KR20150109752A - 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기액분리기를 이용하여 압축기에 냉매를 2단계로 인젝션하는 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창하는 제 1 메인 팽창밸브; 상기 제 1 메인 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하고 분리된 기상냉매를 팽창하여 상기 압축기로 인젝션하는 제 1 인젝션 모듈; 상기 제 1 인젝션 모듈에서 분리된 액상냉매를 팽창하는 중간 팽창밸브; 상기 중간 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하고 분리된 기상냉매를 팽창하여 상기 압축기로 인젝션하는 제 2 인젝션 모듈; 상기 제 2 인젝션 모듈에서 분리된 액상냉매를 팽창하는 제 2 메인 팽창밸브; 및 상기 제 2 메인 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기를 포함한다.

Description

공기조화기 {Air Conditioner}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기액분리기를 이용하여 압축기에 냉매를 2단계로 인젝션하는 공기조화기에 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.

이러한 공기조화기는 난방 또는 냉방시 응축된 냉매 일부를 압축기에 인젝션(injection)하여 효율을 향상시킨다. 고효율을 위하여 압축기의 고압측과 저압측에 냉매를 동시에 인젝션하는 2단계 인젝션이 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기액분리기를 이용하여 압축기에 냉매를 2단계로 인젝션할 수 있는 공기조화기를 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 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창하는 제 1 메인 팽창밸브; 상기 제 1 메인 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하고 분리된 기상냉매를 팽창하여 상기 압축기로 인젝션하는 제 1 인젝션 모듈; 상기 제 1 인젝션 모듈에서 분리된 액상냉매를 팽창하는 중간 팽창밸브; 상기 중간 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하고 분리된 기상냉매를 팽창하여 상기 압축기로 인젝션하는 제 2 인젝션 모듈; 상기 제 2 인젝션 모듈에서 분리된 액상냉매를 팽창하는 제 2 메인 팽창밸브; 및 상기 제 2 메인 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

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

첫째,　인젝션용 기액분리기 및 팽창밸브의 구성 및 제어를 통하여 압축기에 냉매를 2단계로 인젝션하여 성능을 향시킬 수 있는 장점이 있다.

둘째,　인젝션용 팽창밸브를 적절히 제어하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 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 공기조화기에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 작동시 압력-엔탈피 선도(Pressure-Enthalpy Diagram, 이하 P-h 선도)를 나타내는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 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.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 공기조화기를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 압축기(110)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(120)와, 응축기(120)에서 응축된 냉매를 팽창하는 제 1 메인 팽창밸브(140)와, 제 1 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하고 분리된 기상냉매를 팽창하여 압축기(110)로 인젝션하는 제 1 인젝션 모듈(170)과, 제 1 인젝션 모듈(170)에서 분리된 액상냉매를 팽창하는 중간 팽창밸브(190)와, 중간 팽창밸브(190)에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하고 분리된 기상냉매를 팽창하여 압축기(110)로 인젝션하는 제 2 인젝션 모듈(180)과, 제 2 인젝션 모듈(180)에서 분리된 액상냉매를 팽창하는 제 2 메인 팽창밸브(150)와, 제 2 메인 팽창밸브(150)에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기(130)를 포함한다.

압축기(110)는 유입되는 저온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축시킨다. 압축기(110)는 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 실린더 및 피스톤을 이용한 왕복동 압축기 또는 선회 스크롤 및 고정 스크롤을 이용한 스크롤 압축기일 수 있다. 본 실시예에서 압축기(110)는 스크롤 압축기이다.

압축기(110)는, 증발기(130)에서 증발된 냉매가 유입되는 제 1 유입포트(111)와, 인젝션 모듈(180)에서 팽창되어 증발된 냉매가 유입되는 제 2 유입포트(112) 및 제 3 유입포트(113)와, 압축된 냉매가 토출되는 토출포트(114)를 포함한다.

제 2 유입포트(112)는 압축기(110)에서 냉매가 압축되는 압축실의 저압측에 형성되고 제 3 유입포트(113)는 압축기(110) 압축실의 고압측에 형성되는 것이 바람직하다.

