KR100441008B1 - 냉난방 공기조화시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉난방 공기조화시스템에 관한 것으로, 특히 냉매순환량 조절을 통해 냉방운전시와 난방운전시의 부하가 조절될 수 있도록 함으로써 시스템의 구성이 단순화될 수 있게 한 것이다.

이를 위한 본 발명에 따른 냉난방 공기조화시스템은 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매가 외기와 열교환되도록 하는 실외열교환기와, 냉매가 실내공기와 열교환되도록 하는 실내열교환기와, 냉매의 흐름방향을 전환시켜주는 사방밸브와, 실내열교환기와 실외열교환기 사이를 연결하는 냉매배관에 마련된 냉매팽창수단을 포함하는 냉난방 공기조화시스템에 있어서, 실외열교환기와 냉매팽창수단 사이의 냉매배관에는 냉방운전시 액냉매가 수용되는 소정크기의 부하조절용 챔버가 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

냉난방 공기조화시스템{COOLING AND HEATING AIR CONDITIONING SYSTEM}

본 발명은 냉난방 공기조화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매순환량 조절을 통해 냉방운전시와 난방운전시의 부하가 조절될 수 있도록 하는 냉난방 공기조화시스템에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기에 적용되는 냉난방 공기조화시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 냉난방 사이클의 구성으로 압축기(1), 실외열교환기(2), 냉매팽창수단(3), 실내열교환기(4), 사방밸브(5)를 포함한다. 또 냉매팽창수단(3)은 냉매의 감압팽창기능과 아울러 냉방운전시와 난방운전시의 부하를 적절하게 조절할 수 있도록 실외열교환기(2)와 실내열교환기(4) 사이의 냉배배관에 마련된 제1모세관(3a)과 체크밸브(3b), 그리고 체크밸브(3b)를 우회하도록 마련된 제2모세관(3c)를 포함한다. 여기서 체크밸브(3b)는 제1모세관(3a)으로부터 실내열교환기(4) 쪽으로만 냉매가 흐를 수 있도록 한 것이다.

이러한 냉난방 공기조화시스템의 냉방운전시에는 사방밸브(5)가 실외열교환기(2) 쪽으로 개방된다. 따라서 압축기(1)에서 압축된 고온고압의 냉매는 실외열교환기(2)로 유입되어 액냉매 상태로 응축되고, 응축된 냉매는 제1모세관(3a)을 거치면서 저압의 냉매로 팽창된다. 또 제1모세관(3a)을 거친 저압냉매는 체크밸브(3b)를 통과하여 실내열교환기(4)로 유입되며, 실내열교환기(4)에서 기상으로 증발된 후 다시 압축기(1) 쪽으로 흐름으로써 상술한 바와 같은 순환을 반복한다. 이때 고온액상의 실외열교환기(2) 쪽 냉매는 외기와 열교환을 통해 열을 방출하고 저온기상의 실내열교환기(4) 쪽 냉매는 실내공기와 열교환을 통해 열을 흡수함으로써 실내공간의 냉방을 수행한다.

반대로, 난방운전시에는 사방밸브(5)가 실내열교환기(4) 쪽으로 개방된다. 따라서 압축기(1)에서 압축된 고온고압의 냉매는 실내열교환기(4)로 유입되어 액냉매 상태로 응축되고, 응축된 냉매는 체크밸브(3b)로 인해 제2모세관(3c)과 제1모세관(3a)을 모두 거치면서 더욱 저압의 냉매로 팽창된다. 또 두 모세관(3a,3c)을 거친 저압의 냉매는 실외열교환기(2)로 유입되며, 실외열교환기(2)에서 기상으로 증발된 후 다시 압축기(1) 쪽으로 흐름으로써 상술한 바와 같은 순환을 반복한다. 이때 고온액상의 실내열교환기(4) 쪽 냉매는 실내공기와 열교환을 통해 열을 방출하고 저온기상의 실외열교환기(2) 쪽 냉매는 외기와 열교환을 통해 열을 흡수함으로써 난방을 수행한다.

