KR20080045352A - 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 공기조화기는 상분리기, 증발기, 다단압축기, 응축기 및 팽창밸브를 구비하며, 상기 다단압축기는 상기 증발기를 통과한 기상 냉매가 제2 냉매관을 통하여 유입되는 제1 압축장치와, 상기 상분리기에서 분리되어 제1 냉매관을 통하여 공급된 기상 냉매가 상기 제1 압축장치에서 배출되는 냉매와 함께 유입되는 제2 압축장치를 구비하는 공기조화기에 있어서, 상기 다단압축기에서 배출되는 고온 고압의 기상 냉매와 열교환을 하여 온수를 공급하는 온수공급장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 공기조화기에 의하면 실내를 균일하게 난방하는 것이 가능하다.

공기조화기, 난방, 열교환, 온수

Description

공기조화기 {Airconditioner}

도 1은 종래 공기조화기의 구성을 개략적으로 나타내는 개략도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 개략적으로 나타내는 개략도, 및

도 3은 도 2의 공기조화기의 냉동싸이클을 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...압축기 200...4방밸브

300...응축기 500...상분리기

600...증발기 800...온수공급장치

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기조화기의 고온 고압의 냉매와 열교환을 하여 가열된 온수를 이용하여 난방을 할 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화 시스템은 냉매를 압축, 응축, 팽창 및 증발시키는 과정을 수행함에 따라 실내 공간을 냉방 또는/및 난방시키는 장치이다. 이러한 공기 조화 시스템은 실외기에 1대의 실내기가 연결되는 통상적인 공기조화 시스템과, 실외기에 다수대의 실내기가 연결되는 멀티 공기조화 시스템으로 구분된다.

또한, 공기조화 시스템은 냉매사이클을 일방향으로만 가동하여 실내에 냉기만을 공급하도록 냉방 시스템과, 냉매사이클을 양방향으로 선택적으로 가동하여 실내에 냉기 또는 온기를 공급하는 냉난방 시스템으로 구분된다.

도 1을 참조하여, 종래의 냉난방이 가능한 공기조화기의 구성을 간단하게 설명한다. 먼저, 공기조화기가 냉방사이클로 운전되는 경우를 설명한다.

종래 공기조화기는 기본적으로 압축기(1a, 1b), 응축기로 작용하는 실외기(3), 팽창밸브(4), 증발기로 작용하는 실내기(5)로 구성되는 냉동사이클을 형성한다. 그리고, 전술한 구성요소들은 냉매가 흐르는 통로역할을 하는 연결배관(7)에 의하여 각각 연결된다. 실내 공간을 냉방시키기 위하여 종래 공기조화기가 운전되는 과정을 냉매의 흐름을 따라 설명하면 다음과 같다.

증발기로 작용하는 실내기(5)에서 실내 공기와 열교환된 기체상태의 냉매는 압축기(1a, 1b)로 유입되며, 압축기(1a, 1b)에서 고온 고압으로 압축된다. 이후에 고온/고압의 기체 냉매는 응축기로 작용하는 실외기(3)로 유입되어 액체 냉매로 상변화를 하게 된다. 실외기(3)에서 냉매가 상변화를 하면서 외부로 열을 방출하게 된다. 이어서 실외기(3)에서 배출되는 냉매는 팽창밸브(4)를 거치면서 팽창되어 ㅅ실내기(5)로 유입된다. 실내기(5)로 유입된 액체 냉매는 기체 냉매로 상변화를 하면서 외부의 열을 흡수하여 실내 공간을 냉방시키게 된다. 한편, 실내기(5)와 압축기(1a, 1b) 사이에는 어큐뮬레이터(6)가 설치된다. 어큐뮬레이터(6)에는 오일 과 냉매의 혼합물이 일시적으로 저장되어, 냉매의 역류를 방지하고 액체의 냉매가 압축기(1a, 1b)에 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.

한편, 상기와 같은 공기조화기에서 실내 공간을 난방시키기 위하여 난방사이클로 운전하는 경우에는 전술한 냉동사이클을 역방향으로 운전시키면 된다.

즉, 난방사이클에서는, 냉방사이클에서 증발기로 작용하던 실내기(5)가 응축기로 작용하며, 냉방사이클에서 응축기로 작용하던 실외기(3)가 증발기로 작용하게 된다. 따라서, 난방사이클에서는 응축기로 작용하는 실내기(5)에서 열교환에 의해 더운 바람이 나오게 되어 실내를 난방하게 된다.

