KR20200073731A - 열교환기 및 이를 구비한 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 냉난방기로 사용되는 공기조화기용 열교환기에 관한 것으로서, 냉매가 흐르는 복수의 납작 전열관; 상기 복수의 납작 전열관의 외면에 마련된 복수의 핀; 상기 복수의 납작 전열관의 양단에 설치되는 제1헤더와 제2 헤더; 상기 제1헤더와 제2헤더 중 적어도 한 개의 헤더에 설치되며, 상기 헤더의 내부를 구획하는 적어도 한 개의 배플; 및 상기 적어도 한 개의 배플에 설치되며, 상기 냉매가 선택적으로 상기 적어도 한 개의 배플을 통과하도록 하며, 상기 냉매의 흐름을 제어하는 냉매 흐름 제어장치;를 포함한다. 상기 냉매 흐름 제어장치는 상기 냉매가 상기 헤더의 내부를 일방향으로 흐르는 경우에는 상기 냉매가 상기 냉매 흐름 제어장치를 통과하지 못하도록 차단하고, 상기 냉매가 상기 헤더의 내부를 반대방향으로 흐르는 경우에는 상기 냉매가 상기 냉매 흐름 제어장치를 통해 상기 배플을 통과하도록 하며, 상기 냉매 흐름 제어장치를 통과하는 상기 냉매의 유량을 제어한다.

Description

열교환기 및 이를 구비한 공기조화기{Heat exchanger and air conditioner having the same}
본 개시는 공기조화기용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가변 패스를 갖는 열교환기 및 이를 구비한 공기조화기에 관한 것이다.
냉난방용 공기조화기의 실외장치는 냉방 운전시 실내장치에서 흡수한 열을 방출하는 역할을 하여 실내 온도를 낮추며, 난방 운전시에는 반대로 실외장치에서 흡수한 열을 실내장치로 전달하여 실내온도를 올릴 수 있다.
실외장치는 냉매를 압축 및 순환시키는 냉매 압축기, 실외공기와 냉매 사이의 열전달을 수행하는 열교환기, 및 열교환기에 공기를 강제로 송풍시키는 팬을 포함할 수 있다. 실외장치의 열교환기는 두가지 형태로 열교환을 수행할 수 있다. 즉, 열교환기는 냉방 운전시에는 고온고압의 기상냉매를 액상냉매로 응축시키는 냉매 응축기로 사용되며, 난방 운전시에는 저온저압의 액상냉매를 증발시키는 냉매 증발기로 사용된다. 따라서, 냉난방용 공기조화기의 실외 열교환기는 응축기와 증발기로서의 역할을 모두 수행할 수 있어야 한다.
종래의 실외 열교환기는 냉방 또는 난방 운전시 냉매의 흐름이 반대로 변하기만 할 뿐이며, 냉매가 흐르는 경로는 변하지 않고 동일하다.
도 1은 종래기술에 의한 열교환기가 응축기로 사용되는 경우를 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 종래기술에 의한 열교환기가 증발기로 사용되는 경우를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 열교환기(1)는 상하로 적층되며 냉매가 흐르는 복수의 튜브(2)와 복수의 튜브(2)의 양단에 설치되는 제1헤더(3) 및 제2헤더(4)를 포함한다. 제1헤더(3)에는 냉매가 들어오고 나가는 제1포트관(5)과 제2포트관(6)이 마련된다. 또한, 제1헤더(3)의 내부에는 2개의 배플(7,8)이 설치되어 있으며, 제2헤더(4)의 내부에는 1개의 배플(9)이 설치되어 있다. 따라서, 복수의 튜브(2)는 3개의 배플(7,8,9)에 의해 4개의 튜브 그룹으로 구획된다. 즉, 복수의 튜브(2)는 상측에서부터 차례로 제1튜브 그룹(2-1), 제2튜브 그룹(2-2), 제3튜브 그룹(2-3), 및 제4튜브 그룹(2-4)으로 구획될 수 있다.
도 1과 같이 열교환기(1)가 응축기로 사용되는 경우에는, 냉매는 제1헤더(3)의 제1포트관(5)으로 유입되어 제1튜브 그룹(2-1)을 통해 제2헤더(4)로 흐른다(P1). 제2헤더(4)로 유입된 냉매는 제2튜브 그룹(2-2)을 통해 제1헤더(3)로 흐른다(P2). 제1헤더(3)로 유입된 냉매는 제3튜브 그룹(2-3)을 통해 제2헤더(4)로 흐른다(P3). 제2헤더(4)로 유입된 냉매는 제4튜브 그룹(2-4)을 통해 제1헤더(3)로 흘러(P4), 제2포트관(6)을 통해 외부로 배출된다.
도 2와 같이 열교환기(1)가 증발기로 사용되는 경우에는, 냉매는 제1헤더(3)의 제2포트관(6)으로 유입되어 제4튜브 그룹(2-4)을 통해 제2헤더(4)로 흐른다(P1). 제2헤더(4)로 유입된 냉매는 제3튜브 그룹(2-3)을 통해 제1헤더(3)로 흐른다(P2). 제1헤더(3)로 유입된 냉매는 제2튜브 그룹(2-2)을 통해 제2헤더(4)로 흐른다(P3). 제2헤더(4)로 유입된 냉매는 제1튜브 그룹(2-1)을 통해 제1헤더(3)로 흘러(P4), 제1포트관(5)을 통해 외부로 배출된다.
도 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 종래기술에 의한 열교환기(1)는 냉방 운전을 할 때는, 냉매 흐름이 난방 운전시의 냉매 흐름과 반대일 뿐이며, 냉매가 흐르는 경로(P1,P2,P3,P4)는 변하지 않고 동일하다. 이때, 냉매가 제1헤더(3) 또는 제2헤더(4)에서 복수의 튜브(2)를 통과하여 제2헤더(4) 또는 제1헤더(3)로 이동하는 것을 1턴(turn)이라고 하면, 열교환기(1)가 응축기로 사용될 때의 냉매의 이동회수는 4턴이며, 증발기로 사용될 때도 냉매의 이동회수는 4턴이다. 즉, 종래기술에 의한 열교환기(1)는 증발기로 사용되거나 응축기로 사용되는 경우 모두 동일한 이동회수를 가진다.
일반적으로, 증발조건에서 압력손실에 의한 열교환 손실이 응축조건에서의 열교환 손실보다 크므로 증발조건의 최적 턴수는 응축조건의 최적 턴수보다 적게 하는 것이 좋다.
그런데, 종래 기술에 의한 열교환기는 증발조건과 응축조건을 절충한 턴수를 기준으로 제작되어 있어, 증발조건을 최적으로 설정시 응축조건에서 손실이 발생할 수 있고, 응축조건을 최적으로 설정시 증발조건에서 손실이 발생하므로 두 조건을 만족시키는 것이 곤란다.
본 개시는 전자밸브와 같은 외부제어장치 없이 냉매의 흐름방향에 따라 냉매의 유동길이가 변할 수 있는 공기조화기용 열교환기와 관련된다.
또한, 본 개시는 열교환기가 증발조건으로 작동할 때, 가변패스 구간에서 냉매의 흐름이 비교적 균일하게 분배될 수 있는 공기조화기용 열교환기와 관련된다.
또한, 본 개시는 헤더 내에 설치될 수 있어 고장이 적고 설치 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 냉매 흐름 제어장치를 구비한 공기조화기용 열교환기와 관련된다.
본 개시의 일 측면에 따르는 공기조화기용 열교환기는, 냉매가 흐르는 복수의 납작 전열관; 상기 복수의 납작 전열관의 외면에 마련된 복수의 핀; 상기 복수의 납작 전열관의 양단에 설치되는 제1헤더와 제2 헤더; 상기 제1헤더와 제2헤더 중 적어도 한 개의 헤더에 설치되며, 상기 헤더의 내부를 구획하는 적어도 한 개의 배플; 및 상기 적어도 한 개의 배플에 설치되며, 상기 냉매가 선택적으로 상기 적어도 한 개의 배플을 통과하도록 하며, 상기 냉매의 흐름을 제어하는 냉매 흐름 제어장치;를 포함하며, 상기 냉매 흐름 제어장치는 상기 냉매가 상기 헤더의 내부를 일방향으로 흐르는 경우에는 상기 냉매가 상기 냉매 흐름 제어장치를 통과하지 못하도록 차단하고, 상기 냉매가 상기 헤더의 내부를 반대방향으로 흐르는 경우에는 상기 냉매가 상기 냉매 흐름 제어장치를 통해 상기 배플을 통과하도록 하며, 상기 냉매 흐름 제어장치를 통과하는 상기 냉매의 유량을 제어할 수 있다.
이때, 상기 냉매 흐름 제어장치는, 상기 적어도 한 개의 배플에 설치되는 연통관; 상기 연통관의 내부에 마련되며, 상기 냉매의 흐름 방향에 따라 상기 연통관을 개폐하는 체크 밸브; 및 상기 연통관의 일단에 설치되며, 상기 연통관과 연통되는 중공의 원통 형상으로 형성되며, 측면에는 상기 냉매가 통과할 수 있는 냉매 통로가 마련된 냉매 유량 조절부재;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 체크 밸브는, 상기 연통관의 내부에 고정되며, 관통공이 마련된 밸브 시트; 상기 밸브 시트에서 수직하게 연장되며, 외주면에 복수의 냉매 구멍이 마련되는 실린더; 및 상기 실린더의 내부에 슬라이딩 가능하게 마련되며, 상기 냉매의 흐름 방향에 따라 상기 밸브 시트의 관통공을 선택적으로 차단하는 플런저;를 포함하며, 상기 냉매가 상기 헤더의 내부를 반대방향으로 흐르는 경우에, 상기 냉매는 상기 플런저를 상승시켜 상기 밸브 시트의 관통공과 상기 실린더의 복수의 냉매 구멍을 통해 상기 연통관을 통과할 수 있다.
또한, 상기 관통공의 일측은 원추 형상으로 형성된 원추형 구멍을 포함하며, 상기 플런저의 일단에는 상기 관통공의 원추형 구멍에 대응하는 원추 형상으로 형성된 원추부가 마련될 수 있다.
또한, 상기 실린더의 일단에는 상기 플런저의 이동을 제한하는 스토퍼가 마련될 수 있다.
또한, 상기 냉매 유량 조절부재는 중공의 냉매 파이프로 형성되며, 상기 냉매 파이프에는 상기 냉매 통로로 복수의 관통공이 마련될 수 있다.
또한, 상기 냉매 유량 조절부재는 다공성 부재로 형성된 중공의 다공성 파이프로 형성될 수 있다.
또한, 상기 배플에서 상기 냉매 유량 조절부재의 일단까지의 길이는 상기 냉매 유량 조절부재의 일단이 반대쪽 헤더에 설치된 배플에서 연장된 가상의 평면과 접하도록 정해질 수 있다.
또한, 상기 제1헤더의 하단부와 상단부에는 냉매가 들어오거나 나가는 제1포트관과 제2포트관이 마련되며, 상기 적어도 한 개의 배플은 상기 제1헤더의 내부에 설치되는 제1배플과 제2배플, 및 상기 제2헤더의 내부에 설치되는 제3배플을 포함하며, 상기 적어도 한 개의 냉매 흐름 제어장치는 상기 제2헤더의 제3배플에 설치되는 제1냉매 흐름 제어장치와 상기 제2포트관에 인접한 상기 제1헤더의 제2배플에 설치되는 제2냉매 흐름 제어장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 제2헤더의 하단을 향해 연장되며, 상기 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 제1헤더의 상단을 향해 연장될 수 있다.
