KR100883600B1 - 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 냉동 사이클의 효율을 높일 수 있도록 하는 공기조화기에 관한 것이다.

본 발명은 냉동사이클을 순환하는 냉매의 과냉도를 확보하여 냉동사이클의 효율을 향상시키도록 하고, 과냉각을 위해 일부 바이패스되는 냉매의 질량유량을 확보하여 과냉각 효율을 향상시킬 수 있도록 하며, 냉매소음을 저감시킬 수 있도록 하는 공기조화기에 관한 것이다.

Description

공기조화기{AIR CONDITIONER}

도 1은 종래의 공기조화기에 관하여 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 공기조화기에 관하여 나타낸 개념도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 수액장치에 관하여 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 수액장치에 관하여 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기조화기의 수액장치에 관하여 도시한 도면이다.

<도면에 사용된 주요 부호의 설명>

100:압축기 200:제1열교환장치

300:제2열교환장치 400:팽창밸브

500:과냉제어장치 510:과냉각기

511:과냉관 512:피과냉관

520:수액장치 521:케이스

530:팽창장치 551:바이패스관

553:액관 554:냉각관

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 냉동 사이클의 효율을 높일 수 있도록 하는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발의 냉동사이클을 거치는 과정에서 출입하는 열에 의한 공조를 수행하도록 하는 장치로서 일반 가정에서 사용되는 에어컨 뿐만 아니라 건물 등의 공조설비에 이르기까지 실내 공간의 공기조화를 위한 분야에서 널리 사용된다.

도 1은 종래의 공기조화기에 관하여 도시한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 공기조화기는 기본적으로 압축기(10)와, 제1열교환기(20)와, 제2열교환기(30), 그리고 팽창밸브(40)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1열교환기(20)의 열교환 작용을 촉진하기 위해 제1팬(21)이 구비되고, 제2열교환기(30)의 열교환 작용을 촉진하기 위해 제2팬(31)이 구비된다.

상기와 같은 종래의 공기조화기는 압축기(10)에서 압축된 고온고압의 냉매가 제1열교환기(20)에서 응축되고 팽창밸브(40)에서 팽창되어 제2열교환기(30)에서 증발됨으로써 한 사이클이 이루어지게 된다.

그러나, 열교환기에서 열교환 능력이 부족하거나, 냉매 봉입량이 부족한 경우, 또는 냉매의 응축이 제대로 이루어지지 않아 응축된 냉매에 액상 냉매와 기상 냉매가 섞여 있는 등의 경우에는 냉동사이클을 순환하는 냉매의 응축, 팽창 및 증 발이 제대로 이루어지지 않는 것이므로, 냉동사이클의 효율이 떨어지고, 또 2상의 냉매가 팽창장치를 통과하는 경우에는 냉매 소음을 유발할 수 있는 문제점이 있다.

또한 냉동사이클을 순환하는 냉매의 일부를 뽑아서 이를 냉각매체로 하여 냉동 사이클을 순환하는 냉매를 과냉각 시키는 경우에도, 냉각매체로 사용하기 위해 바이패스하는 냉매가 액상과 기상이 섞인 2상의 냉매인 경우 질량유량을 충분히 확보할 수 없어 과냉각 성능이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉동사이클을 순환하는 냉매의 과냉도를 확보하여 냉동사이클의 효율을 향상시키도록 하고, 과냉각을 위해 일부 바이패스되는 냉매의 질량유량을 확보하여 과냉각 효율을 향상시킬 수 있도록 하며, 냉매소음을 저감시킬 수 있도록 하는 공기조화기를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는, 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 열교환장치; 상기 열교환장치에서 응축된 냉매가 냉각 매체와의 열교환에 의해 냉각되도록 하는 과냉각기; 및 상기 열교환장치에서 응축된 냉매의 일부를 바이패스하여 상기 바이패스된 냉매 중 액냉매를 추출하여 상기 냉각 매체로 변환시켜 상기 바이패스된 냉매 및 상기 과냉각기를 통과하는 냉매를 각각 냉각시키도록 하는 과냉제어장치를 포함한다.

