KR20100046694A - 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기 - Google Patents

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황준현
김원석
장용희
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 다수 실내기와 분배기 사이에 실내기의 개수와 대응되는 유량조절밸브를 구비하고, 냉방 및 난방 동시 운전시에 다수 유량조절밸브의 개도 조절이 가능하도록 한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기에 관한 것이다.
본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기(110) 및 물과 냉매를 열교환하는 수냉매열교환기(120)가 구비된 실외기(100)와; 상기 수냉매열교환기(120)에서 물과 열교환된 냉매와 실내 공기를 열교환하는 공냉매열교환기(210)와, 냉매 압력을 감압하는 팽창밸브(220)가 구비된 다수의 실내기(200)와; 상기 실외기(100)와 실내기(200) 사이에 구비되어 냉매 흐름을 제어하는 분배기(300)와; 상기 다수 팽창밸브(220)와 분배기(300) 사이에 구비되고 상기 다수 실내기(200)에 각각 대응되어 실내기(200)의 운전 모드에 따라 개도가 조절되는 유량조절밸브(240)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 열교환 효율이 향상되는 이점이 있다.
히트펌프, 수열교환, 공기조화기, 동시 운전, 유량조절밸브

Description

히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기 {A water heat exchanging type air conditioner associated with heat pump}
도 1 은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 구성도.
도 2 는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 실외기 내부 구성을 나타낸 상세 구성도.
도 3 은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 냉방전실 운전시 냉매유동을 보인 동작 구성도.
도 4 는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 냉방주체 운전시 냉매유동을 보인 동작 구성도.
도 5 는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 난방전실 운전시 냉매유동을 보인 동작 구성도.
도 6 은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 난방주체 운전시 냉매유동을 보인 동작 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100. 실외기 110. 압축기
112. 압축기토출온도센서 120. 수냉매열교환기
200. 실내기 240. 유량조절밸브
300. 분배기 400. 동작제어수단
본 발명은 다수 실내기와 분배기 사이에 실내기의 개수와 대응되는 유량조절밸브를 구비하고, 냉방 및 난방 동시 운전시에 다수 유량조절밸브의 개도 조절이 가능하도록 구성하여 열교환 효율이 향상되도록 한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화기는 실내의 더운 공기를 흡입하여 저온의 냉매로 열교환한 후 이를 실내로 토출하는 반복작용에 의해 실내를 냉방시키거나 또는 반대작용에 의해 실내를 난방시키는 냉/난방 시스템으로서, 압축기-응축기-팽창밸브-증발기로 이루어져 일련의 냉매 사이클을 형성하는 기기이다.
근래에는 삶의 질 향상과 고객의 요구에 부응하여 냉난방 외에 실내의 오염된 공기를 흡입하여 필터링한 후 청정공기로 만들어 실내로 재투입하는 공기정화기능과, 다습한 공기를 건습공기로 만들어 실내로 재투입하는 제습기능 등 여러 가지 부가적인 기능을 겸하고 있다.
그리고 공기조화기는 실외측과 실내측이 각각 분리되어 설치되는 분리형 공기조화기와, 실외측과 실내측이 일체로 설치되는 일체형 공기조화기로 크게 나눌 수 있으며, 설치공간이나 소음 등을 고려하여 분리형 공기조화기가 선호되고 있는 추세이다.
또한, 실내 공기를 조화시에 과다하게 발생되는 전력 소비량을 감소시키기 위한 대안으로 수열교환식 공기조화기가 선호되고 있으며, 활발한 연구 개발이 진행되고 있다.
상기 수열교환식 공기조화기는 냉매가 실외 공기에 의해 열교환되는 일반적인 공기조화기의 열교환기와는 달리, 물과 냉매가 서로 혼합되지 않은 상태로 유동하면서 서로 열교환되도록 하는 수냉매열교환기가 구비되며, 상기 수냉매열교환기에서 열교환된 냉매가 냉매 사이클의 일부를 이루도록 구성된다.
그러나, 이러한 구성을 가지는 종래의 수열교환식 공기조화기에는 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 상기 수열교환식 공기조화기는 다수 실내 공간을 동일한 모드로 운전하게 된다.
즉, 다수 실내기가 모두 냉방 모드로 운전되거나, 모두 난방모드로 운전된다.
