KR100569277B1 - 복합 냉난방 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 복합 난방기가 추운 겨울에는 압축기가 제대로 동작을 하지 못하거나 실외기가 착상되어 제대로 동작하지 못하게 되는 문제를 해결하기 위한 것으로서, 냉매를 고온 고압으로 압출하는 압축기와, 상기 압축기에서 고온 고압으로 압축된 냉매와 실내공기를 열교환시켜 실내공기를 가열하는 실내기와, 상기 실내기를 통과한 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창부와, 상기 팽창부를 통과하고 팽창된 저온의 냉매와 외기를 열교환시켜 냉매를 가열하는 실외기와, 상기 실외기에서 가온 된 팽창된 냉매와 상기 압축기에서 인출되어 상기 실내기를 통과하며 열교환이 된 고압 냉매를 열교환하게 하는 열교환기를 구비한 난방 장치에 있어서, 상기 팽창부가, 상기 열교환기를 통과한 냉매 배관에 연결된 분배관과, 상기 실외기의 냉매 입구에 그 일단이 연결된 확관부와, 상기 분배관과 상기 확관부 사이를 연결하는 다수의 모세관집합을 포함하는 난방 장치이다.

팽창부, 열교환기, 분배관, 확관부, 사방변

Description

복합 냉난방 장치{A complex cooling and heating apparatus}

도 1은 종래의 복합 냉난방 장치에 관한 배관 도면이다.

도 2는 본 발명의 복합 냉난방 장치에 관한 배관 도면이다.

도 3은 본 발명의 복합 냉난방 장치가 냉방 장치로 동작할 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 복합 냉난방 장치가 난방 장치로 동작할 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 복합 냉·난방 장치에 관한 것으로, 특히 겨울에 실외 기온이 영하로 내려가 매우 추운 날씨 상태에서도 난방기로서 동작할 수 있도록 한 냉 난방 장치에 관한 것이다.

여름철에는 냉방 장치로 동작하여 실내온도를 낮추어 시원한 실내환경을 조성하고, 겨울철에는 난방장치로 동작하여 실내의 온도를 높여 따뜻한 실내환경을 만들어 주는 냉방장치와 난방장치로 동작할 수 있도록 구성된 냉·난방 장치가 개발되어 사용되고 있다.

이러한 종래의 냉·난방장치는 종래의 냉방장치에 경유나 가스를 연소시켜서 난방하는 수단을 추가로 설치하는 방법과 전기 히터를 추가로 설치하는 전기 코일방법을 사용하는 것이 있었다.

그러나 전자의 경우 실내의 용존 산소를 연소시키는 방식으로 산소 결핍에 대한 문제점이 있으며, 후자의 경우 전기를 이용하기 때문에 지나친 전기소비를 초래하는 문제점이 있었다.

종래의 냉·난방 장치에는 또한 냉매를 이용하여 더울 때는 냉방장치로 동작하고 추울 때는 난방장치로 동작하는 냉난방기가 개발되어 있는데, 종래의 냉·난방 시스템의 주요기술구성은 실내에 설치되는 실내기와, 실외에 설치되는 실외기와, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기와, 실내기 또는 실외기로 공급되기 전에 냉매를 저온으로 변화시키는 팽창부 및 냉매의 흐름을 제어하는 다수의 밸브로 포함하여 이루어지는 것이었다.

이 냉·난방 시스템의 실내기는 냉방 시 유입된 냉매와 열교환을 통하여 실내공기를 냉각하고, 난방시 유입된 냉매와 열교환을 통하여 실내공기를 가열한다. 실외기는 냉방 시 실외 공기와 열교환을 통하여 유입된 냉매를 냉각하고, 난방시 실외 공기와 열교환을 통하여 유입된 냉매를 응축시키며 실내공기를 가열시킨다.

팽창부는 난방 시 실외기로 유입되는 냉매를 팽창시켜 실외공기보다 저온으로 냉각시키고, 냉방 시 실내기로 유입되는 냉매를 팽창시켜 실내 공기보다 저온으로 냉각한다.

그러나 이러한 냉·난방 시스템은 난방시 실외기에서 유출되는 저온의 냉매가 직접 압축기로 유입되기 때문에 압축기에서 고온 고압의 냉매로 압축하기 위해서는 많은 열량이 필요할 뿐만 아니라 기계적 내구성에 대한 문제가 발생하였다. 또한, 상기 냉·난방 시스템은 난방시 실외기온이 영하 5℃ 이하일 경우 실외기에 착상이 발생하여 외기열을 취득할 수 없을 뿐만 아니라 서리가 끼여 착상되는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 보다 개선된 발명이 특허 등록 10-0436843 등록된 특허 공보에 기재되어 있다.