또한, 상기 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 제2포트관과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재의 복수의 관통공은 상기 체크 밸브에서 멀어질수록 큰 면적을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 납작 전열관과 평행하게 설치되는 복수의 다른 납작 전열관; 및 상기 복수의 다른 납작 전열관의 양단에 설치되는 제3헤더와 제4헤더;를 더 포함하며, 상기 제1헤더의 하단부와 상기 제4헤더의 상부에는 냉매가 들어오거나 나가는 제1포트관과 제2포트관이 마련되며, 상기 제2헤더의 상단부와 상기 제3헤더의 하단부는 연결관으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 적어도 한 개의 배플은 상기 제1헤더의 내부에 설치되는 제1배플과 상기 제2헤더의 내부에 설치되는 제2배플을 포함하며, 상기 적어도 한 개의 냉매 흐름 제어장치는 상기 제1헤더의 제1배플에 설치되는 제1냉매 흐름 제어장치와 상기 제2헤더의 제2배플에 설치되는 제2냉매 흐름 제어장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 제1포트관과 연결되고, 상기 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 연결관과 연결될 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기는 냉매의 흐름 방향에 따라 냉매의 이동경로가 변하므로, 증발기로 사용될 경우에는 응축기로 사용될 경우보다 이동경로의 턴수를 작게 할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기는 냉매 유량 조절부재로 냉매의 유량을 조절할 수 있으므로 가변패스 구간에서 냉매의 흐름을 비교적 균일하게 분배할 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 열교환기가 응축기로 사용되는 경우를 개념적으로 나타낸 도면;
도 2는 종래기술에 의한 열교환기가 증발기로 사용되는 경우를 개념적으로 나타낸 도면;
도 3은 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기를 나타내는 사시도;
도 4는 도 3의 공기조화기용 열교환기의 단면도;
도 5는 도 4의 공기조화기용 열교환기를 선 Ⅰ-Ⅰ를 따라 절단하여 나타낸 단면도;
도 6은 도 4의 A 부분을 확대하여 나타낸 확대 단면도;
도 7은 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기에 사용되는 냉매 흐름 제어장치를 나타내는 단면도;
도 8은 도 7의 냉매 흐름 제어장치의 체크 밸브를 나타내는 분해 사시도;
도 9는 도 7의 냉매 흐름 제어장치의 체크 밸브가 열린 상태를 나타내는 부분 단면 사시도;
도 10은 도 7의 냉매 흐름 제어장치의 체크 밸브가 닫힌 상태를 나타내는 부분 단면 사시도;
도 11은 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 응축기로 사용되는 경우를 나타내는 도면;
도 12는 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우를 나타내는 도면;
도 13은 냉매 유량 조절부재를 포함하지 않는 본 개시의 일실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우에 냉매의 이동경로의 저항을 설명하기 위한 개념도;
도 14는 냉매 유량 조절부재를 포함하는 본 개시의 일실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우에 냉매의 이동경로의 저항을 설명하기 위한 개념도;
도 15는 본 개시의 다른 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기를 나타내는 사시도;
도 16은 도 15의 공기조화기용 열교환기의 단면도;
도 17은 도 15의 공기조화기용 열교환기가 응축기로 사용되는 경우를 나타내는 도면;
도 18은 도 15의 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우를 나타내는 도면;
도 19는 냉매 유량 조절부재를 포함하지 않는 본 개시의 다른 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우에 냉매의 이동경로의 저항을 설명하기 위한 개념도;
도 20은 냉매 유량 조절부재를 포함하는 본 개시의 다른 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우에 냉매의 이동경로의 저항을 설명하기 위한 개념도;이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 의한 열교환기 및 이를 구비한 공기조화기의 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 실시예는 본 개시의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 개시는 여기서 설명되는 실시예들과 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 이하에서 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 개시의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기를 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3의 공기조화기용 열교환기의 단면도이고, 도 5는 도 4의 공기조화기용 열교환기를 선 Ⅰ-Ⅰ를 따라 절단하여 나타낸 단면도이다. 도 6은 도 4의 A 부분을 확대하여 나타낸 확대 단면도이다. 참고로, 도 4와 도 5에서는 도시의 편의를 위해 복수의 핀(30)은 도시하지 않았다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기(10)는 복수의 납작 전열관(20), 복수의 핀(30), 제1헤더(40)와 제2헤더(50)를 포함할 수 있다.
복수의 납작 전열관(20)은 냉매가 흐르는 것으로서, 제1헤더(40)와 제2헤더(50) 사이에 수평 방향으로 평행하게 설치된다. 따라서, 복수의 납작 전열관(20)은 제1헤더(40)와 제2헤더(50) 사이에 일정 간격으로 적층된 상태로 마련된다. 복수의 납작 전열관(20) 각각은 납작한 대략 직사각형 몸체와 몸체의 내부를 복수의 냉매 유로로 구획하는 복수의 리브를 포함할 수 있다.
복수의 핀(30)은 복수의 납작 전열관(20)의 외면에 일정 간격으로 마련된다. 즉, 복수의 핀(30)은 제1헤더(40)와 제2헤더(50) 사이에 복수의 납작 전열관(20)에 수직한 상태로 나란하게 설치된다.
제1헤더(40)는 복수의 납작 전열관(20)의 일단에 설치되며, 제2헤더(50)는 복수의 납작 전열관(20)의 타단에 설치된다. 즉, 제2헤더(50)는 제1헤더(40)로부터 납작 전열관(20)의 길이만큼 이격되어 설치된다. 제1헤더(40)와 제2헤더(50)는 각각 수직 방향으로 일정 길이 연장되며 속이 빈 관 형상으로 형성된다.
제1헤더(40) 및 제2헤더(50)의 내부 공간은 복수의 납작 전열관(20)과 연통되어 있어 냉매가 흐를 수 있다. 따라서, 제1헤더(40) 또는 제2헤더(50)에 있는 냉매가 복수의 납작 전열관(20)으로 유입될 수 있으며, 복수의 납작 전열관(20)을 통과한 냉매가 제1헤더(40) 또는 제2헤더(50)로 유입될 수 있다.
제1헤더(40)에는 냉매가 제1헤더(40)로 유입되거나 제1헤더(40)로부터 유출되도록 하는 제1포트관(41)과 제2포트관(42)이 마련될 수 있다. 제1포트관(41)은 제1헤더(40)의 하단부에 마련되고, 제2포트관(42)은 제1헤더(40)의 상단부에 마련될 수 있다. 본 실시예에서는 제1포트관(41)과 제2포트관(42)이 모두 제1헤더(40)에 마련된 경우에 대해 설명하지만, 다른 예로서, 제1포트관(41)은 제1헤더(40)에 마련되고, 제2포트관(42)은 제2헤더(50)에 마련될 수도 있다.
제1헤더(40)와 제2헤더(50) 중 적어도 한 개의 헤더(40,50)에는 헤더(40,50)의 내부 공간을 2개 이상의 공간으로 구획하는 적어도 한 개의 배플(baffle)(61,62,63)이 마련될 수 있다. 도 4에 도시된 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(10)의 경우에는 제1헤더(40)는 2개의 배플(61,62)를 포함하며, 제2헤더(50)는 1개의 배플(63)을 포함한다. 배플(61,62,63)은 헤더(40,50)의 내부 공간을 차단하여 냉매가 배플(61,62,63)을 통과하여 헤더(40,50)의 내부를 흐르지 못하도록 한다. 따라서, 제1헤더(40)는 2개의 배플, 즉 제1배플(61)과 제2배플(62)에 의해 3개의 공간, 즉 하부 공간(40-1), 중간 공간(40-2), 및 상부 공간(40-3)으로 구획되며, 제2헤더(50)는 1개의 배플, 즉 제3배플(63)에 의해 2개의 공간, 즉 상부 공간(50-2)과 하부 공간(50-1)으로 구획된다.
또한, 이 3개의 배플(61,62,63)에 의해 복수의 납작 전열관(20)은 4개의 납작 전열관 그룹으로 구획될 수 있다. 구체적으로, 제1헤더(40)의 하단과 제1헤더(40)의 제1배플(61) 사이에 설치된 복수의 납작 전열관(20)이 제1납작 전열관 그룹(20-1)을 형성하고, 제1헤더(40)의 제1배플(61)과 제2헤더(50)의 제3배플(63) 사이에 설치된 복수의 납작 전열관(20)은 제2납작 전열관 그룹(20-2)을 형성하고, 제2헤더(50)의 제3배플(63)과 제1헤더(40)의 제2배플(62) 사이에 설치된 복수의 납작 전열관(20)은 제3납작 전열관 그룹(20-3)을 형성하며, 제1헤더(40)의 제2배플(62)과 제1헤더(40)의 상단 사이에 설치된 복수의 납작 전열관(20)은 제4납작 전열관 그룹(20-4)을 형성한다. 각 납작 전열관 그룹(20-1,20-2,20-3,20-4)을 형성하는 복수의 납작 전열관(20)을 통과하는 냉매의 흐름 방향은 동일하다. 예를 들면, 제1납작 전열관 그룹(20-1)을 형성하는 복수의 납작 전열관(20)을 통과하는 냉매는 동일 방향으로 흐른다.
헤더(40,50)의 내부에 설치되는 복수의 배플(61,62,63) 중 적어도 한 개의 배플에는 냉매가 선택적으로 배플을 통과할 수 있도록 하며, 냉매의 흐름을 제어하는 냉매 흐름 제어장치(100,200)가 설치될 수 있다. 냉매 흐름 제어장치(100,200)는 냉매가 헤더(40,50)의 내부를 일방향으로 흐르는 경우에는 냉매가 냉매 흐름 제어장치(100,200)를 통과하지 못하도록 차단하여 배플로서 기능한다. 냉매가 헤더(40,50)의 내부를 반대방향으로 흐르는 경우에는, 냉매 흐름 제어장치(100,200)는 냉매가 냉매 흐름 제어장치(100,200)를 통과할 수 있도록 작동하여 배플로 구획된 헤더 내부의 공간을 연통시킨다. 또한, 냉매 흐름 제어장치(100,200)는 냉매 흐름 제어장치(100,200)를 통과하는 냉매의 유량을 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
본 실시예의 경우에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1헤더(40)의 제2배플(62)과 제2헤더(50)의 제3배플(63) 각각에 냉매 흐름 제어장치(100,200)가 설치되고, 제1헤더(40)의 제1배플(61)에는 냉매 흐름 제어장치가 설치되지 않는다.
이하, 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기에 사용되는 냉매 흐름 제어장치에 대해 상세하게 설명한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기에 사용되는 냉매 흐름 제어장치를 나타내는 단면도이다. 도 8은 도 7의 냉매 흐름 제어장치의 체크 밸브를 나타내는 분해 사시도이다. 도 9는 도 7의 냉매 흐름 제어장치의 체크 밸브가 열린 상태를 나타내는 부분 단면 사시도이고, 도 10은 도 7의 냉매 흐름 제어장치의 체크 밸브가 닫힌 상태를 나타내는 부분 단면 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(10)에 사용되는 냉매 흐름 제어장치(100)는 연통관(101), 체크 밸브(110), 및 냉매 유량 조절부재(120)를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 냉매 흐름 제어장치(100)는 도 4의 제2헤더(50)의 제3배플(63)에 설치될 수 있다.
연통관(101)은 원형 단면을 갖는 중공의 파이프 형상으로 형성되며, 배플(63)에 고정된다. 연통관(101)은 배플(63) 아래의 헤더 공간(50-1)(이하, 헤더의 하부 공간이라 함)과 배플(63) 위의 헤더 공간(50-2)(이하, 헤더의 상부 공간이라 함)을 연결하여 배플(63) 아래의 헤더 공간(50-1)에 있는 냉매가 배플(63) 위의 헤더 공간(50-2)으로 이동하는 통로로서 기능한다. 연통관(101)은 배플(63)을 관통하여 반대쪽 헤더 공간(50-2)으로 돌출되는 돌출부(102)를 포함할 수 있다. 돌출부(102)의 지름은 연통관(101)의 지름보다 작을 수 있다.
