KR100359822B1 - 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기에 대한 것으로서, 냉방 조건에 따라 함께 가동되거나 택일적으로 가동되는 두대의 압축기를 설치하여 에너지 효율을 향상시키는 한편, 액냉매와 기냉매를 분리하는 어큐뮬레이터에 별도의 오일분리기 없이도 냉매 유량에 비례하는 오일분리기능을 부가하여 압축기의 손상을 방지하고, 공기조화기의 구조를 단순화하며, 제작공수를 낮추도록 한 것이다.

본 발명은 이를 위하여, 요구 냉방 능력에 따라 함께 가동되거나 양자 택일적으로 가동되어 흡입된 냉매를 압축하고 압축된 냉매를 실외·내 열교환기로 방출하는 두개의 압축기와, 냉방과 난방의 구동 조건에 따라 냉매의 유로를 선정하는 사방변과, 상기 사방변과 냉매를 감압하는 팽창밸브를 연결하며 냉매를 실외공기로 열교환하는 실외 열교환기와, 상기 팽창밸브와 상기 사방변을 연결하며 팽창밸브에서 전달된 냉매를 실내공기와 열교환하여 증발하는 실내 열교환기와, 상기 실내·외 열교환기로부터 유입된 2상의 냉매중 기냉매와 오일을 분리하여 각각의 압축기로 유입시키는 어큐뮬레이터를 포함하여 구성되는 공기조화가 제공되도록 한 것이다.

Description

공기조화기{An air-conditioner}

본 발명은 공기조화기에 대한 것으로서, 특히 두 대의 압축기와 하나의 어큐뮬레이터가 사용된 공조 사이클에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 냉매의 상변화시에 일어나는 흡열과 방열 방열을 이용하여 실내 공기의 온도를 조절하는 기기이다.

이와 같은 공기조화기는 냉매를 회전력 등을 이용하여 압축하는 압축기와, 냉매의 온도를 낮추어 응축되게 하거나 흡열로 기상의 냉매로 증발되게 하는 실·내외 열교환기와, 냉매를 감압하는 팽창 밸브 및, 압축기로 유입되는 냉매중 액상의 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터로 구성된다.

그러나, 이와 같은 공기조화기는 실내 공기의 온도를 조절할 때 요구되는 최대 냉·난방 능력을 고려하여 압축 능력이 큰 압축기를 채용하기 때문에 높은 제작 단가를 가진 상기 압축기의 제작비와 크기를 최소화하여야 한다.

한편, 실내 공기의 온도가 적정하여 큰 냉·난방 부하가 요구되지 않는 경우에도 압축기 전체를 가동해야 하므로 공기조화기가 효율적으로 작동되지 않는다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 공기조화기에 도 1과 같이, 냉매를 압축할 수 있는 용량이 다른 두 대의 압축기(1a,1b)와, 각 압축기에서 유출된 오일을 분리하는 오일분리기(2a,2b)와, 상기 분리된 오일을 압축기로 재회수하는 오일 회수관(4a,4b)을 설치한다.

한편, 상기 오일분리기(2a,2b)를 통과한 냉매는 냉난방 가동에 따라 각 열교환기로 유로를 설정하여주는 사방변(8)을 통하여 이와 연결된 실내·외 열교환기(3,7)로 유동되어 상변화 후, 다시 압축기로 유입된다.

그리고, 상기 열교환기 사이에는 상변화가 용이하도록 냉매의 압력을 낮추는팽창 밸브(5)가 설치되고, 각각의 압축기로 유입되는 냉매중 액상의 냉매가 압축기로 유입되는 것을 방지하는 두 대의 어큐뮬레이터(6a,6b)가 사방변과 압축기를 연결하여 공조 사이클이 형성된다.

그러나, 이와 같은 공기조화기에 있어서, 압축기에서 방출된 고온·고압의 냉매가 오일분리기를 통과하기 때문에 압력 강하가 발생되고, 상기 압력 강하로 인하여 열교환기내를 유동하는 냉매의 유속이 저하되어 열교환 효율이 낮아진다.

