KR100950153B1 - 열교환 어큐물레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환 어큐물레이터(Accumulator)에 관한 것으로, 특히 열교환과 동시에 냉매의 기액분리가 이루어지는 구조의 열교환 어큐물레이터에 관한 것이다.

본 발명에 따른 열교환 어큐물레이터는,

바디실린더와; 상기 바디실린더의 상부에 결합되는 상부캡과; 상기 바디실린더의 하부에 결합되는 하부캡과; 상기 바디실린더의 내부에 수용되는 고압측 냉매관을 포함하는데,

상기 상부캡에는 저압측 냉매 유입파이프가 결합되고, 상기 하부캡에는 저압측 냉매 유출파이프가 그 일단부가 상기 바디실린더의 내부까지 연장되도록 설치되며, 상기 고압측 냉매관은 냉매튜브가 수회 권취되어 형성되어, 상기 저압측 냉매 유입파이프를 통하여 유입된 저압측 냉매는 상기 고압측 냉매관의 냉매튜브를 따라 아래쪽으로 유동하면서 상기 냉매튜브의 내부를 유동하는 고압측 냉매와 열교환되고, 상기 어큐물레이터의 하부에 축적된 저압측 냉매 중 기체상태의 냉매만이 상기 저압측 냉매 유출파이프를 통하여 유출되는 것을 특징으로 한다.

열교환, 어큐물레이터, 권취, 냉매튜브, 원형배플, 나선, 원통배플, 윤활유공급부, 오목부, 윤활유구멍, 스트레이너.

Description

열교환 어큐물레이터{HEAT EXCHANGING ACCUMULATOR}

도1은, 초임계 냉동싸이클의 p-h선도이다.

도2는, 종래의 초임계 냉동싸이클의 계통도이다.

도3은, 본 발명에 따른 열교환 어큐물레이터의 측단면도이다.

도4(a)는 도3의 원형배플의 평면도이고, 도4(b)는 도4(a)의 A-A 단면도이다.

도5(a)는, 도1의 점선부분의 측단면도이고, 도5(b)는 스트레이너의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10... 바디실린더(Body Cylinder), 20... 상부캡,

21... 저압측 냉매 유입파이프, 30... 하부캡,

31... 저압측 냉매 유출파이프, 40... 고압측 냉매관,

41... 냉매튜브, 42... 소경부,

43... 대경부, 50... 원형배플(Baffle),

51... 유출홈, 60... 원통배플,

70... 윤활유공급부, 71... 오목부,

72... 윤활유구멍, 73... 스트레이너(Strainer).

본 발명은 열교환 어큐물레이터(Accumulator)에 관한 것으로, 특히 열교환과 동시에 냉매의 기액(氣液)분리가 이루어지는 구조의 열교환 어큐물레이터에 관한 것이다.

일반적으로 냉방을 위한 공조장치에서, 냉매는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 순환하는 냉동사이클을 순환는데, 압축기에 의해 임계상태를 초과하는 초임계상태로 압축되는 냉동사이클을 초임계(超臨界) 냉동사이클이라고 부른다.

상기 초임계 냉동사이클에 있어서는, 냉매가 압축된 이후에 대기 중으로 방열하는 과정에서 상변화를 겪지 않으므로 이때의 방열장치를 응축기 대신 가스냉각기로 불리운다.

도1은 초임계 냉동사이클의 p-h선도이다. 도1에 도시한 바와 같이, 기본 냉동사이클은 1 →2 →3 →4 과정을 순환하게 되는데, 냉방효과는 증발과정인 4 →1과정의 엔탈피(Enthalpy) 차이(△h1)에 따라 결정된다.

이러한 초임계 냉동사이클의 냉방성능을 향상시키기 위하여, 압축기로 들어가는 냉매와 응축기로부터 나오는 냉매사이에 열교환을 위한 열교환기를 설치하는 경우가 있다.

이때의 냉동사이클은 1' →2' →3' →4'로 순환하게 되고, 냉방 성능은 4' →1과정의 엔탈피 차이(△h2)가 되어 상기의 엔탈피차이(△h1)보다 증가하게 된다.

또한, 압축성능을 향상시키기 위하여 기체상태의 냉매만을 압축기로 보내기 위한 어큐물레이터를 추가적으로 포함하는 경우도 있다.

도2는, 상기와 같이 열교환기와 어큐물레이터가 설치되는 종래의 초임계 냉동사이클의 계통도이다.

