KR20200093190A

KR20200093190A - 공기조화기

Info

Publication number: KR20200093190A
Application number: KR1020190010364A
Authority: KR
Inventors: 김경록; 진동식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-08-05
Also published as: WO2020159132A1

Abstract

공기조화기는, 실외기와, 실내기와, 실외기 및 실내기 사이에 마련되는 냉매의 배관을 포함한다. 실외기는, 냉매를 압축시키는 압축기와, 압축된 냉매를 응축시키는 실외 열교환기와, 응축된 냉매의 일부를 팽창시켜 응축된 냉매를 과냉각시키는 제1과냉각기를 포함하며, 실내기는, 배관을 통해 실외기로부터 전달되는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 팽창된 냉매를 증발시키는 실내 열교환기를 포함한다. 여기서, 공기조화기는, 배관에 마련되어, 제1과냉각기로부터 팽창밸브로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시켜, 이 전달되는 냉매를 과냉각시키는 제2과냉각기를 포함한다.

Description

공기조화기 {AIR CONDITIONER}

본 발명은 사용자의 요구에 따라서 사용 공간 내의 공기의 여러 속성을 조정하는 공기조화기에 관한 것으로서, 상세하게는 열교환을 수행하는 냉매의 순환 사이클에서 냉매의 상태를 조정하는 공기조화기에 관한 것이다.

공기조화기는 사용 공간의 요구에 따라서, 온도, 습도, 청정도, 기류 등의 속성을 조절하도록 마련된 장치를 지칭한다. 공기조화기는 기본적으로 기류를 형성하는 송풍기를 구비하고, 송풍기에 의해 순환되는 공기의 속성 중 적어도 하나를 변경함으로써, 사용 공간의 환경을 사용자에게 있어서 쾌적한 상태로 바꾼다. 공기조화기는 조절하는 공기의 속성에 따라서 구분되는 바, 그 예시로는 공기의 냉각을 위한 에어컨, 공기의 습도를 낮추기 위한 제습기, 공기의 청정도를 높이기 위한 공기청정기 등이 있다.

이 중에서 에어컨은 기화열에 의한 열교환 원리를 사용하여, 실내의 온도를 낮추거나 또는 높인다. 액체가 기체로 기화할 때는 열을 흡수하고 기체가 액체로 응축할 때는 열을 방출하는데, 기화할 때 흡수하는 열이 기화열이다. 예를 들어 에어컨은 압축기로 압력을 크게 변화시켜 기체 상태였던 냉매를 액체로 응축한 후, 압력을 낮춰서 증발기 안에서 액체 상태의 냉매를 다시 증기로 기화시키며, 기화되는 냉매에 의해 열을 흡수함으로써 주위의 온도를 낮춘다.

에어컨에 의한 냉난방은 많은 기화열을 효율적으로 얻을 수 있는 간단한 열교환 사이클을 통해 수행된다. 자연현상에서 열은 원래 높은 온도에서 낮은 온도로 이동하지만, 에어컨의 냉각 사이클을 통해서 반대 방향인 낮은 온도의 실내에서 높은 온도의 실외로 옮겨간다. 이를 위해, 에어컨은 서로 다른 환경에 배치되는 실내 열교환기 및 실외 열교환기를 포함한다. 실내 열교환기 및 실외 열교환기가 각각 수행하는 열교환 동작에 따라서, 에어컨은 실내를 냉방시키는 냉방모드 및 실내를 난방시키는 난방모드 중 어느 하나로 동작한다.

이와 같이 에어컨에서 사용되는 냉매의 화학적 특성은 환경오염에 민감한 이슈가 되며, 각 국가에서는 지구온난화 등의 현상을 피하기 위해 정책적으로 냉매사용량에 규제를 하고 있다. 규제 방식은 여러 가지가 있는데, 한 해에 특정 국가에서 사용할 수 있는 냉매의 총량이 규제되거나 또는 하나의 에어컨 제품에 사용될 수 있는 냉매의 양이 제한될 수 있다. 배관 길이가 길어질수록 그리고 배관 직경이 커질수록 에어컨에 필요한 냉매량이 증가하므로, 에어컨에서 냉매량을 줄이기 위해서, 물리적으로 줄이기 곤란한 배관 길이 대신에 배관 직경을 줄이는 구조가 적용되었다.

그런데, 배관 직경을 줄이게 되면, 배관 내에서 냉매의 압력강하량이 상대적으로 증가하게 되고, 팽창밸브에 진입하는 구간에서 액상이어야 할 냉매가 2상이 되는 상황이 발생한다. 이 때문에, 팽창밸브를 통과하는 냉매의 유량이 감소하여 에어컨의 냉난방 효율이 떨어지며, 액상과 기상간의 충돌 때문에 소음 및 진동이 발생하게 된다.

공기조화기는, 실외기와, 실내기와, 상기 실외기 및 상기 실내기 사이에 마련되는 냉매의 배관을 포함한다. 상기 실외기는, 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축된 냉매를 응축시키는 실외 열교환기와, 상기 응축된 냉매의 일부를 팽창시켜 상기 응축된 냉매를 과냉각시키는 제1과냉각기를 포함한다. 상기 실내기는, 상기 배관을 통해 상기 실외기로부터 전달되는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창된 냉매를 증발시키는 실내 열교환기를 포함한다. 공기조화기는, 상기 배관에 마련되어, 상기 제1과냉각기로부터 상기 팽창밸브로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시켜 상기 전달되는 냉매를 과냉각시키는 제2과냉각기를 포함한다. 이로써, 냉매의 사용량이 제한된 경우에도 목표하는 과냉도를 확보하여 냉난방의 품질을 보장할 수 있다.

상기 제2과냉각기는, 냉방모드 시 상기 팽창된 냉매를 상기 실내 열교환기 및 상기 압축기 사이로 합류되는 유로로 전달할 수 있다.

공기조화기는, 난방모드 시 상기 압축기로부터 상기 실내 열교환기로 전달되는 냉매가 상기 유로를 통해 상기 제2과냉각기로 진입하는 것을 차단하도록 마련된 체크밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 체크밸브는, 상기 냉방모드 시 상기 팽창된 냉매가 상기 유로를 통해 상기 압축기로 전달되도록 개방될 수 있다.

상기 제2과냉각기는, 상기 냉방모드 시 상기 팽창밸브로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시키는 과냉각용 팽창밸브와, 상기 전달되는 냉매를 상기 과냉각용 팽창밸브에 의해 팽창된 냉매와 열교환시켜 상기 전달되는 냉매를 과냉각시키는 열교환부를 포함할 수 있다.

공기조화기는, 난방모드 시 상기 실내 열교환기에 의해 응축된 냉매를 팽창시켜 상기 실외 열교환기로 전달하는 제2팽창밸브를 더 포함할 수 있다.

공기조화기는, 상기 제2과냉각기가 상기 난방모드 시 상기 실내 열교환기로부터 상기 제2팽창밸브로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시켜 상기 전달되는 냉매를 과냉각시키고, 상기 팽창된 냉매를, 상기 유로로부터 분기되어 상기 실외 열교환기 및 상기 압축기 사이로 합류되는 제2유로를 통해 상기 압축기로 전달하도록 개방되는 제2체크밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 제2체크밸브는, 상기 냉방모드 시 상기 압축기로부터 상기 실외 열교환기로 전달되는 냉매가 상기 제2유로를 통해 상기 과냉각기로 진입하는 것을 차단하도록 마련될 수 있다.

