KR20200011692A - 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 열교환기는 냉매가 유동되는 복수개의 냉매 튜브, 상기 복수의 냉매 튜브의 일단이 결합되어 상기 복수의 냉매 튜브의 내부로 냉매를 공급하는 헤더, 상기 헤더의 내면과 상기 냉매 튜브 사이의 공간 내에 위치되는 아우터 파이프, 상기 아우터 파이프의 내부에 위치되는 이너 파이프, 상기 아우터 파이프를 관통하여 형성되는 적어도 하나의 아우터 유동홀 및 상기 이너 파이프를 관통하여 형성되는 적어도 하나의 이너 유동홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열교환기{ Heat exchanger}

본 발명은 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로 열교환기는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기로 이루어지는 냉동사이클 장치에서 응축기 또는 증발기로 사용될 수 있다.

또한 열교환기는 차량, 냉장고 등에 설치되어 냉매를 공기와 열교환시킨다.

열교환기는 구조에 따라 핀 튜브형 열교환기, 마이크로 채널형 열교환기 등으로 구분될 수 있다.

열교환기는 내부에 냉매가 유동되어 외부의 공기와 열교환하는 다수의 냉매 튜브와, 다수의 냉매 튜브를 연결하여 열교환 능력을 향상시키는 전열핀과, 다수의 냉매 튜브에 냉매를 공급하는 헤더를 포함할 수 있다.

냉매는 액상(L)과 기상(G)이 혼합되어 있는 상태로써, 헤더의 내부를 흐르는 이상 냉매가 냉매 튜브로 유입될 때 기상과 액상이 불 균일하게 유입되는 문제점이 있다.

특히 냉매가 아래 방향에 위치한 하부에 위치된 헤더들 수평 방향으로 지나는 경우, 중력의 영향 때문에 액상 냉매는 헤더를 따라 헤더의 끝까지 흐르다가 헤더의 하류 측에 위치된 냉매 튜브로 집중 유입되는 현상이 발생됨으로 인하여 상대적으로 기상이 많이 유입되는 냉매 튜브는 액상 결핍 영역이 발생되어 열 교환되는 성능이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 냉매를 균등하게 분배하기 위한 다른 방식은 아래 특허문헌에서 개시된 바와 같이, 유입관을 통해 유입된 냉매는 분배기를 거쳐서 2개의 유출관으로 분배된다. 이 때, 분배기는 유입관의 직상방에 원추형으로 생긴 분배추를 통해 내부의 기상과 액상의 냉매를 균등하게 2개의 유출관으로 분배하는 구조이다. 이러한, 분배기는 구조가 복잡하고, 다수의 냉매 튜브에 냉매를 분배하기 어려운 구조인 문제점이 존재한다.

한국 공개 공보 10-2005-0072250

본 발명의 해결하려고 하는 과제는, 헤더에서 각 냉매 튜브로 냉매의 분배과정에서 발생되는 액 냉매의 불균형으로 인행 발생되는 열교환 성능의 감소를 줄이기 위한 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 열교환기는 복수의 냉매 튜브와 연결된 헤더의 내부 공간을 다수의 영역으로 분할하고, 헤더 내부의 다수의 영역 사이를 연통하는 홀들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 냉매가 유동되는 복수개의 냉매 튜브, 상기 복수의 냉매 튜브의 일단이 결합되어 상기 복수의 냉매 튜브의 내부로 냉매를 공급하는 헤더, 상기 헤더의 내면과 상기 냉매 튜브 사이의 공간 내에 위치되는 아우터 파이프, 상기 아우터 파이프의 내부에 위치되는 이너 파이프, 상기 아우터 파이프를 관통하여 형성되는 적어도 하나의 아우터 유동홀 및 상기 이너 파이프를 관통하여 형성되는 적어도 하나의 이너 유동홀을 포함한다.

상기 이너 유동홀은 상기 복수의 냉매 튜브와 마주보게 위치될 수 있다.

상기 이너 유동홀은 상기 이너 파이프의 중심축 보다 상부에 위치될 수 있다.

상기 아우터 유동홀은 상기 이너 파이프의 중심축 보다 하부에 위치될 수 있다.

상기 아우터 유동홀은 상기 이너 파이프의 중심축을 기준으로 상기 이너 유동홀과 반대방향에 위치될 수 있다.

상기 이너 유동홀은 상기 냉매 튜브와 평행한 수직축에 대하여 -45° 내지 45° 사이의 각도를 가지는 이너 파이프에 위치될 수 있다.

