8-13mm로 하는 것이 좋다. 슬릿 형태의 경우는 개구의 폭은 8-13mm로 유지하는 것이 좋으며 개구의 길이는 개구의 폭에 상응하여 적절하게 선택할 수 있을 것이다. 도2와 도3의 실시예에 따른 소통로의 형태 및 칫수는 도4 내지 도13의 본 발명의 다른 실시예에서도 동일하다. 그리고 소통로들은 해당하는 각 격실에 있어서 격실의 하단부측에 형성하는 것이 바람직하다.
도2 및 도3의 실시예에 따른 응축기에서, 압축기(도시하지 않음)로부터 유입된 냉매는 냉매 유로(P1)를 지나면서 응축되었으나 기상과 액상의 2상으로 공존하는 냉매는 제2 헤더(34)의 중간 격실(56)에서 일차적으로 기상과 액상의 냉매로 분리된다. 분리된 기상의 냉매는 응축 영역의 냉매 유로(P1) 위에 있는 냉매 유로들(P2,P3)로 유입되며, 액상의 냉매는 중간 격실(56)에 형성된 중앙 소통로(48)를 통해 수액기(40)로 유출된다. 그리고, 응축 영역의 상부에 있는 냉매 유로들(P2,P3)을 지난 기상의 냉매는 액상으로 변화되어 제2 헤더(34)의 상측 격실(58)에 형성된 상부 소통로(44)를 통해 수액기(40)로 유출된다. 수액기(40)에 저장된 냉매 중 일부는 기상의 상태로 존재할 수 있는데, 하부 소통로(46)의 크기는 충분히 작으며 또한 응축기(30)가 일단 구동되고 난 후에는 수액기(40)에는 일정량의 냉매가 저장되어 있으므로 기상의 냉매는 하부 소통로(46)를 통해 제2 헤더(34)쪽으로 거의 유출이 되지 않게 된다. 따라서, 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)을 통해 냉매 유로(P4)를 흐르게 되는 냉매는 거의 액상의 상태를 유지하게 된다. 그러므로, 기상과 액상의 냉매에 대해 수액기(40)내에서 또 한번의 상분리 효과가 얻어지게 된다. 냉매 유로(P1) 아래에 있는 냉매 유로들(P5,P6)에도 어는 정도 기상의 냉매가 액상의 냉매와 함께 공존하면서 흐르게 되나, 냉매 유로들(P5,P6)을 흐른 냉매는 수액기(40)로 유출된 다음 제2 헤더(34)를 통해 냉매 유로(P4)를 흐르게 되므로 기상의 냉매는 거의 냉매유로(P4)를 흐르지 않게 된다.
도4 와 도5는 본 발명의 다른 실시예들을 도시한 개략도들로서, 개략도로 도시한 것은 도2,3의 실시예에 따른 기액분리형 응축기를 근거로 한 것이기 때문이다. 즉, 도4와 도5는 배플을 하나 이상 제거하거나 배플의 위치를 변경하고 또한 그에 따른 냉매의 소통로를 제거하거나 위치 변경한 것으로서 도2,3의 실시예에 근거하고 있기 때문이다. 따라서, 이하에서는 도2,3의 실시예와 다른 차이점을 중심으로 설명을 진행하며, 도2,3과 같은 것은 같은 번호 및 부호를 사용하여 표기한다.
도4의 실시예에 따른 응축기에서 앞의 실시예와는 달리 제2헤더(34)에서 배플을 하나 제거함으로써 보조 격실(74)을 제거하였으며 중앙 소통로(48) 또한 제거하여 상부 및 하부소통로(44,46)만을 형성하였다. 따라서, 응축기(30)에 유입된 냉매는 냉매 유로(P1)를 지난 다음 제2 헤더(34)의 중간 격실(56)에서 기상과 액상으로 분리되고, 기상의 냉매는 냉매 유로(P1)의 상부 냉매 유로들(P2,P3)를 통해 흐른 다음 제2 헤더(34)의 상측 격실(58)에 형성된 상부 소통로(44)를 통해 수액기(40)로 유출된다. 그리고 분리된 액상의 냉매는 냉매 유로(P1)에 인접한 하부 냉매 유로들(P5,P6)을 통해 흐른 다음 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)로 유입되어 냉매 유로(P4)를 흐른다. 수액기(40)에 저장된 냉매는 하측 격실(60)의 하부 소통로(46)를 통해 냉매 유로(P4)를 흐르게 된다.
수액기(40)에 저장된 냉매 중 일부는 기상의 상태로 존재할 수 있는데, 하부 소통로(46)의 크기는 충분히 작으며 또한 응축기(30)가 일단 구동되고 난 후에는 수액기(40)에는 일정량의 냉매가 저장되어 있으므로 기상의 냉매는 하부 소통로(46)를 통해 제2 헤더(34)쪽으로 거의 유출이 되지 않게 된다. 따라서, 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)을 통해 냉매 유로(P4)를 흐르게 되는 냉매는 거의 액상의 상태를 유지하게 된다. 그러므로, 기상과 액상의 냉매에 대해 수액기(40)내에서 또 한번의 상분리 효과가 얻어지게 된다. 냉매 유로(P1) 아래에 있는 냉매 유로들(P5,P6)에도 기상의 냉매가 액상의 냉매와 함께 공존하면서 흐르게 되나, 냉매 유로들(P5,P6)을 이루는 플랫 튜브들(36)의 개수는 적게 형성하며 또한 응축기가 구동되고 난 후에는 냉매 유로(P4)와 제2 헤더(34)는 수액기(40)로부터 공급되는 액상의 냉매로 차게 되므로 기상의 냉매는 냉매 유로(P4)를 거의 흐르지 않게 된다.
도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기액분리형 응축기의 개략도로서, 도2,3의 실시예에 비해 냉매 유로(P1)에서 한쌍의 배플을 제거함으로써 보조격실들(72,74)를 제거하였다. 따라서, 이 실시예에서는 P1-P4의 4개의 냉매 유로가 형성된다. 소통로는 상부,중앙 및 하부소통로(44,46,48)의 3개를 형성하였다.
