KR20200059578A - 과냉각 열교환기 및 이를 포함하는 공기조화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 과냉각 열교환기는, 아우터 배관; 아우터 배관의 내부에 배치되고 아우터 배관의 내부를 제1공간과 제2공간으로 구획하는 격벽; 및 아우터 배관의 내부에 배치되며 격벽을 관통하는 적어도 하나의 이너 배관을 포함할 수 있다.
아우터 배관에는, 이너 배관의 양 단부 중 제1공간측의 단부와 연통된 제1입구; 이너 배관의 양 단부 중 제2공간측의 단부와 연통된 제1출구; 제1공간과 연통되는 제2입구; 제1공간과 연통되고 제2입구와 이격된 제2출구; 제2공간과 연통되는 제3입구; 및 제2공간과 연통되고 제3입구와 이격된 제3출구가 형성될 수 있다.

Description

과냉각 열교환기 및 이를 포함하는 공기조화 시스템{Supercooling heat exchanger and air conditioning system including the same}
본 발명은 과냉각 열교환기 및 이를 포함하는 공기조화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 열은 고온 측에서 저온 측으로는 자연히 이동하지만 저온 측에서 고온 측으로 열을 이동시키려면 외부에서 어떤 작용을 가하여야 한다. 이것이 히트펌프의 원리이다. 히트펌프 공기조화기는 냉매의 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 냉동사이클로 순환되는 열에 대한 운반 메커니즘(mechanism)을 가역적으로 사용하여 냉 방 또는 난방 운전을 수행하며, 냉매의 압축을 위해 통상 압축기를 구비하고 있다.
최근에는, 이러한 히트펌프 공기조화기의 냉방 또는 난방 능력을 향상시키기 위하여 압축기(구체적으로, 압축실)에 기체상태의 냉매를 분사하는 증기 분사(Vapor Injection) 과냉각기를 도입하고 있다.
좀 더 상세히, 실내열교환기와 실외열교환기를 연결하는 연결배관에서 분기된 분기 배관이 압축기에 마련된 분사포트에 연결하고, 상기 분기 배관에는 냉매를 팽창하기 위한 과냉각 팽창밸브가 설치된다. 이 경우, 과냉각 열교환기는 상기 연결배관을 통과하는 냉매와 상기 분기 배관을 통과하는 냉매간의 열교환을 수행한다. 즉, 상기 과냉각 팽창밸브에서 감압 팽창된 냉매는 과냉각 열교환기에서 열교환하여 과열된 기체상태의 냉매가 압축기의 분사포트로 분사된다.
KR10-2010-0063173A (2010년06월11일 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 서로 다른 경로를 통해 유입된 냉매에 의해, 이너 배관을 통과하는 냉매의 2단 냉각이 가능한 과냉각 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 컴팩트한 공기조화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또다른 과제는 공조 성능이 향상된 공기조화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 과냉각 열교환기는, 아우터 배관; 상기 아우터 배관의 내부에 배치되고 상기 아우터 배관의 내부를 제1공간과 제2공간으로 구획하는 격벽; 및 상기 아우터 배관의 내부에 배치되며, 상기 격벽을 관통하는 적어도 하나의 이너 배관을 포함할 수 있다. 상기 아우터 배관에는, 상기 이너 배관의 양 단부 중 상기 제1공간측의 단부와 연통된 제1입구; 상기 이너 배관의 양 단부 중 상기 제2공간측의 단부와 연통된 제1출구; 상기 제1공간과 연통되는 제2입구; 상기 제1공간과 연통되고 상기 제2입구와 이격된 제2출구; 상기 제2공간과 연통되는 제3입구; 및 상기 제2공간과 연통되고 상기 제3입구와 이격된 제3출구가 형성될 수 있다.
상기 제1공간의 길이는 상기 제2공간의 길이보다 길 수 있다.
상기 제2입구는 상기 제1입구와 상기 격벽 중 상기 제1입구에 인접하고, 상기 제2출구는 상기 제1입구와 상기 격벽 중 상기 격벽에 인접할 수 있다.
상기 제3입구는 상기 격벽과 상기 제1출구 중 상기 제1출구에 인접하고, 상기 제3출구는 상기 격벽과 상기 제1출구 중 상기 격벽에 인접할 수 있다.
상기 아우터 배관의 길이 방향에 대해, 상기 제2입구와 상기 제2출구 사이의 거리는 상기 제3입구와 상기 제3출구의 거리보다 멀 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화 시스템은, 아우터 배관; 상기 아우터 배관의 내부에 배치된 적어도 하나의 이너 배관; 상기 아우터 배관 내에 배치되고 상기 이너 배관에 의해 관통되는 격벽; 상기 아우터 배관의 내면과 상기 이너 배관 외면의 사이에 형성되고 상기 격벽의 일측에 위치한 증기분사 유로; 상기 아우터 배관의 내면과 상기 이너 배관 외면의 사이에 형성되고 상기 격벽의 타측에 위치한 바이패스 유로; 상기 이너 배관을 상기 응축기와 연통시키는 제1연결 배관; 상기 제1연결 배관에서 분지되어 상기 증기분사 유로와 연통된 증기분사 입구배관; 상기 증기분사 입구배관에 설치된 증기분사 팽창밸브; 상기 증기분사 유로를 상기 압축기의 흡입부와 연통시키는 증기분사 출구배관; 상기 이너 배관을 상기 증발기와 연통시키는 제2연결 배관; 상기 증발기에서 기상냉매와 액상냉매를 분리하는 기액 분리부재; 상기 기액 분리부재와 상기 바이패스 유로를 연통시키는 바이패스 입구배관; 상기 바이패스 유로를 상기 압축기의 흡입부와 연통시키는 바이패스 출구배관; 및 상기 바이패스 입구배관 또는 바이패스 출구배관에 설치된 바이패스 개폐밸브를 포함할 수 있다.
상기 바이패스 출구배관은, 냉매의 유동 방향에 대해 상기 압축기의 흡입부와 어큐뮬레이터의 사이에 연결될 수 있다.
냉매의 유동 방향에 대하여, 상기 증기분사 유로의 길이는 상기 바이패스 유로의 길이보다 길 수 있다.
상기 기액 분리부재는, 일 방향으로 길게 형성되고 상기 바이패스 입구배관에 연결되는 연결 튜브; 및 상기 연결 튜브와 연결되고 상기 증발기의 리턴밴드를 구성하는 분리 튜브를 포함할 수 있다.
상기 분리 튜브는, 상기 연결 튜브가 연결되고 상기 일 방향으로 길게 형성된 연결부; 및 상기 연결부에서 분지된 리턴부를 포함할 수 있다.
상기 연결 튜브는, 상기 바이패스 입구배관에 연결되는 대경부; 및 상기 연결부의 내부에 삽입되고 상기 연결부의 내경보다 작은 외경을 갖는 소경부를 포함할 수 있다.
상기 압축기의 흡입부는, 상기 증기분사 출구배관이 연결되는 저압 흡입부; 및 상기 저압 흡입부와 이격되고 상기 바이패스 출구배관이 연결되는 중압 흡입부를 포함할 수 있다.
상기 압축기의 주파수가 설정 주파수보다 크면 상기 바이패스 밸브를 오픈하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 증발기의 증발온도를 측정하는 증발 온도센서; 및 상기 압축기의 주파수가 설정 주파수보다 크고 상기 증발 온도센서에서 측정된 온도가 기설정된 설정온도 이하이면 상기 바이패스 밸브를 오픈하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 이너 배관을 통과하는 냉매는 증기분사 유로를 통과하는 냉매에 의해 1차적으로 냉각되고 바이패스 유로를 통과하는 냉매에 의해 2차적으로 냉각된다. 따라서, 과냉각 열교환기에 의해 냉매의 과냉도를 효과적으로 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 과냉각 열교환기의 아우터 배관 내의 공간이 격벽에 의해 구획되므로, 증기분사 유로의 냉매와 바이패스 유로의 냉매가 서로 섞이는 것이 방지될 수 있다.
