KR101404232B1 - 과냉각기를 구비한 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실내를 냉난방할 수 있는 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 과냉각기를 통해 실외열교환기에서 실내열교환기로 공급되는 냉매를 과냉각시켜 냉방 성능을 향상시킬 수 있게 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는 냉방 운전모드 시에 실외열교환기에서 배출된 중온고압액 상태의 냉매는 과냉각기를 거쳐 실내열교환기로 유입되고, 실내열교환기를 통과한 저온저압가스 상태의 냉매는 과냉각기로 유입되어 실외열교환기에서 배출된 중온고압액 상태의 냉매와 과냉각기에서 열교환 후 사방밸브를 통해 압축기를 거쳐 실외열교환기로 유입되는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

과냉각기를 구비한 공기조화기{Air Conditioner with subcooling Apparatus}
본 발명은 실내를 냉난방할 수 있는 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 과냉각기를 통해 실외열교환기에서 실내열교환기로 공급되는 냉매를 과냉각시켜 냉방 성능을 향상시킬 수 있게 구성한 것이다.
실내의 냉방 및 난방을 겸용하여 사용하는 공기조화기는 압축기, 실외열교환기, 팽창밸브, 실내열교환기 및 사방변을 구비하며 냉매의 순환경로를 제어하여 실내열교환기를 통해 실내를 냉방 또는 난방을 하도록 구성된다.
종래의 멀티형 공기조화기에 관한 선행기술문헌으로, 대한민국 등록특허공보 제10-0748974호에 기술내용이 공지되어 있다.
하지만, 종래의 멀티형 공기조화기에 구성된 과냉각기는 도 1에 도시된 바와 같이, 실외열교환기(1)에서 응축된 중온고압의 냉매와 과냉각기(5)에 의해 일부의 냉매를 팽창시킨 저온저압의 냉매를 열교환시켜 과냉도를 확보하는 기술에 관한 것이다.
이와 같이 구성된 종래의 멀티형 공기조화기는 실외열교환기(1)로부터 응축된 냉매의 일부를 팽창시킨 후 과냉각기(5)를 통해 과냉각시키는 구조로서, 팽창된 일부 냉매의 증발 잠열만을 이용하여 과냉각시킨다. 따라서 과냉각의 효과가 떨어지며 이로 인해 멀티형 공기조화기의 냉방효율을 증대시킬 수 없다는 단점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0748974호(공고일 2007.08.13)
본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 냉방 운전 시에는 실내열교환기를 지난 저온저압가스 냉매의 현열과 실외열교환기에서 나온 냉매의 일부를 팽창시켜 저온저압액 냉매의 잠열을 이용하여 과냉각기를 통과하는 중온고압액 냉매의 과냉도를 충분히 확보해 냉방성능을 향상시키고, 난방 운전 시에는 고온고압가스 냉매가 과냉각기로 유입되는 것을 우회시켜 성능이 저하되는 것을 방지 할 수 있도록 구성한 과냉각기를 구비한 공기조화기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는 냉방 운전모드 시에 실외열교환기에서 배출된 중온고압액 상태의 냉매는 과냉각기를 거쳐 실내열교환기로 유입되고, 실내열교환기를 통과한 저온저압가스 상태의 냉매는 과냉각기로 유입되어 실외열교환기에서 배출된 중온고압액 상태의 냉매와 과냉각기에서 열교환 후 사방밸브를 통해 압축기를 거쳐 실외열교환기로 유입되는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 과냉각기에서 사방밸브로 연장된 냉매라인과 실내열교환기에서 과냉각기로 연장된 냉매라인을 연결하는 우회관을 포함하며, 난방 운전모드 시에는 사방밸브에서 배출된 고온고압가스 상태의 냉매가 우회관을 통해 과냉각기를 우회하여 실내열교환기로 유입된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 우회관에는 밸브가 장착되고, 과냉각기에서 사방밸브로 연장된 냉매라인에는 단방향체크밸브가 장착되어 난방운전시 고온고압가스 상태의 냉매가 과냉각기로 유입되는 것을 차단한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 냉방 운전모드 시에 과냉각기를 통과한 중온고압액 상태의 냉매가 냉매라인에서 분기되어 실내열교환기에서 과냉각기로 