KR101450547B1 - 공기조화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 공기조화 시스템은 상 분리기의 바디에 기상냉매관을 통해 액상냉매가 유출되는 것을 방지하도록, 액상냉매의 유면이 상승함에 따라 상기 기상냉매관을 차폐하는 냉매관차폐부가 구비된다. 따라서, 압축기로 인젝션되는 냉매 중에 액상냉매가 포함되는 것을 방지할 수 있으므로, 압축기의 액압축 우려를 경감할 수 있고, 압축기의 손상 가능성이 감소하는 이점이 있다.
압축기, 상 분리기, 기상냉매관, 액상냉매관, 혼합냉매관

Description

공기조화 시스템 {Air conditioning system}
본 발명은 공기조화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축기로 인젝션되는 냉매 중 액상냉매가 포함되는 것이 방지될 수 있는 공기조화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화장치는 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기를 포함한다. 압축기에서 토출된 냉매는, 응축기에서 응축된 후, 팽창기에서 팽창된다. 팽창된 냉매는, 증발기에서 증발된 후, 압축기로 흡입된다. 냉방 운전 시 또는 난방 운전 시, 압축기로 냉매를 인젝션하여 시스템의 성적 계수(coefficient of performance)를 향상시킬 수 있다. 하지만, 인젝션되는 냉매 중에 액상냉매가 존재할 경우, 압축기에서 액압축이 발생하여, 압축기가 손상되는 문제점이 있다.
본 발명은 압축기로 인젝션되는 냉매 중 액상냉매가 포함되는 것이 방지될 수 있는 공기조화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 공기조화 시스템은, 냉매가 응축되는 응축기; 냉매가 증발되는 증발기; 및 상기 응축기 및 증발기와 연결되어 냉매를 유동시키는 상 분리기;를 포함하고, 상기 상 분리기는 바디; 상기 바디에 연결되고, 상기 응축기로부터 혼합냉매를 상기 바디 내부로 안내하는 혼합냉매관; 상기 바디에 연결되고, 상기 바디 내부의 액상냉매를 상기 증발기로 안내하는 액상냉매관; 상기 바디에 연결되고 상기 바디 내부에서 기상 냉매를 상기 바디 외부로 토출시키는 기상냉매관; 및 상기 바디 내부에 저장된 액상냉매의 유면이 상승 또는 하강될 때, 상기 혼합냉매관 또는 액상냉매관을 따라 상승 또는 하강되어 상기 기상냉매관을 개폐시키는 냉매관개폐부를 포함하고, 상기 냉매관개폐부는 상기 혼합냉매관 및 상기 액상냉매관에 각각 결합되고, 상기 혼합냉매관 및 액상냉매관을 따라 상승 또는 하강되도록 구성된다.
상기 냉매관개폐부는 상기 혼합냉매관 및 상기 액상냉매관과 연결되고, 상기 액상냉매의 유면과 접촉되어 상승 또는 하강되는 수평부재; 및 상기 바디 및 수평부재 사이에 배치되어 상기 수평부재에 탄성력을 제공하는 탄성부재;를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재는 상기 혼합냉매관 또는 액상냉매관 중 적어도 어느 하나에 설치될 수 있다.
상기 수평부재에는 상기 유면이 설정 수위를 초과할 경우, 상기 기상냉매관을 폐쇄시키는 밀폐부가 더 배치될 수 있다.
상기 공기조화 시스템은 냉매를 압축시키는 압축기를 더 포함하고, 상기 기상냉매관 및 압축기를 연결시키는 인젝션 배관이 배치되며, 상기 인젝션 배관에는 상기 기상냉매를 제어하는 인젝션밸브가 더 배치될 수 있다.
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본 발명에 따른 공기조화 시스템에서는, 압축기로 인젝션되는 냉매 중에 액상냉매가 포함되는 것을 방지할 수 있으므로, 압축기의 액압축 우려를 경감할 수 있고, 압축기의 손상 가능성이 감소하는 이점이 있다.
공기조화 시스템은, 냉방 운전만을 수행하는 일반적인 가정용 냉방용 공기조화기, 난방 운전만을 수행하는 난방용 공기조화기, 냉난방 운전을 모두 수행하는 히트 펌프식 공기조화기, 복수 개의 실내공간들을 냉/난방하는 멀티형 공기조화기를 모두 포함한다. 이하에서는, 공기조화 시스템의 일 실시예로서, 히트 펌프식 공 기조화기에 대하여 상세하게 살펴본다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프식 공기조화기(이하, '공기조화기'라 함)(100)가 도시되어 있다. 도 1은 공기조화기(100)의 구성도이고, 도 2는 공기조화기(100)의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 공기조화기(100)는 압축기(110), 실내 열교환기(120), 실외 열교환기(140), 제1팽창밸브(131), 제2팽창밸브(132), 상 분리기(150) 및 사방밸브(160)를 포함한다.
