KR20190096664A

KR20190096664A - 공기조화기

Info

Publication number: KR20190096664A
Application number: KR1020180016372A
Authority: KR
Inventors: 김범찬; 차우호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2019-08-20
Also published as: KR102107690B1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매 사이클을 형성하는 압축기, 응축기, 증발기 및 팽창장치와, 상기 응축기를 통과한 냉매를 도입하여 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하는 냉매분리장치를 포함하는 공기조화기에 있어서, 상기 냉매분리장치는, 내부 공간을 형성하는 외부케이스; 상기 내부 공간을 상하로 구획하는 상부개구와 상기 상측개구로부터 내경이 작아지도록 연장되는 하측개구를 구비하는 분리커넥터; 및 상기 하측개구로부터 상기 외부케이스의 내주면과 이격되도록 연장되는 내부케이스를 포함한다.

Description

공기조화기 {An air conditioner}

본 발명은 공기조화기에 관한 것이다.

공기조화기는 소정공간의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 기기이다. 일반적으로, 상기 공기조화기에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기가 포함되며, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 수행하는 냉매 사이클이 구동되어, 상기 소정공간을 냉방 또는 난방할 수 있다.

상기 소정공간은 상기 공기조화기는 사용되는 장소에 따라, 다양하게 제안될 수 있다. 일례로, 상기 공기조화기가 가정이나 사무실에 배치되는 경우, 상기 소정공간은 집 또는 건물의 실내 공간일 수 있다. 반면에, 상기 공기조화기가 자동차에 배치되는 경우, 상기 소정 공간은 사람이 탑승하는 탑승 공간일 수 있다.

한편, 공기조화기는 냉방 모드 또는 난방 모드로 전환 가능하게 작동될 수 있다. 상기 공기조화기가 냉방모드로 운전되는 경우, 상기 실외 열교환기는 응축기, 상기 실내 열교환기는 증발기로 기능한다. 반면에, 상기 공기조화기가 난방모드로 운전되는 경우, 상기 실외 열교환기는 증발기, 상기 실내 열교환기는 응축기로서 기능한다. 냉방운전 또는 난방운전의 전환이 가능하도록, 상기 공기조화기에는 냉매의 유동방향을 조절하는 유동조절 밸브가 구비될 수 있다.

공기조화기에는, 상기 압축기의 입구측에 배치되어 상기 증발기를 통과한 냉매 중 기상 냉매를 분리하고 상기 기상 냉매가 상기 압축기로 유입되도록 하는 어큐뮬레이터가 포함된다. 그리고, 상기 공기조화기에는, 응축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 저장하는 리시버가 더 포함된다.

또한, 상기 공기조화기에는 응축기와 팽창장치 사이에 내부 열교환기가 더 포함된다. 상기 내부 열교환기는, 응축된 냉매의 과냉각을 이루는 기능을 수행할 수 있으며, 압축기로 바로 인젝션하는 기상 냉매를 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 보다 상세히, 상기 내부 열교환기는 열교환이 이루어지므로 기상 냉매가 발생할 수 있고, 상기 기상 냉매는 공기조화기의 운전 부하에 따라 압축기로 곧장 유입될 수 있다.

한편, 상기 공기조화기는 냉난방의 성능을 향상 및 효율적인 내부공간 활용을 위하여 응축된 냉매로부터 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액 분리기 내부에 상기 내부 열교환기를 구비할 수 있다.

이와 관련된 선행문헌 정보는 아래와 같다.

[선행문헌 정보]

1. 공개번호(공개일): 10-2013-0026674 (2013년 3월 14일)

2. 발명의 명칭: 공기조화기

그러나, 상기 선행문헌에는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 응축된 냉매가 기액 분리장치로 유입된 경우, 냉매의 유입량에 따라 기상 냉매와 액상 냉매가 분리되는 상 분리 효율이 다소 떨어지는 단점이 있다. 즉, 상 분리를 효율적으로 수행하기 어려운 문제가 있다.

둘째, 기액 분리장치로 도입되는 냉매의 양과 액상 냉매의 비율에 따라 내부 열교환기의 열 교환 편차가 커지는 단점이 있으며, 결국, 열 교환 성능이 상대적으로 떨어지는 문제가 있다.

셋째, 냉방 운전, 난방 운전, 냉방 부분 부하 운전, 부하의 변동을 발생하는 운전 등 공기조화기의 운전 모드에 따라 사이클을 순환하는 냉매량을 조절하기 어려운 단점이 있다. 일반적으로 냉방 운전과 난방 운전에 따른 냉매 봉입량의 차이를 조절하기 위해 리시버가 구비되나 종래 공기조화기에는 리시버에 냉매를 저장할 수 있는 용량이 상기 리시버의 체적에 제한되며, 운전 모드에 따라 냉매 저장량을 조절할 수 없다. 이에 의하면, 운전 모드에 따라 사이클을 순환하는 냉매량이 가변되어야 하는데 상기 리시버의 제한된 용량으로 인하여 각각의 운전 모드에 따른 최적의 냉난방 효율을 달성할 수 없는 단점이 있다.

본 발명의 목적은, 종래 리시버 및 내부 열교환기를 구조적으로 통합하여 냉방 및 난방 성능을 향상시키고 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 공기조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 다단 압축부를 구비한 압축기에 효율적으로 냉매를 주입(Injection)할 수 있는 공기조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 응축기를 통과한 냉매의 상 분리가 효과적으로 수행 또는 촉진되도록 구조적으로 개선된 공기조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 압축기로 냉매를 효율적으로 주입하기 위하여 내부 열교환기의 열 교환 성능을 향상시키는 공기조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 공기조화기의 운전 모드에 따라 응축기를 통과한 냉매의 저장량을 조절할 수 있는 공기조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 공기조화기의 운전 모드에 따라 냉매 사이클을 순환하는 냉매량이 용이하고 효율적으로 조절될 수 있으며, 상기 냉매량의 가변 범위도 증가시킬 수 있는 공기조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매 사이클을 형성하는 압축기, 실외 열교환기, 실내 열교환기 및 팽창장치와, 상기 실내 열교환기 또는 실외 열교환기를 통과한 냉매를 도입하여 상 분리와 열 교환을 수행하는 냉매분리장치를 포함한다. 그리고, 상기 냉매분리장치는, 도입된 냉매를 저장할 수 있도록 밀폐된 내부 공간을 형성하는 외부케이스, 상기 외부케이스에 수용되는 내부케이스 및 상부가 상기 외부케이스의 내주면에 접하며, 하부가 상기 내부케이스와 연결되는 분리커넥터가 포함된다. 그리고 상기 분리 커넥터 및 내부케이스에 의하여, 상기 외부케이스의 내부 공간은 서로 연통된 상분리 공간과 열교환 공간을 규정할 수 있다. 따라서, 종래의 리시버 및 내부 열교환기가 구조적으로 통합됨으로써 부하에 따른 냉방 및 난방 성능을 보다 향상시킬 수 있으며, 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 상기 냉매분리장치로 도입되는 냉매의 최초(1차) 상 분리를 위한 사전분리부를 더 포함할 수 있다. 이에 의하면, 난방 운전에서 상기 냉매분리장치로 도입되는 냉매는 상기 사전분리부에 의해 1차적으로 기상 냉매와 액상 냉매로 분리된 후에 외부케이스의 상분리 공간으로 유입되어 재차(2차) 기상 냉매와 액상 냉매의 분리가 이루어지기 때문에 상 분리가 보다 용이하게 수행될 수 있으며, 상 분리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 사전분리부는 상기 외부케이스를 관통하여 연결되는 상부 연결관 및 상기 상부 연결관의 하방에 위치하는 하부 연결관을 포함하며, 상기 상부 연결관 및 하부 연결관은 관통 방향으로부터 절곡되어 내부의 냉매에 원심력이 형성되도록 가이드하는 절곡관을 포함한다. 이에 의하면, 상기 절곡관 내부의 냉매는 관성에 의해 원 운동을 할 수 있기 때문에, 상기 절곡관으로부터 토출되는 냉매는 상분리 공간에서 사이클론 유로를 형성할 수 있다.

또한, 상기 외부케이스는 원통 형상을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 절곡관으로부터 토출되는 냉매는 상기 외부케이스 내주면의 물리적인 가이드를 따라 상기 사이클론 유로를 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 상기 상부 연결관 및 하부 연결관은 상기 외부케이스 내부에 상하 방향으로 이격되어 위치하기 때문에 듀얼(dual) 사이클론 유로를 형성할 수 있다. 따라서, 기상 냉매와 액상 냉매가 효과적으로 분리될 수 있다.

또한, 상기 사전분리부는, 상부 연결관에 설치되는 상부냉매밸브 및 하부 연결관에 설치되는 하부냉매밸브를 더 포함한다. 그리고 냉방 운전이 수행되는 경우, 공기조화기의 제어부는 상기 상부냉매밸브를 열고 상기 하부냉매밸브를 닫도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 외부케이스의 내부 공간(상분리 공간 및 열교환 공간)에 냉매가 최대로 저장되도록 할 수 있다. 이에 의하면, 본 발명의 냉매분리장치의 내부 공간을 모두 사용할 수 있으므로 냉매의 저장용량이 종래 리시버의 체적에 제한된 경우보다 증대될 수 있다. 따라서, 냉방 효율을 최대한 상승시킬 수 있는 최적의 냉매량이 사이클을 순환할 수 있다.

