KR20080020771A - 수냉식 공기조화기 - Google Patents

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KR20080020771A
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김창율
박일웅
천만호
우형석
신수연
김용택
백승철
류성록
이동혁
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Abstract

본 발명은 압축기로부터 압축되어 고온 고압 상태인 냉매의 일부를 제2열교환기로 안내하여 제2열교환기 내부를 가열하는 냉매우회수단이 구비되는 수냉식 공기조화기에 관한 것이다.
본 발명에 의한 수냉식 공기조화기는, 실내 공기와 냉매를 열교환하는 제1열교환기(120)와, 냉매를 압축하는 압축기(210)와, 물과 냉매를 열교환하는 판형상의 제2열교환기(290)와, 난방시 상기 압축기(210)에서 압축되어 토출된 냉매 중 일부를 제2열교환기(290)로 안내하는 냉매우회수단(300)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 그리고, 상기 냉매우회수단(300)은, 냉매 유동 방향을 안내하는 냉매우회관(320)과, 상기 냉매우회관(320)을 선택적으로 차폐하는 우회차단밸브(340)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의하면, 결빙으로 인한 제2열교환기의 파손이 미연에 방지되는 이점이 있다.
수냉식, 공기조화기, 제2열교환기, 결빙, 냉매우회관

Description

수냉식 공기조화기 { Water Cooling Type Air Conditioner }
도 1 은 종래 기술에 의한 수냉식 공기조화기의 구성을 보인 부분 절개도.
도 2 는 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기가 건물에 설치된 상태를 보인 조감도.
도 3 은 본 발명의 일실시예가 채용된 일체형 수냉식 공기조화기가 작동시 건물 내부의 공기 및 물의 유동을 보인 흐름도.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예가 채용된 멀티형 수냉식 공기조화기가 건물에 설치된 상태를 보인 조감도.
도 5 는 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기에서 요부를 구성하는 실외측의 외관을 보인 사시도.
도 6 은 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기에서 요부를 구성하는 실외측의 내부 구성을 보인 분해 사시도.
도 7 은 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기가 냉방 운전시 냉매 및 물의 흐름을 보인 구성도.
도 8 은 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기의 일구성인 냉매우회수단이 작동시의 냉매 흐름을 보인 구성도.
도 9 는 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기가 난방 운전시 냉매 및 물의 흐 름을 보인 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100. 실내측 110. 실내팬
120. 제1열교환기 130. 냉매관
132. 공통액관 134. 공통기관
200. 실외측 202. 수로
202'. 입수로 202". 출수로
204. 탑커버 204'. 보강빔
205. 전면판넬 206. 서비스판넬
207. 후면판넬 208. 측면판넬
208'. 방열구멍 209. 베이스팬
210. 압축기 212. 정속압축기
214. 인버터압축기 215. 냉매분사기
216. 균유관 217. 압축기토출온도센서
218. 오일분리기 219. 오일회수관
232. 체크밸브 240. 4방향밸브
240'. 고압센서 242. 4방입구포트
244. 4방1출구포트 246. 4방2출구포트
248. 4방3출구포트 250. 핫가스관
252. 핫가스밸브 260. 과냉각기
262. 실외액관 264. 역이송관
266. 과냉각팽창밸브 270. 어큐뮬레이터
272. 흡입배관온도센서 274. 저압센서
280. 컨트롤박스 282. 컨트롤커버
284. 방열부 290. 제2열교환기
292. 입수관 293. 출수관
294. 냉매입관 295. 냉매출관
296. 실외온도센서 298. 열교환기지지대
300. 냉매우회수단 320. 냉매우회관
340. 우회차단밸브 B . 건물
C . 냉각탑 D . 덕트
H . 흡입구 R . 실내공간
S . 밀폐공간
본 발명은 수냉식 공기조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기로부터 압축되어 고온 고압 상태인 냉매의 일부를 제2열교환기로 안내하여 제2열교환기 내부가 가열되도록 하는 냉매우회수단을 더 구비하여 제2열교환기의 파손이 미연에 방지되도록 하는 수냉식 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화기는 실내의 더운 공기를 흡입하여 저온의 냉매로 열교환한 후 이를 실내로 토출하는 반복작용에 의해 실내를 냉방시키거나 또는 반대작용에 의해 실내를 난방시키는 냉/난방 시스템으로서, 압축기-응축기-팽창밸브-증발기로 이루어져 일련의 냉매 사이클을 형성하는 기기이다.
근래에는 삶의 질 향상과 고객의 요구에 부응하여 냉난방 외에 실내의 오염된 공기를 흡입하여 필터링한 후 청정공기로 만들어 실내로 재투입하는 공기정화기능과, 다습한 공기를 건습공기로 만들어 실내로 재투입하는 제습기능 등 여러 가지 부가적인 기능을 겸하고 있다.
공기조화기는 주로 실외에 설치되는 실외측('실외측' 또는 '방열측'이라 칭하기도 함)와, 주로 건물 내부에 설치되는 실내측('실내측' 또는 '흡열측'이라 칭하기도 함)로 나뉘어지는데, 상기 실외측에는 응축기(제2열교환기)와 압축기가 설치되고, 상기 실내측에는 증발기(제1열교환기)가 설치된다.
그리고 공기조화기는 실외측과 실내측이 각각 분리되어 설치되는 분리형 공기조화기와, 실외측과 실내측이 일체로 설치되는 일체형 공기조화기로 크게 나눌 수 있으며, 설치공간이나 소음등을 고려하여 분리형 공기조화기가 선호되고 있는 추세이다.
