KR20110035422A - 응축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤더탱크, 입구파이프, 배플, 튜브 및 핀을 포함하여 구성된 응축기에 관한 것이다.

본 발명의 응축기는, 간격을 두고 위치되어 있는 제1헤더탱크와 제2헤더탱크; 안쪽의 냉매유동로를 통해 냉매가 제1헤더탱크나 제2헤더탱크에 유입되도록 하는 입구파이프; 상기 제1헤더탱크나 제2헤더탱크 내부에 구비되어 냉매가 설정된 방향으로 유동되도록 하는 배플; 상기 제1헤더탱크와 제2헤더탱크를 연결하는 복수 개의 튜브; 상기 튜브 사이에 개재되는 복수 개의 핀;을 포함하여 구성되고, 상기 입구파이프에 형성된 냉매유동로는 제1헤더탱크나 제2헤더탱크와 연결되는 부분에서 끝단부로 갈수록 폭은 좁아지고 높이는 높아진 형상의 확산부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 응축기는, 고압의 냉매가 헤더탱크로 분산되어 유입되고 이로 인해 특정 튜브에 냉매가 집중되는 현상이 방지되며, 압력손실이나 난류의 발생이 방지되므로 성능이 매우 우수하다.

응축기, 입구파이프, 냉매, 분산, 확산

Description

응축기{A Condenser}

본 발명은 헤더탱크, 입구파이프, 배플, 튜브 및 핀을 포함하여 구성된 응축기에 관한 것이다.

열교환기는 온도차가 있는 두 환경 사이에서 한쪽의 열을 흡수하여 다른 쪽으로 열을 방출시키는 장치로서, 실내의 열을 흡수하여 외부로 방출할 경우에는 냉방 시스템으로서, 외부의 열을 흡수하여 실내로 방출할 경우에는 난방 시스템으로서 작용하게 된다.

기본적으로 열교환기는 주변으로부터 열을 흡수하는 증발기, 열교환매체를 압축하는 압축기, 주변으로 열을 방출하는 응축기, 열교환매체를 팽창시키는 팽창밸브로 구성된다.

냉각장치에서는, 액체 상태의 열교환매체가 주변에서 기화열만큼의 열량을 흡수하여 기화되는 증발기에 의해 실제 냉각 작용이 일어나게 된다.

상기 증발기로부터 압축기로 유입되는 기체 상태의 열교환매체는 압축기에서 고온 및 고압으로 압축되고, 상기 압축된 기체 상태의 열교환매체가 응축기를 통과하면서 액화되는 과정에서 주변으로 액화열이 방출되다.

또, 상기 액화된 열교환매체가 다시 팽창밸브를 통과함으로써 저온 및 저압의 습포화 증기 상태가 된 후 다시 증발기로 유입되어 기화하게 되어 사이클을 이루게 된다.

전술한 바와 같이 상기 응축기에서는 고온ㆍ고압의 기체 상태인 냉매가 유입되어 열교환에 의해 액화열을 방출하면서 액체 상태로 응축된 후 배출된다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 일반적인 응축기를 도시한 것이다.

상기 도 1a 및 도 1b에 도시한 응축기는 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 제1헤더탱크(10) 및 제2헤더탱크(20)를 가지고 있다.

또, 상기 제2헤더탱크(20)에 구비되어 냉매가 유입 또는 배출되도록 하는 입구파이프(40) 및 출구파이프(50)를 가지고 있다.

또, 상기 제1헤더탱크(10) 및 제2헤더탱크(20) 내부에 구비되어 냉매의 유동을 조절하는 배플(30)을 가지고 있다.

또, 상기 제1헤더탱크(10)와 제2헤더탱크(20)에 양 단이 고정되어 냉매 유로를 형성하는 복수 개의 튜브(60)를 가지고 있다.

또, 상기 튜브(60) 사이에 적층되는 복수 개의 핀(70); 및 상기 제1헤더탱크(10)의 일측에 구비되며 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기(80)를 가지고 있으며, 상기 기액분리기(80)에서 액상 냉매만을 포집함으로써 과냉각(Subcooling)을 유도하도록 하는 구조로 되어 있다.

