KR100426640B1

KR100426640B1 - 냉동사이클

Info

Publication number: KR100426640B1
Application number: KR10-2001-0058850A
Authority: KR
Inventors: 홍한의; 왕화식; 신현채; 이장민; 최용원
Original assignee: 주식회사 템피아; 최용원
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2001-09-22
Publication date: 2004-04-08
Also published as: AU2001292404A1; WO2002025178A1; KR20020024537A; AU2001292403A1; WO2002025179A1

Abstract

본 발명은, 냉매가 순차적으로 순환하는 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기를 갖는 냉동사이클에 관한 것으로서, 팽창기를 나온 냉매와 증발기를 나온 냉매를 상호 열교환하는 제1보조열교환기와; 제1보조열교환기로부터 압축기를 향해 유동하는 냉매와 응축기를 나온 냉매를 상호 열교환하는 내부열교환기와; 내부열교환기로부터 압축기를 향해 유동하는 냉매와 압축기를 나온 냉매를 상호 열교환하는 제2보조열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 압축기로 유입되는 냉매의 건도를 높이고, 응축기를 나온 냉매를 과냉시킬 수 있다. 그리고, 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 적절히 조절하여 압축기의 과부하 및 효율저하를 방지할 수 있다.

Description

냉동사이클{REFRIGERATION CYCLE}

본 발명은, 냉매순환식 냉동사이클에 관한 것이다.

냉매순환식 냉동사이클은 도 8에 도시된 바와 같이, 냉매가 압축기(611), 응축기(613), 팽창기(625), 증발기(631)로 이루어진 폐회로를 순환한다.

저압 기상의 냉매는 압축기(611)에서 압축된 다음 고압 기상상태로 응축기(613)에 전달되어, 여기서 열을 방출함으로써 액상으로 응축되게 된다. 응축된 냉매는 팽창기(625)를 거치면서 감압팽창되어 증발기(631)로 공급된다. 냉매는 증발기(631)에서 외부로부터 열을 흡수하여 증발된 후, 압축기(611)로 복귀한다.

이러한 냉동사이클은 주로 증발기의 흡열기능을 이용하며, 응축기의 방출열을 이용하는 경우에는 히트펌프라고 말한다.

단일의 냉동사이클을 이용하여 냉매를 정역방향으로 선택적으로 순환시킴으로써, 증발기와 응축기의 기능을 상호 교환하고, 이에 의해 냉방과 난방기능을 선택적으로 수행하는, 예를 들어 냉난방겸용장치를 구성할 수 있다.

그런데, 이러한 종래의 냉동사이클에서는, 응축기 주위의 온도가 과도하게높은 경우, 응축기에서 냉매의 냉각이 원활하게 이루어지지 않은 냉매가 팽창기를 거쳐 증발기로 유입됨으로써, 증발기에서 증발되는 냉매는 증발기 주위로부터 충분한 열량을 흡수할 수 없게 되어 냉매의 증발이 저하되는 문제점이 있다. 그리고, 증발기 주위의 온도가 과도하게 낮은 경우, 증발기의 주위 온도와 냉매의 온도차가 커지게 되어 증발기에 착상이 발생할 염려가 있고, 또한 증발기에서 냉매의 증발이 원활하게 이루어지지 않아 냉매의 건도가 낮은 상태로 압축기에 유입됨으로써, 압축기에서 냉매를 습압축하게 되어 압축기에 캐비테이션 등이 발생하여 압축기의 수명을 저하시키는 문제점이 있다. 이에, 종래의 냉동사이클에서는 냉매의 증발을 향상시키기 위해 별도의 히터 또는 버너를 구비해야 하는 문제점이 있다.

