KR102517272B1

KR102517272B1 - 공기조화기

Info

Publication number: KR102517272B1
Application number: KR1020160145318A
Authority: KR
Inventors: 김경록; 김선태; 이동규; 진동식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2023-04-03
Also published as: KR20180048129A; WO2018084459A1

Abstract

공기조화기가 개시된다. 개시된 공기조화기는 실내 열교환기, 실외팽창장치, 실외 열교환기, 어큐뮬레이터, 압축기, 및 오일분리기가 순차적으로 연결된 공기조화기에 있어서, 상기 실외팽창장치로부터 상기 압축기로 흐르는 냉매를 가열하기 위한 열발생장치;를 포함하고, 상기 열발생장치는, 상기 냉매와의 물리 흡착(physical adsorption)에 의해 열을 발생하는 흡착제; 상기 흡착제가 충진된 탱크; 및 상기 흡착제를 재생하도록 상기 흡착제에 열을 전달하는 전열관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공기조화기{AIR CONDITIONER}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 제상 시 압축기로 유입되는 냉매를 가열하는 열발생장치를 구비한 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화기는 실내기, 실외기 및 그 사이를 순환하는 냉매를 포함하는 장치로서 냉매가 액화할 때 주위에 열을 방출하고 기화할 때 주변의 열을 흡수하는 성질을 이용하여 일정 공간을 냉방 또는 난방하는 장치이다.

이러한 공기조화기는 겨울철에 외부의 기온이 매우 낮거나, 일정시간 난방 운전을 수행하면, 실외 열교환기에 수분이 착상되어 실외 공기와의 열교환이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 발생한다.

공기조화기는 실외 열교환기에 착상된 결빙을 제거하기 위해 제상 운전을 수행하게 된다. 제상 운전은 냉매의 순환방향이 역전되는 역사이클 방식과 압축기로부터 나오는 냉매를 실외 열교환기에 흐르게 하는 핫 가스 바이패스(Hotgas Bypass) 방식에 의해 수행될 수 있다.

이 때, 제상 운전을 효과적으로 수행하기 위해 난방 운전시 축열하고, 제상 운전 시 그 열을 보조 열원으로 사용하는 축열조를 구비할 수 있다.그런데, 종래의 공기조화기는 제상 운전시에 필요한 열을 축열하기 위해서 많은 양의 축열재가 필요하였다. 따라서 축열조는 많은 양을 축열재를 담기 위해 크기가 증가하게 되고, 이는 공기조화기의 전체 크기를 증가시키는 요인이 되었다.

상기 문제점을 해소하기 위해, 본 발명은 제상 운전 시 냉매가 열발생장치를 통과하도록 제어하고, 흡착제와 냉매가 물리 흡착하면서 발생하는 흡착열에 의해 온도가 증가된 냉매를 압축기로 공급함으로써, 제상 시간을 줄이고, 제상 효율을 높이는 공기조화기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 실내 열교환기, 실외팽창장치, 실외 열교환기, 어큐뮬레이터, 압축기, 및 오일분리기가 순차적으로 연결된 공기조화기에 있어서, 상기 실외팽창장치로부터 상기 압축기로 흐르는 냉매를 가열하기 위한 열발생장치;를 포함하고, 상기 열발생장치는, 상기 냉매와의 물리 흡착(physical adsorption)에 의해 열을 발생하는 흡착제; 상기 흡착제가 충진된 탱크; 및 상기 흡착제를 재생하도록 상기 흡착제에 열을 전달하는 전열관;을 포함하는 공기조화기를 제공한다.

상기 전열관은 외주면에 상기 흡착제가 접촉되도록 상기 탱크 내부를 통과할 수 있다.

상기 전열관은 상기 탱크 내의 구간에서 분기되어 복수의 관을 형성하고, 상기 복수의 관은 상호 병렬로 연결될 수 있다.

상기 전열관은 상기 탱크 내의 구간에서 지그재그 형상으로 형성될 수 있다.

상기 흡착제는 활성탄, 제올라이트, 실리카겔, 및 활성알루미나 중 어느 하나일 수 있다.

상기 실내 열교환기로부터 배출되는 냉매를 상기 열발생장치로 안내하기 위한 제1 바이패스관; 및 상기 열발생장치를 통과하여 가열된 냉매를 상기 어큐뮬레이터로 안내하는 제2 바이패스관;을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 바이패스관은 냉매가 상기 흡착제와 냉매가 반응하도록 상기 탱크의 유입구와 연결되고, 상기 제2 바이패스관은 상기 흡착제와 반응하여 가열된 냉매가 배출되는 상기 탱크의 배출구와 연결될 수 있다.

