KR20150043873A

KR20150043873A - 공기조화기 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20150043873A
Application number: KR20130122846A
Authority: KR
Inventors: 박희웅; 박노마
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-04-23
Also published as: KR102199382B1

Abstract

본 발명은 냉매를 압축하는 압축기; 실외에 설치되어 냉매를 실외 공기와 열교환하는 실외 열교환기; 실내에 설치되어 냉매를 실내 공기와 열교환하는 실내 열교환기; 상기 압축기에서 토출된 냉매를 냉방운전시 상기 실외 열교환기로 안내하고, 난방운전시 상기 실내 열교환기로 안내하는 절환밸브; 상기 압축기의 표면에 배치되고, 내부에 상기 압축기에서 발생되는 열을 흡수하는 축열매체가 유동하는 축열자켓; 상기 축열자켓과 연결되어 상기 압축기의 열을 흡수한 축열매체를 저장하는 축열조; 상기 축열조에 저장된 축열매체와 냉매를 열교환하는 축열 열교환기; 상기 축열 열교환기, 상기 축열자켓 및 상기 축열조를 유동하는 축열매체를 순환시키는 순환수단을 포함하는 공기조화기로서 난방능력 저하없이 난방 및 제상 동시운전을 할 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법 {Air Conditioner and Controlling method for the same}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기 등의 폐열을 흡수하여 제상운전시에도 난방능력을 유지하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 압축기, 실외 열교환기, 팽창밸브 및 실내 열교환기를 포함하는 냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방시키는 장치이다. 즉 실내를 냉방시키는 냉방기, 실내를 난방시키는 난방기로 구성될 수 있다. 그리고, 실내를 냉방 또는 난방시키는 냉난방 겸용 공기조화기로 구성될 수도 있다.

상기 공기조화기가 냉난방 겸용 공기조화기로 구성되는 경우, 냉방운전과 난방운전에 따라 압축기에서 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 사방밸브를 포함하여 구성된다. 즉 냉방운전시 압축기에서 압축된 냉매는 사방밸브를 통과하여 실외 열교환기로 유동을 하고 실외 열교환기는 응축기 역할을 한다. 그리고, 실외 열교환기에서 응축된 냉매는 팽창밸브에서 팽창된 후, 실내 열교환기로 유입된다. 이 때, 실내 열교환기는 증발기로 작용을 하게 되고, 실내 열교환기에서 증발된 냉매는 다시 사방밸브를 통과하여 압축기로 유입된다.

이러한 공기조화기는 난방운전시 실외 열교환기의 액관의 표면에 서리 등이 생성되어 난방효율을 떨어뜨린다. 따라서, 서리 등을 제거하기 위해 별도의 제상운전을 하여 액관 표면의 서리 등을 제거하였다. 그러나 제상운전시 실내기에서는 난방이 중지되어야 하는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압축기 등의 폐열을 이용하여 제상운전시에도 난방능력을 유지하는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 압축기 등의 폐열을 이용하여 난방운전시 소비전력을 감소시키는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화기는 냉매를 압축하는 압축기; 실외에 설치되어 냉매를 실외 공기와 열교환하는 실외 열교환기; 실내에 설치되어 냉매를 실내 공기와 열교환하는 실내 열교환기; 상기 압축기에서 토출된 냉매를 냉방운전시 상기 실외 열교환기로 안내하고, 난방운전시 상기 실내 열교환기로 안내하는 절환밸브; 상기 압축기의 표면에 배치되고, 내부에 상기 압축기에서 발생되는 열을 흡수하는 축열매체가 유동하는 축열자켓; 상기 축열자켓과 연결되어 상기 압축기의 열을 흡수한 축열매체를 저장하는 축열조; 상기 축열조에 저장된 축열매체와 냉매를 열교환하는 축열 열교환기; 상기 축열 열교환기, 상기 축열자켓 및 상기 축열조를 유동하는 축열매체를 순환시키는 순환수단을 포함한다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법은, 냉매를 압축하는 압축기; 실외에 설치되어 냉매를 실외 공기와 열교환하는 실외 열교환기; 실내에 설치되어 냉매를 실내 공기와 열교환하는 실내 열교환기; 상기 압축기에서 토출된 냉매를 냉방운전시 상기 실외 열교환기로 안내하고, 난방운전시 상기 실내 열교환기로 안내하는 절환밸브; 상기 압축기의 표면에 배치되고, 내부에 상기 압축기에서 발생하는 열을 흡수하는 축열매체가 유동하는 축열자켓; 상기 축열자켓과 연결되어 상기 압축기의 열을 흡수한 축열매체를 저장하는 축열조; 상기 축열조에 저장된 축열매체와 냉매를 열교환하는 축열 열교환기; 상기 압축기와 상기 절환밸브 사이에 구비되며, 난방 및 제상 동시운전시 개방되어 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 상기 실외 열교환기로 안내하는 바이패스 밸브; 및 상기 실외 열교환기와 상기 실내 열교환기 사이에 구비되며, 난방 및 제상 동시운전시 개방되어 냉매를 상기 축열 열교환기로 안내하는 제1팽창기구를 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서, 상기 바이패스 밸브가 개방되어 상기 압축기에서 토출된 냉매의 일부를 상기 실외 열교환기로 안내하고, 상기 절환밸브가 상기 압축기에서 토출된 냉매의 나머지를 상기 실내 열교환기로 안내하여 난방 및 제상 동시운전이 개시되는 단계; 상기 제1팽창기구가 개방되어 상기 실외 열교환기에서 응축된 냉매와 상기 실내 열교환기에서 응축된 냉매를 상기 축열 열교환기로 안내하는 단계; 및 상기 축열 열교환기에서 증발된 냉매를 상기 압축기로 안내하는 단계를 포함한다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 공기조화기에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째,　제상운전시 난방운전의 중단없이 난방운전을 할 수 있어 난방능력을 향상시키는 장점이 있다.

둘째,　압축기, IPM 등에서 발생하는 폐열을 난방운전시 이용함으로써 소비전력이 줄어드는 장점도 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 냉매사이클 회로도를 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 난방운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전시의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 난방 및 제상 동시운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 축열이용 난방운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 난방 및 제상 동시운전시 난방능력을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 및 제상 동시운전시 공기조화기에 대한 블럭도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 및 제상 동시운전시 공기조화기의 제어방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 냉매사이클 회로도를 개략적으로 도시된 구성도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 일부를 나타낸 도면이다.

도 1과 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는 냉매를 압축하는 압축기(110); 실외에 설치되어 냉매를 실외 공기와 열교환하는 실외 열교환기(120); 실내에 설치되어 냉매를 실내 공기와 열교환하는 실내 열교환기(130); 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매를 냉방운전시 상기 실외 열교환기(120)로 안내하고, 난방운전시 상기 실내 열교환기(130)로 안내하는 절환밸브(180); 상기 압축기(110)의 표면에 배치되고, 내부에 상기 압축기(110)에서 발생되는 열을 흡수하는 축열매체가 유동하는 축열자켓(115); 상기 축열자켓(115)과 연결되어 상기 압축기(110)의 열을 흡수한 축열매체를 저장하는 축열조(200); 상기 축열조(200)에 저장된 축열매체와 냉매를 열교환하는 축열 열교환기(210); 상기 축열 열교환기(210), 상기 축열자켓(115) 및 상기 축열조(200)를 유동하는 축열매체를 순환시키는 순환수단(220)을 포함한다.