그런데, 이와 같이 종래의 공기조화기를 난방사이클로 운전하는 경우, 실내기(5)에서 나오는 더운 바람에 의해 기류가 불균형을 이루게 되어, 실내의 일측은 더운 공기가 밀집되어 더워지고, 타측은 더운 공기가 부족하여 난방이 되지 않는 문제점을 수반한다. 나아가, 이러한 기류 불균형에 의해 사용자는 불쾌감을 느낄 수 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 공기조화기로 난방을 하는 경우에 실내를 균일하게 난방할 수 있는 공기조화기를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 상분리기, 증발기, 다단압축기, 응축기 및 팽창밸브를 구비하며, 상기 다단압축기는 상기 증발기를 통과한 기상 냉매가 제2 냉 매관을 통하여 유입되는 제1 압축장치와, 상기 상분리기에서 분리되어 제1 냉매관을 통하여 공급된 기상 냉매가 상기 제1 압축장치에서 배출되는 냉매와 함께 유입되는 제2 압축장치를 구비하는 공기조화기에 있어서, 상기 다단압축기에서 배출되는 고온 고압의 기상 냉매와 열교환을 하여 온수를 공급하는 온수공급장치를 포함하는 공기조화기에 의해 달성된다.

여기서, 상기 온수공급장치는 상기 다단압축기와 응축기를 연결하는 라인 상에 설치되는 열교환기; 상기 열교환기에 냉수를 공급하는 냉수 공급부; 및 상기 열교환기에서 열교환에 의해 가열된 온수를 수집하여 공급하는 온수 저장부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 열교환기는 판형 열교환기 또는 이중관 열교환기로 이루어질 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 개략적으로 나타내는 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 공기조화기는 다단압축기(100), 응축기(300), 팽창밸브(410, 420), 유입된 냉매 중에서 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 상분리기(500), 증발기(600) 및 압축기(100)에서 토출되는 냉매과 열교환을 하여 온수를 공급하는 온수공급장치(800)를 포함한다. 또한, 본 공기조화기에는 응축기(300), 다단압축기(100) 및 증발기(600)로 공급되는 냉매를 제어하는 4방 밸브(200)가 설치된다.

여기서, 팽창밸브는 응축기(300)에서 상분리기(500)로 공급되는 냉매의 양을 조절하며 팽창시키는 제1 밸브(410) 및 상분리기(500)에서 증발기(600)로 공급되는 액상의 냉매의 양을 조절하며 팽창시키는 제2 밸브(420)로 이루어진다.

이하에서는, 실내공간을 냉방시키기 위하여 냉방운전을 할 때의 냉매 흐름을 따라 본 공기조화기를 설명한다.

본 실시예에서 다단압축기(100)는 증발기(600)를 통과한 냉매가 유입되는 제1 압축장치(110)와, 상분리기(500)에서 분리된 기상 냉매와 상기 제1 압축장치(110)에서 배출되는 냉매가 함께 유입되는 제2 압축장치(120)를 포함한다. 본 실시예에서는 하나의 압축기에 제1 및 제2 압축장치(110, 120)를 구비하고 있으므로 다단압축기라는 용어를 사용하였다.

한편, 상분리기(500)와 압축기(100)의 사이에는 제1 압축장치(100) 및 제2 압축장치(120)로 냉매를 안내하는 냉매유입장치가 설치된다. 상기 냉매유입장치는 제1 압축장치(110)와 제2 압축장치(120)를 서로 연결시키는 중간 냉매관(740), 중간 냉매관(740)과 상분리기(500)를 연결하는 제1 냉매관(710), 증발기(600)를 경유하여 제1 압축장치(110)와 상분리기(500)를 연결하는 제2 냉매관(720) 및 제2 압축장치(120)로 유입되는 기상 냉매의 양을 조절하는 조절밸브(730)를 포함한다.

여기서, 제1 밸브(410)는 응축기(300)를 통과한 냉매의 양을 조절하면서 1차적으로 팽창시키는 역할을 하며, 제2 밸브(420)는 상분리기(500)에서 분리된 액상 냉매의 양을 조절하면서 2차적으로 팽창시키는 역할을 하게 된다. 이 경우, 응축기(300)를 통과한 냉매는 과냉상태에 있으며, 제1 밸브(410)를 통과하면서 팽창된 후 기상 냉매와 액상냉매가 혼합된 상태로 상분리기(500)로 유입된다.

