KR100631273B1 - 송풍 팬과의 거리차에 따라 서킷의 패턴이 다른 열교환기를구비한 공기 조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실외기 또는 실내기의 송풍 팬과의 근접 여부에 따른 공기의 유량 및 유속의 변화에 대응하도록 서킷의 튜브 수를 변경하여 열교환 능력을 향상시키기 위해서,

헤더, 분배기, 송풍 팬, 일측 단부는 상기 헤더와 연결되고 다른 단부는 분배기에 연결되어 있고 복수개의 서킷으로 이루어진 열교환기로 구성되는 실외기 또는 실내기를 구비한 공기 조화기에 있어서,

상기 열교환기에 배치된 서킷들의 패턴이 상기 송풍 팬과의 거리차에 따라 다르게 배치되며, 상기 송풍 팬에 인접하게 배치될수록 서킷의 튜브 수를 감소시킨 공기 조화기를 제공하여,

송풍 팬에 인접해 있는 서킷의 패스 길이를 축소 배치하여, 열교환기내의 냉매가 고르게 열교환이 되도록 하여 냉난방 공조기의 성능을 개선시키는 효과가 있다.

공기 조화기, 공조기. 냉매, 열교환, 냉방, 난방, 응축기, 팽창기, 튜브, 분배, 효율, 송풍

Description

송풍 팬과의 거리차에 따라 서킷의 패턴이 다른 열교환기를 구비한 공기 조화기{Air Conditioner Having Heat Exchanger For Different Circuit Tube Pattern Depending A Fan}

도 1은 종래 기술의 실외기를 예시한 사시도이다.

도 2a는 본 발명 실시예의 송풍 팬의 배치에 따라 서킷이 다른 열교환기가 구비된 공기 조화기를 예시한 도면이다.

도 2b는 본 발명의 실시예의 열교환기 서킷을 예시한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 서킷의 패턴을 변경한 열교환기의 온도 분포를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

5 : 도관 10 : 실외기

11 : 열교환기 12 : 분지관

20 : 실내기 21 : 4 방 밸브

30 : 분배관 40 : 압축기

50 : 서킷 60 : 헤더

70 : 팽창기 80 : 송풍 팬

100 : 종래기술의 열교환기 110 : 튜브 또는 서킷

본 발명은 송풍 팬과의 거리차에 따라 서킷이 다른 열교환기를 구비한 공기 조화기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 송풍 팬에 인접한 열교환기 서킷의 패스(path) 길이 또는 열접촉면을 감소시켜서, 열교환 성능을 증가시키도록 서킷들의 패턴이 송풍 팬과의 거리차에 따라 다르게 배치되는 열교환기를 구비한 공기 조화기에 관한 것이다.

일반적으로, 열교환기를 구비한 실외기는 주변 공기와 내부 냉매간의 열교환을 하는 장치로서, 에어컨 시스템이나 난방 시스템이 실내의 온도를 바깥 외기의 온도와 관계없이 적절한 온도로 유지시켜 주는 역할을 하는 공기 조화기에 사용된다.

이러한 공기 조화기에 있어서, 냉동 사이클 및 열 펌프 사이클을 단일 장치로 구현하여, 선택적으로 실내의 냉 난방을 수행할 수 있는 냉난방 공기 조화기의 보급이 증가되고 있다.

통상적으로 공기 조화기는 실내기, 압축기, 실외기, 팽창기로 구성되며, 냉방 모드로 사용될 때에는 실내기가 증발기로 사용되어, 통과되는 저온 저압의 액체 상태의 냉매가 증발되면서 실내의 열을 흡수하여 중온 저압의 냉매 가스를 생성한다. 이것을 다시 압축기를 통해 고온고압 가스를 생성하는 메카니즘에 의해 냉방이 이루어지며, 이와 대조적으로, 실내기가 응축기로 작용하여, 고온 고압의 가스 상태의 냉매가 상기 응축기를 통해 통과하면서, 실내에 열을 방출하는 메카니즘에 의해 난방이 이루어진다. 이러한 과정중에서 각각, 실외기는 하절기에는 응축기로 사용되고, 동절기는 증발기로서 사용된다.

통상적으로 실외기의 열교환기 서킷은 만곡된 형태의 리턴 밴드와 직선형태의 튜브로 이루어져 있으며, 서킷의 일단부는 헤더에 연결되어 있으며, 다른 단부는 분배기에 연결되어 냉매가 서킷내에서 순환되면서, 열교환을 수행하게 된다.

