KR200355174Y1 - 냉방성능을 향상시키는 구조를 갖는 매니폴드 튜브 및 이를 이용한 열교환기 - Google Patents

냉방성능을 향상시키는 구조를 갖는 매니폴드 튜브 및 이를 이용한 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 고안은 냉방성능을 향상시킬 수 있는 매니폴드 튜브 및 이를 이용한 열교환기에 관한 것으로서, 열교환효율을 높임으로써 냉방성능을 향상시킬 수 있고, 냉매가 가스상태로 압축기에 공급되도록 하여 압축기의 액냉매압축 현상을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 고안은, 한 쌍의 탱크(13,14)를 가짐과 아울러 각 탱크의 양쪽 면에 좌우로 통하는 슬로트(15)가 각각 형성되고, 탱크(13)로부터 연장돌출되는 매니폴드(16 또는 17)를 가지며, 상기 두 탱크가 서로 통하도록 U형 유로가 형성된 매니폴드 튜브에 있어서, 상기 매니폴드(16 또는 17)쪽 탱크(13)의 슬로트(15)가 안쪽으로 요입형성됨으로써 탱크(13 또는 14)의 상하단부에는 다른 쪽 탱크(14)와 통하는 유로(19)가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 고안에 따른 열교환기는 발명은 상기한 바와 같이 구성된 매니폴드 튜브(1,1)와; 그리고, 상기 이들 사이 및 그 외측에 교대로 적층되는 튜브(1)군 및 핀(2)군을 포함하여 이루어진다.

Description

냉방성능을 향상시키는 구조를 갖는 매니폴드 튜브 및 이를 이용한 열교환기{MANIFOLD TUBE HAVING STRUCTURE TO ENHANCE COOLING EFFECT AND HEAT EXCHANGER USING IT}
본 고안은 냉방성능을 향상시키는 구조를 갖는 매니폴드 튜브 및 이를 이용한 열교환기에 관한 것으로서, 특히 냉매의 유입초기 흐름방향을 에어가 송풍되는 쪽 면에 두어 열교환성능을 향상시킴으로써 냉방성능을 향상시키는 구조를 갖는 매니폴드 튜브 및 이를 이용한 열교환기에 관한 것이다.
열교환기는 그 내부에 냉매가 흐를 수 있는 통로를 구비함으로써 냉매와 외기가 열교환되도록 이루어진 장치이다. 이러한 열교환기는 주로 각종 공기조화장치에 사용되며 사용조건에 핀 튜브 타입, 서펜틴 타입, 드론 컵 타입, 패러렐 플로우 타입 등 여러 가지 형식의 것이 사용되고 있다.
열교환기로서 특히 자동차용 공기조화장치에 사용되는 증발기의 경우, 일반적으로 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 하단부에 한 쌍의 탱크(61)가 형성되고 상기 탱크(61)가 연통하도록 전체적으로 U자 통로를 가지는 편두형 플레이트(63) 2개가 서로 접합된 튜브(6)군과, 상기 튜브(6)들 사이에 적층되는 핀(7)군과, 상기 튜브(6)군 및 핀(7)군의 보강을 위하여 이들의 최외측에 설치되는 두 엔드 플레이트(8,8)를 포함하여 이루어진다. 이러한 열교환기는 도 6에 도시된 바와 같이, 주로 탱크(도 5의 부호 61)들이 아래로 향하는 바텀 마운팅 방식으로 자동차에 설치되지만, 경우에 따라 탑 마운팅 설치방식이 채용되기도 한다. 그리고, 양두형 플레이트의 경우에는 하단부 뿐만 아니라 상단부에도 한 쌍의 탱크가 더 형성되어 있다는 것을 제외하고 편두형 플레이트와 동일하므로 이하 편의상 하단부에 2개의 컵이 형성된 편두형 플레이트만을 예를 들어 설명한다.
