KR100757308B1 - 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기에 관한 것으로, 압축기(CO)->실외기(33)의 제1열교환기(HE1)->제1열교환기용 팽창밸브(E1) 및 바이패스용 제1체크밸브(C1)->제3열교환기용 팽창밸브(E3) 및 바이패스용 제3체크밸브(C3)->실내기(35)의 제3열교환기(HE3)->압축기(CO) 순 또는 그 역순으로 냉매를 순환시키는 제1냉매순환회로; 압축기(CO)->실외기(33)의 제2열교환기(HE2)->제2열교환기용 팽창밸브(E2) 및 바이패스용 제2체크밸브(C2)->제4열교환기용 팽창밸브(E4) 및 바이패스용 제4체크밸브(C4)->실내기(35)의 제4열교환기(HE4)->압축기(CO) 순 또는 그 역순으로 냉매를 순환시키는 제2냉매순환회로; 및 상기 제1열교환기(HE1), 제2열교환기(HE2), 제3열교환기(HE3) 및 제4열교환기(HE4)와 상기 압축기(CO) 사이의 냉매 흐름 방향을 제어할 수 있는 방향제어밸브;를 구비한 이중 회로 히트펌프 항온항습기에 있어서, 상기 실외기(33)에는 서로 공간적으로 분리된 제1열교환실(41a) 및 제2열교환실(41b)을 마련하고, 각각의 열교환실(41a, 41b)에는 서로 독립적으로 제어되는 냉각팬(21a, 21b)을 구비하며, 상기 제1열교환기(HE1)는 상기 제1열교환실(41a)에 상기 제2열교환기(HE2)는 상기 제2열교환실(41b)에 각각 배치하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하면, 이중 회로 히트펌프 항온항습기에 있어서, 제습 운전시 응축 잠열 및 증발 잠열간의 열균형을 이뤄 냉동효율을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 제습 운전시 성적 계수의 저하 없이 압축기 고압관의 이상 고압을 조절할 수 있는 효과가 있다.
이중 회로 히트펌프, 항온항습기, 열교환기, 제습 운전

Description

실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기{HEAT PUMP THERMOHYGROSTAT ADOPTING DUAL CIRCULATIONS OF REFRIGERANT WITH DIVIDED OUTER MODULE}
도 1은 본 발명에 따른 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기의 냉방운전시 냉매 흐름도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기의 난방운전시 냉매 흐름도이다.
도 3b는 핫가스 바이패스관을 더 구비한 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기의 난방운전시 냉매 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기의 제습운전시 냉매 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 3, 5, 7, 9 ,11, 13, 15 : 배관 17 : 코일
19 : 모세관 21a, 21b : 냉각팬
23 : 항균필터 25 : 송풍기
27 : 스트레이너 29 : 급수밸브
31 : 기화식가습 엘레먼트 33 : 실외기
35 : 실내기 37 : 하우징
39 : 격벽 41a, 42b : 열교환실
43, 45 : 핫가스 개폐밸브 47, 49, 51 : 핫가스 바이패스관
AC : 액분리기 C1 ~ C4 : 체크밸브
CO : 압축기 E1, E2, E3, E4 : 팽창밸브
F1 : 필터드라이어 G1 : 고압게이지
G2 : 저압게이지 HE1, HE2, HE3, HE4 : 열교환기
P1 : 고저압스위치 P2, P3 : 고압스위치
S1, S2 : 사방밸브
본 발명은 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기에 관한 것으로, 더 상세하게는 실내기 및 실외기에 각각 2개씩의 열교환기를 설치하고, 이들 열교환기 및 압축기 간에 2중 냉매 순환 회로를 구성한 후 이를 간편하게 절환하면서 냉방운전, 난방운전 및 제습운전을 효율적으로 수행할 수 있는 실외기 분할 이중 회로 히 트펌프 항온항습기에 관한 것이다.
