KR100357108B1 - 2개의 압축기를 갖는 공기조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개의 압축기를 갖는 공기조화기의 작동시 상기 각 압축기의 냉매 압축과정에서 상기 냉매와 섞이는 윤활유를 분리하고 상기 분리된 윤활유를 각 압축기의 압축용량에 맞게 분배·재유입되도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 냉방부하에 따라 선택적으로 작동되어 냉매의 압축량을 변화시키기 위한 대용량압축기 및 소용량압축기와, 상기 각각의 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매와 실내의 공기가 열교환되는 증발기와, 상기 각각의 압축기에서 압축된 냉매가 응축기로 유입되는 유로상에 상기 냉매의 압축과정에서 냉매와 섞여 함께 토출되는 윤활유를 분리하고 이 분리된 윤활유를 압축기 용량에 맞도록 분배한 후 각 압축기로 재유입시키는 오일분할장치가 구비된 2개의 압축기를 갖는 공기조화기가 제공된다.

Description

2개의 압축기를 갖는 공기조화기{air conditioner having two compressor}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 특히 냉방부하에 따라 냉매의 압축량을 변화시키기 위해 압축용량이 다른 2개의 압축기가 구비된 2개의 압축기를 갖는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 압축기에서 고온·고압으로 압축된 냉매의 냉각사이클을 이용하여 실내를 냉방시키는 장치이다.

한편, 2개의 압축기를 갖는 공기조화기는 상기 각각의 압축기가 냉방부하에따라 선택적으로 작동되어 상기 압축기를 구동시키는데 필요한 전력을 줄이기 위한 것으로, 그 구성은 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 2개의 압축기를 갖는 공기조화기는 선택적으로 작동되어 냉매의 압축량을 변화시키기 위한 대용량압축기(10) 및 소용량압축기(20)와, 상기 각각의 압축기(10)(20)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(1)와, 상기 응축기(1)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(2)와, 상기 팽창팰브(2)에서 팽창된 냉매와 실내의 공기가 열교환되는 증발기(3)로 이루어진다.

상기 대용량압축기(10) 및 소용량압축기(20) 각각의 흡입관(11)(21) 및 토출관(12)(22)은 흡입호스(30)에서 분기된 호스(31)(32)와 토출호스(40)에서 분기된 호스(41)(42)에 의해 각각 연결된다.

상기 각각의 분기된 호스(31)(32)(41)(42)에는 수동 또는 마이콤 등의 제어수단에 의해 선택적으로 개폐되는 흡기밸브(33)(34) 및 토출밸브(43)(44)가 각각 연결된다.

이와 같이 구성된 2개의 압축기를 갖는 공기조화기는 냉방부하에 따라 대용량압축기(10) 및 소용량압축기(20)가 선택적으로 작동되어 그 냉동사이클을 수행한다.

즉, 냉방부하가 작은 경우에는 소용량압축기(20)만 작동되고, 냉방부하가 큰 경우에는 대용량압축기(10)만 작동되며, 냉방부하가 더욱 큰 경우에는 대용량압축기(10) 및 소용량압축기(20) 모두가 작동되어 냉방에 필요한 냉매의 압축량을 변화시키는 것이다.

한편, 냉매가 사이클을 수행하기 위해 대용량압축기(10) 또는 소용량압축기(20)에서 압축될 때, 상기 각각의 압축기(10)(20) 내에 있는 윤활유가 냉매와 섞여 토출된 후 상기 냉매와 함께 사이클을 수행한 후 어큐물레이터(accumulator)(도시생략)를 거쳐 상기 각각의 압축기(10)(20)로 재흡입된다.

그러나, 상기 각각의 압축기(10)(20) 모두가 작동되는 경우에는 윤활유의 대부분이 대용량압축기(10)로 재흡입되어 소용량압축기(20)에는 윤활유가 부족하게 되는 현상이 발생한다,

이를 방지하기 위해 상기 대·소용량압축기(10)(20)를 도시된 바와 같이 균압관(50) 및 균유관(60)으로 연결한다.

이는 대·소용량 압축기(10)(20)에서 냉매와 섞인 윤활유가 사이클을 수행한 후 대용량압축기(10)로만 흡입되어도, 상기 균유관(60)을 통해 소용량 압축기(20)로 일정량의 윤활유를 공급하도록 한 것이다.

