KR20010027703A

KR20010027703A - 선회관을 갖는 냉동사이클장치 및 공기조화기

Info

Publication number: KR20010027703A
Application number: KR1019990039584A
Authority: KR
Inventors: 정백영; 하도용
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2001-04-06
Also published as: KR100360233B1

Abstract

본 발명은 선회관을 갖는 냉동사이클장치 및 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 냉동사이클장치는, 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기의 토출측에 연결되어 상기 압축기로부터 제공된 냉매를 응축시키는 응축기와; 상기 응축기로부터 제공된 냉매가 증발하면서 냉각작용을 수행하는 증발기와; 상기 응축기와 상기 증발기사이에 배치되어 상기 증발기로부터의 냉매가 감압팽창되는 감압팽창장치와; 내부에 와류운동구간이 형성되도록 원통형상을 가지는 중공상의 바디와, 상기 바디의 축선방향에 가로로 상기 와류운동구간과 상호 연통되도록 형성되어 상기 압축기로부터의 냉매가 유입되는 냉매유입부와, 상기 바디의 축선방향을 따라 상기 바디의 일측 단부 중앙영역에 형성된 저온냉매토출공을 통하여 상기 와류운동구간내에서 와류운동에 의해 상기 냉매유입부로 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매를 상기 증발기로 토출되도록 하는 저온토출부와, 상기 저온토출부에 비해 반경방향을 따라 상기 바디의 내경면에 인접하도록 형성된 고온냉매토출공을 통하여 상기 냉매의 와류운동에 의해 상기 저온토출부에 비해 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 상기 응축기로 토출되도록 하는 고온토출부를 갖는 선회관을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 응축효율 및 냉각성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 압축기의 압축부하량을 저감시킬 수 있다.

Description

선회관을 갖는 냉동사이클장치 및 공기조화기{REFRIGERATING CYCLE APPARATUS HAVING VORTEX TUBE AND AIR CONDITIONER HAVING THE SAME}

본 발명은, 선회관을 갖는 냉동사이클장치 및 공기조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 냉동사이클내에서 감압팽창되는 냉매의 감압손실을 극소화하여 압축기의 압축부하량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 열교환기의 규모를 축소시킬 수 있도록 한 냉동사이클장치 및 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고 또는 공기조화기에 채용된 냉동사이클장치는, 냉매를 압축순환시키는 압축기와, 압축기로부터 압축된 냉매를 제공받아 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매가 통과하면서 감압팽창되는 팽창장치와, 팽창된 냉매가 증발하면서 냉각작용을 수행하는 증발기 등을 포함하여 구성된다.

도 1은 종래의 냉동사이클장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 냉동사이클장치는, 냉매를 압축하는 압축기(103)와, 압축기(103)로부터의 냉매를 수령하여 응축시키는 응축기(105)와, 냉매가 증발하면서 냉각작용을 수행하는 증발기(107)를 가진다.

이들은 냉매가 순환될 수 있도록 냉매배관에 의해 상호 연통되도록 결합되어 있으며, 응축기(105)와 증발기(107)사이에 형성된 냉매의 유동경로중에는 응축된 냉매가 감압팽창될 수 있도록 감압팽창장치(109)가 설치되어 있다. 여기서, 감압팽창장치(109)로는, 모세관 또는 전자팽창밸브 등이 이용되고 있다. 압축기(103)의 흡입측에는 압축기(103)에 기체상태의 냉매가 흡입될 수 있도록 하는 어큐물레이터(111)가 설치되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 어큐물레이터(111)로부터 압축기(103)로 흡입된 냉매는 압축되어 고온고압상태로 응축기(105)로 제공되고, 응축기(105)로 유입된 냉매는 방열작용을 통하여 응축되어 상온고압의 상태로 감압팽창장치(109)로 유동한다. 감압팽창장치(109)를 통과한 냉매는 심하게 교축을 받아 감압팽창되어 증발기(107)로 유입되고, 증발기(107)로 유입된 냉매는 주위의 잠열을 흡수하면서 냉각작용을 수행하게 된다.

한편, 증발기(107)를 통과한 냉매는 거의 2상(Two phase)상태로 어큐물레이터(111)로 유입된다. 어큐물레이터(111)로 유입된 냉매중 기체상태의 냉매는 압축기(103)로 흡입되고, 액체상태의 냉매는 기화된 후 압축기(103)로 흡입되어 압축된 후 냉동사이클내를 반복순환하게 된다.

그런데, 이러한 종래의 냉동사이클장치에 있어서는, 압축기(103)로부터 압축된 냉매는 열교환속도를 고려하여 적절한 규모로 각각 설계된 응축기(105) 및 증발기(107)를 경유하여 응축 및 증발작용을 수행하도록 되어 있어, 응축기(105) 및 증발기(107)의 규모를 축소하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있다.

