KR20220011263A - 냉난방 멀티 공기조화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실내 열교환기를 포함하는 적어도 하나의 냉난방 겸용 실내기; 압축기, 복수의 실외 열교환기 및 상기 압축기의 토출측에 배치되어 냉매의 흐름을 절환하는 절환 유닛을 포함하는 냉난방 겸용 실외기; 및 상기 냉난방 겸용 실외기와 적어도 하나의 상기 냉난방 겸용 실내기들 사이에 배치되어, 상기 냉매를 분배하는 분배기를 포함하고, 상기 냉난방 겸용 실외기의 상기 복수의 실외 열교환기는, 상기 절환 유닛과 일단이 연결되고, 상기 분배기와 타단이 연결되는 제1 열교환기, 상기 제1 열교환기의 하측에 배치되고, 일단이 상기 제1 열교환기의 타단과 연결/차단 가능하도록 형성되고, 타단이 상기 분배기와 연결되어 있는 제2 열교환기, 및 상기 제2 열교환기 하측에 배치되며, 일단이 상기 압축기의 토출측에 연결되고, 타단이 상기 실내기에 연결되는 제3 열교환기를 포함하는 냉난방 멀티 공기조화기를 제공한다. 따라서, 본 발명은 실외기 열교환기를 다층 구조로 형성하여, 실내 냉난방 부하에 따라 선택적으로 연결 및 차단을 수행할 수 있고, 고압액관에 잔존하는 냉매를 모아 흘림으로써 실내에 누설되는 냉매량을 최소화할 수 있다. 또한, 사용자의 모드 선택에 대하여, 현재 실내 및 실외 온도 및 습도에 따라 최적화된 모드를 선택하여 전체 모드에 대하여 냉매 누설을 최소화하면서 운전가능한 스마트 열교환기를 제공할 수 있다.

Description

냉난방 멀티 공기조화기{Multi-air conditioner for heating and cooling operations }
본 발명은 냉난방 멀티 공기조화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실외기의 유로를 다층 구조로 적용하여 운전 부하에 따라 가변적으로 사용할 수 있는 냉난방 멀티 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로 멀티형 공기조화기는 하나의 실외기에 복수개의 실내기들을 연결한 것으로, 실외기를 공용으로 사용하면서 복수개의 실내기들 각각을 냉방기 또는 난방기로 사용한다.
최근에는 실내기의 운전 대수에 따른 냉방 또는 난방 부하에 효과적으로 대응할 수 있도록 복수의 실외기들을 서로 병렬로 연결하여 사용하고 있다.
종래 기술에 따른 멀티 공기조화기는 복수개의 실외기들과, 복수개의 실내기들과, 상기 복수개의 실외기들과 실내기들을 연결하는 냉매배관을 포함하여 구성되고, 여기서 상기 복수의 실외기들은 메인 실외기와 복수의 서브 실외기로 구성된다.
상기 복수개의 실외기들 각각에는 저온 저압의 기체상태의 냉매를 고온 고압으로 압축시키는 압축기와, 순환되는 냉매를 실외 공기와 열교환시키는 실외 열교환기와, 냉방 또는 난방 작동에 따라 냉매 흐름을 절환시키는 사방밸브가 설치된다. 상기 복수개의 실내기들 각각에는 팽창기구와, 순환되는 냉매를 실내 공기와 열교환시키는 실내 열교환기가 각각 설치된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 멀티 공기조화기는 냉방 운전 시는 상기 메인 실외기와 서브 실외기의 압축기에서 압축된 냉매가 상기 사방밸브에 의해 상기 실외 열교환기로 보내지고, 상기 실외 열교환기를 통과하는 냉매는 주변공기와의 열교환으로 응축된 후, 상기 팽창기구로 보내진다. 상기 팽창기구에서 팽창된 냉매는 상기 실내 열교환기로 유입되어, 실내 공기의 열을 흡수하면서 증발되어, 실내를 냉방시키게 된다.
한편, 난방 운전 시에는 상기 사방밸브에서 유로가 절환되어, 상기 압축기에서 토출된 냉매는 상기 사방밸브, 실내 열교환기, 실외 전자팽창밸브(LEV:linear expansion valve), 실외 열교환기를 차례로 통과하면서, 실내를 난방시키게 된다.
일 예로, 일본 공개특허 JP2018-087688A 에서는 압축기로 토출된 냉매를 실외열교환기를 거쳐 액체 냉매로 변화하고 이를 다수의 실내 열교환기로 흐르게 하는 공기 조화장치를 개시하고 있다. 이러한 종래 기술에서는 액관과 압축기 흡입배관 사이에 전자팽창밸브를 설치하여 운전 조건에 따라 제어하여 압력 및 토출온도를 제어하고 있다. 그러나 이러한 냉난방 멀티 공기조화기는, 냉방 전실 운전 시에 고압기체배관에 냉매가 잔류하는 문제점이 있다.
또한, 실내외 온도가 높고 실내 부하가 작을 경우에서 난방 연속 운전이 진행되지 않을 수 있고, 실내외 온도가 낮고 실내 부하가 작을 경우, 냉방 연속 운전이 진행되지 않을 수 있다. 또한, 실내외 온도가 낮은 때, 일부 공간은 냉방이 필요한 경우가 발생하게 된다. 이때, 냉방을 위해 실내기에 공급되는 냉매의 온도를 너무 낮추면 실내기가 결빙되는 문제점이 있다.
일본 공개특허 JP2018-087688A (공개일 : 2018년 06월 07일)
본 발명의 제1 과제는 하나의 실외기 내에 열교환기를 분리/연결 가능한 다층 구조로 형성하여, 실내 냉난방 부하에 따라 선택적으로 연결 및 분리를 수행할 수 있는 다층 열교환기 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 과제는 고압액관에 잔존하는 냉매를 모아 흘림으로써 실내에 누설되는 냉매량을 최소화할 수 있는 다층 열교환기 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 과제는 사용자의 모드 선택에 대하여, 현재 실내 및 실외 온도 및 습도에 따라 최적화된 모드를 선택하여 전체 모드에 대하여 냉매 누설을 최소화할 수 있는 스마트 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제4 과제는 실외기 열교환기의 최하단에 바이패스를 위한 열교환기 및 전자팽창밸브를 포함하여 다양한 모드에 대하여 압축기의 출구와 실외기의 일단을 바이패스하여 누설 냉매를 최소화할 수 있는 다층 열교환기 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 제5 과제는 난방 과부하 조건, 즉 난방 부하가 매우 작은 경우에 압축기의 토출압력이 너무 높아 사이클이 형성되지 않는 경우를 방지하기 위해 압축기의 토출압력이 상승하지 않도록 바이패스할 수 있는 다층 열교환기 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 제6 과제는 난방 모드일 때의 제상 및 착상을 방지하기 위한 실시간 모니터링 및 그에 따른 밸브 제어 가능한 실외기의 다층 열교환기 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제인 실내 냉난방 부하에 따라 선택적으로 실외기 열교환기의 용량을 가변하기 위하여, 본 발명은 실내 열교환기를 포함하는 적어도 하나의 냉난방 겸용 실내기; 압축기, 복수의 실외 열교환기 및 상기 압축기의 토출측에 배치되어 냉매의 흐름을 절환하는 절환 유닛을 포함하는 냉난방 겸용 실외기; 및 상기 냉난방 겸용 실외기와 적어도 하나의 상기 냉난방 겸용 실내기들 사이에 배치되어, 상기 냉매를 분배하는 분배기를 포함하고, 상기 냉난방 겸용 실외기의 상기 복수의 실외 열교환기는, 상기 절환 유닛과 일단이 연결되고, 상기 분배기와 타단이 연결되는 제1 열교환기, 상기 제1 열교환기의 하측에 배치되고, 일단이 상기 제1 열교환기의 타단과 연결/차단 가능하도록 형성되고, 타단이 상기 분배기와 연결되어 있는 제2 열교환기, 및 상기 제2 열교환기 하측에 배치되며, 일단이 상기 압축기의 토출측에 연결되고, 타단이 상기 실내기에 연결되는 제3 열교환기를 포함하는 냉난방 멀티 공기조화기를 제공한다.
