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KR20050061555A - 냉동 시스템, 압축 방열 장치, 및 방열기 - Google Patents

냉동 시스템, 압축 방열 장치, 및 방열기 Download PDF

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KR20050061555A
KR20050061555A KR1020057006942A KR20057006942A KR20050061555A KR 20050061555 A KR20050061555 A KR 20050061555A KR 1020057006942 A KR1020057006942 A KR 1020057006942A KR 20057006942 A KR20057006942 A KR 20057006942A KR 20050061555 A KR20050061555 A KR 20050061555A
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KR
South Korea
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refrigerant
heat dissipation
heat
primary
compression
Prior art date
Application number
KR1020057006942A
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English (en)
Inventor
고오이찌로오 다께
에쯔오 신무라
유우이찌 후루까와
Original Assignee
쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Filing date
Publication date
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Application filed by 쇼와 덴코 가부시키가이샤 filed Critical 쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 냉동 시스템은 독립적인 저압 및 고압 압축 부분(51, 52)을 갖는 2단형 압축기(50)와, 독립적인 1차 및 2차 방열 경로(61, 62)를 갖는 방열기(60)와, 팽창 밸브(72)와, 냉각기(73)를 구비한다. 저압 압축 부분(51)에 의해 1차 압축된 냉매는 1차 방열 경로(61)에 의해 1차 방열된다. 1차 방열된 냉매는 고압 압축 부분(62)에 의해 2차 압축된다. 2차 압축된 냉매는 2차 방열 경로(62)에 의해 2차 방열되고, 이에 의해 저온, 고압 냉매를 얻는다. 저온, 고압 냉매는 팽창 밸브(72)에 의해 감압 및 팽창되고 냉각기(73)를 통과하여 실내 공기 내의 열을 흡수하고, 그 다음 압축기(50)의 저압 압축 부분(51)으로 복귀한다. 이러한 시스템에서, 방열 과정 중의 냉매 온도는 낮게 유지될 수 있다.

Description

냉동 시스템, 압축 방열 장치, 및 방열기 {REFRIGERATION SYSTEM, COMPRESSING AND HEAT-RELEASING APPARATUS AND HEAT-RELEASING DEVICE}
본 발명은 CO2 냉매를 사용하는 냉동 사이클에 양호하게 적용되는 냉동 시스템과, 또한 냉동 시스템에 양호하게 적용되는 압축 방열 장치, 및 방열기에 관한 것이다.
다음의 설명은 관련 기술 및 그의 문제점에 대한 본 발명자의 지식을 설명하며, 종래 기술의 지식을 허용하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
종래에, 증기 압축식 냉동 사이클에서 사용하기 위한 냉매로서, 프레온 계열 냉매가 대부분 사용되었다. 그러나, 최근에, 지구 환경 보존의 관점에서, 일본 특허 출원 공개 제2001-82369 A호 및 일본 특허 출원 공개 제2001-99522 A호에 도시된 바와 같이, 이산화탄소(CO2)와 같은 천연 냉매를 사용하는 냉동 사이클이 대두되었다.
예를 들어 도7에 도시된 바와 같은 CO2 냉매 냉동 사이클을 갖는 냉매 시스템으로서, 냉매 시스템은 압축기(101), 방열기(102; 라디에이터), 중간 열 교환기(103), 팽창 밸브(104), 냉각기(105), 및 어큐뮬레이터(106)를 구비하는 것으로 고려될 수 있다.
이러한 가동 냉동 시스템 내의 냉매의 상태는 도8에 도시된 몰리에르 선도로 도시된다.
도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 이러한 냉동 사이클에서, 냉매는 압축기(101)에 의해 압축되어 지점(A)으로부터 지점(B)으로 변위되어, 고온, 고압 기상 냉매가 된다. 이러한 기상 냉매는 방열기(102)를 통과하여 주위 공기에 의해 냉각되고, 이에 의해 지점(B)으로부터 지점(C)으로 변위된다. 그 후에, 이러한 냉매는 중간 열 교환기(103)를 통과하여 복귀 이동 냉매와 열을 교환함으로써 과냉각되고, 이는 이후에 언급될 것이며, 이에 의해 지점(C)으로부터 지점(D)으로 변위된다. 그 후에, 냉매는 팽창 밸브(104)에 의해 감압 및 팽창되고, 이에 의해 지점(D)으로부터 지점(E)으로 변위된다. 그 다음, 이러한 저온, 저압 냉매는 냉각기(105)를 통과하여 공기로부터 열을 흡수함으로써 실내의 공기를 냉각시킨다. 다른 한편으로, 냉매 자체의 온도는 상승하여 지점(E)으로부터 지점(F)으로 변위된다. 또한, 냉각기(105)로부터 방출된 고온, 저압 냉매(즉, 복귀 이동 냉매)는 어큐뮬레이터(106) 내로 도입되어, 기상 냉매만이 추출된다. 이러한 복귀 이동 냉매는 중간 열 교환기(103) 내에서 전술한 정방향 이동 냉매와 열을 교환하여 온도를 더욱 증가시키고, 이에 의해 지점(F)으로부터 지점(A)으로 변위된다. 그 다음, 냉매는 압축기(101)로 복귀한다.
전술한 바와 같이, 냉매로서 CO2를 사용하는 냉동 사이클에서, 냉매 압력이 임계 압력을 초과하는 초임계 사이클이 방열기(102) 내의 고압 영역 내에서 발생한다. 따라서, 고압 영역 내의 냉매 압력은 프레온 계열 냉매를 사용하는 냉동 사이클의 냉매 압력보다 더 높아지고, 방열기의 입구 부분에서의 냉매 온도가 더 높아진다. 확실히, 도8의 지점(B)에 도시된 바와 같이, 냉매는 120℃를 초과하는 고온 상태가 된다.
결과적으로, 차량용 공조 냉동 시스템에서 사용되는 비교적 낮은 열 저항을 갖는 알루미늄 방열기가 방열기(102)로서 사용되는 경우에, 방열기 구성요소 등이 전술한 고온에 의해 악영향을 받을 수 있는 가능성이 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 시스템의 냉매 회로 선도이다.
도2는 실시예의 냉매 시스템에 적용되는 방열기를 도시하는 정면도이다.
도3은 실시예의 냉매 시스템 내의 냉매 상태를 도시하는 몰리에르 선도이다.
도4는 실시예 및 비교 실시예의 냉매 시스템 내의 온도 유효성과 냉각 용량/성능 계수 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도5는 실시예의 냉매 시스템 내의 1차 방열기의 체적 비율과 성능 계수 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도6은 실시예의 냉동 시스템 내의 1차 방열기의 체적 비율과 2차 방열기의 입구 냉매 온도 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도7은 종래 기술의 냉매 시스템의 냉매 회로 선도이다.
도8은 종래 기술의 냉동 시스템 내의 냉매 상태를 도시하는 몰리에르 선도이다.