그리고, 종래의 냉동사이클은 압축기로 유입되는 냉매의 온도조절이 곤란하므로, 과열 및 과냉상태의 냉매가 압축기로 유입되는 경우 압축기에 과부하가 걸려 압축기의 효율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 압축기로 유입되는 냉매의 건도를 높이고, 응축기를 나온 냉매를 과냉시킬 수 있는 냉동사이클을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 적절히 조절하여 압축기의 과부하 및 효율저하를 방지할 수 있는 냉동사이클을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉동사이클의 주요 구성도이고,

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 냉동사이클의 주요 구성도이며,

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 냉동사이클의 주요 구성도이고,

도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 냉동사이클의 주요 구성도이며,

도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 냉동사이클의 주요 구성도이고,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 냉동사이클을 이용한 냉난방장치의 냉방시의 냉매 흐름을 도시한 구성도이고,

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 냉동사이클을 이용한 냉난방장치의 난방시의 냉매 흐름을 도시한 구성도이며,

도 8은 종래의 냉동사이클의 주요 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11,111,211,311,411,511 : 압축기 13,113,213,313,413 : 응축기

15,115,215,315,415,515 : 내부열교환기 25,125,225,325,425,525 : 팽창기

31,131,231,331,431 : 증발기

133,233,333,433,533 : 바이패스도관

135,235,335,435,535 : 바이패스밸브

137,237,337,437,537 : 바이패스팽창기

351,451 : 제1보조열교환기 353,453 : 제2보조열교환기

513 : 실내기 531 : 실외기

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 냉매가 순차적으로 순환하는 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기를 갖는 냉동사이클에 있어서, 상기 팽창기를 나온 냉매와 상기 증발기를 나온 냉매를 상호 열교환하는 제1보조열교환기와; 상기 제1보조열교환기로부터 상기 압축기를 향해 유동하는 냉매와 상기 응축기를 나온 냉매를 상호 열교환하는 내부열교환기와; 상기 내부열교환기로부터 상기 압축기를 향해 유동하는 냉매와 상기 압축기를 나온 냉매를 상호 열교환하는 제2보조열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클을 제공한다.

여기서, 상기 내부열교환기는, 상기 증발기로부터의 냉매가 유입 및 유출되는 유입구와 유출구를 가지는 밀폐용기 형태의 케이싱과, 상기 케이싱내에 수용되어 상기 응축기로부터의 냉매가 통과하는 열전도성 코일도관을 가짐으로써, 상기 증발기를 나온 냉매와 상기 응축기를 나온 냉매의 상호 열교환이 원활하게 된다.

그리고, 상기 팽창기는 적어도 하나의 모세관이며, 상기 모세관 내의 냉매와 상기 증발기로부터 상기 내부열교환기로 향하는 냉매를 상호 열교환시키는 모세관 열교환부를 더 포함함으로써, 상기 증발기로 유입되는 냉매를 과냉시켜 상기 증발기의 주위온도가 낮은 경우 상기 증발기의 주위 온도와 냉매의 온도차가 작아지게 되어 상기 증발기에서의 착상이 방지되고, 또한 상기 증발기의 주위 온도가 높은 경우 냉매가 상기 증발기 주위로부터 충분한 열량을 흡수하여 상기 증발기의 주위 온도를 저하시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 증발기로부터 상기 내부열교환기로 향하는 냉매를 가열하므로 냉매의 건도를 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 응축기를 나온 냉매 중 일부를 상기 압축기로 유입되는 냉매에 합류시키는 바이패스도관과, 상기 바이패스도관의 냉매의 흐름을 개폐하는 바이패스밸브와, 상기 바이패스도관을 통과하는 냉매를 팽창시키는 바이패스팽창기를 더 포함함으로써, 상기 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 적절히 조절하여 상기 압축기의 과부하 및 효율저하를 방지할 수 있게 된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉동사이클의 주요 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉동사이클은, 냉매를 압축하는 압축기(11)와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기(13)와, 냉매를 증발시키는 증발기(31)와, 증발기(31)를 나온 냉매와 응축기(13)를 나온 냉매를 상호 열교환하는 내부열교환기(15)와, 내부열교환기(15)에서 열교환되어 증발기(31)로 유입되는 냉매를 감압팽창하는 팽창기(25)를 가지며, 냉매가 순차적으로 순환하도록 폐회로를 형성한다.

내부열교환기(15)는 증발기(31)로부터의 냉매가 유입 및 유출되는 유입구(17a)와 유출구(17b)를 가지는 밀폐용기 형태의 케이싱(17)과, 케이싱(17)내에 수용되어 응축기(13)로부터의 냉매가 통과하는 열전도성 코일도관(19)을 가진다.

팽창기(25)는 단일의 모세관으로 이루어진다. 여기서, 팽창기(25)는 팽창밸브를 사용할 수 있음은 물론이다.

