KR101297382B1 - Cooling system for automatic control - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도를 정밀하게 유지할 수 있고, 시스템의 환경 변화와 냉매량의 변화에 능동적으로 대처하여 냉매의 과열도를 관리함으로써 시스템을 안정적으로 작동할 수 있게 하는 자동 제어 냉각 장치에 관한 것으로서, 냉매가 순환되는 냉매 순환라인; 상기 냉매 순환라인에 설치되고, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 냉매 순환라인에 설치되고, 상기 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 냉매 순환라인에 설치되고, 상기 응축기에 의해 응축된 냉매의 압력을 강하시키고, 냉매량을 조절하는 팽창 밸브; 상기 냉매 순환라인에 설치되고, 외부의 열을 흡수하여 상기 팽창 밸브에 통해 유입된 냉매를 증발시키는 증발기; 및 냉매의 과열도에 따라 상기 압축기에 상대적으로 저온의 냉매를 공급하는 저온 냉매 공급장치;를 포함한다.The present invention relates to an automatic control cooling device that can maintain the temperature precisely and actively operate the system by managing the superheat degree of the refrigerant by actively coping with changes in the environment and changes in the amount of the refrigerant. A refrigerant circulation line circulated; A compressor installed in the refrigerant circulation line and compressing the refrigerant; A condenser installed in the refrigerant circulation line and condensing the refrigerant compressed by the compressor; An expansion valve installed in the refrigerant circulation line to lower the pressure of the refrigerant condensed by the condenser and adjust the amount of refrigerant; An evaporator installed in the refrigerant circulation line and absorbing external heat to evaporate the refrigerant introduced through the expansion valve; And a low temperature refrigerant supply device supplying a low temperature refrigerant to the compressor according to the degree of superheat of the refrigerant.

Description

자동 제어 냉각 장치{Cooling system for automatic control}Cooling system for automatic control

본 발명은 자동 제어 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PID(proportional-integral-derivative: 비례 적분 미분) 제어를 통해 냉매의 흐름을 제어하여 온도를 정밀하게 유지할 수 있고, 시스템의 환경 변화와 냉매량의 변화에 능동적으로 대처하여 냉매의 과열도를 관리함으로써 시스템을 안정적으로 작동할 수 있게 하는 자동 제어 냉각 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic control cooling device, and more particularly, to control the flow of the refrigerant through the PID (proportional-integral-derivative) control to maintain the temperature precisely, the environment change of the system and the amount of refrigerant The present invention relates to an automatic control cooling device that can stably operate the system by managing the superheat degree of the refrigerant by actively coping with the change of the temperature.

일반적으로 각종 공조 및 냉장/냉동 시스템에 적용되는 냉각 시스템은, 크게 압축, 응축, 팽창, 증발 과정을 반복하면서 증발기를 통해 외부의 열을 흡수하는 열역학적 냉동 사이클을 이용한다. Generally, a cooling system applied to various air conditioning and refrigeration / freezing systems uses a thermodynamic refrigeration cycle that absorbs external heat through an evaporator while repeating compression, condensation, expansion, and evaporation processes.

이러한 냉각 시스템은, 일반 가정이나 사무소의 에어컨, 냉장고는 물론, 실험실이나 공장의 항온, 항습실의 공조장치, 온도 제어가 필요한 각종 실험장비 등에 널리 사용되고 있다. Such cooling systems are widely used for air conditioners and refrigerators in general homes and offices, as well as for constant temperature in laboratories and factories, air conditioners in constant humidity rooms, and various experimental equipment requiring temperature control.

종래의 냉각 시스템은, 냉매가 순환되는 냉매 순환라인에 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기가 설치되고, 상기 증발기에서 증발되는 냉매의 증발 잠열을 이용하여 외부의 열을 흡수할 수 있도록 구성된다.The conventional cooling system is provided with a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator in a refrigerant circulation line through which the refrigerant is circulated, and configured to absorb external heat by using latent heat of evaporation of the refrigerant evaporated in the evaporator.

한편, 이러한 종래의 냉각 시스템은, 주로 온도 제어를 위해 압축기의 ON/OFF 방법을 사용하거나 감온 팽창밸브를 적용하여 증발기 출구에 위치한 감온장치에서 감지한 온도에 따라 냉매의 흐름을 제어하는 방법을 사용한다.On the other hand, such a conventional cooling system, mainly using the ON / OFF method of the compressor for temperature control or by using a thermal expansion valve to control the flow of the refrigerant in accordance with the temperature detected by the temperature sensor located at the outlet of the evaporator do.

그러나, 압축기의 ON/OFF방법은 압축기의 ON/OFF 횟수가 증가하며 이에 따라 압축기의 수명이 감소되고 온도의 변화가 크게 된다. 또한, 감온 팽창밸브를 사용하는 경우 광범위한 영역에서 제어하기에는 제약이 있었다. However, in the ON / OFF method of the compressor, the number of ON / OFF times of the compressor increases, thereby reducing the life of the compressor and increasing the temperature change. In addition, there is a limit to control in a wide range when using a thermal expansion valve.

또한, 에어컨과 같이 냉동시스템에서 흡열하여 냉각시키고자 하는 열량의 변화가 상대적으로 작고 냉각시키려는 온도의 범위가 작은 경우, 감온 팽창밸브나 전자식 팽창밸브를 사용하고 있으며, 이러한 밸브는 냉매의 흡입온도 및 증발압력에 따라 팽창 밸브의 열림량을 조절하여 과열도를 일정한 범위 내에 있도록 하고 있다.In addition, when a change in heat quantity to be cooled by endothermic cooling in a refrigeration system such as an air conditioner is relatively small and the temperature range to be cooled is small, a thermal expansion valve or an electronic expansion valve is used. The amount of opening of the expansion valve is adjusted according to the evaporation pressure so that the degree of superheat is within a certain range.

