KR101973203B1 - 공조 냉각 일체형 시스템 - Google Patents

공조 냉각 일체형 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제 1 압축기 및 제 1 실내 열교환기를 포함하며, 제 1 냉매 사이클을 형성하는 공조부, 제 2 압축기 및 제 2 실내 열교환기를 포함하며, 제 2 냉매 사이클을 형성하는 냉각부, 제 1 냉매 사이클을 형성하는 제 1 열교환부 및 제 2 냉매 사이클을 형성하는 제 2 열교환부를 포함하는 실외 열교환기, 실외 열교환기의 일측에 제공되어, 제 1 열교환부 및 제 2 열교환부에 실외공기를 불어주는 송풍팬을 더 포함하며, 냉각부에 배치되어, 제 2 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 압력 또는 온도를 감지하는 센서부, 제 2 열교환부로 유입되는 냉매를 분지하여 유입시키는 분지부, 및 분지부를 통하여 분지된 냉매가 제 2 열교환부로 유입될지 여부를 제어하는 복수의 밸브를 포함하며, 센서부에서 감지되는 감지값과 기설정된 설정값을 비교하여, 복수의 밸브의 온/오프가 제어되는 것을 특징으로 하는 공조 냉각 일체형 시스템에 관한 것이다.
본 발명을 통해, 공조부의 난방 운전 중에도, 냉각부의 냉각 성능을 극대화할 수 있다.

Description

공조 냉각 일체형 시스템{A united type system of air conditioning and cooling}
본 발명은 공조 냉각 일체형 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 공조부의 실외 열교환기로서 역할하는 제 1 열교환부 및 냉각부의 실외 열교환기로서 역할하는 제 2 열교환부가 하나의 유니트로서 포함되는 공조 냉각 일체형 시스템에 있어서, 공조부의 난방 운전 시 송풍팬의 회전 속도를 제 1 열교환부의 필요 회전 속도에 따라 맞추고, 냉각부의 냉각 성능을 위해 제 2 열교환부의 사용 면적 및 위치는 복수의 밸브로서 제어하는 공조 냉각 일체형 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 냉매 시스템은 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 냉매 사이클을 수행하여, 실내를 냉난방하거나 식품의 보관을 위하여 냉각시키는 장치이다.
상기 냉매 시스템은, 냉매를 압축시키는 압축기와, 냉매와 실내 공기의 열교환이 이루어지는 실내 열교환기와, 냉매를 팽창시키는 팽창부와, 냉매와 실외 공기의 열교환이 이루어지는 실외 열교환기를 포함한다. 그리고, 상기 냉매 사이클을 수행하기 위한 냉매의 유동 방향을 전환하기 위한 사방밸브와, 상기 실내 열교환기 또는 실외 열교환기를 향하여 각각 실내 공기 또는 실외 공기를 강제 유동시키는 팬과, 상기 팬을 회전시키기 위한 모터를 더 포함할 수 있다.
그리고, 실내의 냉방을 수행하는 경우에는 상기 실내 열교환기는 증발수단, 상기 실외 열교환기는 응축수단이 된다. 실내의 난방을 수행하는 경우에는 상기 실내 열교환기는 응축수단, 상기 실외 열교환기는 증발수단이 된다. 상기 냉난방 운전의 전환은 상기 사방밸브에 의해 냉매의 유동 방향이 변경됨으로써 수행된다.
상기한 냉매 시스템은 선택적으로 냉난방 운전이 제어되는 공조부, 식품의 보관을 위하여 냉각 운전되는 냉각부로 구분될 수 있으며, 공조부 및 냉각부의 상호작용을 통해 공조부 및 냉각부 모두에서 효율적인 운전을 수행할 수 있는 구조가 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0085396호(2012.08.01)
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공조부의 실외 열교환기 및 냉각부의 실외 열교환기를 하나의 유니트로 구성한 공조 냉각 일체형 시스템을 제공하고자 한다.
나아가, 공조부의 난방 성능 및 냉각부의 냉각 성능 모두를 최대화할 수 있는 밸브 구조 및 제어를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 제 1 압축기 및 제 1 실내 열교환기를 포함하며, 제 1 냉매 사이클을 형성하는 공조부; 제 2 압축기 및 제 2 실내 열교환기를 포함하며, 제 2 냉매 사이클을 형성하는 냉각부; 상기 제 1 냉매 사이클을 형성하는 제 1 열교환부 및 상기 제 2 냉매 사이클을 형성하는 제 2 열교환부를 포함하는 실외 열교환기; 상기 실외 열교환기의 일측에 제공되어, 상기 제 1 열교환부 및 제 2 열교환부에 실외공기를 불어주는 송풍팬을 더 포함하며, 상기 냉각부에 배치되어, 상기 제 2 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 압력 또는 온도를 감지하는 센서부; 상기 제 2 열교환부로 유입되는 냉매를 분지하여 유입시키는 분지부; 및 상기 분지부를 통하여 분지된 냉매가 상기 제 2 열교환부로 유입될지 여부를 제어하는 복수의 밸브를 포함하며, 상기 센서부에서 감지되는 감지값과 기설정된 설정값을 비교하여, 상기 복수의 밸브의 개도가 제어되는 것을 특징으로 하는 공조 냉각 일체형 시스템을 제공한다.
