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KR20210096522A - 공기 조화 장치 - Google Patents

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KR20210096522A
KR20210096522A KR1020200010087A KR20200010087A KR20210096522A KR 20210096522 A KR20210096522 A KR 20210096522A KR 1020200010087 A KR1020200010087 A KR 1020200010087A KR 20200010087 A KR20200010087 A KR 20200010087A KR 20210096522 A KR20210096522 A KR 20210096522A
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KR
South Korea
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pipe
refrigerant
heat exchange
branch pipe
pressure
Prior art date
Application number
KR1020200010087A
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English (en)
Inventor
김각중
송치우
신일융
사용철
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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Priority to CN202011576531.7A priority patent/CN113251509B/zh
Priority to US17/143,310 priority patent/US20210231317A1/en
Priority to DE102021200238.2A priority patent/DE102021200238A1/de
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Abstract

본 발명의 공기 조화 장치는, 냉매가 순환하는 실외기; 물이 순환하는 실내기; 상기 실외기와 상기 실내기를 연결하며, 상기 냉매와 물간에 열교환을 수행하는 열교환 장치; 상기 실외기와 상기 열교환 장치를 연결하고, 고압 상태의 냉매가 유동되는 제 1 내부배관; 상기 실외기와 상기 열교환 장치를 연결하고, 저압 상태의 냉매가 유동되는 제 2 내부배관; 및 상기 실외기와 상기 열교환 장치를 연결하고, 액 냉매가 유동되는 제 3 내부배관을 포함하고, 상기 열교환 장치는, 상기 제 2 내부배관을 바이패스하는 바이패스 배관과 상기 바이패스 배관에 구비되는 유량조절밸브를 포함한다.

Description

공기 조화 장치{Air conditioning apparatus}
본 발명은 공기 조화 장치에 관한 것이다.
공기 조화 장치는 소정공간의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 기기이다. 일반적으로, 상기 공기 조화 장치는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 포함하며, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 수행하는 냉동 사이클이 구동되어, 상기 소정공간을 냉방 또는 난방할 수 있다.
상기 소정공간은 상기 공기 조화 장치는 사용되는 장소에 따라, 다양하게 제안될 수 있다. 일례로, 상기 공기 조화 장치가 가정이나 사무일 수 있다.
공기 조화 장치가 냉방 운전을 수행하는 경우, 실외기에 구비되는 실외 열교환기가 응축기 기능을 하며 실내기에 구비되는 실내 열교환기가 증발기 기능을 수행한다. 반면에, 공기 조화 장치가 난방 운전을 수행하는 경우, 상기 실내 열교환기가 응축기 기능을 하며 상기 실외 열교환기가 증발기 기능을 수행한다.
최근에는 환경규제 정책에 따라 공기 조화 장치에 사용되는 냉매의 종류를 제한하고, 냉매 사용량을 줄이는 경향이 나타나고 있다.
냉매 사용량을 줄이기 위하여, 냉매와 소정의 유체간에 열교환을 수행하여 냉방 또는 난방을 수행하는 기술이 제안되고 있다. 일례로, 상기 소정의 유체에는 물이 포함될 수 있다.
냉매와 물의 열교환을 통하여 냉방 또는 난방을 수행하는 시스템과 관련하여, 아래와 같은 선행문헌이 개시된다.
1. 등록번호: 일본특허공보 제5279919호
2. 발명의 명칭 : 공기조화장치
위 선행문헌은 실외기와, 열매체 변환기와, 실내기를 포함한다.
상기 열매체 변환기는, 열교환기와, 열교환기의 상류 측에 위치되는 조임장치와, 상기 열교환기의 하류 측에 위치되는 냉매유로변경장치를 포함한다. 상기 냉매유로변경장치는, 냉방 운전 시 저온 상태의 냉매가 유동하는 냉매배관에 연결되어 있다.
다만, 이러한 선행문헌에 의하면, 유동전환부가 항상 저압기관과 연결되어 있어 비운전하는 판형 열교환기의 팽창밸브(Electronic Expansion Valve, EEV)가 누설되면 상기 판형 열교환기가 동파되는 위험성이 존재한다.
또한, 하나의 판형 열교환기는 증발기로 작용하고, 다른 하나의 판형 열교환기는 응축기로 작용하며, 다수의 실내기가 난방 운전을 수행하는 난방 주체 동시운전을 하는 경우에 있어서, 증발기로 작용하는 판형 열교환기의 증발온도가 영하가 되어 동파에 대한 위험성이 존재한다.
본 발명은, 난방 주체 동시운전 시 열교환기의 물 유로 상에서 물이 어는 것이 방지될 수 있는 공기 조화 장치를 제공한다.
본 발명은, 실외온도에 관계없이 열교환기의 증발 온도가 0℃이상일 수 있는 공기 조화 장치를 제공한다.
또한, 실외기에 구비된 열교환기의 증발온도에 상관없이 압축기의 유량을 증가시킬 수 있는 공기 조화 장치를 제공한다.