따라서, 공기조화기의 사용편의성 및 열교환 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 다수 실내 공간의 공기조화 모드가 냉방 및 난방 동시에 수행될 수 있도록 한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 다수 실내기와 분배기 사이에 실내기의 개수와 대응되는 유량조절밸브를 구비하고, 냉방 및 난방 동시 운전시에 다수 유량조절밸브의 개도를 조절하여 냉방 및 난방 운전 효율이 모두 향상되도록 한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기 및 물과 냉매를 열교환하는 수냉매열교환기가 구비된 실외기와; 상기 수냉매열교환기에서 물과 열교환된 냉매와 실내 공기를 열교환하는 공냉매열교환기와, 냉매 압력을 감압하는 팽창밸브가 구비된 다수의 실내기와; 상기 실외기와 실내기 사이에 구비되어 냉매 흐름을 제어하는 분배기와; 상기 다수 팽창밸브와 분배기 사이에 구비되고 상기 다수 실내기에 각각 대응되어 실내기의 운전 모드에 따라 개도가 조절되는 유량조절밸브를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 유량조절밸브는, 상기 다수 실내기가 동일한 모드로 운전하는 경우에는 동일한 개도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 유량조절밸브는, 상기 실내기의 개수(n)에 대하여 (n/2)개를 초과하는 운전모드로 동작하는 실내기에 대응하는 경우 최대개도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 유량조절밸브는, 상기 실내기의 개수(n)에 대하여 냉방운전모드로 동작하는 실내기와 난방운전모드로 동작하는 실내기가 각각 (n/2)개인 경우 동일한 개도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 압축기는 다수 유량조절밸브의 개도량에 따라 냉매압축량을 증감하는 것을 특징으로 한다.
상기 유량조절밸브는 전자팽창밸브(LEV:linear expansion valve)인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 가지는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기에 따르면, 냉방 및 난방 동시 모드로 운전시에 열교환 효율이 향상되는 이점이 있다.
이하 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 구성을 설명한다.
도 1에는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 구성도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기는 하나 이상의 실외기(100)와, 다수의 실내기(200)를 포함하여 구성되며, 상기 실내기(200)와 실외기(100) 사이에는 냉매 유동을 제어하는 분배기(300)를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 실내기(200)와 실외기(100) 중 어느 하나의 일측에는 상기 실내기(200)와 실외기(100)의 동작을 제어하기 위한 동작제어수단(400)이 구비된다.
상기 실외기(100)에는 작동 유체인 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(110)와, 냉매와 물을 열교환하는 수냉매열교환기(120)와, 액상의 냉매를 저장하는 어큐뮬레이터(130), 실외전자밸브(104) 등이 구비된다.
따라서, 상기 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기가 동작시에 상기 수냉매열교환기(120) 내부는 물이 경유하게 되므로 동절기의 급격한 기온 강하로 인한 동파를 방지할 수 있도록 실내 공간의 별도 장소에 설치된다.
그리고, 상기 수냉매열교환기(120)를 경유하는 물은 폐회로를 이루는 수회 로(102)를 따라 이동하게 된다.
상기 수회로(102)에는 보일러나 냉각기 등의 별도 수회로용장치(104)가 더 구비될 수 있다.
즉, 상기 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기가 설치된 장소의 기후 특색에 따라 보일러나 냉각기가 선택적으로 설치될 수 있다.
예컨대 더운 지역에 설치된 경우 수냉매열교환기(120)는 응축기로 사용되어지는 기간이 길어지게 되므로 수냉매열교환기(120)의 열교환 효율을 높이기 위하여 냉각기가 설치되어야 하며, 추운 지역에 설치된 경우 수냉매열교환기(120)는 증발기로 사용되어지는 기간이 길어지게 되므로 수냉매열교환기(120)의 열교환 효율을 높이기 위하여 보일러가 연결되어야 함이 바람직하다.
상기 실내기(200)는 건물의 실내에 설치되어 공기조화를 위한 공간으로 직접 공기를 토출하는 것으로, 다수 실내 공간에 각각 구비되어 동시에 냉방 또는 난방을 수행하게 된다.
그리고, 상기 실내기(200) 내부에는 공냉매열교환기(210)와 팽창밸브(220) 등이 구비됨이 일반적이다.
상기 실외기(100)와 분배기(300) 사이에는 액체 냉매가 흐르는 단일 배관인 액관(105)과, 고압의 기체 냉매가 흐르는 고압기관(106) 그리고 저압의 기체 냉매가 흐르는 저압기관(108)이 연통되게 설치된다.
상기 실내기(200)에는 액체 냉매가 흐르는 실내액관(230)과, 기체 냉매가 흐르는 실내기관(240)이 각각 구비되며, 상기 실내액관(230)과 실내기관(240)은 액 관(105)과 고압기관(106) 및 저압기관(108)과 분배기(300)에 의해 연통되도록 연결된다.
상기 실내기(200)는 본 발명의 실시예에서 다수개가 설치되며, 상기 다수 실내기(200)는 모두 동일한 운전 모드로 동작하거나, 서로 다른 운전 모두가 동시에 실시되는 동시 운전 모드로 동작될 수 있다.