난방운전시 실내열교환기(4)를 거친 고온액상의 냉매가 제2모세관(3c)과 제1모세관(3a)을 모두 통과하면서 냉방운전시보다 낮은 압력으로 팽창되도록 한 것은 외기온도가 매우 낮은 동절기 난방운전에서 냉매의 증발온도가 외기온도보다 낮아야 하는 점을 감안한 것이다. 즉 난방운전시에는 두 모세관(3c,3a)을 통해 실외열교환기(2) 쪽 압력을 더욱 낮게 하여 증발온도가 낮아지도록 하고 상대적으로 실내열교환기(4) 쪽 압력은 높아지도록 하여 극한조건에서도 실내공간의 원활한 난방을 수행할 수 있도록 한 것이다.

이처럼 종래 냉난방 공기조화시스템은 제1모세관(3a)과 제2모세관(3c) 및 체크밸브(3b)를 통한 냉매의 팽창압력이 조절됨으로써 냉방운전시의 부하와 난방운전시의 부하가 적절히 조절될 수 있도록 하였다.

그러나 이러한 종래 냉난방 공기조화시스템은 냉방운전시와 난방운전시의 부하를 조절하는 냉매팽창수단(3)이 제1모세관(3a), 제2모세관(3c), 체크밸브(3b)를 포함하는 구조이기 때문에 구성이 복잡하고 부품수가 많아 제조원가가 높은 문제가 있을 뿐 아니라, 배관의 연결을 위한 용접작업 등으로 인해 작업공수가 많아 제작이 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉매의 순환유로상에 액냉매를 수용할 수 있는 공간을 마련하여 냉방운전시와 난방운전시의 냉매순환량 조절을 통해 냉방운전시와 난방운전시의 부하가 조절될 수 있도록 함으로써 구성이 단순해지고 제조원가가 줄어들도록 하는 냉난방 공기조화시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 냉난방 공기조화시스템의 사이클 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 냉난방 공기조화시스템의 사이클 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 냉난방 공기조화시스템의 냉방운전시 부하조절용 챔버가 액냉매로 채워진 상태를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 냉난방 공기조화시스템의 난방운전시 부하조절용 챔버가 빈 상태를 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 압축기, 11: 실외열교환기,

12: 부하조절용 챔버, 13: 모세관,

14: 실내열교환기, 15: 사방밸브.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉난방 공기조화시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매가 외기와 열교환되도록 하는 실외열교환기와, 냉매가 실내공기와 열교환되도록 하는 실내열교환기와, 냉매의 흐름방향을 전환시켜주는 사방밸브와, 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기 사이를 연결하는 냉매배관에 마련된 냉매팽창수단을 포함하는 냉난방 공기조화시스템에 있어서, 상기 실외열교환기와 상기 냉매팽창수단 사이의 상기 냉매배관에는 냉방운전시 액냉매가 수용되는 소정크기의 부하조절용 챔버가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 부하조절용 챔버는 상기 냉매배관과 연결되는 입구와 출구를 구비하며, 내부에 냉매수용공간이 형성된 밀폐용기인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 냉매팽창수단은 하나의 모세관인 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 냉난방 공기조화시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(10), 압축기(10)에서 압축된 냉매를 액냉매 상태로 응축하기 위한 실외열교환기(11)(난방운전시 실내열교환기), 실외열교환기(11)(난방운전시 실내열교환기)에서 응축된 액냉매를 팽창시키는 냉매팽창수단으로 통상의 모세관(13)을 포함한다.

또한 냉난방 공기조화시스템은 모세관(13)을 거쳐 팽창된 냉매를 기상의 냉매로 증발시키는 실내열교환기(14)(난방운전시 실외열교환기), 압축기(10)에서 압축된 냉매를 실내열교환기(14)나 실외열교환기(11) 쪽으로 보내기 위한 사방밸브(15), 냉방운전시 액냉매가 수용될 수 있도록 실외열교환기(11)와 모세관(13)사이의 냉매배관에 설치되는 것으로 소정의 크기를 갖는 부하조절용 챔버(12)를 포함한다. 부하조절용 챔버(12)는 양측에 냉매배관과 연결되는 입구와 출구가 형성되고, 내부에 냉매수용공간이 형성되는 원통형상의 밀폐용기로 구성된다. 그리고 실외열교환기(11)와 실내열교환기(14) 일측에는 열교환을 위한 실외팬(11a)과 실내팬(14a)이 각각 구비된다.

