KR100865144B1 - 공기 조화기 및 그 운전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 공기 조화기는 냉매를 각각 압축하는 제1 압축 유닛 및 제2 압축 유닛과, 실외기에 구비되며 상기 제1,2 압축 유닛들과 연결되는 실외측 열교환기와, 실내기에 구비되며 상기 제1,2 압축 유닛들과 상기 실외측 열교환기와 연결되는 실내측 열교환기와, 상기 제1 압축 유닛과 제2 압축 유닛을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결하여 냉매의 흐름을 안내(조절)하는 냉매 안내수단을 포함하여 구성된다. 그리고 상기 제1,2 압축 유닛을 병렬 또는 직렬 관계로 선택적으로 연결하여 운전하게 됨으로써 실내 온도의 변화에 따라 용량을 가변시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 제작 단가를 최소화할 수 있도록 한 것이다.

Description

공기 조화기 및 그 운전방법{AIR CONDITIONER AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 공기 조화기 및 그 운전방법에 관한 것으로, 특히 실내 온도의 변화에 따라 용량을 가변시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 제작 단가를 최소화할 수 있도록 한 공기 조화기 및 그 운전방법에 관한 것이다.

공기 조화기(air-conditioner)는 실내의 온도를 설정된 상태로 유지시켜 실내를 쾌적한 상태로 유지시킨다.

일반적으로 공기 조화기는 냉동사이클 시스템을 포함하여 구성된다. 상기 냉동사이클 시스템은 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매가 응축되면서 외부에 열을 방출시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매의 압력을 저하시키는 팽창 밸브와, 상기 팽창 밸브를 거친 냉매가 증발되면서 외부의 열을 흡수시키는 증발기를 포함하여 구성된다.

상기 압축기, 응축기, 팽창 밸브 그리고 증발기는 연결관에 의해 연결되어 하나의 사이클을 형성하게 된다.

상기 냉동사이클 시스템은 전원이 인가되어 압축기가 작동함에 따라 그 압축기에서 토출된 고온 고압의 냉매가 응축기, 팽창 밸브, 증발기를 순차적으로 거친 후 압축기로 흡입되며, 이와 같은 과정이 반복된다. 상기 과정에서 응축기에서 열 을 발생시키고 증발기에서 외부의 열을 흡수하여 냉기를 형성하게 되며 그 응축기에서 발생되는 열과 증발기에서 형성되는 냉기를 선택적으로 실내에 순환 유동시켜 실내를 쾌적한 상태로 유지시키게 된다.

한편, 상기 공기 조화기는 설치 조건에 따라 다양한 형태로 구현되어 있다. 그 예로, 공기 조화기가 하나의 케이싱에 상기 냉동사이클 시스템이 모두 장착되고 그 케이싱 내부에 에어 덕트와 송풍 팬이 구비된다. 이와 같은 공기 조화기는 상대적으로 작은 실내를 쾌적한 상태로 유지하기 위하여 보통 실내를 구성하는 창문에 설치된다.

다른 예로, 공기 조화기는 실내기와 실외기로 구성된다. 상기 실내기는 냉방시 증발기 역할을 하는 열교환기를 포함하여 구성되며, 상기 실외기는 냉방시 응축기 역할을 하는 열교환기와 압축기를 포함하여 구성된다. 상기 실내기는 실내에 설치되고 실외기는 실외에 설치된다.

또 다른 예로, 공기 조화기는 하나의 실외기와, 그 실외기와 연결되어 복수개의 실내에 각각 설치되는 복수개의 실내기들로 구성된다. 상기 실외기에 장착되는 압축기의 용량은 큰 용량이거나, 또는 실외기에 장착되는 압축기가 두 개이다.

일반적으로 압축기는 전기 에너지를 운동 에너지로 변환시키고 그 운동 에너지에 의해 냉매를 압축하게 된다. 상기 압축기는 구동력을 발생시키는 모터와 상기 모터의 구동력을 전달받아 냉매를 압축시키는 압축 기구를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 냉매를 압축하는 압축 매카니즘에 따라 회전식 압축기(rotary compressor), 스크롤 압축기(scroll compressor), 왕복동식 압축기(reciprocal compressor) 등 다양한 종류가 있다.

이와 같은 압축기들 중에서 회전식 압축기와 스크롤 압축기 등이 주로 공기 조화기에 사용된다.

한편, 상기한 바와 같은 공기 조화기를 연구하고 제작하는 과정에서 가장 중요한 요소는 제품의 경쟁력을 높이기 위하여 제작 단가를 최소화하는 것과 공기 조화기의 작동시 에너지 소모를 최소화하는 것이다.

특히, 최근 전세계적인 오일 사용량의 증가로 인하여 오일의 가격이 증가하게 됨에 따라 소모 전력을 최소화할 수 있는 공기 조화기의 연구 개발이 매우 중요한 과제로 부각되고 있다. 그리고 공기 조화기의 소모 전력을 최소화하게 되면 환경 문제를 유발시키는 것을 최소화하게 된다.

한편, 공기 조화기의 소모 전력이 최소화되도록 공기 조화기를 운전시키는 조건은 그 공기 조화기가 설치되는 실내 공간의 부하, 즉 온도 조건에 따라 그 공기 조화기를 운전시키는 것이다. 즉, 실내의 온도가 급격히 올라가게 되면 공기 조화기는 설정된 실내 온도를 유지하기 위하여 그 과도한 온도 변화(과도한 부하)에 따라 냉기가 많이 발생되도록 운전되고, 그 실내 온도가 설정된 온도에서 변화의 폭이 작을 경우 공기 조화기는 설정된 실내 온도를 유지하기 위하여 적은 냉기가 발생되도록 운전되는 것이다.

