KR19990064122A - 공기 조화기 - Google Patents

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KR19990064122A
KR19990064122A KR1019980702603A KR19980702603A KR19990064122A KR 19990064122 A KR19990064122 A KR 19990064122A KR 1019980702603 A KR1019980702603 A KR 1019980702603A KR 19980702603 A KR19980702603 A KR 19980702603A KR 19990064122 A KR19990064122 A KR 19990064122A
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고이치 기타
노부오 도묘
류자부로 야지마
가즈유키 니시가와
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이노우에 노리유끼
다이낑 고오교 가부시키가이샤
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Abstract

압축기(2)를 통해 흐르는 냉매, 응축기(3), 과냉각용열교환기(10), 제 1 팽창기구(4) 및 증발기(5)를 이 순서로 포함하는 냉매회로(1)를 구비한 공기조화기가 개시된다. 냉매 회로(1)는 냉매가 압축기(2)에서 토출되어 응축기(3)에서 응축되고, 과냉각용열교환기(10)에 의해 과냉각되도록 냉매를 응축시킬 수 있다. 제 1 팽창 기구(4)에서 감압된후, 냉매가 증발기(5)에서 증발되어 압축기로 흡입된다. 비공비혼합냉매를 냉매로서 사용함에 의해, 단일 냉매가 사용되는 경우에 비해 냉동 능력의 개선 효과를 증대시킬 수 있다.

Description

공기 조화기
도 10에 도시한 바와같이, 이 종류의 공기조화기의 냉매회로(301)로서는, 압축기(302), 응축기(303), 과냉각용의 2중관식열교환기(310), 주팽창기구(304), 증발기(305), 4방절환밸브(309) 및 어큐뮬레이터(308)를 이 순서로 갖는 주회로(306), 및 상기 응축기(303)와 2중관식열교환기(310) 사이의 분기점(321)에서 주 회로(306)로부터 분기하여, 바이패스팽창기구(312)와 2중관식열교환기(310)를 통해, 상기 어큐뮬레이터(308)의 입구근방의 합류점(322)에서 주 회로(306)와 합류하는 바이패스회로(파선으로 나타냄)(313)를 포함하는 것이 알려져 있다. 종래는, 냉매로서 HCFC(하이드로클로로플루오로카본)(22)등의 단일냉매가 사용되고 있다. 압축기(302)로부터 토출된 냉매는, 응축기(예컨대, 실외공기로 방열함)(303)에 의해 응축되어, 분기점(321)에서 주 회로(306)를 흐르는 주류냉매와 바이패스회로(313)를 흐르는 바이패스류냉매로 구별된다. 이 주류냉매는, 2중관식열교환기(310)에서, 바이패스팽창기구(312)를 통과한후의 상기 바이패스류냉매와의 열교환에 의해 과냉각된 후, 주팽창기구(304)에 의해 감압된다. 그리고, 주류냉매는, 증발기(예컨대, 실내공기로부터 흡열함)(305)에 의해 증발되어, 4방절환밸브(309) 및 기액분리를 행하는 어큐뮬레이터(308)를 통해서 압축기(302)로 흡입된다. 한편, 바이패스류냉매는, 상기 바이패스팽창기구(312)를 통과하여 감압된 후, 2중관식열교환기(310)에서 주류냉매와의 열교환에 의해 증발된다. 그후, 바이패스류냉매는, 어큐뮬레이터(308)의 입구근방의 합류점(322)에서 주류냉매와 합류한다.
이와같이 2중관식열교환기(310)에서 주류냉매를 과냉각함에 의해, 과냉각을 하지 않은 경우에 비해 주류냉매에 의한 냉동효과를 증대시킬 수 있다. 또한, 냉매의 흐름으로부터 바이패스류를 분기시키는 것에 의해 주류냉매의 체적유량이 감소하기때문에, 도 11B의 압력-비엔탈피선도(이하,「Ph 선도」라 함)에 나타낸 바와같이, 증발기(305)내 및 압축기(302)의 흡입측 배관에서의 압력손실 △P을 감소시킬 수 있다(비교를 위해, 과냉각을 하지 않은 경우의 압력손실 △Po를 도 11A에 나타낸다). 따라서, 시스템의 냉동능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 11B에 A, B, C로 나타낸 부분은, 도 10의 냉매회로(301)에서의 합류점(322) 근방의 점 A, B, C의 상태에 대응하고 있다. 도 11B를 부분적으로 확대하여 도시한 도 11C에 의해서 잘 알 수 있는 바와같이, 점 A에 도달한 바이패스류냉매와 점 B에 도달한 주류냉매가 합류하여, 점 C의 상태를 얻을 수 있다.