또한, 상기 윤활유가 원활히 공급될 수 있도록 대·소용량 압축기(10)(20)를 균압관(50)으로 연결하여 각각의 내부 압력을 동일하게 한다.

그러나, 상기와 같은 2개의 압축기를 갖는 공기조화기는 다음과 같은 문제점을 나타내었다.

먼저, 냉매에 윤활유가 섞여 사이클을 수행하므로 공기조화기의 응축기 및 증발기에서의 열교환 성능이 저하되어 에너지손실이 증가하는 문제점을 나타내었다.

또한, 각각의 압축기를 급유관 및 균압관으로 연결하기 위하여 각각의 압축기마다 2개의 포트(port)를 추가로 형성해야 하므로 상기 압축기의 생산단가가 증가하여 공기조화기의 가격이 상승하는 문제점을 나타내었다.

그리고, 각각의 압축기가 상기 공기조화기에 이용되기 위해서는 상기 포트가 형성되야 하므로, 동일한 용량 및 크기의 압축기라 하더라도 2개의 압축기를 갖는 공기조화기에 이용되기 위한 모델을 별도로 생산해야 하는 문제점을 나타내었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 각각의 압축기에서 압축된 유체에 섞인 윤활유를 분리하고, 상기 각각의 압축기에 그 용량에 맞는 윤활유만을 다시 재유입시킴으로써, 상기 응축기 및 증발기로 윤활유가 유입되는 것을 방지하고 어느 하나의 압축기에 윤활유가 집중되는 것을 방지하여 공기조화기의 열교환 성능을 향상시키고, 압축기의 생산단가가 절감되도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 2개의 압축기를 갖는 공기조화기의 개략적 구성을 보인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 2개의 압축기를 갖는 공기조화기의 개략적 구성을 보인 구성도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 20 : 압축기 70 : 오일분할장치

71: 오일분리기 74,75: 오일회수 캐필러리

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 각각의 압축기에서 압축된 냉매가 응축기로 유입되는 유로상에, 상기 냉매에 섞인 오일을 분리하여 이 분리된 오일을 상기 각각의 압축기 용량에 맞게 재유입시키기 위한 오일분할장치가 구비된 2개의 압축기를 갖는 공기조화기가 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하고자 한다.

종래 기술과 동일한 구성요소는 동일명칭 및 동일부호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 2개의 압축기를 갖는 공기조화기는 냉방부하에 따라 선택적으로 작동되어 냉매의 압축량을 변화시키기 위한 대용량압축기(10) 및 소용량압축기(20)와, 상기 대용량압축기(10) 및 소용량압축기(20)에서 압축된 냉매가 응축기(1)로 유입되는 유로상에 상기 냉매의 압축과정에서 섞여 냉매와 함께 토출되는 윤활유를 냉매로부터 분리하고 이 분리된 윤활유의 양을 각각의 압축기(10)(20) 용량에 맞게 분배하여 각 압축기(10)(20)로 재유입시키는 오일분할장치(70)가 구비된다.

상기 대용량압축기(10) 및 소용량압축기(20)는 각각의 흡입관(11)(21) 및 토출관(12)(22)이 흡입호스(30)에서 분기된 호스(31)(32)와 토출호스(40)에서 분기된 호스(41)(42)에 의해 각각 연결된다.

상기 토출호스(40)에서 분기된 각각의 호스(41)(42)에는 마이콤 등의 제어 수단에 의해 선택적으로 개폐되는 토출밸브(43)(44)가 각각 연결되고, 상기 흡입호스(30)에서 분기된 각각의 호스(31)(32)에는 상기 제어수단에 의해 개폐되는 흡기밸브(33)(34) 및 어큐물레이터(35)(36)각각 연결된다.

상기 어큐물레이터(35)(36)는 상기 증발기(3)에서 증발되어, 액체 및 기체의 혼합상태로 각각의 압축기(10)(20)에 유입되는 냉매 중에서 기체상태의 냉매만 각각의 압축기(10)(20)로 유입되도록 하는 장치이다.

그리고, 상기 오일분할창치(70)는 상기 토출호스(40)와 연결되어, 토출호스(10)를 통해 냉매 및 윤활유를 공급받아 이로부터 윤활유를 분리하여, 냉매는 응축기(1)로 유입시키고 윤활유는 각각의 압축기(10)(20)로 재유입시키는 역할을 수행하게 된다.