또한, 냉매의 유동 방향에 대해 증기분사 유로의 길이가 바이패스 유로의 길이보다 길게 형성되므로, 바이패스 유로에 냉매가 유동되지 않는 냉방 운전시에도 이너 배관의 냉매가 충분히 냉각될 수 있다.
또한, 기액 분리부재에 의해 증발기의 기상 냉매가 분리되어 바이패스 유로로 유동되므로, 증발기 및 증발기 후단의 압손이 최소화될 수 있다.
또한, 증기분사 유로에서 과열된 냉매는 압축기의 중압 흡입부로 분사될 수 있다. 이로써, 저압 흡입부로 흡입되는 냉매의 밀도와 압축실의 체적에 의해 제한되는 냉매 흡입량의 한계를 극복할 수 있고, 압축기의 주파수가 상승하는 경우에 압축기의 토출온도가 지나치게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 압축기의 주파수가 설정 주파수보다 클 때 바이패스 밸브가 개방됨으로써, 기액 분리부재로 흐르는 냉매가 환류를 형성하여 기액 분리부재에서 기상 냉매와 액상 냉매가 용이하게 분리될 수 있고, 분리된 기상 냉매가 바이패스 유로로 유동될 수 있다.
또한, 과냉각 열교환기가 증기분사 유로와 바이패스 유로를 모두 포함함으로써, 압축기의 주파수를 높게 유지하여 증발기 및 증발기 후단의 압손이 최소화되는 동시에, 압축기의 높은 주파수를 유지하면서도 압축기의 토출온도가 지나치게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 과냉각 열교환기가 증기분사 유로와 바이패스 유로를 모두 포함함으로써, 각 유로를 포함하는 과냉각 열교환기가 따로 구비되는 경우에 비해 공기조화 시스템이 컴팩트해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화 시스템의 난방 운전 시 냉매의 흐름이 도시된 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화 시스템의 냉방 운전 시 냉매의 흐름이 도시된 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 과냉각 열교환기의 외관이 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 과냉각 열교환기의 내부가 도시된 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액 분리부재의 외관이 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기액 분리부재의 내부가 도시된 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화 시스템의 제어 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 팽창밸브의 제어 순서의 일 예가 도시된 순서도이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 팽창밸브의 제어 순서의 다른 예가 도시된 순서도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화 시스템의 구성도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화 시스템의 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화 시스템은, 압축기(10)와, 사방변(14)과, 실내 열교환기(15)와, 실외 열교환기(18)와, 실내 팽창밸브(16)와, 실외 팽창밸브(17)와, 과냉각 열교환기(40)를 포함할 수 있다.
압축기(10)는 주파수가 조절 가능한 인버터 압축기로 구성될 수 있다. 압축기에는 압축된 냉매가 토출되는 토출부(11)와, 냉매가 압축기(10)로 흡입되는 흡입부(12)(13)가 형성될 수 있다.
흡입부(12)(13)는, 저압의 압축실과 연통되는 저압 흡입부(12)와, 중압의 압축실과 연통되는 중압 흡입부(13)를 포함할 수 있다. 저압 흡입부(12)는 흡입 배관(26)과 연결될 수 있고, 중압 흡입부(13)는 증기분사 출구배관(32)과 연결될 수 있다. 중압 흡입부(13)는 분사포트(injection port)로 명명될 수 있다.
따라서 압축기(10)는 저압 흡입부(12)로 흡입되는 저온저압의 기상냉매를 압축하여 고온고압의 기상냉매를 토출부(11)를 통해 토출하고, 이러한 압축과정에서 저압 흡입부(12)로 흡입되는 냉매의 밀도와 압축실의 체적에 의해 제한되는 냉매 흡입량의 한계를 극복하기 위하여 증기분사 출구배관(32)은 중압 흡입부(13)로 기상 냉매를 분사할 수 있다.
압축기(10)의 토출부(11)에는 토출배관(21)이 연결될 수 있고, 저압 흡입부(12)에는 흡입배관(26)이 연결될 수 있다. 토출 배관(21)은 압축기(10)의 토출부(11)에서 토출된 냉매를 사방변(14)으로 안내할 수 있고, 흡입 배관(26)은 사방변(14)을 통과한 냉매를 압축기(10)의 저압 흡입부(12)로 안내할 수 있다.
토출배관(21)에는 압축기(10)의 토출온도를 감지하는 토출 온도센서(71)가 구비될 수 있다.
흡입 배관(26)에는 액상 냉매가 압축기(10)로 흡입되어 압축기(10)의 압손이 발생하는 것을 방지하기 위한 어큐뮬레이터(27)가 설치될 수 있다. 어큐뮬레이터(27)로 유입된 냉매 중 액상 냉매는 어큐뮬레이터(27)의 내부에서 하측으로 가라앉고 상측에 위치한 기상 냉매만이 압축기(10)의 저압 흡입부(12)로 흡입될 수 있다.
사방변(14)는 토출 배관(21) 및 흡입 배관(26) 중 어느 하나를 실내 열교환기(15)와 연통시키고, 다른 하나를 실외 열교환기(18)와 연통시킬 수 있다. 즉, 사방변(14)은 사용자의 선택에 따른 냉방 운전과 난방 운전의 모드에 따라 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환 조작될 수 있다.
실내열교환기(15)는 실내측에 설치되며 냉방 운전에서는 저온저압 액체상태의 냉매를 기체상태로 증발시키는 증발기 역할을 하고, 난방 운전에서는 고온고압 기체상태의 냉매를 상온고압 액체상태로 응축시키는 응축기의 역할을 하여 냉매의 엔탈피 변화에 대응하여 주변 공기와 열교환할 수 있다.
실내 열교환기(15)의 일측은 제1사방변 배관(22)에 의해 사방변(14)과 연결될 수 있고, 타측은 제1연결배관(23)에 의해 과냉각 열교환기(40)와 연결될 수 있다. 제1사방변 배관(22)은 사방변(14)에 의해 토출 배관(21) 또는 흡입 배관(26)과 선택적으로 연통될 수 있다.
실외열교환기(18)는 실외측에 설치되며 난방 운전에서는 저온저압 액체상태의 냉매를 기체상태로 증발시키는 증발기 역할을 하고, 냉방 운전에서는 고온고압 기체상태의 냉매를 상온고압 액체상태로 응축시키는 응축기의 역할을 하여 냉매의 엔탈피 변화에 대응하여 주변 공기와 열교환할 수 있다.
실외 열교환기(18)의 일측은 제2사방변 배관(25)에 의해 사방변(14)에 연결될 수 있고, 타측은 제2연결배관(24)에 의해 과냉각 열교환기(40)에 연결될 수 있다. 제2사방변 배관(25)은 사방변(14)에 의해 토출 배관(21) 또는 흡입 배관(26)과 선택적으로 연통될 수 있다.
실내 열교환기(15) 및 실외 열교환기(18) 중 어느 하나에는 적어도 하나의 기액 분리부재(60)가 구비될 수 있다. 기액 분리부재(60)는 다수개가 구비됨이 바람직하다.
이하에서는 기액 분리부재(60)가 실외 열교환기(18)에 구비된 경우를 예로 들어 설명한다.
실외 열교환기(18)는 다수의 핀과, 상기 핀을 관통하는 다수의 헤어핀 튜브와, 일 헤어핀 튜브와 타 헤어핀 튜브를 연통시키는 다수의 리턴 밴드를 포함하는 핀튜브 열교환기일 수 있다.
