KR100539593B1 - 냉동장치 및 냉동장치의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개폐밸브가 고장 등을 일으킨 경우 균유관으로 고압냉매가 유입되고 있지 않음을 신속하게 검지하여 오일 미스트의 이동을 방지하여 압축기의 파손을 방지할 수 있는 냉동장치 및 냉동장치의 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 냉매회로(2) 내에 병렬로 접속되어 있는 복수의 압축기(3, 4)와, 복수의 압축기(3,4)의 각 용기 사이를 접속시키는 균유관(11)과, 압축기(4)의 토출측 냉매배관(8)과 균유관(11)을 접속시키는 바이패스관(12)과, 바이패스관(12)의 도중에 설치되어 있는 개폐밸브(13)가 마련되어 있는 냉동장치(1)에 있어서, 개폐밸브(13)와 균유관(11) 사이에 위치하는 바이패스관(12)에는 바이패스관(12) 자체 혹은 바이패스관(12) 내부의 온도를 검출하는 온도 센서(14)가 설치되어 있다.

Description

냉동장치 및 냉동장치의 제어방법{A refrigerating apparatus and control method thereof}
본 발명은 복수의 저압 용기식 압축기 사이에서 균유(均油)가 이루어지는 냉동장치 및 냉동장치의 제어방법에 관한 것이다.
공기 조화기의 일 예로 복수의 실내기에 대처할 수 있도록 1대의 실외기에 복수의 압축기가 구비되는 소위 멀티형 공기 조화기가 있다.
이러한 종류의 공기 조화기의 실외기에 배치 구비되는 복수의 압축기로서는 가변 용량형의 압축기 또는 용기(shell)들의 용량이 서로 다른 압축기가 있다. 이 때 압축기가 균유관에 의해 연통되어 있으면 고압측 압축기의 용기로부터 저압측 압축기의 용기로 오일이 이동하게 되는 현상이 발생한다. 이 때 압축기의 용기 내부에서는 담겨진 오일이 회전 부품에 의해 교반되어 미스트(mist) 형태로 존재하기 때문에 오일량이 균유관 접속구 위치보다 설사 낮아졌다 해도 오일이 미스트 형태로 계속적으로 이동하게 되어 결국 고압측 압축기에 오일 부족 현상이 나타나게 되는 문제가 있다.
이러한 오일 미스트의 이동을 방지하기 위한 것으로서 복수 압축기의 용기를 균유관을 통해 서로 연통시키고 또한 균유관을 바이패스관을 통해 압축기의 토출측 냉매배관과 접속시킨 것이 제안되었다(일본국 특개평 04-222354호 공보의 제3 ~ 5항, 제 1 도 참조).
상기 공보에 기재된 냉동장치에 마련된 균유 시스템에 대해 간단히 설명하면, 냉매회로 내에는 복수의 압축기가 서로 병렬이 되도록 토출측 냉매배관과 흡입측 냉매배관에 각각 접속되어 있다. 또한 상기 압축기들의 용기는 인접하는 것끼리 균유관을 통해 서로 연통되어 있다. 압축기의 토출측 냉매배관은, 개폐밸브가 중도에 설치된 바이패스관에 의해 상기 균유관에 접속되어 있다.
이러한 균유 시스템에 따르면 통상의 냉난방 운전중에는 개폐밸브를 열고 바이패스관을 통해 고압냉매 가스를 균유관으로 유입시킨다. 이에 의해 균유관을 통한 각압축기 용기간의 오일 미스트의 이동을 방지하여 고압측의 압축기에 발생하는 오일량 부족을 방지하고 있다.
또한, 장시간 운전에 의해 각 압축기 용기간에 오일량 편차가 발생한 경우에는 개폐밸브를 닫은 상태에서 복수의 압축기들을 1대씩 순차적으로 운전하는 소위 균유 운전을 수행하여 각 압축기의 잉여 오일을 균유관을 통해 순차 이동시키켜 각 압축기 용기 내부의 오일량을 적정값으로 복귀시키도록 하고 있다.
