KR100244320B1 - 공기조화기용실내열교환기의냉매패쓰라인구조 - Google Patents

공기조화기용실내열교환기의냉매패쓰라인구조 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 공기조화기용 실내열교환기의 냉매패쓰라인구조는 실내공기의 흡입 방향에 대하여 수직방향을 이루는 제1 및 제2열에 설치된 다수의 헤어핀과, 상기 제1 및 제2열의 헤어핀을 한쌍씩 연결하는 연결관으로 하나의 냉매패쓰라인을 구성한 공기조화기용 실내열교환기에 있어서, 상기 실내열교환기를 두 개의 냉매패쓰라인으로 구성시키되, 냉매입구 및 냉매출구가 모두 실내공기의 흡입방향과 인접한 상기 제1열의 헤어핀의 연결선상에 있도록 이루어진 제1냉매패쓰라인과, 냉매입구 및 냉매출구가 각각 상기 제2열의 헤어핀 및 제1열의 헤어핀의 연결선상에 있도록 이루어진 제1냉매패쓰라인으로 구성된 것을 특징으로 하므로 본 발명은 실내열교환기내를 흐르는 냉매의 유속 및 유량을 원활히하고 모세관의 압력 최적화로 공기조화기의 냉방능력을 향상시키고 압축기의 소비입력이 저하됨으로 인하여 에너지 소비효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

공기조화기용 실내열교환기의 냉매패쓰라인 구조
본 발명은 공기조화기의 열교환효율, 냉방능력 및 에너지 소비효율을 향상시킨 공기조화기용 실내열교환기의 냉매패쓰라인 구조에 관한 것이다.
하나의 실외기에 다수의 실내기를 구비한 공기조화기의 열교환장치에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 기능이나 유니트의 구성에 따라 여러 종류로 대별되어지며, 기능에 의한 분류에서는 냉방전용, 냉방 및 제습전용, 냉방 및 난방겸용으로 분류될 수 있으며, 유니트의 구성에 의한 분류에서는 냉방과 방열기능을 일체화하여 창문등에 설치되는 일체형 공기조화기와, 실내측공간에는 냉각장치를 실외측공간에는 방열 및 압축장치를 각각 분리시켜 설치하는 분리형 공기조화기로 대별될 수 있다.
상기한 분리형 공기조화기에는 하나의 실외기에 다수의 실내기를 연결하여 다수의 실내 공간마다 각각 공기조화시킬 수 있도록 구성된 다수의 실내기를 구비한 공기조화기도 포함되어 있다.
일반적으로 다수의 실내기를 구비한 공기조화기는 실내에 설치되는 다수의 실내기와 실외에 설치되는 실외기가 하나의 시스템으로 작동하며, 필요에 따라 난방운전 및 냉방운전될 수 있다.
일반적으로 상기한 일체형 공기조화기는 냉각 방열 기능을 일체화하고, 가옥의 벽에 구멍을 내고 창에 장치하여 설치되는 것으로써, 도1에 도시한 바와 같이, 실내측공간(10)과 실외측공간(20)이 그 중앙의 격벽부재(30)를 중심으로 구획되어 있다.
상기 실내측공간(10)에는 전면부의 하단에 형성된 흡입구(11)를 통해 유입되는 실내공기를 냉풍 또는 온풍으로 열교환시키는 실내열교환기(40)와, 상기 실내열교환기(40)의 내측에 상기 흡입구(11)로 공기가 유입되도록 흡입함과 동시에 상기 실내열교환기(40)에서 열교환된 공기를 토출구(12)를 통해 실내로 토출시키도록 회전하는 블로워(50)가 실외측공간(20)에 설치된 모터(51)에 의해 구동하도록 설치되어 있다.
또한, 상기 실외측공간(20)에는 상기 실내열교환기(40)로부터 유입냉매관(61)를 통해 유입된 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(60)와, 상기 압축기(60)로부터 압축된 냉매를 유출냉매관(62)을 통해 공급받아 응축시키는 실외열교환기(70)와, 상기 실외열교환기(70)를 통해 응축된 고압 액체 냉매를 저압으로 팽창시키는 모세관(80)과, 상기 모터(51)의 일측에 상기 실외열교환기(70)로 송풍하여 방열시키는 프로펠러팬(52)이 설치되어 있다.
