KR20150135899A - 재열량의 가감이 가능한 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실외측 열교환기가 응축기 또는 증발기 역할을 할 수 있도록 냉매 경로를 절환 함으로써 재열기의 방출 열량을 용이하게 조절할 수 있도록 하는 것으로서, 압축기, 실내측 열교환기, 팽창밸브, 실외측 열교환기 및 재열기가 폐루프를 형성하여 냉매가 순환하도록 구성된 공기조화기를 기본으로 하며, 상기 압축기와 실외측 열교환기를 연결하는 냉매관 상에 설치되는 삼방밸브와 상기 삼방밸브로부터 분기하여 상기 압축기와 실내측 열교환기 사이의 냉매관으로 연결되는 냉매관 및 상기 실내측 열교환기와 실외측 열교환기를 연결하는 냉매관 상에 설치되는 스톱밸브를 포함하는 구성을 갖는 특징이 있다

Description

재열량의 가감이 가능한 공기조화기{AIR CONDITIONER CAPABLE OF ADJUSTING QUANTITY OF REHEAT}

본 발명은 실내 상대습도 조절을 위한 재열기가 부가되어 있는 공기조화기에 대한 것으로, 더욱 구체적으로는 실외측 열교환기를 응축기 또는 증발기로 가변적으로 운용함으로써 재열량을 조절할 수 있도록 하는 공기조화기에 대한 것이다.

일반적인 냉방용 공기 조화기의 냉매 순환 사이클은, 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기와, 압축기에서 토출된 고온고압의 냉매를 실외에서 방열에 의해 액상으로 응축하는 응축기(실외측 열교환기), 응축기에서 나온 액상의 냉매를 교축작용에 의해 저압의 냉매로 팽창시키는 팽창밸브, 교축된 냉매가 실내에서 흡열에 의해 기체 상태로 증발시키는 증발기(실내측 열교환기)로 폐루프를 이루며 순환되는 구성을 가지고 있다.

또한, 잘 알려진 바와 같이, 히트펌프형 공기조화기는 상기의 사이클을 역사이클로 순환시켜 난방용으로 사용할 수 있어서, 한정된 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.

한편 일반적으로 냉방용 공기조화기의 용량은 하루 동안의 최대부하에 대처할 수 있도록 선정된다. 따라서 부하가 적을 때에는 실내에 과냉이 일어나고, 이러한 과냉은 상대습도를 상승시키는 결과를 초래하므로, 이러한 과냉을 막기 위하여 재열기가 흔히 사용된다.

재열기는 송풍계통의 도중이나 공조기 내에 설치되어 공기를 가열하는 장치로서, 스팀이나 온수 또는 전기 등의 별도 외부 열원을 이용하는 장치도 있고, 본 발명의 재열기처럼 내부 순환 냉매의 잉여 열량을 이용하는 열교환기를 이용할 수도 있다.

도 1에 도시된 종래기술은, 압축기(1)에서 토출된 고온고압의 냉매 일부를 열원으로 사용하는 재열기(4)를 설치한 공기조화기의 제습·냉각 사이클을 보여주는 것이다.

그 구성을 살펴보면, 냉매를 순환시키는 압축기(1)의 토출라인은 응축기인 실외측 열교환기(3)에 연결되고, 실외측 열교환기(3)의 냉매 출구 쪽에 증발기인 실내측 열교환기(2)가 연결되며, 실내측 열교환기(2)의 출구 쪽은 압축기(1)의 냉매 유입구로 연결된다.

상기의 실내측 열교환기(2)와 실외측 열교환기(3) 사이에는 실외측 열교환기에서 나온 고압의 액상 냉매를 저압상태의 냉매로 팽창시켜 증발이 용이하도록 교축작용을 하는 팽창밸브(5)가 설치되고, 팽창밸브(5)의 입구 측에는 액상 냉매만을 팽창밸브로 공급하기 위한 수액기(8)가 설치된다.

재열운전을 위해 압축기(1)의 토출라인 상에 실외측 열교환기로 가는 냉매관로를 분기한 후, 실내측 열교환기(2) 전방에 위치한 응축기인 재열기(4)로 연결한다. 재열기(4)에서 토출된 고압 액상 냉매는 수액기(8)를 통하여 증발기인 실내측 열교환기(2)로 공급된다.

이하 상기한 도 1의 종래 제습·냉각 사이클의 작용을 살펴본다.

압축기(1)에서 토출된 고온고압의 냉매가 실외측 열교환기(3)에서 에너지를 방출하여 응축된 후 실내측 열교환기(2)로 이송되어 증발하면서 실내의 온도를 하강시킨다. 이때 실내측 열교환기의 표면에는 실내공기와의 온도차이로 인해 결로현상이 생기고, 결로된 수분은 외부로 드레인해 내게 되므로 실내 제습의 효과를 얻을 수 있다.