또한, 상기 과냉제어장치는, 상기 바이패스된 냉매를 수용하여 저장하며 액 냉매가 토출되도록 하는 수액장치와, 상기 수액장치와 연결되며 상기 수액장치로부터 토출되는 액냉매를 팽창시켜 상기 냉각 매체로 변환시키는 팽창장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수액장치는, 상기 바이패스되는 냉매를 수용하도록 소정의 공간을 가지며 상기 바이패스되는 냉매가 흡입되는 흡입구와 상기 공간에 수용된 액냉매가 토출되는 토출구를 구비하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수액장치는, 상기 팽창장치를 통과한 냉매를 상기 케이스에 수용된 액냉매를 통과시켜 상기 케이스에 수용된 냉매를 냉각시키도록 하는 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 과냉제어장치는, 상기 바이패스된 냉매가 유동하며 상기 흡입구에 연결되는 바이패스관과, 상기 토출구와 상기 냉각관의 입구와 연결되며 상기 팽창장치가 설치되는 액관과, 상기 냉각관의 출구와 상기 과냉각기를 연결하며 상기 냉각관을 통과한 상기 냉각 매체가 상기 과냉각기로 유입되는 유입관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이패스관에 설치되며 상기 바이패스되는 냉매의 유동을 제어하는 제어밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각관은, 상기 냉각관 상에 설치되어 상기 냉각관을 유동하는 상기 냉각 매체와 상기 케이스에 수용된 냉매의 열교환이 더욱 효과적으로 이루어지도록 하는 복수개의 열교환핀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각관은, 상기 케이스에 수용된 냉매와 상기 냉각관을 유동하는 상기 냉각 매체의 열교환 면적이 확대되도록 상기 냉각관이 구불구불하게 형성되거나 휘감기도록 형성되는 확장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 공기조화기에 대한 바람직한 실시예를 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 공기조화기는 압축기(100)와, 제1열교환장치(200)와, 제2열교환장치(300)와, 팽창밸브(400)와, 과냉제어장치(500)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 제1열교환장치(200)와 인접하여 제1팬장치(201)가 구비되고, 상기 제2열교환장치(300)와 인접하여 제2팬장치(301)가 구비된다.

도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는 하나의 실내기를 갖는 공기조화기에서부터 다수의 실내기를 갖는 멀티 타입의 공기조화기에 이르기까지 다양하게 적용 가능하다.

즉 도 2에서는 하나의 압축기와 실외열교환기 및 실내열교환기를 각각 하나씩 구비한 것에 대해 도시하고 있으나, 이는 하나의 예를 나타낸 것이고, 상기 제1열교환장(200)나 제2열교환장(300)를 복수개 구비되도록 하여 멀티 타입의 공기조화기로 구현되도록 하는 것도 가능하다.

따라서 도 2에 도시된 본 발명에 따른 공기조화기는 하나의 개념도로서 냉동사이클에 따른 공조 원리를 보여주기 위한 것이고, 이를 구현하는 것은 어떠한 공기조화기에서든 가능하다.

한편, 도 2에 도시된 배관구조에 관하여 설명한다.

도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는 상기 압축기(100)와 상기 제1열교환장치(200)를 연결하는 제1배관(110)과, 상기 제1열교환장치(200)와 상기 과냉제어장치(500)를 연결하는 제2배관(220), 상기 과냉제어장치(500)와 상기 제2열교환장치(300)를 연결하는 제3배관(230), 그리고 상기 제2열교환장치(300)와 상기 압축기(100)를 연결하는 제4배관(340)을 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 과냉제어장치(500)에 관하여 설명한다.

도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 과냉제어장치(500)는 열교환장치(제1열교환장치(200)가 될 수도 있고 제2열교환장치(300)가 될 수도 있다)에서 응축된 액냉매의 과냉도를 높여서 냉동사이클의 효율을 높이도록 하기 위한 장치이다.

즉 열교환장치에서 냉매를 충분히 응축시키지 못하는 경우, 상기 열교환장치를 통과한 냉매는 액냉매와 기상냉매가 혼합된 2상의 냉매가 되어 또 다른 열교환장치에서 증발이 충분히 이루어지지 않아 공조 효율을 떨어뜨리기도 하고 팽창밸브를 통과할 때 냉매 소음을 유발할 수 있기 때문에, 응축된 냉매를 더욱 냉각시켜 완전히 액냉매의 상태가 되도록 한다. 즉 냉매의 과냉도를 높이도록 한다.

