KR101450648B1 - 냉방기의 응축촉진장치 - Google Patents

Abstract

냉방기의 응축촉진장치가 개시된다. 본 발명은 응축기 부근에 설치되어 액상과 기상의 혼합 상태의 냉매가 벽에 부딪힌 다음에 분공을 통하여 배출되도록 구성되어 냉매의 응축을 촉진시킬 수 있는 냉방기의 응축촉진장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 냉방기의 응축촉진장치는 냉매가 흐르는 제1관과, 상기 제1관의 끝단에 일단이 연결되고 직경이 확대된 제2관과, 상기 제1관의 끝단에 일단이 연결되어 상기 제2관 내부를 따라 연장된 다음 타단이 밀폐되고 내부로 유입된 냉매가 상기 제2관으로 배출되도록 복수개의 분공이 형성된 응축촉진관을 포함한다.

Description

냉방기의 응축촉진장치 {Promoting apparatus for condenser of Air conditioner}

본 발명은 냉방기의 응축촉진장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 응축기 부근에 설치되어 액상과 기상의 혼합 상태의 냉매가 벽에 부딪힌 다음에 분공을 통하여 배출되도록 구성되어 냉매의 응축을 촉진시킬 수 있는 냉방기의 응축촉진장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉동사이클은 널리 알려진 장치이고, 알려진 바와 같이 증발, 압축, 응축, 팽창의 네 가지 행정을 반복하여 냉매가 흐름으로써 열교환을 하게 되는 장치이다. 냉매는 행정마다 기체 상태와 액체 상태를 반복하면서 변화되면서 흐르게 되나, 실제적으로 정확한 전체가 기체상태, 액체 상태에 놓이는 것은 아니고, 액상과 기상의 혼합 상태로도 존재하게 되는 것은 물론이다. 냉동사이클을 반대로 작동시키면 히트펌프가 되는 것이고, 그 원리는 상술한 바와 동일한 원리이다.

이러한 냉동사이클에서 그 열효율을 높이기 위한 노력은 계속해서 진행되어 왔고, 아직도 진행 중이다. 일례로, 열교환기의 효율을 높이기 위하여 단순한 모양의 냉매관을 갖는 열교환기에서 냉매관에 다수개의 핀(fin)을 외면에 설치하여 외기와의 접촉 면적을 극대화하는 열교환기로 발전시켜 그 효율을 높여 왔다. 이러한 열효율 증대를 위한 노력은 이제는 거의 한계에 이르렀다고 할 수 있다.

특히, 냉매가 열효율이 높은 재료를 사용하기보다는 친환경적인 요구에 따라 많지 않은 냉매 종류에서 선택해야 하는 상황에 이르렀기에 더욱더 열효율을 높이기 위한 수단이 한계에 이르고 있는 실정이다. 냉매는 오존층에 유해한 R12, 502는 전면적으로 폐지되었고, R22, CFC, HCFC 등은 규제의 대상으로 되었다. 그에 따라, 오존의 파괴가 낮은 냉매, 온실효과가 적은 냉매, 자연계에 존재하는 물질로 만들어진 냉매에서 치환된 것 등이 환경적인 측면에서 요청되고 있는 실정이다. 물론 이러한 냉매들은 열효율을 높이기 위한 것보다는 환경적인 측면에서 요구되는 것이기 때문에, 종래 냉동사이클에서 압축기 등의 유닛들을 개조하지 않고 친환경적인 냉매를 적용하게 되면 제대로 성능이 나오지 않을 뿐만 아니라 압축기에 과부하가 걸리려 정지에까지 이르게 되는 문제점이 있다.

대한민국 특허공개 특2002-0035183

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 응축기 부근에 설치되어 액상과 기상의 혼합 상태의 냉매가 막다른 곳에서 압력이 상승한 다음에 분공을 통하여 배출되면서 응축이 촉진될 수 있도록 구성된 냉방기의 응축촉진장치를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 냉매가 흐르는 제1관과, 상기 제1관의 끝단에 일단이 연결되고 직경이 확대된 제2관과, 상기 제1관의 끝단에 일단이 연결되어 상기 제2관 내부를 따라 연장된 다음 타단이 밀폐되고 내부로 유입된 냉매가 상기 제2관으로 배출되도록 복수개의 분공이 형성된 응축촉진관을 포함한다.