그런데, 실내의 습도가 높은 환경, 예를 들면 수분이 많은 물질을 건조시키는 건조실 같은 환경에서는 상기 실내측 열교환기의 결로현상에 의한 제습만으로는 실내의 온도하강에 따른 실내 상대습도의 상승을 막아내기 어렵다.

따라서 도 1에 도시된 종래기술은, 압축기(1)에서 실외측 열교환기(3)로 향하는 고온 고압의 냉매 중 일부를 실내측 열교환기(2) 전방에 위치한 재열기(4)로 보내 응축시켜 열을 방출시킨다. 따라서 실내측 열교환기(2)로부터 나온 저온 다습한 공기가 다소간 데워지므로, 상대 습도를 낮출 수 있게 된다.

그리고 도 1의 제습·냉각 사이클에서는 실내 온도가 과도하게 상승한 경우에 재열기가 방출하는 열량을 줄여 실내 온도를 낮추고, 반대로 실내온도가 너무 낮은 경우에는 재열기가 방출하는 열량을 늘여 실내 온도를 높이는 온도조절의 기능도 수행하게 된다.

이때 증발기인 실내측 열교환기(2)가 실내 공기에서 흡수하는 총열량은, 이상적으로는 재열기(4)에서 방출하는 열량과 실외측 열교환기(3)에서 방출하는 열량의 합과 같으므로, 재열기의 방출 열량을 조절하기 위해서는 실외기 팬(6)을 가동 또는 정지시켜 실외측 열교환기(3) 방출 열량을 제어하게 된다.

그런데 실외기 팬(6)을 가동하면 실외측 열교환기(3)에 의한 방출 열량이 급격히 증대하고, 반대로 실외기 팬(6)을 정지하면 실외측 열교환기(3)에 의한 방출 열량이 급격히 줄어들게 되므로, 재열기(4)의 방출 열량도 이에 따라 급격히 변동하게 된다. 따라서 이러한 방식으로는 재열기(4)에서 방출하는 열량을 컨트롤하기가 용이하지 못하다는 문제점이 있다.

또한 환기를 위해 실내온도 보다 낮은 온도의 외기를 실내로 도입하거나, 겨울철과 같이 실내 온도가 낮아지는 경우에는 상대 습도가 상승하므로, 재열기(4)에서 방출하는 열량을 늘여 실내 온도를 상승시키는 것이 유리하다.

그러려면 실외기 팬(6)의 작동을 멈추어 실외측 열교환기에서 방출하는 열량을 최소화시켜야 한다. 하지만 낮은 외기 온도 때문에 실외측 열교환기(3)와 외기 사이에 온도 구배가 커지므로, 실외기 팬(6)의 작동을 멈추어도 실외측 열교환기(3)의 열량 방출은 대단히 활발하게 일어난다. 따라서 외기 온도가 낮으면 낮을수록 재열기에서 방출할 수 있는 열량은 더욱 줄어들고, 실내 온도를 상승시키기는 점점 더 어려워진다는 문제점이 발생한다. 미설명 부호 7은 실내기 팬이다.

한국 공개특허공보 제10-2004-0019825호 한국 공개특허공보 제10-2010-0029354호 한국 등록특허공보 제10-1017347호 한국 공개특허공보 제10-2007-0102047호

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 실외측 열교환기가 응축기 또는 증발기 역할을 할 수 있도록 냉매 경로를 절환 함으로써, 재열기의 방출 열량을 용이하게 조절할 수 있도록 하는 냉매 사이클을 갖는 공기조화기를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 또 다른 과제는 재열기의 방출 열량을 용이하게 조절할 수 있음은 물론이고, 겨울철에 실외측 열교환기에 발생하는 서리를 핫가스 바이패스 방식으로 제상할 수 있는 공기조화기를 제공하는 것이다.

본 발명은 압축기, 실내측 열교환기, 팽창밸브, 실외측 열교환기 및 재열기가 폐루프를 형성하여 냉매가 순환하도록 구성된 공기조화기를 기본으로 하며, 특히 실외측 열교환기를 증발기 또는 응축기로 전환시켜 운전함으로써 재열량을 가감시킬 수 있도록 하기 위하여, 상기 압축기와 실외측 열교환기를 연결하는 냉매관 상에 설치되는 삼방밸브와 상기 삼방밸브로부터 분기하여 상기 압축기와 실내측 열교환기 사이의 냉매관으로 연결되는 냉매관 및 상기 실내측 열교환기와 실외측 열교환기를 연결하는 냉매관 상에 설치되는 스톱밸브를 포함하는 구성을 갖는 특징이 있다.

