KR20080012815A - 공기 조화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 조화 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세히, 난방 과정에서 실외 열교환기 표면이 결빙되는 현상을 방지하기 위한 냉매 순환 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 공기 조화기 및 그 제어 방법에 의하여, 난방 운전 상태에서 실외 열교환기 표면이 결빙되는 현상이 미연에 방지되는 효과가 있다.

착상, 제상, 기액 분리기

Description

공기 조화 시스템{Air conditioning system}

본 발명은 공기 조화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 공기 조화기는 냉방 기능이 수행되는 에어컨과, 난방 기능이 수행되는 히트 펌프로 대별된다. 그리고, 최근에는 냉난방이 동시에 수행되는 겸용 냉난방기가 등장하게 되었다.

상세히, 난방 기능이 수행되는 히트 펌프의 경우 저온 저압의 냉매가 흐르는 실외 열교환기가 실외측에 설치된다. 따라서, 실외 온도가 낮은 겨울철에 실외 열교환기 외주면에 형성되는 응축수가 결빙되는 현상이 종종 발생하게 된다. 뿐만 아니라, 복수 개의 실내기가 연결되는 멀티형 공기 조화기의 경우, 정격 능력보다 높은 용량의 실내기가 조합될 수 있다. 그리고, 이러한 실내기가 연결되어 운전되는 경우, 실외 열교환기에 유입되는 냉매의 유량이 증가하게 된다. 이에 따라, 증발기 입구 온도가 결빙 온도 이하로 냉각되어, 실외 열교환기 표면이 착상되는 현상이 발생할 수 있다.

이러한 착상 현상을 방지하기 위하여, 난방 운전 도중 착상이 발생하게 되면 운전 모드를 전환하여 제상 과정이 수행되도록 한다. 즉, 냉방 운전 모드로 전환하 여 실외 열교환기 내부로 고온 고압의 냉매가 흐르도록 함으로써, 실외 열교환기 외주면에 착상된 얼음이 해빙되도록 한다.

그러나, 상기와 같이 착상이 이루어진 다음에 제상 운전이 수행되도록 하는 공기 조화 시스템의 경우 다음과 같은 문제점이 있다.

제상 운전이 중에, 해빙된 응축수가 실외 열교환기 표면을 따라 흘러내리는 과정에서 실외 온도가 낮음으로 인하여 실외 열교환기의 하측부에서 다시 결빙되는 문제가 발생한다. 그리고, 이러한 재 결빙 현상이 길어짐으로써, 실외 열교환기 하측에는 결빙이 누적되어, 제상 운전이 수행되더라도 완전한 제상이 이루어지지 못하는 문제점이 발생한다. 따라서, 난방 운전이 다시 수행되더라도 실외 열교환기의 열교환 효율이 감소됨으로 인하여, 전체적인 난방 효율이 저감되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 실외 열교환기의 하측에 형성되는 결빙에 의하여 배관 온도 센서에서 정확한 냉매의 온도를 감지할 수 없게 되는 단점이 있다.

또한, 난방 운전만 수행되는 공기 조화기의 경우, 실외 열교환기 표면이 착상되면, 히터와 같은 별도의 가열 부재에 의하여 제상이 수행되도록 하여야 하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 난방 운전이 수행되는 과정에서 실외 열교환기에 착상이 일어나기 전에 이를 감지하여 제상 과정이 수행되도록 함으로써, 실외 열교환기의 제상 현상을 미연에 방지할 수 있는 공기 조화기 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템에는, 실내 열교환기 입구측과 실외 열교환기 입구측에 연결되어, 착상 방지 운전시 상기 실내 열교환기의 입구측의 일부 냉매를 상기 실외 열교환기의 입구측으로 유입시키는 바이패스 관; 팽창 부재의 출구측과 상기 실외 열교환기의 출구측에 연결되어, 착상 방지 운전시 상기 팽창부재에서 토출된 냉매를 상기 실외 열교환기의 출구측으로 유입시키는 유로 전환 파이프; 상기 바이패스 관의 어느 지점에 제공되는 압력 조절기; 및 상기 바이패스 관의 입구에 제공되는 바이패스 밸브가 포함된다.

상기된 바와 같은 본 발명에 따른 공기 조화기 및 그 제어 방법에 의하여, 난방 운전 상태에서 실외 열교환기 표면이 결빙되는 현상이 미연에 방지되는 효과가 있다.

