KR20140116626A - 열교환기 - Google Patents

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KR20140116626A
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박태균
박내현
김세현
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 열교환기에 관한 것이다.
본 실시예에 따른 열교환기에는, 냉매가 유동하는 다수의 냉매 튜브; 상기 다수의 냉매 튜브가 결합되는 튜브 연결부 및 냉매 유입부가 구비되는 헤더; 상기 헤더의 내부에 제공되며, 냉매의 제 1 유동공간을 규정하는 제 1 배관; 상기 제 1 배관의 외측을 둘러싸도록 배치되며, 냉매의 제 2 유동공간을 규정하는 제 2 배관; 및 상기 제 1 배관 또는 제 2 배관에 형성되며, 냉매를 통과시키는 연통홀이 포함된다.

Description

열교환기 {A heat exchanger}
본 발명은 열교환기에 관한 것이다.
열교환기는 냉동 사이클을 구성하는 구성요소로서 냉매가 유동할 수 있도록 구성된다. 그리고, 열교환기는 공기와의 열교환을 통하여 공기를 냉각 또는 가열시키는 기능을 수행한다. 상기 열교환기는 공기조화기나 냉장고등의 냉동장치에 사용될 수 있으며, 열교환에 의한 냉매의 응축 또는 증발여부에 따라 응축기 또는 증발기로서 기능할 수 있다.
이와 같은 열교환기는 그 형상에 따라서 크게 핀 앤 튜브 타입과 마이크로채널 타입으로 구분된다. 상기 핀 앤 튜브 타입의 열교환기는, 다수개의 핀 및 상기 핀을 관통하는 원형 또는 이와 유사한 형상의 튜브를 포함하고, 상기 마이크로채널 타입의 열교환기는, 냉매가 유동하는 다수의 플랫튜브 및 상기 다수의 플랫튜브 사이에 구비되는 핀을 포함한다.
그리고 상기 핀 앤 튜브 타입의 열교환기 및 상기 마이크로채널 타입의 열교환기는, 양자 모두, 상기 튜브 또는 플랫튜브의 내부를 유동하는 냉매와 외부의 유체가 열교환되고, 상기 핀은 상기 튜브 또는 플랫튜브의 내부를 유동하는 냉매와 외부의 유체와의 열교환면적을 증가시키는 역할을 한다.
이 중 마이크로채널 타입의 열교환기와 관련하여, 본 출원인은 발명의 출원 및 등록을 받은 바 있다(KR 10-0547320).
위 등록특허에 의하면, 종래의 마이크로채널 타입의 열교환기에는, 다수의 냉매튜브(3)에 결합되는 헤더(1,2)가 포함된다. 상기 헤더(1,2)는 복수 개로 제공되며, 복수의 헤더(1,2) 중 제 1 헤더(1)는 상기 다수의 냉매튜브(3)의 일측에 결합되며, 제 2 헤더(2)는 상기 다수의 냉매튜브(3)의 타측에 결합된다. 그리고, 상기 다수의 냉매튜브(3)의 사이에는, 냉매와 외부 공기간에 열교환이 용이하게 이루어지도록 하는 방열핀(6)이 포함된다.
상기 제 1 헤더(1) 또는 제 2 헤더(2)는 내부가 비어 있는 중공의 형상으로 이루어져 냉매의 유동공간을 형성한다. 상기 제 1 헤더(1) 또는 제 2 헤더(2)의 내부를 유동하는 냉매는 분지되어 다수의 냉매튜브(3)로 분지된다.
그러나, 종래의 열교환기에 의하면, 냉매가 상기 다수의 냉매튜브로 분지되는 과정에서, 냉매의 유동방향을 기준으로, 가까운 냉매튜브에는 많은 냉매가 유입되고 거리가 먼 냉매튜브에는 상대적으로 적은 냉매가 유입되는 현상이 나타났다.
즉, 상기 열교환기로 유입된 냉매가 다수의 냉매튜브로 균등하게 분배되지 못하였다. 이 경우, 냉매튜브에 따라 열교환량 또는 열교환 효율이 다르게 형성되어, 열교환기의 전체적인 성능이 저하되는 문제점이 나타났다.
