KR101073501B1 - 다단운전 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다단운전 공기조화기에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 냉난방능력으로 운전할 수 있는 다단운전 공기조화기를 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명은 제1토출구, 상기 제1토출구를 개폐하는 제1개폐장치, 상기 제1토출구와 다른 크기로 형성된 제2토출구, 상기 제2토출구를 개폐하는 제2개폐장치, 저냉난방부하 운전시 상기 제1토출구 및 제2토출구 중 하나만을 개방하여 운전하고, 고냉난방부하 운전시 상기 제1토출구 및 제2토출구를 모두 개방하여 운전하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

다단운전 공기조화기{A air conditioner for multi-step driving}
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 냉매유로를 도시한 도면이다.
도2는 도1에 도시한 공기조화기의 실내기를 도시한 사시도이다.
도3은 도1에 도시한 공기조화기의 실내기를 도시한 단면도이다.
도4는 도1에 도시한 공기조화기에서 다단운전시 각 장치들의 작동상태를 나타낸 도표이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
10:실내기 11:제1열교환기
12:제2열교환기 15:제1열교환기밸브
16:제2열교환기밸브 20:실외기
21:제1압축기 22:제2압축기
27:바이패스관 28:바이패스밸브
41:제1토출구 42:제2토출구
44:구획패널 45:제1블레이드
46:제2블레이드 47:제1모터
48:제2모터
본 발명은 다단운전 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 냉난방용량으로 운전할 수 있는 다단운전 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 종래의 공기조화기는 1대의 실내기와 1대의 실외기로 이루어지고, 실내기에는 실내공기의 열교환을 위한 실내열교환기와, 냉각된 실내공기를 실내기 외부로 토출하기 위한 토출구가 마련된다. 또한, 실외기에는 냉매를 압축하는 압축기와, 실외공기와 열교환을 하기 위한 실외열교환기와, 냉매를 팽창시키는 전자팽창밸브가 마련된다.
이러한 종래의 공기조화기에서 사용자에 의해 운전명령이 입력되면 마이컴은 각종 센서들에서 입력된 데이터를 기초로 하여 압축기의 회전수를 제어하거나(로터리압축기의 경우임), 전동변의 개도 및 송풍팬의 회전수 등을 제어하여 실내온도가 설정온도에 도달하도록 하였다. 즉, 사용자에 의해 토출풍량이 많은 고단운전이 설정된 경우 마이컴은 압축기의 회전수 및 송풍팬의 회전수를 크게 하여 냉난방능력을 증가시키고, 저단운전이 설정된 경우 압축기의 회전수 및 송풍팬의 회전수를 작게 하여 냉난방능력이 감소되도록 하였다.
그러나 이와 같은 종래의 공기조화기는 압축기의 회전수 또는 송풍팬의 회전수 변경을 통한 냉난방능력의 변화정도가 작아 냉난방부하의 변경에 따른 적절한 냉난방을 수행할 수 없는 문제점이 있었다. 예를 들어 3개의 방과 1개의 거실로 이 루어진 실내공간에서 거실만의 냉난방이 정격부하인 공기조화기를 설치하여 사용하다가 2개 방의 출입문을 모두 개방하여 사용하는 경우 공기조화기의 냉난방능력을 최대로 하여 운전하더라도 실내온도의 변화폭이 작아 쾌적한 공조상태를 얻을 수 없게 된다.
반대로, 1실의 냉난방을 위해 공기조화기를 설치하여 사용하다가 1실을 2실로 구획하여 구획된 2실 중 1실의 냉난방만을 수행하는 공기조화기는 요구되는 압축용량 보다 큰 압축용량을 가지는 압축기 및 요구되는 열교환능력 보다 큰 열교환능력을 가지는 열교환기를 사용하여 불필요한 에너지가 낭비되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 냉난방능력으로 운전할 수 있는 다단운전 공기조화기를 제공함에 있다.
