KR100682718B1 - 분지식 냉매 분배기에 연결된 열교환기를 구비한 공기조화기 - Google Patents

분지식 냉매 분배기에 연결된 열교환기를 구비한 공기조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분지관의 패스 길이가 증가함에 따라 냉매의 압력이 강하되고,냉매 순환량이 감소되어서, 열교환기 효율을 떨어뜨릴수 있는 것을 방지하기 위해서,
복수개의 서킷으로 이루어진 열교환기에서,
서킷의 일측 단부는 헤더에 연결되어 있으며,
상기 서킷의 다른 단부는 분지관에 의해 분배기에 연결되어 냉매를 분배하는 분지식 냉매 분배기에 연결된 열교환기를 구비한 공기 조화기로서,
상기 분배기가 복수개로 이루어지며,
상기 분배기들이 분지 수단에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분지식 냉매 분배기에 연결된 열교환기를 구비한 공기 조화기를 제공하여,
불필요한 관내 마찰에 의한 냉매 압력 강하의 발생을 막고, 열교환기내의 냉매 순환량을 증가시켜서, 공기 조화기의 성능을 증가시킨다.
공기 조화기, 공조기. 냉매, 열교환, 냉방, 난방, 응축기, 팽창기, 튜브, 분배, 효율, 송풍