따라서, 응축기(30)에 유입된 냉매는 냉매 유로(P1)를 지난 다음 기상의 냉매는 상부 냉매 유로들(P2,P3)를 지나면서 액상으로 재응축되어 상부 소통로(44)를 통해 수액기(40)로 유출되고, 액상의 냉매는 제2 헤더(34)의 중간 격실(56)에 형성된 중앙 소통로(48)를 통해 수액기(40)로 유출된다. 제2 헤더(34)와 수액기(40)사이의 냉매의 소통을 제공하는 하부 소통로(46)를 통해 액상의 냉매는 냉매 유로(P4)를 흐르게 된다.
수액기(40)에 저장된 냉매 중 일부는 기상의 상태로 존재할 수 있는데, 하부 소통로(46)의 크기는 충분히 작으며 또한 응축기(30)가 일단 구동되고 난 후에는 수액기(40)에는 일정량의 냉매가 저장되어 있으므로 기상의 냉매는 하부 소통로(46)를 통해 제2 헤더(34)쪽으로 거의 유출이 되지 않게 된다. 따라서, 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)을 통해 냉매 유로(P4)를 흐르게 되는 냉매는 거의 액상의 상태를 유지하게 된다. 그러므로, 기상과 액상의 냉매에 대해 수액기(40)내에서 또 한번의 상분리 효과가 얻어지게 된다.
도6 내지 도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이패스 도관을 갖는 기액분리형 응축기의 전체 단면도로서, 도2 내지 도6에 따른 기액분리형 응축기의 개념을 근거로 하여 수액기가 형성되는 헤더의 반대쪽에 위치하는 헤더에 외부로 돌출되는 바이패스 도관을 더 추가한 것이다. 따라서 도2-5와 같은 구성요소에 대해서는 같은 번호 및 부호를 사용한다.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이패스 도관을 갖는 기액분리형 응축기의 전체 단면도로서 응축기(30)는 서로 평행하게 베치되는 제1 헤더(32)및 제2 헤더(34)를 포함한다. 제1,2 헤더(32,34)는 두 개의 구성요소로 이루어 진 것으로 도6에 도시되어 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 헤더들(32,34)이 두 개의 구성요소로 이루어 진 경우(도8 참조) 각각의 헤더는 통상 플랫 튜브가 삽입되는 하부 부분과 냉매 유입을 위한 파이프 등이 연결되는 상부 부분(2 pieces)으로 이루어지며 두 부분이 결합될 경우 통상 타원형의 단면형상을 갖게 된다. 그러나, 본 발명에 따른 수액기와 바이패스 도관을 갖는 응축기(30)에 사용되는 헤더들은 이에 제한되는 것은 아니며 실린더 형상의 헤더들 또한 사용될 수 있음은 물론이다. 제1 헤더(32)와 제2 헤더(34)사이에는 다수의 플랫 튜브들(36)이 서로 병렬로 배치되어 플랫 튜브들 각각의 양단부는 제1,2헤더(32,34)에 형성된 슬릿들(slits)을 통해 헤더들에 결합된다. 플랫 튜브들(36)중 인접하는 플랫 튜브들 사이에는 다수의 코루게이트 핀(38)이 개재된다. 제 1헤더(32)에는 바이패스 도관(80)이 형성되며 제2 헤더(34)에는 수액기(40)가 형성이 된다. 응축기(30)는 또한 최외각부에 배치되는 한쌍의 사이드 플레이트(70)(side plate)를 포함한다. 제1 헤더(32)와 수액기(40)를 갖는 제 2헤더(34)의 양단부는 블라인드 캡(blind cap) (68)에 의해 밀폐된다.
제1,2 헤더(32,34)에는 배플들(baffles)(42)이 배치되어 제1,2 헤더(32,34)와 다수의 플랫 튜브들과의 관계에 의해 다수의 냉매유로(refrigerant pass)를 정하게 된다. 이와 같이 배플을 헤더들(32,34)에 배치하여 격실들을 형성함으로써 냉매는 응축기 내부를 냉매 유로들을 통해 지그재그 형태로 흐르게 된다. 제1 헤더(32)와 제2 헤더(34) 각각에는 두 개씩의 배플(42)이 형성된 것으로 도시되어 있으며, 배플의 수를 조절함으로써 냉매 유로의 수를 변화시킬 수 있을 것이다. 제1 헤더(32)에 형성되는 두 개의 배플은 제1 헤더 내부를 상부 격실(52), 중부 격실(50) 및 하부 격실(54)의 세 개의 공간부로 나누게 된다. 제2 헤더(34)와 수액기(40)는 격벽(39) (이는 제2 헤더의 외주면의 일부에 해당함)에 의해 각각의 공간부를 형성하도록 구분된다. 제 2헤더(34)에 형성되는 두 개의 배플(42)은 제 2헤더(34) 내부를 상측 격실(58), 중간 격실(56) 및 하측 격실(60)의 세 개의 공간부로 나누게 된다. 격벽(39)의 상단부, 중앙 및 하단부에는 각기 개구(opening)가 형성됨으로써 상부 소통로(44), 중앙 소통로(48) 및 하부 소통로(46)를 이루게 된다, 이 소통로들(44,46,48)을 통해 제2 헤더(34)와 수액기(40)는 상호 연통이 되므로 제2 헤더로부터 수액기 쪽으로 그리고 수액기(40)로부터 제2 헤더(34)쪽으로 냉매의 소통이 이루어 진다. 또한 격벽(39)과 이 격벽에 결합되는 수액기(40)에 의해 제2 헤더(34)로부터 유출되는 냉매를 저장할 수 있는 수액실(62)이 형성된다. 중부 격실(50)이 형성된 제1 헤더(32)부분에는 냉매 유입을 위한 유입 파이프(64)가 형성되며 제2 헤더(32)의 하부, 즉 하측 격실(60)이 형성된 곳과 수액기(40)의 대응하는 부분에 냉매의 유출을 위한 유출 파이프(66)가 형성된다.
