KR20210058652A

KR20210058652A - 열교환기 및 이를 포함하는 공기 조화기

Info

Publication number: KR20210058652A
Application number: KR1020200130963A
Authority: KR
Inventors: 김 현영; 아가타 요; 이마가와 켄타로; 나카가와 타다히로; 타카하라 타케시
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2020-10-12
Publication date: 2021-05-24
Also published as: JP2021076363A

Abstract

복수의 전열관이 편평 형상을 이루며, 그 내부를 냉매가 상하 방향으로 흐르도록 마련되어 있는 열교환기에 있어서, 전열관은 일단측이 냉매 도입 포트에 연결되는 동시에 타단측이 냉매 도입 포트보다 위쪽에 위치하는 가스 냉매 영역과, 일단측이 가스 냉매 영역의 타단측에 연결되는 동시에, 타단측이 냉매 도출 포트보다 아래로 위치한 2상 냉매 영역과, 일단측이 2상 냉매 영역의 타단측에 연결되는 동시에, 타단측이 냉매 도출 포트에 연결된 액 냉매 영역을 갖는다.

Description

열교환기 및 이를 포함하는 공기 조화기{HEAT EXCHANGER AND AIR CONDITIONER HAVING THE SAME}

본 발명은 열교환기 및 이를 포함하는 공기조화기에 관한 것이다.

최근 공기조화기의 냉매화(冷媒化) 효율을 도모하기 위해 열교환기의 전열관에 대한 세경화(細徑化)가 진행되고 있으며, 그 일환으로 다수의 구멍이 형성된 편평한 관부재인 소위 편평 다공관(多穴管)이 전열관으로 이용되고 있다.

이 편평관을 수평으로 사용하면, 열교환기가 응축기로 작동하는 경우 편평관의 편평한 부분의 표면(특히, 상면)에 물이 고이기 쉽고, 물이 고인 상태에서 온도가 내려가면 편평관에 착상(着霜)이 발생하여 공기의 흐름이 저해되면서 열교환기의 성능 저하를 초래한다.

또한, 상술한 착상의 문제뿐만 아니라, 전열관을 수평으로 사용하면 복수의 전열관이 연결되는 헤더를 수직으로 배치하게 되므로, 이 헤더 내의 아래쪽에 액 냉매가 고이기 쉬어져서 각 전열관으로의 적절한 냉매량의 분배를 위해서는 복잡한 분배기구가 필요해질 수 있다.

이에 대해, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같이, 전열관을 수직으로 사용하면 편평관의 표면에 부착된 수분이 흘러 떨어지기 때문에 상술한 착상 문제가 해결되고, 헤더를 수평으로 배치할 수 있어서 헤더 내 액 냉매는 각 전열관으로 원활하게 흘러 들어가므로, 상술한 분배기구의 문제도 해결된다.

하지만, 전열관을 수직으로 사용한 경우, 전열관의 내부를 흐르는 냉매가 기액 의 2상 상태가 되면, 기액의 밀도 차에 의해 액 냉매가 중력의 영향으로 전열관의 아래쪽에 모여서 가스 냉매가 이 모인 액 냉매를 밀어 올릴 수가 없게 된다. 그러면, 헤더를 흐르는 가스 냉매는 액 냉매가 고여 있지 않은 전열관으로 흐르기 때문에 전열 영역의 불균일이 발생하고, 그 결과 열교환기 전체의 성능이 저하되는 문제가 생긴다.

[특허 문헌]

[특허 문헌 1] 일본 특개2018-179325호

따라서, 본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 전열관을 수직으로 사용했을 때 액 냉매가 전열관의 아래쪽에 고여서 전열 영역이 불균일하게 되는 것을 억제하는 것을 주된 과제로 한다.

즉, 본 발명에 따른 열교환기는 냉매 도입 포트에서 도입된 고온 가스 냉매를 저온 액 냉매로 하여 냉매 도출 포트에서 도출하는 편평 형상을 이루는 복수의 전열관을 갖춘 열교환기에 있어서, 상기 전열관은 일단측이 상기 냉매 도입 포트에 연결되는 동시에, 타단측이 상기 냉매 도입 포트보다 위쪽에 위치하는 가스 냉매 영역과, 일단측이 상기 가스 냉매 영역의 타단측에 연결되는 동시에, 타단측이 상기 냉매 도출 포트보다 아래쪽에 위치하는 2상 냉매 영역과, 일단측이 상기 2상 냉매 영역의 타단측에 연결되는 동시에, 타단측이 상기 냉매 도출 포트에 연결된 액 냉매 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같이 구성된 열교환기에 의하면, 2상 냉매 영역에서 액 냉매는 아래쪽으로 향해 흐르고, 그 기세로 액 냉매 영역에 흘러 들어 냉매 도출 포트에서 도출된다. 한편, 가스 냉매는 2상 냉매 영역을 아래쪽으로 향해 액 냉매와 같은 방향으로 흐르기 때문에, 액 냉매를 밀어 올릴 필요 없이 흘러 간다.

