KR101727561B1 - 에너지 절약형 산업용 공조기 및 그 운전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 절약형 산업용 공조기 및 그 운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내온도에 비해 비교적 온도가 낮은 외기를 이용하여 산업용 공조기를 운전하여 전력 소비량을 감소시키는 에너지 절약형 산업용 공조기 및 그 운전방법에 있어서, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지 절약형 산업용 공조기 및 그 운전방법에 있어서, 공정설비 또는 장치 등에서 발생하는 열을 냉매를 공급하여 냉각하는 산업용 공조기에 있어서, 냉매를 냉각회로 내에 순환시키며, 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변이 형성된 압축기; 상기 압축기에 연결되어 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키는 응축기; 상기 응축기에서 변환되는 액체 냉매를 저장하는 수액기; 상기 수액기에 연결되어 운전모드에 따라 열리고 닫히는 압축기 냉각회로 전자변; 상기 압축기 냉각회로 전자변에 연결되어 상대적으로 고온, 고압의 액체 냉매를 저온, 저압으로 변환시키는 팽창변; 상기 팽창변에 연결되어 액체 냉매가 증발할 때 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키는 증발기; 상기 증발기에 연결되어 상기 증발기에서 유출되는 액체 냉매와 기체 냉매를 분리하여 기체 냉매만을 상기 압축기에 전달하는 액분리기; 상기 수액기에 연결되어 운전모드에 따라 열리고 닫히는 자연냉각 전자변; 상기 자연냉각 전자변에 연결되어 냉매를 냉각회로 내에 순환시키는 액펌프; 상기 액펌프와 상기 증발기에 연결되며, 냉매의 개폐량을 조절하는 삼방변; 상기 액분리기를 상기 응축기에 직접 연결하며, 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변을 포함하는 순환 배관; 상기 삼방변을 상기 순환 배관에 연결하는 바이패스 배관; 및 실내온도를 측정하는 실내온도 감지센서와 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서를 포함하며, 상기 실내온도 감지센서에서 측정된 실내온도에 따라 압축기에 의해 냉매가 상기 응축기와 수액기, 압축기 냉각회로 전자변, 팽창변, 증발기, 액분리기 및 압축기를 포함하는 압축기 냉각회로를 순환하는 냉동기 운전모드나 상기 외기온도 감지센서에서 측정된 외기온도가 상기 실내온도 감지센서에서 측정된 실내온도보다 낮은 경우 액펌프에 의해 냉매가 상기 응축기와 수액기, 자연냉각 전자변, 액펌프, 삼방변, 증발기, 액분리기 및 순환 배관을 포함하는 액펌프 냉각회로를 순환하는 자연냉각 운전모드를 선택하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 산업용 공조기.

Description

에너지 절약형 산업용 공조기 및 그 운전방법{Energy-saving industrial air-conditioner and the operation method}
본 발명은 에너지 절약형 산업용 공조기 및 그 운전방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내온도에 비해 비교적 온도가 낮은 외기를 이용하여 산업용 공조기를 운전하여 전력 소비량을 감소시키는 에너지 절약형 산업용 공조기 및 그 운전방법에 관한 것이다.
일반적으로 산업용 공조기는 각종 공정설비 또는 장치 등에서 발생하는 열을 제거하기 위해 냉각공기 등의 냉매를 공급하는 장치로서, 산업 전반에 걸쳐 매우 다양하게 사용되고 있다. 예를 들면, 반도체 제조공정은 공정 전반에 걸쳐 많은 열이 발생하게 되는데, 이러한 열 발생을 방지하여 효율적인 제조공정을 수행할 수 있도록 공조기를 사용하고, 또한 데이터 센터, 통신기지국, 전산실 등에 냉각공기를 지속적으로 공급하여 장비의 오작동과 고장을 방지하기 위해 사용된다.
이러한 산업용 공조기는 기체 냉매를 응축시키는 응축기의 냉각방식에 따라 공냉식 공조기와 수냉식 공조기로 나뉘게 된다. 공냉식 공조기는 외부에 설치된 공냉식 응축기에서 응축된 냉매액을 이용하여 각종 공정설비 또는 장치 등에서 발생하는 열을 제거하는 장치로, 냉각수에 의한 누설이 없으며, 정비의 필요성이 낮으나, 송풍기가 설치되어 구동시 소음이 크다. 수냉식 공조기는 냉각수를 이용하여 각종 공정설비 또는 장치 등에서 발생하는 열을 제거하는 장치로, 냉각작용이 균일하며, 구동시 소음이 작지만, 동절기에 동파, 누설 등에 의해 고장 가능성이 높다.
도 1은 종래의 기술에 따른 산업용 공조기를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 산업용 공조기(10)는 공냉식 공조기로 냉매를 회로 내에서 순환시키는 압축기(11)와, 기체 냉매를 외부공기와의 열교환을 통해 응축시켜 액체 냉매로 변환시키는 응축기(12), 액체 냉매를 저장하는 수액기(13), 압축기의 운전에 따라 회로를 열고 닫는 전자변(14), 상대적으로 고온, 고압의 액체냉매를 저온, 저압으로 변환시키는 팽창밸브(15), 액체 냉매가 증발할 때 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키는 증발기(16), 증발기(16) 출구에서 유출되는 액체 냉매와 가스(기체)를 분리하여 가스만 압축기(11)에 전달하는 액분리기(17)를 포함하고 있다.
상기와 같은 구성의 산업용 공조기는 기체 냉매가 응축기(12)를 통과하는 과정에서 외부 공기와 열교환하여 응축되어 액체 냉매로 변하고, 액체 냉매가 증발기(16)에서 증발할 때 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키는 구성이다.
그러나 종래기술에 따른 산업용 공조기는 외부 온도와는 무관하게 특정 설비가 가동되는 동안에는 계속해서 작동되도록 구성되어 겨울철과 같이 외기 온도가 낮은 날씨에도 피냉각실이 적정온도에 도달하지 않으면 압축기(11)가 계속 작동되어 에너지 소모가 큰 문제점이 있다.
이러한 문제점을 보완하고자 국내등록특허 10-0933515호에서 쿨링 타워 냉각수를 이용한 에너지 절약형 항온항습기 및 그의 제어방법이 고안되었다.
도 2는 종래의 다른 기술에 따른 에너지 절약형 항온항습기를 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 에너지 절약형 항온항습기는 수냉식 공조기로 전술한 압축기(11), 응축기(12), 팽창밸브(15) 및 증발기(16)를 포함하며, 외기온도를 검출하는 외기온도 검출센서(18a)를 구비한 쿨링 타워(18), 실내온도를 검출하는 실내온도검출센서(19), 증발기(16) 전방부에 설치되는 냉수 코일(20), 냉수 코일과 응축기를 연결하는 배관 사이에 설치되는 제 1 삼방변(21a)과 제 1 삼방변과 응축기 입구 사이에 설치된 바이패스 관(21c)과 제 1 삼방변과 응축기 출구 사이에 설치된 제 2 삼방변(21b)의 개폐량을 제어하는 제어부(21), 냉각수를 회로에 순환시키는 순환펌프(22)를 포함하고 있다.
종래의 다른 기술에 따른 에너지 절약형 항온항습기는 동절기에는 압축기를 이용한 냉동 사이클 운전을 정지시키고 쿨링 타워의 냉각수를 냉수 코일을 통해 순환시키며 실내공기의 온도를 사용자가 원하는 온도로 유지시키고, 환절기(봄이나 가을 또는 야간)에는 제 1 및 제 2 삼방변의 개폐량을 제어하며 냉동 사이클과 냉수 코일을 병행하여 작동시키고, 하절기에는 냉수 코일의 구동을 차단하며 냉동 사이클만 구동되는 방식이다.