상기 아우터 유동홀은 상기 냉매 튜브와 평행한 수직축에 대하여 135° 내지 225° 사이의 각도를 가지는 아우터 파이프에 위치될 수 있다.

상기 아우터 유동홀과 상기 이너 유동홀은 상기 냉매 튜브와 평행하고, 상기 이너 파이프의 중심축을 통과하는 수직축 상에 위치될 수 있다.

상기 아우터 유동홀과 상기 이너 유동홀은 서로 수직방향에서 중첩되지 않게 위치될 수 있다.

상기 아우터 파이프는 상기 헤더의 내면과 이격되어 상기 아우터 파이프 외면과 상기 헤더의 내면 사이에 제1 챔버를 정의할 수 있다.

상기 이너 파이프는 상기 아우터 파이프의 내면과 이격되어 상기 이너 파이프 외면과 상기 아우터 파이프의 내면 사이에 제2 챔버를 정의할 수 있다.

상기 아우터 유동홀은 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 연통할 수 있다.

상기 이너 유동홀은 상기 제2 챔버와 상기 이너 파이프의 내부를 연통할 수 있다.

상기 아우터 파이프의 단면적과 상기 헤더의 단면적 비율은 1 : 10 내지 1 : 2 일 수 있다.

상기 이너 유동홀은 또는 상기 아우터 유돌홀의 직경은 0.5 mm 내지 4mm 일 수 있다.

상기 이너 파이프의 중심축은 상기 아우터 파이프의 중심축과 중첩될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 냉매가 유동되는 복수개의 냉매 튜브, 상기 복수의 냉매 튜브의 일단이 결합되어 상기 복수의 냉매 튜브의 내부로 냉매를 공급하는 헤더, 상기 헤더의 내부 공간을 상기 복수의 냉매 튜브와 연결되는 제1 공간과, 상기 복수의 냉매 튜브와 연결되지 않는 제2 공간으로 나누는 상부 플레이트, 상기 제2 공간을 상부 공간과 하부 공간으로 나누는 하부 플레이트, 상기 상부 플레이트를 관통하여 형성된 적어도 하나의 상부 유동홀, 상기 하부 플레이트를 관통하여 형성된 적어도 하나의 하부 유동홀을 포함할 수 있다.

상기 상부 유동홀은 상기 복수의 냉매 튜브와 수직 방향에서 중첩되지 않게 배치될 수 있다.

상기 상부 유동홀은 상기 하부 유동홀과 수직 방향에서 중첩되지 않게 배치될 수 있다.

상기 상부 공간의 단면적은 상기 하부 공간 및 상기 제1 공간의 단면적 보다 작을 수 있다.

상기 하부 공간의 단면적은 상기 헤더의 단면적 대비 35% 내지 50%일 수 있다.

본 발명의 실외 열교환기는 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 기상과 액상을 포함하는 냉매나 균등한 비율로 다수의 냉매 튜브로 공급되어서, 열교환기의 열교환 효율을 향상시키고, 냉매 압손이 줄어드는 이점이 존재한다.

둘째, 열교환기에서 일정간격으로 배치되는 분배기를 생략하고 단순한 구성으로 냉매를 균등하게 공급할 수 있으므로, 제조비용이 절감되고 제조가 용이한 이점이 존재한다.

셋째, 본 발명은 헤더가 수평방향으로 연장되는 수평헤더와 헤더가 수직방향으로 연장되는 수직헤더 모두에 사용 가능한 이점이 존재한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동사이클 장치가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 실외기 외부가 도시된 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 사시도이다.
도 4은 도 3에 도시된 열교환기의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 헤더 부분을 확대한 도면이다.
도 6a은 도 5의 A-A 선을 취한 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 헤더 내에서 냉매의 유동을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤더의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 헤더부분의 단면도이다.
도 9는 도 8의 B-B 선을 취한 단면도이다.

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 일 실시예에 따른 냉동사이클 장치가 도시된 도면, 도 2는 도 1에 도시된 실외기 외부가 도시된 사시도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉동사이클 장치는 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 냉매가 실외 공기와 열 교환되는 실외열교환기(11)와, 냉매가 팽창되는 팽창기구(12)와, 냉매가 실내 공기와 열 교환되는 실내열교환기(13)를 포함할 수 있다.

압축기(10)에서 압축된 냉매는 실외열교환기(11)를 통과하면서 실외 공기와 열교환되어 응축될 수 있다.

실외열교환기(11)는 응축기로 사용될 수 있다.

