KR20150036570A - 평행류형 열교환기 및 그것을 탑재한 공기 조화기 - Google Patents

평행류형 열교환기 및 그것을 탑재한 공기 조화기 Download PDF

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Abstract

평행류형 열교환기(1)는, 2개의 수직 방향 헤더 파이프(2, 3)와, 헤더 파이프끼리를 연결하는 복수의 수평 방향 편평 튜브(4)를 구비한다. 복수개의 수평 방향 편평 튜브는 또한 그 중에서 복수개씩 그룹화되고, 각 그룹이 수직 헤더 파이프의 한쪽으로부터 다른 쪽으로 냉매를 흘리는 냉매 패스를 구성한다. 1턴의 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브의 개수는, 소정의 수학식에 의해 상한이 정해진다.

Description

평행류형 열교환기 및 그것을 탑재한 공기 조화기{PARALLEL-FLOW TYPE HEAT EXCHANGER AND AIR CONDITIONER EQUIPPED WITH SAME}
본 발명은 사이드 플로우 방식의 평행류형 열교환기 및 그것을 탑재한 공기 조화기에 관한 것이다.
복수의 헤더 파이프의 사이에 복수의 편평 튜브를 배치하여 편평 튜브 내부의 복수의 냉매 통로를 헤더 파이프의 내부에 연통시킴과 함께, 편평 튜브간에 코러게이트 핀 등의 핀을 배치한 평행류형 열교환기는, 카 에어컨이나 건물용 공기 조화기의 실외측 유닛 등에 널리 이용되고 있다.
평행류형 열교환기의 구조예를 도 1에 도시한다. 도 1에서는 지면 상측이 열교환기의 상측, 지면 하측이 열교환기의 하측으로 된다. 평행류형 열교환기(1)는 사이드 플로우 방식이며, 2개의 수직 방향 헤더 파이프(2, 3)와, 그 사이에 배치되는 복수개의 수평 방향 편평 튜브(4)를 구비한다. 헤더 파이프(2, 3)는 수평 방향으로 간격을 두고 평행하게 배치되고, 편평 튜브(4)는 수직 방향으로 소정 피치로 배치되어 있다. 실제로 기기에 탑재하는 단계에서는, 열교환기(1)는 설계의 요청에 따라서 다양한 각도로 설치되기 때문에, 본 명세서에 있어서의 「수직 방향」 「수평 방향」은 엄격하게 해석되어야 할 것은 아니다. 단순한 방향의 기준으로서 이해되어야 한다.
편평 튜브(4)는 금속을 압출 성형한 가늘고 긴 성형품이며, 도 2에 도시한 바와 같이, 내부에는 냉매를 유통시키는 냉매 통로(5)가 형성되어 있다. 편평 튜브(4)는 길이 방향인 압출 성형 방향을 수평으로 하는 형태로 배치되므로, 냉매 통로(5)의 냉매 유통 방향도 수평으로 된다. 냉매 통로(4)는 단면 형상 및 단면 면적이 동등한 것이 도 2의 좌우 방향으로 복수개 배열된다. 그 때문에 편평 튜브(4)의 수직 단면은 하모니카 형상을 나타내고 있다. 각 냉매 통로(5)는 헤더 파이프(2, 3)의 내부에 연통한다.
편평 튜브(4)의 편평면에는 핀(6)이 설치된다. 핀(6)으로서, 여기에서는 코러게이트 핀을 사용하고 있지만, 플레이트 핀이어도 상관없다. 상하로 배열되는 핀(6) 중, 최상단의 것과 최하단의 것의 외측에는 사이드 플레이트(7)가 배치된다.
헤더 파이프(2, 3), 편평 튜브(4), 핀(6) 및 사이드 플레이트(7)는 모두 알루미늄 등 열전도가 좋은 금속을 포함하고, 편평 튜브(4)는 헤더 파이프(2, 3)에 대하여, 핀(6)은 편평 튜브(4)에 대하여, 사이드 플레이트(7)는 핀(6)에 대하여, 각각 브레이징 또는 용착으로 고정된다.
헤더 파이프(2)의 내부는, 2매의 구획판 P1, P2에 의해 3개의 구획 S1, S2, S3으로 구획되어 있다. 구획판 P1, P2는 복수개의 편평 튜브(4)를 3개의 편평 튜브 그룹으로 구분한다. 구획 S1, S2, S3에는 각각 복수개씩의 편평 튜브(4)가 접속된다.
