KR20100046692A - 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기에 관한 것이다.

본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기(110) 및 물과 냉매를 열교환하는 수냉매열교환기(120)가 구비된 실외기(100)와, 상기 수냉매열교환기(120)에서 물과 열교환된 냉매와 실내 공기를 열교환하는 공냉매열교환기(210)가 구비된 하나 이상의 실내기(200)와, 상기 실외기(100) 및 실내기(200)의 동작을 제어하는 동작제어수단(400)을 포함하여 구성되고, 상기 수냉매열교환기(120) 일측에는, 상기 수냉매열교환기(120)의 경유 전/후 냉매온도 중 하나 이상을 측정하는 냉매온도센서(182)와, 상기 수냉매열교환기(120)의 경유 전/후 수온차를 측정하는 물온도센서(123)와, 상기 수냉매열교환기(120)의 경유 전/후 물 유량차를 측정하는 유량측정센서(124)가 구비되며, 상기 동작제어수단(400)은 센서들이 측정한 측정냉매온도, 측정수온차 및 측정유량차가 설정냉매온도, 설정수온차 및 설정유량차 이하일 때 상기 실내기(200) 및 실외기(100)의 동작을 정지(off)하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 수냉매열교환기 내부의 결빙으로 인한 파손이 미연에 방지되는 이점이 있다.

히트펌프, 수열교환, 공기조화기, 동파, 응결

Description

히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기 {A water heat exchanging type air conditioner associated with heat pump}

도 1 은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 구성도.

도 2 는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 실외기 내부 구성을 나타낸 상세 구성도.

도 3 은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 냉방전실 운전시 냉매유동을 보인 동작 구성도.

도 4 는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 난방전실 운전시 냉매유동을 보인 동작 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100. 실외기 110. 압축기

112. 압축기토출온도센서 120. 수냉매열교환기

123. 물온도센서 124. 유량측정센서

182. 냉매온도센서 184. 제1냉매온도센서

186. 제2냉매온도센서 200. 실내기

300. 분배기 400. 동작제어수단

본 발명은 압축기 및 수냉매열교환기 일측에 냉매온도, 수온, 유량을 측정하기 위한 다수 센서를 구비하고, 다수 센서로부터 측정된 측정값에 따라 실내기 및 실외기의 동작을 선택적으로 정지하기위한 동작제어수단이 구비된 히트펌프 연동 수열교환식 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.

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 수열교환식 공기조화기가 선호되고 있으며, 활발한 연구 개발이 진 행되고 있다.

상기 수열교환식 공기조화기는 냉매가 실외 공기에 의해 열교환되는 일반적인 공기조화기의 열교환기와는 달리, 물과 냉매가 서로 혼합되지 않은 상태로 유동하면서 서로 열교환되도록 하는 수냉매열교환기가 구비되며, 상기 수냉매열교환기에서 열교환된 냉매가 냉매 사이클의 일부를 이루도록 구성된다.

그러나, 이러한 구성을 가지는 종래의 수열교환식 공기조화기에는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 상기 수냉매열교환기 내부에는 물이 존재하는 상태를 유지하게 되므로 동절기 난방 운전시에 물의 결빙으로 인한 동파가 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.

또한, 수열교환식 공기조화기의 난방 용량이 변화하더라도 수냉매열교환기 내부를 경유하는 물의 양은 일정하므로, 증발된 차가운 냉매에 의해 수온이 점차적으로 낮아져 물이 결빙되는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 상기 수열교환식 공기조화기가 냉방 모드로 운전시에 수온이 점차 상승하여 수냉매열교환기의 열교환 효율이 저하되면 실내열교환기에 발생한 응축수가 응결하여 결국 수열교환식 공기조화기 전체의 냉방 효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 압축기 및 수냉매열교환기 일측에 냉매온도, 수온, 유량을 측정하기 위한 다수 센서를 구비하고, 다수 센서로부터 측정된 측정값에 따라 실내 기 및 실외기의 동작을 선택적으로 정지하기 위한 동작제어수단이 구비된 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 수냉매열교환기의 동파 및 공냉매열교환기의 응결이 방지되도록 한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기 및 물과 냉매를 열교환하는 수냉매열교환기가 구비된 실외기와, 상기 수냉매열교환기에서 물과 열교환된 냉매와 실내 공기를 열교환하는 공냉매열교환기가 구비된 하나 이상의 실내기와, 상기 실외기 및 실내기의 동작을 제어하는 동작제어수단을 포함하여 구성되고, 상기 수냉매열교환기 일측에는, 상기 수냉매열교환기의 경유 전/후 냉매온도 중 하나 이상을 측정하는 냉매온도센서와, 상기 수냉매열교환기의 경유 전/후 수온차를 측정하는 물온도센서와, 상기 수냉매열교환기의 경유 전/후 물 유량차를 측정하는 유량측정센서가 구비되며, 상기 동작제어수단은 센서들이 측정한 측정냉매온도, 측정수온차 및 측정유량차가 설정냉매온도, 설정수온차 및 설정유량차 이하일 때 상기 실내기 및 실외기의 동작을 정지(off)하는 것을 특징으로 한다.

