KR102087249B1 - 효율성이 개선된 공냉식 냉방기시스템 - Google Patents

효율성이 개선된 공냉식 냉방기시스템 Download PDF

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Abstract

본원 발명은 공냉식 냉방기에 관한 것으로서, 구체적으로 여름철 폭염기에도 효과적인 냉동효율성이 발휘될 수 있도록 하는 구조적 특징을 구비한 것이다.
구체적으로 본원 발명은 냉매가스를 압축하는 압축기(100); 상기 압축기(100)를 통해서 압축된 고온고압의 냉매가스를 냉각하여 응축하는 공냉식 응축기(300); 상기 응축기(300)를 통해서 응축된 고압의 냉매액체를 팽창시키는 팽창밸브(500); 상기 팽창밸브(500)를 통해서 팽창된 냉매가 열을 흡수하여 증발되는 증발기(600); 를 포함하는 공냉식 냉방기시스템에 있어서, 상기 공냉식 응축기(300)과 상기 팽창밸브(500) 사이의 응축된 냉매는 선택적으로 다시 공냉식 응축기(300)로 재순환되는 것을 특징으로 하는 효율성이 개선된 냉방기시스템이다.

Description

효율성이 개선된 공냉식 냉방기시스템{AN AIR COOLING TYPE IMPROVED COOLING SYSTEM}
본원 발명은 공냉식 냉방기시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 여름철 폭염기에도 효과적인 냉방이 가능할 수 있도록 공냉식 응축기의 구조적 특징을 개선한 것이다.
일반적인 공냉식 냉방기는 도 1에서 도시된 바와 같이, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 거치는 냉동사이클에 의해서 작동된다. 즉, 압축기에 의해서 가스 냉매를 고압으로 압축하게 된다. 압축된 가스냉매는 고압, 고온의 냉매가스로 변화되어서 응축기로 보내진다. 응축기는 압축기로부터 나온 고온고압의 가스 냉매를 외부의 공기로 응축시켜 저온, 고압의 액체 냉매로 변화시킨다. 저온고압의 액체냉매는 증발기에서 팽창밸브를 통과하면서 압력이 급강하고 동시에 증발기에서 주변 공기의 열을 흡수하여 기화하게 됨으로써 증발기를 급격하게 냉각한다.
증발기의 온도가 급격하게 저하되면서 증발기와 열교환되는 공기는 냉방기 내부의 공기에 해당한다. 이러한 원리에 의해서 냉방기 외부의 공기에 의해서 압축냉매를 냉각하는 응축기는 외부의 공기 온도에 크게 영향을 받는다. 따라서 외부의 공기온도가 높은 경우에는 외부 공기에 의해서 압축냉매를 충분히 냉각시켜주지 못하므로 압축냉매가 응축기에서 제대로 응축되지 못하게 되고, 따라서 냉동효율이 저하되는 문제가 있다.
이러한 냉동효율을 개선하기 위한 방안이 모색되고 있다. 선행문헌에 기재된 선행발명은 압축기로부터 압축된 고온고압의 냉매가 냉매관을 통해 순환하면서 전방의 응축기팬에 의해 강제 유입된 공기와 열교환하여 응축되는 응축기에 있어서, 냉매관을 납작하게 형성하여 지그재그 형상으로 절곡 구성하고 응축기팬의 후위에 공기와 접촉될 수 있게 위치시키되, 냉매관의 절곡부위 사이 공간에는 연속 절곡된 형상의 핀을 각각 끼워 브레이징하여 고정하며, 냉매관의 사이사이에는 수관을 마련하여 이를 통해 물을 선택적으로 순환시킬 수 있게 구성한 것이다. 이와 같이 하면 응축효율이 높아져 응축기의 사이즈를 컴팩트하게 구현할 수 있어서 외기 온도 변화에 따른 냉매의 응축작용에 능동적으로 대처할 수 있는 점에서 장점이 있으나, 응축효율을 향상시키는데는 한계가 있다.
이에 본원 발명의 발명자는 응축효율이 떨어지는 하절기 무더위 가운데서도 응축기의 응축이 효과적으로 이루어질 수 있도록 하여 냉동효율을 높일 수 있는 방안을 고안하게 되었다.
선행발명 : 대한민국 실용신안 등록공보 20-0323229 (2003.08.04. 등록)
본원 발명은 하절기 무더위로 인한 실외기의 응축효율을 개선하여 냉방기의 냉방효율이 떨어지지 않는 공냉식 냉방기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명은 기존 공냉식 냉방기를 그대로 활용할 수 있으면서 냉방효율을 개선할 수 있는 공냉식 냉방기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본원 발명의 공냉식 냉방기시스템은