공기조화기는, 상기 압축기에 제3유로를 통해 접속되며, 증발된 냉매가 상기 제3유로를 통해 상기 압축기에 전달되도록 상기 실내 열교환기 및 상기 실외 열교환기 중 어느 하나를 상기 제3유로와 선택적으로 연결시키는 포웨이 밸브를 더 포함하며, 상기 제2과냉각기는, 과냉각을 위해 팽창시킨 상기 냉매를 상기 제3유로로 전달할 수 있다.

공기조화기는, 실외기와, 실내기와, 상기 실외기 및 상기 실내기 사이에 마련되는 냉매의 배관을 포함한다. 상기 실내기는, 상기 냉매를 응축시키는 실내 열교환기를 포함한다. 상기 실외기는, 상기 배관을 통해 상기 실내기로부터 전달되는 상기 응축된 냉매의 일부를 팽창시켜 상기 응축된 냉매를 과냉각시키는 제1과냉각기와, 상기 과냉각된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창된 냉매를 증발시키는 실외 열교환기와, 상기 증발된 냉매를 압축시키는 압축기를 포함한다. 공기조화기는, 상기 배관에 마련되어, 상기 실내 열교환기로부터 상기 제1과냉각기로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시켜 상기 전달되는 냉매를 과냉각시키는 제2과냉각기를 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에어컨의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 관련 기술에 따른 에어컨에서 냉매의 사이클에 따른 엔탈피 및 압력의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에어컨에서 냉매의 사이클에 따른 엔탈피 및 압력의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기가 적용된 에어컨의 냉방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기가 적용된 에어컨의 난방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에어컨에 적용되는 외부 과냉각기의 개략적인 구조를 나타내는 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기 및 체크밸브가 적용된 에어컨의 냉방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기 및 체크밸브가 적용된 에어컨의 난방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기, 체크밸브, 제2체크밸브가 적용된 에어컨의 냉방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기, 체크밸브, 제2체크밸브가 적용된 에어컨의 난방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기로부터 기상의 냉매를 회수하기 위한 구조의 에어컨에서 냉방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기로부터 기상의 냉매를 회수하기 위한 구조의 에어컨에서 난방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 관해 상세히 설명한다. 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 상호 배타적인 구성이 아니며, 하나의 장치 내에서 복수 개의 실시예가 선택적으로 조합되어 구현될 수 있다. 이러한 복수의 실시예의 조합은 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술자가 본 발명의 사상을 구현함에 있어서 임의로 선택되어 적용될 수 있다.

만일, 실시예에서 제1구성요소, 제2구성요소 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 있다면, 이러한 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용되는 것이며, 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용되는 바, 이들 구성요소는 용어에 의해 그 의미가 한정되지 않는다. 실시예에서 사용하는 용어는 해당 실시예를 설명하기 위해 적용되는 것으로서, 본 발명의 사상을 한정하지 않는다.

또한, 본 명세서에서의 복수의 구성요소 중 "적어도 하나(at least one)"라는 표현이 나오는 경우에, 본 표현은 복수의 구성요소 전체 뿐만 아니라, 복수의 구성요소 중 나머지를 배제한 각 하나 혹은 이들의 조합 모두를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에어컨의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는 에어컨으로 구현된다. 에어컨(1)은 건물의 실내와 같이 온도를 조정하고자 하는 환경의 제1장소에 설치하는 실내기(10)와, 건물의 실외와 같이 상기한 환경 이외의 제2장소에 설치하는 실외기(20)를 포함한다. 실내기(10) 및 실외기(20) 사이에서 냉매가 순환 이동하며, 실내기(10) 및 실외기(20)는 에너지에 의해 각기 냉매의 상태를 조정함으로써 제1장소에서의 온도를 조정한다. 냉매의 순환은, 실내기(10) 내부의 배관, 실외기(20) 내부의 배관, 그리고 실내기(10) 및 실외기(20) 사이를 연결하는 외부 배관들이 상호 연통되게 마련됨으로써 이루어진다. 실내기(10) 및 실외기(20) 각각의 대수는 1:1, 1:N, N:1, N:N (N은 자연수) 등 다양한 방식으로 대응되도록 마련될 수 있다.

에어컨(1)은 기본적으로 기화열에 의한 냉각을 이용한다. 냉매는 액체에서 기체로 기화할 때에는 열을 흡수하고, 반대로 기체에서 액체로 응축할 때에는 열을 방출한다. 냉매가 기화할 때 흡수하는 열이 기화열이다. 에어컨(1)은 냉매가 액체 및 기체 사이를 변화하는 상변화를 이용하므로, 에어컨(1)에 사용되는 냉매는 기화점이 낮고 기화열이 큰 것이 사용된다. 또한, 에어컨(1)의 실내외 배관이 주로 금속으로 마련되는 바, 냉매는 배관에 사용되는 금속을 부식시키지 않을 특성이 요구된다. 또한, 냉매가 겨울에 얼게 되면 곤란하므로, 사용 지역에 따라서는 저온에서도 액상으로 존재할 수 있는 냉매가 요구될 수 있다.

에어컨(1)은 실내 열교환기(110)와, 제1팽창밸브(expansion valve)(120)와, 실외 열교환기(130)와, 압축기(compressor)(140)와, 제2팽창밸브(150)와, 축압기(accumulator)(160)와, 포웨이밸브(four-way valve)(170)와, 서비스밸브(180)를 포함한다. 이상의 구성요소들은 실내기(10) 및 실외기(20)로 각각의 설치위치가 구분된다. 실내기(10)는 실내 열교환기(110), 제1팽창밸브(120)를 포함하며, 실외기(20)는 실외 열교환기(130), 압축기(140), 제2팽창밸브(150), 축압기(160), 포웨이밸브(170), 서비스밸브(180), 내부 과냉각기(260)를 포함한다. 또한, 이러한 구성요소들 사이는 다양한 경로를 형성하는 배관들이 설치됨으로써, 냉매가 구성요소들 사이를 이동하도록 한다.

또한, 에어컨(1)은 에어컨(1)의 상기한 구성요소들을 비롯한 구조들의 동작을 제어하고 지시하기 위한 컨트롤러(controller) 또는 프로세서(processor)(190)를 포함한다. 하나 이상의 프로세서(190)는 인쇄회로기판 상에 장착된 CPU, 마이크로프로세서(micro-processor), 칩셋(chipset), SOC(system-on-chip) 등의 하드웨어 회로로 구현되며, 실내기(10) 또는 실외기(20)에 설치되거나, 또는 실내기(10) 및 실외기(20)가 각기 설치되거나, 실내기(10) 및 실외기(20)의 외측에 설치될 수도 있다.

