KR100710354B1 - 인버터 에어컨의 배관 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기 출구측 배관 구조를 인버터 에어컨의 시스템 특성에 맞게 개선하여, 상기 배관의 공진으로 인한 진동 레벨이 저감되도록 하는 한편, 이를 통해 운전중 배관 연결부위의 파단이 확실히 방지되도록 함으로써, 제품의 신뢰성 향상을 도모할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기와, 냉／난방 유로를 조절하는 사방밸브와, 상기 압축기의 토출구와 사방밸브 사이를 연결하며, 상기 압축기의 운전 주파수 범위를 벗어난 공진 주파수를 갖기 위한 배관 길이를 갖는 압축기 출구측 배관;을 포함하되 상기 압축기 출구측 배관은, 자신의 가장 낮은 부분이 상기 압축기 전체 높이의 3/4보다 높은 지점에 위치하도록 형성됨을 특징으로 하는 인버터 에어컨을 제공한다.

인버터, 에어컨, 배관, 공진

Description

인버터 에어컨의 배관 구조{THE STRUCTURE OF PIPE ARRANGEMENT INVERTER AIR CONDITIONER}

도 1은 냉난방 시스템을 나타낸 구성도

도 2는 도 1의 A부 상세도로서, 에어컨의 기존 실외기 배관을 나타낸 사시도

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 실외기 배관을 나타낸 사시도

도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 실외기 배관의 꺾인 횟수를 표시한 참고도

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 실외기 배관을 나타낸 사시도

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 실외기 배관을 나타낸 사시도

도 6은 압축기 운전시의 실외기측 배관에 대한 FFT(Fast Fourier Transform) 선도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1:압축기 2:사방밸브

3:실외열교환기 4:실내열교환기

5:팽창밸브 6:배관

6a:압축기 출구측 배관 ①~④:배관의 꺾인 횟수

본 발명은 인버터 에어컨에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인버터 에어컨의 압축기 출구측 배관 구조를 인버터 에어컨의 운전 특성에 맞게 개선한 것이다.

일반적으로, 인버터 에어컨은 교류전압을 정류하여 직류 전압으로 변환하고, 이 변환된 직류 전압을 재차 교류 전압으로 변환하여 냉/난방시 부하 조건에 따라 운전 주파수를 변화시키도록 하는 에어컨을 말한다.

즉, 상기 인버터 에어컨에 적용되는 인버터는 직류 입력전원을 교류전원으로 변환하여 부하로 공급하는 전력 변환기의 일종으로서, 압축기에 적용할 경우 운전 주파수를 제어하여 회전수를 가변함으로써 냉/난방능력을 가변시킬 수 있다.

전압이 낮은 지역에서는 냉장고나 에어컨이 작동되는 소리가 나면서 전등이 희미해지는 현상이 종종 있다. 이는 주기적으로 압축기를 가동시켜 냉기를 뿜어내는 에어컨이 많은 전력을 소비한다는 것을 입증한다. 따라서 이러한 가전제품은 절전 성능을 얼마나 높이느냐가 기술의 열쇠다.

절전형 에어컨을 상품화하기 위한 연구는 다각도로 진행되고 있는데 그중 한가지가 인버터 에어컨이다. 기존의 에어컨의 압축기모터는 정격전압 2백20V(주파수 60Hz, 국가에 따라 50Hz)를 인가받아 일정한 회전속도로 작동을 반복한다. 이러한 방식의 에어컨은 실내 온도에 상관없이 일정한 냉/난방출력을 가짐으로써 불필요한 전력을 소모한다는 데 문제가 있다. 즉 실내온도 변화에 따라 적절한 냉/난방출력을 조절할 필요가 제기되는 것이다.

