KR20180087776A - 냉동사이클의 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 냉동사이클의 열교환기는 냉매와 공기를 열교환하는 열교환부를 포함하고, 상기 열교환부는 냉매 및 공기를 열교환시키고 일단에서 냉매가 유입되어 타단으로 토출되는 플랫튜브를 포함하고 상기 플랫튜브는 상기 플랫튜브의 일단 또는 타단을 중심축으로 말려있는 스크롤(Scroll) 형상을 정의하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉동사이클의 열교환기{Heat exchanger for refrigeration cycle }
본 발명은 냉동사이클의 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 열교환기는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기로 이루어지는 냉동사이클 장치에서 응축기 또는 증발기로 사용될 수 있다.
또한 열교환기는 차량, 냉장고, 공조기 등에 설치되어 냉매를 공기와 열교환시킨다.
열교환기는 구조에 따라 핀 튜브형 열교환기, 마이크로 채널형 열교환기 등으로 구분될 수 있다.
핀 튜브형 열교환기는 핀 튜브과 기계적으로 접촉되어 있어 열저항이 생기고, 하나의 입구를 가진 파이프 형태로 긴 관을 통과해야 하므로 냉매압손이 크며, 튜브 사이 공간이 커 열전달이 떨어지는 문제점이 존재한다.
마이크로 채널형 열교환기는 알루미늄 재질로 제작된다.
마이크로 채널형 열교환기는 내부에 미세한 유로가 형성되기 때문에 핀 튜브형 열교환기에 비해 효율이 좋은 장점이 존재한다.
종래의 냉장고 등에 사용되는 소형의 냉동 사이클에 사용되는 마이크로 채널형 열교환기는 도 12에 도시하는 바와 같이 납작관 튜브(330)가 지그재그 방식으로 적층된 구조를 가진다.
구체적으로, 납작관 튜브(330)의 일단에는 압축기에서 압축된 냉매를 납작관 튜브(330)에 제공하는 유입관(310)이 연결되고, 납작관 튜브(330)의 타단에는 납작관 튜브(330)에서 열교환된 냉마가 토출되는 유출관(320)이 연결된다. 납작관 튜브(330)는 다수의 열을 가지게 배치되고, 납작관 튜브(330)의 다수의 열 사이에는 열을 전도하는 핀(350)이 연결된다. 이러란 지그재그 방식의 열교환기는 밴딩이 일어나는 밴딩부(340)를 제외하고 납작관 튜브(330)의 다수의 열을 나란하게 배치되는 것이 일반적이다.
그러나, 이러란 지그재그 방식의 열교환기는 밴딩이 일어나는 밴딩부(340)에 핀(350)이 연결되지 못하게 되어서, 밴딩부(340)에서 효율적으로 공기와 냉매가 열교환되지 못하는 영역이 존재하게 되는 문제점이 존재한다.
납작관 튜브(330)의 밴딩부(340)에서 180도로 밴딩이 되어야 하는데, 납작관 튜브(330)의 내경이 줄어들지 않게 밴딩을 하게 되면, 다수의 납작관 튜브(330)의 열 간에 피치(Pitch)가 커지게 된다. 따라서, 열교환기의 부피가 증가되게 되고, 납작관 튜브(330)를 내경이 작은 것을 사용하는 경우, 밴딩부(340)에서, 납작관 튜브(330)가 막히는 문제점이 존재한다.
냉매가 유입되는 납작관 튜브(330)의 일단과 냉매가 토출되는 납작관 튜브(330)의 타측이 핀 등을 통해서 열전달이 되는 구조를 가지므로, 열전달 효율이 저하되는 문제점이 존재한다.
또한, 종래 열교환기는 냉매가 유입되는 부분과 유출되는 부분의 냉매튜브의 단면적이 동일하여서, 냉매의 비체적에 변화를 고려하지 못하므로, 열교환량이 저하되는 문제점이 존재한다.
본 발명의 해결하려고 하는 과제는, 냉매튜브의 피치를 줄여서 열교환기의 부피를 줄이고, 설계의 자유도가 높은 냉동사이클의 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하려고 하는 다른 과제는, 냉매튜브의 피치를 줄이면서, 냉매튜브의 손상은 최소로 하고 열교환 효율은 향상된 냉동사이클의 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 복수개의 열을 갖되, 열교환 효율이 우수한 냉동사이클의 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 냉동사이클의 열교환기는 플랫튜브가 임의의 중심축을 중심으로 연속적으로 말려있는 스크롤(Scroll) 형상을 정의하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 냉동사이클의 열교환기는 유입관과 연결되고, 플랫튜브를 가지는 제 1 열교환부와 유출관과 연결되고, 플랫튜브를 가지는 제 2 열교환부를 포함하고, 상기 제 1 열교환부는 상기 제 2 열교환부와 열교환된 공기와 열교환되게 배치되며, 열교환부들의 플랫튜브가 임의의 중심축을 중심으로 연속적으로 말려있는 스크롤(Scroll) 형상을 정의하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 냉동사이클의 열교환기는 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 플랫튜브가 스크롤 형상으로 말려 있어서, 냉매튜브의 피치를 줄여서 열교환기의 부피를 줄이고, 설계의 자유도가 높으며, 플랫튜브의 손상을 최소화하는 이점이 존재한다.