또한, 충분한 냉각능력을 확보하기 위해서는 냉매의 흐름방향을 따라 감압팽창장치(109)의 전후에서 비교적 큰 압력강하를 필요로 하고 있어, 감압팽창장치(109)를 통과하면서 비교적 큰 압력손실이 발생하게 된다. 이에 따라, 압축기(103)의 압축부하량이 증대될 뿐만 아니라, 전체적인 냉동사이클장치의 효율이 저하되어 그 구성이 비대하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 냉매의 감압손실을 억제시켜 압축기의 압축부하량을 저감시키고 냉동시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 냉동사이클장치 및 공기조화기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 냉동시스템의 효율을 향상시켜 열교환기 등의 규모를 축소시켜 컴팩트한 구성이 가능하도록 한 냉동사이클장치 및 공기조화기를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 냉동사이클장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉동사이클장치의 개략적인 구성도,

도 3은 도 2의 선회관의 종단면도,

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 확대단면도,

도 5는 도 3의 선회관의 냉매유동상태를 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 공기조화기의 냉동사이클 구성도,

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 공기조화기의 냉동사이클 구성도,

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 공기조화기의 냉동사이클 구성도,

도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 냉동사이클장치의 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 압축기 3 : 응축기

5 : 증발기 6,8 : 조절밸브

7 : 감압팽창장치 9 : 어큐물레이터

11 : 선회관 13 : 바디

14 : 와류운동구간 16 : 냉매유입부

17 : 저온토출부 18 : 저온냉매토출공

19 : 고온토출부 20 : 고온냉매토출공

상기 목적은, 본 발명에 따라, 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기의 토출측에 연결되어 상기 압축기로부터 제공된 냉매를 응축시키는 응축기와; 상기 응축기로부터 제공된 냉매가 증발하면서 냉각작용을 수행하는 증발기와; 상기 응축기와 상기 증발기사이에 배치되어 상기 증발기로부터의 냉매가 감압팽창되는 감압팽창장치와; 내부에 와류운동구간이 형성되도록 원통형상을 가지는 중공상의 바디와, 상기 바디의 축선방향에 가로로 상기 와류운동구간과 상호 연통되도록 형성되어 상기 압축기로부터의 냉매가 유입되는 냉매유입부와, 상기 바디의 축선방향을 따라 상기 바디의 일측 단부 중앙영역에 형성된 저온냉매토출공을 통하여 상기 와류운동구간내에서 와류운동에 의해 상기 냉매유입부로 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매를 상기 증발기로 토출되도록 하는 저온토출부와, 상기 저온토출부에 비해 반경방향을 따라 상기 바디의 내경면에 인접하도록 형성된 고온냉매토출공을 통하여 상기 냉매의 와류운동에 의해 상기 저온토출부에 비해 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 상기 응축기로 토출되도록 하는 고온토출부를 갖는 선회관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 압축기와 상기 선회관사이에 형성된 냉매의 유동경로중에 배치되어 상기 냉매유입부로 유입되는 냉매량을 조절하는 제1조절밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 압축기와 상기 응축기사이에 형성된 냉매의 유동경로중에 배치되어 상기 응축기로 제공되는 냉매량을 조절함으로써 상대적으로 상기 선회관을 경유하는 냉매량이 조절되도록 하는 제2조절밸브를 더 포함하는 것이 효과적이다.

한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기의 토출측에 연결되어 상기 압축기로부터 제공된 냉매를 응축시키는 응축기와; 상기 응축기로부터 제공된 냉매가 증발하면서 냉각작용을 수행하는 증발기와; 내부에 와류운동구간이 형성되도록 원통형상을 가지는 중공상의 바디와, 상기 바디의 축선방향에 가로로 상기 와류운동구간과 상호 연통되도록 형성되어 상기 압축기로부터의 냉매가 유입되는 냉매유입부와, 상기 바디의 축선방향을 따라 상기 바디의 일측 단부 중앙영역에 형성된 저온냉매토출공을 통하여 상기 와류운동구간내에서 와류운동에 의해 상기 냉매유입부로 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매를 상기 증발기로 토출되도록 하는 저온토출부와, 상기 저온토출부에 비해 반경방향을 따라 상기 바디의 내경면에 인접하도록 형성된 고온냉매토출공을 통하여 상기 냉매의 와류운동에 의해 상기 저온토출부에 비해 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 상기 응축기의 유입측으로 토출되도록 하는 고온토출부를 갖는 선회관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 실내열교환기와; 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 실내열교환기 및 상기 압축기와 상호 연통되도록 설치되는 실외열교환기와; 상기 압축기의 흡입측 및 토출측에 연결되어 난방기능 수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실내열교환기로 제공되도록 하고, 냉방기능수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실외열교환기로 제공되도록 냉매의 유로를 절환하는 유로절환밸브와; 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기사이에 개재되어 냉매가 통과되면서 감압팽창되는 감압팽창장치와; 내부에 와류운동구간이 형성되도록 원통형상을 가지는 중공상의 바디와, 상기 바디의 축선방향에 가로로 상기 와류운동구간과 상호 연통되도록 형성되어 상기 압축기로부터의 냉매가 유입되는 냉매유입부와, 상기 바디의 축선방향을 따라 상기 바디의 일측 단부 중앙영역에 형성된 저온냉매토출공을 통하여 상기 와류운동구간내에서 와류운동에 의해 상기 냉매유입부로 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매를 난방기능수행시 상기 실내열교환기의 유출측으로 토출되도록 하는 저온토출부와, 상기 저온토출부에 비해 반경방향을 따라 상기 바디의 내경면에 인접하도록 형성된 고온냉매토출공을 통하여 상기 냉매의 와류운동에 의해 상기 저온토출부에 비해 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 난방기능시 상기 응축기로 토출되도록 하는 고온토출부를 갖는 선회관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기가 제공된다.

