KR20070074455A - 공기조화 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 운전영역을 확대할 수 있는 공기조화 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 유동하는 냉매 중에서 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 상 분리기, 상기 상 분리기에서 분리된 액상 냉매를 증발시키는 증발기, 그리고 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되는 제 1 압축장치와, 상기 상 분리기에서 분리된 기상 냉매가 상기 제1 압축부를 경유한 냉매와 함께 유입되는 제 2 압축장치를 갖는 압축기를 포함하며, 상기 압축기의 운전영역을 확장하기 위하여 상기 제1 압축부의 제1 실린더와 제2 압축부의 제2 실린더는 서로 다른 부피를 갖는 공기조화 시스템을 제공한다.

본 발명에 의하면, 상 분리기에서 분리된 기상 냉매를 압축기에 직접 공급함으로써 운전효율을 증가시키고 운전영역을 확대할 수 있는 효과가 있다.

공기조화 시스템, 제1 압축부, 제2 압축부, 상 분리기

Description

공기조화 시스템 및 그 제어방법{Air-conditioning system and Controlling Method for the same}

도 1은 종래 공기조화 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 도 1의 공기조화 시스템에서 외부 부하에 따른 압축기의 운전상태를 나타내는 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 공기조화 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 4는 도 3의 공기조화 시스템의 냉동사이클을 나타내는 그래프.

도 5는 도 3의 공기조화 시스템에 적용되는 압축기를 개략적으로 나타낸 종단면도.

도 6은 도 3의 상 분리기에 관한 일 실시 예를 개략적으로 나타낸 사시도.

도 7은 도 3의 상 분리기에 관한 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 8a 및 8b는 도 7의 상 분리기의 성능을 설명하기 위한 도면.

도 9는 도 3의 공기조화 시스템에서 외부 부하에 따른 압축기의 운전상태를 나타내는 그래프.

도 10은 도 4의 압축기의 운전효율을 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 압축기 110: 제1 압축부

120: 제2 압축부 140: 구동장치

200: 4방 밸브 300: 응축기

410: 제1 팽창밸브 420: 제2 팽창밸브

500: 상 분리기 600: 증발기

710: 제1 냉매관 720: 제2 냉매관

730: 냉매제어밸브 740: 중간 냉매관

본 발명은 공기조화 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전영역을 확대시킬 수 있는 공기조화 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화 시스템은 냉매를 압축, 응축, 팽창 및 증발시키는 과정을 수행함에 따라 실내 공간을 냉방 또는/및 난방시키는 장치이다.

상기 공기조화 시스템은 실외기에 1대의 실내기가 연결되는 통상적인 공기조화 시스템과, 실외기에 다수대의 실내기가 연결되는 멀티 공기조화 시스템으로 구분된다. 또한, 공기조화 시스템은 냉매사이클을 일방향으로만 가동하여 실내에 냉기만을 공급하도록 냉방 시스템과, 냉매사이클을 양방향으로 선택적으로 가동하여 실내에 냉기 또는 온기를 공급하는 냉난방 시스템으로 구분된다.

도 1을 참조하여, 종래 분리형 공기조화기의 구성을 간단하게 설명한다.

종래 공기조화기는 기본적으로 압축기(1a,1b), 응축기(3), 팽창밸브(4), 증 발기(5)로 구성되는 냉동사이클을 형성한다. 그리고, 상술한 구성요소들은 냉매가 흐르는 통로역할을 하는 연결배관(7)에 의하여 연결된다.

실내 공간을 냉방시키기 위하여 상기 공기조화기가 운전되는 과정을 냉매의 흐름을 따라 설명하면 다음과 같다.

증발기(5)에서 실내 공기와 열교환된 기체상태의 냉매는 압축기(1a,1b)로 유입된다. 상기 압축기(1a,1b)로 유입된 기체 냉매는 상기 압축기에서 고온 고압으로 압축된다. 이후에 기체 냉매는 응축기(3)로 유입되어 액체 냉매로 상변화를 하게 된다. 상기 응축기(3)에서 냉매가 상변화를 하면서 외부로 열을 방출하게 된다.

