KR20060096840A - 공기조화기의 튜브형 열교환기구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 헤더로부터 분지된 작동유체의 압력이 각각의 튜브에서 동일하여 상기 튜브를 통과하는 작동유체의 열교환이 균등하게 수행되는 공기조화기의 튜브형 열교환기구조에 관한 것이다. 이를 위해서 본 발명에서는 작동유체를 공급받아 분지하는 제1헤더(110)를 원형 내지는 타원형으로 형성한다. 상기 제1헤더(110)는 몸체에 해당하는 원형 내지는 타원형상의 헤더관(112)과, 헤더관(112)으로부터 멀어질 수록 관의 직경이 확대되는 파이프형상의 분지관(114)으로 구성되어 있다. 상기 분지관(114)은 상기 헤더관(112)을 중심으로 원주로 방사되는 부채꼴 모양으로 복수개가 등간격으로 배열되어 있다. 상기 제1헤더(110)의 분지관(114)에는 다수개의 튜브(120)가 설치되어 있다. 상기 분지관(114)의 말단부와 상기 튜브(120)의 직경이 일치하며, 분지관(114)의 말단부와 상기 튜브(120)의 일단이 용접에 의하여 결합된다. 이와 같은 구성의 본 발명에 의하면 상기 튜브의 어느 곳에서나 외부 공기와 균등한 열교환을 수행할 수 있어 열교환의 효율을 향상시킬 수 있다.

공기조화기, 열교환기, 헤더, 분지관, 튜브

Description

공기조화기의 튜브형 열교환기구조{Tube type heat-exchanger structure for airconditioner}

도 1은 종래 기술에 의한 공기조화기 열교환사이클의 구성을 보인 구성도.

도 2는 종래 기술에 의한 열교환기의 요부구성을 보인 개략단면도.

도 3은 본 발명에 의한 열교환기의 바람직한 실시예를 보인 단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

100: 열교환기 112: 헤더관

113: 유입구 114: 분지관

120: 튜브 130: 제2헤더

133: 유출구 135: 삽입공

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 튜브형 열교환기의 헤더를 원형 내지는 타원형으로 형성하고 복수개의 튜브를 상기 헤더와 등거리에 형성함으로서 복수개의 튜브를 이동하는 작동유체의 열교환이 균형 있게 수행되는 공기조화기의 튜브형 열교환기구조에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 실내의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 장치이다. 이를테면, 여름에는 실내를 시원한 냉방상태로 조절하고, 겨울에는 실내를 따뜻한 난방상태로 조절한다. 또한, 공기조화기는 실내의 습도를 조절하며, 실내의 공기를 쾌적한 청정상태로 조절한다.

도 1에는 종래 기술에 의한 공기조화기 열교환사이클의 구성을 보인 구성도가 도시되어 있다. 열교환사이클은 공기조화기 등에 적용되어 소정 공간과 그 주변과의 사이에서 열을 이동시켜, 상기 소정 공간을 원하는 온도로 유지시켜 주도록 하는 것이다.

이에 도시된 바에 따르면, 열교환사이클은 크게 압축기(1), 실외열교환기(3), 팽창밸브(5) 및 실내열교환기(7)가 차례로 연결되어 구성된다.

본 명세서에서는 냉동사이클로 동작되는 것을 기준으로 하여 사이클을 설명한다. 상기 압축기(1)는 작동유체를 고온, 고압의 기체상태로 만들어 상기 실외열교환기(3)로 보내게 된다. 그리고 상기 실외열교환기(3)에서는 실외의 공기와 열교환하면서 상기 작동유체의 열을 외부로 방출하게 된다. 이와 같은 과정에서 상기 실외열교환기(3)에서는 작동유체의 열이 방열되면서 온도가 하강하여 상대적으로 저온 고압상태로 액화되어 상기 팽창밸브(5)로 전달된다.

상기 팽창밸브(5)에서는 작동유체가 감압되어 상기 실내열교환기(7)에서 열교환하기 쉬운 상태로 된다. 상기 실내열교환기(7)에서는 상기 작동유체가 실내의 공기와 열교환하여 열을 흡수하면서 증발하게 된다. 따라서, 실내공기는 상대적으로 낮은 온도가 되어 실내 공간의 온도를 낮춰준다.

