KR20240036854A

KR20240036854A - 공기조화기

Info

Publication number: KR20240036854A
Application number: KR1020220115400A
Authority: KR
Inventors: 김형준; 박준성; 조은준; 양동근
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2022-09-14
Filing date: 2022-09-14
Publication date: 2024-03-21

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기의 출구측에 연결되는 제 1 포트를 가지는 밸브장치; 상기 밸브장치의 제 2 포트에 연결되는 가스관; 상기 밸브장치의 제 3 포트에 연결되는 실외 열교환기; 상기 가스관에 연결되는 실내 열교환기; 상기 실내 열교환기로부터 상기 실외 열교환기로 연장되는 액관; 상기 액관의 분기점에서 분기되는 제 1 연장배관; 상기 제 1 연장배관에 연결되며, 상기 실내 열교환기에서 응축된 냉매가 증발되는 보조 열교환기; 상기 보조 열교환기의 출구측에서 연장되어 상기 실외 열교환기에 연결되는 제 2 연장배관; 및 상기 제 2 연장배관의 분기점에서 연장되어, 상기 밸브장치의 제 3 포트에 연결되는 제 3 연장배관을 포함한다.

Description

공기조화기{AIR CONDITIONER}

본 발명은 공기조화기에 관한 것이다.

공기조화기는 소정공간의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 기기이다. 일반적으로 공기조화기는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 포함하며, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 수행하는 냉동 싸이클이 구동되어 상기 소정공간을 냉방 또는 난방할 수 있다.

공기조화기가 냉방운전을 수행하는 경우, 실외기에 구비되는 실외 열교환기가 응축기 기능을 하며, 실내기에 구비되는 실내 열교환기가 증발기 기능을 수행한다. 반면에, 공기조화기가 난방운전을 수행하는 경우, 상기 실내 열교환기가 응축기 기능을 하며, 상기 실외 열교환기가 증발기 기능을 수행한다.

한편, 실외온도가 매우 낮은 환경에서 공기조화기가 난방운전을 수행하는 경우, 난방성능이 현저하게 저하되는 문제가 있다. 특히, 극저온 실외 환경의 경우, 냉동 사이클의 저압(증발압력)이 하락하고 압력비가 증가하여 압축기의 운전능력이 저하될 수 있다. 그 결과, 난방운전에 필요한 냉매유량의 확보가 어려워져 시스템의 전체적인 능력이 저하되는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 선행문헌 국제공개특허 WO2014/054176호에는 외기와 지열을 이용한 히트펌프 장치가 개시된다.

그러나, 상기 선행문헌에 개시된 히트펌프 장치의 경우, 실내기측 회로는 물과 냉매가 열교환하는 구조로서 열손실이 크다는 문제가 있고, 지열측 회로는 부동액과 냉매가 열교환하는 구조로서 충분한 지열 에너지를 확보하기 어려운 문제가 있다.

국제공개특허 WO2014/054176호 (공개일자:2014년04월10일)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 실외온도가 매우 낮은 환경에서도 난방성능이 유지될 수 있는 공기조화기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 별도의 외부 열원을 연동하여 충분한 난방성능 확보와 연속운전시간 증대에 기여할 수 있는 공기조화기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 추가 열원을 이용하는 운전모드 시, 시스템 저압(증발압력)을 높게 제어하여 난방운전에 필요한 냉매유량을 확보할 수 있는 공기조화기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 간단한 회로와 밸브의 조합 및 제어 로직을 통하여 냉난방 효율을 향상시킬 수 있는 공기조화기를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기의 출구측에 연결되는 제 1 포트를 가지는 밸브장치; 상기 밸브장치의 제 2 포트에 연결되는 가스관; 상기 밸브장치의 제 3 포트에 연결되는 실외 열교환기; 상기 가스관에 연결되는 실내 열교환기; 상기 실내 열교환기로부터 상기 실외 열교환기로 연장되는 액관; 상기 액관의 분기점에서 분기되는 제 1 연장배관; 상기 제 1 연장배관에 연결되며, 상기 실내 열교환기에서 응축된 냉매가 증발되는 보조 열교환기; 상기 보조 열교환기의 출구측에서 연장되어 상기 실외 열교환기에 연결되는 제 2 연장배관; 및 상기 제 2 연장배관의 분기점에서 연장되어, 상기 밸브장치의 제 3 포트에 연결되는 제 3 연장배관을 포함한다.

이러한 본 발명의 구성에 의하면, 추가 열원을 이용해 시스템 저압(증발압력)을 높게 제어할 수 있으므로, 실외온도가 매우 낮은 환경에서도 충분한 난방성능을 확보할 수 있다.

상기 공기조화기는, 상기 보조 열교환기의 냉매측 입구와 상기 제 1 연장배관을 연결하는 냉매입구배관; 상기 보조 열교환기의 냉매측 출구와 상기 제 2 연장배관을 연결하는 냉매출구배관; 및 상기 냉매입구배관에 배치되는 보조 팽창밸브를 더 포함할 수 있다.

실내기의 난방모드에서, 상기 보조 팽창밸브는 폐쇄될 수 있다.

상기 보조 팽창밸브는, 개도 조절을 통하여 통과하는 냉매의 압력을 조절하는 전자팽창밸브(EEV)를 포함할 수 있다.

상기 공기조화기는, 상기 보조 팽창밸브의 입구측에 해당하는 상기 냉매입구배관에서 분기되어, 상기 보조 팽창밸브의 출구측에 해당하는 상기 냉매입구배관으로 연결되는 분기관; 및 상기 분기관에 배치되어 냉매의 유량을 제어하는 유량제어밸브를 더 포함할 수 있다.

실내기의 난방모드에서, 상기 유량제어밸브는 폐쇄될 수 있다.

상기 공기조화기는, 상기 냉매입구배관과 상기 냉매출구배관을 연결하는 바이패스배관; 및 상기 바이패스배관에 배치되어 냉매의 유동을 제한하는 바이패스밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 공기조화기는, 상기 제 2 연장배관에 배치되며, 개폐 동작을 통하여 상기 실외 열교환기로 냉매의 유동을 제한하는 유동제어밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 유동제어밸브는, 상기 실외 열교환기와 상기 제 2 연장배관의 분기점 사이에 배치될 수 있다.

상기 공기조화기는, 상기 액관에 배치되며, 냉매를 감압하기 위한 실외 팽창밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 공기조화기는, 상기 액관에 배치되며, 상기 실외 열교환기에서 배출된 냉매를 상기 실내 열교환기 측으로 보내도록 제한하는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 실외 팽창밸브와 상기 체크밸브는, 상기 액관에서 병렬로 배치될 수 ㅇ있다.

실내기의 냉방모드에서, 상기 실외 팽창밸브는 폐쇄될 수 있다.

상기 공기조화기는, 상기 액관에 배치되는 과냉각기를 더 포함하고, 상기 실외 팽창밸브는, 상기 실외 열교환기와 상기 과냉각기의 사이에 배치될 수 있다.

상기 공기조화기는, 상기 액관에 배치되는 과냉각기를 더 포함하고, 상기 체크밸브는, 상기 실외 열교환기와 상기 과냉각기의 사이에 배치될 수 있다.

