KR101185257B1 - 공기조화장치 - Google Patents

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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

압축기(21)와, 실내복사패널(23), 제 1 팽창밸브(24), 실내공기 열교환기(25), 제 2 팽창밸브(26), 및 실외공기 열교환기(27)가 차례로 접속되며, 냉매가 가역으로 순환하여 냉동주기를 실행하는 냉매회로(20)를 구비한다. 제상운전의 경우, 냉방주기에서, 냉매가 실외공기 열교환기(27) 및 실내공기 열교환기(25)에서 방열하며 실내복사패널(23)에서 증발하도록 제 1 팽창밸브(24)가 감압 제어된다. 이로써, 실외공기 열교환기(27)의 제상(除霜)과 실내공기 열교환기(25)의 난방이 동시에 이루어진다.

Description

공기조화장치{AIR CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은 공기조화장치에 관한 것으로, 특히 제상(除霜)운전 시의 쾌적성 향상에 관한 것이다.
종래, 복사패널과 실내열교환기를 구비하며, 복사열과 온풍으로 실내를 난방하는 공기조화장치가 알려져 있다. 예를 들어 특허문헌 1(일본국 실용신안 출원 공고 평성 7-18935호 공보)의 공기조화장치는, 압축기, 실외열교환기, 팽창밸브, 실내열교환기 및 복사패널이 차례로 접속된 냉매회로를 구비한다. 그리고 냉매회로는 냉매가 가역으로 순환하여 냉동주기가 이루어지도록 구성된다.
이 공기조화장치에서는, 난방운전(난방주기)의 경우, 압축기의 토출냉매가 복사패널 및 실내열교환기를 차례로 흐르고 응축함으로써, 실내열교환기의 온풍과 복사패널의 복사열이 실내로 공급된다. 또, 냉방운전(냉방주기)의 경우, 실외열교환기에서 응축한 냉매가 실내열교환기에서 증발함으로써, 실내열교환기의 냉풍이 실내로 공급된다. 실내열교환기에서 증발한 냉매는 복사패널을 우회하여 압축기로 돌아온다.
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나 전술한 종래의 공기조화장치에서는, 냉방주기에서 실외열교환기의 성에를 제거하고자 하면, 실내열교환기에 의한 난방을 정지해야 한다는 문제가 있다. 그 결과, 제상운전 중은 실내의 쾌적성이 손상된다는 문제가 있다.
구체적으로는, 제상운전의 경우, 압축기의 토출냉매가 실외열교환기로 흘러 응축됨으로써 제상처리가 이루어지며, 응축 후의 냉매는 팽창밸브에서 감압된 후 실내열교환기 및 복사패널에서 증발하게 된다. 즉, 팽창밸브 하류에 위치하는 실내열교환기를 증발기로서 기능시킬 필요가 있으므로, 실내열교환기로 난방할 수가 없다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 복사패널과 실내열교환기를 구비한 공기조화장치에 있어서, 냉방주기에서 제상(Defrost)운전을 할 경우, 동시에 실내 난방도 가능하게 하여, 실내의 쾌적성 저하를 방지하는 데 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
제 1 발명은, 압축기(21)와, 실내복사용 열교환기(23), 제 1 감압기구(24), 실내공기 열교환기(25), 제 2 감압기구(26), 및 실외열교환기(27)가 차례로 접속되며, 냉매가 가역으로 순환하여 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(20)를 구비한다. 그리고 본 발명은, 상기 냉매회로(20)의 냉방주기에서, 냉매가 실외열교환기(27) 및 실내공기 열교환기(25)에서 방열하며, 실내복사용 열교환기(23)에서 흡열하여 증발하도록 제 1 감압기구(24)가 감압 제어되는 것이다.
상기 발명에서는, 난방운전의 경우, 냉매회로(20)에서 압축기(21)의 토출냉매가 실내공기 열교환기(25)에서 공기에 방열하며, 실외열교환기(27)에서 흡열하여 증발하는 난방주기에서 냉매가 순환한다. 또, 냉방운전의 경우, 냉매회로(20)에서 압축기(21)의 토출냉매가 실외열교환기(27)에서 방열하며, 실내공기 열교환기(25)에서 공기로부터 흡열하여 증발하는 냉방주기에서 냉매가 순환한다.
그리고 본 발명에서는, 실외열교환기(27)의 제상(Defrost)처리를 할 경우, 압축기(21)의 토출냉매가 실외열교환기(27)에서 방열하여 제상처리가 이루어진다. 이 방열 후 냉매가, 실내공기 열교환기(25)에서 여열(余熱)을 공기에 방열하여 실내의 난방을 행한다. 이어서 방열 후 냉매는, 제 1 감압기구(24)에서 소정압력까지 감압되어 실내복사용 열교환기(23)로 유입된다. 이 냉매는 실내복사용 열교환기(23)로부터 흡열하여 증발한다. 여기서, 증발한 냉매는 압축기(21)로 돌아온다. 즉 본 발명의 제상운전에서는, 실내공기 열교환기(25)에서 냉매를 증발시키는 것이 아니라, 실내복사용 열교환기(23) 자체가 갖는 열을 이용하여 냉매를 증발시킨다. 따라서 실외열교환기(27)의 성에를 제거하면서 실내를 난방하기가 가능해진다.