한편으로, 공기조화기의 냉동능력을 향상시키는 것이 항상 요청되고 있고, 냉동능력 향상의 요구에는 끝이 없다.
본 발명은, 공기조화기에 관한 것이다. 더 구체적으로, 압축기, 응축기, 냉매를 과냉각하는 과냉각용열교환기, 팽창기구 및 증발기의 순서로 냉매를 순환시키는 냉매회로를 구비한 공기조화기에 관한 것이다.
도 1A는 본 발명의 제 1 실시예의 공기조화기의 냉매회로의 구성을 도시한 도면이고, 도 1B는, 상기 냉매회로의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 냉매회로에 의한 냉동 사이클을 나타낸 Ph 선도이다.
도 3은 도 1의 냉매회로에서의 증발기의 열교환능력을 설명하는 도면이다.
도 4A는 도 1의 냉매회로의 2중관식열교환기의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4B는 대향류형열교환기에 있어서의 냉매온도를 설명하는 도면이고, 도 4C는 병행류형열교환기에 있어서의 냉매온도를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1의 냉매회로와의 비교를 위해, 2중관식열교환기를 기-액 열교환기로서 이용하는 냉매회로의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 냉매회로에의한 냉동 사이클을 나타낸 Ph 선도이다.
도 7A 및 7B는 도 1의 냉매회로에 의한 냉동 사이클과 도 5의 냉매회로에 의한 냉동 사이클을 비교하여 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예의 공기조화기의 냉매회로의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예의 공기조화기의 냉매회로의 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 종래의 공기조화기의 냉매회로의 구성을 도시한 도면이다.
도 1lA는 과냉각을 하지 않는 통상의 냉동 사이클을 나타낸 Ph 선도이고, 도 11B는 도 11의 냉매회로에 의한 냉동 사이클을 나타낸 Ph 선도이고, 도 11C는 도 11B의 냉동 사이클을 부분적으로 확대하여 도시한 도면이다.
본 발명의 목적은, 종래보다 더 냉동능력을 향상시키기 위해서 이루어진 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 공기조화기는, 압축기, 응축기, 과냉각용열교환기, 제 1 팽창기구 및 증발기의 순서로 냉매가 흐르는 냉매회로를 구비한 공기조화기에 있어서, 상기 냉매로서 비공비혼합냉매(非共沸混合冷媒)(nonazeotrope refrigerant)를 이용하는 것을 특징으로 한다.
이 공기조화기에서는, 비공비혼합냉매를 구성하는 냉매의 비점이 서로 다른 것으로부터, 냉매의 상태를 나타내는 Ph 선도에 있어서, 이상역(습증기범위)에서 등온선으로 구배(비엔탈피축에 대한 기울기, 이하「온도구배」라 함)가 생긴다. 이 이상역의 온도구배 때문에, 단일냉매를 이용하는 경우에 비하여, 증발기의 입구온도가 저하한다. 따라서, 증발기에 의해서 흡열되는 유체(예컨대, 실내공기)와, 그 증발기내를 지나는 상기 냉매 사이의 온도차가 커져, 증발기의 열교환능력이 증대한다. 이 결과, 과냉각에 의한 냉동능력 개선효과는, 단일냉매를 이용하는 경우에 비하여, 상기 증발기의 열교환능력 증대분만큼 더 향상된다.
또한, 일실시예의 공기조화기에서, 상기 냉매회로는, 상기 응축기와 제 1 팽창기구 사이에서 주회로 로부터 분기하여, 상기 압축기의 흡입측에서 상기 주회로와 합류하는 바이패스회로를 구비함과 동시에, 이 바이패스회로에 제 2 팽창기구를 갖는, 상기 과냉각용열교환기는, 상기 주회로를 흐르는 주류냉매와, 상기 제 2 팽창기구를 통과한후 상기 바이패스회로를 흐르는 바이패스류냉매와의 사이에서 열교환을 행한다.
이 공기조화기에서는, 상기 제 2 팽창기구 통과후의 바이패스류냉매를 이용하므로, 간단한 회로구성에 의해 주류냉매를 과냉각 시킬 수 있다.
또한, 일실시예의 공기조화기에서는, 상기 바이패스회로가, 상기 응축기와 과냉각용열교환기 사이에서 상기 주회로 로부터 분기하고 있다.
이 공기조화기에서는, 과냉각용열교환기에 의해서 과냉각되는 대상이 주류냉매만으로 되기 때문에, 과냉각용열교환기의 사이즈가 비교적 작아지게 된다.
또한, 다른 실시예의 공기조화기에서는, 상기 바이패스회로가, 상기 과냉각용열교환기와 제 1 팽창기구 사이에서 상기 주회로 로부터 분기하고 있다.