압축기(110)의 고압측은 압축기(110)의 저압측보다 상대적으로 온도와 압력이 낮은 부분이다. 압축기(110)의 저압측은 압축실에서 제 1 유입포트(111)에 가까운 부분이며, 고압측은 토출포트(114)에 가까운 부분이다. 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)로 유입된 냉매는 압축실 내부로 유입되어 저압측을 거쳐 고압측을 통과하여 토출포트(114)로 토출된다.

압축기(110)는 제 1 유입포트(111)로 유입된 냉매를 압축실에서 압축하며 압축실의 저압측에 형성된 제 2 유입포트(112)로 유입되는 냉매와 합류시켜 압축시킨다. 압축기(110)는 합류된 냉매를 압축하며 압축실의 고압측에 형성된 제 3 유입포트(113)로 유입되는 냉매와 합류하여 압축시켜 압축시킨다. 압축기(110)는 합류된 냉매를 압축하여 토출포트(114)로 토출시킨다.

응축기(120)는 압축기(110)와 연결되어 압축기(110)에서 압축된 냉매를 응축한다. 공기조화기가 실내를 냉방하는 냉방기인 경우 응축기(120)는 실외에 배치되어 실외 공기를 냉매와 열교환하는 실외 열교환기이고, 공기조화기가 실내를 난방하는 난방기인 경우 응축기(120)는 실내에 배치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기인 것이 바람직하다.

응축기(120)는 제 1 메인 팽창밸브(140)와 연결되어, 응축기(120)에서 응축된 냉매는 제 1 메인 팽창밸브(140)로 유입된다.

제 1 메인 팽창밸브(140)는 응축기(120)와 연결되어 응축기(120)에서 응축된 냉매를 팽창한다. 제 1 메인 팽창밸브(140)는 응축기(120)와 제 1 인젝션 모듈(170) 사이에 배치된다. 제 1 메인 팽창밸브(140)는 제 1 인젝션 모듈(170)과 연결되어 제 1 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매는 제 1 인젝션 모듈(170)로 유입된다.

제 1 인젝션 모듈(170)은 제 1 메인 팽창밸브(140)와 연결되어 제 1 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하고 분리된 기상냉매를 팽창하여 압축기(110)의 고압측에 인젝션한다.

제 1 인젝션 모듈(170)은 압축기(110)의 제 3 유입포트(113), 제 1 메인 팽창밸브(140) 및 중간 팽창밸브(190)와 연결된다.

제 1 인젝션 모듈(170)에서 분리되어 팽창된 냉매는 제 3 유입포트(113)를 통하여 압축기(110)의 고압측으로 인젝션된다. 제 1 인젝션 모듈(170)에서 분리된 액상냉매는 중간 팽창밸브(190)로 유입된다.

제 1 인젝션 모듈(170)은, 유동되는 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하는 제 1 인젝션 기액분리기(171)와, 제 1 인젝션 기액분리기(171)에서 분리된 기상냉매를 팽창하여 압축기로 인젝션하는 제 1 인젝션 팽창밸브(172)를 포함한다.

제 1 인젝션 기액분리기(171)는 제 1 메인 팽창밸브(140)와 연결되어 제 1 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리한다. 제 1 인젝션 기액분리기(171)는 제 1 메인 팽창밸브(140), 제 1 인젝션 팽창밸브(172) 및 중간 팽창밸브(190)와 연결된다.

제 1 인젝션 기액분리기(171)에서 분리된 기상냉매는 제 1 인젝션 팽창밸브(172)로 유입된다. 제 1 인젝션 기액분리기(171)에서 분리된 액상냉매는 중간 팽창밸브(190)로 유입된다.

제 1 인젝션 팽창밸브(172)는 제 1 인젝션 기액분리기(171)와 연결되어 제 1 인젝션 기액분리기(171)에서 분리된 기상냉매를 팽창한다. 제 1 인젝션 팽창밸브(172)는 제 1 인젝션 기액분리기(171) 및 압축기(110)의 제 3 유입포트(113)와 연결된다. 제 1 인젝션 팽창밸브(172)에서 팽창된 냉매는 제 3 유입포트(113)를 통하여 압축기(110)의 고압측으로 인젝션된다.

