KR101626215B1 - 공기 조화기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공기 조화기에 관한 것이다. 일 측면에 따른 공기 조화기는, 압축기; 상기 압축기의 출구측에 배치되며, 냉방 또는 난방운전 여부에 따라 냉매의 유동방향을 전환하는 유동전환부; 상기 유동 전환부와 연결되며, 실외 공기와 열교환 되는 냉매를 가이드 하는 다수의 냉매배관이 구비되는 실외 열교환기; 상기 실외 열교환기의 일측에 구비되는 메인 팽창밸브; 상기 실외 열교환기에는, 냉매의 유동공간을 형성하며, 상부 헤더 및 하부 헤더가 구비되는 헤더; 상기 상부 헤더에 연결되는 제 1 냉매배관; 상기 제 1 냉매배관을 유동한 냉매를 하부 헤더로 가이드 하는 연결배관; 상기 하부 헤더로부터 제 2 냉매배관으로 연장되는 냉매 유입관; 상기 냉매 유입관은 상기 연결배관 보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 공기 조화기에 관한 것이다.
공기 조화기는 소정공간의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 기기이다. 일반적으로, 상기 공기 조화기에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기가 포함되며, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 수행하는 냉매 사이클이 구동되어, 상기 소정공간을 냉방 또는 난방할 수 있다.
상기 소정공간은 상기 공기 조화기는 사용되는 장소에 따라, 다양하게 제안될 수 있다. 일례로, 상기 공기 조화기가 가정이나 사무실에 배치되는 경우, 상기 소정공간은 집 또는 건물의 실내 공간일 수 있다. 반면에, 상기 공기 조화기가 자동차에 배치되는 경우, 상기 소정 공간은 사람이 탑승하는 탑승 공간일 수 있다.
공기 조화기가 냉방 운전을 수행하는 경우, 실외기에 구비되는 실외 열교환기가 응축기 기능을 하며 실내기에 구비되는 실내 열교환기가 증발기 기능을 수행한다. 반면에, 공기 조화기가 난방 운전을 수행하는 경우, 상기 실내 열교환기가 응축기 기능을 하며 상기 실외 열교환기가 증발기 기능을 수행한다.
도 1은 종래의 실외 열교환기의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 실외 열교환기(1)에는, 다수의 열로 배열되는 다수의 냉매관(2)과, 상기 냉매관(2)의 단부가 결합되며 상기 냉매관(2)을 지지하는 결합 플레이트(3) 및 상기 냉매관(2)으로 냉매를 분지하거나 상기 냉매관(2)을 통과한 냉매가 합지되도록 하는 헤더(4)가 포함된다.
그리고, 상기 실외 열교환기(1)에는, 일 냉매관(2)으로부터 타 냉매관으로 냉매의 유동방향을 전환하여 주는 리턴튜브(7)가 더 포함된다. 일례로, 상기 리턴튜브(7)는, 2열을 이루는 냉매관(2) 중 제 1 열에 위치한 냉매관(1)으로부터 제 2 열에 위치한 냉매관으로 냉매의 유동방향을 전환할 수 있다.
상기 실외 열교환기(1)에는, 다수의 분배기(5,6)가 더 포함된다. 상기 다수의 분배기(5,6)에는, 상기 다수의 냉매관(2) 중 적어도 일부의 냉매관으로 냉매를 분지하여 유입시키는 제 1 분배기(5) 및 상기 다수의 냉매관(2) 중 나머지 냉매관으로 냉매를 분지하여 유입시키는 제 2 분배기(6)가 포함된다.
이와 같은 실외 열교환기(1)에 있어서, 냉매의 유동방향은 냉방 및 난방 운전시 반대로 형성된다.
일례로, 공기 조화기가 냉방 운전을 하는 경우, 상기 실외 열교환기(1)는 응축기로서 기능을 수행한다 (실선 화살표 참조).
상세히, 압축기에서 압축된 고압의 냉매는 상기 헤더(4)로 유입되어 다수의 냉매관(2)으로 분지되며, 상기 냉매관(2)을 유동하면서 실외공기와 열교환 된다. 상기 열교환 된 냉매는 상기 제 1 분배기(5) 및 제 2 분배기(6)에서 합지된 후 실내 열교환기 측으로 유동된다.
반면에, 공기 조화기가 난방 운전을 하는 경우, 상기 실외 열교환기(1)는 증발기로서 기능을 수행한다 (점선 화살표 참조).
상세히, 실내 열교환기에서 응축된 냉매는 팽창장치를 거치면서 감압되고, 상기 실외 열교환기(1)로 유입될 수 있다. 냉매는 상기 실외 열교환기(1)의 입구측에서 상기 제 1 분배기(5) 및 제 2 분배기(6)로 분지되며, 각 분배기에 연결된 다수의 분지배관을 통하여 상기 냉매관(2)으로 유입된다.
이 때, 냉매는 상기 냉매관(2)을 유동하는 과정에서 실외공기와 열교환 되며, 열교환 된 냉매는 상기 헤더(4)에서 합지되어 상기 압축기측으로 유동될 수 있다.
공기 조화기가 냉방운전을 하는 경우, 상기 실외 열교환기(1)를 통과하는 냉매는 고온 고압의 기상 상태를 가지게 된다. 이 때, 냉매의 응축 효율을 증가하기 위해서는, 상기 실외 열교환기(1)로 분지되는 분지경로(path)의 수를 줄이고 그 경로의 길이를 길게 하는 것이 유리하다.