이와 같은 조건을 만족시키기 위한 요소 중의 하나로 냉동사이클 시스템을 운전시키는 주요 부품인 압축기에서 토출시키는 냉매의 양을 조절하는 것이다.

상기 압축기에서 토출시키는 냉매의 토출 용량을 조절하는 방법 중의 하나로 압축기를 구성하는 구동 모터의 회전 수를 가변시킬 수 있는 인버터 모터를 적용하는 것이다. 공기 조화기가 설치되는 실내의 조건 변화에 따라 압축기의 구동 모터의 회전수를 조절하여 압축기에서 토출되는 냉매의 토출 유량을 조절하게 된다. 상기 압축기에서 토출되는 토출 유량의 변화에 따라 응축기와 증발기에서 발생되는 열과 냉기의 양이 조절된다.

그러나 상기 압축기의 구동 모터를 인버터 모터로 적용할 경우 그 인버터 모터의 가격이 매우 비싸게 되어 제품의 단가를 높이게 되므로 가격 경쟁력이 떨어지게 되는 단점이 있다.

따라서, 제어 드라이브가 구비되지 않은 일반적인 정속 모터를 압축기에 적용하면서 그 압축기에서 압축되는 냉매의 토출 유량을 조절하여 공기 조화기가 설치된 실내 온도 조건에 따라 그 공기 조화기의 용량을 가변시키는 것이 요구된다.

[기술적 과제]

본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 실내 온도의 변화에 따라 용량을 가변시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라 제작 단가를 최소화할 수 있도록 한 공기 조화기 및 그 운전방법을 제공함에 있다.

[기술적 해결방법]

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 냉매를 각각 압축하는 제1 압축 유닛 및 제2 압축 유닛과, 실외기에 구비되며 상기 제1,2 압축 유닛들과 연결되는 실외측 열교환기와, 실내기에 구비되며 상기 제1,2 압축 유닛과 상기 실외측 열교환기와 연결되는 실내측 열교환기와, 상기 제1 압축 유닛과 제2 압축 유닛을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결하여 제1,2 압축 유닛에서 연속적으로 냉매를 압축하여 토출시키거나 제1,2 압축 유닛에서 각각 냉매를 압축하여 토출시키도록 냉매의 유로를 안내(조절)하는 냉매 안내수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 공기 조화기가 제공된다.

또한, 냉매를 각각 압축시키는 제1 압축 유닛과 제2 압축 유닛을 구비한 공기 조화기의 운전 방법에 있어서, 공기 조화기의 운전을 시작하는 단계와, 설정된 조건에 따라 세이빙 모드 또는 파우어 모드를 선택하는 단계와, 세이빙 모드일 경우 냉매가 상기 제1 압축 유닛에서 압축되고 이어 제2 압축 유닛에서 압축되도록 직렬 관계로 냉매의 흐름을 제어하는 단계와, 파우어 모드일 경우 냉매가 상기 제1 압축 유닛과 제2 압축 유닛에서 각각 압축되도록 병렬 관계로 냉매의 흐름을 제어하는 단계를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 공기 조화기의 운전방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 공기 조화기의 제1 실시예를 도시한 배관도,

도 2는 본 발명의 공기 조화기의 제2 실시예를 도시한 배관도,

도 3은 본 발명의 공기 조화기 운전방법을 도시한 순서도,

도 4,5는 본 발명의 공기 조화기 제1 실시예의 파우어 모드와 세이빙 모드에서 작동 상태를 각각 도시한 배관도,

도 6,7은 본 발명의 공기 조화기 제2 실시예의 파우어 모드와 세이빙 모드에 서 작동 상태를 각각 도시한 배관도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100; 실내측 열교환기 200; 실외측 열교환기

300; 이단 압축기 310,810,910; 밀폐 용기

320; 구동 모터 330; 제1 흡입관

340; 제2 흡입관 350; 제1 토출관

360; 제2 토출관 400; 제2 제어밸브

500; 제1 제어밸브 610; 유입측 연결관

620,630; 제1,2 연결관 640; 유출측 연결관

650; 제3 연결관 660; 개폐밸브

670,680,690; 제4,5,6 연결관

[발명의 실시를 위한 최선의 형태]

이하, 본 발명에 의한 공기 조화기 및 그 운전방법을 첨부도면에 도시한 실시 예들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 공기 조화기의 제1 실시예를 도시한 배관도이다. 또한, 도 4,5는 본 발명의 공기 조화기의 제1 실시예의 파우어 모드와 세이빙 모드에서 작동 상태를 각각 도시한 배관도이다.

이에 도시한 바와 같이, 상기 공기 조화기는 실내측 열교환기(100)를 포함하여 구성되며 실내에 설치되는 실내기(indoor unit)와, 실외측 열교환기(200)를 포함하여 구성되며 실외측에 설치되는 실외기(outdoor unit)와, 상기 실외기측에 설치되어 냉매를 각각 압축시키는 제1 압축 유닛(C1) 및 제2 압축 유닛(C2)과, 상기 실내측 열교환기(100)와 실내측 열교환기(100)와 제1 압축 유닛(C1) 및 제2 압축 유닛(C2)이 하나의 사이클을 이루도록 연결되는 연결관들과, 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)으로 냉매의 흐름이 직렬 또는 병렬로 선택적으로 이루어지도록 그 냉매의 흐름을 조절하는 냉매 안내수단을 포함하여 구성된다.