일 측면에 따른 공기 조화 장치는, 난방 주체 동시운전 시 실내기의 냉방 운전을 위한 열교환을 수행하는 열교환기의 동파를 방지하기 위하여 유량조절밸브를 통해 저압기관의 압력을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화 장치는, 냉매가 순환하는 실외기; 물이 순환하는 실내기; 상기 실외기와 상기 실내기를 연결하며, 상기 냉매와 물간에 열교환을 수행하는 열교환 장치; 상기 실외기와 상기 열교환 장치를 연결하고, 고압 상태의 냉매가 유동되는 제 1 내부배관; 상기 실외기와 상기 열교환 장치를 연결하고, 저압 상태의 냉매가 유동되는 제 2 내부배관; 및 상기 실외기와 상기 열교환 장치를 연결하고, 액 냉매가 유동되는 제 3 내부배관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 열교환 장치는, 상기 제 2 내부배관을 바이패스하는 바이패스 배관과 상기 바이패스 배관에 구비되는 유량조절밸브를 포함할 수 있다.
상기 열교환 장치는, 상기 바이패스 배관의 일단이 상기 제 2 내부배관과 연결되는 분지부와 상기 바이패스 배관의 타단이 상기 제 2 내부배관과 연결되는 합지부를 포함할 수 있다.
상기 열교환 장치는, 상기 분지부와 합지부 사이에 구비되는 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 내부배관에 압력센서가 구비될 수 있고, 상기 압력센서는 상기 분지부에서 상기 냉매가 분지되기 전의 압력을 측정할 수 있다.
난방 주체 동시운전 시, 상기 밸브는 닫힐 수 있다.
상기 유량조절밸브는, 상기 압력센서에서 측정되는 압력이 제 1 압력(P1) 이상 제 2 압력(P2)이하인 압력 구간에 속하도록 개도를 조절할 수 있다.
상기 압력센서에서 측정되는 압력이 제 1 압력(P1)미만이면, 상기 유량조절밸브의 개도가 작아지고, 상기 압력센서에서 측정되는 압력이 제 2 압력(P2)초과이면, 상기 유량조절밸브의 개도가 커질 수 있다.
상기 제 1 압력(P1)에 따른 제 2 내부배관의 증발온도가 0℃ 초과일 수 있다.
난방 운전 시, 상기 밸브는 개방되고, 상기 유량조절밸브는 최대 개도로 개방될 수 있다.
상기 열교환 장치는, 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기와, 상기 제 1 내부배관에서 분기되는 제 1 분기관 및 제 2 분기관과, 상기 제 2 내부배관에서 분기되는 제 3 분기관 및 제 4 분기관을 포함할 수 있다.
상기 제 1 분기관 및 제 2 분기관에 각각 구비되는 제 1 밸브; 상기 제 3 분기관 및 제 4 분기관에 각각 구비되는 제 2 밸브를 포함할 수 있다.
상기 제 3 내부배관에서 분기되는 제 1 냉매 배관 및 제 2 냉매 배관; 상기 제 1 냉매 배관에 구비되는 제 1 팽창 밸브; 및 상기 제 2 냉매 배관에 구비되는 제 2 팽창 밸브를 포함할 수 있다.
상기 제 1 분기관과 상기 제 2 분기관이 연결되는 제 1 공통 기관과, 상기 제 2 분기관과 상기 제 2 공통 기관을 연결하는 제 5 분기관과, 상기 제 5 분기관에 구비되는 제 1 바이패스 밸브와, 상기 제 3 분기관과 상기 제 4 분기관이 연결되는 제 2 공통 기관과, 상기 제 4 분기관과 상기 제 2 공통 기관을 연결하는 제 6 분기관과, 상기 제 6 분기관에 구비되는 제 2 바이패스 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 각 열교환기는 냉매가 유동하는 냉매 유로와, 상기 냉매 유로 상의 냉매와 열교환되기 위하여 물이 유동하는 물 유로를 포함하고, 물 유로를 유동한 물이 상기 실내기로 유동할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 난방 주체 동시운전 시 저온의 실외 환경으로 인해 실외기에 구비된 열교환기의 증발압이 하강함에 따라 열교환장치에 구비되는 열교환기의 증발압도 같이 하강하여 동파되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 저압기관의 유량을 조절하여 저압기관의 증발온도가 0℃ 이상을 유지하도록 제어하여 열교환장치에 구비되는 열교환기의 동파를 방지할 수 있다.
또한, 실외기에 구비된 열교환기의 증발압에 영향을 받지 않고 압축기의 유량을 증가시킬 수 있어 난방효율이 저감되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 구성을 보여주는 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치의 구성을 보여주는 사이클 선도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 난방 운전 시의 열교환 장치에서의 냉매와 물의 유동 모습을 보여주는 사이클 선도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 난방 주체 동시운전 시의 열교환 장치에서의 냉매와 물의 유동 모습을 보여주는 사이클 선도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 냉방 운전 시의 열교환 장치에서의 냉매와 물의 유동 모습을 보여주는 사이클 선도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 냉방 주체 동시운전 시의 열교환 장치에서의 냉매와 물의 유동 모습을 보여주는 사이클 선도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 압력센서 값의 설정구간을 보여주는 그래프.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 구성을 보여주는 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치의 구성을 보여주는 사이클 선도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치(1)는, 실외기(200)와, 실내기(50) 및 상기 실외기(200)와 상기 실내기(50)에 연결되는 열교환 장치(100)를 포함할 수 있다.
상기 실외기(200)와 상기 열교환 장치(100)는 제 1 유체에 의하여 유동적으로 연결될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 유체는 냉매를 포함할 수 있다.
상기 냉매는 상기 열교환 장치(100)에 구비되는 열교환기의 냉매측 유로 및 상기 실외기(200)를 유동할 수 있다.
