KR20120047677A

KR20120047677A - 공기조화기

Info

Publication number: KR20120047677A
Application number: KR1020100109372A
Authority: KR
Inventors: 우형석; 이성수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-05-14

Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 특히, 실내 열교환기가 증발기로 작용하는 공기조화기의 냉방 운전 모드시 또는 제상 운전 모드시, 냉매 보상기로부터 기체 냉매를 보충받아서 냉방 운전 효율 및 제상 운전 효율을 증진시킬 수 있는 이점을 제공한다.

Description

공기조화기{Air conditioner}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 실내 열교환기가 증발기로 작용하는 공기조화기의 냉방 운전 모드시 또는 제상 운전 모드시, 냉매 보상기로부터 기체 냉매를 보충받아서 냉방 운전 효율 및 제상 운전 효율을 증진시킬 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화기는, 압축기에 의하여 고온/고압으로 토출된 냉매가 실내 열교환기 또는 실외 열교환기 중 어느 하나로 절환되어 유동된 후 팽창기구를 거쳐 나머지 열교환기를 통과한 후 상기 압축기로 순환되는 냉매 메인 유로를 형성하여 하나의 냉매 사이클을 이룸으로써, 실내를 냉/난방시키는 장치이다.

도 1은 종래 기술에 따른 공기조화기의 일반적인 냉매 사이클도를 나타낸 것으로서, 압축기에 의하여 압축된 냉매는 절환밸브를 거쳐 난방 운전인지 냉방 운전인지에 따라 절환되어 난방 운전 모드인 경우에는 실내 열교환기를 거쳐 실외 팽창기구에 의하여 팽창된 후 실외 열교환기를 통과한 다음 압축기로 순환되고, 냉방 운전 모드인 경우에는 실외 열교환기를 거쳐 실내 팽창기구에 의하여 팽창된 후 실내 열교환기를 통과한 다음 압축기로 순환되는 냉매 사이클을 갖는다.

그러나, 종래 기술에 따른 공기조화기는, 난방 운전 모드로 운전되는 도중에 실외 열교환기를 제상시키는 제상 운전 모드로 전환시, 소정 시간 동안 난방 운전을 중단하여야 함으로써 실내 거주자가 불쾌감을 느끼게 되는 문제점이 있다. 또한, 한랭지 운전인 경우 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 양이 적어 제상 시간이 길어지는 문제점도 지적된다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실내 열교환기가 증발기로 작용하는 공기조화기의 냉방 운전 모드시 또는 제상 운전 모드시, 냉매 보상기로부터 기체 냉매를 보충받아서 냉방 운전 효율 및 제상 운전 효율을 증진시킬 수 있는 공기조화기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 공기조화기는, 압축기에 의하여 고온/고압으로 토출된 냉매가 실내 열교환기 또는 실외 열교환기 중 어느 하나로 절환되어 유동된 후 실외 팽창기구 또는 실내 팽창기구 중 어느 하나에 의하여 팽창된 다음 나머지 열교환기를 통과한 후 상기 압축기로 순환되는 냉매 메인 유로와, 액냉매 저장부 및 상기 메인 냉매 유로를 통과하는 냉매와 상기 액냉매 저장부에 저장된 액냉매와 열교환되는 열교환부를 포함하는 냉매 보상기와, 상기 열교환부를 통하여 열교환된 후 기화된 상기 액냉매 저장부 내의 기냉매를 상기 냉매 메인 유로로 공급하도록 상기 냉매 보상기와 상기 냉매 메인 유로를 연결하는 냉매 보상 유로를 포함하고, 상기 냉매 보상 유로는, 상기 실내 열교환기가 증발기로 작용하는 냉방 운전 모드시 또는 제상 운전 모드시 상기 실외 팽창기구와 상기 실내 팽창기구 사이에 해당하는 상기 냉매 메인 유로로 기냉매를 토출하도록 연결된다.

여기서, 상기 실내 열교환기가 응축기로 작용하는 난방 운전 모드시, 상기 실외 팽창기구는 상기 냉매 메인 유로를 통과하는 냉매가 팽창되도록 개도 제어되고, 상기 실내 팽창기구는 상기 냉매 메인 유로를 통과하는 냉매가 팽창되지 않도록 개도 제어될 수 있다.

또한, 상기 실내 열교환기가 증발기로 작용하는 냉방 운전 모드시 또는 제상 운전 모드시, 상기 실외 팽창기구는 상기 냉매 메인 유로를 통과하는 냉매가 팽창되지 않도록 개도 제어되고, 상기 실내 팽창기구는 상기 냉매 메인 유로를 통과하는 냉매가 팽창되도록 개도 제어될 수 있다.

