KR20120062023A

KR20120062023A - 열교환기 및 그것을 구비한 실내기

Info

Publication number: KR20120062023A
Application number: KR1020127011658A
Authority: KR
Inventors: 요시오 오리따니; 마사노리 진도오; 히데끼 사와미즈; 요시마사 기꾸찌; 간지 아까이
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-06-13
Also published as: AU2010316364B2; WO2011055656A1; CN102639954B; ES2806384T3; JP2011117712A; CN102639954A; EP2498039B1; EP2498039A4; JP4715971B2; US20120145364A1; US9360259B2; AU2010316364A1; EP2498039A1; KR101352273B1; JP2011122819A

Abstract

압력 손실의 증대를 억제하면서 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 열교환기를 제공한다. 냉매가 흐르는 전열관(20)의 외주에 다수매의 판상 핀(21)이 설치되어 있고, 공기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기(1)이다. 공기가 흐르는 방향을 따라서 3열의 전열관(20a, 20b, 20c)이 배치되어 있다. 상기 3열의 전열관(20a, 20b, 20c) 중, 증발기로서 사용하는 경우의 입구측 전열관 또는 응축기로서 사용하는 경우의 출구측 전열관이 가장 가는 직경으로 되어 있다. 가장 상류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 상류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 하류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1<D2=D3이고, 4㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.6≤D1/D3<1이다. 가장 하류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 하류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 상류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1<D2=D3이고, 4㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.6≤D1/D3<1이다.

Description

열교환기 및 그것을 구비한 실내기{HEAT EXCHANGER AND INDOOR UNIT INCLUDING THE SAME}

본 발명은 열교환기 및 그것을 구비한 실내기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 공기의 흐름 방향을 따라서 복수열의 전열관이 배치된, 공기 조화기 등에 사용되는 열교환기 및 그것을 구비한 실내기에 관한 것이다.

종래, 공기 조화기 등에 있어서, 송풍기(팬)에 의해 공급되는 공기류 중에 다수매 병설되는 판상의 핀과, 이 핀에 형성된 구멍에 삽입 관통되어 있고 공기의 흐름 방향으로 대략 직교하도록 배치된 복수의 전열관을 구비한 크로스 핀 앤드 튜브형 열교환기가 다용되고 있다.

이러한 크로스 핀 앤드 튜브형 열교환기에서는, 통상적으로 공기가 흐르는 방향을 따라서 복수열 내지는 복수단의 전열관이 배치되어 있지만, 상기 전열관 내를 흐르는 냉매와 주위의 공기의 열교환 성능을 높이기 위해서, 전열관의 외경이나 핀의 피치 등에 대해서 다양한 제안이 이루어져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 2 참조).

일본 특허 공개 제2000-274982호 공보 일본 특허 공개 제2006-329534호 공보

공기와의 열교환을 행하는 냉매는 열교환기가 증발기로서 사용되는 경우, 상기 열교환기의 입구 부분에서는 액상 냉매를 많이 포함하는 2상 상태이며, 열교환기의 출구 부분에서는 습한 상태 또는 과열 상태가 된다. 한편, 열교환기가 응축기로서 사용되는 경우, 상기 열교환기의 입구 부분에서는 과열 상태이며, 열교환기의 출구 부분에서는 액체 상태가 된다.

이와 같이, 공기와의 열교환에 의해 냉매는 열교환기 내를 흐르는 동안에 상태 변화하는데, 이러한 상태 변화를 고려해서 복수열의 전열관의 관 직경을 선정하는 것은 지금까지 제안되지 않았다.

본 발명자들은 다양한 검토를 거듭한 결과, 냉매의 상태에 의해 전열관의 관 직경을 바꿈으로써, 구체적으로는 공기가 흐르는 방향을 따라서 3열 배치된 전열관에 대해서, 증발기로서 사용하는 경우의 입구측 전열관 또는 응축기로서 사용하는 경우의 출구측 전열관을 가장 가는 직경으로 함과 함께, 가장 가는 직경의 전열관과 반대측의 전열관의 관 직경 및 2개의 열의 전열관의 관 직경비를 소정의 범위로 함으로써, 압력 손실의 증대를 억제하면서 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 목적은 압력 손실의 증대를 억제하면서 열교환 성능을 향상시킬 수 있는 열교환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 관점에 따른 열교환기는 냉매가 흐르는 전열관의 외주에 다수매의 판상 핀이 설치되어 있고, 공기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기이며,