히트펌프를 이용한 항온항습기는 일반적으로 실내기에 증발기 및 재열응축기를 구비하고, 실외기에는 응축기를 구비하여, 냉방운전시에는 냉매를 압축기->실외기의 응축기->팽창밸브->실내기의 증발기->압축기 순으로 순환시키면서 실내를 냉방하고, 난방운전시에는 냉매를 압축기->실내기의 증발기 또는 재열응축기->팽창밸브->실외기의 응축기 순으로 순환시키면서 실내를 난방하며, 제습운전시에는 냉매를 압축기->실내기의 재열응축기->팽창밸브->실내기의 증발기->압축기 순으로 순환시키면서 실내 제습을 한다. 히트펌프에서 냉매의 순환 방향을 절환하는 절환 수단으로는 통상 4방변을 사용하며, 각 열교환기(증발기, 재열응축기 또는 응축기)는 냉매 순환 방향에 따라 응축잠열을 방출하는 응축기로 작용하기도 하고 증발잠열을 흡수하는 증발기로 작용하기도 한다.
제습 기능이 필요없는 항온항습기와 달리 습도 조절기능을 수행해야 하는 항온항습기에 있어서는, 제습 운전시 실내기에서 응축 및 증발이 모두 이루어지는 데 특징이 있다. 제습을 위해서는 실내 공기를 항온항습기의 증발기를 통과시키면서 수분을 응축시키는 데, 이 때 실내 공기가 지나치게 냉각되어 실내에 투입될 경우 실내 공기가 항온 범위를 벗어난 온도까지 떨어질 수 있다. 따라서, 특히 온도에 민감한 의료 장비 등 고가 장비가 설치된 룸의 항온항습기에서는 온도를 일정하게 유지하면서 제습만을 할 필요가 있는 것이다. 이를 위하여 증발기에서의 제습 중에 냉각된 공기를 재열응축기에서 재가열(이를 통상 "재열(reheating)이라고 함)하여 실내에 투입한다. 이를 위하여 실내기에서 응축 및 증발을 모두 수행하게 하는 것이다.
그러나, 이러한 구성 및 작용을 갖는 히트펌프를 이용한 종래 항온항습기는 다음과 같은 단점이 있어 개선이 필요하다.
상술한 히트펌프를 이용한 종래 항온항습기는 각 운전 모드에서 2개의 열교환기와 압축기를 연결하여 냉매 순환 경로를 만들어 주는 데, 이 것은 각 운전모드에서 3개의 열교환기 중 1개의 열교환기가 냉매순환사이클에서 배제됨을 의미한다. 즉, 냉방운전시에는 실내기의 증발기와 실외기의 응축기가 냉매순환사이클에 연결되고 실내기의 재열응축기는 배제된다. 또한, 난방운전시에는 실내기의 증발기와 실외기의 응축기가 냉매순환사이클에 연결되고 실내기의 재열응축기는 배제되거나, 실내기의 재열응축기와 실외기의 응축기가 냉매순환사이클에 연결되고 실내기의 증발기가 배제된다. 또한, 제습운전시에는 실내기의 증발기와 재열응축기만 사용되고 실외기의 응축기는 배제된다.
이 처럼 각 운전모드에서 사용되는 열교환기가 교체되고 사용되지 않는 열교환기가 냉매순환사이클로 부터 배제될 경우, 각 운전모드의 냉매순환사이클에 이용되는 냉매량이 일정하지 않아 히트펌프의 효율이 크게 떨어진다. 이 것은 각 운전 모드에서 냉매순환사이클로 부터 배제되는 열교환기에 냉매가 잔류하게 되고, 배제되는 열교환기마다 그 잔류량이 일정하지 않기 때문이다. 특히 제습운전에서 냉방운전이나 난방운전으로 절환되는 과정에서, 증발기의 냉기에 의하여 응축이 매우 활발하게 일어난 재열응축기 내의 냉매가 냉방운전 또는 난방운전의 냉매순환사이클에 유입되지 못하고 재열응축기에 잔류하게 되면, 냉방운전 또는 난방운전시 냉매의 부족현상을 초래하여 냉방효율 또는 난방효율을 크게 떨어 뜨리고 전력소모를 키우는 요인이 된다.
본원 출원의 발명자는 이러한 종래 히트펌프를 이용한 항온항습기의 단점을 개선한 이중 냉매순환회로를 갖는 히트펌프 항온항습기를 출원번호 제10-2006-63211호로 특허출원하였다.
제10-2006-63211호 발명에서 압축기(CO)의 고압관 압력이 지나치게 높아질 경우 응축이 일어나는 열교환기에 가해지는 냉각팬 또는 송풍기의 풍속을 높임으로써, 일정 범위 이내에서 그 압력을 조절한다.
