KR100202037B1 - 에어컨의 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어컨 신규한 냉각시스템을 개시한다.

종래에는 압축기의 구동제어와 함께 팬의 송풍량을 제어함으로써 제습을 수행하였으나, 제습운전이 장시간 지속될 경우 냉방상태로 되어 사용자가 한기를 느끼는 문제가 있었다.

본 발명에서는 증발기가 냉매가 분기되어 각각 흐르는 제1,2열교환기로 구성되고, 압축기와 응축기를 연결하는 라인 및 증발기의 제1,2열교환발기를 연결하는 냉매는 합류라인에 각각 설치되어 냉매의 흐름방향을 제어하는 제1,2의 3방밸브와, 제1,2의 3방밸브를 직결시키며 모드변환에 따라 냉매가 선택적으로 흐르는 라인과, 팽창밸브와 두 열교환기를 연결하는 냉매의 분기라인을 연결하는 라인에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 첵밸브와, 분기라인의 제2열교환기 입구측에 설치되어 냉매를 모드변환에 따라 선택적으로 단열 팽창시키는 제2팽창밸브를 구비하여 제습모드시 압축기의 구동을 제어하지 않고서도 실온저하 없이 충분히 제습이 이루어지도록 하였다.

Description

에어컨의 냉각시스템

본 발명은 에어컨(air conditioner)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 그 냉각시스템(cooling system)에 관한 것이다.

주지하다시피 에어컨은 냉각시스템(cooling cycle)을 이용하여 냉매(冷媒)의 기화열에 의해 실내를 냉각시키는데 사용되는 공기조절장치로 사회전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있는 바, 제1도을 통해 그 개략적인 구성을 살펴보기로 한다.

제1도에서, 압축기(compressor:P)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매가스는 응축기(condenser:C)에서 주변의 공기와 열교환하여 고온의 액냉매로 변화된 뒤, 리시버 드라이어(receiver drier:D)에서 불순물등이 필터링(filtering)된다. 이어서 팽창밸브(expansion valve:V)를 지나면서 저온의 액냉매로 변한 뒤, 증발기(evaporator:E)에서 주변 공기와의 열교환에 의해 기화된다. 이때 흡수되는 기화열에 의해 냉각된 공기를 팬(fan:도시하지 않음)로 불어서 실내를 냉각시키게 된다. 이와 같이 기화된 냉매가스는 어큐뮬레이터(accumulator:A)에서 액냉매가 걸러진 뒤, 다시 압축기(P)로 유입되어 압축되게 된다.

이에 따라 에어컨의 가동시 증발기(E)의 표면에는 공기중의 수분이 온도의 급강하로 응축되게 됨으로써 실내의 제습(除濕)이 동시에 이루어지게 된다. 그런데 장마철등에는 실내가 상당히 고온다습하여 불쾌감을 유발하게 되는 바, 일반적으로 에어컨에는 그 냉방모드시의 제습과는 별도로 장마철 등에 실내의 적절한 냉방과 함께 그 습기의 확실한 제거를 위해 제습운전 모드(mode)가 구비된다.

이러한 제습운전 모드는 사용자가 설정한 희망온도와 운전시 실내온도와의 온도차에 따라 운전모드가 가변되도록 구성된다. 즉 예를들어 실온이 설정온도 보다 +2이상 높을 경우에는 냉방운전을 수행하고, 양자의 온도차가 +2 -1인 경우에는 압축기(P)는 연속운전 하되 팬(fan)은 실온저하 방지를 위해 L,LL(low,lowlow)로 리듬 송풍한다. 또한 실온이 설정온도 보다 -1이하인 경우에는 압축기(P)는 일정간격으로 온(ON)/오프(OFF) 되고, 팬은 압축기(P)의 구동시에만 리듬송풍함으로써 장마철 등에 냉방과 함께 확실한 제습이 이루어지도록 하고 있다.