공기가 흐르는 방향을 따라서 3열의 전열관이 배치되어 있고,

상기 3열의 전열관 중, 증발기로서 사용하는 경우의 입구측 전열관 또는 응축기로서 사용하는 경우의 출구측 전열관이 가장 가는 직경으로 되어 있으며,

가장 상류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 상류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 하류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1<D2=D3이고, 4㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.6≤D1/D3<1이며,

가장 하류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 하류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 상류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1<D2=D3이고, 4㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.6≤D1/D3<1인 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 제2 관점에 따른 열교환기는 냉매가 흐르는 전열관의 외주에 다수매의 판상 핀이 설치되어 있고, 공기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기이며,

가장 상류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 상류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 하류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1=D2<D3이고, 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.64≤D1/D3<1이며,

가장 하류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 하류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 상류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1=D2<D3이고, 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.64≤D1/D3<1인 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 제3 관점에 따른 열교환기는 냉매가 흐르는 전열관의 외주에 다수매의 판상 핀이 설치되어 있고, 공기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기이며,

가장 상류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 상류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 하류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1<D2<D3이고, 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.5≤D1/D3<1, 또한 0.75≤D2/D3<1이며,

가장 하류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 하류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 상류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1<D2<D3이고, 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.5≤D1/D3<1, 또한 0.75≤D2/D3<1인 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 제1 내지 제3 관점에 따른 열교환기에서는, 공기가 흐르는 방향을 따라서 배치되는 3열의 전열관 중, 증발기로서 사용하는 경우의 입구측 전열관 또는 응축기로서 사용하는 경우의 출구측 전열관이 가장 가는 직경으로 되어 있다. 또한, 가장 가는 직경으로 한 전열관으로부터, 상기 전열관과 반대측의 전열관을 향함에 따라서, 관 직경을 동등하게 하거나 또는 크게 하고 있다. 그리고, 가장 가는 직경의 전열관의 관 직경 D1, 그 인접한 전열관의 관 직경 D2 및 나머지 전열관의 관 직경 D3에 대해서, D3을 소정의 범위 내의 값으로 함과 함께, 관 직경비 D1/D3 또는 D2/D3을 소정의 범위 내의 값으로 하고 있으므로, 압력 손실의 증대를 억제하면서 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 냉방 운전 시에 팽창 밸브 통과 후의 냉매(액상 냉매를 많이 포함하는 습한 상태)를 가장 가는 직경으로 한 가장 상류측의 전열관에 흘리면, 상기 전열관을 흐르는 냉매의 유속이 커져, 그 결과, 관내의 냉매와 관외의 공기의 열전달 효율이 커진다. 이에 의해, 열교환의 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 액상 냉매가 적은 습한 상태 또는 과열 상태의 냉매는 가는 직경으로 하였다고 하더라도 그다지 열전달율이 커지지 않고, 압력 손실만이 커지는 점에서, 다른 전열관은 가장 상류측의 전열관의 관 직경보다 직경을 크게 하고 있다.

이 경우, 난방 운전 시에는 압축기에서 압축된 가스 상태 냉매는 가장 하류측의 전열관에 공급되고, 가장 상류측의 전열관으로부터 팽창 밸브로 보내어지지만, 냉방 운전 시와 마찬가지로, 액상 냉매를 많이 포함하는 습한 상태의 냉매가 가장 가는 직경으로 된 가장 상류측의 전열관을 흐르므로, 상기 전열관을 흐르는 냉매의 유속이 커져, 그 결과, 관내의 냉매와 관외의 공기의 열전달 효율이 커진다. 이에 의해, 열교환의 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 가장 가는 직경의 전열관의 관 직경이 3 내지 4㎜의 범위 내인 것이 바람직하다. 이 범위 내의 관 직경으로 함으로써, 어느 정도의 냉매 유량을 확보하면서 열전달율을 크게 할 수 있다.