공기조화기는 실외에 배치되는 실외기와 실내에 배치되는 실내기를 포함하며, 실내기와 실외기는 서로 연결된다. 실외기는 압축기(110), 축열자켓(115), 실외 열교환기(120), 제2팽창기구(150), 축열조(200), 축열 열교환기(210), 기액분리기(230) 및 인젝션 모듈(170)이 구비된다. 실내기는 실내 열교환기(130) 및 실내 팽창기구(160)가 구비되다.

압축기(110)는 실외기에 설치되며, 유입되는 저온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축시킨다. 압축기(110)는 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 실린더 및 피스톤을 이용한 왕복운동 압축기 또는 선회 스크롤 및 고정 스크롤을 이용한 스크롤 압축기일 수도 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에서는 희망하는 실내온도를 설정하면 실제 실내온도, 실제 실외온도, 실내기의 운전대수 등에 기초하여 냉매의 압축량을 조절하는 인버터 압축기이다. 인버터 압축기는 후술할 파워소자(116)에서 인가되는 운전주파수에 의해 냉매의 압축량을 조절한다. 압축기(110)는 실시예에 따라 복수로 구비될 수 있으며 본 실시예에서는 2개의 압축기(110)가 구비된다.

압축기(110)는 실외 열교환기(120)에서 실내 열교환기(130)로 유동되는 냉매의 일부를 바이패스하여 압축기(110)로 인젝션하는 인젝션 모듈(170)이 구비될 수 있으며, 본 실시예에서는 압축기(110)에 인젝션 모듈(170)이 구비된다. 단, 다른 실시예에서 인젝션 모듈(170)이 구비되지 않을 수도 있다.

압축기(110)는 냉방운전시 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매, 난방운전시 실외 열교환기(120) 또는 축열 열교환기(210)에서 증발된 냉매가 유입되는 유입포트와 인젝션 모듈(170)에서 팽창되어 증발된 냉매가 유입되는 인젝션 포트와 압축된 냉매가 토출되는 토출포트를 포함한다.

유입포트로 유입되는 냉매는 인젝션 포트로 유입되는 냉매보다 압력과 온도가 낮다. 인젝션 포트로 유입되는 냉매는 토출포트로 토출되는 냉매보다 압력과 온도가 낮다.

압축기(110)는 유입포트로 유입된 냉매를 압축실에서 압축하며 압축실에 형성된 인젝션 포트로 유입되는 냉매와 합류시켜 압축시킨다. 압축기(110)는 합류된 냉매를 압축하여 토출포트로 토출시킨다.

토출유로(117)는 압축기(110)의 토출포트와 절환밸브(180)를 연결하고 압축기(110)에서 토출된 냉매가 유동한다. 토출유로(117)는 고온, 고압의 냉매가 유동하여 열을 발산한다. 토출유로(117)는 표면에 축열허브(118)가 배치된다.

축열허브(118)는 토출유로(117)의 표면에 배치된다. 축열허브(118)는 내부에 토출유로(117)에서 발생하는 열을 흡수하는 축열매체가 유동한다. 축열허브는 축열조(200)와 연결된다. 따라서, 토출유로(117)에서 발생된 열은 축열매체가 흡수하여 축열조(200)에 저장한다.

바이패스 밸브(190)는 압축기(110)와 절환밸브(180) 사이에 구비되며, 난방 및 제상 동시운전시 개방된다. 개방된 바이패스 밸브(190)는 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 일부를 실외 열교환기(120)로 안내한다. 바이패스 밸브(190)는 난방운전, 냉방운전 또는 축열이용 난방운전시에는 폐쇄된다.

파워소자(116)는 인버터 압축기(110)의 운전 주파수를 제어하여 압축기(110)의 냉매 압축량을 조절한다. 파워소자(116)는 IPM으로 이루어지며, 내부에 스위치를 포함한다. 파워소자(116)는 스위치의 스위칭 동작에 따라 인버터 압축기(110)의 운전 주파수를 제어한다.

파워소자(116)는 스위치의 스위칭 동작에 따라 발열을 하며, 방열핀을 통해 열을 외부로 방열한다. 파워소자(116)는 축열조(200)와 연결된다. 따라서, 파워소자(116)에서 발생된 열은 축열매체가 흡수하여 축열조(200)에 저장된다.

기액분리기(230)는 실외기에 설치되어, 압축기(110)와 절환밸브(180)사이에 구비된다. 즉 기액분리기(230)는 절환밸브(180)와 압축기(110)의 유입포트사이에 구비된다. 따라서 기액분리기(230)에서 분리된 기상 냉매는 압축기(110)의 유입포트로 유입된다.

기액분리기(230)는 기상 냉매와 액상 냉매를 분리한다. 즉 기액분리기(230)는 냉방운전시 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매, 난방운전시 실외 열교환기(120)에서 증발된 냉매, 축열이용 난방운전시 축열 열교환기(210)에서 증발된 냉매 또는 난방 및 제상 동시운전시 축열 열교환기(210)에서 증발된 냉매에서 기상 냉매와 액상 냉매를 분리한다.

절환밸브(180)는 냉난방 절환을 위한 밸브로서 압축기(110)에서 토출된 압축 냉매를 냉방운전시 실외 열교환기(120)로 안내하고, 난방운전시 실내 열교환기(130)로 안내한다. 실시예에 따라 절환밸브(180)는 4개의 유로를 절환할 수 있는 사방밸브 또는 다양한 밸브의 조합으로 구현될 수 있다.

절환밸브(180)는 압축기(110)의 토출포트, 기액분리기(230), 실내 열교환기(130) 및 실외 열교환기(120)와 연결된다. 절환밸브(180)는 냉방운전시 압축기(110)의 토출포트와 실외 열교환기(120)를 연결하고, 실내 열교환기(130)와 기액분리기(230)를 연결한다. 또한, 절환밸브(180)는 난방운전시 압축기(110)의 토출포트와 실내 열교환기(130)를 연결하고, 실외 열교환기(120)와 기액분리기(230)를 연결한다.

절환밸브(180)는 서로 다른 유로를 연결할 수 있는 다양한 모듈로 구현될 수 있으며, 본 실시예에서는 유로 절환을 위한 사방밸브이다.

실외 열교환기(120)는 실외 공간에 설치되어 실외 열교환기(120)로 유입되는 냉매를 실외공기와 열교환한다. 실외 열교환기(120)는 냉방운전시 냉매를 응축하는 응축기로 작용하여 실외로 온기를 배출한다. 또한 실외 열교환기(120)는 난방운전시 냉매를 증발시키는 증발기로 작용하여 실외로 냉기를 배출한다. 실외 열교환기(120)는 바이패스 밸브(190), 절환밸브(180) 및 제2팽창기구(150)와 연결된다.

냉방운전시 압축기(110)에서 토출된 냉매가 토출포트 및 절환밸브를 통과 하여 실외 열교환기(120)로 유입된 후 응축되어 제2팽창기구(150)로 유동된다. 난방운전시 제2팽창기에서 팽창된 냉매는 실외 열교환기(120)로 유입된 후 증발되어 절환밸브(180)로 유동된다.

난방 및 제상 동시운전시 바이패스 밸브(190)가 개방된다. 따라서, 압축기(110)에서 토출된 냉매의 일부가 실외 열교환기(120)로 유입된 후 응축되어 실외 열교환기(120)에 붙은 서리 등을 제상한다. 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매는 제2팽창기구(150)로 유동된다.

