KR101996059B1 - 공기조화기의 열교환기 - Google Patents

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유상훈
김주혁
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 자중에 의해 액체냉매 및 기체냉매로 분리시키고, 분리된 액체냉매 및 기체냉매를 제 1 공간 및 제 2 공간에서 각각 유동시킨 후, 복수개의 연결튜브에 각각 공급하기 때문에, 일부 연결튜브에 기체냉매 또는 액체냉매가 편중되어 공급되는 것을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

Description

공기조화기의 열교환기{Heat exchanger for air conditioner}
본 발명은 공기조화기의 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.
핀 튜브형 열교환기는 냉매가 유동되는 튜브와, 상기 튜브에 결합되고, 상기 튜브의 열을 전도시키는 복수개의 핀을 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따른 공기조화기의 열교환기가 도시된 사시도이다.
도 1에 도시된 종래 열교환기는 지그재그로 배치된 튜브(1)와, 상기 튜브(1)에 결합된 복수개의 핀(2)을 포함한다.
종래 핀-튜브 방식의 열교환기의 경우, 하나의 튜브가 지그재그로 절곡되어 유로를 형성하기 때문에, 냉매가 토출될때까지의 시간이 길고, 압력손실이 큰 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 10-2004-0052332
본 발명은 공급된 냉매를 복수개의 유로로 분산시킨 후, 열교환을 실시할 수 있는 공기조화기의 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명은 액체 냉매 및 기체 냉매가 혼합되어 공급되는 경우, 액체 냉매 및 기체 냉매를 복수개의 냉매유로에 고르게 분산시켜 유동시킬 수 있는 공기조화기의 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명은 혼합되어 공급된 액체 냉매 및 기체 냉매를 분리시키고, 분리된 액체 냉매 및 기체 냉매를 복수개의 냉매유로에 각각 제공할 수 있는 공기조화기의 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 공기조화기의 열교환기는 냉매가 수평방향으로 배치된 기액분리튜브를 통과하면서 자중에 의해 액체냉매 및 기체냉매로 분리시키고, 액체냉매는 제 1 공간으로 유동시키고, 기체냉매는 제 2 공간으로 유동시킨 후, 제 1 공간과 연통된 연결튜브의 일단 개구면을 통해 액체냉매를 공급하고, 제 2 공간과 연통된 연결튜브의 열통홀을 통해 기체냉매를 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 공기조화기의 열교환기는 열교환이 이루어지는 복수개의 연결튜브에 액체냉매 및 기체냉매를 분리하여 공급하기 때문에 일부 연결튜브에 액체냉매 또는 기체냉매가 편중되게 공급되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 공기조화기의 열교환기는 열교환이 이루어지는 복수개의 연결튜브에 액체냉매 및 기체냉매를 분리하여 공급하기 때문에, 복수개의 연결튜브에서 균일하게 열교환이 이루어질 수 있다.
본 발명은 일측에 위치되고, 상하 방향으로 배치되고, 내부에 형성된 공간을 통해 냉매를 유동시키는 제 1 헤더튜브; 상기 제 1 헤더튜브와 이격되어 타측에 위치되고, 상하 방향으로 배치되고, 내부에 형성된 공간을 통해 냉매를 유동시키는 제 2 헤더튜브; 일측이 상기 제 1 헤더튜브에 결합되고, 타측이 상기 제 2 헤더튜브에 결합되어 냉매를 유동시키는 복수개의 연결튜브; 상기 제 1 헤더튜브에 연결되고, 상기 제 1 헤더튜브의 내부 단면적보다 큰 단면적으로 형성된 기액분리튜브;를 포함하고, 상기 제 1 헤더튜브는, 외형을 형성하고, 내부에 길이방향을 따라 길게 공간(S)이 형성된 헤더튜브바디; 상기 헤더튜브바디 내부에 배치되고 상기 헤더튜브바디의 길이 방향을 따라 길게 연장되어 배치되고, 상기 공간(S)을 제 1 공간(S1) 및 제 2 공간(S2)으로 구획하는 격벽;을 포함하고, 상기 기액분리튜브는 수평방향으로 배치되어 기체 및 액체가 혼합된 냉매를 자중에 의해 층류로 형성시키고, 상기 기액분리튜브에 의해 층류로 형성된 액체냉매가 상기 제 1 공간 또는 제 2 공간 중 어느 하나로 유동되고, 상기 기액분리튜브에 의해 층류로 형성된 기체냉매가 상기 제 1 공간 또는 제 2 공간 중 다른 하나로 유동되게 배치된다.
