KR101980710B1 - 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실내기와, 제1 실외 열교환기 및 전기로 구동되는 제1 압축기를 포함하는 제1 실외기와, 제2 실외 열교환기 및 엔진으로 구동되는 제2 압축기를 포함하는 제2 실외기와, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수 배관과, 제1 실외 열교환기 및 제2 실외 열교환기 중 적어도 어느 하나로 유입되는 냉매를 냉각수 배관의 냉각수와 열교환시키는 적어도 하나 이상의 폐열회수 열교환기를 포함한다.
본 발명은 고온의 냉각수와 제1 실외 열교환기 및 제2 실외 열교환기로 각각 유동하는 냉매를 열교환시키는 폐열회수 열교환기가 구비됨으로써, 저온 난방시 제1 실외기와 제2 실외기에 착상되는 서리를 제상시킬 수 있다. 또한, EHP 방식과 GHP 방식을 모두 이용하여 난방 부하의 대응범위가 넓으며 효율이 높다.

Description

공기조화기{Air conditioner}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 난방효율 및 제상 성능을 개선시킨 EHP 방식과 GHP 방식으로 구동되는 혼합식 공기조화기에 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.
한편, 압축기를 구동하는 동력원에 따라 EHP 방식 공기조화기와 GHP 방식 공기조화기로 분류할 수 있다. EHP 방식은 압축기의 동력원으로 전기를 사용하는 방식이며, GHP 방식은 압축기의 동력원으로 LNG나 LPG 등의 연료를 이용하는 방식이다. GHP 방식은 연료 연소를 통해 엔진을 작동시켜 압축기 모터의 출력을 제공한다.
EHP 방식은 공급 전류를 조절함으로써 압축기 제어가 용이하여 부분 부하 대응 적합하고, 에너지 효율이 높다는 장점이 있다. 다만 EHP 방식은 저온 난방시 실외 열교환기에 서리가 착상되는 문제점이 있다.
반면, GHP 방식 공기조화기는 엔진의 폐열을 이용함으로써 제상 성능이 우수한 장점이 있으나, 열 손실 등에 의해 엔진의 효율이 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 난방 효율이 높으며, 저온 난방시 제상 성능이 개선된 EHP 방식 실외기 및 GHP 방식 실외기를 포함한 공기조화기를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는 실내 열교환기를 포함하는 실내기와, 상기 실내 열교환기와 냉매 배관을 통해 연결되며 제1 실외 열교환기 및 전기로 구동되는 제1 압축기를 포함하는 제1 실외기와, 상기 실내 열교환기와 냉매 배관을 통해 연결되며 제2 실외 열교환기 및 엔진으로 구동되는 제2 압축기를 포함하는 제2 실외기와, 상기 엔진을 냉각하기 위한 냉각수 배관과, 상기 제1 실외 열교환기 및 상기 제2 실외 열교환기 중 적어도 어느 하나로 유입되는 냉매와 상기 냉각수 배관의 냉각수를 열교환시키는 적어도 하나 이상의 폐열회수 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명은 상기 폐열회수 열교환기는 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 상기 냉각수와 열교환시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 폐열회수 열교환기는 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 상기 냉각수와 열교환시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 폐열회수 열교환기는 상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 열교환시키는 제1 폐열회수 열교환기와, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 열교환시키는 제2 폐열회수 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 엔진을 냉각하여 가열된 냉각수는 상기 제1 폐열회수 열교환기와 상기 제2 폐열회수 열교환기를 순차적으로 통과하여 상기 냉매와 열교환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제1 폐열회수 열교환기와 상기 제2 폐열회수 열교환기는 병렬로 배치되며, 상기 냉각수 배관은 분지되어 상기 제1 폐열회수 열교환기에 연결되는 제1 분지관과, 상기 제2 실외 열교환에 연결되는 제2 분지관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제1 폐열회수 열교환기에서 열교환되는 냉각수량을 조절하도록 제1 분지관에 구비된 제1 조절밸브와, 상기 제2 폐열회수 열교환기에서 열교환되는 냉각수량을 조절하도록 제2 분지관에 구비된 제2 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제1 폐열회수 열교환기와 상기 제2 폐열회수 열교환기 중 열교환되는 냉매 온도가 낮은 쪽에 더 많은 냉각수가 유입되도록 제1 조절밸브와 제2 조절밸브의 개도가 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 한 개의 폐열회수 열교환기가 구비되며, 상기 폐열회수 열교환기에는 상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과, 냉각수 배관이 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 폐열회수 열교환기는 상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 제1 유로와, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 제2 유로와, 냉각수가 유동하는 냉각수 유로를 내부에 포함하며, 상기 냉각수 유로는 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 난방부하가 기설정 