KR20210106772A

KR20210106772A - 공기조화기

Info

Publication number: KR20210106772A
Application number: KR1020200021700A
Authority: KR
Inventors: 류병진; 차우호; 이강욱; 정청우
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2021-08-31

Abstract

본 발명은 제 1 냉매 및 제 2 냉매를 포함하는 대체냉매를 순환시킬 때, 제 1 실외열교환기 및 제 2 실외연결기와 연결된 분리기에서 열적 특성이 우수한 냉매를 추출하여 제 2 실외열교환기에 공급할 수 있기 때문에, 대체냉매의 온도구배 및 압력손실을 최소화할 수 있다.

Description

공기조화기{Air conditioner}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대체냉매를 사용하는 공기조화기에 관한 것이다.

공기조화기는 사용자에게 보다 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내를 냉/난방하거나 또는 실내 공기를 정화시키는 장치를 말한다.

최근에는 공기조화기에서 사용되는 냉매에 의한 지구의 온난화를 억제하기 위해 GWP(Global Warming Potential)가 낮은 대체냉매의 사용이 권장되고 있다.

대체냉매는 열적 특성이 불리한 냉매(R1234yf)로 인해 응축기/증발기에서 온도 구배에 따른 열교환 성능 저하가 발생되고, 이로 인해 냉방 및 난방 능력 저하로 인한 시스템 효율 저하를 유발한다.

이러한 성능 감소를 대처하기 위해서 종래에는 열교환기의 크기를 증가시켜 대응하였고, 이로 인해 재료비 증가하고 열교환기의 크기가 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 대체냉매는 잠열 구간 감소에 따라 동일 능력 기준 냉매 유량 증대가 유발되기 때문에, 응축기/증발기에서의 압력 손실이 증가하고, 이로 인해 열교환 성능 및 저압 감소에 따른 압축기 흡입 밀도 감소가 유발되는 문제점이 있었다.

이러한 성능 감소를 상쇄하기 위해, 종래 공기조화기는 열교환기의 크기를 증가시키거나 압축기의 용량을 증대시켜야 하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 10-0261459 B1

본 발명은 열교환기의 크기를 증가시키지 않고, 제 1 냉매 및 제 2 냉매가 혼합된 대체냉매를 사용할 수 있는 공기조화기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 제 1 냉매 및 제 2 냉매가 혼합된 대체냉매를 통해 실내를 냉방할 때, 제 1 냉매 및 제 2 냉매 중 열적 특성이 우수한 냉매의 기체냉매를 회수하여 실외열교환기에 다시 공급할 수 있는 공기조화기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 제 1 냉매 및 제 2 냉매가 혼합된 대체냉매를 통해 실내를 난방할 때, 제 1 냉매 및 제 2 냉매 중 열적 특성이 우수한 냉매의 액체냉매를 회수하여 실외열교환기에 다시 공급할 수 있는 공기조화기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 제 1 냉매 및 제 2 냉매를 포함하는 대체냉매를 순환시킬 때, 제 1 실외열교환기 및 제 2 실외연결기와 연결된 분리기에서 열적 특성이 불리한 냉매를 추출하여 바이패스시키기 때문에, 대체냉매의 온도구배 및 압력손실을 최소화할 수 있다.

본 발명은 제 1 냉매 및 제 2 냉매를 포함하는 대체냉매를 순환시켜 난방운전할 때, 분리기 및 복수개의 분리기배관을 통해 실외열교환기로 유입되는 대체냉매를 액체상태로 제공할 수 있기 때문에, 증발기로 작동하는 실외열교환기에서 과도한 압력 손실을 최소화할 수 있고, 증발열량 증대시켜 고효율 난방 운전이 가능하다.

본 발명은 제 1 냉매 및 제 2 냉매를 포함하는 대체냉매가 공급되고, 상기 공급된 대체냉매를 열교환시키는 제 1 실외열교환기; 상기 대체냉매를 열교환시키는 제 2 실외열교환기; 상기 제 1 실외열교환기 및 제 2 실외열교환기를 연결하여 냉매를 유동시키는 분리기; 상기 분리기 및 제 1 실외열교환기를 연결하는 제 1 분리기배관; 상기 분리기 및 제 2 실외열교환기의 일측을 연결하는 제 2 분리기배관; 상기 분리기 및 제 1 실외팽창밸브를 연결하는 제 3 분리기배관; 상기 제 2 실외열교환기의 타측 및 제 2 실외팽창밸브를 연결하는 제 4 분리기배관; 상기 분리기 및 제 4 분리기배관을 연결하는 제 5 분리기배관;을 포함한다.

본 발명은 상기 제 5 분리기배관의 일단은 상기 분리기의 내부 하측에 배치되고, 상기 분리기 내부에 저장된 액체냉매를 상기 제 4 분리기배관으로 안내한다.

상기 제 1 실외열교환기는, 일측에 배치된 제 1 헤더 및 타측에 배치된 제 1 분배기를 포함하고, 상기 제 1 분리기배관의 일측은 상기 제 1 분배기에 연결될 수 있다.

상기 제 2 실외열교환기는, 일측에 배치된 제 2 헤더 및 타측에 배치된 제 2 분배기를 포함하고, 상기 제 2 분리기배관은 상기 제 2 헤더에 연결되고, 상기 제 4 분리기배관은 상기 제 2 분배기에 연결될 수 있다.

상기 제 2 분리기배관의 일측은 상기 제 2 헤더에 연결되고, 타측은 상기 분리기의 상측에 연결될 수 있다.

상기 제 2 분리기배관에 대체냉매의 유동을 조절하는 밸브가 더 배치될 수 있다.

상기 제 4 분리기배관의 일측은 상기 제 2 분배기에 연결되고, 타측은 상기 제 2 실외팽창밸브에 연결될 수 있다.

