KR20150045752A - 열교환기 및 이를 갖는 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 사상에 따른 열교환기는 서로 이격 배치되는 복수의 냉매튜브, 상기 복수의 냉매튜브의 양단에 결합되는 헤더, 상기 복수의 냉매튜브를 상호인접하고 동일한 방향으로 냉매를 유동시키는 복수의 그룹으로 구분시키도록, 상기 헤더에 길이방향에 따른 냉매의 유동을 차단하도록 설치되는 적어도 하나의 배플, 냉매액을 저장하고 냉매를 냉매액과 냉매가스로 분리시키기 위해, 케이싱과, 상기 헤더를 흐르는 냉매가 들어오는 유입관과, 상기 헤더로 분리된 냉매를 내보내는 유출관을 포함하는 기액분리유닛, 상기 헤더에 흐르는 냉매가 상기 유입관으로 유입되도록 상기 유입관과 상기 유출관의 사이에 위치하고, 상기 헤더에 길이방향에 따른 냉매의 유동을 차단하도록 설치되는 분리판을 포함한다. 냉매액과 냉매가스를 분리하여 냉매튜브로 제공하는 기액분리유닛으로 인해, 복수의 냉매튜브를 흐르는 냉매가 효과적으로 열교환할 수 있다.

Description

열교환기 및 이를 갖는 공기조화기{HEAT EXCHANGER AND AIR CONDITIONAL HAVING THE SAME}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉매의 보관 및 냉매를 분리하는 기액분리유닛을 구비한 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 냉동 사이클을 이용하여 인간이 활동하기 알맞은 온도, 습도, 기류, 분포 등을 조절함과 동시에 공기 속에 있는 먼지 등을 제거하는 장치이다. 냉동사이클을 이루는 주요 구성요소로써 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브, 송풍팬 등이 구비된다.

공기조화기는 실내기와 실외기가 분리되어 설치되는 분리형 공기조화기와,, 실내기와 실외기가 하나의 캐비닛에 함께 설치되는 일체형 공기조화기로 구분될 수 있다. 이 중 분리형 공기조화기의 실내기는 패널 내부로 흡입된 공기를 열교환시키는 열교환기와, 실내의 공기를 패널 내부로 흡입하고 흡입된 공기를 다시 실내로 송풍시키는 송풍팬을 구비한다.

열교환기는 공기조화기를 구성하는 장치로써 응축기나 증발기의 역할을 할 수 있다. 열교환기는 냉매를 안내하는 냉매관으로 마련되고, 냉매관은 다수의 열교환 핀과 결합하여 열교환 효율을 높일 수 있다.

마이크로채널 냉매튜브를 가지는 열교환기는 다른 형태의 열교환기에 비해 열전달 특성이 우수한 것으로 알려져, 공기조화기의 열교환기로 사용하였다. 그러나 마이크로채널 냉매튜브를 흘러가며 상변화를 하는 냉매로 인해 냉매튜브에 고르게 냉매가 분배되지 않는 문제점이 있다. 특히, 냉매의 건도가 상승할수록 헤더에서 마이크로채널 튜브로의 냉매분배는 불리해진다.

또한, 냉난방용 공기조화기에서 실외열교환기에만 마이크로채널 튜브를 사용하는 경우 냉방운전과 난방운전시 적정냉매량의 편차가 커진다. 이런 경우 냉매량이 과다한 냉매사이클로 운전될 수 있고, 이는 고압을 상승시키고 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명의 일 측면은 복수의 냉매튜브가 효과적으로 열교환할 수 있도록 냉매를 제공하는 열교환기 및 이를 갖는 공기조화기를 제공한다.

또한 냉매를 냉매액과 냉매가스로 분리하고, 냉매액을 보관할 수 있도록 마련된 기액분리유닛을 포함하는 열교환기 및 이를 갖는 공기조화기를 제공한다.

