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KR102264023B1 - 공기조화기 - Google Patents

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KR102264023B1
KR102264023B1 KR1020150018773A KR20150018773A KR102264023B1 KR 102264023 B1 KR102264023 B1 KR 102264023B1 KR 1020150018773 A KR1020150018773 A KR 1020150018773A KR 20150018773 A KR20150018773 A KR 20150018773A KR 102264023 B1 KR102264023 B1 KR 102264023B1
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compressor
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air conditioner
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이승준
이주형
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엘지전자 주식회사
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Priority to US15/012,927 priority patent/US10145593B2/en
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Abstract

본 발명은 냉매를 기회시키도록 구비되는 과냉각 열교환기, 냉매를 압축하도록 구비되는 압축기, 상기 기화상태의 냉매를 상기 압축기로 유입시키는 인젝션유로, 상기 인젝션유로를 개폐하는 인젝션밸브, 상기 압축기에서 배출되는 냉매와 오일을 분리하는 오일분리기 및 일단은 상기 오일분리기와 연통되고, 타단은 상기 인젝션유로와 연통되게 구비되어 상기 오일분리기에서 분리된 오일을 상기 인젝션유로로 안내하는 오일인젝션라인을 포함하고, 상기 오일인젝션라인은 공기조화기의 운전모드에 기초하여 상기 인젝션유로를 통하여 오일을 상기 압축기에 선택적으로 유입하는 것을 특징으로 하는 공기조화기이다.

Description

공기조화기{Air conditioner}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 압축기에 오일을 투입하여 압축기의 저속운전시 압축기의 효율을 향상시키는 것에 관한 것이다.
공기조화기는 소정공간의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 기기이다. 일반적으로, 상기 공기조화기에는 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기가 포함되며, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 수행하는 냉동사이클이 순방향 또는 역방향으로 구동되어 상기 소정공간을 냉방 또는 난방할 수 있다.
상기 소정공간은 상기 공기조화기가 사용되는 장소에 따라 다양하게 제안될 수 있다. 일례로, 상기 공기조화기가 가정이나 사무실에 배치되는 경우, 상기 소정공간은 집 또는 건물의 실내 공간일 수 있다. 반면에 상기 공기조화기가 자동차에 배치되는 경우, 상기 소정공간은 사람이 탑승하는 탑승 공간일 수 있다.
공기조화기가 냉방 운전을 수행하는 경우, 실외기에 구비되는 실외 열교환기가 응축기 기능을 하며 실내기에 구비되는 실내 열교환기가 증발기 기능을 수행한다. 반면에, 공기조화기가 난방 운전을 수행하는 경우 상기 실내 열교환기가 응축기 기능을 하며 상기 실외 열교환기가 증발기 기능을 수행한다.
도 1은 종래의 공기 조화기의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.
도 1을 참고하면, 종래의 일반적인 공기조화기(10)는 압축기(13), 실내 열교환기(11), 팽창밸브(15) 및 실외 열교환기(12)를 포함한다. 상기 실시예에서 “I”는 실내기를 나타내고, “O”는 실외기를 나타낸다.
상기 실내 열교환기(11) 측에는 실내 팬(16)이 마련될 수 있고, 상기 실외 열교환기(12) 측에는 실외 팬(17)이 마련될 수 있다.
또한, 상기 공기조화기(10)는 냉방 사이클과 난방 사이클이 전환되도록 냉매의 순환방향을 전환시키기 위한 유로전환밸브(14)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 유로전환밸브(14)는 4방 밸브(Four-way valve)로 형성될 수 있다.
상기 공기조화기(10)는 압축기(13)에서 냉매와 함께 토출되는 오일을 다시 압축기(13)로 되돌려보내기 위한 오일 분리기(도시되지 않음)와 증발기에서 증발하지 않은 냉매를 분리하여 액상 냉매가 압축기(13)로 유입되는 것을 방지하기 위한 오일분리기를 추가로 포함할 수 있다.
종래의 상기 공기 조화기가 냉방운전을 하는 경우에는 상기 압축기(13)는 저속운전을 하게 된다.