그러나 상기한 종래의 냉동장치의 경우 통상의 냉난방 운전중에 개폐밸브가 고장 등에 의해 닫힌 상태가 유지되면 균유관으로 고압냉매 가스가 유입되지 못하게 되고 이와 같이 균유관으로 고압냉매 가스가 유입되지 않은 상태에서 압축기의 운전이 계속되면 고압측의 압축기 내부의 오일 미스트가 균유관을 통과하여 타측 압축기 내로 이동하여 고압측의 압축기는 오일량 부족에 의해 고장을 일으키게 되는 경우가 발생될 우려가 있다. 즉 개폐밸브만 교환하면 염가로 또한 용이하게 운전을 실시할 수 있음에도 불구하고 압축기보다 저가인 개폐밸브의 고장에 의해 고가인 압축기까지 파손되는 경우가 발생하게 되고 이 경우 압축기 교환으로 인해 상당한 비용과 수고가 들게 되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 고려하여 이루어진 것으로서, 개폐밸브가 고장 등을 일으킨 경우 균유관으로 고압냉매가 유입되고 있지 않음을 신속하게 검지하여 오일 미스트의 이동을 방지하고 압축기의 파손을 방지할 수 있는 냉동장치 및 냉동장치의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
청구항 1에 기재된 발명은, 냉매회로 내에 서로 병렬로 접속되어 있는 복수의 압축기와, 상기 복수의 압축기의 각 용기 사이를 접속시키는 균유관과, 상기 압축기의 토출측 냉매배관과 상기 균유관을 접속시키는 바이패스관과, 상기 바이패스관의 도중에 설치되어 있는 개폐밸브가 마련되어 있는 냉동장치에 있어서, 상기 개폐밸브와 상기 균유관 사이에 위치하는 상기 바이패스관에는, 이 바이패스관 자체 혹은 상기 바이패스관 내부의 온도를 검출하는 온도 센서가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 발명은, 냉매회로 내에 서로 병렬로 접속되어 있는 복수의 압축기와, 상기 복수의 압축기의 각 용기 사이를 접속시키는 균유관과, 상기 압축기의 토출측 냉매배관과 상기 균유관을 접속시키는 바이패스관과, 이 바이패스관의 도중에 설치되어 있는 개폐밸브가 마련되어 있는 냉동장치의 제어방법에 있어서, 상기 압축기를 구동시켜 냉매를 상기 냉매회로 내부로 순환시킴과 아울러 상기 압축기로부터 토출된 고압의 상기 냉매를 상기 냉매배관을 통해 상기 바이패스관 내부로 유입시키고, 상기 개폐밸브와 상기 균유관 사이에 위치하는 상기 바이패스관 자체 혹은 그 바이패스관 내부의 온도를 검출하여 그 온도가 상기 압축기로부터 토출된 상기 냉매온도에서 소정값을 뺀 온도보다 낮을 경우에는 상기 압축기의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 냉동장치 및 냉동장치의 제어방법의 실시의 형태를 도면을 참조하여 설명하고자 한다.
도 1은 공기 조화기인 냉동장치(1)의 냉매회로(2)를 나타낸 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 냉매회로(2) 내에는 저압 용기식의 제1 및 제2 압축기(3, 4)와, 제1 열교환기(5)와, 팽창밸브(6)와, 제2 열교환기(7)가 순차 설치되어 있다. 2대의 압축기(3, 4)는 서로 병렬이 되도록 토출배관(8)과 흡입배관(9)에 각각 접속되어 있다. 토출배관(8) 및 흡입배관(9)의 일단은 사방밸브(10)를 통해 냉매회로(2)에 접속되어 있고 토출배관(8) 및 흡입배관(9)의 타단은 2개로 분기되어 제1 및 제2 압축기(3, 4)에 각각 접속되어 있다.