실내 열교환기(120)는, 냉방 운전 시 증발기로 작용하고, 난방 운전 시 응축기로 작용한다. 실외 열교환기(140)는, 냉방 운전 시 응축기로 작용하고, 난방 운전 시 증발기로 작용한다.
압축기(110)는 유입되는 저온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축시키고, 압축기는 제1압축부(111) 및 제2압축부(112)를 포함한다. 제1압축부(111)는 증발기로부터 유입되는 냉매를 압축하고, 제2압축부(112)는 제1압축부(111)로부터 유입되는 냉매 및 인젝션되는 냉매를 혼합하여 압축한다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 압축기(110)가 3단 이상의 다단 구조를 가질 수 있다.
사방밸브(160)는 냉난방 절환을 위한 유로 절환 밸브로서, 압축기(110)에서 압축된 냉매를 냉방 시 실외 열교환기(140)로 안내하고, 난방 시 실내 열교환기(120)로 안내한다. 사방밸브(160)와 압축기(110)는 제1연결배관(171)으로 연결되어 있다. 제1연결배관(171)은 압축기의 토출배관이다. 제1연결배관(171) 상에는 냉매의 토출 온도/압력을 측정하기 위하여, 토출온도 센서(181) 및 토출 압력 센서(182)가 배치되어 있다. 실내 열교환기(120)는 실내에 배치되고, 사방밸브(160)와 제2연결배관(172)으로 연결되어 있다.
상 분리기(150)는 응축기로부터 유출되는 혼합냉매를 유입하고, 유입된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 상 분리한다. 상분리기(150)는 분리된 액상냉매를 증발기로 보내고, 기상냉매를 제2압축부(112)로 보낸다. 제1압축부(111)는 증발기로부터 유입되는 냉매를 압축하고, 제2압축부(112)는 제1압축부(111)로부터 유입되는 냉매 및 인젝션되는 기상냉매를 혼합하여 압축한다.
상 분리기(150)의 제1연결부(151)와 실내 열교환기(120)는 제3연결배관(173)으로 연결되어 있다. 제1연결부(151)는, 냉방 운전 시 액상냉매가 토출되는 액상냉매관이고, 난방 운전 시 혼합냉매가 유입되는 혼합냉매관이다. 제1팽창밸브(131)는 제3연결배관(173) 상에 배치되며, 냉방 운전 시 상 분리기(150)로부터 유입되는 액상냉매를 교축하고, 난방 운전 시 실내 열교환기(120)로부터 유입되는 액상냉매를 교축한다.
실외 열교환기(140)는 실외에 배치되고, 상 분리기의 제2연결부(152)와 제4연결배관(174)으로 연결되어 있다. 제2연결부(152)는, 냉방운전 시 혼합냉매가 유입되는 혼합냉매관이고, 난방운전 시 액상냉매가 토출되는 액상냉매관이다. 제2팽창밸브(132)는 제4연결배관(174) 상에 배치되며, 냉방 운전 시 실외 열교환기(140)로부터 유입되는 액상냉매를 교축하고, 난방 운전 시 상 분리기(150)로부터 유입되는 액상냉매를 교축한다.
실외 열교환기(140)는 사방밸브(160)와 제5연결배관(175)으로 연결되어 있다. 또한, 사방밸브(160)와 압축기(110)의 유입배관은 제6연결배관(176)으로 연결되어 있다.
제2압축부(112)는 상 분리기(150)의 제3연결부(153)와 인젝션 배관(180)으로 연결되어 있다. 제3연결부(153)는 냉방 및 난방 운전 시 기상냉매가 토출되는 기상냉매관이다. 인젝션 배관(180) 상에는 인젝션 밸브(133)가 배치되어 있다. 인젝션 밸브(133)는 상 분리기(150)로부터 제2압축부(112)로 인젝션되는 냉매량 및/또는 냉매 압력을 제어한다. 인젝션 밸브(133)가 개방되면, 상 분리기(150) 내의 기상냉매가 인젝션 배관(180)을 통하여 제2압축부(112)로 유입된다. 인젝션 배관(180) 상에는, 인젝션되는 냉매의 온도를 측정하는 인젝션 온도 센서(183)와, 인젝션되는 냉매의 유량을 측정하는 인젝션 유량 센서(184)가 배치되어 있다.
