KR101120223B1 - 냉동 사이클 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 냉동 사이클 장치에 있어서, 병렬하는 복수의 냉매 유로에서의 냉매의 편류를 억제하여, 에너지 절약성을 향상시키는 것이다.
냉동 사이클 장치는, 압축기, 응축기(3), 감압 장치 및 증발기를 순차 냉매 배관(11)으로 접속하여 사이클 유로를 구성하고 있다. 응축기(3)는 복수의 냉매 유로(3a 내지 3d)가 병렬로 접속되는 동시에, 상하에 위치하여 설치되어 있다. 응축기(3)의 입구(3a1)측이 상부에 위치하는 냉매 유로(3a)에 있어서의 운전시에 내부의 냉매가 액 상태로 되는 유로 출구(3a2)측을, 당해 응축기(3)의 입구(3b1)측이 하부에 위치하는 냉매 유로(3b)에 있어서의 운전시에 내부의 냉매가 액 상태로 되는 유로 출구(3b2)측보다도 하측에 위치시키고 있다.
압축기, 냉매 배관, 냉동 사이클 장치, 공기 조화기, 열교환기

Description

냉동 사이클 장치 {REFRIGERATION CYCLE DEVICE}
본 발명은, 냉동 사이클 장치에 관한 것으로, 특히 응축기를 구비한 증기 압축식의 냉동 사이클 장치에 적합한 것이다.
증기 압축식 냉동 사이클 장치는, 냉매를 압축기에 의해 압축하고, 압축된 냉매의 열을 응축기에 의해, 예를 들어 대기 또는 그 밖의 매체 중에 방열시켜 냉매를 응축시키고, 응축된 냉매를 감압 장치에 의해 감압하고, 감압된 냉매를 증발기에서 증발시킴으로써, 예를 들어 공기나 물, 부동액 등의 매체를 냉각하는 것이다. 상기 응축기에서는, 냉매는 가스 상태로 유입되고, 응축기 내에서 응축되어, 액 상태로 유출된다. 그로 인해, 응축기의 입구와 출구에서는, 내부의 냉매의 밀도가 크게 다르다.
이와 같은 냉동 사이클 장치로서, 도 7에 도시하는 바와 같은 실외 열교환기(3)를 응축기에 사용하는 냉동 사이클 장치가 있다(종래 기술 1). 이 실외 열교환기(3)는, 복수의 냉매 유로(3a 내지 3f)로 구성되어 있다. 제1 냉매 유로(3a)는 입구부(3a1)로부터 출구부(3a2)에 이르는 유로로 구성되고, 제2 냉매 유로(3b)는 입구부(3b1)로부터 출구부(3b2)에 이르는 유로로 구성되고, 제3 냉매 유로(3c)는 입구부(3c1)로부터 출구부(3c2)에 이르는 유로로 구성되고, 제4 냉매 유로(3d)는 입구부(3d1)로부터 출구부(3d2)에 이르는 유로로 구성되고, 제5 냉매 유로(3e)는 입구부(3e1)로부터 출구부(3e2)에 이르는 유로로 구성되고, 제6 냉매 유로(3f)는 입구부(3f1)로부터 출구부(3f2)에 이르는 유로로 구성되어 있다.
실외 열교환기(3)의 냉매 배관(11)으로부터 유입하는 가스상 냉매는, 분류기(12a 내지 12c)를 거쳐서 4분배되어, 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)에 유입되어, 외부로 열을 방출하여 응축이 행해진다. 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 출구부(3a2 내지 3d2)에 있어서는, 냉매는 응축이 종료되어, 액상 냉매로 되어 있다. 그리고, 제1 냉매 유로(3a)와 제2 냉매 유로(3b)로부터 유출된 액 냉매는, 분류기(13)에서 합류되어, 제5 냉매 유로(3e)에 유입하고, 또한 외부로 방열한다. 또한, 제3 냉매 유로(3c)와 제4 냉매 유로(3d)로부터 유출된 액 냉매는, 분류기(14)에서 합류되어, 제6 냉매 유로(3f)로 유입하고, 또한 외부로 방열한다. 그리고, 제5 냉매 유로(3e), 제6 냉매 유로(3f)의 출구부(3e2, 3f2)로부터 유출된 액 냉매는, 분류기(15)에서 합류되어, 냉매 배관(11)으로 유출된다.