상기 압축기(13)가 저속운전을 하게 되는 경우 상기 압축기(13)의 압축효율이 하락하는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 냉방운전서도 압축기의 압축효율이 하락하지 않는 공기조화기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 압축기가 저속운전을 하게 되는 경우 압축효율이 하락하지 않는 공기조화기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 냉매를 기회시키도록 구비되는 과냉각 열교환기, 냉매를 압축하도록 구비되는 압축기, 상기 기화상태의 냉매를 상기 압축기로 유입시키는 인젝션유로, 상기 인젝션유로를 개폐하는 인젝션밸브, 상기 압축기에서 배출되는 냉매와 오일을 분리하는 오일분리기 및 일단은 상기 오일분리기와 연통되고, 타단은 상기 인젝션유로와 연통되게 구비되어 상기 오일분리기에서 분리된 오일을 상기 인젝션유로로 안내하는 오일인젝션라인을 포함하고, 상기 오일분리기에서 분리된 오일은 상기 오일인젝션라인 및 상기 인젝션유로를 경유하여 공기조화기의 운전모드에 기초하여 상기 압축기에 선택적으로 유입되는 것을 특징으로 하는 공기조화기를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 오일인젝션라인을 개폐하는 오일인젝션밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 공기조화기의 운전모드에 기초하여 상기 인젝션밸브 및 상기 오일인젝션밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기를 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 제어부는 공기조화기가 냉방운전인 경우에 상기 오일인젝션밸브를 개방하고, 상기 인젝션밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 공기조화기를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 제어부는 공기조화기가 난방운전인 경우에 상기 오일인젝션밸브를 폐쇄하고, 상기 인젝션밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 공기조화기를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 압축기는 외관을 형성하는 압축기하우징, 상기 압축기하우징의 내부에 구비되어 회전력을 발생시키는 모터, 일단이 상기 모터와 연통되며 회전 가능하게 구비되는 샤프트, 상기 샤프트와 연통되게 구비되어 회전가능하게 구비되며 일면을 향하여 돌출된 적어도 하나 이상의 선회돌출부를 포함하는 선회스크롤, 상기 압축기하우징에 고정되게 구비되며 선회스크롤의 선회돌출부와 적어도 일부가 면접촉하며, 상기 선회돌출부를 향하여 돌출된 고정돌출부를 포함하는 고정스크롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 압축기는 상기 압축기의 일면에 구비되며 상기 선회돌출부 및 상기 고정돌출부를 향하여 오일을 유입시키는 오일투입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 오일투입구는 상기 인젝션유로와 연통되게 구비되는 것을 특징으로 하는 공기조화기를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 오일투입구는 상기 오일인젝션유로와 연통되게 구비되는 것을 특징으로 하는 공기조화기를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
또한, 상기 오일투입구는 상기 인젝션유로 및 상기 오일인젝션유로와 연통되게 구비되기 위하여 적어도 둘 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 공기조화기를 제공하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.
본 발명은 냉방운전에서도 압축기의 압축효율이 하락하지 않는 공기조화기를 제공하는 것을 발명의 효과로 한다.
또한, 본 발명은 압축기가 저속운전을 하게 되는 경우 압축효율이 하락하지 않는 공기조화기를 제공하는 것을 발명의 효과로 한다.
도 1은 종래의 공기 조화기의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실외기의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 실외기에 있어서, 냉매의 제1유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 실외기에 있어서, 냉매의 제2유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 실외기에 있어서, 오일인젝션라인이 추가된 것을 도시한 시스템 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명 압축기를 도시한 것이다.
도 8 및 도 9는 중속 또는 고속운전시의 압축기 및 저속운전시의 압축기를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명 공기조화기의 제어부를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명 공기조화기의 제어방법을 도시한 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하, 본 발명의 일 실시예와 관련된 공기조화기를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실외기의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는 실외에 배치되는 실외기(100) 및 실내에 배치되는 실내기(미도시)를 포함한다. 상기 실내기에는 실내 공간의 공기와 열교환되는 실내 열교환기가 포함된다.
이러한 실내기의 구성은 일반적으로 공개되거나 사용되고 있는 실내기와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 실외기(100)는 하나 이상의 압축기(110, 112)와, 상기 하나 이상의 압축기(110, 112)의 출구측에 배치되어 상기 하나 이상의 압축기(110, 112)에서 토출된 냉매 중 오일을 분리하기 위한 오일 분리기(120, 122)를 포함한다.
상기 하나 이상의 압축기(110, 112)는 제1압축기(110) 및 제2압축기(112)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1압축기(110) 및 상기 제2압축기(112)는 병렬로 연결될 수 있다.
일례로, 상기 제1압축기(110)는 메인 압축기이고, 상기 제2압축기(112)는 서브 압축기가 될 수 있다. 이때, 시스템의 능력에 따라, 상기 제1압축기(110)가 먼저 운전되고 상기 제1압축기(110)의 능력만으로 부족할 경우 상기 제2압축기(112)가 추가적으로 운정될 수 있다..
다른 예로, 상기 제1압축기(110)와 상기 제2압축기(112)는 동시에 운전될 수 있다.
또한, 상기 제1압축기(110)와 상기 제2압축기(112)는 서로 다른 종류의 압축기일 수 있으며, 서로 다른 용량을 가지는 압축기일 수 있다.
상기 오일 분리기(120, 122)는 상기 제1압축기(110)의 출구측에 배치되는 제1 오일 분리기(120) 및 상기 제2압축기(112)의 출구측에 배치되는 제2 오일 분리기(112)를 포함할 수 있다.
상기 실외기(100)는 상기 오일 분리기(120, 122)로부터 상기 제1 및 제2 압축기(110, 112)로 오일을 회수하기 위한 회수유로(116)를 포함한다. 즉, 상기 회수유로(116)는 상기 제1 오일 분리기(120)로부터 상기 제1압축기(110)로 연장되고, 상기 제2 오일 분리기(122)로부터 상기 제2압축기(112)로 연장될 수 있다.
상기 제1압축기(110) 및 제2압축기(112)의 출구측에는, 상기 제1 및 제2 압축기(110, 112)에서 토출되는 냉매의 온도를 감지하는 하나 이상의 온도센서(171, 172)가 제공될 수 있다.
즉, 상기 하나 이상의 온도센서(171, 172)는 상기 하나 이상의 압축기(110, 112)로부터 토출된 냉매의 온도를 감지하도록 형성될 수 있다.
상기 온도 센서(171,172)는, 상기 제1압축기(110)의 출구측에 배치되는 제1온도센서(171) 및 상기 제2압축기(112)의 출구측에 배치되는 제2온도센서(172)를 포함한다.
