KR20220028700A - 공기조화기 - Google Patents

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KR20220028700A
KR20220028700A KR1020200110046A KR20200110046A KR20220028700A KR 20220028700 A KR20220028700 A KR 20220028700A KR 1020200110046 A KR1020200110046 A KR 1020200110046A KR 20200110046 A KR20200110046 A KR 20200110046A KR 20220028700 A KR20220028700 A KR 20220028700A
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heat exchange
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KR1020200110046A
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김대형
사용철
조은준
박준성
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엘지전자 주식회사
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Abstract

공기조화기가 개시된다. 본 개시의 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에 냉매를 제공하는 어큐뮬레이터; 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창밸브; 상기 팽창밸브를 통과한 냉매가 유입되는 열교환배관을 구비하고, 상기 열교환배관을 유동하는 냉매를 증발시키는 증발기; 상기 열교환배관의 일단과 타단 사이에 위치하는 제1 포인트와 제2 포인트를 연결하는 기액분리관; 그리고, 일단이 상기 기액분리관에 연결되고, 타단이 상기 어큐뮬레이터에 연결되는 바이패스관을 포함하고, 상기 기액분리관은: 일단이 상기 제1 포인트에 연결되고, 타단이 상기 바이패스관의 일단에 연결되는 제1 파트; 그리고, 상기 제1 파트의 일단과 타단 사이에서 상기 제1 파트로부터 연장되어, 상기 제2 포인트에 연결되는 제2 파트를 포함한다.

Description

공기조화기{AIR CONDITIONER}
본 개시는 공기조화기에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 증발기의 중간단에서 기상냉매를 증발기로부터 분리할 수 있어, 증발기를 유동하는 냉매의 압력손실을 줄일 수 있는 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 통해 실내를 냉난방시키는 장치를 말한다. 공기조화기의 실외열교환기가 응축기로 기능하되, 실내열교환기가 증발기로 기능하면, 실내는 냉방될 수 있다. 이와 반대로, 공기조화기의 실외열교환기가 증발기로 기능하되, 실내열교환기가 응축기로 기능하면, 실내는 난방될 수 있다.
한편, 냉매가 증발기를 통과하며 증발되어 부피가 팽창되면, 냉매의 유속이 큰 폭으로 상승할 수 있다. 이 경우, 증발기의 후반부에서 냉매의 상당한 압력손실이 발생하게 되어, 공기조화기의 성능이 크게 저하될 수 있다.
최근 증발기를 통과하는 냉매의 압력손실을 최소화할 수 있는 방안에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
본 개시는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
또 다른 목적은 증발기의 중간단에서 기상냉매를 증발기로부터 분리하여 어큐뮬레이터 또는 압축기로 바이패스할 수 있는 공기조화기를 제공하는 것일 수 있다.
또 다른 목적은 증발기의 중간단에서 기상냉매와 액상냉매의 분리율을 향상시킬 수 있는 구조를 제안하는 것일 수 있다.
또 다른 목적은 증발기로 유입되는 냉매의 유량의 변화에 대비하여, 기상냉매와 액상냉매를 효율적으로 분리할 수 있는 지점을 가변적으로 설정할 수 있는 공기조화기를 제공하는 것일 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 측면에 따르면, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에 냉매를 제공하는 어큐뮬레이터; 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창밸브; 상기 팽창밸브를 통과한 냉매가 유입되는 열교환배관을 구비하고, 상기 열교환배관을 유동하는 냉매를 증발시키는 증발기; 상기 열교환배관의 일단과 타단 사이에 위치하는 제1 포인트와 제2 포인트를 연결하는 기액분리관; 그리고, 일단이 상기 기액분리관에 연결되고, 타단이 상기 어큐뮬레이터에 연결되는 바이패스관을 포함하고, 상기 기액분리관은: 일단이 상기 제1 포인트에 연결되고, 타단이 상기 바이패스관의 일단에 연결되는 제1 파트; 그리고, 상기 제1 파트의 일단과 타단 사이에서 상기 제1 파트로부터 연장되어, 상기 제2 포인트에 연결되는 제2 파트를 포함하는 공기조화기를 제공한다.
본 개시에 따른 공기조화기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 개시의 적어도 하나의 실시 예에 의하면, 증발기의 중간단에서 기상냉매를 증발기로부터 분리하여 어큐뮬레이터 또는 압축기로 바이패스할 수 있는 공기조화기를 제공할 수 있다.
본 개시의 적어도 하나의 실시 예에 의하면, 증발기의 중간단에서 기상냉매와 액상냉매의 분리율을 향상시킬 수 있는 구조를 제안할 수 있다.
본 개시의 적어도 하나의 실시 예에 의하면, 증발기로 유입되는 냉매의 유량의 변화에 대비하여, 기상냉매와 액상냉매를 효율적으로 분리할 수 있는 지점을 가변적으로 설정할 수 있는 공기조화기를 제공할 수 있다.
본 개시의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 개시의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 개시의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 공기조화기의 구성 및 난방운전 또는 냉방운전을 수행하는 동안의 냉매의 흐름을 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 실외열교환기 및 이에 연결되는 구성들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 기액분리관과 이로부터 분리된 냉매가 유입되는 헤더를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 5는 본 개시의 실시 예에 따른 기액분리관과 이에 결합된 바이패스관을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 실외열교환기에 유입되어 실외열교환기를 통과하는 냉매의 흐름을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1을 참조하면, 공기조화기는 냉매배관에 의해 서로 연결되는 압축기(1), 오일분리기(2), 절환밸브(3), 실외열교환기(4), 실내열교환기(5), 어큐뮬레이터(6), 그리고 팽창밸브(E1, E2)를 포함할 수 있다.