이러한 구성에 의해, 압축기(11)에서 압축된 냉매는 응축기(13)에서 응축되어 내부열교환기(15)로 유입된다. 응축기(13)를 나온 냉매는 내부열교환기(15)의 코일도관(19)으로 유입되고, 증발기(31)를 나온 냉매는 내부열교환기(15)의 케이싱(17)의 유입구(17a)로 유입되어, 응축기(13)를 나온 냉매와 증발기(31)를 나온 냉매는 상호 열교환을 하여, 즉 응축기(13)를 나온 냉매는 증발기(31)를 나온 냉매에 열을 발산하여 1차 냉각된다. 그리고, 내부열교환기(15)에서 1차 냉각된 냉매는 팽창기(25)를 향해 유동한다. 팽창기(25)로 유입되는 1차 냉각된 냉매는 팽창기(25)에서 감압팽창하여 2차 냉각된 후, 증발기(31)로 유입되어 증발된다. 증발기(31)에서 증발된 냉매는 전술한 바와 같이 응축기(13)를 나온 냉매와 내부열교환기(15)에서 상호 열교환에 의해 가열되어, 내부열교환기(15)의 유출구(17b)를 거쳐 압축기(11)로 복귀한다.

이로써, 응축기(13)를 나온 냉매를 내부열교환기(15)에서 과냉시킨 후 팽창기(25)를 거쳐 증발기(31)에서 증발시킴으로써, 증발기(31)에서 증발되는 냉매는 증발기(31) 주위로부터 충분한 열량을 흡수하여 증발기(31)의 주위 온도를 저하시킬 수 있게 된다. 또한, 증발기(31)의 주위 온도가 낮은 경우, 증발기(31)의 주위 온도와 냉매의 온도차가 작아지게 되어 증발기(31)에서의 착상이 방지된다. 그리고, 증발기(31)를 나온 냉매가 내부열교환기(15)에서 가열됨으로써, 높은 건도를가진 냉매가 압축기(11)로 유입되어, 냉매의 습압축이 방지되어 압축기(11)의 수명이 연장된다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 냉동사이클의 주요 구성도이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서는 전술한 제1실시예와는 달리, 내부열교환기(115)로부터 팽창기(125)를 향해 유동하는 냉매 중 일부를 압축기(111)로 유입되는 냉매에 합류시키는 바이패스도관(133)과, 압축기(111)로 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서(139)의 신호에 의해 바이패스도관(133)의 냉매의 흐름을 개폐하는 바이패스밸브(135)와, 바이패스도관(133)을 통과하는 냉매를 감압팽창시키는 바이패스팽창기(137)를 더 포함한다.

이러한 구성에 의해, 본 발명의 목적을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 과열상태의 냉매가 압축기(111)로 유입되는 경우, 내부열교환기(115)로부터 팽창기(125)를 향해 유동하는 냉매의 일부를 바이패스도관(133)으로 인출하여 감압팽창한 후, 압축기(111)를 향해 유동하는 냉매와 합류시켜 압축되는 냉매의 온도를 소정 온도 이하로 조절함으로써, 압축기(111)의 과부하 및 효율저하를 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 제3실시예로서 도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서는 전술한 제1실시예와는 달리, 내부열교환기(215)로부터 팽창기(225)를 향해 유동하는 냉매와 증발기(231)로부터 내부열교환기(215)를 향해 유동하는 냉매는 팽창기(225)에서 상호 열교환하는 구성을 가진다. 또한, 내부열교환기(215)로부터 팽창기(225)를 향해 유동하는 냉매 중 일부를 압축기(211)로 유입되는 냉매에 합류시키는 바이패스도관(233)과, 압축기(211)로 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서(239)의 신호에 의해 바이패스도관(233)의 냉매의 흐름을 개폐하는 바이패스밸브(235)와, 바이패스도관(233)을 통과하는 냉매를 감압팽창시키는 바이패스팽창기(237)를 더 포함한다.

