KR20060031085A - 초임계 냉동 사이클 - Google Patents

초임계 냉동 사이클 Download PDF

Info

Publication number
KR20060031085A
KR20060031085A KR1020040079974A KR20040079974A KR20060031085A KR 20060031085 A KR20060031085 A KR 20060031085A KR 1020040079974 A KR1020040079974 A KR 1020040079974A KR 20040079974 A KR20040079974 A KR 20040079974A KR 20060031085 A KR20060031085 A KR 20060031085A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas cooler
temperature
refrigerant
exv
refrigeration cycle
Prior art date
Application number
KR1020040079974A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101094852B1 (ko
Inventor
이준강
Original Assignee
한라공조주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한라공조주식회사 filed Critical 한라공조주식회사
Priority to KR1020040079974A priority Critical patent/KR101094852B1/ko
Publication of KR20060031085A publication Critical patent/KR20060031085A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101094852B1 publication Critical patent/KR101094852B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F25B41/34—Expansion valves with the valve member being actuated by electric means, e.g. by piezoelectric actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/006—Accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2513—Expansion valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2515—Flow valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/17—Speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2102—Temperatures at the outlet of the gas cooler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2106—Temperatures of fresh outdoor air
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 초임계 냉동 사이클은 압축기(COM), 가스 쿨러(GC), 전자 팽창 밸브(EXV), 증발기(EV), 내부 열교환기(IHC), 어큐뮬레이터(AC), 출구 온도 센서(STG), 외기 온도 센서(STA), 풍속 센서(SVA), 및 제어기(31)를 포함한다. 제어기(31)는, 출구 온도 센서(STG), 외기 온도 센서(STA), 및 풍속 센서(SVA )로부터의 데이터를 입력받아, 가스 쿨러(GC)의 출구에서 흘러나가는 냉매의 온도와 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 온도의 차이가 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 속도에 대하여 설정된 최적 온도차가 되도록 전자 팽창 밸브(EXV)로의 제어 신호를 출력한다.