또한, 상기 복수의 밸브 각각에 대한 개도 정보를 매핑한 정보인 밸브 조절 단계가 기설정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 밸브 조절 단계는 다수의 단계가 포함되고, 상기 다수의 단계 중 일 단계에 규정되는 밸브의 제어 보다 상기 제 2 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 압력 또는 온도가 낮아지도록 밸브를 제어하는 타 단계는 상기 일 단계 보다 상위 단계이며, 상기 일 단계에 규정되는 밸브의 제어 보다 상기 제 2 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 압력 또는 온도가 높아지도록 밸브를 제어하는 다른 타 단계는 상기 일 단계 보다 하위 단계인 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 밸브 중 온 상태인 밸브의 개도가 감소하는 밸브 조절 단계가 하위 단계인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2 열교환부는, 다수의 분지 열교환부를 포함하며, 일 분지 열교환부가 타 분지 열교환부 보다 상기 송풍팬에 가깝게 위치하는 경우, 상기 일 분지 열교환부가 오프 상태인 밸브 조절 단계 보다 상기 일 분지 열교환부가 온 상태인 밸브 조절 단계가 상위 단계인 것이 바람직하다.
또한, 상기 분지부는 복수의 분지관을 포함하며, 상기 복수의 밸브는 상기 복수의 분지관 각각에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 2 열교환부는, 제 1 분지 열교환부, 상기 제 1 분지 열교환부 보다 상기 송풍팬으로부터 떨어져 위치하는 제 2 분지 열교환부, 및 상기 제 2 분지 열교환부 보다 상기 송풍팬으로부터 떨어져 위치하는 제 3 분지 열교환부를 포함하며, 상기 복수의 분지관은, 상기 제 1 분지 열교환부와 연통되는 제 1 분지관, 상기 제 2 분지 열교환부와 연통되는 제 2 분지관, 및 상기 제 3 분지 열교환부와 연통되는 제 3 분지관을 포함하며, 상기 복수의 밸브는, 상기 제 1 분지관에 위치하는 제 1 밸브, 상기 제 2 분지관에 위치하는 제 2 밸브, 및 상기 제 3 분지관에 위치하는 제 3 밸브를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 밸브가 온으로 제어되고 상기 제 2 밸브 및 상기 제 3 밸브가 오프로 제어되는 밸브 조절 단계가, 상기 제 1 밸브가 오프로 제어되고 상기 제 2 밸브 및 상기 제 3 밸브가 온으로 제어되는 단계 보다 상위 단계인 것이 바람직하다.
또한, 상기 감지값이 상기 설정값 보다 큰 경우, 상기 복수의 밸브는 작동 중인 밸브 조절 단계 보다 상위 단계의 밸브 조절 단계로 제어되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 감지값이 상기 설정값과 같은 경우, 상기 복수의 밸브는 작동 중인 밸브 조절 단계로 유지되도록 제어되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 감지값이 상기 설정값 보다 작은 경우, 상기 복수의 밸브는 작동 중인 밸브 조절 단계 보다 하위 단계의 밸브 조절 단계로 제어되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공조부와 연통되는 제 1 유로 및 상기 냉각부의 제 2 유로가 상호간 열교환하는 인터쿨러를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 센서부는 상기 제 2 압축기의 출구 측에 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 센서부는 온도 센서 또는 압력 센서인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 열교환부는 상기 제 2 열교환부 보다 상기 송풍팬에 가깝게 위치하는 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 제 1 압축기 및 제 1 실내 열교환기를 포함하며, 제 1 냉매 사이클을 형성하는 공조부; 제 2 압축기 및 제 2 실내 열교환기를 포함하며, 제 2 냉매 사이클을 형성하는 냉각부; 상기 제 1 냉매 사이클을 형성하는 제 1 열교환부 및 상기 제 2 냉매 사이클을 형성하는 제 2 열교환부를 포함하는 실외 열교환기; 상기 냉각부에 배치되어, 상기 제 2 압축기를 통과한 냉매의 압력을 감지하는 압력 센서를 포함하며, 상기 제 2 열교환부는 다수의 부분으로 구획되며, 상기 압력 센서에서 감지된 냉매의 압력과 기준 압력을 비교하여, 상기 다수의 부분 각각으로 유입되는 냉매의 유입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 공조 냉각 일체형 시스템을 제공한다.
또한, 상기 압력 센서에서 감지된 냉매의 압력이 상기 기준 압력 보다 낮은 경우, 상기 다수의 부분 각각으로 유입되는 냉매의 유입량을 감소시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실외 열교환기의 일측에 제공되어, 상기 제 1 열교환부 및 제 2 열교환부에 실외공기를 불어주는 송풍팬을 더 포함하며, 상기 압력 센서에서 감지된 냉매의 압력이 상기 기준 압력 보다 낮은 경우, 냉매가 유동 중인 제 2 열교환부의 부분 보다 상기 송풍팬으로부터 떨어져 위치하는 제 2 열교환부의 부분으로 상기 냉매가 유동하도록 상기 제 2 열교환부의 사용 부분을 변경하는 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 하나의 샤시 내에 위치하는 하나의 유니트로 구성된 공조부의 실외 열교환기 및 냉각부의 실외 열교환기를 통해 제작비 등 원가와 유지비 절감 효과가 있다.
공조부가 냉방 운전인 경우는 물론, 난방 운전인 경우에도 냉각부의 냉각 성능을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 공조 냉각 일체형 시스템의 구성을 도시하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 공조 냉각 일체형 시스템의 실외 열교환기를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일례에 따른 공조 냉각 일체형 시스템의 제 1 열교환부 및 제 2 열교환부를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일례에 따른 공조 냉각 일체형 시스템의 분지부, 밸브, 및 제 2 열교환부를 도시하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 공조 냉각 일체형 시스템의 밸브 조절 단계의 일례를 도시하는 표이다.