즉, 냉매 유동경로의 길이를 길게 형성함으로써 냉매의 유속을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 응축 압력이 저감될 수 있으므로, 응축 효율, 즉 액상으로 상변화 되는 비율이 개선될 수 있다.
반면에, 공기 조화기가 난방운전을 하는 경우, 상기 실외 열교환기(1)를 통과하는 냉매는 2상 상태를 가지게 된다. 이 때, 냉매의 압력 손실을 저감하기 위해서는, 상기 실외 열교환기(1)로 분지되는 분지경로(path)의 수를 늘리고 그 경로의 길이를 짧게 하는 것이 유리하다.
즉, 2상 상태의 냉매 중 기상 냉매는 유동하는 과정에서 압력 손실이 클 수 있는데, 냉매 유동경로의 길이를 짧게 하고 분지경로(path)의 수를 증가함으로써 압력 손실, 즉 증발 압력의 저하를 방지하고 이에 따라 증발 효율을 개선할 수 있게 된다.
그러나, 도 1과 같은 종래의 실외 열교환기의 구조에 의하면, 공기 조화기의 냉방운전 및 난방운전시, 냉매가 실외 열교환기로 분지되는 분지경로의 수와, 그 경로의 길이가 동일하게 형성되는 바, 열교환 효율이 저하되는 문제점이 있다.
즉, 냉방운전시에는 실외 열교환기에서의 응축 압력이 상승되어 응축 효율이 저하되고, 난방 운전시에는 실외 열교환기에서의 증발 압력이 낮아져 증발 효율이 저하되는 문제점이 나타난다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 열교환 효율이 개선된 실외 열교환기를 구비하는 공기 조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 압축기; 상기 압축기의 출구측에 배치되며, 냉방 또는 난방운전 여부에 따라 냉매의 유동방향을 전환하는 유동전환부; 상기 유동 전환부와 연결되며, 실외 공기와 열교환 되는 냉매를 가이드 하는 다수의 냉매배관이 구비되는 실외 열교환기; 상기 실외 열교환기의 일측에 구비되는 메인 팽창밸브; 상기 실외 열교환기에는, 냉매의 유동공간을 형성하며, 상부 헤더 및 하부 헤더가 구비되는 헤더; 상기 상부 헤더에 연결되는 제 1 냉매배관; 상기 제 1 냉매배관을 유동한 냉매를 하부 헤더로 가이드 하는 연결배관; 상기 하부 헤더로부터 제 2 냉매배관으로 연장되는 냉매 유입관; 상기 냉매 유입관은 상기 연결배관 보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기가 제공된다.
이러한 본 발명에 의하면, 공기 조화기의 냉방 운전 및 난방 운전시, 냉매가 실외 열교환기를 통과하는 경로의 수와, 그 경로의 길이를 다르게 형성함으로써, 실외 열교환기에서의 열교환 효율이 개선될 수 있다.
상세히, 공기 조화기가 냉방 운전을 하는 경우, 냉매가 실외 열교환기로 유입되는 경로의 수를 감소시키고 그 경로의 길이를 길게 가져감으로써, 냉매의 유속을 증가시키고 이에 따라 응축 압력을 저감하여 응축 효율을 개선할 수 있다.
또한, 실외 열교환기의 헤더의 하부측에 액 냉매를 실외 열교환기의 출구측으로 바이패스 하는 바이패스 배관을 구비함으로써, 냉방 운전시 액 냉매가 헤더의 하부측으로 쏠리는 현상을 방지할 수 있다.
결국, 이미 응축되어 열교환이 필요하지 않은 액 냉매는 실외 열교환기로부터 배출될 수 있으므로, 실외 열교환기의 열교환 성능(응축 성능)을 개선하고, 액 냉매에 의한 압력 손실을 방지할 수 있게 된다.
그리고, 최하단 냉매 유입관의 높이를 연결배관의 높이보다 높게 형성함으로써 다수의 냉매 유입관 중 일부가 액 냉매에 의해 막히는 것을 방지하므로 열교환 성능을 개선할 수 있다.
즉, 열교환이 필요한 기상 냉매는 2차 응축을 위해 다수의 냉매 유입관으로 유동시키고, 열교환이 필요치 않은 액상 냉매는 실외 열교환기의 출구측으로 바이패스 시킴으로써 효율적인 열교환을 수행할 수 있다.
도 1은 종래의 실외 열교환기의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실외 열교환기의 주요 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실외 열교환기의 하부 헤더 및 바이패스 배관의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 최하단 유입관이 연결배관의 높이보다 낮게 형성된 경우의 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실외 열교환기의 주요 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실외 열교환기의 하부 헤더 및 바이패스 배관의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 최하단 유입관이 연결배관의 높이보다 낮게 형성된 경우의 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실외 열교환기의 주요 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기(10)에는, 실외에 배치되는 실외기 및 실내에 배치되는 실내기가 포함된다. 상기 실내기에는, 실내 공간의 공기와 열교환 되는 실내 열교환기가 포함된다. 도 2에는, 상기 실외기의 구성이 도시된다.
상기 공기 조화기(10)에는, 복수의 압축기(110,112)와, 상기 복수의 압축기(110,120)의 출구측에 배치되며 상기 복수의 압축기(110,120)에서 토출된 냉매 중 오일을 분리하기 위한 오일 분리기(120,122)가 포함된다.
상기 복수의 압축기(110,112)에는 병렬 연결되는 제 1 압축기(110) 및 제 2 압축기(112)가 포함된다. 상기 제 1 압축기(110) 및 제 2 압축기(112)의 출구측에는, 압축된 냉매의 온도를 감지하는 토출온도 센서(114)가 각각 제공될 수 있다.