상기 제 1 헤더튜브는, 상기 연결튜브와 연결되는 연결부; 상기 기액분리튜브와 연결되고, 상기 연결부와 소정의 사이각을 형성하도록 절곡되어 형성된 절곡부;를 포함될 수 있다.
상기 기액분리튜브의 내경은 상기 절곡부의 내경보다 크게 형성될 수 있다.
상기 연결튜브는, 상기 제 1 헤더튜브의 내부에 배치되고, 상기 제 1 공간과 연통되는 일단 개구면; 상기 제 2 헤더튜브의 내부에 배치되고, 상기 제 2 헤더튜브의 내부와 연통되는 타단 개구면; 상기 제 1 헤더튜브의 제 2 공간에 배치되고, 상기 제 2 공간과 연통되는 연통홀;을 포함할 수 있다.
상기 격벽은 좌우방향으로 형성된 격벽홀을 더 포함하고, 상기 연결튜브의 일단 개구면은 상기 격벽홀을 관통하여 상기 제 1 공간에 배치될 수 있다.
상기 제 1 헤더튜브의 길이 방향과 상기 일단 개구면의 개구된 방향이 서로 교차되게 배치될 수 있다.
상기 제 1 헤더튜브의 길이 방향과 상기 연통홀의 개구된 방향이 서로 교차되게 배치될 수 있다.
상기 제 1 헤더튜브를 따라 유동되는 냉매는 하측에서 상측으로 유동되고, 상기 연통홀은 상측을 향해 개구될 수 있다.
상기 연통홀의 직경은, 상기 제 1 헤더튜브의 내경(D1)*0.7 ≤ 연통홀의 직경 ≤ 상기 제 1 헤더튜브의 내경(D1)*0.9로 형성될 수 있다.
상기 기액분리튜브의 내경(D0)은 상기 제 1 헤더튜브의 내경(D1)*1.25≤ D0 ≤상기 제 1 헤더튜브의 내경(D1)*1.5 로 형성될 수 있다.
본 발명의 공기조화기의 열교환기는 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 본 발명은 자중에 의해 액체냉매 및 기체냉매로 분리시키고, 분리된 액체냉매 및 기체냉매를 제 1 공간 및 제 2 공간에서 각각 유동시킨 후, 복수개의 연결튜브에 각각 공급하기 때문에, 일부 연결튜브에 기체냉매 또는 액체냉매가 편중되어 공급되는 것을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 본 발명은 기액분리튜브를 수평하게 배치하여 기체 및 액체가 혼합된 냉매가 자중에 의해 자연스럽게 기체 및 액체로 분리하여 층류를 형성시킬 수 있는 장점이 있다.
셋째, 본 발명은 연통홀의 개방된 방향과 기체 냉매가 유동되는 방향을 어긋나게 배치하여 진입 측의 연결튜브로 기체냉매가 편중되게 공급되는 것을 억제하는 장점이 있다.
넷째, 본 발명은 연결튜브의 일단 개구면의 방향과 액체 냉매가 유동되는 방향을 어긋나게 배치하여 진입 측의 연결튜브로 액체냉매가 편중되게 공급되는 것을 억제하는 장점이 있다.
다섯째, 본 발명은 제 1 헤더튜브의 내부를 격벽을 통해 제 1 공간 및 제 2 공간으로 분리하고, 기체 냉매 및 액체 냉매를 분리된 공간에서 각각 유동시킬 수 있는 장점이 있다.
여섯째, 본 발명은 기체 냉매 및 액체 냉매를 효과적으로 분리시킬 수 있는 제 1 헤더튜브 및 기액분리튜브의 내경 비율을 제공하는 장점이 있다.
일곱째, 본 발명은 기체 냉매 및 액체 냉매를 효과적으로 분리시킬 수 있는 격벽의 위치를 제공하는 장점이 있다.
여덟째, 본 발명은 기체 냉매 및 액체 냉매를 효과적으로 분리시킬 수 있는 제1 헤더튜브의 내경 및 연통홀의 내경 비율을 제공하는 장점이 있다.
