KR200354103Y1 - 냉방장치용 응축기 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 냉방장치용 응축기 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 냉매유입구 및 냉매유출구가 구비된 제1헤더파이프와; 상기 제1헤더파이프와 일정간격으로 평행하게 배치되고 냉매의 유입파이프 및 유출파이프와, 체결부재가 구비된 제2헤더파이프와; 상기 제1 및 제2헤더파이프 사이에 평행하게 병렬로 배열되고, 다수의 핀이 개재된 다수의 튜브와; 상기 제2헤더파이프의 유출파이프 및 유입파이프와 연결되고, 열교환된 냉매의 수분을 제거하는 건조제 및 필터가 구비된 수액기와; 상기 수액기의 가이드홈에 장착되는 것으로 양 끝단부가 절곡된 절곡부가 구비된 환형띠모양으로 상기 제2헤더파이프의 체결부재가 결합되는 체결브라켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 의한 냉방장치용 응축기 구조에 의하면, 응축기의 헤더파이프와 수액기에 체결브라켓을 이용하여 조립성을 향상시키고, 파이프박스를 이용하여 유입파이프와 유출파이프의 결합성을 향상시켜 냉매의 누출을 방지하여 열교환성능을 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

냉방장치용 응축기 구조{Condenser Structure for Air Conditioning System}

본 고안은 냉방장치용 응축기 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 냉매유입구로 유입된 고온ㆍ고압의 기상냉매가 응축되어 기상에서 액상으로 상변화가 진행되는 과정에서, 응축기 및 수액기에 브레이징결합되는 유입파이프와 유출파이프의 결합성을 향상시키고, 유입된 냉매가 고압으로 인한 유동저항을 감소시켜 유동흐름을 원할하게 하는 냉방장치용 응축기 구조에 관한 것이다.

일반적인 냉방장치용 응축기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 고온ㆍ고압의 기상냉매가 유입되는 냉매유입구(180a)와, 과냉각영역을 통과한 냉매가 팽창밸브나 오리피스(Orifice)등으로 토출되기 위한 냉매유출구(180b)와, 냉매의 유동유로의 형성을 위한 배플(Baffle,150)로 이루어진 제1헤더파이프(110)와; 상기 제1헤더파이프(110)와 평행하게 이격되고, 유동하는 기상냉매 및 기상과 액상의 혼합냉매가 유출되는 유출파이프(160)와, 액상으로 상분리가 된 후 유입되는 유입파이프(170)와, 상기 유출파이프(160)와 유입파이프(170)로 유동하는 냉매의 유로형성을 위한 배플(150)로 이루어진 제2헤더파이프(120)와; 상기 제1헤더파이프(110)와 제2헤더파이프(120)에 나란하게 병렬로 연결되어 방열핀(140)이 개재된 다수의 튜브(130)와; 상기 제2헤더파이프(120)의 유입파이프(170) 및 유출파이프(160)와 브레이징결합되는 것으로, 냉매의 수분을 제거하는 건조제와 이물질이 제거되는 필터가 구비된 수액기(200)를 포함하고 있다.

이와 같이 구성된 과냉각 응축기에서는, 압축기에서 토출된 고온ㆍ고압의 냉매가스가 냉매유입구를 통하여 제1헤더파이프에 유입되어 튜브를 따라 유동하면서, 각 헤더파이프의 배플에 의해 유동흐름이 제어되고, 방열핀을 통과하는 외부의 공기와 열교환되어 액체로 상변화된 후 팽창밸브(미도시)로 토출되고 있다.

이러한 응축기에서 토출되는 냉매에는 미처 액화되지 못한 기체상태의 냉매가 포함될 수 있는데, 응축기에서 토출되는 냉매에 기체냉매가 포함되어 있으면 냉각성능이 떨어지는 원인이 될 수 있기 때문에, 응축기에 수액기를 결합하여 액화된 냉매만이 팽창밸브(미도시)로 토출되도록 하고 있다.