상기 냉난방 겸용 실외기는, 상기 제1 열교환기의 타단과 상기 제2 열교환기의 일단을 직렬 연결하는 제1 연결배관; 상기 제1 연결배관 상에 배치되며, 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기의 연결/차단을 수행하는 제1 연결 밸브를 더 포함할 수 있다.
사용자의 운전 선택을 기초로, 실내외 온도 및 습도에 따라 세부적인 모드 운전을 수행하기 위해, 상기 냉난방 겸용 실외기는, 상기 제1 열교환기, 제2 열교환기 및 제3 열교환기의 타단에 각각 제1 팽창 밸브, 제2 팽창 밸브 및 제3 팽창 밸브가 형성될 수 있다.
상기 다층구조를 가지는 실외기 내의 열교환기는, 다양한 세부적인 모드 운전에 대하여 실내기 부하에 부합하는 실외기 용량을 구현하기 위해, 유로의 길이 및 용량을 가변할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 열교환기의 유로는 상기 제2 열교환기의 유로보다 길 수 있다.
상기 제3 열교환기의 유로는 상기 제2 열교환기의 유로보다 짧을 수 있다.
상기 제1 열교환기의 유로는 전체 열교환기의 유로에 대하여 65% 내지 75%를 충족할 수 있다.
상기 냉난방 멀티 공기조화기는 사용자의 운전 선택 정보에 대하여 현재 상태 정보를 조합하여 세부적인 운전 모드를 선택하여 운전할 수 있다.
상기 냉난방 멀티 공기조화기는 상기 현재 상태 정보는 실내 온도 및 습도 정보, 실외 온도 및 습도 정보 및 상기 실내기의 부하 정보를 포함할 수 있다.
상기 사용자의 운전 선택 정보가 냉방 운전인 경우, 상기 현재 상태 정보 중 실외온도 및 상기 실내기의 부하에 따라 상기 실외기의 용량을 가변하도록 운전할 수 있다.
상기 실외 온도가 낮고 상기 실내기 부하가 작을수록 상기 실외기의 용량이 감소하도록 상기 제1 내지 제3 열교환기의 연결/차단을 제어할 수 있다.
상기 실내기 부하가 최하인 경우, 상기 제3 열교환기만을 구동하여 냉방 사이클을 구현할 수 있다.
상기 사용자의 운전 선택 정보가 난방 운전인 경우, 상기 현재 상태 정보 중 실외온도, 실외습도 및 상기 실내기의 부하에 따라 상기 실외기의 제3 열교환기로의 냉매를 바이패스하거나 차단할 수 있다.
이와 같은 제3 열교환기를 활용하여 압축기의 토출냉매의 압력을 줄여 난방 부하가 매우 작은 경우에서 과냉매 유입을 차단할 수 있어 냉매의 유출 없이 사이클 구현이 가능하다. 구체적으로, 상기 사용자의 운전 선택 정보가 난방 운전인 때, 상기 실외온도가 제1 온도 이상이고, 상기 실내기 부하가 m개 이하인 경우, 상기 압축기의 토출측으로 토출되는 고온고압의 냉매의 현재 고압 값에 따라 상기 제2 팽창 밸브 및 상기 제2 팽창 밸브를 제어하여 상기 현재 고압을 낮추는 난방 과부하 모드로 운전할 수 있다.
상기 냉난방 겸용 실외기는 상기 압축기의 토출측의 압력을 주기적으로 읽어들이는 압력 센서, 및 상기 제3 열교환기의 타단측에 배치되어 유로의 온도를 주기적으로 읽어들이는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
주기적으로 감지되는 상기 압력 센서의 상기 현재 고압이 임계 범위 내를 충족하면, 상기 제3 팽창 밸브를 닫고 난방 일반 모드로 전환할 수 있다.
본 발명의 다양한 세부적인 모드 운전 중, 실외 온도 및 습도를 기초로 실외기 내의 착상을 방지하기 위한 착상 방지모드의 구현이 가능하다.
이와 같은 착상 방지 모드는 바이패스 열교환기인 최하단의 제3 열교환기에의해 구현 가능하다.
상기 사용자의 운전 선택 정보가 난방 운전인 때, 상기 실외온도가 제2 온도 이하이고, 상기 실외습도가 제1 범위 이상이고, 상기 실내기 부하가 n개 이상인 경우, 상기 제3 팽창 밸브를 제어하여 상기 압축기의 토출측으로 토출되는 고온고압의 냉매를 상기 제3 열교환기에 흘려 착상을 제거하는 착상 방지 모드로 운전할 수 있다.
상기 착상 방지 모드에서, 상기 제3 열교환기의 상기 온도 센서로부터 상기배관 온도를 주기적으로 읽어들여, 상기 배관 온도가 임계 범위를 충족하면 상기 제3 팽창 밸브를 닫고 난방 일반 모드로 전환할 수 있다.
상기 냉난방 겸용 실외기는 상기 제3 열교환기의 일단과 상기 제1 열교환기의 타단을 연결하는 제1 서브배관, 상기 제3 열교환기의 일단과 상기 제2 열교환기의 타단을 연결하는 제2 서브배관, 상기 제1 서브배관 상에 배치되어 상기 제1 서브배관으로의 냉매의 흐름을 차단/연결하는 제1 서브밸브, 및 상기 제2 서브배관 상에 배치되어 상기 제2 서브배관으로의 냉매의 흐름을 차단/연결하는 제2 서브밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 냉난방 멀티 공기조화기는 제상 운전 시에, 상기 제1 열교환기에서 냉매의 증발을 수행하면서, 상기 제2 및 제3 열교환기로 고온고압의 냉매를 흘려 상기 제2 열교환기의 제상을 수행하는 하부 제상 모드, 상기 제2 열교환기에서 냉매의 증발을 수행하면서, 상기 제1 및 제3 열교환기로 고온고압의 냉매를 흘려 상기 제1 열교환기의 제상을 수행하는 상부 제상 모드를 교번하여 수행하여 연속 난방 제상 모드로 운전할 수 있다.
상기 냉난방 멀티 공기조화기는 상기 연속 난방 제상 모드에서 상기 제3 팽창 밸브를 완전 오픈할 수 있다.
상기 해결 수단을 통해, 본 발명은 실외기 열교환기를 다층 구조로 형성하여, 실내 냉난방 부하에 따라 선택적으로 연결 및 차단을 수행할 수 있고, 고압액관에 잔존하는 냉매를 모아 흘림으로써 실내에 누설되는 냉매량을 최소화할 수 있다.
또한, 사용자의 모드 선택에 대하여, 현재 실내 및 실외 온도 및 습도에 따라 최적화된 모드를 선택하여 전체 모드에 대하여 냉매 누설을 최소화하면서 운전가능한 스마트 열교환기를 제공할 수 있다.
본 발명은 실외기 열교환기의 최하단에 바이패스를 위한 열교환기 및 전자팽창밸브를 포함하여 다양한 모드에 대하여 압축기의 출구와 실외기의 일단을 바이패스하여 누설 냉매를 최소화할 수 있다.
그리고, 난방 부하가 매우 작은 경우에 압축기의 토출압력이 너무 높아 사이클이 형성되지 않는 경우를 방지하기 위해 압축기의 토출압력이 상승하지 않도록 바이패스할 수 있고, 난방 모드일 때의 제상 및 착상을 방지하기 위한 실시간 모니터링 및 그에 따른 밸브 제어 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 멀티 공기조화기의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 모드 운전을 위한 전체 동작 순서도이다.
도 3은 냉방 일반 운전 시 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이다.
도 4는 냉방 저온 운전 시 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이다.
도 5는 냉방극저온 운전 시 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이다.
도 6은 난방 과부하 운전 시의 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 순서도이다.
도 7은 난방 과부하 운전 시의 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 상태를 나타내는 동작도이다.
