KR20020052817A - 열교환사이클용 팽창장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환사이클용 팽창장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 팽창장치의 외관을 구성하는 케이싱(20)의 내부에 작동유체의 팽창을 위한 숏튜브(30)를 설치하고 상기 숏튜브(30)의 팽창유로(32)를 거쳐온 작동유체의 흐름을 안내하기 위해 유동안내구(40)를 설치한다. 상기 유동안내구(40)는 유동안내판(42)을 방사상으로 일정간격으로 다수개 구비하고 있어 숏튜브(30)를 거쳐 나온 작동유체를 보다 안정되게 유동될 수 있도록 하여 냉매소음을 줄여주는 것이다. 한편, 상기 유동안내구(40)의 표면에는 유동안내판(42)상에 다수개의 엠보싱을 형성할 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면 숏튜브에서 팽창된 후 유동되는 냉매의 흐름이 보다 안정적으로 안내되어 이상소음의 발생이 줄어들게 되는 이점이 있다.

Description

열교환사이클용 팽창장치{An expansion valve of heat exchange cycle}

본 발명은 열교환사이클에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환사이클을 구성하는 팽창장치에 관한 것이다.

열교환사이클은 소정 공간과 그 주변과의 사이에서 열을 이동시켜, 상기 소정 공간을 원하는 온도로 유지시켜 주도록 하는 것으로 그 구성의 예가 도 1a 및 1b에 도시되어 있다. 본 명세서에서는 냉동사이클을 예로 들어 설명한다.

먼저, 도 1a에 도시된 열교환사이클의 구성을 살펴본다. 열교환사이클은 크게 압축기(1), 응축기(3), 모세관(5)(Capillary Tube) 및 증발기(7)로 구성된다.

상기 압축기(1)는 증발기(7)에서 기화된 냉매를 흡입하여 증발기(7) 내의 압력을 저압으로 유지시키고, 흡입된 냉매는 압축하여 고온 고압의 기체상태로 상기 응축기(3)로 밀어낸다.

상기 응축기(3)는 압축기(1)로부터 전달된 고온 고압의 기체상태의 냉매와 외부공기 사이에서 열교환이 일어나도록 하여 냉매로부터 외부공기로 열을 방출하게 된다. 이때 상기 냉매는 액화된다. 이때 상기 응축기(3)에서 외부로 전달되는 열은 증발기(1)에서 흡수한 열과 압축과정에서 생긴 열의 합과 같다.

상기 모세관(5)은 응축기(3)와 증발기(7)의 사이에 연결되며, 응축기(3)에서 액화된 고압의 액냉매를 감압하여 증발기(7)에서 증발하기 쉬운 상태로 조정하고일정한 비율로 냉매가 흐르도록 한다.

상기 증발기(7)는 상기 모세관(5)을 통해온 상대적으로 저온 저압의 냉매가 공기조화를 위한 공간의 공기와 열교환하도록 한다. 이와 같이 하여 실내 공기로부터 열을 빼앗은 상기 냉매는 기화된다.

도면 부호 2,2'는 압축기(1)의 입출구에 설치된 소음기이다.

한편, 도 1b에는 다른 종래 기술에 의한 열교환사이클이 도시되어 있다. 여기에 도시된 열교환사이클에서는 상기 모세관(5) 대신에 팽창장치로서 숏튜브(6)를 사용하고 있다. 이와 같은 숏튜브(6)의 구성은 도 2a 및 2b에 잘 도시되어 있다.

이에 도시된 바에 따르면, 응축기의 출구파이프(3')와 증발기(7)의 입구파이프(7')를 연결하도록 숏튜브(6)가 형성되는데, 상기 출구파이프(3')와 입구파이프(7')에 동시에 튜브몸체(6b)가 삽입된다. 상기 튜프몸체(6b)는 상기 파이프(3',7')와 용접되어 체결된다.

이와 같은 튜브몸체(6b)의 중앙을 길이방향으로 관통하여서는 통홀(6h)이 형성되어 있어, 상기 출구파이프(3')와 입구파이프(7')를 서로 연통시키게 된다. 이때, 상기 통홀(6h)의 직경은 상기 출구파이프(3') 및 입구파이프(7')의 직경에 비해 상대적으로 매우 작다. 도면 부호 6s는 스토퍼이다.

