KR20090031135A - 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 유로를 통해 열교환기 내부로 유입되는 냉매의 유량 편차가 작도록 하는 냉매분배기를 가지는 공기조화기에 관한 것이다.

본 발명은, 열교환기가 구비되는 공기조화기에 있어서, 상기 열교환기의 일단에는, 열교환기 내부로 유입되는 냉매를 다수의 유로로 분배하는 냉매분배기(300)가 구비되며; 상기 냉매분배기(300)는, 냉매의 유동속도를 증가시키는 가속수단(310)과, 상기 가속수단(310)을 통과한 냉매의 분포를 균일하게 하는 분배수단(320);을 포함하는 구성을 가진다. 이와 같은 공기조화기에 의하면, 열교환 성능이 향상되는 이점이 있다.

공기조화기, 실외기, 냉매분배기, 열교환기, 완충

Description

공기조화기{air-conditioner}

본 발명은 다수의 유로를 통해 열교환기 내부로 유입되는 냉매의 유량 편차가 작도록 하는 냉매분배기를 가지는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화기는 실내의 더운 공기를 흡입하여 저온의 냉매로 열교환한 후 이를 실내로 토출하는 반복작용에 의해 실내를 냉방시키거나 또는 반대작용에 의해 실내를 난방시키는 냉/난방 시스템으로서, 압축기-응축기-팽창밸브-증발기로 이루어져 일련의 사이클을 형성하는 기기이다.

그리고, 주지된 바와 같이 공기조화기는 실외기와 실내기가 각각 분리되어 설치되는 분리형 공기조화기와, 실외기와 실내기가 일체로 설치되는 일체형 공기조화기로 크게 구분할 수 있다.

또한, 최근에는 가정에 2대 이상의 공기조화기를 설치하고자 할 때나 여러개의 사무실을 구비한 건물에서 각 사무실마다 공기조화기를 설치하고자 할 때 효과적으로 적용할 수 있는 멀티형 공기조화기가 출시되고 있다. 이러한 멀티형 공기조화기는 하나의 실외기에 복수개의 실내기를 연결하여, 분리형 공기조화기를 여러대 설치한 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 것이다.

한편, 공기조화기에 구비되는 열교환기는 일반적으로 넓은 면적을 가지므로, 이러한 열교환기는 냉매분배기(distributor)를 통해 열교환기의 다수 부분에 동시에 냉매가 공급되는 구조를 가진다.

그러나, 이러한 냉매분배기를 통과하여 다수의 유로로 분배되는 냉매는 그 편차가 심하다. 즉, 하중이나 냉매의 유입 방향 또는 가속도 등에 의해 특정 유로로 냉매의 흐름이 편향되는 현상이 발생한다.

따라서, 이러한 냉매의 편류에 의해 열교환기의 효율이 저하되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 냉매분배기에 완충지역을 형성하여 열교환기로 유입되는 냉매가 유로에 관계없이 골고루 투입되도록 하는 것이다.

본 발명은, 열교환기가 구비되는 공기조화기에 있어서, 상기 열교환기의 일단에는, 열교환기 내부로 유입되는 냉매를 다수의 유로로 분배하는 냉매분배기가 구비되며; 상기 냉매분배기는, 냉매의 유동속도를 증가시키는 가속수단과, 상기 가속수단을 통과한 냉매의 분포를 균일하게 하는 분배수단;을 포함하는 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 공기조화기에서는, 열교환기로 유입되는 냉매는 냉매분배기에 의해 다수의 유로로 나누어지며, 이러한 상기 냉매분배기는, 냉매의 유동속도를 증가시키는 가속수단과, 상기 가속수단을 통과한 냉매를 감압하여 분배하는 분배수단 등으로 이루어진다. 따라서, 열교환기로 유입되는 냉매가 완충지역을 통과하면서 감압되므로 다수의 유로로 냉매가 골고루 유입되는 이점이 있다.

또한, 본 발명에서의 냉매분배기는, 구속수단과 분배수단으로 이루어지며, 이러한 분배수단과 가속수단은 끼워맞춤 또는 용접에 의해 체결된다. 따라서, 냉매분배기의 제조가 편리해지는 이점이 있다. 즉, 내부의 유로 형성이 보다 용이한 이 점이 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 열교환기 각 부분으로 유입되는 냉매의 편차가 줄어들게 되므로, 공기조화기의 성능이 향상되는 효과를 가져온다.

이하 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 의한 일 실시예인 멀티형 공기조화기의 블록구성도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 실외기(100)에는 실외열교환기(110)와 실외전자밸브(112, LEV:linear expansion valve, 이하 '실외LEV'라 한다.) 그리고 정속압축기(120) 및 인버터압축기(120'), 어큐뮬레이터(132) 등이 구비되고, 실내기(200)에는 실내열교환기(202), 팽창밸브(204) 등이 구비된다.