그런데 이러한 종래의 에어컨은 장마철 등에 제습운전을 수행할 경우라 하더라도 압축기(P)가 연속 또는 간헐적으로 계속해서 구동되는 것이므로 운전초기에는 실온저하 없이 효과적인 제습이 이루어지나, 장기간 운전을 지속할 경우 결과적으로 냉방상태로 되기 때문에 실온을 저하시켜 사용자에게 한기를 느끼게 하는 문제가 있었다. 이에 따라 에어컨의 운전을 정지하게 되면 실내는 다시 고온다습한 상태로 되는 바, 실온저하 없이 제습하기 위해서는 사용자가 반복적으로 에어컨의 구동을 온/오프 할 수밖에 없었다. 이로 인해 전력소모량이 매우 많을 뿐만 아니라 충분한 제습이 이루어지지 않게 되는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 제반 문제들을 감안하여 제습운전시 실온저하를 효과적으로 방지할 수 있으면서도 확실한 제습이 이루어질 수 있고, 전력소모량도 줄일 수 있는 에어컨의 냉각시스템을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 에어컨의 냉각시스템은, 냉매를 압축시키는 압축기와, 압축된 냉매가스를 액화시키는 응축기와, 액화된 냉매를 필터링하는 리시버 드라이어와, 액상냉매를 단열팽창시키는 팽창밸브와, 팽창된 액냉매를 기화시키는 증발기와, 증발된 냉매중의 액냉매를 걸러주는 어큐뮬레이터가 라인을 통해 순차적으로 연결된 에어컨의 냉각시스템에 있어서, 증발기가 냉매가 분기되어 각각 흐르는 제1 및 제2열교환기로 구성되고, 압축기와 응축기를 연결하는 라인 및 증발기의 제1,2열교환발기를 연결하는 냉매의 합류라인에 각각 설치되어 냉매의 흐름방향을 제어하는 제1 및 제2의 3방밸브(3-way valve)와, 제1 및 제2의 3방밸브를 직결시키며 에어컨의 모드변환에 따라 냉매가 선택적으로 흐르는 라인과, 팽창밸브와 두 열교환기를 연결하는 냉매의 분기라인을 연결하는 라인에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 첵밸브와, 분기라인의 제2열교환기 입구측에 설치되어 냉매를 모드변화에 따라 선택적으로 단열 팽창시키는 제2팽창밸브을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 증발기의 제1열교환기와 제2팽창밸브 사이의 분기라인에 액화된 냉매의 불순물을 필터링하는 제2리시버 드라이어가 구비된다.

이에 따라 본 발명은, 제습운전시 종래와 같이 에어컨의 온/오프를 반복하지 않고서도 공기중의 습기를 확실히 제거할 수 있음은 물론 실내온도의 저하를 효과적으로 방지할 수 있게 되므로 에어컨의 신뢰성과 사용의 편의성 향상 등에 큰 효과를 발휘한다.

제1도는 종래의 냉각시스템을 개략적으로 보인 블록도.

제2도는 본 발명에 의한 냉각시스템을 개략적으로 보인 블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

P : 압축기(compressor) C : 응축기(condenser)

V1,V2 : 제1 및 제2의 팽창밸브(expansion valve)

E : 증발기(evaporator)

E1,E2 : (증발기의) 제1 및 제2열교환기(heat exchanger)

D1,D2 : 제1 및 제2의 리시버 드라이어(receiver drier)

Vt1,Vt2 : 제1 및 제2의 3방밸브(3-way valve)

Vc : 첵밸브(check valve)

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들을 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.

제2도에서, 본 발명에 의한 에어컨의 냉각시스템은 냉매가스를 고온, 고압으로 압축시키는 압축기(P)와, 압축된 냉매가스를 주위 공기의 열교환에 의해 방열시킴으로써 액화시키는 응축기(C)와, 액화된 냉매를 저온으로 단열 팽창시키는 제1팽창밸브(V1) 및 저온의 액냉매를 주위공기와의 열교환에 의해 기화시키는 증발기(E)가 라인(L1L6)을 통해 순차적으로 연결된다.

한편 응축기(C)와, 제1팽창밸브(V1)을 연결하는 라인(L2)에는 액상냉매의 불순물을 필터링하는 제1의 리시버 드라이어(D1)가 설치되고, 증발기(E)와 압축기(P)을 연결하는 라인(L6)에는 기화된 냉매가스중의 액냉매를 걸러주는 어큐뮬레이터(A)가 설치된다.

