KR101435567B1 - 공기 조화기 - Google Patents

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KR101435567B1
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Abstract

공기 조화기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에 배관에 의해 연결되어 압축된 냉매를 응축하는 메인 응축기; 상기 메인 응축기에 배관에 의해 연결되어 응축된 냉매를 재응축하는 서브 응축기; 상기 메인 응축기에 배관에 의해 연결되어 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브; 상기 팽창밸브에 배관에 의해 연결되어 팽창된 냉매가 열교환되도록 하는 증발기; 상기 압축기와 메인 응축기 사이의 배관과 상기 서브 응축기와 팽창밸브 사이의 배관에 연결되어 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 서브 응축기와 팽창밸브 사이의 배관에 공급하는 핫가스 배관; 및 상기 핫가스 배관에 배치되어 상기 핫가스 배관의 유로를 개폐시키는 밸브를 포함하는 공기 조화기를 제공한다.

Description

공기 조화기{AIRCONDITIONER}
본 발명은 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로 공기 조화기는 실내 공기를 냉난방시키는 장치이다. 공기 조화기는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함할 수 있다. 압축기, 응축기 등은 실외에 배치되고, 증발기는 실내에 배치될 수 있다. 응축기는 실외 공기와 열교환됨에 의해 냉매를 응축시킨다. 증발기는 팽창된 냉매가 실내 공기와 열교환되도록 한다.
응축기는 실외에 배치되므로, 실외 온도가 현저히 낮은 경우 응축기의 냉매는 실외 공기와 열교환됨에 따라 정상 응축 온도보다 과도하게 냉각될 수 있다. 이때, 응축기에서는 정상적인 응축 조건보다 과냉각 및 저압력의 냉매가 토출될 수 있다. 과냉각 및 저압력 냉매가 응축기에서 토출되면, 팽창밸브의 팽창 성능과 증발기의 냉방 성능이 현저히 저하될 수 있다. 또한, 압축기로 유입되는 냉매의 압력이 현저히 저하되므로, 압축기가 액냉매를 압축함에 따라 압축기의 소손이 발생될 수 있다.
또한, 공기 조화기가 대형 건물에 설치될 경우, 공기 조화기는 실외기의 배관이 현저히 길어질 수 있다. 실외기의 장배관에는 압력 강하가 발생되어 공기 조화기의 성능을 현저히 저하시킬 수 있다. 또한, 여름철과 같이 실외 온도가 높은 경우, 실외기의 방열부족으로 장배관의 압력이 현저히 상승하므로, 압축기에는 압축 조건보다 고압의 냉매가 공급될 수 있다. 따라서, 압축기가 고압컷에 걸리게 되어, 압축기의 운전이 비정상적으로 정지될 수 있다.
대한민국 특허공개번호 제10-2006-0124272호(2005.05.31. 공개)에는 공기 조화기가 개시된다. 공기 조화기는 실내기와 증발기 사이의 고압배관에 냉매의 과냉각도를 증가시키는 전자냉각기를 설치하여 과냉각도를 높일 수 있다.
본 발명의 실시예는, 열교환 효율을 향상시키고 배관의 압력 강하를 방지할 수 있는 공기 조화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에 배관에 의해 연결되어 압축된 냉매를 응축하는 메인 응축기; 상기 메인 응축기에 배관에 의해 연결되어 응축된 냉매를 재응축하는 서브 응축기; 상기 메인 응축기에 배관에 의해 연결되어 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브; 상기 팽창밸브에 배관에 의해 연결되어 팽창된 냉매가 열교환되도록 하는 증발기; 상기 압축기와 메인 응축기 사이의 배관과 상기 서브 응축기와 팽창밸브 사이의 배관에 연결되어 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 서브 응축기와 팽창밸브 사이의 배관에 공급하는 핫가스 배관; 및 상기 핫가스 배관에 배치되어 상기 핫가스 배관의 유로를 개폐시키는 밸브를 포함하는 공기 조화기를 제공한다.
상기 서브 응축기와 팽창밸브 사이의 배관에는 리저버가 배치되고, 상기 핫가스 배관은 상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관에 연결될 수 있다.
상기 서브 응축기는 하나 이상의 서브 응축 유닛으로 구성될 수 있다.
상기 서브 응축 유닛의 배관에는 유로 단면적을 감소시키는 응축 촉진부가 더 포함되고, 상기 응축 촉진부는 서브 응축 유닛의 냉매 유입측과 냉매 토출측에 배치될 수 있다.
상기 응축 촉진부는 배관의 중심부 측으로 돌출된 단차부가 형성될 수 있다.
상기 단차부의 상류측과 하류측에는 배관의 중심부측으로 돌출된 난류 형성부가 더 포함될 수 있다.
상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관에는 체크밸브가 더 포함될 수 있다.
상기 밸브는 상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관과 상기 핫가스 배관이 연결되는 부분에 배치될 수 있다.