상기한 튜브들 중에는 탱크(61)의 내부와 통하도록 탱크(61)의 일측으로부터 연장돌출됨으로써 냉매를 유입하기 위한 냉매유입관과 연결되는 유입 매니폴드(65)가 형성된 매니폴드 튜브(6)와, 냉매를 배출하기 위한 냉매배출관과 연결되는 배출 매니폴드(67)(도 6 참조)가 형성된 매니폴드 튜브(6)가 사용된다. 그리고, 각 매니폴드 플레이트(6)에 형성된 한 쌍의 탱크(61,61) 사이는 격리되어 냉매가 한 탱크(61)로부터 다른쪽 탱크(61)로 곧바로 흐를 수 없고 한 탱크(61)로부터 U자 유로를 통하여 다른 탱크(61)로 흐르도록 되어 있고, 각 탱크(61)의 양쪽 중앙에는 탱크(61) 내부로 유입된 냉매로 인접 튜브(6)의 탱크(61)로 흐를 수 있도록 슬로트(69)가 각각 형성되어 있다. 그리고, 이러한 구조는 배출 매니폴드(67)가 형성된 매니폴드 튜브(6)도 마찬가지이다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 팽창밸브(미도시)로부터 냉매유입관 및 유입 매니폴드(65)를 통하여 한 쪽 탱크(61)에 유입된 냉매는 매니폴드 튜브(6)의 U자 유로를 통하여 다른 쪽 탱크(61)로 흐름과 아울러 이와 인접한 한 쪽 탱크(61)군을 차례로 거쳐 각 튜브(6)의 U자 유로를 통하여 다른 쪽 탱크(61)군으로 흐르고, 다른 쪽 탱크(61)군으로 유동한 냉매는 다시 U자 유로를 통하여 배출 매니폴드쪽 탱크(61)로 흘러 배출 매니폴드(67) 및 냉매배출관(미도시)을 통하여 배출되어 압축기(미도시)로 공급되며, 이와 같은 냉매 유동과정에서 냉매가 송풍되는 공기와의 열교환에 의하여 증발된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 열교환기에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다. 즉, 냉매의 열교환효율을 높이기 위해서는 도 9에 도시된 바와 같이 냉매유입 초기에 냉매가 송풍되는 공기와 열교환되어야 하지만 공기의 송풍방향면으로부터 돌출설치된 냉매유입관(91)이 열교환기를 가로막아 냉매의 열교환효율이 저하되고, 실제로 자동차의 구조상 공기 장착성이 나빠 도 9와 같이 송풍방향쪽 면에 냉매유입관(91)이 돌출된 상태로는 열교환기를 장착하기 어렵다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 열교환기를 중심으로 냉매유입관(91)이 설치된 면과는 반대쪽 면에 공기가 송풍되도록 열교환기를 설치하고 있지만, 이와 같이 열교환기가 설치될 경우에는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 냉매유입초기에 냉매가 공기가 송풍되는 면과는 반대쪽 면으로 유입되어 상승유동한 다음 한 쪽 탱크(61)군에서 반대쪽 탱크(61)군을 거쳐 비로소 공기가 송풍되는 방향쪽 면의 위에서 아래로 유동하므로 냉매유입 초기의 열교환효율이 떨어진다. 이는 유입초기 흐름구간에 존재하는 냉매가 유입후기 흐름구간에 존재하는 냉매와 열교환된 공기에 의하여 열교환되기 때문에 열교환효율이 나빠짐은 물론 열교환분포가 열교환기 전체에 걸쳐 고르게 이루어지지 않는 것이다. 이 때문에 냉매가 완전히 가스상태로 증발되지 않아 냉방성능이 나쁠 뿐만 아니라 일부 액냉매 상태로 압축기로 유동함으로써 압축기의 액냉매 압축현상을 유발하는 문제점을 가진다. 또한, 도 9의 경우에는 냉매유입관(91)에 의해 공기저항을 많이 받기 때문에 열교환효율에 문제가 있다.
본 고안은 상기한 종래 문제점들을 감안하여 안출된 것으로서, 냉매의 유입초기 흐름 방향을 공기가 송풍되는 쪽 면에 두어 열교환효율을 높임으로써 냉방성능을 향상시킬 수 있는 냉방성능을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 고안의 다른 목적은 냉매의 열교환효율을 높임으로써 냉매가 가스상태로 압축기에 공급되도록 하여 압축기의 액냉매압축 현상을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 고안에 따른 매니폴드 튜브를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 고안에 따른 매니폴드 튜브와 인접 튜브들과의 적층상태를 나타내는 분해사시도이다.
도 3은 본 고안에 따른 매니폴드 튜브에 의하여 열교환기를 조립하는 상태를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 고안에 따른 매니폴드 튜브가 적용된 열교환기의 냉매 흐름을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 5는 종래 매니폴드 튜브와 인접 튜브와의 적층상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 종래 매니폴드 튜브를 이용한 열교환기의 평면도이다.
도 7은 종래 매니폴드 튜브를 이용한 열교환기의 냉매 흐름을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 8은 종래 매니폴드 튜브를 이용한 열교환기에 의하여 냉매와 공기가 열교환되는 상태의 예를 나타내는 측면도이다.
