KR20190030967A - 핫가스 제상기능을 구비한 유니트 쿨러 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러는 공기가 흡입되는 흡입구에 부착된 제1 온도센서, 공기가 배출되는 배출구에 부착된 제2 온도센서 및 상기 냉매 가스를 응축하여 제상 기능을 수행하거나 또는 냉매 액체를 증발시켜 쿨링 기능을 수행하는 코일의 하단에 부착된 제3 온도센서를 포함하여, 상기 유니트 쿨러의 제어부는 실내기의 공기 배출구 온도가 공기 흡입구 온도 이상이 되는 경우, 제상 기능을 수행하며, 실내기의 코일 하부의 온도가 설정온도에 도달하는 경우, 제상 기능을 중단하고 다시 쿨링 기능을 수행한다. 따라서, 실내온도 설정에 무관하게 필요한 순간에만 제상이 이루어지도록 하여 에너지를 절감하고, 효율적인 제상을 수행할 수 있다.

Description

핫가스 제상기능을 구비한 유니트 쿨러 및 이의 제어방법{UNIT COOLER WITH HOTGAS DEFROSTING FUNCTION AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 제상기능을 구비한 유니트 쿨러 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세히, 자동적으로 수행되는 제상기능을 구비한 유니트 쿨러 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

물질은 고체, 액체, 기체 상태로 존재하며, 상태가 변화할 때, 열을 흡수하거나 방출한다. 이러한 성질을 냉방에 사용하고 있다. 즉, 냉동기는 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발의 사이클을 순환함으로써 실내의 온도를 낮추고 있다.

일반적으로 냉동기는 실외기와 실내기를 구비하고, 응축이 일어나는 실외기에서는 기체가 액체로 상변화하며 열을 방출하고, 실내기에서는 액체가 기체로 상변화하며 주변 열을 흡수하게 되어 주변의 온도를 낮추게 된다.

그런데, 냉동기를 반복적으로 사용하게 되는 경우, 냉매를 증발시키는 실외기 핀에 공기중의 수증기가 부착되어 얼게 되어 성에가 들러붙게 되고, 그로 인해서, 실내기를 통과하는 공기와 실내기의 핀의 열교환이 이루어지지 않게 되어 유니트 쿨러 성능 저하의 원인이 발생된다.

따라서, 이러한 성능저하를 방지하기 위해서 성에를 제거하는 제상(defrost) 작업이 진행된다.

이러한 제상 작업은 일반적으로 타이머를 통해서 일정 주기별로 진행되었다. 즉, 종래의 제상기능을 구비한 유니트 쿨러는 냉방 주기와 제상 주기를 반복적으로 수행되었다. 그러나, 이 경우, 제상이 필요하지 않은 상태(즉, 실내기의 코일에 적상이 되지않은 상태)에서 제상동작을 수행하거나, 제상이 필요한 상태(즉, 실내기의 코일에 적상된 상태)에서 제상동작이 수행되지 않는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0118748호, "증발기 입출구 온도차에 의한 제상주기 결정방법 및 이를 이용한 제상시스템"은, 증발기에, 냉매가 유입되는 입구와 냉매가 유출되는 출구에 각각 온도계를 설치하여, 증발기의 냉매 입출구의 온도차가 통상적인 범위에서 벗어나는 경우, 제상 기능을 수행하도록 하였다.

그러나, 이 경우, 사용자에 의해 설정되는 실내의 온도에 따라서 냉매의 온도차가 변화되므로, 설정되는 실내온도에 따른 적상 여부를 판단해야 하는 온도차를 개별적으로 설정해야 하는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0118748호

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 실내온도 설정에 무관하게 필요한 순간에만 제상이 이루어지도록 하여 에너지를 절감하고, 효율적인 제상을 수행할 수 있는 제상 기능을 구비한 유니트 쿨러를 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러는, 냉매 가스를 압축하는 압축기, 공기가 흡입되는 흡입구에 부착된 제1 온도센서, 공기가 배출되는 배출구에 부착된 제2 온도센서 및 상기 냉매 가스를 응축하여 제상 기능을 수행하거나 또는 냉매 액체를 증발시켜 쿨링 기능을 수행하는 코일의 하단에 부착된 제3 온도센서를 포함하는 실내기, 상기 냉매 가스를 응축하거나, 증발시키는 실외기, 냉매 액체와 냉매 기체 사이에 열교환이 발생되는 액체/가스 열 교환기, 냉매 액체를 저장하는 수액기, 냉매 액체와 냉매 기체를 분리하는 액열기, 상기 실내기가 쿨링될 때는 정방향으로 상기 실내기가 제상될 때는 역방향으로 냉매의 방향을 제어하는 사방변, 및 상기 사방변을 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 실내기가 쿨링 기능을 수행하는 경우, 상기 압축기에서 압축된 냉매 가스는 상기 사방변을 거쳐 상기 실외기로 유입되어 액화되며, 상기 실외기에서 액화된 냉매 액체는 상기 수액기, 상기 액열기, 상기 액체/가스 열교환기를 거쳐 상기 실내기에서 기화된 후, 상기 사방변을 거쳐, 상기 액체/가스 열교환기, 상기 액열기를 거처 다시 압축기로 순환되는 사이클을 반복하도록 상기 사방변을 제어하고, 상기 제2 온도센서에서 계측된 제2 온도가 상기 제1 온도센서에서 계측된 제1 온도센서 이상일 경우, 상기 실내기가 제상 기능을 수행하기 위해서, 상기 압축기에서 압축된 냉매 가스는 상기 사방변을 거쳐 상기 실내기로 유입되어 액화되며, 상기 실내기에서 액화된 냉매 액체는 상기 액체/가스 열교환기, 상기 액열기를 거쳐 상기 수액기에 저장된 후, 상기 실외기에서 기화된 후, 상기 실외기에서 기화된 냉매 기체는 상기 사방변을 거쳐 액체/가스 열교환기로 유입된 후, 상기 액체/가스 열교환기에서 상기 액열기를 거쳐 다시 압축기로 순환되는 사이클을 반복하도록 상기 사방변을 제어하고, 상기 제3 온도센서에서 측정된 제3 온도가 설정 온도에 도달하게 되면, 상기 제상기능을 중단하고, 상기 쿨링 기능을 수행하도록 상기 사방변을 제어한다.