제2팽창기구(150)는 냉방운전시 완전 개방되어 냉매를 통과시키고, 난방운전 또는 축열이용 난방운전시 개도가 조절되어 냉매를 팽창시킨다. 제2팽창기구(150)는 실외 열교환기(120), 인젝션 모듈(170) 및 제1팽창기구(140)부와 연결된다.

실내 열교환기(130)는 실내기에 설치되어, 실내 열교환기(130)로 유입되는 냉매를 실내 공기와 열교환한다. 실내 열교환기(130)는 냉방운전시 냉매를 증발하는 증발기로 작용하고, 난방운전, 축열이용 난방운전 또는 난방 및 제상 동시운전시 냉매를 응축하는 응축기로 작용한다.

실내 열교환기(130)는 절환밸브(180) 및 실내 팽창기구(160)와 연결된다. 냉방운전시 실내 팽창기구(160)에서 팽창된 냉매는 실내 열교환기(130)로 유입된 후 증발되어 절환밸브(180)로 유동된다. 난방운전, 축열이용 난방운전 또는 난방 및 제상 동시운전시 압축기(110)에서 토출된 냉매는 절환밸브(180)에 의해 실내 열교환기(130)로 유입된다. 실내 열교환기(130)로 유입된 냉매는 응축되어 실내 팽창기구(160)로 유동된다.

실내 팽창기구(160)는 실내기에 설치되어, 냉방운전시 개도가 조절되어 냉매를 팽창시킨다. 실내 팽창기구(160)는 난방운전, 난방 및 제상 동시운전 또는 축열이용 난방운전시 완전 개방하여 냉매를 통과시킨다. 실내 팽창기구(160)는 실내 열교환기(130) 및 인젝션 모듈(170)과 연결된다. 즉, 실내 팽창기구(160)는 실내 열교환기(130)와 인젝션 모듈(170) 사이에 구비된다. 다만 실시예에 따라서 실내 팽창기구(160)는 실내 열교환기(130), 제1팽창기구(140) 및 인젝션 모듈(170)과 연결될 수도 있다.

실내 팽창기구(160)는 냉방운전시 인젝션 모듈(170)에서 실내 열교환기(130)로 유동되는 냉매를 팽창한다. 실내 팽창기구(160)는 난방운전, 난방 및 제상 동시운전 또는 축열이용 난방운전시 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매를 통과시킨다.

인젝션 모듈(170)은 실외기에 설치되며, 냉방운전시 유동되는 냉매를 과냉각하며 난방운전시 유동되는 냉매를 과냉각하거나 유동되는 냉매 일부를 압축기(110)로 인젝션할 수 있다. 실시예에 따라 인젝션 모듈(170)은 냉방운전시 유동되는 냉매 일부를 압축기(110)로 인젝션할 수 있다. 인젝션 모듈(170)은 실내 팽창기구(160), 인젝션 밸브(171), 과냉밸브(240), 제1팽창기구(140) 및 제2팽창기구(150)와 연결된다.

인젝션 모듈(170)은 냉방운전시 실외 열교환기(120)를 통과한 냉매의 일부를 팽창하여 증발하며, 실외 열교환기(120)를 통과한 냉매의 나머지를 과냉각하여 실내 팽창기구(160)로 안내한다. 인젝션 모듈(170)에 의해 팽창 및 증발한 냉매의 일부는 과냉밸브(240)를 통해 기액분리기(230)로 유입된다.

인젝션 모듈(170)은 난방운전시 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매의 일부를 팽창한 뒤 증발시키며, 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매의 나머지는 제2팽창기구(150)로 안내한다. 인젝션 모듈(170)에 의해 팽창 및 증발된 냉매는 인젝션 포트를 통해 압축기(110)로 인젝션된다. 이때 과냉밸브(240)는 닫힌 상태로 있기에 팽창 및 증발한 냉매는 기액분리기(230)로 유동되지 않는다. 다만, 실시예에 따라 과냉밸브(240)가 개방되어 기액분리기(230)로 유동될 수도 있다.

인젝션 모듈(170)은 실내 열교환기(130)를 통과한 냉매의 일부를 팽창하는 인젝션 팽창밸브와 냉매의 나머지를 인젝션 팽창밸브에서 팽창된 냉매와 열교환하여 과냉각하는 인젝션 열교환기(172)를 포함한다.

인젝션 팽창밸브는 실내 팽창기구(160) 및 인젝션 열교환기(172)와 연결된다. 냉방운전시 인젝션 팽창밸브는 실외 열교환기(120)에서 응축되어 인젝션 열교환기(172)를 통과한 냉매의 일부를 팽창하여 인젝션 열교환기(172)로 안내한다. 난방운전시 인젝션 팽창밸브는 실내 열교환기(130) 및 실내 팽창기구(160)를 통과한 냉매의 일부를 팽창하여 인젝션 열교환기(172)로 안내한다.

인젝션 열교환기(172)는 제2팽창기구(150), 실내 팽창기구(160), 인젝션 팽창밸브, 과냉밸브(240) 및 인젝션 밸브(171)와 연결된다.

인젝션 열교환기(172)는 냉방운전시 실외 열교환기(120)로부터 제2팽창기구(150)를 거쳐 유동되는 냉매와 인젝션 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 열교환하며, 난방운전시 실내 열교환기(130)로부터 실내 팽창기구(160)를 거쳐 유동되는 냉매와 인젝션 밸브(171)에서 팽창된 냉매를 열교환한다.

냉방운전시 인젝션 열교환기(172)는 실외 열교환기(120)로부터 제2팽창기구(150)를 거쳐 유동되는 냉매를 인젝션 팽창밸브에서 팽창된 냉매와 열교환한다. 냉방운전시 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매는 실내 팽창기구(160)로 유동되고 증발된 냉매는 과냉밸브(240)를 거쳐 기액분리기(230)로 유동된다.

난방운전시 인젝션 열교환기(172)는 실내 열교환기(130)(130)로부터 실내 팽창기구(160)를 거쳐 유동되는 냉매를 인젝션 팽창밸브에서 팽창된 냉매와 열교환한다. 난방운전시 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매는 제2팽창기구(150)로 유동되고 증발된 냉매는 인젝션 밸브(171)를 거쳐 압축기(110)의 인젝션 포트로 인젝션된다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에서 증발된 냉매는 과냉밸브(240)를 거쳐 기액분리기(230)로 유동될 수도 있다.

과냉밸브(240)는 인젝션 열교환기(172)와 기액분리기(230) 사이에 배치된다. 과냉밸브(240)는 냉방운전시 개방되어 인젝션 밸브(171)에서 팽창되어 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매를 기액분리기(230)로 안내한다. 기액분리기(230)로 안내된 냉매는 실내 열교환기(130)에서 열교환된 냉매와 합류한다. 과냉밸브(240)는 난방운전시 폐쇄되어 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매가 기액분리기(230)로 유동하지 못하도록 한다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에서 과냉밸브(240)는 난방운전시 일정조건을 갖추면 개방되어 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매가 기액분리기(230)로 유동되도록 안내할 수 있다.