본 발명의 사상에 따른 열교환기는 서로 이격 배치되는 복수의 냉매튜브, 상기 복수의 냉매튜브의 양단에 결합되는 헤더, 상기 복수의 냉매튜브를 상호인접하고 동일한 방향으로 냉매를 유동시키는 복수의 그룹으로 구분시키도록, 상기 헤더에 길이방향에 따른 냉매의 유동을 차단하도록 설치되는 적어도 하나의 배플, 냉매액을 저장하고 냉매를 냉매액과 냉매가스로 분리시키기 위해, 케이싱과, 상기 헤더를 흐르는 냉매가 들어오는 유입관과, 상기 헤더로 분리된 냉매를 내보내는 유출관을 포함하는 기액분리유닛, 상기 헤더에 흐르는 냉매가 상기 유입관으로 유입되도록 상기 유입관과 상기 유출관의 사이에 위치하고, 상기 헤더에 길이방향에 따른 냉매의 유동을 차단하도록 설치되는 분리판을 포함한다.

상기 기액분리유닛은 일 측에 냉매액이 저장될 수 있도록, 내부공간을 나누는 격벽을 포함할 수 있다.

상기 기액분리유닛의 내부공간은 상기 격벽으로 인해 제 1저장실과 제 2저장실로 나누어지고, 상기 제 1저장실과 상기 제 2저장실은 각각 상기 유입관과 상기 유출관과 연결될 수 있다.

상기 헤더의 일 측에는 냉매가 들어오고 나가는 냉매관이 연결되고, 상기 냉매관과 상기 기액분리유닛은 냉매가 흐를 수 있도록 설치되는 연결관으로 연결될 수 있다.

상기 연결관은 냉매의 흐름을 차단할 수 있도록 설치되는 밸브를 포함할 수 있다.

상기 연결관은 상기 케이싱의 상부와 결합하고, 상기 유입관과 상기 유출관은 상기 케이싱의 하부에 결합될 수 있다.

상기 분리판은 상기 복수의 냉매튜브가 각기 다른 그룹으로 구분되는 곳에 위치할 수 있다.

본 발명의 사상에 따른 공기조화기는 냉매가스를 압축하여 토출하는 압축기, 응축된 냉매액을 팽창시키는 팽창밸브, 서로 이격 배치되는 복수의 냉매튜브와 상기 복수의 냉매튜브의 양단에 결합되는 헤더로 마련된　열교환기를 포함하고,　상기 헤더는 상기 헤더를 흐르는 냉매의 길이방향유동을 차단하는 적어도 하나의 배플과, 상기 헤더를 흐르는 냉매를 냉매액과 냉매가스로 분리하여 냉매액을 저장하는 기액분리유닛을 포함한다.

상기 기액분리유닛은 일 측에 냉매액이 저장될 수 있도록, 내부공간을 나누는 격벽을 포함할 수 있다.

상기 기액분리유닛은 상기 헤더와 연통하여 냉매가 흐를 수 있도록 유출관과 유입관을 포함할 수 있다.

상기 유입관이 결합한 상기 헤더의 일 측과 상기 유출관이 결합한 상기 헤더의 일 측 사이에 위치하고,　상기 헤더에 길이방향에 따른 냉매의 유동을 차단하도록 설치되는 분리판을 포함할 수 있다.

냉매액과 냉매가스를 분리하여 냉매튜브로 제공하는 기액분리유닛으로 인해, 복수의 냉매튜브를 흐르는 냉매가 효과적으로 열교환할 수 있다.

또한, 기액분리유닛의 내부공간에 냉매액을 저장할 수 있어, 난방운전과 냉방운전시 나타나는 냉매량의 편차를 조절할 수 있다.

도 1은　본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기의 냉매사이클을 도시한 도면이다.
도 2, 도 3은　본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기를 도시한 도면이다.
도 4는　본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기의 냉매튜브를 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은　본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기(1)의 냉매사이클을 도시한 도면이다.

공기조화기(1)를 이루는 냉매사이클은 압축기(7), 응축기, 팽창밸브(3), 증발기로 이루어져 있다. 냉매사이클은 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 일련의 과정을 순환하는 냉매와 공기를 열교환시켜, 조화된 공기를 실내공간으로 공급할 수 있다.

압축기(7)는 냉매가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하며, 배출된 냉매가스는 응축기로 유입된다. 응축기는 압축된 냉매를 액상으로 응축하고, 응축과정을 통해 주위로 열을 방출하고, 난방효과를 달성할 수 있다.

