KR20010109617A - 열교환성능을 향상시킨 응축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환성능을 향상시킨 응축기에 관한 것으로서, 리시버 드라이어가 일체로 설치된 응축기에 있어서 히트 파이프를 부가함으로써 응축기의 열교환성능 향상에 의하여 냉방성능을 더욱 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 응축기는, 양쪽 헤더 파이프(1,2)와; 상기 두 헤더 파이프를 연결하는 다수의 튜브(31) 및 상기 튜브(31)들 사이에 적층되는 전열핀(32)을 가지는 응축기 코어(3)와; 상기 두 헤더 파이프중 일측 헤더 파이프와 나란하게 이와 일체로 설치된 리시버 드라이어(4)와; 그리고, 상기 리시버 드라이어의 캡(41)쪽에 굴곡 배치되는 증발부(51) 및 상기 응축기 코어의 응축영역쪽 단부를 따라 다른 쪽 헤더 파이프에 고정된 응축부(52)를 가진 히트 파이프(5)를 포함하여 이루어진다. 히트 파이프(5)의 증발부(51)는 리시버 드라이어(4)의 캡(41)을 관통하여 리시버 드라이어 내부로 삽입될 수 있고, 증발부(51) 둘레로 전열핀(53)이 설치될 수 있다.

Description

열교환성능을 향상시킨 응축기{CONDENSER ENHANCED HEAT TRANSFER PERFORMANCE}
본 발명은 열교환성능을 향상시킨 응축기에 관한 것으로서, 특히 리시버 드라이어가 일체로 설치된 응축기에 히트 파이프가 부가됨으로써 열교환성능을 향상시킬 수 있는 열교환성능을 향상시킨 응축기에 관한 것이다.
자동차용 공기조화장치는 자동차의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과 자동차의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함한다. 이 중 냉방시스템은, 압축기와; 상기 압축기의 배출라인과 연결되는 응축기와; 상기 응축기의 배출라인에 설치되는 리시버 드라이어와; 상기 리시버 드라이어의 배출라인에 설치되는 팽창밸브와; 그리고, 상기 팽창밸브의 배출라인에 설치됨과 아울러 압축기의 입구라인과 연결되는 증발기를 포함하여 이루어진다. 압축기는 엔진의 동력을 전자클러치의 단속작용에 의하여 선택적으로 전달받아 저온저압 상태의 냉매를 압축시켜 응축기로 보내고, 응축기는 압축기에 의하여 고온고압의 기체 상태로 변화된 냉매를 냉각팬의 강제송풍에 의하여 응축시켜 고온고압의 액체상태로 만든다. 그리고, 리시버 드라이어는 응축기로부터 공급되는 액체상태의 냉매에 포함된 불응축 가스(주로 수증기임), 수분 및 이물질을 제거하고, 팽창밸브는 고압의 냉매를 저압으로 만들어 증발기로 공급함으로써 증발기에서는 냉매가 액상에서 기상으로 증발하게 된다. 이 때 발생하는 냉매의 증발잠열에 의하여 블로어 유니트로부터 송풍되는 공기의 온도가 열교환되어 냉각된 상태로 자동차 실내로 유입됨으로써 자동차의 실내의 냉방이 이루어진다.
그러나, 종래 일반적인 리시버 드라이어의 경우에는 응축기로부터 분리되어 냉매파이프로 연결되어 있기 때문에 설치공간을 많이 차지할 뿐만 아니라 리시버드라이어를 엔진룸 또는 응축기에 지지하기 위한 지지수단이 필요하고 또한 지지수단의 설치공간도 확보되어야 하므로 엔진룸의 공간을 효율적으로 활용하는 것을 저해하게 된다. 또한, 리시버 드라이어를 응축기와 연결하기 위해서는 냉매파이프들을 복잡하게 굴곡하여야 하기 때문에 이로 인하여 관로저항에 의하여 냉매의 유동저항이 커짐으로써 냉방성능이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 점을 고려하여 응축기의 일측 헤더 파이프에 리시버 드라이어가 일체로 설치된 응축기가 제안되었다. 이러한 리시버 드라이어가 일체로 설치된 응축기에 있어서는 응축기의 응축영역에서 과냉각영역으로 냉매가 유동할 때 리시버 드라이어에 의하여 액냉매 저장탱크를 제공함으로써 과냉각성이 향상됨과 아울러 복잡하게 굴곡된 냉매파이프의 사용이 배제됨으로써 냉매의 관로저항을 줄어 들어 열교환성능이 향상되고, 또한 리시버 드라이어의 설치공간 및 지지수단이 줄어들어 엔진룸의 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.