부하 이상인 경우에는 상기 제1 실외기 및 상기 제2 실외기가 모두 가동되며, 난방부하가 기설정 부하 미만인 경우에는 상기 제1 실외기가 가동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 난방부하가 기설정 값 미만인 경우, 단위열량당 전기료가 단위열량당 연료비보다 기설정 값 이상으로 더 크면, 상기 제1 실외기의 가동이 중단되고 상기 제2 실외기가 가동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기는 복수개의 실내기, 제1 실외 열교환기와 전기로 구동되는 제1 압축기를 포함하는 적어도 하나 이상의 EHP 방식 실외기, 제2 실외 열교환기와 엔진으로 구동되는 제2 압축기와 상기 압축기를 냉각하기 위한 냉각수 배관을 포함하는 적어도 하나 이상의 GHP 방식 실외기를 포함하는 공기조화기에 있어서, 상기 냉각수 배관에 유동하는 냉각수의 폐열을 상기 제1 실외 열교환기 및 상기 제2 실외 열교환기로 각각 유입되는 냉매에 전달하는 열전달 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 상기 열전달 수단은 상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과 상기 냉각수 배관이 연결된 제1 폐열회수 열교환기와, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과 상기 냉각수 배관이 연결된 제2 폐열회수 열교환기인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제1 폐열회수 열교환기와 상기 제2 폐열회수 열교환기는 병렬로 배치되며, 상기 냉각수 배관은 상기 제1 폐열회수 열교환기와 상기 제2 폐열회수 열교환기의 개수에 대응되게 복수개의 분지관으로 분지되어 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 열전달 수단은 상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과, 냉각수 배관이 연결된 폐열회수 열교환기인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 폐열회수 열교환기는 상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 제1 유로와, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 제2 유로와, 냉각수가 유동하는 냉각수 유로를 내부에 포함하며, 상기 냉각수 유로는 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 페열회수 열교환기가 난방시 EHP 방식의 제1 실외 열교환기 및 GHP 방식의 제2 실외 열교환기로 각각 유입되는 냉매를 냉각수와 열교환시킴으로써 공기조화기의 에너지 효율을 높이면서 제상성능을 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 열교환시키는 제1 폐열회수 열교환기와 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 열교환시키는 제2 폐열회수 열교환기가 서로 병렬로 배치됨에 따라 냉매 온도에 맞추어 열교환되는 냉각수량을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 한 개의 폐열회수 열교환기에 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과, 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과, 냉각수 배관이 모두 연결되어 공기조화기의 구조를 단순화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 난방부하가 기설정 부하 이상인 경우에는 제1 실외기 및 제2 실외기를 모두 가동시키고, 난방부하가 기설정 부하 미만인 경우에는 제1 실외기를 가동시키고, 단위열량당 전기료가 단위열량당 연료비보다 기설정 값 이상으로 더 크면 제2 실외기를 가동시킴으로써, 난방효율은 높이면서 동시에 난방비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명은 일 실시예에 따른 제1 폐열회수 열교환기와 제2 폐열회수 열교환기를 포함하는 공기조화기의 구성도이다.
도 2는 본 발명은 일 실시예에 따른 병렬로 배치된 제1 폐열회수 열교환기와 제2 폐열회수 열교환기를 포함하는 공기조화기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 개의 폐열회수 열교환기를 포함하는 공기조화기의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열회수 열교환기의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기로 유입되는 냉매와 냉각수를 열교환시키는 폐열회수 열교환기를 포함하는 공기조화기의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 병렬로 배치된 제1 폐열회수 열교환기와 제2 폐열회수 열교환기를 포함하는 공기조화기의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 한 개의 폐열회수 열교환기를 포함하는 공기조화기의 구성도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기를 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 발명은 실내기와, 제1 실외 열교환기 및 전기로 구동되는 제1 압축기를 포함하는 제1 실외기와, 제2 실외 열교환기 및 엔진으로 구동되는 제2 압축기를 포함하는 제2 실외기와, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수 배관과, 제1 실외 열교환기 및 제2 실외 열교환기 중 적어도 어느 하나로 유입되는 냉매를 냉각수 배관의 냉각수와 열교환시키는 적어도 하나 이상의 폐열회수 열교환기를 포함한다.