그리고, 멀티형 공기조화기에서는 하나 또는 둘 이상의 실외기(100)에 다수의 실내기(200)가 연결되어 있는데, 실외기(100)와 실내기(200) 사이에는 액체냉매가 흐르는 단일배관인 공통액관(210)과, 기체냉매가 흐르는 단일배관인 공통기관(212)이 연통되게 형성된다. 그리고 둘 이상의 실외기(100) 사이에는 냉매의 균형을 유지시키기 위한 고저압공통관(214)이 연통되게 설치된다.

상기 고저압공통관(214)은 다수의 실외기(100)에 구비되는 상기 실외열교환기(110)의 입구측이 서로 연통되도록 설치되어 실외기(100) 상호간에 냉매의 균형이 유지되도록 한다. 한편 다수의 실외기(100) 중 사용되지 않는 실외기(100)의 실 외열교환기(110)에도 냉매가 유입되도록 함으로서 전체적으로 열교환효율이 향상되는 효과를 가져오게 된다. 그리고 상기 고저압공통관(214)에는 냉방 또는 난방 작용에 따라 고압 또는 저압의 냉매가 흐르게 된다.

상기 실내기(200)에는 액체냉매가 흐르는 분지액관(210')과, 기체냉매가 흐르는 분지기관(212')이 각각 형성되며, 이러한 분지액관(210')과 분지기관(212')은 상기 공통액관(210)과 공통기관(212)과 연통된다.

그리고 상기와 같은 다수의 분지액관(210')과 분지기관(212')은 연결되는 실내기(200)의 용량에 따라 그 직경이 각각 상이하게 된다.

상기 실외기(100)에는 액체냉매가 흐르는 실외액관(210")과, 기체냉매가 흐르는 실외기관(212")이 각각 형성되며, 이러한 실외액관(210")과 실외기관(212")은 상기 공통액관(210)과 공통기관(212)과 연통된다.

한편, 상기 실외기(100)의 실외열교환기(110)로 유입되는 냉매는 다수의 유로를 통해 실외열교환기(110)의 여러 부분으로 유입된다. 따라서, 이러한 실외열교환기(110)의 입구측에는 냉매분배기(300)가 구비된다.

상기 냉매분배기(300)는 상기 실외열교환기(110)로 유입되는 냉매가 여러 부분으로 나누어지도록 하는 것으로, 이러한 냉매분배기(300)를 통과한 냉매는 상기 실외열교환기(110)의 여러 부분으로 골고루 동시에 유입된다.

도 2 내지 도 5에는 상기 냉매분배기(300)의 구성이 도시되어 있다. 즉, 도 2와 도 3에는 상기 냉매분배기(300)의 사시도 및 정단면도가 도시되어 있으며, 도 4 및 도 5에는 상기 냉매분배기를 구성하는 분배수단과 가속수단의 단면이 도시되 어 있다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 상기 냉매분배기(300)는, 냉매의 유동속도를 증가시키는 가속수단(310)과, 상기 가속수단(310)을 통과한 냉매의 분포를 균일하게 하는 분배수단(320) 등으로 구성된다.

상기 가속수단(310)은 파이프(pipe) 형상으로 이루어지며, 상기 분배수단(320)은 좌측이 더 큰 직경을 가지는 나팔관 형상을 가진다.

상기 가속수단(310)은, 냉매가 유입되는 유입홀(312)과, 상기 유입홀(312)을 통과한 냉매가 유동되는 가속홀(314) 등으로 이루어진다.

보다 구체적으로 살펴보면, 상기 실외열교환기(110)로 유입되는 냉매를 안내하는 유입홀(312)이 우측에 형성되고, 이러한 유입홀(312)의 좌측에는 가속홀(314)이 형성된다.

상기 가속홀(314)은 상기 유입홀(312)보다 작은 내경을 가진다. 따라서, 상대적으로 큰 직경의 유입홀(312)을 따라 유입되는 냉매가 상대적으로 작은 크기를 가지는 가속홀(314)을 통과하면서 속도가 증가하게 된다.

상기 가속홀(314)과 유입홀(312) 사이에는, 일측으로 갈수록 점차 직경이 증가 또는 감소하는 유로안내부(316)가 더 형성된다. 즉, 상기 유로안내부(316)는 상기 유입홀(312)을 유동하는 냉매를 상기 가속홀(314)로 안내하는 것으로, 도시된 바와 같이 좌측으로 갈수록 점차 직경이 감소되는 구성을 가진다. 따라서, 상기 유로안내부(316)의 우측단은 상기 유입홀(312)의 직경과 동일한 크기를 가지고, 좌측단은 상기 가속홀(314)의 직경과 동일한 크기를 가진다.