한편, 상기 실내열교환기(7)에서 증발되면서 저온 저압으로 된 기체상태의 작동유체는 상기 압축기(1)로 전달된다. 상기 압축기(1)로 전달된 작동유체는 위에서 설명된 과정을 반복하여 수행하게 된다.

이와 같은 열교환사이클에서 사용되는 열교환기(7)의 일례가 도 2에 도시되어 있다. 설명의 편의를 위하여 실내열교환기(7)를 예시하여 설명한다. 이에 도시된 바에 따르면, 열교환기(7)의 일측에는 팽창밸브(5)에서 작동유체를 공급받아 분지하는 제 1분지관(11)이 구비된다. 상기 분지관(11)은 중공원통형상으로 형성된다.

상기 열교환기(7)의 타측에는 상기 압축기(1)와 연결되는 제 2분지관(13)이 제 1분지관(11)과 평행하게 마주보게 구비된다. 상기 제 1분지관(11)과 제 2분지관(13)의 하부에는 각각 작동유체가 유입되고 유출될 수 있도록 작동유체 유입구(11')와 작동유체 유출구(13')가 구비되어 있다.

서로 대향되게 좌우로 위치하고 있는 상기 1분지관(11)과 제 2 분지관(13) 사이에는 다수개의 튜브(15)가 상기 분지관(11,13)에 대하여 직각이 되게 일정한 간격으로 상기 분지관(11,13)에 의하여 1열로 지지되어 있다. 상기 튜브(15)의 외주면에는 대개 방열면적을 넓히기 위하여 다수개의 방열핀(도시되지 않음)이 삽입되어 상기 열교환기(7)를 통과하는 공기와 상기 튜브(15)의 내부를 유동하는 작동유체 사이에서 열교환이 일어나도록 한다.

상기 제 1분지관(11)과 제 2분지관(13)의 내부에는 작동유체가 흐를 수 있도록 공간이 형성되어 있고, 상기 분지관(11,13)이 서로 대향하여 마주보는 면에는 일정한 간격으로 다수개의 삽입공(11",13")이 각각 형성되어 상기 튜브(15)가 결합되어지도록 한다.

상기 분지관(11,13)에 다수개의 튜브(15)를 결합시키는 방법으로는 용접작업이 대표적인 방법이다. 즉, 상기 분지관(11,13)의 삽입공(11",13")으로 튜브(15)를 결합시킨 뒤 삽입공(11",13")의 접촉부위와 튜브(15)의 외주면을 용접에 의해 고정시킨다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술의 튜브형 열교환기 구조에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 팽창밸브(5)와 연통되어 있는 작동유체 유입구(11')와 근거리에 인접한 튜브(15a)를 거쳐 유동하는 작동유체의 압력과 작동유체 유입구(11')와 원거리에 위치한 튜브(15b)를 지나 유동하는 작동유체의 압력을 비교하면, 전자의 압력이 후자의 압력 보다 상대적으로 높기 때문에 각각의 튜브(15)에는 압력차가 발생한다. 상기 압력차에 의하여 각각의 튜브(15)를 통과하는 작동유체의 유동량에도 차이가 발생하여 유입구(11')으로 부터 가까이 위치한 튜브(15a)에 작동유체가 집중적으로 유입되어, 열교환 효율을 저하시키게 된다.