또한, 실내 공기를 조화시에 과다하게 발생되는 전력 소비량을 감소시키기 위한 대안으로 수냉식 공기조화기가 선호되고 있으며, 활발한 연구 개발이 진행되고 있다.
수냉식 공기조화기는 냉매가 실외공기에 의해 공냉되는 일반적인 공기조화기 의 응축기(제2열교환기)와는 달리 물에 의해 수냉되도록 한 것으로, 제2열교환기 내부로 물과 냉매가 섞이지 않은 상태로 경유하도록 구성한 것이다.
이하에서는 종래 기술에 의한 수냉식 공기조화기의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 1에는 종래 기술에 의한 수냉식 공기조화기의 구성을 보인 부분 절개도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 수냉식 공기조화기는 세로로 긴 직육면체 형상을 가지는 본체(10)에 의해 외관이 형성되며, 상기 본체(10) 내부에는 압축기(11), 수냉식 응축기(12), 증발기(미도시), 그리고 팽창장치(미도시)가 냉매관(미도시)으로 연결되어 하나의 폐회로를 형성하여 이루어진다.
상기 수냉식 응축기(12)는 외부로부터 물을 공급받아서 냉매를 응축시킬 수 있도록 구성된 것으로, 이중관을 나선형으로 말아 중앙부가 빈 원기둥 모양의 외관을 가진다.
그리고, 상기 수냉식 응축기(12) 우측 외면에는 물이 내부로 유입된 후 경유하여 배수될 수 있도록 입수관(14) 및 출수관(16)이 연통되게 연결된다.
상기 입수관(14)과 출수관(16)은 도시되진 않았지만 냉각탑의 내부와 연통되어 상기 수냉식 응축기(12)와 냉각탑 사이의 물 순환을 안내하게 된다.
따라서, 상기 수냉식 응축기(12) 내부로 물과 냉매가 서로 분리된 상태로 유동하게 되면 상기 수냉식 응축기(12)는 물과 냉매를 서로 열교환할 수 있게 된다.
상기 압축기(11)는 냉매를 고온 고압의 기체 상태로 압축하는 역할을 수행하 는 것으로, 내부는 상기 수냉식 응축기(12)와 연통된다. 따라서, 상기 압축기(11)에서 압축된 냉매는 수냉식 응축기(12)로 안내되며, 물과 열교환하게 된다.
상기한 수냉식 응축기(12)의 구성을 제외한 다른 구성요소는 일반적인 공냉식 공기조화기의 구성과 동일하므로 별도의 상세한 설명은 생략한다.
그러나, 상기와 같은 구성을 가지는 수냉식 공기조화기에는 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 상기 수냉식 응축기(12) 내부에는 전술한 바와 같이 물과 냉매가 서로 교차되도록 유입된다. 따라서, 동절기에 수냉식 공기조화기를 가동하지 않을 경우 물이 결빙되는 문제점이 있다.
또한, 물이 결빙되면 공기조화기를 작동시키더라도 열교환이 이루어지지 않아 실내 공기의 조화가 불가능하므로, 제품 불만이 야기되는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 물의 결빙으로 인하여 수냉식 응축기(12)가 파손되면 막대한 수리 비용이 발생되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 압축기로부터 압축되어 고온 고압 상태인 냉매의 일부를 제2열교환기로 안내하여 제2열교환기 내부를 가열하는 냉매우회수단을 구비함으로써 제2열교환기의 결빙이 방지되도록 하는 수냉식 공기조화기를 제공하는 것에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기 는, 실내 공기와 냉매를 열교환하는 제1열교환기와, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매와 물을 열교환하는 판형상의 제2열교환기와, 난방시 상기 압축기에서 압축되어 토출된 냉매 중 일부를 제2열교환기로 안내하는 냉매우회수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 냉매우회수단은, 냉매 유동 방향을 안내하는 냉매우회관과, 상기 냉매우회관을 선택적으로 차폐하는 우회차단밸브를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 냉매우회관의 양단부는, 상기 제2열교환기의 냉매 입구측과 상기 압축기의 출구측에 각각 연통되도록 연결됨을 특징으로 한다.
상기 냉매우회관의 일단부는, 액냉매를 걸러내는 어큐뮬레이터의 입구측으로 냉매 유동을 안내하는 핫가스관의 일측에 연결됨을 특징으로 한다.
상기 제2열교환기의 일측에는, 상기 제2열교환기 내부를 경유하는 물의 온도를 측정하는 실외온도센서가 구비됨을 특징으로 한다.
상기 우회차단밸브는 상기 실외온도센서가 측정한 측정온도가 설정온도 이하일 때 상기 냉매우회관을 개방함을 특징으로 한다.
상기 설정온도는 0℃ 임을 특징으로 한다.
상기 압축기는 부하용량에 따라 회전수가 조절되는 인버터압축기임을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 결빙으로 인한 제2열교환기의 파손이 미연에 방지되는 이점이 있다.
이하 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하 여 상세히 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기가 건물에 설치된 상태를 보인 조감도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일실시예가 채용된 일체형 수냉식 공기조화기가 작동시 건물 내부의 공기 및 물의 유동을 보인 흐름도가 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 수냉식 공기조화기는 건물(B)의 내부 일측에 형성된 밀폐공간(S) 내부에 설치된다. 상기 밀폐공간(S)은 건물(B) 외부와는 밀폐되고, 천장에 천공된 흡입구(H)에 의해 실내공간(R)과 연통되어 실내 공기를 흡입 가능하게 된다.
