KR101203578B1 - 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 특히, 리시버 내부 압력에 대응하여 체적이 변화되는 압력감응 가변체를 포함함으로써, 캐비티 내부에 저장되어야 할 액냉매의 양을 가변함으로써, 능동적으로 외기 온도에 대응하여 냉매 사이클에 관여하는 액냉매의 양을 조절하기 때문에 한랭지 및 극서지에서의 냉/난방 효율을 증대시키는 이점을 제공한다.

Description

공기조화기{Air conditioner}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 요구 부하에 따라 유동되는 기체 냉매의 양을 조절할 수 있도록 리시버를 구비하는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화기는 압축기에 의하여 압축된 고온/고압의 기체 냉매가 응축기에서 상변화가 이루어져 응축된 후, 응축된 냉매가 팽창기를 거쳐 증발기에서 상변화가 이루어져 증발되는 순환과정을 거치는데, 상기 응축기 및 상기 증발기에서 열교환이 이루어지는 것에 착안하여 실내를 냉/난방시키는 장치이다.

도 1은 종래 기술에 따른 공기조화기의 사이클도를 나타낸 것으로서, 도 1을 참조하여 보다 상세하게 종래 기술에 따른 공기조화기의 구성을 살펴보면, 실내 열교환기와, 실내 열교환기가 냉방기로 작동되면 응축기로 작용하고, 난방기로 작동되면 증발기로 작용하는 실외 열교환기와, 실내 열교환기와 실외 열교환기를 순환하는 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기에서 나온 냉매가 실내 열교환기 또는 실외 열교환기로 유입되도록 냉매의 순환방향을 바꾸어주는 제1방향절환수단과, 실내 열교환기와 실외 열교환기를 순환하는 냉매 중 잉여 냉매를 저장하는 리시버와, 실내 열교환기 또는 실외 열교환기로부터 나온 냉매가 리시버로 유입되도록 냉매의 순환방향을 바꾸어주는 제2방향절환수단과, 리시버를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창기구를 포함하여 구성된다.

그런데, 종래 기술에 따른 공기조화기의 구성 중 리시버는, 단순히 잉여 냉매를 저장하는 기능을 수행할 뿐이어서, 한랭지와 같이 요구 부하가 큰 경우 리시버 본체 내부의 잉여 냉매 수위가 낮아져 더 많은 냉매가 요구되는 경우에도 냉매의 순환 사이클에 냉매를 보충하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 리시버의 본체 내부에 압력변화에 대응하여 체적이 가변되는 압력감응 가변체를 잉여 냉매와 함께 포함함으로써, 공기조화기의 요구 부하에 능동적으로 잉여 냉매를 보충함으로써 한랭지 등의 요구 부하가 큰 지역에서도 냉매 사이클 내의 냉매 순환량을 조절할 수 있는 공기조화기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 공기조화기는, 실내 열교환기와, 상기 실내 열교환기가 냉방기로 작동되면 응축기로 작용하고, 난방기로 작동되면 증발기로 작용하는 실외 열교환기와, 상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기를 순환하는 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매가 상기 실내 열교환기 또는 상기 실외 열교환기로 유입되도록 냉매의 순환방향을 절환하는 제1절환수단과, 상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기를 순환하는 냉매 중 액상의 잉여 냉매가 저장되는 리시버와, 상기 실내 열교환기 또는 상기 실외 열교환기로부터 나온 냉매가 상기 리시버로 유입되도록 냉매의 순환방향을 절환하는 제2절환수단과, 상기 리시버를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창기구를 포함하고, 상기 리시버는, 내부에 액냉매가 저장되는 캐비티가 형성된 본체와, 상기 캐비티에 설치되어 상기 본체 내부의 압력변화에 대응하여 체적이 가변되는 압력감응 가변체를 포함하며, 상기 리시버는, 상기 압력감응 가변체를 포함한 상기 액냉매의 체적에 따라 상기 캐비티 내부에 저장되어야 할 액냉매의 양이 가변된다.