그리고, 상기 분배수단(320)은, 상기 가속수단(310)을 통과한 냉매가 균분(均分)되도록 하는 확관홀(322)과, 상기 확관홀(322)을 통과한 냉매를 다수의 열교환기 입구로 안내하는 분배홀(324) 등으로 이루어진다.

상기 확관홀(322)은 상기 분배수단(320)의 우측에 형성되며, 이러한 확관홀(322)의 좌측으로는 다수의 분배홀(324)이 연통되도록 형성된다. 그리고, 이러한 분배홀(324)의 좌측단에는 연결홀(326)이 형성된다.

상기 연결홀(326)은 상기 분배홀(324)의 내경보다 더 큰 내경을 가지도록 형성되며, 이러한 연결홀(326) 각각에 상기 실외열교환기(110)의 각 냉매배관이 삽입되어 연결된다.

상기 확관홀(322)은, 상기 유입홀(312)과 가속홀(314) 내경보다 더 큰 내경을 가진다. 특히, 상기 확관홀(322)은 상기 가속홀(314)의 내경보다 훨씬 더 큰 내경을 가진다. 따라서, 상기 가속홀(314)을 통과하여 빠른 속도로 유입되는 냉매는 상기 확관홀(322)에 이르러 급속히 유동 속도가 감속된다. 즉, 상대적으로 큰 공간이 되는 상기 확관홀(322)로 유입된 냉매는 속도가 감속됨과 동시에 와류가 형성되어 방향성을 상실하게 된다. 따라서 이 과정에서 전체적인 단면에 걸쳐 냉매의 분포가 균일하게 되는 것이다.

상기 확관홀(322)의 우측면은 냉매의 유로에 대하여 수직을 이루도록 형성된다.(도 3 참조) 이는 냉매의 유로 단면적이 급격하게 감소되어야 냉매의 감속 및 와류가 더 완전하게 일어나기 때문이다.

상기 확관홀(322)의 일측(우측)에는, 상기 가속수단(310)의 일단(좌측단)이 삽입되어 끼워지는 삽입홀(330)이 형성된다. 즉, 상기 분배수단(320)의 우측단에는 삽입홀(330)이 형성되며, 이러한 삽입홀(330)에는 상기 가속수단(310)의 좌측단이 삽입된다. 따라서, 상기 삽입홀(330)의 내경은 상기 가속수단(310)의 좌측단 외경 크기와 대응되는 크기를 가진다.

보다 구체적으로 살펴보면, 상기 삽입홀(330)의 내경은 상기 가속수단(310)의 좌측단 외경 크기보다 약간 작은 크기로 형성되어 상기 가속수단(310)이 상기 분배수단(320)에 억지끼움으로 끼움결합됨이 바람직하다.

한편으로는, 결합의 용이를 위하여 상기 삽입홀(330)의 내경이 상기 가속수단(310)의 좌측단 외경 크기보다 약간 크게 형성되어, 상기 가속수단(310)이 상기 분배수단(320)에 삽입된 다음, 용접에 의해 서로 결합되기도 한다.

그리고, 상기 삽입홀(330)은 상기 확관홀(322)의 내경보다 더 큰 직경을 가지도록 이루어져, 상기 삽입홀(330)과 확관홀(322) 사이에는 상기 가속수단(310)의 삽입 정도를 제어하는 위치고정턱(332)이 형성된다.

보다 구체적으로 살펴보면, 상기 삽입홀(330)의 내경은 상기 확관홀(322)의 우측단 내경보다 더 큰 크기를 가진다. 따라서 이러한 삽입홀(330)과 확관홀(322) 사이에는 단차가 형성되며, 이러한 단차진 부위가 위치고정턱(332)이 되어 상기 가속수단(310)의 삽입 위치를 제어하게 된다.

따라서, 상기 확관홀(322)의 우측단 내경은 상기 가속수단(310)의 좌측단 외경부다는 작은 크기를 가진다. 따라서, 상기 분배수단(320)의 우측으로부터 상기 가속수단(310)을 삽입하면, 상기 가속수단(310)의 좌측단이 상기 위치고정턱(332) 에 걸려 더 이상 삽입되지 않게 된다.

그리고, 상기 확관홀(322)의 좌측단은 다수의 부분으로 갈라지고, 이러한 갈라진 부분에 상기 분배홀(324)이 각각 연통되게 연결되어 형성된다.

이하에서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 상기와 같은 냉매분배기(300)에서 냉매가 유동되는 상태를 살펴본다.

먼저 도 3과 같은 상태에서 상기 냉매분배기(300)의 우측으로부터 냉매가 유입되면, 이러한 냉매는 상기 가속수단(310)의 유입홀(312)과 가속홀(314)을 차례로 통과한다. 그리고, 상기 가속홀(314)을 통과하면서 냉매의 속도는 상대적으로 빨라진다.