그리고, 상기 실내공간(R)에는 수냉식 공기조화기에 의해 열교환된 공기가 실내로 토출되도록 안내하는 덕트(D)가 연결된다. 즉, 상기 수냉식 공기조화기는 실내 공기를 흡입하여 열교환 한 후 다시 실내공간(R)으로 토출하는 실내측(100)과, 상기 실내측(100)과 냉매관(도 4의 도면부호 130)으로 연결되고, 상기 냉매관(130)을 통해 유입된 냉매를 물과 열교환하는 실외측(200)을 포함하여 구성되며, 상기 덕트(D)는 실내측(100)과 실내공간(R)을 연통시키게 된다.
그리고, 상기 실외측(200)에는 압축기(210) 및 어큐뮬레이터(도 6의 도면부호 270) 그리고 제2열교환기(290)와 실외전자밸브(도 7의 도면부호 234, LEV:linear expansion valve) 등이 구비되고, 실내측(100)에는 제1열교환기(120)와 팽창밸브(미도시) 등이 구비된다.
따라서, 상기 수냉식 공기조화기가 작동하게 되면 실내공간(R)의 공기는 흡 입구(H)를 통해 천장으로 유입되며, 천장을 따라 유동한 공기는 상기 실내측(100) 내부로 유입될 수 있게 된다.
이러한 실내 공기의 순환을 위해 상기 실내측(100) 내부에는 공기 유동을 발생하는 실내팬(110)이 구비되며, 상기 실내팬(110) 하측에는 상기 제1열교환기(120)가 경사지게 설치된다.
상기 제1열교환기(120)는 내부를 경유하는 냉매를 이용하여 실내 공기를 열교환하는 것으로, 아래에서 상세하게 설명하게 될 제2열교환기(290)와 냉매관(130)으로 연결된다.
상기 냉매관(130)은 냉매가 실내측(100)과 실외측(200) 사이를 순환할 수 있도록 하는 것으로, 상기 실외측(200)과 실내측(100) 사이에는 액체상태의 냉매가 흐르는 단일 배관인 공통액관(도 7의 도면부호 132)과, 기체냉매가 흐르는 단일배관인 공통기관(도 7의 도면부호 134)이 구비된다.
즉, 상기 공통액관(132)은 제2열교환기(290)와 제1열교환기(120)가 연통되도록 연결되며, 상기 공통기관(134)은 압축기(210)와 제1열교환기(120)가 연통되도록 연결된다.
상기 실내측(100)은 수냉식 공기조화기를 일체형 또는 분리형으로 구성함에 따라 설치되는 위치에 차이는 있으나 그 내부 구성은 일반적인 실내기(미도시)의 구성과 비교할 때 큰 차이가 없으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 실내측(100)의 하측에는 실외측(200)이 구비된다. 상기 실외측(200)은 본 발명의 요부 구성으로서 내부에는 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(210) 와, 상기 압축기(210)로부터 유입된 냉매와 건물(B) 옥상에 설치된 냉각탑(C)으로부터 유입된 물이 내부를 경유하도록 하여 물과 냉매를 열교환하는 제2열교환기(290)가 구비된다.
즉, 상기 제2열교환기(290)에는 상기 냉각탑(C) 내부와 연통되는 수로(202)가 설치되며, 상기 수로(202)는 냉각탑(C)으로부터 보내진 물이 제2열교환기(290)로 유입되도록 안내하는 입수로(202')와, 상기 제2열교환기(290) 내부를 경유하면서 냉매와 열교환된 물이 다시 냉각탑(C) 내부로 유입되도록 안내하는 출수로(202")를 포함하여 구성된다.
이하에서는 도 4를 참조하여 상기 수냉식 공기조화기가 멀티형으로 적용시 설치된 모습을 살펴보기로 한다. 도 4에는 본 발명의 다른 실시예가 채용된 멀티형 수냉식 공기조화기가 건물에 설치된 상태를 보인 조감도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 수냉식 공기조화기가 멀티형으로 적용시에 상기 실내측(100)과 실외측(200)은 서로 분리되며 냉매관(130)에 의해 연결된다. 즉, 상기 실내측(100)은 실내공간(R)의 천장에 설치되고, 실외측(200)은 상기한 밀폐공간(S) 내부에 설치되며, 상기 실외측(200)과 실내측(100)은 냉매관(130)에 의해 연결되어 냉매가 순환함으로써 실내공간(R)의 공기를 열교환하게 된다.
그리고, 상기 실내측(100) 내부에는 도시되진 않았지만 실내 공기가 냉매와 열교환되도록 하는 제1열교환기가 구비되며, 상기 제1열교환기에 의해 열교환된 공기가 다시 실내공간(R)으로 토출될 수 있도록 실내팬(110)이 더 구비됨이 일반적이다.
또한, 앞서 설명한 일체형 수냉식 공기조화기와 마찬가지로 멀티형 수냉식 공기조화기에는 물과 냉매를 서로 열교환시키는 제2열교환기가 구비되며, 상기 제2열교환기 내부를 경유하는 냉매와 물의 순환은 멀티/일체형과 상관없이 동일하므로 여타 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 상기한 실외측(200)의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5에는 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기에서 요부를 구성하는 실외측의 외관을 보인 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기에서 요부를 구성하는 실외측의 내부 구성을 보인 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 7에는 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기가 냉방 운전시 냉매 및 물의 흐름을 보인 구성도가 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 상기 실외측(200)은 세로로 긴 직육면체 형상을 가지며, 상기 실내측(100)과 실외측(200)을 구획하는 탑커버(204)와, 전면과 후면 외관을 각각 형성하는 전면판넬(205)과 후면판넬(207), 그리고, 좌/우측면 외관을 형성하는 측면판넬(208) 및 다수개 부품을 지지하는 베이스팬(209)에 의해 외관이 형성된다.
