KR20030028590A - 공기조화기용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기용 열교환기에 관한 것이다. 본 발명의 열교환기는 제1 및 제2 헤더(30,30')와 상기 제1 및 제2 헤더(30,30')사이에 다수개의 열(1L,2L,3L)로 설치되는 튜브(40)로 구성된다. 상기 튜브(40)의 열(1L,2L,3L)은 인접하는 열(1L,2L,3L)의 튜브(40)가 서로 엇갈리게 배치되도록 구성된다. 상기 튜브(40)의 내부에는 열교환사이클의 작동유체가 유동될 수 있는 유동로(42)가 다수개로 분리형성된다. 이와 같은 본 발명에서는 상기 튜브(40)의 열(1L,2L,3L)사이를 외부의 공기가 통과하면서 상기 튜브(40)의 내부를 통과하는 작동유체와 열교환하게 된다. 따라서 본 발명에 의하면 열교환기의 부품수가 간소화되어 제조원가가 낮아지고 조립작업성이 좋아지며, 열교환기를 통과하는 공기의 압력강하가 방지되어 열교환효율이 좋아지는 이점이 있다.

Description

공기조화기용 열교환기{Heat-exchanger for airconditioner}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열핀 없이 튜브만으로 구성된 공기조화기용 열교환기에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 공기조화기용 열교환사이클의 구성을 보인 구성도이다. 열교환사이클은 공기조화기 등에 적용되어 소정 공간과 그 주변과의 사이에서 열을 이동시켜, 상기 소정 공간을 원하는 온도로 유지시켜 주도록 하는 것이다. 본 명세서에서는 냉동사이클을 예로 들어 설명한다.

이에 도시된 바에 따르면, 열교환사이클은 크게 압축기(1), 실외열교환기(2), 모세관(3) 및 실외열교환기(4)가 차례로 연결되어 구성된다. 상기 압축기(1)는 작동유체를 고온, 고압의 기체상태로 만들어 상기 실외열교환기(2)로 보내게 된다. 그리고 상기 실외열교환기(2)에서는 실외의 공기와 열교환하면서 상기 작동유체의 열을 외부로 방출하게 된다. 이와 같은 과정에서 상기 실외열교환기(2)에서는 작동유체의 열이 방열되면서 온도가 하강하여 상대적으로 저온 고압상태로 액화되어 모세관(3)으로 전달된다.

상기 모세관(3)에서는 작동유체가 갑압되어 상기 실내열교환기(4)에서 열교환하기 쉬운 상태로 된다. 상기 실내열교환기(4)에서는 상기 작동유체가 실내의 공기와 열교환하여 열을 흡수하면서 증발하게 된다. 따라서 실내공기는 상대적으로 낮은 온도가 되어 실내공간의 온도를 낮춰준다.

한편, 상기 실내열교환기(4)에서 증발되면서 저온저압으로 된 기체상태의 작동유체는 압축기(1)로 전달된다. 압축기(1)로 전달된 작동유체는 위에서 설명된 과정을 반복하여 수행하게 된다.

상기한 바와 같은 구성을 가지는 종래의 냉동사이클에서는 상기 실외열교환기(2)에서 방출되는 열은 상기 실내열교환기(4)에서 흡수한 열과 압축과정에서 생긴 열의 합과 같다.

이와 같은 열교환사이클에서 사용되는 열교환기(2,4)의 일례가 도 2에 도시되어 있다. 이에 따르면, 압축기(1) 및 모세관(3)과의 연결을 위한 헤더(7,7')가 양단에 설치되고, 상기 헤더(7,7') 사이를 다수개의 튜브(8)가 연결한다. 상기 헤더(7,7')의 내부에는 상기 각각의 튜브(8)로 작동유체를 골고루 분배하여 유동시킬 수 있는 구조가 구비된다.

상기 다수개의 튜브(8)는 상기 헤더(7,7')의 상단과 하단 사이를 연결하도록 다수개가 구비되는데, 상기 튜브(8)의 내부로는 작동유체가 유동되어 일측 헤더(7,7')에서 타측 헤더(7',7)로 전달되게 한다.

상기 튜브(8)에는 다수개의 방열핀(9)이 삽입되어 열교환기(2,4)를 통과하는 공기와 상기 튜브(8)의 내부를 흐르는 작동유체 사이에서 열교환이 일어나도록 한다. 상기 방열핀(9)은 각각 상기 튜브(8)에 일정한 간격으로 다수개가 촘촘하게 끼워져 방열면적을 넓히게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술의 열교환기에는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 종래의 열교환기에서는 상기 튜브(8)와 각각의 방열핀(9)을 별도로 제작하고, 상기 방열핀(9)을 상기 튜브(8)에 끼워서 조립하였다. 하지만 이와 같이 방열핀(9)을 튜브(8)에 삽입하는 공정은 매우 번거롭고 시간이 많이 걸리는 작업이어서 작업성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

그리고 상기 튜브(8)는 상대적으로 그 폭과 높이가 커서, 작동유체가 튜브(8) 내부를 균일하게 유동하지 못하고, 튜브(8)의 내부 일측으로 치우쳐 유동되는 경우도 발생한다. 이와 같이 되면 상기 방열핀(9)과의 사이의 열전달이 제대로 이루어지지 않아 원하는 효율을 얻을 수 없는 문제점도 있다.