둘째, 제 2 열교환부를 제 1 열교환부 보다 먼저 외기와 열교환시키고, 제 1 열교환부의 열교환면적을 크게 하여서 비체적을 고려한 최적의 열교환량과 열교환 효율을 구현할 수 있는 이점이 존재한다.
둘째, 플랫튜브를 스크롤 형상으로 제조하고 다단으로 배치하여서, 공간 활용과 열교환 효율을 극대화 할 수 있는 이점이 존재한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉동사이클 장치가 도시된 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실외기 내부가 도시된 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 실외열교환기의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 실외열교환기의 분해 사시도이다.
도 5은 도 3에 도시된 실외열교환기를 중심축을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 플랫튜브의 단면도이다.
도 7은 제 1 열교환부와 제 2 열교환부의 플랫튜브의 면적비에 따른 열교환량을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실외열교환기의 사시도이다.
도 9는 도 8의 실외열교환기의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 실외열교환기의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 실외열교환기의 사시도이다.
도 12는 종래기술에 따른 실외열교환기의 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 실시예의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 실시예를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉동사이클 장치가 도시된 블럭도, 도 2는 도 1에 도시된 실외기 내부가 도시된 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉동사이클 장치는 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 냉매가 실외 공기와 열교환되는 실외열교환기(20)와, 냉매가 팽창되는 팽창기구(12)와, 냉매가 실내 공기와 열교환되는 실내열교환기(13)를 포함할 수 있다.
압축기(10)에서 압축된 냉매는 실외열교환기(20)를 통과하면서 실외 공기와 열교환되어 응축될 수 있다.
실외열교환기(20)는 응축기로 사용될 수 있다.
실외열교환기(20)에서 응축된 냉매는 팽창기구(12)로 유동되어 팽창될 수 있다. 팽창기구(12)에 의해 팽창된 냉매는 실내열교환기(13)를 통과하면서 실내 공기와 열교환되어 증발될 수 있다.
실내열교환기(12)는 냉매를 증발시키는 증발기로 사용될 수 있다.
실내열교환기(12)에서 증발된 냉매는 압축기(10)로 회수될 수 있다.
냉매는 압축기(10), 실외열교환기(20), 팽창기구(12) 및 실내열교환기(13)를 순환하면서 냉방사이클로 작동된다.
압축기(10)에는 실내열교환기(13)를 통과한 냉매를 압축기(10)로 안내하는 압축기(10) 흡입유로가 연결될 수 있다. 압축기(10) 흡입유로에는 액냉매가 축적되는 어큐물레이터(14)가 설치될 수 있다.
실내열교환기(13)는 냉매가 통과하는 냉매 유로가 형성될 수 있다.
냉동사이클 장치는 실내기(I)와 실외기(O)가 분리된 분리형 공기조화기일 수 있고, 이 경우 압축기(10) 및 실외열교환기(20)는 실외기(I)의 내부에 설치될 수 있다. 또한, 냉동 사이클 장치는 냉장고일 수 있고, 실내열교환기가(13)가 식품저장소 내의 공기와 열교환하게 배치되고, 실외열교환기(20)기(20)가 식품저장소 외의 공기와 열교환할 수 있다. 냉장고의 경우, 실내기(I)와 실외기(O)가 본체에 함께 배치될 수 있다.
팽창기구(12)는 실내기(I) 또는 실외기(O) 중 어디에 설치되어도 무방하다.
실내열교환기(13)는 실내기(I)의 내부에 설치될 수 있다.
실외기(O)에는 실외열교환기(20)로 실외 공기를 송풍시키는 실외팬(15)이 설치될 수 있다.
실내기(I)에는 실내 열교환기(13)로 실내 공기를 송풍시키는 실내팬(16)이 설치될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 실외열교환기의 사시도, 도 4는 도 2에 도시된 실외열교환기의 분해 사시도, 도 5은 도 3에 도시된 실외열교환기를 중심축(Ax)을 따라 절단한 단면도이다.
실외열교환기(20)는 마이크로 채널 타입 열교환기이다. 실외열교환기(20)는 알루미늄 재질로 형성된다.
실외열교환기(20)는 적어도 하나의 열교환부로 구성된다. 예를 들면, 실외열교환기(20)는 제 1 열교환부(100) 및 제 2 열교환부(200)로 구성된다. 본 실시예와 달리 실외열교환기(20)는 2개 이상의 열교환부가 적층되어도 무방하다.