상기 동작제어수단은, 상기 센서들이 측정한 측정냉매온도, 측정수온차 및 측정유량차를 설정시간이 경과한 후에 설정냉매온도, 설정수온차 및 설정유량차와 비교하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉매온도센서는, 상기 수냉매열교환기로 유입 또는 유출되는 냉매 온도 를 각각 측정하는 제1냉매온도센서 및 제2냉매온도센서를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 실내기 또는 실외기 일측에는, 상기 동작제어수단에 의한 실내기 및 실외기의 정지 상태를 표시하는 알림수단이 구비됨을 특징으로 한다.

상기 동작제어수단은, 상기 제1냉매온도센서와 제2냉매온도센서가 측정한 냉매온도차가 5℃ 미만인 경우 상기 실내기 및 실외기의 동작을 정지하는 것을 특징으로 한다.

상기 압축기 일측에는, 압축된 냉매의 온도를 측정하는 압축기토출온도센서가 구비되며, 상기 동작제어수단은 압축기토출온도센서와 제1냉매온도센서가 측정한 냉매온도차가 5℃ 미만일 때 상기 압축기의 냉매압축량을 증가하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1냉매온도센서는 실내기 및 실외기가 냉방모드로 운전시에만 동작하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1냉매온도센서와 제2냉매온도센서는 상기 실내기 및 실외기가 난방모드로 운전시에 동시에 동작하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 가지는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기에 따르면, 수냉매열교환기 내부의 결빙이 미연에 방지되어 유지 및 관리가 용이한 이점이 있다.

이하 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 구성을 설명한다.

도 1에는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 구성도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기는 하나 이상의 실외기(100)와, 다수의 실내기(200)를 포함하여 구성되며, 상기 실내기(200)와 실외기(100) 사이에는 냉매 유동을 제어하는 분배기(300)가 선택적으로 설치된다.

그리고, 상기 실내기(200)와 실외기(100) 중 어느 하나의 일측에는 상기 실내기(200)와 실외기(100)의 동작을 제어하기 위한 동작제어수단(400)이 구비된다.

상기 실외기(100)에는 작동 유체인 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(110)와, 냉매와 물을 열교환하는 수냉매열교환기(120)와, 액상의 냉매를 저장하는 어큐뮬레이터(130), 실외전자밸브(102, LEV:linear expansion valve) 등이 구비된다.

따라서, 상기 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기가 동작시에 상기 수냉매열교환기(120) 내부는 물이 경유하게 되므로 동절기의 급격한 기온 강하로 인한 동파를 방지할 수 있도록 실내 공간의 별도 장소에 설치된다.

그리고, 상기 수냉매열교환기(120)를 경유하는 물은 폐회로를 이루는 수회로(102)를 따라 이동하게 된다.

상기 수회로(102)에는 보일러나 냉각기 등의 별도 수회로용장치(104)가 더 구비될 수 있다.

즉, 상기 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기가 설치된 장소의 기후 특색 에 따라 보일러나 냉각기가 선택적으로 설치될 수 있다.

예컨대 더운 지역에 설치된 경우 수냉매열교환기(120)는 응축기로 사용되어지는 기간이 길어지게 되므로 수냉매열교환기(120)의 열교환 효율을 높이기 위하여 냉각기가 설치되어야 하며, 추운 지역에 설치된 경우 수냉매열교환기(120)는 증발기로 사용되어지는 기간이 길어지게 되므로 수냉매열교환기(120)의 열교환 효율을 높이기 위하여 보일러가 연결되어야 함이 바람직하다.

상기 실내기(200)는 건물의 실내에 설치되어 공기조화를 위한 공간으로 직접 공기를 토출하는 것으로, 다수 실내 공간에 각각 구비되어 동시에 냉방 또는 난방을 수행하게 된다.

그리고, 상기 실내기(200) 내부에는 공냉매열교환기(210)와 팽창밸브(220) 등이 구비됨이 일반적이다.

상기 실외기(100)와 분배기(300) 사이에는 액체 냉매가 흐르는 단일 배관인 액관(105)과, 고압의 기체 냉매가 흐르는 고압기관(106) 그리고 저압의 기체 냉매가 흐르는 저압기관(108)이 연통되게 설치된다.

상기 실내기(200)에는 액체 냉매가 흐르는 실내액관(230)과, 기체 냉매가 흐르는 실내기관(240)이 각각 구비되며, 상기 실내액관(230)과 실내기관(240)은 액관(105)과 고압기관(106) 및 저압기관(108)과 분배기(300)에 의해 연통되도록 연결된다.