상기 가장 가는 직경의 전열관에 설치되는 판상 핀의 폭이 다른 전열관에 설치되는 판상 핀의 폭보다도 크게 되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 열전달율을 크게 하는 전열관 주변의 핀 면적을 증가시킴으로써, 열교환 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실내기는 상기 제1 내지 제3 관점 중 어느 하나에 따른 열교환기와, 이 열교환기에 공기를 흘리는 송풍기를 구비한 실내기이며,

상기 가장 가는 직경의 전열관이 가장 상류측에 배치되어 있고, 전열관을 흐르는 냉매와 공기류가 냉방 운전 시에 평행류가 되고, 난방 운전 시에 대향류가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실내기는 전술한 열교환기를 구비하고 있으므로, 압력 손실의 증대를 억제하면서, 열교환 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 열교환기가 응축기로서 기능하는 난방 운전 시에, 액상의 냉매를 많이 포함하는 냉매가 흐르는 열의 전열관의 관 직경을 가장 가늘게 함으로써 과냉각(서브 쿨)의 정도를 크게 하여 난방 시의 COP를 크게 할 수 있고, 나아가 이 난방 시의 COP의 영향이 큰 APF를 크게 향상시킬 수 있다.

상기 송풍기가 천장 뒤에 배치되는 케이싱의 대략 중앙에 배치되어 있고, 상기 열교환기가 상기 송풍기를 둘러싸도록 상기 케이싱 내에 배치되어 있으며, 상기 열교환기의 가장 내측의 전열관 또는 가장 외측의 전열관이 가장 가는 직경으로 되어 있는 것으로 할 수 있다. 이 경우, 천장 매립형의 실내기에 있어서, 압력 손실의 증대를 억제하면서 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 가장 가는 직경의 전열관이 가장 내측에 배치되어 있고, 전열관을 흐르는 냉매와 공기류가 냉방 운전 시에 평행류가 되고, 난방 운전 시에 대향류가 되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 열교환기가 응축기로서 기능하는 난방 운전 시에, 액상의 냉매를 많이 포함하는 냉매가 흐르는 가장 내측(상류측)의 열의 전열관의 관 직경을 가장 가늘게 함으로써 과냉각(서브 쿨)의 정도를 크게 하여서 난방 시의 COP를 크게 할 수 있고, 나아가 이 난방 시의 COP의 영향이 큰 APF를 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 열교환기에 의하면, 압력 손실의 증대를 억제하면서 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 열교환기의 일 실시 형태를 구비한 실내기의 단면 설명도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 열교환기의 평면 설명도이다.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 열교환기의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 열교환기의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 열교환기의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 열교환기의 성능을 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 열교환기 및 그것을 구비한 실내기의 실시 형태를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 열교환기(1)를 구비한 실내기(2)의 단면 설명도이다. 이 실내기(2)는 천장 뒤에 배치되는 천장 매설형의 실내기이며, 케이싱(3)의 대략 중앙에 송풍기(4)가 배치되어 있고, 이 송풍기(4)를 둘러싸도록 상기 케이싱(3) 내에 대략 환 형상의 열교환기(1)가 배치되어 있다.

케이싱(3)의 하부면 중앙의 개구를 덮도록 화장 패널(5)이 배치되어 있고, 이 화장 패널(5)은 공조실의 공기를 흡입하기 위한 흡입구(6)와, 이 흡입구(6)의 외주에서 직사각형을 그리도록 배치된 4개의 분출구(7)를 갖고 있다.

흡입구(6)에는 흡입 그릴(8)과, 이 흡입 그릴(8)로부터 흡입된 공기 중의 진애 등을 제거하기 위해서 필터(9)와, 이 필터(9)의 상방에서 흡입구(6)로부터 흡입된 공기를 케이싱(3) 내로 안내하는 벨 마우스(10)가 배치되어 있다.

각 분출구(7)에는 도시하지 않은 모터에 의해 상기 분출구(7)의 길이 방향으로 연장되는 축 주위에 요동하는 플랩(11)이 설치되어 있다. 송풍기(4)는 공조실 내의 공기를 상기 흡입구(6)를 통해서 케이싱(3) 내로 흡입하고, 외주 방향으로 분출하는 원심 송풍기이며, 상기 송풍기(4)를 구성하는 모터(12)가 방진 고무(13)를 개재해서 케이싱(3)에 고정되어 있다. 또한, 도 1에서 14는 열교환기(1)로부터의 응축수를 저류하는 드레인 팬이며, 15는 케이싱(3)의 내주면에 배치된 단열재이다.

