KR0143335B1 - 공기조화기 및 그 운전제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로 특히 압축기의 토출온도의 변화에 따라 냉매의 유량을 가변시킬수 있는 모세관을 구비한 공기조화기에 관한 것으로 기체 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(10)와, 고온 고압으로 압축된 기체 냉매를 상온 고압의 액냉매로 응축하는 응축기(20)와, 상온 고압의 액냉매를 기화하기 쉽도록 감압시키고 냉매의 유량을 조절하는 하나이상의 모세관(31,32,33)을 구비한 냉매유량 조절장치(30')와, 냉매유량 조절장치(30')에서 감압된 액 냉매를 기체 냉메로 증발시켜 압축기(10)에 제공하는 증발기(40)의 구성에 있어서, 압축기(10)의 토출온도의 상승에 따라 상기 냉매유량장치(30')에 의해 증발기(40)로 유입되는 냉매의 유량을 변화시킴으로써 압축기(10)의 과열을 방지할 수 있고 또한 압축기(10) 및 열교환기(20),(40)의 효율을 증대시켜 공기조화기의 냉동능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

공기조화기 및 그 운전제어방법

제1도는 종래 공기조화기의 냉방사이클도.

제2도는 모세관의 냉매조절과 압축기 흡입가스의 상태도.

제3도는 본 발명에 따른 공기조화기의 냉방사이클도.

제4도는 본 발명에 따른 공기조화기의 운전제어방법을 보인 순서도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10:압축기 20:응축기

30:모세관 30':냉매유량조절장치

31:주모세관 32,33:제1, 제2 부모세관

40:증발기 V1,V2:제1, 제2 개폐밸브

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로 특히 압축기의 토출온도에 따라 냉매 유량을 가변시킬 수 있는 모세관을 구비한 공기조화기에 관한 것이다.

제1도는 종래 공기조화기의 냉방사이클을 도시한 것이다. 제1도에 도시된 바와 같이 일반적으로 공기조화기의 기초가 되는 냉방사이클은 압축기(10), 응축기(20), 모세관(30), 증발기(40)의 일련의 장치들이 냉매관을 통해 직력연결 되어 냉매의 상태변환을 일으키는 사이클로 구성된다.

상기 구성에 있어서 압축기(10)는 증발기(40) 내에서 증발한 기체 냉매를 흡입하여 상온의 냉각수나 공기에 의해서 쉽게 액화할 수 있는 상태로 압축하여 고온 고압의 기체 냉매로 만든다. 압축기(10)를 나온 고온 고압의 기체 냉매는 응축기(20)에서 상온의 냉각수나 공기에 의해 열교환되어 상온 고압의 액 냉매로 된다. 응축기(20)에서 상태 변화한 상온 고압의 액 냉매를 증발기(40)로 보내기 전에 미리 증발하기 쉬운 상태로까지 압력을 내리는 작용을 하는 것이 모세관(30)이며 감압 작용과 동시에 액 냉매의 유량을 제어한다.

모세관(30)을 통과한 액 냉매는 증발기(40)로 유입되어 증발기(40) 주위의 공기에서 증발에 필요한 열을 빼앗으면서 증발하고, 증발기(40) 내에는 모세관(30)에서 보내져 온 액 냉매와 증발한 기체 냉매가 공존하며 액체에서 기체로 상태변화가 이루어진다.

모세관(30)은 냉방사이클에서 가장 기본적인 제어기기로서, 냉매액을 증발기(40)에 공급하여 액체의 증발에 의한 열흡수 작용이 용이하도록 압력과 온도를 감압시키며, 동시에 냉동부하의 변동에 대응하여 적정한 냉매유량을 조절, 공급하는 역할을 한다. 따라서, 모세관(30)은 항상 증발기(40)가 최대의 효과를 발휘할 수 있도록 조절되어야 한다.