한편, 상기 분배기(300)는 에이치알유니트(Heat Recovery Unit)라고도 불리는 것으로, 도시되진 않았지만 내부에는 다수의 관이 구비되고 이러한 관에는 다수 의 밸브가 설치된다.

이하 상기 실외기(100)의 구성을 첨부된 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 실외기 내부 구성을 나타낸 상세 구성도가 도시되어 있다.

도면과 같이, 상기 압축기(110)는 냉매를 압축하여 고온 고압이 되도록 하는 것으로, 압축용량이 가변되는 가변속 열펌프(Variable Speed Heat Pump)인 인버터압축기(110)가 적용된다.

그리고, 상기 압축기(110)는 공기조화기의 용량 및 연결되는 실내기(200)의 개수에 따라 정속압축기를 추가로 더 구비할 수도 있다.

상기 압축기(110)의 출구측에는 압축기(110)로부터 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 압축기토출온도센서(112) 및 오일분리기(114)가 각각 구비된다. 상기 오일분리기(114)는 압축기(110)로부터 배출되는 냉매 속에 섞여 있는 오일을 걸러내어 다시 압축기(110)로 회수되도록 한다.

즉, 상기 압축기(110)의 구동시에 발생되는 마찰열을 냉각시키기 위해 사용되는 오일(oil)이 냉매와 더불어 압축기(110)의 출구로 배출되는데, 이러한 냉매속의 오일을 상기 오일분리기(114)에서 분리하여 오일회수관(116)을 통해 압축기(110)로 되돌려 보내는 것이다.

그리고 상기 오일분리기(114)의 출구측에는 체크밸브(118)가 더 설치되어 냉매의 역류를 방지한다.

상기 오일회수관(116) 일측에는 전자식오일회수관(140)이 더 구비된다. 상기 전자식오일회수관(140)은 오일회수관(116)을 통해 오일의 회수가 원활하지 않을 때 선택적으로 개방된다.

즉, 상기 전자식오일회수관(140)에는 전자밸브(142)가 구비되며, 상기 전자밸브(142)는 압축기(110)의 운전용량이 높아질 때 전자식오일회수관(140)을 선택적으로 개방하게 된다.

보다 상세하게는 상기 압축기(110)가 높은 압축비로 작동시에 압축기(110)로부터 압축되어 토출되는 냉매에는 보다 많은 오일이 포함된다.

따라서, 상기 오일회수관(116)만으로는 오일분리기(114)에서 분리된 오일을 압축기(110)로 회수하기에는 역부족이므로, 상기 전자밸브(142)가 개방되어 상기 전자식오일회수관(140)을 통해 보다 효율적으로 오일의 회수가 가능하도록 한다.

상기 오일분리기(114)는 배관에 의해 사방밸브(150)와 연통되도록 연결된다. 상기 사방밸브(150)는 냉, 난방 운전에 따라 냉매의 흐름 방향을 바꾸어 주도록 설치되는 것으로, 각각의 포트는 압축기(110)의 출구(또는 오일분리기), 압축기(110)의 입구(또는 어큐뮬레이터), 수냉매열교환기(120) 및 실내기(200)와 연결된다.

따라서, 상기 압축기(110)로부터 토출된 냉매는 한곳으로 모아진 다음, 상기 사방밸브(150)로 유입되는데, 이러한 사방밸브(150)의 입구에는 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 압력을 체크하는 고압센서(118)가 설치된다.

상기 사방밸브(150)의 우측에는 핫가스(hot gas)관(132)이 구비된다. 상기 핫가스관은 오일분리기(114)에서 사방밸브(150)로 유입되는 냉매의 일부가 상기 어큐뮬레이터(130)로 바로 투입될 수 있도록 하는 구성이다.

즉, 상기 핫가스관(132)은 공기조화기의 운전 중에 어큐뮬레이터(130)로 유입되는 저압의 냉매 압력을 높일 필요가 있는 경우에 압축기(110) 토출구측의 고압 냉매가 압축기(110) 입구측으로 직접 공급될 수 있도록 하는 것으로, 핫가스밸브(134)가 설치되어 선택적으로 개폐된다.

상기 압축기(110) 하측에는 실외과냉각기(160)가 구비된다. 상기 실외과냉각기(160)는 아래에서 상세히 설명할 수냉매열교환기(120)에서 열교환된 냉매를 더욱 냉각되도록 하는 것으로, 수냉매열교환기(120)의 출구측에 연결되는 액관(105)의 임의 위치에 형성된다.