이 공기조화기에서는, 과냉각용 열교환기 통과후에 주류냉매로부터 분기한 바이패스류냉매가 제 2 팽창기구로 유입되기 때문에, 제 2 팽창기구에는 이상류가 흡입될 가능성이 적어진다. 따라서, 제 2 팽창기구는 헌팅(hunting)을 일으킬 염려가 없고, 안정적으로 동작한다.
또한, 일실시예의 공기조화기에서는, 상기 과냉각용 열교환기는, 상기 주류냉매와 상기 바이패스류냉매가 열전도성을 가지는 벽을 사이에 두고 서로 반대방향으로 흐르는 대향류형 열교환기이다.
이 공기조화기에서는, 과냉각용 열교환기의 열전도성을 가지는 벽의 양측에서, 비공비냉매인 주류냉매와 바이패스류냉매 사이의 평균온도차가 비교적 커진다. 예컨대, 병행류형 열교환기의 경우의 평균온도차보다도 커진다. 이 결과, 과냉각용 열교환기의 능력이 향상된다.
또한, 다른 실시예의 공기조화기에서는, 상기 과냉각용 열교환기는, 얼음에 비축된 냉열을 이용하여 상기 냉매를 과냉각시킨다.
이 공기조화기에서, 상기 과냉각용 열교환기는, 얼음에 비축된 냉열을 이용하여 상기 냉매를 과냉각하기 때문에, 상기 냉매를 효과적으로 과냉각할 수 있다.
또한, 다른 실시예의 공기조화기에서, 상기 냉매회로의 과냉각용 열교환기는, 별도의 냉매회로에서 공급되는 냉열을 이용하여 상기 냉매를 과냉각한다
이 공기조화기에서, 상기 냉매회로의 과냉각용 열교환기는, 별도의 냉매회로에서 공급되는 냉열을 이용하여 상기 냉매를 과냉각하기 때문에, 상기 냉매를 효과적으로 과냉각할 수 있다.
다음에, 본 발명의 공기조화기의 실시예에 대해서, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 1 실시예
도 1A에 도시한 바와같이, 본 발명의 일실시예의 공기조화기는, 주회로(6)와 바이패스회로(파선으로 나타냄)(13)를 포함하는 냉매회로(1)를 포함한다. 냉매회로(1)를 순환시키는 냉매로서는, R-32/134a 또는 R-407C로 이루어지는 비공비혼합냉매를 쓰고 있다.
주회로(6)는 압축기(2), 응축기(3),과냉각용열교환기로서의 2중관식열교환기(10), 제 1 팽창기구로서의 주팽창기구(4), 증발기(5), 4방절환밸브(9) 및 어큐뮬레이터(8)를 이 순서로 갖고 있다. 바이패스회로(13)는, 응축기(3)와 2중관식열교환기(10)와의 사이의 분기점(21)에서 주회로(6)로부터 분기하여, 제 2 팽창기구로서의 바이패스팽창기구(12)와 2중관식열교환기(10)를 통해 어큐뮬레이터(8)의 입구근방의 합류점(22)에서 주회로(6)와 합류하고 있다. 2중관식열교환기(10)는, 주회로(6)를 흐르는 주류냉매와, 바이패스팽창기구(12) 통과후 상기 바이패스회로(13)를 흐르는 바이패스류냉매와의 사이에서 열교환을 한다. 즉, 바이패스팽창기구(12)통과후의 바이패스류냉매를 이용하여, 간단한 회로구성으로 주류냉매를 과냉각하게 되어 있다. 더 구체적으로, 2중관식열교환기(10)는, 도 4A에 개략적으로 도시한 바와같이, 내관(1Oa)과, 이 내관(1Oa)의 외측에 동심원상으로 설치된 외관(1Ob)을 갖고 있다. 냉매를 흘리는 방향은, 내관(1Oa)내를 흐르는 바이패스류냉매와, 내관(1Oa)과 외관(1Ob) 사이의 환상의 간격(1Oc)으로 흐르는 주류냉매가, 열전도성을 가지는 내관(1Oa)의 관벽을 사이에 두고 서로 반대방향으로 흐르도록 설정되어 있다(대향류형 열교환기). 이와같이 열교환기(10)를 대향류형으로 한 경우, 도 4B에 도시한 바와같이, 열전도성을 가지는 내관(1Oa)의 관벽의 양측에서, 주류냉매와 바이패스류냉매 사이의 흐름 방향에서의 평균온도차가 비교적 커진다. 예컨대, 도 4C에 나타낸 병행류형 열교환기의 경우의 평균온도차보다도 커진다. 이 결과, 열교환기(10)의 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 1A에 나타낸 압축기(2)로부터 토출된 냉매는, 응축기(예컨대, 실외공기로 방열함)(3)에 의해서 응축되어, 분기점(21)에서 주회로(6)를 흐르는 주류냉매와 바이패스회로(13)를 흐르는 바이패스류냉매로 분류된다. 이 주류냉매는, 열교환기(10)에 있어서, 바이패스팽창기구(12) 통과후의 상기 바이패스류냉매와의 열교환에 의해서 과냉각된후, 주팽창기구(4)에 의해서 감압된다. 그리고, 주류냉매는, 증발기(예컨대, 실내공기로부터 흡열함)(5)에 의해서 증발되어, 4방절환밸브(9) 및 기액분리를 행하는 어큐뮬레이터(8)를 통해서 압축기(2)로 흡입된다. 한편, 바이패스류냉매는, 바이패스팽창기구(12)를 통과하여 감압된 후, 열교환기(10)에서 주류냉매와의 열교환에 의해 증발된다. 그후, 바이패스류냉매는, 어큐뮬레이터(8)의 입구근방의 합류점(22)에서 주류냉매와 합류한다.