그 결과, 본 발명에 따른 열교환기에 의하면, 냉매를 상하 방향으로 흐르게 구성함으로써 전열관을 수평으로 사용했을 때의 착상이나 분배기구에 관한 문제를 해소하면서 액 냉매 전열관의 아래쪽에 모여 전열 영역이 불균일하게 되는 것을 억제할 수 있다.

여기서 말하는 상하 방향은 반드시 연직 방향을 따르는 방향일 필요는 없고, 예를 들어 편평 형상을 이루는 전열관의 표면(특히, 상면)에 모인 물이 흘러 떨어지는 정도이면, 연직 방향에서 경사진 방향도 포함하는 개념이다.

냉매 사용량을 줄이기 위한 구체적인 실시예로서, 상기 가스 냉매 영역, 상기 2상 냉매 영역, 및 상기 액 냉매 영역은 각각 제1 편평 다공관, 제2 편평 다공관, 및 제3 편평 다공관으로 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 제1 내지 제3 편평 다공관의 조립을 용이하게 하기 위해서는, 상기 가스 냉매 영역의 타단측 및 상기 2상 냉매 영역의 일단측이 연결되어 상기 가스 냉매 영역 및 상기 2상 냉매 영역을 연통시키는 상부 헤더와, 상기 2상 냉매 영역의 타단측 및 상기 액 냉매 영역의 일단측이 연결되어 상기 2상 냉매 영역 및 상기 액 냉매 영역을 연통시키는 하부 헤더를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 상부 헤더 및 상기 하부 헤더에 상기 복수의 전열관이 연결되어 있으며, 상기 상부 헤더 또는 상기 하부 헤더의 적어도 일측 내부가 상기 복수의 전열관에 대응한 복수의 공간으로 구획되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성일 경우, 복수의 전열관을 흐르는 냉매가 상부 헤더 및 하부 헤더의 내부에서 서로 섞이지 않도록 할 수 있어 상부 헤더 및 하부 헤더에 흘러 들어간 냉매를 분류할 필요가 없다.

상기 전열관은 1개의 편평 다공관을 구부려 마련할 수 있다. 이것이라면, 상술한 상부 헤더나 하부 헤더를 필요로 하지 않을 수 있어서 부품 수의 절감을 도모할 수 있다.

상기 복수의 전열관 사이를 공기가 흐르는 구성에 있어서, 상기 복수의 전열관의 도입 포트가 연결되는 도입 헤더와, 상기 복수의 전열관의 도출 포트가 연결되는 도출 헤더를 더 구비하고, 상기 도입 헤더 및 상기 도출 헤더는 상기 2상 냉매 영역의 풍하측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성일 경우, 가스 냉매 영역이나 액 냉매 영역보다 2상 냉매 영역에서 보다 효율적으로 열교환 할 수 있기 때문에, 가스 냉매 영역에서 냉매가 액화되는 것을 억제하면서 액 냉매 영역에 도달하기 전에 냉매 모두 또는 대부분을 액화시킬 수 있다.

상기 가스 냉매 영역, 상기 2상 냉매 영역, 및 상기 액 냉매 영역 중 적어도 2 개의 영역에서, 상기 전열관의 형상은 서로 다른 것이 바람직하다.

액 냉매 영역 쪽이 가스 냉매 영역보다 적은 용량이 될 수 있기 때문에, 예를 들어 가스 냉매 영역보다 액 냉매 영역에서 전열관의 크기를 작게 함으로써, 비용 절감 등을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기는 냉매 도입 포트로부터 도입된 고온 가스 냉매를 저온 액 냉매로 하여 냉매 도출 포트에서 도출하는 편평 형상을 이루는 복수의 전열관을 갖춘 열교환기로서, 상기 전열관은 일단측이 상기 냉매 도입 포트에 연결되는 동시에 타단측이 상기 냉매 도입 포트보다 위쪽에 위치하는 가스 냉매 영역과, 일단측이 상기 가스 냉매 영역의 타단측에 연결되는 동시에 타단측이 상기 냉매 도출 포트에 연결된 2상 냉매 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같이 구성된 열교환기 의해서도, 2상 냉매 영역에 있어서, 액 냉매가 아래쪽으로 향해 흘러 냉매 도출 포트에서 도출되고, 가스 냉매가 2상 냉매 영역을 아래쪽으로 향해 액 냉매와 동일한 방향으로 흐르기 때문에, 가스 냉매는 액 냉매를 밀어 올릴 필요 없이 흘러 간다.