상기 실외과냉각기(160)는 이중관으로 형성된다. 즉 상기 실외과냉각기(160)는 액관(105)과 연통되는 내측관(미도시)과, 상기 내측관과 분리되고 아래에서 설명할 역이송관(162)과 연통하는 외측관(미도시)을 포함하여 구성된다.

한편 상기 실외과냉각기(160)의 출구에는 역이송관(162)이 구비된다. 상기 역이송관(162)은 수냉매열교환기(120)로부터 토출되어 액관(105)을 통해 유동하는 냉매가 외측관으로 유입되어 역류되도록 안내하는 역할을 한다.

그리고, 상기 역이송관(162)에는 액체 냉매를 팽창에 의해 저온의 기체 냉매로 변환시키는 과냉각팽창밸브(164)가 설치된다. 그리고 상기 과냉각팽창밸브(164)는 역이송관을 통해 역류되는 냉매의 양을 조절할 수 있게 된다.

또한, 상기 실외과냉각기(160)를 통과한 냉매는 사용자가 원하는 온도로 변경 가능하다. 그리고, 상기 역이송관(162)을 통해 역류하는 냉매의 양이 많아질수록 상기 실외과냉각기(160)를 통과한 냉매의 온도는 낮아지게 된다.

이와 같이, 상기 수냉매열교환기(120)로부터 토출되는 액냉매는 상기 실외과냉각기(130)를 통과하면서 열전도에 의해 더욱 냉각되어 실내기(200)로 공급되며, 상기 실외과냉각기(130)의 외측관(도시되지 않음)으로부터 토출되는 역류냉매는 아래에서 설명할 어큐뮬레이터(132)를 거쳐 상기 압축기(110)로 다시 공급되어 순환된다.

한편 상기 실외과냉각기(130)의 출구에는 실외기(100)로부터 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 액관온도센서(166)가 설치되고, 상기 과냉각팽창밸브(164)의 출구에는 과냉각입구센서(168)가 구비되어 실외과냉각기(160)로 유입되는 역류냉매의 온도를 측정하며, 상기 실외과냉각기(160)로부터 배출되는 역이송관에는 과냉각출구센서(169)가 구비된다.

상기 과냉각팽창밸브(164) 우측에는 드라이어(161,drire)가 구비된다. 상기 드라이어는 액관(105)을 흐르는 냉매 속에 함유된 수분을 제거하는 역할을 수행한다.

상기 드라이어(161) 상측에는 어큐뮬레이터(130)가 구비된다. 상기 어큐뮬레이터(130)는 액냉매를 걸러내어 기체상태의 냉매만 압축기(110)로 유입되도록 한다.

즉, 상기 실내기(200)로부터 유입되는 냉매 중 기체로 증발되지 못하고 액상으로 남아있는 냉매가 상기 압축기(110)로 직접적으로 유입되면, 냉매를 고온 고압의 기체 상태로 압축하는 압축기(110)에 부하가 증가되어 손상을 야기하게 된다.

따라서, 상기 어큐뮬레이터(130) 내부로 유입된 냉매 중 미처 증발되지 못하 고 액체 상태로 남아있는 냉매는 기상의 냉매보다 상대적으로 무겁기 때문에 어큐뮬레이터(130)의 하부에 저장되고, 상부의 기상 냉매만 압축기(110)로 유입된다.

상기 어큐뮬레이터(130)의 입구측에는 흡입되는 냉매의 온도를 측정하기 위한 흡입배관온도센서(136)와 냉매의 압력을 체크하는 저압센서(138)가 구비된다.

한편, 상기 실외기(100)의 내부 좌측 상부에는 동작제어수단(400)이 구비된다. 상기 동작제어수단(400)은 실내기(200) 및 실외기(100)의 동작을 제어하기 위한 구성으로, 도시되진 않았지만 내부에는 인쇄회로기판(PCB) 전압트랜스, 커패시터 등의 제어부품이 구비된다.

또한 상기 동작제어수단(400)은 아래에서 상세히 설명할 수냉매열교환기(120)의 내부 결빙과, 공냉매열교환기(210)의 응결을 미연에 차단하는 역할도 동시에 수행한다.

상기 동작제어수단(400)의 작용은 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 냉방 및 난방 운전모드 설명시에 상세히 하기로 한다.

상기 실외전자밸브(104) 좌측에는 냉방전용배관(170)이 더 구비된다. 상기 냉방전용배관(170)은 공기조화기가 냉방 모드로 운전시에 수냉매열교환기(120)에서 응축된 냉매가 유동하도록 구성된 것으로, 상기 냉방전용배관(170)에는 냉방밸브(172)가 설치되어 선택적으로 개방된다.

상기 냉방전용배관(170) 우측에는 리시버(180)가 구비된다. 상기 리시버(180)는 수냉매열교환기(120)를 경유하면서 응축된 액상의 냉매를 저장하는 것으로, 상기 수냉매열교환기(120)와 분배기(300) 사이에 연통되게 설치된다.

