KR100393564B1 - 공기조화기용 응축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기용 응축기에 관한 것으로서, 특히 서로 평행하게 배치된 복수개의 튜브와, 상기 튜브에 흐르는 냉매와 공기사이의 열교환 면적이 증가되도록 상기 각 튜브 사이에 설치된 전열핀과, 상기한 튜브들의 양단에 설치되어 냉매통로의 일부를 이루는 좌우 헤더와, 상기 좌우 헤드의 소정 위치에 각각 설치되어 상기 각 튜브들이 입구측 통로군과 출구측 통로군을 포함하는 적어도 2개 이상의 통로군으로 구분되도록 상기 좌우 헤더의 내부 공간을 구획하는 구획판으로 이루어지고; 상기 입구측 통로군의 냉매통로 단면적에 대한 출구측 통로군의 냉매통로 단면적의 비율이 30% 미만의 범위가 되도록 구성되는 공기조화기용 응축기를 제공함으로써 저속의 공기 조건을 갖는 가정용 공기조화기에 적합한 최적의 냉매 분지 구조를 갖게 되어 공기조화기에 적용되더라도 냉매측 압력손실의 큰 손실 없이 높은 열교환 효율을 얻을 수 있게 되도록 한 것이다.

Description

공기조화기용 응축기{CONDENSER FOR AIR-CONDITIONER}

본 발명은 공기조화기용 응축기에 관한 것으로서, 특히 저속의 공기 조건을 갖는 가정용 공기조화기에 적합한 형태로 플랫 튜브형 열교환기의 냉매분지 구조를 변경시킨 공기조화기용 응축기에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 카쿨러(Car cooler) 등에 사용되는 응축기는 플랫 튜브형 알루미늄 열교환기로서, 복수개의 튜브가 서로 평행하게 배치되어 적어도 2개 이상의 냉매통로군을 이루도록 구성되어 있다.

도 1은 일반적인 자동차용 플랫 튜브형 열교환기가 도시된 정면도이고, 도 2는 도 1의 A부가 도시된 상세도이고, 도 3은 상기한 플랫 튜브형 열교환기의 냉매분지 구성도이고, 도 4는 상기한 플랫 튜브형 열교환기에서의 냉매분지와 열교환량의 관계가 도시된 그래프이다.

상기한 도 1 내지 도 3을 참조하면, 일반적인 자동차용 플랫 튜브형 열교환기는 서로 평행하게 배치된 복수개의 튜브(1)와, 상기 튜브(1)에 흐르는 냉매와 공기 사이의 열교환 면적이 증가되도록 상기 각 튜브(1) 사이에 설치된 파형의 루버핀(3)과, 상기한 튜브(1)들의 양단에 설치되어 냉매통로의 일부를 이루는 좌우 헤더(5)(7)와, 상기 좌우 헤드(5)(7)의 소정 위치에 각각 설치되어 상기 각 튜브(1)들이 입구측 통로군(A'), 중간측 통로군(B'), 출구측 통로군(C')으로 구분되도록 상기 좌우 헤더(5)(7)의 내부 공간을 구획하는 구획판(9)으로 구성된다.

즉, 상기한 자동차용 플랫 튜브형 열교환기는 복수개의 튜브(1)들이 헤더(5)(7) 및 이 헤더(5)(7) 내에 설치된 구획판(9)에 의해서 입구측 통로군(A'), 중간측 통로군(B'), 출구측 통로군(C')으로 구분되어 냉매가 상기 각 튜브(1)들을 통해 1회 이상 S자 형상을 그리면서 유동되도록 구성되어 있다.

여기서, 상기 각 튜브(1)들은 입구측 통로군(A')의 냉매통로 단면적이 출구측 통로군(C')의 냉매통로 단면적보다 크도록 상기 헤더(5)(7)와 구획판(9)에 의해 구분되어 있다.

또한, 상기 각 튜브(1)는 평편관형으로서 그 폭과 높이가 각각 6∼20㎜와 1.5∼7㎜이 되도록 형성된다.

또한, 상기 각 튜브(1)는 그 내부의 냉매통로 높이가 1.0㎜ 이상이 되도록 형성된다.

또한, 상기 루버핀(3)은 6∼16㎜의 높이(Hf)와 1.6∼4.0㎜의 피치(Pf)를 갖도록 형성된다.