한편, 공기 조화기용 열교환기로서, 일본 특허 출원 공개 평10-267469호 공보(특허 문헌 1)에 개시된 것이 있다(종래 기술 2). 이 종래 기술 2에서는, 증발기로서 사용되는 열교환기를 복수의 병렬의 냉매 유로로 구성하고, 각 냉매 유로에 설치된 세관부(細管部)의 길이를 바꿈으로써, 각 냉매 유로의 압력 손실을 조정하여 냉매의 편류(偏流)를 방지하도록 하고 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 평10-267469호 공보(제7 페이지, 도 5)
종래 기술 1의 실외 열교환기(3)에서는, 내부의 냉매 밀도가 큰 출구부(3a2 내지 3d2)의 공간적 높이가 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)으로 다르므로, 각 출구부(3a2 내지 3d2)에서는, 높이의 차와 내부의 냉매 밀도 및 중력에 기인하는 압력의 차, 즉 헤드차에 의한 압력의 차가 발생한다. 그로 인해, 각 출구부(3a2 내지 3d2)의 내부의 냉매의 압력은, 높이가 가장 높은 출구부(3a2)가 가장 낮고, 높이가 가장 낮은 출구부(3d2)가 가장 높다.
또한, 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 입구부(3a1 내지 3d1)에 있어서도, 공간적 높이의 차이에 수반하는 내부의 냉매의 압력에 차이가 있지만, 입구부에서는, 냉매의 상태가 가스 상태이며, 액체에 비해 밀도가 작기 때문에, 출구부에 비해 그 압력의 차이는 작다.
그로 인해, 공간적으로 상방에 존재하는 냉매 유로는 냉매 유로의 입구와 출구의 압력차가 커진다. 유로의 내부의 냉매는, 유로의 입구와 출구의 압력차를 구동력으로 하여 유동하므로, 상방에 존재하는 냉매 유로에 흐르는 냉매의 유량이 커지기 쉽다.
이와 같이 냉매의 편류가 일어나면, 각 냉매 유로(3a 내지 3d)에서의 교환 열량에 편차가 발생하므로, 유효하게 이용할 수 있는 열교환기의 전열(傳熱) 면적이 감소한다. 유효 전열 면적의 감소는, 냉매의 응축 압력을 증대시키고, 냉매의 압축 동력을 증가시키므로, 냉동 사이클의 운전시의 에너지 소비를 증대시켜 버린 다. 따라서, 종래 기술 1에서는, 에너지 절약성이 저하되어 버리는 문제를 갖고 있었다.
한편, 종래 기술 2에서는, 냉매 유로에 압력 손실을 부가하므로, 압축기의 일이 증대하여, 에너지 절약성이 저하되어 버린다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 병렬하는 복수의 냉매 유로에서의 냉매의 편류를 억제하여, 에너지 절약성이 우수한 냉동 사이클 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 형태에서는, 압축기, 응축기, 감압 장치 및 증발기를 순차 냉매 배관으로 접속하여 사이클 유로를 구성하고, 상기 응축기는, 복수의 냉매 유로가 병렬로 접속되는 동시에, 상하에 위치하여 설치되어 있는 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 응축기의 입구측이 상부에 위치하는 냉매 유로에 있어서의 운전시에 내부의 냉매가 액 상태로 되는 유로 출구측을, 당해 응축기의 입구측이 하부에 위치하는 냉매 유로에 있어서의 운전시에 내부의 냉매가 액 상태로 되는 유로 출구측보다도 하측에 위치시킨 것에 있다.
이러한 본 발명의 제1 형태에 있어서의 보다 바람직한 구체적 구성예는 다음과 같다.
(1) 상기 응축기의 복수의 냉매 유로에 있어서의 운전시의 내부의 냉매가 액 상태로 되는 유로 출구측의 높이의 차가 작아지도록 당해 복수의 냉매 유로가 구성되어 있는 것.
(2) 상기 응축기는 전열관 및 핀으로 이루어지는 크로스 핀 튜브형 열교환기 로 구성되어 있는 것.
(3) 상기 응축기의 복수의 냉매 유로 중 공간적으로 가장 높은 위치의 입구측 전열관을 포함하는 냉매 유로는, 중간 파이프를 사이에 두고 상류 유로와 하류 유로로 공간적으로 분리되어 배치되어 있고, 상기 하류 유로는 상기 상류 유로보다도 낮은 위치에 배치되어 있고, 상기 상류 유로와 하류 유로를 접속하는 상기 중간 파이프 내의 냉매 상태가 기액 2상(二相)이 되도록 운전되는 것.
(4) 상기 응축기의 복수의 냉매 유로 중 공간적으로 가장 낮은 위치의 입구측 전열관을 포함하는 냉매 유로는, 중간 파이프를 사이에 두고 상류 유로와 하류 유로로 공간적으로 분리되어 배치되어 있고, 상기 하류 유로는 상기 상류 유로보다도 높은 위치에 배치되어 있고, 상기 상류 유로와 하류 유로를 접속하는 상기 중간 파이프 내의 냉매 상태가 기액 2상이 되도록 운전되는 것.
(5) 상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향 및 당해 압축기에 흡입되는 냉매의 흐름 방향을 절환하는 절환 밸브를 구비하고, 상기 응축기가 실외 열교환기로 구성되고, 상기 증발기가 실외 열교환기로 구성되어 있는 것.