상기 제10-2006-63211호 발명은 제1열교환기(HE1) 및 제2열교환기(HE2)를 단일의 실외기(33)에 실장하고, 단일의 냉각팬(21)에 의하여 냉매의 응축 또는 증발을 돕도록 구성되어 있다. 또한, 제3열교환기(HE3) 및 제4열교환기(HE4)를 단일의 실내기(35)에 실장하고 단일의 송풍기(25)에 의하여 냉매의 응축 또는 증발을 돕도 록 구성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 제1열교환기(HE1) 및 제2열교환기(HE2)에서 모두 냉매 응축 또는 냉매 증발이 일어나는 냉방 운전 또는 난방 운전의 경우에는 압축기의 고압관 압력 조절에 아무런 문제가 없다. 압축기의 고압관 압력이 지나치게 높을 경우, 냉방 운전시에는 실외기(33)의 냉각팬(21) 풍속을 높여 주고, 난방 운전시에는 실내기(35)의 송풍기(25) 풍속을 높혀 줘 응축효율을 높이면 일정범위 내에서 압력 조절이 이루어지기 때문이다.
일반적으로 단일의 냉동사이클에서 응축과 증발이 균형을 이루기 위해서는 응축 과정에서 버려지는 열이 증발 과정에서 흡수하는 열보다 더 커야 한다. 응축기에서 버려지는 응축 잠열은 증발 잠열과 압축기에서 가해지는 압축열의 합과 같기 때문이다. 따라서, 단일의 냉동사이클에서 응축이 일어나는 열교환기에 가해지는 풍속은 증발이 일어나는 열교환기에 가해지는 풍속에 비하여 2배이상 크게 하여야 한다.
그러나, 상기 제10-2006-63211호 발명에서 제습 운전시에는 실내기(35)의 제3열교환기(HE3) 및 제4열교환기(HE4)에서 제습 및 증발을 위하여 단일의 풍속에 의한 증발 및 응축이 순차적으로 일어나야 하므로, 응축이 일어나는 실외기(33)의 제1열교환기(HE1)는 증발이 일어나는 실외기(33)의 제2열교환기(HE2)보다 4배 이상의 풍속이 작용하여야 전체적인 냉동사이클의 증발 잠열 및 응축 잠열간에 균형이 이루어 진다. 그러나, 상기 제10-2006-63211호 발명에서는 제1열교환기(HE1) 및 제2열교환기(HE2)를 단일의 실외기(33)에 실장하고, 단일의 냉각팬(21)에 의하여 냉매의 응축 또는 증발을 돕도록 구성되어 있어 제습 운전시에 전체 시스템의 증발 잠열 흡수 및 응축 잠열 방출간에 불균형이 초래되어 냉동효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 제습 운전시 압축기의 고압관 압력이 이상 상승하는 경우 응축이 일어나는 실외기의 제1열교환기(HE1)에 작용하는 풍속을 높여 고압관 압력을 조절할 수 밖에 없는 데, 상기 제10-2006-63211호 발명에서는 제1열교환기(HE1)의 풍속을 독자적으로 조절할 방법이 없는 문제점도 있다.
