KR101323527B1 - 공기 조화기 - Google Patents

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KR101323527B1 KR1020110116368A KR20110116368A KR101323527B1 KR 101323527 B1 KR101323527 B1 KR 101323527B1 KR 1020110116368 A KR1020110116368 A KR 1020110116368A KR 20110116368 A KR20110116368 A KR 20110116368A KR 101323527 B1 KR101323527 B1 KR 101323527B1
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Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화기는 냉매를 압축하는 제1압축기 및 제2압축기; 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 어느 하나를 거친 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기를 통과하는 냉매가 이동되는 통로인 냉매배관; 상기 냉매배관과 연결되어 상기 응축기를 통과한 냉매를 과냉시키는 과냉각기; 상기 냉매배관의 일측으로부터 분지되어 냉매를 상기 과냉각기로 안내하는 과냉각배관; 및 상기 과냉각배관의 일측에 형성되어 냉매의 이동 경로를 다수의 경로로 바이패스 하는 분지부를 포함하고, 상기 과냉각배관은, 상기 분지부로부터 상기 제1압축기와 상기 제2압축기를 연결하는 연결배관의 일측과 연결되는 제1분지배관; 및 상기 분지부로부터 증발기와 상기 제1압축기를 연결하는 냉매배관의 일측과 연결되는 제2분지배관을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화기는 팽창밸브 토출구 측의 냉매의 건도가 0 또는 0에 근접한 값이 된다.

Description

공기 조화기{Air conditioner}
본 발명은 공기 조화기에 관한 것이다.
공기 조화기는 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발하는 과정을 통해 실내 공기를 냉각하는 냉방 사이클, 또는 실내 공기를 가열하는 난방 사이클을 수행할 수 있다.
도 1은 종래의 공기 조화기를 보여주는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 공기 조화기(2)는 냉매를 압축하는 압축기(3), 상기 압축기(3)에서 토출된 냉매를 응축하는 응축기(4), 응축된 냉매를 과냉각하는 과냉각기(5), 과냉각 된 냉매를 팽창하는 팽창밸브(6), 저압으로 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(7), 상기 압축기(3)로 유입되는 냉매 중 액상 냉매를 걸러내는 어큐물레이터(8), 상기 응축기(4)를 거친 냉매 중 설정량을 분지시킨 후 상기 과냉각기(5)를 거쳐 상기 압축기(3)의 흡입단 측으로 유입시키는 과냉각 배관(9)을 포함한다.
상기 팽창밸브(6)에서 팽창된 냉매는 액상과 기상이 혼합된 이상냉매이다. 기상의 냉매는 상기 증발기(7)에 구비된 수개의 분지관(미도시)에 액상 냉매가 균일하게 분배되는 것을 방해한다.
따라서, 상기 과냉각기(5)는 상기 응축기(4)에서 토출 된 냉매가 상기 팽창밸브(6)로 유입되기 전에 과냉각 되도록 하여, 팽창밸브(6)에서 토출되는 냉매에 포함되는 기상 냉매의 양이 감소되도록 한다.
상기 과냉각기(5)에서는, 상기 응축기(4)에서 토출된 후 상기 팽창밸브(6)로 유입되는 냉매와 상기 과냉각 배관(9)을 유동하는 냉매 사이에 열교환 된다. 상기 과냉각 배관(9)에는 팽창부재가 구비된다. 따라서, 상기 과냉각 배관(9)을 유동하는 냉매는 팽창부재를 통과하면서 온도와 압력이 떨어진 후 상기 과냉각기(5)로 유입된다. 상기 과냉각기(5)에서, 상기 과냉각 배관(9)의 냉매는 상기 팽창밸브(6)로 유입되는 냉매보다 저온이므로 열을 흡수 하면서 증발된다. 증발된 상기 과냉각 배관(9)의 냉매는 상기 압축기(3)의 흡입단 측으로 유입된다.