팽창밸브(3)는 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 저압상태의 액상냉매로 팽창시킨다. 증발기는 팽창밸브(3)에서 팽창된 냉매를 증발시키고, 저온저압상의 냉매가스를 압축기(7)로 복귀시킨다. 증발기는 냉매의 증발 잠열을 이용하여 피 냉각 물체와 열교환에 의하여 냉동효과를 달성할 수 있다. 이러한 냉매사이클을 통해 공기조화기(1)는 실내공간의 공기 온도를 조절 할 수 있다.

공기조화기(1)의 실외기(200a)는 냉동사이클 중 압축기(7), 실외 열교환기(5a)로 이루어진 부분을 말한다. 팽창밸브(3)는 실내기(200b)나 실외기(100a) 중 어느 한 곳에 있을 수 있고, 실내 열교환기(5b)는 공기조화기(1)의 실내기(200b)에 마련될 수 있다.

실내 열교환기(5b)와 실외열교환기(5a)는 동일한 형태의 열교환기(5)로 마련될 수 있다. 냉매가 기체 상태에서 액체 상태로 상 변화될 때 열교환기(5)는 응축기로 사용되고, 냉매가 액체 상태에서 기체 상태로 상 변화될 때 열교환기(5)는 증발기로 사용될 수 있다. 실외 열교환기(5a)와 실내 열교환기(5b)는 응축기, 증발기 중 어느 하나로 사용될 수 있다. 실외 열교환기(5a)가 응축기의 역할을 하는 경우 실내 열교환기(5b)는 증발기로 되고, 실외 열교환기(5a)가 증발기의 역할을 하는 경우 실내 열교환기(5b)는 응축기로 사용된다.

도 1에 도시된 실선으로 형성된 냉매사이클은 실내공간을 냉방하는 냉방사이클을 표현한 것으로, 실외 열교환기(5a)가 응축기가 되고, 실내 열교환기(5b)가 증발기가 된다. 압축기(7)에서 압축된 고온고압의 냉매가스가 실외 열교환기(5a)로 유입된다. 실외 열교환기(5a)는 냉매가스를 냉매액으로 응축하여 실외공기에 열을 배출하는 응축기의 역할을 한다. 실외 열교환기(5a)를 빠져나온 냉매액은 팽장밸브(3)에서 팽창되어 실내 열교환기(5b)로 유입된다. 실내 열교환기(5b)는 냉매액을 냉매가스로 증발시키며 실내공기의 열을 빼앗아 실내를 냉방할 수 있다.

도 1에서 도시된 점선으로 형성된 냉매사이클은 실내공간을 난방하는 난방사이클을 표현한 것으로, 실외 열교환기(5a)가 증발기가 되고, 실내 열교환기(5b)가 응축기가 된다. 앞서 설명한 실선으로 표시된 냉동사이클과는 반대방향으로 냉매가 이동한다. 압축기(7)에서 나온 냉매가스가 실내 열교환기(5b)로 유입되고, 실내 열교환기(5b)는 실내공기에 열을 방출하여 실내를 난방할 수 있다. 실내 열교환기(5b)는 냉매가스를 냉매액으로 응축시켜 팽창밸브(3)로 보내고, 팽창밸브(3)를 통과한 냉매는 실외 열교환기(5b)에서 냉매가스로 상변화한다.

냉매변환장치(60)는 냉매사이클이 난방사이클 및 냉방사이클로 사용될 수 있도록, 냉매의 방향을 전환시켜줄 수 있다. 냉매변환장치(60)로 인해 냉매는 시계방향이나 반시계방향으로 흐를 수 있고, 공기조화기(1)는 실내공기를 냉방 또는 난방할 수 있는 냉난방 겸용 공기조화기(1)로 사용될 수 있다. 냉매변환장치(60)는 압축기(7)와 실외 열교환기(5a) 사이에 위치할 수 있다. 냉매변환장치(60)는 공기조화기(1)를 이루는 냉매사이클 중 가장 큰 영향력을 가진 압축기(7)와 인접하게 설치되어 냉매의 방향을 보다 쉽게 변경할 수 있다.

도 2, 도 3은　본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기(5)를 도시한 도면이다.