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전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매를 압축하는 제1압축기, 상기 제1압축기의 구동시 개방되는 제1토출구, 상기 제1압축기의 토출냉매를 상기 제1압축기의 흡입측으로 우회시키기 위한 바이패스관, 상기 바이패스관에 설치된 바이패스밸브, 상기 제1토출구를 개폐하는 제1개폐장치, 상기 제1압축기와 다른 압축용량을 갖는 제2압축기, 상기 제2압축기의 구동시 개방되고, 상기 제1토출구와 다른 크기로 형성된 제2토출구, 상기 제2토출구를 개폐하는 제2개폐장치, 상기 제1압축기의 구동시 상기 제1토출구를 개방하고, 상기 제2압축기의 구동시 상기 제2토출구를 개방하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는 상기 제1 및 제2압축기의 구동에 연계하여 상기 제1토출구 및 제2토출구를 개방함으로써 냉방능력이 다른 다단운전을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2압축기의 압축용량은 상기 제1압축기 보다 크고, 상기 제2토출구는 상기 제1토출구 보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다단운전은 상기 제1압축기를 구동하고 상기 제2압축기의 구동을 방지하며 상기 제1토출구를 개방하고 상기 제2토출구를 폐쇄하는 1단운전과, 상기 제2압축기를 구동하고 상기 제1압축기의 구동을 방지하며 상기 제2토출구를 개방하고 상기 제1토출구를 폐쇄하는 2단운전과, 상기 제1압축기 및 제2압축기를 구동하 고 상기 제1토출구 및 제2토출구를 개방하는 3단운전을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는, 상기 공기조화기는 상기 2단운전 및 3단운전에서는 상기 바이패스 밸브를 폐쇄하고, 상기 1단운전에서는 상기 바이패스 밸브를 개방하여 상기 제1압축기의 토출냉매를 상기 제1압축기의 흡입측으로 우회시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 공기조화기는 상기 제1토출구에 이웃하여 설치되는 제1열교환기와, 상기 제2토출구에 이웃하여 설치되는 제2열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제2열교환기의 열교환능력은 상기 제1열교환기의 열교환능력보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한 상기 공기조화기는 상기 제1열교환기로 공급되는 냉매의 흐름을 조절하는 제1밸브와, 상기 제2열교환기로 공급되는 냉매의 흐름을 조절하는 제2밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는 상기 1단운전시 상기 제1밸브는 개방, 상기 제2밸브는 폐쇄하고, 상기 2단운전시 상기 제2밸브는 개방, 상기 제1밸브는 폐쇄하고, 상기 3단운전시 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브를 모두 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 도1에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기는 실 내기(10)와, 실내기(10)에 연결된 실외기(30)를 구비한다.
실내기(10)는 실내공기가 흡입된 후 열교환이 수행되는 제1열교환기(11) 및 제2열교환기(12)와, 실내기(10)의 외부에서 실내공기가 흡입되어 제1열교환기(11) 및 제2열교환기(12)를 거친 후 다시 실내기(10)의 외부로 토출되도록 하는 실내팬(13)과, 실내팬(13)을 회전시키는 실내팬 모터(14)를 포함한다. 또한, 실내기(10)는 제1열교환기(11)로 흐르는 냉매의 흐름을 조절하는 제1열교환기밸브(15) 및 제2열교환기(12)로 흐르는 냉매의 흐름을 조절하는 제2열교환기밸브(16)와, 제1열교환기(11)의 배관에 설치되어 제1열교환기(11)에 흐르는 냉매의 온도를 측정하는 제1열교환기 온도센서(17) 및 제2열교환기(12)의 배관에 설치되어 제2열교환기(12)에 흐르는 냉매의 온도를 측정하는 제2열교환기 온도센서(18)를 포함한다. 또한, 제1열교환기(11) 및 제2열교환기(12)의 흡입측에는 모세관(19)이 연결된다.
제2열교환기(12)는 제1열교환기(11)에 비해 넓은 면적의 냉매배관을 가지고, 그에 따라 제2열교환기(12)의 열교환능력은 제1열교환기(11)의 열교환능력 보다 크다.
한편, 실외기(20)는 냉매를 압축하는 제1 및 제2압축기(21,22)와, 제1 및 제2압축기(21,22)에 연결되어 각 압축기(21,22)에서 압축된 냉매를 전달받아 외부공기와 열교환하는 제3열교환기(23)와, 제3열교환기(23)로 강제송풍하는 실외팬(24)과, 실외팬(24)을 회전시키는 실외팬 모터(25)를 포함한다.
