KR100505238B1 - 공기조화기 - Google Patents

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KR100505238B1
KR100505238B1 KR10-2002-0081303A KR20020081303A KR100505238B1 KR 100505238 B1 KR100505238 B1 KR 100505238B1 KR 20020081303 A KR20020081303 A KR 20020081303A KR 100505238 B1 KR100505238 B1 KR 100505238B1
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문동수
송찬호
진심원
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Abstract

본 발명은 냉동사이클을 이용하여 실내공기를 냉방 또는 난방시킬 수 있는 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 응축기를 통과한 냉매의 일부를 과냉각시켜 압축기 측으로 유입되도록 하여 냉/난방 성능을 향상시킬 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공기조화기는 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기 후단에 설치되어 냉/난방에 따라 상기 압축기를 통과한 냉매의 유로를 절환시키는 유로절환밸브와, 상기 압축기를 통과한 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매의 대부분을 감압시키는 냉/난방용 팽창장치와, 상기 냉/난방용 팽창장치를 통과한 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 응축기 후단과 상기 압축기 사이를 연결하도록 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매의 일부분을 감압시켜 상기 응축기를 통과한 냉매의 대부분과 열교환시킴으로 냉매를 과냉각시키는 과냉각 수단으로 구성된다.

Description

공기조화기 {Air-conditioner}
본 발명은 냉동사이클을 이용하여 실내공기를 냉방 또는 난방시킬 수 있는 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 응축기를 통과한 냉매의 일부를 과냉각시켜 압축기 측으로 유입되도록 하여 냉/난방 성능을 향상시킬 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 냉매를 중온고압의 액체냉매로 응축시키는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매를 저온저압의 액체냉매로 감압시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치를 통과한 냉매를 저온저압의 기체냉매로 증발시키는 증발기를 포함하여 구성되되, 특히 히트펌프식 공기조화기는 냉/난방 운전시 냉매의 흐름을 절환시켜주는 유로절환밸브가 더 포함되어 구성된다.
여기서, 상기 공기조화기는 냉방 운전시 실외 열교환기와 실내 열교환기가 각각 응축기와 증발기 역할을 수행하는 반면, 난방 운전시 실외 열교환기와 실내 열교환기가 각각 증발기와 응축기 역할을 수행한다.
따라서, 상기 공기조화기는 상기 압축기가 작동됨에 따라 냉방 운전시 냉매가 상기 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치, 실내 열교환기를 따라 순환되며 실내공기를 냉방시키는 반면, 난방 운전시 냉매가 상기 압축기, 실내 열교환기, 팽창장치, 실내 열교환기를 따라 순환되며 실내공기를 난방시키게 된다.
한편, 이러한 공기조화기는 상기 증발기를 통과한 냉매가 완전히 증발되지 못하더라도 상기 압축기 측으로 유입되는 냉매로부터 액냉매를 걸러줄 수 있도록 상기 압축기 선단 측에 어큐뮬레이터가 설치된다.
최근에 공기조화기는 응축기를 통과한 냉매의 일부를 감압시킨 다음 응축기를 통과한 냉매의 대부분과 열교환시킴으로 응축기를 통과한 대부분의 냉매의 과냉각도가 커질도록 하며, 열교환을 마친 냉매의 일부를 압축기로 바로 유입되도록 하여 압축기 측의 흡입 과열도가 줄어들고 흡입 압력이 상승되도록 하여 공기조화기의 전체적인 열교환 효율을 높이도록 한다.