도 9는 종래 매니폴드 튜브를 이용한 열교환기에 의하여 냉매와 공기가 열교환되는 상태의 다른 예를 나타내는 측면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 튜브, 2 : 핀,
11 : 매니폴드 플레이트, 13, 14 : 탱크,
15 : 슬로트, 16, 17 : 매니폴드,
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은, 하단에 한 쌍의 탱크가 나란하게 형성됨과 아울러 각 탱크의 양쪽 면에 좌우로 통하는 슬로트가 형성되고, 일측 탱크로부터 연장돌출되어 냉매유입관과 접합연결되는 매니폴드를 가지며, 상기 두 탱크가 서로 통하도록 내부에 전체적으로 U형 유로가 형성된 매니폴드 튜브에 있어서, 상기 매니폴드쪽 탱크의 슬로트가 안쪽으로 요입형성되어 접합됨과 아울러 상기 슬로트를 중심으로 매니폴드쪽 탱크의 상하단부에는 매니폴드 및 다른 쪽 탱크와 통하는 유로가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 냉매유입관은 공기가 송풍되어오는 면의 반대면 매니폴드로부터 연장되어 공기유동의 역방향으로 냉매를 유입하도록 된 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의하여, 두 매니폴드 튜브를 양쪽에 배치하고 이들 사이 및 외측에 튜브들 및 핀들을 차례로 적층한 후 냉매유입측 매니폴드를 통하여 냉매를 공급하면, 공급냉매는 냉매유입측 매니폴드쪽 탱크의 상하에 형성된 유로를 통하여 다른 쪽 탱크(즉, 뒤쪽)로 유입되고, 이 다른 쪽 탱크에 유입된 냉매는 U자형 유로를 통하여 위로 상승함과 아울러 다른 쪽 탱크군들의 슬로트들을 통하여 좌우로 유동한 다음 U자형 유로를 통하여 위로 함께 상승한다. 즉, 유입초기의 냉매 흐름이 공기가 송풍되는 방향쪽 면에 위치함으로써 열교환 성능이 우수하다. 이와 같이 위로 유동한 냉매는 다시 앞쪽으로 유동한 다음 위에서 아래로 유동하고, 다음에 또 다시 위로 상승하여 U자형 유로를 따라 뒤쪽으로 유동하여 위에서 아래로 유동한 후 냉매배출측 매니폴드 튜브의 뒤쪽 탱크로부터 냉매배출측 매니폴드 튜브의 앞쪽 탱크의 상하의 유로를 거쳐 배출 매니폴드 및 냉매배출관을 통하여 압축기 쪽으로 배출된다. 따라서, 유입초기 구간에 효율좋게 열교환된 냉매가 유입후기(즉, 배출되기전)에 송풍공기에 의하여 재차 열교환됨으로써 완전히 가스상태로 증발되어 압축기쪽으로 공급되므로 압축기의 액냉매 압축현상이 발생하지 않는다.
본 고안의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
본 고안에 있어서는 하단에만 탱크가 형성된 편두형 튜브 및 이를 이용한 열교환기에 대해서만 설명하고 양두형 튜브 및 이를 이용한 열교환기에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 참조부호 1은 매니폴드 튜브로서, 하단에 한 쌍의탱크(13,14)가 폭방향으로 나란하게 형성되어 있고, 각 탱크의 양쪽 면에는 좌우로 통하는 슬로트(15)가 각각 형성되어 있다. 그리고, 매니폴드 튜브(1)의 일측 탱크(13)에는 앞쪽으로 매니폴드(16)가 연장돌출되며, 상기 매니폴드(16)는 팽창밸브(미도시)와 연결되는 냉매유입관(미도시)과 접속된다. 그리고, 두 탱크(13,14)가 서로 통하도록 매니폴드 튜브(1)는 전체적으로 U자형을 뒤집어 놓은 형태의 유로(이하, "U자형 유로"라 통칭한다)를 가진다.
한편, 냉매배출관(미도시)이 연결되는 매니폴드 튜브(1)(도 3 참조)의 경우 상기한 냉매유입관쪽 매니폴드 튜브(1)와 동일 구조를 가지고 있으므로 도3에 도시된 바와 같이 여기서는 냉매유입관쪽 매니폴드 튜브(1)와는 동일 부호를 붙여 나타내고 그 상세한 설명은 생략한다.