실외열교환기(11)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.

열교환기는 실내열교환기(12) 및 실외열교환기(11)를 포함할 수 있다.

냉매는 압축기(10), 실외열교환기(11), 팽창기구(12) 및 실내열교환기(13)를 순환하면서 냉동사이클로 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(11)는 실외기(I)의 내부에 설치될 수 있다. 또한, 냉동 사이클 장치는 냉장고일 수 있고, 실내열교환기가(13)가 식품저장소 내의 공기와 열교환하게 배치되고, 실외열교환기(11)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(11)로 실외 공기를 송풍시키는 실외팬(15)이 설치될 수 있다. 또한, 실외기(O)의 기계실에는 압축기(10)가 설치될 수 있다.

실내기(I)에는 실내 열교환기(13)로 실내 공기를 송풍시키는 실내팬(16)이 설치될 수 있다.

종래의 열교환에서는 냉매가 액상과 기상이 혼합되어 있는 상태로써, 헤더의 내부를 흐르는 이상 냉매가 냉매 튜브로 유입될 때 기상과 액상이 불 균일하게 유입되는 문제점이 있다.

이하, 이러한 문제점을 해결하기 위한, 본 발명의 열교환기(11)를 상술한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기의 사시도, 도 4은 도 3에 도시된 열교환기의 단면도, 도 5는 도 4에 도시된 헤더 부분을 확대한 도면, 도 6a은 도 5의 A-A 선을 취한 단면도이다.

열교환기(100)는 냉동 사이클의 냉매와 외부의 공기가 열교환하는 장치이다. 열교환기(100)는 내부에 냉매를 균등하게 분배하고, 넓은 전열면적을 가지는 것이 바람직하다.

열교환기(100)는 다수의 열을 가지고 배열될 수도 있고, 하나의 열에서 냉매의 진행방향이 교대로 바뀔 수도 있다.

예를 들면, 열교환기(100)는 냉매가 유동되는 복수개의 냉매 튜브(50), 복수의 냉매 튜브(50)의 일단이 결합되어 복수의 냉매 튜브(50)의 내부로 냉매를 공급하는 헤더(70), 헤더(70) 내부의 아우터 파이프(110)와 아우터 파이프(110) 내부에 이너 파이프(120)를 포함한다.

냉매 튜브(50)는 미세 내경을 가져서 내부에 냉매가 흐르면서 공기와 접촉면적을 극대화 한다. 냉매 튜브(50)는 복수 개가 헤더(70)에 연결된다. 냉매 튜브(50)는 헤더(70)와 교차되는 방향으로 연장된다.

구체적으로, 냉매 튜브(50)는 수직(종방향)(UD)으로 길게 배치되고, 복수 개의 냉매 튜브(50)는 수평(전후)방향(FR)으로 적층될 수 있다. 전후 방향으로 적층된 복수 개의 냉매 튜브(50)들 사이의 공간으로 공기가 통과하면서 냉매 튜브(50) 내의 냉매와 열교환된다. 수평으로 적층된 복수 개의 냉매 튜브(50)들은 후술하는 핀(60)과 함께 열교환면을 정의한다.

물론, 냉매 튜브(50)는 수평방향(전후)으로 연장되고, 수직 방향으로 적층될 수도 있다. 이 경우, 헤더(70)는 수직방향으로 연장된다.

열교환기(100)는 냉매 튜브(50)를 연결하여 열을 전도시키는 핀(60)을 더 포함할 수 있다. 핀(60)은 상하 방향으로 절곡되어 형성되고, 상하 방향으로 적층된 2개의 냉매 튜브(50)를 연결하여 열을 전도시킨다.

헤더(70)는 복수의 냉매 튜브(50)의 일단에 결합되어 복수의 냉매 튜브(50)의 내부로 냉매를 공급할 수 있다. 또한, 헤더(70)는 냉매 튜브(50)의 일단에 결합되어 냉매 튜브(50)에서 배출된 냉매를 모아서 다른 장치로 공급할 수도 있다.

헤더(70)는 냉매 튜브(50) 보다 큰 직경, 내경 또는 크기를 가지고, 전후 방향으로 연장된다. 헤더(70)는 냉매 튜브(50)의 하단에 연결된 하부 헤더(81)와 냉매 튜브(50)의 상단에 연결된 상부 헤더(71)를 포함할 수 있다.