에어컨(1)은 사용자의 지시 등의 다양한 이벤트에 응답하여, 냉방모드 및 난방모드 사이를 전환하여 동작할 수 있다. 에어컨(1)은 냉방모드 시에 실내기(10)가 설치된 실내를 냉방시키며, 난방모드 시에 실내를 난방시킨다. 두 모드는 냉매의 열교환 작용에 의해 실내의 온도를 조정한다는 점에서는 동일하지만, 각 모드 별로 실내 열교환기(110) 및 실외 열교환기(130) 각각의 동작이 상이하며, 냉매의 순환 경로도 달라진다. 이에 관한 자세한 설명은 후술한다.

이하, 각 구성요소들에 관해 간략히 설명한다.

실내 열교환기(110)는 냉매 및 대기 사이에 열에 관한 상호작용을 수행되게 함으로써, 냉매의 상변화와 이에 따른 주위 환경의 온도의 조정을 수행한다. 실내 열교환기(110)는 에어컨(1)이 냉방모드 시에 증발기(evaporator)로 동작하고, 난방모드 시에 응축기(condenser)로 동작한다. 실내 열교환기(110)는 냉방모드 시에 냉매를 증발시켜 흡열반응을 일으킴으로써, 냉매가 기상으로 변화하고 주위 환경의 온도가 내려가도록 한다. 실내 열교환기(110)는 난방모드 시에 고온 및 고압의 냉매를 응축시켜 발열반응을 일으킴으로써, 냉매가 액상으로 변화하고 주위 환경의 온도가 올라가도록 한다.

제1팽창밸브(120)는 냉방모드에서 실외 열교환기(130)에 의해 응축된 냉매를 팽창시켜 실내 열교환기(110)로 전달한다. 제1팽창밸브(120)는 직경이 상대적으로 줄어든 경로로 냉매를 통과시켜 냉매의 압력을 낮춤으로써, 차후 냉매의 증발이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

실외 열교환기(130)는 기본적인 동작 방식이 실내 열교환기(110)와 유사하다. 다만, 실외 열교환기(130)는 냉방모드 및 난방모드에서 실내 열교환기(110)와 반대로 동작한다. 즉, 실외 열교환기(130)는 냉방모드 시에 응축기로 동작하고, 난방모드 시에 증발기로 동작한다. 실외 열교환기(130)는 냉방모드 시에 실내 열교환기(110)에서 흡수된 열을 방출시킴으로써 실내의 온도를 내리는 역할을 수행하며, 난방모드 시에는 그 반대의 역할을 수행한다.

압축기(140)는 각 모드 별로 증발기의 역할을 수행하는 실내 열교환기(110) 또는 실외 열교환기(130)로부터 전달되는 기상의 차가운 냉매를 압축시켜, 냉매를 고온 및 고압의 기상으로 조정한다. 압축기(140)가 냉매를 압축시킴으로써, 높은 온도에서 액상으로의 상변화가 용이하게 수행될 수 있다. 또한, 압축기(140)는 저압의 냉매를 흡입하여 고압의 냉매를 배출함으로써, 냉매가 에어컨(1) 내에서 순환 사이클을 형성하도록 이동하는 힘을 부여한다.

제2팽창밸브(150)는 냉매를 팽창시키는 기능의 측면에서는 제1팽창밸브(120)와 동일하다. 제2팽창밸브(150)는 난방모드에서 실내 열교환기(110)에 의해 응축된 냉매를 팽창시켜 실외 열교환기(130)로 전달한다.

축압기(160)는 유입되는 냉매 중에서 기상의 냉매만이 압축기(140)로 전달되도록 한다. 증발된 냉매는 경우에 따라서 완전 증발이 일어나지 못하고 일부 액상을 포함하게 되는 경우가 있는데, 축압기(160)는 액상 냉매가 압축기(140)에 유입되는 것을 차단한다.

포웨이밸브(170)는 냉방모드 및 난방모드 중 어느 하나에 대응하여, 실외기(20) 내에서 냉매의 경로를 전환한다. 포웨이밸브(170)는 현재 모드에 대응하여 냉매의 이동을 조정함으로써, 모드 별로 실내 열교환기(110) 및 실외 열교환기(130)의 동작이 전환되도록 한다.

서비스밸브(180)는 에어컨(1) 전체의 배관을 통한 냉매의 순환 사이클에, 관리자가 진공상태 조정 및 냉매 보충을 할 수 있도록 마련된 밸브이다. 사용시간이 경과함에 따라서 사이클 내의 냉매가 부족하게 되어 냉난방 효율이 저하되는 경우에, 서비스밸브(180)를 통해 추가적인 냉매가 보충될 수 있다.

내부 과냉각기(260)는 냉방모드 시 실외 열교환기(130)로부터 제1팽창밸브(120)로 이동하는 냉매를 과냉각시키고, 과냉각에 따라서 팽창된 일부 냉매를 압축기(140)로 전달되도록 한다.

한편, 본 실시예에 따른 에어컨(1)은 실내기(10) 및 실외기(20)의 외부의 냉매의 경로 상에 설치되는 외부 과냉각기(200)를 추가적으로 포함한다. 구체적으로, 외부 과냉각기(200)는 냉방모드 시 실외 열교환기(130)로부터 냉매가 배출되는 배관의 관로에 설치된다. 내부 과냉각기(260) 및 외부 과냉각기(200)는 유사한 구조 및 과냉각 방식을 가지는데, 이에 관해서는 후술한다. 또한, 내부 과냉각기(260) 및 외부 과냉각기(200) 각각의 명칭은 상호 구별을 위해 편의상 붙여진 용어에 불과하며, 다양한 명칭이 해당 구성요소들에 붙여질 수 있다. 예를 들면, 내부 과냉각기(260)는 제1과냉각기로, 외부 과냉각기(200)는 제2과냉각기로 각각 지칭될 수 있다.

내부 과냉각기(260) 및 외부 과냉각기(200)는 다음과 같은 설계가 적용되는 에어컨에서, 냉방모드를 고려하여 적용될 수 있는 구성요소이다. 환경보호 또는 비용 등의 이슈 때문에 에어컨(1)에 허용되는 냉매의 양에 제한이 있는 경우에, 에어컨(1)에서 전체적인 배관의 길이를 줄이기는 곤란하므로, 대신 배관의 직경을 줄이는 설계가 적용된다. 그런데, 상대적으로 배관의 직경이 줄어들면 배관 내에서 냉매의 압력강하량이 상대적으로 증가하게 된다. 이는, 제1팽창밸브(120)에 진입하는 구간에서 액상이어야 할 냉매가 2상으로 변화하는 원인이 된다. 따라서, 제1팽창밸브(120)에 진입하는 냉매의 밀도가 감소하므로 제1팽창밸브(120)를 통과하는 냉매의 유량이 감소하며, 액상 냉매와 기상 냉매의 충돌로 인해 배관에서 소음 및 진동이 발생한다.