이 경우, 기액 분리부재(60)는 상기 리턴 밴드의 역할을 수행하는 동시에, 난방 운전시 실외 열교환기(18)를 통과하는 2상 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리할 수 있다. 기액 분리부재(60)에서 분리된 기상 냉매는 바이패스 입구배관(34)으로 유동될 수 있고, 액상 냉매는 실외 열교환기(18)에서 증발되어 흡입 배관(26)으로 유동될 수 있다.
즉, 난방 운전시 증발기로 작용하는 실외 열교환기(18)의 냉매 중 액상 냉매는 기액 분리부재(80)에 의해 분리되어 바이패스 입구 배관(34)으로 유출될 수 있다. 이로써, 실외 열교환기(18), 제2사방변 연결배관(25) 및 흡입 배관(26)에서의 압손이 방지되고, 공기 조화 시스템의 성능이 향상될 수 있다.
기액 분리부재(60)의 상세한 구성에 대해서는 이후 자세히 설명한다.
실외 열교환기(18), 제2연결배관(24) 및 제2사방변 배관(25) 중 적어도 하나에는 냉매의 온도를 감지하는 온도센서가 구비될 수 있다. 일례로, 난방 운전시 실외 열교환기(18)의 증발온도를 측정하는 증발 온도센서(72)는 제2연결배관(24)에서 실외 열교환기(18)에 인접하여 설치될 수 있다.
실내 팽창밸브(16)는 제1연결배관(23)에 설치되어 실내 열교환기(15)와 과냉각 열교환기(40)의 사이에 위치할 수 있다. 실내 팽창밸브(16)는 전자팽창밸브(EEV: Electroninc Expansion Valve)로 구성될 수 있다.
실내 팽창밸브(16)는 실내측에 설치되며 냉방 운전 시 실외 열교환기(18)에서 응축되어 오는 상온고압 액체상태의 냉매를 저온저압으로서 액체성분과 기체성분이 혼합된 2상 냉매로 팽창시켜 감압할 수 있다. 실내 팽창밸브(16)는 냉방 운전 시 냉매가 팽창되는 개도로 제어되며, 난방 운전 시에는 최대로 개방되어 압력 손실이 발생하지 않도록 한다.
실외 팽창밸브(17)는 제2연결배관(24)에 설치되어 실외 열교환기(18)와 과냉각 열교환기(40) 사이에 위치할 수 있다. 실외 팽창밸브(17)는 전자팽창밸브(EEV)로 구성될 수 있다.
실외 팽창밸브(17)는 실외측에 설치되며 난방 운전 시 실내 열교환기(15)에서 응축되어 오는 상온고압 액체상태의 냉매를 저온저압으로서 액체성분과 기체성분이 혼합된 2상 냉매로 팽창시켜 감압할 수 있다. 실외 팽창밸브(17)는 난방 운전 시 냉매가 팽창되는 개도로 제어되며, 냉방 운전 시에는 최대로 개방되어 압력 손실이 발생하지 않도록 한다.
과냉각 열교환기(40)는 다중관 열교환기일 수 있다. 과냉각 열교환기(40)는 외관을 형성하는 아우터 배관(41)과, 상기 아우터 배관(41)의 내부에 배치된 적어도 하나의 이너 배관(42)과, 아우터 배관(41)의 내부에 배치되고 이너 배관(42)에 의해 관통되는 격벽(43)을 포함할 수 있다.
과냉각 열교환기(40)는 이너 배관(42)을 통해 유동되는 냉매를, 아우터 배관(41)과 이너 배관(42) 사이로 흐르는 저온의 냉매와 열교환시킴으로써 과냉시킬 수 있다.
좀 더 상세히, 과냉각 열교환기(40)에는 제1입구(51), 제1출구(52), 제2입구(53), 제2출구(54), 제3입구(55), 제3출구(56)가 형성될 수 있다.
제1입구(51)에는 제1연결배관(23)이 연결될 수 있다. 제1입구(51)는 이너 배관(42)의 일측과 연통될 수 있다. 제1출구(52)에는 제2연결배관(24)이 연결될 수 있다. 제1출구(52)는 이너 배관(42)의 타측과 연통될 수 있다.
즉, 난방운전을 기준으로 제1연결배관(23)에서 제1입구(51)로 유입된 냉매는 이너 배관(42)을 통과하여 제1출구(52)를 통해 제2연결배관(24)으로 유동될 수 있다.
제2입구(53)에는 제1연결배관(23)에서 분지된 증기분사 입구배관(31)이 연결될 수 있다. 제2입구(53)는 아우터 배관(41) 내부의 증기분사 유로(44)의 일측과 연통될 수 있다. 제2출구(54)에는 압축기(10)의 중압 흡입부(13)와 연결된 증기분사 출구배관(32)이 연결될 수 있다. 제2출구(54)는 증기분사 유로(44)의 타측과 연통될 수 있다. 이 경우, 상기 증기분사 유로(44)는 격벽(43)의 일측에 위치하며, 아우터 배관(41)과 이너 배관(42)의 사이에 형성된 공간을 의미할 수 있다.
또한, 증기분사 입구배관(31)에는 냉매를 팽창 및 냉각시키는 증기분사 팽창밸브(33)가 설치될 수 있다. 증기분사 팽창밸브(33)는 전자팽창밸브(EEV)로 구성될 수 있다.
즉, 난방운전을 기준으로 제1연결배관(23)의 냉매 중 일부가 증기분사 입구배관(31)으로 유입되고, 증기분사 팽창밸브(33)를 통과하며 팽창 및 냉각될 수 있다. 이후, 상기 냉매는 제2입구(53)로 유입되고, 증기분사 유로(44)을 통과하며 이너 배관(42) 내를 통과하는 냉매를 냉각시킬 수 있다. 이후, 증기분사 유로(44)의 냉매는 제2출구(54)로 유출될 수 있고, 증기분사 출구배관(32)에 의해 안내되어 압축기(10)의 중압 흡입부(13) 내로 분사될 수 있다.
제3입구(55)에는 실외 열교환기(18)의 기액 분리부재(60)에 연결된 바이패스 입구배관(34)이 연결될 수 있다. 제3입구(55)는 아우터 배관(41) 내부의 바이패스 유로(45)의 일측과 연통될 수 있다. 제3출구(56)에는 흡입 배관(26)과 연결된 바이패스 출구배관(35)이 연결될 수 있다. 제3출구(56)는 바이패스 유로(45)의 타측과 연통될 수 있다. 이 경우, 상기 바이패스 유로(45)는 격벽(43)의 타측에 위치하며, 아우터 배관(41)과 이너 배관(42)의 사이에 형성된 공간을 의미할 수 있다.
또한, 바이패스 입구배관(34) 또는 바이패스 출구배관(35)에는 냉매의 유동을 단속하는 바이패스 밸브(36)가 설치될 수 있다. 바이패스 밸브(36)는 냉매의 유량을 조절하거나, 개폐될 수 있다. 이하에서는 도 1에 도시된 바와 같이 바이패스 밸브(36)가 바이패스 출구배관(35)에 설치된 경우를 예로 들어 설명한다.
즉, 난방운전을 기준으로 실외 열교환기(18)의 기액 분리부재(60)에서 분리된 기상 냉매가 바이패스 입구배관(34)을 통해 제3입구(55)로 유입되고, 바이패스 유로(45)를 통과하며 이너 배관(42) 내를 통과하는 냉매를 냉각시킬 수 있다. 이후, 바이패스 유로(45)의 냉매는 제3출구(56)로 유출될 수 있고, 바이패스 출구배관(35)에 의해 안내되어 흡입 배관(26)으로 유동될 수 있고, 압축기(10)의 저압 흡입부(12)로 흡입될 수 있다.