열교환기(5)는 서로 이격 배치되는 복수의 냉매튜브(20), 복수의 냉매튜브(20)의 양단에 결합되는 헤더(41, 42)를 포함한다. 헤더(41, 42)의 일 측에는 다른냉매사이틀의 장치와 연결되어 냉매가 들어오고 나가는 냉매관(43, 44)이 결합될 수 있다.

헤더(41, 42)는 복수의 냉매튜브(20)의 양단에 각각 결합되는 제1헤더(41) 및 제2헤더(42)를 포함할 수 있다. 냉매관(43, 44)은 제 2헤더(42)의 상부 일 측에 설치되는 제 1냉매관(43)과, 제 2헤더(42)의 하부 일 측에 설치되는 제 2냉매관(44)을 포함할 수 있다. 제 1냉매관(43) 다른 일측은 압축기(7)와 연결될 수 있고, 제 2냉매관(44)의 다른 일측은 팽창밸브(3)와 연결될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 제 1냉매관(43)을 통해 냉매가 들어오고 제 2냉매관(44)을 통해 냉매가 나가는 경우, 열교환기(5)는 응축기로 기능할 수 있다. 반대로 제 2냉매관(44)을 통해 냉매가 들어오고 제 1냉매관(43)을 통해 냉매가 나가는 경우, 열교환기(5)는 증발기로 기능할 수 있다. 도 3은 냉매가 제 2냉매관(44)으로 들어와 열교환하며 제 1냉매관(43)으로 빠져나가는 증발기로 사용되는 열교환기(5)를 도시한 것이다.

제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)는 각각 복수의 냉매튜브(20)의 양단에 결합되고, 제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)를 통해 복수의 냉매튜브(20)간에 냉매가 연통되어 흐를 수 있다. 냉매튜브(20)는 냉매와 외부공기와의 열교환 면적을 넓히기 위해 가능한 한 길게 형성되는 것이 바람직하나, 길이방향으로 길게 형성되는 것은 공간적인 제약이 따른다. 따라서 제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)는 냉매튜브(20)의 양단에 결합되어 냉매가 흐르는 방향을 변경할 수 있도록 배플(50)을 구비할 수 있다.

배플(50)은 헤더(41, 42)의 내부를 흐르는 냉매의 길이방향유동을 차단하도록 적어도 하나가 설치될 수 있다. 배플(50)은 제 1헤더(41)와 제 2헤더(42) 내부에 임의의 간격을 두고 설치될 수 있다. 냉매가 흐르는 방향을 바꾸어가며 냉매튜브(20)를 따라 열교환기(5)를 통과할 수 있도록, 배플(50)은 제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)에 번갈아 가며 마련될 수 있다. 냉매의 방향을 변경시키는 배플(50)로 인해 복수의 냉매튜브(20)는 동일한 방향으로 냉매를 유동시키는 상호인접한 복수의 그룹으로 구분될 수 있다.

제 1방향(A)은 냉매가 제 2헤더(42)에서 제 1헤더(41)를 향하는 방향이고, 제 2방향(B)은 냉매가 제 1헤더(41)에서 제 2헤더(42)를 향하는 방향이라 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제 2냉매관(44)에서 들어온 냉매는 냉매튜브(20)를 통과하며 제 1방향(A)으로 흐른다. 제 2헤더(42)에 위치한 제 1배플(50a)로 인해 냉매는 제 2헤더(42)의 상부로 흐르지 않고, 냉매튜브(20)를 따라 제 1방향(A)으로 이동할 수 있다. 제 1방향(A) 끝에 위치한 제 1헤더(41)로 이동한 냉매는 압력에 의해 제 1헤더(41)의 내부로 들어가게 되고, 제 1헤더(41) 내부에 위치한 제 2배플(50b)로 인해 제 2방향(B)으로 흐르게 된다.