이 공보에 기재된 발명(재생복합 냉·난방 시스템)은 도 1에서 보인 바와 같은데, 그 구성은 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(10)와, 실내에 설치되며 냉방 시는 유입되는 저온의 팽창된 냉매와 실내공기를 열교환 시켜 실내공기를 냉각하고, 난방시는 유입되는 고온 고압의 냉매와 실내공기를 열교환 시켜 실내공기를 가열하는 실내기(20)와, 실외에 설치되며 냉방 시는 유입되는 고온 고압의 냉매를 열교환 시켜 대기중에 열을 방출시키고, 난방시는 유입되는 팽창된 냉매와 외기를 열교환 시켜 냉매를 가열하는 실외기(60)와, 난방시 실외기(60)로 유입되는 고온의 냉매와 압축기(10)로 유입되는 저온의 냉매가 상호 열교환 시키는 제 1 열교환기(30), 제 2 열교환기(40)와, 난방시 실외기(60)로 유입되는 고온의 냉매와 압축기(10)로 유입되는 저온의 냉매를 열교환 시키면서 실외기(60)로 유입되는 고온의 냉매를 저온 저압의 습증기 상태로 팽창시키는 제 1 팽창부(50) 및 냉방 시 실내기(20)로 유입되는 냉매를 저온으로 팽창시키는 제 2 팽창부(70)로 이루어지는 것이다.

난방 동작은 압축기(10)에서 압축되어 t 1 의 온도를 갖는 고온 고압의 냉매는 4방 밸브(12)를 통하여 실내기(20)로 유입되고, 실내기(20)에서 실내공기와 열교환을 통해 실내공기의 온도를 가열시킴과 동시에 그 자신은 1차 응축되어 t 2 의 온도로 낮아진다(t 1 >t 2 ). t 2 의 온도로 응축된 냉매는 제 1 체크밸브(82)를 지나 배관라인(95)을 통하여 제 1 열교환기(30)를 통과하면서 2차 응축되어 t 3 의 온도로 낮아지고, 제 1 열교환기(30)를 통과한 냉매는 제 2 열교환기(40)를 통과하면서 3차 응축되어 t 4 의 온도로 낮아진다. 이어서 제 2 열교환기(40)를 통과한 냉매는 제 1 팽창부(50)를 통과하면서 4차 응축되어 온도가 더욱 낮아진 후에 팽창되어 실외공기보다 낮은 t 5 의 온도를 갖는 저온의 습증기 상태가 된다. 그 후, 제 1 팽창부(50)를 통과한 t 5 의 온도를 갖는 습증기 상태의 냉매는 배관라인(98)을 통하여 실외기(60)로 공급되고, 실외기(60)에서 외기공기와 열교환을 통해 외기온도를 흡수하여 그 자신은 t 6 의 온도로 1차 증발된다. 한편, 실외기(60)에서 t 6 의 온도로 가열된 냉매는 제 2 열교환기(40)를 통과 하면서 t 3 으로 유입된 고온의 냉매와 열교환 되어 t 7 의 온도로 2차 증발된다(t 6 <t 7 ). 즉, 압축기(10)로 향하는 냉매는 t 7 의 온도로 가열되고, 제 1 실외기(60)로 향하는 냉매는 t 4 의 온도로 냉각된다. 그 후, 제 2 열교환기(40)를 통과한 t 7 의 온도를 갖는 냉매는 제 1 팽창부(50)를 통과하면서 전술한 바와 같이 t 4로 유입되는 고온의 냉매와 열교환 되어 t 8 의 온도로 3차 증발된다(t 7 <t 8 ). 즉, 압축기(10)로 향하는 냉매는 t 8의 온도로 가열되고, 제 1 실외기(60)로 향하는 냉매는 t 5 의 온도로 냉각된다. 이때, 3차 증발된 냉매는 열교환으로 제 1 팽창부(50)의 출구측 온도와 외기온도의 차이를 좁히는 역할을 한다. 그러므로 겨울철 외기온도의 낮아짐에 따른 착상을 방 지하며, 실외 공기와의 열교환을 용이하게 할 수 있다. 그리고 제 1 팽창부(50)에서 3차 증발된 t 8 의 온도를 갖는 냉매는 제 1 열교환기(30)를 통과하면서 전술한 바와 같이 t 2로 유입되는 고온의 냉매와 열교환 되어 t 9 의 온도로 4차 증발된다(t 8 <t 9 ). 즉, 압축기(10)로 향하는 냉매는 t 9 의 온도로 가열되고, 실외기(60)로 향하는 냉매는 t 3 의 온도로 낮아진다. 마지막으로 제 1 열교환기(30)에서 t 9 의 온도로 가열된 냉매는 압축기(10)로 공급되고 다시 고온 고압으로 압축되어 t 1 의 온도를 갖는 냉매로 전환된다(t 9 <t 1 ). 따라서, 실내기(20)에서 유출된 t 2 의 온도를 갖는 고온의 냉매는 제 1 열교환기(30)를 통과하면서 t 3 의 온도로 낮아지고, 제 2 열교환기(40)를 통과하면서 t 4 의 온도로 낮아지며 제 1 팽창부(50)를 통과하여 t 5 의 온도를 갖는 저온의 습증기 상태로 냉각되어 실외기(60)에 유입된다. 또한, 실외기(60)에서 t 6 의 온도로서 유출된 냉매는 제 2 열교환기(40)를 통과하면서 t 7 의 온도로 가열되고, 제 1 팽창부(50)를 통과하면서 t 8 의 온도로 가열되며, 제 1 열교환기(30)를 통해 t 9 의 온도로 더욱 가열되어 압축기(10)에 유입된다. 따라서, 압축기(10)에 고온의 냉매가 유입되기 때문에 유입된 냉매를 고온 고압으로 압축시키는데 필요한 열량을 대폭적으로 절약할 수 있다.