실외열교환기(20)는 제 1 열교환부(100)와, 제 1 열교환부(100)와 적층되는 제 2 열교환부(200)와, 제 1 열교환부(100)에 연결되어 냉매를 공급하는 유입관(22)과, 제 2 열교환부(200)에 연결되어 냉매를 토출시키는 유출관(24)과, 제 1 열교환부(100) 및 제 2 열교환부(200)를 연결하고, 냉매를 제 1 열교환부(100)에서 제 2 열교환부(200)로 유동시키는 연결관(25)을 포함한다.
제 1 열교환부(100)는 제 2 열교환부(200)와 열교환된 공기와 열교환되게 배치된다. 구체적으로, 외부공기가 유동되는 경로 상에 제 1 열교환부(100)와 제 2 열교환부(200)가 배치되게 되고, 외부공기는 1차적으로 제 2 열교환부(200)와 열교환되고, 2차적으로, 제 1 열교환부(100)와 열교환된다. 더욱 구체적으로, 실외기에는 외부공기가 유입되는 공기유입부(H1) 및 유입된 공기가 열교환부들과 열교환하고 유출되는 공기유출부(H2)가 형성되고, 제 2 열교환부(200)는 제 1 열교환부(100)에 비해 상대적으로 공기 유입부(H1)에 인접하여 배치된다.
따라서, 고온의 냉매가 유동되는 제 1 열교환부(100)를 외기의 온도가 높은 영역에 배치하고, 저온의 냉매가 유동되는 제 2 열교환부(200)를 외기의 온도가 낮은 영역에 배치하여서, 실외열교환기(20)의 열교환 효율이 향상되게 된다.
제 1 열교환부(100) 및 제 2 열교환부(200)는 공기의 흐름 방향과 교차되는 열교환면을 정의하게 배치될 수 있다. 제 1 열교환부(100) 및 제 2 열교환부(200)는 공기의 흐름 방향과 교차되고, 공기가 열교환하며 통과할 수 있는 열교환면을 형성한다. 제 1 열교환부(100) 및 제 2 열교환부(200)는 공기의 흐름 방향을 따라 적층될 수 있다. 여기서, 열교환면은 플랫튜브(50)와 핀(60)이 연결되어 형성되는 면을 의미한다.
제 1 열교환부(100) 및 제 2 열교환부(200)는 냉매 및 공기를 열교환시키고 일단에서 냉매가 유입되어 타단으로 토출되는 플랫튜브(50)를 포함한다. 여기서, 플랫튜브(50)는 납작관 형태로 내부에 냉매가 유동되는 공간을 가진다. 플랫튜브(50)의 자세한 구조는 도 6에서 후술한다.
열교환 효율을 향상시키면서, 관의 내부가 막히지 않고, 공간 활용도를 높이면서 플랫튜브(50)를 배치하기 위해, 실시예에서는 플랫튜브(50)는 임의의 중심축(Ax)을 중심으로 연속적으로 말려있는 스크롤(Scroll) 형상을 정의할 수 있다.
플랫튜브(50)는 플랫튜브(50)의 일단 또는 타단을 중심축(Ax)으로 말려있는 스크롤(Scroll) 형상을 정의한다. 플랫튜브(50)의 넓은 면이 스크롤의 중심축(Ax)과 나란하게 배치된 상태로, 플랫튜브(50)의 일단 또는 타단을 중심축(Ax)으로 플랫튜브(50)가 말려있는 형상을 가진다. 플랫튜브(50)가 스크롤 형상을 가지면, 플랫튜브(50)들 사이의 피치를 줄일 수 있어서, 열교환기의 전체 부피를 줄일 수 있고, 플랫튜브(50)들 사이의 피치를 줄이면서 냉매의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
플랫튜브(50)는 플랫튜브(50)의 일단과 플랫튜브(50)의 타단 사이에 적어도 2개의 열(line)(L1 ~ Ln)을 형성한다. 특히, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 중심축(Ax)을 따라 절단한 단면에서 보면, 플랫 튜브는 중심축(Ax)에서 수평방향으로 다수개의 열(L1 ~ Ln)을 가진다.
구체적으로, 플랫튜브(50)는 중심축(Ax)에서 교차되는 방향(상세히는 수직으로 교차되는 방향)에서 보아 적어도 2개의 열(L1 ~ Ln)이 중첩되게 배치된다. 복수의 플랫튜브(50) 열들(L1 ~ Ln)은 서로 이격되어 배치되고, 플랫튜브(50)의 복수의 열들(L1 ~ Ln) 사이에는 플랫튜브(50)의 서로 인접한 열들(L1 ~ Ln) 사이를 연결하여 열을 전도시키는 핀이 배치된다. 복수의 플랫튜브(50) 열들(L1 ~ Ln) 사이의 간격을 일정할 수도 있고, 일정하지 않을 수도 있다.