또, 오일분리기(2)와 압축기의 흡입관을 연결하는 오일 회수관(4)의 길이를 선정하기 위해서는 많은 실험과 계산이 필요하다.

그리고, 상기 오일 회수관(4)을 통하여 상기 압축기를 통하여 배출된 고압의 냉매가 다시 압축기로 유입되기 때문에 냉매의 유량이 감소되어 공조 사이클의 효율이 낮아진다.

또한, 공기조화기의 가동시 발생되는 불순물이 오일에 흡착되어 있는데 이러한 불순물이 제거되지 않고 오일과 함께 회수관을 통하여 회수되면 불순물이 오일 회수관(4)을 막아서 압축기의 고장을 유발한다.

또, 각 압축기마다 각각의 오일분리기와 어큐뮬레이터가 설치되므로 공기조화기의 크기와 무게가 증가되고, 구조가 복잡해지며, 제작 원가가 상승된다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 공기조화기에 냉방 능력이 다른 두개의 압축기를 설치하여 에너지 효율을 향상시키는 한편 어큐뮬레이터에 설치된 각각의 출구관에 오일회수공을 형성하여 별도의 오일분리기 설치없이도 냉매유량에 비례하는 오일분리기능을 추가함으로써, 압축기의 고장을 방지하고, 소형화·경량화된 공기조화기가 제공될 수 있도록 한 것이다.

도 1은 일반적인 2대의 압축기가 장착된 공기조화기의 개략 구성도

도 2는 본 발명에 따른 2대의 압축기가 장착된 공기조화기의 개략 구성도

도 3은 도 2에 장착된 어큐뮬레이터를 나타내는 단면도

<도면 주요부분의 부호 설명>

1a, 1b : 제 1 및 제 2 압축기 2a, 2b : 오일분리기

3 : 실외 열교환기 4a, 4b : 오일 회수관

5 : 팽창 밸브 7 : 실내 열교환기

6, 6a, 6b : 어큐뮬레이터 67a, 67b : 오일회수공

61 : 본체 62 : 입구관

63a,63b : 출구관 64 : 홀더

65 : 스크린 66 : 메쉬

8 : 사방변

본 발명은 이를 위하여, 요구 냉방 능력에 따라 함께 가동되거나, 양자 택일적으로 가동되어 흡입된 냉매를 압축하고, 압축된 냉매를 실외·내 열교환기로 방출하는 두개의 압축기와; 냉방과 난방의 구동 조건에 따라 냉매의 유로를 선정하는 사방변과; 상기 사방변과 냉매를 감압하는 팽창밸브를 연결하며 냉매를 실외공기로 열교환하는 실외 열교환기와; 상기 팽창밸브와 상기 사방변을 연결하며 팽창밸브에서 전달된 냉매를 실내공기와 열교환하여 증발하는 실내 열교환기와; 상기 실내·외 열교환기로부터 유입된 2상의 냉매중 기냉매와 오일을 분리하여 각각의 압축기로 유입시키는 한편 각 압축기로 흡입되는 오일이 각 압축기로 흐르는 냉매의 유량에 비례하여 흡입되도록, 상기 실내 열교환기로부터 유입된 냉매중 액냉매를 저장하는 본체와, 상기 실내 열교환기로부터 증발된 냉매가 유입되도록 본체의 상부에 결합된 입구관과, 끝단이 상기 본체의 상부에 고정되어 상기 입구관을 통해 유입되는 냉매중에서 불순물을 분리하는 메쉬와, 상기 메쉬의 하부에 위치되도록 끝단이 본체에 고정되고 원주방향으로 다수개의 통과공이 형성되어 액냉매와 기냉매를 분리하는 스크린과, 각 압축기로 기냉매가 송출되도록 상기 스크린의 하부에 일측단부가 위치되고 타단이 절곡되어 상기 본체 외부로 돌출되며 하부에 오일회수공을 구비하는 두개의 출구관을 포함하는 어큐뮬레이터;를 포함하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기가 제공된다.

도 2는 본 발명에 따른 2대의 압축기가 장착된 공기조화기의 개략 구성도이고, 도 3은 도 2에 장착된 어큐뮬레이터를 나타내는 단면도이다.