또한, 이 공보에서는 제 1 팽창부(50)와 실외기(60) 사이에는 난방시 제 1 팽창부(50)에서 팽창된 냉매와 실외기(60)에서 배출된 냉매가 상호 열교환 되는 열교환기(80)가 추가로 설치되는 다른 예도 기재되어 있는데, 이 예에서는 제 1 열교환기(30), 제 2 열교환기(40), 제 1 팽창부(50) 및 제 3 열교환기(80) 순으로 설치되며, 실내기(20)에서 유출된 고온의 냉매는 제 1 열교환기(30), 제 2 열교환기 (40), 제 1 팽창부(50) 및 제 3 열교환기(80)를 순차적으로 통과하여 저온의 습증기 상태로 냉각되어 실외기(60)에 유입된다. 한편, 실외기(60)에서 유출된 냉매는 제 2 열교환기(40)에서 고온의 냉매와 열교환 된 후에 제 3 열교환기(80)로 이동하여 다시 열교환 되며, 제 1 열교환기로 이동하여 열교환 된 후에 압축기(10)에 유입된다. 따라서, 제 1 팽창부(50)에서는 고온의 냉매와 저온의 냉매의 열교환 없이 효율적으로 고온인 냉매의 폐열을 재활용할 수 있는 것으로 기재되어 있다.

그러나 이와 같은 재생 복합 냉·난방 시스템 및 지금까지 개발되어 있는 복합 냉난방 장치들에서 난방 장치로 동작이 될 경우에 실외 온도가 영하 10도 내지 20도 정도 하강하게 되면 압축기의 기능이 현저히 저하되어 그 동작을 멈추거나 고장을 일으키는 문제가 있으며, 비록 일부분 동작이 된다고 하여도 그 능률이 매우 낮아서 전기 히터 이상의 열 효율을 달성하지 못하는 문제가 있었다.

본 발명인은 종래의 복합 냉난방기에서 난방기로 사용되는 난방 장치의 구성이 실내기에서 사용된 냉매가 한결같은 방향으로 실외기로 모두 통과하여 순환이 되므로 외기의 온도 상태에 따라서 압축기가 제대로 동작을 하지 못하게 되는 문제를 해결할 수 있는 냉난방 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명에서는 기존의 냉난방장치 구조에서 실외기를 바이패스 하는 냉매 통로를 추가로 설치하여, 실외기를 통과한 냉매와 통과하지 아니하는 냉매를 압축기 전단에서 혼합하게 함으로써 종래의 문제를 해결하는 방법을 제공하고, 실내기를 통과한 냉매를 실외기로 연결하는 팽창기를 다수의 모세관 팽창기들을 병렬로 연결하고 일부 모세관에는 제어밸브를 설치하여 실외기를 통과하는 냉매의 흐름을 제어할 수 있게 하는 냉난방장치를 제공하려는 것이다.

삭제

본 발명은 종래의 냉매를 고온 고압으로 압출하는 압축기와, 실내기 및 실외기를 가진 종래의 냉난방장치에서, 실내기를 통과한 냉매의 일부와 실외기를 통과한 냉매를 압축기에 인입되기 전에 합류하게 하는 실외기를 바이패스 하는 냉매 바이패스 통로를 포함하는 것이 특징이다. 여기서 실외기를 바이패스하는 냉매의 양은 제어밸브에 의하여 제어되고, 압축기가 잘 동작될 수 있도록 실외 온도에 따라 압축기에 인입되는 냉매의 압력과 온도를 적정하게 조절하기 위한 것이다.
본 발명의 냉난방 장치는 냉매를 고온 고압으로 압출하는 압축기와, 상기 압축기에서 고온 고압으로 압축된 냉매와 실내공기를 열교환시켜 실내공기를 가열하는 실내기와, 상기 실내기를 통과한 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창부와, 상기 팽창부를 통과하고 팽창된 저온의 냉매와 외기를 열교환시켜 냉매를 가열하는 실외기와, 상기 실외기에서 가온 된 팽창된 냉매와 상기 압축기에서 인출되어 상기 실내기를 통과하며 열교환이 된 고압 냉매를 열교환하게 하는 열교환기를 구비한 난방 장치에 있어서, 상기 팽창부가, 상기 열교환기를 통과한 냉매 배관에 연결된 분배관과, 상기 실외기의 냉매 입구에 그 일단이 연결된 확관부와, 상기 분배관과 상기 확관부 사이를 연결하는 다수의 모세관집합을 포함하는 난방 장치이다.
여기서, 모세관집합은 2개 이상의 모세관을 포함하고, 상기 모세관집합 중 제1모세관의 타단과 상기 확관부의 타단을 연결하고, 상기 모세관집합 중 제2모세관에 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브를 설치하고, 그 타단과 상기 확관부의 타단을 연결하고, 상기 모세관집합 중 제3모세관에 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브를 설치하고, 그 타단을 상기 열교환기의 냉매 인입부에 연결하고, 상기 열교환기에 인입되는 냉매의 온도를 검출하는 온도센서를 가지고 있어서, 이 온도센서가 검출한 온도에 따라 솔레노이드밸브의 냉매 흐름을 제어하는 신호를 발생하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

