KR100709387B1 - 외기온도 변화에 따른 냉매 충전량 조절이 가능한통신중계기지국 냉방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 순차적으로 통과하는 냉매순환경로를 가지며, 상기 응축기와 팽창장치 사이에 수액기를 구비하여 통신중계기지국의 실내를 냉방시키는 통신중계기지국 냉방시스템으로서, 상기 응축기로부터 냉매를 수액기로 유입시키기 위해서 응축기와 수액기를 연결하는 수액기 유입관과; 상기 팽창장치로 냉매를 유출시키기 위해서 수액기와 팽창장치를 연결하는 수액기 유출관과; 상기 수액기 유입관, 수액기 유출관 및 제1 바이패스관에 설치되어 각각을 개폐하는 제1, 제2 및 제3 밸브와; 그리고 상기 제1, 제2 및 제3 밸브 각각에 개폐신호를 보내는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의해서 하절기에는 제1 및 제2 밸브를 폐쇄시키고 제3 밸브를 개방시켜 제1 바이패스관으로 냉매가 흐르게 하며, 동절기에는 제3 밸브를 폐쇄시키고 제1 및 제2 밸브를 개방시켜 수액기를 거쳐 냉매가 흐르도록 하여 외기 온도의 변화에 따라서 요구되는 냉매 충전량을 조절하여 냉방시스템을 최적화할 수 있다.

통신중계기지국, 냉방시스템, 사계절 냉방, 수액기, 바이패스관

Description

외기온도 변화에 따른 냉매 충전량 조절이 가능한 통신중계기지국 냉방시스템{Refrigeration system for telecommunication chamber regulating refrigerant charging amounts according to atmosphere temperature}

도 1은 종래의 통신중계기지국 냉방시스템을 나타내는 도면;

도 2는 본 발명에 따르는 통신중계기지국 냉방시스템을 나타내는 도면; 그리고

도 3은 본 발명에 따르는 통신중계기지국 냉방시스템의 수액기를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 압축기 20 : 응축기

30 : 팽창장치 40 : 증발기

50 : 수액기 51 : 제1 바이패스관

52 : 제2 바이패스관 53 : 수액기 유입관

54 : 수액기 유출관 55a 내지 55d : 제1 내지 제4 밸브

본 발명은 전자기판 등의 발열체가 내장되어 있는 통신장비용 앰플리파이어를 수납하고 있는 통신 캐비넷이 다수 설치되어 사계절 냉방이 필요한 통신중계기지국의 실내공기를 일정한 온도로 냉각시키는 통신중계기지국 냉방시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 외기온도가 높은 하절기 및 외기온도가 낮은 동절기에 요구되는 최적의 운전조건을 만족하기 위해서 필요한 시스템 냉매의 양을 조절할 수 있는 통신중계기지국 냉방시스템에 관한 것이다.

근래, 휴대폰 등의 이동식 통신기기의 보급에 따라 통신 중계를 실행하는 통신용 전자기판을 내장한 앰플리파이어를 복수로 갖고 있는 멀티랙 통신용 캐비넷이 다수 설치된 통신중계기지국이 여러 곳에 설치되어 있다. 이들 통신중계기지국은 도심 빌딩 사무실이나 교외의 산꼭대기나 벌판에 컨테이너 형태로 건설되고 그 내부에 통신용 멀티랙 캐비넷이 다수 설치되어 있으며, 통신중계기지국의 내부 온도를 조절함으로써 통신장비들이 냉각시키고 있다. 통신중계기지국의 실내에 설치되는 전기, 전자 통신장비는 최근 들어 소형화 및 고밀도화 되어 있으며, 고열유속의 발열칩이 장착되어 있어서 통신용 앰플리파이어가 안정적으로 작동되기 위해서는 내부의 열원을 효율적으로 제거해야 될 필요가 있다. 통신용 앰플리파이어 내부 온도가 상승되면 통신장비의 성능이 저하되며, 보드에서의 접속 불량 등으로 기기 고장율이 증가하게 되는 문제점이 있다.