본 실시예에서는 에어컨의 실외기(20) 내에 내부 과냉각기(260)가 마련되는 것과 별도로, 외부 과냉각기(200)가 실외기(20) 외측에 설치될 수 있다. 예를 들어 동일한 모델의 실외기(20) 및 실내기(10)를 상이한 장소에 설치한다고 해도, 장소에 따라서 배관의 길이가 달라질 수 있다. 배관의 길이가 상대적으로 짧다면 허용되는 양의 냉매만으로도 목표 과냉도가 충분히 달성될 수 있다. 그러나, 배관의 길이가 상대적으로 길다면, 허용되는 양의 냉매만으로는 목표 과냉도의 달성이 곤란할 수 있다. 배관의 길이는 설치 환경에 따라서 달라지므로, 배관의 길이가 과도하게 긴 경우에는 과냉각 용량이 고정된 내부 과냉각기(260)만으로는 목표 과냉도의 달성이 곤란할 수 있는 반면, 배관의 길이가 상대적으로 길지 않은 경우에는 내부 과냉각기(260)만으로 목표 과냉도의 달성이 충분할 수도 있다. 이에, 사용자는 설치환경에 따라서 외부 과냉각기(200)를 선택적으로 설치함으로써, 냉매의 사용량이 제한된 상태에서 냉매의 목표 과냉도를 달성할 수 있다.

이하, 본 실시예의 외부 과냉각기(200)가 필요한 이유에 관해 보다 구체적으로 설명한다.

도 2는 관련 기술에 따른 에어컨에서 냉매의 사이클에 따른 엔탈피 및 압력의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 냉매의 순환 사이클은 엔탈피(enthalpy) 및 압력의 좌표 상에 나타낼 수 있다. 본 그래프에서 가로축은 엔탈피에 해당하며, 세로축은 압력에 해당한다. 엔탈피 대 압력으로 나타나는 영역은 냉매의 상태에 따라서, 냉매가 기상으로 존재하는 기상영역(311), 냉매가 액상으로 존재하는 액상영역(312), 냉매가 기상 및 액상의 혼합 형태로 존재하는 2상영역(313)의 세 가지로 구분될 수 있다.

본 도면은, 앞서 설명한 본 실시예의 외부 과냉각기(200, 도 1 참조)를 포함하지 않는, 관련 기술에 따른 에어컨에 관한 것임을 밝힌다.

본 그래프 상에서 냉매 사이클(CA)은 증발단계(C1), 압축단계(C2), 응축단계(C3), 팽창단계(C4)의 네 단계를 순환한다. 냉방모드 시, 증발단계(C1)에서는 실내 열교환기에 의해 냉매의 흡열이 수행됨으로써, 2상의 냉매의 엔탈피가 상승하여 기상의 냉매로 변화한다. 압축단계(C2)에서는 압축기에 의해 고압의 냉매가 된다. 응축단계(C3)에서는 실외 열교환기에 의해 냉매의 발열이 수행됨으로써, 기상의 냉매의 엔탈피가 하강하여 액상의 냉매로 변화한다. 팽창단계(C4)에서는 팽창밸브에 의해 냉매가 팽창함으로써, 고압 및 액상의 냉매가 저압 및 2상의 냉매로 변화한다.

팽창단계(C4)에서 A 지점은 실외 열교환기에 의해 응축된 냉매가 배관의 소정 위치를 이동하는 지점이다. 정상적인 경우라면, 적어도 냉매가 액상으로 존재하는 액상영역(312) 상의 B 지점에 있을 때에 제1팽창밸브로 냉매가 유입되어야 한다.

그런데, 앞서 설명한 경우와 같이, 냉매의 사용 제한 이슈 등으로 인해 배관 직경이 상대적으로 작아지도록 설계되었다면, 배관에서의 압력강하량이 증가하게 된다. 이 때문에, 냉매가 B 지점이 아닌, 냉매가 2상으로 존재하는 2상영역(313) 상의 C 지점에 있을 때에 제1팽창밸브로 냉매가 유입되는 현상이 발생한다. 2상의 냉매가 제1팽창밸브에 유입되면, 제1팽창밸브를 통과하는 냉매의 밀도 및 유량이 감소되며, 결과적으로 냉매의 열교환 효율이 저하된다. 또한, 제1팽창밸브에서 액상 및 기상의 충돌로 인한 소음, 진동이 발생한다.

이에, 본 발명의 실시예에 따른 에어컨은 앞서 설명한 바와 같은 외부 과냉각기를 포함한다. 이하, 본 발명의 실시예에 따른 에어컨에서 냉매의 사이클에 따른 엔탈피 및 압력의 변화에 관해 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에어컨에서 냉매의 사이클에 따른 엔탈피 및 압력의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 냉매의 순환 사이클은 엔탈피 및 압력의 좌표 상에 나타낼 수 있다. 본 그래프의 기본적인 사항은 앞선 도 2의 경우와 같다. 엔탈피 대 압력으로 나타나는 영역은 냉매의 상태에 따라서, 기상영역(311), 액상영역(312), 2상영역(313)으로 구분될 수 있다. 본 그래프에는 두 개의 순환 사이클(CA, CB)가 있는데, CA는 앞선 도 2에서의 관련 기술에 따른 순환 사이클이며, CB는 본 실시예에 따른 순환 사이클이다. 냉매 사이클 CB 또한, 증발단계(C5), 압축단계(C6), 응축단계(C7), 팽창단계(C8)의 네 단계를 순환한다.

관련 기술에서는, 고압의 냉매가 제1팽창밸브에 유입되는 지점이, 배관에서의 압력강하로 인해 B 지점으로부터 C 지점으로 내려간다. 이 때문에, 관련 기술에서는 제1팽창밸브에 액상이 아닌 2상의 냉매가 유입된다.

이에 비해, 본 실시예에 따른 에어컨은, 외부 열교환기에 의해 응축된 냉매를 외부 과냉각기에 의해 과냉각시킨다. 사이클 CB의 지점 D에서, 외부 과냉각기는 냉매를 과냉각시킴으로써 냉매의 엔탈피를 상대적으로 더 낮춘다. 추가적으로, 외부 과냉각기는 냉매의 압력을 상향시킬 수도 있다. 그 결과, 본 실시예에 따른 에어컨에서의 팽창단계(C8)는, 관련 기술의 경우에 따른 지점 A보다 엔탈피가 낮고 압력이 높은 지점 D에서 시작된다.

지점 E는 냉매가 제1팽창밸브에 유입되는 지점이다. 본 실시예에서는 배관에서의 압력강하량이 증가하더라도, 외부 과냉각기에 의한 냉매의 과냉각으로 인해, 지점 E가 2상영역(313)까지 떨어지지 않고 액상영역(312)에 위치한다. 따라서, 제1팽창밸브에 유입되는 냉매는 액상으로 존재할 수 있다.

이로써, 본 실시예에 따른 에어컨은, 외부 과냉각기에 의해 냉매를 과냉각시킴으로써, 제1팽창밸브를 통과하는 냉매의 밀도 및 유량을 확보하여 냉매의 열교환 효율을 보장할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 에어컨은 제1팽창밸브에서 액상 및 기상의 충돌로 인한 소음, 진동이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이하, 외부 과냉각기가 적용된 에어컨의 전체 순환 사이클에 관해 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기가 적용된 에어컨의 냉방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 에어컨은 실내기(10)에 실내 열교환기(110)와, 제1팽창밸브(120)가 마련되며, 실외기(20)에 실외 열교환기(130), 압축기(140), 제2팽창밸브(150), 축압기(160), 포웨이밸브(170), 내부 과냉각기(260)가 마련된다. 이들 구성요소에 관한 기본적 구성은 앞서 설명한 바와 같다. 추가적으로, 실외기(20)에는 내부 과냉각기(260)가 설치될 수 있는데, 내부 과냉각기(260)는 외부 과냉각기(200)와 직렬로 연결되며, 기본적으로 외부 과냉각기(200)와 마찬가지로 냉매를 과냉각시킨다.

