KR101146783B1 - 냉매시스템 - Google Patents

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KR101146783B1
KR101146783B1 KR1020090130921A KR20090130921A KR101146783B1 KR 101146783 B1 KR101146783 B1 KR 101146783B1 KR 1020090130921 A KR1020090130921 A KR 1020090130921A KR 20090130921 A KR20090130921 A KR 20090130921A KR 101146783 B1 KR101146783 B1 KR 101146783B1
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cooling
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최재혁
곽태희
유윤호
하도용
정백영
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은, 실내열교환기로의 냉매 유동이 차단된 상태로, 냉각부의 냉매가 공조부의 냉매에 의하여 과냉각될 수 있는 냉매시스템에 관한 것이다. 따라서, 본 발명에서는, 실내의 냉난방이 수행되지 않는 상태에서도, 냉각부의 냉매가 공조부의 냉매에 의하여 과냉각됨으로써, 냉매시스템의 냉각 성능이 최대화될 수 있는 이점이 있다.
냉매시스템, 무공조

Description

냉매시스템{Refrigerant system}
본 발명은 냉매시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 냉매시스템은 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 냉매사이클을 수행하여, 실내를 냉난방하거나 식품의 보관을 위하여 냉각시키는 장치이다.
상기 냉매시스템은, 냉매를 압축시키는 압축기와, 냉매와 실내 공기의 열교환이 이루어지는 실내열교환기와, 냉매를 팽창시키는 팽창부와, 냉매와 실외 공기의 열교환이 이루어지는 실외열교환기를 포함한다. 그리고, 상기 압축기로 유입되는 냉매 중 액상의 냉매와 기상의 냉매를 걸리내기 위한 어큐뮬레이터과, 상기 냉매사이클을 수행하기 위한 냉매의 유동 방향을 전환하기 위한 사방밸브와, 상기 실내열교환기 또는 실외열교환기를 향하여 각각 실내 공기 또는 실외 공기를 강제 유동시키는 팬과, 상기 팬을 회전시키기 위한 모터를 더 포함할 수 있다.
그리고, 실내의 냉방을 수행하는 경우에는 상기 실내열교환기는 증발수단, 상기 실외열교환기는 응축수단이 된다. 실내의 난방을 수행하는 경우에는 상기 실내열교환기는 응축수단, 상기 실외열교환기는 증발수단이 된다. 상기 냉난방 운전의 전환은 상기 사방밸브에 의해 냉매의 유동 방향이 변경됨으로써 수행된다.
본 발명은 실내 냉난방이 수행되지 않는 상태에서도 냉매시스템의 냉각 성능을 최대화할 수 있는 냉매시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이 제안되는 본 발명에 의한 냉매시스템은, 실내의 냉난방을 위하여 냉매 사이클을 수행하는, 공조측 압축기, 공조측 실외열교환기, 공조측 팽창부, 실내열교환기 및 공조측 냉매배관을 포함하는 공조부; 식품의 냉장을 위하여 냉매 사이클을 수행하는, 냉장측 압축기, 냉장측 실외열교환기, 냉장측 팽창부, 냉장열교환기 및 냉장측 냉매배관을 포함하는 냉장부; 식품의 냉동을 위하여 냉매 사이클을 수행하는, 냉동측 압축기, 냉동측 실외열교환기, 냉동측 팽창부, 냉동열교환기 및 냉동측 냉매배관을 포함하는 냉동부; 상기 공조부의 냉매와 상기 냉장부의 냉매 간의 열교환이 이루어지는 제 1 냉매열교환기; 및 상기 냉장부의 냉매와 상기 냉동부의 냉매 간의 열교환이 이루어지는 제 2 냉매열교환기;를 포함하고, 상기 실내열교환기로의 냉매 유동이 차단된 상태로, 상기 공조부의 냉매는 상기 공조측 압축기, 공조측 실외열교환기, 공조측 팽창부 및 제 1 냉매열교환기를 유동하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의한 냉매시스템에 의하면, 실내의 냉난방이 수행되지 않는 상태 즉, 실내열교환기로의 냉매 유동이 차단된 상태에서도, 제 1 냉매열교환기에서 공조부의 냉매 및 냉각부의 냉매 간의 열교환이 지속적으로 이루어진다. 따라서, 냉각부의 냉매가, 냉각측 실외열교환기만을 통과한 경우에 비하여, 더욱 과냉각될 수 있으므로, 냉매시스템의 냉각 성능은 최대화될 수 있다.
상기 냉매시스템의 냉각 성능이 최대화 될 수 있는 만큼, 상기 냉매시스템의 소비전력이 저감될 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 냉매시스템을, 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 냉매시스템을 보인 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면, 냉매시스템은, 실내의 공기 조화를 위하여 냉매사이클을 수행하는 공조부(1)와, 식품의 냉각을 위하여 냉매사이클을 수행하는 냉각부(2,3)를 포함한다. 상세히, 상기 냉각부(2,3)는, 식품의 냉장 보관을 위한 냉장부(2)와, 식품의 냉동 보관을 위한 냉동부(3)를 포함한다. 그리고, 상기 공조부(1)의 냉매, 냉장부(2)의 냉매 및 냉동부(3)의 냉매는, 서로 독립적으로 유동하게 된다.