제2도는 모세관(30)의 냉매조절과 압축기(10)의 흡입가스의 상태를 도시한 것이다. 제2도의 a와 같이 증발기(40)에서 냉방부하에 대해 모세관(30)을 통과한 냉매의 유량이 적절할 때 증발기(40)로 들어간 냉매가 증발기(40) 출구에서 완전히 증발을 하게 된다. 이때 압축기(10)는 액체의 증발이 완전히 끝난 상태의 건도가 1인 포화증기, 즉, 건조포화증기를 흡입하여압축하게 된다.

그러나 b와 같이 냉방부하가 감소하거나 모세관(30)을 통해 유입되는 냉매의 유량이 많을 경우에는 냉매액이 증발기(40)에서 완전히 증발하지 않는다. 따라서 압축기(10)로 흡입되는 냉매에는 냉매액이 남아 있는 상태가 된다. 이러한 습압축 상태가 계속되면 액압축을 일으켜 압축기(10)를 파손시킬 수도 있다.

b의 경우와는 반대로 c와 같이 부하가 증가했을 때 또는 모세관(30)을 통과하는 냉매의 유량이 적을 때 냉매액은 증발기(40) 출구에 이르기 전에 증발을 완전히 끝내고 다시 열을 흡수하므로 냉매증기는 증발온도보다도 온도가 상승하여 과열의 상태가 된다. 과열의 정도가 적은 경우는 문제가 없으나, 크게 되면 압축기(10)의 토출가스온도가 현저하게 상승하여 압축기(10)의 과열을 초래하게 된다.

상기한 바와 같이 냉매의 공급이 부족하면 소정의 온도를 유지하지 못하고 압축기(10)가 과열운전이 되며, 냉매의 공급이 지나치면 냉매액이 흡입되어 압축기(10)가 습압축되어 흡입구측에 성에가 끼거나 안정된 운전을 하기 곤란하게 되는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래 냉각사이클에서의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 냉동효과의 감소 및 압축기의 과열을 방지하기 위하여 압축기의 토출온도에 따라 냉매의 유량을 가변시킬 수 있는 공기조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 장치는 압축기, 응축기, 모세관, 증발기로 구성되는 일련의 장치들이 냉매관을 통해 직렬연결되어 냉매의 상태변환이 이루어지는 냉방사이클을 갖는 공기조화기에 있어서, 상기 모세관과 병렬로 연결된 하나이상의 부모세관과, 상기 부모세관의 입구에 각각 연결된 개폐밸브를 구비하여 상기 개폐밸브의 개폐에 따라 상기 증발기로 유입되는 냉매의 유량을 변화시키는 냉매유량조절장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 장치를 제어하기 위한 방법은 증발기, 압축기, 응축기, 모세관과 상기 모세관에 병렬연결된 다수개의 부모세관과 상기 부모세관에 각각 연결된 개폐밸브를 구비하여 상기 개폐밸브의 개폐에 따라 상기 증발기로 유입되는 냉매량을 조절하는 공기조화기에 있어서, 상기 압축기의 토출온도를 감지하는 과정과, 상기 감지결과 상기 압축기의 토출온도의 등급을 판단하는 과정과, 상기 판단결과 토출온도의 등급에 따라 상기 개폐밸브의 개폐여부를 결정하여 증발기로 유입되는 냉매유량을 조절하는 과정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하에는 본 발명의 일실시예에 따른 구성 및 작용효과를 상세하게 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 공기조화기의 냉방사이클을 도시한 것이다. 제3도에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 냉방사이클은 압축기(10)와, 응축기(20)와, 상온 고압의 액냉매를 기화하기 쉽도록 감압시키고 냉매의 유량을 조절하는 냉매유량조절장치(30')와, 증발기(40)가 냉매관을 통해 직렬연결되어 냉매의 상태변환이 이루어지는 일련의 사이클로 구성된다.