상술한 특허출원 제10-2006-63211호 발명의 문제점을 해결하자 안출된 본 발명은 제습 운전시 응축 잠열 및 증발 잠열간의 열균형을 이뤄 냉동효율을 개선할 수 있는 이중 회로 히트펌프 항온항습기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 제습 운전시 성적 계수의 저하 없이 압축기 고압관의 이상 고압을 조절할 수 있는 이중 회로 히트펌프 항온항습기를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하고자 하는 본 발명에 따른 실외기 분할 이중 회로 히트 펌프 항온항습기는 압축기->실외기의 제1열교환기->제1열교환기용 팽창밸브 및 바이패스용 제1체크밸브->제3열교환기용 팽창밸브 및 바이패스용 제3체크밸브->실내기의 제3열교환기->압축기 순 또는 그 역순으로 냉매를 순환시키는 제1냉매순환회로; 압축기->실외기의 제2열교환기->제2열교환기용 팽창밸브 및 바이패스용 제2체크밸브->제4열교환기용 팽창밸브 및 바이패스용 제4체크밸브->실내기의 제4열교환기->압축기 순 또는 그 역순으로 냉매를 순환시키는 제2냉매순환회로; 및 상기 제1열교환기, 제2열교환기, 제3열교환기 및 제4열교환기와 상기 압축기 사이의 냉매 흐름 방향을 제어할 수 있는 방향제어밸브;를 구비한 이중 회로 히트펌프 항온항습기에 있어서, 상기 실외기에는 서로 공간적으로 분리된 제1열교환실 및 제2열교환실을 마련하고, 각각의 열교환실에는 서로 독립적으로 제어되는 냉각팬을 구비하며, 상기 제1열교환기는 상기 제1열교환실에 상기 제2열교환기는 상기 제2열교환실에 각각 배치하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기의 구성도를, 도 2는 본 발명에 따른 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기의 냉방운전시 냉매 흐름도를, 도 3a는 본 발명에 따른 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기의 난방운전시 냉매 흐름도를, 도 3b는 핫가스 바이패스관을 더 구비한 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기의 난방운전시 냉매 흐름도를, 도 4는 본 발명에 따른 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기의 제습운전시 냉매 흐름도를 각각 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 항온항습기는 실내기(35)와 실외기(33)로 나누어 지고, 실내기(35) 및 실외기(33)에 각각 2개씩의 열교환기(HE1, HE2, HE3, HE4)가 배치된다. 실내기(35)의 배기측에는 송풍기(25)가 마련된다. 또한, 실내기(35)의 흡기측에는 실내 공기를 걸러 주는 항균필터(23)가 마련될 수 있다. 또한, 실내기(35)에는 실내 가습을 위하여 직수 또는 펌프에 연결된 호스를 통하여 입수된 물을 걸러주는 스트레이너(27)와, 분사된 물을 자연 기화시키는 기화식가습 엘레먼트(31)와, 상기 스트레이너(27)를 통과한 물이 상기 기화식가습 엘레먼트(31)에 분사되도록 호스를 개방하거나 분사를 중지하도록 호스를 닫는 급수밸브(29)를 더 구비할 수 있다. 상기 급수밸브(29)는 공지의 항온항습기용 핫가스 콘트롤러(Hot Gas Controller) 또는 제어부에서 전기에 의하여 개폐될 수 있는 솔레노이드밸브인 것이 바람직하다.
상기 실외기(33)에는 냉각팬(21a, 21b)이 마련되어 실내기(33)에 마련된 열교환기(HE1, HE2)의 응축 및 증발을 돕는다.
본 발명의 특징은 상기 실외기(33)에 서로 공간적으로 분리된 제1열교환 실(41a) 및 제2열교환실(41b)을 마련하고, 각각의 열교환실(41a, 41b)에는 서로 독립적으로 제어되는 냉각팬(21a, 21b)을 구비한 데 있다. 이 때, 상기 제1열교환기(HE1)는 상기 제1열교환실(41a)에 상기 제2열교환기(HE2)는 상기 제2열교환실(41b)에 각각 배치된다.
이렇게 구성함으로써, 제습 운전시 제1열교환기(HE1)에 작용하는 풍량과 제2열교환기(HE2)에 작용하는 풍량을 차별화하여 냉동사이클의 응축 잠열 및 증발 잠열간의 균형을 달성할 수 있게 된다. 또한, 제습 운전시 압축기(1)의 고압관에 이상 고압이 발생할 경우 응축이 일어나는 제1열교환기(HE1)의 냉각팬(21a) 풍속만을 가속하여 성적 계수의 저하 없이 고압관(1) 압력을 낮출 수 있게 된다.
압축기(CO), 액분리기(AC), 사방밸브(S1, S2) 등의 다른 부품은 도 1에 도시된 바와 같이 실내기(35)나 실외기(33) 외부에 설치될 수도 있고, 실내기(35) 또는 실외기(33) 중의 어느 하나에 실장될 수도 있다. 여기에서 액분리기(AC)는 압축기(CO)에 회수되는 저압 가스 냉매 중에 썩인 액냉매를 분리하는 데 사용된다. 액분리기(AC)의 출력은 필터드라이더(F1)를 더 통과시켜 수분등을 제거하는 것이 바람직하다.