상기 매니폴드 튜브(1)는 하단에 한 쌍의 컵(13a,14a)이 폭방향으로 나란하게 형성되고 이 컵(13a,14a)에 상기 슬로트(15)가 각각 형성된 두 매니폴드 플레이트(11,11)가 접합되어 이루어진다. 상기 매니폴드 플레이트(11)중 매니폴드(16)쪽에 위치하는 슬로트(15)는 안쪽으로 요입된 형태를 이루고, 두 매니폴드 플레이트(11,11)의 서로 대응하는 양쪽 슬로트(15,15)가 접합됨으로써, 서로 접합된 두 슬로트(15,15)를 중심으로 탱크(13)의 상하단부에는 도 2에 도시된 바와 같이, 매니폴드(16)와 통함과 아울러 다른 쪽 탱크(14)와도 통하는 유로(19,19)(도 2의 점선으로 투시하여 나타낸 부분 참조)가 형성된다. 따라서, 냉매유입측 매니폴드(16)에 있어서 냉매유입관 및 유입 매니폴드(16)를 통하여 한 쪽 탱크(앞쪽 탱크)(13)로 유입된 냉매는 여기에 형성된 상하의 유로를 통하여 다른 쪽 탱크(뒤쪽 탱크)(14)로 유입될 수 있고, 한편 냉매 배출측 매니폴드 튜브(1)의 경우에는 역으로 다른 쪽 탱크(14)로부터 한 쪽 탱크(13)의 상하의 유로를 거쳐 배출측 매니폴드(17) 및 냉매배출관을 통하여 배출될 수 있다.
본 고안에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기한 바와 같이 구성되는 냉매유입측 매니폴드 튜브(1)와 냉매배출측 매니폴드 튜브(1)가 양쪽에 배치되고, 이들 사이 및 이들 외측에 한 쌍의 탱크(13,14)가 하단에 형성되고 이들을 연통시키기 위한 U형 유로가 형성된 튜브(1)들과 핀(2)들이 교대로 적층되며 최외측에 두 엔드 플레이트(미도시)가 적층됨으로써 열교환기가 이루어진다.
다음에 상기한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 냉방성능을 향상시키는 구조를 갖는 매니폴드 및 이를 이용한 열교환기의 작용에 대하여 설명한다.
냉매유입관 및 냉매배출관의 방향이 도 4에 도시된 바와 같이 공기가 송풍되어 오는 쪽 면과는 반대쪽 면에 위치하도록 본 고안에 따른 열교환기를 설치하여 공기조화장치를 구동하면, 팽창밸브를 거친 냉매는 냉매유입관 및 냉매유입측 매니폴드(16)를 거쳐 냉매유입측 탱크(13)로 유입된다. 이 냉매유입측 탱크(13)에 유입된 냉매는 탱크(13)에 형성된 상하의 유로(19,19)(도 2 참조)를 통하여 다른 쪽(즉, 뒤쪽) 탱크(14)로 유입되지만 냉매유입측 탱크(13)와 좌우로 인접한 탱크(13)쪽으로는 유로가 막혀 있어 유동하지 못한다. 따라서, 냉매유입측 매니폴드 튜브(1)의 다른 쪽 탱크(14)에 유입된 냉매는 U자형 유로를 통하여 위로 상승하므로 이 냉매의 유입 초기유동시 흐름방향이 공기가 송풍되어 오는 방향 쪽 면에 놓이기 때문에 냉매 유입 초기시의 열교환효율이 우수하다. 한편, 냉매유입측 매니폴드 튜브(1)의 다른 쪽 탱크(14)에 유입된 냉매는 U자형 유로를 통하여 위로 상승하는 것 이외에 다른 쪽 탱크(14)와 인접한 탱크(14)군들 쪽으로 슬로트(15)들을 통하여 좌우로 유동한 다음 U자형 유로를 통하여 위로 함께 상승함으로써 냉매 유입 초기시의 열교환효율은 더욱 상승된다. 상기한 바와 같이, 공기 송풍방향쪽 면에서 위로 상승한 냉매는 다시 U자형 유로의 상단부를 통하여 앞쪽으로 유동한 다음 위에서 아래로 유동하여 앞쪽(즉, 냉매 초기 유입쪽) 탱크(13)군들에 유입되고, 이 앞쪽 탱크(13)군들에 유입된 냉매는 슬로트(15)들을 통하여 배출 매니폴드 튜브(1)와 인접한 튜브(1)군 쪽으로 유동한 후 다시 U자형 유로를 위로 상승하여 U자형 유로의 상단부를 통하여 뒤로 유동한 다음 공기 송풍방향쪽 면에서 위에서 아래로 유동하여 뒤쪽 탱크(14)군들에 유입된다. 뒤쪽 탱크(14)군들에 유입된 냉매는 인접하는 탱크(14)들의 슬로트(15)들을 따라 냉매배출측 매니폴드 튜브(1)의 뒤쪽 탱크(14)에 유입된 후 냉매배출측 매니폴드 튜브(1)의 앞쪽 탱크(13)의 상하의 유로(19,19)를 거쳐 배출 매니폴드(17) 및 냉매배출관을 거쳐 압축기 쪽으로 배출된다.