즉, 상기 실내기(200)는 본 발명의 실시예에서 제1실내기(200a), 제2실내기(200b), 제3실내기(200c) 및 제4실내기(200d)를 포함하여 구성되며, 상기 다수 실내기 내부에는 각각 제1공냉매열교환기(210a), 제2공냉매열교환기(210b), 제3공냉매열교환기(210c) 및 제4공냉매열교환기(210d)가 구비된다.
또한, 상기 다수 실내기 내부에는 제1팽창밸브(220a), 제2팽창밸브(220b), 제3팽창밸브(220c) 및 제4팽창밸브(220d)가 각각 구비된다.
뿐만 아니라, 상기 다수 실내기(200) 내부에는 공기조화기의 운전 모드에 따라 개도가 조절되어 냉매 유량을 제어하기 위한 유량조절밸브(240)가 구비된다.
상기 유량조절밸브(240)는 전자팽창밸브(LEV:linear expansion valve)가 적용되고 팽창밸브(220)와 분배기(300) 사이에 위치하며, 상기 다수 실내기(200)에 각각 대응되도록 구성된 것으로, 제1유량조절밸브(240a), 제2유량조절밸브(240b), 제3유량조절밸브(240c) 및 제4유량조절밸브(240d)를 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 제1실내기(200a)는 냉방모드로 운전되고 상기 제1실내기(200a)를 제외한 나머지 실내기가 난방모드로 운전하는 경우 상기 실내기(200)의 개수(n)에 대하여 (n/2)개를 초과하는 운전모드로 동작하는 실내기(제2실내기(200b), 제3 실내기(200c) 및 제4실내기(200d))에 대응하는 제2유량조절밸브(240b), 제3유량조절밸브(240c) 및 제4유량조절밸브(240d)는 최대개도를 유지한다.
반대로 상기 제1실내기(200a)에 대응하는 제1유량조절밸브(240a)는 개도가 감소하게 된다.
따라서, 상기 공기조화기가 운전시에 주체적으로 운전하는 모드에 해당하는 유량조절밸브(240)의 개도를 증가시켜 냉매의 유량을 증가시킴으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
물론 상기 다수 실내기(200)가 모두 냉방 모드로 운전되거나, 난방모드로 운전되는 경우 상기 제1유량조절밸브(240a), 제2유량조절밸브(240b), 제3유량조절밸브(240c) 및 제4유량조절밸브(240d)는 동일한 개도를 갖게 되며, 동작하는 실내기의 개수 증감에 따라 상기 압축기(110)의 냉매압축량은 증감하게 된다.
한편, 상기 분배기(300)는 에이치알유니트(Heat Recovery Unit)라고도 불리는 것으로, 도시되진 않았지만 내부에는 다수의 관이 구비되고 이러한 관에는 다수의 밸브가 설치된다.
이하 상기 실외기(100)의 구성을 첨부된 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 실외기 내부 구성을 나타낸 상세 구성도가 도시되어 있다.
도면과 같이, 상기 압축기(110)는 냉매를 압축하여 고온 고압이 되도록 하는 것으로, 압축용량이 가변되는 가변속 열펌프(Variable Speed Heat Pump)인 인버터압축기(110)가 적용된다.
그리고, 상기 압축기(110)는 공기조화기의 용량 및 연결되는 실내기(200)의 개수에 따라 정속압축기를 추가로 더 구비할 수도 있다.
상기 압축기(110)의 출구측에는 압축기(110)로부터 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 압축기토출온도센서(112) 및 오일분리기(114)가 각각 구비된다. 상기 오일분리기(114)는 압축기(110)로부터 배출되는 냉매 속에 섞여 있는 오일을 걸러내어 다시 압축기(110)로 회수되도록 한다.
즉, 상기 압축기(110)의 구동시에 발생되는 마찰열을 냉각시키기 위해 사용되는 오일(oil)이 냉매와 더불어 압축기(110)의 출구로 배출되는데, 이러한 냉매속의 오일을 상기 오일분리기(114)에서 분리하여 오일회수관(116)을 통해 압축기(110)로 되돌려 보내는 것이다.
그리고 상기 오일분리기(114)의 출구측에는 체크밸브(118)가 더 설치되어 냉매의 역류를 방지한다.
상기 오일회수관(116) 일측에는 전자식오일회수관(140)이 더 구비된다. 상기 전자식오일회수관(140)은 오일회수관(116)을 통해 오일의 회수가 원활하지 않을 때 선택적으로 개방된다.
즉, 상기 전자식오일회수관(140)에는 전자밸브(142)가 구비되며, 상기 전자밸브(142)는 압축기(110)의 운전용량이 높아질 때 전자식오일회수관(140)을 선택적으로 개방하게 된다.
보다 상세하게는 상기 압축기(110)가 높은 압축비로 작동시에 압축기(110)로부터 압축되어 토출되는 냉매에는 보다 많은 오일이 포함된다.
