KR100600068B1

KR100600068B1 - 열교환기

Info

Publication number: KR100600068B1
Application number: KR1020040091832A
Authority: KR
Inventors: 김정오; 김동석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2006-07-13
Also published as: KR20060044043A

Abstract

종래의 R-22 냉매를 사용하는 열교환기에 성질이 다른 R-410A를 사용하는 경우 냉매의 과주입으로 인한 동결현상이 발생하였다.

병렬로 배치된 복수의 핀과 상기 복수의 핀을 관통하는 복수의 U자형 냉매관과, 상기 이웃하는 냉매의 단부를 연결하는 복수의 연결관을 갖는 열교환기에 있어서, 상기 복수개의 냉매관 중 일부의 냉매관은 냉매가 통과하지 않는 것을 특징으로 하는 열교환기를 사용함으로써, 냉매관에 들어가는 R-410A 냉매의 내용적을 줄여 냉매의 과주입으로 인한 열교환기 동결현상을 방지할 수 있다.

또한, 상기 열교환기에 형성된 독립된 패스의 길이가 같게 함으로써, 각 패스의 패스균형을 맞추어 열교환기의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}

도 1은 일반적인 공기조화기의 개략적인 시스템을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11: 압축기 12: 사방변

13: 열교환기 14: 팽창변

16: 실내열교환기 22: 핀

24: 냉매관 26: 연결관

28a: 제 1패스 28b: 제 2패스

28c: 제 3패스 28d: 제 4패스

30a,30b,30c,30d: 냉매유입구 40a, 40b,40c,40d: 냉매유출구

45: 분배기 46: 수집기

본 발명은 공기조화기의 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환기의 패스구조에 관한 것이다.

일반적으로 실내기(20)와 실외기(10)로 이루어진 공기조화기의 냉방운전시(A방향)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(11)로부터 토출된 고온고압의 냉매가스가 열교환기(13)내에서 냉각되어 응축되면서 실외공기와 열교환된다.

즉, 액화된 고압의 냉매는 팽창변(14)내에 유입되며, 팽창변(14)내에 유입된 고압의 냉매는 팽창변(14)에서 저압의 냉매로 변환되어 실내열교환기(16)로 유입된다. 실내열교환기(16)내에서는 냉매가 증발되면서 실내공기를 냉각시키는 열교환작용에 의하여 냉매가스로 변환되고, 냉매가스는 다시 압축기(11)내에 유입되어 고온고압으로 압축되는 냉매사이클을 반복한다.

이와 반대로, 공기조화기의 난방운전시(B방향)에는 사방변(12)이 냉매의 순환경로를 바꿈으로써 냉매사이클의 역방향(B방향)으로 진행하면서 실내열교환기(16)에서 실내공기를 가열하는 열교환 작용을 하게 된다.

즉, 난방운전시에는 열교환기(13)에서 냉매의 증발이 일어나서, 실외의 공기로부터 열을 빼앗게 되고, 이 열을 실내에 전달하게 된다. 이에 따라 실내를 난방하게 된다.

최근 환경규제로 인하여 기존 에어컨에 사용되는 R-22 냉매를 HFC계의 혼합냉매인 R-410A로 바꾸고 있는 실정이다. 냉매가 바뀜에 따라 압축기 등의 핵심부품은 냉매에 맞도록 바뀌었지만, 열교환기는 아직까지도 기존의 R-22 냉매용 열교환기를 사용하는 경우가 많다.

R-410A 냉매는 R-22 냉매에 비해 고압냉매이며, 비등점이 낮다. 또한, 냉매가 증발될 때의 증발잠열은 R-22에 비해 6%정도 높아 냉동능력이 뛰어나다. 또한, 비체적이 작아 압축기의 행정체적은 30%정도 감소시켜야 하는 특성을 가지고 있다.