상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)은 하나의 밀폐 용기(310)내에 구비되며, 그 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)은 그 밀폐 용기(310)내에 장착되는 하나의 구동 모터(320)의 구동력에 의해 각각 냉매를 압축하고, 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)으로 냉매가 흡입되고 토출되는 냉매 유로를 구비하는 이단 압축기(two stage type compressor)(300)를 구성하게 된다. 상기 구동 모터(320)는 정속 모터이다.

상기 이단 압축기(300)의 냉매 유로는 상기 제1 압축 유닛(C1)의 압축 공간으로 냉매의 흡입을 안내하는 제1 흡입관(330)과, 상기 제2 압축 유닛(C2)의 압축 공간으로 냉매의 흡입을 안내하는 제2 흡입관(340)과, 상기 밀폐 용기(310)에 결합되어 상기 제1 압축 유닛(C1)에서 토출된 냉매가 상기 밀폐 용기(310)를 거쳐 그 밀폐 용기(310)의 외부로 빠져나가는 제1 토출관(350)과, 상기 밀폐 용기(310)에 결합되어 상기 제2 압축 유닛(C2)에서 토출된 냉매가 밀폐 용기(310)외부로 빠져나가는 제2 토출관(360)을 포함하여 구성된다.

상기 제2 압축 유닛(C2)과 상기 제2 토출관(360)사이에 그 제2 압축 유닛(C2)에서 압출되어 토출된 냉매가 채워지는 챔버(370)가 구비된다. 상기 챔버(370)는 상기 제2 압축 유닛(C2)의 하면에 결합되는 소정 형상의 커버(380)에 의해 형성된다.

또한, 상기 연결관들에 상기 제1 압축 유닛(C1) 및 제2 압축 유닛(C2)을 포함하는 압축 유닛 그룹측에서 토출되는 냉매를 상기 실외측 열교환기(200) 또는 실내측 열교환기(100)로 선택적으로 흐르도록 제어하는 제2 제어밸브(400)가 구비된다.

상기 제2 제어밸브(400)는 4방향 밸브(4 way valve)인 것이 바람직하다.

상기 냉매 안내수단은 냉매 흐름 방향을 조절하는 제1 제어밸브(500)와, 상기 제1 제어밸브(500)와 연결되어 상기 실내측 열교환기(100) 또는 실외측 열교환기(200)로부터 냉매가 그 제1 제어밸브(500)로 유입되는 유입측 연결관(610)과 상기 제1 압축 유닛(C1)의 흡입측, 즉 제1 흡입관(330)을 연결하는 제1 연결관(620)과, 상기 제1 제어밸브(500)와 상기 제2 압축 유닛(C2)의 흡입측, 즉 제2 흡입관(340)을 연결하는 제2 연결관(630)과, 상기 제1 제어밸브(500)와 연결되어 상기 실내측 열교환기(100) 또는 실외측 열교환기(200)로 냉매가 흐르는 유출측 연결관(640)과 상기 제2 압축 유닛(C2)의 토출측, 즉 제2 토출관(360)과 연결되는 제3 연결관(650)과, 상기 유출측 연결관(640)에 장착되어 냉매의 흐름을 개폐하는 개폐밸브(660)를 포함하여 구성된다.

상기 제1 압축 유닛(C1)의 토출측은 제1 토출관(350)에 의해 상기 제1 제어밸브(500)와 연결된다.

상기 개폐밸브(660)는 제1 제어밸브(500)와 상기 제3 연결관(650)이 상기 유출측 연결관(640)과 연결되는 연결 부분사이에 위치된다.

상기 제1 제어밸브(500)는 4방향 밸브인 것이 바람직하다.

상기 제1 제어밸브(500)와 연결되는 유출측 연결관(640)은 상기 제2 제어밸브(400)와 연결되고, 상기 제1 제어밸브(500)와 연결되는 유입측 연결관(610)은 상기 제2 제어밸브(400)와 연결된다. 그리고 상기 실외측 열교환기(200)의 유입측과 연결되는 제4 연결관(670)은 상기 제2 제어밸브(400)와 연결되고, 상기 실내측 열교환기(100)의 유출측과 연결되는 제5 연결관(680)은 상기 제2 제어밸브(400)와 연결된다.

상기 실외측 열교환기(200)의 유출측과 상기 실내측 열교환기(100)의 유입측은 제6 연결관(690)에 의해 연결되고, 그 제6 연결관(690)에 팽창밸브(700)(또는 모세관)이 장착된다.

미설명 부호 390은 어큐뮬레이터이다.

한편, 도 2는 본 발명의 공기 조화기의 제2 실시예를 도시한 배관도이다. 상기 제1 실시예와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 부여하였다.

이에 도시한 바와 같이, 상기 공기 조화기는 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)은 각각 하나의 압축기이다. 즉, 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)은 제1 압축기와 제2 압축기가 된다. 그리고 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)은 실외측 열교환기(200)와 실내측 열교환기(100) 등은 연결관들에 의해 연결되어 하나의 사이클을 이루게 된다. 그리고 상기 연결관들에 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결하여 제1,2 압축 유닛(C1)(C2)에서 연속적으로 냉매를 압축하여 토출시키거나 제1,2 압축 유닛(C1)(C2)에서 각각 냉매를 압축하여 토출시키도록 냉매의 유로를 안내(조절)하는 냉매 안내수단을 포함하여 구성된다.

상기 압축기는 밀폐 용기(310)내에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동 모터부(driving motor part)와 상기 구동 모터부의 구동력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축기구부(compressing part)를 포함하여 구성된다. 상기 밀폐 용기(810)(910)에 냉매가 흡입되는 흡입관(820)(920)이 연결되고, 상기 밀폐 용기(810)(910)에 압축된 냉매가 토출되는 토출관(830)(930)이 연결된다. 상기 구동 모터부를 구성하는 구동 모터는 정속 모터이다. 이와 같은 압축기는 회전식 압축기 또는 스크롤 압축기 등이 적용될 수 있다.

