KR0135124B1 - 에어콘 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어콘에 실내기내의 하단에 실외기와 연결되어 양측에 사방밸브가 부착된 수냉식의 열교환기가 장착되므로써, 운전시 과냉도 및 과열도를 효율적으로 증감 및 조절하여 냉방 능력을 향상시킬 수 있고, 압축기를 최대한 보호할 수 있으며, 냉동싸이클을 최적의 상태로 유지할 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 것이다.

이를 위해, 본 발명은 물과 열교환이 이루어지도록 내부에 물을 저장하고 냉매가 흐르는 복수개의 열교환관(5)을 가지는 수냉식 열교환기(4)와, 상기 수냉식 열교환기(4)의 열교환관(5)과 연결되어 냉매의 흐름을 변경하도록 하는 사방밸브(3)와, 상기 사방밸브(3)의 일측은 실내기(1)에 증발기(14)의 입토출구측과 연결되고 타측은 실외기(2)의 응축기(13) 출구와 압축기(15)의 흡입구측에 연결되어 구성된 에어콘이다.

Description

에어콘

제1도는 종래 에어콘의 실내기와 실외기를 나타낸 종단면도 및 횡단면도.

제2도는 제1도의 냉동 싸이클을 나타낸 구성도.

제3도는 제2도의 A부분 상세도.

제4도는 본 발명의 실내기와 실외기를 나타낸 종단면도 및 횡단면도.

제5도는 제4도의 B부분 확대도.

제6도는 제5도의 C부분 상세도로서,

(가)는 솔레노이드 밸브가 차단시의 상태도.

(나)는 솔레노이드 밸브가 동작시의 상태도.

제7도는 제6도의 D부분 상세도.

제8도의 (가) 및 (나)는 본 발명의 냉동싸이클을 나타낸 구성도.

제9도의 (가) 및 (나)는 종래의 냉동싸이클과 본 발명의 냉동싸이클을 나타낸 P-h선도.

제10도는 본 발명의 회로블럭도.

제11도는 본 발명의 운전상태를 나타낸 흐름도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 실내기2 : 실외기

3 : 사방밸브4 : 열교환기

5 : 열교환관6, 7 : 제1, 2 온도감지센서

8 : 냉매입출구관9 : 냉매유로

10 : 솔레노이드 밸브11 : 무빙막대

12 : 유로차단 부재13 : 응축기

14 : 증발기15 : 압축기

본 발명은 에어콘에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어콘의 운전시 과냉도 및 과열도를 효율적으로 증감 및 조절하여 냉방능력을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

종래의 에어콘은 제1도 및 제2도에 나타낸 바와 같이, 크게 실내기(1a)와 실외기(2)로 나뉘어져 실내기(1a) 전면 하부의 흡입그릴(16)을 통해 실내의 더운 공기가 흡입되면 상기 흡입그릴(16) 후방의 실내기(1a) 내에 경사지게 설치된 증발기(14)를 통과하면서 관내를 순환하는 차거운 냉매에 의해 열교환이 발생하여 냉각되고, 냉각된 공기는 실내기(1a)에 장착된 송풍팬(18)의 회전에 의한 원심력에 의해 흡입력이 발생하게 되어 상승되면서 실내기(1a) 전면상부의 토출그릴(19)을 통해 토출되어 실내를 시원하게 해준다.

또한 실외기(2)에 내장된 모터(20)의 구동에 따른 축류팬(21)의 회전에 의해 외부의 더운 공기는 응축기(13) 내부의 냉매를 응축시켜 응축기(13)를 통과하여 실외로 방출되고, 실내기(1a)의 증발기(14)로부터 증발된 냉매는 실외기(2)의 압축기(15)로 유입되며, 압축기(15)로 유입되며, 압축기(15)로부터 고온 및 고압의 냉매가 응축기(13)로 유입되어 냉매가 응축되어 액냉매로 모세관(22)으로 유입되며, 모세관(22)으로부터 유출되는 냉매는 저온 및 저압의 상태로서 증발기(14)로 유입되어 제2도의 화살표 방향의 반복적인 냉동사이클을 이루게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 에어콘이 실제 가동될 때 실내, 외의 기후조건 및 기타 영향에 의해서 증발기(14)로부터 증발된 냉매가 완전 과열증기가 아닌 액냉매 상태로 주기적으로 압축기(15)로 냉매가 유입됨에 의해서 압축기(15)에 과부하를 주게 되므로 압축기(15)의 수명 단축 및 고장발생의 원인이 되고, 에어콘의 과열도 및 과냉도를 고려해서 설계를 하지만 제3도와 같이 증발기(14)내지 5∼6개의 경로(Path)가 형성됨에 따라 각 경로별 열전달량의 차이가 생기게 되어 다기관(Manifold Tube)(23)에 각 경로별 냉매온도차가 유발될 수 있고 결과적으로 에어콘의 성능저하 요인이 되고 있다.