하부 헤더(81)는 복수 개 냉매 튜브(50)의 하측과 연통된다. 하부 헤더(81)는 전후 방향으로 길게 연장되어 배치되고, 유입관(22)과 연결된다. 하부 헤더(81)의 내부는 하나의 공간으로 형성되어서, 유입관(22)을 통해 유입된 냉매를 복수의 냉매 튜브(50)에 배분하여 공급한다. 유입관(22)은 냉매 공급부의 일 예이다.

하부 헤더(81)의 전방단(F)에 인접한 일 영역에 유입관(22)이 연결된다. 구체적으로, 하부 헤더(81)의 전방이 상류 측이 되고, 하부 헤더(81)의 후방이 하류 측이 된다.

상부 헤더(71)는 복수 개 냉매 튜브(50)의 상측과 연통된다. 상부 헤더(71)는 전후 방향으로 길게 연장되어 배치되고, 유출관(24)과 연결된다. 상부 헤더(71)의 내부는 하나의 공간으로 형성되어서, 복수의 냉매 튜브(50)의 상측으로 배출된 냉매를 유출관(24)으로 안내한다.

물론, 상부 헤더(71)에서 유출된 냉매는 다른 열교환기(100)의 헤더(70)로 공급될 수도 있다. 본 실시예에서 헤더(70)는 중력방향과 교차되는 전후방향으로 연장되는 것으로 설명하지만, 헤더(70)는 중력방향으로 연장될 수도 있다.

열교환기(100)는 헤더(70)의 내부에서 냉매의 편중이 발생하는 것을 방지하는 아우터 파이프(110), 이너 파이프(120), 아우터 유동홀(110a) 및 이너 유동홀(120a)에 대해 상술한다.

아우터 파이프(110)는 헤더(70)의 내면과 냉매 튜브(50) 사이의 공간 내에 위치된다. 구체적으로, 아우터 파이프(110)는 헤더(70)의 내면과 이격되어 아우터 파이프(110) 외면과 헤더(70)의 내면 사이에 제1 챔버(S1)를 정의한다.

제1 챔버(S1)는 복수의 냉매 튜브(50)가 연결된다. 아우터 파이프(110)와 헤더(70)의 내면 사이의 제1 챔버(S1)는 복수의 냉매 튜브(50)가 연통된다. 아우터 파이프(110) 내에서 유출된 냉매는 제1 챔버(S1)로 유동되면서 와류를 형성하고, 제1 챔버(S1)에서 각각 냉매 튜브(50)로 공급된다.

아우터 파이프(110)는 전후 방향(길이 방향)으로 연장된다. 아우터 파이프(110)의 길이방향 양단은 헤더(70)의 내면에 연결된다. 따라서, 아우터 파이프(110)의 내부는 아우터 파이프(110)의 외부와 격리된 공간이 형성된다.

아우터 파이프(110)의 단면적은 헤더(70)의 단면적 보다 작을 수 있다. 구체적으로, 아우터 파이프(110)의 단면적과 헤더(70)의 단면적 비율은 1 : 10 내지 1 : 2 인 것이 바람직하다. 이는 아우터 파이프(110)의 단면적이 헤더(70)의 단면적이 비해 너무 작으면 헤더(70)에 공급되는 충분한 냉매의 유량을 확보할 수 없고, 아우터 파이프(110)의 단면적이 헤더(70)의 단면적의 비해 너무 작으면 제1 챔버(S1)가 충분한 공간을 가지지 못해 액냉매와 기상 냉매가 충분히 혼합될 공간이 없게 되기 때문이다.

이너 파이프(120)는 아우터 파이프(110)의 내부에 위치된다. 구체적으로, 이너 파이프(120)는 아우터 파이프(110)의 내면과 이격되어 이너 파이프(120)의 외면과 아우터 파이프(110)의 내면 사이에 제2 챔버(S2)를 정의할 수 있다. 제2 챔버(S2)는 이너 파이프(120) 내에서 유출된 기상 냉매 및 액상 냉매가 와류를 형성하며 혼합되는 공간이다.

이너 파이프(120)는 전후 방향(길이 방향)으로 연장된다. 이너 파이프(120)의 길이방향 양단은 헤더(70)의 내면에 연결된다. 따라서, 이너 파이프(120)의 내부는 이너 파이프(120)의 외부와 격리된 공간이 형성된다.

이너 파이프(120)의 내부는 제3 챔버(S3)가 정의된다. 제3 챔버(S3)는 유입관(22)과 연결된다. 따라서, 유입관(22)을 통해 유입된 냉매는 이너 파이프(120) 내의 제3 챔버(S3)로 1차적으로 유입되게 된다.