아홉째, 본 발명은 증발기로 사용될 때, 기체 냉매 및 액체 냉매를 효과적으로 분리시킬 수 있는 열교환기 구조를 제공하는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 공기조화기의 핀-튜브 방식 열교환기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기조화기가 도시된 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기가 도시된 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 튜브가 일부 도시된 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 제 1 헤더튜브의 내부가 도시된 절개 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기조화기가 도시된 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환기가 도시된 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 튜브가 일부 도시된 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 제 1 헤더튜브의 내부가 도시된 절개 사시도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 제 1 실시예에 따른 공기조화기의 열교환기에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 공기조화기는 실내기(I) 및 실외기(O)로 구성된다.
상기 실외기(O)는 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 실외 공기와 냉매를 열교환시키는 실외열교환기(11)와, 상기 압축기(10)의 흡입 측에 배치되고, 액체 냉매를 저장하고 기체냉매를 상기 압축기(10)에 제공하는 어큐물레이터(14)와, 상기 실외열교환기(11)로 공기를 송풍시키는 실외팬(15)과, 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매의 유동방향을 조절하는 사방밸브(18)를 포함한다.
상기 실내기(I)는 실내공기와 냉매를 열교환시키는 실내열교환기(13)와, 상기 실내열교환기(13)로 공기를 송풍시키는 실내팬(16)을 포함한다.
상기 실내기(I) 또는 실외기(O) 중 적어도 어느 하나에는 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(12)가 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 실내기(I)에 팽창밸브(12)가 배치된다. 상기 팽창밸브(12)는 실외열교환기(11) 및 실내열교환기(13)를 연결하는 냉매배관(17)에 배치된다.
실내를 냉방시킬 경우, 상기 사방밸브(18)는 압축기(10)에서 토출된 냉매를 실외열교환기(11)로 유동시켜 실외열교환기(11)를 응축기로 작동시키고, 실내열교환기(13)를 증발기로 작동시킨다.
이와 달리 실내를 난방시킬 경우, 상기 사방밸브(18)는 압축기(10)에서 토출된 냉매를 실내열교환기(13)로 유동시켜 실내열교환기(13)를 응축기로 작동시키고, 실외열교환기(11)를 증발기로 작동시킨다.
냉매는 압축기(10), 실외열교환기(11), 팽창기구(12) 및 실내열교환기(13)를 순환하면서 히트펌프사이클로 작동될 수 있다.
본 실시예에서 상기 실외열교환기(11) 및 실내열교환기(13)는 핀-튜브 타입 열교환기이다.
본 실시예에서 도 3 내지 도 5에 도시된 열교환기는 실외열교환기(11) 또는 실내열교환기(13)로 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 열교환기는 액상 및 기상으로 혼합된 냉매를 액체냉매 및 기체냉매로 분리한 후, 각 연결튜브(130)에 공급하는 것이 특징이다.
이와 같이 액상 및 기상이 혼합된 냉매를 분리하기 위해, 헤더튜브의 내부를 격벽을 통해 구획한 후, 일측에서는 액체냉매를 유동시키고 타측에서는 기체냉매를 유동시킨다.
이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 열교환기에 대해 설명한다.
<열교환기의 구성>
본 실시예에 따른 열교환기는 서로 이격되어 배치된 제 1 헤더튜브(110) 및 제 2 헤더튜브(120)와, 상기 제 1 헤더튜브(110) 및 제 2 헤더튜브(120)를 연결시키는 복수개의 연결튜브(130)와, 상기 복수개의 연결튜브(130)를 연결하는 복수개의 핀(140)과, 상기 제 1 헤더튜브(110)에 연결되고, 상기 제 1 헤더튜브(110)의 내부 단면적보다 큰 단면적으로 형성된 기액분리튜브(150)를 포함한다.
본 실시예에서 제 1 헤더튜브(110), 제 2 헤더튜브(120), 연결튜브(130) 및 기액분리튜브(150)는 내경이 원형인 파이프형태로 형성된다. 본 실시예와 달리 제 1 헤더튜브(110), 제 2 헤더튜브(120), 연결튜브(130) 및 기액분리튜브(150)는 내경이 원형이 아닌 다양한 형태로 형성되어도 무방하다.