팽창기(225)는 내부열교환기(215)로부터의 냉매가 통과하는 복수의 모세관(227)과, 증발기(231)로부터의 냉매가 유입 및 유출되는 유입구(229a)와 유출구(229b)를 가지며 복수의 모세관(227)을 수용하는 밀폐용기 형태의 케이싱(229)으로 이루어지며, 모세관(227) 내의 냉매와 증발기(231)로부터 내부열교환기(215)로 향하는 냉매를 상호 열교환시키는 모세관 열교환부를 포함한다. 이로써, 내부열교환기(215)로부터 증발기(231)를 향해 유동하는 냉매는 팽창기(225)의 모세관(227)으로 유입되어 감압팽창되면서 증발기(231)로부터 내부열교환기(215)를 향해 유동하는 냉매와 상호 열교환을 하여, 즉 모세관(227)에서 감압팽창되는 냉매는 내부열교환기(215)로 향하는 냉매에 열을 발산하여 냉각된다.

이러한 구성에 의해, 내부열교환기(215)로부터 증발기(231)를 향해 유동하는 냉매는 팽창기(225)에서 감압팽창됨과 동시에, 증발기(231)로부터 내부열교환기(215)를 향해 유동하는 냉매와 상호 열교환을 하여 더 냉각됨으로써, 팽창기(225)로부터 증발기(231)를 향해 유동하는 냉매는 전술한 제1 및 제2실시예에서의 팽창기(25,125)로부터 증발기(31,131)를 향해 유동하는 냉매 보다 더 낮은 온도를 가지게 된다. 또한, 증발기(231)로부터 내부열교환기(215)를 향해 유동하는 냉매는 내부열교환기(215)로부터 증발기(231)를 향해 유동하는 냉매와 팽창기(225)에서 상호 열교환을 하여 1차 가열된 후, 내부열교환기(215)에서 2차가열되어 압축기(211)로 복귀한다. 그리고, 과열상태의 냉매가 압축기로 유입되는 경우, 내부열교환기(215)로부터 팽창기(225)를 향해 유동하는 냉매의 일부를 바이패스도관(233)으로 인출시켜 감압팽창한 후, 압축기(211)로 유입되는 냉매와 합류시켜 압축되는 냉매의 온도를 소정 온도 이하로 조절함으로써, 압축기(211)의 과부하 및 효율저하를 방지할 수 있게 된다.

그리고, 도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 냉동사이클의 주요 구성도이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서는 전술한 제3실시예와는 달리, 팽창기(325)를 나온 냉매와 증발기(331)를 나온 냉매를 상호 열교환하는 제1보조열교환기(351)를 포함한다. 그리고, 내부열교환기(315)로부터 압축기(311)를 향해 유동하는 냉매와 압축기(311)를 나온 냉매를 상호 열교환하는 제2보조열교환기(353)를 더 포함한다. 또한, 압축기(311)로 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서(339)의 신호에 의해 내부열교환기(315)로부터 압축기(311)를 향해 유동하는 냉매가 제2보조열교환기(353)를 거쳐 압축기(311)를 향해 유동하도록 냉매의 흐름을 제어하는 3방향밸브(355)를 더 포함한다.

이러한 구성에 의해, 본 발명의 목적을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 팽창기(325)에서 열교환한 후 증발기(331)로 유입되는 냉매는 증발기(331)를 나온 냉매와 제1보조열교환기(351)에서 상호 열교환을 하여 더 냉각됨으로써, 증발기(331)로 유입되는 냉매는 전술한 제1 내지 제3실시예에서의 증발기(31,131,231)로 유입되는 냉매 보다 더 과냉되어, 증발기(331)의 주위온도가 과도하게 낮은 경우 증발기(331)의 주위 온도와 냉매의 온도차가 더 작아지게 되어증발기(331)에서의 착상이 방지되고, 또한 증발기(331)의 주위 온도가 높은 경우 냉매가 증발기(331) 주위로부터 충분한 열량을 흡수하여 증발기(331)의 주위 온도를 더 저하시킬 수 있게 된다. 그리고, 압축기(311)로 유입되는 냉매의 온도가 과도하게 낮은 경우, 온도센서(339)의 신호에 의해 3방향밸브(355)는 내부열교환기(315)로부터 압축기(311)를 향해 유동하는 냉매를 제2보조열교환기(353)를 거쳐 압축기(311)를 향해 유동하도록 제어하여, 압축기(311)로 유입되는 냉매는 압축기(311)를 나온 냉매와 제2보조열교환기(351)에서 상호 열교환을 하여 가열됨으로써, 압축기(311)로 유입되는 냉매의 온도를 적절히 조절하여 압축기(311)의 과부하 및 효율저하를 방지할 수 있게 된다.