따라서, 상기 오일회수관(116)만으로는 오일분리기(114)에서 분리된 오일을 압축기(110)로 회수하기에는 역부족이므로, 상기 전자밸브(142)가 개방되어 상기 전자식오일회수관(140)을 통해 보다 효율적으로 오일의 회수가 가능하도록 한다.
상기 오일분리기(114)는 배관에 의해 사방밸브(150)와 연통되도록 연결된다. 상기 사방밸브(150)는 냉, 난방 운전에 따라 냉매의 흐름 방향을 바꾸어 주도록 설치되는 것으로, 각각의 포트는 압축기(110)의 출구(또는 오일분리기), 압축기(110)의 입구(또는 어큐뮬레이터), 수냉매열교환기(120) 및 실내기(200)와 연결된다.
따라서, 상기 압축기(110)로부터 토출된 냉매는 한곳으로 모아진 다음, 상기 사방밸브(150)로 유입되는데, 이러한 사방밸브(150)의 입구에는 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 압력을 체크하는 고압센서(118)가 설치된다.
상기 사방밸브(150)의 우측에는 핫가스(hot gas)관(132)이 구비된다. 상기 핫가스관은 오일분리기(114)에서 사방밸브(150)로 유입되는 냉매의 일부가 상기 어큐뮬레이터(130)로 바로 투입될 수 있도록 하는 구성이다.
즉, 상기 핫가스관(132)은 공기조화기의 운전 중에 어큐뮬레이터(130)로 유입되는 저압의 냉매 압력을 높일 필요가 있는 경우에 압축기(110) 토출구측의 고압 냉매가 압축기(110) 입구측으로 직접 공급될 수 있도록 하는 것으로, 핫가스밸브(134)가 설치되어 선택적으로 개폐된다.
상기 압축기(110) 하측에는 실외과냉각기(160)가 구비된다. 상기 실외과냉각기(160)는 아래에서 상세히 설명할 수냉매열교환기(120)에서 열교환된 냉매를 더욱 냉각되도록 하는 것으로, 수냉매열교환기(120)의 출구측에 연결되는 액관(105)의 임의 위치에 형성된다.
상기 실외과냉각기(160)는 이중관으로 형성된다. 즉 상기 실외과냉각기(160)는 액관(105)과 연통되는 내측관(미도시)과, 상기 내측관과 분리되고 아래에서 설명할 역이송관(162)과 연통하는 외측관(미도시)을 포함하여 구성된다.
한편 상기 실외과냉각기(160)의 출구에는 역이송관(162)이 구비된다. 상기 역이송관(162)은 수냉매열교환기(120)로부터 토출되어 액관(105)을 통해 유동하는 냉매가 외측관으로 유입되어 역류되도록 안내하는 역할을 한다.
그리고, 상기 역이송관(162)에는 액체 냉매를 팽창에 의해 저온의 기체 냉매로 변환시키는 과냉각팽창밸브(164)가 설치된다. 그리고 상기 과냉각팽창밸브(164)는 역이송관(162)을 통해 역류되는 냉매의 양을 조절할 수 있게 된다.
또한, 상기 실외과냉각기(160)를 통과한 냉매는 사용자가 원하는 온도로 변경 가능하다. 그리고, 상기 역이송관(162)을 통해 역류하는 냉매의 양이 많아질수록 상기 실외과냉각기(160)를 통과한 냉매의 온도는 낮아지게 된다.
이와 같이, 상기 수냉매열교환기(120)로부터 토출되는 액냉매는 상기 실외과냉각기(130)를 통과하면서 열전도에 의해 더욱 냉각되어 실내기(200)로 공급되며, 상기 실외과냉각기(130)의 외측관(도시되지 않음)으로부터 토출되는 역류냉매는 아래에서 설명할 어큐뮬레이터(132)를 거쳐 상기 압축기(110)로 다시 공급되어 순환된다.
한편 상기 실외과냉각기(130)의 출구에는 실외기(100)로부터 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 액관온도센서(166)가 설치되고, 상기 과냉각팽창밸브(164)의 출구에는 과냉각입구센서(168)가 구비되어 실외과냉각기(160)로 유입되는 역류냉매의 온도를 측정하며, 상기 실외과냉각기(160)로부터 배출되는 역이송관에는 과냉각출구센서(169)가 구비된다.
상기 과냉각팽창밸브(164) 우측에는 드라이어(161,drier)가 구비된다. 상기 드라이어는 액관(105)을 흐르는 냉매 속에 함유된 수분을 제거하는 역할을 수행한다.
상기 드라이어(161) 상측에는 어큐뮬레이터(130)가 구비된다. 상기 어큐뮬레이터(130)는 액냉매를 걸러내어 기체상태의 냉매만 압축기(110)로 유입되도록 한다.