중간 팽창밸브(190)는 제 1 인젝션 모듈(170)와 연결되어 제 1 인젝션 모듈(170)에서 분리된 액상냉매를 팽창한다. 중간 팽창밸브(190)는 제 1 인젝션 모듈(170)와 제 2 인젝션 모듈(180) 사이에 배치된다. 중간 팽창밸브(190)는 제 1 인젝션 기액분리기(171) 및 제 2 인젝션 기액분리기(181)와 연결된다. 중간 팽창밸브(190)에서 팽창된 냉매는 제 2 인젝션 모듈(180)로 유입된다.

제 2 인젝션 모듈(180)은 중간 팽창밸브(190)와 연결되어 중간 팽창밸브(190)에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하고 분리된 기상냉매를 팽창하여 압축기(110)의 저압측에 인젝션한다.

제 2 인젝션 모듈(180)은 압축기(110)의 제 2 유입포트(112), 중간 팽창밸브(190) 및 제 2 메인 팽창밸브(150)와 연결된다.

제 2 인젝션 모듈(180)에서 분리되어 팽창된 냉매는 제 2 유입포트(112)를 통하여 압축기(110)의 저압측으로 인젝션된다. 제 2 인젝션 모듈(180)에서 분리된 액상냉매는 제 2 메인 팽창밸브(150)로 유입된다.

제 2 인젝션 모듈(180)은, 유동되는 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하는 제 2 인젝션 기액분리기(181)와, 제 2 인젝션 기액분리기(181)에서 분리된 기상냉매를 팽창하여 압축기로 인젝션하는 제 2 인젝션 팽창밸브(182)를 포함한다.

제 2 인젝션 기액분리기(181)는 중간 팽창밸브(190)와 연결되어 중간 팽창밸브(190)에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리한다. 제 2 인젝션 기액분리기(181)는 중간 팽창밸브(190), 제 2 인젝션 팽창밸브(182) 및 제 2 메인 팽창밸브(150)와 연결된다.

제 2 인젝션 기액분리기(181)에서 분리된 기상냉매는 제 2 인젝션 팽창밸브(182)로 유입된다. 제 2 인젝션 기액분리기(181)에서 분리된 액상냉매는 제 2 메인 팽창밸브(150)로 유입된다.

제 2 인젝션 팽창밸브(182)는 제 2 인젝션 기액분리기(181)와 연결되어 제 2 인젝션 기액분리기(181)에서 분리된 기상냉매를 팽창한다. 제 2 인젝션 팽창밸브(182)는 제 2 인젝션 기액분리기(181) 및 압축기(110)의 제 2 유입포트(112)와 연결된다. 제 2 인젝션 팽창밸브(182)에서 팽창된 냉매는 제 2 유입포트(112)를 통하여 압축기(110)의 저압측으로 인젝션된다.

제 2 메인 팽창밸브(150)는 제 2 인젝션 모듈(180)와 연결되어 제 2 인젝션 모듈(180)에서 분리된 액상냉매를 팽창한다. 제 2 메인 팽창밸브(150)는 제 2 인젝션 모듈(180)과 증발기(130) 사이에 배치된다. 제 2 메인 팽창밸브(150)는 제 2 인젝션 기액분리기(181) 및 증발기(130)와 연결된다. 제 2 메인 팽창밸브(150)에서 팽창된 냉매는 증발기(130)로 유입된다.

증발기(130)는 제 2 메인 팽창밸브(150)와 압축기(110)사이에 구비되어 제 2 메인 팽창밸브(150)에서 팽창된 냉매를 증발한다. 공기조화기가 실내를 냉방하는 냉방기인 경우 증발기(130)는 실내에 배치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기이고, 공기조화기가 실내를 난방하는 난방기인 경우 증발기(130)는 실외에 배치되어 실외 공기를 냉매와 열교환하는 실외 열교환기인 것이 바람직하다.