상기 제 1 헤더 및 제 2 헤더는 헤더연결관을 통해 연결되고, 상기 헤더연결관에 체크밸브가 더 배치되며, 상기 체크밸브는 상기 제 2 헤더에서 상기 제 1 헤더 방향으로 대체냉매를 유동시키고, 반대방향에 대한 대체냉매 유동을 차단할 수 있다.

상기 제 5 분리기배관에 밸브가 더 배치될 수 있다.

상기 대체냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에 토출된 대체냉매의 유동방향을 제어하는 사방밸브; 상기 제 1 헤더 및 상기 사방밸브를 연결하는 사방밸브-실외열교환기 연결배관;을 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 실외팽창밸브 및 제 2 실외팽창밸브와 병렬연결된 액체배관; 상기 액체배관과 연결된 실내기;를 더 포함할 수 있다.

상기 사방밸브는, 상기 압축기의 토출 측과 연결된 제 1 유로; 실내기와 연결된 제 2 유로; 상기 사방밸브-실외열교환기 연결배관이 연결된 제 3 유로; 상기 압축기의 흡입 측과 연결된 제 4 유로;를 포함할 수 있다.

상기 제 3 분리기배관 및 상기 제 1 유로를 연결시키는 제 1 핫가스바이패스배관; 상기 제 1 핫가스바이패스배관에 배치된 제 1 핫가스밸브;를 더 포함할 수 있다.

상기 제 4 분리기배관 및 상기 제 1 유로를 연결시키는 제 2 핫가스바이패스배관; 상기 제 2 핫가스바이패스배관에 배치된 제 2 핫가스밸브;를 더 포함할 수 있다.

상기 제 3 분리기배관 및 상기 제 1 유로를 연결시키는 제 1 핫가스바이패스배관; 상기 제 1 핫가스바이패스배관에 배치된 제 1 핫가스밸브; 상기 제 4 분리기배관 및 상기 제 1 유로를 연결시키는 제 2 핫가스바이패스배관; 상기 제 2 핫가스바이패스배관에 배치된 제 2 핫가스밸브;를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 핫가스바이패스배관 및 제 2 핫가스바이패스배관은 병렬배치될 수 있다.

상기 제 1 핫가스바이패스배관의 일단은 상기 제 1 실외팽창밸브 및 분리기 사이에 연결될 수 있다.

상기 제 2 핫가스바이패스배관의 일단은 상기 제 2 실외팽창밸브 및 제 2 실외열교환기 사이에 연결될 수 있다.

본 발명의 공기조화기는 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 본 발명은 제 1 냉매 및 제 2 냉매를 포함하는 대체냉매를 순환시킬 때, 제 1 실외열교환기 및 제 2 실외연결기와 연결된 분리기에서 열적 특성이 우수한 냉매를 추출하여 제 2 실외열교환기에 공급할 수 있기 때문에, 대체냉매의 온도구배 및 압력손실을 최소화할 수 있다.

둘째, 본 발명은 제 1 냉매 및 제 2 냉매를 포함하는 대체냉매를 순환시킬 때, 제 1 실외열교환기 및 제 2 실외연결기와 연결된 분리기에서 열적 특성이 불리한 냉매를 추출하여 바이패스시키기 때문에, 대체냉매의 온도구배 및 압력손실을 최소화할 수 있다.

셋째, 본 발명은 제 1 냉매 및 제 2 냉매를 포함하는 대체냉매를 순환시켜 난방운전할 때, 분리기 및 복수개의 분리기배관을 통해 실외열교환기로 유입되는 대체냉매를 액체상태로 제공할 수 있기 때문에, 증발기로 작동하는 실외열교환기에서 과도한 압력 손실을 최소화할 수 있고, 증발열량 증대시켜 고효율 난방 운전이 가능하다.

넷째, 본 발명은 난방운전 시, 제 3 분리기에 연결된 제 1 핫가스바이패스배관의 대체냉매를 실내기 측으로 바이패스시킬 수 있다.

다섯째, 본 발명은 난방운전 시, 제 4 분리기에 연결된 제 2 핫가스바이패스배관의 대체냉매를 실내기 측으로 바이패스시킬 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 멀티형 공기조화기의 냉방운전이 도시된 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실외열교환기 주변 구성의 냉매흐름이 도시된 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 멀티형 공기조화기의 난방운전이 도시된 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실외열교환기 주변 구성의 냉매흐름이 도시된 확대도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 멀티형 공기조화기는 실외기(A) 및 실내기(D)를 포함한다.

상기 실내기(D)의 경우, 냉방 또는 난방으로 운전될 수 있다. 상기 실내기(D)는 복수개(C1, C2, C3)가 배치될 수 있다.

각각의 실내기(C1, C2, C3)는 실내열교환기, 실내팽창밸브 및 실내송풍팬을 포함한다.

별도로 설명하진 않지만, 상기 실외기(A) 또는 실내기(D)에는 압력스위치, 압력센서, 온도센서, 체크밸브, 스트레이너 등 당업자가 충분히 알 수 있는 구조의 각종 구조물이 설치된다.

본 발명에 따른 멀티형 공기조화기는 제 1 냉매 및 제 2 냉매를 포함하는 대체냉매가 사용된다. 상기 대체냉매는 GWP(Global Warming Potential)가 낮은 적어도 2종의 냉매를 포함한다.

본 실시예에서 상기 대체냉매는 R454B 또는 R454C가 사용될 수 있다. 상기 R454B 또는 R454C 냉매는 R32 및 R1234yf 냉매가 혼합된다.

상기 대체냉매는 적어도 2종의 냉매가 혼합되기 때문에, 열적상태가 상이하다.

본 실시예에서 상기 실외기(A)는 순환되는 대체냉매에서 특정냉매(예를 들어 R32 및 R1234yf 중 어느 하나)를 추출하여 응축 시 또는 증발 시 열적상태를 개선시킬 수 있다. 또한 본 실시예에서 상기 실외기(A)는 순환되는 대체냉매에서 특정 상태(예를 들어 기체상태 또는 액체상태)의 냉매를 추출하여 응축 또는 증발 시 열적상태를 개선시킬 수 있다.

