KR101387541B1 - 공기조화기 및 공기조화기의 제상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기 및 공기조화기의 제상방법에 관한 것으로, 본 발명의 공기조화기는 압축기, 실내 열교환기, 제1 팽창밸브, 전열부와 후열부를 포함하는 실외 열교환기 및 상기 실외 열교환기를 제상시키도록 조절하는 제상운전 조절부를 포함하고, 상기 제상운전 조절부는 상기 전열부와 상기 후열부 사이에 구비되어 상기 전열부 또는 상기 전열부 및 후열부를 제상시키도록 조절하는 제1 제상유닛을 포함한다. 본 발명은 제상운전시에도 실내에 계속하여 따뜻한 공기를 공급할 수 있는 장점이 있다. 또한, 최소한의 응축열량만으로 전열부의 서리를 제거하도록 함으로써, 전열부의 급격한 온도상승을 방지하여 제상운전 종료 후, 다시 난방운전을 하는 경우 공기를 가열하는데 드는 시간을 단축시킬 수 있다.

Description

공기조화기 및 공기조화기의 제상방법{Air conditioner and Defrosting driving method of the same}

본 발명은 공기조화기 및 공기조화기의 제상방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 실외 열교환기의 전열부를 냉매를 응축시키는 응축기로 작동시키고, 후열부는 증발기로 작동을 유지하여, 실내에 계속하여 따뜻한 공기를 공급하면서 제상운전을 실시할 수 있는 공기조화기 및 공기조화기의 제상방법에 관한 것이다.

공기조화기는 사용자에게 보다 쾌적한 실내환경을 조성하기 위해 실내를 냉/난방시키거나 공기를 정화시키는 장치를 말한다.

이러한 공기조화기는 실내기와 실외기를 각각 분리한 분리형 공기조화기와, 실내기와 실외기를 하나의 장치로 결합된 일체형 공기조화기로 구분할 수 있다. 또한, 공기조화기의 용량에 따라 하나의 실내기를 구동시킬 수 있는 용량으로 좁은 장소에서 이용하도록 구성된 싱글형 공기조화기, 회사 또는 음식점에서 사용할 수 있도록 매우 큰 용량으로 구성된 중대형 공기조화기 및 다수개의 실내기를 충분히 구동시킬 수 있는 용량으로 구성된 멀티 공기조화기 등으로 구분할 수도 있다.

여기서, 분리형 공기 조화기는 실내에 설치되어 공조공간 내부로 온풍 또는 냉풍을 공급하는 실내기와 실내기에서 충분한 열교환 동작이 이루어질 수 있도록 냉매를 압축, 팽창 등을 수행하는 실외기로 구성된다.

공기조화기는 일반적으로 내부를 순환하는 냉매가 압축, 응축, 팽창 및 증발의 순으로 순환하여 열을 전달하는 싸이클을 가진다. 이러한 싸이클에 의해 공기조화기는 하절기에는 실내의 열을 외부로 배출하는 냉방 싸이클로 동작하고, 동절기에는 냉방 싸이클과 반대로 순환하여 실내로 열을 공급하는 히트 펌프(Heat Pump)의 난방 싸이클로 동작하게 된다.

한편, 공기조화기가 동절기에 난방 싸이클로 동작하는 경우, 실외기의 열교환기에서 열을 흡입하여 냉매가 증발하고 실내기의 열교환기에서 냉매가 응축하면서 열을 방출하게 된다. 그런데, 실외기의 냉매가 증발하면서 열을 흡입시 표면온도가 현저히 낮아지게 되며, 낮아진 표면온도에 의해 실외기의 열교환기 표면에는 서리가 착상하게 된다. 이에 따라 실외 열교환기의 열교환 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.

종래에는 실외 열교환기 표면의 서리를 제거하기 위한 제상방법으로 난방 싸이클 중에 냉매의 순환을 역으로 하여 냉방 싸이클로 동작시키는 방법을 사용하였다. 즉, 난방 싸이클 중에 냉방 싸이클로 변환시키게 되면, 실외기의 열교환기에서는 냉매가 응축하면서 열을 방출하게 되고, 이러한 방출열에 의해 실외 열교환기의 표면의 서리를 제거하는 것이다.

