KR100800002B1

KR100800002B1 - 공기조화시스템

Info

Publication number: KR100800002B1
Application number: KR1020070025443A
Authority: KR
Inventors: 최송; 정백영; 유윤호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: US20080223065A1; US8141376B2

Abstract

본 발명은 공기조화시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다수의 실내기를 갖는 멀티 시스템에어컨 형태의 공기조화시스템에 있어서, 실외기와 다수개의 실내기를 연결하는 배관에서의 냉매의 압력강하를 보상할 수 있는 공기조화시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 공기조화시스템에 의하면, 다수의 실내기를 갖는 공기조화시스템의 배관 내부에서의 기체 냉매의 압력강하를 보상할 수 있는 압력보상장치를 포함하여, 공기조화시스템의 냉방 또는 난방 효율을 향상시킬 수 있으며, 기관 내부에서의 기체 냉매의 압력강하로 발생되는 소음을 감소시킬 수 있다.

공기조화시스템, 압력강하, 압력보상, 바이패스배관

Description

공기조화시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM}

도 1은 종래의 공기조화시스템의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 구성도

도 3a는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 난방 운전시의 압력보상장치를 흐르는 냉매의 흐름도

도 3b는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 냉방 운전시의 압력보상장치를 흐르는 냉매의 흐름도

도 4는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 다른 형태의 압력보상장치의 구성도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 실외기 20 : 실내기

30 : 기관 40 : 액관

50 : 압력보상장치 60 : 부압축기

70 : 안내관 80 : 제1바이패스배관

82 : 제1바이패스밸브 90 : 제2바이패스배관

92 : 제2바이패스밸브 100 : 제1역류방지밸브

110 : 제2역류방지밸브

일반적으로, 공기조화시스템은 실내의 냉방 또는 난방을 위한 목적으로 사용되는 장치로, 실내기 및 실외기 상호간에 냉매를 순환시켜 액체상태의 냉매가 기화할 때에 주위의 열을 흡수하며 액화할 때에 그 열을 방출하는 특성에 의하여 냉방 또는 난방작용을 수행한다.

공기조화시스템은 하나의 실외기에 하나의 실내기를 설치하는 것이 일반적이나, 최근에는 하나 또는 하나 이상의 실외기에 다양한 형태와 용량을 갖는 복수의 실내기를 연결하여 학교나 회사, 그리고 병원과 같이 분리된 공간이 다수 개 존재하는 장소에 대하여 냉방 또는 난방운전을 수행하는 멀티 시스템에어컨(Multi-system air conditioner) 형태의 공기조화시스템의 사용이 증가하는 추세이다.

도 1은 종래의 공기조화시스템의 하나의 예인 멀티 시스템에어컨의 구성도이다. 논의의 편의를 위해 공기조화시스템이 공조공간의 냉방을 위하여 사용되는 경우를 먼저 설명하기로 한다. 기존의 멀티 시스템 에어컨은 실내기에서 열교환된 냉매가스를 압축하는 압축기 및 외부의 공기와 냉매의 열교환을 위해 실외열교환기를 주요 부품으로 구성되는 실외기(10)와, 실내열교환기를 갖는 다수의 실내기(20) 및 실외기(10)와 실내기(20)를 연결하여 기체와 액체 상태의 냉매를 운반하는 기관(30, 기체냉매배관)과 액관(40, 액체냉매배관) 등으로 구성된다. 이와 같은 시스템 에어컨의 다수의 실내기(20)는 복층건물에서 실외기로부터 분지되어 각층 또는 각각의 분리된 공간에 설치되며, 기관(30)과 액관(40)으로 구성되는 배관을 통해 실외기(10)에서 압축된 냉매를 각 실내기(20)에 배송한다. 실내기(20) 내의 실내열교환기에서 증발과정을 통하여, 열을 흡수하고, 실외기(20) 내의 압축기에서 압축되고 응축과정을 거친 뒤, 다시 팽창밸브를 통해서 팽창하는 증발-압축-응축-팽창 과정을 반복하는 사이클을 형성하게 된다.

공기조화시스템이 실내의 난방을 위해 사용되는 경우에는 이러한 냉방용 공기조화시스템의 냉각 사이클을 역으로 돌리게 된다. 즉, 실외기(10)의 열교환기에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내기(20)의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키면, 저온부인 실외에서 열을 흡수하여 실내의 난방에 사용하며, 그 열이 실내의 난방에 충분하지 못하다면, 전열기를 동시에 사용하여 실내를 난방할 수 있다.

