KR200362721Y1 - 냉매사이클 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 냉매사이클 시스템에 관한 것으로, 냉매가 팽창기, 실내열교환기를 갖는 실내기, 압축기 및 실외열교환기를 갖는 실외기를 거쳐 다시 팽창기로 공급되는 순환 경로를 따라 이동되면서 냉방영역인 실내의 온도를 하강시키도록 구성된 냉매사이클 시스템에 있어서, 상기 압축기에서 토출된 냉매의 압력이 미리 설정된 기준 압력보다 낮을 때 압축기에서 토출된 냉매의 일부 또는 전부를 압축기에 다시 공급하여 압축시키며, 상기 압축기에서 발생된 열이 히트파이프의 내부에서 순환되는 열매체의 증발에 의해 흡수된 후 상기 팽창기에서 배출되어 압축기로 유입되기 전의 저온냉매에 응축에 의해 배출됨을 특징으로 하며, 이러한 구성에 의하면 압축기에서 발생되어 대기로 방출되는 고열을 저온냉매에 공급함으로써 압축기가 고열에 의해 효율이 저하되거나 손상되는 것을 방지하는 우수한 효과를 갖는다.

Description

냉매사이클 시스템{Refrigerant cycle system}

본 고안은 냉매사이클 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축기에서 발생된 고열을 히트파이프를 이용하여 저온냉매에 방출시킬 수 있도록 된 냉매사이클 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 냉매사이클 시스템은 미리 설정된 경로를 따라 순환되는 냉매의 상변화에 의해 온도조절영역의 열을 흡수하여 온도조절영역의 외부로 배출시키거나 반대로 온도조절영역의 외부에서 열을 흡수하여 온도조절영역에 공급하도록 구성되어 냉방 또는 난방을 수행한다.

이때, 냉방이 수행되는 경우, 냉매는 증발→압축→응축→팽창→증발의 과정을 순환하며, 난방이 수행되는 경우, 냉매는 증발→팽창→응축→압축→증발의 과정을 순환한다.

이러한 냉매사이클 시스템은 온도조절영역 또는 공조영역(이하, 대개 실내가 온도조절영역으로 설정되므로, 설명의 편의를 위하여 온도조절영역을 '실내'라 칭하고, 온도조절영역의 외부를 '실외'라 칭한다)의 온도를 낮출 수 있도록 구성된 냉방시스템, 실내의 온도를 높일 수 있도록 구성된 난방시스템 및 사용자의 선택에 따라 실내의 온도를 낮추거나 높일 수 있도록 구성된 냉난방시스템을 포함한다.

대개의 냉매사이클 시스템은 실내에 배치된 실내기, 실외에 배치된 실외기, 저온저압의 냉매를 흡입하고 단열상태에서 압축하여 고온고압의 냉매로 토출하는 압축기, 고온고압의 냉매를 단열상태에서 팽창시켜 저온저압의 냉매로 배출하는 팽창기, 냉매가 소정 경로로 순환될 수 있도록 상기 실내기, 실외기, 압축기 및 팽창기를 연결시키는 배관류, 미리 선택된 소정 위치에 설치되어 냉매의 온도 및 압력 등을 감지하는 센서류 및, 상기 압축기와 센서류 등에 전원을 공급하고 이들 센서류로부터 정보를 제공받아 압축기 등의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다. 그리고, 냉난방시스템은 냉매의 경로를 변화시키기 위한 밸브류를 더 포함한다.

이하에서는, 냉방시스템 또는 냉난방시스템에 의해 실내를 냉방하는 경우와, 난방시스템 또는 냉난방시스템에 의해 실내를 난방하는 경우에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

먼저, 냉방의 경우, 실내기에서는 저온저압으로 유입된 액상 냉매가 실내에서 열을 빼앗으면서 증발된 후 압축기로 배출된다. 압축기에서는 실내기에서 유입된 저온저압의 기상 냉매를 압축시켜 고온고압의 기상 냉매로 토출시킨다. 실외기에서는 압축기에서 토출되어 고온고압으로 유입된 기상 냉매가 실외로 열을 방출하면서 고온고압의 액상 냉매로 응축된 후 팽창기로 배출된다. 팽창기에서는 실외기에서 유입된 고온고압의 액상 냉매를 팽창시켜 저온저압의 액상 냉매로 배출시키며, 상기 팽창기에서 배출된 저온저압의 액상 냉매가 실내기로 유입되는 순환 사이클을 이룬다.

다음에, 난방의 경우, 실내기에서는 고온고압으로 유입된 기상 냉매가 실내로 열을 방출하면서 고온고압의 액상 냉매로 응축된 후 팽창기로 배출된다. 팽창기에서는 실내기에서 유입된 고온고압의 액상 냉매를 팽창시켜 저온저압의 액상 냉매로 배출시킨다. 실외기에서는 팽창기에서 유입된 저온저압의 액상 냉매가 실외에서 열을 빼앗으면서 증발된 후 압축기로 배출된다. 압축기에서는 실외기에서 유입된 저온저압의 기상 냉매를 압축시켜 고온고압의 기상 냉매로 토출시키며, 상기 압축기에서 토출된 고온고압의 기상 냉매가 실내기로 유입되는 순환 사이클을 이룬다.

이때, 냉매사이클 시스템을 이루는 압축기는 밀폐된 내부 공간을 제공하는 케이스와, 흡입된 냉매를 압축시켜 토출시키도록 상기 케이스의 내부에 설치된 압축부와, 상기 압축부를 구동시키도록 상기 케이스의 내부에 설치된 구동부를 포함하는 구성을 가지며, 압축기의 내부에서 발생된 고열이 케이스를 통해 외부로 방출된다.

그러나, 이와 같이 압축기에서 발생된 고열을 그 압축기를 이루는 케이스를 통해 외부로 방출시키는 종래의 냉매사이클 시스템은 다음과 같은 문제점을 갖는다.

