KR100813711B1 - 공기 조화기 및 그 열교환기 - Google Patents

공기 조화기 및 그 열교환기 Download PDF

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KR100813711B1
KR100813711B1 KR1020060113121A KR20060113121A KR100813711B1 KR 100813711 B1 KR100813711 B1 KR 100813711B1 KR 1020060113121 A KR1020060113121 A KR 1020060113121A KR 20060113121 A KR20060113121 A KR 20060113121A KR 100813711 B1 KR100813711 B1 KR 100813711B1
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김현종
문동수
이정우
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엘지전자 주식회사
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    • F25B41/40—Fluid line arrangements

Abstract

본 발명은 냉방 또는 난방시 냉매의 유량 역전 현상이 방지되어 냉난방 효율이 향상되는 공기 조화기 및 그 열교환기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공기 조화기는 외형을 이루는 캐비닛; 상기 캐비닛에 설치되는 팬 모터; 상기 팬 모터에 의해서 구동되는 송풍팬; 상기 송풍팬에 의해서 유동되는 공기와 열교환되며, 냉매가 유동되는 복수 개의 분지관을 가지는 열교환기; 압축기 또는 팽창기와 연통되며, 상기 냉매가 유동하는 냉매관; 및 상기 복수 개의 분지관 및 상기 냉매관과 연결되며, 상기 냉매관으로부터 적어도 둘 이상으로 분지되는 분지통이 포함된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 공기 조화기의 열교환기는 냉매가 유동되는 냉매관; 상기 냉매관으로부터 분지되는 적어도 제 1 및 제 2 분지통; 상기 제 1 분지통에 연결되는 다수의 제 1 분지관; 및 상기 제 2 분지통에 연결되며, 상기 제 1 분지관의 수보다 적은 수의 제 2 분지관이 포함된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 열교환기를 이루는 분지관 중, 일부 분지관으로 냉매가 집중되는 현상이 방지되고, 각 분지관의 냉매의 유량이 균일해져, 냉난방 성능이 향상되는 효과가 있다.
분지관, 냉매 유량

Description

공기 조화기 및 그 열교환기{Air conditioner and heat exchanger thereof}
도 1은 본 발명에 따른 천정형 공기 조화기의 단면도.
도 2는 상기 천정형 공기 조화기를 구성하는 열교환기의 구조를 보여주는 사시도.
도 3은 상기 열교환기의 냉매 배관 구조를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 공기 조화기가 냉방 운전되는 경우의 냉매 흐름을 보여주는 도면.
도 5는 상기 공기 조화기가 난방 운전되는 경우의 냉매 흐름을 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 열교환기 110 : 냉매관
120 : 제 1 분지통 122 : 제 1 분지관
130 : 제 2 분지통 132 : 제 2 분지관
본 발명은 공기 조화기에 관한 것으로서, 상세하게는 냉방 또는 난방시 냉매 의 유량 역전 현상이 방지되어 냉난방 효율이 향상되는 공기 조화기 및 그 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 공기 조화기는 실내의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 가전기기이다. 이를테면, 여름에는 실내를 시원한 냉방 상태로, 겨울에는 실내를 따뜻한 난방 상태로 조절하고, 또한, 실내의 습도를 조절하며, 실내의 공기를 쾌적한 청정 상태로 조절한다.
여기서, 공기 조화기는 사용목적이나 설치 위치에 따라 다양한 종류로 나뉠 수 있는데 일반적인 천정형 공기 조화기는 실내 공기를 흡입한 뒤 열교환하여 온도를 낮춘 후 실내로 냉기를 공급하기 위하여, 천정벽과 천정면 사이에 실내기가 매립되도록 구성된다.
한편, 종래의 천정형 공기 조화기는 사각 형상의 캐비닛과, 상기 캐비닛 내부에 설치되는 팬 모터와, 상기 팬 모터에 결합되는 송풍팬과, 흡입구 및 토출구가 형성되며, 상기 캐비닛의 하측에 결합되는 프런트 패널이 포함된다. 그리고, 상기 송풍팬의 둘레에는 열교환기가 배치되어 상기 송풍팬에 의해서 흡입된 공기가 냉각 또는 가열시켜 실내로 토출되도록 한다.
여기서, 상기 공기 조화기의 특성상 상기 열교환기는 높이가 낮고, 길이가 긴 특성이 있으므로, 단일의 냉매관에서 다수의 분지관으로 나누어 냉매가 유동되도록 구성된다.