더 추가하여 제3모세관의 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브를 통과한 냉매를 상기 확관부에 연결하는 제4모세관을 추가로 설치하는 것과, 상기 모세관집합은 상기 제2모세관과 같이 연결된 2개 이상의 모세관들을 가지는 것과, 상기 열교환기는 냉매를 가온하거나 냉각시키는 열매체를 흐르게 하는 통로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 냉매를 고온 고압으로 압출하는 압축기와, 실내에 설치되며 냉방 시는 유입되는 저온의 팽창된 냉매와 실내공기를 열교환시켜 실내공기를 냉각하고 난방시는 유입되는 고온 고압의 냉매와 실내공기를 열교환시켜 실내공기를 가열하는 실내기와, 냉방 시는 유입되는 고온 고압의 냉매를 열교환시켜 대기중에 열을 방출시키고 난방시는 유입되는 팽창된 냉매와 외기를 열교환시켜 냉매를 가열하는 실외기와, 상기 압축기에 인입되는 냉매와 압축기에서 압축되어 인출되는 냉매를 서로 열교환하게 하거나 다른 가열수단 또는 냉각수단을 구비하여 냉매를 가열하거나 냉각하는 열교환기를 구비하여 이루어지는 복합 냉난방 장치에 있어서, 상기 열교환기를 통과한 냉매가 상기 실외기로 흐르는 실외기 입구에 설치되는 팽창부는, 상기 실외기를 통과한 냉매가 상기 열교환기로 흐르는 흐름만 허용하는 체크밸브와, 상기 열교환기를 통과한 냉매 배관에 연결된 분배관과, 상기 실외기의 냉매 입구에 그 일단이 연결된 확관부와, 상기 분배관과 상기 확관부 사이를 연결하는 다수의 모세관집합을 포함하는 복합 냉 난방 장치이다.

여기서, 모세관집합은 2개 이상의 모세관을 포함하고, 상기 모세관집합 중 제1모세관의 타단과 상기 확관부의 타단을 연결하고, 상기 모세관집합 중 제2모세 관에 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브를 설치하고, 그 타단과 상기 확관부의 타단을 연결하고, 상기 모세관집합 중 제3모세관에 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브를 설치하고, 그 타단을 상기 열교환기의 냉매 인입부에 연결하고, 상기 열교환기에 인입되는 냉매의 온도를 검출하는 온도센서를 가지고 있어서, 이 온도센서가 검출한 온도에 따라 솔레노이드밸브의 냉매 흐름을 제어하는 신호를 발생하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 추가하여, 상기 제3모세관의 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브를 통과한 냉매를 상기 확관부에 연결하는 제4모세관과, 상기 제2모세관과 같이 연결된 2개 이상의 모세관들을 가지는 것을 특징으로 한다.

(실시 예)

도 2 내지 4를 참조하면서 본 발명의 실시 예를 구체적으로 설명한다.

본 발명의 복합 냉난방 장치의 구성은 냉매를 고온 고압으로 압출하는 압축기(110)와, 실내에 설치되며 냉방 시는 유입되는 저온의 팽창된 냉매와 실내공기를 열교환시켜 실내공기를 냉각하고 난방시는 유입되는 고온 고압의 냉매와 실내공기를 열교환시켜 실내공기를 가열하는 실내기(120)와, 냉방 시는 유입되는 고온 고압의 냉매를 열교환시켜 대기중에 열을 방출시키고 난방시는 유입되는 팽창된 냉매와 외기를 열교환시켜 냉매를 가열하는 실외기(190)와, 압축기(110)에 인입되는 냉매와 압축기에서 압축되어 인출되는 냉매를 서로 열교환하게 하거나 다른 가열수단 또는 냉각수단을 구비하여 냉매를 가열하거나 냉각하는 열교환기(130)를 가지고 있고, 열교환기(130)를 통과한 냉매가 실외기(190)로 흐르는 실외기 입구에 설치되는 제1팽창부(140)와, 열교환기(130)를 통과한 냉매가 실내기(120)로 흐르고, 제1팽창부(140)는 실외기(190)를 통과한 냉매가 열교환기(130)로 흐르는 흐름만 허용하는 체크밸브(141)와, 열교환기(130)를 통과한 냉매 배관(131)에 연결된 분배관(142)과, 실외기(190)의 냉매 입구에 그 일단이 연결된 확관부(146)와, 분배관(142)과 확관부(146) 사이를 연결하는 모세관집합(144, 145, 147,148)을 포함하여 이루어지고, 모세관(145)는 열교환기(130)의 입구배관(132) 으로 혼입되는 구조를 이룬다.