그런데, 이러한 공기조화기는 응축기를 통과한 냉매의 대부분이 응축기를 통과한 냉매의 일부분에 의해 과냉각된 다음 팽창장치를 통과하도록 하기 위하여 유로가 형성됨과 아울러 유로 상에 다수개의 체크밸브가 설치됨으로 유로가 복잡할 뿐 아니라 부품수가 늘어나고, 냉/난방 운전시 동일한 팽창장치가 사용됨에 따라 냉매를 과냉각시키는 공기조화기에 있어서 냉매의 유량 및 감압 정도를 최적으로 제어하는데 한계가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉매를 과냉각시키는 공기조화기에서 냉/난방 운전시 냉매를 팽창시키는 별도의 팽창장치를 적용하여 냉/난방시 냉매의 유량 및 감압 정도를 최적으로 제어하여 냉/난방 효율을 높일 수 있는 공기조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기 후단에 설치되어 냉/난방에 따라 상기 압축기를 통과한 냉매의 유로를 절환시키는 유로절환밸브와, 상기 압축기를 통과한 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매의 대부분을 감압시키는 냉/난방용 팽창장치와, 상기 냉/난방용 팽창장치를 통과한 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 응축기 후단과 상기 압축기 사이를 연결하도록 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매의 일부분을 감압시켜 상기 응축기를 통과한 냉매의 대부분과 열교환시킴으로 냉매를 과냉각시키는 과냉각 수단을 포함하여 구성되고, 상기 냉/난방용 팽창장치는 냉방 운전시 상기 증발기 역할을 수행하는 실내 열교환기 선단 측에 설치되어 냉매를 감압시켜 상기 실내 열교환기 측으로 유입되도록 하는 냉방용 전자팽창밸브와, 난방 운전시 상기 증발기 역할을 수행하는 실외 열교환기 선단 측에 설치되어 냉매를 감압시켜 상기 실외 열교환기 측으로 유입되도록 하는 난방용 전자팽창밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기조화기.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기가 도시된 구성도이고, 도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 공기조화기가 각각 냉/난방 운전되는 경우 냉매의 흐름이 도시된 도면이다.
상기 본 발명에 따른 공기조화기는 도 1에 도시된 바와 같이 냉매를 압축시키는 압축기(2)와, 상기 압축기(2) 후단에 설치되어 냉/난방 운전에 따라 냉매의 흐름을 절환시키는 유로절환밸브(4)와, 상기 압축기(2)의 후단과 연결되도록 설치되어 냉/난방 운전시 상기 유로절환밸브(4)에 의해 냉매가 유동되어 응축기 또는 증발기 역할을 수행하는 실외 열교환기(6)와 실내 열교환기(8)와, 상기 실외 열교환기(6)와 실내 열교환기(8)의 후단에 각각 설치되어 냉/난방 운전시 냉매를 감압시키는 냉/난방용 팽창장치와, 상기 냉/난방용 팽창장치 사이에 위치되고 상기 압축기(2)와 연결되어 응축기 역할을 수행하는 열교환기를 통과한 냉매의 일부분을 감압시킨 다음 응축기 역할을 수행하는 열교환기를 통과한 냉매의 대부분과 열교환시킴으로 냉매를 과냉각시키는 과냉각 수단으로 구성된다.
아울러, 상기 공기조화기는 상기 압축기(2) 선단에 설치되어 상기 실외 열교환기(6) 또는 실내 열교환기(8)를 통과한 냉매로부터 액냉매를 걸러주는 어큐뮬레이터(9)가 더 포함된다.
이때, 상기 공기조화기는 냉방 운전시 상기 실외 열교환기(6)와 실내 열교환기(8)가 각각 응축기와 증발기 역할을 수행하는 반면, 난방 운전시 상기 실외 열교환기(6)와 실내 열교환기(8)가 각각 증발기와 응축기 역할을 수행한다.
여기서, 상기 냉/난방용 팽창장치는 냉/난방시 냉매의 유량 및 감압 정도를 별도로 조절하되, 냉방 운전시 냉매의 흐름을 기준으로 상기 실내 열교환기(8)의 선단에 설치되어 냉매를 감압시켜 상기 실내 열교환기(8) 측으로 유입되도록 하는 냉방용 전자팽창밸브(12)와, 난방 운전시 냉매의 흐름을 기준으로 상기 실외 열교환기(6)의 선단에 설치되어 냉매를 감압시켜 상기 실외 열교환기(6) 측으로 유입되도록 하는 난방용 전자팽창밸브(14)로 이루어진다.
