KR100259813B1 - 히트펌프에어컨의냉매팽창장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프 에어컨 냉매팽창장치에 관한 것으로, 종래에는 히트펌프 에어컨의 냉방운전과 난방운전 각각의 경우에서 최적의 성능을 나타내는 압력손실을 얻기 위해 두 개의 모세관을 사용하고, 또한 난방운전시에만 두 개의 모세관을 모두 통과하도록 하기 위해 첵크밸브를 사용하게 됨으로써 사용되는 되는 부품수가 많을 뿐만 아니라 구조가 복잡한 문제점이 있었는 바, 본 발명은 내부에 냉매가 흐르는 방향에 따라 각각 다른 압력손실이 발생되는 나선형의 내경이 형성된 모세관에 의해 냉매를 원하는 상태로의 압력손실을 얻을 수 있도록 하여, 종래 압력손실을 얻기 위해 사용되던 제1,2모세관과 첵크밸브의 사용을 배제하고 하나의 모세관에 의해 원하는 압력손실을 얻을 수 있게 함으써 부품수를 감소시킬 뿐만 아니라 구조를 간소화시켜 생산원가를 절감시키고 조립 생산성을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

히트펌프 에어컨의 냉매팽창장치{REFRIGERANT INFLATING APPARATUS OF HEAT-PUMP AIRCONDITIONER}

본 발명은 히트펌프의 팽창장치에 관한 것으로, 특히 부품수를 감소시킬 뿐만 아니라 구조를 간소화할 수 있도록 한 히트펌프 에어컨의 냉매팽창장치에 관한 것이다.

일반적인 냉동사이클장치는, 도1 에 도시한 바와 같이, 저온저압의 기체상태의 냉매를 고온고압의 기체상태 냉매로 변화시키는 압축기(1)와, 상기 압축기(1)에서 변화된 고온고압의 기체상태의 냉매를 고온고압의 액체상태의 냉매로 변화시키면서 내부로 열을 방출하는 응축기(2)와, 상기 응축기(2)에서 변화된 고온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 팽창기구(3)와, 상기 팽창기구(3)에서 변화된 저온저압의 액체상태의 냉매를 기체상태로 변화시키면서 외부의 열을 흡수하는 증발기(4)로 구성된다. 그리고 각 구성요소들은 냉매관(P)에 의해 연결되어 있다.

상기 냉동사이클장치는 냉장고나 에어컨 등에 적용되며, 증발기(4)에서 외부의 열을 흡수하는 것과 응축기(2)에서 외부에 열을 방출하는 것을 이용하여 식품을 신선하게 보관하거나 실내를 냉/난방시켜 실내환경을 쾌적하게 유지하게 된다.

도 2는 상기 냉동사이클장치를 적용한 히트펌프 에어컨의 냉동사이클장치를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 히트펌프 에어컨은 인가되는 전류에 의해 작동하여 냉매를 압축하는 압축기(1)에 이어 사방변(5)이 연결되고, 그 사방변(5)의 일측에 실외측 열교환기(2;응축기)가 연결되며, 그 실외측 열교환기(2)에 이어 팽창기구(3)이 연결되고, 그 팽창기구(3)에 이어 실내측 열교환기(4; 증발기)가 연결되며, 그 실내측 열교환기(4)는 상기 사방변(5)의 다른 일측에 연결되며 상기 사방변(5)의 또다른 일측은 압축기(1)와 연결되어 이루어진다.

또한, 상기 실외측 열교환기(2)의 측부에는 실외팬(6)이 설치되고, 실내측 열교환기(4)의 측부에는 실내팬(7)이 설치되어 있다.

상기한 바와 같은 히트펌프 에어컨은 상기 사방변(5)의 방향을 변환시키면서 실내에 설치되는 실내측 열교환기(4;증발기)의 역할을 변환시켜 실내를 냉/난방시키게 된다.

상기한 바와 같은 히트펌프 에어컨의 난방 운전시는 압축기(1)의 작동에 의해 냉매가 화살표 A의 흐름 방향에 따라 압축기(1) - 사방변(5) - 실내측 열교환기(4) - 팽창기구(3) - 실외측 열교환기(2) - 사방변(5) - 압축기(1)의 순서를 거치면서 진행되어 실내측 열교환기(4)가 응축기의 역할을 하면서 실내측 열교환기(4)에서 열교환되는 더운 공기를 실내로 토출시켜 실내를 난방상태로 유지하게 된다. 그리고 냉방 운전시에는 사방변(5)의 방향을 변환시켜 냉매의 흐름이 화살표 B에 따라 흐르도록 하여 실내측 열교환기(4)가 증발기의 역할을 하면서 실내측 열교환기(4)에서 열교환되는 차가운 공기를 실내로 토출시켜 실내를 냉방상태로 유지하게 된다.