뿐만 아니라, 실외기(2)내의 응축기(13)는 실외에 설치되어 있어서 외부온도의 변화에 따른 열전달량의 차이로 인하여 냉동싸이클상의 적정 과냉도를 유지시키기가 어렵고, 증발기(14) 자체에 복수개의 경로가 형성됨에 의해 증발된 냉매상태가 경로별 차이가 발생됨에 따라 액냉매가 압축기(15)에 유입될 수도 있으며, 응축기(13)도 적정 설계가 되어 있더라도 적정과냉도를 유지하기 힘들므로 에어콘 성능을 유지시키는데 한계가 있다.

이와 같은 이유로, 냉동싸이클상의 적정 냉매순환량과 싸이클 밸런스 등에 영향을 주게되고 응축기(13)의 주된 역할인 냉매를 응축시켜 완전 액냉매로 만들어 모세관(22)으로 유입시켜야 되는데, 외부의 환경조건 및 에어콘 설치시 가옥이나 업소구조에 따라서 설치배관 길이 및 상태가 틀릴 수 있으므로 인해 적정과 냉도를 유지시켜 에어콘의 성능을 유지하기가 어려운 등의 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에어콘의 운전시 과냉도 및 과열도를 효율적으로 증감 및 조절하여 냉방능력을 향상시킬 수도 있으며, 외부조건 변화에 따라 증발기의 열전달량 감소로 인하여 액냉매가 압축기로 유입됨에 따른 압축기의 손상을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 냉동싸이클을 최적의 상태로 유지할 수 있는 에어콘을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 물과 열교환이 이루어지도록 내부에 물을 저장하고 냉매가 흐르는 복수개의 열교환관을 가지는 수냉식 열교환기와, 상기 수냉식 열교환기의 열교환관과 연결되어 냉매의 흐름을 변경하도록 하는 사방밸브와, 상기 사방밸브의 일측은 실내기에 증발기의 입토출구측과 연결되고 타측은 실외기의 응축기출구와 압축기의 흡입구측에 연결되어 구성된 에어콘이다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 제4도 내지 제11도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도에는 본 발명의 실내기와 실외기를 나타낸 종단면도 및 횡단면도이고, 제5도는 제4도의 B부분 확대도이며, 제6도는 제5도의 C부분 상세도이고, 제7도는 제6도의 D부분 상세도이며, 제8도의 (가) 및 (나)는 본 발명의 냉동싸이클을 나타낸 구성도이고, 제9도의 (가) 및 (나)는 종래의 냉동싸이클과 본 발명의 냉동싸이클을 나타낸 P-h 선도이며, 제10도는 본 발명의 회로블록도이고, 제11도는 본 발명의 운전상태를 나타낸 흐름도이다.

에어콘의 실내기(1)내의 하단에 실외기(2)와 연결되는 연결배관 양측에 사방밸브(3)가 부착되며 단열재가 내장되어 양측내부에 온도가 다른 물이 저장되는 수냉식의 열교환기(4)가 장착되고, 열교환기(4)의 내부에는 사방밸브(3)와 연통되는 동으로된 열교환관(5)이 설치되며, 상기 열교환기(4)의 상, 하부에는 각각 열교환기(4) 내부에 물의 온도를 감지하기 위한 제1, 2 온도감지센서(6)(7)가 설치된다.

또한, 사방밸브(3)의 양측에는 냉매가 유입 및 유출되는 복수개의 냉매입출구관(8)이 설치되고, 상기 사방밸브(3)의 하단에는 온, 오프됨에 따라 사방밸브(3)내의 냉매유로(9)를 개방 및 폐쇄시키기 위해 작동되는 솔레노이드 밸브(10)가 설치된다.

그리고, 솔레노이드 밸브(10)에는 솔레노이드 밸브(10)의 작동에 따라 연동되는 무빙막대(11)가 연결되고, 무빙막대(11)에는 솔레노이드 밸브(10)의 작동에 따라 냉매유로(9)를 개방 및 폐쇄시키는 황동원판(12a)으로 된 외주면에 특수세라믹 고무(12b)가 부착된 복수개의 유로차단 부재(12)가 설치되어 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 제4도 내지 제9도에 나타낸 바와 같이, 에어콘이 가동되면 실내기(1)내의 하단에 장착되어 실외기(2)와 연결되며 양측에 사방밸브(3)가 부착되어 단열재가 내장된 등으로 된 수냉식의 열교환기(4) 상, 하 내부의 물의 온도가 다르게 되고, 제8도(가)와 같이 에어콘이 운전된다.