이와 같은 과냉제어장치(500)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 과냉각기(510)와, 수액장치(520)와, 팽창장치(530), 그리고 각 배관을 포함하여 이루어진다.

상기 수액장치(520)는 열교환장치에서 응축된 냉매의 일부를 바이패스하여 일시 저장하는 장치이고, 상기 팽창장치(530)는 상기 수액장치(520)에 일시 저장된 액냉매를 팽창시키는 장치니며, 상기 과냉각기(510)는 상기 팽창장치(530)에서 팽 창된 냉매를 증발시키면서 응축된 냉매로부터 열을 흡수하여 냉동사이클을 순환하는 냉매를 과냉시키도록 하는 장치이다.

상기 바이패스관(551)에는 제어밸브(552)를 설치하여 바이패스되는 냉매의 유량을 조절할 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 수액장치(520)는 냉매가 수용되는 소정 크기의 공간을 갖는 케이스(521)와, 냉매가 흡입되는 흡입구(522), 그리고 냉매가 팽창장치(230) 쪽으로 토출되도록 하는 토출구(523)를 포함한다.

도 2를 참조하여 좀 더 구체적으로 과냉제어장치(500)에 관하여 살펴보면, 상기 과냉각기(510)는 그 일단에 제2배관(220)이 연결되고, 그 타단에 제3배관(230)이 연결된다.

상기 제3배관(230)과 연결되는 바이패스관(551)은 케이스(521)의 일측에 형성되는 흡입구(522)와 연결되므로, 상기 제3배관(230)을 유동하는 냉매의 일부가 상기 바이패스관(551)으로 바이패스되어 상기 흡입구(522)를 통해 상기 케이스(521) 내부로 유입된다.

상기 케이스(521) 내부에 수용된 냉매는 토출구(523)를 통해 토출되어 팽창장치(530)로 유동할 수 있도록 상기 토출구(523)와 연결되는 액관(553)을 구비한다. 즉 상기 액관(553) 상에 상기 팽창장치(530)가 설치된다.

상기 케이스(521)에는 흡입구(522) 및 토출구(523)와는 별도로 유입부(521a)와 유출부(521b)가 형성되는데, 상기 액관(553)은 상기 케이스(521)의 유입부(521a)와 연결된다.

그리고, 상기 유입부(521a)와 유출부(521b)를 연결하는 냉각관(554)이 구비되는데, 상기 냉각관(554)은 케이스(521) 내부에 수용된 냉매를 통과하도록 구비되어. 상기 냉각관(554)을 유동하는 냉매와 케이스(521) 내부에 수용된 냉매가 서로 열교환 할 수 있도록 한다.

상기 유출부(521b)는 과냉각기(510)와 연결관(555)에 의해 연결된다. 상기 연결관(555)으로부터 공급되는 냉매는 과냉각기(510)에서 열교환된 후 복귀관(556)을 따라 압축기(100)로 복귀된다.

상기 과냉각기(510)는 상기 제2배관(220)과 상기 제3배관(230)을 연결하는 과냉관(511)과, 상기 연결관(555)과 상기 복귀관(556)을 연결하는 피과냉관(512)이 서로 이중관으로 형성되거나, 판형 열교환기의 유입관과 유출관으로 연결되어, 상기 과냉관(511)을 유동하는 냉매와 상기 피과냉관(512)을 유동하는 냉매가 서로 열교환 할 수 있도록 구비된다.

상기 과냉각기(510)와 인접한 곳에는 팬장치(501)가 구비되어 상기 피과냉관(512)을 유동하는 냉매가 증발할 수 있도록 하며, 상기 피과냉관(512)을 유동하는 냉매가 증발하면서 과냉관(511)을 유동하는 냉매로부터 열을 흡수하여 상기 과냉관(511)을 유동하는 냉매가 과냉각 될 수 있도록 한다.