상기 제1 및 2제2 바이패스관은 제상 운전 시 냉매가 저압 상태로 흐르는 유로의 일부 구간에서 분기될 수 있다.

상기 전열관은 상기 오일분리기에서 분리된 오일이 다시 상기 압축기로 되돌아가는 유로 상에 배치될 수 있다.

상기 탱크는 상기 전열관을 둘러싸도록 형성될 수 있다.

상기 제1 바이패스관에 배치되어 상기 탱크로 이송되는 냉매의 흐름을 제어하는 제1 개폐밸브;를 더 포함할 수 있다.

상기 오일분리기와 상기 전열관의 유입구를 잇는 유로 상에 배치되어 상기 전열관으로 이송되는 오일의 흐름을 제어하는 제2 개폐밸브;를 더 포함할 수 있다.

상기 압축기로부터 배출되어 실내 열교환기로 이동하는 냉매를 상기 전열관으로 안내하기 위한 제3 바이패스관; 및 상기 전열관을 통과하는 냉매를 상기 실외 열교환장치로 안내하는 제4 바이패스관;을 더 포함할 수 있다.

상기 실외 열교환기는 복수로 구비되고, 상기 압축기에서부터 사방밸브까지의 유로에서 분기되어 상기 실외 열교환기에 각각 연결되는 복수의 연결관을 포함할 수 있다.

상기 복수의 연결관은 상기 복수의 연결관을 선택적으로 개폐하기 위해 각각 개폐밸브가 배치될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기를 나타내는 도면이다.
도 2a는 도 1에 도시된 열발생장치의 단면도이다.
도 2b 및 도 2c는 도 2a에 도시된 열발생장치의 변형 예를 나타내는 단면도들이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제상 운전을 설명하는 도면이다.
도4은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 난방 운전을 설명하는 도면이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기조화기를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 이하 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해하기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시한다.

따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

본 실시예에 따른 공기조화기는 난방기를 예로 들어 설명하지만, 이에 제한되지 않고 냉방 및 난방을 겸하는 냉난방기일 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 본 실시예에 따른 공기조화기에 적용되는 열발생장치는 종래의 축열조에 비해 크기가 작으면서도 높은 효율을 얻을 수 있다.이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 개략적인 구성을 살펴본 후, 열발생장치의 구조를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 공기조화기(1)는 크게 실내기(10)와 실외기(20)로 구성된다. 실내기(10)는 냉매가 열교환되는 실내 열교환기(13)와, 냉매가 감압팽창되는 실내팽창장치(11)를 구비하고 있다.

실외기(20)는, 냉매를 압축하는 압축기(21)와, 냉매가 열교환되는 실외 열교환기(23)와, 압축기(21)의 토출측에 배치되어 냉매의 유로를 절환하는 사방밸브(25, 4-way valve)와, 압축기(21)의 흡입측에 연결되어 압축기(21)에 기체상태의 냉매를 제공하는 어큐뮬레이터(27)와, 실내 열교환기(13)와 실외 열교환기(23) 사이에 배치되어 냉매를 감압팽창하는 실외팽창장치(29)를 포함한다.

압축기(21)의 토출측에는 오일을 분리할 수 있도록 오일분리기(31)가 구비되어 있으며, 오일분리기(31)에는 분리된 오일이 다시 압축기(21)로 복귀될 수 있도록 순환유로(33)가 형성된다. 순환유로(33)의 하류에는 감압을 위한 모세관(35)이 배치될 수 있다. 순환유로(33)의 일부는 후술하는 열발생장치(100)의 전열관(130)이 될 수 있다.

오일분리기(31)의 하류측에는 사방밸브(25)가 연결되어 있다. 사방밸브(25)의 유출측에는 실외 열교환기(20)와, 어큐뮬레이터(27)와, 제상시 실내기(10)를 경유한 냉매가 유입되는 유입측 냉매관(51)이 각각 연결되어 있다.

한편, 제상시 냉매의 흐름방향을 따라 실외팽창장치(29)의 유출측에는 냉매가 실내기(10)로 유동할 수 있도록 유출측 냉매관(53)이 연결되어 있다.

유입측 냉매관(51)및 유출측 냉매관(53)에는 각각 서비스밸브(41, 43)가 설치되어 있다.