체크 밸브(110)는 연통관(101)의 내부에 마련되며, 선택적으로 연통관(101)을 개폐한다. 구체적으로, 체크 밸브(110)는 냉매가 헤더(50)를 흐르는 방향에 따라 연통관(101)을 개방하여 냉매가 연통관(101)을 통과하도록 하거나 연통관(101)을 차단하여 냉매가 연통관(101)을 통과하지 못하도록 한다. 예를 들면, 열교환기(10)가 응축기로 기능하는 경우에는 체크 밸브(110)는 연통관(101)을 차단하여 헤더 하부 공간(50-1)의 냉매가 헤더 상부 공간(50-2)으로 이동하지 못하도록 하고, 열교환기(10)가 증발기로 기능하는 경우에는 체크 밸브(110)는 연통관(101)을 개방하여 헤더 하부 공간(50-1)의 냉매가 연통관(101)을 통과하여 헤더 상부 공간(50-2)으로 이동할 수 있도록 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 체크 밸브(110)는 연통관(101)의 내부에 고정되는 밸브 시트(111), 밸브 시트(111)에서 수직하게 연장되는 실린더(112), 및 실린더(112)의 내부에 마련되는 플런저(116)를 포함할 수 있다.
밸브 시트(111)는 원통 형상으로 형성되며, 밸브 시트(111)의 중앙에는 냉매가 통과할 수 있는 관통공(112)이 마련된다. 관통공(112)의 일측, 즉 실린더(114)가 설치된 밸트 시트(111)의 일면에는 내부에서 표면을 향해 발산되는 원추형으로 형성된 원추형 구멍(113)이 마련된다. 즉, 관통공(112)은 원형 구멍과 원추형 구멍(113)으로 구성될 수 있다. 연통관(101)의 내면과 마주하는 밸브 시트(111)의 외주면에는 전둘레를 따라 홈(111a)이 형성될 수 있다. 연통관(101)의 전둘레에 밸브 시트(111)의 홈(111a)에 삽입되는 돌기(104)를 마련하면, 밸브 시트(111)가 연통관(101)에 고정되고, 냉매가 밸브 시트와 연통관의 내면 사이로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
실린더(114)는 상술한 관통공(112)의 원추형 구멍(113)에 대응하는 안지름을 가지며, 관통공(112)이 형성된 밸브 시트(111)의 상면에서 수직하게 연장된다. 실린더(114)는 밸브 시트(111)와 일체로 형성될 수 있다. 실린더(114)의 외주면에는 원주 방향으로 복수의 냉매 구멍(115)이 마련된다. 실린더(114)의 상단에는 플런저(116)의 이동을 제한하는 스토퍼(118)가 마련될 수 있다. 플런저(116)의 일단이 스토퍼(118)에 접촉하였을 때, 실린더(114)의 외주면에 마련된 복수의 냉매 구멍(115)이 모두 개방된다. 또한, 실린더(114)의 상단에 스토퍼(118)가 마련되므로, 플런저(116)가 실린더(114)에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 실린더(114)의 외면은 연통관(101)의 내면과 일정 간격 이격되어 있어, 복수의 냉매 구멍(115)을 통해 배출되는 냉매가 실린더(114)와 연통관(101) 사이를 원활하게 흐를 수 있다.
플런저(116)는 밸브 시트(111)의 관통공(112)을 선택적으로 차단할 수 있도록 실린더(114)의 내부에 슬라이딩 가능하게 마련된다. 플런저(116)는 중공의 원통 형상으로, 일단이 막힌 형태로 형성된다. 따라서, 플런저(116)는 헤더(50)를 흐르는 냉매의 흐름 방향에 따라 밸브 시트(111)의 관통공(112)을 선택적으로 개폐한다. 플런저(116)의 막힌 일단, 즉 밸브 시트(111)의 상면을 마주하는 플런저(116)의 일단은 밸브 시트(111)의 원추형 구멍(113)에 대응하는 원추 형상으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 플런저(116)의 일단에 마련된 원추부(117)는 밸브 시트(111)의 원추형 구멍(113)과 동일한 각도와 충분한 길이를 갖도록 형성된다. 따라서, 플런저(116)의 원추부(117)는 밸브 시트(111)의 원추형 구멍(113)에 밀착하여 냉매가 관통공(112)으로 흐르는 것을 차단할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 플런저(116)가 밸브 시트(111)의 원추형 구멍(113)에 위치할 때, 플런저(116)의 측면은 실린더(114)의 복수의 냉매 구멍(115)을 막도록 형성된다.
냉매가 헤더 상부에서 헤더 하부로 이동하는 경우에는 냉매 흐름 제어장치(100)가 설치된 배플(63) 위의 헤더 공간(50-2)에 있는 냉매의 압력이 배플(63) 아래의 헤더 공간(50-1)에 있는 냉매의 압력보다 높은 상태가 유지된다. 이 경우에는 헤더 상부 공간(50-2)의 냉매의 압력에 의해 플런저(116)는 실린더(114) 내에서 아래로 이동하여, 도 10에 도시된 바와 같이, 밸브 시트(111)의 원추형 구멍(113)에 밀착되며, 실린더(114)의 복수의 냉매 구멍(115)을 막는다. 따라서, 헤더 상부 공간(50-2)의 냉매는 냉매 흐름 제어장치(100)를 통해 헤더 하부 공간(50-1)으로 흐를 수 없다.
한편, 냉매가 헤더(50)의 하부에서 상부로 이동하는 경우에는 냉매 흐름 제어장치(100)가 설치된 배플(63) 아래의 헤더 공간(50-1)에 있는 냉매의 압력이 배플(63) 위의 헤더 공간(50-2)에 있는 냉매의 압력보다 높은 상태가 유지된다. 이 경우에는 헤더 하부 공간(50-1)의 냉매의 압력에 의해 플런저(116)는 실린더(114) 내에서 위로 이동하게 되므로, 도 9에 도시된 바와 같이, 밸브 시트(111)의 원추형 구멍(113)과 실린더(114) 측면의 복수의 냉매 구멍(115)이 개방된다. 그러면, 헤더 하부 공간(50-1)의 냉매는 냉매 흐름 제어장치(100)의 관통공(112)과 복수의 냉매 구멍(115)을 통해 헤더 상부 공간(50-2)으로 이동할 수 있다. 즉, 헤더 하부 공간(50-1)의 냉매의 압력이 헤더 상부 공간(50-2)의 냉매의 압력보다 높은 경우에는, 헤더 하부 공간(50-1)의 냉매가 플런저(116)를 상승시켜 밸브 시트(111)의 관통공(112)과 실린더(114)의 복수의 냉매 구멍(115)을 개방하고 이를 통해 배플(63)을 통과하게 된다.
이와 같이 플런저(116)가 원추형의 하단부(117)와 원통형 몸체를 구비하고 있으므로, 플런저(116)가 냉매의 압력차에 의해 이동할 때, 균형을 잡는 것이 용이하며, 비틀림이나 재밍 등이 발생하지 않는다.
냉매 유량 조절부재(120)는 연통관(101)의 일단에 설치되며, 연통관(101)과 연통되는 중공의 원통 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 냉매 유량 조절부재(120)는 연통관(101)과 동일하게 중공의 냉매 파이프로 형성될 수 있다. 냉매 유량 조절부재(120)는 연통관(101)과 동일한 지름을 가지며, 연통관(101)과 일체로 형성될 수 있다. 냉매 유량 조절부재(120)는 연통관(101)으로 인입되거나 연통관(101)에서 유출되는 냉매의 유량을 조절할 수 있도록 냉매 유량 조절부재(120)의 측면은 냉매가 통과할 수 있는 냉매 통로(123)가 마련될 수 있다. 또한, 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 일단과 헤더(50) 사이에는 냉매가 냉매 유량 조절부재(120)의 외주면과 헤더(50) 사이로 통과하는 것을 방지하는 냉매 차단판(65)이 설치될 수 있다.
냉매 유량 조절부재(120)의 측면으로 냉매가 통과할 수 있는 냉매 통로(123)를 형성하기 위해 도 7에 도시된 바와 같이 냉매 파이프(120)의 외주면에는 복수의 관통공(123)이 마련될 수 있다. 이때, 냉매 파이프(120)의 복수의 관통공(123)은 체크 밸브(110)에서 멀어질수록 면적이 커지도록 형성될 수 있다. 복수의 관통공(123)의 크기와 개수를 조절하면, 냉매 유량 조절부재(120)의 측면의 냉매 통로(123)를 통해 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)으로 인입되거나 배출되는 냉매에 걸리는 저항을 조절할 수 있다. 따라서, 냉매 유량 조절부재(120)의 복수의 관통공(123)의 크기와 개수를 조절하면, 냉매 유량 조절부재(120)를 통해 납작 전열관 그룹으로 흐르는 냉매에 걸리는 저항을 조절할 수 있고, 복수의 납작 전열관 그룹을 통해 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)으로 인입되는 냉매에 걸리는 저항을 조절할 수 있다.
다른 예로서, 냉매 유량 조절부재(120)의 측면으로 냉매가 통과할 수 있는 냉매 통로(123)를 형성하기 위해, 냉매 유량 조절부재(120)는 다공성 부재로 형성된 다공성 원형 파이프로 형성할 수 있다. 그러면, 냉매 유량 조절부재(120)의 측면을 형성하는 다공성 부재가 냉매가 통과하는 냉매 통로가 된다. 따라서, 냉매는 냉매 유량 조절부재(120)의 측면을 통해 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)으로 유입되거나 중공(121)으로부터 유출될 수 있다.
냉매 유량 조절부재(120)의 길이는 상술한 복수의 배플(63)에 의해 구획되는 헤더 공간에 대응하도록 정해질 수 있다. 구체적으로, 배플(63)에서 냉매 유량 조절부재(120)의 일단까지의 길이는 냉매 유량 조절부재(120)의 일단이 반대쪽 헤더(40)에 설치된 배플(61)에서 연장된 가상의 평면(67)과 접하도록 정해질 수 있다. 다른 예로서, 냉매 유량 조절부재의 일단이 헤더의 상단 또는 하단과 접하도록 냉매 유량 조절부재의 길이를 정할 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시된 실시예에서, 제2헤더(50)의 제3배플(63)에 설치되는 제1냉매 흐름 제어장치(100)는 냉매 유량 조절부재(120)의 일단이 제1헤더(40)의 제1배플(61)을 연장하는 가상의 평면(67)과 접하도록 냉매 유량 조절부재(120)의 길이를 정할 수 있다.
또한, 제2포트관(42)에 인접한 제1헤더(40)의 제2배플(62)에 설치되는 제2냉매 흐름 제어장치(200)는 냉매 유량 조절부재(220)의 일단이 제1헤더(40)의 상단에 접촉하도록 냉매 유량 조절부재(220)의 길이를 정할 수 있다. 이때, 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)는 제2포트관(42)과 직접 연결될 수 있다. 따라서, 제2포트관(42)으로 인입되는 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)를 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)에 유입된다.
상기와 같은 냉매 흐름 제어장치(100,200)는 다양한 방법으로 헤더(40,50)에 설치할 수 있다. 예를 들면, 헤더를 한 개의 관 형상으로 형성한 경우에는, 냉매 흐름 제어장치를 개방된 헤더의 상단 또는 하단을 통해 헤더의 내부에 삽입하여 설치할 수 있다. 다른 예로는, 헤더를 프레스 성형된 2개의 헤더 판재를 조립하여 형성할 경우에는, 냉매 흐름 제어장치를 일측 헤더 판재에 고정하고, 다른 헤더 판재를 조립함으로써 냉매 흐름 제어장치를 헤더에 설치할 수 있다.