도 6은 본 발명의 일례에 따른 공조 냉각 일체형 시스템의 밸브 조절을 시계열적순서에 따라 도시한 순서도이다.
공조 냉각 일체형 시스템의 구성의 설명
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일례에 따른 공조 냉각 일체형 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일례에 따른 공조 냉각 일체형 시스템은, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 공조부(100), 냉각부(200), 실외 열교환기(300), 센서부(400), 복수의 밸브(500), 및 인터쿨러(600)를 포함할 수 있다.
공조부(100)는 제 1 냉매의 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 제 1 냉매 사이클을 형성한다.
공조부(100)는 제 1 압축기(110), 제 1 실내 열교환기(120), 및 공조측 팽창부(131,132,133)를 포함할 수 있다.
제 1 압축기(110)는 공조부(100)를 유동하는 제 1 냉매를 압축한다.
제 1 실내 열교환기(120)에서는 상기 제 1 냉매와 실내 공기 간의 열교환이 이루어진다.
공조측 팽창부(131,132,133)는 상기 제 1 냉매를 팽창시킨다.
후술할 실외 열교환기(300)의 제 1 열교환부(310)는 공조부(100)의 실외 열교환기로서 역할을 한다. 즉, 제 1 열교환부(310)에서는 제 1 냉매와 실외 공기 간의 열교환이 이루어진다.
상기한 제 1 압축기(110), 제 1 실내 열교환기(120), 공조측 팽창부(131,132,133), 및 제 1 열교환부(310)가 제 1 냉매의 압축-응축-팽창-증발의 제 1 냉매 사이클을 형성하는 것이다.
바람직하게, 공조부(100)는 사방밸브(140)를 더 포함할 수 있다.
사방밸브(140)는 제 1 압축기(110)로부터 토출되는 냉매의 유동 방향을 전환하여, 공조부(100)가 선택적으로 난방 운전 또는 냉방 운전을 할 수 있도록 한다.
바람직하게, 공조부(100)는 제 1 유로(150)를 더 포함할 수 있다.
제 1 유로(150)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 실내 열교환기(120)와 제 1 열교환부(310)를 연결하는 냉매 배관과 연통되어, 후술할 인터쿨러(600)와 연결된다. 제 1 유로(150)를 지나는 제 1 냉매는 후술할 제 2 유로(250)를 지나는 제 2 냉매와 인터쿨러(600)에서 열교환할 수 있다.
냉각부(200)는 제 2 냉매의 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 제 2 냉매 사이클을 형성한다.
냉각부(200)는 제 2 압축기(210), 제 2 실내 열교환기(220), 및 냉각측 팽창부(231)를 포함할 수 있다.
제 2 압축기(210)는 냉각부(200)를 유동하는 제 2 냉매를 압축한다.
제 2 실내 열교환기(220)에서는 상기 제 2 냉매와 실내 공기 간의 열교환이 이루어진다.
냉각측 팽창부(231)는 상기 제 2 냉매를 팽창시킨다.
후술할 실외 열교환기(300)의 제 2 열교환부(320)는 냉각부(200)의 실외 열교환기로서 역할을 한다. 즉, 제 2 열교환부(320)에서는 제 2 냉매와 실외 공기 간의 열교환이 이루어진다.
상기한 제 2 압축기(210), 제 2 실내 열교환기(220), 냉각측 팽창부(231), 및 제 2 열교환부(320)가 제 2 냉매의 압축-응축-팽창-증발의 제 2 냉매 사이클을 형성하는 것이다.
냉각부(200)는 앞서 설명한 공조부(100)와 달리, 사방밸브(140)를 포함하지 않는 것으로 도 1에서 도시되고 설명되고 있으나, 냉각부(200)에 사방밸브가 제공되는 것을 제한하는 것은 아니다. 사방밸브가 냉각부(200)에 제공되는 경우, 냉각부(200)는 선택적으로 난방 운전도 수행할 수 있음은 자명하다.
바람직하게, 냉각부(200)는 제 2 유로(250)를 더 포함할 수 있다.
제 2 유로(250)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 열교환부(320)와 제 2 실내 열교환기(220)를 연결하는 냉매 배관 상에 위치할 수 있다. 제 2 유로(250)를 지나는 제 2 냉매는 제 1 유로(150)를 지나는 제 1 냉매와 인터쿨러(600)에서 열교환할 수 있음은 살핀 바이다.
실외 열교환기(300)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 열교환부(310), 제 2 열교환부(320), 송풍팬(330), 샤시(340), 흡입구(350), 및 토출구(360)를 포함할 수 있다.
제 1 열교환부(310)가 공조부(100)의 실외 열교환기로서 역할을 수행함은 이미 살핀 바이다.
제 2 열교환부(320)가 냉각부(100)의 실외 열교환기로서 역할을 수행함도 역시 살핀 바이다.
제 1 열교환부(310) 및 제 2 열교환부(320)는, 도 3에 도시된 바와 같이 상하부로 구분되어 위치할 수 있다. 다만, 위치를 상하로 제한하는 것은 아니며, 전후, 좌우 등 다양하게 위치할 수 있다.