한편, 도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 냉동사이클의 주요 구성도이다. 도시된 바와 같이, 이 실시예에서는 전술한 제4실시예와는 달리, 내부열교환기(415)로부터 증발기(431)를 향해 유동하는 냉매는 팽창기(425)에서 감압팽창한 후 증발기(431)로부터 내부열교환기(415)로 유동하는 냉매와 제1보조열교환기(451)에서 상호 열교환한 후 증발기(431)로 유입되는 구성을 가진다. 또한, 증발기(431)로부터 내부열교환기(415)를 향해 유동하는 냉매는 내부열교환기(415)로부터 증발기(431)를 향해 유동하는 냉매와 제1보조열교환기(451)에서 상호 열교환한 후, 내부열교환기(415)로 유입되는 구성을 가진다. 그리고, 팽창기(425)는 단일의 모세관으로 이루어진다. 여기서, 팽창기(425)는 팽창밸브를 사용할 수 있음은 물론이다.

이러한 구성에 의해서, 본 발명의 목적을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 팽창기(425)로부터 증발기(431)를 향해 유동하는 냉매는 증발기(431)를 나온 냉매와 제1보조열교환기(451)에서 상호 열교환을 하여 냉각된 후 증발기(431)에서 증발됨으로써, 증발기(431)의 주위온도가 낮은 경우, 증발기(431)의 주위온도와 냉매의 온도차가 작아지게 되어 증발기(431)에서의 착상이 방지된다. 또한, 증발기(431)의 주위온도가 높은 경우, 냉매가 증발기(431) 주위로부터 충분한 열량을 흡수하여 증발기(431) 주위온도를 더 저하시킬 수 있게 된다. 그리고, 증발기(431)로부터 압축기(411)를 향해 유동하는 냉매를 팽창기(425)로부터 증발기(431)를 향해 유동하는 냉매와 제1보조열교환기(451)에서 상호 열교환하여 가열함으로써, 압축기(411)로 유입되는 냉매의 건도를 높일 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 냉동사이클을 이용한 단일회로를 가진 냉난방장치의 대표적인 실시예로서 냉난방장치의 냉방과정과 난방과정에 대해 설명하기로 한다.

도 6은 대표적으로 본 발명의 제3실시예에 따른 냉동사이클을 이용한 냉난방장치의 냉방시의 냉매 흐름을 도시한 구성도이다. 먼저, 도 6을 이용하여 본 발명의 냉동사이클을 이용한 냉난방장치의 구성을 살펴보면, 냉난방장치는, 냉매를 압축하는 압축기(511)와, 냉방시는 실내공기와의 열교환을 통하여 냉매를 증발시켜 실내공기를 냉각하고 난방시는 실내공기와의 열교환을 통하여 냉매를 응축시켜 실내공기를 가열하는 실내기(513)와, 냉방시는 실외공기와의 열교환을 통하여 냉매를 응축하고 난방시는 실외공기와의 열교환을 통하여 냉매를 증발하는 실외기(531)와, 냉매를 감압팽창하는 팽창기(525)와, 냉방시는 실외기(531)를 나온 냉매와실내기(513)로부터 압축기(511)를 향해 유동하는 냉매를 상호 열교환하고 난방시는 실내기(513)를 나온 냉매와 실외기(531)로부터 압축기(511)를 향해 유동하는 냉매를 상호 열교환하는 내부열교환기(515)와, 압축기(511)에서 실내기(513) 또는 실외기(531)로의 냉매의 흐름을 제어하여 냉난방이 선택적으로 이루어지게 하는 냉난방 선택밸브(541)를 가진다. 여기서, 팽창기(525)는 내부열교환기(515)로부터의 냉매가 통과하는 복수의 모세관(527)과, 실내기(513) 또는 실외기(531)로부터의 냉매가 유입 및 유출되는 유입구(529a)와 유출구(529b)를 가지며 복수의 모세관(527)을 수용하는 밀폐용기 형태의 케이싱(529)으로 이루어지며, 모세관(527) 내의 냉매와 실내기(513) 또는 실외기(531)에서 증발되어 내부열교환기(515)로 향하는 냉매를 상호 열교환시키는 모세관 열교환부를 가진다. 또한, 내부열교환기(515)는 냉방시는 실내기(513)로부터 압축기(511)를 향해 유동하는 냉매가 유입 및 유출되고 난방시는 실외기(531)로부터 압축기(511)를 향해 유동하는 냉매가 유입 및 유출되는 유입구(517a)와 유출구(517b)를 가지는 밀폐용기 형태의 케이싱(517)과, 케이싱(517)내에 수용되어 냉방시는 실외기(531)를 나온 냉매가 통과하고 난방시는 실내기(513)를 나온 냉매가 통과하는 열전도성 코일도관(519)을 가진다.