이와같이 열교환기(10)에서 주류냉매를 과냉각함에 의해, 과냉각을 하지 않은 경우에 비해 주류냉매에 의한 냉동효과를 증대시킬 수 있다. 또한, 냉매의 흐름으로부터 바이패스류를 분기시킴에 따라 주류냉매의 체적유량이 감소하기 때문에, 과냉각을 하지 않은 경우(도 11A 참조)에 비하여, 도 2의 압력-비엔탈피선도(Ph 선도)에 도시한 바와같이, 증발기(5)내 및 압축기(2)의 흡입측 배관에서의 압력손실 △P을 감소시킬 수 있다. 따라서, 시스템의 냉동능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 2에 A, B, C로 나타낸 부분은, 도 1A의 냉매회로(1)에 있어서의 합류점(22) 근방의 점 A, B, C의 상태에 대응하고 있다.
더구나, 냉매회로(1)를 흐르는 비공비혼합냉매를 구성하는 냉매의 비점이 서로 다른 것으로부터, 도 2에 나타낸 Ph 선도에서, 이상역(습증기범위)에서 등온선으로 구배(비엔탈피축에 대한 기울기, 이하「온도구배」라 함)가 생긴다. 이 이상역의 온도구배 때문에, 단일냉매를 이용하는 경우에 비하여, 증발기(5)의 입구온도가 저하한다. 따라서, 증발기(5)에 의해 흡열되는 유체(예컨대, 증발기의 핀에 접하여 통과하는 실내공기)와, 그 증발기(5)내를 통과하는 냉매 사이의 온도차가 커져, 증발기(5)의 열교환능력이 증대한다. 예컨대, 도 3에 나타낸 바와같이, 증발기(5)의 입구온도가 2도만 저하하면, 증발기(5)의 열교환능력이 약 15% 증대한다. 이 결과, 과냉각에 의한 냉동능력 개선효과는, 단일냉매를 이용하는 경우에 비하여, 증발기(5)의 열교환능력 증가분 만큼 향상시킬 수 있다. 또한, 도 1A에 나타낸 바와같이, 바이패스회로(13)는 응축기(3)와 열교환기(10) 사이에서 주회로(6)로부터 분기하고 있기 때문에, 열교환기(10)에 의해 과냉각되는 대상이 주류냉매만으로 된다. 따라서, 열교환기(10)의 사이즈를 비교적 작게 할 수가 있다.
또한, 바이패스회로(13)는, 도 1B에 도시한 바와같이, 열교환기(10)와 주팽창기구(4) 사이(분기점 21A)에서 주회로(6)로부터 분기하도록 해도 좋다. 이와같이 한 경우, 열교환기(10)를 통과한 후에 주류냉매로부터 분기한 바이패스류냉매가 바이패스팽창기구(12)에 유입되기 때문에, 바이패스팽창기구(12)에는 이상류가 유입될 가능성이 적어진다. 따라서, 바이패스팽창기구(12)는 헌팅을 일으킬 염려가 없고, 안정적으로 동작한다.
