KR100261476B1 - 분리형 공기 조화기의 증발기 - Google Patents

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Abstract

열교환 파이프를 따라 순환되는 냉매의 온도 분포가 열교환 파이프의 위치에 관계없이 보다 균일해져 증발 성능 및 효율이 크게 향상될 수 있는 분리형 공기 조화기의 증발기가 개시되어 있다. 개시된 바에 따르면, 열교환 파이프는 냉매가 후방부의 앞열 제 1 단으로 유입되어 후방부를 순환하고 다시 후방부의 앞열 제 2 단으로 유출되는 제 1 패스와, 전방부의 앞열 제 1 단으로 유입되어 전방부의 상측을 순환하고 전방부의 뒷열 제 1 단으로 유출되는 제 2 패스 및 전방부의 앞열 제 5 단으로 유입되어 전방부의 하측을 순환하고 전방부의 뒷열 제 7 단으로 유출되는 제 3 패스로 구성되는 냉매 순환 통로를 이루도록 연결된다.

Description

분리형 공기 조화기의 증발기
본 발명은 실내측 열교환기인 증발기와 실외측 열교환기인 응축기가 각각 별도의 유닛으로 설치된 분리형 공기 조화기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 그 위치에 관계없이 냉매의 온도가 보다 균일하게 유지될 수 있는 파이프 배열을 가지는 분리형 공기 조화기의 증발기에 관한 것이다.
일반적으로 공기 조화기는 실내의 공기를 쾌적한 상태로 유지하기 위한 장치로서, 냉매 사이클을 통해 실내의 열을 실외로 배출하는 것에 의해 실내의 온도를 알맞은 온도로 조절하는 장치이다.
냉매 사이클은 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(2)와, 압축기(2)에서 압축된 고온 고압의 냉매를 실외의 공기와 열교환시켜 냉매를 상온에 가까운 고압의 액체 상태로 변화시키는 실외측 열교환기인 응축기(3)와, 응축기(3)를 통과한 냉매의 압력을 감소시켜 증발하기 쉬운 상태로 만드는 모세관(4), 및 모세관(4)을 통과한 냉매를 실내의 더운 공기와 열교환시켜 증발시키는 것에 의해 실내의 온도를 낮추는 역할을 하는 실내측 열교환기인 증발기(1)로 이루어진다. 그리고, 응축기(3)와 증발기(1)에는 열교환 효율을 향상시키기 위한 송풍팬(5, 6)이 각각 설치된다.
이중에서, 증발기(1)는 좁은 간격을 두고 배열된 다수의 핀(a)과 이들 핀 사이를 관통하여 설치된 'U'형상을 가지는 다수의 열교환 파이프(b)로 이루어져 있다.
이들 열교환 파이프(b)는 각각의 파이프의 끝단을 다른 파이프의 끝단과 연결하는 연결 파이프(c)에 의해 서로 연결되어 냉매가 통과하는 냉매 순환 통로를 이루고 있다.
이러한 열교환 파이프(b)의 연결 상태는 증발기(1)의 성능에 매우 커다란 영향을 미치게 된다. 따라서, 증발기(1)의 성능을 보다 향상시킬 수 있는 열교환 파이프(b)의 연결 상태를 얻기 위하여 많은 연구와 노력이 있었다.
이러한 증발기(1)의 열교환 파이프(b)의 연결 상태가 도 2에 보다 상세하게 도시되어 있다. 도 2에 도시된 것은 증발기(1)와 응축기(3)가 각각 별도의 유닛으로 설치되는 분리형 공기 조화기에 적용되는 증발기의 파이프의 연결 상태를 보인 것이다.
도시된 바와 같이, 증발기(1)는 각각 전방부(10)와 후방부(20)의 두 부분으로 나누어져 있으며, 이들 전방부(10)와 후방부(20)에 설치되는 열교환 파이프(b)는 그의 끝단이 각각 앞열(상단으로부터 11-1, 11-2, ... , 11-10, 21-1, 21-2, ... , 21-5)과 뒷열(상단으로부터 12-1, 12-2, ... , 12-10, 22-1, 22-2, ... , 22-5)의 2열로 배열되어 있다. 실선으로 표시된 것은 각각의 열교환 파이프(b)의 끝단을 연결하는 연결 파이프(c)이며, 점선으로 표시된 것은 각각의 열교환 파이프(b)의 연결부를 나타낸 것으로 이 연결부는 핀(a)의 연결 파이프(c) 반대측에 위치된다.