상기 밸브는 상기 서브 응축기와 리저버 사이에 배치된 배관의 압력이 기 설정된 압력 이하게 되면 개방되는 압력조절밸브일 수 있다.
상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관에는 오리피스가 더 포함될 수 있다.
상기 밸브는 상기 압축기와 메인 응축기가 연결되는 배관과 상기 핫가스 배관이 연결되는 부분에 연결될 수 있다.
상기 밸브는 삼방밸브일 수 있다.
상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관에는 체크밸브가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열교환 효율을 향상시키고 배관의 압력 강하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 조화기의 제1실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 조화기의 제2실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 공기 조화기의 제3실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 공기 조화기의 제4실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기 조화기의 응축 촉진부의 제1실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 공기 조화기의 응축 촉진부의 제2실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 공기 조화기의 증발기의 냉매 흡입 및 토출 온도를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
먼저, 본 발명에 따른 공기 조화기의 제1실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 조화기의 제1실시예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 공기 조화기는 압축기(21), 메인 응축기(22), 서브 응축기(23), 팽창밸브(25), 증발기(26), 핫가스 배관(31) 및 밸브(41)를 포함할 수 있다.
압축기(21)는 냉매를 압축한다. 압축기(21)에서는 고온 고압의 냉매가 토출될 수 있다. 예를 들면, 압축기(21)는 대략 90-95℃ 정도의 냉매를 토출할 수 있다. 이때, 정상적인 토출 냉매는 기체와 액체의 비율(이하, "기액 비율"이라 함)이 대략 7:3 정도일 수 있다.
메인 응축기(22)는 제1배관(11)에 의해 압축기(21)에 연결될 수 있다. 압축기(21)에서 압축된 냉매는 제1배관(11)에 의해 메인 응축기(22)에 유입될 수 있다. 메인 응축기(22)에서는 냉매가 외부 공기와 열교환됨에 의해 응축될 수 있다. 이때, 메인 응축기(22)는 대략 45℃ 정도의 냉매를 토출할 수 있다.
서브 응축기(23)는 제2배관(12)에 의해 메인 응축기(22)에 연결될 수 있다. 서브 응축기(23)는 하나 이상의 서브 응축 유닛(23a,23b)으로 구성될 수 있다. 공기 조화기의 용량이 큰 경우, 서브 응축 유닛(23a,23b)의 설치 개수는 증가될 수 있다. 또한, 공기 조화기의 용량이 작은 경우, 서브 응축 유닛(23a,23b)의 설치 개수는 감소될 수 있다. 이러한 서브 응축 유닛(23a,23b)의 설치 개수는 압축기(21)의 용량과 배관의 길이 등을 감안하여 적절하게 조절될 수 있다.
서브 응축 유닛(23a,23b)은 제2배관(12)에 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 제2배관(12)은 서브 응축 유닛(23a,23b)의 개수만큼 분지되어 각 서브 응축 유닛(23a,23b)의 흡입 포트에 연결될 수 있다. 또한, 제3배관(13,14)은 서브 응축 유닛(23a,23b)의 개수만큼 분지되어 각 서브 응축 유닛(23a,23b)의 토출 포트에 연결될 수 있다. 따라서, 제2배관(12)의 냉매는 서브 응축 유닛(23a,23b)에 분배되고, 서브 응축 유닛(23a,23b)에서 재응축된 냉매는 제3배관(13,14)으로 합류될 수 있다.
메인 응축기(22)에서 45℃로 응축된 냉매는, 제3배관(13,14)을 따라 유동하면서 온도가 낮아질 수 있다. 서브 응축기(23)에는 대략 35℃ 정도의 냉매가 유입될 수 있다. 서브 응축기(23)는 대략 35℃ 정도의 응축 냉매를 재응축하여 대략 25℃ 정도의 응축 냉매를 토출할 수 있다.
날씨가 더울 경우, 메인 응축기(22)는 상대적으로 높은 온도의 외부 공기와 열교환될 수 있다. 이때, 메인 응축기(22)는 정상적인 응축 온도 및 압력으로 냉매를 응축하기 곤란할 수 있다. 메인 응축기(22)에서 충분히 응축되지 않은 냉매는 서브 응축기(23)에서 재응축될 수 있으므로, 날씨가 더운 경우에도 서브 응축기(23)에서 토출된 냉매는 정상적인 응축 온도 및 압력으로 응축될 수 있다.
또한, 메인 응축기(22)에서 토출된 냉매는 배관을 따라 유동하는 동안에 기체와 액체의 비율이 변경될 수 있다. 예를 들면, 메인 응축기(22)에서 토출된 냉매는 제2배관(12)을 따라 유동하는 동안에 압력 강하가 발생될 수 있다. 특히, 공기 조화기의 배관 길이가 길어질수록 배관의 압력 강하는 현저할 수 있다. 배관의 압력 강하가 발생됨에 따라 응축 플래시 가스가 증가하고, 이 영향으로 증발압력이 낮아져 압축비 상승 및 냉동능력 감소로 이어질 수 있다.