그러나, 종래 냉방 싸이클로 제상하는 방법은 실내 난방을 중단하여야 하고, 저온의 냉매가 실내 열교환기에 의해 실내공기와 열교환하면서 실내온도를 저하시키는 문제점이 있었다. 또한, 제상하는 동안 실내 열교환기의 온도가 저하되어 제상운전 종료 후, 다시 난방운전을 수행하는 경우에 공기를 가열시키는데 까지 많은 시간이 소요되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 제상운전을 수행하면서 실내에 따뜻한 공기를 계속하여 공급할 수 있는 공기조화기 및 이를 이용한 공기조화기의 제상방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기는 냉매를 압축하는 압축기, 상기 냉매를 이용하여 실내를 냉방 또는 난방시키는 실내 열교환기, 상기 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브, 전열부와 후열부를 포함하며 상기 냉매와 실외 사이에 열교환을 하는 실외 열교환기 및 상기 실외 열교환기를 제상시키도록 조절하는 제상운전 조절부를 포함하고, 상기 제상운전 조절부는 상기 전열부와 상기 후열부 사이에 구비되어 상기 전열부 또는 상기 전열부 및 상기 후열부를 제상시키도록 조절하는 제1 제상유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명은 상기 제1 제상유닛은 상기 냉매의 유로를 온/오프시키거나 개도를 조절하여 냉매를 팽창시키는 밸브인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제1 제상유닛은 상기 냉매의 유로를 온/오프시키는 개폐밸브 및 상기 개폐밸브와 병렬로 연결되며 상기 냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제상운전 조절부는 상기 후열부를 제상시키도록 조절하는 제2 제상유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제2 제상유닛은 사방밸브인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 실외 열교환기는 상기 전열부에 구비되는 제1 온도센서, 상기 후열부에 구비되는 제2 온도센서 및 실외온도를 측정하는 실외 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 공기조화기는 상기 압축기, 상기 실내 열교환기, 상기 제1 팽창밸브, 상기 실외 열교환기 및 상기 제상운전 조절부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 전열부 또는 상기 전열부 및 상기 후열부를 제상시키도록 상기 제1 팽창밸브 및 상기 제1 제상유닛을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 공기조화기는 상기 압축기, 상기 실내 열교환기, 상기 제1 팽창밸브, 상기 실외 열교환기 및 상기 제상운전 조절부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 전열부 또는 상기 전열부 및 상기 후열부를 제상시키도록 상기 제1 팽창밸브와 상기 제1 제상유닛의 상기 개폐밸브 및 상기 제2 팽창밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 공기조화기는 상기 압축기, 상기 실내 열교환기, 상기 제1 팽창밸브, 상기 실외 열교환기 및 상기 제상운전 조절부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 후열부를 제상시키도록 상기 제1 팽창밸브, 상기 제1 제상유닛 및 상기 제2 제상유닛을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기의 제상방법은 전열부의 서리 착상 여부를 판단하는 단계, 상기 전열부가 착상된 경우, 제1 팽창밸브의 개도를 조절하여 상기 제1 팽창밸브를 통과한 상기 냉매에 의해 상기 전열부를 제상시키는 단계, 상기 전열부를 통과한 상기 냉매를 상기 제상운전 조절부의 제1 제상유닛이 팽창시키는 단계 및 상기 제1 제상유닛을 통과한 상기 냉매가 후열부로 이동하여 난방을 위한 열교환을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 본 발명은 상기 전열부를 통과한 상기 냉매를 상기 제상운전 조절부의 상기 제1 제상유닛이 팽창시키는 단계에 있어서, 상기 제1 제상유닛은 상기 냉매의 유로를 온/오프시키거나 상기 냉매를 팽창시키는 밸브인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제1 제상유닛은 유로를 온/오프시키는 개폐밸브 및 상기 개폐밸브와 병렬로 연결되며 상기 냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브를 포함하며, 상기 전열부를 통과한 상기 냉매를 상기 제1 제상유닛이 팽창시키는 단계는, 상기 개폐밸브를 오프시켜 상기 제2 팽창밸브로 상기 냉매를 유동시키는 단계 및 상기 제2 팽창밸브가 상기 냉매를 팽창시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제상운전 조절부는 제2 제상유닛을 더 포함하며, 상기 전열부의 서리 착상 여부를 판단하는 단계 이후에, 상기 후열부의 착상 여부를 판단하는 단계, 상기 후열부가 착상된 경우, 냉방운전하면서 상기 제2 제상유닛에 의해 압축기를 통과한 상기 냉매가 상기 후열부로 유입되어 상기 후열부를 제상시키는 단계 및 상기 후열부를 통과한 상기 냉매가 상기 제1 제상유닛을 통과하여 상기 전열부를 제상시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기의 제상방법은 실내 난방을 위한 공기조화기의 난방운전 여부를 판단하는 단계, 난방운전을 하는 경우 실내 난방 중에 전열부의 서리 착상 여부를 판단하는 단계, 상기 전열부가 착상된 경우 제1 팽창밸브의 개도를 조절하여 상기 제1 팽창밸브를 통과한 상기 냉매에 의해 상기 전열부를 제상시키는 단계, 상기 전열부를 통과한 상기 냉매를 상기 제상운전 조절부의 제1 제상유닛이 팽창시키는 단계, 상기 제1 제상유닛을 통과한 상기 냉매가 후열부로 이동하여 실내 난방을 위한 열교환을 하는 단계, 상기 전열부가 모두 제상된 경우, 상기 제1 팽창밸브의 개도를 조절하여 상기 전열부를 증발기로 작동시키고 상기 제1 제상유닛을 조절하여 상기 전열부를 통과한 상기 냉매를 압력의 손실없이 상기 후열부로 유입시킴으로써 다시 난방 운전을 수행하는 단계, 실내 난방 중에 상기 후열부의 서리 착상 여부를 판단하는 단계, 상기 후열부가 착상된 경우 냉방운전하면서 제2 제상유닛에 의해 압축기를 통과한 상기 냉매가 상기 후열부로 유입되어 상기 후열부를 제상시키는 단계 및 상기 후열부를 통과한 상기 냉매가 상기 제1 제상유닛을 통과하여 상기 전열부를 제상시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 실외 열교환기의 전열부를 냉매를 응축시키는 응축기로 작동시키고, 후열부는 증발기로 작동을 유지하여, 실내에 계속하여 따뜻한 공기를 공급하면서 제상운전을 실시할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 최소한의 응축열량만으로 전열부의 서리를 제거하도록 제상운전을 실시함으로써, 전열부의 급격한 온도상승을 방지하여 제상운전 종료 후, 다시 난방운전을 수행하는 경우 공기를 가열하는데 드는 시간을 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 공기조화기의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 공기조화기의 블록도이다.
도 3은 도 1의 공기조화기의 후열부 제상운전 과정을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제어부를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 공기조화기의 P-H선도를 나타낸 그래프이다.
도 6는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 공기조화기의 제상방법을 나타낸 순서도이다.
도 7는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 공기조화기의 제상방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