첫째, 압축기에서 발생된 고열을 이용하지 않고 대기로 방출시킴에 의해 냉매사이클 시스템의 전체 효율을 저하시키는 문제점을 갖는다.

둘째, 여름철과 같이 압축기의 주변이 고온인 경우, 압축기의 고열이 케이스를 통해 충분하게 방출되지 않고 압축기에 축적됨으로써 압축기를 구성하는 내부 부품이 열화에 의해 변형 및 손상됨으로써 압축효율이 현저하게 저하됨은 물론, 압축기의 수명을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.

본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은, 압축기에서 발생되어 대기로 방출되는 고열을 저온냉매에 공급함으로써 열효율을 향상시킬 수 있도록 된 냉매사이클 시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 고안의 다른 목적은, 압축기에서 발생된 고열을 충분하게 방출시킴에 의해 압축기의 열화를 방지할 수 있도록 된 냉매사이클 시스템을 제공함에 있다.

도1은 본 고안에 따른 냉매사이클 시스템의 제1실시예를 나타낸 회로도;

도2는 본 고안에 따른 냉매사이클 시스템의 제2실시예를 나타낸 회로도;

도3은 본 고안에 따른 냉매사이클 시스템의 제3실시예를 나타낸 회로도;

도4는 본 고안의 제3실시예에 대한 변형예를 나타낸 회로도;

도5는 본 고안에 따른 냉매사이클 시스템에 사용되는 압축기와 히트파이프의 구조를 나타낸 구성도;

도6은 도5의 압축기를 나타낸 평단면도;

도7은 본 고안에 따른 냉매사이클 시스템에 사용되는 실내열교환기의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 팽창기 2 : 실내기

20 : 실내열교환기 22 : 냉매배관

24 : 단열재배관 3 : 압축기

30 : 케이스 32 : 압축부

34 : 구동부 36 : 바이패스유로

36a : 유량조절밸브 4 : 실외기

40 : 실외열교환기 5 : 히트파이프

52 : 증발부 54 : 응축부

56 : 연결부 6 : 바이패스배관

62 : 유량조절밸브 7 : 열교환회로

70 : 열교환기 8 : 보조팽창기

90 : 사방밸브 91 : 냉매흡입배관

92 : 냉매토출배관

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 고안은, 냉매가 팽창기, 실내열교환기를 갖는 실내기, 압축기 및 실외열교환기를 갖는 실외기를 거쳐 다시 팽창기로 공급되는 순환 경로를 따라 이동되면서 냉방영역인 실내의 온도를 하강시키도록 구성된 냉매사이클 시스템에 있어서, 상기 압축기에서 토출된 냉매의 압력이 미리 설정된 기준 압력보다 낮을 때 압축기에서 토출된 냉매의 일부 또는 전부를 압축기에 다시 공급하여 압축시키며, 상기 압축기에서 발생된 열이 히트파이프의 내부에서 순환되는 열매체의 증발에 의해 흡수된 후 상기 팽창기에서 배출되어 압축기로 유입되기 전의 저온냉매에 응축에 의해 배출됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템을 마련함에 의한다.

또한, 본 고안은, 냉매가 팽창기, 실외열교환기를 갖는 실외기, 압축기 및 실내열교환기를 갖는 실내기를 거쳐 다시 팽창기로 공급되는 순환 경로를 따라 이동되면서 난방영역인 실내의 온도를 하강시키도록 구성된 냉매사이클 시스템에 있어서, 상기 압축기에서 토출된 냉매의 압력이 미리 설정된 기준 압력보다 낮을 때 압축기에서 토출된 냉매의 일부 또는 전부를 압축기에 다시 공급하여 압축시키며, 상기 압축기에서 발생된 열이 히트파이프의 내부에서 순환되는 열매체의 증발에 의해 흡수된 후 상기 팽창기에서 배출되어 압축기로 유입되기 전의 저온냉매에 응축에 의해 배출됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템을 마련함에 의한다.

또한, 본 고안은, 냉매가 팽창기, 실내열교환기를 갖는 실내기, 압축기 및 실외열교환기로 이루어지며, 냉매를 순환시킴에 의해 그 냉매의 상태변화를 이용하여 온도조절영역인 실내의 감소 또는 증가시키도록 된 공기조화기의 냉매사이클 시스템에 있어서, 상기 압축기에서 토출된 냉매의 압력이 미리 설정된 기준 압력보다 낮을 때 압축기에서 토출된 냉매의 일부 또는 전부를 압축기에 다시 공급하여 압축시키며, 상기 압축기에서 발생된 열이 히트파이프의 내부에서 순환되는 열매체의 증발에 의해 흡수된 후 상기 팽창기에서 배출되어 압축기로 유입되기 전의 저온냉매에 응축에 의해 배출됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템을 마련함에 의한다.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도1은 본 고안에 따른 냉매사이클 시스템의 제1실시예를 나타낸 구성도로서, 본 냉매사이클 시스템은 팽창기(1), 그 팽창기(1)로부터 배출된 냉매를 받아 증발시키는 실내열교환기(20)가 구비된 실내기(2), 그 실내기(2)로부터 배출된 냉매를 받아 압축시키는 압축기(3) 및, 그 압축기(3)로부터 토출된 냉매를 받아 응축시키는 실외열교환기(40)가 구비된 실외기(4)를 포함한다. 물론, 상기 팽창기(1), 실내기(2), 압축기(3) 및 실외기(4)는 냉방을 위한 냉매 순환 경로를 형성할 수 있도록 배관류 및 밸브류에 의해 연결된다.

