KR100512037B1 - 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉난방 겸용으로 사용되는 히트펌프 공기조화기에 냉매가열장치를 마련하여 난방효율이 향상되도록 한 공기조화기에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명에 따른 공기조화기는 압축기 실내열교환기 사이에 실외열교환기와 병렬로 연결되는 냉매가열장치를 구비하여 겨울철과 같이 외부기온이 크게 떨어질 경우, 실내열교환기로부터 실외열교환기로 전달되는 냉매의 일부를 우회시켜 가열할 수 있게 됨에 따라 난방능력이 저하되지 않게 된다.

Description

공기조화기 {AIR CONDITIONER}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉난방 겸용으로 사용되는 히트펌프 공기조화기에 냉매가열장치를 마련하여 난방효율이 향상되도록 한 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 히트펌프 공기조화기는 사방밸브를 통해 냉매의 흐름을 전환시킴으로써 냉방운전과 난방운전이 모두 가능하도록 마련된다.
이러한 종래 히트펌프 공기조화기는 냉매를 고온고압으로 압축하도록 압축기 등을 구비하며 실외에 설치되는 실외기와, 이 실외기와 폐회로로 연계되며 실내에 배치되는 실내기를 구비한다.
실외기에는 압축기, 실외열교환기, 팽창장치, 사방밸브 등이 마련되며, 실내기에는 실내열교환기 및 열교환된 공기를 실내로 강제 송풍하는 팬 등이 설치된다.
여기서 실외열교환기 와 실내열교환기는 냉방 또는 난방운전에 따라 응축기 또는 증발기의 역할을 바꾸어 수행하게 되는데, 이것은 사방밸브를 통한 냉매의 방향전환에 따라 결정된다. 즉, 냉방 운전시 실내열교환기는 증발기 기능을, 실외열교환기는 응축기 기능을 수행하며, 난방 운전시 실내열교환기는 응축기 기능을, 실외열교환기는 증발기 기능을 수행한다.
이러한 히트펌프 공기조화기가 냉방 운전을 수행하는 경우, 압축기에서 고온고압으로 압축되어 토출되는 냉매는 사방밸브를 경유하여 응축기 기능을 수행하는 실외열교환기로 보내지고, 실외열교환기에서 외부로 열을 방출하여 응축된다. 계속하여 응축된 고압의 냉매는 팽창장치를 지나면서 증발시 적절한 압력을 유지하도록 감압되고, 이렇게 가압된 냉매는 증발기 기능을 수행하는 실내열교환기에서 실내공기와 열교환하며 실내공간을 냉방시킨다. 그리고 실내열교환기를 통과한 냉매는 이러한 냉매의 순환이 반복적으로 지속되도록 다시 압축기로 귀환하게 된다.
반면에, 히트펌프 공기조화기가 난방 운전을 수행하는 경우, 압축기에서 토출되는 냉매는 사방밸브를 경유하여 응축기 기능을 수행하는 실내열교환기로 보내지고, 여기서 실내공간으로 열을 방출하여 응축되며 실내공간을 난방시킨다. 그리고 이렇게 응축된 냉매는 팽창장치를 지나면서 감압되며, 계속해서 증발기 기능을 수행하는 실외열교환기로 보내져 열교환되며 기화된 후, 이러한 순환과정이 반복되도록 다시 압축기로 전달된다.
그러나 이러한 종래의 히트펌프 공기조화기에 있어서 난방운전시 냉매가 증발되도록 하는 실외열교환기는 외부공기에서 냉매 증발에 필요한 열을 얻게 되는데, 외부기온이 급격히 저하되는 동절기에는 이러한 실외열교환기에서의 증발효율이 저하되어 공기조화기의 난방능력이 저하되는 문제점이 발생한다.