제 2방향(B)으로 이동한 냉매는 다시 제 2헤더(42)로 이동하게 되고, 제 1배플(50a)에 의해 제 2헤더(42)의 하부로 이동할 수 없다. 제 2헤더(42)의 내부에서 제 1배플(50a)의 상부에 위치한 제 3배플(50c)은 냉매의 방향을 다시 제 1방향(a)으로 변경할 수 있다. 즉, 하부는 제 1배플(50a)에 의해 폐쇄되고 상부는 제 3배플(50c)에 의해 패쇄된 제 2헤더(42) 내부공간에서, 냉매는 제 2방향(B)으로 들어와 제 1방향(A)으로 다시 나가게 된다. 제 1방향(A)으로 흘러간 냉매는 다시 제 1헤더(41)로 들어가고 제 2배플(50b)에 의해 아래로 흐르지 못한다. 제 1헤더(41)의 패쇄된 끝부분(41a)에 의해 방향이 변경된 냉매는 제 2방향(B)으로 흘러가 제 1냉매관(43)을 통해 나가게 된다.

제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)에 위치한 배플(50)의 수는 복수의 임의의 개수 와 임의의 위치에 마련될 수 있다. 다만, 냉매가 제 1방향(A)과 제 2방향(B)을 번갈아가며 이동할 수 있도록 제 1헤더(41)와 제 2헤더(42)에 번갈아가며 배플(50)이 위치할 수 있다.

열교환기(5)의 냉매튜브(20)는 배플(50)로 인해 제 1방향(A)과 제 2방향(B)으로 흐르는 4개의 그룹으로 나누어 질 수 있다. 열교환기(5)의 가장 하부에 위치하여 제 2냉매관(44)을 통해 열교환기(5)로 들어오거나 나가는 냉매가 흐르는 복수의 냉매튜브를 제 1그룹(a)이라 한다. 열교환기의 상부방향으로 제 2그룹(b), 제 3그룹(c), 제 4그룹(d)이 차례로 나누어 질 수 있다.

도 3과 같이 제 2냉매관(44)을 통해 냉매액의 상태로 들어온 냉매는 공기와 열교환을 통해 냉매가스의 상태로 제1냉매관(43)으로 나가게 된다. 반대로 도 2와 같이 냉매가 제 1냉매관(43)으로 들어와 제 2냉매관(44)으로 나가는 경우, 냉매가스에서 냉매액로 상변화한다.

냉매액은 같은 질량의 냉매가스에 비하여 작은 부피를 갖기 때문에 냉매액이 많이 포함되어 흐르는 냉매튜브(20)의 수는 작게 마련될 수 있다. 즉, 같은 양의 냉매가 각 그룹의 냉매튜브(20)를 흘러가며 열교환되지만, 냉매액이 많이 포함된 냉매가 흐르는 제 1그룹(a)은 적은 수의 냉매튜브(20)를 가진다. 반대로 냉매가스가 많이 포함된 냉매가 흐르는 제 4그룹(d)은 가장 많은 수의 냉매튜브(20)를 가진다. 열교환기(5)는 제 1그룹(a)에서 제 4그룹(d)으로 갈수록 순차적으로 냉매튜브(20)의 수가 늘어나도록 배치된다.

그러나 이러한 배치에도 불구하고 건도가 큰 냉매는 헤더(41, 42)에서 냉매튜브(20)로의 냉매분배가 불리하기 때문에, 열교환효율이 떨어진다. 또한, 실외열교환기(5a)에만 냉매튜브(20)를 사용하는 열교환기(5)를 적용하는 경우 냉방운전과 난방운전시 적정냉매량의 편차가 커진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 열교환기(5)는 냉매액을 저장하고 냉매를 냉매액과 냉매가스로 분리시키기 위한 기액분리유닛(100)을 포함한다.

기액분리유닛(100)은　케이싱(110)과, 헤더(41, 42)를 흐르는 냉매가 들어오는 유입관과, 헤더(41, 42)로 분리된 냉매를 내보내는 유출관을 포함한다. 헤더(41, 42)에 흐르는 냉매가 기액분리유닛(100)으로 유입되도록 헤더(41, 42)에는 길이방향에 따른 냉매의 유동을 차단하도록 설치되는 분리판(150)이 설치될 수 있다.

케이싱(110)은 냉매액을 저장할 수 있도록 내부공간이 마련되고, 내부공간을 나누는 격벽(112)을 포함할 수 있다. 케이싱(110)의 일 측은 헤더(41, 42)를 흐르는 냉매가 들어오고 나가는 유입관, 유출관이 연결될 수 있다. 또한, 케이싱(110)에는 냉매관(43, 44)과 연결되어 냉매가 흐를 수 있도록 설치되는 연결관(119)이 마련될 수 있다.　연결관(119)은 냉매의 흐름을 차단할 수 있도록 설치되는 밸브(120)를 포함할 수 있다.

