KR100897981B1

KR100897981B1 - 공기 조화기

Info

Publication number: KR100897981B1
Application number: KR1020070053300A
Authority: KR
Inventors: 마사유끼 노나까; 야스시 시게나가; 신이찌 아베; 히로시 야마자끼; 가즈마사 요시다; 가즈오 오오다떼
Original assignee: 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2009-05-18
Also published as: KR20070048573A; JP2007127333A; CN1959238A; CN1959238B; KR100863639B1; KR100930762B1; KR20070075373A; KR20080104251A

Abstract

공기 조화 장치에 있어서의, 실내 유닛의 재료를 저감시킨 열교환기로 하면, 냉방 운전 시에 있어서의 관류 팬이나 하우징에서의 결로가 발생하는 것을 판단하였다. 본 발명의 과제는 냉방 운전 시의 압축기의 파손을 방지하면서 결로를 억제하는 것이다.

본 발명에서는 실내 열교환기의 공기의 유동 방향에 대한 전열관의 열수를 1열로 함으로써 사용 재료를 저감시킨다. 또한 냉방 운전 시에 1열의 열교환기로부터 압축기 흡입부 사이의 냉매를 가열하는 수단을 마련함으로써 냉각 제습되어 있지 않은 공기가 관류 팬으로 유입 결로하는 것을 억제하였다.

공기 조화 장치, 실내 유닛, 관류 팬, 전열관, 하우징

Description

공기 조화기 {AIR CONDITIONER}

도1은 본 발명의 일 실시예에 관한 실내 유닛의 구성도.

도2는 본 발명의 일 실시예에 관한 실내 유닛의 구성도.

도3은 본 발명의 일 실시예에 관한 공기 조화 장치의 구성도.

도4는 본 발명의 일 실시예에 관한 공기 조화 장치의 구성도.

도5는 본 발명의 일 실시예에 관한 공기 조화 장치의 구성도.

도6은 본 발명의 일 실시예에 관한 공기 조화 장치의 구성도.

도7은 본 발명의 일 실시예에 관한 발명의 효과의 설명도.

도8은 본 발명의 일 실시예에 관한 핀의 구조도.

도9는 본 발명의 일 실시예에 관한 열교환기의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 실내 유닛

2 : 관류 팬

3 : 실내 열교환기

4 : 핀

5 : 전열관

7 : 보조 열교환기

8 : 압축기

10 : 실외 열교환기

11 : 모세관 튜브

13 : 전기 히터

14 : 압축기 여열 이용 열교환기

15 : 냉매 가열용 열교환기

16 : 역지 밸브

[문헌 1] 일본 특허 공개 2002-81672호 공보(도6)

본 발명은 실내 열교환기와 관류 팬에 의해 구성되는 실내 유닛을 구비한 공기 조화기에 관한 것이다.

종래, 공기 조화기에 사용되는 실내 유닛은, 예를 들어 특허문헌 1에 개시한 구조가 알려져 있다. 이 특허문헌 1에 기재된 실내 유닛의 열교환기는 상부 전방측 열교환기와 상부 후방측 열교환기를 역 V자형으로 배치하고, 이 상부 전방측 열교환기의 하부에 하부 전방측 열교환기를 배치하여 이루어지는 실내 열교환기와, 상부 후방측 열교환기의 바람이 불어오는 측에 배치된 보조 열교환기(서브 쿨러)가 설치되어 있다. 이 실내 열교환기의 바람이 불어나가는 측에 관류 팬이 설치되어 있다. 그리고, 이 실내 열교환기는 공기의 유동 방향에 대한 전열관의 열수가 복수열인 2열로 되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 2002-81672호 공보(도6)

이 특허문헌 1에 기재된 공기 조화기의 실내 유닛 내에 설치된 실내 열교환기는 공기의 유동 방향에 대한 전열관의 열수가 복수열로 구성되어 있으므로, 일반적으로는 동재로 만들어져 있는 전열관을 많이 필요로 하고 있다. 동은 지구상에서는 유한한 자원이고, 동 자원의 감소라는 문제가 있었다. 또한 전열관 내의 공간 용적도 크기 때문에 봉입해야 하는 냉매량이 많이 필요했다. 현재의 에어 컨디셔너는, 일반적으로 R410A나 R407C나 R22라는 냉매가 사용되고 있지만, 모두 지구 온난화 능력을 갖기 때문에, 에어 컨디셔너의 이동 설치나 폐기 시에 냉매가 대기로 누설된 경우, 지구 환경에 영향을 미치는 것이 우려되고 있다.