특히, 상기 압축기(3)의 입구와 출구에는 각각 냉매흡입배관(91)과 냉매토출배관(92)이 연결 설치됨으로써 실내기(2)에서 배출되어 냉매흡입배관(91)을 통해 흡입된 저온저압의 냉매가 고온고압의 냉매로 압축되어 냉매토출배관(92)을 통해 실외기(4)로 토출되며, 상기 냉매흡입배관(91)과 냉매토출배관(92)에는 압축기(3)로 유입되는 냉매의 상태, 예컨대 냉매의 온도와 압력을 측정하기 위한 냉매흡입측 센서(91a)와 압축기(3)에서 토출되는 냉매의 상태, 예컨대 냉매의 온도와 압력을 측정하기 위한 냉매토출측 센서(92a)가 각각 설치된다.

본 실시예의 냉매사이클 시스템은 냉매흡입배관(91)과 냉매토출배관(92)을 연결시킴에 의하여 압축기(3)에서 토출된 고온고압의 냉매중 일부를 다시 압축기(3)로 유입시키도록 설치된 바이패스배관(6)을 가지며, 상기 바이패스배관(6)에는 냉매의 흐름을 개폐시키고 필요한 경우 냉매의 유량을 조절할 수 있도록 구성된 유량조절밸브(62)와, 냉매의 흐름을 냉매토출배관(92)에서 냉매흡입배관(91)으로만 허용하여 냉매가 냉매흡입배관(91)에서 냉매토출배관(92) 쪽으로 역류되는 것을 차단하기 위한 체크밸브(64)가 구비된다.

또한, 상기 냉매흡입배관(91)에 냉매흐름을 개폐시키고 필요한 경우 냉매의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(91b)가 설치되고, 상기 냉배토출배관(92)에 냉매흐름을 개폐시키고 필요한 경우 냉매의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(92b)가 설치된다.

또한, 본 실시예의 냉매사이클 시스템은 압축기(3)에서 발생된 고열을 저온냉매에 방출하도록 설치된 히트파이프(5)를 포함한다.

상기 히트파이프(5)는 열매체가 충진된 밀폐 공간을 제공하며, 이 밀폐 공간은 증발된 기체 열매체가 상승하고 액체 열매체가 하강하는 순환 경로를 제공한다. 즉, 상기 히트파이프(5)는 하부에서 증발된 열매체가 상승하고 상부에서 응축된 열매체가 하강하는 자연적인 순환 방식에 의해 열전달을 수행하도록 된 통상적인 구조를 가지면 충분하다.

보다 상세하게는, 상기 히트파이프(5)는 액체 상태의 열매체가 위치되며 그 열매체가 간접 열교환에 의해 상기 압축기(3)에서 발생된 열을 흡수하도록 설치된 증발부(52)와, 기체 상태의 열매체가 위치되며 그 열매체가 간접 열교환에 의해 상기 팽창기(1)에서 배출되어 압축기(3)로 유입되기 전의 저온냉매에 열을 방출하도록 설치된 응축부(54) 및 상기 증발부(52)에서 증발된 열매체를 응축부(54)로 이동시키며 상기 응축부(54)에서 응축된 열매체를 증발부(52)로 이동시키도록 상기 증발부(52)와 응축부(54)를 연결시키는 연결부(56)를 포함한다.

상기 증발부(52)는 도5에 도시된 것처럼 압축기(3)를 이루는 케이스(30)의중앙부 또는 하부에 고정브래킷(58)을 매개로 설치됨으로써 케이스(30)의 고열에 의해 증발부(52)의 액체 열매체가 증발된다. 물론, 상기 증발부(52)는 압축기(3)의 케이스(30)의 내부에 위치되도록 설치될 수 있다.

또한, 상기 증발부(52)는 케이스(30)의 표면에 밀착되는 넓은 면적을 갖도록 형성되어 보다 많은 열교환이 신속하게 이루어질 수 있도록 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 증발부(52)는 케이스(30)의 여러 부분에 설치되도록 다수개로 형성된 것도 좋다.

상기 응축부(54)는 냉매사이클을 따라 순환하는 저온 냉매와 간접 열교환하도록 설치되며, 보다 상세하게는 팽창기(1)에서 배출되어 실내기(2)로 유입되기 전의 저온 냉매와 간접 열교환되도록 설치되거나 실내기(2)에서 배출되어 압축기(3)로 유입되기 전의 저온 냉매와 간접 열교환되도록 설치될 수 있다.

또한, 상기 히트파이프(5)에서 증발부(52)를 필요에 의해 압축기(3)의 케이스(30)에서 이격될 수 있는 구조를 채택하거나, 응축부(54)를 필요에 의해 저온 냉매와의 열교환이 수행되지 않도록 저온 냉매 배관과 이격될 수 있는 구조를 채택할 수 있다. 예컨대, 상기 케이스(30)에 온도를 측정할 수 있는 센서(미도시됨)가 설치됨으로써, 그 센서의 측정값에 따라 케이스(30)의 온도가 설정된 온도보다 높은 경우 상기 히트파이프(5)에 의한 열교환이 수행되게 구성하고, 반대로 케이스(30)의 온도가 설정된 온도보다 낮은 경우 상기 히트파이프(5)에 의한 열교환이 수행되지 않도록 구성할 수 있다.

상기 압축기는 압축방식에 따라 크게 용적식 압축기와 터보식 압축기로 나뉘어지며, 특히 용적식 압축기는 압축실 내의 체적을 감소시켜 냉매의 압력을 증가시키는 구조를 가지며, 왕복동식, 로타리식(회전 피스톤식, 로타리 베인식, 스크류식), 스크롤식, 트로코이드식 등을 포함한다.

본 고안의 실시예에서는 왕복동형 압축기를 일례로서 설명하고 있지만, 다른 구조의 압축기도 본 고안에 적용될 수 있음은 당연하다.

본 고안의 압축기(3)는 도5 및 도6에 도시된 것처럼 밀폐된 내부 공간을 제공하는 케이스(30)를 가지며, 상기 케이스(30)의 내부 공간에 압축부(32)와 구동부(34)가 구비된다.

상기 압축부(32)는 흡입관(32a)을 통해 흡입되는 저온저압의 냉매를 고온고압으로 압축한 후 토출관(32b)을 통해 토출시킨다.

