KR101053600B1 - 공기조화기 - Google Patents

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KR101053600B1
KR101053600B1 KR1020040081283A KR20040081283A KR101053600B1 KR 101053600 B1 KR101053600 B1 KR 101053600B1 KR 1020040081283 A KR1020040081283 A KR 1020040081283A KR 20040081283 A KR20040081283 A KR 20040081283A KR 101053600 B1 KR101053600 B1 KR 101053600B1
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김종봉
박경준
고영환
장창용
배지영
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉,난방 부하에 따라 냉력 가변이 이루어지도록 한 공기조화기에 관한 것으로, 본 발명의 공기조화기는, 구동모터의 작동에 의해 시계 및 반시계방향으로 회전하면서 실린더 내부의 냉매를 압축시키는 구동축을 구비하고, 상기 구동축의 회전방향에 따라 상이한 용량으로 냉매를 압축하여 토출하는 이중용량 로터리 압축기와; 상기 이중용량 로터리 압축기로부터 토출된 고온/고압의 냉매를 응축시키는 응축기와; 상기 이중용량 로터리 압축기의 압축 용량에 대응하여 팽창량이 가변되면서 상기 응축기로부터 유입된 냉매를 감압시키는 감압장치와; 상기 감압장치를 통과한 냉매가 저압상태에서 증발되면서 외부의 열을 흡수하는 증발기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
공기조화기, 이중용량 로터리 압축기, 한랭지형, 히트펌프

Description

공기조화기{air-conditioner}
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기의 냉각사이클을 개략적으로 나타낸 구성도
도 2와 도 3은 각각 본 발명의 공기조화기에 적용되는 이중용량 로터리 압축기의 압축부 구성 및 작동원리의 일례를 나타낸 요부 횡단면도
도 4는 본 발명에 따른 공기조화기의 감압장치의 다른 실시예를 나타낸 구성도
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 감압장치의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 로터리 압축기 2 : 응축기
3 : 전동팽창밸브 4 : 증발기
11 : 구동축 12 : 실린더
13 : 롤러 14 : 베인
15a, 15b, 15c : 제 1,2,3흡입구 16a. 16b : 제 1,2토출구
17 : 밸브 어셈블리
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 특히 용량 가변이 가능한 압축기를 채용하여 냉방 부하 또는 난방 부하에 따라 냉력을 가변시킬 수 있도록 한 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화기는 압축기에서 압축된 냉매가스를 응축기에서 액화시킨 다음, 팽창밸브를 통해 감압한 후 증발기에서 다시 기화시켜 흡수되는 냉매의 기화열을 이용하여 실내를 냉방하거나, 이러한 냉각사이클을 역으로 수행하여 실내를 난방함으로써 인간에게 쾌적한 온도 환경을 제공하는 장치이다.
통상적으로 냉각사이클을 구성하는 압축기로서 정속형 압축기를 사용하고 있는데, 이러한 정속형 압축기를 사용하는 공기조화기는 항상 일정한 냉난방 능력을 제공하기 때문에 매우 추운 지역에서 단시간 내에 온도를 상승시키거나, 매우 더운 지역에서 단시간 내에 온도를 하강시키기가 어려운 문제가 있다.
따라서, 종래에는 이러한 온도 급하강 또는 급상승이 자주 요구되는 경우에 압축기의 용량 자체가 큰 것을 사용한다. 그런데, 이 경우 온도 급하강 또는 급상승이 요구되지 않을 때에도 압축기를 과도하게 사용하게 되므로 전력 손실을 야기하는 문제가 있다.
이에 종래에는 정속형 압축기를 다수개 병렬로 연결하여 실내 부하에 따라 압축기를 1개 또는 다수개를 동시에 가동하는 방식으로 냉,난방 능력을 가변시킨다.
그러나, 이와 같이 다수개의 정속형 압축기를 사용하게 되면, 사용하는 압축기 수에 비례하여 비용이 증가하게 되고, 오일 순환에 따른 신뢰성 문제로 어큐뮬레이터를 재설계해야 할 필요가 있으며, 운전시 냉매의 역류를 막기 위한 체크밸브, 배관 등을 추가로 설치해야 하는 문제가 있다.
이에 종래에는 모터 회전수를 선형적으로 제어하여 압축 용량을 가변시키는 인버터 압축기를 채용하여, 큰 냉방 또는 난방 부하에 대응하고자 할 경우에는 인버터 압축기의 압축 용량을 최대로 가변하여 운전하고, 작은 냉방 또는 난방 부하에 대응하고자 할 경우에는 인버터 압축기의 압축 용량을 작게 가변하여 운전하도록 한 공기조화기가 보급되고 있다.