이때, 상기 설정 온도는 0℃로 설정할 수 있다.

또한, 이러한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러는 상기 실내기가 쿨링 기능을 수행할 때, 상기 실내기로 유입되는 냉매 액체를 감압시켜 팽창시키기 위한 제1 팽창변을 더 포함하고, 상기 실내기가 제상 기능을 수행할 때, 상기 팽창변을 우회하는 바이패스를 더 포함하며, 상기 실내기가 쿨링 기능을 수행할 때, 상기 제1 팽창변으로 냉매가 흐르도록 하고, 상기 실내기가 제상 기능을 수행할 때, 상기 제1 팽창변으로 냉매가 흐르지 못하도록 하는 제1 전자변을 더 포함할 수 있다.

한편, 제상기능을 구비한 유니트 쿨러는 상기 실내기가 쿨링 기능을 수행할 때에는 열교환을 수행하지 않으며, 상기 실내기가 제상 기능을 수행할 때에 열교환을 수행하는 보조 열교환기를 더 포함하고, 이때, 상기 제어부는, 상기 실내기가 쿨링 기능을 수행하는 경우, 상기 압축기에서 압축된 냉매 가스는 상기 사방변을 거쳐 상기 실외기로 유입되어 액화되며, 상기 실외기에서 액화된 냉매 액체는 상기 수액기, 상기 액열기, 상기 액체/가스 열교환기, 상기 보조 열교환기를 거쳐 상기 실내기에서 기화된 후, 상기 사방변을 거쳐, 상기 액체/가스 열교환기, 상기 액열기를 거처 다시 압축기로 순환되는 사이클을 반복하도록 상기 사방변을 제어하고, 상기 제2 온도센서에서 계측된 제2 온도가 상기 제1 온도센서에서 계측된 제1 온도센서 이상일 경우, 상기 실내기가 제상 기능을 수행하기 위해서, 상기 압축기에서 압축된 냉매 가스는 상기 사방변을 거쳐 상기 실내기로 유입되어 액화되며, 상기 실내기에서 액화된 냉매 액체는 상기 보조 열교환기, 상기 액체/가스 열교환기, 상기 액열기를 거쳐 상기 수액기에 저장된 후, 상기 보조 열교환기 및 상기 실외기에서 기화된 후, 상기 보조 열교환기에서 기화된 냉매 기체는 상기 액체/가스 열교환기로 유입되고, 상기 실외기에서 기화된 냉매 기체는 상기 사방변을 거쳐 액체/가스 열교환기로 유입된 후, 상기 액체/가스 열교환기에서 상기 액열기를 거쳐 다시 압축기로 순환되는 사이클을 반복하도록 상기 사방변을 제어하고, 상기 제3 온도센서에서 측정된 제3 온도가 설정 온도에 도달하게 되면, 상기 제상기능을 중단하고, 상기 쿨링 기능을 수행하도록 상기 사방변을 제어할 수 있다.

이때, 상기 수액기와 상기 보조 열교환기 사이에는 제2 팽창변 및 제2 전자변이 배치되고, 상기 수액기와 상기 실외기 사이에는 제3 팽창변 및 제3 전자변이 배치되어, 상기 실내기가 제상 기능을 수행할 때, 상기 제2 전자변 및 상기 제3 전자변은 각각 상기 제2 팽창변 및 상기 제3 팽창변으로 냉매가 흐르도록 하고, 상기 실내기가 쿨링 기능을 수행할 때, 상기 제2 전자변 및 상기 제3 전자변은 각각 상기 제2 팽창변 및 상기 제3 팽창변으로 냉매가 흐르지 못하도록 할 수 있다.