또한 종래의 방열핀(9)을 사용하는 열교환기에서는 방열핀(9) 사이를 통과하는 공기의 압력강하가 커져 열교환성능이 상대적으로 떨어지는 문제점도 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 열교환기의 구성을 간소화하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 튜브를 통한 냉매의 유동이 튜브 전체에 대해 균일하게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열교환성능을 높여주는 것이다.

도 1은 일반적인 공기조화기용 열교환사이클의 구성을 보인 사이클구성도.

도 2는 종래 기술에 의한 공기조화기용 열교환기의 구성을 보인 구성도.

도 3은 본 발명에 의한 공기조화기용 열교환기의 바람직한 실시예의 구성을 보인 사시도이다.

도 4는 본 발명 실시예의 구성을 보인 평면도이다.

도 5는 본 발명 실시예의 구성을 보인 도 4의 A-A'선 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20: 열교환기30,30': 제1 및 제2 헤더

40: 튜브42: 유동로

1L,2L,3L: 튜브의 열

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 외부와의 작동유체 전달이 이루어지고, 작동유체가 균일하게 유동되도록 분배하는 제1 및 제2 헤더와, 상기 제1 및 제2 헤더 사이를 연결하여 일측 헤더에서 작동유체를 전달받아 타측 헤더로 작동유체를 전달하고, 그 외부를 통과하는 유체와 상기 작동유체 사이의 열교환이 이루어지도록 하는 튜브를 포함하여 구성되고, 상기 튜브는 상기 헤더의 길이방향으로 형성되는 다수개의 열로 배치되고, 인접하는 열 사이는 서로 높이차가 있도록 형성된다.

상기 튜브의 내부는 다수개의 유동로로 구획된다.

상기 튜브의 열은 적어도 2개 이상이다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 공기조화기용 열교환기는 상대적으로 구성부품의 갯수가 줄어들게 되어 조립작업이 용이하게 되는 이점이 있다.

이하 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 공기조화기용 열교환기의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 공기조화기용 열교환기의 바람직한 실시예의 구성을 보인 사시도이고, 도 4는 본 발명 실시예의 구성을 보인 평면도이며, 도 5는 본 발명 실시예의 구성을 보인 도 4의 A-A'선 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 본 실시예의 열교환기(20)는 양단의 제1 및 제2 헤더(30,30')와 상기 헤더(30,30') 사이를 연결하는 다수개의 튜브(40)만으로 구성된다.

상기 제1 및 제2 헤더(30,30')는 각각 열교환사이클의 다른 구성요소와 연결되어 작동유체를 다른 구성요소로 전달하거나, 다른 구성요소로부터 전달받는 부분이다. 그리고 상기 제1 및 제2 헤더(30,30')의 내부에는 상기 각각의 튜브(40)로 균일한 양의 작동유체가 유동될 수 있도록 하는 구성이 구비된다. 이와 같은 구성은 일반적인 것이므로 자세한 설명을 생략한다.

상기 제1 및 제2헤더(30,30')는 본 실시예에서 원통형상으로 형성되었으나, 반드시 그러한 것은 아니며 설계조건에 따라 그 외관형상은 달리 구성될 수 있다.

상기 튜브(40)는 상기 제1 및 제2 헤더(30,30') 사이를 연결하는 것으로, 다수개의 열(1L,2L,3L)로 구성된다. 즉 상기 튜브(40)는 상기 헤더(30,30')의 길이방향으로 형성된 다수개의 열(1L,2L,3L)이, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 서로인접하도록 형성된다.

본 실시예의 도면에는 상기 튜브(40)의 열(1L,2L,3L)이 3개로 된 것이 도시되어 있다. 이때 상기 튜브(40)의 열(1L,2L,3L)의 갯수에 따라 상기 튜브(40)의 폭이 결정되는데, 상기 튜브(40)의 폭은 상대적으로 작은 것이 열교환에 유리하다. 따라서 상기 튜브(40)의 폭을 작게 하면서 열의 갯수를 늘려주는 것이 바람직하다. 여기서 상기 열(1L,2L,3L)의 갯수는 설계조건에 따라 달리 형성될 수 있는데, 적어도 2개이상이 되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 튜브(40)의 열(1L,2L,3L) 사이는 도 4에 도시된 바와 같이 소정의 간격이 유지되도록 하는 것이 바람직하고, 각각의 열(1L,2L,3L)에 배치되는 각각의 튜브(40)는 인접하는 열(1L,2L,3L)의 튜브(40)와 동일한 높이에 있지 않도록, 도 5에 도시된 바와 같이, 엇갈리게 형성된다.

