공기조화장치{A air conditioner}

도 1은 발명의 일실시예에 따른 냉방 주체 운전시의 상태를 도시한 도면이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 난방 주체 운전시의 상태를 도시한 도면이고,

도 3은 종래의 공기조화장치를 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

21:실외기 22:압축기

23:제 1 사방밸브 24:실외 열교환기

25, 31 감압수단 26:리시버탱크(기액혼합수단)

27:어큐뮬레이터 28:제 2 사방밸브

29:실내기 30:실내 열교환기

32:냉난전환기 33:가스관

34:액관 37:고압가스 분기관

39:기액분리수단 41:냉매의 흐름 방향제어 기구

41A~41D:냉매의 흐름 방향제어 기구(41)를 구성하는 역지밸브

42, 43:접속관 42A, 43A:냉난전환밸브

본 발명은 복수의 실내기를 설치하여 냉방 운전을 수행하는 실내기와 난방 운전을 수행하는 실내기가 혼재하는 냉난 혼재 운전이 가능한 공기조화장치에 관한 것이다.

이와 같은 종류의 냉난 혼재 운전이 가능한 공기조화장치의 일예로서는 일본국 특허공보 제2601052호(도 4) 등에 실외기와 실내기가 2계통의 배관에 의해 접속된, 소위 2관식 공기조화장치가 제안된 바 있다. 즉 상기 특허에 기재된 공기조화장치에서는 도 3에 도시된 바와 같이 실외기(열원기)(1)가 압축기(2), 사방밸브(전환밸브)(3), 실외 열교환기(열원기측 열교환기)(4) 및 어큐뮬레이터(5) 등에 의해 구성되고 압축기(2)의 토출측과 어큐뮬레이터(5)를 통한 흡입측 및 실외 열교환기(4)의 일단이 상기 사방밸브(3)의 3개의 포트에 접속되고 이 사방밸브(3)의 나머지 포트와 실외 열교환기(4)의 타단은, 역지밸브(6A~6D)를 통해 각각 제 1 및 제 2 접속배관(7, 8)(상기 2계통의 배관)에 접속 가능하게 되어 있다.

한편 복수(도면에서는 3개)의 실내기(9)는 각각 실내 열교환기(10)와 이에 접속된 감압수단(유량제어장치)(11)로 구성되며 실외기(1)와의 사이에 마련된 냉난전환기(중계기)(12)를 통해 상기 제 1 및 제 2 접속 배관(7, 8)에 의해 실외기(1)와 접속되어 있다. 이 냉난전환기(12)에서는 상기 제 1 접속 배관(7)이 제 1 분기부(13)에 접속되고 각 실내기(9) 별로 분기되어 각각 삼방밸브(밸브장치)(13A)를 통해 실내 열교환기(10)에 접속되어 있다. 또한 상기 제 2 접속 배관(8)은 상기 냉난전환기(12)에서 기액분리수단(기액분리장치)(14)에 접속되어 그 가스배관(14A)은 상기 제 1 분기부(13)에서 각 삼방밸브(13A)의 나머지 포트에 접속되는 한편, 액배관(14B)은 냉난전환기(12)의 제 2 분기부(15)에서 역시 각 실내기(9) 별로 분기되어 실내기(9)의 감압수단(11)에 접속되어 있다.

이와 같이 구성된 공기조화장치에서 상기 복수의 실내기(9) 중 다수(예를 들어 2개)에서 냉방 운전을 수행하고 나머지(예를 들어 1개)의 실내기(9)에서는 난방 운전을 수행하는 경우 등 실내기(9)에서의 냉방 부하가 커지는 냉방 주체 운전을 실시할 경우에는 상기 실외기(1)에서 사방밸브(3)에 의해 압축기(2)의 토출측과 실외 열교환기(4)를 접속시키는 동시에 어큐뮬레이터(5)와 제 1 접속 배관(7)을 역지밸브(6B)를 통해 접속시킨다. 또한 냉난전환기(12)에서는 그 제 1 분기부(13)의 삼방밸브(13A)에 의해 냉방 운전을 수행하는 실내기(6)(도3에서는 우측의 2대의 실내기(9))와 제 1 접속 배관(7)을 접속시키는 한편, 난방 운전을 수행하는 실내기(9)(도 3에서는 좌측의 1개의 실내기(9))는 상기 가스배관(14A)과 접속시킨다.

따라서 상기 냉방 주체 운전시에 압축기(2)로부터 토출된 냉매는 도 3에 화살표로 표시되어 있는 바와 같이 사방밸브(3)를 거쳐 실외 열교환기(4)에 의해 일부 응축되어 액냉매와 고압가스 냉매의 기액 2상 냉매가 되어 역지밸브(6A)를 통해 제 2 접속 배관(8)을 거쳐 냉난전환기(12)의 기액분리수단(14)으로 유입된다. 그리고 이 기액분리수단(14)으로 유입된 기액 2상 냉매 중 액냉매는 액배관(14B)을 거쳐 제 2 분기부(15)에서 분기되어 상기 냉방 운전을 수행하는 실내기(9)로 유입되고 그 감압수단(11)에서 감압된 후 실내 열교환기(10)에서 증발됨으로써 실내를 냉방한다. 한편 기액 2상 냉매 중 고압가스 냉매는 기액분리수단(14)으로부터 가스배관(14A)을 통해 제 1 분기부(13)의 난방 운전을 수행하는 실내기(9)에 접속된 삼방밸브(13A)를 거쳐 상기 실내기(9)로 유입되어 그 실내 열교환기(10)에서 응축되어 실내를 난방하고 또한 제 2 분기부(15)에서 냉방 운전되는 실내기(9)로 유입되는 상기 액냉매와 합류하여 이 실내기(9)들에 의한 냉방에 사용된다.