본 발명에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러의 제어방법은, 유니트 쿨러의 쿨링 기능을 수행하는 단계와, 상기 유니트 쿨러의 실내기의 공기 배출구 온도와 공기 흡입구 온도를 측정하는 단계와, 상기 유니트 쿨러의 상기 실내기의 상기 공기 배출구의 온도와 상기 공기 흡입구의 온도를 측정하여, 상기 공기 흡입구 온도보다 상기 공기 배출구의 온도가 낮은 경우 상기 유티트 쿨러의 쿨링 기능을 계속 수행하고, 상기 실내기의 상기 공기 배출구의 온도가 상기 공기 흡입구의 온도 이상이 되는 경우 제상 기능을 수행하는 단계, 및 상기 유니트 쿨러의 상기 실내기의 코일 하부의 온도가 설정 온도에 도달하게 되면, 제상 기능이 완료된 것으로 판단하고, 다시 쿨링 기능을 수행하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 설정 온도는 0℃로 설정될 수 있다.

본 발명에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러에 의하면, 실내온도 설정에 무관하게 필요한 순간에만 핫가스를 이용한 제상이 이루어지도록 하여 에너지를 절감하고, 효율적인 제상을 수행할 수 있다.

또한, 보조 열교환기, 상기 보조 열교환기에 유입되는 냉매를 팽창시키기 위한 제2 팽창변 및 상기 보조 열교환기의 냉매를 온/오프 제어하기 위한 제2 전자변을 추가적으로 구비함으로써, 줄어든 냉매 순환량을 증가시켜 효율을 개선할 수 있다.

또한, 겨울철 실외기가 증발기로 동작할 때, 차가운 외기로 인해 증발이 불충분하지만, 보조 열교환기를 통해서 이를 보완함으로써 유니트 쿨러의 흡입압력과 흡입온도를 상승시켜서 고온고압의 냉매를 발생시킬 수 있게 되므로 효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 주 증발기에서 기화되지 못한 냉매는 액화상태로 유니트 쿨러로 흡입되는데, 이때 액열기를 거치고, 또한 액체/가스 열교환기를 거치면서 흡입되는 냉매 액체는 기화되고, 또한 흡입 가스 온도와 압력이 상승되며 원활한 제상을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러가 수행하는 제상 주기를 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러의 실내기가 쿨링 기능을 수행하는 경우, 냉매의 흐름을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러의 실내기가 핫가스를 이용한 제상 기능을 수행하는 경우, 냉매의 흐름을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러의 실내기가 쿨링 기능을 수행하는 경우, 냉매의 흐름을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러의 실내기가 핫가스를 이용한 제상 기능을 수행하는 경우, 냉매의 흐름을 도시한 개략도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성 요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 과장하여 도시한 것일 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, A와 B가'연결된다', '결합된다'라는 의미는 A와 B가 직접적으로 연결되거나 결합하는 것 이외에 다른 구성요소 C가 A와 B 사이에 포함되어 A와 B가 연결되거나 결합되는 것을 포함하는 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 방법 발명에 대한 특허청구범위에서, 각 단계가 명확하게 순서에 구속되지 않는 한, 각 단계들은 그 순서가 서로 바뀔 수도 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러가 수행하는 제상 주기를 도시한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한, 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)는 파워온 되면(단계 S110), 쿨링 기능을 수행한다(단계 S120).

이와 같이, 쿨링 기능을 수행하는 과정에서는, 실내기의 공기 흡입구 온도보다 공기 배출구 온도가 낮다. 즉, 실내의 더운 공기가 흡입되어 실내기의 코일에서 냉매가 기화되면서 주위의 온도를 빼앗게 되고, 이때 흡입된 공기와 열교환이 이루어지게 된 후, 배출되므로, 정상적으로 쿨링 기능이 수행되는 경우에는 실내기의 공기 흡입구 온도보다 공기 배출구 온도가 낮게 된다.

그러나, 실내기의 코일에서 기화가 발생되어, 흡입되는 공기중의 수증기가 코일에 들러붙어 얼게 되어 적상이 진행되면, 흡입되는 공기와의 열교환이 이루어지지 않은 상태로 공기가 배출되므로, 공기 배출구의 온도가 공기 흡입구 온도가 동일한 순간에 이르게 된다. 이와 같이, 공기 배출구의 온도가 공기 흡입구 온도 이상이 되는 경우(단계 S130), 제상 기능을 수행한다(단계 S140).

이러한, 제상 기능을 수행하다가 실내기 코일의 하부 온도가 설정 온도에 도달하게 되면(단계 S150), 제상이 완료된 것으로 판단하여 다시 쿨링 기능을 수행한다(단계 S120). 예컨대, 상기 설정 온도는 0℃로 설정될 수 있다. 제상의 종료 시점을 실내기 코일의 하부 온도로 설정하는 이유는, 코일의 하부에서 가장 제상이 안되는 부분이므로, 제상이 가장 안되는 코일의 하부의 온도를 이용하여 제상 종료시점을 결정하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에 의한 제상방법에 의하면, 실내 설정온도와 무관하게 필요한 순간에만 제상이 이루어지도록 하여 에너지를 절감하고, 효율적인 제상을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러의 실내기가 쿨링 기능을 수행하는 경우, 냉매의 흐름을 도시한 개략도이고, 도 3은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러의 실내기가 핫가스를 이용한 제상 기능을 수행하는 경우, 냉매의 흐름을 도시한 개략도이다.