제 2 발명은, 상기 제 1 발명에 있어서 상기 냉매회로(20)의 난방주기에서, 냉매가 실내복사용 열교환기(23) 및 실내공기 열교환기(25)에서 방열하며, 실외열교환기(27)에서 흡열하여 증발하도록 제 2 감압기구(26)가 감압 제어되는 것이다.
상기 발명에서는, 난방운전의 경우, 압축기(21)의 토출냉매가 실내복사용 열교환기(23)에서 방열하여 온도 저하된 후, 실내공기 열교환기(25)에서 다시 공기에 방열하여 냉각된다. 실내복사용 열교환기(23)에서는 고온냉매로부터 흡열한 열량을 복사열로서 실내로 공급하며, 실내공기 열교환기(25)에서는 가열된 공기가 온풍으로서 실내로 공급된다. 이 복사열 및 온풍에 의해 실내의 난방이 이루어진다.
제 3 발명은, 상기 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 냉매회로(20)의 냉방주기에서 냉매가 실외열교환기(27)에서 방열하며, 실내공기 열교환기(25) 및 실내복사용 열교환기(23)에서 흡열하여 증발하도록 제 2 감압기구(26)가 감압 제어되는 것이다.
상기 발명에서는, 냉방운전의 경우, 제 2 감압기구(26)에서 소정압력까지 감압된 냉매가 실내공기 열교환기(25)에서 공기로부터 흡열한 후, 다시 실내복사용 열교환기(23)로부터 흡열하여 증발한다. 실내공기 열교환기(25)에서는 냉각된 공기가 냉풍으로서 실내로 공급된다. 한편, 실내복사용 열교환기(23)는 냉매의 흡열에 의해 냉각되어 주위공기가 냉각된다. 즉, 실내공기가 복사냉각된다. 따라서 냉풍 및 복사냉각에 의해 실내의 냉방이 이루어진다.
제 4 발명은, 상기 제 3 발명에 있어서, 상기 냉매회로(20)는, 냉매가 실내복사용 열교환기(23) 및 제 1 감압기구(24)를 우회하여 흐르는 바이패스통로(28)를 구비하며, 이 바이패스통로(28)에 개폐밸브(29)가 배치된다.
상기 발명에서는, 예를 들어 냉방운전의 경우, 개폐밸브(29)를 개방 상태로 하여, 실내공기 열교환기(25)에서 공기로부터 흡열하여 증발한 냉매가 실내복사용 열교환기(23)로 흐르지 않고 바이패스통로(28)로 흐르게 한다. 이로써, 실내공기 열교환기(25)의 냉풍만에 의한 냉방이 이루어진다.
제 5 발명은, 상기 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 실내복사용 열교환기(23)와 실내공기 열교환기(25)는 1대의 실내유닛(11)에 설치된다. 그리고 상기 실내복사용 열교환기(23)는, 복사열을 발하는 복사면이 실내에 면하도록 실내유닛(11)의 케이싱(12)에 설치되는 한편, 상기 실내공기 열교환기(25)는 실내유닛(11)의 케이싱(12) 내부에 수납된다.
상기 발명에서는, 실내복사용 열교환기(23) 및 실내공기 열교환기(25)의 설치공간 축소화가 도모된다.
제 6 발명은, 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 냉매회로(20)의 냉방주기에서, 냉매가 실외열교환기(27) 및 실내공기 열교환기(25)에서 방열하며, 실내복사용 열교환기(23)에서 흡열하여 증발하도록 제 2 감압기구(26)에서의 냉매 감압이 저지되는 것이다.
상기 발명에서는, 실외열교환기(27)에서 방열한 냉매가 제 2 감압기구(26)에서 전혀 감압되지 않는다. 따라서 냉매가 온도 저하되는 일없이 실내공기 열교환기(25)로 유입되므로, 그 실내공기 열교환기(25)의 난방능력이 향상된다.
제 7 발명은, 상기 제 1 내지 제 3 발명 중 어느 하나에 있어서 상기 냉매가 이산화탄소인 것이다.