도7은 도6의 응축기에서의 냉매의 흐름을 보여주기 위한 개략도로서 도6과 도7을 함께 참조하면, 이 실시예에서는 P1 내지 P4의 4개의 냉매유로가 형성이 된다. 냉매유로들(P1 내지 P4) 각각은 배플들(42)에 의해 구분되는 헤더들(32,34)의 격실들(50,52,54,56,58,60)과 그에 배치되는 다수의 플랫 튜브들(36)에 의해 정해진다. 제1 헤더(32)의 중부 격실(50)에는 유입 파이프(64)가 형성이 되므로, 냉매는 제1 헤더(32)의 중부 격실(50)과 이 중부 격실(50)에 배치된 다수의 플랫 튜브를 통해 제2 헤더(34)방향으로 냉매 유로(P1)를 형성한다. 냉매 유로(P1)를 지나면서 기상의 냉매는 응축과정을 격으면서 일부는 액상으로 변화하고 일부는 기상의 상태로 남아 있게 되어 기상과 액상의 두 개의 상을 갖는 냉매로 된다. 기상의 냉매는 그 운동이 대단히 활발하고 액상의 냉매와의 밀도차이에 의한 부력에 의해 상부로 이동하려고 하는 반면 액상의 냉매는 높은 점성(viscosity) 및 기체에 비해 큰 질량 및 밀도로 인해 아래로 이동하게 된다. 따라서, 기상의 냉매는 냉매 유로(P1)의 상부에 위치하고 있는 냉매 유로들(P2,P3)로 유입되어 각각의 냉매 유로에 배치되어 있는 다수의 플랫 튜브들을 지나 흐르게 된다. 냉매 유로들(P2,P3)를 지나면서 기상의 냉매들은 점차적으로 액상의 냉매로 재응축되어 제2 헤더(34)의 상측 격실(58)에 형성된 상부 소통로(44)를 통해 수액기(40)의 수액실(62)에 저장된다. 다음으로 냉매 유로(P1)을 거친 후 액상으로 변화된 냉매는 제2 헤더(34)의 중간 격실(56)에 형성된 중앙 소통로(48)를 통해 수액기(40)의 수액실(62)로 유출된다. 그리고, 냉매 유로(P1)의 상부에 위치하는 냉매 유로들(P2,P3)를 지나면서 액상으로 변화된 냉매중 일부는 바이패스 도관(80)을 통해 과냉각 영역으로 이동된다. 바이패스 도관(80)의 일단부는 냉매 유로(P1)의 상부에 위치하는 냉매 유로(도6,7에서는 P2,P3)를 형성하는 제1 헤더(32)상의 어느 한 부위에 연결되어 제1 헤더(32)를 따라 하방으로 연장된 다음, 바이패스 도관(80)의 타단부는 응축 영역의 냉매 유로(P4)에 연결된다. 냉매 유로(P1)의 상부에 위치하는 바이패스 도관(80)의 일단부는 냉매 유로(P1)에 인접한 지점에 연결시키는 것이 바람직하다. 액상의 냉매는 냉매 유로(P4)를 통해 흐른 다음 제2 헤더(34)와 수액기(40)사이의 냉매의 소통을 제공하는 하부 소통로(46)를 통해 수액기(40)로 이동되어 유출 파이프(66)를 통해 냉매 순환회로를 구성하는 다른 구성요소로 이동이 된다. 화살표는 냉매의 흐름 방향을 나타낸다.
도6,7에 도시된 실시예에서 응축기(30)의 냉매 유로(P1)를 포함하여 이 냉매 유로의 상부에 있는 냉매 유로들(P2,P3)은 응축 영역(condensing area)을 형성하며, 냉매 유로(P1)의 아래에 인접하고 있는 냉매 유로(P4)는 과냉각 영역(subcooling area)을 이룬다. 응축 영역은 응축기(30) 전체 유효 단면적의 70-80%를 차지하도록 냉매유로들을 형성하며, 과냉각 영역은 응축기 전체 유효 단면적의 20~30%를 차지하도록 냉매 유로를 형성한다. 냉매 유로(P1)는 응축 영역 중 가장 큰 유효 단면적을 갖도록 하며 응축 영역의 유효 단면적의 30-50%를 차지하도록 한다.
과냉각 영역을 이루는 냉매 유로(P4)를 흐르는 냉매는 거의 액상의 상태인데, 이는 냉매 유로(P4)로 유입되는 냉매는 응축기(30)의 응축 영역을 지나면서 충분히 액상으로 변화되기 때문이다. 또한, 과냉각 영역의 액상의 냉매는 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)에 형성된 하부 소통로(46)를 통해 수액기(40)로 유출된 다음 수액기(40)에 일정량 만큼 저장되어 있는 다른 액상 냉매와 혼합되어 유출 파이프(66)를 통해 응축기로부터 배출이 되는데, 이 하부 소통로(46)의 크기를 충분히 작게 형성할 경우에는 과냉각 영역으로부터 수액기(40)로 유출되는 냉매의 양을 급격히 흐르지 않도록 제어하게 된다. 이와 같은 제어된 냉매의 흐름은 과냉각 영역에 흐르는 냉매에 기상의 냉매가 포함되어 있다 하더라도 많은 양의 액상의 냉매와의 접촉을 통해 액상의 냉매로 변화하게 된다. 나아가, 수액기(40)에는 응축 과정을 통해 액상으로 변화된 냉매가 수액기(40)의 내부 저면으로부터 일정 양 만큼 저장되어 있으므로 수액기(40)로 유입된 기상의 냉매는 수액기(40)에 저장되어 있는 액상의 냉매와의 관계에서 재응축 된다. 그리고, 도시하지 않았지만 수액기(40)의 하단부 부근에 건조제를 배치하게 되면 수분이나 먼지 등이 제거된 액상의 냉매만이 과냉각 영역을 흐르게 된다.
