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KR100688170B1 - 히트펌프식 공기조화기 - Google Patents

히트펌프식 공기조화기 Download PDF

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KR100688170B1
KR100688170B1 KR1020040113573A KR20040113573A KR100688170B1 KR 100688170 B1 KR100688170 B1 KR 100688170B1 KR 1020040113573 A KR1020040113573 A KR 1020040113573A KR 20040113573 A KR20040113573 A KR 20040113573A KR 100688170 B1 KR100688170 B1 KR 100688170B1
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heating
air
outdoor unit
refrigerant
combined
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윤필현
황일남
권기백
최진하
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Abstract

본 발명에 따른 히트펌프식 공기조화기는 냉난방 겸용 실외기와 별도로 설치되어, 난방 작동시 상기 냉난방 겸용 실외기의 난방 용량보다 추가용량이 필요한 경우에만 추가용량을 공급하도록 난방 전용 실외기가 설치됨으로써, 한냉지역과 같은 추운지역에 대응하기 위해 필요이상의 대용량 실외기를 설치할 필요가 없기 때문에 설치 및 관리비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
히트 펌프, 공기조화기, 난방 전용, 한냉지

Description

히트펌프식 공기조화기 {Heat pump type air conditioner}
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 히트펌프식 공기조화기의 냉방작동상태가 도시된 구성도,
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 히트펌프식 공기조화기의 난방작동상태가 도시된 구성도,
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 히트펌프식 공기조화기의 냉방 작동상태가 도시된 구성도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
50: 냉난방 겸용 실외기 51: 제 1압축기
52: 제 2압축기 53: 사방밸브
54: 실외 열교환기 55: 팽창기구
56: 공용 어큐뮬레이터 57: 제 1흡입유로
58: 제 2흡입유로 60: 냉난방 겸용 실내기
61: 실내 열교환기 62: 제 1냉매배관
63: 제 2냉매배관 64: 제 1토출유로
65: 제 2토출유로 66: 제 1체크밸브
67: 제 2체크밸브 68: 토출 합지유로
70: 난방 전용 실외기 71, 81: 난방 전용 압축기
72, 82: 난방 전용 실외 열교환기 73: 팬
74, 84: 어큐뮬레이터 75, 85: 난방 전용 흡입유로
76: 체크밸브 77, 86: 난방 전용 토출유로
78, 83: 전자팽창밸브 80: 냉방 전용 실외기
본 발명은 히트펌프식 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 난방 작동시 냉난방 겸용 실외기의 난방 용량보다 추가용량이 필요한 경우 추가용량을 공급할 수 있도록 형성된 난방 전용 실외기가 추가로 설치됨으로써, 필요 이상의 대용량 실외기를 설치하는 데 드는 비용을 절감시킬 수 있는 히트펌프식 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 보다 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위하여 실내를 냉방 또는 난방시키는 장치로서, 실내 공기를 흡입한 후 가열 또는 냉각시켜 실내로 토출한다.
종래 기술에 따른 공기조화기는 저온 저압의 기체 상태의 냉매를 고온 고압으로 압축시키는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 응축시키는 응축기(난방시에는 실내 열교환기, 냉방시에는 실외 열교환기)와, 상기 응축기에 의해 응축된 액냉매를 팽창시키는 팽창기구와, 상기 팽창기구로부터 유입된 냉매를 증발시키는 증발기(난방시에는 실외 열교환기, 냉방시에는 실내 열교환기)와, 냉방 또는 난방 작동에 따라 냉매 흐름을 절환시키는 사방밸브를 포함하여 구성된다.
상기 압축기와 실외 열교환기는 실외기에 설치되고, 상기 팽창기구와 실내 열교환기는 실내기에 설치된다.
상기 실외기와 실내기는 각각 복수개가 구비되고, 상기 실외기와 실내기의 냉매배관은 서비스 밸브에 의해 연결된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 공기조화기는 냉방 운전시는 상기 압축기에서 압축된 냉매가 상기 사방밸브에 의해 상기 실외 열교환기로 보내지고, 상기 실외열교환기를 통과하는 냉매는 주변공기와의 열교환으로 응축된 후, 상기 팽창기구로 보내진다.
상기 팽창기구에서 팽창된 냉매는 상기 실내 열교환기로 유입되어, 실내공기의 열을 흡수하면서 증발되어, 실내를 냉방시키게 된다.
한편, 난방운전시에는 상기 사방밸브에서 유로가 절환되어, 상기 압축기에서 토출된 냉매는 상기 사방밸브, 실내 열교환기, 팽창기구, 실외 열교환기, 사방밸브를 차례로 통과하면서, 실내를 난방시키게 된다.