한편, 상기 리시버(180) 상측에는 수냉매열교환기(120)가 구비된다. 상기 수냉매열교환기(120)는 본 발명의 요부 구성으로서 공냉매열교환기(210)와 상반된 기능을 수행한다. 즉, 상기 수냉매열교환기(120)가 증발기로 작용하면 공냉매열교환기(210)는 응축기 기능을 수행하게 된다.

그리고, 상기 수냉매열교환기(120)는 물과 냉매간의 열교환이 일어나도록 판형열교환기로 이루어진다. 즉, 상기 수냉매열교환기(120)는 다수개의 박판(薄板)이 일정 간격으로 이격 형성되어, 냉매와 물이 유동하는 공간이 분리되어 형성되는 판형열교환기로 구성된다.

상기 판형열교환기로 이루어지는 수냉매열교환기(120)는 도면과 같이 직립된 상태로 설치된다.

상기 수냉매열교환기(120)의 좌측에는 입수관(121)과 출수관(122)이 구비된다. 상기 입수관(121)은 전술한 수회로용장치(104)를 경유한 물이 수냉매열교환기(120)로 유입되도록 안내하는 것으로, 상기 수냉매열교환기(120)의 하측에 위치한다.

그리고, 상기 수냉매열교환기(120)의 좌측면 상측에는 출수관(122)이 구비된다. 상기 출수관(122)은 입수관을 통해 수냉매열교환기(120) 내부로 유입되어 경유한 물이 수회로용장치(104)로 회수되도록 하는 역할을 수행한다.

상기 입수관(121)과 출수관(122) 일측에는 수냉매열교환기(120)의 경유 전/후 수온차를 측정하는 물온도센서(123)가 구비된다. 즉, 상기 물온도센서(123)는 입수관(121)과 출수관(122)에 각각 하나씩 구비되어 수냉매열교환기(120)로 유입되 는 물온도와 유출되는 물온도를 각각 측정하기 위한 구성으로 상기 동작제어수단(400)과 연동하여 동절기 수냉매열교환기(120)의 동파를 방지하게 된다.

즉, 상기 공기조화기가 동절기에 난방모드로 운전시에 상기 수냉매열교환기(120)는 증발기로 작용하게 되는데, 이때 수냉매열교환기(120)를 경유하는 물은 점차적으로 차가워지는 냉매와 열교환하여 점차 0℃에 가까워지게 된다.

따라서, 상기 물온도센서(123)는 수냉매열교환기(120)의 경유 전/후 수온을 각각 측정하여 동작제어수단(400)에 정보를 보내게 되면, 상기 동작제어수단(400)은 물온도센서(123)로부터 제공받은 수온의 차이를 미리 설정된 설정수온차와 비교함으로써 실내기(200) 및 실외기(100)의 동작을 정지시키게 된다.

이때 상기 동작제어수단(400)은 공기조화기가 동작을 시작하고 설정시간이 지난 후부터 설정수온차와 측정수온차를 비교하게 되며, 사용자에게 공기조화기의 동작이 정지되었음을 알려주는 기능도 동시에 수행하게 된다.

이를 위해 상기 공기조화기에는 실내기(200) 미치 실외기(100)의 정지 상태를 알릴 수 있도록 알림수단(미도시)이 구비됨이 바람직하다.

상기 입수관(121)과 출수관(122) 일측에는 수냉매열교환기(120)의 경유 전/후 물의 유량차를 측정하기 위한 유량측정센서(124)가 더 구비된다. 상기 유량측정센서(124)는 수냉매열교환기(120)의 경유 전/후 수온을 측정하는 것으로, 상기 동작제어수단(400)과 연동하여 동절기 수냉매열교환기(120)의 동파를 방지하게 된다.

즉, 상기 유량측정센서(124)는 수냉매열교환기(120)로 유입되는 물의 양과 수냉매열교환기(120)를 경유한 물의 양을 각각 측정하고, 이러한 측정양을 상기 동 작제어수단(400)에 제공하게 된다.

그리고, 상기 동작제어수단(400)은 유량측정센서(124)로부터 제공받은 유량 차이를 설정유량차와 비교하여 설정유량차보다 측정유량차이가 작아지게 되면 상기 공기조화기의 동작을 정지(off)하게 된다.

이것은 상기 수냉매열교환기(120) 내부로 유입된 물 중 일부가 결빙되거나, 수냉매열교환기(120) 내부에서 누설된 경우 차가운 냉매와 열교환시 급격하게 수온이 강하하여 수냉매열교환기(120)의 동파를 야기할 수 있기 때문이다.

