KR20180123271A - 공기조화시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 공기조화시스템에는, 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 토출되는 냉매가 유동되는 압축기토출배관, 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하여, 기상냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터, 상기 압축기와 상기 어큐뮬레이터를 연결하여, 상기 압축기로 유입되는 냉매가 유동되는 압축기유입배관 및 상기 압축기토출배관과 상기 압축기유입배관을 연결하고, 상기 어큐뮬레이터를 통과하는 바이패스 배관을 포함한다.

Description

공기조화시스템 {AIR CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은 공기조화시스템에 관한 것이다.
공기조화시스템은 소정공간의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 시스템이다. 일반적으로, 공기조화시스템에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기가 포함되며, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 수행하는 냉매사이클이 구동되어, 상기 소정공간을 냉방 또는 난방할 수 있다.
이때, 상기 소정공간은 상기 공기조화시스템이 사용되는 장소에 따라, 다양하게 제안될 수 있다. 예를 들어, 상기 공기조화시스템이 가정이나 사무실에서 사용되는 경우, 상기 소정공간은 집 또는 건물의 실내 공간일 수 있다. 또한, 상기 공기조화시스템이 자동차에 사용되는 경우, 상기 소정공간은 사람이 탑승하는 탑승 공간일 수 있다.
상기 공기조화시스템에는, 상기 응축기 또는 상기 증발기로 기능하는 실내 열교환기와 실외 열교환기가 포함된다. 상기 실내 열교환기는 상기 소정공간에 배치되는 실내기에 배치되며, 상기 실외 열교환기는 상기 소정공간의 외부에 배치된다.
이때, 상기 실내 열교환기 또는 상기 실외 열교환기가 제 기능을 하지 못하여 냉매가 축적되는 현상이 발생될 수 있다. 예를 들어, 상기 공기조화시스템이 난방모드로 작동될 때, 실외 온도가 매우 낮아 상기 실외 열교환기가 증발기의 역할을 제대로 수행하지 못하여 냉매가 축적될 수 있다.
이와 같은 냉매의 축적을 방지하기 위해 다양한 기술이 개발되고 있고, 이와 관련된 선행문헌 정보는 아래와 같다.
(1) 제 1 선행문헌 : 등록특허 10-1283743 (2013년 07월 02일 등록), 폐열을 이용해 난방 성능을 향상시키는 히트 펌프 시스템
상기 제 1 선행문헌은, 외부 장치에서 발생되는 폐열을 이용하여 저압 사이클에 축적된 냉매를 기화시키는 기술에 대해 기재하고 있다. 자세하게는, 차량 엔진 등에서 발생되는 폐열을 실외 열교환기에 공급하여 낮은 외부 온도에 의한 실외 열교환기의 성능 저하를 방지한다.
(2) 제 2 선행문헌 : 등록특허 10-0569833 (2006년 04월 04일 등록), 냉온열제조시스템을 갖는 2단 압축 히트펌프 시스템의 플래시탱크
상기 제 2 선행문헌은, 2단 압축을 하는 히트펌프의 저압 및 고압 사이클에 플래시 탱크를 설치하여 냉매의 건도 및 순환량을 제어하는 기술에 대해 기재하고 있다.
이러한 선행문헌에 따른 종래의 공기조화시스템에 의하면, 아래와 같은 문제점이 있다.
(1) 냉매의 축적을 방지하기 위해 추가적인 장치의 설치가 필요하다. 자세하게는, 상기 제 1 선행문헌의 경우 외부의 폐열을 발생하는 다른 장치를 필요로 하고, 상기 제 2 선행문헌의 경우 플래시 탱크를 필요로 한다. 이와 같은 장치가 연결되어 있을 때만 사용이 가능하고, 설치에 따른 시간 및 비용이 드는 문제점이 있다.
(2) 또한, 상기 제 1 선행문헌의 경우, 폐열 공급을 제어하기 어렵기 때문에 공기조화시스템의 성능향상을 보장받기 어렵다는 문제점이 있다.
(3) 또한, 상기 제 2 선행문헌의 경우, 플래시 탱크 용량의 한계가 있기 때문에 적정한 제어가 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 외부의 환경과 상관없이 적정한 성능유지가 가능하도록, 시스템 자체의 열원을 이용하여 냉매의 축적을 방지하는 공기조화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 추가적인 장치의 설치없이 어큐뮬레이터에 배관을 연결하여 냉매를 기화시킴으로서, 냉매의 축적을 방지하는 공기조화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 공기조화시스템에는, 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 토출되는 냉매가 유동되는 압축기토출배관, 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하여, 기상냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터, 상기 압축기와 상기 어큐뮬레이터를 연결하여, 상기 압축기로 유입되는 냉매가 유동되는 압축기유입배관 및 상기 압축기토출배관과 상기 압축기유입배관을 연결하고, 상기 어큐뮬레이터를 통과하는 바이패스 배관을 포함한다.
상기 바이패스 배관에는, 상기 압축기토출배관에서 상기 어큐뮬레이터로 연장되는 제 1 바이패스 배관, 상기 어큐뮬레이터의 내부에 배치되는 제 2 바이패스 배관 및 상기 어큐뮬레이터에서 상기 압축기유입배관 측으로 연장되는 제 3 바이패스 배관이 포함될 수 있다.
상기 제 1 바이패스 배관에는, 냉매의 유동을 개폐하는 바이패스 밸브가 설치될 수 있다.