이러한 냉난방 공기조화시스템의 냉방운전시와 난방운전시의 동작은 다음과 같다. 도면에서 실선으로 된 화살표는 냉방운전시의 냉매흐름을 보인 것이고, 파선으로 된 화살표는 난방운전시의 냉매흐름을 보인 것이다.

냉방운전시에는 사방밸브(15)가 실외열교환기(11) 쪽으로 개방된다. 따라서 압축기(10)에서 압축된 고온고압의 냉매는 실외열교환기(11)로 유입되어 액냉매 상태로 응축되고, 응축된 냉매는 도 3에 도시된 바와 같이, 부하조절용 챔버(12)를통과하면서 부하조절용 챔버(12) 내부에 소정량 채워진다. 그리고 부하조절용 챔버(12)를 통과한 액냉매는 모세관(13)을 거치면서 저압의 냉매로 팽창된 후 실내열교환기(14)로 유입되며, 실내열교환기(14)에서 기상으로 증발된 후 다시 압축기(10) 쪽으로 흐름으로써 순환을 반복한다.

이때 고온액상의 실외열교환기(11) 쪽 냉매는 실외팬(11a)의 구동으로 실외열교환기(11)를 통과하는 외기와 열교환을 통해 열을 방출하고, 저온기상의 실내열교환기(14) 쪽 냉매는 실내팬(14a)의 구동으로 실내열교환기(14)를 통과하는 실내공기와 열교환을 통해 열을 흡수함으로써 실내공간의 냉방을 수행한다. 또한 냉방운전시에는 실외열교환기(11)에서 응축된 액냉매가 부하조절용 챔버(12) 내에 소정량 수용되기 때문에 사이클 전체의 냉매순환량이 감소한다. 따라서 이때는 실외열교환기(11) 쪽 압력이 비교적 낮은 상태이고, 모세관(13)을 통과하는 액냉매의 압력 또한 낮은 상태를 유지한다. 또한 냉방운전시에는 압축기(10)의 운전주파수가 난방운전시보다 낮도록 제어되어 실내열교환기(14) 내의 압력도 난방운전시보다 높은 상태로 유지된다.

이처럼 냉방운전시에 냉매의 순환량이 작도록 하고 압축기(10)의 운전주파수 또한 낮게 제어하여 운전부하가 작게 걸리도록 하는 것은 통상 하절기에 실외열교환기(11) 내의 냉매온도가 상온을 유지하는 외기온도보다 높아 원활한 열교환이 이루어질 수 있기 때문이다. 또 실내열교환기(14)의 증발온도는 하절기의 실내온도보다 훨씬 낮은 상태이기 때문에 원활한 냉방을 수행할 수 있기 때문이다. 즉 냉방운전시에는 냉매순환량을 작게 하여 운전부하가 작게 걸리도록 하여도 원활한 냉방을수행할 수 있기 때문이다.

난방운전시에는 사방밸브(15)가 실내열교환기(14) 쪽으로 개방된다. 따라서 압축기(10)에서 압축된 고온고압의 냉매는 실내열교환기(14)로 유입되어 액냉매 상태로 응축되고, 응축된 냉매는 하나의 모세관(13)을 통과하면서 저압의 냉매로 팽창된다. 또 모세관(13)을 거친 저압의 냉매는 부하조절용 챔버(12)를 통과하여 실외열교환기(11)로 유입되며, 실외열교환기(11)에서 기상으로 증발된 후 다시 압축기(10) 쪽으로 흐름으로써 순환을 반복한다.

이때 고온액상의 실내열교환기(14) 쪽 냉매는 실내팬(14a)의 구동으로 실내열교환기(14)를 통과하는 실내공기와 열교환을 통해 열을 방출하고, 저온기상의 실외열교환기(11) 쪽 냉매는 실외팬(11a)의 구동으로 실외열교환기(11)를 통과하는 외기와 열교환을 통해 열을 흡수함으로써 난방을 수행한다.

또한 난방운전시에는 압축기(10)의 운전주파수가 높아지도록 제어된다. 따라서 이때는 실외열교환기(11) 쪽 압력은 냉방운전시에 비하여 낮아지기 때문에 냉매의 증발온도가 더욱 낮아지는 반면에, 실내열교환기(14) 쪽의 압력은 더욱 높아지면서 실내열교환기(14) 내의 냉매온도가 상승하므로 원활한 난방을 수행할 수 있다.