또한, 본 발명의 제2 형태에서는, 압축기, 응축기, 감압 장치 및 증발기를 순차 냉매 배관으로 접속하여 사이클 유로를 구성하고, 상기 응축기는, 복수의 냉매 유로가 병렬로 접속되는 동시에, 상하에 위치하여 설치되어 있는 냉동 사이클 장치에 있어서, 상기 응축기의 복수의 냉매 유로에 있어서의 운전시의 내부의 냉매가 액 상태로 되는 유로 출구측의 높이의 차가 작아지도록 당해 복수의 냉매 유로가 구성되어 있는 것이다.
본 발명에 따르면, 병렬하는 복수의 냉매 유로에서의 냉매의 편류를 억제하여, 에너지 절약성이 우수한 냉동 사이클 장치를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 복수의 실시 형태에 대해 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명한다. 각 실시 형태 및 종래예의 도면에 있어서의 동일 부호는 동일물 또는 상당물을 나타낸다.
(제1 실시 형태)
본 발명의 제1 실시 형태의 냉동 사이클 장치(10)를 구비한 공기 조화기(20)를 도 1 내지 도 5를 이용하여 설명한다.
우선, 본 실시 형태의 공기 조화기(20)의 전체에 관하여 도 1을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 냉동 사이클 장치(10)를 구비한 공기 조화기(20)의 구성도이다.
공기 조화기(20)는, 실외기(8)와 실내기(9)로 이루어지는 분리형의 공기 조화기이며, 냉동 사이클 장치(10), 실외 팬 장치(6) 및 실내 팬 장치(7) 등을 구비하여 구성되어 있다.
냉동 사이클 장치(10)는, 압축기(1), 사방 절환 밸브(2), 실외 열교환기(3), 감압 장치(4), 실내 열교환기(5)를 냉매 배관(11)에 순차 접속하여 사이클 유로를 구성하고 있다. 냉동 사이클 장치(10)의 내부에는 냉매가 봉입되어 있고, 본 실시 형태에서는 냉매 R410A가 봉입되어 있지만, 그 밖의 냉매, 예를 들어 암모니아나 탄화수소, 이산화탄소 등의 냉매를 사용해도 상관없다.
실외기(8)에는, 압축기(1), 사방 절환 밸브(2), 실외 열교환기(3), 감압 장치(4), 실외 팬 장치(6), 압축기 구동 장치, 온도 센서, 각 요소를 접속하는 배관이나 전기 배선 등이 탑재되어 있다.
실내기(9)에는, 실내 열교환기(5), 실내 팬 장치(7), 온도 센서, 각 요소를 접속하는 배관이나 전기 배선 등이 탑재되어 있다.
냉방 운전시에 사방 절환 밸브(2)가 실선으로 나타낸 바와 같이 절환됨으로써, 실외 열교환기(3)를 응축기로서 기능시키는 동시에, 실내 열교환기(5)를 증발기로서 기능시키는 냉방 사이클의 냉동 사이클 장치(10)가 구성된다. 또한, 난방 운전시에 사방 절환 밸브(2)가 파선으로 나타낸 바와 같이 절환됨으로써, 실내 열교환기(5)를 응축기로서 기능시키는 동시에, 실외 열교환기(3)를 증발기로서 기능시키는 난방 사이클의 냉동 사이클 장치(10)가 구성된다.
실내 팬 장치(6)는 실외 팬(6a)과, 이를 구동하는 모터(6b)로 이루어져 있다. 실외 열교환기(3)에서는, 실외 팬(6a)의 회전에 의해 통풍되는 실외 공기와, 내부를 흐르는 냉매가 열교환된다. 또한, 실내 팬 장치(7)는 실내 팬(7a)과, 이를 구동하는 모터(7b)로 이루어져 있다. 실내 열교환기(5)에서는, 실내 팬(7a)의 회전에 의해 통풍되는 실내 공기와, 내부를 흐르는 냉매가 열교환된다.
이러한 구성에서, 압축기(1), 실외 팬(6), 실내 팬(7)이 구동되면, 냉동 사이클 장치(10)의 내부의 냉매가 사이클 내를 순환하여, 냉동 사이클로서 기능한다. 즉, 냉방 운전시에 있어서, 냉매는 압축기(1)에서 압축되어 고온 고압의 가스상 냉 매가 되고, 사방 절환 밸브(2)를 통해 실외 열교환기(3)에 유입된다. 실외 열교환기(3)에서는, 내부의 냉매가 실외 공기에 의해 냉각되어 서서히 가스로부터 액으로 상태가 바뀌고, 실외 열교환기(3)의 출구에서는 냉매가 모두 액상이 된다. 이 경우, 실외 열교환기(3)는 응축기로서 기능하고 있다. 실외 열교환기(3)를 나온 고압의 액상 냉매는, 감압 장치(4)에서 감압되고, 가스와 액이 혼합된, 이른바 기액 2상 상태가 된다. 감압 장치(4)에서 기액 2상이 된 냉매는, 또한 실내 열교환기(5)에 유입되어, 실내 공기로부터 열을 빼앗아 냉매 자신은 기액 2상 상태로부터 가스 상태로 변화한다. 이 경우, 실내 열교환기(5)는 증발기로서 기능하고 있다. 실내 열교환기(5)를 나온 가스상 냉매는 압축기(1)로 복귀되어, 냉방 사이클이 형성된다.