이너 파이프(120)와 아우터 파이프(110)의 단면 형상은 제한이 없지만, 원 형상이 보통이다. 이너 파이프(120)의 중심축은 아우터 파이프(110)의 중심축과 중첩되는 것이 바람직하다.

이너 파이프(120)의 단면적은 헤더(70)의 단면적 및 아우터 파이프(110)의 단면적 보다 작을 수 있다. 구체적으로, 이너 파이프(120)의 단면적과 헤더(70)의 단면적 비율은 1 : 20 내지 1 : 7 인 것이 바람직하다. 이는 이너 파이프(120)의 단면적이 헤더(70)의 단면적이 비해 너무 작으면 헤더(70)에 공급되는 충분한 냉매의 유량을 확보할 수 없고, 이너 파이프(120)의 단면적이 헤더(70)의 단면적에 비해 너무 작으면 제2 챔버(S2)가 충분한 공간을 가지지 못해 액냉매와 기상 냉매가 충분히 혼합될 공간이 없게 되기 때문이다.

이너 유동홀(120a)은 이너 파이프(120)를 관통하여 형성되고, 적어도 하나 이상 구비된다. 이너 유동홀(120a)은 유입관(22)을 통해 공급된 냉매를 이너 파이프(120)의 외부로 배출하면서 와류를 형성한다. 이너 유동홀(120a)은 이너 파이프(120)의 냉매의 편중을 줄인다.

이너 유동홀(120a)은 제2 챔버(S2)와 이너 파이프(120)의 내부를 연통한다. 이너 유동홀(120a)은 방향과 위치는 제한이 없지만, 냉매 튜브(50)가 헤더(70)의 상부에 배치되므로, 아우터 유동홀(110a)을 통해 배출된 냉매가 직접적으로 냉매 튜브(50)로 공급되는 것이 아니고, 제1 챔버(S1) 내에서 충분한 혼합 시간을 가지도록 배치되는 것이 바람직하다.

예를 들면, 이너 유동홀(120a)은 복수의 냉매 튜브(50)와 마주보게 위치될 수 있다. 이너 유동홀(120a)은 이너 파이프(120)의 중심축(C) 보다 상부에 위치될 수 있다. 이너 유동홀(120a)은 이너 파이프(120)의 중심축을 기준으로 이너 유동홀(120a)과 반대방향에 위치될 수 있다.

구체적으로, 이너 유동홀(120a)은 냉매 튜브(50)와 평행한 수직축(L1)에 대하여 -45° 내지 45° 사이의 각도를 가진다. 여기서, 냉매 튜브(50)와 평행한 수직축(L1)은 이너 파이프(120)의 중심축(C)을 관통하고 상하 방향(UD)으로 연장되는 임의 선이고, 각도는, 이너 파이프(120)의 중심축(C)을 중심으로 냉매 튜브(50)와 평행한 수직축(L1)과 이너 유동홀(120a) 사이의 각도를 의미한다. 각도는 도 6a를 기준으로, 이너 파이프(120)의 중심축(C)에서 상부 방향으로 연장되는 수직축(L1)에서 시계방향으로 측정한 각도이다.

더욱 바람직하게는, 이너 파이프(120) 내부의 냉매가 각 냉매 튜브(50)에 공급되기 전에 최대한 멀고 복잡한 경로를 가지도록, 이너 유동홀(120a)은 냉매 튜브(50)와 평행하고, 이너 파이프(120)의 중심축을 통과하는 수직축(L1) 상에 위치될 수 있다. 즉, 이너 유동홀(120a)은 이너 파이프(120)의 중심축의 직상방에 배치된다. 이 때, 복수의 냉매 튜브(50)는 이너 파이프(120)의 중심축의 직상방에 위치된다.

이너 유동홀(120a)의 크기는 제한이 없지만, 이너 유동홀(120a)의 직경은 0.5 mm 내지 4mm 인 것이 바람직하다. 이너 유동홀(120a)의 직경이 0.5 mm 보다 작으면, 냉매의 유동시간이 오래 걸리고, 냉매의 유량이 충분하지 못하고, 이너 유동홀(120a)의 직경이 4mm 보다 크면, 냉매가 충분하게 혼합될 시간을 확보할 수 없기 때문이다.