또한, 응축기에서 토출된 냉매에 수분이나 먼지 등의 이물질이 포함되어 있으면 냉각효율이 떨어지는 원인이 되므로, 대부분의 수액기에는 건조제와 함께 필터가 같이 구비되어 있고, 상기 수액기에 저장된 액상의 냉매는 유출파이프를 통해 유동되면서 과냉각영역에서 재응축되어 과냉각이 이루어지게 된다.

이러한 과냉각 응축기는, 응축기의 헤더파이프와 수액기의 일단부에 유입파이프 및 유출파이프가 브레이징으로 결합된다.

그러나, 응축기의 헤더파이프와 수액기에 유입파이프 및 유출파이프가 브레이징결합되는 것으로 열교환이 이루어지는 과정에서 외부의 환경적요인(공해, 염소, 물 등)의 노출로 브레이징결합부위가 부식됨으로써, 열교환성능의 저하및 브레이징 결합부위의 분리를 가져오는 문제점이 있었다.

또한, 냉매유입구로 토출되는 고온ㆍ고압의 냉매는, 냉방장치용 과냉각 응축기의 냉동사이클내의 압력이 일반적인 응축기의 냉동사이클보다 고압측에서 약1～2 kg/㎠ 정도의 고압이 더 걸리는 문제점이 있었다.

이와같은 단점을 개선하기 위하여 대한민국 특허출원번호 제10-2000-0074330호(이하, 종래의 '제1실시예'라 함), 대한민국 특허출원번호 제10-2000-00 74331호(이하, 종래의 '제2실시예'라 함)의 고안에서 냉방성능및 냉매유로 저항을 개선하고자 하는 열교환기를 개시 하였다.

그러나, 상기한 종래의 제1실시예에 따른 열교환기에 의하면, 열교환기가 다단 상분리 응축기(도 1)에 적용으로 득보다 실이 많으며, 그 이유로는 응축기 배플홀(32a)이 응축기 냉매유입구(180a) 하부나 상부 편측 마지막 유로(수액기 근접 부위)에 설치되고, 그 배플 홀이 설치되는 쪽에는 냉매유로 저항이 상대적으로 작게되어 냉매의 흐름이 많게되고, 반대쪽(배플 홀이 없는 곳)에는 상대적으로 냉매유로 저항이 커서 냉매의 흐름양이 적게되는 현상이 발생되어 전체적으로 열교환기 성능이 저하된다.

또한, 상기 배플 홀(32a)이 수액기(20) 유출파이프(16)의 근접부근에 위치되어 냉매가 정상적인 응축 과정에서 응축되는 냉매양 보다 배플 홀로 바이패스된 냉매의 양이 작으나 배플 홀의 위치가 적당하지 않아 응축이 덜된 냉매가 수액기 내부로 유입되어 액상과 기상의 냉매중에서 기상의 냉매 비율을 증가시키고 과응축구간에서의 냉매를 정상적으로 과응축 시키는데 문제점이 발생된다.

그리고, 상기 종래의 제2실시예에 따른 열교환기에 의하면, 열교환기가 수액기 일체형 과응축기로써 수액기와 응축기가 일체로 접촉되고 있어 응축기의 높은 열이 수액기쪽으로 전달되어 응축된 액냉매의 과냉도가 하락하는 문제점이 발생된다.

본 고안은 상기한 바와 같은 냉방장치용 응축기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 체결브라켓으로 결합성을 향상시키고, 헤더파이프와 수액기에 브레이징결합되는 유입파이프 및 유출파이프가 파이프박스에 내재되어 부식환경으로부터 보호하고, 냉매유입구로 토출된 고온ㆍ고압의 냉매로 유동압력이 높은 공간부에 배플홀이 구비된 배플로 냉동사이클내의 유동압력을 낮출수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

도 1은, 종래의 고안에 의한 응축기의 단면도.

도 2는, 본 고안에 의한 응축기의 단면도.

도 3은, 본 고안에 의한 헤더파이프와 수액기의 결합상태도.

도 4는, 본 고안에 의한 응축기의 냉매유동상태를 도시한 구성도.

도 5는, 본 고안에 의한 과냉각영역에 대한 과냉각온도 분포도.

도 6은, 본 고안에 의한 냉매량에 대한 온도의 분포도.

도 7은, 본 고안에 의한 과냉각영역에 대한 발열량 및 압력강화의 분포도.