헤더 파이프(3)의 내부는, 1매의 구획판 P3에 의해 2개의 구획 S4, S5로 구획되어 있다. 구획판 P3은 복수개의 편평 튜브(4)를 2개의 편평 튜브 그룹으로 구분한다. 구획 S4, S5에는 각각 복수개씩의 편평 튜브(4)가 접속된다.
구획 S1에는 냉매 출입 파이프(8)가 접속된다. 구획 S3에는 냉매 출입 파이프(9)가 접속된다.
열교환기(1)의 기능은 다음과 같다. 열교환기(1)가 응축기로서 사용될 때, 냉매는 냉매 출입 파이프(8)를 통해서 구획 S1에 공급된다. 구획 S1에 들어간 냉매는 구획 S1과 구획 S4를 연결하는 복수개의 편평 튜브(4)를 통해서 구획 S4를 향한다. 이 복수개의 편평 튜브(4)를 포함하는 편평 튜브 그룹이 냉매 패스 A를 구성한다. 냉매 패스 A는 블록 화살표로 상징되어 있다. 그 이외의 냉매 패스도 블록 화살표로 상징시킨다.
구획 S4에 들어간 냉매는 거기에서 턴하여, 구획 S4와 구획 S2를 연결하는 복수개의 편평 튜브(4)를 통해서 구획 S2를 향한다. 이 복수개의 편평 튜브(4)를 포함하는 편평 튜브 그룹이 냉매 패스 B를 구성한다.
구획 S2에 들어간 냉매는 거기에서 턴하여, 구획 S2와 구획 S5를 연결하는 복수개의 편평 튜브(4)를 통해서 구획 S5를 향한다. 이 복수개의 편평 튜브(4)를 포함하는 편평 튜브 그룹이 냉매 패스 C를 구성한다.
구획 S5에 들어간 냉매는 거기에서 턴하여, 구획 S5와 구획 S3을 연결하는 복수개의 편평 튜브(4)를 통해서 구획 S3을 향한다. 이 복수개의 편평 튜브(4)를 포함하는 편평 튜브 그룹이 냉매 패스 D를 구성한다. 구획 S3에 들어간 냉매는 냉매 출입 파이프(9)로부터 유출된다.
본 명세서에서는, 냉매 출입 파이프(8 혹은 9)로부터 최초의 반환부까지 또는 반환부와 그 다음 반환부 사이의 구간을 「1턴」이라 칭한다. 냉매 패스 A, B, C, D는 모두 1턴의 냉매 패스가 된다.
열교환기(1)가 증발기로서 사용될 때는, 냉매는 냉매 출입 파이프(9)를 통해서 구획 S3에 공급된다. 그 이후의 냉매의 흐름은, 열교환기(1)가 응축기로서 사용될 때의 냉매 패스를 반대로 더듬어간다. 즉 냉매 패스 D→냉매 패스 C→냉매 패스 B→냉매 패스 A의 루트로 냉매는 구획 S1에 들어가, 냉매 출입 파이프(8)로부터 유출된다.
평행류형 열교환기에 있어서는, 성능을 높이기 위해서, 설계에 다양한 고안이 강구된다. 그 예를 특허문헌 1 내지 3에서 볼 수 있다.
특허문헌 1에 기재된 평행류형 열교환기에서는, 2개의 헤더 파이프를 연결하는 복수개의 편평 튜브의 내부에, 유체 직경이 0.015인치(약 0.38밀리미터) 내지 0.07인치(약 1.78밀리미터)의 범위의 냉매 통로가 복수개 평행하게 형성된다. 그 냉매 통로의 단면의 윤곽은, 회합하는 2 이상의 비교적 직선 형상의 부분과 그들을 회합하는 개소에 생기는 적어도 하나의 요입부를 갖게 되어 있다. 그리고 이 구성에 의해, 편평 튜브에 의해 막히는 공기측의 전방면 면적이 작아, 공기측 압력 강하를 증대시키지 않고, 공기측 열전달 표면을 증대 가능하게 하고 있다.
특허문헌 2에 기재된 평행류형 열교환기에서는, 편평 튜브 내의 냉매 통로의 높이를 0.35밀리미터 내지 0.8밀리미터로 설정하고 있다. 이에 의해, 통풍 저항에 의한 방열성 저하분과 관 압력 손실에 의한 방열 성능 저하분의 합을 작게 하여, 방열 성능을 높이게 되어 있다.