상기한 목적으로 재료를 저감시킨 공기 조화기로 하면, 실내 유닛의 공기 취출구로부터 결로수가 흘러나간다는 문제가 있었다.

본 발명의 제1 목적은, 지구 환경 부하를 저감시키는 공기 조화기를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 제2 목적은, 재료를 저감시킨 공기 조화기로 하였을 때, 결로수가 실내 유닛의 공기 취출구로부터 흘러나가는 것을 억제한 공기 조화기를 제공하는 데 있다.

상기 제1 목적은, 실내 열교환기 및 관류 팬을 갖는 실내 유닛을 구비한 공기 조화기에 있어서, 상기 실내 열교환기의 공기의 유동 방향에 대한 전열관의 열수를 1열로 한 공기 조화기로 함으로써 달성된다.

상기 제2 목적은, 실내 열교환기 및 관류 팬을 갖는 실내 유닛을 구비한 공기 조화기에 있어서, 상기 실내 열교환기의 공기의 유동 방향에 대한 전열관의 열수를 1열로 하고, 냉방 운전 시에 상기 실내 열교환기와 압축기 흡입부 사이의 냉매를 가열하는 냉매 과열 수단을 구비한 공기 조화기로 함으로써 달성된다.

본 발명의 실시예를, 도1을 이용하여 설명한다. 공기 조화기의 실내 유닛(1) 내에는 관류 팬(2) 및 실내 열교환기(3)가 구비되어 있다. 실내 열교환기(3)는 상부 전방측 열교환기 부분(3a), 상부 후방측 열교환기 부분(3b) 및 상부 전방측 열교환기 부분(3a)의 하부에 마련된 하부 전방측 열교환기 부분(3c)에 의해 구성되어 있다. 상부 전방측 열교환기 부분(3a) 및 상부 후방측 열교환기 부분(3b)은 종단면 형상이 역 V자형을 이루고 있다. 실내 열교환기(3)는 내부에 냉매를 통류하는 전열관(5) 및 알루미늄제의 핀(4)으로 구성되고, 전열관(5)이 적층된 핀(4)과 직행하도록 삽입된 크로스 핀 튜브 타입이 채용되어 있다. 하부 전방측 열교환기 부분(3c)의 하부에는 상부 전방측 열교환기 부분(3a) 및 하부 전방측 열교환기 부분(3c)에서 응축한 공기 중의 수분을 수용하는 전방면 이슬 수용 접시(20)가 배치되어 있다. 또한, 상부 후방측 열교환기 부분(3b)의 하부에는 이 열교환기 부분에서 응축한 수분을 수용하는 배면 이슬 수용 접시(21)가 설치되어 있다.

그리고, 관류 팬(2)이 회전하면 공기 흡입구(22)로부터 흡입된 실내 공기가 실내 열교환기(3)에서 열교환되고, 관류 팬(2)을 거쳐서 공기 취출구(23)로부터 취출된다.