아우터 유동홀(110a)은 아우터 파이프(110)를 관통하여 형성되고, 적어도 하나 이상 구비된다. 아우터 유동홀(110a)은 이너 유동홀(120a)을 통해 공급된 냉매를 아우터 파이프(110)의 외부로 배출하면서 와류를 형성한다. 아우터 유동홀(110a)은 아우터 파이프(110) 내의 냉매의 편중을 줄인다.

아우터 유동홀(110a)은 제2 챔버(S2)와 제1 챔버(S1)를 연통한다. 아우터 유동홀(110a)은 방향과 위치는 제한이 없지만, 냉매 튜브(50)가 헤더(70)의 상부에 배치되므로, 아우터 유동홀(110a)을 통해 배출된 냉매가 직접적으로 냉매 튜브(50)로 공급되는 것이 아니고, 제1 챔버(S1) 내에서 충분한 혼합 시간을 가지도록 배치되는 것이 바람직하다.

예를 들면, 아우터 유동홀(110a)은 아우터 파이프(110)의 중심축(C)를 기준으로 복수의 냉매 튜브(50)와 반대 방향에 위치될 수 있다. 아우터 유동홀(110a)은 아우터 파이프(110)의 중심축(C) 보다 하부에 위치될 수 있다. 아우터 유동홀(110a)은 이너 파이프(120)의 중심축을 기준으로 이너 유동홀(120a)과 반대방향에 위치될 수 있다.

구체적으로, 아우터 유동홀(110a)은 냉매 튜브(50)와 평행한 수직축(L1)에 대하여 135° 내지 225° 사이의 각도를 가진다. 여기서, 냉매 튜브(50)와 평행한 수직축(L1)은 아우터 파이프(110)의 중심축(C)을 관통하고 상하 방향(UD)으로 연장되는 임의 선이고, 각도는, 아우터 파이프(110)의 중심축(C)을 중심으로 냉매 튜브(50)와 평행한 수직축(L1)과 아우터 유동홀(110a) 사이의 각도를 의미한다. 각도는 도 6a를 기준으로, 아우터 파이프(110)의 중심축(C)에서 상부 방향으로 연장되는 수직축(L1)에서 시계방향으로 측정한 각도이다.

더욱 바람직하게는, 아우터 파이프(110) 내부의 냉매가 각 냉매 튜브(50)에 공급되기 전에 최대한 멀고 복잡한 경로를 가지도록, 아우터 유동홀(110a)은 냉매 튜브(50)와 평행하고, 아우터 파이프(110)의 중심축을 통과하는 수직축(L1) 상에 위치될 수 있다. 즉, 아우터 유동홀(110a)은 아우터 파이프(110)의 중심축의 직하방에 배치된다. 이 때, 복수의 냉매 튜브(50)는 아우터 파이프(110)의 중심축의 직상방에 위치된다.

아우터 유동홀(110a)의 크기는 제한이 없지만, 아우터 유동홀(110a)의 직경은 0.5 mm 내지 4mm 인 것이 바람직하다. 아우터 유동홀(110a)의 직경이 0.5 mm 보다 작으면, 냉매의 유동시간이 오래 걸리고, 냉매의 유량이 충분하지 못하고, 아우터 유동홀(110a)의 직경이 4mm 보다 크면, 냉매가 충분하게 혼합될 시간을 확보할 수 없기 때문이다.

아우터 유동홀(110a)과 이너 유동홀(120a)은 서로 수직방향에서 중첩되지 않게 위치될 수 있다. 구체적으로, 도 5를 기준으로, 아우터 유동홀(110a)과 이너 유동홀(120a)은 길이 방향을 따라 교번하여 배치되어서, 서로 수직 방향에서 중첩되지 않게 배치된다. 따라서, 이너 파이프(120)의 내부에서 냉매 튜브(50) 까지의 냉매가 지나가는 경로는 더욱 복잡하고 길어지게 된다. 물론, 아우터 유동홀(110a)과 이너 유동홀(120a)은 서로 수직방향에서 중첩되게 위치될 수도 있다.

도 6b를 참조하면, 냉매의 유동을 설명하면 다음과 같다. 유입관(22)에서 유출된 냉매는 이너 파이프(120)의 내부인 제3 챔버(S3) 내로 유입되고, 제3 챔버(S3) 내의 냉매는 이너 유동홀(120a)을 통해 제2 챔버(S2)로 유동된다. 제2 챔버(S2) 내로 유입된 냉매는 제2 챔버(S2) 내에서 혼합되면서 유동되고, 제2 챔버(S2) 내에서 혼합된 냉매는 아우터 유동홀(110a)을 통해 제1 챔버(S1)로 유입된다. 제1 챔버(S1)로 유입된 냉매는 제1 챔버(S1) 내에서 혼합된 후 각 냉매 튜브(50)로 유입된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤더(70)의 단면도이다.