상기 급수밸브(29), 압축기(CO), 냉각팬(21a, 21b), 송풍기(25) 및 하기의 사방밸브(S1, S2) 등의 제어는 통상의 항온항습기용 핫가스 콘트롤러(편의상 도면 에는 도시하지 않았음)에 의하여 수행된다. 상기 압축기(CO)의 고압관(1)에는 고압스위치(P2, P3)를 구비하여 압축기(CO))의 고압관(1) 압력이 설정 압력 이상이 되면 상기 냉각팬(21a, 21b) 속도를 가속시키는데 사용할 수 있다. 특히, 제습 운전시에는 상술한 바와 같이 상기 제1열교환실(41a)의 냉각팬(21a)만을 가속시키게 된다. 제습 운전시에는 상기 제1열교환실(41a)에 배치된 제1열환기(HE1)에서 응축이 일어나기 때문이다. 상기 압축기(CO)의 고압관 및 저압관에는 고압관(1) 및 저압관(15)의 압력을 상기 핫가스 콘트롤러에 전압 신호로 출력하는 고저압스위치(P1)를 구비하고, 상기 핫가스 콘트롤러는 압축기(CO)의 고압관 압력이 설정치 이상으로 올라가거나, 압축기(CO)의 저압관 압력이 설정치 이하로 내려갈 경우 상기 압축기(CO)의 전원을 오프시키게 구성할 수 있다. 또한, 상기 압축기(CO)의 고압관(1) 및 저압관(15)에는 육안으로 고압관 및 저압관의 압력을 확인할 수 있는 고압게이지(G1) 및 저압게이지(G2)를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 항온항습기는 상기 실외기(33)에 마련된 제1열교환기(HE1) 및 제2열교환기(HE2)의 2개의 열교환기와, 상기 실내기(35)에 마련된 제3열교환기(HE3) 및 제4열교환기(HE4)의 2개의 열교환기를 이용하여, 압축기(CO)와 함께 이중의 냉매순환회로를 구성하고, 이들 이중의 냉매순환회로를 모든 운전모드(냉방운전, 난방운전 및 제습운전)에서 동시에 구동시킴으로써, 냉방 효율 및 난방 효율을 높일 뿐만 아니라, 매우 효과적인 항온 제습 운전(재열이 이루어지는 제습 운전)이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 항온항습기는 모든 운전모드(냉방운전, 난방운전 및 제습운전)에서 모든 열교환기(HE1, HE2, HE3, HE4)에 냉매가 순환되게 하여 운전 모드가 절환되더라도 냉매순환회로에 포함된 냉매량이 항상 일정하게 유지된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실외기(33)의 상기 제1열교환기(HE1)과 실내기(35)의 제3열교환기(HE3)는 배관(7)에 의하여 연결되고 이 배관(7)에는 제1열교환기(HE1)측으로 흐르는 냉매를 팽창시키고 반대방향의 냉매를 차단하는 제1열교환기용 팽창밸브(E1) 및 상기 제1열교환기용 팽창밸브(E1)와 병렬로 연결되어 상기 제1열교환기(HE1)로부터 토출된 냉매를 상기 제3열교환기(HE3)측으로 바이패스 시키는 바이패스용 제1체크밸브(C1)가 설치된다. 또한, 상기 제1열교환기(HE1)와 제3열교환기(HE3)를 연결하는 배관(7)에는 제3열교환기(HE3)측으로 흐르는 냉매를 팽창시키고 반대방향의 냉매를 차단하는 제3열교환기용 팽창밸브(E3) 및 상기 제3열교환기용 팽창밸브(E3)와 병렬로 연결되어 상기 제3열교환기(HE3)로부터 토출된 냉매를 제1열교환기(HE1)측으로 바이패스 시키는 제3체크밸브(C3)가 설치된다. 또한, 실외기(33)의 상기 제2열교환기(HE2)와 실내기(35)의 제4열교환기(HE4)는 배관(9)에 의하여 연결되고 이 배관(9)에는 제2열교환기(HE2)측으로 흐르는 냉매를 팽창시키고 반대방향의 냉매를 차단하는 제2열교환기용 팽창밸브(E2) 및 상기 제2열교환기용 팽창밸브(E2)와 병렬로 연결되어 상기 제2열교환기(HE2)로부터 토출된 냉매를 상기 제4열교환기(HE4)측으로 바이패스 시키는 바이패스용 제2체크밸브(C2)가 설치된다. 또한, 상기 제2열교환기(HE2)와 제4열교환기(HE4)를 연결하는 배관(9)에는 제4열교환기(HE4)측으로 흐르는 냉매를 팽창시키고 반대방향의 냉매를 차단하는 제 4열교환기용 팽창밸브(E4) 및 상기 제4열교환기용 팽창밸브(E4)와 병렬로 연결되어 상기 제4열교환기(HE4)로부터 토출된 냉매를 제2열교환기(HE2)측으로 바이패스 시키는 제4체크밸브(C4)가 설치된다.