본 발명은 EHP 방식의 제1 실외기와 GHP 방식의 제2 실외기를 포함하는 혼합식 공기조화기이다. 본 발명은 고온의 냉각수와 제1 실외 열교환기 및 제2 실외 열교환기 중 적어도 어느 하나로 유동하는 냉매를 열교환시키는 폐열회수 열교환기가 구비됨으로써, 저온 난방시 제1 실외기와 제2 실외기에 착상되는 서리를 제상시킬 수 있다. 또한, EHP 방식과 GHP 방식을 모두 이용하여 난방 부하의 대응범위가 넓으며 효율이 높다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 공기조화기에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 폐열회수 열교환기와 제2 폐열회수 열교환기를 포함하는 공기조화기의 구성도이다.
본 발명은 실내 열교환기(111)를 포함하는 하나의 실내기(110)를 포함할 수 있다. 또한 실내기(110)는 실내팬(112)을 포함할 수 있다.
실내기(110)는 EHP 방식의 제1 실외기(120) 및 GHP 방식의 제2 실외기(130)와 각각 냉매 배관(140)을 통해 연결된다. 이러한 제1 실외기(120)와 제2 실외기(130)를 선택적으로 가동시키거나, 제1 실외기(120)와 제2 실외기(130)를 동시에 가동시킴으로써 실내기(110)에 냉매를 공급하여 실내를 냉/난방할 수 있다.
일 실시예로, 실내기(110)로 유입 또는 유출되는 냉매가 유동하는 냉매 배관(140)은 단일 배관에서 분지되어 각각 제1 실외기(120)와 제2 실외기(130)에 연결될 수 있다.
즉, 실내기(110)에서 유출되는 냉매는 나뉘어져 각각 제1 실외기(120) 및 제2 실외기(130)로 유입되며, 제1 실외기(120) 및 제2 실외기(130)에서 유출되는 냉매는 서로 합쳐져 실내기(110)로 유입될 수 있다.
한편, 제1 실외기(120)는 실외공기와 열교환하는 제1 실외 열교환기(121), 전기로 구동되는 제1 압축기(122)를 포함한다. 또한, 제1 실외기(120)는 제1 압축기(122)로 유입되는 액상 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터(123), 냉매의 유로를 전환하는 사방밸브(124) 및 실외팬(125)을 포함할 수 있다.
제2 실외기(130)는 실외공기와 열교환하는 제2 실외 열교환기(131), 엔진(136)으로 구동되는 제2 압축기(132)를 포함한다. 또한, 제2 실외기(130)는 어큐뮬레이터(133), 사방밸브(134) 및 실외팬(135)을 포함할 수 있다.
더불어, 제2 실외기(130)는 엔진(136)을 냉각하기 위한 냉각수 배관(210)을 포함한다. 냉각수 배관(210)은 폐유로를 형성하며, 내부에 냉각수가 유동하여 가열된 엔진(136)의 열을 흡수하게 된다.
본 발명은 제1 실외 열교환기(121) 및 제2 실외 열교환기(131)로 각각 유입되는 냉매와 냉각수 배관(210)의 냉각수를 열교환시키는 폐열회수 열교환기(220) 포함한다. 이러한, 폐열회수 열교환기(220)는 제1 실외 열교환기(121)로 유입되는 냉매를 열교환시키는 제1 폐열회수 열교환기(221)와, 제2 실외 열교환기(131)로 유입되는 냉매를 열교환시키는 제2 폐열회수 열교환기(222)일 수 있다. 이하에서는 제1 실외기(120)와 제2 실외기(130)가 모두 구동되는 경우에 한정하여 설명하기로 한다.
제1 폐열회수 열교환기(221)에는 제1 실외 열교환기(121)에 유입되는 냉매가 유동하는 냉매 배관(141)과 고온의 냉각수가 유동하는 냉각수 배관(210)이 연결된다. 제2 폐열회수 열교환기(222)에는 제2 실외 열교환기(131)에 유입되는 냉매가 유동하는 냉매 배관(142)과 고온의 냉각수가 유동하는 냉각수 배관(210)이 연결된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제1 폐열회수 열교환기(221)와 제2 폐열회수 열교환기(222)는 일렬로 배치되어 단일 냉각수 배관(210)에 의해 연결될 수 있다. 따라서, 엔진(136)을 통과하여 가열된 냉각수는 제2 폐열회수 열교환기(222)와 제1 폐열회수 열교환기(221)를 순차적으로 통과하게 된다.