또, 이러한 공기조화기의 난방능력저하는 상기 압축기를 보다 큰 용량의 것으로 교체하여 사용함으로써 방지할 수 있는데, 이러한 경우에는 압축기 용량증대에 따라 실외기의 크기가 커지거나, 압축기의 제조비용이 상승되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 압축기의 용량을 증대시키지 않으면서도 실외온도가 급격히 떨어지는 경우, 난방효율이 저하되는 것을 방지하는 공기조화기를 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 압축기와; 실외열교환기와; 팽창장치와; 실내열교환기와; 상기 압축기, 실외열교환기, 팽창장치, 및 실내열교환기를 폐회로로 연결하는 냉매배관을 포함하는 공기조화기에 있어서, 상기 실내열교환기와 상기 압축기 사이에서 상기 실외열교환기와 병렬로 연결되는 냉매가열장치가 마련된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉매가열장치와 상기 실내열교환기 사이의 냉매배관에는 상기 팽창장치와 병렬로 연결되는 보조팽창장치가 마련된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉매가열장치는 냉매의 감압을 위한 감압부와, 상기 감압부 내부의 냉매를 가열하기 위한 가열부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 팽창장치와 보조팽창장치는 각각 개도조절이 가능한 전자팽창밸브로 마련된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉매가열장치는 냉매배관이 결합되도록 양단부에 마련되는 냉매배관결합부와, 상기 감압부를 이루도록 상기 각 냉매배관결합부의 냉매배관을 연결시키며 냉매배관으로부터 분기되도록 형성된 모세관다발과, 상기 가열부를 이루도록 상기 압축기 측 모세관다발의 외부에 설치되는 히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 냉매배관결합부 사이에는 지지대가 마련되며, 상기 모세관다발은 상기 지지대에 권선된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 공기조화기는 냉난방 겸용으로 사용되는 히트펌프 공기조화기로 도 1에 도시된 바와 같이, 실외 측에 설치되는 실외기(1)와, 실내 측에 설치되는 실내기(2)로 구분된다.
실외기(1)는 저온저압의 냉매를 흡입 압축하여 고온고압상태로 토출시키는 압축기(10)와, 팬(21)에 의해 실외공기와 열교환하는 실외열교환기(20)와, 냉매의 팽창을 위해 후술하게 될 실내열교환기(40)와 실외열교환기(20) 사이에 배치되는 팽창장치(30)를 구비한다. 그리고 실내기(1)는 실내공기와 열교환하는 실내열교환기(40)와, 열교환된 공기를 실내로 강제 송풍시키는 송풍팬(41)을 포함하며, 이러한 압축기(10) 실외열교환기(20) 팽창장치(30) 실내열교환기(40)는 냉매배관(50)을 통해 폐회로를 이루며 연결된다.
또 압축기(10)의 출구 측에는 냉매의 흐름방향을 전환시키기 위한 사방밸브(60)가 설치되는데, 실외열교환기(20)와 실내열교환기(40)는 이러한 사방밸브(60)를 통해 냉방 또는 난방운전에 따라 응축기 또는 증발기의 역할을 바꾸어 수행하게 된다. 즉, 냉방 운전시 압축기(10)에서 토출되는 고온고압의 냉매는 사방밸브(60)를 경유하여 실외열교환기(20)로 안내됨으로써, 실외열교환기(20)는 응축기 기능을, 실내열교환기(40)는 증발기 기능을 수행하게 된다. 반면, 난방 운전시에는 사방밸브(60)가 전환되어 압축기(10)에서 토출되는 고온고압의 냉매가 실내열교환기(40)로 안내됨으로써, 실내열교환기(40)는 응축기 기능을, 실외열교환기(20)는 증발기 기능을 수행하게 된다.
또한, 실내열교환기(40)와 압축기(10) 사이의 냉매배관(50) 중도에는 난방 운전시 압축기(10)로 보내지는 냉매를 가열하도록 실외열교환기(20)와 병렬로 연결되는 냉매가열장치(70)가 설치되며, 또 이 냉매가열장치(70)와 실내열교환기(40) 사이의 냉매배관(50) 중도에는 실내열교환기(40) 측 냉매를 냉매가열장치(70)에 선택적으로 전달하도록 팽창장치(30)와 병렬로 연결되는 보조팽창장치(80)가 마련된다.