상기 팽창밸브(6)로 유입되는 냉매는 상기 과냉각기(5)에서 과냉각 된다. 따라서, 상기 팽창밸브(6)에서 팽창되는 과정에서 발생하는 기상 냉매량이 감한다.
종래 공기조화기에 의하면, 상기 과냉각기에서 냉매가 충분히 과냉각 되지 않는 문제점이 있었다. 따라서, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매에 기상 냉매가 포함되는 문제점이 있었다. 또한, 기상 냉매가 상기 증발기로 유입되어, 상기 증발기 내에서 액상 냉매가 균일하게 분배되지 않아 열교환 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 팽창밸브에서 토출되는 냉매의 건도가 0 또는 0에 근접한 값을 갖도록 하는 공기조화기를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화기는 냉매를 압축하는 제1압축기 및 제2압축기; 상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 어느 하나를 거친 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기를 통과하는 냉매가 이동되는 통로인 냉매배관; 상기 냉매배관과 연결되어 상기 응축기를 통과한 냉매를 과냉시키는 과냉각기; 상기 냉매배관의 일측으로부터 분지되어 냉매를 상기 과냉각기로 안내하는 과냉각배관; 및 상기 과냉각배관의 일측에 형성되어 냉매의 이동 경로를 다수의 경로로 바이패스 하는 분지부를 포함하고, 상기 과냉각배관은, 상기 분지부로부터 상기 제1압축기와 상기 제2압축기를 연결하는 연결배관의 일측과 연결되는 제1분지배관; 및 상기 분지부로부터 증발기와 상기 제1압축기를 연결하는 냉매배관의 일측과 연결되는 제2분지배관을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열교환 효율이 향상될 수 있는 공기조화기를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 공기 조화기를 보여주는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기를 보여주는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기를 유동하는 냉매의 상태를 나타내는 그래프이다.
공기 조화기는, 냉방 모드만을 수행하는 냉방용 공기 조화기, 난방 모드만을 수행하는 난방용 공기 조화기, 냉난방 모드를 모두 수행하는 히트 펌프식 공기 조화기, 복수 개의 실내 공간을 냉/난방 하는 멀티형 공기 조화기를 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
이하에서는, 공기 조화기의 일 실시 예로서, 냉방용 공기 조화기 또는 난방용 공기 조화기(이하, '공기 조화기'라 한다)에 대하여 상세하게 살펴본다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기를 보여주는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기를 유동하는 냉매의 상태를 나타내는 그래프이다.
도 2을 참조하면, 본 실시 예에 따른 공기 조화기(1)는, 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 상기 압축기에서 토출된 냉매를 응축하는 응축기(20)와, 응축된 냉매를 증발되기 쉽게 압력을 낮추는 팽창밸브(30)와, 팽창된 냉매가 열을 흡수하면서 기상 냉매로 증발되는 증발기(40)와, 상기 압축기(10)로 유입되는 냉매 중 포함된 액상 냉매를 걸러내는 어큐물레이터(50)와, 상기 응축기(20) 및 팽창밸브(30)를 연결하는 배관 사이에 설치되는 과냉각 열교환기(60)포함한다.
상기 압축기(10), 응축기(20), 팽창배브(30), 증발기(40), 어큐물레이터(50) 및 과냉각 열교환기(60)는 냉매배관(70)에 의해 연통된다. 냉매는 상기 냉매배관(70)내부를 유동한다.
상기 압축기(10)는 상기 어큐물레이터(50)를 거친 냉매가 유입되어 압축되는 제 1 압축부(110)와, 상기 제 1 압축부(110)를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제 2 압축부(120)를 포함할 수 있다.
