KR20070091207A - 축소된 치수의 헤더를 구비한 미니-채널 열교환기 - Google Patents

Abstract

열교환기는 이격된 헤더들 사이에서 연장되는 복수개의 편평한 다중 채널 열교환 튜브를 포함한다. 각각의 열교환 튜브는 전환 커넥터를 통해 입구 헤더로 유체 유동 연통하는 입구 단부를 가진다. 전환 커넥터는 입구 단부에서 개방된 입구로부터 출구 단부에서 개방된 출구까지 연장하는 발산식 유동 경로를 한정하는 본체와, 입구 헤더의 벽부를 통한 발산식 유동 경로의 입구 단부로부터 외향 연장하는 튜브형 니플을 가진다. 튜브형 니플은 전환 커넥터의 발산식 유동 경로의 입구 단부와 입구 헤더의 유체 챔버 사이에서 연장하는 유체 유동 경로를 한정한다. 입구 헤더는 열교환 튜브의 측방향 치수보다 작은 측방향 치수를 가진다.

열교환기, 헤더, 전환 커넥터, 유동 경로, 니플

Description

축소된 치수의 헤더를 구비한 미니-채널 열교환기 {Mini-Channel Heat Exchanger with Reduced Dimension Header}

관련 출원에 대한 상호 참조

2005년 2월 2일자로 출원된 발명의 명칭이 축소된 헤더를 구비한 미니-채널 열교환기인 미국 가특허 출원 제60/649,421호가 참조되었으며, 본 출원은 그에 기초하여 우선권을 주장하고, 상기 출원은 본 명세서에 전체적으로 참조되어 통합되었다.

본 발명은 때때로 매니폴드로 불리는 제1 헤더와 제2 헤더 사이에서 연장되는 복수개의 평행 튜브를 갖는 열교환기에 관한 것으로서, 보가 구체적으로는, 열교환기, 예를 들어 냉매 압축 시스템 내의 열교환기의 헤더로부터의 유체 유동을 수용하는 튜브들 사이에서 유체 유동의 분포를 개선하기 위한 것이다.

냉매 증기 압축 시스템은 기술 분야에서 공지되어 있다. 냉매 증기 압축 사이클을 채용한 공조기 및 열 펌프는 주택, 사무용 빌딩, 병원, 학교, 식당, 또는 다른 시설물 내의 온도가 제어되는 쾌적 공간으로 공급되는 공기를 냉각 또는 냉각/가열하기 위해 일반적으로 사용된다. 냉동 증기 압축 시스템은 또한 수퍼마켓, 편의점, 식료품점, 카페, 식당, 및 다른 음식물 제공 시설 내의 진열 케이스 내의 식음료 제품에 대해 냉장 환경을 제공하기 위해 공기를 냉각하도록 일반적으로 사용된다.

종래에, 이러한 냉매 증기 압축 시스템은 냉매 유동 연통식으로 연결된 압축기, 응축기, 팽창 장치, 및 증발기를 포함한다. 전술한 기본적인 냉매 시스템 구성요소들은 폐쇄 냉매 회로 내의 냉매 라인에 의해 상호 연결되고, 채용된 증기 압축 사이클에 따라 배열된다. 일반적으로 팽창 밸브, 또는 오리피스 또는 모세관 튜브와 같은 고정-구멍 계량 장치인 팽창 장치가 냉매 유동에 대해 증발기 상류 및 응축기 하류의 냉매 회로 내의 위치에서 냉매 라인 내에 배치된다. 팽창 장치는 응축기로부터 증발기로 이어지는 냉매 라인을 통과하는 액체 냉매를 저압, 저온으로 팽창시키도록 작동한다. 그렇게 할 때, 팽창 장치를 횡단하는 액체 냉매의 일부가 증기로 팽창한다. 결과적으로, 이러한 유형의 종래의 냉매 증기 압축 시스템에서, 증발기로 진입하는 냉매 유동은 2상 혼합물을 구성한다. 액체 냉매 및 증기 냉매의 특정 분율은 채용된 특정 팽창 장치 및 사용되는 냉매, 예를 들어 R-12, R-22, R-134a, R-404A, R-410A, R-407C, 암모니아, 이산화탄소 또는 다른 압축 가능한 유체에 의존한다.