도 7을 참조하면, 다른 실시예에 따른 헤더(70)는 도 6a의 실시예와 비교하면, 이너 유동홀(120a) 또는/및 아우터 유동홀(110a)의 위치에 차이점이 존재한다. 이하 도 6a의 실시예와 차이점을 위주로 설명하고, 특별한 설명이 없는 구성은 도 6a의 실시예와 동일한 것으로 전제한다.

다른 실시예의 이너 유동홀(120a) 또는/및 아우터 유동홀(110a)은 이너 파이프(120)의 중심축에서 직상방 또는 직하방에 위치하지 않을 수 있다. 이너 유동홀(120a)과 아우터 유동홀(110a)은 이너 파이프(120)의 중심축을 기준으로 서로 반대방향에 위치되면서 다양한 위치에 배치될 수 있다. 구체적으로, 이너 유동홀(120a)은 이너 파이프(120)의 중심축에서 좌측방에 위치되고, 아우터 유동홀(110a)은 이너 파이프(120)의 중심축에서 우측방에 위치될 수 있다. 이 때, 아우터 유동홀(110a)에서 배출된 냉매가 냉매 튜브(50)로 직접적으로 유입되는 것을 방지하기 위해, 아우터 유동홀(110a)은 이너 중심축을 기준으로 90° 내지 270° 사이에 위치되는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 헤더(70)부분의 단면도, 도 9는 도 8의 B-B 선을 취한 단면도이다.

또 다른 실시예의 열교환기는 냉매가 유동되는 복수개의 냉매 튜브(50), 복수의 냉매 튜브(50)의 일단이 결합되어 복수의 냉매 튜브(50)의 내부로 냉매를 공급하는 헤더(70), 헤더(70)의 내부 공간을 복수의 냉매 튜브(50)와 연결되는 제1 공간(S11)과, 복수의 냉매 튜브(50)와 연결되지 않는 제2 공간으로 나누는 상부 플레이트(130), 제2 공간을 상부 공간(S21)과 하부 공간(S22)으로 나누는 하부 플레이트(140), 상부 플레이트(130)를 관통하여 형성된 적어도 하나의 상부 유동홀(130a), 하부 플레이트(140)를 관통하여 형성된 적어도 하나의 하부 유동홀(140a)을 포함할 수 있다.

상부 플레이트(130)는 하부 플레이트(140)의 상부에 하부 플레이트(140)와 이격되어 배치된다. 하부 공간(S22)의 상부에 상부 공간(S21)이 위치되고, 상부 공간(S21)의 상부에 제1 공간(S11)이 위치된다.

하부 공간(S22)의 단면적은 상부 공간(S21) 또는 제1 공간(S11)의 단면적 보다 클 수 있다. 하부 공간(S22)의 단면적은 헤더(70)의 단면적 대비 35% 내지 50%이고, 상부 공간(S21)의 단면적은 헤더(70)의 단면적 대비 10% 내지 30%이며, 제1 공간(S11)의 단면적은 헤더(70)의 단면적 대비 10% 내지 30% 일 수 있다. 상부 공간(S21)의 단면적은 하부 공간(S22) 및 제1 공간(S11)의 단면적 보다 작을 수 있다.

유입관(22)은 하부 공간(S22)에 연결된다. 유입관(22)을 통해 유입된 냉매는 하부 공간(S22)으로 유동된다. 하부 공간(S22)으로 유입된 냉매는 하부 유동홀(140a)을 통해 상부 공간(S21)으로 유동된다. 상부 공간(S21)으로 유동된 냉매는 상부 유동홀(130a)을 통해 제1 공간(S11)으로 유동된다.

하부 유동홀(140a)은 상부 공간(S21)과 하부 공간(S22)을 연통하고, 상부 유동홀(130a)은 제1 공간(S11)과 상부 공간(S21)을 연통한다. 제1 공간(S11)은 복수의 냉매 튜브(50)와 연결된다.

상부 유동홀(130a)은 복수의 냉매 튜브(50)와 수직 방향에서 중첩되지 않게 배치되고, 상부 유동홀(130a)은 하부 유동홀(140a)과 수직 방향에서 중첩되지 않게 배치될 수 있다. 따라서, 유입관(22)을 통해 유입된 냉매가 복잡하고 긴 경로를 통해 충분히 와류를 형성하고 혼합된 후에 냉매 튜브(50)로 유입될 수 있다.