도시한 바와 같이, 종래의 초임계 냉동사이클에는, 증발기로부터 나온 냉매로부터 기액을 분리하는 어큐물레이터와, 가스냉각기로부터 나온 냉매와 어큐물레이터로부터 나온 냉매사이에 열교환을 시키기 위한 열교환기가 설치된다.

이러한 종래의 초임계 냉동사이클을 구현하는 공조장치에 있어서, 도2에 도시한 바와 같이, 기액을 분리하는 어큐물레이터와 열교환을 위한 열교환기가 별개의 부품으로 설치되는 경우에는 제조원가가 상승하고 배관의 구성이 복잡하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 일본특허공보 제1998-019421호에는 상기 어큐물레이터와 열교환기를 하나의 부품으로 구현한 열교환 어큐물레이터를 개시하고 있으나, 상기 열교환 어큐물레이터는 열교환 효율이 떨어지는 문제점이 있었으며, 냉매 중에 포함된 윤활유가 열교환 어큐물레이터의 내부에 축적되고 압축기에 유입되지 않음으로 인하여, 압축기의 효율이 떨어지거나 시징(Seizing) 등의 고장이 발생하는 경우가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 열교환과 동시에 기액분리가 가능하여 제조원가가 절감되고, 배관의 구성이 간단하게 되며, 열교환 효율이 우수하고, 열교환 어큐물레이터에 축적되는 윤활유를 압축기에 적절하게 공급하는 구조의 열교환 어큐물레이터를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 열교환 어큐물레이터는,

바디실린더와; 상기 바디실린더의 상부에 결합되는 상부캡과; 상기 바디실린더의 하부에 결합되는 하부캡과; 상기 바디실린더의 내부에 수용되는 고압측 냉매관을 포함하는데,

상기 상부캡에는 저압측 냉매 유입파이프가 결합되고, 상기 하부캡에는 저압측 냉매 유출파이프가 그 일단부가 상기 바디실린더의 내부까지 연장되도록 설치되며, 상기 고압측 냉매관은 냉매튜브가 수회 권취되어 형성되어,

상기 저압측 냉매 유입파이프를 통하여 유입된 저압측 냉매는 상기 고압측 냉매관의 냉매튜브를 따라 아래쪽으로 유동하면서 상기 냉매튜브의 내부를 유동하는 고압측 냉매와 열교환되고, 상기 어큐물레이터의 하부에 축적된 저압측 냉매 중 기체상태의 냉매만이 상기 저압측 냉매 유출파이프를 통하여 유출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고압측 냉매관은, 냉매튜브가 2중으로 나선방향으로 권취되어 직경이 작은 소경부와 직경이 큰 대경부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고압측 냉매관의 중앙에는 수직방향으로 하부가 개방된 원통배플이 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상부캡과 바디실린더 사이에는 원형배플이 개재되고, 상기 원형배플에는 다수의 유출홈이 형성되는데, 상기 유출홈은 경사지도록 형성되고, 상기 고압측 냉매관의 소경부와 대경부 사이에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하부캡과 결합된 저압측 냉매 유출파이프에는, 상기 유출파이프의 외주에 형성된 오목부와; 상기 오목부에 대응하는 유출파이프에 형성된 1개 이상의 윤활유구멍을 포함하는 윤활유공급부가 형성되며,

상기 오목부에는 메시(Mesh)가 형성된 스트레이너가 설치되는 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열교환 어큐물레이터의 실시예를 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 열교환 어큐물레이터의 측단면도이고, 도4는 도3의 원형배플의 평면도와 측단면도이며, 도5는 도3의 점선부분의 단면도와 스트레이너의 사시도이다.

본 발명에 따른 열교환 어큐물레이터는, 도3에 도시한 바와 같이, 바디실린더(10)와, 상기 바디실린더(10)의 상부에 결합되는 상부캡(20)과; 상기 바디실린더(10)의 하부에 결합되는 하부캡(30); 및 상기 바디실린더(10)의 내부에 수용되는 고압측 냉매관(40)을 포함한다.

상기 상부캡(20)은 상기 바디실린더(10)에 용접 등의 수단으로 결합되는데, 그 상부에는 저압측의 냉매, 즉 증발기로부터의 냉매가 유입되는 저압측 냉매 유입파이프(21)가 상기 상부캡(20)의 내부와 소통되도록 결합된다.

또한, 상기 하부캡(30)도 상기 바디실린더(10)에 용접 등의 수단으로 결합되는데, 그 하부에는 저압측의 냉매가 유출되는 저압측 냉매 유출파이프(31)가 상기 하부캡(30)의 내부와 소통되도록 결합된다. 상기 저압측 냉매 유출파이프(31)의 일단부(32)는, 도3에 도시한 바와 같이, 상기 바디실린더(10)의 내부까지 연장되도록 설치되어 기체상태의 냉매만이 상기 유출파이프(31)를 통하여 유출되도록 한다.