다음으로 상기 분배수단(320)의 확관홀(322)에 이르러서는 냉매의 유동이 급격히 감속된다. 즉, 상기 확관홀(322)은 완충역할을 하므로, 이러한 확관홀(322)에서 냉매의 유동이 급격히 감속됨과 동시에 도 6에 도시된 바와 같이 와류가 형성된다. 따라서, 여기에서는 냉매의 방향성이 줄어들게 된다.

그런 다음, 냉매는 상기 다수의 분배홀(324)을 통해 유입된다.

도 7은 상기 다수의 분배홀(324)을 통해 유동되는 냉매의 각 속도를 측정한 것이다. 그리고, 도 8은 가속수단(310)의 입구에 투입된 유량에서 분배수단(320)의 출구 수(실험예에서는 11)로 나눈 값을 기준으로 유량 편차를 표시한 그래프이며, 여기서는 값이 0에 가까울 수로 유량의 편차가 작다는 것을 나타낸다.

이들 도면과 그래프에 도시된 바와 같이 각 분배홀(324)에는 냉매의 유량이 골고루 분포됨을 알 수 있다. 즉, 도 7의 도면에서는 각 홀에서의 유량이 서로 균 일하게 됨을 확인할 수 있으며, 도 8에서는 약간의 수치적 차이는 있으나, 그 편차가 미세하여 상당히 균일하게 냉매가 분포됨을 알 수 있다.

상기와 같이 다수의 분배홀(324)을 통과한 냉매는 상기 실외열교환기(110)의 각 부분으로 골고루 유입되어 열교환을 하게 된다.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

예를 들어, 상기의 실시예에서는 상기 냉매분배기(300)가 멀티형 공기조화기의 실외열교환기(110) 입구단에 부착되어 사용되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이러한 냉매분배기(300)는 공기조화기의 타입(Type)을 불문하고 사용 가능하며, 상기 실외열교환기(110) 외에도 실내열교환기(202)와 같은 다양한 종류의 열교환기에 부착되어 사용될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 의한 공기조화기의 바람직한 실시예를 구성하는 실외기의 외관을 보인 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 공기조화기의 바람직한 실시예를 구성하는 실외기의 구성을 보인 분해사시도.

도 3은 본 발명 실시예를 구성하는 냉매분배기의 사시도.

도 4는 본 발명 실시예를 구성하는 냉매분배기의 정단면도.

도 5는 도 4에 도시된 냉매분배기의 분해 상태를 보인 단면도.

도 6은 도 4에 도시된 냉매분배기를 통해 냉매가 유동하는 상태를 보인 단면도.

도 7은 본 발명 실시예를 구성하는 냉매분배기의 출구에서의 냉매 상태를 보인 단면도.

도 8은 본 발명 실시예를 구성하는 냉매분배기의 분배홀을 통해 유동되는 냉매의 분포를 보인 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100. 실외기 110. 실외열교환기

300. 냉매분배기 310. 가속수단

320. 분배수단

Claims (7)

1. 열교환기가 구비되는 공기조화기에 있어서,

   상기 열교환기의 일단에는, 열교환기 내부로 유입되는 냉매를 다수의 유로로 분배하는 냉매분배기가 구비되며;

   상기 냉매분배기는,

   냉매의 유동속도를 증가시키는 가속수단과,

   상기 가속수단을 통과한 냉매의 분포를 균일하게 하는 분배수단;을 포함하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가속수단은,

   냉매가 유입되는 유입홀과,

   상기 유입홀을 통과한 냉매가 유동되는 가속홀을 포함하는 구성을 가지며;

   상기 가속홀은 상기 유입홀보다 작은 내경을 가지는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 가속홀과 유입홀 사이에는,

   일측으로 갈수록 점차 직경이 증가 또는 감소하는 유로안내부가 더 형성됨을 특징으로 하는 공기조화기.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 분배수단은,

   상기 가속수단을 통과한 냉매가 균분(均分)되도록 하는 확관홀과,

   상기 확관홀을 통과한 냉매를 다수의 열교환기 입구로 안내하는 분배홀을 포함하는 구성을 가지며;

   상기 확관홀은, 상기 유입홀과 가속홀 내경보다 더 큰 내경을 가지는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 확관홀의 우측면은 냉매의 유로에 대하여 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 확관홀의 일측에는,

   상기 가속수단의 일단이 삽입되어 끼워지는 삽입홀이 형성됨을 특징으로 하는 공기조화기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 삽입홀은 상기 확관홀의 내경보다 더 큰 직경을 가지도록 이루어져, 상기 삽입홀과 확관홀 사이에는 상기 가속수단의 삽입 정도를 제어하는 위치고정턱이 형성됨을 특징으로 하는 공기조화기.

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