KR102274194B1 - 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 사상에 따른 공기조화기는 제 1 압축기와 제 1 실외 열교환기가 배치되는 제 1 실외기 유닛, 제 2 압축기와 제 2 실외 열교환기가 배치되는 제 2 실외기 유닛 및 상기 제 1 실외기 유닛 및 상기 제 2 실외기 유닛과 연결되고, 실내 열교환기가 배치되는 실내기 유닛이 구비되고, 상기 제 2 실외 열교환기를 통과한 냉매가 상기 제 1 압축기로 공급되도록, 상기 제 1 실외기 유닛과 상기 제 2 실외기 유닛을 연결하는 제 1 2단압축라인, 상기 제 1 압축기에서 압축된 냉매가 상기 제 2 압축기로 공급되도록, 상기 제 1 실외기 유닛과 상기 제 2 실외기 유닛을 연결하는 제 2 2단압축라인 및 상기 제 2 2단압축라인과 연결되는 2단압축 인젝션라인을 포함한다.

Description

공기조화기{AN AIR CONDITIONER}
본 발명은 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 실내의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 가전기기이다. 예를 들어, 여름에는 실내를 시원한 냉방상태로 조절하고, 겨울에는 실내를 따뜻한 난방상태로 조절한다. 또한, 실내의 습도를 조절하며 실내의 공기를 쾌적한 청정상태로 조절할 수 있다.
상세히, 공기조화기에는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 수행하는 냉동 사이클이 구동되며, 이에 따라 실내공간의 냉방 또는 난방운전을 수행할 수 있다.
이러한 공기조화기는 크게 실내기와 실외기로 분리되어 설치되는 분리형 공기조화기와, 실내기와 실외기가 하나의 캐비닛에 함께 설치되는 일체형 공기조화기로 분류될 수 있다. 실내기에는 내기와 열교환하는 실내 열교환기가 배치되며, 실외기에는 외기와 열교환하는 실외 열교환기가 배치된다.
이때, 상기 실외기는 복수 개로 마련될 수 있다. 복수 개로 마련된 실외기에는 압축기 및 실외 열교환기가 각각 구비된다.
일반적으로 복수 개로 마련된 실외기는 병렬로 연결되어 각각 냉매가 순환되도록 마련된다. 즉, 서로 다른 실외기 간에는 냉매의 유동이 발생되지 않는다.
그러나, 실외온도가 매우 낮은 실외환경에서 작동되는 경우 복수의 실외기를 직렬로 연결하여 냉매를 다단압축하는 경우가 있다. 이와 같은 다단압축 공기조화기와 관련하여 다양한 기술이 개방되고 있다.
특히, 아래와 같은 선행문헌과 같이 인젝션에 관한 기술이 개시된 바 있다.
(1) 선행문헌 1 : 등록특허 10-0681464호, 2007년 02월 05일 등록, 인젝션 타입 히트펌프 공기조화기 및 그 제상운전 방법.
상기 선행문헌 1은, 압축기에 의하여 고온, 고압으로 압축된 냉매를 응축기를 통하여 액냉매로 만들어, 액냉매관에서 분지관과 팽창밸브를 연결하여 저온의 냉매를 과냉각기 내부 주유동과 열교환하여 기화 시킨 후이를 압축기 중압포트에 직접 분사시킨다. 이를 통하여, 과냉도 확보로 인한 증발 능력 향상과 포화사이클에 근접한 능력 및 효율 증가를 얻는다.
(2) 선행문헌 2 : 등록특허 10-1497813호, 2015년 02월 24일 등록, 증기분사 히트펌프 시스템 및 그 작동방법.
상기 선행문헌 2는 과냉각기를 지난 액냉매의 후단에 분지관을 연결하고 팽창밸브를 설치하여 냉방 및 난방운전에 상관없이 항상 대항류의 열교환을 가능하게 한다.
상기 선행문헌 1 및 2에서는, 비슷한 원리의 인젝션에 대해서 기재하고 있으나, 이는 1단압축 공기조화기에만 적용된 방식에 해당된다. 따라서, 다단압축 공기조화기에 이를 적용하기 위해서는 구조 등의 변경이 필요하고 최적화된 인젝션 기술이 존재하지 않는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 2단 압축 공기조화기에 최적화된 인젝션 기능을 보유한 공기조화기를 제공하는 것에 있다.
또한, 1단 압축과 2단 압축이 변환되어 사용가능함에 따라, 1단 압축 및 2단 압축기에 최적화된 인젝션 기능을 보유한 공기조화기를 제공하는 것에 있다.
또한, 별도의 장치를 설치하지 않고, 기존의 실외기에서 냉매관을 추가적으로 설치함으로서 상기 목적을 달성할 수 있는 공기조화기를 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 공기조화기는 제 1 압축기와 제 1 실외 열교환기가 배치되는 제 1 실외기 유닛, 제 2 압축기와 제 2 실외 열교환기가 배치되는 제 2 실외기 유닛 및 상기 제 1 실외기 유닛 및 상기 제 2 실외기 유닛과 연결되고, 실내 열교환기가 배치되는 실내기 유닛이 구비되고, 상기 제 2 실외 열교환기를 통과한 냉매가 상기 제 1 압축기로 공급되도록, 상기 제 1 실외기 유닛과 상기 제 2 실외기 유닛을 연결하는 제 1 2단압축라인, 상기 제 1 압축기에서 압축된 냉매가 상기 제 2 압축기로 공급되도록, 상기 제 1 실외기 유닛과 상기 제 2 실외기 유닛을 연결하는 제 2 2단압축라인 및 상기 제 2 2단압축라인과 연결되는 2단압축 인젝션라인을 포함한다.
상기 제 1 실외 열교환기와 상기 실내기 유닛을 연결하는 제 1 열교환기 입출라인 및 상기 제 2 실외 열교환기와 상기 실내기 유닛을 연결하는 제 2 열교환기 입출라인이 더 포함될 수 있다.
상기 제 2 2단압축라인에는, 상기 제 1 열교환기 입출라인과 상기 제 2 2단압축라인을 연결하도록 상기 제 1 실외기 유닛에 마련되는 제 1 2단압축 인젝션라인 및 상기 제 2 열교환기 입출라인과 상기 제 2 2단압축라인을 연결하도록, 상기 제 2 실외기 유닛에 마련되는 제 2 2단압축 인젝션라인이 포함될 수 있다.
상기 실내 열교환기가 응축기로 기능하고 상기 제 1 실외 열교환기 및 상기 제 2 실외 열교환기가 증발기로 기능하며, 상기 실내기 유닛, 상기 제 1 실외기 유닛 및 상기 제 2 실외기 유닛이 하나의 냉매사이클을 형성하는 2단 난방모드로 운전되는 경우, 상기 제 1 2단압축 인젝션라인은 상기 제 1 실외 열교환기로 유동되는 냉매 중 적어도 일부를 상기 제 2 2단압축라인으로 인젝션시키도록 마련되고, 상기 제 2 2단압축 인젝션라인은 상기 제 2 실외 열교환기로 유동되는 냉매 중 적어도 일부를 상기 제 2 2단압축라인으로 인젝션시키도록 마련될 수 있다.
상기 제 1 열교환기 입출라인과 상기 제 1 압축기를 연결하도록, 상기 제 1 실외기 유닛에 마련되는 제 1 인젝션라인 및 상기 제 2 열교환기 입출라인과 상기 제 2 압축기를 연결하도록, 상기 제 1 실외기 유닛에 마련되는 제 2 인젝션 라인;을 더 포함할 수 있다.
상기 실내 열교환기가 응축기로 기능하고 상기 제 1 실외 열교환기 및 상기 제 2 실외 열교환기가 증발기로 기능하며, 상기 실내기 유닛과 상기 제 1 실외기 유닛 및 상기 실내기 유닛과 상기 제 2 실외기 유닛이 각각 냉매사이클을 형성하는 1단 난방모드로 운전되는 경우, 상기 제 1 인젝션라인은 상기 제 1 실외 열교환기로 유동되는 냉매 중 적어도 일부를 상기 제 1 압축기로 인젝션시키도록 마련되고, 상기 제 2 인젝션라인은 상기 제 2 실외 열교환기로 유동되는 냉매 중 적어도 일부를 상기 제 2 압축기로 인젝션시키도록 마련되는 인젝션모드로 구동가능할 수 있다.
상기 제 2 2단압축라인에는, 상기 제 1 인젝션라인의 일 측과 상기 제 2 2단압축라인을 연결하도록 상기 제 1 실외기 유닛에 마련되는 제 1 2단압축 인젝션라인 및 상기 제 2 인젝션라인의 일 측과 상기 제 2 2단압축라인을 연결하도록, 상기 제 2 실외기 유닛에 마련되는 제 2 2단압축 인젝션라인이 포함될 수 있다.