상기와 같이 냉매 흐름 제어장치를 헤더 내 공간에 설치하면, 냉매가 외부로 누설되는 경우는 거의 발생하지 않으며, 냉매 흐름 제어장치를 설치하기 위한 별도의 공간이 필요하지 않으므로 설치 공간을 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기는 냉매 흐름 제어장치가 배관 형태로 형성되므로 냉매의 흐름 제어를 안정적으로 할 수 있다.
이하, 도 11과 도 12를 참조하여 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 응축기와 증발기로 사용되는 경우에 대해 상세하게 설명한다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 응축기로 사용되는 경우를 나타내는 도면이고, 도 12는 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우를 나타내는 도면이다. 참고로, 도 11과 도 12에서 도시의 편의를 위해 최상단과 최하단의 납작 전열관(20)을 제외하고 나머지 복수의 납작 전열관은 생략하였다.
공기조화기가 냉방기로 사용되는 경우에는, 냉매가 열교환기(10)의 제1헤더(40)의 상부로 인입되어 제1헤더(40)의 하부로 배출된다. 즉, 냉매는 제1헤더(40)의 제2포트관(42)으로 인입되어 제1헤더(40)의 제1포트관(41)으로 배출된다.
구체적으로, 도 11을 참조하면, 냉매는 제2포트관(42)을 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)으로 입력된다. 이때, 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)에는 제2냉매 흐름 제어장치(200)가 설치되어 있으므로, 제2포트관(42)으로 인입되는 냉매는 냉매 유량 조절부재(220)의 측면에 마련된 복수의 냉매 통로를 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)에 유입된다.
냉매가 제2포트관(42)을 통해 인입되는 경우에는, 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)의 냉매 압력이 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)의 냉매 압력보다 높다. 따라서, 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)가 열리지 않으므로, 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)를 통해 중간 공간(40-2)으로 흐르지 못한다. 구체적으로, 냉매의 압력에 의해 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)의 플런저(216)(도 6 참조)가 밸브 시트(211)의 원추형 구멍(213)과 실린더(214)의 복수의 냉매 구멍(215)을 차단하고 있으므로, 냉매는 밸브 시트(211)의 관통공(212)을 통해 중간 공간(40-2)으로 흐르지 않는다.
따라서, 제2포트관(42)을 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-1)으로 인입된 냉매는 상부 공간(40-1)에 대응하는 복수의 제4납작 전열관 그룹(20-4)을 통해 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 흘러 들어 간다(P1).
제2헤더(50)를 상부 공간(50-2)과 하부 공간(50-1)으로 구획하는 제3배플(63)에는 제1냉매 흐름 제어장치(100)가 설치되어 있다. 이때, 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)의 냉매 압력이 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)의 냉매 압력보다 높으므로, 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)가 열리지 않는다. 따라서, 냉매는 제3배플(63)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)를 통해 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 흐르지 못한다. 구체적으로, 냉매의 압력에 의해 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)의 플런저(116)가 밸브 시트(111)의 원추형 구멍(113)과 실린더(114)의 복수의 냉매 구멍(115)을 차단하고 있으므로, 냉매는 밸브 시트(111)의 관통공(112)을 통해 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 흐르지 않는다.
따라서, 제4납작 전열관 그룹(20-4)을 통해 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 인입된 냉매는 제2헤더(50)의 제3배플(63)과 제1헤더(40)의 제2배플(62) 사이의 영역에 대응하는 복수의 제3납작 전열관 그룹(20-3)을 통해 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)으로 흘러 들어 간다(P2).
제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)의 하단은 제1배플(61)에 의해 차단되어 있으므로, 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)으로 인입된 냉매는 제1헤더(40)의 제1배플(61)과 제2헤더(50)의 제3배플(63) 사이의 영역에 대응하는 복수의 제2납작 전열관 그룹(20-2)을 통해 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 인입된다(P3). 이때, 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)에는 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)가 설치되어 있으므로, 냉매는 냉매 유량 조절부재(120)의 측면의 냉매 통로(123)를 통해 중공(121)으로 인입된다.
제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)는 체크 밸브(110)가 닫힌 상태이므로, 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 인입된 냉매는 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 흐르지 못하다. 따라서, 제2납작 전열관 그룹(20-2)을 통해 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 인입된 냉매는 제2헤더(50)의 하단과 제1헤더(40)의 제1배플(61) 사이의 영역에 대응하는 복수의 제1납작 전열관 그룹(20-1)을 통해 제1헤더(40)의 하부 공간(40-1)으로 흘러 들어 간다(P4).
제1헤더(40)의 하부 공간(40-1)으로 인입된 냉매는 제1포트관(41)을 통해 열교환기(10)의 외부로 배출된다.
이와 같이 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(10)가 응축기로 기능하는 경우에는, 냉매의 이동경로는 4턴(P1,P2,P3,P4)이 된다.
공기조화기가 난방기로 사용되는 경우에는, 냉매가 열교환기(10)의 제1헤더(40)의 하부로 인입되어 제1헤더(40)의 상부로 배출된다. 즉, 냉매는 제1헤더(40)의 제1포트관(41)으로 인입되어 제1헤더(40)의 제2포트관(42)으로 배출된다.
구체적으로, 도 12를 참조하면, 냉매는 제1포트관(41)을 통해 제1헤더(40)의 하부 공간(40-1)으로 입력된다. 이때, 제1헤더(40)의 하부 공간(40-1)의 상단에는 제1배플(61)이 설치되어 있으므로, 제1포트관(41)으로 인입되는 냉매는 제1배플(61)을 통과하지 못하고 제1헤더(40)의 제1배플(61)과 제2헤더(50)의 하단 사이의 영역에 대응하는 복수의 제1납작 전열관 그룹(20-1)을 통해 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 흘러 들어 간다(P1).
제2헤더(50)의 제3배플(63)에는 제1냉매 흐름 제어장치(100)가 설치되어 있다. 이때, 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)의 냉매 압력이 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)의 냉매 압력보다 높으므로, 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)가 열린다. 따라서, 냉매가 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)를 통해 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 흐른다. 구체적으로, 냉매의 압력에 의해 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)의 플런저(116)가 밸브 시트(111)의 원추형 구멍(113)에서 이격되어 실린더(114)의 복수의 냉매 구멍(115)을 개방하므로, 냉매는 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121), 밸브 시트(111)의 관통공(112), 및 실린더(114)의 복수의 냉매 구멍(115)을 통해 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 흐른다.
따라서, 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 인입된 냉매는 2개의 경로로 흐른다. 즉, 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 인입된 냉매의 일부는 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 측면의 냉매 통로(123)를 통해 제3배플(63)과 제1배플(61) 사이의 영역에 대응하는 제2납작 전열관 그룹(20-2)을 통해 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)으로 흐른다(P2-1). 한편, 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 인입된 냉매의 나머지는 상술한 바와 같이 체크 밸브(110)가 개방된 제1냉매 흐름 제어장치(100)를 통해 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 인입된다.
제1냉매 흐름 제어장치(100)를 통해 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 인입된 냉매는 제2헤더(40)의 상부 공간(50-2)에 대응하는 제3납작 전열관 그룹(20-3)과 제4납작 전열관 그룹(20-4)을 통해 제1헤더(40)로 흐른다. 구체적으로 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)의 냉매의 일부는 제3납작 전열관 그룹(20-3)을 통해 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)으로 인입되고(P2-2), 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)의 냉매의 나머지는 제4납작 전열관 그룹(20-4)을 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)으로 인입된다(P2-3).
냉매가 제1포트관(41)으로 인입되어 제1헤더(40)의 하부에서 상부로 흐르는 경우에는, 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)의 냉매 압력이 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)의 냉매 압력보다 낮다. 따라서, 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)가 열리므로, 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)를 통해 상부 공간(40-3)으로 흐를 수 있다. 구체적으로, 냉매의 압력에 의해 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)의 플런저(216)가 밸브 시트(211)의 원추형 구멍(213)에서 이격되어 실린더(214)의 복수의 냉매 구멍(215)을 개방하고 있으므로, 냉매는 밸브 시트(211)의 관통공(212)과 실린더(214)의 복수의 냉매 구멍(215)을 통해 체크 밸브(210)의 상측에 설치된 냉매 유량 조절부재(220)의 중공(221)으로 흐른다.
이때, 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)에는 제2포트관(42)이 직접 연결되어 있으므로, 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)으로 인입된 냉매는 제2배플(62)에 설치된 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)와 냉매 유량 조절부재(220)를 통해 제2포트관(42)으로 배출된다.
한편, 제4납작 전열관 그룹(20-4)을 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)으로 인입된 냉매는 상부 공간(40-3)에 설치된 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)의 측면의 냉매 통로(223)를 통해 중공(221)으로 인입되어 제2포트관(42)으로 배출된다.
이와 같이 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(10)가 응축기로 기능하는 경우에는, 냉매의 이동경로는 2턴(P1,P2(P2-1,P2-2,P2-3))이 된다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(10)는 응축기로 사용할 경우의 턴수와 증발기로 사용할 경우의 턴수를 다르게 할 수 있으므로 각각의 조건에서 적정한 질량유속과 유동길이를 가질 수 있다. 따라서, 열교환기(10)의 압력손실을 최적화하여 열전달성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(10)는 증발기로 사용할 경우에 경로에 따른 냉매 흐름의 편차를 조절하기 위한 냉매 유량 조절부재(120,220)를 더 포함하고 있으므로 냉매 흐름의 편차에 의한 증발 성능의 저하를 줄일 수 있다.
이하, 도 13과 도 14를 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기가 증발기로 기능할 때, 냉매 유량 조절부재의 유무에 따른 열교환기의 냉매의 이동경로별 저항에 대해 설명한다.
도 13은 냉매 유량 조절부재를 포함하지 않는 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우에 냉매의 이동경로에 걸리는 저항을 설명하기 위한 개념도이고, 도 14는 냉매 유량 조절부재를 포함하는 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우에 냉매의 이동경로에 걸리는 저항을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13을 참조하면, 증발기로 기능하는 열교환기(10)는 냉매가 제1헤더(40) 하부의 제1포트관(41)을 통해 제1헤더(40)의 하부 공간(40-1)으로 인입되어 제1납작 전열관 그룹(20-1)을 통해 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 인입된다. 이때, 제1헤더(40)의 하부 공간(40-1)의 상단은 제1배플(61)이 설치되어 있어 냉매가 상측으로 흐르지 않는다.
제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 인입된 냉매는 다음과 같이 3개의 이동경로를 통해 제1헤더(40)로 이동한다.
제2헤더(50)의 하부 공간(40-1)으로 인입된 냉매의 일부는 제2납작 전열관 그룹(20-2)을 통해 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)으로 이동한다(제1이동경로)(Path1). 한편, 제2헤더(50)의 하부 공간(40-1)의 나머지 냉매는 제3배플(63)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)를 통해 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 인입된다.
제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 인입된 냉매의 일부는 제3납작 전열관(20-3)을 통해 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)으로 인입된다(제2이동경로)(Path2). 또한, 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 인입된 냉매의 나머지는 제4납작 전열관 그룹(20-4)을 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)으로 이동한다(제3이동경로)(Path3).
제2납작 전열관 그룹(20-2)과 제3납작 전열관 그룹(20-3)을 통해 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)으로 인입된 냉매는 제1헤더(40)의 제2배풀(62)에 설치된 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)를 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)으로 인입된다.