또한, 상기 연결관들에 상기 제1 압축 유닛(C1) 및 제2 압축 유닛(C2)을 포함하는 압축 유닛 그룹측에서 토출되는 냉매를 상기 실외측 열교환기(200) 또는 실내측 열교환기(100)로 선택적으로 흐르도록 제어하는 제2 제어밸브(400)가 구비된다.

상기 제2 제어밸브(400)는 4방향 밸브(4 way valve)인 것이 바람직하다.

상기 냉매 안내수단은 냉매 흐름 방향을 조절하는 제1 제어밸브(500)와, 상기 제1 제어밸브(500)와 연결되어 상기 실내측 열교환기(100) 또는 실외측 열교환기(200)로부터 냉매가 그 제1 제어밸브(500)로 유입되는 유입측 연결관(610)과 상기 제1 압축 유닛(C1)인 제1 압축기의 흡입관(820)을 연결하는 제1 연결관(620)과, 상기 제1 제어밸브(500)와 상기 제2 압축 유닛(C2)인 제2 압축기의 흡입관(920)을 연결하는 제2 연결관(630)과, 상기 제1 제어밸브(500)와 연결되어 상기 실내측 열교환기(100) 또는 실외측 열교환기(200)로 냉매가 흐르는 유출측 연결관(640)과 상 기 제2 압축 유닛(C2)인 제2 압축기의 토출관(930)을 연결하는 제3 연결관(650)과, 상기 유출측 연결관(640)에 장착되어 냉매의 흐름을 개폐하는 개폐밸브(660)를 포함하여 구성된다.

상기 제1 압축 유닛(C1)인 제1 압축기의 토출관(830)은 제1 토출관(350)에 의해 상기 제1 제어밸브(500)와 연결된다.

상기 개폐밸브(660)는 제1 제어밸브(500)와 상기 제3 연결관(650)이 상기 유출측 연결관(640)과 연결되는 연결 부분사이에 위치된다.

상기 제1 제어밸브(500)는 4방향 밸브인 것이 바람직하다.

상기 제1 제어밸브(500)와 연결되는 유출측 연결관(640)은 상기 제2 제어밸브(400)와 연결되고, 상기 제1 제어밸브(500)와 연결되는 유입측 연결관(610)은 상기 제2 제어밸브(400)와 연결된다. 그리고 상기 실외측 열교환기(200)의 유입측과 연결되는 제4 연결관(670)은 상기 제2 제어밸브(400)와 연결되고, 상기 실내측 열교환기(100)의 유출측과 연결되는 제5 연결관(680)은 상기 제2 제어밸브(400)와 연결된다.

상기 실외측 열교환기(200)의 유출측과 상기 실내측 열교환기(100)의 유입측은 제6 연결관(690)에 의해 연결되고, 그 제6 연결관(690)에 팽창밸브(700)(또는 모세관)이 장착된다.

도 3은 본 발명의 공기 조화기 운전방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다.

이에 도시한 바와 같이, 상기 공기 조화기의 운전방법은 공기 조화기의 운전을 시작하는 단계와, 설정된 조건에 따라 세이빙 모드(saving mode) 또는 파우어 모드(power mode)를 선택하는 단계와, 세이빙 모드일 경우 냉매가 상기 제1 압축 유닛(C1)에서 압축되고 이어 제2 압축 유닛(C2)에서 압축되도록 직렬 관계로 냉매의 흐름을 제어하는 단계와, 파우어 모드일 경우 냉매가 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)에서 각각 압축되도록 병렬 관계로 냉매의 흐름을 제어하는 단계를 포함하여 진행된다.

상기 세이빙 모드와 파우어 모드는 공기 조화기가 설치되는 공간의 온도 조건 또는 계절의 변화에 따라 설정될 수 있다.

상기 세이빙 모드는 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)을 포함하는 압축 유닛 그룹에서 토출되는 냉매의 양을 줄이는 것이며, 파우어 모드는 상기 압축 유닛 그룹에서 토출되는 냉매의 양을 상대적으로 증가시키는 것이다. 계절적인 변화을 기준으로 할 경우 봄, 가을에는 보통 세이빙 모드로 운전되고, 여름은 파우어 모드로 운전된다.

또한 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)측에서 토출된 냉매가 실외측 열교환기(200) 또는 실내측 열교환기(100)로 선택적으로 흐르도록 제어하게 된다.

한편, 상기 냉매를 압축시키는 압축 유닛이 두개 이상 구비될 경우 상기 세이빙 모드에서 그 압축 유닛들이 직렬 연결되도록 냉매의 흐름을 제어하고, 상기 파우어 모드에서 그 압축 유닛들이 병렬 연결되도록 냉매의 흐름을 제어할 수 있다.

이하, 본 발명의 공기 조화기 및 그 운전방법의 작용 효과를 설명하면 다음 과 같다.