그러나, 실험실용이나 산업용에서 발열부를 광범위한 온도범위 내에서 일정한 온도로 유지하도록 하는 경우, 흡열하여 냉각시키고자 하는 열량의 변화가 크고 냉각시키는 온도의 범위가 매우 크다.However, in the laboratory or industrial use, when the heating unit is maintained at a constant temperature within a wide temperature range, the change in the amount of heat to be cooled by endotherm is large and the temperature range for cooling is very large.

따라서, 실험실용이나 산업용에서 냉각 시스템을 사용하는 경우 과열도와 압축기의 증발압력이 크게 변하게 되고, 이렇게 과열도가 과도하게 증가하는 경우, 냉동 효율감소 및 압축기에서 토출하는 냉매의 압력과 온도가 증가하여 압축기에 손상을 줄 수 있으며, 과열도가 감소하여 냉매온도가 증발압력에 근접하게 되면 액압축에 의한 압축기의 손상이 발생할 수 있다. 또한, 증발압력이 압축기에서 요구하는 증발압력 이하가 되는 경우에도 압축기의 수명을 저하시키는 요인이 될 수 있다. Therefore, when the cooling system is used in a laboratory or industrial use, the superheat and the evaporation pressure of the compressor are greatly changed. When the superheat is excessively increased, the refrigerant efficiency and the pressure and temperature of the refrigerant discharged from the compressor are increased. The compressor may be damaged, and if the superheat is reduced and the refrigerant temperature approaches the evaporation pressure, the compressor may be damaged by the liquid compression. In addition, even if the evaporation pressure is less than the evaporation pressure required by the compressor may be a factor that reduces the life of the compressor.

그러므로, 종래에는 흡열하여 냉각시키고자 하는 열량의 변화가 크고 냉각시키는 온도의 범위가 큰 경우, 하나의 밸브를 사용하여 냉각시스템을 안정적으로 가동하기는 어려움이 있었다. Therefore, in the related art, when a change in the amount of heat to be cooled by endotherm is large and the temperature range for cooling is large, it is difficult to stably operate the cooling system using one valve.

본 발명의 사상은, 흡열하여 냉각시키고자 하는 열량변화가 크고 냉각시키는 온도 범위가 넓은 실험실용 또는 산업용 냉각 시스템이라 하더라도 온도를 정밀하게 제어하고, 시스템을 보다 안정적으로 작동시킬 수 있게 하는 자동 제어 냉각 장치을 제공함에 있다. The idea of the present invention is to control the temperature precisely even in a laboratory or industrial cooling system having a large amount of heat change to be cooled by endotherm and having a large temperature range, and automatically controlled cooling to enable the system to operate more stably. In providing a device.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 자동 제어 냉각 장치은, 냉매가 순환되는 냉매 순환라인; 상기 냉매 순환라인에 설치되고, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 냉매 순환라인에 설치되고, 상기 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 냉매 순환라인에 설치되고, 상기 응축기에 의해 응축된 냉매의 압력을 강하시키고, 냉매량을 조절하는 팽창 밸브; 상기 냉매 순환라인에 설치되고, 외부의 열을 흡수하여 상기 팽창 밸브에 통해 유입된 냉매를 증발시키는 증발기; 및 냉매의 과열도에 따라 상기 압축기에 상대적으로 저온의 냉매를 공급하는 저온 냉매 공급장치;를 포함한다.Automatic control cooling apparatus according to the spirit of the present invention for solving the above problems, the refrigerant circulation line circulating the refrigerant; A compressor installed in the refrigerant circulation line and compressing the refrigerant; A condenser installed in the refrigerant circulation line and condensing the refrigerant compressed by the compressor; An expansion valve installed in the refrigerant circulation line to lower the pressure of the refrigerant condensed by the condenser and adjust the amount of refrigerant; An evaporator installed in the refrigerant circulation line and absorbing external heat to evaporate the refrigerant introduced through the expansion valve; And a low temperature refrigerant supply device supplying a low temperature refrigerant to the compressor according to the degree of superheat of the refrigerant.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 저온 냉매 공급장치는, 상기 증발기를 거치지 않고 상기 응축기와 압축기를 바이패스방식으로 연결하는 저온 냉매 공급라인; 상기 저온 냉매 공급라인에 설치되어 저온 냉매의 공급 유량을 조절하는 저온 냉매 공급 밸브; 및 상기 압축기로 공급되는 냉매의 과열도를 산출하여 상기 저온 냉매 공급 밸브를 제어하는 제어장치;를 포함할 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, the low temperature refrigerant supply device, a low temperature refrigerant supply line for connecting the condenser and the compressor by a bypass method without passing through the evaporator; A low temperature refrigerant supply valve installed in the low temperature refrigerant supply line to control a supply flow rate of the low temperature refrigerant; And a control device for controlling the low temperature refrigerant supply valve by calculating the degree of superheat of the refrigerant supplied to the compressor.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제어장치는, 상기 압축기로 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 압축기로 공급되는 냉매의 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 압력센서로 측정된 냉매의 증발 압력(Pe)에 해당되는 냉매의 포화온도(Te)를 상기 온도센서로 측정된 냉매의 온도(Ts)에서 차감한 온도차(과열도)가 고온 기준치 이상인 경우, 상기 저온 냉매 공급 밸브에 저온 냉매 공급신호를 인가하는 제어부;를 포함할 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, the control device, the temperature sensor for measuring the temperature of the refrigerant supplied to the compressor; A pressure sensor for measuring the pressure of the refrigerant supplied to the compressor; And a temperature difference (superheat degree) obtained by subtracting the saturation temperature Te of the refrigerant corresponding to the evaporation pressure Pe of the refrigerant measured by the pressure sensor from the temperature Ts of the refrigerant measured by the temperature sensor is higher than a high temperature reference value. And a controller configured to apply a low temperature refrigerant supply signal to the low temperature refrigerant supply valve.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 냉매의 과열도 또는 증발 압력에 따라 상기 압축기에 상대적으로 고온의 냉매를 공급하는 고온 냉매 공급장치;를 더 포함할 수 있고, 상기 고온 냉매 공급장치는, 상기 증발기를 거치지 않고 상기 응축기와 압축기를 바이패스방식으로 연결하는 고온 냉매 공급라인; 상기 고온 냉매 공급라인에 설치되어 고온 냉매의 공급 유량을 조절하는 고온 냉매 공급 밸브; 상기 고온 냉매 공급라인에 설치되어 냉매를 2차 응축하는 보조 응축기; 및 상기 압축기로 공급되는 냉매의 과열도 또는 증발 압력을 산출하여 상기 고온 냉매 공급 밸브를 제어하는 제어장치;를 포함할 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, a high temperature refrigerant supply device for supplying a relatively high temperature refrigerant to the compressor in accordance with the superheat degree or evaporation pressure of the refrigerant; may further include, the high temperature refrigerant supply device, the evaporator A high temperature refrigerant supply line for connecting the condenser and the compressor by a bypass method without passing through; A high temperature refrigerant supply valve installed in the high temperature refrigerant supply line to control a supply flow rate of the high temperature refrigerant; An auxiliary condenser installed in the high temperature refrigerant supply line to condense the secondary refrigerant; And a control device for controlling the high temperature refrigerant supply valve by calculating the superheat degree or the evaporation pressure of the refrigerant supplied to the compressor.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제어장치는, 상기 압축기로 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 압축기로 공급되는 냉매의 압력을 측정하는 압력센서; 및 상기 고온 냉매 공급 밸브에 제어신호를 인가하는 제어부;를 포함할 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, the control device, the temperature sensor for measuring the temperature of the refrigerant supplied to the compressor; A pressure sensor for measuring the pressure of the refrigerant supplied to the compressor; And a controller configured to apply a control signal to the high temperature refrigerant supply valve.