여기서, 상기 압력감응 가변체는, 상기 본체 내부의 압력이 높으면 체적이 감소하여 상기 캐비티 내부에 저장되어야 할 액냉매의 양을 증가시키고, 상기 본체 내부의 압력이 낮으면 체적이 증가하여 상기 캐비티 내부에 저장되어야 할 액냉매의 양을 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 압력감응 가변체는, 압축성 유체가 얇은 막에 의하여 상기 냉매와 단절되도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 본체의 내부의 압력을 감지하는 압력 감지부를 더 포함하고, 상기 압력감응 가변체는 상기 압력 감지부에 의하여 감지된 상기 본체 내부의 압력에 따라 체적이 변화될 수 있다.

또한, 상기 리시버는, 상기 본체에 설치되고, 상기 압력감응 가변체를 포함한 상기 액냉매의 체적에 따라 변화되는 상기 액냉매의 최고 수위에 따라 상기 팽창기구로 내보내는 액냉매의 양을 조절하는 액냉매 토출 조절부를 더 포함할 수 있다.

아울러, 상기 리시버는, 상기 본체의 내부 압력에 따라 상기 압력감응 가변체의 체적이 변화되어 상기 캐비티에 수용되는 액냉매의 양이 감소된 경우 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 양이 증가됨과 아울러, 상기 캐비티에 수용되는 액냉매의 양이 증가된 경우 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 양이 감소되도록 수용되는 액냉매의 양이 가변 조절되게 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 공기조화기는, 리시버 내부에 포함된 압력감응 가변체에 의하여 리시버 내부의 잉여 냉매 수위가 조절되기 때문에, 냉매 사이클 내의 냉매 순환량을 조절할 수 있으므로 다양한 요구 부하에 능동적으로 대처할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 공기조화기는, 리시버 내부의 잉여 냉매의 수위가 본체 내부의 압력에 대응하여 가변되는 압력감응 가변체를 포함하기 때문에 응축기의 응축압력 등 각종 냉동 기구의 요구 부하에 대응할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 공기조화기는, 한랭지와 같이 요구 부하가 큰 경우에는 능동적으로 냉매의 부족함이 없이 리시버 내 잉여 냉매를 보충할 수 있으므로, 제품의 운전 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 종래 기술에 따른 공기조화기의 사이클도를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예를 나타낸 개념도이며,
도 3 및 도 4는 요구 부하에 따른 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예의 작동 모습을 나타낸 개념도이다.

이하, 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예를 나타낸 개념도이고, 도 3 및 도 4는 요구 부하에 따른 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예의 작동 모습을 나타낸 개념도이다.

종래의 구성과 동일한 구성에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하기로 한다.

본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예는, 실내 열교환기(50)와, 실내 열교환기(50)가 냉방기로 작동되면 응축기로 작용하고, 난방기로 작동되면 증발기로 작용하는 실외 열교환기(52)와, 실내 열교환기(50)와 실외 열교환기(52)를 순환하는 냉매를 압축하는 압축기(54)와, 압축기(54)에서 나온 냉매가 실내 열교환기(50) 또는 실외 열교환기(52)로 유입되도록 냉매의 순환방향을 절환시키는 제1절환수단(60)과, 실내 열교환기(50)와 실외 열교환기(52)를 순환하는 냉매 중 액상의 잉여 냉매가 저장되는 리시버(100)와, 실내 열교환기(50) 또는 실외 열교환기(52)로부터 나온 냉매가 리시버(100)로 유입되도록 냉매의 순환방향을 절환하는 제2절환수단(62)과, 리시버(100)를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창기구(58)를 포함한다.

여기서, 도 2에 참조된 바와 같이, 리시버(100)는, 내부에 액냉매가 저장되는 캐비티(102)가 형성된 본체(101)와, 캐비티(102)에 설치되어 본체(101) 내부의 압력변화에 대응하여 체적이 가변되는 압력감응 가변체(110)를 포함한다. 본체(101) 내부에는, 실외 열교환기(52) 또는 실내 열교환기(50)로부터 냉매가 유입되도록 하는 유입단이 형성될 수 있고, 반대로 실내 열교환기(50) 또는 실외 열교환기(52)로 냉매가 유출되도록 하는 유출단이 형성될 수 있다. 이 유입단 및 유출단은 명칭만을 부여할 뿐 냉/난방 절환시 그 명칭 여하에 관계없이 그 기능이 달라짐은 당연하다고 할 것이다.