도 4는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러의 실내기가 쿨링 기능을 수행하는 경우, 냉매의 흐름을 도시한 개략도이고, 도 5는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러의 실내기가 핫가스를 이용한 제상 기능을 수행하는 경우, 냉매의 흐름을 도시한 개략도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)는 압축기(101), 실내기(120), 실외기(105), 액체/가스 열교환기(112), 수액기(110), 액열기(111), 사방변(104) 및 제어부(210)를 포함한다.

또한, 그 외에, 종래 냉각기에서 사용되는 다수의 구성요소를 더 포함할 수도 있다. 보다 상세히, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)는 다수의 체크 밸브(102, 119, 121) 및 볼밸브(106, 107, 116, 122)를 포함할 수 있으며, 상기 체크 밸브(102, 119, 121)는 냉매의 역류를 방지하는 장치이며, 상기 볼밸브(106, 107, 116, 122)는 배관에 흐르는 냉매를 단속하는 장치이다.

더욱이, 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)은 전자변(108, 117, 123)을 더 포함할 수 있는데, 상기 전자변(108, 117, 123)은 배관에 흐르는 냉매를 ON/OFF 제어할 수 있는 장치이다.

한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 앞선 실시예에 비해서, 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)는 보조 열교환기(113)를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 예시적인 실시예들에 의한, 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)는 상기 압축기(101)와 상기 사방변(104) 사이에 배치된 유분리기(103)를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시예들에 의한, 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)는 상기 보조 열교환기(113)와 상기 실내기(120) 사이에 배치되어, 냉매에 포함된 수분과 불순물을 제거하기 위한 필터 드라이어(115)를 더 포함할 수 있다.

이하, 주요 구성요소의 기능을 설명한다.

상기 압축기(101)는 냉매 가스를 압축한다. 상기 압축기(101)는 왕복 피스톤의 형태로 구성되어, 흡입행정에서 냉매 가스를 유입시켜, 압축행정에서 유입된 냉매 가스를 압축한다.

상기 유분리기(103)는 상기 압축기(101)의 윤활유와 압축기(101) 내의 냉매를 분리한다. 이렇게 분리된 윤활유는 다시 압축기(101)로 공급하여 재활용하게 된다.

상기 실내기(120)는 상기 냉매 가스를 응축하여 제상 기능을 수행하거나 또는 냉매 액체를 증발시켜 쿨링 기능을 수행한다. 상기 실외기(105)는 상기 냉매 가스를 응축하거나, 증발시킨다. 이후 보다 상세히 설명되겠지만, 상기 실내기(120)가 기화기로 사용되어 쿨링 기능을 수행하는 경우, 상기 실외기(105)는 응축기로 사용되어 발열이 발생하며, 역으로 상기 실내기(120)가 응축기로 사용되어 제상 기능을 수행하는 경우, 상기 실외기(105)는 기화기로 사용되어 주변의 열을 흡수한다.

상기 실내기(120)는 공기가 흡입되는 흡입구에 부착된 제1 온도센서(201), 공기가 배출되는 배출구에 부착된 제2 온도센서(202) 및 상기 냉매 가스를 응축하여 제상 기능을 수행하거나 또는 냉매 액체를 증발시켜 쿨링 기능을 수행하는 코일(도시안됨)의 하단에 부착된 제3 온도센서(203)를 포함한다.

상기 액체/가스 열 교환기(112)는 냉매 액체와 냉매 기체 사이에 열교환이 발생된다. 증발기에서 기화되지 못한 냉매는 상기 액체/가스 열 교환기(112)를 거치면서 열을 흡수하여 기화됨으로써, 흡입되는 냉매 가스의 온도와 압력을 증가시킬 수 있다.

상기 보조 열교환기(113)는 상기 실내기가 쿨링 기능을 수행할 때에는 열교환을 수행하지 않으며, 상기 실내기가 제상 기능을 수행할 때에는 열교환을 수행한다. 겨울철 상기 실외기(105)가 기화기로 동작할 때, 차가운 외기로 인해 기화가 불충분하지만, 보조 열교환기(113)를 통해서 이를 보완함으로써 유니트 쿨러의 흡입압력과 흡입온도를 상승시켜서 고온고압의 냉매를 발생시킬 수 있게 되므로 효율을 증가시킬 수 있다. 한편, 상기 보조 열교환기(113)로서, 예컨대 얇은 판상의 스테인레스 강철판을 일정 간격을 두고 여러장 걸쳐 조립된 판형 열교환기가 사용되어질 수 있다.

상기 수액기(110)는, 냉매 액체를 저장한다. 상기 수액기(110)는 증발기 내의 부하 변동에 따른 냉매량의 변화를 흡수하여 운전을 원활하게 한다. 즉, 상기 수액기(110)는 응축기에서 응축된 액을 일시 저장하면서, 증발기 내에서 소요되는 만큼의 냉매 액체만을 팽창변으로 보내주게 되어, 냉동 사이클의 위험도를 줄여주게 된다. 상기 수액기(110)에는 냉매 액체를 75% 이하로 충전하는 것이 바람직하다.

상기 액열기(111)는 냉매 액체와 냉매 기체를 분리한다. 여기서 분리된 냉매 기체는 다시 압축기(101)로 공급된다.