여기서, 상기 압축기의 토출측과 상기 선회관사이에 형성된 냉매의 유동경로중에 배치되어 상기 선회관으로부 유입되는 냉매량을 조절하는 조절밸브를 더 포함하는 것이 효과적이다.

한편, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 실내열교환기와; 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 실내열교환기 및 상기 압축기와 상호 연통되도록 설치되는 실외열교환기와; 상기 압축기의 흡입측 및 토출측에 연결되어 난방기능 수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실내열교환기로 제공되도록 하고, 냉방기능수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실외열교환기로 제공되도록 냉매의 유로를 절환하는 유로절환밸브와; 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기사이에 개재되어 냉매가 통과되면서 감압팽창되는 감압팽창장치와; 내부에 와류운동구간이 형성되도록 원통형상을 가지는 중공상의 바디와, 상기 바디의 축선방향에 가로로 상기 와류운동구간과 상호 연통되도록 형성되어 상기 압축기로부터의 냉매가 유입되는 냉매유입부와, 상기 바디의 축선방향을 따라 상기 바디의 일측 단부 중앙영역에 형성된 저온냉매토출공을 통하여 상기 와류운동구간내에서 와류운동에 의해 상기 냉매유입부로 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매를 난방기능수행시 상기 실외열교환기로 토출되도록 하는 저온토출부와, 상기 저온토출부에 비해 반경방향을 따라 상기 바디의 내경면에 인접하도록 형성된 고온냉매토출공을 통하여 상기 냉매의 와류운동에 의해 상기 저온토출부에 비해 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 난방기능시 상기 실내열교환기로 토출되도록 하는 고온토출부를 갖는 선회관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기가 제공된다.

또한, 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 실내열교환기와; 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 실내열교환기 및 상기 압축기와 상호 연통되도록 설치되는 실외열교환기와; 상기 압축기의 흡입측 및 토출측에 연결되어 난방기능 수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실내열교환기로 제공되도록 하고, 냉방기능수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실외열교환기로 제공되도록 냉매의 유로를 절환하는 제1유로절환밸브와; 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기사이에 개재되어 냉매가 통과되면서 감압팽창되는 감압팽창장치와; 내부에 와류운동구간이 형성되도록 원통형상을 가지는 중공상의 바디와, 상기 바디의 축선방향에 가로로 상기 와류운동구간과 상호 연통되도록 형성되어 상기 압축기로부터의 냉매가 유입되는 냉매유입부와, 상기 바디의 축선방향을 따라 상기 바디의 일측 단부 중앙영역에 형성된 저온냉매토출공을 통하여 상기 와류운동구간내에서 와류운동에 의해 상기 냉매유입부로 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매가 토출되는 저온토출부와, 상기 저온토출부에 비해 반경방향을 따라 상기 바디의 내경면에 인접하도록 형성된 고온냉매토출공을 통하여 상기 냉매의 와류운동에 의해 상기 저온토출부에 비해 상대적으로 고온을 가지는 냉매가 토출되는 고온토출부를 갖는 선회관과; 상기 저온토출부와 상기 실내열교환기를 연결하는 제1유로와, 상기 고온토출부와 상기 실외열교환기를 연결하는 제2유로중에 동시에 개재되어 상기 선회관으로부터 토출되는 냉매중 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 선택적으로 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기중 어느 하나로 제공되도록 하는 제2유로조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기가 제공된다.

여기서, 상기 냉매유입부로 유입되는 냉매량을 조절하는 조절밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉동사이클장치의 개략적인 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 냉동사이클장치는, 냉매를 압축하는 압축기(1)와, 압축기(1)로부터 냉매를 수령하여 방열을 통해 응축하는 응축기(3)와, 압축기(1) 및 응축기(3)와 상호 연통되도록 설치되어 냉각작용을 수행하는 증발기(5)와, 압축기(1)로부터 토출된 냉매를 수령하여 냉매의 와류운동에 의해 일측으로 토출되는 저온의 냉매를 증발기(5)로 제공하고 타측으로 토출되는 고온의 냉매를 증발기(5)로 제공하는 선회관(11)을 가진다.