상기 고압측 냉매관(40)의 내부에는 고압측의 냉매, 즉 가스냉각기를 통과한 냉매가 유동하는데 상기 고압측 냉매관(40)은, 도3에 도시한 바와 같이, 냉매튜브(41)가 수회 권취되어 형성된다. 즉, 상기 냉매튜브(41)가 2중으로 나선방향으로 권취되어 직경이 작은 소경부(42)와 직경이 큰 대경부(43)를 형성하게 되는데, 상기 냉매튜브(41)가 권취형성됨으로써 고압측 냉매가 저압측의 냉매와 열교환하는 열교환 길이가 연장되어 열교환 효율이 상승하게 된다. 여기에서, 상기 소경부(42)와 대경부(43)는 소정의 거리만큼 이격되어서 공간을 형성하게 된다.

도3에서는 상기 냉매튜브(41)가 2중으로 권취된 것을 도시하였지만, 1열로 권취되거나, 3열 이상으로 권취되는 것도 무방하다.

또한, 상기 상부캡(20)과 바디실린더(10) 사이에는 원형배플(50)이 개재되는데, 상기 원형배플(50)에는 원주방향으로 다수(도4(a)에서는 4개)의 유출홈(51)이 형성된다.

상기 원형배플(50)은 상기 상부캡(20)과 바디실린더(10) 사이를 차단하고, 저압측 냉매 유입파이프(21)를 통해 상부캡(20) 내로 유입된 냉매를 상기 유출홈(51)을 통해서 바디실린더(10)의 내부로 유입되도록 한다.

상기 유출홈(51)은, 도4(b)에 도시한 바와 같이, 경사지도록 형성되는 것이 바람직한데, 상기 유출홈(51)은 상기 상부캡(20) 내로 유입된 저압측의 냉매가 나선운동을 하면서 바디실린더(10)의 내부로 유출되도록 하여, 나선방향으로 권취된 상기 고압측 냉매관(40)의 냉매튜브(41)를 따라 유동하는 것을 돕게 된다.

상기 유출홈(51)은, 도3에 도시한 바와 같이, 고압측 냉매관(40)의 소경부(42)와 대경부(43) 사이에 위치하도록 형성되는 것이 바람직한데, 이는 상기 유출홈(51)을 통해 유출된 저압측 냉매가 상기 소경부(42)와 대경부(43) 사이의 공간에서 유동하여 열교환 면적이 증가되도록 하기 위한 것이다.

또한, 상기 고압측 냉매관(40)의 내부에는 원통배플(60)이 추가적으로 설치되는 것이 바람직하다. 상기 원통배플(60)은, 그 하부가 개방되게 형성된 실린더 형상의 파이프로, 그 상단부는 상기 원형배플(50)의 하면과 접하도록 설치된다.

상기 원통배플(60)은, 상기 고압측 냉매관(40)의 냉매튜브(41)를 따라 유동하는 저압측 냉매가 고압측 냉매관(40)의 중앙으로 스며들어 낙하하는 것을 방지하여, 저압측 냉매가 고압측 냉매관(40)을 따라 충분한 열교환이 이루어지도록 한다.

상기 하부캡(30)의 하부에 위치한 저압측 냉매 유출파이프(31)에는, 점선으로 도시한 바와 같이, 윤활유공급부(70)가 형성되는데, 상기 윤활유공급부(70)는 윤활유를 저장하기 위하여 유출파이프(31)의 일부분을 내측으로 함몰시켜 형성한 오목부(71)와 상기 오목부(71)에 대응하는 유출파이프(31)에 형성된 1개 이상의(도5에서는 1개만 도시)의 윤활유구멍(72)을 포함한다(도5(a) 참조).

또한, 상기 오목부(71)의 외주에는 메쉬(Mesh)가 형성된 스트레이너(73)가 설치되는데(도5(b) 참조), 상기 스트레이너(73)는 상기 윤활유구멍(71)에 유입되는 윤활유 중의 이물질을 차단하는 한편, 상기 오목부(71)를 덮음으로써 상기 오목부(71)와 상기 스트레이너(73)로 형성된 공간에 윤활유가 저장되도록 한다.

상기 윤활유공급부(70)는 압축기에 유입되는 저압측의 냉매에 윤활유를 공급하여 압축기가 원활히 구동되도록 한다.