상기 사방변(104)은 상기 실내기(120)가 쿨링될 때는 정방향으로 상기 실내기(120)가 제상될 때는 역방향으로 냉매의 방향을 제어한다. 이러한 사방변(114)의 연결은 이하, 냉매의 흐름을 중심으로 한 설명에서 보다 상세히 설명될 것이다.

또한, 이러한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)은, 상기 실내기(120)가 쿨링 기능을 수행할 때, 상기 실내기(120)로 유입되는 냉매 액체를 감압시켜 팽창시키기 위한 제1 팽창변(118)을 더 포함하고, 상기 실내기(120)가 제상 기능을 수행할 때, 상기 팽창변(118)을 우회하는 바이패스를 더 포함하며, 상기 실내기(120)가 쿨링 기능을 수행할 때, 상기 제1 팽창변(118)으로 냉매가 흐르도록 하고, 상기 실내기(120)가 제상 기능을 수행할 때, 상기 제1 팽창변(118)으로 냉매가 흐르지 못하도록 하는 제1 전자변(117)을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수액기(110)와 상기 보조 열교환기(113) 사이에는 제2 팽창변(124) 및 제2 전자변(123)이 배치되고, 상기 수액기(110)와 상기 실외기(105) 사이에는 제3 팽창변(109) 및 제3 전자변(108)이 배치되어, 상기 실내기(120)가 제상 기능을 수행할 때, 상기 제2 전자변(123) 및 상기 제3 전자변(108)은 각각 상기 제2 팽창변(124) 및 상기 제3 팽창변(109)으로 냉매가 흐르도록 하고, 상기 실내기(120)가 쿨링 기능을 수행할 때, 상기 제2 전자변(123) 및 상기 제3 전자변(108)은 각각 상기 제2 팽창변(124) 및 상기 제3 팽창변(109)으로 냉매가 흐르지 못하도록 할 수 있다.

한편, 도시된 실시예에서 실내기(120), 실외기(105) 보조 열교환기(113), 액체/가스 열교환기(112) 등은 복수개로 하여 병렬적으로 설치되어질 수 있다.

상기 제어부(210)는 상기 사방변(104)을 제어하여, 쿨링 기능을 수행하는 경우와 제상 기능을 수행하는 경우에 각각 냉매의 흐름을 제어한다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제어부(210)는 상기 제2 온도센서(202)에서 측정된 온도가 상기 제1 온도센서(201) 이상이 되는 경우, 제상 기능을 수행하도록 상기 사방변(104)을 제어하고, 상기 제3 온도센서(203)에서 측정된 온도가 설정온도에 도달하는 경우, 제상이 완료된 것으로 판단하여 쿨링 기능을 수행하도록 상기 사방변(104)을 제어한다.

이하, 냉매의 흐름을 중심으로 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)의 기능들을 설명한다.

실내기가 쿨링 기능을 수행하는 경우

이하, 도 2 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)의 실내기(120)가 쿨링 기능을 수행하는 경우, 냉매의 흐름을 따라가면서 각 구성요소가 하는 작용을 보다 상세히 설명한다.

상기 실내기(120)가 쿨링 기능을 수행하는 경우, 상기 압축기(101)에서 압축된 냉매 가스는 상기 사방변(104)을 거쳐 상기 실외기(105)로 유입되어 액화된다. 상기 실외기(105)에서 액화된 냉매 액체는 상기 수액기(110), 상기 액열기(111), 상기 액체/가스 열교환기(112)를 거쳐 상기 실내기(120)에서 기화된다. 또한 도 4에서와 같이, 상기 액체/가스 열교환기(112) 이후, 상기 보조 열교환기(113)를 거쳐 상기 실내기(120)에서 기화될 수도 있다. 상기 실내기(120)에서 기화된 냉매 기체는 상기 사방변(104)을 거쳐, 상기 액체/가스 열교환기(112), 상기 액열기(111)를 거처 다시 압축기(101)로 순환되는 사이클을 반복한다.

보다 상세히, 상기 압축기(101)에서 압축된 냉매 기체와 이에 섞여있는 윤활유는, 유분리기(103)에서 분리되어 상기 윤활유는 다시 압축기(101)로 공급되어 재활용되고, 유분리기(103)에서 분리된 냉매 기체는 정방향으로 제어되는 상기 사방변(104)을 거쳐 실외기(105)로 유입되어 상기 실외기(105)에서 응축되어 액화된다.

상기 실외기(105)에 응축되어 액화된 냉매 액체는 제1 볼밸브(106)를 거쳐 수액기(110)로 유입된다. 이때, 상기 제3 전자변(108) 및 제2 전자변(123)은 오프상태로 상기 제3 전자변(108) 및 제2 전자변(123)이 설치된 배관으로는 냉매 액체가 흐르지 못한다.

상기 수액기(110)에 저장된 냉매 액체는 액열기(111)로 유입된다. 상기 액열기(111) 내의 냉매 액체는 액체/가스 열교환기(112)를 거쳐 냉매 액체의 양을 체크하는 액면계(114)에 도달된다. 한편, 도 4에서와 같이, 액체/가스 열교환기(112) 및 상기 보조 열교환기(113)를 거쳐 냉매 액체의 양을 체크하는 액면계(114)에 도달된다. 이때, 상기 보조 열교환기(113)에서는 열교환이 발생되지 아니한다.

