KR100784845B1 - 복수의 4-웨이밸브를 구비한 냉난방 겸용 공기조화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉난방 겸용 공기조화장치에 관한 것으로서, 열을 흡수하면서 기화된 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기 토출구 전방에 배치되는 운전모드 전환용 메인 4-웨이밸브, 냉매와 실외공기 사이의 열교환을 수행하는 실외열교환기, 고온고압의 액상 냉매를 팽창시키는 팽창수단, 냉매와 실내공기 사이의 열교환을 수행하는 실내열교환기, 상기 메인 4-웨이밸브의 실외열교환기 측 포트 전방에 배치되어 상기 실외열교환기에서의 냉매유동방향이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하는 제1 보조 4-웨이밸브, 및 상기 메인 4-웨이밸브의 실내열교환기 측 포트 전방에 배치되어 상기 실내열교환기에서의 냉매유동방향이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하는 제2 보조 4-웨이밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 4-웨이밸브를 구비한 냉난방 겸용 공기조화장치를 제공함으로써, 열교환기 내에서 냉매의 유동방향이 열전달 효율이 최적화된 일정한 방향으로만 유지되도록 하고, 따라서 어떤 운전모드로 운전되는가와 무관하게 항상 냉매의 유동과 공기의 유동이 대향류의 형태를 이루는 가운데 열교환을 수행하도록 함으로써, 운전모드에 관계없이 항상 최상의 열전달 효율을 유지할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.
압축기, 메인 4-웨이밸브, 실외열교환기, 실내열교환기, 보조 4-웨이밸브

Description

복수의 4-웨이밸브를 구비한 냉난방 겸용 공기조화장치{Air Conditioner for Cooling and Heating having Multiple 4-way Valve}
도 1은 종래기술에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도,
도 2는 일반적인 핀튜브형 열교환기에서의 운전모드에 따른 냉매와 공기의 유동방향을 개념적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도,
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치에 포함되는 열교환기에서의 냉매와 공기 유동방향을 개념적으로 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 압축기 15: 어큐뮬레이터
20: 메인 4-웨이밸브 30: 실외열교환기
40: 팽창수단 50: 실내열교환기
60, 70: 보조 4-웨이밸브 80: 송풍팬
본 발명은 공기조화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내열교환기와 실외열교환기에서의 냉매 유동방향이 냉방모드인지 난방모드인지와 무관하게 항상 일정한 냉난방 겸용 공기조화장치에 관한 것이다.
일반적으로, 냉난방 겸용 공기조화장치는 4-웨이밸브를 포함한 구성으로 이루어져, 냉방기능과 난방기능을 모두 수행할 수 있도록 한 것이다. 즉, 압축기의 냉매 토출방향은 항상 일정한 가운데, 4-웨이밸브를 통해 냉매의 순환경로를 정역방향으로 변경시킴으로써 운전모드를 전환하게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도이고, 도 2는 일반적인 핀튜브형 열교환기에서의 운전모드에 따른 냉매와 공기의 유동방향을 개념적으로 도시한 도면이다.
종래기술에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 압축기(140)의 토출구 측 전방에 배치되는 하나의 4-웨이밸브(150)를 포함한다. 4-웨이밸브(150)를 구비함으로써, 압축기에서 토출되는 냉매가 선택적으로 실외열교환기(120) 또는 실내열교환기(100)로 공급될 수 있도록 하고, 냉매의 토출방향에 대 응하여 압축기로 유입되는 냉매 역시 실내열교환기(100) 또는 실외열교환기(120)로부터 공급될 수 있도록 함으로써, 공기조화장치가 냉방모드와 난방모드를 선택적으로 수행할 수 있도록 하는 것이다.
공기조화장치는 실내열교환기와 실외열교환기 용도로 핀튜브형 열교환기를 사용하는 것이 일반적이며, 이와 같은 핀튜브형 열교환기는, 냉매와 공기 사이의 열전달 효율을 극대화시키기 위하여, 냉매의 유동과 공기의 유동이 교차하는 대향류(counter flow)의 형태를 이루도록 설계되는 것이 일반적이다.