상기 탑커버(204)는 실외측(200)의 상단부에 위치하여 실내측(100) 내부를 경유하는 공기가 실외측(200)으로 유입되지 않도록 하는 것으로, 어떠한 구멍도 형성되지 않은 사각판 모양을 가진다.
그리고, 상기 탑커버(204)는 상측에 구비되는 실내측(100)을 지지하는 역할 도 동시에 수행한다. 따라서, 상기 탑커버(204)의 하면 테두리에는 탑커버(204)의 강도를 보강하기 위한 보강빔(204')이 더 구비된다.
상기 탑커버(204)의 선단 하측에는 전면판넬(205)이 직립되게 설치된다. 상기 전면판넬(205)의 중앙부 좌측과 하부 좌/우측에는 서비스판넬(206)이 형성된다. 상기 서비스판넬(206)은 상기 실외측(200)에 설치된 부품에 이상이 발생되어 서비스가 요구될 때 실외측(200) 내부가 외부로 개방되도록 하는 것으로, 1면을 제외한 나머지 3면이 슬릿(slit) 가공된다.
따라서, 상기 서비스판넬(206)이 슬릿되지 않은 면을 기준으로 회동하게 되면 상기 실외측(200) 내부는 외부와 연통되어 서비스 수행이 가능하게 된다.
상기 전면판넬(205)의 후면 좌/우측단에는 측면판넬(208)의 선단이 접촉하도록 구비되며, 상기 측면판넬(208)의 상부에는 상기 압축기(210)가 작동시에 발생하는 열이 실외측(200) 외부로 빠져나갈 수 있도록 절제된 방열구멍(208')이 다수개 천공된다.
그리고, 도시되진 않았지만 상기 탑커버(204), 전면판넬(205), 후면판넬(207) 및 측면판넬(208)의 일측에는 전술한 공통기관(134) 및 공통액관(132)이 실내측(100)으로 연결될 수 있도록 천공된 연결구멍이 형성되어 질 수도 있음은 자명하다.
상기 전면판넬(205), 후면판넬(207) 및 측면판넬(208)의 하단부에는 베이스팬(209)이 구비된다. 상기 베이스팬(209)은 다수개 부품의 하중을 지지하는 것으로, 상기 베이스팬(209)의 상면 중앙부에는 압축기(210)가 구비된다.
상기 압축기(210)는 냉매를 압축하여 고온 고압이 되도록 하는 것으로, 좌/우에 각각 구비된다. 보다 상세하게는 상기 압축기(210)는 상대적으로 우측에 설치되어 정속운전을 하는 정속압축기(212)와, 상기 정속압축기(212)의 좌측에 설치되고 속도 가변이 가능한 가변속 열펌프(Variable Speed Heat Pump)인 인버터압축기(214)를 포함하여 구성된다.
상기 압축기(210)의 입구측에는 냉매분사기(215)가 설치된다. 상기 냉매분사기(215)는 상기 압축기(210)가 운전상황에 따라 과열되는 경우 냉매를 공급하여 소손을 방지하는 것으로, 여기에 사용되는 냉매는 상기 제2열교환기(290)로부터 배출되는 냉매가 사용되도록 구성됨이 바람직하다.
그리고 상기 정속압축기(212)와 인버터압축기(214) 사이에는 균유관(216)이 설치되어 정속압축기(212)와 인버터압축기(214)가 서로 연통되도록 한다. 따라서, 어느 일측의 압축기(212,214)에서 급유부족이 발생하면, 다른 압축기로부터 보충되도록 하여 유량부족에 의한 압축기(210)의 소손을 방지한다.
상기 압축기(210)로는 소음이 작고 효율이 뛰어난 스크롤압축기가 사용되며, 특히 상기 인버터압축기(214)는 부하용량에 따라 회전수가 조절되는 인버터 스크롤 압축기이다.
따라서, 상기 압축기(210)에 가해지는 부하가 적은 경우에는 먼저 상기 인버터압축기(214)가 가동되며, 점차 부하용량이 증가하여 인버터압축기(214)만으로 감당할 수 없는 경우에는 비로소 상기 정속압축기(212)가 가동된다.
상기 압축기(210)의 출구 측에는 압축기(210)로부터 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 압축기토출온도센서(217) 및 오일분리기(218)가 각각 구비된다. 상기 오일분리기(218)는 압축기(210)로부터 배출되는 냉매속에 섞여 있는 오일을 걸러내어 압축기(210)로 회수되도록 한다.
즉 상기 압축기(210)의 구동시 발생되는 마찰열을 냉각시키기 위해 사용되는 오일(oil)이 냉매와 더불어 상기 압축기(210)의 출구로 배출되는데, 이러한 냉매속의 오일을 상기 오일분리기(218)에서 분리하여 오일회수관(219)을 통해 압축기(210)로 되돌려 보내는 것이다.
그리고 상기 오일분리기(218)의 출구측에는 체크밸브(232)가 더 설치된다. 상기 체크밸브(232)는 냉매의 역류를 방지하기 위한 구성이다. 즉, 상기 정속압축기(212)나 인버터압축기(214) 중 어느 하나만 가동되는 경우에 정지중인 압축기 내부로 압축 냉매가 역류되지 않도록 하는 것이다.