예를 들어 상기 제 1 헤더튜브(110), 제 2 헤더튜브(120), 연결튜브(130) 및 기액분리튜브(150)는 길이방향에 수직한 단면이 원형이 아닌 사각형이나 타원형 등으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 상기 열교환기는 수직하게 세워지고, 공기는 수평방향으로 이동되면서 상기 열교환기를 관통한다.
그래서 상기 제 1 헤더튜브(110) 및 제 2 헤더튜브(120)는 상하 방향으로 배치되고, 상기 연결튜브(130)는 좌우 방향으로 배치된다.
본 실시예에서 상기 연결튜브(130)는 상기 제 1 헤더튜브(110) 및 제 2 헤더튜브(120)와 직교되어 배치된다.
상기 연결튜브(130)의 일단은 좌측에 배치된 제 1 헤더튜브(110)에 결합되고, 타단은 우측에 배치된 제 2 헤더튜브(120)에 결합된다.
상기 연결튜브(130)는 복수개가 배치되고, 상하방향으로 배열된다.
상기 핀(140)은 상하 방향으로 배치되고, 상기 복수개의 연결튜브(130)에 의해 관통된다.
<제 1 헤더튜브의 구성>
상기 제 1 헤더튜브(110)는 상기 연결튜브(130)의 일단이 결합된다.
상기 제 1 헤더튜브(110)의 내부공간은 길이방향을 따라 구획되어 형성된다. 상기 제 1 헤더튜브(110)의 내부는 격벽(111)을 통해 구획된다.
상기 제 1 헤더튜브(110)는 외형을 형성하고, 길이방향을 따라 길게 공간(S)이 형성된 헤더튜브바디(112)와, 상기 헤더튜브바디(112) 내부에 배치되고 상기 헤더튜브바디(112)의 길이 방향을 따라 길게 연장되어 배치되고, 상기 공간(S)을 구획하는 격벽(111)을 포함한다.
상기 헤더튜브바디(112)는 상기 연결튜브(130)가 삽입되는 튜브홀(113)이 형성된다. 상기 튜브홀(113)은 상기 헤더튜브바디(112)의 길이방향을 따라 다수개가 배치되고, 각 튜브홀(113) 마다 각각의 연결튜브(130)가 삽입된다.
상기 튜브홀(113)은 헤더튜브바디(112)의 길이 방향을 따라 일렬로 배치된다.
상기 격벽(111)은 상기 튜브홀(113)을 향해 배치된다. 상기 연결튜브(130)가 결합되기 전, 상기 헤더튜브바디(112)의 외부에서 상기 튜브홀(113)을 통해 상기 격벽(111)을 확인할 수 있다.
상기 튜브홀(113) 및 격벽(111)은 서로 마주보게 배치된다.
본 실시예에서 상기 격벽(111)은 상기 공간(S)을 좌우로 구획한다. 상기 격벽(111)에 의해 구획된 공간 중 일측을 제 1 공간(S1)으로 정의하고, 타측을 제 2 공간(S2)으로 정의한다.
본 실시예에서 상기 제 1 공간(S1)은 좌측에 위치되고, 제 2 공간(S2)은 우측에 위치된다. 상기 튜브홀(113)은 상기 제 2 공간(S2)과 연통된다.
상기 격벽(111)은 헤더튜브바디(112)의 길이 방향을 따라 길게 연장되어 형성된다. 상기 격벽(111)은 플레이트 형태로 형성되고, 그 폭이 적어도 상기 튜브(110)의 내경과 같거나 길게 형성된다.
그리고 상기 격벽(111)에는 상기 연결튜브(130)가 관통되는 격벽홀(115)이 형성된다.
상기 연결튜브(130)의 일단 개구면(131)은 상기 격벽홀(115)을 관통하게 배치된다. 상기 연결튜브(130)의 일단 개구면(131)은 상기 제 1 공간(S1)과 연통될 수 있다.
한편, 상기 헤더튜브바디(112)는 상기 연결튜브(130)와 연결되는 연결부(116)와, 상기 기액분리튜브(150)와 연결되고, 상기 연결부(116)와 소정의 사이각을 형성하도록 절곡되어 형성된 절곡부(117)를 포함한다.
본 실시예에서 상기 연결부(116)는 상하 방향으로 배치되고, 보다 상세하게는 수직하게 배치된다. 상기 절곡부(117)는 상기 연결부(116)의 소정의 사이각을 형성하고, 보다 상세하게는 수평하게 배치되는 것이 바람직하다.