그리고, 모세관(4)을 통과하여 증발되기 쉬운 상태의 냉매는 증발기(1) 입구에 설치된 4구 분배기(7')에서 4 갈래로 갈라진 다음, 각각 4군데의 패스, 즉 22-2로 들어가서 22-3, 22-4, 22-5, 21-5, 21-4, 21-3을 통과하여 21-2로 나오는 제 1 패스와, 22-1으로 들어가서 21-1, 11-1, 11-2, 11-3, 12-3, 12-2를 통과하여 12-1을 통해 나오는 제 2 패스와, 11-8로 들어가서, 11-7, 11-6, 11-5, 11-4와, 12-4, 12-5를 통과하여 12-7로 나오는 제 3 패스, 및 11-9로 들어가서, 11-10, 12-10, 12-9, 12-8을 통과하여 12-7로 나오는 제 4 패스를 거치면서 증발되어, 증발기(1) 주위의 공기를 냉각시킨 다음 4구 커넥터(8')에서 하나로 모아져 실외기에 설치된 압축기(미도시)로 이송된다.
이러한 증발기(1)의 열교환 파이프(b)의 연결 상태는 증발기1)의 각 파이프(b)를 통과하는 냉매가 압력의 손실없이 원활하게 증발될 수 있도록 구성된 것이다.
그러나, 이러한 종래의 증발기(1)의 열교환 파이프(ab의 연결 상태는 증발기(1)를 통과하는 각각의 패스별로 온도 편차가 매우 심하게 나타나며, 또한 각각의 패스에 있어서도 입구측과 중간 부분, 및 출구측의 온도 편차가 심하다는 단점이 있었다. 실제로는 4.9℃ 내지 16.8℃의 분포로서 최대 11.9℃의 편차가 나타났다.
이와 같이 각각의 패스별 및 파이프의 위치별로 각각의 패스를 통과하는 냉매의 온도 편차가 크게 나타남에 따라, 증발기(1)의 성능 및 효율이 저하되고 증발기(1)를 통과한 냉매의 일부가 증발되지 않고 액체 상태로 유지된다든지 때때로 동결될 우려가 높은 단점이 있었다.
본 발명은, 각각의 패스별 및 파이프의 위치에 따른 냉매의 온도 분포를 보다 균일하게 함으로써 증발기의 성능 및 효율을 크게 증대시킬 수 있도록 연결된 열교환 파이프를 가지는 분리형 공기 조화기의 증발기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 공기 조화기의 냉매 사이클의 구성도.
도 2는 종래의 분리형 공기 조화기의 증발기의 열교환 파이프의 배열을 도시한 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 분리형 공기 조화기의 증발기의 열교환 파이프의 배열을 도시한 측면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 ; 증발기 10 ; 전방부
11-1 ~ 11-10 ; 전방부에 설치된 열교환 파이프의 앞열 끝단
12-1 ~ 12-10 ; 전방부에 설치된 열교환 파이프의 뒷열 끝단
20 ; 후방부
21-1 ~ 21-5 ; 후방부에 설치된 열교환 파이프의 앞열 끝단
22-1 ~ 22-5 ; 후방부에 설치된 열교환 파이프의 뒷열 끝단
a ; 핀 b ; 열교환 파이프
c ; 연결 파이프
이러한 목적은, 좁은 간격을 두고 배열된 다수의 핀과, 그 끝단이 전, 후열 각각 10단으로 배치되도록 핀 사이를 관통하여 설치되는 'U'형상의 10개의 열교환 파이프로 이루어지는 전방부; 전방부의 후방에 위치되며, 좁은 간격을 두고 배열된 다수의 핀과, 그 끝단이 전, 후열 각각 5단으로 배치되도록 핀 사이를 관통하여 설치되는 'U'형상의 5개의 열교환 파이프로 이루어지는 후방부; 및 전방부 및 후방부의 열교환 파이프의 끝단을 서로 연결하는 다수의 연결 파이프로 구성되며, 열교환 파이프 및 연결 파이프는, 냉매가 후방부의 앞열 제 1 단으로 유입되어 후방부를 순환하고 다시 후방부의 앞열 제 2 단으로 유출되는 제 1 패스와, 전방부의 앞열 제 1 단으로 유입되어 전방부의 상측을 순환하고 전방부의 뒷열 제 1 단으로 유출되는 제 2 패스 및 전방부의 앞열 제 5 단으로 유입되어 전방부의 하측을 순환하고 전방부의 뒷열 제 7 단으로 유출되는 제 3 패스로 구성되는 냉매 순환 통로를 이루도록 연결된 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 분리형 공기 조화기의 증발기에 의해 달성된다.