본 실시예는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 열교환 효율이 증대될 수 있는 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 실시예에 따른 열교환기에는, 냉매가 유동하는 다수의 냉매 튜브; 상기 다수의 냉매 튜브가 결합되는 튜브 연결부 및 냉매 유입부가 구비되는 헤더; 상기 헤더의 내부에 제공되며, 냉매의 제 1 유동공간을 규정하는 제 1 배관; 상기 제 1 배관의 외측을 둘러싸도록 배치되며, 냉매의 제 2 유동공간을 규정하는 제 2 배관; 및 상기 제 1 배관 또는 제 2 배관에 형성되며, 냉매를 통과시키는 연통홀이 포함된다.
다른 측면에 따른 열교환기에는, 냉매가 유동하는 다수의 냉매 튜브; 상기 다수의 냉매 튜브가 결합되며, 냉매의 유동공간을 규정하는 헤더; 상기 헤더의 내부에 제공되어 냉매의 제 1 유로를 형성하며, 냉매가 통과하는 제 1 연통홀을 가지는 제 1 배관; 및 상기 제 1 배관을 수용하도록 배치되어 냉매의 제 2 유로를 형성하며, 냉매가 통과하는 제 2 연통홀을 가지는 제 2 배관이 포함되며, 상기 냉매 튜브를 기준으로, 상기 제 1 연통홀을 통하여 배출되는 냉매의 유동방향과, 상기 제 2 연통홀을 통하여 배출되는 냉매의 유동방향은 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.
제안되는 실시 예에 따르면, 헤더 내에 다수의 배관이 구비되고, 다수의 배관에는 냉매가 유동하는 연통 홀이 형성되므로, 냉매가 헤더 전체 길이에 걸쳐 고르게 유동될 수 있다. 결국, 헤더에 연결된 냉매 튜브로, 냉매가 고르게 분지될 수 있다는 효과가 있다.
특히, 다수의 배관 중 일 배관이 타 배관의 내부에 수용되고, 상기 연통 홀이 서로 다른 방향을 향하도록 배치되므로, 냉매의 유동경로가 다수 회 꺽여지고 길어질 수 있게 된다.
결국, 냉매의 유동 방향을 기준으로, 헤더의 냉매 유입부로부터 거리가 가까운 전방부의 냉매 튜브에 냉매의 분배가 쏠리는 현상이 방지되고, 냉매유동의 관성력에 의하여 거리가 먼 후방부의 냉매 튜브에도 냉매가 고르게 분배될 수 있게 된다.
또한, 상기 일 배관과 타 배관 사이의 작은 공간이 냉매의 유로로서 작용하여 냉매의 혼합이 이루어질 수 있으므로, 기상 및 액상 냉매의 고른 분배가 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기의 구성을 보여주는 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 헤더 및 제 2 헤더의 주요 구성을 보여주는 열교환기의 정면도이다.
도 4는 도 1의 I-I'를 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 헤더 내부의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 헤더 내부의 구성 및 냉매 유동을 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서의 냉매 유동을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 헤더 내부의 구성 및 냉매 유동을 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 헤더 내부의 구성을 보여주는 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기의 구성을 보여주는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기의 구성을 보여주는 측단면도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 헤더 및 제 2 헤더의 주요 구성을 보여주는 열교환기의 정면도이고, 도 4는 도 1의 I-I'를 따라 절개한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기(10)에는, 가로 방향으로 소정길이만큼 연장되는 헤더(120,130)와, 상기 헤더(120,130)에 결합되어 세로 방향으로 연장되는 냉매튜브로서의 다수의 플랫 튜브(110)와, 상기 헤더(120,130)의 사이에 소정 간격으로 배열되며 상기 플랫 튜브(110)에 의하여 관통되는 다수의 방열핀(미도시)이 포함된다.
상기 헤더(120,130)가 수평 방향으로 연장되는 점에서, "수평형 헤더"라 이름할 수 있을 것이다. 다만, 상기 헤더의 연장방향은 이에 제한되지 않고 수직 방향으로 연장될 수 있으며, 이 때 상기 플랫 튜브(110)는 수평 방향으로 연장될 수 있을 것이다.
상세히, 상기 헤더(120,130)에는, 상기 플랫 튜브(110)의 일측 단부가 결합되는 제 1 헤더(120) 및 상기 플랫 튜브(110)의 타측 단부가 결합되는 제 2 헤더(130)가 포함된다. 상기 제 1 헤더(120) 및 제 2 헤더(130)는 냉매의 유동을 가이드 하며, 냉매의 유동방향을 전환시킬 수 있다.
다시 말하면, 상기 제 1 헤더(120) 및 제 2 헤더(130)의 내부에는, 냉매의 유동공간이 규정된다. 상기 제 1 헤더(120) 또는 제 2 헤더(130) 내부의 냉매는 상기 플랫 튜브(110)로 유입될 수 있고, 상기 플랫 튜브(110)를 유동한 냉매는 상기 제 1 헤더(120) 또는 제 2 헤더(130)에서 방향 전환될 수 있다.