제4납작 전열관 그룹(20-4)과 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)를 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)으로 인입된 냉매는 제2포트관(42)을 통해 열변환기(10)의 외부로 배출된다.
제2헤더(50)의 냉매가 상기의 3개의 이동경로를 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)으로 이동할 때, 각 이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항을 다음과 같이 표시할 수 있다.
R-Path1 = R_hex0 + R_hex1 + R3
R-Path2 = R_hex0 + R2 + R_hex2 + R3
R-Path3 = R_hex0 + R2 + R_hex3
여기서, R-Path1은 제1이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R-Path2는 제2이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R-Path3은 제3이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex0는 제1납작 전열관을 통해 제1헤더로부터 제2헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex1는 제2납작 전열관 그룹을 통해 제2헤더로부터 제1헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex2는 제3납작 전열관 그룹을 통해 제2헤더로부터 제1헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex3는 제4납작 전열관 그룹을 통해 제2헤더로부터 제1헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R2는 제1냉매 흐름 제어장치를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항, R3는 제2냉매 흐름 제어장치를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항을 말한다.
제2, 제3, 및 제4납작 전열관 그룹은 유사하거나 동일한 구조를 갖고 있으므로, R_hex1, R_hex2, 및 R_hex3는 거의 동일하다. 또한, 제1냉매 흐름 제어장치와 제2냉매 흐름 제어장치도 동일하거나 유사한 구조를 갖고 있으므로, R2와 R3는 거의 동일하다. 따라서, R-Path1, R-Path2, 및 R-Path3는 다음과 같은 관계를 갖는다.
R-Path2 > R-Path1 ≒ R-Path3
상기의 식으로부터, 제2이동경로의 저항이 제1이동경로와 제3이동경로의 저항보다 크며, 제1이동경로와 제3이동경로의 저항은 비슷하다고 할 수 있다. 이와 같이 3개의 이동경로의 저항이 상이하면, 냉매는 저항이 작은 쪽으로 이동하려고 하므로 제2이동경로로 이동하는 냉매가 적어지므로 3개의 이동경로로 이동하는 냉매 흐름이 균등하지 않고 냉매 흐름에 편차가 발생한다는 문제점이 있다.
도 14를 참조하면, 증발기로 기능하는 열교환기(10)는 냉매가 제1헤더(40) 하부의 제1포트관(41)을 통해 제1헤더(40)의 하부 공간(40-1)으로 인입되어 제1납작 전열관 그룹(20-1)을 통해 제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 인입된다. 이때, 제1헤더(40)의 하부 공간(40-1)의 상단은 제1배플(63)이 설치되어 있어 냉매가 상측으로 흐르지 않는다.
제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 인입된 냉매는 다음과 같이 3개의 이동경로를 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)으로 이동한다.
제2헤더(50)의 하부 공간(50-1)으로 인입된 냉매의 일부는 제3배풀(63)에 설치된 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)의 측면의 냉매 통로(223)를 통해 제2납작 전열관 그룹(20-2)으로 인입되고, 제2납작 전열관 그룹(20-2)을 통해 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)으로 이동한다(제1이동경로). 한편, 제2헤더(50)의 하부 공간의 나머지 냉매는 제3배플(63)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)를 통해 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 인입된다.
제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 인입된 냉매의 일부는 제3납작 전열관(20-3)을 통해 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)으로 인입된다(제2이동경로)(Path2). 또한, 제2헤더(50)의 상부 공간(50-2)으로 인입된 냉매의 나머지는 제4납작 전열관 그룹(20-4)을 통해 제1헤더(40)의 상부 공간(40-3)으로 이동하고, 제1헤더(40)의 제2배플(62)에 설치된 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)의 측면의 냉매 통로(223)를 통해 냉매 유량 조절부재(220)의 중공(221)으로 인입된 후, 제2포트관(42)으로 배출된다(제3이동경로).
제2납작 전열관 그룹(20-2)과 제3납작 전열관 그룹(20-3)을 통해 제1헤더(40)의 중간 공간(40-2)으로 인입된 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)와 냉매 유량 조절부재(220)의 중공(221)을 통해 제2포트관(42)으로 배출된다.
따라서, 제2헤더(50)의 냉매가 상기의 3개의 이동경로를 통해 제1헤더(40)의 제2포트관(42)으로 배출될 때, 각 이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항을 다음과 같이 표시할 수 있다.
R-Path1 = R_hex0 + R1 + R_hex1 + R3
R-Path2 = R_hex0 + R2 + R_hex2 + R3
R-Path3 = R_hex0 + R2 + R_hex3 + R4
여기서, R-Path1은 제1이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R-Path2는 제2이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R-Path3은 제3이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex0는 제1납작 전열관을 통해 제1헤더로부터 제2헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex1는 제2납작 전열관 그룹을 통해 제2헤더로부터 제1헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex2는 제3납작 전열관 그룹을 통해 제2헤더로부터 제1헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex3는 제4납작 전열관 그룹을 통해 제2헤더로부터 제1헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R1은 냉매가 제1냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재의 측면의 냉매 통로를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항, R2는 제1냉매 흐름 제어장치의 체크 밸브를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항, R3는 제2냉매 흐름 제어장치의 체크 밸브를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항, R4는 냉매가 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재의 측면의 냉매 통로를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항을 말한다.
제2, 제3, 및 제4납작 전열관 그룹(20-2,20-3,20-4)은 유사하거나 동일한 구조를 갖고 있으므로, R_hex1, R_hex2, 및 R_hex3는 거의 동일하다. 또한, 제1냉매 흐름 제어장치와 제2냉매 흐름 제어장치도 동일하거나 유사한 구조를 갖고 있으므로, R2와 R3는 거의 동일하다. 따라서, R1을 R2와 유사하게 하고, R4를 R3와 유사하게 하면, R-Path1, R-Path2, 및 R-Path3는 다음과 같은 관계를 가질 수 있다.
R-Path1 ≒ R-Path2 ≒ R-Path3
즉, 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기는 냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재의 냉매 통로의 저항을 조절하면, 3개의 이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항을 대략 균일하게 할 수 있다. 이와 같이, 3개의 이동경로, 즉, 제1이동경로, 제2이동경로, 및 제3이동경로 각각의 냉매 저항을 유사하거나 동일하게 하면, 냉매 흐름이 대략 균등하게 될 수 있다.
이상에서는 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(10)가 일 열로 구성된 경우에 대해 설명하였으나, 열교환기는 2 열 이상으로 구성할 수도 있다.
이하, 도 15 및 도 16을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기가 2열로 된 경우에 대해 상세하게 설명한다.
도 15는 본 개시의 다른 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기를 나타내는 사시도이고, 도 16은 도 15의 공기조화기용 열교환기의 단면도이다. 참고로, 도 16은 도시의 편의를 위해 제1열 열교환기와 제2열 열교환기를 상하로 배치하였다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기(300)는 제1열 열교환기(301)와 제2열 열교환기(302)를 포함할 수 있다. 도 15 및 도 16에서는 제1열 열교환기(301)와 제2열 열교환기(302)가 일측으로 이격된 상태로 도시하였으나, 이는 도시의 편의를 위한 것이며, 제1열 및 제2열 열교환기(301,302)는 인접하여 중첩되게 설치된다.
제1열 열교환기(301)는 복수의 납작 전열관(320), 복수의 핀(321), 제1헤더(311)와 제2헤더(312)를 포함할 수 있다.
복수의 납작 전열관(320)은 냉매가 흐르는 것으로서, 제1헤더(311)와 제2헤더 (312)사이에 수평한 방향으로 평행하게 설치된다. 따라서, 복수의 납작 전열관(320)은 수직 방향으로 일정 간격으로 적층된 상태로 마련된다. 복수의 납작 전열관(320) 각각은 납작한 대략 직사각형 몸체와 몸체의 내부를 복수의 냉매 유로로 구획하는 복수의 리브를 포함할 수 있다.
복수의 핀(321)은 복수의 납작 전열관(320)의 외면에 일정 간격으로 마련된다. 즉, 복수의 핀(321)은 제1헤더(311)와 제2헤더(312) 사이에 복수의 납작 전열관(320)에 수직한 상태로 나란하게 설치된다. 참고로, 도 16에서는 도시의 편의를 위해 핀(321)을 삭제하였다.
제1헤더(311)는 복수의 납작 전열관(320)의 일단에 설치되며, 제2헤더(312)는 복수의 납작 전열관(320)의 타단에 설치된다. 즉, 제2헤더(312)는 제1헤더(311)로부터 납작 전열관(320)의 길이만큼 이격되어 설치된다. 제1헤더(311)와 제2헤더(312)는 각각 수직 방향으로 일정 길이 연장되며 속이 빈 관 형상으로 형성된다.
제1헤더(311) 및 제2헤더(312)의 내부 공간은 복수의 납작 전열관(320)과 연통되어 있어 냉매가 흐를 수 있다. 따라서, 제1헤더(311) 또는 제2헤더(312)에 있는 냉매가 납작 전열관(320)으로 유입될 수 있으며, 납작 전열관(320)을 통과한 냉매가 제1헤더(311) 또는 제2헤더(312)로 유입될 수 있다.
제1헤더(311)에는 냉매가 제1헤더(311)로 유입되거나 제1헤더(311)로부터 유출되도록 하는 제1포트관(331)이 마련될 수 있다. 제1포트관(331)은 제1헤더(311)의 하단부에 마련될 수 있다. 제2헤더(312)에는 제1열 열교환기(301)와 제2열 열교환기(302)를 연결하는 연결관(335)이 연결되는 제1연결포트(333)가 마련될 수 있다. 제1연결포트(333)는 제2헤더(312)의 상단부에 마련될 수 있다.
제1헤더(311)와 제2헤더(312)에는 헤더의 내부 공간을 2개 이상의 공간으로 구획하는 적어도 한 개의 배플이 마련될 수 있다. 도 16에 도시된 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(300)의 경우에는 제1헤더(311)과 제2헤더(312)는 각각 1개의 배플(341,342)을 포함한다. 배플(341,342)은 헤더(311,312)의 내부 공간을 차단하여 냉매가 배플을 통과하여 헤더의 내부를 흐르지 못하도록 한다. 제1헤더(311)는 제1배플(341)에 의해 2개의 공간, 즉 하부 공간(311-1)과 상부 공간(311-2)으로 구획되며, 제2헤더(312)는 제2배플(342)에 의해 2개의 공간, 즉 하부 공간(312-1)과 상부 공간(312-2)으로 구획된다.
또한, 이 2개의 배플(341,342)에 의해 복수의 납작 전열관(320)은 3개의 납작 전열관 그룹으로 구획될 수 있다. 구체적으로, 제1헤더(311)의 하단과 제1헤더(311)의 제1배플(341) 사이에 설치된 복수의 납작 전열관(320)이 제1납작 전열관 그룹(320-1)을 형성하고, 제1헤더(311)의 제1배플(341)과 제2헤더(312)의 제2배플(342) 사이에 설치된 복수의 납작 전열관(320)은 제2납작 전열관 그룹(320-2)을 형성하고, 제2헤더(312)의 제2배플(342)과 제1헤더(311)의 상단 사이에 설치된 복수의 납작 전열관(320)은 제3납작 전열관 그룹(320-3)을 형성한다. 각 납작 전열관 그룹(320-1,320-2,320-3)을 형성하는 복수의 납작 전열관(320)을 통과하는 냉매의 흐름 방향은 동일하다. 예를 들면, 제1납작 전열관 그룹(320-1)을 형성하는 복수의 납작 전열관(320)을 통과하는 냉매는 동일 방향으로 흐른다.