이러한 종래의 다른 기술에 따른 에너지 절약형 항온항습기는 하절기 열교환을 한 응축기 냉각수 출구온도를 36~38℃, 쿨링타워에서 열교환을 냉각수 출구온도는 31~33℃로 설정하여 온도편차를 5℃로 잡았다. 종래의 다른 기술에 따른 에너지 절약형 항온항습기는 외기온도검출센서가 15~17℃ 이상이면 하절기모드를 선택하고, 15~17℃ 미만이며, 쿨링타워의 냉각수 출구온도가 6~8℃(온도편차에 따라 외기온도가 1~3℃) 미만일 시에는 동절기모드를 선택하게 된다. 전국 17개 도시의 표준기상 데이터의 월평균 온도는 12월 5.9℃, 1월 3.4℃, 2월 5.3℃, 3월 9.1℃ 로 외기온도가 1~3℃ 미만일 시에 운전되는 동절기모드는 그 운전이 극히 제한적일 수 밖에 없는 단점이 있다.
또한, 종래의 다른 기술에 따른 에너지 절약형 항온항습기는 냉각수가 부가적으로 설치된 냉수 코일에 의하여 열교환하고, 상대적으로 많은 배관과 부품으로 구성되어 있어 장치의 구조가 복잡하며, 설치 및 운전 비용이 상승하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 다른 기술에 따른 에너지 절약형 항온항습기는 환절기에 냉동기 사이클과 냉수 코일을 병행하여 작동될 때 쿨링 타워의 냉각수가 분기되어 한쪽은 냉동기 사이클의 응축기로 가고, 다른 한쪽은 냉수 코일에서 실내 공기와 열교환을 한 후 냉동기 사이클의 응축기로 가게 된다. 그럼으로써 서로 온도가 다른 냉각수가 제 1 삼방변에서 혼합되어 냉각수는 쿨링 타워에서 유출될 때의 온도보다 온도가 상승하여 응축기에서 열교환 효율이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 종래의 다른 기술에 따른 에너지 절약형 항온항습기는 외기가 기준 온도 이하로 내려갔을 때에만 운전하게 되어 에너지 절약이 상대적으로 적은 단점이 있다.
또한, 종래의 다른 기술에 따른 에너지 절약형 항온항습기는 수냉식 항온항습기로 냉각수를 이용하는 냉각수 코일이 추가적으로 설치되어 전산실과 같은 전자장비실에 종래의 다른 기술에 따른 에너지 절약형 항온항습기가 설치되어 사용될 때 냉각수 누수에 의한 문제가 발생할 수 있는 단점이 있다.
국내등록특허 10-0933515호(2009.12.23. 공고, 쿨링 타워 냉각수를 이용한 에너지 절약형 항온항습기 및 그의 제어방법)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 온도편차를 줄여 동절기에 좀 더 효율적인 운전이 가능한 에너지 절약형 산업용 공조기 및 그 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 기존의 응축기와 증발기를 이용하여 구조가 단순하며, 설치 및 운전 비용이 저렴한 에너지 절약형 산업용 공조기 및 그 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 실내외의 온도차에 의해서 운전되는 에너지 절약형 산업용 공조기 및 그 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 공냉식 산업용 공조기를 이용하여 냉각수 누수에 의한 전자장비의 고장을 방지하는 에너지 절약형 산업용 공조기 및 그 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지 절약형 산업용 공조기에 있어서, 공정설비 또는 장치 등에서 발생하는 열을 냉매를 공급하여 냉각하는 산업용 공조기로 냉매를 회로 내에 순환시키며, 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변이 형성된 압축기; 상기 압축기에 연결되어 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키는 응축기; 상기 응축기에서 변환되는 액체 냉매를 저장하는 수액기; 상기 수액기에 연결되어 운전모드에 따라 열리고 닫히는 압축기 냉각회로 전자변; 상기 압축기 냉각회로 전자변에 연결되어 상대적으로 고온, 고압의 액체 냉매를 저온, 저압으로 변환시키는 팽창변; 상기 팽창변에 연결되어 액체 냉매가 증발할 때 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키는 증발기; 상기 증발기에 연결되어 상기 증발기에서 유출되는 액체 냉매와 기체 냉매를 분리하여 기체 냉매만을 상기 압축기에 전달하는 액분리기; 상기 수액기에 연결되어 운전모드에 따라 열리고 닫히는 자연냉각 전자변; 상기 자연냉각 전자변에 연결되어 냉매를 냉각회로 내에 순환시키는 액펌프; 상기 액펌프와 상기 증발기에 연결되며, 냉매의 개폐량을 조절하는 삼방변; 상기 액분리기를 상기 응축기에 직접 연결하며, 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변을 포함하는 순환 배관; 상기 삼방변을 상기 순환 배관에 연결하는 바이패스 배관; 및 실내온도를 측정하는 실내온도 감지센서와 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서를 포함하며, 상기 실내온도 감지센서에서 측정된 실내온도에 따라 압축기에 의해 냉매가 상기 응축기와 수액기, 압축기 냉각회로 전자변, 팽창변, 증발기, 액분리기 및 압축기를 포함하는 압축기 냉각회로를 순환하는 냉동기 운전모드나 상기 외기온도 감지센서에서 측정된 외기온도가 상기 실내온도 감지센서에서 측정된 실내온도보다 낮은 경우 액펌프에 의해 냉매가 상기 응축기와 수액기, 자연냉각 전자변, 액펌프, 삼방변, 증발기, 액분리기 및 순환 배관을 포함하는 액펌프 냉각회로를 순환하는 자연냉각 운전모드를 선택하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 산업용 공조기를 제공할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지 절약형 산업용 공조기의 운전방법은, 공정설비 또는 장치 등에서 발생하는 열을 냉매를 공급하여 냉각하는 산업용 공조기 운전방법으로 실내온도 감지센서와 외기온도 감지센서로 실내온도와 외기온도를 측정하는 온도 측정단계; 및 측정된 실내온도와 외기온도에 따라 제어부에서 운전모드를 선택하는 운전모드 선택단계;를 포함하며, 상기 운전모드 선택단계는 실내온도가 설정된 온도 이상인 경우 상기 제어부가 압축기에 의해 냉매가 상기 응축기와 수액기, 압축기 냉각회로 전자변, 팽창변, 증발기, 액분리기 및 압축기를 순환하는 냉동기 운전모드를 선택하고, 외기온도가 실내온도보다 낮은 경우 상기 제어부가 액펌프에 의해 냉매가 상기 응축기와 수액기, 자연냉각 전자변, 액펌프, 삼방변, 증발기, 액분리기 및 순환 배관을 순환하는 자연냉각 운전모드를 선택하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 산업용 공조기 운전방법을 제공할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 제한과 온도편차를 줄여 보다 효과적으로 운전할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존의 응축기와 증발기를 이용하여 공조기를 단순하게 구성하여 구조가 단순하며, 설치 및 운전비용을 저렴하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 순환배관을 통해 냉매가 흐름으로써 열교환 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 실내외 온도차에 의해서 자연냉각 운전모드가 운전되어 보다 효율적으로 에너지를 절약할 수 있다.
