KR20090020305A - 공기조화기 - Google Patents

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KR20090020305A
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Abstract

본 발명에 따른 공기조화기는 압축기와, 실외 열교환기와, 팽창기구와, 실내 열교환기가 냉매 유로로 연결된 공기조화기에 있어서, 상기 냉매 유로와 병렬 연결되고 냉매가 저장되는 저장 수단과; 상기 저장 수단의 냉매 유량을 조절하는 유량 조절 수단을 포함하여, 공기조화기의 부하에 따른 최적의 냉매량으로 공기조화기를 운전시킬 수 있고, 공기조화기의 운전시 압축기와, 실외 열교환기와, 팽창기구와, 실내 열교환기를 순환하는 냉매가 저장수단을 직접 통과하지 않으므로, 냉매의 압력 손실을 방지할 수 있는 이점이 있다.
공기조화기, 압축기, 실외 열교환기, 팽창기구, 실내 열교환기, 저장수단, 유량 조절 수단

Description

공기조화기{Air conditioner}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 냉매 회로를 흐르는 냉매가 냉매 회로와 병렬 연결된 저장부에 담겨지고, 저장부에 담겨진 냉매가 조절될 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기로 이루어진 냉동 사이클에 의해 실내를 냉방 혹은 난방시키는 장치로서, 최근에는 냉매가 통과하는 냉매 회로 상에 냉매가 저장되는 리시버가 설치되는 추세이다.
상기 리시버는 저부하 때 남은 액냉매를 보존하고 있거나, 공기조화기의 설치시 냉매를 추가 봉입하지 않도록 미리 냉매를 충분하게 봉입하여 남는 액냉매를 보존하기 위해 존재하는 것으로서, 리시버 보존된 액냉매를 제외한 나머지 냉매가 실질적인 운전의 냉매량이 된다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 따른 공기조화기는 부하에 따라 최적 운전 냉매량이 결정되고, 부하는 실내 온도, 실외 온도, 실내외온도, 실내기 용량, 압축기 용량, 팬풍량 등에 의해 결정되는데, 리시버의 내부에는
운전시 남는 액냉매가 저장되므로, 공기조화기가 최적 운전 냉매량으로 유지되는 것이 아니고, 이에 따라 부하 변동에 따른 COP는 낮을 수 있는 문제점이 있다. 그리고, 리시버가 냉매 유로 상에 설치되어 냉매가 리시버를 통과할 때 압력 손실이 증가하므로, 냉/난방 능력 및 COP가 낮게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉매 저장수단에 의한 냉매의 압력 손실 저하를 방지하여 성능을 높일 수 있는 공기조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 부하에 따른 최적의 운전 냉매량이 공기조화기를 순환되게 하여 COP를 향상시킬 수 있는 공기조화기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 냉매를 과다 봉입할 수 있어 공기조화기 설치 후 냉매의 추가 봉입하는 것을 최소화할 수 있는 공기조화기를 제공하는데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는 압축기와, 실외 열교환기와, 팽창기구와, 실내 열교환기가 냉매 유로으로 연결된 공기조화기에 있어서, 상기 냉매 유로와 병렬 연결되고 냉매가 저장되는 저장 수단과; 상기 저장 수단의 냉매 유량을 조절하는 유량 조절 수단을 포함한다.
상기 저장 수단은 냉매가 저장되는 저장부와, 상기 실외 열교환기와 팽창 기 구의 사이와 상기 저장부를 연결하는 제 1 연결 배관과, 상기 팽창기구와 실내 열교환기의 사이와 상기 저장부를 연결하는 제 2 연결 배관을 포함한다.
상기 유량 조절 수단은 상기 제 1 연결 배관에 설치된 제 1 밸브와, 상기 제 2 연결 배관에 설치된 제 2 밸브를 포함한다.
상기 저장 수단은 상기 압축기와 상기 실외 열교환기 사이와 상기 저장부를 연결하는 제 3 연결 배관을 더 포함한다.
상기 공기조화기는 상기 압축기의 입력측 및 출력측과 상기 실외 열교환기와 상기 실내 열교환기와 냉매 유로로 연결된 유로 절환 밸브를 더 포함하고, 상기 제 3 연결 배관은 상기 압축기와 유로 절환 밸브의 사이와 상기 저장부를 연결한다.
상기 유량 조절 수단은 상기 제 3 연결 배관에 설치된 제 3 밸브를 더 포함한다.
상기 공기조화기는 상기 공기조화기의 부하에 따라 상기 제 1 밸브와 제 2 밸브와 제 3 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
상기 공기조화기는 상기 저장부 및 냉매배관의 압력을 측정하는 압력 측정수단을 더 포함한다.
상기 압력 측정수단은 상기 저장부에 설치된 저장부 압력계와, 상기 냉매 유로 중 고압측 냉매 유로의 압력을 측정하는 고압측 압력계와, 상기 냉매 유로 중 저압측 냉매 유로의 압력을 측정하는 저압측 압력계를 포함한다.
상기 공기조화기는 상기 공기조화기의 부하 및 상기 저장부 압력계와 고압측 압력계와 저압측 압력계의 감지 결과에 따라 상기 제 1 밸브와 제 2 밸브를 제 어하는 제어부를 더 포함한다.
상기 압력 측정수단은 상기 저장부에 설치된 저장부 압력계와, 상기 실내 열교환기의 배관 온도를 측정하는 실내 열교환기 배관 온도 센서와; 상기 실외 열교환기의 배관 온도를 측정하는 실외 열교환기 배관 온도 센서를 포함한다.
