KR19990016657U - 에어컨용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 개선된 에어컨용 열교환기를 개시한다.

종래에는 각 튜브가 수평방향으로 배치되었는 바, 공기와의 접촉면적이 작아 열교환효율이 낮은 문제가 있었다.

본 고안에서는 나란하게 배치되며 내부로 냉매가 흐르는 두 헤더와, 두 헤더 사이에 이들과 직교하여 나란하게 배열됨과 동시에 수평방향에 대해 일정각도로 경사지게 배치되어 양자에 연통하며 내부로 냉매가 흐르는 다수의 평판형 튜브와, 두 헤더간에 이들과 나란하도록 일정간격으로 배치되며 각 튜브들이 관통하는 다수의 결합슬롯을 그 길이방향으로 갖는 다수의 판상 전열핀과, 두 헤더에 대해 상호 교호적으로 배치되어 각각의 헤더 내에서 냉매의 흐름을 차단함으로써 냉매가 복수의 튜브들을 재그재그 형태로 동시에 흐르도록 유도하는 복수의 배플판을 구비하여, 튜브와 공기간의 접촉면적 증대로 열교환효율이 향상되도록 하였다.

Description

에어컨용 열교환기

본 고안은 에어컨(air conditioner)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 냉매(冷媒)를 공기와의 열교환으로 액화시키거나 기화시키는 열교환기(heat exchanger)에 관한 것이다.

냉각사이클(cooling cycle)을 이용하여 실내를 냉각시키는데 사용되는 에어컨은 압축기(compressor)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매가스를 응축기(condenser)에서 외기와의 열교환에 의해 액화시킨 뒤, 팽창밸브(expansion valve)를 통해 증발기(evaporator)에서 내기와의 열교환으로 기화시킴으로써 흡수되는 냉매의 기화열(氣化熱)에 의해 냉방작용을 수행하는 공기조절장치이다. 이에 따라 에어컨의 냉방성능을 위해서는 응축기 및 증발기(이하 열교환기로 통칭함)의 열교환효율을 높이는 것이 매우 중요하다.

도 1에는 이를 위한 종래 열교환기(1)의 일례를 개략적으로 도시하였다. 이것은 일정간격으로 이격된 원통형의 두 헤더(header:2)(3) 사이에 냉매가 흐르는 다수의 평판형 튜브(tube:4)가 나란하게 배열되어 양 헤더(2)(3)와 각각 연통하도록 접합되고, 각 튜브(4)들 간에는 냉매의 열교환을 촉진시키기 위한 코러게이트(coruugate)형의 전열핀(傳熱fin:6)들이 각각 개재되어 접합된다. 또한 각 헤더(2)(3)의 소정위치에는 각 헤더(2)(3) 내에서의 냉매의 흐름을 차단하여 냉매가 복수의 튜브(4)들을 동시에 지그재그(zigzag) 형태로 통과하도록 유도하는 복수의 배플판(baffle plate:5)들이 상호간에 교호적으로 배치되어 헤더(2)(3)의 길이방향을 따라 복수의 튜브군을 형성한다. 나머지 부호 7은 최외측에 위치한 전열핀(6)들을 보호하기 위한 엔드 플레이트(end palte)들이다.

그런데 이러한 종래의 열교환기(1)는 평판형의 튜브(4)가 공기의 흐름방향과 나란하도록 수평으로 배치되므로 도 2에 도시한 바와 같이 공기가 각 튜브(4)들 사이를 신속하게 통과하게 됨으로써 공기의 흐름이 원활하기는 하나, 튜브(4)와 공기간의 실질적인 접촉면적이 작아져 냉매의 열교환효율이 저하되는 문제가 있었다.

본 고안의 목적은 상술한 종래의 문제들을 감안하여 튜브와 공기간의 접촉면적을 증대시킴으로써 냉매의 열교환효율을 향상시킬 수 있는 에어컨용 열교환기를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안에 의한 에어컨용 열교환기는, 나란하게 배치되며 내부로 냉매가 흐르는 두 헤더와, 두 헤더 사이에 이들과 직교하여 나란하게 배열됨과 동시에 수평방향에 대해 일정각도로 경사지게 배치되어 양자에 연통하며 내부로 냉매가 흐르는 다수의 평판형 튜브와, 두 헤더간에 이들과 나란하도록 일정간격으로 배치되며 각 튜브들이 관통하는 다수의 결합슬롯(結合slot)을 그 길이방향으로 갖는 다수의 판상 전열핀과, 두 헤더에 대해 상호 교호적으로 배치되어 각각의 헤더 내에서 냉매의 흐름을 차단함으로써 냉매가 복수의 튜브들을 지그재그 형태로 동시에 흐르도록 유도하는 복수의 배플판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 고안의 한 바람직한 특징에 의하면, 전열핀의 결합슬롯들 일측면 가장자리에 후속하는 전열핀과의 간격을 유지시키기 위한 버어(burr)가 일정길이로 돌출된다.