도 8은, 본 고안에 의한 압력강화의 분포도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 .... 응축기,

11 .... 제1헤더파이프, 12 .... 제2헤더파이프,

13 .... 튜브, 14 .... 방열핀,

16 .... 유출파이프, 17 .... 유입파이프,

15 .... 냉매유입구, 18 .... 냉매유출구,

L1 .... 응축영역, L2 .... 과냉각영역,

20 .... 수액기, 22 .... 체결브라켓.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 냉매유입구 및 냉매유출구와 내부에 공간부로 구획되는 배플이 구비된 제1헤더파이프와; 상기 제1헤더파이프와 일정간격으로 평행하게 배치되고 냉매의 유입파이프 및 유출파이프와, 내부에 공간부로 구획되는 배플과, 체결부재가 구비된 제2헤더파이프와; 상기 제1 및 제2헤더파이프 사이에 평행하게 병렬로 배열되고, 다수의 핀이 개재된 다수의 튜브와; 상기 제2헤더파이프의 유출파이프 및 유입파이프와 연결되고, 열교환된 냉매의 수분을 제거하는 건조제 및 필터가 구비된 수액기와; 상기 수액기의 가이드홈에 장착되는 것으로 양 끝단부가 절곡된 절곡부가 구비된 환형띠모양으로, 상기 제2헤더파이프의 체결부재가 결합되는 체결브라켓;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 의한 과냉각 응축기에대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는, 본 고안에 의한 과냉각 응축기의 단면도이고, 도 3은, 본 고안에 의한 헤더파이프와 수액기의 결합상태도이고, 도 4는, 본 고안에 의한 압력강화분포도이고, 도 5는, 본 고안에 의한 과냉각 응축기의 냉매흐름도를 나타낸 그래프이고, 도 6은, 본 고안에 의한 과냉각영역에 대한 과냉각 온도의 분포도이고, 도 7은, 본 고안에 의한 냉매량에 대한 온도의 분포도이고, 도 8은, 본 고안에 의한 과냉각영역에 대한 발열량 및 압력강화의 분포도이다.

본 고안에 의한 과냉각 응축기(10)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매유입구(15)와 냉매유출구(18)와, 내부에 설치되어 냉매유로가 형성되는 배플(31,41)이 구비된 제1헤더파이프(11)와; 상기 제1헤더파이프(11)와 일정간격으로 평행하게 수직으로 세워지고 냉매의 유입파이프(16) 및 유출파이프(17)와, 내부에 설치되어 냉매유로가 형성되는 배플(32,42)과, 체결홀(35)이 형성된 체결부재(19)가 구비된 제2헤더파이프(12)와; 상기 제1ㆍ2헤더파이프(11,12) 사이에 평행하게 병렬로 배열되고, 다수의 핀(14)이 개재된 다수의 튜브(13)와; 상기 제2헤더파이프(12)의 체결부재(19)의 체결홀(35)과 대응되게 형성되는 것으로 환형띠모양으로 양 끝단부가 절곡된 절곡부(23)에 체결홀(34)에 결합부재(미도시)로 결합되는 체결브라켓(22)과; 상기 체결브라켓(22)이 중단부의 가이드홈(36)에 형성된 부분에 장착되고, 열교환된 냉매의 수분을 제거하는 건조제 및 필터가 구비된 수액기(20)를 포함하고 있다.

본 고안에 의한 헤더파이프와 수액기의 결합상태도는, 도 3에 도시된 바와 같이, 수액기(20)의 중단부의 가이드홈(36)에 장착되는 것으로 환형띠모양의 양 끝단부에 절곡된 절곡부(23)에 체결홀(34)이 형성된다. 즉, 상기 절곡부(23)의 체결홀(34)과 체결부재(19)의 체결홀(35)을 대응시켜 결합부재(미도시)로 결합하는 체결브라켓(22)과, 상기 제2헤더파이프(12)와 수액기(20)에 브레이징결합되는 유출파이프(16) 및 유입파이프(17)가 내재된 파이프박스(50)의 결합상태를 도시한 것이다. 이 때, 환형띠의 단면이 평면 또는 곡면등의 형상을 갖으며 수액기의 결합부도 이에 상응하는 형상으로하여 조립성을 향상 시킬수 있다.