그리고, 상기 오일 분리기(120,122)에는, 상기 제 1 압축기(110)의 출구측에 배치되는 제 1 오일 분리기(120) 및 상기 제 2 압축기(112)의 출구측에 배치되는 제 2 오일 분리기(122)가 포함된다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 오일 분리기(120,122)로부터 상기 압축기(110,112)로 오일을 회수하기 위한 회수 유로(116)가 포함된다. 상기 회수유로(116)는 상기 제 1,2 오일분리기(120)의 각 출구측으로부터 연장되어 합지되며, 합지된 유로는 상기 제 1,2 압축기(110,112)의 입구측 배관에 연결될 수 있다.
상기 회수 유로(116)에는, 드라이어(127) 및 캐필러리(128)가 설치될 수 잇다.
상기 오일 분리기(120,122)의 출구측에는, 상기 압축기(110,112)에서 토출된 냉매의 토출 고압을 감지하기 위한 고압센서(125) 및 상기 고압센서(125)를 거친 냉매를 실외 열교환기(200) 또는 실내기 측으로 가이드 하는 유동 전환부(130)가 제공된다. 일례로, 상기 유동 전환부(130)에는, 사방 밸브가 포함될 수 있다.
상기 공기 조화기가 냉방 운전하는 경우, 냉매는 상기 유동 전환부(130)로부터 상기 실외 열교환기(200)로 유입된다. 반면에, 상기 공기 조화기가 난방 운전하는 경우, 냉매는 상기 유동 전환부(130)로부터 실내기(미도시)의 실내 열교환기측으로 유동한다.
상기 공기 조화기가 냉방 운전하는 경우, 상기 실외 열교환기(200)에서 응축된 냉매는 메인 팽창밸브(260, 전자팽창밸브)를 통과하며, 이 때 상기 메인 팽창밸브(260)는 완전 개방되어 냉매의 감압작용을 수행하지 않는다. 즉, 상기 메인 팽창밸브(260)는, 냉방 운전을 기준으로 상기 실외 열교환기(200)의 출구측에 설치될 수 있다.
상기 메인 팽창밸브(260)를 통과한 냉매는 방열판(265)을 통과하게 된다. 상기 방열판(265)은 발열 부품이 구비되는 전장 유닛에 제공될 수 있다.
일례로, 상기 발열부품에는 전원 모듈(Intelligent Power Module, IPM, 지능형 전력모듈)이 포함될 수 있다. 상기 IPM은 전력을 제어하는 전력 MOSFET이나 IGBT 등의 전력장치의 구동회로 및 자기보호 기능의 보호회로를 설치한 모듈로서 이해된다.
상기 응축된 냉매는 상기 방열판(265)에 결합되어, 상기 발열부품을 냉각시키게 된다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 방열판(265)을 거친 냉매가 유입되는 과냉각 열교환기(270) 및 상기 과냉각 열교환기(270)의 입구측에 제공되어 냉매를 분지하는 과냉각 분배기(271)가 더 포함된다. 상기 과냉각 열교환기(270)는 시스템을 순환하는 제 1 냉매와, 상기 제 1 냉매 중 일부의 냉매(제 2 냉매)가 분지된 후 열교환되는 중간 열교환기로서 기능한다.
여기서, 상기 제 1 냉매는 상기 과냉각 분배기(271)를 거쳐 상기 과냉각 열교환기(270)로 유입되는 냉매이며 상기 제 2 냉매에 의하여 과냉각 될 수 있다. 반면에, 상기 제 2 냉매는 상기 제 1 냉매로부터 흡열할 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 과냉각 열교환기(270)의 출구측에 제공되어 상기 제 1 냉매로부터 제 2 냉매가 분지되도록 하는 과냉각 유로(273)가 포함된다. 그리고, 상기 과냉각 유로(273)에는, 상기 제 2 냉매를 감압하기 위한 과냉각 팽창장치(275)가 제공된다. 상기 과냉각 팽창장치(275)에는, EEV(Electric Expansion Valve)가 포함될 수 있다.
상기 과냉각 유로(273)의 제 2 냉매는 상기 과냉각 열교환기(270)로 유입되어 상기 제 1 냉매와 열교환 된 후, 기액 분리기(280)의 입구측으로 유동할 수 있다. 상기 공기 조화기(10)에는, 상기 과냉각 열교환기(270)를 통과한 제 2 냉매의 온도를 감지하는 과냉각 토출온도 센서(276)가 더 포함된다.
상기 기액 분리기(280)는 냉매가 상기 압축기(110,112)로 유입되기 전 기상 냉매가 분리되도록 하는 구성이다. 분리된 기상 냉매가 상기 압축기(110,112)로 유입될 수 있다.
냉동 사이클이 구동되는 과정에서, 증발된 냉매는 상기 유동 전환부(130)를 거쳐 상기 기액 분리기(280)로 유입될 수 있으며, 이 때 상기 증발된 냉매는 상기 과냉각 열교환기(270)를 거친 제 2 냉매와 합지되어 상기 기액 분리기(280)로 유입된다.
상기 기액 분리기(280)의 입구측에는, 상기 압축기(110,112)로 흡입될 냉매의 온도를 감지하기 위한 흡입온도 센서(282)가 제공될 수 있다.