Description

분지식 냉매 분배기에 연결된 열교환기를 구비한 공기 조화기{Air Conditioner Having Refrigerants Distributor For Branch}
도 1은 종래기술의 열교환기를 예시한 도면이다.
도 2a는 본 발명 실시예의 복수개의 분배기에 연결된 열교환기가 구비된 공기 조화기를 예시한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 실시예의 열교환기 서킷를 예시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 복수개 분배기를 사용함에 따른 난방 성능을 도시한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
5 : 도관 10 : 실외기
12 : 분지관 20 : 실내기
25 : 분지수단 26 : 선형팽창밸브
30 : 분배기 40 : 압축기
60 : 헤더 70 : 팽창기
80 : 송풍기 100 : 종래기술의 열교환기
110: 헤더 111,112 : 냉매 유입부
120 : 분지관 130 : 튜브
140 : 튜브 케이스 150 : 분배기
본 발명은 분지식 냉매 분배기에 연결된 열교환기를 구비한 공기 조화기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 열교환기내의 분배기 구조를 변경하여, 시스템에서 헤더와 냉매를 서로 소통시키는 분지관의 길이를 최적화하여 냉매 분배를 최적화하고, 냉매 순환 시스템의 성능을 개선시키는 분지식 냉매 분배기에 연결된열교환기를 구비한 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 열교환기는 주변 공기와 내부 냉매간의 열교환을 하는 장치로서, 에어컨 시스템이나 난방 시스템이 실내의 온도를 바깥 외기의 온도와 관계없이 적절한 온도로 유지시켜주는 역할을 하는 공기 조화기에 사용된다.
이러한 공기 조화기에 있어서, 냉방 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, 실내 열 교환기가 증발기로 사용되어, 통과되는 저온 저압의 액체 상태의 냉매가 증발되면서 실내의 열을 흡수하여 중온 저압의 냉매 가스를 생성하며, 이것은 다시 압축기를 통해 고온고압 가스를 생성하는 메카니즘에 의해 냉방이 이루어지며, 이와 대조적으로, 실내 열 교환기가 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. 이러한 종래의 실외기의 열교환기는 복수개의 서킷으로 이루어져 있으며, 서킷 내부로 냉매를 분배하기 위해서, 헤더와 분배기를 사용하며, 상기 열교환기의 서킷과 분배기는 분지관에 의해 연결된다.
도 1은 종래기술의 열교환기를 갖춘 실외기를 예시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실외기(100)는 냉방 공기 조화기를 기준으로 냉매 유입부(111,112), 냉매 유출부(145), 분배기(150), 튜브 케이스(140), 서킷(130), 헤더(110), 분지관(120)으로 구성된다.
종래 기술에서와 같이, 서킷(130)을 포함하고 있는 튜브 케이스 당 하나의 분배기를 사용할 경우에는 전체적으로 서킷(130)과 분배기(150)를 이어주는 분지관(120)의 길이가 증가하게 된다. 이때, 분지관(120)의 길이 증가로 인한 과도한 냉매 압력강하 발생으로 냉매 순환량이 감소되어, 열교환기의 성능을 저하시킨다. 냉매 순환량 감소 이외에도 분배기에서 서킷까지의 분지관 길이가 증가함에 따라, 냉매의 팽창도가 과도하게 높아져서, 열교환기 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 이러한 과도한 팽창을 방지하기 위해서 선형 팽창 밸브(LEV,linear Extension Valve)가 사용되기도 하지만, 효과적이지 못하다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 분배기 구조를 변경하여, 시스템에서 열교환기의 서킷과 분배기를 이어주는 분지관의 길이를 최소화 및 최적화하여 냉매 분배를 최적화하고, 냉매 순환 시스템의 성능을 개선시키는 분지식 냉매 분배기에 연결된 열교환기를 구비한 공기 조화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 복수개의 서킷으로 이루어진 열교환기에서,
서킷의 일측 단부는 헤더에 연결되어 있으며,
상기 서킷의 다른 단부는 분지관에 의해 분배기에 연결되어 냉매를 분배하는 분지식 냉매 분배기에 연결된 열교환기를 구비한 공기 조화기로서,
상기 분배기가 복수개로 이루어지며,
상기 분배기들이 분지 밸브로 이루어진 분지 수단에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분지식 냉매 분배기에 연결된 열교환기를 구비한 공기 조화기를 제공함에 의해 달성된다.
바람직하게는, 상기 서킷의 수 대 분배기 수의 비율이 3 : 1 내지 7 : 1이다.
바람직하게는, 상기 분지 수단이 분지 밸브이다.
또한 바람직하게는, 상기 분지 수단이 압력 또는 온도 센서, 상기 센서의 측정치를 비교하여 처리하는 제어부, 상기 제어부에 연결되어 제어되는 밸브로 이루어져 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 분지식 냉매 분배기의 열교 환기를 구비한 공기 조화기를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명 실시예의 복수개의 분배기를 갖춘 열교환기가 구비된 공기 조화기를 예시한 도면이다. 도 2b는 본 발명의 실시예의 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), 선형팽창밸브(26), 압축기(40), 헤더(60)로 구성된다. 열교환기(10)는 헤더(60), 복수개의 서킷(50), 복수개 분지관(12)을 포함하고 있으며, 상기 복수개의 서킷(50)은 외기와 접촉되어 열교환이 이루어지도록 하는 다발 구조를 이루어 열교환기(11)를 구성한다.
공기 조화기의 난방 모드에서 압축기에 의해 고온 고압이 된 가스 냉매는 도관(5)을 통해 실내 열교환기로 이송되며, 고온 고압의 가스 냉매는 실내 열교환기에 있어서 방열에 의해 냉각되고, 응축함으로써 저온 고압의 액체가 된다. 그 후 액체 냉매는 팽창밸브에 의해 감압되어 저온 저압의 액체가 되며, 실외 열교환기로 이송된 냉매는 증발할 때에 공기측으로부터 열을 흡수하여 중온 저압의 냉매 기체로 전환된다.
이러한 작동 모드로 난방 순환 사이클이 이루어지는데, 상술한 바와 같이, 종래의 열교환기의 냉매는 서킷을 통과한 다음 하나의 분배기에 의해 모아져서, 실외기를 빠져나가게 된다.