리시버(100)는, 일반적으로 응축기로 작용하는 실외 열교환기(52) 또는 실내 열교환기(50)에 의하여 기체 냉매가 응축하여 액체 냉매로 상변화하면, 이 상변화된 액체 냉매를 축적하였다가 팽창 및 증발에 필요한 액체 냉매를 보충하여 보내도록 하는 역할을 한다.

또한, 리시버(100)는, 응축기로 작용하는 실내 열교환기(50) 또는 열교환기에 의하여 냉매가 기체 냉매 상태로 잔존하더라도 팽창 및 증발에 유리한 액체 냉매의 상태로 축적시키는 역할을 한다.

이와 같은 리시버(100)는, 종래 단순하게 액체 냉매를 저장하는 기능을 하였으나, 한랭지 등과 같은 요구 부하가 큰 지역에서의 경우, 즉 냉매가 순환되는 냉매 사이클 상에 보다 많은 냉매가 순환되어야 할 경우, 리시버(100) 내부의 액체 냉매 수위가 낮아진 상태에서는 능동적으로 냉매의 양을 조절할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예에서, 리시버(100)는, 상술한 바와 같이, 본체(101) 내부에 압력감응 가변체(110)를 포함함으로써, 리시버(100) 내부의 압력에 대응하여 체적이 변화함으로써 결론적으로 리시버(100) 내부에 축적된 액체 냉매의 수위를 변화시킬 수 있게 된다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 리시버(100) 내부의 압력이 강하하는 것은 압축기(54)의 압축력이 작아진다는 의미가 되고, 압축기(54)의 압축력이 작아진다는 것은 외기 온도가 높아 요구 부하가 그만큼 작다는 의미가 되기도 한다. 압축기(54)의 압축력이 작아지게 되면 응축기의 응축압력도 작아지면서 냉매 사이클 전반에 걸쳐 냉매의 압력이 작아지는 경우이다. 따라서, 리시버(100) 내부의 냉매 압력 또한 저하되므로, 이 때에는 압력감응 가변체(110)의 체적이 커지면서 보다 많은 액체 냉매를 리시버(100) 내부에 축적시키고, 이에 따라 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 양이 줄어들어 결론적으로 요구 부하가 낮아짐에 따른 공기조화기의 운전률을 조절할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 리시버(100) 내부의 압력이 상승하는 것은 강하하는 것과는 반대로, 외기 온도가 한랭지와 같이 낮아 요구 부하가 커서 압축기(54)의 압축력 등 냉매 사이클 전반에 걸쳐 냉매의 압력이 커지는 경우이다. 따라서, 리시버(100) 내부의 냉매 압력 또한 증가할 것이므로, 이 때에는 압력감응 가변체(110)의 체적이 작아지면서 리시버(100) 내부에 축적되는 액체 냉매의 양을 줄이게 되고, 이에 따라 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 양이 증가하여 결론적으로 요구 부하가 상승함에 따른 공기조화기의 운전률을 조절할 수 있게 되는 것이다.

다시 말하면, 리시버(100)는, 압력감응 가변체(110)를 포함한 액(체)냉매의 체적에 따라 캐비니 내부에 저장되어야 할 액냉매의 양을 가변시킴으로써 위와 같은 기능을 수행할 수 있다.

이와 같은 기능을 수행하도록 하는 압력감응 가변체(110)는, 본체(101) 내부의 압력이 높으면 체적이 감소하여 캐비티(102) 내부에 저장되어야 할 액냉매의 양을 증가시키고, 반대로, 본체(101) 내부의 압력이 낮으면 체적이 증가하여 캐비티(102) 내부에 저장되어야 할 액냉매의 양을 감소시키도록 구성되어야 한다.

압력감응 가변체(110)의 일실시예로써는, 압축성 유체가 얇은 막에 의하여 리시버(100) 내부에 축적되는 액냉매와 단절되도록 구성될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 압축성 유체는 외부의 압력에 따라 체적이 변동되는 유체의 하나로써, 예를 들면 공기와 같은 기체의 종류가 될 것이다. 그러나, 얇은 막을 기준으로 단절되되 체적이 변화되어야 하는 것이 반드시 유체일 필요는 없다. 본 발명에서는, 리시버(100) 내의 압력에 따라 체적이 변화되는 것이라면 어떤 재질로 이루어진 탄성체라도 본 발명의 권리범위에 포함되어야 함은 당연하다고 할 것이다. 예컨대, 얇은 막에 의하여 단절된 것이 유체가 아닌 고체이더라도, 스펀지와 같이 다공성 물질로서 외부 압력에 대하여 체적이 변화되었다가 복원되는 탄성체일 수 있는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예는, 본체(101) 내부의 압력을 감지할 수 있도록 설치된 압력 감지부를 더 포함할 수 있다.