상기 공기조화기는, 상기 밸브장치의 제 4 포트에 연결되는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.

상기 공기조화기는, 상기 액관에 배치되는 과냉각기; 및 상기 과냉각기와 상기 기액분리기의 입구측을 연결하는 과냉각배관을 더 포함할 수 있다.

상기 보조 열교환기는, 물과 냉매가 열교환하는 판형 열교환기를 포함할 수 있다.

상기 공기조화기는, 상기 보조 열교환기를 구비한 보조열원을 더 포함하고, 상기 보조열원은, 물이 저장되는 물 탱크; 물을 가열하기 위한 가열 유닛; 및 물의 유동을 강제하는 펌프를 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 추가 열원을 이용해 시스템 저압(증발압력)을 높게 제어할 수 있으므로, 실외온도가 매우 낮은 환경에서도 난방성능을 유지할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 외부 열원을 연동하여 난방운전에 필요한 냉매유량을 확보할 수 있으므로, 충분한 난방성능이 확보되고 연속운전시간이 증대될 수 있는 장점이 있다.

셋째, 간단한 회로와 밸브의 조합 및 제어 로직을 통하여 냉난방 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 보여주는 배관도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실내기의 난방모드에서 냉매유동을 설명하기 위한 배관도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 극저온 난방모드에서 냉매유동을 설명하기 위한 배관도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 극저온 난방모드에서 냉매유동을 설명하기 위한 배관도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실내기의 냉방모드에서 냉매유동을 설명하기 위한 배관도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법을 보여주는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 난방모드에서 증발기의 저압을 보여주는 실험 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 극저온 난방모드에서 증발기의 저압을 보여주는 실험 그래프이다.

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

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

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 보여주는 배관도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는, 실외기(10)와, 실내기(40)와, 보조열원(50), 및 상기 실외기와 실내기 및 보조열원을 연결하는 냉매배관(70)을 포함한다.

상기 실외기(10)와 상기 실내기(40)는 유체에 의해 유동적으로 연결될 수 있다. 일례로, 상기 유체는 냉매를 포함할 수 있다.

상기 실외기(10)와 상기 보조열원(50)은 유체에 의해 유동적으로 연결될 수 있다. 일례로, 상기 유체는 냉매를 포함할 수 있다.

상기 실외기(10)는 건물의 외부에 배치될 수 있고, 상기 실내기(40)는 건물의 내부에 배치될 수 있다. 상기 실내기(40)는 다수 개의 실내기를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 냉매배관(70)은 상기 실외기(10)와 상기 다수 개의 실내기 각각을 연결할 수 있다.

상기 실내기(40)는, 냉매와 공기 간의 열교환을 위한 실내 열교환기(41), 실내 팽창밸브 및 실외 팬 등을 포함할 수 있다. 상기 실내 열교환기(41)는 실내공간을 난방하기 위하여 난방운전될 때 응축기로 기능하고, 실내공간을 냉방하기 위하여 냉방운전될 때 증발기로 기능할 수 있다.

상기 보조열원(50)은, 상기 실외기(10)에 연결되어 상기 실외기(10)로 추가적인 열원(에너지)을 제공할 수 있다. 상기 보조열원(50)은 외기온도가 매우 낮은 환경에서 시스템 저압(실외 증발압력)을 상승시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 보조열원(50)은 보일러, 히트펌프 및 퍼니스(furnace)를 포함할 수 있다.

상기 실외기(10)는, 압축기(11,12), 오일분리기(13,14), 기액분리기(accumulator,15), 실외 열교환기(16) 및 과냉각기(17)를 포함할 수 있다.

상술한 각각의 구성들은 상기 냉매배관(70)에 의해 연결되며, 냉매가 상기 냉매배관(70)을 순환하면서 압축, 응축, 팽창 및 증발 작용을 수행할 수 있다.

상세히, 상기 압축기(11,12)는 기체 상태의 냉매가 고온 고압으로 압축될 수 있도록 하는 것으로, 일정한 속도로 회전하여 일정 용량으로 압축하는 정속 압축기와, 부하에 따라 회전 속도가 가변되어 압축 용량의 조절이 가능한 인버터 압축기를 포함할 수 있다.

상기 압축기(11,12)는 제 1 압축기(11)와 제 2 압축기(12)를 포함한다. 상기 제 1 압축기(11)와 상기 제 2 압축기(12)의 용량(압축능력)은 동일하거나 다를 수 있다.

상기 오일분리기(13,14)는 상기 압축기(11,12)의 출구측에 설치되어 상기 압축기(11,12)로부터 토출된 냉매에 포함된 오일을 분리한다. 그리고, 상기 오일분리기(13,14)를 통과한 냉매를 운전모드에 따라 상기 실내기(40) 측으로 유동시키거나 상기 실외 열교환기(16) 측으로 유동시킬 수 있다.

상기 오일분리기(13,14)는 제 1 오일분리기(13)와 제 2 오일분리기(14)를 포함한다. 상기 제 1 오일분리기(13)는 상기 제 1 압축기(11)의 출구측에 배치되고, 상기 제 2 오일분리기(14)는 상기 제 2 압축기(12)의 출구측에 배치된다.

상기 기액분리기(15)는 상기 압축기(11,12)의 흡입측에 설치되어, 유입되는 액체 상태의 냉매와 기체 상태의 냉매를 분리하여 기체 상태의 냉매를 상기 압축기(11,12)로 공급한다. 상기 기액분리기(15)는 상기 제 1 압축기(11) 및 상기 제 2 압축기(12)의 입구측에 배치된다.

상기 실외 열교환기(16)는 공기와 냉매가 열교환되도록 구비된다. 상기 실외 열교환기(16)는 운전모드에 따라 응축기 또는 증발기로서 기능할 수 있다. 상기 실외 열교환기(16)는 상기 오일분리기(13,14)의 출구측에 배치될 수 있다.

상기 실외 열교환기(16)의 일측에는, 상기 실외 열교환기(16)와 열교환 하는 공기를 불어주기 위한 실외팬이 구비될 수 있다.

상기 과냉각기(17)는, 액관을 유동하는 냉매의 일부를 팽창 및 열교환하여, 액관을 유동하는 냉매를 과냉각하는 기능을 한다.

상기 과냉각기(17)의 입구측은 액관과 연결되고, 상기 과냉각기(17)의 출구측은 저압기관과 연결될 수 있다. 상기 과냉각기(17)는 상기 기액분리기(15)의 흡입측과 연결되고, 상기 실외 열교환기(16)와 연결될 수 있다.

상기 공기조화기(1)의 운전모드에 따라, 상기 실외 열교환기(16) 및 상기 실내 열교환기(41) 중 어느 하나는 응축기로 작용하고, 다른 하나는 증발기로 작용할 수 있다.

일례로, 상기 공기조화기(1)가 난방운전(난방모드)을 수행하는 경우, 상기 압축기(11,12)에서 압축된 냉매는 상기 실내 열교환기(41)로 유입되어 응축될 수 있다. 그리고 응축된 냉매는 상기 실외 열교환기(16)로 유입되어 증발될 수 있다.