상기 구성에 있어서 압축기(10)는 증발기(40)내에서 증발한 기체 냉매를 흡입하여 상온의 냉각수나 공기에 의해서 쉽게 액화할 수 있는 상태로 압축하여 고온 고압의 기체 냉매로 만든다. 압축기(10)를 나온 고온 고압의 기체냉매는 응축기(20)에서 상온의 냉각수나 공기에 의해 열교환되어 상온 고압의 액 냉매로 된다. 응축기(20)에서 상태 변화한 상온 고압의 액 냉매를 증발기(40)로 보내기 전에 미리 증발하기 쉬운 상태로까지 압력을 내리는 작용을 하는 것이 냉매유량 조절장치(30')이며 감압 작용과 동시에 액 냉매의 유량을 제어한다.

본 발명에 따른 냉매유량조절장치(30')는 주모세관(31)과 압축기(10)의 토출온도의 상승에 따라 증발기(40)로 공급되는 냉매의 유량을 조절하기 위하여 주모세관(31)에 각각 병렬로 연결되는 제1부모세관(32)과 제2부모세관(33)을 구비하고, 상기 제1부모세관(32)과 상기 제2부모세관(33)은 각각 입구측에 직렬연결된 제1개폐밸브(V1)와 제2개폐밸브(V2)를 갖는다.

상기 냉매유량조절장치(30')를 통과한 액 냉매는 증발기(40)로 유입되어 증발기(40) 주위의 공기로부터 증발에 필요한 열을 빼앗으면서 증발하고, 증발기(40)내에는 냉매유량조절장치(30')에서 보내져 온 액 냉매와 증발한 기체 냉매가 공존하며 액체에서 기체로 상태 변화가 이루어진다. 또한 냉매유량조절장치(30')는 냉매액을 증발기(40)에 공급하여 액체의 증발에 의한 열흡수 작용이 용이하도록 압력과 온도를 감압시키며, 동시에 냉동부하의 변동에 대응하여 적정한 냉매유량을 조절, 공급하는 역할을 하여 항상 증발기(40)가 최대의 효과를 발휘할 수 있도록 조절한다.

제4도는 본 발명에 따른 냉매유량조절장치(30')의 제어방법을 도시한 것이다. 제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이 공기조화기의 운전이 시작되어 압축기(10)가 구동되면 단계(100)에서는 압축기(10)의 토출구측의 온도를 감지한다.

단계(110)에서는 상기 단계(100)에서 감지한 압축기(10)의 토출온도를 판단하여 감지온도가 예를 들어 95℃미만이면 단계(120)에서 제1개폐밸브(V1), 제2개폐밸브(V2)를 모두 닫아 제1부모세관(32) 및 제2부모세관(33)을 막아 냉매의 흐름을 차단한다. 압축기(10)의 토출온도는 정상이므로 증발기(40)에 주모세관(31)만을 이용해 냉매를 공급해도 압축기(10)를 무리없이 운전시킬 수 있다.

상기 단계(110)의 판단 결과 압축기(10)의 토출온도가 95℃이상이면, 단계(130)에서는 압축기(10)의 토출온도가 100℃미만의 조건을 만족하는가 판단한다. 상기 단계(130)의 판단결과 상기 토출온도가 95℃이상 100℃미만이면, 주모세관(31)이 적정량의 냉매를 증발기(40)에 공급하지 못하여 압축기(10)의 토출온도가 상승하는 것이므로 토출온도의 상승치(약 5℃)에 따라 부족한 냉매량을 판단한다.

따라서, 단계(140)에서 제1개폐밸브(V1)을 열어 주모세관(31)과 제1부모세관(32)을 통해 증발기(40)에서 기화되는 냉매양을 충당하기에 알맞은 양의 냉매를 공급하여 냉동부하의 변동에 따른 압축기(10)의 과열 및 냉동능력의 저하를 막는다.

