KR100357091B1 - Heat exchange structure of refrigerating cycle for air conditioner - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A heat exchange structure of a refrigerating cycle for an air conditioner is provided to improve energy consumption efficiency by reducing power consumption. CONSTITUTION: A tube(3) between an evaporator(1) and a compressor(2) and a tube(5) between the compressor and the compressor and a condenser(4) are installed parallel to each other to rapidly cool down hot liquefied refrigerant flowing out of the compressor with cold refrigerant in an outlet of the evaporator so as to reduce pressure loss on an outlet of the compressor and compression work of the compressor.

Description

공조기용 냉동 사이클의 열교환 구조Heat exchange structure of refrigeration cycle for air conditioner

본 발명의 공조기용 냉동 사이클의 열교환 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 는 에어콘등의 공조기에 설치되어 냉매를 순환시키는 펌프의 역할을 하는 압축기 의 압축일과 압축기 출구의 압력 손실을 감소시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a heat exchange structure of a refrigeration cycle for an air conditioner, and more particularly, to reduce a compression work of a compressor and a pressure loss at an outlet of a compressor installed in an air conditioner such as an air conditioner to serve as a pump for circulating a refrigerant. .

종래의 공조기에 설치되는 냉동 사이클은 제 1 도에 나타낸 바와같이, 기본적으로 압축기(2), 응축기(4), 팽창 밸브(6) 및 증발기(1)로 구성되어 저온, 저압의 냉매는 압축기(2)에서 고온, 고압의 가스로 압축되어 응축기(4)로 공급되는데, 여기서 냉매는 외부 공기와의 열교환에 의해 냉각되어 기체 상태에서 2상(액상 + 기상)상태로 변하게 되고, 계속적인 열교환에 의해 응축기(4)의 출구에서는 액상으로 변 하게 된다.A refrigeration cycle installed in a conventional air conditioner is basically composed of a compressor 2, a condenser 4, an expansion valve 6 and an evaporator 1, as shown in FIG. 2) is compressed into a high-temperature, high-pressure gas is supplied to the condenser (4), where the refrigerant is cooled by heat exchange with the outside air to change from a gas state to a two-phase (liquid + gaseous state), the continuous heat exchange This results in a liquid phase at the outlet of the condenser 4.

이처럼, 과냉된 냉매는 팽창 밸브(6)를 지나면서 압력과 온도가 급격히 떨어져 다시 2상 상태로 변한 다음 증발기(1)로 유입되고, 이 저온, 저압의 2상의 냉매는 증발기(1)를 지나면서 주위의 열을 흡수하게 되는데, 바로 이 부분이 에어콘의 실내기에 해당하며, 이렇게 주위의 열을 흡수함에 따라 2상 상태에서 기체 상태로 변화된 저온, 저압의 냉매는 다시 압축기(2)로 유입되므로써 하나의 냉동 사이클 을 형성하게 된다.In this way, the supercooled refrigerant passes through the expansion valve (6), the pressure and the temperature drops sharply to change back to the two-phase state, and then flows into the evaporator (1), the low-temperature, low pressure two-phase refrigerant passes through the evaporator (1) It absorbs the surrounding heat, and this part corresponds to the indoor unit of the air conditioner, and the low-temperature and low-pressure refrigerant changed from the two-phase state to the gas state by absorbing the surrounding heat is introduced into the compressor 2 again. Will form one refrigeration cycle.

한편, 에어콘의 압축기(2)는 저온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축시켜 주는 일뿐만 아니라 냉매를 순환시켜 주는 펌프의 역할도 하게 되는데, 압축기(2)가 냉매를 순환시키는데 있어서 가장 큰 걸림돌은 배관 내벽과의 마찰에 의한 압력 손실이다.Meanwhile, the air conditioner compressor 2 not only compresses the low temperature and low pressure refrigerant into the high temperature and high pressure refrigerant but also serves as a pump to circulate the refrigerant. The compressor 2 is the biggest obstacle in circulating the refrigerant. Is the pressure loss due to friction with the inner wall of the pipe.