한편 증발기(E)는 냉각성능 향상을 위해 통상적으로 2열 이상으로 구성되는 바, 본 발명의 증발기(E)는 바람직하기로 냉매가 분기되어 각각 흐르는 두 열교환기(E1)(E2)로 구성되어 분기라인(L4)과 합류라인(L5)을 통해 라인(L3)(L6)들에 각각 연결된다.

본 발명의 특징에 따라 압축기(P)와 응축기(C)를 연결하는 라인(L1)에는 에어컨의 모드변환에 따라 냉매의 흐름방향을 제어하는 제1의 3방밸브(Vt1)가 설치되고, 합류라인(L5)에는 제1의 3방밸브(Vt1)과 동기하여 모드변환에 따라 선택적으로 작동함으로써 냉매의 흐름방향을 제어하는 제2의 3방밸브(Vt2)가 설치된다. 이러한 제1 및 제2의 3방밸브(Vt1)(Vt2)는 모드변환에 따라 선택적으로 냉매가 흐르는 라인(L7)에 의해 상호 직결된다.

또한 제1팽창밸브(V1)와 분기라인(L4)을 잇는 라인(L3)에는 냉매의 역류를 방지하여 한쪽방향으로만 흐르도록 제어하는 첵밸브(Vc)가 설치되고, 분기라인(L4)의 제2열교환기(E2) 입구측에는 모드변환에 따라 액냉매를 선택적으로 단열 팽창시키는 제2팽창밸브(V2)가 설치된다.

이에 따라 본 발명은 메인(main) 냉각사이클내에 증발기(E)의 두 열교환기(E1)(E2)를 이용한 서브(sub) 냉각사이클이 구성되게 되는데, 이러한 서브 냉각사이클을 바람직하기로 장마철 등에 에어컨의 제습모드시에만 작동하도록 구성된다. 이를 위해 증발기(E)의 제1열교환기(E1)는 제습모드시 선택적으로 응축부로 작용하고, 제2열교환기(E2)만 증발부로 작용하게 되는 바, 제2열교환기(E2)와 제2팽창밸브(V2) 사이의 분기라인(L4)에는 제2열교환기(E2)에서 액화된 냉매의 불순물을 필터링하는 제2의 리시버 드라이어(D2)가 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명 에어컨 냉각시스템의 작동은 다음과 같다.

먼저 정상적인 냉방모드시에는, 제1 및 제2의 3방밸브(Vt1)(Vt2)가 이들을 직결하는 라인(L7)을 압축기(P)와 응축기(C)간의 라인(L1) 및 합류라인(L5)과 각각 차단하게 되고, 제2의 리시버 드라이어(D2)와 팽창밸브(V2)는 작동하지 않는다.

이에 따라 압축기(P)에서 압축된 냉매가스는 응축기(C)에서 액화된 뒤 제1의 리시버 드라이어(D1)에서 불순물이 필터링되고, 제1팽창밸브(V1)에서 저온으로 단열팽창하게 된다. 이어서 첵밸브(Vc)를 통해 분기라인(L4)에서 분기된 뒤, 증발기(E)의 두 열교환기(E1)(E2)를 거치면서 주변 공기와의 열교환에 의해 기화된다. 이때 냉매의 흡수열에 의해 냉각된 공기를 팬(도시하지 않음)으로 불어서 실내를 냉가시키게 된다. 한편 기화된 냉매가스는 합류라인(L5)를 통해 합류되어 어큐뮬레이터(A)를 거치면서 액냉매가 걸러진 뒤, 다시 압축기(P)로 유입되게 된다.

한편 장마철등에는 온도는 상대적으로 낮으면서도 습도는 매우 높은 고온다습한 상황이 되는 바, 에어컨을 제습모드로 운전하게 된다.

이때 본 발명은 제1 및 제2의 3방밸브(Vt1)(Vt2)가 응축기(C)를 압축기(P)와 차단함과 함께 증발기(E)의 제1열교환기(E1)를 분기라인(L5)상에서 제2열교환기(E2)와 차단하고, 라인(L7)을 압축기(P) 및 증발기(E)의 제2열교환기(E2)와 각각 연결시킨다.