이에 더하여 본 발명은 핫가스 바이패스 방식에 의한 제상 운전이 가능토록 하기 위하여, 상기 압축기와 삼방밸브 사이의 냉매관 상에 설치되는 제상용 삼방밸브와 상기 제상용 삼방밸브로부터 분지하여 팽창밸브와 실외측 열교환기 사이의 냉매관 상에 연결되는 바이패스관을 더 포함하도록 구성할 수 있다.

그리고 본 발명의 세부 구성은, 상기 실내측 열교환기와 팽창밸브 사이 및 상기 실외측 열교환기와 팽창밸브 사이에 각각 분배기가 설치되고, 상기 분배기는 냉매관에 의하여 서로 연결되어지며, 상기 분배기는 일측으로는 다수의 분배튜브가 결합되어 있어서, 상기 다수의 분배튜브가 상기 실내측 열교환기 및 상기 실외측 열교환기의 열교환 튜브 각각의 단부로 연결되도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 분배기를 서로 연결하는 냉매관 상에는 팽창밸브가 설치되고, 상기 냉매관에서 다른 냉매관을 분기하여 수액기로 연결시키며, 상기 냉매관으로 부터 분기되는 다른 냉매관의 분기위치와 상기 스톱밸브의 설치위치 사이의 냉매관 상에는 체크밸브가 설치되도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명은 재열량이 많이 필요한 때에는 실외측 열교환기가 증발기로 동작하고, 그렇지 않을 때에는 실외측 열교환기가 응축기로 동작하도록 냉매 흐름을 절환하는 것이 가능한 장점이 있다.

즉 본 발명에서, 실외측 열교환기를 증발기로 작용시키면 냉매가 외기의 열을 증발열로 흡수하여 압축기로 귀환하게 되고, 이렇게 획득한 외기의 열은 압축기를 통해 재열기로 공급할 수 있으므로 재열 효과를 크게 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 종래기술에서 불가피하게 발생하던 실외측 열교환기에서 외기로의 열 방출이 전혀 일어나지 않으므로 그 만큼 재열 효율은 상승시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고 재열이 충분히 이루어져, 재열기의 재열량을 감소시킬 필요가 있는 경우에는 삼방밸브와 스톱밸브를 이용하여 유로만 제어해 주면 되므로, 재열량을 감소를 신속하게 이룰 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 적용되는 핫가스 바이패스 제상은 제상용 삼방밸브 하나만 제어하여 제상작업을 할 수 있다. 따라서 실외측 열교환기로의 핫가스 바이패스가 신속하게 이루어질 수 있으며, 제어 작동의 신뢰성도 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 전체 제상 장치가 간단해져서 제작 및 유지보수의 편의를 도모할 수 있게 된다.

그리고 본 발명에서는 핫가스는 분배기를 거쳐 다수의 분배튜브로 나누어진 후 실외측 열교환기의 열교환 튜브의 상하 전체에 거쳐 고르게 유입되므로, 실외측 열교환기의 하부 쪽 열교환 튜브에 고여 있게 되는 액상 냉매도 쉽게 증발시켜 제거할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 제습·냉각 사이클의 재열 운전 상태도
도 2는 본 발명의 실시례 1의 공기조화기 재열 운전 상태도
도 3은 본 발명의 실시례 2의 공기조화기 재열·제상 운전 상태도

이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.

도 2는 본 발명의 실시례 1로서, 재열 사이클이 작동하는 공기조화기의 운전 상태를 도시한 것이며, 도 3은 상기 실시례1에서 제상이 가능도록 한 제상 사이클이 부가된 공기조화기의 운전 상태를 도시한 것이다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명은 실시례 1은 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(1)와, 압축기(1)에서 토출된 고온고압의 냉매를 실외에서 방열에 의해 액상으로 응축하는 응축기인 실외측 열교환기(3)와 실외기 팬(6)을 포함하여 구성되는 실외 열교환부(29)와, 응축기에서 나온 액상의 냉매를 교축작용에 의해 저압의 냉매로 팽창시키는 팽창밸브(9)와, 교축된 냉매가 기체 상태로 증발되며 실내의 열을 흡수하는 증발기인 실내측 열교환기(2)와 그 실내측 열교환기(2)의 전방에 위치하는 재열기(4) 및 실내기 팬(7)으로 구성되는 실내 열교환부(28)로 폐루프를 이루는 구성을 기본으로 한다.