그러나, 공기조화장치가 냉방전용 또는 난방전용일 경우에는 문제가 되지 않을 수 있겠지만, 냉난방 겸용 공기조화장치의 경우에는 냉매의 순환방향이 필연적으로 운전모드에 따라 정역으로 변경되어야 한다는 것을 감안했을 때, 도 2에 도시한 바와 같이, 냉방모드 또는 난방모드 중 어느 하나의 운전모드에서는 송풍팬(160)에 의해 발생하는 일정한 방향의 공기 유동과 열교환기(100)(120) 내에서의 냉매의 유동이 대향류(X: counter flow)의 형태를 이루지만, 다른 하나의 운전모드에서는 평행류(Y: parallel flow)의 형태를 이룰 수밖에 없게 되고, 따라서 냉매의 유동과 공기의 유동이 평행류(Y: parallel flow)의 형태를 이루는 어느 하나의 운전모드에서는 냉매와 공기 사이의 열전달 효율이 현저히 저하될 수밖에 없다는 문제점이 있는 실정이다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,
본 발명은 실내열교환기 및/또는 실외열교환기에서의 냉매 유동방향을 항상 일정하게 유지하면서도 냉방모드와 난방모드를 모두 수행할 수 있는 냉난방 겸용 공기조화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
열을 흡수하면서 기화된 냉매를 압축하는 압축기;
상기 압축기 토출구 전방에 배치되는 운전모드 전환용 메인 4-웨이밸브;
냉매와 실외공기 사이의 열교환을 수행하는 실외열교환기;
고온고압의 액상 냉매를 팽창시키는 팽창수단;
냉매와 실내공기 사이의 열교환을 수행하는 실내열교환기; 및
상기 메인 4-웨이밸브의 실외열교환기 측 포트 전방에 배치되어 상기 실외열교환기에서의 냉매유동방향이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하는 보조 4-웨이밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 4-웨이밸브를 구비한 냉난방 겸용 공기조화장치를 제공한다.
또한, 본 발명은,
열을 흡수하면서 기화된 냉매를 압축하는 압축기;
상기 압축기 토출구 전방에 배치되는 운전모드 전환용 메인 4-웨이밸브;
냉매와 실외공기 사이의 열교환을 수행하는 실외열교환기;
고온고압의 액상 냉매를 팽창시키는 팽창수단;
냉매와 실내공기 사이의 열교환을 수행하는 실내열교환기; 및
상기 메인 4-웨이밸브의 실내열교환기 측 포트 전방에 배치되어 상기 실내열교환기에서의 냉매유동방향이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하는 보조 4-웨이밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 4-웨이밸브를 구비한 냉난방 겸용 공기조화장치를 제공한다.
더불어, 본 발명은,
열을 흡수하면서 기화된 냉매를 압축하는 압축기;
상기 압축기 토출구 전방에 배치되는 운전모드 전환용 메인 4-웨이밸브;
냉매와 실외공기 사이의 열교환을 수행하는 실외열교환기;
고온고압의 액상 냉매를 팽창시키는 팽창수단;
냉매와 실내공기 사이의 열교환을 수행하는 실내열교환기;
상기 메인 4-웨이밸브의 실외열교환기 측 포트 전방에 배치되어 상기 실외열교환기에서의 냉매유동방향이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하는 제1 보조 4-웨이밸브; 및
상기 메인 4-웨이밸브의 실내열교환기 측 포트 전방에 배치되어 상기 실내열교환기에서의 냉매유동방향이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하는 제2 보조 4-웨이밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 4-웨이밸브를 구비한 냉난방 겸용 공기조화장치를 제공한다.