플랫튜브(50)는 각각의 영역이 서로 다른 곡률 반경을 가지는 곡선을 정의할 수 있다. 플랫튜브(50)의 곡률반경(플랫튜브(50)의 각 영역의 곡률반경)은 플랫튜브(50)의 일단에서 플랫튜브(50)의 타단 방향으로 진행할 수록 큰 곡률반경을 가진다. 플랫튜브(50)의 곡률반경의 방향은 중심축(Ax)과 교차되는 방향이다. 여기서, 플랫튜브(50)의 각 영역은 플랫튜브(50)의 일단과 타단 사이에 플랫튜브(50)의 길이방향을 따라 구분된 영역으로 정의될 수 있다.
또한, 플랫튜브(50)의 열들(L1 ~ Ln)의 곡률반경은 중심축(Ax)에서 멀게 위치되는 플랫튜브(50) 열일수록 큰 곡률반경을 가질 수 있다. 구체적으로, 중심축(Ax)에 인접한 플랫튜브(50)의 일 열(L4)의 곡률반경(R1)은 플랫튜브(50)의 일 열 보다 중심축(Ax)에서 멀게 위치된 플랫튜브(50)의 다른 열(L8)의 곡률반경(R2) 보다 작다. 플랫튜브(50)의 열들(L1 ~ Ln)의 곡률반경은 중심축(Ax)에서 멀어질수록 점진적으로 증가되어서, 플랫튜브(50)의 밴딩을 최소화하는 것이 바람직하다.
플랫튜브(50)의 각 영역(각 열) (L1 ~ Ln)은 곡률반경의 중심을 공유하는 것이 바람직하다.
플랫튜브(50)의 중심축(Ax)의 방향은 공기 유동방향과 나란하게 배치된다. 따라서, 플랫튜브(50)에 공급된 공기는 플랫튜브(50)와 열교환하고, 플랫튜브(50)의 열들(L1 ~ Ln) 사이의 공간으로 유동되게 되어서, 플랫튜브(50)들이 공기의 유동을 제한하지 않고, 공기의 유동 중에 공기와 플랫튜브(50) 사이의 접촉시간을 향상시킬 수 있다.
이 때, 상술한 열교환면은 플랫튜브(50)의 중심축(Ax)과 교차되는 면으로, 플랫튜브(50)와 핀(60)들이 형성하는 면이다.
이하에서, 각 열교환부의 상세한 구성과, 실외열교환기(20)가 복수개의 열교환부를 포함하는 경우, 이들의 배치와 구성을 상세히 설명한다.
제 1 열교환부(100)와 제 2 열교환부(200)는 공기 유동방향(중심축(Ax) 방향)을 따라 적층되는 다단구조를 가질 수 있다. 이때, 제 1 열교환부(100)의 플랫튜브(50)의 중심축(Ax)과, 제 2 열교환부(200)의 플랫튜브(50)의 중심축(Ax)은 일치되어서, 공간활용을 극대활 할 수 있다. 물론, 제 1 열교환부(100)의 플랫튜브(50)의 중심축(Ax)과, 제 2 열교환부(200)의 플랫튜브(50)의 중심축(Ax)은 서로 나란하고, 중첩되지 않아도 무방하다.
제 1 열교환부(100)는 플랫튜브(50), 좌측헤더, 우측헤더 및 핀(60)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 1 열교환부(100)는 내부에 복수개의 유로가 형성된 제 1 플랫튜브(51)와, 제 1 플랫튜브(51)의 열들(L1 ~ Ln) 사이를 연결하여 열을 전도시키는 제 1 핀(61)과, 제 1 플랫튜브(51) 타단에 결합되고, 제 1 플랫튜브(51) 타단과 연통되어 냉매가 유동되는 제 1 좌측헤더(71)와, 제 1 플랫튜브(51) 일단에 결합되고, 제 1 플랫튜브(51)의 일단과 연통되어 냉매가 유동되는 제 1 우측헤더(81)를 포함한다.
제 1 플랫튜브(51)의 내부에는 냉매가 유동되는 유로가 형성된다. 제 1 플랫튜브(51)는 상술한 바와 같이 스크롤 형상을 정의한다.
제 1 플랫튜브(51)의 타단은 제 1 좌측헤더(71)와 연통되고, 일단은 제 1 우측헤더(81)와 연통된다.
제 1 핀(61)은 상하 방향으로 절곡되어 형성되고, 스크롤의 반경방향으로 적층된 2개의 제 1 플랫튜브(51) 열들(L1 ~ Ln)을 연결하여 열을 전도시킨다.
제 1 우측헤더(81)는 제 1 플랫튜브(51)의 일단과 연통된다. 제 1 우측헤더(81)는 중심축(Ax) 방향으로 길게 연장되어 배치되고, 유입관(22)과 연결된다. 제 1 우측헤더(81)의 내부는 하나의 공간으로 형성되어서, 유입관(22)을 통해 유입된 냉매를 제 1 플랫튜브(51)에 배분하여 공급한다.
제 1 우측헤더(81)에는 하나의 유입관(22)이 연결될 수 있고, 다수의 유입관(22)이 연결될 수 있다.