한편, 상기 튜브(40)의 내부를 통해서는 작동유체가 유동되는데, 튜브(40)의 유동단면적 전체를 통해 균일하게 상기 작동유체가 유동되도록 튜브(40)의 내부에는 다수개의 유동로(42)를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 다수개가 형성되는 유동로(42)로는 상기 헤더(20,20')로부터 균일한 양의 작동유체를 전달받는다.

그리고, 상기 튜브(40)의 외관 형상은 압력강하량과 열전달율에 따라 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 공기조화기용 열교환기의 작용을 상세하게 설명한다.

본 발명의 열교환기는 크게 제1 및 제2 헤더(30,30')와 다수개의 튜브(40)로구성된다. 따라서, 상기 헤더(30,30')와 상기 다수개의 튜브(40)만을 연결하면 열교환기의 조립이 완성된다.

여기서 상기 튜브(40)는 상기 제1 및 제2헤더(30,30') 사이를 연결하는 것으로 상기 제1 및 제2 헤더(30,30')의 폭에 비해 상대적으로 매우 작은 폭을 가지도록 구성된다. 여기서 상기 헤더(30,30')의 폭과 튜브(40)의 폭 사이의 관계는 최소한 상기 튜브(40)의 열(1L,2L,3L)이 상기 제1 및 제2헤더(30,30') 사이에 최소한 3개 정도 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 튜브(40)의 열(1L,2L,3L)를 구성하는 각각의 튜브(40)는 인접하는 것과 서로 엇갈리도록 배치하여 상대적으로 공기의 통과가 용이하도록 하여 열교환이 원활하게 되도록 한다.

또한 상기 튜브(40)의 내부에는 다수개의 유동로(42)가 형성되어 있어 상기 헤더(30,30')에서 분배되어 전달된 작동유체가 보다 균일하게 상기 튜브(40) 내부를 통과하면서 열교환이 이루어지도록 한다.

이와 같은 본 발명에서 상기 일측 헤더(30,30')로 전달된 열교환사이클의 작동유체는 타측 헤드(30,30')로 상기 튜브(40)의 유동로(42)를 통해 유동된다. 그리고 상기 작동유체는 일측 헤드(30,30')에서 타측 헤드(30',30)로 이동되면서 상기 튜브(40)의 외면을 통과하는 공기와 열교환한다.

여기서 상기 헤드(30,30')에서 상기 튜브(40)로 작동유체가 전달되는 경우에는 상기 헤드(30,30') 내부의 구성에 의해 각각의 튜브(40)로 일정한 양의 작동유체가 유동되도록 한다. 그리고 상기 각각의 튜브(40)를 통해 작동유체가 유동되는방향은 상기 헤드(30,30') 내부의 구성에 의해 결정된다.

예를 들어 전체 튜브(40)를 통해 동일한 방향, 즉 일측 헤드(30,30')에서 타측 헤드(30',30)로 작동유체가 전달되도록 하거나, 헤드(30,30')의 길이방향을 2구간으로 나누어서 일측 구간에서는 작동유체가 일측 헤드(30,30')에서 타측 헤드(30',30)로 전달되고, 타측 구간에서는 반대로 유동되게 할 수 있다. 또한 각각의 열(1L,2L,3L)의 튜브(40)가 동일한 열(1L,2L,3L)내에서 서로 인접하는 것을 작동유체 유동방향을 달리 할 수도 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 공기조화기용 열교환기는 방열핀을 사용하지 않고 튜브를 다수개 사용하면서 상대적으로 크기를 줄이고 인접하는 열의 튜브가 서로 엇갈리도록 배치하여 작동유체와 공기와의 열교환이 이루어지도록 했다.

따라서 본 발명에서는 열교환기의 부품갯수가 줄어들어 제조원가를 낮출 수 있고 열교환기의 조립작업성을 높일 수 있다. 그리고 방열핀을 통과하면서 발생할 수 있는 공기의 압력강하를 방지하여 열교환성능을 극대화시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 외부와의 작동유체 전달이 이루어지고, 작동유체가 균일하게 유동되도록 분배하는 제1 및 제2 헤더와,

   상기 제1 및 제2 헤더 사이를 연결하여 일측 헤더에서 작동유체를 전달받아 타측 헤더로 작동유체를 전달하고, 그 외부를 통과하는 유체와 상기 작동유체 사이의 열교환이 이루어지도록 하는 튜브를 포함하여 구성되고,

   상기 튜브는 상기 헤더의 길이방향으로 형성되는 다수개의 열로 배치되고, 인접하는 열 사이는 서로 높이차가 있도록 형성됨을 특징으로 하는 공기조화기용 열교환기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브의 내부는 다수개의 유동로로 구획됨을 특징으로 하는 공기조화기용 열교환기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 튜브의 열은 적어도 2개 이상임을 특징으로 하는 공기조화기용 열교환기.