도6,7의 실시예에 따른 응축기에서, 압축기(도시하지 않음)로부터 유입된 냉매는 냉매 유로(P1)을 지나면서 응축되었으나 기상과 액상이 공존하는 냉매는 제2 헤더(34)의 중간 격실(56)에서 일차적으로 기상과 액상의 냉매로 분리된다. 분리된 기상의 냉매는 응축영역의 냉매 유로(P1)위에 있는 냉매 유로들(P2,P3)로 유입되며, 액상의 냉매는 중간 격실(56)에 형성된 중앙 소통로(48)를 통해 수액기(40)로 유출된다. 그리고, 응축 영역의 상부에 있는 냉매 유로들(P2,P3)을 지난 기상의 냉매는 액상으로 변화되어 제2 헤더(34)의 상측 격실(58)에 형성된 상부 소통로(44)를 통해 수액기(40)로 유출된다. 또한, 냉매 유로들(P2,P3)을 지나면서 액상으로 응축되어 제1 헤더(32)의 상부 격실(52)에 존재하는 냉매중 일부는 바이패스 도관(80)을 통해 과냉각 영역으로 이동된다. 이와같이 상부 격실(52)에 존재하는 액상의 냉매는 바이패스됨으로써 응축기(30)내에서의 냉매 흐름상의 유동저항(flow resistance)를 저하시키게 된다. 압축기로부터 응축기로 유입된 기상의 냉매는 여러 냉매 유로들을 흐르면서 점차적으로 액상의 냉매로 변화하게 되는데, 액상의 냉매는 기상의 냉매에 비해 매우 높은 점성(viscosity) 및 밀도를 가지므로 기상의 냉매가 흐르는데 있어 장애가 된다. 이러한 장애로 인해 냉매 유로들에서는 일정한 냉매 흐름상의 유동 저항이 발생하게 되는데, 바이패스 도관(80)을 형성하여 응축된 냉매를 신속히 과냉각 영역으로 이동시킴으로써 냉매 흐름상의 유동 저항을 줄일 수 있게 된다.
수액기(40)에 저장된 냉매 중 일부는 기상의 상태로 존재할 수 있는데, 하부 소통로(46)의 크기는 충분히 작으며 또한 응축기(30)가 일단 구동되고 난 후에는 수액기(40)에는 일정량의 냉매가 저장되어 있으므로 기상의 냉매는 하부 소통로(46)를 통해 제2 헤더(34)쪽으로 거의 유출이 되지 않게 된다. 따라서, 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)을 통해 냉매 유로(P4)를 흐르게 되는 냉매는 거의 액상의 상태를 유지하게 된다. 그러므로, 기상과 액상의 냉매에 대해 수액기(40)내에서 또 한번의 상분리 효과가 얻어지게 된다. 바이패스 도관(80)을 통해 냉매 유로(P4)로 바이패스되는 냉매 중 일부는 기상의 상태일 수 있는데, 이 실시예에서 냉매 유로(P4)를 형성하는 플랫 튜브(36)의 수는 적게 배치 되며 또한 냉매 유로(P4)를 흐른 냉매는 하부 소통로(48)를 통해 수액기(40)로 유출이 되므로 냉매 유로(P4)로부터 냉매가 급격히 수액기(40)쪽으로 유출되지 않게 된다. 이렇게 제어된 냉매의 흐름 및 수액기(40)에 일정 양 만큼 저장되어 있는 액상의 냉매로 인해 냉매 유로(P4)에는 주로 액상의 냉매가 흐르게 된다.
도8은 도6의 A-A선을 따라 절취한 응축기의 헤더에 냉매 유입 파이프와 바이패스 도관을 연결하는 것을 보여주는 단면도로서, 헤더(32 또는 34)는 제1 부재(32a 또는 34a)와 제2 부재(32b 또는 34b)의 두 개의 부재로 이루어져 있다. 제1,2부재는 결합된 상태에서 타원 형상의 단면을 갖는다. 물론, 헤더(32 또는 34)는 실린더 형상의 단면을 갖는 일체형으로 만들 수도 있을 것이다. 제1 부재에는 다수의 슬롯이 형성되어 있어 이들을 통해 플랫 튜브들(36)이 각각 삽입되어 연결된다. 제2 부재에는 냉매의 유입을 위한 유입 파이프(64)가 연결이 되며 또한 바이패스 도관(80)이 연결이 된다. 유입 파이프(64)는 헤더(32,34)와 플랫 튜브들(36)과의 관계에서 상호 90。의 관계를 유지하여 배치되는 것이 바람직한데, 이는 헤더와 냉매 유로들 간에 냉매의 흐름을 원활하게 하기 위해서이다. 바이패스 도관(80)은 제2 부재의 경사면 중 어느 한 곳에 배치시킨다.
도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이패스 도관을 갖는 기액분리형 응축기의 개략도로서, 도6-8에 도시한 실시예와 몇 가지 점을 제외하고는 동일 하므로 같은 구성요소에 대해서는 같은 번호 및 부호를 사용한다. 도6 내지 도8에 따른 실시예와 다른 점은 이 실시예에서는 응축 영역중 냉매 유로(P1)와 과냉각 영역 사이에 냉매 유로(P5)를 하나 더 추가적으로 형성하였다는 것이다. 냉매 유로(P5)는 제1 헤더(32)의 배플들(42) 중 하부의 배플과 제2 헤더(34)의 배플들(42)중 하부의 배플의 위치를 엇갈리게 함으로써 형성된다. 또한, 제2 헤더(34)의 중간 격실(56)에는 소통로를 형성하지 않고 상부 및 하부 소통로(44,46)만을 형성함으로써 도6-8의 실시예에 비해 소통로는 하나 감소하였다. 따라서, 응축기(30)에 유입된 냉매는 냉매 유로(P1)를 지난 다음 기상의 냉매는 상부 냉매 유로들(P2,P3)를 지나면서 액상으로 재응축되어 상부 소통로(44)를 통해 수액기(40)로 유출된다. 액상의 냉매는 냉매 유로(P1)에 인접하여 형성된 냉매 유로(P5)를 거친 다음 냉매 유로(P4)로 유입된다. 냉매 유로들(P2,P3)을 흐르면서 액상으로 변화된 냉매중 일부는 바이패스 도관(80)을 통해 냉매 유로(P4)로 유입된다. 냉매 유로(P4)를 지난 냉매는 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)에 형성된 하부 소통로(46)를 통해 수액기(40)로 유출되어 수액기에 존재하는 다른 액냉매들과 혼합되어 유출파이프(66)를 통해 응축기로부터 배출된다.