즉, 실내기의 난방모드에서 상기 실내 열교환기(41)는 "응축기"로서 기능하고, 상기 실외 열교환기(16)는 "증발기"로서 기능할 수 있다.

다른 예로서, 상기 공기조화기(1)가 냉방운전(냉방모드)을 수행하는 경우, 상기 압축기(11,12)에서 압축된 냉매는 상기 실외 열교환기(16)로 유입되어 응축될 수 있다. 그리고 응축된 냉매는 상기 실내 열교환기(41)로 유입되어 증발될 수 있다.

즉, 실내기의 냉방모드에서 상기 실외 열교환기(16)는 "응축기"로서 기능하고, 상기 실내 열교환기(41)는 "증발기"로서 기능할 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 공기조화기(1)가 극저온 난방운전(극저온 난방모드)을 수행하는 경우, 상기 압축기(11,12)에서 압축된 냉매는 상기 실내 열교환기(41)로 유입되어 응축될 수 있다. 그리고 응축된 냉매는 상기 실외 열교환기(16) 및/또는 상기 보조열원(50)의 보조 열교환기(53)로 유입되어 증발될 수 있다.

즉, 극저온 난방모드에서 상기 실내 열교환기(41)는 "응축기"로서 기능하고, 상기 실외 열교환기(16) 및 상기 보조 열교환기(53)는 "증발기"로서 기능할 수 있다.

상기 실외기(10)는 상기 오일분리기(13,14)의 출구측에 배치되는 밸브장치(18)를 더 포함할 수 있다. 상기 밸브장치(18)는 사방밸브(four-way valve)를 포함할 수 있다.

상기 밸브장치(18)는, 상기 압축기(11,12)에서 압축된 냉매를 상기 실내 열교환기(41) 또는 상기 실외 열교환기(16) 측으로 보내주는 기능을 한다. 상기 밸브장치(18)는 냉매의 입출을 위한 4개의 포트를 가질 수 있다.

상기 실외기(10)는 상기 실외 열교환기(16)로 냉매를 보내주기 위한 유동제어밸브(19)를 더 포함할 수 있다.

상기 유동제어밸브(19)는 개폐 동작을 통하여 상기 실외 열교환기(16)로 냉매의 유동을 제한할 수 있다. 일례로, 상기 유동제어밸브(19)는 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다.

상기 유동제어밸브(19)가 개방되면, 상기 실외 열교환기(16)로의 냉매의 유동이 허용되고, 상기 유동제어밸브(19)가 폐쇄되면, 상기 실외 열교환기(16)로의 냉매의 유동이 차단된다.

상기 실외기(10)는 응축된 냉매를 감압하기 위한 실외 팽창밸브(20)를 더 포함할 수 있다.

상기 실외 팽창밸브(20)는, 상기 실외 열교환기(16)의 일측에 배치된다. 구체적으로, 상기 실외 팽창밸브(20)는 상기 실외 열교환기(16)와 상기 과냉각기(17)의 사이에 배치될 수 있다. 상기 실외 팽창밸브(20)는 상기 실외 열교환기(16)로 유입되는 응축 냉매를 팽창시킬 수 있다.

상기 실외기(10)는 상기 과냉각기(17)로 유입되는 냉매의 일부를 감압하기 위한 과냉각 팽창밸브(21)를 더 포함할 수 있다.

상기 실외기(10)는 상기 실외 열교환기(16)에서 배출된 냉매를 상기 실내기(40) 측으로 보내주기 위한 체크밸브(22)를 더 포함할 수 있다.

상기 체크밸브(22)는 냉매를 한 방향으로만 흐르도록 하는 단방향 밸브일 수 있다. 상기 체크밸브(22)는 상기 실내기(40)에서 배출된 냉매가 상기 실외 열교환기(16) 측으로 유동하는 것을 제한하는 기능을 한다. 상기 체크밸브(22)는 상기 실외 열교환기(16)와 상기 과냉각기(17)의 사이에 배치될 수 있다.

한편, 상기 냉매배관(70)은, 상기 제 1 압축기(11)로 냉매를 흡입시키는 제 1 흡입배관(71)과, 상기 제 2 압축기(12)로 냉매를 흡입시키는 제 2 흡입배관(72)을 포함한다.

상기 제 1 흡입배관(71)은, 상기 기액분리기(15)의 출구측에서 상기 제 1 압축기(11)의 입구측까지 연장된다.

상기 제 2 흡입배관(72)은, 상기 기액분리기(15)의 출구측에서 상기 제 2 압축기(11)의 입구측까지 연장된다.

상기 기액분리기(15)에서 토출된 냉매는 상기 냉매배관(70)의 제 1 분기점(70a)에서 분기되어, 상기 제 1 흡입배관(71) 및 상기 제 2 흡입배관(72)으로 유동될 수 있다.

상기 냉매배관(70)은 상기 제 1 압축기(11)에서 토출된 냉매를 상기 제 1 오일분리기(13)로 가이드 하는 제 1 토출배관(73)과, 상기 제 2 압축기(12)에서 토출된 냉매를 상기 제 2 오일분리기(14)로 가이드 하는 제 2 토출배관(74)을 더 포함할 수 있다.

상기 냉매배관(70)은 상기 제 1 오일분리기(13) 및 상기 제 2 오일분리기(14)에서 토출된 냉매를 상기 밸브장치(18)로 가이드 하는 가이드배관(75)을 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 오일분리기(13) 및 상기 제 2 오일분리기(14)에서 각각 토출된 냉매는, 상기 가이드배관(75)의 제 1 합지점(70b)에서 합쳐진 후 상기 밸브장치(18)로 유입될 수 있다.

상기 가이드배관(75)은 상기 제 1 오일분리기(13) 및 상기 제 2 오일분리기(14)의 토출포트로부터 연장하여 상기 밸브장치(18)의 제 1 포트에 연결될 수 있다.

상기 냉매배관(70)은 상기 밸브장치(18)의 제 2 포트로부터 상기 실내기(40) 측으로 연장되는 가스관(76)을 더 포함할 수 있다.

상기 압축기(11,12)에서 압축된 고온 고압의 냉매는, 상기 밸브장치(18) 및 상기 가스관(76)을 통하여 상기 실내기(40)의 실내 열교환기(41)로 유입될 수 있다.

또한, 상기 실내 열교환기(41)에서 증발된 기체 상태의 냉매는, 상기 가스관(76)을 통하여 상기 실외기(10)의 내부로 유입될 수 있다.

상기 냉매배관(70)은 상기 실내기(40)로부터 상기 실외기(10)로 연장되는 액관(77)을 더 포함할 수 있다.

상기 실내 열교환기(41)에서 응축된 액상 냉매는, 상기 액관(77)을 통하여 상기 실외기(10)의 내부로 유입될 수 있다.

또한, 상기 실외 열교환기(16)에서 응축된 액상 냉매는, 상기 액관(77)을 통하여 상기 실내기(40)의 실내 열교환기(41)로 유입될 수 있다.

