KR20160116888A

KR20160116888A - 리턴캡을 이용한 열교환기 및 그 열교환기를 이용한 열교환방법

Info

Publication number: KR20160116888A
Application number: KR1020150045254A
Authority: KR
Inventors: 전창덕
Original assignee: 한국교통대학교산학협력단
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-10-10
Also published as: KR101693101B1

Abstract

본 발명은 리턴캡을 이용한 리턴캡을 이용한 열교환기 및 그 열교환기를 이용한 열교환방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 열교환기에 있어서, 다수의 열로 구획된 헤더; 상기 헤더의 각 열 마다 서로 특정간격 이격되어 배치되며, 일단이 상기 헤더에 연결되는 복수의 튜브; 상기 헤더의 특정 열에 구비되는 튜브의 타단과, 상기 특정 열에 인접한 열에 구비되는 튜브의 타단을 서로 연결하여, 상기 특정 열에 구비되는 튜브에서 토출되는 냉매를 상기 인접한 열에 구비되는 튜브로 유입시키는 복수의 리턴캡; 및 상기 튜브의 사이 공간에 구비되는 복수의 휜;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기에 관한 것이다.

Description

리턴캡을 이용한 열교환기 및 그 열교환기를 이용한 열교환방법{Heat exchanger with return cap and method for exchanging using the heat exchanger}

본 발명은 리턴캡을 이용한 리턴캡을 이용한 열교환기 및 그 열교환기를 이용한 열교환방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 자동차 및 가정용으로 널리 사용되는 평행류형 열교환기에 있어서 열교환기를 구성하고 있는 두 개의 헤더 중 리턴 캡(return cap)을 사용하여 하나의 헤더를 제거함으로써 생산비용 절감, 중량감소, 배수성 개선뿐만 아니라 열교환기 성능을 향상시킨 열교환기에 관한 것이다.

도 1은 자동차 및 가정용으로 널리 사용되고 있는 공랭식 평행류(PF, parallel flow) 열교환기(1)를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 공랭식 평행류 열교환기(1)는, 종방향으로 특정간격 이격되어 배치되는 다수의 튜브(10)와, 이러한 튜브(10) 사이 공간에 구비되는 휜(2)을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

튜브(10)는 마이크로채널관(micro-channel tube)으로 구성되며, 휜(fin, 2)은 루버휜(louvered fin)을 일반적으로 사용한다. 이러한 열교환기(1)는 성능이 우수할 뿐만 아니라 대량생산에 따른 생산비용 또한 매우 저렴하다.

도 2는 종래 상부헤더(20)와 하부헤더(30)를 갖는 공랭식 열교환기(1)의 정면도를 도시한 것이다. 이러한 종래 공랭식 열교환기(1)를 증발기로 사용하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 응축수 배출을 원활하게 하기 위해 튜브의 길이방향을 중력방향에 나란하게 열교환기(1)를 설치하게 됨을 알 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 공랭식 열교환기(1)는 냉매 유입구를 갖는 상부헤더(20)와 냉매 토출부를 갖는 하부헤더(30) 사이에 다수의 튜브(10)가 서로 횡방향으로 서로 이격되어 배치되고, 튜브(10) 사이에 휜(2)이 설치되게 되며, 양측면 각각에 보호판(5)이 구비됨을 알 수 있다. 따라서, 상부헤더(20)의 냉매유입구로 유입된 냉매는 다수의 튜브 내로 분기되어 유입되고, 하부헤더(30)에서 합쳐진 후, 냉매 토출구를 통해 토출되게 된다.

또한, 도 3은 종래 2열 방식 공랭식 열교환기의 부분 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 4a는 종래 2열 방식 공랭식 열교환기의 정면도를 도시한 것이고, 도 4b는 도 4a의 A-A 단면도를 도시한 것이다.