여기서, 상기 실내열교환기 및 상기 실외열교환기는 핀-튜브형 열교환기인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도이다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치는, 도 3에 도시한 바와 같이, 열을 흡수하면서 기화된 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 압축기 토출구 전방에 배치되는 운전모드 전환용 메인 4-웨이밸브(20)와, 냉매와 실외공기 사이의 열교환을 수행하는 실외열교환기(30)와, 고온고압의 액상 냉매를 팽창시키는 팽창수단(40)과, 냉매와 실내공기 사이의 열교환을 수행하는 실내열교환기(50)를 포함하며, 메인 4-웨이밸브(20)에 구비되는 4개의 포트 중에서 실외열교환기(30) 측의 포트 전방에 배치되는 보조 4-웨이밸브(60)를 더 포함하여, 실외열교환기(30)에서의 냉매 유동방향이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
좀 더 상세히 설명하면, 메인 4-웨이밸브(20)는 구비되는 4개의 포트가 각각 압축기(10)의 토출구 측, 압축기(10)의 유입구 측, 실외열교환기(30) 측 및 실내열교환기(50) 측과 배관을 통해 연결되도록 설치된다. 그리고, 보조 4-웨이밸브(60)는 메인 4-웨이밸브(20)의 실외열교환기(30) 측 포트 전방에 배치된다. 즉, 보조 4-웨이밸브(60)는 자체에 구비되는 4개의 포트 중 하나가 메인 4-웨이밸브(20)의 실외열교환기(30) 측 포트와 연통되고, 나머지 세 개의 포트는 각각 실외열교환기(30)의 입구와 출구 및 팽창수단(50)과 연통되도록 설치된다.
이와 같은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치에서의 냉매순환경로를 설명하면 다음과 같다.
냉방모드시, 압축기(10)에서 토출된 냉매는 메인 4-웨이밸브(20), 보조 4-웨이밸브(60), 실외열교환기(30), 다시 보조 4-웨이밸브(60), 팽창수단(40), 실내열교환기(50), 다시 메인 4-웨이밸브(20), 어큐뮬레이터(15), 및 압축기(10)를 순차적으로 경유하는 경로로 순환하게 된다. 그리고, 난방모드시, 압축기(10)에서 토출된 냉매는 메인 4-웨이밸브(20), 실내열교환기(50), 팽창수단(40), 보조 4-웨이밸브(60), 실외열교환기(30), 다시 보조 4-웨이밸브(60), 다시 메인 4-웨이밸브(20), 어큐뮬레이터(15), 및 압축기(10)를 순차적으로 경유하는 경로로 순환하게 된다.
이와 같은 순환경로로 냉매가 순환함에 따라, 실외열교환기(30)에서 냉매는 운전모드가 전환된다 하더라도 항상 일정한 방향으로 흐르게 된다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도이다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치는, 도 4에 도시한 바와 같이, 열을 흡수하면서 기화된 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 압축기(10) 토출구 전방에 배치되는 운전모드 전환용 메인 4-웨이밸브(20)와, 냉매와 실외공기 사이의 열교환을 수행하는 실외열교환기(30)와, 고온고압의 액상 냉매를 팽창시키는 팽창수단(40)과, 냉매와 실내공기 사이의 열교환을 수행하는 실내열교환기(50)를 포함하며, 메인 4-웨이밸브(20)에 구비되는 4개의 포트 중에서 실내열교환기(50) 측의 포트 전방에 배치되는 보조 4-웨이밸브(70)를 더 포함하여, 실내열교 환기(50)에서의 냉매 유동방향이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
좀 더 상세히 설명하면, 메인 4-웨이밸브(20)는 제 1 실시 예의 경우와 동일하게 설치되지만, 보조 4-웨이밸브(70)는 메인 4-웨이밸브(20)의 실내열교환기(50) 측 포트 전방에 배치된다. 즉, 보조 4-웨이밸브(70)는 자체에 구비되는 4개의 포트 중 하나가 메인 4-웨이밸브(20)의 실내열교환기(50) 측 포트와 연통되고, 나머지 세 개의 포트는 각각 실내열교환기(50)의 입구와 출구 및 팽창수단(40)과 연통되도록 설치된다.
이와 같은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치에서의 냉매순환경로를 설명하면 다음과 같다.