압축기(1)는 어큐뮬레이터(6)로부터 유입된 냉매를 압축하여 고온, 고압의 냉매를 토출할 수 있다. 예를 들면, 압축기(1)는 운전 주파수를 조절하여 냉매량 및 냉매의 토출압력을 제어할 수 있는 인버터 압축기일 수 있다. 예를 들면, 압축기(1)는 윤활제로서 오일이 이용되는 오일 압축기일 수 있다.
오일분리기(2)는 압축기(1)에서 토출된 냉매로부터 오일을 회수하여 다시 압축기(1)로 제공될 수 있다. 이때, 제1 체크밸브(C1)는 오일분리기(2)에서 분리된 오일이 유동하는 배관에 설치되어, 오일의 유동 방향을 오일분리기(2)로부터 압축기(1)로 이어지는 방향으로 한정할 수 있다.
절환밸브(3)는 오일분리기(2)로부터 유입된 냉매를 실외열교환기(4) 또는 실내열교환기(5)로 선택적으로 안내할 수 있다. 예를 들면, 절환밸브(3)는 사방밸브일 수 있다.
실외열교환기(4)는 냉매와 실외공기를 열교환시킬 수 있다. 실외열교환기(4)에서 냉매와 실외공기 간의 열전달 방향은 공기조화기의 운전모드, 즉 냉방운전인지 난방운전인지에 따라 다를 수 있다. 실외팬(미도시)은 실외열교환기(4)의 일측에 배치되어 실외열교환기(4)로 제공되는 공기의 양을 조절할 수 있다.
예를 들면, 실외열교환기(4)는 2 개로 구비될 수 있다. 즉, 실외열교환기(4)는 상대적으로 상측에 위치하는 제1 실외열교환기(40a)와, 상대적으로 하측에 위치하는 제2 실외열교환기(40b)를 포함할 수 있다. 다만, 실외열교환기(4)가 1 개로 구비되거나 3 개 이상으로 구비되는 것도 가능하다.
실내열교환기(5)는 냉매와 실내공기를 열교환시킬 수 있다. 실내열교환기(5)에서 냉매와 실내공기 간의 열전달 방향은 공기조화기의 운전모드, 즉 냉방운전인지 난방운전인지에 따라 다를 수 있다. 실내팬(미부호)은 실내열교환기(5)의 일측에 배치되어 실내열교환기(5)로 제공되는 공기의 양을 조절할 수 있다.
예를 들면, 실내열교환기(5)는 복수개의 실내열교환기들(5a, 5b, 5c)을 포함할 수 있다. 이 경우, 실내의 난방 또는 냉방 요구부하에 대응하여, 복수개의 실내열교환기들(5a, 5b, 5c) 중 일부가 운전되고, 나머지는 비운전될 수 있다.
팽창밸브(E1, E2)는 실외열교환기(4)와 실내열교환기(5) 사이에 설치되어, 실외열교환기(4) 또는 실내열교환기(5)를 통과한 냉매를 팽창시킬 수 있다. 이때, 팽창밸브(E1, E2)는 실외열교환기(4)에 인접하는 실외팽창밸브(E2)와 실내열교환기(5)에 인접하는 실내팽창밸브(E1)를 포함할 수 있다. 이 경우, 실외팽창밸브(E2)는 실내열교환기(5)를 통과한 팽창시키는 데 이용되고, 실내팽창밸브(E1)는 실외열교환기(4)를 통과한 냉매를 팽창시키는 데 이용될 수 있다. 예를 들면, 팽창밸브(E1, E2)는 개도 조절이 가능한 EEV(Electronic Expansion Valve)일 수 있다.
예를 들면, 실외팽창밸브(E2)는 제1 실외열교환기(40a)에 제공되는 냉매를 팽창시키는 제1 실외팽창밸브(E2a)와, 제2 실외열교환기(40b)에 제공되는 냉매를 팽창시키는 제2 실외팽창밸브(E2b)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 실내팽창밸브(E1)는 제1 실내열교환기(5a)에 제공되는 냉매를 팽창시키는 제1 실내팽창밸브(E1a)와, 제2 실내열교환기(5b)에 제공되는 냉매를 팽창시키는 제2 실내팽창밸브(E1b)와, 제3 실내열교환기(5c)에 제공되는 냉매를 팽창시키는 제3 실내팽창밸브(E1c)를 포함할 수 있다.
한편, 공기조화기는 냉매배관을 유동하는 냉매의 온도 또는 압력을 측정하는 복수개의 센서들(미도시)을 구비할 수 있다.
한편, 제어부(C, 미도시)는 공기조화기의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(C)는 전술한 공기조화기의 각 구성과 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(C)는 공기조화기의 각 구성의 동작을 제어하여, 난방운전 또는 냉방운전을 수행할 수 있다.
<공기조화기의 난방운전 모드>
도 1의 절환밸브(3)에 도시된 실선을 참조하면, 공기조화기에 난방운전 신호가 수신되면, 제어부(C)는 공기조화기의 난방운전을 수행할 수 있다. 예를 들면, 난방운전 신호는 사용자가 임의로 입력하는 신호일 수 있다. 다른 예를 들면, 난방운전 신호는 실내측 온도센서가 감지한 실내온도가 사용자가 설정한 희망온도보다 일정 수준이상으로 낮을 때, 실내 공간에 구비된 써모스탯(thermostat)이 제어부(C)에 제공하는 신호일 수 있다.