상기 실외기(200)에는, 복수의 압축기(240, 242)와, 상기 복수의 압축기(240, 242)의 출구측에 배치되며 상기 복수의 압축기(240, 242)에서 토출된 냉매 중 오일을 분리하기 위한 오일 분리기(241, 243)가 포함된다.
상기 복수의 압축기(240, 242)에는 병렬 연결되는 제 1 압축기(240) 및 제 2 압축기(242)가 포함된다. 그리고, 상기 오일 분리기(241, 243)에는, 상기 제 1 압축기(240)의 출구측에 배치되는 제 1 오일 분리기(241) 및 상기 제 2 압축기(242)의 출구측에 배치되는 제 2 오일 분리기(243)가 포함된다.
상기 실외기(200)에는, 상기 오일 분리기(241,243)로부터 상기 압축기(240,242)로 오일을 회수하기 위한 회수 유로(245)가 포함된다. 즉, 상기 회수유로(245)는 상기 제 1 오일분리기(241)로부터 상기 제 1 압축기(240)로, 그리고 상기 제 2 오일 분리기(243)로부터 상기 제 2 압축기(242)로 연장된다.
상기 오일 분리기(241, 243)의 출구측에는, 상기 압축기(240, 242)에서 토출된 냉매를 실외 열교환 장치(200) 또는 실내기 측으로 가이드 하는 유동 전환부(260, 262)가 제공된다.
일 예로, 상기 유동 전환부(260, 262)는 제 1 유동 전환부(260)와 제 2 유동 전환부(262)를 포함할 수 있다.
상기 공기 조화 장치가 냉방 운전하는 경우, 냉매는 상기 유동 전환부(260, 262)로부터 상기 실외 열교환 장치(210)로 유입된다. 반면에, 상기 공기 조화 장치가 난방 운전하는 경우, 냉매는 상기 유동 전환부(260, 262)로부터 상기 실내기의 실내 열교환기측으로 유동한다.
또한, 상기 실외기(200)에는, 상기 복수의 압축기(240, 242)의 입구측에 연결되는 기액 분리기(250)가 구비된다.
상기 기액 분리기(250)는 냉매가 상기 압축기(240,242)로 유입되기 전 기상 냉매가 분리되도록 하는 구성이다. 분리된 기상 냉매가 상기 압축기(240,242)로 유입될 수 있다.
상기 공기 조화기가 냉방 운전하는 경우, 상기 실외 열교환 장치(210)를 통과한 냉매는 제 3 실외기 연결관(27)으로 유입될 수 있다.
상기 실외 열교환장치(210)에는, 복수의 열교환부(211,212) 및 실외 팬(218)이 포함된다. 상기 복수의 열교환부(211,212)에는, 병렬 연결되는 제 1 열교환부(211) 및 제 2 열교환부(212)가 포함된다.
그리고, 상기 실외 열교환장치(210)에는, 상기 제 1 열교환부(212)의 출구측으로부터 상기 제 2 열교환부(212)의 입구측으로 냉매의 유동을 가이드 하는 가변유로(220)가 포함된다. 상기 가변유로(220)는, 상기 제 1 열교환부(212)의 출구측 배관인 제 1 출구배관(230)으로부터 상기 제 2 열교환부(212)의 입구측 배관인 입구배관(212a)으로 연장된다.
상기 실외 열교환장치(210)에는, 상기 가변유로(220)에 제공되어 냉매의 흐름을 선택적으로 차단하는 제 1 밸브(222)가 제공된다. 상기 제 1 밸브(222)의 온/오프 여부에 따라, 상기 제 1 열교환부(211)를 통과한 냉매는 상기 제 2 열교환부(212)에 선택적으로 유입될 수 있다.
상세히, 상기 제 1 밸브(222)가 온 또는 개방되면, 상기 제 1 열교환부(211)를 통과한 냉매는 상기 가변유로(220)를 거쳐 상기 입구배관(212a)으로 유동되며, 상기 제 2 열교환부(212)에서 열교환 된다. 그리고, 상기 제 2 열교환부(212)를 통과한 냉매는 제 2 출구배관(231)을 통하여 상기 제 3 실외기 연결관(27)으로 유입될 수 있다.
반면에, 상기 제 1 밸브(222)가 오프 또는 폐쇄되면, 상기 제 1 열교환부(211)를 통과한 냉매는 상기 제 1 출구배관(230)을 통하여 상기 제 3 실외기 연결관(27)으로 유입될 수 있다.
상기 제 1 출구배관(230)에는 냉매의 유동을 조절하는 제 2 밸브(232)가 제공되며, 상기 제 2 출구배관(231)에는 냉매의 유동을 조절하는 제 3 밸브(233)가 제공된다. 상기 제 2 밸브(232)와 제 3 밸브(233)는 병렬 연결될 수 있다.
상기 제 2 밸브(232)가 개방되거나 그 개도가 증대되면, 상기 제 1 출구배관(230)을 통하여 유동하는 냉매의 양이 증가된다. 그리고, 상기 제 3 밸브(233)가 개방되거나 그 개도가 증대되면, 상기 제 2 출구배관(231)을 통하여 유동하는 냉매의 양이 증가된다.
상기 제 2 밸브(232)와 제 3 밸브(233)는 전자 팽창밸브(Electronic Expansion Valve, EEV)를 포함할 수 있다.