도 2, 3에서 도시된 바와 같이 기액분리유닛(100)은 제 2헤더(42)와 연통하여 냉매가 흐를 수 있도록, 제 2헤더(42)의 일 측과 연결된 유입관과 유출관을 포함한다. 유입관과 유출관은 케이싱(110)의 하부에 결합되고, 케이싱(110)의 상부는 제 1냉매관(43)과 연결되는 연결관(119)이 마련된다. 이하, 설명의 편의상 제 2헤더(42)를 헤더라 하고, 제 1냉매관(43)을 냉매관이라 한다.

　분리판(150)은 유입관이 결합한 헤더(42)의 일 측과 유출관이 결합한 헤더(42)의 일 측 사이에 위치할 수 있다. 분리판(150)은 헤더(42)에 길이방향에 따른 냉매의 유동을 차단하도록 설치되는 배플(50)과 동일한 형태로 마련될 수 있다. 그러나, 분리판(150)은 냉매의 방향을 변경하도록 설치되는 배플(50)과 달리 열교환기(5)를 흐르는 냉매를 기액분리유닛(100)으로 보내는 역할을 한다. 분리판(150)은 복수의 냉매튜브(20)가 각기 다른 그룹으로 구분되고, 배플(50)이 설치되는 반대편에 위치할 수 있다. 도 2, 3에서 분리판(150)은 제 2그룹(b)과 제 3그룹(c)이 나누어지는 곳에 위치하고, 제 2배플(50b)이 설치된 반대편 헤더(42)에 설치된다.

분리판(150)의 하부에 결합되어 헤더(42)와 케이싱(110)을 연결하는 관을 제 1기액분리관(118)이라하고, 분리판(150)의 상부에 결합되여 헤더(42)와 케이싱(110)을 연결하는 관을 제 2기액분리관(115)이라 한다. 격벽(112)으로 나누어진 케이싱(110)의 내부공간은 제 1기액분리관(118)과 연결된 제 1저장실(116)과 제 2기액분리관(115)과 연결된 제 2저장실(114)을 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 열교환기(5)가 응축기로 사용되어, 냉매가스가 들어와 냉매액으로 나가는 경우에 대해 설명한다. 제 1냉매관(43)을 통해 열교환기(5)로 냉매가스가 유입되고, 밸브(120)는 닫혀 연결관(119)으로 냉매가 흐르는 것을 방지한다. 냉매는 제 1방향(A)으로 제 4그룹(d)의 냉매튜브(20)를 통과하며 열교환하고, 냉매는 냉매액을 포함할 수 있다. 제 1헤더(41)를 통과한 냉매는 제 2방향(B)으로 제 3그룹(c)의 냉매튜브(20)를 통과하고, 분리판(150)으로 인해 제 1헤더(42)의 하부로 이동하지 않고 모두 기액분리유닛(100)으로 유입된다.

이때, 제 2기액분리관(115)은 유입관이 되어 냉매는 제 2기액분리관(115)을 통해 헤더(42)에서 케이싱(110)으로 유입될 수 있다. 냉매에 포함된 냉매액은 제 2저장실(114)에 쌓이게 되고, 비교적 가벼운 냉매가스는 격벽(112)을 넘어서 이동할 수 있다. 따라서, 격벽(112)으로 형성된 제 2저장실(114)의 공간만큼의 냉매액이 기액분리유닛(100)에 저장될 수 있다. 냉매가스 및 제 2저장실(114)의 저장공간을 넘어선 냉매액은 제 1저장실(116)로 이동하고, 제 1기액분리관(118)을 통해 다시 헤더(42)로 들어간다.

이때, 제 1기액분리관(118)은 유출관이 되고, 헤더(42)로 빠져나간 냉매는 제 1방향(A)으로 제 2그룹(b)의 냉매튜브(20)를 통과하며 열교환한다. 제 1헤더(41)를 만난 냉매는 제 2방향(B)으로 제 1그룹(a)의 냉매튜브(20)를 통과하며 냉매액의 상태로 제 2냉매관(44)을 통해 열교환기(5)를 빠져나간다.