다만, 이에 제한되는 것은 아니며 냉각수는 제1 폐열회수 열교환기(221), 제2 폐열회수 열교환기(222) 순으로 순차적으로 통과할 수 있다. 바람직하게는 유동하는 냉매 온도가 더 낮은 쪽의 폐열회수 열교환기(220)에 우선적으로 냉각수가 통과하도록 제1 폐열회수 열교환기(221) 및 제2 폐열회수 열교환기(222)가 배치될 수 있다.
이때, 제1 폐열회수 열교환기(221)에서는 온도 차이에 의해 냉매와 냉각수간의 열교환이 일어난다. 구체적으로, 제1 실외 열교환기(121)로 유입되는 냉매는 실내기(110)에서 응축된 후 팽창밸브(126)에서 팽창되어 저온 저압상태이므로 고온의 냉각수에서 냉매로 열이 전달된다. 따라서, 저온 난방시 제1 실외 열교환기(121)로 유입되는 냉매 온도가 상승됨에 따라 제1 실외 열교환기(121)에 착상된 서리를 제거할 수 있다.
마찬가지로, 제2 폐열회수 열교환기(222)에서도 냉각수에서 팽창밸브(137)에서 팽창된 저온 냉매로 열이 전달된다. 따라서, 제2 실외 열교환기(131)로 유입되는 냉매 온도가 상승되어 저온 난방시 제2 실외 열교환기(131)에 착상된 서리를 제거할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 GHP 방식 제2 실외기(130)의 엔진(136) 폐열을 EHP 방식의 제1 실외기(120)의 제1 실외 열교환기(121)의 제상에 이용함으로써, 저온 난방시 EHP 방식 제1 실외기(120)의 난방능력 저하를 방지할 수 있다.
또한, GHP 방식 제2 실외기(130)와 더불어 EHP 방식 제1 실외기(120)를 가동시킴으로써 난방 부하의 대응범위가 넓어지며, 에너지 효율을 높일 수 있다. 구체적으로, GHP 방식 제2 실외기(130)의 가동율을 줄여 엔진(136)에 의한 에너지 효율 저하를 방지하고, 부족한 난방능력은 EHP 방식 제1 실외기(120)의 가동율을 높여 대응할 수 있다. EHP 방식은 에너지 효율이 높으며, 전류 제어에 의해 압축기의 용량을 조절할 수 있기 때문에 난방 부하의 대응범위가 넓어지고 전체적인 효율이 상승하게 된다.
도 2는 본 발명은 일 실시예에 따른 병렬로 배치된 제1 폐열회수 열교환기와 제2 폐열회수 열교환기를 포함하는 공기조화기의 구성도이다.
본 발명의 제1 폐열회수 열교환기(221)와 제2 폐열회수 열교환기(222)는 병렬로 배치될 수 있다. 이때, 냉각수 배관(210)은 분지되어 제1 폐열회수 열교환기(221)에 연결되는 제1 분지관(211)과, 제2 폐열회수 열교환기(222)에 연결되는 제2 분지관(212)으로 구분될 수 있다.
따라서, 엔진(136)을 통과한 가열된 냉각수는 나뉘어져 제1 분지관(211)을 따라 제1 폐열회수 열교환기(221)로 유입되거나, 제2 분지관(212)을 따라 제2 폐열회수 열교환기(222)로 유입된다.
이때, 제1 분지관(211)에 제1 조절밸브(213)가 구비되며, 제2 분지관(212)에는 제2 조절밸브(214)가 구비될 수 있다. 제1 조절밸브(213) 및 제2 조절밸브(214)의 개도를 조절하여 제1 폐열회수 열교환기(221)와 제2 폐열회수 열교환기(222) 각각에서 열교환되는 냉각수량을 조절할 수 있다.
제1 실외 열교환기(121)와 제2 실외 열교환기(131)에는 온도센서(미도시)가 구비될 수 있으며, 측정된 제1 실외 열교환기(121)와 제2 실외 열교환기(131) 온도에 따라 제1 조절밸브(213) 및 제2 조절밸브(214)의 개도를 조절한다. 즉, 온도가 더 낮은 실외 열교환기의 유입 냉매 온도를 높이도록, 상기 실외 열교환기와 열교환되는 냉각수량을 조절하는 조절밸브의 개도를 다른 조절밸브의 개도보다 더 크게한다.