증발기(130)는 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)와 연결되어, 증발기(130)에서 증발된 냉매는 제 1 유입포트(111)를 통하여 압축기(110)로 유입된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는, 공기조화기를 제어하는 제어부(10)와, 응축기(120)에서 응축되어 제 1 메인 팽창밸브(140)로 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 제 1 중간 온도센서(12)와, 제 1 인젝션 모듈(170)에서 분리되어 중간 팽창밸브(190)로 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 제 2 중간 온도센서(13)와, 제 2 인젝션 모듈(180)에서 분리되어 제 2 메인 팽창밸브(150)로 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 제 3 중간 온도센서(14)를 포함한다.

제어부(10)는 공기조화기의 운전을 제어하는 것으로서, 압축기(110), 제 1 메인 팽창밸브(140), 제 2 메인 팽창밸브(150), 제 1 인젝션 팽창밸브(172), 제 2 인젝션 팽창밸브(182) 및 중간 팽창밸브(190)를 제어한다. 제어부(10)는 운전조건에 따라 제 1 메인 팽창밸브(140), 제 2 메인 팽창밸브(150), 제 1 인젝션 팽창밸브(172), 제 2 인젝션 팽창밸브(182) 및 중간 팽창밸브(190)의 개도를 조절한다.

토출 온도센서(11)는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출되는 냉매의 온도인 토출온도를 측정하는 센서이다. 토출 온도센서(11)는 다양한 지점에 위치하여 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 b 지점에 구비된다.

제 1 중간 온도센서(12)는 응축기(120)에서 응축된 후 제 1 메인 팽창밸브(140)로 유입되는 냉매의 온도인 제 1 중간온도를 측정하는 센서이다. 제 1 중간 온도센서(12)는 다양한 지점에 위치하여 제 1 메인 팽창밸브(140)로 유입되는 냉매의 온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 c 지점에 구비된다.

제 2 중간 온도센서(13)는 제 1 인젝션 모듈(170)에서 분리된 후 중간 팽창밸브(190)로 유입되는 냉매의 온도인 제 2 중간온도를 측정하는 센서이다. 제 2 중간 온도센서(13)는 다양한 지점에 위치하여 중간 팽창밸브(190)로 유입되는 냉매의 온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 f 지점에 구비된다.

제 3 중간 온도센서(14)는 제 2 인젝션 모듈(180)에서 분리된 후 제 2 메인 팽창밸브(150)로 유입되는 냉매의 온도인 제 3 중간온도를 측정하는 센서이다. 제 3 중간 온도센서(14)는 다양한 지점에 위치하여 제 2 메인 팽창밸브(150)로 유입되는 냉매의 온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 n 지점에 구비된다.

제어부(10)는 토출 온도센서(11)가 측정한 토출온도에 따라 제 1 메인 팽창밸브(140)의 개도를 조절한다. 제어부(10)는 토출온도에 따라 제 1 메인 팽창밸브(140)의 개도를 조절하여 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 온도와 증발기(130)에서 증발하는 냉매의 온도의 차인 흡입과열도를 확보한다.

제어부(10)는 제 1 중간 온도센서(12)가 측정한 제 1 중간온도와 제 2 중간 온도센서(13)가 측정한 제 2 중간온도에 따라 중간 팽창밸브(190)의 개도를 조절한다. 제어부(10)는 중간 팽창밸브(190)의 개도를 조절하여, 제 1 중간온도(T1)와 제 2 중간온도(T2)의 차가 기설정된 목표 고압 포화 온도차(M1) 이상이 되도록 한다.

즉, T1 - T2 ≥ M1 (M1은 양의 값)

T1 ≥ T2 + M1

따라서, 제어부(10)는 제 1 중간온도가 제 2 중간온도보다 크도록 중간 팽창밸브(190)의 개도를 조절한다.

목표 고압 포화 온도차(M1)는 압축기(110)의 성능에 따라 설정되거나 제 1 유입포트(111)로 유입되는 냉매의 압력에 설정된 상수를 곱한 목표 고압의 포화 액체 온도값으로부터 설정될 수 있다.