도 1은 종래 기술의 실외기를 예시한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 실외기(100)는 전체 길이방향에 걸쳐 배치되는 튜브 또는 서킷(110)의 패턴이 동일하며, 도면 부호 (115)로 표시된 쌍으로 이루어진 동일 패턴의 튜브(110)로 구성된다. 즉, 이러한 종래 기술의 튜브 또는 서킷(110)의 패스 길이 또는 열접촉 면적은 헤더의 높이 또는 열교환기내의 서킷의 배치와 관계없이, 모든 부분에 있어서, 동일한 배치로 이루어져 있다.

그러나, 상기 실외기 또는 열교환기의 서킷의 배치와, 또는 통상적으로 상기 열교환기를 갖춘 실외기 또는 실내기에 배치되는 송풍 팬의 배치에 따라, 공기 대류의 분포 또는 풍량, 풍속의 분포가 다르게 일어날 수 있다.

본 발명의 발명자는 이러한 열교환기를 갖춘 실외기내의 송풍 팬과의 근접 여부에 따른 공기 대류의 분포 또는 풍량, 풍속등에 대응하도록 열교환기내의 서킷 패턴을 달리하여 열교환기의 성능을 극대화시킬 수 있다는 것을 발견하였다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 실외기 또는 실내기내의 열교환기에서의 공기 대류 분포, 풍속 또는 풍량 분포에 따라, 서킷의 패턴 예컨대, 상기 열교환기 서킷의 튜브 수를 변경하여, 열교환기내의 냉매가 고르게 열교환이 되도록 하는데 있다.

본 발명의 목적은 헤더, 분배기, 송풍 팬, 일측 단부는 상기 헤더와 연결되고 다른 단부는 분배기에 연결되어 있고 복수개의 서킷으로 이루어진 열교환기로 구성되는 실외기 또는 실내기를 구비한 공기 조화기에 있어서, 상기 열교환기에 배치된 서킷들의 패턴이 상기 송풍 팬과의 거리차에 따라 다르게 배치되는 공기 조화기를 제공함에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 서킷은 직선형 튜브 및 만곡형 리턴 밴드로 이루어져 있으며, 상기 서킷들의 패턴이 직선형 튜브의 수이다.

바람직하게는, 상기 열교환기의 서킷들은 패턴에 따라 2 내지 4의 서킷 그룹을 형성하며, 상기 서킷 그룹은 1 또는 2개 패턴의 서킷들로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 서킷 그룹을 형성하는 서킷의 튜브 수는 송풍 팬과 인접할수록 감소된다.

바람직하게는, 상기 서킷의 튜브 수의 비는 7:10 내지 9:10 이다.

또한, 바람직하게는, 상기 송풍 팬이 상기 열교환기의 상단부에 배치되어 내부 순환 공기가 상향으로 배출하며, 상기 열교환기의 상부쪽에 배치되는 서킷의 튜브 수가 상기 열교환기의 하부쪽에 배치되는 서킷의 튜브 수보다 작게 배치된다.

또한, 바람직하게는, 상기 송풍 팬이 상기 열교환기의 측면부에 배치되어 내 부 순환 공기가 측방향으로 배출되며, 상기 열교환기의 송풍 팬에 근접하여 배치되는 서킷의 튜브 수가 송풍 팬에 멀리 이격되어 배치되는 서킷의 튜브 수보다 작게 배치된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 실외기를 구비한 공기 조화기를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2a는 본 발명 실시예의 열교환기를 갖춘 실외기가 구비된 공기 조화기를 예시한 도면이다. 도 2b는 본 발명의 실시예의 열교환기의 서킷을 예시한 사시도이다.

설명을 용이하게 하기 위해서, 본 발명의 냉난방 공기 조화기의 냉방 운전 상태를 기준으로 설명한다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 공기 조화기는 실외기(10), 실내기(20), 팽창기(70), 압축기(40)로 구성된다. 실외기(10)는 헤더(60), 열교환기(11)내에 배치된 복수개의 서킷(50), 복수개의 분지관(12), 분배기(30), 송풍 팬(80)을 포함하고 있으며, 상기 복수개의 서킷(50)은 외기와 접촉되어 열교환이 이루어지도록 하는 다발 구조를 이루어 열교환기를 형성한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 실외기(10)는 서킷(50)을 포함한 열교환기(11)가 실외기의 임의의 수직축을 중심으로 대칭되어 배치되며, 상기 실외기(10)의 상단에 송풍 팬(80)이 배치되어 있다. 이러한 실외기(10)는 단지 설명을 위해 예시한 것으로서, 송풍 팬(80)의 배 치 및 열교환기(11)의 배치 구조는 다양하게 변형되어 있는 모든 형태가 가능하다.