이러한 냉매가열장치(70) 및 보조팽창장치(80)의 구성은 겨울철과 같이 외부기온이 큰 폭으로 떨어지는 경우, 실내열교환기(40)로부터 실외열교환기(20)로 전달되는 냉매의 일부를 우회시키고, 이렇게 우회된 냉매를 가열하여 압축기(10)로 전달시킴으로써 실외열교환기(20)에서의 증발효율 저하에 따른 공기조화기의 난방능력 저하를 방지하기 위한 것이다.
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그리고 이러한 냉매가열장치(70)는 감압부 및 가열부를 구비하는데, 이는 보조팽창장치(80)를 통해 냉매가열장치(70) 내부로 유입된 냉매를 우선 팽창시켜 감압시키고, 이를 다시 가열하여 증발시킴으로써 외부온도 저하시 실외열교환기(20)의 열교환 효율이 향상된 것과 동일한 기능을 수행하기 위함이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 냉매가열장치(707)는 양단부 측에 마련되는 냉매배관결합부(71)와, 양 냉매배관결합부(71) 사이에 마련되는 지지대(72)를 구비한다. 그리고 각 냉매배관결합부(71)에는 냉매배관(50)이 결합되며, 지지대(72)에는 다발로 구성되며 상기 감압부를 구성하는 모세관다발(73)이 권선된다. 여기서 모세관다발(73)의 각 모세관(74)은 냉매배관결합부(71) 내부의 냉매배관(50)으로부터 분기되도록 마련되어 각 냉매배관결합부(71)의 냉매배관(50)을 연결시킨다. 또한, 압축기(10) 측 모세관다발(73)의 외부에는 상기 가열부를 구성하는 히터(75)가 설치된다. 이때 모세관(74)은 냉매가열장치(70)의 크기가 가능한 한 작아지도록 적은 간격을 유지하며 지지대(72)에 권선되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 팽창장치(30) 및 보조팽창장치(80)는 각각 개도조절이 가능하도록 전자팽창밸브로 마련되는데, 이는 외부기온이 소정온도 이상일 경우에는 상기 보조팽창장치(80)를 폐쇄시켜 종래와 동일한 난방사이클이 이루어지도록 하고, 외부기온이 소정온도 이하로 떨어질 경우에는 외부온도에 적절하게 팽창장치(30) 및 보조팽창장치(80)의 개도를 각각 조절하여 실내열교환기(40)로부터 전달된 냉매를 실외열교환기(20)와 냉매가열장치(70)로 분배함으로써 공기조화기의 난방능력이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
한편, 상기 팽창장치(30) 및 보조팽창장치(80)와 냉매가열장치(70)의 히터(75)는 공기조화기의 제어부(미도시)에 전기적으로 접속되어, 이러한 제어부(미도시)의 제어를 통해 작동되는 것이 바람직하다. 즉, 실외온도가 설정치 이상인 경우에는 상기 팽창장치(30)만을 개방하여 사용하고, 실외온도가 설정치 이하로 떨어지는 경우에는 상기 팽창장치(30) 및 보조팽창장치(80)가 각각 적절한 상태로 개방되도록 하는 동시에 히터(75)를 구동시켜 냉매가열장치(70)를 통한 냉매의 가열이 가능하도록 한다.
다음은 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공기조화기의 동작 및 작용효과를 상세히 설명한다.
참고적으로 본 발명에 따른 공기조화기의 냉방운전은 종래와 동일하게 수행되므로, 여기에서는 난방운전에 대해서만 언급하기로 한다.
먼저 실외온도가 소정온도 이하로 떨어지지 않은 경우, 본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기는 보조팽창장치(80)를 완전히 닫은 상태에서 난방 운전을 수행한다.