본 발명에 따른 공기조화기를 첨부도면에 따라 구성과 가동과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 공기조화기는 냉매를 압축할 수 있는 양이 다른 두 대의 압축기(1a,1b)와, 상기 압축기에서 고압으로 형성된 냉매의 공조 사이클이 제어되도록 유로를 형성하는 4개의 포트를 가진 사방변(8)으로 구성된다.

그리고, 냉방과 난방가동에 따른 상기 사방변(8)의 제어에 의하여 고압의 냉매를 유입 받아 열교환시키는 실내·외 열교환기(3,7)와, 상기 실내·외 열교환기사이에 설치되는 팽창 밸브(5)및, 상기 각 압축기의 흡입관과 연결된 각각의 출구관(63)을 가진 단수개의 어큐뮬레이터(6)가 설치되어 사이클이 이루어진다.

이 때, 본 발명에 따른 어큐뮬레이터(6)를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

일반적인 어큐뮬레이터(6)는 압축기(1a,1b)로 유입되는 냉매중 증발되지 못한 액냉매를 기냉매로부터 분리시켜 본체(61)내에 저장하고, 기냉매만이 압축기로 유입되게 하여 압축기의 과부하를 줄이고, 액냉매의 압축기 유입으로 인한 고장 등을 방지하는 장치이다.

그러나, 본 발명에 따른 어큐뮬레이터는 압축기에서 유출된 오일이 다시 압축기로 회수되도록 하는 기능이 추가된다.

이와 같이 오일을 회수하는 이유는 압축기 구동부의 원활한 습동과 과열을 방지하기 위하여 사용된 오일은 냉매의 토출시 함께 토출되어 냉동사이클을 순환하게 되는데, 열용량이 큰 오일에 의하여 냉매는 열교환효율이 낮아지며, 압축부하 또한 증가하게 되기 때문에 회수를 해주어야 열교환 효율을 높이고 압축부하를 줄일 수 있기 때문이다.이와 더불어, 오일의 회수 및 분배가 이루어지지 않을 경우 압축기내의 오일 감소로 인하여 압축기는 구동부 손상등의 고장이 발생되므로 이를 방지하기 위한 것이다.

이와 같은, 본 발명에 따른 어큐뮬레이터는 도 3에서 도시된 것과 같은 개략적인 구성을 보인다.

상기 어큐뮬레이터(6)는 원통형으로 형성된 본체(61)와, 상기 사방변(8)을 통과하여 실내·외 열교환기에서 열교환된 냉매가 유입되도록 상기 본체의 상부에형성된 입구관(62)으로 구성된다.

그리고, 상기 입구관(62)과 대향되는 측에는 양단이 절곡되어 각 압축기의 흡입관과 연결되도록 돌출된 두개의 출구관(63a,63b)이 포함된다.

이 때, 본체(61)의 내부에는 상기 입구관(62)과 근접한 상부 측의 걸림쇠에 끝단이 고정된 그물인 메쉬(66)가 끼움 고정되고, 그 하부에 원주방향으로 다수개의 통과공이 형성된 스크린(65)이 또한 걸림쇠에 끝단이 고정되어 설치된다.

그리고, 본체(61)의 중심에는 원판으로 형성되어 튜브 통과공과 액냉매 통과공을 구비하는 튜브 홀더(64)가 끼워 맞춰진다.

또, 출구관(63a,63b)은 끝단이 절곡되어 L자형으로 형성되고, 서로 대접되도록 일 끝단이 상기 튜브 홀더(64)의 통과공에 삽입되며, 절곡된 출구관의 타끝단은 본체(61)의 외부로 돌출 되어 서로 각 압축기로 연결된다.

그리고, 상기 출구관(63a,63b)은 상기 어큐뮬레이터에 삽입된 하부면상에 미세한 크기로 형성된 오일회수공(67a,67b)을 각각 구비하며, 상기 스크린(65)의 중심부에 위치되어 스크린의 원주방향 통과공에 노출되지 않는다.