일례로, 상기 제 1 헤더(120)내의 냉매는 방향전환 되어 상기 플랫 튜브(110)로 유입되고, 상기 플랫 튜브(110)를 통하여 하방으로 유동한 냉매는 상기 제 2 헤더(130)에서 방향 전환되어 상방으로 유동될 수 있다.
상기 제 1 헤더(120)에는, 냉매가 상기 열교환기(10)로 유입되도록 하는 냉매 유입부(122)와 상기 열교환기(10) 내에서 열교환된 냉매가 유출되도록 하는 냉매 유출부(125)가 형성된다.
그리고, 상기 제 1 헤더(120)에는, 상기 냉매 유입부(122)가 형성되는 제 1 전방부(120a)와, 상기 냉매 유출부(125)가 형성되는 제 1 후방부(120b) 및 상기 제 1 전방부(120a)와 제 1 후방부(120b)를 구획하는 구획부(120c)가 포함된다.
상기 제 1 전방부(120a)와 제 2 후방부(120b)는 상기 구획부(120c)에 의하여 결합된다. 그리고, 상기 구획부(120c)에 의하여, 상기 제 1 전방부(120a)의 냉매가 상기 제 1 후방부(120b)로 직접 유동하거나 상기 제 1 후방부(120b)의 냉매가 상기 제 1 전방부(120a)로 직접 유동하는 것이 제한될 수 있다.
상기 냉매 유입부(122) 및 냉매 유출부(125)는 상기 제 1 헤더(120)의 하면에 서로 인접하여 형성된다. 따라서, 냉매는 상기 냉매 유입부(122)의 제 1 전방부(120a)를 통하여 상방으로 유동하여 상기 제 1 헤더(120)로 유입되며, 상기 제 1 헤더(120)의 제 1 후방부(120b)로부터 상기 냉매 유출부(125)를 통하여 하방으로 유동한다.
상기 제 2 헤더(130)에는, 상기 제 1 전방부(120a)에 대응하는 제 2 전방부(130a)와, 상기 제 1 후방부(120b)에 대응하는 제 2 후방부(130b) 및 상기 제 2 전방부(130a)와 제 2 후방부(130b)를 연통시키는 관통 홀(135)이 포함된다.
상기 제 2 전방부(130a) 및 제 2 후방부(130b)는 결합되며, 결합되는 부분에 상기 관통 홀(135)이 형성된다. 상기 관통 홀(135)을 통하여, 상기 제 2 전방부(120a)의 냉매는 상기 제 2 후방부(120b)로 유동할 수 있다.
상기 플랫 튜브(110)는 상기 제 1 헤더(120) 및 제 2 헤더(130)의 사이에 다수 개가 구비되며, 다수의 플랫 튜브(110)는 가로 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제 1 헤더(120)에는, 상기 다수의 플랫 튜브(110)의 일측 단부가 결합되는 다수의 제 1 튜브 연결부(121)가 형성된다. 그리고, 상기 제 2 헤더(130)에는 상기 다수의 플랫 튜브(110)의 타측 단부가 결합되는 다수의 제 2 튜브 연결부(131)가 형성된다.
상기 플랫 튜브(110)는 전후방에 2열로 배치된다.
상세히, 도 2에 도시되는 바와 같이, 상기 열교환기(10)를 측면에서 바라보았을 때, 상기 플랫 튜브(110)에는, 제 1 튜브(110a) 및 상기 제 1 튜브(110a)의 일측에 배치되는 제 2 튜브(110b)가 포함된다. 물론, 상기 제 1 튜브(110a) 및 제 2 튜브(110b)는 다수 개가 구비되어 각각 상기 제 1 헤더(120)와 제 2 헤더(130)에 결합된다.
상기 제 1 튜브(110a)는 상기 제 1 전방부(120a) 및 제 1 후방부(130a)에 결합되며, 상기 제 2 튜브(110b)는 상기 제 1 후방부(120b) 및 제 2 후방부(130b)에 결합될 수 있다.
냉매가 상기 플랫 튜브(110)를 유동하는 과정에서, 열교환 작용은 2회 수행될 수 있다. 즉, 냉매가 상기 제 1 전방부(120a)로부터 상기 제 1 튜브(110a)를 통하여 상기 제 2 전방부(130a)로 유동하는 과정에서 1회 열교환 하며, 상기 제 2 후방부(130b)로부터 상기 제 2 튜브(110b)를 통하여 상기 제 1 후방부(120b)로 유동하는 과정에서 1회 열교환 할 수 있다.