상기한 바와 같은 히트펌프 에어컨은 상기 사방변(5)의 방향을 변환시키면서 실내에 설치되는 실내측 열교환기(4;증발기)의 역할을 변환시켜 실내를 냉/난방시키게 된다. 한편, 상기 사방변(5)의 방향을 변환시킴에 의해 난방운전과 냉방운전이 이루어지는 과정에서 그 냉매의 순환량과 고/저압차가 서로 다르다.

상기 히트펌프 에어컨에서 냉매의 압력차를 조절하는 팽창기구의 종래 구조는, 도 3에 도시한 바와 같이, 실외측 열교환기(응축기)(2)와 실내측 열교환기(증발기)(3)사이의 냉매관(P)에 냉매의 흐름을 한쪽 방향으로 이루어지도록 하는 첵크밸브(8)가 결합되고. 상기 첵크밸브(8)에 병렬로 연결되도록 보조 냉매관(F)에 의해 제1모세관(9)이 결합되며, 상기 첵크밸브(8)와 제1모세관(9)의 측부에 직렬로 연통되도록 제2모세관(10)이 결합되어 이루어진다. 또한 상기 제2모세관(10)측은 실내측 열교환기(4)에 연통되고, 상기 제1모세관(9)과 첵크밸브(8)측은 실외측 열교환기(2)에 연통된다.

그리고 상기 제1,2모세관(9,10)은 도 4a, 4b에 도시한 바와 같이, 냉매관(P)보다 직경이 작은 관으로 단면이 원형인 매끈한 관으로 소정의 길이를 갖도록 형성되어 있으며, 서로 다른 압력손실 값은 길이를 서로 다르게 함으로써 이루어진다.

상기 팽창기구는 냉방운전시 첵크밸브(8)가 열리게 되어 고온고압의 냉매가 첵크밸브(8)를 거치고 제2모세관(10)을 통과하면서 압력손실이 생겨 원하는 저온저압의 상태가 되어 실내측 열교환기(4)로 유입된다(A → B). 이때 제1모세관(9)의 통과 저항이 크게 되어 이쪽으로 냉매가 흐르지 않고 통과 저항이 거의 없는 첵크밸브(8)를 통하게 된다.

그리고 난방운전시 냉매의 흐름이 전환됨에 의해 실내측 열교환기(4)를 거친 고온고압의 냉매가 제2모세관(10)을 통과하면서 1차적으로 팽창한 후 제1모세관(9)을 통해 흐르면서 2차적으로 팽창되어 원하는 저온저압의 상태로 된다(B → A). 이때 첵크밸브(8)가 닫힌 상태가 되어 냉매가 제1모세관(9)을 통과하게 된다.

이와 같이, 냉방운전시 냉매가 제2모세관(10)만을 통과하게 되고, 난방운전시 제2모세관(10)과 제1모세관(9)을 통과하게 됨으로써 각각의 운전상태에서 최적의 성능을 나타내는 압력손실(팽창)을 얻을 수 있게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 히트펌프 에어컨의 팽창기구는 냉방운전과 난방운전 각각의 경우에서 최적의 성능을 나타내는 압력손실을 얻기 위해 두 개의 모세관을 사용하고, 또한 난방운전시에만 두 개의 모세관을 모두 통과하도록 하기 위해 첵크밸브(8)를 사용하게 됨으로써 사용되는 되는 부품수가 많아질 뿐만 아니라 구조가 복잡하여 생산원가 및 조립 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 부품수를 감소시킬 뿐만 아니라 구조를 간소화할 수 있도록 한 히트펌프 에어컨의 냉매팽창장치를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 냉동사이클장치를 구성하는 주요 부품을 약식화하여 도시한 구성흐름도,

도 2는 일반적인 히트펌프 에어컨을 구성하는 주요 부품을 약식화하여 도시한 구성 흐름도,

도 3은 종래 히트펌프 에어컨의 팽창기구를 도시한 구성도,

도 4a,4b는 상기 히트펌프 에어컨의 팽창기구를 구성하는 모세관을 도시한 정단면도 및 측단면도,

도 5a,5b는 본 발명의 히트펌프 에어컨의 냉매팽창장치를 도시한 정단면도 및 측단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