본 발명의 난방 장치의 구성은 냉매를 고온 고압으로 압출하는 압축기(110)와, 압축기(110)에서 고온 고압으로 압축된 냉매와 실내공기를 열교환시켜 실내공기를 가열하는 실내(120)기와, 실내기(120)를 통과한 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창부(140)와, 팽창부를 통과하고 팽창된 저온의 냉매와 외기를 열교환시켜 냉매를 가열하는 실외기(190)와, 실외기에서 가온 된 팽창된 냉매와 상기 압축기에서 인출되어 실내기를 통과하며 열교환이 된 고압 냉매를 열교환하게 하는 열교환기(130)를 구비한 난방 장치를 구비한다. 팽창부(140)는 열교환기(130)를 통과한 냉매 배관(131)에 연결된 분배관(142)과, 실외기(190)의 냉매 입구에 그 일단이 연결된 확관부(146)와, 분배관(142)과 확관부(146) 사이를 연결하는 다수의 모세관으로 이루어진 모세관집합(144, 145, 147,148)를 포함하여 이루어진다.

팽창부(140)는 2개 이상의 모세관(143, 144, 145, 147, 148)을 포함하는 모세관집합을 가지고 있고, 모세관집합 중 제1모세관(145)의 타단과 확관부(146)의 타단을 연결하고, 모세관집합 중 제2모세관(147)에 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브(153)를 설치하고, 그 타단을 확관부(146)에 연결하고, 모세관집합 중 제 3모세관(143)에 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브(154)를 설치하고 그 타단을 상기 열교환기(130)의 냉매 인입부(132)에 연결하고, 열교환기에 인입되는 배관(133)에 냉매의 온도를 검출하는 온도센서(151)를 설치하고 이 온도센서(151)가 검출한 온도에 따라 각 솔레노이드밸브(152 - 154)의 냉매 흐름을 제어하는 신호를 발생하여 각각의 솔레노이드밸브(152 - 154)에 공급하는 제어기(150)를 구비한다.

또 제3모세관(143)의 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브(154)를 통과한 냉매를 상기 확관부(146)에 연결하는 제4모세관(144)을 추가로 설치하는 것이 좋다. 또 모세관집합은 제2모세관(147)과 같이 병렬로 연결된 2개 이상의 모세관들을 설치하는 것이 좋다.

열교환기(130)는 냉매의 흐름이 다른 두 냉매 통로 사이에서 열교환이 이루어 지게 하는 것으로서 냉매를 가온하거나 냉각시키는 제3의 열매체를 흐르게 하는 통로를 추가로 설치하면 냉매의 온도 조절이 수월하여 진다.
본 발명의 복합 냉 난방 장치를 냉방기로 또는 난방기로 사용하기 위하여 냉매의 흐름을 변경하여 주기 위한 사방변(180)이 도면과 같이 냉매 배관과 연결되어 있다. 이 사방변(180)은 종래 기술에서 사용되고 있는 것과 동일한 것을 사용하면 되는데, 전기 제어신호(150)에 따라 냉방 장치로 사용할 경우에는 제1관로(181)로 인입되는 압축기(110)의 고온 고압 기체를 실외기(190)로 보내기 위하여 제2관로(182)로 통하도록 하고, 실내기(120)로부터 오는 냉매를 제4관로(184)로 받아서 압축기로 보내기 위하여 제3관로(183)로와 연결한다.

삭제

복합 냉 난방 장치를 난방 장치로 사용할 경우에는 제1관로(181)로 인입되는 압축기(110)의 고온 고압 기체를 실내기(120)로 보내기 위하여 제4관로(184)로 통하도록 하고, 실외기(120)로부터 오는 냉매를 제2관로(182)로 받아서 압축기(110)로 보내기 위하여 제3관로(183)와 연결한다.

이렇게 구성된 본 발명의 동작을 설명한다. 먼저, 복합 냉난방장치에서 냉방 장치로 동작하는 것부터 설명한다.

본 발명의 복합 냉난방 장치를 냉방 장치로 동작시키는 경우에는, 압축기(110)에서 압축된 고압 냉매가 사방변(180)을 통하여 실외기(190)로 흐르면서 냉각되면서 응축되어 액상으로 팽창부(140)의 체크밸브(141)을 동과하고(솔레노이드밸브가 닫혀 있음) 열교환기(130)에서 냉각되어 실내기(120)에서 팽창되어 흐르며, (솔레노이드밸브가 열려 있을 경우에는 냉매의 일부는 모세관들을 통하여 분배관에서 합류한다) 제4모세관과 제3모세관을 제외한 모든 냉매가 같이 열교환기(130)에서 냉각되어 실내기(120)에서 팽창되어 흐르며 기화된다. 이때 기화열을 흡수하면서 실내 공기를 냉각시킨 후 사방변(180)을 통과하고 열교환기(130)의 인입부에서 제4모세관(144)과 제3모세관(143)을 통과한 일부의 냉매와 열교환기 인입부에서 합류하여 고온 냉매와 열교환으로 가온되어 압축기(110)로 인입되어 압축되어 출력되는 순환을 계속하게 된다. 그래서 실내의 열을 흡수하여 실외로 방출하는 열교환 작용을 계속하면서 실내를 냉방하는 장치로 동작하게 된다.