또한, 냉방 부분 부하 운전이 수행되는 경우, 사이클을 순환하는 냉매량이 냉방 운전의 경우보다 증가해야 하므로, 상기 제어부는 상기 하부냉매밸브를 열고 상기 상부냉매밸브를 닫도록 제어할 수 있다. 즉, 운전 모드에 따라 사이클을 순환하는 냉매량이 최적이 되도록 할 수 있으므로 냉난방 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 분리커넥터는 상방을 향하여 직경이 증가되도록 연장되는 콘(cone)형상을 포함할 수 있다. 그리고 상기 분리커넥터의 상단부는 상기 외부케이스의 일 단면이 형성하는 내경과 동일하게 형성할 수 있다. 이에 의하면, 상기 사전분리부를 통해 상분리 공간으로 도입된 냉매는 상기 분리커넥터에 의해 합쳐져서 상기 내부케이스로 용이하게 유입된다. 즉, 상기 분리커넥터의 형상에 기인하여 하방으로 유동하는 냉매의 유속은 빨라지므로 상 분리는 촉진되어 더욱 효과적으로 수행될 수 있다. 더하여, 상기 분리커넥터의 형상은 내부케이스를 통해 열교환 공간으로 유입된 냉매와 열교환튜브를 유동하는 냉매간의 열 교환에서 냉매의 유속이 유지시키는 기능을 수행할 수 있으므로 열 교환 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 냉매분리장치는, 상기 내부케이스의 외면을 따라 권취(wrap)되도록 구비되는 열교환튜브를 더 포함한다. 그리고 상기 열교환튜브는 나선(spiral) 형상으로 형성할 수 있다. 이에 의하면, 상기 열교환튜브로 유입되는 냉매와 상기 내부케이스를 통과하여 상기 열교환 공간에 유입된 냉매간의 열 전달 능력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 고압의 분리된 기상 냉매를 압축기로 가이드하는 제 1 인젝션유로 및 저압의 분리된 기상 냉매를 압축기로 가이드하는 제 2 인젝션유로를 더 포함한다. 이에 의하면, 압축기의 부하가 증가하는 경우 분리된 기상 냉매를 압축기로 유입시켜 부하를 감소시킬 수 있으며, 냉난방 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 냉매분리장치는, 상기 외부케이스의 상부에 형성되어 상기 제 1 인젝션유로가 연결되는 제 1 포트, 실외 연결유로가 연결되는 실외포트, 상기 열교환튜브의 유입부로 정의되는 바이패스 포트 및 상기 열교환튜브의 유출부로 정의되며 상기 제 2 인젝션유로가 연결되는 제 2 포트를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 실외포트는 상기 분리커넥터 상단보다 하방에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 상기 제 1 인젝션유로에 설치되는 제 1 인젝션 밸브, 상기 실외 연결유로로부터 분지되어 상기 바이패스 포트로 연장되는 바이패스 유로 및 상기 바이패스 유로에 설치되는 제 2 인젝션 밸브를 더 포함할 수 있다. 이에 의하면, 난방 운전이 수행되는 경우, 내부케이스를 통해 유입된 액상 냉매가 실외포트를 통해 실외 연결유로로 유입되는데 상기 실외 연결유로를 유동하는 냉매 중 일부가 상기 제 2 인젝션 밸브에 의하여 바이패스 유로를 통해 열교환튜브로 유입될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 제 1 인젝션유로에 설치되는 제 1 감지센서 및 실외포트와 바이패스유로 사이의 실외 연결유로에 설치되는 제 2 감지센서를 더 포함할 수 있다. 그리고 제어부는 상기 제 1 감지센서와 상기 제 2 감지센서의 감지 결과를 기초로 상기 제 1 인젝션밸브와 상기 제 2 인젝션밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 상기 제 1 인젝션밸브 또는 제 2 인젝션밸브를 유동하는 냉매가 적정 조건에 부합되지 않는 기상 냉매로 판단되면 밸브를 닫아 기상 냉매와 함께 액상 냉매가 압축기로 도입되어 발생할 수 있는 액 압축 문제를 예방할 수 있다.

본 발명에 따르면, 사전분리부에 의하여 냉매의 상 분리가 용이하게 이뤄지므로 상 분리 효율이 향상되는 장점이 있다. 이에 의하면, 부하가 증가하여 많은 냉매를 필요로 하는 압축기에 냉매분리장치로부터 인젝션되는 냉매의 양이 상대적으로 증가되므로 전체적인 냉난방 성능을 향상시킬 수 있다. 결국, 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 내부 케이스를 둘러싸도록 구비되는 열교환튜브 및 상기 열교환튜브의 나선 형상에 의해 냉매분리장치 내에서 냉매 간의 열 교환 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 의하면, 냉매분리장치로부터 증발기를 향하여 토출되는 냉매는 과냉각될 수 있으며, 냉매 간의 열 교환에 의해 분리된 기상 냉매는 상대적으로 증가된 양으로 압축기에 인젝션되므로 공기조화기의 냉난방 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 상부 및 하부 냉매밸브의 제어를 통해 운전 모드에 따라 냉매분리장치에 저장되는 냉매량을 용이하게 조절할 수 있는 장점이 있다. 이에 의하면, 공기조화기의 운전 모드에 따른 냉매량 대비 최적의 냉난방 효율을 달성할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 개략적인 구성을 보여주는 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에 구비되는 냉매분리장치의 종단면도
도 3은 도 1의 A-A’ 횡단면도
도 4는 도 1의 B-B’ 횡단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에 구비되는 열교환튜브의 형상을 예시적으로 보여주는 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 난방 운전에 따른 냉매의 유동을 보여주는 도면
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에 구비되는 냉매분리장치 내부에서 난방 운전 또는 부분 부하 운전에 따른 냉매의 유동을 예시적으로 보여주는 도면
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에 구비되는 냉매분리장치의 유동해석결과 및 상 분리 효율을 보여주는 실험 그래프
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉방 운전에 따른 냉매의 유동을 보여주는 도면
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에 구비되는 냉매분리장치 내부에서 냉방 운전 또는 부분 부하 운전에 따른 냉매의 유동을 예시적으로 보여주는 도면
도 11은 사이클을 순환하는 냉매량 대비 공기조화기의 운전 모드에 따른 효율을 보여주는 그래프

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매 사이클을 형성하기 위해 냉매를 압축하는 압축기(10), 냉매의 유동 방향을 전환하는 유동전환부(20), 냉매와 실내 공기가 열교환되는 실내 열교환기(30), 냉매와 실외 공기가 열교환되는 실외 열교환기(50), 상기 실내 열교환기(30)와 실외 열교환기(50)의 사이에 위치하여 냉매를 감압하는 팽창장치(41,42) 및 상기 압축기(10)의 흡입 측에 연결되는 어큐뮬레이터(60)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 공기조화기는 운전 모드에 따라 구성의 동작을 제어할 수 있는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일례로, 다수의 실내기가 구비되는 멀티형 공기조화기에서 상기 제어부는, 냉방 운전, 난방 운전, 냉방 부분 부하 운전, 난방 부분 부하 운전에 따라 구성을 제어할 수 있다.

여기서, 냉방 부분 부하 운전은, 일례로, 상기 다수의 실내기가 냉방 운전을 수행하는 냉방 주 운전 모드에서 일부 실내기가 난방 운전을 수행하도록 제어되어 압축기의 부하가 증가하는 운전 모드로 이해할 수 있다.

다만, 본 발명의 실시예에서 부분 부하 운전은, 상술한 냉방 주 운전 모드뿐만 아니라 난방 주 운전 모드에서 압축기의 부하가 증가되는 경우도 포함하는 운전 모드로 정의할 수 있다.

또한, 상기 제어부(미도시)는 압축기 부하가 커져서 압축기(10)에서 토출되는 냉매의 온도가 설정온도에 미치지 못할 경우 후술할 제 1,2 인젝션유로(210,220)을 통해 압축기(10)로 인젝션되는 냉매의 양을 늘리도록 제어할 수 있다. 이에 의하면, 상기 압축기(10)의 부하는 감소하며 냉난방 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 압축기(10)는 다단 압축을 할 수 있도록 복수개의 압축부(11,12,13)를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 압축기(10)는 3단 압축이 수행되도록 제 1 압축부(11), 제 2 압축부(12) 및 제 3 압축부(13)를 포함할 수 있다. 상기 압축기(10)로 유입된 냉매는 제 1 압축부(11), 제 2 압축부(12) 및 제 3 압축부(13)를 지나면서 다단으로 압축될 수 있다.

또한, 상기 압축기(10)는, 상기 제 2 압축부(12)의 토출 측과 상기 제 3 압축부(13)의 흡입 측 사이에 위치하며, 후술할 제 1 인젝션유로(210)가 연결되는 고압포트 및 상기 제 1 압축부(11)의 토출 측과 상기 제 2 압축부(12)의 흡입 측 사이에 위치하며, 후술할 제 2 인젝션유로(220)가 연결되는 저압포트를 더 포함할 수 있다.

상기 공기조화기는 상기 압축기(10)의 토출 측으로부터 상기 유동전환부(20)로 연장되는 토출유로(16)를 더 포함할 수 있다. 일례로, 상기 토출유로(16)는 상기 제 3 압축부(13)의 토출 측으로부터 연장되어 상기 유동전환부(20)에 연결될 수 있다. 그리고 상기 압축기(10)로부터 압축된 냉매는 상기 토출유로(16)를 통하여 상기 유동전환부(20)로 유동할 수 있다.

상기 유동전환부(20)는 사방 밸브(4-way valve)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 유동전환부(20)는 공기조화기의 운전 모드에 따라 냉매의 유동 방향이 전환되도록 제어될 수 있다. 즉, 상기 유동전환부(20)는 압축기(10)로부터 토출된 압축 냉매를 실내 열교환기(30) 또는 실외 열교환기(50)로 유동하도록 가이드할 수 있다.

상기 공기조화기는 상기 유동전환부(20)로부터 상기 실내 열교환기(30)로 연장되는 제 1 전환유로(31) 및 상기 유동전환부(20)로부터 상기 실외 열교환기(50)로 연장되는 제 2 전환유로(51)를 더 포함할 수 있다.

난방 운전이 수행되는 경우 상기 실내 열교환기(30)가 응축기로 작동하므로, 상기 압축기(10)로부터 토출된 냉매는 상기 유동전환부(20)에 의해 상기 제 1 전환유로(31)로 유입되어 상기 실내 열교환기(30)로 유동할 수 있다. 그리고 냉방 운전이 수행되는 경우 상기 실외 열교환기(50)가 응축기로 작동하므로, 상기 압축기(10)로부터 토출된 냉매는 상기 유동전환부(20)에 의해 상기 제 2 전환유로(51)로 유입되어 상기 실외 열교환기(50)로 유동할 수 있다.

상기 어큐뮬레이터(60)는 증발기에 의해 증발된 냉매를 도입하여 기상 냉매를 분리할 수 있다. 이때, 상기 어큐뮬레이터(60)에 의해 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(10)의 흡입 측으로 제공될 수 있다.

상기 공기조화기는 상기 유동전환부(20)로부터 상기 어큐뮬레이터(60)로 연장되는 어큠유로(61) 및 상기 어큐뮬레이터(60)로부터 상기 압축기(10)의 흡입 측으로 연장되는 흡입유로(66)를 더 포함할 수 있다.

