KR100784611B1

KR100784611B1 - 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기

Info

Publication number: KR100784611B1
Application number: KR1020060078186A
Authority: KR
Inventors: 이홍열; 곽효상
Original assignee: 주식회사 두원공조
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2007-12-11
Also published as: US20110146332A1; EP1890096B1; US20080041093A1; EP1890096A2; EP1890096A3

Abstract

본 발명은, 내부가 빈 중공의 탱크(20)와, 상기 탱크 내부의 상부에 설치되어 저압냉매가 유입하는 저압측 냉매유입관(22)과, 상기 탱크 내부에 유입된 냉매에서 분리된 기상냉매가 배출되도록 상기 탱크의 내부에 상하방향으로 설치된 저압측 냉매유출관(24)과, 상기 저압냉매와 열교환하도록 상기 저압측 냉매유출관의 외주면 일측부를 길이방향으로 감싸게 설치된 고압측 냉매유입관(26)과, 상기 저압냉매와 열교환하도록 상기 저압측 냉매유출관의 외주면 타측부를 길이방향으로 감싸게 설치되며 상기 고압측 냉매유입관의 하단과 연통된 고압측 냉매유출관(28)으로 이루어지되, 상기 저압측 냉매유출관(24)은 내관부와 외관부를 가진 이중관으로 이루어지고, 상기 이중관의 하단에는 리턴캡(30)이 결합되어, 상기 탱크 내부의 상부에서 상기 내관부와 외관부 사이의 기상냉매 입구부를 통해 기상냉매가 유입하여 상기 리턴캡에서 상기 내관부의 내부로 방향을 전환하여 흐르게 되어 있으며, 상기 고압측 냉매유입관과 고압측 냉매유출관의 일측은 그 내부에 다수의 냉매통로가 형성된 절곡 납작튜브(열교환부 : 26b, 28b)로 되어 있으므로, 냉매관의 배관이 용이하고 열교환 효율을 높여 시스템의 효율을 상승시키는 효과가 있다.

Description

냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기{Accumulator combined with internal heat exchanger of air conditioner}

도1은 기액분리기를 가지는 냉방장치의 시스템도,

도2는 종래 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기를 나타내는 단면 구성도,

도3은 본 발명의 실시예에 의한 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기를 나타내는 일부 절단 단면도,

도4는 도3의 고압측 냉매유입관과 고압측 냉매유출관의 절곡 납작튜브(열교환부)를 나타내는 사시도,

도5은 도3의 고압측 냉매유입관과 고압측 냉매유출관의 절곡 납작튜브(열교환부)의 다른예를 나타내는 사시도,

도6은 도3의 고압측 냉매유입관과 고압측 냉매유출관의 절곡 납작튜브(열교환부)의 다른예를 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 탱크 22 : 저압측 냉매유입관

24 : 저압측 냉매유출관 26 : 고압측 냉매유입관

28 : 고압측 냉매유출관 26b, 28b : 절곡 납작튜브(열교환부)

30 : 리턴캡 32, 32' : 전열핀

34 : 연통캡

본 발명은 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 냉방을 위한 공조장치에서, 냉매는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 순환하는 냉동사이클을 형성하는데, 압축기에 의해 임계상태를 초과하는 초임계상태로 압축되는 냉동 사이클을 초임계 냉동사이클이라 한다. 통상적으로 초임계 냉동 사이클에 있어서는, 냉매가 압축된 이후에 대기 중으로 방열하는 과정에서 상변화를 겪지 않으므로, 이때의 방열장치는 응축기 대신 가스 냉각기로 불리운다.

이와 같은 초임계 냉동사이클에서, 냉매 특성상 증발기를 거쳐나온 냉매는 과열도를 형성하기 어렵기 때문에 압축기에 액체 냉매가 유입되고, 이로 인한 리퀴드 백(liquid back)현상이 발생하여 압축기에 손상을 입힐 수 있다. 이를 방지하기 위해 저압측에 기액분리기를 설치하여 이를 통해 기액을 분리하고, 기체 냉매를 내부열교환기를 통과시켜 과열도를 형성하여 압축기로 보내게 된다. 이때 가스 냉각기에서 나온 냉매는 상기 내부열교환기를 통과시켜 임계온도 이하로 내려 과냉각도 형성을 용이하게 한다.