이때, 상기 동작제어수단(400)은 공기조화기가 동작을 시작한지 설정시간이 지난 후부터 설정유량차와 측정유량차를 비교하게 되며, 알람수단을 통해 사용자에게 공기조화기의 정지 상태를 알려주게 된다.

상기 수냉매열교환기(120)의 우측에는 냉매의 입/출을 안내하는 냉매관(125)이 구비된다. 상기 냉매관(125)은 수냉매열교환기(120)의 우측면 상부에 위치한 제1냉매관(126)과, 우측면 하부에 위치한 제2냉매관(127)을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 제1냉매관(126)과 제2냉매관(127)은 공기조화기의 운전 모드에 따라 냉매의 유동 방향을 서로 다르게 안내하게 된다.

즉, 상기 수냉매열교환기(120)가 증발기로 사용되는 경우 상기 제1냉매관(126)은 수냉매열교환기(120) 내부로 냉매 유동을 안내하게 되며, 수냉매열교환기(120)가 응축기로 사용되는 경우 상기 제2냉매관(127)은 수냉매열교환기(120) 내부로 냉매 유동을 안내하게 된다.

그리고, 상기 냉매관(125)에는 냉매온도센서(182)가 구비된다. 상기 냉매온 도센서(182)는 수냉매열교환기(120)의 경유 전/후 냉매온도 중 하나 이상을 측정하는 것으로, 상기 제1냉매관(126)과 제2냉매관(127)에 각각 하나씩 구비된다.

보다 상세하게는 상기 제1냉매관(126)에는 제1냉매온도센서(184)가 구비되어 제1냉매관(126) 내부를 유동하는 냉매의 온도를 측정하게 되며, 상기 제2냉매관(127)에는 제2냉매온도센서(186)가 구비되어 제2냉매관(127) 내부를 유동하는 냉매의 온도를 측정하게 된다.

그리고, 상기 제1냉매온도센서(184)와 제2냉매온도센서(186)가 측정한 냉매 온도는 동작제어수단(400)에 제공되며, 상기 동작제어수단(400)은 공기조화기가 냉방모드로 동작시에 제1냉매온도센서(184)와 제2냉매온도센서(186)가 측정한 냉매 온도의 차이가 설정냉매온도차(5℃)미만인 경우 상기 실내기(200) 및 실외기(100)의 동작을 정지시키게 된다.

반면, 상기 공기조화기가 난방모드로 동작시에 상기 제1냉매온도센서(184)와 동작제어수단(400)은 실내기(200)의 응결을 방지하기 위한 작용을 한다.

즉, 상기 제1냉매온도센서(184)와 전술한 압축기토출온도센서(112)는 각각의 위치에서 냉매의 온도를 측정하게 되고, 이렇게 측정된 냉매온도는 동작제어수단(400)에 제공된 후 그 측정냉매온도차가 설정냉매온도차(5℃) 미만인 경우 공기조화기의 동작을 정지시키게 된다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 작용을 도 3을 참조하여 냉방모드를 예로 들어 설명한다.

도 3에는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 냉방전실 운전시 냉매유동을 보인 동작 구성도가 도시되어 있다.

먼저 상기 다수 실내기(200)는 모두 냉방을 위해 사용되며, 상기 실외기(100)의 냉매유동을 살펴보면, 상기 실내기(200)로부터 유입되는 기체냉매는 압축기(110)로부터 압축된 다음 토출되며, 압축기(110)로부터 토출되는 냉매에 포함된 오일은 오일분리기(114)를 통과하면서 분리되어 압축기(110)로 회수된다.

즉 상기 압축기(110)에서 냉매가 압축되면서 오일(oil)이 냉매속에 섞이게 되는데, 이러한 오일은 액체상태이고 냉매는 기체상태이므로 기액분리기인 오일분리기(114)에서 분리된다.

상기 오일분리기(114)를 통과한 냉매는 상기 사방밸브(150)를 거쳐 상기 수냉매열교환기(120)로 유입된다. 상기 수냉매열교환기(120)는 응축기(냉방 모드일때)로 작용하므로, 냉매는 수냉매열교환기(120)를 경유하는 물을 통해 냉각되어 액냉매가 된다.

상기 수냉매열교환기(120)로부터 배출되는 냉매는 상기 냉방전용배관(170)을 통과한다. 즉 냉방전실운전시에는 상기 냉방밸브(172)가 오픈(open)되어 있으므로, 상기 수냉매열교환기(120)를 통과한 냉매는 상기 실외전자밸브(104)를 통과하지 않고 냉방전용배관을 통과하게 된다.

그리고 냉방전실운전시에는 상기 과냉각팽창밸브(164)가 개방되어 실외과냉각기(160)가 작동한다. 따라서 상기 냉방전용배관(170)을 통과한 냉매는 실외과냉각기(160)에서 더욱 냉각되어 액냉매가 된다.