상기 발명에서는, 압축기(21)에 의해 이산화탄소인 냉매가 그 초임계압력까지 압축된다. 이 토출후의 초임계압력상태 냉매는, 통상, 이른바 아임계상태의 냉매에 비해 고온영역이 크다. 따라서, 예를 들어 제상운전의 경우, 실외열교환기(27) 및 실내공기 열교환기(25)에서의 냉매 방열량이 증대한다. 이로써, 제상능력 및 난방능력 쌍방이 향상된다. 또, 난방운전의 경우, 실내복사용 열교환기(23) 및 실내공기 열교환기(25)에서의 냉매 방열량이 증대한다. 따라서 복사열 및 온풍에 의한 난방능력이 향상된다.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면, 냉매가 실외열교환기(27) 및 실내공기 열교환기(25)의 쌍방에서 방열하고, 실내복사용 열교환기(23)에서 증발하도록 제 1 감압기구(24)를 제어하도록 구성된다. 이로써, 실외열교환기(27)의 성에를 제거하면서, 실내공기 열교환기(25)의 온풍에 의한 실내 난방을 행할 수 있다. 따라서 제상운전 중도 난방을 정지하지 않아도 되므로, 실내 쾌적성을 손상할 우려는 없다.
또 제 2 발명에 의하면, 냉매가 실내복사용 열교환기(23) 및 실내공기 열교환기(25)에서 증발하도록 제 2 감압기구(26)를 제어하도록 구성된다. 이로써, 실내공기 열교환기(25)의 냉풍만이 아닌, 실내복사용 열교환기(23)의 복사냉각에 의해서도 실내를 냉방할 수 있다. 따라서 복사 냉각된만큼 냉풍량을 억제할 수 있으므로, 사용자가 느끼는 드래프트(Draft)감을 억제할 수 있어, 쾌적성을 향상시킬 수 있다.
또한 제 3 발명에 의하면, 냉매가 실내복사용 열교환기(23) 및 실내공기 열교환기(25)에서 방열하도록 제 2 감압기구(26)를 제어하도록 구성된다. 이로써, 실내공기 열교환기(25)의 온풍만이 아닌, 실내복사용 열교환기(23)의 복사열에 의해서도 실내를 난방할 수 있다. 따라서 복사열만큼의 온풍량을 억제할 수 있어, 사용자가 느끼는 드래프트감을 억제할 수 있다.
또 제 4 발명에 의하면, 실내복사용 열교환기(23) 및 제 1 감압기구(24)의 바이패스통로(28)를 설치하도록 하므로, 냉방부하가 작은 경우에 복사냉각을 무효로 할 수 있다. 그리고, 실내복사용 열교환기(23)의 복사면에 성에가 끼는 조건 하에서는, 복사냉각을 무효로 함으로써, 성에가 끼는 것을 방지할 수 있다.
또한 제 5 발명에 의하면, 실내복사용 열교환기(23)와 실내공기 열교환기(25)를 1대의 실내유닛(11)에 설치하도록 하므로, 장치의 설치공간 축소화를 도모할 수 있다.
또 제 7 발명에 의하면, 냉매로서 이산화탄소를 이용하므로, 그 냉매를 초임계압력까지 압축하면 냉매의 고온영역을 크게 취할 수 있다. 따라서 제상운전에 있어서, 실외공기 열교환기(27)의 제상과 실내공기 열교환기(25)의 난방을 위해 필요한 냉매의 방열량을 충분히 확보할 수 있다. 이로써, 제상과 난방을 확실하게 행할 수 있다. 난방운전에서는 실내복사패널(23)의 복사열을 높일 수 있으므로, 그만큼 실내공기 열교환기(25)의 풍량을 줄일 수 있어, 드래프트감을 저감할 수 있다. 그 결과, 실내의 쾌적성이 향상된다.
도 1은, 공기조화장치의 전체구성을 나타내는 냉매회로도이다.
도 2는, 실내유닛의 구성을 나타내는 것으로, (A)는 정면도이며, (B)는 오른쪽에서 본 단면도이다.
도 3은, 실내복사패널의 내부를 나타내는 평면도이다.
도 4는, 난방운전의 동작을 나타내는 냉매회로도이다.
도 5는, 난방운전 시 및 제상운전 시의 냉매상태를 나타내는 몰리에르 선도 이다.
도 6은, 냉방운전 및 제상운전의 동작을 나타내는 냉매회로도이다.
도 7은, 냉방운전 시의 냉매상태를 나타내는 몰리에르 선도이다.
도 8은, 냉방운전의 동작을 나타내는 냉매회로도이다.
도 9는, 변형예 1에 관한 실내유닛 구성을 나타내는 것으로, (A)는 정면도이며, (B)는 오른쪽에서 본 단면도이다.
도 10은, 변형예 2에 관한 실내유닛 구성을 나타내는 것으로, (A)는 정면도이며, (B)는 오른쪽에서 본 단면도이다.
[부호의 설명]
10 : 공기조화장치 11 : 실내유닛
12 : 케이싱 20 : 냉매회로
21 : 압축기
23 : 실내복사패널(실내복사용 열교환기)
24 : 제 1 팽창밸브(제 1 감압기구)
25 : 실내공기 열교환기 26 : 제 2 팽창밸브(제 2 감압기구)
27 : 실외공기 열교환기(실외열교환기)
28 : 바이패스통로 29 : 전자(電磁)밸브(개폐밸브)
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 1～도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 공기조화장치(10)는 실내 의 냉방 및 난방을 행하는 것이다. 이 공기조화장치(10)는 냉매회로(20)를 구비한다.