그러나, 종래 기술에 따른 공기조화기는 한냉지역에서 사용되기 위해서는 약 영하 15도 정도의 한냉지역에 대응할 수 있는 대용량 실외기를 구입, 설치해야 하기 때문에 구입 비용 및 설치 면적이 증가되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 한냉지역에서 영하 15도 정도의 날씨는 연중 약 20일 내외에 불과하기 때문에 나머지 기간에는 대용량 실외기가 불필요하기 때문에 실외기 자원의 낭비가 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 난방 능력이 추가될 수 있도록 한냉지 대응 추가 유닛을 설치함으로써, 대용량 실외기를 설치하는 데 드는 비용 및 설치면적을 감소시킬 수 있는 공기조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트펌프식 공기조화기는 압축기와, 사방밸브와, 실외 열교환기가 포함된 적어도 하나 이상의 냉난방 겸용 실외기와, 상기 실외기와 냉매배관으로 연결된 적어도 하나 이상의 냉난방 겸용 실내기와, 상기 냉난방 겸용 실외기와 별도로 설치되어, 난방 작동시 상기 냉난방 겸용 실외기의 난방 용량보다 추가용량이 필요한 경우 추가용량을 공급할 수 있도록 형성된 난방 전용 실외기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 히트펌프식 공기조화기의 냉방작동상태가 도시된 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 히트펌프식 공기조화기의 난방작동상태가 도시된 구성도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 히트펌프식 공기조화기는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 압축기(51)(52)와, 사방밸브(53)와, 실외 열교환기(54)가 포함된 적어도 하나 이상의 냉난방 겸용 실외기(50)와, 상기 냉난방 겸용 실외기(50)와 냉매배관으로 연결된 적어도 하나 이상의 냉난방 겸용 실내기(60)와, 상기 냉난방 겸용 실외기(50)와 별도로 설치되어, 난방 작동시 상기 냉난방 겸용 실외기(50)의 난방 용량보다 추가용량이 필요한 경우 추가용량을 공급할 수 있도록 형성된 난방 전용 실외기(70)를 포함하여 구성된다.
상기 냉난방 겸용 실외기(50)는 복수개가 구비되는 것이 가능하나, 여기서는 2개가 구비되는 것으로 한정하여 설명하며, 상기 냉난방 겸용 실외기(50)에는 팽창기구(55)가 더 포함되어 구성된다.
상기 실외 열교환기(54)는 냉방시에는 응축기역할을 하고, 난방시에는 증발기역할을 하도록 구성되며, 상기 사방밸브(53)는 냉방 또는 난방 작동에 따라 냉매의 흐름을 절환시키도록 구성된다.
그리고, 상기 냉난방 겸용 실내기(60)에는 냉방시에는 증발기역할을 하고, 난방시에는 응축기역할을 하는 실내 열교환기(61)가 설치된다.
상기 냉난방 겸용 실외기(50)와 냉난방 겸용 실내기(60)는 냉매배관으로 연결되는 바, 상기 냉매배관은 난방작동시 상기 냉난방 겸용 실내기(60)로부터 상기 냉난방 겸용 실외기(50)측으로 냉매가 유입되도록 형성된 제 1냉매배관(62)과, 상기 냉난방 겸용 실외기(50)로부터 상기 냉난방 겸용 실내기(60)측으로 냉매가 배출되도록 형성된 제 2냉매배관(63)으로 이루어진다.
상기 압축기는 두 개의 제 1,2압축기(51)(52)로 이루어지고, 상기 제 1,2압축기(51)(52)는 공용 어큐뮬레이터(56)에 의해 연결되는 바, 상기 공용 어큐뮬레이터(56)는 상기 제 1,2압축기(51)(52)에 각각 구비된 제 1,2흡입유로(57)(58)와 연결된다.
상기 제 1,2압축기(51)(52)의 각각에는 상기 제 1,2압축기(51)(52)에서 고온 고압으로 압축된 기체 냉매가 배출되는 제 1,2토출유로(64)(65)가 연결되고, 상기 제 1,2토출유로(64)(65)에는 고온 고압의 기체 냉매가 역류되지 않도록 제 1,2체크밸브(66)(67)가 각각 장착된다.
상기 제 1,2토출유로(64)(65)는 토출된 냉매를 상기 사방밸브(53)로 안내하는 제 3토출유로(68)에 합지된다.
한편, 상기 난방 전용 실외기(70)에는 난방 전용 압축기(71)와, 난방 전용 실외 열교환기(72)와, 상기 냉난방 겸용 실내기(60)로부터 냉매가 유입되는 유로를 개폐시키는 밸브수단을 포함하여 구성된다.