특히 난방운전시에는 부하조절용 챔버(12)가 저압 측에 위치하기 때문에 도 4에 도시된 바와 같이, 부하조절용 챔버(12) 내에 액냉매가 채워지지 않아 사이클 전체의 냉매순환량이 증가한다. 따라서 압축기(10)의 운전주파수 상승으로 저압측인 실외열교환기(11)의 압력은 냉방운전시보다 낮아지는 반면에, 고압측인 실내열교환기(14) 쪽은 증가된 냉매순환량으로 인해 압력이 더욱 높아지고 실내열교환기(14)의 온도가 상승되어 더욱 원활한 난방을 수행할 수 있다.

이상의 설명처럼 본 발명은 난방운전시 부하조절용 챔버(12)에 액냉매가 채워지지 않아 냉매의 순환량이 많아지고, 압축기(10)의 운전주파수 또한 높게 제어되기 때문에 실내 열교환기(14) 쪽 압력은 냉방운전에 비하여 높아지고, 실외열교환기(11) 쪽 압력은 냉방운전에 비하여 낮아진다. 따라서 외기온도가 매우 낮은 동절기에도 실외열교환기(11)의 증발온도가 외기온도보다 낮아질 수 있게 되어 외기와의 열교환이 원활하게 이루어지고, 실내열교환기(14)의 온도는 실내공기온도보다 높아서 원활한 난방이 가능해진다.

또 본 발명은 구조가 단순한 부하조절용 챔버(12)를 설치하여 냉방운전시와 난방운전시의 냉매순환량을 조절할 수 있고 이를 통해 냉방부하와 난방부하를 조절할 수 있게 됨으로써, 종래의 냉난방 공기조화시스템에 비하여 구성이 단순해지고, 기기의 설치시 용접작업 등이 감소하여 제조원가 줄어들게 된다.

한편, 냉방운전에서 난방운전으로 전환된 직후에는 실외열교환기(11)와 부하조절용 챔버(12) 내에 잔류하는 액냉매가 압축기(10) 쪽으로 흐를 수 있으나 이러한 액냉매는 압축기(10)의 입구측에 마련된 어큐뮬레이터(10a)에 수용되므로 액냉매의 유입으로 인한 압축기(10)의 문제는 발생하지 않는다. 또 냉매를 압축시키는 압축기(10)가 액압축이 가능한 통상의 스크롤압축기로 구성되면 설령 액냉매의 유입이 이루어지더라도 문제되지 않는다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉난방 공기조화시스템은 실외열교환기와 단일 모세관 사이의 냉매배관에 구조가 단순한 부하조절용 챔버가 설치되어 냉방운전시와 난방운전시의 부하가 조절되는 구조이기 때문에, 종래에 비하여 시스템의 구성이 단순해지고 제조원가가 줄어들면서도 원활한 냉난방운전을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매가 외기와 열교환되도록 하는 실외열교환기와, 냉매가 실내공기와 열교환되도록 하는 실내열교환기와, 냉매의 흐름방향을 전환시켜주는 사방밸브와, 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기 사이를 연결하는 냉매배관에 마련된 냉매팽창수단과, 상기 실외열교환기와 상기 냉매팽창수단 사이의 상기 냉매배관에 설치되며 냉방운전시 액냉매가 수용되는 소정크기의 부하조절용 챔버를 포함하는 냉난방 공기조화시스템에 있어서,

   상기 실외열교환기와 상기 부하조절용 챔버 사이의 상기 냉매배관에는 상기 냉매팽창수단이 설치되지 않고,

   상기 실내열교환기와 상기 부하조절용 챔버 사이의 상기 냉매배관에는 상기 냉매팽창수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 냉난방 공기조화시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 부하조절용 챔버는 상기 냉매배관과 연결되는 입구와 출구를 구비하며, 내부에 냉매수용공간이 형성된 밀폐용기인 것을 특징으로 하는 냉난방 공기조화시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 냉매팽창수단은 하나의 모세관인 것을 특징으로 하는 냉난방 공기조화시스템.