상기 제 2 바이패스 배관은 상기 어큐뮬레이터의 내부에 절곡되어 설치될 수 있다.
상기 제 2 바이패스 배관은, 상기 어큐뮬레이터에 축적된 액상냉매가 상기 제 2 바이패스 배관과의 열교환을 통해 기화될 수 있도록, 액상냉매가 축적되는 상기 어큐뮬레이터의 하부 측에 배치될 수 있다.
상기 제 3 바이패스 배관에는, 유동되는 냉매를 팽창시키는 바이패스 팽창밸브가 설치될 수 있다.
냉매를 실외공기와 열교환하는 실외 열교환기, 냉매를 실내공기와 열교환하는 실내 열교환기, 상기 실내 열교환기 및 상기 실외 열교환기 사이에 설치되는 팽창밸브 및 상기 실외 열교환기 또는 상기 실외 열교환기를 통과한 냉매를 상기 압축기 측으로 인젝션시키는 인젝션 배관이 더 포함될 수 있다.
상기 바이패스 배관에는, 상기 압축기토출배관에서 상기 어큐뮬레이터로 연장되는 제 1 바이패스 배관, 상기 어큐뮬레이터의 내부에 배치되는 제 2 바이패스 배관, 상기 어큐뮬레이터에서 바이패스 분지부로 연장되는 제 3 바이패스 배관, 상기 바이패스 분지부에서 상기 압축기유입배관으로 연장되는 제 4 바이패스 배관 및 상기 바이패스 분지부에서 상기 인젝션배관으로 연장되는 제 5 바이패스 배관이 포함될 수 있다.
상기 제 1 바이패스 배관에는 냉매의 유동을 개폐하는 제 1 바이패스 밸브가 설치될 수 있다.
상기 제 4 바이패스 배관 및 상기 제 5 바이패스 배관에는, 유동되는 냉매를 팽창시키는 제 2 바이패스 밸브 및 제 3 바이패스 밸브가 각각 설치될 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면, 고온의 냉매를 바이패스시켜 어큐뮬레이터에 축적된 액상냉매를 기화시켜 제거할 수 있다.
이와 같이 축적된 냉매를 제거함에 따라, 공기조화시스템 전체를 유동하는 냉매의 양을 확보할 수 있고, 그에 따라 공기조화시스템의 성능을 확보할 수 있다.
또한, 시스템 자체에서 발생되는 고온의 냉매 중 일부를 바이패스시킴에 따라 상기 어큐뮬레이터에 축적된 냉매를 사용하기 때문에, 별도의 장치를 설치할 필요가 없다는 장점이 있다. 그에 따라, 추가적 장치에 대한 설치비용 및 설치시간을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 시스템 자체의 열원을 이용하기 때문에 외부환경에 상관없이 축적된 냉매를 제거하여 적정한 성능유지가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 필요에 따라 상기 어큐뮬레이터에 축적된 냉매를 제거함에 따라 효과적으로 공기조화시스템을 운전할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 바이패스 배관을 인젝션 배관 등과 함께 사용하여 냉매의 상태에 따라 최적의 운전이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 공기조화시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 공기조화시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에서 냉방모드시 냉매의 유동을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2에서 난방모드시 냉매의 유동을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 작동을 보여주는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 공기조화시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 공기조화시스템(1)에는, 실내기에 배치되는 실내 열교환기(20)와, 실외기에 배치되는 실외 열교환기(30)가 포함된다. 상기 실내 열교환기(20) 및 상기 실외 열교환기(30)는 공기와 열교환하며 증발기 또는 응축기로 기능한다.
상기 실내기는 조화된 공기를 제공하도록 소정 공간에 배치되고, 상기 실외기는 상기 소정 공간의 실외에 배치될 수 있다. 또한, 상기 실내기에는, 상기 실내 열교환기(20)가 소정 공간의 공기와 열교환 되도록 공기를 강제대류 시키는 실내 팬(22) 및 실내 팬모터(24)가 설치되고, 상기 실외기에는, 상기 실외 열교환기(30)가 실외의 공기와 열교환 되도록 공기를 강제대류 시키는 실외 팬(32) 및 실외 팬모터(34)가 설치된다.
상기 실내기와 상기 실외기는 냉매배관으로 연결되어 냉매사이클을 형성한다. 도 1에는 편의상, 상기 공기조화시스템(1)을 상기 실내기와 상기 실외기로 구분하여 도시하지 않고, 냉매배관으로 연결된 냉매사이클로 도시하였다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공기조화시스템(1)에는, 압축기(45), 어큐뮬레이터(40), 팽창밸브(50) 및 유동전환부(60)가 포함된다.
상기 압축기(45)는 기상 냉매를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 구성이다. 이때, 도 1에서 상기 압축기(45)는 하나로 도시되었으나, 병렬 또는 직렬로 연결된 복수 개로 마련될 수 있다.
상기 어큐뮬레이터(40)는 상기 압축기(45)로 유입되기 전 기상 냉매가 분리되도록 마련된 구성이다. 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(45)로 유입될 수 있다. 이와 관하여 자세히 후술한다.
상기 팽창밸브(50)는 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 저압상태의 액상냉매로 팽창시키는 구성이다. 예를 들어, 상기 팽창밸브(50)에는, 전자팽창밸브(EEV, Electric Expansion Valve)가 포함될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 팽창밸브(50)는 상기 실내 열교환기(20)와 상기 실외 열교환기(30)의 사이에 배치될 수 있다. 이때, 도 1 에서는 상기 팽창밸브를 하나로 도시하였지만, 상기 팽창밸브(50)는 복수 개로 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 팽창밸브(50)는 상기 실내 열교환기(20)에서 열교환된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 실외 열교환기(30)에서 열교환된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브로 각각 마련될 수 있다.