도 8은 난방 일반 운전 시 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이다.
도 9는 연속난방 착상방지 운전 시의 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 순서도이다.
도 10은 연속난방 착상방지 운전 시의 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이다.
도 11은 난방 전제상 운전 시 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이다.
도 12a 및 도 12b는 난방분할제상 운전 시 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이다.
도 13은 실외기 온도, 상대 습도 및 실내기 부하에 따른 바이패스 밸브 개도량을 나타내는 그래프이다.
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.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부도면은 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다름과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 멀티 공기조화기의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 멀티 공기조화기(100)가 도시되어 있다. 냉난방 멀티 공기조화기(100)는 복수의 냉난방 겸용 실내기들(B1, B2,...), 적어도 하나의 냉난방 겸용 실외기(A) 및 분배기(C)를 포함한다.
냉난방 겸용 실외기(A)는 제1,2압축기들(53)(54), 복수의 실외 열교환기(A1, A2, A3), 실외 열교환기 팬(61) 및 절환유닛을 포함한다. 여기에서 절환유닛은 사방밸브(62)를 포함한다. 제1,2압축기들(53)(54)의 흡입부는 공용 어큐뮬레이터(52)에 의해 연결되어 있다. 제1압축기(53)는 냉매의 압축용량을 가변시킬 수 있는 인버터 압축기이고, 제2압축기(54)는 냉매의 압축용량이 일정한 정속 압축기일 수 있다.
제1,2압축기(53)(54)의 토출부에는 제1,2토출배관이 연결되고, 제1,2토출배관은 합지부(57)에 의해 합지되고, 제1,2토출배관에는 제1,2압축기(53)(54)에서 토출된 냉매 중 오일을 회수하도록 제1,2오일분리기(58)(59)가 각각 설치되어 있다. 제1,2오일 분리기(58)(59)에는, 제1,2오일분리기(58)(59)로부터 분리된 오일을 제1,2압축기(53)(54)의 흡입부로 안내하는, 제1,2오일 회수관이 연결되어 있다.
합지부(57)에는 제1,2압축기(53)(54)에서 토출된 냉매가 사방밸브(62)를 거치지 않고 바이패스시키는 고압기체배관(68)이 연결된다. 또한, 합지부(57)는 사방밸브(57)와 제3토출배관(64)으로 연결되어 있다.
실외 열교환기(A1, A2, A3)는 제1연결배관(71)에 의하여 사방밸브(62)와 연결되어 있다. 실외 열교환기(A1, A2, A3)에서는 외기와의 열교환에 의하여 냉매가 응축되거나 증발된다. 이 때, 열교환을 보다 원활하게 하기 위하여, 실외기 팬(61)은 실외 열교환기(A1, A2, A3)로 공기를 유입한다. 냉난방 멀티 공기조화기(100)에서는, 냉방 운전 또는 제상 운전 중에는 실외 열교환기(A1, A2, A3)가 응축기로 이용되고, 난방 운전 중에는 실외 열교환기(A1, A2, A3)가 증발기로 이용된다.
이와 같은 실외 열교환기(A1, A2, A3)는 도 1과 같이 다층 구조를 가진다.
더욱 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 실외 열교환기(A1, A2, A3)는 하나의 실외기(A) 내에 다층 구조의 분리/연결 가능한 복수의 열교환기(A1, A2, A3)를 포함한다.
이와 같은 복수의 열교환기(A1, A2, A3)는 도 1과 같이 제1 열교환기(A1), 제2 열교환기(A2) 및 제3 열교환기(A3)의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 열교환기(A1)는 메인(main) 열교환기로서, 실외 열교환기(A1, A2, A3) 내부에서 가장 상위에 배치되어 있으며, 제1 연결배관(71)과 연결되어 있다.
제2 열교환기(A2)는 서브(sub) 열교환기로서, 제1 열교환기(A1)와 동측 또는하측에 배치될 수 있으며 일단이 제1 열교환기(A1)와 직렬로 연결되어 있으며, 타단이 분배기(C)와 연결된다.
또한, 제1 열교환기(A1)와 제2 열교환기(A2)의 병렬 연결을 방지하기 위해 제1 열교환기(A1)의 일단과 제2 열교환기(A2)의 일단 사이에 체크밸브가 배치되어 있다.
제2 열교환기(A2)는 물리적으로 제1 열교환기(A1)의 하부에 배치될 수 있으며, 제1 열교환기(A1)보다 짧은 유로를 가지며, 냉방 또는 난방 부하에 따라 선택적으로 가동된다.
제1 열교환기(A1)와 제2 열교환기(A2)의 직렬 연결을 위해 제1 열교환기(A1)의 타단과 제2 열교환기(A2)의 일단을 연결하는 제2 연결배관(75)이 형성되어 있으며, 제2 연결배관(75) 상에 제1 연결밸브(82)이 형성되어 두 열교환기(A1, A2)를 연결하거나 차단한다.
한편, 제1 또는 제2 열교환기(A1, A2) 하부에 제3 열교환기(A3)가 배치되어 있다. 제3 열교환기(A3)는 바이패스 열교환기로서, 고압기체배관(68)에 연결되어 압축기(53, 54)로부터의 고압기체 냉매의 일부를 응축하여 바이패스하여 액체배관(76)과 만나 실내기(B1, B2)로 액냉매를 이동시킨다.
이를 위해 제3 열교환기(A3)의 일단이 고압기체배관(68)에 연결되어 압축기(53, 54)의 토출측에 연결되며, 타단이 분배기(C)와 실내기(B1, B2)에 연결되어 있다.
이러한 제3 열교환기(A3)는 제2 열교환기(A2)보다 짧은 유로를 가질 수 있다.
제1, 2, 3 열교환기(A1, A2, A3)의 유로는 순차적으로 짧아질 수 있으며, 바람직하게는 전체 유로에 대하여, 제1 열교환기(A1)가 65 내지 75%, 제2 열교환기(A2)가 20 내지 30%, 제3 열교환기(A3)가 3 내지 10%를 차지하도록 형성될 수 있다.
더욱 바람직하게는 전체 유로에 대하여, 제1 열교환기(A1)가 70%, 제2 열교환기(A2)가 25%, 제3 열교환기(A3)가 5%를 차지하도록 형성될 수 있다.
실외 열교환기(A1, A2, A3)로부터 토출되는 액체 냉매가 흐르는 액체배관(76) 상에는 실외 전자팽창밸브(65, 66, 67)가 설치되어 있다. 실외 전자팽창밸브(65, 66, 67)는 난방 운전 또는 제상 운전 시 냉매를 팽창시킨다.
실외 전자팽창밸브(65, 66, 67)는 제1 열교환기(A1)의 타단에 연결되어 있는 제1 전자팽창밸브(65), 제2 열교환기(A2)의 타단에 연결되어 있는 제2 전자팽창밸브(66), 및 제3 열교환기(A3)의 타단에 연결되어 있는 제3 전자팽창밸브(67)를 포함한다.
한편, 복수의 실외 열교환기(A1, A2, A3)가 배치되어 있을 때, 난방 운전에서 분할 제상을 수행하기 위해 고압기체배관(68)과 제1 열교환기(A1)의 타단을 연결하는 제1 서브배관(73) 및 고압기체배관(68)과 제2 열교환기(A2)의 타단을 연결하는 제2 서브배관(74)을 더 포함하며, 각각의 서브배관(73, 74) 상에 각 서브배관(73, 74)으로의 고압기체 냉매를 흘리거나 차단하기 위한 제1 서브밸브(63) 및 제2 서브밸브(34)를 더 포함한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 실외 열교환기는 과냉각장치(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 과냉장장치는 냉방 운전 시 분배기(C)로 이동되는 냉매를 냉각시킨다.
이와 같이, 하나의 실외기(A) 내에 복수의 열교환기(A1, A2, A3)가 층상 구조를 이루며 형성되어 실내 열교환기(B1)의 부하 및 각 운전 모드에 따라 선택적으로 구동하여 유로의 길이를 가변함으로써 최적화된 열효율을 충족할 수 있다.