그러나, 종래의 압축기(2)는 압력 손실을 극복하고 냉매를 순환시키기 위하여 필 요 이상으로 냉매를 압축시킴에 따라 그 만큼의 압축일이 더 필요하게 되고, 사용 소비 전력이 증가하게 되므로 인해 에너지 소비 효율이 떨어지게 되는등의 문제점이 있었다.However, the conventional compressor 2 requires more compression work as it compresses the refrigerant more than necessary to overcome the pressure loss and circulate the refrigerant, thereby increasing energy consumption due to the increased power consumption. There was a problem such as decreased efficiency.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에어콘등의 공조기에 설치되어 냉매를 순환시키는 펌프 역할을 하는 압축기의 압축일 및 압축기 출구의 압력 손실을 대폭 감소시킬 수 있도록 하여 공조기의 에너지 소비 효율을 향상시 킬 수 있는 공조기용 냉동 사이클의 열교환 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 증발기와 압축기 사이의 배관 및 압축기 와 응축기 사이의 배관이 상호 압축기를 빠져나온 고온의 기체 상태 냉매를 증발 기 출구의 저온의 냉매로서 급격하게 냉각시켜 압축기 출구의 압력 손실 및 압축 기의 압축일을 감소시키기 위해 평행하게 설치되어 결합된 공조기용 냉동 사이클 의 열교환 구조이다.The present invention is to solve the above problems, it is installed in an air conditioner, such as air conditioner, so that the compression work of the compressor serving as a pump to circulate the refrigerant and the pressure loss of the compressor outlet can be significantly reduced to reduce the energy consumption efficiency of the air conditioner It is an object of the present invention to provide a heat exchange structure of a refrigeration cycle for an air conditioner which can improve the temperature. To achieve the above object, the present invention provides a pipe between an evaporator and a compressor and a pipe between a compressor and a condenser. It is a heat exchange structure of a refrigeration cycle for an air conditioner coupled and installed in parallel to reduce the pressure loss of the compressor outlet and the compression work of the compressor by rapidly cooling the hot gaseous refrigerant as a low temperature refrigerant at the outlet of the evaporator.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 제 2 도 및 제 3 도를 참조하여 상세히 설 명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 of the accompanying drawings.

제 2 도는 본 발명에 따른 냉동 사이클을 나타낸 구성도이고, 제 3 도는 압축기와 응축기에서의 p - h 선도로서, 공조기용 냉동 사이클에 증발기(1)와 압축기(2)사 이의 배관(3) 및 압축기(2)와 응축기(4)사이의 배관(5)이 상호 압축기(2)를 빠져 나온 고온의 기체 상태 냉매를 증발기(1)출구의 저온의 냉매로서 급격하게 냉각시켜 압축기(2)출구의 압력 손실 및 압축기(1)의 압축일을 감소시키기 위해 평행하 게 설치되어 결합된다.2 is a block diagram showing a refrigeration cycle according to the present invention, Figure 3 is a p-h diagram in the compressor and the condenser, the piping (3) between the evaporator (1) and the compressor (2) in the refrigeration cycle for the air conditioner and The piping 5 between the compressor 2 and the condenser 4 rapidly cools the high temperature gaseous refrigerant exiting the mutual compressor 2 as the low temperature refrigerant at the outlet of the evaporator 1, In order to reduce the pressure loss and the compression work of the compressor (1) it is installed in parallel and combined.

또한, 상기 배관(3)(5)중 어느 하나의 배관을 다른 배관안으로 통과시키거나, 어 느 하나의 배관 둘레에 다른 배관이 코일식으로 감겨지도록 설치되어 구성된다. 공조기용 냉동 사이클의 압축기(2)가 냉매를 순환시키는데 있어서 가장 큰 걸림돌인 배관 내벽과의 마찰에 의한 압력 손실은 하기의 식(1)과 같이 표현되는데,In addition, any one of the pipes (3) (5) is passed through the other pipe, or is configured to be installed so that the other pipe is coiled around one of the pipes. The pressure loss due to friction with the inner wall of the pipe, which is the biggest obstacle in the compressor 2 of the air conditioning refrigeration cycle circulating the refrigerant, is expressed by the following equation (1),

여기서, f는 마찰 계수(friction factor), L은 배관의 길이, D는 배관의 내경, m은 질량 유량,ρ는 냉매의 밀도이다.Where f is a friction factor, L is the length of the pipe, D is the inner diameter of the pipe, m is the mass flow rate, and ρ is the density of the refrigerant.

일정한 길이와 내경을 갖는 배관에서 고려하자면 L과 D는 상수이고, 또한 정상 상태에서 m은 일정하므로 상수로 간주할 수 있으므로 인해 압력 손실(△P)에 영향을 줄수있는 변수는 f와ρ뿐이다.In the case of pipes with constant length and inner diameter, L and D are constant, and m is constant at steady state, so they can be regarded as constant, so the only variables that can affect the pressure loss (ΔP) are f and ρ .