상기 유동전환부(60)는 냉매를 상기 실내 열교환기(20) 또는 실외 열교환기(30) 측으로 가이드 하도록 제공된다. 예를 들어, 상기 유동전환부(60)에는, 사방 밸브가 포함될 수 있다.
이러한 상기 공기조화시스템(1)의 구성은 예시적인 것으로 상기와 같은 구성이 생략되거나, 다른 구성이 추가될 수 있다. 예를 들어, 상기 압축기(45)에서 토출된 냉매 중 오일을 분리하기 위한 오일 분리기, 각종 센서 등이 더 포함될 수 있다.
상기 공기조화시스템(1)의 구성들은 냉매배관을 통해 서로 연결된다. 이하, 상기 압축기(45)와 상기 유동전환부(60)를 연결하는 배관을 제 1 배관(70), 상기 유동전환부(60)와 상기 실내 열교환기(20)를 연결하는 배관을 제 2 배관(71), 상기 실내 열교환기(20)와 상기 팽창밸브(50)를 연결하는 배관을 제 3 배관(72), 상기 팽창밸브(50)와 상기 실외 열교환기(30)를 연결하는 배관을 제 4 배관(73), 상기 실외 열교환기(30)와 상기 유동전환부(60)를 연결하는 배관을 제 5 배관(74), 상기 유동전환부(60)와 상기 어큐뮬레이터(40)를 연결하는 배관을 제 6 배관(75), 상기 어큐뮬레이터(40)와 상기 압축기(45)를 연결하는 배관을 제 7 배관(76)이라 한다. 이때, 각 배관의 이름은 구별을 위해 임의로 작성된 것이다.
도 1을 참고하여 상기 공기조화시스템(1)의 작동에 관하여 간략하게 설명한다.
상기 공기조화시스템(1)이 냉방운전을 하는 경우, 즉, 상기 소정공간을 냉방하는 경우에 대해 설명한다. 이때, 상기 실내 열교환기(20)는 증발기로 기능하고, 상기 실외 열교환기(30)는 응축기로 기능한다.
상기 압축기(45)에서 압축된 기상 냉매는 상기 제 1 배관(70)을 따라 상기 유동전환부(60)로 유동된다. 상기 유동전환부(60)는 상기 제 1 배관(70)과 상기 제 5 배관(74)을 연결하도록 마련되고, 냉매는 상기 제 5 배관(74)을 따라 상기 실외 열교환기(30)로 유동된다.
상기 실외팬(32) 및 상기 실외팬 모터(34)에 의해 강제대류된 공기와 상기 실외 열교환기(30)를 유동하는 냉매가 열교환되며, 기상 냉매가 액상 냉매로 응축된다. 응축과정을 통해 상기 실외 열교환기(30)는 주위로 열을 방출하게 된다.
응축된 액상 냉매는 상기 제 4 배관(73)을 따라 상기 팽창밸브(50)로 유동되고, 상기 팽창밸브(50)는 고온고압 상태의 액상 냉매를 저압상태의 액상 냉매로 팽창시킨다. 팽창된 냉매는 상기 제 3 배관(72)을 따라 상기 실내 열교환기(20)로 유동된다.
상기 실내팬(22) 및 상기 실내팬 모터(24)에 의해 강제대류된 공기와 상기 실내 열교환기(20)를 유동하는 냉매가 열교환되며, 액상 냉매가 기상 냉매로 증발된다. 증발과정을 통해 상기 실내 열교환기(20)는 상기 소정공간의 열을 빼앗아 냉방효과를 달성할 수 있다.
상기 실내 열교환기(20)에서 토출된 냉매는 상기 제 2 배관(71)을 통해 상기 유동전환부(60)로 유동된다. 상기 유동전환부(60)는 상기 제 2 배관(71)과 상기 제 6 배관(75)을 연결하도록 마련되고, 냉매는 상기 제 6 배관(75)을 따라 상기 어큐뮬레이터(40)로 유동된다.
또한, 냉매는 상기 어큐뮬레이터(40)에서 상기 제 7 배관(76)을 따라 상기 압축기(45)로 복귀하고, 압축된 냉매는 다시 상기 제 1 배관(70)을 통해 배출된다. 이와 같은 순환과정을 통해 상기 소정공간을 목적으로 하는 온도까지 냉방할 수 있다.
상기 공기조화시스템(1)이 난방운전을 하는 경우, 즉, 상기 소정공간을 난방하는 경우에 대해 설명한다. 이때, 상기 실내 열교환기(20)는 응축기로 기능하고, 상기 실외 열교환기(30)는 증발기로 기능한다.
상기 압축기(45)에서 압축된 기상 냉매는 상기 제 1 배관(70)을 따라 상기 유동전환부(60)로 유동된다. 상기 유동전환부(60)는 상기 제 1 배관(70)과 상기 제 2 배관(71)을 연결하도록 마련되고, 냉매는 상기 제 2 배관(71)을 따라 상기 실내 열교환기(20)로 유동된다.
상기 실내팬(22) 및 상기 실내팬 모터(24)에 의해 강제대류된 공기와 상기 실내 열교환기(20)를 유동하는 냉매가 열교환되며, 기상 냉매가 액상 냉매로 응축된다. 응축과정을 통해 상기 실내 열교환기(20)는 상기 소정공간으로 열을 방출하여 난방효과를 달성할 수 있다.
