KR100526204B1 - 공기조화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화장치에 관한 것으로, 본 발명은 3관식 공기조화장치에서 난방 주체 운전시 등에 냉매의 압축기로부터의 저압 가스관으로의 바이패스를 방지할 수 있는 공기조화장치에 관한 것으로서, 본 발명의 공기조화장치는, 실외기(21) 및 실내기(28)와 그 사이에 냉난절환기(31)를 통해 접속되는 고압 가스관(32), 저압 가스관(33), 고압액관(34)을 가지며 실외기(21)의 사방밸브(23)의 제1~제4포트(23A~23D)에 압축기(22), 실외 열교환기(24) 및 팽창밸브(25)를 통해 고압액관(34), 고압 가스관(32), 저압 가스관(33)을 각각 접속하고 제2 포트(23B)와 고압액관(34) 사이에서 고압분기관(38)을 분기시켜 고압 가스관(32)에 접속하고 냉방 주체 운전시에는 제1, 제2포트(23A), (23B) 상호간과 제3, 제 4 포트(23C),(23D) 상호간을 접속시키는 한편 난방 주체 운전시에는 제1, 제3포트(23A), (23C) 상호관과 제2, 제 4포트(23B), (23D) 상호간을 접속시킨다.

Description

공기조화장치{A refrigerator}

본 발명은 복수의 실내기를 구비하여 그 중 다수는 냉방 운전되고 나머지는 난방 운전되는 냉방 주체 운전과, 반대로 다수가 난방 운전되고 나머지는 냉방 운전되는 난방 주체 운전의 냉난방 혼재 운전이 가능한 공기조화장치에 관한 것이다. 이러한 공조장치로는, 실외기와 실내기가 고압 가스관, 저압 가스관 및 고압액관에 의해 접속된 이른바 3관식의 공기조화장치로서, 예를 들어 일본 특개평 3-63468호 공보(도 2)와 일본 특개평 3-63469호 공보(도 2)에 기재된 것이 제안되어 있다. 즉, 상기 일본 특개평 3-63468호 공보와 일본 특개평 3-63469호 공보에 기재된 공조 장치의 경우에는 도 4에 간략화하여 부분적으로 도시한 바와 같이 실외기(1)가 압축기(2), 사방밸브(3), 실외 열교환기(4), 팽창밸브(5), 레시버탱크(6) 및 어큐뮬레이터(7) 등에 의해 구성되고 압축기(2)의 토출측 배관이 분기되어 한쪽이 사방밸브(3)의 제1 포트(3A)에 접속되는 동시에 다른 쪽은 고압 가스관(8)에 접속되며 또한 사방밸브(3)의 제2 포트(3B)는 캐필러리 튜브(9)를 통해 저압가스관(10)에 접속되며 또한 제3포트(3C)는 실외 열교환기(4)에 접속된 후 팽창밸브(5) 및 레시버탱크(6)를 통해 고압액관(11)에 접속되어 있다. 또한 사방밸브(3)의 나머지 제 4 포트(3D)는 제2 포트(3B)와 마찬가지로 상기 저압 가스관(10)에 접속되어 있다.

한편 복수(도면에서는 3개)의 실내기(12)는 각각 실내 열교환기(13)와, 이에 접속된 팽창밸브(14)에 의해 구성되며 냉난절환기(15)를 통해 상기 고압 가스관(8), 저압 가스관(10) 및 고압액관(11)에 의해 실외기(1)와 접속되어 있다. 여기서 상기 실내기(12) 측에서는 상기 고압 가스관(8), 저압 가스관(10) 및 고압액관(11)이 분류기(8A , 10A , 11A)를 통해 각각 실내기(12) 별로 분기되어 있으며 고압 가스관(8) 및 저압 가스관(10)은 상기 냉난절환기(15)에서 각각 개폐밸브(8B, 10B)를 통해 상기 실내 열교환기(13)에 접속되며 또한 고압액관(11)은 팽창밸브(14)에 접속되어 있다.

이와 같이 구성된 공기조화장치에서 상기 복수의 실내기(12) 중 다수(예를 들면 2개)에서 냉방 운전을 수행하는 동시에 나머지(예를 들면 1개) 실내기(12)에서는 난방 운전을 수행할 경우, 즉 냉방 주체운전을 수행할 경우에는 상기 실외기(1)에서 사방밸브(3)의 제1, 제3포트(3A ,3Ｃ)를 상호 접속하는 동시에 제2, 제 4 포트(3B, 3Ｄ)를 상호 접속하고 또한 냉방 운전하는 실내기(12)에서는 그 냉난절환기(15)의 고압 가스관(8)의 개폐밸브(8B)를 닫음과 동시에 저압 가스관(10)의 개폐밸브(10B)를 열며, 반대로 난방 운전하는 실내기(12)에서는 고압 가스관(8)의 개폐밸브(8B)를 열고 동시에 저압 가스관(10)의 개폐밸브(10B)를 닫는다.

또한 반대로 다수의 실내기(12)는 난방 운전을 실시하고 나머지 실내기(12)는 냉방 운전을 실시하는 난방 주체 운전을 수행할 경우에는 실외기(1) 측에서는 사방밸브(3)의 제1, 제2 포트(3A , 3Ｂ)를 상호 접속하고 제3, 제 4 포트(3C, 3Ｄ)를 상호 접속하는 한편, 실내기(12) 측에서는 냉방 주체 운전과 마찬가지로 냉방 운전하는 실내기(12)에서는 고압 가스관(8)의 개폐밸브(8B)를 닫는 동시에 저압 가스관(10)의 개폐밸브(10B)를 열고 난방 운전하는 실내기(12)에서는 고압 가스관(8)의 개폐밸브(8B)를 여는 동시에 저압 가스관(10)의 개폐밸브(10B)를 닫는다.