본 발명의 목적은 전술한 종래 기술에 고유한 문제점을 해결하고, 방열 과정 중에 냉매 온도를 낮게 유지하고, 방열기 등의 고온으로 인한 해로운 효과를 회피할 수 있는 냉동 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 냉동 시스템 내에서 사용되는 압축 방열 장치, 및 방열기를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음의 구조적인 특징을 갖는다.
1. 압축기 및 방열기에 의한 냉매의 압축 및 방열이 다단식으로 차례로 반복적으로 수행되어 저온, 고압 냉매를 얻는 냉동 시스템이며,
저온, 고압 냉매는 감압 장치에 의해 감압된 다음 냉각기를 통과하여 냉각되어야 하는 매체로부터 열을 흡수하고, 그 다음 압축기로 복귀하는 냉동 시스템.
(1)항에 따른 본 발명(본 발명의 제1 태양)에서, 냉매의 압축 및 방열이 차례로 수행되므로, 냉매 온도가 낮게 유지된다. 따라서, 알루미늄 장치가 방열기로서 사용되더라도, 방열기는 고온으로 인한 악영향을 받지 않고, 이는 방열기의 열적 변형 또는 열적 열화와 같은 결함을 확실히 방지할 수 있다. 결과적으로, 높은 신뢰성 및 충분한 내구성이 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 태양에서, 냉매의 방열이 단계적으로 수행되므로, 소정의 냉각 용량이 얻어질 수 있다.
2. (1)항에 있어서, 냉매는 이산화탄소(CO2)인 냉동 시스템.
이러한 시스템에서, 냉매는 CO2 냉매로 제한된다.
3. 냉매를 1차 압축하는 1차 압축 부분과,
냉매를 2차 압축하는 2차 압축 부분과,
냉매의 방열을 1차로 수행하는 1차 방열 부분과,
냉매의 방열을 2차로 수행하는 2차 방열 부분과,
냉매를 감압하는 감압 장치와,
매체로부터 열을 흡수함으로써 냉각되어야 하는 매체를 냉각시키는 냉각 장치를 포함하고,
1차 압축 부분에 의해 1차 압축된 냉매는 1차 방열 부분에 의해 1차 방열되고, 1차 방열된 냉매는 2차 압축 부분에 의해 2차 압축되고, 2차 압축된 냉매는 2차 방열 부분에 의해 2차 방열된 다음 냉각 장치를 통과하여 매체로부터 열을 흡수하고, 그 다음 1차 압축 부분으로 복귀하는 냉동 시스템.
(3)항에 따른 본 발명(본 발명의 제2 태양)에 따르면, 전술한 바와 동일한 방식으로, 방열기는 고온으로 인한 악영향을 받지 않고, 이는 방열기의 열적 변형 또는 열적 열화와 같은 결함을 확실히 방지할 수 있다. 결과적으로, 높은 신뢰성 및 충분한 내구성이 확보될 수 있다.
4. (3)항에 있어서, 냉동 시스템은 다단형 압축 장치를 구비하고,
다단 압축 장치의 제1 단 압축 부분은 1차 압축 부분을 구성하고, 다단 압축 장치의 제2 단 압축 부분은 2차 압축 부분을 구성하는 냉동 시스템.
이러한 시스템에서, 다단형 압축 장치가 압축을 2회 수행하도록 사용되므로, 냉동 시스템 내의 부품의 개수는 두 개의 분리된 압축기가 사용되는 경우와 비교하여 감소될 수 있어서, 냉동 시스템을 소형화한다. 따라서, 냉동 장치는 크기 및 중량이 감소될 수 있다.
5. (3)항에 있어서, 냉동 시스템은 방열기를 구비하고,
방열기의 방열 부분은 두 개의 분할식 방열 부분으로 분할되고, 분할식 방열 부분들 중 하나는 1차 방열 부분을 구성하고, 다른 하나는 2차 방열 부분을 구성하는 냉동 시스템.
이러한 시스템에서, 방열이 두 개의 분리된 방열기에 의해 2회 수행되는 경우와 비교하여, 부품의 개수가 감소될 수 있다. 따라서, 냉동 장치는 크기 및 중량이 더욱 감소될 수 있다.
6. (5)항에 있어서, 방열기의 방열 부분의 전체 체적에 대한 1차 방열 부분의 체적 비율은 0.2 내지 0.5로 설정되는 냉동 시스템.
이러한 시스템에서, 고온으로 인한 악영향이 확실히 방지될 수 있고, 그러므로 높은 신뢰성, 충분한 내구성, 및 더욱 향상된 냉각 용량이 확보될 수 있다.
7. (3)항에 있어서, 1차 압축 부분에 의한 냉매의 압축비에 대한 2차 압축 부분에 의한 냉매의 압축비는 0.5 내지 1.5로 설정되는 냉동 시스템.
이러한 시스템에서, 냉매의 압축 및 방열이 효과적으로 수행될 수 있어서, 냉각 용량을 더욱 향상시킨다. 상세하게, 1차 압축 부분에 대한 2차 압축 부분의 압축비가 너무 큰 (1.5배보다 더 큰) 경우에, 2차 방열 부분 내의 냉매 온도는 과도하게 높아지고, 이는 1차 방열 부분 내에 지나치게 낮은 방열량을 일으키고, 이는 결국 성능 계수의 열화를 일으킨다. 대조적으로, 압축비가 너무 작은 (0.5배보다 더 작은) 경우에, 1차 방열 부분 내의 냉매 온도는 과도하게 높아져서, 2차 방열 부분 내에 지나치게 낮은 방열량을 일으키고, 이는 결국 방열 성능 및 냉각 용량의 열화를 일으킨다.
1차 압축 부분 내의 압축비는 "CLo/CLi"에 의해 정의되고, 여기서 1차 압축 부분 내의 냉매의 입구 압력은 "CLi(MPa)"이고 그 안의 냉매의 출구 압력은 "CLo(MPa)"이다. 2차 압축 부분 내의 압축비는 "CHo/CHi"에 의해 정의되고, 여기서 2차 압축 부분 내의 냉매의 입구 압력은 "CHi(MPa)"이고 그 안의 냉매의 출구 압력은 "CHo(MPa)"이다. 따라서, 이러한 시스템에서, 1차 압축 부분에 대한 2차 압축 부분의 압축비("(CHo/CHi)(CLo/CLi)")는 0.5 내지 1.5로 설정되는 것이 양호하다.
8. (3)항에 있어서, 냉각 장치로부터 유동하는 복귀 이동 냉매와 열을 교환함으로써 2차 방열 부분에 의해 2차 방열된 냉매를 과냉각시키기 위한 중간 열 교환기를 더 포함하는 냉동 시스템.
이러한 시스템에서, 냉매가 중간 열 교환기에 의해 과냉각되어 방열량을 증가시키므로, 냉각 용량이 더욱 향상될 수 있다.
9. (3)항에 있어서, 이산화탄소(CO2)가 냉매로서 사용되는 냉동 시스템.
이러한 시스템에서, 냉매는 CO2 냉매로 제한된다.