그 결과, 냉매를 상하 방향으로 흐르게 구성함으로써, 전열관을 수평으로 사용했을 때의 착상(着霜)이나 분배 기구에 관한 문제를 해소하면서, 액 냉매가 전열관의 아래쪽에 고여 전열 영역이 불균일해지는 것을 억제할 수 있다.

게다가, 이러한 열교환기에 따르면 상술한 가스 냉매 영역, 2상 냉매 영역 및 액 냉매 영역의 세 영역을 갖는 구성에 비해, 액 냉매 공간이 불필요해지기 때문에 그만큼의 비용 절감을 도모할 수 있다.

액 냉매가 가스 냉매 영역에서 중력에 의해 낙하되는 것을 방지하기 위해 상기 액 냉매 영역은 전열관 길이의 7% 이상 25% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 높은 열교환 효율을 담보하기 위해서는 상기 가스 냉매 영역이 전열관 길이의 25% 이상 43% 이하인 것이 바람직하다.

여기서, 이러한 효과를 나타내는 데이터는 후술한다.

또한, 본 발명에 따른 공기조화기는 상술한 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 것으로, 이러한 공기조화기에 의해서도 상술한 작용 효과를 발휘시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 전열관을 수직으로 사용할 때 액 냉매가 전열관의 아래쪽에 모여서 전열 영역이 불균일해지는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 열교환기의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 실시예에 따른 전열관의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 가스 냉매 영역의 길이와 건조도의 상관 관계를 나타내는 상관도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 실시예에 따른 가스 냉매 영역의 길이를 취할 수 있는 수치 범위를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 다른 실시예에 따른 전열관의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 전열관의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 또 다른 실시예에서 전열관의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 또 다른 실시예에서 전열관의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에서 전열관의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10a 내지 도 10e는 또 다른 실시예에서 전열관의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 실시예에 따른 열교환기가 이용된 공기 조화기의 일 예를 도시한 도면.

이하에 본 발명에 따른 열교환기의 일 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

구체적으로, 열교환기(100)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 내부를 상하 방향으로 냉매가 흐르도록 배치된 복수의 전열관(10)과, 이러한 전열관(10)에 고온 가스 액 냉매를 도입하는 도입 헤더(Ha)와, 이러한 전열관(10)으로부터 저온 액 냉매가 도출되는 도출 헤더(Hb)를 구비하고 있다.

복수의 전열관(10)은 서로 평행이 되도록 수평 방향을 따라 일정 간격으로 배치되어 있으며, 여기에서 각 전열관(10)은 수직 방향으로 세워져 있다. 이러한 전열관(10)의 외측 원주면에는 도시하지 않은 핀이 장착되어 있어서, 핀 사이를 흐르는 공기와 전열관(10)의 내부 유로를 흐르는 냉매의 사이에서 열교환이 이루어지도록 구성 되어 있다.

각 전열관(10)은 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 냉매가 흐르는 환상(環狀)의 냉매 유로를 형성하는 대략 C자 형상의 것으로, 도입 헤더(Ha)가 연결된 냉매 도입 포트(10a)와 도출 헤더(Hb)가 연결된 냉매 도출 포트(10b)를 가지며, 냉매 도입 포트(10a)로부터 도입된 고온 가스 냉매가 저온 액 냉매로 변하여 냉매 도출 포트(10b)로도출될 수 있다. 여기에서, 냉매 도입 포트(10a)는 냉매 도출 포트(10b)보다 위쪽에 배치되고 있지만, 냉매 도입 포트(10a) 및 냉매 도출 포트(10b)의 배치는 적절하게 변경하더라도 상관 없다.

이러한 전열관(10)은 한 개 또는 복수의 편평관으로 구성되어 있으며, 본 실시예에서는 도 1, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 내부에 복수의 내부 유로가 형성된 2열의 편평 다공관, 보다 구체적으로는 3개의 편평 다공관(11 ~ 13)으로 구성되어 있다.

그리고, 본 실시예의 전열관(10)은 도 2a 및 도2 b에 나타낸 바와 같이, 도입된 가스 냉매가 위쪽을 향해 흐르는 가스 냉매 영역(S1)과, 가스 냉매 영역(S1)의 하류 측에서 기액 2상 냉매가 아래쪽을 향해 흐르는 2상 냉매 영역(S2)과, 2상 냉매 영역(S2)의 하류 측에서 액 냉매가 위쪽을 향해 흐르는 액 냉매 영역(S3)을 가지고 있다.

가스 냉매 영역(S1)은 상술한 3개의 편평 다공관(11 ~ 13) 중 하나(이하, 제1 편평 다공관(11)이라 함)의 내부 유로에 의해 형성되어 있으며, 일단측(S1a)이 냉매 도입 포트(10a)에 연결되는 동시에 타단측(S1b)이 냉매 도입 포트(10a)보다 위쪽에 위치하도록 설정된 영역이다.