그러나 이러한 상기 일본국 특허공보 제2601052호에 개시된 공기조화장치에서 상술한 바와 같이 냉방 주체 운전을 실시할 경우 상기 제 2 접속 배관(8)으로부터 냉난전환기(12)의 기액분리수단(14)으로 유입되는 기액 2상 냉매는 실외기(1)에 마련되는 팬의 풍량을 감소시키는 등의 방법을 통해 실외 열교환기(4)의 응축 능력을 저하시킴으로써 압축기(2)로부터 토출된 냉매를 일부 응축시켜 발생시킨 것으로서, 그 고압가스 냉매와 액냉매의 유량비가 실외 온도 등에 따라 달라지는 것을 피할 수 없었다. 이 때문에 상기 냉난전환기(12)에서 기액분리수단(14)으로부터 가스배관(14A) 및 액배관(14B)을 통해 냉ㆍ난방 운전되는 실내기(9)로 각각 유입되는 고압가스냉매 및 액냉매의 유량도 달라지게 되므로 냉ㅇ난방 각각의 운전에 적정한 냉매 순환량을 확보하는 것이 곤란한 문제가 있었다.

또한 이와 같이 실내기(9)로 유입되는 기액 2상 냉매가 함께 일단 실외 열교환기(4)의 내부를 통과하여 냉난전환기(12)의 기액분리수단(14)으로 보내지므로 특히 실외 온도가 낮을 경우에는 실외 열교환기(4) 통과후의 기액 2상 냉매의 응축 압력이 저하되어 난방 운전되는 실내기(9)로 유입되는 고압가스 냉매의 경우 충분한 응축 온도를 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 게다가 이에 따라 상기 난방 운전되는 실내기(9)에서 난방 능력이 저하되는 문제 또한 발생할 수 있었다.

본 발명은 이러한 배경 하에서 이루어진 것으로서, 실외기와 실내기가 2계통의 배관에 의해 접속된 2관식 냉난 혼재 운전이 가능한 공기조화장치에 있어서 특히 그 냉방 주체 운전시 등에 실외 온도 등에 관계없이 적정한 냉매 순환량을 확보함으로써 난방 운전되는 실내기의 확실한 난방 능력을 확보할 수 있는 공기조화 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 압축기, 사방밸브, 실외 열교환기 및 감압수단을 구비한 실외기와, 실내 열교환기 및 감압수단을 구비한 복수의 실내기와, 상기 실외기와 실내기 사이에 냉난전환기를 통해 접속되는 가스관 및 액관을 가지며, 상기 복수의 실내기에서 냉방 운전을 수행하는 실내기와 난방 운전을 수행하는 실내기가 혼재하는 냉난 혼재 운전이 가능한 공기조화장치로서, 상기 실외기에서는, 상기 실외기의 감압수단과 상기 액관 사이에 기액혼합수단을 마련하고 상기 압축기와 상기 실외 열교환기 사이에서는 고압가스 분기관을 분기시켜 냉난 혼재 운전시 상기 압축기로부터 토출된 냉매를, 그 일부는 상기 실외 열교환기 및 상기 실외기의 감압수단을 통해 액냉매로서 상기 기액혼합수단에 유입시키고 그 나머지는 상기 고압가스 분기관을 거쳐 고압가스 냉매로서 상기 기액혼합수단에 유입시켜 상기 액냉매와 혼합시킴으로써 기액 2상 냉매로서 상기 액관을 통해 상기 냉난전환기에 유입시키며, 상기 냉난전환기에서는, 기액 2상 냉매를 액냉매와 고압가스냉매로 분리하는 기액분리수단을 상기 액관에 마련하여 액냉매를 냉방 운전을 수행하는 실내기에 유입시키고 고압가스 냉매를 난방 운전을 수행하는 실내기로 유입시키는 것을 특징으로 한다.

따라서, 이와 같이 구성된 본 발명의 공기조화장치에서는, 상술한 바와 같이 실외기 압축기로부터 토출된 냉매의 일부가 실외 열교환기에 의해 응축되어 액냉매로서 유입되고 또한 나머지는 실외 열교환기를 통과하지 않고 고압가스 분기관을 거쳐 고압가스 냉매 상태인 채로 상기 기액혼합수단으로 유입되어 상기 액냉매와 혼합됨으로써 기액 2상 냉매로 되어 액관을 통해 냉난전환기의 기액분리수단으로 유입됨으로써 이 기액 2상 냉매의 액냉매와 고압가스냉매의 유량비가, 종래와 같이 실외 온도 등에 의해 좌우되지 않고 실외기에서 실외 열교환기를 통해 기액혼합수단으로 유입되는 냉매량과 고압가스 분기관을 통해 이 기액혼합수단으로 유입되는 냉매량에 의해 액냉매 및 고압가스냉매 모두 적정한 냉매순환량을 확보할 수 있어 실내기에서 안정된 냉난 혼재 운전을 실시할 수 있고 특히 냉방 주체 운전시에 난방 운전되는 실내기의 난방 능력의 저하를 방지할 수 있게 된다. 한편 이와 같이 실내기에서 냉ㆍ난방에 사용된 냉매는 상기 가스관을 통해 실외기로 순환되어 압축기의 흡입측으로 리턴된다.

여기서 상기 기액혼합수단으로서는 단순히 실외 열교환기와 액관을 접속시키는 배관에 고압가스 분기관을 접속시키고 이 배관을 통과하는 액냉매와 고압가스 분기관으로 분기된 고압가스 냉매를 혼합하도록 된 것도 가능하지만 실외기의 감압수단과 액관 사이에 리시버탱크가 구비되어 있을 경우 이 리시버탱크를 기액혼합수단으로 사용하는 것 또한 가능하다.