외부에 설치하는 응축기와 달리 실내 공간에 설치하는 증발기의 경우 사용공간의 제약성 때문에 전면 면적을 줄이기 위해 도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 2열 형식으로 제작하는 경우가 많다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 종래 2열 방식 공랭식 열교환기는 상부 제1열헤더(21)와 상부 제2열헤더(22)로 구획된 상부헤더(20)와, 하부헤더(30)를 갖고, 상부 제1열헤더(21)와 하부헤더(30) 사이에 구비되는 다수의 제1열튜브(11)와, 상부 제2열헤더(22)와 하부헤더(30) 사이에 구비되는 다수의 제2열튜브(12)를 갖고, 튜브(11,12) 사이 공간에 휜(2)을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

따라서, 냉매는 상부 제1열헤더(21) 일측에 구비된 냉매 유입구(13)로 유입되어, 상부 제1열헤더(21)에서 다수의 제1열튜브(11)로 분배된 후 제1열튜브(11)를 거쳐 하부헤더(30)에서 합쳐진다. 합쳐진 냉매는 제2열튜브(12)로 분배되어 제2열튜브(12)를 따라 상부로 올라간 후 상부 제2열헤더(22)에서 합쳐져 냉매 토출구(14)를 통해 배출된다.

종래 기술의 경우 냉매는 제1열튜브(11)들에서 하부 헤더(30)로 유입될 때 팽창되었다가 제2열튜브(12)로 유입될 때 다시 수축되는 과정을 거치게 되는데 이때 팽창, 수축에 따른 불필요한 유동 손실이 발생하게 된다.

제1열튜브(11)에서 제2열튜브(12)로 냉매를 흐르게 할 수 있는 다른 방법이 존재한다면 유동손실이 발생하는 하부헤더(30)를 굳이 사용할 필요는 없다.

대한민국 등록특허 제10-1464889호 대한민국 등록특허 제10-1430362호 대한민국 공개번호 제10-2014-0123677호 대한민국 공개특허 제10-2014-0013752호 대한민국 공개특허 제10-2014-000987호

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 평행류형 열교환기에 있어서 열교환기를 구성하고 있는 두 개의 헤더 중 리턴 캡(return cap)을 사용하여 하나의 헤더를 제거함으로서 생산비용 절감, 중량감소, 배수성 개선뿐만 아니라 열교환기 성능을 향상시킬 수 있고, 2개의 튜브가 나란하게 구성되는 열교환기의 경우 헤더 대신 리턴 캡을 사용하여 두 튜브의 냉매 흐름을 연속하게 구성하여 유동손실을 최소화할 수 있고, 리턴 캡의 유동단면을 튜브의 유동단면에 근접하게 설계, 제작할 수 있으므로 2열 튜브에서 1열 튜브로 냉매가 흘러갈 때 냉매팽창, 수축에 기인하는 유동손실을 최소화할 수 있으며, 또한 헤더보다 가볍고, 콤팩트한 리턴 캡을 사용함으로써 재료비 절감, 냉매주입량 절감에 따른 제조원가를 낮출 수 있고, 무엇보다도 하부헤더가 없으므로 응축수 배수가 매우 용이하게 이루어짐으로써 열교환기 성능을 개선시킬 수 있는 리턴캡을 이용한 공랭식 열교환기를 제공하는데 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은 열교환기에 있어서, 다수의 열로 구획된 헤더; 상기 헤더의 각 열 마다 서로 특정간격 이격되어 배치되며, 일단이 상기 헤더에 연결되는 복수의 튜브; 상기 헤더의 특정 열에 구비되는 튜브의 타단과, 상기 특정 열에 인접한 열에 구비되는 튜브의 타단을 서로 연결하여, 상기 특정 열에 구비되는 튜브에서 토출되는 냉매를 상기 인접한 열에 구비되는 튜브로 유입시키는 복수의 리턴캡; 및 상기 튜브의 사이 공간에 구비되는 복수의 휜;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기에 관한 것이다.