각각의 열교환기(A1, A2, A3)의 타단으로 분배기(C)가 연결되어 있다. 분배기(C)는 냉난방 겸용 실외기(A)와 복수의 냉난방 겸용 실내기들(B1)(B2) 사이에 배치되어, 냉매를 냉방, 난방, 제상 등의 운전 조건에 따라 냉난방 겸용 실내기들(B1)(B2)에 분배한다. 분배기(C)는 고압 기체 헤더, 저압 기체 헤더, 액체 헤더 및 제어밸브들(미표기)을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
도 1에서는 분배기(C)가 전자팽창밸브(65, 66)와 열교환기(A1, A2, A3) 사이에 배치되는 것으로 도시하였으나, 이와 달리 전자팽창밸브(65, 66) 후단에 배치될 수도 있다.
제1,2 냉난방 겸용 실내기들(B1, B2, ...)은 서로 다른 공간에 배치될 수 있으며, 각각의 실내기(B1,B2,...) 내에 각각 실내 열교환기(11), 실내 전자팽창밸브들(12) 및 실내기 팬(15)을 포함한다. 실내 전자팽창밸브(12)는 실내 열교환기들(11)과 고압 기체 헤더를 연결하는 실내 연결배관들(76과 연결되어 미도시) 상에 설치되어 있다.
또한, 제1,2 냉난방 겸용 실내기들(B1,B2,...) 에서 토출되는 냉매의 온도를 감지하기 위하여, 각각의 온도 센서들이 설치될 수 있으며, 실내기들(B1)(B2)의 온도를 감지하기 위한 온도 센서가 더 포함되어 실내 온도를 측정할 수 있다.
이와 같이, 하나의 실외기 내에 열교환기(A1, A2, A3)를 서로 연결/차단 가능한 다층 구조로 형성하면서, 실내기 부하에 따라 선택적으로 실외 열교환기(A1, A2, A3)의 연결을 수행함으로써, 불필요한 실외기의 운전을 방지하면서, 상황에 따라 최적화된 모드로 구동이 가능하다.
이와 같은 실외 열교환기(A1, A2, A3)의 연결은 실내 및 실외 상태, 즉, 실내 및 실외의 온도 및 습도에 따라, 사용자가 특정 모드를 선택하더라도 특정 모드 내에서 현재 상태에 따라 세분화된 모드로 운전할 수 있다.
이와 같은 세분화된 모드에 따라 상기 분할되어 있는 실외 열교환기(A1, A2, A3)의 연결 및 차단이 이루어지며 냉매의 흐름이 변화된다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 실외 열교환기(A1, A2, A3)는 최하층에 배치되는 제3 열교환기(A3)의 타단, 즉 토출단의 배관 상에 온도 센서(81)를 더 포함하며, 합지부(57) 상에 압력 센서(83)를 더 포함할 수 있다.
또한, 제2 열교환기(A2)가 단일층으로 형성되는 것으로 도시하였으나, 이와 달리 복수의 직렬 연결 가능한 다층 구조로 형성 가능하다.
따라서, 실내기(B1, B2,...)의 부하에 따라 최적의 수효로 실외 열교환기(A1, A2, A3)의 용량 설정이 가능하다.
또한, 본 발명의 실외 열교환기(A1, A2, A3)는 최하층에 바이패스를 위한 제3 열교환기(A3)를 형성함으로써, 압축기(53, 54)로부터의 고압기체 냉매가 실내기(B1, B2) 측으로 흐르는 양을 조절함으로써, 많은 양의 냉매가 필요하지 않은 경우 (난방 과부하 등)에는 실외기(A)의 열교환기(A1, A2, A3)로 고압기체 냉매를 바이패스함으로써 실내기(B1, B2)로 인가되는 냉매의 양을 조절하게 된다.
따라서, 실내에서 냉매가 과량 존재하여 누설되는 위험을 방지할 수 있어 전체적으로 누설 냉매의 양을 최소화할 수 있다.
이와 같은 세부적인 운전을 수행하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 냉난방 멀티 공기조화기(100)는 제어부(도시하지 않음)을 포함할 수 있다.
제어부는 실외기(A) 내에 설치되어 있을 수 있으나, 이와 달리 관리자 관리 시스템 내에 프로세서로서 구현되어 있을 수 있다. 또는, 실외기(A) 내에 선택되는 세부적인 모드에 따른 운전을 수행하기 위한 컨트롤러가 배치되어 있으며, 이와 송수신하는 메인 제어부가 관리자 관리 시스템에 설치되어 있을 수 있다.
제어부의 다양한 변형에 대하여는 구체적인 설명은 생략한다.
제어부는 단순 사용자의 운전 선택 명령을 수신하고, 실내기(B) 및 실외기(A)에 배치되어 있는 온도 센서(81) 및 습도 센서로부터 현재 실내 온도, 습도 및 실외 온도 및 습도에 대한 정보를 수신한다.
상기 제어부는 수신된 실내 온도, 습도 및 실외 온도, 습도와 사용자의 운전 선택 정보에 기초하여 최적의 세분화된 운전 모드를 선택하고 해당 세분화된 운전 모드에 따라 냉난방 멀티 공기조화기(100)의 각 밸브(63, 64, 65, 66, 67, 68)의 동작 및 압축기(53, 54), 어큐뮬레이터(52)의 동작, 센서 동작 등을 제어한다.
이하에서는 각 운전 모드에 따른 실외기(A) 및 실내기(B1, B2)의 동작과 냉매의 흐름을 상세히 설명한다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 도 1에 도시된 냉난방 멀티 공기조화기(100)의 운전 및 이에 따른 냉매의 유동을 설명한다.
도 2는 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기(100)의 모드 운전을 위한 전체 동작 순서도이고, 도 3은 냉방 일반 운전 시 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이고, 도 4는 냉방 저온 운전 시 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이며, 도 5는 냉방극저온 운전 시 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉난방 멀티 공기조화기(100)는 사용자의 운전 선택 명령을 수신하면서 동작을 시작한다(S10).
즉, 사용자가 특정 공간에 설치되어 있는 실내기(B)의 운전 모드를 선택함으로써 실외기(A)에 설치되어 있는 제어부(도시하지 않음)는 세분화된 운전 모드를 선택하여 해당 세분화된 운전 모드로의 운전을 시작한다.
사용자는 사용자의 의사에 따라 특정 공간의 실내기(B)의 운전을 냉방 또는 난방으로 선택할 수 있다.
이와 같은 사용자의 운전 선택 명령을 수신하면, 제어부는 실내기(B) 및 실외기(A)에 배치되어 있는 온도 센서(81) 및 습도 센서로부터 현재 실내 온도, 습도 및 실외 온도 및 습도에 대한 정보를 수신한다(S20).
이때, 제어부는 수신된 실내 온도, 습도 및 실외 온도, 습도와 사용자의 운전 선택 정보에 기초하여 최적의 세분화된 운전 모드를 선택하고 해당 세분화된 운전 모드로의 운전을 준비한다(S30).
먼저, 사용자의 운전 선택 명령이 냉방 운전인 경우, 제어부는 실내 온도, 습도, 실외 온도 및 습도에 따라 냉방 일반 모드(S40), 냉방 저온 모드(S50), 냉방 극저온 모드(S60) 중 하나를 선택하여 운전할 수 있다.
이하의 도면에서 파선은 고온 냉매의 흐름을 나타내고, 일점쇄선은 저온 냉매의 흐름을 나타내는 것이다.
구체적으로, 실외 온도가 영하 5도 이상이고, 실내 온도가 20도 이상인 경우, 냉방 일반 모드의 운전을 실행할 수 있다.