응축기(3)와 증발기(5)사이에는 냉매가 통과하면서 감압팽창될 수 있도록 하는 감압팽창장치(7)가 설치되어 있으며, 증발기(5)와 압축기(1)사이에는 압축기(1)로 기체상태의 냉매가 흡입될 수 있도록 어큐물레이터(9)가 설치되어 있다. 여기서, 감압팽창장치(7)로는 모세관 또는 냉매유로의 개도를 조절할 수 있는 전자팽창밸브 등으로 구성할 수 있다.

한편, 압축기(1)의 토출측에는 압축된 고온고압의 기체상태의 냉매중 일부는 응축기(3)로 제공되고, 일부는 선회관(11)으로 제공될 수 있도록 제1 및 제2분기유로(2,4)가 각각 형성되어 있다. 각 분기유로(2,4)에는 해당 분기유로의 개도를 조절할 수 있도록 조절밸브(6,8)가 각각 구비되어 있다.

도 3은 도 2의 선회관의 종단면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 확대단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 선회관(11)은, 내부에 와류운동(Vortex Motion)에 의한 냉매의 에너지전이가 발생되는 와류운동구간(14)을 형성하도록 원통형상을 가지는 바디(13)와, 바디(13)의 일단에 냉매의 와류운동에 의한 에너지전이로 압축기(1)로부터 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매가 토출되는 저온토출부(17)와, 상대적으로 고온의 냉매가 토출되는 고온토출부(19)를 가진다. 바디(13)에는 바디(13) 축선방향에 가로로 상호 회전대칭을 이루도록 배치되어 압축기(1)로부터의 압축된 냉매가 유입될 수 있도록 한 쌍의 냉매유입부(16)가 형성되어 있으며, 냉매유입부(16)측에는 저온토출부(17)가 인접형성되어 있다.

저온토출부(17)는 냉매의 와류운동구간(14)의 일측에 배치되며 중앙영역에는 저온의 냉매가 토출될 수 있도록 저온냉매토출공(18)이 형성되어 있다.

고온토출부(19)는 냉매의 와류운동구간(14)을 사이에 두고 저온토출부(17)의 대향측에 배치되며, 중앙영역에는 거의 삼각단면형상을 가지고 냉매유입부(16)를 통해 바디(13)내로 유입되어 와류운동에 의한 에너지전이로 온도가 더욱 상승된 고온상태로 유동하는 냉매를 안내하는 안내경사부(21)가 형성되어 있다. 이 안내경사부(21)와 바디(13)의 단부사이에는 고온의 냉매가 토출될 수 있도록 복수의 고온냉매토출공(20)이 둘레방향을 따라 형성되어 있다.

도 5는 도 3의 선회관의 냉매유동상태를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 압축기(1)로부터 압축된 고온고압상태의 냉매는 상호 회전대칭되도록 배치된 냉매유입부(16)를 통해 바디(13)내로 유입된다. 바디(13)의 내부로 유입된 냉매는 와류운동을 하게 되고, 흐름방향을 전환하여 자유와류(Free Vortex)를 유지하면서 고온토출부(19)측으로 유동하게 된다. 고온토출부(19)측으로 유동한 냉매중 일부는 고온토출공(20)을 통해 외부로 배출되고, 일부는 내부에 강제와류(Forced Vortex)를 형성하여 반대측 즉, 저온토출부(17)측으로 유동하게 된다.

이 때, 강제와류시 및 자유와류시의 냉매의 각속도는 상호 동일하므로 내부의 강제와류상태의 냉매는 각운동량을 손실한 상태로 저온토출공(18)을 통해 배출된다. 내부의 강제와류를 형성하는 냉매로부터 손실된 각운동량에너지는 외부의 자유와류를 형성하는 냉매에 열로서 전달됨으로써, 와류운동구간(14)내의 바디(13)의 내경측의 냉매는 온도가 상승하게 되고 바디(13)의 중심영역의 냉매는 온도가 하강하게 된다.

이러한 구성에 의하여, 압축기(1)에 의해 압축되어 고온고압상태의 냉매중 일부는 제1분기로(2)를 통해 응축기(3)로 유입되고, 일부의 냉매는 제2분기유로(4)로 유입되어 냉매유입부(16)를 통하여 선회관(11)내로 유입된다. 선회관(11)내로 유입된 냉매는 와류운동에 의한 에너지전이로 일부는 온도가 상승하여 고온토출부(19)를 통해 응축기(3)로 토출되고, 일부는 저온토출부(17)를 통하여 감압팽창되어 저온상태로 증발기(5)로 제공된다.