상기 제 1 헤더(120)의 제 1 전방부(120a)에는, 냉매의 유동을 가이드 하는 복수의 배관(210,250)이 포함된다. 상기 복수의 배관(210,250)에 의하여 상기 제 1 전방부(120a)내의 유동공간은 다수의 유로 또는 유동층을 형성하게 된다.
상세히, 상기 복수의 배관(210,250)에는, 상기 제 1 전방부(120a)의 내부 공간에 배치되는 제 1 배관(210)이 포함된다. 상기 제 1 배관(210)은 상기 제 1 전방부(120a)의 연장방향을 따라 길게 연장되며, 중공의 원통형 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제 1 배관(210)의 내부 공간은 냉매의 제 1 유동공간을 규정한다.
상기 복수의 배관(210,250)에는, 상기 제 1 배관(210)의 외측을 둘러싸도록 배치되는 제 2 배관(250)이 포함된다. 상기 제 2 배관(250)은 상기 제 1 배관(210)의 연장 방향을 따라 길게 연장되며, 중공의 원통형 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제 2 배관(250)의 내부 공간은 냉매의 제 2 유동공간을 규정한다.
상세히, 상기 제 2 배관(250)의 직경(D2)은 상기 제 1 배관(210)의 직경(D1)보다 크게 형성된다. 그리고, 상기 제 1 배관(250)의 외주면과 상기 제 2 배관(210)의 내주면의 사이에는, 냉매가 유동하는 공간, 즉 상기 제 2 유동공간이 규정될 수 있다.
또한, 상기 제 1 배관(210)과 제 2 배관(250)은 대략 동일한 중심을 가질 수 있다. 그리고, 제 2 배관(250)의 내부 단면적과 상기 제 1 전방부(120a)의 내부 단면적의 비율은 약 1:10 ~1:2의 범위로 형성될 수 있다.
상기 제 1 배관(210)에는, 냉매가 유동할 수 있는 제 1 연통홀(215)이 형성된다. 상기 제 1 연통홀(215)은 상기 제 1 배관(210)의 길이 방향으로 이격되어 다수 개가 제공될 수 있다.
상기 제 1 배관(210)의 내부를 유동하는 냉매는 상기 제 1 연통홀(215)을 통하여 상기 제 1 배관(210)의 외측으로 유동할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 배관(210)에서 배출된 냉매는 상기 제 2 배관(250)의 내부 공간을 따라 유동할 수 있다.
상기 제 1 연통홀(215)은 상기 제 1 배관(210)의 원주 중 상기 제 1 튜브(110a)를 향하는 일 지점에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 배관(210)의 내부 중심으로부터 상기 제 1 연통홀(215)까지 연장한 가상의 선은 상기 제 1 튜브(110a)에 가까워지는 방향으로 연장되거나, 상기 제 1 튜브(110a)의 내부를 관통하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 제 2 배관(250)에는, 냉매가 유동할 수 있는 제 2 연통홀(255)이 형성된다. 상기 제 2 연통홀(255)은 상기 제 2 배관(250)의 길이 방향으로 이격되어 다수 개가 제공될 수 있다.
상기 제 2 배관(250)의 내부를 유동하는 냉매는 상기 제 2 연통홀(255)을 통하여 상기 제 2 배관(250)의 외측으로 유동할 수 있다. 그리고, 상기 제 2 배관(250)에서 배출된 냉매는 상기 전방부(120a)의 내부 공간을 따라 유동할 수 있다.
상기 제 2 연통홀(255)은 상기 제 2 배관(250)의 원주 중 상기 제 1 튜브(110a)를 향하는 방향의 반대방향 일 지점에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 배관(250)의 내부 중심으로부터 상기 제 2 연통홀(255)까지 연장한 가상의 선은 상기 제 1 튜브(110a)로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 것으로 이해될 수 있다.
상기 제 1 배관(210) 또는 제 2 배관(250)의 중심을 기준으로, 상기 제 1 연통홀(215)과 제 2 연통홀(255)이 형성되는 방향은 서로 반대방향, 또는 마주보는 방향에 형성될 수 있다. 달리 말하면, 상기 제 1 연통홀(215)과 제 2 연통홀(255)은, 원통형의 배관(210,250)을 기준으로 180도의 위상차를 가질 수 있다.