제1 및 제2 압축기(3, 4) 사이에는 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 각 용기간을 접속하는 균유관(11)이 배관되어 있으며 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 용기들은 균유관(11)을 통해 서로 연통되어 있다. 균유관(11)은 제1 및 제2 압축기(3, 4) 용기의 측면 하부에 접속되어 있으며 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 용기 내부의 오일은 균유관(11)을 통과하여 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 용기 사이를 왕래함으로써 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 용기 내부의 오일량을 균일하게 한다.
제2 압축기(4)에 접속된 토출배관(8)과 균유관(11) 사이에는 토출배관(8)과 균유관(11)을 접속시키는 바이패스관(12)이 배관되어 있고 토출배관(8)과 균유관(11)은 바이패스관(12)을 통해 연통되어 있다. 바이패스관(12)은 토출배관(8)이나 균유관(11)에비해 직경이 작은 관으로 구성되어 있으며 바이패스관(12) 중도에는 전자밸브나 전동밸브 등의 개폐밸브(13)가 설치되어 있다. 개폐밸브(13)는 개폐되어 바이패스관(12) 내부를 흐르는 냉매 가스를 조절하는 것으로서, 개폐밸브(13)가 닫혀 있으면 냉매 가스는 개폐밸브(13)을 통과하지 못하며 개폐밸브(13)가 열려져 있으면 냉매 가스는 개폐밸브(13)를 통과할 수 있게 된다.
또한 바이패스관(12)의 중도에는 바이패스관(12) 내부의 온도를 검출하는 열전쌍(Thermo Couple)이나 서미스터, 방사 온도계, 측온 저항체 등으로 이루어지는 제1 온도센서(14)가 마련되어 있다. 제1 온도센서(14)는 개폐밸브(13)와 균유관(11) 사이에 위치하는 바이패스관(12)에 설치되어 있으며 개폐밸브(13)와 균유관(11) 사이에 위치하는 바이패스관(12)으로 냉매 가스가 흐르지 않을 때에는 제1 온도센서(14)에 의해 검출되는 온도는 상온이 되며, 냉매 가스가 흐르고 있을 때에는 제1 온도센서(14)에 의해 검출되는 온도는 고온이 된다. 상온은 외기 온도와 같은 정도로서 통상 0~35도 정도이다. 또한 고온은 냉매 가스의 온도와 같은 정도로서 통상 60~130도 정도이다.
또한 제1 및 제2 압축기(3, 4)에 각각 접속되고 합류하고 있는 토출배관(8)에는 토출배관(8) 내부의 온도를 검출하는 제2 온도센서(15)가 설치되어 있다. 제2 온도센서(15)는 제1 온도센서(14)와 동일한 것으로 이루어져 있다. 또한 냉동장치(1)에는 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 구동을 제어하는 제어장치(16)가 마련되어 있고 제어장치(16)는 냉동장치(1)를 조작하는 조작반(17)에 전기적으로 접속되어 있다. 조작반(17)에는 도시하지 않은 터치패널이 형성되어 있고 이 터치패널을 조작함으로써 냉동장치(1)는 냉난방 운전, 균유 운전, 운전 정지를 수행할 수 있다.
또한 제1 및 제2 온도센서(14, 15) 및 제1 및 제2 압축기(3, 4)는 각각 제어장치(16)에 전기적으로 접속되고 있고 제1 및 제2 온도센서(14, 15)에 의해 검출된 온도 정보는 제어장치(16)로 전달되고 이 정보를 전달받은 제어장치(16)에 의해 제1 및 제2 압축기(3, 4)는 제어된다. 구체적으로는 제1 온도센서(14)에 의해 검출된 바이패스관 내부의 온도(T)가 제2 온도센서(15)에 의해 검출된 냉매온도(T0)에서 소정값(A)을 뺀 온도보다 낮을 경우 제어장치(16)로부터 제1 및 제2 압축기(3, 4)로 정지 신호가 전송되어 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 구동이 정지되는 동시에 제어장치(16)로부터 조작반(17)으로 오류 신호가 전송되어 오류 표시가 이루어진다. 한편 상기한 소정값(A)은 고압냉매 가스가 흐르는 과정에서 열손실에 의해 저하되는 온도나 오차를 고려한 것으로서 그 값은 예를 들어 10도 정도이며, 소정값(A)은 0도~20도이다.