그러나, 상기와 같이 인버터 압축기를 이용하여 냉방 능력 또는 난방 능력을 가변시킬 경우, 압축기의 모터의 모터 회전수를 제어하기 위한 드라이버(driver)의 사용으로 운전 입력이 증가하고, 비용이 증가하는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 적은 비용과 간단한 구성으로 실내 부하에 따른 냉난방 능력의 가변이 용이하게 이루어질 수 있는 공기조화기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 구동모터의 작동에 의해 시계 및 반시계방향으로 회전하면서 실린더 내부의 냉매를 압축시키는 구동축을 구비하고, 상기 구동축의 회전방향에 따라 상이한 용량으로 냉매를 압축하여 토출하는 이 중용량 로터리 압축기와; 상기 이중용량 로터리 압축기로부터 토출된 고온/고압의 냉매를 응축시키는 응축기와; 상기 이중용량 로터리 압축기의 압축 용량에 대응하여 팽창량이 가변되면서 상기 응축기로부터 유입된 냉매를 감압시키는 감압장치와; 상기 감압장치를 통과한 냉매가 저압상태에서 증발되면서 외부의 열을 흡수하는 증발기를 포함하여 구성된 공기조화기를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기의 냉각사이클의 일실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도로, 본 발명의 공기조화기는 냉매를 2개의 압축용량으로 가변하여 압축시킬 할 수 있는 이중용량의 로터리 압축기(1)와; 상기 로터리 압축기(1)로부터 토출된 고온/고압의 냉매를 응축시키는 응축기(2)와; 상기 로터리 압축기(1)의 압축 용량에 대응하여 팽창량이 가변되면서 상기 응축기(2)로부터 유입된 냉매를 증발이 일어나기 쉬운 압력으로 감압시키는 감압장치와; 상기 감압장치를 통과한 냉매가 저압상태에서 증발되면서 외부의 열을 흡수하는 증발기(4) 및, 상기 증발기(4)를 통과하여 로터리 압축기(1)로 공급되는 냉매로부터 윤활용 오일을 걸러주는 어큐뮬레이터(5)로 구성된다.
상기 감압장치는 로터리 압축기(1)에서 토출되는 냉매량에 따라 개도량이 선형적으로 조절되는 영구자석형 스테핑모터 방식의 전동팽창밸브(LEV)(3) 또는 전자팽창밸브(EEV)로 구성된다.
상기 로터리 압축기(1)는 구동모터의 작동에 의해 시계 및 반시계방향으로 회전하면서 실린더 내부의 냉매를 압축시키는 구동축을 구비하고, 상기 구동축의 회전방향에 따라 대용량과 소용량으로 냉매를 가변시켜 압축시킬 수 있도록 구성된다.
이러한 이중용량을 갖는 로터리 압축기(1)로는 본 출원인에 의해 개발되어 출원된 대한민국 특허출원 제 2003-0030344호(2003년 5월 13일 출원)에 기재된 것과 같은 형태의 로터리 압축기를 이용할 수 있다.
이해를 돕기 위해 도 2와 도 3을 참조하여 상기 이중용량을 갖는 로터리 압축기의 작동원리를 설명하면 다음과 같다.
로타리 압축기의 압축부는 소정의 내부체적이 형성된 실린더(12)와, 구동축(11)에 편심 결합되어 구동축(11)의 회전시 실린더(12)의 내주면을 따라 공전하며 유체를 압축하는 롤러(13)와, 실린더(12) 내주면에 탄성 결합되어 항상 상기 롤러(13)의 외주면과 접촉하며 실린더(12) 내부를 2부분으로 구획하는 베인(14)으로 구성된다. 상기 구동축(11)은 구동모터(미도시)에 축결합되어 시계방향 및 반시계방향으로 회전이 가능하도록 되어 있다.
상기 실린더(12)에는 3개의 제 1,2,3 흡입구(15a, 15b, 15c) 및 2개의 제 1,2토출구(16a, 16b)가 형성되어 있는데, 상기 흡입구(15a, 15b, 15c)들중 2개는 베인(14)을 중심으로 베인(14)의 양측에 위치되며, 1개는 상기 흡입구들중 어느 하나와 소정 각도 이격된 위치에 형성된다.
상기 실린더(12) 하부에는 구동축(11)과 연동하여 상기 제 1,2,3 흡입구 (15a, 15b, 15c)를 선택적으로 개폐하는 밸브어셈블리(17)가 설치된다.
도 2에 도시된 것과 같이, 상기와 같이 구성된 로터리 압축기(1)는 상기 구동축(11)이 반시계방향으로 회전하면, 밸브어셈블리(17)가 구동축과 연동하여 제 1흡입구(15a)를 개방시키고, 제 2,3 흡입구(15b, 15c)를 폐쇄하게 된다.