상기 공조부(1)는, 상기 공조부(1)를 유동하는 냉매를 압축하기 위한 공조측 압축기(11)와, 냉매와 실외 공기 간의 열교환이 이루어지는 공조측 실외열교환 기(14)와, 냉매를 팽창시키는 공조측 팽창부(131,132,133)와, 냉매와 실내 공기 간의 열교환이 이루어지는 실내열교환기(12)를 포함한다. 그리고, 상기 공조부(1)는, 상기 공조측 압축기(11)로 유입되는 냉매 중 기상의 냉매와 액상의 냉매를 분리하기 위한 어큐뮬레이터(16)와, 상기 공조측 압축기(11)로부터 토출되는 냉매의 유동 방향을 전환하기 위한 사방밸브(15)를 포함한다.
상기 냉장부(2)는, 상기 냉장부(2)를 유동하는 냉매를 압축하기 위한 냉장측 압축기(21)와, 냉매와 실외 공기 간의 열교환이 이루어지는 냉장측 실외열교환기(24)와, 냉매를 팽창시키는 냉장측 팽창부(231,232)와, 냉매와 식품에 인접한 공기 간의 열교환이 이루어지는 냉장열교환기(22)를 포함한다.
그리고, 상기 냉동부(3)는, 상기 냉동부(3)를 유동하는 냉매를 압축하기 위한 냉동측 압축기(31)와, 냉매와 실외 공기 간의 열교환이 이루어지는 냉동측 실외열교환기(34)와, 상기 실외열교환기를 향하여 실외 공기를 강제 유동시키는 팬모터어셈블리(35)와, 냉매를 팽창시키는 냉동측 팽창부(33)와, 냉매와 식품에 인접한 공기 간의 열교환이 이루어지는 냉동열교환기(32)를 포함한다.
다른 한편으로는, 상기 냉각부(2,3)는, 상기 냉각부(2,3)를 유동하는 냉매를 압축하기 위한 냉각측 압축기와, 냉매와 실외 공기 간의 열교환이 이루어지는 냉각측 실외열교환기와, 냉매를 팽창시키는 냉각측 팽창부와, 냉매와 식품에 인접한 공기 간의 열교환이 이루어지는 냉각열교환기를 포함한다. 그리고, 상기 냉각측 압축기는 상기 냉장측 압축기(21)와 냉동측 압축기(31)를 포함하고, 상기 냉각측 실외열교환기는 상기 냉장측 실외열교환기(24)와 냉동측 실외열교환기(34)를 포함하고, 상기 냉각측 팽창부는 상기 냉장측 팽창부(231,232)와 냉동측 팽창부(33)를 포함하고, 상기 냉각열교환기는 상기 냉장열교환기(22)와 냉동열교환기(32)를 포함한다.
이때, 상기 공조측 팽창부(131,132,133), 냉장측 팽창부(231,232), 냉동측 팽창부(33)는 예를 들면, 전자밸브와 같이 냉매 유동의 개폐, 냉매의 팽창 및 냉매 유동량의 조절이 가능한 다양한 장치가 될 수 있다. 또한, 상기 냉매시스템은, 상기 공조측 실외열교환기(14) 및 냉장측 실외열교환기(24)를 향하여 실외 공기를 강제 유동시키기 위한 팬모터어셈블리(6)를 포함한다. 상기 공조측 실외열교환기(14)와 냉장측 실외열교환기(24)가 인접한 경우에는, 상기 팬모터어셈블리(6)가 하나로 구비되어 상기 공조측 실외열교환기(14) 및 냉장측 실외열교환기(24) 모두를 향하여 실외 공기가 강제 유동될 수 있다. 다만, 상기 공조측 실외열교환기(14)와 냉장측 실외열교환기(24)가 이격된 경우에는, 상기 공조측 실외열교환기(14) 및 냉장측 실외열교환기(24) 각각에 대응되는 2개의 팬모터어셈블리가 구비될 수도 있다.
한편, 상기 냉매시스템은, 상기 공조부(1)와 냉장부(2) 또는 상기 냉장부(2)와 냉동부(3) 사이에 열교환이 이루어지도록 하기 위한 냉매열교환기(4,5)를 포함한다. 보다 상세히, 상기 냉매열교환기(4,5)는, 상기 공조부(1)의 냉매와 상기 냉장부(2)의 냉매 간의 열교환이 이루어지는 제 1 냉매열교환기(4)와, 상기 냉장부(2)의 냉매와 상기 냉동부(3)의 냉매 간의 열교환이 이루어지는 제 2 냉매열교환기(5)를 포함한다.