상기 오일분리기(218)는 배관에 의해 4방향밸브(240)와 연통되도록 구성된다. 상기 4방향밸브(240)는 냉,난방 운전에 따라 냉매의 흐름방향을 바꾸어 주도록 배설되는 것으로, 4방입구포트(242), 4방1출구포트(244), 4방2출구포트(246), 4방3출구포트(248)로 구성되며, 상기 각각의 포트는 압축기(210)의 출구(또는 오일분리기(218)), 압축기(210)의 입구(또는 어큐뮬레이터(270)), 제2열교환기(290) 및 실내측(100)과 연결된다.
따라서 상기 정속압축기(212)와 인버터압축기(214)로부터 토출된 냉매는 한 곳으로 모아진 다음, 상기 4방향밸브(240)로 유입되는데 이러한 4방향밸브(240)의 입구에는 압축기(210)에서 토출되는 냉매의 압력을 체크하는 고압센서(240')가 설 치된다.
한편 상기 오일분리기(218)에서 상기 4방향밸브(240)로 유입되는 냉매의 일부가 아래에서 상세히 설명할 어큐뮬레이터(270)로 바로 투입될 수 있도록 하는 핫가스관(250.hot gas)이 상기 4방향밸브(240)를 회유하여 설치된다.
상기 핫가스관(250)은 공기조화기의 운전중에 어큐뮬레이터(270)로 유입되는 저압의 냉매 압력을 높일 필요가 있는 경우에 압축기(210) 토출구측의 고압 냉매가 압축기(210) 입구측으로 직접 공급될 수 있도록 하는 것으로, 이러한 핫가스관(250)에는 바이패스밸브인 핫가스밸브(252)가 설치되어 배관을 개폐한다.
상기 베이스팬(209)의 상면 우측 후단부에는 과냉각기(260)가 형성된다. 상기 과냉각기(260)는 아래에서 상세히 설명할 제2열교환기(290)에서 열교환된 냉매를 더욱 냉각되도록 하는 과냉각수단으로, 제2열교환기(290)의 출구측에 연결되는 상기 실외액관(262)의 임의 위치에 형성된다.
상기 과냉각기(260)는 이중관으로 형성된다. 즉 상기 실외액관(262)이 내측에 구비되고, 외측에는 역이송관(264)이 형성된다. 따라서 상기 과냉각기(260)의 출구로부터 역이송관(264)이 분지되고, 이러한 역이송관(264)에는 냉매를 팽창에 의해 냉각시키는 과냉각팽창밸브(266)가 설치된다.
이렇게 되면, 상기 과냉각기(260)로부터 배출되는 냉매의 일부가 상기 역이송관(264)으로 유입되어 상기 과냉각팽창밸브(266)를 거치면서 냉각되고, 냉각된 냉매가 상기 과냉각기(260)를 역류하면서 내측의 냉매가 더욱 냉각되게 한다. 상기 과냉각기(260)를 빠져나온 역류냉매는 아래에서 설명할 어큐뮬레이터(270)로 다시 공급되어 순환된다.
한편 상기 과냉각기(260)의 출구에는 실외측(200)로부터 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 액관온도센서(263)가 설치되고, 상기 과냉각팽창밸브(266)의 출구에는 과냉각입구센서(265)가 구비되어 과냉각기(260)로 유입되는 역류냉매의 온도를 측정하며, 상기 과냉각기(260)로부터 배출되는 역류냉매가 흐르는 역이송관(264)에는 과냉각출구센서(267)가 구비된다.
따라서 제2열교환기(290)를 통과한 냉매는 중앙부를 통해 흐르고 외부에는 팽창밸브(미도시)에 의해 팽창된 저온의 냉매가 반대 방향으로 흐르도록 구성되어 냉매의 온도가 더 낮아지도록 한다.
상기 베이스팬(209)의 좌측부, 즉 상기 인버터압축기(214)의 좌측에는 어큐뮬레이터(270)가 설치된다. 상기 어큐뮬레이터(270)는 액냉매를 걸러내어 기체상태의 냉매만 상기 압축기(210)로 유입되도록 한다.
즉 상기 실내측(100)로부터 유입되는 냉매 중 기체로 증발되지 못하고 액상으로 남아있는 냉매가 상기 압축기(210)에 직접적으로 유입되면, 냉매를 고온,고압의 기체상태 냉매로 형성시키는 압축기(210)에 부하가 증가되어 압축기(210)의 손상을 가져오게 된다.
따라서 상기 어큐뮬레이터(270) 내부로 유입된 냉매 중 미처 증발되지 못하고 액상으로 남아있는 냉매는 기상의 냉매보다 상대적으로 무겁기 때문에 어큐뮬레이터(270)의 하부에 저장되고, 상부의 기체상태 냉매만 상기 압축기(210)로 유입된다.
그리고, 상기 어큐뮬레이터(270)의 입구측에는 흡입되는 냉매의 온도를 측정하는 흡입배관온도센서(272)와 냉매의 압력을 체크하는 저압센서(274)가 각각 구비된다.
한편, 상기 전면판넬(205)의 후측에는 컨트롤박스(280)가 설치된다. 상기 컨트롤박스(280)는 좌/우로 긴 직육면체 형상을 가지며, 상단부를 기준으로 회동하도록 전면에 설치된 컨트롤커버(282)에 선택적으로 차폐된다.
그리고, 상기 컨트롤박스(280)의 내부에는 도시되진 않았지만 전압트랜스, 인쇄회로기판(PCB) 및 커패시터 등의 제어부품이 구비되며, 후면에는 방열핀으로 이루어지는 방열부(284)가 형성된다.