상기 대체냉매 중, GWP가 높은 냉매를 제 1 냉매라 정의하과 GWP가 낮은 냉매를 제 2 냉매라 정의한다. 본 실시예에서 상기 대체냉매는 R32 및 R1234yf로 구성되기 때문에, 제 1 냉매는 R32이고, 제 2 냉매는 R1234yf이다.

<실외기의 구성>

상기 실외기(A)는 실외기케이스(미도시), 및 그 내부에 배치되는 압축기(10)와, 실외열교환기(20), 어큐뮬레이터(30), 사방밸브(40), 오일분리기(50), 실외팽창밸브(70) 및 핫가스유닛(90)을 포함한다.

또한, 상기 실외기(A)는 상기 실외열교환기(20)에서 토출되 냉매 또는 상기 실외열교환기로 유동되는 대체냉매에서 특정 냉매 또는 특정상태의 냉매를 추출할 수 있는 분리기(200) 및 냉매배관 연결구조를 포함한다.

상기 실외기케이스에는 가스배관(82)이 연결되는 가스배관 서비스밸브(13) 및 액체배관(12)이 연결되는 액체배관 서비스밸브(14)를 포함한다.

상기 가스배관 서비스밸브(13) 및 액체배관 서비스밸브(14)는 실내기(D)와 냉매배관을 통해 연결되고, 상기 실외기(A)의 냉매를 순환시킨다.

상기 압축기(10)는 운전주파수를 조절하여 냉매량 및 냉매의 토출압력을 제어할 수 있는 인버터압축기가 사용된다.

상기 실외열교환기(20)는 실외공기와 냉매를 열교환시키는 장치이다. 본 실시예에서 상기 실외열교환기(20)는 복수개로 구성될 수 있다. 상기 실외열교환기(20)는 냉방운전 시 응축기로 작동되고, 난방운전 시 증발기로 작동된다.

상기 실외열교환기(20)는 제 1 실외열교환기(22) 및 제 2 실외열교환기(24)를 포함한다. 상기 실외열교환기(20)의 열교환을 향상시키기 위해 실외송풍팬(60)이 배치된다.

상기 어큐뮬레이터(30)는 상기 압축기(10)에 냉매를 제공한다. 상기 어큐뮬레이터(30)는 압축기(10)의 흡입 측에 배치되고, 상기 사방밸브(40)와 연결된다.

<사방밸브의 구성>

상기 사방밸브(40)는 제 1 유로(41), 제 2 유로(42), 제 3 유로(43) 및 제 4 유로(44)를 포함한다.

상기 제 1 유로(41)는 압축기(10) 토출측과 연결된다. 상기 제 1 유로(41) 및 상기 압축기(10)의 토출측을 연결하는 배관을 사방밸브-압축기 연결배관(81)으로 정의한다.

상기 제 2 유로(42)는 가스배관(82)과 연결된다. 상기 제 2 유로(42) 및 가스배관 서비스밸브(13)를 연결하는 배관을 상기 가스배관(82)으로 정의한다.

상기 제 3 유로(43)는 실외열교환기(20)와 연결된다. 상기 제 3 유로(43) 및 실외열교환기(20)를 연결하는 배관을 사방밸브-실외열교환기 연결배관(83)으로 정의한다.

상기 제 4 유로(44)는 어큐뮬레이터(30)와 연결된다. 상기 제 4 유로(44) 및 어큐뮬레이터(30)를 연결하는 배관을 사방밸브-어큐뮬레이터 연결배관(84)으로 정의한다.

<오일분리기의 구성>

상기 오일분리기(50)는 상기 압축기(10)의 토출 측에 배치되고, 상기 압축기(10)에 토출된 냉매는 상기 오일분리기(50)를 거쳐 상기 사방밸브(40)로 유동된다.

상기 오일분리기(50)는 토출된 냉매 중에 포함된 오일을 회수하여 다시 압축기(10)에 제공한다.

상기 오일분리기(50)는 상기 압축기(10)로 오일을 안내하는 오일회수관(51) 및 상기 오일회수관(51)에 배치되고, 냉매를 한쪽 방향으로 유동되게 하는 체크밸브(52)를 더 포함한다.

상기 오일분리기(50)는 사방밸브-압축기 연결배관(81)에 설치된다.

상기 어큐뮬레이터(30)에도 상기 압축기(10)로 오일을 회수시킬 수 있는 오일회수구조가 배치된다. 상기 어큐뮬레이터(30)의 하측 및 압축기의 흡입 측 배관(35)을 연결하는 오일회수배관(31)과, 상기 오일회수배관(31)에 배치되어 오일의 유동을 제어하는 오일리턴밸브(32)가 배치될 수 있다.

<실외팽창밸브의 구성>

상기 실외팽창밸브(70)는 난방운전 시, 상기 실외열교환기(20)로 유동되는 대체냉매를 팽창시킨다. 냉방운전 시, 상기 실외팽창밸브(70)는 대체냉매를 팽창시키지 않고 통과시킨다. 상기 실외팽창밸브(70)는 입력된 신호에 따라 개도값을 조절할 수 있는 전자팽창밸브가 사용될 수 있다.

상기 실외팽창밸브(70)는 제 1 실외열교환기(22)로 유동되는 대체냉매를 팽창시키는 제 1 실외팽창밸브(72)와, 상기 제 2 실외열교환기(24)로 유동되는 대체냉매를 팽창시키는 제 2 실외팽창밸브(74)를 포함한다.

상기 제 1 실외팽창밸브(72)의 일측은 상기 제 1 실외열교환기(22)와 연결되고 타측은 상기 액체배관(12)과 연결된다. 상기 제 2 실외팽창밸브(74)의 일측은 상기 제 2 실외열교환기(24)와 연결되고 타측은 상기 액체배관(12)과 연결된다.

상기 액체배관(12)에서 공급된 대체냉매가 상기 제 1 실외팽창밸브(72) 및 제 2 실외팽창밸브(74)에 분지되어 공급될 수 있다.

