KR20100052349A - 공기 조화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 조화 시스템에 관한 것으로서, 난방 운전이 지속되는 도중에 제상 기능이 수행 가능하도록 하여, 난방 성능이 저하되는 것을 방지하고, 실외 열교환기의 열교환 능력 저하를 방지하는 것을 특징으로 한다.
냉매, 사이클, 제상

Description

공기 조화 시스템{Air conditioning system}
본 발명은 공기 조화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화 시스템은, 압축기, 응축기, 팽창 부재 및 증발기로 이루어지는 냉매 순환 사이클에 관한 것으로서, 냉매의 흐름 방향에 따라서 냉방 사이클과 난방 사이클로 구별된다.
상기 공기 조화 시스템은 실내 공간을 실외 온도보다 높게 유지하거나, 실내 온도보다 낮게 유지하도록 하는데 적용된다.
또한, 상기 공기 조화 시스템에 사방 밸브와 같은 방향 전환 밸브가 장착되어, 냉방 사이클과 난방 사이클이 선택적으로 수행되도록 할 수도 있다.
한편, 가정용 냉난방 겸용 공기 조화기, 즉 히트 펌프는 실외 온도가 섭씨 5도 이하이고, 습도가 높은 저온 고습 조건에서 난방 운전을 하면 실외 열교환기 표면에 서리가 발생하게 된다. 그리고, 상기 서리는 시간이 지남에 따라 실외 열교환기 표면에 얼어붙어서 실외 공기와 냉매간의 열교환 효율을 저하시키는 요인이 된다.
이러한 경우, 대부분의 히트 펌프 시스템에서는 실외 열교환기의 서리 제거 를 위하여, 냉매 사이클의 역으로 동작시켜 실외 열교환기가 응축기의 기능을 수행하도록 한다. 그러면, 실외 열교환기의 표면에 응결된 서리가 녹아 내리게 된다. 그러나, 이러한 냉매의 역사이클을 수행하는 동안, 난방 운전이 수행되지 못하므로, 실내 온도가 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 공기 조화 시스템의 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 난방 운전이 계속 수행되면서 서리 제거가 이루어지도록 하는 공기 조화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템에는, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기; 난방 운전 시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매가 흐르는 실내 열교환기; 상기 실내 열교환기의 출구측에 제공되어, 냉매를 감압하는 팽창 부재; 상기 팽창 부재를 통과한 냉매가 흐르는 실외 열교환기; 상기 압축기의 출구와 상기 실내 열교환기의 입구 사이의 어느 지점에서 분지되어, 상기 실외 열교환기의 입구측에 연결되는 제 1 바이패스 배관; 상기 팽창 부재의 출구와 상기 실외 열교환기의 입구 사이의 어느 지점에서 분지되어 상기 압축기의 입구측에 연결되는 제 2 바이패스 배관; 및 상기 제 2 바이패스 배관의 어느 지점에 제공되어 냉매를 가열하는 냉매 가열 장치가 포함된다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템에 의하여, 난방 운전이 지속되는 도중에 제상 작업이 수행되므로, 실내 온도 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제상을 위하여 역사이클 운전을 하지 않아도 되므로, 압축기로 액상 냉매의 유입이 방지되는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니함을 밝혀 둔다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템(1)은 실내기(10)와 실외기(20)로 이루어진다.
상세히, 상기 공기 조화 시스템(1)을 구성하는 냉매 사이클은, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(21)와, 상기 압축기(21)로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향을 선택적으로 전환하는 사방 밸브(22)와, 난방 운전 하에서 상기 압축기(21)로부터 토출되는 냉매가 공급되고, 실내 공기와 연교환하는 실내 열교환기(11)와, 상기 실내 열교환기(11)를 통과한 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 변환시키는 팽창 부재(23)와, 상기 팽창 부재(23)를 통과한 냉매가 실외 열교환기와 열교환하도록 하는 실외 열교환기(24)가 포함된다.
더욱 상세히, 상기 실내기(10) 내부에는 상기 실내 열교환기(11)와, 실내 열교환기 쪽으로 실내 공기를 흡입하는 실내팬(110)이 수용된다. 그리고, 상기 실외기(10) 내부에는 상기 압축기(21), 사방 밸브(22), 팽창 부재(23), 실외 열교환기(24) 및 상기 실외 열교환기 쪽으로 실외 공기를 흡입하는 실외팬(240)이 수용된다. 그러나, 제품에 따라 구성 요소의 배치가 다르게 설정될 수 있음을 밝혀 둔다.
한편, 상기 공기 조화 시스템(1)이 난방 운전을 수행하는 과정에서 역사이클 운전을 수행하지 않고도 제상 기능이 수행되도록 하기 위하여, 다음과 같은 구성이 더 추가될 수 있다.