예를 들면, 제1 실외 열교환기(121)의 온도가 제2 실외 열교환기(131) 온도보다 낮은 경우에는 제1 실외 열교환기(121)의 착상 우려가 크므로 유입 냉매 온도를 더 높여줄 필요가 있다. 따라서, 제1 폐열회수 열교환기(221)로 유입되는 냉각수량을 증가시키도록 제1 조절밸브(213)의 개도를 제2 조절밸브(214)의 개도보다 크게 조절한다. 이에 따라 제2 폐열회수 열교환기(222)로 유입되는 냉각수량보다 제1 폐열회수 열교환기(221)로 유입되는 냉각수량을 증가시켜 더 많은 열을 냉매에 전달시킬 수 있다.
또는 제1 폐열회수 열교환기(221)와 상기 제2 폐열회수 열교환기(222) 중 열교환되는 냉매 온도가 낮은 쪽에 더 많은 냉각수가 유입되도록 제1 조절밸브(213)와 제2 조절밸브(214)의 개도가 조절될 수 있다. 유입 냉매 온도가 더 낮은 실외 열교환기가 앞으로 착상될 우려가 더욱 크기 때문이다.
이와 달리, 폐열회수 열교환기(220)는 제1 실외 열교환기(121)로 유입되는 냉매만 냉각수와 열교환시키거나, 제2 실외 열교환기(131)로 유입되는 냉매만 냉각수와 열교환시킬 수 있다. 즉, 제1 조절밸브(213)와 제2 조절밸브(214)의 개폐를 조절하여, 제1 폐열회수 열교환기(221)와 상기 제2 폐열회수 열교환기(222) 중 어느 하나에만 냉각수가 유입되도록 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 한 개의 폐열회수 열교환기를 포함하는 공기조화기의 구성도이다.
본 발명은 한 개의 폐열회수 열교환기(220)만을 구비할 수 있다. 상기 폐열회수 열교환기(220)에는 제1 실외 열교환기(121)로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매 배관(141)과, 제2 실외 열교환기(131)로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매 배관(142)과, 냉각수 배관(210)이 연결될 수 있다.
폐열회수 열교환기(220) 내부에서는 냉각수에서 제1 실외 열교환기(121)로 유입되는 냉매 및 제2 실외 열교환기(131)로 유입되는 냉매로 동시에 열전달이 일어나게 된다. 따라서, 하나의 폐열회수 열교환기(220)로 제1 실외 열교환기(121) 및 제2 실외 열교환기(131)의 제상이 가능하여 공기조화기의 구조를 단순화할 수 있다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이 폐열회수 열교환기(220)는 제1 실외 열교환기(121)로 유입되는 냉매가 유동하는 제1 유로(224a)와, 상기 제2 실외 열교환기(131)로 유입되는 냉매가 유동하는 제2 유로(224b)와, 냉각수가 유동하는 냉각수 유로(224c)를 내부에 포함할 수 있다.
바람직하게는 냉각수 유로(224c)는 제1 유로(224a)와 제2 유로(224b) 사이에 배치된다. 따라서, 냉각수 유로(224c)와 제1 유로(224a)와 제2 유로(224b)사이의 간격이 동일하게 됨에 따라, 제1 유로(224a)와 제2 유로(224b)에 냉각수의 열을 균등하게 전달될 수 있다.
이러한 폐열회수 열교환기(220)는 핀 & 튜브 방식으로써, 제1 유로(224a), 제2 유로(224b) 및 냉각수 유로(224c)는 동일한 복수개의 핀(223)을 관통하게 구비되어 유로 내부에 유동하는 유체 사이에서 열이 서로 교환될 수 있다.
본 발명은 상기에 제한되는 것은 아니며 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 실외 열교환기(121)로 유입되는 냉매 및 제2 압축기(132)로 유입되는 냉매를 각각 냉각수 배관(210)의 냉각수와 열교환시키는 적어도 하나 이상의 폐열회수 열교환기(220)를 포함할 수 있다.
제1 폐열회수 열교환기(221)는 제1 실외 열교환기(121)로 유입되는 냉매 온도를 높여 제1 실외 열교환기(121)의 착상을 방지하는 역할을 한다. 이와 달리 제2 폐열회수 열교환기(222)는 제2 압축기(132)로 유입되는 냉매 온도를 높임으로써, 제상 성능보다는 난방 능력을 더욱 향상시킬 수 있다.