이러한 구조를 가진 어큐뮬레이터와 냉매의 압축능력이 다른 두대의 압축기가 설치된 공기조화기를 이용하여 실내공기를 냉방할 경우의 공조 사이클은 다음과 같고, 압축 능력이 비교적 작은 압축기를 제 1압축기(1a)라하고, 압축 능력이 큰 압축기를 제 2압축기(1b)라 한다.

냉방되어야 하는 실내 공기 온도에 따라 요구되는 냉방부하가 결정되므로, 요구되는 압축기의 냉방 능력이 제 1압축기의 냉방 능력보다 작은 경우 제2압축기(1b)는 가동되지 않고, 제 1 압축기(1a)만이 가동된다.

그리고, 요구되는 냉방능력이 상기 제 1압축기(1a)의 냉방 능력보다는 크지만 제 2압축기(1b)의 냉방 능력보다 작을 경우에는 제 1압축기는 가동되지 않고, 제 2압축기(1b)만이 가동된다.

또, 실내 공기에 요구되는 냉방 능력이 제 2압축기(1b)의 냉방능력보다 큰 경우는 제 1압축기(1a)와 제 2압축기(1b)가 동시에 가동된다.

그 일 실시 예로써, 제 1압축기(1a)와 제 2압축기(1b)가 동시에 가동되는 냉방 사이클로써, 상기 압축기(1a,1b)에서 고온·고압으로 압축된 냉매는 실외 열교환기(3)와 실내 열교환기(7)를 통과하면서 냉각 매체와의 열교환으로 열을 방출 또는 흡열 하여 상변화를 거친 후 어큐뮬레이터(6)의 흡입관으로 유입된다.

상기 유입된 냉매는 메쉬(66)를 지나게 되고 이 때 오일에 흡찹된 불순물이 메쉬에 의하여 걸러져서, 냉매와 오일만이 메쉬를 통과하고 상기 메쉬의 하부에 위치된 스크린(65)의 원주방향 통과공을 통하여 어큐뮬레이터(6)의 저면으로 떨어진다.

이 때, 스크린(65)의 통과공을 통과하는 냉매는 원심력이 가해져 가벼운 기체 상태의 냉매는 하부로 가라앉지 않고 압축기의 흡입력에 따른 유량 비율로 각 출구관(63)을 통하여 제 1압축기(1a)와 제 2압축기(1b)로 흡입된다.

한편, 밀도가 큰 액냉매와 오일은 원심력에 의하여 기냉매와 분리되어 냉매로부터 분리되어 어큐뮬레이터의 하부로 떨어지고, 출구관 홀더(64)에 형성된 통과공을 지나면서 가해지는 부가적인 원심력에 의하여 오일과 액냉매가 바닥으로 떨어지게 된다.

이 때, 오일과 액냉매중 밀도가 상대적으로 큰 오일이 상기 어큐뮬레이터의 가장 저면에 적층되고, 그 상부에 액냉매가 위치된다.

상기와 같은 과정으로 액냉매와 분리된 오일은 압축기의 흡입력에 의하여 출구관(63)의 하부에 오일만이 통과될 수 있도록 형성된 미세한 오일회수공(67)을 통하여 압축기로 회수되고, 각 압축기로 유입되는 냉매의 유량 비율에 따라 각 압축기로 회수되는 오일의 양이 조절된다.

이와 달리 한대의 압축기만이 가동되고, 나머지 한대의 압축기는 가동되지 않는 경우, 어큐뮬레이터(6)를 통해 가동되는 측으로 기냉매가 유입되고 오일 또한 가동되는 압축기와 연결된 출구관(63)의 오일회수공(67)을 따라 압축기로 흡입되며 운전되지 않는 토출관을 미세한 양의 오일이 회수된다.

하지만, 한대의 압축기가 연속적으로 운전되지 않고, 일정시간 온/오프를 반복하는 단속(斷續) 운전시에는 운전중이던 압축기의 오프시 사이클 내의 압력 평형이 이루어지는 과정에서 가동되는 압축기의 오일량은 차츰 감소되는 반면 가동되지 않는 압축기에는 오일량이 증가하게 된다.