또한, 사방 절환 밸브(2)를 파선과 같이 절환함으로써, 냉매의 흐름 방향이 변경되고, 실내 열교환기(5)가 응축기로서 기능하고, 또한 실외 열교환기(3)가 증발기로서 기능함으로써, 난방 사이클이 형성된다.
다음에, 도 2 내지 도 5를 참조하면서, 냉방 사이클시의 응축기, 즉 실외 열교환기(3)에 본 발명을 적용하는 경우에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 공기 조화기(20)의 실외 열교환기(3)의 기본 구성 요소를 분해하여 도시하는 도면이다. 실외 열교환기(3)는 복수매 나란히 배치된 알루미늄제의 핀(31)과, 이 핀(31)을 관통하여 사행(蛇行) 형상으로 연장되는 구리로 된 전열관(32)으로 이루어지는 크로스 핀 튜브형 열교환기로 구성되어 있다. 도 2에서는, 실외 열교환기(3)의 기본 구성 요소를 부분적으로 도시하고 있다.
전열관(32)은 복수매의 핀(31)을 관통하는 복수의 U자형 전열관(32a)과, 이 전열관(32a)의 단부(32a1)에 용접되어 전열관(32a)과 함께 사행 형상의 냉매 유로를 형성하는 배관 부품인 리턴 파이프(32b)로 구성되어 있다. 사행 형상으로 연장되는 전열관(22)은 상하에 다단의 냉매 유로를 형성하고 있다. 그리고, 실외 열교환기(3)는, 도 2에 도시하는 열교환기 요소를 공기의 흐름 방향에 2개 겹쳐 배치하는, 소위 2열의 열교환기로 되어 있다.
이와 같은 실외 열교환기(3)에서는, 전열관(32b)의 외측을 흐르는 공기는, 전열관(32a)의 관축에 교차하는 방향, 즉 핀(31) 사이의 간극을 따라 흐른다.
도 3은 도 1의 공기 조화기(10)의 실외기(8)의 투시도이다. 실외 열교환기(3)는 약 L자 형상으로 구부러져 형성되고, 실외 팬(6a)의 흡입측에 배치되어 있다. 또한, 도 2에서는, 간략하므로, 실외 열교환기(3)의 전열관(32)을 1개의 냉매 유로로서 나타내고 있지만, 실제로는 도 4에 도시하는 바와 같은 복수의 냉매 유로로 되어 있다.
도 4는 도 1의 공기 조화기(10)의 실외 열교환기(3)에 있어서의 배관 부품이 설치된 측으로부터 본 측면도, 도 5는 도 4의 실외 열교환기의 냉매 유로를 모식적으로 나타내는 도면이다. 실외 열교환기(3)는, 복수의 냉매 유로인 제1 내지 제6 냉매 유로(3a 내지 3f)를 구비하여 구성되어 있다.
제1 냉매 유로(3a)는 입구부(3a1)로부터 출구부(3a2)에 이르는 유로로 구성되고, 제2 냉매 유로(3b)는 입구부(3b1)로부터 출구부(3b2)에 이르는 유로로 구성되고, 제3 냉매 유로(3c)는 입구부(3c1)로부터 출구부(3c2)에 이르는 유로로 구성 되고, 제4 냉매 유로(3d)는 입구부(3d1)로부터 출구부(3d2)에 이르는 유로로 구성되고, 제5 냉매 유로(3e)는 입구부(3e1)로부터 출구부(3e2)에 이르는 유로로 구성되고, 제6 냉매 유로(3f)는 입구부(3f1)로부터 출구부(3f2)에 이르는 유로로 구성되어 있다.
제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 입구부(3a1 내지 3d1)는, 실외 열교환기(3)의 제1 열측에 이 순서의 높이 위치에 설치되는 동시에, 분류기(12)를 통해 냉매 배관(11)에 접속되어 있다. 즉, 냉매 배관(11)에 의한 냉매 유로는, 분류기(12)를 통해, 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)로 분기되어 있다. 분류기(12)는 실외 열교환기(3)의 높이 방향을 따라 연장되고, 냉매 배관(11) 및 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)보다 큰 유로 단면적을 갖고 있다.