상기 숏튜브(6)는 상기 모세관(5)과 같이 상기 응축기(3)에서 전달되는 고압의 액냉매를 감압하여 증발기에서 증발하기 쉬운 형태로 조정하고 일정한 비율로 냉매가 흐르도록 하는 역할을 한다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉 상기 숏튜브(6)를 통과한 작동유체는 저온저압의 기체상태로 되면서 숏튜브(6) 출구부의 저압부분에서 빠른속도로 유동된다. 하지만 상기 출구부를 지난 작동유체의 유동을 안내하는 구성이 없어 작동유체가 빠른 속도로 유동함에 의해 냉매음이 많이 나게 된다. 이와 같은 냉매음은 사용자에게는 이상소음으로 작용하게 된다. 이를 해결하기 위해 압축기(1)의 입구와 출구측에 각각 소음기(2,2')를 달아주기도 하나, 이상유동(two-phase flow)의 경우에는 효과가 적다.

왜냐하면 대부분의 소음기(2,2')는 가스유동에 대해 적용되는 것이고, 팽창장치의 출구에서는 냉매의 건도가 0.2에서 0.3에 이르는 이상유동(two-phase flow)이기 때문이다. 이와 같은 경우에는 냉매유동이 아주 복잡하고 냉매의 음속도 냉매건도 및 보이드율(Void Fraction)에 따라 변화하기 때문이다. 특히 냉매의 음속은 냉매유동의 형태에 따라 좌우되는 보이드율에 영향을 받으며, 특히 보이드율이 작은 슬러그유동(Slug Flow)시에 냉매음이 많이 발생된다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열교환사이클의 팽창장치에서 발생하는 소음을 최소화하는 것이다.

도 1a는 종래 기술에 의한 열교환사이클용의 구성을 보인 구성도.

도 1b는 다른 종래 기술에 의한 열교환사이클의 구성을 보인 구성도.

도 2a는 도 1b에 도시된 숏튜브의 구성을 보인 종단면도.

도 2b는 도 1b에 도시된 숏튜브의 구성을 보인 횡단면도.

도 3은 본 발명에 의한 열교환사이클용 팽창장치의 구성을 보인 단면도.

도 4는 본 발명 실시예를 구성하는 유동안내구의 구성을 보인 사시도.

도 5는 본 발명 실시예의 유동안내구의 변형예를 보인 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 압축기2,2': 소음기

3: 응축기5: 모세관

6: 숏튜브7: 증발기

10: 모세관12: 스토퍼

20: 케이싱21: 유로

22,24: 스토퍼30: 숏튜브

32: 팽창유로34: 플랜지

40: 유동안내구42: 유동안내판

44: 엠보싱

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 양단이 열교환사이클을 구성하는 고압측 부품 및 저압측 부품과 연결되고 내부에 유로가 형성되는 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에 설치되어 상기 유로보다 직경이 작은 팽창유로를 구비하여 작동유체를 팽창시켜 주는 숏튜브와, 상기 숏튜브를통과하여 상기 저압측 부품으로 유동되는 작동유체를 안내하는 유동안내구를 포함하여 구성된다.

상기 유동안내구는 유동안내판이 방사상으로 구비되어 상기 케이싱 내부의 유로를 구획하도록 된 것으로 상기 케이싱의 내부에 고정설치된다.

상기 유동안내판의 표면에는 다수개의 엠보싱이 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 열교환사이클에서 작동유체가 팽창되어 유동되면서 발생하는 유동소음을 최소화할 수 있게 되는 이점이 있다.

이하 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 열교환사이클용 팽창장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 종래 기술의 것과 동일한 것은 동일 부호를 부여하여 설명한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바에 따르면, 응축기(3)의 출구측과 증발기(7)의 입구측과 각각 연결되는 케이싱(20)은 내부에는 이들을 연통시키는 유로(21)가 형성되어 있다. 그리고 상기 케이싱(20)의 내부에는 아래에서 설명될 유동안내구(40)의 설치를 위한 스토퍼(22,24)가 형성되어 있다. 상기 스토퍼(22,24)는 상기 케이싱(20)을 포밍하여 형성하는 것이 바람직하다.

상기 케이싱(20)의 유로(21) 내부에는 작동유체의 팽창을 위한 숏튜브(30)가 설치된다. 상기 숏튜브(30)는 그 내부에 팽창유로(32)가 형성되는데, 그 입구부에는 유동단면적이 점차로 좁아지도록 형성된 안내부(33)가 형성된다. 상기 안내부(33)중 유동단면적이 가장 좁은 부분이 상기 팽창유로(32)와 동일하게 형성된다. 여기서 상기 팽창유로(32)는 상기 유로(21)에 비해 그 직경이 매우 작게 형성된다.

그리고 상기 숏튜브(30)는 그 중간부 외주면을 둘러 형성된 플랜지(34)에 의해 상기 케이싱(20)에 체결된다. 여기서 상기 케이싱(20)은 상기 플랜지(34)를 기준으로 두부분으로 나누어 형성될 수 있다.