열교환기(1)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 송풍기(4)의 외주를 둘러싸도록 구부려져서 형성된 크로스 핀 앤드 튜브형의 열교환기 패널이며, 옥외 등에 설치된 도시하지 않은 실외기에 냉매 배관을 개재해서 접속되어 있다. 이 열교환기(1)는 냉방 운전 시에는 내부를 흐르는 냉매의 증발기로서, 또한 난방 운전 시에는 내부를 흐르는 냉매의 응축기로서 각각 기능할 수 있도록 구성되어 있다. 그리고, 열교환기(1)는 흡입구(6)를 통해서 케이싱(3) 내로 흡입되어 송풍기(4)의 팬 로터(16)로부터 분출된 공기와 열교환을 행하여, 냉방 운전 시에는 공기를 냉각하고, 난방 운전 시에는 공기를 가열할 수 있다.

본 실시 형태의 열교환기(1)에서는 공기가 흐르는 방향(도 2에서, 일점쇄선의 화살표로 나타내는 송풍기(4)를 중심으로 직경 외측 방향)을 따라서 3열의 전열관(20)이 배치되어 있고, 이 전열관(20)의 외주에 다수매의 판상 핀(21)이 설치되어 있다. 상기 전열관(20)은 또한 도 3에 도시하는 바와 같이 공기의 흐름과 대략 직교하는 방향(도 1에서 상하 방향)을 따라서 6단 설치되어 있다. 상기 전열관(20) 및 판상 핀(21)의 재질로서는 각각 일반적인 재료인 구리 및 알루미늄을 채용할 수 있다.

본 실시 형태의 열교환기(1)는 가장 상류측인 최내열의 전열관(20a)이 가장 가는 직경으로 되어 있다. 즉, 증발기로서 기능하는 냉방 운전 시에는, 최내열의 전열관(20a)에 팽창 밸브(도시하지 않음)에 의해 압력이 강하된 냉매(액상 냉매가 많이 포함되는 습한 상태의 냉매)가 공급되고, 가장 하류측의 최외열의 전열관(20c)으로부터 후단의 압축기(도시하지 않음)로 습한 상태 또는 가스 상태의 냉매가 송출된다(도 2의 검은색 화살표). 한편, 응축기로서 기능하는 난방 운전 시에는, 압축기에 의해 압축된 고온 고압의 가스 상태 냉매가 최외열의 전열관(20c)에 공급되고, 최내열의 전열관(20a)으로부터 후단의 팽창 밸브로 액상 냉매 또는 과냉각된 액상 냉매가 공급된다(도 2의 흰색 화살표).

열교환기(1)의 전열관(20)은 최내열의 전열관(20a)이 가장 가는 직경으로 되어 있다. 구체적으로는, 최내열의 전열관(20a)의 외경 D1은 4㎜이며, 가운데 열의 외경 D2의 전열관(20b)의 외경은 5㎜이며, 최외열의 전열관(20c)의 외경 D3은 6㎜이다. 즉, D1<D2<D3이며, 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.5≤D1/D3<1 또는 0.75≤D2/D3<1을 만족하도록 3열의 관 직경이 선정되어 있다.

그리고, 냉방 운전 시 및 난방 운전 시 중 어느 경우에도, 가장 가는 직경인 최내열의 전열관(20a)을 액상 냉매 또는 액상 냉매를 많이 포함하는 습한 상태의 냉매가 흐른다. 이러한 냉매가 흐르는 최내열의 전열관(20a)의 관 직경을 가는 직경으로 하면, 상기 전열관(20a)을 흐르는 냉매의 유속이 커져, 그 결과, 관내의 냉매와 관외의 공기의 열전달 효율이 커진다. 이에 의해, 열교환의 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 액상 냉매가 적은 습한 상태 또는 과열 상태의 냉매는 가는 직경으로 했다고 하더라도 액상 냉매만큼은 열전달율이 커지지 않고, 압력 손실만이 커지는 점에서, 상기 전열관(20b) 및 전열관(20c)의 관 직경 D2, D3은 최내열의 전열관(20a)의 외경 D1보다도 직경을 크게 하고 있다. 이상에 의해, 압력 손실의 증대를 억제하면서, 열교환 성능을 향상시킬 수 있다.

도 4 내지 5는, 각각 D1<D2<D3으로 한 경우의 본 발명의 열교환기의 성능을 나타내는 그래프이다. 도 4는, 가장 하류측의 전열관의 관 직경 D3과, 2개의 전열관의 관 직경비, 구체적으로는 가장 가는 직경으로 한 가장 상류측의 전열관의 관 직경 D1과 가장 하류측의 전열관의 관 직경 D3의 비(D1/D3)를 변화시켜서 열교환기의 성능을 평가하고 있다. 한편, 도 5는 상기 D3과, 가운데의 전열관의 관 직경 D2와 가장 하류측의 전열관의 관 직경 D3의 비(D2/D3)를 변화시켜서 열교환기의 성능을 평가하고 있다.