바람직하게, 제 1 열교환부(310)는 제 2 열교환부(320) 보다 송풍팬(330)에 가깝게 위치한다. 이 경우, 송풍팬(330)의 회전 속도를 제 1 열교환부(310)에 필요한 회전 속도로 맞추는 것이 용이하다.
제 1 열교환부(310) 및 제 2 열교환부(320)은 도 3에 도시된 바와 같이 상하부에 위치한 상태로, 도 2의 A에 위치한다.
송풍팬(330)은 제 1 열교환부(310) 및 제 2 열교환부(320) 모두에 실외 공기를 불어준다. 즉, 모터 등의 구동부(미도시)를 통해 동력을 전달받아 회전을 통해, 실외 공기가 제 1 열교환부(310) 및 제 2 열교환부(320)를 지나도록 하여, 제 1 열교환부(310)를 유동하는 제 1 냉매 및 제 2 열교환부(320)를 유동하는 제 2 냉매가 실외 공기와 열교환하도록 한다.
일반적인 종래의 공조 냉각 시스템은 공조부(100) 및 냉각부(200)가 별도의 실외 열교환기를 포함하는바, 송풍팬(330) 역시 각각 별도로 구비된다. 본 발명에서는, 하나의 샤시(340)에 제 1 열교환부(310) 및 제 2 열교환부(320)가 위치하고, 하나의 송풍팬(330)에 의해 실외 공기를 유도된다. 이에 따라, 본 발명은 종래의 공조 냉각 시스템과 비교하여, 제작 및 유지에 드는 비용을 절감할 수 있다는 장점을 갖는다.
샤시(340)는 제 1 열교환부(310), 제 2 열교환부(320), 송풍팬(330) 등을 수용하는 케이스이며, 흡입구(350)는 실외 공기가 유입되는 통로이며, 토출구(360)는 실외 공기가 열교환부(310,320)를 거쳐 토출되는 통로이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 열교환부(310), 제 2 열교환부(320), 및 송풍팬(330)이 하나의 유니트가 되어, 복수의 유니트가 실외 열교환기에 포함될 수 있다.
센서부(400)는 냉각부(200)에 배치되어, 제 2 냉매 사이클을 순환하는 제 2 냉매의 압력 또는 온도를 감지한다. 또한, 센서부(400)는 공조부(200)에 배치되어, 제 1 냉매 사이클을 순환하는 제 1 냉매의 압력 또는 온도를 감지할 수 있다. 이렇게 감지된 제 1 냉매의 압력 또는 온도의 감지값은 송풍팬(330)의 회전 속도 제어에 이용될 수 있다.
바람직하게, 센서부(400)는 제 2 압축기(210)의 출구 측에 위치한다.
또한, 바람직하게 센서부(400)는 온도 센서 또는 압력 센서이다.
복수의 밸브(500)는 개도 조절을 통해 밸브(500)가 제공된 배관을 유동하는 냉매의 흐름을 조절한다. 일례로서, 개도 조절은 1/2 온(on), 1/4 온(on) 등과 같이 이루어질 수 있다.
또한, 복수의 밸브(500)의 개도 조절은 온(on)/오프(off)를 통해 이루어질 수 있다. 이를 통해, 밸브(500)가 제공된 배관을 유동하는 냉매의 흐름을 차단하거나 허용할 수 있다.
일례로서, 복수의 밸브(500)는 도 4에 도시된 바와 같이 분지부(321) 상에 제공된다.
분지부(321)는 3개의 분지관(321a,321b,321c)를 포함할 수 있으며, 이 경우 3개의 밸브(500a,500b,500c)가 각각의 분지관(321a,321b,321c)에 하나씩 제공되어 각각의 분지관(321a,321b,321c)을 유동하는 제 2 냉매의 유동을 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
3개의 분지관(321a,321b,321c)은 다시 3개의 제 2 열교환부(320a,320b,320c)로 연통된다. 따라서, 3개의 분지관(321a,321b,321c) 각각에 제공된 3개의 밸브(500a,500b,500c)를 온/오프하는 것에 의해, 제 2 열교환부(320)로 유입되는 제 2 냉매의 면적 및 위치가 달라질 수 있는 것이다.
인터쿨러(600)는 앞서 언급한 바와 같이, 제 1 유로(150)를 유동하는 제 1 냉매, 및 제 2 유로(250)를 유동하는 제 2 냉매가 열교환을 하는 곳이다. 인터쿨러(600)를 통한 열교환에 의해, 냉각부(200)에서는 냉각 성능 계수(COP)가 상대적으로 높아질 수 있는 이점이 있다.
공조 냉각 일체형 시스템의 운전 방법의 설명
우선, 공조부(100)가 냉방 운전하는 경우를 설명한다.
제 1 압축기(110)로부터 제공된 고온고압의 기상의 제 1 냉매는 사방밸브(140)를 지나 제 1 열교환부(310)를 유동한다. 고온고압의 기상의 제 1 냉매는 제 1 열교환부(310)를 통해 실외 공기로 열을 방출하여 응축된다. 응축된 제 1 냉매는 공조측 팽창부(131,132,133) 중 제 1 팽창부(131)를 유동하면서 팽창된다. 이렇게 팽창된 제 1 냉매는 제 1 실내열교환기(120)를 유동하면서 실내 공기로부터 열을 흡수하여, 실내에 냉방을 제공하고 제 1 냉매는 증발하게 된다.
이렇게 증발된 제 1 냉매는 제 1 압축기(110)로 유입되어 제 1 냉매 사이클이 지속될 수 있다.