2상 냉매 영역(S2)은 상술한 3개의 편평관(11 ~ 13) 중 하나(이하, 제2 편평 다공관(12)이라 함)의 내부 유로에 의해 형성되어 있으며, 일단측(S2a)이 가스 냉매 영역(S1)의 타단측(S1b)에 연결되는 동시에 타단측(S2b)이 냉매 도출 포트(10b)보다 아래쪽에 위치하도록 설정된 영역이다.

액 냉매 영역(S3)은 상술한 3개의 편평관(11 ~ 13) 중 하나(이하, 제3 편평 다공관(13)이라 함)의 내부 유로에 의해 형성되어 있으며, 일단측(S3a)이 2상 냉매 영역(S2)의 타단측(S2b)에 연결되는 동시에 타단측(S3b)이 냉매 도출 포트(10b)에 연결된 영역이다.

여기서, 도 1, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 제1 편평 다공관(11)의 상단측 및 제2 편평 다공관(12)의 상단측은 상부 헤더(H1)에 연결되어 있다. 즉, 이 상부 헤더(H1)는 가스 냉매 영역(S1)의 타단측(S1b) 및 2상 냉매 영역(S2)의 일단측(S2a)을 연결하여 가스 냉매 영역(S1) 및 2상 냉매 영역(S2)을 연통시키는 것이다.

한편, 제2 편평 다공관(12)의 하단측 및 제3 편평 다공관(13)의 하단측은 하부 헤더(H2)에 연결되어 있다. 즉, 이 하부 헤더(H2)는 2상 냉매 영역(S2)의 타단측(S2b) 및 액 냉매 영역(S3)의 일단측(S3a)을 연결하여 2상 냉매 영역(S2) 및 액 냉매 영역(S3)을 연통시키는 것이다.

상부 헤더(H1) 및 하부 헤더(H2)의 내부에는 이러한 헤더(H1, H2)의 연장 방향을 따라 복수의 칸막이판(미도시)이 마련되어 있으며, 이러한 칸막이판에 의해 상부 헤더(H1) 및 하부 헤더(H2)의 내부가 복수의 내부 공간에 구획되어 있다. 여기에서는 하나의 내부 공간에 1개의 전열관(10)이 연결되어 있다. 즉, 상부 헤더(H1)의 각 내부 공간에는 1개의 제1 편평 다공관(11)의 상단측 및 1개의 제2 편평 다공관(12)의 상단측이 연결되어 있으며, 하부 헤더(H2)의 각 내부 공간에는 1개의 제2 편평 다공관(12)의 하단측 및 1개의 제3 편평 다공관(13)의 하단측이 연결되어 있다.

본 실시예에서는 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 제1 편평 다공관(11) 및 제3 편평 다공관(13)이 제2 편평 다공관(12)보다 풍하측(風下側)에 배치되어 있으며, 다시 말해 가스 냉매 영역(S1) 및 액 냉매 영역(S3)이 2상 냉매 영역(S2)보다 풍하측에 배치되어 있다. 이로 인해, 냉매가 2상 냉매 영역(S2)을 통과할 때의 열교환을 촉진시킬 수 있어서, 가스 냉매 영역(S1)에서는 가급적 냉매 2상화를 억제하면서 2상 냉매 영역(S2)에서 가급적 모든 가스 냉매가 액 냉매가 되도록 하고 있다.

그런데, 냉매는 가스 냉매에서 액 냉매에 이르는 과정에서 증기 단상류, 환상 분무류, 환상 류, 반 환상 류, 슬러그 류, 플러그 류, 액 단상류 등의 상태로 천이(遷移)된다. 이와 같은 상태 중 가스 냉매와 액 냉매가 혼재하고 있는 상태에 있어서, 가스 냉매와 함께 액 냉매를 반송할 수 있는 것은 환상 류까지로, 이 환상 류 한계인 건조도 0.75 이상이 필요하다.

여기서, 도 3에 나타낸 상관도는 냉매 도입 포트(10a)에서 냉매 도출 포트(10b)까지의 길이, 즉 전열관(10)의 전장(열교환 유효부의 길이)에 대한 가스 냉매 영역(S1) 길이의 비율과, 건조도의 상관 관계를 나타내는 것이다.

이 상관도에 기반하여, 가스 냉매 영역(S1)에서 가스 냉매에 의한 액상 반송을 가능하게 하기 위해 가스 냉매 영역(S1)에서의 냉매 건조도를 0.75 이상이 되도록 가스 냉매 영역(S1)은 전열관(10) 길이의 43% 이하로 하고 있다. 가스 냉매 영역(S1)의 길이를 이보다 더 길게 해버리면, 이 가스 냉매 영역(S1)에서 액 냉매가 중력에 의해 낙하하여 아래쪽에 고여 버린다.