또한, 상기 냉매 보상 유로에 설치되어, 제상 모드 운전시 또는 냉/난방 모드 운전시 상기 냉매 보상 유로 내의 냉매의 흐름을 제어하는 개폐 밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 실내 열교환기가 응축기로 작용하는 난방 운전 모드시, 상기 개폐 밸브는, 상기 냉매 보상기의 상기 액냉매 저장부로부터 기화된 기냉매가 유동되지 않도록 상기 냉매 보상 유로를 폐쇄할 수 있다.

또한, 상기 실내 열교환기가 증발기로 작용하는 냉방 운전 모드 또는 제상 운전 모드시, 상기 개폐 밸브는, 상기 냉매 보상기의 상기 액냉매 저장부로부터 기화된 기냉매가 상기 냉매 메인 유로로 공급되도록 상기 냉매 보상 유로를 개방할 수 있다.

또한, 상기 개폐 밸브는 외기 온도에 따라 개도가 제어되도록 제어될 수 있다.

본 발명에 따른 공기조화기는, 냉매 보상기로부터 냉매 보상 유로를 통하여 냉방 운전 모드시 또는 제상 운전 모드시 기체 냉매를 공급받게 되므로, 냉방 운전 효율 및 제상 운전 효율을 상승시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 공기조화기는, 제상 운전 모드시가 아니더라도 극서지 냉방 운전 모드로 운전되는 경우 냉매 메인 유로 상의 냉매 부족으로 인한 문제점을 냉매 보상기를 통하여 능동적으로 보상시켜 줄 수 있으므로 공기조화기의 전체 효율을 상승시키는 효과를 가진다.

도 1은 종래 기술에 따른 공기조화기의 일반적인 냉매 사이클도를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예를 나타낸 냉매 사이클도를 나타낸 것이며,
도 3은 도 2의 구성 중 냉매 보상기를 나타낸 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 공기조화기의 난방 운전시의 냉매 흐름을 나타낸 냉매 사이클도이며,
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 냉방 운전시 또는 제상 운전시의 냉매 흐름을 나타낸 냉매 사이클도이고,
도 6은 본 발명에 따른 공기조화기의 제상 효과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예를 나타낸 냉매 사이클도를 나타낸 것이고, 도 3은 도 2의 구성 중 냉매 보상기를 나타낸 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 공기조화기의 난방 운전시의 냉매 흐름을 나타낸 냉매 사이클도이고, 도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 냉방 운전시 또는 제상 운전시의 냉매 흐름을 나타낸 냉매 사이클도이다.

본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예는, 도 2에 참조된 바와 같이, 압축기(105)에 의하여 고온/고압으로 토출된 냉매가 실내 열교환기(110) 또는 실외 열교환기(120) 중 어느 하나로 절환되어 유동된 후 실외 팽창기구(115b) 또는 실내 팽창기구(115a) 중 어느 하나에 의하여 팽창된 다음 나머지 열교환기를 통과한 후 상기 압축기(105)로 순환되는 냉매 메인 유로를 포함한다.

여기서, 실제로 본 발명에 따른 공기조화기가 냉방 운전 모드로 운전될 때에는, 압축기(105)에 의하여 고온/고압으로 토출된 냉매는 절환밸브(107)에 의하여 응축기로 작용하는 실외 열교환기(120)로 절환되고, 실외 열교환기(120)를 통과하면서 1차적으로 실외 공기와 열교환하여 응축된 후, 실내 팽창기구(115a)에 의하여 팽창되어 증발기로 작용하는 실내 열교환기(110)를 통과하면서 2차적으로 실내 공기와 열교환되어 증발된 다음 최종적으로 압축기(105)로 순환된다.

한편, 실제로 본 발명에 따른 공기조화기가 난방 운전 모드로 운전될 때에는, 압축기(105)에 의하여 고온/고압으로 토출된 냉매는 절환밸브(107)에 의하여 응축기로 작용하는 실내 열교환기(110)로 절환되고, 실내 열교환기(110)를 통과하면서 1차적으로 실내 공기와 열교환하여 응축된 후, 실외 팽창기구(115b)에 의하여 팽창되어 증발기로 작용하는 실외 열교환기(120)를 통과하면서 2차적으로 실외 공기와 열교환되어 증발된 다음 최종적으로 압축기(105)로 순환된다.