상기 제 1 실외팽창밸브(72) 및 제 2 실외팽창밸브(74)를 통과한 냉매는 합류되어 상기 액체배관(12)에 공급될 수 있다.

난방운전 시, 실내기(D)에서 응축된 대체냉매가 상기 제 1 실외팽창밸브(72) 및 제 2 실외팽창밸브(74)에 공급될 수 있다.

상기 제 1 실외팽창밸브(72) 및 제 2 실외팽창밸브(74)와 연결되기 위해, 상기 액체배관(12)은 분지되고, 상기 제 1 실외팽창밸브(72) 및 제 2 실외팽창밸브(74)에 각각 연결된다. 상기 제 1 실외팽창밸브(72) 및 제 2 실외팽창밸브(74)은 병렬배치된다.

<실외열교환기의 구성>

상기 실외열교환기(20)는 제 1 실외열교환기(22) 및 제 2 실외열교환기(24)를 포함한다.

상기 제 1 실외열교환기(22)의 일측은 상기 사방밸브-실외열교환기 연결배관(83)과 연결된다. 상기 제 1 실외열교환기(22)의 타측은 상기 분리기(200)와 연결된다.

본 실시예에서는 상기 제 1 실외열교환기(22) 및 분리기(200) 사이에 제 1 분배기(201)가 배치된다. 상기 제 1 분배기(201) 및 제 1 실외열교환기(22)은 복수개의 냉매배관을 통해 연결된다.

상기 제 2 실외열교환기(24)의 일측은 상기 분리기(200)와 연결되고, 타측은 상기 액체배관(12)과 연결된다.

본 실시예에서는 상기 제 2 실외열교환기(24) 및 액체배관(12) 사이에 제 2 분배기(202)가 배치된다. 상기 제 2 분배기(202) 및 액체배관(12)은 복수개의 냉매배관을 통해 연결된다.

상기와 같은 구조로 인해, 대체냉매는 상기 제 1 실외열교환기(22), 분리기(200)를 거쳐 제 2 실외열교환기(24)로 유동될 수 있다. 이와 반대로 대체냉매는 상기 제 2 실외열교환기(24), 분리기(200)를 거쳐 상기 제 1 실외열교환기(22)로 유동될 수 있다.

상기 제 1 실외열교환기(22)는 냉매가 유동되는 튜브, 상기 튜브에 결합된 핀 및 상기 튜브와 연결된 제 1 헤더(122)를 포함하고, 상기 제 1 헤더(122)는 상기 사방밸브-실외열교환기 연결배관(83)가 연결된다. 상기 제 1 헤더(122)에는 복수개의 튜브가 연결될 수 있다.

상기 튜브를 기준으로 상기 제 1 헤더(122)는 상기 제 1 분배기(201)의 반대편에 배치된다.

그래서 상기 제 1 헤더(122)에 유입된 냉매를 튜브를 통해 상기 제 1 분배기(201) 측으로 토출된다. 반대로 상기 제 1 분배기(201) 측으로 유입된 냉매는 상기 튜브를 통해 상기 제 1 헤더(122) 측으로 토출된다.

상기 제 2 실외열교환기(24)는 냉매가 유동되는 튜브, 상기 튜브에 결합된 핀 및 상기 튜브와 연결된 제 2 헤더(124)를 포함하고, 상기 제 2 헤더(124)는 후술하는 제 2 분리기배관(212)와 연결된다. 상기 제 2 헤더(124) 역시 복수개의 튜브와 연결될 수 있다.

상기 튜브를 기준으로 상기 제 2 헤더(124)는 상기 제 2 분배기(202)의 반대편에 배치된다.

그래서 상기 제 2 헤더(124)에 유입된 냉매를 튜브를 통해 상기 제 2 분배기(202) 측으로 토출된다. 반대로 상기 제 2 분배기(202) 측으로 유입된 냉매는 상기 튜브를 통해 상기 제 2 헤더(124) 측으로 토출된다.

상기 제 1 헤더(122) 및 제 2 헤더(124)를 연결하는 헤더연결관(125)이 더 배치되고, 상기 헤더연결관(125)에 체크밸브(126)가 배치된다. 상기 체크밸브(126)는 제 2 헤더(124)에서 제 1 헤더(122) 방향으로 냉매를 유동시킬 수 있고, 반대방향 유동은 차단한다.

<분리기의 구성>

상기 분리기(200)는 실외열교환기(20) 및 액체배관(12) 사이에 배치된다.

냉방운전 시, 상기 분리기(200)는 상기 실외열교환기(20)에서 상기 액체배관(12)으로 유동되는 대체냉매 중 특정 냉매를 추출할 수 있다.

난방운전 시, 상기 분리기(200)는 상기 액체배관(12)에서 상기 실외열교환기(20)로 유동되는 대체냉매 중 특정냉매를 추출할 수 있다.

본 실시예에서 상기 실외열교환기(20)는 제 1 실외열교환기(22) 및 제 2 실외열교환기(24)로 구성되고, 상기 분리기(200)는 상기 제 1 실외열교환기(22) 및 제 2 실외열교환기(24)와 각각 연결된다.

상기 실외기(A)는, 제 1 분리기배관(211), 제 2 분리기배관(212), 제 3 분리기배관(213), 제 4 분리기배관(214)을 포함한다.

상기 제 1 분리기배관(211)은 상기 분리기(200) 및 제 1 실외열교환기(22)를 연결한다. 구체적으로 상기 제 1 분리기배관(211)의 일측은 상기 제 1 분배기(201)와 연결되고, 타측(211b)은 상기 분리기(200) 내부와 연결된다.

상기 제 1 분리기배관(211)의 타측(211b)은 상기 분리기(200)의 내부 상측에 위치되는 것이 바람직하다.

상기 제 2 분리기배관(212)은 상기 분리기(200) 및 제 2 실외열교환기(24)를 연결한다. 구체적으로 상기 제 2 분리기배관(212)의 일측은 상기 제 2 헤더(124)에 연결되고, 타측(212b)은 상기 분리기(200) 내부와 연결된다.