이러한 본 발명에 따르면, 열교환 파이프를 따라 순환되는 냉매의 온도 분포가 열교환 파이프의 위치에 관계없이 상당히 균일해지므로, 증발 성능 및 효율이 크게 향상된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 분리형 공기 조화기의 증발기가 도 3에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 증발기는 전방부(10)와 후방부(20)로 이루어지며, 이 전방부(10)와 후방부(20)는 각각 좁은 간격을 두고 평행하게 배열된 다수의 핀(a)과, 그 끝단이 이들 핀(a) 사이를 관통하여 설치되며 'U'형상을 가지는 다수의 열교환 파이프(b)로 이루어진다.
그리고, 각각의 열교환 파이프(b)의 끝단은 역시 'U'형상의 연결 파이프(c)에 의해 다른 열교환 파이프의 끝단과 서로 연결된다.
전방부(10)에 설치되는 열교환 파이프(b)는 그의 끝단이 앞열과 뒷열 각각 10단으로 배열되어 있다. 여기서는 앞열 제 1 단을 참조 부호 11-1, 앞열 제 2 단을 11-2, 뒷열 제 1 단을 12-1, 뒷열 제 10 단을 12-10 등으로 표시한다.
후방부(20)에 설치되는 열교환 파이프(b)도 전방부(20)와 유사하게 그 끝단이 앞열과 뒷열로 배열되나, 다만 그 단수가 각각 5 단인 것이 전방부와 구별된다. 후방부(20)는 앞열 제 1단을 참조 부호 21-1, 앞열 제 2 단을 21-2, 뒷열 제 1 단을 22-1, 뒷열 제 5 단을 22-5 등으로 나타낸다.
이러한 구성을 가지는 본 발명에 따른 증발기(1)의 냉매 순환 통로에 대하여 사펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 증발기(1)의 냉매 순환 통로는 후방부를 순환하는 제 1 패스와, 전방부의 상측을 순환하는 제 2 패스, 및 전방부이 하측을 순환하는 제 3 패스로 이루어진다.
즉, 모세관(미도시)을 통과하여 증발기(1)로 유입되는 냉매는 증발기(1)의 입구측에서 3구 분배기97)에 의해 3 갈래로 갈라진다. 3 갈래로 갈라진 냉매는 후방부(20)의 앞열 제 1 단(제 1 패스)과, 전방부(10)의 앞열 제 1 단(제 2 패스), 및 전방부(10)의 앞열 제 5 단(제 3 패스)로 유입된 다음, 제 1, 제 2 및 제 3 패스를 각각 순환하여 후방부(20)의 앞열 제 2 단(제 1 패스)와, 전방부(10)의 뒷열 제 1 단(제 2 패스), 및 전방부의 뒷열 제 7 단(제 3 패스)로 유출된다. 이렇게 유출된 냉매는 3구 커넥터(8)에 의해 다시 하나로 합쳐진 다음, 실외기에 설치된 압축기(미도시)로 이송된다.
각각의 패스의 순환 통로를 보다 상세하게 설명하면, 제 1 패스는 후방부(20)의 앞열 제 1 단, 즉 21-1로부터 시작되어 22-1, 22-2, 22-3, 22-4, 22-5, 21-5, 21-4, 21-3을 거쳐 21-2, 즉 후방부(20)의 앞열 제 2 단으로 이어지고, 이 21-2는 3구 커넥터(8)로 이어진다.
제 2 패스는 전방부(10)의 앞열 제 1 단, 즉 11-1로부터 11-2, 11-3, 11-4, 12-6, 12-5, 12-4, 12-3, 12-2를 거쳐 12-1, 즉 전방부(10)의 앞열 제 1 단으로 이어지고, 이 12-1은 3구 커넥터(8)로 이어진다.
제 3 패스는 전방부(10)의 앞열 제 5 단, 즉 11-5로부터 11-6, 11-7, 11-8, 11-9, 11-10, 12-10, 12-9, 12-8을 거쳐 12-7, 즉 앞열 제 7 단으로 이어지고, 이 12-7은 3구 커넥터(8)로 이어진다.
이러한 열교환 파이프(b)의 연결을 가지는 본 발명에 따른 증발기(1)와 종래의 증발기의 열교환 파이프(b)의 위치에 따른 냉매의 온도 분포에 대한 측정 결과가 표 1에 나타나 있다.