이와 같이 R-410A의 압축기의 행정체적이 감소되기 때문에 그에 맞도록 열교환기도 체적도 감소시켜 주어야 하나, 종래의 R-22용 열교환기를 사용하면 냉매량의 과주입이 생기고, 증발잠열이 큰 냉매(R-410A)의 주입에 따라 난방시 실외열교환기에서 냉매가 증발할 때 열교환기 주변온도를 빼앗음으로써, 주위온도가 급격히 내려가게 되고, 이에 따라 열교환기가 동결하는 현상이 발생하였다. 그로 인해 공기조화기의 소비전력이 증가하고 성능이 감소되는 문제점을 발생시켰다.

본 발명은 상기와 같은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉매의 과주입으로 인한 열교환기의 동결현상을 방지함을 목적으로 한다. 이와 동시에 각 패스에 냉매를 균등하게 분배함으로써 각 패스간 패스균형을 유지함으로써 성능을 향상시킨 열교환기를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적은 병렬로 배치된 복수의 핀과 상기 복수의 핀을 관통하는 복수의 U자형 냉매관과, 상기 이웃하는 냉매의 단부를 연결하는 복수의 연결관을 갖는 열교환기에 있어서, 상기 복수개의 냉매관 중 일부의 냉매관은 냉매가 통과하지 않는 것을 특징으로 하는 열교환기에 의해 달성된다.

또한, 상기 열교환기는 상하방향으로 2개의 열, 좌우방향으로 28개의 단을 가지고, 냉매의 유로를 구획하는 4개의 독립된 패스가 형성되며, R-410A를 냉매로 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 4개의 독립된 패스는 각각 5개의 냉매관과 4개의 연결관이 결합되어 하나의 패스를 형성하며, 각 패스의 길이가 동일한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 열교환기의 바람직한 일실시예에 대하여 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 열교환기(13)에는 판면방향을 따라 병렬로 배치된 복수의 핀(22)과 상기 복수의 핀(22)을 관통하여 가로지르도록 일정간격으로 배열된 복수개의 냉매관(24)과 이웃하는 냉매관(24)을 한쌍씩 연결하는 U자형상의 복수개의 연결관(26)이 결착되어 있다.

열교환기(13)에는 실외공기의 흡입방향과 교차되도록 상하방향으로 형성된 1열(A)과 2열(B)이 각각 형성되고, 각 열에는 좌우방향으로 최상부에서 최하부에 이르기까지 순차적으로 28단을 형성하여, 전체적으로는 2열 28단의 형상을 지닌다. 따라서, 상기 열교환기(13)에는 U자 형상의 냉매관(24)이 28개 설치된다. 냉매관(24)은 연결관(26)과 결합되어 4개의 패스를 형성한다. 여기서 패스란 냉매관(24)과 연결관(26)이 용접등의 방법으로 결합되어 열교환기를 관통하면서 형성된 독립된 유로를 말한다.

열교환기(13)에는 상부로부터 제 1패스(28a), 제 2패스(28b), 제 3패스(28c), 제 4패스(28d)가 각각 형성되어, 열교환기(13)내부로 유입된 냉매는 각 패스를 따라 흐르게 된다.

제 2열(B)에는 4개의 냉매 유입구(30a, 30b, 30c, 30d)가 각각 형성되어 있고, 제 1열에는 4개의 냉매 유출구(40a, 40b, 40c, 40d)가 각각 형성되어 있다. 냉매를 각 패스로 분배하기 위한 분배기(45)와 냉매유입구(30a, 30b, 30c, 30d)는 연결되고, 각 패스로 갈라졌던 냉매를 다시 하나로 모으기 위한 수집기(46)와 냉매유출구는 연결된다.

4개의 독립된 패스(28a, 28b, 28c, 28d)는 각각 5개의 냉매관(24)과 4개의 연결관(26)으로 이루어진다. 각각의 독립된 패스(28a, 28b, 28c, 28d)는 같은 수의 냉매관(24)과 연결관(26)을 가짐으로써, 4개의 패스는 패스길이가 같아지며, 이에 따라 압력강하가 동등하게 일어나게 되고 패스간의 균형이 이루어진다.