이 경우, 바이패스 출구배관(35)과 흡입 배관(26)의 연결부는 압축기(10)의 저압 흡입부(12)와 인접한 부분임이 바람직하다. 즉, 바이패스 출구배관(35)은 흡입 배관(35) 중에서 어큐뮬레이터(27)와 압축기(10)의 사이에 연결될 수 있다. 이로써, 사방변(14)을 통과하여 흡입 배관(26)으로 유동되는 냉매 유동의 압손을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화 시스템의 난방 운전 시 냉매의 흐름이 도시된 도면이다.
이하, 도 2를 참조하여 난방 운전시에 공기조화 시스템을 순환하는 냉매의 유동에 대해 설명한다.
난방 운전 시, 사방변(14)은 압축기(10)의 토출부(11)를 실내 열교환기(15)와 연통시킬 수 있고, 압축기(10)의 저압 흡입부(12)를 실외 열교환기(18)와 연통시킬 수 있다. 따라서, 난방 운전시 실내 열교환기(15)는 응축기로 명명될 수 있고, 실외 열교환기(18)는 증발기로 명명될 수 있다.
압축기(10)에서 압축되어 토출부로 토출된 냉매는 토출 배관(21), 사방변(14), 제1사방변 연결배관(22)을 순차적으로 통과하여 실내 열교환기(15)로 유동될 수 있다. 냉매는 실내 열교환기(15)에서 주변 공기을 가열하며 응축될 수 있다. 이로써 실내의 난방이 이뤄질 수 있다.
실내 열교환기(15)에서 응축된 냉매는 제1연결배관(23)을 통해 과냉각 열교환기(40)로 향할 수 있다. 이 경우, 실내 팽창팰브(16)는 풀 오픈 상태이므로 냉매는 실내 팽창밸브(16)를 압력 손실없이 통과할 수 있다.
제1연결배관(23)의 냉매 중 일부는 과냉각 열교환기(40)의 제1입구(51)로 유입될 수 있다. 제1연결배관(23)의 냉매 중 다른 일부는 증기분사 입구배관(31)으로 유동되고 증기분사 팽창밸브(33)에서 팽창 및 냉각된 후 과냉각 열교환기(40)의 제2입구(53)로 유입될 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위해 과냉각 열교환기(40)의 제1입구(51)로 유입된 냉매유동을 메인 냉매유동으로 명명하고, 과냉각 열교환기(40)의 제2입구(53)로 유입된 냉매유동을 증기분사 냉매유동이라 명명한다. 또한, 과냉각 열교환기(40)의 제3입구(55)로 유입된 냉매유동을 바이패스 냉매유동으로 명명한다.
제1입구(51)로 유입된 상기 메인 냉매유동은 이너 배관(42)을 통과하는 과정에서 증기분사 유로(44)를 통과하는 증기분사 냉매유동과, 바이패스 유로(45)를 통과하는 바이패스 냉매유동에 의해 냉각될 수 있다.
좀 더 상세히, 상기 메인 냉매유동은 격벽(43)의 일측에 위치하는 제1이너 배관부(42A)(도 5 참조)를 통과하는 과정에서 상기 증기분사 냉매유동에 의해 1차적으로 냉각될 수 있고, 격벽(43)의 타측에 위치하는 제2이너 배관부(42B)(도 5 참조)를 통과하는 과정에서 상기 바이패스 냉매유동에 의해 2차적으로 냉각될 수 있다.
상기 메인 냉매유동은 이너 배관(42)을 통과하며 과냉된 이후 제1출구(52)와 연결된 제2연결배관(24)으로 유동될 수 있다.
한편, 제2입구(53)로 유입된 상기 증기분사 냉매유동은 증기분사 팽창밸브(33)를 통과하며 팽창 및 냉각되었으므로, 상기 메인 냉매유동보다 저온일 수 있다. 따라서, 상기 증기분사 냉매유동은 증기분사 유로(44)를 통과하는 과정에서 과열되고, 제1이너 배관부(42A)를 통과하는 상기 메인 냉매유동을 냉각시킬 수 있다.
증기분사 유로(44)를 통과하는 증기분사 냉매유동의 방향은, 이너 배관(42)을 통과하는 메인 냉매유동의 방향과 서로 나란할 수 있다.
상기 증기분사 냉매유동은 증기분사 유로(44)를 통과하며 과열된 이후 제2출구(54)와 연결된 증기분사 출구배관(32)로 유동될 수 있고, 압축기(10)의 중압 흡입부(13)에 분사될 수 있다. 이로써, 저압 흡입부(12)로 흡입되는 냉매의 밀도와 압축실의 체적에 의해 제한되는 냉매 흡입량의 한계를 극복할 수 있다. 또한, 압축기(10)의 주파수가 상승하는 경우에 압축기(10)의 토출온도가 지나치게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 제2연결배관(24)으로 유동된 메인 냉매유동은 실외 팽창밸브(17)를 통과하며 팽창 및 냉각될 수 있고, 실외 열교환기(18)로 유입될 수 있다. 이 경우, 실외 열교환기(18)로 유입되는 냉매는 기상 냉매와 액상 냉매가 혼합된 2상 냉매일 수 있다.
실외 열교환기(18)로 유입된 냉매는 실외 열교환기(18)를 통과하는 과정에서 기액 분리부재(60)에 의해 액상 냉매와 기상 냉매로 분리될 수 있다. 기액 분리부재(60)에 의해 분리된 기상 냉매는 바이패스 입구배관(34)을 통해 과냉각 열교환기(40)의 제3입구(55)로 유입될 수 있고, 액상 냉매는 실외 열교환기(18)를 계속해서 통과하며 증발될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 과냉각 열교환기(40)의 제3입구(55)로 유입된 냉매 유동은 바이패스 냉매 유동으로 명명한다. 이 경우, 바이패스 밸브(36)는 오픈된 상태일 수 있다.
증발기 역할을 하는 실외 열교환기(18)에서 기상 냉매를 분리하고 액상 냉매만을 유동시킴으로써, 실외 열교환기(18)에서의 압손을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 또한, 냉매의 유동방향에 대해 실외 열교환기(18)의 후단에 위치하는 제2사방변 연결배관(25) 및 흡입 배관(26)에서의 압손도 최소화될 수 있다.
제3입구(55)로 유입된 상기 바이패스 냉매유동은 실외 팽창밸브(17)를 통과하며 팽창 및 냉각되었으므로, 상기 메인 냉매유동보다 저온일 수 있다. 따라서, 상기 바이패스 냉매유동은 바이패스 유로(45)를 통과하는 과정에서 과열되고, 제2이너 배관부(42B)(도 5 참조)를 통과하는 상기 메인 냉매유동을 냉각시킬 수 있다.
바이패스 유로(45)를 통과하는 바이패스 냉매유동의 방향은, 이너 배관(42)을 통과하는 메인 냉매유동의 방향과 반대일 수 있다.
상기 바이패스 냉매유동은 바이패스 유로(45)를 통과하며 과열된 이후 제3출구(56)와 연결된 바이패스 출구배관(35)로 유동될 수 있고, 압축기(10)의 저압 흡입부(12)로 흡입될 수 있다.
한편, 실외 열교환기(18)에서 증발된 냉매는 제2사방변 연결배관(25) 및 사방변(14)을 순차적으로 통과하여 흡입 배관(26)으로 유동될 수 있고, 어큐뮬레이터(27)에서 액냉매와 기상냉매로 분리된 후, 상기 기상 냉매가 압축기(10)의 저압 흡입부(12)로 흡입될 수 있다.