한편, 상기 과냉각 열교환기(270)를 통과한 제 1 냉매는 실내기 연결배관(279)을 통하여 실내기로 유입될 수 있다. 상기 공기 조화기(10)에는, 상기 과냉각 열교환기(270)의 출구측에 제공되어, 상기 과냉각 열교환기(270)를 통과한 제 1 냉매의 온도, 즉 과냉각 된 냉매의 온도를 감지하는 액관온도 센서(278)가 더 포함된다.
이하에서는, 상기 실외 열교환기(200) 및 그 주변 구성에 대하여 설명한다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 유동 전환부(130)로부터 상기 실외 열교환기(200)의 일측에 연결되는 제 1 입출배관(201a) 및 상기 실외 열교환기(200)의 타측으로부터 상기 메인 팽창장치(260)로 연장되는 제 2 입출배관(201b)이 포함된다.
일례로, 상기 제 1 입출배관(201a)은 헤더(205)의 상부, 즉 상부 헤더(205a)에 연결되고, 상기 제 2 입출배관(201b)은 상기 헤더(205)의 하부, 즉 하부 헤더(205b)에 연결될 수 있다.
공기 조화기(10)의 냉방 운전시, 냉매는 상기 제 1 입출배관(201a)을 통하여 상기 실외 열교환기(200)로 유입되며, 상기 제 2 입출배관(201b)을 통하여 상기 실외 열교환기(200)로부터 배출된다.
반면에, 공기 조화기(10)의 난방 운전시, 냉매는 상기 제 2 입출배관(201b)을 통하여 상기 실외 열교환기(200)로 유입되며, 상기 제 1 입출배관(201a)을 통하여 상기 실외 열교환기(200)로부터 배출된다.
상기 실외 열교환기(200)에는, 다수의 열(列)과 단(段)을 이루는 냉매 배관(201)이 포함된다. 일례로, 상기 냉매 배관(201)은 가로 방향으로 2개의 열, 세로 방향으로 다수의 단을 이루도록 다수 개가 구비될 수 있으며, 다수의 냉매 배관(201)은 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 다수의 냉매 배관(202)은 절곡하여 길게 연장될 수 있다. 일례로, 도 3을 기준으로, 상기 다수의 냉매 배관(202)은 지면의 후방으로 연장된 후 다시 전방으로 연장되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 다수의 냉매 배관(202)은 U 형상을 가질 수 있다.
상기 실외 열교환기(200)에는, 상기 냉매 배관(201)을 지지하는 결합 플레이트(203)가 더 포함된다. 상기 결합 플레이트(203)에는, 절곡된 형상을 가지는 냉매 배관(202)의 일측을 지지하는 제 1 플레이트(203a) 및 타측을 지지하는 제 2 플레이트(203b)가 포함된다. 상기 제 1 플레이트(203a) 및 제 2 플레이트(203b)는 상하 방향으로 길게 연장된다.
상기 실외 열교환기(200)에는, 상기 다수의 냉매 배관(202)의 단부에 결합되어, 일 냉매 배관(202)을 유동하는 냉매를 타 냉매 배관(202)으로 가이드 하는 리턴 배관(204)이 더 포함된다. 상기 리턴 배관(204)은 다수 개가 제공되며, 상기 제 1 플레이트(203a) 및 제 2 플레이트(203b)의 일측에 결합된다.
상기 실외 열교환기(200)에는, 냉매의 유동공간을 형성하는 헤더(205)가 더 포함된다. 상기 헤더(205)는, 공기 조화기(10)의 냉방 또는 난방운전 여부에 따라, 냉매를 상기 다수의 냉매배관(202)으로 분지하여 유입시키거나, 상기 다수의 냉매배관(202)에서 열교환 된 냉매를 합지하도록 구성될 수 있다. 상기 헤더(205)는 상기 제 1 플레이트(203a)의 연장방향에 대응하여, 상하 방향으로 길게 연장된다.
상기 헤더(205)와, 상기 제 1 플레이트(203a)의 사이에는, 다수의 냉매 유입관(232)이 연장된다. 상기 다수의 냉매 유입관(232)은, 상기 헤더(205)로부터 연장되어 상기 제 1 플레이트(203a)에 의하여 지지되는 냉매 배관(202)에 연결된다. 그리고, 상기 다수의 냉매 유입관(232)은 상하 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 한편, 상기 다수의 냉매 유입관(232)과 상기 헤더(205)의 결합구조에 대해서는 후술하기로 한다.
공기 조화기(10)의 냉방 운전시, 상기 헤더(205)내의 냉매는 상기 다수의 냉매 유입관(232)을 통하여 상기 냉매 배관(202)으로 유입될 수 있다. 반면에, 공기 조화기(10)의 난방 운전시, 상기 냉매 배관(202)의 냉매는 상기 냉매 유입관(232)을 통하여 상기 헤더(205)로 유입될 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 난방 운전을 기준으로, 냉매를 상기 실외 열교환기(200)로 분지하여 유입시키기 위한 다수의 분배기(210,220)가 더 포함된다. 상기 다수의 분배기(210,220)에는, 제 1 분배기(210) 및 제 2 분배기(220)가 포함된다.
그리고, 상기 공기 조화기(10)에는, 상기 제 2 입출배관(201b)으로부터 상기 제 1 분배기(210) 및 제 2 분배기(220)로 분지되는 제 1 분배배관((211) 및 제 2 분배배관(221)이 더 포함된다. 상기 제 1 분배배관(211) 및 제 2 분배배관(221)은 분지부(201c)에서, 상기 제 1 분배기(210) 및 제 2 분배기(220)로 연장될 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 제 1 분배배관(211)에 설치되어 상기 제 1 분배배관(211)을 유동하는 냉매량을 조절할 수 있는 제 1 밸브장치(215) 및 상기 제 2 분배배관(221)에 설치되어 상기 제 2 분배배관(221)을 유동하는 냉매량을 조절할 수 있는 제 2 밸브장치(225)가 더 포함된다.