그러나, 상기한 바와 같이 리시버 드라이어가 응축기에 일체로 설치되면 상대적으로 응축기와 분리설치되는 리시버 드라이어보다 액냉매 저장탱크의 크기가 작아져 응축기의 응축영역에서 기상의 냉매를 충분히 응축시키지 못하면 기상의 냉매가 과냉각영역으로 유입됨으로써 과냉각 효율이 떨어져 열교환성능을 향상시키는 데에는 한계가 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 리시버 드라이어가 일체로 설치된 응축기에 있어서 히트 파이프를 부가함으로써 응축기의 열교환성능 향상에 의하여 냉방성능을 더욱 향상시킬 수 있는 응축기의 제공을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 응축기를 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 응축기의 부분 단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 응축기의 다른 예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 응축기의 또 다른 예를 나타내는 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 응축기의 작용상태를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 2 : 헤더 파이프, 3 : 응축기 코어,
4 : 리시버 드라이어, 5 : 히트 파이프,
31 : 튜브, 32, 53 : 전열핀,
41 : 리시버 드라이어의 캡, 51 : 히트 파이프의 증발부,
52 : 히트 파이프의 응축부
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 양쪽 헤더 파이프와; 상기 양쪽 헤더 파이프를 연결하는 다수의 튜브 및 상기 튜브들 사이에 적층되는 전열핀을 가지는 응축기 코어와; 상기 두 헤더 파이프중 일측 헤더 파이프와 나란하게 이와 일체로 설치된 리시버 드라이어와; 그리고, 상기 리시버 드라이어의 캡쪽에 굴곡 배치되는 증발부 및 응축기 코어의 응축영역쪽 단부를 따라 다른 쪽 헤더 파이프에 고정되는 응축부를 가진 히트 파이프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 히트 파이프의 증발부는 리시버 드라이어의 캡을 관통하여 리시버 드라이어 내부로 삽입될 수 있다. 이 경우 리시버 드라이어 내부에 삽입된 히트 파이프의 증발부 둘레로 전열핀이 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 히트 파이프의 증발부에 리시버 드라이어의 캡쪽 단부가 삽입될 수 있다. 이 경우에는 리시버 드라이어의 외주면과 히트 파이프의 증발부 내주면 사이에 전열핀이 설치될 수 있고, 이와는 달리 리시버 드라이어의 내주면 둘레로 전열핀이 설치될 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 열교환성능을 향상시킨 응축기에 따르면, 응축기 코어를 거쳐 리시버 드라이어의 내부로 응축되어 유입되는 냉매중 잔존하는 기상의 냉매가 히트 파이프의 증발부에 의하여 응축되거나 또는 과냉각되므로 응축기 코어의 응축영역에서의 기상의 냉매가 응축되는 효율이 향상된다. 따라서, 응축기의 과냉각 영역에서의 냉매의 과냉각효율이 향상되므로 냉방시스템의 냉방성능을 높일 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 참조부호 1은 좌측 헤더 파이프를 나타내고, 참조부호 2는 우측 헤더 파이프를 나타낸다.
상기 두 헤더 파이프(1,2) 사이에는 응축기 코어(3)가 설치되며, 이 응축기 코어(3)는 두 헤더 파이프(1,2)를 따라 이들을 서로 통하도록 연결하는 튜브(31)들과, 상기 튜브(31)들 사이에 적층되는 전열핀(32)들을 가진다. 그리고, 상기 응축기 코어(3)의 한쪽(도 1에서의 아래쪽)은 두 헤더 파이프(1,2)의 양단에 양단이 결합되는 서포트 플레이트(33)에 의하여 보강된다.