도2 를 참조하면, 제어부(165)는, 압축기 토출 냉매 온도, 토출 냉매 압력, 인젝션 냉매 온도 및 인젝션 냉매 유량을 고려하여, 인젝션 밸브(133)의 개도를 조절한다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 인젝션 밸브(133)가 컨트롤 밸브가 아니라, 단순 개폐밸브일 수도 있다.
또한, 상기에서, 제어부(165)는 자동으로 인젝션 밸브(133)를 조작하지만, 사용자가 입력 장치(185)를 이용하여 수동으로 인젝션 밸브(133)를 조작할 수도 있다.
도 3에는 공기조화기(100)의 난방 운전 시의 냉매의 흐름이 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 압축기(110)로부터 토출된 고온 고압의 기상냉매는, 사방밸 브(160)를 거쳐 실내 열교환기(120) 내로 유입된다. 실내 열교환기(120)에서, 기상냉매는 실내 공기와 열교환을 하여, 응축된다. 상기 응축된 냉매는 제1팽창밸브(131)에서 교축된 후, 상 분리기(150)로 유입된다.
상 분리기(150)에서 분리된 액상냉매는 제2팽창밸브(132)에서 다시 교축된 후, 실외 열교환기(140)로 유입된다. 실외 열교환기(140)에서 냉매는 외부 공기와의 열교환에 의하여 증발하고, 증발된 냉매는 제1압축부(111)로 유입된다. 인젝션 밸브(133)가 개방되어, 상 분리기(150)에서 분리된 기상냉매는 제2압축부(112)로 유입된다. 제1압축부(111)에서 토출되는 냉매는 인젝션되는 냉매와 혼합된 후, 제2압축부(112)로 유입된다.
도 4에는 공기조화기(100)의 냉방 운전 시의 냉매의 흐름이 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 압축기(110)로부터 토출된 고온 고압의 기상냉매는, 사방밸브(160)를 거쳐 실외 열교환기(140) 내로 유입된다. 실외 열교환기(140)에서, 기상냉매는 실내 공기와 열교환을 하여, 응축된다. 상기 응축된 냉매는 제2팽창밸브(132)에서 교축된 후, 상 분리기(150)로 유입된다.
상 분리기(150)에서 분리된 액상냉매는 제1팽창밸브(131)에서 다시 교축된 후, 실내 열교환기(120)로 유입된다. 실내 열교환기(120)에서 냉매는 외부 공기와의 열교환에 의하여 증발하고, 증발된 냉매는 제1압축부(111)로 유입된다. 인젝션 밸브(133)는 페쇄되어, 압축기(110)로 냉매가 인젝션되지 않는다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 냉방 운전 시 상 분리기의 기상냉매가 제2압축부(112)로 인젝션될 수 있다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(100)의 상 분리기(150)의 구성도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5에 도시된 냉매관개폐부(159)의 수평부재의 단면도가 도시되어 있다. 도 7에는 도 5에 도시된 상 분리기(150)의 냉매관개폐부(159)의 작동도가 도시되어 있다.
본 실시예에서는, 난방운전 시의 경우, 혼합냉매관이 제1연결부(151)이고, 액상냉매관이 제2연결부(152)인 경우에 한정하여 설명한다. 이 경우, 전술한 바와 같이, 실외 열교환기(140)는 증발기의 작용을 하고, 실내 열교환기(120)는 응축기의 작용을 한다.
도 5를 참조하면, 상 분리기(150)는 응축기와 증발기 사이에 배치되며, 제1연결부(151), 제2연결부(152), 제3연결부(153) 및 냉매관개폐부(159)를 포함한다.
상 분리기의 바디(155)에는 소정의 내부공간이 형성되고, 기상냉매와 액상냉매가 혼합되어 저장된다. 바디(155)의 상부 끝단에는 상부벽(155b)이 형성된다.
난방 운전 시, 제1연결부(151)로 혼합냉매가 유입된 후, 바디(155) 내에서 분리된 액상냉매는 제2연결부(152)를 통하여 제2팽창밸브(132)를 거쳐 실외 열교환기(140)로 유입된다.