즉, 상기 실내기(200)로부터 유입되는 냉매 중 기체로 증발되지 못하고 액상으로 남아있는 냉매가 상기 압축기(110)로 직접적으로 유입되면, 냉매를 고온 고압의 기체 상태로 압축하는 압축기(110)에 부하가 증가되어 손상을 야기하게 된다.
따라서, 상기 어큐뮬레이터(130) 내부로 유입된 냉매 중 미처 증발되지 못하고 액체 상태로 남아있는 냉매는 기상의 냉매보다 상대적으로 무겁기 때문에 어큐뮬레이터(130)의 하부에 저장되고, 상부의 기상 냉매만 압축기(110)로 유입된다.
상기 어큐뮬레이터(130)의 입구측에는 흡입되는 냉매의 온도를 측정하기 위한 흡입배관온도센서(136)와 냉매의 압력을 체크하는 저압센서(138)가 구비된다.
한편, 상기 실외기(100)의 내부 좌측 상부에는 동작제어수단(400)이 구비된다. 상기 동작제어수단(400)은 실내기(200) 및 실외기(100)의 동작을 제어하기 위한 구성으로, 도시되진 않았지만 내부에는 인쇄회로기판(PCB) 전압트랜스, 커패시 터 등의 제어부품이 구비된다.
또한 상기 동작제어수단(400)은 전술한 유량조절밸브(240)의 개도를 조절하는 역할도 동시에 수행한다.
상기 동작제어수단(400)의 유량조절밸브(240) 개도 조절 작용은 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 냉방주체 및 난방주체 운전모드 설명시에 상세히 하기로 한다.
상기 실외전자밸브(104) 좌측에는 냉방전용배관(170)이 더 구비된다. 상기 냉방전용배관(170)은 공기조화기가 냉방 모드로 운전시에 수냉매열교환(120)에서 응축된 냉매가 유동하도록 구성된 것으로, 상기 냉방전용배관(170)에는 냉방밸브(172)가 설치되어 선택적으로 개방된다.
상기 냉방전용배관(170) 우측에는 리시버(180)가 구비된다. 상기 리시버(180)는 수냉매열교환기(120)를 경유하면서 응축된 액상의 냉매를 저장하는 것으로, 상기 수냉매열교환기(120)와 분배기(300) 사이에 연통되게 설치된다.
한편, 상기 리시버(180) 상측에는 수냉매열교환기(120)가 구비된다. 상기 수냉매열교환기(120)는 본 발명의 요부 구성으로서 공냉매열교환기(210)와 상반된 기능을 수행한다. 즉, 상기 수냉매열교환기(120)가 증발기로 작용하면 공냉매열교환기(210)는 응축기 기능을 수행하게 된다.
그리고, 상기 수냉매열교환기(120)는 물과 냉매간의 열교환이 일어나도록 판형열교환기로 이루어진다. 즉, 상기 수냉매열교환기(120)는 다수개의 박판(薄板)이 일정 간격으로 이격 형성되어, 냉매와 물이 유동하는 공간이 분리되어 형성되는 판 형열교환기로 구성된다.
상기 판형열교환기로 이루어지는 수냉매열교환기(120)는 도면과 같이 직립된 상태로 설치된다.
상기 수냉매열교환기(120)의 좌측에는 입수관(121)과 출수관(122)이 구비된다. 상기 입수관(121)은 전술한 수회로용장치(104)를 경유한 물이 수냉매열교환기(120)로 유입되도록 안내하는 것으로, 상기 수냉매열교환기(120)의 하측에 위치한다.
그리고, 상기 수냉매열교환기(120)의 좌측면 상측에는 출수관(122)이 구비된다. 상기 출수관(122)은 입수관을 통해 수냉매열교환기(120) 내부로 유입되어 경유한 물이 수회로용장치(104)로 회수되도록 하는 역할을 수행한다.
상기 수냉매열교환기(120)의 우측에는 냉매의 입/출을 안내하는 냉매관(125)이 구비된다. 상기 냉매관(125)은 수냉매열교환기(120)의 우측면 상부에 위치한 제1냉매관(126)과, 우측면 하부에 위치한 제2냉매관(127)을 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 제1냉매관(126)과 제2냉매관(127)은 공기조화기의 운전 모드에 따라 냉매의 유동 방향을 서로 다르게 안내하게 된다.
즉, 상기 수냉매열교환기(120)가 증발기로 사용되는 경우 상기 제1냉매관(126)은 수냉매열교환기(120) 내부로 냉매 유동을 안내하게 되며, 수냉매열교환기(120)가 응축기로 사용되는 경우 상기 제2냉매관(127)은 수냉매열교환기(120) 내부로 냉매 유동을 안내하게 된다.
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교 환식 공기조화기의 작용을 도 3을 참조하여 냉방전실모드를 예로 들어 설명한다.