이후에 응축기에서 배출되는 냉매는 팽창밸브(4)를 거치면서 팽창되고 증발기(5)로 유입된다. 증발기로 유입된 액체 냉매는 기체 냉매로 상변화를 하게 된다. 상기 냉매가 증발기에서 상변화를 하면서 외부의 열을 흡수하게 됨으로써 실내 공간을 냉방시키게 된다. 물론, 실내 공간을 난방시키기 위해서는 상기 냉동사이클을 역방향으로 운전시키면 된다.

한편, 상기 증발기(5)와 압축기(1a,1b) 사이에는 어큐뮬레이터(6)가 설치된다. 상기 어큐뮬레이터에는 오일과 냉매의 혼합물이 일시적으로 저장된다. 상기 어큐뮬레이터는 냉매의 역류를 방지하고 액체의 냉매가 압축기에 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 압축기는 상기 어큐뮬레이터(6)와 각각 개별적으로 연결된 제1 압축기(1a) 및 제2 압축기(1b)로 구성된다. 상기 제1 및 제2 압축기(1a,1b)로는 서로 다른 용량을 가지고 있으며 일정한 운전속도를 가지는 정속 압축기가 사용된다. 따 라서, 공기조화기에 요구되는 부하에 따라서 해당 압축기를 운전하게 된다. 또한, 상기 제1 압축기(1a)로 냉매가 유입되기 전에 제1 체크밸브(2a)에 의하여 냉매의 흐름이 제어되고, 상기 제2 압축기(1b)로 냉매가 유입되기 전에 제2 체크밸브(2b)에 의하여 냉매의 흐름이 제어된다.

도 2는 외기 온도에 따라 공기조화기에 요구되는 부하를 나타내는 그래프이다. 이를 참조하여, 종래 공기조화기에서 외부부하에 따라 압축기가 운전되는 상태를 설명한다.

일반적으로 외기 온도에 따라 압축기에 가해지는 일은 서로 비례하게 된다. 즉, 외기 온도가 낮은 경우에는 상대적으로 낮은 압축일이 요구되고, 외기 온도가 높은 경우에는 상대적으로 높은 압축일이 요구된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 외기 온도가 각각 제1 외기온도(T01), 제2 외기온도(T02) 및 제3 외기온도(T03)에 해당되면, 요구되는 압축일은 제1 압축일(W01), 제2 압축일(W02) 및 제3 압축일(W03)이 필요하게 된다.

예를 들어, 제1 압축기에 공급되는 일은 50이고, 제2 압축기에 공급되는 일은 100이라고 가정한다. 또한, 제1 외기온도(T01)의 범위는 20℃~30℃이고, 제2 외기온도(T02)의 범위는 31℃~40℃ 이고, 제3 외기온도(T03)의 범위는 41℃~50℃이라 가정한다.

여기서, 외기온도가 30℃이면 제1 압축기에 50의 일이 공급되고, 외기 온도가 40℃이면 제2 압축기에 100의 일이 공급된다. 또한, 외기온도가 50℃이면 제1 압축기와 제2 압축기에 공급되는 일을 합쳐서 150의 압축일이 공급된다.

여기서, 외기온도가 41℃인 경우에는 실제로 필요한 압축기의 일은 105가 될 것이다. 그러나, 외기 온도가 41℃인 경우에는 제2 압축기만을 구동시켜서는 요구되는 압축일을 만족시킬 수 없기 때문에 정속 압축기인 제1 압축기와 제2 압축기가 동시에 구동된다. 따라서, 실제로 필요한 압축기일은 105이지만, 압축기에는 150의 일이 공급된다. 결과적으로, 불필요한 압축일이 압축기에 공급된다.

따라서, 종래 공기 조화기에서는 요구되는 부하가 변하는 경우에도 압축기에 일정한 일이 공급됨으로써 불필요하게 전력이 소비되고 운전효율이 저하되는 문제가 있다.

또한, 종래 공기 조화기에서는 두 개의 압축기를 별도로 설치하고, 각각의 구동장치를 별도로 구비함으로써 설치공간에 제약이 있고, 또한 공기조화기의 제작에 따른 비용이 증가되는 문제가 있다.