종래에는 통신중계기지국 냉방시스템은 도 1에 도시한 것과 같이 통신중계기지국 내의 공기를 냉각시키기 위해 증기압축식 냉방시스템을 설치하여 사계절 일정한 온도로 냉각시키도록 하고 있다. 상기 냉방시스템은 일반적으로 압축기(10), 응 축기(20), 팽창장치(40) 및 증발기(50)로 구성되며, 압축기(10)는 냉매를 고온고압 상태로 만들며, 응축기(20)는 실외에 설치되어 고온고압의 냉매로부터 대기로 열을 방출하고 냉매를 액체 상태로 만든다. 응축기(20)를 나온 액체상태의 냉매는 팽창장치(30)를 통과하며 저온저압 상태로 되고, 저온저압 상태의 냉매가 실내기(60)에 설치된 증발기(40)를 통과하며 실내공기로부터 열을 흡수하여 냉매는 기체상태가 되어 다시 압축기(10)로 흡입된다. 상기 증발기(40)에서의 열교환에 의해서 통신중계기지국 실내의 공기는 냉매로 열을 빼앗겨 차가운 공기가 되고 이로 인해 실내는 냉방이 된다.

통신중계기지국에 설치된 통신기기에서는 연중 사계절 열이 발생하므로 일반주거용 냉방시스템과는 달리 하절기뿐만 아니라 동절기에도 냉방이 필요하다. 일반적으로 냉방시스템에서 동절기와 같이 외기온도가 낮은 경우에는 냉방시스템의 최적 냉매 충전량이 많아지게 되고 하절기와 같이 주위 온도가 높은 경우 냉방시스템의 최적 냉매 충전량이 적어지게 된다. 따라서 하나의 냉방시스템을 사계절 사용하기 위해서는 동절기에 요구되는 동절기 최적 냉매 충전량을 기준으로 하여 냉매 충전량을 정하게 되며, 아울러 냉방시스템 내에 냉매를 축적하거나 공급하기 위한 보조장치로 응축기(20)와 팽창장치(30) 사이 실외기(61)에 대형의 수액기(50)를 설치한다.

하지만 수액기(50)는 단지 냉매를 축적하는 작용을 할 뿐으로 수액기(50)를 설치함으로 인한 냉방시스템 내의 총 냉매 충전량은 변화가 없다. 따라서 종래의 통신중계기지국 냉방시스템은 하절기 운전조건에 필요한 냉매 충전량보다 많은 냉 매가 시스템에 충전된다. 그 결과 종래의 냉방시스템은 하절기 운전 시 응축기(20)에서의 응축압력이 상승하여 압축기(10)에 과부하가 발생하고 소요동력이 증가하며, 팽창장치(30) 입구의 과냉도가 증가되고 냉방시스템을 순환하는 냉매 유량이 증가하게 되고, 압축기(10) 입구 냉매의 과열도가 감소하여 액압축이 발생하게 되어 압축기(10)를 손상시키는 문제점이 있다.