상기 두 헤더 파이프(1,2)들중 좌측 헤더 파이프(1)의 대략 중앙부에는 압축기로부터 공급되는 냉매를 유입하기 위한 입구(11)가 설치되고, 좌측 헤더 파이프(1)의 하단부에는 증발기쪽으로 냉매를 배출하기 위한 출구(미도시)가 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 우측 헤더 파이프(2)에는 이와 나란하게 리시버 드리이어(4)가 일체로 설치된다. 그리고, 이러한 경우에는 도면에서 보아 응축기 코어(3)의 상부영역은 압축기로부터 공급되는 냉매가 응축되어 리시버 드라이어(4)의 하부에 설치된 액냉매 저장탱크(43)(도 6 참조)로 유입되는 응축영역(36)(도 6 참조)으로 작용하고, 상기 응축기 코어(3)의 하부영역은 리시버 드라이어(4)의 액냉매 저장탱크(43)에 저장되는 액상의 냉매를 과냉각시켜 증발기쪽으로 보내는 과냉각 영역(37)으로 작용한다.
이를 위하여 리시버 드라이어(4)에는 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 우측 헤더 파이프(2)와 통하도록 이루어진 상부 출구(45), 입구(46) 및 하부 출구(47)가 위에서 아래로 차례로 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 냉매가 응축기 코어(3)의 응축영역(36)을 유동하면서 전열핀(32)들의 방열작용에 따라 응축되고, 이 응축된 냉매는 우측 헤더 파이프(2) 및 리시버 드라이어(4)의 입구(46)를 통하여 리시버 드라이어(4) 내부로 유입될 수 있다. 이와 같이 리시버 드라이어(4)로 유입된 액냉매는 리시버 드라이어(4)의 액냉매 저장탱크(43)로부터 배출되어 응축기 코어(4)의 과냉각 영역(37)을 거치면서 응축된 다음 좌측 헤더 파이프(1)의 출구를 통하여 증발기쪽으로 배출될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 응축기 코어(3)의 응축 영역(36)쪽 단부를 따라 전열핀(32)들과 접하도록 히트 파이프(5)가 배치되어 고정된다. 이 히트 파이프(5)의 굴곡된 일단부는 증발부(51)로서, 그 자유단부가 리시버 드라이어(4)의 캡(41)쪽에 배치되어 고정된다. 또한, 히트 파이프(5)의 타단부는 응축부(52)로서, 그 자유단부가 좌측 헤더 파이프(1)의 캡(12)쪽에 배치되어 고정된다. 즉, 히트 파이프(5)의 양단부가 리드버 드라이어(4)의 캡(41)과 좌측 헤더 파이프(1)의 캡(12)을 연결하고 있음에 따라 응축기 코어(3)의 응축 영역(36)쪽 단부가 보강되므로 히트 파이프(5)가 상부 서포트 플레이트의 역할을 겸하고 있다. 여기서는 예시되지는 않았지만 상부 서포트 플레이트(미도시)가 더 설치될 경우에는 상부 서포트 플레이트의 안쪽에 히트 파이프(5)가 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 히트 파이프(5)로는 내부면이 환상층의 다공질 재료(wicking material)로 덮인 둥근 파이프 형상을 하고 있는 일반적인 형태의 것이 사용될 수 있고, 이외에 플랫 튜브와 마이크로 전열핀을 가진 형태의 것 등 다양한 형태의 히트 파이프가 채용될 수 있다.
이러한 히트 파이프(5)의 내부는 통상적으로 작동유체가 한쪽의 증발부(가열부)(51)에서 다른 한 쪽의 응축부(방열부)(52)로 자유롭게 통과하도록 중심부가 비어 있고 증발부(51)와 응축부(52)는 단열부(미도시)에 의하여 연결된다. 작동유체는 히트 파이프(5)의 증발부(51)에 열이 가해지면 증발하여 중심부를 통하여 열이 방출되는 응축부(52)로 이동하고, 기체상태로 응축부(52)로 이동한 작동유체는 방열에 의하여 응축되어 다시 증발부(51)로 이동하며, 이러한 사이클이 반복됨으로써 열교환작용이 수행된다. 히트 파이프(5)의 증발부(51)에서 응축부(52)로 열이 전달될 때 이들 사이의 열전달율은 작동유체의 열용량 대신 잠열이 이용되기 때문에 히트 파이프(5)는 상대적으로 적은 질량유동으로도 높은 열전달율을 얻을 수 있고, 이와 같은 히트 파이프(5)의 높은 열전달율 특성을 본 발명에 따른 응축기에 있어서 냉매의 과냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 히트 파이프(5)의 증발부(51)가 리시버 드라이어(4)의 캡(41)을 통하여 리시버 드라이어(4)의 내부로 삽입되어 고정됨으로써, 리시버 드라이어(4)에 유입된 냉매가스가 히트 파이프(5)의 증발부(51)에 의한 증발 잠열에 의하여 과냉각됨으로써 냉매가스가 쉽게 액화될 수 있다.