또한, 종래 공기조화기의 운전영역은 각각의 압축기 용량에 의해서만 결정되므로 운전범위가 제한되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 운전효율을 증가시킬 수 있는 공기조화 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시스템의 운전영역을 확장시킬 수 있는 공기조화시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 운전방법이 간단하고, 제조비용을 줄일 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유동하는 냉매 중에서 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 상 분리기, 상기 상 분리기에서 분리된 액상 냉매를 증발시키는 증발기, 그리고 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되는 제 1 압축장치와, 상기 상 분리기에서 분리된 기상 냉매가 상기 제1 압축부를 경유한 냉매와 함께 유입되는 제 2 압축장치를 갖는 압축기를 포함하며, 상기 압축기의 운전영역을 확장하기 위하여 상기 제1 압축부의 제1 실린더와 제2 압축부의 제2 실린더는 서로 다른 부피를 갖는 공기조화 시스템을 제공한다.

상기 공기조화 시스템은 상기 상 분리기를 경유한 냉매를 상기 제1 압축부 및 제2 압축부로 안내하는 냉매유입장치를 더 포함할 수 있다.

상기 냉매유입장치는 상기 제1 압축부와 제2 압축부를 연결하고 상기 상 분리기에서 분리된 기상 냉매와 상기 증발기를 경유한 냉매가 혼합되는 공간을 제공하는 중간 냉매관, 상기 상분리기에서 분리된 기상냉매를 상기 중간 냉매관으로 안내하는 제1 냉매관, 상기 상 분리기와 증발기를 연통시키고 상기 증발기를 경유한 냉매를 상기 제1 압축부로 안내하는 제2 냉매관을 포함할 수 있다.

상기 냉매유입장치는 상기 중간 냉매관으로 유입되는 기상 냉매의 흐름을 제어하는 냉매제어밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 실린더의 부피는 상기 제1 실린더 부피의 40 ~ 80 퍼센트(％) 인 것이 바람직하다.

상기 상 분리기는 기체와 액체가 혼합된 상태의 냉매가 저장되는 저장용기 와, 상기 혼합된 상태의 냉매를 상기 저장용기로 안내하는 혼합 냉매관 연결부와, 분리된 기상 냉매가 배출되는 제1 냉매관 연결부와, 분리된 액상 냉매가 배출되는 제2 냉매관 연결부를 포함할 수 있다.

상기 상 분리기는 상기 제1 냉매관 연결부 하부에 설치되어 상기 제1 냉매관 연결부로 배출되는 기상 냉매 중에 포함된 이물질을 제거함과 동시에 상기 제1 냉매관 연결부로 액상냉매가 유입되는 것을 방지하기 위한 분리판을 더 포함할 수 있다.

상기 저장용기는 몸통부와, 상기 몸통부의 상부 끝단에서 상부로 볼록하게 형성된 상부벽과, 상기 몸통부의 하부 끝단에서 하부로 볼록하게 형성된 하부벽을 포함할 수 있다.

상기 제1 냉매관 연결부는 상기 상부벽의 최상단에 위치할 수 있다.

상기 혼합 냉매관 연결부의 하부 끝단과 상기 제2 냉매관 연결부의 하부끝단은 상기 혼합된 냉매에 잠긴 상태로 상기 하부벽과 소정간격을 갖도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 혼합 냉매관 연결부의 하부끝단과 상기 제2 냉매관 연결부의 하부끝단 중 하나 이상은 절곡된 형상을 가질 수 있다.

상기 혼합 냉매관 연결부의 하부끝단과 상기 제2 냉매관 연결부의 하부끝단은 상기 저장용기의 몸통부의 원주방향을 따라 절곡되는 것이 바람직하다.

상기 혼합 냉매관 연결부에서 토출되는 냉매의 흐름이 상기 제2 냉매관 연결부 또는 제1 냉매관 연결부에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 상기 혼합 냉매 관 연결부의 하부끝단과 상기 제2 냉매관 연결부의 하부끝단 사이에 설치되는 격벽을 더 포함할 수 있다.