구체적으로, 어큐뮬레이터(6)로부터 압축기(1)로 유입되는 저온, 저압의 냉매는 압축기(1)에서 고온, 고압으로 압축되어 오일분리기(2)로 토출될 수 있다. 그리고, 오일분리기(2)에서 오일이 분리된 냉매는 절환밸브(3)와 제1 서비스밸브(SV1)를 거쳐 제2 실내열교환기(5b)로 유입될 수 있다. 이때, 제2 실내팽창밸브(E1b)는 제2 실내열교환기(5b)를 통과하여 실외열교환기(4)로 이어지는 냉매의 유로를 완전 개방할 수 있고, 제2 실내팽창밸브(E1b)를 통과하는 냉매를 팽창시키지 않을 수 있다. 그리고, 제1 실내팽창밸브(E1a)와 제3 실내팽창밸브(E1c)는 제1 실내열교환기(5a)와 제3 실내열교환기(5c)를 통과하여 실외열교환기(4)로 이어지는 냉매의 유로를 폐쇄할 수 있다. 한편, 요구되는 난방 부하가 증가하면, 제1 실내팽창밸브(E1a) 및/또는 제3 실내팽창밸브(E1c)도 개방할 수 있다.
제2 실내열교환기(5b)에서 냉매로부터 실내공기로 열 에너지가 전달됨에 따라, 냉매는 응축될 수 있다. 이때, 제2 실내열교환기(5b)는 응축기로 기능할 수 있다. 그리고, 냉매와 실내공기 간의 열교환에 따라, 실내 공간이 난방될 수 있다. 제2 실내열교환기(5b)를 통과하며 응축된 냉매는 제2 실내팽창밸브(E1b)와 제2 서비스밸브(SV2)를 거쳐, 일부가 제1 실외팽창밸브(E2a)를 통과하고, 나머지가 제2 실외팽창밸브(E2b)를 통과할 수 있다. 제1 실외팽창밸브(E2a)를 통과하며 팽창된 냉매는 제1 분배기(41a)를 거쳐 제1 실외열교환기(40a)의 복수개의 지점들로 분배될 수 있다. 제2 실외팽창밸브(E2b)를 통과하며 팽창된 냉매는 제2 분배기(41b)를 거쳐 제2 실외열교환기(40b)의 복수개의 지점들로 분배될 수 있다.
제1 실외열교환기(40a)와 제2 실외열교환기(40b)에서 냉매로 실외공기의 열 에너지가 전달됨에 따라, 냉매는 증발될 수 있다. 이때, 제1 실외열교환기(40a)와 제2 실외열교환기(40b)는 증발기로 기능할 수 있다. 제1 실외열교환기(40a)와 제2 실외열교환기(40b) 각각을 통과하며 증발된 냉매는 메인 헤더(42)에서 통합되어 절환밸브(3)를 거쳐 어큐뮬레이터(6)로 유입될 수 있다. 그리고, 어큐뮬레이터(6)는 기상냉매를 압축기(1)에 제공할 수 있다. 이로써, 전술한 공기조화기의 난방운전을 위한 냉매 사이클이 완성될 수 있다.
<공기조화기의 냉방운전 모드>
도 1의 절환밸브(3)에 도시된 점선을 참조하면, 공기조화기에 냉방운전 신호가 수신되면, 제어부(C)는 공기조화기의 냉방운전을 수행할 수 있다. 예를 들면, 냉방운전 신호는 사용자가 임의로 입력하는 신호일 수 있다. 다른 예를 들면, 냉방운전 신호는 실내측 온도센서가 감지한 실내온도가 사용자가 설정한 희망온도보다 일정 수준이상으로 높을 때, 실내 공간에 구비된 써모스탯(thermostat)이 제어부(C)에 제공하는 신호일 수 있다.
구체적으로, 어큐뮬레이터(6)로부터 압축기(1)로 유입되는 저온, 저압의 냉매는 압축기(1)에서 고온, 고압으로 압축되어 오일분리기(2)로 토출될 수 있다. 그리고, 오일분리기(2)에서 오일이 분리된 냉매는 절환밸브(3)와 메인 헤더(42)를 거쳐 제1 실외열교환기(40a)와 제2 실외열교환기(40b)로 유입될 수 있다.
제1 실외열교환기(40a)와 제2 실외열교환기(40b)에서 냉매로부터 실외공기로 열 에너지가 전달됨에 따라 냉매는 응축될 수 있다. 이때, 제1 실외열교환기(40a)와 제2 실외열교환기(40b)는 응축기로 기능할 수 있다.
제1 실외열교환기(40a)를 통과하며 응축된 냉매는 제1 분배기(41a), 제1 실외팽창밸브(E2a) 그리고 제2 서비스밸브(SV2)를 차례로 거쳐 제2 실내팽창밸브(E1b)로 유입될 수 있다. 이때, 제1 실외팽창밸브(E2a)는 유로를 완전 개방하여 이를 통과하는 냉매를 팽창시키지 않을 수 있다. 제2 실외열교환기(40b)를 통과하며 응축된 냉매는 제2 분배기(41b), 제2 실외팽창밸브(E2b) 그리고 제2 서비스밸브(SV2)를 차례로 거쳐 제2 실내팽창밸브(E1b)로 유입될 수 있다. 이때, 제2 실외팽창밸브(E2b)는 유로를 완전 개방하여 이를 통과하는 냉매를 팽창시키지 않을 수 있다. 그리고, 제2 실내팽창밸브(E1b)를 통과하며 팽창된 냉매는 제2 실내열교환기(5b)로 유입될 수 있다.