한편, 제1 또는 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.

본 발명에 따른 공기조화기는 냉매를 압축하는 압축기, 실내를 냉방 또는 난방시키는 실내 열교환기, 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브, 전열부와 후열부를 포함하며 냉매와 실외 사이에 열교환을 하는 실외 열교환기 및 실외 열교환기를 제상시키도록 조절하는 제상운전 조절부를 포함한다.

본 발명의 제상운전 조절부는 전열부와 후열부 사이에 구비된 제1 제상유닛을 포함하여, 전열부를 선택적으로 응축기로 작동시킴으로써 전열부의 서리를 제거할 수 있다. 이때, 후열부는 계속하여 증발기로 작동을 함으로써 실내에 따뜻한 공기를 공급하면서 제상운전을 실시할 수 있게 된다. 이하, 도면을 참고하여 구체적으로 살펴보도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기조화기(100)는 압축기(110), 실내 열교환기(120), 제1 팽창밸브(130), 전열부(142)와 후열부(144)를 포함하는 실외 열교환기(140) 및 전열부(142)와 후열부(144) 사이에 형성된 제1 제상유닛(152)을 포함하는 제상운전 조절부(150)로 구성될 수 있다. 여기서, 제1 제상유닛(152)은 냉매의 유로를 온/오프시키거나 개도를 조절하여 냉매를 팽창시킬 수 있는 밸브이다.

한편, 제상운전 조절부(150)는 난방운전과 냉방운전을 전환하여 후열부(144)를 제상시킬 수 있도록 하는 제2 제상유닛(154)을 더 포함할 수 있다. 또한, 공기조화기(100)는 압축기(110)의 성능을 높이기 위해 압축기(110)로 유입되는 액체 냉매를 방지하고, 이물질 등을 여과하도록 어큐뮬레이터(160)를 더 포함할 수도 있다. 또한, 공기조화기(100)는 실내팬(170)을 통해 실내의 공기를 실내 열교환기(120)와 실내로 순환시키거나, 실외팬(180)을 통해 외부 공기를 실외 열교환기(140) 또는 실외로 유동시킬 수 있다. 또한, 전열부(142) 및 후열부(144)는 실외 열교환기(140)의 내부에 위치하며, 구체적으로는 전열부(142)가 외부공기와 먼저 접하는 외측에 있고, 후열부(144)는 전열부(142)의 후방으로 내측에 위치할 수 있을 것이다.

먼저, 실내의 냉방을 위한 본 발명에 따른 공기조화기(100)의 냉방운전 과정을 살펴보면 다음과 같다. 압축기(110)에서 압축된 기체 냉매는 실외 열교환기(140)로 유입되어 후열부(144)와 전열부(142)를 통과하면서 액체 냉매로 상변화를 하게 된다. 냉매는 액체상태로 상변화시 응축열을 외부로 방출한다. 이때, 제1 제상유닛(152)은 개방(온)된 상태로 유지됨으로써, 후열부(144)를 통과한 냉매가 압력의 손실없이 전열부(142)로 유입될 수 있다.