난방 장치로 동작시키는 경우에는, 압축기(110)에서 압축된 고압 냉매가 사방변(180)을 통하여 실내기(120)로 흐르게 되어 여기서 실내 공기와 열교환 하면서 실내 공기를 가열하고 냉매 자체는 냉각되면서 응축되어 액상으로 변화면서 열교환기(130)를 통과하게 된다. 열교환기에서 차가운 냉매와 열교환 되면서 완전히 액체 상태로 변하여 냉매 배관(131)을 통하여 팽창부(140)로 가게 된다. 팽창부에서는 분배관(142)에서 제1모세관(145)을 통하면서 압력 감압되어 확관부(146)로 가서 팽창되고 기화하면서 냉각되어 실외기(190)에서 대기와 열교환하며 기화상태로 되어 간다. 이때 분배관(142)과 실외기(190)를 연결하는 여러 개의 모세관이 있는데, 이 모세관들은 솔레노이드밸브(152, 153, 154)들에 의하여 그 흐름이 제어된다. 지금 솔레노이드밸브들이 모두 열려 있다고 하면 제1모세관(145), 제2모세관(147), 제4모세관(144), 제5모세관(148)을 통하여 실외기(190)로 흐르게 된다. 이때에 솔레노이드밸브(154)를 통과한 냉매는 제4모세관(144)을 통하여 실외기로 흐르기도 하지만 그 일부는 제3모세관(143)을 통하여 열교환기(130)의 인입부(132)에 직접 연결되어 실외기를 바이패스 한다. 실외기(190)에서 기화된 냉매는 사방변(180)을 통하고 배관(133)으로 흘러서 열교환기로 인입된다. 이 배관(133)에 설치된 온도센서(151)에 의하여 냉매의 온도가 검출되고 냉매의 온도에 따라 미리 정하여진 설정치에 따라 솔레노이드밸브들을 온/오프 동작 또는 흐름제어하여 실외기로 가는 냉매의 량을 조절한다. 사방변을 통하여 배관(133)으로 흐르는 냉매는 열교환기 인입부(132)에서 제3모세관을 통과한 냉매와 합류하게 되고 열교환기(130)에서 고온 고압 냉매와 열교환으로 가열되면서 기화된 기체로서 압축기로 귀환하게 되고, 냉매의 이러한 순환으로 실외의 열을 실내로 옮겨서 실내 공기를 따뜻하게 가열하게 된다.
이때 외기의 온도가 영하 5도 정도까지는 종래의 난방기와 거의 같은 과정으로 동작이 되지만 외기 온도가 영하 10도 영하 15도 영하 20도 정도로 내려가게 되면 순환되는 냉매 전부가 실외기를 통과하게 되면 압축기에 제대로 작동이 안되거나 고장이 날 염려가 있으므로 배관(133)의 냉매 온도를 검출하여 실외기로 가는 냉매의 양을 조절한다. 예로서, 외기온도가 -10℃ 정도 일 때는 제5모세관과 제5모세관 솔레노이드밸브(152)를 차단하고 나머지 솔레노이드밸브(153, 154)는 모두 열어 주고, 외기온도가 -15℃ 정도 일 때는제2,제5모세관의 솔레노이드밸브(152,153)를 차단하고 솔레노이드밸브(154)를 열어주고, 외기온도가 -20℃ 정도 일 때는 솔레노이드밸브(152, 153)를 열어주고 솔레노이드밸브(154)를 차단하여 실외 온도에 따라 실외기를 통과하는 냉매의 양을 조절하여 압축기에 인입되는 냉매의 압력과 온도를 적정하게 조절한다.
다시 설명하면, 압축기(110)에서 압축된 고온냉매를 사방변(180)을 이용하여 실내기(120)에서 실내의 공기를 높여주는 난방의 열교환 된 고온저압냉매(응축 냉매)는 열교환기(130)에서 약25 ℃로 되는데, 배관(133)의 저압 냉매와 열교환 된 후 팽창부(140)에서 모세관으로 5 분배되고, 그 중 체크밸브(141) 라인은 차단되고 나머지 4분배되며, 3개의 모세관은 솔레노이드밸브가 설치되어 대기의 온도에따라 실외기에 들어가는 냉매의 양을 3단계로 조절하여 준다. 즉 대기온도 -10℃, -15℃,-20℃일 때 조정하여 준다. 솔레노이드밸브 통과 후 모세관으로 팽창되어 2 분배되어있는 확관부(146)에서 혼합된다. 제2모세관(147),제3모세관(143),제4모세관(144),제5모세관(148)은 냉매의 양을 조절하는 관으로 솔레노이드밸브를 설치하여 실외기 온도 -10℃에서 제5모세관(148)을 차단하고 -15℃에서는 제5모세관(148)과 제2모세관(147)을 차단하며, 솔레노이드밸브(154)는 -20℃에서 차단되어 제3모세관(143),제4모세관(144)도 차단되며, 제5모세관(148)과 제2모세관(147)은다시 열어주어 실외기에서 대기온도의 변화에 따라서 열 교환이 적정 수준으로 알맞게 이루어질 수 있도록 하여준다. 솔레노이드밸브(152,153,154)는 온도 센서(151)에 의하여 실외기에서 열교환 된 냉매의 온도를 감지하여 작동한다. 예로서 외기온도가 -10℃ 정도 일 때는 솔레노이드밸브(152)를 차단하고 나머지 솔레노이드밸브(153, 154)는 모두 열어 주고, 외기온도가 -15℃ 정도 일 때는 솔레노이드밸브(152,153)를 차단하고 솔레노이드밸브(154)를 열어주고, 외기온도가 -20℃ 정도 일 때는 솔레노이드밸브(152, 153)를 열어주고 솔레노이드밸브(154)를 차단하여, 실외 온도에 따라서 배관(133)의 온도변화를 감지하여 제어기(150)에 의하여 자동조절하여 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 적정하게 하여 준다. 여기서 실외기를 바이패스하는 냉매의 바이패스 통로(143)를 통과하는 냉매는 열교환기에 인입되는 냉매와 혼합되면서 그 냉매를 냉각시켜서 열교환기서 가열된 후의 냉매 온도가 압축기의 입력에 적정한 온도와 압력이 되도록 하는 역할을 한다.
위의 실외기에서 팽창되어 열 교환이 된 냉매는 저밀도 냉매로서 허냉매에 가깝고, 허냉매는 압축기의 손상이 발생되며 압축기의 토출 냉매 온도는 고온이지만 냉매의 밀도가 적어 난방 열효율이 낮아진다. 따라서 실외기에서 열교환 된 냉매에 제3모세관(143)으로 팽창된 밀도 높은 냉매를 바이패스 시켜서 열교환기(130)의 인입부(132)에서 혼합시켜 냉매의 밀도를 높여주어 열교환기에서 열교환을 한번 더 시켜서 밀도 높은 냉매(-12℃ 에서 -18℃)정도의 냉매를 압축기에 보내서 압축하여 고온고압의 냉매로 토출시켜 실외기에서 많은 열교환이 이루어지게 한다.
또한, 팽창부의 제1모세관(145) 제2모세관(147) 제4모세관(144) 제5모세관(148)의 냉매는 실외기에서 작은 열교환을 이루므로 실외기에 착상이 생성되는 것을 방지하는 효과가 있다. 제 2, 3, 4, 5 모세관은 배관(133)에서 검출하는 냉매의 온도에 의하여 솔레노이드밸브의 개폐로, 대기온도의 변화에 따라서 실외기에서 열교환이 이루어질 수 있도록 냉매의 양을 조절하여 냉방과 난방 모드 모두에서 압축기가 최고의 효율로 일할 수 있도록 한다. 그리고 실외기가 착상이 되는 경우에는 잠시 동안 시스템을 역회전시켜서 실외기에 고온의 압축 냉매가 잠시 흐르게 하면 된다. 영하 15도 내지 20도 정도 되는 겨울 날씨에 본 난방 장치가 동작되는 상태를 대략 살펴보면 다음과 같다.
냉매가 압축기 출구에서는 압력 14기압 온도 100도 (섭씨, 이하 같다) 정도 되고, 실내기 출구에서는 25-30 도 정도, 실외기 출구에서는 영하 21도 정도가 되고 열교환기(130)에서 열교환후 압축기에 흡입되기 전의 냉매 온도는 영하 15도 정도 되도록 한다.