몇몇 냉매 증기 압축 시스템에서, 증발기는 평행 튜브 열교환기이다. 그러한 열교환기는 입구 헤더와 출구 헤더 사이에서 평행한 관계로 연장되는 복수개의 튜브에 의해 제공되는 복수개의 평행한 냉매 유동 경로를 갖는다. 입구 헤더는 냉매 회로로부터 냉매 유동을 받아서, 상기 냉매 유동을 열교환기를 통한 복수개의 유동 경로 사이에 분배한다. 출구 헤더는 각각의 유동 경로를 떠나는 냉매 유동을 수집하여, 수집된 유동을 단일 통과 열교환기 내에서 압축기로의 복귀를 위한 냉매 라인으로 또는 복수회 통과 열교환기 내에서 열교환 튜브의 추가의 뱅크를 통해, 유도하는 역할을 한다.

역사적으로, 그러한 냉매 증기 압축 시스템 내에서 사용되는 평행 튜브 열교환기는 전형적으로 ⅜ 인치 또는 7 mm의 직경을 갖는 원형 튜브를 사용했다. 더욱 최근에, 편평한, 직사각형의 다중 채널 튜브가 냉매 증기 압축 시스템을 위한 열교환기 내에서 사용되고 있다. 각각의 다중 채널 튜브는 튜브의 길이와 평행한 관계로 종방향으로 연장되는 복수개의 유동 채널을 갖고, 각각의 채널은 작은 유동 면적의 냉매 경로를 제공한다. 따라서, 열교환기의 입구 및 출구 헤더 사이에서 평행한 관계로 연장되는 다중 채널 튜브를 구비한 열교환기는 2개의 헤더 사이에서 연장되는 비교적 많은 수의 작은 유동 면적의 냉매 유동 경로를 가질 것이다. 대조적으로, 종래의 원형 튜브를 구비한 평행 튜브 열교환기는 입구 및 출구 헤더 사이에서 연장하는 비교적 적은 수의 큰 유동 면적의 유동 경로를 가질 것이다.

원형 튜브를 가지는 열교환기에 비해 입구 및 출구 헤더 사이에서 연장하는 편평한 직사각형 튜브를 가지는 열교환기와 관련된 문제점은 튜브의 입구 단부를 입구 헤더에 연결하는 것이다. 통상적으로, 입구 헤더는 복수개의 직사각형 스롯 절단부를 그 벽부 내에서 헤더의 길이를 따라 축방향으로 이격된 간격으로 구비한 원형 단면의 축방향으로 연장된 실린더이다. 각각의 슬롯은 많은 유동 채널이 헤더의 챔버로 개방된 상태로 편평한 직사각형 열교환 튜브 중 하나의 입구 단부를 수납하도록 구성되어서, 입구 헤더의 챔버 내의 유동은 그 챔버로 개방되어 있는 많은 열교환 튜브의 복수개의 유동 채널로 유동할 수 있다. 편평한 직사각형 열교환 튜브가 종래의 원형 튜브의 직경보다 상당히 큰 측방향 치수를 가지기 때문에, 종래의 편평한 튜브 열교환기와 관련된 둥근 원통형 헤더의 직경은 유사한 체적 유동율에 있어서 원형 튜브 열교환기와 관련된 헤더의 직경보다 상당히 크다.

2상 냉매 유동의 오분포로도 불리는 불균일한 분포는 평행 튜브 열교환기에서 공통적인 문제점이고, 이는 열교환기 효율에 악영향을 미친다. 2상 오분포의 문제점은 냉매가 상류 팽창 장치를 횡단했을 때의 냉매의 팽창으로 인해 입구 헤더 내에 존재하는 증기상 냉매 및 액체상 냉매의 밀도차에 기인한다.