Description

초임계 냉동 사이클{Supercritical refrigeration cycle}
도 1은 본 발명의 도출 과정의 실험에서 얻어진 것으로서, 가스 쿨러(gas cooler)의 내부 압력과 외기 온도에 대한 냉방 용량과 냉방 효율의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 도출 과정의 실험에서 얻어진 것으로서, 가스 쿨러에 유입되는 공기의 속도에 대한 가스 쿨러의 최적 온도차의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 초임계 냉동 사이클을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 제어기에 의하여 냉매의 유량이 조정되는 알고리듬을 보여주는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
PGC...가스 쿨러의 내부 압력, Q...냉방 용량,
COP...냉방 효율,
TAOP...가스 쿨러의 최적 온도차,
AV...가스 쿨러에 유입되는 공기의 속도, 31...제어기,
L1...소형 가스 쿨러인 경우의 특성 곡선, EXV...전자 팽창 밸브,
L2...대형 가스 쿨러인 경우의 특성 곡선, M...모터,
EV...증발기, BL...블로어,
AC...어큐뮬레이터, IHC...내부 열교환기,
COM...압축기, GC...가스 쿨러,
32...구동기, STG...출구 온도 센서,
STA...외기 온도 센서, SVA...풍속 센서.
본 발명은, 초임계 냉동 사이클 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이산화탄소의 냉매가 압축기, 가스 쿨러, 전자 팽창 밸브, 및 증발기를 순환하는 초임계 냉동 사이클 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 냉동 사이클의 냉매에 있어서, 이산화탄소는 지구 온난화 문제에 대처할 수 있는 좋은 냉매로 최근에 인정되고 있다. 이와 같은 이산화탄소가 냉매의 기능을 수행하기 위해서는 초임계(transcritical) 압력이 요구된다. 예를 들어, 증발기의 내부 압력이 다른 냉매들의 것에 비하여 10 배 정도로 높아야 하며, 가스 쿨러(Gas cooler)의 내부 압력이 다른 냉매들의 것에 비하여 7 내지 8 배 정도로 높아야 한다.
이와 같은 이산화탄소를 냉매로 사용하는 초임계 냉동 사이클에 관한 자료로 서, 2000년 일본 특허공개공보 제234,811호, 2001년 일본 특허공개공보 제194,017호, 및 2003년 일본 특허공개공보 제54,249호를 들 수 있다.
상기 2001년 일본 특허공개공보 제194,017호의 초임계 냉동 사이클에 의하면, 외기 온도에 대하여 가스 쿨러의 내부 압력을 적절히 조정함에 의하여 초임계 냉동 사이클의 냉방 용량 및 냉방 효율을 모두 향상시킬 수 있다. 하지만, 가스 쿨러의 내부 압력을 직접적으로 정밀하게 조정해야 하므로, 이를 위하여 높은 가격의 압력 센서들을 포함한 많은 센서들, 및 복잡한 제어 논리 회로가 필요하다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 가스 쿨러의 내부 압력이 조정되지 않고서도 냉방 용량 및 냉방 효율이 모두 향상될 수 있음에 따라, 최소화된 개수의 센서들과 단순한 제어 논리 회로를 가질 수 있는 초임계 냉동 사이클을 제공하는 것이다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 초임계 냉동 사이클은 압축기(COM), 가스 쿨러(GC), 교축 수단(EXV), 증발기(EV), 내부 열교환기(IHC), 어큐뮬레이터(AC), 냉매-온도 감지 수단(STG), 외기-온도 감지 수단(STA), 풍속 검출 수단(S VA), 및 제어기(31)를 포함한다. 상기 압축기(COM)는 이산화탄소의 냉매를 압축하여 초임계 상태가 되게 한다. 상기 가스 쿨러(GC)는 상기 압축기(COM)로부터의 고온 및 고압의 냉매를 냉각한다. 상기 교축 수단(EXV)은 상기 가스 쿨러(GC)로부터의 냉 매를 팽창시켜 감압시키는 한편, 입력되는 제어 신호에 따라 냉매의 유량을 조절 한다. 상기 증발기(EV)는 상기 교축 수단(EXV)으로부터의 냉매를 송풍 공기와의 열교환에 의하여 증발시킨다. 상기 열교환기(IHC)는, 상기 증발기(EV)로부터 상기 압축기(COM)로 흐르는 냉매의 열과, 상기 가스 쿨러(GC)로부터 상기 교축 수단(EXV)으로 흐르는 냉매의 열을 상호 교환시킨다. 상기 어큐뮬레이터(AC)는, 상기 증발기(EV)와 상기 열교환기(IHC) 사이에 설치되어, 상기 증발기(EV)로부터의 냉매의 상을 분리하여 기상 냉매만을 상기 압축기(COM)로 공급한다. 상기 냉매-온도 감지 수단(STG)은 상기 가스 쿨러(GC)의 출구에서 흘러나가는 냉매의 온도를 감지한다. 상기 외기-온도 감지 수단(STA)은 상기 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 온도를 감지한다. 상기 풍속 검출 수단(SVA)은 상기 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 속도를 감지한다. 상기 제어기(31)는, 상기 냉매-온도 감지 수단(STG), 외기-온도 감지 수단(STA), 및 풍속 검출 수단(SVA)으로부터의 데이터를 입력받아, 상기 가스 쿨러(GC)의 출구에서 흘러나가는 냉매의 온도와 상기 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 온도의 차이가 상기 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 속도에 대하여 설정된 최적 온도차가 되도록 상기 교축 수단(EXV)으로의 상기 제어 신호를 출력한다.