이 경우, 냉각부(200)의 냉각 운전은 다음과 같다.
제 2 압축기(210)로부터 제공된 고온고압의 기상의 제 2 냉매는 제 2 열교환부(320)를 유동한다. 고온고압의 기상의 제 2 냉매는 제 2 열교환부(320)를 통해 실외 공기로 열을 방출하여 응축된다. 응축된 제 2 냉매는 인터쿨러(600)를 지나는 제 2 유로(250)를 유동하면서, 제 1 유로(150)를 유동하는 제 1 냉매와 열교환을 통해 더욱 응축된다. 이 때, 제 1 유로(150)를 유동하는 제 1 냉매는 제 1 열교환부(310)를 유동하여 응축된 상태임을 도 1을 통해 알 수 있다.
본 발명에서는 바람직하게, 제 1 열교환부(310)가 제 2 열교환부(320) 보다 송풍팬(330)에 더 가깝게 위치하여, 제 1 열교환부(310)를 유동하는 제 1 냉매가 제 2 열교환부(320)를 유동하는 제 2 냉매 보다 효율적으로 응축된 상태이다. 이 경우, 냉각부(200)에서의 냉각 성능 계수(COP)가 보다 많이 향상된다.
제 2 유로(250)를 지난 제 2 냉매는 냉각측 팽창부(231)에서 팽창된다. 이렇게 팽창된 제 2 냉매는 제 2 실내열교환기(120)를 유동하면서 실내 공기로부터 열을 흡수하여 증발하게 된다. 이를 통해, 제 2 실내열교환기(120)는 일례로서, 쇼케이스 등에 냉각을 제공할 수 있는 것이다.
이렇게 증발된 제 2 냉매는 제 2 압축기(210)로 유입되어 제 2 냉매 사이클이 지속될 수 있다.
이하에서는, 공조부(100)가 난방 운전하는 경우를 설명한다.
제 1 압축기(110)로부터 토출되는 제 1 냉매는 사방밸브(140)에 의해 제 1 실내 열교환기(120)로 유동 방향이 제어되어 제 1 실내 열교환기(120)를 유동한다. 이를 통해, 제 1 냉매는 실내 공기로 열을 방출하여 응축된다. 그리고, 제 1 실내 열교환기(120)를 유동한 제 1 냉매는 제 2 팽창부(132)로 유입된다. 제 2 팽창부(132)는 유입된 제 1 냉매를 팽창시킨다. 제 2 팽창부(132)를 유동하여 팽창된 제 1 냉매는 제 1 열교환부(310)를 유동하며 실외 공기로부터 열을 흡수하여 상태로 증발하게 된다.
증발된 제 1 냉매는 다시 제 1 압축기(110)로 유입되어 제 1 냉매 사이클이 지속될 수 있다.
이 경우, 냉각부(200)의 냉각 운전은 상기한 냉각부(200)의 냉각 운전과 같다.
다만, 제 1 유로(150)를 유동하는 제 1 냉매가 제 1 실내 열교환기(120)를 유동하여 응축된 것이라는 점에서는 차이를 갖는다.
공조 냉각 일체형 시스템의 제어 방법의 설명
이하에서는, 본 발명의 일례에 따른 공조 냉각 일체형 시스템의 제어 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일례에 따른 공조 냉각 일체형 시스템의 제어 방법은, 이하에서 공조부(100)가 난방 운전인 경우를 예시적으로 설명하나, 냉방 운전인 경우에도 적용될 수 있음은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이다.
공조부(100)는 앞서 기술한 바와 같이 난방 운전을 수행한다. 이 경우, 송풍팬(330)을 빠른 회전 속도로 제어하여, 제 1 열교환부(310)를 유동하는 제 1 냉매가 실외 공기와 충분히 열교환하여 많은 양의 제 1 냉매가 증발하도록 한다. 이를 통해, 공조부(100)의 난방 성능이 높아질 수 있기 때문이다.
다만, 상기와 같이 송풍팬(330)을 빠른 회전 속도로 제어하면, 제 1 열교환부(310)와 하나의 송풍팬(330)에 의해 실외 공기를 제공받는 제 2 열교환부(320) 역시 빠른 회전 속도로 회전하는 송풍팬(330)의 영향을 받게 된다. 이 경우, 제 2 열교환부(320) 내를 유동하는 제 2 냉매가 필요이상으로 실외 공기에 많은 열을 방출하게 되고, 그 결과 냉각부(200)의 제 2 냉매 사이클을 순환하는 제 2 냉매의 고압이 전체적으로 떨어지게 되어, 냉각 성능이 저하된다.
상기한 문제점의 해결을 위해, 본 발명에 따른 공조 냉각 일체형 시스템은 제 2 열교환부(320)로 유입되는 제 2 냉매를 조절하기 위해, 분지부(321) 및 복수의 밸브(500)를 두고 있음은 앞서 살핀 바이다.
이하에서는, 복수의 밸브(500)의 제어 방법에 대하여 설명할 것이며, 그에 앞서 "밸브 조절 단계"에 대하여 설명하고자 한다.
일례로서, 밸브(500)가 3개인 경우를 설명한다. 밸브(500)가 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 분지관(321a), 제 2 분지관(321b), 제 3 분지관(321c) 각각에 배치된 제 1 밸브(500a), 제 2 밸브(500b), 제 3 밸브(500c)인 경우, 밸브 조절 단계는 도 5에 도시된 바와 같다.