마찰 계수(f)는 레이놀즈 수와 벽면 조도(Roughness)의 함수로 알려져 있는데 이 마찰 계수의 변화 범위는 에어콘의 내부에서 그다지 크지 않으므로 결국 압력 손 실에 가장 큰 영향을 주는 변수는 냉매의 밀도이고, 냉매의 밀도는 그 상태(액상 또는 기상)에 따라 차이가 상당히 크게 나타나는데, 예를 들어 상온에서 포화 기 체의 밀도는 포화액의 밀도보다 약 20배 작고, 이것은 역으로 배관의 압력 손실이 약 20배 정도 커지게 되는것을 의미함에 따라서 냉매가 기체 상태로 흘러다니는 배관의 압력 손실을 줄일 수 있다면 사용 소비 전력도 상당히 줄일 수 있게 된다. 일반적인 에어콘에서 기체 상태의 냉매가 가장 많은 포션(Portion)을 차지하고 있는 곳이 바로 압축기(2)의 출구인데, 제 3 도는 실제로 냉매가 압축기(2)와 응축 기(4)를 통과하면서 나타나는 상태 선도로서, 포인트 1에서 포인트 2(또는 2')까 지는 냉매가 압축기(2)를 통과하면서 변화되는 모습이고, 포인트 2(또는 2')에서 포인트 3(또는 3' ) 까지는 압축기(2)와 응축기(4) 사이를, 포인트 3(또는 3' )에서 포인트 4까지는 응축기(4)를 통과하면서 변화되는 모습이다.The coefficient of friction (f) is known as a function of Reynolds number and roughness, and the range of change of the coefficient of friction is not so large inside the air conditioner, so the biggest factor affecting pressure loss is the density of the refrigerant, The density of the refrigerant varies considerably depending on its state (liquid or gaseous phase). For example, at room temperature, the density of saturated gas is about 20 times less than the density of saturated liquid. As it means to be about twice as large, if the refrigerant can reduce the pressure loss of the pipe flowing in the gas state, the power consumption can be significantly reduced. In the general air conditioner, the portion of the gaseous refrigerant occupies the most potion is the outlet of the compressor 2, and FIG. 3 shows a state diagram in which the refrigerant actually passes through the compressor 2 and the condenser 4. , From point 1 to point 2 (or 2 '), as the refrigerant changes through compressor 2, and from point 2 (or 2') to point 3 (or 3 '), compressor 2 and condenser Between (4), the point 3 (or 3 ') to the point 4 are changed while passing through the condenser 4.

제 3 도에서 압축기(2)를 빠져나온 냉매가 아래쪽으로 기울면서 왼쪽으로 향하는 이유는 전술한 바와같이 압력 손실때문이며, 기체 부분에서 그 기울기가 더 급한 이유는 기체의 밀도가 상대적으로 매우 작기 때문이다.In FIG. 3, the refrigerant exiting the compressor 2 is tilted downwards and to the left due to the pressure loss as described above, and the reason why the slope is steeper in the gas part is because the density of the gas is relatively small. .

따라서, 증발기(1)와 압축기(2)사이의 배관(3) 및 압축기(2)와 응축기(4)사이의 배관(5)이 상호 압축기(2)를 빠져나온 고온의 기체 상태 냉매를 증발기(1)출구의 저온의 냉매로서 급격하게 냉각시켜 압축기(2)출구의 압력 손실 및 압축기(1)의 압축일을 감소시키기 위해 평행하게 설치되어 결합된 상태에서 본 발명에 제 2 도의 빗금친 부분과 같이 저온의 냉매가 흘러가고 있는 증발기(1)의 출구와 압축기 (2)의 출구를 열교환시켜 냉매를 급격히 응축시키게 되면 냉매의 밀도가 빠르게 증가하므로 인해 이 부분의 압력 손실이 줄어들게 된다.Therefore, the piping 3 between the evaporator 1 and the compressor 2 and the piping 5 between the compressor 2 and the condenser 4 discharge the hot gaseous refrigerant from the mutual compressor 2 to the evaporator ( 1) the hatched portion of FIG. 2 in the present invention in the state of being installed in parallel and coupled to reduce the pressure loss of the compressor (2) outlet and the compression work of the compressor (1) by rapidly cooling as a low-temperature refrigerant at the outlet Likewise, if the refrigerant is rapidly condensed by exchanging the outlet of the evaporator 1 and the outlet of the compressor 2 through which the low temperature refrigerant flows, the density of the refrigerant increases rapidly, thereby reducing the pressure loss of the portion.