따라서, 이 경우 제 1흡입구(15a)를 통해 흡입되는 유체는 롤러(13)의 공전에 의해 압축되어 제 2토출구(16b)를 통해 토출된다.
그리고, 구동축(11)이 시계방향으로 회전하게 되면, 도 3에 도시된 것과 같이, 밸브어셈블리(17)가 구동축과 연동하여 제 2흡입구(15b)와 제 3흡입구(15c)를 개방하고 제 1흡입구(15a)를 폐쇄하도록 작동한다.
이 경우, 제 2,3흡입구(15b, 15c)를 통해 유체의 흡입 및 배출이 이루어지므로 롤러(13)가 제 2흡입구(15b) 위치를 지날때까지는 압축이 이루어지지 않게 된다. 따라서, 롤러(13)가 제 2흡입구(15b)를 지나는 순간부터 압축이 이루어지게 되고, 압축된 유체는 제 1토출구(16a)를 통해 외부로 배출되는 바, 실질적으로 구동축(11)이 시계방향으로 회전할 때는 압축이 이루어지는 각도가 제 2흡입구(15b) 위치에서부터 제 1토출구(16a) 까지의 각도범위이고, 전술한 것과 같이 구동축(11)이 반시계방향으로 회전할 때에는 압축이 이루어지는 각도가 제 1흡입구(15a) 위치에서부터 제 2토출구(16b) 위치까지이므로, 구동축(11)이 시계방향으로 회전할 때 압축용량이 상대적으로 더 작게 됨을 알 수 있을 것이다.
따라서, 상기와 같이 구성된 이중용량 로터리 압축기(1)는 구동축(11)이 반시계방향으로 회전할 때 큰 압축용량을 제공하고, 구동축(11)이 시계방향으로 회전 할 때 작은 압축용량을 제공하게 된다.
한편, 본 발명의 공기조화기는 상기와 같이 구동축의 회전방향에 따라 큰 압축용량과 작은 압축용량을 구현할 수 있는 로터리 압축기(1)를 이용하여 냉방 및/또는 난방을 수행하게 되는 바, 실내 부하가 커 급속 냉방 또는 급속 난방을 행하고자 할 경우에는 압축기를 큰 압축용량을 발생시키는 파워모드(POWER MODE)로 운전하고, 실내 부하가 작아 급속 냉,난방이 필요없을 경우에는 작은 압축용량을 발생시키는 세이빙모드(SAVING MODE)로 운전하여 운전 효율성을 극대화할 수 있다.
한편, 매우 온도가 낮은 지역에서 사용할 목적으로 제작되는 한랭지형 히트펌프와 같은 공기조화기는 냉방능력에 비해 난방능력은 125% 수준으로, 영하 10℃를 실외온도 기준으로 했을 때 100%의 난방능력을 제공하는 것을 목표로 한다. 이는 일반 히트펌프의 난방능력의 105% 수준에 해당한다.
따라서, 기존에는 한랭지형 히트펌프의 난방능력 목표를 만족시키기 위해서는 고가의 인버터 압축기를 사용하거나, 열교환기의 크기를 증대시켜 열교환능력을 증대시키거나 보조 히터를 사용하는 등 전체 크기와 난방 성능 및 비용 등에서 불리함을 감수해야 했다.
그러나, 본 발명의 공기조화기에 적용되는 냉각사이클을 한랭지형 히트펌프에 적용할 경우, 압축기의 파워모드(POWER MODE)에서 발생하는 압축용량이 영하 10℃의 실외온도에서 목표로 하는 난방능력을 충족시킬 수 있는 정도로 높게 설계되고, 압축기의 세이빙모드(SAVING MODE)에서 발생하는 압축용량이 통상의 냉방능력을 충족할 수 있을 정도로 상대적으로 낮게 설계된 것을 사용하면, 열교환기의 크 기를 증대시키거나 보조 히터 등을 사용하지 않고 간단하게 한랭지형 히트펌프를 구현할 수 있다.
따라서, 이 경우 통상의 환경에서는 세이빙모드로 운전하면서 원하는 냉난방성능을 획득하고, 고부하시 파워모드로 운전하여 원하는 난방성능을 획득할 수 있게 된다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 공기조화기의 냉각사이클 구성 중 감압장치의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 감압장치는 상기 응축기(2)(도 1참조)와 증발기(4)(도 1참조)를 연결하는 관로상에 병렬 연결되고, 상기 로터리 압축기(1)(도 1참조)의 압축 용량에 대응하여 서로 다른 길이를 갖는 제 1모세관(31) 및 제 2모세관(32)과; 상기 응축기(2)와 상기 제 1,2모세관(31, 32) 사이에 설치되어 상기 이중용량 로터리 압축기의 압축 용량에 따라 상기 응축기로부터 공급되는 냉매를 제 1모세관(31)과 제 2모세관(32)으로 선택적으로 공급하는 삼방변(3-way valve)(33)으로 구성된다.