상기 제 1 밸브장치(215) 및 제 2 밸브장치(225)에는, 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브(Electronic Expanion Valve)가 포함될 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 제 1 분배기(210) 및 제 2 분배기(220)로부터 상기 다수의 냉매 배관(202)으로 연장되는 다수의 캐필러리 튜브(207)가 더 포함된다. 공기 조화기(10)의 난방 운전시, 냉매는 상기 제 1 분배기(210) 및 제 2 분배기(220)로 분지되며, 각각 다수의 캐필러리 튜브(207)를 통하여 상기 냉매 배관(202)으로 유동한다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 다수의 캐필러리 튜브(207)와 상기 냉매 배관(202)을 연결하는 분지관(209)이 더 포함된다. 상기 분지관(209)은 상기 캐필러리 튜브(207)를 유동한 냉매를 2방향으로 분지하여 일 냉매 배관(202) 및 타 냉매 배관(202)으로 분지할 수 있다. 일례로, 상기 분지관(209)에는, Y 형상을 가지는 분지관이 포함될 수 있다. 상기 분지관(209)은 상기 다수의 캐필러리 튜브(207)의 수에 대응하여, 다수 개가 제공될 수 있다.
공기 조화기(10)의 난방 운전시, 상기 제 1 분배기(210)에 연결된 다수의 캐필러리 튜브(207)를 통하여 상기 냉매 배관(202)으로 유입된 냉매는 열교환 된 후 상기 헤더(205)의 상부 헤더(205a)로 유입된다. 그리고, 상기 제 2 분배기(220)에 연결된 다수의 캐필러리 튜브(207)를 통하여 상기 냉매 배관(202)으로 유입된 냉매는 열교환 된 후 상기 헤더(205)의 하부 헤더(205b)로 유입된다.
즉, 상기 헤더(205)에는, 상기 제 1 분배기(210)에 연통하는 상부 헤더(205a) 및 상기 제 2 분배기(220)에 연통하는 하부 헤더(205b)가 포함된다. 도 3에는, 상기 상부 헤더(205a)와 하부 헤더(205b)를 구획하는 가상의 구획선(l1)이 표시된다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 상부 헤더(205a)와 하부 헤더(205b)의 사이에 설치되는 체크 밸브(240)가 더 포함된다. 상기 체크 밸브(240)는, 상기 하부 헤더(205b)로부터 상부 헤더(205a)로의 냉매 유동을 허용하며, 상기 상부 헤더(205a)로부터 하부 헤더(205b)로의 냉매 유동을 제한한다.
따라서, 공기 조화기(10)의 난방 운전시, 상기 제 2 분배기(220)를 통하여 상기 냉매 배관(202)으로 유입된 냉매는 열교환 후 상기 하부 헤더(205b)로 유입되며, 상기 체크 밸브(240)에 의하여 가이드 되어 상기 상부 헤더(205b)로 유동할 수 있다. 그리고, 상기 제 1 분배기(210)를 통하여 상기 냉매 배관(202)으로 유입된 냉매는 열교환 후 상기 상부 헤더(205a)로 유입되며, 상기 하부 헤더(205b)로부터 유입된 냉매와 합지되어, 상기 제 1 입출배관(201a)으로 유동할 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 제 1 분배배관(211)의 일 지점으로부터 상기 하부 헤더(205b)로 연장되는 연결배관(230)이 더 포함된다. 상기 연결배관(230)에는, 상기 연결배관(230)에서의 냉매 유량을 조절하는 제 3 밸브장치(235)가 설치될 수 있다. 일례로, 상기 제 3 밸브장치(235)에는, 온/오프 제어가 가능한 솔레노이드 밸브 또는 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브가 포함될 수 있다.
공기 조화기(10)의 냉방 운전시, 상기 제 1 분배기(210)에서 상기 제 1 분배배관(211)으로 유동한 냉매는 상기 연결배관(230)을 통하여 상기 하부 헤더(205b)로 유입될 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 헤더(205)의 하단부, 즉 상기 하부 헤더(205b)의 하단부로부터 상기 제 2 입출배관(201b)으로 연장되는 바이패스 배관(250)이 더 포함된다. 공기 조화기(10)의 냉방 운전시, 상기 바이패스 배관(250)은, 상기 헤더(205)의 하부에 쌓여진 액 냉매를 상기 제 2 입출배관(201b), 즉 상기 실외 열교환기(200)의 출구측으로 바이패스 하도록 구성된다.
이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여, 공기 조화기의 난방운전 및 냉방운전시 공기 조화기(10)에서의 냉매 유동에 대하여 설명한다.
먼저, 공기 조화기가 난방운전을 수행하는 경우, 상기 제 1,2 압축기(110,112)에서 압축된 고온 고압의 냉매는 상기 제 1,2 오일 분리기(120,122)를 거치면서 오일이 분리되고 분리된 오일은 상기 회수유로(116)를 통하여 상기 제 1,2 압축기(110,112)로 복귀한다. 그리고, 오일이 분리된 냉매는 상기 유동 전환부(130)를 거쳐 실내기측으로 유동한다.