상기 압축기(10)로 유입된 냉매는 상기 제 1 압축부(110)에서 중간 압력으로 압축되어 토출 된다. 즉, 그래프 상에서 a에서 b로 이동한다. 상기 제 1 압축부(110)에서 토출 된 냉매는 후술할 제 1 분지 배관(610)을 통해 유입된 냉매와 혼합된 후 상기 제 2 압축부(120)로 유입된다. 즉, 그래프 상에서 c는 상기 제 2 압축부(120)로 유입되는 냉매 상태를 나타낸다. 상기 제 2 압축부(120)로 유입된 중간 압력의 냉매는 한번 압축되어 고온고압의 기상냉매로 토출된다. 즉, 그래프 상에서 냉매는 c에서 d로 상태가 변한다.
상기 압축기(10)에서 토출 된 냉매는 상기 응축기(20)로 유동한다. 상기 응축기(20)는, 공기조화기(1)가 냉방용일 때에는 실외열교환기이고 난방용일 때에는 실내열교환기일 수 있다.
상기 압축기(10)로 유입된 냉매는 상기 응축기(20) 외면을 유동하는 공기와 열교환되는 과정에서 고온고압의 액상냉매로 응축된다. 즉, 상기 응축기(20) 외측을 유동하는 공기가 상기 응축기(20) 내면을 유동하는 냉매로부터 열을 흡수하고, 상기 응축기(20)내면를 유동하는 냉매는 기상에서 액상으로 응축된다. 즉, 그래프 상에서 냉매는 d에서 e로 상태가 변한다.
상기 응축기(20)에서 토출된 냉매는 상기 과냉각열교환기(60)로 유동한다. 상기 냉매가 응축기(20)에서 상기 과냉각열교환기(60)로 유동하는 냉매배관(70)상에는 과냉각 배관(61)이 분지된다.
상기 과냉각열교환기(60)에서는, 상기 냉매배관(70)을 유동하는 냉매와 상기 과냉각 배관(61)을 유동하는 냉매 사이에 열교환된다.
상기 과냉각 배관(61)은 제 1 분지 배관(610) 및 제 2 분비 배관(610)으로 분지된다. 상기 제 1 분지 배관(610)에는 제 1 과냉각 팽창밸브(611)가 설치되고, 상기 제 2 분지 배관(620)에는 제 2 과냉각 팽창밸브(621)가 설치된다. 또한, 상기 과냉각 배관(61)에 상기 제 1 과냉각팽창밸브(611)가 설치되고 상기 제 2 분지배관(620)에 상기 제 2 과냉각팽창밸브(611)가 설치될 수 있다.
상기 과냉각 배관(61)을 거쳐 상기 제 1 분지 배관(610)을 유동하는 냉매는 상기 제 1 과냉각팽창밸브(611)에서 팽창된다. 상기 제 1 분지배관(610)을 유동하는 냉매는 상기 제 1 과냉각팽창밸브(611)에서 팽창되는 과정에서 압력과 온도가 낮아지면서, 상태가 e에서 i로 변한다. 상기 과냉각열교환기(60)에서, 상기 냉매배관(70)을 유동하는 냉매보다 상기 제 1 분지배관(610)을 유동하는 냉매의 온도가 낮다. 따라서, 상기 냉매배관(70)을 유동하는 냉매는 열을 방출하면서 과냉각 되고, 상기 제 1 분지배관(610)을 유동하는 냉매는 열을 흡수하여 증발된다. 즉, 상기 냉매배관(70)을 유동하는 냉매는 상태가 e에서 f로 변하고, 상기 제 1 분지배관(610)을 유동하는 냉매는 상태가 i에서 c로 이동하게 된다.
상기 제 1 분지배관(610)을 유동하는 냉매는 상기 과냉각열교환기(60)에서 증발된 후, 상기 압축기(10)로 유입된다. 이때, 상기 제 1 분지배관(610)을 유동하는 냉매는 상기 제 2 압축부(120)로 유입될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 압축부(110)에서 토출된 냉매와 상기 제 1 분지배관(610)을 통해 유입된 냉매가 혼합되어 상기 제 2 압축부(120)로 유입된 후 압축된다.