상기 오일 분리기(120,122)의 출구측에는, 상기 압축기(110,112)에서 토출된 냉매의 토출 고압을 감지하기 위한 압력센서(125, 고압센서) 및 상기 압력센서(125)를 거친 냉매를 실외 열교환 장치(140) 또는 실내기 측으로 가이드 하는 유동 전환부(130)가 제공될 수 있다.
상기 압력센서(125)는 상기 하나 이상의 압축기(110, 112)로부터 토출된 냉매의 압력(즉, 고압)을 감지하도록 형성될 수 있다.
상기 공기조화기가 냉방모드로 운전되는 경우, 냉매는 상기 유동 전환부(130)로부터 상기 실외 열교환 장치(140)로 유입된다. 이와 반대로, 상기 공기조화기가 난방모드로 운전되는 경우, 냉매는 상기 유동 전환부(130)로부터 상기 실내기의 실내 열교환 장치(미도시)로 유입될 수 있다.
상기 실외 열교환 장치(140)에는, 복수의 열교환부(141,142) 및 실외 팬(143)이 포함된다. 예를 들어, 상기 복수의 열교환부(141,142)에는, 병렬 연결되는 제1열교환부(141) 및 제2열교환부(142)가 포함된다.
그리고, 상기 실외 열교환장치(140)에는 상기 제1열교환부(141)의 출구측으로부터 상기 제2열교환부(142)의 입구측으로 냉매의 유동을 가이드하는 가변유로(144)가 포함된다. 상기 가변유로(144)는 상기 제1열교환부(141)의 출구측 배관으로부터 상기 제2열교환부(142)의 입구측 배관으로 연장된다.
이때, 상기 가변유로(144)에는 냉매의 흐름을 선택적으로 차단하는 가변밸브(145)가 제공될 수 있다. 상기 가변밸브(145)의 온/오프에 따라서, 상기 제1열교환부(141)를 통과한 냉매는 상기 제2열교환부(142)로 선택적으로 유입될 수 있다.
구체적으로, 상기 가변밸브(145)가 온 또는 개방되면, 상기 제1열교환부(141)를 통과한 냉매는 상기 가변유로(144)를 거쳐서 상기 제2열교환부(142)로 유입될 수 있다. 이때, 상기 제1열교환부(141)의 출구측에 제공되는 제1실외밸브(146)는 폐쇄될 수 있다.
그리고, 상기 제열교환부(142)의 출구측에는 제2실외밸브(147)가 제공될 수 있으며, 상기 제2열교환부(142)에서 열교환된 냉매는 개방된 제2실외밸브(147)를 통하여 과냉각 열교환기(150)로 유입될 수 있다.
반면에, 상기 가변밸브(145)가 오프 또는 폐쇄되면, 상기 제1열교환구(141)를 통과한 냉매는 상기 제1실외밸브(146)를 거쳐서 상기 과냉각 열교환기(150)로 유입될 수 있다.
여기서, 상기 제1실외밸브(146)와 제2실외밸브(147)는 상기 제1 및 제2 열교환부(141, 142)의 배치에 대응하여 병렬로 배치될 수 있다.
상기 과냉각 열교환기(150)는 상기 실외 열교환 장치(140)의 출구측에 배치될 수 있다. 상기 공기조화기가 냉방모드로 운정되는 경우, 상기 실외 열교환 장치(140)를 통과한 냉매는 과냉각 열교환기(150)로 유입될 수 있다.
상기 과냉각 열교환기(150)는 실외 열교환 장치(즉, 응축기)에서 응축된 냉매(즉, 액상 냉매)를 과냉각 시키도록 형성될 수 있다.
즉, 냉방모드에서, 상기 실외 열교환 장치(140)는 응축기로서 기능할 수 있다. 즉, 상기 실외 열교환 장치(140)에 구비된 제1열교환부(141) 및 제2열교환부(142)는 응축기로서 기능할 수 있다.
상기 과냉각 열교환기(150)는 냉매 시스템을 순환하는 제1냉매(즉, 상기 실외 열교환 장치(140)를 통과해 나온 제1냉매)와, 상기 제1냉매로부터 분지된 일부의 냉매(즉, 제2냉매)가 서로 열교환되는 중간 열교환기로서 이해될 수 있다.
이때, 상기 제1냉매는 시스템을 순환하는 "메인 냉매"가 될 수 있고, 상기 제2냉매는 압축기(110, 112) 또는 기액분리기(160)로 선택적으로 인젝션되는 "분지 냉매"가 될 수 있다.
상기 실외기(100)에는 상기 제2냉매가 분지되는 과냉각 유로(151)가 포함된다. 이때, 상기 과냉각 유로(151)에는 상기 제2냉매를 감압하기 위한 과냉각 팽창장치(153)가 제공될 수 있다.
또한, 상기 과냉각 팽창장치(153)의 개도에 따라, 상기 과냉각 유로(151)를 유동하는 냉매의 양은 달라질 수 있다. 상기 과냉각 팽창장치(153)는 전자 팽창 밸브(EEV, Electric Expansion Valve)로 형성될 수 있다.