서브 응축기(23)는 냉매를 재응축함에 따라 응축 냉매에서 기체의 비율을 정상적으로 낮출 수 있다. 따라서, 서브 응축기(23)에서 토출되는 냉매는 액체의 비율이 상대적으로 증가될 수 있다. 결과적으로, 서브 응축기(23)는 공기 조화기의 장배관에 따른 응축 성능 저하를 방지하거나 최소화할 수 있다.
팽창밸브(25)는 제3배관(13,14)에 의해 서브 응축기(23)에 연결될 수 있다. 팽창밸브(25)에는 대략 25℃의 응축 냉매가 유입될 수 있다. 팽창밸브(25)에서는 냉매가 저온 저압으로 팽창될 수 있다.
제3배관(13,14)에는 리저버(24)가 더 포함될 수 있다. 리저버(24)는 제3배관(13)을 따라 유동하는 냉매가 유입된다. 리저버(24)는 액체 냉매를 팽창밸브(25)에 제공하는 역할과, 냉매의 유동량을 조절하는 버퍼 역할을 할 수 있다. 이러한 리저버(24)는 액체 냉매를 팽창밸브(25)에 제공하므로, 팽창밸브(25)의 팽창 성능을 향상시킬 수 있도록 할 수 있다.
증발기(26)는 제3배관(14)에 의해 팽창밸브(25)에 연결될 수 있다. 팽창밸브(25)에서 팽창된 냉매는 증발기(26)로 유입될 수 있다. 증발기(26)의 흡입 포트에는 대략 4℃ 정도의 냉매가 유입될 수 이다. 증발기(26)는 실내 공기와 열교환됨에 의해 실내 공간을 냉방시킬 수 있다.
증발기(26)의 냉매는 실내 공기와 열교환됨에 의해 온도가 상승될 수 있다. 증발기(26)의 토출 포트에서는 대략 20℃ 정도의 냉매가 토출될 수 있다.
증발기(26)는 제4배관(15)에 의해 압축기(21)에 연결될 수 있다. 제4배관(15)에는 어큐뮬레이터(27)가 배치된다. 어큐뮬레이터(27)는 냉매의 기체 상태의 냉매와 액체 상태의 냉매를 분리하고, 기체 상태의 냉매가 압축기(21)에 유입되도록 할 수 있다. 따라서, 어큐뮬레이터(27)는 압축기(21)에 액체 냉매가 유입됨에 따라 압축기(21)에 소손이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
핫가스 배관(31)은 압축기(21)와 메인 응축기(22) 사이의 제1배관(11)과, 서브 응축기(23)와 팽창 밸브(25) 사이의 제3배관(13,14)에 연결될 수 있다. 이때, 제3배관(13,14)에 리저버(24)가 설치된 경우, 핫가스 배관(31)은 압축기(21)에서 토출된 고온 고압의 냉매를 핫가스 배관(31)을 통해 서브 응축기(23)와 팽창밸브(25) 사이의 제3배관(13,14)에 공급될 수 있다.
밸브(41)는 핫가스 배관(31)에 배치되어 핫가스 배관(31)의 유로를 개폐시킬 수 있다. 이때, 밸브(41)는 서브 응축기(23)와 리저버(24) 사이의 제3배관(13)과, 핫가스 배관(31)이 연결되는 부분에 배치될 수 있다. 밸브(41)는 서브 응축기(23)와 리저버(24) 사이에 배치된 제3배관(13)의 압력이 기 설정된 압력 이하가 되면 개방되는 압력조절밸브(41)일 수 있다.
핫가스 배관(31)에는 볼 밸브(35)(ball valve)가 배치될 수 있다. 볼 밸브(35)는 냉매 충진용 밸브이다. 볼 밸브(35)는 핫가스 유입시 체적이 증가할 수 있다. 볼 밸브(35)가 닫힌 상태에서 냉매를 충전하고, 냉매를 충진한 후에 볼 밸브(35)가 개방될 수 있다.
제3배관(13)을 따라 유동되는 냉매가 기 설정된 압력 이하로 압력 강하되면, 압력조절밸브(41)는 압력차에 의해 자동으로 개방될 수 있다. 또한, 제3배관(13)을 따라 유동하는 냉매가 기 설정된 압력을 초과하면, 압력조절밸브(41)는 폐쇄된 상태를 유지할 수 있다. 외부 온도가 낮거나 공기 조화기가 장배관인 경우, 제3배관(13)에는 응축 냉매의 압력이 강하될 수 있다. 상세히 설명하면 다음과 같다.