또한, 상기 튜브(15)를 상기 분지관의 삽입공(11")에 결합한 뒤 작업자가 감각이나 육안으로 용접하기 때문에 상기 분지관(11) 내부로 삽입된 튜브(15)의 삽입정도가 각각 다를 수 있게 된다. 삽입정도가 각각 다를 경우에는 튜브(15)의 말단부가 상기 분지관(11)의 삽입공(11") 내부로 돌출되는 정도를 달리하기 때문에 분지관을 통과하여 튜브(15)로 전달되는 작동유체의 유동을 방해할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 각각의 튜브를 통과하는 작동유체의 압력을 균등하게 조절하여 분지관으로부터 튜브로 공급되는 작동유체량이 일정하게 유지되도록 하는 열교환 싸이클을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 튜브를 분지관으로 삽입할 때 발생하는 공정상 불량을 최소화 할 수 있도록하여 제조를 용이하게 하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 작동유체를 공급받는 헤더관과 상기 헤더관의 중심에서 동일한 거리에 구비되고 작동유체를 각각 분지하는 분지관으로 구성되는 제1헤더와, 상기 제1헤더의 분지관과 각각 연통되어 공급된 작동유체가 유동되면서 열교환되도록 하는 다수개의 튜브와, 상기 튜브와 연통되고 상기 튜브 내를 유동한 작동유체를 모아 외부로 배출하는 제2헤더를 포함하여 구성된다.

상기 분지관은 상기 헤더관으로 유입되는 작동유체의 유동방향에 대응되는 헤더관의 원주상에 소정 각도 범위 내에 일정 간격으로 연결된다.

상기 헤더관은 그 단면이 원형이나 타원형중 어느 하나로 된다.

상기 분지관의 말단부의 직경과 상기 튜브의 직경이 동일하며, 상기 분지관과 상기 튜브는 용접에 의하여 연결된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 공기조화기의 튜브형 열교환기구조 에 의하면 제1헤더로부터 분지되는 작동유체가 균일한 압력을 유지하면서 튜브를 통과하므로 열교환 효율이 향상되는 잇점이 있다.

이하, 본 발명에 의한 공기조화기의 튜브형 열교환기 구조의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 3에는 본 발명에 의한 공기조화기의 튜브형 열교환기 구조의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 냉동사이클을 예로 들어 설명하고, 종래 기술의 것과 동일한 것은 동일 부호를 원용하여 설명한다.

이에 도시된 바에 따르면, 본 발명 실시예의 열교환기(100)에는 제1헤더(110)가 구비된다. 상기 제1헤더(110)는 열교환사이클의 다른 구성요소에서 전달된 작동유체가 열교환기(100)로 유입되는 부분이다. 상기 제1헤더(110)는 크게 헤더관(112)과 분지관(114)으로 구성된다.

상기 헤더관(112)은 단면이 원형이나 타원형으로 형성되는 것으로, 전체 형상은 구형상으로 되는 것이 바람직하다. 상기 헤더관(112)에는 유입구(113)가 연결된다. 상기 유입구(113)를 통해서 헤더관(112)으로 작동유체가 공급된다.

상기 분지관(114)은 상기 헤더관(112)에 다수개가 연결되는데, 상기 분지관(114)은 상기 유입구(113)와 대향되는 헤더관(112)의 일측에 소정의 각도 범위 내에 다수개가 일정 간격으로 연결된다. 따라서 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 상기 분지관(114)은 상기 헤더관(112)을 중심으로 부체꼴 모양으로 배치된다.

상기 분지관(114)을 통해서는 상기 헤더관(112)으로 유동되어온 작동유체가 나누어져 유동된다. 상기 분지관(114)은 상기 헤더관(112)과 연결된 부분에서 멀 어질 수록 직경이 커지도록 형성된다.

상기 각각의 분지관(114)은 튜브(120)와 연통된다. 상기 분지관(114)의 끝부분의 직경은 상기 튜브(120)의 직경과 동일하게 형성되어, 서로 용접등에 의해 연결된다. 상기 튜브(120)는 열교환기(100)의 일측에서 타측으로 작동유체를 유동시키는 것으로, 다수개가 소정의 간격을 두고 나란히 배치된다. 상기 튜브(120)의 외주면에는 열교환 면적을 넓히기 위해 방열핀이 구비될 수도 있다.