상기 공기조화기는 상기 공기조화기의 부하 및 상기 저장부 압력계 와 실내 열교환기 배관 온도 센서와 실외 열교환기 배관 온도 센서의 감지 결과에 따라 상기 제 1 밸브와 제 2 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기조화기는 냉매가 저장되는 저장 수단이 압축기와, 실외 열교환기와, 팽창기구와, 실내 열교환기를 연결하는 냉매 유로와 병렬 연결되고, 유량 조절 수단이 저장 수단의 냉매 유량을 조절하므로, 공기조화기의 부하에 따른 최적의 냉매량으로 공기조화기를 운전시킬 수 있고, 공기조화기의 운전시 압축기와, 실외 열교환기와, 팽창기구와, 실내 열교환기를 순환하는 냉매가 저장수단을 직접 통과하지 않으므로, 냉매의 압력 손실을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기조화기는 저장 수단이 냉매가 저장되는 저장부와; 실외 열교환기와 팽창 기구의 사이와, 저장부를 연결하는 제 1 연결 배관과; 팽창기구와 실내 열교환기의 사이와, 저장부를 연결하는 제 2 연결 배관을 포함하여, 간단한 구성으로 적정 액냉매를 저장부에 저장시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기조화기는 저장 수단이 압축기와 실외 열교환기의 사이와, 저장부를 연결하는 제 3 연결 배관을 더 포함하여, 저장부로의 액냉매 과다 유입을 방지할 수 있고, 저장부로 적정 액냉매를 유입되게 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기조화기는 유량 조절 수단이 제 1 연결 배관에 설치된 제 1 밸브와; 제 2 연결 배관에 설치된 제 2 밸브와; 제 3 연결 배관에 설치된 제 3 밸브를 포함하여, 밸브의 추가 설치에 의해 저장부의 냉매량을 효율적으로 제어할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기조화기는 저장부 및 냉매 유로의 압력을 측정하는 압력 측정수단을 더 포함하여, 저장부의 액냉매량을 감지할 수 있고, 제 3 연결 배관 및 제 3 밸브가 불필요하여 구조가 간단한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기조화기는 압력 측정수단이 저장부에 설치된 저장부 압력계와, 고압측 냉매 유로의 압력을 측정하는 고압측 압력계와, 저압측 냉매 유로의 압력을 측정하는 저압측 압력계를 포함하여, 저장부로 유입될 냉매의 양을 정확하게 감지하여 제어할 수 있으므로, 냉매량의 최적 제어가 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기조화기는 압력 측정수단이 저장부에 설치된 저장부 압력계와; 실내 열교환기의 배관 온도를 측정하는 실내 열교환기 배관 온도 센서와; 실외 열교환기의 배관 온도를 측정하는 실외 열교환기 배관 온도 센서를 포함하여, 실내 열교환기의 배관 온도와 실외 열교환기의 배관 온도를 이용하여 저장 부의 압력을 감지할 수 있으므로, 압력계의 개수가 최소화되고 구조가 간단한 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 제 1 실시예의 개략 구성도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(2)와, 실외 열교환기(10)와, 팽창기구(20)와, 실내 열교환기(30)가 냉매 유로(40)로 연결되고, 냉매 유로(40)에 냉매가 저장되는 저장 수단(50)이 병렬로 연결된다.
냉매 유로(40)은 압축기(2)의 출구부와 실외 열교환기(10)를 연결하는 배관(42: 이하, ′압축기와 실외 열교환기 연결 배관′이라 칭한다.)과, 실외 열교환기(10)와 팽창 기구(20)를 연결하는 배관(44: 이하, ′실외 열교환기와 팽창기구 연결 배관′이라 칭한다.)과, 팽창 기구(20)와 실내 열교환기(30)을 연결하는 배관(46: 이하, 팽창기구와 실내 열교환기 연결 배관′이라 칭한다.)과, 실내 열교환기(30)와 압축기(2)의 입구부를 연결하는 배관(48; 이하, 실내 열교환기와 압축기 연결 배관′이라 칭한다.)을 포함한다.
저장 수단(50)은 냉매가 저장되는 저장부(52)와, 실외 열교환기(10)와 팽창 기구(30)의 사이인 실외 열교환기와 팽창기구 연결 배관(44)과 저장부(52)를 연결하는 제 1 연결 배관(54)과, 팽창기구와 실내 열교환기의 사이인 팽창기구와 실내 열교환기 연결 배관(46)과 저장부(52)를 연결하는 제 2 연결 배관(56)을 포함한다.
여기서, 제 1 연결 배관(54)은 실외 열교환기(10)를 통과한 액상 냉매 중 일부가 저장부(52)로 유입되게 하는 배관이고, 제 2 연결 배관(56)은 저장부(52)의 냉매가 저장부(52)에서 유출되게 하는 배관으로서, 제 1 연결배관(54)과 저장부(52)와 제 2 연결 배관(56)로 이어지는 유로는 압축기(2)와, 실외 열교환기(10)와, 팽창기구(20)와, 실내 열교환기(30)와 압축기(2)로 이어는 메인 유로와 전체적으로 병렬 연결된다.
한편, 저장 수단(50)은 압축기(2)와 실외 열교환기(10)의 사이인 압축기와 실외 열교환기 연결 배관(42)과 저장부(52)를 연결하는 제 3 연결배관(58)을 더 포함한다.