냉방모드시, 압축기(10)에서 토출된 냉매는 메인 4-웨이밸브(20), 실외열교환기(30), 팽창수단(40), 보조 4-웨이밸브(70), 실내열교환기(50), 다시 보조 4-웨이밸브(70), 다시 메인 4-웨이밸브(20), 어큐뮬레이터(15), 및 압축기(10)를 순차적으로 경유하는 경로로 순환하게 된다. 그리고, 난방모드시, 압축기(10)에서 토출된 냉매는 메인 4-웨이밸브(20), 보조 4-웨이밸브(70), 실내열교환기(50), 다시 보조 4-웨이밸브(70), 팽창수단(40), 실외열교환기(30), 다시 메인 4-웨이밸브(20), 어큐뮬레이터(15), 및 압축기(10)를 순차적으로 경유하는 경로로 순환하게 된다.
이와 같은 냉매순환경로로 냉매가 순환함에 따라, 실내열교환기(50)에서 냉매는 운전모드가 전환된다 하더라도 항상 일정한 방향으로 흐르게 된다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치를 도시한 개략적 구성도이다.
본 발명의 제 3 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치는, 도 5에 도시한 바와 같이, 열을 흡수하면서 기화된 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 압축기(10) 토출구 전방에 배치되는 운전모드 전환용 메인 4-웨이밸브(20)와, 냉매와 실외공기 사이의 열교환을 수행하는 실외열교환기(30)와, 고온고압의 액상 냉매를 팽창시키는 팽창수단(40)과, 냉매와 실내공기 사이의 열교환을 수행하는 실내열교환기(50)를 포함하며, 메인 4-웨이밸브(20)에 구비되는 4개의 포트 중에서 실외열교환기(30) 측의 포트 전방에 배치되는 하나의 보조 4-웨이밸브(60)와, 메인 4-웨이밸브(20)에 구비되는 나머지 3개의 포트 중에서 실내열교환기(50) 측의 포트 전방에 배치되는 도 하나의 보조 4-웨이밸브(70)를 더 포함하여, 실외열교환기(30)과 실내열교환기(50)에서의 냉매 유동방향이 모두 항상 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
참고로, 이하의 설명에서, 설명의 편의를 위해 실외열교환기(30) 측에 설치되는 보조 4-웨이밸브(60)은 제1 보조 4-웨이밸브(60)로, 실내열교환기(50) 측에 설치되는 보조 4-웨이밸브(70)은 제2 보조 4-웨이밸브(70)로 구분하여 사용함을 밝혀둔다.
좀 더 상세히 설명하면, 메인 4-웨이밸브(20)는 이상의 제 1 실시 예 및 제 2 실시 예의 경우와 동일하게 설치되지만, 메인 4-웨이밸브(20)의 실외열교환기(30) 측 포트 및 실내열교환기(50) 측 포트 전방에 각각 하나씩의 보조 4-웨이밸브(60)(70)가 배치된다. 즉, 실외열교환기(30) 측에 설치되는 제1 보조 4-웨이밸브(60)는 자체에 구비되는 4개의 포트 중 하나가 메인 4-웨이밸브(20)의 실외열교 환기(30) 측 포트와 연통되고, 나머지 세 개의 포트는 각각 실외열교환기(30)의 입구와 출구 및 팽창수단(40)과 연통되도록 설치되며, 그리고 실내열교환기(50) 측에 설치되는 제2 보조 4-웨이밸브(70)는 자체에 구비되는 4개의 포트 중 하나가 메인 4-웨이밸브(20)의 실내열교환기(50) 측 포트와 연통되고, 나머지 세 개의 포트는 각각 실내열교환기(50)의 입구와 출구 및 팽창수단(40)과 연통되도록 설치된다.
이와 같은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치에서의 냉매순환경로를 설명하면 다음과 같다.
냉방모드시, 압축기(10)에서 토출된 냉매는 메인 4-웨이밸브(20), 제1 보조 4-웨이밸브(60), 실외열교환기(30), 다시 제1 보조 4-웨이밸브(60), 팽창수단(40), 제2 보조 4-웨이밸브(70), 실내열교환기(50), 다시 제 2보조 4-웨이밸브(70), 다시 메인 4-웨이밸브(20), 어큐뮬레이터(15), 및 압축기(10)를 순차적으로 경유하는 경로로 순환하게 된다. 그리고, 난방모드시, 압축기(10)에서 토출된 냉매는 메인 4-웨이밸브(20), 제2 보조 4-웨이밸브(70), 실내열교환기(50), 제2 보조 4-웨이밸브(70), 팽창수단(40), 제1 보조 4-웨이밸브(60), 실외열교환기(30), 다시 제1 보조 4-웨이밸브(60), 다시 메인 4-웨이밸브(20), 어큐뮬레이터(15), 및 압축기(10)를 순차적으로 경유하는 경로로 순환하게 된다.