상기 과냉각 유로(151)에는, 복수의 온도센서(154a,154b)가 제공된다. 상기 복수의 온도센서(154a,154b)에는, 상기 과냉각 열교환기(150)로 유입되기 전의 냉매온도를 감지하는 제1 과냉각 센서(154a) 및 상기 과냉각 열교환기(150)를 통과한 후의 냉매온도를 감지하는 제2 과냉각 센서(154b)가 포함된다.
상기 제1냉매와 상기 제2냉매가 상기 과냉각 열교환기(150)에서 열교환되는 과정에서, 상기 제1냉매는 과냉 또는 초과응축될 수 있고, 상기 제2냉매는 과열 또는 가열될 수 있다.
상기 제1 과냉각 센서(154a) 및 상기 제2 과냉각 센서(154b)에서 각각 감지된 냉매의 온도값에 기초하여, 제 2 냉매의 "과열도"가 인식될 수 있다. 일례로, 상기 제 2 과냉각 센서(154b)에서 감지된 온도값으로부터 상기 제 1 과냉각 센서(154a)에서 감지된 온도값을 감한 값이 상기 "과열도"로 인식될 수 있다.
상기 과냉각 팽창장치(153)의 개도에 따라, 상기 과열도는 달라질 수 있다. 일례로, 상기 과냉각 팽창장치(153)의 개도가 감소하여 상기 과냉각 유로(151)를 유동하는 냉매의 양이 적으면, 상기 과열도는 증가될 수 있다. 반면에, 상기 과냉각 팽창장치(153)의 개도가 증가되어 상기 과냉각 유로(151)를 유동하는 냉매의 양이 많아지면, 상기 과열도는 감소될 수 있다.
상기 과냉각 열교환기(150)에서 열교환된 제2냉매는 기액분리기(160) 또는 상기 압축기(110,112)로 선택적으로 유입될 수 있다.
상기 기액분리기(160)는 냉매가 상기 압축기(110,112)로 유입되기 전 기상 냉매가 분리되도록 하는 구성이다.
즉, 상기 기액분리기(160)는 과냉각 열교환기(150)에서 열교환된 냉매(즉, 제2냉매)를 기상 냉매 및 액상 냉매로 분리하도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 저압 유로(160a)를 통하여 상기 기액분리기(160)로 유입된 냉매 중 기상 냉매는 흡입유로(160b)를 경유하여 상기 압축기(110,112)로 안내될 수 있다.
상기 흡입유로(160b)를 유동하는 냉매는 상기 제1압축기(110) 및 제2압축기(112)로 분지되어 유동될 수 있다. 그리고, 상기 압축기(110,112)로 흡입되는 냉매의 압력(이하, 흡입 압력)은 저압으로 형성된다.
구체적으로, 상기 과냉각 유로(151)는 냉매를 상기 압축기(110,112)로 가이드 하는 제1가이드유로(157) 및 상기 냉매를 상기 기액분리기(160)로 가이드 하는 제2가이드 유로(155)로 분지될 수 있다.
이때, 상기 제1가이드유로(157)는 상기 과냉각 유로(151)로부터 상기 압축기(110, 112) 측으로 연장될 수 있다.
즉, 상기 제1가이드유로(157)는 상기 과냉각 열교환기(150)와 상기 압축기(110, 112)를 연결하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1가이드유로(157)에는 냉매의 유동을 선택적으로 차단하도록 형성된 인젝션밸브(159a, 159b)가 제공될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1가이드유로(157)는 냉매를 상기 제1압축기(110)로 인젝션하기 위한 제1인젝션유로(158a)와, 상기 제2압축기(112)로 인젝션하기 위한 제2인젝션 유로(158b) 및 상기 제1인젝션유로(158a)와 상기 제2인젝션유로(158b)를 분지하는 분지부(157a)를 포함할 수 있다.
상기 제1가이드유로(157)에는 상기 압축기(110, 112)로 인젝션되는 냉매의 양을 조절할 수 있는 인젝션 밸브(159a, 159b)가 제공될 수 있다. 상기 인젝션 밸브(159a, 158b)는 상기 제1인젝션유로(158a)에 제공되는 제1인젝션밸브(159a) 및 상기 제2인젝션유로(158b)에 제공되는 제2인젝션밸브(159b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 인젝션밸브(159a, 159b)는 EEV로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 인젝션밸브(159a, 158b)의 개도에 따라, 상기 압축기(110, 112)로 인젝션되는 냉매의 양이 조절될 수 있다.
정리하면, 상기 과냉각 열교환기(150)에서 열교환된 제2냉매는 상기 제1인젝션유로(158a) 및 상기 제2인젝션유로(158b)를 통하여 상기 압축기(110, 112)로 인젝션될 수 있다.
이때, 상기 압축기(110, 112)로 인젝션되는 냉매의 압력은 상기 압축기(110, 112)로 흡입되는 압력(이하, "흡입 압력"이라고도 함)보다 높고, 상기 압축기(110, 112)에서 토출되는 압력(이하, "토출 압력"이라고도 함)보다 낮은 중간 압력(이하, "중간압"이라고도 함)을 형성할 수 있다. 상기 토출 압력은 상기 압력센서(125, 또는 고압센서)에서 감지된 압력일 수 있다.
또한, 상기 제2가이드유로(155)는 상기 저압유로(160a)에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 제2가이드유로(155)는 상기 과냉각 열교환기(150)와 상기 기냉분리기(160)를 연결하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2가이드유로(150)에는 냉매의 유동을 선택적으로 차단하도록 형성된 바이패스 밸브(156)가 구비될 수 있다.