이어서 상술한 냉동장치(1)의 사용방법 및 제어방법에 대해 설명하기로 한다.
우선 냉난방 운전에 대해 설명한다. 조작반(17)의 터치패널을 조작하여 제1 및 제2 압축기(3, 4)를 각각 구동시켜 냉매회로(2)로 냉매를 순환 이동시킨다. 이 때 개폐밸브(13)는 열려져 있으며 제2 압축기(4)로부터 토출배관(8)으로 토출된 고압냉매 가스는 바이패스관(12)으로 유입되어 실선으로 나타낸 화살표방향을 따라 바이패스관(12) 내부를 흘러 개폐밸브(13)를 통과하여 바이패스관(12) 내부를 통해 균유관(11) 내부로 유입된다. 균유관(11) 내부로 유입된 고압냉매 가스는 실선으로 표시한 화살표방향을 따라 균유관(11) 내부를 흘러 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 용기 내부로 각각 유입된다. 이에 따라 균유관(11) 내부는 고압이 되고 그 결과 저압의 제1 및 제2 압축기(3, 4) 용기 내부에 발생하는 오일 미스트가 균유관(11) 내부로 유입되는 것(오일 미스트 이동)을 방지할 수 있다.
또한 냉난방 운전중 개폐밸브(13)가 적정하게 열려 있음을 확인하고 냉동장치(1)의 운전을 제어한다. 구체적으로는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 온도센서(14)에 의해 개폐밸브(13)와 균유관(11) 사이에 위치하는 바이패스관(12) 내부의 온도(T)를 검출한다. 또한 제2 온도센서(15)에 의해 토출배관(8) 내부의 온도를 측정하고 제1 및 제2 압축기(3, 4)로부터 토출된 고압냉매 가스의 온도(T0)를 검출한다. 그리고, 이 온도(T, T0)들의 정보를 제어장치(16)로 전달하여 바이패스관(12) 내부의 온도(T)가 고압냉매 가스의 온도(T0)에서 소정값(A)를 뺀 온도보다 낮을 경우에는 제1 및 제2 압축기(3, 4)를 각각 정지시킨다. 바이패스관(12) 내부의 온도(T)가 고압냉매 가스의 온도(T0)에서 소정값(A)를 뺀 온도보다 높을 경우에는 그대로 제1 및 제2 압축기(3, 4)를 계속 구동시켜 냉난방운전을 수행한다.
이어서 균유 운전에 대해 설명하면 다음과 같다. 우선 개폐밸브(13)를 닫음과 아울러 제2 압축기(4)을 정지시킨 상태에서 제1 압축기(3)를 구동시킨다. 제1 압축기(3)가 구동되면 제1 압축기(3) 용기 내부는 저압이 되고 제1 압축기(3) 용기 내부에 있는 잉여 오일은 균유관(11)을 통과하여 제2 압축기(4)의 용기 내부로 이동한다. 이후 개폐밸브(13)를 폐쇄시킨 상태에서 제1 압축기(3)를 정지시킴과 아울러 제2 압축기(4)를 구동시킨다. 제2 압축기(4)가 구동되면 제2 압축기(4)의 용기 내부는 저압이 되어 제2 압축기(4)의 용기 내에 있는 잉여 오일은 균유관(11)을 통과하여 제1 압축기(3) 용기 내부로 이동한다. 이와 같이 제1 및 제2 압축기(3, 4)를 번갈아가며 구동시킴으로써 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 각 용기 내부의 오일량은 균일해진다.