이후, 압축기(10)는 저압 흡입부(12)와 중압 흡입부(13)로 흡입된 냉매를 압축하여 토출부(11)로 토출할 수 있고, 토출된 냉매는 앞서 설명한 과정을 반복하며 공기조화 시스템을 순환할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화 시스템의 냉방 운전 시 냉매의 흐름이 도시된 도면이다.
이하, 도 3를 참조하여 냉방 운전시에 공기조화 시스템을 순환하는 냉매의 유동에 대해 설명한다.
냉방 운전 시, 사방변(14)은 압축기(10)의 토출부(11)를 실외 열교환기(18)와 연통시킬 수 있고, 압축기(10)의 저압 흡입부(12)를 실내 열교환기(15)와 연통시킬 수 있다. 따라서, 냉방 운전시 실내 열교환기(15)는 증발기로 명명될 수 있고, 실외 열교환기(18)는 응축기로 명명될 수 있다.
압축기(10)에서 압축되어 토출부로 토출된 냉매는 토출 배관(21), 사방변(14), 제2사방변 연결배관(25)을 순차적으로 통과하여 실외 열교환기(18)로 유동될 수 있다. 냉매는 실외 열교환기(18)에서 주변 공기을 가열하며 응축될 수 있다.
냉방 운전시, 바이패스 밸브(36)는 클로즈된 상태일 수 있다. 또한, 실외 열교환기(18)로 유입된 냉매는 기상 냉매이므로 기액 분리가 일어나지 않을 수 있다. 따라서, 실외 열교환기(18)에서 응축된 냉매는 바이패스 입구배관(34)을 통해 과냉각 열교환기(40)로 유동되지 않을 수 있다.
실외 열교환기(18)에서 응축된 냉매는 제2연결배관(24)을 통해 과냉각 열교환기(40)로 향할 수 있다. 이 경우, 실외 팽창팰브(17)는 풀 오픈 상태이므로 냉매는 실외 팽창밸브(17)를 압력 손실없이 통과할 수 있다.
제2연결배관(24)의 냉매는 과냉각 열교환기(40)의 제1출구(52)로 유입될 수 있다. 제1출구(52)로 유입된 냉매는 이너 배관(42)을 통과하는 과정에서 증기분사 유로(44)를 통과하는 냉매에 의해 냉각될 수 있다.
이너 배관(42)을 통과하며 냉각된 냉매는 제1입구(51)와 연결된 제1연결배관(23)으로 유동될 수 있다.
제1연결배관(23)의 냉매 중 일부는 실내 팽창밸브(16)를 통과하며 팽창 및 냉각되고 실내 열교환기(15)로 유동될 수 있다. 제1연결배관(23)의 냉매 중 다른 일부는 증기분사 입구배관(31)으로 유동되고 증기분사 팽창밸브(33)에서 팽창 및 냉각된 후 과냉각 열교환기(40)의 제2입구(53)로 유입될 수 있다.
제2입구(53)로 유입된 냉매는 증기분사 유로(44)를 통과하는 과정에서 과열되고, 이너 배관(42)을 통과하는 냉매를 냉각시킬 수 있다.
증기분사 유로(44)를 통과하는 냉매유동의 방향은, 이너 배관(42)을 통과하는 냉매유동의 방향과 반대일 수 있다.
증기분사 유로(44)를 통과하며 과열된 냉매는 제2출구(54)와 연결된 증기분사 출구배관(32)로 유동될 수 있고, 압축기(10)의 중압 흡입부(13)에 분사될 수 있다. 이로써, 저압 흡입부(12)로 흡입되는 냉매의 밀도와 압축실의 체적에 의해 제한되는 냉매 흡입량의 한계를 극복할 수 있는 이점이 있다.
한편, 실내 열교환기(15)로 유동된 냉매는 실내 열교환기 주변의 공기를 냉각시키며 증발될 수 있고, 이로써 실내의 냉방이 이뤄질 수 있다.
실내 열교환기(15)에서 증발된 냉매는 제1사방변 연결배관(22) 및 사방변(14)을 순차적으로 통과하여 흡입 배관(26)으로 유동될 수 있고, 어큐뮬레이터(27)에서 액냉매와 기상냉매로 분리된 후, 상기 기상 냉매가 압축기(10)의 저압 흡입부(12)로 흡입될 수 있다.
이후, 압축기(10)는 저압 흡입부(12)와 중압 흡입부(13)로 흡입된 냉매를 압축하여 토출부(11)로 토출할 수 있고, 토출된 냉매는 앞서 설명한 과정을 반복하며 공기조화 시스템을 순환할 수 있다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 과냉각 열교환기의 외관이 도시된 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 과냉각 열교환기의 내부가 도시된 도면이다.
과냉각 열교환기(40)는 아우터 배관(41)과, 아우터 배관(41)의 내부에 배치되고 아우터 배관(41)의 내부를 제1공간(S1)과 제2공간(S2)으로 구획하는 격벽(43)과, 아우터 배관(41)의 내부에 배치되며 격벽(43)을 관통하는 적어도 하나의 이너 배관(42)을 포함할 수 있다.
아우터 배관(41)은 과냉각 열교환기(40)의 외관을 형성할 수 있다.
일례로, 아우터 배관(41)은 2개의 부재가 체결되어 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 2개의 부재 중 어느 하나의 일측은 폐쇄되어 격벽(43)을 구성할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
아우터 배관(41)의 내부 공간은 격벽(43)에 의해 제1공간(S1)과 제2공간(S2)으로 구획될 수 있다. 제1공간(S1)은 증기분사 유로(44)를 포함할 수 있고, 제2공간(S2)은 바이패스 유로(45)를 포함할 수 있다.
제1공간(S1)의 길이는 제2공간(S2)의 길이보다 길 수 있다. 즉, 냉매의 유동 방향에 대한 증기분사 유로(44)의 길이는, 바이패스 유로(45)의 길이보다 길 수 있다. 따라서, 바이패스 유로(45)로 냉매가 유동되지 않는 냉방 운전 시에도 증기분사 유로(44)를 통과하는 냉매에 의해 이너 배관(42)을 통과하는 메인 냉매유동이 충분히 냉각될 수 있다.
아우터 배관(41)에는 제1입구(51), 제1출구(52), 제2입구(53), 제2출구(54), 제3입구(55) 및 제3출구(56)가 형성될 수 있다.
제1입구(51)는 이너 배관(42)의 양 단부 중 제1공간(S1)측의 단부와 연통될 수 있고, 제1출구(52)는 이너 배관(42)의 양 단부 중 제2공간(S2)측의 단부와 연통될 수 있다.
제1입구(51)에는 제1연결배관(23)이 연결되는 제1입구 커넥터(51A)가 구비될 수 있고, 제1출구(52)에는 제2연결배관(24)이 연결되는 제1출구 커넥터(52A)가 구비될 수 있다.
제2입구(53) 및 제2출구(54)는 제1공간(S1)과 연통될 수 있다. 또한, 제2입구(53) 및 제2출구(54)는 서로 이격될 수 있다.
제2입구(53)에는 증기분사 입구배관(31)이 연결되는 제2입구 커넥터(53A)가 구비될 수 있고, 제2출구(54)에는 증기분사 출구배관(32)이 연결되는 제2출구 커넥터(54A)가 구비될 수 있다.
제2입구(53)는 제1입구(51)와 격벽(43) 중 제1입구(51)에 인접하고, 제2출구(54)는 제1입구(51)와 격벽(43) 중 격벽(43)에 인접할 수 있다.
제3입구(55) 및 제3출구(56)는 제2공간(S2)과 연통될 수 있다. 또한, 제3입구(55) 및 제3출구(56)는 서로 이격될 수 있다.