압력 감지부는 리시버(100)의 본체(101) 내부에 설치되어 냉매 사이클 내의 압력에 상응하는 압력을 감지하는 역할을 한다. 여기서, 압력감응 가변체(110)는, 상술한 일실시예와는 달리, 압력 감지부에 의하여 감지된 압력에 따라 캐비티(102)의 체적을 변화시킬 수 있도록 구성되는 것도 가능하다.

여기서, 압력감응 가변체(110)는, 리시버(100) 본체(101) 내부의 압력에 자연적으로 감응하는 가변체(110)라기 보다는 압력 감지부에 의하여 작동되는 별도의 동작 메커니즘에 의하여 체적이 변화되도록 구성된 보다 복잡한 구성으로 이루어질 수 있다.

예를 들면, 캐비티(102) 내부에 설치된 압력감응 가변체(110)는, 액냉매가 수용되는 본체(101) 내부의 캐비티(102)에서 체적이 커지거나 작아지는 방향으로 변화되어 결국에는 본체(101) 내부의 캐비티(102)의 액냉매 수용량을 변화시키도록 구성되는 것도 가능하다. 여기서, 압력감응 가변체(110)의 각 구성은 구체적으로 설명하지 않았지만, 그 구성 각각의 동작은 압력 감지부에 의하여 감지된 압력에 따라 대응하여 동작한다는 것은 본 발명만이 가지는 특징이 될 수 있다.

결국, 상술하였던 압력감응 가변체(110)의 실시예들은 그 실시의 과정이 어떻든간에, 본체(101)에 설치되고, 압력감응 가변체(110)를 포함한 액냉매의 체적에 따라 변화되는 액냉매의 최고 수위에 따라 팽창기구(58)로 내보내는 액냉매의 양이 조절될 수 있다는 것은 공통된 특징이 될 것이다.

여기서, 리시버(100)는 팽창기구(58)로 액냉매를 강제로 내보낼 수 있는 액냉매 토출 조절부를 더 구비할 수 있다. 이는, 액냉매가 팽창기구(58)로 내보내지는 순환 방식에 근거하여 달라지겠지만, 리시버(100) 내부 압력에 대응하여 액냉매가 토출되어야 함에도 불구하고, 기타의 알 수 없는 문제로 리시버(100) 내부 압력에 대응하는 적절한 양의 액냉매의 토출이 되지 않을 경우를 대비한 것이다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예의 작동 과정을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2에 참조된 액냉매의 수위(A)가 하절기 및 동절기의 평균적인 외기 온도에 따른 리시버(100) 내부의 액냉매 축적 수위라고 가정할 경우, 리시버(100) 내부의 압력감응 가변체(110)의 체적 또한 리시버(100) 내부의 압력에 대응되는 크기의 체적을 유지하게 된다.

그러나, 도 3에 참조된 바와 같이, 정하여진 공기조화기의 운전률에 근거하여 작동되는 공기조화기에 있어서, 보다 많은 운전률을 요구하는 경우, 즉 요구 부하가 큰 한랭지 또는 극서지에서는 외기 온도가 평균적인 동절기 및 하절기보다 낮거나 높은 경우이기 때문에 공기조화기의 전체 운전률이 증가되어야 충분한 냉/난방 효과를 발휘할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 공기조화기의 운전률이 한랭지 또는 극서지에서 만족할 수 없는 운전률로 운전될 경우에는 냉매 순환량의 부족으로 응축압력이 낮기 때문에, 이 때에는 리시버(100) 내부의 압력은 낮아질 것이므로 압력감응 가변체(110)의 체적이 증가하고, 액냉매의 수위는 도면부호 B로 표시된 만큼 상승되어 리시버(100) 내부에 축적되는 액냉매의 양이 감소하게 된다. 이처럼, 감소된 만큼의 액냉매의 양은 냉매 사이클로 순환되도록 내보내져 보다 많은 냉매가 공기조화기의 운전률에 관여하기 때문에 한랭지 또는 극서지에 대응되는 냉/난방 운전이 가능하게 한다.