도2에 도시된 바와 같이, 상기 실내열교환기(40)는 수직으로 세워진 다수개의 알루미늄 핀(41)사이를 가로지르도록 다수의 헤어핀(42)이 실내공기의 흡입 방향에 대하여 수직방향을 이루는 제1 및 제2열(46)(47)에 설치되어 있고, 그 양측에 상기 제1 및 제2열의 헤어핀(41)(42)을 한쌍씩 연결시켜 하나의 냉매패쓰라인을 이루도록 연결관(43)이 연결되어 있다.
즉, 상기 제1열(46)은 실내 공기의 흡입 방향과 인접하여 있고, 상기 연결관(43)은 U자형 동파이프로써 냉매가 하나의 냉매입구(44)를 통해 유입되어 하나의 냉매패쓰라인을 이루고 냉매출구(45)를 통해 냉매를 배출시키도록 되어 있으며, 상기 냉매패쓰라인은 그 냉매입구(44)가 상기 제2열(47)의 하단에 위치하여 상측으로 흐르고 상기 제1열(46)의 하측 방향으로 흘러 하부선상에 위치한 냉매출구(45)로 배출되는 냉매의 흐름을 이루도록 되어 있다.
이와 같이 구성된 공기조화기는 냉방운전시 도1의 실선화살표 방향으로 냉방싸이클이 이루어지며, 상기 실외측공간(20)의 압축기(60)로 부터 토출된 고온고압의 냉매가스가 실외열교환기(70)내에서 응축되면서 상기 프로펠러팬(52)의 송풍력을 받아 실외공기와 열교환되고, 상기 실외열교환기(70)에서 응축된 상온고압의 액체냉매는 모세관(80)를 거치면서 증발하기 쉬운 저온저압의 냉매로 팽창되어 상기 실내측공간(10)의 실내열교환기(40)로 유입된다. 상기 실내열교환기(40)에서 증발작용하여 저온저압의 냉매가스로 변환되고, 다시 상기 압축기(60)내에 유입되어 압축기(60)의 단열압축작용에 의하여 고온고압의 냉매가스로 변환되는 냉동싸이클을 반복하게 된다.
이 때, 상기 실내열교환기(40)의 일측에 있는 상기 블로워(50)에 의해 실내공기가 흡입구(11)를 통해 흡입되고, 이 흡입된 공기는 상기 실내열교환기(40)를 거치면서 차가운 공기로 열교환되어 토출구(12)로 토출되어 실내를 냉방하게 된다.
즉, 다시말하면, 상기 실내열교환기(40)는 그 냉매입구(44)를 통해 상기 모세관(80)에서 저압으로 팽창된 냉매액이 유입되고, 그 양측에 다수개 연결된 U자형의 연결관(43)과 다수개의 헤어핀(42)을 거치면서 즉, 하나의 냉매패쓰라인을 이루면서 그 냉매출구(45)로 유출되고, 상기 냉매출구(45)와 연결된 냉매유입관(61)을 거쳐 상기 압축기(60)로 유입되는 것이다.
상기와 같이 구성된 실내열교환기(40)를 가진 종래의 공기조화기의 냉동능력 및 에너지 효율등을 시험한 결과는 다음 표1과 같다.
본 실험은 하기의 실험조건에서 수행하였다.
〈실험조건〉
전원 : 60㎐, 1상, 220V
열교환능력 설정값(Q ) : 1250 kcal/h
소비입력 설정값(W) : 500 W
하기 표1의 실험치는 10분 간격으로 1시간 동안 측정하여 평균한 것이다.