증발식 열교환기 내의 평행 튜브를 통한 냉매 유동 분포를 제어하기 위한 한 가지 해결책이 레파이스 등의 미국 특허 제6,502,413호에 개시되어 있다. 그에 개시된 냉매 증기 압축 시스템에서, 응축기로부터의 고압 액체 냉매는 열교환기 입구 헤더 상류에서 저압 액체 냉매로 종래의 인라인 팽창 값 내에서 부분적으로 팽창된다. 튜브 내의 단순 협폭부 또는 튜브 내에 배치된 내부 오리피스 플레이트와 같은 제한부가 튜브 입구 하류에서 입구 헤더에 연결된 각각의 튜브 내에 제공되어, 튜브로의 진입 후에 저압 액체/증기 냉매 혼합물로의 팽창을 완료한다.

증발식 열교환기 내의 평행 튜브를 통한 냉매 유동 분포를 제어하기 위한 다른 해결책이 간자끼 등의 일본 특허 제JP4080575호에 개시되어 있다. 그에 개시된 냉매 증기 압축 시스템에서, 응축기로부터의 고압 액체 냉매는 또한 열교환기의 분배 챔버 상류에서 저압 액체 냉매로 종래의 인라인 팽창 값 내에서 부분적으로 팽창된다. 내부에 복수개의 오리피스를 갖는 플레이트가 챔버를 가로질러 연장된 다. 저압 액체 냉매는 오리피스를 통과할 때, 플레이트의 하류 및 챔버로 개방된 각각의 튜브로의 입구의 상류에서 저압 액체/증기 혼합물로 팽창한다.

야스시의 일본 특허 제JP2002022313호는 냉매가 헤더의 축을 따라 연장되어 헤더의 단부에 못 미쳐 종결되는 입구 튜브를 통해 헤더로 공급되어, 2상 냉매 유동이 입구 튜브로부터 입구 튜브의 외측 표면과 헤더의 내부 표면 사이의 환형 채널 내로 통과할 때 분리되지 않는, 평행 튜브 열교환기를 개시한다. 2상 냉매 유동은 환형 채널로 개방된 각각의 튜브 내로 통과한다.

비교적 많은 수의 작은 유동 단면적의 냉매 유동 경로들 사이에서 균일한 냉매 유동 분포를 얻는 것은 종래의 원형 튜브 열교환기에서보다 훨씬 더 어렵고, 열교환기 효율을 상당하게 감소시킬 수 있다. 2상 오분포의 문제점은 종래의 편평한 튜브 열교환기와 관련된 입구 헤더에서 상기 헤더의 큰 직경에 따른 낮은 냉매 유동 속도로 인하여 악화될 수 있다. 낮은 냉매 유동 속도에서, 증기상 유체는 액체상 유체로부터 즉시 분리된다. 따라서, 입구 헤더 내의 유동은 증기상 유채 및 액체상 유체의 비교적 균일한 혼합물이 되기보다, 증기상 성분이 액체상 성분으로부터 분리된 상태로 높은 정도로 층을 이룰 것이다. 결과적으로, 유체 혼합물은 각각의 튜브가 증기상 및 액체상 유체의 상이한 혼합물을 수용하는 상태로, 많은 튜브들 사이에서 불균일하게 분포될 것이다.

디프로라의 미국 특허 제6,688,138호는 길쭉한 외부 실린더와 상기 외부 실린더 내에 편심 배치된 길쭉한 내부 실린더를 구비함으로써 상기 내부 실린더와 외부 실린더 사이에 유체 챔버를 한정하는 평행하고 편평한 튜브 열교환기를 개시한 다. 각각의 편평한 직사각형 열교환 튜브의 입구 단부는 외부 실린더의 벽부를 통해 연장하여 내부 및 외부 실린더 사이에 형성된 유체 챔버 안쪽으로 개방된다.