도 2에 도시된 과냉각기(510)에서는 과냉관(511)과 피과냉관(512)이 이중관으로 형성되는 이중관 열교환 방식으로 구현된 것에 관하여 도시하고 있으나, 이에 한하지 않고 판형 열교환 방식으로 구현되도록 하는 것도 가능하다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 공기조화기의 과냉제어장 치(500)에서는, 수액장치(520)에서 그 내부에 수용된 냉매가 냉각관(554)에 의해 냉각이 된 후에 팽창장치(530)로 유입되는데, 이와 같이 수액장치(520)에 수용된 냉매를 냉각시킨 후에 팽창장치(530)에 유입시킴으로써 상기 팽창장치(530)를 통과하는 냉매의 질량유량을 증가시킬 수 있어 과냉의 효과를 극대화 할 수 있다.

즉 수액장치(520)의 내부에는 액냉매만 존재하는 것이 아니라 기상의 냉매가 함께 공존한다. 따라서 이러한 기상냉매가 액냉매와 함께 팽창장치(530)를 통과할 경우 냉매소음을 유발할 뿐만 아니라 액냉매만 존재하는 경우에 비해 질량유량이 적기 때문에 결과적으로 열교환 유량을 충분히 확보하지 못하여 과냉의 효과는 떨어지기 때문이다.

따라서 도 2에 도시된 바와 같이 수액장치(520)에서 케이스(521) 내부에 수용된 냉매를 냉각관(554)에 의해 냉각을 시킨 후에 팽창시킴으로써 냉매소음의 방지와 충분한 질량유량을 확보할 수 있다.

이와 같은 수액장치(520)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 다양한 실시예에 의해 구현될 수 있는데, 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 수액장치(520)는, 냉각관(554)의 일측에 열교환핀(F)이 설치된다.

즉 상기 열교환핀(F)은 상기 냉각관(554)을 유동하는 냉매와 케이스(521) 내부에 수용된 냉매의 열교환 면적을 확장시켜 열교환이 더욱 잘 이루어지도록 한 것이다.

그 이외의 부분은 도 2에 도시된 바와 동일하며, 이에 대한 설명은 상기한 바와 같으므로 구체적인 설명을 생략한다.

한편, 도 4에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기조화기의 수액장치(520)에 관하여 나타내었는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각관(554)의 일측이 코일처럼 꼬이도록 형성되는 코일부(C)를 갖도록 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 코일부(C)를 형성시킴으로써 냉각관(554)을 유동하는 냉매와 케이스(521) 내부에 수용된 냉매의 열교환 면적이 확대되고, 열교환의 효율은 더욱 높아질 수 있다.

그 이외의 부분은 도 2에 도시된 바와 동일하며, 이에 대한 설명은 상기한 바와 같으므로 구체적인 설명을 생략한다.

한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기조화기의 수액장치(520)에 관한 것인데, 도 5에 도시된 바와 같이, 냉각관(554)의 일측이 미앤더(Meander)형상으로 구불구불하게 형성되는 미앤더부(M)를 갖도록 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 미앤더부(M)를 형성시킴으로써 냉각관(554)을 유동하는 냉매와 케이스(521) 내부에 수용된 냉매의 열교환 면적이 확대되고, 열교환의 효율은 더욱 높아질 수 있다.

한편, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 공기조화기의 작동에 관하여 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 압축기(100)에서 토출되는 냉매는 제1배관(110)을 따라 유동하면서 제1열교환장치(200)로 유입되어 응축된다.

상기 제1열교환장치(200)에서 응축된 냉매는 제2배관(210)을 따라 과냉각기(510)로 연결되고, 즉 상기 제2배관(210)과 연결되는 과냉관(511)을 따라 유동하 면서 제3배관(230)으로 유동한다.

이때 상기 제3배관(230)과 연결되는 바이패스관(551)으로 냉매의 일부가 바이패스되어(이때 제어밸브(552)는 개방된다) 수액장치(520)의 케이스(521) 내부로 유입된다.

상기 케이스(521)의 내부에서 냉각관(554)을 유동하는 냉매와 열교환 하여 케이스(521) 내부에 수용되는 냉매는 더욱 냉각되어 응축되며, 토출구(523)를 통해 액냉매가 토출된다.

상기 토출구(523)를 통해 토출되는 냉매는 액관(553)을 따라 유동하면서 팽창장치(530)를 통과하고, 이때 팽창장치(530)에서 냉매는 팽창하여 온도가 급감한다.