총 단계는 1 단계에서 7 단계이며, 이하에서는 1 단계와 가까울수록 상위 단계로, 7 단계와 가까울수록 하위 단계로 칭한다.
1 단계는 제 1 밸브(500a), 제 2 밸브(500b), 제 3 밸브(500c) 모두가 온(on) 상태이다. 이에 따라, 제 1 분지관(321a), 제 2 분지관(321b), 제 3 분지관(321c) 모두에 제 2 냉매가 유입되며, 그 결과 제 1 분지관(321a), 제 2 분지관(321b), 제 3 분지관(321c) 각각에 연결된 제 1 분지 열교환부(320a), 제 2 분지 열교환부(320b), 제 3 분지 열교환부(320c) 모두로 제 2 냉매가 유입되어, 실외 공기와 열교환 된다.
2 단계는 제 1 밸브(500a) 및 제 2 밸브(500b)는 온 상태이며, 제 3 밸브(500c)는 오프(off) 상태이다. 이에 따라, 제 1 분지관(321a) 및 제 2 분지관(321b)으로는 제 2 냉매가 유입되지만, 제 3 분지관(321c)로는 제 2 냉매가 유입되지 않는다. 그 결과, 제 1 분지 열교환부(320a), 제 2 분지 열교환부(320b) 만이 제 2 냉매의 응축에 사용된다. 1 단계와 비교할 때, 제 3 분지 열교환부(320b)를 사용하지 않는바, 제 2 열교환부(320)의 총 사용면적이 감소했음을 알 수 있다. 이에 따라, 1 단계 보다 2 단계에서 응축되는 제 2 냉매의 양이 감소된다.
3 단계는 제 1 밸브(500a) 및 제 3 밸브(500c)는 온 상태이며, 제 2 밸브(500b)는 오프 상태이다. 2 단계와 비교해보면, 제 1 밸브(500a)가 온 상태인 것은 동일하며, 제 2 밸브(500b), 제 3 밸브(500c)의 온/오프 여부가 달라졌음을 알 수 있다. 보다 상세하게, 2 단계와 3 단계는 제 2 냉매의 응축에 사용되는 제 2 열교환부의 총 면적으로 볼 때는 동일하다. 다만, 제 3 밸브(500c)와 제 3 분지관(321c)를 통해 연결된 제 3 분지 열교환부(320c)가 제 2 밸브(500b)와 제 2 분지관(321b)를 통해 연결된 제 2 분지 열교환부(320b) 보다 송풍팬(330)으로부터 멀리 위치한다는 것이 차이점이다. 송풍팬(330)에 의해 제 3 분지 열교환부(320c)에 유입되는 실외 공기의 양 보다 제 2 분지 열교환부(320b)에 유입되는 실외 공기의 양이 많으므로, 2 단계 보다 3 단계에서 응축되는 제 2 냉매의 양이 감소된다.
4 단계는 제 1 밸브(500a)만이 온 상태이며, 제 2 밸브(500b) 및 제 3 밸브(500c)는 오프 상태이다.
5 단계는 제 1 밸브(500a)가 오프 상태이며, 제 2 밸브(500b) 및 제 3 밸브(500c)는 온 상태이다. 그 결과, 4 단계와 비교할 때, 5 단계에서 제 2 냉매의 응축에 사용되는 총 면적이 더 넓음을 알 수 있다. 그럼에도, 4 단계가 상위 단계인 이유는 제 1 분지 열교환부(320a)가 송풍팬(330)으로부터 제 2 분지 열교환부(320b) 및 제 3 분지 열교환부(320c) 보다 가까이 위치하고 있어, 제 1 분지 열교환부(320a) 만을 사용할 때의 응축 효율이 제 2 분지 열교환부(320b) 및 제 3 분지 열교환부(320c)를 사용할 때의 응축 효율 보다 높기 때문이다.
다만, 위와 같은 기재가 제 1 분지 열교환부(320a)의 면적이 제 2 분지 열교환부(320b) 및 제 3 분지 열교환부(320c)를 합한 면적 보다 작은 것으로 제한하는 것은 아니다. 각각의 분지 열교환부(320a,320b,320c)의 면적은 동일하게 설계될 수 있는 것은 물론, 서로 상이하게 설계될 수 있다. 각각의 분지 열교환부(320a,320b,320c)의 면적이 상이한 경우, 도 5에 기재된 단계의 순위는 변경될 수 있으며, 도 5는 본 발명의 설명을 위한 단순한 일례임을 다시 한 번 밝힌다.
6 단계는 제 1 밸브(500a) 및 제 3 밸브(500c)가 오프 상태이며, 제 2 밸브(500b)는 온 상태이다.
7 단계는 제 1 밸브(500a) 및 제 2 밸브(500b)는 오프 상태이며, 제 3 밸브(500c)는 온 상태이다. 6 단계와 7 단계의 관계는, 상술한 2 단계와 3 단계의 원리가 적용된다.
또한, 상기 1 단계 내지 7 단계는 일례일 뿐이며, 복수의 밸브(500)는 온/오프 제어가 아닌 개도 정도를 달리하여 제어될 수도 있다. 즉, 일례로서, 1 단계는 상기와 동일하고, 2 단계는 제 1 밸브(500a) 및 제 2 밸브(500b)는 온 상태이며, 제 3 밸브(500c)는 1/2 온 상태일 수 있다.