상기 냉매회로(20)는, 압축기(21)와, 실내복사패널(23), 제 1 팽창밸브(24), 실내공기 열교환기(25), 제 2 팽창밸브(26), 및 실외공기 열교환기(27)가 차례로 배관 접속되어 폐회로로 구성된다. 또, 이 냉매회로(20)는 압축기(21)와 실내복사패널(23) 및 실외공기 열교환기(27) 사이에 배관접속된 십자전환밸브(22)를 구비한다. 그리고 냉매회로(20)는 냉매로서 이산화탄소(CO2)가 충전되며, 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 행하도록 구성된다.
상기 냉매회로(20)는 십자전환밸브(22)의 전환에 의해 냉매의 순환방향이 가역으로 된다. 즉, 냉매가 냉방주기에서 흐르는 순환과 난방주기에서 흐르는 순환이 전환된다. 예를 들어 십자전환밸브(22)가 도 1에 실선으로 나타내는 상태로 전환되면, 난방주기에서 냉매가 역시계방향으로 순환한다. 또, 십자전환밸브(22)가 도 1에 나타내는 점선으로 나타내는 상태로 전환되면, 냉방주기에서 냉매가 시계방향으로 순환한다.
상기 압축기(21)는, 예를 들어 회전식 압축기나 스크롤식 압축기 등 용적형 압축기이다. 그리고 압축기(21)는 흡입한 냉매(이산화탄소)를 그 초임계압력까지 압축하도록 구성된다. 즉, 냉매회로(20)에서 고압이 냉매의 임계압력보다 높아진다.
상기 실내공기 열교환기(25) 및 실외공기 열교환기(27)는 모두 크로스핀식의 핀튜브형 열교환기로 구성되며, 냉매가 공기와 열 교환하는 것이다. 또, 실내공기 열교환기(25)에는 실내 팬(25F)이, 실외공기 열교환기(27)에는 실외 팬(27F)이 각각 근접 배치된다. 그리고 실내공기 열교환기(25)에서는 냉매와 열교환하여 가열 또는 냉각된 공기가 실내로 공급되어, 난방 또는 냉방이 이루어진다. 여기서 실외공기 열교환기(27)는 본 발명에 관한 실외열교환기를 구성한다.
상기 실내복사패널(23)은, 난방운전의 경우, 냉매로부터 흡열하여 복사열을 실내로 공급한다. 즉, 복사난방이 이루어진다. 또, 실내복사패널(23)은, 냉방운전의 경우, 냉매의 흡열에 의해 냉각되어, 그 주위공기가 냉각된다. 즉, 복사냉방이 이루어진다. 여기서 이 실내복사패널(23)은 본 발명에 관한 실내복사용 열교환기를 구성한다.
상기 제 1 팽창밸브(24) 및 제 2 팽창밸브(26)는 모두 냉매의 팽창기구를 구성한다. 이들 제 1 팽창밸브(24) 및 제 2 팽창밸브(26)는 개방도를 조절하여 냉매의 감압제어를 하는 것이며, 본 발명에 관한 제 1 감압기구 및 제 2 감압기구를 구성한다.
또, 상기 냉매회로(20)에는 실내복사패널(23) 및 제 1 팽창밸브(24)를 우회하는 바이패스통로(28)가 설치된다. 이 바이패스통로(28)에는 개폐밸브인 전자밸브(29)가 배치된다.
상기 실내복사패널(23), 제 1 팽창밸브(24), 전자밸브(29), 실내공기 열교환기(25) 및 실내 팬(25F)은, 도 2에 나타내는 바와 같이 1대의 실내유닛(11)을 구성한다. 이 실내유닛(11)은, 이른바 스탠드형으로 구성된다. 여기서, 도 2에서는 제 1 팽창밸브(24) 및 전자밸브(29)를 생략한다.
상기 실내유닛(11)은 가로로 긴 사각형으로 형성된 케이싱(12)을 구비한다. 케이싱(12)은 바닥면의 양단에 다리(13)가 설치된다. 케이싱(12)은 바닥면 중앙부분에 공기의 흡입구(12a)가 형성됨과 더불어, 상면의 길이방향을 따라 공기의 토출구(12b)가 형성된다. 또 케이싱(12)의 앞면에는 대략 전체에 걸쳐 실내복사패널(23)이 끼워진다. 케이싱(12) 내에는 실내공기 열교환기(25) 및 실내 팬(25F)이 수납된다. 실내공기 열교환기(25)는 실내복사패널(23)의 배면 쪽에 배치되며, 상단이 케이싱(12) 배면 쪽으로 기울어져 배치된다. 한편, 실내 팬(25F)은 실내복사패널(23)의 배면 쪽이며 실내공기 열교환기(25) 하방에 배치된다. 실내복사패널(23)은, 도 3에 나타내는 바와 같이 내부에 전열관(23a)이 설치된다. 전열관(23a)은 내부를 냉매가 흐르며, 패널 전체에 걸쳐 평면적으로 배치된다. 냉매는 이 전열관(23a)을 통해 패널 본체에 방열하거나, 또는 패널 본체로부터 흡열한다. 또, 전열관(23a)의 양단은 냉매배관에 의해 제 1 팽창밸브(24)와 십자전환밸브(22)에 접속된다.