인젝션 밸브(171)는 인젝션 모듈(170)의 인젝션 열교환기(172)와 압축기(110)의 인젝션 포트사이에 배치된다. 인젝션 밸브(171)는 냉방운전시 폐쇄된다. 인젝션 밸브(171)는 난방운전시 과냉밸브(240)가 폐쇄될 때 개방되어 인젝션 팽창밸브에서 팽창되어 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매를 압축기(110)의 인젝션 포트로 안내한다.

축열조(200)는 실외기에 설치되며, 축열자켓(115), 파워소자(116) 및 축열허브(118)와 연결된다. 따라서, 축열조(200)는 압축기(110)에서 발생되는 열, 파워소자(116)에서 발생하는 열 및 토출유로(117)에서 발생하는 열을 흡수한 축열매체를 저장한다. 다만 실시예에 따라 축열조(200)는 축열자켓(115)과는 연결되지만 파워소자(116) 또는 축열허브(117)와는 연결되지 않을 수도 있다.

축열조(200)는 저장된 축열매체를 축열 열교환기(210)에서 냉매와 열교환한다. 따라서 축열조(200)는 난방력 저장기구의 역할을 한다. 축열조(200)는 축열매체의 유동거리를 줄이기 위해 압축기(110)와 근접한 곳에 배치된다.

축열조(200)는 축열매체가 최대한 많이 저장되도록 최대한 크게 형성될 수 있다. 이는 축열매체가 축열 열교환기(210)에서 냉매로 방열시 최대한 증발열량을 많이 공급할 수 있도록 하기 위함이다. 축열조(200)는 난방 및 제상 동시운전이 종료시 축열조(200)의 온도가 0도이상을 만족하는 최소의 크기로 정해지는 것이 바람직할 것이다.

축열조(200)에 저장되는 축열매체는 열회수율 및 유동성이 우수한 물질로 이루어지며, 보통 축열매체는 식염수나 염화칼슘 수용액 등의 브라인이나 통상적인 물 등이 사용된다. 축열매체는 순환수단(220)에 의해 축열자켓(115), 파워소자(116), 축열허브(118), 축열조(200) 및 축열 열교환기(210)를 유동한다. 축열매체는 축열자켓(115), 파워소자(116) 및 축열허브(118)를 유동함으로써 압축기(110), 파워소자(116) 및 토출유로(117)에서 발생하는 열을 흡수한다. 열을 흡수한 축열매체는 축열조(200)에 저장된다. 축열조(200)에 저장된 축열매체는 난방 및 제상 동시운전 및 축열이용 난방운전시 순환수단(220)에 의해 축열 열교환기(210)로 유동하고, 축열 열교환기(210)에서 냉매와 열교환한다. 즉 축열매체는 흡수한 열을 냉매로 방열한다.

냉방운전시 순환수단(220)이 구동하지 않기에 축열매체는 축열자켓(115), 축열 열교환기(210), 파워소자(116) 및 축열허브(118)로 유동하지 않는다. 따라서 냉방운전시 축열조(200)에 열이 저장되지 않는다.

난방운전시 순환수단(220)이 구동하여 축열매체는 축열자켓(115), 축열 열교환기(210), 파워소자(116) 및 축열허브(118)로 유동한다. 다만, 축열조(200)에 저장된 축열매체는 축열 열교환기(210)로 유동하나 축열 열교환기(210)에 냉매가 유입되지 않기에 냉매와 열교환하지 않는다. 따라서 유동하는 축열매체는 압축기(110), 파워소자(116) 및 토출유로(117)에서 흡수한 열을 계속 축열조(200)에 열을 저장한다.

축열이용 난방운전 또는 난방 및 제상 동시운전시 순환수단(220)이 구동하여 축열매체는 축열자켓(115), 축열 열교환기(210), 파워소자(116) 및 축열허브(118)로 유동한다. 축열조(200)에 저장된 축열매체는 축열 열교환기(210)로 유동하여 축열 열교환기(210)에서 냉매와 열교환한다. 즉, 축열매체는 열을 냉매로 방열하게 되고, 냉매는 축열매체로부터 열을 흡수하여 증발한다. 축열 열교환기(210)에서 증발된 냉매는 기액분리기(230)로 유입된다.

축열자켓(115)은 압축기(110)의 표면에 배치되며, 압축기(110) 둘레의 표면 일부를 감싸듯이 배치된다. 축열자켓(115)은 압축기(110)의 둘레를 감싸는 부분의 일단과 타단이 이격된다. 축열자켓(115)은 압축기(110)의 표면과 접촉되도록 배치된다. 실시예에 따라 축열자켓(115)은 압축기(110)의 표면과 이격되어 배치될 수도 있다. 축열자켓(115)은 압축기(110)의 표면에서 발생되는 열을 흡수하여야 하기에 열전도도가 큰 재질로 이루어 진다.

축열자켓(115)은 축열조(200)와 축열 열교환기(210)와 연결된다. 따라서, 축열자켓(115)은 축열 열교환기(210)에서 열교환된 축열매체가 유입되고, 압축기(110)에서 발생된 열을 흡수한 축열매체가 축열조(200)로 배출된다.

축열자켓(115)은 축열매체를 압축기(110)의 표면을 따라 유동할 수 있도록 플로우 유로가 구비된다. 따라서 축열자켓(115)에 유입된 축열매체는 플로우 유로를 따라 압축기(110)의 둘레 표면을 유동하면서 압축기(110)에서 발생한 열을 흡수한다.

축열자켓(115)은 하측에 축열 열교환기(210)에서 열교환된 축열매체가 유입되는 유입구가 구비된다. 축열자켓(115)에 유입된 축열매체는 플로우 유로를 따라 압축기(110)의 둘레 표면을 순환하게 된다. 축열자켓(115)은 상측에 압축기(110)에서 발생한 열을 흡수한 축열매체가 축열조(200)로 배출되는 배출구가 구비된다.

축열 열교환기(210)는 실외기에 설치되고, 축열조(200)와 축열자켓(115) 사이에 구비된다. 축열 열교환기(210)는 제1팽창기구(140), 축열조(200), 축열자켓(115) 및 기액분리기(230)와 연결된다. 단 실시예에 따라 축열 열교환기(210)는 파워소자(116), 축열허브(118) 등과도 연결될 수 있다.

축열 열교환기(210)는 축열이용 난방운전 또는 난방 및 제상 동시운전시 축열조(200)에 저장된 축열매체와 후술할 제1팽창기구(140)에서 팽창된 냉매를 열교환한다. 따라서 축열매체는 냉매로 방열하게 되고 냉매는 흡열하게 되어 증발된다. 축열 열교환기(210)에서 증발된 냉매는 기액분리기(230)로 토출된다. 축열 열교환기(210)는 난방운전시 제1팽창기구(140)가 폐쇄되기에 축열매체와 냉매를 열교환하지 않는다.

순환수단(220)은 실외기에 설치되며, 축열자켓(115), 축열조(200), 축열 열교환기(210), 파워소자(116) 및 축열허브(118)를 유동하는 축열매체를 순환시킨다. 따라서, 축열매체는 축열자켓(115), 축열조(200), 축열 열교환기(210), 파워소자(116) 및 축열허브(117)를 강제 유동된다. 이에 축열자켓(115), 파워소자(116) 및 토출유로(117)에서 발생되는 열의 흡수률이 높아져 축열조(200)의 축열량이 증대된다. 순환수단(220)은 일반적으로 펌프로 이루어진다. 순환수단(220)은 복수개로 구비되어 순환력을 증대시킬 수 있다.