또한, 본 발명의 사상에 따르면, 상기 제어부는, 상기 압력센서로 측정된 냉매의 증발 압력(Pe)에 해당되는 냉매의 포화온도(Te)를 상기 온도센서로 측정된 냉매의 온도(Ts)에서 차감한 온도차(과열도)가 저온 기준치 미만인 경우, 상기 고온 냉매 공급 밸브에 고온 냉매 공급신호를 인가하거나, 상기 압력센서로 측정된 냉매의 증발 압력(Pe)이 제조사의 안전압력(Ps) 미만인 경우, 상기 고온 냉매 공급 밸브에 고온 냉매 공급신호를 인가할 수 있다.In addition, according to the spirit of the present invention, the control unit, the saturation temperature (Te) of the refrigerant corresponding to the evaporation pressure (Pe) of the refrigerant measured by the pressure sensor at the temperature (Ts) of the refrigerant measured by the temperature sensor When the subtracted temperature difference (superheat) is less than the low temperature reference value, a high temperature refrigerant supply signal is applied to the high temperature refrigerant supply valve, or the evaporation pressure Pe of the refrigerant measured by the pressure sensor is less than the manufacturer's safety pressure Ps. The high temperature refrigerant supply signal may be applied to the high temperature refrigerant supply valve.

본 발명의 사상에 따른 자동 제어 냉각 장치은, 외부에서 유입되는 열량의 변화에 민감하게 반응할 수 있도록 냉매의 유량을 PID 제어하여 온도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 자동 온도 조절 중 발생할 수 있는 시스템의 과열도 증가 및 저하를 방지하고 냉매의 흡입압력을 압축기 제조사의 안전 압력 이상으로 유지하도록 시스템을 안정적으로 운영할 수 있으며, 시스템의 고장을 사전에 예방하여 안전한 시스템 운영을 가능하게 할 수 있는 효과를 갖는 것이다.The automatic control cooling apparatus according to the spirit of the present invention can precisely control the temperature by PID control the flow rate of the refrigerant so as to react sensitively to the change in the amount of heat introduced from the outside, The system can be operated stably to prevent the increase and decrease of superheat, and to maintain the suction pressure of the refrigerant above the safety pressure of the compressor manufacturer, and to prevent the failure of the system in advance, thereby enabling the safe operation of the system. To have.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제어 냉각 장치을 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 자동 제어 냉각 장치의 정상 운영 상태를 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 1의 자동 제어 냉각 장치의 과열도가 기준치 보다 높은 경우, 저온 냉매 공급 상태를 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 1의 자동 제어 냉각 장치의 과열도가 기준치 이하거나 냉매의 증발 압력이 압축기 제조사의 안전 압력 미만일 경우, 고온 냉매 공급 상태를 나타내는 개념도이다.
도 5는 도 1의 제어부의 연결상태를 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 사상에 따른 자동 제어 냉각 장치의 운영 방법을 순서에 따라 예시하여 나타내는 순서도이다.1 is a conceptual diagram illustrating an automatic control cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a normal operating state of the automatic control cooling device of FIG. 1.
3 is a conceptual diagram illustrating a low temperature refrigerant supply state when the superheat degree of the automatic control cooling device of FIG. 1 is higher than a reference value.
4 is a conceptual diagram illustrating a high temperature refrigerant supply state when the degree of superheat of the automatic control cooling apparatus of FIG.
5 is a conceptual diagram illustrating a connection state of the controller of FIG. 1.
6 is a flowchart illustrating a method of operating the automatic control cooling apparatus according to the spirit of the present invention in order.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제어 냉각 장치을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예에 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. 다른 한정이 없는 한, 첨부 도면에서 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타낸다.Hereinafter, an automatic control cooling apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. The same reference numerals denote the same elements at all times. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings. Unless defined otherwise, like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제어 냉각 장치을 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating an automatic control cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 1에 개념적으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제어 냉각 장치은, 냉매가 순환되는 냉매 순환라인(A1, A2, A3, A4, A5)과, 상기 냉매 순환라인(A1, A2, A3, A4, A5)에 설치되는, 응축기(20), 팽창 밸브(30), 증발기(40), 저온 냉매 공급장치 및 고온 냉매 공급장치를 포함하는 구성이다.First, as conceptually shown in FIG. 1, the automatic control cooling apparatus according to an embodiment of the present invention includes a refrigerant circulation line A1, A2, A3, A4, and A5 through which a refrigerant is circulated, and the refrigerant circulation line ( It is a structure including the condenser 20, the expansion valve 30, the evaporator 40, the low temperature refrigerant supply apparatus, and the high temperature refrigerant supply apparatus provided in A1, A2, A3, A4, A5.

여기서, 상기 응축기(20)는, 상기 압축기(10)에 의해 압축된 냉매를 응축하는 것이다. 또한, 상기 팽창 밸브(30)는, 상기 응축기(20)에 의해 응축된 냉매의 압력을 강하시키고, 증발기 내 냉매량을 조절하는 것이다. 또한, 상기 증발기(40)는, 상기 냉매 순환라인(A1, A2, A3, A4, A5)에 설치되고, 외부의 열을 흡수하여 상기 팽창 밸브(30)를 통해 유입된 냉매를 증발시키는 것이다.Here, the condenser 20 condenses the refrigerant compressed by the compressor 10. In addition, the expansion valve 30 lowers the pressure of the refrigerant condensed by the condenser 20 and adjusts the amount of refrigerant in the evaporator. In addition, the evaporator 40 is installed in the refrigerant circulation lines A1, A2, A3, A4, and A5 to absorb external heat to evaporate the refrigerant introduced through the expansion valve 30.

특히, 본 발명의 상기 저온 냉매 공급장치는, 냉매의 과열도가 과도하게 증가하는 경우, 상기 팽창 밸브(30)를 통해 유입된 냉매에 상대적으로 저온의 냉매를 공급하여 상기 압축기(10)에 공급되는 냉매의 과열도를 낮추는 것으로서, 상기 증발기(40)를 거치지 않고 상기 응축기(20)와 압축기(10)를 바이패스방식으로 연결하는 저온 냉매 공급라인(B1, B2, B3)과, 상기 저온 냉매 공급라인(B1, B2, B3)에 설치되어 저온 냉매의 공급 유량을 조절하는 저온 냉매 공급 밸브(50) 및 상기 압축기(10)로 공급되는 냉매의 과열도를 산출하여 상기 저온 냉매 공급 밸브(50)를 제어하는 제어장치를 포함할 수 있다.In particular, the low temperature refrigerant supply apparatus of the present invention, when the superheat degree of the refrigerant is excessively increased, the low temperature refrigerant supplied to the refrigerant introduced through the expansion valve 30 to supply to the compressor 10 By lowering the superheat degree of the refrigerant to be cooled, the low temperature refrigerant supply line (B1, B2, B3) and the low temperature refrigerant connecting the condenser 20 and the compressor 10 in a bypass manner without passing through the evaporator 40 The low temperature refrigerant supply valve 50 is installed in the supply lines B1, B2, and B3 to calculate the superheat degree of the refrigerant supplied to the compressor 10 and the low temperature refrigerant supply valve 50 for controlling a supply flow rate of the low temperature refrigerant. It may include a control device for controlling).

여기서, 상기 제어장치는, 상기 압축기(10)로 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서(T1)와, 상기 압축기(10)로 공급되는 냉매의 압력을 측정하는 압력센서(P1) 및 상기 압력센서(P1)로 측정된 냉매의 증발 압력(Pe)에 해당되는 냉매의 포화온도(Te)를 상기 온도센서(T1)로 측정된 냉매의 온도(Ts)에서 차감한 온도차(과열도)가 고온 기준치 이상인 경우, 상기 저온 냉매 공급 밸브(50)에 저온 냉매 공급신호를 인가하는 제어부(100)를 포함할 수 있다.Here, the control device, the temperature sensor (T1) for measuring the temperature of the refrigerant supplied to the compressor 10, the pressure sensor (P1) for measuring the pressure of the refrigerant supplied to the compressor 10 and the pressure The temperature difference (superheat degree) obtained by subtracting the saturation temperature Te of the refrigerant corresponding to the evaporation pressure Pe of the refrigerant measured by the sensor P1 from the temperature Ts of the refrigerant measured by the temperature sensor T1 is high. When the reference value is greater than or equal to, the controller 100 may be configured to apply a low temperature refrigerant supply signal to the low temperature refrigerant supply valve 50.

