KR19990079078A - 공기조화기의 냉매싸이클 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 공기조화기의 냉매싸이클은 유입되는 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 응축된 상온 고압의 냉매액의 유량을 제어하여 저압의 냉매로 변환시키는 모세관과, 상기 모세관에서 저압으로 된 냉매액을 저온 저압의 기체 상태로 변환시키는 증발기로 이루어진 공기조화기의 냉매싸이클에 있어서, 상기 모세관에 병렬로 연결된 제2 모세관과, 상기 제2 모세관의 입구에 설치되어 실내 및 실외의 온도가 냉방표준온도보다 더 저온시에 상기 제2 모세관으로 냉매가 흐르지 않도록 폐쇄되고 냉방표준온도일 경우에 개방되는 전자밸브와, 상기 전자밸브의 개방 및 폐쇄에 따라 저회전수 및 고회전수로 회전속도가 가변되어 상기 증발기로부터 유입되는 냉매를 고온 고압으로 압축하는 회전수 가변 압축기를 포함함을 특징으로 하므로 본 발명은 실외 및 실내온도가 냉방표준조건보다 저온인 조건에서는 모세관의 저항을 크게하여 냉매의 온도와 압력을 다소 낮아지도록 하고, 냉매표준조건시나 그 이상의 온도에서는 모세관 및 제2 모세관내를 흐르는 냉매의 전체 저항을 저온시보다 다소 작게 하여 최적의 냉매싸이클을 형성함과 동시에 전체 저항이 작아짐에 따라 소비전력도 감소되고, 특히, 감지된 실외 및 실내 온도에 따라 압축기의 회전수가 가변되도록 하여 압축기의 부하효율 및 내구 신뢰성이 향상되는 것이다.

Description

공기조화기의 냉매싸이클

본 발명은 공기조화기의 실외 및 실내의 온도를 감지하여 병렬로 연결된 모세관 및 제2 모세관내를 흐르는 냉매의 저항에 따른 온도 및 압력을 조절하여 최적의 냉매싸이클을 형성함과 동시에 특히 저온 조건시에 압축기로 액냉매 상태로 유입되는 것을 방지하도록 함과 동시에 압축기를 실외 및 실내의 온도에 따라 그 회전수가 가변되도록 하여 압축기의 부하효율을 상승시키고 소비전력을 감소시킨 공기조화기의 냉매싸이클에 관한 것이다.

공기조화란, 어떤 방 또는 건물내의 공기를 그 방의 사용 목적에 따라 최적이라고 정해진 조건으로 유지하는 것을 말한다. 그 목적이 주로 인간을 위한 것을 보건 공조 또는 쾌감 공조라 하고, 물품의 생산, 저장 또는 시험, 기계 장치의 기능 유지 등을 목적으로 할 때는 산업 공조라 불리고 있다.

공기조화는 공기의 온도(냉각, 제습), 습도(제습, 가습), 공기의 흐름 및 공기의 정화 즉, 청정도 유지등에 대하여 실내 공기를 항상 쾌적한 조건으로 유지할 수 있도록 흡입 공기를 처리하여, 건물 또는 방에 공급하는 장치를 공기조화기라 하며, 공기조화의 규모, 용도에 따라서 여러 가지 장치가 있다.

이러한 공기조화기는 기능이나 유니트의 구성에 따라 여러 종류로 대별되어지며, 기능에 의한 분류에서는 냉방전용, 냉방 및 제습전용, 냉방 및 난방겸용으로 분류될 수 있으며, 유니트의 구성에 의한 분류에서는 냉방과 방열기능을 일체화하여 창문등에 설치되는 일체형 공기조화기와, 실내측에는 냉각장치를 실외측에는 방열 및 압축장치를 각각 분리시켜 설치하는 분리형 공기조화기로 대별될 수 있다.

상기한 분리형 공기조화기에는 하나의 실외기에 다수의 실내기를 연결하여 다수의 실내 공간마다 각각 공기조화시킬 수 있도록 구성된 다수의 실내기를 구비한 공기조화기도 포함되어 있다.

일반적으로 다수의 실내기를 구비한 공기조화기는 실내에 설치되는 다수의 실내기와 실외에 설치되는 실외기가 하나의 시스템으로 작동하며, 필요에 따라 난방운전 및 냉방운전될 수 있다.

일반적으로, 공기조화기의 냉매싸이클은 압축기(30), 응축기(40), 모세관(50), 증발기(60)로 구성되며, 이 속에 일정한 냉매를 봉입하여 냉매는 액체에서 기체로, 기체에서 액체로 변화를 반복하면서 순환시키고 있다.