도 4 내지 5에서는, 가장 하류측의 전열관의 관 직경 D3이 5㎜, 6.35㎜ 및 7㎜인 3가지 경우에 대해서 열교환기의 성능을 검증하고 있다. 각 경우에 있어서, D1=D2=D3으로 했을 때의 열교환기의 능력을 1.00(참조값)으로 하고, 상기 능력과의 상대비로 열교환기의 성능을 평가하고 있다.

도 4로부터, 관 직경 D3이 5㎜, 6.35㎜ 및 7㎜인 3가지 경우 모두에 있어서, 관 직경비(D1/D3)가 1보다 작아짐에 따라서, 처음에는 열교환기의 능력이 3열의 관 직경을 모두 동등하게 한 경우보다도 커지지만, 이윽고 피크를 맞이하고, 그 후 작아지는 것을 알 수 있다. 처음에는, 관 직경을 가늘게 한 것에 의한 열교환 효율 향상의 효과가 크고, 그것이 능력 향상에 기여하지만, 이윽고 관 직경을 너무 가늘게 한 것에 의한 압력 손실 증대의 영향에 의해 능력이 저하되어 가는 것으로 생각된다. 뒤에 나오는 도 5 내지 7에서의 변화(처음에는 능력이 향상하고, 이윽고 피크를 맞이하고, 그 후 능력이 저하된다고 하는 변화)도 마찬가지의 이유에 의한 것으로 생각된다.

또한, 관 직경 D3이 작을수록 피크를 빨리 맞이하는 경향이 있다. 그리고, 관 직경비(D1/D3)가 0.5일 때에, 관 직경 D3이 5㎜인 경우에 있어서, 열교환기의 능력이 3열의 관 직경을 모두 동등하게 한 경우와 대략 동등해지는 것을 알 수 있다.

또한, 도 5로부터, 관 직경 D3이 5㎜, 6.35㎜ 및 7㎜인 3가지 경우 모두에 있어서, 관 직경비(D2/D3)가 1보다 작아짐에 따라서, 처음에는 열교환기의 능력이 3열의 관 직경을 모두 동등하게 한 경우보다도 커지지만, 이윽고 피크를 맞이하고, 그 후 작아지는 것을 알 수 있다. 그리고, 관 직경비(D2/D3)가 0.75일 때에, 관 직경 D3이 5㎜인 경우에 있어서, 열교환기의 능력이 3열의 관 직경을 모두 동등하게 한 경우와 대략 동등해지는 것을 알 수 있다.

도 4 내지 5에서는, 가장 큰 관 직경 D3의 값은 7㎜이지만, 관 직경 D3이 7㎜보다 큰 경우에도 관 직경 D3이 5㎜, 6.35㎜ 또는 7㎜인 경우와 마찬가지의 경향을 나타내는 것이 추인된다.

이상, 도 4 내지 5로부터, 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.5≤D1/D3<1, 또한 0.75≤D2/D3<1을 만족할 때에, 3열의 관 직경을 모두 동등하게 한 경우(D1=D2=D3)보다도 열교환기 성능이 향상하고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 최내열의 전열관(20a)으로부터 최외열의 전열관(20c)을 향하여, 즉 최내열의 전열관(20a)으로부터 이격하는 방향으로 4㎜, 5㎜, 6㎜로 단계적으로 직경을 크게 하고 있다. 액상 냉매 또는 액상 냉매를 많이 포함하는 습한 상태의 냉매가 흐르는 전열관의 관 직경을 가장 작게 하고, 액상 냉매의 비율이 적어질수록, 전열관의 관 직경이 커지도록 상기 관 직경을 단계적으로 변화시킴으로써, 열전달율의 향상과 압력 손실의 증대의 균형을 잡으면서, 열교환 성능을 보다 한층 향상시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 최내열의 전열관(20a)은 4㎜에 한정되는 것은 아니고, 3열의 전열관 중에서 가장 작은 한, 예를 들어 3 내지 7㎜의 범위 내에서 적절히 선정할 수 있다. 상기 범위 중, 어느 정도의 냉매 유량을 확보하면서 열전달율을 크게 할 수 있는 점에서, 3 내지 4㎜의 범위 내에서 선정하는 것이 바람직하다.