그런데 이러한 종래의 공기조화장치에서 그 실외기(1)의 사방밸브(3)의 제2 포트(3B)를 캐필러리 튜브(9)를 통해 저압 가스관(10)에 접속시키고 있는 것은 특히 상술한 난방 주체 운전시 이 제2 포트(3B)는 사용하고 있지 않음에도 불구하고 압축기(2)의 토출측에 접속된 제1 포트(3A)와 접속되어 고압상태로 되기 때문이다.

즉, 상기 공기조화장치에서는 압축기(2)의 토출측과 사방밸브(3)의 제1 포트(3A) 사이에서 고압 가스관(8)이 분기되어 있어 사방밸브(3)는 단지 실외 열교환기(4)에서의 냉매의 유로 방향의 전환(냉방 운전의 경우에는 제1, 제3포트(3A , 3C)의 접속에 의해 압축기(2)의 토출측에서 실외 열교환기(4) (이 때에는 응축기)를 향하는 방향, 난방 운전의 경우에는 제3, 제 4 포트(3C, 3D)의 접속에 의해 실외 열교환기(4)(이 때는 증발기)로부터 저압 가스관(10), 어큐뮬레이터(7)를 통해 압축기(2)의 흡입측을 향하는 방향에만 사용되고 있으므로 상기 사방밸브(3)는 실질적으로는 삼방밸브로서 사용되게 된다.

그러나 이와 같이 사방밸브(3)가 삼방밸브로서 사용되어 난방 운전시에는 제2 포트(3B)를 사용하지 않고 있음에도 불구하고 제1 포트(3A)와 접속되어 고압상태가 되면 사방밸브(3)의 구조상 내부의 유로 전환용 슬라이드밸브에 그 고압력이 가해져 슬라이드밸브가 기울어지는 등 그 동작에 이상을 초래시켜 사방밸브(3) 고장의 원인이 된다.

또한, 사용하고 있지 않은 포트에서의 냉매응축이나 오일 고임에 의해 장치의 성능 및 신뢰성 저하를 초래할 우려도 있다. 이에 상기 종래의 공기조화장치에서는 상기 사방밸브(3)의 구조상의 신뢰성을 위해, 그 사용하지 않는 제2 포트(3B)를 저압 가스관(10)으로 캐필러리 튜브(9)을 통해 접속시켜 바이패스시킴으로써 그 압력을 도피시키는 동시에 냉매응축이나 오일 고임을 방지하도록 하고 있는 것이다.

그러나 이와 같이 제1 포트(3A)와 접속된 제2 포트(3B)를 저압 가스관(10)으로 바이패스시켜 고압력을 도피시키는 것은 원래 난방 운전시 압축기(2)에서 고압 가스관(8)으로 공급되어 난방에 사용되어야 할 냉매의 일부가 사용되지 못한 채로 압축기(2)로 되돌아오는 것을 의미하며 이로 인해 실내기(12) 측에 공급되어 실외기(1)로 순환시킬 수 있는 냉매의 순환량의 감소에 의해 공기조화장치로서의 성능이나 효율의 저하를 초래하는 결과가 된다.

또한 상기 종래의 공기조화장치에서는 그 복수의 모든 실내기(12)에서 냉방 운전을 실시할 경우 냉난절환기(15)에서 고압 가스관(8) 측의 전개폐밸브(8B)가 닫히고 저압 가스관(10) 측의 전개폐밸브(10B)는 열리게 된다. 따라서, 압축기(2)의 토출측과 사방밸브(3)의 제1 포트(3A) 사이에서 분기된 고압가스관(8)으로는 냉매는 유통하지 않게 되지만 이 때 고압 가스관(8)의 상기 개폐밸브(8B)까지의 사이에 잔존하는 냉매의 자연응축이나 오일 고임를 발생시켜 역시 공기조화장치의 성능저하를 초래할 우려가 있다.

그런데 이러한 냉매의 자연응축이나 오일 고임을 방지하기 위해서는 이 고압 가스관(8)의 상기 분기한 측에 전자밸브 등의 개폐밸브를 설치하는 것을 고려할 수 있으나 이와 동시에 이 고압 가스관(8)은 난방 운전만을 수행할 경우에는 모든 실내기(12)로 공급되는 냉매가 흐르게 되므로 압력손실의 저감을 위해 비교적 굵은 배관을 사용할 필요가 있다. 따라서 이러한 고압 가스관(8)에 전자밸브 등을 설치한다 하더라도 대구경의 고가의 것이 필요하게 되므로 필연적으로 장치의 고비용화가 수반되는 문제가 발생한다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같이 복수의 실내기를 구비한 3관식의 공기조화장치에 있어서, 난방 주체 운전이나 난방 운전만을 수행하는 경우에도 압축기로부터 토출된 냉매가 저압 가스관으로 바이패스되는 것을 방지할 수 있는 고성능이며 효율적인 공기조화장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 또한 냉방 운전만을 수행할 경우에도 대구경의 전자밸브 등이 불필요하게 되므로 저비용으로 고압 가스관에서의 냉매의 자연응축을 방지하고 오일 고임에 의한 성능 및 신뢰성 저하를 막을 수 있는 공기조화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압축기, 사방밸브, 실외 열교환기 및 팽창밸브를 구비한 실외기와, 실내 열교환기 및 팽창밸브를 구비한 복수의 실내기와, 이 실외기와 실내기들 사이에 냉난절환기를 통해 접속되는 고압 가스관, 저압 가스관 및 고압액관을 구비하며 상기 사방밸브는, 그 제1 포트에는 상기 압축기를 접속시키고 제2 포트에는 상기 실외 열교환기 및 상기 팽창밸브를 통해 상기 고압액관을 접속시키고 제3포트에는 상기 고압 가스관을 접속시키고 제 4 포트에는 상기 저압 가스관을 접속시키며 또한 상기 제2 포트와 상기 고압액관 사이에서는 고압 분기관을 분기시켜 상기 고압 가스관에 접속시키고 상기 실내기의 냉방 주체 운전시에는 상기 제1, 제2 포트 상호간을, 상기 제3, 제 4 포트 상호간을 각각 접속시키는 한편, 난방 주체 운전시에는 상기 제1, 제3포트 상호간을, 상기 제2, 제 4 포트 상호간을 각각 접속시키도록 한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 공기조화장치에서, 복수의 실내기의 다수가 냉방 운전되는 냉방 주체 운전시에는 실내기측에서는 고압 가스관 또는 저압 가스관 중 어느 하나가 상기 냉난절환기에 의해 각 실내기의 운전 형태에 맞게 적당히 전환되어 그 실내 열교환기에 접속되는 동시에 실외기측에서는 상술한 바와 같이 사방밸브의 상기 제1, 제2 포트 상호간과 상기 제3, 제 4 포트 상호간이 각각 접속된다. 그리고 압축기로부터 토출되는 냉매는, 접속된 제1, 제2 포트로부터 실외 열교환기(이 때는 응축기), 팽창밸브, 고압액관 및 냉난절환기를 통해 다수의 실내기로 공급되어 실내의 냉방을 위해 제공되는 한편, 그 일부는 상기 고압 분기관으로부터 고압 가스관, 냉난절환기를 통해 나머지 실내기로 공급되어 난방을 위해 제공되며 이후 냉난방을 위해 제공된 냉매는 저압 가스관을 통해 압축기의 흡입측으로 되돌아온다.