상기되는 구성에 의해서 상기 송풍팬에 의해서 흡입구를 통하여 상기 캐비닛 내부로 흡입된 공기는 송풍팬에 의해서 유동 방향이 절환된 상태에서 상기 열교환 기를 통과한다. 그리고, 상기 열교환기를 통과한 공기는 상기 캐비닛과 만나면서 유동 방향이 절환되어 하방의 토출구를 통하여 실내로 토출된다.
그런데, 종래의 천정형 공기 조화기에 의하면 팬 모터와 송풍팬과의 구조적인 관계에서 상대적으로 상기 팬 모터와 가까운 측의 공기의 풍량이 크고 상기 팬 모터와 먼 측의 공기의 풍량이 작은 특징이 있다.
이러한 경우 공기 조화기가 냉방으로 작동되면, 상기 열교환기에서 다량의 공기가 유동되는 분지관의 과열도가 소량의 공기가 유동되는 분지관에 과열도보다 크므로, 냉매의 유량이 소량의 공기가 유동되는 분지관 측으로 쏠려, 냉매의 유동이 균일하지 못한 문제가 있다.
한편, 공기 조화기가 난방으로 작동되면, 상기 열교환기에서 다량의 공기가 유동되는 분지관의 과냉도가 소량의 공기가 유동되는 분지관에 과열도보다 크므로냉매의 유량이 다량의 공기가 유동되는 분지관 측으로 쏠리는 문제가 있다.
즉, 종래의 공기 조화기에 의하면, 냉난방시 어느 한 쪽으로 냉매가 역전되는 현상이 발생하게 되어 냉난방 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기된 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 냉방 또는 난방 운전시 냉매의 유량이 역전되는 현상이 방지되도록 하는 공기 조화기 및 그 열교환기를 제안하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 각 냉매관으로 흐르는 냉매의 유량이 균일해지도록 함으로써, 냉난방 성능이 향상될 수 있는 공기 조화기 및 그 열교환기를 제안하는 것을 목적으로 한다.
상기된 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기 조화기는 외형을 이루는 캐비닛; 상기 캐비닛에 설치되는 팬 모터; 상기 팬 모터에 의해서 구동되는 송풍팬; 상기 송풍팬에 의해서 유동되는 공기와 열교환되며, 냉매가 유동되는 복수 개의 분지관을 가지는 열교환기; 압축기 또는 팽창기와 연통되며, 상기 냉매가 유동하는 냉매관; 및 상기 복수 개의 분지관 및 상기 냉매관과 연결되며, 상기 냉매관으로부터 적어도 둘 이상으로 분지되는 분지통이 포함된다.
본 발명의 다른 측면에 따른 공기 조화기의 열교환기는 냉매가 유동되는 냉매관; 상기 냉매관으로부터 분지되는 적어도 제 1 및 제 2 분지통; 상기 제 1 분지통에 연결되는 다수의 제 1 분지관; 및 상기 제 2 분지통에 연결되며, 상기 제 1 분지관의 수보다 적은 수의 제 2 분지관이 포함된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 천정형 공기 조화기의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 사상에 따른 천정형 공기 조화기는, 천정(5)에 설치되는 캐비닛(10)과, 상기 캐비닛(10)의 저면에 결합되는 프런트 패널(20)과, 상기 캐비닛(10)의 내측 상면에 고정되는 팬 모터(30)와, 상기 팬 모터(30)에 연결 되어 실내 공기를 강제 송풍하는 송풍팬(40)과, 상기 송풍팬(40)에 의해서 흡입된 실내 공기를 내부의 냉매와 열교환시키는 열교환기(100)와, 상기 캐비닛(10)에 상기 열교환기(100)가 고정되도록 하는 고정 부재(80)가 포함된다.
또한, 상기 천정형 공기 조화기는 상기 송풍팬(40)의 하측에 제공되어 상기 캐비닛(10) 내부로 흡입되는 공기의 유동을 가이드하는 벨 마우스(45)와, 상기 열교환기(100)의 하측에 구비되어 공기가 상기 열교환기(100)를 통과하는 과정에서 응축되어 생성된 응축수를 받기 위한 드레인 팬(70)이 더 포함된다.