본 도면의 냉매의 경로에서, 굵은 실선의 경로는 고온 및 기상의 냉매, 가는 실선의 경로는 저온 및 기상의 냉매, 일점쇄선의 경로는 액상의 냉매가 흐르고 있음을 각각 나타낸다.

이하, 에어컨이 냉방모드일 때의 냉매 순환 사이클에 관해 설명한다. 기본적으로 냉방모드 및 난방모드의 전환은 포웨이밸브(170)가 실외기(20) 내부의 냉매 경로를 어떻게 라우팅시키는가에 따라서 수행된다. 냉방모드 시에, 포웨이밸브(170)는 실내 열교환기(110)로부터의 냉매를 축압기(160) 및 압축기(140)로 흐르도록, 압축기(140)로부터의 냉매를 실외 열교환기(130)로 흐르도록 각각 조정한다.

실내 열교환기(110)에서는 냉매의 증발작용이 발생하며, 냉매가 실내의 열을 흡수하여 기상의 냉매가 된다. 실내 열교환기(110)로부터 배출되는 기상의 냉매는 실내기(10)로부터 실외기(20)로 이동하고, 포웨이밸브(170), 축압기(160)를 거쳐서 압축기(140)로 이동한다. 압축기(140)에서는 기상의 냉매가 고압으로 압축되고, 압축된 냉매는 포웨이밸브(170)를 거쳐서 실외 열교환기(130)로 이동한다. 실외 열교환기(130)에서는 고압 및 고온의 기상의 냉매의 응축작용이 발생하며, 냉매가 열을 외부로 방출하여 고압의 액상의 냉매가 된다. 실외 열교환기(130)로부터 배출되는 냉매는 내부 과냉각기(260)를 거치면서 1차적으로 과냉각된 이후, 외부 과냉각기(200)로 전달된다.

냉방모드 시, 외부 과냉각기(200)의 과냉각용 팽창밸브(230)는 개방된다. 액상의 냉매는 실외기(20) 외부의 외부 과냉각기(200)에 의해 과냉각되며, 과냉각된 액상의 냉매는 제1팽창밸브(120)로 이동한다. 제1팽창밸브(120)에서는 과냉각된 냉매가 팽창되며, 팽창된 냉매는 실내 열교환기(110)로 이동한다. 한편, 외부 과냉각기(200)에서 냉매의 과냉각을 위한 열교환 매체로 사용된 나머지 냉매는 기상의 냉매가 된다. 기상의 냉매는 외부 과냉각기(200)로부터, 앞서 설명한 실내 열교환기(110)로부터 배출되는 기상의 냉매와 합류하여 실외기(20)로 이동한다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 외부 과냉각기(200)는 에어컨의 냉방모드 시에 응축된 냉매를 과냉각시켜 제1팽창밸브(120)에 전달한다.

이하, 에어컨이 난방모드일 때의 냉매 순환 사이클에 관해 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기가 적용된 에어컨의 난방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 에어컨이 난방모드일 때, 포웨이밸브(170)는 실외 열교환기(130)로부터의 냉매가 축압기(160) 및 압축기(140)로 흐르도록, 압축기(140)로부터의 냉매가 실내 열교환기(110)로 흐르도록 각각 조정한다.

실외 열교환기(130)에서는 냉매의 증발작용이 발생하며, 냉매가 실내의 열을 흡수하여 기상의 냉매가 된다. 실외 열교환기(130)로부터 배출되는 기상의 냉매는 포웨이밸브(170), 축압기(160)를 거쳐서 압축기(140)로 이동한다. 압축기(140)에서는 기상의 냉매가 고압으로 압축되고, 압축된 냉매는 포웨이밸브(170)를 거쳐서, 실외기(20)로부터 실내기(10)로 이동하며, 실내 열교환기(110)로 전달된다. 실내 열교환기(110)에서는 고압 및 고온의 기상의 냉매의 응축작용이 발생하며, 냉매가 열을 외부로 방출하여 고압의 액상의 냉매가 된다.

난방모드 시, 외부 과냉각기(200)의 과냉각용 팽창밸브(230)는 폐쇄됨으로써, 압축기(140)로부터 배출되어 실내 열교환기(110)로 이동하는 냉매의 일부가 외부 과냉각기(200) 및 실외 열교환기(130)로 유입되는 것을 차단한다. 또한, 과냉각용 팽창밸브(230)가 폐쇄되어 외부 과냉각기(200)에서 냉매의 실질적인 열교환이 수행되지 않으므로, 냉매의 과냉각은 실질적으로 수행되지 않는다.

실내 열교환기(110)로부터 배출되는 액상의 냉매는 외부 과냉각기(200)를 통과하고, 이후 내부 과냉각기(260)를 거쳐 제2팽창밸브(150)로 이동한다. 제2팽창밸브(150)에서는 과냉각된 냉매가 팽창되며, 팽창된 냉매는 실외 열교환기(130)로 이동한다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 에어컨은 난방모드 시에 과냉각용 팽창밸브(230)를 닫아서, 압축기(140)로부터 나오는 고온 및 기상의 냉매가 외부 과냉각기(200)에 유입되는 것을 막는다.

이러한 과냉각용 팽창밸브(230)는 프로세서 또는 컨트롤러에 의한 제어를 위해 전자식으로 마련되는데, 난방모드 시에 오동작을 일으킬 수 있다. 압축기(140)로부터 압축된 고압의 냉매는 실외기(20)로부터 배출되어 실내기(10)로 이동하는데, 일부 고압의 냉매가 외부 과냉각기(200) 쪽으로 이동한다. 냉방모드 시에 외부 과냉각기(200)로부터 열교환에 사용된 냉매가 실내기(10)로부터 실외기(20)로 이동하는 냉매와 합류되도록 유로가 형성되는데, 난방모드 시에는 반대로 본 유로를 통해 고압의 냉매가 유입된다. 이에, 난방모드 시에 고압의 냉매의 이동을 차단하기 위해 과냉각용 팽창밸브(230)가 닫힌다.

이하, 본 실시예에 따른 외부 과냉각기의 구조 및 과냉각 방식에 관해 설명한다. 내부 과냉각기의 구조 또한 외부 과냉각기와 유사하다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에어컨에 적용되는 외부 과냉각기의 개략적인 구조를 나타내는 측단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 외부 과냉각기(200)는 냉방모드 시에 응축된 냉매를 분기시키는 제1분기유로(210) 및 제2분기유로(220)과, 제2분기유로(220)을 흐르는 냉매를 팽창시키는 과냉각용 팽창밸브(230)와, 제1분기유로(210)의 응축된 냉매 및 제2분기유로(220)의 팽창된 냉매를 열교환시켜 제1분기유로(210)의 냉매를 과냉각시키는 과냉각용 열교환부(240)를 포함한다.