상기 실내 열교환기(20)에서 토출된 냉매는 상기 제 3 배관(72)을 따라 상기 팽창밸브(50)로 유동되고, 상기 팽창밸브(50)는 고온고압 상태의 액상 냉매를 저압상태의 액상 냉매로 팽창시킨다. 팽창된 냉매는 상기 제 4 배관(73)을 따라 상기 실외 열교환기(30)로 유동된다.
상기 실외팬(32) 및 상기 실외팬 모터(34)에 의해 강제대류된 공기와 상기 실외 열교환기(30)를 유동하는 냉매가 열교환되며, 액상 냉매가 기상 냉매로 증발된다. 증발된 냉매는 상기 제 5 배관(74)을 통해 상기 유동전환부(60)로 유동되고, 상기 유동전환부(60)는 상기 제 5 배관(74)과 상기 제 6 배관(75)을 연결하도록 마련된다.
냉매는 상기 제 6 배관(75)을 따라 상기 어큐뮬레이터(40)로 유동되고, 상기 어큐뮬레이터(40)에서 상기 제 7 배관(76)을 따라 상기 압축기(45)로 복귀하고, 압축되어 다시 상기 제 1 배관(70)을 통해 배출된다. 이와 같은 순환과정을 통해 상기 소정공간을 목적으로 하는 온도까지 난방할 수 있다.
이때, 소정의 조건에서 상기에서 설명된 구성 중 적어도 하나가 제 기능을 하지 못하는 경우 냉매가 축적될 수 있다.
예를 들어, 상기 공기조화시스템(1)이 난방운전을 하는 경우, 실외 온도가 매우 낮아 상기 실외 열교환기(30)가 증발기의 역할을 제대로 수행하지 못하여 냉매가 축적될 수 있다.
자세하게는, 상기 실외 열교환기(30)에서 비교적 많은 양의 냉매가 증발되지 않은 액체 상태로 토출될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 공기조화시스템(1)이 난방운전을 하는 경우, 상기 실외 열교환기(30)에서 토출된 냉매는 상기 제 5 배관(74) 및 상기 제 6 배관(75)을 따라 상기 어큐뮬레이터(40)로 유동된다.
상기 어큐뮬레이터(40)는 액상냉매와 기상냉매를 분리하고, 분리된 기상냉매를 상기 제 7 배관(76)을 따라 상기 압축기(45)로 유동된다. 이때, 분리된 액상냉매는 상기 어큐뮬레이터(40)의 내부에 쌓이게 된다.
따라서, 상기 실외 열교환기(30)에서 비교적 많은 양의 냉매가 증발되지 않는 경우, 상기 어큐뮬레이터(40)에 비교적 많은 양의 축적된다.
또는, 냉매의 순환량 및 건도를 조절하기 위해, 상기 팽창밸브(50)의 개도를 조절하는 경우, 상기 실외 열교환기 또는 상기 실내 열교환기에서 이상냉매가 토출될 수 있다. 이러한 운전을 지속하는 경우, 상기 어큐뮬레이터(40)에 액상냉매가 쌓이게 된다.
정상적인 운전의 경우, 상기 어큐뮬레이터(40)에는 비교적 적은 양의 액상냉매가 유입되기 때문에, 상기 어큐뮬레이터(40)에는 적은 양의 냉매만이 존재한다. 이와 같은 냉매는 냉매의 유동과정에서 자연적으로 기화될 수 있다.
그러나, 상기에서 설명한 바와 같이, 외부조건 또는 내부조건에 의해 정상적으로 운전되지 못하는 경우, 상기 어큐뮬레이터(40)에는 비교적 많은 양의 액상냉매가 유입되어 축적된다. 이때, 비교적 많은 양의 액상냉매가 존재하기 때문에 자연적인 기화는 기대하기 어렵다.
그에 따라, 상기 어큐뮬레이터(40)에 유동되지 않는 냉매가 축적되고, 상기 공기조화시스템(1)을 유동하는 냉매의 총량이 줄어든다. 또한, 상기 공기조화시스템(1)의 저압이 및 고압이 전체적으로 감소하고, 열교환기의 착상이 발생될 수 있다. 결과적으로 상기 공기조화시스템(1)의 능력이 감소한다.
이와 같은 상기 어큐뮬레이터(40)의 냉매 축적을 방지하기 위해, 본 발명의 사상에 따른 공기조화시스템(1)에는, 바이패스 배관(100)을 포함한다.
상기 바이패스 배관(100)은 상기 어큐뮬레이터(40)의 내부에 축적된 액상냉매를 기화시키도록 설치된다. 자세하게는, 상기 바이패스 배관(100)은 상기 어큐뮬레이터(40)의 내부에 고온의 냉매가 유동되도록 설치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스 배관(100)은 상기 어큐뮬레이터(40)를 통과하여 상기 제 1 배관(70)과 상기 제 7 배관(76)을 연결하도록 마련된다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 배관(70)에는 상기 압축기(45)에서 토출된 냉매가 유동되고, 상기 제 7 배관(76)에는 상기 압축기(45)로 유입되는 냉매가 유동된다. 즉, 상기 제 1 배관(70)은 '압축기토출배관', 상기 제 7 배관(76)은 '압축기유입배관'이라 할 수 있다.
따라서, 상기 바이패스 배관(100)에 의해 상기 제 1 배관(70)에서 유동되는 냉매의 적어도 일부가 상기 제 7 배관(76) 측으로 유동된다.