그런데, 실내 열교환기(3)는 열교환을 행하는 공기의 유동 방향에 대한 전열관(5)의 열수를 1열로 하고 있다. 이와 같이 실내 열교환기(3)의 공기의 유동 방향에 대한 전열관의 열수를 1열로 하였으므로, 특허문헌 1에 기재된 열수가 복수열인 경우에 비해, 동재로 만들어져 있는 전열관(5)의 사용량을 저감시킬 수 있다. 또한 전열관의 내용적도 저감시킬 수 있으므로, 필요한 봉입 냉매량을 종래보다도 삭감시킬 수 있다. 이로 인해, 사용 냉매가 R410A나 R407C나 R22라는 지구 온난화 능력을 갖는 경우라도 에어 컨디셔너의 이동 설치나 폐기 시에 냉매가 대기로 누설되었다고 해도 지구 환경에 미치는 영향을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 실내 열교환기(3)의 형상을 상부 전방측 열교환기 부분(3a) 및 상부 후방측 열교환기 부분(3b)의 종단면 형상을 역 V자형으로 하였지만, 전열관의 열수가 1열이면 효과는 열교환기의 형상에 상관없이, 도2에 도시한 바와 같은 단면이 곡선에 의해 구성되는 원호형의 실내 열교환기(6)로 해도 좋다.

그런데, 이와 같이 실내 열교환기(3)의 전열관(5)의 열수를 1열로 하면, 실내 열교환기(3)가 증발기로서 작용하는 냉방 운전 시에 관류 팬(2)에 이슬이 붙고, 이 이슬이 공기 취출구(23)로부터 튀어 실내에 비산된다는 문제가 있었다.

이는 냉방 운전 시에 운전 부하가 급격하게 변화되었을 때, 혹은 기동 시 등 감압 수단(팽창 장치)에서의 감압량이 적당하지 않을 때에 증발기 출구 부근[냉방 운전 시의 실내 열교환기(3)의 냉매 출구가 되는 전열관으로부터 냉매 흐름 상류측의 1단으로부터 수단의 전열관]에서의 냉매가 과열 영역이 되는 경우가 있었다. 과열 영역의 냉매는 가스 냉매이고, 열교환기의 온도는 유입되는 공기의 이슬점 온도보다 높고, 과열 영역으로 되어 있는 냉매가 흐르는 전열관(5)의 근방을 통과한 공기는 감습이 행해지지 않은 상태에서 실내 유닛의 하우징이나 관류 팬에 접촉한다. 여기서 하우징이나 관류 팬은 비과열 영역(기액 2상 영역)으로 되어 있는 냉매가 흐르고 있는 전열관(5)이 존재하는 열교환기 부분에서 냉각 감습된 공기에 의해 저온으로 되어 있다. 여기에 상기한 감습되어 있지 않은 공기가 접촉하면 그 곳에서 결로가 발생하고, 결로수가 실내 유닛 밖으로 적하되는 것이다.

이 문제를 회피하기 위해 증발기로 되어 있는 실내 열교환기(3) 내에서의 과열을 억제하도록 감압 수단에서의 감압량을 저감시키는 것이 고려된다. 이와 같이 감압량을 조절하면, 운전 부하가 급격하게 변화된 경우나 기동 시 등의 감압 수단에서의 감압량이 적당하지 않은 경우에는 증발기 내[실내 열교환기(3)]에서는 증발이 완료되지 않고 압축기에 미증발의 냉매가 유입되고, 압축기에서 액압축을 행하게 되어 압축기를 파손시킬 우려가 있다.

이 문제를 해결하는 실시예를 도3을 이용하여 설명한다. 부호 3은 실내 열교환기, 7은 보조 열교환기이다. 보조 열교환기(7)는, 냉매 유로로서는 실내 열교환기(3)가 증발기로서 작용하는 냉방 운전 시에 증발기 출구부, 즉 실내 열교환기(3)와 압축기 흡입부 사이의 냉매 배관에 접속되어 있다. 또한, 풍로로서는 실 내 열교환기(3)의 바람이 불어오는 측, 즉 실내 열교환기(3)와 복수열이 되도록 배치되어 있다. 본 실시예에서는 상부 후방측 열교환기부(3b)의 바람이 불어오는 측에 배치되어 있다.

본 실내 유닛(1)은 냉동 사이클에 조립되어 있고, 부호 8은 압축기, 9는 냉매 유로 절환 장치로서의 4방 밸브, 10은 냉방 시에는 응축기, 난방 시에는 증발기로서 작용하는 실외 열교환기, 11은 감압 수단으로서의 모세관 튜브, 12는 실외 송풍 팬이다.