또한, 실외기(20)는 제3열교환기(23)에서 전달된 냉매를 팽창시킴과 아울러 제3열교환기(23)에서 토출되는 냉매의 흐름을 조절하는 전자팽창밸브(26)와, 제1압축기 또는 제2압축기(21,22)에서 토출되는 냉매의 일부를 제1압축기 또는 제2압축기(21,22)의 흡입측으로 우회시키는 바이패스관(27)과, 바이패스관(27)에 설치된 바이패스밸브(28)와, 제1 및 제2열교환기(11,12)에서 토출된 냉매를 가스상태로 각 압축기(21,22)에 전달하기 위한 어큐므레이터(29)와, 각 열교환기(11,12)에서 제1및 제2압축기(31,32)로 전송되는 냉매의 온도를 측정하는 토출온도센서(30)를 포함한다.
제2압축기(22)는 제1압축기(21)에 비해 큰 압축용량을 가지도록 하고, 제1 및 제2압축기(21,22)의 토출측에는 제1 및 제2체크밸브(31,32)를 설치한다. 제1및 제2체크밸브(31,32)는 두 개의 압축기(21,22) 중 하나만 구동되다가 나머지 하나를 구동하려고 할 때 기구동되고 있는 압축기의 토출압력에 의해 뒤에 구동하려는 압축기의 기동불량이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
토출온도센서(30)는 제1 및 제2열교환기 온도센서(17,18)와 함께 과열도 제어에 이용된다. 과열도는 열교환기의 배관온도와 열교환기 토출측의 온도와의 차이를 나타낸다.
과열도가 너무 낮으면 열교환기에 액냉매의 유입가능성이 높아지고, 과열도가 너무 높으면 압축기의 과열 및 효율저하를 초래하므로 과열도를 적절한 수준으로 유지하는 것이 시스템의 효율측면에서 중요하다. 따라서 제1 및 제2열교환기 온도센서(17,18)와 토출온도센서(30)와의 온도차이가 설정값(예를 들면 5?)과 같지 않으면 과열도가 적절하지 않으므로 전자팽창밸브(26)의 개도를 수정하여 과열도를 조절하는 것이 바람직하다.
실내기(10)와 실외기(20)를 연결하는 배관에는 실외기(20)에 인접한 지점에 연결용 밸브(33)가 마련되어 실내기(10)와 실외기(20)의 배관을 연결하기 쉽도록 한다.
도2 및 도3에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 실내기(10)는 본체(40)의 전면에 마련된 제1토출구(41)와, 본체(40)의 상부측면 양측에 마련되고, 크기가 제1토출구(41) 보다 큰 제2토출구(42)를 구비한다.
또한, 본체내부의 상부에는 제1 및 제2열교환기(11,12)가 위치하는데, 제1 및 제2열교환기(11,12)는 동일한 설치플레이트(43)에 고정설치된다. 제1열교환기(11)와 제2열교환기(12)가 이웃하는 지점과 본체전면 사이에는 제1열교환기(11)의 전방공간과 제2열교환기(12)의 전방공간을 구획하는 구획패널(44)이 마련된다. 구획패널(44)은 제1열교환기(11)를 통과한 실내공기가 제2토출구(42)로 토출되거나, 제2열교환기(12)를 통과한 실내공기가 제1토출구(41)로 토출되는 것을 막아, 제1열교환기(11)를 통과한 실내공기는 제1토출구(41)로만 토출되고, 제2열교환기(12)를 통과한 실내공기는 제2토출구(42)로만 토출되도록 한다.
제1토출구(41)에는 제1토출구(41)를 개폐하기 위한 제1블레이드(45)가 설치되고, 제1블레이드(45)는 제1모터(47)의 회전에 의해 열림각이 조절된다. 또한, 제2토출구(42)에는 제2토출구(42)를 개폐하기 위한 제2블레이드(46)가 설치되고, 제2블레이드(46)는 제2모터(48)에 의해 열림각이 조절된다.
제1토출구(41)의 하부에는 제어명령을 입력하기 위한 입력부(49)와, 공기조 화기의 작동상태를 표시하기 위한 표시부(50)가 마련되며, 본체(40)의 하부측면 양측에는 실내공기를 흡입하기 위한 흡입구(51)가 마련된다.