상기 구동부(34)는 상기 압축부(32)를 구동시키도록 상기 케이스(30)의 내부에 설치된다.

그리고, 상기 흡입관(32a)에는 압축부(32)로 흡입되는 냉매의 상태, 예컨대 냉매의 온도를 감지하기 위한 센서(33a)를 갖는다. 물론, 상기 센서는 다른 부위에 설치되어 압축부(32)로 흡입되는 냉매의 상태를 파악할 수 있는 구조를 가질 수 있으며, 그 센서는 냉매흡입측 센서(91a)로 대체 가능하다.

또한, 상기 압축기(3)는 압축부(32)에서 토출된 냉매의 일부를 다시 압축부(32)로 흡입되는 냉매에 제공할 수 있도록 냉매를 바이패스시키는 바이패스유로(36)를 가지며, 상기 바이패스유로(36)에는 상기 센서(33a)에서 감지된 냉매의상태에 의해 개폐 동작됨으로써 냉매의 흐름을 개폐시키고 필요에 의해 냉매유량의 조절이 가능하도록 설치된 유량조절밸브(36a)가 구비된다.

물론, 상기 센서(33a)는 본 실시예의 냉매사이클 시스템을 제어하는 전원공급 및 제어부(미도시됨)에 연결되고, 상기 전원공급 및 제어부는 센서(33a)에서 제공된 냉매의 온도 정보에 의해 상기 바이패스유로(36)의 유량조절밸브(36a)를 개폐시키고 그 개도를 조절하도록 미리 프로그래밍된다.

그리고, 상기 실내기(2)의 열교환기(20)는 도7에 도시된 것처럼 냉매가 흐르는 냉매배관(22)과, 상기 냉매배관(22)을 감싸도록 설치되고 물 등과 같은 잠열재가 충진된 잠열재배관(24)을 포함하며, 상기 잠열재배관(24)의 외부에는 핀(fin) 형상의 방열판(26)이 설치된다.

이와 같은 구성을 갖는 제1실시예의 냉매사이클 시스템은, 실내기(2)의 실내열교환기(20)에서 냉매가 증발되면서 실내의 열을 흡수하여 냉매흡입배관(91)을 통해 압축기(3)로 유입되고, 그 압축기(3)에서 토출된 냉매가 냉매토출배관(92)을 통해 실외기(4)로 유입되어 실외열교환기(40)에서 응축되면서 실외에 열을 방출하며, 그 실외기(4)에서 배출된 냉매가 팽창기(1)를 거치면서 팽창하여 실내기(2)로 유입되는 순환사이클을 이룬다.

그리고, 압축기(3)에서 토출된 냉매의 압력이 미리 설정된 압력에 비하여 더 낮을 때, 바이패스배관(6)에 설치된 유량조절밸브(62)가 적정한 개도를 갖도록 개방되는바, 이는 압축기(3)에서 배출된 냉매의 일부가 바이패스배관(6)을 통해 우회하여 압축기(3)의 입구로 공급됨으로써 압축기(3)에 공급되는 냉매의 온도와 압력을 증가시켜 압축기(3)에서 압축되어 토출된 냉매의 온도와 압력도 증가시킨다.

특히, 압축기(3)에서 토출된 냉매의 압력이 너무 낮은 경우, 바이패스배관(6)에 설치된 유량조절밸브(62)를 완전히 개방시키고, 동시에 실외기(4)쪽으로 공급되는 냉매의 유로를 개폐시키도록 별도로 구비되는 유량조절밸브(92b)를 완전히 폐쇄시킴으로써 압축기(3)에서 토출된 냉매의 전부를 다시 압축기(3)에 공급할 수도 있다.

물론, 이와 같은 경우, 상기 압축기(3)에서 토출된 냉매의 압력이 적정한 수준으로 증가되면, 상기 원래의 상태로 냉매가 흐르도록 조절하여 정상적인 냉매사이클이 이루어지도록 한다.

또한, 압축기(3)의 작동에 의해 그 압축기(3)의 내부에서 발생된 고열이 케이스(30)의 온도를 상승시키면, 히트파이프(5)의 증발부(52)에 존재하는 액체 열매체가 증발하면서 케이스(30)의 열을 흡수하며, 이렇게 증발된 열매체는 연결부(56)를 통해 응축부(54)로 이동하여 응축됨으로써 그 응축부(54)와 열교환 가능하도록 설치된 저온 냉매 배관의 냉매에 열을 방출한다. 물론, 상기 응축부(54)에서 응축된 액체 열매체는 다시 연결부(56)를 통해 증발부(52)로 되돌려진다.

따라서, 히트파이프(5)에 의해 압축기(3)의 케이스(30)와 저온 냉매가 열교환함으로써 압축기(3)의 케이스(30)가 냉각되며, 이는 압축기가 고열에 의해 효율이 저하되거나 손상되는 것을 방지한다.

또한, 압축기(3)의 압축부(32)로 흡입되는 냉매의 온도가 기준온도에 비하여 낮은 경우, 유량조절밸브(36a)가 개방되어 압축기(3)의 압축부(32)에서 토출된 고온고압의 냉매중 일부가 바이패스유로(36)를 통해 다시 압축기(3)의 압축부(32)로 흡입되는 냉매와 혼합됨으로써 압축부(32)로 흡입되는 냉매의 온도를 상승시키며, 이는 압축기의 운전 상태를 최적의 상태로 유지시킨다.

그리고, 실내기(2)의 실내열교환기(20)는 냉매가 흐르는 냉매배관(22)의 외부를 잠열재배관(24)이 감싸도록 설치되어 있으며, 특히 그 잠열재배관(24)에 잠열재가 충진된 상태인바, 냉매배관(22)의 내부에서 흐르는 냉매의 냉열이 잠열재에 흡수되고, 이는 냉매배관(22)(44)을 흐르는 냉매의 온도가 급격하게 상승하는 경우에 잠열재에 흡수된 냉열에 의해 실내기(2)에서 배출되는 공기의 급격한 온도 상승을 방지하는 완충작용을 수행한다.