외부 과냉각기(200)는 냉방모드에서 실외기의 냉매의 배출관로에 설치된다. 냉방모드 시에, 실외 열교환기에서 응축된 냉매는 제1분기유로(210) 및 제2분기유로(220)으로 분기된다. 제2분기유로(220)을 흐르는 냉매는 과냉각용 팽창밸브(230)에 의해 팽창되어 압력이 낮아진다.

과냉각용 열교환부(240)에서는 제1분기유로(210) 및 제2분기유로(220)이 냉매간의 열교환이 가능할 정도로 충분히 근접하게 배치된다. 본 실시예에서는 제1분기유로(210) 및 제2분기유로(220)이 평행하게 배치되는 것으로 나타내지만, 제1분기유로(210) 및 제2분기유로(220)이 어떠한 방식으로 연장되었는지에 관해서는 다양한 설계 방식이 적용될 수 있다. 예를 들면, 열교환 효율을 높이기 위해 제2분기유로(220)이 제1분기유로(210)을 나선 형태로 둘러싸면서 연장되는 방식도 가능하다.

과냉각용 열교환부(240)에서는 제1분기유로(210)의 응축된 냉매와 제2분기유로(220)의 팽창된 냉매 사이의 열교환이 발생한다. 이러한 열교환으로 인해, 제1분기유로(210)의 냉매는 엔탈피가 저하하고 압력이 상승함으로써 과냉각된 냉매가 되며, 제2분기유로(220)의 냉매는 엔탈피가 상승하여 기상의 냉매가 된다. 제1분기유로(210)을 흐르는 과냉각된 냉매는 실내기의 제1팽창밸브로 전달되며, 제2분기유로(220)을 흐르는 기상의 냉매는 압축기로 회수된다.

그런데, 난방모드 시 실내 열교환기로부터 제2팽창밸브로 이동하는 냉매 및 압축기로부터 배출되는 냉매의 압력차로 인해, 과냉각용 팽창밸브(230)가 오동작을 하여 난방모드에서 개방되는 경우가 발생할 수 있다. 이하, 이러한 오동작이 수행되지 않도록 하는 실시예에 관해 설명한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기 및 체크밸브가 적용된 에어컨의 냉방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 에어컨은 실내 열교환기(110), 제1팽창밸브(120), 실외 열교환기(130), 압축기(140), 제2팽창밸브(150), 축압기(160), 포웨이밸브(170), 외부 과냉각기(200)를 포함한다. 이들 구성요소에 관한 기본적 사항은 앞서 설명한 바와 같다. 또한, 냉방모드에서 냉매의 순환 사이클 또한 앞선 도 5의 경우와 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.

외부 과냉각기(200)는 실외 열교환기(130)로부터 응축된 냉매 중에서, 일부 냉매를 과냉각용 팽창밸브(230)에 의해 팽창시켜 나머지 냉매와 열교환시킴으로써, 나머지 냉매를 과냉각시킨다. 과냉각 결과, 외부 과냉각기(200)는 과냉각된 냉매 및 기상의 냉매를 각각 배출한다.

냉방모드에서 실내 열교환기(110)에서 증발된 냉매를 축압기(160) 및 압축기(140)로 배출시키기 위한 제1유로(510)와, 냉방모드에서 외부 과냉각기(200)가 과냉각을 위해 팽창시킨 냉매를 배출하도록 제1유로(510)와 연통된 제2유로(520)가 마련된다. 외부 과냉각기(200)로부터 배출되는 과냉각된 냉매는 실내기(10)로 이동하는 한편, 기상의 냉매는 제2유로(520)를 통해 실외기(20)로 회수된다.

여기서, 본 실시예에 따른 에어컨은, 제2유로(520)를 개폐하는 체크밸브(410)를 포함한다. 체크밸브(410)는 냉방모드 시 개방됨으로써, 기상의 냉매가 외부 과냉각기(200)로부터 제2유로(520)를 통해 이동하여 제1유로(510)를 흐르는 증발된 냉매와 합류하도록 한다. 이로써, 체크밸브(410)는 외부 과냉각기(200)로부터 과냉각을 위해 사용된 기상의 냉매가 압축기(140)로 회수될 수 있도록 한다.

이하, 난방모드에서 체크밸브(410)의 동작에 관해 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기 및 체크밸브가 적용된 에어컨의 난방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 난방모드에서 압축기(140)로부터 배출되는 압축된 냉매는 제1유로(510)를 통해 실내 열교환기(110)로 이동한다. 또한, 실내 열교환기(110)로부터 배출되는 응축된 냉매는 외부 과냉각기(200)를 거쳐서 제2팽창밸브(150)로 이동한다. 난방모드에서 냉매의 순환 사이클은 앞선 도 6의 경우와 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.

난방모드에서 체크밸브(410)는 제2유로(520)를 폐쇄시킴으로써 제2유로(520)를 통한 냉매의 흐름을 차단시킨다. 압축기(140)로부터 제1유로(510)를 통해 이동하는 고온 및 고압의 냉매 중 일부가 제2유로(520)로 진입하는데, 체크밸브(410)는 이러한 고압의 냉매가 제2유로(520)를 통해 외부 과냉각기(200)에 유입되는 것을 차단한다.

즉, 본 실시예에 따른 체크밸브(410)는, 체크밸브(410)가 적용되지 않은 앞선 실시예에서 과냉각용 팽창밸브(230)가 수행하는 선택적인 차단 동작을 대신 수행한다. 또한, 체크밸브(410)는 이러한 차단 동작을 고압의 냉매가 외부 과냉각기(200)로 진입하기 훨씬 이전 단계에서 수행함으로써, 냉매 간의 압력차로 인해 오동작하는 것을 방지할 수 있다.

체크밸브(410)가 고압의 냉매를 차단하고 있는 상태이므로, 과냉각용 팽창밸브(230)는 굳이 차단 상태에 있을 필요가 없다. 과냉각용 팽창밸브(230)는 개방된 상태에서, 실내 열교환기(110)로부터 배출되는 냉매 중 일부를 팽창시키고, 제2팽창밸브(150)로 이동하는 나머지 냉매를 팽창된 냉매에 의해 열교환시켜 과냉각시킬 수 있다.

이와 같이, 난방모드에서는 체크밸브(410)를 닫아서 고압의 냉매의 유입을 차단하고, 과냉각용 팽창밸브(230)를 개방시킴으로써 소기의 과냉각 효과도 달성할 수 있다.

한편, 본 실시예와 같이 에어컨이 외부 과냉각기(200) 및 체크밸브(410)를 포함하는 구조에, 난방모드 시 외부 과냉각기(200)로부터 발생하는 저압 및 기상의 냉매를 압축기(140)로 회수하기 위한 구조가 추가적으로 적용될 수 있다. 이하, 이러한 실시예에 관해 설명한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기, 체크밸브, 제2체크밸브가 적용된 에어컨의 냉방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 에어컨은 실내 열교환기(110), 제1팽창밸브(120), 실외 열교환기(130), 압축기(140), 제2팽창밸브(150), 축압기(160), 포웨이밸브(170), 외부 과냉각기(200), 체크밸브(410), 제1유로(510), 제2유로(520)를 포함한다. 이들 구성요소에 관한 기본적 사항은 앞서 설명한 바와 같다. 또한, 냉방모드에서 냉매의 순환 사이클 또한 앞선 도 5 및 도 7의 경우와 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.