즉, 상기 제2가이드유로(155)에는 냉매의 유동을 선택적으로 차단하는 바이패스 밸브(156, 또는 과냉각 바이패스 밸브)가 제공된다. 상기 바이패스 밸브(156)의 온/오프 또는 개도에 따라, 상기 기액분리기(160)로 유입되는 냉매의 양이 조절될 수 있다.
이때, 상기 온도센서(171, 172)에서 감지된 온도값 및 상기 압력센서(125)에서 감지된 압력값 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 과냉각 열교환기(150)에서 열교환된 냉매(즉, 제2냉매)가 상기 기액분리기(160) 또는 상기 하나 이상의 압축기(110, 112)로 선택적으로 안내될 수 있다.
이러한 온도값 및 압력값에 따른 냉매유로 제어에 대해서는 이하 다른 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
상기 실외기(100)에는 상기 과냉각 열교환기(150)를 통과한 제1냉매의 적어도 일부를 저장하는 리시버(162) 및 상기 과냉각 열교환기(150)의 출구측에서 상기 리시버(162)로 분지되어 냉매의 유동을 가이드하는 리시버 입구유로(163)가 포함될 수 있다.
상기 리시버(162)는 상기 기액분리기(160)와 결합될 수 잇다. 즉, 상기 리시버(162)와 기액분리기(160)는 냉매 저장탱크의 내부에 구획되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 냉매 저장탱크의 상부에는 상기 기액분리기(160)가 구비되고, 상기 냉매 저장탱크의 하부에는 상기 리시버(162)가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 리시버 입구유로(163)에는, 냉매의 유동을 조절하는 리시버 입구밸브(164)가 제공된다. 상기 리시버 입구밸브(164)가 개방되면, 상기 제 1 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 상기 리시버(162)로 유입될 수 있다. 그리고, 상기 리시버 입구유로(163)에는 감압장치가 제공되어, 상기 리시버(162)로 유입되는 냉매를 감압시킬 수 있다.
상기 리시버(162)에는, 리시버 출구배관(165)이 연결된다. 상기 리시버 출구배관(165)은 상기 기액분리기(160)로 연장될 수 있다. 상기 리시버(162)에 저장된 적어도 일부의 냉매는 상기 리시버 출구배관(165)을 통하여 상기 기액분리기(160)로 유입될 수 있다.
그리고, 상기 리시버 출구배관(165)에는, 상기 리시버(162)로부터 배출되는 냉매의 양을 조절할 수 있는 리시버 출구밸브(166)가 제공된다. 상기 리시버 출구밸브(166)의 온/오프 또는 개도에 따라, 상기 기액분리기(160)로 유입되는 냉매의 양이 조절될 수 있다.
또한, 상기 과냉각 열교환기(150)를 통과한 제 1 냉매는 연결배관(195)을 통하여 도시되지 않은 실내기로 유입될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 실외기(100)에서 유동하는 냉매의 제1유동모습을 설명한다.
한편, 이하에서는 공기조화기가 냉방모드로 운전되는 경우를 기준으로 설명한다. 그러나, 상기 공기조화기가 난방모드로 운전되는 경우에도 압축기를 거친 냉매가 실내 열교환기에서 응축되고 실외 열교환기에서 증발되는 차이만 있을 뿐, 과냉각 열교환기를 거친 냉매가 선택적으로 압축기로 인젝션되거나 기액분리기로 안내되는 사상은 동일하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 공기조화기가 난방모드로 운전되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 실외기에 있어서, 냉매의 제1유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
구체적으로, 도 3은 압축기(110, 112) 출구측에서 감지된 냉매의 온도값이 미리 결정된 설정온도를 초과하고, 상기 압축기(110, 112) 출구측에서 감지된 냉매의 압력값이 미리 결정된 설정압력 미만일 때의 냉매의 유동모습(즉, 제1유동모습)을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 하나 이상의 압축기(110, 112)에 의해 압축된 냉매는 유동 전환부(130)를 통해 실외 열교환 장치(140)로 공급될 수 있다. 즉, 상기 압축기(110, 112)에 의해 압축된 냉매는 실외 열교환 장치(140)에 구비된 하나 이상의 열교환부(141,142)로 공급될 수 있다.
그리고, 상기 실외 열교환 장치(140)에서 열교환된 냉매(즉, 제1냉매)는 과냉각 열교환기(150)로 유입된다.
상기 과냉각 열교환기(150)를 통과한 제1냉매는 실내기(미도시)를 향해 유동하고, 상기 제1냉매의 일부(즉, 제2냉매)는 과냉각 유로(151)에 구비된 과냉각 팽창장치(153)에서 감압된 후에, 상기 과냉각 열교환기(150)를 통과하면서 가열 또는 과열되어 증발된다.
상기 과냉각 열교환기(150)로부터 나온 제2냉매는 제1가이드유로(157) 및 상기 제1가이드유로(157)에 구비된 인젝션 밸브(159a, 159b)를 통하여 하나 이상의 압축기(110, 112)로 안내 또는 유입될 수 있다.