본 실시예에서 목표 고압 포화 온도차(M1)는 섭씨 5도이다.

제어부(10)는 제 2 중간 온도센서(13)가 측정한 제 2 중간온도와 제 3 중간 온도센서(14)가 측정한 제 3 중간온도에 따라 제 2 메인 팽창밸브(150)의 개도를 조절한다. 제어부(10)는 제 2 메인 팽창밸브(150)의 개도를 조절하여, 제 2 중간온도(T2)와 제 3 중간온도(T3)의 차가 기설정된 목표 저압 포화 온도차(M2) 이상이 되도록 한다.

즉, T2 - T3 ≥ M2 (M1은 양의 값)

T2 ≥ T3 + M2

따라서, 제어부(10)는 제 2 중간온도가 제 3 중간온도보다 크도록 제 2 메인 팽창밸브(150)의 개도를 조절한다.

목표 저압 포화 온도차(M2)는 압축기(110)의 성능에 따라 설정되거나 제 1 유입포트(111)로 유입되는 냉매의 압력에 설정된 상수를 곱한 목표 저압의 포화 액체 온도값으로부터 설정될 수 있다.

본 실시예에서 목표 고압 포화 온도차(M2)는 섭씨 5도이다.

제어부(10)는 제 2 중간 온도센서(13)가 측정한 제 2 중간온도에 따라 제 1 인젝션 팽창밸브(172)의 개도를 조절한다. 제어부(10)는 기준 시간 동안의 제 2 중간온도(T2)의 변화량이 기설정된 목표 고압 변화량(D1) 이상인 경우 제 1 인젝션 팽창밸브의 개도를 증가시키고 그렇지 않으면 개도를 유지한다. 기준 시간 동안의 제 2 중간온도(T2)의 변화량은 기준 시간 전 제 2 중간 온도센서(13)가 측정한 제 2 중간온도(T2')와 기준 시간 후 제 2 중간 온도센서(13)가 측정한 제 2 중간온도(T2'')의 차에 의하여 연산된다.

제어부(10)는 다음과 같이 제 1 인젝션 팽창밸브(172)의 개도가 제어한다.

T2' - T2'' ≥ D1 이면, 제 1 인젝션 팽창밸브(172) 개도 증가

T2' - T2'' < D1 이면, 제 1 인젝션 팽창밸브(172) 개도 유지.

따라서, 제어부(10)는 제 2 중간온도(T1)가 기준 시간 동안 고압 변화량(D1) 이상 하락하면 제 1 인젝션 팽창밸브(172)의 개도를 높인다.

본 실시예에서 목표 고압 변화량(D1)은 섭씨 1도이다.

제어부(10)는 제 3 중간 온도센서(14)가 측정한 제 3 중간온도에 따라 제 2 인젝션 팽창밸브(182)의 개도를 조절한다. 제어부(10)는 기준 시간 동안의 제 3 중간온도(T3)의 변화량이 기설정된 목표 저압 변화량(D2) 이상인 경우 제 2 인젝션 팽창밸브의 개도를 증가시키고 그렇지 않으면 개도를 유지한다. 기준 시간 동안의 제 3 중간온도(T3)의 변화량은 기준 시간 전 제 3 중간 온도센서(14)가 측정한 제 3 중간온도(T3')와 기준 시간 후 제 3 중간 온도센서(14)가 측정한 제 3 중간온도(T3'')의 차에 의하여 연산된다.

제어부(10)는 다음과 같이 제 2 인젝션 팽창밸브(182)의 개도가 제어한다.

T3' - T3'' ≥ D2 이면, 제 2 인젝션 팽창밸브(182) 개도 증가

T3' - T3'' < D1 이면, 제 2 인젝션 팽창밸브(182) 개도 유지.

따라서, 제어부(10)는 제 3 중간온도(T1)가 기준 시간 동안 저압 변화량(D2) 이상 하락하면 제 2 인젝션 팽창밸브(182)의 개도를 높인다.