한편, 액 냉매 영역(S3)은 냉매 도입 포트(10a)에서 냉매 도출 포트(10b)까지의 길이, 즉 전열관(10)의 전장(열교환 유효부의 길이)의 25% 이하로 하고 있다. 이것은, 액 냉매 영역(S3)이 이러한 길이까지인 경우, 액 냉매 영역(S3)에 기액 2상 상태의 냉매가 유입되지 않아 액 냉매 영역(S3) 전체를 액 냉매로 채울 수 있어서 높은 열교환 효율을 확보할 수 있기 때문이다.

이상의 이유로, 전열관(10)의 구성으로는 도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이 가스 냉매 영역(S1)이 전열관(10) 전장의 25% 이상 43% 이하이며, 액 냉매 영역(S3)이 전열관(10) 전장의 7% 이상 25% 이하인 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 열교환기(100)에 의하면, 2상 냉매 영역(S2)에서 액 냉매는 아래쪽을 향해 향해 흐르고, 그 기세로 액 냉매 영역(S3)에 흘러 들어 냉매 도출 포트(10b)에서 도출된다. 한편, 가스 냉매는 2상 냉매 영역(S2)을 아래쪽을 향해 액 냉매와 같은 방향으로 흐르기 때문에, 액 냉매를 밀어 올리지 않고도 흘러 간다.

그 결과, 본 실시예에 따른 열교환기(100)에 의하면, 냉매를 상하 방향으로 흐르게 구성하여 전열관(10)을 수평으로 사용했을 때의 착상이나 분배기구에 관한 문제를 해소하면서 액 냉매가 전열관(10)의 아래쪽에 고여 전열 영역의 불균일을 발생시키는 것을 억제할 수 있다.

또한, 가스 냉매 영역(S1), 2상 냉매 영역(S2), 및 액 냉매 영역(S3)이 각각 편평 다공관으로 형성되어 있기 때문에, 냉매 사용량을 줄일 수 있다.

또한, 상부 헤더(H1) 및 하부 헤더(H2)의 내부가 복수의 전열관(10)에 대응한 복수의 공간으로 구획되어 있기 때문에, 복수의 전열관(10)을 흐르는 냉매가 상부 헤더(H1) 및 하부 헤더(H2)의 내부에서 서로 섞이지 않도록 할 수 있어서 상부 헤더(H1) 및 하부 헤더(H2)에 흘러 들어간 냉매를 분류할 필요가 없다.

여기서, 본 실시예와 같이 도입 헤더(Ha) 및 도출 헤더(Hb)가 상부 헤더(H1) 및 하부 헤더(H2) 사이의 열교환 유효부에 마련되어 있으면, 이러한 도입 헤더(Ha) 및 도출 헤더(Hb)에 의한 통풍 저항의 상승이나 열교환 능력의 감소가 우려되지만, 분석 결과에 의하면 통풍 저항은 +0.1%, 열교환 능력은 -1.4% 정도의 영향이 있고, 열교환기(100)의 성능에는 거의 영향을 미치지 않는다.

한편, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 상기 실시예의 전열관(10)은 3개의 편평관(11 ~ 13)으로 구성되어 있지만, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이 1개의 편평관으로 구성되어 있을 수도 있다. 구체적으로, 이 전열관(10)은 1 개의 편평 다공관을 환상으로 구부려 형성한 것이며, 이에 따라 상기 실시예의 상부 헤더(H1) 및 하부 헤더(H2)가 불필요해질 수 있다.

또한, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 전열관(10)의 경우, 가스 냉매 영역(S1)에서 풍하측에 위치하는 풍하측 가스 유로(Z1)는 접힌 후 2상 냉매 영역(S2)의 풍하측에 위치하는 풍상측 2상 유로(Z2)가 되고, 가스 냉매 영역(S1)에서 풍상측에 위치하는 풍상측 가스 유로(Z3)는 접힌 후 2상 냉매 영역(S2)의 풍하측에 위치하는 풍상측 2상 유로(Z4)가 된다. 따라서, 전열관(10)의 내부 유로 각각을 흐르는 냉매를 보다 균일하게 열교환할 수 있어서 전열관(10)으로서 보다 효과적인 열교환이 가능해진다.

또한, 전열관(10)은 도 6에 나타낸 바와 같이, 가스 냉매 영역(S1), 2상 냉매 영역(S2), 및 액 냉매 영역(S3) 중 적어도 2개의 영역에서 서로 다른 형상일 수 있다.