추운 날씨 때문에 외부 온도가 낮은 경우, 압축기(21)에서 압축된 냉매는 메인 응축기(22)와 서브 응축기(23)에서 외부 공기와 열교환될 수 있다. 이때, 서브 응축기(23)에서 토출되는 응축 냉매는 외부 공기의 영향에 의해 과도하게 냉각되므로, 제3배관(13,14)에서는 냉매의 압력이 현저히 강하될 수 있다. 제3배관(13,14)에서 냉매의 압력이 기 설정된 압력 이하로 강하되면, 압력조절밸브(41)가 개방될 수 있다. 이때, 압축기(21)에서 토출된 고온 냉매는 핫가스 배관(31)을 통해 제3배관(13,14)에 바이패스될 수 있다. 따라서, 제3배관(13,14)의 냉매는 고온 고압의 압축 냉매에 의해 온도 및 압력이 상승될 수 있다. 제3배관(13,14)의 냉매가 정상적인 응축 온도 및 응축 압력으로 회복되면, 압력조절밸브(41)는 자동으로 핫가스 배관(31)을 폐쇄시킬 수 있다.
공기 조화기가 장배관인 경우, 메인 응축기(22)와 서브 응축기(23)에서 응축된 냉매는 장배관을 따라 유동하는 동안에 압력 강하될 수 있다. 제3배관(13,14)에서 냉매의 압력이 기 설정된 압력 이하로 강하되면, 압력조절밸브(41)가 자동으로 개방될 수 있다. 이때, 압축기(21)에서 토출된 고온 냉매는 핫가스 배관(31)을 통해 제3배관(13,14)에 바이패스될 수 있다. 따라서, 제3배관(13,14)의 냉매는 고온 고압의 압축 냉매에 의해 온도 및 압력이 상승될 수 있다. 제3배관(13,14)의 냉매가 정상적인 응축 온도 및 응축 압력으로 회복되면, 압력조절밸브(41)는 자동으로 핫가스 배관(31)을 폐쇄시킬 수 있다.
또한, 제3배관(13)에 유입된 고온 고압의 냉매는 리저버(24)에 유입되어 제3배관(13,14)의 냉매과 균일하게 혼합될 수 있다. 리저버(24)는 제3배관(13,14)의 온도 및 압력을 균일하게 안정화시킬 수 있다.
상기와 같이 외부 온도가 현저히 낮거나 공기 조화기가 장배관인 경우, 핫가스 배관(31)은 제3배관(13,14)의 온도 및 압력을 정상적인 응축 온도와 압력으로 회복시킬 수 있다. 따라서, 팽창밸브(25)에는 정상적으로 응축된 냉매가 공급되므로, 팽창밸브(25)의 팽창성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 정상적으로 팽창된 냉매가 증발기(26)에 공급되므로, 증발기(26)의 냉방성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한, 증발기(26)에서 토출되는 냉매가 정상적인 온도 및 압력을 유지하므로, 압축기(21)에 정상적인 온도 및 압력의 냉매가 공급될 수 있다. 따라서, 압축기(21)가 저압으로 운전됨에 따라 압축기(21)의 부하가 증가하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 압축기(21)가 정상적인 온도 및 압력의 냉매를 압축하므로, 압축기(21)가 소모하는 소비 전력을 감소시킬 수 있다. 또한, 압축기(21)에 액냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있으므로, 압축기(21)가 액냉매를 압축함에 의해 소손이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 공기 조화기의 제2실시예에 관해 설명하기로 한다.
제2실시예는 체크밸브(42)가 추가되는 것을 제외하고 제1실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 제2실시예를 설명함에 있어 제1실시예와 동일한 부분에 관해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 조화기의 제2실시예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 서브 응축기(23)와 리저버(24) 사이의 제3배관(13,14)에는 체크밸브(42)가 더 포함될 수 있다. 체크밸브(42)는 리저버(24)에 유입된 냉매가 서브 응축기(23)로 역류하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 공기 조화기가 정지한 경우, 리저버(24)에 있는 냉매는 서브 응축기(23)에 있는 냉매의 온도보다 높을 수 있다. 리저버(24)와 서브 응축기(23) 사이에 온도차가 발생되면, 리저버(24)의 냉매가 서브 응축기(23)로 유입될 수 있다. 서브 응축기(23)에 냉매가 많이 고이게 되면, 냉매의 응축표면적이 감소되고 응축압력은 상승할 수 있다. 그러나, 본 발명의 제2실시예는, 공기 조화기가 정지했을 때에 서브 응축기(23)에 냉매가 많이 고이는 것을 방지할 수 있으므로, 공기 조화기가 재가동되었을 때에 서브 응축기(23)의 응축 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 공기 조화기의 제3실시예에 관해 설명하기로 한다.
제3실시예는 밸브(41)의 위치를 제외하고 제1실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 제3실시예를 설명함에 있어 제1실시예와 동일한 부분에 관해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 공기 조화기의 제3실시예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 핫가스 배관(31)에는 밸브(44)가 배치되고, 서브 응축기(23)의 토출측 제3배관(13,14)에는 오리피스(45)가 배치될 수 있다. 밸브(44)는 압력조절밸브일 수 있다.