순환수단(220)은 난방운전, 축열이용 난방운전 또는 난방 및 제상 동시운전시 축열매체를 강제 순환시킨다. 다만, 순환수단(220)은 냉방운전시에는 구동되지 않기에 축열매체를 강제 순환시키지 않는다. 다만, 실시예에 따라 냉방운전시에도 순환펌프가 구동할 수도 있다.

제1팽창기구(140)는 실외기에 설치되며, 실외 열교환기(120)와 인젝션 모듈(170) 사이에 구비된다. 단, 실시예에 따라 제1팽창기구(140)는 실외 열교환기(120)와 실내 열교환기(130) 사이에 구비될 수도 있다. 제1팽창기구(140)는 실외 열교환기(120), 축열 열교환기(210) 및 인젝션 열교환기(172)와 연결된다. 단, 실시예에 따라 제1팽창기구(140)는 실외 열교환기(120), 축열 열교환기(210) 및 실내 열교환기(130)와 연결될 수도 있다.

제1팽창기구(140)는 축열이용 난방운전 또는 난방 및 제상 동시운전시 개방되어 냉매를 축열 열교환기(210)로 안내한다. 제1팽창기구(140)는 개도를 조절하여 축열 열교환기(210)로 유동하는 냉매를 팽창시킨다. 단, 제1팽창기구(140)는 난방운전 또는 냉방운전시 폐쇄되며, 냉매를 축열 열교환기(210)로 안내하지 않는다.

제1팽창기구(140)는 축열이용 난방운전시 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매의 일부를 축열 열교환기(210)로 안내하며, 개도를 조절하여 축열 열교환기(210)로 유동하는 냉매를 팽창시킨다.

제1팽창기구(140)는 난방 및 제상 동시운전시 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매와 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매를 축열 열교환기(210)로 안내하며, 개도를 조절하여 축열 열교환기(210)로 유동하는 냉매를 팽창시킨다.

이하, 본 발명의 실시 예들에 의하여 공기조화기의 운전모드를 설명하기 위해 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 난방운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.

도2를 참조하면, 압축기(110)는 난방운전시 파워소자(116)에서 운전 주파수를 공급받아 구동한다. 압축기(110)는 고온, 고압의 냉매를 토출포트를 통해 토출한다.

압축기(110)에서 토출된 냉매는 토출유로(117)를 통해 절환밸브(180)로 유동한다. 절환밸브(180)는 압축기(110)에서 토출된 냉매를 실내 열교환기(130)로 절환시킨다.

실내 열교환기(130)는 유입된 고온, 고압의 냉매와 실내 공기를 열교환시킨다. 따라서, 실내 열교환기(130)는 유입된 냉매를 응축시키고, 실내 공기의 온도를 상승시킨다. 즉 실내를 난방시킨다.

실내 팽창기구(160)는 완전 개방되어 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매를 통과시킨다. 실내 팽창기구(160)를 통과한 냉매는 인젝션 모듈(170)로 유동한다.

인젝션 모듈(170)은 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매의 일부를 바이패스하여 팽창시킨다. 인젝션 모듈(170)은 팽창된 냉매의 일부와 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매의 나머지를 열교환시킨다. 따라서, 팽창된 냉매의 일부는 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매로부터 열을 흡수하여 증발한다.

인젝션 모듈(170)은 팽창 및 증발된 냉매를 인젝션 포트를 통해 압축기(110)로 인젝션한다. 다만, 실시예에 따라 인젝션 모듈(170)은 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매의 일부를 바이패스하지 않을 수도 있다.

인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매는 제2팽창기구(150)로 유동된다. 제2팽창기구(150)는 인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매를 팽창시킨다. 제2팽창기구(150)에 의해 팽창된 냉매는 실외 열교환기(120)로 유동된다. 제1팽창기구(140)는 난방운전시 폐쇄된다. 따라서, 인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매는 축열 열교환기(210)로 유동되지 않는다.

실외 열교환기(120)는 제2팽창기구(150)에 의해 팽창된 냉매와 실외 공기를 열교환시킨다. 실외 열교환기(120)는 유입된 냉매를 증발시킨다. 실외 열교환기(120)에서 증발된 냉매는 절환밸브(180)로 유동된다. 절환밸브(180)는 실외 열교환기(120)에서 증발된 냉매를 기액분리기(230)로 절환시킨다.

기액분리기(230)는 유입된 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리한다. 기액분리기(230)에서 분리된 기상 냉매는 유입포트를 통해 압축기(110)로 유동된다.

순환수단(220)은 압축기(110)가 가동시 함께 가동된다. 다만, 실시예에 따라 압축기(110)가 가동한 후 약간의 시간이 흐른 뒤에 순환수단(220)이 가동될 수도 있다. 순환수단(220)은 축열조(200), 축열 열교환기(210), 압축기(110), 축열자켓(115), 파워소자(116) 및 축열허브(118)를 유동하는 축열매체를 강제 순환시킨다.

강제 순환되는 축열매체는 압축기(110), 파워소자(116) 및 토출유로(117)에서 발생된 열을 흡수하여 축열조(200)에 저장시킨다.

축열 열교환기(210)는 제1팽창기구(140)가 폐쇄되어 냉매가 유입되지 않는다. 따라서 축열매체와 냉매는 열교환이 발생하지 않는다. 축열조(200)는 압축기(110), 파워소자(116) 및 토출유로(117)에서 발생된 열이 계속 저장한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전시의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.

도 3을 참조하면, 압축기(110)는 냉방운전시 파워소자(116)에서 운전 주파수를 공급받아 구동한다. 압축기(110)는 고온, 고압의 냉매를 토출포트를 통해 토출한다.

압축기(110)에서 토출된 냉매는 토출포트를 통해 절환밸브(180)로 유동된다. 절환밸브(180)는 압축기(110)에서 토출된 냉매를 실외 열교환기(120)로 절환시킨다.

실외 열교환기(120)는 유입된 고온, 고압의 냉매와 실외 공기를 열교환시킨다. 따라서, 실외 열교환기(120)는 유입된 냉매를 응축시킨다.

제2팽창기구(150)는 완전 개방되어 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매를 통과시킨다. 제2팽창기구(150)를 통과한 냉매는 인젝션 모듈(170)로 유동한다.

인젝션 모듈(170)은 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매의 일부를 바이패스하여 팽창시킨다. 인젝션 모듈(170)은 팽창된 냉매의 일부와 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매의 나머지를 열교환시킨다. 따라서 팽창된 냉매의 일부는 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매로부터 열을 흡수하여 증발한다.

인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매는 실내 팽창기구(160)로 유동된다. 실내 팽창기구(160)는 개도를 조절하여 인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매를 팽창시킨다.

과냉밸브(240)는 개방되어 인젝션 모듈(170)에 의해 팽창 및 증발된 냉매를 기액분리기(230)로 유동시킨다. 다만, 실시예에 따라 인젝션 모듈(170)은 실외 열교환기(120)를 통과한 냉매의 일부를 바이패스하지 않을 수도 있다.

실내 열교환기(130)는 실내 팽창기구(160)에서 팽창된 냉매와 실외 공기를 열교환시킨다. 실내 열교환기(130)는 실내 팽창기구(160)에서 팽창된 냉매를 증발시키고, 실내 공기의 온도를 하강시킨다. 즉 실내를 냉방시킨다. 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매는 절환밸브(180)로 유동된다.