상기한 냉동장치(1)에 따르면 개폐밸브(13)와 균유관(11) 사이에 위치하는 바이패스관(12)에는 바이패스관(12) 내부의 온도를 검출하는 제1 온도센서(14)가 설치되어 있으므로 제2 압축기(4)로부터 토출되어 토출배관(8)을 통해 바이패스관(12)으로 유입된 고압냉매 가스가 개폐밸브(13)를 통과하여 균유관(11)으로 유입되는 경우에는 제1 온도센서(14)에 의해 검출되는 온도(T)가 고온이 되고, 바이패스관(12)으로 유입된 고압냉매 가스가 개폐밸브(13)를 통과하지 않은 경우에는 제1 온도센서(14)에 의해 검출되는 온도(T)가 상온(저온)이 된다. 이에 의해 고압냉매 가스가 개폐밸브(13)를 통과하여 균유관(11)으로 유입됨을 확인할 수 있어 오일 미스트의 이동을 확실하게 방지하여 오일량 부족에 의한 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 토출배관(8)에는 제2 온도센서(15)가 설치되어 있으므로 제1 온도센서(14)에 의해 검출되는 온도(T)와 제1 및 제2 압축기(3, 4)로부터 토출된 고압냉매 가스의 온도(T0)를 비교할 수 있으므로 개폐밸브(13)가 적정하게 완전히 열리지 않아 적정량의 고압냉매 가스가 통과하고 있지 않는 경우 또한 검지할 수 있다.
또한, 상기한 냉동장치(1)의 제어방법에 따르면 제1 및 제2 압축기(3, 4)를 구동시켜 냉매를 냉매회로(2)내부로 순환시키는 동시에 제2 압축기(4)로부터 토출된 고압냉매 가스를 토출배관(8)을 통해 바이패스관(12) 내부로 유입시켜 개폐밸브(13)와 균유관(11) 사이에 위치하는 바이패스관(12) 내부의 온도(T)를 검출하고 바이패스관(12)내부의 온도(T)가 제1 및 제2 압축기(3, 4)로부터 토출된 고압냉매 가스의 온도(T0)에서 소정값(A)을 뺀 온도보다 낮을 경우에는 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 운전을 정지시키므로 개폐밸브(13) 고장 등에 의해 고압냉매 가스가 개폐밸브(13)를 통과하지 않을 경우에는 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 운전이 정지되고 이에 따라 오일 미스트의 이동을 방지하여 오일량 부족에 의한 제1 및 제2 압축기(3, 4)의 파손을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 냉동장치 및 냉동장치의 제어방법의 실시 형태에 대해 설명했으나 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다. 예를 들어 상기한 실시 형태에서는 제1 온도센서(14)에 의해 바이패스관(12) 내부의 온도를 검출하고 있지만 본 발명은 바이패스관(12) 자체의 온도를 검출하여 그 온도로부터 바이패스관(12) 내부의 온도를 추정하여 바이패스관(12) 내부에 고온의 냉매 가스가 흐르고 있는지 확인하는 것도 가능하다.
또한 상기한 실시 형태에서는 바이패스관(12) 내부의 온도(T)와, 제1 및 제2 압축기(3, 4)로부터 토출된 냉매 가스의 온도(T0)를 비교하여 바이패스관(12) 내부에 고온의 냉매 가스가 흐르고 있는지 확인하고 있으나 본 발명은 바이패스관(12) 내부의 온도(T)와 설정 변경 가능한 일정값을 비교하여 고온의 냉매 가스가 흐르고 있는지 확인하는 것도 가능하다. 일정값은 고온의 냉매 가스가 흐르고 있지 않을 경우 통상적으로 생각할 수 있는 최고의 온도로서, 예를 들어 일정값을 50도로 설정하여 통상의 냉난방 운전시 바이패스관(12) 내부의 온도(T)가 50도 이하일 경우에는 압축기의 구동을 정지시킨다.
또한 상기한 실시 형태에서는 냉동장치(1)에 2대의 압축기(3, 4)가 마련되어 있으나 본 발명은 압축기가 3대 이상 구비되어 있는 경우에도 가능하다. 또한 상기한 실시 형태에서는 공기 조화기인 냉동장치(1)에 대해서 설명을 했으나 본 발명은 냉장고나 냉동고, 그 밖의 냉동장치에도 적용가능하다.