따라서, 공기조화시스템이 냉방에 사용되는 경우와 난방에 사용되는 경우는 모두 실외기(10)와 실내기(20)를 연결하는 기관(30)과 액관(40)이 존재하며, 냉매가 증발작용에 의하여 기화된 경우에 기화된 냉매가 흐르는 기관(30)에서의 기체 냉매의 압력강하가 문제될 수 있다.

구체적으로 설명하면, 멀티 시스템에어컨과 같은 공기조화시스템은 실외기(10)의 수보다 실내기(20)의 수가 많고, 실외기(10)와 실내기(20)의 위치가 멀어 지면, 배관의 길이도 함께 증가하게 된다. 배관의 길이가 증가하면, 냉매가 흐르는 배관 내부에서 냉매에 가해지는 저항이 증가하여, 특히 기체 상태의 냉매가 흐르는 기관(30) 내부의 압력이 저하될 수 있다. 공기조화시스템의 성능은 다른 조건이 일정한 경우에, 열교환이 가능한 냉매의 순환유량에 비례하는데 기체 상태의 냉매의 기관(30) 내부에서의 압력강하는 냉매의 순환유량을 감소시키고 냉동 사이클의 효율과 성능을 함께 감소시킨다. 또한 냉매가 원활하게 유동하지 못함에 의하여, 배관 내부에서는 불필요한 소음이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수의 실내기를 갖는 멀티 시스템에어컨 형태의 공기조화시스템에 있어서, 실외기와 다수개의 실내기를 연결하는 배관에서의 기체 상태의 냉매의 압력강하를 보상할 수 있는 공기조화시스템을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 공기조화시스템은 냉매를 압축하는 주압축기; 냉매와 실외공기가 열교환되는 실외 열교환기; 냉매와 실내공기가 열교환되도록 적어도 1개 이상 구비되는 실내 열교환기; 상기 실외 열교환기와 실내 열교환기 사이에 기체상태의 냉매가 흐르도록 배치되는 기관; 상기 실외 열교환기와 실내 열교환기 사이에 액체상태의 냉매가 흐르도록 배치되는 액관; 상기 기관을 흐르는 냉매의 떨어진 압력을 보상하는 압력보상장치:를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 압력보상장치는, 상기 기관을 흐르는 냉매를 재압축하는 부압축기를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 압력보상장치는, 기관을 흐르는 냉매를 재압축하는 부압축기; 냉매가 역방향으로 흐를 때 상기 기관을 흐르는 냉매를 상기 부압축기의 냉매흐름방향에 맞도록 안내하는 안내관:을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 압력보상장치는, 외관을 이루는 케이스가 더 포함되어 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 안내관은, 역방향으로 흐르는 냉매를 우회시켜, 냉매를 부압축기의 흡입단으로 안내하는 제1바이패스배관; 상기 부압축기의 토출단에서 토출된 냉매를 우회시켜 기관의 전체적인 흐름의 방향으로 안내하는 제2바이패스배관:을 포함하여 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 압력보상장치는, 상기 제1바이패스배관을 개폐하는 제1바이패스밸브; 상기 제2바이패스배관을 개폐하는 제2바이패스밸브:를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 압력보상장치는, 상기 제1바이패스배관과 제2바이패스배관을 통해 우회된 냉매의 역류를 방지하는 역류방지장치를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 역류방지장치는, 상기 제1바이패스배관의 흡입단과 상기 제2바이패스배관의 흡입단 사이에 구비되는 제1역류방지밸브; 상기 제1바이패스배관의 토출단과 제2바이패스배관의 토출단 사이에 구비되는 제2역류방지밸브:를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 케이스는 상기 액관의 일부가 내부를 지나가도록 이루어질 수 있다.

또한, 상기 액관은 상기 케이스의 외부에 배치될 수도 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 도 2에는 기관을 흐르는 액체 냉매의 압력 저하를 보상해주는 압력보상장치(50)가 설치되어 있다.

공기조화시스템이 실내의 냉방에 사용되는 경우에는 실내기(20)에서 증발이 일어나면서 열을 흡수하고, 증발된 기체 상태의 냉매는 실외기(10)에서 압축된다.