본 발명의 상기 초임계 냉동 사이클에 의하면, 상기 가스 쿨러의 현재 온도차가 상기 최적 온도차가 되도록 제어됨에 의하여 냉방 용량 및 냉방 효율이 모두 향상될 수 있다. 여기서, 상기 최적 온도차란, 상기 가스 쿨러에 유입되는 공기의 현재 속도에 대하여 최적의 냉방 용량 및 냉방 효율을 얻을 수 있는 상기 가스 쿨러의 온도차를 의미한다. 이 최적 온도차의 존재는 도 1의 실험 과정에서 발견되었다. 또한, 이 최적 온도차가 변하는 유일한 원인이 상기 가스 쿨러에 유입되는 공기의 속도라는 것이 도 2의 실험 결과와 함께 발견되었다. 이에 따라, 상기 가스 쿨러의 내부 압력이 조정되지 않고서도 최적의 냉방 용량 및 냉방 효율이 실현될 수 있으므로, 초임계 냉동 사이클의 센서들의 개수가 최소화되고 초임계 냉동 사이클의 제어 논리 회로가 단순화될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 도출 과정의 실험에서 얻어진 것으로서, 가스 쿨러(도 3의 GC)의 내부 압력(PGC)과 외기 온도에 대한 냉방 용량(Q)과 냉방 효율(COP)의 특성을 보여준다.
도 1을 참조하면, 냉방 용량(Q)은 외기 온도에 비례하지만 냉방 효율(COP)은 외기 온도에 반비례한다. 따라서, 각각의 외기 온도에 대하여 최적의 냉방 용량(Q)과 냉방 효율(COP)을 얻을 수 있는 가스 쿨러(GC)의 최적 내부 압력들이 존재한다. 예를 들어, 외기 온도가 25 OC인 경우에 최적 내부 압력은 75 바아(bar)이고, 외기 온도가 30 OC인 경우에 최적 내부 압력은 90 바아(bar)이며, 외기 온도가 35 OC인 경우에 최적 내부 압력은 110 바아(bar)이다. 따라서, 최적 내부 압력은 외기 온도에 비례함을 알 수 있다.
상기와 같은 실험 과정에 있어서 가스 쿨러(GC)의 온도차들에서 특이한 현상이 발견되었다. 여기서, 상기 가스 쿨러(GC)의 온도차들이란, 가스 쿨러(GC)의 출구에서 흘러나가는 냉매의 온도와 상기 가스 쿨러에 유입되는 공기의 온도의 차이들을 의미한다. 이 특이한 현상이란, 각각의 외기 온도에 대하여 최적의 냉방 용량(Q)과 냉방 효율(COP)을 얻을 수 있는 가스 쿨러(GC)의 최적 내부 압력들에 있어서, 가스 쿨러(GC)의 온도차들이 동일하다는 것이다. 즉, 외기 온도와 무관하게 최적의 냉방 용량(Q)과 냉방 효율(COP)을 얻을 수 있는 가스 쿨러(GC)의 최적 온도차가 존재한다는 것이다.
따라서, 상기 최적 온도차가 발생되도록 가스 쿨러(GC)의 현재 온도차가 조정되는 경우, 가스 쿨러(GC)의 내부 압력이 조정되지 않고서도 최적의 냉방 용량(Q) 및 냉방 효율이 실현될 수 있음에 따라, 이산화탄소 냉방 시스템의 센서들의 개수가 최소화되고 이산화탄소 냉방 시스템의 제어 논리 회로가 단순화될 수 있다.
하지만, 최종적으로, 가스 쿨러(GC)의 상기 최적 온도차가 어떤 원인에 의하여 변하는지의 여부를 파악하는 것이 필요하다. 반복적이고 다양한 실험에 의하면, 가스 쿨러(GC)의 상기 최적 온도차가 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 속도에 의해서만 변한다는 사실이 발견되었다.
도 2는 본 발명의 도출 과정의 실험에서 얻어진 것으로서, 가스 쿨러(도 3의 GC)에 유입되는 공기의 속도(AV)에 대한 가스 쿨러(GC)의 최적 온도차(TAOP)의 특성을 보여준다. 도 2를 참조하면, 가스 쿨러(GC)의 최적 온도차(TAOP)는 가스 쿨러 (GC)에 유입되는 공기의 속도(AV)에 반비례한다.
도 2에서 참조 부호 L1은 어느 한 소형 가스 쿨러인 경우의 지수 함수의 특성 곡선을 가리킨다. 또한, 참조 부호 L2는 어느 한 대형 가스 쿨러인 경우의 지수 함수의 특성 곡선을 가리킨다.
따라서, 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 속도(AV)에 대한 가스 쿨러(GC)의 최적 온도차(TAOP)의 특성이 아래의 수학식 1에 의하여 일반화될 수 있다.
Figure 112004045563898-PAT00001
실험에 의하면, 가스 쿨러(GC)의 크기와 형상에 따라, 양의 상수 C1은 9 내지 15의 범위에서 선택되고 음의 상수 C2는 -0.4 내지 -0.3의 범위에서 선택된다.
따라서, 본 발명에 따른 초임계 냉동 사이클에서는, 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 각각의 속도(AV)에 상응하는 가스 쿨러(GC)의 최적 온도차들(TAOP)이 설정되고, 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 현재 속도에 따른 최적 온도차가 발생되도록 가스 쿨러의 현재 온도차가 조정된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 초임계 냉동 사이클은 압축기(COM), 가스 쿨러(GC), 교축 수단으로서의 전자 팽창 밸브(EXV), 증발기(EV), 열교환기(IHC), 어큐뮬레이터(AC), 냉매-온도 감지 수단으로서의 출구 온도 센서(STG), 외기-온도 감지 수단으로서의 외기 온도 센서(STA), 풍속 검출 수단으로서의 풍속 센서(SVA), 및 제어기(31)를 포함한다.