제1 내지 제2 냉매 유로(3a 내지 3b)는 병렬로 접속되는 동시에, 상하로 다단으로 설치되어 있다. 제3 내지 제4 냉매 유로(3c 내지 3d)는 병렬로 접속되는 동시에, 상하로 다단으로 설치되어 있다. 따라서, 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)는 병렬 유로를 구성하고 있다.
제1 냉매 유로(3a)는 중간 파이프(3a4)를 사이에 두고, 상류 유로(3a3)와 하류 유로(3a5)로 공간적으로 분리되어 배치되어 있다. 또한, 제2 냉매 유로(3b)는 중간 파이프(3b4)를 사이에 두고, 상류 유로(3b3)와 하류 유로(3b5)로 공간적으로 분리되어 배치되어 있다. 제1 냉매 유로(3a)의 상류 유로(3a3)는, 1번째 열이 4단, 2번째 열이 4단인 합계 8단으로 형성되고, 2번째 열의 2단으로 형성된 하류 유로(3a5)보다도 길게 형성되어 있다. 제2 냉매 유로(3b)의 상류 유로(3b3)는, 1번 째 열이 6단, 2번째 열이 2단인 합계 8단으로 형성되고, 2번째 열의 2단으로 형성된 하류 유로(3a5)보다도 길게 형성되어 있다.
제3 냉매 유로(3c)는 1번째 열이 4단, 2번째 열이 6단인 합계 10단으로 형성되어 있다. 제4 냉매 유로(3d)는 1번째 열이 6단, 2번째 열이 4단인 합계 10단으로 형성되어 있다.
제5 냉매 유로(3e)는, 제1 내지 제2 냉매 유로(3a 내지 3b)의 병렬 유로와 직렬로 접속되어 있다. 제6 냉매 유로(3f)는, 제3 내지 제4 냉매 유로(3c 내지 3d)의 병렬 유로와 직렬로 접속되어 있다. 따라서, 제5 내지 제6 냉매 유로(3e 내지 3f)는 병렬 유로를 구성하고, 제1 내지 제6 냉매 유로(3a 내지 3f)는 직접 병렬 유로를 구성하고 있다. 제5 냉매 유로(3e)는 1번째 열로 형성된 2단으로 구성되고, 제6 냉매 유로(3f)는 2번째 열로 형성된 2단으로 구성되어 있다.
제1 냉매 유로(3a)의 상류 유로(3a3), 제2 냉매 유로(3b)의 상류 유로(3b3), 제3 냉매 유로(3c) 및 제4 냉매 유로(3d)는, 상부로부터 이 순서로 설치되어 있다. 즉, 제1 냉매 유로(3a)의 상류 유로(3a3)는 실외 열교환기(3)의 최상부의 위치에 설치되고, 제2 냉매 유로(3b)의 상류 유로(3b3)는 제1 냉매 유로(3a)의 상류 유로(3a3)의 하측이고 또한 실외 열교환기(3)의 2번째의 높이 위치에 설치되고, 제3 냉매 유로(3c)는 제2 냉매 유로(3b)의 상류 유로의 하측이고 또한 실외 열교환기(3)의 3번째의 높이 위치에 설치되고, 제4 냉매 유로(3d)는 제3 냉매 유로(3c)의 하측이고 또한 실외 열교환기(3)의 4번째의 높이 위치에 설치되어 있다.
또한, 제1 냉매 유로(3a)의 하류 유로(3a5)는 제2 냉매 유로(3b)의 하류 유 로(3b5)보다 하측에 위치되어 있다. 이들 제1 냉매 유로(3a)의 하류 유로(3a5), 제2 냉매 유로(3b)의 하류 유로(3b5)는, 제4 냉매 유로(3d)의 1번째 열의 냉매 유로의 공기 상류측의 2번째 열에 위치하여 설치되어 있다. 또한, 제1 냉매 유로(3a)의 하류 유로(3a5), 제2 냉매 유로(3b)의 하류 유로(3b5)는, 제3 냉매 유로(3c)의 출구부(3c2), 제4 냉매 유로(3d)의 출구부(3d2)보다도 하방에 위치되어 있는 동시에, 제5 냉매 유로(3e), 제6 냉매 유로(3f)보다도 상측에 위치되어 있다.
이상과 같은 실외 열교환기(3)를 사용하여, 중간 파이프(3a4, 3b4) 내의 냉매가 기액 2상 상태가 되고, 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 출구부(3a2 내지 3d2)가 액 상태로 되도록, 냉매 봉입량, 압축기(1)의 회전 속도, 실외 팬(6a)의 회전 속도, 실내 팬(7a)의 회전 속도 및 감압 장치(4)를 조정하여 냉방 운전을 하면, 실외 열교환기(3) 내의 냉매의 흐름은 다음과 같이 된다.