냉매가스를 압축하는 압축기(100); 상기 압축기(100)를 통해서 압축된 고온고압의 냉매가스를 공냉식 응축기(300)로 안내하는 제1배관(200); 상기 제1배관(200)을 통해서 안내된 냉매를 공냉(空冷)하여 응축하는 공냉식 응축기(300); 상기 응축기(300)를 통해서 응축된 고압의 냉매액체를 안내하는 제2배관(400); 상기 제2배관(400)에서 안내되는 냉매액체를 팽창시키는 팽창밸브(500); 상기 팽창밸브(500)를 통해서 팽창된 냉매가 주위의 열을 흡수하여 증발되도록 하는 증발기(600); 를 포함하여 상기 증발기(600)에서 증발된 냉매를 다시 압축기(100)로 보내는 냉동사이클에 의해서 실내에 냉기를 공급하는 냉방기시스템에 있어서,
상기 공냉식 응축기(300)와 상기 팽창밸브(500) 사이에 구비된 상기 제2배관(400)으로부터 응축된 냉매를 선택적으로 다시 공냉식 응축기(300)로 재순환하기 위한 전자밸브(430) 및 제2-1배관(410)이 부가된 것이다.
나아가, 본원 발명은 상기 제2배관(400)에서 분기되어 응축된 냉매를 다시 공냉식 응축기(300)로 안내하는 제2-1배관(410)의 단부가 복수의 분기배관(411)으로 분기되되, 상기 분기배관(411)은 중간부가 모세관코일(411a)로 형성되고, 상기 분기배관(411)의 단부는 각각 상기 공냉식 응축기(300) 헤드의 길이방향을 따라서 소정간격 이격되어 헤드를 관통하도록 연결되는 것이다.
또한, 상기 공냉식 응축기(300)는 상기 헤드로부터 분리되는 복수개의 응축분기관(320)을 구비하고, 상기 응축분기관(320)에는 가로지르는 복수개의 냉각핀(330)이 구비된 것으로서, 상기 분기배관(411)의 단부는 상기 헤드를 관통하고 상기 헤드에서 분기된 상기 응축분기관(320) 내부로 연장된다.
바람직하게 상기 응축된 냉매를 선택적으로 다시 공냉식 응축기(300)로 재순환하기 위한 제2-1배관(410) 및 상기 제2-1배관(410) 상에 구비된 전자밸브(430)는 제1배관(200)과 제2배관(400)의 냉매 압력차이를 이용한 차압스위치(440)에 의해서 개폐되는 것이다.
본원 발명은 하절기 고온의 날씨에 대응하여 공냉식 응축기의 성능을 개선함으로써 응축냉매의 만액을 유지한 상태에서 팽창밸브에 공급이 가능하게 되고, 냉동성능이 유지된다.
본원 발명은 냉동성능을 유지함으로써 압축기의 과부하를 방지하고 압축기를 보호할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 공냉식 냉방기시스템의 사이클을 도시한 도면
도 2는 본원 발명에 따른 공냉식 냉방기시스템의 사이클을 도시한 도면
도 3은 본원 발명에 따른 순환배관이 구비된 응축기(300)의 확대 단면도
이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2를 참조하여 본원 발명의 공냉식 냉방기시스템을 설명한다.
본원 발명의 냉방기시스템은 냉매가스를 압축하는 압축기(100), 상기 압축기(100)를 통해서 압축된 고온고압의 냉매가스를 공냉식 응축기(300)로 안내하는 제1배관(200), 상기 제1배관(200)을 통해서 안내된 냉매를 공냉(空冷)하여 응축하는 공냉식 응축기(300), 상기 응축기(300)를 통해서 응축된 고압의 냉매액체를 안내하는 제2배관(400), 상기 제2배관(400)에서 안내되는 냉매액체를 팽창시키는 팽창밸브(500), 상기 팽창밸브(500)를 통해서 팽창된 냉매가 주위의 열을 흡수하여 증발되도록 하는 증발기(600), 상기 증발기(600)에서 증발된 냉매를 다시 압축기(100)로 보내는 냉동사이클에 의해서 실내에 냉기를 공급하는 냉방기시스템에 있어서,
상기 공냉식 응축기(300)와 상기 팽창밸브(500) 사이에 구비된 상기 제2배관(400)으로부터 응축된 냉매를 선택적으로 다시 공냉식 응축기(300)로 재순환하기 위한 제2-1배관(410) 및 상기 제2-1배관(410)에 전자밸브(430)가 부가된 것이다.