상세히, 상기 압축기(21)의 출구와 상기 실내 열교환기(11)의 입구 사이의 어느 지점에서 분지되어, 상기 실외 열교환기(24)의 입구 쪽으로 연장되는 바이패스 배관(26)이 추가될 수 있다. 그리고, 상기 팽창 부재(23)와 상기 실외 열교환기(24)의 입구 사이의 어느 지점에서 분지되어, 상기 압축기(21)의 입구로 연장되는 바이패스 배관(28)과, 상기 바이패스 배관(28)의 어느 지점에 제공되어 바이패스되는 냉매를 가열하는 냉매 가열 장치(25)가 더 추가될 수 있다. 그리고, 상기 바이패스 배관(26,28)과 상기 실외 열교환기(24)의 입구측에는 각각 솔레노이드 밸브와 같은 개폐 밸브(27)가 장착되어, 냉매의 흐름을 제어하도록 할 수 있다. 다른 방법으로, 상기 바이패스 배관(26,28)에는 개도 조절을 통하여 바이패스되는 냉매량을 조절할 수 있는 밸브 부재가 장착될 수도 있다. 그리고, 상기 압축기(21)의 출구측에서 분지되는 바이패스 배관(26)에는 감압 장치(29)가 제공되어, 분지되는 냉매가 상기 팽창 부재(23)의 출구측 압력으로 감소되도록 할 수 있다.
상기와 같은 구성을 이루는 공기 조화 시스템(1)이 난방 모드로 운전하는 경우, 상기 압축기(21)를 통과하는 고온 고압의 냉매는 상기 사방 밸브(22)에 의하여 상기 실내 열교환기(11) 쪽으로 안내된다. 그리고, 상기 실내 열교환기(11)를 통과한 냉매는 상기 팽창 부재(23)에 의하여 저온 저압의 2상 냉매로 상변화된다. 그리고, 상기 팽창 부재(23)를 통과한 저온 저압의 2상 냉매는 상기 실외 열교환기(24)로 유입되어, 흡입되는 실외 공기와 열교환하게 된다. 그리고, 상기 실외 열교환 기(24)를 통과하는 냉매는 실외 공기로부터 열을 흡수하여 저온 저압의 기체 냉매로 변환된다.
여기서, 상기 실외 열교환기(24) 내부를 통과하는 냉매가 흡입되는 실외 공기와 열교환할 때, 상기 실외 열교환기(24) 표면에 성에가 발생하게 된다. 이는, 실외 공기와 냉매 간의 온도 차이로 인하여 실외 공기 중에 포함된 수분이 응축되어 발생하는 것이다. 그리고, 시간이 지남에 따라 상기 실외 열교환기(24) 표면에 응축되는 수분이 얼어붙게 된다. 그러면, 실외 열교환기(24) 내부의 냉매와 실외 공기 간의 열교환 효율이 떨어져서, 압축기(21) 입구쪽으로 액냉매가 전달된다. 그리고, 압축기(21)의 입구쪽에는 액냉매와 기냉매를 분리하는 어큐뮬레이터(미도시)가 장착될 수 있는데, 상기 어큐뮬레이터에서 액냉매가 걸러지게 된다. 그러면, 상기 압축기(21)로 안내되는 기냉매의 양이 감소되어, 압축일이 감소하게 되고, 그 결과 냉매 사이클의 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
이러한 상황에서, 상기 압축기(21)를 통과한 냉매의 일부가 상기 바이패스관(26)으로 분지되어 상기 실외 열교환기(24) 입구쪽으로 유입되도록 한다. 즉, 상기 바이패스 배관(26)에 제공되는 개폐 밸브(27)가 개방되거나, 개도가 조절되어 상기 압축기(21)를 통과한 냉매의 일부가 바이패스되도록 한다. 이에 더하여, 상기 팽창 부재(23)와 상기 실외 열교환기(24) 사이에 제공되는 개폐 밸브(27)가 폐쇄되도록 한다. 그리고, 상기 팽창 부재(23)의 출구측에 제공되는 바이패스 배관(28) 상의 개폐 밸브(27)가 개방되거나, 개도가 조절되도록 한다. 그러면, 상기 팽창 부재(23)를 통과한 냉매가 상기 팽창 부재(23)의 출구측에 제공되는 바이패스 배 관(27)으로 안내되고, 상기 실외 열교환기(24) 쪽으로는 흐르지 않게 된다. 만일, 상기 개폐 밸브(27)가 완전히 차단되지 않고 일부만 개방되는 경우에는, 상기 실외 열교환기(24) 쪽으로도 냉매가 흐를 수 있다.
한편, 상기 바이패스 배관(28)을 따라 흐르는 냉매는 상기 냉매 가열 장치(25)를 통과하면서 온도가 증가하여, 저온 저압의 기상 냉매로 상변화된다. 그리고, 상기 바이패스 배관(26)을 따라 흐르는 냉매는 상기 감압 장치(29)에 의하여 상기 팽창 부재(23) 출구측 압력으로 감소된다. 그리고, 상기 감압된 냉매는 상기 실외 열교환기(24)를 통과하면서 온도가 감소하면서 실외 열교환기(24) 표면 온도가 증가하도록 한다. 그 결과, 상기 실외 열교환기(24) 표면에 생성된 얼음이 녹아 내리게 된다.