도 5에 도시되고 앞서 설명한 바와 같은 밸브 조절 단계를 전제로 이하에서는, 본 발명의 일례에 따른 공조 냉각 일체형 시스템의 밸브(500)의 제어를 도 6을 참고하여 자세히 설명한다.
먼저, 센서부(400)가 제 2 압축기(210) 출구측을 통과하는 냉매의 압력 또는 온도를 감지한다(S100). 센서부(400)는 제 2 압축기(210) 출구측에 설치되는 것이 바람직하나, 냉각부(200)를 순환하는 제 2 냉매의 압력 또는 온도를 감지할 수 있는 어디라도 설치 가능하다.
다음, 센서부(400)에 의해 감지된 감지값과 기설정된 설정값을 비교한다(S200). 감지값과 설정값을 비교하기 위한 별도의 제어부(미도시)가 존재할 수 있다. 여기서, 감지값과 설정값은 압력 또는 온도가 될 수 있음은 살핀 바이나, 냉매의 냉각 성능을 유추가능한 어떠한 지표도 가능하다.
보다 상세하게, 감지값과 설정값의 비교 단계는, 일례로서 하기와 같은 순서를 거칠 수 있다. 감지값이 설정값 보다 큰 지 여부(S200'), 감지값이 설정값 보다 작은 지 여부(S200'')의 순서로 비교할 수 있다. 이는, 일례일 뿐이며, 양자가 순서가 바뀌는 것은 물론, 동시에 진행될 수 있다.
S200' 단계에서 결과가 "예"인 경우, 즉 감지값이 설정값 보다 큰 경우, 복수의 밸브(500)를 센서부(400)가 감지값을 감지했던 시점에 작동 중이었던 밸브 조절 단계 보다 상위 단계로 변경하도록 제어한다(S300). 이에 따라, 감지값은 설정값과의 차이를 줄일 수 있게 된다. 물론, 시간의 경과에 따라, 감지값과 설정값이 동일해 질 것이다. 다만, 감지값과 설정값의 비교 주기 및 밸브 제어 주기는 사용자에 의해 임의로 설정될 수 있으므로, 이에 따라 감지값과 설정값이 일치되는 시간은 달라질 수 있다.
S200' 단계에서 결과가 "아니오"이며, S200'' 단계에서 결과가 "예"인 경우, 즉 감지값이 설정값 보다 작은 경우, 복수의 밸브(500)를 센서부(400)가 감지값을 감지했던 시점에 작동 중이었던 밸브 조절 단계 보다 하위 단계로 변경하도록 제어한다(S300'). 그 결과, 감지값은 설정값과 차이를 줄일 수 있게 되며, 시간의 경과에 따라, 감지값과 설정값은 동일해 질 수 있다.
S200' 단계에서 결과가 "아니오"이며, S200'' 단계에서 결과가 "아니오"인 경우, 즉 감지값과 설정값이 같은 경우, 복수의 밸브(500)는 센서부(400)가 감지값을 감지했던 시점에 작동 중이었던 밸브 조절 단계로 유지된다(S300'').
위와 같은 밸브(500)의 제어를 통해, 공조부(100)가 난방 운전이며, 송풍팬(330)의 회전 속도를 제 1 열교환부(310)의 필요 회전 속도에 맞추었을 때에도, 냉각부(200)는 요구되는 냉각 성능을 유지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : 공조부
110 : 제 1 압축기
120 : 제 1 실내 열교환기
131, 132, 133 : 공조측 팽창부
140 : 사방밸브
150 : 제 1 유로
200 : 냉각부
210 : 제 2 압축기
220 : 제 2 실내 열교환기
231 : 냉각측 팽창부
250 : 제 2 유로
300 : 실외 열교환기
310 : 제 1 열교환부
320 : 제 2 열교환부
321 : 분지부
330 : 송풍팬
340 : 샤시
350 : 흡입구
360 : 토출구
400 : 센서부
500 : 밸브
600 : 인터쿨러

Claims (18)

  1. 제 1 압축기 및 제 1 실내 열교환기를 포함하며, 제 1 냉매 사이클을 형성하는 공조부;
    제 2 압축기 및 제 2 실내 열교환기를 포함하며, 제 2 냉매 사이클을 형성하는 냉각부;
    상기 제 1 냉매 사이클을 형성하고, 제1냉매가 유동되는 제 1 열교환부 및 상기 제 2 냉매 사이클을 형성하고, 제2냉매가 유동되는 제 2 열교환부를 포함하는 실외 열교환기;
    상기 실외 열교환기의 일측에 제공되어, 상기 제 1 열교환부 및 제 2 열교환부에 실외공기를 불어주는 송풍팬;
    상기 냉각부에 배치되어, 상기 제 2 냉매 사이클을 순환하는 제2냉매의 압력 또는 온도를 감지하는 센서부;
    상기 제 2 열교환부로 유입되는 제2냉매를 분지하여 유입시키는 분지부; 및
    상기 분지부를 통하여 분지된 제2냉매가 상기 제 2 열교환부로 유입될지 여부를 제어하는 복수의 밸브를 포함하며,
    상기 제1열교환부는, 상기 제2열교환부보다 상기 송풍팬에 가깝게 위치하며,
    상기 제1열교환부에 상기 제1냉매가 유입되고, 상기 제2열교환부에 상기 제2냉매가 유입될 경우에 상기 센서부에서 감지되는 감지값과 기설정된 설정값을 비교하고, 상기 복수의 밸브의 개도를 제어하여 상기 제2열교환부의 분지부로 유입되는 제2냉매의 흐름을 조절하는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 밸브 각각에 대한 개도 정보를 매핑한 정보인 밸브 조절 단계가 기설정되는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브 조절 단계는 다수의 단계가 포함되고,
    상기 다수의 단계 중 일 단계에 규정되는 밸브의 제어 보다 상기 제 2 냉매 사이클을 순환하는 제2냉매의 압력 또는 온도가 낮아지도록 밸브를 제어하는 타 단계는 상기 일 단계 보다 상위 단계이며,