마사끼 등의 일본 특허 제6241682호는 입구 헤더에 연결된 각각의 다중 채널 튜브의 입구 단부가 튜브 입구 바로 하류의 각각의 튜브 내에 부분 스로틀 제한부를 형성하도록 압착된, 열 펌프용의 평행 유동 튜브 열교환기를 개시한다. 히로아끼 등의 일본 특허 제JP8233409호는 편평한 다중 채널 튜브가 각각의 튜브에 냉매를 균일하게 분배하기 위한 수단으로서 냉매 유동 방향으로 유동 면적이 감소하는 내부를 각각 갖는 한 쌍의 헤더 사이를 연결하는, 평행 유동 튜브 열교환기를 개시한다.

본 발명의 일반적인 목적은 제1 헤더와 제2 헤더 사이에서 연장되는 복수개의 다중 채널 튜브를 갖는 열교환기 내의 유체 유동의 오분포를 감소시키는 것이다.

본 발명의 일 태양의 목적은 제1 헤더와 제2 헤더 사이에서 연장되는 복수개의 다중 채널 튜브를 갖는 냉매 증기 압축 시스템 열교환기 내의 냉매 유동의 오분포를 감소시키는 것이다.

본 발명의 일 태양의 목적은 제1 헤더와 제2 헤더 사이에서 연장되는 복수개의 다중 채널 튜브를 갖는 냉매 증기 압축 시스템 열교환기 내에 비교적 방식으로 2상 냉매 유동을 분포시키는 것이다.

본 발명의 일 태양에서, 유체를 수용하기 위해 축소된 치수의 챔버를 한정하는 헤더와, 각각이 전환 커넥터를 통해 상기 축소된 치수의 헤더와 유체 연통된 입구를 가지는 튜브의 입구 단부로부터 출구 단부로의 복수개의 유체 유동 경로를 가지는 복수개의 열교환 튜브를 가지는 열교환기가 제공된다. 각각의 전환 커넥터는 제1 개구를 통해 헤더의 챔버와 유체 유동 연통하는 입구 단부와 복수개의 열교환 튜브의 각각의 하나의 입구 개구와 유체 연통하는 출구 단부를 가진다. 각각의 전환 커넥터는 그의 입구 단부로부터 그의 출구 단부로 연장하는 발산식 유체 유동 경로를 한정한다. 축소된 치수의 헤더는 축소된 체적과 축소된 유동 면적을 가지는 챔버를 한정함으로써, 상기 헤더를 통과하는 유체에는 큰 난류가 존재한다. 각각의 전환 커넥터의 입구 개구는 헤더의 챔버로부터 커넥터의 발산식 유동 경로로의 유체 유동에 유동 제한부를 제공하도록 헤더의 챔버의 유동 면적에 비해 더 작은 유동 면적을 가진다. 유동 제한부는 각각의 열교환 튜브 사이에서 균일한 분포를 증진하고 또한 커넥터를 통과하는 유체의 부분 팽창을 제공할 수 있는, 각각의 커넥터를 통한 압력 강하로 결과된다.

본 발명의 이러한 목적의 이해를 위해, 첨부된 도면과 관련하여 숙독되어야 하는 본 발명의 후속하는 상세한 설명이 참조될 것이다.

도1은 본 발명에 따른 열교환기의 일 실시예의 사시도이다.

도2는 도1의 선 2-2를 따라 취한 부분 단면도이다.

도3은 도2의 전환 커넥터의 단면도이다.

도4는 도3의 선 4-4를 따라 취한 단면도이다.

도5는 도2의 선 5-5를 따라 취한 단면도이다.

도6은 증발기로서의 본 발명에 따른 열교환기와 합체된 냉매 증기 압축 시스템의 개략적 도면이다.