항 목 단위 종래 기술 본 발명
냉방 능력 kcal/hr 2,914 3,302
% 82.1 93.0
E.E.R kcal/hr·w 2.408 2.653
소비 입력 W 1,210 1,245
제 1 패스 유입부 ℃ 5.9 11.3
중간부 ℃ 9.9 11.3
유출부 ℃ 11.5 9.9
제 2 패스 유입부 ℃ 6.1 11.7
중간부 ℃ 14.2 11.6
유출부 ℃ 16.4 9.8
제 3 패스 유입부 ℃ 5.9 11.5
중간부 ℃ 16.8 12.2
유출부 ℃ 11.0 15.7
제 4 패스 유입부 ℃ 5.3 -
중간부 ℃ 5.6 -
유출부 ℃ 4.9 -
표 1에 따르면, 종래의 증발기의 열교환 파이프의 위치에 따른 냉매의 온도 분포는 4.9℃ 내지 16.8℃로 그 편차가 심하게 나타난다. 그러나, 본 발명에 따른 증발기에서는 열교환 파이프의 위치에 따른 냉매의 온도 분포는 9.8℃ 내지 15.7℃로 나타난다. 따라서, 본 발명에 따른 증발기의 열교환 파이프의 위치에 따른 냉매의 온도 분포가 크게 균일해진 것을 알 수 있다.
또한, 이와 같이 열교환 파이프의 위치에 따른 냉매의 온도 분포가 균일해진 것에 의해 본 발명에 따른 증발기는 그 냉방 능력은 대략 8.9%, 효율은 10.1%가 증가되었다.
상기된 바와 같은 본 발명은, 열교환 파이프를 통해 순환되는 냉매의 온도 분포가 열교환 파이프의 위치에 관계없이 상당히 균일하게 나타나므로, 증발 성능 및 효율이 크게 향상되는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims (2)

  1. 좁은 간격을 두고 배열된 다수의 핀과, 그 끝단이 전, 후열 각각 10단으로 배치되도록 상기 핀 사이를 관통하여 설치되는 'U'형상의 10개의 열교환 파이프로 이루어지는 전방부; 및
    상기 전방부의 후방에 위치되며, 좁은 간격을 두고 배열된 다수의 핀과, 그 끝단이 전, 후열 각각 5단으로 배치되도록 상기 핀 사이를 관통하여 설치되는 'U'형상의 5개의 열교환 파이프로 이루어지는 후방부; 및
    상기 전방부 및 후방부의 열교환 파이프의 끝단을 서로 연결하는 다수의 연결 파이프로 구성되며,
    상기 열교환 파이프 및 연결 파이프는, 냉매가 상기 후방부의 앞열 제 1 단으로 유입되어 후방부를 순환하고 다시 상기 후방부의 앞열 제 2 단으로 유출되는 제 1 패스와, 상기 전방부의 앞열 제 1 단으로 유입되어 상기 전방부의 상측을 순환하고 상기 전방부의 뒷열 제 1 단으로 유출되는 제 2 패스 및 상기 전방부의 앞열 제 5 단으로 유입되어 상기 전방부의 하측을 순환하고 상기 전방부의 뒷열 제 7 단으로 유출되는 제 3 패스로 구성되는 냉매 순환 통로를 이루도록 연결된 것을 특징으로 하는 분리형 공기 조화기의 증발기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패스는 상기 후방부의 앞열 제 1 단으로부터 뒷열 제 1 단과, 뒷열 제 2 단과, 뒷열 제 3 단과, 뒷열 제 4 단과, 뒷열 제 5단과, 앞열 제 5 단과, 앞열 제 4 단과, 앞열 제 3 단을 거쳐 앞열 제 2 단으로 이어지며;
    상기 제 2 패스는 상기 전방부의 앞열 제 1 단으로부터 앞열 제 2 단과, 앞열 제 3 단과 앞열 제 4 단과, 뒷열 제 6 단과, 뒷열 제 5 단과, 뒷열 제 4 단과, 뒷열 제 3 단과, 뒷열 제 2 단을 거쳐 뒷열 제 1 단으로 이어지고;
    상기 제 3 패스는 상기 전방부의 앞열 제 5 단으로부터 앞열 제 6 단과, 앞열 제 7 단과, 앞열 제 8 단과, 앞열 제 9 단과, 앞열 제 10 단과, 뒷열 제 10 단과, 뒷열 제 9 단과, 뒷열 제 8 단을 거쳐 뒷열 제 9 단으로 이어지는 것을 특징으로 하는 분리형 공기 조화기의 증발기.
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