KR100499459B1 - 공기조화기의팽창기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프 공기조화기에 관한 것으로서, 상기 히트펌프 공기조화기를 구성하는 팽창기의 구조를 개선하여 실외열교환기 표면에 생성되는 서리를 효과적으로 방지함과 동시에 실외열교환기의 열교환효율을 향상시키도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 압축기(1)와, 팽창기(3)와, 실외열교환기(5)와, 실내열교환기(6)와, 사방밸브(7)로 구성되어 냉·난방이 이루어지는 공기조화기에 있어서, 상기 팽창기(3)는 실내열교환기(6)와 실외열교환기(5) 사이에 설치된 제1팽창기(31)와, 상기 실외열교환기(5)에 연결되어 제1팽창기(31)에 비해 팽창성이 큰 제2팽창기(32)로 각각 구성하여, 난방시 상기 제1팽창기(31)에서 냉매를 빙점이상으로 낮춰 실외열교환기(5)의 입구를 통과하도록 하고, 상기 실외열교환기(5)의 입구를 통과한 냉매는 제2팽창기(32)에 의해 빙점 이하로 낮춰지도록 한 것을 특징으로 하는 공기조화기의 팽창기가 제공된다.

Description

공기조화기의 팽창기{expander in air conditioner}

본 발명은 공기조화기에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 냉방과 난방기능을 선택적으로 사용할 수 있는 냉,난방겸용 히터펌프 공기조화기의 실외열교환기 표면에 생성되는 서리를 효과적으로 방지하도록 한 것이다.

일반적으로 히트펌프(Heat-Pump) 공기조화기는 여름철 실내의 더운 공기를 냉방시키는 냉방싸이클과 겨울철 실내의 찬 공기를 난방시키는 난방싸이클을 겸하여 사용하고 있는 기기이다.

이와 같은 히트펌프 공기조화기는 크게 실외기와 실내기로 나뉘어 지는데, 도시한 도 1 과 같이 상기 실외기는 저온, 저압의 기체냉매를 고온,고압의 기체냉매로 압축하는 압축기(1)와, 상기 고온,고압의 기체냉매를 응축시켜 고온,고압의 액체냉매로 변환시켜 주는 응축기(2)와, 상기 고온,고압의 액체냉매를 저온,저압의 액체냉매로 팽창시켜 주는 팽창기(3)로 구성되어 있고 실내기는 상기 팽창기(3)에 의해 변환된 저온,저압의 액체냉매를 저온,저압의 기체냉매로 증발시켜 주는 증발기(4)로 구성되어 기본적인 싸이클을 이루게 된다.

한편, 이와 같이 이루어 지는 싸이클에 있어서, 도시한 도 2와 같이 히트펌프 공기조화기가 냉방싸이클을 행하게 되면 상기 응축기(2)는 실외기에 설치된 실외열교환기(5)가 되고, 상기 증발기(4)는 실내기에 설치된 실내열교환기(6)가 된다.

또한 상기 히트펌프 공기조화기가 난방싸이클을 행하게 되면 상기 응축기(2)는 실내기에 설치된 실내열교환기(6)가 되고, 상기 증발기(4)는 실외기에 설치된 실외열교환기(5)가 된다.

이는 상기 압축기(1)에 사방밸브(7)가 연결되어 상기 압축기(1)로 부터 유입된 냉매를 각 싸이클에 따라 실외열교환기(5) 및 실내열교환기(6)로 선택적으로 보내는 역할을 행함으로써 냉방 및 난방싸이클을 선택적으로 이루어 질 수 있게 한다.

또한 상기 실외기에는 실외열교환기(5)로 공기의 유동을 유도하는 실외팬(8)이 설치되어 있고, 상기 실내기에는 실내열교환기(6)로 공기의 유동을 유도하는 실내팬(9)이 설치되어 있다.

따라서, 기기가 설치된 상태에서는 실외기는 실외에 실내기는 실내에 각각 위치되어 있는데, 이와같은 상태에서 사용자가 난방 운전모드를 선택하면 저온,저압의 기체냉매를 압축기(1)가 고온,고압의 기체냉매로 압축하고, 이 압축된 냉매는 사방밸브(7)에 의해 실내열교환기(6)로 흘러가게 되어 실내 공기와의 열교환에 의해 고온,고압상태로 상기 실내열교환기(6)를 통과하게 된다.

이 때, 상기 실내열교환기(6) 일측에 설치된 실내팬(9)이 회전하며 공기를 유동시킴에 따라 실내의 찬 공기는 실내열교환기(6)를 통과하며 상기 실내열교환기(6) 내를 유동하는 고온,고압의 액체냉매와 열교환함에 따라 더운 공기로 변환되고, 이렇게 변환된 더운 공기는 계속되는 실내팬(9)의 회전에 따라 실내로 토출되어 결국 실내는 난방이 된다.