즉, 압축기(10)에서 토출되는 냉매는 사방밸브(60)를 경유하여 응축기 기능을 수행하는 실내열교환기(40)로 보내지고, 여기서 실내공간으로 열을 방출하여 응축되며 실내공간을 난방시킨다. 그리고 이렇게 응축된 냉매는 팽창장치(30)를 지나면서 감압되며, 계속해서 증발기 기능을 수행하는 실외열교환기(20)로 보내져 열교환되며 기화된 후, 이러한 순환과정이 반복되도록 다시 압축기(10)로 전달된다.
그리고 실외온도가 소정온도 이하로 떨어진 경우, 본 발명에 따른 공기조화기는 이러한 온도에 대응하도록 팽창장치(30)와 보조팽창장치(80)의 개도를 적절히 조절한 상태에서 난방 운전을 수행한다.
즉, 압축기(10)에서 토출되는 냉매는 사방밸브(60)를 경유하여 응축기 기능을 수행하는 실내열교환기(40)로 보내지고, 여기서 실내공간으로 열을 방출하여 응축되며 실내공간을 난방시킨다. 그리고 이렇게 응축된 냉매 중 일부는 팽창장치(30)를 거치면서 감압된 상태로 실외열교환기(20)로 보내져 실외공기와 열교환되고, 나머지 일부는 보조팽창장치(80)를 거쳐 감압된 상태로 냉매가열장치(70)로 보내져 다시 한번 감압된 후 가열되어 증발된다. 그리고 각각 실외열교환기(20)와 냉매가열장치(70)를 통과한 냉매는 서로 합쳐져 이러한 순환과정이 반복되도록 다시 압축기(10)로 전달된다.
여기서 실외열교환기(20)는 큰 폭으로 떨어진 외부온도에 의해 다소 미흡한 증발작용을 수행하게 되는데, 이렇게 실외열교환기(20)에서 발생한 열손실은 상기 냉매가열장치(70)를 통해 보상되고, 따라서 전체적인 공기조화기의 난방능력은 저하되지 않게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기는 실내열교환기와 압축기 사이에 실외열교환기와 병렬로 연결되는 냉매가열장치를 구비하여 겨울철과 같이 외부기온이 크게 떨어질 경우, 실내열교환기로부터 실외열교환기로 전달되는 냉매의 일부를 우회시켜 가열할 수 있게 됨에 따라 압축기의 용량을 증대시키지 않으면서도 난방능력이 저하되는 것을 방지하는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기의 구성을 나타낸 냉매 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기조하기의 냉매가열장치의 구조를 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 압축기 20: 실외열교환기
21: 팬 30: 팽창장치
40: 실내열교환기 41: 송풍팬
50: 냉매배관 60: 사방밸브
70: 냉매가열장치 80: 보조팽창장치

Claims (6)

  1. 압축기와; 실외열교환기와; 팽창장치와; 실내열교환기와; 상기 압축기, 실외열교환기, 팽창장치, 및 실내열교환기를 폐회로로 연결하는 냉매배관을 포함하는 공기조화기에 있어서,
    상기 실내열교환기와 상기 압축기 사이에서 상기 실외열교환기와 병렬로 연결되어 냉매를 감압한 후에 가열하여 증발시키는 냉매가열장치가 마련된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매가열장치와 상기 실내열교환기 사이의 냉매배관에는 상기 팽창장치와 병렬로 연결되는 보조팽창장치가 마련된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매가열장치는 냉매의 감압을 위한 감압부와, 상기 감압부 내부의 냉매를 가열하기 위한 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 팽창장치와 보조팽창장치는 각각 개도조절이 가능한 전자팽창밸브로 마련된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 냉매가열장치는 냉매배관이 결합되도록 양단부에 마련되는 냉매배관결합부와, 상기 감압부를 이루도록 상기 각 냉매배관결합부의 냉매배관을 연결시키며 냉매배관으로부터 분기되도록 형성된 모세관다발과, 상기 가열부를 이루도록 상기 압축기 측 모세관다발의 외부에 설치되는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 각 냉매배관결합부 사이에는 지지대가 마련되며, 상기 모세관다발은 상기 지지대에 권선된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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