상기 제 2 분리기배관(212)의 타측(212b)은 상기 분리기(200)의 내부 상측에 위치되는 것이 바람직하다. 상기 제 2 분리기배관(212)에 개폐밸브(217)이 배치될 수 있고, 상기 개패밸브(217)를 통해 상기 제 2 분리기배관(212)의 유동을 조절할 수 있다.

상기 제 3 분리기배관(213)은 상기 분리기(200) 내부와 상기 제 1 실외팽창밸브(72)를 연결한다.

상기 제 4 분리기배관(214)은 상기 제 2 분배기(202) 및 제 2 실외팽창밸브(74)를 연결한다.

상기 제 5 분리기배관(215)은 상기 분리기(200) 및 제 4 분리기배관(214)을 연결한다. 상기 제 5 분리기배관(215)에 밸브(216)가 배치된다.

상기 제 5 분리기배관(215)은 상기 분리기(200) 내부에 저장된 액체상태의 냉매를 추출하여 상기 제 4 분리기배관(214)에 제공한다. 이를 위해 상기 제 5 분리기배관(215)의 일단은 상기 분리기(200)의 내부 하측에 위치된다.

상기 밸브(216)는 체크밸브, 개폐밸브 또는 솔레노이드밸브가 사용될 수 있다.

상기 분리기(200) 내부에 저장된 액체냉매는 상기 제 5 분리기배관(215)을 통해 상기 제 4 분리기배관(214)으로 바이패스될 수 있다.

<핫가스유닛의 구성>

본 실시예에서는 난방운전 시, 실외열교환기(20)에 공급되는 냉매를 실내기(D)로 바이패스 시키기 위한 핫가스유닛(90)이 배치된다.

상기 핫가스유닛(90)은 냉매를 바이패스시키기 위한 핫가스바이패스배관 및 핫가스밸브를 포함한다.

본 실시예에서는 상기 제 3 분리기배관(213) 및 사방밸브-압축기 연결배관(81)를 연결하는 제 1 핫가스바이패스배관(91)이 배치된다.

상기 제 1 핫가스바이패스배관(91)의 일단은 상기 제 3 분리기배관(213)에 연결되고, 타단은 상기 사방밸브-압축기 연결배관(81)에 연결된다.

또한, 상기 제 4 분리기배관(214) 및 사방밸브-압축기 연결배관(81)을 연결하는 제 2 핫가스바이패스배관(92)가 배치된다.

상기 제 2 핫가스바이패스배관(92)의 일단은 상기 제 4 분리기배관(214)에 연결되고, 타단은 상기 사방밸브-압축기 연결배관(81)에 연결된다.

상기 제 1 핫가스바이패스배관(91)에는 제 1 핫가스밸브(93)가 배치되고, 상기 제 2 핫가스바이패스배관(92)에는 제 2 핫가스밸브(94)가 배치된다.

상기 핫가스밸브는 개도량을 조절할 수 있는 솔레노이드밸브가 사용되고, 개폐밸브가 사용되어도 무방하다.

상기 제 1 핫가스바이패스배관(91) 및 제 2 핫가스바이패스배관(92)이 각각 사방밸브-압축기 연결배관(81)에 연결되어도 무방하나, 본 실시예에서는 합지된 후, 1개의 배관으로 상기 사방밸브-압축기 연결배관(81)에 연결된다.

상기 제 1 핫가스밸브(93) 또는 제 2 핫가스밸브(94)는 선택적으로 작동될 수 있다. 예를 들어 상기 제 1 핫가스밸브(93)만 개방 또는 폐쇄되거나, 상기 제 2 핫가스밸브(94)만 개방 또는 폐쇄될 수 있다.

<과냉각유닛의 구성>

상기 액체배관(12)에는 과냉각유닛(100)이 더 배치될 수 있다.

상기 과냉각유닛(100)은 과냉각열교환기(101)와, 상기 액체배관(12)에서 바이패스되고, 상기 과냉각열교환기(101)와 연결되는 과냉각 바이패스배관(102)과, 상기 과냉각 바이패스배관(102)에 배치되고 유동되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제 1 과냉각팽창밸브(103)와, 상기 과냉각열교환기(101) 및 압축기(10)를 연결하는 과냉각-압축기 연결배관(104)과, 상기 과냉각-압축기 연결배관(104)에 배치되고, 유동되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제 2 과냉각팽창밸브(105)를 포함한다.

또한, 상기 과냉각유닛(100)은 상기 어큐뮬레이터(30) 및 상기 과냉각-압축기 연결배관(104)을 연결시키는 어큐뮬레이터 바이패스배관(106)을 더 포함하고, 상기 어큐뮬레이터 바이패스배관(106)은 상기 어큐뮬레이터의 냉매를 상기 제 2 과냉각팽창밸브(105)에 제공한다.

상기 어큐뮬레이터 바이패스배관(106)에는 과냉각 바이패스밸브(107)가 더 배치된다.

상기 제 1 과냉각팽창밸브(103)은, 난방운전 시, 액체냉매를 팽창시켜 과냉각열교환기(101)에 제공하고, 팽창된 냉매가 상기 과냉각열교환기(101)에서 증발되어 상기 과냉각열교환기(101)를 냉각시킨다. 상기 액체배관(12)을 통해 상기 실외열교환기(20)로 유동되는 액체냉매는 상기 과냉각열교환기(101)를 통과하면서 냉각될 수 있다. 상기 제 1 과냉각팽창밸브(103)는 선택적으로 작동되고 상기 액체냉매의 온도를 제어할 수 있다.

상기 제 1 과냉각팽창밸브(103)의 작동 시, 상기 제 2 과냉각팽창밸브(105)가 개방되고 냉매는 상기 압축기(10)로 유동된다.

상기 과냉각열교환기(101)의 입구 측 및 출구 측에는 각각 온도센서가 배치되고, 통과되는 냉매의 온도를 감지한다.