또한, 상기 리턴 캡에 의해 상기 냉매를 연속적으로 유동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 리턴캡은, 상기 특정 열에 구비되는 튜브의 타단이 삽입되는 유입단과, 상기 인접한 열에 구비되는 튜브의 타단이 삽입되는 토출단과, 냉매가 유동되는 유동로를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 튜브는 마이크로 채널관으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 휜은 루버휜인 것으로 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 열교환기에 있어서, 제1열 헤더와 제2열헤더로 구획되고, 일면 일측에 구비된 냉매 유입구와 타면 일측에 구비된 냉매 토출구를 갖는 헤더; 각각의 일단이 서로 특정간격 이격되어 상기 제1열 헤더에 연결되는 복수의 제1열 튜브; 각각의 일단이 서로 특정간격 이격되어 상기 제2열 헤더에 연결되는 복수의 제2열 튜브; 상기 제1열 튜브의 타단과, 상기 제2열 튜브의 타단을 서로 연결하여, 상기 제1열 튜브에서 토출되는 냉매를 상기 제2열 튜브로 유입시키는 복수의 리턴캡; 및 상기 제1열 튜브들의 사이 공간과, 상기 제2열 튜브들의 사이공간에 구비되는 복수의 휜;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기로서 달성될 수 있다.

그리고, 상기 리턴캡은, 상기 제1열 튜브의 타단이 삽입되는 유입단과, 상기 제2열 튜브의 타단이 삽입되는 토출단과, 냉매가 유동되는 유동로를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1열튜브에서 토출되는 냉매가 상기 리턴캡의 유입단으로 유입되어, 상기 유동로와 상기 토출단을 거쳐 연속적으로 상기 제2열튜브로 유입되어 유동되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제3목적은, 열교환기에 있어서, 상부 제1열헤더와 상부 제2열헤더로 구획되고, 일면 일측에 구비된 냉매 유입구와 타면 일측에 구비된 냉매 토출구를 갖는 상부헤더; 각각의 일단이 서로 특정간격 이격되어 상기 상부 제1열헤더에 연결되고 길이방향이 중력방향과 평행되는 복수의 제1열 튜브; 각각의 일단이 서로 특정간격 이격되어 상기 상부 제2열헤더에 연결되고 길이방향이 중력방향과 평행되는 복수의 제2열 튜브; 상기 제1열 튜브의 타단과, 상기 제2열 튜브의 타단을 서로 연결하여, 상기 제1열 튜브에서 토출되는 냉매를 상기 제2열 튜브로 유입시키는 복수의 리턴캡; 및 상기 제1열 튜브들의 사이 공간과, 상기 제2열 튜브들의 사이공간에 구비되는 복수의 휜;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기로서 달성될 수 있다.

본 발명의 제4목적은, 열교환방법에 있어서, 제1열헤더와 제2열헤더로 구획된 헤더의 일면 일측에 구비된 냉매 유입구를 통해 냉매가 유입되는 단계; 상기 제1열헤더에 연결된 복수의 제1열튜브로 상기 냉매가 분배되어 유입되는 단계; 상기 제1열튜브로 유입된 냉매가 길이방향으로 유동되면서, 상기 제1열튜브들 사이 공간에 구비된 휜을 통과하는 공기와 열교환되는 단계; 상기 제1열튜브의 타단으로 토출된 냉매가 리턴캡에 의해, 제2열튜브로 연속적으로 유입되는 단계; 상기 제2열튜브로 유입된 냉매가 길이방향으로 유동되면서, 상기 제2열튜브들 사이 공간에 구비된 휜을 통과하는 공기와 열교환되는 단계; 및 상기 제2열튜브에서 토출된 각각의 냉매가 상기 제2열헤더로 유입되어 냉매 토출구를 통해 토출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기를 이용한 열교환방법에 관한 것이다.