또한, 반대로 난방 주체 운전시에는 역시 상기 냉난절환기에 의해 다수의 실내기가 고압 가스관에 접속되고 나머지 실내기는 저압 가스관에 접속되는 한편, 실외기측에서는 사방밸브의 제1, 제3포트 상호간과, 제2, 제 4 포트 상호간이 각각 접속된다. 그리고 압축기로부터 토출되는 냉매는 사방밸브의 제1, 제3포트로부터 그 제3포트에 접속된 고압 가스관, 냉난절환기를 통해 난방 운전을 수행하는 실내기로 공급된 후 고압액관으로부터 실외기측으로 되돌아와 팽창밸브, 실외 열교환기(이 때는 증발기) 및 사방밸브의 제2, 제 4 포트를 통해 저압 가스관으로부터 압축기의 흡입측으로 순환됨과 아울러 이 고압액관으로 흐른 냉매의 일부는 냉방 운전을 수행하는 실내기로 공급되어 냉방을 위해 제공되고 이후 냉난절환기로부터 저압 가스관을 통해 실외기의 압축기 흡입측으로 되돌아온다.

즉, 본 발명의 공기조화장치에서는 실외기의 사방밸브의 배관 접속을 독자적으로 구성하여 종래에는 압축기와 사방밸브의 제1 포트 사이에서 분기되어 있던 고압 가스관을 제3포트에 접속시키고 또한 이 제3포트에 실외 열교환기 및 팽창밸브를 통해 접속되어 있던 고압액관을 제2 포트에 접속시키는 동시에 이 제2 포트와 고압액관 사이에서 고압 가스관을 향해 고압 분기관을 접속시킴으로써 냉/난방 주체 운전의 모든 경우에 있어서 이 사방밸브에 고압상태가 된 미사용의 포트가 발생하는 것을 피할 수 있으며 따라서 압축기로부터 토출되는 냉매가 저압 가스관으로 바이패스되거나 미사용 포트에서의 냉매응축이나 오일 고임이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한 이러한 배관 접속 구성을 취함으로써 역시 냉/난방 주체 운전시 혹은 냉방 또는 난방 단독 운전시 또한 냉/난방의 부하가 균형을 이룬 운전시에도 고압 가스관 및 저압 가스관을 흐르는 냉매의 유로 방향은 각각 일정하게 되므로 냉/난방을 위해 그 유로 방향들을 전환시킴에 있어서도 복잡한 밸브기구를 필요로 하지 않으므로 장치의 고비용화를 억제할 수 있다.

또한 본 발명의 공기조화장치에서는 상기 고압 분기관이 단지 냉방 주체 운전시에 압축기로부터 토출된 냉매 중 일부가 사방밸브의 제2 포트로부터 고압액관 사이에서 분기되어 고압 가스관으로 공급되도록 하는 것이므로 비교적 가는 배관을 이용할 수 있고 따라서 냉방 운전만을 수행하는 경우의 고압 가스관으로의 냉매의 유입을 막기 위해 이 고압 분기관에 개폐밸브를 마련한다 하더라도 저렴한 소구경의 전자밸브 등을 구비하는 것으로 충분하다. 이에 따라 장치의 고비용화를 방지하면서도 이러한 냉매의 유입에 의해 고압 가스관에 자연응축이나 오일 고임이 발생하여 장치성능이 저하되는 등의 사태를 확실히 방지할 수 있게 된다.