여기서, 제 3 연결 배관(58)은 압축기(2)에서 압축된 고압의 기상 냉매 중 일부가 저장부(52)로 유입되게 하는 배관으로서, 제 2 연결 배관(58)을 통해 저장부(52)로 액냉매가 유입될 경우, 저장부(52)에 저장된 냉매의 양이나 압력을 측정하는 측정 수단이 구비되지 않으면, 저장부(52)의 냉매 저장량을 감지/조절하기 쉽지 않으므로, 상기와 같이 제 3 연결 배관(58)을 통해 고압의 가스 냉매가 일부 유입되면 저장부(52) 내로 적정량의 고압 가스 냉매가 유입되어 저장부(52)로 고압 액냉매가 과다 유입되지 않게 된다.
즉, 제 3 연결 배관(58)은 저장부(52)로 액냉매가 과다 유입되지 않게 하면서 액냉매와 기상 냉매가 혼합되게 하여 리시버 내의 액냉매양을 조절하는 일종의 냉매 조절기로 기능한다.
한편, 상기와 같은 저장수단(50)은 제 1 연결 배관(54)과 제 2 연결 배 관(56)을 통해 저장부(52)로 냉매가 유입되므로 제 1 연결 배관(54)과 제 2 연결 배관(56)이 저장부(52)의 상부에 연결되고, 제 3 연결 배관(58)을 통해 저장부(52) 내의 냉매가 유출되므로 메인 유로로 액 냉매를 유출시킬 경우 제 3 연결 배관(58)이 저장부(52)의 하부에 연결되고 메인 유로로 기상 냉매를 유출시킬 경우 제 3 연결 배관(58)이 저장부(52)의 하부에 연결된다.
그리고, 본 실시예에 따른 공기조화기는 저장 수단(50) 특히 저장부(52)의 냉매 유량을 조절하는 유량 조절 수단(60)을 더 포함한다.
유량 조절 수단(60)은 제 1 연결 배관(54)에 설치된 제 1 밸브(64)와, 제 2 연결 배관(56)에 설치된 제 2 밸브(66)와, 제 3 연결 배관(58)에 설치된 제 3 밸브(68)를 포함한다.
여기서, 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)는 냉매의 유량 조절이 가능한 LEV(Linear Expansion Valve)로 구성되는 것도 가능하고, 단순하게 온/오프만 되는 솔레노이드 밸브등의 개폐 밸브로 구성되는 것도 가능함은 물론이다.
한편, 상기와 같은 공기조화기는 부하를 감지하는 부하 감지부(70)와, 부하 감지부(70)에 의해 감지된 부하 변동에 따라 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)를 제어하는 제어부(80)를 더 포함한다.
여기서, 부하 감지부(70)는 현재 실내 온도와 희망 온도의 비교에 의해 부하를 감지하는 것도 가능하고, 실내 열교환기(30)나 냉매 유로(40) 중 일측의 온도를 이용하여 부하를 감지하는 것도 가능하며, 기타의 방법에 의해 부하를 감지하는 것도 가능함은 물론이다.
제어부(80)에는 실험 등에 의해 결정된 부하 별 최적 냉매량에 따른 제어값, 즉 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)의 제어값이 기저장되고, 제어부(70)는 부하 감지부(70)의 감지 결과에 따라 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)의 온/오프 혹은 개도를 제어한다.
한편, 본 실시예에 따른 공기조화기는 실내 열교환기 압축기 연결 배관(48)에 압축기(2)로 액냉매가 유입되지 않도록 액냉매가 축적되는 어큐물레이터(90)가 설치되는 것도 가능하고, 실내 열교환기 압축기 연결 배관(48)에 별도의 어큐물레이터가 설치되지 않는 것도 가능하다.
상기와 같이 구성된 본 실시예의 동작을 설명한다.
먼저, 공기조화기는 운전시, 부하 감지부(70)는 부하를 감지하여, 제어부(80)로 감지된 부하에 따른 신호를 출력한다. 제어부(80)는 부하에 따라 압축기(2)를 구동시킴과 아울러 감지된 부하에 따른 최적 냉매량을 기저장된 테이블이나 수식으로부터 결정하고, 결정된 최적 냉매량에 따라 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)의 온/오프 혹은 개도를 제어한다.
제어부(80)는 부하가 큰 경우 메인 유로인 압축기(2)와 실외 열교환기(10)와 팽창기구(20)와 실내 열교환기(30)와 압축기(2)를 순환하는 냉매량이 많도록 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)를 제어한다.
즉, 제어부(80)는 부하가 큰 경우 제 1 밸브(64) 및 제 2 밸브(66)를 오프시키거나 개도를 적게 하고, 제 3 밸브(68)를 온시키거나 개도를 크게 하며, 상기와 같은 제어시, 저장부(52)에는 소량의 액냉매가 저장되고 메인 유로를 순환하는 냉 매량이 많게 되며, 공기조화기는 고부하시 최고의 COP로 운전되게 된다.
반면에, 제어부(80)는 부하가 작은 경우 메인 유로인 압축기(2)와 실외 열교환기(10)와 팽창기구(20)와 실내 열교환기(30)와 압축기(2)를 순환하는 냉매량이 적도록 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)를 제어한다.
즉, 제어부(80)는 부하가 작은 경우 제 1 밸브(64) 및 제 2 밸브(66)를 온시키거나 개도를 크게 하고, 제 3 밸브(68)를 오프시키거나 개도를 작게 하며, 상기와 같은 제어시, 저장부(52)에는 고부하시 보다 상대적으로 다량의 액냉매가 저장되고 메인 유로를 순환하는 냉매량이 적게 되며, 공기조화기는 저부하시 최고의 COP로 운전되게 된다.