제 1 좌측헤더(71)는 제 1 플랫튜브(51)의 타단과 연통된다. 제 1 좌측헤더(71)는 중심축(Ax) 방향으로 길게 연장되어 배치되고, 연결관(25)과 연결된다. 제 1 좌측헤더(71)의 내부는 하나의 공간으로 형성되어서, 제 1 플랫튜브(51)의 타단으로 배출된 냉매를 연결관(25)으로 안내한다.
제 1 좌측헤더(71)에는 하나의 연결관(25)이 연결될 수도 있고, 다수의 연결관(25)이 연결될 수 있다. 제 1 실시예에서, 제 1 좌측헤더(71)의 중앙에 하나의 연결관(25)이 연결된다. 연결관(25)의 일측은 제 1 열교환부(100)의 제 1 좌측헤더(71)에 연결되고, 타측은 제 2 열교환부(200)의 제 2 좌측헤더(70)에 연결된다.
유입관(22)을 통해 유입된 냉매는 제 1 우측헤더(81)를 통해 제 1 플랫튜브(51)에 공급되고, 제 1 플랫튜브(51)를 통과하는 냉매는 공기와 열교환하고, 제 1 좌측헤더(71)를 통해 연결관(25)으로 공급된다. 유입관(22)은 압축기(10)와 연결되어 제 1 열교환부(100)에 고온 고압의 냉매를 공급한다.
제 1 좌측헤더(71)는 중심축(Ax)에 인접하여 배치되고, 제 1 우측헤더(81)는 제 1 좌측헤더(71) 보다 중심축(Ax)에서 멀리 배치된다. 제 1 좌측헤더(71)는 제 1 플랫튜브(51)가 형성하는 스크롤의 내부에 위치되고, 제 1 우측헤더(81)는 제 1 플랫튜브(51)가 형성하는 스크롤의 외부에 위치된다.
유입관(22)이 연결된 제 1 플랫튜브(51)의 일단은 제 1 플랫튜브(51)가 정의하는 스크롤의 외부에 배치된다.
제 2 열교환부(200)는 제 1 열교환부(100)와 같이, 복수개의 플랫튜브(50), 핀(60), 좌측헤더 및 우측헤더를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제 2 열교환부(200)는 제 2 플랫튜브(52), 제 2 핀(62), 제 2 좌측헤더(70), 제 2 우측헤더(80)로 구성된다.
제 2 열교환부(200)는 내부에 복수개의 유로가 형성된 제 2 플랫튜브(52)와, 제 2 플랫튜브(52)를 연결하여 열을 전도시키는 제 2 핀(62)과, 제 2 플랫튜브(52) 타단에 결합되고, 제 2 플랫튜브(52) 타단과 연통되어 냉매가 유동되는 제 2 좌측헤더(70)와, 제 2 플랫튜브(52) 일단에 결합되고, 복수 개의 제 2 플랫튜브(52)의 일단과 연통되어 냉매가 유동되는 제 2 우측헤더(80)를 포함한다.
제 2 플랫튜브(52)의 내부에는 냉매가 유동되는 유로가 형성된다.
제 2 플랫튜브(52)의 타단은 제 2 좌측헤더(70)와 연통되고, 일단은 제 2 우측헤더(80)와 연통된다.
제 2 핀(62)은 상하 방향으로 절곡되어 형성되고, 상하 방향으로 적층된 2개의 제 2 플랫튜브(52)를 연결하여 열을 전도시킨다.
제 2 우측헤더(80)는 복수 개 제 2 플랫튜브(52)의 타단과 연통된다. 제 2 우측헤더(80)는 중심축(Ax) 방향으로 길게 연장되어 배치되고, 유출관(24)과 연결된다. 제 2 우측헤더(80)의 내부는 하나의 공간으로 형성되어서, 제 2 플랫튜브(52)에서 토출된 냉매를 유출관(24)으로 공급한다.
제 2 우측헤더(80)에는 하나의 유출관(24)이 연결될 수 있고, 다수의 유출관(24)이 연결될 수 있다.
제 2 좌측헤더(70)는 제 2 플랫튜브(52)의 타단과 연통된다. 제 2 좌측헤더(70)는 중심축(Ax) 방향으로 길게 연장되어 배치되고, 연결관(25)과 연결된다. 제 2 좌측헤더(70)의 내부는 하나의 공간으로 형성되어서, 연결관(25)을 통해 공급된 냉매를 제 2 플랫튜브(52)로 공급한다.
제 2 좌측헤더(70)에는 하나의 연결관(25)이 연결될 수도 있고, 다수의 연결관(25)이 연결될 수 있다. 연결관(25)이 제 1 좌측헤더(71)와 제 2 좌측헤더(70)를 연결하므로, 연결관(25)이 길이가 줄게 되고 제조비용이 줄어드는 이점이 존재한다.