상기 전자 팽창밸브는 개도 조절을 통하여 상기 팽창밸브를 지나는 냉매의 압력을 강하시킬 수 있다. 일례로, 상기 팽창밸브가 완전히 개방되면(full-open 상태) 냉매는 감압없이 통과될 수 있고, 상기 팽창밸브의 개도가 작아지면 냉매는 감압이 이루어질 수 있다. 상기 냉매의 감압되는 정도는 상기 개도가 작아질수록 커진다.
상기 제 1 출구배관(230)과 제 2 출구배관(231)은 합지되어, 상기 제 3 실외기 연결관(27)에 연결된다.
상기 공기조화 장치(1)는, 상기 실외기(200)와 상기 열교환 장치(100)를 연결하는 실외기 연결관(21, 25, 27)을 더 포함할 수 있다.
상기 실외기 연결관(21, 25, 27)은, 고압의 기상 냉매가 유동하는 기관(고압 기관)으로서 제 1 실외기 연결관(21)과, 저압의 기상 냉매가 유동하는 기관(저압 기관)으로서 제 2 실외기 연결관(25)과, 액 냉매가 유동하는 액관으로서 제 3 실외기 연결관(27)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 실외기(200)와 상기 열교환 장치(100)는 "3배관 연결구조"를 가지며, 냉매는 3개의 연결관(21, 25, 27)에 의해서 상기 실외기(200)와 상기 열교환 장치(100)를 연결할 수 있다.
또한, 상기 열교환 장치(100)에는, 3개의 내부배관(11, 15, 17)이 구비되어 상기 3개의 실외기 연결관(21, 25, 27)과 연결될 수 있고, 상기 3개의 내부배관(11, 15, 17)은 상기 열교환 장치(100)를 순환할 수 있다.
상기 열교환 장치(100)와 실내기(50)는 제 2 유체에 의하여 유동적으로 연결될 수 있다. 일례로, 상기 제 2 유체는 물을 포함할 수 있다.
상기 물은 상기 열교환 장치(100)에 구비되는 열교환기의 물 유로 및 상기 실외기(200)를 유동할 수 있다.
상기 열교환 장치(100)는 다수의 열교환기(140, 141)를 포함할 수 있다. 상기 열교환기는 일 예로 판형 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 실내기(50)는 다수의 실내기(60, 70)를 포함할 수 있다. 본 실시 예에서 상기 다수의 실내기(60, 70)의 갯수에는 제한이 없음을 밝혀두며, 도 1에서는 일 예로, 2개의 실내기(60, 70)가 열교환 장치(100)에 연결된 것이 도시된다.
상기 다수의 실내기(60, 70)는, 제 1 실내기(60), 및 제 2 실내기(70)를 포함할 수 있다.
상기 공기 조화 장치(1)는, 상기 열교환 장치(100)와 상기 실내기(50)를 연결하는 배관(30, 35)을 더 포함할 수 있다.
상기 배관(30, 35)은, 상기 열교환 장치(100)와 각 실내기(60, 70)를 연결하는 제 1 실내기 연결관(30) 및 제 2 실내기 연결관(35)을 포함할 수 있다.
물은 상기 실내기 연결관 들(30, 35)을 통하여 상기 열교환 장치(100)와 상기 실내기(50)를 순환할 수 있다.
물론, 상기 실내기의 대수가 증가하면, 상기 열교환 장치(100)와 실내기를 연결하는 배관의 개수는 증가할 것이다.
이러한 구성에 의하면, 상기 실외기(200)와 상기 열교환 장치(100)를 순환하는 냉매와, 상기 열교환 장치(100)와 상기 실내기(50)를 순환하는 물은 상기 열교환 장치(100)에 구비되는 열교환기(140, 141)를 통하여 열교환 된다.
열교환을 통하여 냉각 또는 가열된 물은 상기 실내기(50)에 구비되는 실내 열교환기(61, 71)와 열교환하여 실내 공간의 냉방 또는 난방을 수행할 수 있다.
상기 다수의 열교환기(140, 141)는 상기 다수의 실내기(60, 70)의 개수와 동일한 수로 구비될 수 있다. 또는, 하나의 열교환기에 2 이상의 실내기가 연결되는 것도 가능하다.
이하에서는 상기 열교환 장치(100)에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
상기 열교환 장치(100)는, 각 실내기(60, 70)와 유동적으로 연결되는 제 1 열교환기(140) 및 제 2 열교환기(141)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 열교환기(140) 및 제 2 열교환기(141)는 동일한 구조로 형성될 수 있다.
상기 각 열교환기(140, 141)는 일 예로 판형 열교환기를 포함할 수 있으며, 물 유로와 냉매 유로가 교번하여 적층되도록 구성될 수 있다.
상기 각 열교환기(140, 141)는, 냉매 유로(140a, 141a)와 물 유로(140b, 141b)를 포함할 수 있다.
상기 냉매 유로(140a, 141a)는 상기 실외기(200)와 유동적으로 연결되고, 상기 실외기(200)에서 배출된 냉매가 상기 냉매 유로에 유입되고 상기 냉매 유로를 통과한 냉매가 상기 실외기(200)로 유입될 수 있다.
각 물 유로는 각 실내기(60, 70)와 연결되며, 각 실내기(60, 70)에서 배출된 물이 상기 물 유로에 유입되고 상기 물 유로(140b)를 통과한 물이 상기 각 실내기(60, 70)로 유입될 수 있다.