도2는 본 고안에 따른 냉매사이클 시스템의 제2실시예를 나타낸 구성도로서, 본 냉매사이클 시스템은 팽창기(1), 그 팽창기(1)로부터 배출된 냉매를 받아 증발시키는 실외열교환기(40)가 구비된 실외기(4), 그 실외기(4)로부터 배출된 냉매를 받아 압축시키는 압축기(3) 및, 그 압축기(3)로부터 토출된 냉매를 받아 응축시키는 실내열교환기(20)가 구비된 실내기(2)를 포함한다. 물론, 상기 팽창기(1), 실내기(2), 압축기(3) 및 실외기(4)는 난방을 위한 냉매 순환 경로를 형성할 수 있도록 배관류 및 밸브류에 의해 연결된다.

특히, 상기 압축기(3)의 입구와 출구에는 각각 냉매흡입배관(91)과 냉매토출배관(92)이 연결 설치됨으로써 실외기(4)에서 배출되어 냉매흡입배관(91)을 통해 흡입된 저온저압의 냉매가 고온고압의 냉매로 압축되어 냉매토출배관(92)을 통해 실내기(2)로 토출되며, 상기 냉매흡입배관(91)과 냉매토출배관(92)에는 압축기(3)로 유입되는 냉매의 상태, 예컨대 냉매의 온도와 압력을 측정하기 위한 냉매흡입측 센서(91a)와 압축기(3)에서 토출되는 냉매의 상태, 예컨대 냉매의 온도와 압력을 측정하기 위한 냉매토출측 센서(92a)가 각각 설치된다.

본 실시예의 냉매사이클 시스템은 냉매흡입배관(91)과 냉매토출배관(92)을 연결시킴에 의하여 압축기(3)에서 토출된 고온고압의 냉매중 일부를 다시 압축기(3)로 유입시키도록 설치된 바이패스배관(6)을 가지며, 상기 바이패스배관(6)에는 냉매의 흐름을 개폐시키고 필요한 경우 냉매의 유량을 조절할 수 있도록 구성된 유량조절밸브(62)와, 냉매의 흐름을 냉매토출배관(92)에서 냉매흡입배관(91)으로만 허용하여 냉매가 냉매흡입배관(91)에서 냉매토출배관(92) 쪽으로 역류되는 것을 차단하기 위한 체크밸브(64)가 구비된다.

또한, 상기 냉매흡입배관(91)에 냉매흐름을 개폐시키고 필요한 경우 냉매의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(91b)가 설치되고, 상기 냉배토출배관(92)에 냉매흐름을 개폐시키고 필요한 경우 냉매의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(92b)가 설치된다.

또한, 본 실시예의 냉매사이클 시스템은 압축기(3)에서 발생된 고열을 저온냉매에 방출하도록 설치된 히트파이프(5)를 포함한다.

상기 히트파이프(5)는 제1실시예의 히트파이프와 동일한 구조를 가지며, 상기 히트파이프(5)의 응축부(54)는 냉매사이클을 따라 순환하는 저온 냉매와 간접 열교환하도록 설치되며, 보다 상세하게는 팽창기(1)에서 배출되어 실외기(4)로 유입되기 전의 저온 냉매와 간접 열교환되도록 설치되거나 실외기(4)에서 배출되어압축기(3)로 유입되기 전의 저온 냉매와 간접 열교환되도록 설치될 수 있다. 또는, 상기 응축부(54)는 보조냉매흡입배관(94)을 통해 냉매흡입배관(91)으로 유입되는 냉매와 간접 열교환되도록 설치될 수 있다.

상기 압축기(3) 및 실내기(2)의 열교환기(20)는 제1실시예의 것과 동일한 구조를 가지므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이와 같은 구성을 갖는 제2실시예의 냉매사이클 시스템은, 실외기(4)의 실외열교환기(40)에서 냉매가 증발되면서 실외의 열을 흡수하여 냉매흡입배관(91)을 통해 압축기(3)로 유입되고, 그 압축기(3)에서 토출된 냉매가 냉매토출배관(92)을 통해 실내기(2)로 유입되어 실내열교환기(20)에서 응축되면서 실내에 열을 방출하며, 그 실내기(2)에서 배출된 냉매가 팽창기(1)를 거치면서 팽창하여 실외기(4)로 유입되는 순환사이클을 이룬다.

그리고, 압축기(3)에서 토출된 냉매의 압력이 미리 설정된 압력에 비하여 더 낮을 때, 바이패스배관(6)에 설치된 유량조절밸브(62)가 적정한 개도를 갖도록 개방되는바, 이는 압축기(3)에서 배출된 냉매의 일부가 바이패스배관(6)을 통해 우회하여 압축기(3)의 입구로 공급됨으로써 압축기(3)에 공급되는 냉매의 온도와 압력을 증가시켜 압축기(3)에서 압축되어 토출된 냉매의 온도와 압력도 증가시킨다.

특히, 압축기(3)에서 토출된 냉매의 압력이 너무 낮은 경우, 바이패스배관(6)에 설치된 유량조절밸브(62)를 완전히 개방시키고, 동시에 실내기(2)쪽으로 공급되는 냉매의 유로를 개폐시키도록 별도로 구비되는 유량조절밸브(92b)를 완전히 폐쇄시킴으로써 압축기(3)에서 토출된 냉매의 전부를 다시 압축기(3)에 공급할 수도 있다.

물론, 이와 같은 경우, 상기 압축기(3)에서 토출된 냉매의 압력이 적정한 수준으로 증가되면, 상기 원래의 상태로 냉매가 흐르도록 조절하여 정상적인 냉매사이클이 이루어지도록 한다.