상기 튜브(120)는 제2헤더(130)와 연통된다. 즉, 상기 튜브(120)의 일단부는 상기 제1헤더(110)와 연통되고 타단부는 상기 제2헤더(130)와 연통된다. 상기 제2헤더(130)는 상기 튜브(120)를 통과한 작동유체를 모아 열교환사이클의 다른 구성요소로 전달한다. 이를 위해 상기 제2헤더(130)에는 유출구(133)가 구비된다. 그리고 상기 제2헤더(130)에는 상기 튜브(120)가 각각 삽입되게 삽입공(135)이 형성된다. 상기 튜브(120)는 그 일단부가 상기 삽입공(135)에 삽입되고 용접되어 상기 제2헤더(130)와 연결된다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 공기조화기의 튜브형 열교환기구조의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.

압축기(1)는 실내열교환기(100)에서 기화된 작동유체를 흡입한 후, 이를 압축하여 고온 고압의 기체상태로 만들어 실외열교환기(3)로 밀어낸다. 이러한 고온 고압의 기체상태의 작동유체는 외부공기와 열교환을 한 후에 상기 실외열교환기(3)에서 액화된 다음 팽창장치(5)로 이동하여 실내열교환기(100)에서 증발하기 쉬운 상태로 감압된다.

이때, 증발하기 쉬운 상태로 감압된 작동유체는 상기 유입구(113)로부터 일괄적으로 유입되며 열교환기(100)의 튜브(120)를 거쳐, 배출될 때도 상기 유출구(133)로 일괄적으로 배출되는 구조를 갖는다. 이를 위해 상기 유입구(113)와 상기 유출구(133)에는 각각 튜브(120)와 연결될 수 있도록 제1헤더(110)와 제2헤더(130)가 한 쌍으로 설치되어 있으므로, 상기 제1헤더(110)로 작동유체가 유입된 후 각 튜브(120)로 균등하게 분배 공급되며 상기 제2헤더(130)로는 튜브(120)를 일괄적으로 통과한 작동유체가 모여 배출되어진다.

따라서, 상기 유입구(113)와 헤더관(112)를 통과한 작동유체는 분지관(114)에서 균등하게 분배된 후, 각각의 튜브(120)로 공급되기 때문에 외부 공기와 균일하게 열교환되어 증발한다. 또한, 상기 제 1헤더(110)의 분지관(114)과 튜브(120)와의 결합이 용이하며, 결합 후에도 결합시 발생하는 공정상 불량이 최소화되기 때문에 작동유체의 흐름에 장애가 발생하지 않는다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 요지를 벗어 나지 않는 범위에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 다양한 변경과 수정이 가능하게 이루어질 수 있는 것이다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

제1헤더의 헤더관과 분지관으로부터 동일한 압력으로 동일량의 작동유체를 튜브로 공급할 수 있기 때문에 상기 튜브의 어는 곳에서나 외부 공기와 균등한 열교환을 수행할 수 있어 열교환기 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

상기 분지관과 튜브가 분리되어 형성된 뒤 용접에 의하여 조립되어지기 때문에 열교환기의 제작이 용이하며, 공정상 발생되는 불량이 최소화될 수 있는 효과가 기대된다.

Claims (4)

1. 작동유체를 공급받는 헤더관과 상기 헤더관의 중심에서 동일한 거리에 구비되고 작동유체를 각각 분지하는 분지관으로 구성되는 제1헤더와,

   상기 제1헤더의 분지관과 각각 연통되어 공급된 작동유체가 유동되면서 열교환되도록 하는 다수개의 튜브와,

   상기 튜브와 연통되고 상기 튜브 내를 유동한 작동유체를 모아 외부로 배출하는 제2헤더를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 공기조화기의 튜브형 열교환기구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 분지관은 상기 헤더관으로 유입되는 작동유체의 유동방향에 대응되는 헤더관의 원주상에 소정 각도 범위 내에 일정 간격으로 연결됨을 특징으로 하는 공기조화기의 튜브형 열교환기구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 헤더관은 그 단면이 원형이나 타원형중 어느 하나로 됨을 특징으로 하는 공기조화기의 튜브형 열교환기구조.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 분지관의 말단부의 직경과 상기 튜브의 직경이 동일하며, 상기 분지관과 상기 튜브는 용접에 의하여 연결됨을 특징으로 하는 공기조화 기의 튜브형 열교환기구조.

Images