압축기(COM)는 이산화탄소의 냉매를 압축하여 초임계 상태가 되게 한다. 가스 쿨러(GC)는 압축기(COM)로부터의 고온 및 고압의 냉매를 냉각한다. 교축 수단으로서의 전자 팽창 밸브(EXV)는 가스 쿨러(GC)로부터의 냉매를 팽창시켜 감압시키는 한편, 입력되는 제어 신호에 따라 냉매의 유량을 조절 한다. 증발기(EV)는 전자 팽창 밸브(EXV)로부터의 냉매를 송풍 공기와의 열교환에 의하여 증발시킨다. 열교환기(IHC)는, 증발기(EV)로부터 압축기(COM)로 흐르는 냉매의 열과, 가스 쿨러(GC)로부터 교축 수단(EXV)으로서의 전자 팽창 밸브(EXV)로 흐르는 냉매의 열을 상호 교환시킨다. 어큐뮬레이터(AC)는, 증발기(EV)와 열교환기(IHC) 사이에 설치되어, 증발기(EV)로부터의 냉매의 상을 분리하여 기상 냉매만을 압축기(COM)로 공급한다.
냉매-온도 감지 수단으로서의 출구 온도 센서(STG)는 가스 쿨러(GC)의 출구에서 흘러나가는 냉매의 온도를 감지한다. 외기-온도 감지 수단으로서의 외기 온도 센서(STA)는 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 온도를 감지한다. 풍속 검출 수단으로서의 풍속 센서(SVA)는 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 속도를 감지한다. 제어기(31)는, 출구 온도 센서(STG), 외기 온도 센서(STA), 및 풍속 센서(SVA )로부터의 데이터를 입력받아, 가스 쿨러(GC)의 출구에서 흘러나가는 냉매의 온도와 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 온도의 차이가 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 속도 에 대하여 설정된 최적 온도차가 되도록 교축 수단(EXV)으로서의 전자 팽창 밸브(EXV)로의 제어 신호를 출력한다.
이산화탄소의 냉매는 압축기(COM), 가스 쿨러(GC), 내부 열교환기(IHC), 교축 수단(EXV)으로서의 전자 팽창 밸브(EXV), 증발기(EV), 및 어큐뮬레이터(AC)를 순환한다.
압축기(COM)는 증발기(EV)로부터 어큐뮬레이터(AC) 및 내부 열교환기(IHC)를 경유하여 유입되는 저온 및 저압의 기체 냉매를 압축하여 고온 및 고압의 냉매로 변환시킨다. 가스 쿨러(GC)는 압축기(COM)로부터의 고온 및 고압의 냉매를 냉각하여 중온 및 고압의 냉매로 변환시킨다. 가스 쿨러(GC)를 경유하는 이산화탄소의 냉매는, 초임계(transcritical) 압력을 가지므로, 가스 쿨러(GC)에서의 냉각에 의해서도 액화되지 않는다. 여기서, 모터(M) 및 팬이 구비된 블로어(blower)에 의하여 외기가 가스 쿨러(GC) 안으로 유입된다.
풍속 검출 수단으로서의 풍속 센서(SVA)는 가스 쿨러(GC) 안으로 유입되는 공기의 속도를 감지하여 속도 데이터를 제어기(31)에 입력시킨다. 이산화탄소 냉방 시스템이 차량에 설치되는 경우에 공기 속도는 차량의 속도에 비례하므로, 차량 속도 센서가 풍속 검출 수단으로서의 풍속 센서(SVA)의 기능을 대행할 수 있다. 외기-온도 감지 수단으로서의 외기 온도 센서(STA)는 가스 쿨러(GC) 안으로 유입되는 공기의 온도를 감지하여 제1 온도 데이터를 제어기(31)에 입력시킨다. 냉매-온도 감지 수단(STG)으로서의 출구 온도 센서는 가스 쿨러(GC)의 출구에서 흘러나가는 냉 매의 온도를 감지하여 제2 온도 데이터를 제어기(31)에 입력시킨다.
가스 쿨러(GC)로부터의 중온 및 고압의 냉매는 내부 열교환기(IHC)를 경유함에 의하여 그 온도가 더욱 하강한다. 한편, 증발기(EV) 및 어큐뮬레이터(AC)로부터의 저온 및 저압의 냉매는 내부 열교환기(IHC)를 경유함에 의하여 그 온도가 상승한다. 이에 따라, 증발기(EV)를 흐르는 냉매의 엔탈피 차이가 커지므로, 냉방 효율이 보다 상승될 수 있다.
전자 팽창 밸브(EXV)는 가스 쿨러(GC)로부터 내부 열교환기(IHC)를 경유하여 유입되는 중온 및 고압의 냉매를 팽창시킴에 의하여 저온 및 저압의 냉매로 변환시킨다. 여기서, 제어기(31)는 풍속 센서(SVA)로부터의 속도 데이터, 외기 온도 센서(STA)로부터의 제1 온도 데이터, 및 출구 온도 센서(STG)로부터의 제2 온도 데이터에 따라 구동기(32)를 제어하여 전자 팽창 밸브(EXV)의 개도(開度)를 조정한다. 이와 관련된 제어기(31)의 동작 알고리듬은 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
외기는, 모터(M) 및 팬이 구비된 블로어(blower)에 의하여 증발기(EV) 안으로 유입되고, 증발기(EV) 안에서 냉매에 열을 전달한 후, 실내 예를 들어 차내로 유입된다. 전자 팽창 밸브(EXV)로부터 증발기(EV)에 유입된 저온 및 저압의 냉매는 주위 공기의 열을 흡수하면서 등온 및 등압의 기체로 변환된다.