특히 후술하는 상기 기액분리튜브(150)는 내부에서 유동되는 냉매가 층류를 형성할 수 있도록 수평하게 배치되는 것이 바람직하다.
상기 헤더튜브바디(112)를 절곡하여 상기 절곡부(117)를 형성시키는 바, 상기 연결부(116) 및 절곡부(117)는 일체로 형성된다. 상기 절곡부(117)의 단측이 상기 기액분리튜브(150)에 결합되는 바, 상기 절곡부(117)의 끝단 일부(A)는 수평하게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 격벽(111)은 상기 연결부(116) 및 절곡부(117) 내부를 경유하게 배치되고, 중간에 단절되는 부분이 없도록 제작한다.
상기 연결부(116)에서 상기 격벽(111)은 상하방향으로 배치되고, 상기 절곡부(117)에서 상기 격벽(111)의 적어도 일부는 좌우방향으로 수평하게 배치된다.
본 실시예에서는 상기 격벽(111)이 헤더튜브바디(112)에 삽입된 상태에서 상기 제 1 헤더튜브(110)를 절곡하여 상기 연결부(116) 및 절곡부(117)를 형성시킨다.
<제 2 헤더튜브의 구성>
상기 제 2 헤더튜브(120)는 격벽(111)을 제외하고 제 1 헤더튜브(110)와 동일하게 제작된다.
<연결튜브의 구성>
상기 연결튜브(130)는 내측에 중공이 형성된 파이프 형태이고, 일단 개구면(131)은 제 1 헤더튜브(110)와 연결되고 타단 개구면(미도시)은 상기 제 2 헤더튜브(120)와 연결된다.
상기 연결튜브(130)는 내측에 중공이 형성된 연결튜브바디(132)와, 상기 연결튜브바디(132)의 일측에 형성되고, 내외측을 관통하여 형성된 연통홀(134)을 포함한다.
상기 연결튜브바디(132)는 파이프형태로 형성된다. 상기 연결튜브바디(132)의 연통홀(134)은 상기 제 2 공간(S2)에 배치되고, 상기 일단 개구면(131)은 상기 제 1 공간(S1)에 배치된다.
상기 연통홀(134)은 상기 일단 개구면(131)보다 안쪽에 배치된다. 상기 연통홀(134) 및 일단 개구면(131) 사이에 상기 격벽(111)이 위치된다.
상기 연통홀(134)의 개구된 방향은 기체냉매의 유동방향과 반대로 형성된다.
본 실시예에서 상기 연통홀(134)은 상측을 향해 개구되어 형성되고, 기체냉매는 하측에서 상측으로 유동된다. 이와 같은 연통홀(134)의 배치는 기체냉매가 먼저 만나는 연결튜브(130)에 더 많이 공급되는 것을 최소화할 수 있다.
상기 연통홀(134)이 기체냉매의 유동방향과 마주보게 배치되는 경우, 하측에 배치된 연결튜브(130)에 더 많이 공급되고, 상측에 배치된 연결튜브(130)에는 적은 양의 기체냉매가 공급되기 때문에, 냉매를 전체 연결튜브(130)에 균등하게 공급하기 어렵다.
본 실시예와 같이 연통홀(134)이 기체냉매의 유동방향과 반대 또는 어긋나게 배치할 경우, 제 2 공간(S2) 전체에 기체냉매를 보다 균등하게 확산시킬 수 있다.
상기 격벽(111)은 상기 연통홀(134) 및 일단 개구면(131)을 서로 다른 공간에 구획시킨다.
상기 연결튜브바디(132)는 상기 격벽(111)의 연통홀(134)에 끼움고정될 수 있다. 본 실시예에 따른 격벽(111)은 액체냉매 및 기체냉매의 균등한 분배를 목적으로 하기 때문에, 상기 연통홀(134)에서 일부 냉매의 유동이 발생되어도 무방하다. 즉, 상기 격벽(111)은 상기 제 1 공간(S1) 및 제 2 공간(S2)을 구획하지만, 냉매의 유동을 완전 차단하는 수준으로 제 1 공간(S1) 및 제 2 공간(S2)을 구획하지않아도 무방하다.