상기 과냉각 바이패스밸브(107)는 선택적으로 작동되고, 상기 어큐뮬레이터(30)의 액냉매를 상기 제 2 과냉각팽창밸브(105)에 제공할 수 있다.

상기 제 2 과냉각팽창밸브(105)는 선택적으로 작동되고, 냉매를 팽창시켜 상기 압축기(10)에 공급되는 냉매의 온도를 낮출 수 있다. 상기 압축기(10)가 정상 작동 온도범위를 초과하는 경우, 상기 제 2 과냉각팽창밸브(105)에서 팽창된 냉매가 상기 압축기(10)에서 증발될 수 있고, 이를 통해 상기 압축기(10)의 온도를 낮출 수 있다.

<리시버유닛의 구성>

상기 액체배관(12)에는 리시버유닛(110)이 더 배치될 수 있다.

상기 리시버(110)는 순환되는 대체냉매의 양을 조절하기 위해 액냉매를 저장할 수 있다. 상기 리시버(110)는 어큐뮬레이터(30)에서 액체냉매를 저장하는 것과 별도로 액체냉매를 저장한다.

상기 리시버(110)는 순환되는 대체냉매의 양이 부족한 경우 상기 어큐뮬레이터(30)에 대체냉매를 공급하고, 순환되는 대체냉매의 양이 많은 경우 냉매를 회수하여 저장한다.

상기 액체배관(12) 중 상기 실외팽창밸브(72)(74)들 및 과냉각열교환기(101)를 연결하는 배관을 과냉각액체배관(12')으로 구분하여 정의한다.

상기 리시버(110)는 대체냉매를 저장하는 리시버탱크(111)와, 상기 리시버탱크(111) 및 과냉각액체배관(12')을 연결하는 제 1 리시버연결배관(112)과, 상기 리시버탱크(111) 및 어큐뮬레이터(30)를 연결하는 제 2 리시버연결배관(114)과, 상기 제 1 리시버연결배관(112)에 배치되어 냉매의 유동을 단속하는 리시버입구밸브(113)와, 상기 제 2 리시버연결배관(114)에 배치되어 냉매의 유동을 단속하는 리시버출구밸브(115)를 포함한다.

멀티형 공기조화기의 제어부는 상기 리시버입구밸브(113) 및 리시버출구밸브(115)를 제어하여 순환되는 냉매의 양을 조절한다.

도 1 또는 도 2를 참조하여, 냉방운전 시 대체냉매의 흐름을 보다 상세하게 설명한다.

냉방운전 시, 압축기(10)에서 압축된 대체냉매는 오일분리기(50)를 거쳐 사방밸브(40)의 제 1 유로(41)로 유동된다.

냉방운전 시, 상기 제 1 실외팽창밸브(72)는 클로즈되고, 상기 제 2 실외팽창밸브(74)는 오픈된다. 그래서 상기 제 3 분리기배관(123)을 통해서는 대체냉매의 유동이 억제되고, 상기 제 2, 4, 5 분리기배관(212)(214)(215)을 통해서 대체냉매가 유동된다.

제어부는 상기 사방밸브(40)의 제 1 유로(41)로 유입된 냉매가 제 3 유로(43)로 유동되게 제어한다. 상기 제 3 유로(43)로 나온 대체냉매는 사방밸브-실외열교환기 연결배관(83)을 통해 제 1 실외열교환기(22)에 공급된다.

대체냉매는 상기 제 1 실외열교환기(22)에서 일부가 응축된 후, 상기 제 1 분배기(201)를 통해 분리기(200) 내부로 토출된다.

상기 분리기(200) 내부로 토출된 대체냉매 중 기체상태의 대체냉매는 상기 제 2 분리기배관(212)을 통해 상기 제 2 실외열교환기(24)에 공급된다.

상기 대체냉매는 상기 제 2 실외열교환기(24)를 통과하면서 다시 한번 응축과정을 거치고, 상기 제 2 분배기(202)로 토출된다.

상기 제 2 분배기(202)로 토출된 냉매는 상기 제 4 분리기배관(214)을 통해 상기 제 2 실외팽창밸브(74)로 유동된다.

상기 제 2 실외팽창밸브(74)는 풀오픈되기 때문에, 대체냉매를 팽창시키지 않고 상기 과냉각액체배관(12')으로 토출한다. 이후 대체냉매는 상기 액체배관(12)을 거쳐 실내기(D)에 공급되고, 실내에서 증발된 후, 다시 압축기(10)로 회수된다.

한편, 상기 제 1 실외열교환기(22)를 통과한 대체냉매는 2상(기체 및 액체) 냉매이다. 특히 GWP 지수가 높은 제 1 냉매(R32)는 액체냉매로 쉽게 상변화되지만, GWP 지수가 낮은 제 2 냉매(R1234f)는 액체냉매로 쉽게 상변화되지 않는다.

즉, 대체냉매가 상기 제 1 실외열교환기(22)만 통과한 경우, 응축된 액체냉매의 비율이 작고 기체냉매의 비율이 높을 수 있다.

여기서 액체 상태로 상변화된 제 1 냉매 또는 제 2 냉매가 모두 상기 제 2 실외열교환기(24)로 유입될 경우, 열교환효율을 저하시키는 문제가 발생된다.

본 실시예에서는 상기 분리기(200)에서 액체상태로 상변화된 대체냉매를 상기 제 2 실외열교환기(24)가 아닌 제 4 분리기배관(214)으로 바이패스하고, 이를 통해 제 2 실외열교환기(24)에서의 열교환효율을 향상시킨다.

즉, 본 실시예에서는 액체상태로 상변화된 대체냉매를 상기 분리기(200)에서 추출하여 상기 제 4 분리기배관(214)으로 토출시킨다.

이를 위해 상기 제 5 분리기배관(215)은 상기 분기리(200) 및 제 4 분리기배관(214)을 연결하고, 상기 제 5 분리기배관(215)의 일단을 통해 응축된 대체냉매가 추출된다.