상기 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 응축기의 내부 흐름을 살펴보면, 압축기에 의해 고온ㆍ고압으로 압축된 기상 냉매는 제1헤더탱크의 입구파이프로 유입되며 내부에 구비된 배플에 의해 제2헤더탱크로 이동된다.

이때, 상기 응축기 내부에서는 이미 응축이 일어나게 되므로 기상과 액상이 혼합되어 있는 상태가 되므로 대체적으로 기상 냉매는 상부로 액상 냉매는 하부로 이동된다.

상기 배플에 의해 형성된 유로를 따라 각각 상부 및 하부 영역을 거쳐 기액분리기의 하측에 포집된 냉매는 대부분 액상인 냉매가 모이게 되며, 다시 상기 액상 냉매가 과냉 영역을 통과하면서 과냉각이 발생함에 의해 냉매의 엔탈피를 더욱 낮출 수 있어 냉각 효율을 높일 수 있게 된다.

응축기는 과냉각이 발생함에 의해 냉매의 엔탈피를 더욱 낮출 수 있어 전에 비하여 냉각 효율을 높일 수 있게 되는 장점이 있다.

그러나 과냉 영역이 형성된다 하더라도 내부 냉매의 온도를 공기측 온도 이하로 낮출 수 없으므로 엔탈피를 줄이는데 한계가 있다.

상기 응축기에서 토출되는 냉매는 엔탈피가 낮을수록 건도가 낮아지므로 증발기의 냉방효율을 높일 수 있으므로 증발기의 냉방효율에도 그 한계가 존재하게 된다.

또한, 세계적으로 사용자의 다양한 기호를 만족시키기 위해 점차 차량 내 부품의 경량화ㆍ컴팩트화ㆍ고성능화가 진행되는 현재 기술적 추세에 따라 상기 응축기 역시 소형화 및 고성능화를 위한 연구가 요구되고 있는 실정이다.

응축기의 성능이 저하되는 원인은 다양하다.

입구파이프를 경유한 냉매가 튜브로 고르게 유입되지 못하는 것도 응축기의 성능을 저하시키는 원인 중 하나이다.

즉, 도 1c와 같이 입구파이프는 헤더탱크의 특정 지점에 연결된 것이고, 입구파이프에 형성된 냉매유동로는 일정한 원형의 단면을 갖는 것이었다.

따라서 다수 개의 튜브 중 입구파이프에서 가까운 지점에 위치된 튜브로는 냉매가 빠르게 흘러가게 되고, 입구파이프에서 먼 거리의 튜브일수록 냉매가 느리게 흐르는 것이며, 이러한 현상으로 인해 응축기의 성능이 저하되었던 것이다.

특히, 입구파이프가 한쪽 방향으로 편심되어 있는 경우 고압의 냉매 흐름이 특정 튜브에 집중되는 현상이 더 크게 발생되므로 응축기의 성능 저하가 더 크게 발생되었다.

본 발명은 상기와 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 입구파이프를 경유하는 고압의 냉매가 특정 튜브에 집중되는 현상을 최소화하여 성능이 우수한 응축기를 제공하려는데 목적이 있다.

본 발명에서는 입구파이프에 형성된 냉매유동로가 확산부를 갖되 이러한 확산부는 제1헤더탱크나 제2헤더탱크와 연결되는 부분에서 끝단부로 갈수록 폭은 좁아지고 높이는 높아진 형상이 되도록 하여 고압의 냉매가 헤더탱크로 분산되어 유입되고 이로 인해 특정 튜브에 냉매가 집중되는 현상을 방지한다.

따라서 본 발명의 응축기는, 간격을 두고 위치되어 있는 제1헤더탱크와 제2헤더탱크를 갖는다.

또, 안쪽의 냉매유동로를 통해 냉매가 제1헤더탱크나 제2헤더탱크에 유입되도록 하는 입구파이프를 갖는다.

또, 제1헤더탱크나 제2헤더탱크 내부에 구비되어 냉매가 설정된 방향으로 유동되도록 하는 배플을 갖는다.

또, 제1헤더탱크와 제2헤더탱크를 연결하는 복수 개의 튜브를 갖는다.

또, 튜브 사이에 개재되는 복수 개의 핀을 갖는다.

또, 입구파이프에 형성된 냉매유동로는 제1헤더탱크나 제2헤더탱크와 연결되 는 부분에서 끝단부로 갈수록 폭은 좁아지고 높이는 높아진 형상의 확산부를 가진다.