이러한 초임계 냉동사이클의 냉방장치는 도1에 도시한 바와 같이, 냉방사이 클을 형성하는 압축기(1), 콘덴서(가스 냉각기)(2), 팽창밸브(3) 및 증발기(4)가 설치되는 한편, 증발기로부터 나온 냉매로부터 기액을 분리하는 기액분리기(5)와, 상기 콘덴서(가스 냉각기)(2)로부터 유출된 냉매와 상기 기액분리기(5)로부터 유출된 냉매 사이의 열교환을 시키기 위한 내부열교환기(6)가 설치된 시스템이다.

이러한 초임계 냉동사이클의 냉방장치는 기액분리기와 내부열교환기가 별도로 구성되기 때문에 구조적으로 복잡하고 차량의 협소한 공간에 장착하기가 용이하지 못하였다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 내부열교환기와 기액분리기를 통합한 내부열교환기 일체형 기액분리기가 한국등록실용신안 제20-0365161호로 개시되어 있다.

상기 한국등록실용신안 제20-0365161호는 그 일실시예로서 도2에 도시한 바와 같이, 내부가 빈 중공의 기액분리기 몸체(11)와, 일단이 가스 냉각기(2 : 도1에 도시)의 출구단과 연결되고 타단이 팽창밸브(3 : 도1에 도시)의 입구단과 연결되며 상기 기액분리기 몸체(11) 내부에서 나선형으로 감기도록 형성된 내측 열교환관(12)과, 상기 내측 열교환관(12)의 외면과의 사이에 냉매가 유동하는 공간이 형성되도록 내측 열교환관(12)의 외측으로 따라 일정 길이로 형성되어 내측 열교환관(12)과 함께 이중관을 형성하는 외측 열교환관(13)과, 일단이 증발기(4 : 도1에 도시)의 출구단과 연결되며 타단이 상기 외측 열교환관(13)의 일단부에 연결되는 냉매유입관(15)과, 일단이 상기 기액분리기 몸체(11)의 상부에 위치되며 타단이 압축기(1 : 도1에 도시)의 입구단과 연결되어 기상냉매를 압축기로 유도하는 냉매 토출관(16)을 구비한다.

상기 냉매 유입관(15)은 상기 내측 열교환관(12)의 냉매 유입측과 가까운 부분에서 외측 열교환관(13)과 연통되며, 상기 외측 열교환관(13)은 내측 열교환관(12)의 토출측과 가까운 일단부에 기액분리기 몸체(11) 내부로 냉매가 토출되는 토출공(13a)이 형성되고, 상기 냉매 토출관(16)의 상단부와 외측 열교환관(13)의 토출공(13a) 사이에는 필터(14)가 설치되며, 상기 냉매 토출관(16)의 하부에는 기액분리기 몸체(11) 하부에 모여진 압축기 작동용 오일이 회수되도록 오일 회수공(16a)이 형성되어 있다.

그런데, 상기한 바와 같은 종래 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기에는 기액분리기 몸체의 상 하측에 냉매 입출구가 형성되어 배관이 용이하지 못하고, 기액분리기 몸체 내부에서의 열교환 효율이 만족할 만하지 못하여 시스템 효율이 낮다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 냉매관의 배관이 용이하고 열교환 효율을 높여 시스템의 효율을 상승시키는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부가 빈 중공의 탱크와, 상기 탱크 내부의 상부에 설치되어 저압냉매가 유입하는 저압측 냉매유입관과, 상기 탱크 내부에 유입된 냉매에서 분리된 기상냉매가 배출되도록 상기 탱크의 내부에 상하방향으로 설치된 저압측 냉매유출관과, 상기 저압냉매와 열교환하도록 상기 저압측 냉매유출관의 외주면 일측부를 길이방향으로 감싸게 설치된 고압측 냉매유입관과, 상기 저압냉매와 열교환하도록 상기 저압측 냉매유출관의 외주면 타측부를 길이방향으로 감싸게 설치되며 상기 고압측 냉매유입관의 하단과 연통된 고압측 냉매유출관으로 이루어지되, 상기 저압측 냉매유출관은 내관부와 외관부를 가진 이중관으로 이루어지고, 상기 이중관의 하단에는 리턴캡이 결합되어, 상기 탱크 내부의 상부에서 상기 내관부와 외관부 사이의 기상냉매 입구부를 통해 기상냉매가 유입하여 상기 리턴캡에서 상기 내관부의 내부로 방향을 전환하여 흐르게 되어 있으며, 상기 고압측 냉매유입관과 고압측 냉매유출관의 일측은 그 내부에 다수의 냉매통로가 형성된 절곡 납작튜브로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 저압측 냉매유출관의 외주면과 상기 절곡 납작튜브의 절곡 외면에는 열교환율을 높이도록 전열핀이 구비되어 있다. 상기 고압측 냉매관과 상기 저압측 냉매유출관의 외주면은 서로 접합하여 상기 고압측 냉매관의 냉매와 상기 저압측 냉매유출관의 냉매가 서로 열교환하도록 배열하는 것이 바람직하다.