앞서 살펴본 바와 같이, 실내기가 재상 기능을 수행하는 경우에, 도 4의 실시예에서는, 상기 보조 열교환기(113)에는 냉매 액체와 냉매 기체가 모두 통과하게 되지만, 실내기가 쿨링 기능을 수행하는 경우에는 냉매 액체만 보조 열교환기(113)를 통과하게 되고, 냉매 기체는 통과되지 아니하므로 열교환이 발생되지 않는다.

상기 액면계(114)를 통과한 액체 냉매는 다시 필터 드라이어(115)에 유입되고, 상기 필터 드라이어(115)는 냉매 액체 내의 수분 및 불순물을 제거한다. 상기 액면계(114)를 통과한 냉매 액체는 제3 볼밸브(116)를 거쳐 상기 제1 전자변(117)에 도달되고, 제1 팽창변(118)을 통과하며 감압되어 상기 실내기(120)에서 기화되며 주변을 열을 빼앗는다.

상기 실내기(120)에서 기화된 냉매 기체는 사방변(104)을 거쳐 다시 액체/가스 열교환기(112)로 유입된다. 이때, 액체/가스 열교환기(112)에서는 유입된 냉매 기체와 냉매 액체 사이에 열교환이 이루어진다. 즉, 따라서, 냉매 액체 속에 잔류하는 플래쉬 가스가 제거되어, 배관저항을 감소시킬 수 있으며, 불완전 기화되어 냉매 기체 속에 잔류하는 냉매 액체를 제거하여 냉매 가스의 양을 보다 증가시킬 수 있다.

한편, 액체/기체 열교환기(112)를 통과한 냉매 기체는 다시 상기 액열기(111)로 유입되고, 상기 액열기(111)내의 냉매 기체는 다시 상기 압축기(101)로 유입되어 위의 사이클을 반복하게 된다.

실내기가 제상 기능을 수행하는 경우

이하, 도 3 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)의 실내기(120)가 핫가스를 이용한 제상 기능을 수행하는 경우, 냉매의 흐름을 따라가면서 각 구성요소가 하는 작용을 보다 상세히 설명한다.

상기 실내기(120)가 제상 기능을 수행하는 경우, 상기 압축기(101)에서 압축된 냉매 가스는 상기 사방변(104)을 거쳐 상기 실내기(120)로 유입되어 액화된다. 상기 실내기(120)에서 액화된 냉매 액체는 상기 액체/가스 열교환기(112), 상기 액열기(111)를 거쳐 상기 수액기(110)에 저장된 후, 상기 실외기(105)에서 기화된다. 도 4의 실시예의 경우, 상기 실내기(120)에서 액화된 냉매 액체는 상기 보조 열교환기(113), 상기 액체/가스 열교환기(112), 상기 액열기(111)를 거쳐 상기 수액기(110)에 저장된 후, 상기 보조 열교환기(113) 및 상기 실외기(105)에서 기화된다. 상기 보조 열교환기(113)에서 기화된 냉매 기체는 상기 액체/가스 열교환기(112)로 유입되고, 상기 실외기(105)에서 기화된 냉매 기체는 상기 사방변(104)을 거쳐 액체/가스 열교환기(112)로 유입된 후, 상기 액체/가스 열교환기(112)에서 상기 액열기(111)를 거쳐 다시 압축기(101)로 순환되는 사이클을 반복한다.

보다 상세히, 상기 압축기(101)에서 압축된 냉매 기체와 이에 섞여있는 윤활유는, 유분리기(103)에서 분리되어 상기 윤활유는 다시 압축기(101)로 공급되어 재활용되고, 유분리기(103)에서 분리된 냉매 기체는 역방향으로 제어되는 상기 사방변(104)을 거쳐 실내기(120)로 유입되어 상기 실내기(120)에서 응축되어 액화된다.

실내기(120)에서 액화되며 냉매는 열을 내어놓아 제상되며, 실내기에서 액화된 냉매 액체는 제2 체크 밸브(119)가 형성된 바이패스를 거치고, 차례로 제3 볼밸브(116)를 거쳐 필터 드라이어(115)에 도달된다.

상기 필터 드라이어(115)는 냉매 액체에서 불순물을 걸러내며, 수분을 제거한다. 상기 필터 드라이어(115)를 통과한 냉매 액체는, 배관에 흐르는 냉매 액체의 양을 체크하는 액면계(114)를 거쳐 보조 열교환기(113)에 유입되고, 다시 액체/가스 열교환기(112)를 거쳐 액열기(111)에 유입된다. 상기 액열기(111)에 유입된 액체 냉매는 다시 수액기(110)에서 저장된다.

상기 수액기(110)에 저장된 냉매 액체 일부는 제2 볼밸브(107), 제3 전자변(108)를 거쳐 제3 팽창변(109)에 도달하며, 상기 냉매 액체 일부는 상기 제3 팽창변(109)에서 압력이 낮아진 후, 상기 실외기(105)에서 주변의 열을 빼앗아 기화된다. 이때, 실외기(105) 주변의 온도가 낮은 경우, 불완전 기화가 발생될 수 있으나, 본 발명에 따른 제상기능을 구비한 유니트 쿨러(100)는 보조 열교환기(113)를 구비함으로써 이러한 문제점을 해결할 수 있게 된다.