한편 종래 냉방시스템은 대형 수액기(50)가 설치되어 있고 또한 많은 냉매가 시스템 내에 액체상태로 충전되어 있기 때문에 동절기 냉방시스템 기동시에 압축기(10) 입구에 액체상태의 냉매가 장시간 흡입되어 기동 성능이 저하될 수 있으며, 이는 압축기 손상의 원인이 된다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외기온도가 높은 하절기에는 수액기에 잉여 냉매를 저장하고 단속한 후 바이패스 라인을 이용하여 수액기를 거치지 않고 냉매가 순환되도록 함으로써 냉방시스템의 하절기 냉매 충전량을 최적화하고, 외기온도가 낮은 동절기에는 냉매가 수액기를 통과하도록 냉매 회로를 구성하여 수액기에 저장된 냉매를 활용함으로써 냉방시스템의 냉매 충전량을 최적화하여, 냉방시스템의 소비전력 저감과 시스템의 신뢰성을 증대시킬 수 있는 통신기지국 냉방시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 동절기 냉방시스템 기동시 수액기의 기체상태의 냉매를 압축기로 유입되도록 함으로써, 많은 냉매 충전으로 인한 냉방시스템의 기동 성능 저하를 극복할 수 있도록 하는 통신중계기지국 냉방시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 순차적으로 통과하는 냉매순환경로를 가지며, 상기 응축기와 팽창장치 사이에 수액기를 구비하여 통신중계기지국의 실내를 냉방시키는 통신중계기지국 냉방시스템으로서, 상기 응축기로부터 냉매를 수액기로 유입시키기 위해서 응축기와 수액기를 연결하는 수액기 유입관과; 상기 팽창장치로 냉매를 유출시키기 위해서 수액기와 팽창장치를 연결하는 수액기 유출관과; 상기 수액기 유입관으로부터 분리되어 수액기를 거치지 않고 수액기 유출관으로 연결되는 제1 바이패스관과; 상기 수액기 유입관, 수액기 유출관 및 제1 바이패스관에 설치되어 각각을 개폐하는 제1, 제2 및 제3 밸브와; 그리고 상기 제1, 제2 및 제3 밸브 각각에 개폐신호를 보내는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의해서 하절기에는 제1 및 제2 밸브를 폐쇄시키고 제3 밸브를 개방시켜 제1 바이패스관으로 냉매가 흐르게 하며, 동절기에는 제3 밸브를 폐쇄시키고 제1 및 제2 밸브를 개방시켜 수액기를 거쳐 냉매가 흐르도록 하여 외기 온도의 변화에 따라서 요구되는 냉매 충전량을 조절하여 냉방시스템을 최적화할 수 있다.

또한 본 발명의 상기 수액기는, 수액기 내에 기체상태의 냉매를 압축기 입구로 보내기 위해서 수액기와 압축기를 연결하는 제2 바이패스관과, 상기 제2 바이패스관을 개폐하는 제4 밸브를 더 구비하며, 냉방시스템의 동절기 기동시 제4 밸브를 개방시켜 수액기로부터 기체 상태의 냉매를 압축기로 유입시킴으로써 냉방시스템의 기동성능을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 통신중계기지국 냉방시스템에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명에 따르는 통신중계기지국 냉방시스템을 나타내는 도면이며, 그리고 도 3은 본 발명에 따르는 통신중계기지국 냉방시스템의 수액기의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따르는 통신중계기지국 냉방시스템은 기지국 내부의 실내기(60)에 수액기(50), 팽창장치(30)와 증발기(40)가 설치되어 있고, 실외기(61)에 압축기(10)와 응축기(20)가 설치되어 있다.

압축기(10)는 냉매를 압축시켜 고온고압 상태로 만들어주며, 상기 압축기(10)를 통해 배출된 고온고압의 기체 냉매는 응축기(20)에서 열을 방출하여 액체상태의 냉매를 만든다. 상기 응축기(20) 출구로부터 유출된 액체상태의 냉매는 팽창장치(30)를 거쳐 저온저압상태가 되며, 저온저압의 냉매는 증발기(40)에서 통신중계기지국 내부의 고온의 공기와 열교환하여 실내를 냉방시키게 된다.

본 발명에 따르는 통신중계기지국 냉방시스템은 응축기(20)와 팽창장치(30) 사이에 수액기(50)를 구비하고 있으며, 상기 수액기(50)는 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이 상기 응축기(20)로부터 냉매를 유입시키기 위해서 응축기(20)와 수액기(50)를 연결시키는 수액기 유입관(53)과, 상기 팽창장치(30)로 냉매를 유출시키기 위해서 수액기(50)와 팽창장치(30)를 연결하는 수액기 유출관(54)을 구비한다. 또한 본 발명에 따르는 통신중계기지국 냉방시스템은 상기 수액기 유입관(53)으로부터 분리되어 수액기(50)를 거치지 않고 수액기 유출관(54)으로 연결되는 제1 바이패스관(51)을 구비한다. 또한 상기 수액기 유입관(53), 수액기 유출관(54) 및 제1 바이패스관(51)은 각각을 개폐하는 제1, 제2 및 제3 밸브(55a, 55b, 55c)를 구비하고 있다.