이에 따라 본 고안은, 튜브와 공기간의 접촉면적이 증대되어 열교환효율이 상승하게 되므로 이를 채용한 에어컨의 냉각성능과 신뢰성 향상 등에 효과를 발휘한다.

도 1은 종래 열교환기의 일례를 개략적으로 보인 정면도,

도 2는 종래 열교환기의 문제점을 보인 발췌 단면도,

도 3은 본 고안에 의한 열교환기를 보인 분해 사시도,

도 4는 그 결합상태를 보인 부분 절단 정면도,

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 헤더(header) 15 : 튜브(tube)

16 : 배플판(baffle plate) 17 : 전열핀(傳熱fin)

17a : (전열핀의) 결합슬롯(結合slot)

18 : (전열핀의) 버어(burr)

이와 같은 본 고안의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.

도 3 내지 도 5에서, 본 고안에 의한 에어컨용 열교환기(11)는 내부로 냉매가 흐르는 두 헤더(12)가 일정간격으로 이격되어 상호 나란하게 배치된다. 이 두 헤더(12) 사이에는 역시 내부로 냉매가 흐르는 다수의 평판형 튜브(15)들이 이들과 직교하여 일정간격으로 나란하게 배열되며, 그 양단이 두 헤더(12)와 각각 연통하도록 접합되는데, 각 튜브(15)는 본 고안의 특징에 따라 수평방향에 대해 일정각도로 경사지게 배치된다. 이때 인접하는 두 튜브(15)의 하단부와 상단부는 공기와의 접촉면적이 극대화되도록 상호 중첩되게 배치되는 것이 바람직하고, 그 경사각도는 공기의 흐름에 큰 지장을 초래하지 않도록 각 튜브(15)간의 이격거리를 고려하여 적절한 범위내에서 설정된다.

이에 따라 헤더(12)는 바람직하기로 튜브(15)와의 안정된 결합상태 유지를 위해 장방형의 사각통형으로 구성된다. 이러한 두 헤더(12)의 상호 대향하는 내측면에는 각 튜브(15)들의 양 선단이 각각 끼워지는 다수의 고정슬롯(fixing solt:12a)들이 그 길이방향을 따라 일정간격으로 형성되는데, 이때 각 고정슬롯(12a)들 역시 수평방향에 대해 일정각도로 경사지게 형성된다. 그리고 이러한 두 헤더(12)의 고정슬롯(12a) 가장자리에는 각 튜브(15)의 양 선단부를 각각 삽입 지지하는 버어(13)가 일정길이로 돌출되고, 두 헤더(12)의 상단 및 하단에는 이들의 내부를 외부와 차폐시키는 캡(cap:14)이 각각 결합된다.

또한 두 헤더(12)의 소정 위치에는 냉매가 복수의 튜브(15)들을 동시에 통과하여 지그재그 형태로 흐르도록 각 튜브(15)를 복수의 튜브군으로 구획하는 복수의 배플판(16)이 상호간에 교호적으로 배치되는데, 이러한 배플판(16)은 두 헤더(12)의 외측면에 형성된 결합슬롯(12b)들에 각각 끼워져 그 주면이 해당 헤더(12)의 내주면에 접합됨으로써 각 헤더(12) 내에서의 냉매의 흐름을 차단하게 된다. 이러한 배플판(16) 역시 튜브(15)에 대응하여 일정각도로 경사지게 배치되는 것이 바람직할 것이다.