보다 상세하게는, 흐르는 용매의 상태를 감안한다면, 액 냉매 영역(S3), 2상 냉매 영역(S2), 가스 냉매 영역(S1)의 순으로 전열관(10)의 용적은 작아지기 때문에, 각 영역(S1 ~ S3)을 형성하는 편평 다공관의 용적(내부 유로)을 상기한 순서로 작아지게 하는 것이 바람직하다. 구체적인 실시예로서, 각 영역(S1 ~ S3)을 형성하는 편평 다공관의 폭, 두께, 구멍 수, 구멍 크기 등을 서로 다르게 하는 것을 예로 들 수 있다.

이러한 구성일 경우, 전열관(10)의 크기를 필요 이상 크게 할 필요가 없어서 비용 절감 등을 도모할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는 2상 냉매 영역(S2)을 가스 냉매 영역(S1) 및 액 냉매 영역(S3)보다 풍상측에 배치하고 있지만, 예를 들어 도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이 2상 냉매 영역(S2)을 가스 냉매 영역(S1) 및 액 냉매 영역(S3)의 사이에 배치할 수도 있으며, 도 7c에 나타낸 바와 같이 2상 냉매 영역(S2)의 상류 측을 액 냉매 영역(S3)의 위쪽에 배치하는 동시에, 2상 냉매 영역(S2)의 하류 측을 상류 측으로부터 경사지게 연장하여 가스 냉매 영역(S1)의 아래쪽에 배치할 수도 있다.

또한, 상기 실시예에서는 전열관(10)의 냉매 도입 포트(10a)를 냉매 도출 포트(10b)보다 위쪽에 배치하고 있지만, 도 7b에 나타낸 바와 같이 냉매 도입 포트(10a)를 냉매 도출 포트(10b)보다 아래쪽에 배치할 수도 있다.

또한, 도 8에 나타낸 바와 같이 도입 헤더(Ha) 및 도출 헤더(Hb)의 간격을 수지부재 또는 발포재 등의 단열재(20)로 메울 수도 있다.

도입 헤더(Ha) 및 도출 헤더(Hb)의 간격은 냉매가 존재하지 않고 열교환에 기여하지 않는 공간이므로, 상술한 구성일 경우 이 간격에 공기가 통과하지 못하도록 할 수 있어 열효율에 기여하는 영역으로의 풍량을 증가시킬 수 있어 열교환 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 열교환기(100)는 전열관(10)에 액 냉매 영역(S3)이 설치되어 있지 않을 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 열교환기로서, 도 9에 도시한 바와 같이 전열관(10)은 일단측이 냉매 도입 포트(10a)에 연결되는 동시에 타단측이 냉매 도입 포트(10a)보다 위쪽에 위치하는 가스 냉매 영역(S1)과, 일단측이 가스 냉매 영역(S1)의 타단측에 연결되는 동시에 타단측이 냉매 도출 포트(10b)에 연결된 2상 냉매 영역(S2)을 갖는 구성을 예로 들 수 있다.

여기서, 도 9에서는 냉매 도출 포트(10b)가 냉매 도입 포트(10a)보다 아래쪽에 위치하는 구성을 나타내고 있지만, 냉매 도출 포트(10b)는 냉매 도입 포트(10a)와 동일한 높이이거나 냉매 도입 포트(10a)보다 위쪽에 위치하고 있을 수 있다.

이러한 구성에 있어서도 상기 실시예와 마찬가지로, 2상 냉매 영역(S2)에 있어서 액 냉매가 아래쪽으로 흘러 냉매 도출 포트(10b)로부터 도출되고, 가스 냉매가 2상 냉매 영역(2S)을 아래쪽을 향해 흘러 액 냉매와 동일한 방향으로 흐르기 때문에, 가스 냉매는 액 냉매를 밀어 올릴 필요 없이 흘러 간다.

그 결과, 냉매를 상하 방향으로 흐르게 구성함으로써 전열관(10)을 수평으로 사용했을 때의 착상(着霜)이나 분배 메커니즘에 대한 문제를 해소하면서, 액 냉매가 전열관(10)의 아래쪽에 고여 전열 영역이 불균일해지는 것을 억제 할 수 있다.

나아가, 이러한 열교환기(100)일 경우, 상기 실시예의 구성에 비해, 액 냉매 영역(S3)이 불필요할 수 있기 때문에 그만큼의 비용을 절감할 수 있다.

또한, 도 10a 내지 도 10e에 도시한 바와 같이, 가스 냉매 영역(S1)을 2상 냉매 영역(S2)이나 액 냉매 영역(S3)보다 풍상측에 배치할 수도 있다. 구체적으로, 도 10a 내지 도 10e의 구성은 도 7, 8, 9에 도시한 구성의 가스 냉매 영역(S1)을 2상 냉매 영역(S2)이나 액 냉매 영역(S3)보다 풍상측에 배치한 형태이다.