제3입구(55)에는 바이패스 입구배관(34)이 연결되는 제3입구 커넥터(55A)가 구비될 수 있고, 제3출구(56)에는 바이패스 출구배관(35)이 연결되는 제3출구 커넥터(56A)가 구비될 수 있다.
제3입구(55)는 격벽(43)과 제1출구(52) 중 제1출구(52)에 인접하고, 제3출구(56)는 격벽(43)과 제1출구(52) 중 격벽(43)에 인접할 수 있다.
아우터 배관(41)의 길이 방향에 대해, 제2입구(53)와 제2출구(54) 사이의 거리는 제3입구(55)와 제3출구(56)의 거리보다 멀 수 있다. 즉, 증기분사 유로(44)의 경로 길이가 바이패스 유로(45)의 경로 길이보다 멀 수 있다. 이로써, 바이패스 유로(55)로 냉매가 유동되지 않는 냉방 운전시에도 이너 배관(42)의 냉매가 충분히 냉각될 수 있다.
한편, 이너 배관(42)는 아우터 배관(41)의 내부에 배치될 수 있다. 이너 배관(42)은 적어도 하나가 구비될 수 있으며, 복수개임이 바람직하다.
이너 배관(42)의 외둘레는 아우터 배관(41)의 내둘레와 이격될 수 있다. 이너 배관(42)은 격벽(43)을 관통할 수 있고, 제1공간(S1)과 제2공간(S2)에 걸쳐 배치될 수 있다. 즉, 이너 배관(42)은, 격벽(43)의 일측에 위치한 제1공간(S1)에 위치하는 제1이너 배관부(42A)와, 격벽(43)의 타측에 위치한 제2공간(S2)에 위치하는 제2이너 배관부(42B)를 포함할 수 있다.
제1공간(S1) 중에서 아우터 배관(41)의 내면과 이너 배관(42)의 외면 사이는 증기분사 유로(44)를 형성할 수 있다. 좀 더 상세히, 아우터 배관(41)의 내면과 제1이너 배관부(42A)의 외면 사이에는 증기분사 유로(44)가 형성될 수 있다.
제2공간(S2) 중에서 아우터 배관(41)의 내면과 이너 배관(42)의 외면 사이는 바이패스 유로(45)를 형성할 수 있다. 좀 더 상세히, 아우터 배관(41)의 내면과 제2이너 배관부(42B)의 외면 사이에는 바이패스 유로(45)가 형성될 수 있다.
이너 배관(42)은 열전도율이 높은 재질을 포함할 수 있다. 이로써 제1이너 배관부(42A) 내의 냉매와 증기분사 유로(44)의 냉매간 열교환이 원활하게 이뤄질 수 있고, 제2이너 배관부(42B) 내의 냉매와 바이패스 유로(45)의 냉매간 열교환이 원활하게 이뤄질 수 있다.
격벽(43)은 아우터 배관(41)의 내부를 제1공간(S1)과 제2공간(S2)으로 구획할 수 있다. 격벽(43)은 증기분사 유로(44)의 냉매와 바이패스 유로(45)의 냉매가 서로 섞이는 것을 방지할 수 있다.
격벽(43)에는 이너 배관(42)이 통과하는 관통공이 형성될 수 있다. 상기 관통공의 내둘레와 이너 배관(42)의 외둘레 사이로 냉매가 흐르는 것을 막기 위해, 격벽(43)에는 실링(미도시)이 구비될 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액 분리부재의 외관이 도시된 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기액 분리부재의 내부가 도시된 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이, 기액 분리부재(60)는 증발기(이하, 도면부호"18"로 표시한다)(도 2 참조)의 리턴 밴드의 역할을 수행하는 동시에 증발기(18)의 2상냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리할 수 있다.
좀 더 상세히, 기액 분리부재(60)는 바이패스 입구배관(34)에 연결되는 연결 튜브(61)와, 연결 튜브(61)에 연결되고 증발기(18)의 리턴밴드를 구성하는 분리 튜브(64)를 포함할 수 있다.
연결 튜브(61)는 일 방향으로 길게 형성될 수 있다. 연결 튜브(61)는 대경부(62)와, 대경부(62)보다 작은 내경을 갖는 소경부(63)를 포함할 수 있다. 대경부(62)의 일측 단부에는 바이패스 입구 배관(34)이 연결될 수 있고, 타측 단부에는 소경부(63)가 연장 형성될 수 있다.
소경부(63)의 외경은 분리 튜브(64)의 연결부(65)의 내경보다 작을 수 있다. 좀 더 상세히, 소경부(63)의 외둘레는 연결부(65)의 내둘레와 이격될 수 있다.
분리 튜브(64)는 증발기(18)의 리턴 밴드 역할을 수행할 수 있다. 분리 튜브(64)는 대략 "h"자 형상을 가질 수 있다.
좀 더 상세히, 분리 튜브(64)는, 연결 튜브(61)가 연결되며 연결 튜브(61)와 나란한 방향으로 길게 형성된 연결부(65)와, 연결부(65)에서 분지된 리턴부(66)를 포함할 수 있다.
연결부(65)에는 연결 튜브(61)가 내삽되는 삽입부(67)가 형성될 수 있다. 연결 튜브(61)는 삽입부(67)에 끼워져 분리 튜브(64)에 결합될 수 있다. 이 경우, 연결 튜브(61)의 대경부(62)는 삽입부(67)에 장착될 수 있고 소경부(63)는 연결부(65)의 내부에 위치할 수 있다.
분리 튜브(64)의 리턴부(66)는, 연결부(65)에서 분지된 분지부(66A)와, 분지부(66B)에서 연장된 곡관부(66B)와, 곡관부(66B)에서 연장된 연장부(66C)를 포함할 수 있다.
분지부(66A)는 연결부(65)와 수직한 방향으로 길게 형성될 수 있고, 연장부(66B)는 연결부(65)와 나란한 방향으로 길게 형성될 수 있다. 곡관부(66B)는 분지부(66A)와 연장부(66C)를 연결할 수 있다.
이하, 기액 분리부재(60)의 작용에 대해 설명한다.
증발기(18)에서 분리 튜브(64)의 연결부(65)로 유동되는 냉매의 흐름은 환류(annular flow)일 수 있다. 이 경우, 환류(annular flow)의 유동 특성상 액상 냉매는 연결부(65)의 내벽에 인접하여 흐를 수 있고, 기상 냉매는 연결부(65)의 내벽과 이격되어 흐를 수 있다. 즉, 액상 냉매는 상대적으로 외측에서 흐를 수 있고 기상 냉매는 액상 냉매보다 내측에서 흐를 수 있다.
따라서, 연결부(65) 내의 냉매 중 기상 냉매는 소경부(63)내로 유입될 수 있고, 액상 냉매는 소경부(63)의 외둘레와 연결부(65)의 내둘레 사이로 유입되어 분리 튜브(64)의 리턴부(66)로 유동될 수 있다.
연결 튜브(61)의 소경부(63) 내로 유입된 기상 냉매는 바이패스 입구배관(34)을 통해 과냉각 열교환기(40)로 안내될 수 있다. 또한, 약간의 액상 냉매가 소경부(63)로 유입되더라도 대경부(62)로 유동되는 과정에서 팽창되어 기체로 상변화될 수 있다. 이로써, 연결 튜브(61)는 기상 냉매를 최대한 포집하여 바이패스 입구배관(34)으로 안내할 수 있다.
또한, 분리 튜브(64)의 리턴부(66)로 유동된 액상 냉매는 다시 증발기(18)로 유동되어 증발 될 수 있다. 이로써, 증발기(18) 및 증발기(18)와 압축기(10) 사이의 배관에서 압손이 최소화될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화 시스템의 제어 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화 시스템은 컨트롤러(80)를 더 포함할 수 있다.