즉, 압축기(110, 112) 출구측에서 감지된 냉매의 온도값이 미리 결정된 설정온도를 초과하고, 상기 압축기(110, 112) 출구측에서 감지된 냉매의 압력값이 미리 결정된 설정압력 미만일 때, 바이패스 밸브(156)는 폐쇄되고, 하나 이상의 인젝션 밸브(159a, 159b) 중 적어도 하나는 개방되도록 상기 바이패스 밸브(156) 및 상기 인젝션 밸브(159a, 159b)가 제어부(도 6 참조)에 의해 제어될 수 있다.
따라서, 상기 하나 이상의 압축기(110, 112)를 통과하는 냉매의 양이 증가됨에 따라서, 압축기(110, 112)의 효율 증가 및 시스템 전체 효율의 증가를 도모할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 실외기(100)에서 유동하는 냉매의 제2유동모습을 설명한다.
도 4는 도 2에 도시된 실외기에 있어서, 냉매의 제2유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
구체적으로, 도 4는 압축기(110, 112) 출구측에서 감지된 냉매의 온도값이 미리 결정된 상기 설정온도 이하이거나, 또는 상기 압축기(110, 112) 출구측에서 감지된 냉매의 압력값이 상기 설정압력 이상일 때의 냉매의 유동모습(즉, 제2유동모습)을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 하나 이상의 압축기(110, 112)에 의해 압축된 냉매는 유동 전환부(130)를 통해 실외 열교환 장치(140)로 공급될 수 있다. 즉, 상기 압축기(110, 112)에 의해 압축된 냉매는 실외 열교환 장치(140)에 구비된 하나 이상의 열교환부(141,142)로 공급될 수 있다.
그리고, 상기 실외 열교환 장치(140)에서 열교환된 냉매(즉, 제1냉매)는 과냉각 열교환기(150)로 유입된다.
상기 과냉각 열교환기(150)를 통과한 제1냉매는 실내기(미도시)를 향해 유동하고, 상기 제1냉매의 일부(즉, 제2냉매)는 과냉각 유로(151)에 구비된 과냉각 팽창장치(153)에서 감압된 후에, 상기 과냉각 열교환기(150)를 통과하면서 가열 또는 과열되어 증발된다.
여기까지의 냉매 흐름은 상기 도 3을 참조하여 설명한 냉매의 제1유동모습과 동일하다.
그러나, 상기 과냉각 열교환기(150)로부터 나온 제2냉매는 제2가이드유로(155) 및 상기 제2가이드유로(155)에 구비된 바이패스 밸브(156)를 통하여 기액분리기(160)로 안내 또는 유입될 수 있다.
이때, 상기 기액분리기(160)에서 분리된 기상 냉매(즉, 는 흡입유로(160b)를 통해 압축기(110, 112)로 유입될 수 있다.
즉, 압축기(110, 112) 출구측에서 감지된 냉매의 온도값이 미리 결정된 설정온도 이하이거나, 상기 압축기(110, 112) 출구측에서 감지된 냉매의 압력값이 미리 결정된 설정압력 이상일 때, 바이패스 밸브(156)는 개방되고, 인젝션 밸브(159a, 159b)는 폐쇄되도록 상기 바이패스 밸브(156) 및 상기 인젝션 밸브(159a, 159b)가 제어부(도 6 참조)에 의해 제어될 수 있다.
상기와 같이, 상기 제2냉매 중 기상 냉매만 분리하여 상기 하나 이상의 압축기(110, 112)로 유입하기 때문에, 압축기(110, 112)의 손상 방지 및 효율 증가와함께 시스템 전체 효율의 증가를 도모할 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 실외기에 있어서, 오일인젝션라인이 추가된 것을 도시한 시스템 도면이다.
도 5를 참고하면, 제1오일분리기(120)와 제1압축기(110)를 연결하여 상기 제1오일분리기(120)에서 분리된 오일을 이송시키는 회수유로(116)에는 상기 오일을 제1인젝션유로(158a)로 이송시키는 오일인젝션라인(122b)이 더 구비될 수 있다.
설명의 편의상 도 5에서는 상기 제1압축기(110)에 연통되는 회수유로(116)에만 상기 오일인젝션라인(122b)이 구비된 것으로 도시되었으나, 상기 제2압축기(112)에 연통된 회수유로에도 구비될 수 있다.
상기 오일인젝션라인(122b)는 상기 회수유로(116)에서 분지되어 기체상태의 냉매가 상기 제1압축기(110)으로 유입되도록 구비되는 상기 제1인젝션유로(158a)와 연통되어 상기 제1오일분리기(120)에서 분리된 오일이 기존의 회수유로(116)를 통해서 상기 제1압축기(110)로 유입되는 것이 아니라 상기 제1인젝션유로(158a)를 통하여 기상의 냉매가 유입되는 후술할 제2입력단(340)을 통하여 유입되게 구비될 수 있다.
하지만, 전술한 바와 같이 난방운전시에는 상기 제1인젝션유로(158a)는 상기 제1압축기(110)로 기체 상태의 냉매가 유입되는 유로의 역할을 하기 때문에 난방운전시에는 상기 제1오일분리기(120)에서 분리된 오일을 상기 제1인젝션유로(158a)를 이용하여 상기 제1압축기(110)의 상기 제2입력단(340)을 통하여 유입하는 것은 불가능하다.