증발기(EV)로부터의 냉매에 있어서, 기화되지 못한 액체는 수액기(AC)에서 걸러진다. 수액기(AC)로부터의 저온 및 저압의 기체 냉매는 내부 열교환기(IHC)를 경유함에 의하여 그 온도가 상승한다. 이에 따라, 증발기(EV)를 흐르는 냉매의 엔탈피 차이가 커지므로, 냉방 효율이 보다 상승될 수 있다.
제어기(31)에는, 가스 쿨러(GC)의 출구에서 흘러나가는 냉매의 온도와 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 온도의 차이들인 가스 쿨러(GC)의 온도차들중에서 최적 온도차들(도 2의 TAOP)이 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 속도(도 2의 AV)에 상응하여 설정되어 있다. 또한, 제어기(31)는, 외기 온도 센서(STA)로부터의 제1 온도 데이터, 및 출구 온도 센서(STG)로부터의 제2 온도 데이터에 따라 가스 쿨러(GC)의 현재 온도차를 연산하고, 풍속 센서(SVA)로부터의 속도 데이터에 따라 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 현재 속도를 연산한다.
다음에, 제어기(31)는, 가스 쿨러(GC)의 현재 온도차가 유입 공기의 현재 속도에 따른 최적 온도차(TAOP)로 되도록 구동기(32)를 제어하여 전자 팽창 밸브(EXV)의 개도(開度)를 조정한다. 즉, 전자 팽창 밸브(EXV)의 개도(開度)에 비례하여 냉매의 유량이 변하고, 냉매의 유량에 비례하여 가스 쿨러(GC)의 출구에서 흘러나가는 냉매의 현재 온도가 변하므로, 가스 쿨러(GC)의 현재 온도차가 최적 온도차(TAOP)로 될 수 있다.
이에 따라, 가스 쿨러(GC)의 내부 압력이 조정되지 않고서도 최적의 냉방 용량(Q) 및 냉방 효율이 실현될 수 있음에 따라, 이산화탄소 냉방 시스템의 센서들(SVA, STA, STG)의 개수가 최소화되고 이산화탄소 냉방 시스템의 제어 논리 회로가 단 순화될 수 있다.
물론, 전자 팽창 밸브(EXV)의 개도(開度) 뿐만 아니라 압축기(COM)의 개도에 의해서도 냉매의 유량이 제어될 수 있다. 예를 들어, 고정식 팽창 밸브(EXV)와 가변식 압축기(COM)가 사용되는 경우, 가변식 압축기(COM)의 내부 제어 밸브(External Control Valve)의 개도에 의해서도 냉매의 유량이 제어될 수 있다.
도 3 및 4를 참조하여 도 3의 제어기(31)에 의하여 냉매의 유량이 조정되는 도 4의 알고리듬을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제어기(31)는, 풍속 센서(SVA)로부터의 속도 데이터, 외기 온도 센서(STA)로부터의 제1 온도 데이터, 및 출구 온도 센서(STG)로부터의 제2 온도 데이터를 판독한다(단계 S1). 다음에, 제어기(31)는, 외기 온도 센서(STA)로부터의 제1 온도 데이터 및 출구 온도 센서(STG)로부터의 제2 온도 데이터를 사용하여 가스 쿨러(GC)의 현재 온도차를 연산한다(단계 S2). 상기한 바와 같이, 이산화탄소 냉방 시스템이 차량에 설치되는 경우에 공기 속도는 차량의 속도에 비례하므로, 차량 속도 센서가 풍속 검출 수단으로서의 풍속 센서(SVA)의 기능을 대행할 수 있다.
다음에, 제어기(31)는 풍속 센서(SVA)로부터의 속도 데이터에 따른 현재 공기 속도에 상응하는 최적 온도차를 판독한다(단계 S3). 여기에서, 제어기(31)에는 상기 풍속 센서(SVA)로부터의 속도 데이터에 상응하는 최적 온도차 데이터가 저장되어 있다.
다음에, 제어기(31)는 현재 온도차와 최적 온도차의 차이인 현재 오차를 연산한다(단계 S4).
다음에, 제어기(31)는 현재 오차가 기준 오차보다 크면(단계 S5), 현재 오차에 상응하는 전자 팽창 밸브(EXV)의 개도를 판독한다(단계 S6). 물론, 제어기(31)에는, 현재 오차에 상응하여 가스 쿨러(GC)의 현재 온도차를 조정할 수 있는 전자 팽창 밸브(EXV)의 개도들이 설정되어 있다. 다음에, 제어기(31)는 판독된 개도가 이루어지도록 구동기(32)를 제어하여 전자 팽창 밸브(EXV)를 구동한다(단계 S7).
상기 단계들 S1 내지 S7은 반복적으로 수행된다. 물론, 상기 단계들 S6 및 S7에 있어서, 전자 팽창 밸브(EXV)의 개도(開度) 뿐만 아니라 압축기(COM)의 개도에 의해서도 냉매의 유량이 제어될 수 있다. 상기한 바와 같이, 고정식 팽창 밸브(EXV)와 가변식 압축기(COM)가 사용되는 경우, 가변식 압축기(COM)의 내부 제어 밸브(External Control Valve)의 개도에 의해서도 냉매의 유량이 제어될 수 있다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 초임계 냉동 사이클에 의하면, 가스 쿨러의 현재 온도차가 최적 온도차가 되도록 제어됨에 의하여 냉방 용량 및 냉방 효율이 모두 향상될 수 있다. 이에 따라, 가스 쿨러의 내부 압력이 조정되지 않고서도 최적의 냉방 용량 및 냉방 효율이 실현될 수 있으므로, 초임계 냉동 사이클의 센서들의 개수가 최소화되고 초임계 냉동 사이클의 제어 논리 회로가 단순화될 수 있다.
본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 첨부된 청구범위에서 정의된 발명 의 사상 및 범위 내에서 당업자에 의하여 변형 및 개량될 수 있다.