전술한 바와 같이, 제1연결부(551)는 난방 운전 시 응축기로부터 유출된 혼합냉매가 유입되는 혼합냉매관이고, 냉방 운전 시 상 분리기로부터 분리된 액상냉매가 토출되는 액상냉매관이다. 제2연결부(152)는 난방 운전 시 상 분리기로부터 분리된 액상냉매가 토출되는 액상냉매관이고, 냉방 운전 시 응축기로부터 유출된 혼합냉매가 유입되는 혼합냉매관이다. 즉, 난방운전 또는 냉방운전에 따라 제1연결 부와 제2연결부가 수행하는 기능은 서로 전환된다. 제3연결부(153)는 냉방 및 난방 운전 시 기상냉매가 토출되는 기상냉매관이다.
난방운전시, 혼합냉매관인 제1연결부(151)는 응축기로부터 유출된 혼합냉매를 바디(155)로 안내하는 기능을 수행하고, 바디의 일측에 삽입설치되며, 제1팽창밸브(131)와 연결되어 바디(155) 내의 액상냉매 속으로 연장되어 있다.
상 분리기(150)에서 분리된 액상냉매가 토출되는 액상냉매관인 제2연결부(152)는 제1연결부(151)과 이격되어 바디(155)의 다른 일측에 삽입설치되고, 제2팽창밸브(132)와 연결되어 바디(155) 내의 액상냉매 속으로 연장되어 있다. 또한, 제3연결부(153)는 인젝션 배관(미도시)과 연결되어 있으며, 액상냉매의 유면으로부터 이격되도록 바디(155)에 삽입설치되어 있다.
바디(155)에는 기상냉매관인 제3연결부(153)을 통해 액상냉매가 유출되는 것을 방지하도록, 액상냉매의 유면이 상승 또는 하강에 따라 기상냉매관을 개폐하는 냉매관개폐부(159)가 구비된다.
냉매관개폐부(159)는 상기 혼합냉매관과 상기 액상냉매관에 각각 체결된다. 구체적으로, 냉매관개폐부(159)는 상기 혼합냉매관과 상기 액상냉매관을 연결하는 수평부재(156)를 포함한다. 수평부재(156)는 액상냉매의 유면(155a)과 바디(155) 사이에 배치되어 있다.
도 6을 참조하면, 수평부재(156)의 일측에는 제1연결부(151)가 관통하는 제1연결부관통홀(151a)이 형성되고, 타측에는 제2연결부(152)가 관통하는 제2연결부관통홀(152a)이 형성되어 있다. 제1연결부(151)와 제2연결부(152)는 각각 제1연결부 관통홀(151a)과 제2연결부관통홀(152a)을 관통하여 바디(155)의 하측으로 연장된다.
도 5를 참조하면, 수평부재(156)는 상기 혼합냉매관 또는 상기 액상냉매관 중 적어도 하나에 탄성부재에 의해 결합되어 액상냉매의 유면이 상승함에 따라 상측으로 이동가능하다.
구체적으로, 상기 탄성부재는 제1탄성부재(158a)와 제2탄성부재(158b)를 포함하고, 제1탄성부재(158a)는 혼합냉매관인 제1연결부(151)에 끼워진 상태로 체결된다. 제1탄성부재(158a)는 상부벽(155b)과 수평부재(156) 사이에 배치되어, 일 단은 바디(155)의 상부벽(155b)에 고정되고, 타 단은 수평부재(156)의 상면에 고정되어 있다. 또한, 제2탄성부재(158b)는 제2연결부(152)에 끼워진 상태로 체결되고, 일 단은 바디(155)의 상부벽(155b)에 고정되고, 타 단은 수평부재(156)의 상면에 고정되어 있다.
제1탄성부재(158a) 및 제2탄성부재(158b)는 각각 혼합냉매관인 제1연결부(151)와 액상냉매관인 제2연결부(152)를 감싸는 스프링부재일 수 있다.
도 6을 참조하면, 수평부재(156)의 상면에는 기상냉매관인 제3연결부(153)와 대응되는 위치에 밀폐부(157)가 돌출 형성된다. 구체적으로, 수평부재(556)의 가운데 부분에는 밀폐부(157)가 형성되어 있고, 액상냉매의 유면(155a)이 설정 수위 이하이면, 제1탄성부재(158a) 및 제2탄성부재(158b)는 밀폐부(157)가 제3연결부(153)를 폐쇄하지 못하도록 수평부재(156)를 하방으로 탄성적으로 민다.