또한, 실외 열교환기의 표면이 착상되는 현상이 미연에 방지됨으로써, 냉매 배관의 온도가 정확하게 감지되어, 전체적인 난방 효율이 최적 상태로 유지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 공기 조화기 및 그 제어 방법에 의하여, 제상 운전을 별도로 수행할 필요가 없으므로, 제상 운전 과정에서 실내 온도가 저하되는 현상이 제거되는 효과가 있다.

또한, 냉방 운전과 난방 운전의 전환이 불가능한 단일 히트 펌프의 경우에도, 별도의 제상용 가열 부재가 필요 없게 되는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시예에 제한된다고 할 수 없으며, 또다른 구성 요소의 추가, 변경, 삭제 등에 의해서, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 사상에 따른 공기 조화 시스템을 보여주는 냉매 순환도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 공기 조화 시스템(10)은 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(11)와, 난방 과정에서 상기 압축기(11)를 통과한 고온 고압의 냉매가 응축되는 실내 열교환기(13)와, 상기 실내 열교환기(13)를 통과한 냉매가 저온 저압으로 팽창되도록 하는 팽창 부재(14)와, 상기 팽창 부재(14)를 통과한 냉매가 실외 공기와 열교환되어 증발되는 실외 열교환기(15)와, 상기 실외 열교환기(15)를 통과한 냉매가 액체와 기체로 분리되는 기액 분리기(16)가 포함된다.

또한, 상기 압축기(11)를 통과한 냉매가, 난방 과정에서는 실내 열교환기(13)로 이동하고, 냉방 과정에서는 실외 열교환기(15)로 이동하도록 냉매의 흐름 방향을 전환하는 사방 밸브(12)가 압축기(11)의 출구 측에 제공된다. 그리고, 상기 기액 분리기(16) 내부에는 히터(17)가 장착되어, 제상이 필요한 경우 온 되어 압축기(11) 입구에서의 냉매 온도가 증가되도록 한다.

또한, 상기 실내 열교환기(13) 입구 측으로부터 바이패스관(19)이 연장되고, 상기 바이패스 관(19)은 상기 실외 열교환기(15) 입구측에 연결된다.

상세히, 상기 실외 열교환기(15)의 온도가 결빙 온도에 가까운 온도로 하강하는 경우, 착상을 방지하기 위하여 실내 열교환기(13) 입구 측으로 유입되는 냉매의 일부가 상기 바이패스 관(19)을 통하여 바이패스 되도록 한다. 이하에서는, 이러한 냉매의 흐름 제어를 착상 방지 운전이라고 칭한다.

한편, 상기 착상 방지 운전에 의하여 바이패스된 냉매는 상기 실외 열교환기(15)로 유입되도록 한다. 더욱 상세히, 상기 바이패스 관(19)의 입구측에는 바이패스 밸브(20)가 설치되어, 바이패스 관(19)을 개폐한다. 즉, 실외 열교환기(15)의 온도가 설정 온도 이하로 감소하면, 상기 바이패스 관(19)이 개방되어, 실내 열교환기(13) 입구로 유입되는 냉매의 일부가 실외 열교환기(15) 입구 측으로 바이패스되도록 한다. 그리고, 상기 바이패스 밸브(20)의 후방, 즉 상기 실외 열교환기(15)와 바이패스 밸브(20) 사이에는 압력 조절기(21)가 설치된다. 따라서, 상기 압축기(11)를 통과한 고온 고압의 냉매가 상기 실외 열교환기(15) 입구 압력으로 감소되도록 한다.

또한, 상기 공기 조화 시스템(10)에는, 상기 팽창 부재(14)의 출구 측과 상기 실외 열교환기(15)의 출구 측을 연결하는 유로 전환 파이프(22)가 구비된다. 그리고, 상기 유로 전환 파이프(22)가 분지되는 지점에는 삼방 밸브(23)가 제공된다. 따라서, 정상 난방 운전 과정에서는 상기 삼방 밸브(23)의 작동에 의하여, 상기 팽창 부재(14)를 통과한 냉매 전부가 상기 실외 열교환기(15)로 유입되도록 한다. 반대로, 착상 방지 운전 과정에서는 상기 팽창 부재(14)를 통과한 냉매는 상기 삼방 밸브(23)의 작동에 의하여 실외 열교환기(15) 출구 쪽으로 흐르도록 제어된다. 상기에서 바람직한 예로서 삼방 밸브(23)가 제시되었으나, 이에 한정되지 않고, 상기 유로 전환 파이프(22)와, 상기 팽창 부재(14)와 실외 열교환기(15)를 연결하는 파이프에 각각 개폐 밸브가 장착되도록 하여, 동일한 목적을 달성할 수도 있을 것이다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 이루는 공기 조화 시스템에 있어서, 정상 난방 운전과 착상 방지 운전에 따른 냉매의 흐름에 대하여 설명한다.

