KR20120122690A - 기액분리기 및 이를 포함하는 공기조화기 - Google Patents

Abstract

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 기액분리기는, 응축기를 통과한 냉매가 유입되기 위한 냉매 유입부; 상기 유입된 냉매를 액상냉매와 기상냉매로 분리하기 위한 냉매 분리부; 상기 액상냉매를 증발기에 공급하기 위한 액상냉매 토출부; 및 상기 기상냉매를 압축기에 공급하기 위한 기상냉매 토출부를 포함하되, 상기 냉매 유입부는, 상기 냉매 분리부에 접하는 방향으로 연결되는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 기액분리기 및 이를 포함하는 공기조화기에 따르면, 기액분리기에 유입되는 냉매의 흐름을 개선하여 냉매의 불균형을 해소할 수 있다.

Description

기액분리기 및 이를 포함하는 공기조화기{A gas-liquid separator and an air conditioner with the same}

본 발명은 기액분리기 및 이를 포함하는 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 기액분리기에 유입되는 냉매의 흐름을 개선하여 냉매불균형을 해소할 수 있는 기액분리기 및 이를 포함하는 공기조화기에 관한 것이다.

공기조화기는 실내의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 가전기기이다. 이를테면, 여름에는 실내를 시원한 냉방상태로, 겨울에는 실내를 따뜻한 난방상태로 조절하고, 또한 실내의 습도를 조절하며, 실내의 공기를 쾌적한 청정상태로 조절한다.

이렇게 공기조화기와 같은 생활의 편의 제품이 점차적으로 확대, 사용되면서 소비자들은 높은 에너지 사용 효율과, 성능향상 및 사용에 편리한 제품을 요구하게 되었다.

이러한 공기조화기는 실내기와 실외기의 분리 여부에 따라, 실내기와 실외기가 각각 분리된 분리형 공기조화기와, 실내기와 실외기가 하나의 장치로 결합된 일체형 공기조화기로 구분될 수 있다.

한편, 공기조화기의 설치 모습에 따라, 벽에 장착되도록 구성된 벽걸이형 공기조화기 및 액자형 공기조화기와, 거실에 세울 수 있도록 구성된 슬림형 공기조화기로 구분될 수 있다.

또한, 실내기의 용량에 따라, 하나의 실내기를 구동시킬 수 있는 용량으로 구성되어 가정집과 같이 좁은 장소에서 이용되도록 구성된 싱글형 공기조화기와, 회사 또는 음식점에서 사용할 수 있도록 매우 큰 용량으로 구성된 중대형 공기조화기와, 다수개의 실내기를 충분히 구동시킬 수 있는 용량으로 구성된 멀티 공기조화기 등으로 구분될 수 있다.

이와 같은 공기조화기에는, 냉매 중 액냉매를 걸러낸 뒤 압축기에 공급하여, 압축기에 액냉매가 유입됨으로 인해 압축 효율이 현저히 떨어지는 것을 방지하는 기액분리기가 포함된다.

그러나 일반적인 기액분리기를 포함하는 종래의 공기조화기에 의하면, 냉매의 불균형이 발생하기 때문에 국부적으로는 우수한 열전달 효율을 가지더라도 전체적인 성능과 효율이 저하되며, 기액분리기의 체적이 크고 구조가 복잡하여 제작 단가가 상승하고 내부 압력 손실이 커진다는 문제점이 있다.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 기액분리기에 유입되는 냉매의 흐름을 개선하여 냉매불균형을 해소할 수 있는 기액분리기 및 이를 포함하는 공기조화기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 기액분리기는, 응축기를 통과한 냉매가 유입되기 위한 냉매 유입부; 상기 유입된 냉매를 액상냉매와 기상냉매로 분리하기 위한 냉매 분리부; 상기 액상냉매를 증발기에 공급하기 위한 액상냉매 토출부; 및 상기 기상냉매를 압축기에 공급하기 위한 기상냉매 토출부를 포함하되, 상기 냉매 유입부는, 상기 냉매 분리부에 접하는 방향으로 연결되는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따른 공기조화기는, 응축기와, 팽창장치를 포함하는 공기조화기에 있어서, 상기 팽창장치를 통과한 냉매가 유입되어 액상냉매와 기상냉매로 분리되기 위한 기액분리기; 상기 기액분리기로부터 유입된 액상냉매를 증발시키는 증발기; 및 상기 기액분리기로부터 유입된 기상냉매를 압축하는 압축기를 포함하되, 상기 냉매는, 상기 기액분리기에 접하는 방향으로 유입되는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

본 발명에서 제안하고 있는 기액분리기 및 이를 포함하는 공기조화기에 따르면, 기액분리기에 유입되는 냉매의 흐름을 개선하여 냉매의 불균형을 해소할 수 있다.