상기 열교환 장치(100)는, 상기 제 1 내부배관(11)에서 분기되는 제 1 분기관(101) 및 제 2 분기관(102)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 분기관(101) 및 제 2 분기관(102)은 일 예로 고압 상태의 냉매가 유동할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 분기관(101) 및 제 2 분기관(102)을 고압 배관이라 이름할 수 있다.
상기 제 1 분기관(101) 및 제 2 분기관(102)에는 제 1 밸브(103, 104)가 구비될 수 있다.
다만, 상기 제 1 내부배관(11)에서 분기되는 분기관의 갯수에는 제한이 없음을 밝혀둔다.
상기 열교환 장치(100)는, 상기 제 2 내부배관(15)에서 분기되는 제 3 분기관(105) 및 제 4 분기관(106)을 포함할 수 있다.
상기 제 3 분기관(105) 및 제 4 분기관(106)은 일 예로 저압 상태의 냉매가 유동할 수 있다. 따라서, 상기 제 3 분기관(105) 및 제 4 분기관(106)을 일 예로 저압 배관이라 할 수 있다.
상기 제 3 분기관(105) 및 제 4 분기관(106)에는 제 2 밸브(107, 108)가 구비될 수 있다.
다만, 상기 제 2 내부배관(15)에서 분기되는 분기관의 갯수에는 제한이 없음을 밝혀둔다.
한편, 상기 제 2 내부배관(15)에는, 유량조절밸브(161)가 더 포함될 수 있다.
일 예로, 상기 제 2 내부배관(15)에는 밸브(163)가 구비될 수 있고, 상기 밸브(163)와 병렬로 상기 유량조절밸브(161)가 구비될 수 있다. 상기 밸브(163)는 솔레노이드 밸브일 수 있다.
상세히, 상기 제 2 내부배관(15)에서 분지되는 바이패스 배관(162)에 상기 유량조절밸브(161)가 구비되고, 상기 바이패스 배관(162)의 입구 측인 분지부(162a)와 출구측인 합지부(162b) 사이에 상기 밸브(163)가 구비될 수 있다.
일 예로, 상기 바이패스 배관(162)은, 상기 분지부(162a)와 상기 합지부(162b)에서 상기 제 2 내부배관(15)과 연결될 수 있고, 상기 제 2 내부배관(15)을 유동하는 냉매의 적어도 일부가 상기 바이패스 배관(162)으로 유동할 수 있다.
상기 유량조절밸브(161)를 통해 상기 제 2 내부배관(15)을 유동하는 냉매의 양을 조절하여 상기 제 2 내부배관(15)의 증발압을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제 2 내부배관(15)에는, 상기 제 2 내부배관(15)의 압력을 측정하는 압력센서(164)가 더 포함될 수 있다.
일 예로, 상기 압력센서(164)는, 상기 제 2 내부배관(15)의 출구 측에 구비될 수 있다. 상세히, 상기 압력센서(164)는, 상기 제 2 내부배관(15)의 분기관(105, 106)과 상기 유량조절밸브(161)의 사이에 구비될 수 있다.
상기 열교환 장치(100)는, 상기 제 1 분기관(101)과 상기 제 3 분기관(105)이 연결되는 제 1 공통 기관(111)과, 상기 제 2 분기관(102)과 상기 제 4 분기관(106)이 연결되는 제 2 공통 기관(112)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 공통 기관(111)은 상기 각 열교환기(140, 141)의 냉매 유로의 일단과 연결될 수 있다.
상기 각 열교환기(140, 141)의 상기 냉매 유로의 타단에는 냉매 배관(121, 122)이 연결될 수 있다.
상기 제 1 열교환기(140)에 제 1 냉매 배관(121)이 연결되고, 상기 제 2 열교환기(141)에 제 2 냉매 배관(122)이 연결될 수 있다.
상기 제 1 냉매 배관(121)에는 제 1 팽창 밸브(123)가 구비되고, 상기 제 2 냉배 배관(122)에는 제 2 팽창 밸브(124)가 구비될 수 있다.
상기 제 1 냉매 배관(121) 및 제 2 냉매 배관(122)은 상기 제 3 내부배관(17)에 연결될 수 있다.
상기 각 팽창밸브(123, 124)는 일 예로, 전자 팽창밸브(Electronic Expansion Valve, EEV)를 포함할 수 있다.
상기 전자 팽창밸브는 개도 조절을 통하여 상기 팽창밸브를 지나는 냉매의 압력을 강하시킬 수 있다. 일례로, 상기 팽창밸브가 완전히 개방되면(full-open 상태) 냉매는 감압없이 통과될 수 있고, 상기 팽창밸브의 개도가 작아지면 냉매는 감압이 이루어질 수 있다. 상기 냉매의 감압되는 정도는 상기 개도가 작아질수록 커진다.
상기 열교환 장치(100)는, 상기 제 3 분기관(105)과 상기 제 1 공통 기관(111)을 연결하는 제 5 분기관(113)을 더 포함할 수 있다.
상기 제 5 분기관(113)은 냉매가 상기 제 3 분기관(105)의 제 2 밸브(107)를 우회하도록 한다. 상기 제 5 분기관(113)에는 제 1 조절 밸브(114)가 구비될 수 있다.
상기 열교환 장치(100)는, 상기 제 4 분기관(106)과 상기 제 2 공통 기관(112)을 연결하는 제 6 분기관(115)을 더 포함할 수 있다.