압축기(1)에서 압축된 가스상 냉매는, 냉매 배관(11)으로부터 분류기(12)를 거쳐서 4분배되어 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)로 유입되고, 외부(실외 공기)로 열을 방출하여 응축되고, 이들 냉매 유로(3a 내지 3d)의 출구부(3a2 내지 3d2)에 있어서는 응축이 종료되어 액상 냉매가 된다. 그리고, 제1 냉매 유로(3a)와 제2 냉매 유로(3b)로부터 유출된 액 냉매는, 분류기(13)에서 합류되어, 제5 냉매 유로(3e)로 유입하고, 또한 외부(실외 공기)로 방열한다. 또한, 제3 냉매 유로(3c)와 제4 냉매 유로(3d)로부터 유출된 액 냉매는, 분류기(14)에서 합류되어, 제6 냉매 유로(3f)로 유입하고, 또한 외부(실외 공기)로 방열한다. 그리고, 제5 냉매 유로(3e), 제6 냉매 유로(3f)의 출구부(3e2, 3f2)로부터 유출된 액 냉매는, 분류기(15)에서 합류되어 냉매 배관(11)으로 유출된다.
여기서, 내부의 냉매가 액상으로 되어 있는 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 출구부(3a2 내지 3d2)의 높이의 차에 주목하면, 가장 높은 위치에 존재하는 제3 냉매 유로(3c)의 출구부(3c2)와 가장 낮은 위치에 존재하는 제1 냉매 유로(3a)의 출구부(3a2)의 차는, 열교환기의 단수로는 8단으로 되어 있다. 한편, 도 7에 도시한 종래의 실외 열교환기(3)의 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 출구부(3a2 내지 3d2)의 높이의 차에 주목하면, 가장 높은 위치에 존재하는 제1 냉매 유로(3a)의 출구부(3a2)와, 가장 낮은 위치에 존재하는 제4 냉매 유로(3d)의 출구부(3d2)의 차는, 열교환기의 단수로는 14단으로 되어 있다. 즉, 본 실시 형태의 실외 열교환기(3)의 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 출구부(3a2 내지 3d2)의 높이의 차는, 도 7에 도시하는 종래의 실외 열교환기(3)의 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 출구부(3a2 내지 3d2)의 높이의 차보다도 작게 되어 있다. 이에 의해, 본 실시 형태의 실외 열교환기(3)의 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 출구부에 있어서의 내부의 냉매의 압력의 차가 종래예보다도 작아진다. 그 결과, 각 냉매 유로의 출입구의 압력차를 균일화할 수 있다. 즉, 각 냉매 유로의 냉매의 유량을 균일화할 수 있고, 냉매의 편류가 저감되므로, 냉동 사이클의 에너지 절약성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 냉매 유로(3a) 및 제2 냉매 유로(3b)의 입구측 및 출구측의 높이에 주목하면, 입구측이 상단인 제1 냉매 유로(3a)에 있어서의 운전시에 내부의 냉매가 액 상태로 되는 유로 출구부(3a2)측을, 입구측이 하단인 제2 냉매 유로(3b)에 있어서의 운전시에 내부의 냉매가 액 상태로 되는 유로 출구부(3b2)측보다도 하측에 위치시키고 있다. 이에 의해, 제1 냉매 유로(3a)와 제2 냉매 유로(3b)의 압력차가 작아져, 냉매의 편류가 저감되므로, 냉동 사이클의 에너지 절약성을 향상시킬 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 도 6을 사용하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 공기 조화기(10)의 실외 열교환기(3)의 측면도이다. 이 제2 실시 형태는, 다음에 서술하는 점에서 제1 실시 형태와 상이한 것으로, 그 밖의 점에 대해서는 제1 실시 형태와 기본적으로는 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도 6은 도 4에 대응하는 것이다.
이 제2 실시 형태에서는, 실외 열교환기(3)의 병렬 유로를 구성하는 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d) 중, 공간적으로 가장 낮은 위치의 전열관을 포함하는 냉매 유로인 제4 냉매 유로(3d)는, 중간 파이프(3d4)에 의해 상류 유로(3d3)와 하류 유로(3d5)에 공간적으로 분리되어 배치되어 있고, 또한 하류 유로(3d5)는 상류 유로(3d3)에 대해 높은 위치에 배치되어 있다. 또한, 제3 냉매 유로(3c)에 대해서도, 중간 파이프(3c4)에 의해 상류 유로(3c3)와 하류 유로(3c5)에 공간적으로 분리되어 배치되어 있고, 또한 하류 유로(3c5)는 상류 유로(3c3)에 대해 높은 위치에 배치되어 있다.
이상과 같은 실외 열교환기(3)를 사용하여, 중간 파이프(3c4, 3d4) 내의 냉매가 기액 2상 상태가 되도록 냉매 봉입량, 압축기(1)의 회전 속도, 실외 팬(6a)의 회전 속도, 실내 팬(7a)의 회전 속도, 및 감압 장치(4)를 조정하여 운전하면, 실외 열교환기(3) 내의 냉매의 흐름은 다음과 같이 된다.