제 2 좌측헤더(70)는 중심축(Ax)에 인접하여 배치되고, 제 2 우측헤더(80)는 제 2 좌측헤더(70) 보다 중심축(Ax)에서 멀리 배치된다. 제 2 좌측헤더(70)는 플랫튜브(50)가 형성하는 스크롤의 내부에 위치되고, 제 2 우측헤더(80)는 플랫튜브(50)가 형성하는 스크롤의 외부에 위치된다.
유출관(24)이 연결된 제2 플랫튜브(52)의 일단은 제2 플랫튜브(52)가 정의하는 스크롤의 외부에 배치된다.
따라서, 유입관(22)을 통해 유입된 냉매는 제 1 우측헤더(81)를 통과하여, 제 1 플랫튜브(51)에서 열교환되고 스크롤의 중심에 위치된 제 1 좌측헤더(71)에 공급된다. 제 1 좌측헤더(71)에서 토출된 냉매는 연결관(25)를 통해 스크롤의 중심에 위치된 제 2 좌측헤더(70)로 공급되고, 제 2 좌측헤더(70)에서 토출된 냉매는 제2 플랫튜브(52)에서 열교환되고, 제 2 우측헤더(80)를 거쳐 유출관(24)으로 토출된다.
따라서, 냉매는 스크롤의 외측에서 유입되어 제 1 열교환부(100) 및 제 2 열교환부(200)를 거쳐서, 스크롤의 외측으로 토출되는 구조를 가지므로, 배관 연결이 용이하고, 공간 설계가 자유로운 이점이 존재한다.
물론, 실시예에 따라서는 좌측헤더 및 우측헤더가 생략되고, 연결관(25)이 제 1 플랫튜브(51)의 타단과 제2 플랫튜브(52)의 타단을 연결하고, 제 1 플랫튜브(51)의 타단은 제 1 플랫튜브(51)가 형성하는 스크롤의 내부에 위치되고, 제2 플랫튜브(52)의 타단은 제 1 플랫튜브(51)가 형성하는 스크롤의 내부에 위치될 수 있다.
제 1 열교환부(100)에서 열교환되는 냉매는 압축기(10)에서 토출되는 고온 고압의 기체상태므로 큰 비체적을 가진다. 제 2 열교환부(200)에서 열교환되는 냉매는 제 1 열교환부(100)에서 열교환이 완료되고, 제 1 열교환부(100)의 냉매 보다 상대적으로 낮은 온도를 가지는 기체 또는 기체 및 액체의 혼합상태를 가지게 된다. 따라서, 제2 열교환부에서 열교환되는 냉매의 비체적은 제 1 열교환부(100)에서 열교환되는 냉매 보다 작은 비체적을 가진다.
이 때, 제 1 열교환부(100)의 열교환 면적과 제 2 열교환부(200)의 열교환 면적을 동일하게 하면, 제 1 열교환부(100) 내의 냉매의 큰 비체적 때문에, 제 1 열교환부(100)에서 열교환 량 및 효율이 크게 감소되는 문제가 발생한다.
따라서, 실시예에서는, 제 1 플랫튜브(51)의 열교환 면적은 제2 플랫튜브(52)의 열교환 면적 보다 크게 형성될 수 있다. 열교환 면적은 플랫튜브(50)가 공기와 접촉되는 면적을 의미한다. 제 1 플랫튜브(51)의 열교환 면적과 제2 플랫튜브(52)의 열교환 면적 비율은 7~9 : 1~2 인 것이 바람직하다.
제 1 열교환부(100)의 플랫튜브(50)의 단면적을 제 2 열교환부(200)의 플랫튜브(50)의 단면적 보다 크게 하여서, 제 1 열교환부(100)에서 열교환량을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 제 1 열교환부(100)의 플랫튜브(50) 들의 단면적과 제 2 열교환부(200)의 플랫튜브(50) 들의 단면적은 플랫튜브(50)의 내경 또는 폭을 달리하여 조절할 수 있다.
다른 예로, 제 1 플랫튜브(51)의 열교환 면적과 제2 플랫튜브(52)의 열교환 면적은 스크롤의 열의 개수를 통해 조절될 수 있다. 제 1 플랫튜브(51)와 제2 플랫튜브(52)의 단면적이 동일한 경우, 제 1 플랫튜브(51)의 열의 개수는 제2 플랫튜브(52)의 열의 개수 보다 많을 수 있다.
제 1 열교환부(100)의 플랫튜브(50) 열의 개수가 제 2 열교환부(200)의 플랫튜브(50)의 개수 보다 많게 배치되는 경우, 제 1 플랫튜브(51) 열들(L1 ~ Ln) 사이의 피치와 제 2 플랫튜브(52) 열들(L1 ~ Ln) 사이의 피치(Pitch)는 동일한 것이 바람직하다. 물론, , 제 1 플랫튜브(51)의 열들(L1 ~ Ln) 사이의 피치는 제 2 플랫튜브(52) 열들(L1 ~ Ln) 사이의 피치(Pitch) 보다 작을 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 플랫튜브(50)의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 플랫튜브(50)는 단면 상에서 2개의 마주보는 장변(50a)과, 장변(50a) 보다 짧고 2개의 장변(50a)을 연결하는 단변(50b)을 포함하고, 단면과 단변(50b)은 닫힌 공간을 정의하게 된다. 장변(50a)은 단변(50b)에 비해 2배 내지 20배의 길이를 가지는 것이 바람직하다. 장변(50a)은 중심축(Ax)과 나란하게 배치되어 공기가 흐를 때 공기와 플랫튜브(50)의 접촉시간을 증가시킨다.