상기 제 1 인젝션라인 및 상기 제 2 인젝션라인에는, 상기 제 1 압축기 및 상기 제 2 압축기로의 냉매유동을 개폐하는 제 1 인젝션밸브 및 제 2 인젝션밸브가 각각 설치될 수 있다.
상기 제 1 2단압축 인젝션라인 및 상기 제 2 2단압축 인젝션라인에는, 냉매의 유동을 개폐하는 제 1 2단압축 인젝션밸브 및 제 2 2단압축 인젝션밸브가 설치될 수 있다.
상기 실내 열교환기가 응축기로 기능하고 상기 제 1 실외 열교환기 및 상기 제 2 실외 열교환기가 증발기로 기능하며, 상기 실내기 유닛, 상기 제 1 실외기 유닛 및 상기 제 2 실외기 유닛이 하나의 냉매사이클을 형성하는 2단 난방모드로 운전되는 경우, 상기 제 1 인젝션 밸브 및 상기 제 2 인젝션밸브가 개방되고, 상기 제 1 2단압축 인젝션밸브 및 상기 제 2 2단압축 인젝션밸브가 폐쇄되는 제 1 인젝션모드, 상기 제 1 인젝션 밸브 및 상기 제 2 인젝션밸브가 폐쇄되고, 상기 제 1 2단압축 인젝션밸브 및 상기 제 2 2단압축 인젝션밸브가 개방되는 제 2 인젝션모드 및 상기 제 1 인젝션 밸브 및 상기 제 2 인젝션밸브가 개방되며, 상기 제 1 2단압축 인젝션밸브 및 상기 제 2 2단압축 인젝션밸브가 개방되는 제 3 인젝션모드 중 어느 하나로 구동가능할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 공기조화기에서는 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.
냉방모드, 1단 난방모드 및 2단 난방모드로 동작하여 필요에 따라 다양한 운전모드로 구동되는 공기조화기를 제공할 수 있는 장점이 있다.
특히, 난방모드의 경우, 일반적으로는 1단 난방모드로 구동되나, 실외공기가 매우 낮은 경우에는 2단 난방모드로 작동될 수 있다는 장점이 있다.
별도 장치의 설치를 필요로 하지 않고, 실외기 내부의 배관을 설치함에 따라 효율적인 공간활용을 기대할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 냉매관의 분리로 각각 별도의 실외기유닛으로 분리하여 사용가능하다는 장점이 있다.
또한, 냉매를 인젝션하여 압축기에 공급함에 따라 효율을 증대시킬 수 있다.
특히, 1난 난방모드에 최적화된 인젝션라인과 2단 난방모드에 최적화된 인젝션라인을 각각 구비함에 따라, 각 모드에 따라 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 2단 난방모드의 경우, 제 1 인젝션모드, 제 2 인젝션모드 및 제 3 인젝션모드를 필요에 따라 적절하게 사용함에 따라 공기조화기의 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화기의 실외기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화기의 냉매사이클을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화기의 냉방모드를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화기의 1단 난방모드를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화기의 2단 난방모드를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 2단 난방모드에서 제 1 인젝션모드를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 따른 P-h선도를 도시한 도면이다.
도 8은 도 5의 2단 난방모드에서 제 2 인젝션모드를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8에 따른 P-h선도를 도시한 도면이다.
도 10은 도 5의 2단 난방모드에서 제 3 인젝션모드를 도시한 도면이다.
도 11은 도 10에 따른 P-h선도를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화기의 실외기를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공기조화기에는, 적어도 하나의 실외기유닛(100, 200)이 포함된다.
이하, 도 1에 도시된 하나의 실외기는 제 1 실외기유닛(100)이라 하고, 다른 하나의 실외기는 제 2 실외기유닛(200)이라 한다. 도 1과 같이, 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)은 동일한 크기 및 형태로 마련될 수 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하고 다양한 형태로 마련될 수 있다.
또한, 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)은 실외공기와 열교환되도록 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다.
상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)은 실내기 유닛(300, 도 2참조)과 연결되도록 마련될 수 있다. 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)은 실외공간에 위치되고, 상기 실내기 유닛(300)은 실내 공간에 위치된다. 상기 제 1 실외기유닛(100), 상기 제 2 실외기유닛(200) 및 상기 실내기 유닛(300)은 냉매 배관으로 연결되어 서로 연통된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화기의 냉매사이클을 도시한 도면이다. 이하에서 사용되는 '메인'과 '보조'라는 용어는 구성들을 구분하기 위한 의도로 사용되는 것으로 기능과는 무관하다.
또한, 도 2 내지 도 5에서는, 상기 실내기 유닛(300)를 포함한 완전한 냉매사이클을 도시하였고, 상기 실내기 유닛(300)에는 실내 열교환기(310)와 실내 팽창밸브(320)가 포함된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 실외기유닛(100)과 상기 제 2 실외기유닛(200)은 동일한 구성으로 마련된다. 이하, 상기 제 1 실외기유닛(100)을 실외기유닛이라 하고 그 구성에 대해 설명한다.
상기 실외기유닛(100)에는 실외 열교환기(110), 압축기(120, 130)가 포함된다.
상기 실외 열교환기(110)는 실외 공기와 열교환될 수 있도록 상기 실외기유닛(100)의 내부에 배치된다. 또한, 실외기유닛(100)에는, 상기 실외 열교환기(110)와 인접하게 배치되는 송풍 팬 등이 포함되나, 설명의 편의상 생략하였다.
상기 압축기에는, 병렬로 연결된 메인 압축기(120)와 보조 압축기(130)가 포함된다. 상기 메인 압축기(120)와 상기 보조 압축기(130)는 동일한 성능으로 마련되거나, 필요에 따라 서로 다른 형태 및 성능으로 마련될 수 있다.
상기 압축기(120, 130)의 입구 측에는 기액 분리기(140)가 배치된다. 상기 기액분리기(140)는 냉매가 상기 압축기(120, 130)로 유입되기 전에 기상 냉매를 분리한다. 자세하게는, 상기 기액분리기(140)에서 분리된 기상 냉매는 상기 메인 압축기(120)와 상기 보조 압축기(130)로 분할되어 유동된다.
또한, 상기 실외기유닛(100)에는, 상기 실외기유닛(100)의 외부로 연장되는 한 쌍의 2단압축라인(122, 222) 및 한 쌍의 연결라인(102, 124)이 포함된다. 즉, 상기 실외기유닛(100)의 외부로 4개의 냉매배관이 연장된다. 이를 통하여 상기 실외기유닛(100)으로 냉매가 유입되거나 토출된다.
상기 한 쌍의 연결라인(102, 124)은 상기 실내기 유닛(300)와 연통되도록 연장된다. 또한, 상기 한 쌍의 연결라인에는, 기상냉매가 유동되는 열교환기 입출라인(102)과 액상냉매가 유동되는 실외기 연결라인(124)이 포함된다.
상기 한 쌍의 2단압축라인(122, 222)은 다른 실외기유닛과 연통되도록 연장된다. 이때, 상기 한 쌍의 2단압축라인(122, 222)은 다른 실외기유닛과 연결될 필요가 있을 때만 사용될 수 있다. 즉, 단일의 실외기유닛으로 사용되는 경우, 상기 한 쌍의 2단압축라인(122, 222)은 다른 실외기유닛과 연결되지 않고 폐쇄될 수 있다.
또한, 상기 실외기유닛(100)에는, 상기 한 쌍의 2단압축라인(122, 222) 및 상기 한 쌍의 연결라인(102, 124)을 개폐하는 복수의 밸브가 포함된다. 상기 복수의 밸브에는, 상기 압축기(120, 130)의 입구 측에 배치되는 메인 사방밸브(150) 및 상기 압축기(120, 130)의 출구 측에 배치되는 보조 사방밸브(160)가 포함된다.
또한, 복수의 밸브에는, 냉매의 유동을 차폐하는 메인 밸브(107) 및 보조 밸브(125)가 포함된다.
이하, 이상에서 설명한 구성들을 바탕으로 상기 실외기유닛(100)의 냉매라인을 상세히 설명한다. 냉매라인은 냉매가 흐르는 냉매배관으로 이해될 수 있으며, 이상에서 설명한 한 쌍의 2단압축라인(122, 222) 및 한 쌍의 연결라인(102, 124)도 이에 해당한다. 이하에서 사용되는 '분지부'라는 용어는 세개 이상의 냉매배관이 결합되는 부분을 의미한다.