그리고, 냉난방장치는 내부열교환기(515)로부터 팽창기(525)를 향해 유동하는 냉매의 일부를 인출하여, 압축기(511)로 유입되는 냉매와 합류시키는 바이패스도관(533)과, 압축기(511)로 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서(539)의 신호에 의해 바이패스도관(533)의 냉매의 흐름을 개폐하는 바이패스밸브(535)와, 바이패스도관(533)을 통과하는 냉매를 감압팽창하는 바이패스팽창기(537)를 더 포함한다.

그리고, 냉난방장치는, 냉방시는 실외기(531)에서 응축된 냉매가 내부열교환기(515)로 유입되도록 냉매의 흐름을 제어하고 난방시는 실내기(513)에서 응축된 냉매가 내부열교환기(515)로 유입되도록 냉매의 흐름을 제어하는 응축냉매 공급밸브(543)와, 내부열교환기(515)를 거쳐 팽창기(525)에서 팽창된 냉매를 냉방시는 실내기(513)로 공급되도록 냉매의 흐름을 제어하고 난방시는 실외기(531)로 공급되도록 냉매의 흐름을 제어하는 팽창냉매 공급밸브(545)와, 냉방시는 실내기(513)에서 증발된 냉매를 팽창기(525)로 유입하도록 냉매의 흐름을 제어하고 난방시는 실외기(531)에서 증발된 냉매를 팽창기(525)로 유입하도록 냉매의 흐름을 제어하는 증발냉매 공급밸브(547)를 포함한다. 여기서, 냉난방 선택밸브(541), 응축냉매 공급밸브(543), 팽창냉매 공급밸브(545) 및 증발냉매 공급밸브(547)는 냉난방의 선택운전시 하나의 구동부의 작동에 의해 냉방 또는 난방의 상태로 절환할 수 있도록 일체로 연결된 구조를 가지는 것이 바람직하다. 물론, 냉난방 선택밸브(541), 응축냉매 공급밸브(543), 팽창냉매 공급밸브(545), 증발냉매 공급밸브(547)는 각각의 구동부의 작동에 의해 냉방 또는 난방의 상태로 절환할 수도 있다.

한편, 도 6을 참조하여 냉난방장치의 냉방과정을 설명하면 다음과 같다.

냉난방장치를 냉방운전 하도록 선택하게 되면, 통상의 컨트롤러에 의하여 냉난방장치는 냉방운전하도록 냉난방 선택밸브(541), 응축냉매 공급밸브(543), 팽창냉매 공급밸브(545), 증발냉매 공급밸브(547)는 냉방상태로 절환되게 된다.

각 밸브들이 냉방상태로 절환된 상태에서 압축기(511)에서 압축된 냉매는 냉난방 선택밸브(541)를 통하여 실외기(531)로 유입되어 실외공기와 상호 열교환을 하여, 즉 실외로 열을 발산하여 응축된다. 응축된 냉매는 응축냉매 공급밸브(543)를 통하여 내부열교환기(515)로 공급되어, 실내기(513)로부터 압축기(511)를 향해 유동하는 냉매와 상호 열교환을 하여 1차 냉각된다. 1차 냉각된 냉매는 팽창기(525)로 유입된다. 1차 냉각되어 팽창기(525)로 유입되는 냉매는 팽창기(525)에서 팽창됨과 동시에, 실내기(513)에서 증발되어 내부열교환기(515)를 향해 유동하는 냉매와 상호 열교환을 하여 2차 냉각된다. 2차 냉각된 냉매는 팽창냉매 공급밸브(545)를 통하여 실내기(513)로 유입되어 실내공기와 상호 열교환을 하여, 즉 실내공기로부터 열을 흡수하여 증발된다.