즉, 상기 수액기(110)에 저장된 냉매 액체의 일부는 제3 체크 밸브(122), 제4 볼밸브(121), 제2 전자변(123)을 거쳐 제2 팽창변(124)에 도달하며, 상기 제2 팽창변(124)에서 압력이 낮아진 후, 상기 보조 열교환기(113)에서 주변의 열을 빼앗아 기화된다. 따라서, 기화되는 냉매 액체의 양을 증가시킬 수 있게 된다. 또한, 이때, 상기 보조 열교환기(113)에는 상기 액면계(114)를 거쳐 유입되는 냉매 액체로부터 열을 교환하여(즉, 열을 흡수하여) 보다 용이하게 냉매 액체를 기화시킬 수 있게 된다. 즉, 상기 실내기(120)가 제상 기능을 수행할 때에는, 상기 보조 열교환기(113)는 열교환을 수행하게 된다.

한편, 상기 실외기(105)에서 기화된 냉매 기체는 상기 사방변(104)을 거쳐 상기 액체/기체 열교환기(112)로 유입되고, 상기 보조 열교환기(113)에서 기화된 냉매 기체 또한 상기 액체/기체 열교환기(112)로 유입된다.

이때, 상기 액체/기체 열교환기(112)에서는 유입된 냉매 기체와 냉매 액체 사이에 다시 한번 열교환이 이루어진다. 즉, 따라서, 냉매 액체 속에 잔류하는 플래쉬 가스가 제거되어, 배관저항을 감소시킬 수 있으며, 불완전 기화되어 냉매 기체 속에 잔류하는 냉매 액체를 제거하여 냉매 가스의 양을 보다 증가시킬 수 있다.

한편, 액체/기체 열교환기(112)의 냉매 기체는 상기 액열기(111)로 다시 유입되고, 액열기(111) 내의 냉매 기체는 다시 상기 압축기(101)로 유입되어 위의 사이클을 반복하게 된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 제상기능을 구비한 유니트 쿨러
101: 압축기 102: 제1 체크 밸브
103: 유분리기 104: 사방변
105: 실외기 106: 제1 볼밸브
107: 제2 볼밸브 108: 제3 전자변
109: 제3 팽창변 110: 수액기
111: 액열기 112; 액체/가스 열교환기
113: 보조 열교환기 114: 액면계
115: 필터 드라이어 116: 제3 볼밸브
117: 제1 전자변 118: 제1 팽창변
119: 제2 체크 밸브 120: 실내기
122: 제3 체크 밸브 121: 제4 볼밸브
123: 제2 전자변 124: 제2 팽창변
210: 제어부 201: 제1 온도센서
202: 제2 온도센서 203: 제3 온도센서

Claims (7)