이와 같은 냉매순환경로로 냉매가 순환함에 따라, 실외열교환기(30)와 실내열교환기(50) 모두에서 냉매는 운전모드의 전환과 무관하게 항상 일정한 방향으로 흐르게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치에 포함되는 열교환기에서의 냉매와 공기 유동방향을 개념적으로 도시한 도면이다.
이상의 각 실시 예에서 설명한 본 발명에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치에서, 열교환기(30)(50)가 보조 4-웨이밸브(60)(70)와 직접 연통되도록 설치되는 경우, 이 열교환기 내에서의 냉매 유동과 송풍팬(80)에 의해 발생하는 공기 유동은, 도 6에 도시한 바와 같이, 운전모드에 무관하게 항상 서로 교차하는 대향류(X)의 형태를 이루게 된다.
또한, 이상의 각 실시 예에서 본 발명에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치를 이루는 실내열교환기(30) 및 실외열교환기(50)는 공지의 핀-튜브형 열교환기로 채택되는 것이 바람직하며, 공지의 핀-튜브형 열교환기가 냉매와 공기의 유동이 서로 교차하여 대향류(X)의 형태를 이룰 때 최적의 열전달 효율을 얻을 수 있다는 것을 감안하면, 본 발명에 따른 냉난방 겸용 공기조화장치는 어떤 운전모드로 운전되는 경우에도 최상의 열전달 효율을 얻을 수 있도록 하는 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 복수의 4-웨이밸브를 구비한 냉난방 겸용 공기조화장치를 제공함으로써, 열교환기 내에서 냉매의 유동방향이 열전달 효율이 최적화된 일정한 방향으로만 유지되도록 하고, 따라서 어떤 운전모드로 운전되는가와 무관하게 항상 냉매의 유동과 공기의 유동이 대향류의 형태를 이루는 가운데 열교환을 수행하도록 함으로써, 운전모드에 관계없이 항상 최상의 열전달 효율을 유지할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.

Claims (4)

  1. 열을 흡수하면서 기화된 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기 토출구 전방에 배치되는 운전모드 전환용 메인 4-웨이밸브;
    냉매와 실외공기 사이의 열교환을 수행하는 실외열교환기;
    고온고압의 액상 냉매를 팽창시키는 팽창수단;
    냉매와 실내공기 사이의 열교환을 수행하는 실내열교환기; 및
    상기 메인 4-웨이밸브의 실외열교환기 측 포트 전방에 배치되어 상기 실외열교환기에서의 냉매유동방향이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하는 보조 4-웨이밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 4-웨이밸브를 구비한 냉난방 겸용 공기조화장치.
  2. 삭제
  3. 열을 흡수하면서 기화된 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기 토출구 전방에 배치되는 운전모드 전환용 메인 4-웨이밸브;
    냉매와 실외공기 사이의 열교환을 수행하는 실외열교환기;
    고온고압의 액상 냉매를 팽창시키는 팽창수단;
    냉매와 실내공기 사이의 열교환을 수행하는 실내열교환기;
    상기 메인 4-웨이밸브의 실외열교환기 측 포트 전방에 배치되어 상기 실외열교환기에서의 냉매유동방향이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하는 제1 보조 4-웨이밸브; 및
    상기 메인 4-웨이밸브의 실내열교환기 측 포트 전방에 배치되어 상기 실내열교환기에서의 냉매유동방향이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 하는 제2 보조 4-웨이밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 4-웨이밸브를 구비한 냉난방 겸용 공기조화장치.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 실내열교환기 및 상기 실외열교환기는 핀-튜브형 열교환기인 것을 특징으로 하는 복수의 4-웨이밸브를 구비한 냉난방 겸용 공기조화장치.
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