상술한 바와같이, 열교환기(10)는, 응축기(3)에 의해서 응축된 상태로, 주회로(6)를 흐르는 주류냉매와, 바이패스팽창기구(12)통과후의 바이패스류냉매와의 사이에서 열교환을 행한다. 즉, 열교환기(10)는, 기본적으로는, 응축기(3) 통과후, 증발기(5) 통과전의 주류냉매와 바이패스류냉매와의 사이에서 열교환을 하는 액체-액체 열교환기로서 동작하고 있다. 이에 대하여, 도 5에 나타낸 바와같이,응축기(5) 통과후의 주류냉매를 과냉각하기 위해, 증발기(5) 통과후(압축기흡입측)의 기체상의 주류냉매를 이용하여, 열교환기(10)를 기체-액체 열교환기로서 동작시킬 수 있다. 단, 도 1에 나타낸 바와같은 열교환기(10)를 액체-액체 열교환기로서 동작시키는 경우는, 도 7A의 Ph 선도에 도시한 바와같이, 이상역에 서의 온도구배에 기인하여, 열교환기(10)의 흐름 방향에서의 평균온도차 △Tm이, 기체-액체 열교환기로서 동작시키는 경우의 △Tm(도 7B에 나타냄)보다도 커진다. 따라서, 열교환기(10)의 사이즈를 비교적 작게 할 수가 있어서, 압축기(2)의 흡입측의 과열도가 커지는 것과 같은 불량(도 6참조)이 발생되지 않는다. 이 결과, 비공비혼합냉매를 사용함에 의한 냉동능력 개선효과를 보다 효율적으로 발휘할 수 있다.
제 2 실시예
도 8은 얼음에 비축된 냉열을 이용하여 냉매를 과냉각하는 냉매회로(101)를 포함하는 다른 실시예의 공기조화기를 나타내고 있다. 이 냉매회로(101)는, 주회로(106)와 단락회로(113)를 포함하는 냉매회로(101)를 구비하고 있다. 냉매회로(101)를 순환시키는 냉매로서는, R-32/134a 또는 R-407C으로 이루어진 비공비혼합냉매를 이용하고 있다.
주회로(106)는, 압축기(102), 응축기로서의 실외열교환기(103), 냉매를 일시저장하기 위한 리시버(107), 제 2 전자팽창밸브(112), 제 1 팽창기구로서의 제 1 전자팽창밸브(104), 증발기로서의 실내열교환기(105), 어큐뮬레이터(108)를 이 순서로 포함하고 있다. 제 2 전자팽창밸브(112)에는 병렬로, 과냉각용 열교환기로서의 축열용 열교환기(110)의 실외측 연결단(11Ob), 실내측 연결단(11Oc)이 접속되어 있다. 축열용 열교환기(110)는 축열매체로서 물(W)을 채운 축열조(109)내에, 수직방향으로 향하는 냉각관(1Oa)을 설치하여 형성된다. 축열용열교환기(110)의 본체(109)와 실외측 연결단(110b) 사이의 배관에는 제 1 개폐밸브(111)가 삽입되어 있다. 단락회로(113)는, 축열용열교환기(110)의 본체(109)와 제 1 개폐밸브(111) 사이에서 분기하여, 어큐뮬레이터(8)의 입구근방에서 주회로(106)와 합류하고 있다. 이 단락회로(113)에는 제 2 개폐밸브(114)가 삽입되어 있다. 제 1 개폐밸브(111) 및 제 2 개폐밸브(114)의 개폐, 제 1 전자팽창밸브(104)및 제 2 전자팽창밸브(112)의 개방도는, 이 공기조화기의 운전상태 및 각 서미스터(Th1,Th2), 압력센서(Ps)로부터의 신호에 대응하여, 개폐제어수단(116)에 의해 제어되도록 되어 있다.
축열운전시에는, 개폐제어수단(116)에 의해, 제 1 개폐밸브(111)가 닫힌 상태, 제 2 개폐밸브(114)가 열린 상태, 제 1 전자팽창밸브(104)가 완전폐쇄상태로 됨과 동시에, 제 2 전자팽창밸브(112)의 개방도가 서미스터(Th1), 압력센서(Ps)로부터의 신호에 대응하여 제어된다. 이 때, 압축기(102)로부터 토출된 냉매(흐름의 방향을 도 8에 실선의 화살표로 나타냄)는, 실외열교환기(103)에 의해 응축되어, 리시버(107), 제 2 전자팽창밸브(112)를 통해, 축열용열교환기(110)에서 상기 물(W)과의 열교환에 의해 증발된 후, 단락회로(113)의 제 2 개폐밸브(114)를 통해, 주회로(106)의 어큐뮬레이터(8)를 통해서 압축기(2)로 흡입된다. 축열조(109)내의 물(W)은, 냉각관(11Oa)을 지나는 냉매와의 열교환에 의해 냉각되어, 냉각관(11Oa)의 표면에 얼음으로 부착된다. 이에 따라, 축열조(109)에 냉열이 비축된다.