상기 제1 밸브(55a) 및 제2 밸브(55b)에 의해서 수액기 유입관(53) 및 수액기 유출관(54)을 폐쇄하고 제3 밸브(55c)에 의해서 제1 바이패스관(51)을 개방시키는 경우 냉매는 수액기(50)를 통과하지 않고 응축기(20)로부터 팽창장치(30)로 흐르게 된다. 따라서 수액기(50)에 축적된 냉매는 냉방 시스템의 냉매 순환경로와 분리되어 냉방시스템의 냉매 충전량을 감소시키고, 이로 인해서 하절기 냉방시스템에서 요구되는 하절기 최적 냉매 충전량 조건을 만족시키도록 냉매 충전량을 조절하여 최적운전 할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 따르는 통신중계기지국 냉방시스템은 상기 수액기(50)는, 상기 수액기(50)와 상기 압축기(10)를 연결하는 제2 바이패스관(52)과, 상기 제2 바이패스관(52)을 개폐하는 제4 밸브(55d)를 구비한다. 상기 제2 바이패스관(52)은 도 3에 도시된 것과 같이 그 단부가 수액기(50) 내부의 상부에 위치하여 수액기(50) 내의 기체 상태의 냉매가 유출될 수 있도록 한다.

상기 제1 내지 제4 밸브는 도시하지 않은 제어장치로부터 발생된 신호에 의해서 각각의 관을 개폐하는 솔레노이드 밸브를 사용할 수 있으며, 상기 제어장치는 외기 온도를 측정하여 외기의 온도의 변화에 따라서 각각의 밸브를 개폐하는 신호를 내보내게 된다.

이하 본 발명에 따르는 통신중계기지국 냉방시스템의 작용에 대해서 살펴본다. 먼저, 하절기와 같이 외기온도가 높은 경우 냉방시스템의 최적운전을 위해 요 구되는 냉매 충전량이 적을 경우에는 냉매가 수액기(50)를 거치지 않고 제1 바이패스관(51)을 거치도록 하여 수액기(50)에 축적된 냉매를 순환시키지 않도록 한다. 이를 위해서 제1 및 제2 밸브(55a, 55b)를 사용하여 수액기 유입관(53), 수액기 유출관(54)을 폐쇄하고, 제3 밸브(55c)를 사용하여 제1 바이패스관(51)을 개방시킨다. 이에 따라서 냉매는 응축기(20)를 지나 제1 바이패스관(51)을 거쳐 팽창장치(30)로 순환된다. 이에 따라서 잉여냉매가 수액기(50)에 축적되고 냉방시스템에 냉매 순환에 관여하지 않게 되어 하절기 요구되는 냉매 충전량 조건을 만족시켜 냉방 시스템이 최적운전 되도록 한다.

한편 동절기와 같이 외기온도가 낮은 경우 냉방시스템에서 요구되는 냉매 충전량이 증가하게 된다. 이 경우, 제3 밸브(55c)를 사용하여 제1 바이패스관(51)을 폐쇄하고 제1 밸브 및 제2 밸브(55a, 55b)를 사용하여 수액기 유입관(53) 및 수액기 유출관(54)을 개방시켜, 냉매가 응축기(20)로부터 수액기(50)를 지나 팽창장치(30)로 흡입되도록 한다. 이때, 수액기에 저장되어 있던 냉매는 냉매 순환경로에 사용되어 냉방 시스템의 냉매 충전량을 증가시키고 따라서 동절기 요구되는 냉방시스템의 냉매 충전량을 만족시켜 시스템이 최적운전될 수 있다.