또한 본 발명은, 팽창장치를 통해 팽창된 2상 냉매가 기액분리기에 접하는 방향으로 유입될 수 있도록 냉매 유입부의 연결 위치를 최적화함으로써, 압력 손실을 최소화하는 동시에 제작 단가를 현저히 낮출 수 있다.

또한 본 발명은, 기액분리기의 형상을 개량하여 배관에서 flash gas가 발생되는 것을 최소화하고, 냉매 불균형을 해소하여 냉매 순환량을 대폭 늘림으로써, 성능계수(COP)를 혁신적으로 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기에서 냉매 유입부의 각도에 따른 압력 그래프를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 구성도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기의 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기(300)는, 냉매 유입부(310), 냉매 분리부(320), 액상냉매 토출부(330), 기상냉매 토출부(340)를 포함한다.

냉매 유입부(310)는, 응축기를 통과한 냉매가 유입되도록 한다. 이때 냉매는 응축기를 통과한 후 팽창장치를 거쳐서 냉매 유입부(310)에 유입될 수 있으며, 액상냉매와 기상냉매가 혼합된 2상 냉매일 수 있다.

이때 냉매 유입부(310)는, 도 2에 도시된 바와 같이 추후 설명할 냉매 분리부(320)에 접하는 방향으로 연결될 수 있으며, 보다 구체적으로는 상기 냉매 분리부(320)의 수평 단면의 접선 방향으로 연결될 수 있다.

또한 냉매 유입부(310)는, 상기 냉매 분리부(320)의 측면 중앙 부분(0.5H 부분)에 연결되고, 상기 냉매 분리부(320)의 수평축에 대하여 일정 각도(a) 기울어진 형태로 상기 냉매 분리부(320)에 연결될 수 있으며, 이때 일정 각도(a)는 20도 내지 60도(일 실시예로 45도)일 수 있다.

이와 같이 냉매 유입부(310)와 냉매 분리부(320)의 연결 구조를 개선함에 따라, 본 발명은 냉매의 유동이 균일하게 이루어지도록 하고, 냉매의 효율적인 분리가 가능하도록 하여 압력 손실을 줄이고 효율을 높일 수 있다.

냉매 분리부(320)는, 상기 유입된 냉매를 액상냉매와 기상냉매로 분리한다. 단면 지름에 비하여 높이가 상대적으로 큰 실린더 형태일 수 있으며, 밀도차이와 관성력을 이용하거나, 또는 냉매의 표면장력을 이용하여 냉매를 액상냉매와 기상냉매로 분리할 수 있다. 냉매를 상에 따라 분리하는 과정은 본 기술분야에서 널리 알려진 내용이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명은 이와 같이 냉매를 분리하여 공급함으로써, 압축기에 액상냉매가 유입됨에 따라 압축 효율이 현저히 떨어지는 것을 방지할 수 있고, 분리된 기상냉매를 증발기에 공급하여 전체 시스템을 순환하는 냉매의 분배를 개선할 수 있다.

액상냉매 토출부(330)는, 상기 액상냉매를 상기 증발기에 공급한다. 이때 증발기는 다류 열교환기(Multi-pass heat exchanger)일 수 있으며, 본 발명은 다류 열교환기의 전단에 기액분리기(300)를 연결하여 냉매 순환을 효율적으로 이루어지도록 함으로써 성능계수(COP)를 대폭 향상시킬 수 있다.

액상냉매 토출부(330)는 추후 설명할 기상냉매 토출부(340)와 반대 방향으로 상기 냉매 분리부(320)에 연결될 수 있으며, 이는 각 토출부(330, 340)를 통해 토출되는 액상냉매와 기상냉매가 서로 영향을 미치지 않도록 하기 위함이다. 즉 액상냉매 토출부(330)와 기상냉매 토출부(340)를 근접하게 위치시킨다면, 예상치 못하게 열교환이 일어남에 따라 상기 냉매 분리부(320)에 의해 분리된 냉매가 다시 2상 냉매로 변화할 수 있기 때문이다.