또한, 가운데 열의 전열관(20b)의 관 직경은, 예를 들어 4 내지 8㎜의 범위 내에서 선정할 수 있다. 또한, 최외열의 전열관(20c)의 관 직경은, 예를 들어 5 내지 10㎜의 범위 내에서 선정할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 최내열의 전열관(20a)에 설치되는 핀(21a)의 폭 W1이 가운데 열의 전열관(20b)에 설치되는 핀(21b)의 폭 W2 및 최외열의 전열관(20c)에 설치되는 핀(21c)의 폭 W3보다도 크게 되어 있다. 구체적으로, 폭 W1, W2 및 W3은 각각 13㎜, 10㎜ 및 10㎜로 되어 있다. 이와 같이 액상 냉매 또는 액상 냉매를 많이 포함하는 습한 상태의 냉매가 흐르는 가장 가는 직경의 최내열의 전열관(20a)의 핀(21a), 즉 열전달율을 크게 하는 전열관 주변의 핀의 면적을 증가시킴으로써, 열교환 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 전술한 실시 형태에서는 3열의 전열관의 관 직경 D1, D2, D3을 D1<D2<D3으로 하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 가장 상류측 또는 가장 하류측의 전열관의 관 직경을 가장 가는 직경으로 하는 한, D1<D2=D3이어도 좋고, 또한 D1=D2<D3이어도 좋다.

D1<D2=D3인 경우에는 4㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.6≤D1/D3<1을 만족하도록 3열의 전열관의 관 직경 D1, D2, D3이 선정된다.

또한, D1=D2<D3인 경우에는 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.64≤D1/D3<1을 만족하도록 3열의 전열관의 관 직경 D1, D2, D3이 선정된다.

도 6은 D1<D2=D3으로 한 경우의 본 발명의 열교환기의 성능을 나타내는 그래프이다. 가장 하류측의 전열관의 관 직경 D3과, 2개의 전열관의 관 직경비, 구체적으로는 가장 가는 직경으로 한 가장 상류측의 전열관의 관 직경 D1과 가장 하류측의 전열관의 관 직경 D3의 비(D1/D3)를 변화시켜서 열교환기의 성능을 평가하고 있다.

도 6에서는, 가장 하류측의 전열관의 관 직경 D3이 3.2㎜, 4㎜, 5㎜, 7㎜, 8㎜ 및 9.52㎜인 6가지 경우에 대해서 열교환기의 성능을 검증하고 있다. 각 경우에 있어서, D1=D2=D3으로 했을 때의 열교환기의 능력을 1.00(참조값)으로 하고, 상기 능력과의 상대비로 열교환기의 성능을 평가하고 있다.

도 6으로부터, 관 직경 D3이 4㎜, 5㎜, 7㎜, 8㎜ 및 9.52㎜인 5가지 경우 모두에 있어서, 관 직경비(D1/D3)가 1보다 작아짐에 따라서, 처음에는 열교환기의 능력이 3열의 관 직경을 모두 동등하게 한 경우보다도 커지지만, 이윽고 피크를 맞이하고, 그 후 작아지는 것을 알 수 있다. 관 직경 D3이 작을수록 피크를 빨리 맞이하는 경향이 있다. 그리고, 관 직경비(D1/D3)가 0.6일 때에, 관 직경 D3이 4㎜인 경우에 있어서, 열교환기의 능력이 3열의 관 직경을 모두 동등하게 한 경우와 대략 동등해지는 것을 알 수 있다.

또한, 관 직경 D3이 3.2㎜인 경우에는, 관 직경비(D1/D3)가 1보다 작아짐에 따라서, 열교환기의 능력이 서서히 작아지는 것을 알 수 있다. 이것은, D3의 관 직경이 너무 가늘면, 압력 손실 증대의 영향 밖에 없어지고, 관 직경비(D1/D3)를 작게 하더라도 열교환 능력이 향상되지 않고, 반대로 저하되는 것으로 생각된다.

이상에 의해, D1<D2=D3인 경우에는 4㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.6≤D1/D3<1을 만족할 때에, 3열의 관 직경을 모두 동등하게 한 경우(D1=D2=D3)보다도 열교환기 성능이 향상하고 있는 것을 알 수 있다.