상기 격벽의 높이는 상기 저장용기 직경의 1 ~ 2 배인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 유동하는 냉매 중에서 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 단계, 분리된 액상 냉매를 증발기를 사용하여 증발시키는 단계, 그리고 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되는 제1 실린더를 갖는 제1 압축부와 상기 제1 압축부를 경유한 냉매와 분리된 기상 냉매가 함께 공급되며 상기 제1 실린더와 부피가 다른 제2 실린더를 갖는 제2 압축부를 제어하는 압축기 제어단계를 포함할 수 있다.

상기 압축기 제어단계는 상기 증발기를 경유한 냉매를 제1 압축부에서 압축하는 단계와, 분리된 기상 냉매와 상기 제1 압축부에서 압축된 냉매를 혼합하여 상기 제2 압축부에서 압축시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 압축기 제어단계에서 운전되는 상기 제2 압축부에 구비된 제2 실린더의 부피는 상기 제1 압축부에 구비된 제1 실린더 부피의 40 ~ 80 퍼센트(％) 인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 공기 조화시스템 및 그 제어방법의 바람직한 실시 예들에 대하여 상세히 설명한다.

도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 공기조화시스템의 구성을 설명하면 다음과 같다.

상기 공기조화 시스템은 증발기(600), 응축기(300), 팽창밸브(410,420), 압 축기(100) 뿐만 아니라 유입된 냉매 중에서 기상냉매와 액상냉매를 분리하는 상분리기(500)를 포함한다. 또한, 상기 공기조화 시스템에는 상기 응축기(300), 압축기(100) 및 증발기(600)로 공급되는 냉매를 제어하는 4방 밸브(200)가 설치된다. 이하에서는, 실내공간을 냉방시키기 위하여 냉방운전을 할 때의 냉매 흐름을 따라 공기조화 시스템을 설명한다.

상기 압축기(100)는 증발기를 통과한 냉매가 유입되는 제1 압축부(110)와 상분리기에서 분리된 기상 냉매가 유입되는 제2 압축부(120)를 포함한다.

구체적으로, 상기 제1 압축부(110)에는 증발기를 경유한 냉매가 유입되는 제1 실린더(도 5의 111 참조)이 구비되어 있고, 상기 제2 압축부에는 상기 제1 실린더와 다른 부피를 갖는 제2 실린더(도 5의 121 참조)가 구비되어 있다.

상기 상 분리기(500)와 상기 압축기(100)의 사이에는 제1 압축부(110) 및 제2 압축부(120)로 냉매를 안내하는 냉매유입장치가 설치된다.

상기 냉매유입장치는 상기 제1 압축부(110) 및 제2 압축부(120)와 연결된 중간 냉매관(740), 그리고 상기 제2 압축부(120)로 유입되는 기상 냉매의 흐름을 제어하는 냉매제어밸브(730)를 포함한다. 물론, 상기 냉매유입장치는 상기 중간 냉매관(740)과 상기 상분리기(500)를 연결하는 제1 냉매관(710), 상기 제1 압축부(110)와 상기 상분리기(500)를 연결하는 제2 냉매관(720)을 포함할 수 있다.

상기 팽창밸브(410,420)는 응축기(300)를 통과한 냉매를 1차적으로 팽창시키는 제1 팽창밸브(410)와 상 분리기(500)에서 분리된 액체냉매를 팽창시키는 제2 팽창밸브(420)를 포함한다. 상기 응축기(300)를 통과한 냉매는 과냉상태에 있으며, 상기 제1 팽창밸브(410)를 통과하면서 팽창된 후 기상 냉매와 액상냉매가 혼합된 상태로 상 분리기(500)로 유입된다.

상기 상 분리기(500)는 제1 팽창밸브(410)와 제2 팽창밸브(420) 사이에 설치되며, 액상냉매와 기상 냉매를 분리하는 역할을 한다. 상기 상 분리기(500)는 상기 응축기(300)를 통과한 냉매가 흐르는 혼합 냉매관(750)과 연결되고, 상 분리기에서 분리된 기상 냉매가 흐르는 제1 냉매관(710)과 연결되고, 상기 상 분리기에서 분리된 액상냉매가 흐르는 제2 냉매관(720)과 연결된다.