먼저, 공기 조화기의 제1 실시예를 먼저 설명한다. 상기 공기 조화기는 냉방 운전용 파우어 모드일 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제1 제어밸브(500)를 제어하여 유입측 연결관(610)과 제2 연결관(630)을 연결시키고 또한 제1 토출관(350)과 유출측 연결관(640)을 연결시키게 된다. 이와 동시에 상기 제2 제어밸브(400)를 제어하여 유입측 연결관(610)과 제5 연결관(680)을 연결시키고 또한 유출측 연결관(640)과 제4 연결관(670)을 연결시키게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 이단 압축기의 구동 모터(320)가 작동하게 되면 그 구동 모터(320)의 구동력을 전달받아 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)이 작동하게 된다. 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)이 작동하게 됨에 따라 실내측 열교환기(100)를 거친 냉매가 제5 연결관(680)과 유입측 연결관(610)을 통해 유동되고 그 유입측 연결관(610)을 통해 유동하는 냉매의 일부는 제1 연결관(620)과 제1 흡입관(330)을 통해 제1 압축 유닛(C1)의 압축 공간으로 흡입된다. 그리고 상기 유입측 연결관(610)을 통해 유동하는 나머지 냉매는 제2 연결관(630)과 제2 흡입관(340)을 통해 제2 압축 유닛(C2)의 압축 공간으로 흡입된다.

상기 제1 압축 유닛(C1)의 압축 공간으로 흡입된 냉매는 그 제1 압축 유닛(C1)에서 압축되고 토출되어 밀폐 용기(310) 내부와 제1 토출관(350)을 통해 유출측 연결관(640)으로 토출된다. 이때 상기 개폐밸브(660)는 열린 상태이다.

그리고 상기 제2 압축 유닛(C2)의 압축 공간으로 흡입된 냉매는 그 제2 압축 유닛(C2)에서 압축되고 토출되며 그 토출된 냉매는 챔버(370)와 제2 토출관(360)과 제3 연결관(650)을 통해 유출측 연결관(640)으로 유입된다.

상기 제1 압축 유닛(C1)에서 압축된 냉매와 제2 압축 유닛(C2)에서 압축된 냉매가 유출측 연결관(640)과 제4 연결관(670)을 통해 실외측 열교환기(200)로 유입된다. 상기 실외측 열교환기(200)를 거친 냉매는 제6 연결관(690)을 통해 실내측 열교환기(100)로 유입되고 그 실내측 열교환기(100)를 거친 냉매는 제5 연결관(680)을 통해 유입측 연결관(610)으로 유동하게 된다.

상기 유입측 연결관(610)으로 유동된 냉매는 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 사이클을 순환하게 된다. 그 과정이 반복되면서 상기 실외측 열교환기(200)에서는 외부로 열을 방출하게 되고, 상기 실내측 열교환기(100)에서 외부의 열을 흡수하면서 냉기를 형성하게 된다.

이와 같이 파우어 모드로 운전될 때 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)이 병렬로 연결되어 냉매가 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)에서 각각 압축되고 토출되므로 상대적으로 냉매의 토출량이 증가하게 된다.

한편, 상기 파우어 모드가 난방 운전에 적용될 경우 상기 제2 제어밸브(400)를 조절하여 상기 유출측 연결관(640)과 제5 연결관(680)을 연결시키고 또한 유입측 연결관(610)과 제4 연결관(670)을 연결시키게 된다. 이때 상기 실외측 열교환기(200)가 증발기 역할을 하게 되고 상기 실내측 열교환기(100)가 응축기 역할을 하게 되면서 상기 실내측 열교환기(100)에서 외부로 열을 방출하게 된다.

그리고 상기 공기 조화기의 운전이 냉방 운전용 세이빙 모드일 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제1 제어밸브(500)를 제어하여 상기 제1 토출관(350)과 제 2 연결관(630)을 연결시키고 상기 유입측 연결관(610)과 연결되는 제1 제어밸브(500)의 포트를 막게 된다. 그리고 개폐밸브(660)를 닫게 된다. 이와 동시에 상기 제2 제어밸브(400)를 제어하여 유입측 연결관(610)과 제5 연결관(680)을 연결시키고 또한 유출측 연결관(640)과 제4 연결관(670)을 연결시키게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 이단 압축기의 구동 모터(320)가 작동하게 되면 그 구동 모터(320)의 구동력을 전달받아 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)이 작동하게 된다. 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)이 작동하게 됨에 따라 실내측 열교환기(100)를 거친 냉매가 제5 연결관(680)과 유입측 연결관(610)을 통해 유동되고 그 유입측 연결관(610)을 통해 유동하는 냉매는 제1 연결관(620)과 제1 흡입관(330)을 통해 제1 압축 유닛(C1)의 압축 공간으로 흡입된다.

상기 제1 압축 유닛(C1)의 압축 공간으로 흡입된 냉매는 그 제1 압축 유닛(C1)에서 압축되고 토출되어 밀폐 용기(310) 내부와 제1 토출관(350)을 통해 제2 연결관(630)으로 유동하게 된다. 상기 제2 연결관(630)으로 유동하는 냉매는 제2 흡입관(340)을 통해 제2 압축 유닛(C2)의 압축 공간으로 흡입된다.

상기 제2 압축 유닛(C2)의 압축 공간으로 흡입된 냉매는 그 제2 압축 유닛(C2)에서 압축되고 토출되며 그 토출된 냉매는 챔버(370)와 제2 토출관(360)과 제3 연결관(650)을 통해 유출측 연결관(640)으로 유동하게 된다.

상기 유출측 연결관(640)을 통해 유동하는 냉매는 상기 제4 연결관(670)을 통해 실외측 열교환기(200)로 유입된다. 상기 실외측 열교환기(200)를 거친 냉매는 제6 연결관(690)을 통해 실내측 열교환기(100)로 유입되고 그 실내측 열교환 기(100)를 거친 냉매는 제5 연결관(680)을 통해 유입측 연결관(610)으로 유동하게 된다.

