KR101403777B1 - 공기조화기의 과냉각 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화기의 과냉각 시스템에 관한 것으로, 하나의 전자팽창밸브를 이용하여 과냉각기로 냉매를 유동시키는 메인유로 및 바이패스유로를 제어하는 공기조화기의 과냉각 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 냉매를 압축하는 압축기와, 실외열교환기와, 응축된 냉매를 과냉각 시키는 과냉각기 및 상기 실외 열교환기와 과냉각기를 연결하는 메인유로 및 바이패스유로를 포함하는 구성을 가지며, 상기 메인유로와 바이패스유로는 하나의 전자팽창밸브에 의해 제어된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 공기조화기의 생산비용이 절감되는 이점이 있다.
공기조화기, 실외열교환기, 과냉각기,

Description

공기조화기의 과냉각 시스템{A supercolling system for air conditioner}
본 발명은 공기조화기의 과냉각 시스템에 관한 것으로, 하나의 전자팽창밸브를 이용하여 과냉각기로 냉매를 유동시키는 메인유로 및 바이패스유로를 제어하는 공기조화기의 과냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화기는 실내의 더운 공기를 흡입하여 저온의 냉매로 열교환한 후 이를 실내로 토출하는 반복작용에 의해 실내를 냉방시키거나 또는 반대작용에 의해 실내를 난방시키는 냉/난방 시스템으로서, 압축기-응축기-팽창밸브-증발기로 이루어져 일련의 사이클을 형성하는 기기이다.
그리고, 주지된 바와 같이 공기조화기는 실외기와 실내기가 각각 분리되어 설치되는 분리형 공기조화기와, 실외기와 실내기가 일체로 설치되는 일체형 공기조화기로 크게 구분할 수 있다.
또한, 최근에는 가정에 2대 이상의 공기조화기를 설치하고자 할 때나 여러개의 사무실을 구비한 건물에서 각 사무실마다 공기조화기를 설치하고자 할 때 효과적으로 적용할 수 있는 멀티형 공기조화기가 출시되고 있다. 이러한 멀티형 공기조화기는 하나의 실외기에 복수개의 실내기를 연결하여, 분리형 공기조화기를 여러대 설치한 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 것이다.
한편, 상기 응축기와 증발기 즉, 실외기와 실내기 사이에는 과냉각기 및 다수의 팽창밸브가 더 구비되어, 상기 증발기로 유입되는 냉매를 감압 및 과냉각시키게 된다.
보다 상세하게는, 상기 실외기의 출구측에는 실외측 팽창밸브가 구비되고, 이러한 실외측 팽창밸브는 냉방 시 차폐되었다가 난방운전시 작동하게 된다. 그리고, 상기 실내기의 입구측에는 실내측 팽창밸브가 구비되어, 증발기 즉, 실내기로 유입되는 냉매를 감압시켜 저온저압의 냉매로 변환시키게 된다.
또한, 상기 과냉각기의 출구측에는 과냉각 바이패스관이 더 구비되고, 이러한 과냉각 바이패스관에는 과냉각 팽창밸브가 더 구비되어 냉매를 보다 냉각시키게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에서 상기 실외측 팽창밸브는 난방운전시에만 작동하게 되므로 냉방운전시에는 그 역할을 수행하지 못하게 되는 문제점이 있다.