이때 냉매 유입부(310)는, 상기 액상냉매 토출부(330)와 상기 기상냉매 토출부(340)를 연결한 선에 대하여 일정 각도 기울어진 형태로 상기 냉매 분리부(320)에 연결될 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 각 토출부(330, 340)가 서로 반대방향으로 냉매를 토출할 수 있도록 상기 냉매 분리부(320)에 연결됨에 따라, 액상냉매 토출부(330)와 기상냉매 토출부(340)를 연결하는 선은 상기 냉매 분리부(320)의 수평축과 수선을 이루기 때문이다. 이때 상기 토출부(330, 340)를 연결한 선과 상기 냉매 유입부(310) 간에 형성되는 일정 각도는, 90도에서 상기 냉매 유입부(310)와 상기 냉매 분리부(320)의 수평축이 이루는 각도를 제한 각이 되며, 일 실시예로 45도일 수 있다.

기상냉매 토출부(340)는, 압축기에 연결되며 상기 기상냉매를 상기 압축기에 공급한다. 압축기에 액상냉매가 유입될 경우 압축 효율이 현저히 떨어질 수 있기 때문에, 기액분리기(300)는 액상냉매를 걸러내어 기체 상태의 냉매만 기상냉매 토출부(340)를 통해 압축기에 유입될 수 있도록 한다.

상기 냉매 유입부(310), 상기 액상냉매 토출부(330) 또는 상기 기상냉매 토출부(340)는, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 냉매 분리부(320)보다 상대적으로 작은 단면(d)을 가질 수 있다(D>d). 이는 냉매 분리 성능을 충분히 확보하고, 냉매 분리부(320)에 의해 분리된 냉매가 각 토출부를 통해 원활하게 배출될 수 있도록 하기 위함이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기에서 냉매 유입부의 각도에 따른 압력 그래프를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기(300)에서, 냉매 유입부(310)는 냉매 분리부(320)의 수평축 또는 액상냉매 토출부(330)와 기상냉매 토출부(340)를 연결한 선을 기준으로 일정 각도 기울어진 상태로 냉매 분리부(320)에 연결될 수 있는데, 이때 냉매 유입부(310)와 냉매 분리부(320)의 수평축 사이에 형성된 각도가 커짐에 따라, 압력 강하(Pressure Drop)가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 냉매 유입부(310)는, 냉매 분리부(320)의 수평축에 평행한 방향으로 상기 냉매 분리부(320)에 연결되는 것보다, 상기 냉매 분리부(320)의 수평축과 일정 각도 기울어진 형태로 상기 냉매 분리부(320)에 연결되는 것이, 압력 손실을 최소화하고 냉매 불균일을 방지하기 위하여 바람직하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기(10)는, 실내 열교환기(도시하지 않음), 실외 열교환기(도시하지 않음), 팽창장치(200), 기액분리기(300), 압축기(도시하지 않음)를 포함한다.

실내 열 교환기(도시하지 않음)는, 냉방 운전 시 저온저압 액체상태의 냉매를 기체상태로 증발시키는 증발기(100)의 역할을 하며, 난방 운전 시 고온고압 기체상태의 냉매를 상온고압 액체상태로 응축시키는 응축기(도시하지 않음)의 역할을 한다. 이때 증발기(100)는 다류 열교환기(Multi-pass heat exchanger)일 수 있으며, 하나의 실외 열교환기에는 복수 개의 실내 열 교환기가 대응될 수 있고, 실내 열교환기의 형태는 특별히 제한하지 않는다.

실외 열교환기(도시하지 않음)는, 냉방 운전 시 고온고압 기체상태의 냉매를 상온고압 액체상태로 응축시키는 응축기의 역할을 하며, 난방 운전 시 저온저압 액체상태의 냉매를 기체상태로 증발시키는 증발기(100)의 역할을 한다. 냉매의 순환에 따라 실내 열교환기와 정반대로 구동함으로써 사용자가 원하는 대로 공기 조화가 이루어지도록 한다.

팽창장치(200)는, 응축기를 통과한 상온고압의 냉매를 액체 성분과 기체 성분이 혼합된 저온저압의 2상 냉매로 팽창시켜 감압한다. 팽창장치(200)로는 전자 팽창밸브(Electric Expansion Valve) 등을 사용할 수 있다.