즉, 응축기(13)를 통과한 냉매는 수냉식 열교환기(4)의 상단부를 통과하여 모세관, 증발기(14)를 통과하고, 증발기(14)를 통과한 후의 냉매는 수냉식 열교환기(4)의 하단부를 통과하여 압축기(15)로 유입된다.

응축기(13)를 통과한 냉매는 44℃(제2도)이므로 제5도에 나타낸 수냉식 열교환기(4) 상단부의 물의 온도를 초기 30℃로 가정하면, 냉매와 물간의 열교환이 이루어지게 되고, 냉매의 온도는 44℃ 이하로 떨어져서 제9도(나)에 나타낸 바와 같이(점선부분) 과냉도가 커지게 되고, 물의 온도는 30℃ 이상으로 상승하게 된다.

마찬가지로, 증발기(14)를 통과한 냉매는 7℃(제2도)이므로 수냉식 열교환기(4) 하단부 물의 온도를 초기 20℃로 가정하면, 냉매와 물의 열교환으로 냉매의 온도는 상승하여 제9도(나)에서 처럼 과열도가 커지고, 물의 온도는 20℃ 이하로 하강하게 된다.

이 상태로 계속 30분에서 1시간 정도 여름철에 운전을 하게 되면, 열교환기(4) 상, 하내부의 물의 온도가 차이가 생기가 되는데, 이때 열교환기(4)의 상, 하부에 각각 설치된 1, 2온도감지센서(6)(7)가 각각의 온도를 감지하여 에어콘의 콘트롤 인쇄회로기판(도시는 생략함)을 통해서 신호를 사방밸브(3)의 하단에 설치하여 있는 솔레노이드 밸브(10)의 온, 오프를 교차시키면서, 수냉식 열교환기(4)의 냉매유로(9)가 초기 제6도(가)의 상태에서 제6도(나)의 상태가 된다.

작동방식은 솔레노이드 밸브(10)에 전원이 인가되어 제6, 8도의 (가)와 같은 상태에서 솔레노이드 밸브(10)에 연결된 무빙막대(11)가 하강함과 동시에, 무빙막대(11)에 설치되어 황동원판(12a)으로 된 외주면에 특수세라믹 고무(12b)가 부착된 복수개의 유로차단부재(12)가 사방밸브(3)내의 냉매유로(9) 상태에서 제6, 8도의 (나)와 같이 냉매유로(9)를 바꾸어 운전을 하게 된다.

따라서, 과냉도 및 과열도의 증가 및 감소가 가능하여 압축기(15)를 보호할 수 있으며, 응축기(13)의 과냉도를 수냉식 열교환기(4)의 상, 하단부 물의 온도 및 제 1, 2 온도감지센서(6)(7)의 온도설정값에 따라 제9도 (나)와 같이 싸이클변경이 가능하여 에어콘의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

마찬가지로, 제6, 8도의 (나)와 같은 상태로 약 30분∼1시간 정도 운전을 하면, 다시 제6, 8도의 (가)와 같은 상태로 냉매 유동방향이 전환되어 운전을 하므로 인해 항상 에어콘의 가동시 효율적인 운전을 할 수 있게 된다.

한편, 제9도에서 종래와 본 발명의 냉동싸이클을 P-h 선도로서 비교해 보면, 먼저 제9도(가)에 나타낸 종래의 냉동싸이클 P-h 선도에서 Qc는 응축기의 능력, Qe는 증발기의 냉방능력, Wc는 압축기의 일량, m은 냉매순환량(㎏/h)으로 Qc=m(h₃-h₁), Qe=m(h₂-h₁), Wc=m(h₃-h₂)이 되고, Qc=Qe+Wc가 된다.

또한, 제9도(나)에 나타낸 본 발명의 냉동싸이클 P-h 선도에서는 압축기(15)의 스펙(Spec)이 동일할 경우 압축기의 일량은 종래와 본 발명이 거의 비슷하므로 Qc=Qe+Wc=(h₂'-h₁')+(h₃'-h₂')이 되어 Qe=h₂'-h₁'=△h'로 증가됨에 따라 냉방능력이 향상되고, 응축기(13)의 토출되는 냉매를 더욱 과냉각시키면서 엔탈피(Enthalpy)로 h₁'로 되면, 증발기(14)의 입구건조(x)가 적어져서 증발기(14)의 열교환량이 커지게 되며, 과열도를 증가시키면 h₂→h₂'로 되어 증발기(14)의 냉방능력이 증가된다고 해석하기보다는 최적의 냉동싸이클 밸런스를 유지하기 위해 압축기(15) 입구의 액냉매를 유출시키지 않는데에 더 큰 목적이 있게 된다.