축열회수를 행하는 냉방운전시에는, 개폐제어수단(116)에 의해, 제 1 개폐밸브(111)가 열린 상태, 제 2 개폐밸브(114)가 닫힌 상태, 제 1 전자팽창밸브(104) 및 제 2 전자팽창밸브(112)의 개방도가 서미스터(Th2), 압력센서(Ps)로부터의 신호에 대응하여 제어된다. 이때, 압축기(102)로부터 토출된 냉매(흐름의 방향을 도 8에 파선 화살표로 나타냄)는, 실외열교환기(103)에 의해 응축되어, 리시버(107)를 통과한다. 그후, 냉매의 일부는 제 2 전자팽창밸브(112)를 통해, 그대로 합류점(110c)에 도달하지만, 나머지 냉매는, 분기점(11Ob)에서 제 1 개폐밸브(111)를 통해, 축열용열교환기(110)에서 축열운전시에 생성된 얼음과의 열교환에 의해서 과냉각된 후, 합류점(110c)에 도달한다. 이때, 제 2 전자팽창밸브(112)를 지나는 냉매와 축열용열교환기(110)를 지나는 냉매와의 유량비는 제 2 전자팽창밸브(112)의 개방도에 의해서 정해진다. 축열용열교환기(110)는, 얼음에 비축된 냉열을 이용하여 상기 냉매를 과냉각하기 때문에, 냉각관(11Oa)을 통과하는 냉매를 효과적으로 과냉각할 수 있다. 합류점(11Oc)에서 합류한 냉매는, 제 1 전자팽창밸브(104)에 의해 감압된 후, 실내열교환기(105)에서 실내공기와의 열교환에 의해 증발되어, 어큐뮬레이터(8)를 통해서 압축기(2)로 흡입된다.
이와같이 축열용열교환기(110)로 냉매를 과냉각함에 의해, 과냉각을 하지 않은 경우에 비해 냉동효과를 증대시킬 수 있다. 더구나, 실내열교환기(105)로 유입되는 비공비혼합냉매를 구성하는 냉매의 비점이 서로 다른 것으로부터, 도 2에 나타낸 Ph 선도에서, 이상역(습증기범위)에서 등온선으로 구배(비엔탈피축에 대한 기울기, 이하「온도구배」라 함)가 생긴다. 이 이상역의 온도구배 때문에, 단일냉매를 이용하는 경우에 비하여, 실내열교환기(105)의 입구온도가 저하한다. 따라서, 실내열교환기(105)에 의해 흡열되는 실내공기와, 그 실내열교환기(105)내를 통과하는 냉매 사이의 온도차가 커져, 실내열교환기(105)의 열교환능력이 증대한다. 이 결과, 과냉각에 의한 냉동능력 개선효과는, 단일냉매를 이용하는 경우에 비하여, 실내열교환기(105)의 열교환능력 증대분만큼 향상될 수 있다.
또, 축열회수를 하지 않는 통상의 냉방운전을 하기 위해서는, 개폐제어수단(116)에 의해, 제 1 개폐밸브(111) 및 제 2 개폐밸브(114)를 폐쇄 상태, 제 2 전자팽창밸브(112)를 완전 개방상태로 하여, 제 1 전자팽창밸브(104)의 개방도를 서미스터(Th2), 압력 센서(Ps)로부터의 신호에 따라 제어하면 된다. 이때, 압축기(102)로부터 토출된 냉매는, 실외열교환기(103)에 의해 응축되어, 리시버(107), 제 2 전자팽창밸브(112)를 통해, 실내열교환기(105)에 의해 증발되어, 어큐뮬레이터(108)를 통해서 압축기(102)로 흡입된다.
제 3 실시예
도 9는 별도의 냉매회로에서 공급되는 냉열을 이용하여 냉매를 과냉각하는 냉매회로를 포함하는 또 다른 실시예의 공기조화기를 보이고 있다.
이 공기조화기는, 동일구성의 2개의 기기류(H,I)를 포함하는 1대의 실외유닛(A)과, 이 실외유닛(A)의 일방의 기기류(H)에 접속된 2대의 실내유닛(B,C)과, 실내유닛(A)의 다른쪽의 기기류(I)에 접속된 2대의 실내유닛(D,E)을 구비하고 있다.
실외유닛(A)의 일방의 기기류(H)는, 어큐뮬레이터(208), 인버터(207)에 의해 구동되는 압축기(201), 4방절환밸브(202), 실외열교환기(203), 과냉각용열교환기(225), 냉방운전시에 냉매를 일방향(그림에서 실선의 화살표로 나타낸 방향)으로만 통과시키는 역지밸브(209), 이 역지밸브(209)에 병렬로 접속된 난방운전용의 팽창기구(204)를 냉매배관(205)으로 접속한 것이다. 마찬가지로, 다른쪽의 기기류(I)는, 어큐뮬레이터(208), 인버터(207)에 의해 구동되는 압축기(201), 4방절환밸브(202), 실외열교환기(203), 과냉각용열교환기(225B), 냉방운전시에 냉매를 한방향으로만 통과시키는 역지밸브(209), 이 역지밸브(209)에 병렬로 접속된 난방운전용의 팽창기구(204)를 냉매배관(205)에 접속한 것이다. 각 실내유닛 B, C, D, E는 동일내부구성으로 되어있고, 각각 실내열교환기(210), 난방운전시에 냉매를 냉방운전시와는 역방향으로만 통과시키는 역지밸브(213), 이 역지밸브(213)에 병렬로 접속된 냉방운전용의 팽창기구(211)를 냉매배관(212)에 접속한 것이다. 이하에서는 냉방운전에 관해서 설명한다.