상기한 분리형 공기조화기는, 실외측에 설치되는 실외기(20)와, 실내측에 설치되는 실내기(10)로 구분되는 바, 상기 실내기(10)에는 상기 증발기(60)가 설치되고, 실외기(20)에는 압축기(30), 응축기(40), 모세관(50)등이 설치되어 있다.

상기 증발기(60)내에 있는 액냉매는 증발기(60)의 주위 공기로부터 증발에 필요한 열을 빼앗으면서 증발되어 간다. 열을 빼앗긴 공기는 냉각되어 자연 대류 또는 상기 증발기(60)의 일측에 설치된 블로워(61)에 의해 실내를 저온으로 유지한다. 상기 증발기(60)내에는 상기 모세관(50)으로부터 유입된 액냉매와 증발된 기체 냉매가 공존하고, 액체로부터 기체로의 상태 변화가 이루어진다.

상기 증발기(60)내에서 증발한 기체 냉매는 상기 압축기(30)로 흡입되고, 입 흡입된 냉매는 상온의 냉각수나 공기에 의해 쉽게 액화되는 상태로 압축하여 고온 고압의 기체 냉매로 변화된다.

상기 압축기(30)로부터 유출된 고온 고압의 기체 냉매는 응축기(40)로 유임되고, 상기 응축기(40)의 일측에 설치된 프로펠러 팬(41)에 의해 상온의 공기와 열교환되어 상온 고압의 액냉매로 상변화된다.

상기 응축기(40)에서 상온 고압으로 상변화된 냉매는 상기 증발기(60)로 보내지기 전에 미리 증발하기 쉬운 상태까지 압력을 낮추기 위하여 상기 모세관(50)을 통과하게 된다.

상기 모세관(50)을 거치면서 냉매는 감압되어 저온 저압의 상태로 되고, 또한 상기 증발기(60)로 유입되는 냉매의 유량을 제어하게 된다.

이와 같이, 상기 모세관(50)에서 저온 저압의 상태로 상변화된 냉매는 다시 증발기(60)로 유입되어 완전 기체 상태의 냉매로 상변화되어 다시 압축기(30)내에 유입되어 압축기(30)의 단열 압축 작용에 의하여 고온 고압의 냉매가스로 변환되어 위에서 설명한 냉매싸이클을 반복한다.

그러나, 이와 같이 구성된 공기조화기에 있어서, 공기조화기는 실내의 온도와 습도를 조화하는 것으로 공기조화하려는 실내에는 항상 온도차가 존재하고, 벽, 천정, 바닥, 창등을 통과하여 열은 항상 고온 쪽에서 저온 쪽으로 이동하면서 열손실(열부하)이 발생하게 되고, 이러한 열손실을 줄여 실내의 온도 및 습도를 일정하게 유지하여 쾌적한 환경 조건을 유지하기 위해서는 열손실에 상당하는 열량을 계속해서 공급하여야 하는 바, 공기조화기의 냉방능력과 열부하(냉방부하, 난방부하)가 맞지 않으면, 냉방 또는 난방이 잘되지 않아 능력 부족 현상이 발생하고, 열부하 이상의 능력을 가진 공기조화기를 선정하면 경비가 낭비될 뿐만 아니라 에너지 손실의 원인이 된다.

이러한 열부하는 공기 조화 공간의 넓이, 창의 수, 방의 방향등에 의해 다르게 나타나는 데, 한국의 냉방 표준 조건은 실내의 건구 및 습구 온도는 각각 27℃, 19.5℃와, 실외의 건구 및 습구 온도는 각각 35℃, 24℃로 정하여 상기한 냉방 표준 조건에서 최적의 냉방 싸이클을 형성하도록 공기조화기를 구성하고 있다. 즉, 상기 모세관(50)의 길이는 그 내를 흐르는 냉매의 온도 및 압력과 관계되고, 종래의 공기조화기에서 실내의 건구온도가 27℃(냉방표준온도)일 경우 상기 모세관(50)내를 흐르는 냉매의 온도는 보통 8℃∼10℃로 되고, 이 때, 최적의 냉매싸이클이 형성되는 바, 상기한 실내 및 실외의 건구온도 즉, 냉방 표준 조건(실내 27℃, 실외 35℃)보다 더 낮은 온도에서 상기 모세관(50)내를 흐르는 냉매의 온도 및 압력은 고압측(모세관 입구) 및 저압측(모세관 출구)에서 온도 및 압력차이(팽창도)가 현저하지 않음에 따라 냉매가 상기 증발기(60)에서 완전히 증발되지 않고 액냉매의 상태로 압축기(30)로 유입됨으로 인하여 압축기(30)의 성능을 저하시키며, 어떤 온도 조건에서나 압축기(30)에서 압축되는 냉매량은 일정하게 되어 있으므로 압축기(30)의 가동이 비효율적이고 저온시에 최적의 냉방 싸이클을 형성하지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 실내 및 실외의 온도가 냉방 표준 온도보다 저온일 경우 상기 모세관내를 흐르는 냉매의 온도 및 압력을 조절하여 최적의 냉매싸이클을 형성함과 동시에 압축기의 부하효율을 상승시켜 그 내구신뢰성을 향상시킨 공기조화기의 냉매싸이클을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여, 본 발명에 의한 공기조화기의 냉매싸이클은, 유입되는 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 응축된 상온 고압의 냉매액의 유량을 제어하여 저압의 냉매로 변환시키는 모세관과, 상기 모세관에서 저압으로 된 냉매액을 저온 저압의 기체 상태로 변환시키는 증발기로 이루어진 공기조화기의 냉매싸이클에 있어서, 상기 모세관에 병렬로 연결된 제2 모세관과, 상기 제2 모세관의 입구에 설치되어 실내 및 실외의 온도가 냉방표준온도보다 더 저온시에 상기 제2 모세관으로 냉매가 흐르지 않도록 폐쇄되고 냉방표준온도일 경우에 개방되는 전자밸브와, 상기 전자밸브의 개방 및 폐쇄에 따라 저회전수 및 고회전수로 회전속도가 가변되어 상기 증발기로부터 유입되는 냉매를 고온 고압으로 압축하는 회전수 가변 압축기를 포함함을 특징으로 한다.