특허문헌 3에 기재된 평행류형 열교환기에서는, 냉매의 입구측의 헤더 파이프의 저항 파라미터 α에 대한 편평 튜브의 저항 파라미터 β의 비인 분류 파라미터 γ를 0.5 이상으로 하고 있다. 이에 의해, 헤더 파이프의 냉매 입구의 가장 압력이 높은 부분에 접속되어 있는 편평 튜브에 냉매가 집중적으로 흐르는 것을 저해하여, 각 편평 튜브에 가해지는 압력을 균일하게 하여 양호한 분류 상태를 얻어, 양호한 열교환 성능이 발휘되도록 하고 있다.
일본 특허 공개 평5-87752호 공보 일본 특허 공개 제2001-165532호 공보 일본 특허 공개 제2000-111274호 공보
평행류형 열교환기를 증발기로서 사용하는 경우에, 냉매 패스를 흐르는 냉매를 생각하였을 때, 어떤 편평 튜브에는 액체의 냉매가 많이 흐르고, 다른 편평 튜브에는 기체의 냉매가 많이 흐른다는, 「편류」의 상태가 발생하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명은, 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브의 개수에 관하여, 편류를 발생시키지 않는다는 관점에서 최적 설계를 실시한 사이드 플로우 방식의 평행류형 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 기체의 냉매의 비율이 많은 냉매 패스의 편평 튜브 개수를 최적화하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 평행류형 열교환기는, 2개의 수직 방향 헤더 파이프와, 상기 헤더 파이프끼리를 연결하는 복수개의 수평 방향 편평 튜브를 구비한다. 상기 복수개의 수평 방향 편평 튜브는 또한 그 중에서 복수개씩 그룹화되고, 각 그룹이 상기 2개의 수직 헤더 파이프의 한쪽으로부터 다른 쪽으로 냉매를 흘리는 1턴의 냉매 패스를 구성한다. 상기 1턴의 냉매 패스를 구성하는 상기 편평 튜브의 개수의 상한은, 이하의 수학식 A에 의해 얻어진 수치 ±2에 의해 정해진다.
당해 평행류형 열교환기를 공기 조화기의 실외기에 사용하는 경우는,
Figure pct00001
당해 평행류형 열교환기를 공기 조화기의 실내기에 사용하는 경우는,
Figure pct00002
단 n은 1턴의 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브의 개수, Q는 정격 능력이며 W를 단위로 하는 것이다. Q는 실외기의 경우에는 난방 정격 능력, 실내기의 경우에는 냉방 정격 능력을 사용한다.
상기 구성의 평행류형 열교환기가 공기 조화기의 실외기에 사용되는 경우, 상기 1턴의 냉매 패스를 구성하는 상기 편평 튜브의 개수의 하한은, 이하의 수학식 B에 의해 정해지는 것이 바람직하다.
Figure pct00003
단 α=0.0161, β=8.86, d는 수력 직경이며 m을 단위로 하는 것, A'는 하나의 편평 튜브의 냉매 통로의 단면적이며, ㎡를 단위로 하는 것이다.
상기 구성의 평행류형 열교환기가 공기 조화기의 실내기에 사용되는 경우, 상기 1턴의 냉매 패스를 구성하는 상기 편평 튜브의 개수의 하한은, 이하의 수학식 B에 의해 정해지는 것이 바람직하다.
Figure pct00004
단 α=0.0228, β=6.62, d는 수력 직경이며 m을 단위로 하는 것, A'는 하나의 편평 튜브의 냉매 통로의 단면적이며, ㎡를 단위로 하는 것이다.
또한, 상기 구성의 평행류형 열교환기를 실외기 또는 실내기에 탑재한 공기 조화기가 본 발명으로 된다.
본 발명에 의하면, 냉매의 순환량에 따라서, 편류를 발생시키지 않는 사이드 플로우 방식의 평행류형 열교환기를 얻을 수 있다.
도 1은 사이드 플로우 방식의 평행류형 열교환기의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도이다.
도 3은 편평 튜브의 시험품의 사양의 표이다.
도 4는 냉매 순환량과 편류를 발생시키지 않는 편평 튜브 개수의 관계를 나타내는 표이다.