한편 이 고압 분기관은 상기 사방밸브와 실외 열교환기 사이에서 분기되어 고압 가스관에 접속되는 구성도 가능한데 예를 들어 냉매로서 비공비 혼합냉매를 사용하는 등의 경우에는 상기 실외기의 팽창밸브와 상기 고압액관 사이에 마련되는 레시버탱크로부터 상기 고압 가스관에 접속되어 있을 수도 있으며 이러한 구성으로 함으로써 특히 냉방 주체 운전시 비교적 적은 냉매량으로도 잠열이 큰(또는 냉동 능력이 큰) 냉매를 선택적으로 이용할 수 있어 확실하게 난방 능력을 확보할 수 있게 되고 또한 2상 냉매에서의 포화 가스를 이용하기 때문에 효율적으로 열교환을 할 수 있다. 또한 상기 실외 열교환기와 상기 고압액관 사이에 상기 팽창밸브와 병렬로 유량조정밸브를 마련함으로써 역시 냉방 주체 운전시 상기 고압분기관으로부터 고압 가스관으로 흐르는 냉매와 고압액관으로 흐르는 냉매의 유량 조정을 이 유량 조정 밸브로 수행하는 것이 가능해진다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시의 형태를 나타낸 것이다. 본 실시의 형태에서 상기 실외기(21)는 압축기(22), 사방밸브(23), 실외 열교환기(24), 팽창밸브(25), 레시버탱크(26) 및 어큐뮬레이터(27)를 구비하며, 실내기(28)는 복수개(본 실시의 형태에서는 4개) 마련되어 있으며 각각 실내 열교환기(29)와 이에 직렬로 접속된 팽창밸브(30)를 구비하고 있으며 이 실내기(28)들이 상기 실외기(21)와의 사이에 냉난절환기(31)를 통해 고압 가스관(32), 저압 가스관(33)및 고압액관(34)에 의해 접속된 구성으로 되어 있다.

여기서 상기 고압 가스관(32), 저압 가스관(33) 및 고압액관(34)은 냉난절환기(31)에 서 분기시킬 수 있으며 분기된 고압액관(34)은 실내기(28)의 상기 팽창밸브(30)에 각각 접속되어 있다. 또한 고압 가스관(32) 및 저압 가스관(33)은 각각 상기 냉난절환기(31)에서의 절환밸브로서의 전자밸브(32A, 33A)를 통해 실내기(28)의 상기 실내 열교환기(29)에 접속되는 동시에 이 전자밸브(32A, 33A)들보다 실외기(21)와 가까운 측에서 전자밸브(35A) 및 캐필러리 튜브(35B)를 통해 서로 접속 가능하게 되어 있다. 한편 이 전자밸브(35A)는 전폐 가능한 압력기구인 것이 바람직하며 예를 들어 전폐 가능한 전자팽창밸브(전동팽창밸브) 등이 바람직하다.

한편, 실외기(21)에서는, 상기 저압 가스관(33)이 어큐뮬레이터(27)를 통해 압축기(22)의 흡입측에 접속되는 동시에 실외 열교환기(24)와 팽창밸브(25)는 직렬로 접속되어 있고 이 팽창밸브(25)에 상기 고압액관(34)이 레시버탱크(26)를 통해 접속되어 있다. 한편, 본 실시의 형태에 따른 실외 열교환기(24)는 복수개(도면에서는 2개)의 열교환기가 병렬로 접속된 구성으로 되어 있다. 또한 이 실외 열교환기(24)들과 고압액관(34) 사이에는 상기 레시버탱크(26)보다 실외 열교환기(24)와 가까운 측에 본 실시의 형태에서 유량조정밸브로서 기능하는 전자밸브(36A)가 역지밸브(36B)와 함께 상기 팽창밸브(25)와 병렬로 접속되고 있어 냉방 운전시 등에는 실외 열교환기(24)로부터 나온 액냉매가 이 전자밸브(36A) 및 역지밸브(36B)를 통과하고 팽창밸브(25)를 바이패스하도록 할 수 있으며 난방 운전시 등에는 이 바이패스가 폐지되어 냉매가 팽창밸브(25)을 통과할 수 있도록 되어 있다.

그리고 상기 실외기(21)의 상기 사방밸브(23)는 그 제1 포트(23A)가 상기 압축기(22)의 토출측에 오일 세퍼레이터(37)를 통해 접속되는 동시에 제2포트(23B)는 상기 실외 열교환기(24), 팽창밸브(25) 및 레시버탱크(26)를 통해 고압액관(34)에 접속되며 또한 제3포트(23C)는 고압 가스관(32)에, 제 4 포트((23D))는 저압 가스관(33)에 각각 접속되어 있다. 또한 이 중 제2 포트(23B)와 고압액관(34) 사이에서는 고압 분기관(38)이 분기되어 상기 고압 가스관(32)에 접속되어 있으며 특히 본 실시의 형태에서는 이 고압 분기관(38)은 사방밸브(23)의 제2 포트(23B)와 실외 열교환기(24) 사이에서 분기되어 있다.

또한 상기 고압 분기관(38)에는 본 실시예에서 개폐밸브로서 기능하는 전자밸브(38A)가 고압 가스관(32)측으로부터의 냉매의 역류를 방지하는 역지밸브(38B)와 함께 설치되어 있다. 또한 사방밸브(23)의 상기 제3포트(23C)와 고압 가스관(32) 사이에도, 이 고압 가스관(32)과 상기 고압 분기관(38)의 접속부보다 사방밸브(23)에 가까운 측에 역시 고압 가스관(32)측으로부터의 냉매의 역류를 방지하는 역지밸브(39)가 설치되어 있다. 단 이 제3포트(23C)와 고압 가스관 사이에 설치된 밸브는 역지밸브(39) 대신 전자밸브를 사용하는 것도 가능하다. 또한 사방밸브(23)의 상기 제 4 포트(23D)는 상기 어큐뮬레이터(27)보다 하류측(실내기(28)측)에서 저압 가스관(33)에 접속되어 있다.