그리고 실내측 열교환기(2)와 팽창밸브(9) 사이 및 실외측 열교환기(3)와 팽창밸브(10) 사이에 각각 분배기(18, 20)가 설치된다.

상기 한 쌍의 분배기(18, 20)는 각각 다수의 분배튜브(32, 33)가 분기되어 있는데, 이 분배튜브(32, 33)들은 열교환기의 열교환 튜브 단부에 각각 하나씩 결합된다. 그리고 한 쌍의 분배기(18, 20)는 냉매관(36, 37)에 의해 서로 연결된다.

실내측 열교환기(2)의 냉매 출구와 실외측 열교환기(3)의 냉매 입구에는 각각 가스 전용헤더(19, 21)을 설치하고, 실외측 열교환기(3)의 냉매 출구에는 액 전용헤더(22)를 설치한다. 그리고 재열기(4)의 냉매 입구 및 출구에도 각각 가스 전용헤더(16)과 액 전용헤더(17)를 설치한다.

이때 실외측 열교환기(3)의 냉매 출구 쪽 액 전용헤더(22)는 수액기(11)와 별도의 냉매관(31)으로 연결시키며, 재열기(4)의 냉매 출구 쪽 액 전용헤더(17)와 수액기(11)도 별도의 냉매관(27)으로 연결시킨다.

그리고 이 냉매관들(31, 27)에는 각각 체크밸브(12, 14)를 달아, 재열기(4)에서 수액기(11) 쪽으로 흐르는 냉매가 실외측 열교환기(3)의 냉매 출구 쪽 액 전용헤더(22)로 역류하는 것과 실외측 열교환기(3)에서 수액기(11) 쪽으로 흐르는 냉매가 재열기(4)의 냉매 출구 쪽 액 전용헤더(17)로 역류하는 것을 방지한다.

이때 한 쌍의 팽창밸브(9, 10) 사이에 있는 냉매관(37) 상에는 체크밸브(13)와 스톱밸브(15)가 차례로 설치된다. 단 본 발명에서 사용하는 '체크밸브'라는 용어는 유체의 일방향 흐름만을 허용하는 모든 장치를 포함하는 개념이고, '스톱밸브'라는 용어는 유체의 흐름을 단속할 수 있는 모든 장치를 포함하는 개념이다.

그리고 냉매관 상에 설치된 팽창밸브(9)와 체크밸브(13)의 사이에서 냉매관(38)을 분기하여 수액기(8)로 연결한다.

또한 압축기(1)와 실외측 열교환기(3)의 가스 전용헤더(21)를 연결하는 냉매관(25) 상에는 삼방밸브(34)가 설치되고, 이 삼방밸브(34)로 실내측 열교환기(2)의 가스 전용헤더(19)와 압축기(1)를 연결하는 냉매관(26) 사이에서 분기된 냉매관(24)이 연결된다. 단 본 발명에서 사용되는 '삼방밸브'라는 용어는 관과 관 사이에서 유로를 전환시킬 수 있는 모든 장치를 포함하는 개념이다.

그리고 재열기(4)의 가스 전용헤더(16)로는 압축기(1)와 삼방밸브(34) 사이의 냉매관(25)에서 분기한 냉매관(23)이 연결된다.

도 3에 도시된 실시례 2는 다음과 같은 구성상 특징을 갖는다.

실시례 2의 기본적인 구성은 상기 실시례 1의 구성과 동일하나, 다만 실외측 열교환기에 대한 제상을 실시하기 위하여 핫가스 바이패스 (hot gas bypass) 구성이 더 부가된다.

즉 도 3에 도시된 것처럼, 본 발명의 실시례 2는 압축기(1)와 삼방밸브(34) 사이의 냉매관(25) 상에 제상용 삼방밸브(35)를 설치하여, 바이패스관(30)을 상기의 제상용 삼방밸브(35)로 부터 분기시켜 팽창밸브(10)와 실외측 열교환기(3) 사이의 냉매관(37)에 연결시키는 구성상의 특징이 있다. 이에 따라 본 발명의 실시례 2는 제상용 삼방밸브(35) 하나만 제어하면 핫가스를 우회시켜 제상 운전으로 자유롭게 전환할 수 있다.

이하에서는 상기의 실시례들의 구성에 따라 본 발명의 운전 과정을 도 2, 도 3을 참고로 하여 살펴본다.

우선 도 2의 실시례 1에서 일반적인 제습·냉각 운전 과정을 살펴본다.

압축기(1)에서 고온고압 상태가 된 냉매는 냉매관(25)을 따라 삼방밸브(34)를 거쳐 응축기인 실외측 열교환기(3)로 향한다. 실외측 열교환기(3)의 입구 쪽 가스 전용헤더(21)를 통해 열교환기의 열교환 튜브로 인입된 냉매는 열교환 튜브에서 외기와 열교환하여 응축된다.