수액기(40)에 저장된 냉매 중 일부는 기상의 상태로 존재할 수 있는데, 하부 소통로(46)의 크기는 충분히 작으며 또한 응축기(30)가 일단 구동되고 난 후에는 수액기(40)에는 일정량의 냉매가 저장되어 있으므로 기상의 냉매는 하부 소통로(46)를 통해 제2 헤더(34)쪽으로 거의 유출이 되지 않게 된다. 따라서, 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)을 통해 냉매 유로(P4)를 흐르게 되는 냉매는 거의 액상의 상태를 유지하게 된다. 그러므로, 기상과 액상의 냉매에 대해 수액기(40)내에서 또 한번의 상분리 효과가 얻어지게 된다. 냉매 유로(P1) 아래에 있는 냉매 유로(P5)에도 기상의 냉매가 액상의 냉매와 함께 공존하면서 흐르게 되나, 냉매 유로(P5)를 이루는 플랫 튜브들(36)의 수는 적게 형성되며 수액기(40)에는 일정량의 냉매가 존재하며 또한 하부 소통로(46)에 의해 냉매 유로(P4)를 흐른 냉매가 수액기(40)로 유출되는 냉매의 양은 제한되므로 냉매 유로(P4)에는 주로 액상의 냉매가 흐르게 된다. 바이패스 도관(80)을 통해 냉매 유로(P4)로 바이패스되는 냉매 중 일부는 기상의 상태일 수 있는데, 냉매 유로(P4)를 형성하는 플랫 튜브(36)의 수는 적으며 또한 하부 소통로(46)에 의해 수액기(40)로 유출되는 양이 조절되므로 냉매 유로(P4)에는 주로 액상의 냉매가 흐르게 된다.
도10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 헤더와 수액기의 연결관계를 보여주는 기액분리형 응축기의 전체 단면도로서 일예로 도6,9의 실시예를 기초로 하였으나, 본 발명의 다른 실시예들에도 적용될 수 있음은 물론이다. 도10a를 참조하면, 응축기(30)는 한 쌍의 헤더(32,34), 양단부에서 헤더들(32,34)에 각각 결합되는 다수의 플랫 튜브(36), 인접하는 플랫 튜브들(36)사이에 개재되는 다수의 코루게이트 핀(38), 사이드 플레이트들(70), 및 헤더들(32,34) 각각의 양단부에 배치되는 블라인드 캡들(68)을 포함한다. 헤더들(32,34) 내부에는 각각 2개씩의 배플들(42)이 형성되어 응축기(30)에 다수의 냉매 유로를 형성하게 된다. 또한 배플들(42)은 제1 헤더(32)의 내부를 상부, 중부 및 하부 격실(52,50,54)로 분할하며 제2 헤더(34) 내부를 상측, 중간 및 하측 격실(58,56,60)로 분할한다. 제1 헤더(32)의 중부 격실(50)에는 냉매 유입 파이프(64)가 형성되며, 또한 일단부는 상부 격실(52)에 연통되고 타단부는 하부 격실(54)에 연통되는 바이패스 도관(80)이 연통된다. 제2 헤더(34)에는 연결 도관들(84,85)에 의해 연결되는 수액기(40)가 배치되며 제2 헤더(34)와 수액기(40) 사이에는 연결 도관들(84,85)에 의해 냉매의 소통이 이루어 진다. 연결 도관들 중 상부 연결 도관(84)은 제2 헤더(34)의 상측 격실(58)과 수액기(40)의 대응하는 위치 사이에 형성되며 하부 연결 도관(85)은 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)과 수액기(40)의 대응하는 위치 사이에 형성된다. 수액기(40)의 하단부에는 냉매 유출 파이프(66)가 형성된다. 연결 도관들(84,85)의 내경은 작게 형성하는 것이 바람직한 데, 상부 연결 도관(84)의 경우는 예로 그 내경이 1-8mm 정도로 하는 것이 좋으며, 하부 연결 도돤(85)의 경우는 예로 그 내경이 8-13mm 정도로 유지하는 것이 바람직하다.
` 도10의 실시예에서의 냉매의 흐름은 도9의 그것과 같으며, 다만 도9의 실시예와 다른 점은 제2 헤더(34)와 수액기(40) 사이의 냉매 소통이 연결 도관들(84,85)에 의해 이루어 진다는 점이다. 그리고, 도 10b에 도시되어 있듯이 상부 연결 도관(84)의 수액기(40)에 접속되는 일단부는 수액기(40)의 상면에 접속되도록 할수 있으며 하부 연결 도관(85)의 수액기(40)에 접속 되는 일단부는 수액기(40)의 저면에 접속되도록 구성 할 수도 있을 것이다.
도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기액분리형 응축기의 전체 단면도로서 다른 실시예와 같은 구성부분에 대해서는 동일한 도면 번호로 표기하였다. 응축기(30)는 한 쌍의 헤더(32,34), 양단부에서 헤더들(32,34)에 각각 결합되는 다수의 플랫 튜브(36), 인접하는 플랫 튜브들(36)사이에 개재되는 다수의 코루게이트 핀(38), 사이드 플레이트들(70), 및 헤더들(32,34) 각각의 양단부에 배치되는 블라인드 캡들(68)을 포함한다. 제1 헤더(32) 내부에는 두 개의 배플(42)이 형성되어 제1 헤더(32)의 내부 공간을 상부, 중부 및 하부 격실(52,50,54)로 분할하며, 제2 헤더(34)에는 하나의 배플(42)이 배치되어 제2 헤더(34)의 내부 공간을 상측 격실(58) 및 하측 격실(60)로 분할한다. 제1 헤더(32)의 중부 격실(50)에는 냉매 유입 파이프(64)가 형성되며 또한 제1 헤더(32)에는 수액기(40)가 배치된다. 제1 헤더(32)와 수액기(40)는 격벽(39)(이는 제1 헤더의 외주면의 일부에 해당함)에 의해 각각의 공간부를 형성하도록 구분된다. 수액기(40)의 양단부는 제1 헤더(32)와 함께 블라인드 캡(68)에 의해 밀폐된다. 물론 수액기(40)는 제2 헤더(34)에 형성될 수도 있으며 이 경우에는 제2 헤더(34)와 수액기(40) 사이의 냉매 소통을 위해 배플(42)의 수가 증가될 것이다.