상세히, 상기 개폐 밸브(27)들의 개도를 적절히 조절하면, 상기 바이패스 배관(26)을 따라 바이패스되는 냉매와 상기 팽창 부재(23)를 통과한 냉매의 일부가 상기 실외 열교환기(24) 입구측에서 혼합되거나, 상기 팽창 부재(23)를 통과한 냉매는 상기 실외 열교환기(24)로 전혀 유입되지 않게 된다. 이와 같이 상기 실외 열교환기(24)로 유입되는 냉매의 양을 적절히 조절하여, 생성된 얼음의 두께에 따라 제상 기능이 적절하게 수행되도록 할 수 있다.
또한, 상기 바이패스관(28)의 어느 지점에 장착되는 상기 냉매 가열 장치(25)는 냉매 저장 용기 히터가 장착되어, 상기 냉매 저장 용기 내부로 모이는 냉매를 가열하는 구조일 수 있다. 그리고, 상기 히터로는 일반적인 시즈 히터일 수도 있고, 유도 가열 방식을 이용하는 인덕션 히터일 수도 있다.
또한, 상기 바이패스 배관(28)의 출구단은 상기 압축기(21)의 입구측에 연결되되, 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터의 후측에 연결되도록 할 수 있다. 다시 말하면, 상기 바이패스 배관(28)을 따라 흐르는 냉매가 상기 냉매 가열 장치(25)에 의하여 가열된 후에 상기 어큐뮬레이터로 유입되도록 할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템에서 압축기 출구측 바이패스 배관이 실외 열교환기에 연결되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 압축기(21)의 출구측으로부터 분지되는 바이패스 배관(26)은 상기 실외 열교환기(24)의 입구측에 연결될 수 있다.
상세히, 상기 바이패스 배관(26)의 출구단은 상기 실외 열교환기(24)의 입구측 배관의 어느 지점에 연결될 수도 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 실외 열교환기(24) 배관의 단부에서 U 형상으로 만곡되는 리턴 밴드(return band)(241)에 직접 연결될 수도 있다. 도면 부호 242는 배관의 직선부를 나타낸다.
상기와 같이, 바이패스 배관(26)의 출구단이 상기 실외 열교환기(24)의 하단부에 구비되는 리턴 밴드(241)에 직접 연결됨으로써, 제상이 신속하게 수행되도록 할 수 있다. 다시 말하면, 누적 결빙이 형성되는 과냉각 구간(A)에 상기 바이패스 배관(26)이 직접 연결되도록 함으로써, 제상이 신속하게 이루어지도록 하여 성능 향상을 꾀할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템의 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템에서 압축기 출구측 바이패스 배관이 실외 열교환기에 연결되는 모습을 보여주는 도면.

Claims (11)

  1. 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기;
    난방 운전 시 상기 압축기로부터 토출되는 냉매가 흐르는 실내 열교환기;
    상기 실내 열교환기의 출구측에 제공되어, 냉매를 감압하는 팽창 부재;
    상기 팽창 부재를 통과한 냉매가 흐르는 실외 열교환기;
    상기 압축기의 출구와 상기 실내 열교환기의 입구 사이의 어느 지점에서 분지되어, 상기 실외 열교환기의 입구측에 연결되는 제 1 바이패스 배관;
    상기 팽창 부재의 출구와 상기 실외 열교환기의 입구 사이의 어느 지점에서 분지되어 상기 압축기의 입구측에 연결되는 제 2 바이패스 배관; 및
    상기 제 2 바이패스 배관의 어느 지점에 제공되어 냉매를 가열하는 냉매 가열 장치가 포함되는 공기 조화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 배관의 어느 지점과, 상기 제 2 바이패스 배관의 어느 지점 및 상기 실외 열교환기의 입구측에 제공되는 밸브 부재가 더 포함되는 공기 조화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 배관을 개방 또는 폐쇄하거나, 개도 조절이 가능한 개폐 밸브인 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    제상이 필요한 시점에서, 상기 제 1 바이패스 배관 및 상기 제 2 바이패스 배관에 제공되는 밸브 부재는 완전 개방되고,
    상기 실외 열교환기의 입구측에 제공되는 밸브 부재는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    제상이 필요한 시점에서, 상기 제 1 바이패스 배관에 제공되는 밸브 부재는 완전 개방되고,
    상기 제 2 바이패스 배관 및 상기 실외 열교환기의 입구측에 제공되는 밸브 부재는 부분 개방되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    제상이 필요한 시점에서, 상기 제 1 바이패스 배관, 제 2 바이패스 배관 및 상기 실외 열교환기의 입구측에 제공되는 밸브 부재는 모두 부분 개방되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매 가열 장치에는, 적어도 인덕션 히터가 포함되는 공기 조화 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기의 입구측에 제공되어, 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터가 더 포함되고,
    상기 제 2 바이패스 배관의 출구단은, 냉매의 흐름 방향을 기준으로 상기 어큐뮬레이터의 후측에 위치되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 배관의 어느 지점에는 감압 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 배관의 출구단은, 상기 실외 열교환기의 하부를 형성하는 배관에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 배관의 출구단은, 상기 실외 열교환기의 측단에서 만곡되는 배관의 어느 지점에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
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