제2 실내열교환기(5b)에서 냉매로 실외공기의 열 에너지가 전달됨에 따라, 냉매는 증발될 수 있다. 이때, 제2 실내열교환기(5b)는 증발기로 기능할 수 있다. 그리고, 냉매와 실내공기 간의 열교환에 따라, 실내 공간이 냉방될 수 있다. 제2 실내열교환기(5b)를 통과하며 증발된 냉매는 제1 서비스밸브(SV1)와 절환밸브(3)를 거쳐 어큐뮬레이터(6)로 유입될 수 있다. 그리고, 어큐뮬레이터(6)는 기상냉매를 압축기(1)에 제공할 수 있다. 이로써, 전술한 공기조화기의 냉방운전을 위한 냉매 사이클이 완성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 냉매가 유동하는 열교환배관(미부호)이 실외열교환기(4)의 내부에 설치될 수 있다. 이 경우, 실외공기는 실외열교환기(4)를 통과하며, 상기 열교환배관을 유동하는 냉매와 열교환을 할 수 있다.
상기 열교환배관은 복수개가 병렬적으로 구비될 수 있다. 이 경우, 전술한 분배기(41a, 41b)로부터 상기 복수개의 열교환배관들 각각으로 냉매가 분배될 수 있다. 이로써, 실외열교환기(4) 전체에 걸쳐, 공기와 냉매 간의 열교환이 상당히 균일하게 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 열교환배관의 끝단에 냉매가 유입되거나 토출되는 홀이 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 열교환배관의 끝단은 실외열교환기(4)의 일면인 제1 면(4a)에 인접할 수 있다.
이 경우, 상기 열교환배관은 복수회 밴딩되어 제1 면(4a)과 제2 면(4b)을 번갈아 거칠 수 있다. 구체적으로, 상기 열교환배관은 제1 면(4a)에 인접하는 일단으로부터 제1 면(4a)에 반대되는 제2 면(4b)으로 연장되고, 제2 면(4b)에서 밴딩되어 다시 제1 면(4a)으로 연장될 수 있다. 이어서, 상기 열교환배관은 제1 면(4a)에서 밴딩되어 다시 제2 면(4b)으로 연장되고, 제2 면(4b)에서 밴딩되어 다시 제1 면(4a)으로 연장되어, 상기 열교환배관의 타단이 제1 면(4a)에 인접할 수 있다.
예를 들면, 상기 열교환배관의 밴딩되는 부분과 그 외의 부분은 별개의 관으로 구비되어 서로 연결될 수 있다. 다른 예를 들면, 상기 열교환배관의 밴딩되는 부분과 그 외의 부분은 하나의 관으로 구비될 수 있다.
한편, 상기 열교환배관을 유동하는 냉매로부터 기상냉매가 분리되어 후술하는 제1 헤더(11) 및/또는 제2 헤더(12)를 통해 어큐뮬레이터(6)로 제공될 수 있으며, 보다 상세히는 후술한다.
이때, 제1 밸브(V1)는 제1 헤더(11)와 어큐뮬레이터(6) 사이에 설치되는 제1 배관(미부호)에 설치되어, 상기 제1 배관의 유로를 개폐할 수 있다. 그리고, 제2 밸브(V2)는 제2 헤더(12)와 어큐뮬레이터(6) 사이에 설치되는 제2 배관(미부호)에 설치되어, 상기 제2 배관의 유로를 개폐할 수 있다. 예를 들면, 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)는 솔레노이드 밸브일 수 있다.
도 2 및 3을 참조하면, 실외열교환기(4)의 제1 면(4a)에 냉매가 유입되거나 토출되는 복수개의 홀들이 형성되는 상기 복수개의 열교환배관들의 끝단이 위치 또는 인접할 수 있다.
실외열교환기(4)가 증발기로 기능하는 경우를 기준으로, 상기 복수개의 홀들은 전술한 분배기(41a, 41b)에서 분배된 냉매가 유입되는 복수개의 유입홀들(a41, a61, a72, a92, a121, a141, a152)과, 상기 열교환배관을 통과한 냉매가 토출되는 복수개의 토출홀들(a12, a43, a63, a123, a143)을 포함할 수 있다. 이때, 복수개의 토출홀들(a12, a43, a63, a123, a143)은 전술한 메인 헤더(42)에 연결될 수 있다.
그리고, 복수개의 유입홀들(a41, a61, a72, a92, a121, a141, a152) 중 어느 하나와 복수개의 토출홀들(a12, a43, a63, a123, a143) 중 어느 하나는 상기 복수개의 열교환배관들 중 어느 하나의 일단과 타단에 형성될 수 있다. 다시 말해, 복수개의 유입홀들(a41, a61, a72, a92, a121, a141, a152) 또는 복수개의 토출홀들(a12, a43, a63, a123, a143)의 개수와 동일한 수로 상기 열교환배관들이 구비될 수 있다.
한편, 분배기(41a, 41b)를 통해 복수개의 유입홀들(a41, a61, a72, a92, a121, a141, a152)로 유입되는 냉매는 전술한 실외팽창밸브(E2)를 통과하며 팽창된 냉매로서 액상냉매와 기상냉매가 함께 존재하는 2상 냉매일 수 있다. 복수개의 유입홀들(a41, a61, a72, a92, a121, a141, a152) 각각으로 유입되는 2상 냉매는 상기 복수개의 열교환배관들 각각을 통과하며 증발되어 건도가 높아질 수 있다. 이 경우, 상기 열교환배관을 유동하는 냉매로부터 기상냉매를 분리하여 바이패스관(15)을 통해 제1 헤더(11) 또는 제2 헤더(12)로 제공하고, 나머지 액상냉매는 리턴밴드(14)를 통해 다시 상기 열교환배관을 통과하며 증발될 수 있다.