상기 열교환기 입출라인(102)부터 설명하자면, 한 쌍의 연결라인 중 하나로 상기 실내기 유닛(300)와 상기 실외기유닛(100)을 연결한다. 상세하게는 상기 열교환기 입출라인(102)의 일 단은 상기 실내 열교환기(320)에서 연장된 제 1 실내기 연결라인(302)과 연결된다.
상기 제 1 실내기 연결라인(302)은 상기 열교환기 입출라인(102)의 일부로 이해되어, 상기 열교환기 입출라인(102)이 상기 실내기 유닛(300)와 상기 실외기유닛(100)을 연통한다고 할 수 있다. 이때, 상기 열교환기 입출라인(102)과 상기 제 1 실내기 연결라인(302)의 연결점을 제 1 분지부(306)라 한다.
또한, 상기 제 1 실내기 연결라인(302)에는 상기 실내 팽창밸브(320)가 설치된다. 특히, 상기 실내 팽창밸브(320)는 상기 실내기 유닛(300)의 내부에 위치한 상기 제 1 실내기 연결라인(302)에 설치될 수 있다.
상기 열교환기 입출라인(102)의 타 단은 상기 실외 열교환기(110)를 관통하여 연장된다. 또한, 상기 열교환기 입출라인(102)의 일부는 실외공기와 열교환되는 상기 실외 열교환기(110)로 이해될 수 있다.
상기 실외 열교환기(110)를 관통한 상기 열교환기 입출라인(102)은 제 2 분지부(104)에 결합된다. 즉, 상기 열교환기 입출라인(102)은 상기 제 1 분지부(306)에서 상기 제 2 분지부(104)까지 연장된다.
상기 열교환기 입출라인(102)과 일 측이 연결된 상기 제 2 분지부(104)는, 제 1 2단압축라인(122) 및 메인연결라인(106)과 연결된다.
상기 제 1 2단압축라인(122)은 상기 한 쌍의 2단압축라인 중 하나이다. 상기 제 1 2단압축라인(122)은 앞서 설명한 바와 같이, 다른 실외기유닛과 연결되는 경우에 사용되도록 상기 실외기유닛(100)의 외부로 연장된다.
또한, 상기 메인연결라인(106)은 상기 제 2 분지부(104)와 앞서 설명한 메인 사방밸브(150)를 연결한다. 상기 메인연결라인(106)에는 상기 메인밸브(107)가 설치된다. 상기 메인밸브(107)는 상기 메인연결라인(106)의 냉매 유동을 차단할 수 있다.
상기 메인 사방밸브(150)에는 상기 메인연결라인(106), 기액분리기유입라인(142), 보조연결라인(108), 제 2 2단압축라인(222)이 연결된다. 이때, 제 1 메인 사방밸브(150)는 상기 메인연결라인(106) 및 상기 기액분리기유입라인(142)과, 상기 보조연결라인(108) 및 상기 제 2 2단압축라인(222)이 각각 연통되도록 작동될 수 있다. 또한, 상기 메인 사방밸브(150)는 상기 메인연결라인(106) 및 상기 보조연결라인(108)과, 상기 기액분리기유입라인(142) 및 상기 제 2 2단압축라인(222)이 각각 연통되도록 작동될 수 있다.
이때, 상기 제 2 2단압축라인(222)은 앞서 설명한 상기 제 1 2단압축라인(122)과 함께 상기 한 쌍의 2단압축라인으로 구성된다. 상기 제 2 2단압축라인(122)도 앞서 설명한 바와 같이, 다른 실외기유닛과 연결되는 경우에 사용되도록 상기 실외기유닛(100)의 외부로 연장된다.
또한, 상기 기액분리기유입라인(142)은 앞서 설명한 상기 기액분리기(140)로 연장된다. 또한, 상기 보조연결라인(108)은 제 3 분지부(112)로 연장된다.
상기 제 1 보조연결라인(108)과 일 측이 연결된 상기 제 3 분지부(112)는, 보조라인(134) 및 압축기토출라인(132)과 연결된다.
상기 압축기토출라인(132)은 앞서 설명한 메인압축기(120) 및 보조압축기(130)와 연결된다. 또한, 상기 메인압축기(120) 및 상기 보조압축기(130)는 상기 기액분리기(140)와 압축기유입라인(144)으로 연결된다. 압축기유입라인(144)은 기액분리기토출라인으로도 이해될 수 있다.
이때, 상기 기액분리기(140)와 상기 메인압축기(120) 및 상기 보조압축기(130)를 통과하는 냉매의 유동을 살펴보면, 상기 기액분리기유입라인(142)을 통해 상기 기액분리기(140)로 유동된 냉매는 기액냉매로 분리되어 상기 압축기유입라인(144, 기액분리기토출라인)을 따라 상기 메인압축기(120) 및 상기 보조압축기(130)로 유동된다. 상기 메인압축기(120) 및 상기 보조압축기(130)에서 압축된 냉매는 상기 압축기토출라인(132)을 따라 상기 제 3 분지부(112)로 유동된다.
상기 보조라인(134)은 앞서 설명한 보조 사방밸브(160)로 연장된다.
상기 보조 사방밸브(160)에는 상기 보조라인(134), 냉방라인(136), 상기 실외기 연결라인(124) 및 절단부(162)가 연결된다. 이때, 상기 보조 사방밸브(160)는 상기 보조라인(134) 및 상기 실외기 연결라인(124)과, 상기 냉방라인(136) 및 상기 절단부(162)가 각각 연통되도록 작동될 수 있다. 또한, 상기 보조 사방밸브(160)는 상기 보조라인(134) 및 상기 절단부(162)와 상기 냉방라인(136) 및 상기 실외기 연결라인(124)이 각각 연통되도록 작동될 수 있다.
이때, 상기 절단부(162)는 냉매의 유동을 방지하도록 배관이 폐쇄된 곳을 의미한다.
또한, 상기 냉방라인(136)은 상기 기액분리기유입라인(142)으로 연장된다. 즉, 상기 냉방라인(136)의 일 단은 상기 보조사방밸브(160)에 결합되고, 타 단은 상기 기액분리기유입라인(142)의 일 측에 결합된다. 따라서, 상기 냉방라인(136)은 상기 기액분리기유입라인(142)과 연통된다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 실외기 연결라인(124)은 한 쌍의 연결라인 중 하나로, 상기 실내기 유닛(300)와 상기 실외기유닛(100)을 연결한다. 상세하게는 상기 실외기 연결라인(124)의 일 단은 상기 실내 열교환기(320)에서 연장된 제 2 실내기 연결라인(304)과 연결된다.
상기 제 2 실내기 연결라인(304)은 상기 실외기 연결라인(124)의 일부로 이해되어, 상기 실외기 연결라인(124)이 상기 실내기 유닛(300)와 상기 실외기유닛(100)을 연통한다고 할 수 있다. 이때, 상기 실외기 연결라인(124)과 상기 제 2 실내기 연결라인(304)의 연결점을 제 4 분지부(308)라 한다.
이와 같이, 상기 실외기유닛(100)은 상기 실내기 유닛(300)와 하나의 냉매사이클을 형성할 수 있다. 즉, 상기 실외기유닛(100)은 단일로 사용될 수 있다.
또한, 상기 실외기유닛(100)에는, 증기분사(vapor injection)기술을 적용한 인젝션 열교환기 및 인젝션밸브가 포함된다. 인젝션 열교환기 및 인젝션밸브는 복수개로 설치될 수 있으며, 그 설치위치 또한 다양하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 실외기유닛(100)에는 상기 열교환기 입출라인(102)과 상기 압축기(120, 130)를 연결하는 인젝션라인(171, 177)이 포함된다. 상기 인젝션라인(171, 177)에는, 인젝션 팽창밸브(172, 178) 및 인젝션 열교환기(170, 176)가 설치될 수 있다.
자세하게는, 상기 열교환기입출라인(102)에는 메인인젝션열교환기(170) 및 보조인젝션열교환기(176)가 설치된다. 설명의 편의상, 상기 제 1 분지부(306)와 인접하게 배치된 것을 상기 메인인젝션열교환기(170)라 하고, 상기 실외열교환기(110)와 인접하게 배치된 것을 상기 보조인젝션열교환기(176)라 한다.
또한, 상기 메인인젝션열교환기(170)가 설치된 냉매라인을 메인인젝션라인(171)이라 하고, 상기 보조인젝션열교환기(176) 설치된 냉매라인을 보조인젝션라인(177)이라 한다.
상기 메인인젝션라인(171) 및 상기 보조인젝션라인(177)에는 메인인젝션팽창밸브(172) 및 보조인젝션팽창밸브(178)가 설치된다. 또한, 상기 메인인젝션라인(171) 및 상기 보조인젝션라인(177)에는 적어도 하나의 인젝션밸브(174)가 설치될 수 있다. 이때, 인젝션밸브(174)는 냉매의 유동을 개방 또는 폐쇄하는 밸브로 이해될 수 있다.