그리고, 상기와 같이 실외측 팽창밸브가 냉방운전시 그 기능을 수행하지 못하게 됨에 따라 과냉각 팽창밸브와 같은 별도의 팽창밸브를 더 구비하여야 하므로 제품의 생산비용이 상승하게 되는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 하나의 감압장치 즉, 팽창밸브를 이용하여 과냉각기를 제어하는 공기조화기의 과냉각 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단은, 압축기, 응축기, 과냉각기를 포함하는 공기조화기의 과냉각 시스템에 있어서, 상기 응축기와 과냉각기를 연결하는 메인유로, 상기 메인유로상에 구비되는 실외측 감압장치, 상기 실외측 감압장치를 통과한 냉매가 상기 과냉각기로 이송되도록 하는 과냉각 바이패스유로를 포함하여 상기 과냉각 바이패스 유로를 통해 유동하는 냉매는 상기 실외측 감압장치의 개폐에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 다른 측면에서 본 발명의 과제해결수단은, 냉매를 압축하는 압축기, 실외열교환기, 응축된 냉매를 과냉각 시키는 과냉각기, 상기 실외열교환기와 상기 과냉각기를 연결하는 메인유로, 상기 메인유로에서 분지되어 상기 과냉각기에 연결되는 바이패스유로, 상기 메인유로에 구비되는 전자팽창밸브, 및 냉방 운전을 기준으로 상기 전자팽창밸브의 하류에 배치되는 개폐밸브를 포함하고, 상기 바이패스유로는 상기 메인유로에서 상기 전자팽창밸브와 개폐밸브 사이에 연결된다.
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상기와 같은 본 발명의 과제해결수단에 의하면, 실외측 감압장치만으로도 과냉각기를 제어할 수 있게 되는 이점이 있으며, 이로 인하여 제품의 생산비용이 절감되는 이점이 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 공기조화기의 과냉각 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 의한 공기조화기의 과냉각 시스템이 채용된 공기조화기의 냉방운전시 냉매 흐름을 도시한 개략도이고, 도 2 는 본 발명에 의한 공기조화기의 과냉각 시스템에 의한 냉방운전 시 냉매의 흐름을 보이기 위한 실외기측 도면이다.
그리고, 도 3 은 본 발명이 적용된 공기조화기의 난방운전시 냉매 흐름을 도시한 개략도이고, 도 4 는 본 발명이 적용된 공기조화기의 난방운전 시 냉매 흐름을 보이기 위한 실외기측 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 실외기(100)에는 실외열교환기(110)와 실외측 감압장치(112), 정속압축기(120) 및 인버터압축기(120'), 어큐뮬레이터(132) 등이 구비되고, 실내기(200)에는 실내열교환기(202), 실내측 감압장치(204) 등이 구비된다.
그리고, 멀티형 공기조화기에서는 하나 또는 둘 이상의 실외기(100)에 다수 의 실내기(200)가 연결되어 있는데, 실외기(100)와 실내기(200) 사이에는 액체냉매가 흐르는 단일배관인 공통액관(210)과, 기체냉매가 흐르는 단일배관인 공통기관(212)이 연통되게 형성된다. 그리고 둘 이상의 실외기(100) 사이에는 냉매의 균형을 유지시키기 위한 고저압공통관(214)이 연통되게 설치된다.
상기 고저압공통관(214)은 다수의 실외기(100)에 구비되는 상기 실외열교환기(110)의 입구측이 서로 연통되도록 설치되어 실외기(100) 상호간에 냉매의 균형이 유지되도록 한다. 한편 다수의 실외기(100) 중 사용되지 않는 실외기(100)의 실외열교환기(110)에도 냉매가 유입되도록 함으로서 전체적으로 열교환효율이 향상되는 효과를 가져오게 된다. 그리고 상기 고저압공통관(214)에는 냉방 또는 난방 작용에 따라 고압 또는 저압의 냉매가 흐르게 된다.
상기 실내기(200)에는 액체냉매가 흐르는 분지액관(210')과, 기체냉매가 흐르는 분지기관(212')이 각각 형성되며, 이러한 분지액관(210')과 분지기관(212')은 상기 공통액관(210)과 공통기관(212)과 연통된다.
그리고, 상기와 같은 다수의 분지액관(210')과 분지기관(212')은 연결되는 실내기(200)의 용량에 따라 그 직경이 각각 상이하게 된다.
한편, 상기 실외기(100)에는 액체냉매가 흐르는 실외액관(210")과, 기체냉매가 흐르는 실외기관(212")이 각각 형성되며, 이러한 실외액관(210")과 실외기관(212")은 상기 공통액관(210)과 공통기관(212)과 연통된다.
도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이 실외기(100)에는 실외열교환기(110)가 구비되며, 이러한 실외열교환기(110)는 내부를 흐르는 냉매와 외부 공기와의 사이에 열교환이 일어나도록 하는 것이다.