또한, 실외기(20)는 제상 시 냉매의 흐름방향을 따라 상기 실외팽창장치(29)의 하류측에 냉매의 물리 흡착(physical adsorption)에 의해 상기 냉매를 가열하기 위한 열발생장치(100)를 포함한다. 열발생장치(100)의 구조는 하기에서 도 2a를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(1)의 유로는 메인관(60)과 제1 및 제2 바이패스관(61, 62)을 포함할 수 있다.

메인관(60)은 난방 시 냉매의 흐름방향을 따라 실외팽창장치(29)의 유출측에서부터 실외 열교환기(23)와, 사방밸브(25)를 지나 어큐뮬레이터(27)의 흡입측까지의 유로에 해당한다.

바이패스관(61, 62)은 메인관(60)의 기점(P1)으로부터 분기되어 열발생장치(100)에 연결되는 제1 바이패스관(61)과, 열발생장치(100)로부터 다시 메인관(60)으로 연결되는 제2 바이패스관(62)을 포함한다. 제1 바이패스관(61)은 메인관(60)을 흐르는 냉매를 열발생장치(100)로 이송하고, 제2 바이패스관(62)은 열발생장치(100)를 통과하면서 가열된 냉매를 열발생장치(100)로부터 다시 메인관(60)으로 이송한다.

열발생장치(100)는 제1 바이패스관(61)과 제2 바이패스관(62)에 의해 메인관(60)에 대해서 병렬로 연결될 수 있다. 이 때, 메인관(60)은 난방 시 냉매의 저압영역에 해당한다.

구체적으로, 도 1을 참조하면, 제1 바이패스관(61)은 난방시 냉매의 흐름방향을 따라 사방밸브(25)의 유출측에서부터 어큐뮬레이터(27)의 흡입측까지의 유로에서 분기되도록 형성되고, 제2 바이패스관(62)은 다시 어큐뮬레이터(27)의 흡입측으로 연결되도록 형성된다.

열발생장치(100)로 냉매를 유입시키는 제 1바이패스관(61)은 제상시 메인관(60)을 흐르는 냉매가 우회할 수 있도록 메인관(60)에 연결된다. 제2 바이패스관(62)은 열발생장치(100)로부터 배출되는 냉매를 어큐뮬레이터(27)로 유입될 수 있도록 메인관(60)에 연결된다. 이 경우, 제2 바이패스관(62)은 메인관(60)과 연결되는 지점이 제1 바이패스관(61)보다 하류에 위치한다.

제1 바이패스관(61)의 입구영역에는 제상시 어큐뮬레이터(27)로 흐르는 냉매의 일부를 제1 바이패스관(61)으로 이동시킬 수 있도록 제1 바이패스관(61)을 개방하는 제1 개폐밸브(V1)가 설치되어 있다.

도 2a는 열발생장치의 단면도이다. 도 2a를 참조하면, 열발생장치(100)는 냉매와의 물리 흡착에 의해 열을 발생하는 흡착제(120)와, 상기 흡착제(120)가 충진된 탱크(110)와, 흡착제(120)를 재생하기 위해 흡착제(120)에 열을 전달하는 전열관(130)으로 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열발생장치(100)는 냉매를 가열하기 위해 냉매가 흡착제(120)와 접촉하여 부착(adhere)되는 물리 흡착(physical adsorption)을 이용한 것이다. 물리 흡착은 항상 발열 반응이며, 물리 흡착에 의해 발생하는 열을 이용하여 냉매를 가열할 수 있다. 열발생장치(100)는 흡착제(120)에 냉매를 흡착시키고 발생하는 흡착열로 냉매를 가열하여 고온의 냉매를 토출시킬 수 있다.

흡착제(120)는 실리카계 또는 제올라이트계와 같은 고체흡착제가 주로 사용될 수 있다. 예를 들면, 흡착제(120)는 활성탄, 메로폴라스 실리카, 제올라이트, 실리카 겔, 점토 광물 등이 될 수 있다. 흡착(adsorption)은 흡착제(120)의 계면(solid interface) 어느 곳에서 일어나므로, 흡착제(120)의 계면을 증가시키기 위해 흡착제(120)는 다공성(porous)이다.

탱크(110) 내부에 흡착제(120)가 충진되고, 탱크(110)의 일측에는 냉매가 유입되는 유입구(111)와 흡착열에 의해 가열된 고온의 냉매가 배출되는 배출구(113)가 형성된다. 유입구(111)를 통해 열발생장치(100)로 유입된 냉매는 압력차에 의해 배출구(113)로 배출되며, 유입구(111) 및 배출구(113)는 각각 유입바이패스관(63) 및 배출바이패스관(65)상호 연통되게 연결되어 있다. 유입바이패스관(63)에 흐르는 냉매는 유입구(111)를 통해 탱크(110) 내의 흡착제(120)와 직접 접촉하여 물리 흡착하고, 물리 흡착에 의해 발생한 흡착열에 의해 탱크(110)에 유입된 냉매를 가열하고, 가열된 냉매는 배출구(113)를 통해 배출바이패스관(65)으로 배출된다.