도 3에는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 냉방전실 운전시 냉매유동을 보인 동작 구성도가 도시되어 있다.
먼저 상기 다수 실내기(200)는 모두 냉방을 위해 사용되며, 상기 실외기(100)의 냉매유동을 살펴보면, 상기 실내기(200)로부터 유입되는 기체냉매는 압축기(110)로부터 압축된 다음 토출되며, 압축기(110)로부터 토출되는 냉매에 포함된 오일은 오일분리기(114)를 통과하면서 분리되어 압축기(110)로 회수된다.
즉 상기 압축기(110)에서 냉매가 압축되면서 오일(oil)이 냉매속에 섞이게 되는데, 이러한 오일은 액체상태이고 냉매는 기체상태이므로 기액분리기인 오일분리기(114)에서 분리된다.
상기 오일분리기(114)를 통과한 냉매는 상기 사방밸브(150)를 거쳐 상기 수냉매열교환기(120)로 유입된다. 상기 수냉매열교환기(120)는 응축기(냉방 모드일때)로 작용하므로, 냉매는 수냉매열교환기(120)를 경유하는 물을 통해 냉각되어 액냉매가 된다.
상기 수냉매열교환기(120)로부터 배출되는 냉매는 상기 냉방전용배관(170)을 통과한다. 즉 냉방전실운전시에는 상기 냉방밸브(172)가 오픈(open)되어 있으므로, 상기 수냉매열교환기(120)를 통과한 냉매는 상기 실외전자밸브(104)를 통과하지 않고 냉방전용배관(170)을 통과하게 된다.
그리고 냉방전실운전시에는 상기 과냉각팽창밸브(164)가 개방되어 실외과냉각기(160)가 작동한다. 따라서 상기 냉방전용배관(170)을 통과한 냉매는 실외과냉 각기(160)에서 더욱 냉각되어 액냉매가 된다.
상기 실외과냉각기(160)를 통과한 냉매는 냉매중에 포함된 수분을 제거하는 드라이어(Drier,)를 거친 다음, 상기 액관(105)을 통해 분배기(300)로 유입된다.
상기 분배기(300)로 유입된 냉매는 상기 다수 실내기(200)로 분배되어 공급된다.
상기의 각 실내기(200)로 유입된 냉매는 상기 팽창밸브(220)에서 팽창되어 감압되고, 각 공냉매열교환기(210)에서 열교환을 하게 된다. 이때 공냉매열교환기(210)는 모두 증발기의 역할을 하므로, 냉매는 열교환을 통해 저압가스가 된다.
상기 공냉매열교환기(210)로부터 배출되는 냉매는 상기 유량조절밸브(240)를 경유한 후 다시 분배기(300)로 유입된다.
이때 상기 유량조절밸브(240)는 다수 실내기(200)가 모두 동일한 모드(냉방모드)로 운전되고 있으므로 동일한 개도를 가진다.
상기 분배기(300)를 경유한 냉매는 저압기관(108)을 통해 상기 어큐뮬레이터(130)로 유입된다.
상기 어큐뮬레이터(130)에서는 미처 증발되지 못한 액체상태의 냉매는 걸러지고, 기체상태의 냉매만 선별되어 상기 압축기(110)로 공급된다. 이와 같은 과정을 거쳐 하나의 사이클(cycle)이 완성된다.
한편 상기와 같은 냉방전실운전시에는 상기 압축기(110)로부터 토출되는 고압냉매의 일부는 상기 고압기관(106)으로도 일부 이동된다. 그러나 상기 고압기관(106)을 통한 냉매의 유동은 분배기(300)에서 차단된다.
이하에서는 공기조화기의 냉방주체운전시 동작 상태를 첨부된 도 4를 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시예의 냉방주체운전시에는 상기 다수 실내기(200) 중 제2실내기(200b), 제3실내기(200c) 및 제4실내기(200d)는 냉방모드로 작동되고, 상기 제1실내기(200a)만 난방으로 작동된다.
이를 위해 상기 동작제어수단(400)은 다수 유량조절밸브(240) 중 제2유량조절밸브(240b), 제3유량조절밸브(240c) 및 제4유량조절밸브(240d)의 개도를 최대로 제어하고, 상기 제1유량조절밸브(240a)는 개방 상태는 감소시키게 된다.
따라서, 상기 다수 실내기(200)가 냉방 또는 난방으로 동시 운전하더라도 냉방주체 운전하는 실내기(200)의 개수가 전체 실내기의 개수(n)에 대하여 (n/2)을 초과하므로 이에 대응하는 제2유량조절밸브(240b), 제3유량조절밸브(240c) 및 제4유량조절밸브(240d)는 최대 개도를 유지함으로써 냉매의 유량을 조절하게 된다.