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본 실시 예에서는 팽창부의 모세관 수를 5개로 하였지만 이를 더욱 많이 n개까지 설치하면 실외기에 흐르는 냉매의 조절 단계를 더욱 세분화 할 수 있게 되어 외부 온도에 적응하기가 쉬워 지고 최적의 상태로 설정 할 수가 있다. 즉 외기 온도에 따라 난방 능력을 최대로 할 수 있는 각부의 온도 조건으로 설정할 수가 있다. 또한 모세관수를 2개로 하여도 작동은 되나 적절한 조절의 한계가 있다.또한 열교환기(130) 없이 실내기와 실외기를 연결하고 있는 배관에 팽창부를 두어 작동할 수는 있으나 난방효율은 떨어진다. 팽창부는 본 발명에서와 같이 모세관과 솔레노이드밸브의 조합으로 냉매의 흐름을 조절하였지만 냉동분야에서 사용되는 밸브 형태의 팽창기를 사용하여 외기 온도에 따라 냉매의 팽창도를 조절하는 아날로그 방식으로 제어할 수도 있고, 실외기를 바이패스하는 회로를 사용하여 냉매의 압축기 인입온도를 제어하는 것이 좋다.

이상 설명한 본 발명에 의하면 종래의 복합 냉난방기를 난방기로 사용할 때 압축기가 제대로 동작을 하지 못하거나 실외기가 착상되어 제대로 동작하지 못하게 되는 문제점을 해결할 수가 있고 기온이 높을 때는 능률 좋은 난방기로 되고 영하 20도 되는 날씨에도 난방기로서 충분히 동작이 되게 할 수가 있다.

본 발명에서 팽창기는 다수의 모세관을 병렬로 연결하여 그 제어를 단순화시켜 외부 온도에 따라 적절하게 대응하게 한 것이 고장과 동작의 신뢰성을 높여 준다.