헤더(311,312)의 내부에 설치되는 복수의 배플(341,342) 중 적어도 한 개의 배플에는 냉매가 선택적으로 배플을 통과할 수 있도록 하며, 냉매의 흐름을 제어하는 냉매 흐름 제어장치(100,200)가 설치될 수 있다. 냉매 흐름 제어장치(100,200)는 냉매가 헤더(311,312)의 내부를 일방향으로 흐르는 경우에는 냉매가 냉매 흐름 제어장치(100,200)를 통과하지 못하도록 차단하여 배플로서 기능한다. 냉매가 헤더(311,312)의 내부를 반대방향으로 흐르는 경우에는, 냉매 흐름 제어장치(100,200)는 냉매가 냉매 흐름 제어장치(100,200)를 통과할 수 있도록 작동하여 배플로 구획된 헤더 내부의 공간을 연통시킨다. 또한, 냉매 흐름 제어장치(100,200)는 냉매 흐름 제어장치(100,200)를 통과하는 냉매의 유량을 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
본 실시예의 경우에는, 도 16에 도시된 바와 같이, 제1헤더(311)의 제1배플(341)에는 제1냉매 흐름 제어장치(100)가 설치되고, 제2헤더(312)의 제2배플(342)에는 제2냉매 흐름 제어장치(200)가 설치된다. 제1 및 제2냉매 흐름 제어장치(100,200)는 설치 위치만 상이하고 그 구조는 상술한 실시예에 의한 냉매 흐름 제어장치(100,200)와 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
제1헤더(311)의 제1배플(341)에 설치되는 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(100)는 일단이 제1헤더(311)의 하단에 접촉하며, 제1포트관(331)과 연통된다. 따라서, 제1포트관(331)으로 인입되는 냉매는 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 측면의 냉매 통로(123)(도 7 참조)를 통해 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 인입되거나 체크 밸브(110)를 통해 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 인입된다. 또한, 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)에서 제1납작 전열관 그룹(320-1)을 통해 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 인입된 냉매는 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 측면의 냉매 통로(123)를 통해 제1포트관(331)으로 배출된다.
제2헤더(312)의 제2배플(342)에 설치되는 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)는 일단이 제2헤더(312)의 상단에 접촉하며, 제1연결포트(333)와 연통된다. 따라서, 제1연결포트(333)로 인입되는 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)의 측면의 냉매 통로(223)(도 6 참조)를 통해 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)으로 인입된다. 또한, 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)에서 제3납작 전열관 그룹(320-3)을 통해 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)으로 인입된 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)의 측면의 냉매 통로(223)를 통해 제1연결포트(333)로 배출된다. 한편, 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)에서 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)를 통해 인입된 냉매는 냉매 유량 조절부재(220)의 중공(221)을 통해 제1연결포트(333)로 배출된다.
제2열 열교환기(302)는 복수의 납작 전열관(322), 복수의 핀(323), 제3헤더(313)와 제4헤더(314)를 포함할 수 있다.
복수의 납작 전열관(322)은 제1열 열교환기(301)의 복수의 납작 전열관(320)과 평행하게 설치되며, 제3헤더(313)와 제4헤더(314)는 이 복수의 납작 전열관(322)의 양단에 설치된다. 제3헤더(313)와 제4헤더(314) 사이에는 복수의 핀(323)이 설치된다. 복수의 납작 전열관(322)과 핀(323)은 상술한 제1열 열교환기(301)의 납작 전열관(320)과 핀(321)과 동일하거나 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
제3헤더(313)는 복수의 납작 전열관(322)의 일단에 설치되며, 제4헤더(314)는 복수의 납작 전열관(322)의 타단에 설치된다. 즉, 제4헤더(314)는 제3헤더(313)로부터 납작 전열관(322)의 길이만큼 이격되어 설치된다. 제3헤더(313)와 제4헤더(314)는 각각 수직 방향으로 일정 길이 연장되며 속이 빈 관 형상으로 형성된다.
제3헤더(313) 및 제4헤더(314)의 내부 공간은 복수의 납작 전열관(322)과 연통되어 있어 냉매가 흐를 수 있다. 따라서, 제3헤더(313) 또는 제4헤더(314)에 있는 냉매가 납작 전열관(322)으로 유입될 수 있으며, 납작 전열관(322)을 통과한 냉매가 제3헤더(313) 또는 제4헤더(314)로 유입될 수 있다.
제3헤더(313)에는 냉매가 제3헤더(313)로 유입되거나 제3헤더(313)로부터 유출되도록 하는 제2연결포트(334)가 마련될 수 있다. 제2연결포트(334)는 제3헤더(313)의 하단부에 마련될 수 있으며, 연결관(335)을 통해 제2헤더(312)의 제1연결포트(333)와 연통된다. 즉, 제2헤더(312)의 상단부와 제3헤더(313)의 하단부는 연결관(335)으로 연결된다. 따라서, 제1연결포트(333), 제2연결포트(334), 및 연결관(335)를 통해 제1열 열교환기(301)와 제2열 열교환기(302)가 연결된다. 또한, 제4헤더(314)의 상부에는 냉매가 들어오거나 나가는 제2포트관(332)이 마련될 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 제3헤더(313)와 제4헤더(314)는 상술한 제1헤더(311)와 제2헤더(312)와 유사하나, 그 내부에 배플(341,342)이 설치되지 않는다는 점에서 제1헤더(311) 및 제2헤더(312)와 차이가 있다.
이하, 상기와 같은 2열 구조를 갖는 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(300)가 응축기와 증발기로 기능하는 경우에 대해 도 17 및 도 18을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 17은 도 15의 공기조화기용 열교환기가 응축기로 사용되는 경우를 나타내는 도면이다. 도 18은 도 15의 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우를 나타내는 도면이다. 다만, 도 17 및 도 18에서는 도시와 설명의 편의를 위해 상단과 하단의 납작 전열관만 표시하고 나머지 납작 전열관은 생략하였다.
공기조화기가 냉방기로 사용되는 경우에는, 냉매가 제2열 열교환기(302)의 제4헤더(314)의 상부로 인입되어 제1열 열교환기(301)의 제1헤더(311)의 하부로 배출된다. 즉, 냉매는 제2열 열교환기(301)의 제4헤더(314)의 제2포트관(332)으로 인입되어 제1열 열교환기(301)의 제1헤더(311)의 제1포트관(331)으로 배출된다.
구체적으로, 도 17을 참조하면, 냉매는 제2열 열교환기(302)의 제4헤더(314)의 제2포트관(332)을 통해 제4헤더(314)의 내부 공간으로 인입된다. 제4헤더(314)의 내부 공간으로 인입된 냉매는 제3헤더(313)와 제4헤더(314) 사이의 복수의 납작 전열관(322)을 통해 제3헤더(313)로 인입된다. 제3헤더(313)로 인입된 냉매는 제2연결포트(334), 연결관(335), 및 제1연결포트(333)를 통해 제2헤더(312)로 인입된다.
냉매가 제1연결포트(333)를 통해 인입되는 경우에는, 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)의 냉매 압력이 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)의 냉매 압력보다 높다. 따라서, 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)가 열리지 않으므로, 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)를 통해 하부 공간(312-1)으로 흐르지 못한다. 구체적으로, 냉매의 압력에 의해 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)의 플런저(216)(도 6 참조)가 밸브 시트(211)의 원추형 구멍(213)과 실린더(214)의 복수의 냉매 구멍(215)을 차단하고 있으므로, 냉매는 밸브 시트(211)의 관통공(212)을 통해 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 흐르지 않는다.
따라서, 제1연결포트(333)를 통해 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)으로 인입된 냉매는 상부 공간(312-2)에 대응하는 복수의 제3납작 전열관 그룹(320-3)을 통해 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 흘러 들어 간다.
제1헤더(311)를 상부 공간(311-2)과 하부 공간(311-1)으로 구획하는 제1배플(341)에는 제1냉매 흐름 제어장치(100)가 설치되어 있다. 이때, 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)의 냉매 압력이 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)의 냉매 압력보다 높으므로, 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)가 열리지 않는다. 따라서, 냉매는 제1배플(341)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)를 통해 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 흐르지 못한다. 구체적으로, 냉매의 압력에 의해 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)의 플런저(116)가 밸브 시트(111)의 원추형 구멍(113)과 실린더(114)의 복수의 냉매 구멍(115)을 차단하고 있으므로, 냉매는 밸브 시트(111)의 관통공(112)을 통해 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 흐르지 않는다.
따라서, 제3납작 전열관 그룹(320-3)을 통해 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 인입된 냉매는 제1헤더(311)의 제1배플(341)과 제2헤더(312)의 제2배플(342) 사이의 영역에 대응하는 복수의 제2납작 전열관 그룹(320-2)을 통해 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 흘러 들어 간다.
제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)의 하단은 막혀 있으므로, 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 인입된 냉매는 제1헤더(311)의 제1배플(341)과 제2헤더(312)의 하단 사이의 영역에 대응하는 복수의 제1납작 전열관 그룹(320-1)을 통해 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 인입된다.
제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)는 체크 밸브(110)가 닫힌 상태이므로, 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 인입된 냉매는 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 흐르지 못하다. 따라서, 제1납작 전열관 그룹(320-1)을 통해 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 인입된 냉매는 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 측면의 냉매 통로(123)를 통해 중공(121)으로 인입된 후, 제1포트관(331)을 통해 외부로 배출된다.
이와 같이 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(300)가 응축기로 기능하는 경우에는, 냉매의 이동경로는 제1열 열교환기(301)의 3턴과 제2열 열교환기(302)의 1턴으로 총 4턴이 된다.
공기조화기가 난방기로 사용되는 경우에는, 냉매가 제1열 열교환기(301)의 제1헤더(311)의 하부로 인입되어 제2열 열교환기(302)의 제4헤더(314)의 상부로 배출된다. 즉, 냉매는 제1열 열교환기(301)의 제1헤더(311)의 제1포트관(331)으로 인입되어 제2열 열교환기(302)의 제4헤더(314)의 제2포트관(332)으로 배출된다.
구체적으로, 도 18을 참조하면, 냉매는 제1포트관(331)을 통해 제1헤더(311)로 인입된다. 이때, 제1포트관(331)은 제1헤더(311)의 제1배플(341)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매유량 제어부재(120)에 연결되어 있으므로, 제1포트관(331)으로 인입되는 냉매는 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)으로 인입된다.
그러면, 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 냉매는 냉매 유량 조절부재(120)의 측면에 마련된 냉매 통로(123)를 통해 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 인입된다. 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 인입된 냉매는 제1헤더(311)의 하단과 제1배플(341) 사이의 영역에 대응하는 제1납작 전열관 그룹(320-1)을 통해 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 흐른다.
한편, 제1포트관(331)으로 냉매가 인입되면, 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 냉매 압력이 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)의 냉매 압력보다 높아지므로, 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)가 열린다. 따라서, 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)에 인입된 냉매의 나머지는 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)를 통해 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 흐른다. 구체적으로, 냉매의 압력에 의해 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)의 플런저(116)가 밸브 시트(111)의 원추형 구멍(113)에서 이격되어 실린더(114)의 복수의 냉매 구멍(115)을 개방하므로, 냉매는 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121), 밸브 시트(111)의 관통공(112), 및 실린더(114)의 복수의 냉매 구멍(115)을 통해 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 흐른다.
따라서, 제1포트관(331)을 통해 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)으로 인입된 냉매는 2개의 경로로 흐른다. 즉, 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)으로 인입된 냉매의 일부는 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 측면의 냉매 통로(123)를 지나 제1납작 전열관 그룹(320-1)을 통해 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 흐른다. 한편, 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)으로 인입된 냉매의 나머지는 상술한 바와 같이 개방된 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)를 통해 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 인입된다.