상기 액관(77)에는 상기 과냉각기(17)가 배치될 수 있다. 상기 액관(77)을 유동하는 냉매의 일부는, 상기 액관(77)의 일 지점(70c)에서 분기되는 분기관(78)을 통해 유동할 수 있다. 상기 분기관(78)은 상기 액관(77)과 상기 과냉각기(17)를 연결할 수 있다.

상기 분기관(78)에는 상기 과냉각기(17)로 유입되는 냉매의 일부를 감압하기 위한 상기 과냉각 팽창밸브(21)가 배치될 수 있다.

상기 분기관(78)을 따라 유동하는 냉매는, 상기 과냉각 팽창밸브(21)를 통과한 후 상기 과냉각기(17)를 통과할 수 있다. 상기 과냉각기(17)를 통과한 냉매는, 상기 과냉각기(17)에서 상기 기액분리기(15)의 입구측으로 연장되는 과냉각배관(79)으로 유동할 수 있다.

상기 냉매배관(70)은, 상기 과냉각기(17)로부터 상기 실외 열교환기(16)를 향하여 연장되는 제 1 연결배관(80)과, 상기 실외 열교환기(16)로부터 상기 과냉각기(17)를 향하여 연장되는 제 2 연결배관(81)과, 상기 제 1 연결배관(80)의 단부(80a)와 상기 제 2 연결배관(81)의 단부(81a)를 연결하는 제 3 연결배관(82), 및 상기 제 1 연결배관(80)의 단부(80a)와 상기 제 2 연결배관(81)의 단부(81a)를 연결하는 제 4 연결배관(83)을 더 포함할 수 있다.

상기 제 3 연결배관(82)에는 상기 실외 팽창밸브(20)가 배치되고, 상기 제 4 연결배관(83)에는 상기 체크밸브(22)가 배치될 수 있다.

이에 따라, 상기 과냉각기(17)를 통과한 냉매는, 상기 실외 팽창밸브(20)를 통해서만 상기 실외 열교환기(16) 측으로 유동할 수 있고, 상기 실외 열교환기(16)를 통과한 냉매는, 상기 체크밸브(22)를 통해서만 상기 과냉각기(17) 측으로 유동할 수 있다.

상기 냉매배관(70)은 상기 실외 열교환기(16)로부터 상기 보조열원(50)의 출구측으로 연장되는 제 5 연결배관(84)과, 상기 제 5 연결배관(84)과 상기 밸브장치(18)를 연결하는 제 6 연결배관(85)을 포함할 수 있다.

상기 제 5 연결배관(84)에는 상기 유동제어밸브(19)가 배치될 수 있다.

그리고 상기 제 6 연결배관(85)의 일 단부는, 상기 밸브장치(18)의 제 3 포트에 연결되고, 타 단부는 상기 제 5 연결배관(84)의 제 2 분기점(70d)에 연결될 수 있다. 상기 유동제어밸브(19)는 상기 실외 열교환기(16)와 상기 제 2 분기점(70d)의 사이에 배치될 수 있다.

상기 냉매배관(70)은 상기 보조열원(50)의 입구측으로부터 상기 실외기(10)의 내부로 연장되는 제 7 연결배관(86)을 더 포함할 수 있다.

상기 제 7 연결배관(86)의 일 단부는, 상기 보조열원(50)의 입구측 배관과 연결되고, 타 단부는 상기 액관(77)의 제 3 분기점(70e)에 연결될 수 있다.

여기서, 상기 제 7 연결배관(86)은, "제 1 연장배관"으로 이름할 수 있다.

또한, 상기 제 5 연결배관(84)은, "제 2 연장배관"으로 이름할 수 있다.

또한, 상기 제 6 연결배관(85)은, "제 3 연장배관"으로 이름할 수 있다.

상기 냉매배관(70)은 상기 밸브장치(18)의 제 4 포트로부터 연장하여 상기 기액분리기(15)의 흡입측에 연결되는 제 8 연결배관(87)을 더 포함할 수 있다.

상기 제 8 연결배관(87)에는 상기 과냉각배관(79)이 연결되는 제 2 합지점(70f)이 형성될 수 있다.

상기 냉매배관(70)은 상기 기액분리기(15)의 토출측으로부터 연장하여 상기 제 1 분기점(70a)에 연결되는 제 9 연결배관(88)을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 보조열원(50)은, 물이 저장되는 물 탱크(51)와, 물을 가열하기 위한 가열 유닛(52)과, 물과 냉매가 열교환 하는 보조 열교환기(53)와, 펌프(54) 및 상기 구성들을 연결하는 물배관(55)을 포함할 수 있다.

상기 물 탱크(51)는 상기 가열 유닛(52)을 통과하여 가열된 물을 저장하는 기능을 한다. 상기 물 탱크(51)에 저장된 물은 상기 펌프(54)의 구동에 의하여 상기 보조 열교환기(53) 측으로 유동될 수 있다.

상기 가열 유닛(52)은 상기 물배관(55)을 유동하는 물을 가열하여 고온수를 생성할 수 있다. 상기 가열 유닛(52)은 히터 또는 퍼니스 등을 포함할 수 있다.

그러나 이에 한정되지는 않으며, 상기 가열 유닛(52)은 유체를 가열할 수 있는 다양한 구성이 적용 가능하다. 상기 가열 유닛(52)을 통해 생성된 고온수는 상기 물 탱크(51)로 유동하여 저장될 수 있다.

상기 보조 열교환기(53)는 물과 냉매가 열교환 하는 구성으로, 수냉매 열교환기를 포함할 수 있다. 상기 보조 열교환기(53)는 냉매유로 및 물유로가 구비된 판형 열교환기를 포함할 수 있다.

상기 보조 열교환기(53)의 물유로는, 상기 물 탱크(51)에 저장된 고온수가 상기 물배관(55)을 통해 유입되는 입수유로와, 냉매와 열교환된 저온수가 배출되는 출수유로를 포함할 수 있다. 상기 보조 열교환기(53)에서 배출된 저온수는, 상기 물배관(55)을 통해 상기 가열 유닛(52)으로 유입되어 가열될 수 있다.

상기 펌프(54)는 물의 유동을 강제할 수 있다. 상기 펌프(54)가 구동되면, 상기 물배관(55)의 물이 순환되며, 상기 보조 열교환기(53)에서 냉매와 물의 열교환이 이루어진다. 상기 펌프(54)는 상기 보조 열교환기(53)의 물유로 입구측에 배치될 수 있다.

상기 보조열원(50)은, 상기 실외기(10)와 상기 보조 열교환기(53)의 냉매 입구측을 연결하는 냉매입구배관(56)과, 상기 실외기(10)와 상기 보조 열교환기(53)의 냉매 출구측을 연결하는 냉매출구배관(57)을 더 포함할 수 있다.

상기 냉매입구배관(56)은, 상기 실외기(10)의 제 7 연결배관(86)에 연결되고, 상기 냉매출구배관(57)은, 상기 실외기(10)의 제 5 연결배관(84)에 연결된다.