응축기(3)로 유입된 냉매는 방열작용을 통해 응축되고 감압팽창장치(7)를 통과하면서 감압팽창되어 저온토출부(17)를 통해 배출된 저온기체상태의 냉매와 혼합되어 증발기(5)로 유입된다. 증발기(5)로 유입된 냉매는 주위의 증발잠열을 흡수하여 냉각작용을 수행하고 어큐물레이터(9)를 통해 압축기(1)로 다시 유입된 후, 압축되어 반복순환된다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 공기조화기의 냉동사이클 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기(31)와, 실외열교환기(33)와, 압축기(31) 및 실외열교환기(33)와 상호 연통되도록 설치되는 실내열교환기(35)와, 압축기(31)의 흡입측에 설치되는 어큐물레이터(39)와, 압축기(31)의 토출측과 어큐물레이터(39)의 흡입측에 동시에 설치되어 냉방기능수행시 및 난방기능수행시 압축기(31)로부터 토출되는 냉매의 유로를 절환하는 유로절환밸브(38)를 가진다. 실외열교환기(33)와 실내열교환기(35)사이에 형성된 냉매의 유로중에는 감압팽창장치(37)가 구비되어 있다.

한편, 압축기(31)의 토출측에는 도 2 내지 도 5와 관련하여 설명한 선회관(11)과 거의 동일한 구성을 갖는 선회관(41)의 냉매유입부(46)가 접속되어 있으며, 선회관(41)의 냉매유입부(46)에는 냉매유입부(46)로 유입되는 냉매를 개폐할 수 있도록 개폐밸브(36)가 마련되어 있다. 선회관(11)의 고온토출부(49)는 난방기능수행시 고온의 냉매를 실외열교환기(33)로 제공할 수 있도록 실외열교환기(33)와 상호 연통되도록 설치되며, 저온토출부(47)는 어큐물레이터(39)의 흡입측에 상호 연통되도록 연결되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 도시 않은 제어부는, 난방기능수행시 압축기(31)로부터 토출된 고온의 냉매를 실내열교환기(35)로 제공될 수 있도록 유로절환밸브(38)를 제어하여 냉매의 유로를 절환하고, 실내열교환기(35)에서 열교환된 냉매는 감압팽창장치(37)를 경유하여 실외열교환기(33)로 제공된다.

한편, 제어부는, 사용도중 외기온도가 영하로 되어 실외열교환기(33)의 표면에 수분이 응결될 경우, 선회관(41)의 냉매유입부(46)에 마련된 개폐밸브(36)를 개방하여 압축기(31)로부터의 냉매가 선회관(41)으로 유입되도록 한다. 선회관(41)으로 유입된 냉매중 일부는 저온토출부(47)를 통해 어큐물레이터(39)의 흡입측으로 제공되고, 고온토출부(49)를 통하여 배출된 고온의 냉매는 실외열교환기(33)로 제공되어 실외열교환기(33)의 제상작용을 수행하게 된다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 공기조화기의 냉동사이클 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예의 공기조화기는, 도 6과 관련하여 설명한 공기조화기와 거의 동일한 구성을 가지며, 동일 및 동일 상당부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하며 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 압축기(31)의 토출측으로부터 분기된 분기유로에는 선회관(41)의 냉매유입부(46)가 접속되어 있다. 선회관(41)의 저온토출부(47)는 난방기능시 냉매의 흐름방향을 따라 실외열교환기(33)의 유입측에 상호 연통되도록 연결되어 있으며, 고온토출부(49)는 실내열교환기(35)의 유입측에 상호 연통되도록 연결되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 난방기능수행시, 압축기(31)로부터 토출된 고온고압상태의 냉매중 일부는 유로절환밸브(38)에 의해 형성된 유로를 따라 실내열교환기(35)로 제공되고, 일부는 냉매유입부(46)를 통해 선회관(41)내로 유입된다. 선회관(41)내로 유입된 냉매중 일부는 온도가 더욱 상승되어 고온토출부(49)를 통하여 실내열교환기(35)로 제공되어 난방효율을 상승시키게 되고, 일부는 저온토출부(47)를 통하여 실외열교환기(33)의 유입측으로 제공된다.

실내열교환기(35)로 유입된 냉매는 열교환되어 감압팽창장치(37)를 통하여 감압팽창된 후, 선회관(41)의 저온토출부(47)로부터 제공된 냉매와 혼합되어 실외열교환기(33)로 유입된다. 실외열교환기(33)를 경유한 냉매는 유로절환밸브(38)를 거쳐 어큐물레이터(39)의 흡입측으로 유입된 후, 압축기(31)로 흡입되어 압축순환된다.