즉, 상기 바이패스 배관(100)은 상기 압축기(45)에서 토출된 고온의 냉매를 상기 어큐뮬레이터(40)로 유동시킨다.
상기 바이패스 배관(100)에는, 상기 바이패스 배관(100)의 냉매 유동을 개폐하는 바이패스 밸브(110)가 설치된다. 상기 바이패스 밸브(110)는 상기 어큐뮬레이터(40)에 기준치 이상의 냉매가 존재하는 경우 개방될 수 있다. 이에 관하여 자세히 후술한다.
이때, 상기 바이패스 배관(100)을, 상기 제 1 배관(70)에서 상기 어큐뮬레이터(40)까지 연장되는 제 1 바이패스 배관(120), 상기 어큐뮬레이터(40) 내부에 배치되는 제 2 바이패스 배관(130) 및 상기 어큐뮬레이터(40)에서 상기 제 7 배관(76)으로 연장되는 제 3 바이패스 배관(140)으로 구분한다. 이는 설명의 편의상 구분한 것이고, 상기 바이패스 배관(100)은 연속적으로 연장될 수 있다.
상기 제 1 바이패스 배관(120)에는 상기 바이패스 밸브(110)가 설치될 수 있다. 즉, 상기 바이패스 밸브(110)는 상기 제 1 배관(70)과 인접하게 설치되어, 냉매의 유동을 개폐할 수 있다.
상기 제 2 바이패스 배관(130)은 상기 어큐뮬레이터(40)의 내부에 절곡되어 설치될 수 있다. 도 1에서는 상기 제 2 바이패스 배관(130)을 한 번 절곡된 형상으로 도시하였으나, 이는 예시적인 것으로 상기 제 2 바이패스 배관(130)은 열교환에 적합한 다양한 형상으로 마련될 수 있다.
또한, 상기 제 2 바이패스 배관(130)은 액상냉매가 축적되는 상기 어큐뮬레이터(40)의 하부 측에 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 어큐뮬레이터(40)에 축적된 액상냉매가 상기 제 2 바이패스 배관(130)과의 열교환을 통해 기화될 수 있다.
자세하게는, 상기 어큐뮬레이터(40)에 축적된 액상냉매는 상기 제 2 바이패스 배관(130)으로 유동되는 고온의 기상냉매에서 열을 전달받아 기화된다. 반면, 상기 제 2 바이패스 배관(130)으로 유동되는 기상냉매는 열을 빼앗겨 응축될 수 있다.
상기 제 3 바이패스 배관(140)에는 바이패스 팽창밸브(150)가 설치될 수 있다. 상기 바이패스 팽창밸브(150)는 상기에서 설명한 열교환과정에서 발생된 액상냉매를 팽창시켜 기화시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스 팽창밸브(150)에서 기화된 냉매는 상기 제 7 배관(76)을 통해 상기 압축기(45)로 유동될 수 있다. 또한, 상기 바이패스 배관은 상기 압축기(45)에 직접 연결되어 상기 바이패스 팽창밸브(150)에서 기화된 냉매가 바로 상기 압축기(45)로 유동될 수 있다.
이와 같이, 상기 어큐뮬레이터(40)에 축적된 냉매를 시스템 내부의 고온냉매를 이용하여 기화시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라 상기 바이패스 배관(100)을 사용함에 따라 상기 공기조화시스템(1)을 효과적으로 운전할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 공기조화시스템의 구성을 보여주는 도면이다. 앞서 설명한 제 1 실시 예에 따른 공기조화시스템은 도면부호 1로 표시하고, 이하에서 설명하는 제 2 실시 예에 따른 공기조화시스템은 도면부호 10로 표시하여 구분한다. 또한, 상기에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 상기의 설명을 인용하고 동일한 도면부호를 사용한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 공기조화시스템(10)에는, 실내 열교환기(20), 실외 열교환기(30), 어큐뮬레이터(40), 압축기(45) 및 팽창밸브(50)가 포함된다. 또한, 상기 구성요소들을 연결하는 제 1 배관 내지 제 7 배관(70, 71, 72, 73, 74, 75, 76) 및 유동전환부(60)가 포함된다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 공기조화시스템(10)에는, 상기 어큐뮬레이터(40)를 관통하는 바이패스 배관(100)이 포함된다. 상기 바이패스 배관(100)은 상기 제 1 배관(70)과 바이패스 분지부(180)를 연결하는 제 1 내지 3 바이패스 배관(120, 130, 140)으로 구분될 수 있다.
자세하게는, 상기 제 1 바이패스 배관(120)은 상기 제 1 배관(70)과 상기 어큐뮬레이터(40)를 연결하고, 제 1 바이패스 밸브(110)가 설치된다. 이때, 상기 제 1 바이패스 밸브(110)는 냉매의 유동을 개폐하는 밸브의 형태로 마련될 수 있다.
또한, 상기 제 2 바이패스 배관(130)은 상기 어큐뮬레이터(40)의 내부에 설치되고, 상기 제 3 바이패스 배관(140)은 상기 어큐뮬레이터(40)와 상기 바이패스 분지부(180)를 연결한다.
또한, 상기 바이패스 배관(100)에는, 상기 바이패스 분지부(180)에서 각각 연장되는 제 4 바이패스 배관(160) 및 제 5 바이패스 배관(170)이 포함된다. 상기 제 4 바이패스 배관(160) 및 제 5 바이패스 배관(170)에는, 제 2 바이패스 밸브(165) 및 제 3 바이패스 밸브(175)가 각각 설치된다.