상기 전열핀은 상기 절곡 납작튜브에서 돌출하여 일체로 형성되어 있거나 절곡 납작튜브와 별개로 형성되어 있다. 상기 절곡 납작튜브와 별개로 형성된 전열핀은 주름진 옵셋핀으로 되어 있을 수도 있다.

상기 고압측 냉매유입관과 고압측 냉매유출관의 하단은 연통캡에 의해 연통되어 있다. 상기 연통캡과 리턴캡은 일체로 되어 있을 수도 있다.

상기 저압측 냉매유입관의 외면에는 상기 고압측 냉매유입관이나 고압측 냉매유출관이나 탱크 내면을 향하여 냉매를 분사시켜 유동하는 냉매의 열교환효율을 높이도록 냉매분사구멍이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 탱크의 상단에는, 상기 저압측 냉매유입관, 이중관의 내관부, 고압측 냉매유입관 및 고압측 냉매유출관이 통과하는 뚜껑이 결합되어 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 내부열교환기 일체형 기액분리기는, 내부가 빈 중공의 탱크(20)의 내부 상부에 저압냉매가 유입하는 저압측 냉매유입관(22)이 설치되고, 상기 탱크 내부에 유입된 냉매에서 분리된 기상냉매가 배출되도록 저압측 냉매유출관(24)이 상기 탱크(20)의 내부 중앙에 상하방향으로 설치되며, 상기 저압냉매와 열교환하도록 고압측 냉매유입관(26)이 상기 저압측 냉매유출관(24)의 외주면 일측부를 길이방향으로 감싸게 설치되고, 상기 저압냉매와 열교환하도록 고압측 냉매유출관(28)이 상기 저압측 냉매유출관(24)의 외주면 타측부를 길이방향으로 감싸게 설치되는 한편 상기 고압측 냉매유입관(26)의 하단과 연통된 구조이다.

상기 탱크(20)는 탱크 본체(20a)와, 상기 탱크 본체(20a)의 하부에 결합된 탱크 하부(20b)로 이루어지고, 상기 탱크 본체(20a)의 상단에는 뚜껑(21)이 결합되어 있다. 상기 탱크 본체(20a)와 탱크 하부(20b)는 일체로 이루어져 탱크(20)를 이루고 있을 수도 있다.

상기 저압측 냉매유입관(22)은 그 상부가 상기 뚜껑(21)을 관통하여 설치되고, 그 하부 외면에는 상기 고압측 냉매유입관(26)이나 고압측 냉매유출관(28)이나 몸체(20) 내면을 향하여 냉매를 분사시켜 기액분리성을 향상하는 한편 고압측 냉매 유입관 및 고압측 냉매유출관 내에 유동하는 고온의 냉매를 냉각시켜 열교환효율을 높이도록 냉매분사구멍(22a)이 형성되어 있다.

상기 저압측 냉매유출관(24)은 내관부(24a)와 외관부(24b)를 가진 이중관으로 이루어지고, 상기 이중관의 하단에는 리턴캡(30)이 결합되어, 상기 몸체(20) 내부의 상부에서 상기 내관부(24a)와 외관부(24b) 사이의 기상냉매 입구부(E1)를 통해 기상냉매가 유입하여 상기 리턴캡(30)에서 상기 내관부(24a)의 내부로 방향을 전환하여 흐르게 되어 있다. 상기 내관부(24a)의 상부 및 하부는 상기 외관부(24b)의 상단 및 하단보다 길게 형성되어 있으며, 상기 내관부(24a)의 상부는 상기 뚜껑(21)을 관통하여 설치된다. 상기 기상냉매 입구부(E1)는 상기 뚜껑(21)의 하측에 형성된다.

상기 저압측 냉매유출관(24)은 그 내관부(24a)와 외관부(24b)가 일체로 형성된 압출 이중관으로 되어 있거나, 별도의 내관과 외관이 결합되어 내관부와 외관부를 형성하고 있다.