이때, 상기 제 1 냉매열교환기(4)의 내부에는, 상기 공조부(1)의 냉매와 상기 냉장부(2)의 냉매가 독립적으로 유동하면서 서로 열교환 가능하도록 2개의 유 로(41,42)가 형성된다. 그리고, 상기 제 2 냉매열교환기(5)의 내부에는, 상기 냉장부(2)의 냉매와 상기 냉동부(3)의 냉매가 독립적으로 유동하면서 서로 열교환 가능하도록 2개의 유로(51,52)가 형성된다.
상기 제 1 냉매열교환기(4)는, 상기 공조부(1) 상에서 상기 실내열교환기(12)와 병렬로 연결된다. 보다 상세히, 상기 공조부(1)는, 상기 공조부(1)의 냉매 유동을 안내하기 위한 공조측 냉매배관(101,102,103)을 더 포함한다. 그리고, 상기 공조측 냉매배관(101,102,103)은, 상기 압축기, 공조측 실외열교환기(14) 및 제 1 냉매열교환기(4)를 연결하는 제 1 냉매배관(101)과, 상기 공조측 압축기(11)로부터 토출되는 냉매 또는 상기 실외열교환기로부터 토출되는 냉매를 상기 실내열교환기(12)로 안내하는 제 2 냉매배관(102)과, 후술할 제 3 팽창부(131)와 병렬로 연결되는 우회배관(103)을 포함한다. 즉, 상기 제 2 냉매배관(102)의 일단은 상기 공조측 실외열교환기(14)와 실내열교환기(12)의 사이에 해당하는 상기 제 1 냉매배관(101)의 일지점에 연결되고, 상기 제 2 냉매배관(102)의 타단은 상기 실내열교환기(12)와 상기 공조측 압축기(11)의 사이에 해당하는 상기 제 1 냉매배관(101)의 타지점에 연결된다. 그리고, 상기 우회배관(103)의 일단은 상기 공조측 실외열교환기(14)와 제 3 팽창부(131)의 사이에 해당하는 제 1 냉매배관(101)에 연결되고, 상기 우회배관(103)의 타단은 상기 제 3 팽창부(131)와 상기 제 1 냉매열교환기(4) 사이에 해당하는 제 1 냉매배관(101)에 연결된다.
이때, 상기 우회배관(103)에는, 상기 우회배관(103)을 통한 냉매 유동이 일정한 방향을 향하도록 제한하는 유동제한부(17)가 설치된다. 보다 상세히, 상기 유 동제한부(17)는, 상기 실내열교환기(12)로부터 상기 공조측 실외열교환기(14)를 향한 냉매가 상기 우회배관(103)을 통과하는 것을 방지한다. 따라서, 상기 실내열교환기(12)로부터 상기 공조측 실외열교환기(14)를 향하는 냉매는 상기 제 3 팽창부(131)를 통과하게 된다. 여기서, 상기 유동제한부(17)는 예를 들면, 체크밸브와 같이, 냉매 방향을 일정한 방향으로 제한할 수 있는 다양한 장치가 될 수 있다.
그리고, 상기 공조측 팽창부(131,132,133)는, 상기 실내열교환기(12)의 유입측에 해당하는 상기 제 1 냉매배관(101)에 설치되는 제 1 팽창부(132)와, 상기 냉매열교환기(4,5)의 유입측에 해당하는 상기 제 2 냉매배관(102)에 설치되는 제 2 팽창부(133)와, 상기 공조측 실외열교환기(14)에 인접하는 제 1 냉매배관(101)에 설치되는 제 3 팽창부(131)를 포함한다. 상기 공조측 팽창부(131,132,133)는, 상기 공조측 냉매배관(101,102)의 개도를 조절할 수 있는 동시에, 상기 공조측 냉매배관(101,102)을 선택적으로 차폐할 수 있다. 보다 상세히, 상기 제 1 팽창부(132)는 상기 실내열교환기(12)로 유입되는 냉매량을 조절할 수 있는 동시에 상기 실내열교환기(12)를 향한 냉매 유동을 선택적으로 차단할 수 있고, 상기 제 2 팽창부(133)는 상기 냉매열교환기(4,5)로 유입되는 냉매량을 조절할 수 있는 동시에 상기 냉매열교환기(4,5)를 향한 냉매 유동을 선택적으로 차단할 수 있다. 그리고, 상기 제 3 팽창부(131)는 상기 공조측 실외열교환기(14)로 유입되는 냉매를 팽창시키거나, 상기 공조측 실외열교환기(14)를 통과한 냉매가 상기 제 3 팽창부(131)를 우회하도록 상기 제 1 냉매배관(101)을 차단할 수 있다.
이때, 상기 제 1 팽창부(132)는 상기 실내열교환기(12)를 향한 냉매 유동을 선택적으로 차단하는 측면에서, 유동차단부(71)라고 칭할 수도 있다.