또, 본 발명에서는 냉매유동로의 확산부에 분산판을 위치시켜 유동되는 냉매가 분산판에 부딪혀 분산되도록 함으로써 냉매의 흐름이 특정 튜브에 집중되는 것을 더욱 방지한다.

또, 상기와 같은 분산판은 입구파이프의 끝부분 일부를 절단 후 비틀어서 냉매유동로 상에 위치시켜 형성함으로써 생산비를 절감 및 견고함을 얻을 수 있도록 한다.

상기 냉매유동로 중 가장 큰 단면적을 갖는 부분과 가장 작은 단면적을 갖는 부분의 크기 차이는 10% 범위 내에 있도록 한다.

본 발명의 응축기는, 헤더파이프와 연결되는 입구파이프의 냉매유동로가 확산부를 가지며, 이러한 확산부는 제1헤더탱크나 제2헤더탱크와 연결되는 부분에서 끝단부로 갈수록 폭은 좁아지고 높이는 높아진 형상으로 되어 있어 고압의 냉매가 헤더탱크로 분산되어 유입되고 이로 인해 특정 튜브에 냉매가 집중되는 현상이 방지된다.

따라서 본 발명의 응축기는 성능이 매우 우수하다.

또, 본 발명의 응축기에 있어서 냉매유동로의 확산부에 분산판이 위치되어 있어 유동되는 냉매가 분산판에 부딪혀 분산되는 경우 냉매의 흐름이 특정 튜브에 집중되는 것이 더욱 방지되므로 응축기의 성능이 더욱 우수하다.

또, 상기와 같은 분산판이 형성됨에 있어 입구파이프의 끝부분 일부를 절단 후 비틀어서 냉매유동로 상에 위치시켜 형성한 것일 경우 생산비 절감 및 견고성을 얻을 수 있다.

또, 냉매유동로 중 가장 큰 단면적을 갖는 부분과 가장 작은 단면적을 갖는 부분의 크기 차이는 10% 범위 내에 있으므로 압력손실이나 난류의 발생이 방지된다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 응축기에 관한 것이다.

따라서 본 발명의 응축기는 간격을 두고 위치되어 있는 제1헤더탱크(10)와 제2헤더탱크(20)를 갖는다.

또, 안쪽의 냉매유동로(41)를 통해 냉매가 제1헤더탱크(10)나 제2헤더탱크(20)에 유입되도록 하는 입구파이프(40)를 갖는다.

또, 제1헤더탱크(10)나 제2헤더탱크(20) 내부에 구비되어 냉매가 설정된 방 향으로 유동되도록 하는 배플(30)을 갖는다.

또, 제1헤더탱크(10)와 제2헤더탱크(20)를 연결하는 복수 개의 튜브(60)를 갖는다.

또, 튜브(60) 사이에 개재되는 복수 개의 핀(70)을 갖는다.

그런데 본 발명은 입구파이프(40)를 통해 제1헤더탱크(10)나 제2헤더탱크(20)로 유입되는 고압의 냉매가 특정 튜브(60)에 집중되면서 성능이 저하되던 종래기술의 문제점을 해소하여 성능이 우수하도록 하려는 목적을 가지고 있다.

이를 위하여 본 발명에서는 입구파이프(40)를 경유한 고압의 냉매가 제1헤더탱크(10)나 제2헤더탱크(20)로 유입됨에 있어 제1헤더탱크(10)나 제2헤더탱크(20)의 길이방향(튜브(60)의 배열방향이 됨)으로 분산되어 유입되도록 한다.

이를 위한 구체적인 구성을 설명하면, 입구파이프(40)에 형성된 냉매유동로(41)는 제1헤더탱크(10)나 제2헤더탱크(20)와 연결되는 부분에서 끝단부로 갈수록 폭은 좁아지고 높이는 높아진 형상의 확산부(42)를 갖도록 한다.

즉, 도 2 내지 도 4와 같이 원형의 단면을 통해 유동되던 냉매가 확산부(42)를 경유하면서 헤더탱크(입구파이프(40)와 연결되는 제1헤더탱크(10) 또는 제2헤더탱크(20))의 길이방향으로 확산되도록 하는 것이다.