상세히, 상기 캐비닛(10)은 대략 정사각형 형상을 이루며, 저면이 개구된 형상을 이룬다. 그리고, 상기 개구부에는 상기 프런트 패널(20)이 결합되어 내부가 차폐된다.
그리고, 상기 프런트 패널(20)의 중앙부에는 상기 캐비닛 내부로 실내 공기가 흡입되도록 하는 흡입구(22)가 형성되며, 상기 흡입구(22) 둘레에는 상기 열교환기를 통과한 공기가 실내로 토출되도록 하는 다수 개의 토출구(24)가 형성된다.
이 때, 상기 흡입구(22)는 사각형 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 토출구(24)는 상기 흡입구(22)의 각 변에 대응되게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 각 토출구(24)에는 토출되는 공기의 방향을 조절하는 토출 베인(26)이 힌지에 의해서 회동 가능하게 결합된다.
여기서, 상기 송풍팬(40)은 공기가 축방향으로 흡입되어 반경 방향으로 토출되도록 하는 터보팬이 사용된다.
이러한 구조에 의해서 형성되는 공기의 유로를 살펴보면, 상기 송풍팬(40)의 회전에 의해서 발생되는 송풍력에 의해서 공기는 상기 캐비닛(10)의 하방에서 상방으로 흡입된다. 그리고, 흡입된 공기는 상기 송풍팬(40)의 축방향으로 유입되어 반경 방향으로 토출된다. 그리고, 상기 송풍팬(40)의 반경 방향으로 토출된 공기는 상기 열교환기(100)를 통과하면서 열교환된다. 그리고, 열교환된 공기는 유동 방향이 절환되어 하방으로 유동되고, 상기 토출구(24)를 통하여 실내로 토출된다.
도 2는 상기 천정형 공기 조화기를 구성하는 열교환기의 구조를 보여주는 사시도이고, 도 3은 상기 열교환기의 냉매 배관 구조를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 열교환기(100)는 대략 정사각형 형상으로 형성되어 각 방향으로 토출되는 공기와의 열교환이 가능하도록 구성된다.
그리고, 상기 열교환기(100)는 압축기 또는 팽창기와 연결되어 냉매가 유동되는 냉매관(110)과, 상기 냉매관(110)으로부터 분지되어 형성되는 분지통(120)(130)과, 상기 각 분지통(120)(130)에 연결되는 다수의 분지관(122)(132)과, 상기 분지관(122)(132)을 유동하는 냉매와 송풍팬(40)에 의해서 유동되는 공기와의 열교환이 촉진되도록 하는 열교환핀(140)이 포함된다.
상세히, 상기 분지통은 원통 형상으로 형성되며, 상기 냉매관(110)으로부터 적어도 두 개로 분지되어 제 1 분지통(120)과 제 2 분지통(130)으로 구성된다.
그리고, 상기 제 1 분지통(120)은 상기 팬 모터(30)와 인접한 위치인 상기 열교환기(100)의 상측에 위치되고, 상기 제 2 분지통(130)은 상기 제 1 분지통(120)의 하측에 위치된다. 여기서, 상기 제 1 분지통(120)의 직경은 상기 제 2 분지통(130)의 직경보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 분지통(120)에는 다수 개의 제 1 분지관(122)이 연결되고, 상기 제 2 분지통(120)에는 상기 제 1 분지관(122)의 수보다 적은 수의 제 2 분지관(132)이 연결된다.
이 때, 상기 제 1 분지통(120)이 상기 열교환기(100)의 상측에 위치되므로, 상기 제 1 분지관(122) 역시 상기 열교환기(100)의 상측에서부터 순차적으로 배열되고, 상기 제 2 분지관(132)은 상기 제 1 분지관(132)의 하측에서부터 순차적으로 배열된다.
그리고, 상기 제 1 분지관(122) 및 제 2 분지관(132)은 단일의 배관(150)으로 합지된 상태에서 상기 팽창기 또는 압축기와 연결된다.
즉, 상기 냉매관(110)이 상기 압축기에 연결되는 경우 합지된 배관(150)은 상기 팽창기와 연결되고, 상기 냉매관(110)이 상기 팽창기에 연결되는 경우 합지된 배관(150)은 상기 압축기에 연결된다.
이하에서는 상기 각 분지통(120)(130)의 크기 및 상기 분지통(120)(130)에 연결되는 분지관(132)(134)의 갯수가 다른 이유를 설명한다.