한편 두 헤더(12) 사이에는 냉매의 열교환을 촉진시키기 위한 다수의 평판형 전열핀(17)들이 두 헤더(12)와 나란하도록 일정간격으로 배치되어 각 튜브(15)들에 의해 지지된다. 이를 위해 각 전열핀(17)들에는 각 튜브(15)들이 관통하는 다수의 결합슬롯(17a)이 그 길이방향을 따라 일정간격으로 배열 형성되는데, 이 결합슬롯(17a)들 역시 튜브(5)의 경사각도에 대응하도록 수평방향에 대해 일정각도로 경사지게 형성된다. 이때 각 전열핀(17)의 간격은 이들간에 별도의 스페이서(spacer)를 개재하여 유지시킬 수도 있으나, 바람직하기로는 각 결합슬롯(17a)의 일측면 가장자리에 후속하는 다른 전열핀(17)의 타측면에 그 선단이 접촉하는 일정길이의 버어(18)를 각각 돌출시킴으로써 각 전열핀(17)들을 일정간격으로 유지시키게 된다.

이와 같은 본 고안 열교환기(11)는 바람직하기로 각 구성요소들이 열전도율이 우수한 알루미늄재로 구성되고, 이보다 낮은 용융점을 갖는 동종류의 크래드(clad) 소재에 의해 브레이징(brazing) 용접함으로써 일체로 구성된다. 즉 각 구성요소 또는 특정의 구성요소 표면에 크래드 소재를 도포하여 소정형태로 가조립 한 뒤, 이를 컨베이어를 통해 소정온도의 브레이징로에 통과시킴으로써 크래드 소재의 용융과 소성으로 상호 접합시키는 것이다.

이와 같은 구조적 특징을 가지는 본 고안에 의한 에어컨용 열교환기(11)는 냉매가 순차적으로 흐르는 각 튜브(15)들이 수평면에 대해 일정각도로 경사지게 배치되므로 수평방향으로 배치되는 종래에 비해 공기와의 접촉면적이 크게 증대되어 냉매의 열교환효율이 현저히 상승하게 된다. 또한 본 고안의 열교환기(11)가 액냉매를 기화시킴으로써 공기를 냉각시키는 증발기로 기능할 경우, 공기와의 열교환시 그 표면에 발생되는 응축수(凝縮水)가 튜브(15)의 경사방향을 따라 매우 용이하게 배수되는 부가적인 효과도 아울러 갖는다. 더욱이 이 경우 본 고안 열교환기(11)의 전열핀(17)들이 수직방향으로 배치되는 판상으로 구성되므로 응축수의 배수성이 극대화되어 응축수의 배수불량에 의한 열교환기(11)의 효율저하를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안에 의하면, 튜브와 공기간의 접촉면적이 증대되어 그 열교환효율을 크게 향상시킬 수 있음은 물론 증발기로 기능할 경우 그 표면에 발생되는 응축수를 매우 용이하게 배수시킬 수 있게 된다. 이에 따라 본 고안은 에어컨의 냉각성능과 신뢰성 등을 향상시키는 우수한 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. 소정의 사이클로 순환되는 냉매를 공기와의 열교환으로 액화 또는 기화시키는 에어컨용 열교환기로서,

   나란하게 배치되며 내부로 냉매가 흐르는 두 헤더(12)와,

   상기 두 헤더(12) 사이에 이들과 직교하여 나란하게 배열됨과 동시에 수평방향에 대해 일정각도로 경사지게 배치되어 양자에 연통하며 내부로 냉매가 흐르는 다수의 평판형 튜브(15)와,

   상기 두 헤더(12)간에 이들과 나란하도록 일정간격으로 배치되며 상기 각 튜브(15)들이 관통하는 다수의 결합슬롯(17a)을 그 길이방향으로 갖는 다수의 판상 전열핀(17)과,

   상기 두 헤더(12)에 대해 상호 교호적으로 배치되어 각각의 헤더(12) 내에서의 상기 냉매의 흐름을 차단함으로써 상기 냉매가 복수의 튜브(15)들을 지그재그 형태로 동시에 흐르도록 유도하는 복수의 배플판(16)을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨용 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 헤더(12)가 사각통형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨용 열교환기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전열핀(17)의 결합슬롯(17a)들 일측면 가장자리에 후속하는 전열핀(17)과의 간격을 유지시키기 위한 버어(18)가 일정길이로 돌출되는 것을 특징으로 하는 에어컨용 열교환기.
4. 제 1 항에 있어서,

   인접하는 두 튜브(15)의 하단부와 상단부가 상호 중첩되게 배치되는 것을 특징으로 하는 에어컨용 열교환기.