절환밸브(180)는 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매를 기액분리기(230)로 절환한다. 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매는 인젝션 모듈(170)에서 팽창 및 증발된 냉매와 합류하여 기액분리기(230)로 유동된다.

냉방운전시에는 순환수단(220)이 가동하지 않는다. 따라서 축열매체는 순환수단(220)에 의한 강제순환이 되지 않는다. 다만, 축열매체는 자연대류에 의한 순환이 이루어 질 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 난방 및 제상 동시운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 난방 및 제상 동시운전시 난방능력을 나타낸 그래프이다.

도 4와 도6을 참조하면, 난방 및 제상 동시운전시 압축기(110)는 파워소자(116)에서 운전 주파수를 공급받아 구동된다. 압축기(110)는 고온, 고압의 냉매를 토출포트를 통해 토출한다. 압축기(110)에서 토출된 냉매는 토출포트를 통해 절환밸브(180)로 유동된다.

바이패스 밸브(190)는 난방 및 제상 운전시 개방된다. 바이패스 밸브(190)는 압축기(110)에서 토출된 냉매의 일부를 실외 열교환기(120)로 안내한다. 이에 압축기(110)에서 토출된 냉매의 일부는 실외 열교환기(120)로 유동되고, 나머지는 절환밸브(180)로 유동된다.

실외 열교환기(120)는 유입된 고온, 고압의 냉매와 실외 공기를 열교환시킨다. 냉매는 실외 열교환기(120)에서 응축되어 실외 공기로 열을 방출한다. 따라서, 실외 열교환기(120)는 냉매의 방열을 통해 액관에 붙은 서리 등을 제거한다. 즉 제상을 한다.

실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매는 제2팽창기구(150)로 유동된다. 제2팽창기구(150)는 완전 개방되어 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매를 통과시킨다. 이에 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매는 인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매와 합류되어 제1팽창기구(140)로 유동된다.

제1팽창기구(140)는 개방되어 합류된 냉매를 축열 열교환기(210)로 안내한다. 제1팽창기구(140)는 개도를 조절하여 합류된 냉매를 팽창시킨다.

절환밸브(180)는 압축기(110)에서 토출된 냉매의 나머지를 실내 열교환기(130)로 절환시킨다. 실내 열교환기(130)는 유입된 고온, 고압의 냉매와 실내 공기를 열교환시킨다. 따라서 실내 열교환기(130)는 유입된 냉매를 응축시킨다. 이에, 실내 열교환기(130)는 실내 공기의 온도를 상승시킨다. 즉 실내를 난방시킨다.

실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매는 완전 개도된 실내 팽창기구(160)를 통과하여 인젝션 모듈(170)로 유동된다. 인젝션 모듈(170)은 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매의 일부를 바이패스하여 팽창시킨다. 인젝션 모듈(170)은 팽창된 냉매를 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매의 나머지와 열교환시킨다. 따라서 팽창된 냉매의 일부는 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매로부터 열을 흡수하여 증발한다.

인젝션 모듈(170)에 의해 팽창 및 증발된 냉매는 인젝션 포트를 통해 압축기(110)로 인젝션된다. 다만, 실시예에 따라 인젝션 모듈(170)은 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매를 바이패스 하지 않을 수 있다.

인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매는 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매와 합류하여 제1팽창기구(140)로 유동된다. 제1팽창기구(140)는 개방되어 합류된 냉매를 축열 열교환기(210)로 안내한다. 제1팽창기구(140)는 개도를 조절하여 합류된 냉매를 팽창시킨다. 제1팽창기구(140)에서 팽창된 냉매는 축열 열교환기(210)로 유동된다.

축열 열교환기(210)는 축열조(200)에 저장된 축열매체와 제1팽창기구(140)에서 팽창된 냉매를 열교환시킨다. 이에 냉매는 축열매체로부터 열을 흡수하여 증발된다. 축열 열교환기(210)에서 증발된 냉매는 기액분리기(230)로 유입된다.

기액분리기(230)는 유입된 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리한다. 기액분리기(230)에서 분리된 기상 냉매는 유입포트를 통해 압축기(110)로 유입된다.

난방 및 제상 동시운전을 위해 압축기(110)가 가동되는 경우, 순환수단(220)도 가동된다. 다만 실시예에 따라 압축기(110)가 가동한 후 약간의 시간이 흐른 뒤에 순환수단(220)이 가동될 수도 있다. 순환수단(220)은 축열조(200)에 저장된 축열매체가 축열 열교환기(210), 축열자켓(115) 및 축열조(200)로 강제 순환되도록 한다.

순환수단(220)은 난방 및 제상 동시운전시 가동된다. 다만, 실시예에 따라 압축기(110)가 가동한 후 약간의 시간이 흐른 뒤에 순환수단(220)이 가동될 수도 있다. 순환수단(220)은 축열 열교환기(210), 축열자켓(115), 파워소자(116), 축열허브(118) 및 축열조(200)로 유동되는 축열매체를 강제 순환시킨다.

축열조(200)에 저장된 축열매체는 순환수단(220)에 의해 축열 열교환기(210)로 유동하게 된다. 상술한 바와 같이 축열 열교환기(210)는 축열매체와 제1팽창기구(140)에서 팽창된 냉매를 열교환시킨다. 축열 열교환기(210)에서 열교환된 축열매체는 축열자켓(115), 축열허브(118) 및 파워소자(116)로 유동된다. 축열매체는 압축기(110), 토출유로(117) 및 파워소자(116)에서 발생하는 열을 흡수한다.

축열자켓(115), 축열허브(118) 및 파워소자(116)에서 열을 흡수한 축열매체는 축열조(200)로 유동된다. 축열조(200)는 열을 흡수한 축열매체를 저장한다. 저장된 축열매체는 순환수단(220)에 의해 다시 축열 열교환기(210)로 유동한다.

난방 및 제상 동시운전은 난방운전을 가동하여 축열조(200)에 열이 충분히 저장된 후에 이용하는 것이 바람직할 것이다. 즉, 난방 및 제상 동시운전 이전에 절환밸브(180)가 압축기(110)에서 토출된 냉매를 실내 열교환기(130)로 안내하여 난방운전이 개시되고, 난방운전이 개시됨과 동시에 순환수단(220)이 구동하여 축열매체를 축열자켓(115), 축열허브(118) 및 파워소자(116)를 유동하는 축열매체를 순환된다. 축열매체는 강제 순환됨에 따라 압축기(110), 파워소자(116) 및 토출유로(117)에서 발생하는 열을 흡수하고 이를 축열조(200)에 저장한다.

이후 제상운전이 필요할 경우, 난방 및 제상운전이 개시된다. 난방 및 제상 동시운전은 축열조(200)에 저장된 열원을 활용하여 냉매를 증발시키기에 제상운전과 동시에 난방운전을 수행할 수 있다. 따라서, 난방능력의 저하없이 연속적인 난방운전을 실시할 수 있다.

또한, 난방 및 제상 동시운전이 종료시, 공기조화기는 다시 난방운전이 가동하게 된다. 다만, 난방 및 제상 동시운전이 종료한 직후 축열조(200)의 온도는 낮다. 따라서, 축열조(200)는 압축기(110)에서 발생하는 열을 많이 흡수하여 열을 저장하기에 압축기(110)의 토출온도를 저하시킬 수도 있다. 이에 공기조화기는 난방 및 제상 동시운전이 종료한 직후, 순환수단(220)은 압축기(110)에서 토출된 냉매를 설정된 과열도를 확보하기 전까지 구동하지 않을 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 및 제상 동시운전시 공기조화기에 대한 블럭도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방 및 제상 동시운전시 공기조화기의 제어방법을 나타낸 순서도이다.