상기 메인인젝션라인(171) 및 상기 보조인젝션라인(176)은 상기 메인압축기(120) 및 상기 보조압축기(130)로 연장된다. 즉, 상기 메인인젝션라인(171) 및 상기 보조인젝션라인(176)은 상기 열교환기입출라인(102)과 상기 메인압축기(120) 및 상기 보조압축기(130)을 연결한다.
또한, 상기 실외기유닛(100)에는, 상기 한 쌍의 2단압축라인(122, 222) 중 적어도 하나와 연결되는 2단압축 인젝션라인(180)이 포함될 수 있다. 또한, 상기 2단압축 인젝션라인(180)에는 상기 2단압축 인젝션라인(180)의 냉매 유동을 개폐하는 2단압축 인젝션밸브(182)가 설치된다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 공기조화기의 실외기에는 동일한 구성을 갖는 실외기유닛이 복수 개로 마련될 수 있다. 즉, 제 1 실외기유닛(100) 및 제 2 실외기유닛(200)으로 마련될 수 있다.
상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)은 동일한 구성 및 냉매라인으로 구성된다. 대응되는 구조에 대해서, 상기 제 1 실외기유닛(100)에 설치되는 구성 및 냉매라인은 '제 1'으로 표현하고, 상기 제 2 실외기유닛(200)에 설치되는 구성 및 냉매라인은 '제 2'로 구분한다.
따라서, 상기 제 1 실외기유닛(100)에는, 제 1 메인압축기(120) 및 제 1 보조압축기(130)로 구성된 제 1 압축기, 제 1 실외 열교환기(110), 제 1 기액분리기(140), 제 1 메인 사방밸브(150), 제 1 보조 사방밸브(160), 제 1 메인밸브(107) 및 제 1 보조밸브(125)가 포함된다.
또한, 제 1 열교환기 입출라인(102) 및 제 1 실외기 연결라인(124)으로 구성된 한 쌍의 제 1 연결라인, 제 1 메인연결라인(106), 제 1 기액분리기유입라인(142), 제 1 압축기유입라인(144, 제 1 기액분리기토출라인), 제 1 압축기토출라인(132), 제 1 보조라인(134), 제 1 절단부(162), 제 1 보조연결라인(108) 및 제 1 냉방라인(136)이 포함된다.
또한, 제 1 메인인젝션열교환기(170), 제 1 보조인젝션열교환기(176), 제 1 메인인젝션라인(171), 제 1 보조인젝션라인(177), 제 1 메인인젝션팽창밸브(172), 제 1 보조인젝션팽창밸브(178), 제 1 2단 압축인젝션라인(180), 제 1 2단압축 인젝션밸브(182) 및 제 1 인젝션밸브(174)가 포함된다.
그에 따라, 상기 제 2 실외기유닛(200)에는, 제 2 메인압축기(220) 및 제 2 보조압축기(230)로 구성된 제 2 압축기, 제 2 실외 열교환기(210), 제 2 기액분리기(240), 제 2 메인 사방밸브(250), 제 2 보조 사방밸브(260), 제 2 메인밸브(207) 및 제 2 보조밸브(225)가 포함된다.
또한, 제 2 열교환기 입출라인(202) 및 제 2 실외기 연결라인(224)으로 구성된 한 쌍의 제 2 연결라인, 제 2 메인연결라인(206), 제 2 기액분리기유입라인(242), 제 2 압축기유입라인(244, 제 2 기액분리기토출라인), 제 2 압축기토출라인(232), 제 2 보조라인(234), 제 2 절단부(262), 제 2 보조연결라인(208) 및 제 2 냉방라인(236)이 포함된다.
또한, 제 2 메인인젝션열교환기(270), 제 2 보조인젝션열교환기(276), 제 2 메인인젝션라인(271), 제 2 보조인젝션라인(277), 제 2 메인인젝션팽창밸브(272), 제 2 보조인젝션팽창밸브(278), 제 2 2단 압축인젝션라인(280), 제 2 2단압축 인젝션밸브2단압축 인젝션밸브브(274)가 포함된다.
또한, 상기 제 1 실외기유닛(100)은 앞서 설명한 제 2 분지부(104) 및 제 3 분지부(112)를 포함하고, 상기 제 2 실외기유닛(200)은 이와 각각 대응하는 제 5 분지부(204) 및 제 6 분지부(212)를 포함한다.
이때, 상기 제 1 분지부(306)는, 상기 실내 열교환기(310)와 연결된 제 1 실내기 연결라인(302), 상기 제 1 실외 열교환기(110)와 연결된 제 1 열교환기 입출라인(102) 및 상기 제 2 실외 열교환기(210)와 연결된 제 2 열교환기 입출라인(202)을 연결한다.
또한, 상기 제 4 분지부(308)는, 상기 실내 열교환기(310)와 연결된 제 2 실내기 연결라인(304), 상기 제 1 실외기 연결라인(124) 및 상기 제 2 실외기 연결라인(224)을 연결한다.
즉, 상기 제 1 실외기유닛(100)과 상기 제 2 실외기유닛(200)은 상기 실내기 유닛(300)에 대해 병렬로 연결된다. 따라서, 상기 제 1 실외기유닛(100)과 상기 제 2 실외기유닛(200)은 독립적으로 운전될 수 있다.
또한, 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)은 상기 한 쌍의 2단압축라인(122, 222)으로 서로 연통될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 한 쌍의 2단압축라인(122, 222)은 필요에 따라 복수의 실외기유닛을 연결할 수 있다.
즉, 상기 제 1 실외기유닛(100)과 상기 제 2 실외기유닛(200)은 상기 실내기 유닛(300)에 대해 직렬로 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 실외기유닛(100)과 상기 제 2 실외기유닛(200)은 하나의 유닛처럼 운전될 수 있다.
이와 같이, 상기 제 1 실외기유닛(100)과 상기 제 2 실외기유닛(200)은 독립적으로 또는 하나의 유닛처럼 운전될 수 있다. 그에 따라, 공기조화기의 실외기는 다양한 운전모드로 운전될 수 있다.
이하, 이와 같은 냉매사이클을 통해 다양한 운전모드로 작동되는 공기조화기의 각 모드에 대해 설명한다. 냉매가 유동되는 흐름을 굵은 선으로 표시하였고, 나머지 부분은 냉매의 유동이 차단되거나 동압으로 냉매가 거의 흐르지 않는다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화기의 냉방모드를 도시한 도면이다.
냉방모드의 경우, 상기 실내 열교환기(310)는 증발기로 기능하고, 상기 실외 열교환기(110, 210)는 응축기로 기능한다. 따라서, 냉매는 압축기-실외 열교환기-팽창밸브-실내 열교환기를 차례대로 순환한다.
이하, 상기 실내 열교환기(310)에서 시작되는 냉매의 순환과정을 자세히 설명한다.
상기 실내 열교환기(310)에서 토출된 냉매는 상기 제 2 실내기연결라인(304)을 따라 상기 실내기 유닛(300)에서 상기 제 4 분지부(308)로 유동된다. 상기 제 4 분지부(308)에서 냉매는 각각 상기 제 1 실외기 연결라인(124) 및 상기 제 2 실외기 연결라인(224)을 따라 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)으로 각각 유동된다.
상기 제 1 실외기 연결라인(124)을 따라 상기 제 1 실외기유닛(100)으로 유동된 냉매는 상기 제 1 보조 사방밸브(160)에서 상기 제 1 냉방라인(136)으로 유동된다. 또한, 상기 제 1 냉방라인(136)과 연통된 상기 제 1 기액분리기유입라인(142)을 통해 상기 제 1 기액분리기(140)로 유입된다.
계속하여, 상기 제 1 기액분리기(140)에서 토출되어 상기 제 1 압축기유입라인(144)을 따라 상기 제 1 메인압축기(120) 및 상기 제 1 보조압축기(130)에서 압축되어 상기 제 1 압축기토출라인(132)으로 토출된다.
토출된 냉매는 상기 제 3 분지부(112)에서 상기 제 1 보조연결라인(108)을 따라 유동되어, 상기 제 1 메인 사방밸브(150)에서 상기 제 1 메인연결라인(106)으로 유동된다. 또한, 상기 제 1 메인연결라인(106)을 따라 상기 제 2 분지부(104)로 유동되고, 상기 제 1 열교환기입출라인(102)을 따라 상기 제 1 실외열교환기(110)를 통과한다.