Claims (8)

1. 냉매를 고온 고압으로 압출하는 압축기와, 상기 압축기에서 고온 고압으로 압축된 냉매와 실내공기를 열교환 시켜 실내공기를 가열하는 실내기와, 상기 실내기를 통과한 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창부와, 상기 팽창부를 통과하고 팽창된 저온의 냉매와 외기를 열교환 시켜 냉매를 가열하는 실외기와, 상기 실외기에서 가온 된 팽창된 냉매와 상기 압축기에서 인출되어 상기 실내기를 통과하며 열교환이 된 고압 냉매를 열교환 하게 하는 열교환기를 구비한 난방 장치에 있어서, 상기 팽창부가,

   상기 열교환기를 통과한 냉매 배관에 연결된 분배관과,

   상기 실외기의 냉매 입구에 그 일단이 연결된 확관부와,

   상기 분배관과 상기 확관부 사이를 연결하는 다수의 모세관집합을 포함하는 것이 특징인 난방 장치
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 모세관집합은 2개 이상의 모세관을 포함하고,

   상기 모세관집합 중 제1모세관의 타단과 상기 확관부를 연결하고,

   상기 모세관집합 중 제2모세관에 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브를 설치하고, 그 타단과 상기 확관부를 연결하고,

   상기 모세관집합 중 제3모세관에 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브를 설치하고, 그 타단을 상기 열교환기의 냉매 인입부에 연결하고,

   상기 열교환기 또는 압축기에 인입되는 냉매의 온도를 검출하는 온도센서를 가지고 있어서, 이 온도센서가 검출한 온도에 따라 솔레노이드밸브의 냉매 흐름을 제어하는 신호를 발생하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 난방 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제3모세관의 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브를 통과한 냉매를 상기 확관부에 연결하는 제4모세관을 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 난방 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 열교환기는 냉매를 가온하거나 냉각시키는 열매체를 흐르게 하는 통로를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 난방 장치.
5. 냉매를 고온 고압으로 압출하는 압축기와, 실내에 설치되며 냉방 시는 유입되는 저온의 팽창된 냉매와 실내공기를 열교환 시켜 실내공기를 냉각하고 난방시는 유입되는 고온 고압의 냉매와 실내공기를 열교환 시켜 실내공기를 가열하는 실내기와, 냉방 시는 유입되는 고온 고압의 냉매를 열교환시켜 대기중에 열을 방출시키고 난방시는 유입되는 팽창된 냉매와 외기를 열교환시켜 냉매를 가열하는 실외기와, 상기 압축기에 인입되는 냉매와 압축기에서 압축되어 인출되는 냉매를 서로 열교환하게 하거나 다른 가열수단 또는 냉각수단을 구비하여 냉매를 가열하거나 냉각하는 열교환기를 구비하여 이루어지는 복합 냉난방 장치에 있어서,

   상기 열교환기를 통과한 냉매가 상기 실외기로 흐르는 실외기 입구에 설치되는 팽창부와, 상기 열교환기를 포함하고,

   상기 제1팽창부는,

   상기 실외기를 통과한 냉매가 상기 열교환기로 흐르는 흐름만 허용하는 체크밸브와,

   상기 열교환기를 통과한 냉매 배관에 연결된 분배관과,

   상기 실외기의 냉매 입구에 그 일단이 연결된 확관부와,

   상기 분배관과 상기 확관부 사이를 연결하는 다수의 모세관집합을 포함하는 것이 특징인 복합 냉난방 장치
6. 청구항 6에 있어서,

   상기 모세관집합은 2개 이상의 모세관을 포함하고,

   상기 모세관집합 중 제1모세관은 상기 분배관과 상기 확관부를 연결하고,

   상기 모세관집합 중 제2모세관은 상기 분배관에서 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브를 통하여 확관부에 연결되고,

   상기 모세관집합 중 제3모세관에 상기 분배관에서 냉매의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브를 통하여 상기 열교환기의 냉매 인입부에 연결되고,

   상기 열교환기에 인입되는 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서를 가지고 있어서, 이 온도센서가 검출한 온도에 따라 상기 솔레노이드밸브들의 냉매 흐름을 제어하는 신호를 발생하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 냉난방 장치.
7. 냉매를 고온 고압으로 압출하는 압축기와, 상기 압축기에서 고온 고압으로 압축된 냉매와 실내공기를 열교환 시켜 실내공기를 가열하는 실내기와, 상기 실내기를 통과한 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창부와, 상기 팽창부를 통과하고 팽창된 저온의 냉매와 외기를 열교환 시켜 냉매를 가열하는 실외기를 포함하는 냉난방 장치에 있어서,

   상기 실내기를 통과한 냉매의 일부를 상기 실외기를 통과한 냉매와 상기 압축기에 인입되기 전에 합류하게 하는 실외기를 바이패스하는 냉매 바이패스 통로를 더욱 포함하는 것이 특징인 냉난방 장치
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 실외기에서 통과한 냉매와 상기 실내기를 통과한 냉매 사이에 열교환이 이루어지게 하는 열교환기를 추가로 포함하고,

   상기 바이패스 통로는 상기 열교환기를 통과한 냉매 출구와 상기 실외기를 통과하고 상기 열교환기로 인입하는 냉매 통로 사이를 열결하는 모세관과 제어밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치

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