응축된 냉매는 실외측 열교환기(3)의 냉매 출구 쪽 액 전용헤더(22)를 통해 냉매관(31)으로 유출되고, 이후 체크밸브(14), 수액기(11), 팽창밸브(9)를 차례로 거쳐 증발기인 실내측 열교환기(2)로 향한다. 이때 스톱밸브(15)는 차단 상태를 유지하여 냉매가 실외측 열교환기(3)로 역류하는 것을 막는다.

실내측 열교환기(2)로 향한 냉매는 먼저 분배기(18)로 들어가서 다수의 분배튜브(32)로 나누어진 후, 실내측 열교환기(2)의 열교환 튜브로 분배되어 들어간다. 이때 상기 분배기의 다수의 분배튜브(32)가 상기 열교환기의 열교환 튜브 각각의 단부에 대응하여 결합되어 있기 때문에, 냉매는 열교환기 전체에 거쳐 고르게 들어가게 된다.

냉매는 실내측 열교환기(2)의 열교환 튜브에서 실내 공기와 열교환하여 증발하는데, 이 증발과정에서 열을 흡수하여 실내 온도를 낮추는 동시에, 열교환 튜브에 발생하는 결로 현상을 이용하여 제습을 하게 된다.

이후 증발한 냉매는 실내측 열교환기의 출구 쪽 가스 전용헤더(19)를 통해 나와서 냉매관(26)을 따라 압축기(1)로 다시 들어가는 폐루프를 형성한다.

그런데 앞서 종래기술에서 설명했듯이, 상기와 같은 냉각 사이클은 실내 온도를 하강시키면서 어느 정도의 제습 작용이 일어나지만, 수분이 많은 물질을 건조시키는 건조실과 같은 공간은 상기 제습 작용에도 불구하고 실내 온도 하강에 따른 상대습도의 상승 현상이 일어나게 되므로, 재열기(4)를 사용하여 상대습도를 조절하게 된다.

즉, 도 2에 도시된 것처럼, 압축기(1)에서 실외측 열교환기(3)로 향하는 고온 고압의 냉매 중 일부를 분기된 냉매관(23)을 통하여 응축기로 작용하는 열교환기인 재열기(4)로 보내고, 이 재열기(4)에서 발생하는 응축열을 이용하여 실내측 열교환기(2)로부터 나온 저온 다습한 공기를 데움으로써, 실내의 상대 습도를 낮추게 된다.

한편 실시례 1에서, 상기한 일반적인 운전 조건 이외에 겨울철처럼 실내 온도가 낮은 경우 또는 환기를 위하여 실내 온도보다 낮은 온도의 외부공기를 실내로 유입시킨 경우에는 실내의 상대 습도가 높아지게 되므로, 재열기의 발열량을 최대로 끌어올려 실내온도를 상승시킬 필요가 있다.

이를 위하여 본 발명의 실시례 1에서는 응축기로 사용하던 실외측 열교환기(3)가 증발기로 작용하도록 냉매의 흐름을 변경하여 운전한다.

실외측 열교환기(3)가 증발기로 작용하도록 하려면, 도 2의 도시된 삼방밸브(34)를 제어하여 압축기(1)에서 실외측 열교환기(3)로 직접 가는 유로를 차단하고, 압축기(1)와 실외측 열교환기(3)를 연결하는 냉매관(25)에서 분기된 냉매관(24)으로 통하는 유로는 개방한다. 그리고 스톱밸브(15)를 개방 상태로 한다.

이 상태에서 운전을 시작하면, 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 냉매는 삼방밸브(34)에 의해 실외측 열교환기(3) 및 분기된 냉매관(24)으로는 흐르지 못하고, 삼방밸브 앞쪽에서 분기된 냉매관(23)을 따라 재열기(4)로 향한다.

냉매는 재열기(4)의 입구 쪽 가스 전용헤더(16)를 통해 열교환기의 열교환 튜브로 인입된 후, 상기 열교환 튜브를 따라 흐르며 외기와 열교환하여 응축된다.

즉 재열기(4)는 응축기로 작용하며, 압축기로부터 토출된 냉매를 받아 응축시키면서 실내로 응축열을 방출하므로, 실내 온도를 상승시킨다.

재열기(4)에서 응축된 냉매는 냉매 출구 쪽 액 전용헤더(17)를 통해 냉매관(27)으로 유출되고, 이후 체크밸브(12)를 거쳐 수액기(11)로 들어간다.