유입되는 저온저압가스 상태의 냉매와 합류하도록 분기관이 형성되고, 분기관에는 팽창밸브가 장착되어 중온고압액 상태의 냉매가 저온저압액 냉매로 팽창되어 합류된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 과냉각기는 코로게이트 배관인 이중관 열교환기 또는 판형 열교환기를 사용한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 과냉각기를 통과하는 중온고압액 상태의 냉매와 저온저압액 및 가스 상태의 냉매는 대향류 열교환방식으로 열교환된다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 과냉각기를 구비한 공기조화기는 냉방 운전모드 시에 과냉각기에서 중온고압액 상태의 냉매와 저온저압 상태의 냉매가 대항류 열교환방식으로 열교환되며, 특히 저온저압 냉매의 잠열과 현열로 중온고압액 냉매를 과냉각시킴으로써, 공기조화기의 성능을 향상시킨다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 과냉각기를 구비한 공기조화기는 난방 운전모드 시에 고온고압가스가 과냉각기로 유입되는 것을 차단함으로써, 난방운전시 성능저하 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 선행기술문헌인 대한민국 등록특허공보 제10-0748974호의 과냉각기를 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전 시를 나타낸 개통도이고,
도 3은 도 2에 도시된 공기조화기의 난방운전 시를 나타낸 개통도이며,
도 4는 도 2에 도시된 과냉각기를 나타낸 상세도이고,
도 5는 도 4에 도시된 공기조화기의 냉매 P-h선도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전 시를 나타낸 개통도이고,
도 7은 도 6에 도시된 과냉각기를 나타낸 상세도이며,
도 8은 제1실시예와 제2실시예의 온도변화를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 본 발명에 따른 과냉각기를 구비한 공기조화기의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
[제1실시예]
도면에서, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전 시를 나타낸 개통도이고, 도 3은 도 2에 도시된 공기조화기의 난방운전 시를 나타낸 개통도이며, 도 4는 도 2에 도시된 과냉각기를 나타낸 상세도이고, 도 5는 도 4에 도시된 공기조화기의 냉매 P-h선도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 공기조화기(100)는 실내기(101)와 실외기(102)로 구분되며, 실외기(102)에는 압축기(110), 사방밸브(120), 실외열교환기(130), 어큐뮬레이터(140), 팽창밸브(150), 과냉각기(160)를 포함하며, 실내기(101)에는 팽창밸브(180) 및 실내열교환기(190)들이 포함된다.
이와 같이 구성된 공기조화기(100)를 이용하여 실내를 냉방 운전할 시에 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매는 실내기(101)와 실외기(102)를 순환하게 되는데, 그 개통도를 살펴보면, 냉매는 압축기(110)에서 사방밸브(120), 실외열교환기(130), 팽창밸브(150), 과냉각기(160)를 통해 실내기(101)로 유동하며, 실내기(101)로 유입된 냉매는 병렬로 배치된 팽창밸브(180), 실내열교환기(190)를 통과한 후에 다시 실외기(102)로 유입된다. 실외기(102)로 유입된 냉매는 과냉각기(160), 사방밸브(120), 어큐뮬레이터(140)를 통해 압축기(110)로 유입되는 순환 구조를 갖는다.
이와 같이 순환하는 냉매의 상태를 살펴보면, 압축기(110)에서 실외열교환기(130)까지의 냉매는 고온고압가스 상태이고, 실외열교환기(130)에서 실내기(101)의 팽창밸브(180)까지는 중온고압액 상태이며, 실내열교환기(190)를 통과한 냉매는 저온저압가스 상태로서, 과냉각기(160)를 통과하면서 상대적으로 실외열교환기(130)에서 배출된 중온고압액 상태의 냉매와 열교환한다. 열교환한 저온저압가스 상태의 냉매는 과열되어 어큐뮬레이터(140)를 통과한 후 압축기(110)로 유입된다.
