KR100850953B1 - 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매배관을 흐르는 냉매의 상(phase)을 균일하게 하여 유체 유동소음을 저감할 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 공기조화기에 의하면, 냉매배관 상에서 발생하는 액체가 흐르는 소음이 방지되고, 소음기가 제 기능을 발휘할 수 있으므로, 소음 저감 효과가 증대된다. 또한, 공기조화기의 실내기에서 발생하는 소음이 저감되므로, 보다 쾌적하고 안락한 실내 환경을 유지할 수 있다.

공기조화기, 소음기, 냉매

Description

공기조화기{air conditioner}

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기의 냉동사이클을 도시한 구성도

도 2는 제1 유도관이 적용된 본 발명에 따른 공기조화기의 냉매배관을 도시한 부분사시도

도 3은 제1 유도관과 제2 유도관이 적용된 본 발명에 따른 공기조화기의 냉매배관을 도시한 부분사시도

도 4는 제1 유도관과 제2 유도관이 냉매배관 내부에 구비된 상태를 도시한 절개사시도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 압축기 120 : 응축기

130 : 팽창밸브 140 : 증발기

150 : 소음기 160 : 냉매배관

172 : 제1 유도관 174 : 제2 유도관

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매배관을 흐르는 냉매의 상(phase)을 균일하게 하여 유체 유동소음을 저감할 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 사무실 또는 가정 등과 같은 실내의 한 공간 또는 벽면에 설치되어 실내를 냉방하거나 난방하는 냉/난방기기로서, 압축기-응축기-팽창밸브-증발기로 이루어져 일련의 냉동사이클을 구성하는 기기이다.

특히 공기조화기는 주로 실외에 설치되는 실외기('실외측' 또는 '방열측'이라 칭하기도 함)와, 주로 건물 내부에 설치되는 실내기('실내측' 또는 '흡열측'이라 칭하기도 함)로 대별되는데, 상기 실외기에는 응축기(실외열교환기)와 압축기가 설치되고, 상기 실내기에는 증발기(실내열교환기)가 설치된다.

그리고 주지된 바와 같이 공기조화기는 실외기와 실내기가 각각 분리되어 설치되는 분리형 공기조화기와, 실외기와 실내기가 일체로 설치되는 일체형 공기조화기로 크게 나눌 수 있다.

상기 공기조화기에서 구현되는 냉동사이클의 일련의 작용과정을 간단히 살펴보면, 압축기(compressor)에서 압축된 고온, 고압의 냉매 가스는 응축기(condensor)에서 열교환하면서 액체로 변환된다.

그 후, 액상의 냉매는 선형팽창밸브(linear expansion valve, LEV)에서 고압, 저온의 액상 혹은 고온, 저압의 2상(gas, liquid) 상태의 습증기 상태로 변환되고, 이 습증기는 증발기(evaporator)로 이동하기 전에 팽창소음을 저감하기 위하여 설치된 소음기(silencer, or muffler)를 거쳐서 증발기로 유입된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 공기조화기에 있어서, 선형팽창밸브를 통과한 습증기는 냉매배관 상에서 중력에 의해 액상 부분은 아래로 가라앉고 가스 부분은 상부로 이동하여 층을 이루면서 이동한다.

이와 같이, 냉매가 층을 이루어 유동하게 되면, 냉매배관 상에서 액체가 흐르는 소음이 유발된다. 또한 액상과 기상의 냉매가 층을 이루어 소음기로 유입되면 소음기 하부에 액체가 고이게 되어 소음기의 특성을 잃게 된다. 따라서, 소음기가 소음 저감의 역할을 충분히 수행할 수 없으며, 하부에 고였던 액상 냉매가 냉동사이클의 재기동시 빠져나가면서 큰 소음을 유발하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉매의 상을 균일하게 하여 유체의 유동소음의 발생을 억제하고, 소음기의 소음저감 성능의 저하를 방지할 수 있는 공기조화기를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 냉매를 감압시키기 위한 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 감압된 냉매를 증발시키기 위한 증발기 및, 상기 팽창밸브와 증발기를 연결하는 냉매배관을 통하여 유동하는 액상 냉매와 기상 냉매를 혼합시키기 위한 혼합수단을 포함하는 공기조화기를 제공한다.