상 분리기(500)에서 분리된 액상냉매는 제2 팽창밸브(420)를 통과하면서 팽창되고, 상기 제2 팽창밸브(420)를 경유한 액상냉매는 증발기(600)로 유입되어 기상냉매로 상변화 한다. 이후에, 증발기(600)를 경유한 기상 냉매는 4방 밸브(200)를 경유하여 압축기, 즉 제1 압축부(110)로 유입된다.

상 분리기(500)에서 분리된 기상 냉매는 제1 냉매관(710)을 따라 흐른 후 중간 냉매관(740)에서 상기 제1 압축부(110)를 경유한 냉매와 혼합된다. 상기 중간 냉매관(740)에서 혼합된 냉매는 다시 제2 압축부(120)로 유입되어 압축되고, 압축기의 외부로 토출된다.

상기 상분리기(500)는 응축기를 경유한 냉매 중에서 기상 냉매를 분리할 수 있는 장치면 어떠한 장치라도 무관하다. 예를 들면, 상분리기(500)는 열교환장치를 포함하고 있어서, 상기 응축기를 경과한 냉매를 외부의 공기와 열교환시킴으로 인하여 상기 냉매 중에서 기상 냉매를 얻을 수도 있다.

또한, 상기 제1 냉매관(710)상에는 기상 냉매의 흐름을 제어하는 냉매제어밸 브(730)가 설치되어 있다. 상기 냉매제어밸브(730)는 공기조화시스템의 운전을 제어하는 제어장치(미도시)에 의하여 제어된다. 상기 제어장치는 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)를 구동시키고, 상기 냉매제어밸브(730)를 제어하는 역할을 한다.

또한, 상기 제1 냉매관(710) 상에는 상기 중간 냉매관(740)으로 유입되는 기상냉매의 유량을 조절하기 위한 모세관이 별도로 설치될 수도 있다. 즉, 상기 제1 냉매관(710)의 내경의 크기를 조절함으로써 상기 중간 냉매관(740)으로 유입되는 기상냉매의 양을 조절할 수 있다.

결과적으로, 제2 압축부(120)에는 상 분리기(500)에서 분리된 기상냉매와 제1 압축부(110)에서 압축된 냉매가 함께 압축되기 때문에 상기 압축기(100)에 가해지는 압축일이 줄어들게 된다. 상기 압축기(100)의 압축일이 줄어들게 됨으로써 압축기의 운전범위가 늘어나고, 상기 압축기의 운전범위가 늘어나면 극한지역이나 열대지역에서도 상기 공기조화 시스템을 사용할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 공기조화 시스템의 운전 초기 또는 상기 공기조화 시스템의 신뢰성을 확인할 때는 상기 냉매제어밸브를 폐쇄시켜서 기상 냉매가 상기 제2 압축부로 유입되지 않도록 할 수도 있다.

또한, 상기 공기조화 시스템은 외부부하가 낮은 영역에서도 마찬가지로 냉매제어밸브를 폐쇄시키고 상기 압축기를 운전할 수도 있다. 예를 들어, 외부부하가 미리 설정된 특정부하 영역에 있으면 제어장치는 상기 제1 압축부만을 구동시키기 위하여 상기 냉매제어밸브(730)를 폐쇄시킨다. 그러면, 상 분리기(500)에서 분리된 기상냉매는 더 이상 제2 압축부(120)로 유입되지 않게 되어, 상 분리기(500)는 리 시버(Receiver)의 역할을 수행하게 된다.