제1 헤더(32)와 수액기(40) 사이의 냉매 소통을 위해 제1 헤더(32)의 상부 격실(52)과 수액기(40) 사이에는 상부 소통로(44)가 형성이 되며 하부 격실(54)과 수액기(40) 사이에는 하부 소통로(46)가 형성이 된다. 제1 헤더(32)에 형성되는 냉매 유입 파이프(64) 및 수액기(40)의 배치 관계에 대해서는 도8을 참조하면 될 것이다. 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)에는 냉매 유출 파이프(66)가 형성이 된다.
도12는 도11의 응축기에서의 냉매의 흐름을 보여주기 위한 개략도로서 도11과 도12를 함께 참조하면, 이 실시예에서는 P1 내지 P4의 4개의 냉매 유로가 형성이 된다. 냉매 유로들(P1 내지 P4) 각각은 배플들(42)에 의해 구분되는 헤더들(32,34)의 격실들(50,52,54,58,60)과 그에 배치되는 다수의 플랫 튜브들(36)에 의해 정해진다. 제1 헤더(32)의 중부 격실(50)에는 유입 파이프(64)가 형성이 되므로, 냉매는 제1 헤더(32)의 중부 격실(50)과 이 중부 격실(50)에 배치된 다수의 플랫 튜브를 통해 제2 헤더(34) 방향으로 냉매 유로(P1)를 형성한다. 냉매 유로(P1)를 지나면서 기상의 냉매는 응축과정을 격으면서 일부는 액상으로 변화하고 일부는 기상의 상태로 남아 있게 되어 기상과 액상의 두 개의 상을 갖는 냉매로 된다. 기상의 냉매는 그 운동이 대단히 활발하고 액상의 냉매와의 밀도차이에 의한 부력에 의해 상부로 이동하려고 하는 반면 액상의 냉매는 높은 점성(viscosity) 및 기체에 비해 큰 질량으로 인해 중력 반향인 아래로 이동하게 된다. 따라서 기상의 냉매는 냉매 유로(P1)의 상부에 위치하고 냉매 유로(P2)로 유입되어 이 냉매 유로에 배치되어 있는 다수의 플랫 튜브들을 지나 흐르게 된다. 냉매 유로(P2)를 지나면서 기상의 냉매들은 점차적으로 액상의 냉매로 재응축되어 제1 헤더(32)의 상부 격실(52)에 형성된 상부 소통로(44)를 통해 수액기(40)에 저장된다. 다음으로 냉매 유로(P1)를 거친 후 액상으로 변화된 냉매는 냉매 유로(P1)에 인접한 하부 냉매 유로(P3)를 통해 흐르면서 재응축된 다음 마지막 냉매 유로(P4)를 흐르게 된다. 도11,12의 실시예에서 제1 헤더(32)의 중부 격실(50)에는 소통로를 형성하지 않는다. 냉매 유로들(P1,P2)을 흐른 냉매는 액상으로 응축되어 수액기(40)에 저장된다. 수액기(40)에 저장된 액상의 냉매는 제1 헤더(32)와 수액기(40) 사이의 냉매의 소통을 제공하는 하부 소통로(46)를 통해 냉매 유로(P4)를 통해 흐른 다음 유출 파이프(66)를 통해 냉매순환회로를 구성하는 다른 구성요소로 이동이 된다. 화살표는 냉매의 흐름 방향을 나타낸다.
도11,12에 따른 실시예에서 응축 영역, 과냉각 영역, 상부 및 하부 소통로(44,46)의 형상 및 형성되는 크기는 도2,3에 따른 실시예에서의 그것들을 기준으로 하여 정해질 수 있을 것이다.
도11,12에 따른 실시예의 응축기에서 압축기로부터 유입된 냉매는 냉매 유로(P1)를 지나면서 응축되었으나 기상과 액상의 2상으로 공존하는 냉매는 제2 헤더(34)의 상측 격실(58)에서 일차적으로 기상과 액상의 냉매로 분리된다. 분리된 기상의 냉매는 냉매 유로(P1)의 위에 있는 냉매 유로(P2)로 유입되어 재응축된 다음 제1 헤더(32)의 상부 격실(52)에 형성된 상부 소통로(44)를 통해 수액기(40)로 유출된다. 그리고 분리된 액상의 냉매는 냉매 유로(P1)의 아래에 있는 냉매 유로들(P3,P4)를 흐르게 된다. 수액기(40)에 저장된 냉매는 하부 격실(54)의 하부 소통로(46)를 통해 냉매 유로(P4)를 흐르게 된다.
수액기(40)에 저장된 냉매 중 일부는 기상의 상태로 존재할 수 있는데, 하부 소통로(46)의 크기는 제1 헤더(32)의 하부 격실(54)과의 관계에서 충분히 작으며 또한 응축기(30)가 일단 구동되고 난 후에는 수액기(40)에는 일정량의 냉매가 저장되어 있으므로 냉매 유로(P4)를 흐르는 냉매의 양은 통제가 된다. 따라서, 수액기(40)내에서 기상과 액상의 냉매에 대해 또 한번의 상분리 효과가 얻어지게 된다. 냉매 유로(P3)에도 어느 정도 기상의 냉매가 액상의 냉매와 함께 공존하면서 흐르게 되고 따라서 냉매 유로(P3)로부터 마지막 냉매 유로(P4)로 유입되는 냉매 또한 어느 정도 기상과 액상의 냉매가 공존할 수 있으나, 이는 냉매 유로들(P3,P4)를 형성하는 플랫 튜브들(36)의 수 및 하부 소통로(46)의 크기를 조절함으로써 기상의 냉매가 냉매 유로(P4)를 흐르게 되는 것을 제어할 수 있을 것이다. 또한 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)에 건조제를 배치함으로써(건조제 배치에 대해서는 도13 참조) 기상의 냉매가 유출 파이프(66)를 통해 응축기 외부로 유출되는 것을 제어할 수도 있을 것이다.
도13은 본 발명의 기액분리형 응축기의 수액기에 건조제가 내장된 것을 보여주는 도면으로서 도6,7에 따른 실시예에서 바이패스 도관(80)을 제거한 것을 빼고는 도6,7의 실시예와 같다. 다만, 수액기(40)의 하단부에는 건조제(86)를 배치하였다. 건조제(86)는 유출 파이프(66)와의 관계에서 유출 파이프(66)를 커버할 수 있도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 건조제(86)는 제2 헤더(34)의 하측 격실(60)에 배치할 수도 있을 것이다. 건조제 대신 냉매 순환 회로를 순환한 냉매에 존재하는 불순물을 여과시키기 위한 필터를 배치시킬 수도 있으며, 건조제와 필터를 같이 수액기에 내장시킬 수도 있을 것이다.