이와 같이 구성된 본 실시의 형태의 공기조화장치에 의해 냉난 혼재 운전을 수행하는 경우, 먼저 도 1에 도시된 바와 같이 상기 복수의 실내기(28)의 다수(도 1에서는 상측의 3개)가 냉방 운전되고 나머지 실내기(28)(도 1에서는 최하측 1개)가 난방 운전되는 냉방 주체 운전시에는 사방밸브(23)의 제1 포트(23A)와 제2 포트(23B)가 접속되는 동시에 제3포트(23C)와 제 4 포트(23D)가 접속된다. 또한 반대로 도 2에 도시된 바와 같이 상기 복수의 실내기(28)의 다수(도 2에서는 하측의 3개)가 난방 운전되고 나머지 실내기(28)(도2에서는 최상측 1개)가 냉방 운전되는 난방 주체 운전시에는 사방밸브(23)는 그 제1 포트(23A)와 제3포트(23C)가 접속되는 동시에 제2 포트(23B)와 제 4 포트(23D)가 접속된다.

즉, 상기 냉방 주체 운전시에는 실외기(21) 측에서는 상기한 바와 같이 사방밸브(23)의 제1, 제2 포트(23A) ,(23B) 상호간과, 제3, 제 4 포트(23C),(23D) 상호간이 각각 접속되는 동시에 상기 고압 분기관(38)의 전자밸브(38A)는 열리며 또한 실내기(28) 측에서는 냉난절환기(31)에서 냉방 운전되는 실내기(28)의 고압 가스관(32)의 전자밸브(32A)가 닫히는 동시에 저압 가스관(33)의 전자밸브(33A)는 열리고 반대로 난방 운전되는 실내기(28)의 고압 가스관(32)의 전자밸브(32A)는 열리는 동시에 저압 가스관(33)의 전자밸브 (33A)는 닫힌다.

따라서 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이 압축기(22)로부터 토출되는 냉매는 사방밸브(23)의 제1, 제2 포트(23A), (23B)을 거쳐 실외 열교환기(24)에 의해 응축되어 고압 액냉매로서 팽창밸브(25), 레시버탱크(26)을 통해 고압액관(34)을 거쳐 냉방 운전하는 실내기(28)측으로 공급되고 팽창밸브(30)에서 감압되어 실내 열교환기(29)에서 증발됨으로써 실내를 냉방시키고 또한 저압 가스로서 냉난절환기(31)의 전자밸브(33A)를 통해 저압 가스관(33)을 거쳐 어큐뮬레이터(27)를 통해 압축기(22)의 흡입측으로 순환될 수 있다. 또한, 압축기(22)로부터 토출되어 사방밸브(23)를 거친 냉매의 일부는 전자밸브(38A)가 열린 고압 분기관(38)으로 분기되어 고압 가스관(32)을 거쳐 냉난절환기(31)의 전자밸브(32A)를 통해 난방 운전하는 실내기(28)로 공급되고 그 실내 열교환기(29)에서 응축됨으로써 실내를 난방시키고 이후 팽창밸브(30)를 통해 고압 액관(34)으로 공급되어 상기 냉방 운전하는 실내기(28)측으로 공급되는 냉매와 합류되어 냉방을 위해 제공된 후 저압 가스관(33)을 통해 압축기(22)로 순환될 수 있다.

한편, 난방 주체 운전시에는 실외기(21) 측에서는 상술한 바와 같이 사방밸브(23)의 제1, 제 3포트(23A), (23C) 상호간과 제2, 제 4 포트(23B), (23D) 상호간이 각각 접속되는 동시에 상기 고압 분기관(38)의 전자밸브(38A)는 닫힌다. 또한 실내기(28) 측에서는 냉방 주체 운전시와 동일하게 난방 운전되는 실내기(28)의 경우에는 냉난절환기(31)에서 그 고압 가스관(32)의 전자밸브(32A)가 열림과 동시에 저압 가스관(33)의 전자밸브(33A)는 닫혀지며 반대로 냉방 운전되는 실내기(28)의 고압 가스관(32)의 전자밸브(32A)는 닫혀짐과 동시에 저압 가스관(33)의 전자밸브(33A)가 열린다.

이러한 난방 주체 운전시의 경우 압축기(22)로부터 토출되는 냉매는 도2에 역시 화살표로 나타낸 바와 같이 사방밸브(23)의 제1, 제3포트(23A), (23C)를 거쳐 역지밸브(39)를 통해 고압 가스관(32)으로 공급되며 또한 냉난절환기(31)의 전자밸브(32A)로부터 난방 운전하는 실내기(28)의 실내 열교환기(29)로 공급되어 응축됨으로써 실내를 난방시키며 팽창밸브(30)를 통해 고압액관(34)으로 보내진다. 여기서, 상기 고압액관(34)으로 보내진 냉매의 일부는 냉방 운전하는 실내기(28)로 공급되고 그 실내 열교환기(29)에서 증발됨으로써 실내의 냉방에 사용되어지며 마찬가지로 이 실내 열교환기(29)에 접속된 저압 가스관(33)을 지나 어큐뮬레이터(27)를 거쳐 압축기(22)의 흡입측으로 순환될 수 있다. 또한, 고압액관(34)으로 보내진 나머지 냉매도 실외기(21)측으로 되돌아와 레시버탱크(26), 팽창밸브(25)를 거쳐 실외 열교환기(24)에 의해 증발되며 이어서 사방밸브(23)의 제3, 제4 포트(23C), (23D)를 거쳐 저압 가스관(33)으로부터 어큐뮬레이터(27)을 통해 압축기(22)로 순환될 수 있다.