즉, 착상 우려가 없는 실외기의 경우, 실외 열교환기가 아닌 압축기에 유입되는 냉매 온도를 폐열회수 열교환기(220)를 통해 높임으로써 난방 성능을 향상시킴이 바람직하다.
물론, 도시되지는 않았지만 제1 압축기(122)로 유입되는 냉매 및 제2 실외 열교환기(131)로 유입되는 냉매를 각각 냉각수 배관(210)의 냉각수와 열교환시키는 적어도 하나 이상의 폐열회수 열교환기(220)도 가능하다.
한편, 본 발명은 실내기(110), 제1 실외기(120), 제2 실외기(130)의 공기조화기 구성 전반을 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다. 제어부는 난방부하가 기설정 부하 이상인 경우에는 제1 실외기(120) 및 상기 제2 실외기(130)가 모두 가동시키며, 난방부하가 기설정 부하 미만인 경우에는 제1 실외기(120)가 가동시킬 수 있다.
즉, EHP 방식의 제1 실외기(120)는 전류를 제어함으로써, 제1 압축기(122)의 용량 조절이 용이하여 부분 부하에 적합하다. 따라서, 제어부는 난방 부하가 기설정 부하 미만인 경우에는 제1 실외기(120)만 가동시킨다. 난방 부하가 기설정 부하 이상인 경우에는 제2 실외기(130)를 추가로 가동시켜 난방 능력을 보완하면서, 제1 실외기(120)는 계속 가동되므로 난방효율의 저하를 방지할 수 있다.
이때, 제어부는 난방부하가 기설정 값 미만인 경우에 단위열량당 전기료가 단위열량당 연료비보다 기설정 값 이상으로 더 크면, 제1 실외기(120)의 가동을 중단시키고 제2 실외기(130)를 가동시킨다.
제어부는 발전소 등의 전력공급원으로부터 전력 정보를 실시간으로 전송받을 수 있다. 단위열량당 전기료가 단위열량당 연료비보다 일정값 이상 커서, 비록 효율이 낮더라도 GHP 방식의 제2 실외기(130)를 가동시키는 것이 비용상 유리한 경우에는 제1 실외기(120) 대신 제2 실외기(130)를 가동시킨다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 구성도이다. 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 간략히 설명하거나 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수개의 실내기(310a, 310b), 제1 실외 열교환기(321)와 전기로 구동되는 제1 압축기(322)를 포함하는 적어도 하나 이상의 EHP 방식 실외기(320), 제2 실외 열교환기(331)와 엔진(334)으로 구동되는 제2 압축기(332)와 상기 제2 압축기(332)를 냉각하기 위한 냉각수 배관(410)을 포함하는 적어도 하나 이상의 GHP 방식 실외기(330)를 포함할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나 이상의 EHP 방식 실외기(320)와 적어도 하나 이상의 GHP 방식 실외기(330)는 냉매 배관(340)을 통해 공통된 실내기(310a, 310b)에 연결될 수 있다.
다만 이에 제한되는 것은 아니며, EHP 방식 실외기(320)와 GHP 방식 실외기(330)는 각각 독립된 공기조화기의 구성으로써 실내기(310a, 310b)를 공통으로 하지 않을 수도 있다. 다만 EHP 방식 실외기(320)와 GHP 방식 실외기(330)가 각각 독립된 공기조화기의 구성인 경우에도, 동일한 제어부(미도시)에 의해 일괄적으로 제어될 수 있을 것이다.
한편, 본 발명은 냉각수 배관(410)에 유동하는 냉각수의 폐열을 제1 실외 열교환기(321) 및 제2 실외 열교환기(331)로 각각 유입되는 냉매에 전달하는 열전달 수단을 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 열전달 수단은 제1 실외 열교환기(321)로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매 배관(341) 및 냉각수 배관(410)이 연결된 제1 폐열회수 열교환기(421)와, 제2 실외 열교환기(331)로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매 배관(342) 및 냉각수 배관(410)이 연결된 제2 폐열회수 열교환기(422)일 수 있다.