이러한 구성에 의하면 냉매가 제1헤더탱크(10)나 제2헤더탱크(20)의 길이방향으로 분산되어 유입되고, 이와 같이 분산되어 유입되기 때문에 다수 개의 튜브(60) 중 특정 튜브에 냉매의 흐름이 집중되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

즉, 종래기술보다 더 많은 수의 튜브(60)가 입구파이프(40)의 직접적인 냉매 분사영역에 속하게 되고, 냉매분사영역에 직접 속하지 않더라도 모든 튜브에 냉매가 비교적 고르게 유입되어 유동되는 것이다.

도 3은 입구파이프(40)의 냉매유동로(41)가 상, 하로 확산된 형태이고, 도 4는 냉매유동로(41)가 일방향(하부)로만 확산된 형태이다.

도 3과 같은 구조는 다수 개의 튜브(60)가 배열되어 있는 지점의 중앙부에 입구파이프(40)가 연결되는 구조에 바람직하다.(도 2 참조)

또, 도 4와 같은 구조는 다수 개의 튜브(60)가 배열되어 있는 지점의 일측에 입구파이프(40)가 연결되는 도 5와 같은 구조에 바람직하다.

그런데 전술한 구조의 확산부(42)를 가지면서 냉매유동로(41)의 각 부분이 갖는 단면적의 크기에 차이가 크게 발생된다면 냉매의 압력손실, 와류발생 등의 문제점이 발생된다.

즉, 냉매유동로(41) 중 특정 지점은 단면적의 크기가 매우 크고 다른 지점은 단면적의 크기가 상대적으로 매우 작다면 냉매유동로(41)를 경유하는 냉매에 압력손실 현상이나 와류발생 현상 등이 초래되어 응축기의 효율이 저하되는 것이다.

따라서 냉매유동로 중 가장 큰 단면적을 갖는 부분과 가장 작은 단면적을 갖는 부분의 크기 차이가 10% 범위 내에 있도록 하는 것이 바람직하다.

또, 냉매유동로(41)의 각 부분이 갖는 단면적의 크기 차이는 평균 단면적을 기준으로 10% 범위 내에 있도록 할 수도 있다.

구체적으로 설명하면, 냉매유동로(41)의 각 부분이 갖는 단면적에 크기의 차이가 있고, 단면적의 전체적인 평균값이 15㎟라고 할때 가장 작은 단면적의 크기는 13.5㎟보다 작지 않아야 하고, 가장 큰 단면적의 크기는 16.5㎟보다 크지 않아야 바람직한 것이다.

물론, 가장 바람직한 것은 냉매유동로(41)의 각 부분이 갖는 단면적의 크기가 동일한 것이다.

즉, 냉매유동로(41)의 단면 형태가 다르더라도 그 단면적의 크기는 같은 것이 바람직한 것이다.

한편, 본 발명에 있어서, 도 6과 같이 냉매유동로(41)의 확산부(42)에 분산판(90)을 위치시켜 유동되는 냉매가 분산판(90)에 부딪혀 분산되도록 하면 냉매의 흐름이 특정 튜브(60)에 집중되는 것을 더욱 방지할 수 있다.

즉, 분산판(90)에 냉매가 부딪히면서 냉매의 분산효과가 더욱 우수해지는 것이다.

이러한 분산판(90)은 다양한 형태로 구현할 수 있다.

분산판(90)의 역할을 할 수 있는 별도의 소재가 냉매유동로(41)에 위치된 상태에서 입구파이프(40)와 브레이징 등의 방법으로 일체화됨으로써 형성될 수 있다.

또, 헤더탱크(입구파이프(40)가 연결되는 제1헤더탱크(10)나 제2헤더탱크)와 입구파이프(40) 사이에 분산판(90)의 역할을 수행할 수 있는 별도의 소재가 위치된 상태로 헤더탱크와 입구파이프(40)가 브레이징되어 형성되도록 할 수도 있다.

또, 도 7과 같이 입구파이프(40)의 끝부분 일부를 입구파이프(40)의 폭 방향으로 절단 후 냉매유동로(41) 방향으로 비틀어서 냉매유동로(41) 상에 위치시켜 분 산판(90)을 형성함으로써 비교적 견고한 분산판(90)이 되도록 하면서도 생산비가 절감되도록 할 수도 있다.