도4를 참조하여 도1에 도시한 공기조화기의 동작을 설명한다. 사용자가 입력부(49)를 통해 운전종류(예를 들면 1단운전인지, 2단운전인지)를 입력하면 마이컴(미도시)은 입력된 운전종류를 판단한다.
만약 사용자가 1단운전을 입력하였다면 마이컴은 압축용량이 작은 제1압축기(21)에서만 냉매를 압축하도록 제1압축기(21)를 온 시키고 제2압축기(22)는 오프상태를 유지한다.
또한, 제2열교환기 밸브(16)는 폐쇄하고 제1열교환기 밸브(15)만을 개방하여 제1열교환기(11)에서만 열교환이 이루어지도록 한다. 이와 함께 제1열교환기(11)에서 열교환된 공기는 제1토출구(41)로 토출되도록 제1모터(47)를 구동하여 제1토출구(41)를 개방하고 제2토출구(42)는 폐쇄한다.
본 실시예의 냉매유로에는 제1열교환기(11) 및 제2열교환기(12)에서 열교환이 수행되기에 적절한 양의 냉매가 들어있다. 따라서 제1압축기(21)만을 구동하고, 제1열교환기(11)에서만 열교환을 수행할 때는 냉매유로를 순환하는 냉매의 양이 너무 많으므로 바이패스밸브(28)를 열어 바이패스관(27)을 통해 제1압축기(21)에서 토출된 냉매의 일부를 우회시킨다.
위와 같이 각종 장치들을 세팅하여 1단운전을 수행하면 흡입구(51)를 통해 흡입된 실내공기는 제1 및 제2열교환기(11,12)로 공급되고, 제2열교환기 밸브(16) 및 제2토출구(42)가 폐쇄된 상태이므로 제1열교환기(11)에서만 열교환되어 제1토출 구(41)로 토출된다.
한편, 사용자가 2단운전을 입력하였다면 마이컴은 압축용량이 제1압축기(21) 보다 큰 제2압축기(22)에서만 냉매를 압축하도록 제2압축기(22)를 온 시키고 제1압축기(21)는 오프상태를 유지한다.
또한, 제1열교환기 밸브(15)는 폐쇄하고 제2열교환기 밸브(16)만을 개방하여 제2열교환기(12)에서만 열교환이 이루어지도록 한다. 이와 함께 제2열교환기(12)에서 열교환된 공기는 제2토출구(42)로 토출되도록 제2모터(48)를 구동하여 제2토출구(42)를 개방하고 제1토출구(41)는 폐쇄한다.
이처럼 각종 장치들을 세팅하여 2단운전을 수행하면 흡입구(51)를 통해 흡입된 실내공기는 제1 및 제2열교환기(11,12)로 공급되고, 제1열교환기 밸브(15) 및 제1토출구(41)가 폐쇄된 상태이므로 제2열교환기(12)에서만 열교환되어 제2토출구(42)로 토출된다.
이 때 제2압축기(22)의 압축용량이 제1압축기(21)의 압축용량 보다 크고, 제2열교환기(12)의 열교환능력이 제1열교환기(11) 보다 크며, 제2토출구(42)가 제1토출구(41) 보다 크므로 1단운전시보다 같은 시간에 많은 양의 냉기를 실내로 공급할 수 있게 된다.
한편, 사용자가 고냉난방부하시의 운전인3단운전을 입력하였다면 마이컴은 공기조화기가 저냉난방부하시의 운전인 1단운전 및 2단운전에 비해 높은 냉방능력을 가지도록 제1압축기(21) 및 제2압축기(22)를 온 시킨다.
또한, 제1열교환기 밸브(15) 및 제2열교환기 밸브(16)를 개방하여 제1열교 환기(11) 및 제2열교환기(12)에서 모두 열교환이 이루어지도록 한다. 이와 함께 제1토출구(41) 및 제2토출구(42)에서 냉기가 토출되도록 제1모터(47) 및 제2모터(48)를 구동하여 제1토출구(41) 및 제2토출구(42)를 개방한다.
이처럼 각종 장치들을 세팅하여 3단운전을 수행하면 흡입구(51)를 통해 흡입된 실내공기는 제1 및 제2열교환기(11,12)로 공급되고, 열교환된 냉기가 제1토출구 및 제2토출구(41,42)를 통해 토출된다.