인버터 에어컨은 이러한 기존 에어컨의 단점에 착안, 압축기모터의 회전수를 다양한 속도로 제어하여 냉/난방출력과 전기소모를 최적화하는 기술을 채용한 것이다. 따라서 이 에어컨은 실내온도가 낮아지면 압축기모터의 회전수가 자동으로 줄어들면서 전력소모를 최소화, 일반 에어컨보다 전력소모량을 20∼30% 가량 줄일 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여 냉난방 시스템 및 이에 적용되는 인버터 에어컨에 있어서의 기존 실외기 배관 구조에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 공기조화기에 적용되는 냉난방 시스템 구성도로서, 압축기(1), 사방밸브(2), 실외열교환기(3), 실내열교환기(4), 팽창밸브(5), 이들을 연결하는 배관(6)을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 실외열교환기(3) 근처에는 실외팬(3a)이 설치되고, 상기 실내열교환기(4) 근처에는 실내팬(4a)이 설치된다.

이러한 냉난방 시스템에서는 냉방 또는 난방 운전의 선택에 따라, 제어부에 의해 사방밸브(2)가 절환되어 선택된 운전모드에 맞게 냉매의 유동방향이 달라짐으로써 선택된 운전모드로 공기조화기가 운전되는 것이다.

한편, 도 2는 인버터 에어컨의 기존 실외기 배관을 나타낸 사시도로서, 실외기 배관은 에어컨의 압축기(1), 열교환기, 실내기를 연결하는 역할을 하며, 사방밸브(2; 4-way valve)를 절환함으로써 냉방 및 난방운전에 알맞도록 유로(pass)를 제어한다.

그리고, 압축기(1)의 냉매 토출구측 배관(이하, "압축기 출구측 배관(6a)"이 라 한다.) 직경은 압축기 용량에 따라 표준화되어 있으며, 통상 5/16 인치로 다른 부분의 배관에 비해 직경이 제한되어 있고 얇으며, 상기 압축기 출구측 배관(6a)은 압축기(1)의 토출구와 사방밸브(2)의 접속부 사이를 연결하도록 설치된다.

그러나, 이와 같은 종래의 압축기 출구측 배관(6a)은 기존의 정속에어컨에서 사용되던 배관 설계 개념이 그대로 채용됨으로 인해 다음과 같은 문제점을 안게 된다.

즉, 기존의 정속 에어컨에서는 압축기 운전 주파수가 50Hz 또는 60Hz로서, 이 운전주파수만을 피하기 위해 길이를 길게 하고 꺾임도 많게 하여 배관의 고유주파수를 30Hz 정도로 낮추어서 진동문제를 해결하였다.

그러나, 기존 정속 에어컨에 사용되던 압축기 출구측 배관구조가 그대로 인버터 에어컨에 채용될 경우에는, 배관의 공진을 불러일으켜 전체적인 진동 레벨 및 소음을 증가시키게 되며, 나아가 운전도중 배관 연결부위가 파단되는 문제까지도 야기하게 된다.

따라서, 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 범위 내에서는 공진이 야기되지 않도록 인버터 에어컨에 알맞도록 개선된 압축기 출구측 배관구조가 절실히 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 압축기 출구측 배관 구조를 인버터 에어컨의 시스템 특성에 맞게 개선하여, 배관의 공진으로 인한 진동 레벨이 저감되도록 하는 한편, 이를 통해 운전중 배관 연결부위의 파단 이 확실히 방지되도록 함으로써, 제품의 신뢰성 향상을 도모할 수 있는 인버터 에어컨을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기와, 냉／난방 유로를 조절하는 사방밸브와, 상기 압축기의 토출구와 사방밸브 사이를 연결하며, 상기 압축기의 운전 주파수 범위를 벗어난 공진 주파수를 갖기 위한 배관 길이를 갖는 압축기 출구측 배관;을 포함하되 상기 압축기 출구측 배관은, 자신의 가장 낮은 부분이 상기 압축기 전체 높이의 3/4보다 높은 지점에 위치하도록 형성됨을 특징으로 하는 인버터 에어컨을 제공한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 대해 첨부도면 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3 및 도 6을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 대해 설명한다.