종래에는 필요한 열량을 축적하기 위해 축열재의 양을 늘려 축열조의 크기가 커지는 문제가 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 열발생장치(100)는 냉매와 발열 반응하는 흡착제(120)를 사용하기 때문에 컴팩트한 열발생장치(100)를 제공할 수 있어 크기가 작은 실외기를 제공할 수 있고, 열발생장치(100)와 종래의 축열조가 동일한 크기라면 더 높은 효율을 갖는 보조 열원을 제공할 수 있는 이점이 있다.

제상 운전 시, 공기조화기(1)는 압축기(21)로부터 압축된 냉매가 실외 열교환기(23)로 유동되도록 하여 실외 열교환기(23)의 제상이 실시되도록 한다. 압축기(21)에서 압축된 냉매는 사방밸브(25)를 경유하여 실외 열교환기(23)로 유입되어 제상 작용을 수행한다.

이 경우, 실내기(10)로부터 유입측 냉매관(51)을 통해 유입된 냉매를 열발생장치(100)로 유동되도록하여 열발생장치(100)를 통해 냉매를 가열시켜 압축기로부터 공급되는 열량을 낮출 수 있어 효율적인 제상이 실시될 수 있다.

유입측 냉매관(51)을 통해 유입되어 어큐뮬레이터(27)로 흡입되는 냉매를 바이패스관(61)으로 유동되도록 한다. 유입바이패스관(63)으로 유입된 냉매의 일부는 열발생장치(100)에서 흡착제(120)와 물리 흡착하고, 나머지 냉매는 흡착열에 의해 가열되어 배출바이패스관(65)으로 배출된다. 열발생장치(100)에서 배출된 고온의 냉매는 어큐뮬레이터(27)를 경유하여 압축기(21)로 흡입되고, 압축되어 토출되어 실외 열교환기(23)에서 제상작용을 수행한다. 본 발명의 일실시예에 따른 열발생장치(100)가 제상 운전 시 보조 열원의 기능을 하여 제상 성능이 높아지고, 빠른 난방 복귀가 가능하다. 또한, 압축기(21)로부터 공급되는 열량을 낮아져 공기조화기(1)의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.

흡착제의 재생(regeneration)은 흡착제(120)에 흡착된 냉매를 흡착제(120) 표면로부터 제거하는 것을 말한다. 흡착의 역반응으로 흡착된 냉매가 흡착제(120)의 표면에서 떨어져 나가는 현상을 탈착이라고 하는데, 재생과정에서 탈착하는 과정이 포함된다. 탈착은 흡착제(120) 표면의 온도가 높아지면 나타난다. 흡착제(120)에 열을 가하면 흡착된 냉매가 흡착제(120) 표면으로부터 분리되어 흡착제(120)는 다시 물리 흡착할 수 있도록 재생된다.

전열관(130)은 흡착제(120)의 재생을 위한 것으로, 흡착제(120)와 직접 접촉하도록 탱크(110)의 내부를 관통하도록 형성될 수 있다. 전열관(130)은 전열관(130)의 내부에 흐르는 오일 또는 냉매가 갖는 열을 흡착제(120)로 전달할 수 있도록 전도성 물질로 형성될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열발생장치(100)의 전열관(130)은 오일분리기(31)에서 분리된 오일이 다시 압축기로 되돌아가는 유로에 배치될 수 있다. 전열관(130)은 순환유로(33)와 상호 연통되게 연결될 수 있다.

오일분리기(31)에서 순환유로(33)에 흐르는 고온의 오일을 전열관(130)으로 흐르게 하여 전열관(130)을 감싸는 흡착제(120)가 오일의 열을 흡수해 흡착된 매질을 탈착할 수 있다. 이 때, 흡착제(120)는 재생되고 재차 흡착제로 냉매가 흡착 가능한 상태가 된다.

이러한 구성에 의하여, 난방 운전시 오일분리기(31)에서 분리된 오일을 전열관(130)으로 유동되도록 하여 순환되는 오일의 열을 이용하여 흡착제(120)를 재생하도록 한다.