제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)를 통해 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 인입된 냉매는 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)에 대응하는 제2납작 전열관 그룹(320-2)과 제3납작 전열관 그룹(320-3)을 통해 제2헤더(312)로 흐른다. 구체적으로, 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)의 냉매의 일부는 제2납작 전열관 그룹(320-2)을 통해 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 인입되고, 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)의 냉매의 나머지는 제3납작 전열관 그룹(320-3)을 통해 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)으로 인입된다.
냉매가 제1포트관(331)으로 인입되어 제2헤더(312)의 하부에서 상부로 흐르는 경우에는, 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)의 냉매 압력이 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)의 냉매 압력보다 낮다. 따라서, 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)가 열리므로, 제2납작 전열관 그룹(320-2)을 통해 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 인입된 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)를 통해 제2헤더(312)의 상부 공간으로 흐를 수 있다. 구체적으로, 냉매의 압력에 의해 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)의 플런저(216)가 밸브 시트(211)의 원추형 구멍(213)에서 이격되어 실린더(214)의 복수의 냉매 구멍(215)을 개방하므로, 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)에 있는 냉매는 밸브 시트(211)의 관통공(212)과 실린더(214)의 복수의 냉매 구멍(215)을 통해 체크 밸브(210)의 상측에 설치된 냉매 유량 조절부재(220)의 중공(221)으로 흐른다.
이때, 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)에는 제1연결포트(333)가 직접 연결되어 있으므로, 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 인입된 냉매는 제2배플(342)에 설치된 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)와 냉매 유량 조절부재(220)를 통해 제1연결포트(333)로 배출된다.
한편, 제3납작 전열관 그룹(320-3)을 통해 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)으로 인입된 냉매는 상부 공간(312-2)에 설치된 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)의 측면에 마련된 냉매 통로(223)를 통해 중공(221)으로 인입되어 제1연결포트(333)로 배출된다.
제1연결포트(333)로 배출된 냉매는 연결관(335)과 제2연결포트(334)를 통해 제2열 열교환기(302)의 제3헤더(313)로 인입된다. 제3헤더(313)로 인입된 냉매는 제3헤더(313)와 제4헤더(314) 사이의 복수의 납작 전열관(322)을 통해 제4헤더(314)로 흐른다. 제4헤더(314)로 인입된 냉매는 제4헤더(314)에 마련된 제2포트관(332)을 통해 제2열 열교환기(302)의 외부로 배출된다.
이와 같이 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(300)가 증발기로 기능하는 경우에는, 냉매의 이동경로는 제1열 열교환기(301)에서의 1턴과 제2열 열교환기(302)에서의 1턴이 있으므로 모두 2턴이 된다. 따라서, 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(300)는 응축기로 사용할 경우의 턴수와 증발기로 사용할 경우의 턴수를 다르게 할 수 있으므로 압력손실을 최적화하여 열전달 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(300)는 증발기로 사용할 경우에 경로에 따른 냉매 흐름의 편차를 조절하기 위한 냉매 유량 조절부재(120,220)를 더 포함하고 있으므로 냉매 흐름의 편차에 의한 증발 성능의 저하를 줄일 수 있다.
이하, 도 19와 도 20을 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 의한 2열 열교환기(300)가 증발기로 기능할 때, 냉매 유량 조절부재(120,220)의 유무에 따른 열교환기의 냉매 경로별 저항에 대해 설명한다.
도 19는 냉매 유량 조절부재를 포함하지 않는 본 개시의 다른 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우에 냉매 경로별 저항을 설명하기 위한 개념도이다. 도 20은 냉매 유량 조절부재를 포함하는 본 개시의 다른 실시예에 의한 공기조화기용 열교환기가 증발기로 사용되는 경우에 냉매 경로별 저항을 설명하기 위한 개념도이다.
도 19를 참조하면, 증발기로 기능하는 열교환기(300)는 냉매가 제1열 열교환기(301)의 제1헤더(311) 하부의 제1포트관(331)을 통해 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 인입된다. 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 인입된 냉매는 3개의 이동경로를 경유하여 제1열 열교환기(301)의 제1연결포트(333)로 배출된다.
한편, 냉매가 제1포트관(331)을 통해 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)으로 입력되면, 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)의 냉매 압력이 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)의 냉매 압력보다 높으므로 제1배플(341)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)가 열린다. 또한, 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)의 냉매 압력도 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)의 냉매 압력보다 높으므로 제2배플(342)에 설치된 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)도 열린다.
따라서, 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)의 냉매의 일부는 제1납작 전열관 그룹(320-1)을 통해 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 인입되고, 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 인입된 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)를 통해 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)으로 흐른다(제1이동경로)(Path1).
또한, 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)의 냉매의 나머지는 제1배플(341)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)를 통해 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 인입된다.
제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 인입된 냉매의 일부는 제2납작 전열관 그룹(320-2)을 통해 제2헤더(312)의 하부 공간(312-2)으로 인입되고, 제2헤더(312)의 하부 공간(312-2)으로 인입된 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)를 통해 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)으로 흐른다(제2이동경로)(Path2).
끝으로, 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 인입된 냉매의 나머지는 제3납작 전열관 그룹(320-3)을 통해 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)으로 이동한다(제3이동경로)(Path3).
3개의 이동경로를 통해 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)으로 인입된 냉매는 제2헤더(312)의 제1연결포트(333)를 통해 제2열 열교환기(302)의 제3헤더(313)로 인입된다. 제3헤더(313)로 인입된 냉매는 제2열 열교환기(302)의 복수의 납작 전열관(322)을 통해 제4헤더(314)로 흐른다. 제4헤더(314)로 인입된 냉매는 제2포트관(332)을 통해 제2열 열교환기(302)의 외부로 배출된다.
따라서, 제1열 열교환기(301)의 제1헤더(311)의 제1포트관(331)으로 인입된 냉매가 상기의 3개의 이동경로를 통과하여 제2열 열교환기(302)의 제4헤더(314)의 제2포트관(332)을 통해 배출될 때까지, 각 이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항을 다음과 같이 표시할 수 있다.
R-Path1 = R_hex1 + R3 + R_hex4
R-Path2 = R2 + R_hex2 + R3 + R_hex4
R-Path3 = R2 + R_hex3 + R_hex4
여기서, R-Path1은 제1이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R-Path2는 제2이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R-Path3은 제3이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex1는 제1납작 전열관 그룹을 통해 제1헤더로부터 제2헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex2는 제2납작 전열관 그룹을 통해 제1헤더로부터 제2헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex3는 제3납작 전열관 그룹을 통해 제1헤더로부터 제2헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex4는 복수의 납작 전열관을 통해 제3헤더로부터 제4헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R2는 제1냉매 흐름 제어장치를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항, R3는 제2냉매 흐름 제어장치를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항을 말한다.
제1, 제2, 및 제3납작 전열관 그룹(320-1,320-2,320-3)은 유사하거나 동일한 구조를 갖고 있으므로, R_hex1, R_hex2, 및 R_hex3는 거의 동일하다. 또한, 제1냉매 흐름 제어장치(100)와 제2냉매 흐름 제어장치(200)도 동일하거나 유사한 구조를 갖고 있으므로, R2와 R3는 거의 동일하다. 따라서, R-Path1, R-Path2, 및 R-Path3는 다음과 같은 관계를 갖는다.
R-Path2 > R-Path1 ≒ R-Path3
상기의 식으로부터, 제2이동경로의 저항이 제1이동경로와 제3이동경로의 저항보다 크며, 제1이동경로와 제3이동경로의 저항은 비슷하다고 할 수 있다. 이와 같이 3개의 이동경로의 저항이 상이하면, 냉매는 저항이 작은 쪽으로 이동하려고 하므로 제2이동경로로 이동하는 냉매가 적어지므로 3개의 이동경로로 이동하는 냉매 흐름이 균등하지 않고 냉매 흐름에 편차가 발생한다는 문제점이 있다.
도 20을 참조하면, 증발기로 기능하는 열교환기(300)는 냉매가 제1열 열교환기(301)의 제1헤더(311)의 제1포트관(331)을 통해 인입된다. 이때, 제1포트관(331)은 제1헤더(311)의 제1배플(341)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)에 연결되어 있으므로, 냉매는 제1포트관(331)을 통해 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)으로 인입된다. 제1헤더(311)의 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)으로 인입된 냉매는 3개의 이동경로를 경유하여 제1열 열교환기(301)의 제1연결포트(333)로 배출된다.
한편, 냉매가 제1포트관(331)을 통해 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)으로 입력되면, 제1헤더(311)의 하부 공간(311-1)의 냉매 압력이 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)의 냉매 압력보다 높으므로 제1배플(341)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)가 열린다. 또한, 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)의 냉매 압력도 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)의 냉매 압력보다 높으므로 제2배플(342)에 설치된 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)도 열린다.
따라서, 제1헤더(311)의 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)에 있는 냉매의 일부는 냉매 유량 조절부재(120)의 측면의 냉매 통로(123)와 제1납작 전열관 그룹(320-1)을 통해 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 인입되고, 제2헤더(312)의 하부 공간으로 인입된 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)를 통해 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)의 중공(221)으로 흐른다(제1이동경로)(Path1).
또한, 제1헤더(311)의 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 냉매 유량 조절부재(120)의 중공(121)에 있는 냉매의 나머지는 제1배플(341)에 설치된 제1냉매 흐름 제어장치(100)의 체크 밸브(110)를 통해 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 인입된다.
제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 인입된 냉매의 일부는 제2납작 전열관 그룹(320-2)을 통해 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 인입되고, 제2헤더(312)의 하부 공간(312-1)으로 인입된 냉매는 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 체크 밸브(210)를 통해 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)의 중공(221)으로 흐른다(제2이동경로)(Path2).
끝으로, 제1헤더(311)의 상부 공간(311-2)으로 인입된 냉매의 나머지는 제3납작 전열관 그룹(320-3)을 통해 제2헤더(312)의 상부 공간(312-2)으로 이동한 후, 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)의 측면의 냉매 통로(223)를 통해 냉매 유량 조절부재(220)의 중공(221)으로 인입된다(제3이동경로)(Path3).
3개의 이동경로를 통해 제2냉매 흐름 제어장치(200)의 냉매 유량 조절부재(220)의 중공(221)으로 인입된 냉매는 제2헤더(312)의 제1연결포트(333)를 통해 제2열 열교환기(302)의 제3헤더(313)로 인입된다. 제3헤더(313)로 인입된 냉매는 제2열 열교환기(302)의 복수의 납작 전열관(322)을 통해 제4헤더(314)로 흐른다. 제4헤더(314)로 인입된 냉매는 제2포트관(332)을 통해 제2열 열교환기(302)의 외부로 배출된다.
따라서, 제1열 열교환기(301)의 제1헤더(311)의 제1포트관(331)으로 인입된 냉매가 상기의 3개의 이동경로를 통과하여 제2열 열교환기(302)의 제4헤더(314)의 제2포트관(332)을 통해 배출될 때까지, 각 이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항을 다음과 같이 표시할 수 있다.
R-Path1 = R1 + R_hex1 + R3 + R_hex4
R-Path2 = R2 + R_hex2 + R3 + R_hex4
R-Path3 = R2 + R_hex3 + R4 + R_hex4
여기서, R-Path1은 제1이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R-Path2는 제2이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R-Path3은 제3이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex1는 제1납작 전열관 그룹을 통해 제1헤더로부터 제2헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex2는 제2납작 전열관 그룹을 통해 제1헤더로부터 제2헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex3는 제3납작 전열관 그룹을 통해 제1헤더로부터 제2헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R_hex4는 복수의 납작 전열관을 통해 제3헤더로부터 제4헤더로 이동하는 냉매에 걸리는 저항, R1은 냉매가 제1냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재의 측면의 냉매 통로를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항, R2는 제1냉매 흐름 제어장치의 체크 밸브를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항, R3는 제2냉매 흐름 제어장치의 체크 밸브를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항, R4는 냉매가 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재의 측면의 냉매 통로를 통과할 때 냉매에 걸리는 저항을 말한다.