상기 제 2 냉매열교환기(5)는, 상기 냉장부(2) 상에서 상기 냉장열교환기(22)와 병렬로 연결된다. 보다 상세히, 상기 냉장부(2)는, 상기 냉장부(2)를 유동하는 냉매를 안내하는 냉장측 냉매배관(104,105)을 더 포함한다. 상기 냉장측 냉매배관(104,105)은, 상기 냉장측 압축기(21), 냉장측 실외열교환기(24), 제 2 냉매열교환기(5)를 연결하는 제 3 냉매배관(104)과, 상기 제 2 냉매열교환기(5)로 유입되는 냉매 중 일부를 상기 냉장열교환기(22)로 안내하는 제 4 냉매배관(105)을 포함한다. 즉, 상기 제 4 냉매배관(105)의 일단은 상기 냉장측 압축기(21)와 냉장열교환기(22)의 사이에 해당하는 상기 제 3 냉매배관(104)의 일지점에 연결되고, 상기 제 4 냉매배관(105)의 타단은 상기 냉장측 실외열교환기(24)와 냉매열교환기(4,5)의 사이에 해당하는 상기 제 3 냉매배관(104)의 타지점에 연결된다.
다른 한편으로는, 상기 제 2 냉매열교환기(5)는, 상기 냉동부(3) 상에서 상기 냉동열교환기(32)와 직렬로 연결된다. 보다 상세히, 상기 냉동부(3)는, 상기 냉동부(3)를 유동하는 냉매를 안내하는 냉동측 냉매배관(106)을 더 포함한다. 상기 냉동측 냉매배관(106)은, 상기 냉동측 압축기(31), 냉동측 실외열교환기(34), 제 2 냉매열교환기(5), 냉동측 팽창부(33), 냉동열교환기(32)를 순차적으로 연결한다.
여기서, 상기 냉각부(2,3)는 상기 냉각부(2,3)를 유동하는 냉매를 안내하는 냉각측 냉매배관(104,105)을 포함하고, 상기 냉각측 냉매배관(104,105)은 상기 냉장측 냉매배관(104,105)과 냉동측 냉매배관(106)을 포함하는 것으로 볼 수도 있다.
그리고, 상기 냉장측 팽창부(231,232)는, 상기 제 2 냉매열교환기(5)의 유입 측에 해당하는 상기 제 3 냉매배관(104)에 설치되는 제 4 팽창부(232)와, 상기 냉장열교환기(22)의 유입측에 해당하는 상기 제 4 냉매배관(105)에 설치되는 제 5 팽창부(231)를 포함한다.
한편, 상기 냉장부(2)는, 상기 냉장부(2)를 유동하는 냉매의 유동 방향을 전환시키기 위한 유동전환부(251,252)를 포함한다. 상기 유동전환부(251,252, 253)는, 상기 냉장측 압축기(21)로부터 토출되는 냉매의 유동 방향을 상기 냉매열교환기(4,5) 또는 상기 냉장측 실외열교환기(24)를 향하도록 전환시키기 위한 제 1 유동전환부(251)와, 상기 냉장측 실외열교환기(24)를 향한 냉매 유동을 선택적으로 차단하기 위한 제 2 유동전환부(252)를 포함한다.
보다 상세히, 상기 제 1 유동전환부(251)의 방향 전환에 따라, 상기 냉장측 압축기(21)로부터 토출되는 냉매가 상기 냉장측 실외열교환기(24) 및 제 1 냉매열교환기(4) 순으로 유동하거나, 상기 제 1 냉매열교환기(4) 및 냉장측 실외열교환기(24) 순으로 유동할 수 있다. 그리고, 상기 제 2 유동전환부(252)의 방향 전환에 따라, 상기 냉장측 압축기(21) 또는 제 1 냉매열교환기(4)로부터 토출되는 냉매가 상기 냉장측 실외열교환기(24)로 유입되거나, 상기 냉장측 실외열교환기(24)를 통과하지 않고 곧장 상기 제 1 냉매열교환기(4) 또는 냉장열교환기(22)로 유입될 수 있다. 마지막으로, 상기 제 3 유동전환부(253)의 방향 전환에 따라, 상기 냉장열교환기(22) 또는 제 2 냉매열교환기(5)를 통과한 냉매가 상기 냉장측 압축기(21)로 유입되거나, 상기 제 2 연결배관(8)으로 유입될 수 있다.
여기서, 상기 유동전환부(251,252)는 예를 들면, 4개의 방향을 선택적으로 연통시키는 사방밸브(15)와 같이, 냉매의 유동 방향을 전환할 수 있는 다양한 장치가 될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 냉매시스템이 냉방 모드로 작동되는 경우의 냉매 유동에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 냉매시스템이 냉방 모드로 작동되는 상태의 냉매 유동을 보인 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 냉매시스템이 난방 모드로 작동되는 상태의 냉매 유동을 보인 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 냉매시스템이 냉방모드로 작동하는 경우에 공조부(1)의 냉매 유동을 살펴보면, 상기 공조측 압축기(11)로부터 토출되는 고온고압의 냉매가 상기 공조측 실외열교환기(14)로 유입된다. 이때, 상기 공조측 압축기(11)와 공조측 실외열교환기(14) 사이에 위치되는 사방밸브(15)는, 상기 공조측 압축기(11)로부터 토출된 냉매가 상기 공조측 실외열교환기(14)를 향하여 유동하도록, 상기 냉매의 유동 방향을 안내한다.
