KR20040104300A - 공기조화시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온운전조건에서의 난방효율을 향상시킬 수 있는 공기조화시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 공기조화시스템은, 압축기와, 팽창장치와, 실내 열교환기와, 실외 열교환기와, 압축기와 팽창장치와 실내 열교환기와 실외 열교환기가 폐회로로 연계되게 하는 다수의 냉매관을 포함한 것으로, 실내 열교환기와 팽창장치를 연결하는 냉매관의 중도에는 난방운전 시 실내 열교환기에서 팽창장치측으로 이동하는 냉매에 남아있는 열을 회수하는 열회수장치가 마련되어 있으므로, 실내 열교환기에서 팽창장치측으로 이동하는 냉매에 포함되어 있는 열이 열회수장치에 의해 회수되어 다시 실내공간의 난방을 위해 사용되므로 난방효율이 향상되는 작용효과가 있다.

Description

공기조화시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM}

본 발명은 공기조화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저온 운전조건에서의 난방효율을 개선할 수 있는 공기조화시스템에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프 사이클이 적용된 공기조화시스템은 내부에 냉동사이클의 구성요소들을 내장한 것으로, 계절에 따라 냉방이나 난방 또는 냉난방을 모두 수행할 수 있도록 되어 있다.

종래의 공기조화시스템은 실외에 배치되어 실외 공기와 열교환하는 실외기와, 실외기와 연계되며 실내에 배치되어 실내 공기와 열교환하는 실내기를 포함하며, 실내기와 실외기 사이에는 냉매가 유동하는 냉매관이 배치되어 냉매를 통해 일측에서 타측으로 열의 이동이 이루어질 수 있도록 되어 있다.

실외기 내에는 냉매를 압축하는 압축기와, 실외 공기와 열교환하는 실외 열교환기와, 압축기에 의해 압축된 냉매가 감압팽창되게 하는 팽창장치가 마련되어 있으며, 실내기에는 실내 공기와 열교환하는 실내 열교환기와 열교환된 공기를 실내로 강제 송풍하기 위한 송풍팬 등이 구비되어 있다.

또한, 실외기에는 실외 열교환기와 실내 열교환기가 각각 응축기 또는 증발기의 역할을 전환하여 수행할 수 있게 하는 사방밸브가 마련되어, 사방밸브의 동작에 따라 냉방운전시에는 실내 열교환기가 증발기의 역할을 수행하고 실외 열교환기가 응축기의 역할을 수행하다가, 난방운전시에는 실내 열교환기가 응축기의 역할을 수행하고 실외 열교환기가 증발기의 역할을 수행하게 된다.

그런데 이러한 공기조화시스템은 동작특성상 난방운전시 실외 열교환기를 통해 실외 공기로부터 열을 흡수하고 그 열을 실내공간에 방출하여 실내 공기를 가열할 수 있도록 되어 있는데, 실외 공기의 온도가 영하로 내려가는 겨울철 등의 계절에는 실외 공기와 실외 열교환기를 통과하는 냉매 사이의 온도차이가 줄어들어 실외 공기로부터 흡수되는 열이 적어지므로 그에 따라 공기조화시스템의 난방운전효율이 급격히 저하하게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 저온 운전조건에서의 난방운전효율을 향상시킬 수 있는 공기조화시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기조화시스템의 계통도이다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기조화시스템의 열회수장치 단면도이다.

도 3a은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공기조화시스템의 열회수장치 단면도이다.

도 3a은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 공기조화시스템의 열회수장치 단면도이다.