상기 실외열교환기(110)의 일측에는 냉매를 압축하는 압축기(120,120')가 설치된다. 상기 압축기(120,120')는 냉매를 압축하여 고온고압이 되도록 하는 것으로, 2개가 1조를 이루도록 구비된다. 즉 정속운전을 하는 정속압축기(120)와 가변속 열펌프(Variable Speed Heat Pump)인 인버터압축기(120')가 설치된다.
그리고 상기 정속압축기(120)와 인버터압축기(120') 사이에는 균유관(121)이 설치되어 정속압축기(120)와 인버터압축기(120')가 서로 연통되도록 한다. 따라서 어느 일측의 압축기에서 급유부족이 발생하면, 다른 압축기로부터 보충되도록 하여 유량부족에 의한 압축기(120,120')의 소손을 방지한다.
상기 압축기(120,120')로는 소음이 작고 효율이 뛰어난 스크롤압축기가 사용되며, 특히 상기 인버터압축기(120')는 부하용량에 따라 회전수가 조절되는 인버터 스크롤 압축기이다. 따라서 소수의 실내기(200)가 사용되어 부하용량이 적은 경우에는 먼저 상기 인버터압축기(120')가 가동되며, 점차 부하용량이 증가하여 인버터압축기(120')만으로 감당할 수 없는 경우에 비로소 상기 정속압축기(120)가 가동된다.
상기 정속압축기(120)와 인버터압축기(120')의 출구측에는 오일분리기(122)가 각각 구비된다. 상기 오일분리기(122)는 상기 압축기(120,120')로부터 배출되는 냉매속에 섞여있는 오일을 걸러내어 압축기(120,120')로 회수되도록 한다.
즉, 상기 압축기(120,120')의 구동시 발생되는 마찰열을 냉각시키기 위해 사용되는 오일(oil)이 냉매와 더불어 상기 압축기(120,120')의 출구로 배출되는데, 이러한 냉매속의 오일을 상기 오일분리기(122)에서 분리하여 오일회수관(123)을 통해 압축기(120,120')로 되돌려 보내는 것이다.
그리고 상기 오일분리기(122)의 출구측에는 체크밸브(122')가 더 설치되어 냉매의 역류를 방지한다. 즉 상기 정속압축기(120)나 인버터압축기(120') 중 어느 하나만 가동되는 경우에 정지중인 압축기(120,120') 내부로 압축냉매가 역류되지 않도록 하는 것이다.
상기 오일분리기(122)는 배관에 의해 사방밸브(124)와 연통되도록 구성된다. 상기 사방밸브(124)는 냉,난방 운전에 따라 냉매의 흐름방향을 바꾸어 주도록 배설되는 것으로, 각각의 포트는 압축기(120,120')의 출구(또는 오일분리기), 압축기(120,120')의 입구(또는 어큐뮬레이터), 실외열교환기(110) 및 실내기(200)와 연결된다.
한편, 상기 오일분리기(122)에서 상기 사방밸브(124)로 유입되는 냉매의 일부가 아래에서 설명할 어큐뮬레이터(132)로 바로 투입될 수 있도록 하는 핫가스(hot gas)관(125)이 상기 사방밸브(124)를 가로질러 설치된다.
상기 핫가스관(125)은 공기조화기의 운전중에 어큐뮬레이터(132)로 유입되는 저압의 냉매 압력을 높일 필요가 있는 경우에 압축기(120,120') 토출구 측의 고압 냉매가 압축기(120,120') 입구측으로 직접 공급될 수 있도록 하는 것으로, 이러한 핫가스관(125)에는 핫가스 바이패스 밸브장치(125')가 설치되어 배관을 개폐한다.
상기 정속압축기(120)와 인버터압축기(120')의 일측에는 어큐뮬레이터(132)가 설치된다. 상기 어큐뮬레이터(132)는 액냉매를 걸러내어 기체상태의 냉매만 상 기 압축기(120,120')로 유입되도록 한다.