상기 컨트롤박스(280)의 후측에는 제2열교환기(290)가 구비된다. 상기 제2열교환기(290)는 내부를 흐르는 냉매와 물 사이에 열교환이 일어나도록 하는 것으로, 세로 방향으로 긴 직육면체 외관을 가진다.
그리고, 도시되진 않았지만 상기 제2열교환기(290)의 내부에는 물과 냉매가 서로 섞이지 않은 상태로 유동하도록 안내하는 물유동관 및 냉매유동관이 다수개 구비된다. 상기 다수개의 물유동관과 냉매유동관은 서로 인접한 상태로 교차되도록 배치되어 물과 냉매가 서로 열교환될 수 있도록 한다.
즉, 상기 물유동관(미도시)의 주위에는 냉매유동관(미도시)이 둘러싸고 있고, 상기 냉매유동관 주위에는 물유동관이 둘러싸도록 배치된다. 따라서, 상기 물유동관과 냉매유동관은 동일한 단면형상 및 크기를 가지도록 형성되어야 함이 바람직하다.
예컨대 정육각형의 단면을 가지도록 형성하여 벌집형상으로 배치할 수도 있을 것이다.
상기 제2열교환기(290)의 전면(도 6에서 볼 때)에는 제2열교환기(290) 내부로 물 또는 냉매가 유출/입되도록 안내하는 입/출수관(292,293) 및 냉매입/출관(294,295)이 구비된다.
즉, 상기 제2열교환기(290)의 전면에서 우측 상/하부에는 제2열교환기(290) 내부로 관통되어 상기 물유동관과 연통됨으로써 물의 유/출입을 안내하는 입수관(292)과 출수관(293)이 형성되며, 상기 입수관(292)은 출수관(293)의 하측에 위치한다.
또한, 상기 제2열교환기(290)의 전면에서 좌측 상/하부에는 제2열교환기(290) 내부로 관통되어 상기 냉매유동관(미도시)과 연통됨으로써 냉매의 유/출입을 안내하는 냉매입관(294)과 냉매출관(295)이 형성되며, 상기 냉매입관(294)은 냉매출관(295)의 상측에 위치한다.
따라서, 상기 제2열교환기(290) 내부로 물과 냉매가 유입되면, 물은 상기 제2열교환기(290) 내부의 물유동관을 따라 안내되어 상측에서 하방향으로 이동하게 된다. 반면 상기 제2열교환기(290) 내부로 유입된 냉매는 냉매유동관을 따라 안내되어 하측에서 상방향으로 이동하게 된다.
즉, 상기 제2열교환기(290) 내부에서는 물과 냉매가 서로 반대방향으로 유동하게 되어 교차됨으로써 물과 냉매의 열교환 효율은 극대화될 수 있게 된다.
상기 제2열교환기(290)의 일측, 보다 정확하게는 상기 출수관(293)의 일측에 는 실외온도센서(296)가 구비된다. 상기 실외온도센서(296)는 제2열교환기(290) 내부에서 냉매와 열교환된 후 출수관(293)을 통해 유출되는 물의 온도를 측정하기 위한 구성이다.
한편, 상기 제2열교환기(290)와 압축기(210) 사이에는 본 발명의 요부 구성인 냉매우회수단(300)이 구비된다. 상기 냉매우회수단(300)은 압축기 내부에서 고온 고압으로 압축된 냉매를 제2열교환기(290)로 안내하여 제2열교환기(290) 내부를 경유하도록 함으로써 상기 제2열교환기(290) 내부의 결빙을 방지하기 위한 구성이다.
이를 위해, 상기 냉매우회수단(300)은 일단부가 제2열교환기(290)의 하부와 연통되고 타단부가 상기 압축기(210)의 출구측에 연통되도록 설치된 냉매우회관(320)과, 상기 냉매우회관(320) 내부를 선택적으로 차폐하는 우회차단밸브(340)를 포함하여 구성된다.
상기 냉매우회관(320)은 압축기에서 토출된 냉매를 상기 제2열교환기(290) 내부로 안내하기 위한 것으로, 상기 냉매우회관(320)의 양단부는 상기 냉매출관(295)과 상기 핫가스관(250)의 일측에 연통되도록 연결된다.
따라서, 상기 수냉식 공기조화기가 난방 모드로 운전시에 상기 인버터압축기(214)로부터 토출된 냉매 중 일부는 상기 4방향밸브(240)를 통해 실내측(100)으로 유동하게 되고, 나머지 냉매는 상기 핫가스관(250)과 연통되도록 연결된 냉매우회관(320)을 따라 상기 냉매출관(295)을 경유하여 상기 제2열교환기(290) 내부로 유입된다.
그리고, 상기 냉매우회관(320)의 우측단부(도 7에서 볼 때)는 핫가스밸브(252)의 우측에 위치하도록 구성된다. 이것은 상기 핫가스밸브(252)의 개폐 여부에 관계없이 상기 인버터압축기(214)로부터 토출된 냉매가 냉매우회관(320)으로 유입될 수 있도록 하기 위함이다.
상기 냉매우회관(320)의 우측부분에는 우회차단밸브(340)가 구비되며, 상기 우회차단밸브(340)는 실외온도센서(296)와 연동하도록 구성된다.
즉, 상기 실외온도센서(296)가 출수관(293)의 온도(출수관(293)과 출수관(293) 내부의 물 온도가 동일하다고 봤을 때)를 지속적으로 측정하는 중에 수온이 0 ℃이하로 떨어지게 되면, 상기 실외온도센서(296)는 신호를 발생하여 인쇄회로기판(PCB,미도시)으로 전달하게 되고, 상기 인쇄회로기판(PCB)은 이러한 신호를 받아 우회차단밸브(340)를 개방시키도록 구성된다.