이후에 실외 열교환기(140)에서 토출되는 냉매는 제1 팽창밸브(130)를 거치면서 팽창된 후, 실내 열교환기(120)로 유입된다. 실내 열교환기(120)로 유입된 액체 냉매는 기체 냉매로 상변화한다. 이때, 냉매는 실내 열교환기(120)에서 상변화하는데 필요한 기화열을 흡수하게 되는데, 이를 통해 실내를 냉방할 수 있게 된다.

다음으로, 공기조화기(100)의 실내 난방운전 과정을 살펴보면, 실외 열교환기(140)의 전열부(142) 및 후열부(144)에서는 외부 공기와 저온 냉매의 열교환이 이루어짐에 따라 냉매의 증발이 일어난다. 역시, 제1 제상유닛(152)은 개방(온)된 상태로 유지되어 냉매가 압력의 손실없이 전열부(142)를 통과하여 후열부(144)로 유입될 수 있다.

증발된 냉매는 압축기(110)로 유입되어 압축되고, 실내 열교환기(120)에서 실내 공기와 상기 냉매의 열교환이 이루어짐에 따라 기체 냉매의 응축이 일어난다. 이 과정에서 냉매의 응축열이 발생하는데 이를 이용하여 실내를 난방할 수 있다.

한편, 공기조화기(100)를 계속하여 장시간 난방운전하면 실외 열교환기(140)의 냉매가 증발하면서 표면온도가 현저히 낮아지게 되어 실외 열교환기(140)의 표면에 서리가 착상하게 된다. 특히, 외부 공기와 먼저 접하는 전열부(142)에서 서리의 착상이 더 많이 발생한다. 이러한 서리의 착상은 실외 열교환기(140)의 표면에서 단열효과를 나타내어, 실외 열교환기(140)의 열교환 성능을 저해시키는 문제점을 발생시킨다. 따라서, 실외 열교환기(140)에 착상된 서리를 제거하는 공정이 공기조화기(100)에 요구된다.

본 발명에 따른 공기조화기(100)의 서리 제거를 위한 제상운전 과정은 다음과 같다. 공기조화기(100)는 제어부(미도시)를 포함하여 실외 열교환기(140)의 전열부(142)에 구비된 제1 온도센서(142-1), 후열부(144)에 구비된 제2 온도센서(144-1) 및 실외온도를 측정하는 실외온도센서(미도시)를 통해 난방운전 중 실외 열교환기(140)의 착상 여부를 판단한다. 구체적으로 제어부는 실외온도가 0℃ 이상인 경우에는, 제1 온도센서(142-1) 또는 제2 온도센서(144-1)에서 측정한 온도가 -7℃ 미만인 경우에 제상운전을 실시한다. 실외온도가 -5℃ 이하인 경우에는, 제1 온도센서(142-1) 또는 제2 온도센서(144-1)에서 측정한 온도가 - 11℃미만인 경우에 제상운전이 이루어진다. 그리고, 실외온도가 -5℃에서 0℃사이인 경우에는, 제1 온도센서(142-1) 또는 제2 온도센서(144-1)에서 측정한 온도가 -8℃미만인 경우에 제상운전이 시작된다.

여기서, 제어부는 도 4에 나타낸 바와 같이 착상 여부의 판단뿐만 아니라 공기조화기(100)의 각 구성요소를 제어하는 역할을 수행한다. 한편, 제어부가 실외온도와 제1 온도센서(142-1)에서 측정한 온도를 통해 전열부(142)에만 서리가 착상되었다고 판단한 경우, 다음의 제상운전을 실시하게 된다.

먼저, 압축기(110)에서 압축된 냉매는 실내 열교환기(120)로 유입되어 응축되면서 열을 발생시켜 실내를 계속 난방한다. 상기 응축된 냉매는 제1 팽창밸브(130)로 유입되게 되는데, 이때 냉매는 난방운전시 실외 열교환기(140) 입구 압력까지 팽창하지 않고 그보다 높은 압력으로 팽창되어 고온의 상태로 제1 팽창밸브(130)에서 토출된다(도 5 참조). 바람직하게는 전열부(142)가 과열되지 않도록 전열부(142)의 서리를 제상시키기에 충분한 온도와 압력을 가진 상태까지만 팽창시킨다.

이후에, 전열부(142)에 고온의 냉매가 유입되어, 상기 냉매가 응축하면서 열을 발생시켜 전열부(142) 표면의 서리를 제상시킬 수 있다. 다음으로, 전열부(142)를 통과한 냉매는 제1 제상유닛(152)으로 유입되게 되는데, 이때 제1 제상유닛(152)은 개도를 조절하여 냉매를 일정압력 이하로 팽창시켜 저온의 상태로 토출되게 한다. 제1 제상유닛(152)을 통과한 냉매는 후열부(144)로 유입되고, 후열부(144)에서 열을 흡수하면서 냉매가 증발하게 된다. 증발된 냉매는 압축기(110)에서 압축되고, 다시 실내 열교환기(120)로 유입되어 응축열을 방출함으로써 실내에 계속하여 따뜻한 공기를 공급할 수 있다.