본원 발명의 작동단계를 순차적으로 설명한다. 기타 설명되지 않은 사항들은 일반적인 냉동사이클에 준하는 것으로 이해할 수 있다. 본원 발명의 설명에 기재된 응축기는 공냉식 응축기를 의미한다.
냉매압축단계 :
본원 발명의 일 실시예에서 설명하는 공냉식 냉방기는 20hp 동력의 압축기(100)로 냉매가스를 압축한다. 압축기(100)에 의해서 압축된 가스냉매는 고온고압의 가스냉매로 변환된다. 예를 들어 20hp 기준의 압축기(100)에 의해서 냉매가스는 15~18kgf/cm2의 압력을 가진 고압의 냉매가스로 압축된다. 하절기 외기온도가 32℃ 이상시에 보통 냉매압축가스의 압력이 20㎏/㎠정도로 상승하고, 33~35℃도달하면 냉매압축가스의 압력이 21~22㎏/㎠에 이르게 된다. 압축된 냉매가스에는 오일이 포함되게 되므로, 오일을 유분리기에서 걸려서 압축기(100)로 회수된다.
냉매응축단계 :
상기 고온 고압으로 압축된 냉매가스는 제1배관(200)을 거쳐 공냉식 응축기(300)로 공급된다. 상기 압축기(100)와 공냉식 응축기(300)는 통상 실외기라고 불리는 하우징에 설치된다. 공냉식 응축기(300)는 공냉식 응축기(300)는 제1헤드(310)로부터 분기되는 복수개의 응축분기관(320)을 구비하고 각각의 응축분기관(320)은 지그재그 방식으로 배치되고, 제2헤드(311)로 연결되어 압축 냉매가스는 상기 응축분기관(320)을 거치는 동안 냉각팬(340)의 외풍에 의해 외부공기로부터 열교환되면서 공냉이 되어 응축이 일어나게 되며 제2헤드(311)를 통해서 제2배관(400)으로 안내된다. 응축기(300)는 일측과 타측에 각각 구비되는 제1헤드(310)와 제2헤드(311)가 응축분기관(320)으로 연결되되, 응축분기관(320)에는 냉각핀(330)이 결합되어 있어서 고온의 냉매가스가 빨리 냉각되도록 한다. 이와 같이, 냉각팬(340)으로 공급되는 외부의 공기에 의해서 열교환되어 고온고압의 압축냉매가스는 저온고압의 액체냉매로 냉각된다. 이때 통상적으로 응축기(300)에 의해서 고온고압의 냉매가스는 약 90℃에서 35℃ 정도로 냉각되며, 압력은 18kgf/cm2 에서 17.5kgf/cm2 로 압력강하가 발생한다.
이와 같이 응축기(300)를 거친 저온고압의 냉매는 수액기(420)에 충전된다. 수액기(420)(liquid receiver)는 응축기(300)와 팽창 밸브 사이에 설치되어 응축기(300)에서 액화된 저온·고압의 냉매액을 일시 저장하는 용기로서, 냉동 장치를 휴지할 때, 또는 저압측 수리시 냉매를 회수하여 저장한다.
응축보조단계 :
통상적으로 정상적인 응축냉매는 0.2 ~0.6 kgf/cm2 의 압력저하가 발생한다. 그러나 하절이 무더위 현상에 의해서 압축단계에서 압축냉매가스의 압력이 비정상적으로 높아지게 되고, 응축기(300)가 제 기능을 발휘하지 못하여 냉매의 응축이 미흡하여 압력저하가 미흡하게 되므로, 이때 냉동효율이 저하되고 계속된 압축기(100)의 작동으로 제반 문제가 발생한다.
본원 발명은 압축기(100)에 의해서 압축된 제1배관(200)의 압축냉매의 압력과 제2배관(400)의 응축냉매의 압력을 비교하여 그 차압이 기준값 이하인 경우에 차압스위치(440)가 작동되도록 한다.
본원 발명은 제2배관(400)과 응축기(300)의 제1헤드(310)를 연결하는 제2-1배관(410)을 연결하고, 제2배관(400)에는 차압스위치(440)에 의해서 작동되는 전자밸브(430)를 구비한다. 상기 측정된 차압이 기준값 이하인 경우에 제2배관(400)의 전자밸브(430)가 개방되고 제2-1배관(410)을 통해서 응축냉매가 응축기(300)의 제1헤드(310)로 유입된다.
다만, 이때 응축냉매는 제2-1배관(410)의 단부를 통해서 응축기(300)의 제1헤드(310)로 직접 연결되는 것이 아니라 제2-1배관(410)의 단부는 복수개의 분기배관(411)을 통해서 응축기(300)의 제1헤드(310)에 길이방향을 따라서 각각 연결되되, 제1헤드(310)에서 분기되는 응축분기관(320) 내부로 연장되도록 설치된다.