이러한 상기 고온 기준치는, 냉매의 종류나 외부 환경, 작동 조건 등에 따라 달라질 수 있으나 예를 들어 20K (20도)인 것이 가능하다.The high temperature reference value may vary depending on the type of refrigerant, external environment, operating conditions, etc., but may be, for example, 20K (20 degrees).

또한, 상기 고온 냉매 공급장치는, 냉매의 과열도가 저온 기준치 미만인 경우, 상기 압축기(10)에 상대적으로 고온의 냉매를 공급하는 것으로서, 상기 증발기(40)를 거치지 않고 상기 응축기(20)와 압축기(10)를 바이패스방식으로 연결하는 고온 냉매 공급라인(C1, C2)과, 상기 고온 냉매 공급라인(C1, C2)에 설치되어 고온 냉매의 공급 유량을 조절하는 고온 냉매 공급 밸브(60)와, 상기 고온 냉매 공급라인(C1, C2)에 설치되어 냉매를 2차 응축하는 보조 응축기(70) 및 상기 압축기(10)로 공급되는 냉매의 과열도 및 증발 압력에 따라 상기 고온 냉매 공급 밸브(60)를 제어하는 제어장치를 포함할 수 있다.In addition, the high temperature refrigerant supply device is to supply a high temperature refrigerant to the compressor 10 when the superheat degree of the refrigerant is lower than the low temperature reference value, and the condenser 20 and the compressor without passing through the evaporator 40. High temperature refrigerant supply line (C1, C2) for connecting the 10 by a bypass method, and a high temperature refrigerant supply valve (60) installed in the high temperature refrigerant supply line (C1, C2) to control the flow rate of the high temperature refrigerant and The high temperature refrigerant supply valve 60 is installed in the high temperature refrigerant supply lines C1 and C2 according to the superheat degree and the evaporation pressure of the auxiliary condenser 70 and the refrigerant supplied to the compressor 10. It may include a control device for controlling).

여기서, 상기 제어장치는, 상술된 온도센서(T1)와, 압력센서(P1) 및 상기 고온 냉매 공급 밸브(60)에 제어신호를 인가하는 제어부(100)를 포함할 수 있다.Here, the control device may include a control unit 100 for applying a control signal to the above-described temperature sensor (T1), pressure sensor (P1) and the high temperature refrigerant supply valve (60).

또한, 상기 제어부(100)는, 상기 압력센서(P1)로 측정된 냉매의 증발 압력(Pe)에 해당되는 냉매의 포화온도(Te)를 상기 온도센서(T1)로 측정된 냉매의 온도(Ts)에서 차감한 온도차(과열도)가 저온 기준치 미만인 경우, 상기 고온 냉매 공급 밸브(60)에 고온 냉매 공급신호를 인가할 수 있다.In addition, the controller 100 may measure the saturation temperature Te of the refrigerant corresponding to the evaporation pressure Pe of the refrigerant measured by the pressure sensor P1 and the temperature Ts of the refrigerant measured by the temperature sensor T1. In the case where the temperature difference (superheat degree) subtracted from) is less than the low temperature reference value, a high temperature refrigerant supply signal may be applied to the high temperature refrigerant supply valve 60.

여기서, 상기 저온 기준치는, 냉매의 종류나 외부 환경, 작동 조건 등에 따라 달라질 수 있으나 통상적으로 5K (5캘빈)인 것이 바람직하다.Here, the low temperature reference value may vary depending on the type of refrigerant, external environment, operating conditions, etc., but is typically 5K (5 Kelvin).

또한, 상기 제어부(100)는, 상기 압력센서(P1)로 측정된 냉매의 증발 압력(Pe)이 제조사의 안전압력(Ps) 미만인 경우, 상기 고온 냉매 공급 밸브(60)에 고온 냉매 공급신호를 인가할 수 있다.In addition, when the evaporation pressure Pe of the refrigerant measured by the pressure sensor P1 is less than the manufacturer's safety pressure Ps, the controller 100 sends a high temperature refrigerant supply signal to the high temperature refrigerant supply valve 60. Can be authorized.

이러한 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 자동 제어 냉각 장치의 동작 관계를 보다 상세하게 설명한다.The operation relationship of the automatic control cooling apparatus according to the preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 6은 본 발명의 사상에 따른 자동 제어 냉각 장치의 운영 방법을 순서에 따라 예시하여 나타내는 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of operating the automatic control cooling apparatus according to the spirit of the present invention in order.

도 2는 도 1의 자동 제어 냉각 장치의 정상 운영 상태를 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a normal operating state of the automatic control cooling device of FIG. 1.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 자동 제어 냉각 장치이 정상적으로 운영되는 경우, 즉, 상기 압축기(10)로 공급되는 냉매가 적정 온도와 압력일 경우에는 상기 제어부(100)가 상기 저온 냉매 공급 밸브(50) 및 고온 냉매 공급 밸브(60)에 모두 닫힘신호를 인가하고, 상기 팽창 밸브(30)에만 PID 제어에 따른 열림신호를 인가하여 상기 냉매가 도 2의 상기 냉매 순환라인(A1, A2, A3, A4, A5)을 따라 순환될 수 있다(S1).As shown in FIG. 6, when the automatic control cooling apparatus is normally operated, that is, when the refrigerant supplied to the compressor 10 is at an appropriate temperature and pressure, the controller 100 controls the low temperature refrigerant supply valve 50. ) And a high temperature refrigerant supply valve 60 and a closing signal, and an opening signal according to PID control is applied to only the expansion valve 30 so that the refrigerant is in the refrigerant circulation lines A1, A2, A3, and FIG. 2. It may be circulated along A4 and A5 (S1).