본 실시예에서 목표 저압 변화량(D2)은 섭씨 1도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 작동시 압력-엔탈피 선도(Pressure-Enthalpy Diagram, 이하 P-h 선도)를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출포트(114)를 통하여 토출된다. 토출포트(114)로 토출된 냉매는 b 지점을 거쳐 응축기(120)로 유동된다.

응축기(120)로 유동된 냉매는 공기와 열교환을 하여 응축된다. 공기조화기가 냉방기인 경우 응축기(120)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 하며, 공기조화기가 난방기인 경우 응축기(120)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 한다.

응축기(120)에서 응축된 냉매는 c 지점을 거쳐 제 1 메인 팽창밸브(140)로 유동되어 팽창된다. 제 1 메인 팽창밸브(140)는 토출 온도센서(11)가 측정한 토출온도에 따라 제어된다. 제 1 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매는 e 지점을 거쳐 제 1 인젝션 모듈(170)로 유동된다.

제 1 인젝션 모듈(170)로 유동된 냉매는 제 1 인젝션 기액분리기(171)로 유입된다. 제 1 인젝션 기액분리기(171)로 유입된 냉매는 기상냉매와 액상냉매로 분리된다.

제 1 인젝션 기액분리기(171)에서 분리된 기상냉매는 제 1 인젝션 팽창밸브(172)로 유동되어 팽창된다. 제 1 인젝션 팽창밸브(172)는 제 2 중간 온도센서(13)가 측정한 제 2 중간온도(T2)에 따라 개도가 조절된다. 제 1 인젝션 팽창밸브(172)에서 팽창된 냉매는 k 지점을 거쳐 압축기(110)의 제 3 유입포트(113)를 통하여 압축기(110)의 고압측으로 인젝션된다.

제 1 인젝션 기액분리기(171)에서 분리된 액상냉매는 f 지점을 거쳐 중간 팽창밸브(190)로 유동되어 팽창된다. 중간 팽창밸브(190)는 제 1 중간 온도센서(12)가 측정한 제 1 중간온도(T1)와 제 2 중간 온도센서(13)가 측정한 제 2 중간온도(T2)에 따라 제어된다.

중간 팽창밸브(190)에서 팽창된 냉매는 l 지점을 거쳐 제 2 인젝션 모듈(180)로 유동된다.

제 2 인젝션 모듈(180)로 유동된 냉매는 제 2 인젝션 기액분리기(181)로 유입된다. 제 2 인젝션 기액분리기(181)로 유입된 냉매는 기상냉매와 액상냉매로 분리된다.

제 2 인젝션 기액분리기(181)에서 분리된 기상냉매는 제 2 인젝션 팽창밸브(182)로 유동되어 팽창된다. 제 2 인젝션 팽창밸브(182)는 제 3 중간 온도센서(14)가 측정한 제 3 중간온도(T3)에 따라 개도가 조절된다. 제 2 인젝션 팽창밸브(182)에서 팽창된 냉매는 m 지점을 거쳐 압축기(110)의 제 2 유입포트(112)를 통하여 압축기(110)의 저압측으로 인젝션된다.

제 2 인젝션 기액분리기(181)에서 분리된 액상냉매는 n 지점을 거쳐 제 2 메인 팽창밸브(150)로 유동되어 팽창된다. 제 2 메인 팽창밸브(150)는 제 2 중간 온도센서(13)가 측정한 제 2 중간온도(T2)와 제 3 중간 온도센서(14)가 측정한 제 3 중간온도(T3)에 따라 제어된다.

제 2 메인 팽창밸브(150)에서 팽창된 냉매는 h 지점을 거쳐 증발기(130)로 유동된다.

증발기(130)로 유동된 냉매는 공기와 열교환하여 증발된다. 공기조화기가 냉방기인 경우 증발기(130)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 하며, 공기조화기가 난방기인 경우 증발기(130)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 한다.

