KR100779533B1

KR100779533B1 - 열교환기의 냉매순환 구조

Info

Publication number: KR100779533B1
Application number: KR1020050103875A
Authority: KR
Inventors: 김영수
Original assignee: 주식회사 대우일렉트로닉스
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2007-11-27
Also published as: KR20070047104A

Abstract

본 발명은 열교환기의 냉매순환 구조에 관한 것으로, 냉매의 열교환이 이루어지는 열교환기가 실내 및 실외에 각각 구비되는 히트펌프 방식의 공기조화기에 있어서, 상기 열교환기 쪽으로 유입되는 냉매를 분기시키는 분배기가 구비되고, 상기 분배기에서 분기된 냉매는 다수의 유입구 및 토출구가 형성된 열교환기로 유입되되, 상기 냉매는 열교환기의 상부 및 하부로부터 각각 유입된 다음 열교환기의 내부를 순환하여 열교환기의 중앙부를 통해 토출되어 상기 열교환기의 중앙부에서 집중적으로 냉매의 열교환이 균일하게 이루어지도록 된 것이다.

공기조화기, 열교환기, 냉매, 순환, 헤어핀, 분배기, 중앙집중

Description

열교환기의 냉매순환 구조{Structure for Refrigerant Circulation in Heat Exchanger}

도 1은 종래기술에 따른 열교환기에서 냉매의 흐름방향을 보여주는 개략적인 단면도,

도 2는 종래기술에 따른 열교환기를 순환하는 냉매의 온도분포를 개략적으로 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 열교환기에서 냉매의 흐름방향을 보여주는 개략적인 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 열교환기를 순환하는 냉매의 온도분포를 개략적으로 도시한 도면이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

100 : 열교환기 100a : 헤어핀

110 : 제1유입구 115 : 제2유입구

120 : 제3유입구 125 : 제1토출구

130 : 제2토출구 135 : 제3토출구

140 : 제1유입관 145 : 제2유입관

150 : 제1토출관 155 : 제2토출관

160 : 제3유입관 200 : 분배기

300 : 냉각팬

본 발명은 공기조화기에 구비되는 열교환기에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 열교환기의 내부를 흐르는 냉매의 흐름 방향을 변경하여 신속한 급속난방 및 급속냉방 운전을 가능하게 함은 물론, 열교환기의 제상 효율을 향상시킬 수 있도록 된 열교환기의 냉매순환 구조에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 히트펌프 방식 공기조화기는 냉방 기능과 난방 기능이 함께 구비된 것으로, 통상 사방밸브를 통해 냉매의 흐름을 변경함으로써 냉방 운전 및 난방 운전이 가능하게 된다.

이러한 히트펌프 방식 공기조화기는 실내와 실외에 각각 열교환기가 구비되는데, 여기서 종래의 열교환기 내부를 흐르는 냉매의 흐름을 살펴보면, 도 1에서 보는 바와 같이, 열교환기(10)에는 냉매가 흐르는 헤어핀(Hair Pin;10a)이 구비되며, 이 헤어핀(10a)은 'U'밴드에 의해 상호 연결되면서 냉매의 유로를 형성하게 된다.

이러한 열교환기(10)의 상부에는 냉매가 유입되는 유입구(11)가 형성되는 한편, 하부에는 상기 열교환기(10)를 경유한 냉매가 토출되는 토출구(12)가 형성되어 있다.

이에 따라, 상기 유입구(11)를 통해 열교환기(10)의 내부로 유입된 냉매는 헤어핀(10a)을 경유하여 상기 토출구(12)를 통해 토출되는데, 이 과정에서 냉매는 냉각팬(20)에 의해 송풍되는 외부 공기와 열교환하게 된다.

한편, 도 2는 종래의 열교환기를 순환하는 냉매의 온도분포를 개략적으로 도시한 것으로, 종래의 열교환기(10)의 내부를 흐르는 냉매는 단순히 열교환기(10)의 상부에서 하부 방향으로만 흐르기 때문에, 열교환기(10) 내부에서 냉매의 온도분포(D₁)는 열교환기(10)의 상부에서 하부로 갈수록 좁아지는 역삼각형(도 2에서 점선으로 도시됨)을 이루게 된다.