컨트롤러(80)는 공기조화 시스템의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
컨트롤러(80)는 공기조화 시스템에 포함된 다수의 센서의 감지값을 전달받을 수 있다. 일례로, 컨트롤러(80)는 실내 온도센서(73), 실외 온도센서(74), 토출 온도센서(71) 및 증발 온도센서(72)의 감지값을 전달 받을 수 있다.
공기조화 시스템은 실내의 온도를 감지하는 실내 온도센서(73)와, 실외의 온도를 감지하는 실외 온도센서(74)를 더 포함할 수 있다.
또한, 공기조화 시스템은 입력부(75)를 더 포함할 수 있다. 사용자는 입력부(75)를 통해 명령을 입력할 수 있고, 컨트롤러는 상기 명령을 전달받아 그에 맞는 운전을 수행할 수 있다. 일례로, 사용자는 입력부(75)를 통해 냉/난방 운전을 결정하거나 희망 실내온도를 입력할 수 있다. 상기 입력부(75)는 스위치나 버튼일 수 있으며 그 구성은 한정되지 않는다.
컨트롤러(80)는 압축기(10)를 온오프 시키거나, 압축기(10)의 주파수를 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(80)는 운전중인 압축기(10)의 주파수를 전달 받을 수 있다.
컨트롤러(80)는 증기분사 팽창밸브(33)의 개도를 조절하여, 증기분사 팽창밸브(33)를 통과한 냉매를 팽창 및 냉각시키고, 과냉각 열교환기(40)의 과열도를 제어할 수 있다.
컨트롤러(80)는 실내 열교환기(15)의 부하에 따라 증기분사 팽창밸브(33)의 개도를 조절할 수 있다. 일례로, 컨트롤러(80)는 입력부(75)를 통해 입력된 희망 실내 온도와 실내 온도센서(73)에서 감지된 실내 온도의 차이를 통해 실내 열교환기(15)의 부하를 산출할 수 있고, 그에 따라 증기분사 팽창밸브(33)의 개도를 조절할 수 있다.
컨트롤러(80)는 바이패스 밸브(36)의 개도를 조절하여, 증발기(18)에서 바이패스 입구배관(34)으로 바이패스되는 냉매의 유량을 조절할 수 있다.
컨트롤러(80)는 사방변(14)을 절환 제어할 수 있다. 난방 운전 시 컨트롤러(80)는 압축기(10)의 토출부(11)는 실내 열교환기(15)와 연통되고 압축기(10)의 저압 흡입부(12)는 실외 열교환기(18)와 연통되도록 사방변(14)을 제어할 수 있다. 냉방 운전 시 컨트롤러(80)는 압축기(10)의 토출부(11)는 실외 열교환기(18)와 연통되고 압축기(10)의 저압 흡입부(12)는 실내 열교환기(15)와 연통되도록 사방변(14)을 제어할 수 있다.
컨트롤러(80)는 실외 팽창밸브(17) 및 실내 팽창밸브(16)의 개도를 각각 제어할 수 있다. 난방 운전 시 컨트롤러(80)는 실내 팽창밸브(16)를 최대 개도로 제어하고 실외 팽창밸브(17)를 냉매가 팽창되는 개도로 제어할 수 있다. 냉방 운전 시 컨트롤러(80)는 실외 팽창밸브(17)를 최대 개도로 제어하고 실내 팽창밸브(16)를 냉매가 팽창되는 개도로 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 팽창밸브의 제어 순서의 일 예가 도시된 순서도이다.
컨트롤러(80)는 난방 운전시 압축기(10)의 주파수가 설정 주파수보다 크면 바이패스 밸브(36)를 오픈할 수 있다.
좀 더 상세히, 컨트롤러(80)는 난방 운전시 압축기(10)의 주파수가 기설정된 설정 주파수보다 큰지 판단할 수 있다(S1). 일례로, 상기 설정 주파수는 75Hz 일 수 있다.
기액 분리부재(60)에서 기상 냉매와 액상 냉매가 원활하게 분리되기 위해서는, 앞서 설명한 바와 같이 연결부(65)로 유동되는 냉매 유동이 환류(annular flow)를 형성함이 바람직하다. 냉매 유동이 환류(annular flow)를 형성하기 위해서는, 증발기(18)의 냉매의 건도(Vapor Quality) 및 질량 유속(mass velocity)이 각각 일정 범위내의 조건을 만족하여야 한다. 건도(Vapor Quality) 및 질량 유속(mass velocity)는 주지의 용어이므로 이에 관한 상세한 설명은 생략한다.
증발기(18)로 유입되는 냉매의 건도 범위(일례로 0.5 내지 0.6)는 비교적 일정할 수 있다. 이 경우, 냉매의 질량 유속이 일정값 이하이면 환류(annular flow)가 아닌 성층 물결류(stratified wavy flow) 가 형성될 수 있고, 이 경우, 기액 분리부재(60)에서 기상 냉매와 액상 냉매가 원활하게 분리되지 않을 수 있다.
따라서, 기액 분리부재(60)에서 기상 냉매와 액상 냉매가 원활하게 분리되기 위해서는 냉매의 질량 유속을 상기 일정값보다 크게 유지하여야 하며, 이를 위해서는 압축기(10)의 주파수가 상기 설정 주파수보다 높게 유지됨이 바람직하다.
따라서, 컨트롤러(80)는 난방 운전시 압축기(10)의 주파수가 기설정된 설정 주파수보다 크면 바이패스 밸브(36)를 오픈할 수 있다(S2). 이로써, 기액 분리부재(60)에서 액상 냉매와 분리된 기상 냉매가 바이패스 입구배관(34), 바이패스 유로(45), 바이패스 출구배관(35)을 순차적으로 통과하여 압축기(10)의 저압 흡입부(12)로 흡입될 수 있다. 반면, 컨트롤러(80)는 난방 운전시 압축기(10)의 주파수가 기설정된 설정 주파수 이하이면 바이패스 밸브(36)를 클로즈 할 수 있다(S3).
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 팽창밸브의 제어 순서의 다른 예가 도시된 순서도이다.
컨트롤러(80)는 난방 운전시 압축기(10)의 주파수가 설정 주파수보다 크고, 측정 증발온도가 설정 증발온도 이하이면 바이패스 밸브(36)를 오픈할 수 있다(S1)(S4)(S2). 반면, 컨트롤러(80)는 난방 운전시 압축기(10)의 주파수가 설정 주파수 이하이면 바이패스 밸브(36)를 클로즈할 수 있다(S1)(S3). 또한, 컨트롤러(80)는 난방 운전시 압축기(10)의 주파수가 설정 주파수보다 크더라도 측정 증발온도가 설정 증발온도보다 크면 바이패스 밸브(36)를 클로즈할 수 있다(S1)(S4)(S3).
이 경우, 상기 측정 증발온도는 증발 온도센서(72)에서 감지된 온도일 수 있고, 설정 증발온도는 기설정된 온도일 수 있다.
난방 운전시 실외 온도센서(74)에서 감지된 실외의 온도가 낮으면 증발기(18)에서 증발 부하를 만족시키기 위해 증발 온도센서(72)에서 감지되는 증발 온도가 내려갈 수 있고, 증발 온도가 내려가면 압축기(10)의 흡입 압력이 하강할 수 있다. 따라서, 이 경우 증발기(18) 및 증발기(18) 후단측의 압손을 최소화하기 위해 기액 분리부재에서 기상 냉매가 분리됨이 바람직하다.