상기 실외기(100)에서는 압축기(110)로부터 토출되는 냉매는 상기 오일분리기(114)를 통과하면서 오일(oil)이 분리되어 상기 압축기(110)로 회수된다.
상기 오일분리기(114)를 통과한 냉매는 상기 사방밸브(150)를 거쳐 상기 수냉매열교환기(120)로 유입된다. 상기 수냉매열교환기(120)는 응축기(냉방 모드일때)로 작용하므로, 냉매는 내부를 경유하는 물과 열교환되어 액냉매가 된다.
상기 수냉매열교환기(120)로부터 배출되는 냉매는 상기 실외전자밸브(104)를 통과한다. 이때 상기 냉방전용배관(170)은 냉방밸브(172)에 의해 차단된다. 그리고 상기 과냉각팽창밸브(164)는 오프(off)되어 있으므로 냉매는 상기 액관(105) 을 통해 분배기(300)로 유입된다.
상기 분배기(300)를 경유한 냉매는 상기 제1,2,3,4실내기(200a,200b,200c,200d)로 유입된다.
이때, 상기 제1실내기(200a)로 유입되는 냉매는 분배기(300)에 의해 실내기관(240)으로 안내되어 제1공냉매열교환기(210a), 제1팽창밸브(220a), 제1유량조절밸브(240a)를 순차적으로 경유하게 되며, 상기 2,3,4실내기(200b,200c,200d)로 유입되는 냉매는 분배기(300)에 의해 실내액관(230)으로 안내되어 제2,3,4유량조절밸브(240b,240c,240d), 제2,3,4팽창밸브(220b,220c,220d), 제2,3,4공냉매열교환기(210b,220c,220d)를 순차적으로 경유하게 된다.
이때 상기 제2,3,4실내기(200b,200c,200d)는 냉방모드로 운전하게 되며, 상기 제1실내기(200a)는 난방모드로 운전하게 된다.
상기 제1,2,3,4실내기(200a,200b,200c,200d)를 통과한 냉매는 다시 분배기(300)로 유입되며, 상기 분배기(300)를 경유한 냉매는 실외기(100)로 유입되어 어큐뮬레이터(130)로 들어간다.
상기 어큐뮬레이터(132)에서는 미처 증발되지 못한 액체상태의 냉매는 걸러지고, 기체상태의 냉매만 선별되어 상기 압축기(110)로 공급된다. 이와 같은 과정을 거쳐 하나의 사이클(cycle)이 완성된다.
이하에서는 공기조화기의 난방전실운전시 동작 상태를 첨부된 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5에는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 난방전실 운전시 냉매유동을 보인 동작 구성도가 도시되어 있다.
공기조화기가 난방전실 운전시에 상기 다수 실내기(200)들은 모두 난방을 위해 사용된다. 그리고 상기 냉방전실운전시의 상태 설명에서 각 부품의 기능을 설명하였으므로 이하에서는 세부적인 각 부품의 기능은 생략한다.
우선, 상기 실외기(100)에서의 냉매유동을 살펴보면 상기 압축기(110)로부터 토출되는 냉매는 오일분리기(114)를 통과하여 고압기관(106)을 통해 분배기(300)로 유입된다.
상기 분배기(300)로 유입된 냉매는 실내기관(240)을 통해 실내기(200) 내부로 공급된다.
상기 실내기(200) 내부의 공냉매열교환기(210)를 통과하는 냉매는 입수관(121)을 통해 유입되는 물과 열교환되어 응축된다.
즉 난방의 경우에 상기 공냉매열교환기(210)는 응축기로 작용하여 발열에 의해 내부 공기를 따뜻하게 하게 된다.
그리고 상기 팽창밸브(220)는 모두 개방되어 있으므로, 공냉매열교환기(210)를 통과하면서 액상으로 바뀐 냉매는 실내액관(230)을 통해 분배기(300)로 유입된다.
상기 분배기(300)에서의 액냉매는 액관(105)을 통해 실외기(100)로 유입되며, 실외기(100)로 유입된 냉매는 상기 실외전자밸브(104)를 통과하면서 수냉매열교환기(120)로 공급되어 열교환을 하게 된다.
이때 상기 수냉매열교환기(120)는 증발기로 작용하므로, 액냉매는 물과 열교 환하여 기체상태로 바뀌게 된다.
상기 수냉매열교환기(120)로부터 배출되는 기상의 저압냉매는 상기 사방밸브(150)를 통과하여 상기 어큐뮬레이터(130)를 거쳐 압축기(110)로 공급된다. 이러한 과정을 거쳐 하나의 난방사이클을 형성하게 된다.
이하에서는 공기조화기의 난방주체운전시 동작 상태를 첨부된 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6에는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기의 난방주체 운전시 냉매유동을 보인 동작 구성도가 도시되어 있다.