따라서, 상기 로터리 압축기(1)를 파워모드로 운전시, 삼방변(33)이 응축기(2)로부터 공급되는 냉매를 제 1,2모세관(31, 32) 중 길이가 더 긴 모세관 쪽으로 유도하고, 세이빙모드로 운전시에는 냉매를 제 1,2모세관(31, 32) 중 길이가 더 짧은 쪽의 모세관 쪽으로 유도함으로써 냉매량에 대응한다.
또한, 도 5는 상기 감압장치의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 감압장치는 상기 응축기(2)(도 1참조)와 증발기(4)(도 1참조)를 연결하는 관로상에 병렬 연결되고, 상기 로터리 압축기(1)(도 1참조)의 압축 용량에 대응하여 서 로 다른 길이를 갖는 제 1모세관(301)과 제 2모세관(302)과; 상기 제 2모세관(302)의 전방의 관로 상에 설치되어, 상기 로터리 압축기의 압축 용량에 따라 외부로부터 제공되는 제어신호에 의해 온/오프(on/off)되면서 제 2모세관(302)으로 연결된 관로를 개방 및 폐쇄하는 솔레노이드밸브(303)로 구성된다.
따라서, 로터리 압축기(1)를 파워모드로 운전시 상기 솔레노이드밸브(303)가 온되면서 개방되어 제 1,2모세관(301, 302) 모두를 통해 냉매가 유동하게 되고, 세이빙모드로 운전시에는 상기 솔레노이드밸브(303)가 오프되면서 폐쇄되어 제 1모세관(301)을 통해서만 냉매가 유동하게 된다.
한편, 전술한 실시예에서 상기 로터리 압축기(1)의 구성의 일례로 대한민국 특허출원 제 2003-0030344호(2003년 5월 13일 출원)에 기재된 것을 설명하였으나, 이외에도 본 출원인에 의해 개발된 임의의 다양한 이중용량 로터리 압축기를 사용하여 냉력 가변이 가능한 공기조화기를 구성할 수 있을 것이다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 고가의 인버터 압축기나 여러개의 압축기를 병렬로 구성하지 않고, 구동축 회전방향에 따라 냉력 가변이 이루어지는 이중용량 로터리 압축기를 사용하여 냉각사이클을 구성하므로, 요구하는 부하에 따라 냉력을 가변시켜 운전함으로써 사용자의 만족성을 극대화할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 구동모터의 작동에 의해 시계 및 반시계방향으로 회전하면서 실린더 내부의 냉매를 압축시키는 구동축을 구비하고, 상기 구동축의 회전방향에 따라 상이한 용량으로 냉매를 압축하여 토출하는 이중용량 로터리 압축기와;
    상기 이중용량 로터리 압축기로부터 토출된 고온/고압의 냉매를 응축시키는 응축기와;
    상기 이중용량 로터리 압축기의 압축 용량에 대응하여 팽창량이 가변되면서 상기 응축기로부터 유입된 냉매를 감압시키는 감압장치와;
    상기 감압장치를 통과한 냉매가 저압상태에서 증발되면서 외부의 열을 흡수하는 증발기를 포함하여 구성된 공기조화기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 감압장치는 이중용량 로터리 압축기의 압축 용량에 따라 개도(開度)가 가변되는 전자팽창밸브인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 감압장치는,
    상기 응축기와 증발기를 연결하는 관로상에 병렬 연결되고, 상기 이중용량 로터리 압축기의 압축 용량에 대응하여 서로 다른 길이를 갖는 제 1모세관과 제 2모세관과;
    상기 응축기와 상기 제 1,2모세관 사이에 설치되어, 상기 이중용량 로터리 압축기의 압축 용량에 따라 상기 응축기로부터 공급되는 냉매를 제 1모세관과 제 2모세관으로 선택적으로 공급하는 삼방변(3-way valve)으로 구성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 감압장치는, 상기 응축기와 증발기를 연결하는 관로상에 병렬 연결되고, 상기 이중용량 로터리 압축기의 압축 용량에 대응하여 서로 다른 길이를 갖는 제 1모세관과 제 2모세관과;
    상기 제 2모세관의 전방의 관로 상에 설치되어, 상기 이중용량 로터리 압축기의 압축 용량에 따라 외부로부터 제공되는 제어신호에 의해 온/오프(on/off)되면서 제 2모세관으로 연결된 관로를 개방 및 폐쇄하는 솔레노이드밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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JP2004239080A (ja) * 2003-02-03 2004-08-26 Seiko Epson Corp ロータリコンプレッサ及びコンプレッサ装置

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