도 7과 도8을 참조하면, 제어부가 난방운전을 개시한다(S210). 제어부는 절환밸브(180)를 절환하면, 절환밸브(180)가 압축기(110)의 토출포트와 실내 연교환기를 연결하고, 압축기(110)의 제1유입포트와 실외 열교환기(120)를 연결한다. 제어부는 난방운전 제어로직에 따라 실내 팽창기구(160)를 완전 개방하고, 압축기(110)의 운전속도 및 제2팽창기구(150)의 개도를 조절한다.

난방운전이 개시되면, 순환수단(220)이 구동하게 된다. 순환수단(220)은 축열조(200), 축열자켓(115), 파워소자(116), 축열허브(118) 및 축열 열교환기(210)를 유동하는 축열매체를 강제 순환시킨다.

축열조(200)는 압축기(110), 파워소자(116) 및 토출유로(117)에서 발생하는 열을 흡수한 축열매체를 저장한다. 따라서 축열조(200)에 열이 저장된다(S220). 제어부는 난방운전시 제1팽창기구(140)를 폐쇄한다. 따라서, 냉매가 축열 열교환기(210)로 유입되지 않도록 하여 축열조(200)에 계속 열을 저장할 수 있다.

난방운전이 개시된 후, 제어부는 제상운전이 필요한지를 판단한다. 제어부는 제상운전의 조건이 만족하는지 판단한다. 제상운전의 조건은 실외 열교환기(120)를 통과하는 냉매의 온도 등으로부터 설정될 수 있다.

실외 열교환기(120)를 통과하는 냉매의 온도는 실외 열교환기(120)에 배치된 실외 온도센서를 통해 감지한다. 제어부는 실외 열교환기(120)를 통과하는 냉매의 온도가 기 설정된 냉매의 온도보다 낮은지를 판단하여 제상운전의 조건을 만족하는지 판단할 수 있다.

제상운전의 조건을 만족하는 경우, 제어부는 바이패스 밸브(190) 및 제1팽창기구(140)를 개방하여 난방 및 제상 동시운전을 개시한다(S240). 바이패스 밸브(190)를 개방하여 압축기(110)에서 토출된 냉매의 일부를 실외 열교환기(120)로 안내한다. 실외 열교환기(120)로 안내된 고온, 고압의 냉매는 실외 열교환기(120)에 있는 서리 등을 제거한다.

제어부는 압축기(110)에서 토출된 냉매의 나머지는 절환밸브(180)를 통해 실내 열교환기(130)로 안내된다. 실내 열교환기(130)는 유입된 냉매와 실내 공기를 열교환하여 난방을 실시한다.

제어부는 실내 팽창기구(160)를 완전 개도하여 실내 열교환기(130)에서 열교환된 냉매를 통과시킨다. 제어부는 제2팽창기구(150)를 완전 개도하여 실외 열교환기(120)에서 열교환된 냉매를 통과시킨다.

제어부는 제1팽창기구(140)를 개방하여 실외 열교환기(120) 및 실내 열교환기(130)에서 열교환된 냉매를 축열 열교환기(210)로 안내한다. 제어부는 제1팽창기구(140)의 개도를 조절하여 축열 열교환기(210)로 안내되는 냉매를 팽창시킨다.

축열 열교환기(210)는 축열조(200)에 저장된 축열매체와 냉매를 열교환하여 냉매를 증발시킨다(S250). 축열 열교환기(210)에서 증발된 냉매는 기액분리기(230)로 유입된다. 기액분리기(230)는 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하여 기상냉매를 압축기(110)로 주입한다.

제어부는 제상운전이 필요한지를 판단한다(S260). 제어부는 상술한 제상운전의 조건을 만족하는지 판단한다. 제어부는 제상운전의 조건을 만족시 계속하여 난방 및 제상 동시운전을 실시한다. 제어부는 제상운전의 조건을 만족하지 않을 경우, 바이패스 밸브(190) 및 제1팽창기구(140)를 폐쇄한다(S270). 제어부는 제상운전을 중단하고, 난방운전만을 실시한다. 따라서, 제상운전을 실시하는 경우에도 난방능력의 저하없이 난방운전을 계속 실시 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 축열이용 난방운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.

도 5를 참조하면, 축열이용 난방운전시 압축기(110)는 파워소자(116)에서 운전 주파수를 공급받아 구동한다. 압축기(110)는 고온, 고압의 냉매를 토출포트를 통해 토출한다.

실내 열교환기(130)는 유입된 고온, 고압의 냉매와 실내 공기를 열교환시킨다. 따라서, 실내 열교환기(130)는 유입된 냉매를 응축시키고, 실내 공기의 온도를 상승시킨다.

인젝션 모듈(170)은 팽창 및 증발된 냉매를 인젝션 포트를 통해 압축기(110)로 인젝션한다. 다만, 실시예에 따라 인젝션 모듈(170)은 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매를 바이패스하지 않을 수도 있다.

인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매는 제2팽창기구(150)로 유동된다. 제1팽창기구(140)는 축열이용 난방운전시 개방된다. 따라서 인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매의 일부를 축열 열교환기(210)로 안내한다. 제1팽창기구(140)는 개도를 조절하여 축열 열교환기(210)로 유동하는 냉매를 팽창시킨다. 제1팽창기구(140)에서 팽창된 냉매는 축열 열교환기(210)로 유동된다.

축열 열교환기(210)는 제1팽창기구(140)에서 팽창된 냉매와 축열조(200)에 저장된 축열매체를 열교환시킨다. 축열 열교환기(210)는 유입된 냉매를 증발시킨다. 축열 열교환기(210)에서 증발된 냉매는 기액분리기(230)로 유동된다. 축열 열교환기(210)에서 증발된 냉매는 실외 열교환기(120)에서 증발된 냉매와 합류하여 기액분리기(230)로 유입된다.

축열이용 난방운전시 기액분리기(230)로 유입되는 냉매의 온도는 난방운전시 기액분리기(230)로 유입되는 냉매의 온도보다 높다. 따라서 인버터 압축기(110)의 회전수를 감소시켜 소비전력을 감소시킬 수 있다.

제2팽창기구(150)는 개도를 조절하여 인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매의 나머지를 팽창시킨다. 제2팽창기구(150)에서 팽창된 냉매는 실외 열교환기(120)로 유동된다.

실외 열교환기(120)는 제2팽창기구(150)에서 팽창된 냉매와 실외 공기를 열교환시킨다. 실외 열교환기(120)는 제2팽창기구(150)에서 팽창된 냉매를 증발시킨다. 실외 열교환기(120)에서 증발된 냉매는 절환밸브(180)로 유동된다.

절환밸브(180)는 실외 열교환기(120)에서 증발된 냉매를 기액분리기(230)로 절환시킨다. 실외 열교환기(120)에서 증발된 냉매는 축열 열교환기(210)에서 증발된 냉매와 합류하여 기액분리기(230)로 유동된다.

순환수단(220)은 축열이용 난방운전시 가동된다. 다만, 실시예에 따라 압축기(110)가 가동한 후 약간의 시간이 흐른 뒤에 순환수단(220)이 가동될 수도 있다. 순환수단(220)은 축열 열교환기(210), 축열자켓(115), 파워소자(116), 축열허브(118) 및 축열조(200)로 유동되는 축열매체를 강제 순환시킨다.