즉, 상기 실내기(200)로부터 유입되는 냉매 중 기체로 증발되지 못하고 액상으로 남아있는 냉매가 상기 압축기(120,120')에 직접적으로 유입되면, 냉매를 고온,고압의 기체상태 냉매로 형성시키는 압축기(120,120')에 부하가 증가되어 압축기(120,120')의 손상을 가져오게 된다.
따라서, 상기 어큐뮬레이터(132) 내부로 유입된 냉매 중 미처 증발되지 못하고 액상으로 남아있는 냉매는 기상의 냉매보다 상대적으로 무겁기 때문에 어큐뮬레이터(132)의 하부에 저장되고, 상부의 기체상태 냉매만 상기 압축기(120,120')로 유입된다.
상기 실외열교환기(110)에서 토출되는 냉매는 별도의 냉방전용 우회관(114)을 통해 아래에서 설명할 과냉각기(130)로 냉매를 공급한다.
상기 냉방전용 우회관(114)은 냉방운전시 냉매가 상기 과냉각기(130)와 실외열교환기(110)의 출구측을 연결하는 냉매관 사이에 구비되는 실외측 감압장치(112)를 거치지 않고 상기 실외열교환기(110)와 실내열교환기(202)를 연결하는 메인유로(300)를 통해 과냉각기(130)로 냉매가 이송될 수 있도록 하는 것으로, 이러한 냉방전용 우회관(114)에는 냉방밸브(116)가 더 구비된다.
그리고, 상기 냉방밸브(116)는 일방향 즉, 상기 실외열교환기(110)에서 과냉각기(130) 측으로만 냉매의 유동이 가능하도록 하는 체크밸브로 구성된다.
한편, 상기 메인유로(300) 상에는 상기 실외측 감압장치(112)가 구비된다.
상기 실외측 감압장치(112)는 상기 실외열교환기(110)에서 토출되는 냉매를 감압시켜 저온저압으로 바꾸어주게되며, 상기 실외측 감압장치(112)를 통과한 메인유로(300) 상에는 상기 과냉각기(130)로 냉매가 이송될 수 있도록 하는 바이패스유로(400)가 형성된다.
이를 보다 상세히 설명하면, 상기 과냉각기(130)는 상기 실외열교환기(110)에서 열교환된 냉매를 더욱 냉각되도록 하는 것으로, 실외열교환기(110)의 출구측에 연결되는 상기 메인유로(300)의 임의 위치에 이중관 구조로 형성된다.
즉, 상기 메인유로(300)가 내측에 구비되고, 외측에는 역이송관(미도시)이 코일 형상으로 상기 메인유로(300)를 감는 구조로 형성된다. 그리고, 상기 역이송관의 냉매유입구는 상기 바이패스유로(400)와 연통되어, 상기 역이송관에는 상기 실외측 감압장치(112)를 통과한 저온저압의 냉매가 유입된다.
따라서, 상기 과냉각기(130)의 내측에 구비되는 메인유로(300)를 통과하는 냉매는 상기 바이패스유로(400)로부터 유입되는 냉매가 상기 역이송관을 따라 이송하게 됨으로써, 상기 과냉각기(130) 내측의 메인유로(300) 외주면을 과냉각 시키게 되므로 과냉각기(130)를 통과한 냉매는 보다 냉각된다.
그리고, 상기와 같이 분지되는 바이패스유로(400)의 하측과 상기 냉방전용 우회관(114)가 상기 메인유로(300)와 합지되는 지점 사이에는 개폐밸브(320)가 더 구비된다.
상기 개폐밸브(320)는 온/오프 제어되는 것으로, 상기 실외측 감압장치(112)를 통과하여 감압 된 냉매가 상기 메인유로(300) 상에서 상기 냉방전용 우회관(114)을 통과한 냉매와 혼합되지 않고 상기 과냉각기(130)로 모두 이송될 수 있도록 하기 위한 구성으로, 냉방운전 시에는 차폐되고 난방운전 시에는 개방되도록 제어된다.