마지막으로, 상기 제 1 열교환기입출라인(102)을 따라 상기 제 1 실외기유닛(100)에서 상기 제 1 분지부(306)로 유동된다. 상기 제 1 분지부(306)에서 상기 제 1 실내기연결라인(302)을 따라 상기 실내기 유닛(300)로 유동된다. 또한, 상기 실내 팽창밸브(320)에서 팽창되어 다시 상기 실내 열교환기(310)로 유동되어 순환한다.
이와 대응되도록, 상기 제 2 실외기 연결라인(224)을 따라 상기 제 2 실외기유닛(200)으로 유동된 냉매는, 상기 제 2 냉방라인(236), 상기 제 2 기액분리기유입라인(242), 상기 제 2 압축기유입라인(244), 상기 제 2 압축기토출라인(232), 상기 제 2 보조연결라인(208) 및 상기 제 2 메인연결라인(206)을 통과하여, 상기 제 2 열교환기입출라인(202)을 따라 유동된다.
상기 제 2 열교환기입출라인(202)을 따라 유동된 냉매는 상기 제 1 분지부(306)에서 상기 제 1 실외기유닛(100)을 통과한 냉매와 합지되어 상기 실내기 유닛(300)로 유동된다.
이와 같이, 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)은 각각 독립적인 냉매사이클을 형성한다. 따라서, 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200) 중 적어도 어느 하나만 구동되어도 상기 공기조화기는 냉방모드로 구동될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화기의 1단 난방모드를 도시한 도면이다. 1단 난방모드는 일반적으로 난방이 필요한 경우 운전되는 난방모드에 해당된다.
1단 난방모드의 경우, 상기 실내 열교환기(310)는 응축기로 기능하고, 상기 실외 열교환기(110, 210)는 증발기로 기능한다. 따라서, 냉매는 압축기-실내 열교환기-팽창밸브-실외 열교환기를 차례대로 순환한다.
이하, 상기 실내 열교환기(310)에서 시작되는 냉매의 순환과정을 자세히 설명한다.
상기 실내 열교환기(310)에서 토출된 냉매는 상기 제 1 실내기연결라인(302)을 따라 상기 실내기 유닛(300)에서 유동된다. 이때, 상기 실내 팽창밸브(320)를 통과하며 냉매는 팽창된다.
상기 제 1 분지부(306)로 유동된 냉매는 각각 상기 제 1 열교환기입출라인(102) 및 상기 제 2 열교환기입출라인(202)을 따라 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)으로 각각 유동된다.
상기 제 1 열교환기입출라인(102)을 따라 상기 제 1 실외기유닛(100)으로 유동된 냉매는 상기 제 1 실외 열교환기(110)를 통과하여 상기 제 2 분지부(104)로 유동된다. 또한, 상기 제 2 분지부(104)에서 제 1 메인연결라인(106)으로 연결되고, 상기 제 1 메인사방밸브(150)에서 제 1 기액분리기유입라인(142)으로 유동된다.
상기 제 1 기액분리기유입라인(142)을 통해 상기 제 1 기액분리기(140)로 유입된 냉매는 상기 제 1 기액분리기(140)에서 토출되어 상기 제 1 압축기유입라인(144)을 따라 상기 제 1 메인압축기(120) 및 상기 제 1 보조압축기(130)에서 압축되어 상기 제 1 압축기토출라인(132)으로 토출된다.
토출된 냉매는 상기 제 3 분지부(112)에서 상기 제 1 보조라인(134)을 따라 유동되어, 상기 제 1 보조 사방밸브(160)에서 상기 제 1 실외기 연결라인(124)으로 유동된다.
마지막으로, 상기 제 1 실외기 연결라인(124)을 따라 유동되어, 상기 제 4 분지부(308)에서 상기 제 2 실내기연결라인(304)을 따라 상기 실내기 유닛(300)로 유동된다. 그에 따라, 다시 상기 실내 열교환기(310)로 유동되어 순환한다.
이와 대응되도록, 상기 제 2 열교환기입출라인(202)을 따라 상기 제 2 실외기유닛(200)으로 유동된 냉매는, 상기 제 2 메인연결라인(206), 상기 제 2 기액분리기유입라인(242), 상기 제 2 압축기유입라인(244), 상기 제 2 압축기토출라인(232) 및 제 2 보조라인(234)을 통과하여, 제 2 실외기 연결라인(224)을 따라 유동된다.
냉매는 상기 제 4 분지부(308)에서 상기 제 1 실외기유닛(100)을 통과한 냉매와 합지되어 상기 실내기 유닛(300)로 유동된다.
이와 같이, 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)은 각각 독립적인 냉매사이클을 형성한다. 따라서, 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200) 중 적어도 어느 하나만 구동되어도 상기 공기조화기는 난방모드로 구동될 수 있다.
또한, 1단 난방모드에는 필요에 따라 상기 인젝션라인(171, 177, 271, 277)으로 냉매가 유동될 수 있고, 이를 '인젝션 모드'라 한다. 도면상에서는 상기 인젝션 모드를 사용하지 않는 상태를 도시하였다.
상기 인젝션 모드를 사용하는 경우, 상기 제 1 열교환기입출라인(102)을 따라 유동되는 냉매 중 일부가 상기 제 1 메인인젝션라인(171)을 따라 유동된다. 상기 제 1 메인인젝션라인(171)을 따라 유동된 냉매는 상기 제 1 메인인젝션팽창밸브(172)에서 팽창된다.
상기 제 1 메인인젝션열교환기(170)는 상기 제 1 열교환기입출라인(102)을 따라 유동되는 냉매와 상기 제 1 메인인젝션라인(171)을 따라 유동되는 냉매를 열교환한다. 자세하게는, 상기 제 1 메인인젝션팽창밸브(172)를 통과하며 압력과 온도가 낮아진 냉매를 상기 제 1 열교환기입출라인(102)에서 유동되는 냉매와 열교환시킨다.
그에 따라, 상기 제 1 메인인젝션라인(171)을 통과하는 냉매는 열을 전달 받아 증발이 일어나고, 상기 제 1 열교환기입출라인(102)을 통과하는 냉매는 열을 빼앗긴다.
상기 제 1 메인인젝션열교환기(170)에서 증발된 냉매는 상기 제 1 메인압축기(120) 및 상기 제 1 보조압축기(130)로 공급된다.
또한, 상기 제 1 메인인젝션열교환기(170)를 통과하여 상기 제 1 열교환기입출라인(102)을 따라 유동되는 냉매는 상기 제 1 보조인젝션열교환기(176)를 통과하며 열을 더 빼앗길 수 있다.
또한, 상기 제 2 실외기유닛(200)에 설치된 제 2 메인인젝션열교환기(270) 및 상기 제 2 보조인젝션열교환기(276)도 이와 같이 작동될 수 있다.
따라서, 사용자는 제 1 메인인젝션팽창밸브(172), 제 1 보조인젝션팽창밸브(178), 제 1 인젝션밸브(174), 제 2 메인인젝션팽창밸브(272), 제 2 보조인젝션밸창밸브(278) 및 제 2 인젝션밸브(274)를 제어하여 필요에 따라 선택적으로 이용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화기의 2단 난방모드를 도시한 도면이다. 2단 난방모드는 실외온도가 매우 낮은 특수한 경우 운전되는 난방모드에 해당된다. 예를 들어, 실외온도가 영하 20도 이하인 경우에 운전될 수 있다.
2단 난방모드의 경우, 일반적인 난방모드와 같이 상기 실내 열교환기(310)는 응축기로 기능하고, 상기 실외 열교환기(110, 210)는 증발기로 기능한다. 따라서, 냉매는 압축기-실내 열교환기-팽창밸브-실외 열교환기를 차례대로 순환한다.
이하, 상기 실내 열교환기(310)에서 시작되는 냉매의 순환과정을 자세히 설명한다.
상기 실내 열교환기(310)에서 토출된 냉매는 상기 제 1 실내기연결라인(302)을 따라 상기 실내기 유닛(300)에서 유동된다. 이때, 상기 실내 팽창밸브(320)를 통과하며 냉매는 팽창된다.
상기 제 1 분지부(306)로 유동된 냉매는 분지되어 각각 상기 제 1 열교환기입출라인(102) 및 상기 제 2 열교환기입출라인(202)을 따라 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)으로 각각 유동된다.
상기 제 1 열교환기입출라인(102)을 따라 상기 제 1 실외기유닛(100)으로 유동된 냉매는 상기 제 1 실외 열교환기(110)를 통과하여 상기 제 2 분지부(104)로 유동된다.
또한, 상기 제 2 열교환기입출라인(202)을 따라 상기 제 2 실외기유닛(200)으로 유동된 냉매는, 상기 제 2 실외 열교환기(210)를 통과하여 상기 제 5 분지부(204)로 유동된다.