상기 어큠유로(61)는, 증발기(실내 열교환기(30) 또는 실외 열교환기(50))를 통과하면서 증발된 냉매가 상기 유동전환부(20)로부터 상기 어큐뮬레이터(60)로 도입되도록 가이드할 수 있다.

상기 흡입유로(66)는 상기 어큐뮬레이터(60)에서 분리된 기상 냉매가 상기 압축기(10)의 흡입 측으로 유입되도록 가이드할 수 있다. 일례로, 상기 흡입유로(66)는 상기 제 1 압축부(11)의 흡입 측에 연결될 수 있다.

상기 공기조화기는 응축된 냉매를 도입하여 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 냉매분리장치(100)를 더 포함할 수 있다.

상기 냉매분리장치(100)는, 앞서 설명한 종래의 리시버 및 종래의 내부 열교환기가 통합된 장치로 이해할 수 있다. 따라서, 상기 냉매분리장치(100)는 냉매 저장 기능, 기상 냉매와 액상 냉매의 상 분리 기능, 액상 냉매의 과냉각 기능 등을 수행할 수 있다.

상기 냉매분리장치(100)는 일 방향으로 길게 연장되는 외부케이스(110, 도 2 참고)로 외관을 형성할 수 있다. 일례로, 상기 냉매분리장치(100)는 지면에 수직한 방향, 즉, 상하 방향으로 길게 연장될 수 있다.

상기 냉매분리장치(100)는 상대적으로 고압의 기상 냉매가 토출되는 제 1 포트(101) 및 상대적으로 저압의 기상 냉매가 토출되는 제 2 포트(102)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 포트(101) 및 제 2 포트(102)는 상기 냉매분리장치(100)의 내부 공간에 수용되는 냉매 중 일부가 외부로 배출되도록 형성할 수 있다.

상기 냉매분리장치(100)는 후술할 분리커넥터(120)를 기준으로 상부와 하부로 구분할 수 있다. 그리고 상기 냉매분리장치(100)의 내부 공간은 분리커넥터(120)를 기준으로 상측의 상분리 공간(115)과 하측의 열교환 공간(135)으로 구분할 수 있다.

상기 냉매분리장치(100)로 유입되는 냉매는, 상기 상분리 공간(115)과 열교환 공간(130)을 통과하면서 상대적으로 고압의 기상 냉매와 저압의 기상 냉매로 분리될 수 있다. 그리고 상기 고압의 기상 냉매는 제 1 포트(101)를 통해 후술할 제 1 인젝션유로(210)로 유입되고, 상기 저압의 기상 냉매는 제 2 포트(102)를 통해 후술할 제 2 인젝션유로(220)로 유입될 수 있다.

상기 제 1 포트(101)는 상기 냉매분리장치(100)의 상부에 위치할 수 있다. 일례로, 상기 제 1 포트(101)는 분리된 기상 냉매만이 흡입되도록 상기 냉매분리장치(100)의 상단부에 위치할 수 있다.

상기 제 2 포트(102)는 상기 냉매분리장치(100)의 하부에 위치할 수 있다. 일례로, 상기 제 2 포트(102)는 상기 제 1 포트(101)보다 하방에 위치할 수 있다.

또한, 상기 제 2 포트(102)는 후술할 열교환 튜브(140)의 일 단부와 일체로 형성할 수 있다. 상기 열교환 튜브(140)를 유동하는 냉매는 상기 제 2 포트(102)에 의하여 상기 냉매분리장치(100)의 외부로 배출될 수 있다. 즉, 상기 제 2 포트(102)는 열교환 튜브(140)의 배출부로 이해할 수 있다.

상기 냉매분리장치(100)는 바이패스포트(104)를 더 포함할 수 있다. 상기 바이패스포트(104)는 상기 냉매분리장치(100) 외부의 냉매 중 일부가 내부로 유입되도록 형성할 수 있다.

상기 바이패스포트(104)는 상기 냉매분리장치(100)의 하부에 위치할 수 있다. 일례로, 상기 바이패스포트(104)는 상기 제 2 포트(102)와 대칭을 이루도록 위치할 수 있다.

상기 바이패스포트(104)는 후술할 열교환 튜브(140)의 타 단부와 일체로 형성할 수 있다. 그리고 상기 바이패스 포트(104)로 도입되는 냉매는 상기 열교환 튜브(140)로 유입될 수 있다. 즉, 상기 바이패스포트(104)는 열교환 튜브(140)의 흡입부로 이해할 수 있다.

상기 냉매분리장치(100)는 실외포트(103)를 더 포함할 수 있다. 상기 실외포트(103)는 상기 냉매분리장치(100)로 냉매가 유입 또는 배출되도록 형성할 수 있다.

상기 실외포트(103)는 상기 실외 열교환기(50)와 냉매가 유동할 수 있도록 연결될 수 있다. 보다 상세히, 상기 실외포트(103)는 후술할 실외 연결유로(56)를 통해 상기 실외 열교환기(50)와 연결될 수 있다. 따라서, 상기 실외포트(103)는 상기 냉매분리장치(100) 내부로 냉매를 도입하거나 또는 상기 냉매분리장치(100) 외부로 냉매를 배출할 수 있다.

상기 실외포트(103)는 상기 냉매분리장치(100)의 하부에 위치할 수 있다. 즉, 상기 실외포트(103)는 상기 외부케이스(110)의 내부 공간 중 하부와 연통되도록 상기 외부케이스(110)에 형성될 수 있다. 또한, 상기 실외포트(103)는 상기 바이패스포트(104)보다 상방에 위치할 수 있다.

상기 공기조화기는 상기 냉매분리장치(100)의 제 1 포트(101)로부터 상기 압축기(10)로 연장되는 제 1 인젝션유로(210) 및 상기 냉매분리장치(100)의 제 2 포트(102)로부터 상기 압축기(10)로 연장되는 제 2 인젝션유로(220)를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 인젝션유로(210)는 상기 냉매분리장치(100)에 의해 분리된 기상 냉매 중 상대적으로 고압을 형성하는 기상 냉매를 상기 제 2 압축부(12)의 토출 측에 유입되도록 가이드할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 인젝션유로(210)는 고압유로라고 이름할 수 있다. 즉, 상기 고압유로는 상기 고압포트에 연결될 수 있다.

또한, 상기 제 2 인젝션유로(220)는 상기 냉매분리장치(100)에 의해 분리된 기상 냉매 중 상대적으로 저압을 형성하는 기상 냉매를 상기 제 1 압축부(11)의 토출 측에 유입되도록 가이드할 수 있다. 따라서, 상기 제 2 인젝션유로(220)는 저압유로라고 이름할 수 있다. 즉, 상기 저압유로는 상기 저압포트에 연결될 수 있다.

상기 공기조화기는 상기 실내 열교환기(30)로부터 상기 냉매분리장치(100)를 향하여 연장되는 실내 연결유로(36) 및 상기 실외 열교환기(50)로부터 상기 냉매분리장치(100)를 향하여 연장되는 실외 연결유로(56)를 더 포함할 수 있다.

상기 실내 연결유로(36)는 상기 실내 열교환기(30)의 일 측에서부터 사전분리부(150)로 연장될 수 있다. 보다 상세히, 상기 실내 연결유로(36)는 후술할 가이드관(153)에 냉매가 유동할 수 있도록 결합할 수 있다.

그리고 상기 실외 연결유로(56)는 상기 실외 열교환기(50)의 일 측에서부터 상기 실외포트(103)로 연장될 수 있다. 보다 상세히, 상기 실외 연결유로(56)는 상기 실외포트(103)에 냉매가 유동할 수 있도록 결합할 수 있다.

상기 공기조화기는 상기 실외 연결유로(56)로부터 분기되어 상기 냉매분리장치(100)로 연결되는 바이패스유로(58)를 더 포함할 수 있다.

상기 바이패스유로(58)는 상기 실외 연결유로(56)의 일 지점에서 냉매가 분지 또는 합지될 수 있도록 분기되어 상기 바이패스포트(104)로 연장될 수 있다. 그리고 상기 바이패스유로(58)는 후술할 제 2 팽창장치(42)와 실외포트(103) 사이에서 분기되도록 형성할 수 있다.

상기 팽창장치(41,42)는 제 1 팽창장치(41) 및 제 2 팽창장치(42)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 팽창장치(41)는 상기 실내 연결유로(36)에 설치될 수 있다. 그리고 상기 제 2 팽창장치(42)는 상기 실외 연결유로(56)에 설치될 수 있다.

상기 냉매분리장치(100)로 도입되는 냉매는, 상기 제 1 팽창장치(41) 또는 제 2 팽창장치(43)에 의한 감압을 통해 팽창될 수 있다. 마찬가지로, 상기 냉매분리장치(100)를 통과한 냉매는, 상기 제 1 팽창장치(41) 또는 제 2 팽창장치(43)에 의한 감압을 통해 팽창될 수 있다. 그리고 상기 제어부는 운전 모드에 따라 상기 제 1 팽창장치(41) 또는 제 2 팽창장치(43)의 개도를 조절할 수 있다.

상기 공기조화기는 상기 제 1 인젝션유로(210)에 설치되는 제 1 인젝션밸브(215) 및 상기 바이패스유로(58)에 설치되는 제 2 인젝션밸브(225)를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 인젝션밸브(215) 및 제 2 인젝션밸브(225)는 전자식 팽창밸브(EEV)를 포함할 수 있다.

상기 제 1 인젝션밸브(215)는 상기 제 1 인젝션유로(210)로 도입되는 기상 냉매의 양을 조절할 수 있다. 그리고 상기 제 2 인젝션밸브(225)는 열교환 튜브(140)로 유입되는 냉매의 양을 조절함으로써 결국 제 2 인젝션유로(220)로 유입되는 기상 냉매의 양을 조절할 수 있다.

상기 제어부는 압축기 부하에 따라 상기 제 1 인젝션밸브(215) 및 상기 제 2 인젝션밸브(225) 중 적어도 어느 하나의 개도를 조절하여 압축기(10)로 주입(Injection)되는 기상 냉매의 양을 조절할 수 있다.