상기 팽창장치(530)에서 팽창된 냉매는 냉각관(554)을 따라 유동하면서 케이스(521) 내부에 수용된 냉매와 열교환 한 후 연결관(555)을 통해 과냉각기(510)로 유입된다.

상기 연결관(555)을 유동하는 냉매는 상기 과냉각기(510) 내부에서 상기 연결관(555)과 연결되는 피과냉관(512)을 따라 유동하고, 과냉각기(510)에서 과냉관(511)을 유동하는 냉매와 피과냉관(512)을 유동하는 냉매가 서로 열교환 한다.

즉 피과냉관(512)을 유동하는 냉매는 증발하면서 주변의 열을 흡수하는데, 과냉관(511)을 유동하는 냉매는 피과냉관(512)의 증발하는 냉매에 의해 열을 빼앗기므로 과냉각이 이루어진다.

따라서 상기 과냉각기(510)에서 과냉각된 냉매는 실질적으로 액냉매 상태로 제3배관(230)을 유동한다.

상기 제3배관(230)을 유동하는 과냉된 냉매는 팽창밸브(400)를 통과하면서 팽창되고 제2열교환장치(300)를 통과하면서 증발되며 제4배관(340)을 따라 압축기(100)로 복귀한다.

한편, 과냉각기(510)에서 피과냉관(512)을 따라 유동하는 냉매는 증발되어 복귀관(556)을 따라 압축기(100)로 복귀한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 공기조화기는, 냉동사이클을 순환하는 냉매의 과냉도를 확보하여 냉동사이클의 효율을 향상시킬 수 있고, 과냉각을 위해 일부 바이패스되어 팽창 및 증발되는 냉매의 질량유량을 더욱 증가시킬 수 있어 과냉각 효율을 향상시킬 수 있으며, 냉매소음을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 열교환장치;

   상기 열교환장치에서 응축된 냉매가 냉각 매체와의 열교환에 의해 냉각되도록 하는 과냉각기; 및

   상기 열교환장치에서 응축된 냉매의 일부를 바이패스하여 상기 바이패스된 냉매 중 액냉매를 추출하여 상기 냉각 매체로 변환시켜 상기 바이패스된 냉매를 냉각시키고, 상기 과냉각기를 통과하는 냉매를 냉각시키도록 하는 과냉제어장치를 포함하며,

   상기 과냉제어장치는, 상기 바이패스된 냉매를 수용하여 저장하며 액냉매가 토출되도록 하는 수액장치와, 상기 수액장치와 연결되며 상기 수액장치로부터 토출되는 액냉매를 팽창시켜 상기 냉각 매체로 변환시키는 팽창장치를 포함하고,

   상기 수액장치는, 상기 바이패스되는 냉매를 수용하도록 소정의 공간을 가지며 상기 바이패스되는 냉매가 흡입되는 흡입구와 상기 공간에 수용된 액냉매가 토출되는 토출구를 구비하는 케이스를 포함하고,

   상기 수액장치는, 상기 팽창장치를 통과한 냉매를 상기 케이스에 수용된 액냉매를 통과시켜 상기 케이스에 수용된 냉매를 냉각시키도록 하는 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
5. 제4항에 있어서, 상기 과냉제어장치는,

   상기 바이패스된 냉매가 유동하며 상기 흡입구에 연결되는 바이패스관과,

   상기 토출구와 상기 냉각관의 입구와 연결되며 상기 팽창장치가 설치되는 액관과,

   상기 냉각관의 출구와 상기 과냉각기를 연결하며 상기 냉각관을 통과한 상기 냉각 매체가 상기 과냉각기로 유입되는 유입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 바이패스관에 설치되며 상기 바이패스되는 냉매의 유동을 제어하는 제어밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각관은,

   상기 냉각관 상에 설치되어 상기 냉각관을 유동하는 상기 냉각 매체와 상기 케이스에 수용된 냉매의 열교환이 더욱 효과적으로 이루어지도록 하는 복수개의 열교환핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각관은,

   상기 케이스에 수용된 냉매와 상기 냉각관을 유동하는 상기 냉각 매체의 열교환 면적이 확대되도록 상기 냉각관이 구불구불하게 형성되거나 휘감기도록 형성되는 확장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

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