상기 냉매가 상기 공조측 실외열교환기(14)를 유동하는 과정에서, 상기 냉매는 실외 공기로 열을 방출하여 저온고압의 상태로 응축되게 된다. 그리고, 상기 공조측 실외열교환기(14)를 통과한 냉매는 상기 공조측 팽창부(131,132,133) 중 제 1 팽창부(132)를 통과하면서, 저온저압의 상태로 팽창된다. 이때, 상기 제 3 팽창부(131)는 폐쇄된 상태를 유지하여, 상기 공조측 실외열교환기(14)를 통과한 냉매가 상기 우회배관(103)을 통하여 상기 제 1 팽창부(132)로 유입되게 된다.
상기 제 1 팽창부(132)를 통과한 냉매는 상기 실내열교환기(12)로 유입된다. 상기 냉매가 상기 실내열교환기(12)를 유동하는 과정에서, 상기 냉매는 실내 공기로부터 열을 흡수하여 고온저압의 상태로 증발하게 된다.
그리고, 상기 실내열교환기(12)를 통과한 냉매는 상기 어큐뮬레이터(16)로 유입된다. 이때, 상기 실내열교환기(12)와 어큐뮬레이터(16) 사이에 위치되는 사방밸브(15)는, 상기 실내열교환기(12)를 통과한 냉매가 상기 어큐뮬레이터(16)로 유입될 수 있도록, 상기 냉매의 유동 방향을 안내한다.
상기 냉매가 상기 어큐뮬레이터(16)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매 중 액상의 냉매가 걸러지고 기상의 냉매만이 상기 공조측 압축기(11)로 다시 유입된다. 그리고, 상기 냉매가 상기 공조측 압축기(11)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 고온고압의 상태로 압축된다.
상기한 바와 같은 냉매 유동이 지속되면서, 실내의 냉방이 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 냉장부(2)의 냉매 유동을 살펴보면, 상기 냉장측 압축기(21)로부터 토출되는 고온고압의 냉매가 상기 냉장측 실외열교환기(24) 및 제 1 냉매열교환기(4)를 통과하게 된다.
이때, 상기 제 1 유동전환부(251)의 방향 전환에 따라, 상기 냉장측 압축기(21)로부터 토출되는 냉매가 상기 냉장측 실외열교환기(24) 및 제 1 냉매열교환기(4)를 순차적으로 또는 역순으로 유동할 수 있다. 또한, 상기 제 2 유동전환부(252)의 방향 전환에 따라, 상기 냉장측 압축기(21)로부터 토출되는 냉매가 상기 냉장측 실외열교환기(24)로 유입되거나, 상기 냉장측 실외열교환기(24)를 통과하지 않고 곧장 상기 제 1 냉매열교환기(4) 또는 냉장열교환기(22)로 유입될 수 있다.
상기 냉매가 상기 냉장측 실외열교환기(24) 및 제 1 냉매열교환기(4) 중 적어도 하나를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 저온고압의 상태로 응축된다. 보다 상세히, 상기 냉매가 상기 냉장측 실외열교환기(24)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 실외 공기로 열을 방출하게 된다. 그리고, 상기 냉매가 상기 제 1 냉매열교환기(4)를 통과하는 과정에서, 상기 냉장부(2)의 냉매는 상기 공조부(1)의 냉매로 열을 방출하게 된다. 따라서, 상기 냉매가 저온고압의 상태로 응축되게 된다.
이때, 상기 냉매가 상기 냉장측 실외열교환기(24) 및 제 1 냉매열교환기(4)를 모두 통과하게 되는 경우에는, 상기 냉장측 실외열교환기(24) 및 제 1 냉매열교환기(4) 중 어느 하나만을 통과하는 경우에 비하여, 상기 냉매가 과냉각되어 상대적으로 저온의 상태에 도달할 수 있다. 따라서, 상기 냉매가 상기 냉장측 실외열교환기(24) 및 제 1 냉매열교환기(4)를 모두 통과하는 경우에는, 상기 냉장측 실외열교환기(24)만을 통과하는 경우에 비하여, 상기 냉장부(2)의 냉각 성능 계수(COP)가 상대적으로 높아질 수 있는 이점이 있다.
상기 냉장측 실외열교환기(24) 및 제 1 냉매열교환기(4) 중 적어도 하나를 통과한 냉매는, 상기 냉장측 팽창부(231,232)로 유입된다. 보다 상세히, 상기 냉장측 실외열교환기(24) 및 제 1 냉매열교환기(4) 중 적어도 하나를 통과한 냉매는, 상기 제 4 팽창부(232) 및 제 5 팽창부(231)로 유입된다. 상기 냉매가 상기 냉장측 팽창부(231,232)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 저온저압의 상태로 팽창된다.
그리고, 상기 제 4 팽창부(232)를 통과한 냉매는 상기 제 2 냉매열교환기(5)로 유입되고, 상기 제 5 팽창부(231)를 통과한 냉매는 냉장열교환기(22)로 유입된 다. 즉, 상기 냉장측 팽창부(231,232)를 통과한 냉매는, 상기 제 2 냉매열교환기(5) 및 냉장열교환기(22)로 유입된다.