이상, 상술한 열교환기(100)는 응축기로서 동작하는 경우의 일례로, 본 발명에 따른 열교환기(100)는 증발기로도 동작할 수 있으며, 이 경우 냉매의 흐름은 상기한 것과 반대가 됨은 물론이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 열교환기(100)는 압축기(115), 실외 열교환기(120), 팽창 기구(130), 및 실내 열교환기(210)가 연결된 냉매 회로를 구비하는 공기조화기의 실외 열교환기(120) 또는 실내 열교환기(210)에 이용될 수 있다.

공기조화기는 실외기(110) 및 실내기(200)를 포함하고, 실내를 냉방하기 위한 냉방 운전을 수행하거나 또는 실내를 난방하기 위한 난방 운전을 수행할 수 있다.

실외기(110)는 압축기(115), 실외 열교환기(120), 팽창기구(130), 실외팬(140)을 포함하고, 실내기(200)는 실내 열교환기(210), 실내팬(220)을 포함하고, 실외기(110)와 실내기(200) 사이에는 냉매가 순환되는 냉매관이 연결될 수 있다.

압축기(115)는 냉매를 압축하고 압축된 고온 고압의 가스 냉매를 실외 열교환기(120)로 토출한다. 실외 열교환기(120)는 냉매의 열을 방출하여 냉매를 응축시킨다. 이때, 고온 고압의 가스 냉매는 고온 고압의 액상 냉매로 상 변환될 수 있다.

팽창 기구(130)는 냉매의 증발에 의한 열 흡수 작용이 용이하게 일어나도록 실외 열교환기(120)로부터 유입된 냉매의 압력과 온도를 강하시킨 후 실내 열교환기(210)에 전달한다. 즉, 팽창밸브(130)를 통과한 고온 고압의 액상 냉매는 저온 저압의 액체 상태로 변화한다.

실내 열교환기(210)는 팽창 기구(130)로부터 유입되는 냉매를 증발시켜 실내 공기와의 열교환을 수행한다. 이때 저온 저압의 액상 냉매는 저온 저압의 기체 상태로 상 변화한다.

상술한 열교환기(100)가 응축기로서 동작하는 경우, 상술한 열교환기(100)는 실외 열교환기(210)로 사용될 수 있다.

상술한 열교환기(100)가 증발기로서 동작하는 경우, 상술한 열교환기(100)는 실내 열교환기(120)로 사용되며, 이 경우 냉매의 흐름은 상기한 것과 반대가 될 수 있다.

그 외, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.

100 ... 열교환기
10 ... 전열관
10a ... 도입 포트
10b ... 도출 포트
11 ... 제1 편평 다공관
12 ... 제2 편평 다공관
13 ... 제3 편평 다공관
Ha ... 도입 헤더
Hb ... 도출 헤더
H1 ... 상단 헤더
H2 ... 하부 헤더
S1 ... 가스 냉매 영역
S2 ··· 2상 냉매 영역
S3 ... 액 냉매 영역
20 ... 단열재