상기 난방 전용 압축기(71)는 정속형 압축기이고, 상기 난방 전용 실외 열교환기(72)에는 실외 공기를 상기 난방 전용 실외 열교환기(72)측으로 송풍시키는 팬(73)이 설치된다.
상기 난방 전용 압축기(71)의 흡입부측에는 상기 난방 전용 압축기(71)로 흡입되는 흡입 냉매 중 액냉매가 축적되도록 하는 어큐뮬레이터(74)가 설치된다.
그리고, 상기 난방 전용 압축기(71)에는 상기 난방 전용 압축기(71)에서 압축되어 토출된 냉매가 상기 냉난방 겸용 실내기(60)로 안내되도록 난방 전용 토출유로(75)가 형성되는 바, 상기 난방 전용 토출유로(75)는 상기 제 2냉매배관(63)에 연결된다.
상기 난방 전용 토출유로(75)상에는 냉방 작동시 상기 난방 전용 압축기(71)로 냉매가 역류되는 것을 차단하는 체크밸브(76)가 설치된다.
그리고, 상기 냉난방 겸용 실내기(60)와 상기 난방 전용 실외기(70) 사이에는 상기 냉난방 겸용 실내기(60)로부터 상기 난방 전용 실외 열교환기(72)로 냉매가 흡입되도록 난방 전용 흡입유로(77)가 연결되는 바, 상기 난방 전용 흡입유로(77)는 상기 제 1냉매배관(62)에 연결된다.
한편, 상기 밸브수단은 상기 난방 전용 흡입유로(77)상에 설치되어, 난방 작동시 개방되어 상기 냉난방 겸용 실내기(60)로부터 유입되는 냉매를 팽창시키고, 냉방 작동시는 밀폐되어 상기 냉난방 겸용 실내기(60)로부터 냉매가 유입되지 않도록 차단하는 전자팽창밸브(78)이다.
상기 냉난방 겸용 실외기(50)는 일반적인 표준 온도 조건에서 냉난방 부하에 대응할 수 있는 용량으로 선정되어 설치되고, 상기 난방 전용 실외기(70)는 겨울철의 아주 추운 한냉지역 등과 같은 곳에 대응하기 위해 상기 냉난방 겸용 실외기(50)의 난방 용량보다 더 요구되는 추가용량만큼으로 선정되어 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 히트펌프식 공기조화기는 일반적인 표준 온도 조건이나 냉방 작동시에는 상기 냉난방 겸용 실외기(50)가 사용되지 않도록 상기 전자팽창밸브(77)를 밀폐시키고, 상기 냉난방 겸용 실외기(50)의 난방용량보다 추가용량이 필요한 경우 상기 전자팽창밸브(77)를 개방시키는 제어부(미도시)가 더 포함된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기조화기의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 냉방 작동시에는 상기 사방밸브(53)가 냉방모드로 절환되고, 상기 제 1,2압축기(51)(52)에서 압축된 냉매는 상기 제 1,2토출유로(64)(65)를 통해 각각 토출된 후, 상기 토출 합지유로(68)에서 합류되어 상기 사방밸브(53), 실외 열교환기(54), 팽창기구(55), 실내 열교환기(61)를 차례로 통과한 후, 다시 상기 사방밸브(53), 공용 어큐뮬레이터(56)를 통해 상기 제 1,2압축기(51)(52)로 순환되게 된다.
여기서, 상기 냉매는 상기 실내 열교환기(61)를 통과하면서 실내 공기의 열을 흡수하여 증발됨으로써, 실내를 냉방시키게 된다.
이 때, 냉방 작동시에는 상기 난방 전용 실외기(70)에서 상기 전자팽창밸브(78)는 밀폐되어, 상기 실내 열교환기(61)로부터 상기 난방 전용 흡입유로(77)를 통해 상기 난방 전용 실외기(70)로 냉매가 흡입되는 것이 차단되게 되므로, 상기 난방 전용 실외기(70)는 작동되지 않게 된다.
한편, 난방 작동시에는 표준 온도 조건, 즉 상기 냉난방 겸용 실외기(50)의 난방 용량으로 난방 부하를 대응할 수 있는 경우에는, 냉방 작동시와 마찬가지로 상기 전자팽창밸브(78)가 밀폐되고, 상기 난방 전용 실외기(70)는 작동되지 않는다.
반면에, 표준 온도 조건보다 온도가 낮은 경우, 즉 상기 냉난방 겸용 실외기(50)의 난방 용량보다 추가용량이 필요한 경우, 상기 전자팽창밸브(78)는 개방되어, 상기 난방 전용 실외기(70)로 냉매가 흡입되게 된다.