도 5는 냉매 순환량과 편평 튜브 개수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 냉방 능력과 냉매 순환량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 난방 능력과 냉매 순환량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 공기 조화기 실외기에 관한 편평 튜브 개수 최적 범위의 그래프이다.
도 9는 공기 조화기 실내기에 관한 편평 튜브 개수 최적 범위의 그래프이다.
도 10은 냉매 순환량과 석션 압력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 냉매 순환량과 편평 튜브 개수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 실외기용 열교환기에 있어서의 편평 튜브의 개수와 난방 정격 능력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 실내기용 열교환기에 있어서의 편평 튜브의 개수와 냉방 정격 능력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명에 따른 평행류형 열교환기를 탑재한 공기 조화기의 개략 구성도로, 난방 운전 시의 상태를 나타내는 것이다.
도 15는 본 발명에 따른 평행류형 열교환기를 탑재한 공기 조화기의 개략 구성도로, 냉방 운전 시의 상태를 나타내는 것이다.
도 1에 기재된 사이드 플로우 방식의 평행류형 열교환기(1)이며, 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브(4)의 개수를 이하에 설명하는 방법에 의해 설정한 것이 본 발명에 따른 평행류형 열교환기인 것으로 한다. 단, 냉매 패스의 수는 4개로 한정되지 않는다. 그보다 많아도 되고, 그보다 적어도 된다.
먼저, 1턴의 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브(4)의 개수의 상한을 구한다. 상한값은 다음의 수학식 A로부터 구해진다.
당해 평행류형 열교환기를 공기 조화기의 실외기에 사용하는 경우는,
Figure pct00005
당해 평행류형 열교환기를 공기 조화기의 실내기에 사용하는 경우는,
Figure pct00006
단 n은 1턴의 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브의 개수, Q는 정격 능력이며 W를 단위로 하는 것이다.
수학식 A는 시험으로부터 도출되었다. 도 3의 표에는 시험에서 검토한 편평 튜브의 사양이 나타나 있다. 시험품 a는 폭 16.2㎜, 두께 1.9㎜, 냉매 통로 단면적 13㎟이다. 시험품 b는 폭 13.9㎜, 두께 1.9㎜, 냉매 통로 단면적 11㎟이다. 시험품 c는 폭 16.2㎜, 두께 1.6㎜, 냉매 통로 단면적 11㎟이다. 시험품 d는 폭 19.2㎜, 두께 1.9㎜, 냉매 통로 단면적 14㎟이다.
시험은 다음과 같이 하여 행해졌다. 다양한 개수의 편평 튜브에 냉매를 순환시켜, 편류가 발생하였는지 여부를 서모그래피로 육안에 의해 확인한다. 도 3에 도시한 4종류의 시험품을 사용하고, 각 시험품당 순환량을 변화시켜 냉매를 순환시켰다. 그 냉매 순환량에 있어서, 편류가 보이지 않은(이 상태를 본 명세서에서는 「무편류」라 칭하는 경우가 있음) 편평 튜브의 최대 개수를 정리한 것이 도 4의 표이다.
도 4의 표에 있어서, 시험 1에서는 시험품 a를 사용하였다. 냉매 순환량이 27.3㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 8이었다. 냉매 순환량이 42.5㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 9이었다. 냉매 순환량이 64.3㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 10이었다. 냉매 순환량이 63.2㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 10이었다.
시험 2에서는 시험품 b를 사용하였다. 냉매 순환량이 20.9㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 9이었다. 냉매 순환량이 22.1㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 8이었다.
시험 3에서는 시험품 c를 사용하였다. 냉매 순환량이 59.2㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 10이었다. 냉매 순환량이 48.8㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 9이었다. 냉매 순환량이 26.4㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 8이었다.
시험 4에서는 시험품 b를 사용하였다. 냉매 순환량이 54.8㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 8이었다. 냉매 순환량이 89.2㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 8이었다.
시험 5에서는 시험품 d를 사용하였다. 냉매 순환량이 26.6㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 6이었다. 냉매 순환량이 44.3㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 9이었다. 냉매 순환량이 67.3㎏/h일 때의 무편류 최대 개수는 9이었다.
도 4의 시험 결과를 플롯하니 도 5의 그래프로 되었다. 근사 직선을 긋고, 직선 근사의 근사식으로부터,
Figure pct00007
±2개로 된다.