상기 제1열교환기(HE1), 제2열교환기(HE2), 제3열교환기(HE3) 및 제4열교환기(HE4)와 상기 압축기(CO) 사이에는 열교환기(HE1, HE2, HE3, HE4)와 압축기(CO)사이의 냉매 흐름 방향을 제어할 수 있는 방향제어밸브(S1, S2)가 설치된다. 상기 방향제어밸브로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 사방밸브(S1, S2)를 사용하는 것이 구성을 단순하게 할 뿐만 아니라, 고장이 적고, 제어의 확실성을 보장하여 바람직하다. 이 때, 제1사방밸브(S1)의 제1포트(a)는 상기 제1열교환기(HE1)에, 제2포트(b)는 상기 압축기(CO)의 저압관(15)에, 제3포트(c)는 상기 제3열교환기(HE3)에, 제4포트(d)는 압축기(CO)의 고압관(1)에 연결한다. 또한, 제2사방밸브(S1)의 제1포트(a)는 상기 제2열교환기(HE2)에, 제2포트(b)는 상기 압축기(CO)의 저압관(15)에, 제3포트(c)는 상기 제4열교환기(HE4)에, 제4포트(d)는 압축기(CO)의 고압관(1)에 연결한다.
이렇게 구성함으로써, 압축기(CO)->실외기의 제1열교환기(HE1)->제1열교환기용 팽창밸브(E1) 및 바이패스용 제1체크밸브(C1)->제3열교환기용 팽창밸브(E3) 및 바이패스용 제3체크밸브(C3)->실내기의 제3열교환기(HE3)->압축기(CO) 순 또는 그 역순으로 냉매를 순환시키는 제1냉매순환회로와, 압축기(CO)->실외기의 제2열교환 기(HE2)->제2열교환기용 팽창밸브(E2) 및 바이패스용 제2체크밸브(C2)->제4열교환기용 팽창밸브(E4) 및 바이패스용 제4체크밸브(C4)->실내기의 제4열교환기(HE4)->압축기(CO) 순 또는 그 역순으로 냉매를 순환시키는 제2냉매순환회로가 형성된다.
본 발명에 따른 항온항습기는 상술한 이중의 냉매순환회로에 의하여 다음과 같이 냉방, 난방 및 제습 운전을 수행하게 된다.
도 2를 참조하면, 냉방시에는 상기 제1냉매순환회로에서 냉매를 압축기(CO)->제1사방밸브(S1)->실외기의 제1열교환기(HE1)->바이패스용 제1체크밸브(C1)->제3열교환기용 팽창밸브(E3)->실내기의 제3열교환기(HE3)->제1사방밸브(S1)->압축기(CO) 순으로 순환시킴과 동시에, 상기 제2냉매순환회로에서 냉매를 압축기(CO)->제2사방밸브(S2)->실외기의 제2열교환기(HE2)->바이패스용 제2체크밸브(C2)->제4열교환기용 팽창밸브(E4)->실내기의 제4열교환기(HE4)->제2사방밸브(S2)->압축기(CO) 순으로 순환시켜, 실외기(33)의 제1열교환기(HE2) 및 제2열교환기(HE2)에서 응축이 일어나고, 실내기(35)의 제3열교환기(HE3) 및 제4열교환기(HE4)에서 증발이 일어나게 한다. 이 때, 상기 제1사방밸브(S1)의 제1포트(a)는 제4포트(d)에, 제2포트(b)는 제3포트(c)에 각각 연결되고, 제2사방밸브(S2)의 제1포트(a)는 제4포트(d)에, 제2포트(b)는 제3포트(c)에 각각 연결된다.