또한 복수의 실내기(28)들 중 냉방 운전하는 수와 난방 운전하는 수가 동일한 경우 등 냉/난방의 부하가 균형을 이룬 운전을 수행할 경우, 예를 들어 실외 기온이 낮을 때에는 실외기(21) 측에서는 사방밸브(23)의 제1~제4 포트(23A~23D)의 접속을 난방 주체 운전시와 같게 하여 고압 분기관(38)의 전자밸브(38A)도 닫은 상태로 하며, 실내기(28)측에서는 그 냉/난방 운전에 맞게 상기 냉/난방 주체 운전시와 동일하게 전자밸브(32A), (33A)를 각각 개폐한다. 이 경우 압축기(22)로부터 토출되는 냉매는 사방밸브(23)의 제1, 제3포트(23A), (23C)를 거쳐 고압 가스관(32), 냉난절환기(31)를 통해 우선 난방 운전을 수행하는 실내기(28)로 공급되어 응축됨으로써 실내 난방에 사용되며 이어서 냉난절환기(31)에서 고압액관(34)을 통해 냉방 운전을 수행하는 실내기(28)로 공급되어 증발됨으로써 실내의 냉방에 사용되어진 후 저압 가스관(33), 어큐뮬레이터(27)를 통해 압축기(22)의 흡입측으로 순환된다. 따라서, 이 경우에는 사방밸브(23)의 제2 포트(23B)로부터 고압 분기관(38) 및 실외 열교환기(24), 팽창밸브(25), 레시버탱크(26)를 통해 냉난절환기(31)까지의 고압액관(34) 부분과 제 4 포트(23D)에서 저압 가스관(33)까지의 사이에는 냉매는 흐르지 않는다. 또한 반대로 실외기온이 높을 경우에는 냉방 주체 운전시와 동일하게 접속시켜 균형 운전을 실시할 수도 있다. 그리고 이와 같이 실외기온에 따라 냉/난방의 주체 운전 중 어느 한 경우와 동일하게 접속하면 실외기온이 높을 경우에 냉방 부하가 증가하거나 반대로 실외기온이 낮을 경우에 난방 부하가 증가한 경우에도 사방밸브(23)를 절환시키지 않고 신속하게 냉방 주체 운전 또는 난방 주체 운전으로 이행할 수 있다.

또한 모든 실내기(28)를 냉방 운전할 경우에는 실외기(21) 측에서는 사방밸브(23)의 포트(23A~23D)의 접속을 냉방 주체 운전시와 동일하게 하는 동시에 고압분기관(38)의 전자밸브 (38A)를 닫힘, 전자밸브(36A)를 열림으로 하고, 실내기(28) 측에서는 냉난절환기(31)의 전자밸브(32A)를 열림, 전자밸브 (33A)를 닫힘으로 한다. 이 경우 고압 가스관(32)에는 냉매는 흐르지 않게 된다. 한편, 반대로 모든 실내기(28)를 난방 운전할 경우에는 사방밸브(23)는 난방 주체 운전시와 동일하게 하여 고압 분기관(38)의 전자밸브(38A)도 닫힘 상태로 하고 냉난절환기(31)의 전자밸브(32A)를 열림, 전자밸브(33A)를 닫힘으로 한다. 이 경우에는 저압 가스관(33)에 냉매는 흐르지 않는다.

따라서 이러한 구성의 공기조화장치에서는, 사방밸브(23)가 1개이므로 사이클 구성이 간단하면서도 냉방 운전 및 난방 운전의 어느 하나를 주체로 하거나 혹은 양자의 부하가 균형을 이룬 냉난 혼재 운전을 가능하게 할 수 있으며 각 실내의 요구에 따른 공기조화를 수행하는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 냉난 혼재 운전시에는 냉방시에 실외로 배출하던 열을 난방에 사용하거나 난방시에 실외에서 유입하던 열을 냉방을 필요로 하는 실내로부터 유입할 수 있으므로 실외기(21)측에서의 부하를 경감시켜 효율적이고 경제적인 냉난 혼재 운전을 수행할 수 있다.

또한 상기 냉난 혼재 운전시나 냉방 또는 난방 단독 운전시에도 실외기(21)와 실내기(28)를 접속시키는 3관 중 고압 가스관(32)과 저압 가스관(33)에 냉매가 흐를 때에는 그 흐름 방향 즉 유로 방향은 항상 일정하므로 이 유로방향을 전환시키기 위해 복잡한 밸브기구를 사용할 필요가 없게 되어 한층 사이클 구성이 간략화되어 저비용의 장치를 구성하는 것이 가능해진다.

그리고 또한 본 실시의 형태의 공기조화장치에서는 그 실외기(21)의 사방밸브(23)는 제1 포트(23A)가 압축기(22)의 토출측에 접속되고 제2 포트(23B)는 실외 열교환기(24) 및 팽창밸브(25)를 통해 고압액관(34)에 접속되고 제3포트(23C)는 고압 가스관(32)에 접속되고 제 4 포트(23D)는 저압 가스관(33)에 접속되며 또한 제2 포트(23B)와 고압액관(34) 사이에서는 고압분기관(38)이 분기되어 고압 가스관(32)에 접속되고 있고 상기 난방 주체 운전시에는 제1, 제3포트(23A), (23C)들이 접속되는 동시에 제2, 제 4 포트(23B), (23D)들이 접속된다. 따라서, 이 난방 주체 운전시에는 압축기(22)의 토출측은 사방밸브(23)의 상기 제1, 제3포트(23A), (23C)을 거쳐 고압가스관(32)에 그대로 접속되므로 종래와 같이 이 압축기(22)의 토출측에 접속되어 고압상태가 되는 포트가 사용되지 못하는 경우가 발생하지 않으며 이러한 포트를 저압 가스관(33)에 무리하게 바이패스시킬 필요도 없다. 이는 난방 운전만을 수행할 경우나 냉/난방의 부하가 균형을 이룬 운전을 수행할 경우에도 동일하게 적용된다.

따라서 본 실시의 형태에 따르면 사방밸브(23)의 구조상의 신뢰성은 충분히 확보하면서도 이를 통해 압축기(22)로부터 토출되는 고압의 냉매를 저압 가스관(33)에 바이패스함으로써 냉매의 순환량이 저하되어 실내기(28)측에서의 난방 능력이 손상되는 등의 공기조화장치로서의 성능저하를 초래하지 않게 된다. 또한 상술한 바와 같은 미사용 포트에서의 냉매응축이나 오일 고임에 의해 공기조화장치로서의 성능이나 신뢰성이 저하되지 않으며 따라서 고성능이며 효율적인 공기조화장치를 제공할 수 있게 되고 쾌적성의 향상을 도모할 수 있다.