또한, 상기 실내열교환기(6)를 빠져나가며 과냉된 액체상태의 냉매는 팽창기(3)를 지나면서 압력과 온도가 급격히 떨어져 다시 저온,저압의 2상(액체+기체)냉매 상태로 변한 다음 실외열교환기(5)로 들어가게 되고, 상기 실외열교환기(5)로 들어간 저온,저압의 2상냉매는 상기 실외열교환기(5)를 지나면서 주위의 열을 흡수하며 저온,저압의 기체상태로 변화된다.

한편, 상기 히트펌프에 의한 냉방싸이클의 동작시에는 실외기에 설치된 실외열교환기(5)가 응축기(2)로 되고, 실내기에 설치된 실내열교환기(6)가 증발기(4)로 됨에 따라 전술한 바와 같은 난방싸이클의 반대 작용을 하며 실내를 냉방시키게 됨은 이해 가능하다.

이러한 작용을 하는 히트펌프는 냉방시보다는 난방시에 있어서 그 싸이클 설계에 주안점을 두게 되는데, 이는 난방시 실외열교환기(5) 표면에 서리가 발생됨에 따라 열교환성능을 급격히 떨어뜨리므로 이와 같은 서리의 생성을 억제하도록 하는 설계가 필요하기 때문이다.

이하, 난방시에 있어서 실외열교환기(5) 표면에 서리가 발생되는 과정에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 실내가 난방되는 과정에서 실외열교환기(5)는 그 내부를 유동하는 저온,저압의 냉매에 의해 표면이 빙점이하로 떨어지게 되는데, 이 때, 일반적으로 5℃ 이하인 실외열교환기(5) 주위의 공기온도가 상기 실외열교환기(5) 표면과 접촉함에 따라 쌍반간의 온도차이로 인해 상기 실외열교환기(5) 표면에는 서리가 생성된다.

이렇게 발생하는 서리는 제상(역 사이클에 의한 서리제거)운전이 불충분 하면 상기 실외열교환기(5)로 냉매가 유입되는 측 즉, 실외열교환기(5)의 하단측에서 부터 발생되기 시작해 상기 실외열교환기(5)의 계속적인 동작에 의해 그 크기가 점차적으로 커지게 됨과 동시에 실외열교환기(5) 전부분으로 퍼지게 되고, 이에 따라 상기 실외열교환기(5)의 공기유로는 상기 서리에 의해 점차적으로 막히게 됨과 동시에 실외측 공기와 실외열교환기(5)내를 유동하는 냉매와의 열교환이 방해되어 상기 실외열교환기(5)의 열교환 성능이 급격히 저하된다.

또한 상기와 같은 문제로 인해 실내측 역시 실내열교환기(5)의 성능이 떨어지게 되어 사용자가 원하는 정도의 난방을 할 수 없게 된다.

그러나, 이러한 서리를 방지하기 위해 상기 실외열교환기에는 별도의 장치가 장착되어 있지 않음에 따라 공기조화기의 운전중 제상운전을 시행함으로써 상기 실외열교환기(5) 표면에 생성된 서리를 제거하여야만 되었다.

하지만 상기 실외열교환기 표면에 생성되는 서리는 한 번의 제상운전으로 완전히 제거되는 것이 아니라 공기조화기의 동작이 이루어 지는 동안 계속하여 상기 실외열교환기 표면에 생성됨에 따라 잦은 제상운전이 실시되어 져야만 했고, 상기 제상운전이 실시될 때에는 난방운전이 정지되어 실내의 난방이 이루어 지지 않음으로 인해 소비자의 불만을 가중시키는 요인이 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 히트펌프 공기조화기를 구성하는 팽창기의 구조를 개선하여 실외열교환기의 열교환효율을 향상시킴과 동시에 실외열교환기 표면에 생성되는 서리를 효과적으로 방지하도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 압축기와, 팽창기와, 실외열교환기와, 실내열교환기와, 사방밸브로 구성되어 냉·난방이 이루어지는 공기조화기에 있어서, 상기 팽창기는 실내열교환기와 실외열교환기 사이에 설치된 제1팽창기와, 상기 실외열교환기에 연결되어 제1팽창기에 비해 팽창성이 큰 제2팽창기로 각각 구성하여, 난방시 제1팽창기에서 냉매를 빙점이상으로 낮춰 실외열교환기의 입구를 통과하도록 하고, 상기 실외열교환기의 입구를 통과한 냉매는 제2팽창기에 의해 빙점 이하로 낮춰지도록 한 것을 특징으로 하는 공기조화기의 팽창기가 제공된다.