도 3을 참고하면, 냉방 일반 모드에서, 제1,2압축기(53)(54)에서 토출된 고압 고온기체의 냉매는, 제1,2토출배관을 흐르다가 사방밸브(62)를 거쳐, 제1 연결 배관(71)을 지나 실외기(A)의 제1 열교환기(A1)로 유입된다. 이때, 제1 연결밸브(82)가 오픈되어 제1 열교환기(A1)와 제2 열교환기(A2)가 서로 직렬 연결되어 제1 열교환기(A1)를 흐르는 냉매가 제2 열교환기(A2)에서 다시 열교환을 수행하며 더욱 응축된다. 응축된 고압 액체 냉매는 과냉각장치(도시하지 않음)를 거쳐 분배기(C)를 거치며 제1,2 실내 연결배관들을 통하여 토출되는 냉매는 실내 전자팽창밸브(12)에서 팽창된 후, 실내 열교환기들(11)에서 증발되고, 저온저압 기체 상태로 흡입출배관(77)으로 유입된 후, 어큐뮬레이터(52)를 거쳐 제1,2압축기(53)(54)로 흡입된다.
여기서, 냉방 일반 운전 시에는 최하단의 제3 전자팽창밸브(67)를 개방하여 제3 열교환기(A3)에서 응축될 유량의 냉매가 제3 열교환기(A3)로 흐르도록 유도하면서 압축기(53, 54)로부터의 냉매가 제3 열교환기(A3)를 거쳐 실내기(A)로 유입되도록 한다.
따라서, 실외기(A)의 열교환기(A1, A2, A3)의 용량을 최대로 활용하여 복수의 실내기(B1, B2)의 큰 부하에 해당하는 열교환을 수행할 수 있다.
다음으로, 제어부는 실외 온도가 영하 10도 내지 0도 사이를 충족하고, 실내 온도가 20도 내지 22도 이상이면서, 냉방 운전 명령을 수신한 실내기의 수효가 n개 이하인 경우에 냉방 저온 모드 운전을 실행할 수 있다(S50).
도 4를 참고하면, 냉방 저온 모드는 실내기 냉방 운전의 수효가 n개 이하로 실제 냉방 부하가 크지 않은 상태이다. 이러한 냉방 저온 모드에서는 가급적 실외 열교환기(A1, A2, A3)의 용량을 작게 운전하여 응축 압력을 높인 상태로 사이클을 형성하여야 한다. 따라서, 이를 구현하기 위해 실외기(A)의 제1 열교환기(A1)만이 응축에 활용되며, 제2 및 제3 열교환기(A2, A3)로는 냉매를 흘리지 않는다.
구체적으로, 제1,2압축기(53)(54)에서 토출된 고압 기체의 냉매는, 제1,2토출배관을 흐르다가 사방밸브(62)를 거쳐, 실외기(A)의 제1 열교환기(A1)로 유입된다. 이때, 제1 연결밸브(82)는 폐쇄되어 제1 열교환기(A1)와 제2 열교환기(A2)의 연결을 차단한다.
제1 열교환기(A1)를 흐르는 냉매는 열교환에 의해 응축되고, 응축된 고압 액체 냉매는 과냉각장치를 거쳐 분배기(C)를 거치며 제1,2 실내 연결배관들을 통하여 토출된다. 토출된 냉매는 실내 전자팽창밸브(12)에서 팽창된 후, 실내 열교환기들(11)에서 증발되고, 저온 저압 기체 상태로 흡입출배관(77)으로 유입된 후, 어큐뮬레이터(52)를 거쳐 제1,2압축기(53)(54)로 흡입된다.
여기서, 냉방 저온 운전 시에는 최하단의 제3 전자팽창밸브(67)는 차단되어 제3 열교환기(A3)로 냉매가 흐르지 않는다.
따라서, 실외기(A)의 열교환기(A1, A2, A3)의 용량을 줄인 상태로 현재 실내기(B)의 부하에 해당하는 열교환을 수행할 수 있다.
한편, 제어부는 실외 온도가 영하 20도 내지 영하 10도 사이를 충족하고, 실내 온도가 20도 내지 22도 이상이면서, 냉방 운전 명령을 수신한 실내기의 수효가 m개 이하인 경우에 냉방 극저온 모드 운전을 실행할 수 있다(S60).
도 5를 참고하면, 냉방 극저온 모드는 실내기 냉방 운전의 수효가 m개 이하(m은 n보다 작은 정수)로 실제 냉방 부하가 매우 작은 상태이다. 이러한 냉방 극저온 모드에서는 실외 열교환기(A1, A2, A3)의 용량을 최소로 운전하여 응축 압력을 높인 상태로 사이클을 형성하여야 한다. 따라서, 이를 구현하기 위해 실외기의 제3 열교환기(A3)만이 응축에 활용되며, 제1 및 제2 열교환기(A1, A2)는 냉매를 흘리지 않는다.
구체적으로, 제1,2압축기(53)(54)에서 토출된 고압 기체의 냉매는, 제1,2토출배관을 흐르다가 고압기체배관(68)을 거쳐 실외기(A)의 제3 열교환기(A3)로 유입된다. 이때, 제3 전자팽창밸브(67)가 개방되어 제3 열교환기(A3)에서 냉매가 응축될 수 있도록 냉매를 흘린다.
제3 열교환기(A3)를 흐르는 냉매는 열교환에 의해 응축되고, 응축된 고압 액체 냉매는 제1,2 실내 연결배관들을 통하여 토출된다. 토출된 냉매는 실내 전자팽창밸브들(12)에서 팽창된 후, 실내 열교환기들(11)에서 증발되고, 저압 기체 상태로 흡입출배관(77)으로 유입된 후, 어큐뮬레이터(52)를 거쳐 제1,2압축기(53)(54)로 흡입된다.
여기서, 냉방 극저온 운전 시에는 제1 및 제2 전자팽창밸브(65, 66)가 차단된 상태로, 상부의 제1, 제2 열교환기(A1, A2)로 냉매가 흐르지 않는다.
따라서, 실외기(A)의 열교환기(A1, A2, A3)의 용량을 최소로 감소시킨 상태에서 현재 실내기(B)의 부하에 해당하는 열교환을 수행할 수 있다.
한편, 사용자가 난방 운전을 선택한 경우, 제어부는 사용자의 운전 선택 정보와 실내온도, 습도 및 실외온도, 습도 정보를 기초로 세부적인 난방 운전 모드를 선택할 수 있다.
본 발명의 도 6은 난방 과부하 운전 시의 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 순서도이고, 도 7은 난방 과부하 운전 시의 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 상태를 나타내는 동작도이고, 도 8은 난방 일반 운전 시 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이고, 도 9는 연속난방 착상방지 운전 시의 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 순서도이고, 도 10은 연속난방 착상방지 운전 시의 도 1의 냉난방 멀티 공기조화기의 동작 상태를 나타내는 동작도이다.
먼저, 도 6 및 도 7을 참고하면, 실외 온도가 영상 24 내지 27도를 충족하고, 실내 온도가 25도 내지 27도를 충족하면서, 난방 운전 명령을 수신한 실내기의 수효가 m개 이하인 경우에 제어부는 난방 과부하 모드 운전을 실행할 수 있다(S71).
난방 과부하 모드는 실내기 난방 운전의 수효가 m개 이하로 실제 난방 부하가 매우 작은 상태이다. 이러한 난방 과부하 모드에서는 실외 열교환기(A1, A2, A3)를 모두 사용하더라도 실내 온도가 높아 응축압력이 상승되어 사이클이 형성이 어렵다. 따라서, 이러한 사이클을 구현하기 위해, 실외기의 제3 열교환기(A3)를 바이패스하여 압축기 최소 운전 조건에서 토출 냉매의 고압 상승을 방지하여 사이클을 구현하도록 한다(S72).
제1,2압축기(53)(54)에서 토출된 고압 기체의 냉매는, 제1,2토출배관을 흐르다가 사방밸브(62)로 유입되어 실내 열교환기(B)로 유입된다. 실내 열교환기(B)에서 응축된 고온 고압의 액체 냉매가 실내 전자팽창밸브(12)를 거쳐 제1 및 제2 전자팽창밸브(65, 66)를 거쳐 팽창되며 실외기(A)의 제1 열교환기(A1)와 제2 열교환기(A2)에 병렬로 주입되어 열교환된다.
