KR0144197B1 - 공기 조화기용 증발기의 균일열교환 장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발기의 액상이 유출되는 패쓰의 출구를 지나치게 과열이 예상되는 패쓰의 적정위치에 냉매관으로 연결하여 다시 액상의 냉매를 공기와 열교환기켜서 주어진 냉매량을 효율적으로 이용하여 열교환효율을 증대시킬 수 있으므로 인해 제품의 효율성 및 신뢰성을 대폭 향상시킨 것이다.

이를 위해, 본 발명은 증발기(1)의 액상의 냉매가 유출될 가능성이 있는 패쓰의 출구와 이상과열이 될 가능성이 있는 패쓰의 사이에 연결되는 냉매관(2)과, 상기 냉매관(2)을 통해 유출되는 액상의 냉매가 이상과열된 패쓰로 흘러 다시 공기와 열교환을 하도록 각 패쓰의 벽면온도들을 감지하기 위한 온도센서(3)와, 상기 냉매관(2)에 설치되어 온도센서(3)의 감지에 의해 유출되는 액상의 냉매가 이상과열된 패쓰로 흐르도록 냉매관(2)을 개방시키기 위해 작동되는 솔레노이드 밸브(4)와, 상기 액상의 냉매가 유출될 가능성이 있는 패쓰의 출구에 설치되어 액상의 냉매가 충분히 과열됨과 동시에 냉매를 증발기(1)의 출구로 유출시키기 위해 작동되는 삼방밸브(5)로 구성된 공기조화기용 증발기의 균일열교환장치이다.

Description

공기 조화기용 증발기의 균일열교환 장치 및 제어방법

제1도는 일반적인 공조시스템에 따른 냉매의 열역학적 특성변화를 나타낸 T-H선도

제2도는 종래 공조시스템의 동작상태를 나타낸 흐름도

제3도는 종래의 증발기를 나타낸 구성도

제4도는 종래 증발기전면의 공기 속도 분포를 나타낸 그래프선도

제5도는 본 발명에 따른 증발기를 나타낸 구성도

제6도는 본 발명의 동작상태를 나타낸 흐름도

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 증발기 2: 냉매관

3: 온도센서 4: 솔레노이드 밸브

5: 삼방밸브

본 발명은 공기조화기용 증발기의 균일열교환 장치 및 제어방법에 관한것으로서, 더욱 상세하게는 공기 조화기에 장착되는 증발기의 열교환효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 공기조화는 외부의 공기와 내부의 작동유체인 프레온계 냉매의 잠열변화를 이용하여 공기를 냉각 및 가열시키는 열교환기기로서, 제1도에 나타낸 바와 같이 저온 및 저압의 가스 상태인 냉매를 압축기에서 흡입하여 압축시키면서 고온 및 고압의 가스로 된 후 압축기 출구를 빠져나가게 되고, 이 과열가스는 응축기를 통과하면서 응축되어 저온 및 고압인 액상의 냉매로 응축기 출구를 통과한 다음, 모세관의 입구로 유입된다.

모세관에서는 교축작용으로 저온 및 저압의 냉매로 전화시킨후 증발기 입구로 냉매를 보내고, 증발기의 안내로 유입된 냉매는 외부공기와의 열교환으로 증발비등된 다음, 적절하게 과열된후에 증발기의 출구로 빠져나가며, 가스상태인 냉매는 다시 압축기의 입구로 흡입되어 싸아클 동작을 반복하게 되고, 이같은 냉매의 싸이클 동작과 함께 외부의 공기는 핀튜브형의 증발기와 응축기 사이를 강제대류 방식으로 열전달하면서 통과하게 된다.

상기 공조기의 주요기기중에 증발기는 냉방능력과 직적관계되며, 압축기와 연결되어 있어 압축기의 흡입조건과도 직접관계가 있으므로 증발기내로 유입되는 냉매를 충분히 증발비등시키고, 적절한 과열도를 가진 냉매가스로 만드는 것이 공조시스템의 효율 향상에도 매우 중요하며, 증발기내의 유입되는 냉매량은 공기와의 열전달량과 관내의 압력손실을 고려하여 복수개로 분배된 패스(Path : 냉맹유로경로)로 이루어진다.