냉방모드 시, 과냉각용 팽창밸브(230)가 개방됨으로써, 과냉각된 냉매는 외부 과냉각기(200)로부터 실내기(10)로 이동하며, 저압 및 기상의 냉매는 외부 과냉각기(200)로부터 제2유로(520)를 통해 이동한다. 체크밸브(410) 또한 개방됨으로써, 저압 및 기상의 냉매는 제2유로(520)를 통해 제1유로(510)에서 실내 열교환기(110)로부터 배출되는 증발된 냉매와 합류하여, 실외기(20)로 이동한다.

여기서, 본 실시예에서는, 외부 과냉각기(200) 및 체크밸브(410) 사이의 제2유로(520)로부터 분기되어 냉방모드 시에 압축기(140)로 연통되도록 연장된 제3유로(530)와, 제3유로(530)를 선택적으로 개폐하는 제2체크밸브(420)가 추가로 마련된다.

냉방모드 시에 압축기(140)로부터 압축된 고압의 냉매가 제3유로(530)를 통해 제2유로(520) 쪽으로 유입되는 바, 제2체크밸브(420)는 제3유로(530)를 폐쇄함으로써 고압의 냉매가 외부 과냉각기(200)에 유입되는 것을 차단한다.

이하, 난방모드에서 제2체크밸브(420)의 동작에 관해 설명한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기, 체크밸브, 제2체크밸브가 적용된 에어컨의 난방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 난방모드에서 압축기(140)로부터 배출되는 압축된 냉매는 제1유로(510)를 통해 실내 열교환기(110)로 이동한다. 또한, 실내 열교환기(110)로부터 배출되는 응축된 냉매는 외부 과냉각기(200)를 거쳐서 제2팽창밸브(150)로 이동한다. 난방모드에서 냉매의 순환 사이클은 앞선 도 6 및 도 8의 경우와 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.

난방모드에서 체크밸브(410)는 제2유로(520)를 폐쇄시킴으로써, 압축기(140)로부터 제1유로(510)를 통해 이동하는 고온 및 고압의 냉매 중 일부가 제2유로(520)를 통해 외부 과냉각기(200)에 유입되는 것을 차단한다.

과냉각용 팽창밸브(230)는 개방됨으로써, 실내 열교환기(110)로부터 배출되는 응 축된 냉매 중 일부를 팽창시키고, 이 팽창된 냉매에 의해 제2팽창밸브(150)로 이동하는 나머지 냉매를 과냉각시킨다. 냉매의 과냉각에 관한 기본적인 원리는 냉방모드의 경우와 유사하다. 외부 과냉각기(200)는 과냉각된 냉매를 제2팽창밸브(150)로 배출하는 한편, 저압 및 기상의 냉매를 제2유로(520)를 통해 배출한다.

한편, 제2체크밸브(420)는 제3유로(530)을 개방함으로써, 외부 과냉각기(200)로부터 배출되는 저압 및 기상의 냉매가 제2유로(520) 및 제3유로(530)를 통해 압축기(140)로 회수된다. 따라서, 제2체크밸브(420) 및 제3유로(530)를 적용하지 않은 앞선 실시예에 비해, 본 실시예에서는 난방모드 시에도 외부 과냉각기(200)에 의한 향상된 과냉각 효과를 얻을 수 있다.

한편, 실외기(20)에 별도의 유로 또는 배관의 설치가 가능한 구조라고 한다면, 앞서 설명한 체크밸브(410), 제2체크밸브(420), 제2유로(520), 제3유로(530) 등의 구성요소들을 적용하지 않고, 과냉각을 달성하기 위한 유로 구조의 구현이 가능하다. 이하, 이러한 실시예에 관해 설명한다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기로부터 기상의 냉매를 회수하기 위한 구조의 에어컨에서 냉방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 에어컨은 실내 열교환기(110), 제1팽창밸브(120), 실외 열교환기(130), 압축기(140), 제2팽창밸브(150), 축압기(160), 포웨이밸브(170), 외부 과냉각기(200)를 포함한다. 이들 구성요소에 관한 기본적 사항과, 냉방모드에서 냉매의 순환 사이클은 앞선 실시예를 응용할 수 있으므로 설명을 생략한다.

냉방모드 시, 과냉각용 팽창밸브(230)는 개방된다. 실외 열교환기(130)로부터 배출되는 액상의 냉매는 두 개의 흐름으로 분기하며, 하나의 흐름의 냉매는 과냉각용 팽창밸브(230)를 통과하면서 팽창된다. 팽창된 냉매는 다른 하나의 흐름의 냉매와 열교환을 수행함으로써 저압 및 기상의 냉매가 되고, 열교환이 수행된 냉매는 과냉각된 냉매가 된다. 과냉각된 냉매는, 제1팽창밸브(120)로 전달된다.

한편, 본 실시예에서는 과냉각용 팽창밸브(230)에 의해 팽창되어 열교환을 수행한 냉매를 압축기(140)로 이동하도록 안내하는 제4유로(540)가 마련된다. 제4유로(540)는 제1유로(510)와 단절된다. 제4유로(540)는 외부 과냉각기(200)로부터 연장되며 실외기(20) 내 포웨이밸브(170) 및 축압기(160) 사이의 유로에 합류한다. 외부 과냉각기(200)로부터 배출되는 저압 및 기상의 냉매는, 제4유로(540)를 통해 이동하며, 축압기(160)를 거쳐서 압축기(140)에 회수된다.

이하, 제4유로(540)가 적용된 에어컨의 난방모드의 동작에 관해 설명한다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 외부 과냉각기로부터 기상의 냉매를 회수하기 위한 구조의 에어컨에서 난방모드 시의 냉매 순환 사이클을 나타내는 예시도이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 난방모드 시에도 냉방모드 시와 동일하게 과냉각용 팽창밸브(230)가 개방되어 냉매의 팽창을 수행한다. 실내 열교환기(110)로부터 배출되는 응축된 고압의 냉매는, 외부 과냉각기(200)의 후단에서 분기하며, 분기된 일부 냉매가 과냉각용 팽창밸브(230)를 통해 팽창되어 외부 과냉각기(200)로 돌아온다.

이와 같이 돌아오는 팽창된 냉매는, 외부 과냉각기(200)를 통과하는 응축된 냉매를 과냉각시킨 이후, 저압 및 기상의 냉매가 되어 제4유로(540)를 통해 이동한다. 과냉각된 냉매는 제2팽창밸브(150)로 전달된다. 저압 및 기상의 냉매는 제4유로(540)를 통해 축압기(160)로 유입됨으로써, 최종적으로 압축기(140)에 회수될 수 있다.

이 때, 압축기(140)로부터 압축된 냉매는 제1유로(510)를 통해 실내 열교환기(110)로 이동한다. 제4유로(540)는 제1유로(510)와 단절되어 있으므로, 별도의 체크밸브 없이도 제1유로(510)를 흐르는 고압의 냉매가 외부 과냉각기(200)에 유입되지 않는다.