또한, 본 발명은 공냉식 산업용 공조기를 이용하여 냉각수 누수에 의한 전자장비들의 고장을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 산업용 공조기를 나타낸 단면도,
도 2는 종래의 다른 기술에 따른 에너지 절약형 항온항습기를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 냉동기 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 자연냉각 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 자연냉각 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기를 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명의 제 3실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 자연냉각 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명의 제 4실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기를 나타낸 단면도,
도 11은 본 발명의 제 4실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 자연냉각 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도,
도 12는 본 발명의 제 4실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 동시 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기 운전방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기를 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 에너지 절약형 산업용 공조기는 각종 공정설비 또는 장치 등에서 발생하는 열을 냉각회로에 냉매를 공급하여 냉각하는 장치로서, 냉매를 냉각회로 내에 순환시키며, 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변이 형성된 압축기(110), 압축기에 연결되어 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키는 응축기(120), 응축기에서 변환되는 액체 냉매를 저장하는 수액기(130), 수액기에 연결되어 운전모드에 따라 열리고 닫히는 압축기 냉각회로 전자변(140), 압축기 냉각회로 전자변에 연결되어 상대적으로 고온, 고압의 액체 냉매를 저온, 저압으로 변환시키는 팽창변(150), 팽창변에 연결되어 액체 냉매가 증발할 때 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키는 증발기(160), 증발기에 연결되어 증발기에서 유출되는 액체 냉매와 기체 냉매를 분리하여 기체 냉매만을 압축기에 전달하는 액분리기(170), 수액기에 연결되어 운전모드에 따라 열리고 닫히는 자연냉각 전자변(210), 자연냉각 전자변에 연결되어 냉매를 냉각회로 내에 순환시키는 액펌프(220), 액펌프와 증발기에 연결되며, 냉매의 개폐량을 조절하는 삼방변(230), 액분리기를 응축기에 직접 연결하며, 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변을 포함하는 순환 배관(240), 삼방변을 순환 배관에 연결하는 바이패스 배관(250), 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서(181)와 실내온도를 측정하는 실내온도 감지센서(182)를 포함하며, 실내온도 또는 외기온도와 실내온도의 온도 차이에 의해 운전모드를 선택하는 제어부(180), 냉매의 역행을 방지하여 냉매가 순방향으로만 움직이게 하는 체크밸브(190)를 포함하고 있다.
상기와 같은 구성의 에너지 절약형 산업용 공조기는 압축기(110)에 의해 냉매가 응축기(120), 수액기(130), 압축기 냉각회로 전자변(140), 팽창변(150), 증발기(160), 액분리기(170), 압축기(110)를 포함하는 압축기 순환회로(100)를 순환하는 냉동기 운전모드와 액펌프(220)에 의해 냉매가 응축기(120), 수액기(130), 자연냉각 전자변(210), 액펌프(220), 삼방변(230), 증발기(160), 액분리기(170), 순환 배관(240)을 포함하는 액펌프 냉각회로(200)를 순환하는 자연냉각 운전모드로 운전된다.
구체적으로 살펴보면, 압축기(110)는 냉매를 냉각회로 내에 강제 순환시키는 구성으로, 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변(111)을 포함하고 있다. 이러한 압축기(110)는 기체 냉매에 압력을 가하여 고온, 고압의 기체 냉매로 변환시켜 냉매가 냉각회로 내에서 순환하도록 하는 것이다. 또한, 압축기(110)는 냉동기 운전모드 시에는 작동을 하고, 자연냉각 운전모드 시에는 작동을 멈추게 된다.
압축기의 전자변(111)은 운전모드가 냉동기 운전모드인 경우에는 열려 냉매를 통과시키고, 자연냉각 운전모드인 경우에는 닫혀서 냉매를 차단시킨다. 이러한 압축기의 전자변(111)은 자연냉각 운전모드에서 냉매가 작동이 멈춘 압축기(110) 흡입측에 들어가는 것을 방지하기 위해 압축기(110)와 액분리기(170) 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
응축기(120)는 압축기(110)에서 순환시키는 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키는 구성으로, 압축기(110) 후단에 연결된다. 이러한 응축기(120)는 고온, 고압의 기체 냉매가 외부 공기와의 열교환으로 응축되어 고온, 고압의 액체 냉매로 변환시키고, 별도의 송풍기가 장착되어 더 효율적인 열교환을 할 수 있다.
수액기(130)는 응축기(120)에서 변환되는 액체 냉매를 저장하는 구성으로, 응축기(120) 후단에 연결된다. 이러한 수액기(130)는 응축기(120)에서 변환된 고온, 고압의 액체 냉매를 일시 저장하는 용기로 자연냉각 운전모드 때에 증발기(160)와 응축기(120)에 냉매 공급을 원활히 하여 건조상태를 방지하기 위해 냉동기 운전모드만으로 운전되던 산업용 공조기의 수액기(130)보다 1.5~2배 정도의 용량을 가진 수액기(130)로 사용하는 것이 바람직하다.
압축기 냉각회로 전자변(140)은 제어부(180)에서 선택된 운전모드에 따라 열리고 닫히는 구성으로, 수액기(130) 후단에 연결된다. 이러한 압축기 냉각회로 전자변(140)은 제어부(180)에 의해 냉동기 운전모드 시에는 압축기(110)에 의해 냉매가 압축기 냉각회로(100)에 원활히 순환되도록 열리고, 자연냉각 운전모드 시에는 사용되지 않는 배관 및 장치에 냉매가 흘러 발생하는 장치의 고장 및 냉각효율 저하를 방지하기 위해 닫힌다.
팽창변(150)은 고온, 고압의 액체 냉매를 저온, 저압의 액체 냉매로 변환시키는 구성으로, 압축기 냉각회로 전자변(140) 후단에 연결된다. 이러한 팽창변(150)은 고온, 고압의 액체 냉매를 저온, 저압의 액체 냉매로 변환시킴으로써, 액체 냉매의 증발이 용이하도록 한다. 또한, 팽창변(150)은 압축기 냉각회로 전자변(140)과 같이 냉동기 운전모드 시에는 작동되고, 자연냉각 운전모드 시에는 작동되지 않아 에너지 소비를 절감할 수 있다.
증발기(160)는 액체 냉매가 증발할 때 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키는 구성으로, 팽창변(150) 후단에 연결된다. 이러한 증발기(160)는 팽창변(150)을 통하여 저온, 저압으로 변환된 액체 냉매가 유입되어 증발할 때 실내공간 또는 피냉각 물체와 열교환함으로써 실내공간 또는 피냉각 물체를 냉각시키는 것이다.
액분리기(170)는 증발기(160)에서 열교환 후에 유출되는 액체 냉매와 기체 냉매를 분리하여 기체 냉매만을 압축기(110)에 전달하는 구성으로, 증발기(160) 후단에 연결된다.
자연냉각 전자변(210)은 제어부(180)에서 선택된 운전모드에 따라 열리고 닫히는 구성으로, 압축기 냉각회로 전자변(140)과는 다른 배관으로 수액기(130) 후단에 연결된다. 이러한 자연냉각 전자변(210)은 제어부(180)에 의해 자연냉각 운전모드 시에는 액펌프(220)에 의해 냉매가 액펌프 냉각회로(200)에 원활히 순환되도록 열리고, 냉동기 운전모드 시에는 사용되지 않는 배관 및 장치에 냉매가 흘러 발생하는 장치의 고장 및 냉각효율 저하를 방지하기 위해 닫힌다.
액펌프(220)는 냉매를 냉각회로 내에 순환시키는 구성으로, 자연냉각 전자변(210) 후단에 연결된다. 이러한 액펌프(220)는 단순히 펌프를 이용하여 냉매를 냉각회로 내에 순환하도록 구성되어, 기체 냉매에 압력을 가하여 고온, 고압의 기체 냉매로 변환시켜 냉매를 냉각회로 내에 강제 순환시키는 압축기(110)에 비해 에너지 소모율이 낮다. 또한, 액펌프는 자연냉각 전자변(140)과 같이 냉동기 운전모드 시에는 작동되지 않고, 자연냉각 운전모드 시에는 냉매가 공급되어 작동되어 불필요할 시에는 작동되지않아 에너지 소비를 절감할 수 있다.