상기 유입측 연결관(610)으로 유동된 냉매는 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 사이클을 순환하게 된다. 그 과정이 반복되면서 상기 실외측 열교환기(200)에서는 외부로 열을 방출하게 되고, 상기 실내측 열교환기(100)에서 외부의 열을 흡수하면서 냉기를 형성하게 된다.

이와 같이 세이빙 모드로 운전될 때 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)이 직렬로 연결되어 냉매가 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)을 연속적으로 거치면서 압축되고 토출되므로 상대적으로 냉매의 토출량이 작게 된다.

한편, 상기 세이빙 모드가 난방 운전에 적용될 경우 상기 제2 제어밸브를 조절하여 상기 유출측 연결관(640)과 제5 연결관(680)을 연결시키고 또한 유입측 연결관(610)과 제4 연결관(670)을 연결시키게 된다. 이때 상기 실외측 열교환기(200)가 증발기 역할을 하게 되고 상기 실내측 열교환기(100)가 응축기 역할을 하게 되면서 상기 실내측 열교환기(100)에서 외부로 열을 방출하게 된다.

그리고 본 발명의 공기 조화기의 제2 실시예의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 냉방 운전용 파우어 모드일 경우, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제1 제어밸브(500)를 제어하여 유입측 연결관(610)과 제2 연결관(630)을 연결시키고 또한 제1 토출관(350)과 유출측 연결관(640)을 연결시키게 된다. 그리고 상기 개폐밸브(660)를 오픈시킨다. 이와 동시에 상기 제2 제어밸브(400)를 제어하여 유입측 연 결관(610)과 제5 연결관(680)을 연결시키고 또한 유출측 연결관(640)과 제4 연결관(670)을 연결시키게 된다.

이와 같은 상태에서, 상기 제1 압축 유닛(C1)인 제1 압축기와 제2 압축 유닛(C2)인 제2 압축기에 전원이 인가되어 제1 압축기와 제2 압축기가 작동하게 되면 상기 실내측 열교환기(100)를 거친 냉매가 제5 연결관(680)과 유입측 연결관(610)을 통해 유동되고 그 유입측 연결관(610)을 통해 유동하는 냉매의 일부는 제1 연결관(620)을 통해 제1 압축기로 흡입된다. 그리고 상기 유입측 연결관(610)을 통해 유동하는 나머지 냉매는 제2 연결관(630)을 통해 제2 압축기로 흡입된다.

상기 제1 압축기로 흡입된 냉매는 그 제1 압축기에서 압축되고 토출되어 제1 토출관(350)을 통해 유출측 연결관(640)으로 토출된다. 상기 제2 압축기로 흡입된 냉매는 그 제2 압축기에서 압축되고 토출되며 그 토출된 냉매는 제3 연결관(650)을 통해 유출측 연결관(640)으로 유입된다.

상기 제1 압축기에서 압축된 냉매와 제2 압축기에서 압축된 냉매가 유출측 연결관(640)과 제4 연결관(670)을 통해 실외측 열교환기(200)로 유입된다. 상기 실외측 열교환기(200)를 거친 냉매는 제6 연결관(690)을 통해 실내측 열교환기(100)로 유입되고 그 실내측 열교환기(100)를 거친 냉매는 제5 연결관(680)을 통해 유입측 연결관(610)으로 유동하게 된다.

상기 유입측 연결관(610)으로 유동된 냉매는 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 사이클을 순환하게 된다. 그 과정이 반복되면서 상기 실외측 열교환기(200)에서는 외부로 열을 방출하게 되고, 상기 실내측 열교환기(100)에서 외부의 열을 흡수하면서 냉기를 형성하게 된다.

이와 같이 파우어 모드로 운전될 때 상기 제1 압축 유닛(C1)인 제1 압축기와 제2 압축 유닛(C2)인 제2 압축기가 병렬로 연결되어 냉매가 제1 압축기와 제2 압축기에서 각각 압축되고 토출되므로 상대적으로 냉매의 토출량이 증가하게 된다.

그리고 난방 운전할 경우 위에서 설명한 바와 같이 상기 제2 제어밸브(400)를 조작하게 된다.

한편, 냉방 운전용 세이빙 모드일 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 제1 제어밸브(500)를 제어하여 상기 제1 토출관(350)과 제2 연결관(630)을 연결시키고 상기 유입측 연결관(610)과 연결되는 제1 제어밸브(500)의 포트를 막게 된다. 그리고 개폐밸브(660)를 닫게 된다. 이와 동시에 상기 제2 제어밸브(400)를 제어하여 유입측 연결관(610)과 제5 연결관(680)을 연결시키고 또한 유출측 연결관(640)과 제4 연결관(670)을 연결시키게 된다.

이와 같은 상태에서, 상기 제1 압축 유닛(C1)인 제1 압축기와 제2 압축 유닛(C2)인 제2 압축기에 전원이 인가되어 제1 압축기와 제2 압축기가 작동하게 되면 상기 실내측 열교환기(100)를 거친 냉매가 제5 연결관(680)과 유입측 연결관(610) 그리고 제1 연결관(620)을 통해 제1 압축기로 흡입된다.

상기 제1 압축기로 흡입된 냉매는 그 제1 압축기에서 압축되고 토출되어 제1 토출관(350)과 제2 연결관(630)을 통해 제2 압축기로 흡입된다. 상기 제2 압축기에서 압축되고 토출된 냉매는 제3 연결관(650)을 통해 유출측 연결관(640)으로 유입된다.

상기 유출측 연결관(640)으로 유입된 냉매는 제4 연결관(670)을 통해 실외측 열교환기(200)로 유입된다. 상기 실외측 열교환기(200)를 거친 냉매는 제6 연결관(690)을 통해 실내측 열교환기(100)로 유입되고 그 실내측 열교환기(100)를 거친 냉매는 제5 연결관(680)을 통해 유입측 연결관(610)으로 유동하게 된다.