본 발명의 열교환기(10)는 도1에 도시된 바와 같이 다중 채널 튜브 열교환기의 예시적인 단일 통과 평행 튜브 실시예를 참조하여 본 명세서에서 일반적으로 설명될 것이다. 도1에 도시된 열교환기(10)의 예시적인 실시예에서, 열교환 튜브(40)들은 대체로 수평으로 연장되는 입구 헤더(20)와 대체로 수평으로 연장되는 출구 헤더(30) 사이에서 대체로 수직으로 연장되는 평행한 관계로 배열되어 도시되었다. 그러나, 도시된 실시예는 예시적이며, 본 발명을 제한하지 않는다. 본 명세서에서 설명되는 본 발명은 열교환기(10)의 다양한 다른 구성으로 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 열교환 튜브들은 대체로 수직으로 연장되는 입구 헤더와 대체로 수직으로 연장되는 출구 헤더 사이에서 대체로 수평으로 연장되는 평행한 관계로 배열될 수 있다. 다른 예로서, 열교환기는 상이한 직경의 원환형 입구 헤더 및 원환형 출구 헤더를 가질 수 있고, 열교환 튜브들은 원환형 헤더들 사이에서 다소 반경방향 내측으로 또는 다소 반경방향 외측으로 연장된다. 이러한 배치에 있어서, 튜브들은 비록 물리적으로 서로 평행하지는 않지만, 상기 튜브들이 공통의 입구 및 출구 헤더 사이에서 연장한다는 점에서 "평행 유동" 배치이다.

이제 특히 도1 내지 도5를 참조하면, 열교환기(10)는 입구 헤더(20), 출구 헤더(30), 및 복수개의 종방향으로 연장되는 다중 채널 열교환 튜브(40)를 포함하고, 이에 의해 입구 헤더(20)와 출구 헤더(30) 사이에서 복수개의 유체 유동 경로를 제공한다. 각각의 열교환 튜브(40)는 전환 커넥터(50)를 통해 입구 헤더(20)에 대해 유체 유동식으로 연통하는 일 단부(43)에서 입구와, 출구 헤더(30)에 대해 유체 유동식으로 연통하는 그의 타 단부에서 출구를 갖는다.

각각의 열교환 튜브(40)는 종방향으로, 즉 튜브의 길이인 튜브의 축을 따라 연장되는 복수개의 평행 유동 채널(42)을 갖고, 이에 의해 튜브의 입구와 튜브의 출구 사이에서 복수개의 독립된 평행 유동 경로를 제공한다. 각각의 다중 채널 열교환 튜브(40)는 독립된 유동 채널(42)들의 나란한 어레이를 형성하도록 분할된 내부를 한정하는 직사각형 또는 타원형 단면의 "편평한" 튜브이다. 편평한 다중 채널 튜브(40)는 ½ 인치, ⅜ 인치, 또는 7 mm의 직경을 갖는 종래 기술의 원형 튜브에 비해, 예를 들어 50 mm 이하, 통상적으로 12 내지 25 mm의 폭과, 약 2 mm 이하의 깊이를 가질 수 있다. 튜브(40)는 용이하고 명확한 도시를 위해, 원형 단면을 갖는 유동 경로를 한정하는 12개의 채널(42)을 갖는 것으로 도면에 도시되어 있다. 그러나, 예를 들어 냉매 증기 압축 시스템과 같은 상업적 용도에서, 각각의 다중 채널 튜브(40)는 전형적으로 약 10 내지 12개의 유동 채널(42)을 가질 것이지만, 필요하다면 더 많거나 더 적은 채널을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일반적으로, 각각의 유동 채널(42)은 약 200 미크론 내지 약 3 mm 범위, 통상적으로 약 1 mm의 주연부에 의해 분할된 유동 면적의 4배로 한정된 수력 직경을 가질 것이다. 도면에서 원형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 채널(42)은 직사각 형, 또는 임의의 다른 원하는 비원형 단면을 가질 수 있다.