제어부가 제1 온도센서(142-1)에서 측정한 전열부(142)의 표면온도를 통해 전열부(142)의 서리가 모두 제상되었다고 판단하였다면, 제1 팽창밸브(130)의 개도를 조절하여 전열부(142)를 증발기로 작동시키고, 제1 제상유닛(152)은 완전히 개방(온)시킴으로써 다시 원래대로 난방운전을 실시하게 된다.

앞서 설명한 바와 같이 본 발명은 전열부(142)와 후열부(144)를 분리하도록 전열부(142)와 후열부(144) 사이에 제1 제상유닛(152)이 형성되어, 제상운전시 전열부(142)만 선택적으로 응축기로 작동시킬 수 있다. 따라서, 후열부(144)는 난방운전시와 동일하게 제상운전시에도 증발기로 작동함으로써, 압축기(110)를 통해 압축된 냉매는 실내 열교환기(120)에서 열을 발생하여 제상운전 중에도 실내를 계속 난방할 수 있게 된다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 전열부(142)의 제상운전시에 제1 팽창밸브(130)의 개도를 조절하여 냉매를 전열부(142)의 서리를 높이기에 충분한 온도까지만 팽창시킴으로써, 전열부(142)가 과열되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 제상운전을 종료하고 다시 난방운전하는 경우, 전열부(142)를 냉각시키는데 들이는 소요시간을 줄여 짧은 시간안에 실내에 따뜻한 공기를 대량으로 공급할 수 있게 된다.

이때, 바람직하게는 전열부(142)는 후열부(144)와 인접하게 설치함으로써 전열부(142)의 제상운전시 전열부(142)에서 냉매가 방출하는 응축열로 인해 후열부(144)의 표면에 형성된 서리도 제상할 수 있다. 더욱 바람직하게는 전열부(142)와 후열부(144)를 일체로 형성함으로써, 전열부(142)에서 발생한 응축열이 후열부(144)로 빠르게 전달되도록 할 수 있다.

또한, 전열부(142)의 제상운전시에는 실외팬(180)의 송풍방향을 조절하여 공기가 외부로 유동하게 함으로써, 전열부(142)에서 해빙된 물이 후열부(144)에서 재착상되지 않도록 한다.

또한, 제1 제상유닛(152)은 전동볼 밸브인 것이 바람직하다. 전동볼 밸브는 내부에 형성된 액츄에이터에 의해 유로를 개방(온) 또는 폐쇄(오프)할 수 있으며, 팽창장치로도 작용가능하다. 더불어, 전동볼 밸브의 경우 개방시에는 압력 손실이 거의 없다는 장점이 있다.

한편, 제어부가 실외온도와 제2 온도센서(144-1)에서 측정한 후열부(144) 온도를 통해 전열부(142)와 후열부(144) 모두에 서리가 착상되었다고 판단한 경우, 도 3에 화살표로 도시된 바와 같은 과정의 제상운전을 실시하게 된다. 이때, 제2 제상유닛(154)은 냉매의 유로를 절환하는 사방밸브로써, 압축기(110)를 통과한 냉매가 후열부(144)로 유입되도록 유로를 절환한다. 제어부는 제1 팽창밸브(130), 제1 제상유닛(152) 및 제2 제상유닛(154)을 제어하여 공기조화기(100)가 냉방운전과 동일한 싸이클로 작동하게 한다. 실내 열교환기(120)는 증발기로 작동하고, 실외 열교환기(140)의 전열부(142) 및 후열부(144)는 응축기로 작동함으로써, 냉매의 응축열로 인하여 전열부(142)와 후열부(144)의 서리를 제거할 수 있다. 본 발명은 앞서 설명한 전열부(142) 제상운전을 통해 후열부(144)의 서리를 일부 제거함으로써, 후열부(144)의 서리 착상시기를 지연시킬 수 있으므로 냉방운전을 통한 후열부(144)의 제상운전 시기를 기존보다 2배 ~ 5배 정도 늦출 수 있다.

도 2에서 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 공기조화기(100)는 압축기(110), 실내 열교환기(120), 제1 팽창밸브(130), 전열부(142) 및 후열부(144)를 포함하는 실외 열교환기(140) 및 전열부(142)와 후열부(144) 사이에 형성된 제1 제상유닛(152)을 포함하며, 이때 제1 제상유닛(152)은 유로를 온/오프시키는 개폐밸브(152-1) 및 상기 개폐밸브(152-1)와 병렬로 연결되며 냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브(152-2)를 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 공기조화기(100)의 냉방 및 난방운전과정을 살펴보도록 한다.