도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 실외기 배관을 나타낸 사시도이고, 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 실외기 배관의 꺾인 횟수를 표시한 참고도이며, 도 6은 압축기 운전시의 실외기측 배관에 대한 FFT(Fast Fourier Transform) 선도로서, 본 발명의 인버터 에어컨은, 냉매를 고온/고압으로 압축하는 압축기(1)와, 냉／난방 유로를 조절하는 사방밸브(2)와, 실외열교환기(3), 실내열교환기(4), 팽창밸브(5)를 포함하여 구성되며, 상기 압축기(1)의 토출구와 사방밸브(2) 사이를 연결하는 압축기 출구측 배관(6a)의 길이를, 압축기(1)의 운전 주파수 범위를 벗어난 공진 주파수를 갖는 길이로 형성한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 실외열교환기(3) 근처에는 실외팬(3a)이 설치되고, 상기 실내열교환기(4) 근처에는 실내팬(4a)이 설치된다.

이때, 상기 압축기 출구측 배관(6a)은 지면에 수직하거나 수평한 복수개의 직선부(6a-1)와, 각 직선부(6a-1) 사이를 연결하는 곡선부(6a-2)로 이루어지되, 두 개의 직선부(6a-1)의 사이각은 20도 이상이 된다.

그리고, 두 개의 직선부(6a-1)의 사이각이 20도 이상일 때, 이를 "꺾임'이라고 정의하며, 꺾임 횟수는 4회를 넘지 않도록 한다(도 3b 참조). 이는, 압축기의 설치 공간 확보 및 에어컨 내부 설치물과의 간섭 문제를 피하기 위함이며, 배관의 길이를 짧게 하는데 유리하기 때문이다.

특히, 직선부(6a-1)와 직선부가 이루는 사이각은 90도로 형성됨이 바람직한데, 이는 냉매의 흐름에 유리한 수평 또는 수직을 이루는 각도이기 때문이다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 작용은 다음과 같다.

본 실시예에 따르면, 압축기 출구측 배관(6a)의 길이가 기존 압축기 출구측 배관 길이의 2/3 이하의 길이로 짧아짐에 따라 배관의 공진주파수가 운전 주파수 범위를 벗어난 값으로 높아지게 된다.

즉, 본 실시예는 압축기 출구측 배관(6a)의 길이가 기존 압축기 출구측 배관 길이에 비해 최소 1/3 이상 축소됨으로 인해, 압축기 출구측 배관(6a)의 공진주파수가 인버터 에어컨의 운전 주파수 범위를 벗어나게 되며, 이로써 에어컨 운전시 배관의 진동 및 소음 레벨을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 운전중 공진으로 인한 배관의 파단 현상을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

예를 들어, 인버터 에어컨의 압축기 운전 범위가 9~150Hz인 경우, 본실시예에 따른 배관은 150Hz보다 더 큰 공진주파수 값을 가지게 됨으로써, 에어컨의 운전 중에 압축기 운전주파수가 바뀌더라도 배관의 공진이 일어나지 않고 우수한 진동특성을 갖게 된다.

한편, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 실외기 배관을 나타낸 사시도로서, 본 실시예에 따르면, 상기 압축기(1)의 토출구와 사방밸브(2) 사이를 연결하는 압축기 출구측 배관(6a)의 길이가 압축기(1)의 운전 주파수 범위를 벗어난 공진 주파수를 갖는 길이로 형성되되, 상기 압축기 출구측 배관(6a)이 지면에 대해 수직한 2개의 직선부(6a-1)와, 이들 직선부(6a-1)를 연결하는 곡선부(6a-2)로 이루어지게 된다.

이와 같이 된 경우에는 전술한 제1실시예와 같이, 압축기 출구측 배관(6a)의 공진주파수가 인버터 에어컨의 운전 주파수 범위를 벗어나게 됨으로써, 에어컨 운전시 배관의 진동 및 소음 레벨을 낮출 수 있으며, 더 나아가 공진으로 인한 배관의 파단을 방지할 수 있게 된다.