한편, 상기 역이송관을 통과한 냉매는 상기 어큐뮬레이터(132) 또는 상기 압축기(120,120') 입구단으로 다시 공급되어 순환된다.
그리고, 상기 역이송관을 빠져나온 냉매가 상기 압축기(120,120') 입구단으로 공급되는 공급관에는 리퀴드 인젝션 바이패스 밸브장치(152)가 설치된다.
상기 리퀴드 인젝션 바이패스 밸브장치(152)는 상기 압축기(120,120')가 운전상황에 따라 과열되는 경우에 냉매를 공급하여 압축기(120,120')의 소손을 방지하는 것으로, 여기에 사용되는 냉매는 전술한 바와 같이 역이송관을 빠져나온 냉매가 사용된다.
한편, 상기 과냉각기(130)의 일측 즉, 실외열교환기(110)로부터 토출된 냉매가 실내기(200)로 안내되는 실외액관(210")의 일측에는 드라이어(131,Drier)가 설치된다. 상기 드라이어(131)는 상기 실외액관(210")을 흐르는 냉매속에 함유된 수분을 제거하는 역할을 한다.
도 5 는 본 발명에 의한 공기조화기의 냉방 또는 난방 운전시 밸브의 제어과정을 도시한 순서도로 도면에 도시된 바를 참조하여 본 발명에 의한 공기조화기의 작용에 대하여 살펴본다.
우선, 본 발명에 의한 공기조화기에서는 냉방운전이 시작되면, 상기 압축기(120,120')가 구동되어 기상(氣狀)의 냉매가 고온고압으로 압축된다.
그리고, 상기와 같이 압축된 냉매는 상기 실외열교환기(110)로 이송되어 응 축과정을 통해 중온 고압의 액상(液狀) 냉매로 변환된다.
한편, 상기와 같이 액상으로 상 변화된 냉매는 상기 실외열교환기(110)의 출구측에서 상기 실내기(200)로 연결되는 메인유로(300) 및 냉방전용 우회관(114)을 따라 유동하게 된다.
이때, 상기 개폐밸브(320)는 차폐되도록 제어됨으로써, 상기 메인유로(300)를 따라 유동하는 냉매는 상기 실외측 감압장치(112)를 통과하게 되면서 감압 되어 저온 저압의 액냉매가 되고, 이와 같이 감압 된 냉매는 상기 바이패스유로(400)를 따라 상기 과냉각기(130)의 역이송관(미도시)으로 공급된다.
따라서, 상기 냉방전용 우회관(114)을 통과한 냉매는 상기 메인유로(300)를 따라 상기 과냉각기(130)의 중앙을 통과하게 되고, 상기 바이패스유로(400)를 통과한 냉매는 상기 과냉각기(130)의 역이송관을 따라 역류하게 되어, 상기 과냉각기(130)를 통과하는 냉매를 과냉각 시켜서 상기 실내기(200)로 공급하게 된다.
한편, 본 발명에 의한 공기조화기에서 난방운전이 시작되면, 상기 사방밸브(124)가 절환되어 난방운전에 의한 냉매의 이동방향을 전환시키게 된다.
즉, 상기 압축기(120,120')가 구동되어 기상(氣狀)의 냉매가 고온고압으로 압축되면, 압축된 냉매를 상기 실내기(200)로 공급하게 되고, 상기 실내기(200)에서는 상기 실내열교환기(202)를 통해 실내공기와 냉매를 열교환 시키게 된다. 그리고, 상기 실내열교환기(202)를 통해 열교환 되어 액상으로 변한 냉매는 감압 된 후 상기 실외열교환기(110)를 거쳐 기상 냉매로 변환된 후 다시 압축기(120,120')로 이송되는 순환과정을 반복하게 된다.
그리고, 상기 실내열교환기(202)에서 상기 실외열교환기(110)로 이송되는 냉매는 상기 메인유로(300)를 통해 이송되는데, 이때, 상기 냉방전용 우회관(114)에 구비된 냉방밸브(116)는 냉방운전 시에만 냉매를 실외열교환기(110)에서 실내열교환기(202)로 이송시키게 된다.