실외기(10)는 실외의 공기와 냉매의 열교환을 위한 실외열교환기(미도시)와 주압축기(미도시)를 포함한다. 또한, 실내기(20)는 실내에서 실내 공기와 냉매의 열교환을 위한 실내열교환기(미도시)를 포함한다. 따라서, 이하에서 실외기(10)는 주압축기와 실외열교환기를, 실내기(20)는 실내열교환기를 포함하는 개념으로 사용된다. 또한, 본 발명에 따른 공기조화시스템에서의 압축기는 실외기(10) 내에 포함된 주압축기(미도시)와 압력보상기(50) 내의 부압축기(60)가 구별된다.

기관(30)에서 흐르는 기체 상태의 냉매의 방향은 실내기(20)에서 실외기(10) 방향이다. 본 발명에 따른 공기조화시스템에 장착된 압력보상장치(50)는 실외기(10)와 거리가 먼, 즉 실내기(20)과 실외기(10)를 연결하는 배관의 길이가 길어서, 배관 중 기체 냉매(30)가 흐르는 기관(30)의 압력강하를 보상하기 위한 장치이므로, 실외기(10)와 거리가 먼 실내기(20) 인근에 설치되는 것이 바람직하다. 압력보상장치(50)의 구체적인 위치는 각각의 공기조화시스템의 구체적인 조건에 따라서 개별적으로 결정되어야 할 것이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화시스템이 난방용으로 사용되는 경우, 실내기(20)와 실외기(10)에서의 기체 냉매는 실외기(10)에서 실내기(20) 방향으로 흐른다. 따라서, 압력보상장치(50)는 실외기(10)에서 실내기(20)로 흐르는 기체 냉매의 압력강하를 보상하여, 실외기(10)에서 토출되는 기체 냉매를 다수의 실내기(20)로 전달할 수 있다.

반면에, 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화시스템이 냉방용으로 사용되는 경우, 액체 상태의 냉매는 실내기(20)에서 증발되어 실외기(10)로 흘러가게 된다.

따라서, 공기조화시스템이 냉방과 난방에 모두 사용되는 경우, 압력보상장치(50)를 통과하는 기체냉매의 방향은 가변적이다. 본 발명에 따른 하나의 실시예에서, 압력보상장치(50)는 부압축기(60)를 포함한다. 즉, 기체 상태의 냉매의 압력을 보상하는 방법은 부압축기에 의하여 기체를 압축하여, 기체의 압력을 증가시키는 것이다. 압축기는 용적식과 원심식 압축기가 있으며, 용적식은 왕복동식 압축기, 로터리식 압축기, 스크류식 압축기, 스크롤식 압축기 및 리니어 압축기 등으로 분류되며, 원심식의 예로서 터보 압축기 등이 있으며, 공조부하와 용도에 따라서 적절한 형태의 부압축기를 선정한다. 압축기는 일반적으로 단방향인 것이 일반적이다. 즉, 일정한 방향으로만 유체를 압축할 수 있으며, 압축대상 유체의 출입 방향을 바꾸어 압축을 행할 수 없는 것이 원칙이다.

본 발명에 따른 공기조화시스템은 이미 기술한 바와 같이, 공조공간의 냉방과 난방을 모두 수행할 수 있으므로, 기관을 흐르는 냉매의 방향은 냉방과 난방시 반대로 된다. 따라서, 본 발명에 사용되는 압력보상장치(50) 내의 부압축기(60) 역시 가변적인 기체 냉매의 방향에 대응할 수 있도록 구성되어야 한다.

이하, 도 3a와 도 3b를 참조하여, 기체 냉매의 방향이 변환되는 경우에, 압력보상장치(50) 내부를 흐르는 기체 냉매의 압축과정을 설명하기로 한다.

도 3a에 본 발명에 따른 공기조화시스템이 난방용으로 사용되는 경우의 기체의 유동방향이 도시되어 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화시스템의 압력보상장치(50)의 내부의 부압축기(60)는 그 냉매의 입구가 실외기(10)측 방향으로 형성되어 있다. 즉, 실외기(10) 방향에서 실내기(20) 방향으로 기체 냉매가 부압축기(60)에 유입 및 압축되어 실내기(20) 측으로 공급된다.

반대로, 본 발명에 따른 공기조화시스템이 냉방에 사용된다면, 상기 부압축기(60)의 출구 쪽으로 기체 냉매가 공급되지만, 냉방시에 기체 냉매가 부압축기(60) 입구 방향으로 공급되도록 별도의 배관이 필요하다.