삼방변(230)은 통과하는 냉매의 양을 조절하는 구성으로, 액펌프(220) 후단에서 증발기(160) 및 응축기(120)에 연결된다. 이러한 삼방변(230)은 자연냉각 운전모드 시에 제어부(180)에 의해 개폐량이 조절되어 증발기(160)에 적정량의 냉매를 공급한다.
순환 배관(240)은 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변(241)을 포함하며, 액분리기(170)를 응축기(120)에 직접 연결하고 있다.
순환 배관의 전자변(241)은 제어부(180)에 의해 냉동기 운전모드 시에는 사용되지 않는 배관 및 장치에 냉매가 흘러 발생하는 장치의 고장 및 냉각효율 저하를 방지하기 위해 닫히며, 자연냉각 운전모드 시에는 액펌프(220)에 의해 냉매가 원활히 순환되어 응축기(120)에 전달되도록 열린다.
바이패스 배관(250)은 삼방변(230)을 순환 배관(240)에 연결하는 배관으로 삼방변(230)에서 증발기(160)에 적정량의 냉매를 공급하고, 남은 냉매가 통과하는 배관이다.
제어부(180)는 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서(181)와 실내온도를 측정하는 실내온도 감지센서(182)를 포함하며, 실내온도 감지센서(181)에서 측정된 실내온도 또는 외기온도 감지센서(181)와 실내온도 감지센서(182)에서 측정된 온도 차이에 의해 에너지 절약형 산업용 공조기가 냉동기 운전모드나 자연냉각 운전모드로 운전하도록 제어하는 구성이다. 이러한 제어부(180)는 실내온도 감지센서(182)에서 측정된 온도에 의해 삼방변(230)의 개폐량을 제어하여 증발기(160)에 적정량의 냉매가 공급되도록 한다.
외기온도 감지센서(181)는 외기온도를 측정하는 구성으로, 외부 공기와 열교환으로 기체 냉매를 응축시키는 응축기(120)의 주변에 설치되며, 외부 공기가 응축기(120)에 공급되는 통로 주변에 설치되는 것이 바람직하다.
실내온도 감지센서(182)는 실내온도를 측정하는 구성으로, 냉각 대상의 실내공간이나 피냉각 물체에 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 실내온도 감지센서는 제어부가 냉각하고 싶은 실내공간에 있는 경우에는 배선의 복잡성을 줄이기위해 제어부 주변에 설치될 수 있다.
체크밸브(190)는 냉매의 역행을 방지하여 냉매가 순방향으로만 움직이게 하는 구성으로, 3개 이상의 배관이 연결되는 연결부위 주변에 설치되며, 응축기(120) 입구측의 분기점과 증발기(160) 입구측의 분기점 각각의 배관에 체크밸브(190)가 설치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 냉동기 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 냉동기 운전모드는 압축기(110)에 의해 냉매가 응축기(120)와 수액기(130), 압축기 냉각회로 전자변(140), 팽창변(150), 증발기(160), 액분리기(170) 및 압축기(110)를 포함하는 압축기 냉각회로(100)를 순환하는 모드이다.
냉동기 운전모드는 실내온도 감지센서(182)에서 측정된 실내온도가 미리 설정된 온도 이상인 경우에 운전된다. 이러한 냉동기 운전모드는 외기온도가 실내온도보다 낮으나 그 차가 2~3℃ 이하이거나, 실내온도가 미리 설정된 온도 이상인경우에 운전되는 것이 바람직하다.
냉동기 운전모드는 압축기(110)가 기체 냉매에 압력을 가하여 고온, 고압의 기체 냉매로 변환시켜 응축기(120)에 전달한다. 응축기(120)는 전달된 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키고, 변환된 액체 냉매를 수액기(130)에 저장한다. 수액기(130)는 액체 냉매를 배관을 따라 압축기 냉각회로 전자변(140)과 자연냉각 전자변(210)에 전달하는데, 에너지 절약형 산업용 공조기의 운전모드가 냉동기 운전모드이기 때문에, 제어부(180)의 제어에 의해 자연냉각 전자변(210)은 닫히고, 압축기 냉각회로 전자변(140)만 열린 상태이므로, 냉매는 압축기 냉각회로 전자변(140)쪽으로 전달된다. 압축기 냉각회로 전자변(140)을 통과한 액체 냉매는 팽창변(150)에서 고온, 고압의 액체 냉매를 저온, 저압의 액체 냉매로 변환시켜 증발기(160)로 전달한다. 이때 증발기(160) 입구측의 분기점에 설치된 체크밸브(190)에 의해 냉매가 액펌프(220)쪽으로 역행하지 않고, 증발기(160)로 향하게 된다. 증발기(160)로 전달된 액체 냉매는 증발하면서 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키고, 열교환한 기체 냉매와 열교환을 하지 못해 남은 액체 냉매는 액분리기(170)를 통해 액체 냉매와 기체 냉매로 분리되어 기체 냉매만 압축기(110)로 전달된다.
액분리기(170) 출구 측의 분기점에는 순환배관의 전자변(241)과 압축기의 전자변(111)이 설치된다. 냉동기 운전모드에서 순환배관의 전자변(241)은 닫히고, 압축기의 전자변은 열리므로, 냉매는 순환배관의 전자변쪽을 통과하지 않고, 압축기의 전자변(111)쪽으로 통과하게 된다.
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 자연냉각 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 자연냉각 운전모드는 액펌프(220)에 의해 냉매가 응축기(120)와 수액기(130), 자연냉각 전자변(210), 액펌프(220), 삼방변(230), 증발기(160), 액분리기(170) 및 순환 배관(240)을 포함하는 액펌프 냉각회로(200)를 순환하는 운전모드이다.
자연냉각 운전모드는 중간기(봄, 가을)와 동절기에 비교적 낮은 온도의 외기에 운전되며, 외기온도 감지센서(181)에서 측정된 외기온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우나, 외기온도 감지센서(181)에 의해 측정된 외기온도가 실내온도 감지센서(182)에 의해 측정된 실내온도보다 낮은 경우에 운전된다. 이러한 자연냉각 운전모드는 외기온도가 실내온도보다 낮고, 그 차가 2~3℃ 초과일 때 운전되는 것이 바람직하다.
자연냉각 운전모드는 액펌프(220)가 냉매를 액펌프 냉각회로(200) 내에 순환시키는 운전모드로 응축기(120)에서 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키고, 변환된 액체 냉매를 수액기(130)에 저장한다. 수액기(130)는 액체 냉매를 배관을 따라 압축기 냉각회로 전자변(140)과 자연냉각 전자변(210)에 전달하는데, 에너지 절약형 산업용 공조기의 운전모드가 자연냉각 운전모드이기 때문에, 제어부(180)의 제어에 의해 압축기 냉각회로 전자변(140)은 닫히고, 자연냉각 전자변(210)만 열린 상태이므로, 냉매는 자연냉각 전자변(210)쪽으로 전달된다. 자연냉각 전자변(210)을 통과한 액체 냉매는 액펌프(220)에 의해 냉각회로 내에 순환하고, 삼방변(230)으로 전달된다. 삼방변(230)은 제어부(180)에 의해 개폐량이 조절되어 증발기(160)에 적정량의 냉매만을 공급한다. 이때 증발기(160) 입구측의 분기점에 설치된 체크밸브(190)에 의해 냉매가 팽창변(150)으로 역행하지 않고, 증발기(160)로 향하게 된다. 증발기(160)로 전달된 액체 냉매는 증발하면서 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키고, 열교환한 기체 냉매와 열교환하지 못해 남은 액체 냉매는 액분리기(170)를 통해 액체 냉매와 기체 냉매로 분리되어 기체 냉매만 순환배관(240)을 통하여 응축기(120)로 전달된다. 이때 응축기(120)에 전달된 냉매는 응축기(120)에서 저온의 외기와 열교환하기 때문에 비교적 낮은 냉매 압력에서도 쉽게 응축이 이루어지므로 지속적으로 냉매가 액펌프 냉각회로(200)를 순환할 수 있다.