그리고, 상기 제2열튜브로 연속적으로 유입되는 단계는, 상기 제1열튜브에서 토출되는 냉매가 상기 리턴캡의 유입단으로 유입되어, 상기 리턴캡의 내부공간인 유동로와 상기 리턴캡의 토출단을 거쳐 연속적으로 상기 제2열튜브로 유입되어 유동되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제5목적은, 열교환방법에 있어서, 상부 제1열헤더와 상부 제2열헤더로 구획된 상부헤더의 일면 일측에 구비된 냉매 유입구를 통해 냉매가 유입되는 단계; 상단이 상기 상부 제1열헤더에 연결되고, 길이방향이 중력방향과 평행되는 복수의 제1열튜브로 상기 냉매가 분배되어 유입되는 단계; 상기 제1열튜브로 유입된 냉매가 상부에서 하부측으로 유동되면서, 상기 제1열튜브들 사이 공간에 구비된 휜을 통과하는 공기와 열교환되는 단계; 상기 제1열튜브의 하부로 토출된 냉매가 리턴캡에 의해, 제2열튜브의 하단으로 연속적으로 유입되는 단계; 상기 제2열튜브로 유입된 냉매가 하부에서 상부로 유동되면서, 상기 제2열튜브들 사이 공간에 구비된 휜을 통과하는 공기와 열교환되는 단계; 및 상기 제2열튜브의 상단에서 토출된 각각의 냉매가 상기 제2열헤더로 유입되어 냉매 토출구를 통해 토출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기를 이용한 열교환방법으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 제2열튜브의 하단으로 연속적으로 유입되는 단계는, 상기 제1열튜브의 하단으로 토출되는 냉매가 상기 리턴캡의 유입단으로 유입되어, 상기 리턴캡의 내부공간인 유동로와 상기 리턴캡의 토출단을 거쳐 연속적으로 상기 제2열튜브의 하단으로 유입되어 유동되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제6목적은, 증발기에 있어서, 앞선 언급한 제1목적 내지 제5목적 중 어느 하나에 따른 리턴캡을 이용한 열교환기를 포함하여, 공기와 냉매가 열교환되어 상기 냉매가 증발되는 것을 특징으로 하는 증발기로서 달성될 수 있다.

본 발명의 제7목적은, 응축기에 있어서, 제1목적 내지 제5목적 중 어느 한 항에 따른 리턴캡을 이용한 열교환기를 포함하여, 공기와 냉매가 열교환되어 상기 냉매가 응축되는 것을 특징으로 하는 응축기로서 달성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 평행류형 열교환기에 있어서 열교환기를 구성하고 있는 두 개의 헤더 중 리턴 캡(return cap)을 사용하여 하나의 헤더를 제거함으로서 생산비용 절감, 중량감소, 배수성 개선뿐만 아니라 열교환기 성능을 향상시킬 수 있고, 2개의 튜브가 나란하게 구성되는 열교환기의 경우 헤더 대신 리턴 캡을 사용하여 두 튜브의 냉매 흐름을 연속하게 구성하여 유동손실을 최소화할 수 있고, 리턴 캡의 유동단면을 튜브의 유동단면에 근접하게 설계, 제작할 수 있으므로 2열 튜브에서 1열 튜브로 냉매가 흘러갈 때 냉매팽창, 수축에 기인하는 유동손실을 최소화할 수 있으며, 또한 헤더보다 가볍고, 콤팩트한 리턴 캡을 사용함으로써 재료비 절감, 냉매주입량 절감에 따른 제조원가를 낮출 수 있고, 무엇보다도 하부헤더가 없으므로 응축수 배수가 매우 용이하게 이루어짐으로써 열교환기 성능을 개선시킬 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 공랭식 평행류(PF, parallel flow) 열교환기의 사시도,
도 2는 종래 상부헤더와 하부헤더를 갖는 공랭식 열교환기의 정면도,
도 3은 종래 2열 방식 공랭식 열교환기의 부분 사시도,
도 4a는 종래 2열 방식 공랭식 열교환기의 정면도,
도 4b는 도 4a의 A-A 단면도,
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 리턴캡의 사시도,
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 1열튜브, 2열튜브 및 리턴캡 부분의 부분 측면도,
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 리턴캡을 이용한 열교환기의 정면도,
도 6b는 도 6a의 B-B 단면도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 리턴캡을 이용한 열교환기를 이용한 열교환방법의 흐름도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 리텁캡(40)을 이용한 공랭식 열교환기(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 리텁캡(40)의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 제1열튜브(11), 제2열튜브(12) 및 리텁캡(40) 부분의 부분 측면도를 도시한 것이다.