그러면, 제 3 도에서 압축기(2)는 저온 저압의 냉매를 포인트 2까지 올릴 필요가 없게 되고, 포인트 2 정도까지만 올리면 됨에 따라 압축기(2)의 압축일이 h2- h1만큼 줄어들게 되어 에어콘의 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있게 된다.Then, in FIG. 3, the compressor 2 does not need to raise the low temperature low pressure refrigerant to point 2, and only up to about point 2 reduces the compression day of the compressor 2 by h 2 -h 1 . It is possible to improve the energy consumption efficiency.

또한, 압축기(2)의 출구와 증발기(1)의 출구 사이의 열교환에 의해 냉매는 응축기 (4)로 유입되기 전에 제 3 도의 포인트 2ㆍ에서 포인트 3·로 이동하게 되면 응축기(4)에서 기체가 차지하는 부분이 작아지게 되고, 이는 응축기(4)의 전열 면적이 증가하는 것을 의미하며, 응축기(4)의 전열 면적이 증가하게 되면 응축기(4)의 포화 압력이 감소하게 됨에 따라 압축기(2)의 압축일이 줄어들게 되므로 인해 결국 사용 소비전력이 감소하여 에너지 소비 효율을 증대시킬 수 있게 된다.In addition, when the refrigerant is moved from the point 2 · to the point 3 · in FIG. 3 before the refrigerant is introduced into the condenser 4 by heat exchange between the outlet of the compressor 2 and the outlet of the evaporator 1, the gas is condensed in the condenser 4. Becomes smaller, which means that the heat transfer area of the condenser 4 increases, and as the heat transfer area of the condenser 4 increases, the saturation pressure of the condenser 4 decreases, causing the compressor 2 to be reduced. Since the compression work of the is reduced, the power consumption is eventually reduced, thereby increasing the energy consumption efficiency.

이상에서와 같이, 본 발명은 공조기용 냉동 사이클의 압축기(2)를 빠져나온 고온 의 기체 상태 냉매를 증발기(1)출구의 저온의 냉매로서 급격하게 냉각시키므로써 압축기(2)출구의 압력 손실을 상당히 줄일 수 있고, 냉매를 순환시키는 펌프의 역할을 하는 압축기(2)의 압축일을 감소시킬 수 있으므로 인해 사용 노비 전력이 줄어들어 결국 공조기의 에너지 소비 효율을 향상시킬 수 있는등의 많은 장점이 구 비된 매우 유용한 발명이다.As described above, the present invention rapidly reduces the high temperature gaseous refrigerant exiting the compressor 2 of the air conditioner refrigeration cycle as the low temperature refrigerant at the outlet of the evaporator 1 to reduce the pressure loss at the outlet of the compressor 2. It can considerably reduce and reduce the compression work of the compressor 2, which acts as a pump to circulate the refrigerant, thereby reducing the number of operating power consumption, and thus improving the energy consumption efficiency of the air conditioner. It is a very useful invention.

제 1 도는 종래 공조기의 냉동 사이클을 나타낸 구성도1 is a block diagram showing a refrigeration cycle of a conventional air conditioner

제 2 도는 본 발명에 따른 냉동 사이클을 나타낸 구성도2 is a block diagram showing a refrigeration cycle according to the present invention

제 3 도는 압축기와 응축기에서의 p - h3-p-h in the compressor and condenser

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1.증발기 2.압축기1.Evaporator 2.Compressor

3,5.배관3,5 Piping

Claims (1)

증발기와 압축기 사이의 배관 및 압축기와 응축기 사이의 배관 중 어느 하나의 배관을 다른 하나의 배관 내부로 통과시키거나, 어느 하느의 배관 둘레에 다른 하나의 배관이 코일식으로 감겨지도록 설치함으로써, 압축기에서 토출되는 고온의 기체상태 냉매와 증발기에서 토출되는 저온 냉매를 열교환시켜 압축기 출구의 압력 손실 및 압축기의 압축일을 감소시키도록 함을 특징으로 하는 공조기용 냉동사이클의 열교환 구조.By passing one of the pipes between the evaporator and the compressor and the pipe between the compressor and the condenser into the other pipe or installing the other pipe around the pipe to coil the coil, A heat exchange structure of a refrigeration cycle for an air conditioner characterized by reducing the pressure loss of the compressor outlet and the compression work of the compressor by heat-exchanging the high-temperature gaseous refrigerant discharged and the low-temperature refrigerant discharged from the evaporator.
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