본 실시형태의 공기조화장치(10)는 실외공기 열교환기(27)의 성에를 제거하기 위한 제상운전을 행한다. 이 제상운전은 냉매가 냉방주기에서 순환하여 이루어진다. 그리고 본 발명의 특징으로서, 제상운전에서는 냉매가 실외공기 열교환기(27) 및 실내공기 열교환기(25)에서 방열하며, 실내복사용 열교환기(23)에서 흡열하여 증발하도록, 제 2 팽창밸브(26)가 전개(全開)로 설정되고, 제 1 팽창밸브(24)가 감압 제어된다. 이로써, 실외공기 열교환기(27)에서 냉매의 방열에 의해 제상이 이루어짐과 더불어, 실내공기 열교환기(25)에서 냉매의 방열에 의해 공기가 가열되어 실내의 난방이 이루어진다.
-운전동작-
다음으로, 상기 공기조화장치(10)의 운전동작에 대하여 도 4～도 8을 참조하면서 설명하기로 한다. 이 공기조화장치(10)는 난방운전, 냉방운전 및 제상운전이 전환 가능하게 구성된다.
<난방운전>
이 난방운전은, 실내복사패널(23)의 복사열과 실내공기 열교환기(25)의 온풍에 의해 실내를 난방하는 운전이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 이 난방운전에서는 냉매가 난방주기에서 순환하도록 십자전환밸브(22)가 전환된다. 또, 전자밸브(29)가 폐쇄 상태로 설정되는 한편, 제 1 팽창밸브(24)가 개방 상태로, 제 2 팽창밸브(26)가 소정의 개방도로 설정된다.
이 상태에서 압축기(21)를 구동시키면, 냉매가 압축기(21)에서 압축되고 초임계압력상태의 고압냉매가 되어 토출되며, 실내복사패널(23)로 흐른다. 이 실내복사패널(23)에서는 고온냉매로부터 방열된 열량이 복사열로서 실내로 공급된다. 이때, 냉매는 초임계압력상태이므로, 방열해도 응축하는 일없이 온도가 저하된다. 실내복사패널(23)에서 냉각된 냉매는 제 1 팽창밸브(24)를 통과하여 실내공기 열교환기(25)로 흐른다.
상기 실내공기 열교환기(25)에서는 냉매가 실내 팬(25F)에 의해 도입된 실내 공기에 방열하며, 가열된 실내공기가 온풍이 되어 실내로 공급된다. 이때, 냉매는 초임계압력상태이므로, 전술한 바와 마찬가지로, 방열해도 응축하는 일없이 온도가 저하된다. 실내공기 열교환기(25)에서 냉각된 저온냉매는 제 2 팽창밸브(26)에서 소정 압력으로 감압된다. 이 감압 후의 냉매는 실외공기 열교환기(27)로 흐르며, 실외 팬(27F)에 의해 도입된 실외공기로부터 흡열하여 증발한다. 이 증발냉매는 압축기(21)에서 다시 압축되며, 이 냉매순환을 반복한다. 이와 같이, 실내복사패널(23)의 복사열 및 실내공기 열교환기(25)의 온풍에 의해 실내가 난방된다.
여기서, 전술한 난방운전 시 냉동주기(초임계주기)에서의 냉매상태를 도 5에 실선으로 나타내는 몰리에르 선도에 기초하여 설명한다. 냉매상태는 A점→B점→C점→D점→E점→A점의 순으로 반복하여 변화한다.
구체적으로, 압축기(21)에서, 흡입된 A점 냉매가 B점까지 압축되어, 초임계압력상태의 고온냉매로 된다. B점 냉매는 실내복사패널(23)에서 방열함으로써 온도가 저하되어 C점 냉매로 되며, 실내공기 열교환기(25)에서 다시 방열함으로써 온도가 저하되어 D점 냉매로 된다. D점 냉매는 제 2 팽창밸브(26)에서 E점까지 감압된다. E점 냉매는 실외공기 열교환기(27)에서 증발하여 A점 냉매로 되며, 다시 압축기(21)로 흡입된다.