실내유닛 B, C는 냉매배관(215,215)에 서로 병렬로 접속되면서, 다른 냉매배관(216,216)에 의해 실외유닛(A)의 일방의 기기류(H)에 냉매를 순환가능케 하도록 접속되어 하나의 냉매회로(217)가 형성된다. 마찬가지로, 실내유닛(C,D)은 냉매배관(218,218)에 서로 병렬로 접속되면서, 다른 냉매배관(219,219)에 의해 실외유닛(A)의 다른쪽의 기기류(I)에 냉매를 순환가능케 하도록 접속되어 별도의 냉매회로(220)가 형성된다. 각 냉매회로(217,220)의 압축기(201)의 흡입측(실외유닛(A)의 냉매입구근방)에는, 각각 그 냉매회로의 운전상태를 검출하기위한 압력센서(235,236)가 설치된다.
이들 냉매회로(217,220)를 순환시키는 냉매로서는, R-32/134a 또는 R-407C로 이루어진 비공비혼합냉매를 이용하고 있다.
기기류(H)측의 냉매회로(217)와 기기류(I)측의 냉매회로(220) 사이에는, 바이패스회로(230,230B)가 설치된다. 냉매배관(227,228)을 갖는 바이패스회로(230)는, 냉매회로(220)의 실외열교환기(203)의 하류측(냉방운전시의 출구근방)에서 분기하여, 개폐밸브(231), 팽창기구(226), 냉매회로(217)의 과냉각용열교환기(225)를 통해, 냉매회로(220)의 어큐뮬레이터(208)의 입구근방에서 그 냉매회로(220)와 합류하게 된다. 냉매배관(227B,228B)를 갖는 바이패스회로(230B)는, 냉매회로(217)의 실외열교환기(203)의 하류측(냉방운전시의 출구근방)에서 분기하여, 개폐밸브(231B), 팽창기구(226B), 냉매회로(220)의 과냉각용열교환기(225B)를 통해, 냉매회로(217)의 어큐뮬레이터(208)의 입구근방에서 그 냉매회로(217)와 합류하게 된다. 과냉각용열교환기(225)는, 예컨대 도 4A에 나타낸 2중관식열교환기(10)와 마찬가지로 구성되어, 냉매회로(217)를 흐르는 주류냉매와, 냉매회로(220)로부터 분기한 바이패스회로(230)를 흐르는 바이패스류냉매와의 사이에서 열교환을 한다. 한편, 과냉각열교환기(225B)는, 냉매회로(220)를 흐르는 주류냉매와, 냉매회로(217)로부터 분기한 바이패스회로(230B)를 흐르는 바이패스류냉매와의 사이에서 열교환을 행한다.
과냉각을 하지 않는 통상의 냉방운전시에는, 도시하지 않은 제어수단에 의해 바이패스회로(230,230B)의 개폐밸브(231,231B)가 닫힌 상태로 된다. 이때, 냉매회로(217)와 냉매회로(220)는 서로 독립적으로 냉방운전을 한다. 예컨대, 냉매회로(220)에 있어서, 압축기(201)로부터 토출된 냉매(흐름의 방향을 도 9에 실선의 화살표로 나타냄)는, 응축기로서 작용하는 실외열교환기(203)에 의해 응축되어, 열교환을 행하지 않는 상태에 있는 열교환기(225B), 역지밸브(209)를 통과한다. 그후, 각 실내유닛 B, C의 팽창기구(211)에 의해 감압되어, 증발기로서 작용하는 실내열교환기(210)에 의해 증발되고 실외유닛(A)의 어큐뮬레이터(208)를 통해 압축기(201)로 흡입된다. 이는 냉매회로(217)에 있어서도 동일하다.