도 7은 제 1 열교환부(100)와 제 2 열교환부(200)의 플랫튜브(50)의 열교환 면적비에 따른 열교환량을 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 제 1 열교환부(100)의 플랫튜브(50)의 열교환면적과, 제 2 플랫튜브(52)의 열교환 면적의 비가 8 : 2 인 경우, 최대의 열교환량을 가지는 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실외열교환기의 사시도, 도 9는 도 8의 실외열교환기의 단면도이다.
제 2 실시예는 제 1 실시예와 비교하면, 제 1 열교환부(100) 또는 제 2 열교환부(200)가 다수의 단(101, 102, 103)을 가지는 차이점이 존재한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제 1 열교환부(100) 또는 제 2 열교환부(200)의 플랫튜브(50)들은 복수 개의 단(101, 102, 103)으로 배치될 수 있다. 복수 개의 플랫튜브(50) 단(101, 102, 103)은 공기의 흐름 방향을 따라 배치될 수 있다.
제 1 열교환부(100) 내의 냉매는 제 2 열교환부(200) 내의 냉매 보다 큰 비체적을 가지므로, 제 1 열교환부(100)의 플랫튜브(50)들은 제 2 열교환부(200)의 플랫튜브(50)들 보다 많은 열교환 면적을 가져야 한다.
제 1 열교환부(100)의 플랫튜브(50)들의 열교환 면적을 향상시키면서 공간활용을 극대화 하기 위해, 제 2 실시예에서, 제 1 열교환부(100)의 제 1 플랫튜브(51)를 다단(101, 102, 103)으로 배치한다. 구체적으로, 복수 개의 플랫튜브(50)는 공기의 흐름(전후) 방향을 따라 복수 개의 단(101, 102, 103)을 형성할 수 있다. 제 1 열교환부(100)는 3개의 단(101, 102, 103)으로 배치될 수 있다.
이 때, 좌측헤더 또는 우측헤더는 각각의 플랫튜브(50)의 단(101, 102, 103)에 대응되게 복수 개로 배치될 수 있다.
다른 예로, 도 9에 도시하는 바와 같이, 복수의 플랫튜브(50)의 단(101, 102, 103)들은 하나의 좌측헤더와 우측헤더와 연결되는 구조를 가질 수 있다.
따라서, 제 1 열교환부(100)의 열교환 면적은 향상시키면서, 한정된 공간에 제 1 열교환부(100)를 다단(101, 102, 103)으로 배치하여서, 공간 활용을 극대화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 실외열교환기의 단면도이다.
제 3 실시예는 제 2 실시예와 비교하면, 플랫튜브(50)의 구조에 차이점이 존재한다.
도 10을 참조하면, 제 3 실시예의 제 1 플랫튜브(51)은 1단으로 배치되고, 제 1 플랫튜브(51)의 폭(D1)은 제2 플랫튜브(52)의 폭(D2) 보다 크게 형성될 수 있다.
따라서, 제 1 플랫튜브(51)의 폭을 길게 하여서 다단 구조를 사용하지 않고 열교환 면적은 향상시키면서, 공간 활용을 극대화할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 실외열교환기의 사시도이다.
제 4 실시예는 제 1 실시예와 비교하면, 스크롤의 형상에 차이점이 존재한다.
도 11을 참조하면, 제 4 실시예의 플랫튜브(50)는 플랫튜브(50)의 일단 또는 타단을 중심축(Ax)으로 하여 말려있는 스크롤 형상을 정의한다. 플랫튜브(50)의 일부 영역은 직선부(50c)이고, 플랫튜브(50)의 다른 일부 영역은 곡률을 가지고 밴딩부(50d)를 포함한다.
구체적으로, 플랫튜브(50)의 일부 영역은 직선이고, 플랫튜브(50)의 밴딩부(50d)가 플랫튜브(50)의 일단에서 타단 방향으로 주기적으로 반복되는 구조이다. 플랫튜브(50)의 밴딩부(50d)의 밴딩 각은 90도 내지 150도가 바람직하다. 특히, 플랫튜브(50)의 밴딩부(50d)의 밴딩각이 90도 보다 작은 경우, 플랫튜브(50)가 훼손될 염려가 존재하고, 플랫튜브(50) 들 사이의 피치가 크게 되는 문제점이 존재한다. 플랫튜브(50)의 밴딩부(50d)의 밴딩각이 150도를 초과하는 경우, 플랫튜브(50)가 차지하는 면적이 너무 크게 되는 단점이 존재한다.