표1
시간 경과별 측정항목 0분 10분 20분 30분 40분 50분 60분 평균치
냉방능력(kcal/h) 1164 1167 1164 1169 1161 1164 1156 1164
에너지소비효율(kcal/hW) 2.168 2.175 2.161 2.171 2.160 2.166 2.154 2.165
소비입력(W) 537 537 539 538 538 538 537 538
냉매온도℃ 실내열교환기(40) 냉매입구(44) 10.40 10.43 10.43 10.42 10.40 10.42 10.37 10.41
헤어핀(42) 9.89 9.87 9.88 9.90 9.86 9.87 9.80 9.87
냉매출구(45) 11.38 11.66 11.29 11.58 11.32 11.40 11.29 11.42
압축기(60) 흡입부 17.36 17.48 17.37 17.47 17.35 17.36 17.40 17.40
증기실내 70.49 70.49 70.54 70.61 70.62 70.58 70.51 70.55
실외열교환기(70) 냉매입구 70.49 70.49 70.54 70.61 70.62 70.58 70.51 70.55
내부(헤어핀) 48.13 49.06 49.14 49.11 49.08 49.15 49.07 49.11
냉매출구 38.79 38.75 38.81 38.76 38.82 38.87 38.87 38.81
그러나, 이와 같이 구성된 공기조화기에 있어서, 상기 실내열교환기(40)가 다수의 연결관(43)과 다수의 헤어핀(42)을 가진 하나의 긴 냉매패쓰라인으로 이루어져 있기 때문에 냉매의 유속이 느리고 유량이 적을 뿐만 아니라 냉매온도가 상승하여 과열현상이 발생하여 실내열교환기(40)의 효율의 저하에 따른 냉방능력이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 상기한 바와 같이, 냉매온도의 과열현상에 의해서 모세관(80)의 길이가 길어지게 되면, 상기 압축기(60)의 압축작용의 과다로 부하가 발생되고, 고압 압력이 높아짐에 따라 소비입력이 상승하므로 에너지 소비효율이 낮아지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 하나의 냉매패쓰라인으로 이루어진 실내열교환기를 2개의 냉매패쓰라인으로 구성하여 냉매의 유속 및 유량을 균일화시켜 열교환효율 및 공기조화기의 냉방능력을 향상시키고 모세관내를 흐르는 냉매의 압력의 저하에 따른 압축기의 부하가 적어질 뿐만 아니라 소비입력의 저하에 따른 에너지 소비효율을 향상시키는 공기조화기용 실내열교환기의 냉매패쓰라인 구조를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위하여, 본 발명에 의한 공기조화기용 실내열교환기의 냉매패쓰라인 구조는, 실내공기의 흡입 방향에 대하여 수직방향을 이루는 제1 및 제2열에 설치된 다수의 헤어핀과, 상기 제1 및 제2열의 헤어핀을 한쌍씩 연결하는 연결관으로 하나의 냉매패쓰라인을 구성한 공기조화기용 실내열교환기에 있어서, 상기 실내열교환기를 두 개의 냉매패쓰라인으로 구성시키되, 냉매입구 및 냉매출구가 모두 실내공기의 흡입방향과 인접한 상기 제1열의 헤어핀의 연결선상에 있도록 이루어진 제1냉매패쓰라인과, 냉매입구 및 냉매출구가 각각 상기 제2열의 헤어핀 및 제1열의 헤어핀의 연결선상에 있도록 이루어진 제1냉매패쓰라인으로 구성된 것을 특징으로 한다.
도1은 일반적인 일체형 공기조화기를 도시한 종단면도,
도2는 종래의 공기조화기의 실내열교환기의 냉매패쓰라인을 도시한 측면도,
도3는 본 발명의 공기조화기의 실내열교환기의 냉매패쓰라인을 도시한 측면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 실내측공간 20 : 실외측공간
30 : 격벽부재 60 : 압축기
70 : 실외열교환기 80 : 모세관
100 : 실내열교환기 102 : 헤어핀
103, 104 : 제1, 제2열 105 : 연결관
110, 120 : 제1, 제2냉매패쓰라인 111, 121 : 냉매입구
112, 122 : 냉매출구
이하, 본 발명의 구성에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
일반적인 공기조화기의 냉방싸이클은 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(60)와, 상기 압축기(60)로부터 압축된 냉매를 응축시키는 실외열교환기(70)와, 상시 실외열교환기(70)에서 응축된 고압의 액체냉매를 저압으로 팽창시키는 모세관(80)과, 상기 모세관(80)에서 저압으로 팽창된 냉매를 증발시키는 실내열교환기(100)와, 상기 실내열교환기(100)를 통과한 저온 저압의 냉매가스를 다시 압축기(60)로 순환되는 구조를 이루고 있다.