따라서, 열교환기로의 냉매 유입초기에 냉매가 뒤쪽 탱크(14)군으로 유입되어 위로 상승하는 과정에서 송풍되는 공기와 효율좋게 열교환되고, 이와 같이 효율좋게 열교환된 냉매가 재차 송풍되는 공기쪽 면에서 위에서 아래로 유동하여 효율좋게 열교환됨으로써 냉매가 완전히 가스상태로 증발되어 압축기쪽으로 공급되므로 압축기의 액냉매 압축현상이 발생하지 않는다.
상기한 바와 같이 구성된 본 고안에 따른 냉방성능을 향상시키는 구조를 갖는 매니폴드 튜브 및 이를 이용한 열교환기에 있어서는, 냉매유입 초기시 공기가 송풍되는 쪽 면에서 위에서 아래로 냉매가 유동함과 아울러 재차 이 과정이 반복되도록 되어 있기 때문에 냉매와 송풍되는 공기와의 열교환이 튜브(1)들 및 핀(2)들의 장애를 받지 않고 수행되므로 열교환성능이 좋으므로 냉방성능을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 열교환성능이 우수함에 따라 냉매가 완전히 가스상태로 증발되어 압축기로 공급될 수 있고, 이에 따라 압축기의 액냉매 압축현상이 방지되므로, 압축기를 보호할 수 있다.

Claims (4)

  1. (1회 정정) 하단에 한 쌍의 탱크(13,14)가 나란하게 형성됨과 아울러 각 탱크의 양쪽 면에 좌우로 통하는 슬로트(15)가 각각 형성되고, 일측 탱크(13)로부터 연장돌출되어 냉매유입관과 접합연결되는 매니폴드(16 또는 17)를 가지며, 상기 두 탱크가 서로 통하도록 내부에 전체적으로 U형 유로가 형성된 매니폴드 튜브에 있어서,
    상기 매니폴드(16 또는 17)쪽 탱크(13)의 슬로트(15)가 안쪽으로 요입형성되어 접합됨과 아울러 상기 슬로트(15)를 중심으로 매니폴드(16 또는 17)쪽 탱크(13 또는 14)의 상하단부에는 매니폴드(16 또는 17) 및 다른 쪽 탱크(14)와 통하는 유로(19)가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉방성능을 향상시키는 구조를 갖는 매니폴드 튜브.
  2. (1회 정정) 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매유입관은 공기가 송풍되어오는 면의 반대면 매니폴드로부터 연장되어 공기유동의 역방향으로 냉매를 유입하도록 된 것을 특징으로 하는 냉방성능을 향상시키는 구조를 갖는 매니폴드 튜브.
  3. (1회 정정) 하단에 한 쌍의 탱크(13,14)가 형성됨과 아울러 한 쪽 탱크(13)에는 냉매유입관과 연결되는 매니폴드(16 또는 17)가 돌출설치되고, 상기 매니폴드(16 또는 17)쪽 탱크(13)의 슬로트(15)가 안쪽으로 요입형성되어 접합되며, 상기 슬로트(15)를 중심으로 매니폴드(16 또는 17)쪽 탱크(13)의 상하단부에는 매니폴드(16 또는 17) 및 다른 쪽 탱크(14)와 통하는 유로(19)가 각각 형성되며, 상기 한 쌍의 탱크(13,14)를 연통시키기 위한 U자형 유로가 전체적으로 형성된 냉매유입측 및 냉매배출측 매니폴드 튜브(1,1)와; 그리고,
    상기 두 매니폴드 튜브(1,1) 사이 및 두 매니폴드 튜브(1,1)의 외측에 교대로 적층되는 튜브(1)군 및 핀(2)군을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉방성능을 향상시키는 구조를 갖는 매니폴드 튜브를 이용한 열교환기.
  4. (1회 정정) 제 3 항에 있어서,
    상기 냉매유입관은 공기가 송풍되어오는 면의 반대면 매니폴드로부터 연장되어 공기유동의 역방향으로 냉매를 유입하도록 된 것을 특징으로 하는 냉방성능을 향상시키는 구조를 갖는 매니폴드 튜브를 이용한 열교환기.
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