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 공기조화기의 냉동사이클 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예의 공기조화기는, 도 6 및 도 7과 관련하여 설명한 공기조화기와 거의 동일한 구성을 가지며, 동일 및 동일상당부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하며 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 실시예의 공기조화기는, 압축기(31)의 토출측에 냉매유입부(46)가 접속된 선회관(41)이 설치되어 있으며, 선회관(41)의 고온토출부(49) 및 저온토출부(47)에는 제2유로절환밸브(45)의 유입측이 연결되어 있다. 제2유로절환밸브(45)의 유출측의 일단은, 난방기능수행시 냉매의 흐름방향을 따라 실내열교환기(35)의 유입측에 상호 연통되도록 연결되어 있으며, 유출측의 또 다른 일단은, 실외열교환기(33)의 유입측과 감압팽창장치(37)사이에 상호 연통되도록 설치되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 난방기능수행시, 도시 않은 제어부는 제1유로절환밸브(38)를 제어하여 압축기(31)로부터 토출된 고온고압상태의 냉매중 일부가 실내열교환기(35)로 제공되도록 하고, 제2유로절환밸브(45)를 제어하여 고온토출부(49)를 통하여 토출된 냉매가 실내열교환기(35)로 제공되도록 함으로써 난방효율이 향상되도록 하고, 저온토출부(47)를 통해 토출된 냉매는 실외열교환기(33)의 유입측으로 제공되도록 한다.

그리고, 난방기능수행시, 외기온도가 영하로 되어 실외열교환기(33)의 표면에 수분이 응결될 경우, 제어부는 제2유로절환밸브(45)를 제어하여 고온토출부(49)를 통하여 토출되는 고온의 냉매를 실외열교환기(33)로 제공되도록 함으로써, 실외열교환기(33)의 제상작용이 수행되도록 한다.

한편, 냉방기능수행시에는, 제어부는 선회관(41)으로 냉매의 유입이 차단되도록 개폐밸브(36)를 제어한다.

도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 냉동사이클장치의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 냉동사이클장치는, 냉매를 압축하는 압축기(61)와, 압축기(61)로부터 압축된 냉매를 수령하여 응축시키는 응축기(63)와, 이들 압축기(61) 및 응축기(63)와 상호 연통되도록 설치되어 냉각작용을 수행하는 증발기(65)를 가진다.

한편, 응축기(63)의 유출측에는 냉매를 감압팽창하여 증발기(65)로 제공할 수 있도록 선회관(71)이 설치되어 있다. 선회관(71)의 저온토출부(77)는 증발기(65)의 유입측과 상호 연통되도록 연결되어 있으며, 고온토출부(79)는 응축기(63)의 유입측에 상호 연통되도록 연결되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 압축기(61)로부터 압축된 고온고압상태의 냉매는 선회관(71)의 냉매유입부(76)를 통하여 선회관(71)의 내부로 유입되어 와류운동을 하게 된다. 와류운동을 통한 에너지전이로 온도가 상승된 고온상태의 냉매는 고온토출부(79)를 통하여 응축기(63)로 제공되고, 온도가 강하된 저온상태의 냉매는 저온토출부(77)를 통하여 감압 및 팽창되어 증발기(65)로 제공된다.

증발기(65)로 유입된 냉매는 주위의 잠열을 흡수하여 냉각작용을 수행하고 어큐물레이터(69)로 유입된다. 어큐물레이터(69)로부터 흡입된 기체상태의 냉매는 다시 압축기(61)로 흡입되어 압축되고 선회관(71), 응축기(63) 및 증발기(65)를 경유하여 반복순환된다.

전술 및 도시한 실시예에서는 압축기로부터 토출되어 선회관으로 유입되는 냉매량을 조절할 수 있도록 조절밸브를 구성하여 설명하고 있지만, 선회관의 냉매유입부(46)측과 응축기(33)(또는 실외열교환기)측으로 각각 분기된 분기관의 관경을 조절함으로써, 압축기로부터 토출되는 냉매가 적절히 분배되도록 할 수도 있다.

전술 및 도시한 실시예에서는, 설명의 편의상 단일의 실내열교환기(또는 증발기)를 갖는 냉동사이클을 구성하여 설명하고 있지만, 복수의 실내열교환기를 가지도록 구성할 수 있음은 물론이다.

전술 및 도시한 실시예들에서는, 모두 선회관의 일측에 저온토출부를 형성하고, 대향측에 고온토출부가 형성된 소위 대향류식 선회관(Counter Flow Tube)으로 구성하여 설명하고 있지만, 냉매유입부의 대향측단에 고온토출부를 형성하고 고온토출부의 중심영역에 저온토출부를 형성시킨 소위 단류식 선회관으로 구성할 수 있음은 물론이다.