바람직하게는, 상기 응축촉진관의 밀폐단에는 복수개의 분공이 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 응축촉진관의 밀폐단에는 압력조절밸브유닛이 설치되어 내부 압력이 일정압력 이상이 되면 개방되도룩 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 압력조절밸브유닛은, 상기 밀폐단에 형성된 압력구멍에 끼워진 마개와, 상기 마개를 상기 밀폐단 내측방향으로 미는 탄성력을 제공하는 스프링을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1관이 연장되어 상기 응축촉진관을 형성하고, 그 외면에 제2관이 씌워지도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2관의 끝단에는 추설 컨덴서가 더 구비될 수 있다.

한편, 본 발명은 냉매가 흐르는 제1관과, 상기 제1관의 냉매가 전부 유입되도록 이중관 형태로 상기 제1관 내부에 설치되고 끝단이 밀폐되며 상기 냉매가 상기 제1관으로 배출되도록 복수개의 분공이 형성된 응축촉진관으로 구성될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명에 의한 냉방기의 응축촉진장치는 냉매가 응축촉진관에 의해 냉매의 응축이 촉진되기 때문에 냉방 사이클의 전체적인 효율을 증대시킬 수 있는 효과를 제공한다.

(2) 본 발명에 의한 냉방기의 응축촉진장치는 냉매의 응축이 원활하게 이루어지기 때문에 압축기를 비롯한 부품들에 부하가 적게 걸리기 때문에 전체 장치의 수명을 연장하게 되는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 냉방기의 응축촉진장치가 적용된 냉방 사이클을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 냉방기의 응축촉진장치의 제1실시예가 도시된 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 냉방기의 응축촉진장치의 동작 이론을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명에 의한 냉방기의 응축촉진장치의 제2실시예가 도시된 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 냉방기의 응축촉진장치의 제3실시예가 도시된 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 냉방기의 응축촉진장치의 제4실시예가 도시된 단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 냉방기의 응축촉진장치의 제5실시예가 도시된 단면도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 냉방기의 응축촉진장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 냉매가 흐르는 제1관(11)과, 상기 제1관(11)의 끝단에 일단이 연결되고 직경이 확대된 제2관(11a)과, 상기 제1관(11)의 끝단에 일단이 연결되어 상기 제2관(11a) 내부를 따라 연장된 다음 타단이 밀폐되고 내부로 유입된 냉매가 상기 제2관(11a)으로 배출되도록 복수개의 분공(12a)이 형성된 응축촉진관(12)으로 구성된다.

상기 제1관(11)은 상기 제2관(11a)과 연속하여 연결된 관들이고, 제1관(11)의 내부에 상기 응축촉진관(12)이 설치된 구성을 갖는다. 상기 응축촉진관(12)은 그 끝단이 막혀 밀폐단(12b)을 구성하고 있다. 따라서 제1관(11)의 냉매는 전부 상기 응축촉진관(12)으로 유입된 다음 상기 밀폐단(12b)에 부딪힌 후, 상기 분공(12a)들을 통해서 응축촉진관(12) 외부로 배출된다. 물론 상기 분공(12a)을 통하여 배출되는 냉매는 제2관(11a)으로 토출된다.

이러한 응축촉진장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 응축기(1)의 출구 또는 입구에 설치되는 것이 일반적이라고 할 수 있다. 응축기(1)의 출구 또는 입구에 설치되어 응축을 촉진하게 된다. 물론 이러한 위치에 응축촉진장치(10)의 설치를 한정하는 것은 아니다. 필요에 따라 다른 곳에도 설치가 가능하며, 특히 여러 곳에도 설치할 수 있음은 물론이다.

도 1을 참고하면, 냉방의 기본 사이클을 알 수 있다. 그 사이클은 다음과 같다. 먼저 저온저압의 응축 냉매는 증발기(3)로 외부에서 열(H)을 흡수하고 뒤이어 증발기(3)를 나오게 된다. 이때 냉매는 저온저압의 과열냉매(S1)로 변화한다. 그 다음 압축기(4)를 지나면서 냉매는 고온고압가스(S2)로 변환한다.

고온고압 가스는 증발기(3)의 냉동열량과 압축기(4)의 압축에너지에 해당하는 열량의 합에 해당하는 열량(H)을 응축기(1)에서 외부로 방출하고 상온고압액(S3) 냉매가 된다. 그 다음 냉매는 팽창밸브(2)에 의해 저온저압의 증기 냉매(S4)로 변환한다. 이러한 냉매의 순환에 의해 냉방이 계속 진행된다.