또한, 압축기(3)의 작동에 의해 그 압축기(3)의 내부에서 발생된 고열이 케이스(30)의 온도를 상승시키면, 히트파이프(5)의 증발부(52)에 존재하는 액체 열매체가 증발하면서 케이스(30)의 열을 흡수하며, 이렇게 증발된 열매체는 연결부(56)를 통해 응축부(54)로 이동하여 응축됨으로써 그 응축부(54)와 열교환 가능하도록 설치된 저온 냉매 배관의 냉매에 열을 방출한다. 물론, 상기 응축부(54)에서 응축된 액체 열매체는 다시 연결부(56)를 통해 증발부(52)로 되돌려진다.

따라서, 히트파이프(5)에 의해 압축기(3)의 케이스(30)와 저온 냉매가 열교환함으로써 압축기(3)의 케이스(30)가 냉각되며, 이는 압축기가 고열에 의해 효율이 저하되거나 손상되는 것을 방지한다.

또한, 압축기(3)의 압축부(32)로 흡입되는 냉매의 온도가 기준온도에 비하여 낮은 경우, 유량조절밸브(36a)가 개방되어 압축기(3)의 압축부(32)에서 토출된 고온고압의 냉매중 일부가 바이패스유로(36)를 통해 다시 압축기(3)의 압축부(32)로 흡입되는 냉매와 혼합됨으로써 압축부(32)로 흡입되는 냉매의 온도를 상승시키며, 이는 압축기의 운전 상태를 최적의 상태로 유지시킨다.

그리고, 실내기(2)의 실내열교환기(20)는 냉매가 흐르는 냉매배관(22)의 외부를 잠열재배관(24)이 감싸도록 설치되어 있으며, 특히 그 잠열재배관(24)에 잠열재가 충진된 상태인바, 냉매배관(22)의 내부에서 흐르는 냉매의 온열이 잠열재에 흡수되고, 이는 냉매배관(22)(44)을 흐르는 냉매의 온도가 급격하게 상승하는 경우에 잠열재에 흡수된 온열에 의해 실내기(2)에서 배출되는 공기의 급격한 온도 상승을 방지하는 완충작용을 수행한다.

도3은 본 고안에 따른 냉매사이클 시스템의 제3실시예를 나타낸 구성도로서, 본 냉매사이클 시스템은 고온, 고압으로 유입된 냉매를 단열상태에서 저온, 저압으로 팽창시켜 배출시키는 팽창기(1), 실내열교환기(20)를 내장하여 실내에 배치된 실내기(2), 저압으로 유입된 냉매를 단열상태에서 고압으로 압축시켜 토출시키는 압축기(3) 및, 실외열교환기(40)를 내장하여 실외에 배치된 실외기(4)를 포함한다.

그리고, 상기 팽창기(1), 실내기(3), 압축기(3) 및 실외기(4)는 냉방 및 난방을 위한 냉매 순환 경로를 형성할 수 있도록 배관류 및 밸브류에 의해 연결된다.

특히, 상기 압축기(3)의 입구와 출구에는 각각 냉매흡입배관(91)과 냉매토출배관(92)이 연결 설치되며, 상기 냉매흡입배관(91)과 냉매토출배관(92)이 사방밸브(90)를 통해 실내기연결배관(28)과 실외기연결배관(48)에 연결된다. 그리고, 상기 실내기연결배관(28)은 실내기(2)에 연결되며, 상기 실외기연결배관(48)은 실외기(4)에 연결된다.

이와 같은 사방밸브(90)는 그 조작에 의해 실내기연결배관(28)과 냉매흡입배관(91)을 연결시키고 실외기연결배관(48)과 냉매토출배관(92)을 연결시킴으로써 실내기(2)에서 배출되어 냉매흡입배관(91)을 통해 흡입된 저온저압의 냉매가 고온고압의 냉매로 압축되어 냉매토출배관(92)을 통해 실외기(4)로 토출되거나, 실내기연결배관(28)과 냉매토출배관(92)을 연결시키고 실외기연결배관(48)과 냉매흡입배관(91)을 연결시킴으로써 실외기(4)에서 배출되어 냉매흡입배관(91)을 통해 흡입된 저온저압의 냉매가 고온고압의 냉매로 압축되어 냉매토출배관(92)을 통해 실내기(2)로 토출된다.

그리고, 상기 냉매흡입배관(91)과 냉매토출배관(92)에는 압축기(3)로 유입되는 냉매의 상태, 예컨대 냉매의 온도와 압력을 측정하기 위한 냉매흡입측 센서(91a)와 압축기(3)에서 토출되는 냉매의 상태, 예컨대 냉매의 온도와 압력을 측정하기 위한 냉매토출측 센서(92a)가 각각 설치된다.

본 실시예의 냉매사이클 시스템은 냉매흡입배관(91)과 냉매토출배관(92)을 연결시킴에 의하여 압축기(3)에서 토출된 고온고압의 냉매중 일부를 다시 압축기(3)로 유입시키도록 설치된 바이패스배관(6)을 가지며, 상기 바이패스배관(6)에는 냉매의 흐름을 개폐시키고 필요한 경우 냉매의 유량을 조절할 수 있도록 구성된 유량조절밸브(62)와, 냉매의 흐름을 냉매토출배관(92)에서 냉매흡입배관(91)으로만 허용하여 냉매가 냉매흡입배관(91)에서 냉매토출배관(92) 쪽으로 역류되는 것을 차단하기 위한 체크밸브(64)가 구비된다.

또한, 상기 냉매흡입배관(91)에 냉매흐름을 개폐시키고 필요한 경우 냉매의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(91a)가 설치되며, 상기 냉매토출배관(92)에 냉매흐름을 개폐시키고 필요한 경우 냉매의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(92a)가 설치된다.

또한, 본 실시예의 냉매사이클 시스템은 압축기(3)에서 발생된 고열을 저온냉매에 방출하도록 설치된 히트파이프(5)를 포함한다.