이렇게 열교환기(10) 내부에서 냉매의 온도분포(D₁)가 일측으로 편중되어 불균일하게 되면, 열교환기(10)의 증발 및 응축효율이 저하되면서 급속난방 및 급속냉방이 곤란해지고, 압축기의 기동시 크랭크 케이스 내의 압력이 급격히 떨어지면서 오일과 냉매가 분리되어 유면이 약동하고 심하게 거품이 일어나는 오일포밍 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 열교환기(10)의 제상운전시에도 냉매의 온도분포(D₁)가 불균일함에 따라 제상효율이 저하되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 열교환기의 내부를 흐르는 냉매의 흐름을 중앙집중식으로 변경하여 냉매의 온도분포를 균일하게 하여 압축기의 손상을 방지함을 물론, 신속한 급속난방 및 급속냉방 운전을 가능하게 하고, 열교환기의 제상 효율을 향상시킬 수 있도록 된 열교환기의 냉매순환 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매의 열교환이 이루어지는 열교환기가 실내 및 실외에 각각 구비되는 히트펌프 방식의 공기조화기에 있어서, 상기 열교환기 쪽으로 유입되는 냉매를 분기시키는 분배기가 구비되고, 상기 분배기에서 분기된 냉매는 다수의 유입구 및 토출구가 형성된 열교환기로 유입되되, 상기 냉매는 열교환기의 상부 및 하부로부터 각각 유입된 다음 열교환기의 내부를 순환하여 열교환기의 중앙부를 통해 토출되어 상기 열교환기의 중앙부에서 집중적으로 냉매의 열교환이 균일하게 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 분배기에서 연장된 제1유입관 및 제2유입관은 상기 열교환기의 상ㆍ하부에 각각 형성된 제1유입구 및 제2유입구에 연결되고, 상기 제1유입구로 유입된 냉매는 상기 열교환기의 상부에서 중앙부 쪽으로 순환하여 제1토출구를 통해 제1토출관으로 토출되는 한편, 상기 제2유입구로 유입된 냉매는 상기 열교환기의 하부에서 중앙부 쪽으로 순환하여 제2토출구를 통해 제2토출관으로 토출되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 제1토출관 및 제2토출관은 하나로 합쳐져서 제3유입관과 연결되고, 상기 제3유입관은 상기 열교환기의 중앙부에 형성된 제3유입구와 연결되며, 상기 제3유입구로 유입된 냉매는 상기 열교환기의 중앙부를 순환하여 상기 열교환기의 중앙부에 형성된 제3토출구를 통해 토출되는 것을 특징으로 한 다.

그리고 본 발명에 따르면, 상기 제3유입관의 직경은 상기 제1토출관 및 제2토출관의 직경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 열교환기에서 냉매의 흐름방향을 보여주는 개략적인 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 열교환기를 순환하는 냉매의 온도분포를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 열교환기(100)는, 도 3에서 보는 바와 같이, 다수의 유입구 및 토출구가 형성되며, 상기 열교환기(100) 쪽으로 유입되는 냉매는 상기 열교환기(100)로 유입되기 전에 분배기(200)에 의해 분기된다.

이를 좀 더 자세히 살펴보면, 상기 분배기(200)에서 연장된 제1유입관(140) 및 제2유입관(145)은 상기 열교환기(100)의 상ㆍ하부에 각각 형성된 제1유입구(110) 및 제2유입구(115)에 연결되어, 상기 제1유입구(110)로 유입된 냉매는 상기 열교환기(100)의 상부에서 중앙부 쪽으로 순환하여 제1토출구(125)를 통해 제1토출관(150)으로 토출된다.

그리고, 상기 제2유입구(115)로 유입된 냉매는 상기 열교환기(100)의 하부에서 중앙부 쪽으로 순환하여 제2토출구(130)를 통해 제2토출관(155)으로 토출된다.