특히, 응축기(1) 전후의 냉매의 흐름과 상태를 더욱 상세히 살펴본다. 압축기(4)로부터 응축기(1)로 들어가게 되는 냉매는 고온고압 냉매가스(S2) 상태이다. 이러한 고온고압 냉매가스는 외기나 냉각재에 의해 관로 외부에서 냉각이 이루어져 응축되면서 액상으로 변화한다. 그러나 증발기(3)의 냉동열량과 압축기(4) 압축일 열량의 합 열량이 외부로 완전히 방출되지 않은 경우에는 응축기(1)의 관로의 내벽면의 부근은 액상이 아니라 액상과 기상의 혼합 상태로 된다. 혼합 상태의 냉매는 관로 내부에서 흐를 때, 액상의 냉매는 관로 중앙부를 따라 흐르고, 기상의 냉매는 관로의 주변부를 따라 흐르게 된다. 이러한 혼합 상태의 냉매가 더 응축되지 않은 상태에서 사이클을 돌게 되면 압축기(4)의 능력에 따라 그 혼합 냉매에 대응할 수 없게 되고, 특히 친환경 냉매로 냉매를 교체하는 경우에는 그 문제는 더욱 커져 결국 성능을 아예 발휘하지 못하게 된다. 이러한 이유로 냉매의 액상으로의 응축은 매우 중요한 요소가 된다.

본 발명은 이러한 냉매의 응축을 촉진하여 냉매를 거의 액상 상태로 만들어 주게 된다. 그 원리가 도 3에 도시되어 있다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 일부 구성요소인 응축촉진관(12)에 형성된 분공(12a)을 통하여 냉매가 분출되는 것을 볼 수 있다. 분공(12a)을 통과하여 토출되는 냉매는 3 가지 부분으로 구분할 수 있다. 분공에서 나온 직후는 매끈한 직선형의 냉매(A)이고, 그 다음은 이산된 분무(B), 마지막으로는 독립된 유립(C)으로 나눌 수 있다.

도 2를 참고하면, 응축기(1)의 출구 쪽에 응축촉진장치(10)가 설치된 경우에, 응축기(1)를 나온 냉매는 응축기(1)에서 완전 액화되지 못한 냉매가 제1관(11)을 거쳐 완전히 막힌 관인 응축촉진관(12)으로 들어오게 된다. 이때 밀폐단(12b) 벽에 충돌하면서 증기냉매와 액상냉매가 혼합되고 응축압력은 증가하게 된다.

이러한 상태에서, 혼합냉매는 미세구멍인 상기 분공(12a)을 통하여 음속에 가까운 속도로 탈출하면서 제2관(11a) 내측 벽면에 충돌하여 플래싱(Flasing : 액체가 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐를 때 낮은 압력에서 액체주변에 진공이 발생하고 이때 증발잠열이 빠르게 발생하는 현상)을 극대화시킨다. 이때, 특히 냉매 액과 가스가 비중 차이로 완전히 분리된다.

이러한 동작에 의해 응축이 촉진되어 냉동효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 냉매를 친환경 냉매로 교체하는 경우에도 응축 성능이 일정 수준을 유지하게 되기 때문에 기존의 압축기(4)도 교체 없이 계속 사용할 수 있게 된다.

한편, 도 4에 본 발명의 제2실시예에 의한 응축촉진장치가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 제1실시예에서 보여준 장치와 그 구성은 동일하나, 밀폐단(12b)에 분공(12c)을 형성한 것이 다르다. 이러한 밀폐단(12b)의 분공(12c) 형성에 의해 압력이 이상압력 이상으로 올라가는 것을 미연에 방지하면서도 응축을 촉진할 수 있게 된다.

한편, 도 5에 본 발명의 제3실시예에 의한 응축촉진장치가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 상기 응축촉진관(12) 밀폐단(12b)에 압력조절밸브유닛이 설치되어 내부 압력이 일정압력 이상이 되면 개방되도룩 구성되어 있다.