상기 제2-1배관(410)에서 분리되는 복수개의 분기배관(411)은 각각에 모세관이 구비되어 응축냉매는 상기 모세관을 거치는 과정에서 팽창을 하게 된다. 상기 모세관은 코일형태로 감겨있는 얇은 관의 형태로 이루어져 있으며, 이 모세관을 통과하는 과정에서 고압의 응축냉매가 급격하게 압력이 떨어지면서 팽창하게 되고, 응축분리관 내부에서 주위의 열을 흡수하면서 증발하게 되므로, 응축분기관(320) 내부에서 제1배관(200)으로부터 안내된 고온고압의 압축냉매를 응축시키게 된다.
즉, 본원 발명은 제2배관(400)의 응축냉매를 제2-1배관(410)을 통해서 다시 응축기(300)의 제1헤드(310)로 순환하는 과정을 거치도록 하여 응축효율을 높이는 것이 본원 발명의 기본적인 기술사상이다.
본원 발명의 특징적 구성은 응축된 냉매를 전부 팽창밸브(500)를 통해서 팽창시키지 않고, 그 중 일부를 재순환하여 공냉식 응축기(300)의 응축분기관(320)으로 유입시키는 것이다. 구체적으로 압축기(100)에 의해 압축된 냉매가스의 압력과 응축냉매의 압력, 즉 제1배관(200)의 압력과 제2배관(400)의 압력차이가 기준값이하인 경우 작동되는 차압스위치(440)를 부가하여 차압스위치(440)에 의해서 작동되는 전자밸브(430)로 제2배관(400)의 응축냉매를 제2-1배관(410)을 통해서 응축기(300)으로 재순환시킨다. 바람직하게는 상기 제2-1배관에 수동밸브(412)를 구비하여 제2-1배관을 통해서 순환되는 응축냉매의 양을 조절하는 것도 가능하다.
상기 제2-1배관(410) 단부는 복수개의 분기배관(411)으로 나뉘고 상기 복수개의 분기배관(411)들의 각 단부는 응축분기관(320) 내부로 연장되어 응축분기관(320) 내부에서 외부의 열을 흡수하여 증발되도록 하여 응축효율을 개선한다.
상기 분기배관(411)의 단부는 제1헤드(310)에 연결된 응축분기관(320)으로 연장시키기 위해서 제1헤드(310)를 관통하고 응축분기관(320) 내부까지 연장하도록 설치하는 것이 바람직하다. 이는 상기 분기배관(411)에서 나오는 팽창냉매가 제1헤드(310)에서 증발되도록 하는 것에 비하여 응축분기관(320) 내부에서 증발되도록 하는 것이 냉각팬(340)에 의한 냉각효과와 더불어 상승효과를 일으키게 되므로 응축효율을 현저하게 개선시킬 수 있게 되기 때문이다.
즉, 상기 모세관 코일을 통과하는 과정에서 재순환된 응축냉매는 제2차로 응축되게 됨으로써, 응축분기관(320) 내부에서 증발하게 되고, 응축분기관(320) 내부에서 주위의 열을 흡수하여 증발하게 됨으로 응축분기관(320) 내부의 냉매는 급격하게 냉각되면서 냉매의 응축을 촉진하게 된다.
팽창 및 증발단계 :
이렇게 하여 충분히 응축된 제2배관(400)의 응축냉매는 기준값에 이르는 정도의 강압이 발생하게 되고, 차압스위치(440)가 차단되어 응축냉매는 제2-1배관(410)으로 순환되지 않고 팽창밸브(500)로 안내된다. 상기 응축냉매는 상기 팽창밸브(500)에서 팽창하게 됨으로써 큰 표면적으로 분무된다. 상기 분무된 응축냉매는 증발기(600)에서 주위의 열을 충분히 흡수하여 증발하게 됨으로써 냉방효과를 가지게 된다. 증발기(600)에서 증발된 냉매가스는 제3배관(700) 및 액분리기(710)를 거쳐서 최초 상태의 냉매가스로 돌아오게 되고 액분리기를 거쳐서 다시 압축기(100)로 순환된다. 액분리기는 통상적인 것으로 어큐뮬레이터라고도 불린다. 액분리기의 역할은 증발기(600)에서 미처 증발하지 못한 냉매액이 압축기(100)로 들어가 액압축이 되는걸 방지해주는 안전장치이다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 : 압축기
200 : 제1배관
210 : 유분리기
300 : 응축기
400 : 제2배관
410 : 제2-1배관
411 : 분기배관, 411a : 모세관코일
412 : 수동밸브
420 : 수액기
430 : 전자밸브
440 : 차압스위치
500 : 팽창밸브
600 : 증발기
700 : 제3배관
710 : 액분리기