이어서, 실시간으로 상기 온도센서(T1)와 압력센서(P1)가 냉매의 온도(Ts) 및 냉매의 증발 압력(Pe)을 측정한다(S2).Subsequently, the temperature sensor T1 and the pressure sensor P1 measure the temperature Ts of the refrigerant and the evaporation pressure Pe of the refrigerant in real time (S2).

이어서, 상기 제어부(100)가 상기 압력센서(P1)로 측정된 냉매의 증발 압력(Pe)에 해당되는 냉매의 포화온도(Te)를 환산표를 이용하여 환산한다(S3).Subsequently, the controller 100 converts the saturation temperature Te of the refrigerant corresponding to the evaporation pressure Pe of the refrigerant measured by the pressure sensor P1 using the conversion table (S3).

이어서, 상기 온도센서(T1)로 측정된 냉매의 온도(Ts)에서 상기 냉매의 포화온도(Te)를 차감한 온도차(Ts-Te: 과열도)가 고온 기준치인 20K 이상인 경우(S4), 상기 제어부(100)는 이를 과열 상태로 판단하여 상기 저온 냉매 공급 밸브(50)에 저온 냉매 공급신호(열림신호)를 인가한다(S5).Subsequently, when the temperature difference (Ts-Te: overheating degree) obtained by subtracting the saturation temperature Te of the refrigerant from the temperature Ts of the refrigerant measured by the temperature sensor T1 is 20K or more, which is a high temperature reference value (S4), The controller 100 determines this as an overheat state and applies a low temperature refrigerant supply signal (open signal) to the low temperature refrigerant supply valve 50 (S5).

이 때, 상기 제어부(100)는 상기 팽창 밸브(30)에는 열림신호를 인가하고, 증발 압력이 안전 압력 이상인 경우, 상기 고온 냉매 공급 밸브(60)에는 닫힘신호를 인가한다.At this time, the controller 100 applies an opening signal to the expansion valve 30, and applies a closing signal to the high temperature refrigerant supply valve 60 when the evaporation pressure is greater than or equal to the safety pressure.

여기서, 도 3은 도 1의 자동 제어 냉각 장치에서 시스템의 과열도가 고온 기준치 이상인 경우, 저온 냉매 공급 상태를 나타내는 개념도이다. 이러한 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 냉매 순환라인(A1, A2, A3)을 통과한 후, 상기 증발기(40)를 통과하지 않고, 상기 저온 냉매 순환라인(B1, B2, B3)을 바이패스 통과한 저온의 냉매가 상기 냉매 순환라인(A5)을 통해 기존의 냉매 순환라인(A1, A2, A3, A4, A5)을 통해 공급되는 과열된 냉매와 혼합된 상태로 상기 압축기(10)로 공급되어 과열도가 고온 기준치 이하가 되도록 제어할 수 있는 것이다. 3 is a conceptual diagram illustrating a low temperature refrigerant supply state when the superheat degree of the system in the automatic control cooling device of FIG. 1 is equal to or higher than a high temperature reference value. As shown in FIG. 3, after passing through the refrigerant circulation lines A1, A2 and A3, the low temperature refrigerant circulation lines B1, B2 and B3 are bypassed without passing through the evaporator 40. The low temperature refrigerant passed through the refrigerant circulation line A5 is supplied to the compressor 10 in a state of being mixed with the superheated refrigerant supplied through the existing refrigerant circulation lines A1, A2, A3, A4, and A5. The superheat can be controlled to be below the high temperature reference value.

그러므로, 상기 압축기(10)로 공급되는 냉매의 온도 및 압력이 적정상태를 유지할 수 있는 것이다.Therefore, the temperature and pressure of the refrigerant supplied to the compressor 10 can maintain a proper state.

이어서, 상기 온도센서(T1)로 측정된 냉매의 온도(Ts)에서 상기 냉매의 포화온도(Te)를 차감한 온도차(Ts-Te: 과열도)가 저온 기준치인 5K 미만인 경우(S6) 또는, 상기 압력센서(P1)로 측정된 냉매의 증발 압력(Pe)이 제조사의 안전압력(Ps) 미만인 경우, 상기 제어부(100)는 상기 고온 냉매 공급 밸브(60)에 고온 냉매 공급신호(열림신호)를 인가한다(S7).Subsequently, when the temperature difference (Ts-Te: superheat) subtracting the saturation temperature Te of the refrigerant from the temperature Ts of the refrigerant measured by the temperature sensor T1 is less than 5K, which is a low temperature reference value (S6), or When the evaporation pressure Pe of the refrigerant measured by the pressure sensor P1 is less than the manufacturer's safety pressure Ps, the controller 100 supplies a high temperature refrigerant supply signal (open signal) to the high temperature refrigerant supply valve 60. Apply (S7).

이 때, 상기 제어부(100)는 상기 팽창 밸브(30)에는 열림신호를 인가하고, 과열도가 고온 기준치 미만인 경우, 상기 저온 냉매 공급 밸브(50)에는 닫힘신호를 인가한다.At this time, the controller 100 applies an opening signal to the expansion valve 30, and applies a closing signal to the low temperature refrigerant supply valve 50 when the superheat degree is lower than the high temperature reference value.