한편, 앞서 살펴본 바와 같이 통신중계기지국 냉방시스템에서는 응축기(20)와 팽창장치(30) 사이에 설치된 수액기(50)에 많은 냉매가 축적되어 있기 때문에 동절기 냉방시스템 기동시에는 수액기(50)에 저장된 많은 액체상태의 냉매가 팽창장치(30)와 증발기(40)를 통하여 압축기(10) 공급되며, 이때 액체상태의 냉매가 장기간 압축기(10)에 유입되게 되며, 이로 인해서 냉방시스템이 정상 운전 상태에 도 달하기까지 많은 시간이 요구되고 소비동력이 증가하게 되며, 압축기(10)에 액냉매가 장시간 유입되어 액압축으로 인해 압축기가 손상되기 쉽다. 본 발명은 동절기 냉방시스템의 기동 성능 향상 및 정상상태 도달 시간을 감소시키기 위해서 기동시 제3 밸브(55c)를 사용하여 제1 바이패스관(51)을 폐쇄하고, 제1, 제2 및 제4 밸브(55a, 55b, 55d)를 사용하여 수액기 유입관(53), 수액기 유출관(54) 및 제2 바이패스관(52)을 개방시킨다. 이로 인해서 실내기(60)에 설치되어 외부보다 온도가 높은 상태를 유지하고 있는 수액기(50)의 기체 상태의 냉매가 제2 바이패스관(52)을 통해서 증발기(40)를 통과한 냉매와 함께 압축기(10)로 흡입되며, 이후 응축기(20)를 통과한 고온의 냉매 중 수액기(50)의 액체상태의 냉매는 팽창장치(30)로 흡입되고 기체상태의 냉매는 압축기(10)에 흡입된다. 이로 인해서 압축기(10)로 액체상태의 냉매 유입량 또는 유입 시간을 감소시켜 냉방시스템의 기동 시간 단축 및 액압축을 방지하여 소비전력을 감소시키고 압축기를 보호한다. 이때, 도 3에 도시한 것과 같이 본 발명의 수액기(50)에는 팽창장치(30)에 연결된 수액기 유출관(54)은 수액기(50) 하단부로부터 액체상태의 냉매가 흡입되도록 설치되는 구조를 가져 냉방시스템을 흐르는 냉매의 유량을 안정화시키며, 수액기(50)와 압축기(10)를 연결하는 제2 바이패스관(52)은 수액기(50)의 상단부에서 기체상태의 냉매를 토출하는 구조를 가지고 있어서 기체상태의 냉매가 압축기(10)로 흡입되게 된다.

상기 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르는 통신중계기지국 냉방시스템은 외기 온도가 높은 하절기 및 외기 온도가 낮은 동절기에 따라 냉방시스템의 냉매 순환경 로를 따라 순환되는 냉매 충전량을 조절할 수 있기 때문에 외기의 온도 변화에 따른 냉방시스템이 요구하는 냉매 충전량을 최적화하여 시스템 성능 향상 및 소비전력을 저감 할 수 있다.

또한, 동절기 냉방시스템의 기동시 수액기로부터 기체상태의 냉매를 압축기로 유입시킴으로써 기동성능을 향상시키며, 그 결과 소비전력 저감과 압축기 신뢰성 및 시스템 냉매 충전량의 안전성을 확보하게 된다.

Claims (2)

1. 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 순차적으로 통과하는 냉매순환경로를 가지며, 상기 응축기와 팽창장치 사이에 수액기를 구비하여 통신중계기지국의 실내를 냉방시키는 통신중계기지국 냉방시스템으로서,

   상기 응축기로부터 냉매를 수액기로 유입시키기 위해서 응축기와 수액기를 연결하는 수액기 유입관과;

   상기 팽창장치로 냉매를 유출시키기 위해서 수액기와 팽창장치를 연결하는 수액기 유출관과;

   상기 수액기 유입관으로부터 분리되어 수액기를 거치지 않고 수액기 유출관으로 연결되는 제1 바이패스관과;

   상기 수액기 유입관, 수액기 유출관 및 제1 바이패스관에 설치되어 각각을 개폐하는 제1, 제2 및 제3 밸브와; 그리고

   상기 제1, 제2 및 제3 밸브 각각에 개폐신호를 보내는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신중계기지국 냉방시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수액기는, 수액기 내에 기체상태의 냉매를 압축기 입구로 보내기 위해서 수액기와 압축기를 연결하는 제2 바이패스관과, 상기 제2 바이패스관을 개폐하는 제4 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 통신중계기지국 냉방시스템.

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