도 4은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 공기조화시스템의 계통도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 실외기 11: 압축기

12: 실외 열교환기 13: 실외팬

14: 팽창장치 15: 사방밸브

20: 실내기 21: 실내 열교환기

22: 실내팬 31, 32, 33, 34: 냉매관

40: 열회수장치 41: 바이패스 냉매관

42: 열교환챔버 43: 보조 팽창장치

44a, 44b: 히터 45: 개폐밸브

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축기와, 팽창장치와, 실내 열교환기와, 실외 열교환기와, 상기 압축기와 상기 팽창장치와 상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기를 폐회로로 연결하는 다수의 냉매관을 포함하는 공기조화시스템에 있어서, 상기 실내 열교환기와 상기 팽창장치를 연결하는 냉매관의 중도에 난방운전 시 상기 실내 열교환기에서 상기 팽창장치측으로 이동하는 냉매에 남아있는 열을 회수하는 열회수장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열회수장치는 상기 실내 열교환기로부터 상기 팽창장치측으로 이동하는 냉매의 일부를 감압팽창시켜 상기 실내 열교환기로부터 상기 팽창장치측으로 이동하는 냉매로부터 열을 흡수하도록 한 후 상기 압축기로 안내함으로써 상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기 사이를 통과하는 냉매에 남아있는 열을 회수하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축기의 토출측에는 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기 중 어느 일측으로 안내하여 난방운전과 냉방운전을 전환하여 수행될 수 있게 하는 사방밸브가 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열회수장치는 상기 실내 열교환기와 상기 팽창장치를 연결하는 냉매관의 중도에 마련된 열교환챔버와, 상기 열교환챔버와 상기 팽창장치를 연결하는 냉매관으로부터 분기되며 상기 열교환챔버를 관통하여 압축기에 연결되는 바이패스 냉매관과, 상기 열교환챔버의 바이패스 냉매관에 설치되는 보조 팽창장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조 팽창장치는 그 개방정도를 조절하여 감압팽창되는 냉매의 양을 조절할 수 있는 가변팽창밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조 팽창장치는 소정 길이의 모세관을 구비하며, 상기 바이패스 냉매관의 중도에는 상기 바이패스 냉매관을 개폐하는 개폐밸브가 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이패스 냉매관의 상기 열교환챔버를 관통하는 부위는 열교환이 원활히 이루어질 수 있도록 코일 형상의 열교환부로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열교환챔버에는 적어도 일부가 상기 열교환부 내측에 배치되어열을 발생시켜 상기 열교환부를 가열하는 히터가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열교환챔버에는 그 외측을 감싸도록 배치되어 열을 발생시켜 상기 열교환부를 가열하는 히터가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 공기조화시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 공기조화시스템은 도 1과 2에 도시되어 있는 바와 같이, 실외에 배치되는 실외기(10)와 실내에 배치되는 실내기(20) 내에 히트펌프 사이클의 구성요소를 구비하여 이루어진다.

즉, 실외기(10)는 저온저압의 냉매를 흡입 압축하여 고온 고압상태로 토출하는 압축기(11)와 실외 공기와 열교환 하는 실외 열교환기(12)와 송풍력을 발생시켜 실외 공기가 실외 열교환기(12)와 열교환 하게 하는 실외팬(13)과 압축기(11) 의해 압축된 냉매를 감압팽창되게 하는 팽창장치(14)를 구비하며, 실내기(20)는 실내 공기와 열교환하는 실내 열교환기(21)와 송풍력을 발생시켜 실내 공기가 실내 열교환기(21)와 열교환하게 하는 실내팬(22)을 구비한다.

이러한 히트펌프 사이클의 구성요소는 냉매관(31, 32, 33, 34)들을 통해 폐회로로 연계되도록 되어 있으며, 압축기(11)의 토출측 냉매관(31)에는 난방운전 또는 냉방운전에 따라 냉매가 흐르는 방향을 전환하는 사방밸브(15)가 설치된다.

따라서 난방운전시에는 사방밸브(15)가 압축기(11)에서 토출된 고온 고압을 냉매를 실내 열교환기(21)로 안내하여 실내 열교환기(21)는 응축기의 역할을 수행하게 하고 실외 열교환기(12)는 증발기의 역할을 수행하게 하다가, 냉방운전시에는 사방밸브(15)가 압축기(11)에서 토출된 고온 고압의 냉매를 실외 열교환기(12)로 안내하여 실외 열교환기(12)는 응축기의 역할을 수행하게 하고 실내 열교환기(21)는 증발기의 역할을 수행하게 하는 것이다.