1. 냉매 가스를 압축하는 압축기;
   공기가 흡입되는 흡입구에 부착된 제1 온도센서, 공기가 배출되는 배출구에 부착된 제2 온도센서 및 상기 냉매 가스를 응축하여 제상 기능을 수행하거나 또는 냉매 액체를 증발시켜 쿨링 기능을 수행하는 코일의 하단에 부착된 제3 온도센서를 포함하는 실내기;
   상기 냉매 가스를 응축하거나, 증발시키는 실외기;
   냉매 액체와 냉매 기체 사이에 열교환이 발생되는 액체/가스 열 교환기;
   냉매 액체를 저장하는 수액기;
   냉매 액체와 냉매 기체를 분리하는 액열기;
   상기 실내기가 쿨링될 때는 정방향으로 상기 실내기가 제상될 때는 역방향으로 냉매의 방향을 제어하는 사방변; 및
   상기 사방변을 제어하는 제어부;
   를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 실내기가 쿨링 기능을 수행하는 경우,
   상기 압축기에서 압축된 냉매 가스는 상기 사방변을 거쳐 상기 실외기로 유입되어 액화되며, 상기 실외기에서 액화된 냉매 액체는 상기 수액기, 상기 액열기, 상기 액체/가스 열교환기를 거쳐 상기 실내기에서 기화된 후, 상기 사방변을 거쳐, 상기 액체/가스 열교환기, 상기 액열기를 거처 다시 압축기로 순환되는 사이클을 반복하도록 상기 사방변을 제어하고,
   상기 제2 온도센서에서 계측된 제2 온도가 상기 제1 온도센서에서 계측된 제1 온도센서 이상일 경우, 상기 실내기가 제상 기능을 수행하기 위해서,
   상기 압축기에서 압축된 냉매 가스는 상기 사방변을 거쳐 상기 실내기로 유입되어 액화되며, 상기 실내기에서 액화된 냉매 액체는 상기 액체/가스 열교환기, 상기 액열기를 거쳐 상기 수액기에 저장된 후, 상기 실외기에서 기화된 후, 상기 실외기에서 기화된 냉매 기체는 상기 사방변을 거쳐 액체/가스 열교환기로 유입된 후, 상기 액체/가스 열교환기에서 상기 액열기를 거쳐 다시 압축기로 순환되는 사이클을 반복하도록 상기 사방변을 제어하고,
   상기 제3 온도센서에서 측정된 제3 온도가 설정 온도에 도달하게 되면, 상기 제상기능을 중단하고, 상기 쿨링 기능을 수행하도록 상기 사방변을 제어하는 것을 특징으로 하는, 제상기능을 구비한 유니트 쿨러.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 설정 온도는 0℃인 것을 특징으로 하는, 제상기능을 구비한 유니트 쿨러.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 실내기가 쿨링 기능을 수행할 때, 상기 실내기로 유입되는 냉매 액체를 감압시켜 팽창시키기 위한 제1 팽창변을 더 포함하고,
   상기 실내기가 제상 기능을 수행할 때, 상기 팽창변을 우회하는 바이패스를 더 포함하며,
   상기 실내기가 쿨링 기능을 수행할 때, 상기 제1 팽창변으로 냉매가 흐르도록 하고, 상기 실내기가 제상 기능을 수행할 때, 상기 제1 팽창변으로 냉매가 흐르지 못하도록 하는 제1 전자변을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제상기능을 구비한 유니트 쿨러.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 실내기가 쿨링 기능을 수행할 때에는 열교환을 수행하지 않으며, 상기 실내기가 제상 기능을 수행할 때에 열교환을 수행하는 보조 열교환기;
   를 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 실내기가 쿨링 기능을 수행하는 경우,
   상기 압축기에서 압축된 냉매 가스는 상기 사방변을 거쳐 상기 실외기로 유입되어 액화되며, 상기 실외기에서 액화된 냉매 액체는 상기 수액기, 상기 액열기, 상기 액체/가스 열교환기, 상기 보조 열교환기를 거쳐 상기 실내기에서 기화된 후, 상기 사방변을 거쳐, 상기 액체/가스 열교환기, 상기 액열기를 거처 다시 압축기로 순환되는 사이클을 반복하도록 상기 사방변을 제어하고,
   상기 제2 온도센서에서 계측된 제2 온도가 상기 제1 온도센서에서 계측된 제1 온도센서 이상일 경우, 상기 실내기가 제상 기능을 수행하기 위해서,
   상기 압축기에서 압축된 냉매 가스는 상기 사방변을 거쳐 상기 실내기로 유입되어 액화되며, 상기 실내기에서 액화된 냉매 액체는 상기 보조 열교환기, 상기 액체/가스 열교환기, 상기 액열기를 거쳐 상기 수액기에 저장된 후, 상기 보조 열교환기 및 상기 실외기에서 기화된 후, 상기 보조 열교환기에서 기화된 냉매 기체는 상기 액체/가스 열교환기로 유입되고, 상기 실외기에서 기화된 냉매 기체는 상기 사방변을 거쳐 액체/가스 열교환기로 유입된 후, 상기 액체/가스 열교환기에서 상기 액열기를 거쳐 다시 압축기로 순환되는 사이클을 반복하도록 상기 사방변을 제어하고,
   상기 제3 온도센서에서 측정된 제3 온도가 설정 온도에 도달하게 되면, 상기 제상기능을 중단하고, 상기 쿨링 기능을 수행하도록 상기 사방변을 제어하는 것을 특징으로 하는, 제상기능을 구비한 유니트 쿨러.
   
5. 제4 항에 있어서,
   상기 수액기와 상기 보조 열교환기 사이에는 제2 팽창변 및 제2 전자변이 배치되고,
   상기 수액기와 상기 실외기 사이에는 제3 팽창변 및 제3 전자변이 배치되어,
   상기 실내기가 제상 기능을 수행할 때, 상기 제2 전자변 및 상기 제3 전자변은 각각 상기 제2 팽창변 및 상기 제3 팽창변으로 냉매가 흐르도록 하고, 상기 실내기가 쿨링 기능을 수행할 때, 상기 제2 전자변 및 상기 제3 전자변은 각각 상기 제2 팽창변 및 상기 제3 팽창변으로 냉매가 흐르지 못하도록 하는 것을 특징으로 하는, 제상기능을 구비한 유니트 쿨러.
   
6. 유니트 쿨러의 쿨링 기능을 수행하는 단계;
   상기 유니트 쿨러의 실내기의 공기 배출구 온도와 공기 흡입구 온도를 측정하는 단계;
   상기 유니트 쿨러의 상기 실내기의 상기 공기 배출구의 온도와 상기 공기 흡입구의 온도를 측정하여, 상기 공기 흡입구 온도보다 상기 공기 배출구의 온도가 낮은 경우 상기 유티트 쿨러의 쿨링 기능을 계속 수행하고, 상기 실내기의 상기 공기 배출구의 온도가 상기 공기 흡입구의 온도 이상이 되는 경우 제상 기능을 수행하는 단계; 및
   상기 유니트 쿨러의 상기 실내기의 코일 하부의 온도가 설정 온도에 도달하게 되면, 제상 기능이 완료된 것으로 판단하고, 다시 쿨링 기능을 수행하는 단계;
   를 포함하는 제상기능을 구비한 유니트 쿨러의 제어방법.
   
7. 제6 항에 있어서,
   상기 설정 온도는 0℃인 것을 특징으로 하는 제상기능을 구비한 유니트 쿨러의 제어방법.
   

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