상기 추출된 대체냉매(액체상태)는 상기 제 5 분리기배관(215)을 통해 상기 제 4 분리기배관(214)으로 유동된다.

그래서 상기 제 4 분리기배관(214)에는 제 2 실외열교환기(24)에서 토출된 대체냉매 및 상기 분리기(200)에서 추출된 액체상태의 대체냉매가 합류된다.

이와 같이 본 실시예에 따른 실외기는 분리기(200)를 통해 대체냉매 중 기체냉매만을 제 2 실외열교환기(24)에 제공하고, 액체냉매를 추출하여 바이패스하기 때문에, 열교환효율을 향상시킬 수 있다.

도 3 또는 도 4를 참조하여, 난방운전 시 대체냉매의 냉매흐름을 보다 상세하게 설명한다.

난방운전 시, 상기 제 1 실외팽창밸브(72)는 오픈되고, 상기 제 2 실외팽창밸브(74)는 클로즈된다. 그래서 액체배관(12)을 통해 제 1 실외팽창밸브(72) 및 제 2 실외팽창밸브(74)에 공급된 대체냉매는 상기 제 1 실외팽창밸브(72)를 통해서 분리기(200)로 유동된다.

상기 제 1 실외팽창밸브(72)는 개도값을 조절하여 대체냉매를 팽창시킨다.

상기 제 1 실외팽창밸브(72)의 팽창량이 부족할 경우, 상기 제 2 실외팽창밸브(74)도 개도값은 조절하여 대체냉매를 팽창시킬 수 있다.

상기 분리기(200) 내부로 토출된 대체냉매는 모두 액체냉매인 것이 바람직하지만, 경우에 따라 액체 및 기체가 혼합된 이상 상태일 수 있다.

상기 분리기(200) 내부의 액체냉매는 상기 제 1 분리기배관(211)을 통해 상기 제 1 실외열교환기(22)로 유동되고, 상기 제 1 실외열교환기(22)에서 열교환을 통해 증발될 수 있다.

또한 상기 분리기(200) 내부의 액체냉매는 상기 제 5 분리기배관(215)을 통해 상기 제 4 분리기배관(214)으로 유동될 수 있고, 상기 제 4 분리기배관(214)과 연결된 제 2 분배기(202)를 거쳐 제 2 실외열교환기(24)로 유동될 수 있다. 액체냉매는 상기 제 2 실외열교환기(24)에서 열교환을 통해 기체냉매로 증발될 수 있다.

또한 상기 분리기(200) 내부에서 추출된 기체냉매는 상기 제 2 분리기배관(212)을 통해 제 2 실외열교환기(24)의 제 2 헤더(124)로 유동될 수 있다.

상기 제 2 헤더(124)로 유동된 기체냉매는 상기 제 2 실외열교환기(24)의 튜브를 통과하지 않고, 상기 체크밸브(126)를 거쳐 제 1 헤더(122)로 유동될 수 있다.

상기 제 1 헤더(122)에는 상기 분리기(200)에서 추출된 기체냉매 및 상기 제 1 실외열교환기(22)에서 증발된 기체냉매가 합류되고, 상기 사방밸브-실외열교환기 연결배관(83)을 거쳐 압축기(10)로 회수될 수 있다.

난방운전 시, 본 실시예에 따른 공기조화기는 분리기(200)에서 이미 증발되어 기체화된 대체냉매를 추출하여 실외열교환기(20)의 출구단으로 바이패스할 수 있기 때문에, 실외열교환기(20)에 공급되는 액체냉매의 비율을 증가시킬 수 있고, 이를 통해 냉매의 유동저항 감소 및 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 공기조화기는 난방운전 시, 실외열교환기(20)에 공급되는 대체냉매를 실내기(D)로 바이패스시킬 수 있다.

일반적인 난방운전 시, 제 1 핫가스밸브(93) 및 제 2 핫가스밸브(94)는 오프되어 닫힌 상태를 유지한다.

난방운전으로 연속운전되는 경우, 압축기(10)를 최소 운전주파수로 운전하더라도 고압이 상승되는 경우가 있다.

상기 압축기(10)를 최소 운전주파수로 운전함에도 불구하고 고압이 상승되는 경우, 압축기(10)를 보호하기 위해 압축기(10)를 소정시간 동안 오프한 후, 재기동해야한다.

이때, 압축기(10)를 오프하게 되면, 실내기(D)에 난방을 위한 냉매가 공급되지 않기 때문에, 사용자의 난반부하에 대응하지 못하게 된다.

본 실시예에서는 몇가지 조건을 만족하는 경우, 압축기(10)를 오프하지 않고, 계속 운전하여 난방부하에 대응할 수 있다.

예를 들어 제 1 조건은 외기온도가 기준외기온도(본 실시예에서는 섭씨 20도)이상인지 판단하는 것이다. 제 2 조건은 압축기(10)의 운전주파수가 최소운전주파수인지 판단하는 것이다. 제 3 조건은 실외기의 고압이 목표고압 초과인지를 판단하는 것이다.

상기 제 1 조건의 기준외기온도는 설치환경에 따라 변경될 수 있다. 다만, 외기온도가 20도 이상인 경우에 난방운전이 실시되면, 난방부하가 크게 발생하지는 않는다. 이를 감안하여 상기 기준외기온도가 설정될 수 있다.

상기 제 2 조건의 최소 운전주파수는 인버터압축기에 따라 각기 다를 수 있다. 상기 최소 운전주파수는 압축기의 손상을 방지하면서 가동시킬 수 있는 최소한의 운전상태를 의미한다. 일반적으로 최소운전주파수 이하로 운전되면 냉매를 통해 오일이 흡입되지 않아서 압축기의 손상이 발생된다.

상기 제 3 조건의 고압은 압축기의 토출 측 냉매압력일 수도 있고, 응축기로 작동되는 실내기의 냉매압력일 수도 있다. 본 실시예에서는 압축기의 토출 측 냉매압력을 기준으로 고압을 판단한다.