따라서 바람직하게는 난방운전시에는 상기 제1인젝션유로(158a)는 기체 상태의 냉매가 유입되는 유로로 사용하고, 냉방운전시에는 상기 제1인젝션유로(158a)는 상기 제1오일분리기(120)에서 분리된 오일이 상기 제1압축기(110)로 유입되는 유로로 사용하는 것이 바람직하다.
본 도면에서는 상기 제1오일분리기(120)에서 분리된 오일은 상기 오일인젝션라인(122b) 및 제1인젝션유로(158a)를 경유하여 상기 압축기로 유입되도록 도시되었으나 이에 한정되지 아니하고, 오일은 상기 제1인젝션유로(158a)를 경유하지 아니하고 직접 상기 제2입력단(340)을 통하여 상기 압축기로 유입될 수 있도록 구비될 수 있다.
이를 위하여, 상기 오일인젝션라인(122b)는 상기 오일인젝션라인(122b)에 흐르는 오일의 흐름을 개폐하는 오일인젝션밸브(122a)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 오일인젝션밸브(122a)는 난방운전시에는 폐쇄되어 상기 오일인젝션라인(122b)에 오일이 흐르는 것을 방지하고, 냉방운전시에는 개방되어 상기 오일인젝션라인(122b)에 오일이 흐르도록 할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명 압축기를 도시한 것이다.
도 6을 참고하면, 본 발명 압축기는 압축기의 외관을 형성하는 압축기하우징(390), 상기 압축기하우징(390)의 내부에 구비되며 회전력을 발생시키는 모터(370), 일단이 상기 모터(370)와 연통되게 구비되며 타단이 선회스크롤(310)과 연통되게 구비되어 상기 모터(370)의 회전력을 상기 선회스크롤(310)로 전달시키는 샤프트(360), 상기 선회스크롤(310)과 소정간격 이격되게 고정되게 구비되는 고정스크롤(300)을 포함할 수 있다.
상기 압축기의 상부는 고압이 형성되는 제1입력단(330), 저압이 형성되는 제3입력단(350), 상기 제1입력단(330)과 상기 제3입력단(350)에 형성되는 압력의 중간정도의 압력(이하, 중압이라 한다)이 형성되는 제2입력단(340)을 포함할 수 있다.
도 7은 상기 압축기의 상면을 도시한 것인데, 도 7을 참고하면 상기 선회스크롤(310)이 회전하면서 소정간격 이격되도록 맞물리게 구비되는 상기 고정스크롤(300)과 접촉하며 회전할 수 있다.
상기 고정스크롤(300)과 상기 선회스크롤(310)사이에는 압축가스(G)가 위치하게 되어 상기 선회스크롤(310)이 회전하며 상기 소정스크롤(300)과 상기 선회스크롤(310)의 간극이 좁아지게 되면서 상기 압축가스(G)는 높은 압력으로 압축되게 된다.
고압으로 압축된 상기 압축가스(G)는 토출구(320)를 통하여 상기 압축기의 외부로 배출되게 된다.
도 8은 중속 또는 고속운전시의 압축기의 스크롤을 도시한 것이고,
도 9는 저속운전시의 압축기의 스크롤을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명 공기조화기의 제어부를 도시한 것이다.
도 8을 참고하면, 전술한 바와 같이 상기 모터(370)의 회전력을 상기 선회스크롤(310)로 전달하는 샤프트(360)가 스크롤하우징(380)의 내부에 구비되며, 상기 스크롤하우징(380)의 상부에 선회스크롤(310)이 회전 가능하게 구비되며, 상기 선회스크롤(310)과 일정간격 이격되어 맞물리게 고정되게 구비되는 고정스크롤(300)을 포함할 수 있다.
상기 선회스크롤(310)과 상기 고정스크롤(300)사이에는 압축가스(G)가 위치하게 되며, 상기 압축가스(G)는 도시된 바와 같이 상기 선회스크롤(310)이 원운동 하는 원의 중심을 향하여 가스력(GF)를 발생시키게 된다.
이에 대응하여, 상기 선회스크롤(310)은 상기 샤프트(360)에 의해 회전운동을 하게 되므로 상기 선회스크롤(310)이 원운동 하는 원의 중심에서 바깥을 향하여 원심력(CF)를 발생시키게 된다.
상기 압축기가 중속 또는 고속운전시에는 상기 선회스크롤(310)이 발생시키는 원심력(CF)와 상기 압축가스(G)가 발생시키는 상기 가스력(GF)이 평형을 이루어 상기 선회스크롤(310)과 상기 고정스크롤(300)의 간극은 거의 생기지 않는다.
하지만, 저속운전시의 압축기의 스크롤을 도시한 도 9를 참고하면, 저속운전시 상기 샤프트(360)의 각회전수는 감소하기 때문에 상기 선회스크롤(310)이 발생시키는 원심력(CF)의 크기는 전술한 중속 또는 고속운전시의 원심력(CF)보다 작을 수 있다.
따라서, 중속 또는 고속운전시에 가스력(GF)와 원심력(CF)가 평형을 이루어 발생되지 아니하던 상기 선회스크롤(310)과 상기 고정스크롤(300)의 간극이, 저속운전시에는 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
상기 선회스크롤(310)과 상기 고정스크롤(300)의 간극이 발생을 하면 상기 간극으로 냉매의 누설량을 증가시키고 이로 인하여 압축기 전체의 효율이 하락하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명 압축기는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 제2입력단(340)에 오일(O)이 유입되도록 구비되는 오일투입구(345)를 포함할 수 있다.