따라서, 오일 부족으로 인해 가동되는 압축기에 파손 또는 과부하등이 발생될 수 있으므로 일정시간이 경과되면 가동되는 압축기를 정지시키는 대신 다른 압축기를 잠시 구동하여 오일을 재분배 한 후, 다시 실내 냉방 부하에 맞는 용량의 압축기를 가동하는 오일 회수 제어 알고리즘을 적용한다.

한편, 본 발명에 따른 공기조화기를 이용하여 실내공기를 난방 하는 경우에도, 실내 공기의 온도에 따른 요구되는 난방 능력을 고려하여 압축기가 함께 또는 양자택일적으로 가동된다.

그 일 실시 예로 두 압축기를 동시에 가동되면, 두 압축기(1a,1b)를 통하여 압축된 고압의 냉매는 사방변(8)을 통하여 실내 열교환기(7)로 유입되어 열을 방출하면서 응축되고 팽창 밸브(5)와 실외 열교환기(3)를 거쳐 어큐뮬레이터(6)로 유입된다.

그리고, 어큐뮬레이터(6)로 유입된 냉매는 원심력에 의하여 밀도차가 나는 기냉매는 분리되어 압축기로 유입되고, 이와 동시에 출구관(63)의 오일회수공(67)을 통하여 어큐뮬레이터의 가장 저면에 적층된 오일 또한 각 압축기로 회수되어 난방 사이클이 이루어진다.

상기한 설명에서 나타나는 것과 같이 본 발명은 요구되는 냉·난방부하에 따라 압축기가 함께 또는 선택적으로 가동되게 함으로써, 압축기의 불필요한 과다 가동을 방지하여 에너지 효율이 향상된다.

그리고, 하나의 어큐뮬레이터를 이용하여 두 대의 압축기로 유입되는 냉매 및 오일을 제어하기 때문에 제작 원가가 줄어든다.

또, 어큐뮬레이터에서 공기조화기의 사용중 발생되는 불순물을 냉매로부터 분리하기 때문에 관이 불순물에 의하여 막히는 고장 등이 방지된다.

또한, 고가인 오일분리기의 별도 설치 없이 냉매유량에 비례하는 오일분리기능이 어큐뮬레이터에 부가됨으로써, 압축기는 구동에 필요한 오일을 회수할 수 있으므로 성능과 신뢰성이 향상되고, 오일분리기의 별도 설치가 필요하지 않으므로 공기조화기의 제작이 용이하며, 부피와 중량이 감소된다.

Claims (3)

1. 요구 냉방 능력에 따라 함께 가동되거나, 양자 택일적으로 가동되어 흡입된 냉매를 압축하고, 압축된 냉매를 실외·내 열교환기로 방출하는 두개의 압축기와;

   냉방과 난방의 구동 조건에 따라 냉매의 유로를 선정하는 사방변과;

   상기 사방변과 냉매를 감압하는 팽창밸브를 연결하며 냉매를 실외공기로 열교환하는 실외 열교환기와;

   상기 팽창밸브와 상기 사방변을 연결하며 팽창밸브에서 전달된 냉매를 실내공기와 열교환하여 증발하는 실내 열교환기와;

   상기 실내·외 열교환기로부터 유입된 2상의 냉매중 기냉매와 오일을 분리하여 각각의 압축기로 유입시키는 한편 각 압축기로 흡입되는 오일이 각 압축기로 흐르는 냉매의 유량에 비례하여 흡입되도록, 상기 실내 열교환기로부터 유입된 냉매중 액냉매를 저장하는 본체와, 상기 실내 열교환기로부터 증발된 냉매가 유입되도록 본체의 상부에 결합된 입구관과, 끝단이 상기 본체의 상부에 고정되어 상기 입구관을 통해 유입되는 냉매중에서 불순물을 분리하는 메쉬와, 상기 메쉬의 하부에 위치되도록 끝단이 본체에 고정되고 원주방향으로 다수개의 통과공이 형성되어 액냉매와 기냉매를 분리하는 스크린과, 각 압축기로 기냉매가 송출되도록 상기 스크린의 하부에 일측단부가 위치되고 타단이 절곡되어 상기 본체 외부로 돌출되며 하부에 오일회수공을 구비하는 두개의 출구관을 가지는 어큐뮬레이터;를 포함하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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