상기 공기조화기는 상기 제 1 인젝션유로(210)에 설치되는 제 1 감지센서(217) 및 상기 실외 연결유로(56)에 설치되는 제 2 감지센서(227)를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 감지센서(217)는 상기 제 1 인젝션유로(210)를 유동하는 냉매의 온도, 압력 등의 상태를 감지할 수 있다.

상기 제 2 감지센서(227)는 상기 실외 연결유로(56)를 유동하는 냉매의 온도, 압력 등의 상태를 감지할 수 있다. 상세히, 상기 제 2 감지센서(227)는 상기 바이패스유로(58)와 상기 실외포트(103) 사이에서 상기 실외 연결유로(56)를 유동하는 냉매의 상태를 감지할 수 있다.

상기 제어부는 상기 제 1 감지센서(217)로부터 감지된 냉매의 상태를 기초로 상기 제 1 인젝션밸브(215)의 개도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 제 2 감지센서(227)로부터 감지된 냉매의 상태를 기초로 상기 제 2 인젝션밸브(225)의 개도를 조절할 수 있다. 일례로, 상기 제어부는 상기 제 2 감지센서(227)로부터 감지된 냉매의 정보가 미리 설정된 기준에 못미치는 경우 상기 제 2 인젝션밸브(225)를 폐쇄할 수 있다.

여기서, 상기 미리 설정된 기준은 실외 연결유로(56)를 유동하는 냉매의 온도, 압력을 포함할 수 있다.

상기 공기조화기는 상기 냉매분리장치(100)에 연결되어 냉매를 가이드하는 사전분리부(150)를 포함할 수 있다.

상기 사전분리부(150)는 상기 실내 연결유로(36)와 상기 냉매분리장치(100) 사이에 위치할 수 있다. 그리고 상기 사전분리부(150)는 상기 실내 연결유로(36)와 상기 냉매분리장치(100) 사이에서 냉매가 유동을 가이드하도록 형성할 수 있다.

상기 사전분리부(150)는 상기 냉매분리장치(100)의 외측에 냉매가 유입 또는 배출될 수 있도록 결합할 수 있다. 일례로, 상기 사전분리부(150)의 일 측에는 상기 실내 연결유로(36)가 연결될 수 있으며, 상기 사전분리부(150)의 타 측에는 상기 냉매분리장치(100)가 연결될 수 있다. 따라서, 상기 사전분리부(150)는 상기 냉매분리장치(100)로 냉매를 도입하거나 또는 상기 냉매분리장치(100)의 냉매를 외부로 배출할 수 있다.

난방 운전을 기준으로 상기 사전분리부(150)는, 응축기로 작동하는 실내 열교환기(30)를 통과한 냉매가 상기 냉매분리장치(100)로 도입되기 전에, 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하는 최초의 상 분리 기능을 수행할 수 있다.

즉, 난방 운전을 기준으로 상기 사전분리부(150)는, 응축기를 통과한 응축된 냉매가 상기 냉매분리장치(100)로 도입되도록 가이드하는 동시에, 상기 응축된 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하는 상 분리가 상기 냉매분리장치(100)의 도입 전에 이루어지도록 구비될 수 있다.

그리고 난방 운전을 기준으로 상기 사전분리부(150)는 하나의 냉매 유입구와 두 개의 냉매 토출구가 구비될 수 있다. 일례로, 상기 사전분리부(150)는 ‘Y’자 형상의 관을 포함할 수 있다.

상세히, 상기 사전분리부(150)는 상 분리가 수행되는 분지관(151), 상기 분지관(151)에 연결되는 가이드관(153), 상부 연결관(155) 및 하부 연결관(158)을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 사전분리부(150)는 상기 분지관(151)을 기준으로 상기 분지관(151)의 상측에 연결되는 상부 연결관(155), 상기 분지관(151)의 하측에 연결되는 하부 연결관(158) 및 상기 분지관(151)의 중앙부에 연결되는 가이드관(153)으로 구비될 수 있다.

상기 분지관(151)은 일 방향으로 길게 연장되는 중공이 형성된 관을 포함할 수 있다. 그리고 난방 운전을 기준으로 상기 분지관(151)은, 상기 가이드관(153)으로부터 도입되는 냉매가 상하 방향으로 분리될 수 있도록 위치할 수 있다.

상기 분지관(151)은 상기 냉매분리장치(100)와 평행하게 위치할 수 있다. 일례로, 상기 분지관(151)의 장변이 연장되는 방향은 상기 냉매분리장치(100)의 장변이 연장되는 방향과 평행할 수 있다. 그리고, 상기 분지관(151)은 중력의 영향을 받을 수 있도록 지면에 수직한 방향으로 연장될 수 있다.

상기 가이드관(153)은 상기 분지관(151)의 일 지점에서 냉매가 분지 또는 합지되도록 연장될 수 있다.

상기 가이드관(153)은 상기 분지관(151)의 일 지점에서 상기 실내 연결유로(36)로 연장될 수 있다. 일례로, 상기 가이드관(153)은 상기 분지관(151)의 중앙부와 연결될 수 있다. 즉, 상기 가이드관(153)의 일 단부는 상기 분지관(151)과 연결되며 상기 가이드관(153)의 타 단부는 상기 실내 연결유로(36)가 연결될 수 있다.

따라서, 난방 운전에서 상기 실내 연결유로(36)을 유동하는 냉매는 상기 가이드관(153)으로 유입될 수 있다. 그리고 냉방 운전에서 상기 가이드관(153)을 유동하는 냉매는 상기 실내 연결유로(36)로 유입될 수 있다.

상기 상부 연결관(155)은 상기 분지관(151)의 일 측에서부터 상기 냉매분리장치(100)로 연장될 수 있다. 그리고 상기 하부 연결관(158)은 상기 분지관(151)의 타 측에서부터 상기 냉매분리장치(100)로 연장될 수 있다.

일례로, 상기 상부 연결관(155)은 상기 분지관(151)의 상단부로부터 상기 냉매분리장치(100)를 향하여 수직 방향으로 절곡되도록 연장되어 상기 냉매분리장치(100)에 삽입될 수 있다. 그리고 상기 하부 연결관(158)은 상기 분지관(151)의 하단부로부터 상기 냉매분리장치(100)를 향하여 수직 방향으로 절곡되도록 연장되어 상기 냉매분리장치(100)에 삽입될 수 있다.

상기 상부 연결관(155)은 상기 하부 연결관(158)보다 상방에 위치할 수 있다. 그리고 상기 상부 연결관(155)과 상기 하부 연결관(157)은 서로 평행하게 연장되어 상기 냉매분리장치(100) 내부로 삽입될 수 있다. 일례로, 상기 상부 연결관(155) 및 하부 연결관(157)은 동일한 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 상부 연결관(155)은 상기 하부 연결관(157)보다 상대적으로 상기 제 1 포트(101)에 가깝도록 위치할 수 있다.

상기 사전분리부(150)는 상기 상부 연결관(155)에 설치되는 상부 냉매밸브(156) 및 상기 하부 연결관(158)에 설치되는 하부 냉매밸브(159)를 포함할 수 있다.

한편, 난방 운전 모드인 경우, 상기 가이드관(153)으로 유입되는 냉매는 상기 분지관(151)에서 상하 방향으로 분지되어 상기 상부 연결관(155) 및 상기 하부 연결관(158)으로 유입될 수 있다.

이때, 상기 분지관(151) 내부로 도입되는 냉매는 이상(2-phase) 냉매일 수 있다. 따라서, 상하 방향으로 연장된 상기 분지관(151)의 중심부로 도입된 냉매는, 밀도가 높은 액상 냉매가 중력의 영향에 의해 상방보다는 하방으로 몰리게 되고, 기상 냉매는 상대적으로 상방으로 몰리게 된다. 이에 의하면, 상기 사전분리부(150)는, 상기 냉매분리장치(100)로 냉매가 도입되기 전 1차적인 상 분리를 수행할 수 있다.

즉, 상기 상부 연결관(155)으로 도입되는 냉매의 기상 냉매 비율은 상기 하부 연결관(158)으로 도입되는 냉매의 기상 냉매 비율 보다 클 수 있다.

결국, 상대적으로 기상 냉매 비율이 높은 상부 연결관(155)을 유동하는 냉매는, 상기 하부 연결관(158)을 유동하는 냉매보다 상방에서 상기 냉매분리장치(100)의 내부로 토출되므로, 상기 냉매분리장치(100)의 내부에서 기상 냉매와 액상 냉매가 쉽고 빠르게 상하로 분리될 수 있는 장점이 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에 구비되는 냉매분리장치의 종단면도이다. 도 2를 참조하여 상기 냉매분리장치(100)의 구성을 상세히 설명한다.

상기 냉매분리장치(100)는, 내부 공간을 형성하는 외부케이스(110)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 외부케이스(110)는 상기 냉매분리장치(100)의 외관을 형성할 수 있다.

상기 외부케이스(110)는 내부 공간이 밀폐되도록 원통 형상을 포함할 수 있다. 그리고 상기 외부케이스(110)는 상단부와 하단부를 돔(Dome) 형상으로 형성할 수 있다.

상기 외부케이스(110)의 상단부에는 상기 제 1 포트(101)가 결합될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 포트(101)는 상기 외부케이스(110)의 최상단 꼭짓점 위치에 결합되어 상기 외부케이스(110) 내부 공간의 냉매 유입을 가이드할 수 있다. 즉, 상기 제 1 포트(101)는 상 분리 공간(115)과 연통되도록 결합될 수 있다.

상기 외부케이스(110)의 하단부에는 상기 제 2 포트(102) 및 바이패스 포트(104)가 결합될 수 있다. 일례로, 상기 제 2 포트(102) 및 상기 바이패스포트(104)는 상기 외부케이스(110)의 최하단에 서로 이격되어 결합될 수 있다. 그리고 상기 제 2 포트(102) 및 바이패스포트(104)는 열교환튜브(140)와 연통되도록 결합될 수 있다.

상기 외부케이스(110)는 상기 사전분리부(150)와 결합할 수 있다. 상세히, 상기 상부 연결관(155) 및 하부 연결관(158)은 상기 외부케이스(110)의 외주면의 두 지점을 관통하여 상기 상분리 공간(115)에 삽입될 수 있다. 즉, 상기 상부 연결관(155) 및 하부 연결관(158)은 상기 외부케이스(110)의 상부에 결합될 수 있다.