상기 실시예의 작동과정을 설명하면, 저압측 유입파이프(21)를 통하여 저압측의 냉매가 상부캡(20)의 내부로 유입되는 한편, 고압측 냉매관(40)에는 고압측 냉매가 유입되어 냉매튜브(41)의 내부로 유동하게 된다.

상기 상부캡(20) 내부로 유입된 저압측 냉매는 원형배플(50)의 유출홈(51)을 통하여 바디실린더(10) 내부로 유입되어 고압측 냉매관(40)의 냉매튜브(41)를 따라 나선방향으로 유동하게 된다. 이 때 상기 유출홈(51)의 경사진 형상이 저압측 냉매의 나선운동을 유도한다.

상기 냉매튜브(41)를 따라 나선 유동하는 저압측 냉매는 상기 냉매튜브(41)의 내부에서 유동하는 고압측 냉매와 열교환하게 되고, 이 과정 동안에 저압측 냉매는 대부분 기화하게 된다. 이 때, 원통배플(60)은 상기 저압측 냉매가 고압측 냉매관(40)의 하부에 이르기 전에 중앙으로 스며드는 것을 차단하여 효과적인 열교환이 이루어지도록 한다.

상기 고압측 냉매관(40)의 하부에 도달한 저압측 냉매는 하부캡(30)의 상면에 축적되는데, 상기 냉매 중의 윤활유는 비중 차이로 인하여 가장 아래쪽에 축적 된다.

상기 축적된 저압측 냉매 중 기체성분은 저압측 유출파이프(31)의 일단부(32)를 통하여 유출되며, 이 때 윤활유공급부(70)의 윤활유구멍(72)를 통하여 유출되는 저압측 냉매에 윤활유를 공급할 수가 있다.

본 발명에 따른 열교환 어큐물레이터에 의하면, 열교환과 동시에 기액분리가 가능하여 제조원가가 절감되고, 배관의 구성이 간단하게 된다.

또한, 고압측 냉매와 저압측 냉매의 열교환 길이를 증가시켜 열교환 효율이 우수하고, 열교환 어큐물레이터 내부에 축적되는 윤활유를 유출되는 저압측 냉매에 공급하여 압축기를 적절하게 윤활하게 된다.

Claims (8)

1. 바디실린더(Body Cylinder,10)와; 상기 바디실린더(10)의 상부에 결합되는 상부캡(20)과; 상기 바디실린더(10)의 하부에 결합되는 하부캡(30)과; 상기 바디실린더(10)의 내부에 수용되는 고압측 냉매관(40)을 포함하는 열교환 어큐물레이터(Accumulator)에 있어서,

   상기 상부캡(20)에는 저압측 냉매 유입파이프(21)가 결합되고, 상기 하부캡(30)에는 저압측 냉매 유출파이프(31)가 그 일단부(32)가 상기 바디실린더(10)의 내부까지 연장되도록 설치되며, 상기 고압측 냉매관(40)은 냉매튜브(41)가 수회 권취되어 형성되어,

   상기 저압측 냉매 유입파이프(21)를 통하여 유입된 저압측 냉매는 상기 고압측 냉매관(40)의 냉매튜브(41)를 따라 아래쪽으로 유동하면서 상기 냉매튜브(41)의 내부를 유동하는 고압측 냉매와 열교환되고, 상기 어큐물레이터의 하부에 축적된 저압측 냉매 중 기체상태의 냉매만이 상기 저압측 냉매 유출파이프(31)를 통하여 유출되도록 함과 아울러;

   상기 고압측 냉매관(40)은, 냉매튜브(41)가 2중으로 나선방향으로 권취되어 직경이 작은 소경부(42)와 직경이 큰 대경부(43)를 형성하며,

   상기 상부캡(20)과 바디실린더(10) 사이에는 상면은 볼록한 곡면으로 형성되고 저면은 평면으로 형성되어 원호 형상의 단면을 갖는 원형배플(Baffle,50)이 개재되고, 상기 원형배플(50)에는 원주 방향으로 경사진 유출홈(51)이 다수 형성되며, 상기 유출홈(51)은 상기 고압측 냉매관(40)의 소경부(42)와 대경부(43) 사이에 출구가 위치하도록 형성된 것을 특징으로 하는 열교환 어큐물레이터.
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3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 고압측 냉매관(40)의 중앙에는 수직방향으로 하부가 개방된 원통배플(60)이 설치되는 것을 특징으로 하는 열교환 어큐물레이터.
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