냉매 순환량 m(㎏/h)은, 일반적으로 제품의 정격 능력에 비례하는 값으로서 설정된다. 냉매 순환량과 능력의 관계를 도 6 및 도 7에 도시한다.
난방 정격 능력 Q(단위는 W)를 사용하여 수학식으로 나타내면,
Figure pct00008
로 나타낼 수 있다.
냉방 정격 능력 Q(단위는 W)를 사용하여 수학식으로 나타내면,
Figure pct00009
로 나타낼 수 있다.
정격 능력과 냉매 순환량의 관계는 제품에 따라 다소 변동된다. 또한, 냉매 순환량은 하기의 계산식으로부터 간이적으로 산출한 것이다.
냉매 순환량 m=압축기 회전수×석션 압력 밀도×압축기 용적
평행류형 열교환기는, 공기 조화기의 실외기용 열교환기로서 사용되는 경우에는 난방 운전 시에 증발기로 되고, 공기 조화기의 실내기용 열교환기로서 사용되는 경우에는 냉방 운전 시에 증발기로 된다.
그 때문에, 도 8에 도시한 바와 같이, 평행류형 열교환기를 실외기용 열교환기로서 사용하는 경우에는, 상기 수학식 (a)와 (b)로부터, 1턴의 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브의 개수의 상한은,
Figure pct00010
으로 된다.
도 9에 도시한 바와 같이, 평행류형 열교환기를 실내기용 열교환기로서 사용하는 경우에는, 상기 수학식 (a)와 (c)로부터, 1턴의 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브의 개수의 상한은,
Figure pct00011
±2개로 함으로써, 편류를 억제하는 것이 가능해진다.
계속해서, 각 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브(4)의 개수의 하한을 구한다. 열교환기의 출구 온도가,
Figure pct00012
로 되면, 도 10에 도시한 바와 같이 크게 석션 압력이 저하된다. 즉, 냉매 순환량에 대하여 석션 압력이 급격하게 감소된다. 이것은 출구 온도가 0℃를 하회한 것에 의한 결상에 기인한다.
압력 손실 ΔP에 의한 온도 저하를 TDp라 하면,
Figure pct00013
로 된다. TRin은 냉매의 입구 증발 온도이다. 압력 손실 ΔP의 단위는 Pa이다.
즉,
Figure pct00014
으로 된다. PRin은 입구 증발 압력, Plim은 0℃일 때의 냉매의 포화 압력이다.
여기서,
Figure pct00015
로 된다. λ는 편평 튜브(4)의 내벽과 냉매 사이의 마찰 계수이다. L은 관로 길이이며 m를 단위로 하는 것이다. d는 수력 직경이며 m를 단위로 하는 것이다. ρ는 냉매 밀도이며 ㎏/㎥를 단위로 하는 것이다. u는 냉매의 유속이며 m/s를 단위로 하는 것이다.
유속 u는 다음 식으로부터 구해진다.
Figure pct00016
M은 냉매 순환량이며 ㎏/s를 단위로 하는 것이다. A는 1턴의 냉매 패스를 구성하는 복수개의 편평 튜브(4)의 냉매 통로 단면적의 합계이며 ㎡를 단위로 하는 것이다.
따라서,
Figure pct00017
으로 된다.
여기서, 하나의 편평 튜브(4)의 냉매 통로 단면적을 A'라 하면,
Figure pct00018
로 된다. n은 1턴의 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브(4)의 개수이다.
여기서,
Figure pct00019
으로부터
Figure pct00020
으로 된다.
여기서,
Figure pct00021
으로 된다.
상기 식으로부터
Figure pct00022
로 된다.
M의 단위 차이인 냉매 순환량 m(㎏/h)은, 일반적으로 제품의 정격 능력에 비례하는 값으로서 설정된다. 따라서,
Figure pct00023
로 나타낼 수 있다.
냉매 순환량과 능력의 관계를 도 6 및 도 7에 도시한다. 난방 정격 능력 Q(단위는 W)를 사용하여 수학식으로 나타내면
Figure pct00024
으로 나타낼 수 있다. 즉, α=0.0161, β=8.86이다.
또한, 냉방 정격 능력 Q(단위는 W)를 사용하여 수학식으로 나타내면
Figure pct00025
로 나타낼 수 있다. 즉, α=0.0228, β=6.62이다.
실외기용 열교환기의 경우에는 난방 정격 능력을 사용하고, 실내기용 열교환기의 경우에는 냉방 정격 능력을 사용하면 된다.