그런데, 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예는, 도 2에 참조된 바와 같이, 액냉매 저장부(220) 및 냉매 메인 유로를 통과하는 냉매와 액냉매 저장부(220)에 저장된 액냉매와 열교환되는 열교환부를 포함하는 냉매 보상기(200)와, 열교환부를 통하여 열교환된 후 기화된 액냉매 저장부(220) 내의 기냉매를 냉매 메인 유로로 공급하도록 냉매 보상기(200)와 냉매 메인 유로를 연결하는 냉매 보상 유로를 더 포함한다.

보다 상세하게는, 도 3을 참조하면, 냉매 보상기(200)는, 액냉매가 저장되는 액냉매 저장부(220)가 형성된 본체(210)와, 본체(210) 내부의 액냉매 저장부(220)를 관통하고, 열교환부를 구성하는 냉매 메인 유로관(106)과, 냉매 보상 유로가 연결되는 연결부(230)를 포함한다.

여기서, 열교환부는 내부 및 외부간 열전달률이 높은 재질로 이루어짐이 바람직하다. 또한, 열교환부는, 본체(210)의 내부를 직선으로 관통되도록 배치될 수 있다. 그러나, 열교환부가 반드시 본체(210)의 내부를 직선으로 관통되도록 배치될 필요는 없다. 열전달률을 높이기 위해서 실시예에 따라서는, 열교환부를 본체(210)의 내부에 지그재그 형상으로 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.

열교환부에서는 냉매 메인 유로관(106) 내부를 통과하는 냉매 메인 유로 상의 냉매가 통과하는 유로가 되는데, 공기조화기의 냉방 운전 모드시에는 압축기(105)에 의하여 고온/고압으로 토출된 냉매가 통과하게 되고, 공기조화기의 난방 운전 모드시에는 증발기로 작용하는 실외 열교환기(120)로부터 저온의 기상 냉매가 통과하게 된다.

한편, 본체(210)의 내부에는 소정량의 액체 냉매가 충진되는데, 열교환부를 통과하는 냉매 메인 유로 상의 냉매가 고온의 냉매인 경우에는 열교환부를 통하여 열교환이 이루어져 액체 냉매가 기체 냉매로 상변화할 수 있다.

이처럼, 상변화된 기체 냉매는 냉매 보상 유로를 통하여 냉매 메인 유로로 보충될 수 있다.

보다 상세하게는, 도 2에 참조된 바와 같이, 냉매 보상 유로는 실외 팽창기구(115b)와 실내 팽창기구(115a) 사이에 해당하는 냉매 메인 유로로 연결되는 바, 냉매 보상기(200)의 열교환부에서 열교환되어 기체 냉매로 상변화된 냉매는 냉매 보상 유로를 따라 냉매 메인 유로로 보충될 수 있는 것이다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 공기조화기의 난방 운전 모드시의 냉매의 흐름을 도 4를 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.

즉, 공기조화기의 난방 운전 모드시에는, 실내 열교환기(110)가 응축기로 작용하는 경우인 바, 압축기(105)에 의하여 고온/고압으로 토출된 냉매는 절환밸브(107)에 의하여 실내 열교환기(110) 측으로 냉매를 절환 유동시키고, 실내 열교환기(110)에 의하여 열교환되어 응축된 냉매는 실외 팽창기구(115b)에 의하여 팽창된 다음 증발기로 작용하는 실외 열교환기(120)를 통과한 후 냉매 보상기(200)의 냉매 메인 유로관(106)을 통과하면서 최종적으로 압축기(105)로 순환되게 된다.

이때, 냉매 보상기(200)의 냉매 메인 유로관(106)을 통과하는 냉매는 저온의 기체 냉매로써 액냉매 저장부(220)에 저장된 냉매와 열교환되어 기체 냉매로 상변화되는 경우는 아니다.

한편, 공기조화기의 냉방 운전 모드시에는, 실외 열교환기(120)가 응축기로 작용하는 경우 인 바, 압축기(105)에 의하여 고온/고압으로 토출된 냉매는 절환밸브(107)에 의하여 실외 열교환기(120) 측으로 냉매를 절환 유동시키고, 실외 열교환기(120)에 의하여 열교환되어 응축된 냉매는 실내 팽창기구(115a)에 의하여 팽창된 다음 증발기로 작용하는 실내 열교환기(110)를 통과한 후 최종적으로 압축기(105)로 순환되게 된다.

그런데, 상술한 난방 운전 모드시와는 달리, 냉매 보상기(200)의 냉매 메인 유로관(106)을 통과하는 냉매는 고온/고압으로 압축기(105)에 의하여 압축된 냉매인 바, 저온의 기체 냉매로써 액냉매 저장부(220)에 저장된 냉매와 열교환 함으로써 액냉매 저장부(220) 내의 액체 냉매를 기체 냉매로 상변화시키게 된다. 이와 같이, 상변화된 액체 냉매는 냉매 보상 유로를 통하여 냉매 메인 유로로 이동되어 기체 냉매를 보충하는 역할을 하게 된다.