이상에서 바람직한 실시예들에 따라 본 발명을 기술하였으나 당업자라면 첨부된 청구범위에서 정하고 있는 본 발명의 범위내에서 여러 가지 변형 및 수정을 할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 기액분리형 응축기에서는 응축기내를 흐르는 냉매가 헤더내에서 일차적으로 기액 상분리되며 또한 수액기에 의해 이차적으로 상분리 효과를 얻을 수 있게 된다.
본 발명에 따른 응축기에 의하면 응축기에 수액기가 형성되므로 별도로 수액기를 구성할 필요가 없이 열교환 부하의 변동에 따른 급격한 냉매 순환량 변화에 대처할 수 있게 된다. 또한 그에 따른 비용 절감의 효과가 얻어진다.
바이패스 도관을 통해서는 응축된 액상의 냉매가 냉매 유로를 거치지 않고 헤더에 형성된 격실과 격실 사이로 바이패스 되므로 응축기 내부에서의 냉매의 흐름상의 유동저항을 감소시키게 되고, 그에 따라 열교환 효율의 개선을 가져온다.

Claims (24)

  1. 적어도 3개의 격실을 갖는 제1 헤더 ;
    적어도 2개의 격실을 갖으며 상기 제1 헤더와 평행하게 배치되는 제2 헤더 ; 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치되며, 각각의 양단부에서 상기 제1 헤더와 상기 제2 헤더에 결합되는 다수의 튜브 ;
    상기 튜브들의 인접하는 튜브 사이에 개재되는 다수의 핀 ;
    상기 제1 헤더 또는 상기 제2 헤더에 연결되는 수액기 ;
    상기 제1 헤더의 중간 격실에 형성되는 냉매 유입구 ;
    상기 제1,2 헤더의 어느 하나에 또는 상기 수액기에 형성되는 냉매 유출구 ;
    상기 냉매는 상기 냉매 유입구를 통해 유입되어 다수의 튜브를 통해 정해지는 제1 냉매 유로, 상기 제1 냉매 유로를 지난 상기 냉매 중 기상의 냉매를 재응축 시키기 위해 다수의 튜브를 통해 정해지는 제2 냉매 유로, 상기 제1 냉매 유로의 하부에 위치하며 상기 제1 냉매 유로를 지난 상기 냉매 중 응축된 액상의 냉매가 흐르도록 다수의 튜브를 통해 정해지는 제3 냉매 유로를 통하여 흐르며 ;
    상기 제1 냉매 유로를 흐르면서 응축이 진행된 냉매는 상기 제2 헤더내에서 일차적으로 기액상분리되어 기상의 냉매는 상기 제2 냉매 유로를 흐르면서 재응축된 다음 상기 수액기가 배치된 헤더의 상부 격실과 상기 수액기 사이에 형성된 상부 소통로를 통해 상기 수액기로 유출되며, 기액상분리된 액상의 냉매는 상기 제3 냉매 유로를 통해 상기 냉매 유출구 쪽으로 흐르며, 상기 수액기가 배치된 헤더의 하부 격실과 상기 수액기 사이에 형성된 하부 소통로를 통해 상기 수액기와 상기 수액기가 배치된 헤더 사이에 상기 냉매의 소통이 이루어지며, 상기 수액기에 유입된 냉매 중 기상의 냉매는 상기 수액기에 존재하는 일정량의 액상의 냉매와의 관계에서 2차적으로 기액상분리가 일어나는 ;
    을 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 헤더의 격실들은 배플들에 의해 정해지는 다단 기액분리형 응축기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 냉매 유로는 적어도 2이상의 냉매 유로를 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 냉매 유로는 적어도 2이상의 냉매 유로를 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 냉매 유로 및 상기 제3 냉매 유로는 적어도 2이상의 냉매 유로를 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 소통로들은 상기 수액기가 연결된 헤더에 형성되는 개구들인 다단 기액분리형 응축기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 소통로들은 상기 수액기가 연결된 헤더와 상기 수액기 사이에 형성된 도관들인 다단 기액분리형 응축기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수액기는 냉매 필터 수단을 더 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 헤더 중 상기 수액기가 배치되지 않는 헤더에 형성되어 상기 제2 냉매 유로와 상기 제3 냉매 유로 사이에 냉매의 소통이 이루어지도록 하는 바이패스 도관을 더 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 헤더 중 상기 수액기가 배치되지 않는 헤더에 형성되어 상기 제2 냉매 유로와 상기 제3 냉매 유로 사이에 냉매의 소통이 이루어지도록 하는 바이패스 도관을 더 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  11. 적어도 3개의 격실을 갖는 제1 헤더 ;
    적어도 3개의 격실을 갖으며 상기 제1 헤더와 평행하게 배치되는 제2 헤더 ;
    일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치되며, 각각의 양단부에서 상기 제1 헤더와 상기 제2 헤더에 결합되는 다수의 튜브 ;
    상기 튜브들의 인접하는 튜브 사이에 개재되는 다수의 핀 ;
    상기 제1 헤더의 중간 격실에 형성되는 냉매 유입구 ;
    상기 제2 헤더에 연결되는 수액기 ;
    상기 제1 헤더에 형성되는 냉매 유출구 ;
    상기 냉매는 상기 냉매 유입구를 통해 유입되어 다수의 튜브를 통해 정해지는 제1 냉매 유로, 상기 제1 냉매 유로를 지난 상기 냉매 중 기상의 냉매를 재응축시키기 위해 다수의 튜브를 통해 정해지는 제2 냉매 유로, 상기 제1 냉매 유로의 하부에 위치하며 다수의 튜브를 통해 정해지는 제3 냉매 유로를 통하여 흐르며 ;
    상기 제1 냉매 유로를 흐르면서 응축이 진행된 냉매는 상기 제2 헤더내에서 일차적으로 기액상분리되어 기상의 냉매는 상기 제2 냉매 유로를 흐르면서 재응축된 다음 상기 제2 헤더의 상부 격실과 상기 수액기 사이에 형성된 상부 소통로를 통해 상기 수액기로 유출되며, 기액상분리된 액상의 냉매는 상기 제2 헤더의 중간 격실과 상기 수액기 사이에 형성된 중앙 소통로를 통해 상기 수액기로 유출되며, 상기 수액기에 유입된 냉매 중 기상의 냉매는 상기 수액기에 존재하는 일정량의 액상의 냉매와의 관계에서 2차적으로 기액상분리가 일어나며, 상기 제2 헤더의 하부 격실과 상기 수액기 사이에 형성된 하부 소통로를 통해 상기 수액기로부터 액상의 냉매가 상기 제3 냉매 유로를 흐르는 ;