액분리기(170) 출구 측의 분기점에는 압축기의 전자변(111)과 순환배관의 전자변(241)이 설치된다. 자연냉각 운전모드에서 압축기 전자변(111)은 닫히고, 순환배관의 전자변(241)은 열리므로, 냉매는 압축기의 전자변(111)쪽을 통과하지 않고, 순환배관의 전자변(241)쪽으로 통과하게 된다.
그리고 순환배관(240)을 통과한 냉매는 응축기(120)로 전달되는데, 응축기 입구 측에 분기점에는 체크밸브(190)에 의해 냉매가 압축기(110)로 역행하지 않고, 응축기(120)로 향하게 된다.
또한, 자연냉각 운전모드는 제어부(180)가 실내온도 감지센서(182)에서 측정된 온도에 의해 삼방변(230)의 개폐량을 제어하여 증발기(160)에 적정량의 냉매를 공급하고 남은 냉매를 바이패스 배관(250)과 순환 배관(240)을 통하여 응축기(120)로 전달한다.
이러한 자연냉각 운전모드는 냉동기 운전모드에서 운전되는 압축기(110)에 비해 상대적으로 적은 에너지를 소비하는 액펌프(220)에 의해 냉매가 순환하므로, 냉동기 운전모드에 비해 에너지를 절약할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기를 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 자연냉각 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 에너지 절약형 산업용 공조기는 도 3에 도시되었던 압축기 냉각회로(100)인 압축기(110), 응축기(120), 수액기(130), 압축기 냉각회로 전자변(140), 팽창변(150), 증발기(160), 액분리기(170)를 포함하며, 수액기에 연결되어 운전모드에 따라 열리고 닫히는 자연냉각 전자변(210), 자연냉각 전자변과 팽창변에 연결되어 냉매를 냉각회로 내에 순환시키는 액펌프(220), 액분리기 출구와 응축기를 연결하며, 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변을 포함하는 순환 배관(240), 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서(181)와 실내온도를 측정하는 실내온도 감지센서(182)를 포함하며, 실내온도 또는 외기온도와 실내온도의 온도 차이에 의해 운전모드를 선택하는 제어부(180), 냉매의 역행을 방지하여 냉매가 순방향으로만 움직이게 하는 체크밸브(190)를 포함하고 있다. 본 발명의 제 2실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기에서 제 1실시예와 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
자연냉각 전자변(210)은 제어부(180)에서 선택된 운전모드에 따라 열리고 닫히는 구성으로, 압축기 냉각회로 전자변(140)과는 다른 배관으로 수액기(130) 후단에 연결된다. 이러한 자연냉각 전자변(210)은 제어부(180)에 의해 자연냉각 운전모드 시에 열리고, 냉동기 운전모드 시에 닫히게 된다.
액펌프(220)는 냉매를 냉각회로 내에 순환시키며, 자연냉각 전자변(210) 후단과 팽창변(150) 후단에 연결된다.
순환배관(240)은 운전모드에 따라 열리고 닫히는 구성으로, 전자변(241)을 포함하며, 액분리기(170)를 응축기(120)에 직접 연결한다.
체크밸브(190)는 냉매의 역행을 방지하여 냉매가 순방향으로만 움직이게 하는 구성으로, 3개 이상의 배관이 연결되어 연결부위 주변에 설치되며, 응축기(120) 입구측의 분기점과 팽창변(150) 입구측의 분기점에 설치될 수 있다.
제 2실시예에 따른 냉동기 운전모드는 제 1실시예에 따른 냉동기 운전모드와 동일하여 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 2실시예에 따른 자연냉각 운전모드는 액펌프(110)에 의해 냉매가 응축기(120)와 수액기(130), 자연냉각 전자변(210), 액펌프(220), 팽창변(150), 증발기(160), 액분리기(170) 및 순환 배관(240)을 포함하는 액펌프 냉각회로(200)를 순환하는 운전모드이다.
이러한 자연냉각 운전모드는 액펌프(220)가 냉매를 액펌프 냉각회로(200) 내에 순환시키는 운전모드로 응축기(120)에서 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키고, 변환된 액체 냉매를 수액기(130)에 저장한다. 수액기(130)는 액체 냉매를 배관을 따라 압축기 냉각회로 전자변(140)과 자연냉각 전자변(210)에 전달하는데, 에너지 절약형 산업용 공조기의 운전모드가 자연냉각 운전모드이기 때문에, 제어부(180)의 제어에 의해 압축기 냉각회로 전자변(140)은 닫히고, 자연냉각 전자변(210)만 열린 상태이므로, 냉매는 자연냉각 전자변(210)쪽으로 전달된다. 자연냉각 전자변(210)을 통과한 액체 냉매는 액펌프(220)에 의해 냉각회로 내에 순환하고, 팽창변(150)으로 전달된다. 이때 팽창변(150) 입구측의 분기점에 설치된 체크밸브(190)에 의해 냉매가 압축기 냉각회로 전자변(140)으로 역행하지 않고, 팽창변(150)으로 향하게 된다. 팽창변(150)은 전달된 액체 냉매를 저온, 저압의 액체 냉매로 변환시켜 증발기(160)로 전달한다. 증발기(160)로 전달된 저온, 저압의 액체 냉매는 증발하면서 실내 공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키고, 열교환한 기체 냉매와 열교환하지 못해 남은 액체 냉매는 액분리기(170)로 유입되어 액체 냉매와 기체 냉매로 분리되어 기체 냉매만 순환배관(240)을 통하여 응축기(120)로 전달된다.
또한, 자연냉각 운전모드는 저압의 액냉매가 팽창변(150)을 통과하므로 냉매의 온도가 실내의 온도보다 낮아 상대적으로 더 빠르게 실내온도를 사용자가 원하는 목표온도까지 냉각시킬 수 있다.
그리고 순환배관(240)을 통과한 냉매는 응축기(120)로 전달되는데, 응축기 입구 측의 분기점에는 체크밸브(190)에 의해 냉매가 압축기(110)로 역행하지 않고, 응축기(120)로 향하게 된다.