상기 3가지 조건을 만족하는 경우, 상기 제 1 핫가스밸브(93) 및 제 2 핫가스밸브(94) 중 적어도 어느 하나를 온(ON)하여 팽창된 냉매를 실내기(D)로 유동시킬 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 압축기 20 : 실외열교환기
22 : 제 1 실외열교환기 24 : 제 2 실외열교환기
30 : 어큐뮬레이터 40 : 사방밸브
50 : 오일분리기 60 : 실외송풍팬
70 : 실외팽창밸브 90 : 핫가스유닛
100 : 과냉각유닛 110 : 리시버
200 : 분리기 201 : 제 1 분배기
202 : 제 2 분배기 211 : 제 1 분리기배관
212 : 제 2 분리기배관 213 : 제 3 분리기배관
214 : 제 4 분리기배관 215 : 제 5 분리기배관

Claims

제 1 냉매 및 제 2 냉매를 포함하는 대체냉매가 공급되고, 상기 공급된 대체냉매를 열교환시키는 제 1 실외열교환기;
상기 대체냉매를 열교환시키는 제 2 실외열교환기;
상기 제 1 실외열교환기 및 제 2 실외열교환기를 연결하여 냉매를 유동시키는 분리기;
상기 분리기 및 제 1 실외열교환기를 연결하는 제 1 분리기배관;
상기 분리기 및 제 2 실외열교환기의 일측을 연결하는 제 2 분리기배관;
상기 분리기 및 제 1 실외팽창밸브를 연결하는 제 3 분리기배관;
상기 제 2 실외열교환기의 타측 및 제 2 실외팽창밸브를 연결하는 제 4 분리기배관;
상기 분리기 및 제 4 분리기배관을 연결하는 제 5 분리기배관;을 포함하고,
상기 제 5 분리기배관의 일단은 상기 분리기의 내부 하측에 배치되고, 상기 분리기 내부에 저장된 액체냉매를 상기 제 4 분리기배관으로 안내하는 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 실외열교환기는, 일측에 배치된 제 1 헤더 및 타측에 배치된 제 1 분배기를 포함하고,
상기 제 1 분리기배관의 일측은 상기 제 1 분배기에 연결된 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 2 실외열교환기는, 일측에 배치된 제 2 헤더 및 타측에 배치된 제 2 분배기를 포함하고,
상기 제 2 분리기배관은 상기 제 2 헤더에 연결되고, 상기 제 4 분리기배관은 상기 제 2 분배기에 연결된 공기조화기.
청구항 3에 있어서,
상기 제 2 분리기배관의 일측은 상기 제 2 헤더에 연결되고, 타측은 상기 분리기의 상측에 연결된 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 2 분리기배관에 대체냉매의 유동을 조절하는 밸브가 더 배치된 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 4 분리기배관의 일측은 상기 제 2 분배기에 연결되고, 타측은 상기 제 2 실외팽창밸브에 연결된 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 실외열교환기는, 일측에 배치된 제 1 헤더 및 타측에 배치된 제 1 분배기를 포함하고, 상기 제 2 실외열교환기는, 일측에 배치된 제 2 헤더 및 타측에 배치된 제 2 분배기를 포함하며,
상기 제 1 헤더 및 제 2 헤더는 헤더연결관을 통해 연결되고, 상기 헤더연결관에 체크밸브가 더 배치되며,
상기 체크밸브는 상기 제 2 헤더에서 상기 제 1 헤더 방향으로 대체냉매를 유동시키고, 반대방향에 대한 대체냉매 유동을 차단하는 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 5 분리기배관에 밸브가 더 배치된 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 대체냉매를 압축하는 압축기;
상기 압축기에 토출된 대체냉매의 유동방향을 제어하는 사방밸브;
상기 제 1 헤더 및 상기 사방밸브를 연결하는 사방밸브-실외열교환기 연결배관;을 더 포함하는 공기조화기.
청구항 9에 있어서,
상기 제 1 실외팽창밸브 및 제 2 실외팽창밸브와 병렬연결된 액체배관;
상기 액체배관과 연결된 실내기;를 더 포함하는 공기조화기.
청구항 9에 있어서,
상기 사방밸브는,
상기 압축기의 토출 측과 연결된 제 1 유로;
실내기와 연결된 제 2 유로;
상기 사방밸브-실외열교환기 연결배관이 연결된 제 3 유로;
상기 압축기의 흡입 측과 연결된 제 4 유로;를 포함하는 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 3 분리기배관 및 상기 제 1 유로를 연결시키는 제 1 핫가스바이패스배관; 상기 제 1 핫가스바이패스배관에 배치된 제 1 핫가스밸브;를 더 포함하는 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 4 분리기배관 및 상기 제 1 유로를 연결시키는 제 2 핫가스바이패스배관; 상기 제 2 핫가스바이패스배관에 배치된 제 2 핫가스밸브;를 더 포함하는 공기조화기.
청구항 1에 있어서,
상기 제 3 분리기배관 및 상기 제 1 유로를 연결시키는 제 1 핫가스바이패스배관;
상기 제 1 핫가스바이패스배관에 배치된 제 1 핫가스밸브;
상기 제 4 분리기배관 및 상기 제 1 유로를 연결시키는 제 2 핫가스바이패스배관;
상기 제 2 핫가스바이패스배관에 배치된 제 2 핫가스밸브;를 더 포함하고,
상기 제 1 핫가스바이패스배관 및 제 2 핫가스바이패스배관은 병렬배치된 공기조화기.
청구항 14에 있어서,
상기 제 1 핫가스바이패스배관의 일단은 상기 제 1 실외팽창밸브 및 분리기 사이에 연결된 공기조화기.
청구항 14에 있어서,
상기 제 2 핫가스바이패스배관의 일단은 상기 제 2 실외팽창밸브 및 제 2 실외열교환기 사이에 연결된 공기조화기.