상기 과냉각 배관(61)을 거쳐 상기 제 2 분지 배관(620)을 유동하는 냉매는 상기 제 2 과냉각팽창밸브(621)에서 팽창된다. 상기 제 2 분지배관(620)을 유동하는 냉매는 상기 제 2 과냉각팽창밸브(621)에서 팽창되는 과정에서 압력과 온도가 낮아진다. 이때, 상기 제 2 과냉각팽창밸브(621)에서 팽창되는 냉매는 상기 제 1 과냉각팽창밸브(611)에서 팽창되는 냉매보다 더 낮은 압력이 되도록 팽창될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 분지배관(620)을 통해 상기 과냉각열교환기(60)로 유입되는 냉매는 상기 제 1 분지배관(610)을 통해 상기 과냉각열교환기(60)로 유입되는 냉매보다 온도가 더 낮다. 즉, 상기 제 2 과냉각팽창밸브(621)를 거치면서 냉매는 상태가 e에서 j로 변한다.
또한, 상기 과냉각 열교환기(60)는, 상기 냉매배관(70)을 유동하는 냉매가 상기 제 1 분지배관(610)을 유동하는 냉매와 열교환을 한 후 상기 제 2 분지배관(620)을 유동하는 냉매와 열교환 되도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 과냉각열교환기(60)에서, 상기 냉매배관(70)을 유동하는 냉매는 상기 제 2 분지 배관(620)을 유동하는 냉매와 열교환을 하여, 한번 더 과냉각 된다. 따라서, 상기 냉매배관(70)을 유동하는 냉매는 열을 방출하면서 과냉각 되고, 상기 제 2 분지배관(620)을 유동하는 냉매는 열을 흡수하여 증발된다. 즉, 상기 냉매배관(70)을 유동하는 냉매는 상태가 f에서 g로 변하고, 상기 제 2 분지배관(620)을 유동하는 냉매는 j에서 a쪽으로 변한다.
상기 제 2 분지배관(620)을 유동하는 냉매는 상기 과냉각열교환기(60)에서 증발된 후, 상기 압축기(10)로 유입된다. 이때, 상기 제 2 분지배관(620)을 유동하는 냉매는 상기 제 1 압축부(110)로 유입될 수 있다. 따라서, 후술 할 상기 어큐물레이터(50)를 거친 냉매와 상기 제 2 분지배관(620)을 통해 유입된 냉매가 혼합되어 상기 제 1 압축부(110)로 유입된다.
상기 과냉각열교환기(60)에서 두번 과냉각된 냉매는 상기 팽창밸브(30)로 유입된다. 상기 팽창밸브(30)로 유입된 냉매는 팽창된다. 냉매는 상기 팽창밸브(30)에서 팽창되는 과정에서 압력이 낮아진다. 즉, 냉매의 상태는 g에서 h로 이동한다. 상기 팽창밸브(30)로 유입되는 냉매는 두번의 과냉각에 의해서, 과냉도가 크게 형성된다. 따라서, 압력이 낮아지는 과정에서 플레시 가스가 발생하지 않거나 적게 발생할 수 있다. 따라서, 팽창밸브(30)의 출구 쪽에서 냉매의 건도는 0 또는 0에 근접한 값이 될 수 있다.
상기 팽창밸브(30)에서 토출된 냉매는 상기 증발기(40)로 유입된다. 상기 증발기(40)는, 공기조화기(1)가 냉방용일 때에는 실내열교환기이고, 난방용일때에는 실외열교환기일 수 있다.
상기 증발기(40) 내부를 유동하는 냉매는 상기 증발기(40)외부를 유동하는 공기와 열교환 한다. 즉, 상기 증발기(40) 내부를 유동하는 액상의 냉매는 상기 증발기(40)외부를 유동하는 공기로부터 열을 흡수하여 기화되면서, 상태가 h에서 a쪽으로 변화된다.