도 6 내지 도 8과 관련하여 설명한 실시예들에 있어서는, 난방기능수행시 시스템의 효율을 향상시킬 수 있도록 분기유로 등을 구성하여 설명하고 있지만, 다른 실시예들을 참조하여 냉매의 분기유로를 적절히 형성하고, 각 분기유로로 냉매가 적절히 공급될 수 있도록 유로절환밸브를 설치하여 냉방기능수행시에도 전체적인 냉동시스템의 효율이 향상되도록 할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 냉동사이클중에 유체의 와류운동에 기인한 에너지전이를 통해 고온측과 저온측으로 각각 분리토출하는 선회관을 배치하여, 압축기로부터 제공된 냉매를 각각 고온측과 저온측으로 분리토출시키고 이들 냉매를 응축기 및 열교환기로 각각 제공되도록 함으로써, 냉동사이클의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있는 냉동사이클장치 및 공기조화기가 제공된다. 이러한 효율향상에 따라, 응축기 및 증발기의 규모를 축소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 압축기의 압축부하량을 감소시킬 수 있어 압축기의 저용량 설계가 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 압축기의 토출측에 선회관을 설치하여 분리토출된 냉매를 각각 응축기 및 증발기로 제공되도록 함으로써 종래의 모세관 또는 전자팽창밸브 등으로 구성되는 감압팽창장치를 제거할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따르면, 압축기로부터 토출되어 선회관을 통해 각각 토출된 냉매중 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 실내열교환기로 제공되도록 할 경우, 난방효율을 향상시킬 수 있는 공기조화기가 제공된다.

한편, 고온을 가지는 냉매를 실외열교환기로 제공되도록 할 경우, 실외열교환기의 제상작용을 수행하도록 할 수 있는 공기조화기가 제공되며, 선회관으로부터 토출되는 고온의 냉매를 실내열교환기와 실내열교환기중 어느 하나로 선택적으로 제공되도록 할 경우, 난방효율 향상 및 제상작용을 선택적으로 수행할 수 있도록 한 공기조화기가 제공된다.

Claims

냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기의 토출측에 연결되어 상기 압축기로부터 제공된 냉매를 응축시키는 응축기와; 상기 응축기로부터 제공된 냉매가 증발하면서 냉각작용을 수행하는 증발기와; 상기 응축기와 상기 증발기사이에 배치되어 상기 증발기로부터의 냉매가 감압팽창되는 감압팽창장치와; 내부에 와류운동구간이 형성되도록 원통형상을 가지는 중공상의 바디와, 상기 바디의 축선방향에 가로로 상기 와류운동구간과 상호 연통되도록 형성되어 상기 압축기로부터의 냉매가 유입되는 냉매유입부와, 상기 바디의 축선방향을 따라 상기 바디의 일측 단부 중앙영역에 형성된 저온냉매토출공을 통하여 상기 와류운동구간내에서 와류운동에 의해 상기 냉매유입부로 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매를 상기 증발기로 토출되도록 하는 저온토출부와, 상기 저온토출부에 비해 반경방향을 따라 상기 바디의 내경면에 인접하도록 형성된 고온냉매토출공을 통하여 상기 냉매의 와류운동에 의해 상기 저온토출부에 비해 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 상기 응축기로 토출되도록 하는 고온토출부를 갖는 선회관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
제1항에 있어서,

상기 압축기와 상기 선회관사이에 형성된 냉매의 유동경로중에 배치되어 상기 냉매유입부로 유입되는 냉매량을 조절하는 제1조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
제1항에 있어서,

상기 압축기와 상기 응축기사이에 형성된 냉매의 유동경로중에 배치되어 상기 응축기로 제공되는 냉매량을 조절함으로써 상대적으로 상기 선회관을 경유하는 냉매량이 조절되도록 하는 제2조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기의 토출측에 연결되어 상기 압축기로부터 제공된 냉매를 응축시키는 응축기와; 상기 응축기로부터 제공된 냉매가 증발하면서 냉각작용을 수행하는 증발기와; 내부에 와류운동구간이 형성되도록 원통형상을 가지는 중공상의 바디와, 상기 바디의 축선방향에 가로로 상기 와류운동구간과 상호 연통되도록 형성되어 상기 압축기로부터의 냉매가 유입되는 냉매유입부와, 상기 바디의 축선방향을 따라 상기 바디의 일측 단부 중앙영역에 형성된 저온냉매토출공을 통하여 상기 와류운동구간내에서 와류운동에 의해 상기 냉매유입부로 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매를 상기 증발기로 토출되도록 하는 저온토출부와, 상기 저온토출부에 비해 반경방향을 따라 상기 바디의 내경면에 인접하도록 형성된 고온냉매토출공을 통하여 상기 냉매의 와류운동에 의해 상기 저온토출부에 비해 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 상기 응축기의 유입측으로 토출되도록 하는 고온토출부를 갖는 선회관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
실내열교환기와; 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 실내열교환기 및 상기 압축기와 상호 연통되도록 설치되는 실외열교환기와; 상기 압축기의 흡입측 및 토출측에 연결되어 난방기능 수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실내열교환기로 제공되도록 하고, 냉방기능수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실외열교환기로 제공되도록 냉매의 유로를 절환하는 유로절환밸브와; 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기사이에 개재되어 냉매가 통과되면서 감압팽창되는 감압팽창장치와; 내부에 와류운동구간이 형성되도록 원통형상을 가지는 중공상의 바디와, 상기 바디의 축선방향에 가로로 상기 와류운동구간과 상호 연통되도록 형성되어 상기 압축기로부터의 냉매가 유입되는 냉매유입부와, 상기 바디의 축선방향을 따라 상기 바디의 일측 단부 중앙영역에 형성된 저온냉매토출공을 통하여 상기 와류운동구간내에서 와류운동에 의해 상기 냉매유입부로 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매를 난방기능수행시 상기 실내열교환기의 유출측으로 토출되도록 하는 저온토출부와, 상기 저온토출부에 비해 반경방향을 따라 상기 바디의 내경면에 인접하도록 형성된 고온냉매토출공을 통하여 상기 냉매의 와류운동에 의해 상기 저온토출부에 비해 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 난방기능시 상기 응축기로 토출되도록 하는 고온토출부를 갖는 선회관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제5항에 있어서,