상기 제 6 분기관(115)은 냉매가 상기 제 4 분기관(106)의 제 2 밸브(108)를 우회하도록 한다. 상기 제 6 분기관(115)에는 제 2 조절 밸브(116)가 구비될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 조절 밸브(114, 116)는 냉매 유량 조절이 가능한 밸브이다. 즉, 상기 조절 밸브(114, 116)는 개도 조절이 가능한 전자팽창밸브일 수 있다.
한편, 상기 각 실내기 연결관(30, 35)은, 열교환기 유입관(31, 36)과, 열교환기 유출관(32, 37)을 포함할 수 있다.
상기 각 열교환기 유입관(31, 36)에는 펌프(151, 152)가 구비될 수 있다.
상기 각 열교환기 유입관(31, 36)과 열교환기 유출관(32, 37)는 각 실내 열교환기(61, 71)와 연결될 수 있다.
상기 열교환기 유입관(31, 36)은 상기 실내 열교환기(61, 71)를 기준으로 실내기 유입관 역할을 하고, 상기 열교환기 유출관(32, 37)은 상기 실내 열교환기(61, 71)를 기준으로 실내기 유출관 역할을 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 난방 운전 시의 열교환 장치에서의 냉매와 물의 유동 모습을 보여주는 사이클 선도이다.
도 3을 참조하면, 상기 공기 조화 장치(1)가 난방 운전되면, 실외기(200)의 압축기(240, 242)에서 압축된 고압의 기상 냉매는 제 1 실외기 연결관(21)과 제 1 내부배관(11)을 유동한 후에 상기 제 1 분기관(101) 및 제 2 분기관(102)으로 분기될 수 있다.
상기 공기 조화 장치(1)의 난방 운전 시, 상기 제 1 및 제 2 분기관(101 102)의 제 1 밸브(103, 104)는 개방되고, 상기 제 3 및 제 4 분기관(105, 106)의 제 2 밸브(107, 108)는 닫힌다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 바이패스 밸브(114, 116)는 닫힌다.
상기 제 1 분기관(101)으로 분기된 냉매는 상기 제 1 공통 기관(111)을 따라 유동한 후에, 상기 제 1 열교환기(140)의 냉매 유로(140a)로 유동한다.
상기 제 2 분기관(102)으로 분기된 냉매는 상기 제 2 공통 기관(112)을 따라 유동한 후에, 상기 제 2 열교환기(141)의 냉매 유로(141a)로 유동한다.
본 실시 예에서, 상기 공기 조화 장치(1)의 난방 운전 시 상기 열교환기(140, 141)는 응축기로 작용할 수 있다.
상기 공기 조화 장치(1)의 난방 운전 시, 상기 제 1 팽창 밸브(123) 및 제 2 팽창 밸브(124)는 개방된다.
상기 각 열교환기(140, 141)의 냉매 유로(140a, 141a)를 지난 냉매는, 상기 각 팽창 밸브(123, 124)를 지난 후에 상기 제 3 내부배관(17)으로 유동한다.
상기 제 3 내부배관(17)으로 배출된 냉매는 실외기(200)로 유입되며, 상기 압축기(240, 242)로 흡입될 수 있다. 일 예로, 상기 제 3 실외기 연결관(27)을 통과한 냉매는 상기 실외 열교환 장치(210)로 유동될 수 있다.
상기 실외 열교환 장치(210)를 통과하며 열교환을 수행한 냉매는, 상기 제 2 유동전환부(262)를 통과하여 복수의 압축기(240, 242)로 유입될 수 있다. 상기 복수의 압축기(240, 242)에서 압축된 고압의 냉매는 다시 상기 제 1 실외기 연결관(21)을 통해 상기 열교환 장치(100)로 유동한다.
한편, 상기 각 열교환기(140, 141)의 물 유로를 유동하는 물은 냉매와의 열교환에 의하여 가열되고, 가열된 물은 상기 각 실내 열교환기(61, 71)로 공급되어 난방을 수행할 수 있다.
한편, 상기 각 열교환기(140, 141)가 난방 운전 시의 동작을 수행하는 동안, 상기 밸브(163)는 개방되고, 상기 유량조절밸브(161)는 개도를 최대로 하여 개방된 상태일 수 있다.
즉, 상기 제 2 내부배관(15)으로 유동되는 냉매의 양이 최대가 되도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 난방 주체 동시운전 시의 열교환 장치에서의 냉매와 물의 유동 모습을 보여주는 사이클 선도이다.
공기 조화 장치의 난방 주체 동시운전은 다수의 실내기가 난방 운전할 때를 의미하는 것으로, 상기 열교환기(140, 141) 중 하나는 난방을 위한 열교환을 수행하고, 나머지 하나는 냉방을 위한 열교환을 수행할 수 있다.
일 예로, 상기 제 1 열교환기(140)의 동작은 상기한 바와 같이 제 1 분기관(101)의 제 1 밸브(103)는 개방되고, 상기 제 3 분기관(105)의 제 2 밸브는 닫히고, 상기 제 1 팽창 밸브(123)는 개방되어 난방 운전 시와 같이 냉매가 유동한다.
다만, 상기 제 2 분기관(102)의 제 1 밸브(104)는 닫히고, 상기 제 4 분기관(106)의 제 2 밸브(106) 및 상기 제 2 팽창 밸브(124)는 개방된다. 또한, 상기 바이패스 밸브(114, 116)는 닫힌다.
즉, 상기 제 3 내부배관(17)으로부터 분기되어 상기 제 2 냉매 배관(122)으로 분배된 냉매는 상기 제 2 팽창 밸브(124)를 통과하면서 저압의 냉매로 감압될 수 있다.