상기와 같이 구성된 자동차용 플랫 튜브형 열교환기에서는, 먼저 열교환기로 유입된 기체 상태의 냉매가 입구측 통로군(A')과 중간측 통로군(B')을 지나면서 액체 상태로 응축되고, 이렇게 상기 입구측 통로군(A')과 중간측 통로군(B')을 통해 응축된 냉매가 출구측 통로군(C')을 지나면서 냉각된 후 열교환기 외부로 유출되게 된다.

상기와 같이 구성 및 작동되는 플랫 튜브형 열교환기에서는 상기 입구측 통로군(A')의 냉매통로 단면적에 대한 출구측 통로군(C')의 냉매통로 단면적의 비율을 어느 정도로 설정하는가에 따라 열교환기의 열교환량이 결정되게 된다.

이때, 상기한 플랫 튜브형 열교환기의 냉매분지, 즉 입구측 통로군(A')에 대한 출구측 통로군(C')의 냉매통로 단면적의 비율에 따른 열교환량의 변화는 도 4에 도시된 바와 같다.

상기한 도 4를 살펴보면, 상기 입구측 통로군(A')의 냉매통로 단면적에 대한 출구측 통로군(C')의 냉매통로 단면적의 비율이 30∼60%의 범위일 때 열교환기의 열교환량이 가장 높음을 알 수 있다.

그런데, 상기와 같은 냉매분지 구조를 갖는 플랫 튜브형 열교환기는 자동차의 카쿨러에 사용되는 타입으로서, 가정용 공기조화기에 사용하기에는 무리가 있다.

다시 말하면, 상기한 플랫 튜브형 열교환기가 자동차의 카쿨러에 적용된 경우에는 공기의 유동속도가 4∼8m/s로 상당히 빠르기 때문에 공기측의 열전달계수도 높아 입구측 통로군(A'), 중간측 통로군(B'), 출구측 통로군(C')으로 이루어진 냉매분지 구조로도 충분한 열교환 효율을 얻을 수 있었다.

하지만, 가정용 공기조화기의 경우에는 공기의 유동속도가 1∼2m/s에 불과하여 공기측의 열전달계수가 매우 낮아지기 때문에 출구측 영역에서 필요한 열교환 면적은 자동차의 카쿨러에 적용되는 경우와 별 차이가 없지만 입구측 영역에서는 더 많은 열교환 면적이 필요하게 된다.

따라서, 상기한 플랫 튜브형 열교환기의 기본적인 형태를 유지하면서 저속의 공기 조건을 갖는 가정용 공기조화기에 적용되는 경우에도 충분한 열교환 효율을 얻을 수 있도록 최적의 냉매분지 구조를 갖는 공기조화기용 응축기를 개발할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저속의 공기 조건에 적합하고 높은 열교환 효율을 얻을 수 있는 공기조화기용 응축기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 자동차용 플랫 튜브형 열교환기가 도시된 정면도,

도 2는 도 1의 A부가 도시된 상세도,

도 3은 상기한 플랫 튜브형 열교환기의 냉매분지 구성도,

도 4는 상기한 플랫 튜브형 열교환기에서의 냉매분지와 열교환량의 관계가 도시된 그래프,

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기용 응축기가 도시된 정면도,

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기용 응축기의 냉매분지 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 공기조화기용 응축기에서의 냉매분지와 열교환량의 관계가 도시된 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 튜브 53 : 루버핀

55, 57 : 헤더 59 : 구획판

61 : 입구관 63 : 출구관

A : 입구측 통로군 B : 제 1중간측 통로군

C : 제 2중간측 통로군 D : 출구측 통로군

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기용 응축기의 특징은, 서로 평행하게 배치된 복수개의 튜브와, 상기 튜브에 흐르는 냉매와 공기사이의 열교환 면적이 증가되도록 상기 각 튜브 사이에 설치된 전열핀과, 상기 튜브들의 양단에 설치되어 냉매통로의 일부를 이루는 좌우 헤더와, 상기 좌우 헤드의 소정 위치에 설치되어 상기 각 튜브들이 입구측 통로군과 출구측 통로군을 포함하는 적어도 2개 이상의 통로군으로 구분되도록 상기 좌우 헤더의 내부 공간을 구획하는 구획판으로 이루어지고; 상기 전열핀의 피치는 1.0 내지 1.4㎜가 되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기용 응축기가 도시된 정면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기용 응축기의 냉매분지 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 공기조화기용 응축기에서의 냉매분지와 열교환량의 관계가 도시된 그래프이다.