상기 외부케이스(110)의 일 측면에는 상기 실외포트(103)가 결합될 수 있다. 일례로, 상기 외부케이스(110)의 하부에는 냉매가 유동할 수 있도록 상기 실외포트(103)가 결합될 수 있다.

상기 실외포트(103)는 분리커넥터(120)의 상측개구(123)보다 낮은 위치에 결합될 수 있다. 그리고 상기 실외포트(103)는 후술할 분리커텍터(120) 및 내부케이스(130)의 외주면과 상기 외부케이스(110)의 내주면 사이의 공간에 연통되도록 형성할 수 있다.

상기 냉매분리장치(100)는 내부 공간을 구획하는 분리커넥터(120)를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 상기 냉매분리장치(100)는 상기 분리커넥터(120)를 기준으로 상부와 하부로 구분할 수 있다. 그리고, 상기 외부케이스(110)의 내주면에 접하도록 구비되는 상측개구(123)를 기준으로, 상기 외부케이스(110)의 내부 공간은 상측의 상분리 공간(115)과 하측의 열교환 공간(135)으로 구분하여 정의할 수 있다. 일례로, 상기 냉매분리장치(100)는 상기 상분리 공간(115)의 체적이 상기 열교환 공간(135)의 체적보다 크도록 형성할 수 있다.

상기 분리커넥터(120)는 상분리 공간(115)과 열교환 공간(135)이 연통되도록 형성할 수 있다. 상세히, 상기 분리커넥터(120)는 상기 외부케이스(110)의 내부 공간에서 일 냉매 유동 경로를 형성할 수 있다.

상기 분리커넥터(120)는 상부와 하부가 개구된 관으로 형성할 수 있다. 여기서, 상기 분리커넥터(120)의 개구된 상단부를 상측개구(123)라 정의하며, 개구된 하단부를 하측개구(125)라 정의한다.

달리 표현하면, 상기 분리커넥터(120)는 상기 외부케이스(110)의 내부 공간을 상하로 구획하는 상측개구(123) 및 상기 상측개구(123)로부터 하방으로 내경이 작아지도록 연장되는 하측개구(125)를 구비할 수 있다.

상기 분리커넥터(120)의 상단부는 상기 외부케이스(110)의 내주면에 접하도록 형성할 수 있다. 일례로, 상측개구(123)의 외경은 상기 외부케이스(110)의 내경과 동일하게 형성할 수 있다. 따라서, 난방 운전에서 상기 상분리 공간(115)으로 유입된 냉매 중 일부는 상기 제 1 포트(101)로 유입될 수 있고, 나머지 일부는 상기 상측개구(123)를 통해 분리커넥터(120)로 유입될 수 있다.

즉, 상기 상측개구(123)는 상기 외부케이스(110)의 내주면을 따라 구비될 수 있다. 그리고 상기 상측개구(123)는, 상기 외부케이스(110)에 결합된 하부 연결관(158)보다 하방에 위치하며 실외포트(103)보다 상방에 위치할 수 있다. 상기 상측개구(123)는 상분리 공간(115)의 최하단 경계면으로 이해할 수 있다.

상기 하측개구(125)는 후술할 내부케이스(130)의 상단부와 결합될 수 있다. 따라서, 난방 운전에서 상기 상측개구(123)로 유입된 냉매는 하측개구(125)로 유동하여 상기 내부케이스(130)의 내부 공간으로 유입될 수 있다.

상기 분리커넥터(120)는 하방을 향하여 내경이 작아지도록 형성할 수 있다. 즉, 상기 분리커넥터(120)는 콘(Cone) 형상을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 상측개구(123)의 내경은 하측개구(124)의 내경보다 크게 형성될 수 있다. 그리고 상기 하측개구(124)의 외경은 상기 외부케이스(110)의 내경보다 작게 형성될 수 있다.

이에 의하면, 난방 운전이 수행되는 경우 상분리 공간(115)으로 유입된 냉매 중 분리커넥터(120)로 유입되는 냉매는 벤츄리 효과(Venturi effect)에 의해 유속이 향상되는 장점이 있다.

즉, 상기 분리커넥터(120)에 의해 하방으로 유동하는 액상 냉매의 유속이 빨라지므로 상분리 공간(115)에서 액상 냉매와 기상 냉매의 분리가 더욱 빠르게 수행되도록 촉진시키는 효과가 있다.

또한, 상기 열교환 공간(135)에서 냉매의 열교환 유속을 유지시켜주는 장점이 있다. 상기 열교환 공간(135)에서 냉매의 유속이 유지됨에 따라 후술할 열교환튜브(140)를 유동하는 냉매와 보다 균일하고 효과적인 열 교환을 수행할 수 있는 장점이 있다.

상기 냉매분리장치(100)는 상기 분리커넥터(120)와 연결되는 내부케이스(130)를 더 포함할 수 있다.

상기 내부케이스(130)는 일 방향으로 길게 연장된 관으로 형성할 수 있다. 일례로, 상기 내부케이스(130)는 하방을 향하여 동일한 내경을 가지도록 연장될 수 있다. 그리고 상기 내부케이스(130)는 내부(내측) 공간으로 냉매가 유동할 수 있도록 상, 하부가 개구되도록 형성할 수 있다.

상기 내부케이스(130)는 상기 외부케이스(110)로부터 이격되도록 위치할 수 있다. 즉, 상기 내부케이스(130)는 상기 외부케이스(110)의 내부 공간에 상기 외부케이스(110)로부터 소정의 거리만큼 이격되어 위치할 수 있다. 상세히, 상기 내부케이스(130)의 외경은 상기 외부케이스(110)의 내경보다 작게 형성되어 내부케이스(130)의 외측 방향으로 상호 이격될 수 있으며, 상기 내부케이스(130)의 하단부는 상기 외부케이스(110)의 하단부보다 상방에 위치하여 상하 방향으로도 이격될 수 있다.

이에 의하면, 난방 운전에서 상기 내부케이스(130)의 내부로 유동하는 냉매는 상기 내부케이스(130)의 하단부에서 토출되어 상기 외부케이스(110)의 내측과 상기 내부케이스(130)의 외측 사이의 공간으로 유동할 수 있다. 또한, 냉방 운전에서 상기 외부케이스(110)의 내측과 상기 내부케이스(130)의 외측 사이의 공간에 유입된 냉매는 상기 내부케이스(130)의 하단 개구를 통해 상기 내부케이스(130)의 내부로 유입되어 상기 분리커넥터(120)로 유동할 수 있다.

상기 내부케이스(130)의 내경은 상기 분리커넥터(120)의 하측개구(124)의 내경과 동일하게 형성할 수 있다. 즉, 상기 내부케이스(130)는 상기 분리커넥터(120)와 연통될 수 있다.

보다 상세히, 상기 내부케이스(130)의 상단부는 상기 분리커넥터(120)의 하단부와 결합될 수 있다. 즉, 상기 내부케이스(130)의 상단부는 상기 하측개구(124)와 연통되도록 상기 분리커넥터(120)에 결합할 수 있다.

상기 냉매분리장치(100)는 상기 내부케이스(130)의 외주면을 다수 회 권취하도록 연장되는 열교환튜브(140)를 더 포함할 수 있다.

상기 열교환튜브(140)는 중공이 형성된 관을 포함할 수 있다. 그리고 상기 열교환튜브(140)는 상기 바이패스포트(105)와 제 2 포트(102)에 결합될 수 있다. 즉, 상기 열교환튜브(140)의 일 단부는 상기 바이패스포트(105)에 결합될 수 있으며, 상기 열교환튜브(140)의 타 단부는 상기 제 2 포트(102)에 결합될 수 있다.

상기 열교환튜브(140)는 상기 바이패스포트(105)로부터 상방을 향하여 상기 내부케이스(130)의 외주면을 다수 회 감싸도록 연장될 수 있다, 그리고 상기 내부케이스(130)의 상측에 도달한 열교환튜브(140)는 상기 제 2 포트(102)로 연장될 수 있다.

여기서, 상기 바이패스포트(104)는 상기 열교환튜브(140)로 냉매의 유입을 가이드하므로 상기 열교환튜브(140)의 유입부로 이해할 수 있으며, 상기 제 2 포트(102)는 상기 열교환튜브(140)로부터 냉매의 토출을 가이드하므로 상기 열교환튜브(140)의 토출부로 이해할 수 있다.

상기 바이패스포트(104)로부터 유입된 냉매는 상기 내부케이스(130)의 외주면을 따라 권취되는 상기 열교환튜브(140)의 내부를 따라 유동하면서 상기 열교환 공간(135)에 채워진 냉매와 열 교환이 이뤄질 수 있다.

그리고 상기 열교환튜브(140)는 상기 열교환 공간(135)에서 열 전달 효율을 향상시키기 위해 나선형(Spiral) 관을 포함할 수 있다. 상기 열교환튜브(140)의 형상에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

한편, 상기 냉매분리장치(100)의 상분리 공간(115)에서는 상부 연결관(155) 및 하부 연결관(158)이 상하 방향으로 이격되어 위치할 수 있다. 그리고 난방 운전이 수행되는 경우, 상기 상부 연결관(155) 및 하부 연결관(158)으로부터 토출되는 냉매는 상 분리 효율을 높여주기 위해 상기 상분리 공간(115)에서 사이클론 유동을 형성할 수 있다.

이하에서는, 이와 관련하여 도 3을 참조해 상세히 설명한다. 도 3은 도 1의 A-A’ 횡단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 하부 연결관(158)은, 상기 외부케이스(110)를 관통하여 상기 상분리 공간(115)으로 삽입될 수 있다. 그리고 상기 하부 연결관(158)은 상기 상분리 공간(115)에서 상기 외부케이스(110)의 내주면을 향하여 절곡되는 하부절곡관(158a)및 상기 하부절곡관(158a)의 단부에 형성되는 개구인 하부개구(158b)를 포함할 수 있다.

일례로, 상기 하부절곡관(158a)이 절곡되어 연장되는 평면은, 상술한 상기 하부 연결관(158)이 상기 냉매분리장치(100)를 향하도록 절곡되어 연장되는 평면과 수직을 이룰 수 있다. 이 경우, 상기 하부절곡관(158a)은 상기 냉매분리장치(100)의 수평 단면에서 수직한 방향으로 절곡될 수 있다.