상기와 같이 공기조화기의 부하를 고부하시와 저부하시의 경우로 한정하여 설명하였으나, 공기조화기의 부하를 상기의 경우 보다 더욱 상세히 나누고 각각의 부하에 따라 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)를 제어하는 것도 가능하며, 공기조화기는 전부항 영역에서 최고의 COP를 달성할 수 있게 된다. 특히, 통상적인 공기조화기의 운전은 실내기 운전 부하가 약 15~30% 정도되므로 이 운전영역에서 경제적인 운전을 수행하는 것이 가능하고, 상기와 같이 구성된 공기조화기는 모든 운전 영역에서 항상 경제적인 운전을 수행할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 공기조화기는 메인 유로를 흐르는 냉매가 저장부(52)를 직접 통과하지 않으므로, 메인 유로를 흐르는 냉매가 저장부(52)를 통과할 때 발생될 수 있는 냉매의 압력 손실은 발생되지 않게 된다.
아울러, 저장부(52)로 냉매를 미리 추가 봉입한 경우에는 실내기와 실외기를 연결하는 배관인 연결 배관의 길이가 추가되더라도 적정 냉매량을 저장부(52)에서 저장할 수 있으므로, 공기조화기 설치시 연결 배관이 장배관인 경우에도 공기조화기의 설치후 냉매를 추가로 봉입할 필요가 없게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 공기조화기 제 2 실시예의 냉방 운전시의 냉매 흐름이 도시된 개략 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 공기조화기 제 2 실시예의 냉방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도이며, 도 4는 본 발명에 따른 공기조화기 제 2 실시예의 난방 운전시의 냉매 흐름이 도시된 개략 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 공기조화기 제 2 실시예의 난방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(2)의 입구측과, 압축기(2)의 출구측과, 실외 열교환기(10)와, 실내 열교환기(30) 각각과 냉매 유로(101)(102)(103)(104)로 연결되어 냉/난방 모를 절환하는 유로 절환 밸브인 사방 밸브(100)를 더 포함하여, 사방 밸브(100)의 모드에 따라 냉방 뿐만 아니라 난방이 가능한 히트 펌프로 이루어지고, 기타의 구성 및 작용은 본 발명 제 1 실시예와 동일하다.
상기와 같은 공기조화기는 본 발명 제 1 실시예와 같이 저장수단(50)과 유량 조절수단(60)을 포함하고, 저장 수단(50)의 제 1 연결 배관(54)은 실외 열교환기와 팽창기구 연결 배관(44)과 저장부(52)를 연결하고, 저장 수단(50)의 제 2 연결 배관(56)은 저장부(52)와 팽창기구와 실내 열교환기 연결 배관(56)을 연결하며, 저장수단(50)의 제 3 연결 배관(58′)은 압축기(2)와 사방 밸브(100) 사이의 압축기와 사방 밸브 연결 배관(102)과, 저장부(52)를 연결한다.
제 1 연결 배관(54)은 냉방 운전시 실외 열교환기(10)에서 유출된 액냉매가 저장부(52)로 유입되게 함과 아울러 난방 운전시 저장부(52)의 냉매가 실외 열교환기와 팽창기구 연결 배관(44)으로 유출될 수 있게 하는 것으로서, 저장부(52)의 하부에 연결되고, 제 2 연결 배관(56)은 난방 운전시 실내 열교환기(30)에서 유출된 액냉매가 저장부(52)로 유입되게 하게 함과 아울러 냉방 운전시 저장부(52)의 냉매가 팽창기구와 실내 열교환기 연결 배관(46)으로 유출될 수 있게 하는 것으로서, 저장부(52)의 하부에 연결되며, 제 3 연결 배관(58)은 냉방 운전 또는 난방 운전시 압축기(2)에서 압축된 고온 고압의 기상 냉매가 저장부(52)로 유입될 수 있게 하는 것으로서, 저장부(52)의 상부에 연결되고,
그리고, 유량 조절수단(60)은 제 1 밸브(62)가 제 1 연결 배관(54)에 설치되고, 제 2 밸브(64)가 제 2 연결 배관(56)에 설치되며, 제 3 밸브(66)가 제 3 연결 배관(58′)에 설치된다.
한편, 통상적으로 공기조화기는 냉방 운전과 난방 운전에 따라 메인 유로를 순환하는 최적 냉매량이 상위하고, 제어부(80)는 냉방 운전과 난방 운전에 따라 제 1 밸브(62)와 제 2 밸브(64)와 제 3 밸브(66)의 온/오프나 개도값을 달리한다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예의 동작을 설명한다.
먼저, 공기조화기의 냉방 운전시, 부하 감지부(70)는 냉방 부하를 감지하여, 제어부(80)로 감지된 냉방 부하에 따른 신호를 출력한다. 제어부(80)는 냉방 부하에 따라 압축기(2)를 구동시킴과 아울러 감지된 냉방 부하에 따른 최적 냉매량을 기저장된 테이블이나 수식으로부터 결정하고, 결정된 최적 냉매량에 따라 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)의 온/오프 혹은 개도값을 본 발명 제 1 실시예와 같이 제어한다. 제어부(80)에 의한 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)의 제어는 본 발명 제 1 실시예와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 공기조화기는 냉방 운전시, 압축기(2)에서 압축된 냉매가 사방 밸브(100)를 통과한 후 실외 열교환기(10)로 이동되어 실외 열교환기(10)에서 응축되고, 팽창기구(20)를 통과하면서 팽창된 후 실내 열교환기(30)를 통과하면서 증발되며, 다시 사방밸브(100)를 통과하여 압축기(2)로 순환되고, 실외 열교환기(10)에서 유출된 액냉매 중 일부는 제 1 연결 배관(54)과 제 1 밸브(64)를 통과하여 저장부(52)로 유입되어 저장되고, 압축기(2)에서 압축된 고압의 기상 냉매 중 일부는 제 3 연결 배관(58)과 제 3 밸브(66)를 통과하여 저장부(52)로 유입되며, 저장부(52) 내에는 냉방 부하에 따른 적정 액냉매가 저장되며, 공기조화기는 메인 유로에 난방 운전시의 부하에 따른 최적의 냉매량이 순환되면서, COP가 최대화된다.