상술한 바와 같은, 냉매 보상기(200)의 액냉매 저장부(220)에 저장된 액체 냉매의 기체 냉매로의 상변화 현상은 본 발명에 따른 공기조화기의 제상 운전 모드시 적절한 운전상의 효과를 가져다 준다.

다시 말하면, 본 발명에 따른 공기조화기에서, 냉매 보상기(200)는 압축기(105)의 구동 용량에 적정한 요구 부하치의 가동시에는 액체 냉매의 상태로 액냉매 저장부(220)에 저장되었다가, 압축기(105)의 구동 용량을 초과하는 요구 부하치의 가동시, 예를 들면, 극서지의 냉방 운전 모드시 냉매 메인 유로를 유동하는 냉매가 부족할 경우 액냉매 저장부(220)에 저장된 액체 냉매가 기화되어 기체 냉매로 바뀌면서 냉매 보상 유로를 통해 냉매 메인 유로로 기체 냉매를 보충하게 된다.

그러나, 냉매 보상기(200)의 저장된 액체 냉매가 반드시 극서지 냉방 운전 모드시에만 적용할 수 있는 구성이라는 의미는 아니다. 즉, 한랭지 난방 운전 모드시에도, 실외 열교환기(120)의 제상이 필요한 제상 운전 모드시에는 반대로 냉방 운전 모드로 가동되는 경우가 있는 바, 이 경우에 냉매 보상기(200)는 제상에 필요한 기체 냉매를 신속하게 보충하여 주기 때문에 제상 효율을 상승시키고 제상 시간을 단축할 수 있는 이점을 제공한다.

이와 같은 냉매 보상기(200)의 기체 냉매의 보충 과정은 도 2 및 도 4와 도 5에 도시되어 있는 개폐밸브의 구성 없이도 자연적으로 이루어지게 된다.

그러나, 기체 냉매의 보충이 필요 없는 경우, 예를 들면, 극서지의 냉방 운전 모드시 늦은 속도로 실내의 냉방을 요할 경우에는 자연적으로 냉매가 냉매 메인 유로에 보충되는 구조는 다양한 소비자의 요구에 만족할 수 없다. 이 때에는, 개폐 밸브를 이용하여 냉매 보상기(200)에서 기화된 기체 냉매를 냉매 메인 유로에 보충할지 여부를 능동적으로 제어할 필요가 있다.

다시 말하면, 본 발명에 따른 공기조화기는, 냉매 보상 유로에 설치되어, 제상 모드 운전시 또는 냉/난방 모드 운전시 냉매 보상 유로 내의 냉매의 흐름을 제어하는 개폐 밸브를 더 포함한다.

여기서, 실내 열교환기(110)가 응축기로 작용하는 난방 운전 모드시, 개폐 밸브는, 냉매 보상기(200)의 액냉매 저장부(220)로부터 기화된 기체 냉매가 유동되지 않도록 상기 냉매 보상 유로를 폐쇄 제어한다.

반대로, 실내 열교환기(110)가 증발기로 작용하는 냉방 운전 모드 또는 제상 운전 모드시, 개폐 밸브는, 냉매 보상기(200)의 액냉매 저장부(220)로부터 기화된 기냉매가 상기 냉매 메인 유로로 공급되도록 냉매 보상 유로를 개방한다.

그러나, 냉방 운전 모드시에 반드시 개폐 밸브를 냉매 보상 유로가 개방되도록 제어하여야 하는 것은 아니다. 개폐 밸브가 구비된 이유는 앞서 설명한 바와 같이 능동적으로 다양한 소비자의 요구에 부응하기 위한 것인 바, 극서지 냉방 운전 모드시라도 소비자에 의하여 더 낮은 요구 부하치의 공기조화기 가동을 요구시 개폐 밸브를 냉매 보상 유로가 폐쇄하도록 제어할 수 있는 것이다.

한편, 개폐 밸브는 외기 온도에 따라 개도가 제어되도록 구성되는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기조화기의 작동 과정을 공기조화기의 운전 모드별로 간략하게 설명하면 다음과 같다. 참고로 도 6은 본 발명에 따른 공기조화기의 제상 효과를 나타낸 그래프이다.

먼저, 공기조화기의 난방 운전 모드시에는, 냉매 보상기(200)의 열교환부 중 냉매 메인 유로관(106)을 통하여 저온의 기체 냉매가 통과하는 바, 액냉매 저장부(220)의 액체 냉매의 기화된 양은 그리 많지 않으므로 개폐 밸브가 구비되지 않은 경우에 자연적으로 냉매 메인 유로로 보충되는 기체 냉매의 양은 매우 적다.