열교환기(10)의 복수개의 열교환 튜브(40) 각각은 입구 헤더(20) 내에 한정된 챔버(25) 내로 직접 삽입되기보다는 전환 커넥터(50)의 출구 단부 내로 삽입되는 입구 단부(43)를 갖는다. 각각의 전환 커넥터(50)는 입구 단부와 출구 단부를 가지고, 상기 입구 단부에서의 유동 입구(51)로부터 상기 출구 단부에서의 유동 출구(59)까지 연장하는 유체 유동 경로(55)를 한정하는 본체와, 상기 유동 입구(51)로부터 축방향 외향으로 연장하는 종방향으로 길쭉한 튜브형 니플(56)을 구비한다. 니플(56)은 니플(56)의 원단부에서의 유동 입구(57)로부터 유체 유동 경로(55)로의 유동 입구(51)로 개방되어 있는 근단부에서의 유동 출구로 종방향으로 연장하는 유동 채널(53)을 한정한다. 니플(56)의 단면 및 그 유동 채널(53)은 원형, 타원형, 육각형, 사각형, 또는 그 밖의 원하는 단면 형상일 수 있다. 각각의 전환 커넥터(50)의 니플(56)의 원단부는 헤더(20)의 벽을 통해 연장하고, 통상적인 방법, 예컨대 납땜, 브레이징, 또는 그 밖의 접합 기술에 의해 상기 헤더의 벽에 고정된다. 니플(56)의 원단부가 헤더(20)의 챔버(25)로 연장하므로, 유체 유동은 챔버(25)로부터 입구(57)를 통해 유동 채널(53)로 유동한 다음, 상기 유동 채널(53) 및 입구(51)을 통해 유동 경로(55)로 유동한 다음, 다중 채널 튜브(40)의 많은 유동 채널(42)로 유동한다.

이제 도6을 참조하면, 냉매 라인(12, 14, 16)에 의해 폐쇄 루프 냉매 회로로 연결된, 압축기(60), 응축기로 기능하는 열교환기(100), 및 증발기로서 기능하는 열교환기(10)를 갖는 냉매 증기 압축 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 종래의 냉매 증기 압축 시스템에서와 같이, 압축기(60)는 고온, 고압의 냉매 증기를 냉매 라인(12)을 통해 응축기(100)의 입구 헤더(120) 내로, 그 다음 응축기(100)의 열교환 튜브(140)를 통해 순환시키고, 이때 고온 냉매 증기는 응축기 팬(70)에 의해 열교환 튜브(140) 위로 통과되는 주위 공기와 같은 냉각 유체와의 열교환 관계로 통과할 때 액체로 응축된다. 고압 액체 냉매는 응축기(100)의 출구 헤더(130) 내에 수집되고, 그 다음 냉매 라인(14)을 통해 증발기(10)의 입구 헤더(20)로 통과한다.

응축된 냉매 액체는 그것이 응축기(100)로부터 증발기(10)로 지나갈 때 냉매 라인(14)과 작동적으로 결합된 팽창 밸브(50)를 통과한다. 팽창 밸브(90)에서, 고압 액체 냉매는 저압 액체 냉매 또는 액체/증기 냉매 혼합물로 부분적으로 팽창된다. 냉매는 그 다음 증발기(10)의 열교환 튜브(40)를 통과하고, 이때 냉매는 증발기 팬(80)에 의해 열교환 튜브(40) 위로 통과되는 냉각되는 공기와의 열교환 관계로 통과할 때 가열된다. 냉매 증기는 증발기(10)의 출구 헤더(30) 내에 수집되고, 그로부터 냉매 라인(16)을 통과하여 흡입 입구를 통해 압축기(60)로 복귀한다.