상기 실내열교환기(100)는 수직으로 세워진 다수개의 알루미늄 핀(101)사이를 가로지르도록 다수의 헤어핀(102)이 실내공기의 흡입 방향에 대하여 수직방향을 이루는 제1 및 제2열(103)(104)에 설치되어 있고, 상기 제1 및 제2열(103)(104)의 헤어핀(102)을 한쌍씩 연결하는 연결관(105)으로 이루어져 있다.
본 발명에 의한 상기 실내열교환기(100)는 두 개의 냉매패쓰라인으로 구성시키되, 냉매입구(110) 및 냉매출구(112)가 모두 실내공기의 흡입방향과 인접한 상기 제1열(103)의 헤어핀(102)의 연결선상에 있도록 이루어진 제1냉매패쓰라인(110)과, 냉매입구(121) 및 냉매출구(122)가 각각 상기 제2열(104) 및 제1열(103)의 헤어핀(102)의 연결선상에 있도록 이루어진 제2냉매패쓰라인(120)으로 구성되어 있다.
상기 제1냉매패쓰라인(110)의 냉매출구(112)는 상기 제2냉매패쓰라인(120)의 냉매출구(122)의 하부에 위치하고 있고, 상기 제1냉매패쓰라인(110)중의 한쌍의 헤어핀(102)은 상기 제2열(104)의 하부측에 위치하며, 상기 제2냉매패쓰라인(120)중의 2쌍의 헤어핀(102)은 상기 제1열(103)의 최상측에 상하로 위치하고 있다.
다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
냉방운전시 상기 압축기(60)로 부터 토출된 고온고압의 냉매가스가 실외열교환기(70)내에서 응축되면서 상기 프로펠러팬(52)의 송풍력을 받아 실외공기와 열교환되고, 상기 실외열교환기(70)에서 응축된 상온고압의 액체냉매는 모세관(80)를 거치면서 증발하기 쉬운 저온저압의 냉매로 팽창되어 상기 실내측공간(10)의 실내열교환기(100)로 유입된다. 상기 실내열교환기(40)에서 증발작용하여 저온저압의 냉매가스로 변환되고, 다시 상기 압축기(60)내에 유입되어 압축기(60)의 단열압축작용에 의하여 고온고압의 냉매가스로 변환되는 냉동싸이클을 반복하게 된다.
이 때, 상기 실내열교환기(100)의 일측에 있는 상기 블로워(50)에 의해 실내공기가 흡입구(11)를 통해 흡입되고, 이 흡입된 공기는 상기 실내열교환기(40)를 거치면서 차가운 공기로 열교환되어 토출구(12)로 토출되어 실내를 냉방하게 된다.
즉, 다시말하면, 상기 실내열교환기(100)는 제1 및 제2냉매패쓰라인(110)(120)의 냉매입구(111)(121)를 통해 상기 모세관(80)에서 저압으로 팽창된 냉매액이 유입되고, 그 양측에 다수개 연결된 U자형의 연결관(43)과 다수개의 헤어핀(102)을 거치면서 각 냉매패쓰라인(110)(120)을 따라 흘러 냉매출구(112)(122)로 유출되고, 상기 냉매출구(112)(122)와 연결된 냉매유입관(61)을 거쳐 상기 압축기(60)로 유입되는 것이다.
상기와 같이 구성된 실내열교환기(100)를 가진 본 발명에 의한 공기조화기의 냉동능력 및 에너지 소비효율등을 시험한 결과는 다음 표2과 같다.
본 실험의 조건은 종래의 표1의 시험조건과 동일하다.