다음으로, 공기조화기의 냉방 운전 모드시에는, 냉매 보상기(200)의 열교환부 중 냉매 메인 유로관(106)을 통하여 압축기(105)로부터 토출된 고온/고압의 냉매가 통과하는 바, 액냉매 저장부(220)의 액체 냉매는 기체 상태로 상변화하게 되고, 개폐 밸브가 구비되지 않은 경우에는 자연적으로 냉매 메인 유로에 기체 냉매가 냉매 보상 유로를 통하여 냉매 메인 유로에 보충되게 되고, 개폐 밸브가 구비된 경우에는 개폐 밸브의 제어에 따라 보충 여부가 결정되게 된다.

이와 같이 가동되는 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예는, 도 6에 참조된 바와 같이, 냉매 보상기(200)를 구비한 경우가 그러하지 아니한 경우보다 제상시간을 단축하고, 제상 효율이 뛰어남을 알 수 있다.

이상, 본 발명에 따른 공기조화기의 바람직한 일실시예의 구성 및 작동과정을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다. 따라서, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

105: 압축기 106: 냉매 메인 유로관
107: 절환밸브 110: 실내 열교환기
115a,115b: 실내,외 팽창기구 120: 실외 열교환기
200: 냉매 보상기 210: 본체
220: 액냉매 저장부 230: 연결부

Claims

압축기에 의하여 고온/고압으로 토출된 냉매가 실내 열교환기 또는 실외 열교환기 중 어느 하나로 절환되어 유동된 후 실외 팽창기구 또는 실내 팽창기구 중 어느 하나에 의하여 팽창된 다음 나머지 열교환기를 통과한 후 상기 압축기로 순환되는 냉매 메인 유로와;
액냉매 저장부 및 상기 메인 냉매 유로를 통과하는 냉매와 상기 액냉매 저장부에 저장된 액냉매와 열교환되는 열교환부를 포함하는 냉매 보상기와;
상기 열교환부를 통하여 열교환된 후 기화된 상기 액냉매 저장부 내의 기냉매를 상기 냉매 메인 유로로 공급하도록 상기 냉매 보상기와 상기 냉매 메인 유로를 연결하는 냉매 보상 유로를 포함하고,
상기 냉매 보상 유로는, 상기 실내 열교환기가 증발기로 작용하는 냉방 운전 모드시 또는 제상 운전 모드시 상기 실외 팽창기구와 상기 실내 팽창기구 사이에 해당하는 상기 냉매 메인 유로로 기냉매를 토출하도록 연결되는 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 실내 열교환기가 응축기로 작용하는 난방 운전 모드시,
상기 실외 팽창기구는 상기 냉매 메인 유로를 통과하는 냉매가 팽창되도록 개도 제어되고,
상기 실내 팽창기구는 상기 냉매 메인 유로를 통과하는 냉매가 팽창되지 않도록 개도 제어되는 공기조화기.
청구항 2에 있어서,
상기 실내 열교환기가 증발기로 작용하는 냉방 운전 모드시 또는 제상 운전 모드시,
상기 실외 팽창기구는 상기 냉매 메인 유로를 통과하는 냉매가 팽창되지 않도록 개도 제어되고,
상기 실내 팽창기구는 상기 냉매 메인 유로를 통과하는 냉매가 팽창되도록 개도 제어되는 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 냉매 보상 유로에 설치되어, 제상 모드 운전시 또는 냉/난방 모드 운전시 상기 냉매 보상 유로 내의 냉매의 흐름을 제어하는 개폐 밸브를 더 포함하는 공기조화기.
청구항 4에 있어서,
상기 실내 열교환기가 응축기로 작용하는 난방 운전 모드시,
상기 개폐 밸브는, 상기 냉매 보상기의 상기 액냉매 저장부로부터 기화된 기냉매가 유동되지 않도록 상기 냉매 보상 유로를 폐쇄하는 공기조화기.
청구항 4에 있어서,
상기 실내 열교환기가 증발기로 작용하는 냉방 운전 모드 또는 제상 운전 모드시,
상기 개폐 밸브는, 상기 냉매 보상기의 상기 액냉매 저장부로부터 기화된 기냉매가 상기 냉매 메인 유로로 공급되도록 상기 냉매 보상 유로를 개방하는 공기조화기.
청구항 4에 있어서,
상기 개폐 밸브는 외기 온도에 따라 개도가 제어되도록 제어되는 공기조화기.