따라서, 상기 개폐밸브(320)를 개방하여 상기 실외측 감압장치(112)로 냉매가 이송되도록 하고, 상기 실외측 감압장치(112)에서는 상기 메인유로(300)를 통해 유입되는 냉매를 감압시켜 실외열교환기(110)로 이송시키게 된다.
즉, 상기 실외측 감압장치(112)는 냉방운전 시에는 상기 과냉각기(130)의 과냉각 회로로 냉매를 공급하여 메인유로(300)를 통과하는 냉매를 과냉각시키도록 냉매를 공급하고, 난방운전 시에는 상기 메인유로를(300) 통해 유입되는 냉매를 감압시켜 실외열교환기(110)로 냉매를 공급하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 개폐밸브(320)는 냉방운전 시 상기 냉방전용 우회관(114)를 통과한 냉매와 상기 실외측 감압장치(112)를 통과한 냉매가 혼합되는 것을 차단하고, 난방운전시에는 개방되어 상기 메인유로(300)를 통과한 냉매가 실외측 감압장치(112)를 통과하여 실외열교환기(110)로 이송되는 유로를 형성하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 통상의 기술자들에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변경이 가능할 것이다.
도 1 은 본 발명에 의한 공기조화기의 과냉각 시스템이 채용된 공기조화기의 냉방운전시 냉매 흐름을 도시한 개략도.
도 2 는 본 발명에 의한 공기조화기의 과냉각 시스템에 의한 냉방운전 시 냉매의 흐름을 보이기 위한 실외기측 도면.
도 3 은 본 발명이 적용된 공기조화기의 난방운전시 냉매 흐름을 도시한 개략도.
도 4 는 본 발명이 적용된 공기조화기의 난방운전 시 냉매 흐름을 보이기 위한 실외기측 도면.
도 5 는 본 발명에 의한 공기조화기의 냉방 또는 난방 운전시 밸브의 제어과정을 도시한 순서도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100..... 실외기 110..... 실외열교환기
112..... 실외측 감압장치 114..... 냉방전용 우회관
116..... 냉방밸브 120..... 정속압축기
120'.... 인버터압축기 125..... 핫가스관
125'.... 핫가스 바이패스 밸브장치 130..... 과냉각기
132..... 어큐뮬레이터
152..... 리퀴드 인젝션 바이패스 밸브장치 200..... 실내기
202..... 실내열교환기 204..... 실내측 감압장치
300..... 메인유로 320..... 개폐밸브
400..... 바이패스유로

Claims (4)

  1. 압축기, 응축기, 과냉각기를 포함하는 공기조화기의 과냉각 시스템에 있어서,
    상기 응축기와 과냉각기를 연결하는 메인유로,
    상기 메인유로상에 구비되는 실외측 감압장치,
    상기 실외측 감압장치를 통과한 냉매가 상기 과냉각기로 이송되도록 하는 과냉각 바이패스유로를 포함하여 구성되며,
    상기 과냉각 바이패스 유로를 통해 유동하는 냉매는 상기 실외측 감압장치의 개폐에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 과냉각 시스템.
  2. 냉매를 압축하는 압축기,
    실외열교환기,
    응축된 냉매를 과냉각 시키는 과냉각기,
    상기 실외열교환기와 상기 과냉각기를 연결하는 메인유로,
    상기 메인유로에서 분지되어 상기 과냉각기에 연결되는 바이패스유로,
    상기 메인유로에 구비되는 전자팽창밸브, 및
    냉방 운전을 기준으로 상기 전자팽창밸브의 하류에 배치되는 개폐밸브를 포함하고,
    상기 바이패스유로는 상기 메인유로에서 상기 전자팽창밸브와 개폐밸브 사이에 연결되는 공기조화기의 과냉각 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 메인유로에서 분지된 후에 상기 개폐밸브의 하류에서 상기 메인유로에 연결되는 우회관을 더 포함하는 공기조화기의 과냉각 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    냉방 운전 시 상기 개폐밸브는 오프되고,
    난방 운전 시 상기 개폐밸브는 온되는 공기조화기의 과냉각 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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