본 발명에 따른 냉동장치에 따르면 개폐밸브와 균유관 사이에 위치하는 바이패스관에는 바이패스관 자체 혹은 바이패스관 내부의 온도를 검출하는 온도센서가 설치되어 있으므로 압축기로부터 토출되어 냉매배관을 통해 바이패스관으로 유입된 고압의 냉매가 개폐밸브를 통과하여 균유관으로 유입되는 경우에는 온도센서에 의해 검출되는 온도가 고온이 되고, 바이패스관으로 유입된 고압의 냉매가 개폐밸브를 통과하지 않은 경우에는 온도센서에 의해 검출되는 온도가 상온(저온)이 되므로 이에 의해 고압의 냉매가 개폐밸브를 통과하여 균유관으로 유입되고 있는지 확인할 수 있어 오일 미스트의 이동을 확실하게 방지하고 그 결과 오일량 부족에 의한 압축기의 파손을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 냉동장치의 제어방법에 따르면 압축기를 구동시켜 냉매를 냉매회로 내부로 순환시킴과 아울러 압축기로부터 토출된 고압의 냉매를 냉매배관을 통해 바이패스관 내부로 유입시켜 개폐밸브와 균유관 사이에 위치하는 바이패스관 자체 혹은 바이패스관 내부의 온도를 검출하여 바이패스관 내부의 온도가 압축기로부터 토출된 냉매온도에서 소정값을 뺀 온도보다 낮을 경우에는 압축기의 운전을 정지시키므로 개폐밸브의 고장 등에 의해 고압의 냉매가 개폐밸브를 통과하지 않을 경우에는 압축기의 운전은 정지되고 이에 의해 오일 미스트의 이동을 방지하여 오일량 부족에 의한 압축기의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 냉동장치의 실시 형태를 나타낸 회로도이고,
도 2는 본 발명에 따른 냉동장치의 제어수단의 실시 형태를 나타낸 플로우챠트이다.
****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****
1 냉동장치
2 냉매회로
3 제1 압축기(압축기)
4 제2 압축기(압축기)
8 토출배관(토출측 냉매배관)
11 균유관
12 바이패스관
13 개폐밸브
14 제1 온도센서(온도센서)

Claims (2)

  1. 냉매회로 내에 서로 병렬로 접속되어 있는 복수의 압축기와, 상기 복수의 압축기의 각 용기 사이를 접속시키는 균유관과, 상기 압축기의 토출측 냉매배관과 상기 균유관을 접속시키는 바이패스관과, 상기 바이패스관의 도중에 설치되어 있는 개폐밸브가 마련되어 있는 냉동장치에 있어서,
    상기 개폐밸브와 상기 균유관 사이에 위치하는 상기 바이패스관에는, 이 바이패스관 자체 혹은 상기 바이패스관 내부의 온도를 검출하는 온도 센서가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  2. 냉매회로 내에 서로 병렬로 접속되어 있는 복수의 압축기와, 상기 복수의 압축기의 각 용기 사이를 접속시키는 균유관과, 상기 압축기의 토출측 냉매배관과 상기 균유관을 접속시키는 바이패스관과, 이 바이패스관의 도중에 설치되어 있는 개폐밸브가 마련되어 있는 냉동장치의 제어방법에 있어서,
    상기 압축기를 구동시켜 냉매를 상기 냉매회로 내부로 순환시킴과 아울러 상기 압축기로부터 토출된 고압의 상기 냉매를 상기 냉매배관을 통해 상기 바이패스관 내부로 유입시키고,
    상기 개폐밸브와 상기 균유관 사이에 위치하는 상기 바이패스관 자체 혹은 그 바이패스관 내부의 온도를 검출하여 그 온도가 상기 압축기로부터 토출된 상기 냉매온도에서 소정값을 뺀 온도보다 낮을 경우에는 상기 압축기의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 냉동장치의 제어방법.
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