(4)항 내지 (8)항에 따른 본 발명의 제2 태양의 양호한 구조적인 특징은 본 발명의 후술하는 제3 내지 제5 태양의 양호한 구조적인 특징으로서 채용될 수 있다.
10. 다단 압축기를 구비한 압축 방열 장치이며,
냉매가 다단 압축기의 제1 단 압축 부분에 의해 1차 압축되고, 1차 압축된 냉매는 1차 방열 부분에 의해 1차 방열되고, 1차 방열된 냉매는 다단 압축기의 제2 단 압축 부분에 의해 2차 압축되고, 2차 압축된 냉매는 2차 방열 부분에 의해 2차 방열되고, 이에 의해 저온, 고압 냉매를 얻는 압축 방열 장치.
(10)항에 다른 본 발명(본 발명의 제3 태양)은 본 발명의 제1 및 제2 태양에 양호하게 적용되는 압축 방열 장치를 한정한다. 이러한 장치를 채용함으로써, 전술한 기능 및 효과가 확실히 얻어질 수 있다.
본 발명의 제3 태양에서, 전술한 바와 동일한 방식으로, 다음의 구조적인 특징 (11)항 내지 (14)항을 채용하는 것이 양호하다.
11. (10)항에 있어서, 압축 방열 장치는 방열기를 구비하고,
방열기의 방열 부분은 두 개의 분할식 방열 부분으로 분할되고, 분할식 방열 부분들 중 하나는 1차 방열 부분을 구성하고 다른 하나는 2차 방열 부분을 구성하는 압축 방열 장치.
12. (11)항에 있어서, 방열기의 방열 부분의 전체 체적에 대한 1차 방열 부분의 체적 비율은 0.2 내지 0.5로 설정되는 압축 방열 장치.
13. (10)항 내지 (12)항 중 어느 한 항에 있어서, 1차 압축 부분에 의한 냉매의 압축비에 대한 2차 압축 부분에 의한 냉매의 압축비는 0.5 내지 1.5로 설정되는 압축 방열 장치.
14. (10)항에 있어서, 이산화탄소(CO2)가 냉매로서 사용되는 압축 방열 장치.
15. 1차 압축된 냉매의 1차 방열을 위한 1차 방열 부분과, 1차 방열된 후에 2차 압축된 냉매의 2차 방열을 위한 2차 방열 부분을 구비한 방열기이며,
한 쌍의 헤더와,
대향 단부들이 헤더에 연결된 채로 헤더의 종방향으로 서로 평행하게 배열된 한 쌍의 헤더 사이에 배치된 복수의 열 교환 튜브를 포함하고,
복수의 열 교환 튜브를 통과하는 냉매는 방열기의 전방측으로부터 도입되어 인접한 열 교환 튜브들 사이의 갭을 통과하는 냉각 공기와 열을 교환하여 방열되고,
각각의 헤더는 동일한 높이 위치에서 격벽 부재에 의해 분할되고, 이에 의해 복수의 열 교환 튜브를 상부 및 하부 열 교환 튜브 그룹으로 분류하고, 열 교환 튜브 그룹들 중 하나는 1차 방열 부분을 구성하고 다른 하나는 2차 방열 부분을 구성하는 방열기.
(15)항에 따른 본 발명(본 발명의 제4 태양)은 본 발명의 제1 내지 제3 태양 중 어느 하나에 양호하게 적용되는 방열기를 한정한다. 이러한 장치를 채용함으로써, 전술한 기능 및 효과가 확실히 얻어질 수 있다.
16. (15)항에 있어서, 하부 열 교환 튜브 그룹은 1차 방열 부분을 구성하고, 상부 열 교환 튜브 그룹은 2차 방열 부분을 구성하는 방열기.
이러한 방열기에서, 열 교환 효율이 더욱 향상될 수 있다. 즉, 본 발명이 차량용 공조기 내의 방열기에 적용되는 경우에, 방열기 내로 도입되어야 하는 냉각 공기의 하부측은 지면으로부터의 열 복사와 같은 다양한 인자 때문에 그의 상부측보다 온도가 더 높다. 따라서, 고온의 하부 공기를 고온측의 1차 방열 경로 내로 도입하고 저온의 상부 공기를 저온측의 2차 방열 경로 내로 도입함으로써, 냉매와 냉각 공기 사이의 충분한 온도 차이가 1차 및 2차 방열 경로 내에서 확보될 수 있다. 이는 효율적인 열 교환을 가능케 하여, 효율적인 냉매 방열을 생성한다.
본 발명의 제4 태양에서, 다음의 구조적인 특징 (17) 및 (18)을 채용하는 것이 양호하다.
17. (15)항에 있어서, 복수의 열 교환 튜브의 전체 내부 체적에 대한 1차 방열 부분을 구성하는 열 교환 튜브의 내부 체적 비율은 0.2 내지 0.5로 설정되는 방열기.
18. (15)항에 있어서, 이산화탄소(CO2)가 냉매로서 사용되는 방열기.
19. 1차 압축된 냉매의 1차 방열을 위한 1차 방열 부분과, 1차 방열된 후에 2차 압축된 냉매의 2차 방열을 위한 2차 방열 부분을 구비한 방열기이며,
한 쌍의 헤더와,
대향 단부들이 헤더에 연결된 채로 헤더의 종방향으로 서로 평행하게 배열된 한 쌍의 헤더 사이에 배치된 복수의 열 교환 튜브를 포함하고,
복수의 열 교환 튜브를 통과하는 냉매는 방열기의 전방측으로부터 도입되어 인접한 열 교환 튜브들 사이의 갭을 통과하는 냉각 공기와 열을 교환하여 방열되고,
각각의 열 교환 튜브는 튜브 폭방향으로 배열된 복수의 냉매 통로를 구비하고,
각각의 헤더 쌍은 헤더의 종방향으로 연장되는 격벽 부재에 의해 전방 공간 및 후방 공간으로 분할되고, 이에 의해 각각의 열 교환 튜브의 복수의 냉매 통로는 전방 냉매 통로 그룹 및 후방 냉매 통로 그룹으로 분류되고, 냉매 통로 그룹들 중 하나는 1차 방열 부분을 구성하고 다른 하나는 2차 방열 부분을 구성하는 방열기.
(19)항에 따른 본 발명(본 발명의 제5 태양)은 본 발명의 제1 내지 제3 태양 중 어느 하나에 양호하게 적용되는 방열기를 한정한다. 이러한 장치를 채용함으로써, 전술한 기능 및 효과가 확실히 얻어질 수 있다.
20. (19)항에 있어서, 후방 냉매 통로 그룹은 1차 방열 부분을 구성하고, 전방 냉매 통로 그룹은 2차 방열 부분을 구성하는 방열기.
이러한 방열기에서, 열 교환 효율이 더욱 향상될 수 있다. 즉, 어떠한 방열 부분도 통과하지 않은 저온 냉각 공기가 저온측 2차 방열 부분으로 도입되고, 2차 방열 수단을 통과한 고온 냉각 공기는 고온측 1차 방열 부분으로 도입되고, 이에 의해 각각 방열한다. 따라서, 1차 및 2차 방열 수단 각각에서, 냉매와 냉각 공기 사이의 충분한 온도 차이가 확보될 수 있어서, 효율적인 열 교환을 이루고, 이는 냉매의 더욱 효율적인 방열을 가능케 한다.