증발된 냉매는 증발냉매 공급밸브(547)를 통하여 팽창기(525)로 유입되어, 전술한 바와 같이 내부열교환기(515)로부터 실내기(513)를 향해 유동하는 냉매와 상호 열교환을 하여 1차 가열된다. 1차 가열된 냉매는 내부열교환기(515)로 공급되어, 전술한 바와 같이 실외기(531)로부터 팽창기(525)를 향해 유동하는 냉매와 상호 열교환을 하여 2차 가열된다. 2차 가열된 냉매는 압축기(511)로 복귀한다.

이로써, 냉매간의 상호 열교환을 통하여 실내기(513)로 유입되어 증발되는 냉매의 온도를 최대한으로 낮춤으로써, 실내기(513)로 유입되는 냉매는 실내공기로부터 다량의 열을 흡수할 수 있으므로 냉방효율을 향상시킬 수 있게 된다.

그리고, 압축기(511)로 유입되는 냉매가 소정 온도 이상으로 상승하는 경우, 바이패스밸브(535)를 개방하여 내부열교환기(515)로부터 팽창기(525)로 유동하는 냉매의 일부를 바이패스도관(533)으로 인출시켜, 인출된 냉매를바이패스팽창기(537)에서 감압팽창한 후, 내부열교환기(515)로부터 압축기(511)로 유동하는 냉매와 혼합함으로써, 압축기(511)로 유입되는 냉매는 소정 온도 이하로 낮아지게 되어 압축기(511)의 과부하 및 효율저하를 방지할 수 있게 된다.

다음, 도 7을 참조하여 냉난방장치의 난방과정을 설명하면 다음과 같다.

냉난방장치를 난방운전하도록 선택하게 되면, 통상의 컨트롤러에 의하여 냉난방장치는 난방운전하도록 냉난방 선택밸브(541), 응축냉매 공급밸브(543), 팽창냉매 공급밸브(545), 증발냉매 공급밸브(547)는 난방상태로 절환되게 된다.

각 밸브들이 난방상태로 절환된 상태에서 압축기(511)에서 압축된 냉매는 냉난방 선택밸브(541)를 통하여 실내기(513)로 유입되어 실내공기와 상호 열교환을 하여, 즉 실내로 열을 방출하여 응축된다. 응축된 냉매는 응축냉매 공급밸브(543)를 통하여 내부열교환기(515)로 유입되어, 실외기(531)로부터 압축기(511)로 유동하는 냉매와 상호 열교환을 하여 1차 냉각된다. 1차 냉각된 냉매는 팽창기(525)로 유입된다. 1차 냉각되어 팽창기(525)로 유입되는 냉매는 팽창기(525)에서 팽창됨과 동시에, 실외기(531)로부터 내부열교환기(515)로 유동하는 냉매와 상호 열교환을 하여 2차 냉각된다. 2차 냉각된 냉매는 팽창냉매 공급밸브(545)를 통하여 실외기(531)로 유입되어 실외공기와 상호 열교환을 하여, 즉 실외공기로부터 열을 흡수하여 증발된다.

증발된 냉매는 증발냉매 공급밸브(547)를 통하여 팽창기(525)로 유입되어, 전술한 바와 같이 내부열교환기(515)로부터 실외기(531)로 유동하는 냉매와 상호 열교환을 하여 1차 가열된다. 1차 가열된 냉매는 내부열교환기(515)로 유입되어,전술한 바와 같이 실내기(513)로부터 팽창기(525)로 유동하는 냉매와 상호 열교환을 하여 2차 가열된다. 2차 가열된 냉매는 압축기(511)로 복귀한다.