<기액분리튜브의 구성>
상기 기액분리튜브(150)는 냉매배관을 통해 공급된 냉매에서 기체냉매 및 액체냉매를 분리하기 위한 구성이다.
본 실시예에서 상기 기액분리튜브(150)는 수평하게 배치되고, 냉매의 밀도차를 이용해 액체냉매 및 기체냉매를 분리한다.
상기 기액분리튜브(150)는 내부에 중공(S0)이 형성되고, 수평방향으로 배치된다. 기액 혼합 냉매가 상기 중공(S0)을 따라 이동되면서 중력에 의해 자연스럽게 기체 냉매 및 액체 냉매로 분리된다. 밀도차에 의해 액체냉매는 중공(S0)의 하측을 따라 유동되고, 기체냉매는 중공(S0)의 상측을 따라 유동된다.
하측으로 유동되는 액체냉매는 상기 제 1 헤더튜브(110)의 제 1 공간(S1)으로 유동되고, 상측으로 유동되는 기체냉매는 상기 제 1 헤더튜브(110)의 제 2 공간(S2)으로 유동된다.
<기체냉매 및 액체냉매 분리 효율 향상을 위한 열교환기의 구조>
상기 제 1 헤더튜브(110)의 내경 크기를 D1로 정의하고, 기액분리튜브(150)의 내경 크기를 D0로 정의하고, 연결튜브(130)의 내경 크기를 D3로 정의하고, 연통홀(134)의 내경 크기를 D4로 정의한다.
먼저, 상기 기액분리튜브(150)의 길이방향에 수직한 단면의 넓이는 제 1 헤더튜브(110)의 길이 방향에 수직한 단면의 넓이보다 크게 형성된다.
상기 기액분리튜브(150)에 공급되는 냉매의 유량, 건도, 압력에 관계없이, 상기 기액분리튜브(150)의 길이방향에 수직한 단면의 넓이는 제 1 헤더튜브(110)의 길이 방향에 수직한 단면의 넓이보다 크게 형성된다.
특히, 상기 기액분리튜브(150)의 내측 단면의 넓이는 다음과 같은 관계를 형성한다.
(1) D1*1.25≤ D0 ≤D1*1.5
상기 (1)의 하한 보다 작을 경우 냉매의 슬러그(slug) 유동이 발생되기 때문에, 기체-액체의 분리효율이 저하된다. 상기 기액분리튜브(150)가 클수록 기체-액체 분리 효율이 좋지만, 재료비 및 제작비용이 상승된다.
다음으로, 상기 제 1 헤더튜브(110) 내부에 배치된 격벽(111)의 위치는 다음과 같은 관계를 형성한다.
상기 격벽(111)을 기준으로 액체 냉매가 유동되는 제 1 공간(S1)의 최단길이를 L1로 정의하고, 상기 격벽(111)을 기준으로 기체 냉매가 유동되는 제 2 공간(S2)의 최단길이를 L2로 정의한다.
액체 냉마가 유동되는 L1을 기준으로 상기 격벽(111)의 위치는 다음과 같은 관계를 형성한다.
(2) D1*1/3 ≤ 격벽의 위치 ≤ D1*1/2
특히 상기 격벽(111)은 상기 제 1 헤더튜브(110)의 축중심을 기준으로 상기 L1이 L2보다 작게 형성된다. 즉, 격벽(111)은 상기 제 1 헤더튜브(110)의 축중심(D1*1/2)에서 액체냉매가 유동되는 제 1 공간(S1) 측에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 (2)의 하한 보다 작을 경우, 액체냉매가 유동되는 제 1 공간(S1)이 좁아져 액체냉매가 상기 제 2 공간(S2)에 유입되는 비율이 크게 증가된다.
상기 (2)의 상한보다 클 경우, 기체냉매가 유동되는 제 2 공간(S2)이 좁아져 기체냉매가 상기 제 1 공간(S1)으로 유입되는 비율이 크게 증가된다.
다음으로, 연통홀(134)의 면적은 다음과 같은 관계를 형성한다.
(3) D1*0.7 ≤ 연통홀의 직경 ≤ D1*0.9
상기 (3)의 하한보다 작을 경우, 기체냉매가 연결튜브(130)로 유입되는 면적이 좁아지기 때문에, 기체냉매의 압력손실이 크게 발생된다.