본 발명의 제5 태양에서, 전술한 바와 동일한 방식으로, 다음의 구조적인 특징 (21) 및 (22)을 채용하는 것이 양호하다.
21. (19)항에 있어서, 복수의 열 교환 튜브의 전체 내부 체적에 대한 1차 방열 부분을 구성하는 열 교환 튜브의 내부 체적 비율은 0.2 내지 0.5로 설정되는 방열기.
22. (19)항에 있어서, 이산화탄소(CO2)가 냉매로서 사용되는 방열기.
본 발명의 제1 및 제2 태양의 냉동 시스템에서, 고온으로 인한 악영향을 받지 않는다. 따라서, 높은 신뢰성 및 충분한 내구성이 보장될 수 있다. 또한, 충분한 냉매 방열량이 확보될 수 있어서, 냉각 용량을 향상시킨다.
본 발명의 제3 내지 제5 태양은 본 발명의 제1 및 제2 태양에 양호하게 적용되는 압축 방열 장치, 또는 방열기를 한정한다. 그러므로, 본 발명의 전술한 제1 및 제2 태양에서와 유사한 효과가 확실히 얻어질 수 있다.
다른 목적 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
다양한 실시예의 상기 및/또는 다른 태양, 특징 및/또는 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 설명의 관점에서 더욱 이해될 것이다. 다양한 실시예는 적용 가능한 여러 태양, 특징 및/또는 장점을 포함하고 그리고/또는 배제할 수 있다. 또한, 다양한 실시예는 적용 가능한 다른 실시예들의 하나 이상의 태양 또는 특징들을 조합할 수 있다. 특정 실시예의 태양, 특징 및/또는 장점의 설명은 다른 실시예 또는 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 않된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동 시스템 내의 냉동 사이클의 냉매 회로 선도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 이러한 실시예의 냉동 시스템은 기본적인 구조 요소로서, 다단 압축기(50), 기체 냉각기인 방열기(60), 중간 열 교환기(70), 감압 장치인 팽창 밸브(72), 증발기인 냉각기(73), 및 어큐뮬레이터(74)를 구비한다.
압축기(50)는 초기 압축 수단인 저압 압축 부분(51) 및 2차 압축 수단인 고압 압축 부분(52)을 구비한 2단식 장치이다. 양 압축 부분(51, 52)들은 독립적으로 구성되고, 각각 냉매 입구(51a, 52a) 및 냉매 출구(51b, 52b)를 구비한다. 저압 압축 부분(51)은 저압 영역의 냉매 입구(51a)를 거쳐 도입된 냉매를 압축하고, 그 다음 압축된 냉매를 냉매 출구(51b)를 거쳐 방출한다. 다른 한편으로, 고압 압축 부분(52)은 고압 영역의 냉매 입구(52a)를 거쳐 도입된 냉매를 압축하고, 그 다음 압축된 냉매를 냉매 출구(52b)를 거쳐 방출한다.
도2에 도시된 바와 같이, 방열기(60)는 헤더형 열 교환기이고, 일정 거리로 서로에 대해 평행하게 배치된 한 쌍의 파이프형 헤드 탱크(65, 65)와, 대향 단부들이 헤더 탱크(65, 65)들과 유체 연통한 채로 헤더 탱크(65)의 종방향(상하 방향)을 따라 서로에 대해 평행하게 배치된 복수의 편평 열 교환 튜브(66)와, 인접한 열 교환 튜브(66)들 사이에 배치된 주름진 핀(67)을 구비한다.
열 교환 튜브(66)는 폭방향(전후 방향)으로 평행하게 배치된 복수의 냉매 통로를 가져서, 냉매는 각각의 냉매 통로를 통과할 수 있다. 헤더 탱크(65, 65)들은 모두 동일한 종방향 위치에서 (동일한 높이에서) 격벽 부재(65a, 65a)를 구비하고, 이에 의해 각각의 헤더 탱크(65)의 내부 공간이 상부 공간 및 하부 공간으로 분할된다. 따라서, 복수의 열 교환 튜브(66)는 상부 그룹 및 하부 그룹으로 분류된다. 격벽 부재(65a) 아래에 위치된 하부 열 교환 튜브 그룹은 초기 방열 수단인 1차 방열 경로(61)를 형성하고, 격벽 부재(65a) 위에 위치된 상부 열 교환 튜브 그룹은 2차 방열 수단인 2차 방열 경로(62)를 형성한다.
헤드 탱크(65)들 중 하나는 1차 및 2차 방열 경로(61, 62)에 대응하는 냉매 입구(61a, 62a)를 구비하고, 다른 헤더 탱크(65)는 1차 및 2차 방열 경로(61, 62)에 대응하는 냉매 출구(61b, 62b)를 구비한다.
이러한 방열기(60)에서, 입구(61a, 62a)를 거쳐 도입된 냉매는 1차 및 2차 방열 경로(61, 62)에 대응하는 열 교환 튜브(66)를 통과한다. 다른 한편으로, 방열기의 전방측으로부터 도입된 냉각 공기는 인접한 열 교환 튜브(66)들 사이의 갭을 통과한다. 따라서, 냉매는 각각의 열 교환 튜브(66)를 통과하면서 냉각 공기와 열을 교환하여 냉각되고 (방열하고), 출구(61b, 62b)로부터 유동한다.
이러한 실시예에서, 방열기(60)를 구성하는 각각의 구성요소는 예를 들어 알루미늄 또는 그의 합금, 또는 경납땜 재료가 적어도 하나의 표면에 라미네이팅된 알루미늄 경납땜 시트로 만들어진다. 이러한 구성요소들은 경납땜 재료에 의해 일정한 열 교환기 구성으로 임시로 조립되어 일시적으로 고정된다. 이러한 임시로 조립되어 일시적으로 고정된 구성요소들은 동시에 노 안에서 경납땜되고, 이에 의해 전체 구성요소들을 일체로 연결한다.
중간 열 교환기(71)는 정방향 이동 냉매와 복귀 이동 냉매 사이에서 열을 교환하여 정방향 이동 냉매를 과냉각시킨다.
팽창 밸브(72)는 냉매를 감압 및 팽창시키고, 냉각기(73)는 감압 및 팽창된 냉매의 열을 실내 공기의 열과 교환함으로써 실내 공기(냉각되어야 하는 매체)를 냉각시킨다.
또한, 어큐뮬레이터(74)는 냉매를 액화 냉매와 기상 냉매로 분리하여 가상 냉매만을 추출한다.
이러한 실시예의 냉동 시스템에서, 압축기(50)의 저압 압축 부분(51)의 출구(51b)는 방열기(60)의 1차 방열 경로(61)의 입구(61a)에 연결되고, 1차 방열기 경로(61)의 출구(61b)는 압축기(50)의 고압 압축 부분(52)의 입구(52a)에 연결된다.