도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 제1열튜브(11)와 제2열튜브(12)가 나란하게 구성되는 열교환기(100)의 경우 종래의 헤더 대신 리텁캡(40)을 사용하여 제1열튜브(11)와 제2열튜브(12)의 냉매 흐름을 연속하게 할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 리텁캡(40)을 이용한 공랭식 열교환기(100)의 정면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 6b는 도 6a의 B-B 단면도를 도시한 것이다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 리텁캡(40)을 이용한 공랭식 열교환기(100)는, 상부 제1열헤더(21)와 상부 제2열헤더(22)로 구획되고, 일면 일측에 구비된 냉매 유입구(13)와 타면 일측에 구비된 냉매 토출구(14)를 갖는 상부헤더(20); 각각의 일단이 서로 특정간격 이격되어 상기 상부 제1열헤더(21)에 연결되고 길이방향이 중력방향과 평행되는 복수의 제1열 튜브(11); 각각의 일단이 서로 특정간격 이격되어 상기 상부 제2열헤더(22)에 연결되고 길이방향이 중력방향과 평행되는 복수의 제2열 튜브(12); 상기 제1열 튜브(11)의 하단과, 상기 제2열 튜브(12)의 하단을 서로 연결하여, 상기 제1열 튜브(11)에서 토출되는 냉매를 상기 제2열 튜브(12)로 유입시키는 복수의 리텁캡(40); 및 상기 제1열 튜브(11)들의 사이 공간과, 상기 제2열 튜브(12)들의 사이공간에 구비되는 복수의 휜(2)을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 열교환기(100)는 이러한 리턴 캡에 의해 냉매를 연속적으로 유동시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 리텁캡(40)은, 도 5a에 도시된 바와 같이, 유입단(43), 유동로(42), 구획단(41), 토출단(44)을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 리텁캡(40)의 유입단(43)으로는 제1열튜브(11)의 하단이 삽입되어 결합되게 되고, 토출단(44)으로는 제2열튜브(12)의 하단이 삽입되는 결합되게 된다. 그리고, 구획단(41)은 이러한 유입단(43)과 토출단(44)을 구획하게 되며, 유동로(42)를 통해 제1열튜브(11)의 하단으로 토출되어 유입단(43)으로 유입된 냉매가 연속적으로 유동되어 토출단(44)을 통해 제2열튜브(12)의 하단으로 유입되게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 제1열튜브(11)와 제2열튜브(12)는 마이크로 채널관으로 구성될 수 있고, 휜(2)은 루버휜으로 구성됨이 바람직하다.

또한, 도 6a와 도 6b에 도시된 바와 같이, 리턴 캡의 유동단면을 튜브의 유동단면에 근접하게 설계, 제작할 수 있으므로 제1열튜브(11)에서 제2열튜브(12)로 냉매가 흘러갈 때 냉매팽창, 수축에 기인하는 유동손실을 최소화할 수 있다. 또한 헤더보다 가볍고, 콤팩트한 리턴 캡을 사용함으로써 재료비 절감, 냉매주입량 절감에 따른 제조원가를 낮출 수 있고, 무엇보다도 본 발명의 일실시예에서는 하부헤더(30)가 없으므로 응축수 배수가 매우 용이하게 이루어짐으로써 열교환기 성능이 개선될 수 있게 된다.