상기 실외과냉각기(160)를 통과한 냉매는 냉매중에 포함된 수분을 제거하는 드라이어(Drier,)를 거친 다음, 상기 액관(105)을 통해 분배기(300)로 유입된다.

상기 분배기(300)로 유입된 냉매는 상기 다수 실내기(200)로 분배되어 공급된다.

상기의 각 실내기(200)로 유입된 냉매는 상기 팽창밸브(220)에서 팽창되어 감압되고, 각 공냉매열교환기(210)에서 열교환을 하게 된다. 이때 공냉매열교환기(210)는 모두 증발기의 역할을 하므로, 냉매는 열교환을 통해 저압가스가 된다.

상기 공냉매열교환기(210)로부터 배출되는 냉매는 다시 분배기(300)로 유입되며, 상기 분배기(300)를 경유한 냉매는 저압기관(108)을 통해 상기 어큐뮬레이터(130)로 유입된다.

상기 어큐뮬레이터(130)에서는 미처 증발되지 못한 액체상태의 냉매는 걸러지고, 기체상태의 냉매만 선별되어 상기 압축기(110)로 공급된다. 이와 같은 과정을 거쳐 하나의 사이클(cycle)이 완성된다.

한편 상기와 같은 냉방전실운전시에는 상기 압축기(110)로부터 토출되는 고압냉매의 일부는 상기 고압기관(106)으로도 일부 이동된다. 그러나 상기 고압기관(106)을 통한 냉매의 유동은 분배기(300)에서 차단된다.

한편, 상기 공기조화기가 냉방모드로 동작시에 상기 제1냉매온도센서(184)와 압축기토출온도센서(112)는 냉매의 온도를 각각 측정하게 되며, 동작제어수단(400)은 응축 후 냉매가 과열된 정도(토출과열도〓압축기토출온도-응축온도)가 5℃이하인 경우 상기 공기조화기의 동작을 정지시키게 된다.

이것은 상기 수냉매열교환기(120)에서의 냉매 과냉각을 미연에 차단하여 공 냉매열교환기(210)의 응결을 방지하기 위함이다.

이하에서는 공기조화기의 난방전실운전시 동작 상태를 첨부된 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4에는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 난방전실 운전시 냉매유동을 보인 동작 구성도가 도시되어 있다.

공기조화기가 난방전실 운전시에 상기 다수 실내기(200)들은 모두 난방을 위해 사용된다. 그리고 상기 냉방전실운전시의 상태 설명에서 각 부품의 기능을 설명하였으므로 이하에서는 세부적인 각 부품의 기능은 생략한다.

우선, 상기 실외기(100)에서의 냉매유동을 살펴보면 상기 압축기(110)로부터 토출되는 냉매는 오일분리기(114)를 통과하여 고압기관(106)을 통해 분배기(300)로 유입된다.

상기 분배기(300)로 유입된 냉매는 실내기관(240)을 통해 실내기(200) 내부로 공급된다.

상기 실내기(200) 내부의 공냉매열교환기(210)를 통과하는 냉매는 입수관(121)을 통해 유입되는 물과 열교환되어 응축된다.

즉 난방의 경우에 상기 공냉매열교환기(210)는 응축기로 작용하여 발열에 의해 내부 공기를 따뜻하게 하게 된다.

그리고 상기 팽창밸브(220)는 모두 개방되어 있으므로, 공냉매열교환기(210)를 통과하면서 액상으로 바뀐 냉매는 실내액관(230)을 통해 분배기(300)로 유입된다.

상기 분배기(300)에서의 액냉매는 액관(105)을 통해 실외기(100)로 유입되며, 실외기(100)로 유입된 냉매는 상기 실외전자밸브(104)를 통과하면서 수냉매열교환기(120)로 공급되어 열교환을 하게 된다.

이때 상기 수냉매열교환기(120)는 증발기로 작용하므로, 액냉매는 물과 열교환하여 기체상태로 바뀌게 된다.

상기 수냉매열교환기(120)로부터 배출되는 기상의 저압냉매는 상기 사방밸브(150)를 통과하여 상기 어큐뮬레이터(130)를 거쳐 압축기(110)로 공급된다. 이러한 과정을 거쳐 하나의 난방사이클을 형성하게 된다.

한편, 상기 공기조화기가 난방사이클로 동작되는 중에 상기 제1냉매온도센서(184) 및 제2냉매온도센서(186)는 냉매온도를 측정하여 상기 동작제어수단(400)에 제공하게 된다.

이때 상기 동작제어수단(400)은 제1냉매온도센서(184) 및 제2냉매온도센서(186)로부터 제공받은 측정냉매온도의 차이를 설정냉매온도의 차이와 비교하여 수냉매열교환기(120)의 동파를 방지하게 된다.