한편, 공기조화기의 난방 운전시, 부하 감지부(70)는 난방 부하를 감지하여, 제어부(80)로 감지된 난방 부하에 따른 신호를 출력한다. 제어부(80)는 난방 부하에 따라 압축기(2)를 구동시킴과 아울러 감지된 난방 부하에 따른 최적 냉매량을 기저장된 테이블이나 수식으로부터 결정하고, 결정된 최적 냉매량에 따라 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)의 온/오프 혹은 개도를 본 발명 제 1 실시예와 같이 제어한다. 제어부(80)에 의한 제 1 밸브(64)와 제 2 밸브(66)와 제 3 밸브(68)의 제어는 본 발명 제 1 실시예와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 공기조화기는 난방 운전시, 압축기(2)에서 압축된 냉매가 사방 밸브(100)를 통과한 후 실내 열교환기(30)로 이동되어 실내 열교환기(30)에서 응축되고, 팽창기구(20)를 통과하면서 팽창된 후 실외 열교환기(10)를 통과하면서 증발되며, 다시 사방 밸브(100)를 통과하여 압축기(2)로 순환되고, 실내 열교환기(30)에서 유출된 액냉매 중 일부는 제 2 연결 배관(56)과 제 2 밸브(64)를 저장부(52)로 유입되어 저장되고, 압축기(2)에서 압축된 고압의 기상 냉매 중 일부는 제 3 연결 배관(58)과 제 3 밸브(66)를 통과하여 저장부(52)로 유입되며, 저장부(52) 내에는 난방 부하에 따른 적정 액냉매가 저장되며, 공기조화기는 메인 유로에 난방 운전시의 부하에 따른 최적의 냉매량이 순환되면서, COP가 최대화된다.
도 6은 본 발명에 따른 공기조화기 제 3 실시예의 개략 구성도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 도 6에 도시된 바와 같이, 저장부(52) 및 냉매배관(40)의 압력을 측정하는 압력 측정수단(110)(112)(114)을 포함한다. 여기서, 압력 측정수단(110)(112)(114)은 저장부(52)로 유입되어 저장되는 액 냉매의 량을 감지하는 일종의 냉매 량 감지기구로서, 저장부(52)에 설치된 저장부 압력계(110)와, 냉매 유로(40) 중 고압측 냉매 유로인 압축기와 실외 열교환기 연결 배관(42)의 압력을 측정하는 고압측 압력계(112)와, 냉매 유로(40) 중 저압측 냉매 유로인 실내 열교환기와 압축기 연결 배관(48)의 압력을 측정하는 저압측 압력 계(114)를 포함한다.
제어부(80′)는 공기조화기의 부하 및 저장부 압력계(110)와 고압측 압력계(112)와 저압측 압력계(114)의 감지 결과에 따라 제 1 밸브(62)와 제 2 밸브(64)를 제어한다.
즉, 제어부(80′)는 저장부(52)의 압력과 고압측 냉매 유로의 압력과 저압측 냉매 유로의 압력에 의해 저장부(52)로 유입되는 냉매와 저장부(52)에서 유출되는 냉매의 양을 정확하게 감지할 수 있고, 그에 따라 제 1 밸브(62)와 제 2 밸브(64)를 제어하는 것에 의해 저장부(52)에 저장되는 냉매량을 조절할 수 있게 되며, 본 발명 제 1 실시예나 제 2 실시예에 도시된 제 3 연결 배관과 제 3 밸브 없이도, 저장부(52)의 액냉매 및 메인 유로의 최적 냉매량을 조절할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 공기조화기 제 4 실시예의 개략 구성도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 도 7에 도시된 바와 같이, 압력 측정수단(110)(112′)(114′)이 저장부(52)에 설치된 저장부 압력계(110)와,
실외 열교환기(10)의 배관 온도를 측정하는 실외 열교환기 배관 온도 센서(112′)와, 실내 열교환기(30)의 배관 온도를 측정하는 실내 열교환기 배관 온도 센서(114′)를 포함한다.
제어부(80′)는 공기조화기의 부하 및 저장부 압력계(110)와 실외 열교환기 배관 온도 센서(112′)와 실내 열교환기 배관 온도 센서(114′)의 감지 결과에 따라 제 1 밸브(62)와 제 2 밸브(64)를 제어한다.
즉, 제어부(80′)는 저장부(52)의 압력과 고압측인 실외 열교환기(10)의 압력과 저압측인 실내 열교환기(30)의 압력에 의해 저장부(52)로 유입되는 냉매와 저장부(52)에서 유출되는 냉매의 양을 정확하게 감지할 수 있고, 그에 따라 제 1 밸브(62)와 제 2 밸브(64)를 제어하는 것에 의해 저장부(52)에 저장되는 냉매량을 조절할 수 있게 되며, 본 발명 제 3 실시예와 같이, 제 3 연결 배관과 제 3 밸브 없이도, 저장부(52)의 액냉매 및 메인 유로의 최적 냉매량을 조절할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 공기조화기 제 5 실시예의 개략 구성도이고, 도 9는 본 발명에 따른 공기조화기 제 5 실시예의 냉방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도이며, 도 10은 본 발명에 따른 공기조화기 제 5 실시예의 난방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는 도 8에 도시된 바와 같이, 실외 열교환기(10)와 실내 열교환기(30)의 사이의 냉매 유로(45; 이하, ′실내/외 연결 배관′이라 칭함)에 난방 운전시 냉매가 통과하면서 팽창되고 냉방 운전시 냉매가 바이패스되거나 팽창 없이 통과하는 실외 팽창기구(20′)가 설치되고, 냉방 운전과 난방 운전시 냉매가 팽창되는 실내 팽창기구(20″)가 설치된다.