이상과 같이 구성된 공기 조화기의 냉방 운전 시의 동작에 대해 설명한다. 압축기(8)에서 압축된 고온 고압의 냉매 가스는 4방 밸브(9)를 통과하고, 실외 열교환기(10)에서 송풍 팬(12)에 의해 송풍되는 공기에 방열하여 응축한다. 또한 모세관 튜브(11)에서 감압되어 저온 저압 상태가 되어 실내 유닛(1) 내로 들어가고, 냉매 분기기(24)에 의해 2계통으로 분기되어 실내 열교환기(3)의 상부 전방측 열교환기부(3a)로 유입된다. 한쪽으로 분기된 냉매는 상부 전방측 열교환기부(3a) 내의 전열관(5)을 4단 흐른 후, 상부 후방측 열교환기부(3b)로 유입된다. 그리고 이 상부 후방측 열교환기부(3b)를 흘러나가는 냉매는 보조 열교환기(7)로 유입된다. 다른 쪽 냉매는 상부 전방측 열교환기부(3a)를 2단의 전열관(5)을 흐른 후, 하부 전방측 열교환기부(3c)로 유입된다. 이 하부 전방측 열교환기부(3c)를 흘러나간 냉매는 보조 열교환기(7)로 유입되고, 전회의 냉매와 냉매 분기기(25)에서 합류하여 실외기에 도달하고, 4방 밸브(9)를 거쳐서 압축기(8)의 흡입부에 도달한다. 실내 열교환기(3) 및 보조 열교환기(7)를 흐르고 있는 동안에 냉매는 관류 팬(2)에 의해 송풍되는 공기로부터 흡열함으로써 증발하고, 전술한 바와 같이 다시 압축기(8)로 복귀된다.

이상과 같이 구성함으로써 관류 팬(2)에 붙은 이슬이 실내 유닛(1)으로부터 흘러나가는 것을 방지할 수 있다. 그 작용을 설명한다. 관류 팬(2)의 풍량이 급격히 증가한 경우, 실온이 갑자기 상승한 경우, 혹은 모세관 튜브(11)에 있어서의 감압량이 과다인 경우, 실내 열교환기(3)에서 냉매의 증발이 완료되고, 전술한 바와 같이 이슬 부착의 원인이 된다. 그러나, 본 실시예에서는 보조 열교환기(7)를 설치하고 있고, 상기한 극단적인 경우라도 실내 열교환기(3) 내에서는 포화 영역이 되는 냉매 봉입량으로 함으로써 실내 열교환기(3) 내가 과열 영역이 되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 보조 열교환기(7)의 공기 하류측을 냉매가 과열 영역에 없는 실내 열교환기(3)로 할 수 있으므로, 통과하는 공기는 실내 열교환기(3)의 전체면에서 냉각 감습되게 된다. 이로 인해 일부의 공기의 감습이 불충분하기 때문에 일어나는 관류 팬이나 하우징에서의 결로의 발생을 방지할 수 있다.

이상의 실시예에서는 실내 열교환기(3)의 전열관 내부의 냉매의 상태를 포화 영역으로 하기 위해 냉방 운전 시의 냉매 흐름에 있어서의 실내 열교환기(3)의 하류에 보조 열교환기(7)를 설치함으로써, 보조 열교환기(7)에 의해 포화 영역에 있는 냉매를 과열 영역으로 하고 있었다. 보조 열교환기(7)를 이용하지 않고 실내 열교환기(3) 내의 냉매를 포화 영역으로 하는 실시예를, 도4를 이용하여 설명한다.

도4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 실내 유닛(1)에 보조 열교환기(7) 를 설치하고 있지 않다. 이 대신에, 냉방 운전 시에 있어서의 실내 열교환기(3)의 냉매 출구로부터 압축기 흡입부 사이의 냉매 배관에 냉매 과열 수단으로서의 전기 히터(13)를 설치하고 있다.