따라서, 상기 수냉식 공기조화기는 동절기에 사용자가 장기간 사용하지 않거나, 외부 온도가 0 ℃이하로 떨어지더라도 제2열교환기(290)의 파손이 방지될 수 있게 된다.
상기 제2열교환기(290)의 하측에는 열교환기지지대(298)가 구비된다. 상기 열교환기 지지대는 제2열교환기(290)를 지지하여 베이스팬(209)의 상면으로부터 이격되도록 하는 구성이다.
즉, 상기 열교환기지지대(298)의 상면은 제2열교환기(290)의 하면보다 조금 더 큰 면적을 가지며, 후반부는 상면 후단에서 하측 후방으로 경사지게 연장 형성된다. 그리고, 상기 열교환기지지대(298)의 하단부는 베이스팬(209)에 결합되어 고 정된다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기의 작용을 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8에는 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기의 일구성인 냉매우회수단이 작동시의 냉매 흐름을 보인 구성도가 도시되어 있고, 도 9에는 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기가 난방 운전시 냉매 및 물의 흐름을 보인 구성도가 도시되어 있다.
먼저 수냉식 공기조화기가 냉방 모드로 운전시에 냉매 흐름을 살펴보면, 상기 실외전자밸브(234)는 개방되어 냉매가 실외측(200)과 실내측(100) 사이를 유동하도록 안내하는 상태이며, 상기 우회차단밸브(340)는 차폐되어 상기 냉매우회관(320) 내부로는 냉매 유입이 차단된 상태이다.
상기 실외측(200)에서의 냉매 유동을 살펴보면, 실내측(100)으로부터 유입되는 기체냉매는 상기 4방3출구포트(248)를 통해 4방향밸브(240) 내부를 경유한 후 상기 4방2출구포트(246)를 통해 어큐뮬레이터(270)로 들어간다. 상기 어큐뮬레이터(270)를 나온 기체 냉매는 압축기(210)로 유입된다.
상기 압축기(210)에서 압축된 냉매는 압축기(210) 외부로 토출되어 오일분리기(218)를 통과한다. 상기 오일분리기(218)에서는 냉매 중에 함유된 오일(oil)이 분리되어 상기 오일회수관(219)을 통해 상기 압축기(210)로 회수된다.
즉, 상기 압축기(210)에서 냉매가 압축되면서 오일(oil)이 냉매속에 섞이게 되는데, 이러한 오일은 액체상태이고 냉매는 기체상태이므로 기/액분리기인 오일분리기(218)에서 분리된다.
한편 상기 정속압축기(212)와 인버터압축기(214)를 연결하고 있는 균유관(216)에 의해 양측의 압축기(210) 내부 오일은 균형을 유지하게 된다.
상기 오일분리기(218)를 통과한 냉매는 상기 4방입구포트(242)를 통해 4방향밸브(240) 내부로 유입되어 경유한 후 상기 4방1출구포트(244)를 통해 상기 제2열교환기(290)로 유동하게 된다.
이때, 상기 제2열교환기(290)로 유동한 냉매는 냉매입관(294)을 통해 제2열교환기(290) 내부로 유입되며, 상기 냉각탑(C)으로부터 입수관(292)을 통해 제2열교환기(290) 내부로 유입된 물과 열교환을 통해 냉각되어 액냉매가 된다. 상기 제2열교환기(290)를 통과한 냉매는 상기 과냉각기(260)를 통과하면서 더욱 냉각된다.
이와 동시에 상기 제2열교환기(290) 내부에서 냉매와 열교환되는 과정에서 데워진 물은 상기 출수관(293)을 통해 제2열교환기(290) 외부로 토출된 후 상기 출수로(202")를 통해 냉각탑(C) 내부로 유입된다.
상기 냉각탑(C) 내부로 유입된 물은 냉각된 후 상기 입수로(202')를 통해 다시 제2열교환기(290) 내부로 유입되는 과정을 반복하게 된다.
한편, 상기 과냉각기(260)를 통과한 냉매는 냉매 중에 포함된 수분을 제거하는 드라이어(미도시)를 거친 다음, 상기 공통액관(132)을 통해 실내측(100) 내부로 유입되며, 팽창밸브(미도시)에 의해 감압된 후 제1열교환기(120)에서 열교환을 하게 된다. 이때 상기 제1열교환기(120)는 증발기의 역할을 하므로, 냉매는 열교환을 통해 저압가스가 된다.
상기 제1열교환기(120)를 경유하면서 열교환된 냉매는 상기 공통기관(134)을 따라 유동한 후 상기 4방향밸브(240)를 거쳐 어큐뮬레이터(270) 내부로 유입된다.
상기 어큐뮬레이터(270)에서는 미처 증발되지 못한 액상상태의 냉매는 걸러지고, 기체상태의 냉매만 선별되어 상기 압축기(210)로 공급된다. 상기한 바와 같은 과정을 거쳐 하나의 냉방 사이클(cycle)이 완성된다.
한편, 동절기에 상기 실외온도센서(296)가 지속적으로 작동하여 상기 출수관(293) 내부의 수온을 감지하게 되는데 이때, 감지된 수온이 0℃이하일 경우에는 제2열교환기(290) 내부의 물이 결빙될 수 있으므로, 상기 냉매우회수단(300)을 이용하여 제2열교환기(290)를 가열하게 된다.