수액기(11)에서 냉매관(38)으로 토출된 액상 냉매는 냉매관(36, 37)을 따라 각각 실내측 열교환기(2)와 실외측 열교환기(3) 쪽으로 나뉘어 흐른다.

수액기(11)에서 냉매관(36)을 따라 실내측 열교환기(2) 쪽으로 흐르는 냉매의 작용은 다음과 같다

수액기(11)에서 나온 냉매는 팽창밸브(9)를 거쳐 증발기인 실내측 열교환기(2)의 분배기(18)로 들어가서 다수의 분배튜브(32)로 나뉜 후, 실내측 열교환기(2)의 열교환 튜브로 분배되어 들어간다.

이때 상기 분배기의 다수의 분배튜브(32)가 상기 열교환기의 열교환 튜브 각각의 단부에 대응하여 결합되어 있기 때문에, 냉매는 열교환기 전체에 거쳐 고르게 들어가게 된다.

실내측 열교환기(2)의 열교환 튜브에서 실내 공기와 열교환하여 증발한 냉매는 실내측 열교환기의 출구 쪽 가스 전용헤더(19)를 통해 나와서 냉매관(26)을 따라 압축기(1)로 다시 들어가는 폐루프를 형성한다.

상기와 같이 실내측 열교환기(2)는 증발기로 작용하므로, 실내공기의 열을 증발열로 흡수하여 실내온도를 하강시키면서, 동시에 열교환 튜브에 발생하는 결로현상을 이용하여 제습 효과를 얻을 수 있다.

수액기(11)에서 냉매관(37)을 따라 실외측 열교환기(3) 쪽으로 흐르는 냉매의 작용은 다음과 같다.

수액기(11)에서 나온 냉매는 체크밸브(13), 스톱밸브(15) 및 팽창밸브(10)를 차례로 거친 후, 증발기로 작용하는 실외측 열교환기(3)의 분배기(20)로 들어가서 다수의 분배튜브(33)로 나뉘어서 실외측 열교환기(3)의 열교환 튜브로 분배되어 들어간다.

이때 상기 다수의 분배튜브(33)는 액 전용헤더(22)를 거치지 않고 상기 실외측 열교환기(3)의 열교환 튜브 각각의 단부에 대응하여 결합되어 있으므로, 냉매는 열교환기 전체에 거쳐 고르게 들어가게 된다.

한편 상기 실외측 열교환기(3)로 유입되는 냉매는 액 전용헤더(22)를 통해 냉매관(31) 쪽으로 흐르지 않는데, 이는 수액기에 연결되어 있는 냉매관(31) 쪽의 압력이 상기한 실외측 열교환기(3)로 유입되는 냉매의 압력보다 높기 때문이다.

실외측 열교환기(3)의 열교환 튜브로 인입된 냉매는 외기로부터 열을 흡수하여 증발하고, 실외측 열교환기의 출구 쪽 가스 전용헤더(21)를 통해 나와서 냉매관(25)을 따라 흐르다가 삼방밸브(34)에서 분기된 냉매관(24)으로 유로를 변경하여 흐른다. 이때 냉매관(24)으로는 압축기(1)의 흡인력이 강하게 작용하고 있으므로, 냉매는 압축기(1) 쪽으로 빨려 들어가게 되는 폐루프를 형성한다.

상기와 같이 실외측 열교환기(3)는 증발기로 작용하므로, 냉매가 외기의 열을 증발열로 흡수하여 압축기로 귀환하게 되고, 이렇게 획득한 외기의 열은 압축기를 통해 재열기로 공급되므로 재열 효과를 크게 상승시킬 수 있다. 뿐만 아니라 실외측 열교환기(3)가 응축기로 작동할 때에는, 어떠한 경우라도 실외측 열교환기(3)에서 외부로 열을 방출하므로 열손실이 발생하게 되나, 본 실시례 1처럼 실외측 열교환기(3)는 증발기로 작용시키면 실외측 열교환기(3)에서 외기로의 열 방출은 일어나지 않고, 이 열 만큼 재열에 활용할 수 있게 되므로 재열 효율은 크게 상승한다.

이와 같이 실외측 열교환기(3)를 증발기로 사용함으로써, 실외측 열교환기(3)에서 열 방출을 차단하고 외기로부터 열을 흡수하여 재열기로 공급할 수 있다. 따라서 겨울철 등 낮은 외기 온도 때문에 발생하던 종래기술의 재열량 부족 문제를 해결할 수 있게 된다.