또한 본 발명의 공기조화장치에서는 기액혼합수단으로 유입되어 혼합되는 상기 액냉매와 상기 고압가스냉매의 유량을 상기 실외기의 감압수단에 의해 제어 가능하게 함으로써 이 기액혼합수단으로부터 냉난전환기의 기액분리수단으로 유입되는 기액 2상 냉매의 액냉매와 고압가스냉매의 유량비를 조정하여 더욱 확실하게 적정한 냉매 순환량의 확보를 도모할 수 있고 특히 상술한 바와 같은 실내기의 난방 능력을 확실히 제어할 수 있게 된다. 즉, 그 감압수단으로서 예를 들어 전자팽창밸브와 같이 개도 조정 가능한 것을 이용하여 상기 유량을 제어를 가능하게 함으로써 실내기측에서 난방 부하가 증대되어 높은 난방 능력을 필요로 하는 경우에는 상기 실외기의 감압수단의 개도를 작게 하여 고압가스 분기관으로의 냉매 유량을 증대시키고 난방 운전하는 실내기로의 냉매 유량을 증대시켜 그 난방 능력을 높일 수 있다. 또한 반대로 실내기측의 난방 부하가 감소되었을 경우에는 그 실외기의 감압수단의 개도를 작게 하여 고압가스 분기관으로의 냉매 유량을 감소시켜 난방 운전하는 실내기로의 냉매유량을 줄여 난방 능력을 억제할 수 있다.

또한 상기 실외기에서, 상기 고압가스 분기관을 제 2 사방밸브를 통해 상기 기액혼합수단에 접속시키고 상기 제 2 사방밸브를 거쳐 상기 고압가스 냉매를 상기 기액혼합수단으로 유입시키고 상기 가스관을 상기 압축기의 흡입측에 접속시키는 한편 상기 제 2 사방밸브와 상기 사방밸브(이하 제 1 사방밸브라 칭함)를 전환시킴 으로써 상기 가스관이 상기 압축기 토출측으로 접속되도록 하면, 상술한 바와 같은 2관식 공기조화장치에 있어서 냉ㆍ난방 운전 전환시의 실외기측에서의 냉매 유로의 전환을 상기 제 1 및 제 2 두 개의 사방밸브에 의해 수행할 수 있게 되므로 실외기 밸브기구나 배관 구조의 간략화를 도모할 수 있다.

그런데 특히 이와 같이 실외기측에서 가스관을 압축기의 토출측과 흡입측으로 전환 접속 가능하게 했을 경우 상기 가스관을 흐르는 냉매의 흐름 방향은 전환을 전후로 반대 방향이 되고 이에 따라 액관을 흐르는 냉매의 흐름 방향도 전환을 전후하여 반대 방향이 된다. 따라서 이러한 경우에는 실내기로 유입되는 냉매의 흐름 방향이 냉ㆍ난방 운전시 각각 일방향이 되도록 상기 냉난전환기에서 상기 기액분리수단과 상기 가스관에 각각 역지밸브를 통해 접속되는 한 쌍의 접속관을 상기 복수의 실내기의 상기 실내 열교환기에 각각 냉난전환밸브를 통해 접속시킴과 아울러 상기 냉난전환밸브로 상기 접속관을 통해 유입되는 냉매의 흐름 방향을 상기 역지밸브에 의해 일방향으로 제어하는 냉매의 흐름 방향제어 기구를 마련하는 것이 바람직하며, 특히 이와 같이 역지밸브에 의해 냉매의 흐름 방향 제어 기구를 구성함으로써 냉난전환기측에서도 밸브기구의 간략화 등을 도모할 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시형태를 도시한 것이다. 본 실시형태에서 실외기(21)는 압축기(22), 본 발명의 청구항 1에 따른 공기조화장치에서의 사방밸브에 상당하는 제 1 사방밸브(23), 실외 열교환기(24), 감압수단(25), 리시버탱크(26), 어큐뮬레이터(27) 및 제 2 사방밸브(28)를 구비하고, 실내기(29)는 복수(본 실시형태에서는 4개)마련되어 있으며 각각 실내 열교환기(30)와 이에 직렬로 접속된 감압수단(31)을 구비하며, 이 실내기(29)들이 상기 실외기(21)와의 사이에 마련된 냉난전환기(32)를 통해 가스관(33) 및 액관(34)에 의해 실외기(21)와 접속되어 있다.

여기서 상기 실외기(21)는, 상기 제 1 사방밸브(23)의 제 1 포트(23A)가 상기 압축기(22)의 토출측에 오일 세퍼레이터(35)를 통해 접속되고 제 2 포트(23B)는 상기 실외 열교환기(24) 및 감압수단(25)을 통해 리시버탱크(26)에 접속되어 있으며 또한 상기 리시버탱크(26)가 상기 액관 (34)에 접속되어 본 실시형태에서의 기액혼합수단을 이루고 있다. 한편 본 실시형태에서의 실외 열교환기(24)는 복수(도면에서는 2개)로 분할된 열교환기가 서로 병렬로 접속된 구성으로 되어 있다. 단 이와 같이 분할되어 있지 않은 단일의 열교환기를 이용하는 것도 가능하다. 또한 상기 실외기(21)의 상기 감압수단(25)으로서는 전자팽창밸브 등의 개도(開度) 조정 가능한 것이 이용되고 있으며 또한 실외 열교환기(24)와 상기 리시버탱크(26) 사이에는 전자밸브 등으로 이루어지는 개폐밸브(36A)가 역지밸브(36B)와는 서로 직렬로, 감압수단 (25)과는 병렬로 접속되어 있다.

그리고 본 실시형태에서는 상기 제 1 사방밸브(23)의 제 2 포트(23B)와 실외 열교환기(24) 사이에서 고압가스 분기관(37)이 분기되어 있고 이 고압가스 분기관(37)은 전자밸브 등의 개폐밸브(37A)를 통해 제 2 사방밸브(28)의 제 1포트(28A)에 접속되어 있다. 또한 상기 제 2 사방밸브(28)의 제 2 포트(28B)는 역시 전자밸브 등의 개폐밸브(37B)를 통해 상기 리시버탱크(26)에 접속되어 있고 따라서 상기 고압가스 분기관(37)은 상기 제 2 사방밸브(28)를 통해 기액혼합수단으로서의 리시버탱크(26)와 접속 가능하게 되어 있다. 한편 고압가스 분기관(37)의 상기 개폐밸브(37A)와 상기 제 2 사방밸브(28) 사이에는 역지밸브(37C)가 마련되어 있다.