그리고, 상기 제 1 배관(210) 또는 제 2 배관(250)의 중심으로부터 상기 제 1 연통홀(215)을 향하여 연장된 제 1 가상선과, 상기 제 1 배관(210) 또는 제 2 배관(250)의 중심으로부터 상기 제 2 연통홀(255)을 향하여 연장된 제 2 가상선은 서로 평행하며, 반대 방향으로 연장될 수 있다.
다른 관점에서, 상기 제 1 배관(210) 또는 제 2 배관(250)의 중심으로부터 상기 플랫 튜브(110)의 양단을 연결하는 2개의 가상선들이 이루는 각도(θ1,θ2)는 약 75°~90°의 범위를 가질 수 있다. 그리고, 상기 각도(θ1,θ2)에 대응하는 제 1 배관(210) 또는 제 2 배관(250)의 원주상에 상기 제 1 연통홀(215) 및 제 2 연통홀(255)이 위치될 수 있다.
이와 같이, 제 1 연통홀(215) 및 제 2 연통홀(255)이 서로 다른 위치 또는 방향에 형성되므로, 상기 제 1,2 연통홀(215,255)을 통한 냉매의 유동경로가 길어지고, 다수 회 꺽이도록 형성될 수 있다.
상기 전방부(120a)의 내부에는, 상기 냉매 유입부(122)에 연결되는 배관 연결부(205)가 제공된다. 상기 배관 연결부(205)는 상기 냉매 유입부(122)로부터 연장되어 상기 제 1 배관(210)의 단부에 연결된다. 상기 냉매 유입부(122)와 상기 제 1 배관(210)을 연결하기 위하여, 상기 배관 연결부(205)의 적어도 일부분은 라운드지게 형성될 수 있다.
상기 열교환기(10)의 입구단에서, 소정의 냉매관(20)은 상기 냉매 유입부(122)에 연결된다. 상기 냉매관(20)을 유동하는 냉매는 상기 냉매 유입부(122) 및 배관 연결부(205)를 경유하여 상기 제 1 배관(210)으로 유입된다.
한편, 도 4에 도시되는 바와 같이, 상기 제 1 연통홀(215)과 제 2 연통홀(255)은 가상의 동일한 수직선을 지나도록 배치된다. 즉, 다수의 제 1 연통홀(215)이 상기 제 1 배관(210)의 단부로부터 이격된 거리는, 다수의 제 2 연통홀(255)이 상기 제 2 배관(250)의 단부로부터 이격된 거리와 동일하게 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 헤더 내부의 구성을 보여주는 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 헤더 내부의 구성 및 냉매 유동을 보여주는 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기에서의 냉매 유동을 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기의 제 1 헤더(120)의 내부공간에는, 복수의 배관(210,250)에 의하여 구분되는 다수의 냉매 유로(271,272,273)가 규정된다.
상세히, 상기 제 1 전반부(120a)의 내부에는, 제 2 배관(250)이 배치되고 상기 제 2 배관(250)의 내부에는 제 1 배관(210)이 수용된다.
상기 제 1 배관(210)의 내부공간은 상기 냉매 유입부(122)로부터 상기 제 1 전반부(120a)로 유입된 냉매가 유동하는 제 1 유로(271)를 규정한다. 그리고, 상기 제 2 배관(250)의 내부공간 중, 상기 제 1 유로(271)를 제외한 공간은 제 2 유로(272)를 규정하며, 상기 제 1 전반부(120a)의 내부공간 중 상기 제 2 배관(250)의 외측 공간은 제 3 유로(273)를 규정한다.
상기 제 1 유로(271), 제 2 유로(272) 및 제 3 유로(273)는 상기 제 1 연통홀(215) 및 제 2 연통홀(255)에 의하여 연통되도록 구성된다.
그리고, 상기 제 2 유로(272)는 상기 제 1 유로(271)를 둘러싸도록 배치되고, 상기 제 3 유로(273)는 상기 제 2 유로(272)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
한편, 상기 제 1 배관(210)의 외주면으로부터 상기 제 2 배관(250)의 내주면까지의 거리는 짧게 형성되므로, 상기 제 2 유로(272)는 다소 작은 유로를 형성한다. 따라서, 상기 제 1 배관(210)의 제 1 연통홀(215)을 통하여 배출된 냉매는 상기 제 2 유로(272)에서 혼합되는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 상기 제 1 배관(210)에서 배출된 냉매는 열교환이 이루어지기 이전의 냉매로서, 특히 상기 열교환기가 증발기로서 작용할 때, 2상 상태(액상 및 기상의 혼합상태)를 가질 수 있다. 이 경우, 냉매가 상기 제 2 유로(272)를 통하여 유동함으로써 액상 및 기상 냉매가 골고루 혼합될 수 있고 혼합된 냉매가 상기 플랫 튜브(110)로 분지될 수 있게 된다.