이와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 공기조화기(100)는 냉방 운전 시에 실내열교환기(190)에서 냉각된 저온저압가스 냉매의 현열을 이용해 실외열교환기(130)에서 배출된 중온고압액 냉매를 과냉각시킨다. 중온고압액 냉매를 과냉도를 충분히 확보함으로써, 냉방성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 제1실시예에 따른 공기조화기(100)는 난방 운전모드 시에 성능이 저하되는 것을 방지하기 위해 압축기(110)에서 배출된 고온고압의 냉매는 사방밸브(120)를 통과하고 과냉각기(160)를 우회하여 실내열교환기(190)로 유입되도록 과냉각기(160)의 전후를 연결하는 우회관(170)이 장착되고, 우회관(170)에는 솔레노이드밸브(171)가 장착되어 고온고압가스 냉매가 과냉각기(160)를 거치지 않고 실내열교환기(190)로 유입되도록 구성된다. 그리고 과냉각기(160)의 전방에는 고온고압가스 냉매가 과냉각기(160)로 유입되는 것을 차단하는 단방향체크밸브(161)가 장착된다.
아래에서는 제1실시예에 따른 공기조화기(100)의 난방 운전모드를 설명한다.
압축기(110)에서 배출된 고온고압가스는 사방밸브(120)를 거친 후 우회관(170)을 통해 실내열교환기(190)로 유입되고, 실내열교환기(190)에서 중온고압액 상태로 응축한 후 팽창밸브(180) 및 과냉각기(160)를 거쳐 팽창밸브(150), 실외열교환기(130)를 통과하여 저온저압 냉매상태에서 증발한다. 그리고 사방밸브(120) 및 어큐뮬레이터(140)를 통과한 후 압축기(110)로 유입되는 구조로 순환한다.
이때 고온고압가스가 과냉각기(160)를 우회함으로써, 실외열교환기(130)의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 제1실시예에 따른 공기조화기(100)는 냉방 시에 실내열교환기(190)로 유입되는 중온고압액 냉매를 과냉각하여 냉방효율을 증대시키며, 난방 시에는 고온고압가스냉매를 우회시킴으로써, 실외열교환기(130)의 성능저하문제를 해결한다.
도 4는 앞서 설명한 과냉각기(160)로서, 코로게이트 배관인 이중관 형태를 나타낸 상세도이다. 그리고 도 5의 냉매 P-h선도와 같이, 냉방 시에 냉매는 종래 1-2-3-4-5의 사이클로 변화하였으나, 제1실시예와 같이 중온고압액 냉매에 대한 과냉도를 확보함으로써, 냉매의 사이클을 1'-2'-3-4'-5'로 변환시켜 냉방성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 4는 과냉각기가 이중관 형태로 구성된 것으로 설명하고 있으나, 다른 예로서는 판형 열교환기로 대신할 수 있다.
[제2실시예]
제2실시예에 따른 공기조화기는 과냉각기를 통과한 중온고압액 냉매를 일부 분기시키고 팽창밸브를 거쳐 저온저압액냉매으로 팽창시킨 후 실내열교환기에서 배출된 저온저압액냉매와 합류시켜 과냉각기를 통과하는 중온고압액 냉매와 열교환시키는 구조를 갖는다. 다른 구성은 제1실시예에서 설명한 구성들과 동일 또는 유사함에 따라 동일 또는 유사한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전 시를 나타낸 개통도이고, 도 7은 도 6에 도시된 과냉각기를 나타낸 상세도이며, 도 8은 제1실시예와 제2실시예의 온도변화를 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 과냉각기(160)에서 실외기(102)의 팽창밸브(150)에서 실내기(101)의 팽창밸브(180)로 연장된 냉매라인 즉 냉방 시에 중온고압액 냉매가 과냉각기(160)를 통과해 실내기(101)로 유동하도록 구성한 냉매라인에는 과냉각기(160)의 후단에 분기관(210)이 형성되고, 분기관(210)에는 팽창밸브(211)가 장착되며, 분기관(210)은 실내열교환기(190)에서 과냉각기(160)로 유입되는 저온저압액냉매와 합류하도록 냉매라인에 연결된다. 따라서 실외열교환기(130)에서 팽창밸브(150)를 통해 과냉각기(160)로 유입되는 중온고압액냉매는 과냉각기(160)를 통과한 후에 분기관(210)에서 일부의 냉매가 분기되어 팽창밸브(211)를 통과하면서 저온저압액냉매로 팽창되고, 팽창된 저온저압액냉매는 실내열교환기(190)에서 과냉각기(160)로 유입되는 저온저압가스냉매와 합류하여 과냉각기(160)로 유입된다. 이와 같이 과냉각기(160)로 유입된 저온저압액냉매는 실외열교환기(130)에서 배출된 중온고압액 냉매와 열교환하여 냉방효율을 향상시킨다.