또한, 공조기를 작동시키기 위해 제2도에 나타낸 바와같이 전원을 인가하면, 압축기의 동작과 함께 응축기와 압축기내부에 초기충진된 냉매들이 공조기의 관내부에서 상변화를 하면서 싸이클 동작을 반복하게 됨과 동시에, 실내, 외기 팬모터의 동작으로 증발기와 응축기로부터 열을 흡수하여 방출한다.

특히, 압축기의 흡입부에 장착된 증발기는 냉방능력과 압축기의 냉매흡입량을 관계하는 주요기기로서 외부의 풍량과 내부의 냉매 순환량에 적절한 증발기의 크기를 설계 및 지정해주어야 한다.

종래의 증발기는 제3도에 나타낸 바와같이 2Hp급에서는 4개의 패쓰, 3Hp급에서는 5개의 패쓰로 구성되어 있는데, 그 이유는 1개의 패쓰로 구성하였을 때 과도한 압력 손실이 유발되어 압축기의 효율을 저하시키는 요인으로 작용함에 따라 패스의 갯수는 증발기의 성능과 압력손실을 고려하여 설계해야 한다.

또한, 제4도에 나타낸 바와같이 에어콘 등과 같은 공조기용 증발기의 전면속도 분포는 실내기의 슬림(Slim)화로 인하여 증발기(1a)는 수직과 약 30℃ 정도로 기울어져 있어서 2차원적인 불균일한 속도분포를 이루고 있는데, 이와같은 풍량의 불균일성은 냉매유로의 개량등으로 다소 개선이 될 수 있으나. 그 정도로는 매우 미약하므로 상기 불균일한 속도 분포는 실내기의 슬림화로 불가피하다.

그러므로, 불균일한 속도분포에 대처하는 패쓰구성으로 패쓰간의 다소 불균일한 교환량은 개선될 수 있으나, 그 역시 한계가 있음을 알 수 있다.

즉, 제3도에 2Hp급 증발기(1a)의 패쓰 1과 2는 제4더의 공기 속도분포가 상단이하단보다 더 빠르기 때문에 패쓰 3과 4보다 더 짧고, 3Hp급 증발기(la)도 패쓰5가 이부분에서 공기속도분포가 다른 부분에 비해 느리므로 길게 구성된다.