　도 3에 도시된 바와 같이 열교환기(5)가 증발기로 사용되어, 냉매가 제 2냉매관(44)을 통해 냉매액의 상태로 들어와 제 1냉매관(43)으로 냉매가스의 상태로 나가는 경우에 대해 설명한다. 냉매는 제 1방향(A)으로 제 1그룹(a)의 냉매튜브(20)를 통과하고, 제 1헤더(41)를 통과해 제 2방향(B)으로 제 2그룹(b)의 냉매튜브(20)를 통과한다. 냉매는 분리판(150)으로 제 2헤더(42)의 상부로 통과하지 못하고, 제 1기액분리관(118)을 통해 케이싱(110)으로 유입된다.

　이때, 제 1기액분리관(118)은 유입관이 되고, 열교환을 통해 냉매가스를 포함한 냉매가 제 1저장실(116)로 들어간다. 냉매액은 제 1저장실(116)에 쌓이게 되고, 냉매가스는 상승하여 연결관(119)을 통해 제 1냉매관(43)으로 빠져나갈 수 있다. 이때 냉매가스가 통과할 수 있도록 밸브(120)는 열려있다.

대부분의 냉매가스가 연결관(120)을 통해 바로 빠져나가기 때문에 제 2저장실(114)로 이동하여 제 2기액분리관(115)을 통해 헤더(42)로 들어가는 냉매는 냉매액을 많이 포함할 수 있다. 따라서 건도가 낮아진 냉매로 인해 분배효율 및 열교환효율이 좋아질 수 있다. 유출관으로 역활하는 제 2기액분리관(115)을 통해 헤더(42)로 빠져나간 냉매는 제 1방향(A)으로 제 3그룹(c)의 냉매튜브(20)를 통과한다. 제 1헤더(41)를 통해 제 2방향(B)으로 제 4그룹(d)의 냉매튜브(20)를 통과한 냉매는 제 2냉매관(42)을 통해 열교환기(5)를 빠져나간다.

도 4는　본 발명의 일 실시 예에 따른 열교환기(5)의 냉매튜브(20)를 도시한 도면이다.

냉매튜브(20)는 유체인 냉매가 흐를 수 있도록 그 내부가 중공되어 형성되는 복수의 유로(21)와, 복수의 유로(21)를 구획하는 격벽(22)을 포함한다. 복수의 유로(21)는 냉매튜브(20)의 폭 방향으로 이격 배치된다.

냉매튜브(20)는 마이크로채널 냉매튜브가 사용될 수 있다. 마이크로채널 냉매튜브(20)는 보통 수력직경이 3mm이하인 튜브를 말한다. 수력직경은 튜브의 단면적을 튜브의 둘레로 나누어 구할 수 있다.

냉매는 냉매튜브(20)에 형성된 유로(21)를 따라 흐르면서 압축 또는 팽창하여 주위로 열을 방출하거나 주위로부터 열을 흡수할 수 있다. 냉매가 압축 또는 팽창하며 열을 효율적으로 방출 또는 흡수하기 위해, 냉매튜브(20)에 열교환 핀(30)이 결합된다.

열교환 핀(30)은 냉매튜브(20)가 연장되는 방향과 수직한 방향(C)으로 일정한 간격을 두고 복수 개가 이격 배치될 수 있다. 열교환 핀(30)이 냉매튜브(20)에 삽입되는 방향(C)과 제 1방향(A), 제 2방향(B)은 모두 수직으로 마련된다. 열교환 핀(30)은 열전도율이 높은 알루미늄 합금 재질로　만들어질 수 있다. 열교환 핀(30)은 냉매튜브(20)의 외면에 접합되어 실질적으로 외부 공기와 냉매튜브(20)의 열교환 면적을 넓히는 역할을 할 수 있다.

열교환 핀(30)이 적층되는 간격이 좁을수록 더 많은 수의 열교환 핀(30)을 배치할 수 있다. 그러나 열교환 핀(30) 사이의 간격이 지나치게 좁아질 경우, 열교환기(5) 쪽으로 유입되는 외부 공기에 저항으로 작용할 수 있다. 따라서 압력손실의 우려가 있으므로 열교환 핀(30)의 간격은 적절하게 조절될 수 있다.