먼저, 공기조화기(100)의 냉방운전시에는 제1 제상유닛(152)의 개폐밸브(152-1)가 완전히 개방(온)되어 압축기(110)에서 압축된 기체 냉매는 후열부(144)를 지나 개폐밸브(152-1)가 설치된 배관을 따라 전열부(142)로 유입되게 된다. 이때, 후열부(144)와 전열부(142)에서는 냉매가 액체로 상변화하면서 응축열을 발생시킨다. 제2 팽창밸브(152-2)가 설치된 배관으로도 후열부(144)를 통과한 냉매가 일부 유입하지만 이는 적은 양으로 문제되지 않는다.

이후에 전열부(142)에서 토출되는 냉매는 제1 팽창밸브(130)를 거치면서 팽창된 후, 실내 열교환기(120)로 유입된다. 실내 열교환기(120)로 유입된 액체 냉매는 기체 냉매로 상변화하면서 기화열을 흡수하게 되는데 이를 통해 실내를 냉방할 수 있다.

다음으로, 공기조화기(100)의 난방운전시에는 전열부(142) 및 후열부(144)에서 외부 공기와 저온 냉매의 열교환이 이루어짐에 따라 냉매의 증발이 일어난다. 역시, 개폐밸브(152-1)는 개방(온)된 상태로 유지되어, 전열부(142)를 통과한 냉매가 개폐밸브(152-1)가 설치된 배관을 따라 후열부(144)로 유입될 수 있다. 증발된 냉매는 압축기(110)로 유입되어 압축되고, 이후에 실내 열교환기(120)에서 실내 공기와 상기 압축된 냉매의 열교환이 이루어짐에 따라 기체 냉매의 응축이 일어난다. 이 과정에서 냉매의 응축열이 발생하는데 이를 이용하여 실내를 난방할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 난방운전 중에 제어부가 실외온도 측정값과 전열부(142) 온도 측정값을 통해 전열부(142)에 서리가 착상되었다고 판단한 경우, 제상운전을 실시하게 된다.

제상운전 과정을 간단히 살펴보면, 먼저 압축기(110)에서 압축된 냉매는 실내 열교환기(120)로 유입되어 응축되면서 열을 발생시켜 실내를 계속 난방한다. 상기 응축된 냉매는 제1 팽창밸브(130)로 유입되고, 제1 팽창밸브(130)에서 팽창되어 고온의 상태로 토출되게 된다. 마찬가지로 제1 팽창밸브(130)는 전열부(142)가 과열되지 않도록 전열부(142)의 서리를 제상시키기에 충분한 온도와 압력을 가진 상태까지만 팽창시키도록 한다.

이후에, 전열부(142)에 고온의 냉매가 유입되어, 상기 냉매가 응축하면서 열을 발생시켜 전열부(142) 표면의 서리를 제상시킬 수 있다. 다음으로, 개폐밸브(152-1)는 폐쇄(오프)됨으로써, 전열부(142)를 통과한 냉매는 제2 팽창밸브(152-2)로 모두 유동하게 된다. 상기 냉매는 제2 팽창밸브(152-2)에서 일정압력 이하로 팽창시켜 저온의 상태로 후열부(144)로 유입되고, 후열부(144)에서 열을 흡수하면서 냉매가 증발하게 된다. 증발된 냉매는 압축기(110)에서 압축되고, 다시 실내 열교환기(120)로 유입되면서 실내를 난방하게 된다.

제어부가 제1 온도센서(142-1)를 통해 전열부(142)의 서리가 모두 제상되었다고 판단한 경우, 제1 팽창밸브(130)의 개도를 조절하여 저온상태로 냉매를 토출시켜 전열부(142)를 증발기로 작동시키고, 개폐밸브(152-1)는 완전히 개방(온)시킴으로써 다시 난방운전을 수행하도록 한다.

본 발명은 전열부(142)와 후열부(144)를 분리하도록 전열부(142)와 후열부(144) 사이에 개폐밸브(152-1)와 제2 팽창밸브(152-2)를 병렬로 연결하여 형성함으로써, 전열부(142)만 선택적으로 응축기로 작동시켜 제상운전 중에도 실내를 계속 난방할 수 있는 장점이 있다.

한편, 제어부가 실외온도 측정값과 후열부(144) 온도 측정값을 통해 전열부(142)와 후열부(144) 모두 서리가 착상되었다고 판단한 경우, 제2 제상유닛(154)의 절환에 의해 공기조화기(100)의 냉방운전과 동일한 싸이클로 작동시킴으로써, 전열부(142) 및 후열부(144)의 서리를 제거하게 된다.

도 6는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 공기조화기(100)의 제상방법을 순서대로 나타낸 순서도이다. 이하, 도 1, 도 2 및 도 6를 참조하여 공기조화기(100)의 제상운전 순서별로 나누어 설명하도록 한다. 앞에서 설명한 부분과 중복되는 부분은 생략하거나 간략히 언급하도록 하겠다.