3단운전은 제1압축기 및 제2압축기(21,22)와, 제1열교환기 및 제2열교환기(11,12)를 모두 사용하므로 냉방능력이 커서 고냉난방부하시에도 실내온도를 적절하게 조절할 수 있다.
1단 내지 3단운전이 결정되면 마이컴은 실내팬(13)의 분당회전수 또는 전자팽창밸브(26)의 개도를 조절하여 실내온도를 조절한다. 예를 들어 사용자에 의해 3단운전이 입력되면 마이컴은 도4에 도시된 도표와 같이 장치들을 세팅하고 실내팬의 회전수를 크거나 작게 하여 토출풍량을 조절함으로써 실내온도를 조절할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의할 경우 변화된 냉난방부하에 맞게 다양한 냉난방능력으로 운전할 수 있어 적절한 공기조화를 수행할 수 있는 냉난방부하의 범위가 확대된다.
또한, 냉난방부하에 부합하는 냉난방능력으로 운전을 할 수 있어 불필요한 에너지의 낭비를 막을 수 있다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 냉매를 압축하는 제1압축기,
    상기 제1압축기의 구동시 개방되는 제1토출구,
    상기 제1압축기의 토출냉매를 상기 제1압축기의 흡입측으로 우회시키기 위한 바이패스관,
    상기 바이패스관에 설치된 바이패스밸브,
    상기 제1토출구를 개폐하는 제1개폐장치,
    상기 제1압축기와 다른 압축용량을 갖는 제2압축기,
    상기 제2압축기의 구동시 개방되고, 상기 제1토출구와 다른 크기로 형성된 제2토출구,
    상기 제2토출구를 개폐하는 제2개폐장치,
    상기 제1압축기의 구동시 상기 제1토출구를 개방하고, 상기 제2압축기의 구동시 상기 제2토출구를 개방하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단운전 공기조화기
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2압축기의 구동에 연계하여 상기 제1토출구 및 제2토출구를 개방함으로써 냉방능력이 다른 다단운전을 수행하는 것을 특징으로 하는 다단운전 공기조화기
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2압축기의 압축용량은 상기 제1압축기 보다 크고, 상기 제2토출구는 상기 제1토출구 보다 큰 것을 특징으로 하는 공기조화기
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다단운전은 상기 제1압축기를 구동하고 상기 제2압축기의 구동을 방지하며 상기 제1토출구를 개방하고 상기 제2토출구를 폐쇄하는 1단운전과, 상기 제2압축기를 구동하고 상기 제1압축기의 구동을 방지하며 상기 제2토출구를 개방하고 상기 제1토출구를 폐쇄하는 2단운전과, 상기 제1압축기 및 제2압축기를 구동하고 상기 제1토출구 및 제2토출구를 개방하는 3단운전을 포함하는 것을 특징으로 하는 다단운전 공기조화기
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 2단운전 및 3단운전에서는 상기 바이패스 밸브를 폐쇄하고, 상기 1단운전에서는 상기 바이패스 밸브를 개방하여 상기 제1압축기의 토출냉매를 상기 제1압축기의 흡입측으로 우회시키는 것을 특징으로 하는 다단운전 공기조화기
  9. 제7항에 있어서,
    상기 공기조화기는 상기 제1토출구에 이웃하여 설치되는 제1열교환기와, 상기 제2토출구에 이웃하여 설치되는 제2열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단운전 공기조화기
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2열교환기의 열교환능력은 상기 제1열교환기의 열교환능력보다 큰 것을 특징으로 하는 다단운전 공기조화기
  11. 제9항에 있어서,
    상기 공기조화기는 상기 제1열교환기로 공급되는 냉매의 흐름을 조절하는 제1밸브와, 상기 제2열교환기로 공급되는 냉매의 흐름을 조절하는 제2밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단운전 공기조화기
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 1단운전시 상기 제1밸브는 개방, 상기 제2밸브는 폐쇄하고, 상기 2단운전시 상기 제2밸브는 개방, 상기 제1밸브는 폐쇄하고, 상기 3단운전시 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브를 모두 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다단운전 공기조화기
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