11 ; 모세관

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 소정의 길이를 갖으며 내부가 유체 흐름시 한쪽 방향으로 저항력을 적게 받고 흐르고 반대 방향으로 저항력을 많이 받으며 흐르도록 하는 방향성을 갖는 나선형으로 관통되어 이루어진 모세관으로 형성됨을 특징으로 하는 히트펌프 에어컨의 냉매팽창장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 히트펌프 에어컨의 냉매팽창장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 히트펌프 에어컨의 냉매팽창장치는, 도 5a, 5b에 도시한 바와 같이, 소정의 길이를 갖으며 내부에 유체 흐름시 한쪽 방향으로 저항력을 적게 받고 흐르고 반대 방향으로 저항력을 많이 받으며 흐르도록 하는 방향성을 갖는 나선형으로 관통되어 이루어진 모세관(11)으로 이루어진다. 상기 모세관(11)의 일례로 소정의 길이를 갖으며 그 내부가 유체 흐름시 한쪽 방향으로 저항력을 적게 받으며 흐르고 반대 방향으로 저항력을 많이 받으며 흐르도록 길이 방향의 단면 모양이 원뿔 형태를 연속적으로 연결시킨 형태의 관통구멍이 형성되어 이루어진다. 상기 모세관(11)의 관통구멍은 그 형상이 길이방향의 중심선을 기준으로 하여 양측이 서로 비대칭으로 형성됨이 바람직하다.

상기 모세관(11)은 소정의 외경을 갖는 원형관으로 형성된다. 상기 모체관(11)의 관통구멍에 대한 길이방향의 단면은 일측의 직경이 작고 타측의 직경이 큰 삼각형의 나사산의 모양이 연속적으로 형성되도록 이루어진다. 또한 그 나사산의 양측 각(α와β)은 서로 다르도록 함이 바람직하다.

상기 모세관(11)은 원뿔 형태가 연속적으로 이어진 관통구멍에서 내경이 작은 쪽이 실내측 열교환기(4)측에 연결되며, 내경이 큰 쪽이 실외측 열교환기(2)측에 연결된다.

이하, 본 발명의 히트펌프 에어컨 냉매팽창장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 히트펌프 에어컨 냉매팽창장치는 냉방운전시 고온고압의 냉매가 모세관(11)의 나선형 관통구멍을 통하여 실내측 열교환기(4)로 유입된다(A → B). 이때 냉매는 모세관의 관통구멍을 통과하면서 발생되는 일반적인 압력손실외에 원뿔형이 연속적으로 연통되어 이루어진 나선형 관통구멍에서 냉매가 원뿔형으로 통과하는 과정 중 유로가 수축되기 때문에 냉매가 가속되어 압력손실이 발생될 뿐만 아니라 원뿔과 원뿔이 연결되는 부분에서 내경이 바로 확개됨으로 이로 인한 압력손실이 발생된다.

한편, 난방운전시 실내측 열교환기(4)를 거친 고온고압의 냉매가 모세관(11)의 나선형 관통구멍을 통하여 실외측 열교환기(2)로 유입된다(B → A). 이때 냉매는 모세관(11)의 관통구멍을 통과하면서 발생되는 일반적인 압력손실이 발생할 뿐만 아니라 원뿔과 원뿔이 연결되는 턱에 부딪힘에 의해 커다란 압력손실이 발생된다.

상기한 바와 같이 본 발명의 냉매팽창장치인 모세관(11)은 방향성이 있는 나선형 관통구멍이 형성됨으로써 냉매의 흐름 방향에 따라 발생되는 압력손실의 메카니즘이 다르기 때문에 냉매의 흐름 방향에 따라 최종적으로 나타나는 압력손실 값이 다르게 나타나게 된다. 이를 이용하여 각각의 운전상태에서 최적의 성능을 나타내는 압력손실(팽창)을 얻을 수 있다.

상기 냉매팽창장치를 이루는 모세관(11)에서 압력손실의 값을 변화시키는 파라미터(PARAMETER)는 나선형 관통구멍의 길이(L), 턱의 높이(H), 나선의 각도(γ) 등이며, 이를 적절히 조절하여 원하는 압력손실의 값을 얻을 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 히트펌프 에어컨 냉매팽창장치는 내부에 냉매가 흐르는 방향에 따라 각각 다른 압력손실이 발생되는 나선형의 관통구멍이 형성된 모세관에 의해 냉매를 원하는 상태로 압력손실을 얻을 수 있도록 하여 종래 압력손실을 얻기 위해 사용되던 제1,2모세관과 첵크밸브의 사용을 배제하고 하나의 모세관에 의해 원하는 압력손실을 얻을 수 있게 됨으로써 부품수를 감소시킬 뿐만 아니라 구조를 간소화시켜 생산원가를 줄이고 조립생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 소정의 길이를 갖으며 그 내부가 유체 흐름시 한쪽 방향으로 저항력을 적게 받으며 흐르고 반대 방향으로 저항력을 많이 받으며 흐르도록 길이 방향의 단면 모양이 원뿔 형태를 연속적으로 연결시킨 형태의 관통구멍이 형성되어 이루어진 모세관으로 형성됨을 특징으로 하는 히트펌프 에어컨의 냉매팽창장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 모세관의 관통구멍은 그 형상이 길이방향의 중심선을 기준으로 하여 양측이 서로 비대칭인 것을 특징으로 하는 히트펌프 에어컨의 냉매팽창장치.

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