여기서, 상기 팽창밸브와 증발기 사이에 구비되며, 상기 팽창밸브로부터 증발기로 유동하는 냉매에 의해 발생하는 소음을 감소시키기 위한 소음기가 더 포함될 수 있다.

이때, 상기 혼합수단은 상기 팽창밸브와 상기 소음기 사이에 구비되는 것이 바람직하다.

상기 혼합수단은, 상기 냉매배관 하부에 가라앉아 흐르는 액상 냉매를 상기 냉매배관 상부로 유도하기 위한 제1 유도관으로 이루어질 수 있으며, 상기 제1 유도관의 일단은 상기 냉매배관의 상기 팽창밸브측 하부와 연통되고, 타단은 상기 냉매배관의 상기 소음기측 상부와 연통되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 혼합수단은, 상기 냉매매관 상부에 떠서 흐르는 기상 냉매를 상기 냉매배관 하부로 유도하기 위한 제2 유도관을 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 유도관의 일단은 상기 냉매배관의 상기 팽창밸브측 상부와 연통되고, 타단은 상기 냉매배관의 상기 소음기측 하부와 연통되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1 유도관과 제2 유도관은 상기 냉매배관 외부에 구비되어, 상기 냉매배관 외주면을 감싸도록 구비될 수 있다.

다른 국면에서, 상기 제1 유도관과 제2 유도관은 상기 냉매배관 내부에 구비되며, 일체형으로 이루어질 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기의 냉동사이클을 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 공기조화기는 냉매를 감압시키기 위한 팽창밸브(130)와, 상기 팽창밸브(130)에서 감압된 냉매를 증발시키기 위한 증발기(140) 및, 상기 팽창밸브(130)와 증발기(140)를 연결하는 냉매배관(160)을 통하여 유동하는 액상 냉매와 기상 냉매를 혼합시키기 위한 혼합수단을 포함하여 구성된다.

상기 공기조화기는 일반적인 냉동사이클을 이루는 구성요소들을 포함하여 이루어질 수 있다. 먼저 기상 냉매를 흡입하여 고온, 고압으로 압축하는 압축기(110)가 구비된다. 상기 압축기(110)는 기상 냉매의 압력을 높여 비교적 높은 온도에서도 액화될 수 있도록 하며, 냉매가 상기 냉동사이클을 이루는 구성요소들 사이를 순환할 수 있는 동력을 제공한다.

상기 압축기(110)에서 압축된 기상 냉매는 응축기(120)를 통과하는 동안 열교환 하면서, 열을 빼앗겨 액화되며, 중온, 고압의 액상 냉매가 된다. 여기서 상기 냉매와 열교환하는 작동유체는 공기 또는 냉각수일 수 있다. 상기 작동유체와의 열교환을 통해 상기 냉매는 액화되기 시작하고, 증기와 액체의 혼합 상태를 거쳐서 완전히 응축된 액체상태가 된다.

상기 응축기(120)에서 액화된 냉매는 상기 팽창밸브(130)로 유입된다. 여기서, 상기 팽창밸브(130)는 선형팽창밸브(linear expansion valve : LEV)일 수 있다. 상기 선형팽창밸브는 증발기의 냉매유량을 전자제어장치에 의하여 선형적(linear)으로 조절하는 밸브이다. 선형팽창밸브는 특히, 운전시간이 길고 부하변동이 클 경우에 적용됨으로써 에너지 사용을 절감시킬 수 있으므로, 근래에 많이 사용되고 있다.

상기 팽창밸브(130)는 냉매의 압력을 낮추는 역할을 수행한다. 이는 상기 냉매가 증발을 쉽게 하려면 압력을 낮추어야 하기 때문이며, 만약 압력을 낮추지 않으면 액상 냉매의 증발이 쉽게 이루어지지 않을 것이다. 결론적으로, 상기 팽창밸브(130)는 상기 액상 냉매를 비교적 높은 온도에서 쉽게 증발시킬 수 있도록 상기 응축기(120)로부터 유입된 냉매를 감압시킨다. 또한, 상기 팽창밸브(130)는 냉매 유량을 조절하여 적정량을 증발기(140)로 공급하는 역할도 함께 수행한다.