그리고, 상기 과냉각 수단은 상기 냉방용 전자팽창밸브(12)와 난방용 전자팽창밸브(14) 사이에 설치되되, 구체적으로 상기 냉방용 전자팽창밸브(12)와 난방용 전자팽창밸브(14) 사이에 대부분의 냉매가 유동되는 외관(22a) 및 일부분의 냉매가 유동되는 내관(22b)이 구획되도록 형성된 과냉각 열교환기(22)와, 상기 과냉각 열교환기(22)의 선단 또는 후단과 상기 과냉각 열교환기의 내관(22b) 사이에 연결되도록 설치되어 냉매의 일부분이 분지되어 안내되는 분지관(24)과, 상기 분지관(24) 중앙에 설치되어 상기 분지관(24)으로 유동되는 냉매를 감압시키는 과냉각용 팽창장치와, 상기 과냉각 열교환기의 내관(22b)과 상기 압축기(2) 사이에 설치되어 상기 과냉각용 팽창장치에 의해 감압된 냉매가 상기 과냉각 열교환기의 내관(22b)을 통과하면서 상기 과냉각 열교환기의 외관(22a)을 통과하는 냉매로부터 열을 흡수한 다음 상기 압축기(2) 측으로 유입되도록 안내하는 유입관(28)으로 구성된다.
이때, 상기 과냉각용 팽창장치는 냉매의 유량 및 감압 정도를 조절할 수 있도록 과냉각용 전자팽창밸브(26)인데, 상기 과냉각용 전자팽창밸브(26)는 냉/난방 부하에 따라 그 개도값이 조절되도록 작동된다.
물론, 상기 과냉각용 팽창장치는 냉매를 감압시키는 모세관 및 냉매의 유동 여부를 조절하는 개폐밸브로 이루어질 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 공기조화기가 냉방 작동되는 경우 도 2a를 참고로 하여 살펴보면, 상기 유로절환밸브(4)가 냉방 운전으로 조절되는 동시에 상기 압축기(2)가 작동됨에 따라 상기 압축기(2)에서 고온고압의 기체냉매로 압축된 냉매는 상기 실외 열교환기(6)를 통과하면서 고온고압의 액체냉매로 응축된다.
그리고, 상기 난방용 전자팽창밸브(14)는 완전히 개방되도록 조절되고, 상기 냉방용 전자팽창밸브(12) 및 과냉각용 전자팽창밸브(26)는 냉방 부하에 따라 그 개도값이 조절됨으로 상기 실외 열교환기(6)를 통과한 냉매는 대부분이 상기 과냉각 열교환기의 외관(22a)을 통과하는 반면, 일부분이 상기 분지관(24)을 따라 상기 과냉각용 전자팽창밸브(26)를 통과하면서 감압되어 상기 과냉각 열교환기의 내관(22b)을 따라 흐르게 된다.
따라서, 상기 과냉각 열교환기(22)에서 상기 과냉각 열교환기의 외관(22a)을 따라 흐르는 냉매가 상기 과냉각 열교환기의 내관(22b)을 따라 흐르는 냉매보다 상대적으로 온도가 높기 때문에 상기 과냉각 열교환기의 외관(22a)을 따라 흐르는 냉매가 상기 과냉각 열교환기의 내관(22b)을 따라 흐르는 냉매에 의해 과냉각된다.
다음, 상기 과냉각 열교환기의 내관(22b)을 따라 열교환된 냉매의 일부분은 상기 유입관(28)을 따라 상기 압축기(2) 측으로 유입되고, 상기 과냉각 열교환기의 외관(22a)을 따라 열교환된 냉매의 대부분은 상기 냉방용 전자팽창밸브(12)에서 저온저압의 액체냉매로 감압된 다음 상기 실내 열교환기(8)를 통과하면서 실내공기와 열교환되어 실내공기를 냉방시키는 동시에 저온저압의 기체냉매로 증발되며, 상기 실내 열교환기(8)를 통과한 냉매는 상기 어큐뮬레이터(9)에서 액냉매가 걸러진 다음 상기 압축기(2) 측으로 유입되어 순환된다.