Claims (4)

  1. 냉매가스를 압축하는 압축기(100);
    상기 압축기(100)를 통해서 압축된 고온고압의 냉매가스를 공냉식 응축기(300)로 안내하는 제1배관(200);
    상기 제1배관(200)을 통해서 안내된 냉매를 공냉(空冷)하여 응축하는 공냉식 응축기(300);
    상기 응축기(300)를 통해서 응축된 고압의 냉매액체를 안내하는 제2배관(400);
    상기 제2배관(400)에서 안내되는 냉매액체를 팽창시키는 팽창밸브(500);
    상기 팽창밸브(500)를 통해서 팽창된 냉매가 주위의 열을 흡수하여 증발되도록 하는 증발기(600);
    를 포함하여 상기 증발기(600)에서 증발된 냉매를 다시 압축기(100)로 보내는 냉동사이클에 의해서 실내에 냉기를 공급하는 냉방기시스템에 있어서,
    상기 공냉식 응축기(300)와 상기 팽창밸브(500) 사이에 구비된 상기 제2배관(400)으로부터 응축된 냉매를 선택적으로 다시 공냉식 응축기(300)로 재순환하기 위한 전자밸브(430) 및 제2-1배관(410)이 부가되며,

    상기 제2배관(400)에서 분기되어 응축된 냉매를 다시 공냉식 응축기(300)로 안내하는 제2-1배관(410)의 단부는 복수의 분기배관(411)으로 분기되되, 상기 분기배관(411)은 중간부가 모세관코일(411a)로 형성되고, 상기 분기배관(411)의 단부는 각각 상기 공냉식 응축기(300) 헤드의 길이방향을 따라서 소정간격 이격되어 헤드를 관통하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 효율성이 개선된 공냉식 냉방기시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공냉식 응축기(300)는 상기 헤드로부터 분리되는 복수개의 응축분기관(320)을 구비하고, 상기 응축분기관(320)에는 가로지르는 복수개의 냉각핀(330)이 구비된 것으로서,
    상기 분기배관(411)의 단부는 상기 헤드를 관통하고 상기 헤드에서 분기된 상기 응축분기관(320) 내부로 연장되는 것을 특징으로 하는 효율성이 개선된 공냉식 냉방기시스템.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    제2배관(400)으로부터 응축된 냉매를 선택적으로 다시 공냉식 응축기(300)로 재순환하기 위한 제2-1배관(410) 및 상기 제2-1배관(410) 상에 구비된 전자밸브(430)는 제1배관(200)과 제2배관(400)의 냉매 압력차이를 이용한 차압스위치(440)에 의해서 개폐되는 것을 특징으로 효율성이 개선된 공냉식 냉방기시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10111029A (ja) * 1996-10-04 1998-04-28 Sanyo Electric Co Ltd 蒸気圧縮式冷凍装置
KR200323229Y1 (ko) 2003-04-21 2003-08-14 철 수 이 냉동기의 응축시스템
WO2018167866A1 (ja) * 2017-03-15 2018-09-20 三菱電機株式会社 空気調和装置

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