제1 및 제2 열교환기(A1, A2)의 일단으로 토출되는 저온 기체 냉매가 어큐물레이터(52)를 거쳐 압축기(53, 54)에 회수된다.
한편, 냉매 과부하 모드에서 사이클의 오작동을 방지하기 위해, 압축기(53, 54)의 토출단의 압력을 압력 센서(83)로부터 읽어들여 제3 전자팽창밸브(67) 및 제2 전자팽창밸브(66)의 개도를 제어한다(S73).
구체적으로, 난방 과부하 모드에 진입하면, 압축기(53, 54)의 구동 주파수를 최소로 유지하면서 냉매를 압축하여 냉매의 압력을 상승시켜 고압 상태를 형성한다.
다음으로, 압축기(53, 54)의 토출단의 압력을 압력 센서(83)로부터 주기적으로 읽어들이고 현재 압력 값에 따라 제2 전자팽창밸브(66) 및 제3 전자팽창밸브(67)의 개도를 제어한다.
현재 주기에서 읽어들인 현재 고압이 목표고압과 버퍼값의 합보다 큰 경우(S74), 제어부는 제2 전자팽창밸브(66)를 오픈한 상태에서 제3 전자팽창밸브(67)를 최소한으로 개도하여 압축기(53, 54)로부터의 냉매를 제3 열교환기(A3)를 통해 제2 열교환기(A2)로 바이패스한다(S75). 즉, 압축기(53, 54)로부터 토출된 냉매의 고압이 임계 범위를 벗어나 너무 높은 경우, 실내기(B)로 주입되는 냉매의 일부를 실외 열교환기(A)로 바이패스함으로써 실내기(B)로 주입되는 냉매의 압력을 낮춘다.
이때, 목표고압은 공기조화기(100)의 난방 과부하 운전을 위한 설계값으로 정의되며, 버퍼값은 사이클 헌팅(cycle hunting)을 방지하기 위한 버퍼값으로 정의될 수 있다.
이때, 압축기(53, 54)는 난방 과부하 모드에서 최소주파수, 바람직하게는 12 내지 15Hz로 구동되어 가장 낮은 수준의 압축능력으로 냉매를 압축하고 있는 상태를 유지한다(S80).
다음으로, 제어부는 압축기(53, 54) 토출단의 압력 값을 다시 읽어 현재 고압이 임계 범위 내를 충족하면 제3 전자팽창밸브(67)를 닫으면서(S81) 제3 전자팽창밸브(67)의 제어를 해제한다(S82).
이때, 임계 범위는 목표 고압과 버퍼값의 차보다 작은 범위를 충족할 수 있으며, 안정적으로 난방 과부하 모드가 연속 운전가능한 설계값으로 정의된다.
한편, 현재 고압이 목표고압에 대하여 +/- 버퍼값 사이를 충족하는 경우(목표고압-버퍼값<현재 고압< 목표고압+버퍼값), 현재 제3 전자팽창밸브(67)의 개도 상태를 유지하면서 앞에서 수행하는 현재 고압을 주기적으로 읽어내어 임계 범위 내인지를 판단한다(S80, S81).
다음으로, 현재 고압이 목표 고압과 버퍼값의 차보다 작은 경우, 제2 전자팽창밸브(66)를 닫아 제2 열교환기(A2)와 실내기(B) 사이의 냉매 흐름을 차단한 상태에서 현재 고압을 측정할 때, 현재 고압이 임계 범위 내를 충족하는 경우 제3 전자팽창밸브(67)를 닫음으로써 제3 전자팽창밸브(67)의 제어를 해제한다(S81, S82).
따라서, 압축기(53, 54)로부터 토출된 냉매의 고압이 임계 범위 내를 충족하는 상태로 순환이 이루어짐으로써 매우 낮은 난방 부하에 맞추어 냉매가 순환될 수 있다.
다음으로, 도 8과 같이, 실외 온도가 저온이며, 실내 온도가 20도 내지 27도를 충족하는 일반적인 난방 모드를 설명한다(S83).
제1,2압축기(53)(54)에서 토출된 고압 기체의 냉매는, 제1,2토출배관을 흐르다가 사방밸브(62)로 유입되어 실내 열교환기(B)로 유입된다. 실내 열교환기(B)에서 응축된 고온 고압의 액체 냉매가 실내 전자팽창밸브(12)를 거쳐 제1 및 제2 전자팽창밸브(65, 66)를 거쳐 실외기(A)의 제1 열교환기(A1)와 제2 열교환기(A2)에 병렬로 주입되어 열교환되어 증발된다.
제1 및 제2 열교환기(A1, A2)의 일단으로 토출되는 저온 기체 냉매가 어큐물레이터(52)를 거쳐 압축기(53, 54)에 회수된다.
이때, 실외 열교환기(A)의 압력 손실을 최소화하기 위해 실외 제1 및 제2 열교환기(A1, A2)를 병렬로 운전한다.
이하에서는, 도 9 및 도 10을 참고하여, 난방 실시간 착상 방지 모드의 운전을 설명한다(S85).
난방 실시간 착상 방지 모드는 사용자가 난방 모드를 선택한 상태에서, 실외 온도가 저온이고 실외 습도가 매우 높은 조건이며, 실내 온도가 20도 내지 27도를 충족하고, 실내기 운전 부하가 높은 경우, n개 이상인 경우 이다(S91).
일 예로, 겨울철 습도가 매우 높은 경우에, 난방 운전을 선택한 경우, 실외기에 습도가 매우 높아 실외기(A)가 증발기로 구동할 때, 응축수가 열교환기(A1, A2, A3) 아랫방향으로 흐르게 된다.
이때, 실외기(A)의 최하단, 즉 바이패스하는 제3 열교환기(A3) 주변부의 배관 온도가 0도 이하이고, 노점 온도보다 현재 온도가 낮으면, 해당 응축수가 결빙될 수 있다. 이와 같은 상태가 장시간 지속되는 경우, 배수가 불안정해지며, 결빙이 성장할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 상기 온도, 습도 및 실내기 부하 조건을 충족하는 경우, 난방 실시간 착상 방지 모드로 구동한다.
구체적으로, 도 9 및 도 10을 참고하면, 제어부가 난방 실시간 착상 방지 모드로 돌입하면, 실외기(A)기 하부 배관에 설치되어 있는 온도 센서(81) 및 습도 센서로부터 온도 및 습도 정보를 읽어들인다.
제어부는 상기 실외기(A) 하부 배관의 온도가 영하를 충족하고, 현재 하부 배관의 온도 및 습도에 기초하여 노점 온도를 계산하고, 현재 배관의 온도가 계산된 노점 온도보다 낮은 경우, 이슬이 맺히는 상태, 즉 착상 상태에 돌입한 것으로 판단한다(S92).
제어부는 난방 일반 운전에서 제3 전자팽창밸브(67)를 실시간으로 제어함으로써 제3 열교환기(A3)에 고온고압의 냉매를 흘린다.
구체적으로, 제1,2압축기(53)(54)에서 토출된 고압 기체의 냉매는, 제1,2토출배관을 흐르다가 사방밸브(62)로 유입되어 실내 열교환기로 유입된다. 실내 열교환기에서 응축된 고온 고압의 액체 냉매가 실내 전자팽창밸브(12)를 거쳐 제1 및 제2 전자팽창밸브(65, 66)를 거쳐 실외기의 제1 열교환기(A1)와 제2 열교환기(A2)에 병렬로 주입되어 열교환되어 증발된다.
제1 및 제2 열교환기(A2)의 일단으로 토출되는 저온 기체 냉매가 어큐물레이터(52)를 거쳐 압축기(53, 54)에 회수된다.
이때, 제어부가 실외기(A)가 착상 상태에 돌입한 것으로 판단하면, 제3 전자팽창밸브(67)를 최소로 개도하면서, 압축기(53, 54)로부터의 고온고압 냉매를 제3 열교환기(A3)에 흘리면서 제3 열교환기(A3) 주변의 배관에 착상을 제거한다(S93).