이상과 같이 구성함으로써 냉방 운전 시에 실내 열교환기(3)에서 냉매가 증발을 완료할 수 없어도 실내 열교환기(3)를 나온 후에 전기 히터(13)로부터 흡열하여 증발이 완료된다. 이로 인해 압축기(8)에 미증발의 냉매가 유입되지 않으므로, 압축기에서 액압축을 일으키지 않고, 압축기의 파손을 방지할 수 있다. 또한 이때 실내 열교환기(3)에는 유입되는 공기의 이슬점 온도보다 높아지는 과열 영역이 없으므로, 전술한 실시예의 효과와 마찬가지로 관류 팬이나 하우징에서의 결로의 발생이 일어나지 않는다.

또한 본 실시예에 있어서, 전기 히터로 과열된 후에 냉매 과열량 검출 수단(도시하지 않음)을 마련하여 과도한 과열량이 되지 않도록 전기 히터의 전기 입력량을 제어하면, 전기 히터의 과도한 입력에 의한 소비 전력량의 증가를 방지할 수 있다.

또한 본 실시예는 미증발 냉매의 과열 수단에 전기 히터를 이용한 경우에 대해 설명하였지만, 도5에 도시한 바와 같이 실내 열교환기(3)와 압축기(8) 사이의 냉매 배관을 압축기의 챔버와 열적으로 접촉시켜 압축기 여열 이용 열교환기(14)로서 이용하고, 압축기(8)로부터의 여열에 의해 과열시켜도 좋다. 이 경우 압축기가 증발 온도, 즉 저온의 냉매에 의해 냉각되게 되므로, 압축기 내의 모터 효율의 향상이나, 온도 상승에 의한 열변형에 수반하는 압축 효율의 저하를 저감시킬 수 있 어, 전력 절약화도 도모할 수 있다.

또한 압축기 흡입부의 냉매를 냉매 과열 수단인 압축기 여열 이용 열교환기(14)에 의해 과열 상태로 할 수 있으므로, 증발기(3)에서는 과열 영역은 되지 않도록 상기 모세관 튜브(11)를 설정하거나, 감압 수단으로서 모세관 튜브가 아닌 감압량 가변형의 전동 팽창 밸브(24)를 이용하고, 이를 증발기(3)에서는 과열 영역은 되지 않도록 제어해도 좋다. 이 경우 실내 열교환기(3)의 전체면이 온도가 높지 않은 이상 영역이 되므로, 전 실시예의 효과와 마찬가지로 관류 팬이나 하우징에서의 결로의 발생을 억제할 수 있다.

이상의 실시예에서는, 과열 수단으로서 보조 열교환기(7), 전기 히터(13) 혹은 압축기 여열 이용 열교환기(14)를 이용하였지만, 이것들도 이용하지 않은 다른 실시예를, 도6을 이용하여 설명한다. 본 실시예에서는 냉매 가열용 열교환기(15), 역지 밸브(16)를 설치하고 있다. 즉, 실외 열교환기(10)와 모세관 튜브(11) 사이의 냉매 배관과 병렬로 역지 밸브(16)와 냉매 가열용 열교환기(15)의 냉방 운전 시에 고압이 되는 고압측 열교환기(15a)를 설치하고, 실내 열교환기(3)와 4방 밸브(9) 사이의 배관에 냉방 운전 시에 저압이 되는 저압측 열교환기(15b)를 설치하고 있다. 고압측 열교환기(15a)와 저압측 열교환기(15b)에 의해 냉매 가열용 열교환기(15)가 구성되고, 이들 사이에서 냉매 사이의 열교환이 행해진다.

냉매 가열용 열교환기(15)와 역지 밸브(16)는 냉방 운전 시에만 실내 열교환기(3)와 압축기(8) 사이의 냉매와, 실외 열교환기(10)와 모세관 튜브(11) 사이의 냉매가 열교환하도록 접속되어 있다. 난방 운전 시에는 역지 밸브(16)의 작용에 의해 이 바이패스 유로에는 냉매가 흐르지 않는다.