상기 실내기로 유입된 냉매는 실내 열교환기에서 응축되며, 응축된 냉매는 실내기 연결배관(279)을 통하여 상기 과냉각 열교환기(270)로 유입된다. 이 때, 일부의 냉매는 상기 과냉각 유로(273)로 분지되어 과냉각 팽창장치(275)에서 감압되어, 상기 과냉각 열교환기(270)로 유입될 수 있다.
따라서, 상기 응축된 냉매와, 상기 과냉각 유로(273)를 유동한 냉매는 서로 열교환 되어, 상기 응축된 냉매가 과냉각 될 수 있다.
상기 과냉각 열교환기(270)를 통과한 과냉각 냉매는 상기 방열판(265)을 거치면서 상기 전장 유닛의 발열 부품을 냉각하고 상기 메인 팽창밸브(260)에서 감압될 수 있다.
감압된 냉매는 상기 분지부(201c)에서 상기 제 1 분배배관(211) 및 제 2 분배배관(221)으로 분지되어 상기 제 1 분배기(210) 및 제 2 분배기(220)로 각각 유입될 수 있다. 이 때, 상기 제 1 밸브장치(215) 및 제 2 밸브장치(225)는 설정개도 이상으로 개방될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 밸브장치(215) 및 제 2 밸브장치(225)는 완전 개방될 수 있다.
상기 제 1 분배기(210)로 유동한 냉매는 상기 다수의 캐필러리 튜브(207)를 거쳐 상기 냉매 배관(202)으로 유입되며, 열교환 후 상기 상부 헤더(205a)로 유입된다. 그리고, 상기 제 2 분배기(220)로 유동한 냉매는 상기 다수의 캐필러리 튜브(207)를 거쳐 상기 냉매 배관(202)으로 유입되며, 열교환 후 상기 하부 헤더(205b)로 유입된다. 이 때, 냉매는 열교환 하는 과정에서 증발될 수 있다.
상기 하부 헤더(205b)로 유입된 냉매는 상기 상부 헤더(205a)로 유동하여, 상기 상부 헤더(205a)로 유입된 냉매와 합지된다. 이 때, 상기 하부 헤더(205b)의 냉매는 상기 체크 밸브(240)를 경유하여 상기 상부 헤더(205a)로 유동할 수 있다 (점선 화살표 참조).
상기 합지된 냉매는 상기 상부 헤더(205a)에 연결된 제 1 입출배관(201a)으로 배출될 수 있으며, 상기 유동 전환부(130)를 거쳐 상기 기액 분리기(280)로 유입되고 분리된 기상 냉매가 상기 제 1,2 압축기(110,112)로 흡입될 수 있다. 이러한 사이클이 반복될 수 있다.
이와 같이, 공기 조화기(10)의 난방 운전시, 냉매는 제 1,2 분배기(210,220)를 통하여 상기 실외 열교환기(200)로 유입될 수 있고, 상기 제 1 분배기(210)측 유로와 제 2 분배기(220)측 유로를 모두 이용하여 열교환이 수행될 수 있다.
따라서, 실외 열교환기(200)에서의 냉매 유동경로는 짧아지는 반면, 상기 실외 열교환기(200)로 분지되는 경로의 수는 증가하게 된다. 결국, 냉매의 압력손실을 저감하고 이에 따라 증발 압력의 저하를 방지하여 증발 효율을 개선할 수 있다.
다음으로, 공기 조화기가 냉방운전을 수행하는 경우, 상기 제 1,2 압축기(110,112)에서 압축된 고온 고압의 냉매는 상기 제 1,2 오일 분리기(120,122)를 거치면서 오일이 분리되고 분리된 오일은 상기 회수유로(116)를 통하여 상기 제 1,2 압축기(110,112)로 복귀한다. 그리고, 오일이 분리된 냉매는 상기 유동 전환부(130)를 거쳐 제 1 입출배관(201a)으로 유동하며, 상기 실외 열교환기(200)의 헤더(205)로 유입된다.
상기 헤더(205)로 유입된 냉매는 상기 상부 헤더(205a)에 존재하게 되며, 상기 체크밸브(240)에 의하여 상기 하부 헤더(205b)로 유입되는 것이 제한된다.
상기 상부 헤더(205a)의 냉매는 상기 다수의 냉매 유입관(232)을 통하여 상기 제 1 플레이트(203a)에 고정된 냉매 배관(202)으로 유입된다. 상기 냉매 배관(202)의 냉매는 열교환 후 상기 분지관(209)을 통하여 상기 다수의 캐필러리 튜브(207)로 유동한다. 이 때, 냉매는 열교환 하는 과정에서 1차 응축될 수 있다.
상기 다수의 캐필러리 튜브(207)의 냉매는 상기 제 1 분배기(210)에서 합지되고, 상기 제 1 분배배관(211) 및 연결배관(230)을 통하여 상기 하부 헤더(205b)로 유입된다. 이 때, 상기 제 1 밸브장치(215)는 폐쇄되어, 냉매가 상기 분지부(201c)로 유동하는 것이 제한된다. 그리고, 상기 제 3 밸브장치(235)는 온 되거나 설정개도 이상으로 개방되어, 냉매가 상기 연결배관(230)으로 유동하는 것을 허용한다.
상기 하부 헤더(205b)로 유입된 냉매는 상기 다수의 냉매 유입관(232)을 거쳐 상기 제 1 플레이트(203a)에 고정된 다수의 냉매 배관(202)으로 유입된다. 그리고, 냉매는 상기 다수의 냉매 배관(202)을 유동하는 과정에서, 2차 응축될 수 있다.