상기 (3)의 상한보다 클 경우, 연통홀(134)의 내경(D3)이 제 1 헤더튜브(110)의 내경(D1)보다 작기 때문에 가공불량이 발생된다.
<기액분리 냉매의 유동>
먼저 기액분리 유동은 증발기로 작동되는 열교환기에서 적용된다.
상기 기액분리튜브(150)에 기체 및 액체가 혼합된 냉매가 공급된다. 상기 기액분리튜브(150)의 내경은 냉배배관(17)보다 내경이 더 크게 형성된다.
그래서 상기 냉매배관(17)을 통해 공급된 냉매는 상기 기액분리튜브(150)에 진입하여 압력이 저하된다. 그리고 지면에 대하여 수평하게 배치된 상기 기액분리튜브(150)를 유동하면서 하측에 액체냉매가 유동되고 상측에 기체냉매가 유동된다.
상기 기액분리튜브(150) 내에서의 기체냉매 및 액체냉매는 엄밀하게 층류를 형성하지는 않는다. 다만, 유동과정에서 기액분리튜브(150)의 축중심을 기준으로 하측에서 액체냉매가 대부분 유동되고, 축중심을 기준으로 상측에서 기체 냉매가 대부분 유동된다.
상기 기액분리튜브(150)를 통해 수평방향으로 층류가 형성된 액체냉매 및 기체냉매는 절곡부(117)로 유동된다.
상기 절곡부(117)에는 격벽(111)이 배치되어 있기 때문에, 액체냉매는 격벽(111)의 하측에 형성된 제 1 공간(S1)으로 유동되고, 기체냉매는 격벽(111)의 상측에 형성된 제 2 공간(S2)으로 유동된다.
상기 절곡부(117)에 유입된 액체냉매는 제 1 공간(S1)을 따라 유동되어 연결부(116)의 제 1 공간(S1)으로 유동된다. 상기 제 1 공간(S1)을 따라 유동되는 액체냉매는 상하 방향으로 배치된 각 연결튜브(130)의 일단 개구면(131)을 통해 연결튜브(130) 내부로 유동될 수 있다.
그리고 상기 절곡부(117)에 유입된 기체냉매는 제 2 공간(S2)을 따라 유동되어 연결부(116)의 제 2 공간(S2)으로 유동된다. 상기 제 2 공간(S2)을 따라 유동되는 기체냉매는 상하 방향으로 배치된 각 연결튜브(130)의 연통홀(134)을 통해 연결튜브(130) 내부로 유동될 수 있다.
여기서 상기 연통홀(134)은 상측을 향해 배치되기 때문에, 기체냉매는 하측에서 상측으로 유동되는 과정에서 연결튜브(130)으로 직접 유동되는 것을 최소화할 수 있고, 상하방향으로 배치되는 복수개의 연결튜브(130)에 기체냉매를 고르게 분배할 수 있다.
상기 연결튜브(130)의 일단 개구면(131)은 좌측을 향해 개방되고, 액체냉매는 하측에서 상측으로 유동되기 때문에, 상기 일단 개구면(131)의 개구된 방향과 액체냉매의 유동방향 역시 어긋나게 배치되고, 액체냉매를 복수개의 연결튜브(130)에 고르게 분배할 수 있다.
본 실시예와 같이 격벽(111)이 없을 경우, 기체냉매 및 액체냉매의 자중에 의해 하측의 연결튜브에는 액체냉매가 과대공급되고, 상측의 연결튜브에는 기체냉매가 과대공급되기 때문에, 열교환기 전체로 볼 때 열교환이 고르게 이루어지지 않게 된다.
본 실시예에 따른 열교환기는 기체 및 액체가 혼합된 냉매를 층류로 형성시킨 후, 격벽(111)을 통해 각기 다른 유로로 유동시키고, 연결튜브(130)의 일단 개구면(131) 및 연통홀(134)을 통해 액체냉매 및 기체냉매를 분리하여 공급할 수 있다.
이와 같이, 제 1 공간(S1) 및 제 2 공간(S2)으로 구획하여 액체냉매 및 기체냉매를ㅅ 각각 유동시킬 경우, 복수개의 연결튜브 중 일부 연결튜브에 기체냉매 또는 액체냉매가 편중되어 공급되는 것을 최소화할 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.