도 1에 도시된 화살표는 본 발명에 따른 공기조화시스템에서의 냉매 흐름을 나타내는 것으로, 실선은 난방운전시의 냉매 흐름을 나타내며, 점선은 냉방운전시의 냉매 흐름을 나타낸다.

또한, 난방운전시 냉매를 실내 열교환기(21)로부터 팽창장치(14)측으로 안내하는 냉매관(32)의 중도에는 실내 열교환기(21)로부터 압축기(11)로 복귀하는 냉매에 남아있는 열을 회수하기 위한 열회수장치(40)가 구비된다.

열회수장치(40)는 냉매관(32b)으로부터 분기된 바이패스 냉매관(41)과 바이패스 냉매관(41)의 중도에 마련된 보조 팽창장치(43)와, 내부에 바이패스 냉매관(41)이 관통하여 설치되어 열교환이 이루어지게 하는 열교환챔버(42)를 구비하여 형성된다.

열교환챔버(42)는 실내 열교환기(21)와 압축기(11)를 연결하는 냉매관(32)의 중도에 마련되는 것으로 냉매관(32)을 통해 실내 열교환기(21)측으로부터 냉매를 공급받아 내부에 배치된 바이패스 냉매관(41)을 통과하는 냉매를 가열한 후, 다시 냉매를 냉매관(32)을 통해 팽창장치(14)측으로 토출하도록 되어 있다.

바이패스 냉매관(41)은 열교환챔버(42)와 팽창장치(14) 사이의 냉매관(32)으로부터 분기되어, 실내 열교환기(21)로부터 팽창장치(14)측으로 이동하는 냉매의일부가 열교환챔버(42)를 통과하며 가열된 후 압축기(11)로 유입되게 하는 것으로, 열교환챔버(42) 내측에 배치되어 있는 부위는 열교환이 용이하게 이루어질 수 있도록 코일형상으로 밴딩되어 열교환부(41a)를 형성하도록 되어 있다.

보조 팽창장치(43)는 바이패스 냉매관(41)의 열교환부(41a) 이전에 설치되어 바이패스 냉매관(41)을 따라 이동하는 냉매가 열교환부(41a)에 도달하기 전에 감압팽창되게 함으로써 냉매가 열교환부(41a)에서 용이하게 열을 흡수할 수 있는 상태가 되게 하는 장치이다. 본 실시예에서 보조 팽창장치(43)는 그 개방정도를 조절하여 감압팽창되는 냉매의 양을 조절할 수 있는 가변팽창밸브로 이루어져 필요에 따라 보조 팽창장치(43)가 바이패스 냉매관(41)을 폐쇄할 수 있도록 되어 있는데, 이는 실외 공기의 온도가 일정이하로 하강했을 경우에만 보조 팽창장치(43)에 의해 냉매의 감압팽창이 이루어지도록 함으로써 열교환챔버(42)에서의 열교환이 선택적으로 이루어질 수 있게 하기 위한 것이다.

도 3a와 도 3b에는 본 발명의 제 2 실시예와 제 3 실시예에 따른 열회수장치가 각각 도시되어 있다.

본 발명의 제 2 실시예와 제 3 실시에에 따른 열회수장치(40)에는 도시되어 있는 바와 같이 바이패스 냉매관(41)을 따라 이동하는 냉매의 가열을 위해 히터(44a, 44b)가 배치된다.