상기 팽창밸브(130)로부터 흘러나온 액상 냉매는 거의 수증기 분무처럼 된 습증기 상태이다. 이러한 습증기 상태의 냉매가 상기 증발기(140)로 들어가 주변의 열을 흡수하여 기체로 변화하는 증발이 일어난다. 즉, 상기 팽창밸브(130)로부터 증발기(140)로 유입된 저온, 저압의 액상 냉매는 실내 공기와 열교환 하면서 기화되며, 그 결과, 실온이 내려가는 냉방효과가 발휘된다.

그 후, 상기 냉매는 다시 상기 압축기(110)로 유입되어 계속 반복적으로 같은 일을 하며 순환한다.

여기서, 상기 공기조화기는 압축기(110)와, 응축기(120)가 구비되는 실외기(미도시) 및 팽창밸브(130)와 증발기(140)가 구비되는 실내기(미도시)로 이루어져, 실내 공간의 냉방만을 수행하도록 이루어질 수 있다.

또한, 상기 공기조화기는 상기 팽창밸브(130)가 실외기와 실내기에 모두 구비되고, 유로전환밸브를 갖추어 실내 공간의 냉방과 난방을 모두 수행할 수 있도록 구성될 수 있다. 이 경우, 실내열교환기(미도시)가 실내기에 구비되고, 실외열교환 기(미도시)가 실외기에 구비되어, 실내 공간의 냉방 또는 난방에 따라 각각 응축기(120) 또는 증발기(140)의 역할을 수행한다.

한편, 본 발명에 따른 공기조화기는, 상기 팽창밸브(130)와 증발기(140) 사이에 구비되며, 상기 팽창밸브(130)로부터 증발기(140)로 유동하는 냉매에 의해 발생하는 소음을 감소시키기 위한 소음기(150)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 소음기(150)는 팽창밸브(130)와 증발기(140)를 연결하는 냉매배관(160)에 구비되어 이상 유동에 의한 유동소음을 저감시키는 역할을 수행한다. 이러한 상기 소음기(150)의 유입구와 몸체 및 배출구는 동일 직경을 가지는 메인유로(미도시)를 형성한다. 상기 메인유로 내에는 그 메인유로를 통하여 흐르는 냉매의 큰 기포가 분할되어 흐를 수 있도록 냉매 유동 방향과 같은 방향으로 소정 길이를 갖는 분할수단(미도시)이 구비된다.

상기 소음기(150)의 유입구를 거쳐 유입되는 냉매 및 냉매 유동 내의 큰 기포는 그 분할수단의 다발관에 형성된 다수의 분할유로(미도시)에 의해 선단에서 잘게 분쇄되어 유입된 후, 끝단에서도 잘게 분쇄된 상태로 배출된다.

따라서, 상기 소음기(150)는 냉매 유동 내의 큰 기포를 잘게 분쇄된 형태로 흐를 수 있도록 함에 따라 그 냉매 유동 내의 큰 기포로 인해 발생하는 냉매소음을 최소화하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 분할수단의 분할유로들은 얇은 두께를 가지는 동시에, 냉매의 유동 방향과 같은 방향으로 소정의 길이를 가진다. 그러므로, 상기 소음기(150)는 냉매가 흐를 수 있는 최대한의 면적을 확보함에 따라 냉매의 압력 강하를 최소화하는 역할도 함께 수행할 수 있다.