냉매의 응축효율을 높이기 위하여 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 리시버드라이어(4)에 삽입된 히트 파이프(5)의 증발부(51) 외주면에는 전열핀(53)이 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 전열핀(53)이 리시버 드라이어(4)의 내주면과 히트 파이프(5)의 외주면 사이에 배치됨으로써 열전달효율을 높일 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에는 도 1 내지 도 3에 도시된 예와는 반대로 히트 파이프(5)의 증발부(51)에 리시버 드라이어(4)의 캡(41)쪽 단부가 삽입된 것이 도시되어 있다.
이 경우에는 냉매가스의 응축효율을 높이기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이 리시버 드라이어(4)의 외주면과 히트 파이프(5)의 내주면과의 사이에 전열핀(53)이 설치될 수 있고, 또한 도 5에 도시된 바와 같이 리시버 드라이어(4)의 내주면 둘레로 전열핀(53)이 설치될 수 있다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 응축기의 작용에 대하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 압축기(미도시)로부터 좌측 헤더 파이프(1)에 유입되는 냉매가스는 소정의 유로를 따라 응축기 코어(3)의 응축영역(36)을 거치면서 응축된다. 이와 같이 응축되는 냉매가스는 우측 헤더 파이프(2)를 통하여 리시버 드라이어(4) 내부에 유입된다. 이와 같이 리시버 드라이어(4) 내부에 냉매가스가 유입되면, 그 중 과냉각된 액상의 액냉매는 리시버 드라이어(4)의 하부에 위치한 액냉매 저장탱크(43)쪽으로 유동하고, 기상의 냉매는 리시버 드라이어(4)의 캡(41)쪽으로 유동한다. 이와 같이 유동하는 냉매는 리시버 드라이어(4)의 상단부 내부 또는 상단부 외부에 배치된 히트 파이프(5)의 증발부(51)의 증발잠열에 의하여 응축되고, 이와 같이 응축된 냉매는 액상으로 상변화되어 리시버 드라이어(4)의 액냉매 저장탱크(43)로 유동한다. 그리고, 리시버 드라이어(4)의 액냉매 저장탱크(43)로 유입된 액냉매들은 응축기 코어(3)의 과냉각 영역(37)쪽으로 배출되어 이곳을 거치면서 과냉각된 다음 좌측 헤더 파이프(1)의 출구를 통하여 증발기 쪽으로 배출된다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 응축기에 있어서는, 히트 파이프(5)의 높은 열전달율 특성을 이용하여 냉매를 효과적으로 과냉각 시킬 수 있으므로 냉방시스템 효율을 높일 수 있다.

Claims (6)

  1. 양쪽 헤더 파이프(1,2)와;
    상기 양쪽 헤더 파이프를 연결하는 다수의 튜브(31) 및 상기 튜브(31)들 사이에 적층되는 전열핀(32)을 가지는 응축기 코어(3)와;
    상기 두 헤더 파이프중 일측 헤더 파이프(2)와 나란하게 이와 일체로 설치된 리시버 드라이어(4)와; 그리고,
    상기 리시버 드라이어의 캡(41)쪽에 굴곡 배치되는 증발부(51) 및 상기 응축기 코어의 응축영역쪽 단부를 따라 다른 쪽 헤더 파이프(1)에 고정된 응축부(52)를 가진 히트 파이프(5)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환성능을 향상시킨 응축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 히트 파이프(5)의 증발부(51)는 리시버 드라이어(4)의 캡(41)을 관통하여 리시버 드라이어(4) 내부로 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환성능을 향상시킨 응축기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 리시버 드라이어(4)의 내부에 삽입된 히트 파이프(5)의 증발부(51) 둘레로 전열핀(53)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환성능을 향상시킨 응축기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 히트 파이프(5)의 증발부(51)에 리시버 드라이어(4)의 캡(41)쪽 단부가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환성능을 향상시킨 응축기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 리시버 드라이어(4)의 외주면과 히트 파이프(5)의 증발부(51) 내주면 사이에 전열핀(53)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환성능을 향상시킨 응축기.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 리시버 드라이어(4)의 내주면 둘레로 전열핀(53)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환성능을 향상시킨 응축기.
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