본 발명에서 상분리기(500)는 제1 밸브(410)와 제2 밸브(420) 사이에 설치되며, 액상냉매와 기상 냉매를 분리하는 역할을 한다. 상분리기(500)는 응축기(300)를 통과한 냉매가 흐르는 혼합 냉매관(760)과 연결되고, 상분리기(500)에서 분리된 기상 냉매가 흐르는 제1 냉매관(710) 및 상분리기(500)에서 분리된 액상냉매가 흐르는 제2 냉매관(720)과 각각 연결된다.

한편, 본 발명에서 상분리기(500)는 응축기(300)를 경유한 냉매 중에서 기상 냉매를 분리할 수 있는 장치면 어떠한 장치라도 무관하다. 예를 들면, 상분리기(500)는 열교환장치를 포함하고 있어서, 응축기(300)를 경유한 냉매를 외부의 공기와 열교환시킴으로 인하여 냉매 중에서 기상 냉매를 얻을 수 있는 구조도 가능하다.

상분리기(500)에서 분리된 액상냉매는 제2 밸브(420)를 통과하면서 팽창되고, 제2 밸브(420)를 경유한 액상냉매는 증발기(600)로 유입되어 기상 냉매로 상변화한다. 이후에, 증발기(600)를 경유한 기상 냉매는 4방 밸브(200)를 경유하여 압축기, 즉 제1 압축장치(110)로 유입된다.

상분리기(500)에서 분리된 기상 냉매는 제1 냉매관(710)을 따라 흐른 후 중간 냉매관(740)에서 제1 압축장치(110)를 경유한 냉매와 혼합된다. 중간 냉매관(740)에서 혼합된 냉매는 다시 제2 압축장치(120)로 유입되어 압축되고, 압축 기(100)의 외부로 토출된다.

또한, 제1 냉매관(710) 상에는 기상 냉매의 양을 조절하는 조절밸브(730)가 설치될 수 있다. 조절밸브(730)는 공기조화시스템의 운전을 제어하는 제어부(미도시)에 의하여 제어된다. 상기 제어부는 제1 압축장치(110)와 제2 압축장치(120)를 구동시키고, 조절밸브(730)를 제어하는 역할을 한다.

결과적으로, 제2 압축장치(120)에는 상분리기(500)에서 공급된 기상 냉매와 제1 압축장치(110)에서 압축된 냉매가 함께 압축되기 때문에 압축기(100)에 가해지는 압축일이 줄어들게 된다. 압축기(100)의 압축일이 줄어들게 됨으로써 압축기의 운전범위가 늘어나고, 압축기의 운전범위가 늘어나면 극한지역이나 열대지역에서도 본 공기조화 시스템을 사용할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에서 온수공급장치(800)는 다단압축기(100)에서 토출되는 고온 고압의 기상 냉매와 열교환을 통해 만들어진 온수를 이용하여, 실내의 난방을 수행하는 역할을 한다.

구체적으로 온수공급장치(800)는 다단압축기(100)와 응축기(300)를 연결하는 냉매라인(750) 상에 설치되는 열교환기(850), 열교환기(850)에 냉수를 공급하는 냉수 공급부(810) 및 열교환기(850)에서 열교환에 의해 가열된 온수를 수집하여 공급하는 온수 저장부(820)를 포함한다. 여기서, 냉수 공급부(810), 열교환기(850) 및 온수 저장부(820)는 모두 배관라인(840)으로 연결된다.

구체적으로 냉수 공급부(810)는 냉수를 저장하여 펌프(830)에 의해 열교환기(850)로 냉수를 공급한다. 열교환기(850)로 공급된 냉수는 냉매라인(750)을 따 라 응축기(300)로 흘러가는 고온 고압의 기체 냉매와 열교환을 하게 되며, 이에 의해 가열되어 온수가 된다. 여기서, 열교환기(850)의 종류는 한정되지 않으며 적절한 타입이 선택되어 사용될 수 있는데, 예를 들어 판형 열교환기 또는 이중관 열교환기 등이 채용되어 사용될 수 있다.