예를 들면, 유입홀(a61)로 유입된 냉매는 실외열교환기(4) 내부에 위치한 상기 열교환배관을 유동하며 증발되고, 상대적으로 많은 양의 액상냉매가 제1 포인트(b61)에서 리턴밴드(14)를 통해 제2 포인트(b81)로 이동되되, 상대적으로 많은 양의 기상냉매가 바이패스관(15)을 통해 제1 헤더(11)로 유입될 수 있다.
그리고, 냉매는 제2 포인트(b81)로부터 실외열교환기(4) 내부에 위치한 상기 열교환배관을 유동하며 증발되고, 상대적으로 많은 양의 액상냉매가 제3 포인트(a81)에서 리턴밴드(14)를 통해 제4 포인트(a83)로 이동되되, 상대적으로 많은 양의 기상냉매가 바이패스관(15)을 통해 제2 헤더(12)로 유입될 수 있다.
또한, 냉매는 제4 포인트(a83)로부터 실외열교환기(4) 내부에 위치한 상기 열교환배관을 유동하며 증발되고, 상대적으로 많은 양의 액상냉매가 제5 포인트(b83)에서 리턴밴드(14)를 통해 제6 포인트(b63)로 이동되되, 상대적으로 많은 양의 기상냉매가 바이패스관(15)을 통해 제1 헤더(11)로 유입될 수 있다.
이어서, 냉매는 제6 포인트(b63)로부터 실외열교환기(4) 내부에 위치한 상기 열교환배관을 유동하며 증발되고, 토출홀(a63)을 통해 전술한 메인 헤더(42)로 유입될 수 있다.
이에 따라, 증발기로 기능하는 실외열교환기(4)의 중간단에서 기상냉매를 실외열교환기(4)로부터 분리할 수 있어, 실외열교환기(4)를 유동하는 냉매의 압력손실을 줄일 수 있다. 그 결과, 공기조화기의 난방 성능이 향상될 수 있다.
도 4 및 5를 참조하면, 유입홀(a61)로 유입된 냉매(R)는 건도가 낮은 2상 냉매이거나 액상냉매일 수 있다. 그리고, 유입홀(a61)로 유입된 냉매는 상기 열교환배관을 통과하며 실외공기와의 열교환에 의해 일부가 증발되어 건도가 높아질 수 있다. 즉, 상기 열교환배관을 통과한 냉매는 기상냉매(Rg)와 액상냉매(Rf)가 공존하는 2상 냉매(Rt)로서 제3 포인트(a81)를 통과할 수 있다.
한편, 기액분리관(13, 14)은 제3 포인트(a81), 제4 포인트(a83) 그리고 바이패스관(15)에 연결될 수 있다. 다시 말해, 기액분리관(13, 14)은 상기 열교환배관의 일부를 형성하면서, 바이패스관(15)에 연결될 수 있다.
이때, 기액분리관(13, 14)은 제1 파트(13)와 제2 파트(14)를 포함할 수 있다. 제1 파트(13)의 일단은 제3 포인트(a81)에 연결되며, 제1 파트(13)의 타단은 바이패스관(15)에 연결될 수 있다. 그리고, 제2 파트(14)는 제1 파트(13)의 일단과 타단 사이에서 제1 파트(13)로부터 연장되어 제4 포인트(a84)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 제2 파트(14)는 제1 파트(13)의 길이방향과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. 한편, 제2 파트(14)는 리턴밴드로 칭할 수 있다.
한편, 바이패스관(15)은 제1 파트(13)의 내부에 삽입되는 숏 튜브(16, short tube)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 숏 튜브(16)의 끝단은 제1 파트(13)의 일단에 인접할 수 있다.
그리고, 숏 튜브(16)의 외주면 중 적어도 일부는 제1 파트(13)의 내부면으로부터 이격될 수 있다. 다시 말해, 적어도 일부의 구간에서 숏 튜브(16)의 외경은 제1 파트(13)의 내경보다 작을 수 있다. 예를 들면, 숏 튜브(16)의 일단은 제3 포인트(a81)에 인접하면서 제1 직경을 가지고, 타단은 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 숏 튜브(16)는 상기 일단으로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼진 형상(tapered shape)으로 형성될 수 있다.
한편, 2상 냉매의 배관내 유동 특성은 냉매의 유속 또는 건도에 따라 달라질 수 있다. 상기 열교환배관을 통과하는 2상 냉매(Rt)가 일정범위 내의 유속과 건도를 가지면, 2상 냉매(Rt)는 상기 열교환배관 내에서 환형 유동(annular flow) 특성을 나타낼 수 있다. 여기서, 환형 유동은 상대적으로 유속이 빠른 기상냉매(Rg)의 유동은 배관의 중심부에 집중되는 반면에, 상대적으로 유속이 느리고 점도가 높은 액상냉매(Rf)의 유동은 배관의 내벽에 집중되는 유동을 의미한다. 그리고, 후술하는 기액 분리율을 높이기 위하여, 상기 열교환배관을 통과하는 2상 냉매(Rt)가 상기 환형 유동 특성을 나타내도록 실외열교환기(4) 또는 상기 열교환배관을 설계하거나, 압축기(1)의 운전 주파수 등을 조절하는 것이 바람직하다.