상기 냉매가 상기 제 2 냉매열교환기(5)를 통과하는 과정에서, 상기 냉장부(2)의 냉매는 상기 냉동부(3)의 냉매로부터 열을 흡수하여 고온저압으로 증발된다. 상기 냉매가 상기 냉장열교환기(22)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 상기 냉장열교환기(22)에 인접한 공기의 열을 흡수하여 고온저압으로 증발된다.
그리고, 상기 제 2 냉매열교환기(5) 및 냉장열교환기(22)를 통과한 냉매는, 상기 냉장측 압축기(21)를 향하여 유동하게 된다. 상기 냉매가 상기 냉장측 압축기(21)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 고온고압의 상태로 압축된다.
마지막으로, 상기 냉동부(3)의 냉매 유동을 살펴보면, 상기 냉동측 압축기(31)로부터 토출되는 고온고압 상태의 냉매는 상기 냉동측 실외열교환기(34)로 유입된다. 상기 냉매가 상기 냉동측 실외열교환기(34)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 실외공기로 열을 방출하여 저온고압 상태로 응축된다.
상기 냉동측 실외열교환기(34)를 통과한 냉매는 상기 제 2 냉매열교환기(5)로 유입된다. 상기 냉매가 제 2 냉매열교환기(5)를 통과하는 과정에서, 상기 냉동부(3)의 냉매는 상기 냉장부(2)의 냉매로 열을 방출하여 저온저압의 상태로 응축된다.
이때, 상기 냉매가 상기 냉동측 실외열교환기(34) 및 제 2 냉매열교환기(5)를 모두 통과하게 되는 경우에는, 상기 냉동측 실외열교환기(34) 및 제 2 냉매열교환기(5) 중 어느 하나만을 통과하는 경우에 비하여, 상기 냉매가 과냉각되어 상대 적으로 저온의 상태에 도달할 수 있다. 따라서, 상기 냉매가 상기 냉동측 실외열교환기(34) 및 제 2 냉매열교환기(5)를 모두 통과하는 경우에는, 상기 냉동측 실외열교환기(34)만을 통과하는 경우에 비하여, 상기 냉동부(3)의 냉각 성능 계수(COP)가 상대적으로 높아질 수 있는 이점이 있다.
상기 제 2 냉매열교환기(5)를 통과한 냉매는 상기 냉동측 팽창부(33)로 유입된다. 상기 냉매가 상기 냉동측 팽창부(33)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 저온저압의 상태로 팽창된다. 상기 냉동측 팽창부(33)를 통과한 냉매는 상기 냉동열교환기(32)로 유입된다. 상기 냉매가 상기 냉동열교환기(32)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 상기 냉동열교환기(32)에 인접한 공기로부터 열을 흡수하여 고온저압의 상태로 증발하게 된다.
그리고, 상기 냉동열교환기(32)를 통과한 냉매는, 상기 냉동측 압축기(31)를 통과하면서 다시 고온고압의 상태로 압축되게 된다.
도 3을 참조하면, 상기 냉매시스템이 난방 모드로 작동하는 경우에, 상기 공조부(1)의 냉매 유동을 살펴보면, 상기 공조측 압축기(11)로부터 토출되는 냉매는 상기 실내열교환기(12)로 유입된다. 이때, 상기 사방밸브(15)는, 상기 공조측 압축기(11)로부터 토출된 냉매가 상기 실내열교환기(12)로 유동할 수 있도록, 냉매의 유동 방향을 안내한다.
그리고, 상기 냉매가 상기 실내열교환기(12)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 실내 공기로 열을 방출하여 저온고압으로 응축된다. 그리고, 상기 실내열교환기(12)를 통과한 냉매는, 상기 공조측 팽창부(131,132,133) 중 제 3 팽창부(131)로 유입된다. 이때, 상기 유동제한부(17)에 의하여, 상기 실내열교환기(12)를 통과한 냉매는 상기 우회배관(103)을 통과할 수 없기 때문에, 상기 제 3 팽창부(131)로 유입된다. 상기 제 3 팽창부(131)는 완전히 개방된 상태를 유지하여, 상기 냉매의 실질적인 팽창이 제 3 팽창부(131)에서 이루어지게 된다. 즉, 상기 냉매가 상기 제 3 팽창부(131)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 저온저압의 상태로 팽창된다.
상기 제 3 팽창부(131)를 통과한 냉매는, 상기 공조측 실외열교환기(14)로 유입된다. 상기 냉매가 상기 공조측 실외열교환기(14)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 실외 공기로부터 열을 흡수하여 고온저압의 상태로 증발하게 된다.
상기 공조측 실외열교환기(14)로부터 토출된 냉매는 상기 어큐뮬레이터(16)로 유입되어, 액상의 냉매와 기상의 냉매가 걸러지게 된다. 이때, 상기 사방밸브(15)는, 상기 공조측 실외열교환기(14)에서 토출되는 냉매가 상기 어큐뮬레이터(16)로 유입되도록, 상기 냉매의 유동 방향을 안내한다. 그리고, 어큐뮬레이터(16)에서 걸러진 기상의 냉매만이 상기 공조측 압축기(11)로 유입되어, 다시 고온고압으로 압축된다.