이하 본 발명의 구성을 일 실시예로 도시한 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 따른 히터펌프 공기조화기의 싸이클 구조이고, 도 4 는 도 3의 “A”부를 확대하여 나타낸 사시도로서, 본 발명의 구성 및 작용중 종래의 구성 및 작용과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하고, 동일한 구조에 한해서는 종래와 동일한 부호를 부여키로 한다.

우선 본 발명 팽창기(3)는 난방시 실외열교환기(5)의 냉매유입측에 설치되어 유입된 냉매를 빙점 이상의 온도로 감온시키는 제1팽창기(31)와, 상기 제1팽창기(31)에서 감온된 냉매를 빙점이하의 온도로 감온시키도록 상기 실외열교환기(5)의 일측에 연결 설치한 제2팽창기(32)로 각각 구성한다.

이 때, 상기 제1팽창기(31) 및 제2팽창기(32)는 모세관이나 쇼트 튜브 또는 전자밸브 중 어느 것으로 구성되어도 상관없으나, 상기 제1팽창기(31)의 경우 유입된 냉매의 팽창효율을 떨어뜨리기 위해 그 구성이 모세관이나 쇼트 튜브일 때에는 그 길이를 짧게 형성하고, 전자밸브일 때에는 상기 전자밸브를 통과하는 냉매의 통과유량이 적도록 제어하여야 한다.

한편, 상기 제2팽창기(32)는 상기 제1팽창기(31)를 통해 실외열교환기(5)로 냉매가 유입되는 측의 실외열교환기(5) 어느 한 부분에 연결 설치하여 상기 실외열교환기(5)내를 유동하는 냉매가 제2팽창기(32)으로 유입되어 팽창한 후 다시 상기 실외열교환기(5)로 재유입될 수 있도록 형성한다.

이와 같은 제2팽창기(32)의 위치는 실외열교환기(5)중 난방시 냉매가 유입되는 측의 실외열교환기(5) 끝단에서 부터 반대측으로 상기 실외열교환기(5)의 냉매가 유동되는 관로 중 냉매가 유입되는 측으로부터 상기 관로의 전체 길이에 대하여 1/10이 되는 지점에 위치되도록 함이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선 기기가 설치된 상태에서 사용자가 난방 운전모드를 선택하면 압축기(1)에 의해 고온,고압의 기체냉매로 압축된 냉매가 사방밸브(7)에 의해 실내열교환기(6)로 흘러가게 되어 상기 실내열교환기(6)를 통과하는 실내 공기와의 열교환에 의해 고온,고압상태로 상기 실내열교환기(6)를 통과하게 된다.

상기 실내열교환기(6)를 빠져나가며 과냉된 액체상태의 냉매는 제1팽창기(31)를 지나면서 압력과 온도가 떨어져 2상(액체+기체)냉매상태로 일차팽창한 다음 연결관(10)을 통해 실외열교환기(5)로 들어가게 된다.

이 때, 상기 제1팽창기는 냉매를 팽창시키는 팽창성이 낮음에 따라 상기 냉매를 저온,저압의 2상 냉매상태로 완전히 팽창시키지 못하고 상기 냉매의 온도를 빙점이상으로 팽창시킴에 따라 상기 냉매가 실외열교환기(5)로 유입될 때 상기 실외열교환기(5) 표면의 온도와 상기 실외열교환기(5)의 냉매유입측으로 유입되는 냉매의 온도가 거의 비슷하게 되어 상기 실외열교환기(5) 표면에는 서리가 맺히지 않는다.

이는 상기 제1팽창기(31)가 모세관이나 쇼트 튜브 일 경우 그 길이가 짧고 전자밸브일 경우 제1팽창기(31)를 통과하는 냉매의 통과유량 적게 이루어 지도록 제어하여 팽창효율을 떨어뜨림에 따라 실외열교환기(5)로 유입되는 냉매의 온도가 빙점 이상을 이루게 됨은 가능하다.

이와 같이 완전히 팽창되지 않은 상태의 냉매는 실외열교환기(5)로 유입된 후 상기 실외열교환기(5) 내를 일정부분 유동하며 열교환을 하는 도중 상기 실외열교환기의 일 지점에 연결 설치된 제2팽창기(32)로 유입되어 이차팽창하게 된다.

이 때에는 상기 제2팽창기(32)가 상기 제1팽창기(31)에 비해 그 팽창성이 월등이 큼에 따라 상기 외부열교환기(5) 내로 유입된 냉매는 상기 제2팽창기(32)에 의해 저온,저압의 2상 냉매상태로 완전히 팽창됨은 이해 가능하다.