상기 하부 절곡관(158a)은 내부로 유동하는 냉매에 회전하는 힘이 발생되도록 연장될 수 있다. 상세히, 상기 하부 절곡관(158a)은 상기 하부 연결관(158)을 유동하는 냉매에 원심력이 발생되도록 일 평면상에서 원호가 그려지도록 연장될 수 있다.

상기 하부개구(158b)는 상기 외부케이스(110)의 내주면을 향하여 개구되도록 형성될 수 있다. 따라서, 난방 운전 모드에서 상기 하부 연결관(158)의 내부를 유동하는 냉매는 상기 하부 절곡관(158a)을 통해 회전되어 상기 외부케이스(110)의 내주면으로 토출될 수 있다. 그리고 상기 하부개구(158b)에서 토출된 냉매는 원심력에 의해 상기 외부케이스(100)의 내주면을 따라 충돌하면서 유동하게 되므로 상기 상분리 공간(115)에서 사이클론을 형성할 수 있다.

한편, 상기 상부 연결관(155)은 상기 하부 연결관(158)과 동일한 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 도 3의 그림은 상부 연결관(155)의 설명에도 동일하게 원용할 수 있다.

상기 상부 연결관(155)은 상기 외부케이스(110)를 관통하여 상기 상분리 공간(115)으로 삽입될 수 있다. 그리고 상기 상부 연결관(155)은 상기 상분리 공간(115)에서 상기 외부케이스(110)의 내주면을 향하여 절곡되는 상부절곡관(155a) 및 상기 상부절곡관(155a)의 단부에 형성되는 개구인 상부개구(155b)를 포함할 수 있다.

일례로, 상기 상부절곡관(155a)이 절곡되어 연장되는 평면은, 상술한 상기 상부 연결관(155)이 상기 냉매분리장치(100)를 향하도록 절곡되어 연장되는 평면과 수직을 이룰 수 있다. 이 경우, 상기 상부절곡관(155a)은 상기 냉매분리장치(100)의 수평 단면에서 수직한 방향으로 절곡될 수 있다.

상기 상부 절곡관(155a)은 내부로 유동하는 냉매에 회전하는 힘이 발생되도록 연장될 수 있다. 상세히, 상기 상부 절곡관(155a)은 상기 상부 연결관(155)을 유동하는 냉매에 원심력이 발생되도록 일 평면상에서 원호가 그려지도록 연장될 수 있다.

상기 상부개구(155b)는 상기 외부케이스(110)의 내주면을 향하여 개구되도록 형성될 수 있다. 따라서, 난방 운전 모드에서 상기 상부 연결관(155) 내부를 유동하는 냉매는 상기 상부 절곡관(155a)을 통해 회전되어 상기 외부케이스(110)의 내주면으로 토출될 수 있다. 그리고 상기 상부개구(155b)로 토출된 냉매는 원심력에 의해 상기 외부케이스(100)의 내주면을 따라 충돌하면서 유동하게 되므로 상기 상분리 공간(115)에서 사이클론 유동을 형성할 수 있다.

결국, 상부개구(155b) 및 하부개구(158b)로부터 토출되어 상기 냉매분리장치(100)로 도입되는 냉매의 유동은, 각각 사이클론 유동을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 상분리 공간(115)에서 기상 냉매와 액상 냉매의 상 분리가 상대적으로 더욱 촉진될 수 있다.

더하여, 상기 냉매분리장치(100)로 도입되는 냉매는 이중(dual)의 사이클론 유동을 형성할 수 있기 때문에 상 분리가 더욱 용이해지는 장점이 있다.

또한, 난방 운전에서 상기 공기조화기는, 상기 사전분리부(150)에서의 1차적인 상 분리(최초) 및 상기 냉매분리장치(100)의 내부에서 2차적인 상 분리(재차)가 수행되기 때문에 기상 냉매와 액상 냉매의 상 분리가 보다 효과적으로 수행되는 장점이 있다.

한편, 상술한 바와 같이 상기 열교환튜브(140)는 열교환 공간(135)에서 열 전달 효율을 향상시키기 위해 나선형(Spiral) 관을 포함할 수 있다. 이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여, 상기 열교환튜브(140)의 형상에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 도 1의 B-B’ 횡단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에 구비되는 열교환튜브의 형상과 절단면을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 열교환튜브(140)는 나선형 관을 포함할 수 있다. 상세히, 상기 열교환튜브(140)는 둘레를 따라 외측으로 돌출 형성되는 다수의 핀 및 내측으로 돌출 형성되는 릿지를 포함할 수 있다.

상기 핀 및 릿지는 상기 열교환튜브(140)의 둘레를 따라 나선형으로 연속되도록 형성할 수 있다. 상세히, 상기 다수의 핀 및 상기 릿지는, 열교환튜브(140)의 외면에 일체로 형성되며, 나선 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 열교환튜브(140)의 길이 방향으로 상기 다수의 핀과 상기 릿지가 교대로 위치할 수 있다.

따라서, 상기 열교환튜브(140)는 상기 다수의 핀 및 릿지에 의해 상기 열교환튜브(140)의 열 전달 면적을 높일 수 있다.

이하에서는, 상기 공기조화기의 운전 모드에 따른 냉매분리장치에서의 냉매유동에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 난방 운전에 따른 냉매의 유동을 보여주는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에 구비되는 냉매분리장치 내부에서 난방 운전 또는 부분 부하 운전에 따른 냉매의 유동을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 상기 공기조화기의 난방 운전이 수행되는 경우, 압축기(10)로부터 토출되는 냉매는, 유동전환부(20)를 거쳐 응축기로 작동하는 실내 열교환기(30)를 통과할 수 있다.

그리고 상기 실내 열교환기(30)를 통과하여 응축된 냉매는 실내 연결유로(36)를 따라 제 1 팽창장치(41)를 통과하여 사전분리부(140)의 가이드관(153)으로 유입될 수 있다. 이때, 상기 제 1 팽창장치(41)의 개도는 완전 개방(full open)상태일 수 있다.

상기 가이드관(153)으로 유입된 냉매는 분지관(151)과 하부연결관(158)의 가이드에 다라 상기 냉매분리장치(100)의 내부 공간으로 유입될 수 있다. 이때, 제어부는 상부냉매밸브(156)를 닫고 하부냉매밸브(159)를 개방하도록 제어할 수 있다.

상기 냉배분리장치(100)의 내부 공간으로 유입된 냉매는 압력 차에 의해 분리커넥터(120) 및 내부케이스(130)의 내측 유동 공간을 따라 하방으로 유동하여 토출될 수 있다.

상기 내부케이스(130)의 하단부에서 토출된 냉매는 상기 내부케이스(130)의 외측과 외부케이스(110)의 내측 사이 공간을 따라 실외포트(103)로 유입되고 실외 연결유로(56)를 따라 제 2 팽창장치(42)를 통과할 수 있다. 이때, 제어부는 상기 제 2 팽창장치(42)의 개도를 감소하도록 제어할 수 있다.

상기 제 2 팽창장치(42)를 통과하며 팽창된 냉매는, 증발기로 작동하는 실외 열교환기(50)를 통과할 수 있다. 상기 실외 열교환기(50)를 통과한 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(60)로 거쳐 다시 압축기(10)의 흡입 측으로 회수될 수 있다.

한편, 상기 공기조화기의 난방 운전 수행 중, 상기 압축기(10)의 부하가 증가할 수 있다. 이 경우, 상기 공기조화기는 제 1 인젝션유로(210)와 제 2 인젝션유로(220)를 통해 압축기(10)로 기상 냉매를 주입시켜 압축기의 부하를 감소시킬 수 있다.

도 7을 참조하면, 압축기(10)의 부하가 증가하게 되는 경우 제어부는 제 1 팽창장치(41)의 개도를 감소시키고 상부냉매밸브(156)가 개방되도록 제어할 수 있다.

이에 의하면, 상기 가이드관(153)으로 유입되는 냉매는, 상기 제 1 팽창장치(41)를 통과하면서 이상(2-phase)상태의 냉매가 될 수 있다.

상기 가이드관(153)으로 유입된 냉매는 상부연결관(155) 및 하부연결관(158)이 각각 상하로 연결된 분지관(151)을 통과하면서 1차적인 상 분리가 수행될 수 있다.

그리고 상기 상부연결관(155) 및 하부연결관(158)으로 유입된 냉매는, 각각 상부절곡관(155a)과 하부절곡관(158a)의 가이드에 따라 회전하며 상기 냉매분리장치(100)의 상분리 공간(115)에 토출될 수 있다. 그리고 상기 상분리 공간(115)으로 토출된 냉매는 원통형의 상기 외부케이스(110)의 내주면을 따라 듀얼(dual) 사이클론 유동을 형성할 수 있다.

상기 1차적인 상 분리 및 듀얼 사이클론 유동에 의하여, 상기 상분리 공간(115)에서는 2차적인 상 분리가 용이하게 수행될 수 있다. 이와 관련한 상세한 설명은 도 8을 참조하여 후술한다.

상기 상분리 공간(115)에서 2차적인 상 분리가 수행되어 분리된 기상 냉매는 상기 제 1 포트(101)를 통해 제 1 인젝션유로(210)로 유입될 수 있다. 이때, 상기 제어부는 제 1 인젝션밸브(215)를 개방상태로 제어할 수 있다. 상기 제 1 인젝션유로(210)에 의해 상기 압축기(10)의 고압포트로 기상 냉매가 제공될 수 있다.

또한, 상기 상분리 공간(115)에서 2차적인 상 분리가 수행되어 분리된 액상 냉매는 분리커넥터(120)의 가이드에 따라 내부케이스(130)의 내측 공간으로 유입될 수 있다. 상기 분리커넥터(120)를 유입되는 액상 냉매는 벤츄리 효과에 따라 유속의 증가할 수 있다. 이에 의하면, 상기 2차적인 상 분리가 촉진되는 장점이 있다.

상기 내부케이스(130)의 내측 공간을 따라 하방으로 유동하는 액상 냉매는, 상기 내부케이스(130)의 하단부에서 토출되며, 압력 차에 의해 상기 내부케이스(130)의 외측과 외부케이스(110)의 내측 사이 공간을 따라 상기 실외포트(103)로 유입될 수 있다.

상기 실외포트(103)로 유입된 냉매는 상기 실외 연결유로(56)의 가이드에 따라 상기 제 2 팽창장치(42) 및 실외 열교환기(50)로 유동할 수 있다.