도 6을 참조하여, 상기 제 1 전반부(120a)에서의 냉매 유동을 간단하게 설명한다.
상기 냉매 유입부(122)를 통하여 상기 제 1 헤더(120)에 유입된 냉매는 상기 제 1 배관(210)의 제 1 유로(271)를 유동하게 된다. 이 때, 냉매는 상기 제 1 헤더(120)의 일측 단부로부터 타측 단부를 향하여 가로 방향 (도 1 기준으로 우측에서 좌측 방향)으로 유동하게 된다.
냉매가 상기 제 1 유로(271)를 유동하는 과정에서, 냉매 중 적어도 일부는 다수의 제 1 연통공(215)을 통하여 상기 제 1 배관(210)의 외측으로 배출된다. 여기서, 냉매가 상기 제 1 연통공(215)을 통하여 배출되는 방향은 상기 플랫 튜브(110)를 향하는 방향일 수 있다.
냉매는 상기 제 1 연통공(215)에서 배출되면, 상기 제 2 배관(250)의 제 2 유로(272)를 유동한다. 이 과정에서, 냉매는 상기 제 1 연통공(215)의 양측으로 분지되어 후방, 즉 상기 플랫 튜브(110)로부터 멀어지는 방향으로 유동될 수 있다.
그리고, 분지된 냉매는 합지된 후 다수의 제 2 연통공(255)을 통하여 상기 제 3 유로(273)로 배출된다. 이 때, 냉매는 상기 플랫 튜브(110)로부터 멀어지는 방향으로 유동될 수 있다.
상기 제 2 연통공(255)에서 배출된 냉매는 양측으로 분지되어 전방, 즉 상기 플랫 튜브(110)를 향하는 방향으로 유동될 수 있다. 그리고, 상기 제 3 유로(273)의 냉매는 상기 플랫 튜브(110)로 유입된다.
이와 같이, 상기 제 1 배관(210)의 냉매는 상기 플랫 튜브(110)로 유입되기까지 다수 회 분지되고 꺽이는 유동을 수행하여, 냉매의 유동 경로가 길어지게 된다. 따라서, 냉매가 상기 냉매 유입부(122)에 가까운 플랫 튜브(110)로 쏠리는 현상이 방지되고 관성력에 의하여 상기 제 1 전방부(120a)의 길이 방향을 따라 고르게 유동할 수 있게 된다.
도 7을 참조하여, 상기 열교환기(10)에서의 냉매 유동을 간단하게 설명한다.
상기 냉매 유입부(122)를 통하여 상기 제 1 헤더(120)의 제 1 전방부(120a)로 유입된 냉매는 상기 제 1 배관(120)의 내부로 유동한다. 그리고, 도 6에서 설명한 바와 같이, 다수의 유로(271,272,273)를 거친 냉매는 상기 제 1 튜브 연결부(121)를 통하여 상기 제 1 튜브(110a)로 유입된다.
상기 제 1 튜브(110a)를 통과한 냉매는 상기 제 2 튜브 연결부(131)를 통하여 상기 제 2 헤더(130)의 제 2 전방부(130a)로 유입되며, 상기 관통 홀(135)을 경유하여 상기 제 2 후방부(130b)로 유입된다. 그리고, 냉매는 상기 제 2 튜브(110b)를 통과한 후 상기 제 1 후방부(120b)로 유입되며, 상기 냉매 유출부(125)를 통하여 열교환기(10)에서 토출된다.
이와 같이, 냉매는 상기 제 1 헤더(120) 및 제 2 헤더(130)를 순환하면서, 2회 열교환을 수행하여 응축(열교환기가 응축기인 경우) 또는 증발(열교환기가 증발기인 경우)될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 2 실시예 및 제 3 실시예를 설명한다. 이들 실시예들은 제 1 실시예와 비교하여 일부 구성에 있어서만 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면부호를 원용한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 헤더 내부의 구성 및 냉매 유동을 보여주는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 헤더(120)의 제 1 전방부(120a)에는, 복수의 배관(310,315)이 제공된다.