이에 따라, 상기 제 7 연결배관(86)을 유동하는 냉매는, 상기 냉매입구배관(56)을 통해 상기 보조열원(50)의 보조 열교환기(53)로 유입되고, 상기 열교환기(53)에서 배출된 냉매는, 상기 냉매출구배관(57)을 통해 상기 실외기(10)의 제 5 연결배관(84)으로 유입될 수 있다.

상기 보조열원(50)은 상기 냉매입구배관(56)으로 유입되는 냉매를 감압하기 위한 보조 팽창밸브(58)을 더 포함할 수 있다.

상기 보조 팽창밸브(58)는 개도 조절을 통하여 통과하는 냉매의 압력을 조절할 수 있다. 상기 보조 팽창밸브(58)는 전자팽창밸브(EEV)를 포함할 수 있다.

상기 보조 팽창밸브(58)가 개방되면, 상기 보조 열교환기(53)로의 냉매의 유동이 허용되고, 상기 보조 팽창밸브(58)가 폐쇄되면, 상기 보조 열교환기(53)로의 냉매의 유동이 차단될 수 있다.

상기 보조열원(50)은 상기 냉매입구배관(56)으로 유입되는 냉매의 유량을 제어하기 위한 유량제어밸브(59)를 더 포함할 수 있다.

상기 유량제어밸브(59)는 개폐 동작을 통하여 상기 보조 열교환기(53)로 유입되는 냉매의 유량을 제한할 수 있다. 일례로, 상기 유량제어밸브(59)는 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다.

상기 유량제어밸브(59)는 상기 보조 팽창밸브(58)의 입구측에서 분지되어, 상기 보조 팽창밸브(58)의 출구측으로 합쳐지는 분기관(60)에 배치될 수 있다.

따라서, 상기 보조 팽창밸브(58)가 개방된 상태에서, 상기 유량제어밸브(59)가 개방되면, 상기 보조 열교환기(53)로 유입되는 냉매의 유량이 증가될 수 있다.

반대로, 상기 보조 팽창밸브(58)가 개방된 상태에서, 상기 유량제어밸브(59)가 폐쇄되면, 상기 보조 열교환기(53)로 유입되는 냉매의 유량이 감소될 수 있다.

즉, 상기 보조 열교환기(53)로 유입되는 냉매의 유량을 적절히 조절함으로써, 상기 보조열원(50)의 과부하를 방지하고 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상기 보조열원(50)은 상기 냉매입구배관(56)과 상기 냉매출구배관(57)을 연결하는 바이패스배관(61)과, 상기 바이패스배관(61)에 설치되는 바이패스밸브(62)를 더 포함할 수 있다.

상기 바이패스배관(61)은, 상기 보조 팽창밸브(58)의 입구측에 해당하는 상기 냉매입구배관(56)에서 연장하여, 상기 냉매출구배관(57)의 어느 지점에 연결될 수 있다. 상기 바이패스배관(61)은 상기 냉매입구배관(56)으로 유입되는 냉매를, 상기 보조 열교환기(53)를 우회하여 상기 냉매출구배관(57)으로 바이패스 시키는 기능을 한다.

상기 바이패스밸브(62)는, 개폐 동작을 통하여 상기 바이패스배관(61)의 유동을 제어하는 기능을 한다. 일례로, 상기 바이패스밸브(62)는 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다.

상기 바이패스밸브(62)가 개방되면, 상기 냉매입구배관(56)을 유동하는 냉매는 상기 보조 열교환기(53)를 통과하지 않고 상기 냉매출구배관(57)으로 바이패스될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실내기의 난방모드에서 냉매유동을 설명하기 위한 배관도이다.

도 2를 참조하면, 상기 공기조화기(1)가 난방모드(실내기의 난방운전)로 운전되는 경우, 상기 실내 열교환기(41)가 응축기로서 기능하고 상기 실외 열교환기(16)가 증발기로서 기능할 수 있도록, 상기 밸브장치(18)는 제 1 밸브모드로 전환될 수 있다.

난방모드에서, 상기 실외 팽창밸브(20)는 개방되고, 상기 유동제어밸브(19)는 개방된다. 이때, 상기 보조 팽창밸브(58)는 폐쇄되고, 상기 유량제어밸브(59)는 폐쇄되고, 상기 바이패스밸브(62)는 폐쇄된다.

따라서, 냉매는 상기 실외기(10)와 상기 실내기(40)를 순환하되, 상기 보조열원(50) 측으로는 순환하지 않는다. 즉, 난방모드에서 상기 보조열원(50)는 사용되지 않는다.

상세히, 상기 공기조화기(1)는 밸브장치(18)를 제어하여, 밸브장치(18)의 제 1 포트와 제 2 포트를 유동적으로 연결하고, 제 3 포트와 제 4 포트를 유동적으로 연결할 수 있다.

상기 압축기(11,12)에서 압축된 냉매는, 상기 가이드배관(75)을 통하여 상기 밸브장치(18)의 제 1 포트로 유입되고, 제 2 포트로 배출될 수 있다. 상기 밸브장치(18)에서 배출된 냉매는 상기 가스관(76)을 따라 상기 실내기(40)의 실내 열교환기(41)로 유입되어 응축될 수 있다.

상기 실내 열교환기(41)에서 응축된 냉매는, 상기 액관(77)을 따라 상기 실외기(10)로 유입된 후 상기 과냉각기(17)를 통과할 수 있다. 그리고 상기 과냉각기(17)를 통과한 냉매는 상기 실외 팽창밸브(20)로 유입되어 감압된 후 상기 실외 열교환기(16)에서 증발될 수 있다.

상기 실외 열교환기(16)에서 배출된 냉매는, 상기 유동제어밸브(19)를 거쳐 상기 제 6 연결배관(85)을 통해 상기 밸브장치(18)의 제 3 포트로 유입되고 제 4 포트로 배출된다. 그리고 상기 밸브장치(18)에서 배출된 냉매는, 상기 제 8 연결배관(87)을 통하여 상기 기액분리기(15)로 유입된다.

상기 기액분리기(15)를 통과하여 분리된 기상냉매는, 상기 제 9 연결배관(88)으로 유입되고, 상기 제 1 분기점(70a)에서 각각 상기 제 1 흡입배관(71) 및 상기 제 2 흡입배관(72)으로 분기되어 상기 제 1 압축기(11) 및 상기 제 2 압축기(12)로 흡입될 수 있다. 이러한 냉매의 순환이 반복적으로 이루어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 극저온 난방모드에서 냉매유동을 설명하기 위한 배관도이다.

도 3을 참조하면, 상기 공기조화기(1)는 극저온 난방모드로 운전될 수 있다.

여기서, 극저온 난방모드는 실외온도가 매우 낮은 환경에서 냉동 사이클의 저압(증발압력)을 상승시키기 위해 상기 보조열원(50)을 사용하는 운전모드로 이해될 수 있다.

상기 공기조화기(1)가 극저온 난방모드로 운전되는 경우, 상기 실내 열교환기(41)가 응축기로서 기능하고 상기 보조 열교환기(53)가 증발기로서 기능할 수 있도록, 상기 밸브장치(18)는 제 1 밸브모드로 전환될 수 있다.