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
50 : 냉매 튜브 60 : 핀
70: 헤더

Claims (20)

1. 냉매가 유동되는 복수개의 냉매 튜브;
   상기 복수의 냉매 튜브의 일단이 결합되어 상기 복수의 냉매 튜브의 내부로 냉매를 공급하는 헤더;
   상기 헤더의 내면과 상기 냉매 튜브 사이의 공간 내에 위치되는 아우터 파이프;
   상기 아우터 파이프의 내부에 위치되는 이너 파이프;
   상기 아우터 파이프를 관통하여 형성되는 적어도 하나의 아우터 유동홀; 및
   상기 이너 파이프를 관통하여 형성되는 적어도 하나의 이너 유동홀을 포함하는 열교환기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 이너 유동홀은 상기 복수의 냉매 튜브와 마주보게 위치되는 열교환기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 이너 유동홀은 상기 이너 파이프의 중심축 보다 상부에 위치되고,
   상기 아우터 유동홀은 상기 이너 파이프의 중심축 보다 하부에 위치되는 열교환기.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 아우터 유동홀은 상기 이너 파이프의 중심축을 기준으로 상기 이너 유동홀과 반대방향에 위치되는 열교환기.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 이너 유동홀은 상기 냉매 튜브와 평행한 수직축에 대하여 -45° 내지 45° 사이의 각도를 가지는 이너 파이프에 위치되는 열교환기.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 아우터 유동홀은 상기 냉매 튜브와 평행한 수직축에 대하여 135° 내지 225° 사이의 각도를 가지는 아우터 파이프에 위치되는 열교환기.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 아우터 유동홀과 상기 이너 유동홀은 상기 냉매 튜브와 평행하고, 상기 이너 파이프의 중심축을 통과하는 수직축 상에 위치되는 열교환기.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 아우터 유동홀과 상기 이너 유동홀은 서로 수직방향에서 중첩되지 않게 위치되는 열교환기.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 아우터 파이프는 상기 헤더의 내면과 이격되어 상기 아우터 파이프 외면과 상기 헤더의 내면 사이에 제1 챔버를 정의하는 열교환기.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 이너 파이프는 상기 아우터 파이프의 내면과 이격되어 상기 이너 파이프의 외면과 상기 아우터 파이프의 내면 사이에 제2 챔버를 정의하는 열교환기.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 아우터 유동홀은 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버를 연통하는 열교환기.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 이너 유동홀은 상기 제2 챔버와 상기 이너 파이프의 내부를 연통하는 열교환기.
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 아우터 파이프의 단면적과 상기 헤더의 단면적 비율은 1 : 10 내지 1 : 2 인 열교환기.
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 이너 유동홀은 또는 상기 아우터 유돌홀의 직경은 0.5 mm 내지 4mm 인 열교환기.
15. 청구항 1에 있어서,
    상기 이너 파이프의 중심축은 상기 아우터 파이프의 중심축과 중첩되는 열교환기.
16. 냉매가 유동되는 복수개의 냉매 튜브;
    상기 복수의 냉매 튜브의 일단이 결합되어 상기 복수의 냉매 튜브의 내부로 냉매를 공급하는 헤더;
    상기 헤더의 내부 공간을 상기 복수의 냉매 튜브와 연결되는 제1 공간과, 상기 복수의 냉매 튜브와 연결되지 않는 제2 공간으로 나누는 상부 플레이트;
    상기 제2 공간을 상부 공간과 하부 공간으로 나누는 하부 플레이트;
    상기 상부 플레이트를 관통하여 형성된 적어도 하나의 상부 유동홀;
    상기 하부 플레이트를 관통하여 형성된 적어도 하나의 하부 유동홀을 포함하는 열교환기.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 상부 유동홀은 상기 복수의 냉매 튜브와 수직 방향에서 중첩되지 않게 배치되는 열교환기.
18. 청구항 16에 있어서,
    상기 상부 유동홀은 상기 하부 유동홀과 수직 방향에서 중첩되지 않게 배치되는 열교환기.
19. 청구항 16에 있어서,
    상기 상부 공간의 단면적은 상기 하부 공간 및 상기 제1 공간의 단면적 보다 작은 열교환기.
20. 청구항 16에 있어서,
    상기 하부 공간의 단면적은 상기 헤더의 단면적 대비 35% 내지 50%인 열교환기.
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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