상기 2차 응축된 냉매는 상기 분지관(209) 및 다수의 캐필러리 튜브(207)를 거쳐 상기 제 2 분배기(220)로 유입된다. 그리고, 상기 제 2 분배기(220)의 냉매는 상기 제 2 분배배관(221) 및 분지부(201c)를 거쳐 상기 제 2 입출유로(201b)를 유동하며, 상기 실외 열교환기(200)에서 배출된다.
상기 실외 열교환기(200)에서 배출된 냉매는, 상기 방열판(265) 및 과냉각 열교환기(270)를 거쳐 상기 실내기 측으로 유동할 수 있다. 냉매는 상기 실내기에서 팽창 및 증발한 후, 상기 유동 전환부(130) 및 기액 분리기(280)를 거쳐 상기 제 1,2 압축기(110,120)로 흡입될 수 있다. 이러한 사이클이 반복될 수 있다.
이와 같이, 공기 조화기(10)의 냉방 운전시, 상기 실외 열교환기(200)로 유입된 냉매는 상기 상부 헤더(205a)측에 연결된 냉매 배관(202)에서 1차 응축되고, 상기 하부 헤더(205b)측에 연결된 냉매 배관(202)에서 2차 응축됨으로써, 냉매의 유동경로가 길어지는 반면, 상기 냉매 배관(202)으로 분지되는 경로의 수는 줄어들게 된다. 결국, 냉매의 유속을 증가시키고 이에 따라 응축 압력을 저감하여 응축 효율을 개선할 수 있다.
한편, 상기 하부 헤더(205b)에는, 액 냉매가 채워질 수 있다. 상세히, 냉매는 상기 상부 헤더(205a)에 연결된 냉매 배관(202)을 유동하면서 1차 응축되므로, 2상 상태를 가질 수 있다. 따라서, 상기 연결배관(230)을 통하여 상기 하부 헤더(205b)로 유입되는 냉매는 기상 및 액상이 포함된 상태일 수 있다.
액 냉매가 기상 냉매보다 비중이 크기 때문에, 액 냉매는 상기 하부 헤더(205b)의 하부측에 채워질 수 있다. 액 냉매의 경우 응축이 완료된 냉매로서 더 이상 열교환이 필요치 않은 냉매로서 이해된다. 따라서, 액 냉매가 상기 냉매 배관(202)으로 유입되어 다시 열교환 하는 경우, 실외 열교환기의 열교환 성능이 저하되고 액 냉매에 의한 압력 손실이 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예는 액 냉매를 실외 열교환기(200)의 출구측으로 바이패스 하기 위한 바이패스 배관(250)을 제공하는 것을 특징으로 한다. 상기 바이패스 배관(250)은 상기 하부 헤더(205b)로부터 상기 제 2 입출배관(201b)으로 연장되어, 냉방 운전시 상기 하부 헤더(205b)에 쌓인 냉매를 상기 제 2 입출배관(201b)으로 배출한다.
이하에서는, 도 4를 참조하여, 상기 바이패스 배관(250) 및 하부 헤더(205b) 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실외 열교환기의 하부 헤더 및 바이패스 배관의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실외 열교환기(200)에는, 상기 헤더(205)에 존재하는 액 냉매를 상기 실외 열교환기(200)의 출구측으로 바이패스 하는 바이패스 배관(250)이 포함된다.
상기 바이패스 배관(250)은 상기 헤더(205) 중 하부 헤더(205b)의 하부로부터 상기 제 2 입출배관(201b)을 향하여 연장된다.
또한, 본 실시예에 따른 실외 열교환기(200)에는, 상기 하부 헤더(205b)로부터 상기 다수의 냉매 배관(202)으로 연장되는 다수의 냉매 유입관(232)이 포함된다. 상기 다수의 냉매 유입관(232)에는, 가장 낮은 위치에 배치되는 최하단 유입관(232a) 및 상기 최하단 유입관(232a)의 상측에 배치되는 다수의 상부 유입관(232b)이 포함된다.
그리고, 상기 최하단 유입관(232a)의 높이(H2)는, 상기 제 1 분배배관(211)의 일 지점으로부터 상기 하부 헤더(205b)로 연장되는 연결배관(230)의 높이(H1)보다 높게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 H2 및 H1은 기준선(lo)으로부터의 거리로서 이해되며, 상기 기준선(lo)은 일례로, 실외기의 하부를 형성하는 베이스 또는 지면을 나타낼 수 있다.
이와 같이, 상기 연결배관(230)의 높이(H1)가 상기 최하단 유입관(232a)의 높이(H2)보다 낮게 형성됨으로써, 따라서, 상기 하부 헤더(205b)에 존재하는 액 냉매가 상기 최하단 유입관(232a)으로 유입되는 것이 제한될 수 있다.
도 5는 최하단 유입관이 연결배관의 높이보다 낮게 형성된 경우의 도면 이다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여, 상기 연결배관(230)의 높이를 상기 최하단 유입관(232a)의 높이보다 낮게 설계한 실외 열교환기의 효과에 대해 설명하기로 한다.
상기 연결배관(230)을 통하여 상기 하부 헤더(205b)로 유입되는 냉매는 기상 및 액상이 포함된 상태임은 앞서 살펴본 바이다. 그런데, 상기 액 냉매가 상기 기상 냉매보다 비중이 크기 때문에, 상기 액 냉매는 상기 하부 헤더(205b)의 하부측에 채워지고, 상기 기상 냉매는 상기 액 냉매의 상부측에 채워지게 된다. 따라서, 상기 액 냉매에 의해 상기 하부 헤더(205b)와 연통되는 상기 다수의 냉매 유입관 중 일부는 상기 액 냉매에 의해 막히게 된다.