표2
시간 경과별 측정항목 0분 10분 20분 30분 40분 50분 60분 평균치
냉방능력(kcal/h) 1251 1250 1250 1250 1253 1252 1255 1252
에너지소비효율(kcal/hW) 2.401 2.401 2.402 2.402 2.409 2.406 2.413 2.405
소비입력(W) 521 521 521 520 520 520 520 520
냉매온도℃ 실내열교환기(100) 냉매입구 121 10.23 10.14 10.04 9.98 10.01 10.02 10.11 10.07
111 9.88 9.91 9.86 9.84 9.83 9.82 9.84 9.86
헤어핀(102) 10.56 10.56 10.49 10.49 10.45 10.36 10.34 10.46
냉매출구 122 9.34 9.32 9.29 9.27 9.29 9.28 9.27 9.29
112 12.63 12.62 12.56 12.56 12.58 12.56 12.54 12.58
압축기(60) 흡입부 18.02 18.01 17.87 17.98 18.00 17.69 17.89 17.92
증기실내 70.15 70.16 70.10 70.12 70.15 70.08 70.06 70.12
실외열교환기(70) 냉매입구 70.15 70.16 70.10 70.12 70.15 70.08 70.06 70.12
내부(헤어핀) 48.39 48.34 48.29 48.35 48.29 48.35 48.22 48.32
냉매출구 44.16 44.12 44.10 44.14 44.09 44.11 44.00 44.10
상기의 종래와 본 발명의 실험 결과 표1 및 표2에서 비교하였다.
이와 같은 결과를 간략히 요약하여 비교한 것이 다음의 표3에 도시하였다.
표3
실 험 항 목 종래의 실험 결과 본 발명의 실험 결과
냉방능력((kcal/h) 1164(93.1％) 1252(100.1％)
소비입력(W) 538 520
에너지소비효율(kcal/hW) 2.16 2.41
모세관 (ψ×㎜) 1.2×1100 1.2×800
냉매량 (ℓ) 320 300
앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 공기조화기용 실내열교환기의 냉매패쓰라인 구조에 의하면, 상기 실내열교환기를 각각의 냉매입구 및 출구를 가진 제1 및 제2냉매패쓰라인으로 분리하여 구성함으로써 실내열교환기내를 흐르는 냉매의 유속 및 유량을 원활히하고 모세관의 압력 최적화로 공기조화기의 냉방능력을 향상시키고 압축기의 소비입력이 저하됨으로 인하여 에너지 소비효율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 실내공기의 흡입 방향에 대하여 직각방향을 이루는 제1 및 제2열(103)(104)에 각각 설치된 다수의 헤어핀(102)과, 상기 제1 및 제2열(103)(104)의 헤어핀(102)을 한쌍씩 연결하는 연결관(105)에 의해 하나의 냉매패쓰라인을 구성하여 실내열교환기(100)를 이루는 공기조화기에 있어서, 상기 실내열교환기(100)는, 냉매입구(111) 및 냉매출구(112)가 모두 실내공기의 흡입방향과 인접한 상기 제1열(103)측 헤어핀(102)의 연결선상에 위치된 제1냉매패쓰라인(110)과, 냉매입구(121) 및 냉매출구(122)가 각각 상기 제2열(104)측 헤어핀(102) 및 제1열(103)측 헤어핀(102)의 연결선상에 위치된 제2냉매패쓰라인(120)으로 구성되며, 상기 제1냉매패쓰라인(110)은, 그 냉매출구(112)가 상기 제2냉매패쓰라인(120)의 냉매출구(122)의 하부에 위치됨과 동시에 제1냉매패쓰라인(110)의 중간부분에 대하여 한쌍의 헤어핀(102)이 상기 제2열(104)측 제2냉매패쓰라인(120)의 냉매입구(121)의 하부측에 위치되고, 상기 제2냉매패쓰라인(120)은, 그 상단부분에 대하여 2쌍의 헤어핀(102)이 상기 제1열(103)측 제1냉매패쓰라인(110)의 냉매출구(112)의 상부측에 위치되도록 구성한 것을 특징으로 하는 공기조화기용 실내열교환기의 냉매패쓰라인구조.
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