한편, 상기 제1토출관(150) 및 제2토출관(155)은 하나로 합쳐져서 제3유입관(160)과 연결되고, 상기 제3유입관(160)은 상기 열교환기(100)의 중앙부에 형성된 제3유입구(120)와 연결되어, 상기 제3유입구(120)로 유입된 냉매는 상기 열교환기 (100)의 중앙부를 순환하여 상기 열교환기(100)의 중앙부에 형성된 제3토출구(135)를 통해 토출된다.

여기서, 상기 제1토출관(150)과 제2토출관(155)에서 동시에 토출되는 냉매에 의해 상기 제3유입관(160)에서 냉매 흐름의 병목현상이 발생하는 것을 방지하도록 상기 제3유입관(160)의 직경을 상기 제1토출관(150) 및 제2토출관(155)의 직경보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 분배기(200)에서 분기된 냉매가 다수의 유입구 및 토출구가 형성된 열교환기(100)로 유입되되, 상기 냉매는 열교환기(100)의 상부 및 하부로부터 각각 유입된 다음 열교환기(100)의 내부를 순환하여 열교환기(100)의 중앙부를 통해 토출되어, 냉각팬(300)을 통해 상기 열교환기(100)의 중앙부에서 집중적으로 냉매의 열교환이 이루어지게 된다.

이에 따라, 상기 열교환기(100)의 내부를 흐르는 냉매의 온도분포(D₂)는, 도 4에서 보는 바와 같이, 상부와 하부는 좁고 중앙은 넓은 다이아몬드 형상(도 2에서 점선으로 도시됨)을 이루게 되며, 본 발명에 따른 열교환기(100)에서는 전체적으로 균일한 열교환이 이루어지게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 열교환기의 내부를 흐르는 냉매의 흐름이 중앙집중식으로 변경됨에 따라 냉매의 온도분포가 균일하게 되어 압축기의 손상을 방지할 수 있음은 물론, 신속한 급속난방 및 급속냉방 운전이 가능하며, 제 상운전시에는 열교환기의 제상 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 열교환기의 열교환 효율이 증대되고, 열교환이 균일하게 이루어짐에 따라 열교환기의 크기 자체를 줄일 수 있으며, 이에 따라 냉각팬의 회전속도도 저감시킬 수 있기 때문에 공기조화기의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

Claims

냉매의 열교환이 이루어지는 열교환기가 실내 및 실외에 각각 구비되는 히트펌프 방식의 공기조화기에 있어서,

상기 열교환기 쪽으로 유입되는 냉매를 분기시키는 분배기;

상기 분배기와 상기 열교환기의 상부 및 하부를 각각 연결하는 제1유입관 및 제2유입관;

상기 열교환기를 순환한 냉매가 외부로 토출되는 복수의 토출관; 및

상기 복수의 토출관과 연결되어, 상기 토출관을 통해 배출되는 냉매를 상기 열교환기로 재유입시키는 제3유입관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기의 냉매순환 구조.
제1항에 있어서,

상기 제1유입관 및 상기 제2유입관은 상기 열교환기의 상ㆍ하부에 각각 형성된 제1유입구 및 제2유입구에 연결되고, 상기 제1유입구로 유입된 냉매는 상기 열교환기의 상부에서 중앙부 쪽으로 순환하여 제1토출구를 통해 제1토출관으로 토출되는 한편, 상기 제2유입구로 유입된 냉매는 상기 열교환기의 하부에서 중앙부 쪽으로 순환하여 제2토출구를 통해 제2토출관으로 토출되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 냉매순환 구조.
제2항에 있어서,

상기 제1토출관 및 상기 제2토출관은 상기 제3유입관과 연결되고, 상기 제3유입관은 상기 열교환기의 중앙부에 형성된 제3유입구와 연결되며, 상기 제3유입구로 유입된 냉매는 상기 열교환기의 중앙부를 순환하여 상기 열교환기의 중앙부에 형성된 제3토출구를 통해 토출되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 냉매순환 구조.
제3항에 있어서,

상기 제3유입관의 직경은 상기 제1토출관 및 제2토출관의 직경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기의 냉매순환 구조.