본 발명에 따른 공기조화기용 응축기는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 평행하게 배치된 복수개의 튜브(51)와, 상기 튜브(51)에 흐르는 냉매와 공기사이의 열교환 면적이 증가되도록 상기 각 튜브(51) 사이에 설치된 파형의 루버핀(53)과, 상기한 튜브(51)들의 양단에 설치되어 냉매통로의 일부를 이루는 좌우 헤더(55)(57)와, 상기 좌우 헤더(55)(57)의 소정 위치에 각각 설치되어 상기 각 튜브(51)들이 입구측 통로군(A)과 출구측 통로군(D)을 포함하는 적어도 2개 이상의 통로군으로 구분되도록 상기 좌우 헤더(55)(57)의 내부 공간을 구획하는 구획판(59)으로 이루어진 플랫 튜브형 열교환기로서, 상기 입구측 통로군(A)의 냉매통로 단면적에 대한 출구측 통로군(D)의 냉매통로 단면적의 비율이 30% 미만의 범위가 되도록 구성된다.

여기서, 상기 튜브(51)들은 냉매를 유입하는 입구관(61)과 냉매를 유출하는 출구관(63)이 동일한 헤더(55)에 장착되도록 짝수개의 통로군으로 구획된다.

즉, 본 발명의 공기조화기용 응축기는 일측 헤더(55)를 통해 입구관(61)과 연결되는 튜브(51a)들로 이루어져 상기 입구관(61)을 통해 유입된 기체 상태의 냉매를 응축시키는 입구측 통로군(A)과, 상기 입구측 통로군(A)과 타측 헤더(57)를 통해 연결되는 튜브(51b)들로 이루어져 입구측 통로군(A)에서 1차 응축된 냉매를 계속해서 응축시키는 제 1중간측 통로군(B)과, 상기 제 1중간측 통로군(B)과 일측 헤더(55)를 통해 연결되는 튜브(51c)들로 이루어져 제 1중간측 통로군(B)에서 2차 응축된 냉매가 완전히 액화되도록 계속해서 응축시키는 제 2중간측 통로군(C)과, 상기 제 2중간측 통로군(C)과 타측 헤더(57)를 통해 연결되는 튜브(51d)들로 이루어져 상기 입구측 통로군(A), 제 1중간측 통로군(B), 제 2중간측 통로군(C)을 차례로 거치면서 액화된 냉매를 냉각시킨 후 일측 헤더(55)를 통해 연결된 출구관(63)으로 유출시키는 출구측 통로군(D)으로 구성되어 있다.

여기서, 상기한 통로군들 중 냉매가 동일한 방향으로 흐르는 통로군들의 냉매통로 단면적은 냉매가 진행될수록 점점 작아지게 된다.

다시 말하면, 상기 제 2중간측 통로군(C)의 냉매통로 단면적은 상기 입구측 통로군(A)의 냉매통로 단면적보다 작고, 상기 출구측 통로군(D)의 냉매통로 단면적은 상기 제 1중간측 통로군(B)의 냉매통로 단면적보다 작게 된다.

또한, 상기한 통로군의 개수는 6 내지 8개가 되도록 구성되는 것이 가장 바람직하다.

또한, 상기 루버핀(53)의 피치는 1.0 내지 1.4㎜가 되도록 구성되며, 이렇게 루버핀(53)의 피치가 작게 설정되는 것은 저속에서는 공기유동이 루버유동화되지 않고 핀과 핀 사이로 흐르는 덕트유동화 되기 쉽기 때문이다.

즉, 일반적으로 공기의 유동은 속도가 낮으면 덕트유동화되고 속도가 빠르면루버유동화되는데, 가정용 공기조화기에서의 공기유동속도는 약 1∼2m/s로 매우 저속인 편이므로 상기 루버핀(53)을 효율적으로 활용하기 위해서는 루버핀(53)의 피치가 작아야 한다.

이와 같이 루버핀(53)의 피치를 작게 하면 상기 루버핀(53)을 통과하는 공기가 일정 각도로 경사진 루버를 따라 흐르게 되어 전체적으로 열교환 면적이 늘고 열교환 시간이 증가되어 열전달 성능이 향상되게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 공기조화기용 응축기는 다음과 같이 작동된다.