상기 히트파이프(5)는 제3실시예의 히트파이프와 동일한 구조를 가지며, 상기 히트파이프(5)의 응축부(54)는 냉매사이클을 따라 순환하는 저온 냉매와 간접 열교환하도록 설치되며, 보다 상세하게는 팽창기(1)에서 배출되어 실내기(2) 또는 실외기(4)로 유입되기 전의 저온 냉매와 간접 열교환되도록 설치되거나 실내기(2) 또는 실외기(4)에서 배출되어 압축기(3)로 유입되기 전의 저온 냉매와 간접 열교환되도록 설치될 수 있다. 또는, 상기 응축부(54)는 보조냉매흡입배관(94)을 통해 냉매흡입배관(91)으로 유입되는 냉매와 간접 열교환되도록 설치되거나, 고온냉매유입배관(97)의 냉매와 간접 열교환되도록 설치될 수 있다.

상기 압축기(3) 및 실내기(2)의 열교환기(20)는 제1실시예의 것과 동일한 구조를 가지므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이와 같은 구성을 갖는 제3실시예의 냉매사이클 시스템은 사용자의 선택에 의해 냉방 또는 난방이 수행된다.

먼저, 냉방을 선택한 경우, 사방밸브(90)는 실내기(2)에서 배출된 냉매가 압축기(3)로 유입되고 압축기(3)에서 토출된 냉매가 실외기(4)로 유입되도록 냉매유로를 제공한다. 그리고, 제2열교환회로(7")와 보조냉매흡입배관(94)을 연결시키는 개폐밸브(99b)가 폐쇄된다.

이와 같은 냉방의 경우, 냉매의 흐름 및 그 작용은 제1실시예와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하고자 한다.

다음에, 난방을 선택한 경우, 사방밸브(90)는 실외기(4)에서 배출된 냉매가압축기(3)로 유입되고 압축기(3)에서 토출된 냉매가 실내기(2)로 유입되도록 냉매유로를 제공한다. 그리고, 제1열교환회로(7')와 보조냉매흡입배관(94)을 연결시키는 개폐밸브(99a)가 폐쇄된다.

이와 같은 난방의 경우, 냉매의 흐름 및 그 작용은 제2실시예와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하고자 한다.

도4는 도3에 도시된 본 고안의 제3실시예에 대한 변형예를 나타내며, 제3 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고 다른 부분에 대하여만 설명한다. 또한, 이러한 변형예는 제1 및 제2실시예에도 적용 가능하다.

본 실시예의 팽창기는 냉매 경로에 대해 직렬 또는 병렬로 배치된 복수개의 팽창기(1A)(1B)로 구성되고, 실내기(2)는 냉매 경로에 대해 직렬 또는 병렬로 배치된 복수개의 실내열교환기(20A)(20B)를 포함하며, 압축기(3)는 냉매 경로에 대해 직렬 또는 병렬로 배치된 복수개의 압축기(3A)(3B)로 구성되며, 실외기(4)는 냉매 경로에 대해 직렬 또는 병렬로 배치된 복수개의 실외열교환기(40A)(40B)를 포함한다.

또한, 제1 및 제2열교환회로(7')(7")는 냉매 경로에 대해 직렬 또는 병렬로 배치된 복수개의 열교환기(70A)(70B)를 각각 포함하며, 제1 및 제2보조팽창기(8)는 냉매 경로에 대해 직렬 또는 병렬로 배치된 복수개의 보조팽창기(8A)(8B)로 구성된다.

이때, 상기 제1열교환회로(7')를 이루는 하우징(72)에는 실외기(4)에 연결된 열교환기(70A)가 수용된 부위에 냉매배출구(72b)가 형성되고 팽창기(1)에 연결된열교환기(70B)가 수용된 부위에 냉매흡입구(72a)가 형성된다. 또한, 제2열교환회로(7")를 이루는 하우징(72)에는 실내기(2)에 연결된 열교환기(70B)가 수용된 부위에 냉매배출구(72b)가 형성되고 팽창기(1)에 연결된 열교환기(70A)가 수용된 부위에 냉매흡입구(72a)가 형성된다. 물론, 이는 냉매유입구와 냉매배출구의 위치를 제한하고자 하는 취지는 아니며, 단지 예시를 보여준다.

이러한 구성으로 된 본 실시예의 냉매사이클 시스템은, 복수개로 된 구성요소들에 의해 냉매에 대한 열교환, 팽창 및 압축용량을 보다 증가시킬 수 있으며, 이는 냉매사이클 시스템의 용량증가가 용이할 뿐만 아니라 각각의 구성요소들에 대한 부하를 감소시킬 수 있어 바람직하다.

그리고, 제1보조팽창기(8')의 냉매 배출부에는 분배기(96)가 설치되어 제1열교환회로(7')의 제1 및 제2열교환기(70A)(7B)가 수용된 부위에 각각 냉매를 분배하거나 필요에 따라서는 선택적으로 냉매를 공급할 수 있도록 구성되어도 좋다. 또한, 이러한 구조는 제2보조팽창기(8")와 제2열교환회로(7")의 연결구조에도 적용될 수 있다.

상기와 같이 분배기(96)를 이용한 경우, 분배기(96)의 설정에 의한 냉매의 경로에 따라 보조팽창기(8')(8")에서 배출되어 열교환회로(7')(7")로 유입되는 냉매 온도 및 보조냉매흡입배관(94)으로 공급되는 냉매 온도를 변화시킴으로써 다양한 조건으로 냉매사이클 시스템을 운용하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 냉매사이클 시스템에 의하면, 압축기에서발생되어 대기로 방출되는 고열을 저온냉매에 공급함으로써 압축기가 고열에 의해 효율이 저하되거나 손상되는 것을 방지할 뿐만 아니라 폐열 회수에 의해 냉매사이클 시스템의 열효율을 향상시킬 수 있는 우수한 효과를 갖는다.