110 : 제 1 헤더튜브 111 : 격벽
112 : 헤더튜브바디 113 : 튜브홀
115 : 격벽홀 116 : 연결부
117 : 절곡부 120 : 제 2 헤더튜브
130 : 연결튜브 150 : 기액분리튜브
S1 : 제 1 공간 S2 : 제 2 공간
D1 : 제 1 헤더튜브의 내경 D2 : 기액분리튜브의 내경
D3 : 연결튜브의 내경 D4 : 삽입홀의 내경

Claims (10)

  1. 일측에 위치되고, 상하 방향으로 배치되고, 내부에 형성된 공간을 통해 냉매를 유동시키는 제 1 헤더튜브;
    상기 제 1 헤더튜브와 이격되어 타측에 위치되고, 상하 방향으로 배치되고, 내부에 형성된 공간을 통해 냉매를 유동시키는 제 2 헤더튜브;
    일측이 상기 제 1 헤더튜브에 결합되고, 타측이 상기 제 2 헤더튜브에 결합되어 냉매를 유동시키는 복수개의 연결튜브;
    상기 제 1 헤더튜브에 연결되고, 상기 제 1 헤더튜브의 내부 단면적보다 큰 단면적으로 형성된 기액분리튜브;를 포함하고,
    상기 제 1 헤더튜브는,
    외형을 형성하고, 내부에 길이방향을 따라 길게 공간(S)이 형성된 헤더튜브바디; 상기 헤더튜브바디 내부에 배치되고 상기 헤더튜브바디의 길이 방향을 따라 길게 연장되어 배치되고, 상기 공간(S)을 제 1 공간(S1) 및 제 2 공간(S2)으로 구획하는 격벽;을 포함하고,
    상기 기액분리튜브는 수평방향으로 배치되어 기체 및 액체가 혼합된 냉매를 자중에 의해 층류로 형성시키고,
    상기 기액분리튜브에 의해 층류로 형성된 액체냉매가 상기 제 1 공간 또는 제 2 공간 중 어느 하나로 유동되고, 상기 기액분리튜브에 의해 층류로 형성된 기체냉매가 상기 제 1 공간 또는 제 2 공간 중 다른 하나로 유동되게 배치된 공기조화기의 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 헤더튜브는,
    상기 연결튜브와 연결되는 연결부;
    상기 기액분리튜브와 연결되고, 상기 연결부와 소정의 사이각을 형성하도록 절곡되어 형성된 절곡부;를 포함하는 공기조화기의 열교환기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기액분리튜브의 내경은 상기 절곡부의 내경보다 크게 형성된 공기조화기의 열교환기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결튜브는,
    상기 제 1 헤더튜브의 내부에 배치되고, 상기 제 1 공간과 연통되는 일단 개구면;
    상기 제 2 헤더튜브의 내부에 배치되고, 상기 제 2 헤더튜브의 내부와 연통되는 타단 개구면;
    상기 제 1 헤더튜브의 제 2 공간에 배치되고, 상기 제 2 공간과 연통되는 연통홀;을 포함하는 공기조화기의 열교환기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 격벽은 좌우방향으로 형성된 격벽홀을 더 포함하고,
    상기 연결튜브의 일단 개구면은 상기 격벽홀을 관통하여 상기 제 1 공간에 배치되는 공기조화기의 열교환기.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 헤더튜브의 길이 방향과 상기 일단 개구면의 개구된 방향이 서로 교차되게 배치된 공기조화기의 열교환기.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 헤더튜브의 길이 방향과 상기 연통홀의 개구된 방향이 서로 교차되게 배치된 공기조화기의 열교환기.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 헤더튜브를 따라 유동되는 냉매는 하측에서 상측으로 유동되고, 상기 연통홀은 상측을 향해 개구된 공기조화기의 열교환기.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 연통홀의 직경은,
    상기 제 1 헤더튜브의 내경(D1)*0.7 ≤ 연통홀의 직경 ≤ 상기 제 1 헤더튜브의 내경(D1)*0.9
    로 형성된 공기조화기의 열교환기.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 기액분리튜브의 내경(D0)은
    상기 제 1 헤더튜브의 내경(D1)*1.25≤ D0 ≤상기 제 1 헤더튜브의 내경(D1)*1.5
    로 형성된 공기조화기의 열교환기.
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