먼저, 입구관(61)을 통해 응축기로 유입된 냉매는 일측 헤더(55)를 통해 입구측 통로군(A)을 이루는 튜브(51a)들로 분배되어 흐르면서 기체 상태에서 액체 상태로 1차 응축되게 된다.

이후, 상기 입구측 통로군(A)을 지난 냉매는 구획판(59)으로 구획된 타측 헤더(57)를 통해 제 1중간측 통로군(B)을 이루는 튜브(51b)들로 분배되어 상기 입구측 통로군(A)의 냉매와는 반대 방향으로 흐르면서 2차 응축되게 된다.

이후, 상기 제 1중간측 통로군(B)을 지난 냉매는 구획판(59)으로 구획된 일측 헤더(55)를 통해 제 2중간측 통로군(C)을 이루는 튜브(51c)들로 분배되어 상기 입구측 통로군(A)의 냉매와 동일한 방향으로 흐르면서 3차 응축됨으로써 완전히 액화되게 된다.

이때, 상기 제 1중간측 통로군(B)과 제 2중간측 통로군(C)을 흐르는 냉매는 기체 상태와 액체 상태가 혼합된 상태이다.

이후, 상기 제 2중간측 통로군(C)을 지난 액체 상태의 냉매는 다시 구획판(59)으로 구획된 타측 헤더(57)를 통해 출구측 통로군(D)을 이루는 튜브(51d)들로 분배되어 상기 제 1중간측 통로군(B)의 냉매와 동일한 방향으로 흐르면서 냉각되게 된다.

상기와 같이 구성 및 작동되는 공기조화기용 응축기에서의 냉매분지와 열교환량의 관계를 측정하면 도 6에 도시된 바와 같다.

상기한 도 6을 살펴보면, 본 발명의 공기조화기용 응축기는 상기 입구측 통로군(A)의 냉매통로 단면적에 대한 출구측 통로군(D)의 냉매통로 단면적의 비율이 기존의 자동차용 플랫 튜브형 열교환기에 비해 상대적으로 작을 때 그 교환열량이 높음을 알 수 있다.

즉, 가정용 공기조화기에서는 공기의 유동속도가 매우 낮아 공기측 열전달계수가 하강되기 때문에 상기 입구측 통로군(A)의 경우에는 자동차의 카쿨러에 적용되는 경우보다 더 많은 열전달 면적이 필요하고 상기 출구측 통로군(D)의 경우에는 냉매를 냉각하는 영역으로 필요한 열전달 면적에 별 차이가 없어 입구측 통로군(A)에 대한 출구측 통로군(D)의 냉매통로 단면적의 비율이 상대적으로 작아지게 된다.

특히, 상기 입구측 통로군(A)의 냉매통로 단면적에 대한 출구측 통로군(D)의 냉매통로 단면적의 비율은 냉매측 압력손실을 고려했을 때 30% 미만의 범위에서 그 교환열량이 가장 높으므로 상기한 범위에서 최적의 냉매분지 구조가 결정되게 된다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 공기조화기용 응축기는, 전열핀의 피치가 1.0 내지 1.4㎜가 되도록 구성되어 핀과 핀 사이를 통과하는 공기가 덕트유동화되지 않고 루버유동화되기 때문에 열교환 면적이 크고 열교환 시간이 증가되어 높은 열교환 효율을 얻을 수 있는 이점이 있다.또한, 저속의 공기 조건을 갖는 가정용 공기조화기에 적합한 최적의 냉매 분지 구조를 갖게 되므로 공기조화기에 적용되더라도 냉매측 압력손실의 큰 손실 없이 높은 열교환 효율을 얻게 되는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 서로 평행하게 배치된 복수개의 튜브와, 상기 튜브에 흐르는 냉매와 공기사이의 열교환 면적이 증가되도록 상기 각 튜브 사이에 설치된 전열핀과, 상기 튜브들의 양단에 설치되어 냉매통로의 일부를 이루는 좌우 헤더와, 상기 좌우 헤드의 소정 위치에 설치되어 상기 각 튜브들이 입구측 통로군과 출구측 통로군을 포함하는 적어도 2개 이상의 통로군으로 구분되도록 상기 좌우 헤더의 내부 공간을 구획하는 구획판으로 이루어지고;

   상기 전열핀의 피치는 1.0 내지 1.4㎜가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기용 응축기.
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