상기 복수의 배관(310,315)에는, 제 1 연통홀(315)을 구비하는 제 1 배관(310) 및 상기 제 1 배관(310)의 외측을 둘러싸도록 배치되며 제 2 연통홀(355)을 구비하는 제 2 배관(350)이 포함된다. 상기 제 1 배관(310)과 제 2 배관(350)은 대략 동일한 중심을 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 제 1 배관(310) 및 제 2 배관(350)은 제 1 실시예의 제 1,2 배관(210,250)의 배치와 유사하다. 다만, 본 실시예는 상기 제 1 연통홀(315)과 제 2 연통홀(355)의 배치가, 제 1 실시예의 그것과 다른 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 연통홀(315) 및 제 2 연통홀(355)은 도 8을 기준으로 측방을 향하도록 배치된다.
상세히, 상기 제 1 배관(310) 또는 제 2 배관(350)의 중심으로부터 상기 제 1 연통홀(315)을 향하여 연장된 제 1 가상선과, 상기 제 1 배관(310) 또는 제 2 배관(350)의 중심으로부터 상기 플랫 튜브(110)를 향하여 연장된 제 3 가상선은 교차하도록 형성될 수 있다. 일례로, 상기 제 3 가상선과 제 4 가상선은 서로 수직하게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제 1 배관(310) 또는 제 2 배관(350)의 중심으로부터 상기 제 2 연통홀(355)을 향하여 연장된 제 2 가상선과, 상기 제 1 배관(310) 또는 제 2 배관(350)의 중심으로부터 상기 플랫 튜브(110)를 향하여 연장된 제 3 가상선은 교차하도록 형성될 수 있다. 일례로, 상기 제 3 가상선과 제 5 가상선은 서로 수직하게 형성될 수 있다.
이와 같은 구성에 의할 경우, 상기 제 1 배관(310)의 내부를 유동하는 냉매는 상기 제 1 연통홀(315)을 통하여 상기 플랫 튜브(110)의 측방으로 배출되고, 배출된 냉매는 양방향으로 분지되어 상기 플랫 튜브(110)의 반대편 측방으로 유동한다 (도 8 기준).
그리고, 상기 제 2 배관(350)의 내부를 유동하는 냉매는 합지되어 상기 제 2 연통홀(355)을 통하여 배출되고, 상기 제 1 전방부(120a)의 내부에서 상기 플랫 튜브(110)를 향하여 유동한다.
이 때, 냉매는 상기 제 2 연통홀(355)에서 양 방향으로 분지된 상기 플랫 튜브(110)를 향하게 된다. 다만, 분지되는 냉매 중 상기 제 2 연통홀(355)에서 상기 플랫 튜브(110)에 가까운 경로를 따라 분지되는 냉매의 양이 많을 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제 1 배관의 내부에 형성된 제 1 유로, 상기 제 2 배관의 내부에 형성된 제 2 유로 및 상기 제 1 전방부(120a)의 내부에 형성된 제 3 유로를 거치면서 유로가 다수 회 꺽일 수 있고 이에 따라 냉매의 유동경로가 길어지게 되는 효과를 얻을 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 헤더 내부의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제 1 배관(210)에 형성되는 제 1 연통홀(215)과, 제 2 배관(250)에 형성되는 제 2 연통홀(255)은 서로 다른 가상의 수직선을 지나도록 배치될 수 있다.
즉, 다수의 제 1 연통홀(215)이 상기 제 1 배관(210)의 단부로부터 이격된 거리는, 다수의 제 2 연통홀(255)이 상기 제 2 배관(250)의 단부로부터 이격된 거리와 서로 다르게 형성될 수 있다.
다시 말하면, 상기 제 1 헤더(120)가 연장되는 수평 방향을 기준으로, 상기 제 1 연통홀(215)과 제 2 연통홀(255)은 서로 교번하여 배치될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 냉매에는 상기 냉매 유입부(122)로부터 가로 방향으로 유동하려는 관성력과, 상기 플랫 튜브(110)를 향하여 세로 방향으로 유입하려는 유동력이 작용하게 된다.
따라서, 상기 다수의 제 1 연통홀(215)을 통하여 상기 제 1 배관(210)에서 배출된 냉매는 가로 방향으로 좀 더 유동한 상태에서, 상기 제 1 연통홀(215)과 인접한 제 2 연통홀(255)을 통하여 상기 제 2 배관(250)으로부터 용이하게 배출될 수 있다. 결국, 다수의 플랫 튜브(110)로의 냉매 분배가 효과적으로 이루어질 수 있게 된다.