증발기(130)에서 증발된 냉매는 a 지점을 거쳐 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)로 유동된다. 제 1 유입포트(111)로 유동된 냉매는 압축기(110)에서 압축되며 제 2 유입포트(112) 및 제 3 유입포트(113)로 인젝션된 냉매와 합류한다. 압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출포트(114)로 토출된다.

도 3을 참조하면, 압축기(110)의 토출포트(114), 응축기(120), 제 1 메인 팽창밸브(140), 제 1 인젝션 기액분리기(171), 제 1 인젝션 팽창밸브(172) 및 압축기(110)의 제 3 유입포트(113)가 하나의 사이클을 이루며 하나의 인젝션 단계를 형성한다.

또한, 제 1 인젝션 기액분리기(171), 중간 팽창밸브(190), 제 2 인젝션 기액분리기(181), 제 2 인젝션 팽창밸브(182)및 압축기(110)의 제 2 유입포트(112)가 하나의 사이클을 이루며 또 하나의 인젝션 단계를 형성한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 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 120: 응축기
130: 증발기 140: 제 1 메인 팽창밸브
150: 제 2 메인 팽창밸브 170: 제 1 인젝션 모듈
171: 제 1 인젝션 기액분리기 172: 제 1 인젝션 팽창밸브
180: 제 2 인젝션 모듈 181: 제 2 인젝션 기액분리기
182: 제 2 인젝션 팽창밸브 190: 중간 팽창밸브

Claims (9)

1. 냉매를 압축하는 압축기;
   상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기;
   상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창하는 제 1 메인 팽창밸브;
   상기 제 1 메인 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하고 분리된 기상냉매를 팽창하여 상기 압축기로 인젝션하는 제 1 인젝션 모듈;
   상기 제 1 인젝션 모듈에서 분리된 액상냉매를 팽창하는 중간 팽창밸브;
   상기 중간 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하고 분리된 기상냉매를 팽창하여 상기 압축기로 인젝션하는 제 2 인젝션 모듈;
   상기 제 2 인젝션 모듈에서 분리된 액상냉매를 팽창하는 제 2 메인 팽창밸브; 및
   상기 제 2 메인 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발하는 증발기를 포함하는 공기조화기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 메인 팽창밸브는 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 온도에 따라 제어되는 공기조화기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 중간 팽창밸브는 상기 응축기에서 응축되어 상기 제 1 메인 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도와 상기 제 1 인젝션 모듈에서 분리되어 상기 중간 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도의 차에 따라 제어되는 공기조화기.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 중간 팽창밸브는 상기 응축기에서 응축되어 상기 제 1 메인 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도가 상기 제 1 인젝션 모듈에서 분리되어 상기 중간 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도보다 크도록 제어되는 공기조화기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 메인 팽창밸브는 상기 제 1 인젝션 모듈에서 분리되어 상기 중간 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도와 상기 제 2 인젝션 모듈에서 분리되어 상기 제 2 메인 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도의 차에 따라 제어되는 공기조화기.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 2 메인 팽창밸브는 상기 제 1 인젝션 모듈에서 분리되어 상기 중간 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도가 상기 제 2 인젝션 모듈에서 분리되어 상기 제 2 메인 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도보다 크도록 제어되는 공기조화기.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 인젝션 모듈은,
   유동되는 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하는 제 1 인젝션 기액분리기; 및
   상기 제 1 인젝션 기액분리에서 분리된 기상냉매를 팽창하여 상기 압축기로 인젝션하는 제 1 인젝션 팽창밸브를 포함하고,
   상기 제 2 인젝션 모듈은,
   유동되는 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하는 제 2 인젝션 기액분리기; 및
   상기 제 2 인젝션 기액분리에서 분리된 기상냉매를 팽창하여 상기 압축기로 인젝션하는 제 2 인젝션 팽창밸브를 포함하는 공기조화기.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 1 인젝션 팽창밸브는 상기 제 1 인젝션 기액분리기에서 분리되어 상기 중간 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도에 따라 제어되는 공기조화기.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 인젝션 팽창밸브는 상기 제 2 인젝션 기액분리기에서 분리되어 상기 제 2 메인 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도에 따라 제어되는 공기조화기.

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