극저온 난방모드에서, 상기 실외 팽창밸브(20)는 폐쇄되고, 상기 유동제어밸브(19)는 폐쇄된다. 이때, 상기 보조 팽창밸브(58)는 개방되고, 상기 유량제어밸브(59)는 개방되고, 상기 바이패스밸브(62)는 폐쇄될 수 있다.

따라서, 냉매는 상기 실내 열교환기(41)와 상기 보조 열교환기(53)를 순환하되, 상기 실외 열교환기(16) 측으로는 순환하지 않는다. 즉, 극저온 난방모드에서 상기 실외 열교환기(16)는 사용되지 않는다.

상기 실내 열교환기(41)에서 응축된 냉매는, 상기 액관(77)을 따라 상기 실외기(10)로 유입된 후, 상기 제 3 분기점(70e)을 통해 상기 제 7 연결배관(86)으로 유동한다. 그리고 응축된 냉매는 상기 제 7 연결배관(86)을 따라 상기 보조열원(50)의 냉매입구배관(56)으로 유입되고 상기 보조 팽창밸브(58)에서 감압된 후 상기 보조 열교환기(53)에서 증발될 수 있다.

상기 보조 열교환기(53)에서 배출된 냉매는, 상기 냉매출구배관(57)을 따라 상기 실외기(10)로 유입된 후, 상기 제 2 분기점(70d)을 통해 상기 제 6 연결배관(85)으로 유입된다. 냉매는 상기 제 6 연결배관(85)을 통해 상기 밸브장치(18)의 제 3 포트로 유입되고 제 4 포트로 배출된다. 그리고 상기 밸브장치(18)에서 배출된 냉매는, 상기 제 8 연결배관(87)을 통하여 상기 기액분리기(15)로 유입된다.

한편, 상기 공기조화기(1)가 극저온 난방모드로 운전되는 경우, 상기 보조열원(50)에 전원이 인가되어 구동된다.

상세히, 상기 보조열원(50)이 구동되면, 상기 펌프(54)와 상기 가열 유닛(52)이 구동하여 상기 물배관(55)의 물이 순환되도록 한다.

상기 물배관(55)을 유동하는 물은, 상기 가열 유닛(52)을 통과하면서 가열되어 고온수로 된다. 고온수는 상기 물 탱크(51)에 저장되고 상기 펌프(54)의 구동에 의해 상기 보조 열교환기(53)의 입수유로에 유입된다.

상기 입수유로에 유입된 물은, 상기 보조 열교환기(53)를 유동하는 냉매와 열교환 하고 열을 빼앗기게 되어 저온수로 된다. 상기 보조 열교환기(53)의 출수유로에서 배출된 물은, 상기 물배관(55)을 따라 상기 가열 유닛(52)으로 다시 유입되어 가열된다. 이러한 물의 순환이 반복적으로 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 극저온 난방모드에서 냉매유동을 설명하기 위한 배관도이다.

도 4를 참조하면, 상기 공기조화기(1)는 극저온 난방모드로 운전될 수 있다.

상기 공기조화기(1)가 극저온 난방모드로 운전되는 경우, 상기 실내 열교환기(41)가 응축기로서 기능하고 상기 보조 열교환기(53) 및 상기 실외 열교환기(16)가 증발기로서 기능할 수 있도록, 상기 밸브장치(18)는 제 1 밸브모드로 전환될 수 있다.

극저온 난방모드에서, 상기 실외 팽창밸브(20)는 개방되고, 상기 유동제어밸브(19)는 개방된다. 이때, 상기 보조 팽창밸브(58)는 개방되고, 상기 유량제어밸브(59)는 개방되고, 상기 바이패스밸브(62)는 폐쇄될 수 있다.

따라서, 냉매는 상기 실내 열교환기(41)와 상기 보조 열교환기(53) 및 상기 실외 열교환기(16)를 모두 순환할 수 있다.

상기 실내 열교환기(41)에서 응축된 냉매는, 상기 액관(77)을 따라 상기 실외기(10)로 유입된다.

이때, 상기 실외기(10)로 유입되는 냉매 중 일부는, 상기 제 3 분기점(70e)을 통해 상기 제 7 연결배관(86)으로 유동한다. 그리고 응축된 냉매는 상기 제 7 연결배관(86)을 따라 상기 보조열원(50)의 냉매입구배관(56)으로 유입되고 상기 보조 팽창밸브(58)에서 감압된 후 상기 보조 열교환기(53)에서 증발될 수 있다.

상기 보조 열교환기(53)에서 배출된 냉매는, 상기 냉매출구배관(57)을 따라 상기 실외기(10)로 유입된 후, 상기 제 5 연결배관(84)을 따라 상기 제 2 분기점(70d)으로 유동한다.

한편, 상기 실외기(10)로 유입되는 냉매 중 나머지 일부는, 상기 과냉각기(17)를 통과하고 상기 실외 팽창밸브(20)로 유입되어 감압된 후 상기 실외 열교환기(16)에서 증발될 수 있다.

상기 실외 열교환기(16)에서 배출된 냉매는, 상기 유동제어밸브(19)를 거쳐 상기 제 2 분기점(70d)으로 유동한다.

상기 제 2 분기점(70d)으로 유동된 냉매는, 상기 제 6 연결배관(85)을 통해 상기 밸브장치(18)의 제 3 포트로 유입되고 제 4 포트로 배출된다. 그리고 상기 밸브장치(18)에서 배출된 냉매는, 상기 제 8 연결배관(87)을 통하여 상기 기액분리기(15)로 유입된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실내기의 냉방모드에서 냉매유동을 설명하기 위한 배관도이다.

도 5를 참조하면, 상기 공기조화기(1)가 냉방모드(실내기의 냉방운전)로 운전되는 경우, 상기 실외 열교환기(16)가 응축기로서 기능하고 상기 실내 열교환기(41)가 증발기로서 기능할 수 있도록, 상기 밸브장치(18)는 제 2 밸브모드로 전환될 수 있다.

냉방모드에서, 상기 실외 팽창밸브(20)는 폐쇄되고, 상기 유동제어밸브(19)는 개방된다. 이때, 상기 보조 팽창밸브(58)는 폐쇄되고, 상기 유량제어밸브(59)는 폐쇄되고, 상기 바이패스밸브(62)는 폐쇄된다.

따라서, 냉매는 상기 실외기(10)와 상기 실내기(40)를 순환하되, 상기 보조열원(50) 측으로는 순환하지 않는다. 즉, 냉방모드에서 상기 보조열원(50)는 사용되지 않는다.

상기 압축기(11,12)에서 압축된 냉매는, 상기 가이드배관(75)을 통하여 상기 밸브장치(18)의 제 1 포트로 유입되고, 제 3 포트로 배출될 수 있다. 상기 밸브장치(18)에서 배출된 냉매는 상기 제 6 연결배관(85)을 따라 상기 유동제어밸브(19)로 유입된다. 상기 유동제어밸브(19)를 통과한 냉매는, 상기 실외 열교환기(16)로 유입되어 응축될 수 있다.