도2 및 도3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 전환 커넥터(50)의 니플(56)은 "편평한" 사각형 튜브(40)의 폭보다 사실상 작은 측방향 치수를 가진다. 비교적 작은 측방향 치수(d)를 가지고 단면적이 원형일 수 있는 니플(56)의 원단부가 비교적 넓은 측방향 치수(W)를 가지는 편평한 튜브(40)의 단부와 대향하는 헤더(20)에 수납되기 때문에, 헤더(20)의 측방향 치수(D)는 튜브(40)의 폭보다 사실상 작게 제작된다. 따라서, 헤더(20)의 챔버(25)의 유동 단면적은 튜브(40)의 입구 단부(43)를 수납하도록 설계된 헤더에 비해 상당히 축소된다. 결과적으로, 헤더(20)의 챔버(25)를 통해 흐르는 유체 유동은 높은 속도를 가지고 상당히 더욱 난류일 것이다. 증가된 난류는 헤더(20)를 통해 흐르는 유체 내에서의 혼합을 통해 더욱 유발되고, 튜브들 사이에서 유체 유동의 더욱 균일한 분포로 결과된다. 이것은 냉각, 공기 조화 또는 열 펌프 사이클에서 작동하는 증기 압축 시스템에서 증발기 열교환기의 입구 헤더로 전달되는 유동의 통상적인 상태인 냉매 액체/증기 혼합물과 같은 혼합된 액체/증기 유동에 있어서 특히 신뢰할 수 있다. 축소된 치수의 헤더 내에서 증가된 난류는 액체상 냉매 및 증기상 냉매의 균일한 혼합을 유발할 것이고, 헤더를 통과하는 냉매 내에서 증기상 및 액체상이 잠재적으로 층상화되는 것을 감소시킨다.

또한, 비교적 넓은 측방향 치수(W)를 가지는 편평한 튜브(40)의 단부와 대향하는 니플(56)의 원단부가 비교적 작은 측방향 치수(d)를 가지기 때문에, 헤더(20)의 측방향 치수(D)는 튜브(40)의 입구 단부(43)을 수납하도록 설계된 헤더의 직경보다 사실상 작은 직경을 가질 것이다. 헤더는 또한 작은 직경을 가지므로 보다 작은 두께를 가진다. 따라서, 본 발명의 열교환기의 축소된 직경의 헤더는 제조 재료를 상당히 덜 요구할 것이고 제조는 덜 비용소모적일 것이다.

전술한 바와 같이, 편평한 다중 채널 튜브(40)는 ½ 인치, ⅜ 인치, 또는 7 mm의 직경을 갖는 종래 기술의 원형 튜브에 비해, 50 mm 이하, 통상적으로 12 내지 25 mm의 폭을 가질 수 있다. 응축기 열교환기 및 증발기 열교환기를 가지는 냉각 시스템에서, 니플(56)은 니플이 원형 실린더라고 가정하면 외경이 종래의 원형 냉 매 튜브 정도 또는 그 이하, 통상적으로 3 내지 8 ㎜ 범위인 측방향 치수를 가진다.

예로서, 니플(56)은 6 mm의 외경(d)을 가지는 실린더이고 편평한 튜브는 15 mm의 측방향 치수(W)를 가지는 사각형 튜브(40)라고 가정한다. 헤더(20)가 튜브(40)의 단부(43)를 직접 수납하도록 설계되었다면, 헤더(20)의 측방향 치수(D)는 15 mm 이상, 예컨대 18 mm 일 필요가 있다. 그러나, 헤더(20)가 니플(56)의 원단부를 수납하기만 하였다면, 헤더(20)의 측방향 치수(D)는 6 mm 이상, 예컨대 9 mm 일 필요가 있을 뿐이다. 원통형 헤더에 있어서, 후자 헤더의 유동 면적은 전자 헤더의 유동 면적의 단 1/4 이고, 후자 헤더는 동일한 체적 유동율로 가정한다면 전자 헤더 내의 유동 속도보다 4배 더 크다.