상기 제1오일분리기(120)에서 분리된 오일은 상기 회수유로(116)과 연통된 오일인젝션라인(122b)를 통하여 상기 오일투입구(345)로 유입될 수 있다.
상기 오일투입구(345)로 투입된 오일(O)은 상기 고정스크롤(300)과 상기 선회스크롤(310)사이에 유입되어 저속운전시 발생한 상기 고정스크롤(300)과 상기 선회스크롤(310)의 간극을 채워주게 되어 상기 간극으로 냉매가 유출되는 것을 방지하여 압축기의 효율을 증대시키는 효과가 있다.
도 10에 도시된 바와 같이 상기 오일인젝션라인(122b)에 구비되어 상기 오일인젝션라인(122b)을 개폐하는 오일인젝션밸브(122a)는 압축기가 저속운전을 하는 냉방운전시에만 개방되어 오일(O)을 압축기에 유입시키도록 제어될 수 있다.
도 11은 본 발명 공기조화기의 제어방법을 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 사용자의 입력 등에 따라 공기조화기가 냉방운전을 할 것인지 여부를 판단하는 냉방운전판단단계(S100), 상기 냉방운전판단단계(S200)에서 냉방운전을 한다고 판단된 경우 오일인젝션밸브(122a)를 개방하는 오일인젝션밸브개방단계(S200), 상기 오일인젝션밸브(122a)가 개방된 후에 인젝션밸브를 폐쇄시키는 인젝션밸브폐쇄단계(S300)을 포함할 수 있다.
만약 상기 냉방운전판단단계(S100)에서 냉방운전이 아니라 난방운전을 한다고 판단된 경우 상기 오일인젝션밸브(122a)를 폐쇄시키는 오일인젝션폐쇄단계(S210), 상기 오일인젝션밸브(122a)가 폐쇄된 이후 인젝션밸브를 개방하는 인젝션밸브개방단계(S310)을 더 포함할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
제1압축기 110 고정스크롤 300 선회스크롤 310
토출구 320 제1입력단 330 제2입력단 340
제3입력단 350 샤프트 360 모터 370
스크롤하우징 380 압축기하우징 390 압축가스 G
오일 O 오일인젝션라인 122b
오일인젝션밸브 122a

Claims (10)

  1. 냉매를 기화시키도록 구비되는 과냉각 열교환기;
    냉매를 압축하도록 구비되는 압축기;
    상기 과냉각 열교환기와 상기 압축기를 연결시켜 기화상태의 상기 냉매를 상기 압축기로 유입시키는 인젝션유로;
    상기 인젝션유로에 구비되어 상기 인젝션유로를 개폐하는 인젝션밸브;
    상기 압축기에서 배출되는 냉매와 오일을 분리하는 오일분리기;
    상기 오일분리기와 상기 압축기를 연결시켜 상기 오일분리기에서 분리된 상기 오일을 상기 압축기로 회수시키는 회수유로;
    일단은 상기 회수유로와 연통되고, 타단은 상기 인젝션밸브보다 후단에서 상기 인젝션유로와 연통되게 구비되어 상기 오일분리기에서 분리된 오일을 상기 압축기로 안내하는 오일인젝션라인;
    상기 오일인젝션라인에 구비되어 상기 오일인젝션라인을 개폐하는 오일인젝션밸브 및;
    상기 인젝션밸브 및 상기 오일인젝션밸브를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는
    공기조화기의 운전모드에 기초하여 상기 인젝션밸브 및 상기 오일인젝션밸브 중 어느 하나를 개방하고 다른 하나를 차폐하여 상기 냉매 또는 상기 분리된 오일 중 어느 하나가 상기 압축기로 유입되도록 상기 인젝션밸브 및 상기 오일인젝션밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 공기조화기가 냉방운전인 경우에 상기 오일인젝션밸브를 개방하고, 상기 인젝션밸브를 폐쇄하여 상기 분리된 오일이 상기 압축기에 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 공기조화기가 난방운전인 경우에 상기 오일인젝션밸브를 폐쇄하고, 상기 인젝션밸브를 개방하여 상기 냉매가 상기 압축기로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압축기는,
    외관을 형성하는 압축기하우징;
    상기 압축기하우징의 내부에 구비되어 회전력을 발생시키는 모터;
    일단이 상기 모터와 연통되며 회전 가능하게 구비되는 샤프트;
    상기 샤프트와 연통되게 구비되어 회전가능하게 구비되며 일면을 향하여 돌출된 적어도 하나 이상의 선회돌출부를 포함하는 선회스크롤;
    상기 압축기하우징에 고정되게 구비되며 선회스크롤의 선회돌출부와 적어도 일부가 면접촉하며, 상기 선회돌출부를 향하여 돌출된 고정돌출부를 포함하는 고정스크롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압축기는 상기 압축기의 일면에 구비되며 상기 선회돌출부 및 상기 고정돌출부를 향하여 오일을 유입시키는 오일투입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오일투입구는 상기 인젝션유로와 연통되게 구비되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 오일투입구는 상기 오일인젝션라인과 연통되게 구비되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 오일투입구는 상기 인젝션유로 및 상기 오일인젝션라인과 연통되게 구비되기 위하여 적어도 둘 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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