한편, 상기 공기조화기가 난방 작동되는 경우 도 2b를 참고로 하여 살펴보면, 상기 유로절환밸브(4)가 난방 운전으로 조절되는 동시에 상기 압축기(2)가 작동됨에 따라 상기 압축기(2)에서 고온고압의 기체냉매로 압축된 냉매는 상기 실내 열교환기(8)를 통과하면서 실내공기와 열교환되어 실내공기를 난방시키는 동시에 고온고압의 액체냉매로 응축된다.
그리고, 상기 냉방용 전자팽창밸브(12)는 완전히 개방되도록 조절되고, 상기 난방용 전자팽창밸브(14) 및 과냉각용 전자팽창밸브(26)는 난방 부하에 따라 그 개도값이 조절됨으로 상기 실내 열교환기(8)를 통과한 냉매는 대부분이 상기 과냉각 열교환기의 외관(22a)을 통과하는 반면, 일부분이 상기 분지관(24)을 따라 상기 과냉각용 전자팽창밸브(26)를 통과하면서 감압되어 상기 과냉각 열교환기의 내관(22b)을 따라 흐르게 된다.
따라서, 상기 과냉각 열교환기(22)에서 상기 과냉각 열교환기의 외관(22a)을 따라 흐르는 냉매가 상기 과냉각 열교환기의 내관(22b)을 따라 흐르는 냉매보다 상대적으로 온도가 높기 때문에 상기 과냉각 열교환기의 외관(22a)을 따라 흐르는 냉매가 상기 과냉각 열교환기의 내관(22b)을 따라 흐르는 냉매에 의해 과냉각된다.
다음, 상기 과냉각 열교환기의 내관(22b)을 따라 열교환된 냉매의 일부분은 상기 유입관(28)을 따라 상기 압축기(2) 측으로 유입되고, 상기 과냉각 열교환기의 외관(22a)을 따라 열교환된 냉매의 대부분은 상기 난방용 전자팽창밸브(14)에서 저온저압의 액체냉매로 감압된 다음 상기 실외 열교환기(6)를 통과하면서 저온저압의 기체냉매로 증발되며, 상기 실외 열교환기(6)를 통과한 냉매는 상기 어큐뮬레이터(9)에서 액냉매가 걸러진 다음 상기 압축기(2) 측으로 유입되어 순환된다.
물론, 상기와 같은 공기조화기는 냉/난방 부하에 따라 응축기 역할을 수행하는 열교환기를 통과한 냉매가 모두 증발기 역할을 수행하는 열교환기 측으로 유입되도록 할 경우 열교환 성능이 더 향상된다고 판단되면 상기 과냉각용 전자팽창밸브(26)가 완전 닫혀지도록 작동된다.
상기와 같이, 상기 압축기(2) 측으로 상기 과냉각용 전자팽창밸브(26)에 의해 감압된 냉매가 유입되기 때문에 상기 압축기(2)가 과열되는 것을 방지할 수 있고, 상기 압축기(2) 측으로 유입되는 냉매의 흡입 압력이 높아짐으로 냉/난방 효율을 높일 수 있다.