먼저, 정상 난방 운전이 시작되면, 상기 압축기(11)에 의하여 고온 고압으로 압축된 냉매는 상기 사방 밸브(12)에 의하여 상기 실내 열교환기(13)로 유입된다. 그리고, 상기 실내 열교환기(13)로 유입된 냉매는 상기 팽창 부재(14)와 실외 열교환기(15) 및 상기 기액 분리기(17)를 통하여 상기 압축기(11)로 재유입되는 순환 과정이 수행된다.

한편, 상기 실외 열교환기(15)의 온도가 설정 온도 이하로 내려가면, 착상 방지 운전이 수행된다.

상세히, 착상 방지 운전이 시작되면 상기 바이패스 밸브(20)가 개방된다. 그리고, 상기 압축기(11)를 통과하여 실내 열교환기(13)로 유입되는 냉매의 일부는 상기 바이패스 관(19)을 따라 흐르게 된다. 그리고, 상기 바이패스 되는 냉매는 상기 압력 조절기(14)를 통과하면서 압력이 실외 열교환기(15) 입구 압력으로 강하된다.

한편, 상기 바이패스 관(19)으로 바이패스되지 않은 냉매는 상기 실내 열교환기(13) 및 팽창 부재(14)를 통과하면서 온도와 압력이 실외 열교환기(15) 입구 온도와 압력으로 강하된다. 여기서, 착상 방지 운전이 시작되면, 상기 삼방 밸브(23)의 작동에 의하여, 상기 팽창 부재(14)를 통과한 냉매가 상기 유로 전환 파이프(22)로 흐르게 된다. 즉, 상기 실외 열교환기(15) 쪽으로는 바이패스된 냉매만 흐르게 된다. 여기서, 상기 실외 열교환기(15) 쪽으로 흐르는 냉매의 온도는 상기 팽창 부재(14)를 통과한 냉매의 온도보다 높은 상태이므로, 실외 열교환기(15)의 배관 온도가 난방 운전 과정에 비하여 높은 상태를 유지하게 된다. 즉, 실외 열교환기(15)의 배관 온도가 상승하게 되어, 실외 열교환기(15) 표면이 착상되는 현상이 방지된다.

또한, 상기 유로 전환 파이프(22)로 흐르는 냉매는 상기 실외 열교환기(15)의 출구쪽으로 흘러, 상기 바이패스된 냉매와 합쳐지게 된다. 그리고, 합쳐진 냉매는 상기 사방 밸브(12)를 통과하여 상기 기액 분리기(16)로 유입된다.

여기서, 착상 방지 운전이 시작되면 상기 기액 분리기(16) 내부에 설치된 히터(17)가 작동하게 된다. 따라서, 상기 기액 분리기(16)로 유입된 냉매는 상기 히 터(17)의 작동에 의하여 압축기(11) 입구 온도까지 상승하게 된다. 즉, 상기 히터(17)의 작동에 의하여, 압축기(11) 입구가 과열 상태를 유지하게 된다.

한편, 상기와 같은 착상 방지 운전 과정이 수행되어, 상기 실외 열교환기(15)의 배관 온도가 설정 온도, 즉 정상 상태의 온도로 상승하게 되면 상기 히터(17)의 동작이 중지된다. 그리고, 상기 바이패스 관(20)이 폐쇄됨과 동시에, 상기 삼방 밸브(23)에 의하여, 냉매의 흐름이 정상 상태로 전환된다. 다시 말하면, 상기 유로 전환 파이프(22)로 냉매 공급이 중단되고, 상기 팽창 부재(14)를 통과한 냉매 전부가 상기 실외 열교환기(15)로 유입되도록 한다.

상기와 같은 냉매 시스템에 의하여, 난방 운전과 동시에 착상 방지 운전이 수행 가능하므로, 난방 효율의 저하가 방지되는 장점이 있다.