또한, 고압 압축 부분(52)의 출구(52b)는 방열기(60)의 2차 방열 경로(62)의 입구(62a)에 연결되고, 2차 방열 경로(62)의 출구(62b)는 중간 열 교환기(71)의 정방향 이동 냉매 입구에 연결된다.
중간 열 교환기(71)의 정방향 이동 냉매 출구는 팽창 밸브(72)의 입구측에 연결되고, 팽창 밸브(72)의 출구측은 냉각기(73)의 입구에 연결된다.
또한, 냉각기(73)의 출구는 어큐뮬레이터(74)의 입구에 연결되고, 어큐뮬레이터(74)의 출구는 중간 열 교환기(71)의 복귀 이동 냉매 입구에 연결된다.
중간 열 교환기(71)의 복귀 이동 냉매 출구는 압축기(50)의 저압 압축 부분(51)의 입구(51a)에 연결된다.
이러한 냉동 시스템은 냉매로서 CO2를 사용하며, 양호하게는 차량용 공조 장치 등으로서 차량 내에 장착될 수 있다.
이러한 냉매 시스템에서, 도3에 도시된 바와 같이, 냉매는 압축기(50)의 저압 압축 부분(51)에 의해 압축(1차 압축)되고, 이에 의해 지점(A)으로부터 지점(A1)으로 변위된다.
이후에, 1차 압축된 냉매는 방열기(60)의 1차 방열 경로(61)를 통과하여 주위 공기(냉각되어야 하는 공기)와 열을 교환함으로써 냉각(1차 방열)되고, 이에 의해 지점(A1)으로부터 지점(A2)으로 변위된다.
1차 방열된 냉매는 압축기(50)의 고압 압축 부분(52)에 의해 고압 상태로 압축(2차 압축)되고, 이에 의해 지점(A2)으로부터 지점(B1)으로 변위된다.
2차 압축된 냉매는 방열기(60)의 2차 방열 경로(62)를 통과하여 주위 공기와 열을 교환함으로써 냉각(2차 방열)되고, 이에 의해 지점(B1)으로부터 지점(C)으로 변위된다.
이후에, 2차 방열된 냉매(정방향 이동 냉매)는 중간 열 교환기(71)를 통과하여 후술하는 복귀 이동 냉매와 열을 교환함으로써 과냉각되고, 이에 의해 지점(C)로부터 지점(D)으로 변위된다.
더욱이, 과냉각된 냉매는 팽창 밸브(72)에 의해 감압 및 팽창되고, 이에 의해 지점(D)으로부터 지점(E)으로 변위된다.
그 다음, 이러한 저온, 저압 냉매는 냉각기(73) 내로 도입되어 실내 공기(냉각되어야 하는 매체)로부터 열을 흡수함으로써 실내 공기를 냉각시킨다. 냉매 자체는 그 안에서 가열되어 지점(E)으로부터 지점(F)으로 변위된다.
지점(E)과 지점(F) 사이의 엔탈피 차이는 냉각 열량에 대응하며, 냉동 용량을 한정한다.
냉각기(73) 내에서 가열된 고온, 저압 냉매(복귀 이동 냉매)는 어큐뮬레이터(74) 내로 도입되고, 기상 냉매만이 추출된다.
어큐뮬레이터(74)로부터 유동하는 복귀 이동 냉매는 중간 열 교환기(71)를 통과하여 전술한 정방향 이동 냉매와 열을 교환함으로써 가열되고, 이에 의해 지점(F)으로부터 지점(A)으로 변위되고, 그 다음 압축기(50)의 저압 압축 부분(51)으로 복귀한다.
이러한 실시예의 냉동 시스템에서, 냉매의 압축 및 그의 방열이 차례로 수행되므로, 도3의 지점(A1)에 도시된 바와 같이, 1차 방열 경로(61)의 입구측에서의 냉매의 입구 온도(최대 온도)는 120℃ 이하의 낮은 온도로 유지될 수 있다. 따라서, 1차 방열기(60)의 알루미늄 구성요소 재료는 고온으로 인한 악영향을 받지 않고, 이는 방열기 구성요소 재료의 열적 변형 또는 열적 열화와 같은 결함을 확실히 방지할 수 있다. 이는 높은 신뢰성 및 충분한 내구성을 이룬다.
또한, 냉매 방열이 1차 방열 경로(61) 내에서 그 다음 2차 방열 경로(62) 내에서 단계적으로 수행되므로, 소정의 방열량이 확실히 확보될 수 있어서, 냉각기(73) 내에서 충분한 엔탈피 차이를 일으키고, 결국 높은 냉동 용량을 얻을 수 있다.
또한, 이러한 실시예의 냉동 시스템에서, 방열이 압축 과정 중에 단계적으로 수행되므로, 1차 압축 과정 및 2차 압축 과정에서의 냉매 상태는 등온 곡선, 즉 등온 압축 상태에 근접하게 된다. 그러므로, 압축 시의 작업 부하가 감소하여, 성능 계수를 향상시킨다.
또한, 이러한 실시예의 냉동 시스템에서, 냉매가 방열기(60)에 의해 방열되고 그 다음 중간 열 교환기(71)에 의해 과냉각(방열)되어 방열량을 증가시키므로, 냉동 성능은 더욱 개선될 수 있다.
또한, 이러한 실시예의 냉동 시스템에서, 1차 및 2차 방열 부분(61, 62)들이 소위 헤더형 열 교환기인 단일 방열기(60)를 분리함으로써 형성되므로, 부품의 개수는 방열이 두 개의 분리된 방열기에 의해 2회 수행되는 경우와 비교하여 감소될 수 있어서, 냉동 장치의 크기 및 중량을 감소시킨다.
또한, 이러한 실시예의 냉동 시스템에서, 두 개의 압축 부분(51, 52)을 갖는 다단(2단) 압축기(50)가 채용되어 이중 압축을 수행하므로, 부품의 개수는 두 개의 분리된 압축기가 채용된 경우와 비교하여 감소될 수 있어서, 냉동 장치의 크기 및 중량을 더욱 감소시킨다.
또한, 이러한 실시예에서, 방열기(60)의 고온측의 1차 방열 경로(61)가 방열기(60)의 저온측의 2차 방열 경로(62)의 하부측에 위치되므로, 열 교환 효율은 다음의 이유 때문에 더욱 개선될 수 있다. 이러한 냉동 사이클이 예를 들어 차량용 공조기에 적용되는 경우에, 방열기(60) 내로 도입되는 냉각 공기의 하부측은 지면으로부터의 열 복사와 같은 다양한 인자 때문에 그의 상부측보다 온도가 높다. 따라서, 고온의 하부 공기를 고온측의 1차 방열 경로(61) 내로 도입하고 저온의 상부 공기를 저온측의 2차 방열 경로(62) 내로 도입함으로써, 냉매와 냉각 공기 사이의 충분한 온도 차이가 1차 및 2차 방열 경로(61, 62) 모두에서 확보될 수 있다. 이는 효율적인 열 교환을 가능케 하여, 효율적인 냉매 방열을 생성한다.