상기 감압된 냉매는 상기 제 2 열교환기(141)의 냉매 유로를 따라 물과의 열교환을 통해 증발한 후, 상기 제 2 공통기관(122)으로 유동된다. 상기 제 2 공통기관(122)으로 유동된 냉매는 상기 제 4 분기관(106)을 지나 상기 제 2 내부배관(15)으로 유동된다.
이 때, 상기 실외기(200)로 유동하는 냉매 역시 상기 공기 조화 장치(1)가 난방 운전할 때와 동일하게 유동될 수 있다.
한편, 상기 공기 조화 장치(1)가 난방 주체 동시운전될 때, 냉방을 위한 열교환을 수행하는 열교환기의 증발온도가 0℃ 이하로 하강할 수 있어 동파의 위험성이 존재한다.
이에 따라, 상기 제 2 내부배관(17)에 구비된 유량조절밸브(161)를 통해 압손을 주어 상기 제 2 내부배관(17)의 증발압을 상승시킬 수 있다.
즉, 상기 공기 조화 장치(1)가 난방 주체 동시운전시, 상기 밸브(163)는 닫히고, 상기 유량조절밸브(161)만을 개방하여 상기 제 2 내부배관(17)을 유동하는 냉매의 양을 조절할 수 있다.
일 예로, 상기 압력센서(164)에서 측정되는 압력에 따른 증발온도가 0℃를 초과하도록 냉매의 양을 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 냉방 운전 시의 열교환 장치에서의 냉매와 물의 유동 모습을 보여주는 사이클 선도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 냉방 주체 동시운전 시의 열교환 장치에서의 냉매와 물의 유동 모습을 보여주는 사이클 선도이다.
도 5를 참조하면, 상기 공기 조화 장치(1)가 냉방 운전되면, 실외기(200)의 실외 열교환기(210)에서 응축된 고압의 액 냉매는 제 3 실외기 연결관(27)과 제 3 내부배관(17)을 유동한 후에 상기 제 1 냉매 배관(121) 및 제 2 냉배 배관(122)으로 분배될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 냉매 배관(121, 122)에 구비되는 팽창 밸브(123, 124)가 소정 개도로 개방되므로, 냉매는 상기 팽창 밸브(123, 124)를 통과하면서 저압의 냉매로 감압될 수 있다.
감압된 냉매는 상기 열교환기(140, 141)의 냉매 유로(140a, 141a)를 따라 유동하면서 물과의 열교환을 통하여 증발될 수 있다.
즉, 상기 공기 조화 장치(1)의 냉방 운전 시 상기 열교환기(140, 141)는 증발기로 작용할 수 있다.
상기 공기 조화 장치(1)가 냉방 운전되는 중에는 상기 제 1 및 제 2 분기관(101, 102)의 제 1 밸브(103, 104)는 닫히고, 상기 제 3 및 제 4 분기관(105, 106)의 제 2 밸브(107, 108)는 열린다. 또한, 상기 바이패스 밸브(114, 116)는 닫힌다.
따라서, 상기 각 열교환기(140, 141)의 냉매 유로(140a, 141a)를 지난 냉매는 상기 각 공통 기관(111, 112)으로 유동된다.
상기 각 공통 기관(111, 112)으로 유동된 냉매는 상기 제 3 및 제 4 분기관(105, 106)을 유동한 후에 상기 제 2 내부배관(15)으로 유동하게 된다.
상기 제 2 내부배관(15)으로 배출된 냉매는 실외기(200)로 유입되며, 상기 압축기(240, 242)로 흡입될 수 있다. 상기 압축기(240, 242)에서 압축된 고압의 냉매는 실외 열교환기(210)에서 응축되고, 응축된 액 냉매는 다시 제 3 실외기 연결관(27)을 따라 유동할 수 있다.
한편, 물의 유동은 도 3에서 설명한 것과 동일하므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 6은 상기 공기 조화 장치(1)가 냉방 주체 동시운전 즉, 다수의 실내기가 냉방 운전 할 때의 냉매와 물의 유동 모습을 보여준다.
즉, 상기 열교환기(140, 141) 중 하나는 난방을 위한 열교환을 수행하고, 나머지 하나는 냉방을 위한 열교환을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 실외기(200)는 도 5에서 설명한 것과 같이 냉방 운전 시의 동작과 동일할 수 있다.
한편, 상기 각 열교환기(140, 141)가 난방 운전 시의 동작을 수행하는 동안, 상기 밸브(163)는 개방되고, 상기 유량조절밸브(161)는 개도를 최대로 하여 개방된 상태일 수 있다.
즉, 상기 제 2 내부배관(15)으로 유동되는 냉매의 양이 최대가 되도록 할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 조화 장치의 압력센서 값의 설정구간을 보여주는 그래프이다.
상기 도 7을 참조하면, 상기 유량조절밸브(161)의 개도는 저압기관 즉, 상기 제 2 내부배관(25)의 압력 또는 온도에 의해 제어됨을 알 수 있다.
상세히, 상기 유량조절밸브(161)는, 상기 압력센서(164)에서 측정되는 압력이 일정 압력구간에 속하도록 냉매의 양을 조절할 수 있다. 상기 일정 압력구간은 제 1 압력(P1)이상 제 2 압력(P2)이하의 구간일 수 있다.