이 경우, 제3 포인트(a81)를 지나 제1 파트(13)로 유입되는 2상 냉매(Rt) 중에, 냉매 유동의 중심부에 집중되는 상대적으로 많은 양의 기상냉매(Rg)는 숏 튜브(16)로 용이하게 유입되고, 냉매 유동의 둘레에 집중되는 상대적으로 많은 양의 액상냉매(Rf)는 제2 파트(14)로 용이하게 유입될 수 있다.
이에 따라, 증발기로 기능하는 실외열교환기(4)의 중간단에서 기상냉매와 액상냉매를 높은 비율로 분리할 수 있어, 실외열교환기(4)를 유동하는 냉매의 압력손실을 크게 줄일 수 있다. 그 결과, 공기조화기의 난방 성능이 크게 향상될 수 있다.
도 2 및 6을 참조하면, 상기 열교환배관은 실외열교환기(4) 내부에서 서로 이격되는 제1 섹션(Pa), 제2 섹션(Pb) 그리고 제3 섹션(Pc)을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 섹션(Pa)은 제2 파트(14)를 통해 제2 섹션(Pb)에 연결되고, 제2 섹션(Pb)은 제2 파트(14)를 통해 제3 섹션(Pc)에 연결될 수 있다. 또한, 제1 섹션(Pa)으로 유입되는 냉매(R1)는 제1 섹션(Pa), 제2 섹션(Pb) 그리고 제3 섹션(Pc)을 차례로 유동하며, 실외공기(OA)로부터 열 에너지를 전달받아 증발될 수 있다.
예를 들면, 제어부(C)는 공기조화기의 난방운전 모드에서 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)를 모두 개방할 수 있다. 이 경우, 실외열교환기(4)의 중간단으로부터 제1 헤더(11)와 제2 헤더(12)를 거쳐 어큐뮬레이터(6)로 냉매가 유입될 수 있다.
다른 예를 들면, 제어부(C)는 공기조화기의 난방운전 모드에서 냉매배관을 순환하는 냉매의 유량 또는 유속에 대응하여, 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2) 각각의 개폐를 제어할 수 있다. 이 경우, 실외열교환기(4)의 중간단으로부터 제1 헤더(11) 및/또는 제2 헤더(12)를 거쳐 어큐뮬레이터(6)로 냉매가 유입될 수 있다.
구체적으로, 제어부(C)는 공기조화기의 난방운전 모드에서 냉매배관을 순환하는 냉매의 유량이 기준 유량보다 작으면, 제1 밸브(V1)를 개방하되 제2 밸브(V2)를 폐쇄하거나, 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)를 모두 개방할 수 있다. 예를 들면, 상기 기준 유량은 압축기(1)의 최대 운전주파수가 165 Hz인 경우 100 Hz일 수 있다. 이 경우, 제1 섹션(Pa)으로 유입된 냉매는 상대적으로 유량이 작아 제1 섹션(Pa)을 통과하면서 건도가 0.5 내지 0.6으로 용이하게 상승하여, 전술한 환형 유동 특성을 나타낼 수 있다.
이에 따라, 제1 섹션(Pa)을 통과한 냉매(Rt1)를 전술한 기액분리관(13, 14)을 통해 기상냉매(Rg1)와 액상냉매(Rf1)로 용이하게 분리할 수 있으므로, 분리된 기상냉매(Rg1)를 바이패스관(15), 제1 헤더(11) 그리고 제1 밸브(V1)를 거쳐 어큐뮬레이터(6)로 바이패스할 수 있다. 그리고, 분리된 액상냉매(Rf1)는 제2 파트(14)를 통해 제2 섹션(Pb)으로 유입되어 증발될 수 있다. 이때, 제2 섹션(Pb)을 통과한 냉매(Rt2)도 전술한 기액분리관(13, 14)을 통해 기상냉매(Rg2)와 액상냉매(Rf2)로 분리되고, 분리된 기상냉매(Rg2)를 바이패스관(15), 제2 헤더(12) 그리고 제2 밸브(V2)를 거쳐 어큐뮬레이터(6)로 바이패스하는 것도 가능하다. 한편, 분리된 액상냉매(Rf2)는 제2 파트(14)를 통해 제3 섹션(Pc)으로 유입되어 증발되어 기상냉매(Rg3)로서 메인 헤더(42)를 거쳐 어큐뮬레이터(6)로 유입될 수 있다.
이때, 기상냉매(Rg1)와 액상냉매(Rf1)를 분리하는 기액분리관(13, 14)은 제2 섹션(Pb)을 사이에 두고, 기상냉매(Rg2)와 액상냉매(Rf2)를 분리하는 기액분리관(13, 14)으로부터 이격될 수 있다. 그리고, 기상냉매(Rg1)와 액상냉매(Rf1)를 분리하는 기액분리관(13, 14)은 기상냉매(Rg2)와 액상냉매(Rf2)를 분리하는 기액분리관(13, 14)보다 상기 열교환배관의 상류에 위치할 수 있다.