한편, 도 4에 참조된 바와 같이, 하절기 및 동절기나, 한랭지 또는 극서지의 공기조화기의 운전이 아닌 경우, 즉 일반적인 춘추절기의 공기조화기 운전시에는, 참조된 도 2 및 도 3에서와 같이 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 양이 많을 필요가 없다. 그럼에도 불구하고, 공기조화기의 운전률이 하절기, 동절기, 한랭지 및 극서지에 적합한 공기조화기의 운전률로 운전되고 있는 경우, 냉매 순환량의 증가로 응축압력이 높기 때문에, 이 때에는 리시버(100) 내부의 압력은 높아질 것이므로 압력감응 가변체(110)의 체적은 감소하고, 액냉매의 수위는 도면부호 C로 표시된 만큼 하강되어 리시버(100) 내부에 축적되는 액냉매의 양을 증가시키게 된다. 이처럼, 증가된 만큼의 액냉매의 양은 냉매 사이클에 관여하지 않기 때문에 춘추절기의 공기조화기 운전률에 적합한 운전률로 변화시킬 수 있는 것이다.

이상, 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예의 구성 및 작동 과정을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 이에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

50: 실내 열교환기 52: 실외 열교환기
54: 압축기 58: 팽창기구
60: 제1절환수단 62: 제2절환수단
100: 리시버 101: 본체
102: 캐비티 103: 유입단
104: 유출단 110: 압력감응 가변체

Claims (6)

1. 실내 열교환기와;
   상기 실내 열교환기가 냉방기로 작동되면 응축기로 작용하고, 난방기로 작동되면 증발기로 작용하는 실외 열교환기와;
   상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기를 순환하는 냉매를 압축하는 압축기와;
   상기 압축기에서 나온 냉매가 상기 실내 열교환기 또는 상기 실외 열교환기로 유입되도록 냉매의 순환방향을 절환하는 제1절환수단과;
   상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기를 순환하는 냉매 중 액상의 잉여 냉매가 저장되는 리시버와;
   상기 실내 열교환기 또는 상기 실외 열교환기로부터 나온 냉매가 상기 리시버로 유입되도록 냉매의 순환방향을 절환하는 제2절환수단과;
   상기 리시버를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창기구를 포함하고,
   상기 리시버는,
   내부에 액냉매가 저장되는 캐비티가 형성된 본체와;
   상기 캐비티에 설치되어 상기 본체 내부의 압력변화에 대응하여 체적이 가변되는 압력감응 가변체를 포함하며,
   상기 리시버는, 상기 압력감응 가변체를 포함한 상기 액냉매의 체적에 따라 상기 캐비티 내부에 저장되어야 할 액냉매의 양이 가변되는 공기조화기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 압력감응 가변체는,
   상기 본체 내부의 압력이 높으면 체적이 감소하여 상기 캐비티 내부에 저장되어야 할 액냉매의 양을 증가시키고,
   상기 본체 내부의 압력이 낮으면 체적이 증가하여 상기 캐비티 내부에 저장되어야 할 액냉매의 양을 감소시키는 공기조화기.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 압력감응 가변체는,
   압축성 유체가 얇은 막에 의하여 상기 냉매와 단절되도록 구비되는 공기조화기.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 리시버는,
   상기 본체에 설치되고, 상기 압력감응 가변체를 포함한 상기 액냉매의 체적에 따라 변화되는 상기 액냉매의 최고 수위에 따라 상기 팽창기구로 내보내는 액냉매의 양을 조절하는 액냉매 토출 조절부를 더 포함하는 공기조화기.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 리시버는,
   상기 본체의 내부 압력에 따라 상기 압력감응 가변체의 체적이 변화되어 상기 캐비티에 수용되는 액냉매의 양이 감소된 경우 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 양이 증가됨과 아울러, 상기 캐비티에 수용되는 액냉매의 양이 증가된 경우 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 양이 감소되도록 수용되는 액냉매의 양이 가변 조절되게 설치된 공기조화기.
   

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