실내/외 연결 배관(45)에는 냉방 운전시 냉매가 실외 팽창기구(20a′)를 바이패스 하는 바이패스 배관(22)이 병렬 연결되며, 바이패스 배관(22)에는 냉방 운전시에만 냉매가 통과하고 난방 운전시 냉매가 통과하지 못하는 체크 밸브(24)가 설치된다.
그리고, 실내/외 연결 배관(45) 특히, 실외 팽창기구(20′)와 실내 팽창기구(20″)의 사이에는 냉매를 과냉시키는 과냉각장치(120)가 설치된다.
과냉각장치(120)는 실내/외 연결 배관(45) 중 일부를 감싸며 설치되는 과냉각기(122)와, 과냉각기(122)를 관통하여 실내기(미도시)로 연결되는 실내/외 연결 배관(45)에 연결되어 실내/외 연결 배관(45)을 이동하는 냉매 중 일부를 과냉각기(122) 내부로 바이패스 시키는 바이패스 배관(124)과, 바이패스 배관(124)에 설치되는 전자팽창밸브(126)와, 과냉각기(122)와 어큐뮬레이터(90)의 입력측 냉매 유로를 연결하는 회수배관(127)을 포함하여 구성된다.
여기서, 과냉각기(122)는 내부에 공간이 형성되고, 실내/외 연결 배관(45)은 과냉각기(122)를 관통하여 설치되며, 실내/외 연결 배관(45)을 따라 이동되는 냉매는, 공기조화기가 냉방 운전인 경우, 과냉각기(82) 내부에 충진된 냉매와 열교환되어 온도가 하강된다.
이를 위해, 전자팽창밸브(126)는 바이패스 배관(124)을 통해 과냉각기(122)로 이동되는 냉매를 팽창시켜 분무 상태의 저온 저압 냉매로 변환시키고, 팽창된 냉매는 과냉각기(122)의 내부에 유입되어 실내/외 연결 배관(45)을 따라 이동되는 냉매를 과냉시킨다.
한편, 본 실시예에 따른 공기조화기는 난방 운전시, 실내기에서 응축된 액체 냉매가 실내/외 연결 배관(45)을 통해 실외 열교환기(10)를 향해 이동되고, 실내/외 연결 배관(45)에서 분기되어 바이패스 배관(84)을 통해 이동되는 냉매 중 일부 는 풀 오픈된 전자팽창밸브(126)를 통과하여 과냉각기(122)로 유입된 후 어큐뮬레이터(90)측으로 이동된다.
한편, 본 실시예에 따른 공기조화기는 본 발명 제 2 실시예와 같이, 저장부(52)와 제 1,2,3 연결 배관(54′)(56′)(58′)과, 제 1,2,3 밸브(62)(64)(66)를 포함한다.
제 1 연결 배관(54′)은 실외 열교환기(10)와 실외 팽창기구(20′) 사이의 냉매 유로와 저장부(52)를 연결하고, 제 2 연결 배관(56′)은 과냉각 장치(120)와 실내기 사이의 냉매배관과 저장부(52)를 연결하며, 제 3 연결 배관(58′)은 압축기와 사방 밸브 연결 배관(102)과 저장부(52)를 연결한다.
제 1 밸브(62)는 제 1 연결 배관(54′)에 설치되고, 제 2 밸브(64)는 제 2 연결 배관(56′)에 설치되며, 제 3 밸브(66)는 제 3 연결 배관(58′)에 설치되며, 제 1 밸브(62)와 제 2 밸브(64)와 제 3 밸브(66)의 기능은 본 발명 제 2 실시예와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 냉방 운전시, 실외 열교환기(10)에서 유출된 액냉매 중 일부가 본 발명 제 2 실시예와 같이 제 1 연결 배관(54)을 통과하여 저장부(52)로 유입되고, 압축기(2)에서 압축된 고압 고압이 기상 냉매 중 일부가 제 3 연결 배관(58′)을 통과하여 저장부(52)로 유입되며, 저장부(52) 내의 냉매 중 일부가 제 2 연결 배관(56′)을 통해 유출되어 과냉각 장치(120)와 실내 팽창기구(20″)의 사이로 유출된다.
즉, 공기조화기의 냉방 운전시, 저장부(52)로 유입되는 액냉매는 실외 열교 환기(10)에서 응축된 고압의 액냉매이고, 저장부(52)로 유입되는 기상 냉매는 압축기(2)에서 압축된 고압의 기상 냉매이며, 저장부(52)에서 유출되는 냉매는 과냉각장치(120)를 통과한 고압의 액냉매와 혼합된 후 실내 팽창기구(20″)로 유입된다.
한편, 상기와 같은 공기조화기는 냉방 운전시, 최적량의 냉매가 압축기(2)와 사방 밸브(100)와 실외 열교환기(10)와 과냉각 장치(120)와 실내 팽창기구(20″)와 실내 열교환기(30)와 사방 밸브(100)와 어큐물레이터(90)와 압축기(2)를 순환하면서 COP가 최대화되고, 이때, 압축기(2)의 흡입측으로 액냉매가 유입되지 않는다.