냉매 배관(11)으로부터 유입한 가스상 냉매는, 분류기(12)를 거쳐서 4분배되어 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)로 유입되고, 외부로 열을 방출하여 응축이 행해진다. 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 출구부(3a2 내지 3d2)에 있어서는, 냉매는 응축이 종료되어 액상 냉매가 된다. 그리고, 제1 냉매 유로(3a)와 제2 냉매 유로(3b)로부터 유출된 액 냉매는, 분류기(13)에서 합류하여, 제5 냉매 유로(3e)에 유입하고, 또한 외부로 방열한다. 또한, 제3 냉매 유로(3c)와 제4 냉매 유로(3d)로부터 유출된 액 냉매는, 분류기(14)에서 합류하여, 제5 냉매 유로(3f)에 유입하고, 또한 외부로 방열한다. 그리고, 제5 냉매 유로(3e), 제6 냉매 유로(3f)의 출구부(3e2, 3f2)로부터 유출된 액 냉매는, 분류기(15)에서 합류하여, 냉매 배관(11)에 이른다.
제1 냉매 유로(3a)는, 1번째 열이 6단, 2번째 열이 4단인 합계 10단으로 형성되어 있다. 제2 냉매 유로(3b)는, 1번째 열이 6단, 2번째 열이 4단인 합계 10단으로 형성되어 있다.
제3 냉매 유로(3c)는 중간 파이프(3c4)를 사이에 두고, 상류 유로(3c3)와 하류 유로(3c5)로 공간적으로 분리되어 배치되어 있다. 또한, 제4 냉매 유로(3d)는 중간 파이프(3d4)를 사이에 두고, 상류 유로(3d3)와 하류 유로(3d5)로 공간적으로 분리되어 배치되어 있다. 제3 냉매 유로(3c)의 상류 유로(3c3)는, 1번째 열이 4단, 2번째 열이 4단인 합계 8단으로 형성되고, 2번째 열이 2단으로 형성된 하류 유 로(3c5)보다도 길게 형성되어 있다. 제4 냉매 유로(3d)의 상류 유로(3d3)는 1번째 열이 4단, 2번째 열이 4단인 합계 8단으로 형성되고, 2번째 열이 2단으로 형성된 하류 유로(3d5)보다도 길게 형성되어 있다.
여기서, 내부의 냉매가 액상으로 되어 있는 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 출구부(3a2 내지 3d2)에서 높이의 차에 주목하면, 가장 높은 위치에 존재하는 제4 냉매 유로(3d)의 출구부(3d2)와 가장 낮은 위치에 존재하는 제2 냉매 유로(3b)의 출구부(3b2)와의 차는, 열교환기의 단수로는 10단으로 되어 있다. 이 10단의 차는, 도 7에 도시한 종래의 실외 열교환기(3)의 가장 높은 위치에 존재하는 제1 냉매 유로(3a)의 출구부(3a2)와 가장 낮은 위치에 존재하는 제4 냉매 유로(3d)의 출구부(3d2)와의 차의 14단보다 작게 되어 있다. 즉, 이 제2 실시 형태의 제1 내지 제4 냉매 유로(3a 내지 3d)의 출구부에 있어서의, 내부의 냉매의 압력의 차가 작아져 있어, 냉매의 편류가 저감되어 있다. 즉, 냉동 사이클의 에너지 절약성이 향상되어 있다.
(그 밖의 실시 형태)
상술한 실시 형태에서는, 냉동 사이클 장치의 일례로서, 분리형의 공기 조화기를 예로 들어 설명하였지만, 크로스 핀 튜브형으로, 복수의 냉매 유로가 대략 연직 방향으로 상하 다단으로 구성되어, 병렬의 냉매 유로를 구비하고 있는 응축기를 구비한 냉동 사이클 장치이면, 예를 들어 냉동기나 냉수 공급 장치, 온수 공급 장치 등에도 본 발명을 적용하여 에너지 절약성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 냉동 사이클 장치를 구비한 공기 조화기의 구성도.
도 2는 도 1의 공기 조화기의 실외 열교환기의 기본 구성 요소를 분해하여 도시하는 도면.
도 3은 도 1의 공기 조화기의 실외기의 투시도.
도 4는 도 1의 공기 조화기의 실외 열교환기에 있어서의 배관 부품이 설치된 측으로부터 본 측면도.
도 5는 도 4의 실외 열교환기의 냉매 유로를 모식적으로 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 공기 조화기의 실외 열교환기의 측면도.