Claims (5)

  1. 이산화탄소의 냉매를 압축하여 초임계 상태가 되게 하는 압축기(COM);
    상기 압축기(COM)로부터의 고온 및 고압의 냉매를 냉각하는 가스 쿨러(GC);
    상기 가스 쿨러(GC)로부터의 냉매를 팽창시켜 감압시키는 한편, 입력되는 제어 신호에 따라 냉매의 유량을 조절하는 교축 수단(EXV);
    상기 교축 수단(EXV)으로부터의 냉매를 송풍 공기와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기(EV);
    상기 증발기(EV)로부터 상기 압축기(COM)로 흐르는 냉매의 열과, 상기 가스 쿨러(GC)로부터 상기 교축 수단(EXV)으로 흐르는 냉매의 열을 상호 교환시키는 내부 열교환기(IHC);
    상기 증발기(EV)와 상기 열교환기(IHC) 사이에 설치되어, 상기 증발기(EV)로부터의 냉매의 상을 분리하여 기상 냉매만을 상기 압축기(COM)로 공급하는 어큐뮬레이터(AC);
    상기 가스 쿨러(GC)의 출구에서 흘러나가는 냉매의 온도를 감지하는 냉매-온도 감지 수단(STG);
    상기 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 온도를 감지하는 외기-온도 감지 수단(STA);
    상기 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 속도를 감지하는 풍속 검출 수단(SVA); 및
    상기 냉매-온도 감지 수단(STG), 외기-온도 감지 수단(STA), 및 풍속 검출 수단(SVA)으로부터의 데이터를 입력받아, 상기 가스 쿨러(GC)의 출구에서 흘러나가는 냉매의 온도와 상기 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 온도의 차이가 상기 가스 쿨러(GC)에 유입되는 공기의 속도에 대하여 설정된 최적 온도차가 되도록 상기 교축 수단(EXV)으로의 상기 제어 신호를 출력하는 제어기(31)를 포함한 초임계 냉동 사이클.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교축 수단(EXV)이 전자 팽창 밸브(EXV)인 초임계 냉동 사이클.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 풍속 검출 수단(SVA)이 풍속 센서인 초임계 냉동 사이클.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외기-온도 감지 수단(STA)이 외기 온도 센서인 초임계 냉동 사이클.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기(31)에는 상기 풍속 센서(SVA)로부터의 속도 데이터에 상응하는 최적 온도차 데이터가 저장되어 있는 초임계 냉동 사이클.
KR1020040079974A 2004-10-07 2004-10-07 초임계 냉동 사이클 KR101094852B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040079974A KR101094852B1 (ko) 2004-10-07 2004-10-07 초임계 냉동 사이클