이러한 실시예에서, 1차 방열 경로(61)의 용량 비율(1차 경로의 열 교환 튜브의 총 단면적)이 방열기(60)의 방열 부분의 전체 용량, 즉 1차 및 2차 방열 경로(61, 62)의 전체 용량(전체 열 교환 튜브의 총 단면적)의 20 내지 50%로 설정되는 것이 양호하다. 더욱 양호하게는, 상한은 30% 이하로 설정된다.
용량 비율이 너무 작으면, 성능 계수(냉각 용량/압축력)가 열화되거나 2차 방열 경로(62)의 입구(62a)에서의 냉매 온도가 너무 높아지기 때문에, 충분한 냉동 효과를 얻기가 어렵게 된다. 대조적으로, 용량 비율이 너무 커지면, 성능 계수가 열화되고, 이는 충분한 냉동 효과를 얻기 어렵게 만든다.
전술한 방열기(60)에서, 장치(60)는 냉각 공기 도입 방향에 대해 수직 방향(상하 방향)으로 분할되어 하부측의 1차 방열 수단(61) 및 상부측의 2차 방열 수단(62)을 갖는다. 그 대신에, 본 발명에서, 1차 방열 수단이 상부측에 제공될 수 있고, 2차 방열 수단이 하부측에 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 방열 수단으로서, 냉각 공기 도입 방향에 대해 직교하는 평면 내에 U턴 또는 지그재그 형상으로 형성된 냉매 통로를 갖는 소위 다중 유동식 방열 수단이 채용될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 방열기는 냉각 공기 도입 방향으로 분할되어 1차 방열 경로 및 2차 방열 경로(1차 및 2차 방열 수단)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 다음의 구조가 채용될 수 있다. 각각의 헤더 탱크(65, 65)의 내부 공간은 헤더 탱크의 종방향을 따라 각각의 헤더 탱크(65) 내에 격벽판을 제공함으로써 전방 공간 및 후방 공간으로 분할되어, 그에 연결된 각각의 열 교환 튜브(66) 내의 복수의 냉매 통로가 전방 냉매 통로 및 후방 냉매 통로로 분류되고, 이중 하나는 1차 방열 경로(1차 방열 수단)를 구성하고 다른 하나는 2차 방열 경로(2차 방열 수단)를 구성한다.
이러한 경우에, 냉각 공기 도입 방향에 대한 상류측 냉매 통로를 구성하는 튜브의 전방측이 2차 방열 경로(2차 방열 수단)이고 냉각 공기 도입 방향에 대한 하류측 냉매 통로를 구성하는 튜브의 후방측이 1차 방열 경로(1차 방열 수단)인 것이 양호하다. 즉, 어떠한 방열 부분도 통과하지 않은 저온 냉각 공기는 저온측 2차 방열 수단으로 도입되고, 2차 방열 수단을 통과한 고온 냉각 공기는 고온측 1차 방열 수단으로 도입되고, 이에 의해 각각 방열한다. 따라서, 각각의 1차 및 2차 방열 수단에서, 냉매와 냉각 공기 사이의 충분한 온도 차이가 확보될 수 있어서, 효율적인 열 교환을 이루고, 이는 냉매의 더욱 효율적인 방열을 가능케 한다.
또한, 본 발명에서, 전후로 배치된 1차 및 2차 방열 수단은 전술한 다중 유동식 방열 수단으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상하로 배치된 1차 및 2차 방열 수단은 각각 냉각 공기 도입 방향(전후 방향)으로 분할될 수 있어서, 각각의 방열 수단은 전후의 냉매 통로를 갖는 소위 대향 유동식일 수 있다.
또한, 본 발명에서, 방열기의 설치 방향은 특정한 하나로 제한되지 않는다. 예를 들어, 방열기는 헤더가 수직으로, 수평으로, 또는 기울어지게 배치되도록 설치될 수 있다.
또한, 전술한 실시예에서, 중간 열 교환기(71)가 방열기(60)의 하류측에 배치되지만, 본 발명에서, 항상 이러한 중간 열 교환기(71)를 채용할 필요는 없다.
또한, 전술한 실시예에서, 2단 압축(방열)식 냉동 시스템이 예시되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 다단(3단 이상) 압축 및 방열식 냉동 시스템에 적용될 수 있다.
<예1>
도1에 도시된 냉동 시스템에서, 방열기(60)의 온도 유효성과 그의 냉각 용량(kw) 사이의 관계와, 방열기(60)의 온도 유효성과 그의 성능 계수(냉각 용량/압축력) 사이의 관계가 각각 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 얻어졌다.
<비교예>
도7에 도시된 종래의 냉동 시스템에서, 방열기(102)의 온도 유효성과 그의 냉각 용량(kw) 사이의 관계와, 방열기(120)의 온도 유효성과 그의 성능 계수 사이의 관계가 각각 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 얻어졌다.
전술한 예1 및 비교예의 결과가 도4의 그래프에 도시되어 있다.
그래프로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 관련된 예1의 냉매 시스템은 냉각 용량 및 성능 계수에 있어서 비교예의 냉매 시스템에 비해 우수하다.
특히, 예1의 2단 압축 사이클에서, 전술한 바와 같이, 압축 과정이 등온 압축에 의해 수행될 수 있으므로, 압축 시의 작업 부하가 감소될 수 있고, 이는 결국 성능 계수를 증가시킬 수 있다.
대조적으로, 비교예의 사이클에서, 압축 과정 시의 온도 증가가 커서, 압축 시에 작업 부하를 증가시키고, 이는 결국 성능 계수의 열화를 일으킨다.
또한, 예1의 사이클에서, 방열기의 온도 유효성이 낮은 경우에도 (예를 들어, 방열기의 충분한 크기를 확보하기 어려운 경우에도), 2차 압축 과정에서의 입구측 온도(즉, 고온 압축 부분의 입구 온도)가 낮으므로, 출구 온도가 충분히 감소될 수 있어서, 충분한 냉각 용량을 생성한다.
대조적으로, 비교예의 사이클에서, 방열기의 충분한 크기를 확보하기 어려운 경우에, 압축 과정에서의 출구측 온도(즉, 압축 장치의 출구 온도)는 감소될 수 없어서, 불충분한 냉각 용량을 생성한다.
<예2>
도1에 도시된 냉동 시스템에서, 방열기(60)의 방열 부분의 전체 체적에 대한 1차 방열 부분(61)의 체적 비율과 성능 계수 사이의 관계가 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 얻어졌다.
결과가 도5의 그래프에 도시되어 있다.
그래프로부터 명백한 바와 같이, 1차 방열 부분(61)의 체적 비율이 0.1 내지 0.5의 범위, 특히 0.3 이하일 때 우수한 성능 계수가 얻어질 수 있다.
<예3>
도1에 도시된 냉동 시스템에서, 방열기(60)의 방열 부분들의 전체 체적에 대한 1차 방열 부분(61)의 체적 비율과 2차 방열 부분(62)의 입구 온도 사이의 관계가 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 얻어졌다.