제어부는 주기적으로 실외기(A) 배관 온도를 읽어들여, 실외기(A)의 배관 온도가 임계 범위를 충족할 정도로 상승하면(S94), 제3 전자팽창밸브(67)를 닫아 제어를 해제하고 난방 일반 모드로 전환한다(S95).
이와 같이, 바이패스를 수행하는 제3 열교환기(A3)에 고온고압의 냉매를 흘림으로써 착상을 제거하며, 외부의 온도 및 습도 조건에 따라 미리 착상되는 조건을 제거함으로써 기기의 오작동을 방지할 수 있다.
한편, 제어부는 난방 모드에서 주기적으로 제상 운전을 수행할 수 있다(S90).
먼저, 난방 제상 모드는 외부 온도가 저온으로서, 영하5도 내지 영상 1도를 충족하고, 외부 습도가 매우 높은 상태를 충족하면서, 실내 온도는 20~27도를 충족하고, 실내기(B)의 운전 부하가 많은 경우에 적용된다.
이 경우 난방 사이클을 냉방 사이클로 운전시켜 실외 열교환기(A1, A2, A3)에 착상된 서리를 녹이는 운전을 실시한다. 즉, 상부의 제1 및 제2 열교환기(A1, A2)에서 발생된 응축수가 하부 실외기 팬(61) 및 제3 열교환기(A3)로 떨어지게 되고, 외부 온도가 낮을 경우 응축수가 결빙되어 얼음으로 진행되어 누적 결빙이 발생할 가능성이 있어 이를 제거하는 운전을 수행한다.
도 11을 참고하면, 난방 전제상 모드에서, 제1,2압축기(53)(54)에서 토출된 고압 기체의 냉매는, 제1,2토출배관을 흐르다가 사방밸브(62)를 거쳐, 실외기의 제1 열교환기(A1)로 유입된다. 이때, 연결밸브(82)가 오픈되어 제1 열교환기(A1)와 제2 열교환기(A2)가 서로 직렬 연결되어 제1 열교환기(A1)를 흐르는 냉매가 제2 열교환기(A2)에서 다시 열교환을 수행하며 응축된다. 응축된 고압 액체 냉매는 과냉각장치를 거쳐 분배기(C)를 거치며 연결배관들을 통하여 토출되는 냉매는 실내 전자팽창밸브들(12)에서 팽창된 후, 실내 열교환기들(11)에서 증발되고, 저압 기체 상태로 흡입출배관(77)으로 유입된 후, 어큐뮬레이터(52)를 거쳐 제1,2압축기(53)(54)로 흡입된다.
여기서, 난방 전제상 운전 시에는 최하단의 제3 전자팽창밸브(67)을 개방하여 제3 열교환기(A3)에 냉매가 흐르도록 유도하면서 압축기(53, 54)로부터의 냉매가 제3 열교환기(A3)를 거쳐 실내기(B)로 유입되도록 한다.
이때, 제3 전자팽창밸브(67)는 제상 운전 중에 제3 열교환기(A3)에 누적 결빙이 발생하지 않을 정도의 열을 제공할 수 있도록 완전 개방할 수 있다.
한편, 도 12와 같이, 분할 제상을 수행하는 경우를 설명한다(S99).
즉, 분할 제상의 경우, 연속적으로 난방 운전을 유지하면서 실외기 열교환기(A1, A2, A3)의 상부 및 하부를 교번하면서 제상을 진행한다.
먼저, 도 12a를 참고하여 하부 제상을 먼저 설명하면, 제1,2압축기(53)(54)에서 토출된 고압 기체의 냉매는, 제1,2토출배관을 흐르다가 사방밸브(62)로 유입되어 실내 열교환기(B)로 유입된다. 실내 열교환기(B)에서 응축된 고온 고압의 액체 냉매가 실내 전자팽창밸브(12)를 거쳐 제1 전자팽창밸브(65)를 거쳐 실외기(A)의 제1 열교환기(A1)로 주입되어 열교환되어 증발하면서 난방 사이클을 운전한다.
제1 열교환기(A1)의 일단으로 토출되는 저온 기체 냉매가 어큐물레이터(52)를 거쳐 압축기(53, 54)에 회수된다.
이때, 하부 제상을 위해 제2 전자팽창밸브(66)는 폐쇄되어 실내기(B)로부터 실외 제2 열교환기(A2)로의 냉매 흐름을 차단한다.
제2 열교환기(A2)의 제상은 하부 제2 연결 밸브(64)를 개방하여 수행할 수 있다. 구체적으로, 압축기(53, 54)로부터 토출된 고온고압 냉매가 제3 열교환기(A3)를 거쳐 제3 전자팽창밸브(67)를 지나 흐르면서, 그 일부가 제2 서브배관(74)을 지나 제2 열교환기(A2)의 착상을 제거하면서 다시 어큐뮬레이터(52)를 거쳐 압축기(53, 54) 회수된다.
제3 전자팽창밸브(67)는 제상 운전 중에 제2 열교환기(A2)에 누적 결빙이 발생하지 않을 정도의 열을 제공할 수 있도록 완전 개방할 수 있다.
도 12b를 참고하여 상부 제상을 설명하면, 제1,2압축기(53)(54)에서 토출된 고압 기체의 냉매는, 제1,2토출배관을 흐르다가 사방밸브(62)로 유입되어 실내 열교환기로 유입된다. 실내 열교환기(B)에서 응축된 고온 고압의 액체 냉매가 실내 전자팽창밸브(12)를 거쳐 제2 전자팽창밸브(66)를 거쳐 실외기의 제2 열교환기(A2)로 주입되어 열교환되어 증발하면서 난방 사이클을 운전한다.
제2 열교환기(A2)의 일단으로 토출되는 저온 기체 냉매가 어큐물레이터(52)를 거쳐 압축기(53, 54)에 회수된다.
이때, 제1 전자팽창밸브(65)는 폐쇄되어 실내기(B)로부터 실외 제1 열교환기(A1)로의 냉매 흐름을 차단한다.
한편, 제1 열교환기(A1)의 제상은 하부 제1 연결 밸브(63)를 개방하여 수행할 수 있다. 구체적으로, 압축기(53, 54)로부터 토출된 냉매가 제3 열교환기(A3)를 거쳐 제3 전자팽창밸브(67)를 지나 흐르면서, 그 일부가 제1 서브배관(73)을 지나 제1 열교환기(A1)의 착상을 제거하면서 다시 어큐뮬레이터(52)를 거쳐 압축기(53, 54)에 회수된다.
제3 전자팽창밸브(67)는 제상 운전 중에 제1 열교환기(A1)에 누적 결빙이 발생하지 않을 정도의 열을 제공할 수 있도록 완전 개방할 수 있다.
이와 같이, 하나의 실외기(A) 내에서 열교환기(A1, A2, A3)를 다층으로 형성하는 경우, 일부 층의 열교환기(A1, A2, A3)는 난방 구동을 위한 증발기로서 구동하면서, 다른 일부에서는 제상 모드를 수행함으로써 연속 난방이 가능하다. 이와 같은 상부 제상 및 하부 제상을 교번하여 수행하면서 난방 일반을 구현할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실외 열교환기(A1, A2, A3)는 서로 분리/연결 가능한 복수의 열교환기를 다층 구조로 형성하면서, 최하부에 바이패스를 위한 열교환기를 형성함으로써 외부 및 내부 조건과 실내기(B) 부하에 따라 다양한 모드의 운전이 가능하다.
도 13은 실외기 온도, 상대 습도 및 실내기 부하에 따른 제3 전자팽창밸브 개도량을 나타내는 그래프이다.
도 13과 같이, 외기 온도가 낮고 습도가 높아지면, 난방 구동을 수행하면서 제상을 수행해야 하는 경우, 제3 열교환기(A3)의 제3 전자팽창밸브(67)의 개도를 제어함으로써 실시간으로 누적 결빙이 방지되도록 제상 운전이 가능해진다.