도 8은 본 발명의 제 3실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기를 나타낸 단면도이고, 도 9는 본 발명의 제 3실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 자연냉각 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 에너지 절약형 산업용 공조기는 도 3에 도시되었던 압축기 냉각회로(100)인 압축기(110), 응축기(120), 수액기(130), 압축기 냉각회로 전자변(140), 팽창변(150), 증발기(160), 액분리기(170)를 포함하며, 수액기(130)에 연결되어 운전모드에 따라 열리고 닫히는 자연냉각 전자변(210), 자연냉각 전자변에 연결되어 냉매를 냉각회로 내에 순환시키는 액펌프(220), 액펌프와 증발기에 연결되어 증발기에 공급되는 냉매의 압력을 조정하는 압력 조정변(260), 액분리기를 응축기에 직접 연결하며, 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변(241)을 포함하는 순환 배관(240), 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서(181)와 실내온도를 측정하는 실내온도 감지센서(182)를 포함하며, 외기온도 또는 외기온도와 실내온도의 온도차이에 의해 운전모드를 선택하는 제어부(180), 냉매의 역행을 방지하여 냉매가 순방향으로만 움직이게 하는 체크밸브(190)를 포함하고 있다. 본 발명의 제 3실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기에서 제 1실시예와 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
압력 조정변(260)은 냉매의 압력을 조정하여 증발기(160)에 공급되는 냉매의 압력을 일정하게 유지시키는 구성으로, 액펌프(220) 후단에서 증발기(160)에 연결된다. 이러한 압력 조정변(260)은 냉매의 압력을 일정하게 유지시킴으로써, 증발기(160)에서 열교환하는 냉매의 안정성을 높여주며, 더욱 효율적인 열교환이 되고, 실내온도가 안정적으로 유지되도록 한다.
제 3실시예에 따른 냉동기 운전모드는 제 1실시예에 따른 냉동기 운전모드와 동일하여 생략한다.
도 9는 도시된 바와 같이, 제 3실시예에 따른 자연냉각 운전모드는 액펌프(220)에 의해 냉매가 응축기(120)와 수액기(130), 자연냉각 전자변(210), 액펌프(220), 압력 조정변(260), 증발기(160), 액분리기(170) 및 순환 배관(240)을 포함하는 액펌프 냉각회로(200)를 순환하는 운전모드이다.
이러한 자연냉각 모드는 액펌프(220)가 냉매를 냉각회로 내에 순환시켜 응축기(120)에서 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키고, 변환된 액체 냉매를 수액기(130)에 저장한다. 수액기(130)는 액체 냉매를 배관을 따라 압축기 냉각회로 전자변(140)과 자연냉각 전자변(210)에 전달하는데, 에너지 절약형 산업용 공조기의 운전모드가 자연냉각 운전모드이기 때문에, 제어부(180)의 제어에 의해 압축기 냉각회로 전자변(140)은 닫히고, 자연냉각 전자변(210)만 열린 상태이므로, 냉매는 자연냉각 전자변(210)쪽으로 전달된다. 자연냉각 전자변(210)을 통과한 액체 냉매는 액펌프(220)에 의해 냉각회로 내에 순환하고, 압력 조정변(260)에 전달된다. 압력 조정변은(260)은 냉매의 압력을 조정하여 냉매를 증발기(160)에 전달한다. 이때 증발기(160)의 입구측의 분기점에 설치된 체크밸브(190)에 의해 냉매가 팽창변(150)으로 역행하지 않고, 증발기(160)로 향하게 된다. 증발기(160)로 전달된 액체 냉매는 증발하면서 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키고, 열교환한 기체 냉매와 열교환하지 못해 남은 액체 냉매는 액분리기(170)를 통해 액체 냉매와 기체 냉매로 분리되어 기체 냉매만을 순환배관(240)을 통하여 응축기(120)로 전달한다. 이때 응축기(120)에 전달된 냉매는 응축기(120)에서 저온의 외기와 열교환하기 때문에 비교적 낮은 냉매 압력에서도 쉽게 응축이 이루어지므로 지속적으로 냉매가 액펌프 냉각회로(200)를 순환할 수 있다.
액분리기(170) 출구 측의 분기점에는 압축기의 전자변(111)과 순환배관의 전자변(241)이 설치된다. 자연냉각 운전모드에서 압축기 전자변(111)은 닫히고, 순환배관의 전자변(241)은 열리므로, 냉매는 압축기의 전자변(111)쪽을 통과하지 않고, 순환배관의 전자변(241)쪽으로 통과하게 된다.
또한, 자연냉각 모드는 냉매의 압력을 일정하게 유지시켜주는 압력 조정변(260)을 포함하고 있어서, 증발기(160)에서 열교환하는 냉매의 안정성을 높여주며, 더욱 효율적인 열교환이 되도록한다.
도 10은 본 발명의 제 4실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기를 나타낸 단면도이고, 도 11은 본 발명의 제 4실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 자연냉각 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도이며, 도 12는 본 발명의 제 4실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기가 동시 운전모드로 운전되는 상태를 나타낸 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 에너지 절약형 산업용 공조기는 독립적인 2개의 냉각회로로 구성되며, 압축기에 의해 냉매가 순환하는 압축기 냉각회로(100)는 압축기(110), 응축기(120), 수액기(130), 압축기 냉각회로 전자변(140), 팽창변(150), 증발기(160), 액분리기(170)를 포함하며, 액펌프에 의해 냉매가 순환하는 액펌프 냉각회로(200)는 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키는 보조 응축기(270), 보조 응축기에서 변환되는 액체 냉매를 저장하는 냉매액 탱크(280), 냉매액 탱크에 연결되어 운전모드에 따라 열리고 닫히는 자연냉각 전자변(210), 자연냉각 전자변에 연결되어 냉매를 냉각회로 내에 순환시키는 액펌프(220), 액펌프와 연결되어 냉매의 개폐량을 조절하는 삼방변(230), 삼방변과 보조 응축기에 연결되며, 액체 냉매가 증발할 때 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키는 보조 증발기(290), 삼방변과 보조 응축기를 연결하는 바이패스 배관(250), 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서(181)와 실내온도를 측정하는 실내온도 감지센서(182)를 포함하며, 실내온도 또는 외기온도와 실내온도의 온도 차이에 의해 운전모드를 선택하는 제어부(180), 냉매의 역행을 방지하여 냉매가 순방향으로만 움직이게 하는 체크밸브(190)를 포함하고 있다. 본 발명의 제 4실시예에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기에서 제 1실시예와 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
보조 응축기(270)는 액펌프(220)에서 순환시키는 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키는 구성이다. 이러한 보조 응축기(270)는 고온, 고압의 기체 냉매가 외부공기와의 열교환으로 응축되어 고온, 고압의 액체 냉매로 변환시키므로, 별도의 송풍기가 장착되면 더 효율적인 열교환을 할 수 있다.
냉매액 탱크(280)는 보조 응축기(270)에서 변환되는 액체 냉매를 저장하는 구성으로, 보조 응축기(270) 후단에 연결된다. 이러한 냉매액 탱크(280)는 냉동기 운전모드만으로 운전되던 산업용 공조기의 수액기(130)보다 1.5~2배 정도의 용량을 가진 냉매액 탱크(280)로 사용하는 것이 바람직하다.
자연냉각 전자변(210)은 운전모드에 따라 열리고 닫히는 구성으로, 냉매액 탱크(280) 후단에 연결된다. 이러한 자연냉각 전자변(210)은 제어부(180)에 의해 냉동기 운전모드 시에 닫혀 사용되지 않는 배관 및 장치에 냉매가 흐르지 않아 장치의 공장 및 냉각효율 저하를 방지하며, 자연냉각 운전모드 시에 액펌프(220)에 의해 냉매가 액펌프 냉각회로(200)에 원활히 순화되도록 열리게 된다.
액펌프(220)는 냉매를 액펌프 냉각회로(200) 내에 순환시키는 구성으로, 자연냉각 전자변(210) 후단에 연결된다. 이러한 액펌프(220)는 단순히 냉매를 냉각회로 내에 순환하도록 구성되어 있어, 기체 냉매에 압력을 가하여 고온, 고압의 냉매로 변환시켜 냉매를 냉각회로 내에서 강제 순환시키는 압축기(110)에 비해 에너지 소모율이 낮다. 또한, 액펌프(220)는 자연냉각 전자변(140)과 같이 냉동기 운전모드 시에는 작동되지 않고, 자연냉각 운전모드 시에는 냉매가 공급되어 작동된다. 이와 같이 운전모드에 따라 액펌프(220)가 불필요할 시에는 작동되지 않아 에너지 소비를 절감할 수 있다.