한편, 제어부(C)는 공기조화기의 난방운전 모드에서 냉매배관을 순환하는 냉매의 유량이 기준 유량보다 크면, 제1 밸브(V1)를 폐쇄하되 제2 밸브(V2)를 개방할 수 있다. 예를 들면, 상기 기준 유량은 압축기(1)의 최대 운전주파수가 165 Hz인 경우 100 Hz일 수 있다. 이 경우, 제1 섹션(Pa)으로 유입된 냉매는 상대적으로 유량이 크므로 제1 섹션(Pa)을 통과하면서 건도가 충분히 상승하지 못하여, 전술한 환형 유동 특성을 나타내지 못할 수 있다. 이에, 제1 섹션(Pa)을 통과한 냉매(Rt1)가 제2 파트(14)를 통해 제2 섹션(Pb)으로 안내되고, 제2 섹션(Pb)으로 유입된 냉매가 제2 섹션(Pb)을 통과하면서 건도가 0.5 내지 0.6으로 용이하게 상승하여, 전술한 환형 유동 특성을 나타낼 수 있다.
이에 따라, 제2 섹션(Pb)을 통과한 냉매를 전술한 기액분리관(13, 14)을 통해 기상냉매와 액상냉매로 용이하게 분리할 수 있으므로, 분리된 기상냉매를 바이패스관(15), 제2 헤더(12) 그리고 제2 밸브(V2)를 거쳐 어큐뮬레이터(6)로 바이패스할 수 있다. 그리고, 분리된 액상냉매는 제2 파트(14)를 통해 제3 섹션(Pc)으로 유입되어 증발되어 기상냉매로서 메인 헤더(42)를 거쳐 어큐뮬레이터(6)로 유입될 수 있다.
즉, 공기조화기의 요구 부하 또는 냉매배관을 순환하는 냉매유량의 변화에 따라 상기 열교환배관의 유로 내 냉매의 건도 분포가 달라지는 것에 대비하여, 기상냉매와 액상냉매를 효율적으로 분리할 수 있는 지점을 가변적으로 설정하는 것이 가능하다. 이로써, 제1 헤더(11) 또는 제2 헤더(12)를 통해 어큐뮬레이터(6)로 액상냉매가 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에 냉매를 제공하는 어큐뮬레이터; 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창밸브; 상기 팽창밸브를 통과한 냉매가 유입되는 열교환배관을 구비하고, 상기 열교환배관을 유동하는 냉매를 증발시키는 증발기; 상기 열교환배관의 일단과 타단 사이에 위치하는 제1 포인트와 제2 포인트를 연결하는 기액분리관; 그리고, 일단이 상기 기액분리관에 연결되고, 타단이 상기 어큐뮬레이터에 연결되는 바이패스관을 포함하고, 상기 기액분리관은: 일단이 상기 제1 포인트에 연결되고, 타단이 상기 바이패스관의 일단에 연결되는 제1 파트; 그리고, 상기 제1 파트의 일단과 타단 사이에서 상기 제1 파트로부터 연장되어, 상기 제2 포인트에 연결되는 제2 파트를 포함하는 공기조화기를 제공한다.
또 본 개시의 다른(another) 측면에 따르면, 상기 바이패스관은: 상기 제1 파트의 내부에 삽입되고, 적어도 일부가 상기 제1 파트의 내면으로부터 이격되는 숏 튜브(short tube)를 더 포함할 수 있다.
또 본 개시의 다른(another) 측면에 따르면, 상기 숏 튜브의 일단은 상기 제1 포인트에 인접하며, 제1 직경을 가지고, 상기 숏 튜브의 타단은 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가질 수 있다.
또 본 개시의 다른(another) 측면에 따르면, 상기 제1 파트는 길게 연장되고, 상기 제2 파트는 상기 제1 파트의 길이방향에 교차하는 방향으로 연장될 수 있다.
또 본 개시의 다른(another) 측면에 따르면, 상기 바이패스관을 통과한 냉매가 유입되는 헤더; 상기 헤더와 상기 어큐뮬레이터 사이에 설치되어, 상기 헤더와 상기 어큐뮬레이터를 잇는 냉매의 유로를 제공하는 배관; 그리고, 상기 배관에 설치되어, 배관의 유로를 개폐하는 밸브를 더 포함할 수 있다.
또 본 개시의 다른(another) 측면에 따르면, 상기 기액분리관은: 제1 기액분리관; 그리고, 상기 열교환배관의 일부를 사이에 두고, 상기 제1 기액분리관으로부터 이격되는 제2 기액분리관을 더 포함하고, 상기 바이패스관은: 상기 제1 기액분리관에 연결되는 제1 바이패스관; 그리고, 상기 제2 기액분리관에 연결되는 제2 바이패스관을 더 포함하고, 상기 헤더는: 상기 제1 바이패스관을 통과한 냉매가 유입되는 제1 헤더; 그리고, 상기 제2 바이패스관을 통과한 냉매가 유입되는 제2 헤더를 더 포함할 수 있다.
또 본 개시의 다른(another) 측면에 따르면, 상기 제2 기액분리관은, 상기 열교환배관의 일단과 타단 사이에 위치하는 제3 포인트와 제4 포인트를 연결하고, 상기 제3 포인트와 상기 제4 포인트는, 상기 제1 포인트와 상기 제2 포인트보다 상기 열교환배관의 하류에 위치할 수 있다.
또 본 개시의 다른(another) 측면에 따르면, 상기 배관은: 상기 제1 헤더와 상기 어큐뮬레이터 사이에 설치되어, 상기 제1 헤더와 상기 어큐뮬레이터를 잇는 냉매의 유로를 제공하는 제1 배관; 그리고, 상기 제2 헤더와 상기 어큐뮬레이터 사이에 설치되어, 상기 제2 헤더와 상기 어큐뮬레이터를 잇는 냉매의 유로를 제공하는 제2 배관을 더 포함하고, 상기 밸브는: 상기 제1 배관에 설치되어, 상기 제1 배관의 유로를 개폐하는 제1 밸브; 그리고, 상기 제2 배관에 설치되어, 상기 제2 배관의 유로를 개폐하는 제2 밸브를 더 포함할 수 있다.