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040079974A KR101094852B1 (ko) 2004-10-07 2004-10-07 초임계 냉동 사이클

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060031085A true KR20060031085A (ko) 2006-04-12
KR101094852B1 KR101094852B1 (ko) 2011-12-15

Family

ID=37140914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040079974A KR101094852B1 (ko) 2004-10-07 2004-10-07 초임계 냉동 사이클

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101094852B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101384148B1 (ko) * 2012-07-26 2014-04-10 엘지전자 주식회사 공기조화기 및 공기조화기의 제어방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004011959A (ja) * 2002-06-04 2004-01-15 Sanyo Electric Co Ltd 超臨界冷媒サイクル装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101384148B1 (ko) * 2012-07-26 2014-04-10 엘지전자 주식회사 공기조화기 및 공기조화기의 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101094852B1 (ko) 2011-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5027160B2 (ja) フラッシュタンク受器を有する冷媒蒸気圧縮システム
JP4758705B2 (ja) 車両用空調装置
KR100755160B1 (ko) 냉각 시스템의 제어
JP2931668B2 (ja) 超臨界蒸気圧縮回路における高サイド圧力調節方法
JP4613526B2 (ja) 超臨界式ヒートポンプサイクル装置
US6523361B2 (en) Air conditioning systems
EP2340404B1 (en) High-side pressure control for transcritical refrigeration system
JP2002130849A (ja) 冷房サイクルおよびその制御方法
EP2068095A1 (en) Refrigeration device
CN108779939B (zh) 制冷装置
EP1329677B1 (en) Transcritical vapor compression system
EP2423623A1 (en) Refrigeration device for land transportation
KR101278530B1 (ko) 이산화탄소 냉매를 이용한 공기조화장치
US20120102980A1 (en) Control Process For An Expansion Valve
JP2008122034A (ja) 車両用冷房装置
JP2006308230A (ja) 冷凍サイクル制御装置
KR101094852B1 (ko) 초임계 냉동 사이클
JP6565737B2 (ja) 冷凍サイクル装置
JP2003054249A (ja) 車両用空調装置
WO2000068621A1 (fr) Procede de commande de cycle de refrigeration et cycle de refrigeration mettant en oeuvre ce procede
JP2005188290A (ja) 可変容量圧縮機の制御装置
JP2017150730A (ja) 冷凍サイクル装置
JP2007071453A (ja) 冷凍サイクル
JPH0833242B2 (ja) 冷凍装置
WO2017086346A1 (ja) 車両用空調装置、それを備える車両及び車両用空調装置の制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141125

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151027

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161122

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171204

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181120

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191108

Year of fee payment: 9