도시된 실시예에서, 입구 헤더(20)는 원형 단면을 가지는, 종방향으로 길쭉하고 중공이며 폐쇄된 단부를 가지는 실린더를 포함한다. 각각의 전환 커넥터(50)의 니플(56)의 원단부(57)는 입구 헤더(20)의 벽부에 제공되고 그 벽부를 통해 연장하는 대응 개구(26)와 정합한다. 각각의 커넥터는 헤더(20)이 벽부의 대응하는 정합 슬롯에 브레이징, 납땜, 점착성 접합 또는 다르게 고정될 수 있다. 그러나, 입구 헤더(20)는 도시된 형상에 제한되지 않는다. 예컨대, 헤더(20)는 타원형 단면을 가지는 종방향으로 길쭉하고 중공이며 폐쇄된 단부를 가지는 실린더 또는 정사각형, 사각형, 육각형, 팔각형, 또는 그 밖의 원하는 단면을 가지는 종방향으로 길쭉하고 중공이며 폐쇄된 단부를 가지는 실린더를 포함할 수 있다. 입구 헤더(20)의 구조에 관계없이, 그것의 측방향 치수(D)는 편평한 직사각형 열교환 튜 브(40)의 입구 단부(43)를 직접 수납하는 치수를 가지는 유사한 구조의 헤더와 같은 폭이 아니라, 니플(56)을 수용하기에 충분히 클 필요가 있다.

비록 도6에 도시된 예시적인 냉매 증기 압축 사이클이 단순화된 공기 조화 사이클이지만, 본 발명의 열교환기는 열 펌프 사이클, 경제적 사이클 및 상업적 냉매 사이클을 비제한적으로 포함하는, 다양한 설계의 냉매 증기 압축기 시스템에서 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 본 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 열교환기가 도시된 1회 통과 실시예에 제한되지 않고, 다양한 단일 통과 실시예 및 다중 통과 실시예에 배치될 수도 있다는 것을 인지할 것이다. 또한, 본 발명의 열교환기는 상기 냉매 증기 압축 시스템의 다중 통과 증발기로서 뿐만 아니라 다중 통과 다중 통과 응축기로서도 사용될 수 있다.

또한, 열교환기(10)의 도시된 실시예는 예시적인 것이며 본 발명의 제한하지 않는다. 여기서 설명된 본 발명은 다양한 다른 구성의 열교환기(10)에서 실시될 수 있다는 것을 알아야 한다. 예컨대, 열교환기 튜브는 일반적으로 수직으로 연장하는 입구 헤더와 일반적으로 수직으로 연장하는 출구 헤더 사이에서 일반적으로 수평으로 연장하는 평행한 관계로 배열될 수 있다.

본 발명이 도면에 도시된 바와 같은 양호한 모드를 참조하여 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 세부 사항의 다양한 변화가 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 취지 및 범주로부터 벗어나지 않고서 달성될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

Claims (4)

1. 관통하는 복수개의 개별 유체 유동 경로를 한정하며, 상기 복수개의 유체 유동 경로로 개방된 입구를 가지는 적어도 하나의 열교환 튜브와,

   유체를 수집하는 챔버를 한정하는 헤더를 포함하고,

   상기 적어도 하나의 열교환 튜브는 일반적으로 사각형이며, 측방향 치수(W)를 가지고,

   상기 헤더는 측방향 치수(D)를 가지는 길쭉한 튜브형 부재이고, 상기 측방향 치수(D)는 측방향 치수(W)보다 작은 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 전환 커넥터를 더 포함하고, 상기 전환 커넥터는 입구 단부와 출구 단부를 가지고 그 사이에서 연장하는 유체 유동 경로를 한정하는 본체와, 상기 본체로부터 외향 연장하고 상기 전환 커넥터의 상기 본체를 통한 유체 유동 경로와 상기 헤더의 챔버 사이에 유체 유동 통로를 한정하는 튜브형 니플을 구비하는 열교환기.
3. 제2항에 있어서, 상기 전환 커넥터의 상기 튜브형 니플은, 상기 니플의 원단부에서 그것을 통한 상기 유체 유동 경로로 개방되어 있고 상기 전환 커넥터의 상기 본체의 입구 단부와 유체 연통하는 출구와, 상기 니플의 근단부에서 그것을 통한 상기 유체 유동 경로로 개방되어 있고 상기 헤더의 챔버와 유체 유동 연통하는 입구를 가지는 열교환기.
4. 제2항에 있어서, 상기 전환 커넥터의 상기 본체를 통한 유체 유동 경로는 그를 통한 유체 유동 방향으로 단면이 팽창하는 발산식 유체 유동 경로를 포함하는 열교환기.

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