제1, 제2 폐열회수 열교환기(421, 422)에서는 온도 차이에 의해 냉매와 냉각수간의 열교환이 일어난다. 제1, 제2 실외 열교환기(321, 331)로 유입되는 냉매는 실내기(310a, 310b)에서 응축된 후 팽창밸브(323, 333)에서 각각 팽창되어 저온 저압 상태이므로 고온의 냉각수에서 냉매로 열이 전달된다. 따라서, 저온 난방시 제1, 제2 실외 열교환기(321, 331)로 유입되는 냉매 온도가 상승됨에 따라 제1, 제2 실외 열교환기(321, 331)에 착상된 서리를 제거할 수 있다.
본 발명은 GHP 방식 실외기(330)의 엔진(334) 폐열을 EHP 방식 실외기(320)의 제1 실외 열교환기(321)의 제상에 이용함으로써, 저온 난방시 EHP 방식 제1 실외기의 난방능력 저하를 방지할 수 있다. 또한, GHP 방식 실외기(330)와 더불어 EHP 방식 실외기(320)를 가동시킴으로써 난방 부하의 대응범위가 넓어지며, 에너지 효율을 높일 수 있다.
이때, 제1 폐열회수 열교환기(421)와 제2 폐열회수 열교환기(422)는 병렬로 배치되며, 냉각수 배관(410)은 제1 폐열회수 열교환기(421)와 제2 폐열회수 열교환기(422)의 개수에 대응되게 복수개의 분지관(411, 412)으로 분지되어 각각 연결될 수 있다.
제1 실외 열교환기(321)와 제2 실외 열교환기(331)로 유입되는 냉매 온도에 따라 복수개의 분지관(411, 412)으로 유입되는 냉각수량을 조절함으로써, 제1 폐열회수 열교환기(421)와 제2 폐열회수 열교환기(422)에서의 열교환 정도를 조절할 수 있다. 유입 냉매 온도가 낮은 실외 열교환기는 착상 우려가 더 크므로, 대응되는 폐열회수 열교환기로 유입되는 냉각수량을 나머지 폐열회수 열교환기에 유입되는 냉각수량보다 크게 조절한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 열전달 수단은 제1 실외 열교환기(321)로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매 배관(340)과, 제2 실외 열교환기(331)로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매 배관(340)과, 냉각수 배관(410)이 모두 연결된 폐열회수 열교환기(423)일 수 있다.
폐열회수 열교환(423)기 내부에서는 냉각수에서 제1 실외 열교환기(321)로 유입되는 냉매 및 제2 실외 열교환기(331)로 유입되는 냉매로 동시에 열전달이 일어나게 된다. 따라서, 하나의 폐열회수 열교환기(423)로 제1 실외 열교환기(321) 및 제2 실외 열교환기(331)의 제상이 가능하여 공기조화기의 구조를 단순화할 수 있다.
또한, 폐열회수 열교환기(423)는 제1 실외 열교환기(321)로 유입되는 냉매가 유동하는 제1 유로와, 상기 제2 실외 열교환기(331)로 유입되는 냉매가 유동하는 제2 유로와, 냉각수가 유동하는 냉각수 유로를 내부에 포함할 수 있다.
이때, 냉각수 유로는 제1 유로와 제2 유로 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 냉각수 유로와 제1 유로와 제2 유로 사이의 간격이 동일하게 할 수 있어, 제1 유로와 제2 유로에 냉각수의 열을 균등하게 전달할 수 있다.
다만, 상기에 제한되는 것은 아니며 열전달 수단은 별도의 열전달 유체 배관을 이용해 엔진(334)의 폐열을 EHP 방식 실외기(320)의 냉매에 전달할 수도 있을 것이다. 또는 엔진(334)을 열전달 부재를 매개로 EHP 방식 실외기(320)에 근접하게 배치시켜 폐열을 전달시킬 수 있을 것이다.
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.