상기 유입측 연결관(610)으로 유동된 냉매는 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 사이클을 순환하게 된다. 그 과정이 반복되면서 상기 실외측 열교환기(200)에서는 외부로 열을 방출하게 되고, 상기 실내측 열교환기(100)에서 외부의 열을 흡수하면서 냉기를 형성하게 된다.

이와 같이 세이빙 모드로 운전될 때 상기 제1 압축 유닛(C1)인 제1 압축기와 제2 압축 유닛(C2)인 제2 압축기가 직렬로 연결되어 냉매가 제1 압축기와 제2 압축기를 연속적으로 거치면서 압축되고 토출되므로 상대적으로 냉매의 토출량이 작게 된다.

그리고 난방 운전할 경우 위에서 설명한 바와 같이 상기 제2 제어밸브(400)를 조작하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 공기 조화기 및 그 운전방법은 실내의 온도 변화 또는 계절의 변화에 따라 용량을 가변시키면서 운전이 이루어지게 되므로 운전시 소모되는 소비 전력을 감소시켜 소비자의 만족도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 제품의 경쟁력을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 가격이 저가인 정속 모터를 사용하면서 용량을 가변시키게 되어 제작 단가를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

Claims (23)

1. 밀폐 용기 내에 구비되고, 냉매를 각각 압축하는 제1 압축 유닛(C1) 및 제2 압축 유닛(C2)을 포함하는 압축기와;

   실외기에 구비되며 상기 제1,2 압축 유닛(C1)(C2)들과 연결되는 실외측 열교환기(200)와;

   실내기에 구비되며 상기 제1,2 압축 유닛(C1)(C2)들과 상기 실외측 열교환기(200)와 연결되는 실내측 열교환기(100)와;

   상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결하여 제1,2 압축 유닛(C1)(C2)에서 연속적으로 냉매를 압축하여 토출시키거나 제1,2 압축 유닛(C1)(C2)에서 각각 냉매를 압축하여 토출시키도록 냉매의 흐름을 안내(조절)하는 냉매 안내수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 공기 조화기.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 압축 유닛(C1)은 밀폐 용기(810)내에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동 모터부와, 상기 구동 모터부의 구동력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축기구부를 포함하여 구성되는 압축기이며, 상기 제2 압축 유닛(C2)은 밀폐 용기(910)내에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동 모터부와, 상기 구동 모터부의 구동력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축기구부를 포함하여 구성되는 압축기인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
3. 제2 항에 있어서, 상기 구동 모터부는 정속 회전하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
4. 제1 항에 있어서, 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)은 하나의 밀폐 용기(310)내에 구비되며, 그 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)은 그 밀폐 용기(310)내에 장착되는 하나의 구동 모터(320)의 구동력을 전달받아 각각 냉매를 압축하고, 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)으로 냉매가 흡입되고 토출되는 냉매 유로를 구비하는 이단 압축기(two stage type compressor)(300)를 구성하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
5. 제4 항에 있어서, 상기 구동 모터는 정속 모터인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
6. 제4 항에 있어서, 상기 이단 압축기(300)의 냉매 유로는 상기 제1 압축 유닛(C1)의 압축 공간으로 냉매의 흡입을 안내하는 제1 흡입관(330)과, 상기 제2 압축 유닛(C2)의 압축 공간으로 냉매의 흡입을 안내하는 제2 흡입관(340)과, 상기 밀폐 용기(310)에 결합되어 상기 제1 압축 유닛(C1)에서 토출된 냉매가 상기 밀폐 용기(310)를 거쳐 그 밀폐 용기(310)의 외부로 빠져나가는 제1 토출관(350)과, 상기 밀폐 용기(310)에 결합되어 상기 제2 압축 유닛(C2)에서 토출된 냉매가 밀폐 용기(310)외부로 빠져나가는 제2 토출관(360)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
7. 제6 항에 있어서, 상기 제2 압축 유닛(C2)과 상기 제2 토출관(360)사이에 그 제2 압축 유닛(C2)에서 압출되어 토출된 냉매가 채워지는 챔버(370)가 구비된 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
8. 제1 항에 있어서, 상기 냉매 안내수단은 냉매 흐름 방향을 조절하는 제1 제어밸브(500)와, 상기 제1 제어밸브(500)와 연결되어 상기 실내측 열교환기(100) 또는 실외측 열교환기(200)로부터 냉매가 그 제1 제어밸브(500)로 유입되는 유입측 연결관(610)과 상기 제1 압축 유닛(C1)의 흡입측을 연결하는 제1 연결관(620)과, 상기 제1 압축 유닛(C1)의 토출측과 상기 제1 제어밸브(500)를 연결하는 제1 토출관(350)과, 상기 제1 제어밸브(500)와 상기 제2 압축 유닛(C2)의 흡입측을 연결하는 제2 연결관(630)과, 상기 제1 제어밸브(500)와 연결되어 상기 실내측 열교환기(100) 또는 실외측 열교환기(200)로 냉매가 흐르는 유출측 연결관(640)과 상기 제2 압축 유닛(C2)의 토출측과 연결되는 제3 연결관(650)과, 상기 유출측 연결관(640)에 장착되어 냉매의 흐름을 개폐하는 개폐밸브(660)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 공기 조화기.
9. 제8 항에 있어서, 상기 개폐밸브(660)는 제1 제어밸브(500)와 상기 제3 연결관(650)이 연결되는 연결 부분사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
10. 제8 항에 있어서, 상기 제1 제어밸브(500)는 4방향 밸브인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
11. 제1 항에 있어서, 상기 제1 압축 유닛(C1) 및 제2 압축 유닛(C2)을 포함하는 압축 유닛 그룹측과 상기 실외측 열교환기(200)를 연결하는 유출측 연결관(640)과, 상기 압축 유닛 그룹측과 상기 실내측 열교환기(100)를 연결하는 유입측 연결관(610)에 연결되어 상기 압축 유닛 그룹측에서 토출되는 냉매를 상기 실외측 열교환기(200) 또는 실내측 열교환기(100)측으로 흐르도록 조절하는 제2 제어밸브(400)를 구비한 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
12. 제11 항에 있어서, 상기 제2 제어밸브(400)는 4방향 밸브인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
13. 밀폐 용기 내에 구비되고, 냉매를 각각 압축시키는 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)을 포함하는 압축기를 구비한 공기 조화기의 운전 방법에 있어서,