본 발명의 실시예에서, 부압축기(60)를 통과하는 기체 냉매의 방향을 변환하기 위한 장치로서, 두 개의 바이패스배관을 구성한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 안내관은 제1바이패스배관(80) 및 제2바이패스배관(90)으로 구성된다.

본 발명에 따른 공기조화시스템이 실내를 난방하는 경우에는, 상기 제1바이패스배관(80) 및 제2바이패스배관(90)에는 기체 냉매가 흐르지 않도록 구성된다. 난방시에 기체 냉매는 바이패스배관(80, 90)을 경유하지 않고, 부압축기(60) 입구로 들어가서, 부압축기(60)에서 압축되어 기관을 통하여 실내기(20) 방향으로 공급된다.

이 경우, 기체 냉매가 바이패스배관(80, 90)을 경유하지 않도록 하는 방법은 바이패스배관에 밸브를 설치하는 것이다. 본 발명에 따른 실시예에서는, 각각의 바이패스배관(80, 90)에 바이패스밸브(82, 92)를 설치하였다. 제1바이패스밸브(82) 및 제2바이패스밸브(92)를 잠금 상태로 유지하면, 실외기(10) 측에서 공급되는 기체 냉매는 유동방향이 변환되지 않고 부압축기(60)에 공급되어, 압축과정을 통하여 압력강하를 보상받는다.

반대로, 본 발명에 따른 공기조화시스템이 실내의 냉방에 사용되는 경우, 제1바이패스밸브(82) 및 제2바이패스밸브(92)는 잠금 상태가 해제되고 기체 냉매가 바이패스배관(80,90)을 흐르게 된다. 냉방시에는 실내기(20)에서 증발과정을 거친 기체 냉매가 실외기(10) 방향으로 유동하므로, 공급되는 기체의 방향이 난방과정과 반대임은 이미 살펴보았다. 따라서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 실내기(20) 측에서 압력보상장치(50) 측으로 공급되는 기체 냉매는 부압축기(60)의 입구로 유도되기 위하여, 제1바이패스배관(80)을 경유하게 된다. 제1바이패스배관(80)을 경유하여 부압축기(60)에 공급되고, 압력이 보상된 기체 냉매는 제2이패스배관(90)을 경유하 여, 기관(30)으로 유입된다.

이 때, 본 발명에 따른 공기조화시스템의 압력보성장치(50)는 바이패스배관(80, 90) 이외에, 모든 기체 냉매가 바이패스배관(80, 90)을 모두 통과하고, 모두 압축될 수 있도록, 역류방지장치를 더 포함할 수 있다. 역류방지장치가 없다면, 냉방시에 기관(30)을 통해 유입된 기체 냉매는 제1바이패스배관(80)과 분지되는 기관(30)을 통하여 부압축기(60)의 출구쪽으로 흐르게 된다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 공기조화시스템에서 상기 역류방지장치는 제1역류방지밸브(100)와 제2역류방지밸브(110)로 구성된다.

그리고, 상기 제1역류방지밸브(100)는 제1바이패스배관(80)의 흡입단과 제2바이패스배관(90)의 흡입단 사이에 구성되고, 제2역류방지밸브(110)는 제1바이패스배관(80)의 토출단과 제2바이패스배관(90)의 토출단 사이에 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1역류방지밸브(100) 및 제2역류방지밸브(110)가 잠금 상태이고, 상기 제1바이패스밸브(82) 및 제2바이패스밸브(92)의 잠금 상태가 해제되면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 실내기(20) 측에서 공급되는 기체 상태의 냉매는 모두 제1바이패스배관(80)의 흡입단에서 흡입되어 제1바이패스배관(80)을 경유하여, 부압축기(60)에서 압축된 뒤, 기관(30)으로 토출되면, 제2바이패스배관(90)의 흡입단에서 흡입되어, 제2바이패스배관(90)을 경유하여 실외기(10) 측 기관(30)으로 흐르게 된다.