반면에, 공기조화기는 도 10에 도시된 바와 같이, 난방 운전시, 실내 열교환기(10)에서 유출된 후 실내 팽창기구(20″)에서 일부 팽창된 액냉매가 제 2 연결 배관(56′)을 통과하여 저장부(52)로 유입되고, 압축기(2)에서 압축된 고압 고압이 기상 냉매 중 일부가 제 3 연결 배관(58′)을 통과하여 저장부(52)로 유입되며, 저장부(52) 내의 냉매 중 일부가 제 1 연결 배관(54′)을 통해 유출되어 과냉각 장치(120)와 실외 열교환기(10)의 사이, 좀 더 정확하게는 실외 팽창기구(20′)와 실외 열교환기(10)의 사이로 유출된다.
즉, 공기조화기의 난방 운전시, 저장부(52)로 유입되는 액냉매는 실내 열교환기(10)에서 응축된 후 실내 팽창기구(20″)에서 일부 팽창된 비교적 고압의 액냉매이고, 저장부(52)로 유입되는 기상 냉매는 압축기(2)에서 압축된 고압의 기상 냉매이며, 저장부(52)에서 유출되는 냉매는 실내 팽창기구(20″)를 통과한 저압의 냉매와 혼합된 후 실외 팽창기구(10)로 유입된다.
한편, 상기와 같은 공기조화기는 난방 운전시, 최적량의 냉매가 압축기(2)와 사방 밸브(100)와 실내 열교환기(30)와 실내 팽창기구(20″)와 실외 열교환기(10)와 사방 밸브(100)와 어큐물레이터(90)와 압축기(2)를 순환하면서 COP가 최대화되고, 이때, 압축기(2)의 흡입측으로 액냉매가 유입되지 않는다.
도 11은 본 발명에 따른 공기조화기 제 6 실시예의 개략 구성도이고, 도 12는 본 발명에 따른 공기조화기 제 6 실시예의 냉방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도이며, 도 13은 본 발명에 따른 공기조화기 제 6 실시예의 난방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 도 11에 도시된 바와 같이, 실외 팽창기구(20′)와 실내 팽창기구(20″)와 과냉각장치(120)의 구성이 본 발명 제 5 실시예와 동일하고, 저장부(52)와 제 1,2,3 연결 배관(54′)(56′)(58′)과, 제 1,2,3 밸브(62)(64)(66)를 포함한다.
제 1 연결 배관(54′)은 사방밸브(100)와 압축기(2)의 사이 특히 사방 밸브(100)와 어큐물레이터(90) 사이의 냉매 유로(101)과 저장부(52)를 연결하고, 제 2 연결 배관(56′)은 과냉각 장치(120)와 실내기 사이의 냉매배관과 저장부(52)를 연결하며, 제 3 연결 배관(58′)은 압축기와 사방 밸브 연결 배관(102)과 저장부(52)를 연결한다.
제 1 밸브(62)는 제 1 연결 배관(54′)에 설치되고, 제 2 밸브(64)는 제 2 연결 배관(56′)에 설치되며, 제 3 밸브(66)는 제 3 연결 배관(58′)에 설치되며, 제 1 밸브(62)와 제 2 밸브(64)와 제 3 밸브(66)의 기능은 본 발명 제 2 실시예와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 냉방 운전과 난방 운전시 냉매의 메인 유로 흐름은 본 발명 제 5 실시예와 동일하고, 저장부(52)의 냉매 유출입 유로만 본 발명 제 5 실시와 상위한다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 냉방 운전시, 과냉각장치(120)를 통과한 액냉매 중 일부가 제 2 연결 배관(56′)을 통해 저장부(52)로 유입되고, 압축기(2)에서 압축된 고압 고압이 기상 냉매 중 일부가 제 3 연결 배관(58′)을 통과하여 저장부(52)로 유입되며, 저장부(52) 내의 냉매 중 일부가 제 1 연결 배관(54′)을 통해 유출되어 사방 밸브(100)와 어큐물레이터(90)의 사이로 유출된다.
본 실시예에 따른 공기조화기는 냉방 운전시, 저장부(52)로 유입되는 액냉매가 과냉각장치(120)에서 과냉각된 고압의 액냉매이고, 저장부(52)로 유입되는 기상 냉매가 압축기(2)에서 압축된 고압의 기상 냉매이며, 저장부(52)에서 유출되는 냉매가 사방밸브(100)를 통과한 후 어큐물레이터(90)를 향해 이동되는 저압의 냉매와 혼합된 후 어큐물레이터(90)로 유입된다.
한편, 저장부(52)의 내부는 사방 밸브(100)와 어큐물레이터(90) 사이 보다 상대적으로 고압이므로 사방 밸브(100)를 통과한 냉매가 제 1 연결 배관(54′)을 통해 저장부(52)로 유입되는 가능성은 거의 없고, 공기조화기는 냉방 운전시, 최적량의 냉매가 압축기(2)와 사방 밸브(100)와 실외 열교환기(10)와 과냉각 장 치(120)와 실내 팽창기구(20″)와 실내 열교환기(30)와 사방 밸브(100)와 어큐물레이터(90)와 압축기(2)를 순환하면서 COP가 최대화된다.
본 실시예에 따른 공기조화기는 난방 운전시, 저장부(52)로 유입되는 액냉매가 실내 팽창기구(20″)에서 일부 팽창된 비교적 고압의 액냉매이고, 저장부(52)로 유입되는 기상 냉매가 압축기(2)에서 압축된 고압의 기상 냉매이며, 저장부(52)에서 유출되는 냉매는 사방밸브(100)를 통과한 후 어큐물레이터(90)를 향해 이동되는 저압의 냉매와 혼합된 후 어큐물레이터(90)로 유입된다.