한편, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 실외기 배관을 나타낸 사시도로서, 본 실시예에 따르면, 상기 압축기(1)의 토출구와 사방밸브(2) 사이를 연결하는 압축기 출구측 배관(6a)이 압축기(1)의 운전 주파수 범위를 벗어난 공진 주파수를 갖는 길이로 형성되되, 상기 압축기 출구측 배관(6a)이 곡선부(6a-2)로만 이루어지게 된다.

즉, 압축기 출구측 배관(6a)이 꺾임 부위없는 곡선부(6a-2)로 이루어져 루프(loop)형태를 이루게 된다. 이때 배관의 곡선부(6a-2)의 곡률반경은 길이방향을 따라가면서 변할 수 있음은 물론이다.

이 경우 역시 전술한 실시예들과 유사한 작용 효과를 나타내므로 그 설명은 생략한다.

한편, 상기한 각 실시예들에서 압축기 출구측 배관(6a)은 자신의 가장 낮은 부분이 압축기(1) 전체 높이의 3/4보다 높은 지점에 위치하도록 형성됨이 바람직한데, 이는 내부 설치물과의 간섭 문제등을 고려한 것이다.

도 6은 압축기 운전시의 실외기측 배관에 대한 FFT(Fast Fourier Transform) 선도로서, 종래의 압축기 출구측 배관 구조에 의하면 인버터 압축기 운전영역에서 1차 진동모드 외에도 2차, 3차 모드에서도 압축기 가진(加振)에 의해 공진되어 배관의 전체 진동레벨이 증가함을 알 수 있다. 그리고, 이 같은 종래 배관 구조에서는 심할 경우 배관 연결부위가 파단된다.

하지만, 본 발명에 따른 압축기 출구 배관 구조가 적용되면, FFT선도에 도시된 바와 같이, 배관의 고유진동수가 압축기 운전영역을 벗어나 있어 압축기(1) 운전에 의해 공진되지 않고 우수한 진동특성을 나타내게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않은 한 다양한 형태로의 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명은 압축기 출구측 배관 구조를 인버터 에어컨의 시스템 특성에 맞게 개선함에 따라, 배관의 공진으로 인한 전체 배관의 진동 레벨 및 소음을 저감시킬 수 있게 된다.

그리고, 배관의 공진을 해소하여 진동을 저감시킴으로 인해, 운전중 배관 연결부위의 파단을 보다 확실히 방지하게 된다.

이에 따라, 본 발명은 소비자의 제품에 대한 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.

한편, 본 발명에 따르면 배관 길이가 줄어듦으로 인해 제품의 생산 비용이 절감되는 효과를 가지게 된다.

Claims (6)

1. 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기와;

   냉／난방 유로를 조절하는 사방밸브와;

   상기 압축기의 토출구와 사방밸브 사이를 연결하며, 상기 압축기의 운전 주파수 범위를 벗어난 공진 주파수를 갖기 위한 배관 길이를 갖는 압축기 출구측 배관;을 포함하되 상기 압축기 출구측 배관은, 자신의 가장 낮은 부분이 상기 압축기 전체 높이의 3/4보다 높은 지점에 위치하도록 형성됨을 특징으로 하는 인버터 에어컨.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축기 출구측 배관은,

   복수개의 직선부와, 각 직선부와 직선부 사이를 연결하는 곡선부로 이루어지되, 두 개의 직선부의 사이각은 20도 이상임을 특징으로 하는 인버터 에어컨.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 곡선부는 4부분 이하임을 특징으로 하는 인버터 에어컨.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축기 출구측 배관은,

   지면에 대해 수직한 2개의 직선부와, 이들 직선부를 연결하는 곡선부로 이루어짐을 특징으로 하는 인버터 에어컨.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축기 출구측 배관은 곡선부로만 이루어짐을 특징으로 하는 인버터 에어컨.
6. 삭제

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