정격 능력과 냉매 순환량의 관계는 제품에 따라 다소 변동된다. 또한, 냉매 순환량은 하기의 계산식으로부터 간이적으로 산출한 것이다.
냉매 순환량 m= 압축기 회전수×석션 압력 밀도×압축기 용적
또한, 압력 손실은 200㎪ 이하로 억제하는 것이 통상이다. 따라서,
Figure pct00026
마찰 계수 λ는, 냉매 순환량, 냉매 압력, 편평 튜브의 형상 등에 의해 변화된다. 일반적으로 가정용 공기 조화기에서는 0.5 내지 0.05 정도이다. 또한, 밀도 ρ는 냉매의 압력이나 건조도에 따라 변화하지만, 기체의 냉매의 경우, 일반적으로 20 내지 70㎏/㎥이다.
상기로부터 M을 m로 단위 변환을 행하면
Figure pct00027
Figure pct00028
은,
Figure pct00029
수학식 A에 의한 상한 개수의 계산 결과를 하한 개수가 상회하는 경우에는, 입구 또는 열교환기의 도중에서 분기시키는 것이 바람직하다.
여기서, 압력 손실은 낮은 쪽이 바람직하기 때문에,
Figure pct00030
은 최저값, 즉 1.4×10-16을 사용하는 것이 바람직하다.
따라서,
Figure pct00031
이상으로부터, 수학식 B에 의해, 1턴의 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브(4)의 개수의 하한을 구할 수 있다.
도 12, 도 13에는 수학식 B에 의한 계산 결과의 일례를 그래프화한 것이 도시되어 있다.
도 12는 실외기용 열교환기에 있어서의 편평 튜브의 개수와 난방 정격 능력의 관계를 도시한다. 도 13은 실내기용 열교환기에 있어서의 편평 튜브의 개수와 냉방 정격 능력의 관계를 도시한다. 이들 그래프는, 1턴의 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브(4)의 개수를 정격 능력에 따라서 최적화하고, 그 중에서 하한으로 되는 값을 나타내는 것이다.
평행류형 열교환기(1)는 세퍼레이트형 공기 조화기에 탑재할 수 있다. 세퍼레이트형 공기 조화기는 실외기와 실내기에 의해 구성된다. 실외기는 압축기, 사방 밸브, 팽창 밸브, 실외측 열교환기, 실외측 송풍기 등을 포함한다. 실내기는 실내측 열교환기, 실내측 송풍기 등을 포함한다. 실외측 열교환기는, 난방 운전 시에는 증발기로서 기능하고, 냉방 운전 시에는 응축기로서 기능한다. 실내측 열교환기는, 난방 운전 시에는 응축기로서 기능하고, 냉방 운전 시에는 증발기로서 기능한다.
냉동 사이클로서 히트 펌프 사이클을 사용하는 세퍼레이트형 공기 조화기의 기본적 구성을 도 14에 도시한다. 히트 펌프 사이클(101)은, 압축기(102), 사방 밸브(103), 실외측의 열교환기(104), 감압 팽창 장치(105) 및 실내측의 열교환기(106)를 루프 형상으로 접속한 것이다. 압축기(102), 사방 밸브(103), 열교환기(104) 및 감압 팽창 장치(105)는 실외기의 하우징에 수용된다. 열교환기(106)는 실내기의 하우징에 수용된다. 열교환기(104)에는 실외측의 송풍기(107)가 조합된다. 열교환기(106)에는 실내측의 송풍기(108)가 조합된다. 송풍기(107)는 프로펠러 팬을 포함한다. 송풍기(108)는 크로스 플로우 팬을 포함한다.
본 발명에 따른 평행류형 열교환기(1)는, 실내기의 열교환기(106)의 구성 요소로서 사용할 수 있다. 열교환기(106)는, 3개의 열교환기(106A, 106B, 106C)를 송풍기(108)를 덮는 지붕처럼 조합한 것이다. 열교환기(106A, 106B, 106C) 중 어느 하나를 평행류형 열교환기(1)로 할 수 있다.
본 발명에 따른 평행류형 열교환기(1)는, 실외기의 열교환기(104)로서 사용할 수도 있다.