도 2는 본 발명의 사상에 따른 공기 조화 시스템에서 이루어지는 냉매의 상변화를 보여주는 P-H 선도이다.

도 2를 참조하면, 정상 난방 운전 과정에서 냉매는 ①→②→⑤→⑥ 과정을 거치면서 상변화하게 된다.

한편, 착상 방지 운전이 수행되면 압축기(11)를 통과한 냉매 중 실내 열교환기(13)로 유입되는 냉매는 ②→⑤ 과정을 거치면서 온도가 하강하게 된다. 반면, 상기 바이패스 관(19)를 통하여 바이패스된 냉매는 압력 조절기(18)에 의하여 ②→③ 과정을 거치면서 압력이 실외 열교환기(15) 입구 압력으로 강하된다.

또한, 상기 바이패스된 냉매는 실외 열교환기(15)를 통과하면서 ③→④ 과정을 거치게 된다. 여기서, 상기 바이패스된 냉매가 실외 열교환기(15)를 통과하면서 실외 열교환기(15)의 배관 온도가 상승하게 된다. 뿐만 아니라, 실외 열교환기(15) 표면이 착상된 경우, 바이패스 냉매에 의하여 제상된다.

한편, 상기 실내 열교환기(13)를 통과하는 냉매는 상기 팽창 부재(14)를 통과하면서 ⑤→⑥ 과정을 거치게 된다. 그리고, 상기 실외 열교환기(15) 출구에서 바이패스된 냉매와 팽창 부재(14)를 통과한 냉매가 합쳐지게 된다. 상세히, 냉매 혼합 과정에서, 상기 실외 열교환기(15)를 통과한 냉매는 ④→⑦ 과정을 거치면서 온도가 하강하게 되고, 상기 팽창 부재(14)를 통과한 냉매는 ⑥→⑦ 과정을 거치면서 온도가 상승하게 된다.

한편, 상기 실외 열교환기(15) 출구에서 합쳐진 냉매는 상기 기액 분리기(16) 내부로 유입되고, 상기 히터(17)에 의하여 가열된다. 즉, 혼합 냉매는 상기 기액 분리기(16) 내부에서 과열되어, ⑦→① 과정을 거치게 된다. 그리고, 상기 사방 밸브(14)에 의하여 압축기(11) 입구로 흘러 들어가게 된다.

상기와 같은 냉매 시스템에 의하여, 제상 운전 또는 착상 방지 운전을 위하여 난방 운전이 중지될 필요가 없을 뿐 아니라, 착상 이전에 실외 열교환기(15)의 온도가 상승하도록 함으로써, 착상이 미연에 방지되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 사상에 따른 공기 조화 시스템을 보여주는 냉매 순환도.

도 2는 본 발명의 사상에 따른 공기 조화 시스템에서 이루어지는 냉매의 상변화를 보여주는 P-H 선도.

Claims (6)

1. 실내 열교환기 입구측과 실외 열교환기 입구측에 연결되어, 착상 방지 운전시 상기 실내 열교환기의 입구측의 일부 냉매를 상기 실외 열교환기의 입구측으로 유입시키는 바이패스 관;

   팽창 부재의 출구측과 상기 실외 열교환기의 출구측에 연결되어, 착상 방지 운전시 상기 팽창부재에서 토출된 냉매를 상기 실외 열교환기의 출구측으로 유입시키는 유로 전환 파이프;

   상기 바이패스 관의 어느 지점에 제공되는 압력 조절기; 및

   상기 바이패스 관의 입구에 제공되는 바이패스 밸브가 포함되는 공기 조화 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유로 전환 파이프와 상기 실외 열교환기 입구측으로 냉매가 선택적으로 흐르도록 제어하는 밸브 부재가 더 포함되는 공기 조화 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 밸브 부재에는 삼방 밸브가 포함되는 공기 조화 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 실외 열교환기를 통과한 냉매가 상분리되어 압축기로 유입되도록 하는 기액분리기가 더 포함되고,

   상기 기액 분리기의 내부에는 냉매를 가열하는 가열 부재가 설치되는 공기 조화 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 가열 부재는 제상 운전시 가동되는 공기 조화 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 실외 열교환기 온도가 설정 온도 이하로 떨어지면 착상 방지 운전이 시작되고,

   상기 설정 온도는 적어도 착상 온도 이상인 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.

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