먼저, 사용자의 조작에 따라 제어부가 난방운전 여부를 판단한다.(S1)

다음으로, 난방운전 중 제어부가 실외온도 센서와 제1 온도센서(142-1)에서 측정한 실외온도와 전열부(142) 온도를 통해 전열부(142)의 서리 착상여부를 판단하게 된다. 전열부(142)에 서리가 착상된 경우, 제어부는 제상운전을 실시하게 된다.(S2)

다음으로, 제어부는 제1 팽창밸브(130)를 조절함으로써, 실내 열교환기(120)를 통과한 냉매가 전열부(142)를 제상시키기에 충분한 온도로 토출되도록 냉매를 팽창시킨다. 이러한 냉매는 제1 팽창밸브(130)를 통과하여 전열부(142)로 유입됨으로써, 전열부(142)의 서리를 제상시킨다.(S3, S4)

다음으로, 제어부는 전열부(142)를 통과한 냉매를 제1 제상유닛(152)이 팽창시켜 저온의 상태로 토출되도록 제1 제상유닛(152)을 조작한다.(S5) 즉, 전열부(142)를 통과하면서 응축된 냉매는 제상운전 조절부(150)의 제1 제상유닛(152)으로 유입되고, 제1 제상유닛(152)은 냉매를 팽창시킴으로써 저온, 저압상태로 만든다.

이때, 제1 제상유닛(152)은 개방되어 냉매를 통과시키거나 개도를 조절하여 냉매를 팽창시키는 밸브일 수 있다.(도 1 참조). 이러한, 제1 제상유닛(152)은 냉방 또는 난방운전시에는 개방되지만, 전열부(142)의 제상운전시에는 냉매를 팽창시키는 기능을 수행한다.

이와 달리 제1 제상유닛(152)은 유로를 온/오프시키는 개폐밸브(152-1) 및 상기 개폐밸브(152-1)와 병렬로 연결되며 냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브(152-2)를 포함할 수 있다(도 2 참조). 즉, 냉방 또는 난방시에는 개폐밸브(152-1)가 개방(온)되어 개폐밸브(152-1)가 형성된 배관으로 냉매가 유동하게 하고, 전열부(142)의 제상운전시에는 개폐밸브(152-1)가 폐쇄(오프)되어 제2 팽창밸브(152-2)가 형성된 배관으로 냉매를 모두 유동하게 하여 제2 팽창밸브(152-2)가 냉매를 팽창시키도록 한다.

한편, 제1 제상유닛(152)을 통과한 냉매는 후열부(144)로 이동하여 난방을 위한 열교환을 한다. 후열부(144)에서 냉매는 열을 흡수하면서 증발된 후, 압축기(110)에서 압축되어 실내 열교환기(120)로 유입된다. 실내 열교환기(120)로 유입되는 냉매는 응축하면서 열을 방출하고 이를 통해 실내를 난방할 수 있다.

다음으로, 제어부가 제1 온도센서(142-1)를 통해 전열부(142)의 서리가 모두 제상되었는지를 판단한다. 전열부(142)의 서리가 모두 제상된 경우, 제1 팽창밸브(130)와 제1 제상유닛(152)을 조절함으로써 공기조화기(100)가 다시 일반적인 난방운전을 수행하도록 한다.(S6 ~ S8) 구체적으로 살펴보면, 제1 팽창밸브(130)의 개도를 조절함으로써, 실내 열교환기(120)를 통과한 냉매를 팽창시켜 제1 팽창밸브(130)에서 저압·저온 상태로 토출되게 한다. 이에 따라, 저온의 냉매가 전열부(142)로 유입시, 전열부(142)는 증발기로 작동하여 냉매가 일부 증발하게 된다. 다음으로, 제1 제상유닛(152)을 조절하여 전열부(142)를 통과한 냉매를 압력의 손실없이 후열부(144)로 유입시킴으로써, 후열부(144)에서 냉매가 모두 증발하게 되고 압축기(110)에서 상기 냉매가 압축되어 실내 열교환기(120)에서 실내 난방을 위한 열교환을 하게 된다.

도 7에서 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 공기조화기(100)의 제상방법은 제1 온도센서(142-1)와 제2 온도센서(144-1)를 통해 전열부(142)와 후열부(144) 모두 서리가 착상되었다고 판단한 경우, 냉방운전과 동일한 싸이클의 제상운전을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.(S3, S8) 이때, 제상운전 조절부(150)는 제2 제상유닛(154)을 더 포함하는 바, 제2 제상유닛(154)은 유로를 절환하는 사방밸브일 수 있다.