열교환기(850)에서 가열된 온수는 배관라인(840)을 통해 온수 저장부(820)로 유입되어 저장된다. 온수 저장부(820)에 일단 저장된 온수는 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 실내를 난방하기 위한 순환용 배관(미도시) 등을 따라 순환하면서 실내를 난방하게 된다. 이에 의해 복사난방이 가능하게 되어 실내를 균일하게 난방할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면 온수를 사용하고자 하는 경우에 공기조화기를 난방싸이클로 구동하지 않고, 냉방싸이클로 구동하여 실내를 냉방하는 도중에 온수를 생성하여 사용하는 것이 가능해진다.

도 3은 도 2의 공기조화기의 냉동사이클을 나타내는 그래프이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 공기조화기 시스템은 1→3의 압축과정과, 3→4의 응축과정과, 4→5의 팽창과정과, 5→1의 증발과정으로 구성된 냉동사이클을 수행하게 된다. 이에 반해서, 본 발명의 공기조화기 시스템은 1→2→2'→3'의 압축과정과, 3'→4의 응축과정과, 4→4'→4''→5'의 팽창과정과, 5'→1의 증발과정으로 구성된 냉동사이클을 수행하게 된다.

결과적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 공기조화기 시스템은 W1만큼의 일을 외부로 더 출력 가능하고 W2만큼의 압축일을 줄일 수 있어, 공기조화기 시스템 의 성능이 향상되는 장점을 가진다.

구체적으로, 냉매가 상분리기(500)와 제2 팽창밸브(420)를 경유하면서 온도가 종래에 비하여 더 낮아진 상태(도 3의 5')로 증발기(600)에 공급됨으로써 공기조화 시스템이 하는 일은 W1 만큼 증가하게 된다. 즉, 기존에 4→5로의 팽창 과정을 4→4'→4''→5'로 팽창되도록 하여, 증발기(600)의 열교환을 5'→1의 과정을 거치도록 함으로써, 증발기(600)의 열교환 효율을 증가시켜 공기조화 시스템의 냉동능력을 향상시킬 수 있다.

한편, 상분리기(500)에서 분리된 기상 냉매와 증발기(600)를 경유한 냉매는 모두 중간 냉매관(740)으로 유입되어 혼합되고, 상기 냉매들이 서로 혼합되면서 제2 압축장치(120)에 유입되는 냉매 전체의 온도는 종래에 비하여 더 낮아지게 된다. 따라서, 도면에 도시된 바와 같이 종래의 1→3의 압축과정에 비하여, 본 실시예에서는 1→2→2'→3'의 압축과정을 거치게 되므로, 종래에 비하여 W2 영역 만큼의 압축일을 줄일 수 있게 된다. 이에 따라, 압축기(100)의 성능 및 효율을 증대시켜 이로 구성된 공기 조화 시스템의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기는 고온 고압의 냉매와 열교환을 통해 온수를 생성하여 복사난방을 함으로써 실내를 균일하게 난방하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면, 온수를 사용하고자 하는 경우에 공기조화기를 난방싸이클로 구동하지 않고, 냉방싸이클로 구동하여 실내를 냉방하는 도중에 온수를 생성하여 사용하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 의하면, 상분리기에서 기상 냉매를 압축기로 공급하여 압축일을 줄이고 외부로 더 일을 해줌으로써 공기조화기의 전체 효율을 현저하게 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 상분리기, 증발기, 다단압축기, 응축기 및 팽창밸브를 구비하며, 상기 다단압축기는 상기 증발기를 통과한 기상 냉매가 제2 냉매관을 통하여 유입되는 제1 압축장치와, 상기 상분리기에서 분리되어 제1 냉매관을 통하여 공급된 기상 냉매가 상기 제1 압축장치에서 배출되는 냉매와 함께 유입되는 제2 압축장치를 구비하는 공기조화기에 있어서,

   상기 다단압축기에서 배출되는 고온 고압의 기상 냉매와 열교환을 하여 온수를 공급하는 온수공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 온수공급장치는,

   상기 다단압축기와 응축기를 연결하는 라인 상에 설치되는 열교환기;

   상기 열교환기에 냉수를 공급하는 냉수 공급부; 및

   상기 열교환기에서 열교환에 의해 가열된 온수를 수집하여 공급하는 온수 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 열교환기는 판형 열교환기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
4. 제2항에 있어서,

   상기 열교환기는 이중관 열교환기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

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