압력조절밸브(44)는 제3배관(13,14)의 압력이 기 설정된 압력 이하인 경우 자동으로 개방될 수 있다.
오리피스(45)는 오리피스(45)의 출구압력이 상승됨에 따라 개도가 증가되도록 제어될 수 있다. 예를 들면, 외부 온도가 변하면 응축압력도 변한다. 또한, 응축압력이 변하게 됨에 따라 리저버(24)의 압력도 변한다. 리저버(24)의 내부 압력이 감소되는 경우, 오리피스(45)는 서브 응축기(23)에서 토출되는 냉매를 감소키도록 개도를 감소시킬 수 있다. 또한, 리저버(24)의 내부 압력이 증가되는 경우, 오리피스(45)는 서브 응축기(23)에서 토출되는 냉매를 증가시키도록 개도를 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 오리피스(45)는 리저버(24)의 운전 상태에 따라 서브 응축기(23)의 토출 냉매량을 실시간으로 조절할 수 있다. 따라서, 팽창밸브(25)의 팽창 성능 및 증발기(26)의 증발 성능을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 공기 조화기의 제4실시예에 관해 설명하기로 한다.
제4실시예는 핫가스 배관의 연결 위치를 제외하고 제1실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 제4실시예를 설명함에 있어 제1실시예와 동일한 부분에 관해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 핫가스 배관은 메인 응축기와 서브 응축기 사이의 제2배관과, 서브 응축기의 토출측 제3배관(13)을 연결할 수 있다. 공기 조화기가 장배관이 아니고 단배관인 경우, 겨울철 과냉방지 및 압력보상이 불필요할 수 있다. 따라서, 상대적으로 온도가 낮은 메인 응축기의 토출측 냉매가 서브 응축기의 토출측으로 유입되도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 공기 조화기의 응축 촉진부의 제1실시예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기한 제1,2,3실시예들에서, 서브 응축기(23)의 서브 응축 유닛(23a,23b)에는 응축 촉진부(50)가 더 포함될 수 있다.
응축 촉진부(50)는 서브 응축 유닛(23a,23b)의 배관에 배치될 수 있다. 이때, 응축 촉진부(50)는 서브 응축 유닛의 배관 유로 단면적을 감소시키는 구조로 형성될 수 있다. 또한, 응축 촉진부(50)는 서브 응축 유닛(23a,23b)의 냉매 유입측, 또는 냉매의 유입측과 냉매 토출측에 배치될 수 있다.
응축 촉진부(50)는 배관의 중심부 측으로 돌출된 단차부(51)가 형성될 수 있다. 응축 촉진부(50)의 위치와 단차부의 높이는 냉매의 종류 및 배관의 크기에 따라 적절하게 설계되어야 할 것이다.
또한, 응축 촉진부(50)는 유로의 내부에 배치되는 다수의 내측 파이프(55)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 응축 촉진부(50)의 하류측에는 배관이 확관되고, 내측 파이프는 배관의 확관부에 배치될 수 있다. 이때, 내측 파이프(55)들의 유로 면적은 유로 단면적 감소부(53)의 면적과 동일하거나 거의 유사할 수 있다.
냉매는 응축 촉진부(50)의 단차부(51)에 충돌한다. 이때, 기상의 냉매는 압축되어 응축이 촉진될 수 있다. 이러한 응축 촉진부(50)의 작용에 관해 상세히 설명하기로 한다.
통상적으로 배관이 수평 상태에 있는 경우, 액상 냉매는 배관의 내측면으로부터 중심부를 향하여 흐르고, 기상 냉매는 배관의 중심에서 액상 냉매에 의해 가압됨에 따라 배관의 내측면 측으로 흐르는 경향이 있다.
기상의 냉매는 배관의 내측면 근처를 따라 유동하다가 단차부(51)에 충돌한다. 충돌한 기상 냉매의 일부는 단차부(51)에 의해 반사 및 역류될 수 있다. 반사 및 역류되는 냉매는 단차부(51)의 상류측 냉매의 압력을 상승시킴에 의해 압축될 수 있다. 또한, 충돌한 기상 냉매의 나머지는 단차부(51)의 하류측, 다시 말해 유로 단면적 감소부(53)으로 유동될 수 있다. 나머지 냉매는 유로 단면적 감소부(53)에서 유속이 감소됨에 따라 응축이 촉진될 수 있다.