특히, 본 발명의 열교환기(11)의 상기 서킷(50)은 열전달 효율을 높이도록 접촉면적을 극대화할 수 있는 구조를 이루기 위해서 가능한 서킷(50)의 패스 길이는 길게 설계되며, 한개의 서킷(50)은 복수개의 직선 형태의 튜브와 만곡된 형태의 리턴 밴드로 이루어져 있다.

공기 조화기의 냉방 모드에서 압축기에 의해 고온 고압이 된 가스 냉매는 도관(5)을 통해 실외 열교환기로 이송되며, 고온 고압의 가스 냉매는 실외 열교환기에 있어서 방열에 의해 냉각되고, 응축함으로써 저온 고압의 액체가 된다. 그 후 액체 냉매는 팽창밸브에 의해 감압되어 저온 저압의 액체가 되며, 실내 열교환기로 이송된 냉매는 증발할 때에 공기측으로부터 열을 흡수하여 냉기를 발생시켜 실내를 냉각하고, 중온 저압의 냉매 기체로 전환된다.

이러한 작동 모드로 냉동 순환 사이클이 이루어지는데, 상술한 것은 냉방 모드로 작동될 때를 예시한 것으로서, 난방 모드일 때는, 상술한 바와 반대방향의 싸이클로 냉매가 순환되어 난방이 이루어지게 된다.

본 발명에서는 도 2a에 도시된 바와 같이, 실외기(10)의 상부에 송풍 팬(80)이 배치되어 상향으로 실외기(10)내의 순환 공기를 배출하게 된다. 본 발명 실시예의 상기 실외기(10)의 일측에 배치된 개방된 각각의 열교환기(11)에는 총 14개의 서킷들(50)이 배치되며, 상측의 두개의 서킷들(50)과 하측의 12개의 서킷들(50)의 구조는 다르게 설계되어 서킷 그룹을 형성한다.

상측 두개의 서킷(50)은 도 2b에 도시된 바와 같은, A 패턴의 구조를 취하고 있으며, 하측의 12개의 서킷(50)은 각각 교번식으로 도 2b의 B, C 패턴의 구조를 취하고 있다. 하측 12개의 서킷(50)은 B와 C가 한 쌍을 이루어 반복되어 하나의 서킷 그룹을 이룬다. 이는 서킷(50)을 패턴화하여 대량 생산을 용이하게 하기 위한 것으로서, 상기와 같은 패턴에만 제한되지는 않는다.

참고로, 상기 서킷(50)은 상술한 바와 같이 직선부인 튜브와 리턴 밴드로 이루어며, A형태의 서킷(50)은 단면(도 2b의 d-d′에서 도시)으로 보았을 때, 도 2a에 도시된 바와 같이 8개의 직선형태의 튜브로 이루어져 있다. B,C패턴의 서킷(50)은 단면(도 2b의 d-d′에서 도시)으로 보았을 때, 도 2a에 도시된 바와 같이, 10개의 직선형태의 튜브로 이루어져 있으며, B 및 C는 서로 대칭되는 패턴을 이룬다. 이러한 형태를 취하고 있는 것은 상기 A 패턴의 서킷(50)의 전체 패스 길이와, 상기 B 및 C 패턴의 서킷(50)의 전체 패스 길이를 다르게 하기 위한 것으로서, 즉, 열접촉 면적을 달리 하기 위한 배치이다.

본 발명의 실외기(10)의 송풍 팬(80)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 상단에 배치되어 실외기(10) 내부의 순환 공기를 외부로 송풍시키며, 이때, 상기 송풍 팬에 인접한 부분에서 유동되는 공기의 양 및 속도가 증가된다. 즉 실외기(10) 또는 열교환기(11)의 하부와 상부의 유동 공기의 양 및 속도가 다르다. 본 발명 실시예의 도 2a에 도시된 바와 같이, 상부에는 냉매 유동 패스 길이가 짧고 열전달 면적이 작은 A 턴의 서킷(50)을 사용하며, 하부에는 유동 패스 길이가 A보다 긴 B 및 C 패턴의 서킷(50)을 사용한다.

본 발명에 있어서, 열교환기의 복수개의 서킷은 패턴에 따라 2 내지 4개의 서킷 그룹으로 나누어질 수 있는데, 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 열교환기(11)의 상부에 송풍 팬(80)에 인접하게 배치된 2개의 서킷 A를 하나의 제 1 서킷 그룹을 형성하고, 열교환기(11)의 하부에 상기 송풍 팬(80)에서 벗어나서 반복적으로 배치된 서킷 B, C를 하나의 제 2 서킷 그룹으로 구분하여, 총 2개의 서킷 그룹으로 나눌 수 있다.