110, 310a, 310b : 실내기 111, 311a, 311b : 실내 열교환기
120 : 제1 실외기 121, 321 : 제1 실외 열교환기
122, 322 : 제1 압축기 130 : 제2 실외기
131, 331 : 제2 실외 열교환기 132, 332 : 제2 압축기
136, 334 : 엔진 140, 340 : 냉매 배관
210, 410 : 냉각수 배관 211 : 제1 분지관
212 : 제2 분지관 213 : 제1 조절밸브
214 : 제2 조절밸브 220, 423 : 폐열회수 열교환기
221, 421 : 제1 폐열회수 열교환기 222, 422 : 제2 폐열회수 열교환기
224a : 제1 유로 224b : 제2 유로
224c : 냉각수 유로

Claims (17)

  1. 실내 열교환기를 포함하는 실내기;
    상기 실내 열교환기와 냉매 배관을 통해 연결되며, 제1 실외 열교환기 및 전기로 구동되는 제1 압축기를 포함하는 제1 실외기;
    상기 실내 열교환기와 냉매 배관을 통해 연결되며, 제2 실외 열교환기 및 엔진으로 구동되는 제2 압축기를 포함하는 제2 실외기;
    상기 엔진을 냉각하기 위한 냉각수 배관; 및
    상기 제1 실외 열교환기 및 상기 제2 실외 열교환기 중 적어도 어느 하나로 유입되는 냉매와 상기 냉각수 배관의 냉각수를 열교환시키는 적어도 하나 이상의 폐열회수 열교환기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐열회수 열교환기는 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 상기 냉각수와 열교환시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐열회수 열교환기는 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 상기 냉각수와 열교환시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐열회수 열교환기는 상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 열교환시키는 제1 폐열회수 열교환기와, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매를 열교환시키는 제2 폐열회수 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 엔진을 냉각하여 가열된 냉각수는 상기 제1 폐열회수 열교환기와 상기 제2 폐열회수 열교환기를 순차적으로 통과하여 상기 냉매와 열교환되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 폐열회수 열교환기와 상기 제2 폐열회수 열교환기는 병렬로 배치되며, 상기 냉각수 배관은 분지되어 상기 제1 폐열회수 열교환기에 연결되는 제1 분지관과, 상기 제2 실외 열교환에 연결되는 제2 분지관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 폐열회수 열교환기에서 열교환되는 냉각수량을 조절하도록 제1 분지관에 구비된 제1 조절밸브와,
    상기 제2 폐열회수 열교환기에서 열교환되는 냉각수량을 조절하도록 제2 분지관에 구비된 제2 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 폐열회수 열교환기와 상기 제2 폐열회수 열교환기 중 열교환되는 냉매 온도가 낮은 쪽에 더 많은 냉각수가 유입되도록 제1 조절밸브와 제2 조절밸브의 개도가 조절되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    한 개의 폐열회수 열교환기가 구비되며,
    상기 폐열회수 열교환기에는 상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과, 냉각수 배관이 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 폐열회수 열교환기는 상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 제1 유로와, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 제2 유로와, 냉각수가 유동하는 냉각수 유로를 내부에 포함하며,
    상기 냉각수 유로는 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    난방부하가 기설정 부하 이상인 경우에는 상기 제1 실외기 및 상기 제2 실외기가 모두 가동되며,
    난방부하가 기설정 부하 미만인 경우에는 상기 제1 실외기가 가동되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    난방부하가 기설정 값 미만인 경우,
    단위열량당 전기료가 단위열량당 연료비보다 기설정 값 이상으로 더 크면, 상기 제1 실외기의 가동이 중단되고 상기 제2 실외기가 가동되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  13. 복수개의 실내기, 제1 실외 열교환기와 전기로 구동되는 제1 압축기를 포함하는 적어도 하나 이상의 EHP 방식 실외기, 제2 실외 열교환기와 엔진으로 구동되는 제2 압축기와 상기 압축기를 냉각하기 위한 냉각수 배관을 포함하는 적어도 하나 이상의 GHP 방식 실외기를 포함하는 공기조화기에 있어서,
    상기 냉각수 배관에 유동하는 냉각수의 폐열을 상기 제1 실외 열교환기 및 상기 제2 실외 열교환기로 각각 유입되는 냉매에 전달하는 열전달 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 열전달 수단은,
    상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과 상기 냉각수 배관이 연결된 제1 폐열회수 열교환기와, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과 상기 냉각수 배관이 연결된 제2 폐열회수 열교환기인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 폐열회수 열교환기와 상기 제2 폐열회수 열교환기는 병렬로 배치되며,
    상기 냉각수 배관은 상기 제1 폐열회수 열교환기와 상기 제2 폐열회수 열교환기의 개수에 대응되게 복수개의 분지관으로 분지되어 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 열전달 수단은,
    상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 냉매배관과, 냉각수 배관이 연결된 폐열회수 열교환기인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 폐열회수 열교환기는 상기 제1 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 제1 유로와, 상기 제2 실외 열교환기로 유입되는 냉매가 유동하는 제2 유로와, 냉각수가 유동하는 냉각수 유로를 내부에 포함하며,
    상기 냉각수 유로는 상기 제1 유로와 상기 제2 유로 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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