그런데, 전술한 바와 같이, 상기 팽창밸브(130)를 통과한 습증기는 냉매배관(160) 상에서 중력에 의해 액상 부분은 아래로 가라앉고 가스 부분은 상부로 이동하여 층을 이루면서 이동한다. 이와 같이, 냉매가 층을 이루어 유동하게 되면, 냉매배관(160) 상에서 액체가 흐르는 소음이 유발된다. 또한 액상과 기상의 냉매가 층을 이루어 소음기(150)로 유입되면 소음기(150) 하부에 액체가 고이게 되어 상기 소음기(150)의 특성을 잃게 된다. 따라서, 소음기(150)가 소음 저감의 역할을 충분히 수행할 수 없으며, 하부에 고였던 액상 냉매가 냉동사이클의 재기동시 빠져나가면서 큰 소음을 유발하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 공기조화기는 상기 팽창밸브(130)와 증발기(140)를 연결하는 냉매배관(160)을 통하여 유동하는 액상 냉매와 기상 냉매를 혼합시키기 위한 혼합수단을 구비한다.

구체적으로, 상기 혼합수단은 상기 팽창밸브(130)와 소음기(150) 사이에 구비되어 상기 팽창밸브(130)로부터 흘러나온 액상과 기상의 냉매를 혼합시킨 후 상기 소음기(150)로 유입되도록 하는 것이 바람직하다.

도 2는 제1 유도관이 적용된 본 발명에 따른 공기조화기의 냉매배관을 도시한 부분사시도이다.

도 2를 참조하면, 상기 혼합수단은 상기 냉매배관(160) 하부에 가라앉아 흐르는 액상 냉매를 상기 냉매배관(160) 상부로 유도하기 위한 제1 유도관(172)으로 이루어질 수 있다.

상기 제1 유도관(172)이 상기 냉매배관(160) 하부에 가라앉아 흐르는 액상 냉매를 상부로 유도하여 흐르게 함으로써, 액상 냉매가 냉매배관(160) 상부에 떠서 흐르는 기상 냉매와 섞이도록 하는 효과가 발휘될 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 유도관(172)은, 일단은 상기 냉매배관(160)의 상기 팽창밸브(130)측 하부와 연통되고, 타단은 상기 냉매배관(160)의 상기 소음기(150)측 상부와 연통되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 팽창밸브(130)측 하부로부터 제1 유도관(172)으로 유입된 액상 냉매는 제1 유도관(172)을 따라 흐르게 되며, 상기 소음기(150)측 상부에서 제1 유도관(172)을 빠져나와 기상 냉매와 혼합될 수 있다. 구체적으로, 액상 냉매가 냉매배관(160) 상부에서 중력에 의해 낙하하며, 기상 냉매와 섞임으로 해서 다시 습증기 상태로 변환될 수 있다.

도 3은 제1 유도관과 제2 유도관이 적용된 본 발명에 따른 공기조화기의 냉매배관을 도시한 부분사시도이다.

도 3을 참조하면, 상기 혼합수단은, 상기 냉매배관(160) 상부에 떠서 흐르는 기상 냉매를 상기 냉매배관(160) 하부로 유도하기 위한 제2 유도관(174)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제2 유도관(174)이 상기 냉매배관(160) 상부에 떠서 흐르는 기상 냉매를 하부로 유도하여 흐르게 함으로써, 기상 냉매가 냉매배관(160) 하부에 가라앉아 흐르는 액상 냉매와 섞이도록 하는 효과가 발휘될 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 유도관(174)은, 일단은 상기 냉매배관(160)의 상기 팽창밸브(130)측 상부와 연통되고, 타단은 상기 냉매배관(160)의 상기 소음기(150)측 하부와 연통되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 팽창밸브(130)측 상부로부터 제2 유도관(174)으로 유입된 기상 냉매는 제2 유도관(174)을 따라 흐르게 되며, 상기 소음기(150)측 하부에서 제2 유도관(174)을 빠져나와 액상 냉매와 혼합될 수 있다. 구체적으로, 기상 냉매가 냉매배관(160) 하부에서 분사됨으로써, 액상 냉매와 섞여 다시 습증기 상태로 변환될 수 있다.

물론, 상기 제1 유도관(172)은 전술한 바대로, 냉매배관(160) 하부를 흐르는 액상 냉매를 냉매배관(160) 상부로 유도하여 역시 기상 냉매와 혼합시키는 역할을 수행한다.