즉, 상기 측정냉매온도차이가 설정냉매온도차(5℃) 이하인 경우 상기 수냉매열교환기(120) 내부를 경유하는 물의 열교환 효율이 저하된 상태이므로 수온이 낮아져 결빙이 발생될 수 있게 되는데, 상기 동작제어수단(400)은 이를 판단하여 상기 실내기(200) 및 실외기(100)의 동작을 정지시키게 된다.

이와 함께 상기 유량측정센서(124)와 물온도센서(123)는 수냉매열교환기(120)의 경유 전/후 물의 온도 및 유량을 측정하여 상기 동작제어수단(400)에 제 공하게 된다.

상기 동작제어수단(400)은 유량측정센서(124)와 물온도센서(123)로부터 제공받은 물의 온도와 유량을 설정수온차 및 설정유량차와 비교하게 된다.

그리고, 상기 측정수온차 또는 측정유량차가 설정수온차 또는 설정유량차보다 작은 경우에는 상기 실내기(200) 및 실외기(100)의 동작을 정지시키게 된다.

따라서 이런 결과로 상기 수냉매열교환기(120) 내부를 경유하는 물의 결빙을 미연에 차단하여 동파를 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 동작제어수단(400)은 실내기(200) 및 실외기의 동작을 정지시킴과 동시에 알림수단(미도시)에 신호를 보내어 사용자로 하여금 실내기(200) 및 실외기(100)의 동작 상태를 알 수 있도록 한다.

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.

본 발명에서는 압축기 및 수냉매열교환기 일측에 냉매온도, 수온, 유량을 측정하기 위한 다수 센서를 구비하고, 다수 센서로부터 측정된 측정값에 따라 실내기 및 실외기의 동작을 선택적으로 정지하기 위한 동작제어수단이 구비된다.

그리고 동작제어수단은 측정값을 설정값과 비교하여 실내기 및 실외기의 동작을 선택적으로 정지하도록 구성된다.

따라서, 난방모드로 운전시에 수냉매열교환기 내부 물의 결빙을 미연에 차단 하게 되므로 동파가 방지되는 이점이 있다.

또한, 냉방모드로 운전시에 공냉매열교환기의 응결을 미연에 차단하게 되므로 열교환효율이 향상되며 감성불만이 해소되는 이점이 있다.

Claims (8)

1. 냉매를 압축하는 압축기 및 물과 냉매를 열교환하는 수냉매열교환기가 구비된 실외기와, 상기 수냉매열교환기에서 물과 열교환된 냉매와 실내 공기를 열교환하는 공냉매열교환기가 구비된 하나 이상의 실내기와, 상기 실외기 및 실내기의 동작을 제어하는 동작제어수단을 포함하여 구성되고,

   상기 수냉매열교환기 일측에는,

   상기 수냉매열교환기의 경유 전/후 냉매온도 중 하나 이상을 측정하는 냉매온도센서와,

   상기 수냉매열교환기의 경유 전/후 수온차를 측정하는 물온도센서와,

   상기 수냉매열교환기의 경유 전/후 물 유량차를 측정하는 유량측정센서가 구비되며,

   상기 동작제어수단은 센서들이 측정한 측정냉매온도, 측정수온차 및 측정유량차가 설정냉매온도, 설정수온차 및 설정유량차 이하일 때 상기 실내기 및 실외기의 동작을 정지(off)하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 동작제어수단은,

   상기 센서들이 측정한 측정냉매온도, 측정수온차 및 측정유량차를 설정시간이 경과한 후에 설정냉매온도, 설정수온차 및 설정유량차와 비교하는 것을 특징으 로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매온도센서는,

   상기 수냉매열교환기로 유입 또는 유출되는 냉매 온도를 각각 측정하는 제1냉매온도센서 및 제2냉매온도센서를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 실내기 또는 실외기 일측에는,

   상기 동작제어수단에 의한 실내기 및 실외기의 정지 상태를 표시하는 알림수단이 구비됨을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 동작제어수단은,

   상기 제1냉매온도센서와 제2냉매온도센서가 측정한 냉매온도차가 5℃ 미만인 경우 상기 실내기 및 실외기의 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 압축기 일측에는,

   압축된 냉매의 온도를 측정하는 압축기토출온도센서가 구비되며, 상기 동작제어수단은 압축기토출온도센서와 제1냉매온도센서가 측정한 냉매온도차가 5℃ 미만일 때 상기 압축기의 냉매압축량을 증가하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 냉매온도센서는 실내기 및 실외기가 냉방모드로 운전시에만 동작하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
8. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 제1냉매온도센서와 제2냉매온도센서는 상기 실내기 및 실외기가 난방모드로 운전시에 동시에 동작하는 것을 특징으로 하는 히트펌퍼 연동 수열교환식 공기조화기.

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