히터(44a, 44b)는 공기조화시스템를 초기 구동시킬 경우 등, 실내 열교환기(21)로부터 팽창장치(14)측으로 이동하는 냉매에 충분한 열이 남아있지 않을 경우 바이패스 냉매관(41)을 따라 이동하는 냉매가 충분히 가열되지 않은 상태로 압축기(11)로 유입될 소지가 있으므로 이를 방지하기 위한 것으로, 제 2 실시예에서는 히터(44a)가 코일형상으로 형성된 바이패스 냉매관(41)의 열교환부(41a)의 중앙부를 관통하도록 설치되어 그 주위에 배치되어 있는 바이패스 냉매관(41)을 가열할 수 있게 되어 있으며, 제 3 실시예에서는 히터(44b)가 열교환챔버(42)의 외측을 감싸도록 설치되어 열교환챔버(42)를 가열하여 열교환챔버(42) 내부의 온도를 높여 바이패스 냉매관(41)을 가열할 수 있도록 되어 있다.

상기의 실시예들에서는 압축기(11)의 토출측 냉매관(31)에 사방밸브(15)가 마련되어 냉방 및 난방을 모두 수행할 수 있는 공기조화시스템을 예로써 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 난방만을 수행하는 온풍기 등의 공기조화시스템에도 그대로 적용되어질 수 있다.

또한, 상기의 실시예들에서는 보조 팽창장치(43)가 그 개방정도를 조절할 수 있는 가변팽창밸브로 이루어져 바이패스 냉매관(41)을 폐쇄할 수 있도록 되어 있으나 이에 한정하지 않고, 도 4에 본 발명의 제 4 실시예로써 도시되어 있는 바와 같이 보조 팽창장치(43)를 소정길이의 모세관으로 구성하고 바이패스 냉매관(41)의 중도에 바이패스 냉매관(41)을 개폐하는 개폐밸브(45)를 배치하여 개폐밸브(45)에 의해 바이패스 냉매관(41)이 개폐되도록 함으로써 모세관으로 이루어진 보조 팽창장치(43)에서 선택적으로 냉매의 감압팽창이 이루어지도록 하는 것도 가능하다.

다음은 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공기조화시스템의 동작 및 작용효과를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 공기조화시스템이 난방운전을 수행할 경우, 사방밸브(15)는압축기(11)에서 압축된 고온 고압의 냉매를 실내 열교환기(21)로 안내한다. 고온 고압의 냉매는 실내 열교환기(21)에서 실내팬(22)에 의해 실내 공기와 열교환하며 실내의 난방이 이루어지게 한 후, 실내 열교환기(21)와 팽창장치(14)를 연결하는 냉매관(32)을 따라 팽창장치(14)측으로 이동한다.

이 때, 실내 열교환기(21)와 팽창장치(14)의 사이에는 열회수장치(40)가 마련되어 있으므로, 실내 열교환기(21)로부터 팽창장치(14)측으로 이동하는 냉매에 남아있는 열은 열회수장치(40)에 의해 회수된다.

즉, 냉매는 실내 열교환기(21)로부터 팽창장치(14) 사이를 연결하는 냉매관(32)을 따라 이동하다가, 열교환챔버(42) 내에 유입되어 열교환챔버(42) 내부에 마련되어 있는 바이패스 냉매관(41)의 열교환부(41a) 내의 냉매를 가열한 후, 열교환챔버(42)로부터 토출되어 다시 팽창장치(14)측으로 이동한다. 팽창장치(14)와 열교환챔버(42) 사이에는 바이패스 냉매관(41)이 마련되어 있으므로, 일부 냉매는 팽창장치(14)에 의해 감압팽창된 후 실외 열교환기(12)로 안내되고, 나머지 냉매는 바이패스 냉매관(41)에 의해 보조 팽창장치(43)로 안내되어 보조 팽창장치(43)에 의해 감압팽창된 후 바이패스 냉매관(41)을 따라 열교환챔버(42)를 통과한다. 이 때, 냉매는 팽창장치(14)에 의해 감압팽창되어 용이하게 열을 흡수할 수 있는 상태이므로 열교환챔버(42)를 통과하며 열을 흡수한 후, 바이패스 냉매관(41)을 따라 압축기(11)로 이동을 계속한다. 따라서, 실내 열교환기(21)에서 실내로 방출되지 않고 냉매에 남아 있던 열의 일부는 열회수장치(40)에 의해 회수되어 다시 실내를 난방하는데 사용된다.