상기 단계(130)의 판단결과 토출온도가 100℃이상이면, 단계(150)에서는 압축기(10)의 토출온도가 100℃이상 110℃미만인가를 판단하여 조건을 만족하면, 단계(160)에서 제1개폐밸브(V1) 및 제2개폐밸브(V2)를 모두 열어 주모세관(31)과 제1부모세관(32) 및 제2부모세관(33)을 통해 증발기(40)에서 기화하는데 필요로 하는 양의 냉매를 공급하여 압축기(10)의 과열을 방지한다.

단계(170)에서는 상기 단계(150)의 판단결과 압축기(10)의 토출온도가 예를 들어 110℃이상이면 냉매유량의 조절한도를 초과한 것으로 판단하여 압축기(10)의 구동을 정지시켜 무리한 운전으로 인해 압축기가 과열되는 것을 방지한다.

본 발명의 타실시예에 따른 공기조화기의 냉방사이클을 제3도의 동일도면과 동일부호를 사용하여 설명하면 다음과 같다. 제3도에 도시된 바와 같이 냉매유량조절장치(30')는 주모세관(31)과 압축기(10)의 토출온도의 상승에 따라 증발기(40)로 공급되는 냉매의 유량을 조절하기 위하여 주모세관(31)에 각각 병렬로 연결되는 다수개의 부모세관(31,32,...,N)을 구비하고 상기 부모세관(31,32,...,N)에 각각 직렬연결된 다수개의 개폐밸브(V1,V2,...,VN)로 구성되어 압축기(10)의 토출온도의 판단 범위를 좁혀 부족한 냉매량에 대해 더욱 안정된 냉방사이클을 실현할 수 있다.

상기한 본 발명의 일실시예 및 타실시예에 따른 냉매유량조절장치(30')에 의해 압축기(10)의 토출온도의 상승에 따라 증발기(40)로 유입되는 냉매의 유량을 변화시킴으로써 압축기(10)의 과열을 방지할 수 있고 또한 압축기(10)와 증발기(40) 및 응축기(20)의 효율을 증대시켜 공기조화기의 냉난방능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 고온 고압의 기체 냉매를 상온 고압의 액 냉매로 응축시키는 응축기(20)와, 상기 응축기(20)에서 응축된 액 냉매를 감압시키는 모세관(31)과, 상기 모세관(31)을 통해 증발하기 쉬운 상태로 감압된 액 냉매를 기체 냉매로 증발시키는 증발기(40)와, 상기 증발기(40)에서 증발된 기체 냉매를 흡입하여 고온 고압의 기체 냉매로 압축시켜 상기 응축기(20)로 토출하는 압축기(10)를 구비한 공기조화기에 있어서, 상기 모세관(31)과 병렬로 연결된 하나이상의 부모세관(32,33)과, 상기 부모세관(32,33)에 각각 연결된 개폐밸브(V1,V2)를 구비하여 상기 개폐밸브(V1,V2)의 개폐에 따라 상기 증발기(40)로 유입되는 냉매의 유량을 변화시키는 냉매유량조절장치(30')를 구비하여 상기 압축기(10)의 토출온도 상승을 방지하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
2. 증발기(40), 압축기(10), 응축기(20), 모세관(31)과 상기 모세관(31)에 병렬 연결된 다수개의 부모세관(32,33)과 상기 부모세관(32,33)에 각각 연결된 개폐밸브(V1,V2)를 구비하여 상기 개폐밸브(V1,V2)의 개폐에 따라 상기 증발기(40)로 유입되는 냉매량을 조절하는 공기조화기에 있어서, 상기 압축기(10)의 토출온도를 감지하는 과정(100)과, 상기 감지결과 상기 압축기(10)의 토출온도의 등급을 판단하는 과정(110,130,150)과, 상기 판단결과 토출온도의 등급에 따라 상기 개폐밸브(V1,V2)의 개폐여부를 결정하여 증발기(40)로 유입되는 냉매유량을 조절하므로써 상기 압축기의 과열을 방지하는 과정(120,140,160)을 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 운전제어방법.