이와 같이, 아임계주기에 비해 초임계주기에는 응축영역이 존재하지 않으므로, 고온영역이 넓다. 따라서 실내복사패널(23)에서의 냉매 방열량이 높아지며, 고온의 복사열을 얻을 수 있다. 그 결과, 복사열에 의한 난방능력이 향상된다. 또, 실내복사패널(23)의 복사열에 의한 난방능력이 높으므로, 실내공기 열교환 기(25)의 온풍에 필요한 난방능력이 적어도 된다. 그 결과, 실내공기 열교환기(25)에 있어서 필요한 풍량을 줄일 수 있어, 온풍에 의한 드래프트(Draft)감을 저감할 수 있다.
<냉방운전>
이 냉방운전은, 실내복사패널(23)의 복사냉각과 실내공기 열교환기(25)의 냉풍에 의해 실내를 냉방하는 운전이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 이 냉방운전에서는 냉매가 냉방주기에서 순환하도록 십자전환밸브(22)가 전환된다. 또 전자밸브(29)가 폐쇄 상태로 설정되는 한편, 제 1 팽창밸브(24)가 개방 상태로, 제 2 팽창밸브(26)가 소정의 개방도로 설정된다.
이 상태에서 압축기(21)를 구동시키면, 냉매가 압축기(21)에서 압축되고 초임계압력상태의 고압냉매가 되어 토출되며, 실외공기 열교환기(27)로 흐른다. 이 실외공기 열교환기(27)에서는 고온냉매가 실외공기에 방열한다. 이때, 냉매는 초임계압력상태이므로, 방열해도 응축하는 일없이 온도가 저하된다. 이 냉매는 제 2 팽창밸브(26)에서 소정 압력으로 감압된 후, 실내공기 열교환기(25)로 흐른다.
상기 실내공기 열교환기(25)에서는, 냉매가 실내공기로부터 흡열하여 증발하며, 냉각된 실내공기가 냉풍이 되어 실내로 공급된다. 다음에, 냉매는 실내복사패널(23)로부터 흡열하여 과열증기로 된다. 이로써, 실내복사패널(23)이 냉각되어, 주위의 실내공기가 복사냉각 된다. 증발된 냉매는 압축기(21)에서 다시 압축되며, 이 냉매순환을 반복한다. 이와 같이, 실내복사패널(23)의 복사냉각 및 실내공기 열교환기(25)의 냉풍에 의해 실내가 냉방된다.
여기서, 전술한 냉방운전 시 냉동주기(초임계주기)에서의 냉매상태를 도 7에 나타내는 몰리에르 선도에 기초하여 설명한다. 냉매상태는 A점→B점→C점→D점→E점→A점의 순으로 반복하여 변화한다.
구체적으로, 압축기(21)에서, 흡입된 A점 냉매가 B점까지 압축되어, 초임계압력상태의 고온냉매로 된다. B점 냉매는 실외공기 열교환기(27)에서 방열함으로써 온도가 저하되어 C점 냉매로 된다. C점 냉매는 제 2 팽창밸브(26)에서 D점까지 감압된다. D점 냉매는 실내공기 열교환기(25)에서 증발하여 E점 냉매로 된다. E점 냉매는 실내복사패널(23)로부터 흡열함으로써 과열되어 A점 냉매로 되며, 다시 압축기(21)로 흡입된다.
여기서, 이 냉방운전에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이 냉매가 바이패스통로(28)를 흐르도록 해도 된다. 즉, 이 경우 제 1 팽창밸브(24)가 폐쇄 상태로 설정되며, 전자밸브(29)가 개방 상태로 설정된다. 그리하면, 실내공기 열교환기(25)에서 증발한 냉매가 제 1 팽창밸브(24) 및 실내복사패널(23)을 우회하여 압축기(21)로 돌아온다. 이로써, 그다지 냉방능력이 필요하지 않은 경우에, 실내복사패널(23)의 복사냉각을 무효로 할 수 있다. 또, 실내복사패널(23)의 복사면에 성에가 끼는 조건 하에서는, 이 운전을 실행함으로써, 성에가 끼는 것을 방지할 수 있다.
<제상운전>
이 제상운전은, 실외공기 열교환기(27)의 제상과, 실내공기 열교환기(25)의 온풍에 의한 실내난방을 동시에 하는 운전이다.
이 제상운전에서는, 냉매가 냉방주기에서 순환하도록 십자전환밸브(22)가 전환된다. 또 전자밸브(29)가 폐쇄 상태로 설정되는 한편, 제 1 팽창밸브(24)가 소정의 개방도로, 제 2 팽창밸브(26)가 전개방 상태로 설정된다. 여기서 냉매의 흐름은, 전술한 냉방운전(도 6 참조)과 마찬가지이다.
이 상태에서 압축기(21)를 구동시키면, 냉매가 압축기(21)에서 압축되고 초임계압력상태의 고압냉매가 되어 토출되며, 실외공기 열교환기(27)로 흐른다. 이 실외공기 열교환기(27)에서는 고온냉매의 방열에 의해 제상된다. 이때, 냉매는 초임계압력상태이므로, 방열해도 응축하는 일없이 온도가 저하된다. 이 냉매는, 감압되는 일없이 제 2 팽창밸브(26)를 통과하여, 실내공기 열교환기(25)로 흐른다. 실내공기 열교환기(25)에서는 냉매가 실내공기에 방열하며, 가열된 실내공기가 온풍이 되어 실내로 공급된다.