또 본 개시의 다른(another) 측면에 따르면, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브의 개폐를 조절하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 열교환배관으로 유입되는 냉매의 유량이 기준 유량보다 작으면, 상기 제1 밸브를 개방하고, 상기 제2 밸브를 개방하거나 폐쇄할 수 있다.
또 본 개시의 다른(another) 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 열교환배관으로 유입되는 냉매의 유량이 상기 기준 유량보다 크면, 상기 제1 밸브를 폐쇄하고, 상기 제2 밸브를 개방할 수 있다.
앞에서 설명된 본 개시의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 서로 배타적이거나 구별되는 것은 아니다. 앞서 설명된 본 개시의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 각각의 구성 또는 기능이 병용되거나 조합될 수 있다.
예를 들어 특정 실시예 및/또는 도면에 설명된 A 구성과 다른 실시예 및/또는 도면에 설명된 B 구성이 결합될 수 있음을 의미한다. 즉, 구성 간의 결합에 대해 직접적으로 설명하지 않은 경우라고 하더라도 결합이 불가능하다고 설명한 경우를 제외하고는 결합이 가능함을 의미한다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에 냉매를 제공하는 어큐뮬레이터;
    상기 압축기에서 토출되는 냉매를 응축시키는 응축기;
    상기 응축기를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창밸브;
    상기 팽창밸브를 통과한 냉매가 유입되는 열교환배관을 구비하고, 상기 열교환배관을 유동하는 냉매를 증발시키는 증발기;
    상기 열교환배관의 일단과 타단 사이에 위치하는 제1 포인트와 제2 포인트를 연결하는 기액분리관; 그리고,
    일단이 상기 기액분리관에 연결되고, 타단이 상기 어큐뮬레이터에 연결되는 바이패스관을 포함하고,
    상기 기액분리관은:
    일단이 상기 제1 포인트에 연결되고, 타단이 상기 바이패스관의 일단에 연결되는 제1 파트; 그리고,
    상기 제1 파트의 일단과 타단 사이에서 상기 제1 파트로부터 연장되어, 상기 제2 포인트에 연결되는 제2 파트를 포함하는 공기조화기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 바이패스관은:
    상기 제1 파트의 내부에 삽입되고, 적어도 일부가 상기 제1 파트의 내면으로부터 이격되는 숏 튜브(short tube)를 더 포함하는 공기조화기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 숏 튜브의 일단은 상기 제1 포인트에 인접하며, 제1 직경을 가지고,
    상기 숏 튜브의 타단은 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 가지는 공기조화기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 파트는 길게 연장되고,
    상기 제2 파트는 상기 제1 파트의 길이방향에 교차하는 방향으로 연장되는 공기조화기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 바이패스관을 통과한 냉매가 유입되는 헤더;
    상기 헤더와 상기 어큐뮬레이터 사이에 설치되어, 상기 헤더와 상기 어큐뮬레이터를 잇는 냉매의 유로를 제공하는 배관; 그리고,
    상기 배관에 설치되어, 배관의 유로를 개폐하는 밸브를 더 포함하는 공기조화기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 기액분리관은:
    제1 기액분리관; 그리고,
    상기 열교환배관의 일부를 사이에 두고, 상기 제1 기액분리관으로부터 이격되는 제2 기액분리관을 더 포함하고,
    상기 바이패스관은:
    상기 제1 기액분리관에 연결되는 제1 바이패스관; 그리고,
    상기 제2 기액분리관에 연결되는 제2 바이패스관을 더 포함하고,
    상기 헤더는:
    상기 제1 바이패스관을 통과한 냉매가 유입되는 제1 헤더; 그리고,
    상기 제2 바이패스관을 통과한 냉매가 유입되는 제2 헤더를 더 포함하는 공기조화기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 기액분리관은,
    상기 열교환배관의 일단과 타단 사이에 위치하는 제3 포인트와 제4 포인트를 연결하고,
    상기 제3 포인트와 상기 제4 포인트는,
    상기 제1 포인트와 상기 제2 포인트보다 상기 열교환배관의 하류에 위치하는 공기조화기.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 배관은:
    상기 제1 헤더와 상기 어큐뮬레이터 사이에 설치되어, 상기 제1 헤더와 상기 어큐뮬레이터를 잇는 냉매의 유로를 제공하는 제1 배관; 그리고,
    상기 제2 헤더와 상기 어큐뮬레이터 사이에 설치되어, 상기 제2 헤더와 상기 어큐뮬레이터를 잇는 냉매의 유로를 제공하는 제2 배관을 더 포함하고,
    상기 밸브는:
    상기 제1 배관에 설치되어, 상기 제1 배관의 유로를 개폐하는 제1 밸브; 그리고,
    상기 제2 배관에 설치되어, 상기 제2 배관의 유로를 개폐하는 제2 밸브를 더 포함하는 공기조화기.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브의 개폐를 조절하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 열교환배관으로 유입되는 냉매의 유량이 기준 유량보다 작으면,
    상기 제1 밸브를 개방하고,
    상기 제2 밸브를 개방하거나 폐쇄하는 공기조화기.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 열교환배관으로 유입되는 냉매의 유량이 상기 기준 유량보다 크면,
    상기 제1 밸브를 폐쇄하고,
    상기 제2 밸브를 개방하는 공기조화기.
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