이로써, 냉매간의 상호 열교환을 통하여 2차 냉각되어 실외기(531)로 유입된 냉매는 실외공기와 온도차가 작아지게 되어 실외기(531)에서 열교환시 실외기(531)에서의 착상이 방지된다. 그리고, 실외공기의 온도에 따라 실외기(531)에서 원활하게 증발되지 않은 냉매를 재가열함으로써, 즉 냉매의 건도를 높임으로써 압축기(511)의 냉매 압축시 캐비테이션 등을 방지하여 압축기(511)의 손상을 방지할 수 있게 된다. 또한, 전술한 냉방장치와 마찬가지로, 압축기(511)로 유입되는 냉매가 소정 온도 이상으로 상승하는 경우, 바이패스밸브(535)를 개방하여 내부열교환기(515)로부터 팽창기(525)를 향해 유동하는 냉매의 일부를 바이패스도관(533)으로 인출시켜, 인출된 냉매를 바이패스팽창기(537)에서 감압팽창한 후, 압축기(511)로 유입되는 냉매와 혼합함으로써, 압축기(511)로 유입되는 냉매는 소정 온도 이하로 낮아지게 되어 압축기(511)의 과부하 및 효율저하를 방지할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 냉동사이클은 냉매간의 상호 열교환을 통하여, 압축기로 유입되는 냉매의 건도를 높이고, 응축기를 나온 냉매를 과냉시킬 수 있게 된다. 따라서, 증발기에서 증발되는 냉매는 증발기 주위로부터 충분한 열량을 흡수하여 증발기의 주위온도를 저하시킬 수 있게 된다. 그리고, 증발기의 주위 온도가 과도하게 낮은 경우 증발기의 주위 온도와 냉매의 온도차가 작아지게 되어 증발기에서의 착상이 방지된다. 또한, 높은 건도를 가진 냉매가 압축기로 유입되므로,압축기에서 냉매의 습압축이 방지되어 압축기의 수명이 연장된다. 그리고, 압축기로 공급되는 냉매의 온도를 적절히 조절하여 압축기의 과부하 및 효율저하를 방지할 수 있게 된다.

한편, 전술한 실시예들에서는 도시되어 있지 않지만, 내부열교환기의 유출구가 하부측에 위치하도록 내부열교환기를 설치함으로써, 냉매에 포함되어 순환되는 압축기용 오일이 내부열교환기의 하부측에 모이도록 하고, 내부열교환기의 하부측과 압축기를 상호 연결하는 오일 회수라인을 마련하여, 내부열교환기의 하부측에 모인 압축기용 오일을 압축기로 직접 공급할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 냉매간의 상호 열교환을 통하여 압축기로 유입되는 냉매의 건도를 높이고, 응축기를 나온 냉매를 과냉시킬 수 있는 냉동사이클이 제공된다. 그리고, 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 적절히 조절하여 압축기의 과부하 및 효율저하를 방지할 수 있는 냉동사이클이 제공된다.

Claims

냉매가 순차적으로 순환하는 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기를 갖는 냉동사이클에 있어서,

상기 팽창기를 나온 냉매와 상기 증발기를 나온 냉매를 상호 열교환하는 제1보조열교환기와;

상기 제1보조열교환기로부터 상기 압축기를 향해 유동하는 냉매와 상기 응축기를 나온 냉매를 상호 열교환하는 내부열교환기와;

상기 내부열교환기로부터 상기 압축기를 향해 유동하는 냉매와 상기 압축기를 나온 냉매를 상호 열교환하는 제2보조열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클.
제1항에 있어서,

상기 내부열교환기는,

상기 증발기로부터의 냉매가 유입 및 유출되는 유입구와 유출구를 가지는 밀폐용기 형태의 케이싱과,

상기 케이싱 내에 수용되어 상기 응축기로부터의 냉매가 통과하는 열전도성 코일도관을 가지는 것을 특징으로 하는 냉동사이클.
제1항에 있어서,

상기 팽창기는 적어도 하나의 모세관이며, 상기 모세관 내의 냉매와 상기 증발기로부터 상기 내부열교환기로 향하는 냉매를 상호 열교환시키는 모세관 열교환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클.
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제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 응축기를 나온 냉매 중 일부를 상기 압축기로 유입되는 냉매에 합류시키는 바이패스도관과,

상기 바이패스도관의 냉매의 흐름을 개폐하는 바이패스밸브와,

상기 바이패스도관을 통과하는 냉매를 팽창시키는 바이패스팽창기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클.