한편, 상기 압축기(10)의 고압포트로 주입(injection)되는 기상 냉매로 압축기의 부하를 감소시키기 부족한 경우, 상기 제어부는 제 2 인젝션밸브(225)의 개도를 제어함으로써 상기 실외 연결유로(56)를 유동하는 냉매 중 일부가 상기 바이패스유로(58)로 유입되도록 제어할 수 있다.

이 경우, 상기 바이패스유로(58)로 유입된 냉매는, 상기 제 2 인젝션밸브(225)를 통과하면서 미리 설정된 압력으로 감압될 수 있다.

그리고 상기 제 2 인젝션밸브(225)를 통과한 냉매는 바이패스포트(104)를 통해 열교환튜브(140)로 유입될 수 있다. 상기 열교환튜브(140)로 유입된 냉매는 상기 내부케이스(130)의 외측으로 권취되는 열교환튜브(140)의 가이드를 따라 유동하면서 상기 내부케이스(130)의 내측 공간과, 상기 내부케이스(130)의 외측과 상기 외부케이스(110)의 내측 사이 공간을 유동하는 액상 냉매와 열 교환할 수 있다.

즉, 열교환 공간(135)에서 상기 열교환튜브(140)를 유동하는 냉매와 상기 실외포트(103)를 향하여 유동하는 액상 냉매 사이에 열 교환이 이뤄질 수 있다. 그리고, 상기 열교환튜브(140)는 나선형 관으로 형성되므로 열 전달 효율이 상대적으로 높은 장점이 있다.

상기 열교환 공간(135)에서 수행되는 열 교환에 의하여, 상기 실외 포트(103)로 유동하는 액상 냉매는 과냉될 수 있고, 상기 열교환튜브(140)를 따라 유동하는 냉매는 저압의 기상 냉매가 될 수 있다.

그리고 상기 열교환튜브(140)의 기상 냉매는 제 2 포트(102)를 통해 제 2 인젝션유로(220)로 유입될 수 있다. 상기 제 2 인젝션유로(220)로 유입된 기상 냉매는 상기 압축기(10)의 저압포트로 제공되어 압축기의 부하를 감소시킬 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에 구비되는 냉매분리장치의 유동해석결과 및 상 분리 효율을 보여주는 실험 그래프이다. 보다 상세히, 도 8a는 사전분리부가 구비되지 않은 냉매분리장치의 실험 그래프이고, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 상기 사전분리부(150)가 구비된 냉매분리장치(100)의 실험그래프이다.

도 8a를 참조하면, 좌측의 그림은 사전분리부(150)가 구비되지 않은 냉매분리장치에서 냉매가 유입구(In1)로 유입되는 경우 내부 냉매의 유동을 해석한 그림이며, 우측의 그림은 소정의 시간이 경과한 후 상 분리 상태를 확인할 수 있는 냉매의 유동 그림이다.

도 8b를 참조하면, 좌측의 그림은 본 발명의 실시예에 따른 냉매분리장치(100)에서 냉매가 사전분리부(150)의 유입구(In1’)로 유입되는 경우, 1차적인 상 분리를 수행한 후 상분리 공간(115)으로 도입되는 유동을 해석한 그림이며, 우측의 그림은 소정의 시간이 경과한 후 상 분리 상태를 확인할 수 있는 냉매의 유동 그림이다.

한편, 상기 냉매의 유동 해석은 용적분율(Volume fraction)을 나타내는 선 색상(contour)을 통하여 할 수 있으며, 빨강색이 진할수록 기상 냉매의 비율이 높아지며 푸른색이 진할수록 액상 냉매의 비율이 높아진다.

도 8a 및 도 8b를 비교하면, 액상 냉매 유출구(Out1, Out1’) 및 기상 냉매 유출구(Out2, Out2’)에서의 용적분율(Volume fraction)을 확인할 수 있다.

상세히, 도 8a에서 사전분리부가 구비되지 않은 냉매분리장치는, 액상 냉매 유출구(Out1)에서 액상 냉매의 비율 및 기상 냉매 유출구(Out2)에서 기상 냉매의 비율이, 본 발명의 실시예에 따른 도 8b의 실외 포트(103,Out1’)에서 액상 냉매의 비율 및 제 1 포트(101,Out2’)에서 기상 냉매의 비율보다 낮은 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 8b의 우측 그림에서 분리커넥터(120) 및 내부케이스(130)로 유입되는 냉매의 조성을 확인해보면, 도 8a보다 액상 냉매의 비율이 큰 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 냉매분리장치(100)에서 상기 사전분리부(150)에 의해 1차적으로 상 분리를 수행한 경우, 기상 냉매와 액상 냉매의 상 분리 효율이 사전분리부가 없는 경우보다 향상되는 것을 확인할 수 잇다.

도 8c는 도 8a 및 도 8b에서의 분리 효율을 도식적으로 보여주는 그래프이다.

도 8c를 참조하면, 도 8a의 액상 냉매 유출구(Out1)에서 기상 냉매 비율이 도 8b의 실외 포트(103,Out1’)에서 기상 냉매 비율보다 큰 것을 확인할 수 있다.

또한, 상 분리 효율은, 액상 냉매 유출구(Out1,Out1’)에서의 액상 냉매 질량을 유입구(In1,In1’)로 유입되는 액상 냉매의 질량으로 나눈 값으로 정의한다. 이에 따르면, 도 8a에서 사전분리부가 구비되지 않은 냉매분리장치의 상 분리 효율은 93.5%이며, 도 8b에서 사전분리부(150)가 구비된 본 발명의 실시예에 따른 냉매분리장치(100)의 상 분리 효율은 99.4%로 상기 사전분리부(150)에 따른 상 분리 효율의 향상을 확인할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉방 운전에 따른 냉매의 유동을 보여주는 도면이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에 구비되는 냉매분리장치 내부에서 냉방 운전 또는 부분 부하 운전에 따른 냉매의 유동을 예시적으로 보여주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 상기 공기조화기의 냉방 운전이 수행되는 경우, 압축기(10)로부터 토출되는 냉매는, 유동전환부(20)를 거쳐 응축기로 작동하는 실외 열교환기(50)를 통과할 수 있다.

그리고 상기 실외 열교환기(50)를 통과하여 응축된 냉매는 실외 연결유로(56)를 따라 제 2 팽창장치(42)를 통과하여 냉매분리장치(100)의 실외포트(103)로 유입될 수 있다. 이때, 상기 제 2 팽창장치(42)의 개도는 완전 개방(full open)상태일 수 있다.

상기 실외포트(103)로 유입된 냉매는 열교환튜브(140)의 외곽을 따라 열교환 공간(135)의 하측으로 유동하게 되며, 압력 차에 의해 상기 내부케이스(130)의 내부 공간으로 유입되어 상방으로 유동할 수 있다.

그리고 상기 내부케이스(130) 및 분리커넥터(120)의 가이드에 따라 상분리 공간(115)으로 유입된 냉매는, 사전분리부(150)의 상부연결관(155)으로 유입될 수 있다. 이때, 제어부는 냉매 사이클을 순환하는 냉매량이 적어지도록 상부냉매밸브(156)를 열고 하부냉매밸브(159)를 닫도록 제어할 수 있다. 이에 의하면, 상기 냉매분리장치(100)의 내부에 저장되는 냉매량이 증가할 수 있는 장점이 있다. 이와 관련된 상세한 설명은 도 11을 참조하여 후술한다.

상기 상부연결관(155)을 통해 가이드관(153)으로 유입된 냉매는, 상기 제 1 팽창장치(41)를 통과하며 팽창될 수 있다. 이때, 제어부는 상기 제 1 팽창장치(41)의 개도를 감소하도록 제어할 수 있다.

상기 제 1 팽창장치(41)를 통과한 냉매는, 증발기로 작동하는 실내 열교환기(30)를 통과하고, 어큐뮬레이터(60)를 거쳐 다시 압축기(10)의 흡입측으로 회수될 수 있다.

한편, 상기 공기조화기의 냉방 운전 수행 중, 상기 압축기(10)의 부하가 증가할 수 있다. 즉, 부분 부하 운전이 수행될 수 있다.

상기 부분 부하 운전은 상술한 냉방 주 운전 중 난방 운전을 수행하는 실내기가 증가되는 경우로 이해할 수 있다. 이 경우, 냉매 사이클을 순환하는 냉매량이 증가되야 하므로 상기 냉매분리장치(100)에 저장되는 냉매량을 감소시키면서, 제 2 인젝션유로(220)를 통해 기상 냉매를 압축기(10)로 주입시킬 수 있다.

도 10을 참조하면, 부분 부하 운전이 수행되는 경우 상기 제어부는 제 2 인젝션밸브(225)가 개방되도록 제어할 수 있다. 그리고 상기 제어부는 제 2 인젝션밸브(225)의 개도를 조절하여 통과하는 냉매의 감압이 이뤄지도록 할 수 있다.

이에 의하면, 상기 실외 연결유로(56)를 유동하는 냉매 중 일부는 상기 바이패스유로(58)로 분지되어 상기 제 2 인젝션밸브(225)를 통과할 수 있다. 그리고 상기 제 2 인젝션밸브(225)를 통과하며 감압된 냉매는 이상(2-phase)상태로 상기 열교환튜브(140)에 유입될 수 있다.

상기 열교환튜브(140)로 유입된 냉매는, 상기 열교환튜브(140)의 가이드에 따라 유동하면서 상기 실외포트(103)를 통해 내부케이스(130)로 유입되는 상대적으로 고압인 냉매와 열 교환될 수 있다. 이에 의하면, 최종적으로 상기 제 2 포트(102)를 통해 제 2 인젝션유로(220)를 유입되는 냉매는 상대적으로 저압인 기상 냉매가 될 수 있다.

그리고 상기 저압인 기상 냉매는 제 2 인젝션유로(220)의 가이드에 따라 상기 압축기(10)의 저압포트에 유입될 수 있다. 따라서, 압축기의 부하를 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상부냉매밸브(156)를 닫고 하부냉매밸브(159)를 개방하여 상기 하부연결관(158)으로 냉매가 유입되도록 제어할 수 있다.

이에 의하면, 상분리 공간(115)에서 상기 하부연결관(158)의 상측 공간의 냉매가 상기 하부연결관(158)으로 배출되어 냉매 사이클을 순환하는 냉매량을 증가시킬 수 있다.