만일 실외측 열교환기(3)를 증발기로 사용하는 과정에서 재열이 충분히 이루어져 실내 온도가 적정치 이상으로 상승하거나, 상대습도가 적정치 이하로 감소하게 되는 경우에는, 앞서 설명한 것처럼 실외측 열교환기(3)가 응축기로 작용하도록 삼방밸브(34)의 유로를 제어하여 냉매가 압축기(1)에서 냉매관(25)을 따라 실외측 열교환기(3)로 직접 흘러가도록 하고, 스톱밸브(15)를 닫아 실내 열교환부(28) 쪽에서 실외측 열교환기(3)로 냉매가 유입되지 못하게 한다.

이렇게 실외측 열교환기(3)를 응축기로 작용시키면 재열량을 빠르게 감소시킬 수 있다. 결국 본 발명은 삼방밸브(34)를 제어하는 것만으로 재열량을 손쉽게 가감 시킬 수 있게 된다.

다음은 도 3의 실시례 2에서 제상 운전 과정을 살펴본다.

앞서 실시례 1에서 보았듯이, 본 발명은 겨울철처럼 외기의 온도가 낮은 때에도 실외측 열교환기(3)를 증발기로 사용하여 재열량을 쉽게 증가시킬 수 있다.

그런데 외기 온도가 영하로 떨어지는 때에는, 증발기로 사용하는 실외측 열교환기(3)의 표면온도가 외부공기의 노점온도보다 낮게 운전이 되면서 열교환기 표면에 적상(서리)이 발생한다.

이러한 적상은 외기와 냉매와의 열교환을 방해할 뿐만 아니라, 적상이 계속되면 열교환 튜브사이로 흐르는 공기 흐름을 막아 열교환기의 성능을 저하시킬 수 있다.

또한, 열교환기 내의 냉매의 증발이 제대로 이루어지지 않아 증발 압력이 저하되는데, 이 경우 압축기로 흡입되는 냉매의 비체적이 커지는 효과를 가져 오므로, 압축효율 저하 및 토출온도의 과다상승으로 인한 압축기의 손상을 일으킬 수 있다.

따라서 이러한 현상을 방지하기 위해 어느 일정한 조건이나 시간이 되면 서리를 제거하는 제상운전을 해야 하는데, 본 실시례 2는 제상 방식의 일종인 핫가스 바이패스 방식으로 제상이 가능하도록 구성한 것이다.

본 발명에서 상기 실시례 1에서 증발기로 사용하는 실외측 열교환기(3)에 적상이 발생한 경우, 핫가스를 바이패스시켜 제상 운전을 하는 과정은 도 3을 참조하여 설명한다.

먼저 핫가스 바이패스 방식으로 제상 운전을 할 때의 유로 개폐를 설명한다. 삼방밸브(34)는 압축기(1)에서 냉매관(25)를 따라 실외측 열교환기(3)로 직접 가는 유로를 차단하고, 압축기(1)와 실외측 열교환기(3)를 연결하는 냉매관(25)에서 분기된 냉매관(24)으로 통하는 유로는 개방되도록 제어한다.

제상용 삼방밸브(35)도 압축기(1)에서 냉매관(25)를 따라 실외측 열교환기(3)로 직접 가는 유로를 차단하고, 압축기(1)와 실외측 열교환기(3)를 연결하는 냉매관(25)에서 분기된 바이패스관(30)으로 통하는 유로는 개방되도록 제어한다. 그리고 스톱밸브(15)는 폐쇄 상태로 한다.

상기와 같이 밸브 제어가 완료되면 제상운전이 실시된다. 즉 압축기(1)와 삼방밸브(34) 사이의 냉매관(25) 상에 설치된 제상용 삼방밸브(35)에 의하여 바이패스관(30) 쪽으로 냉매 유로가 개방되어 있으므로, 압축기(1)에서 토출된 핫가스는 바이패스관(30)을 따라 실외측 팽창밸브(10)와 실외측 열교환기의 분배기(20) 사이의 냉매관(37)으로 들어가게 된다.

이어서 핫가스는 분배기(20), 분배튜브(22), 실외측 열교환기(3)의 열교환 튜브를 차례로 통과한 후 냉매관(25)와 삼방밸브(34) 및 냉매관(24)을 따라 다시 압축기(1)로 향하는 폐루프를 형성하게 된다.

이때 스톱밸브(15)는 닫혀 있으므로 수액기(11)의 냉매는 실외측 열교환기(3) 방향으로 흐르지 못한다.

그리고 본 실시례 2에서 핫가스는 단일 관로를 따라 실외측 열교환기(3)로 유입되는 것이 아니라, 상기 분배기(20)를 거쳐 다수의 분배튜브(33)로 나누어진 후 실외측 열교환기(3)의 열교환 튜브의 상하 전체에 거쳐 고르게 유입된다.