    을 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 헤더의 격실들은 배플들에 의해 정해지는 다단 기액분리형 응축기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 냉매 유로는 2개의 냉매 유로를 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 중앙 소통로는 상기 제2 헤더의 상기 중간 격실의 하단부에 형성되며,
    상기 제1 및 제2 헤더 각각의 상기 중간 격실은 2개의 격실로 분할되고 상기 냉매 유입구는 상기 분할된 중간 격실의 상부 격실에 형성되어 상기 냉매 유입구를 통해 유입되어 상기 제1 냉매 유로를 흐르면서 응축이 진행된 냉매는 상기 제2 헤더내에서 기액상분리되어 기상의 냉매는 상기 제2 냉매유로를 흐르면서 재응축되고 액상의 냉매는 상기 2개의 격실로 분할된 상기 중간 격실의 하부 격실에 배치된 다수의 튜브를 통해 흐른다음 상기 중앙소통로를 통해 상기 수액기로 유출되는 다단 기액분리형 응축기.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 수액기는 냉매 필터 수단을 더 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 상부, 중앙 및 하부 소통로들은 상기 수액기가 연결된 헤더에 형성되는 개구들인 다단 기액분리형 응축기.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 상부, 중앙 및 하부 소통로들은 상기 수액기가 연결된 헤더와 상기 수액기 사이에 형성되는 도관들인 다단 기액분리형 응축기.
  18. 적어도 3개의 격실을 갖는 제1 헤더;
    적어도 3개의 격실을 갖으며 상기 제1 헤더와 평행하게 배치되는 제2 헤더 ;
    일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치되며, 각각의 양단부에서 상기 제1 헤더와 상기 제2 헤더에 결합되는 다수의 튜브 ;
    상기 튜브들의 인접하는 튜브 사이에 개재되는 다수의 핀 ;
    상기 제1 헤더의 중간 격실에 형성되는 냉매 유입구 ;
    상기 제2 헤더에 연결되는 수액기 ;
    상기 제1 헤더 또는 상기 수액기에 형성되는 냉매 유출구 ;
    상기 제1 헤더에 배치되는 바이패스 도관 ;
    상기 냉매는 상기 냉매 유입구를 통해 유입되어 다수의 튜브를 통해 정해지는 제1 냉매 유로, 상기 제1 냉매 유로를 지난 상기 냉매 중 기상의 냉매를 재응축시키기 위해 다수의 튜브를 통해 정해지는 제2 냉매 유로, 상기 제1 냉매 유로의 하부에 위치하며 다수의 튜브를 통해 정해지는 제3 냉매 유로를 통하여 흐르며 ;
    상기 바이패스 도관은 상기 제2 냉매 유로와 상기 제3 냉매 유로 사이에 냉매의 소통이 이루어지도록 배치되며 ;
    상기 제1 냉매 유로를 흐르면서 응축이 진행된 냉매는 상기 제2 헤더내에서 기액상분리되어 기상의 냉매는 상기 제2 냉매 유로를 흐르면서 재응축된 다음 상기 제2 헤더의 상부 격실과 상기 수액기 사이에 형성된 상부 소통로를 통해 상기 수액기로 유출되며, 기액상분리된 액상의 냉매는 상기 제2 헤더의 중간 격실과 상기 수액기 사이에 형성된 중앙 소통로를 통해 상기 수액기로 유출되며, 상기 수액기에 유입된 냉매 중 기상의 냉매는 상기 수액기에 존재하는 일정량의 액상의 냉매와의 관계에서 2차적으로 기액상분리가 일어나며, 상기 제3 냉매 유로에는 상기 제2 헤더의 하부 격실과 상기 수액기 사이에 형성된 하부 소통로를 통해 상기 수액기로부터 액상의 냉매가 흐르거나 또는 상기 제2 냉매 유로를 흐르면서 상기 재응축된 냉매중 상기 바이패스 도관을 통해 이동된 냉매가 흐르는 ;
    을 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 헤더의 격실들은 배플들에 의해 정해지는 다단 기액분리형 응축기.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 냉매 유출구는 상기 수액기의 하단부에 배치되는 다단 기액분리형 응축기.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제3 냉매 유로는 적어도 2이상의 냉매 유로를 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 바이패스 도관의 상기 제3 냉매 유로에 연결되는 일단부는 상기 적어도 2이상의 냉매 유로 중 상기 제1 냉매 유로에 인접한 냉매 유로에 접속되는 다단 기액분리형 응축기.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 제1 헤더의 상기 하부 격실은 냉매 필터 수단을 더 포함하는 다단 기액분리형 응축기.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 중앙 소통로는 상기 제2 헤더의 상기 중간 격실의 하단부에 형성되며,
    상기 제1 및 제2 헤더 각각의 상기 중간 격실은 2개의 격실로 분할되고 상기 냉매 유입구는 상기 분할된 중간 격실의 상부 격실에 형성되어 상기 제1 냉매 유로를 흐르면서 응축이 진행된 냉매는 상기 제2 헤더내에서 기액상분리되어 기상의 냉매는 상기 제2 냉매 유로를 흐르면서 재응축되고, 액상의 냉매는 상기 2개의 격실로 분할된 상기 중간 격실의 하부 격실에 배치된 다수의 튜브를 통해 흐른 다음 상기 중앙 소통로를 통해 상기 수액기로 유출되며, 상기 바이패스 도관의 상기 제3 냉매 유로에 연결되는 일단부는 상기 분할된 중간 격실의 상기 하부 격실에 접속되는 다단 기액분리형 응축기.
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