도1은 종래에 의한 공기조화기의 냉매싸이클,

도2는 본 발명에 의한 공기조화기의 냉매싸이클이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 실내기 20 : 실외기

30 : 회전수 가변 압축기 40 : 응축기

50 : 모세관 51 : 제2 모세관

52 : 전자밸브 60 : 증발기

이하, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도2에 도시된 바와 같이, 공기조화기의 냉매싸이클은 유입되는 냉매를 응축시키는 응축기(40)와, 상기 응축기(40)로부터 응축된 상온 고압의 냉매액의 유량을 제어하여 저압의 냉매로 변환시키는 모세관(50)과, 상기 모세관(50)에서 저압으로 된 냉매액을 저온 저압의 기체 상태로 변환시키는 증발기(60)로 이루어져 있고, 상기 모세관(50)에는 제2 모세관(51)이 상기 모세관(50)과 병렬로 연결되어 있으며, 상기 제2 모세관(51)의 입구에는 실내 및 실외의 온도가 냉방표준온도보다 더 저온시에 상기 제2 모세관(51)으로 냉매가 흐르지 않도록 폐쇄되고 냉방표준온도일 경우에 개방되는 전자밸브(52)가 설치되어 있으며, 상기 전자밸브(52)의 개방 및 폐쇄에 따라 저회전수 및 고회전수로 회전속도가 가변되어 상기 증발기(60)로부터 유입되는 냉매를 고온 고압으로 압축하는 회전수 가변 압축기(30)가 설치되어 있다.

상기 회전수 가변 압축기(30)는 실외 및 실내 온도를 감지하는 온도감지기의 감지 신호를 받아 그 회전수가 가변되도록 되어 있고, 그 회전수의 가변은 상기 회전수 가변 압축기(30)내에 있는 모터를 제어하여 회전속도를 가변하도록 되어 있다.

상기 제2 모세관(51)의 직경은 상기 모세관(50)의 직경과 같고, 서로의 길이는 상기 제2 모세관(51)이 모세관(50)보다 작지 않게 형성되어 있다.

다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 상세히 설명한다.

상기 회전수 가변 압축기(30)의 압축 작용으로 냉매는 고온 고압으로 되고, 상기 회전수 가변 압축기(30)로부터 유출된 고온 고압의 기체 냉매는 응축기(40)로 유입되고, 상기 응축기(40)의 일측에 설치된 프로펠러 팬(41)에 의해 상온의 공기와 열교환되어 상온 고압의 액냉매로 상변화된다. 이 상온 고압의 액냉매는 상기 모세관(50) 및 제2모세관(51)을 통과하면서 급격히 저온 저압의 냉매로 변환하는 바, 상기 제2 모세관(51)의 입구에 설치된 전자밸브(52)는 감지된 실내 및 실외온도가 냉방표준조건(실내 : 27℃, 실외 : 35℃)보다 낮은 경우 폐쇄되어 상기 응축기(40)로부터 유출된 냉매를 상기 모세관(50)으로만 흐르게 하고, 실내 및 실외의 온도가 냉방표준조건이거나 높은 경우 상기 전자밸브(52)는 개방되어 냉매가 상기 모세관(50) 및 제2 모세관(51)으로 동시에 흐르게 된다.