본 발명의 실시예의 난방주체운전시에는 상기 다수 실내기(200) 중 제2실내기(200b), 제3실내기(200c) 및 제4실내기(200d)는 난방모드로 작동되고, 상기 제1실내기(200a)만 냉방으로 작동된다.
이를 위해 상기 다수 유량조절밸브(240) 중 제2유량조절밸브(240b), 제3유량조절밸브(240c) 및 제4유량조절밸브(240d)는 모두 최대 개방 상태를 갖게 되고, 제1유량조절밸브(240a)는 개방 상태가 줄어들게 된다.
따라서, 상기 다수 실내기(200)가 냉방 또는 난방으로 동시 운전하더라도 난방주체 운전하는 실내기(200)의 개수가 전체 실내기(200)의 개수(n)에 대하여 (n/2)을 초과하므로 이에 대응하는 제2유량조절밸브(240b), 제3유량조절밸브(240c) 및 제4유량조절밸브(240d)는 최대 개도를 유지함으로써 냉매의 유량을 조절하게 된다.
상기 실외기(100)의 압축기(110)로부터 토출되는 냉매는 상기 오일분리 기(114)를 통과하면서 오일(oil)이 분리되어 상기 압축기(110)로 회수된다.
그리고 상기 압축기(110)로부터 토출되는 냉매는 오일분리기(114)를 통과하여 고압기관(106)을 통해 분배기(300)로 유입된다.
이때 상기 분배기(300)를 경유한 냉매는 상기 제1,2,3,4실내기(200a,200b,200c,200d)로 유입된다.
그리고 상기 제1실내기(200a)로 유입되는 냉매는 분배기(300)에 의해 실내액관(230)으로 안내되어 제1유량조절밸브(240a), 제1팽창밸브(220a), 제1공냉매열교환기(210a)를 순차적으로 경유하게 되며, 상기 2,3,4실내기(200b,200c,200d)로 유입되는 냉매는 분배기(300)에 의해 실내기관(240)으로 안내되어 제2,3,4공냉매열교환기(210b,220c,220d), 제2,3,4팽창밸브(220b,220c,220d), 제2,3,4유량조절밸브(240b,240c,240d)를 순차적으로 경유하게 된다.
이때 상기 제2,3,4실내기(200b,200c,200d)는 난방모드로 운전하게 되며, 상기 제1실내기(200a)는 냉방모드로 운전하게 된다.
상기 제1,2,3,4실내기(200a,200b,200c,200d)를 통과한 냉매는 다시 분배기(300)로 유입되며, 상기 분배기(300)를 경유한 냉매는 수냉매열교환기(120), 어큐뮬레이터(130)를 경유한 후 압축기(110)로 공급된다. 이와 같은 과정을 거쳐 하나의 사이클(cycle)이 완성된다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
본 발명에서는 다수 실내 공간의 공기조화 모드가 냉방 및 난방을 동시에 수행될 수 있도록 구성된다.
따라서, 공기조화기의 사용편의성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 본 발명에서는, 다수 실내기와 분배기 사이에 실내기의 개수와 대응되는 유량조절밸브를 구비하고, 냉방 및 난방 동시 운전시에 다수 유량조절밸브의 개도가 조절되도록 구성하였다.
따라서, 냉방 및 난방 운전하는 모든 실내기의 냉매 부족 현상을 미연에 차단하게되므로 운전 효율이 극대화되는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 냉매를 압축하는 압축기 및 물과 냉매를 열교환하는 수냉매열교환기가 구비된 실외기와;
    상기 수냉매열교환기에서 물과 열교환된 냉매와 실내 공기를 열교환하는 공냉매열교환기와, 냉매 압력을 감압하는 팽창밸브가 구비된 다수의 실내기와;
    상기 실외기와 실내기 사이에 구비되어 냉매 흐름을 제어하는 분배기와;
    상기 다수 팽창밸브와 분배기 사이에 구비되고 상기 다수 실내기에 각각 대응되어 실내기의 운전 모드에 따라 개도가 조절되는 유량조절밸브를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유량조절밸브는,
    상기 다수 실내기가 동일한 모드로 운전하는 경우에는 동일한 개도를 갖는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유량조절밸브는,
    상기 실내기의 개수(n)에 대하여 (n/2)개를 초과하는 운전모드로 동작하는 실내기에 대응하는 경우 최대개도를 갖는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유량조절밸브는,
    상기 실내기의 개수(n)에 대하여 냉방운전모드로 동작하는 실내기와 난방운전모드로 동작하는 실내기가 각각 (n/2)개인 경우 동일한 개도를 갖는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기는 다수 유량조절밸브의 개도량에 따라 냉매압축량을 증감하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유량조절밸브는 전자팽창밸브(LEV:linear expansion valve)인 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 수열교환식 공기조화기.
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