즉, 상기 실외온도센서(296)가 제2열교환기(290) 내부의 수온을 감지하는 중에 0℃ 이하가 되면, 이러한 정보를 신호화하여 상기 인쇄회로기판으로 보내게 된다. 그리고, 신호를 받은 인쇄회로기판은 상기 우회차단밸브(340)에 전원을 인가하여 냉매우회관(320)을 개방시키게 된다.
따라서, 상기 냉매우회관(320) 내부로는 인버터압축기(214)로부터 압축되어 토출된 고온 고압의 냉매 중의 일부가 유입 가능하게 된다.
도 8에 도시된 화살표를 참조하여 수냉식 공기조화기가 해빙 모드로 작동시에 냉매 흐름방향을 상세히 살펴보면, 전술한 바와 같이 상기 인버터압축기(214)로부터 토출된 고온의 냉매 중에서 일부는 상기 냉매우회관(320)을 따라 냉매출관(295)을 통해 제2열교환기(290) 내부로 유입되어 제2열교환기(290)를 가열하게 된다.
상기 제2열교환기(290)가 가열됨에 따라 상기 제2열교환기(290) 내부의 물 유동을 안내하는 물유동관(미도시)과 물유동관 내부를 유동하는 물은 가열되어 0℃ 이상으로 높아지게 된다.
이때, 상기 실외온도센서(296)는 수온을 감지하여 신호를 상기 인쇄회로기판에 전달하게 되고, 상기 인쇄회로기판은 우회차단밸브(340)를 차폐하여 냉매우회관(320) 내부로 냉매 유입을 차단하게 되며 수냉식 공기조화기가 난방 모드로 운전되도록 냉매 유동을 안내하게 된다.
물론 상기 실외온도센서(296)가 감지한 물의 온도가 0℃ 이하를 유지하는 상태인 경우에, 상기 제2열교환기(290) 내부를 경유하면서 물을 가열한 냉매는 상기 냉매입관(294)을 통해 제2열교환기(290) 외부로 빠져나오게 되며, 이후 냉매는 상기 4방1출구포트(244)와 4방2출구포트(246)를 통해 어큐뮬레이터(270) 내부로 유입된다.
한편, 상기 인버터압축기(214)에서 토출된 냉매 중 냉매우회관(320)으로 유입되지 않은 냉매와 정속압축기(212)에서 토출된 냉매는 상기 4방입구포트(242)와 4방3출구포트(248)를 경유하여 상기 공통기관(134)을 통해 실내측(100)으로 유입된다.
상기 실내측(100)으로 유입된 냉매는 제1열교환기(120)를 경유하면서 실내 공기와 열교하여 응축된 후 상기 공통액관(132)를 따라 실외측(200) 내부로 유입된다.
상기 실외측(200) 내부로 유입된 냉매는 냉매출관(295)을 통해 제2열교환기(290) 내부로 유입된다. 상기 제2열교환기(290) 내부로 유입된 냉매는 물과 열교 환된 후 상기 냉매입관(294)을 통해 제2열교환기(290)를 빠져나오게 되며, 이후 냉매는 상기 4방1출구포트(244)와 4방2출구포트(246)를 경유한 후 상기 어큐뮬레이터(270)로 유입된다.
상기 어큐뮬레이터(270)로 유입된 냉매중 액체 상태의 냉매는 내부에 걸러지고 기체 상태의 냉매만이 상기 압축기(210) 내부로 유입되는 과정을 반복하면서 난방 사이클을 이루게 된다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기에서는, 압축기로부터 압축되어 고온 고압 상태인 냉매의 일부를 제2열교환기로 안내하여 제2열교환기 내부를 가열하는 냉매우회수단이 더 구비된다.
따라서, 동절기의 결빙을 미연에 막을 수 있게 되므로 제2열교환기의 파손이 방지되는 이점이 있다.
그리고, 본 발명에서는 냉매우회수단이 실외온도센서와 연동하도록 구성된다.
따라서, 실외온도센서가 감지한 제2열교환기 내부의 물 온도에 따라 냉매우회수단이 자동으로 작동하게 되므로 수냉식 공기조화기의 사용편의성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 상기한 이점으로 사용자로 하여금 제품 신뢰도 향상도 기대됨은 물론이다.

Claims (8)

  1. 실내 공기와 냉매를 열교환하는 제1열교환기와,
    냉매를 압축하는 압축기와,
    물과 냉매를 열교환하는 판형상의 제2열교환기와,
    난방시 상기 압축기에서 압축되어 토출된 냉매 중 일부를 제2열교환기로 안내하는 냉매우회수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매우회수단은,
    냉매 유동 방향을 안내하는 냉매우회관과,
    상기 냉매우회관을 선택적으로 차폐하는 우회차단밸브를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 냉매우회관의 양단부는,
    상기 제2열교환기의 냉매 입구측과 상기 압축기의 출구측에 각각 연통되도록 연결됨을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 냉매우회관의 일단부는,
    액냉매를 걸러내는 어큐뮬레이터의 입구측으로 냉매 유동을 안내하는 핫가스관의 일측에 연결됨을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2열교환기의 일측에는,
    상기 제2열교환기 내부를 경유하는 물의 온도를 측정하는 실외온도센서가 구비됨을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 우회차단밸브는 상기 실외온도센서가 측정한 측정온도가 설정온도 이하일 때 상기 냉매우회관을 개방함을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 설정온도는 0℃ 임을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 압축기는 부하용량에 따라 회전수가 조절되는 인버터압축기임을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
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