이와 같이, 과냉각기(200)는 냉방모드에서 실외 열교환기(130)로부터 제1팽창밸브(120)로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시키고, 난방모드에서 실내 열교환기(110)로부터 제2팽창밸브(150)로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시켜, 전달되는 냉매의 나머지를 과냉각시킨다. 여기서, 제4유로(540)는 과냉각기(200)로부터 배출되는 팽창된 냉매를 포웨이 밸브(170) 및 압축기(140) 사이로 합류되는 유로로 전달함으로써, 팽창된 냉매가 압축기(140)로 회수되도록 한다.

이와 같이, 제4유로(540)를 적용함으로써 외부 과냉각기(200)에 의한 과냉도를 확보하면서도, 난방모드 시에 외부 과냉각기(200)에 고압의 냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

200 : 외부 과냉각기
210 : 제1분기유로
220 : 제2분기유로
230 : 과냉각용 팽창밸브
240 : 과냉각용 열교환부
410 : 체크밸브
420 : 제2체크밸브

Claims

공기조화기에 있어서,
실외기와,
실내기와,
상기 실외기 및 상기 실내기 사이에 마련되는 냉매의 배관을 포함하며,
상기 실외기는,
냉매를 압축시키는 압축기와,
상기 압축된 냉매를 응축시키는 실외 열교환기와,
상기 응축된 냉매의 일부를 팽창시켜 상기 응축된 냉매를 과냉각시키는 제1과냉각기를 포함하며,
상기 실내기는,
상기 배관을 통해 상기 실외기로부터 전달되는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와,
상기 팽창된 냉매를 증발시키는 실내 열교환기를 포함하며,
상기 배관에 마련되어, 상기 제1과냉각기로부터 상기 팽창밸브로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시켜 상기 전달되는 냉매를 과냉각시키는 제2과냉각기를 포함하는 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 제2과냉각기는, 냉방모드 시 상기 팽창된 냉매를 상기 실내 열교환기 및 상기 압축기 사이로 합류되는 유로로 전달하는 공기조화기.
제2항에 있어서,
난방모드 시 상기 압축기로부터 상기 실내 열교환기로 전달되는 냉매가 상기 유로를 통해 상기 제2과냉각기로 진입하는 것을 차단하도록 마련된 체크밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제3항에 있어서,
상기 체크밸브는, 상기 냉방모드 시 상기 팽창된 냉매가 상기 유로를 통해 상기 압축기로 전달되도록 개방되는 공기조화기.
제3항에 있어서,
상기 제2과냉각기는,
상기 냉방모드 시 상기 팽창밸브로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시키는 과냉각용 팽창밸브와,
상기 전달되는 냉매를 상기 과냉각용 팽창밸브에 의해 팽창된 냉매와 열교환시켜 상기 전달되는 냉매를 과냉각시키는 열교환부를 포함하는 공기조화기.
제2항에 있어서,
난방모드 시 상기 실내 열교환기에 의해 응축된 냉매를 팽창시켜 상기 실외 열교환기로 전달하는 제2팽창밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제6항에 있어서,
상기 제2과냉각기가 상기 난방모드 시 상기 실내 열교환기로부터 상기 제2팽창밸브로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시켜 상기 전달되는 냉매를 과냉각시키고,
상기 팽창된 냉매를, 상기 유로로부터 분기되어 상기 실외 열교환기 및 상기 압축기 사이로 합류되는 제2유로를 통해 상기 압축기로 전달하도록 개방되는 제2체크밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제7항에 있어서,
상기 제2체크밸브는, 상기 냉방모드 시 상기 압축기로부터 상기 실외 열교환기로 전달되는 냉매가 상기 제2유로를 통해 상기 과냉각기로 진입하는 것을 차단하도록 마련된 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 압축기에 제3유로를 통해 접속되며, 증발된 냉매가 상기 제3유로를 통해 상기 압축기에 전달되도록 상기 실내 열교환기 및 상기 실외 열교환기 중 어느 하나를 상기 제3유로와 선택적으로 연결시키는 포웨이 밸브를 더 포함하며,
상기 제2과냉각기는, 과냉각을 위해 팽창시킨 상기 냉매를 상기 제3유로로 전달하는 공기조화기.
공기조화기에 있어서,
실외기와,
실내기와,
상기 실외기 및 상기 실내기 사이에 마련되는 냉매의 배관을 포함하며,
상기 실내기는,
상기 냉매를 응축시키는 실내 열교환기를 포함하며,
상기 실외기는,
상기 배관을 통해 상기 실내기로부터 전달되는 상기 응축된 냉매의 일부를 팽창시켜 상기 응축된 냉매를 과냉각시키는 제1과냉각기와,
상기 과냉각된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와,
상기 팽창된 냉매를 증발시키는 실외 열교환기와,
상기 증발된 냉매를 압축시키는 압축기를 포함하며,
상기 배관에 마련되어, 상기 실내 열교환기로부터 상기 제1과냉각기로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시켜 상기 전달되는 냉매를 과냉각시키는 제2과냉각기를 포함하는 공기조화기.
제10항에 있어서,
냉방모드 시 상기 실외 열교환기에 의해 응축된 냉매를 팽창시켜 상기 실내 열교환기로 전달하는 제2팽창밸브를 더 포함하고,
상기 제2과냉각기는, 상기 실외 열교환기에 의해 응축된 냉매의 일부를 팽창시켜 상기 팽창된 냉매를 상기 실내 열교환기 및 상기 압축기 사이로 합류되는 유로로 전달하는 공기조화기.
제11항에 있어서,
난방모드 시 상기 압축기로부터 상기 실내 열교환기로 전달되는 냉매가 상기 유로를 통해 상기 제2과냉각기로 진입하는 것을 차단하도록 마련된 체크밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제12항에 있어서,
상기 체크밸브는, 상기 냉방모드 시 상기 팽창된 냉매가 상기 유로를 통해 상기 압축기로 전달되도록 개방되는 공기조화기.
제12항에 있어서,
상기 제2과냉각기는,
상기 냉방모드 시 상기 팽창밸브로 전달되는 냉매의 일부를 팽창시키는 과냉각용 팽창밸브와,
상기 전달되는 냉매를 상기 과냉각용 팽창밸브에 의해 팽창된 냉매와 열교환시켜 상기 전달되는 냉매를 과냉각시키는 열교환부를 포함하는 공기조화기.
제11항에 있어서,
상기 제2과냉각기에 의해 팽창된 상기 냉매를, 상기 유로로부터 분기되어 상기 실외 열교환기 및 상기 압축기 사이로 합류되는 제2유로를 통해 상기 압축기로 전달하도록 개방되는 제2체크밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제15항에 있어서,
상기 제2체크밸브는, 상기 냉방모드 시 상기 압축기로부터 상기 실외 열교환기로 전달되는 냉매가 상기 제2유로를 통해 상기 과냉각기로 진입하는 것을 차단하도록 마련된 공기조화기.
제10항에 있어서,
상기 압축기에 제3유로를 통해 접속되며, 증발된 냉매가 상기 제3유로를 통해 상기 압축기에 전달되도록 상기 실내 열교환기 및 상기 실외 열교환기 중 어느 하나를 상기 제3유로와 선택적으로 연결시키는 포웨이 밸브를 더 포함하며,
상기 제2과냉각기는, 과냉각을 위해 팽창시킨 상기 냉매를 상기 제3유로로 전달하는 공기조화기.