이와 같이, 상기 제1 유도관(172)과 함께, 상기 제2 유도관(174)이 구비됨으로써, 냉매 혼합 효과는 더욱 향상된다.

제1 유도관(172)과 제2 유도관(174)으로 이루어진 혼합수단이 구비되면, 층을 이루어 유동하던 냉매가 잘 섞인 상태에서 유동하게 되므로, 냉매배관(160) 상에서 액체가 흐르는 소음이 발생하지 않게 된다. 또한, 냉매가 잘 섞인 습증기 상태로 소음기(150)로 유입되므로 하부에 액체가 고이지 않게 되어 소음기(150)가 제 기능을 발휘할 수 있다. 따라서, 상기 소음기(150)가 소음 저감의 역할을 충분히 수행할 수 있게 된다.

여기서, 상기 제1 유도관(172)과 제2 유도관(174)은 도 2와 도 3에서처럼 상기 냉매배관(160) 외부에서 상기 냉매배관(160)의 외주면을 감싸도록 구비될 수 있다. 이 경우, 별도의 부재로 이루어진 제1 유도관(172)과 제2 유도관(174)은 용접 등의 방법에 의해 상기 냉매배관(160)의 외주면을 감싸면서 냉매배관(160)과 연통되도록 결합될 수 있다.

도 4는 제1 유도관과 제2 유도관이 냉매배관 내부에 구비된 상태를 도시한 절개사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 공기조화기의 혼합수단은 다른 실시예에 의할 때, 상기 제1 유도관(172)가 제2 유도관(174)이 상기 냉매배관(160) 내부에 구비되도록 이루어질 수 있다.

상기 제1 유도관(172)과 제2 유도관(174)이 냉매배관(160) 내부에 구비되더라도, 냉매배관(160) 하부의 액상 냉매를 상부로, 냉매배관(160) 상부의 기상 냉매를 하부로 안내하는 역할은 각각 동일하게 수행된다.

여기서 상기 제1 유도관(172)과 제2 유도관(174)은 일체형으로 구비되어 상기 냉매배관(160) 내부에 구비될 수 있다. 즉, 상기 제1 유도관(172)과 제2 유도관(174)은 일체형의 부재로 이루어져 상기 냉매배관(160)의 제조 시에 그 내부에 설치될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

전술한 본 발명에 따른 공기조화기에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 냉매배관 하부를 흐르는 액상 냉매와 상부를 흐르는 기상 냉매가 혼합되어 유동하므로 냉매배관 상에서 발생하는 액체가 흐르는 소음이 방지된다.

둘째, 액상 냉매와 기상 냉매가 잘 섞인 상태에서 소음기로 유입되므로, 소음기 하부에 액체가 고이게 되는 현상이 방지된다.

셋째, 소음기가 제 기능을 발휘할 수 있으므로, 소음 저감 효과가 증대된다.

넷째, 공기조화기의 실내기에서 발생하는 소음이 저감되므로, 보다 쾌적하고 안락한 실내 환경을 유지할 수 있다.

Claims (11)

1. 냉매를 감압시키기 위한 팽창밸브;

   상기 팽창밸브에서 감압된 냉매를 증발시키기 위한 증발기;

   상기 팽창밸브와 증발기 사이에 구비되며, 상기 팽창밸브로부터 증발기로 유동하는 냉매에 의해 발생하는 소음을 감소시키기 위한 소음기; 및

   상기 팽창밸브와 상기 소음기 사이에 구비되며, 상기 팽창밸브와 증발기를 연결하는 냉매배관을 통하여 유동하는 액상 냉매와 기상 냉매를 혼합시키기 위한 혼합수단을 포함하는 공기조화기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 혼합수단은,

   상기 냉매배관 하부에 가라앉아 흐르는 액상 냉매를 상기 냉매배관 상부로 유도하기 위한 제1 유도관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
5. 삭제
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 혼합수단은,

   상기 냉매배관 상부에 떠서 흐르는 기상 냉매를 상기 냉매배관 하부로 유도하기 위한 제2 유도관을 더 포함하는 공기조화기.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

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