즉, 제어부는 제2 제상유닛(154)의 조작을 통해 압축기(110)를 통과한 고온의 냉매가 후열부(144)로 유동하게 함으로써 후열부(144)에 착상된 서리를 제상시키도록 한다.(S8, S9)

다음으로, 제1 제상유닛(152)을 조작하여 후열부(144)를 통과한 냉매가 압력의 손실없이 전열부(142)로 유동하게 함으로써, 전열부(142)에 착상된 서리도 제거할 수 있다.(S10, S11)

다음으로, 제어부는 제1 팽창밸브(130)를 조절하여 전열부(142)를 통과한 냉매를 팽창시키고, 상기 냉매는 실내 열교환기(120)로 유입되어 실내와 열교환하는 냉방운전과 동일한 과정의 제상운전을 계속하여 실시하게 된다.(S12)

마찬가지로, 제어부가 제1 온도센서(142-1) 및 제2 온도센서(144-1)를 통해 전열부(142)와 후열부(144)의 서리가 모두 제상되었다고 판단한 경우, 공기조화기(100)는 다시 일반적인 난방운전을 수행하도록 한다.(S13 ~ S15)

본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며 전열부(142)의 서리 착상 여부를 판단하여, 전열부(142)의 제상을 먼저 실시하고, 다시 난방운전을 수행하다가 후열부(144)의 착상여부를 판단하여 냉방운전함으로써 후열부(144)의 제상을 실시할 수도 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100 : 공기조화기 110 : 압축기
120 : 실내 열교환기 130 : 제1 팽창밸브
140 : 실외 열교환기 142 : 전열부
144 : 후열부 150 : 제상운전 조절부
152: 제1 제상유닛 152-1 : 개폐밸브
152-2 : 제2 팽창밸브 154 : 제2 제상유닛

Claims (14)

1. 냉매를 압축하는 압축기;
   상기 냉매를 이용하여 실내를 냉방 또는 난방시키는 실내 열교환기;
   상기 냉매를 팽창시키는 제1 팽창밸브;
   전열부 및 후열부를 포함하며 상기 냉매와 실외 사이에 열교환을 하는 실외 열교환기; 및
   상기 실외 열교환기를 제상시키도록 조절하는 제상운전 조절부를 포함하고,
   상기 제상운전 조절부는 상기 전열부와 상기 후열부 사이에 구비되어 상기 전열부 또는 상기 전열부 및 상기 후열부를 제상시키도록 조절하는 제1 제상유닛을 포함하며,
   상기 전열부는 외부공기와 먼저 접하는 외측에 위치되고, 상기 후열부는 상기 전열부의 후방으로 내측에 위치되고,
   상기 제1 제상유닛은 상기 냉매의 유로를 온/오프시키거나, 개도를 조절하여 냉매를 팽창시키기 위한 제2 팽창밸브를 포함하며,
   상기 전열부의 제상 운전시, 상기 전열부는 응축기로 작동하고, 상기 후열부는 증발기로 작동하도록 상기 제2 팽창밸브의 개도가 조절되고,
   상기 전열부에서 발생한 응축열이 상기 후열부로 전달될 수 있도록 상기 전열부와 후열부는 일체로 형성되며,
   상기 전열부의 제상 운전시, 공기가 외부로 유동하도록 실외팬의 송풍방향이 조절되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 제상유닛은 상기 제2 팽창밸브와 병렬로 연결되며, 상기 냉매의 유로를 온/오프시키는 개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제상운전 조절부는 상기 후열부를 제상시키도록 조절하는 제2 제상유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제2 제상유닛은 사방밸브인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 실외 열교환기는 상기 전열부에 구비되는 제1 온도센서, 상기 후열부에 구비되는 제2 온도센서 및 실외온도를 측정하는 실외 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 공기조화기는 상기 압축기, 상기 실내 열교환기, 상기 제1 팽창밸브, 상기 실외 열교환기 및 상기 제상운전 조절부를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 전열부 또는 상기 전열부 및 상기 후열부를 제상시키도록 상기 제1 팽창밸브 및 상기 제1 제상유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
8. 제 3 항에 있어서,
   상기 공기조화기는 상기 압축기, 상기 실내 열교환기, 상기 제1 팽창밸브, 상기 실외 열교환기 및 상기 제상운전 조절부를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 전열부 또는 상기 전열부 및 상기 후열부를 제상시키도록 상기 제1 팽창밸브와 상기 제1 제상유닛의 상기 개폐밸브 및 상기 제2 팽창밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
9. 제 4 항에 있어서,
   상기 공기조화기는 상기 압축기, 상기 실내 열교환기, 상기 제1 팽창밸브, 상기 실외 열교환기 및 상기 제상운전 조절부를 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 후열부를 제상시키도록 상기 제1 팽창밸브, 상기 제1 제상유닛 및 상기 제2 제상유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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13. 삭제
14. 삭제

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