기액분리기(300)는, 상기 팽창장치(200)를 통과하여 유입된 냉매를 액상냉매와 기상냉매로 분리한다. 팽창장치(200)에 의해 감압된 냉매는 액상냉매와 기상냉매가 혼합되어 있는 형태이며, 혼합된 2상 냉매가 그대로 압축기(도시하지 않음)에 공급될 경우 압축 효율이 현저하게 떨어질 수 있기 때문에, 기액분리기(300)는 냉매 중 액상냉매를 걸러낸 뒤 기상냉매만 압축기에 공급할 수 있다. 또한 걸러낸 액상냉매는, 증발기(100)에 공급하여 냉매의 순환 효율을 개선할 수 있다.

이때 냉매는, 기액분리기(300)에 접하는 방향으로 유입될 수 있으며, 보다 구체적으로는, 상기 기액분리기(300)의 수평 단면의 접선 방향 및 상기 기액분리기(300)의 수평축에 일정 각도 기울어진 방향으로 유입될 수 있다. 이와 같이 기액분리기(300)에 유입되는 냉매의 방향을 구체적으로 한정함으로써, 본 발명은 냉매의 유동이 균일하게 이루어지도록 하고, 냉매의 효율적인 분리가 가능하도록 하여 압력 손실을 줄이고 효율을 높일 수 있다.

압축기(도시하지 않음)는, 저온저압의 기상냉매를 고온고압으로 압축하여 증발기(100)에 공급한다. 복수 개로 구성될 수 있으며, 기액분리기(300)에 연결되어 기액분리기(300)로부터 기상냉매를 전달받아서 고온고압의 냉매로 압축한다. 압축기는 운전주파수의 변환이 가능한 인버터 압축기 또는 고정 운전 주파수를 사용하는 정속 압축기일 수 있으며, 그 종류에는 제한을 두지 않는다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 공기조화기 100: 증발기
200: 팽창장치 300: 기액분리기
310: 냉매 유입부 320: 냉매 분리부
330: 액상냉매 토출부 340: 기상냉매 토출부

Claims (11)

1. 응축기를 통과한 냉매가 유입되기 위한 냉매 유입부;
   상기 유입된 냉매를 액상냉매와 기상냉매로 분리하기 위한 냉매 분리부;
   상기 액상냉매를 증발기에 공급하기 위한 액상냉매 토출부; 및
   상기 기상냉매를 압축기에 공급하기 위한 기상냉매 토출부를 포함하되,
   상기 냉매 유입부는, 상기 냉매 분리부에 접하는 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉매 분리부는, 실린더 형태이며,
   상기 냉매 유입부는, 상기 냉매 분리부의 수평 단면의 접선 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입부는,
   상기 냉매 분리부의 수평축에 대하여 일정 각도 기울어진 형태로 상기 냉매 분리부에 연결되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입부는,
   상기 냉매 분리부의 측면 중앙 부분에 연결되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 액상냉매 토출부는,
   상기 기상냉매 토출부와 반대 방향으로 상기 냉매 분리부에 연결되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입부는,
   상기 액상냉매 토출부와 상기 기상냉매 토출부를 연결한 선에 대하여 일정 각도 기울어진 형태로 상기 냉매 분리부에 연결되는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유입부, 상기 액상냉매 토출부 또는 상기 기상냉매 토출부는,
   상기 냉매 분리부보다 상대적으로 작은 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 분리부는,
   밀도차이 또는 표면장력을 이용하여 상기 냉매를 분리하는 것을 특징으로 하는 기액분리기.
9. 응축기와, 팽창장치를 포함하는 공기조화기에 있어서,
   상기 팽창장치를 통과한 냉매가 유입되어 액상냉매와 기상냉매로 분리되기 위한 기액분리기;
   상기 기액분리기로부터 유입된 액상냉매를 증발시키는 증발기; 및
   상기 기액분리기로부터 유입된 기상냉매를 압축하는 압축기를 포함하되,
   상기 냉매는, 상기 기액분리기에 접하는 방향으로 유입되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 냉매는,
    상기 기액분리기의 수평 단면의 접선 방향으로 유입되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 냉매는,
    상기 기액분리기의 수평축에 일정 각도 기울어진 방향으로 유입되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

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