결과가 도6의 그래프에 도시되어 있다.
그래프로부터 명백한 바와 같이, 2차 방열 부분(62)의 입구 온도는 1차 방열 부분(61)의 체적 비율이 0.2 이상인 영역 내에서 낮았다.
전술한 그래프의 결과로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에서, 방열 부분의 전체 체적에 대한 1차 방열 부분(61)의 체적 비율을 0.2(20%) 내지 0.5(50%), 더욱 양호하게는 0.3(30%) 이하로 설정하는 것이 양호하다.
본원에서 채용된 용어 및 표현은 설명의 관점에서 사용되며 제한적이지 않고, 그러한 용어 및 표현의 사용에 있어서 도시되고 설명된 특징 또는 그의 일부의 임의의 등가물을 배제하려는 의도가 없으며, 다양한 변형이 청구되는 본 발명의 범주 내에서 가능하다는 것을 알아야 한다.
냉동 시스템, 압축 방열 장치, 및 방열기는 예를 들어, CO2와 같은 초임계 냉매를 사용하는 냉동 사이클을 갖는 차량용 공조기, 가정용 공조기, 및 전자 장치용 냉각기에 양호하게 사용될 수 있다.

Claims (22)

  1. 압축기 및 방열기에 의한 냉매의 압축 및 방열이 다단식으로 차례로 반복적으로 수행되어 저온, 고압 냉매를 얻는 냉동 시스템이며,
    저온, 고압 냉매는 감압 장치에 의해 감압된 다음 냉각기를 통과하여 냉각되어야 하는 매체로부터 열을 흡수하고, 그 다음 압축기로 복귀하는 냉동 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 냉매는 이산화탄소(CO2)인 냉동 시스템.
  3. 냉매를 1차 압축하는 1차 압축 부분과,
    냉매를 2차 압축하는 2차 압축 부분과,
    냉매의 방열을 1차로 수행하는 1차 방열 부분과,
    냉매의 방열을 2차로 수행하는 2차 방열 부분과,
    냉매를 감압하는 감압 장치와,
    매체로부터 열을 흡수함으로써 냉각되어야 하는 매체를 냉각시키는 냉각 장치를 포함하고,
    1차 압축 부분에 의해 1차 압축된 냉매는 1차 방열 부분에 의해 1차 방열되고, 1차 방열된 냉매는 2차 압축 부분에 의해 2차 압축되고, 2차 압축된 냉매는 2차 방열 부분에 의해 2차 방열된 다음 냉각 장치를 통과하여 매체로부터 열을 흡수하고, 그 다음 1차 압축 부분으로 복귀하는 냉동 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 냉동 시스템은 다단형 압축 장치를 구비하고,
    다단 압축 장치의 제1 단 압축 부분은 1차 압축 부분을 구성하고, 다단 압축 장치의 제2 단 압축 부분은 2차 압축 부분을 구성하는 냉동 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 냉동 시스템은 방열기를 구비하고,
    방열기의 방열 부분은 두 개의 분할식 방열 부분으로 분할되고, 분할식 방열 부분들 중 하나는 1차 방열 부분을 구성하고, 다른 하나는 2차 방열 부분을 구성하는 냉동 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 방열기의 방열 부분의 전체 체적에 대한 1차 방열 부분의 체적 비율은 0.2 내지 0.5로 설정되는 냉동 시스템.
  7. 제3항에 있어서, 1차 압축 부분에 의한 냉매의 압축비에 대한 2차 압축 부분에 의한 냉매의 압축비는 0.5 내지 1.5로 설정되는 냉동 시스템.
  8. 제3항에 있어서, 냉각 장치로부터 유동하는 복귀 이동 냉매와 열을 교환함으로써 2차 방열 부분에 의해 2차 방열된 냉매를 과냉각시키기 위한 중간 열 교환기를 더 포함하는 냉동 시스템.
  9. 제3항에 있어서, 이산화탄소(CO2)가 냉매로서 사용되는 냉동 시스템.
  10. 다단 압축기를 구비한 압축 방열 장치이며,
    냉매가 다단 압축기의 제1 단 압축 부분에 의해 1차 압축되고, 1차 압축된 냉매는 1차 방열 부분에 의해 1차 방열되고, 1차 방열된 냉매는 다단 압축기의 제2 단 압축 부분에 의해 2차 압축되고, 2차 압축된 냉매는 2차 방열 부분에 의해 2차 방열되고, 이에 의해 저온, 고압 냉매를 얻는 압축 방열 장치.
  11. 제10항에 있어서, 압축 방열 장치는 방열기를 구비하고,
    방열기의 방열 부분은 두 개의 분할식 방열 부분으로 분할되고, 분할식 방열 부분들 중 하나는 1차 방열 부분을 구성하고 다른 하나는 2차 방열 부분을 구성하는 압축 방열 장치.
  12. 제11항에 있어서, 방열기의 방열 부분의 전체 체적에 대한 1차 방열 부분의 체적 비율은 0.2 내지 0.5로 설정되는 압축 방열 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 1차 압축 부분에 의한 냉매의 압축비에 대한 2차 압축 부분에 의한 냉매의 압축비는 0.5 내지 1.5로 설정되는 압축 방열 장치.
  14. 제10항에 있어서, 이산화탄소(CO2)가 냉매로서 사용되는 압축 방열 장치.
  15. 1차 압축된 냉매의 1차 방열을 위한 1차 방열 부분과, 1차 방열된 후에 2차 압축된 냉매의 2차 방열을 위한 2차 방열 부분을 구비한 방열기이며,
    한 쌍의 헤더와,
    대향 단부들이 헤더에 연결된 채로 헤더의 종방향으로 서로 평행하게 배열된 한 쌍의 헤더 사이에 배치된 복수의 열 교환 튜브를 포함하고,
    복수의 열 교환 튜브를 통과하는 냉매는 방열기의 전방측으로부터 도입되어 인접한 열 교환 튜브들 사이의 갭을 통과하는 냉각 공기와 열을 교환하여 방열되고,
    각각의 헤더는 동일한 높이 위치에서 격벽 부재에 의해 분할되고, 이에 의해 복수의 열 교환 튜브를 상부 및 하부 열 교환 튜브 그룹으로 분류하고, 열 교환 튜브 그룹들 중 하나는 1차 방열 부분을 구성하고 다른 하나는 2차 방열 부분을 구성하는 방열기.
  16. 제15항에 있어서, 하부 열 교환 튜브 그룹은 1차 방열 부분을 구성하고, 상부 열 교환 튜브 그룹은 2차 방열 부분을 구성하는 방열기.
  17. 제15항에 있어서, 복수의 열 교환 튜브의 전체 내부 체적에 대한 1차 방열 부분을 구성하는 열 교환 튜브의 내부 체적 비율은 0.2 내지 0.5로 설정되는 방열기.
  18. 제15항에 있어서, 이산화탄소(CO2)가 냉매로서 사용되는 방열기.