유로 단면적 감소부(53)의 냉매는 내측 파이프(55)들을 통과한다. 이때, 내측 파이프(55)는 냉매와 열교환 면적을 증대시키므로, 냉매의 방열 능력이 증가될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 공기 조화기의 응축 촉진부의 제2실시예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 응축 촉진부(50)의 내부에는 난류 형성부(57)가 더 포함될 수 있다. 난류 형성부(57)는 배관의 내측면에 중심부를 향하여 돌출될 수 있다. 난류 형성부(57)는 단차부(51)의 상류측과 하류측에 배치될 수 있다. 이때, 난류 형성부(57)는 배관의 내주면에 원주방향을 따라 배열될 수 있다. 이러한 난류 형성부(57)는 응축 촉진부(50) 근처 또는 응축 촉진부(50) 내부에서 냉매의 난류 발생을 촉진하므로, 응축 촉진부(50)의 응축 성능을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 공기 조화기의 작용에 관해 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 압축기(21)는 냉매를 압축한다. 압축된 냉매는 메인 응축기(22)에 유입된다. 메인 응축기(22)에서 응축된 냉매는 서브 응축기(23)에 유입되어 재응축된다. 재응축된 냉매는 리저버(24)를 경유하여 팽창밸브(25)에 유입된다. 팽창밸브(25)는 냉매를 팽창시켜 증발기(26)에 제공한다. 증발기(26)는 실내 공기와 열교환됨에 따라 실내를 냉방한다. 증발기(26)의 냉매는 어큐뮤레이터에 유입된다. 어큐뮬레이터(27)는 냉매를 기액분리하여 기체상태의 냉매를 압축기(21)에 공급한다.
여름철과 같이 외부 온도가 높은 경우, 메인 응축기(22)와 서브 응축기(23)는 고온의 외부 공기와 열교환될 수 있다. 이때, 압축기(21)에서 토출된 압축 냉매는 메인 응축기(22)에서는 충분히 응축되지 못할 수 있다. 메인 응축기(22)에서 응축된 냉매는 서브 응축기(23)에서 다시 응축되므로, 제3배관(13,14)의 냉매는 팽창에 적합한 온도와 압력을 유지할 수 있다. 따라서, 여름철과 같이 외부 온도가 높은 경우에도, 팽창밸브(25)의 팽창 성능을 안정적으로 유지할 수 있다. 팽창밸브(25)의 팽창 성능이 안정적으로 유지되므로, 증발기(26)의 열교환 성능도 안정적으로 유지될 수 있다.
또한, 제3배관(13,14)에서 냉매의 압력이 팽창 및 증발에 적절하도록 유지되므로, 압축기(21)의 압력이 과도하게 상승되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 압축기(21)의 수명을 연장할 수 있다. 또한, 냉방성능이 향상되므로 소비 전력을 절감할 수 있다.
또한, 겨울철과 같이 외부 온도가 대략 -5℃ 보다 낮은 경우, 서브 응축기(23)에서 토출되는 응축 냉매는 외부 공기의 영향에 의해 과도하게 냉각될 수 있다.
제3배관(13,14)의 냉매는 정상적인 응축 냉매보다 현저히 압력 강하되고 현저히 낮은 온도일 수 있다. 제3배관(13,14)에서 냉매의 압력이 기 설정된 압력 이하로 강하되면, 압력조절밸브(41)가 개방된다. 이때, 압축기(21)에서 토출된 고온 냉매는 핫가스 배관(31)을 통해 제3배관(13,14)에 바이패스될 수 있다. 따라서, 제3배관(13,14)의 냉매는 고온 고압의 압축 냉매에 의해 온도 및 압력이 상승될 수 있다. 제3배관(13,14)의 냉매가 정상적인 응축 온도 및 응축 압력으로 회복되면, 압력조절밸브(41)는 자동으로 핫가스 배관(31)을 폐쇄시킬 수 있다.
제3배관(13,14)에서 응축 조건으로 회복된 냉매는 팽창밸브(25)에 유입될 수 있다. 정상적인 응축 압력과 온도를 갖는 냉매가 팽창밸브(25)에 공급되므로, 팽창밸브(25)의 팽창 성능이 향상될 수 있다. 따라서, 실외의 온도가 현저히 낮더라도, 팽창밸브(25)의 팽창 성능이 정상적으로 유지되도록 할 수 있다. 또한, 팽창밸브(25)에서는 충분한 양의 팽창 냉매가 토출될 수 있다.