이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 일실시예에 따른 리텁캡을 갖는 공랭식 열교환기(100)를 이용한 열교환방법에 대해 설명하도록 한다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 리텁캡(40)을 이용한 열교환기(100)를 이용한 열교환방법의 흐름도를 도시한 것이다.

먼저, 상부 제1열헤더(21)와 상부 제2열헤더(22)로 구획된 상부헤더(20)의 일면 일측에 구비된 냉매 유입구(13)를 통해 냉매가 유입되게 된다(S1). 즉, 냉매유입구(13)를 통해 냉매는 상부헤더(20)의 제1열헤더(21)의 내부로 유입되게 된다.

그리고, 각각의 상단이 상부 제1열헤더(21)에 연결된 복수의 제1열튜브(11)들로 냉매가 분배되어 유입되게 된다(S2).

제1열튜브(11) 각각으로 유입된 냉매는 제1열튜브(11)의 길이방향을 따라 상부에서 하부측으로 유동되게 되며, 이때, 제1열튜브(11)들 사이 공간에 구비된 휜(2)을 통과하는 공기와 열교환되게 된다(S3).

그리고, 제1열튜브(11)의 하부로 토출된 냉매는 리텁캡(40)에 의해, 제2열튜브(12)의 하단으로 연속적으로 유입되게 된다. 즉, 앞서 언급한 바와 같이, 제1열튜브(11)의 하단으로 토출되는 냉매는 리텁캡(40)의 유입단(43)으로 유입되고, 리텁캡(40)의 내부공간인 유동로(42)와 리텁캡(40)의 토출단(44)을 거쳐 연속적으로 제2열튜브(12)의 하단으로 유입되어 연속적으로 유동되게 된다(S4).

그리고, 제2열튜브(12) 하단으로 유입된 냉매는 제2열튜브(12)의 길이방향을 따라 하부에서 상부로 유동되면서, 제2열튜브(12)들 사이 공간에 구비된 휜(2)을 통과하는 공기와 열교환되게 된다(S5).

그리고, 제2열튜브(12) 각각의 상단에서 토출된 각각의 냉매가 상부 제2열헤더(22)로 유입되어(S6) 냉매 토출구(14)를 통해 토출되게 된다(S7).

따라서, 리턴 캡의 유동단면을 튜브의 유동단면에 근접하게 설계, 제작할 수 있으므로 제1열튜브(11)에서 제2열튜브(12)로 냉매가 흘러갈 때 냉매팽창, 수축에 기인하는 유동손실을 최소화할 수 있다. 또한 헤더보다 가볍고, 콤팩트한 리턴 캡을 사용함으로써 재료비 절감, 냉매주입량 절감에 따른 제조원가를 낮출 수 있고, 무엇보다도 본 발명의 일실시예에서는 하부헤더(30)가 없으므로 응축수 배수가 매우 용이하게 이루어짐으로써 열교환기 성능이 개선될 수 있게 된다.

앞서 언급한 실시예에서는 제1열튜브(11)와 제2열튜브(12)의 길이방향이 중력방향과 평행되고, 기존의 하부헤더를 리텁캡(40)으로 치환, 변경한 것이다. 이는 기존 하부헤더를 리텁캡(40)으로 하여 응축수 배출을 용이하게한 바람직한 실시예에 해당하지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 하부헤더를 하부제1열헤더와 하부제2열헤더로 구획하고 냉매유입부와 냉매토출부를 구비하고, 상부헤더를 리텁캡(40)으로 변경하는 것도 가능하며, 튜브의 길이방향이 횡방향이고, 양측 각각에 구비되는 2개의 헤더를 갖는 기존형태에서, 어느 하나의 헤더를 구획하고, 다른 하나의 헤더를 리텁캡(40)으로 변경하는 것도 가능하다. 또한, 3개 이상의 열을 갖는 튜브 형태로도 구성가능함은 자명하며, 이러한 본 발명의 권리범위는 실시예에 한정하여 해석하여서는 아니되며, 특허청구범위에 기재된 표현을 기준으로 해석되어야 한다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:종래 공랭식 평행류 열교환기
2:휜
4:헤더
5:보호판
10:튜브
11:제1열튜브
12:제2열튜브
13:냉매 유입구
14:냉매 토출구
20:상부헤더
21:상부 제1열헤더
22:상부 제2열헤더
30:하부헤더
40:리턴캡
41:구획단
42:유동로
43:유입단
44:토출단
100:리턴캡을 이용한 열교환기