냉매는 상기 제 5 분지부(204)에서 상기 제 1 2단압축라인(122)으로 유동된다. 이때, 상기 제 2 메인연결라인(206)에 설치된 상기 제 2 메인밸브(207)는 냉매의 유동을 차단시킨다. 따라서, 냉매는 상기 제 1 2단압축라인(122)을 따라 상기 제 2 실외기유닛(200)에서 상기 제 1 실외기유닛(100)으로 유동된다.
상기 제 1 실외기유닛(100)으로 유동된 냉매는 상기 제 2 분지부(104)에서 상기 제 1 실외 열교환기(110)를 통과한 냉매와 합지되어 상기 제 1 메인연결라인(106)으로 유동된다. 즉, 상기 제 1 실외 열교환기(110)를 통과한 냉매와 상기 제 2 실외 열교환기(210)를 통과한 냉매가 혼합되어 유동된다.
상기 제 2 분지부(104)에서 제 1 메인연결라인(106)으로 유동된 냉매는, 상기 제 1 메인사방밸브(150)에서 제 1 기액분리기유입라인(142)으로 유동된다.
상기 제 1 기액분리기유입라인(142)을 통해 상기 제 1 기액분리기(140)로 유입된 냉매는 상기 제 1 기액분리기(140)에서 토출되어 상기 제 1 압축기유입라인(144)을 따라 상기 제 1 메인압축기(120) 및 상기 제 1 보조압축기(130)에서 압축되어 상기 제 1 압축기토출라인(132)으로 토출된다.
토출된 냉매는 상기 제 3 분지부(112)에서 상기 제 1 보조연결라인(108)을 따라 유동되어, 상기 제 1 메인 사방밸브(150)에서 상기 제 2 2단압축라인(222)으로 유동된다.
따라서, 냉매는 상기 제 2 2단압축라인(222)을 따라 상기 제 1 실외기유닛(100)에서 상기 제 2 실외기유닛(200)으로 유동된다. 상기 제 2 실외기유닛(200)으로 유동된 냉매는 제 2 메인 사방밸브(250)에서 제 2 기액분리기유입라인(242)으로 유동된다.
상기 제 2 기액분리기유입라인(242)을 통해 상기 제 2 기액분리기(240)로 유입된 냉매는 상기 제 2 기액분리기(240)에서 토출되어 상기 제 2 압축기유입라인(244)을 따라 상기 제 2 메인압축기(220) 및 상기 제 2 보조압축기(230)에서 압축되어 상기 제 2 압축기토출라인(232)으로 토출된다.
토출된 냉매는 상기 제 6 분지부(212)에서 상기 제 2 보조라인(234)을 따라 유동되어, 상기 제 2 보조 사방밸브(260)에서 상기 제 2 실외기 연결라인(224)으로 유동된다.
마지막으로, 상기 제 2 실외기 연결라인(224)을 따라 상기 제 2 실외기유닛(200)에서 상기 제 4 분지부(308)로 유동되고, 상기 제 2 실내기연결라인(304)을 따라 유동된다.
이와 같이, 2단 난방모드는, 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)이 독립적으로 작동하였던 냉방모드 및 1단 난방모드와 달리, 상기 제 1 실외기유닛(100) 및 상기 제 2 실외기유닛(200)이 하나의 유닛처럼 작동된다.
정리하자면, 상기 실내 열교환기(310)에서 유입된 냉매는 분지되어 상기 제 1 실외 열교환기(110) 및 상기 제 2 실외 열교환기(210)로 각각 공급된다. 상기 제 1 실외 열교환기(110) 및 상기 제 2 실외 열교환기(210)에서 증발된 냉매는 다시 합지되어 상기 제 1 메인압축기(120) 및 상기 제 1 보조압축기(130)에 의해 압축된다(1단 압축).
또한, 1단 압축된 냉매는 상기 제 2 메인압축기(220) 및 상기 제 2 보조압축기(230)에 의해 다시 압축된다(2단 압축). 이와 같이, 2단 압축된 냉매는 다시 상기 실내 열교환기(310)로 제공된다.
즉, 1단 난방모드에서는, 상기 제 1 열교환기 입출라인(102) 및 상기 제 2 열교환기 입출라인(202)으로 유동된 냉매가, 상기 제 1 압축기(120, 130) 및 상기 제 2 압축기(220, 230)에 의해 각각 압축되어, 상기 제 1 실외기 연결라인(124) 및 상기 제 2 실외기 연결라인(224)을 따라 상기 실내기 유닛(300)로 유동된다.
또한, 2단 난방모드에서는, 상기 제 1 열교환기 입출라인(102) 및 상기 제 2 열교환기 입출라인(202)으로 유동된 냉매가, 상기 제 1 압축기(120, 130)와 상기 제 2 압축기(220, 230)에서 차례로 압축되어, 상기 제 2 실외기 연결라인(224)을 따라 상기 실내기 유닛(300)로 유동될 수 있다.
1단 난방모드와 2단 난방모드를 비교하자면, 1단 난방모드는 최대의 효율을 추구할 수 있고, 2단 난방모드는 최대 압력비를 추구할 수 있다. 따라서, 외부 조건에 따라 1단 난방모드와 2단 난방모드를 변환하여 사용하여 적절한 난방을 도모할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 사상에 따른 공기조화기는 동일한 냉매배관을 이용하여 냉방모드, 1단 난방모드 및 2단 난방모드로 이용될 수 있다. 특히, 실외온도에 따라 1단 난방모드 및 2단 난방모드가 변환되어 사용됨에 따라, 고능력 및 고효율 운전을 도모할 수 있다.
한편, 2단 난방모드에는 필요에 따라 상기 인젝션라인(171, 177, 271, 277) 또는 상기 2단압축 인젝션라인(180, 280)으로 냉매가 유동될 수 있다. 이하, 2단 난방모드에서 사용가능한 다양한 인젝션모드에 대해 자세하게 설명한다.
도 6은 도 5의 2단 난방모드에서 제 1 인젝션모드를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6에 따른 P-h선도를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 제 1 인젝션모드는 상기 인젝션라인(171, 177, 271, 277)으로 냉매가 유동되는 모드에 해당된다. 이는 앞서 설명한 1단 난방모드에서 적용되는 인젝션 모드의 냉매유동과 동일하다.
따라서, 도 6을 참조하면, 상기 제 1 인젝션 모드의 경우, 상기 열교환기입출라인(102, 202)을 따라 유동되는 냉매 중 일부가 상기 메인인젝션라인(171, 271) 또는 상기 보조인젝션라인(177, 277)을 따라 유동된다. 상기 메인인젝션라인(171, 271) 또는 상기 보조인젝션라인(177, 277)을 따라 유동된 냉매는 상기 메인인젝션팽창밸브(172, 272) 또는 상기 보조인젝션팽창밸브(178, 278)에서 팽창된다.
상기 메인인젝션열교환기(170, 270) 또는 상기 보조인젝션열교환기(176, 276)는 상기 열교환기입출라인(102, 202)을 따라 유동되는 냉매와 상기 메인인젝션라인(171, 271) 또는 상기 보조인젝션라인(177, 277)을 따라 유동되는 냉매를 열교환한다.
자세하게는, 상기 메인인젝션팽창밸브(172, 272) 또는 상기 보조인젝션팽창밸브(178, 278)를 통과하며 압력과 온도가 낮아진 냉매를 상기 열교환기입출라인(102, 202)에서 유동되는 냉매와 열교환시킨다.
그에 따라, 상기 메인인젝션라인(171, 271) 또는 상기 보조인젝션라인(177, 277)을 통과하는 냉매는 열을 전달 받아 증발이 일어나고, 상기 열교환기입출라인(102, 202)을 통과하는 냉매는 열을 빼앗긴다.
상기 메인인젝션라인(171, 271) 또는 상기 보조인젝션라인(177, 277)에서 증발된 냉매는 상기 메인압축기(120, 220) 및 상기 보조압축기(130, 230)로 공급된다.
이때, 필요에 따라, 상기 제 1 메인인젝션라인(171), 상기 제 1 보조인젝션라인(271), 상기 제 2 메인인젝션라인(177) 및 상기 제 2 보조인젝션라인(277) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
따라서, 사용자는 제 1 메인인젝션팽창밸브(172), 제 1 보조인젝션팽창밸브(178), 제 1 인젝션밸브(174), 제 2 메인인젝션팽창밸브(272), 제 2 보조인젝션밸창밸브(278) 및 제 2 인젝션밸브(274)를 제어하여 필요에 따라 선택적으로 이용할 수 있다.