이에 따라 압축기(P)에서 압축된 냉매가스는 제1의 3방밸브(Vt1)를 통해 라인(L7)으로 유입된 뒤, 제2의 3방밸브(Vt2)를 통해 증발기(E)의 제1열교환기(E1)를 지나면서 주위 공기와의 열교환에 의해 방열됨으로써 액화된다. 액화된 냉매는 제2리시버 드라이어(D2)에서 불순물이 제거된 뒤, 제2팽창밸브(V2)를 지나면서 저온으로 단열 팽창하게 된다. 이때 제2리시버 드라이어(D2)를 통과한 냉매는 라인(L3)에 설치된 첵밸브(Vc)에 의해 제1팽창밸브(V1)로의 역류가 방지되게 된다. 팽창된 액냉매는 증발기(E)의 제2열교환기(E2)를 지나면서 주위 공기와의 열교환에 기화되고, 어큐뮬레이터(A)에서 액냉매가 걸러진 뒤 압축기(P)로 유입되게 된다.

이에 따라 냉매의 기화열에 의해 냉각된 공기를 팬으로 불어서 실내를 냉각시키게 되는데, 이때 제2열교환기(E2)의 표면에는 냉매의 기화에 따라 공기중의 수분이 응축됨으로써 실내의 제습을 동시에 수행하게 된다.

이와 같이 본 발명은 메인 냉각사이클내의 서브 냉각사이클을 이용하여 제습모드를 수행하게 되는 바, 압축기(P)와 증발기의 팬이 온/오프 되지 않고 계속해서 정상구동되게 된다. 따라서 종래의 제습모드에 비해 공기 유동량이 상당히 많기 때문에 제습량을 대폭적으로 늘일 수 있어 충분한 제습이 이루어지게 되는데, 이때 실내로 토출되는 냉기중에는 제1열교환기(E1)에서 방출된 온기가 함께 토출되게 되므로 양자의 혼합에 의해 압축기(P)와 증발팬의 정상구동에도 불구하고 지속적인 운전에 따른 실온저하를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

또한 압축기(P)와 증발팬이 정상구동 됨은 물론 냉매의 유동이 작기 때문에 전력 소모량도 종래에 비해 현저하게 줄일 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 에어컨의 제습모드시 종래와 같이 압축기의 구동을 반복하지 않고서도 실온저하 없이 효과적으로 제습할 수 있음은 물론 그 제습량도 종래에 비해 크게 증가시킬 수 있다. 이에 따라 전력소모량을 현저히 감소시킬 수 있다.

따라서 본 발명은, 에어컨의 사용의 편의성과 신뢰성은 물론 냉각성능 등을 향상시키는 매우 우수한 효과를 가진다.

Claims (2)

1. 냉매를 압축시키는 압축기와, 압축된 냉매가스를 액화시키는 응축기와, 액화된 냉매를 필터링하는 리시버 드라이어와, 액상냉매를 단열팽창시키는 팽창밸브와, 팽창된 액냉매를 기화시키는 증발기와, 증발된 냉매중의 액냉매를 걸러주는 어큐뮬레이터가 라인을 통해 순차적으로 연결된 에어컨의 냉각시스템에 있어서, 상기 증발기(E)가 상기 냉매가 분기되어 각각 흐르는 제1 및 제2열교환기(E1)(E2)로 구성되고, 상기 압축기(P)와 응축기(C)를 연결하는 라인(L1) 및 상기 증발기(E)의 제1,2열교환발기(E1)(E2)를 연결하는 상기 냉매의 합류라인(L5)에 각각 설치되어 냉매의 흐름방향을 제어하는 제1 및 제2의 3방밸브(Vt1)(Vt2)와, 상기 제1 및 제2의 3방밸브(Vt1)(Vt2)를 직결시키며 에어컨의 모드변환에 따라 냉매가 선택적으로 흐르는 라인(L7)과, 상기 팽창밸브(V1)와 상기 두 열교환기(E1)(E2)를 연결하는 냉매의 분기라인(L4)을 연결하는 라인(L3)에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 첵밸브(Vc)와, 상기 분기라인(L4)의 상기 제2열교환기(E2) 입구측에 설치되어 냉매를 모드변환에 따라 선택적으로 단열 팽창시키는 제2팽창밸브(V2)를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉각시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 증발기(E)의 제1열교환기(E1)와 상기 제2팽창밸브(V2) 사이의 상기 분기라인(L4)에 액화된 냉매의 불순물을 필터링하는 제2리시버 드라이어(D2)가 구비되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉각시스템.