도 5와 같이, 상기 액 냉매가 위치하는 A 영역에 배치된 연결배관(230)은 상기 액 냉매에(L) 의해 막혀 있으므로, 2차 응축을 위한 기상 냉매는 B 영역에 배치된 연결배관(230)을 통해서만 유동할 수 있다. 따라서, 상기 기상 냉매가 원활하게 상기 다수의 냉매 유입관(232)으로 유동할 수 없어 실외 열교환기의 응축 효율 및 열교환 성능이 저하된다.
그러나, 본 실시 예에서는 상기 최하단 유입관(232a)의 높이(H2)를, 상기 연결배관(230)의 높이(H1)보다 높게 형성함으로써, 상기 다수의 냉매 유입관(232)중 일부가 상기 액 냉매(L)에 의해 막히는 것을 방지하므로 실외 열교환기(200)의 응축 효율 및 열교환 성능을 개선할 수 있다.
또한, 상기 바이패스 배관(250)이 구비됨으로써 하부 헤더(205b)에 존재하는 액 냉매를 실외 열교환기(200)의 출구측으로 바이패스 하여, 실외 열교환기(200)에서의 열교환 성능을 개선할 수 있다.
다시 말하면, 상기 하부 헤더(205b)의 하부측에 채워지는 액 냉매는 열교환이 필요치 않은 냉매이므로 상기 바이패스 배관(250)을 통해 상기 실외 열교환기(200)의 출구측으로 바이패스 시키고, 상기 열교환이 필요한 기상 냉매는 상기 다수의 냉매 유입관(232)을 모두 개방되게 함으로써 효율적인 열교환이 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 바이패스 배관(250)은 상기 하부 헤더(250b)의 저면으로부터 하방으로 연장시킴으로써 압력 차에 의해 상기 하부 헤더(205b)의 기상 냉매가 상기 바이패스 배관(250)을 통하여 배출되는 것을 방지할 수 있다.
Claims (10)
- 압축기;
상기 압축기의 출구측에 배치되며, 냉방 또는 난방운전 여부에 따라 냉매의 유동방향을 전환하는 유동전환부;
상기 유동 전환부와 연결되며, 실외 공기와 열교환 되는 냉매를 가이드 하는 다수의 냉매배관이 구비되는 실외 열교환기; 및
상기 실외 열교환기의 일측에 구비되는 메인 팽창밸브
가 포함되고,
상기 실외 열교환기에는,
냉매의 유동공간을 형성하며, 상부 헤더 및 하부 헤더가 구비되는 헤더;
상기 상부 헤더에 연결되는 제 1 냉매배관;
상기 제 1 냉매배관을 유동한 냉매를 하부 헤더로 가이드 하는 연결배관;
상기 하부 헤더로부터 제 2 냉매배관으로 연장되는 냉매 유입관; 및
상기 하부 헤더로부터 액 냉매의 배출을 가이드 하는 바이패스 배관
이 포함되며,
냉방 운전시, 상기 하부 헤더의 액 냉매는 상기 바이패스 배관을 통해서 배출되며, 상기 하부 헤더의 기상냉매는 상기 연결배관 보다 상측에 형성되는 냉매 유입관을 통하여 배출되는 공기 조화기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 냉매 유입관에는,
상기 하부 헤더의 최 하측에 배치되는 최하단 유입관; 및
상기 최하단 유입관의 상측에 배치되는 다수의 상부 유입관이 포함되고,
상기 최하단 유입관의 높이(H2)는 상기 연결배관의 높이(H1)보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유동 전환부로부터 상기 실외 열교환기로 연장되는 제 1 입출배관; 및
상기 실외 열교환기로부터 상기 메인 팽창밸브로 연장되는 제 2 입출배관을 더 포함하는 공기 조화기.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 2 입출배관으로부터 분지되는 제 1,2 분배배관; 및
상기 제 1,2 분배배관에 연결되며, 상기 다수의 냉매배관으로 냉매를 분지하여 유입시키는 다수의 분배기가 더 포함되는 공기 조화기.
- 제 4 항에 있어서,
상기 다수의 분배기에는,
상기 제 1 분배배관에 연결되며, 상기 상부 헤더에 연통하는 제 1 분배기; 및
상기 제 2 분배배관에 연결되며, 상기 하부 헤더에 연통하는 제 2 분배기가 포함되는 공기 조화기.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 분배기 및 제 2 분배기로부터 상기 다수의 냉매배관으로 연장되는 다수의 캐필러리 튜브가 더 포함되는 공기 조화기.
- 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 분배배관에 설치되는 제 1 밸브장치;
상기 제 2 분배배관에 설치되는 제 2 밸브장치; 및
상기 연결배관에 설치되는 제 3 밸브장치가 더 포함되는 공기 조화기.
- 제 3 항에 있어서,
상기 바이패스 배관은 상기 하부 헤더로부터 상기 제 2 입출배관으로 연장되는 공기 조화기.
- 제 8 항에 있어서,
상기 바이패스 배관은 상기 하부 헤더의 저면으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 상부 헤더와 하부 헤더의 사이에 설치되어, 냉매의 일방향 유동을 가이드 하는 체크 밸브를 더 포함하는 공기 조화기.
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