또한 제 1 사방밸브(23)에서 그 제 3 포트(23C)는 역지밸브(38)를 통해 고압가스 분기관(37)의 상기 역지밸브(37C)와 제 2 사방밸브(28) 사이에 접속되고, 제 4 포트(23D)는 상기 어큐뮬레이터(27)를 통해 압축기(22)의 흡입측에 접속되어 있다. 또한 제 2 사방밸브(28)에서 그 제 3 포트(28C)는 상기 가스관 (33)과 접속되고 제 4 포트(28D)도 역시 상기 어큐뮬레이터(27)를 통해 압축기(22)의 흡입측에 접속되어 있다. 그리고 제 1 사방밸브(23)는 그 제 1 포트(23A)와 제 2 포트(23B)가 상호 접속되고 또한 제 3 포트(23C)와 제 4 포트(23D)가 상호 접속되며 제 2 사방밸브(28) 또한 그 제 1 포트(28A)와 제 2 포트(28B)가 상호 접속되고 또한 제 3 포트(28C)와 제 4 포트(28D)가 상호 접속되는 한편, 이 제 1 및 제 2 사방밸브(23, 28)들을 각각 전환함으로써 제 1 사방밸브(23)는 그 제 1 포트(23A)와 제 3 포트(23C)가 상호 접속되고 또한 제 2 포트(23B)와 제 4 포트(23D)가 상호 접속되며, 제 2 사방밸브(28)도 마찬가지로 그 제 1 포트(28A)와 제 3 포트(28C)가 상호 접속되고 제 2 포트(28B)와 제 4 포트(28D)가 상호 접속되도록 구성할 수 있다.

한편, 상기 냉난전환기(32)에서는 가스배관(39A)과 액배관(39B)을 구비한 기액분리수단(39)이 상기 액관(34)에 접속되어 있고 그 중에서 액배관(39B)은 전자밸브 등의 개폐밸브(39C)를 통해 상기 복수의 실내기(29) 별로 분기되어 팽창밸브 등으로 이루어지는 상기 감압수단(31)에 각각 접속되어 있다. 또한 이 액배관(39B)에는 역지밸브(40A)가, 캐필러리튜브 등으로 이루어지는 감압수단(40B)과 서로 직렬로 연결되고 상기 개폐밸브(39C)와는 병렬로 접속되어 있다. 한편 이 역지밸브(40A) 및 캐필러리튜브 등의 감압수단(40B)을 조합하는 대신 예를 들어 전동팽창밸브 등의 전개(全開) 가능한 감압수단을 개폐밸브(39C)와 병렬로 접속하도록 하는 구성도 가능하다.

또한 상기 가스관(33)과 기액분리수단(39)의 상기 가스배관(39A)은 상기 냉난전환기(32)에서 2개로 분기되어 각각 역지밸브(41A~41D)를 통해 제 1 및 제 2 한 쌍의 접속관(42, 43)의 양단에 접속되어 있다. 즉 분기된 가스관(33)의 한쪽은 역지밸브(41A)를 통해 제 1 접속관(42)의 일단에 접속되는 동시에 분기된 가스관(33)의 다른쪽은 역지밸브(41B)를 통해 제 2 접속관(43)의 일단에 접속되고, 또한 분기된 가스배관(39A)의 한쪽은 역지밸브(41C)를 통해 제 1 접속관(42)의 타단에 접속되는 동시에 분기된 가스배관(39A)의 다른쪽은 역지밸브(41D)를 통해 제 2 접속관(43)의 타단에 접속되어 있다. 또한 이 제 1 및 제 2 접속관(42, 43)들은 상기 복수의 실내기(29)별로 각각 전자밸브 등으로 이루어지는 냉난전환밸브(42A , 43A)를 통해 이 실내기(29)의 각 실내 열교환기(30)들에 접속되어 있다.

여기서 상기 역지밸브(41A~41D)는, 제 1 접속관(42)의 양단에 마련되는 역지밸브(41A, 41C)가 상기 제 1 접속관(42)측으로부터의 냉매의 유입을 방지하는 방향으로 설치될 수 있는 한편 제 2 접속관(43)의 양단에 마련되는 역지밸브(41B, 41D)는 반대로 상기 제 2 접속관(43)측으로의 냉매 유입을 방지하는 방향으로 설치 된다. 그리고 본 실시형태에서는 이 역지밸브(41A~41D)들에 의해 접속관(42)으로부터 상기 냉난전환밸브(42A)를 거쳐 난방 운전을 수행하는 실내기(29)로 유입되는 냉매의 흐름 방향을 한방향으로 제어하는 동시에 냉방 운전을 수행하는 실내기(29)로부터 상기 냉난전환밸브(43A)를 거쳐 접속관(43)으로 유입되는 냉매의 흐름 방향을 한방향으로 제어하는 냉매의 흐름 방향제어 기구(41)가 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 실시형태의 공기조화장치에 의해 냉난 혼재 운전을 실시하는 경우, 먼저 도 1에 도시된 바와 같이 상기 복수의 실내기(29)의 다수(도 1에서는 상측의 3개)가 냉방 운전되고 나머지 실내기(29)(도 1에서는 최하측의 1개)가 난방 운전되는 경우와 같이 복수의 실내기(29)에서의 냉방 부하가 큰 냉방 주체 운전시에는 상술한 바와 같이 실외기(21)의 제 1 사방밸브(23)에서 그 제 1 포트(23A)와 제 2 포트(23B)가 접속되는 동시에 제 3 포트(23C)와 제 4 포트(23D)가 접속되고, 또한 제 2 사방밸브 (28)에서도 그 제 1 포트(28A)와 제 2 포트(28B)가 접속되는 동시에 제 3 포트(28C)와 제 4 포트(28D)가 접속된다. 또한 고압가스 분기관(37)의 개폐밸브(37A, 37B)는 열리고 개폐밸브(36A)는 닫힌다.