상기 제 4 바이패스 배관(160)은 상기 바이패스 분지부(180)에서 상기 제 7 배관(76)으로 연장된다. 또한, 상기 제 4 바이패스 배관(160)은 상기 압축기(45)에 바로 연결될 수 있다. 상기 제 5 바이패스 배관(170)은 상기 바이패스 분지부(180)에서 후술할 제 2 인젝션 배관(85)으로 연장된다.
또한, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 공기조화시스템(10)에는, 인젝션 배관(80)이 포함된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 인젝션 배관(80)의 일 단은 상기 실내 열교환기(20)와 상기 팽창밸브(50)를 연결하는 제 3 배관(72)에 배치될 수 있다.
또한, 상기 인젝션 배관(80)의 일단은 상기 실외 열교환기(30)와 상기 팽창밸브(50)를 연결하는 제 4 배관(73)에 배치될 수 있다. 즉, 상기 인젝션 배관(80)의 일 단은 상기 실내 열교환기(20) 또는 상기 실외 열교환기(30)와 상기 팽창밸브(50)의 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 인젝션 배관(80)의 타 단은 상기 압축기(45) 또는 상기 어큐뮬레이터(40)에 연결된다. 즉, 상기 인젝션 배관(80)은 상기 실내 열교환기(20) 또는 상기 실외 열교환기(30)를 통과한 냉매를 상기 압축기(45) 측으로 인젝션시킨다.
상기 인젝션 배관(80)에는, 인젝션 분지부(84)가 마련되고, 인젝션 열교환기(90) 및 적어도 하나의 인젝션 밸브(83, 86, 88)가 설치될 수 있다.
자세하게는, 상기 인젝션 배관(80)에는, 상기 제 3 배관(72)과 상기 인젝션 분지부(84)를 연결하는 제 1 인젝션 배관(82), 상기 인젝션 분지부(84)에서 각각 연장되는 제 2 인젝션 배관(85) 및 제 3 인젝션 배관(87)이 포함된다.
상기 제 1 인젝션 배관(82)은 상기 인젝션 열교환기(90)를 통과하도록 배치된다. 이때, 상기 인젝션 열교환기(90)는 상기 제 1 인젝션 배관(82)과 상기 제 3 배관(82)을 열교환시키도록 마련된다.
또한, 상기 제 1 인젝션 배관(82)에는 제 1 인젝션 밸브(83)가 설치된다. 예를 들어, 상기 제 1 인젝션 밸브(83)는 유동되는 냉매를 팽창시키는 밸브의 형태로 마련될 수 있다.
상기 제 2 인젝션 배관(85)은 상기 인젝션 분지부(84)에서 상기 압축기(45)로 연장된다. 이때, 상기 제 2 인젝션 배관(85)은 상기 압축기(45)로 냉매를 제공함에 따라 '압축기유입배관'이라 할 수 있다.
또한, 상기 제 2 인젝션 배관(85)에는 제 2 인젝션 밸브(86)가 설치된다. 예를 들어, 상기 제 2 인젝션 밸브(86)는 유동되는 냉매를 팽창시키는 밸브의 형태로 마련될 수 있다.
상기 제 3 인젝션 배관(87)은 상기 인젝션 분지부(84)에서 상기 어큐뮬레이터(40)로 연장된다. 또한, 상기 제 3 인젝션 배관(87)에는 제 3 인젝션 밸브(88)가 설치된다. 예를 들어, 상기 제 3 인젝션 밸브(88)는 냉매의 유동을 개폐하는 밸브의 형태로 마련될 수 있다.
이하, 상기에서 설명한 구성을 참고하여 상기 공기조화시스템(10)의 구동에 따른 냉매의 유동을 자세히 설명한다.
도 3은 도 2에서 냉방모드시 냉매의 유동을 보여주는 도면이다. 도 3은 상기 공기조화시스템(10)이 냉방운전을 하는 경우, 예시적인 냉매의 유동을 도시한 것이다.
우선 전체적인 냉매의 유동을 살펴보면, 상기 압축기(45), 상기 실외 열교환기(30), 상기 팽창밸브(50), 상기 실내 열교환기(20)로 차례로 유동되고, 상기 어큐뮬레이터(40)를 통과하여 다시 상기 압축기(45)로 유동되어 순환한다.
이와 같은 순환과정에서 외부조건 또는 내부조건에 의해, 상기 어큐뮬레이터(40)에 냉매가 축적될 수 있다. 이러한 경우, 상기 제 1 바이패스 밸브(110)가 개방되어 상기 바이패스 배관(100)으로 냉매가 유동된다.
압력차이에 따라 상기 제 1 배관(70)에서 상기 바이패스 배관(100)으로 냉매가 유동된다. 즉, 상기 압축기(45)에서 토출되어 상기 제 1 배관(70)으로 유동되는 냉매 중 적어도 일부가 상기 바이패스 배관(100)으로 유동될 수 있다.
자세하게는, 상기 제 1 바이패스 배관(120)을 통과하여 상기 제 2 바이패스 배관(130)으로 유동된 냉매는 상기 어큐뮬레이터(40) 내부의 냉매와 열교환된다. 이때, 상기 어큐뮬레이터(40) 내부의 액상냉매는 상기 제 2 바이패스 배관(130)으로 유동되는 고온의 냉매에 열을 전달받아 기화될 수 있다.