즉, 온도가 낮아지면서 습도가 높아질수록 개도량을 증가함으로써 실외기(A)의 결빙을 효과적으로 방지할 수 있다.
이는 도 13의 적용 전과 적용 후의 사진의 경우, 적용 전이라 함은 실외 열교환기의 분리/결합 가능한 층상구조의 열교환기(A)가 아닌 단일 연결되어 있는 열교환기의 하부 배관의 결빙 상태를 나타낸 것이다.
적용 후라 함은 본 발명의 실시예에 따른 실외 열교환기의 분리/결합 가능한 층상구조의 열교환기(A)를 적용하여 제3 열교환기(A3)와 제3 전자팽창밸브(67)의 구동에 의해 결빙을 제거한 후의 상태를 나타낸 것이다.
도 13의 사진과 같이, 하부 배관에 결빙이 제거되어 있는 것을 관찰할 수 있다.
또한, 외부 온도가 매우 높은 경우, 난방을 위한 실내기 부하에 따라 실내기부하가 매우 작은 경우, 난방 과부하 모드로 돌입하여 제3 전자팽창밸브(67)의 개도를 크게 하여 냉매의 압력을 낮춤으로써 냉매 순환을 원하는 부하에 맞추어 조절가능하다. 따라서, 난방 사이클을 원활히 가동가능하며, 실내에서의 냉매 누설을 최소화할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100 : 냉난방 멀티 공기조화기 A: 실외기 열교환기
A1: 실외 제1 열교환기 A2: 실외 제2 열교환기
A3: 실외 제1 열교환기 C: 분배기
B: 실내기(B1, B2) 53, 54: 압축기
52: 어큐뮬레이터 65, 66, 67 : 제1, 제2, 제3 전자팽창밸브
62: 사방밸브

Claims (20)

  1. 실내 열교환기를 포함하는 적어도 하나의 냉난방 겸용 실내기;
    압축기, 복수의 실외 열교환기 및 상기 압축기의 토출측에 배치되어 냉매의 흐름을 절환하는 절환 유닛을 포함하는 냉난방 겸용 실외기; 및
    상기 냉난방 겸용 실외기와 적어도 하나의 상기 냉난방 겸용 실내기들 사이에 배치되어, 상기 냉매를 분배하는 분배기
    를 포함하고,
    상기 냉난방 겸용 실외기의 상기 복수의 실외 열교환기는,
    상기 절환 유닛과 일단이 연결되고, 상기 분배기와 타단이 연결되는 제1 열교환기,
    상기 제1 열교환기의 하측에 배치되고, 일단이 상기 제1 열교환기의 타단과 연결/차단 가능하도록 형성되고, 타단이 상기 분배기와 연결되어 있는 제2 열교환기, 및
    상기 제1 또는 제2 열교환기 하측에 배치되며, 일단이 상기 압축기의 토출측에 연결되고, 타단이 상기 실내기에 연결되는 제3 열교환기
    를 포함하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉난방 겸용 실외기는,
    상기 제1 열교환기의 타단과 상기 제2 열교환기의 일단을 직렬 연결하는 제1 연결배관; 및
    상기 제1 연결배관 상에 배치되며, 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기의 기계적 연결을 온/오프시키는 제1 연결밸브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉난방 겸용 실외기는,
    상기 제1 열교환기, 제2 열교환기 및 제3 열교환기의 타단에 각각 제1 팽창 밸브, 제2 팽창 밸브 및 제3 팽창 밸브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 열교환기의 유로는 상기 제2 열교환기의 유로보다 긴 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제3 열교환기의 유로는 상기 제2 열교환기의 유로보다 짧은 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 열교환기의 유로는 상기 복수의 실외 열교환기 전체 유로에 대하여 65% 내지 75%를 충족하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 냉난방 멀티 공기조화기는
    사용자의 운전 선택 정보에 현재 상태 정보를 조합하여, 세부적인 운전 모드를 선택하여 운전하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉난방 멀티 공기조화기는
    상기 현재 상태 정보는 실내 온도 및 습도 정보, 실외 온도 및 습도 정보 및 상기 실내기의 부하 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 사용자의 운전 선택 정보가 냉방 운전인 경우, 상기 현재 상태 정보 중 실외온도 및 상기 실내기의 부하에 따라 상기 복수의 실외 열교환기의 용량을 가변하도록 운전하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 실외 온도가 낮고 상기 실내기 부하가 작을수록 상기 복수의 실외 열교환기의 용량이 감소하도록 상기 제1 내지 제3 열교환기의 연결/차단을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 실내기 부하가 최하인 경우, 상기 제3 열교환기만을 구동하여 냉방 사이클을 구현하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 사용자의 운전 선택 정보가 난방 운전인 경우, 상기 현재 상태 정보 중 실외온도, 실외습도 및 상기 실내기의 부하에 따라 상기 복수의 실외 열교환기의 제3 열교환기로의 냉매를 바이패스하거나 차단하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉난방 겸용 실외기는 상기 압축기의 토출측의 압력을 주기적으로 읽어들이는 압력 센서, 및
    상기 제3 열교환기의 타단측에 배치되어 배관의 온도를 주기적으로 읽어들이는 온도 센서
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 사용자의 운전 선택 정보가 난방 운전인 때, 상기 실외온도가 제1 온도 이상이고, 상기 실내기 부하가 m개 이하인 경우, 상기 압축기의 토출측으로 토출되는 상기 냉매의 현재 압력 값에 따라 상기 제2 팽창밸브 및 상기 제3 팽창밸브를 제어하여 상기 현재 압력을 낮추는 난방 과부하 모드로 운전하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  15. 제14항에 있어서,
    주기적으로 감지되는 상기 압력 센서의 상기 현재 압력이 임계 범위 내를 충족하면, 상기 제3 팽창밸브를 닫고 난방 일반 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 사용자의 운전 선택 정보가 난방 운전인 때, 상기 실외온도가 제2 온도 이하이고, 상기 실외습도가 제1 범위 이상이고, 상기 실내기 부하가 n개 이상인 경우, 상기 제3 팽창밸브를 제어하여 상기 압축기의 토출측으로 토출되는 상기 냉매를 상기 제3 열교환기에 흘려 착상을 제거하는 착상 방지 모드로 운전하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 착상 방지 모드에서, 상기 제3 열교환기의 상기 온도 센서로부터 상기배관 온도를 주기적으로 읽어들여, 상기 배관 온도가 임계 범위를 충족하면 상기 제3 팽창밸브를 닫고 난방 일반 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  18. 제3항에 있어서,
    상기 냉난방 겸용 실외기는
    상기 제3 열교환기의 일단과 상기 제1 열교환기의 타단을 연결하는 제1 서브배관,
    상기 제3 열교환기의 일단과 상기 제2 열교환기의 타단을 연결하는 제2 서브배관,
    상기 제1 서브배관 상에 배치되어 상기 제1 서브배관으로의 냉매의 흐름을 차단/연결하는 제1 서브밸브, 및
    상기 제2 서브배관 상에 배치되어 상기 제2 서브배관으로의 냉매의 흐름을 차단/연결하는 제2 서브밸브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 냉난방 멀티 공기조화기는
    제상 운전 시에,
    상기 제1 열교환기에서 상기 냉매의 증발을 수행하면서, 상기 제2 및 제3 열교환기로 상기 압축기로부터 토출되는 상기 냉매를 흘려 상기 제2 열교환기의 제상을 수행하는 하부 제상 모드, 및 상기 제2 열교환기에서 상기 냉매의 증발을 수행하면서, 상기 제1 및 제3 열교환기로 상기 압축기로부터 토출되는 상기 냉매를 흘려 상기 제1 열교환기의 제상을 수행하는 상부 제상 모드를 교번하여 수행하여 연속 난방 제상 모드로 운전하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 냉난방 멀티 공기조화기는
    상기 연속 난방 제상 모드에서 상기 제3 팽창밸브를 완전 오픈하는 것을 특징으로 하는 냉난방 멀티 공기조화기.
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