한편, 냉난전환기(32)에서는 각 실내기(29)의 실내 열교환기(30)와 제 1 및 제 2 접속관(42, 43) 사이에 마련되는 냉난전환밸브(42A , 43A) 중에서 냉방 운전을 수행하는 실내기(29)의 경우에는 제 1 접속관(42)측에 마련되는 냉난전환밸브(42A)가 닫히고 제 2 접속관(43)측에 마련되는 냉난전환밸브(43A)가 열리며, 반대로 난방 운전을 수행하는 실내기(29)의 경우에는 제 1 접속관(42)측에 설치된 냉난전환밸브(42A)가 열리는 동시에 제 2 접속관(43)측에 설치된 냉난전환 밸브(43A)가 닫힌다. 또한 기액분리수단(39)의 액배관(39B)에 설치된 개폐밸브(39C)는 열린다.

따라서 도 1에 화살표로 표시된 바와 같이 실외기(21)의 압축기(22)로부터 토출된 냉매는 제 1 사방밸브(23)의 제 1 및 제 2 포트(23A, 23B)을 통과하여 그 일부는 실외 열교환기(24)에서 응축되어 액냉매로 되어 실외기(21)의 감압수단(25)을 통해 리시버탱크(26)로 유입되는 한편, 나머지는 고압가스 냉매인 채로 고압가스 분기관(37)으로 분기되어 제 2 사방밸브(28)의 제 1 및 제 2 포트(28A, 28B)를 거쳐 역시 리시버탱크(26)로 유입된다. 그리고 이 리시버탱크(26)에서 상기 액냉매와 고압가스 냉매가 혼합되어 기액 2상 냉매로서 상기 액관(34)을 통해 냉난전환기(32)의 기액분리수단(39)으로 유입된다.

이와 같이 기액분리수단(39)으로 유입된 기액 2상 냉매는 상기 기액분리수단(39)에서 다시 액냉매와 고압가스 냉매로 분리되고 그 중 액냉매는 액배관(39B)을 거쳐 냉방 운전을 수행하는 다수의 실내기(29)로 유입되어 각각 그 감압수단(31)에 의해 감압되어 실내 열교환기(30)에서 증발됨으로써 실내를 냉방시킨 후 개방된 냉난전환밸브(43A)를 통해 저압 가스 냉매로서 제 2 접속관(43)으로 유입된다. 한편 분리된 고압가스 냉매는 가스배관(39A)을 거쳐 역지밸브(41C)를 통해 제 1 접속관(42)으로 유입되고 계속해서 개방된 냉난전환밸브(42A)를 통해 난방 운전을 수행하는 실내기(29)로 유입되어 그 실내 열교환기(30)에서 응축됨으로써 실내를 난방시키고 이후 액냉매로서 상기 액배관(39B)으로 유입되어 냉방 운전을 수행하는 실내기(29)로 유입되는 상기 액냉매와 합류하여 그 실내의 냉방에 사 용된다.

또한 상술한 바와 같이 냉방 운전을 수행하는 실내기(29)로부터 제 2 접속관(43)으로 유입된 저압 가스 냉매는 상기 제 2 접속관(43)의 타단에 마련된 역지밸브(41D)가 가스배관(39A)으로부터 흐르는 고압가스 냉매에 의해 닫혀지므로 일단에 마련된 역지밸브(41B)를 통해 가스관(33)으로 유입되게 된다. 그리고 이와 같이 가스관(33)으로 유입된 저압 가스 냉매는 실외기(21)로 리턴되어 그 제 2 사방밸브(28)의 제3 및 제 4 포트(28C, 28D)를 거쳐 어큐뮬레이터(27)를 통해 압축기(22)의 흡입측으로 순환된다.

한편 상기 냉난 혼재 운전 중에서 도 2에 도시된 바와 같이 상기 복수의 실내기(29)의 다수(도 2에서는 하측의 3개)가 난방 운전되고 나머지 실내기(29)(도 2에서는 최상측의 1개)가 냉방 운전되는 경우와 같이 복수의 실내기(29)에서의 난방 부하가 큰 난방 주체 운전시에는 먼저, 실외기(21)에서 제 1 및 제 2 사방밸브(23, 28)가 상기 냉방 주체 운전시와는 다르게 전환되어 제 1 사방밸브(23)에서는 제 1 포트(23A)와 제 3 포트(23C)가 접속되는 동시에 제 2 포트(23B)와 제 4 포트(23D)가 접속되고 또한 제 2 사방밸브(28)에서도 제 1 포트(28A)와 제 3 포트(28C)가 접속되는 동시에 제 2 포트(28B)와 제 4 포트(28D)가 접속된다. 또한 고압가스 분기관(37)의 개폐밸브(37A, 37B)는 닫혀진다. 또한 냉난전환기(32)에서는 냉방 주체 운전시와 마찬가지로 냉방운전을 수행하는 실내기(29)의 냉난전환밸브(42A)는 닫히고 냉난전환밸브(43A)는 열리며 난방 운전을 수행하는 실내기(29)의 냉난전환밸브 42A는 열리고 냉난전환밸브(43A)는 닫히며 또한 개폐밸브(39C)는 닫힌다.

따라서 상기 난방 주체 운전시 실외기(21)의 압축기(22)로부터 토출된 냉매는 도 2에 화살표로 표시된 바와 같이 고압가스 냉매인 채로 제 1 사방밸브(23)의 제 1 및 제 3 포트(23A, 23C)를 거쳐 고압가스 분기관(37)으로 유입되고 계속해서 제 2 사방밸브(28)의 제 1 및 제 3 포트(28A, 28C)를 거쳐 가스관(33)으로 유입된다. 그리고 이 고압가스 냉매는 냉난전환기(32)에서 역지밸브(41A)를 통해 제 1 접속관(42)으로 유입되고 또한 열린 개폐밸브(42A)를 통해 난방 운전을 수행하는 실내기(29)로 각각 유입되어 그 실내 열교환기(30)에서 응축됨으로써 실내를 난방한 후 액냉매로서 액배관(39B)으로 유입된다.