도 7은 종래의 공기 조화기의 실외 열교환기의 측면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 압축기
2 : 사방 절환 밸브
3 : 실외 열교환기
3a : 제1 냉매 유로
3a1 : 입구부
3a2 : 출구부
3a3 : 상류 유로
3a4 : 중간 파이프
3a5 : 하류 유로
3b : 제2 냉매 유로
3b1 : 입구부
3b2 : 출구부
3b3 : 상류 유로
3b4 : 중간 파이프
3b5 : 하류 유로
3c : 제3 냉매 유로
3c1 : 입구부
3c2 : 출구부
3d : 제4 냉매 유로
3d1 : 입구부
3d2 : 출구부
3e : 제5 냉매 유로
3e1 : 입구부
3e2 : 출구부
3f : 제6 냉매 유로
3f1 : 입구부
3f2 : 출구
4 : 감압 장치
5 : 실내 열교환기
6 : 실외 팬 장치
6a : 실외 팬
6b : 모터
7 : 실내 팬 장치
7a : 실내 팬
7b : 모터
8 : 실외기
9 : 실내기
10 : 냉동 사이클 장치
11 : 냉매 배관
12 : 분류기
20 : 공기 조화기
31 : 핀
32 : 전열관
32a : U자형 전열관
32b : 리턴 파이프

Claims (7)

  1. 압축기, 응축기, 감압 장치 및 증발기를 순차 냉매 배관으로 접속하여 사이클 유로를 구성하고,
    상기 응축기는, 복수의 냉매 유로가 병렬로 접속되는 동시에, 상하에 위치하여 설치되어 있는 냉동 사이클 장치에 있어서,
    상기 응축기의 입구측이 상부에 위치하는 제1 냉매 유로의 제1 유로 출구를, 당해 응축기의 입구측이 하부에 위치하는 제2 냉매 유로의 제2 유로 출구보다도 하측에 위치시키고,
    상기 제1 냉매 유로는 중간 파이프를 사이에 두고 상류 유로와 하류 유로로 공간적으로 분리되어 배치되어 있고, 상기 하류 유로는 상기 상류 유로보다도 낮은 위치에 배치되어 있고,
    상기 제1 냉매 유로의 상기 중간 파이프 내의 냉매 상태는 기액 2상 상태이며, 또한 제1 유로 출구의 냉매 상태는 액 상태가 되도록 운전되는 동시에, 제2 유로 출구의 냉매 상태는 액 상태가 되도록 운전되고,
    상기 제1 냉매 유로 및 상기 제2 냉매 유로는 각각 상기 제1 유로 출구 및 상기 제2 유로 출구까지는 어느 냉매 유로와도 합류하지 않고, 상기 제1 유로 출구 및 상기 제2 유로 출구의 하류측에서 상기 제1 냉매 유로 및 상기 제2 냉매 유로가 합류하는 것을 특징으로 하는, 냉동 사이클 장치.
  2. 압축기, 응축기, 감압 장치 및 증발기를 순차 냉매 배관으로 접속하여 사이클 유로를 구성하고,
    상기 응축기는, 복수의 냉매 유로가 병렬로 접속되는 동시에, 상하에 위치하여 설치되어 있는 냉동 사이클 장치에 있어서,
    상기 응축기의 입구측이 상부에 위치하는 제1 냉매 유로의 제1 유로 출구를, 당해 응축기의 입구측이 하부에 위치하는 제2 냉매 유로의 제2 유로 출구보다도 하측에 위치시키고,
    상기 제2 냉매 유로는 중간 파이프를 사이에 두고 상류 유로와 하류 유로로 공간적으로 분리되어 배치되어 있고, 상기 하류 유로는 상기 상류 유로보다도 높은 위치에 배치되어 있고,
    상기 제2 냉매 유로의 상기 중간 파이프 내의 냉매 상태는 기액 2상 상태이며, 또한 제2 유로 출구의 냉매 상태는 액 상태가 되도록 운전되는 동시에, 제2 유로 출구의 냉매 상태는 액 상태가 되도록 운전되고,
    상기 제1 냉매 유로 및 상기 제2 냉매 유로는 각각 상기 제1 유로 출구 및 상기 제2 유로 출구까지는 어느 냉매 유로와도 합류하지 않고, 상기 제1 유로 출구 및 상기 제2 유로 출구의 하류측에서 상기 제1 냉매 유로 및 상기 제2 냉매 유로가 합류하는 것을 특징으로 하는, 냉동 사이클 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 응축기는 전열관 및 핀으로 이루어지는 크로스 핀 튜브형 열교환기로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 냉동 사이클 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향 및 당해 압축기에 흡입되는 냉매의 흐름 방향을 절환하는 절환 밸브를 구비하고, 상기 절환 밸브를 절환함으로써, 실외 열교환기가 응축기로서 기능하고 실내 열교환기가 증발기로서 기능하는 상태와 실외 열교환기가 증발기로서 기능하고 실내 열교환기가 응축기로서 기능하는 상태 사이에서 절환되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 냉동 사이클 장치.
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