종래에는 난방에 필요한 열의 일부를 제상시에 사용하기 위해 축열조에 축적하여 난방 성능이 떨어져 사용자의 체감 불량을 발생하는 문제가 있었다. 이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기(1)는 사용하지 않는 순환되는 오일이 갖는 열을 이용하는 것이므로 사용자의 난방 체감성능을 향상시킬 수 있고, 남는 열을 재활용하는 것으로 공기조화기의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

흡착제의 재생에 필요한 열을 흡수할 수 있도록 흡착제(120)와 전열관(130)은 직접 접촉하도록 배치된다. 또한, 전열관(130)과 흡착제(120)와의 접촉면적을 늘리기 위해 전열관은 다양한 형태로 형성될 수 있다.

도 2b 및 도 2c는 도 2a에 도시된 전열관의 변형된 예를 나타낸다.

도 2b를 참조하면, 전열관(131)은 흡착제(120)와의 접촉면적을 늘리기 위해 탱크(110) 내에서 분기되어 병렬로 연결된 2개 이상의 관(133, 135)으로 형성될 수 있다.

도 2c를 참조하면, 전열관(139)은 흡착제(120)에 효율적으로 열을 전달할 수 있도록 확장된 접촉면적을 가지도록 탱크(110) 내에 위치하는 구간이 지그재그 형상으로 형성될 수 있다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제상 운전을 설명하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 공기조화기(1)의 제상 운전시(도 3의 화살표 방향)에는, 냉매가 압축기(21), 오일분리기(31), 사방밸브(25), 실외 열교환기(23), 실외팽창장치(29), 실내 열교환기(13), 사방밸브(25), 제1 바이패스관(61), 열발생장치(100), 제2 바이패스관(62), 어큐뮬레이터(27), 압축기(21) 순으로 순환되는 냉매 사이클을 반복하게 된다.

즉, 제상 운전 시에는 유입측 냉매관(51)으로부터 공급된 냉매가 열발생장치(100)를 거쳐 어큐뮬레이터(27)로 순환하게 된다.

구체적으로, 제상 운전시 압축기(21)에서 유출되는 고온 고압의 기체 냉매는 실외 열교환기(23)로 유입되어 착상된 서리를 제거한다. 이 때, 유입측 냉매관(51)으로부터 제1 바이패스관(61)으로 유입되는 냉매를 열발생장치(100)에서 물리 흡착하여 발열할 수 있도록 한다. 열발생장치(100)의 흡착열에 의해 가열된 냉매는 제2 바이패스관(62)으로 배출된다.

제상 운전 시에 열발생장치(100)는 보조 열원으로서 흡착제(120)와 냉매의 물리 흡착에 따른 발열반응으로 냉매를 가열시켜 고온의 냉매로 변환시킨다. 제2 바이패스관(62)으로 배출된 냉매는 어큐뮬레이터(27), 압축기(21)를 거쳐 고온 고압 기체로 변환되어 실외 열교환기(23)의 착상된 서리를 제거할 수 있다. 이 때, 제1바이패스관(61)에 형성된 제 1개폐 밸브(V1)가 개방되어 메인관(60)을 흐르는 냉매의 일부는 열발생장치(100)로 유입된다. 도 3에서는 메인관(60)에 흐르는 냉매의 일부가 열발생장치(100)로 유입되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 분기되는 지점(P1)에 유로 전환 밸브(미도시)를 설치하여 메인관(60)에 흐르는 냉매 전부가 열발생장치(100)를 경유해서 어큐뮬레이터(27)로 흡입되는 경우도 포함된다.

유입측 냉매관(51)을 통해 유입된 냉매가 제1 및 제2 바이패스관(61, 62)을 통해 열발생장치(100)를 경유하여 유동하는 냉매 사이클을 순환하는 과정을 반복하면서 공기조화기(1)는 제상 기능을 수행하게 된다.

한편, 제상 시에 열발생장치(100)에서 흡착제(120)에 대한 냉매 탈착을 방지하기 위해 오일분리기(31)에서 분리된 오일이 열발생장치(100)의 전열관(130)에 흐르지 않도록 순환유로(60)는 제2 개폐 밸브(V2)에 의해 폐쇄된다.

한편, 제상이 완료되면 압축기(21)에서 토출된 냉매가 실내 열교환기(13)로 유동하여 난방 운전을 수행하게 된다.

도4은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 난방 운전을 설명하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 공기조화기(1)의 난방 운전시(도 4의 화살표 방향) 압축기(21)에 의해 압축된 냉매는 오일분리기(31)를 거쳐 사방밸브(25)에 의해 실내 열교환기(13), 실외팽창장치(29), 실외 열교환기(23), 사방밸브(25), 어큐뮬레이터(27), 압축기(21) 순으로 순환되는 냉매 사이클을 반복하게 된다.