한편 냉방 주체 운전시에는 상기 사방밸브(23)의 제1, 제2 포트(23A), (23B)들이 접속되는 동시에 제3, 제 4 포트(23C),(23D)들이 접속되며 따라서 압축기(22)로부터 토출되는 냉매는 상기 제1, 제2 포트(23A), (23B)을 거쳐 고압액관(34)으로부터 냉방 운전하는 실내기(28)로 공급되므로 역시 미사용 포트가 고압상태가 되는 문제는 발생하지 않는다. 냉방 운전만을 수행하는 경우에도 동일하게 적용된다. 또한 상기 냉방 주체 운전시 사방밸브(23)을 거친 냉매의 일부는 상기 고압 분기관(38)으로 분기되어 고압 가스관(32)으로부터 난방 운전하는 실내기(28)로 공급되므로 확실하게 냉난 혼재 운전을 수행하는 것이 가능해진다.

또한 상기 고압 분기관(38)에는 본 실시의 형태에서의 개폐밸브로서 전자밸브(38A)가 설치되어 있어 상기 냉방 주체 운전시 이외의 고압 분기관(38)으로 냉매를 통과시키지 않는 경우에는 냉방 운전시의 고압 가스관(32)으로의 냉매 유입이나 그 밖의 운전시의 고압 가스관(32)으로부터의 냉매의 역류를 방지할 수 있다.

그리고 상기 고압 분기관(38)은 이와 같이 냉방 주체 운전시 냉매의 일부만을 분기하여 고압 가스관(32)으로부터 난방 운전하는 소수의 실내기(28)로 공급하는 기능만을 수행하므로 비교적 가는 배관이으로 구성할 수 있으며 따라서 이 고압 분기관(38)에 설치되는 전자밸브(38A)도 소구경의 저렴한 것을 사용할 할 수 있게 된다. 이에 의해 본 실시의 형태에 따르면 범용의 전자밸브(38A)를 상기 개폐밸브로서 사용할 수 있어 장치의 고비용화를 방지할 수 있는 한편 특히 냉방 운전만을 수행하는 경우의 고압가스관(32)에서의 냉매응축이나 오일 고임을 확실하게 방지할 수 있게 되어 장치의 성능을 한층 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시의 형태에서는 실외기(21)의 실외 열교환기(24)와 고압액관(34) 사이, 보다 상세하게는 레시버탱크(26)와의 사이에 팽창밸브(25)와 병렬로 유량조정밸브로서 전자밸브(36A)를 설치하고 있어 냉방 주체 운전시 이 전자밸브(36A)에 의해 상기 고압 분기관(38)으로부터 분기되어 고압 가스관(32)으로 흐르는 냉매 즉 난방 운전하는 실내기(28)로 공급되는 냉매와, 실외 열교환기(24)를 통해 고압액관(34)으로 흐르는 냉매 즉 냉방 운전하는 실내기(28)로 공급되는 냉매의 유량 조정을 수행하는 것이 가능해진다. 따라서 이러한 냉방 주체 운전시 실내기(28) 측의 냉/난방 요구에 따라 보다 확실하게 실외기(21) 측에서 냉/난방 운전되는 실내기(28) 각각으로 소정 유량의 냉매를 공급하는 것이 가능해져 더욱 효율적인 냉난 혼재 운전을 촉진시킬 수 있다.

그런데 이 제1 실시의 형태에서는 상기 고압 분기관(38)이 사방밸브(23)의 상기 제2 포트(23B)와 실외 열교환기(24) 사이에서 분기되어 고압 가스관(32)에 접속되어 있고 따라서 냉방 주체 운전시 실외 열교환기(24)을 경유하기 전의 고압의 냉매를 고압 가스관(32)을 통해 난방 운전하는 실내기(28)로 공급하여 효율적인 난방을 수행하는 것이 가능한데 예를 들어 냉매로서 비공비 혼합냉매를 사용할 경우 등에는 도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시의 형태와 같이 이 고압 분기관(38)을 실외기(21)의 팽창밸브(25)와 고압액관(34) 사이에 설치되는 상기 레시버탱크(26)로부터 분기시켜 고압 가스관(32)에 접속시키도록 할 수도 있다. 여기서 상기 제2실시의 형태에서의 고압 분기관(38)은 레시버탱크(26)의 상부에서 분기되어 있다. 한편 도 3은 상기 제2 실시의 형태에서의 냉방 주체 운전시를 도시한 것으로서 도 1 및 도 2에 도시된 제1 실시의 형태와 공통되는 요소에는 동일한 부호를 공통 사용하고 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 즉, 예를 들어 R407C(R32/125/134a:23/25/52wt％) 등의 비공비 혼합 냉매에 있어서 저비점 성분(비점이 낮은 냉매. R407C에서는 R32/125)은 고비점 성분에 비해 단위 질량당 잠열 즉 냉동 능력이 커 고능력이 되고 또한 저비점으로 인해 가스화되기 쉬워 액가스 2상 냉매의 경우 가스 성분은 이 저비점 성분이 풍부한 조성이 된다.