따라서 실시례 2에서는 분배튜브(33)로 실외측 열교환기(3)의 가장 아래쪽 하부튜브까지 핫가스가 직접 공급되므로, 보통 하부튜브에 고여 있게 되는 액상 냉매도 증발시켜 제거할 수 있고, 적상부의 열교환 튜브와도 손쉽게 열교환이 이루어진다. 따라서 본 발명은 제상 운전시 열교환기 전체에 거쳐 핫가스의 열교환작용이 고르게 그리고 동시에 일어나게 되는 장점이 있다.

또한 분배튜브(33)로 실외측 열교환기(3)로 유입된 핫가스는 제상과정에서 일부가 응축되는데, 실외측 열교환기에 이러한 응축 냉매가 잔류하는 것은 바람직하지 않다. 본 실시례 2에서는 냉매관(31)이 수액기(11) 쪽으로 개방되어 있으므로 이러한 냉매가 액 전용헤더(22)를 통해 체크밸브(14)를 거쳐 수액기(11) 쪽으로 이송될 수 있다.

한편 실시예 2는 제상 운전 중에도 압축기(1)에서 토출된 고온고압의 냉매 일부가 냉매관(23)을 따라 재열기(4)로 공급되고, 재열기(4)에서 열교환하여 응축된 후 토출된 냉매는 다시 실내측 열교환기(2)로 공급되어 열교환하여 증발된 후 압축기(1)로 환류하게 되는 재열 운전을 계속 실시할 수 있는 특징이 있다.

앞에서 본 발명은 비록 한정된 실시례와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

1: 압축기 2: 실내측 열교환기
3: 실외측 열교환기 4: 재열기
5, 9, 10: 팽창밸브 6: 실외기 팬
7: 실내기 팬 8, 11: 수액기
12, 13, 14: 체크밸브 15: 스톱밸브
16, 19, 21: 가스 전용헤더 17, 22: 액 전용헤더
18, 20 : 분배기
23, 24, 25, 26, 27, 31, 36, 37, 38: 냉매관
28: 실내 열교환부 29: 실외 열교환부
30: 바이패스 관 32, 33: 분배튜브
34: 삼방밸브 35: 제상용 삼방밸브

Claims (4)

1. 압축기, 실내측 열교환기, 팽창밸브, 실외측 열교환기 및 재열기가 폐루프를 형성하여 냉매가 순환하도록 구성된 공기조화기에 있어서,
   상기 압축기(1)와 실외측 열교환기(3)를 연결하는 냉매관(25)상에 설치되는 삼방밸브(34);
   상기 삼방밸브(24)로부터 분기하여 상기 압축기(1)와 실내측 열교환기(2) 사이의 냉매관(26)으로 연결되는 냉매관(24);
   상기 실내측 열교환기(2)와 실외측 열교환기(3)를 연결하는 냉매관(37) 상에 설치되는 스톱밸브(15);를 포함하는 재열량의 가감이 가능한 공기조화기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 압축기(1)와 삼방밸브(34) 사이의 냉매관(25) 상에 설치되는 제상용 삼방밸브(35);
   상기 제상용 삼방밸브(35)로부터 분지하여 팽창밸브(10)와 실외측 열교환기(3) 사이의 냉매관(37) 상에 연결되는 바이패스관(30);을 더 포함하는 재열량의 가감이 가능한 공기조화기.
   
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 실내측 열교환기(2)와 팽창밸브(9) 사이 및 상기 실외측 열교환기(3)와 팽창밸브(10) 사이에 각각 분배기(18, 20)가 설치되고,
   상기 분배기(18, 20)는 냉매관(36, 37)에 의하여 서로 연결되어지며,
   상기 분배기(16)는 일측으로는 다수의 분배튜브(32, 33)가 결합되어 있어서, 상기 다수의 분배튜브(32, 33)가 상기 실내측 열교환기(12) 및 상기 실외측 열교환기(13)의 열교환 튜브 각각의 단부로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 재열량의 가감이 가능한 공기조화기.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 분배기(18, 20)를 서로 연결하는 냉매관(36, 37) 상에는 팽창밸브(9, 10)가 설치되고,
   상기 냉매관(36, 37)에서 냉매관(38)을 분기하여 수액기(11)로 연결시키며,
   상기 냉매관(36, 37)으로부터 분기되는 냉매관(38)의 분기위치와 상기 스톱밸브(15)의 설치위치 사이의 냉매관(37) 상에는 체크밸브(13)가 설치되는 것을 특징으로 하는 재열량의 가감이 가능한 공기조화기.

Images