상기 오일분할장치(70)는 혼합된 냉매와 윤활유를 분리하는 오일분리기(71)와, 마이콤 등의 제어 수단에 의해 선택적으로 개폐되는 밸브(72)(73)에 의해 상기 오일분리기(71)에 연결되며 상기 분리된 오일의 양을 각각의 압축기 용량에 맞도록 분배하여 재유입시키는 오일회수 캐필러리(capillary)(74)(75)로 구성된다.

상기 오일회수 캐필러리(74)(75)는 상기 각각의 어큐물레이터(35)(36) 및 압축기(10)(20)의 유로상에 연결되며, 각각의 압축기(10)(20) 용량에 따라 그 길이(L1)(L2)를 달리한다.

상기와 같이 구성된 2개의 압축기를 갖는 공기조화기는 다음과 같은 작동을 한다.

먼저, 작은 냉방부하가 필요한 경우에는 소용량압축기(20)만 작동되고, 그 흡기밸브(34) 및 토출밸브(44)는 열린다.

그리고, 대용량압축기(10)의 흡기밸브(33) 및 토출밸브(43)는 닫히고, 오일분할장치(70)의 밸브(72)(73) 중 소용량압축기(20)에 연결된 밸브(73)만이 열리고 대용량압축기(10)에 연결된 밸브(72)는 닫힌다.

상기 소용량압축기(20)의 압축과정에서 혼합된 기체상태의 냉매와 윤활유는 오일분리기(71)로 유입된 후 분리되어, 기체상태의 냉매는 응축기(1)로 유입되고 윤활유는 소용량압축기(20)에 연결된 오일회수 캐필러리(75)를 통하여 상기 소용량압축기(20)로 재유입된다.

따라서, 상기 오일분할장치(70)의 작용에 의해 윤활유가 응축기(1) 및 증발기(3)로 유입되지 않으므로 공기조화기의 열교환 성능이 향상될 수 있게 된다.

한편, 오일분리기(71)에서 응축기(1)로 유입된 기체상태의 냉매는 상기 응축기(1)에서 응축되면서 실외의 공기와 열교환되고, 상기 응축된 고압의 액체상태인 냉매는 팽창수단(2)에 유입되어 저압의 냉매액으로 변화된다.

상기 냉매액은 증발기(3)에 유입된 후 실내의 공기와 열교환되어 증발, 고온의 기체상태의 냉매로 변화하고, 상기 기체상태의 냉매는 흡입호스(30)를 지나 소용량압축기(20)에 연결된 어큐물레이터(36)를 통하여 상기 소용량압축기(20)로 유입되므로써 냉동사이클을 이루게 된다.

냉방부하가 증가하면 대용량압축기(10)만 작동되고, 그 흡기밸브(33) 및 토출밸브(43)는 열린다.

그리고, 소용량압축기(20)의 흡기밸브(34) 및 토출밸브(44)는 닫히고, 오일분할장치(70)의 밸브(72)(73) 중 대용량압축기(10)에 연결된 밸브(72)만이 열리고소용량압축기(20)에 연결된 밸브(73)는 닫힌다.

상기 대용량압축기(10)의 압축과정에서 혼합된 기체상태의 냉매와 윤활유는 오일분리기(71)로 유입된 후 분리되어, 기체상태의 냉매는 응축기(1)로 유입되고 윤활유는 대용량압축기(10)에 연결된 오일회수 캐필러리(74)를 통하여 상기 대용량압축기(10)로 재유입된다.

한편, 오일분리기(71)에서 응축기(1)로 유입된 기체상태의 냉매에 의해 냉동사이클이 수행되는 과정은 전술한 과정과 동일하다.

냉방부하가 더욱 증가하면 대용량압축기(10) 및 소용량압축기(20) 모두가 작동되어야 하는 부하영역이 발생된다.

이 경우에는 모든 압축기(10)(20)가 작동되며 각각의 모든 밸브(33)(34)(43)(44)(72)(73)가 열린다.

상기 모든 압축기(10)(20)의 압축과정에서 혼합된 기체상태의 냉매와 윤활유는 오일분리기(71)로 유입된 후 분리되어, 기체상태의 냉매는 응축기(1)로 유입되고 윤활유는 각각의 압축기(10)(20)에 연결된 오일회수 캐필러리(74)(75)로 유입된 후 각각의 압축기(10)(20)로 재유입된다.