도 7은 D1=D2<D3으로 한 경우의 본 발명의 열교환기의 성능을 나타내는 그래프이다. 가장 하류측의 전열관의 관 직경 D3과, 2개의 전열관의 관 직경비, 구체적으로는 가장 가는 직경으로 한 가장 상류측의 전열관의 관 직경 D1과 가장 하류측의 전열관의 관 직경 D3의 비(D1/D3)를 변화시켜서 열교환기의 성능을 평가하고 있다.

도 7에서는, 가장 하류측의 전열관의 관 직경 D3이 3.2㎜, 4㎜, 5㎜, 6.35㎜, 7㎜, 8㎜ 및 9.52㎜인 7가지 경우에 대해서 열교환기의 성능을 검증하고 있다. 각 경우에 있어서, D1=D2=D3으로 했을 때의 열교환기의 능력을 1.00(참조값)으로 하고, 상기 능력과의 상대비로 열교환기의 성능을 평가하고 있다.

도 7로부터, 관 직경 D3이 5㎜, 6.35㎜, 7㎜, 8㎜ 및 9.52㎜인 5가지 경우 모두에 있어서, 관 직경비(D1/D3)가 1보다 작아짐에 따라서, 처음에는 열교환기의 능력이 3열의 관 직경을 모두 동등하게 한 경우보다도 커지지만, 이윽고 피크를 맞이하고, 그 후 작아지는 것을 알 수 있다. 그리고, 관 직경비(D1/D3)가 0.64일 때에, 관 직경 D3이 5㎜인 경우에 있어서, 열교환기의 능력이 3열의 관 직경을 모두 동등하게 한 경우와 대략 동등해지는 것을 알 수 있다.

또한, 관 직경 D3이 3.2㎜인 경우 및 4㎜인 경우에는, 관 직경비(D1/D3)가 1보다 작아짐에 따라서, 열교환기의 능력이 작아지는 것을 알 수 있다. 이것은, D3의 관 직경이 너무 가늘면, 압력 손실 증대의 영향 밖에 없어지고, 관 직경비(D1/D3)를 작게 하더라도 열교환 능력이 향상되지 않고, 반대로 저하하는 것으로 생각된다.

이상에 의해, D1=D2<D3인 경우에는 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.64≤D1/D3<1을 만족할 때에, 3열의 관 직경을 모두 동등하게 한 경우(D1=D2=D3)보다도 열교환기 성능이 향상하고 있는 것을 알 수 있다.

〔기타의 변형예〕

또한, 전술한 실시 형태는 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전술한 실시 형태에서는 송풍기의 분출측에 열교환기가 배치되어 있지만, 송풍기의 흡입측에 배치되는 열교환기에도 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 전술한 실시 형태에서는 실내기의 열교환기를 대상으로 하고 있지만, 실외기의 열교환기에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 열교환기는 공기 조화기용의 열교환기에 한정되는 것은 아니고, 관내를 흐르는 냉매와 공기 사이에서 열교환이 행해지는 한 다른 기기, 예를 들어 냉동 장치용의 열교환기에도 적용할 수 있다.

또한, 전술한 실시 형태는 냉방과 난방을 행하는 공기 조화기의 실내기를 대상으로 하고 있지만, 어느 한쪽만을 행하는 공기 조화기의 실내기에도 적용할 수 있다.

또한, 전술한 실시 형태에서는 중앙의 송풍기를 둘러싸도록 대략 환 형상의 열교환기가 배치되어 있지만, 공기가 흐르는 방향을 따라서 3열의 전열관이 배치되어 있는 한, 열교환기의 형상이나 배치는 설치 스페이스 등에 따라서 적절히 선정할 수 있다.

또한, 전술한 실시 형태에서는 공기류와 냉매의 흐름의 관계가 냉방 운전 시에는 평행류이고, 난방 운전 시에는 대향류이지만, 이 반대이어도 좋다. 즉, 냉방 운전 시에 가장 하류측의 전열관으로부터 팽창 밸브 통과 후의 냉매를 공급하고, 한편, 난방 운전 시에 가장 상류측의 전열관으로부터 압축기에서 압축된 후의 냉매를 공급할 수도 있다. 이 경우에는, 가장 하류측의 전열관을 액상 냉매 또는 액상 냉매를 많이 포함하는 습한 상태의 냉매가 흐르게 되므로, 상기 가장 하류측의 전열관의 관 직경이 가장 가는 직경으로 된다.