또한, 이렇게 저온,저압의 2상 상태로 완전 팽창된 냉매는 계속하여 제2팽창기(32)를 빠져나와 실외열교환기(5)내로 재유입됨에 따라 상기 실외열교환기(5)를 완전히 통과하며 상기 실외열교환기(5) 외부공기와 열교환이 이루어 지게 된다.

이와 같은 제2팽창기(32)는 실외열교환기(5)의 전체 관로 중 냉매가 유입되는 측 끝단에서 부터 전체 관로의 1/10이 되는 지점에 위치되어 있음에 따라 제상이 충분히 이루어질 수 있음과 동시에 상기 실외열교환기(5)를 통과하며 열교환을 행하는데에는 아무런 문제가 없음을 알 수 있다.

이 때, 만약 상기 제2팽창기(32)가 실외열교환기(5)의 끝단에 위치하면 상기 제2팽창기(32)를 통과한 냉매가 실외공기보다는 상당히 낮은 저온임에 따라 상기 실외열교환기(5)의 냉매 유입측에서 부터 서리가 생성됨은 종래와 별반 차이가 없게 되어 서리의 발생을 방지하지 못하게 된다.

또한 상기 제2팽창기(32)가 실외열교환기(5)의 전체 관로 중 냉매가 유입되는 측 끝단에서 부터 전체 관로의 1/10이 되는 지점 보다 이상인 지점에 위치되면 서리를 방지하는 효과는 높을지 모르나 상기 제2팽창기(32)를 통과한 냉매가 실외열교환기(5)를 통과하게 되는 거리가 짧음에 따라 충분한 열교환을 하지 못하여 열교환 성능을 떨어뜨리는 문제점이 발생됨에 따라 상기 제2팽창기(32)는 냉매관(5a) 끝단에서 부터 상기 실외열교환기(5)의 전체 관로 중 냉매가 유입되는 측 끝단에서 부터 대략 1/10 지점에 위치되도록 하는 것이 가장 적당함을 알 수 있다.

한편, 상기와 같이 실외열교환기(5)를 통과하며 저온, 저압의 기체상태로 변환된 냉매는 다시 압축기(1)로 재유입되어 순환되어 전술한 바와 같은 난방싸이클이 순환되며 이루어 지며 실내를 난방시키게 된다.

또한, 냉방운전시에는 상기 난방운전시 응축기(2)로 사용되었던 실내열교환기(6)가 증발기(4)의 역할을 행하게 되고, 증발기(4)로 사용되었던 실외열교환기(5)가 응축기(2)로 사용됨에 따라 압축기(1)를 통과한 냉매가 사방밸브(7)에 의해 실외열교환기(5)로 먼저 유입되어 상기 난방운전시의 냉매 싸이클과는 반대의 작용을 행하며 냉방운전을 실시하게 됨을 알 수 있으므로 그 자세한 설명은 생략하도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 히트펌프 공기조화기를 구성하는 팽창기를 두 개로 분할하여 실외열교환기 표면에 생성되는 서리를 상기 실외열교환기의 냉매유입측에서 부터 효과적으로 방지하여 서리의 생성을 지연시킴에 따라 상기 서리를 제거하기 위한 제상운전의 반복 횟수를 줄일 수 있는 효과가 있고, 또한 이에 따라 열교환 성능이 증가함에 따라 난방시의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래 일반적인 공기조화기의 싸이클 구조

도 2 는 종래 히터펌프 공기조화기의 싸이클 구조

도 3 은 본 발명에 따른 히터펌프 공기조화기의 싸이클 구조

도 4 는 도 3의 “A”부를 확대하여 나타낸 사시도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1. 압축기 5. 실외열교환기

6. 실내열교환기 10. 연결관

31. 제1팽창기 32. 제2팽창기

Claims (1)

1. 압축기와, 팽창기와, 실외열교환기와, 실내열교환기와, 사방밸브로 구성되어 냉·난방이 각각 이루어지는 공기조화기에 있어서,

   상기 팽창기는 실내열교환기와 실외열교환기 사이에 설치되어 냉매를 빙점 이상의 온도에 이르기까지만 팽창시키는 제1팽창기와, 상기 실외열교환기의 냉매가 유동되는 관로 중 냉매가 유입되는 측으로부터 상기 관로의 전체 길이에 대하여 1/10이 되는 지점에 설치되어 상기 냉매를 빙점 이하의 온도에 이르기까지 완전히 팽창시키도록 상기 제1팽창기에 비해 팽창성이 큰 제2팽창기로 구성됨을 특징으로 하는 공기조화기의 팽창기.