도 14는 난방 운전 시의 상태를 도시한다. 이때는, 압축기(102)로부터 토출된 고온 고압의 냉매는 실내측의 열교환기(106)에 들어가 거기에서 방열하고, 응축한다. 열교환기(106)를 나온 냉매는 감압 팽창 장치(105)로부터 실외측의 열교환기(104)에 들어가 거기에서 팽창하고, 실외 공기로부터 열을 도입한 후, 압축기(102)로 되돌아간다. 실내측의 송풍기(108)에 의해 생성된 기류가 열교환기(106)로부터의 방열을 촉진하고, 실외측의 송풍기(107)에 의해 생성된 기류가 열교환기(104)의 흡열을 촉진한다.
도 15는 냉방 운전 시 혹은 제상 운전 시의 상태를 도시한다. 이때는 사방 밸브(103)가 전환되어 난방 운전 시와 냉매의 흐름이 반대로 된다. 즉, 압축기(102)로부터 토출된 고온 고압의 냉매는 실외측의 열교환기(104)에 들어가 거기에서 방열하고, 응축한다. 열교환기(104)를 나온 냉매는 감압 팽창 장치(105)로부터 실내측의 열교환기(106)에 들어가 거기에서 팽창하고, 실내 공기로부터 열을 도입한 후, 압축기(102)로 되돌아간다. 실외측의 송풍기(107)에 의해 생성된 기류가 열교환기(104)로부터의 방열을 촉진하고, 실내측의 송풍기(108)에 의해 생성된 기류가 열교환기(106)의 흡열을 촉진한다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이것에 한정되는 것은 아니고, 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 가하여 실시할 수 있다.
본 발명은 사이드 플로우 방식의 평행류형 열교환기에 널리 이용 가능하다.
1 : 열교환기
2, 3 : 헤더 파이프
4 : 편평 튜브
5 : 냉매 통로
6 : 핀
7 : 사이드 플레이트
A, B, C, D : 냉매 패스

Claims (5)

  1. 사이드 플로우 방식의 평행류형 열교환기이며,
    2개의 수직 방향 헤더 파이프와,
    상기 헤더 파이프끼리를 연결하는 복수개의 수평 방향 편평 튜브를 구비하고,
    상기 복수개의 수평 방향 편평 튜브는 또한 그 중에서 복수개씩 그룹화되고, 각 그룹이 상기 2개의 수직 헤더 파이프의 한쪽으로부터 다른 쪽으로 냉매를 흘리는 1턴의 냉매 패스를 구성하는 것이며,
    상기 1턴의 냉매 패스를 구성하는 상기 편평 튜브의 개수의 상한은, 이하의 수학식 A에 의해 얻어진 수치 ±2에 의해 정해지는 평행류형 열교환기.
    당해 평행류형 열교환기를 공기 조화기의 실외기에 사용하는 경우는,
    Figure pct00032

    당해 평행류형 열교환기를 공기 조화기의 실내기에 사용하는 경우는,
    Figure pct00033

    (단 n은 1턴의 냉매 패스를 구성하는 편평 튜브의 개수, Q는 정격 능력이며 W를 단위로 하는 것임)
  2. 제1항에 있어서,
    당해 열교환기는 공기 조화기의 실외기에 사용되는 것이고,
    상기 1턴의 냉매 패스를 구성하는 상기 편평 튜브의 개수의 하한은, 이하의 수학식 B에 의해 정해지는 평행류형 열교환기.
    Figure pct00034

    (단 α=0.0161, β=8.86, d는 수력 직경이며 m를 단위로 하는 것, A'는 하나의 편평 튜브의 냉매 통로의 단면적이며, ㎡를 단위로 하는 것임)
  3. 제1항에 있어서,
    당해 열교환기는 공기 조화기의 실내기에 사용되는 것이며,
    상기 1턴의 냉매 패스를 구성하는 상기 편평 튜브의 개수의 하한은, 이하의 수학식 B에 의해 정해지는 평행류형 열교환기.
    Figure pct00035

    (단 α=0.0228, β=6.62, d는 수력 직경이며 m를 단위로 하는 것, A'는 하나의 편평 튜브의 냉매 통로의 단면적이며, ㎡를 단위로 하는 것임)
  4. 공기 조화기이며,
    당해 공기 조화기의 실외기에, 제2항에 기재된 평행류형 열교환기를 탑재한 공기 조화기.
  5. 공기 조화기이며,
    당해 공기 조화기의 실내기에, 제3항에 기재된 평행류형 열교환기를 탑재한 공기 조화기.
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