즉, 전술한 바와 같이 본 발명은 에어콘의 가동중에 증발기(14)로부터 유출가능한 액냉매를 과열시켜 압축기(15)를 최대한도로 보호할 수 있고, 냉동싸이클을 최적의 상태로 유지할 수 있으며, 응축기(13)로 유출되는 응축된 액냉매를 과냉각시켜서 증발기(14)의 입구건도를 줄여 냉방능력을 향상시켜 에어콘의 성능을 높일 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 에어콘의 실내기(1)에 에어콘 내부의 주요부품들을 설치스펙의 변경없이 특별한 동력원이 필요없는 수냉식의 열교환기(4)를 장착시켜 냉동싸이클의 작동중에 냉매의 온도차에 의해 적절하게 과냉도 및 과열도를 유지할 수 있고, 가옥 및 업소구조 등에 의해 배관길이가 길어지거나 실외기(2)가 옥상으로 설치되는 여러 가지의 외부조건과 환경온도 변화에 관계없이 일정한 성능을 발휘할 수 있도록 에어콘운전을 할 수 있게 된다.

이와 같은 에어콘 운전의 작동 flow를 제어하는 방법은 제10도 및 제11도에서와 같이 수냉식 열교환기(4)의 상, 하부에 설치된 제1, 2 온도감지센서(6)(7)의 온도를 마이콤에 입력하여 사방밸브(3)가 작동하게 되고, 제11도에서와 같이 감지된 온도 T1, T2가 각각 25℃∼35℃, 10℃∼20℃ 조건을 만족하면 제6도(가)와 같이 초기 선택된 유로 A에서 작동을 시작하게 된다.

과열도가 3℃∼7℃, 과냉도가 5℃∼10℃를 만족하지 않고 T1(제5도 상단부 온도)이 35℃ 이상, T2(제5도 하단부 온도)가 10℃ 이하이면 유로 B(제6도(나))를 선택하며, 유로 B상태에서 T1이 25℃ 이하, T2가 20℃ 이상이면 유로 A를 선택한다.

이상에서와 같이, 본 발명은 에어콘에 실내기(1)내의 하단에 실외기(2)와 연결되어 양측에 사방밸브(3)가 부착된 수냉식의 열교환기(4)가 장착되므로써, 운전시 과냉도 및 과열도를 효율적으로 증감 및 조절하여 냉방능력을 향상시킬 수 있고, 압축기(15)를 최대한 보호할 수 있으며, 냉동싸이클을 최적의 상태로 유지할 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 매우 유용한 발명이다.

Claims (4)

1. 물과 열교환이 이루어지도록 내부에 물을 저장하고 냉매가 흐르는 복수개의 열교환권을 가지는 수냉식 열교환기와, 상기 수냉식 열교환기의 열교환과 연결되어 냉매의 흐름을 변경하도록 하는 사방밸브와, 상기 사방밸브의 일측은 실내기에 증발기의 입토출구측과 연결되고 타측은 실외기의 응축기출구와 압축기의 흡입구측에 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 에어콘.
2. 제1항에 있어서, 상기 수냉식 열교환기는 내부가 상하로 분리되도록 단열재가 내장되어 내부에 열교환이 사방밸브와 연통설치되고, 열교환기의 상, 하부에는 각각 내부에 물의 온도를 감지하기 위한 제1, 2 온도감지센서가 설치된 에어콘.
3. 제1항에 있어서, 상기 사방밸브가 냉매가 유입 및 유출되는 복수개의 냉매입출구관과, 상기 사방밸브내의 냉매유로를 개방 및 폐쇄시키기 위해 작동되는 솔레노이드 밸브와, 상기 솔레노이드 밸브에 설치되어 솔레노이드 밸브의 작동에 따라 연동되는 무빙막대와, 상기 무빙막대에 설치되어 솔레노이드 밸브의 작동에 따라 냉매 유로를 개방 및 폐쇄시키는 복수개의 유로차단 부재로 된 에어콘.
4. 제3항에 있어서, 상기 유로차단 부재가 황동원판으로 된 외주면에 특수세라믹 고무가 부착된 에어콘.