이 때, 소용량압축기(20)에 유입되는 윤활유의 양이 냉매의 압축량이 큰 대용량압축기(10)에 재유입되는 윤활유의 양보다 많아지는 것을 방지하기 위해, 각각의 오일회수 캐필러리(74)(75)의 길이(L1)(L2)는 각각의 압축기(10)(20)용량에 반비례하게 조절된다.

일반적으로, 오일회수 캐필러리(74)(75)의 길이(L1)(L2)와 회수되는 윤활유의 양의 관계는 다음과 같다.

위 식에서 G는 윤활유의 회수유량을, d는 오일회수 캐필러리의 내경을, △P는 오일회수 캐필러리 입출구의 압력차를, L은 오일회수 캐필러리 길이를,는 운활유의 동점성 계수를 나타내며, 동일한 점성의 윤활유 회수유량은 동일한 압력차및 내경을 갖는 오일회수 캐필러리에 있어서, 그 길이와 반비례함을 알 수 있다.

따라서, 오일회수 캐필러리(74)(75)의 길이(L1)(L2)를 조절하여 회수되는 윤활유의 양을 달리할 수 있다.

예를 들어, 소용량압축기(20)의 냉방능력이 4 Kw이고 대용량압축기(10)의 냉방능력이 6 Kw인 경우에 있어서, 각각의 압축기(10)(20)에서 토출되는 윤활유의 양은 상기 냉방능력과 비례하는 냉매의 토출유량과 비례한다.

그러므로, 소용량압축기(20)에서 토출된 윤활유의 양과 대용량압축기(10)에서 토출된 윤활유의 양은 4 : 6의 비율을 가지게 된다.

따라서, 소용량압축기(10)에 연결된 오일회수 캐필러리(75)의 길이(L2)와 대용량압축기(10)에 연결된 오일회수 캐필러리(74)의 길이(L1)는 6 : 4의 비율을 가지게 된다.

한편, 상기 오일분리기(71)에서 응축기(1)로 유입된 기체상태의 냉매에 의해 냉동사이클이 수행되는 과정은 전술한 과정과 동일하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 2개의 압축기를 갖는 공기조화기의 작동시 냉매의 압축과정에서 상기 냉매와 섞인 윤활유를 분리하여 이 윤활유가 응축기 및 증발기로 유입되는 것을 방지한다.

따라서, 상기 윤활유에 의해 열교환 성능이 저하되는 것을 방지하여 에너지 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 분리된 윤활유는 각 압축기의 압축용량에 따라 그 양이 분배되어각각의 압축기로 재유입되므로, 재유입된 윤활유의 분배를 위한 균압관 및 균유관이 필요없게 된다.

따라서, 각각의 압축기에 윤활유의 분배를 위한 균압관 및 균유관이 연결되는 포트를 형성하지 않아도 되므로, 압축기의 생산단가가 절감되어 공기조화기의 가격이 낮아지고, 동일한 용량 및 크기의 압축기를 별도로 생산하지 않아도 되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 냉매의 압축량이 많은 대용량압축기와, 냉매의 압축량이 적은 소용량압축기와, 상기 각각의 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매와 실내의 공기가 열교환되는 증발기를 구비한 공기조화기에 있어서,

   상기 각각의 압축기에서 압축된 냉매가 상기 응축기로 유입되는 하나의 냉매 공급 유로 상에 설치되어 상기 각각의 압축기에서 냉매에 섞여 토출되는 윤활유를 분리하는 오일분리기와, 상기 오일분리기에 연결됨과 더불어 상기 각각의 압축기에 연결되어 오일분리기로부터 분리된 윤활유를 각 압축기에 용량별로 분배하여 재유입시키는 제 1오일회수 캐필러리 및 제 2오일회수 캐필러리와, 상기 오일분리기와 제 1,2오일회수 캐필러리 사이에 각각 개재된 제 1제어밸브 및 제 2제어밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 2개의 압축기를 갖는 공기조화기.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1,2 오일회수 캐필러리의 길이는, 이 제 1,2 오일회수 캐필러리에 각각 연결된 압축기의 용량에 반비례한 것을 특징으로 하는 2개의 압축기를 갖는 공기조화기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1,2제어밸브는 전기제어장치에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 2개의 압축기를 갖는 공기조화기.