Claims

압축기;
실내 열교환기;
실외 열교환기; 및
팽창 기구; 를 포함하고,
상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기 중 적어도 어느 하나는,
냉매가 상하 방향으로 흐르도록 배치된 복수의 전열관;
상기 복수의 전열관으로 냉매를 도입하는 도입 헤더; 및
상기 복수의 전열관으로부터 냉매를 도출하는 도출 헤더; 를 포함하고,
상기 복수의 전열관 각각은,
상기 도입 헤더에 연결되는 냉매 도입 포트;
상기 도출 헤더에 연결되는 냉매 도출 포트;
일단이 상기 냉매 도입 포트에 연결되고, 타단이 상기 냉매 도입 포트 보다 위쪽에 위치하는 가스 냉매 영역;
일단이 상기 가스 냉매 영역의 타단에 연결되고, 타단이 상기 냉매 도출 포트 보다 아래쪽에 위치하는 2상 냉매 영역; 및
일단이 상기 2상 냉매 영역의 타단에 연결되고, 타단이 상기 냉매 도출 포트에 연결된 액 냉매 영역; 을 포함하는 공기 조화기.
제1항에 있어서,
상기 가스 냉매 영역에서 가스 냉매가 위쪽을 향해 흐르고,
상기 2상 냉매 영역에서 기액 2상 냉매가 아래쪽을 향해 흐르고,
상기 액 냉매 영역에서 액 냉매가 위쪽을 향해 흐르는공기 조화기.
제1항에 있어서,
상기 가스 냉매 영역의 길이는 상기 냉매 도입 포트에서 상기 냉매 도출 포트까지의 상기 전열관의 길이의 25% 이상 43% 이하인 공기 조화기.
제1항에 있어서,
상기 액 냉매 영역의 길이는 상기 냉매 도입 포트에서 상기 냉매 도출 포트까지의 상기 전열관의 길이의 7% 이상 25% 이하인 공기 조화기.
제1항에 있어서,
상기 2상 냉매 영역은 상기 가스 냉매 영역 및 상기 액 냉매 영역 보다 상기 전열관 사이를 흐르는 공기 흐름의 상류 측에 배치된 공기 조화기.
제1항에 있어서,
내부에 상기 가스 냉매 영역이 형성된 제1편평 다공관;
내부에 상기 2상 냉매 영역이 형성된 제2편평 다공관; 및
내부에 상기 액 냉매 영역이 형성된 제3편평 다공관; 을 포함하는 공기 조화기.
제6항에 있어서,
상기 제1편평 다공관과 상기 제2편평 다공관을 연결하는 상부 헤더; 및
상기 제2편평 다공관과 상기 제2편평 다공관을 연결하는 하부 헤더; 를 더 포함하는 공기 조화기.
제7항에 있어서,
상기 상부 헤더 및 상기 하부 헤더에 상기 복수의 전열관이 연결되며,
상기 상부 헤더 또는 상기 하부 헤더의 적어도 하나의 내부는 상기 복수의 전열관에 대응되도록 복수의 공간으로 구획된 공기 조화기.
제1항에 있어서,
내부에 상기 가스 냉매 영역과, 상기 2상 냉매 영역과, 상기 액 냉매 영역이 형성된 편평 다공관을 포함하는 공기 조화기.
제9항에 있어서,
상기 편평 다공관은 C자 형상으로 구부러진 공기 조화기.
제9항에 있어서,
상기 가스 냉매 영역, 상기 2상 냉매 영역, 및 상기 액 냉매 영역 중 적어도 2개의 영역에서, 상기 전열관의 형상이 서로 다른 공기 조화기.
제11항에 있어서,
상기 가스 냉매 영역과, 상기 2상 냉매 영역과, 상기 액 냉매 영역 순으로 상기 전열관의 내부 유로의 용적이 작아지는 공기 조화기.
제1항에 있어서,
상기 도입 헤더와 상기 도출 헤더의 간격에 배치된 단열재를 더 포함하는 공기 조화기.
냉매가 상하 방향으로 흐르도록 배치된 복수의 전열관;
상기 복수의 전열관으로 냉매를 도입하는 도입 헤더; 및
상기 복수의 전열관으로부터 냉매를 도출하는 도출 헤더; 를 포함하고,
상기 복수의 전열관 각각은,
상기 도입 헤더에 연결되는 냉매 도입 포트;
상기 도출 헤더에 연결되는 냉매 도출 포트;
일단이 상기 냉매 도입 포트에 연결되고, 타단이 상기 냉매 도입 포트 보다 위쪽에 위치하는 가스 냉매 영역;
일단이 상기 가스 냉매 영역의 타단에 연결되고, 타단이 상기 냉매 도출 포트 보다 아래쪽에 위치하는 2상 냉매 영역; 및
일단이 상기 2상 냉매 영역의 타단에 연결되고, 타단이 상기 냉매 도출 포트에 연결된 액 냉매 영역; 을 포함하는 열교환기.
제14항에 있어서,
상기 가스 냉매 영역에서 가스 냉매가 위쪽을 향해 흐르고,
상기 2상 냉매 영역에서 기액 2상 냉매가 아래쪽을 향해 흐르고,
상기 액 냉매 영역에서 액 냉매가 위쪽을 향해 흐르는 열교환기.
제14항에 있어서,
상기 2상 냉매 영역은 상기 가스 냉매 영역 및 상기 액 냉매 영역 보다 상기 전열관 사이를 흐르는 공기 흐름의 상류 측에 배치된 열교환기.
제14항에 있어서,
내부에 상기 가스 냉매 영역이 형성된 제1편평 다공관;
내부에 상기 2상 냉매 영역이 형성된 제2편평 다공관; 및
내부에 상기 액 냉매 영역이 형성된 제3편평 다공관; 을 포함하는 열교환기.
제17항에 있어서,
상기 제1편평 다공관과 상기 제2편평 다공관을 연결하는 상부 헤더; 및
상기 제2편평 다공관과 상기 제2편평 다공관을 연결하는 하부 헤더; 를 더 포함하는 열교환기.
제14항에 있어서,
내부에 상기 가스 냉매 영역과, 상기 2상 냉매 영역과, 상기 액 냉매 영역이 형성된 편평 다공관을 포함하는 열교환기.
제19항에 있어서,
상기 편평 다공관은 C자 형상으로 구부러진 열교환기.