이러한 냉매 유동이 지속되면서, 실내의 난방이 수행될 수 있다.
한편, 상기 냉매시스템이 난방모드로 작동하는 경우에 냉장부(2) 및 냉동부(3)의 냉매 유동은, 상기 냉매시스템이 냉방모드로 작동하는 경우와 동일하다.
이하에서는, 본 발명에 의한 냉매시스템이 무공조 모드로 작동하는 경우의 냉매 유동에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 냉매시스템이 무공조 모드로 작동되는 상태의 냉매 유동을 보인 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 냉매시스템에 있어서, 상기 공조부(1)의 사용이 필요치 않은 경우가 발생할 수 있다.
보다 상세히, 상기 냉매시스템이 난방 모드로 운전되는 중에, 상기 난방 운전의 목표 조건이 만족될 수 있다. 이때, 상기 목표 조건은 사용자가 원하거나 사용자가 쾌적하게 느끼는 실내의 상태를 의미한다. 예를 들면, 상기 목표 조건은 실내 온도가 설정된 온도에 도달하는 경우일 수 있다.
이러한 경우에는, 사용자가 원하는 실내의 온도 또는 사용자가 쾌적하게 느끼는 실내의 온도가 미리 설정될 수 있다. 그리고, 상기 냉매시스템이 난방 모드로 운전하게 되면, 상기 공조부(1)의 냉매사이클 수행에 의하여 실내가 가열되어 실내의 온도가 상승하게 된다. 그리고, 상기 실내의 온도가 상기 설정된 실내의 온도에 도달하는 경우에는, 상기 난방 운전의 목표 조건이 만족된 것으로 볼 수 있다.
그리고, 상기 난방 운전의 목표 조건이 만족되면, 상기 공조부(1)에 의한 실내의 가열이 중단될 필요가 있다. 즉, 상기 공조부(1)의 사용이 필요치 않은 경우가 발생하게 되는 것이다. 그러나, 식품의 보관을 위한 냉장부(2) 및 냉동부(3)는 지속적으로 작동될 필요가 있다. 이러한 경우의 작동 상태를 무공조 모드라 칭한다.
상기 냉매시스템이 상기 무공조 모드로 작동하는 경우의 냉매 유동을 살펴보면, 상기 실내열교환기(12)를 향한 냉매 유동이 차단된다. 보다 상세히, 상기 제 1 팽창부(132)가 폐쇄되어, 상기 공조측 압축기(11) 또는 공조측 실외열교환기(14)로 부터 토출되는 냉매가 상기 실내열교환기(12)를 향하여 유동하는 것이 차단된다.
따라서, 상기 공조측 압축기(11)로부터 토출되는 고온고압의 냉매는 상기 공조측 실외열교환기(14)로 유동하게 된다. 이때, 사방밸브(15)는, 상기 공조측 압축기(11)로부터 토출되는 냉매가 상기 공조측 실외열교환기(14)로 유동하도록, 상기 냉매의 유동 방향을 안내한다.
그리고, 상기 냉매가 상기 공조측 실외열교환기(14)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 실외 공기로 열을 방출하여 저온고압의 상태로 응축된다. 상기 공조측 실외열교환기(14)를 통과한 냉매는, 상기 제 2 팽창부(133)로 유입된다. 이때, 상기 제 3 팽창부(131)는 폐쇄된 상태를 유지하므로, 상기 공조측 실외열교환기(14)를 통과한 냉매는 상기 우회배관(103)을 통하여 상기 제 2 팽창부(133)로 유입된다.
상기 냉매가 상기 제 2 팽창부(133)를 통과하는 과정에서, 상기 냉매는 저온저압 상태로 팽창된 후, 상기 제 1 냉매 열교환기로 유입된다. 그리고, 상기 냉매가 상기 제 1 냉매열교환기(4)를 통과하는 과정에서, 상기 공조부(1)의 냉매가 상기 냉장부(2)의 냉매로부터 열을 흡수하여 고온저압 상태로 증발되게 된다.
상기 제 1 냉매열교환기(4)를 통과한 냉매는, 상기 어큐뮬레이터(16)를 통과하면서 액상의 냉매와 기상의 냉매로 분리된다. 그리고, 상기 어큐뮬레이터(16)를 통과한 기상의 냉매만이 상기 공조측 압축기(11)로 유입된다.
한편, 상기 냉매시스템이 무공조 모드로 작동하는 경우에 상기 냉장부(2) 및 냉동부(3)의 냉매 유동은, 상기 냉매시스템이 냉방 또는 난방 모드로 작동하는 경 우와 동일하다.