따라서, 이러한 비공비 혼합냉매를 사용할 경우 상기 제2 실시의 형태에 따르면 냉방 주체 운전시 응축기가 되는 실외 열교환기(24)의 능력을 억제시켜 응축기 출구의 냉매를 액가스 2상으로 하고 이를 레시버탱크(26)에서 분리시켜 상기 고압 분기관(38)을 통해 고압 가스관(32)으로 분기시킴으로써 그 저비점 성분의 가스 성분을 효율적으로 이용할 수 있으므로 비교적 적은 냉매량에서도 잠열이 큰(또는 냉동 능력이 큰) 냉매를 선택적으로 이용할 수 있으며 난방 운전하는 실내기(28)에 있어서 확실하게 난방 능력을 확보하는 것이 가능해진다. 또한 이 때 2상 냉매로부터 추출되는 가스 냉매는 포화 가스이므로 압축기(22)로부터 토출되는 과열가스와는 달리 실내 열교환기(29)에서 바로 응축하기 시작하므로 효율적으로 응축열(잠열)을 이용할 수 있다. 단 본 제2 실시의 형태는 냉매로서 반드시 상기 비공비 혼합냉매를 사용하는 경우에 한정되지 않고 기타의 냉매를 사용하는 경우에도 적용가능하며 예를 들어 R22 등의 단일 냉매를 사용하는 경우에도 포화 가스를 사용함으로써 동일한 효율 상승을 도모할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 실외기와 실내기를 고압 가스관, 저압가스관 및 고압액관에 의해 접속시킨 3관식의 공기조화장치에 있어서, 그 실외기의 사방밸브에 냉/난방 주체 운전의 어느 경우에나 고압상태가 되는 미사용 포트가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 이와 같이 미사용 포트가 고압 상태가 되는 것을 방지함으로써 압축기로부터 토출되는 냉매를 저압 가스관으로 바이패스시킴에 따라 순환 냉매량의 저하를 초래하거나 혹은 미사용 포트에서의 냉매 응축이나 오일 고임을 발생시켜 공기조화장치로서의 성능이나 신뢰성이 저하되는 등의 문제를 방지할 수 있게 되어 효율적이고 고성능의 공기조화장치를 제공할 수 있다.

또한 상기 사방밸브의 제2 포트와 실외 열교환기 등을 통해 고압액관에 접속되는 사이에서 고압 가스관으로 분기되는 고압 분기관은 비교적 가는 배관으로 할 수 있으므로 비교적 구경이 작은 저렴한 개폐밸브를 이 고압 분기관에 설치함에 따라 고비용화를 방지하면서도 냉방 운전시의 고압 가스관에서의 냉매의 자연응축이나 오일 고임에 의한 장치의 성능 및 신뢰성 저하를 확실하게 방지할 수 있으며 장치의 고비용화를 억제하면서 성능의 향상을 더욱 도모할 수 있다. 또한 이 고압분기관을 상기 사방밸브와 실외 열교환기 사이에서 분기시킴에 따라 효율화를 한층 도모할 수 있는 한편 예를 들어 냉매로서 비공비 혼합냉매를 사용할 경우 등에는 실외기의 팽창밸브와 상기 고압액관 사이의 레시버탱크로부터 분기됨으로써 특히 냉방 주체 운전시에 비교적 적은 냉매량으로도 확실하게 난방 능력을 확보할 수 있을 뿐 아니라 포화 가스 성분을 이용함으로써 효율적인 열교환을 수행할 수 있다. 또한 상기 실외 열교환기와 고압액관 사이에 상기 팽창밸브와 병렬로 유량조정밸브를 설치함으로써 냉방 주체 운전시의 고압 가스관으로 분기되는 냉매와 고압액관으로 흐르는 냉매의 유량조정을 상기 유량조정밸브로 수행할 수 있게 되어 효율적인 냉난 혼재 운전을 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에서의 냉방 주체운전시의 상태를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에서의 난방 주체운전시의 상태를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 제2예에서의 냉방 주체운전시의 상태를 도시한 도면이다.

도 4는 종래의 공기조화장치를 도시한 도면이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

21:실외기 22:압축기

23:사방밸브 23A~23D:사방밸브(23)의 제1~제4 포트

24:실외 열교환기 25,30:팽창밸브

26:레시버탱크 27:어큐뮬레이터

28:실내기 29:실내 열교환기

31:냉난절환기 32:고압 가스관

33:저압 가스관 34:고압액관

36A:전자밸브(유량조정밸브) 38:고압 분기관

38A:전자밸브(개폐밸브)

Claims (5)

1. 압축기, 사방밸브, 실외 열교환기 및 팽창밸브를 구비한 실외기와,

   실내 열교환기 및 팽창밸브를 구비한 복수의 실내기와,

   상기 실외기와 실내기들 사이에 냉난절환기를 통해 접속되는 고압 가스관, 저압 가스관 및 고압액관을 가지며,

   상기 사방밸브에서 그 제1 포트에는 상기 압축기가 접속되고 제2 포트에는 상기 실외 열교환기 및 상기 팽창밸브를 통해 상기 고압액관이 접속되고 제3 포트에는 상기 고압 가스관이 접속되고 제 4 포트에는 상기 저압 가스관이 접속되고 또한 상기 제2 포트와 상기 고압액관 사이에서는 고압 분기관이 분기되어 상기 고압가스관에 접속되어 있으며, 상기 실내기의 냉방 주체 운전시에는 상기 제1, 제2 포트 상호간과, 상기 제3, 제4포트 상호간이 각각 접속되는 한편, 난방주체 운전시에는 상기 제1, 제3포트 상호간과 상기 제2, 제4 포트 상호간이 각각 접속되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고압 분기관에는 개폐밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 고압 분기관은 상기 사방밸브와 상기 실외 열교환기 사이에서 분기되어 상기 고압 가스관에 접속되어 있는 것을 특징으로 공기조화장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 실외기의 상기 팽창밸브와 상기 고압액관 사이에는 레시버탱크가 설치되어 있고, 상기 고압 분기관은 이 레시버탱크로부터 상기 고압가스관에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 실외 열교환기와 상기 고압액관 사이에는 상기 팽창밸브와 병렬로 유량조정밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.