물론, 상분리기에서 분리된 기상냉매를 중간 냉매관으로 공급하지 않은 상태, 즉 냉매제어밸브를 폐쇄한 상태에서 상기 제2 압축부만을 작동시키거나 제1 압축부 및 제2 압축부를 작동시킬 수도 있다. 여기서, 상기 제어장치는 감지센서에서 감지한 외기온도나 사용자가 지정한 온도에 따라 외부부하를 결정할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 공기조화 시스템에 적용되는 냉동사이클을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 공기조화 시스템은 기존 공기조화시스템이 1→3'의 압축과정과, 3'→4의 응축과정과, 4→5'의 팽창과정과, 5'→1의 증발과정으로 구성된 냉동사이클을 이루는 것과 달리, 1→3의 압축과정과, 3→4의 응축과정과, 4→5의 팽창과정과, 5→1의 증발과정으로 구성된 냉동사이클을 이룬다.

결과적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 공기조화 시스템은 W11만큼의 일을 외부로 더 출력 가능하고, W21만큼의 압축일을 줄일 수 있어, 공기조화 시스템의 성능이 향상되는 장점을 가진다.

구체적으로, 냉매가 상 분리기와 제2 팽창밸브(420)를 경유하면서 온도가 낮아진 상태로 제2 팽창밸브(420)에 공급됨으로써 공기조화 시스템이 하는 일은 W11 만큼 증가하게 된다. 즉, 기존에 4→5'로의 팽창 과정을 4→5로 팽창되도록 하여, 증발기(600)의 열교환을 5→1의 과정을 거치도록 함으로써, 증발기(600)의 열교환 효율을 증가시켜 공기조화 시스템의 냉동능력을 향상시킬 수 있다.

한편, 상 분리기에서 분리된 기상 냉매와 증발기를 경유한 냉매는 모두 중간 냉매관(740)으로 유입되어 혼합되고, 상기 냉매들이 서로 혼합되면서 제2 압축부에 유입되는 냉매 전체의 온도는 낮아지게 된다. 결과적으로, 압축기에 공급되는 외부일은 도 4에 도시된 바와 같이 W21 만큼의 줄어들게 된다. 즉, 기존에 1→3'로의 압축 과정을 1→3으로 압축되도록 하여, 압축기(100)가 냉매를 압축하기 위하여 소요되는 압축일을 W21만큼 줄일 수 있어, 압축기(100)의 성능 및 효율을 증대시켜 이로 구성된 공기 조화 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 실내공간을 냉방시키기 위한 냉방운전에 있어서, 외부에서 압축기에 가해주어야 하는 압축일, 즉 외부부하는 외기온도에 비례하게 된다. 즉, 외기온도가 낮으면 실내공간을 냉방시킬 필요가 적어지기 때문에 외부부하는 작고, 외기온도가 높으면 상대적으로 실내공간을 냉방시키기 위하여 공기조화기에 많을 일을 공급해주어야 하기 때문에 외부부하는 크게 된다.

도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 압축기와 압축기로 냉매를 안내하는 냉매유입장치를 설명한다.

상기 압축기는 외형을 형성하는 케이스(130), 상기 케이스 내부에 설치되는 구동장치(140), 상기 구동장치에 의하여 구동되는 제1 압축부(110) 및 제2 압축부(120)를 포함하여 구성된다.

상기 구동장치(140)는 권선코일이 구비된 고정자(141)와 상기 고정자의 내부에 회전가능하게 삽입되는 회전자(143)를 포함하여 구성된다. 상기 회전자(143)의 내부에는 회전축(145)이 압입되고, 상기 회전축(145)은 상기 제1 압축부(110) 및 제2 압축부(120)와 연결된다.

상기 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)는 외부 부하에 따라 가변되는 압축용량을 가지며 하나의 압축기에 설치된다. 상기 제1 압축부(110)는 상기 케이스의 하단부에 설치되고, 상기 제2 압축부(120)는 상기 제1 압축부의 상부에 설치된다. 물론, 상기 제1 압축부와 제2 압축부 사이에는 상기 제1 압축부와 제2 압축부를 분리시키는 중간 플레이트가 설치될 수도 있다.