다음으로, 냉매는 제 1 팽창밸브(24)에서 소정압력으로 감압된 후, 실내복사패널(23)로 흐른다. 실내복사패널(23)에서는, 이 실내복사패널(23) 자체가 갖는 열을 흡열하여 증발한다. 즉 제 1 팽창밸브(24)는, 냉매가 실내복사패널(23)의 열에 의해 증발될 수 있도록 감압 제어(개방도 제어)된다. 또, 실외공기 열교환기(27)의 착상(着霜)은 대부분의 경우 난방운전 시에 발생하므로, 제상운전은 난방운전을 실행하는 도중에 행해지는 일이 많다. 따라서 실내복사패널(23)에는, 난방운전 시에 냉매로부터 흡열한 열이 축열된다. 이로써, 제상운전에서, 실내복사패널(23)의 축열을 이용하여 냉매를 확실하게 증발시킬 수 있다. 실내복사패널(23) 에서 증발한 냉매는 압축기(21)에서 다시 압축되며, 이 냉매순환을 반복한다. 이와 같이 실외공기 열교환기(27)의 제상과, 실내공기 열교환기(25)의 온풍에 의한 실내 난방이 이루어진다.
여기서, 전술한 제상운전 시 냉동주기(초임계주기)에서의 냉매상태를 도 5에 점선으로 나타낸 몰리에르 선도에 기초하여 설명한다. 냉매의 상태는 A1점→B1점→C1점→D1점→E1점→A1점의 순으로 반복하여 변화한다.
구체적으로, 압축기(21)에서, 흡입된 A1점 냉매가 B1점까지 압축되어, 초임계압력상태의 고온냉매로 된다. B1점 냉매는 실외공기 열교환기(27)에서 방열함으로써 온도가 저하되어 C1점 냉매로 된다. C1점 냉매는 실내공기 열교환기(25)에서 다시 방열함으로써 온도가 저하되어 D1점 냉매로 된다. D1점 냉매는 제 2 팽창밸브(26)에서 E1점까지 감압된다. E1점 냉매는 실내복사패널(23)로부터 흡열함으로써 증발하여 A1점 냉매로 되며, 다시 압축기(21)로 흡입된다.
이상과 같이 본 실시형태의 제상운전에서는, 실내복사패널(23)을, 그 축열을 이용하여 증발기로서 기능시키며, 실외공기 열교환기(27) 및 실내공기 열교환기(25)를, 방열기로서 기능시키도록 한다. 즉, 초임계주기에서는 냉매의 고온영역이 넓으므로, 실외공기 열교환기(27) 및 실내공기 열교환기(25)에서 필요한 냉매의 방열량을 얻을 수 있다. 따라서 실외공기 열교환기(27)의 성에를 제거하면서도, 실내공기 열교환기(25)의 온풍에 의해 충분한 난방을 할 수 있다. 즉, 종래와 같이 제상운전을 하기 위해 난방운전을 정지시킬 필요가 없으므로, 실내 쾌적성의 저하를 방지할 수 있다. 또 압축기(21)의 토출냉매는 아임계주기에 비해 고온이므 로, 실외공기 열교환기(27)에서의 제상능력을 높일 수 있다.
-실시형태의 효과-
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 냉방주기에서 행하는 제상운전에서, 실외공기 열교환기(27) 및 실내공기 열교환기(25)를 방열기로서 기능시키며 실내복사패널(23)을 증발기로서 기능시키도록, 제 2 팽창밸브(26)를 전개로, 제 1 팽창밸브(24)를 감압 제어하도록 한다. 이로써, 실외공기 열교환기(27)의 성에를 제거하면서도, 실내를 난방할 수 있다. 그 결과, 제상운전 중이어도, 실내의 쾌적성을 손상하는 일은 없다.
또, 냉매로서 이산화탄소를 이용하여 초임계주기에서 운전하도록 하므로, 냉매의 고온영역을 크게 취할 수 있다. 따라서 제상운전에서, 실외공기 열교환기(27)의 제상과 실내공기 열교환기(25)의 난방을 위해 필요한 냉매의 방열량을 충분히 확보할 수 있다. 이로써 제상과 난방을 확실하게 행할 수 있다. 난방운전에서는 실내복사패널(23)의 복사열을 높일 수 있으므로, 그만큼 실내공기 열교환기(25)에서의 풍량을 줄일 수 있어, 드래프트감을 저감할 수 있다. 그 결과, 실내의 쾌적성이 향상된다.
또, 냉방운전에서는 실내복사패널(23)에 의한 복사냉각에 의해서도 실내의 냉방을 행하도록 한다. 따라서, 그만큼 실내공기 열교환기(25)에서의 냉풍량을 줄일 수 있어, 드래프트감을 저감할 수 있다.