여기서, 도 4는 도 1의 자동 제어 냉각 장치에서 과열도가 저온 기준치 미만이거나 증발 압력이 안전 압력 미만인 경우, 고온 냉매가 공급되는 상태를 나타내는 개념도이다. 이러한 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 냉매 순환라인(A1, A2, A3)을 통과한 후, 상기 증발기(40)를 통과하지 않고, 상기 저온 냉매 순환라인(B1)을 바이패스 통과한 냉매가 상기 고온 냉매 순환라인(C1, C2) 및 보조 응축기(70)를 통해 2차로 응축되어 고온 상태로 기존의 냉매 순환라인(A1, A2, A3, A4, A5)을 통해 공급되는 냉매와 혼합되어 상기 압축기(10)로 공급될 수 있는 것이다. 4 is a conceptual diagram illustrating a state in which a high temperature refrigerant is supplied when the degree of superheat is less than the low temperature reference value or the evaporation pressure is less than the safety pressure in the automatic control cooling device of FIG. 1. As shown in FIG. 4, after passing through the refrigerant circulation lines A1, A2, and A3, the refrigerant passing through the low temperature refrigerant circulation line B1 without passing through the evaporator 40 is passed. The condensed secondary through the high temperature refrigerant circulation line (C1, C2) and the auxiliary condenser 70 is mixed with the refrigerant supplied through the existing refrigerant circulation line (A1, A2, A3, A4, A5 in a high temperature state and the It can be supplied to the compressor (10).

그러므로, 냉각 시스템에 고온의 냉매가 혼합되면서 냉매의 과열도를 높이거나 증발 압력을 높여 상기 압축기(10)로 공급되는 냉매의 온도 및 압력이 적정상태를 유지할 수 있는 것이다.Therefore, while the high temperature refrigerant is mixed in the cooling system, the temperature and pressure of the refrigerant supplied to the compressor 10 may be maintained at an appropriate state by increasing the superheat degree of the refrigerant or increasing the evaporation pressure.

이어서, 계속 여부에 따라 실제 온도와 설정 온도에 따른 PID제어를 통해 팽창 밸브의 열림량을 제어하고, 상기 압축기(10)로 공급되는 냉매의 온도 및 압력을 실시간 측정하여 과열도 및 증발 압력에 따라 저온의 냉매 또는 고온의 냉매를 공급하는 일련의 과정을 반복할 수 있다(S8). Subsequently, the opening amount of the expansion valve is controlled by PID control according to the actual temperature and the set temperature according to whether to continue, and the temperature and the pressure of the refrigerant supplied to the compressor 10 are measured in real time according to the superheat degree and the evaporation pressure. A series of processes for supplying a low temperature coolant or a high temperature coolant may be repeated (S8).

한편, 이러한 상기 제어부(100)는, 냉매의 온도 및 압력을 복합적으로 판단하여 별도의 프로그램에 의해 상기 고온의 냉매 또는 저온의 냉매를 실시간으로 상기 압축기(10)에 공급함으로써 최적의 상태로 안정된 운영을 가능하게 하고, 고장을 사전에 예방하는 안전한 운전이 가능한 것이다. On the other hand, the control unit 100, by determining the temperature and pressure of the refrigerant in combination to supply the high temperature or low temperature refrigerant to the compressor 10 in real time by a separate program in a stable operation in an optimal state It is possible to drive safely and to prevent the failure in advance.

본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.It is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.Accordingly, the scope of claim of the present invention is not limited within the scope of the detailed description, but will be defined by the following claims and technical ideas thereof.

A1, A2, A3, A4, A5: 냉매 순환라인 10: 압축기
20: 응축기 30: 팽창 밸브
40: 증발기 B1, B2, B3: 저온 냉매 공급라인
50: 저온 냉매 공급 밸브 T1: 온도센서
P1: 압력센서 100: 제어부
C1, C2: 고온 냉매 공급라인 60: 고온 냉매 공급 밸브
70: 보조 응축기A1, A2, A3, A4, A5: Refrigerant circulation line 10: Compressor
20: condenser 30: expansion valve
40: evaporator B1, B2, B3: low temperature refrigerant supply line
50: low temperature refrigerant supply valve T1: temperature sensor
P1: pressure sensor 100: control unit
C1, C2: high temperature refrigerant supply line 60: high temperature refrigerant supply valve
70: auxiliary condenser

Claims (9)