또한 상기 액배관(39B)으로 유입된 액냉매의 일부는 냉방 운전을 수행하는 실내기(29)로 유입되어 그 감압수단 (31)에 의해 감압되고 실내 열교환기(30)에서 증발됨으로써 실내의 냉방에 사용되며 저압 가스 냉매로서 냉난전환밸브(43A)를 통해 제 2 접속관(43)으로 유입된다. 여기서 상기 제 2 접속관(43)의 일단에 마련되는 역지밸브(41B)는 가스관(33)으로 유입된 고압가스 냉매에 의해 닫혀져 있기 때문에 제 2 접속관(43)으로 유입된 상기 저압가스 냉매는 타단의 역지밸브(41D)를 통해 가스배관(39A)을 거쳐 기액분리수단(39)으로 유입된다. 한편, 액배관(39B)으로 유입된 나머지 액냉매도 역지밸브(40A) 및 감압수단(40B)을 통해 기액분리수단(39)으로 유입된다. 그리고 이와 같이 기액분리수단(39)으로 유입된 냉매는 액관(34)을 통해 실외기(21)로 리턴되어 리시버탱크(26)로 유입되며 계속해서 상기 실외기(21)의 감압수단(25)에 의해 감압되어 실외 열교환기(24)에서 증발되어 제 1 사방밸브(23)의 제 2 및 제 4 포트(23B, 23D)를 거쳐 어큐뮬레이터(27) 를 통해 압축기(22)의 흡입측으로 순환될 수 있다.

한편 복수의 실내기(29)들 중 냉방 운전 대수와 난방 운전 대수가 동일한 경우 등 냉ㆍ난방 부하가 균형을 이룬 운전을 수행할 경우, 예를 들어 실외기온이 낮을 때에는 실외기(21) 측에서는 제 1 및 제 2 사방밸브(23, 28)의 제 1~제 4 포트(23A~23D, 28A~28D)의 접속은 난방 주체 운전시와 동일하게 하고 개폐밸브(37A, 37B)도 닫으며 냉난전환기(32)에서는 실내기(29)측의 냉ㆍ난방 운전에 맞게 상기 냉ㆍ난방 주체 운전시와 동일하게 냉난전환밸브(42A , 43A)를 각각 개폐한다. 이 경우 압축기(22)로부터 토출된 냉매는 난방 주체 운전시와 마찬가지로 제 1 사방밸브(23)의 제 1 및 제 3 포트(23A , 23C), 고압가스 분기관(37) 및 제 2 사방밸브(28)의 제 1 및 제 3 포트(28A, 28C)를 거쳐 가스관(33)을 통해 냉난전환기(32)로 유입되고 역지밸브(41A)을 거쳐 제 1 접속관(42)을 통해 먼저 난방 운전을 수행하는 실내기(29)로 공급되어 응축됨으로써 실내의 난방에 사용된 후 액냉매로서 액배관(39B)으로 유입된다.

이후 상기 액냉매는 액배관(39B)을 거쳐 냉방 운전을 수행하는 실내기(29)로 유입되어 그 감압수단(31)에 의해 감압되어 실내 열교환기(30)에서 증발됨으로써 실내의 냉방에 사용되고 제 2 접속관(43)으로 유입된 후 역지밸브(41D)를 통해 가스배관(39A)을 거쳐 기액분리수단(39)으로 유입된 후 액관(34)을 통해 실외기(21)로 리턴되어 리시버탱크(26), 감압수단(25), 실외 열교환기(24), 제 1 사방밸브(23)의 제2 및 제 4 포트(23B, 23D)를 거쳐 어큐뮬레이터(27)를 통해 압축기(22)의 흡입측으로 순환된다. 또한 반대로 실외기온이 높을 경우에는 냉방 주체 운전시와 동일하게 접속함으로써 균형 운전을 실시할 수도 있다. 그리고 이와 같이 실외기온에 따라 냉ㆍ난주체 운전 중 어느 한 운전의 경우와 동일하게 접속하면 실외기온이 높을 경우 냉방 부하가 증가하거나 반대로 실외기온이 낮을 경우 난방 부하가 증가된 경우에도 제 1 및 제 2 사방밸브(23, 28)를 전환하지 않고 신속하게 냉방 주체 운전 또는 난방 주체 운전으로 이행할 수 있다.

또한 모든 실내기(29)를 냉방 운전할 경우에는 실외기(21) 측에서는 제 1 및 제 2 사방밸브(23, 28)의 포트(23A~23D), (28A~28D) 접속을 냉방 주체 운전시와 동일하게 하는 동시에 고압가스 분기관(37)의 개폐밸브(37A, 37B)를 닫고 개폐밸브(36A)를 열며, 냉난전환기(32)에서는 모든 냉난전환밸브(42A)를 닫고 냉난전환밸브(43A)를 연다. 따라서 이 경우, 압축기(22)로부터 토출된 냉매는 모두가 실외 열교환기(24)로 유입되어 응축됨으로써 액냉매로서 액관(34)을 통해 냉난전환기(32)를 거쳐 실내기(29)로 유입되어 실내 냉방에 사용된 후 가스관(33)을 통해 실외기(21) 측으로 리턴된다. 한편 반대로 모든 실내기(29)를 난방 운전할 경우에는 제 1 및 제 2 사방밸브(23, 28)를 난방 주체 운전시와 동일하게 하여 고압가스 분기관(37)의 개폐밸브 (37A, 37B)는 역시 닫아 두고 냉난전환기(32)의 냉난전환밸브(42A)를 열며 냉난전환밸브(43A)는 닫힘으로 한다. 이 경우 냉매는 고압가스 냉매로서 가스관(33)을 통해 실외기(21)를 거쳐 냉난전환기(32)로 유입되어 모든 실내기(29)의 실내 열교환기(30)에서 응축되어 실내를 난방한 후 액냉매로서 액관(34)을 통해 실외기(21)로 리턴된다.