냉매회로(217,220)가 독립적으로 냉방운전을 하고 있는 때에, 압력센서(235, 236)의 출력에 따라, 예컨대 냉매회로(217)측에서 냉열이 남고 있고, 냉매회로(220)측에서 냉열이 부족하다고 판단되었다고 하면, 이 판단결과에 따라, 제어수단에 의해, 개폐밸브(231)가 폐쇄 상태, 개폐밸브(231B)가 개방 상태로 설정되어, 냉매회로(220)가 과냉각을 행하는 냉방운전으로 이행(移行)된다. 이때, 냉매회로(217)를 흐르는 냉매의 일부가 분기하여, 바이패스류냉매(흐름의 방향을 도 9에 파선의 화살표로 나타냄)로서 바이패스회로(230B)를 흐른다. 이 결과, 과냉각용열교환기(225B)는, 냉매회로(220)를 흐르는 주류냉매와, 바이패스회로(230)를 흐르는 바이패스류냉매와의 사이에서 열교환을 한다. 요컨대, 냉매회로(220)에 있어서, 압축기(201)로부터 토출된 냉매는, 응축기로서 작용하는 실외열교환기(203)에 의해 응축되어, 열교환기(225)에 의해 과냉각된다. 그후, 역지밸브(209)를 통과한다. 이 다음, 각 실내유닛 B, C의 팽창기구(211)에 의해 감압되어, 증발기로서 작용하는 실내열교환기(210)에 의해 증발되고 실외유닛(A)의 어큐뮬레이터(208)를 통해서 압축기(201)로 흡입된다.
이와같이 열교환기(225B)에서 냉매를 과냉각함에 의해, 과냉각을 하지 않는 경우에 비해 냉동효과를 증대시킬 수 있다. 더구나, 실내열교환기(210)로 유입되는 비공비혼합냉매를 구성하는 냉매의 비점이 서로 다른 것으로부터, 도 2에 나타낸 Ph 선도에서, 이상역(습증기범위)에서 등온선으로 구배(비엔탈피축에 대한 기울기, 이하「온도구배」라 함)가 생긴다. 이 이상역의 온도구배 때문에, 단일냉매를 이용하는 경우에 비하여, 실내열교환기(210)의 입구온도가 저하한다. 따라서, 실내열교환기(210)에 의해서 흡열되는 실내공기와, 그 실내열교환기(210)내를 지나는 냉매 사이의 온도차가 커져, 실내열교환기(210)의 열교환능력이 증대한다. 이 결과, 과냉각에 의한 냉동능력 개선효과가, 단일냉매를 이용하는 경우에 비해, 실내열교환기(210)의 열교환능력 증대분만큼 더 향상될 수 있다.
또, 냉매회로(217,220)가 독립적으로 냉방운전을 하고 있는 때에, 압력센서(235,236)의 출력에 따라, 위의 경우와 반대로 냉매회로(220)측에서 냉열이 남게되어, 냉매회로(217)측에서 냉열이 부족하다고 판단된 경우는, 이 판단결과에 따라, 제어수단에 의해, 개폐밸브(231)를 개방 상태, 개폐밸브(231B)를 폐쇄 상태로 설정하여, 냉매회로(217)가 과냉각을 하는 냉방운전으로 이행된다.
본 발명은, 과냉각을 하는 냉매회로를 갖는 공기조화기에 적용할 수 있고, 공기조화기의 냉동능력을 향상시키는 데 유용하다.

Claims (7)

  1. 압축기(2,102,201), 응축기(3,103,203), 과냉각용열교환기(10,110,225), 제 1 팽창기구(4,104,211) 및 증발기(5,105,210)의 순서로 냉매가 흐르는 냉매회로(1,101,217)을 구비한 공기조화기에 있어서, 상기 냉매로서 비공비혼합냉매를 이용하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매회로(1)는, 상기 응축기(3)와 제 1 팽창기구(4) 사이에서 주회로(6)로부터 분기하여, 상기 압축기(2)의 흡입측에서 상기 주회로(6)와 합류하는 바이패스회로(13)를 구비함과 동시에, 상기 바이패스회로(13)에 제 2 팽창기구(12)를 가지며,
    상기 과냉각용열교환기(10)는, 상기 주회로(6)를 흐르는 주류냉매와, 상기 제 2 팽창기구(12)를 통과한후 상기 바이패스회로(13)를 흐르는 바이패스류냉매 사이에서 열교환을 행하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 바이패스회로(13)는, 상기 응축기(3)와 과냉각용열교환기(10) 사이에서 상기 주회로(6)로부터 분기하여 있는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 바이패스회로(13)는, 상기 과냉각용열교환기(10)와 제 1 팽창기구(4) 사이에서 상기 주회로(6)로부터 분기하여 있는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항중 어느 한항에 있어서, 상기 과냉각용열교환기(10)는, 상기 주류냉매와 상기 바이패스류냉매가 열전도성을 가지는 벽(1Oa)을 사이에 두고 서로 반대방향으로 흐르는 대향류형 열교환기인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 과냉각용열교환기(110)는, 얼음에 비축된 냉열을 이용하여 상기 냉매를 과냉각하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매회로(217)의 과냉각용열교환기(225)는, 별도의 냉매회로(220)에서 공급되는 냉열을 이용하여 상기 냉매를 과냉각하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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