열교환 핀(30)은 복수의 냉매튜브(20)가 삽입되는 복수의 삽입홈(31)과, 복수의 냉매튜브(20)가 복수의 삽입홈(31)에 삽입된 상태에서 복수의 냉매튜브(20)와 접합되는 복수의 접합플레이트(32)를 포함할 수 있다.

삽입홈(31)은 열교환 핀(30)의 적어도 일 부분이 삽입될 수 있도록 열교환 핀(30)의 일 부분에 대응하는 형상으로 마련될 수 있으며, 열교환 핀(30)이 연장되는 방향으로 서로 이격 배치되는 복수의 접합플레이트(32) 사이에 형성될 수 있다.열교환 핀(30)은 냉매튜브(20)가 효율적으로 열을 방출 또는 흡수할 수 있도록 임의의 형태로 마련될 수 있다.

설명함에 있어 특정 형상을 위주로 설명하였으나, 이는 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 공기조화기 3 : 팽창밸브
5 : 열교환기 7 : 압축기
20 : 냉매튜브 41, 42 : 헤더
43, 44 : 냉매관 50 : 배플
100 : 기액분리유닛 150 : 분리판

Claims (11)

1. 서로 이격 배치되는 복수의 냉매튜브;
   상기 복수의 냉매튜브의 양단에 결합되는 헤더;
   상기 복수의 냉매튜브를 상호인접하고 동일한 방향으로 냉매를 유동시키는 복수의 그룹으로 구분시키도록, 상기 헤더에 길이방향에 따른 냉매의 유동을 차단하도록 설치되는 적어도 하나의 배플;
   냉매액을 저장하고 냉매를 냉매액과 냉매가스로 분리시키기 위해, 케이싱과, 상기 헤더를 흐르는 냉매가 들어오는 유입관과, 상기 헤더로 분리된 냉매를 내보내는 유출관을 포함하는 기액분리유닛;
   상기 헤더에 흐르는 냉매가 상기 유입관으로 유입되도록 상기 유입관과 상기 유출관의 사이에 위치하고, 상기 헤더에 길이방향에 따른 냉매의 유동을 차단하도록 설치되는 분리판;
   을 포함하는 열교환기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 기액분리유닛은 일 측에 냉매액이 저장될 수 있도록, 내부공간을 나누는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 기액분리유닛의 내부공간은 상기 격벽으로 인해 제 1저장실과 제 2저장실로 나누어지고,
   상기 제 1저장실과 상기 제 2저장실은 각각 상기 유입관과 상기 유출관과 연결되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 헤더의 일 측에는 냉매가 들어오고 나가는 냉매관이 연결되고,
   상기 냉매관과 상기 기액분리유닛은 냉매가 흐를 수 있도록 설치되는 연결관으로 연결된 것을 특징으로 하는 열교환기.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 연결관은 냉매의 흐름을 차단할 수 있도록 설치되는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 연결관은 상기 케이싱의 상부와 결합하고,
   상기 유입관과 상기 유출관은 상기 케이싱의 하부에 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 분리판은 상기 복수의 냉매튜브가 각기 다른 그룹으로 구분되는 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
8. 냉매가스를 압축하여 토출하는 압축기;
   응축된 냉매액을 팽창시키는 팽창밸브;
   서로 이격 배치되는 복수의 냉매튜브와 상기 복수의 냉매튜브의 양단에 결합되는 헤더로 마련된　열교환기;를 포함하고,
   상기 헤더는 상기 헤더를 흐르는 냉매의 길이방향유동을 차단하는 적어도 하나의 배플과, 상기 헤더를 흐르는 냉매를 냉매액과 냉매가스로 분리하여 냉매액을 저장하는 기액분리유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 기액분리유닛은 일 측에 냉매액이 저장될 수 있도록, 내부공간을 나누는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 기액분리유닛은 상기 헤더와 연통하여 냉매가 흐를 수 있도록 유출관과 유입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 유입관이 결합한 상기 헤더의 일 측과 상기 유출관이 결합한 상기 헤더의 일 측 사이에 위치하고,　상기 헤더에 길이방향에 따른 냉매의 유동을 차단하도록 설치되는 분리판을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

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