이상과 같이 구성함으로써 냉방 운전 시에 실내 열교환기(3)에서 냉매가 증발을 완료할 수 없어도 실내 열교환기(3)를 나온 후에 냉매 가열용 열교환기(15)에서 응축기로서 작용하는 실외 열교환기(10)로부터 나온 과냉각 영역의 냉매의 열을 흡열하여 증발하고, 또한 과열 가스가 된다. 이로 인해 압축기(8)에 미증발의 냉매가 유입되지 않으므로, 압축기에서 액압축을 일으키지 않고, 압축기의 파손을 방지할 수 있다. 또한 이때 실내 열교환기(3)에는 유입되는 공기의 이슬점 온도보다 높아지는 과열 영역이 없으므로, 전 실시예의 효과와 마찬가지로 관류 팬이나 하우징에서의 결로의 발생이 일어나지 않는다.

또한 본 실시예의 경우, 도7에 도시한 바와 같이 실외 열교환기(10)에서 응축하여 과냉각 상태에 있는 냉매가 냉매 가열용 열교환기(15)에서 증발기를 나온 냉매와 열교환하므로 과냉각도가 더 증가한다. 이에 의해 실내 열교환기(3)(＝증발기)로 유입할 때의 냉매 건조도가 작아지기 때문에, 실내 열교환기(3)에서의 입구로부터 출구까지의 냉매의 평균 건조도가 저감되어 전열관 내의 압력 손실이 저감되고, 압축기 흡입 압력이 증가하여 소비 전력량을 저감시킬 수 있는 효과도 있다.

다음에 상기 실시예에서 나타낸 실내 열교환기(3)에 대해 도8, 도9를 이용하여 설명한다. 도8은 실내 열교환기(3)의 핀(4)의 일부를 도시하는 도면이다. 핀(4)은 전열 성능을 향상시키기 위해, 루버(17)가 설치되어 있다. 루버는 상하 방향에 교대로 수직 절곡되어 있고, 루버 높이와 핀 두께를 포함한 핀의 총 높이는 Hf이다. 실내 열교환기(3)에서는 핀(4)이 적층되고, 전열관(5)을 직행으로 배치한다. 도9는 본 실시예이고 핀 피치(Pf)(＝핀의 적층 간격)를 Pf ≤ Hf로 하고 있다. 열교환을 행하는 공기는 도면에 나타낸 화살표와 같이 좌측으로부터 우측 방향으로 흐르지만, 핀 피치가 좁고 루버가 인접하는 핀의 루버에 맞물리도록 밀하게 설치되어 있다. 이로 인해 핀 표면에 닿지 않는 공기(바이패스 공기)의 발생을 억제하여 증발기로서 이용한 경우에 냉각 감습을 행하기 쉬워진다. 따라서 핀과 접촉하여 냉각 감습된 공기에 의해 냉각되어 있는 관류 팬이나 하우징에 감습되어 있지 않은 바이패스 공기가 접촉하여 결로된다는 문제를 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 지구 환경 부하를 저감시키는 공기 조화기를 제공할 수 있다.

또한, 재료를 저감시킨 공기 조화기로 하였을 때, 결로수가 실내 유닛의 공기 취출구로부터 흘러나가는 것을 억제한 공기 조화기를 제공할 수 있다.

Claims

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실내 열교환기 및 관류 팬을 갖는 실내 유닛을 구비한 공기 조화기에 있어서,

상기 실내 열교환기의 공기의 유동 방향에 대한 전열관의 열수를 1열로 하고, 냉방 운전 시에, 상기 실내 열교환기의 출구와 압축기 흡입부 사이의 냉매를 가열하는 냉매 과열 수단을 구비하고,

상기 냉매 과열 수단은 냉방 운전 시에 응축기가 되는 열교환기와 감압 기구 사이의 냉매의 열을 열원으로 하는 열교환기인 공기 조화기.
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