또한, 압축기(10)의 흡입 압력의 하강에 따른 냉매의 질량 유속의 감소를 보상하여 환류(annular flow)를 유지하기 위해 압축기(10)의 주파수가 상기 설정 주파수보다 커짐이 바람직하다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화 시스템의 구성도이다.
본 실시예에 따른 공기조화 시스템은 바이패스 입구배관(34A)(34B)의 구성을 제외하고는 앞서 도 1에서 설명한 일 실시예와 동일하므로, 중복되는 내용은 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.
기액 분리부재(60)와 과냉각 열교환기(40)의 제3입구(55)를 연결하는 바이패스 입구배관(34A)(34B)은, 냉매 유동 방향에 대해 어큐뮬레이터(27) 이전에 위치한 제1입구배관부(34A)와, 냉매 유동 방향에 대해 어큐뮬레이터(27) 이후에 위치한 제2입구배관부(34B)를 포함할 수 있다.
제1입구배관부(34A)는 기액 분리부재(60)와 어큐뮬레이터(27)를 연결할 수 있다. 제1입구 배관부(34A)는 기액 분리부재(60)에서 분리된 기상 냉매를 어큐뮬레이터(27)로 안내할 수 있다.
제2입구 배관부(34B)는 어큐뮬레이터(27)와 제3입구(55)를 연결할 수 있다. 좀 더 상세히, 제2입구 배관부(34B)는 어큐뮬레이터(27)의 하부에 연결될 수 있다. 제2입구 배관부(34B)는 어큐뮬레이터의 하부에 쌓인 액냉매를 과냉각 열교환기의 제3입구로 안내할 수 있다.
제3입구로 유입된 액냉매는 바이패스 유로(45)를 통과하며 과열될 수 있고, 이너 배관(42)을 통과하는 냉매를 냉각시킬 수 있다. 과열된 냉매는 제3출구(56)로 유출되고 바이패스 출구배관(35)을 통과하여 압축기(10)의 저압 흡입부(12)로 흡입될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 압축기 11: 토출부
12: 저압 흡입부 13: 중압 흡입부
14: 사방변 15: 실내 열교환기
18: 실외 열교환기 21: 토출 배관
23: 제1연결배관 24: 제2연결배관
26: 흡입 배관 27: 어큐뮬레이터
31: 증기분사 입구배관 32: 증기분사 출구배관
33: 증기분사 팽창밸브 34: 바이패스 입구배관
35: 바이패스 출구배관 36: 바이패스 밸브
40: 과냉각 열교환기 41: 아우터 배관
42: 이너 배관 43: 격벽
44: 증기분사 유로 45: 바이패스 유로
51: 제1입구 52: 제1출구
53: 제2입구 54: 제2출구
55: 제3입구 56: 제3출구
60: 기액 분리부재 61: 연결 튜브
62: 대경부 63: 소경부
64: 분리 튜브 65: 연결부
66: 리턴부 80: 컨트롤러

Claims (14)

  1. 아우터 배관;
    상기 아우터 배관의 내부에 배치되고 상기 아우터 배관의 내부를 제1공간과 제2공간으로 구획하는 격벽; 및
    상기 아우터 배관의 내부에 배치되며, 상기 격벽을 관통하는 적어도 하나의 이너 배관을 포함하고,
    상기 아우터 배관에는,
    상기 이너 배관의 양 단부 중 상기 제1공간측의 단부와 연통된 제1입구;
    상기 이너 배관의 양 단부 중 상기 제2공간측의 단부와 연통된 제1출구;
    상기 제1공간과 연통되는 제2입구;
    상기 제1공간과 연통되고 상기 제2입구와 이격된 제2출구;
    상기 제2공간과 연통되는 제3입구; 및
    상기 제2공간과 연통되고 상기 제3입구와 이격된 제3출구가 형성된 과냉각 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1공간의 길이는 상기 제2공간의 길이보다 긴 과냉각 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2입구는 상기 제1입구와 상기 격벽 중 상기 제1입구에 인접하고,
    상기 제2출구는 상기 제1입구와 상기 격벽 중 상기 격벽에 인접한 과냉각 열교환기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3입구는 상기 격벽과 상기 제1출구 중 상기 제1출구에 인접하고,
    상기 제3출구는 상기 격벽과 상기 제1출구 중 상기 격벽에 인접한 과냉각 열교환기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 아우터 배관의 길이 방향에 대해, 상기 제2입구와 상기 제2출구 사이의 거리는 상기 제3입구와 상기 제3출구의 거리보다 먼 과냉각 열교환기.
  6. 아우터 배관;
    상기 아우터 배관의 내부에 배치된 적어도 하나의 이너 배관;
    상기 아우터 배관 내에 배치되고 상기 이너 배관에 의해 관통되는 격벽;
    상기 아우터 배관의 내면과 상기 이너 배관 외면의 사이에 형성되고 상기 격벽의 일측에 위치한 증기분사 유로;
    상기 아우터 배관의 내면과 상기 이너 배관 외면의 사이에 형성되고 상기 격벽의 타측에 위치한 바이패스 유로;
    상기 이너 배관을 상기 응축기와 연통시키는 제1연결 배관;
    상기 제1연결 배관에서 분지되어 상기 증기분사 유로와 연통된 증기분사 입구배관;
    상기 증기분사 입구배관에 설치된 증기분사 팽창밸브;
    상기 증기분사 유로를 상기 압축기의 흡입부와 연통시키는 증기분사 출구배관;
    상기 이너 배관을 상기 증발기와 연통시키는 제2연결 배관;
    상기 증발기에서 기상냉매와 액상냉매를 분리하는 기액 분리부재;
    상기 기액 분리부재와 상기 바이패스 유로를 연통시키는 바이패스 입구배관;
    상기 바이패스 유로를 상기 압축기의 흡입부와 연통시키는 바이패스 출구배관; 및
    상기 바이패스 입구배관 또는 바이패스 출구배관에 설치된 바이패스 개폐밸브를 포함하는 공기 조화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 바이패스 출구배관은, 냉매의 유동 방향에 대해 상기 압축기의 흡입부와 어큐뮬레이터의 사이에 연결된 공기 조화 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    냉매의 유동 방향에 대하여, 상기 증기분사 유로의 길이는 상기 바이패스 유로의 길이보다 긴 공기 조화 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 기액 분리부재는,
    일 방향으로 길게 형성되고 상기 바이패스 입구배관에 연결되는 연결 튜브; 및
    상기 연결 튜브와 연결되고 상기 증발기의 리턴밴드를 구성하는 분리 튜브를 포함하는 공기 조화 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 분리 튜브는,
    상기 연결 튜브가 연결되고 상기 일 방향으로 길게 형성된 연결부; 및
    상기 연결부에서 분지된 리턴부를 포함하는 공기 조화 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연결 튜브는,
    상기 바이패스 입구배관에 연결되는 대경부; 및
    상기 연결부의 내부에 삽입되고 상기 연결부의 내경보다 작은 외경을 갖는 소경부를 포함하는 공기 조화 시스템.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 압축기의 흡입부는,
    상기 증기분사 출구배관이 연결되는 저압 흡입부; 및
    상기 저압 흡입부와 이격되고 상기 바이패스 출구배관이 연결되는 중압 흡입부를 포함하는 공기 조화 시스템.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 압축기의 주파수가 설정 주파수보다 크면 상기 바이패스 밸브를 오픈하는 컨트롤러를 더 포함하는 공기 조화 시스템.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 증발기의 증발온도를 측정하는 증발 온도센서; 및
    상기 압축기의 주파수가 설정 주파수보다 크고 상기 증발 온도센서에서 측정된 온도가 기설정된 설정온도 이하이면 상기 바이패스 밸브를 오픈하는 컨트롤러를 더 포함하는 공기 조화 시스템.
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