  19. 1차 압축된 냉매의 1차 방열을 위한 1차 방열 부분과, 1차 방열된 후에 2차 압축된 냉매의 2차 방열을 위한 2차 방열 부분을 구비한 방열기이며,
    한 쌍의 헤더와,
    대향 단부들이 헤더에 연결된 채로 헤더의 종방향으로 서로 평행하게 배열된 한 쌍의 헤더 사이에 배치된 복수의 열 교환 튜브를 포함하고,
    복수의 열 교환 튜브를 통과하는 냉매는 방열기의 전방측으로부터 도입되어 인접한 열 교환 튜브들 사이의 갭을 통과하는 냉각 공기와 열을 교환하여 방열되고,
    각각의 열 교환 튜브는 튜브 폭방향으로 배열된 복수의 냉매 통로를 구비하고,
    각각의 헤더 쌍은 헤더의 종방향으로 연장되는 격벽 부재에 의해 전방 공간 및 후방 공간으로 분할되고, 이에 의해 각각의 열 교환 튜브의 복수의 냉매 통로는 전방 냉매 통로 그룹 및 후방 냉매 통로 그룹으로 분류되고, 냉매 통로 그룹들 중 하나는 1차 방열 부분을 구성하고 다른 하나는 2차 방열 부분을 구성하는 방열기.
  20. 제19항에 있어서, 후방 냉매 통로 그룹은 1차 방열 부분을 구성하고, 전방 냉매 통로 그룹은 2차 방열 부분을 구성하는 방열기.
  21. 제19항에 있어서, 복수의 열 교환 튜브의 전체 내부 체적에 대한 1차 방열 부분을 구성하는 열 교환 튜브의 내부 체적 비율은 0.2 내지 0.5로 설정되는 방열기.
  22. 제19항에 있어서, 이산화탄소(CO2)가 냉매로서 사용되는 방열기.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050279127A1 (en) * 2004-06-18 2005-12-22 Tao Jia Integrated heat exchanger for use in a refrigeration system
DE102007004659B4 (de) * 2006-01-25 2020-12-03 Hanon Systems Wärmetauscher mit einer Expansionsstufe
EP2150755A4 (en) * 2007-04-23 2011-08-24 Carrier Corp CO <SB> 2 </ SB> REFRIGERANT SYSTEM WITH INTENSIFIER CIRCUIT
JP4813599B2 (ja) 2007-05-25 2011-11-09 三菱電機株式会社 冷凍サイクル装置
ES2685028T3 (es) * 2007-11-30 2018-10-05 Daikin Industries, Ltd. Aparato de refrigeración
DE102008016663A1 (de) * 2008-04-01 2009-10-08 Efficient Energy Gmbh Verflüssiger für eine Wärmepumpe und Wärmepumpe
US9989280B2 (en) * 2008-05-02 2018-06-05 Heatcraft Refrigeration Products Llc Cascade cooling system with intercycle cooling or additional vapor condensation cycle
JP5407173B2 (ja) * 2008-05-08 2014-02-05 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
US9097001B2 (en) 2009-02-04 2015-08-04 Thomas M. Espinosa Concrete anchor
JP5287831B2 (ja) * 2010-10-29 2013-09-11 株式会社デンソー 二段昇圧式冷凍サイクル
JP5522275B2 (ja) * 2011-02-04 2014-06-18 トヨタ自動車株式会社 冷却装置
JP5257491B2 (ja) * 2011-06-30 2013-08-07 ダイキン工業株式会社 冷凍装置の室外機
DE102020202313A1 (de) * 2020-02-24 2021-08-26 Mahle International Gmbh Wärmeübertrager
CN113028668B (zh) * 2021-01-14 2021-12-28 西安交通大学 一种微通道近等温压缩式跨临界二氧化碳循环系统及方法
KR20230068814A (ko) 2021-11-11 2023-05-18 현대자동차주식회사 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈
KR20230068815A (ko) 2021-11-11 2023-05-18 현대자동차주식회사 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈
KR20230090753A (ko) * 2021-12-15 2023-06-22 현대자동차주식회사 열교환기 및 이를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템의 냉매모듈

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4711946U (ko) 1971-03-06 1972-10-12
JPS5114358A (ja) 1974-07-26 1976-02-04 Shinko Tsushin Kogyo Kk Netsukasoseitoriwake fukatsuseino purasuchitsukuhyomenni tenchakukanonahizumi geejitosono tenchakuho
DE3280473D1 (de) * 1981-03-24 1996-08-01 Alefeld Geb Dengscherz Helga E Mehrstufige Einrichtung mit Arbeitsfluid- und Absorptionsmittel-Kreisläufen, und Verfahren zum Betrieb einer solchen Einrichtung
JPS604866A (ja) 1983-06-23 1985-01-11 Mitsubishi Electric Corp ピ−クホ−ルド回路
JPS6199064A (ja) 1984-10-19 1986-05-17 株式会社荏原製作所 冷・暖房機
JPS61175862A (ja) 1985-01-31 1986-08-07 Fujitsu Ltd 画像処理装置
JPS62196557A (ja) 1986-02-21 1987-08-29 株式会社荏原製作所 冷凍機用凝縮器
JPS6374970A (ja) 1986-09-17 1988-04-05 株式会社豊田中央研究所 セラミツクス成形体の脱脂方法
JPH064218Y2 (ja) * 1986-10-30 1994-02-02 昭和アルミニウム株式会社 凝縮器と他の熱交換器との一体型熱交換装置
JP2984326B2 (ja) 1990-07-13 1999-11-29 サンデン株式会社 熱交換器
JP2715265B2 (ja) * 1995-02-20 1998-02-18 東京ラヂエーター製造株式会社 直交流熱交換器
JP2000146326A (ja) 1998-11-09 2000-05-26 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 蒸気圧縮冷凍機
JP3370027B2 (ja) 1999-09-09 2003-01-27 三洋電機株式会社 ２段圧縮式ロータリコンプレッサ
JP4016544B2 (ja) 1999-09-29 2007-12-05 株式会社デンソー 超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクル用の放熱器
JP3625711B2 (ja) * 1999-09-30 2005-03-02 三洋電機株式会社 ヒートポンプ装置
JP4599732B2 (ja) 2000-03-16 2010-12-15 株式会社デンソー 複式熱交換器の製造方法
JP2002062062A (ja) * 2000-08-22 2002-02-28 Zexel Valeo Climate Control Corp 熱交換器
JP3615475B2 (ja) 2000-09-28 2005-02-02 三洋電機株式会社 ヒートポンプ給湯機
JP2002107044A (ja) * 2000-09-29 2002-04-10 Sanyo Electric Co Ltd 冷蔵庫
JP3600163B2 (ja) * 2001-02-13 2004-12-08 三洋電機株式会社 車載空気調和機

Also Published As

Publication number Publication date
EP1554528A1 (en) 2005-07-20
AU2003274750A1 (en) 2004-05-13
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US7690217B2 (en) 2010-04-06
WO2004038307A1 (en) 2004-05-06
US20060137385A1 (en) 2006-06-29

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