본 고안에 의한 과냉각 응축기의 냉매흐름도는, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매유입구(15)로 유입된 고온ㆍ고압의 기상냉매는, 대부분이 공간부(S1)유동통로(P1)공간부(S2)유동통로(P2)공간부(S3)유동통로(P3)공간부(S4)로 유동하나, 냉매유입구(15)로 유입된 고온ㆍ고압의 기상냉매중 소량의 냉매는 공기압을 낮추기 위해 배플(31)의 배플홀(31a)을 통해 공간부(S3)로 유동하여 유동통로(P3)공간부(S4)로 유동하는 응축영역(L1)과, 수액기(20)를 거친 냉매가 유입파이프(17)을 통해 공간부(S6)로 유동하여 유동통로(P4)를 지나 공간부(S5)로 유동하는 과냉각영역(L2)을 포함하는 것을 나타낸 것이다.

이와 같이 응축영역(L1)과 과냉각영역(L2)로 구성된 과냉식응축기의 냉매의 흐름도는, 압축기(미도시)에서 유입된 고온ㆍ고압의 기체냉매는 냉매유입구(15)를 통해 제1헤더파이프(11)의 공간부(S1)에 유입되고, 유입된 기상냉매는, 배플(31)에 형성된 배플홈(31a)에 의해 소량의 기상냉매는 공간부(S3)로 유입되고, 대부분의 기상냉매는 제1유체통로(P1)을 지나는 동안 1차적으로 응축되고, 1차로 응축된 냉매는 제2헤더파이프(12)의 공간부(S2)로 유입된다. 이 유입된 냉매는,제2유체통로(P2)를 지나 2차적으로 응축되고, 2차적으로 응축된 냉매는 제1헤더파이프(11)의 공간부(S3)를 지나 제3유체통로(P3)를 지나면서 3차로 응축되어 제2헤더파이프의 공간부(S4)를 지나 수액기(20)의 유출파이프(16)를 통해 수액기(20)로 냉매가 유입된다.

또한, 상기 유입된 냉매는, 기상과 액상의 혼합냉매로 수액기(20)내의 건조제와 필터를 거치면서 수분과 이물질이 제거되어 제2헤더파이프(12)의 공간부(S6)와 연결된 유출파이프(17)를 통해 과냉각영역(L2)으로 액상의 냉매가 유출된다.

그리고, 상기 제2헤더파이프(12)의 공간부(S6)에 의해 유입된 액상의 냉매는 제4유체통로(P4)를 지나면서 과냉각되어 제1헤더파이프(11)의 공간부(S5)의 냉매유출구(18)를 통해 응축기(10)에서 빠져나간다.

아울러, 상기 과냉각영역(L2)의 유로면적과 응축기 전체의 전열면적의 비율이 7～20％가 충족하도록 설계되어 과냉각영역 냉매유출구에 공기의 유동을 향상시키거나 혹은 별도의 냉각수단이 제공되면 과냉각 영역에 유입된 액상냉매의 과냉각도가 크게 될 수 있다.

본 고안에 의한 압력강화의 분포도는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1헤더파이프(11)의 공간부(S1)와 공간부(S3)를 구획하는 그 중앙부에 외경 0.25 ～ 1.0mm의 배플홀(31a)이 구비된 배플(31)과 배플홀이 구비되지 않은 배플(32)의 냉매유입구(15)로 유입된 고온ㆍ고압의 기상냉매의 유량의 변화에 따른 압력의 변화를 나타낸 것으로, 상기 냉매유입구(15)로 유입되는 냉매의 양이 증가할 수록 압력차가 커지는 것을 알 수 있다.

여기에서, 배플홀(31a)이 상기보다 작을 경우 제조가 어렵고 바이패스되는 양이 상당히 적으며, 반대로 배플홀(31a)이 상기보다 클 경우 바이패스되는 냉매의 양이 많아 냉매 유로에 의한 응축이 효과적으로 이루어지지 않아 열교환성능이 저하되고 냉동 시스템에 악영향이 발생되어 냉매유동 저항의 감소로 열교환 효율을 향상시킬 수 없는 바, 상기와 같이 배플(31)의 중앙부에 구비되는 배플홀(31a)은 그 외경이 0.25 ～ 1.0mm일 때 열교환효율이 향상됨을 알 수 있다..