일 예로, 상기 압력센서(164)에서 측정되는 압력이 제 1 압력(P1)미만이면, 상기 유량조절밸브(161)의 개도는 작아지고, 상기 압력센서(164)에서 측정되는 압력이 제 2 압력(P2)초과이면, 상기 유량조절밸브(161)의 개도가 커질 수 있다.
상기 일정 압력구간의 기준은, 상기 압력에 따른 냉매의 온도가 0℃를 초과하는 구간을 의미한다.
상세히, 상기 제 1 압력(P1)은 상기 제 1 압력(P1)에 따른 상기 제 2 내부배관(25)의 증발온도가 0℃를 초과하는 압력을 의미한다. 즉, 상기 제 1 압력(P1)에 따른 상기 제 2 내부배관(25)의 증발온도 T1은 0℃보다 클 수 있다.
또한, 상기 열교환 장치(100)가 동작하기 위해서는 상기 제 2 내부배관(25)은 저압기관으로 작용해야하는 바, 일정 압력 이하를 유지하도록 할 수 있다. 즉, 상기 압력센서(164)에서 측정되는 압력은 제 2 압력(P2)이하일 수 있다.
일 예로, 제 1 압력(P1)은 740kPaG 내외일 수 있고, 제 2 압력(P2)은 800kPaG 내외일 수 있다.
1: 공기조화 장치 20: 제 1 내부배관
25: 제 2 내부배관 27: 제 3 내부배관
50: 실내기 100: 열교환 장치
140: 제 1 열교환기 141: 제 2 열교환기
161: 유량조절밸브 163: 밸브
164: 압력센서

Claims (15)

  1. 냉매가 순환하는 실외기;
    물이 순환하는 실내기;
    상기 실외기와 상기 실내기를 연결하며, 상기 냉매와 물간에 열교환을 수행하는 열교환 장치;
    상기 실외기와 상기 열교환 장치를 연결하고, 고압 상태의 냉매가 유동되는 제 1 내부배관;
    상기 실외기와 상기 열교환 장치를 연결하고, 저압 상태의 냉매가 유동되는 제 2 내부배관; 및
    상기 실외기와 상기 열교환 장치를 연결하고, 액 냉매가 유동되는 제 3 내부배관을 포함하고,
    상기 열교환 장치는, 상기 제 2 내부배관을 바이패스하는 바이패스 배관과 상기 바이패스 배관에 구비되는 유량조절밸브를 포함하는 공기 조화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환 장치는, 상기 바이패스 배관의 일단이 상기 제 2 내부배관과 연결되는 분지부와 상기 바이패스 배관의 타단이 상기 제 2 내부배관과 연결되는 합지부를 포함하는 공기 조화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환 장치는, 상기 분지부와 합지부 사이에 구비되는 밸브를 더 포함하는 공기 조화 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 내부배관에 압력센서가 구비되는 공기 조화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 압력센서는 상기 분지부에서 상기 냉매가 분지되기 전의 압력을 측정하는 공기 조화 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    난방 주체 동시운전 시, 상기 밸브는 닫히는 공기 조화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유량조절밸브는, 상기 압력센서에서 측정되는 압력이 제 1 압력(P1) 이상 제 2 압력(P2)이하인 압력 구간에 속하도록 개도를 조절하는 공기 조화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 압력센서에서 측정되는 압력이 제 1 압력(P1)미만이면, 상기 유량조절밸브의 개도는 작아지고,
    상기 압력센서에서 측정되는 압력이 제 2 압력(P2)초과이면, 상기 유량조절밸브의 개도가 커지는 공기 조화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 압력(P1)에 따른 제 2 내부배관의 증발온도가 0℃ 초과인 공기 조화 장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    난방 운전 시, 상기 밸브는 개방되고, 상기 유량조절밸브는 최대 개도로 개방되는 공기 조화 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환 장치는, 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기와,
    상기 제 1 내부배관에서 분기되는 제 1 분기관 및 제 2 분기관과,
    상기 제 2 내부배관에서 분기되는 제 3 분기관 및 제 4 분기관을 포함하는 공기 조화 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 분기관 및 제 2 분기관에 각각 구비되는 제 1 밸브;
    상기 제 3 분기관 및 제 4 분기관에 각각 구비되는 제 2 밸브를 포함하는 공기 조화 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 내부배관에서 분기되는 제 1 냉매 배관 및 제 2 냉매 배관;
    상기 제 1 냉매 배관에 구비되는 제 1 팽창 밸브; 및
    상기 제 2 냉매 배관에 구비되는 제 2 팽창 밸브를 포함하는 공기 조화 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 분기관과 상기 제 2 분기관이 연결되는 제 1 공통 기관과,
    상기 제 2 분기관과 상기 제 2 공통 기관을 연결하는 제 5 분기관과,
    상기 제 5 분기관에 구비되는 제 1 바이패스 밸브와,
    상기 제 3 분기관과 상기 제 4 분기관이 연결되는 제 2 공통 기관과,
    상기 제 4 분기관과 상기 제 2 공통 기관을 연결하는 제 6 분기관과,
    상기 제 6 분기관에 구비되는 제 2 바이패스 밸브를 더 포함하는 공기 조화 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 열교환기는 냉매가 유동하는 냉매 유로와, 상기 냉매 유로 상의 냉매와 열교환되기 위하여 물이 유동하는 물 유로를 포함하고, 물 유로를 유동한 물이 상기 실내기로 유동하는 공기 조화 장치.

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