구체적으로, 난방 운전 시에는 저온, 저압의 기체 냉매가 압축기(21)에 의해 고온, 고압의 기체 냉매로 압축되고, 이렇게 압축된 냉매는 사방밸브(25)에 의해 실내 열교환기(13)측으로 공급되어 실내 공기와 열교환되면서 고온, 고압 상태로 실내 열교환기(13)를 통과하게 된다. 이때, 실내 열교환기(13) 일측에 설치되는 실내팬(미도시)이 회전하여 공기를 유동시킴에 따라 실내의 찬 공기는 실내 열교환기(13) 측으로 공급되며 실내 열교환기(13) 내를 유동하는 고온, 고압의 액체 냉매와 열교환함에 따라 더운 공기로 변환되고, 이렇게 변환된 더운 공기는 계속되는 실내팬(미도시)의 회전에 따라 실내로 토출되어 실내는 난방되게 된다.

또한, 실내 열교환기(13)를 통과하면서 과냉된 액체 상태의 냉매는 실외팽창장치(29)를 지나면서 압력과 온도가 급격히 떨어져 다시 저온, 저압의 기액혼합 상태의 냉매로 변한 다음 실외 열교환기(23)로 유입되고, 실외 열교환기(23)로 유입된 냉매는 실외 열교환기(23)를 지나면서 주위의 열을 흡수하여 저온, 저압의 기체 상태로 변환된다.

난방시에는 열발생장치(100)를 경유하지 않고, 어큐뮬레이터(27)로 유동할 수 있도록 제1 개폐밸브(V1)에 의해 바이패스관(61)은 폐쇄된다.

공기조화기(1)의 난방 운전시 열발생장치(100)의 흡착제(120)를 재생하기 위해, 오일분리기(31)의 유출측과 연결된 순환유로(33)는 제2 개폐밸브(V2)에 의해 개방한다. 순환유로(33)와 상호 연통된 전열관(130)에 고온의 오일이 흐르게 되고, 오일의 열을 전열관(130)을 통해 흡착제(120)로 전달한다. 열을 전달받아 흡착된 냉매가 흡착제(120)의 표면으로부터 분리되어 흡착제(120)는 다시 흡착할 수 있는 상태가 된다.

도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기(1)를 설명한다. 다른 실시예의 구성을 설명함에 있어, 도 1 에서 상술한 실시예와 동일한 실외기(20) 및 실내기(10)의 구성에 대해서는 동일한 부재번호를 부여하였으며, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 도1의 실시예와 상이한 열발생장치(200)의 위치와 난방 시 흡열제 재생을 위한 동작에 대해서만 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 열발생장치(200)는 도 1 실시예와 동일한 흡착제(120)에 냉매를 유입하기 위한 제1바이패스관(61)과 가열된 냉매를 배출하기 위한 제2 바이패스관(62)을 가진다.

열발생장치(200)의 흡착제(120)를 재생하기 위한 전열관(230)은 고온의 냉매 또는 오일과 같은 물질이 통과하도록 배치된다. 전열관(230)에 고온의 물질이 통과한다면 전열관(230)의 유로상 배치는 제한되지 않는다.

오일분리기(31)에서 분리된 오일이 다시 압축기로 되돌아가는 순환유로(33)와 상호 연통되게 연결되는 전열관(230)을 갖는 도 1 의 실시예의 열발생장치(200)와 달리, 도 5의 다른 실시예의 열발생장치(200)는 난방시 고온, 고압의 냉매가 배출되는 유입측 냉매관(51)에서 분기하는 제3 바이패스관(63)과 유출측 냉매관(53)에 배치된 실외팽창장치(29)의 하류로 연결되는 제4 바이패스관(64)을 갖는다. 전열관(230)의 냉매가 유입되는 일단은 제3 바이패스관(63)과 상호 연통되게 연결되고, 전열관(230)의 냉매가 배출되는 타단은 제4 바이패스관(64)과 상호 연통되게 연결된다.