도 6에서는 예시적으로 상기 제 1 메인인젝션라인(171), 상기 제 1 보조인젝션라인(271), 상기 제 2 메인인젝션라인(177) 및 상기 제 2 보조인젝션라인(277)를 모두 사용한 것을 도시하였다.
도 7을 참조하여, 이와 같은 제 1 인젝션모드에 따른 압축기에서 냉매의 변화를 살펴본다. 이때, 상기 압축기에는 메인압축기 및 보조압축기가 포함된다. 비교를 위해, 인젝션 모드를 사용하지 않는 경우 압축기에서 냉매의 변화를 점선으로 도시하였다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 실외 열교환기(110) 및 상기 제 2 실외 열교환기(210)를 통과한 냉매가 합지되어 상기 제 1 압축기(120, 130)에 유입된다. 상기 제 1 압축기(120, 130)에서 냉매는 'a'선을 따라서 압축된다.
이때, 상기 제 1 인젝션라인(171, 177)에 의해 상기 제 1 압축기(120, 130)에 냉매가 유입된다. 그에 따라, 냉매가 'b'선을 따라 열역학적 성질이 변화된다. 다만, 상기 제 1 인젝션라인(171, 177)에 의해 유입되는 냉매의 양이 비교적 소량에 해당되기 때문에 상기 'b'선은 비교적 짧게 나타난다.
계속하여 냉매는 'c'선을 따라 압축되며 상기 제 1 압축기(120, 130)에서 토출되어 상기 제 2 압축기(220, 230)로 유입된다. 상기 제 2 압축기(220, 230)로 유입된 냉매는 계속하여 상기 'c'선을 따라 압축된다.
이때, 상기 제 2 인젝션라인(271, 277)에 의해 상기 제 2 압축기(220, 230)에 냉매가 유입된다. 그에 따라, 냉매가 'd'선을 따라 열역학적 성질이 변화된다. 다만, 상기 제 2 인젝션라인(271, 277)에 의해 유입되는 냉매의 양이 비교적 소량에 해당되기 때문에 상기 'd'선은 비교적 짧게 나타난다.
계속하여 냉매는 'e'선을 따라 압축되어 상기 제 2 압축기(220, 230)에서 토출된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 인젝션모드에 의한 냉매의 변화는 점선으로 표시된 인젝션모드를 사용하지 않는 경우 냉매의 변화에 비해 포화사이클에 근접한다. 따라서, 공기조화기의 효율이 상승될 수 있다.
도 8은 도 5의 2단 난방모드에서 제 2 인젝션모드를 도시한 도면이고, 도 9는 도 8에 따른 P-h선도를 도시한 도면이다.
도 8에 도시된 제 2 인젝션모드는 상기 2단압축 인젝션라인(180, 280)으로 냉매가 유동되는 모드에 해당된다. 상기 제 2 인젝션모드는 상기 제 1 인젝션모드와 달리 1단 난방모드에서는 사용될 수 없는 모드로, 2단 난방모드에 최적화된 인젝션모드라고 할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제 2 인젝션 모드의 경우, 상기 열교환기입출라인(102, 202)을 따라 유동되는 냉매 중 일부가 상기 메인인젝션라인(171, 271)을 따라 유동된다. 상기 메인인젝션라인(171, 271)을 따라 유동된 냉매는 상기 메인인젝션팽창밸브(172, 272)에 의해 팽창된다.
이때, 인젝션밸브(174, 274)는 냉매의 유동을 폐쇄하도록 마련되어 냉매는 상기 2단압축 인젝션라인(180, 280)으로 유동된다. 또한, 냉매는 상기 2단압축 인젝션밸브(182, 282)에 의해 상기 제 2 2단압축라인(222)으로 유입된다.
이때, 상기 제 1 2단압축 인젝션라인(180) 및 상기 제 2 2단압축 인젝션라인(280)을 통과한 냉매는 모두 상기 제 2 2단압축라인(222)으로 유입된다. 이때, 필요에 따라, 상기 제 1 2단압축 인젝션라인(180) 및 상기 제 2 2단압축 인젝션라인(280) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
도 9를 참조하여, 이와 같은 제 2 인젝션모드에 따른 압축기에서 냉매의 변화를 살펴본다. 이때, 상기 압축기에는 메인압축기 및 보조압축기가 포함된다. 비교를 위해, 인젝션 모드를 사용하지 않는 경우 압축기에서 냉매의 변화를 점선으로 도시하였다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 실외 열교환기(110) 및 상기 제 2 실외 열교환기(210)를 통과한 냉매가 합지되어 상기 제 1 압축기(120, 130)에 유입된다. 상기 제 1 압축기(120, 130)에서 냉매는 'f'선을 따라서 압축된다.
상기 제 1 압축기에서 압축된 냉매는 상기 제 2 2단압축라인(222)을 따라 상기 제 2 압축기로 유동된다. 이때, 상기 제 1 2단압축 인젝션라인(180) 및 상기 제 2 2단압축 인젝션라인(280)에 의해 상기 제 2 2단압축라인(222)으로 냉매가 유입된다.
그에 따라, 냉매가 'g'선을 따라 열역학적 성질이 변화된다. 이때, 상기 제 1 2단압축 인젝션라인(180) 및 상기 제 2 2단압축 인젝션라인(280)에 의해 냉매가 유입되기 때문에 유입되는 냉매의 양은 비교적 많다. 따라서, 상기 'g'선은 비교적 길게 나타난다.
계속하여 냉매는 상기 제 2 압축기(220, 230)로 유입되고, 상기 제 2 압축기(220, 230)에서 'h'선을 따라 압축된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 인젝션모드에 의한 냉매의 변화는 점선으로 표시된 인젝션모드를 사용하지 않는 경우 냉매의 변화에 비해 포화사이클에 근접한다. 따라서, 공기조화기의 효율이 상승될 수 있다.
도 7과 도 9를 비교하면, 상기 2단압축 인젝션라인(180, 180)은 상기 인젝션라인(171, 177, 271, 277)보다 비교적 많은 양의 냉매를 인젝션시킨다. 그에 따라, 상기 'g'선은 상기 'b'선 및 'd'선에 비하여 비교적 길게 나타난다.
결과적으로, 도 9에 따른 냉매의 변화가 포화사이클에 더 인접하여, 상기 제 1 인젝션모드보다 상기 제 2 인젝션모드에서 공기조화기의 효율이 더 상승될 수 있다.
도 10은 도 5의 2단 난방모드에서 제 3 인젝션모드를 도시한 도면이고, 도 11은 도 10에 따른 P-h선도를 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 제 3 인젝션모드는 상기 인젝션라인(171, 177, 271, 277) 및 상기 2단압축 인젝션라인(180, 280)으로 냉매가 유동되는 모드에 해당된다. 상기 제 3 인젝션모드는 상기 제 1 인젝션모드 및 상기 제 2 인젝션모드를 포함하는 모드에 해당된다. 따라서, 상기 제 2 인젝션모드를 포함하기 때문에 1단 난방모드에서는 사용될 수 없는 모드에 해당된다.
도 10을 참조하면, 상기 제 3 인젝션 모드의 경우, 상기 열교환기입출라인(102, 202)을 따라 유동되는 냉매 중 일부가 상기 메인인젝션라인(171, 271) 또는 상기 보조인젝션라인(177, 277)을 따라 유동된다. 상기 메인인젝션라인(171, 271) 또는 상기 보조인젝션라인(177, 277)을 따라 유동된 냉매는 상기 메인인젝션팽창밸브(172, 272) 또는 상기 보조인젝션팽창밸브(178, 278)에서 팽창된다.
상기 메인인젝션열교환기(170, 270) 또는 상기 보조인젝션열교환기(176, 276)는 상기 열교환기입출라인(102, 202)을 따라 유동되는 냉매와 상기 메인인젝션라인(171, 271) 또는 상기 보조인젝션라인(177, 277)을 따라 유동되는 냉매를 열교환한다.
냉매는 상기 메인인젝션라인(171, 271) 또는 상기 보조인젝션라인(177, 277)을 따라 상기 메인압축기(120, 220) 및 상기 보조압축기(130, 230)로 공급된다.
또한, 냉매는 상기 2단압축 인젝션라인(180, 280)으로 유동된다. 또한, 냉매는 상기 2단압축 인젝션밸브(182, 282)의 개방에 의해 상기 제 2 2단압축라인(222)으로 유입된다.
즉, 상기 메인인젝션라인(171, 271) 또는 상기 보조인젝션라인(177, 277)을 따라 상기 메인압축기(120, 220) 및 상기 보조압축기(130, 230)로 냉매가 인젝션되고, 상기 2단압축 인젝션라인(180, 280)을 따라 상기 제 2 2단압축라인(222)으로 냉매가 인젝션된다.