각 패스를 이루는 5개의 냉매관(24)은 열방향(상하방향)으로만 설치되고, 각 패스를 이루는 4개의 연결관 중에서 3개의 연결관은 열방향(상하방향)으로 설치되어 냉매관을 연결하고, 하나의 연결관 만이 단방향(좌우방향)으로 설치되어, 각 패 스에 포함된 제 1열과 제 2열을 연결한다.

제 1패스(28a)에 유입되는 냉매는 2열 6단에 형성된 유입구(30a)로 유입되어 2열(B)을 따라 상부로 진행하다가, 2열 3단과 1열 1단을 연결하는 하나의 연결관(26)에 의해 1열(A)로 방향을 바꾸고, 1열(A)에서는 다시 하부로 진행하여 2열 6단에 형성된 유출구(40a)로 유출된다.

제 2패스(28b)에 유입되는 냉매는 2열 12단에 형성된 유입구(30b)로 유입되어 2열을 따라 상부로 진행하다가, 2열 9단과 1열 7단을 연결하는 하나의 연결관(26)에 의해 1열로 방향을 바꾸고, 1열에서는 다시 하부로 진행하여 1열 12단에 형성된 유출구(40b)로 유출된다.

제 3패스(28c)와 제 4패스(28d)도 제 1패스(28a)와 제 2패스(28b)와 마찬가지로 서로 대응되도록 패스가 형성된다.

각 패스 좌상측에는 냉매가 통과하지 않는 4개의 U자형 냉매관이 각각 위치하고 있다. 냉매가 통과하지 않는 냉매관은 2열(B)에 위치한다. 이와 같이 냉매관 삭제부분을 2열(B)에 배치한 이유는 1열(A)쪽으로 외기가 불어 들어오기 때문에, 1열(A)의 열교환을 극대화하여 열교환기의 성능을 향상시키기 위함이다.

이와 같이 종래의 2열 28단 열교환기에 R-410A 냉매를 사용하더라도, 4개의 U자형 냉매관은 냉매가 통과하지 않도록 각각의 패스에서 삭제함으로써, 냉매관에 들어가는 냉매의 내용적을 약 15%정도 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 냉매의 과주입으로 인한 열교환기의 동결을 방지할 수 있다.

또한, 4개의 U자형 냉매관을 각 패스에서 삭제하면서도 4개의 패스구조를 같게 함으로써, 난방시 각 패스로 균등하게 냉매를 분배하고, 이에 따라 각 패스간의 패스균형을 유지하여 열교환기의 성능을 향상시킬 수 있다.

복수개의 냉매관 중 일부의 냉매관은 냉매가 통과하지 않도록 함으로써, 냉매관에 들어가는 R-410A 냉매의 내용적을 줄일 수 있어, 냉매의 과주입으로 인한 열교환기 동결현상을 방지할 수 있다.

또한, 열교환기에 생성되는 패스구조를 같게 함으로써, 각 패스에서 일어나는 압력강하를 같도록 하여, 각 패스간의 패스균형을 유지함으로서, 열교환기의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims

병렬로 배치된 복수의 핀과 상기 복수의 핀을 관통하는 복수의 U자형 냉매관과, 상기 이웃하는 냉매의 단부를 연결하는 복수의 연결관을 갖는 열교환기에 있어서, 상기 냉매관을 흐르는 냉매의 유로를 구획하는 4개의 독립된 패스가 형성되고 상기 각 패스의 길이는 동일하며, 상기 복수개의 냉매관 중 일부의 냉매관에는 냉매가 통과하지 않는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 1항에 있어서, 상기 열교환기는 상하방향으로 2개의 열, 좌우방향으로 28개의 단을 가지고 R-410A를 냉매로 사용하는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 2항에 있어서, 상기 냉매관 중 4개의 냉매관은 냉매가 통과하지 않는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 3항에 있어서, 상기 열교환기로 외기가 들어오는 쪽에 제 1열이, 외기가 나가는 쪽에 제 2열이 형성되며, 상기 냉매가 통과하지 않는 4개의 냉매관은 제 2열에 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
제 2항에 있어서, 상기 4개의 패스는 각각 5개의 냉매관과 4개의 연결관이 결합되어 하나의 패스를 형성하는 것을 특징으로 하는 열교환기.