난방 운전시에 흡착제(120)의 재생을 위해 전열관(230)에 고온의 냉매가 흐른다. 압축기(21)에 의해 고온, 고압의 기체 냉매로 압축되고, 이렇게 압축된 냉매는 사방밸브(25)를 지나 실내 열교환기(13)측으로 공급된다. 이때, 실내 열교환기(13)와 연결된 사방밸브(25)를 지난 고온, 고압의 기체 냉매 중 일부는 제3 바이패스관(63)으로 흐르게 된다. 제3 바이패스관(63)과 상호 연통된 전열관(230)에 고온의 냉매가 흐르게되고, 상기 냉매의 열을 전열관(230)을 통해 흡착제(120)로 전달한다. 열을 전달받아 흡착된 냉매가 흡착제(120)의 표면으로부터 분리되어 흡착제(120)는 다시 흡착할 수 있는 상태가 된다. 전열관(230)을 통해 열을 전달한 냉매는 제4 바이패스관(64)을 통해 배출되어 실외 열교환기(23)로 유입된다.

난방 시, 냉매의 흐름방향을 따라 유입측 냉매관(51)에서 제3 바이패스관(63)으로 냉매의 일부가 유입되도록 제3 바이패스관(63)의 유입영역에는 제3 바이패스관(63)을 개방 상태로 두는 제3 개폐밸브(215)가 배치된다.

제상 시에 상기 제3 개폐밸브(215)에 의해 제3 바이패스관(63)은 폐쇄 상태로 되고, 열발생장치(200)의 전열관(230)에 냉매가 흐르지 않는다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기조화기를 나타내는 도면이다.

도 6를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기조화기(1)를 설명한다. 다른 실시예의 구성을 설명함에 있어, 도 1 에서 상술한 실시예와 동일한 실외기(20) 및 실내기(10)의 구성에 대해서는 동일한 부재번호를 부여하였으며, 동일한 구성에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 도1의 실시예와 상이한 복수의 실외 열교환기(23)와 연결 유로에 대해서만 설명한다.

도 1의 실시예에 따른 공기조화기(1)는 단일의 실외 열교환기(23)를 구비하는 것이었으나, 도 6에 나타난 바와 같이 공기조화기(1)는 복수의 실외 열교환기(23A, 23B)를 구비하도록 구성할 수 있다. 각 실외 열교환기(23A, 23B)에 대응하여 연결관(70A, 70B))이 설치되어 있다. 도 6에서는 2개의 실외 열교환기(23A, 23B)를 구비한 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 2개 이상의 실외 열교환기를 구비할 수 있다.

구체적으로, 상기 공기조화기(1)는 제1 실외 열교환기(23A) 및 제2 실외 열교환기(23B)를 구비하고, 제1 및 제2 연결관(70A, 70B)은 오일분리기(31)의 유출영역과 사방밸브(25)의 유입영역 사이에서 분기되어 각각 제1 및 제2 실외 열교환기(23)에 연결된다. 제1 및 제2 연결관(70A, 70B)은 오일분리기(31)와 사방밸브(25) 사이에 설치된 분기점(P2)에서 복수로 분기될 수 있다.

제1 연결관(70A)에는 제1 개폐밸브(73A)가 설치되고, 제2 연결관(70B)에는 제2 개폐밸브(73B)가 설치된다. 복수의 실외 열교환기(23)에 대해서 동시에 제상 운전을 수행하지 않고, 순차적으로 제상 운전을 수행하거나 제상이 필요한 실외 열교환기에 대해서만 제상 운전할 수 있다. 예를 들어, 제1 실외 열교환기(23)의 서리를 제거하기 위해 제1 실외 열교환기(23)와 연결된 제1 연결관(70A)은 제1 개폐밸브(73A)에 의해 개방되어 고온, 고압의 냉매가 제1 실외 열교환기(23)를 흐르게 할 수 있다. 이 때, 제2 연결관(70B)은 제2 개폐밸브(73B)에 의해 폐쇄된 상태가 되고, 제2 실외 열교환기(23)는 증발기로서 난방 운전을 수행한다.

이에 따라, 한쪽의 실외 열교환기(23A, 23B)에서 서리를 제거하도록 제상 운전할 때 다른 쪽의 실외 열교환기(23B, 23A)를 증발기로서 기능시킬 수 있으므로 제상 운전 시 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.

도 6에 도시된 화살표는 난방 운전 중에 제2 실외 열교환기(23)에 대해서 제상 운전하는 경우의 냉매의 흐름을 나타낸다. 도 6의 실선 화살표 방향은 난방 운전시, 점선 화살표 방향은 제상 운전시를 나타낸다.

공기조화기(1)의 난방 운전시(도 6의 실선 화살표 방향) 압축기(21)에 의해 압축된 냉매는 오일분리기(31)를 거쳐 사방밸브(25)에 의해 제1 실내 열교환기(13), 실외팽창장치(29), 실외 열교환기(23), 사방밸브(25), 어큐뮬레이터(27), 압축기(21) 순으로 순환되는 냉매 사이클을 반복하게 된다.