제 4 실시예의 플랫튜브(50)는 전체적으로 사각통 형상을 가진다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 압축기 12 : 팽창기구
13 : 실내열교환기 14 : 어큐뮬레이터
15 : 실외팬 16 : 실내팬
20 : 실외열교환기 22 : 유입관
24 : 유출관 25 : 연결관
100 : 제 1 열교환부 200 : 제 2 열교환부
50 : 플랫튜브 60 : 핀

Claims (16)

  1. 냉매와 공기를 열교환하는 열교환부를 포함하고,
    상기 열교환부는,
    냉매 및 공기를 열교환시키고 일단에서 냉매가 유입되어 타단으로 토출되는 플랫튜브를 포함하고,
    상기 플랫튜브는 상기 플랫튜브의 일단 또는 타단을 중심축으로 말려있는 스크롤(Scroll) 형상을 정의하는 냉동사이클의 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랫튜브 일단에 연통되고, 냉매가 유동되는 우측헤더; 및
    상기 플랫튜브의 타단에 연통되고 냉매가 유동되는 좌측헤더를 포함하는 냉동사이클의 열교환기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랫튜브는,
    상기 플랫튜브의 일단과 상기 플랫튜브의 타단 사이에 적어도 2개의 열을 형성하고,
    상기 복수의 플랫튜브 열은 서로 이격되어 배치되는 냉동사이클의 열교환기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 플랫튜브의 복수의 열 사이를 연결하여 열을 전도시키는 핀을 더 포함하는 냉동사이클의 열교환기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랫튜브는 상기 플랫튜브의 일단에서 상기 플랫튜브의 타단 방향으로 진행할 수록 큰 곡률반경을 가지는 냉동사이클의 열교환기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랫튜브의 각 영역은 곡률반경의 중심을 공유하는 냉동사이클의 열교환기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랫튜브는 상기 중심축에서 교차되는 방향에서 보아 적어도 2개의 열이 중첩되게 배치되는 냉동사이클의 열교환기.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 좌측헤더는 상기 중심축에 인접하여 배치되고, 상기 우측헤더는 상기 좌측헤더 보다 중심축에서 멀리 배치되는 냉동사이클의 열교환기.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 좌측헤더는 상기 플랫튜브가 형성하는 스크롤의 내부에 위치되고, 상기 우측헤더는 상기 플랫튜브가 형성하는 스크롤의 외부에 위치되는 냉동사이클의 열교환기.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 중심축의 방향은 공기 유동방향과 나란하게 배치되는 냉동사이클의 열교환기.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랫튜브의 단면은 2개의 마주보는 장변과, 상기 장변 보다 짧고 상기 2개의 장변을 연결하는 단변을 포함하고,
    상기 장변은 상기 중심축과 나란하게 배치되는 냉동사이클의 열교환기.
  12. 냉매 및 공기를 열교환시키는 플랫튜브를 포함하고, 냉매가 유입되는 유입관이 연결된 제 1 열교환부;
    냉매 및 공기를 열교환시키는 플랫튜브를 포함하고, 냉매가 토출되는 유출관이 연결된 제 2 열교환부;
    상기 제 1 열교환부 및 제 2 열교환부를 연결하고, 상기 제 1 열교환부에서 토출된 냉매를 상기 제 2 열교환부에 공급하는 연결관;을 포함하고,
    상기 제 1 열교환부는 상기 제 2 열교환부와 열교환된 공기와 열교환되게 배치되고,
    상기 플랫튜브는 임의의 중심축을 중심으로 연속적으로 말려있는 스크롤(Scroll) 형상을 정의하는 냉동사이클의 열교환기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제 1 열교환부의 플랫튜브의 열교환 면적은 상기 제 2 열교환부의 플랫튜브의 열교환 면적의 비율은 7~9 : 1~2 인 냉동사이클의 열교환기.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 유입관이 연결된 상기 제 1 열교환부의 플랫튜브의 일단은 상기 제 1 열교환부의 플랫튜브가 정의하는 스크롤의 외부에 배치되고,
    상기 유출관이 연결된 상기 제 2 열교환부의 플랫튜브의 일단은 상기 제 2 열교환부의 플랫튜브가 정의하는 스크롤의 외부에 배치되는 냉동사이클의 열교환기.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 연결관은 상기 제 1 열교환부의 플랫튜브의 타단과 상기 제 2 열교환부의 플랫튜브의 타단을 연결하고,
    상기 제 1 열교환부의 플랫튜브의 타단은 상기 제 1 열교환부의 플랫튜브가 정의하는 스크롤의 내부에 배치되고,
    상기 제 2 열교환부의 플랫튜브의 타단은 상기 제 2 열교환부의 플랫튜브가 정의하는 스크롤의 내부에 배치되는 냉동사이클의 열교환기.
  16. 청구항 12의 냉동사이클의 열교환기를 포함하는 냉장고.
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