즉, 각각의 서킷 그룹에는 하나(예컨데, A의 서킷 패턴) 또는 두개(예컨데 B,C의 서킷 패턴)의 서킷 패턴으로 정렬된다.

열교환을 위해서는 전체적인 열접촉 면적이 커서 접촉량이 커야 하지만, 열 접촉 면적이 커질 경우 실내기(20) 또는 실외기(10) 내의 열교환기 서킷의 점유 공간이 커지는 대신에, 실내기(20) 또는 실외기(10) 내부의 공기 유동 공간이 작아져서 공기 조화기의 성능 향상에 바람직하지 않다. 본 발명 실시예의 실외기(10)와 같이 송풍 팬(80)이 상단에 배치되어 열교환기의 상부측에서 공기의 유동량 및 속도가 더 크게 형성됨으로 인해서, 실제적으로 패스 길이가 짧은, 예컨데, 튜브의 수가 적거나 또는 열접촉 면적이 좁은 A 패턴의 서킷(50)이 사용되더라도 열교환 능력을 향상시킨다. 다시 말해서, 열접촉 면적이 좁은 A 패턴의 서킷(50)이 사용되더라도, A 패턴의 서킷(50)에 접촉되는 유동 공기의 접촉량이 증가함으로 인해서 하부에 사용되는 B 및 C형과 같은 접촉면이 큰 서킷(50)을 사용하지 않더라도 열전달 효과가 보상된다.

도 3은 본 발명의 서킷의 패턴을 변경한 열교환기의 온도 분포를 도시한 그래프이다.

상기 본 발명 실시예의 각각의 열교환기(11)의 패턴이 다른 서킷(50)은 상술한 바와 각각 14개로 구성되어 있고, 상부 2개의 서킷(50)과 2개의 서킷(50)을 한쌍으로 구성하여 동일한 6개의 서킷(50) 쌍을 이루고 있는 열교환기를 사용한 실외기를 사용하여 시험하였다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실외기를 사용할 경우 종래 기술에 비해서, 1℃ 낮게 온도가 분포됨으로써, 응축 온도가 낮아서, 필요 에너지가 감소됨으로써, 전체적으로 공기 조화기의 성능을 증가시킨다.

본 발명의 상기 열교환기(11)의 서킷(50)의 구조는 실외기(10)에 대해 언급한 것이지만, 이것은 실내기(20)의 열교환기에도 적용되며, 냉매 유동을 변경하여서, 냉난방 공기 조화기로서, 사용할 수 있다.

이와같이, 본 발명의 패스 길이가 다른 서킷을 구비한 열 교환기를 갖춘 실외기 또는 실내기내의 송풍 팬의 배치에 따라, 즉 송풍 팬의 근접여부에 따라 서킷의 패스 길이를 축소 배치하여, 냉난방 공조기의 성능을 개선시키는 효과가 있다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러 가지 변형 및 수정이 가능함은 자명한 사실이다.

Claims (8)

1. 헤더, 분배기, 송풍 팬, 일측 단부는 상기 헤더와 연결되고 다른 단부는 분배기에 연결되어 있고 복수개의 서킷으로 이루어진 열교환기로 구성되는 실외기 또는 실내기를 구비한 공기 조화기에 있어서, 상기 열교환기에 배치된 서킷들의 패턴 이 상기 송풍 팬과의 거리차에 따라 다르게 배치되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 서킷은 직선형 튜브 및 만곡형 리턴 밴드로 이루어져 있으며, 상기 서킷들의 패턴이 직선형 튜브의 수인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 열교환기의 서킷들은 패턴에 따라 2 내지 4의 서킷 그룹을 형성하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 서킷 그룹은 1 또는 2개 패턴의 서킷들로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 서킷 그룹을 형성하는 서킷의 튜브 수는 송풍 팬과 인접할수록 감소하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 서킷의 튜브 수의 비는 7:10 내지 9:10 인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 송풍 팬이 상기 열교환기의 상단부에 배치되어 내부 순환 공기가 상향으로 배출하며, 상기 열교환기의 상부쪽에 배치되는 서킷의 튜브 수가 상기 열교환기의 하부쪽에 배치되는 서킷의 튜브 수보다 작은 것을 특징으로 하는 열교환기를 구비한 공기 조화기.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 송풍 팬이 상기 열교환기의 측면부에 배치되어 내부 순환 공기가 측방향으로 배출되며, 상기 열교환기의 송풍 팬에 근접하여 배치되는 서킷의 튜브 수가 송풍 팬에 멀리 이격되어 배치되는 서킷의 튜브 수보다 작은 것을 특징으로 하는 열교환기를 구비한 공기 조화기.

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