상기 고압측 냉매유입관(26)은 상기 뚜껑(21)을 관통하는 입구부(26a)와 상기 탱크(20) 내부에서 저압냉매와 열교환되는 열교환부(26b)로 이루어지고, 상기 고압측 냉매유출관(28)은 상기 뚜껑(21)을 관통하는 출구부(28a)와 상기 탱크(20) 내부에서 저압냉매와 열교환되는 열교환부(28b)로 이루어진다.

도4에 도시한 바와 같이, 상기 고압측 냉매유입관(26)과 고압측 냉매유출관(28)의 각 열교환부(26b, 28b)는 그 내부에 다수의 냉매통로(H)가 형성되고 폭방향으로 절곡된 절곡 납작튜브로 되어 있다. 상기 열교환부(26b, 28b)는 원호형으로 절곡되어 있다. 상기 고압측 냉매유입관(26)의 입구부(26a)와 고압측 냉매유출관(28)의 출구부(28a)는 각각 하나의 냉매통로로 되어 있고, 각 입구부(26a)와 출구부(28a)는 다수의 냉매통로로 된 상기 각 열교환부(26b)(28b)에 연통된다. 상기 절곡 납작튜브(열교환부 : 26b, 28b)는 후가공에 의하지 않고 절곡된 형태의 납작튜브로 압축하여 이루어 진다.

상기 고압측 냉매관(26, 28)과 상기 저압측 냉매유출관(24)의 외주면은 서로 접합하여 상기 고압측 냉매관(26, 28)의 냉매와 상기 저압측 냉매유출관(24)의 냉매가 서로 열교환하도록 배열되어 있다. 상기 절곡 납작튜브(열교환부 : 26b, 28b)의 절곡 외면에는 전열핀(32)이 설치되어 있다. 그리고, 상기 저압측 냉매유출관(24)의 외주면은 상기 고압측 냉매관과 접합하지 않고 그 사이에 열교환율을 높이도록 전열핀이 구비되어 있을 수도 있다.

상기 전열핀(32)은 절곡 납작튜브(열교환부 : 26b, 28b)를 감싸서 삽입하는 형태의 플랫핀으로 되어 있을 수도 있다.

상기 고압측 냉매유입관(26)과 고압측 냉매유출관(28)의 하단은 연통캡(34)에 의해 연통되어 있다. 상기 연통캡(34)과 리턴캡(30)은 일체로 되어 있을 수도 있다. 상기 리턴캡(30)에는 압축기에 필요한 오일(냉매와 분리된 오일)이 저압측 냉매유출관(24)의 내관부(24a)의 내부로 유입하여 순환하도록 오일리턴 홀(30a)이 형성되어 있다. 상기 오일리턴 홀(30a)을 통해 이물질이 유입하지 않도록 상기 리턴캡(30)에는 필터(도시안됨)가 설치되어 있을 수도 있다.

도5은 본 발명의 고압측 냉매 유입관(26) 및 고압측 냉매유출관(28)을 이루 는 열교환부의 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예의 열교환부(126b)(128b)의 절곡외면에는 전열핀(132)이 돌출하여 일체로 형성되어 있다.

도6은 본 발명의 고압측 냉매 유입관(26) 및 고압측 냉매유출관(28)을 이루는 열교환부의 또 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예의 열교환부(226b)(228b)의 절곡외면에는 주름진 옵셋핀으로 된 전열핀(232)이 별개로 접합되어 있다. 상기 주름진 옵셋핀으로 된 전열핀(232)은 전열면적을 더욱 증대시켜 열교환효율을 높이게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기는 도3에서 화살표로 표시한 바와 같이, 증발기(4 : 도1에 도시)로부터 저압측 냉매유입관(22)을 통해 탱크(20)내의 상부로 유입하는 저압냉매는 하부로 유동하면서 오일과 액상냉매와 기상냉매가 분리된다. 이때, 냉매 분사구멍(22a)를 통하여 상기 고압측 냉매유입관(26)이나 고압측 냉매유출관(28)이나 몸체(20) 내면을 향하여 냉매가 분사됨에 의해 기액분리성이 향상된다.

분리된 기상냉매는 저압측 냉매유출관(24)의 상기 내관부(24a)와 외관부(24b) 사이의 기상냉매 입구부(E1)를 통해 유입되어 리턴캡(30)에서 내관부(24a)의 내부로 방향을 전환하여 상승하여 압축기(1 : 도1에 도시)를 향해 외부배관으로 유동하게 된다. 이때, 탱크(20)의 하부에 고인 압축기 작동용 오일은 오일 리턴홀(30a)를 통해 압축기로 회수된다.