상기 난방 전용 실외기(70)로 흡입된 냉매는 상기 전자팽창밸브(78), 난방 전용 실외 열교환기(72), 어큐뮬레이터(74), 난방 전용 압축기(71)를 차례로 통과한 뒤, 상기 냉난방 겸용 실내기(60)측으로 순환되게 된다.
따라서, 한냉지역과 같이 난방용량이 모자란 곳에서 상기 난방 전용 실외기(70)만을 추가함으로써, 난방 부하에 대응할 수 있게 된다.
여기서, 상기 난방 전용 실외기(70)에는 각종 센서나 사방밸브 등의 부품이 삭제되어 구조가 간단하고, 설치면적이 작기 때문에 설치 및 관리 비용이 절감될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 히트펌프식 공기조화기의 냉방작동상태가 도시된 구성도이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 히트펌프식 공기조화기는 압축기(51)(52)와, 사방밸브(53)와, 실외 열교환기(54)가 포함된 적어도 하나 이상의 냉난방 겸용 실 외기(50)와, 상기 냉난방 겸용 실외기(50)와 냉매배관으로 연결된 적어도 하나 이상의 냉난방 겸용 실내기(60)와, 상기 냉난방 겸용 실외기(50)와 별도로 설치되어, 냉방 작동시 상기 냉난방 겸용 실외기(50)의 냉방 용량보다 추가용량이 필요한 경우 추가용량을 공급할 수 있도록 형성된 냉방 전용 실외기(80)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 냉방 전용 실외기(80)는 냉방 작동시에만 사용되는 점을 제외하고는 상기 냉난방 겸용 실외기(50)와, 냉난방 겸용 실내기(60)의 내부 구성 및 작용은 본 발명의 제 1실시예와 동일하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 냉방 전용 실외기(80)에는 난방 전용 압축기(81)와, 난방 전용 실외 열교환기(82)와, 전자팽창밸브(83)와, 어큐뮬레이터(84)가 각각 설치된다.
상기 냉방 전용 실외기(80)로 냉매를 흡입시키는 난방 전용 흡입유로(85)는 상기 제 1냉매배관(62)과 어큐뮬레이터(84)의 흡입부사이에 연결되고, 상기 냉방 전용 실외기(80)로부터 냉매를 토출시키는 난방 전용 토출유로(86)는 상기 제 2냉매배관(63)과 난방 전용 실외 열교환기(82)사이에 연결된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트펌프식 공기조화기는 냉난방 겸용 실외기와 별도로 설치되어, 난방 작동시 상기 냉난방 겸용 실외기의 난방 용량보다 추가용량이 필요한 경우에만 추가용량을 공급하도록 난방 전용 실외기가 설치됨으 로써, 한냉지역과 같은 추운지역에 대응하기 위해 필요이상의 대용량 실외기를 설치할 필요가 없기 때문에 설치 및 관리비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 난방 전용 실외기는 난방 전용 압축기와, 난방 전용 실외난방 전용 실외와, 밸브수단으로 구성되기 때문에, 구조가 간단하여 설치면적이 감소될 뿐만 아니라 가격도 저렴한 이점이 있다.
또한, 상기 난방 전용 실외기는 한냉지역뿐만 아니라 기존의 난방 능력으로는 부족한 곳에 추가로 설치함으로써, 난방 부하에 대응이 용이한 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 적어도 하나 이상의 냉난방 겸용 실내기와;
    상기 냉난방 겸용 실내기의 용량에 대응되는 용량으로 구비되어, 상기 냉난방 겸용 실내기와 연결된 적어도 하나 이상의 냉난방 겸용 실외기와;
    상기 냉난방 겸용 실외기 및 냉난방 겸용 실내기가 난방을 위해 작동될 때, 상기 냉난방 겸용 실내기 및 냉난방 겸용 실외기와 선택적으로 연결되는 난방 전용 실외기를 포함하고,
    상기 난방 전용 실외기는 난방 전용 압축기와, 난방 전용 실외 열교환기와, 상기 냉난방 겸용 실내기로부터 냉매가 유입되는 유로를 개폐시키는 밸브수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공기조화기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브수단은 난방 작동시 개방되어 상기 냉난방 겸용 실내기로부터 유입되는 냉매를 팽창시키고, 냉방 작동시는 밀폐되어 상기 냉난방 겸용 실내기로부터 냉매가 유입되지 않도록 차단하는 전자팽창밸브인 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공기조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 난방 전용 압축기의 토출유로에는 냉방 작동시 상기 난방 전용 압축기로 냉매가 역류되는 것을 차단하는 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공기조화기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 난방 전용 압축기의 흡입 유로에는 흡입 냉매 중 액냉매가 축적되도록 어큐뮬레이터가 설치된 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공기조화기.
  6. 삭제
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