상기 압축기의 토출측과 상기 선회관사이에 형성된 냉매의 유동경로중에 배치되어 상기 선회관으로부 유입되는 냉매량을 조절하는 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
실내열교환기와; 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 실내열교환기 및 상기 압축기와 상호 연통되도록 설치되는 실외열교환기와; 상기 압축기의 흡입측 및 토출측에 연결되어 난방기능 수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실내열교환기로 제공되도록 하고, 냉방기능수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실외열교환기로 제공되도록 냉매의 유로를 절환하는 유로절환밸브와; 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기사이에 개재되어 냉매가 통과되면서 감압팽창되는 감압팽창장치와; 내부에 와류운동구간이 형성되도록 원통형상을 가지는 중공상의 바디와, 상기 바디의 축선방향에 가로로 상기 와류운동구간과 상호 연통되도록 형성되어 상기 압축기로부터의 냉매가 유입되는 냉매유입부와, 상기 바디의 축선방향을 따라 상기 바디의 일측 단부 중앙영역에 형성된 저온냉매토출공을 통하여 상기 와류운동구간내에서 와류운동에 의해 상기 냉매유입부로 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매를 난방기능수행시 상기 실외열교환기로 토출되도록 하는 저온토출부와, 상기 저온토출부에 비해 반경방향을 따라 상기 바디의 내경면에 인접하도록 형성된 고온냉매토출공을 통하여 상기 냉매의 와류운동에 의해 상기 저온토출부에 비해 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 난방기능시 상기 실내열교환기로 토출되도록 하는 고온토출부를 갖는 선회관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
실내열교환기와; 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 실내열교환기 및 상기 압축기와 상호 연통되도록 설치되는 실외열교환기와; 상기 압축기의 흡입측 및 토출측에 연결되어 난방기능 수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실내열교환기로 제공되도록 하고, 냉방기능수행시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 실외열교환기로 제공되도록 냉매의 유로를 절환하는 제1유로절환밸브와; 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기사이에 개재되어 냉매가 통과되면서 감압팽창되는 감압팽창장치와; 내부에 와류운동구간이 형성되도록 원통형상을 가지는 중공상의 바디와, 상기 바디의 축선방향에 가로로 상기 와류운동구간과 상호 연통되도록 형성되어 상기 압축기로부터의 냉매가 유입되는 냉매유입부와, 상기 바디의 축선방향을 따라 상기 바디의 일측 단부 중앙영역에 형성된 저온냉매토출공을 통하여 상기 와류운동구간내에서 와류운동에 의해 상기 냉매유입부로 유입된 냉매에 비해 상대적으로 저온을 가지는 냉매가 토출되는 저온토출부와, 상기 저온토출부에 비해 반경방향을 따라 상기 바디의 내경면에 인접하도록 형성된 고온냉매토출공을 통하여 상기 냉매의 와류운동에 의해 상기 저온토출부에 비해 상대적으로 고온을 가지는 냉매가 토출되는 고온토출부를 갖는 선회관과; 상기 저온토출부와 상기 실내열교환기를 연결하는 제1유로와, 상기 고온토출부와 상기 실외열교환기를 연결하는 제2유로중에 동시에 개재되어 상기 선회관으로부터 토출되는 냉매중 상대적으로 고온을 가지는 냉매를 선택적으로 상기 실내열교환기 및 상기 실외열교환기중 어느 하나로 제공되도록 하는 제2유로조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제8항에 있어서,

상기 냉매유입부로 유입되는 냉매량을 조절하는 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.