축열조(200)에 저장된 축열매체는 순환수단(220)에 의해 축열 열교환기(210)로 유동하게 된다. 상술한 바와 같이 축열 열교환기(210)는 축열매체와 제1팽창기구(140)에서 팽창된 냉매를 열교환시킨다. 축열 열교환기(210)에서 열교환된 축열매체는 축열자켓(115), 축열허브(118) 및 파워소자(116)로 유동된다. 축열자켓(115), 토출유로(117) 및 파워소자(116)는 외부로 열을 발열하며, 축열매체는 열을 흡수한다.

축열자켓(115), 축열허브(118) 및 파워소자(116)에서 열을 흡수한 축열매체는 축열조(200)로 유동된다. 축열조(200)는 열을 흡수한 축열매체를 저장한다. 저장된 축열매체는 순환수단(220)에 의해 다시 축열 열교환기(210)로 유동한다. 축열이용 난방운전은 난방운전을 가동하여 축열조(200)에 열이 충분히 저장된 후에 이용하는 것이 바람직할 것이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

110: 압축기 115: 축열자켓
116: 파워소자 117: 토출유로
118: 축열허브 120: 실외 열교환기
130: 실내 열교환기 140: 제1팽창기구
150: 제2팽창기구 160: 실내 팽창기구
170: 인젝션 모듈 180: 절환밸브
190: 바이패스 밸브 200: 축열조
210: 축열 열교환기 220: 순환수단
230: 기액 분리기 240: 과냉밸브

Claims

냉매를 압축하는 압축기;
실외에 설치되어 냉매를 실외 공기와 열교환하는 실외 열교환기;
실내에 설치되어 냉매를 실내 공기와 열교환하는 실내 열교환기;
상기 압축기에서 토출된 냉매를 냉방운전시 상기 실외 열교환기로 안내하고, 난방운전시 상기 실내 열교환기로 안내하는 절환밸브;
상기 압축기의 표면에 배치되고, 내부에 상기 압축기에서 발생되는 열을 흡수하는 축열매체가 유동하는 축열자켓;
상기 축열자켓과 연결되어 상기 압축기의 열을 흡수한 축열매체를 저장하는 축열조;
상기 축열조에 저장된 축열매체와 냉매를 열교환하는 축열 열교환기;
상기 축열 열교환기, 상기 축열자켓 및 상기 축열조를 유동하는 축열매체를 순환시키는 순환수단을 포함하는 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 축열자켓은,
축열매체를 상기 압축기의 표면을 따라 유동시키는 플로우 유로를 구비하는 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 압축기의 운전 주파수를 제어하는 파워소자를 포함하고,
상기 축열조는 상기 파워소자와 연결되어 상기 파워소자에서 발생한 열을 흡수한 축열매체를 저장하고
상기 순환수단은 상기 축열조와 상기 파워소자를 유동하는 축열매체를 순환시키는 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 압축기에서 토출된 냉매가 유동하는 토출유로의 표면에 배치되고, 내부에 상기 토출유로에서 발생하는 열을 흡수하는 축열매체가 유동하는 축열허브를 포함하고,
상기 축열조는 상기 축열허브와 연결되어 상기 토출유로에서 발생한 열을 흡수한 축열매체를 저장하고,
상기 순환수단은 상기 축열조와 상기 축열허브를 유동하는 축열매체를 순환시키는 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 압축기와 상기 절환밸브 사이에 구비되어, 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기를 포함하는 공기조화기
제1항에 있어서,
상기 압축기와 상기 절환밸브 사이에 구비되며, 난방 및 제상 동시운전시 개방되어 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 상기 실외 열교환기로 안내하는 바이패스 밸브; 및
상기 실외 열교환기와 상기 실내 열교환기 사이에 구비되며, 난방 및 제상 동시운전시 개방되어 냉매를 상기 축열 열교환기로 안내하는 제1팽창기구를 포함하고,
상기 제1팽창기구는 개도를 조절하여 상기 축열 열교환기로 유동하는 냉매를 팽창시키는 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 실외 열교환기와 상기 실내 열교환기 사이에 구비되며, 축열이용 난방운전시 개방되어 상기 실내 열교환기에서 응축된 냉매의 일부를 상기 축열 열교환기로 안내하는 제1팽창기구를 포함하고,
상기 제1팽창기구는 개도를 조절하여 상기 축열 열교환기로 유동하는 냉매를 팽창시키는 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 실외 열교환기와 상기 실내 열교환기 사이에 구비되며, 난방운전 또는 축열이용 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 제2팽창기구를 포함하는 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 순환수단은 냉방운전시 축열매체를 순환시키지 않는 공기조화기.
냉매를 압축하는 압축기;
실외에 설치되어 냉매를 실외 공기와 열교환하는 실외 열교환기;
실내에 설치되어 냉매를 실내 공기와 열교환하는 실내 열교환기;
상기 압축기에서 토출된 냉매를 냉방운전시 상기 실외 열교환기로 안내하고, 난방운전시 상기 실내 열교환기로 안내하는 절환밸브;
상기 압축기의 표면에 배치되고, 내부에 상기 압축기에서 발생하는 열을 흡수하는 축열매체가 유동하는 축열자켓;
상기 축열자켓과 연결되어 상기 압축기의 열을 흡수한 축열매체를 저장하는 축열조;
상기 축열조에 저장된 축열매체와 냉매를 열교환하는 축열 열교환기;
상기 압축기와 상기 절환밸브 사이에 구비되며, 난방 및 제상 동시운전시 개방되어 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 상기 실외 열교환기로 안내하는 바이패스 밸브; 및
상기 실외 열교환기와 상기 실내 열교환기 사이에 구비되며, 난방 및 제상 동시운전시 개방되어 냉매를 상기 축열 열교환기로 안내하는 제1팽창기구를 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서,
상기 바이패스 밸브가 개방되어 상기 압축기에서 토출된 냉매의 일부를 상기 실외 열교환기로 안내하고, 상기 절환밸브가 상기 압축기에서 토출된 냉매의 나머지를 상기 실내 열교환기로 안내하여 난방 및 제상 동시운전이 개시되는 단계;
상기 제1팽창기구가 개방되어 상기 실외 열교환기에서 응축된 냉매와 상기 실내 열교환기에서 응축된 냉매를 상기 축열 열교환기로 안내하는 단계;
상기 축열 열교환기가 상기 축열조의 축열매체와 냉매를 열교환하여 냉매를 증발시키는 단계; 및
상기 축열 열교환기에서 증발된 냉매를 상기 압축기로 안내하는 단계를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
제10항에 있어서,
상기 축열 열교환기, 상기 축열자켓 및 상기 축열조를 유동하는 축열매체를 순환시키는 순환수단을 포함하는 공기조화기의 제어방법.
제10항에 있어서,
상기 제1팽창기구는 개도를 조절하여 상기 축열 열교환기로 유동하는 냉매를 팽창시키는 공기조화기의 제어방법.
제10항에 있어서,
상기 난방 및 제상 동시운전 이전에 상기 절환밸브가 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 실내 열교환기로 안내하여 난방운전이 개시되는 단계; 및
상기 축열조가 상기 압축기의 열을 흡수한 축열매체를 저장하는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.