한편, 제2실시예와 같이 분기관(210)을 통해 저온저압액냉매를 과냉각기(160)로 공급함으로써, 분기관(210)을 통해 공급된 저온저압액냉매의 잠열과 실내열교환기(190)를 지난 저온저압가스냉매의 현열을 이용하여 중온고압액 냉매를 과냉각시킬 수 있다. 이와 같이 저온저압 냉매의 잠열과 현열을 모두 이용하기 때문에, 도 7에 도시된 바와 같이 대항류 형태의 열교환방식을 채택한 경우, 온도변화를 제1실시예보다 더 큰 과냉도를 구현할 수 있고, 그에 따라 냉방성능 또한 제1실시예의 경우보다 더 우수하다는 장점이 있다.
또한, 제2실시예에 따른 공기조화기에 있어서, 난방 운전모드 시에는 분기관(210)의 팽창밸브(211)를 폐쇄함으로써, 제1실시예에서 설명한 난방 운전모드와 동일하게 작동 가능하다.
100 : 공기조화기
101 : 실내기
102 : 실외기
110 : 압축기
120 : 사방밸브
130 : 실외열교환기
140 : 어큐뮬레이터
150, 180, 211 : 팽창밸브
160 : 과냉각기
161 : 단방향체크밸브
170 : 우회관
171 : 솔레노이드밸브
190 : 실내열교환기
210 : 분기관

Claims (6)

  1. 냉방 운전모드 시에 실외열교환기에서 배출된 중온고압액 상태의 냉매는 과냉각기를 거쳐 실내열교환기로 유입되고, 실내열교환기를 통과한 저온저압가스 상태의 냉매는 과냉각기로 유입되어 실외열교환기에서 배출된 중온고압액 상태의 냉매와 과냉각기에서 열교환 후 사방밸브를 통해 압축기를 거쳐 실외열교환기로 유입되며,
    과냉각기에서 사방밸브로 연장된 냉매라인과 실내열교환기에서 과냉각기로 연장된 냉매라인을 연결하는 우회관을 포함하며, 난방 운전모드 시에는 사방밸브에서 배출된 고온고압가스 상태의 냉매가 우회관을 통해 과냉각기를 우회하여 실내열교환기로 유입되고,
    우회관에는 밸브가 장착되고, 과냉각기에서 사방밸브로 연장된 냉매라인에는 단방향체크밸브가 장착되어 고온고압가스 상태의 냉매가 과냉각기로 유입되며,
    냉방 운전모드 시에 과냉각기를 통과한 중온고압액 상태의 냉매가 냉매라인에서 분기되어 실내열교환기에서 과냉각기로 유입되는 저온저압가스 상태의 냉매와 합류하도록 분기관이 형성되고, 분기관에는 팽창밸브가 장착되어 중온고압액 상태의 냉매가 저온저압액 상태의 냉매로 팽창되어 합류되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    과냉각기는 코로게이트 배관인 이중관 형태이거나 판형 열교환기의 형태인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제5항에 있어서,
    과냉각기를 통과하는 중온고압액 상태의 냉매와 저온저압 액체 및 가스 상태의 냉매는 대항류 열교환방식으로 열교환되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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