그러나, 실제로 이같은 종래 증발기(1a)의 출구를 빠져나오는 냉매는 전술한 2차원적인 공기속도 분포로 인해 패쓰마다 균일하지 못하고, 심지어 과열되지 않은 액상의 냉매가 유출되는 패쓰도 있으므로 인해 주어진 냉매량을 최대한도로 이용하여 최적의 상태로서 효율적인 열교환을 수행할 수가 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공기 조화기에 장착되는 증발기의 액상이 유출되는 패쓰의 출구를 지나치게 과열되는 패쓰의 적정위치에 연결하여 다시 액상의 냉매를 공기와 열교환기키므로써 주어진 냉매량을 최대한 이용하여 열교환 효율을 크기 향상시킬 수 있는 공기조화기용 증발기의 균일열교환장치 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면 증발기의 액상의 냉매가 유출될 가능성이 있는 패쓰의 출구와 이상과열이 될 가능성이 있는 패쓰의 사이에 연결되는 냉매관과, 상기 냉매관을 통해 유출되는 액상의 냉매가 이상과열된 패쓰로 흘러 다시 공기와 열교환을 하도록 각 패쓰의 벽면온도 들을 감지하기 위한 온도센서와, 상기 냉매관에 설치되어 온도센서의 감지에 의해 유출되는 액상의 냉매가 이상과열된 패쓰로 흐르도록 냉매관을 개방시키기 위해 작동되는 솔레노이드 밸브와, 상기 액상의 냉매가 유출될 가능성이 있는 패쓰의 출구에 설치되어 액상의 냉매가 충분히 과열됨과 동시에 냉매를 증발기의 출구로 유출시키기 위해 작동되는 삼방밸브로 구성된 공기조화기용 증발기의 균일 열교환장치이다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면 공조기가 작동하여 증발기를 통과하는 공기온도와 시간에 대해 일정하게 되는 정상상태까지 싸이클동작을 반복하는 단계와, 상기 공조기가 정상상태라고 인식함과 동시에 증발기에 부착된 온도센서가 동작하는 단계와, 상기 온도센서의 감지에 의해 액상의 냉매가 유출되는 패쓰와 이상과열이 되는 패쓰를 식별하는 단계와, 상기 액상의 냉매가 유출되는 패쓰안의 냉매를 이상과열이 되는 패쓰로 공급하여 다시 공기와 열교환시키는 단계와, 상기 액상의 냉매가 충분히 과열됨과 동시에 냉매를 증발기의 출구로 유출시키는 단계로 된 공기조화기용 증발기의 균일열교환 제어방법이다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 제5도 및 제6도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제5도는 본 발명에 따른 증발기를 나타낸 구성도이고, 제6도는 본 발명의 동작상태를 나타낸 흐름도로서, 공조기용 증발기(1)의 풍속이 느려 액상의 냉매가 유출될 가능성이 있는 패쓰의 출구와 풍속이 빨라서 지나치게 과열될 가능성이 있는 패쓰의 사이에 냉매관(2)이 연결되고, 상기 증발기(1)에는 각 패쓰의 입,출구단의 벽면 온도들을 감지하여 냉매관(2)을 통해 유출되는 액상의 냉매가 지나치게 과열된 패쓰로 흘러 다시 공기와 열교환을 하도록 하기 위한 복수개의 온도센서(3)가 부착된다.

또한, 냉매관(2)에는 온도센서(3)의 감지에 의해 유출되는 액상의 냉매가 지나치게 과열된 패쓰로 흐르도록 냉매관(2)을 개방시키기 위해 작동되는 복수개의 솔레노이드 밸브(4)가 설치되고, 상기 액상의 냉매가 유출될 가능성이 있는 패쓰의 출구측에는 냉매가 충분히 과열되었을 때 즉시 냉매를 증발기(1)의 출구로 유출시키기 위해 작동되는 복수개의 삼방(3-Way)밸브(5)가 설치되어 구성된다.

이와같이 구성된 본 발명은 제5도 및 제6도에 나타낸 바와같이, 공기조화기를 운전하기 위해 초기에 압축기와 실내,외기의 팬모터를 작동시키면, 어느 일정시간이 경과하기 전까지는 과도기적인 상태이므로 증발기(1)출구의 감지온도변화가 매우심하므로 공조기의 정상상태는 실내기출구단의 온도가 시간이 경과함에 따라 일정하게 되는 시기라고 정의한다.

이와같이 공조기가 정상상태라고 인식이 되면, 증발기(1)에 부착되며 각 패쓰의 입,출구온도들을 감지하여 냉매가 완전히 증발비등된 여부를 식별함과 동시에, 지나치게 과열되리라고는 예상되는 패쓰의 어느 적절한 최소 두지점의 온도도 측정하여 패쓰의 어느 지점에서 완전히 냉매가 증발되는가를 감지하는 복수개의 온도센서(3)가 동작하게 된다.

이때, 온도센서(3)는 복수개의 패쓰중 어느 하나 패쓰의 입,출구 온도차가 임계온도(약 3℃정도)이하이면, 완전히 증발비등되지 않은 액상의 냉매가 유출되고, 복수개의 패쓰중 다른 하나 패쓰의 입,출구온도차가 임계온도 이상이면, 완전히 증발비등되어 과열되었음을 열전달특성상 예측할 수 있으며, 과열정도는 입,출구의 온도차에 직접 비례한다.