이와 같이, 바이패스밸브(82,92)를 갖는 바이패스배관(80, 90) 및 제1역류방 지밸브(100) 및 제2역류방지밸브(110)로 구성된 역류방지장치에 의하여, 본 발명에 따른 공기조화시스템은 기관(30)에서의 기체 냉매의 방향성에 구애받지 않고, 기체 냉매의 압력강하를 보상할 수 있게 된다. 이와 같은 기체 냉매의 방향제어는 공기조화시스템의 제어부(미도시)에 의하여 전자적으로 제어될 수 있다. 즉, 사용자가 실내의 온도를 설정하면, 실내기에서 측정된 온도와 설정된 온도를 비교하여, 냉방 또는 난방 여부를 결정하고, 제1바이패스밸브(82), 제2바이패스밸브(92), 제1역류방지밸브(100) 및 제2역류방지밸브(110)의 개폐 여부를 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 공기조화시스템의 압력보상장치(50)는 외관을 형성하는 케이스(51)를 포함할 수 있다. 상기 케이스(51)는 부압축기(60)와 기관(30)을 포함하며, 액관(40)의 포함여부는 선택적이다.

도 4는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 다른 형태의 압력보상장치(50)의 구성도이다. 이와 같은 설계상의 융통성에 의해, 압력보상장치(50)의 설치 위치가 자유로워질 수 있다. 즉 설치상의 필요에 의하여 액관(40)을 케이스(51) 밖으로 분리하여 구성할 수 있다는 것을 의미한다. 공기조화시스템의 배관이 기관(30)과 액관(40)을 분리하여 설치해야하는 조건이면, 액관(40)을 압력보상장치(50)로부터 분리할 수 있다.

이와 같은 압력보상장치(50)를 공기조화시스템에 추가하면, 실외기(10)에서 멀리 떨어진 기관(30) 내에서의 압력강하를 보상할 수 있고, 압력강하의 보상에 의하여, 실내기(20) 실외기(10)를 순환하는 냉매의 순환을 배관(30, 40)의 길이의 길고 짧음에 상관없이 원활하게 할 수 있다. 냉매의 순환을 원활하게 하면, 기관(30) 내부에서의 냉매의 유량을 일정하게 할 수 있으므로, 불규칙적인 냉매의 흐름에 의하여 배관 내부에서 발생하던 소음을 완화할 수 있는 효과도 발생한다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

Claims

냉매를 압축하는 주압축기;

냉매와 실외공기가 열교환되는 실외 열교환기;

냉매와 실내공기가 열교환되도록 적어도 1개 이상 구비되는 실내 열교환기;

상기 실외 열교환기와 실내 열교환기 사이에 기체상태의 냉매가 흐르도록 배치되는 기관;

상기 실외 열교환기와 실내 열교환기 사이에 액체상태의 냉매가 흐르도록 배치되는 액관;

상기 기관을 흐르는 냉매의 떨어진 압력을 보상하는 압력보상장치:를 포함하여 이루어지는 공기조화시스템.
제1항에 있어서,

상기 압력보상장치는,

상기 기관을 흐르는 냉매를 재압축하는 부압축기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제1항에 있어서,

상기 압력보상장치는,

기관을 흐르는 냉매를 재압축하는 부압축기;

냉매가 역방향으로 흐를 때 상기 기관을 흐르는 냉매를 상기 부압축기의 냉매흐름방향에 맞도록 안내하는 안내관:을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제3항에 있어서,

상기 압력보상장치는, 외관을 이루는 케이스가 더 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 안내관은,

역방향으로 흐르는 냉매를 우회시켜, 냉매를 부압축기의 흡입단으로 안내하는 제1바이패스배관;

상기 부압축기의 토출단에서 토출된 냉매를 우회시켜 기관의 전체적인 흐름의 방향으로 안내하는 제2바이패스배관:을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제5항에 있어서,

상기 압력보상장치는,

상기 제1바이패스배관을 개폐하는 제1바이패스밸브;

상기 제2바이패스배관을 개폐하는 제2바이패스밸브:를 더 포함하여 이루어지 는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제5항에 있어서,

상기 압력보상장치는,

상기 제1바이패스배관과 제2바이패스배관을 통해 우회된 냉매의 역류를 방지하는 역류방지장치를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제7항에 있어서,

상기 역류방지장치는,

상기 제1바이패스배관의 흡입단과 상기 제2바이패스배관의 흡입단 사이에 구비되는 제1역류방지밸브;

상기 제1바이패스배관의 토출단과 제2바이패스배관의 토출단 사이에 구비되는 제2역류방지밸브:를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제4항에 있어서,

상기 케이스는 상기 액관의 일부가 내부를 지나가도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제4항에 있어서,

상기 액관은 상기 케이스의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기조화시 스템.