삼방변(230)은 제어부(180)에 의해 냉매의 양을 조절하는 구성으로 액펌프(220) 후단에서 보조 응축기(270)와 보조 증발기(290)에 연결된다. 이러한 삼방변(230)은 자연냉각 운전모드 시에 제어부(180)에 의해 개폐량이 조절되어, 보조 증발기(290)에 적정량의 냉매를 공급한다.
보조 증발기(290)는 액체 냉매가 증발할 때 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키는 구성으로, 삼방변(230) 후단에서 보조 응축기(270)에 연결된다.
바이패스 배관(250)은 삼방변(230)과 보조 응축기(270)를 연결하는 배관으로 삼방변(230)에서 보조 증발기(290)에 적정량의 냉매를 공급하고, 남은 냉매가 보조 응축기(270)로 전달될 때 통과하는 배관이다.
제어부(180)는 실내온도 또는 외기온도와 실내온도의 온도 차이에 의해 운전모드를 선택하는 구성으로 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서(181)와 실내온도를 측정하는 실내온도 감지센서(182)를 포함하고 있다. 이러한 제어부(180)는 실내온도 감지센서(182)에서 측정된 실내온도에 의해 삼방변(230)의 개폐량을 제어하여 보조 증발기(290)에 적정량의 냉매를 공급되도록 하고, 적정량을 초과하는 냉매는 바이패스 배관(250)을 통하여 보조 응축기(270)로 전달되도록 한다.
체크밸브(190)는 냉매의 역행을 방지하여 냉매가 순방향으로만 움직이게 하는 구성으로, 3개 이상의 배관이 만나는 지점에서 각각의 배관에 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 체크밸브는 3개 이상의 배관이 만나는 삼방변과 보조 증발기 및 보조 응축기 사이의 배관이 접하는 각 부분에 설치될 수 있다.
제 4실시예에 따른 냉동기 운전모드는 제 1실시예에 따른 냉동기 운전모드와 동일하여 생략한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제 4실시예에 따른 자연냉각 운전모드는 액펌프(220)에 의해 냉매가 보조 응축기(270)와 냉매액 탱크(280), 자연냉각 전자변(210), 액펌프(220), 삼방변(230), 보조 증발기(290) 및 바이패스 배관(250)을 포함하는 액펌프 냉각회로(200)를 순환하는 운전모드이다. 이러한 자연냉각 운전모드는 중간기(봄, 가을)와 동절기에 비교적 낮은 온도의 외기에 운전되며, 외기온도 감지센서(181)에서 측정된 외기온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우나, 외기온도 감지센서(181)에 의해 측정된 외기온도가 실내온도 감지센서(182)에 의해 측정된 실내온도보다 낮은 경우에 운전되며, 바람직하게는 외기온도가 실내온도보다 낮고, 그 차가 2~3℃ 초과일 때 운전되는 것이다.
자연냉각 운전모드는 액펌프(220)가 냉매를 액펌프 냉각회로(200) 내에 순환시켜 보조 응축기(270)에서 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키고, 변환된 액체 냉매를 냉매액 탱크(280)에 저장한다. 냉매액 탱크(280)는 액체 냉매를 제어부(180)에 의해 열린 자연냉각 전자변(210)에 전달하고, 자연냉각 전자변(210)을 통과한 냉매는 삼방변(230)에 전달된다. 삼방변(230)은 제어부(180)에 의해 개폐량이 조절되어 보조 증발기(290)에 적정량의 냉매만을 공급한다. 보조 증발기(290)로 전달된 액체 냉매는 증발하면서 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키고, 열교환한 기체 냉매와 액체 냉매는 보조 응축기(270)로 전달한다.
그리고 자연냉각 운전모드는 제어부(180)가 실내온도 감지센서(182)에서 측정된 온도에 의해 삼방변(230)의 개폐량을 제어하여 보조 증발기(290)에 적정량의 냉매를 공급하고 남은 냉매를 바이패스 배관(250)을 통하여 보조 응축기(270)로 전달한다.
또한, 자연냉각 운전모드는 보조 증발기(290)에서 열교환을 마친 냉매를 보조 응축기(270)에 전달하며, 보조 응축기(270)에 전달된 냉매는 보조 응축기(270)에서 저온의 외기와 열교환하기 때문에 비교적 낮은 냉매 압력에서도 쉽게 응축이 이루어지므로 지속적으로 냉매가 순환할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 동시 운전모드는 압축기 냉각회로(100)와 액펌프 냉각회로(200)가 동시에 운전되는 운전모드이다.
동시 운전모드는 중간기(봄, 가을)와 같이 비교적 외기온도가 덜 낮은 시기에 운전되며, 외기온도 감지센서(181)에서 측정된 외기온도가 미리 설정된 온도 미만인 경우나, 외기온도 감지센서(181)에 의해 측정된 외기온도가 실내온도 감지센서(182)에 의해 측정되는 실내온도보다 낮은 경우에 운전된다. 바람직하게는 외기온도가 실내온도보다 낮으나 그 차가 3℃ 이하인 경우 운전되는 것이다. 이러한 동시 운전모드는 압축기 냉각회로(100)와 액펌프 냉각회로(200)가 동시에 운전되어 외기의 적은 냉원도 실내로 공급함으로 더 큰 냉각효과를 볼 수 있으며, 압축기(110)와 액펌프(220)가 동시에 제어되어서 에너지 절약할 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 에너지 절약형 산업용 공조기 운전방법을 나타낸 순서도이다.
도시된 바와 같이, 에너지 절약형 산업용 공조기 운전방법은 실내온도 감지센서(181)로 실내온도를 측정하거나, 외기온도 감지센서(181)와 실내온도 감지센서(182)로 외기온도와 실내온도를 측정하는 온도 측정단계(S001), 측정된 실내온도나 외기온도와 실내온도의 온도 차이에 따라 제어부(180)에서 운전모드를 선택하는 운전모드 선택단계(S002), 운전 중인 에너지 절약형 산업용 공조기의 외기온도나 외기온도와 실내온도의 온도 차이에 따라 제어부(180)에서 운전모드를 재선택하는 운전모드 재선택단계(S003), 에너지 절약형 산업용 공조기의 냉각 기능이 멈추게 되는 단계로 운전모드에 따라 냉동기 운전모드로 운전 중인 에너지 절약형 산업용 공조기의 실내온도가 목표온도 미만이 되었을 때 에너지 절약형 산업용 공조기를 정지하는 공조기 정지단계(S004-1) 또는 자연냉각 운전모드로 운전 중인 에너지 절약형 산업용 공조기의 실내온도가 목표온도 미만이 되었을 때 에너지 절약형 산업용 공조기의 제어부(180)가 삼방변(230)을 제어하여 냉매를 바이패스 배관(250)과 순환 배관(240)으로 통과시키는 바이패스 단계(S004-2)로 이루어지는 냉각기능 정지단계(S004), 냉각기능 정지단계 후에 실내온도가 목표온도를 초과하여 상승했을 때 온도 측정단계로 돌아가는 회귀단계(S005)를 포함하고 있다.
온도 측정단계(S001)는 실내온도 감지센서(181)로 실내온도를 측정하거나, 외기온도 감지센서(181)와 실내온도 감지센서(182)로 외기온도와 실내온도를 측정하는 단계이다.