1 : 열교환기
2 : 실내기
4 : 송풍기
20 : 전열관
21 : 핀

Claims

냉매가 흐르는 전열관(20)의 외주에 다수매의 판상 핀(21)이 설치되어 있고, 공기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기(1)이며,
공기가 흐르는 방향을 따라서 3열의 전열관(20a, 20b, 20c)이 배치되어 있고,
상기 3열의 전열관(20a, 20b, 20c) 중, 증발기로서 사용하는 경우의 입구측 전열관 또는 응축기로서 사용하는 경우의 출구측 전열관이 가장 가는 직경으로 되어 있으며,
가장 상류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 상류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 하류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1<D2=D3이고, 4㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.6≤D1/D3<1이며,
가장 하류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 하류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 상류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1<D2=D3이고, 4㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.6≤D1/D3<1인 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
냉매가 흐르는 전열관(20)의 외주에 다수매의 판상 핀(21)이 설치되어 있고, 공기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기(1)이며,
공기가 흐르는 방향을 따라서 3열의 전열관(20a, 20b, 20c)이 배치되어 있고,
상기 3열의 전열관(20a, 20b, 20c) 중, 증발기로서 사용하는 경우의 입구측 전열관 또는 응축기로서 사용하는 경우의 출구측 전열관이 가장 가는 직경으로 되어 있으며,
가장 상류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 상류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 하류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1=D2<D3이고, 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.64≤D1/D3<1이며,
가장 하류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 하류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 상류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1=D2<D3이고, 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.64≤D1/D3<1인 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
냉매가 흐르는 전열관(20)의 외주에 다수매의 판상 핀(21)이 설치되어 있고, 공기와의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기(1)이며,
공기가 흐르는 방향을 따라서 3열의 전열관(20a, 20b, 20c)이 배치되어 있고,
상기 3열의 전열관(20a, 20b, 20c) 중, 증발기로서 사용하는 경우의 입구측 전열관 또는 응축기로서 사용하는 경우의 출구측 전열관이 가장 가는 직경으로 되어 있으며,
가장 상류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 상류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 하류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1<D2<D3이고, 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.5≤D1/D3<1, 또한 0.75≤D2/D3<1이며,
가장 하류측의 전열관이 가장 가는 직경인 경우에 있어서, 상기 가장 하류측의 전열관의 관 직경을 D1로 하고, 가운데의 전열관의 관 직경을 D2로 하고, 가장 상류측의 관 직경을 D3으로 했을 때에, D1<D2<D3이고, 5㎜≤D3≤10㎜이며, 또한 0.5≤D1/D3<1, 또한 0.75≤D2/D3<1인 것을 특징으로 하는, 열교환기(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가장 가는 직경의 전열관의 관 직경이 3 내지 4㎜의 범위 내인, 열교환기(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가장 가는 직경의 전열관(20a)에 설치되는 판상 핀(21a)의 폭이 다른 전열관(20b, 20c)에 설치되는 판상 핀(21b, 21c)의 폭보다도 크게 되어 있는, 열교환기(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 열교환기(1)와, 이 열교환기(1)에 공기를 흘리는 송풍기(4)를 구비한 실내기(2)이며,
상기 가장 가는 직경의 전열관이 가장 상류측에 배치되어 있고, 전열관을 흐르는 냉매와 공기류가 냉방 운전 시에 평행류가 되고, 난방 운전 시에 대향류가 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 실내기(2).
제6항에 있어서, 상기 가장 가는 직경의 전열관의 관 직경이 3 내지 4㎜의 범위 내인, 실내기(2).
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 가장 가는 직경의 전열관(20a)에 설치되는 판상 핀(21a)의 폭이 다른 전열관(20b, 20c)에 설치되는 판상 핀(21b, 21c)의 폭보다도 크게 되어 있는, 실내기(2).
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송풍기(4)가 천장 뒤에 배치되는 케이싱(3)의 대략 중앙에 배치되어 있고, 상기 열교환기(1)가 상기 송풍기(4)를 둘러싸도록 상기 케이싱(3) 내에 배치되어 있고, 또한 상기 열교환기(1)의 가장 내측의 전열관(20a) 또는 가장 외측의 전열관(20c)이 가장 가는 직경으로 되어 있는, 실내기(2).
제9항에 있어서, 상기 가장 가는 직경의 전열관(20a)이 가장 내측에 배치되어 있고, 전열관을 흐르는 냉매와 공기류가 냉방 운전 시에 평행류가 되고, 난방 운전 시에 대향류가 되도록 구성되어 있는, 실내기(2).