따라서 이러한 구성의 공기조화장치에서는 실외기(21)와 실내기(29) 측의 냉난전환기(32)를 접속시키는 배관이 가스관(33)과 액관(34)의 2관으로 되어 배관시공이 용이하면서도 냉방 운전 및 난방 운전 중 어느 하나를 주체로 하거나 양자의 부하가 균형을 이룬 냉난 혼재 운전이 가능하여 각 실내의 요구에 따른 공기조화를 수행하는 것이 가능해진다. 또한 이와 같은 냉난 혼재 운전시에는 냉방시 실외로 배출시키던 열을 난방에 사용하거나 난방시 실외에서 유입해 왔던 열을 냉방을 필요로 하는 실내로부터 유입할 수 있게 됨으로써 실외기(21) 측에서의 부하를 경감시켜 효율적이며 경제적인 냉난 혼재 운전을 수행할 수 있다.

또한 본 실시형태의 공기조화장치에서는 냉난 혼재 운전 중 특히 상술한 바와 같은 냉방 주체 운전시 등에 실외기(21)의 압축기(22)로부터 토출된 냉매의 일부가 실외 열교환기(24)를 통해 액냉매로서 리시버탱크(기액혼합수단)(26)로 유입되고 나머지 냉매는 실외 열교환기(24)를 통하지 않고 고압가스 냉매로서 고압가스 분기관 (37)을 통해 역시 리시버탱크(기액혼합수단)(26)로 유입되어 이 액냉매와 고압가스 냉매가 상기 리시버탱크(26)에서 혼합되어 기액 2상 냉매로서 액관(34)을 통해 냉난전환기(32)의 기액분리수단(39)으로 유입되므로 이 액냉매와 고압가스 냉매에 적정한 냉매 순환량을 확보할 수 있다. 이에 의해 종래와 같이 상기 기액 2상 냉매에서의 액냉매와 고압가스 냉매의 유량비가 실외 온도 등에 의해 좌우되는 것을 방지할 수 있어 설사 실외온도가 낮을 경우에도 적정한 압력, 유량의 고압가스 냉매를 확보하여 냉방 주체 운전시에 난방 운전을 수행하는 실내기(29)에 충분한 난방 성능을 부여할 수 있게 된다.

또한 본 실시형태에서는 실외기(21)에서 상기 기액혼합수단으로서의 리시버 탱크(26)와 실외 열교환기(24) 사이에 마련되는 감압수단(25)이 전자팽창밸브와 같이 밸브의 개도 조정 가능한 것으로 되어 있어 상기 냉방 주체 운전시 등에 이 리시버탱크(26)로 유입되어 혼합되는 액냉매와 고압가스 냉매의 유량이 상기 감압수단(25)에 의해 제어 가능하게 되고 있으며 따라서 이 리시버탱크(26)로부터 액관(34)을 통해 냉난전환기(32)의 기액분리수단(39)으로 유입되는 기액 2상 냉매의 액냉매와 고압가스 냉매의 유량비를 감압수단(25)에 의해 조정하여 특히 난방 운전을 수행하는 실내기의 난방 능력을 확실하게 제어할 수 있게 된다. 즉 예를 들어 실내기(29) 측의 난방 부하가 늘고 이에 따른 실내기(29)의 난방능력이 증대될 필요가 있는 경우에는 상기 감압수단(25)에서의 밸브의 개도를 작게함으로써 압축기(22)로부터 토출된 냉매 중 실외 열교환기(24)를 통해 리시버탱크(26)로 유입되는 액냉매의 양은 감소시키고 반대로 고압가스 분기관(37)을 통해 분기되어 리시버탱크(26)로 유입되는 고압가스 냉매량은 증가시킴으로써 기액 2상 냉매 중에서도 고압가스 냉매의 유량비를 크게 할 수 있게 되므로 기액분리수단(39)으로부터 가스배관(39A)을 통해 난방 운전하는 실내기(29)로 유입되는 고압가스 냉매량을 증가시켜 그 난방 능력이 증대되도록 제어할 수 있다.

한편 이와는 반대로 실내기(29)측의 난방 부하가 감소되었을 경우에는 감압수단(25)의 밸브 개도를 크게 함으로써 냉방 주체 운전시에 압축기(22)로부터 토출된 냉매 중 실외 열교환기(24)에서 응축되어 상기 감압수단(25)을 통해 리시버탱크(26)로 유입되는 액냉매의 양이 많아지고 반대로 실외 열교환기(24)를 통과하지 않고 고압가스 분기관(37)을 통해 분기되는 고압가스 냉매는 감소되어 리 시버탱크(26)로 혼합되는 기액 2상 냉매에서 상기 고압가스 냉매의 유량비가 작아지므로 난방 운전을 수행하는 실내기(29)로 유입되는 냉매량을 저감시켜 그 난방 능력을 억제하도록 제어할 수 있다. 따라서 본 실시형태에 따르면 냉방 주체 운전시에도 복수의 실내기(29)에서의 냉방 부하와 난방 부하의 비율에 따라 액냉매와 고압가스 냉매를 최적의 유량비가 되도록 리시버탱크(26)에서 혼합하여 기액 2상 냉매를 구성함으로써 냉ㆍ난방 모두 그 실내의 요구에 맞는 공기조화 능력을 확보할 수 있고 특히 상술한 바와 같이 난방 운전을 수행하는 실내기(29)의 난방 능력을 확실하게 제어할 수 있게 되는 것이다.

또한 본 실시형태의 공기조화장치에서는 실외기(21)에서 액냉매와 고압가스 냉매를 혼합하는 기액혼합수단으로서 액냉매를 일단 유지하기 위한 리시버탱크(26)가 사용되고 있다. 따라서 예를 들어 실외기(21)의 감압수단(25)으로부터 액관(34)까지 접속되는 배관에 고압가스 분기관(37)을 직접 접속시켜 액냉매와 고압가스 냉매를 혼합하거나 혹은 리시버탱크(26)와 액관(34) 사이에 고압가스 분기관(37)과 접속된 다른 탱크 등을 마련하여 이를 기액혼합수단으로 사용하는 등의 구성도 가능하나 본 실시형태와 같이 리시버탱크(26)를 기액혼합수단으로 사용하면 다른 탱크 등을 설치할 경우에 비해 장치 구성을 간략화할 수 있고 또한 고압가스 분기관(37)을 액냉매의 배관에 직접 접속하는 경우와 비교해서도 액냉매와 고압가스 냉매의 확실한 혼합을 도모할 수 있어 안정된 유량비의 기액 2상 냉매를 얻을 수 있게 된다.