도 2에 도시된 바와 같은 이중 냉매순환회로를 이용하여 냉방 운전을 하면, 응축기(도 2에서는 제1열교환기 및 제2열교환기) 및 증발기(도 2에서는 제3열교환기 및 제4열교환기)의 코일 길이를 압축기(CO)의 토출압 상승없이 확장시킬 수 있고, 응축 및 증발 효율을 높일 수 있으므로, 압축기에서의 전력소비량이 일정한 경우에도 증발기(도 2에서는 제3열교환기 및 제4열교환기)에서 많은 열량을 뺏을 수 있게 된다.
도 3a를 참조하면, 난방시에는 상기 제1냉매순환회로에서 냉매를 압축기(CO)->제1사방밸브(S1)->실내기의 제3열교환기(HE3)->바이패스용 제3체크밸브(C3)->제1열교환기용 팽창밸브(E1)->실외기의 제1열교환기(HE1)->제1사방밸브(S1)->압축기(CO) 순으로 순환시킴과 동시에, 상기 제2냉매순환회로에서 냉매를 압축기(CO)->제2사방밸브(S2)->실내기의 제4열교환기(HE4)->바이패스용 제4체크밸브(C4)->제2열교환기용 팽창밸브(E2)->실외기의 제2열교환기(HE2)->제2사방밸브(S2)->압축기(CO) 순으로 순환시켜, 실내기(35)의 제3열교환기(HE3) 및 제4열교환기(HE4)에서 응축이 일어나고, 실외기(33)의 제1열교환기(HE2) 및 제2열교환기(HE2)에서 증발이 일어나게 한다. 이 때, 상기 제1사방밸브(S1)의 제1포트(a)는 제2포트(b)에, 제3포트(c)는 제4포트(d)에 각각 연결되고, 제2사방밸브(S2)의 제1포트(a)는 제2포트(b)에, 제3포트(c)는 제4포트(d)에 각각 연결된다.
도 3a에 도시된 바와 같은 이중 냉매순환회로를 이용하여 난방 운전을 하면, 응축기(도 3에서는 제3열교환기 및 제4열교환기) 및 증발기(도 3에서는 제1열교환 기 및 제2열교환기)의 코일 길이를 압축기(CO)의 토출압 상승없이 확장시킬 수 있고, 응축 및 증발 효율을 높일 수 있으므로, 압축기에서의 전력소비량이 일정한 경우에도 응축기(도 3에서는 제3열교환기 및 제4열교환기)에서 많은 열량을 발산할 수 있게 된다.
도 3b를 참조하면, 겨울철 난방 운전시 실외기의 열교환기(HE1, HE2)에서 발생하는 결빙을 해동하기 위하여 압축기(1)의 고압관(1)의 핫가스를 제1열교환기(HE1) 및 제1팽창밸브(E1) 사이와, 제2열교환기(HE2) 및 제2팽창밸브(E2) 사이에 투입할 수 있는 핫가스 바이패스관(47, 49, 51)을 더 구비할 수도 있다. 이 때, 상기 핫가스 바이패스관 중 분지관(49, 51)에는 핫가스 개폐밸브(43, 45)를 마련하고, 상기 고저압스위치(P1)에 읽어 들인 저압관(15)의 압력이 일정값 이하로 떨어지면 핫가스 콘트롤러에서 수초 내지 수십초 동안 상기 핫가스 개폐밸브(43, 45) 개방한 후 닫도록 제어한다.