그리고, 콘덴서(가스냉각기)(2 : 도1에 도시)로부터 고압측 냉매유입관(26)으로 유입되는 고압냉매는 열교환부(26b)를 거치면서 저압측 냉매유출관(24) 내부 의 기상냉매와 탱크(20)내의 저압냉매와 열교환되고, 이어서 연통캡(34)을 통해 고압측 냉매유출관(28)의 열교환부(28b)를 거치면서 저압측 냉매유출관(24) 내부의 기상냉매와 탱크(20)내의 저압냉매와 더욱 열교환된 후, 고압측 냉매유출관(28)의 출구부(28a)를 통해 팽창밸브(3 : 도1에 도시)를 향해 외부배관으로 유동하게 된다.

본 발명에 의한 냉동장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기에 의하면, 기액분리기 몸체의 상측에 냉매 입출구가 형성되어 배관이 용이하고, 기액분리기 몸체 내부에서의 열교환 효율이 높게 되어 시스템 효율이 높아진다는 효과가 있다.

Claims

내부가 빈 중공의 탱크와, 상기 탱크 내부의 상부에 설치되어 저압냉매가 유입하는 저압측 냉매유입관(22)과, 상기 탱크 내부에 유입된 냉매에서 분리된 기상냉매가 배출되도록 상기 탱크의 내부에 상하방향으로 설치된 저압측 냉매유출관(24)과, 상기 저압냉매와 열교환하도록 상기 저압측 냉매유출관의 외주면 일측부를 길이방향으로 감싸게 설치된 고압측 냉매유입관(26)과, 상기 저압냉매와 열교환하도록 상기 저압측 냉매유출관의 외주면 타측부를 길이방향으로 감싸게 설치되며 상기 고압측 냉매유입관의 하단과 연통된 고압측 냉매유출관(28)으로 이루어지되,

상기 저압측 냉매유출관(24)은 내관부(24a)와 외관부(24b)를 가진 이중관으로 이루어지고,

상기 이중관의 하단에는 리턴캡(30)이 결합되어, 상기 탱크 내부의 상부에서 상기 내관부와 외관부 사이의 기상냉매 입구부를 통해 기상냉매가 유입하여 상기 리턴캡에서 상기 내관부의 내부로 방향을 전환하여 흐르게 되어 있으며,

상기 고압측 냉매유입관(26)과 고압측 냉매유출관(28)의 일측은 그 내부에 다수의 냉매통로가 형성된 절곡 납작튜브(26b)(28b)로 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기.
청구항 1에 있어서,

상기 저압측 냉매유출관(24)의 외주면과 상기 절곡 납작튜브(26b)(28b)의 절 곡 내면은 접합되어, 저압측 냉매유출관의 저온의 냉매와 고압측 고온의 냉매가 서로 열교환하는 것을 특징으로 하는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 절곡 납작튜브(26b)(28b)의 절곡 외면에 전열핀(32)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기.
청구항 3에 있어서,

상기 전열핀(132)은 상기 절곡 납작튜브에서 돌출하여 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기.
청구항 3에 있어서,

상기 전열핀(232)은 주름진 옵셋핀으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기.
청구항 1에 있어서,

상기 고압측 냉매유입관(26)과 고압측 냉매유출관(28)의 하단은 연통캡(34)에 의해 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기.
청구항 6에 있어서,

상기 연통캡(34)은 리턴캡(30)과 일체로 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기.
청구항 3에 있어서,

상기 저압측 냉매유입관(22)의 외면에는 상기 고압측 냉매유입관이나 고압측 냉매유출관이나 탱크 내면을 향하여 냉매를 분사시켜 유동하는 냉매의 열교환효율을 높이도록 냉매분사구멍(22a)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기.
청구항 1에 있어서,

상기 탱크(20)의 상단에는, 상기 저압측 냉매유입관, 이중관의 내관부, 고압측 냉매유입관 및 고압측 냉매유출관이 통과하는 뚜껑(21)이 결합되어 있는 것을 특징으ㄹ로 하는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기.
청구항 3에 있어서,

상기 전열핀(32)은 절곡 납작튜브(26b, 28b)를 감싸서 삽입하는 형태의 플랫핀으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기.
청구항 3에 있어서,

상기 절곡 납작튜브 (26b, 28b)는 후가공에 의하지 않고 절곡된 형태의 납작튜브로 압축하여 이루어진 것을 특징으로 하는 냉방장치의 내부열교환기 일체형 기액분리기.