본 발명에서는 도 2a에 도시된 바와 같이, 분지관(12)에 의해 연결된 복수개의 서킷들은 복수개의 분배기에 의해 연결되어 있다. 종래기술에서, 분배기(30)는 열교환기(11) 마다 하나의 분배기(30)를 사용하여, 분지관(12)에 의해 연결되어 있다. 상술한 바와 같이, 하나의 분배기(30)에 의해 열교환기(11)내의 서킷(50)에서 분지관(12)에 의해 연결될 경우, 상기 분지관(12)에서 거리가 먼 분배관(12)로부터 서킷까지의 길이는 매우 길어지게 된다. 분지관(12)이 길어질 경우, 압력 강하등 많은 문제가 발생한다는 점은 이미 기술하였다. 압력이 강하될 경우에는 압축기(40)에 에너지가 더 요구되게 되어, 전력 소모 또한 증가하게 될 뿐만 아니라 전체적 냉매 분배 효과 및 압력을 떨어뜨리게 된다.
본 발명의 발명자는 상기 열교환기(11)의 서킷(50)에 연결된 분배기(30)를 분지 수단(25)으로 분지하여 복수개의 분배기(30)로 구성하면, 열교환 성능이 우수하게 향상됨을 발견하였다. 상술한 바와 같이, 서킷(50)은 분지관(12)에 의해 분배기(30)에 의해 연결되며, 이때, 본 발명 실시예와 같이 분지관(12)은 복수개의 분배기(30)로 나뉘어 분지됨으로 인해서, 종래의 분배기(30)에 연결되는 분지관(12)에 비해 패스 길이가 월등하게 감소하게 된다.
이와같이, 분지관(12)의 패스 길이가 축소됨으로 인해서, 유동되는 냉매의 급격한 압력 강하를 방지할 수 있다. 통상적으로, 난방 모드에서 냉매는 고온 고압의 기체상태로 실내기(20)내를 통과하면서 저온 고압의 액체로 전환된 후, 고압의 냉매 액체를 팽창시켜서, 압력을 낮추어주는 사이클을 필요로 한다. 그러나, 이러한 압력 강하가 과도하게 진행될 경우에는 난방 사이클 전체의 효율을 떨어뜨 리게 된다. 그러나, 본 발명의 분지 수단(25)에 의해 분지된 복수개의 분배기(30)를 사용하면, 분지관(12)의 패스 길이가 전체적으로 축소되면서, 팽창 또는 압력강하가 급격하게 진행되지 않으며, 이에따라 시스템의 효율을 증가시키게 된다. 또한, 전체 패스 길이가 축소됨으로 인해서 냉매의 순환량이 증가되기 때문에 효율을 증가시킬 수 있게 된다.
즉, 서킷(50)과 분배기(30)를 이어주는 분지관(12)의 각각의 패스 길이를 동일하게 구성하거나, 패스 길이를 축소할 경우에, 저온 고압의 냉매 액체가 시스템의 운전에 과도한 팽창없이 적절하게 팽창함으로 인해서, 냉난방 성능을 극대화할 수 있고, 선형 팽창 밸브로 부하에 대응하여 적절한 팽창도를 조정할 수 있다.
상기 서킷(50)의 수 대 분배기(30) 수의 비율이 바람직하게는 3 : 1 내지 7 : 1 이다. 이 비율은 제한되는 것이 아니며, 개방형 열교환기(11) 구조, 서킷(50)의 배치 및 형태 등의 기타 변수에 의해 변형될 수 있다.
상기 분지 수단(25)은 단순한 구조의 도관 또는 분지 밸브로 이루어 질 수 있다. 그러나, 실외기(10)의 상기 열교환기(11) 내부의 서킷(50)의 배치, 헤더(60)와 서킷(50)과의 연결 상태, 상기 서킷(50)과 분지관(12)의 연결 상태, 배기부의 배치에 따라, 실외기(10)의 공기 유동이 달라지게 된다. 이에따라, 선택적으로는 상기 분지 수단(25)은 압력 또는 온도 센서, 상기 센서의 측정치를 비교하여 처리하는 제어부, 상기 제어부에 연결되어 제어되는 밸브로 이루어질 수 있다. 상기 센서는 통상적으로 사용되는 2개이상, 복수개의 압력 센서 또는 온도 센서가 될 수도 있으며, 실외기(10)내의 공기 또는 외기의 입력부와 출력부 부근에 설치하여, 그 차이를 제어부에 보내고, 제어부는 이를 비교처리하여, 밸브를 제어하여 분배되는 냉매량을 제어하여 분배기(30)로 분배하게 된다.
상술한 것은 난방 모드로 작동될 때를 예시한 것으로서, 냉방모드일 때는, 상술한 바와 반대방향의 싸이클로 냉매가 순환되어 냉방이 이루어지게 된다.
도 3은 본 발명의 복수개 분배기를 사용함에 따른 난방 성능을 도시한 그래프이다.
본 발명 실시예의 복수개의 분배기, 즉 분지관(12)이 단축되어 연결된 분배기(30)를 사용하여 난방을 수행할 경우, 종래의 분배기(30)는 냉매가 분지관(12)을 통과하면서 4℃의 온도 강하가 있었으나, 본 발명의 복수개의 분배기(30)를 사용할 경우 2℃의 온도 강하가 일어나서, 보다 높은 온도를 갖는 냉매가 서킷(50)을 통과하게 된다. 그리고, 압력강하는 0.3bar 정도가 감소된다.
난방 능력(KW) COP(Coefficient Of Performance) 열교환기 압력차(bar)
종래의 분배기 63KW 1.2 1.7
본발명 분배기 67KW 1.3 1.4
이상과 같이, 본 발명의 분배기를 공기 조화기에 적용함에 의해 시스템 내의 냉매 순환량이 증가하여 시스템의 능력이 증가하고, 압축기에 소모되는 에너지가 감소하여 전체적인 시스템 성능이 증가한다.
이와같이, 분배기 구조를 변경하고, 분지 수단을 제공함에 의해, 냉매 분배를 최적화하고, 시스템에서 헤더와 냉매를 서로 소통시키는 분지관의 길이를 감소시키고 최적화하여, 관내 마찰에 의한 냉매 압력 강하를 방지하고, 또한 열 교환기내의 냉매 순환량을 증가시켜서, 공기 조화기의 성능을 개선시키는 효과가 있다.
본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능함은 자명한 사실이다.

Claims (5)

  1. 복수개의 서킷으로 이루어진 열교환기에서,
    서킷의 일측 단부는 헤더에 연결되어 있으며,
    상기 서킷의 다른 단부는 분지관에 의해 분배기에 연결되어 냉매를 분배하는 분지식 냉매 분배기에 연결된 열교환기를 구비한 공기 조화기로서,
    상기 분배기가 복수개로 이루어지며,
    상기 분배기들이 분지 밸브로 이루어진 분지 수단에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분지식 냉매 분배기에 연결된 열교환기를 구비한 공기 조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서킷의 수 대 분배기 수의 비율이 3 : 1 내지 7 : 1 인 것을 특징으로 하는 분지식 냉매 분배기의 열교환기를 구비한 공기 조화기.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 분지 수단이 압력 또는 온도 센서, 상기 센서의 측정치를 비교하여 처리하는 제어부, 상기 제어부에 연결되어 제어되는 밸브로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 분지식 냉매 분배기의 열교환기를 구비한 공기 조화기.
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