상기 하부연결관(158)으로 유입된 냉매는 상기 제 1 팽창장치(41)를 통과하며 감압되고 상기 실내 열교환기(30)를 통과하며 증발하게 된다. 그리고 상기 실내 열교환기(30)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(60)를 거쳐 상기 압축기(10)의 흡입측으로 유입될 수 있다.

도 11은 냉매 사이클을 순환하는 냉매량 대비 공기조화기의 운전 모드에 따른 효율을 보여주는 그래프이다.

상술한 바와 같이, 부분 부하 운전은, 냉방 주 운전모드뿐만 아니라 난방 주 운전 모드에서도 상기 압축기(10)의 부하가 증가되어 인젝션유로(210,220)를 통해 냉매를 압축기(10)로 공급하는 경우를 포함하는 운전 모드로 이해할 수 있다.

그리고 상기 압축기(10)의 부하가 증가되는 경우는 다수의 실내기 중 난방 운전을 수행하는 실내기가 증가하게 되는 경우로 이해할 수 있다. 상기 압축기(10)의 부하가 증가되면, 제어부는 상기 냉매분리장치(100)에 저장된 기상 냉매를 상기 인젝션유로(210,220)로 유입시켜 상기 압축기(10)에 주입되도록 제어할 수 있다.

도 11을 참조하면, 난방 표준운전(실선)에서 최대의 효율을 실현하기 위한 냉매량(100%)을 기준으로 할 때, 냉방 표준운전(1점쇄선)에서 최대의 효율을 실현하기 위한 냉매량은 기준대비 약 75% 이다.

여기서, 난방 표준운전(실선)은 다수의 실내기가 구비되는 공기조화기에서 모든 실내기가 난방을 제공하기 위해 응축기로 작동하는 경우로 이해할 수 있다. 그리고 냉방 표준운전은 상기 모든 실내기가 냉방을 제공하기 위해 증발기로 작동하는 경우로 이해할 수 있다.

그리고 냉방 부분 부하운전(점선)에서 최대의 효율을 실현하기 위한 냉매량은 기준대비 약 85% 이다. 다만, 상기 냉방 부분 부하운전(점선)에서 최대의 효율은, 하나의 예시적인 운전을 가정한 것이므로, 실내기의 부하 운전에 따라 상기 난방 표준 운전과 냉방 표준 운전의 최대 효율 사이에 값이 형성될 수 있다.

따라서, 상기 공기조화기(10)는 냉매량에 따른 최적의 냉난방 효율을 달성하기 위해, 냉방 운전에서 순환되는 냉매량은 감소되도록 제어할 수 있고, 난방 운전에서 순환되는 냉매량은 최대한 증가되도록 제어할 수 있다.

즉, 각각의 운전 모드에 따라 최적의 효율을 실현하기 위해서 상기 공기조화기는 사이클을 순환하는 냉매량이 가변되도록 제어해야 한다. 일례로, 냉매량 가변 범위는 난방 표준운전(실선)에서 최적의 효율을 달성할 수 있는 냉매량을 기준(100%)으로, 냉방 표준운전(1점쇄선)에서 최적의 효율을 달성할 수 있는 냉매량(75%)까지 가변되는 것이 바람직하다.

정리하면, 냉방 운전에서는 냉매 사이클을 순환하는 냉매량이 최소로 될 수 있고, 난방 운전에서는 냉매 사이클을 순환하는 냉매량이 최대로 될 수 있다.

그러나, 종래 공기조화기는 리시버의 체적이 고정되는 한계가 있어 냉매를 저장할 수 있는 용량에 한계가 있다. 따라서, 운전 모드에 따라 냉매 사이클을 순환하는 냉매량을 최적으로 제공하지 못하여 냉난방 효율이 감소되는 문제가 있다.

반면에, 본 발명의 실시예에 따른 상기 냉매분리장치(100)는, 냉방 운전이 수행되는 경우 상부냉매밸브(156)를 개방하고 하부냉매밸브(159)를 폐쇄함으로써, 냉매 사이클을 순환하는 냉매량이 최소가 될 수 있도록 내부 공간(저장 공간)의 체적을 최대 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 상기 냉매분리장치(100)의 냉매 저장 공간이 냉방 부분 부하 운전에서 냉방 운전으로 전환되는 경우, 최대가 되도록 내부 공간을 가변할 수 있으며, 이에 의하면, 운전 모드에 따라 최대의 냉난방 효율을 달성할 수 있는 장점이 있다.

그리고 부분 부하 운전이 수행되어 냉매 사이클을 순환하는 냉매량이 증가되어야 하는 경우, 상부냉매밸브(156)를 폐쇄하고 하부냉매밸브(159)를 개방하여 상기 냉매 사이클을 순환하는 냉매량이 증가되도록 할 수 있는 장점이 있다.

10: 압축기 100: 냉매분리장치
110: 외부케이스 120: 분리커넥터
130: 내부케이스 140: 열교환튜브
150: 사전분리부

Claims

다단 압축을 위한 복수개의 압축부가 구비되는 압축기;
냉매와 실내 공기의 열 교환을 수행하는 실내 열교환기;
냉매와 실외 공기의 열 교환을 수행하는 실외 열교환기;
상기 실내 열교환기와 실내 연결유로에 의해 연결되는 사전분리부; 및
상기 사전분리부가 외측에 결합되는 냉매분리장치를 포함하며,
상기 냉매분리장치는,
상기 사전분리부와 연통되는 내부 공간을 형성하는 외부케이스;
상기 외부케이스의 내주면에 접하며, 상하 방향으로 개구되는 분리커넥터;
상기 분리커넥터에 결합되며, 상기 외부케이스의 내주면과 이격되도록 위치하는 내부케이스;
상기 내부케이스의 외면을 권취하도록 연장되는 열교환튜브; 및
상기 내부케이스의 외측과 상기 외부케이스의 내측으로 규정되는 공간에 연통되며, 상기 실외 열교환기와 실외 연결유로에 의해 연결되는 실외포트를 포함하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 실외 연결유로로부터 분지되어 상기 열교환튜브로 연장되는 바이패스유로를 더 포함하는 공기조화기.
제 2 항에 있어서,
상기 냉매분리장치로부터 상기 압축기의 고압포트로 연장되는 제 1 인젝션유로; 및
상기 냉매분리장치로부터 상기 압축기의 저압포트로 연장되는 제 2 인젝션유로를 더 포함하는 공기조화기.
제 3 항에 있어서,
상기 냉매분리장치는,
상기 내부 공간의 상측과 연통되며, 상기 제 1 인젝션유로와 결합되는 제 1 포트;
상기 열교환튜브의 유입부로 정의되며, 상기 바이패스유로가 결합되는 바이패스포트; 및
상기 열교환튜브의 토출부로 정의되며, 상기 제 2 인젝션유로가 결합되는 제 2 포트를 더 포함하는 공기조화기.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 인젝션유로에 설치되는 제 1 인젝션밸브; 및
상기 바이패스유로에 설치되는 제 2 인젝션밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 실내 연결유로에 설치되는 제 1 팽창장치; 및
상기 실외 연결유로에 설치되는 제 2 팽창장치를 더 포함하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 열교환튜브는 나선형(Spieal)관을 포함하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 실외포트는, 상기 분리커넥터보다 하방에 위치하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 압축기의 부하에 따라, 상기 냉매분리장치에 수용된 냉매 중 일부를 상기 압축기에 주입되도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 사전분리부는,
난방 운전이 수행되는 경우, 기상 냉매와 액상 냉매가 분리되는 제 1 상분리를 수행하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 10 항에 있어서,
상기 냉매분리장치는,
상기 사전분리부로부터 도입된 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하는 제 2 상분리를 수행하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 사전분리부는,
상기 실내 연결유로와 연결되는 가이드관;
상기 가이드관으로부터 냉매가 분지되도록 연장되는 분지관;
상기 분지관의 일 단부로부터 연장되어 상기 냉매분리장치로 삽입되는 상부연결관; 및
상기 분지관의 타 단부로부터 연장되어 상기 냉매분리장치로 삽입되는 하부연결관을 포함하는 공기조화기.
제 12 항에 있어서,
상기 분지관은 상기 냉매분리장치와 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 12 항에 있어서,
상기 분지관은 상기 가이드관으로부터 상하 방향으로 분기되도록 연장되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 12 항에 있어서,
상기 가이드관은 상기 분지관의 중심부에 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 12 항에 있어서,
상기 상부연결관은 상기 하부연결관보다 상방에 위치하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 12 항에 있어서,
상비 상부연결관 및 하부연결관은, 상기 외부케이스의 내주면을 향하여 절곡되는 절곡관을 포함하는 공기조화기.
냉매 사이클을 형성하는 압축기, 응축기, 증발기 및 팽창장치와, 상기 응축기를 통과한 냉매를 도입하여 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하는 냉매분리장치를 포함하는 공기조화기에 있어서,
상기 냉매분리장치는,
내부 공간을 형성하는 외부케이스;
상기 내부 공간을 상하로 구획하는 상부개구와 상기 상측개구로부터 내경이 작아지도록 연장되는 하측개구를 구비하는 분리커넥터; 및
상기 하측개구로부터 상기 외부케이스의 내주면과 이격되도록 연장되는 내부케이스를 포함하는 공기조화기.
제 18 항에 있어서,
상기 상부개구는 상기 외부케이스의 내주면을 따라 접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 18 항에 있어서,
상기 분리커넥터는 콘(Cone)형상을 포함하는 공기조화기
제 18 항에 있어서,
상기 분리커넥터는 하방으로 통과하는 냉매의 유속이 증가되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 18 항에 있어서,
상기 냉매분리장치의 외측에서 상기 내부 공간으로 삽입되는 상부연결관; 및
상기 상부연결관 보다 하방에 위치하며, 상기 내부 공간으로 삽입되는 하부연결관을 더 포함하는 공기조화기.
제 22 항에 있어서,
상기 상부연결관에 설치되는 상부냉매밸브; 및
상기 하부연결관에 설치되는 하부냉매밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제 23 항에 있어서,
상기 냉매분리장치는, 상기 내부 공간에 저장되는 냉매량이 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 23 항에 있어서,
상기 상부냉매밸브 및 하부냉매밸브는, 상기 냉매 사이클을 순환하는 냉매량이 조절되도록 개폐되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.