도 4를 참조하면, 제습시에는 상기 제1냉매순환회로에서 냉매를 압축기(CO)->제1사방밸브(S1)->실외기(33)의 제1열교환기(HE1)->바이패스용 제1체크밸브(C1)->제3열교환기용 팽창밸브(E3)->실내기(35)의 제3열교환기(HE3)->압축기(CO) 순으로 순환시켜 실외기(33)의 제1열교환기(HE1)에서 응축이 일어나고 실내기(35)의 제3열교환기(HE3)에서 증발이 일어나게 함과 동시에, 상기 제2냉매순환회로에서 냉매를 압축기(CO)->제2사방밸브(S2)->실내기(35)의 제4열교환기(HE4)->바이패스용 제4체크밸브(C4)->제2열교환기용 팽창밸브(E2)->실외기(33)의 제2열교환기(HE2)->제2사방밸브(S2)->압축기(CO) 순으로 순환시켜 실내기(35)의 제4열교환기(HE4)에서 응축이 일어나고 실외기(33)의 제2열교환기(HE2)에서 증발이 일어나게 한다. 이 때, 상기 제1사방밸브(S1)의 제1포트(a)는 제4포트(d)에, 상기 제2포트(b)는 상기 제3포트(c)에 각각 연결하고, 상기 제2사방밸브(S2)의 제1포트(a)는 제2포트(b)에, 제3포트(c)는 제4포트(d)에 각각 연결된다. 따라서, 제습운전시에는 실내공기가 증발 작용을 하는 제3열교환기(HE3)를 통과하면서 제습이 되고, 제4열교환기(HE4)를 통과하면서 재열이 되어 실내에 토출된다. 이 때, 제1열교환실(41a)에 배치된 제1열교환기(HE1)에서 응축이 일어나고, 제2열교환실(41b)에 배치된 제2열교환기(HE2)에서 증발이 일어나므로, 제1열교환실(41a)의 냉각팬(21a) 속도는 제2열교환실(41b)의 냉각팬(21b) 속도에 비하여 빠르게 유지되도록 하여 전체 시스템의 증발 잠열 및 응축 잠열간의 균형이 이루어지도록 한다. 또한, 상기 압축기(CO)의 고압관(1)에는 고압스위치(P2, P3)의 압력값이 일정치 이상이 되면 제1열교환실(41a)의 냉각팬(21a)를 가속하여 고압관(1) 압력을 조절한다.
본 발명에 따른 항온항습기는 제습운전에서 냉방운전이나 난방운전으로 전환되는 경우에도 모든 열교환기(HE1, HE2, HE3, HE4)가 냉매순환회로에서 차단되지 않고 사용됨으로써, 운전모드 절환에 따른 냉매량의 변화가 없게 되어 효율적인 냉방 및 난방을 할 수 있게 된다.
상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 이중 회로 히트펌프 항온항습기에 있어서, 제습 운전시 응축 잠열 및 증발 잠열간의 열균형을 이뤄 냉동효율을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 제습 운전시 성적 계수의 저하 없이 압축기 고압관의 이상 고압을 조절할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 압축기(CO)->실외기(33)의 제1열교환기(HE1)->제1열교환기용 팽창밸브(E1) 및 바이패스용 제1체크밸브(C1)->제3열교환기용 팽창밸브(E3) 및 바이패스용 제3체크밸브(C3)->실내기(35)의 제3열교환기(HE3)->압축기(CO) 순 또는 그 역순으로 냉매를 순환시키는 제1냉매순환회로; 압축기(CO)->실외기(33)의 제2열교환기(HE2)->제2열교환기용 팽창밸브(E2) 및 바이패스용 제2체크밸브(C2)->제4열교환기용 팽창밸브(E4) 및 바이패스용 제4체크밸브(C4)->실내기(35)의 제4열교환기(HE4)->압축기(CO) 순 또는 그 역순으로 냉매를 순환시키는 제2냉매순환회로; 및 상기 제1열교환기(HE1), 제2열교환기(HE2), 제3열교환기(HE3) 및 제4열교환기(HE4)와 상기 압축기(CO) 사이의 냉매 흐름 방향을 제어할 수 있는 방향제어밸브;를 구비한 이중 회로 히트펌프 항온항습기에 있어서,
    상기 실외기(33)에는 서로 공간적으로 분리된 제1열교환실(41a) 및 제2열교환실(41b)을 마련하고, 각각의 열교환실(41a, 41b)에는 서로 독립적으로 제어되는 냉각팬(21a, 21b)을 구비하며, 상기 제1열교환기(HE1)는 상기 제1열교환실(41a)에 상기 제2열교환기(HE2)는 상기 제2열교환실(41b)에 각각 배치하는 것을 특징으로 하는 실외기 분할 이중 회로 히트펌프 항온항습기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030020592A (ko) * 2001-09-03 2003-03-10 주식회사 엘지이아이 히트 펌프식 멀티 공기조화기
KR20060018378A (ko) * 2004-08-24 2006-03-02 삼성전자주식회사 멀티 에어컨 시스템 및 실외기 제어방법
KR100608262B1 (ko) 2004-10-07 2006-08-09 삼성전자주식회사 천정형 공기조화기의 온도제어방법

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