Claims

열교환기에 있어서,
다수의 열로 구획된 헤더;
상기 헤더의 각 열 마다 서로 특정간격 이격되어 배치되며, 일단이 상기 헤더에 연결되는 복수의 튜브;
상기 헤더의 특정 열에 구비되는 튜브의 타단과, 상기 특정 열에 인접한 열에 구비되는 튜브의 타단을 서로 연결하여, 상기 특정 열에 구비되는 튜브에서 토출되는 냉매를 상기 인접한 열에 구비되는 튜브로 유입시키는 복수의 리턴캡; 및
상기 튜브의 사이 공간에 구비되는 복수의 휜;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기.
제 1항에 있어서,
상기 리턴 캡에 의해 상기 냉매를 연속적으로 유동시키는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기.
제 2항에 있어서,
상기 리턴캡은,
상기 특정 열에 구비되는 튜브의 타단이 삽입되는 유입단과, 상기 인접한 열에 구비되는 튜브의 타단이 삽입되는 토출단과, 냉매가 유동되는 유동로를 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기.
제 1항에 있어서,
상기 튜브는 마이크로 채널관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기.
제 1항에 있어서,
상기 휜은 루버휜인 것으로 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기.
열교환기에 있어서,
제1열 헤더와 제2열헤더로 구획되고, 일면 일측에 구비된 냉매 유입구와 타면 일측에 구비된 냉매 토출구를 갖는 헤더;
각각의 일단이 서로 특정간격 이격되어 상기 제1열 헤더에 연결되는 복수의 제1열 튜브;
각각의 일단이 서로 특정간격 이격되어 상기 제2열 헤더에 연결되는 복수의 제2열 튜브;
상기 제1열 튜브의 타단과, 상기 제2열 튜브의 타단을 서로 연결하여, 상기 제1열 튜브에서 토출되는 냉매를 상기 제2열 튜브로 유입시키는 복수의 리턴캡; 및
상기 제1열 튜브들의 사이 공간과, 상기 제2열 튜브들의 사이공간에 구비되는 복수의 휜;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기.
제 6항에 있어서,
상기 리턴캡은,
상기 제1열 튜브의 타단이 삽입되는 유입단과, 상기 제2열 튜브의 타단이 삽입되는 토출단과, 냉매가 유동되는 유동로를 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기.
제 7항에 있어서,
상기 제1열튜브에서 토출되는 냉매가 상기 리턴캡의 유입단으로 유입되어, 상기 유동로와 상기 토출단을 거쳐 연속적으로 상기 제2열튜브로 유입되어 유동되는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기.
열교환기에 있어서,
상부 제1열헤더와 상부 제2열헤더로 구획되고, 일면 일측에 구비된 냉매 유입구와 타면 일측에 구비된 냉매 토출구를 갖는 상부헤더;
각각의 일단이 서로 특정간격 이격되어 상기 상부 제1열헤더에 연결되고 길이방향이 중력방향과 평행되는 복수의 제1열 튜브;
각각의 일단이 서로 특정간격 이격되어 상기 상부 제2열헤더에 연결되고 길이방향이 중력방향과 평행되는 복수의 제2열 튜브;
상기 제1열 튜브의 타단과, 상기 제2열 튜브의 타단을 서로 연결하여, 상기 제1열 튜브에서 토출되는 냉매를 상기 제2열 튜브로 유입시키는 복수의 리턴캡; 및