제1, 제2, 및 제3납작 전열관 그룹(320-1,320-2,320-3)은 유사하거나 동일한 구조를 갖고 있으므로, R_hex1, R_hex2, 및 R_hex3는 거의 동일하다. 또한, 제1냉매 흐름 제어장치(100)와 제2냉매 흐름 제어장치(200)도 동일하거나 유사한 구조를 갖고 있으므로, R2와 R3는 거의 동일하다. 따라서, R1을 R2와 유사하게 하고, R4를 R3와 유사하게 하면, R-Path1, R-Path2, 및 R-Path3는 다음과 같은 관계를 가질 수 있다.
R-Path2 ≒ R-Path1 ≒ R-Path3
즉, 본 개시의 일 실시예에 의한 열교환기(300)는 냉매 흐름 제어장치(100,200)의 냉매 유량 조절부재(120,220)의 냉매 통로(123,223)의 저항을 조절하면, 3개의 이동경로로 이동하는 냉매에 걸리는 저항을 대략 균일하게 할 수 있다. 이와 같이, 3개의 이동경로, 즉, 제1이동경로, 제2이동경로, 및 제3이동경로 각각의 냉매 저항을 유사하거나 동일하게 하면, 냉매 흐름이 대략 균등하게 될 수 있다.
상기에서 본 개시는 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며, 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 개시의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 따로 부가 언급하지 않는 한 본 개시는 청구범위의 범주 내에서 자유로이 실시될 수 있을 것이다.
1, 10, 300; 열교환기 2,20,320,322; 납작 전열관
3,4,40,50,311,312,313,314; 헤더 5,6,41,42,331,332; 포트관
7,8,9,61,62,63,341,342; 배플 30,321,323; 핀
100,200; 냉매 흐름 제어장치 101,201; 연통관
110,210; 체크 밸브 111,211; 밸브 시트
112,212; 관통공 113,213; 원통형 구멍
114,214; 실린더 115,215; 냉매 구멍
116,216; 플런저 118,218; 스토퍼
120,220; 냉매 유량 조절부재 121,221; 중공
123,223; 냉매 통로 335; 연결관

Claims (20)

  1. 냉매가 흐르는 복수의 납작 전열관;
    상기 복수의 납작 전열관의 외면에 마련된 복수의 핀;
    상기 복수의 납작 전열관의 양단에 설치되는 제1헤더와 제2 헤더;
    상기 제1헤더와 제2헤더 중 적어도 한 개의 헤더에 설치되며, 상기 헤더의 내부를 구획하는 적어도 한 개의 배플; 및
    상기 적어도 한 개의 배플에 설치되며, 상기 냉매가 선택적으로 상기 적어도 한 개의 배플을 통과하도록 하며, 상기 냉매의 흐름을 제어하는 냉매 흐름 제어장치;를 포함하며,
    상기 냉매 흐름 제어장치는 상기 냉매가 상기 헤더의 내부를 일방향으로 흐르는 경우에는 상기 냉매가 상기 냉매 흐름 제어장치를 통과하지 못하도록 차단하고, 상기 냉매가 상기 헤더의 내부를 반대방향으로 흐르는 경우에는 상기 냉매가 상기 냉매 흐름 제어장치를 통해 상기 배플을 통과하도록 하며, 상기 냉매 흐름 제어장치를 통과하는 상기 냉매의 유량을 제어하는, 공기조화기용 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 흐름 제어장치는,
    상기 적어도 한 개의 배플에 설치되는 연통관;
    상기 연통관의 내부에 마련되며, 상기 냉매의 흐름 방향에 따라 상기 연통관을 개폐하는 체크 밸브; 및
    상기 연통관의 일단에 설치되며, 상기 연통관과 연통되는 중공의 원통 형상으로 형성되며, 측면에는 상기 냉매가 통과할 수 있는 냉매 통로가 마련된 냉매 유량 조절부재;를 포함하는, 공기조화기용 열교환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 체크 밸브는,
    상기 연통관의 내부에 고정되며, 관통공이 마련된 밸브 시트;
    상기 밸브 시트에서 수직하게 연장되며, 외주면에 복수의 냉매 구멍이 마련되는 실린더; 및
    상기 실린더의 내부에 슬라이딩 가능하게 마련되며, 상기 냉매의 흐름 방향에 따라 상기 밸브 시트의 관통공을 선택적으로 차단하는 플런저;를 포함하며,
    상기 냉매가 상기 헤더의 내부를 반대방향으로 흐르는 경우에, 상기 냉매는 상기 플런저를 상승시켜 상기 밸브 시트의 관통공과 상기 실린더의 복수의 냉매 구멍을 통해 상기 연통관을 통과하는, 공기조화기용 열교환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 관통공의 일측은 원추 형상으로 형성된 원추 구멍을 포함하며,
    상기 플런저의 일단에는 상기 관통공의 원추 구멍에 대응하는 원추 형상으로 형성된 원추부가 마련되는, 공기조화기용 열교환기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 실린더의 일단에는 상기 플런저의 이동을 제한하는 스토퍼가 마련되는, 공기조화기용 열교환기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 밸브 시트의 외주면에는 전둘레를 따라 홈이 형성되며, 상기 홈과 상기 연통관에는 상기 밸브 시트의 홈에 결합되는 돌기가 마련되는, 공기조화기용 열교환기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉매 유량 조절부재는 중공의 냉매 파이프로 형성되며,
    상기 냉매 파이프에는 상기 냉매 통로로 복수의 관통공이 마련되는, 공기조화기용 열교환기.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉매 유량 조절부재는 다공성 부재로 형성된 중공의 다공성 파이프인, 공기조화기용 열교환기.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 배플에서 상기 냉매 유량 조절부재의 일단까지의 길이는 상기 냉매 유량 조절부재의 일단이 반대쪽 헤더에 설치된 배플에서 연장된 가상의 평면과 접하도록 정해지는, 공기조화기용 열교환기.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1헤더의 하단부와 상단부에는 냉매가 들어오거나 나가는 제1포트관과 제2포트관이 마련되며,
    상기 적어도 한 개의 배플은 상기 제1헤더의 내부에 설치되는 제1배플과 제2배플, 및 상기 제2헤더의 내부에 설치되는 제3배플을 포함하며,
    상기 적어도 한 개의 냉매 흐름 제어장치는 상기 제2헤더의 제3배플에 설치되는 제1냉매 흐름 제어장치와 상기 제2포트관에 인접한 상기 제1헤더의 제2배플에 설치되는 제2냉매 흐름 제어장치를 포함하는, 공기조화기용 열교환기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 제2헤더의 하단을 향해 연장되며,
    상기 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 제1헤더의 상단을 향해 연장되는, 공기조화기용 열교환기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 제2포트관과 연결되는, 공기조화기용 열교환기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재의 복수의 관통공은 상기 체크 밸브에서 멀어질수록 큰 면적을 갖도록 형성되는, 공기조화기용 열교환기.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉매가 상기 제1포트관을 통해 상기 제1헤더의 하부 공간으로 인입되면, 상기 냉매는 상기 제1배플의 아래에 위치하는 상기 복수의 납작 전열관을 통해 상기 제2헤더의 하부 공간으로 흐르며,
    상기 제2헤더의 하부 공간으로 이동한 상기 냉매의 일부는 상기 제1냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재의 측면의 냉매 통로를 통해 상기 제1배플과 상기 제3배플 사이에 위치하는 복수의 납작 전열관을 통해 상기 제1헤더의 중간 공간으로 흘러, 상기 제2냉매 흐름 제어장치의 상기 체크 밸브를 통과하여 상기 제2포트관으로 배출되며,
    상기 제2헤더의 하부 공간으로 이동한 상기 냉매의 나머지는 상기 제1냉매 흐름 제어장치의 상기 체크 밸브를 통과하여 상기 제2헤더의 상부 공간으로 흐르며,
    상기 제2헤더의 상부 공간으로 흐른 상기 냉매의 일부는 상기 제3배플과 상기 제2배플 사이에 위치하는 복수의 납작 전열관을 통해 상기 제1헤더의 중간 공간으로 흘러, 상기 제2냉매 흐름 제어장치의 상기 체크 밸브를 통과하여 상기 제2포트관으로 배출되며,
    상기 제2헤더의 상부로 흐른 상기 냉매의 나머지는 상기 제2배플 위에 위치하는 복수의 납작 전열관을 통해 상기 제1헤더의 상부 공간으로 흘러, 상기 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재의 냉매 통로를 통해 상기 제2포트관으로 배출되는, 공기조화기용 열교환기.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 납작 전열관과 평행하게 설치되는 복수의 다른 납작 전열관; 및
    상기 복수의 다른 납작 전열관의 양단에 설치되는 제3헤더와 제4헤더;를 더 포함하며,
    상기 제1헤더의 하단부와 상기 제4헤더의 상부에는 냉매가 들어오거나 나가는 제1포트관과 제2포트관이 마련되며,
    상기 제2헤더의 상단부와 상기 제3헤더의 하단부는 연결관으로 연결되는, 공기조화기용 열교환기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 한 개의 배플은 상기 제1헤더의 내부에 설치되는 제1배플과 상기 제2헤더의 내부에 설치되는 제2배플을 포함하며,
    상기 적어도 한 개의 냉매 흐름 제어장치는 상기 제1헤더의 제1배플에 설치되는 제1냉매 흐름 제어장치와 상기 제2헤더의 제2배플에 설치되는 제2냉매 흐름 제어장치를 포함하는, 공기조화기용 열교환기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 제1헤더의 하단을 향해 연장되며,
    상기 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 제2헤더의 상단을 향해 연장되는, 공기조화기용 열교환기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 제1포트관과 연결되고, 상기 제2냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재는 상기 연결관과 연결되는, 공기조화기용 열교환기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1포트관을 통해 상기 제1냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재의 중공으로 인입되는 냉매의 일부는 상기 냉매 유량 조절부재의 측면의 냉매 통로를 통해 상기 제1헤더의 하부 공간으로 인입되어 상기 제1배플의 아래에 위치하는 상기 복수의 납작 전열관을 통해 상기 제2헤더의 하부 공간으로 흘러, 상기 제2냉매 흐름 제어장치의 상기 체크 밸브를 통해 상기 연결관으로 배출되며,
    상기 제1포트관을 통해 상기 제1냉매 흐름 제어장치의 냉매 유량 조절부재의 중공으로 인입되는 냉매의 나머지는 상기 제1냉매 흐름 제어장치의 상기 체크 밸브를 통해 상기 제1헤더의 상부 공간으로 흐르며,
    상기 제1헤더의 상부 공간으로 흐른 상기 냉매의 일부는 상기 제1배플과 상기 제2배플 사이의 상기 복수의 납작 전열관을 통해 상기 제2헤더의 하부 공간으로 흘러, 상기 제2냉매 흐름 제어장치의 상기 체크 밸브를 통해 상기 연결관으로 배출되며,
    상기 제1헤더의 상부로 흐른 상기 냉매의 나머지는 상기 제2배플 위의 상기 복수의 납작 전열관을 통해 상기 제2헤더의 상부로 흘러, 상기 제2냉매 흐름 제어장치의 상기 냉매 유량 조절부재의 측면의 냉매 통로를 통해 상기 연결관으로 배출되는, 공기조화기용 열교환기.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 열교환기를 포함하는, 공기조화기.
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