난방 운전시, 열발생장치(100)의 흡착제(120)를 재생하기 위해 전열관(130)에 오일분리기(31)로부터 분리된 고온의 오일이 흐른다. 흡착제(120)의 재생이 필요한 경우에 순환유로(33)상에 설치된 제2 개폐밸브(V2)가 개방된다.

공기조화기(1)의 제상 운전시(도 6의 점선 화살표 방향)에는, 냉매가 압축기(21), 오일분리기(31), 제2 연결관(70B), 제2 실외 열교환기(23), 열발생장치(100), 어큐뮬레이터(27), 압축기(21) 순으로 순환되는 냉매 사이클을 반복하게 된다. 제상 운전시, 열발생장치(100)는 물리 흡착을 통해 냉매를 가열한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

1 : 공기조화기 10 : 실내기
20: 실외기 21 : 압축기
23 : 실외 열교환기 25 : 사방밸브
27 : 어큐뮬레이터 29 : 실외팽창장치
31 : 오일분리기 100, 200 : 열발생장치
120 : 흡착제 130 : 전열관

Claims

실내 열교환기, 실외팽창장치, 실외 열교환기, 어큐뮬레이터, 압축기, 및 오일분리기가 순차적으로 연결된 공기조화기에 있어서,
상기 실외팽창장치로부터 상기 압축기로 흐르는 냉매를 가열하기 위한 열발생장치;
상기 실내 열교환기로부터 배출되는 냉매를 상기 열발생장치로 안내하기 위한 제1 바이패스관; 및
상기 열발생장치를 통과하여 가열된 냉매를 상기 어큐뮬레이터로 안내하는 제2 바이패스관;을 포함하고,
상기 열발생장치는,
상기 냉매와의 물리 흡착(physical adsorption)에 의해 열을 발생하는 흡착제;
상기 흡착제가 충진된 탱크; 및
상기 흡착제를 재생하도록 상기 흡착제에 열을 전달하는 전열관;을 포함하는, 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 전열관은 외주면에 상기 흡착제가 접촉되도록 상기 탱크 내부를 통과하는, 공기조화기.
제2항에 있어서,
상기 전열관은 상기 탱크 내의 구간에서 분기되어 복수의 관을 형성하고, 상기 복수의 관은 상호 병렬로 연결되는, 공기조화기.
제2항에 있어서,
상기 전열관은 상기 탱크 내의 구간에서 지그재그 형상으로 형성된, 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 흡착제는 활성탄, 제올라이트, 실리카겔, 및 활성알루미나 중 어느 하나인, 공기조화기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 바이패스관은 냉매가 상기 흡착제와 냉매가 반응하도록 상기 탱크의 유입구와 연결되고,
상기 제2 바이패스관은 상기 흡착제와 반응하여 가열된 냉매가 배출되는 상기 탱크의 배출구와 연결되는, 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 2제2 바이패스관은 제상 운전 시 냉매가 저압 상태로 흐르는 유로의 일부 구간에서 분기되는, 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 전열관은 상기 오일분리기에서 분리된 오일이 다시 상기 압축기로 되돌아가는 유로 상에 배치되는, 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 탱크는 상기 전열관을 둘러싸도록 형성되는, 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 제1 바이패스관에 배치되어 상기 탱크로 이송되는 냉매의 흐름을 제어하는 제1 개폐밸브;를 더 포함하는, 공기조화기.
제11항에 있어서,
상기 오일분리기와 상기 전열관의 유입구를 잇는 유로 상에 배치되어 상기 전열관으로 이송되는 오일의 흐름을 제어하는 제2 개폐밸브;를 더 포함하는, 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 압축기로부터 배출되어 실내 열교환기로 이동하는 냉매를 상기 전열관으로 안내하기 위한 제3 바이패스관; 및
상기 전열관을 통과하는 냉매를 상기 실외 열교환장치로 안내하는 제4 바이패스관;을 더 포함하는, 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 실외 열교환기는 복수로 구비되고,
상기 압축기에서부터 사방밸브까지의 유로에서 분기되어 상기 실외 열교환기에 각각 연결되는 복수의 연결관을 포함하는, 공기조화기.
제14항에 있어서,
상기 복수의 연결관은 상기 복수의 연결관을 선택적으로 개폐하기 위해 각각 개폐밸브가 배치되는, 공기조화기.