도 8은 도 7과 같은 방법에 의해 하부로 기울어진 분산판(90)이 형성된 구조의 단면도이고, 도 9는 도 7과 같은 방법에 의해 상부로 기울어진 분산판과 하부로 기울어진 분산판이 위치된 구조의 단면도이다.

즉, 도 9는 확산부(42)의 하부뿐만 아니라 상부도 일부 절단하고 비틀어서 상, 하에 분산판(90)을 각각 형성한 구조인것이다.

미설명 부호 43은 절단선이다.

도 1a는 종래의 응축기의 개략적 사시도

도 1b는 냉매의 흐름을 설명하기 위한 응축기의 단면 개략도

도 1c는 종래의 입구파이프와 헤더탱크의 연결상태를 설명하기 위한 개략도

도 2는 본 발명의 응축기를 설명하기 위한 개략도

A : 단면도

B : 사시도

도 3은 상, 하로 확산된 형태의 확산부를 가지는 입구파이프를 설명하기 위한 개략도

도 4는 일방향으로만 확산된 확산부를 가지는 입구파이프를 설명하기 위한 개략도

도 5는 도 4의 구조가 적용된 응축기의 단면도

A : 단면도

B : 사시도

도 6은 상, 하로 확산된 형태의 확산부 및 분산판을 가지는 구조를 설명하기 위한 입구파이프의 단면 개략도

A : 정면도

B : 우측면도

도 7은 입구파이프의 끝부분 일부를 절단 후 비틀어서 냉매유동로 상에 분산판을 위치시키는 방법을 설명하기 위한 개략도

도 8은 도 7의 방법에 의해 하부로 기울어진 분산판이 형성된 구조를 설명하기 위한 입구파이프의 개략도

도 9는 도 7의 방법에 의해 상부로 기울어진 분산판과 하부로 기울어진 분산판이 위치된 구조를 설명하기 위한 입구파이프의 개략도

도 10은 도 7의 방법에 의해 상부로 기울어진 분산판과 하부로 기울어진 분산판이 위치되어 있되 확산부를 갖는 구조에 적용된 것을 도시한 개략도

A : 단면도

B : 사시도

도 11은 본 발명의 구성요소인 입구파이프와 헤더탱크가 결합되는 것을 설명하기 위한 개략도

A : 결합상태

B : 결합 전의 상태

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10. 제1헤더탱크 20. 제2헤더탱크

30. 배플 40. 입구파이프

41. 냉매유동로 42. 확산부

43. 절단선 50. 출구파이프

60. 튜브 70. 핀

80. 기액분리기 90. 분산판

Claims (4)

1. 간격을 두고 위치되어 있는 제1헤더탱크(10)와 제2헤더탱크(20); 안쪽의 냉매유동로(41)를 통해 냉매가 제1헤더탱크(10)나 제2헤더탱크(20)에 유입되도록 하는 입구파이프(40); 상기 제1헤더탱크(10)나 제2헤더탱크(20) 내부에 구비되어 냉매가 설정된 방향으로 유동되도록 하는 배플(30); 상기 제1헤더탱크(10)와 제2헤더탱크(20)를 연결하는 복수 개의 튜브(60); 상기 튜브(60) 사이에 개재되는 복수 개의 핀(70);을 포함하여 구성된 응축기에 있어서,

   상기 입구파이프(40)에 형성된 냉매유동로(41)는 제1헤더탱크(10)나 제2헤더탱크(20)와 연결되는 부분에서 끝단부로 갈수록 폭은 좁아지고 높이는 높아진 형상의 확산부(42)를 가지는 것을 특징으로 하는 응축기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 냉매유동로(41)의 확산부(42)에는 유동되는 냉매가 부딪혀 분산되도록 하는 분산판(90)이 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 응축기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 분산판(90)은 입구파이프(40)의 끝부분 일부를 입구파이프(40)의 폭 방 향으로 절단 후 냉매유동로(41) 방향으로 비틀어서 냉매유동로(41) 상에 위치시킨 것임을 특징으로 하는 응축기.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉매유동로(41) 중 가장 큰 단면적을 갖는 부분과 가장 작은 단면적을 갖는 부분의 크기 차이는 10% 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 응축기.

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