상기 어큐뮬레이터(40)의 내부에 존재하는 액상냉매는 기화되어 상기 제 7 배관(76)을 따라 상기 압축기(45)로 유동될 수 있다. 그에 따라, 상기 어큐뮬레이터(40)에 축적된 냉매의 적어도 일부가 유동됨에 따라, 전체적인 냉매의 양이 늘어나고 상기 공기조화시스템(10)의 성능을 확보할 수 있다.
한편, 상기 제 2 바이패스 배관(130)으로 유동되는 냉매는 열을 빼앗겨 적어도 일부가 응축되어 상기 제 3 바이패스 배관(140)을 따라 유동될 수 있다.
상기 바이패스 분지부(180)에서 냉매는 상기 제 4 바이패스 배관(160)으로 유동되어 상기 제 2 바이패스 밸브(165)에 의해 팽창된다. 이때, 상기 제 3 바이패스 밸브(175)는 상기 제 5 바이패스 배관(170)으로 냉매의 유동을 차단할 수 있다.
그에 따라, 상기 제 4 바이패스 배관(160)으로 유동되는 냉매가 기화되어 상기 제 7 배관(76)으로 유동될 수 있다. 상기 제 7 배관(76)으로 유동된 냉매는 상기 압축기(45)로 유입될 수 있다.
도 4는 도 2에서 난방모드시 냉매의 유동을 보여주는 도면이다. 도 4는 상기 공기조화시스템(10)이 난방운전을 하는 경우, 예시적인 냉매의 유동을 도시한 것이다.
우선 전체적인 냉매의 유동을 살펴보면, 상기 압축기(45), 상기 실내 열교환기(20), 상기 팽창밸브(50), 상기 실외 열교환기(30)로 차례로 유동되고, 상기 어큐뮬레이터(40)를 통과하여 다시 상기 압축기(45)로 유동되어 순환한다.
이와 같은 순환과정에서 외부조건 또는 내부조건에 의해, 상기 어큐뮬레이터(40)에 냉매가 축적될 수 있다. 특히, 상기 실외 열교환기(30)가 증발기로 기능하며 실외 온도의 영향을 받기 때문에, 도 3에서 도시한 상기 공기조화시스템(10)이 냉방운전을 하는 경우보다 비교적 냉매가 축적되는 경우가 더 많을 수 있다.
이와 같이 상기 어큐뮬레이터(40)에 냉매가 축적되는 경우, 상기 제 1 바이패스 밸브(110)가 개방되어 상기 바이패스 배관(100)으로 냉매가 유동된다. 즉, 상기 압축기(45)에서 토출되어 상기 제 1 배관(70)으로 유동되는 냉매 중 적어도 일부가 상기 바이패스 배관(100)으로 유동될 수 있다.
자세하게는, 상기 제 1 바이패스 배관(120)을 통과하여 상기 제 2 바이패스 배관(130)으로 유동된 냉매는 상기 어큐뮬레이터(40) 내부의 냉매와 열교환된다. 상기 어큐뮬레이터(40)의 내부에 존재하는 액상냉매는 기화되어 상기 압축기(45)로 유동될 수 있다.
한편, 상기 제 2 바이패스 배관(130)으로 유동되는 냉매는 열을 빼앗겨 적어도 일부가 응축되어 상기 제 3 바이패스 배관(140)을 따라 유동될 수 있다.
이때, 상기 바이패스 분지부(180)에서 냉매는 상기 제 4 바이패스 배관(160)으로 유동되어 상기 제 2 바이패스 밸브(165)에 의해 팽창될 수 있다. 이때, 상기 제 3 바이패스 밸브(175)는 상기 제 5 바이패스 배관(170)으로 냉매의 유동을 차단할 수 있다. 그에 따라, 상기 제 4 바이패스 배관(160)으로 유동되는 냉매는 상기 제 7 배관(76)으로 유동되고, 상기 압축기(45)로 유입될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스 분지부(180)에서 냉매는 상기 제 5 바이패스 배관(170)으로 유동되어 상기 제 3 바이패스 밸브(175)에 의해 팽창될 수 있다. 이때, 상기 제 2 바이패스 밸브(165)는 상기 제 4 바이패스 배관(160)으로 냉매의 유동을 차단할 수 있다.
상기 제 5 바이패스 배관(170)은 상기 제 2 인젝션 배관(85)과 연결된다. 그에 따라, 냉매는 상기 제 2 인젝션 배관(85)에서 상기 제 2 인젝션 밸브(86)에서 팽창되어 상기 압축기(45)로 유입될 수 있다.
도 4을 참고하면, 상기 제 3 배관(72)을 유동하는 냉매 중 적어도 일부가 상기 제 1 인젝션 배관(82)으로 유동되어 상기 제 1 인젝션 밸브(83)에 의해 팽창된다. 팽창된 냉매는 상기 인젝션 열교환기(90)에서 상기 제 3 배관(72)을 유동하는 냉매와 열교환되어 상기 인젝션 분지부(84)로 유동된다.
도 4에서는 상기 인젝션 분지부(84)에서 상기 제 2 인젝션 배관(85)으로 유동되는 것을 도시하였으나, 필요에 따라 상기 제 3 인젝션 배관(87)으로 유동될 수 있다. 상기 제 2 인젝션 밸브(86) 및 상기 제 3 인젝션 밸브(88)는 상기 제 2 인젝션 배관(85) 및 상기 제 3 인젝션 배관(87)을 각각 개폐하여 냉매의 유동을 조절할 수 있다.