또한, 증발기 역할을 수행하는 열교환기 측으로 상기 과냉각 열교환기의 외관(22a)을 통과하면서 과냉각된 냉매가 상기 냉방용 전자팽창밸브(12) 또는 난방용 전자팽창밸브(14)에서 감압된 다음 유입되기 때문에 증발기 역할을 수행하는 열교환기의 열교환 효율을 높일 수 있으므로 냉/난방 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 냉/난방 운전시 각각 냉방용 전자팽창밸브(12)와 난방용 전자팽창밸브(14)에서 냉매의 유량 및 감압 정도가 조절되기 때문에 냉/난방 운전시 응축기 역할을 하는 열교환기를 통과하여 상기 냉/난방용 전자팽창밸브(12,14)를 향하는 냉매를 과냉각하는 공기조화기에서 냉/난방시 냉매의 유량 및 감압 정도를 최적으로 조절할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기조화기는 냉매를 과냉각시키는 공기조화기에서 냉/난방 운전시 냉매를 팽창시키는 냉/난방용 전자팽창밸브를 적용하여 냉/난방시 냉매의 유량 및 감압 정도를 최적으로 제어하여 냉/난방 효율 및 냉/난방 능력을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 이에 따라 열교환기 크기를 줄일 수 있어 제품의 크기를 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기가 도시된 구성도,
도 2a는 본 발명에 따른 공기조화기가 냉방 운전되는 경우 냉매의 흐름이 도시된 도면,
도 2b는 본 발명에 따른 공기조화기가 난방 운전되는 경우 냉매의 흐름이 도시된 도면이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2 : 압축기 4 : 유로절환밸브
6 : 실외 열교환기 8 : 실내 열교환기
9 : 어큐뮬레이터 12 : 냉방용 전자팽창밸브
14 : 난방용 전자팽창밸브 22 : 과냉각 열교환기
24 : 분지관 26 : 과냉각용 전자팽창밸브

Claims (5)

  1. 냉매를 압축시키는 압축기와,
    상기 압축기 후단에 설치되어 냉/난방에 따라 상기 압축기를 통과한 냉매의 유로를 절환시키는 유로절환밸브와,
    상기 압축기를 통과한 냉매를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기를 통과한 냉매의 대부분을 감압시키는 냉/난방용 팽창장치와,
    상기 냉/난방용 팽창장치를 통과한 냉매를 증발시키는 증발기와,
    상기 응축기 후단과 상기 압축기 사이를 연결하도록 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매의 일부분을 감압시켜 상기 응축기를 통과한 냉매의 대부분과 열교환시킴으로 냉매를 과냉각시키는 과냉각 수단을 포함하여 구성되고,
    상기 냉/난방용 팽창장치는 냉방 운전시 상기 증발기 역할을 수행하는 실내 열교환기 선단 측에 설치되어 냉매를 감압시켜 상기 실내 열교환기 측으로 유입되도록 하는 냉방용 전자팽창밸브와, 난방 운전시 상기 증발기 역할을 수행하는 실외 열교환기 선단 측에 설치되어 냉매를 감압시켜 상기 실외 열교환기 측으로 유입되도록 하는 난방용 전자팽창밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉/난방용 팽창장치는 냉방 운전시 상기 냉방용 전자팽창밸브의 개도값이 조절되는 동시에 상기 난방용 전자팽창밸브를 완전히 개방시키고, 난방 운전시 상기 난방용 전자팽창밸브의 개도값이 조절되는 동시에 상기 냉방용 전자팽창밸브를 완전히 개방시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 과냉각 수단은 상기 냉/난방용 전자팽창밸브 사이에 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매의 대부분이 유동되는 외관 및 상기 외관 내측에 구획되도록 내관이 형성된 과냉각 열교환기와,
    상기 응축기와 내관을 연결하여 상기 응축기를 통과한 냉매의 일부분이 분지되어 상기 내관으로 안내되도록 하는 분지관과,
    상기 분지관 중앙에 설치되어 상기 분지관을 따라 유동되는 냉매를 감압시키는 과냉각용 팽창장치와,
    상기 내관과 상기 압축기 사이에 설치되어 냉매를 상기 압축기 측으로 유입되도록 안내하는 유입관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 과냉각용 팽창장치는 상기 분지관의 유로 개도를 조절하는 과냉각용 전자팽창밸브인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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