공기 조화기가 작동하고, 팬 모터(30)가 회전되는 경우 상대적으로 상기 팬 모터(30)가 위치된 열교환기(100)의 상측 부분으로 다량의 공기가 유동하고, 상기 열교환기(100)의 하측으로 소량의 공기가 유동된다.
이러한 공기 유동 특성에 의해서 상기 공기 조화기가 냉방으로 운전되는 경우, 상기 열교환기(100)의 상측에 배치된 분지관의 과열도가 하측에 배치된 분지관 의 과열도보다 크므로, 상기 열교환기(100)의 하측에 배치된 분지관으로 냉매가 집중되는 현상이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 문제를 해소하기 위하여 직경이 큰 제 1 분지통(120)에 상기 제 2 분지통(130)에 연결되는 제 2 분지관(132)보다 많은 수의 제 1 분지관(122)이 연결되도록 한다.
이러한 경우, 직경이 큰 제 1 분지통(120)의 저항이 작으므로 상대적으로 제 1 분지통(120)의 냉매 유량이 커지게 되어, 결과적으로 상기 각 분지관(122)(132)의 냉매의 유량이 균일하게 되어 냉방 성능이 향상될 수 있게 된다.
즉, 상기 열교환기(100)의 하측에 위치된 제 2 분지관(132)으로 냉매가 집중되는 것을 방지하고, 상기 열교환기(100)의 상측에 위치된 제 1 분지통(120)으로 냉매가 다량 유입되도록 함으로써, 전체적으로 상기 분지관(122)(132)의 냉매 유량이 균일해지는 것이다.
한편, 상술한 바와 같은 공기 유동 특성에 의해서 상기 공기 조화기가 난방으로 운전되는 경우, 상기 열교환기(100)의 상측에 배치된 분지관의 과냉도가 상기 열교환기(100)의 하측에 배치된 분지관의 과냉도보다 크므로, 상기 열교환기(100)의 상측에 배치된 분지관으로 냉매가 집중되는 현상이 발생하게 된다.
그러나, 상기와 같이 직경이 큰 제 1 분지통(120)에 제 2 분지통(130)에 연결되는 제 2 분지관(132)보다 많은 수의 제 1 분지관(122)이 연결되도록 하는 경우, 상기 제 1 분지통(120)과 제 2 분지통(130)이 합지되는 부분(112)의 면적은 동일하므로, 상대적으로 저항이 작은 상기 제 2 분지통(130) 측으로 냉매가 다량 유 입되어, 결과적으로 상기 각 분지관(122)(132)의 냉매 유량이 균일하게 된다.
즉, 상기 열교환기(100)의 상측에 위치된 분지관으로 냉매가 집중되는 현상을 방지하고, 상기 열교환기(100)의 하측에 위치된 분지관으로 냉매가 다량 유입되도록 함으로써, 전체적으로 상기 분지관(122)(132)의 냉매의 유량이 균일해지는 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 공기 조화기의 작동에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 공기 조화기가 냉방 운전되는 경우의 냉매 흐름을 보여주는 도면이고, 도 5는 상기 공기 조화기가 난방 운전되는 경우의 냉매 흐름을 보여주는 도면이다.
먼저 도 4를 참조하면, 상기 공기 조화기가 냉방으로 작동되는 경우, 상기 냉매관(110)으로는 팽창기를 거친 냉매가 유동되고, 상기 열교환기(110)는 증발기로 동작된다.
상기 팽창기를 통과하여 상기 냉매관(110)으로 유입된 냉매는 상기 제 1 분지통(120) 및 제 2 분지통(130)으로 분지되어 유입된다. 이 때, 상기 제 1 분지통(120)의 저항이 작으므로 상대적으로 상기 제 1 분지통(120)으로 다량의 냉매가 유입되고, 상기 제 2 분지통(130)으로 소량의 냉매가 유입된다. 그리고, 상기 각 분지통(120)(130)으로 유입된 냉매는 상기 각 분지관(122)(132)으로 분배되어 흐르게 된다.
이와 같이 상기 제 1 분지통(120)으로 다량의 냉매가 유입됨에 따라 상기 제 1 분지관(122)을 흐르는 냉매의 양이 증가되어 전체적으로 상기 각 분지 관(122)(132)으로 흐르는 냉매의 양이 균일해지게 된다.