또한, 상기 인젝션 배관(80)과 상기 바이패스 배관(100)에서 냉매의 유동은 서로 독립적으로 조절될 수 있다.
이와 같은 상기 인젝션 배관(80) 및 상기 바이패스 배관(100)에서의 냉매 유동은 필요에 따라 다르게 형성될 수 있다. 즉, 외부조건 또는 내부조건에 따라 상기 인젝션 배관(80) 및 상기 바이패스 배관(100)으로 냉매의 유동을 선택할 수 있다. 그에 따라, 상기 공기조화시스템(10)을 보다 효과적으로 작동할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 작동을 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 공기조화시스템(10)이 구동되면(S10), 상기 압축기(45)가 작동하여 냉매가 유동된다. 상기 공기조화시스템(10) 냉방모드 또는 난방모드로 구동되는지 여부에 따라, 상기 유동전환부(60)가 냉매의 유동을 전환시킨다.
상기 공기조화시스템(10)이 구동되고 소정의 시간 후 상기 어큐뮬레이터(40)의 냉매 축적 여부를 감지한다(S20). 소정의 시간은 필요에 따라 다르게 설정될 수 있다.
상기 어큐뮬레이터(40)의 냉매 축적 여부를 감지하는 방법은 다양하게 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 어큐뮬레이터(40)에 수위센서를 설치하여 축적된 액상냉매의 수위를 측정할 수 있다. 또한, 상기 공기조화시스템(10)의 효율, 유동되는 냉매의 압력 등의 수치를 통해 냉매 축적 여부를 감지할 수 있다.
이와 같은 방법으로 감지된 냉매축적량을 기준치와 비교한다(S30). 기준치는 상기 공기조화시스템(10)의 구동에 있어 비교적 영향이 적은 냉매축적량으로 이해될 수 있다.
감지된 냉매축적량이 기준치 이하인 경우, 냉매가 비교적 축적되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 냉매의 축적여부를 계속하여 모니터링할 수 있다.
한편, 감지된 냉매축적량이 기준치보다 많은 경우, 냉매가 축적된 것으로 판단할 수 있다. 그에 따라 상기 바이패스 밸브(110)를 개방하고(S40), 상기 바이패스 배관(100)으로 냉매가 유동된다(S50).
상기 바이패스 배관(100)으로 냉매가 유동됨에 따라, 상기 어큐뮬레이터(40)에 축적된 액상냉매가 기화될 수 있다. 그에 따라 축적된 냉매가 줄어들고 상기 공기조화시스템(10)이 적절한 성능을 확보할 수 있다.
1, 10: 공기조화시스템 20 : 실내 열교환기
30 : 실외 열교환기 40 : 어큐뮬레이터
45 : 압축기 50 : 팽창밸브
60 : 유동전환부 80 : 인젝션 밸브
100 : 바이패스 밸브

Claims (10)

  1. 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 토출되는 냉매가 유동되는 압축기토출배관;
    냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하여, 기상냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터;
    상기 압축기와 상기 어큐뮬레이터를 연결하여, 상기 압축기로 유입되는 냉매가 유동되는 압축기유입배관; 및
    상기 압축기토출배관과 상기 압축기유입배관을 연결하고, 상기 어큐뮬레이터를 통과하는 바이패스 배관;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스 배관에는,
    상기 압축기토출배관에서 상기 어큐뮬레이터로 연장되는 제 1 바이패스 배관;
    상기 어큐뮬레이터의 내부에 배치되는 제 2 바이패스 배관; 및
    상기 어큐뮬레이터에서 상기 압축기유입배관 측으로 연장되는 제 3 바이패스 배관;
    이 포함되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 배관에는, 냉매의 유동을 개폐하는 바이패스 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 바이패스 배관은 상기 어큐뮬레이터의 내부에 절곡되어 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 바이패스 배관은, 상기 어큐뮬레이터에 축적된 액상냉매가 상기 제 2 바이패스 배관과의 열교환을 통해 기화될 수 있도록, 액상냉매가 축적되는 상기 어큐뮬레이터의 하부 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 바이패스 배관에는, 유동되는 냉매를 팽창시키는 바이패스 팽창밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    냉매를 실외공기와 열교환하는 실외 열교환기;
    냉매를 실내공기와 열교환하는 실내 열교환기;
    상기 실내 열교환기 및 상기 실외 열교환기 사이에 설치되는 팽창밸브; 및
    상기 실외 열교환기 또는 상기 실외 열교환기를 통과한 냉매를 상기 압축기 측으로 인젝션시키는 인젝션 배관;
    이 더 포함되는 공기조화시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 바이패스 배관에는,
    상기 압축기토출배관에서 상기 어큐뮬레이터로 연장되는 제 1 바이패스 배관;
    상기 어큐뮬레이터의 내부에 배치되는 제 2 바이패스 배관;
    상기 어큐뮬레이터에서 바이패스 분지부로 연장되는 제 3 바이패스 배관;
    상기 바이패스 분지부에서 상기 압축기유입배관으로 연장되는 제 4 바이패스 배관; 및
    상기 바이패스 분지부에서 상기 인젝션배관으로 연장되는 제 5 바이패스 배관;
    이 포함되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 배관에는 냉매의 유동을 개폐하는 제 1 바이패스 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 4 바이패스 배관 및 상기 제 5 바이패스 배관에는, 유동되는 냉매를 팽창시키는 제 2 바이패스 밸브 및 제 3 바이패스 밸브가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
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