팽창밸브(25)에서 토출된 냉매는 증발기(26)에 공급될 수 있다. 증발기(26)에는 정상적인 압력과 온도의 냉매가 공급되므로, 증발기(26)의 증발 성능이 현저히 향상될 수 있다. 따라서, 실외의 온도가 현저히 낮더라도, 증발기(26)의 증발 성능이 정상적으로 유지될 수 있다. 또한, 증발기(26)에는 증발 조건에 맞는 온도의 냉매가 공급되므로, 증발기(26)의 코일이 결빙되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 증발기(26)의 제상운전 주기를 연장할 수 있으므로, 공기 조화기의 냉방 능력을 향상시키고, 제상운전에 사용되는 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
증발기(26)에서는 냉매의 토출량이 증가하므로, 압축기(21)에 충분한 양의 냉매가 공급될 수 있다. 따라서, 압축기(21)에 공급되는 냉매가 부족하여 압축기(21)가 불필요하게 정지되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 증발기(26)에서 토출되는 냉매는 압축에 요구되는 온도를 가지므로, 압축기(21)가 냉매를 고온 고압으로 압축할 때에 소모되는 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 압축기(21)가 냉매 부족에 의해 정지되는 것을 방지할 수 있으므로, 압축기(21)가 정지될 때에 메인 응축기(22)와 서브 응축기(23)에 냉매가 정체되어 쌓이는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 공기 조화기가 다시 가동될 때에 메인 응축기(22)와 서브 응축기(23)의 응축 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 증발기(26)가 냉매를 필요로 할 때에 충분한 양의 냉매를 공급할 수 있으므로, 증발기(26)의 열교환 효율을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 공기 조화기가 장배관인 경우, 메인 응축기(22)와 서브 응축기(23)에서 응축된 냉매는 장배관을 따라 유동하는 동안에 압력 강하될 수 있다. 제3배관(13,14)에서 냉매의 압력이 기 설정된 압력 이하로 강하되면, 압력조절밸브(41)가 자동으로 개방될 수 있다. 이때, 압축기(21)에서 토출된 고온 냉매는 핫가스 배관(31)을 통해 제3배관(13,14)에 바이패스될 수 있다. 따라서, 제3배관(13,14)의 냉매는 고온 고압의 압축 냉매에 의해 온도 및 압력이 상승될 수 있다. 제3배관(13,14)의 냉매가 정상적인 응축 온도 및 응축 압력으로 회복되면, 압력조절밸브(41)는 자동으로 핫가스 배관(31)을 폐쇄시킬 수 있다.
제3배관(13,14)에서 응축 조건으로 회복된 냉매는 팽창밸브(25)에 유입될 수 있다. 정상적인 응축 압력과 온도를 갖는 냉매가 팽창밸브(25)에 공급되므로, 팽창밸브(25)의 팽창 성능이 향상될 수 있다. 따라서, 실외기가 장배관에 의해 연결되더라도, 팽창밸브(25)의 팽창 성능이 정상적으로 유지되도록 할 수 있다. 또한, 팽창밸브(25)에서는 충분한 양의 팽창 냉매가 토출될 수 있다.
팽창밸브(25)에서 토출된 냉매는 증발기(26)에 공급될 수 있다. 증발기(26)에는 정상적인 압력과 온도의 냉매가 공급되므로, 증발기(26)의 증발 성능이 현저히 향상될 수 있다. 따라서, 실외기가 장배관에 의해 연결되더라도, 증발기(26)의 증발 성능이 정상적으로 유지될 수 있다. 또한, 증발기(26)에는 증발 조건에 맞는 온도의 냉매가 공급되므로, 증발기(26)의 코일이 결빙되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 증발기(26)의 제상운전 주기를 연장할 수 있으므로, 공기 조화기의 냉방 능력을 향상시키고, 제상운전에 사용되는 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
증발기(26)에서는 냉매의 토출량이 증가하므로, 압축기(21)에 충분한 양의 냉매가 공급될 수 있다. 따라서, 압축기(21)에 공급되는 냉매가 부족하여 압축기(21)가 불필요하게 정지되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 증발기(26)에서 토출되는 냉매는 압축에 요구되는 온도를 가지므로, 압축기(21)가 냉매를 고온 고압으로 압축할 때에 소모되는 전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 압축기(21)가 냉매 부족에 의해 정지되는 것을 방지할 수 있으므로, 압축기(21)가 정지될 때에 메인 응축기(22)와 서브 응축기(23)에 냉매가 정체되어 쌓이는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 공기 조화기가 다시 가동될 때에, 메인 응축기(22)와 서브 응축기(23)의 응축 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 증발기(26)가 냉매를 필요로 할 때에 충분한 양의 냉매를 공급할 수 있으므로, 증발기(26)의 열교환 효율을 안정적으로 유지할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 공기 조화기의 증발기의 냉매 흡입 및 토출 온도를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 공기 조화기에 서브 응축기(23)와 핫가스 배관(31)이 설치된 경우, 압축기(21)의 토출 성능이 향상되는 것을 알 수 있다.
구간 A는 서브 응축기(23)와 핫가스 배관(31)이 시공되지 않았을 때에 증발기(26)의 냉매 흡입 및 토출 온도이다. 구간 B는 서브 응축기(23)와 핫가스 배관(31)이 시공되는 도중에 증발기(26)의 냉매 흡입 및 토출 온도이다. 구간 C는 서브 응축기(23)와 핫가스 배관(31)이 시공된 후에 증발기(26)의 냉매 흡입 및 토출 온도이다.