상기 냉매시스템에 의하면, 상기 냉장부(2)를 유동하는 냉매가 상기 냉장측 실외열교환기(24)만을 통과하는 경우에 비하여, 상기 냉매시스템의 냉각 성능 계수(COP)이 더욱 높아질 수 있다. 보다 상세히, 상기 냉장측 실외열교환기(24)만를 통과한 냉매의 온도에 비하여, 상기 냉장측 실외열교환기(24)와 제 1 냉매열교환기(4)를 모두 통과한 냉매의 온도는 더욱 낮아지게 된다. 즉, 상기 냉매가 상기 제 1 냉매열교환기(4)를 추가적으로 통과함에 따라 과냉각될 수 있다. 상기 냉매가 과냉각되는 만큼, 상기 냉매가 상기 제 2 냉매열교환기(5) 및 냉장열교환기(22)를 통과하는 과정에서 흡수할 수 있는 열량은 더욱 증가할 수 있다. 따라서, 상기 냉매시스템의 냉각 성능 계수(COP)는 더욱 증대될 수 있는 것이다.
그리고, 상기 냉매시스템의 냉각 성능 계수(COP)는 상기 냉매시스템의 냉각 성능과 비례하는 것으로서, 상기 냉각 성능 계수(COP) 값이 클수록 상기 냉매시스템의 냉각 성능이 증대되는 것으로 해석할 수 있다. 그러므로, 상기 냉매시스템은, 상기 냉장부(2)의 냉매가 상기 냉장측 실외열교환기(24)만을 통과하는 경우에 비하여, 더욱 증대된 냉각 성능을 발휘할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 냉매시스템을 보인 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 냉매시스템이 냉방 모드로 작동되는 상태의 냉매 유동을 보인 도면.
도 3은 본 발명에 의한 냉매시스템이 난방 모드로 작동되는 상태의 냉매 유동을 보인 도면.
도 4는 본 발명에 의한 냉매시스템이 무공조 모드로 작동되는 상태의 냉매 유동을 보인 도면.

Claims (11)

  1. 실내의 냉난방을 위하여 냉매 사이클을 수행하는, 공조측 압축기, 사방밸브, 공조측 실외열교환기, 공조측 팽창부, 실내열교환기 및 공조측 냉매배관을 포함하는 공조부;
    식품의 냉각을 위하여 냉매 사이클을 수행하는, 냉각측 압축기, 냉각측 실외열교환기, 냉각측 팽창부, 냉각열교환기 및 냉각측 냉매배관을 포함하며,
    식품의 냉장을 위하여 냉매사이클을 수행하는 냉장부와, 식품의 냉동을 위하여 냉매사이클을 수행하는 냉동부 및 상기 냉장부의 냉매 및 상기 냉동부의 냉매간 열교환이 이루어지도록 하는 제 2 냉매열교환기가 더 포함되는 냉각부; 및
    상기 공조부의 냉매와 상기 냉각부의 냉매 간의 열교환이 이루어지는 제 1 냉매열교환기를 포함하고,
    상기 공조부에는,
    상기 공조측 실외열교환기의 출구측에 배치되는 제 3 팽창부와, 상기 제 1 냉매열교환기의 유입측에 배치되는 제 2 팽창부가 포함되는 공조측 팽창부; 및
    상기 공조측 실외열교환기에서 토출된 냉매가 상기 제 3 팽창부를 바이패스 하여, 상기 제 2 팽창부로 유동되도록 가이드 하는 우회 배관이 포함되며,
    난방 운전 중에 목표 조건을 만족하는 경우에는, 상기 실내열교환기로의 냉매 유동이 차단된 상태에서, 상기 공조부의 냉매는 상기 공조측 압축기, 공조측 실외열교환기, 제 2 팽창부 및 제 1 냉매열교환기를 유동하는 것을 특징으로 하는 공조 냉각복합 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉장부의 냉매 및 상기 냉동부의 냉매는 서로 독립적으로 유동하는 것을 특징으로 하는 공조 냉각복합 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조측 팽창부는,
    상기 실내열교환기의 유입측에 해당하는 공조측 냉매배관에 설치되는 제 1 팽창부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 냉각복합 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 팽창부는 상기 실내열교환기로 유입되는 냉매를 팽창시키거나, 상기 실내열교환기를 향한 냉매의 유동을 선택적으로 차단하는 것을 특징으로 하는 공조 냉각복합 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내열교환기 및 제 1 냉매열교환기는 상기 공조측 냉매배관 상에서 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 공조 냉각복합 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조측 냉매배관은,
    상기 공조측 압축기, 공조측 실외열교환기 및 제 1 냉매열교환기를 연결하는 제 1 냉매배관; 및
    상기 공조측 압축기로부터 토출되는 냉매 또는 상기 공조측 실외열교환기로부터 토출되는 냉매를 상기 실내열교환기로 안내하는 제 2 냉매배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 냉각복합 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 냉매배관의 냉매유동이 차단된 상태에서, 상기 냉장부, 냉동부 및 제 1 냉매배관의 냉매는 유동하는 것을 특징으로 하는 공조 냉각복합 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조부의 냉매 및 상기 냉각부의 냉매는 독립적으로 유동하는 것을 특징으로 하는 공조 냉각복합 장치.
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