상기 실외 열교환기(16)에서 응축된 냉매는, 상기 제 2 연결배관(81)을 따라 상기 체크밸브(22)를 거쳐 상기 과냉각기(17)를 통과할 수 있다. 상기 과냉각기(17)를 통과한 냉매는 상기 액관(77)을 따라 상기 실내기(40)로 유입될 수 있다. 상기 실내기(40)로 유입된 냉매는, 상기 실내기(40)의 실내 팽창밸브에서 감압된 후 상기 실내 열교환기(41)로 유입되어 증발될 수 있다.

상기 실내 열교환기(41)에서 배출된 냉매는, 상기 가스관(76)을 따라 상기 실외기(10)로 유입된 후 상기 밸브장치(18)의 제 2 포트로 유입되고 제 4 포트로 배출된다. 그리고 상기 밸브장치(18)에서 배출된 냉매는, 상기 제 8 연결배관(87)을 통하여 상기 기액분리기(15)로 유입된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법을 보여주는 순서도이다.

도 6을 참조하면, 상기 공기조화기(1)는 실내기의 난방모드로 운전되고, 이에 따라 상기 보조 팽창밸브(58)가 폐쇄되고 상기 실외 팽창밸브(20)가 개방되고 상기 유동제어밸브(19)가 개방된다.

이때, 상기 유량제어밸브(59)는 폐쇄되고 상기 바이패스밸브(62)는 폐쇄될 수 있다.

상기 공기조화기(1)가 난방모드로 운전되면, 상기 실내 열교환기(41)가 응축기로서 기능하고 상기 실외 열교환기(16)가 증발기로서 기능할 수 있도록, 상기 밸브장치(18)는 제 1 밸브모드로 전환될 수 있다(S10,S11).

상기 공기조화기(1)는 난방모드로 운전되는 상태에서, 극저온 난방모드로 진입할지 여부를 판단할 수 있다.

상세히, 상기 공기조화기(1)는 상기 보조열원(50)의 전원이 온 되었는지 여부를 판단하고, 상기 보조열원(50)의 전원이 온 되었으면, 외기온도가 제 1 기준온도 미만인지 여부를 판단한다.

상기 공기조화기(1)는 외기온도를 통해 난방성능이 현저하게 저하되는 극저온 실외 환경인지 여부를 판단할 수 있다.

일례로, 상기 제 1 기준온도는 -20℃가 될 수 있다. 그러나 이에 한정되지는 않으며, 상기 제 1 기준온도는 다양하게 설정될 수 있다(S12,S13).

만일, 외기온도가 제 1 기준온도 미만일 경우, 상기 공기조화기(1)는 보조열원측 입수온도가 제 2 기준온도 이상인지 여부를 판단한다.

상기 공기조화기(1)는 극저온 실외 환경에 해당된다고 판단되면, 상기 보조열원(50)의 보조 열교환기(53)의 입수온도를 감지하여, 상기 보조 열교환기(53)의 열교환 성능(열교환 효율)을 판단할 수 있다.

상기 보조 열교환기(53)의 입수온도가 너무 낮을 경우, 상기 보조 열교환기(53)의 열교환 성능이 상기 실외 열교환기(16)의 열교환 성능보다 떨어질 수 있으므로, 이 경우에는 상기 보조 열교환기(53)를 사용하는 극저온 난방모드로 운전하지 않는다.

일례로, 상기 제 2 기준온도는 25℃가 될 수 있다. 그러나 이에 한정되지는 않으며, 상기 제 2 기준온도는 다양하게 설정될 수 있다(S14).

보조열원측 입수온도가 제 2 기준온도 이상일 경우, 상기 공기조화기(1)는 극저온 난방모드로 운전되고, 이에 따라 상기 보조 팽창밸브(58)가 개방되고 상기 실외 팽창밸브(20)가 폐쇄되고 상기 유동제어밸브(19)가 폐쇄된다.

이때, 상기 유량제어밸브(59)는 개방되고 상기 바이패스밸브(62)는 폐쇄될 수 있다.

상기 공기조화기(1)가 극저온 난방모드로 운전되면, 상기 실내 열교환기(16)가 응축기로서 기능하고 상기 보조 열교환기(53)가 증발기로서 기능할 수 있도록, 상기 밸브장치(18)는 제 1 밸브모드로 유지될 수 있다(S15).

그리고 상기 공기조화기(1)는 상기 보조열원(50)의 작동시간이 기준시간 이상인지 여부를 판단하고, 상기 보조열원(50)의 작동시간이 기준시간 이상이면 상기 유량제어밸브(59)를 개방하고, 상기 보조열원(50)의 작동시간이 기준시간 미만이면 상기 유량제어밸브(59)를 폐쇄한다.

상기 공기조화기(1)는 상기 보조열원(50)의 초기 구동 시에는, 많은 양의 냉매가 상기 보조 열교환기(53)로 유입되어, 상기 보조 열교환기(53)의 과부하가 발생하고 제품 신뢰성에 좋지 않은 문제가 있을 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 보조열원(50)의 작동시간을 판단하여, 상기 보조열원(50)의 초기 구동시간에는 상대적으로 적은 냉매의 유량이 유입되도록, 상기 유량제어밸브(59)를 폐쇄하고, 상기 보조열원(50)의 초기 구동시간을 벗어날 경우에는 상대적으로 많은 냉매의 유량이 유입되도록, 상기 유량제어밸브(59)를 개방할 수 있다(S16,S17,S18).

이후, 상기 공기조화기(1)는 상기 보조 팽창밸브(58)의 개도를 제어한다.

구체적으로, 상기 공기조화기(1)는 압축기의 흡입 과열도를 적정 수준으로 유지되도록, 상기 보조 팽창밸브(58)의 개도를 조절할 수 있다.

상기 보조 팽창밸브(58)의 개도가 증가하면, 상기 흡입 과열도가 감소하고 상기 보조 팽창밸브(58)의 개도가 감소하면, 상기 흡입 과열도가 증가할 수 있다.

일례로, 상기 공기조화기(1)는 압축기의 흡입 과열도가 5℃ 수준으로 유지되도록 상기 보조 팽창밸브(58)의 개도를 조절할 수 있다(S19).

상기 공기조화기(1)는 압축기의 토출 과열도가 제 3 기준온도 미만인지 여부를 판단하고, 압축기의 토출 과열도가 제 3 기준온도 미만이면, 상기 바이패스밸브(62)를 폐쇄하고, 압축기의 토출 과열도가 제 3 기준온도 이상이면, 상기 바이패스밸브(62)를 개방한다.

구체적으로, 상기 공기조화기(1)는 압축기의 토출 과열도가 너무 낮을 경우, 상기 바이패스밸브(62)를 폐쇄하여 압축기의 토출 과열도를 증가시키고, 압축기의 토출 과열도가 너무 높을 경우, 상기 바이패스밸브(62)를 개방하여 응축된 냉매가 상기 보조 열교환기(53)를 우회하여 압축기의 흡입측으로 바이패스되도록 하여 압축기의 토출 과열도를 감소시킬 수 있다.

즉, 본 발명에서는 압축기의 흡입 과열도와 토출 과열도가 너무 낮거나 높을 경우, 압축기에 손상이 발생하고 제품 성능이 떨어질 수 있으므로, 상기 보조 팽창밸브(58)와 상기 바이패스밸브(62)를 제어하여 과열도를 적정 수준으로 유지할 수 있다.