구간 A에서는 증발기(26)의 냉매 흡입 온도가 높고 불안정하고, 증발기(26)의 토출 온도가 낮고 불안정함을 알 수 있다. 따라서, 증발기(26)에 상대적으로 높은 온도의 냉매가 공급되어 증발기(26)의 냉방 능력이 저하됨을 알 수 있다. 증발기(26)의 냉방 능력이 저하되어 냉매의 토출 온도가 낮아진다는 것을 알 수 있다. 또한, 압축기(21)에는 상대적으로 낮은 온도의 냉매가 공급될 수 있다. 결과적으로, 압축기(21)의 소비 전력도 상승된다는 것을 알 수 있다.
구간 C에서는 증발기(26)의 흡입 온도가 낮아지고 안정적이고, 증발기(26)의 토출 온도가 높아지고 안정적임을 알 수 있다. 따라서, 증발기(26)에 상대적으로 낮은 온도의 냉매가 공급되어 증발기(26)의 냉방 능력이 향상됨을 알 수 있다. 증발기(26)의 냉방 능력이 향상됨에 따라 증발기(26)의 냉매 토출 온도가 상대적으로 높아짐을 알 수 있다. 증발기(26)의 냉매 토출 온도가 높아짐에 따라 압축기(21)에는 상대적으로 높은 온도의 냉매가 공급될 수 있다. 결과적으로, 압축기(21)의 소비 전력이 감소된다는 것을 알 수 있다. 또한, 압축기(21)가 냉매의 온도를 상승시키 위해 고압으로 운전되는 것을 방지할 수 있으므로, 압축기(21)의 수명을 연장할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
21: 압축기 22: 메인 응축기
23: 서브 응축기 24: 리저버
25: 팽창밸브 26: 증발기
27: 어큐뮬레이터 31: 핫가스 배관
41: 밸브 42: 체크밸브
44: 압력조절밸브 45: 오리피스
50: 응축 촉진부 51: 단차부
53: 유로 단면적 감소부 55: 내측 파이프
57: 난류 형성부

Claims (13)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에 배관에 의해 연결되어 압축된 냉매를 응축하는 메인 응축기;
    상기 메인 응축기에 배관에 의해 연결되어 응축된 냉매를 재응축하는 서브 응축기;
    상기 메인 응축기에 배관에 의해 연결되어 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브;
    상기 팽창밸브에 배관에 의해 연결되어 팽창된 냉매가 열교환되도록 하는 증발기;
    상기 압축기와 메인 응축기 사이의 배관과 상기 서브 응축기와 팽창밸브 사이의 배관에 연결되어 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 서브 응축기와 팽창밸브 사이의 배관에 공급하는 핫가스 배관; 및
    상기 핫가스 배관에 배치되어 상기 핫가스 배관의 유로를 개폐시키는 밸브를 포함하되,
    상기 서브 응축기와 팽창밸브 사이의 배관에는 리저버가 배치되고,
    상기 핫가스 배관은 상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관에 연결되고,
    상기 밸브는 상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관과 상기 핫가스 배관이 연결되는 부분에 배치되며,
    상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관에는 오리피스가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브 응축기는 하나 이상의 서브 응축 유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 서브 응축 유닛의 배관에는 유로 단면적을 감소시키는 응축 촉진부가 더 포함되고,
    상기 응축 촉진부는 서브 응축 유닛의 냉매 유입측과 냉매 토출측에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 응축 촉진부는 배관의 중심부 측으로 돌출된 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단차부의 상류측과 하류측에는 배관의 중심부측으로 돌출된 난류 형성부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관에는 체크밸브가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 서브 응축기와 리저버 사이에 배치된 배관의 압력이 기 설정된 압력 이하게 되면 개방되는 압력조절밸브 또는 삼방밸브인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  10. 삭제
  11. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에 배관에 의해 연결되어 압축된 냉매를 응축하는 메인 응축기;
    상기 메인 응축기에 배관에 의해 연결되어 응축된 냉매를 재응축하는 서브 응축기;
    상기 메인 응축기에 배관에 의해 연결되어 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브;
    상기 팽창밸브에 배관에 의해 연결되어 팽창된 냉매가 열교환되도록 하는 증발기;
    상기 압축기와 메인 응축기 사이의 배관과 상기 서브 응축기와 팽창밸브 사이의 배관에 연결되어 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 서브 응축기와 팽창밸브 사이의 배관에 공급하는 핫가스 배관; 및
    상기 핫가스 배관에 배치되어 상기 핫가스 배관의 유로를 개폐시키는 밸브를 포함하되,
    상기 서브 응축기와 팽창밸브 사이의 배관에는 리저버가 배치되고,
    상기 핫가스 배관은 상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관에 연결되고,
    상기 밸브는 상기 압축기와 메인 응축기가 연결되는 배관과 상기 핫가스 배관이 연결되는 부분에 연결되며,
    상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관에는 오리피스가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸브는 삼방밸브인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 서브 응축기와 리저버 사이의 배관에는 체크밸브가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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