    공기 조화기의 운전을 시작하는 단계와;

    설정된 조건에 따라 세이빙 모드 또는 파우어 모드를 선택하는 단계와;

    상기 세이빙 모드일 경우 냉매가 상기 제1 압축 유닛(C1)에서 압축되고 이어 제2 압축 유닛(C2)에서 압축되도록 직렬 관계로 냉매의 흐름을 제어하는 단계와;

    상기 파우어 모드일 경우 냉매가 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)에서 각각 압축되도록 병렬 관계로 냉매의 흐름을 제어하는 단계를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 공기 조화기의 운전방법.
14. 제13 항에 있어서, 상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)측에서 토출된 냉매가 실외측 열교환기(200) 또는 실내측 열교환기(100)로 선택적으로 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 운전방법.
15. 제13 항에 있어서, 상기 냉매를 압축시키는 압축 유닛이 두개 이상 구비될 경우 상기 세이빙 모드에서 그 압축 유닛들이 직렬 연결되도록 냉매의 흐름을 제어하고, 상기 파우어 모드에서 그 압축 유닛들이 병렬 연결되도록 냉매의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 운전방법.
16. 제1 항에 있어서, 상기 압축기는,

    밀폐 용기(310);

    상기 밀폐 용기 내에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동 모터(320);

    상기 밀폐 용기 내에 구비되어 상기 구동 모터의 구동력을 전달받아 각각 가스를 압축하는 제1 압축 유닛(C1) 및 제2 압축 유닛(C2);

    상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)을 직렬 또는 병렬로 선택적으로 연결하여 제1,2 압축 유닛(C1)(C2)에서 연속적으로 냉매를 압축하여 토출시키거나 제1,2 압축 유닛(C1)(C2)에서 각각 냉매를 압축하여 토출시키도록 냉매의 흐름을 안내(조절)하는 냉매 안내수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 공기 조화기.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 냉매 안내수단은 냉매 흐름 방향을 조절하는 제1 제어밸브(500)와, 상기 제1 제어밸브(500)와 연결되는 유입측 연결관(610)과, 상기 제1 압축 유닛(C1)의 흡입측에 연결되는 제1 연결관(620)과, 상기 제1 압축 유닛(C1)의 토출측과 상기 제1 제어밸브(500)를 연결하는 제1 토출관(350)과, 상기 제1 제어밸브(500)와 상기 제2 압축 유닛(C2)의 흡입측을 연결하는 제2 연결관(630)과, 상기 제1 제어밸브(500)와 연결되는 유출측 연결관(640)과, 상기 제2 압축 유닛(C2)의 토출측과 연결되는 제3 연결관(650)과, 상기 유출측 연결관(640)에 장착되어 냉매의 흐름을 개폐하는 개폐밸브(660)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 공기 조화기.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 개폐밸브(660)는 제1 제어밸브(500)와 상기 제3 연결관(650)이 연결되는 연결 부분사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
19. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 제어밸브(500)는 4방향 밸브인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
20. 제1 항에 있어서, 상기 압축기는,

    밀폐 용기(310);

    상기 밀폐 용기 내에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동 모터(320);

    상기 밀폐 용기 내에 구비되어 상기 구동 모터의 구동력을 전달받아 각각 가스를 압축하는 제1 압축 유닛(C1) 및 제2 압축 유닛(C2);

    상기 제1 압축 유닛(C1)과 제2 압축 유닛(C2)으로 냉매가 흡입되고 토출되는 냉매 유로를 포함하여 구성됨을 특징으로 공기 조화기.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 구동 모터는 정속 모터인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
22. 제 20 항에 있어서, 상기 냉매 유로는 상기 제1 압축 유닛(C1)의 압축 공간으로 냉매의 흡입을 안내하는 제1 흡입관(330)과, 상기 제2 압축 유닛(C2)의 압축 공간으로 냉매의 흡입을 안내하는 제2 흡입관(340)과, 상기 밀폐 용기(310)에 결합되어 상기 제1 압축 유닛(C1)에서 토출된 냉매가 상기 밀폐 용기(310)를 거쳐 그 밀폐 용기(310)의 외부로 빠져나가는 제1 토출관(350)과, 상기 밀폐 용기(310)에 결합되어 상기 제2 압축 유닛(C2)에서 토출된 냉매가 밀폐 용기(310)외부로 빠져나가는 제2 토출관(360)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
23. 제 20 항에 있어서, 상기 제2 압축 유닛(C2)과 상기 제2 토출관(360)사이에 그 제2 압축 유닛(C2)에서 압출되어 토출된 냉매가 채워지는 챔버(370)가 구비된 것을 특징으로 하는 공기 조화기.

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