냉매가 순환되는 냉매 순환라인;
상기 냉매 순환라인에 설치되고, 냉매를 압축하는 압축기;
상기 냉매 순환라인에 설치되고, 상기 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축하는 응축기;
상기 냉매 순환라인에 설치되고, 상기 응축기에 의해 응축된 냉매의 압력을 강하시키고, 냉매량을 조절하는 팽창 밸브;
상기 냉매 순환라인에 설치되고, 외부의 열을 흡수하여 상기 팽창 밸브에 통해 유입된 냉매를 증발시키는 증발기;
냉매의 과열도에 따라 상기 압축기에, 상기 압축기로 공급되는 냉매의 온도 보다 낮은 저온의 냉매를 공급하는 저온 냉매 공급장치; 및
냉매의 과열도 또는 증발 압력에 따라 상기 압축기에, 상기 압축기로 공급되는 냉매의 온도 보다 높은 고온의 냉매를 공급하는 고온 냉매 공급장치;를 포함하고,
상기 저온 냉매 공급장치는,
상기 증발기를 거치지 않고 상기 응축기와 압축기를 바이패스방식으로 연결하는 저온 냉매 공급라인;
상기 저온 냉매 공급라인에 설치되어 저온 냉매의 공급 유량을 조절하는 저온 냉매 공급 밸브; 및
상기 압축기로 공급되는 냉매의 과열도를 산출하여 상기 저온 냉매 공급 밸브를 제어하는 제어장치;를 포함하며,
상기 고온 냉매 공급장치는,
상기 증발기를 거치지 않고 상기 응축기와 압축기를 바이패스방식으로 연결하는 고온 냉매 공급라인;
상기 고온 냉매 공급라인에 설치되어 고온 냉매의 공급 유량을 조절하는 고온 냉매 공급 밸브;
상기 고온 냉매 공급라인에 설치되어 냉매를 2차 응축하는 보조 응축기; 및
상기 압축기로 공급되는 냉매의 과열도 또는 증발 압력을 산출하여 상기 고온 냉매 공급 밸브를 제어하는 제어장치;를 포함하며,
상기 제어장치는,
상기 압축기로 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서;
상기 압축기로 공급되는 냉매의 압력을 측정하는 압력센서; 및
상기 저온 냉매 공급 밸브에 저온 냉매 공급신호를 인가하고, 상기 고온 냉매 공급 밸브에 제어신호를 인가하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 제어 냉각 장치.A refrigerant circulation line through which the refrigerant is circulated;
A compressor installed in the refrigerant circulation line and compressing the refrigerant;
A condenser installed in the refrigerant circulation line and condensing the refrigerant compressed by the compressor;
An expansion valve installed in the refrigerant circulation line to lower the pressure of the refrigerant condensed by the condenser and adjust the amount of refrigerant;
An evaporator installed in the refrigerant circulation line and absorbing external heat to evaporate the refrigerant introduced through the expansion valve;
A low temperature refrigerant supply device for supplying a refrigerant having a lower temperature than that of the refrigerant supplied to the compressor, according to the degree of superheat of the refrigerant; And
And a high temperature refrigerant supply device configured to supply a high temperature refrigerant higher than a temperature of the refrigerant supplied to the compressor, to the compressor according to the superheat degree or the evaporation pressure of the refrigerant.
The low temperature refrigerant supply device,
A low temperature refrigerant supply line connecting the condenser and the compressor by a bypass method without passing through the evaporator;
A low temperature refrigerant supply valve installed in the low temperature refrigerant supply line to control a supply flow rate of the low temperature refrigerant; And
And a control device for controlling the low temperature refrigerant supply valve by calculating the superheat degree of the refrigerant supplied to the compressor.
The high temperature refrigerant supply device,
A high temperature refrigerant supply line connecting the condenser and the compressor by a bypass method without passing through the evaporator;
A high temperature refrigerant supply valve installed in the high temperature refrigerant supply line to control a supply flow rate of the high temperature refrigerant;
An auxiliary condenser installed in the high temperature refrigerant supply line to condense the secondary refrigerant; And
And a control device for controlling the high temperature refrigerant supply valve by calculating the superheat degree or the evaporation pressure of the refrigerant supplied to the compressor.
The control device includes:
A temperature sensor measuring a temperature of a refrigerant supplied to the compressor;
A pressure sensor for measuring the pressure of the refrigerant supplied to the compressor; And
And a controller configured to apply a low temperature refrigerant supply signal to the low temperature refrigerant supply valve and to apply a control signal to the high temperature refrigerant supply valve. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 압력센서로 측정된 냉매의 증발 압력(Pe)에 해당되는 냉매의 포화온도(Te)를 상기 온도센서로 측정된 냉매의 온도(Ts)에서 차감한 온도차(과열도)가 고온 기준치 이상인 경우, 상기 저온 냉매 공급 밸브에 저온 냉매 공급신호를 인가하고,
상기 압력센서로 측정된 냉매의 증발 압력(Pe)에 해당되는 냉매의 포화온도(Te)를 상기 온도센서로 측정된 냉매의 온도(Ts)에서 차감한 온도차(과열도)가 저온 기준치 미만인 경우, 상기 고온 냉매 공급 밸브에 고온 냉매 공급신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 자동 제어 냉각 장치.The method of claim 1,
The control unit,
When the temperature difference (superheat degree) obtained by subtracting the saturation temperature Te of the refrigerant corresponding to the evaporation pressure Pe of the refrigerant measured by the pressure sensor from the temperature Ts of the refrigerant measured by the temperature sensor is higher than or equal to a high temperature reference value, Applying a low temperature refrigerant supply signal to the low temperature refrigerant supply valve,
When the temperature difference (superheat degree) obtained by subtracting the saturation temperature Te of the refrigerant corresponding to the evaporation pressure Pe of the refrigerant measured by the pressure sensor from the temperature Ts of the refrigerant measured by the temperature sensor is less than the low temperature reference value, And a high temperature refrigerant supply signal is applied to the high temperature refrigerant supply valve. 제 1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 압력센서로 측정된 냉매의 증발 압력(Pe)이 제조사의 안전압력(Ps) 미만인 경우, 상기 고온 냉매 공급 밸브에 고온 냉매 공급신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 자동 제어 냉각 장치. The method of claim 1,
And the controller is configured to apply a high temperature refrigerant supply signal to the high temperature refrigerant supply valve when the evaporation pressure Pe of the refrigerant measured by the pressure sensor is less than the manufacturer's safety pressure Ps. 제 1항에 있어서,
상기 팽창 밸브는, PID제어되는 밸브인 것을 특징으로 하는 자동 제어 냉각 장치.The method of claim 1,
And said expansion valve is a valve that is PID controlled.
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