또한, 본 발명의 제 2 실시예와 제 3 실시예에 제시되어 있는 바와 같이 열회수장치(40)에 히터(44)가 배치되어 있을 경우, 실내 열교환기(21)로부터 팽창장치(14)측으로 이동하는 냉매에 충분한 열이 남아있지 않을 때에도 히터(44)에 의해 열교환챔버(42)와 바이패스 냉매관(41)을 통과하는 냉매가 가열된 후 압축기(11)로 유입되므로 실내공간의 난방효율은 향상된다.

또한, 이와 같이 히터(44a, 44b)에 의해 열교환챔버(42) 내부의 냉매가 가열되면 전체 공기조화시스템의 내부 압력이 상승하고 그에 따라 압축기(11)로 흡입되는 냉매의 양이 증가하여 냉매의 압축이 보다 효율적으로 이루어져 난방운전효율은 향상된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화시스템은 실내 열교환기와 팽창장치를 연결하는 냉매관에는 열회수장치가 마련되어 있으므로, 실내 열교환기에서 팽창장치측으로 이동하는 냉매에 남아있는 열이 열회수장치에 의해 회수되어 다시 실내공간의 난방을 위해 사용되어지므로 난방효율이 향상되는 작용효과가 있다.

Claims (9)

1. 압축기와, 팽창장치와, 실내 열교환기와, 실외 열교환기와, 상기 압축기와 상기 팽창장치와 상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기를 폐회로로 연결하는 다수의 냉매관을 포함하는 공기조화시스템에 있어서,

   상기 실내 열교환기와 상기 팽창장치를 연결하는 냉매관의 중도에 난방운전 시 상기 실내 열교환기에서 상기 팽창장치측으로 이동하는 냉매에 남아있는 열을 회수하는 열회수장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열회수장치는 상기 실내 열교환기로부터 상기 팽창장치측으로 이동하는 냉매의 일부를 감압팽창시켜 상기 실내 열교환기로부터 상기 팽창장치측으로 이동하는 냉매로부터 열을 흡수하도록 한 후 상기 압축기로 안내함으로써 상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기 사이를 통과하는 냉매에 남아있는 열을 회수하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 압축기의 토출측에는 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 실내 열교환기와 상기 실외 열교환기 중 어느 일측으로 안내하여 난방운전과 냉방운전을 전환하여 수행될 수 있게 하는 사방밸브가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 열회수장치는 상기 실내 열교환기와 상기 팽창장치를 연결하는 냉매관의 중도에 마련된 열교환챔버와, 상기 열교환챔버와 상기 팽창장치를 연결하는 냉매관으로부터 분기되며 상기 열교환챔버를 관통하여 압축기에 연결되는 바이패스 냉매관과, 상기 열교환챔버의 바이패스 냉매관에 설치되는 보조 팽창장치를 구비한 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 보조 팽창장치는 그 개방정도를 조절하여 감압팽창되는 냉매의 양을 조절할 수 있는 가변팽창밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 보조 팽창장치는 소정 길이의 모세관을 구비하며,

   상기 바이패스 냉매관의 중도에는 상기 바이패스 냉매관을 개폐하는 개폐밸브가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 바이패스 냉매관의 상기 열교환챔버를 관통하는 부위는 열교환이 원활히 이루어질 수 있도록 코일 형상의 열교환부로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
8. 제 4항에 있어서,

   상기 열교환챔버에는 적어도 일부가 상기 열교환부 내측에 배치되어 열을 발생시켜 상기 열교환부를 가열하는 히터가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
9. 제 4항에 있어서,

   상기 열교환챔버에는 그 외측을 감싸도록 배치되어 열을 발생시켜 상기 열교환부를 가열하는 히터가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.