과냉각영역에 대한 과냉각 온도의 분포도는, 도 6에 도시된 바와 같이, 과냉각영역이 차지하는 부분이 증가할 때마다 과냉각온도는 증가한다. 또한, 과냉각영역(L2)이 일정영역에 이르는 경우는 과냉각온도와 냉동 시스템의 고압측이 증가되어 소비동력등이 증가와 압축기에 대한 악영향을 미치게 되므로 과냉각영역은 7～20％가 적당하다.

냉매량에 대한 온도의 분포도는, 도 7에 도시된 바와 같이, 과냉각영역이 7～20％에서 적절한 과냉각온도(5℃～14℃)를 얻을 수 있다.

과냉각영역에 대한 발열량 및 압력강화의 분포도는, 도 8에 도시된 바와 같이, 압축기를 통해 냉매유입구로 토출된 기상냉매가 액상으로 상변화하는 과정에서 상대적으로 비체적이 작고 유속이 낮아 유동통로(P1,P2,P3,P4)통과시 냉매의 통과저항(Refrigerant Passage Resistance)이 증가되어 냉매측의 과도한 압력강하가 유발된다, 따라서, 적절한 과냉각온도(5℃～15℃)에서의 압력강화는 과냉각 영역이 15～20％인 영역에서 갑작스럽게 증가하며, 과냉각영역이 증가로 유동통로(P1,P2,P3,P4)의 길이가 감소하여, 방열량은 과냉각 영역이 10％인 경우에최고의 방열량을 보이다가 선형적으로 감소한다.

이상에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 고안의 실시예는 이와 같은 특정의 실시예에 한정되지 아니하고, 본 고안의 특허청구범위내에 기재된 범주내에서 다양한 실시예가 가능할 것이다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 고안에 따른 냉방장치용 응축기 구조에 의하면, 과냉각 응축기의 헤더파이프와 수액기에 체결브라켓을 이용하여 조립성을 향상시키고, 파이프박스를 이용하여 유입파이프 와 유출파이프의 브레이징결합부위가 부식되는 것을 방지하여 열교환성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 고안에 따른 다른 효과는, 과냉각응축기의 헤더파이프에 고압이 걸리는 부분에 배플홀이 형성된 배플로 고압을 분산시켜 냉매의 유동흐름을 향상시킬 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 냉매유입구(15) 및 냉매유출구(18)와 내부에 공간부(S1,S3,S5)로 구획되는 배플(31,41)이 구비된 제1헤더파이프(11)와;

   상기 제1헤더파이프(11)와 일정간격으로 평행하게 배치되고 냉매의 유입파이프(16) 및 유출파이프(17)와, 내부에 공간부(S2,S4,S6)로 구획되는 배플(32,42)과, 체결부재(19)가 구비된 제2헤더파이프(12)와;

   상기 제1ㆍ2헤더파이프(11,12) 사이에 평행하게 병렬로 배열되고, 다수의 핀(14)이 개재된 다수의 튜브(13)와;

   상기 제2헤더파이프(12)의 유출파이프(16) 및 유입파이프(17)와 연결되고, 체결부재(19)에 체결브라켓(22)이 결합되며, 열교환된 냉매의 수분을 제거하는 건조제 및 이물질이 제거되는 필터가 구비된 수액기(20);

   를 포함하는 냉동장치용 응축기 구조에 있어서,

   상기 제1헤더파이프(11)의 배플(31)은, 그 중앙부에 외경 0.25 ～ 1.0mm의 배플 홀(31a)를 형성하는 것을 특징으로 하는 냉방장치용 응축기 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수액기(20)의 가이드홈(36)에 장착되는 환형띠모양으로 양 끝단부가 절곡된 절곡부(23)에 상기 제2헤더파이프(12)의 체결부재(19)를 장착하여 결합시키는 체결브라켓(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉방장치용 응축기 구조.