한편, 저장부(52)의 내부는 사방 밸브(100)와 어큐물레이터(90) 사이 보다 상대적으로 고압이므로 사방 밸브(100)를 통과한 냉매가 제 1 연결 배관(54′)을 통해 저장부(52)로 유입되는 가능성은 거의 없고, 공기조화기는 난방 운전시, 최적량의 냉매가 압축기(2)와 사방 밸브(100)와 실내 열교환기(30)와 실내 팽창기구(20″)와 실외 열교환기(10)와 사방 밸브(100)와 어큐물레이터(90)와 압축기(2)를 순환하면서 COP가 최대화된다.
본 발명은, 저장 수단이 압축기와, 실외 열교환기와, 팽창기구와, 실내 열교환기를 연결하는 냉매 배관과 병렬 연결되고, 유량 조절 수단이 저장 수단의 냉매 유량을 조절하여, 최적의 냉매량으로 공기조화기를 운전시킬 수 있고, 냉매의 압력 손실을 방지할 수 있는 공기조화기에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 제 1 실시예의 개략 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 공기조화기 제 2 실시예의 냉방 운전시의 냉매 흐름이 도시된 개략 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 공기조화기 제 2 실시예의 냉방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도,
도 4는 본 발명에 따른 공기조화기 제 2 실시예의 난방 운전시의 냉매 흐름이 도시된 개략 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기 제 2 실시예의 난방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도,
도 6은 본 발명에 따른 공기조화기 제 3 실시예의 개략 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 공기조화기 제 4 실시예의 개략 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 공기조화기 제 5 실시예의 개략 구성도,
도 9는 본 발명에 따른 공기조화기 제 5 실시예의 냉방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도,
도 10은 본 발명에 따른 공기조화기 제 5 실시예의 난방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도,
도 11은 본 발명에 따른 공기조화기 제 6 실시예의 개략 구성도,
도 12는 본 발명에 따른 공기조화기 제 6 실시예의 냉방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도,
도 13은 본 발명에 따른 공기조화기 제 6 실시예의 난방 운전시의 P-h 선도에 저장부의 냉매 유출입 관계를 함께 도시된 도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2: 압축기 10: 실외 열교환기
20: 팽창기구 20′: 실외 팽창기구
20″: 실내 팽창기구 30: 실내 열교환기
40: 냉매 배관 50: 저장수단
52: 저장부 54: 제 1 연결 배관
56: 제 2 연결 배관 58: 제 3 연결 배관
60: 유량 조절 수단 62: 제 1 밸브
64: 제 2 밸브 66: 제 3 밸브
70: 부하 감지부 80: 제어부
90: 어큐물레이터 100: 사방 밸브

Claims (12)

  1. 압축기와, 실외 열교환기와, 팽창기구와, 실내 열교환기가 냉매 유로로 연결된 공기조화기에 있어서,
    상기 냉매 유로와 병렬 연결되고 냉매가 저장되는 저장 수단과;
    상기 저장 수단의 냉매 유량을 조절하는 유량 조절 수단을 포함하는 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장 수단은 냉매가 저장되는 저장부와; 상기 실외 열교환기와 팽창 기구의 사이와, 상기 저장부를 연결하는 제 1 연결 배관과; 상기 팽창기구와 실내 열교환기의 사이와, 상기 저장부를 연결하는 제 2 연결 배관을 포함하는 공기조화기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유량 조절 수단은 상기 제 1 연결 배관에 설치된 제 1 밸브와; 상기 제 2 연결 배관에 설치된 제 2 밸브를 포함하는 공기조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 저장 수단은 상기 압축기와 실외 열교환기의 사이와, 상기 저장부를 연결하는 제 3 연결 배관을 더 포함하는 공기조화기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공기조화기는 상기 압축기의 입력측 및 출력측과 상기 실외 열교환기와 상기 실내 열교환기와 냉매 유로로 연결된 유로 절환 밸브를 더 포함하고,
    상기 제 3 연결 배관은 상기 압축기와 유로 절환 밸브의 사이와 상기 저장부를 연결하는 공기조화기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 유량 조절 수단은 상기 제 3 연결 배관에 설치된 제 3 밸브를 더 포함하는 공기조화기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공기조화기는 상기 공기조화기의 부하에 따라 상기 제 1 밸브와 제 2 밸브와 제 3 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 공기조화기.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 공기조화기는 저장부 및 냉매 유로의 압력을 측정하는 압력 측정수단을 더 포함하는 공기조화기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 압력 측정수단은 상기 저장부에 설치된 저장부 압력계와, 상기 냉매 유로 중 고압측 냉매 유로의 압력을 측정하는 고압측 압력계와, 상기 냉매 유로 중 저압측 냉매 유로의 압력을 측정하는 저압측 압력계를 포함하는 공기조화기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공기조화기는 상기 공기조화기의 부하 및 상기 저장부 압력계와 고압측 압력계와 저압측 압력계의 감지 결과에 따라 상기 제 1 밸브와 제 2 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 공기조화기.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 압력 측정수단은 상기 저장부에 설치된 저장부 압력계와, 상기 실내 열교환기의 배관 온도를 측정하는 실내 열교환기 배관 온도 센서와; 상기 실외 열교환기의 배관 온도를 측정하는 실외 열교환기 배관 온도 센서를 포함하는 공기조화기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공기조화기는 상기 공기조화기의 부하 및 상기 저장부 압력계 와 실내 열교환기 배관 온도 센서와 실외 열교환기 배관 온도 센서의 감지 결과에 따라 상기 제 1 밸브와 제 2 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 공기조화기.
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