    상기 일 단계에 규정되는 밸브의 제어 보다 상기 제 2 냉매 사이클을 순환하는 제2냉매의 압력 또는 온도가 높아지도록 밸브를 제어하는 다른 타 단계는 상기 일 단계 보다 하위 단계인 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 밸브 중 온 상태인 밸브의 개도가 감소하는 밸브 조절 단계가 하위 단계인 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환부는, 다수의 분지 열교환부를 포함하며,
    일 분지 열교환부가 타 분지 열교환부 보다 상기 송풍팬에 가깝게 위치하는 경우, 상기 일 분지 열교환부가 오프 상태인 밸브 조절 단계 보다 상기 일 분지 열교환부가 온 상태인 밸브 조절 단계가 상위 단계인 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 분지부는 복수의 분지관을 포함하며,
    상기 복수의 밸브는 상기 복수의 분지관 각각에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환부는,
    제 1 분지 열교환부, 상기 제 1 분지 열교환부 보다 상기 송풍팬으로부터 떨어져 위치하는 제 2 분지 열교환부, 및 상기 제 2 분지 열교환부 보다 상기 송풍팬으로부터 떨어져 위치하는 제 3 분지 열교환부를 포함하며,
    상기 복수의 분지관은,
    상기 제 1 분지 열교환부와 연통되는 제 1 분지관, 상기 제 2 분지 열교환부와 연통되는 제 2 분지관, 및 상기 제 3 분지 열교환부와 연통되는 제 3 분지관을 포함하며,
    상기 복수의 밸브는,
    상기 제 1 분지관에 위치하는 제 1 밸브, 상기 제 2 분지관에 위치하는 제 2 밸브, 및 상기 제 3 분지관에 위치하는 제 3 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브가 온으로 제어되고 상기 제 2 밸브 및 상기 제 3 밸브가 오프로 제어되는 밸브 조절 단계가, 상기 제 1 밸브가 오프로 제어되고 상기 제 2 밸브 및 상기 제 3 밸브가 온으로 제어되는 단계 보다 상위 단계인 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 감지값이 상기 설정값 보다 큰 경우, 상기 복수의 밸브는 작동 중인 밸브 조절 단계 보다 상위 단계의 밸브 조절 단계로 제어되는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 감지값이 상기 설정값과 같은 경우, 상기 복수의 밸브는 작동 중인 밸브 조절 단계로 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 감지값이 상기 설정값 보다 작은 경우, 상기 복수의 밸브는 작동 중인 밸브 조절 단계 보다 하위 단계의 밸브 조절 단계로 제어되는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조부와 연통되는 제 1 유로 및 상기 냉각부의 제 2 유로가 상호간 열교환하는 인터쿨러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 제 2 압축기의 출구 측에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는 온도 센서 또는 압력 센서인 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  15. 삭제
  16. 제 1 압축기 및 제 1 실내 열교환기를 포함하며, 제 1 냉매 사이클을 형성하는 공조부;
    제 2 압축기 및 제 2 실내 열교환기를 포함하며, 제 2 냉매 사이클을 형성하는 냉각부;
    상기 제 1 냉매 사이클을 형성하고, 제1냉매가 유동되는 제 1 열교환부 및 상기 제 2 냉매 사이클을 형성하고, 제2냉매가 유동되는 제 2 열교환부를 포함하는 실외 열교환기;
    상기 실외 열교환기의 일측에 제공되어, 상기 제 1 열교환부 및 제 2 열교환부에 실외공기를 불어주는 송풍팬; 및
    상기 냉각부에 배치되어, 상기 제 2 압축기를 통과한 제2냉매의 압력을 감지하는 압력 센서를 포함하며,
    상기 제 2 열교환부는 다수의 부분으로 구획되며,
    상기 제1열교환부는, 상기 제2열교환부보다 상기 송풍팬에 가깝게 위치하고,
    상기 제1열교환부에 상기 제1냉매가 유입되고, 상기 제2열교환부에 상기 제2냉매가 유입될 경우에 상기 압력 센서에서 감지된 제2냉매의 압력과 기준 압력을 비교하여, 상기 다수의 부분 각각으로 유입되는 제2냉매의 유입량을 조절하는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 압력 센서에서 감지된 제2냉매의 압력이 상기 기준 압력 보다 낮은 경우, 상기 다수의 부분 각각으로 유입되는 제2냉매의 유입량을 감소시키는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 압력 센서에서 감지된 제2냉매의 압력이 상기 기준 압력 보다 낮은 경우, 제2냉매가 유동 중인 제 2 열교환부의 부분 보다 상기 송풍팬으로부터 떨어져 위치하는 제 2 열교환부의 부분으로 상기 제2냉매가 유동하도록 상기 제 2 열교환부의 사용 부분을 변경하는 것을 특징으로 하는,
    공조 냉각 일체형 시스템.
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