Claims (21)

1. 냉매가 팽창기, 실내열교환기를 갖는 실내기, 압축기 및 실외열교환기를 갖는 실외기를 거쳐 다시 팽창기로 공급되는 순환 경로를 따라 이동되면서 냉방영역인 실내의 온도를 하강시키도록 구성된 냉매사이클 시스템에 있어서,

   상기 압축기에서 토출된 냉매의 압력이 미리 설정된 기준 압력보다 낮을 때 압축기에서 토출된 냉매의 일부 또는 전부를 압축기에 다시 공급하여 압축시키며, 상기 압축기에서 발생된 열이 히트파이프의 내부에서 순환되는 열매체의 증발에 의해 흡수된 후 상기 팽창기에서 배출되어 압축기로 유입되기 전의 저온냉매에 응축에 의해 배출됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 압축기는, 밀폐된 내부 공간을 제공하는 케이스와, 흡입된 냉매를 압축시켜 토출시키도록 상기 케이스의 내부에 설치된 압축부와, 상기 압축부를 구동시키도록 상기 케이스의 내부에 설치된 구동부와, 상기 흡입파이프를 통해 압축부로 흡입되는 냉매의 상태를 감지하도록 설치된 센서 및 상기 센서에서 감지된 냉매의 상태에 따라 상기 압축부에서 토출되는 냉매의 일부가 압축부로 흡입되는 냉매와 혼합되도록 냉매를 바이패스시키며 밸브에 의해 개폐되는 바이패스유로를 포함함을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압축기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 실내열교환기는, 냉매가 흐르는 냉매배관과, 상기 냉매배관을 감싸도록 설치되고 잠열재가 충진된 잠열재배관을 포함하는 실내열교환기로 이루어짐을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 실내열교환기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가 직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 팽창기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가 직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 실외열교환기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가 직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
8. 냉매가 팽창기, 실외열교환기를 갖는 실외기, 압축기 및 실내열교환기를 갖는 실내기를 거쳐 다시 팽창기로 공급되는 순환 경로를 따라 이동되면서 난방영역인 실내의 온도를 하강시키도록 구성된 냉매사이클 시스템에 있어서,

   상기 압축기에서 토출된 냉매의 압력이 미리 설정된 기준 압력보다 낮을 때 압축기에서 토출된 냉매의 일부 또는 전부를 압축기에 다시 공급하여 압축시키며,상기 압축기에서 발생된 열이 히트파이프의 내부에서 순환되는 열매체의 증발에 의해 흡수된 후 상기 팽창기에서 배출되어 압축기로 유입되기 전의 저온냉매에 응축에 의해 배출됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 압축기는, 밀폐된 내부 공간을 제공하는 케이스와, 흡입된 냉매를 압축시켜 토출시키도록 상기 케이스의 내부에 설치된 압축부와, 상기 압축부를 구동시키도록 상기 케이스의 내부에 설치된 구동부와, 상기 흡입파이프를 통해 압축부로 흡입되는 냉매의 상태를 감지하도록 설치된 센서 및 상기 센서에서 감지된 냉매의 상태에 따라 상기 압축부에서 토출되는 냉매의 일부가 압축부로 흡입되는 냉매와 혼합되도록 냉매를 바이패스시키며 밸브에 의해 개폐되는 바이패스유로를 포함함을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 압축기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가 직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
11. 제8항에 있어서, 상기 실내열교환기는, 냉매가 흐르는 냉매배관과, 상기 냉매배관을 감싸도록 설치되고 잠열재가 충진된 잠열재배관을 포함하는 실내열교환기로 이루어짐을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
12. 제8항 또는 제11항에 있어서, 상기 실내열교환기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가 직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
13. 제8항에 있어서, 상기 팽창기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가 직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
14. 제8항에 있어서, 상기 실외열교환기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가 직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
15. 냉매가 팽창기, 실내열교환기를 갖는 실내기, 압축기 및 실외열교환기로 이루어지며, 냉매를 순환시킴에 의해 그 냉매의 상태변화를 이용하여 온도조절영역인 실내의 온도를 상승 또는 하강시키도록 된 공기조화기의 냉매사이클 시스템에 있어서,

    상기 압축기에서 토출된 냉매의 압력이 미리 설정된 기준 압력보다 낮을 때 압축기에서 토출된 냉매의 일부 또는 전부를 압축기에 다시 공급하여 압축시키며,상기 압축기에서 발생된 열이 히트파이프의 내부에서 순환되는 열매체의 증발에 의해 흡수된 후 상기 팽창기에서 배출되어 압축기로 유입되기 전의 저온냉매에 응축에 의해 배출됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 압축기는, 밀폐된 내부 공간을 제공하는 케이스와, 흡입된 냉매를 압축시켜 토출시키도록 상기 케이스의 내부에 설치된 압축부와, 상기 압축부를 구동시키도록 상기 케이스의 내부에 설치된 구동부와, 상기 흡입파이프를 통해 압축부로 흡입되는 냉매의 상태를 감지하도록 설치된 센서 및 상기 센서에서 감지된 냉매의 상태에 따라 상기 압축부에서 토출되는 냉매의 일부가 압축부로 흡입되는 냉매와 혼합되도록 냉매를 바이패스시키며 밸브에 의해 개폐되는 바이패스유로를 포함함을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 압축기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가 직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
18. 제15항에 있어서, 상기 실내열교환기는, 냉매가 흐르는 냉매배관과, 상기 냉매배관을 감싸도록 설치되고 잠열재가 충진된 잠열재배관을 포함하는 실내열교환기로 이루어짐을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
19. 제15항 또는 제18항에 있어서, 상기 실내열교환기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가 직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
20. 제15항에 있어서, 상기 팽창기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가 직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.
21. 제8항에 있어서, 상기 실외열교환기는 냉매의 흐름에 대하여 다수개가 직렬 또는 병렬 연결됨을 특징으로 하는 냉매사이클 시스템.