여기서, 상기 압력조절밸브유닛은 상기 밀폐단(12b)에 형성된 압력구멍(12d)에 끼워진 마개(15)와, 상기 마개(15)를 상기 밀폐단(12b) 내측방향으로 미는 탄성력을 제공하는 스프링(14)으로 구성된다. 상기 응축촉진관(12)은 밀폐단(12b)으로부터 일정거리 연장되고, 그 연장관(13) 끝단에 스프링(14)이 걸릴 수 있도록 턱(13a)이 형성되어 있다. 스프링(14)은 상기 턱(13a)과 마개(15) 사이에 설치되는 것이다.

상기 압력구멍(12d)과 마개(15)는 모두 단면이 테이퍼지게 형성되어 있다. 이러한 상태에서 응축촉진관(12) 내부의 압력이 어떠한 이유에서든지 일정 압력 이상으로 상승하게 되면 그 압력에 의해 마개(15)가 스프링(14)의 탄성력을 극복하면서 이동되어 압력구멍(12d)의 일부가 개방된다. 그에 따라 압력은 이상압력 이상으로 상승되는 것이 방지되어 안전을 보장하게 된다.

한편, 도 6에 본 발명의 제4실시예에 의한 응축촉진장치가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 상기 제1관(111)이 연장되어 상기 응축촉진관(111)을 형성하고, 그 외면에 제2관(112)이 씌워지도록 구성한 것이다. 물론 응축촉진관(111)에는 분공(111a)이 형성되고, 밀폐단(111b)도 형성되어 있다.

한편, 도 7에 본 발명의 제5실시예에 의한 응축촉진장치가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 응축촉진장치는 냉매가 흐르는 제1관(211)과, 상기 제1관(211)의 냉매가 전부 유입되도록 이중관 형태로 상기 제1관(211) 내부에 설치되고 끝단이 밀폐단(212b)이 형성되며 상기 냉매가 상기 제1관(211)으로 배출되도록 복수개의 분공(212a)이 형성된 응축촉진관(212)으로 구성된다. 이러한 구성에 따라 다른 실시예와 마찬가지로 동작하게 된다. 다만 앞선 실시예에서 설명한 바와 같이 직경이 확대된 관으로 분공을 통해 냉매가 토출되는 것이 효율상으로 유리한 것으로 판단된다.

도 1과 도 8을 참고하면, 본 발명에 의한 응축촉진장치(10) 끝단에 연결되어 추설 컨덴서(50)가 설치되어 있는 것을 알 수 있다. 이렇게 추설 컨덴서(50)를 설치함으로써 응축을 더욱 촉진시켜 더욱 강력한 냉방을 구현할 수 있다.

상기 추설 컨덴서(50)는 도 8에 도시된 바와 같이 양 리저버(51,52) 사이에 다수개의 분기관들(53)을 설치하여 냉매가 흐르면서 응축이 되도록 구성된 새로 추가로 설치된 컨덴서이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

1 : 응축기
2 : 팽창밸브 3 : 증발기
4 : 압축기 10 : 응축촉진장치
11 : 제1관 11a : 제2관
12 : 응축촉진관 12a : 분공
12b : 밀폐단

Claims (7)

1. 냉매가 흐르는 제1관;
   상기 제1관의 끝단에 일단이 연결되고 직경이 확대된 제2관;
   상기 제1관의 끝단에 일단이 연결되어 상기 제2관 내부를 따라 연장된 다음 타단이 밀폐되고 내부로 유입된 냉매가 상기 제2관으로 배출되도록 복수개의 분공이 형성된 응축촉진관;
   을 포함하고,
   상기 응축촉진관의 밀폐단에는 압력조절밸브유닛이 설치되어 내부 압력이 일정압력 이상이 되면 개방되는 것을 특징으로 하는 냉방기의 응축촉진장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 응축촉진관의 밀폐단에는 복수개의 분공이 형성된 것을 특징으로 하는 냉방기의 응축촉진장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 압력조절밸브유닛은,
   상기 밀폐단에 형성된 압력구멍에 끼워진 마개;
   상기 마개를 상기 밀폐단 내측방향으로 미는 탄성력을 제공하는 스프링;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉방기의 응축촉진장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1관이 연장되어 상기 응축촉진관을 형성하고, 그 외면에 제2관이 씌워진 것을 특징으로 하는 냉방기의 응축촉진장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2관의 끝단에는 추설 컨덴서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 냉방기의 응축촉진장치.
7. 삭제

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