운전모드 선택단계(S002)는 온도 측정단계(S001)에서 측정된 실내온도나 외기온도와 실내온도의 차이에 따라 제어부(180)에서 운전모드를 선택하는 단계이다. 이러한 운전모드 선택단계(S002)는 외기온도에 의해서 운전모드를 선택하는 경우 외기온도가 설정된 온도 이상인 경우 제어부(180)가 압축기(110)에 의해 냉매가 순환하는 냉동기 운전모드를 선택하고, 외기온도가 설정된 온도 미만인 경우 제어부가 액펌프(220)에 의해 냉매가 순환하는 자연냉각 운전모드를 선택하게 된다.
또한, 운전모드 선택단계(S002)는 외기온도와 실내온도에 따라 제어부(180)에서 운전모드를 선택하는 경우 실내온도가 미리 설정된 온도 이상이거나 외기온도가 실내온도 이상인 경우 상기 제어부(180)가 냉동기 운전모드를 선택하고, 외기온도가 실내온도 미만인 경우 제어부(180)가 자연냉각 운전모드를 선택하게 된다. 바람직하게는 외기온도가 실내온도보다 높거나, 외기온도가 실내온도보다 낮으나 그 차가 2~3℃ 미만인 경우 냉동기 운전모드를 선택하고, 외기온도가 실내온도보다 낮고, 그 차가 2~3℃ 이상인 경우 자연냉각 운전모드를 선택하는 것이다.
운전모드 재선택단계(S003)는 운전 중인 에너지 절약형 산업용 공조기의 실내온도나 외기온도와 실내온도의 온도 차이에 따라 제어부(180)에서 운전모드를 재선택하는 단계이다. 이러한 운전모드 재선택단계(S003)는 운전모드 선택단계(S002)와 동일하게 실내온도가 미리 설정된 온도 이상이거나 외기온도가 실내온도 이상인 경우 상기 제어부가 냉동기 운전모드를 선택하고, 외기온도가 실내온도 미만인 경우 제어부(180)가 자연냉각 운전모드를 선택하게 된다. 바람직하게는 외기온도가 실내온도보다 높거나, 외기온도가 실내온도보다 낮으나 그 차가 2~3℃ 미만인 경우 냉동기 운전모드를 선택하고, 외기온도가 실내온도보다 낮고, 그 차가 2~3℃ 초과인 경우 자연냉각 운전모드를 선택하는 것이다.
냉각기능 정지단계(S004)는 에너지 절약형 산업용 공조기가 냉각기능을 멈추게 되는 단계로 냉동기 운전모드로 운전 중인 에너지 절약형 산업용 공조기의 운전모드에 따라 냉동기 운전모드로 운전중인 에너지 절약형 산업용 공조기의 실내온도가 목표온도 미만이 되었을 때 에너지 절약형 산업용 공조기를 정지하는 공조기 정지단계(S004-1) 또는 자연냉각 운전모드로 운전 중인 에너지 절약형 산업용 공조기의 실내온도가 목표온도 미만이 되었을 때 제어부(180)가 삼방변(230)을 제어하며 냉매를 바이패스 배관(220)과 순환 배관(210)으로 통과시키는 바이패스 단계(S004-2)로 이루어진다. 이러한 냉각기능 정지단계(S004)는 실내온도가 목표온도에서 2~3℃이하로 떨어졌을 때 에너지 절약형 산업용 공조기가 냉각 기능을 멈추게 하는 것이 바람직하다.
회귀단계(S005)는 냉각기능 정지단계(S004)에 의해 에너지 절약형 산업용 공조기의 냉각기능이 멈췄을 때 실내온도가 목표온도를 초과하여 상승하면 다시 온도 측정단계로 돌아가는 단계이다.
이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100 : 압축기 냉각회로 110 : 압축기
120 : 응축기 130 : 수액기
140 : 압축기 냉각회로 전자변 150 : 팽창변
160 : 증발기 170 : 액분리기
180 : 제어부 190 : 체크밸브
200 : 액펌프 냉각회로 210 : 자연냉각 전자변
220 : 액펌프 230 : 삼방변
240 : 순환배관 250 : 바이패스 배관
260 : 압력 조정변 270 : 보조 응축기
280 : 냉매액 탱크 290 : 보조 증발기

Claims (10)

  1. 공정설비 또는 장치 등에서 발생하는 열을 냉매를 공급하여 냉각하는 산업용 공조기에 있어서,
    냉매를 냉각회로 내에 순환시키며, 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변이 형성된 압축기;
    상기 압축기에 연결되어 기체 냉매를 액체 냉매로 변환시키는 응축기;
    상기 응축기에서 변환되는 액체 냉매를 저장하는 수액기;
    상기 수액기에 연결되어 운전모드에 따라 열리고 닫히는 압축기 냉각회로 전자변;
    상기 압축기 냉각회로 전자변에 연결되어 상대적으로 고온, 고압의 액체 냉매를 저온, 저압으로 변환시키는 팽창변;
    상기 압축기 냉각회로 전자변과 병렬 구조를 이루면서 상기 수액기에 연결되어 운전모드에 따라 열리고 닫히는 자연냉각 전자변;
    상기 자연냉각 전자변에 연결되어 냉매를 냉각회로 내에 순환시키는 액펌프;
    상기 액펌프에 연결되어 냉매의 개폐량을 조절하는 삼방변;
    상기 팽창변과 상기 삼방변에 연결되어 상기 팽창변 또는 상기 삼방변을 통하여 공급되는 액체 냉매가 증발할 때 실내공기와 열교환하여 실내공간을 냉각시키는 증발기;
    상기 증발기에 연결되어 상기 증발기에서 유출되는 액체 냉매와 기체 냉매를 분리하여 기체 냉매만을 상기 압축기에 전달하는 액분리기;
    상기 액분리기를 상기 응축기에 직접 연결하며, 운전모드에 따라 열리고 닫히는 전자변을 포함하는 순환 배관;
    상기 삼방변을 상기 순환 배관에 연결하는 바이패스 배관; 및
    실내온도를 측정하는 실내온도 감지센서와 외기온도를 측정하는 외기온도 감지센서를 포함하며, 상기 실내온도 감지센서 및 외기온도 감지센서에서 측정된 실내 및 외기 온도에 따라 냉매가 상기 응축기와 수액기, 압축기 냉각회로 전자변, 팽창변, 증발기, 액분리기 및 압축기를 포함하는 압축기 냉각회로를 순환하는 냉동기 운전모드로 운전하도록 상기 압축기를 제어하거나 냉매가 상기 응축기와 수액기, 자연냉각 전자변, 액펌프, 삼방변, 증발기, 액분리기 및 순환 배관을 포함하는 액펌프 냉각회로를 순환하는 자연냉각 운전모드로 운전하도록 상기 액펌프를 제어하고, 상기 실내온도 감지센서에서 측정된 온도에 의해 상기 삼방변의 개폐량을 제어하여 상기 증발기에 공급되는 냉매의 나머지가 상기 바이패스 배관을 통하여 상기 순환 배관으로 공급되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 산업용 공조기.
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  5. 제 1항에 있어서, 상기 압축기의 전자변은,
    상기 압축기와 액분리기 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 산업용 공조기.
  6. 제 1항에 있어서,
    냉매의 역행을 방지하여 냉매가 순방향으로만 움직이게 하는 체크밸브;를 더 포함하며,
    상기 체크밸브는 3개 이상의 배관이 연결되는 연결부위 주변에 설치되는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 산업용 공조기.

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