10 : 열교환기 110 : 플랫 튜브
120 : 제 1 헤더 120a : 제 1 전방부
120b : 제 1 후방부 122 : 냉매 유입부
125 : 냉매 유출부 130 : 제 2 헤더
130a : 제 2 전방부 130b : 제 2 후방부
135 : 관통 홀 210 : 제 1 배관
215 : 제 1 연통홀 250 : 제 2 배관
255 : 제 2 연통홀 271 : 제 1 유로
272 : 제 2 유로 273 : 제 3 유로

Claims (15)

  1. 냉매가 유동하는 다수의 냉매 튜브;
    상기 다수의 냉매 튜브가 결합되는 튜브 연결부 및 냉매 유입부가 구비되는 헤더;
    상기 헤더의 내부에 제공되며, 냉매의 제 1 유동공간을 규정하는 제 1 배관;
    상기 제 1 배관의 외측을 둘러싸도록 배치되며, 냉매의 제 2 유동공간을 규정하는 제 2 배관; 및
    상기 제 1 배관 또는 제 2 배관에 형성되며, 냉매를 통과시키는 연통홀이 포함되는 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연통홀에는,
    상기 제 1 배관에 형성되며, 상기 제 1 유동공간의 냉매를 상기 제 2 유동공간으로 전달하는 제 1 연통홀이 포함되는 열교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연통홀에는,
    상기 제 2 배관에 형성되며, 상기 제 2 유동공간의 냉매를 상기 헤더의 내부 공간으로 전달하는 제 2 연통홀이 포함되는 열교환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 연통홀 및 제 2 연통홀은 상기 제 1 배관 또는 제 2 배관의 중심을 기준으로, 서로 반대 방향에 형성되는 열교환기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 배관 또는 제 2 배관의 중심으로부터 상기 제 1 연통홀을 향하여 연장되는 제 1 가상선은,
    상기 제 1 배관 또는 제 2 배관의 중심으로부터 상기 제 2 연통홀을 향하여 연장되는 제 2 가상선은 서로 반대방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 가상선은 상기 냉매 튜브에 가까워지는 방향으로 연장되며,
    상기 제 2 가상선은 상기 냉매 튜브로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 배관 또는 제 2 배관의 중심으로부터 상기 냉매 튜브를 향하여 연장되는 제 3 가상선은,
    상기 제 1 가상선 또는 제 2 가상선과 서로 교차하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤더는 수평 방향으로 연장되는 수평형 헤더이며,
    상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀은 동일한 가상의 수직선 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤더는 수평 방향으로 연장되는 수평형 헤더이며,
    상기 제 1 연통홀과 제 2 연통홀은 서로 다른 가상의 수직선 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤더의 내부에는,
    상기 냉매 유입부로부터 연장되어 상기 제 1 배관의 단부에 결합되는 배관 연결부가 제공되는 열교환기.
  11. 냉매가 유동하는 다수의 냉매 튜브;
    상기 다수의 냉매 튜브가 결합되며, 냉매의 유동공간을 규정하는 헤더;
    상기 헤더의 내부에 제공되어 냉매의 제 1 유로를 형성하며, 냉매가 통과하는 제 1 연통홀을 가지는 제 1 배관; 및
    상기 제 1 배관을 수용하도록 배치되어 냉매의 제 2 유로를 형성하며, 냉매가 통과하는 제 2 연통홀을 가지는 제 2 배관이 포함되며,
    상기 냉매 튜브를 기준으로, 상기 제 1 연통홀을 통하여 배출되는 냉매의 유동방향과, 상기 제 2 연통홀을 통하여 배출되는 냉매의 유동방향은 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 연통홀 및 제 2 연통홀은,
    상기 제 1 연통홀을 통하여 배출되는 냉매의 유동방향과,
    상기 제 2 연통홀을 통하여 배출되는 냉매의 유동방향이 서로 다른 방향으로 형성되도록,
    배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 연통홀을 통하여 배출되는 냉매의 유동방향은 상기 냉매 튜브와 가까워지는 방향이며,
    상기 제 2 연통홀을 통하여 배출되는 냉매의 유동방향은 상기 냉매 튜브와 멀어지는 방향인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 연통홀은,
    상기 제 1 연통홀을 통하여 배출되는 냉매는 분지되어 상기 제 2 유로를 유동하도록,
    배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 연통홀은,
    상기 제 2 연통홀을 통하여 배출되는 냉매는 분지되어 상기 헤더의 유동공간을 유동하도록,
    배치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
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