하지만, 도 7에 도시된 바와 같이, 액상냉매의 유면(155a)이 설정 수위를 초 과하면, 액상냉매의 유면(155a)이 제1탄성부재(158a) 및 제2탄성부재(158b)를 밀어 올려서 밀폐부(157)가 기상냉매관인 제3연결부(153)를 폐쇄하게 된다. 여기서, 밀폐부(157)가 기상냉매관인 제3연결부(153)을 폐쇄하기 위해서는, 밀폐부(157)의 직경(d1)은 기상냉매관인 제3연결부(153)의 직경(d2)보다 큰 것이 바람직하다.
수평부재(156)의 양단은 바디(155)의 하측으로 절곡되어 형성될 수 있다. 수평부재(156)의 양단이 절곡되어 형성되면, 액상냉매의 유면(155a)이 상승할 때, 액상냉매의 유면(155a)과 수평부재(156)의 밀착력이 증대된다. 따라서, 액상냉매의 유면(155a)으로 인해 탄성부재를 밀어올리는 힘이 정확하게 전달될 수 있다.
상 분리기(150)에서는, 액상냉매의 유면(155a)이 설정 수위를 초과하는 경우, 밀폐부(157)가 제3연결부(153)를 폐쇄하기 때문에, 액상냉매가 제3연결부(153)를 통하여 압축기(미도시)로 인젝션되는 것이 차단된다. 따라서, 기상냉매만이 제3연결부(153)를 통하여 압축기(미도시)로 인젝션되기 때문에, 압축기(미도시)의 액 압축 가능성이 크게 경감될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공기조화기의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 공기조화기의 난방 운전 시의 냉매의 흐름이 도시된 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시된 공기조화기의 냉방 운전 시의 냉매의 흐름이 도시된 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 상 분리기의 구성이 도시된 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 냉매관개폐부의 수평부재를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 상 분리기의 냉매관개폐부의 작동도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>
100: 공기조화기 110: 압축기
120: 실내 열교환기 131: 제1팽창밸브
132: 제2팽창밸브 133: 인젝션 밸브
140: 실외 열교환기 150: 상 분리기
151: 제1연결부 152: 제2연결부
153: 제3연결부 159: 냉매관개폐부
160: 사방밸브 180: 인젝션 배관

Claims (6)

  1. 냉매가 응축되는 응축기; 냉매가 증발되는 증발기; 및 상기 응축기 및 증발기와 연결되어 냉매를 유동시키는 상 분리기;를 포함하고,
    상기 상 분리기는
    바디;
    상기 바디에 연결되고, 상기 응축기로부터 혼합냉매를 상기 바디 내부로 안내하는 혼합냉매관;
    상기 바디에 연결되고, 상기 바디 내부의 액상냉매를 상기 증발기로 안내하는 액상냉매관;
    상기 바디에 연결되고 상기 바디 내부에서 기상 냉매를 상기 바디 외부로 토출시키는 기상냉매관; 및
    상기 바디 내부에 저장된 액상냉매의 유면이 상승 또는 하강될 때, 상기 혼합냉매관 또는 액상냉매관을 따라 상승 또는 하강되어 상기 기상냉매관을 개폐시키는 냉매관개폐부를 포함하고,
    상기 냉매관개폐부는 상기 혼합냉매관 및 상기 액상냉매관에 각각 결합되고, 상기 혼합냉매관 및 액상냉매관을 따라 상승 또는 하강되도록 구성된 공기조화 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉매관개폐부는
    상기 혼합냉매관 및 상기 액상냉매관과 연결되고, 상기 액상냉매의 유면과 접촉되어 상승 또는 하강되는 수평부재; 및
    상기 바디 및 수평부재 사이에 배치되어 상기 수평부재에 탄성력을 제공하는 탄성부재;를 포함하는 공기조화 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 혼합냉매관 또는 액상냉매관 중 적어도 어느 하나에 설치된 공기조화 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 수평부재에는 상기 유면이 설정 수위를 초과할 경우, 상기 기상냉매관을 폐쇄시키는 밀폐부가 더 배치된 공기조화 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기조화 시스템은
    냉매를 압축시키는 압축기를 더 포함하고,
    상기 기상냉매관 및 압축기를 연결시키는 인젝션 배관이 배치되며, 상기 인젝션 배관에는 상기 기상냉매를 제어하는 인젝션밸브가 더 배치된 공기조화 시스템.
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