도 10을 참조하여, 이와 같은 제 3 인젝션모드에 따른 압축기에서 냉매의 변화를 살펴본다. 이때, 상기 압축기에는 메인압축기 및 보조압축기가 포함된다. 비교를 위해, 인젝션 모드를 사용하지 않는 경우 압축기에서 냉매의 변화를 점선으로 도시하였다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 실외 열교환기(110) 및 상기 제 2 실외 열교환기(210)를 통과한 냉매가 합지되어 상기 제 1 압축기(120, 130)에 유입된다. 상기 제 1 압축기(120, 130)에서 냉매는 'i'선을 따라서 압축된다.
이때, 상기 제 1 인젝션라인(171, 177)에 의해 상기 제 1 압축기(120, 130)에 냉매가 유입된다. 그에 따라, 냉매가 'j'선을 따라 열역학적 성질이 변화된다.
계속하여 냉매는 'k'선을 따라 압축되며 상기 제 1 압축기(120, 130)에서 토출된 냉매는 상기 제 2 2단압축라인(222)을 따라 상기 제 2 압축기(220, 230)로 유동된다. 이때, 상기 제 1 2단압축 인젝션라인(180) 및 상기 제 2 2단압축 인젝션라인(280)에 의해 상기 제 2 2단압축라인(222)으로 냉매가 유입된다.
그에 따라, 냉매가 'l'선을 따라 열역학적 성질이 변화된다. 상기 제 2 2단압축라인(222)을 따라 상기 제 2 압축기(220, 230)로 유입된 냉매는 계속하여 상기 'm'선을 따라 압축된다. 이때, 상기 제 2 인젝션라인(271, 277)에 의해 상기 제 2 압축기(220, 230)에 냉매가 유입되고, 냉매가 'n'선을 따라 열역학적 성질이 변화된다.
계속하여 냉매는 'o'선을 따라 압축되어 상기 제 2 압축기(220, 230)에서 토출된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 인젝션모드에 의한 냉매의 변화는 점선으로 표시된 인젝션모드를 사용하지 않는 경우 냉매의 변화에 비해 포화사이클에 근접한다. 따라서, 공기조화기의 효율이 상승될 수 있다.
상기 제 3 인젝션모드는 상기 제 1 인젝션모드 및 상기 제 2 인젝션모드를 모두 이용한 것으로 가장 포화사이클에 인접하게 냉매가 변화된다. 그에 따라. 공기조화기의 효율이 더 상승될 수 있다.
이와 같이, 공기조화기의 난방모드에 따라 인젝션모드가 결정될 수 있으며, 2단 난방모드에서 다양한 인젝션모드로 운전될 수 있다.
100 : 제 1 실외기유닛 110 : 제 1 실외 열교환기
122 : 제 1 2단압축라인 200 : 제 2 실외기유닛
210 : 제 2 실외 열교환기 222 : 제 2 2단압축라인
300 : 보조모듈 400 : 실내기
410 : 실내 열교환기

Claims (10)

  1. 제 1 압축기와 제 1 실외 열교환기가 배치되는 제 1 실외기 유닛;
    제 2 압축기와 제 2 실외 열교환기가 배치되는 제 2 실외기 유닛; 및
    상기 제 1 실외기 유닛 및 상기 제 2 실외기 유닛과 연결되고, 실내 열교환기가 배치되는 실내기 유닛;이 구비되고,
    상기 제 2 실외 열교환기를 통과한 냉매가 상기 제 1 압축기로 공급되도록, 상기 제 1 실외기 유닛과 상기 제 2 실외기 유닛을 연결하는 제 1 2단압축라인;
    상기 제 1 압축기에서 압축된 냉매가 상기 제 2 압축기로 공급되도록, 상기 제 1 실외기 유닛과 상기 제 2 실외기 유닛을 연결하는 제 2 2단압축라인; 및
    상기 제 2 2단압축라인과 연결되는 2단압축 인젝션라인;을 포함하는 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실외 열교환기와 상기 실내기 유닛을 연결하는 제 1 열교환기 입출라인; 및
    상기 제 2 실외 열교환기와 상기 실내기 유닛을 연결하는 제 2 열교환기 입출라인;이 더 포함되는 공기조화기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 2단압축라인에는,
    상기 제 1 열교환기 입출라인과 상기 제 2 2단압축라인을 연결하도록 상기 제 1 실외기 유닛에 마련되는 제 1 2단압축 인젝션라인; 및
    상기 제 2 열교환기 입출라인과 상기 제 2 2단압축라인을 연결하도록, 상기 제 2 실외기 유닛에 마련되는 제 2 2단압축 인젝션라인;이 포함되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 실내 열교환기가 응축기로 기능하고 상기 제 1 실외 열교환기 및 상기 제 2 실외 열교환기가 증발기로 기능하며, 상기 실내기 유닛, 상기 제 1 실외기 유닛 및 상기 제 2 실외기 유닛이 하나의 냉매사이클을 형성하는 2단 난방모드로 운전되는 경우,
    상기 제 1 2단압축 인젝션라인은 상기 제 1 실외 열교환기로 유동되는 냉매 중 적어도 일부를 상기 제 2 2단압축라인으로 인젝션시키도록 마련되고,
    상기 제 2 2단압축 인젝션라인은 상기 제 2 실외 열교환기로 유동되는 냉매 중 적어도 일부를 상기 제 2 2단압축라인으로 인젝션시키도록 마련되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기 입출라인과 상기 제 1 압축기를 연결하도록, 상기 제 1 실외기 유닛에 마련되는 제 1 인젝션라인; 및
    상기 제 2 열교환기 입출라인과 상기 제 2 압축기를 연결하도록, 상기 제 1 실외기 유닛에 마련되는 제 2 인젝션 라인;을 더 포함하는 공기조화기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 실내 열교환기가 응축기로 기능하고 상기 제 1 실외 열교환기 및 상기 제 2 실외 열교환기가 증발기로 기능하며, 상기 실내기 유닛과 상기 제 1 실외기 유닛 및 상기 실내기 유닛과 상기 제 2 실외기 유닛이 각각 냉매사이클을 형성하는 1단 난방모드로 운전되는 경우,
    상기 제 1 인젝션라인은 상기 제 1 실외 열교환기로 유동되는 냉매 중 적어도 일부를 상기 제 1 압축기로 인젝션시키도록 마련되고,
    상기 제 2 인젝션라인은 상기 제 2 실외 열교환기로 유동되는 냉매 중 적어도 일부를 상기 제 2 압축기로 인젝션시키도록 마련되는 인젝션모드로 구동가능한것을 특징으로 하는 공기조화기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 2단압축라인에는,
    상기 제 1 인젝션라인의 일 측과 상기 제 2 2단압축라인을 연결하도록 상기 제 1 실외기 유닛에 마련되는 제 1 2단압축 인젝션라인; 및
    상기 제 2 인젝션라인의 일 측과 상기 제 2 2단압축라인을 연결하도록, 상기 제 2 실외기 유닛에 마련되는 제 2 2단압축 인젝션라인;이 포함되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 인젝션라인 및 상기 제 2 인젝션라인에는, 상기 제 1 압축기 및 상기 제 2 압축기로의 냉매유동을 개폐하는 제 1 인젝션밸브 및 제 2 인젝션밸브가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 2단압축 인젝션라인 및 상기 제 2 2단압축 인젝션라인에는, 냉매의 유동을 개폐하는 제 1 2단압축 인젝션밸브 및 제 2 2단압축 인젝션밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 실내 열교환기가 응축기로 기능하고 상기 제 1 실외 열교환기 및 상기 제 2 실외 열교환기가 증발기로 기능하며, 상기 실내기 유닛, 상기 제 1 실외기 유닛 및 상기 제 2 실외기 유닛이 하나의 냉매사이클을 형성하는 2단 난방모드로 운전되는 경우,
    상기 제 1 인젝션 밸브 및 상기 제 2 인젝션밸브가 개방되고, 상기 제 1 2단압축 인젝션밸브 및 상기 제 2 2단압축 인젝션밸브가 폐쇄되는 제 1 인젝션모드;
    상기 제 1 인젝션 밸브 및 상기 제 2 인젝션밸브가 폐쇄되고, 상기 제 1 2단압축 인젝션밸브 및 상기 제 2 2단압축 인젝션밸브가 개방되는 제 2 인젝션모드; 및
    상기 제 1 인젝션 밸브 및 상기 제 2 인젝션밸브가 개방되며, 상기 제 1 2단압축 인젝션밸브 및 상기 제 2 2단압축 인젝션밸브가 개방되는 제 3 인젝션모드; 중 어느 하나로 구동가능한 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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