그리고, 상기 각 분지관(122)(132)을 지난 냉매는 합지된 후, 상기 팽창기로 유입되고, 상기 팽창기를 지난 냉매는 압축기를 지나 다시 상기 열교환기(100)로 흐르게 된다.
한편, 상기 공기 조화기가 난방으로 작동되는 경우, 상기 열교환기(100)는 응축기로 동작되고, 상기 열교환기(100)로는 압축기에서 압축된 냉매가 유입된다.
상세히, 상기 압축기에서 압축된 냉매는 상기 압축기와 연결된 단일의 배관(150)을 따라 흐르다가, 상기 각 분지관(122)(132)으로 분지되어 나뉘어 흐른다. 그리고, 상기 각 분지관(122)(132)을 따라 흐르는 냉매는 상기 각 분지통(120)(130)으로 유입된 후, 합지되어 상기 냉매관(110)을 따라 상기 팽창기로 이동된다.
이 때, 상기 제 1 분지통(120)과 제 2 분지통(130)이 합지되는 부분(112)의 면적은 동일하므로, 상대적으로 저항이 작은 상기 제 2 분지통(130) 측으로 흐르는 상기 제 2 분지관(132)의 냉매 유량이 커지게 되어, 전체적으로 상기 각 분지관(122)(132)의 냉매 유량이 균일하게 된다.
제안되는 바와 같은 본 발명에 의하면, 압축기 또는 팽창기에 연결되는 냉매관이 적어도 둘 이상의 분지통으로 분지되어, 상기 각 분지통으로 유동되는 냉매의 유량이 달라지도록 함으로써, 상기 분지통에 연결되어 공기와 열교환되는 분지관의 냉매 유량이 균일해지는 효과가 있다.
즉, 각 분지통의 직경 및 상기 각 분지통에 연결되는 분지관의 수를 다르게 함으로써, 냉방시 공기의 유량이 많은 쪽의 분지관으로 집중되는 냉매의 일부를 공기의 유량이 적은 쪽의 분지관으로 흐르도록 하고, 난방시 공기의 유량이 적은 쪽의 분지관으로 집중되는 냉매의 일부를 공기의 유량이 많은 쪽의 분지관으로 흐르도록 함으로써, 전체적으로 각 분지관의 냉매 유량이 균일해지는 효과가 있다.
또한, 상기 각 분지관으로 흐르는 냉매의 유량이 균일하게 됨으로써, 공기 조화기의 냉난방 성능이 향상되는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 외형을 이루는 캐비닛;
    상기 캐비닛에 설치되는 팬 모터;
    상기 팬 모터에 의해서 구동되는 송풍팬;
    상기 송풍팬에 의해서 유동되는 공기와 열교환되며, 냉매가 유동되는 복수 개의 분지관을 가지는 열교환기;
    압축기 또는 팽창기와 연통되며, 상기 냉매가 유동하는 냉매관; 및
    상기 복수 개의 분지관 및 상기 냉매관과 연결되며, 상기 냉매관으로부터 적어도 둘 이상으로 분지되는 분지통이 포함되는 공기 조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 분지통의 직경은 서로 다르게 형성되는 공기 조화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 분지통에 연결되는 분지관의 수는 서로 다른 공기 조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    많은 수를 가지는 분지관 그룹이 상기 팬 모터에 가깝게 위치되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 분지관으로 흐르는 냉매의 양은 균일하게 유지되는 공기 조화기.
  6. 냉매가 유동되는 냉매관;
    상기 냉매관으로부터 분지되는 적어도 제 1 및 제 2 분지통;
    상기 제 1 분지통에 연결되는 다수의 제 1 분지관; 및
    상기 제 2 분지통에 연결되며, 상기 제 1 분지관의 수보다 적은 수의 제 2 분지관이 포함되는 공기 조화기의 열교환기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 분지통의 직경은 상기 제 2 분지통의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 열교환기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 분지관은 상대적으로 공기의 유량이 많은 쪽에 위치되고,
    상기 제 2 분지관은 상대적으로 공기의 유량이 적은 쪽에 위치되는 공기 조화기의 열교환기.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 각 분지관으로 흐르는 냉매의 양은 균일한 것을 특징으로 하는 공기 조 화기의 열교환기.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 각 분지관이 합쳐지는 단일의 합지관이 더 포함되는 공기 조화기의 열교환기.
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