한편, 본 실시형태에서는 실외기(21)에 제 1 및 제 2 두 개의 사방밸브(23, 28)가 마련되어 있어 냉방 주체 운전시 등에는 상기 고압가스 분기관(37)은 이 중 제 2 사방밸브(28)를 통해 기액혼합수단으로서의 리시버탱크(26)에 접속됨과 아울러 냉난전환기(32)측으로부터 저압 가스 냉매가 유입되는 가스관(33)은 역시 이 제 2 사방밸브(28)를 통해 압축기(22)의 흡입측에 접속된다. 그리고 난방 주체 운전 등으로 전환할 때에는 이 제 1 및 제 2 사방밸브(23, 28)를 전환함으로써 상기 가스관(33)은 고압가스 분기관(37)을 통해 압축기(22)의 토출측에 접속되고 액관(34)은 실외 열교환기(24) 등을 통해 압축기(22)의 흡입측에 접속되므로 상술한 바와 같이 고압가스 분기관(37)이 분기되어 기액혼합수단으로서의 리시버탱크(26)에 접속되도록 구성된 2관식 공기조화장치의 경우에도 그 냉ㆍ난방 운전의 전환을 실외기(21)측에서 그 제 1 및 제 2 사방밸브(23, 28)에 의해 이룰 수 있게 되므로 상기 실외기(21)에서 밸브 기구나 배관 구조의 간략화를 도모할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 이와 같이 냉ㆍ난방 운전시에 실외기(21) 측의 제 1 및 제 2 사방밸브(23, 28)에 의해 가스관(33) 및 액관(34)의 접속을 압축기(22)의 토출측과 흡입측으로 전환 가능하게 함으로써 이 가스관(33) 및 액관(34)을 흐르는 냉매의 흐름 방향도 그 냉ㆍ난방 운전의 전환에 따라 반대 방향이 되도록 하는 한편, 냉난전환기(32)에서는 그 냉난전환밸브(42A, 43A)로 유입되는 냉매의 흐름 방향이 항상 일방향이 되도록 상기 가스관(33)과 기액분리수단(39)의 가스배관(39A)에 양단이 각각 접속됨과 아울러 상기 냉난전환밸브(42A, 43A)를 통해 실내기(29)의 실내 열교환기(30)와 접속되는 제 1 및 제 2 한 쌍의 접속관(42, 43)을 냉난전환기(32)에 마련하고, 이 접속관(42, 43)들과 상기 가스관(33) 및 가 스배관(39A) 사이에 마련된 역지밸브(41A~41D)에 의해 상술한 바와 같이 냉매의 흐름 방향을 제어하는 제어 기구(41)를 구성하고 있다. 따라서 이와 같이 하여 역지밸브(41A~41D)의 조합에 의해 냉매의 흐름 방향이 제어됨에 따라 냉난전환기(32)측에서도 밸브기구의 간략화를 도모할 수 있을 뿐 아니라 예를 들어 상기 특허문헌 1에 기재된 공기조화장치와 같이 냉ㆍ난방 운전의 전환에 고가의 삼방밸브를 사용할 필요가 없으므로 비용 절감을 촉진시킬 수 있게된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 실외기와 실내기측의 냉난전환기를 가스관과 액관의 2관으로 접속시킨 냉난 혼재 운전 가능한 공기조화장치에서, 실외기의 압축기로부터 토출된 냉매의 일부를 실외 열교환기에서 응축시켜 액냉매로 만드는 한편, 나머지는 고압가스 분기관을 통해 분기시켜 고압가스 냉매 상태로 기액혼합수단에서 액냉매와 혼합시켜 기액 2상 냉매로 함으로써 이 기액 2상 냉매에서 액냉매와 고압가스 냉매의 쌍방에 대해 적정한 냉매 순환량을 확보할 수 있고 특히 냉방 주체 운전시 등에 실외 온도 등에 의해 난방 운전을 수행하는 실내기의 난방 능력이 손실되는 등의 사태를 방지하여 냉ㆍ난방 모든 경우에 대해 실내의 요구에 따른 확실한 공기조화를 도모할 수 있게 된다.

또한, 상기 기액혼합수단으로서 리시버탱크를 이용함으로써 장치구조의 간략화나 확실한 기액 혼합을 도모할 수 있다. 또한 실외기의 감압수단에 의해 상기 기액혼합수단으로 유입되는 액냉매와 고압가스 냉매의 유량을 제어할 수 있으므로 기액 2상 냉매에서의 액냉매와 고압가스 냉매의 유량비를 더욱 적정화시킬 수 있어 실내기측에서의 냉ㆍ난방 부하에 각각 부응하는 냉매 순환량을 보다 확실하게 확보할 수 있게 되며 특히 난방 운전을 수행하는 실내기에서의 난방능력 제어를 도모할 수 있다.

또한 실외기에 제 2 사방밸브를 설치하여 상기 고압가스 분기관과 기액혼합수단을 접속시키는 동시에 이 제 2 사방밸브와 압축기의 토출측에 마련되는 제 1 사방밸브에 의해 상기 가스관 압축기의 토출측 및 흡입측으로의 접속을 전환할 수 있도록 함으로써 실외기 구조의 간략화를 도모할 수 있다. 또한, 특히 이와 같은 구성을 채용한 경우 등에 냉ㆍ난방 운전의 전환에 의해 가스관 및 액관에서의 냉매의 흐름 방향이 반대반향이 되는 경우에도 냉난전환기측에 역지밸브에 의해 구성된 냉매의 흐름 방향 제어 기구를 마련함으로써 냉난전환밸브로 유입되는 냉매의 흐름 방향을 항상 일방향으로 할 수 있을 뿐 아니라 이 냉난전환기측에서도 밸브기구의 간략화나 비용 절감을 도모할 수 있다.