-실시형태의 변형예-
다음에, 상기 실시형태의 변형예 1 및 2에 대하여 설명하기로 한다. 이 변 형예 1 및 2는 모두 상기 실시형태의 실내유닛(11) 구성을 변경하도록 한 것이다.
변형예 1은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 케이싱(12)의 흡입구(12a) 및 토출구(12b)의 배치를 변경한 것이다. 흡입구(12a)는 케이싱(12) 상면의 길이방향에 걸쳐 형성되며, 토출구(12b)는 케이싱(12) 바닥면의 중앙부분에 형성된다. 여기서 실내공기 열교환기(25)는, 상단이 실내복사패널(23) 쪽에 기울어져 배치된다.
변형예 2는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 실내복사패널(23), 흡입구(12a) 및 토출구(12b)의 배치를 변경한 것이다. 실내복사패널(23)은 케이싱(12) 상면의 뒤쪽에 설치된다. 실내복사패널(23)의 복사면은 앞쪽을 향한 상태이다. 흡입구(12a) 및 토출구(12b)는 케이싱(12) 앞면에 형성된다. 그리고 흡입구(12a)는 케이싱(12) 앞면의 상방에 위치하며, 길이방향으로 이어지는 가로형으로 형성된다. 토출구(12b)는 케이싱(12) 앞면의 흡입구(12a) 하방에 위치하며, 길이방향으로 이어지는 가로형으로 형성된다.
<<그 밖의 실시형태>>
상기 실시형태 및 변형예에 대해서는 이하와 같은 구성으로 해도 된다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는 실외열교환기를 냉매가 공기와 열교환하는 실외공기 열교환기(27)로 했으나, 이에 한정되지 않으며, 냉매가 물이나 브라인 등 그 밖의 열매체와 열교환하는 열교환기를 구성하도록 해도 된다.
또, 본 발명은 상기 실시형태에서 바이패스통로(28)를 생략하도록 해도 되며, 실내복사패널(23)과 실내공기 열교환기(25)를 별개로 독자적으로 구성하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 냉방운전이 가능한 공기조화장치에 대하여 설명했으나, 본 발명은 냉방운전을 제외한 난방운전과 제상운전만이 가능한 공기조화장치에 대해서도 적용할 수 있다.
그리고 이상의 실시형태는 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물, 또는 그 용도범위의 제한을 의도하는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 실내복사패널과 실내열교환기를 갖는 냉매회로를 구비한 공기조화장치로서 유용하다.

Claims (7)

  1. 압축기(21)와, 실내복사용 열교환기(23)와, 제 1 감압기구(24)와, 실내공기 열교환기(25)와, 제 2 감압기구(26)와, 실외열교환기(27)가 차례로 접속되며, 냉매가 가역으로 순환하여 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(20)를 구비하며,
    상기 냉매 회로(20)의 난방주기에서, 냉매가 실내복사용 열교환기(23) 및 실내공기 열교환기(25)에서 방열하며, 실외열교환기(27)에서 흡열하여 증발하도록 제 2 감압 기구(26)가 감압 제어되는 난방 운전과,
    상기 냉매회로(20)의 냉방주기에서, 냉매가 실외열교환기(27) 및 실내공기 열교환기(25)에서 방열하고, 실내복사용 열교환기(23)에서 상기 난방 운전시에 축열된 열을 흡열하여 증발하도록 제 1 감압기구(24)가 감압 제어되고, 상기 난방 운전에 의해 착상한 실외열교환기(27)를 제상하는 제상운전이 실행가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉매회로(20)의 냉방주기에서, 냉매가 실외열교환기(27)에서 방열하며, 실내공기 열교환기(25) 및 실내복사용 열교환기(23)에서 흡열하여 증발하도록 제 2 감압기구(26)가 감압 제어되는 냉방운전이 실행가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 냉매회로(20)는, 냉매가 실내복사용 열교환기(23) 및 제 1 감압기구(24)를 우회하여 흐르는 바이패스통로(28)를 구비하며, 이 바이패스통로(28)에 개폐밸브(29)가 배치되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 실내복사용 열교환기(23)와 실내공기 열교환기(25)는 1대의 실내유닛(11)에 설치되며,
    상기 실내복사용 열교환기(23)는, 복사열을 발하는 복사면이 실내에 면하도록 실내유닛(11)의 케이싱(12)에 설치되는 한편,
    상기 실내공기 열교환기(25)는, 실내유닛(11)의 케이싱(12) 내부에 수납되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제상운전에서는, 상기 냉매회로(20)의 냉방주기에서, 냉매가 실외열교환기(27) 및 실내공기 열교환기(25)에서 방열하며, 실내복사용 열교환기(23)에서 흡열하여 증발하도록 제 2 감압기구(26)에서의 냉매 감압이 저지되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
  7. 청구항 1 또는 3에 있어서,
    상기 냉매는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
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