도시되지 않았으나, 상기 증발기(40)는 열교환 단면적의 증가를 위해서 수개의 관으로 형성될 수 있다. 상기 증발기(40)로 유입되는 냉매 중 기상 냉매량이 증가하면, 상기 증발기(40)에 구비되는 수개의 관으로 유입되는 냉매량의 불균형이 발생할 수 있다. 수개의 관으로 유입되는 냉매량에 불균형이 발생하면, 상기 증발기(40)에서 열교환 효율이 떨어지는 문제가 발생한다.
상기 증발기(40)로 유입되는 냉매에는 기상의 냉매가 포함되지 않거나, 그 양이 적게 형성되어, 수개의 관으로 유입되는 냉매량이 균일하게 된다. 따라서, 상기 증발기(40)에서 열교환 효율이 향상된다.
상기 증발기(40)를 거친 냉매는 상기 어큐물레이터(50)로 유입된다. 상기 증발기(40)를 거친 냉매는 기상냉매 또는 액상과 기상이 혼합된 이상냉매일 수 있다. 상기 증발기(40)를 거친 냉매 중 액상 냉매는 상기 어큐물레이터(50)에 분리된 후, 기상 냉매만이 토출되어 상기 압축기(10)로 유입된다. 따라서, 액상 냉매의 유입으로 인한 상기 압축기(10)의 파손이 방지될 수 있다.
제안되는 실시 예에 따르면, 증발기 및 어큐물레이터를 유동하는 냉매량이 감소된다. 따라서, 냉매가 증발기 및 어큐물레이터를 유동하면서, 유동저항에 의해 발생하는 압력손실이 감소한다. 따라서, 압축기에서 냉매를 압축하는데 필요한 일이 감소하게 되어, 공기조화기의 소비 전력이 감소한다.
60: 과냉각열교환기 61: 과냉각배관
610: 제 1 분지 배관 620: 제 2 분지 배관

Claims (8)

  1. 냉매를 압축하는 제1압축기 및 제2압축기;
    상기 제1압축기 및 제2압축기 중 적어도 어느 하나를 거친 냉매를 응축하는 응축기;
    상기 응축기를 통과하는 냉매가 이동되는 통로인 냉매배관;
    상기 냉매배관과 연결되어 상기 응축기를 통과한 냉매를 과냉시키는 과냉각기;
    상기 냉매배관의 일측으로부터 분지되어 냉매를 상기 과냉각기로 안내하는 과냉각배관; 및
    상기 과냉각배관의 일측에 형성되어 냉매의 이동 경로를 다수의 경로로 바이패스 하는 분지부를 포함하고,
    상기 과냉각배관은,
    상기 분지부로부터 상기 제1압축기와 상기 제2압축기를 연결하는 연결배관의 일측과 연결되는 제1분지배관; 및
    상기 분지부로부터 증발기와 상기 제1압축기를 연결하는 냉매배관의 일측과 연결되는 제2분지배관을 포함하는 공기 조화기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 과냉각기에서, 상기 냉매배관의 냉매는 상기 제 1 분지배관의 냉매와 1차 열교환된 후, 상기 제 2 분지배관의 냉매와 2차 열교환되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 과냉각기를 거친 냉매를 팽창하는 팽창밸브가 더 포함되고,
    상기 냉매배관의 냉매는 상기 과냉각기를 거치면서 적어도 2회의 과냉각 작용이 수행되고, 상기 팽창밸브를 통과하여 단일의 액상이 되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 과냉각기는,
    상기 과냉각기의 일 부분을 형성하고, 상기 제1분지배관이 통과하는 제1파트; 및
    상기 과냉각기의 타 부분을 형성하고, 상기 제2분지배관이 통과하는 제2파트를 포함하는 공기 조화기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 분지배관에 제공되며, 냉매를 제 1 설정압력으로 팽창시키기 위한 제 1 과냉각 팽창밸브; 및
    상기 제 2 분지배관에 제공되며, 냉매를 제 2 설정압력으로 팽창시키기 위한 제 2 과냉각 팽창밸브를 포함하는 공기조화기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 설정압력은 제 1 설정압력보다 저압인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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