다음으로, 상기 스토퍼(22,24)의 사이에는 유동안내구(40)가 설치된다. 상기 유동안내구(40)는 상기 숏튜브(30)를 통과하여 나온 작동유체의 흐름을 안내하는 것으로, 상기 스토퍼(22,24)에 의해 고정된 상태로 설치된다. 이와 같은 유동안내구(40)는 다수개의 유동안내판(42)이 방사상으로 일정 간격이 되게 형성되어 구성된 것이다. 도 4에는 90도 간격으로 유동안내판(42)이 형성된 유동안내구(40)가 도시되어 있다.

한편, 도 5에는 변형된 유동안내구(40')가 도시되어 있다. 이에 따르면 유동안내구(40')의 유동안내판(42)이 60도 간격을 가지도록 방사상으로 형성되어 있다. 그리고 상기 유동안내판(42)의 표면에는 다수개의 엠보싱(44)이 형성되어 있다. 상기 엠보싱(44)는 작동유체의 유동을 난류화시켜주는 역할을 한다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 팽창장치는 상기 케이싱(20)의 숏튜브(30) 측이 상대적으로 고압측인 응축기(3) 측과 연결된다. 그리고 상기 케이싱(20)의 유동안내구(40) 측이 상대적으로 저압측인 증발기(7) 측과 연결된다.

이와 같이 연결된 상태에서 열교환사이클이 동작되면 응축기(3)에서 열교환하여 응축된 작동유체가 상기 케이싱(20) 내부의 유로(21)를 통해 유동된다. 상기 유로(21)로 유동된 작동유체는 상기 숏튜브(30)의 팽창유로(32)를 거치면서 팽창된다.

즉 상기 유로(21)의 직경보다 작은 직경을 가지는 숏튜브(30)의 팽창유로(32)를 따라 유동되어 작동유체를 감압시키는 것이다. 그리고 상기 팽창유로(32)를 통과한 작동유체는 상기 유동안내구(40)로 전달된다.

다시 말해 상기 유동안내구(40)의 유동안내판(42)는 상기 작동유체의 유동을 안내하게 된다. 이와 같이 유동안내판(42)에 의해 작동유체가 안내되면 그 유동특성이 안정화되면서 냉매음의 발생이 줄어들게 된다.

따라서 본 발명의 팽창장치에 의하면 열교환사이클의 팽창장치 하류부에서 발생되는 소음을 최소화할 수 있게 되는데, 상기 유동안내구(40)는 상기 숏튜브(30)를 통과한 작동유체가 유동되는 경로상에서 작동유체의 흐름특성을 제어하게 된다.

상기와 같이 유동안내구(40)를 지나면서 안내된 작동유체는 상기 케이싱(20)과 연결된 저압측인 증발기(7)로 전달되어 증발하면서 열교환하게 된다.

한편, 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 상기 유동안내구(40')의 유동안내판(42)의 표면에 다수개의 엠보싱(44)을 형성할 수 있는데, 이와 같이 함에 의해, 상기 유동안내판(42)에 의해 안내되어 유동되는 작동유체의 흐름이 난류화된다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 열교환사이클용 팽창장치에서는 고압에서 저압으로 급격하게 팽창되는 냉매의 흐름을 안내하기 위해 숏튜브의 후단에 유동안내구를 설치하였다. 따라서 상기 유동안내구에 의해서 팽창되어 유동되는 냉매의 흐름이 유동안내구의 유동안내판에 의해 안내되면서, 유동소음이 줄어들게 된다.

그리고 상기 유동안내구가 팽창장치에 일체로 되어 있어 분리형 공기조화기의 모세관을 대신할 수 있으므로 제품제조 작업성이 향상되고, 팽창장치의 설치를 위한 공간을 최소화하여 다른 부품의 설치를 용이하게 할 수 있게 되는 효과도 얻을 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 양단이 열교환사이클을 구성하는 고압측 부품 및 저압측 부품과 연결되고 내부에 유로가 형성되는 케이싱과,

   상기 케이싱의 내부에 설치되어 상기 유로보다 직경이 작은 팽창유로를 구비하여 작동유체를 팽창시켜 주는 숏튜브와,

   상기 숏튜브를 통과하여 상기 저압측 부품으로 유동되는 작동유체를 안내하는 유동안내구를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 열교환사이클용 팽창장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유동안내구는 유동안내판이 방사상으로 구비되어 상기 케이싱 내부의 유로를 구획하도록 된 것으로 상기 케이싱의 내부에 고정설치됨을 특징으로 하는 열교환사이클용 팽창장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유동안내판의 표면에는 다수개의 엠보싱이 형성됨을 특징으로 하는 열교환사이클용 팽창장치.