즉, 실외 및 실내온도가 냉방 표준 조건이거나 그 이상일 때, 상기 전자 밸브(52)를 개방하여 상기 압축기(30)에서 일정량 압축된 냉매를 서로 병렬로 연결된 상기 모세관(50) 및 제2 모세관(51)에 동시에 흐르도록 함으로써 냉매의 전체 저항(R=ρL/A: 여기서 L은 모세관의 길이, A는 모세관의 단면적을 나타낸다)치는 감소하게 됨으로 냉매의 온도 및 압력은 다소 높게 되며, 실외 및 실내의 온도가 냉방표준조건보다 낮을 경우에는 상기 전자밸브(52)를 폐쇄하여 모세관(50)으로만 흐르도록 함으로써 상기 전자밸브(52)가 개방되었을 때보다 다소 낮은 온도와 압력으로 상기 모세관(50)에서 유출되는 것이다.

이 때, 상기 회전수 가변 압축기(30)는 상기 전자밸브(52)의 개방 및 폐쇄에 따라 즉, 상기 전자밸브(52)의 개방시는 실외 및 실내온도가 냉방표준조건이거나 그 이상의 온도이고, 또한 전자밸브(52)의 폐쇄시는 실외 및 실내온도가 냉방표준조건의 온도미만으로 이 실외 및 실내온도의 온도 감지기의 감지된 신호에 따라 저회전수 및 고회전수로 모터의 회전수가 가변되면서 회전하여 그 내의 냉매를 압축하게 된다.

이와 같이 상기 모세관(50) 및 제2 모세관(51)에서 저온 저압으로 된 냉매는 증발기(60)로 유입되어 증발기(60)의 주위공기로부터 증발에 필요한 열을 빼앗으면서 증발되고, 열을 빼앗긴 공기는 냉각되어 자연 대류 또는 상기 증발기(60)의 일측에 설치된 블로워(61)에 의해 실내를 저온으로 유지한다.

상기 증발기(60)내에는 상기 모세관(50)으로부터 유입된 액냉매와 증발된 기체 냉매가 공존하고, 액체로부터 기체로의 상태 변화가 이루어진다.

상기 증발기(60)내에서 증발한 기체 냉매는 다시 상기 회전수 가변 압축기(30)로 흡입되고, 흡입된 냉매는 상온의 냉각수나 공기에 의해 쉽게 액화되는 상태로 압축하여 고온 고압의 기체 냉매로 변환되어 위에서 설명한 냉매싸이클을 반복한다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 공기조화기의 냉매싸이클에 의하면, 상기 모세관에 병렬로 제2 모세관을 연결하고 상기 제2 모세관의 입구에 감지된 실외 및 실내온도값에 따라 개방 및 폐쇄되는 전자밸브를 설치하고 상기 전자밸브의 개폐에 따라 그 회전수가 가변되는 회전수 가변 압축기를 설치하여 구성함으로써 실외 및 실내온도가 냉방표준조건보다 저온인 조건에서는 모세관의 저항을 크게하여 냉매의 온도와 압력을 다소 낮아지도록 하고, 냉매표준조건시나 그 이상의 온도에서는 모세관 및 제2 모세관내를 흐르는 냉매의 전체 저항을 저온시보다 다소 작게 하여 최적의 냉매싸이클을 형성함과 동시에 전체 저항이 작아짐에 따라 소비전력도 감소되고, 특히, 감지된 실외 및 실내 온도에 따라 압축기의 회전수가 가변되도록 하여 압축기의 부하효율 및 내구 신뢰성이 향상되는 것이다.

Claims (3)

1. 유입되는 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 응축된 상온 고압의 냉매액의 유량을 제어하여 저압의 냉매로 변환시키는 모세관과, 상기 모세관에서 저압으로 된 냉매액을 저온 저압의 기체 상태로 변환시키는 증발기로 이루어진 공기조화기의 냉매싸이클에 있어서,

   상기 모세관에 병렬로 연결된 제2 모세관과, 상기 제2 모세관의 입구에 설치되어 실내 및 실외의 온도가 냉방표준온도보다 더 저온시에 상기 제2 모세관으로 냉매가 흐르지 않도록 폐쇄되고 냉방표준온도일 경우에 개방되는 전자밸브와, 상기 전자밸브의 개방 및 폐쇄에 따라 저회전수 및 고회전수로 회전속도가 가변되어 상기 증발기로부터 유입되는 냉매를 고온 고압으로 압축하는 회전수 가변 압축기를 포함함을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매싸이클.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 모세관의 직경은 상기 모세관의 직경과 같고, 서로의 길이는 상기 제2 모세관이 모세관보다 작지 않게 형성된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매싸이클.
3. 제1항에 있어서,

   상기 회전수 가변 압축기는 실외 및 실내 온도를 감지하는 온도감지기의 감지 신호를 받아 그 회전수가 가변되도록 된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매싸이클.