일례로, 상기 제 3 기준온도는 20℃가 될 수 있다. 그러나 이에 한정되지는 않으며, 상기 제 3 기준온도는 다양하게 설정될 수 있다(S20,S21,S22).

이후, 상기 공기조화기(1)는 운전 종료 명령이 입력되었는지 여부를 판단하고, 운전 종료 명령이 입력되었으면 압축기(11,12) 및 보조열원(50)을 오프시키고, 운전 종료 명령이 입력되지 않은 경우, 앞서 설명된 단계 S12로 진입할 수 있다(S23,S24).

본 실시예에서는, 상기 실외 열교환기(16)를 사용하지 않고 상기 보조 열교환기(53)만을 사용하는 극저온 난방모드(도 3의 극저온 난방모드)에 대해서 예시적으로 설명하였다.

그러나 이에 한정되지는 않으며, 상기 실외 열교환기(16)와 상기 보조 열교환기(53)를 함께 사용하는 극저온 난방모드(도 4의 극저온 난방모드)의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

즉, 상기 실외 열교환기(16)와 상기 보조 열교환기(53)를 함께 사용하는 극저온 난방모드의 경우, 상기 보조 팽창밸브(58)가 개방되고 상기 실외 팽창밸브(20)가 개방되고 상기 유동제어밸브(19)가 개방될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 난방모드에서 증발기의 저압을 보여주는 실험 그래프이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 극저온 난방모드에서 증발기의 저압을 보여주는 실험 그래프이다.

도 7은, 공기조화기가 도 2의 난방모드로 운전될 경우, 증발기로 기능하는 열교환기의 저압을 나타내고, 도 8은, 공기조화기가 도 3의 극저온 난방모드로 운전될 경우, 증발기로 기능하는 열교환기의 저압을 나타낸다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 공기조화기가 난방모드로 운전될 경우에는, 증발기로 기능하는 열교환기의 저압은 186kPaG 로 나타나고, 고압은 1952kPaG 로 나타나는 것을 알 수 있다.

이에 반하여, 공기조화기가 극저온 난방모드로 운전될 경우에는, 증발기로 기능하는 열교환기의 저압은 673kPaG 로 나타나고, 고압은 2631kPaG 로 나타나는 것을 알 수 있다.

즉, 실외 열교환기(16)를 사용하는 난방모드에 비하여, 보조 열교환기(53)를 사용하는 극저온 난방모드가 시스템 저압(증발압력)이 상대적으로 높아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 극저온 난방모드를 사용하면, 외기온도가 매우 낮은 환경에서도 충분한 난방성능이 유지되고, 난방운전에 필요한 냉매유량을 확보할 수 있어 연속운전시간 증대에 기여할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정 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.

Claims

냉매를 압축하는 압축기;
상기 압축기의 출구측에 연결되는 제 1 포트를 가지는 밸브장치;
상기 밸브장치의 제 2 포트에 연결되는 가스관;
상기 밸브장치의 제 3 포트에 연결되는 실외 열교환기;
상기 가스관에 연결되는 실내 열교환기;
상기 실내 열교환기로부터 상기 실외 열교환기로 연장되는 액관;
상기 액관의 분기점에서 분기되는 제 1 연장배관;
상기 제 1 연장배관에 연결되며, 상기 실내 열교환기에서 응축된 냉매가 증발되는 보조 열교환기;
상기 보조 열교환기의 출구측에서 연장되어 상기 실외 열교환기에 연결되는 제 2 연장배관; 및
상기 제 2 연장배관의 분기점에서 연장되어, 상기 밸브장치의 제 3 포트에 연결되는 제 3 연장배관을 포함하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 보조 열교환기의 냉매측 입구와 상기 제 1 연장배관을 연결하는 냉매입구배관;
상기 보조 열교환기의 냉매측 출구와 상기 제 2 연장배관을 연결하는 냉매출구배관; 및
상기 냉매입구배관에 배치되는 보조 팽창밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제 2 항에 있어서,
실내기의 난방모드에서, 상기 보조 팽창밸브는 폐쇄되는 공기조화기.
제 2 항에 있어서,
상기 보조 팽창밸브는, 개도 조절을 통하여 통과하는 냉매의 압력을 조절하는 전자팽창밸브(EEV)를 포함하는 공기조화기.
제 2 항에 있어서,
상기 보조 팽창밸브의 입구측에 해당하는 상기 냉매입구배관에서 분기되어, 상기 보조 팽창밸브의 출구측에 해당하는 상기 냉매입구배관으로 연결되는 분기관; 및
상기 분기관에 배치되어 냉매의 유량을 제어하는 유량제어밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제 5 항에 있어서,
실내기의 난방모드에서, 상기 유량제어밸브는 폐쇄되는 공기조화기.
제 2 항에 있어서,
상기 냉매입구배관과 상기 냉매출구배관을 연결하는 바이패스배관; 및
상기 바이패스배관에 배치되어 냉매의 유동을 제한하는 바이패스밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 연장배관에 배치되며, 개폐 동작을 통하여 상기 실외 열교환기로 냉매의 유동을 제한하는 유동제어밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제 8 항에 있어서,
상기 유동제어밸브는, 상기 실외 열교환기와 상기 제 2 연장배관의 분기점 사이에 배치되는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 액관에 배치되며, 냉매를 감압하기 위한 실외 팽창밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제 10 항에 있어서,
상기 액관에 배치되며, 상기 실외 열교환기에서 배출된 냉매를 상기 실내 열교환기 측으로 보내도록 제한하는 체크밸브를 더 포함하는 공기조화기.
제 10 항에 있어서,
상기 실외 팽창밸브와 상기 체크밸브는, 상기 액관에서 병렬로 배치되는 공기조화기.
제 12 항에 있어서,
실내기의 냉방모드에서, 상기 실외 팽창밸브는 폐쇄되는 공기조화기.
제 10 항에 있어서,
상기 액관에 배치되는 과냉각기를 더 포함하고,
상기 실외 팽창밸브는, 상기 실외 열교환기와 상기 과냉각기의 사이에 배치되는 공기조화기.
제 11 항에 있어서,
상기 액관에 배치되는 과냉각기를 더 포함하고,
상기 체크밸브는, 상기 실외 열교환기와 상기 과냉각기의 사이에 배치되는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 밸브장치의 제 4 포트에 연결되는 기액분리기를 더 포함하는 공기조화기.
제 16 항에 있어서,
상기 액관에 배치되는 과냉각기; 및
상기 과냉각기와 상기 기액분리기의 입구측을 연결하는 과냉각배관을 더 포함하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 보조 열교환기는, 물과 냉매가 열교환하는 판형 열교환기를 포함하는 공기조화기.
제 18 항에 있어서,
상기 보조 열교환기를 구비한 보조열원을 더 포함하고,
상기 보조열원은,
물이 저장되는 물 탱크;
물을 가열하기 위한 가열 유닛; 및
물의 유동을 강제하는 펌프를 포함하는 공기조화기.