상기 제1열 튜브들의 사이 공간과, 상기 제2열 튜브들의 사이공간에 구비되는 복수의 휜;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기.
열교환방법에 있어서,
제1열헤더와 제2열헤더로 구획된 헤더의 일면 일측에 구비된 냉매 유입구를 통해 냉매가 유입되는 단계;
상기 제1열헤더에 연결된 복수의 제1열튜브로 상기 냉매가 분배되어 유입되는 단계;
상기 제1열튜브로 유입된 냉매가 길이방향으로 유동되면서, 상기 제1열튜브들 사이 공간에 구비된 휜을 통과하는 공기와 열교환되는 단계;
상기 제1열튜브의 타단으로 토출된 냉매가 리턴캡에 의해, 제2열튜브로 연속적으로 유입되는 단계;
상기 제2열튜브로 유입된 냉매가 길이방향으로 유동되면서, 상기 제2열튜브들 사이 공간에 구비된 휜을 통과하는 공기와 열교환되는 단계; 및
상기 제2열튜브에서 토출된 각각의 냉매가 상기 제2열헤더로 유입되어 냉매 토출구를 통해 토출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기를 이용한 열교환방법.
제 10항에 있어서,
상기 제2열튜브로 연속적으로 유입되는 단계는,
상기 제1열튜브에서 토출되는 냉매가 상기 리턴캡의 유입단으로 유입되어, 상기 리턴캡의 내부공간인 유동로와 상기 리턴캡의 토출단을 거쳐 연속적으로 상기 제2열튜브로 유입되어 유동되는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기를 이용한 열교환방법.
열교환방법에 있어서,
상부 제1열헤더와 상부 제2열헤더로 구획된 상부헤더의 일면 일측에 구비된 냉매 유입구를 통해 냉매가 유입되는 단계;
상단이 상기 상부 제1열헤더에 연결되고, 길이방향이 중력방향과 평행되는 복수의 제1열튜브로 상기 냉매가 분배되어 유입되는 단계;
상기 제1열튜브로 유입된 냉매가 상부에서 하부측으로 유동되면서, 상기 제1열튜브들 사이 공간에 구비된 휜을 통과하는 공기와 열교환되는 단계;
상기 제1열튜브의 하부로 토출된 냉매가 리턴캡에 의해, 제2열튜브의 하단으로 연속적으로 유입되는 단계;
상기 제2열튜브로 유입된 냉매가 하부에서 상부로 유동되면서, 상기 제2열튜브들 사이 공간에 구비된 휜을 통과하는 공기와 열교환되는 단계; 및
상기 제2열튜브의 상단에서 토출된 각각의 냉매가 상기 제2열헤더로 유입되어 냉매 토출구를 통해 토출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기를 이용한 열교환방법.
제 12항에 있어서,
상기 제2열튜브의 하단으로 연속적으로 유입되는 단계는,
상기 제1열튜브의 하단으로 토출되는 냉매가 상기 리턴캡의 유입단으로 유입되어, 상기 리턴캡의 내부공간인 유동로와 상기 리턴캡의 토출단을 거쳐 연속적으로 상기 제2열튜브의 하단으로 유입되어 유동되는 것을 특징으로 하는 리턴캡을 이용한 열교환기를 이용한 열교환방법.
증발기에 있어서,
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 리턴캡을 이용한 열교환기를 포함하여, 공기와 냉매가 열교환되어 상기 냉매가 증발되는 것을 특징으로 하는 증발기.
응축기에 있어서,
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 리턴캡을 이용한 열교환기를 포함하여, 공기와 냉매가 열교환되어 상기 냉매가 응축되는 것을 특징으로 하는 응축기.