계속해서 온도센서(3)가 동작하여 제6도에 나타낸 바와같이 패쓰3의 입,출구온도차가 거의 없으면(ΔT₃＞ Tcr), 패쓰1의 완전히 증발비등이 예상되는 지점, 먼저 패쓰1의 첫 번째 지점의 ΔT_①1' ＞ Tcr이면, 이 지점에 연결된 냉매관(2)이 설치되어 있는 솔레노이드 밸브(4)를 열어 패쓰3에서 패쓰1의 ⓛ'지점에 냉매관(2)을 통해 액상의 냉매를 공급해준다.

만약, ΔT_①1' ＜ Tcr이고 ΔT_①1＞ Tcr이면, ⓛ의 지점에 연결된 냉매관(2)에 설치되어 있는 솔레노이드 밸브(4)를 열어 패쓰3의 액상의 냉매를 냉매관(2)을 통해 패쓰 1에 공급하여 이 차거운 냉매를 공기와 다시 열교환시키므로써 주어진 냉매량을 최대한도로 이용하여 열교환효율을 대폭 증대시킬 수 있으며, 패쓰4의 패쓰2에 대한 경우는 전술한 바와 동일하다.

한편, 증발기(1)에 액상의 냉매가 유출될 가능성이 있는 패쓰의 출구측에는 복수개의 삼방밸브(5)가 설치되므로 액상의 냉매가 충분히 과열되었을 때 곧바로 냉매를 증발기(1)의 출구로 유출시킬수 있게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 증발기(1)의 액상이 유출되는 패쓰의 출구를 지나치게 과열이 예상되는 패쓰의 적정위치에 냉매관(2)으로 연결하여 다시 액상의 냉매를 공기와 열교환시켜서 주어진 냉매량을 효율적으로 이용하여 열교환 효율을 증대시킬 수 있으므로 인해 제품의 효율성 및 신뢰성을 대폭 항상시킨 매우 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 증발기의 액상의 냉매가 유출될 가능성이 있는 패쓰의 출구와 이상과열이 될 가능성이 있는 패쓰의 사이에 연결되는 냉매관과, 상기 냉매관을 통해 유출되는 액상의 냉매가 이상과열된 패쓰로 흘러 다시 공기와 열교환을 하도록 각패쓰의 벽면온도들을 감지하기 위한 온도센서와, 상기 냉매관에 설치되어 온도센서의 감지에 의해 유출되는 액상의 냉매가 이상과열된 패쓰로 흐르도록 냉매관을 개방시키기 위해 작동되는 솔레노이드 밸브와, 상기 액상의 냉매가 유출될 가능성이 있는 패쓰의 출구에 설치되어 액상의 냉매가 충분히 과열됨과 동시에 냉매를 증발기의 출구로 유출시키기 위해 작동되는 삼방밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 증발기의 균일 열교환장치.
2. 공조기가 작동하여 증발기를 통과하는 공기온도와 시간에 대해 일정하게 되는 정상상태까지 싸이클 동작을 반복하는 단계와, 상기 공조기가 정상상태라고 인식함과 동시에 증발기에 부착된 온도센서가 동작하는 단계와, 상기 온도센서의 감지에 의해 액상의 냉매가 유출되는 패쓰와 이상과열이 되는 패쓰를 식별하는 단계와, 상기 액상의 냉매가 유출되는 패쓰안의 냉매를 이상과열이 되는 패쓰로 공급하여 다시 공기와 열교환시키는 단계와, 상기 액상의 냉매가 충분히 과열됨과 동시에 냉매를 증발기의 출구로 유출시키는 단계로 된 것을 특징으로 하는 공기조화기용 증발기의 균일 열교환 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 온도 센서가 복수개의 패쓰중 어느 하나 패쓰의 입,출구온도차가 임계온도(약 3℃)이하이면, 완전히 증발비등되지 않은 액상의 냉매가 유출되고, 다른 하나의 패스의 입,출구온도차가 임계온도이상이면, 완전히 증발비등되어 과열되었음을 감지하도록 된 공기조화기용 증발기의 균일열교환 제어방법.