상기 제1 압축부(110)는 냉매가 압축되는 공간을 제공하는 제1 실린더(111)와 상기 제1 실린더의 하부에 설치되는 제1 베어링(113)을 포함한다. 상기 제2 압축부(120)는 냉매가 압축되는 제2 실린더(121)와 상기 제2 실린더의 상부에 설치되는 제2 베어링(123)을 포함한다. 물론, 상기 제1 베어링은 상기 제1 실린더의 상부에 설치될 수도 있으며, 상기 제2 베어링은 상기 제2 실린더의 하부에 설치될 수도 있다.

상기 제1 실린더의 일측에는 증발기를 경유한 냉매가 유입되는 제1 실린더 흡입구(111a)가 구비되어 있고, 타측에는 상기 제1 실린더 내부에서 압축된 냉매가 토출되는 제1 실린더 토출구(111b)가 구비되어 있다. 물론, 상기 제1 실린더의 토출구(111b)에는 상기 토출구를 개폐하는 제1 개폐밸브가 설치될 수도 있다.

상기 제2 실린더의 일측에는 상기 제1 압축부에서 압축된 냉매와 기상분리기에서 분리된 기상냉매가 함께 유입되는 제2 실린더 흡입구(121a)가 구비되어 있고, 타측에는 상기 제2 실린더에서 압축된 냉매가 토출되는 제2 실린더 토출구(121b)가 구비되어 있다. 또한, 상기 제2 실린더 토출구(121b)에는 상기 토출구를 개폐하는 제2 개폐밸브(125)가 구비되어 있다.

물론, 상기 압축기는 3개 이상의 압축장치를 가진 다단 압축기를 사용하여도 된다. 구체적으로, 상분리기에서 분리된 기상냉매를 사용하는 압축장치는 한 개이상이 설치되어도 무방하다.

상기 냉매제어밸브(730)는 제1 냉매관상에 설치되어 상기 제1 냉매관(710)에 흐르는 기상냉매를 제어하게 된다. 상기 제1 냉매관(710)은 중간 냉매관(740)과 연결되어 있으며, 상기 중간 냉매관(740)은 제2 실린더의 흡입구(121b)와 연통되어 있다. 또한, 상기 중간 냉매관(740)은 제1 실린더의 토출구(111b)와도 연통되어 있다. 따라서, 제1 실린더에서 압축된 냉매와 상분리기에서 분리된 기상냉매가 함께 제2 실린더(121)로 유입되어 압축된다.

상기 압축기를 사용한 공기조화 시스템의 동작과정을 살펴보면 다음과 같다.

공기 조화시스템의 작동이 시작되면 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)를 갖는 압축기(100), 응축기(300), 상 분리기(500), 팽창밸브(410, 420) 및 증발기(600)가 구동된다.

먼저 상기 상 분리기(500)는 유동하는 냉매 중에서 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하게 된다.

다음으로, 상기 상 분리기(500)에서 분리된 액상 냉매는 증발기(600)로 유입되고, 상기 상 분리기(500)에서 분리된 기상냉매는 압축기와 연결된 중간 냉매관(740)으로 유입된다. 여기서, 제어장치는 상기 제1 압축부(110)와 상기 제2 압축부(120)를 동시에 구동시키고, 냉매제어밸브(730)를 개방시켜 상 분리기(500)에서 분리된 기상냉매가 중간 냉매관(740)으로 유입되도록 한다.

상기 증발기(600)로 유입된 액상냉매는 증발기(600)를 거치면서 기상냉매로 상변화를 하게 되고, 다시 제2 팽창밸브(420)를 경유하면서 팽창된다. 그리고, 상기 제2 팽창밸브(420)를 경유한 기상냉매는 상기 압축기(100)에 구비된 제1 압축부(110)로 유입된다.

다음으로, 상기 제1 압축부(110)에서 압축된 냉매는 상기 중간 냉매관(740)으로 유입되고, 상기 중간 냉매관(740)에서 혼합된 냉매는 상기 압축기(100)에 구비된 제2 압축부(120)로 유입되어 압축된다.

구체적으로, 증발기를 경유한 냉매는 제1 실린더의 흡입구(111a)를 통하여 제1 실린더(111) 내부로 유입되어 압축된다. 상기 제1 실린더(111)에서 압축된 냉매는 제1 토출구(111b)를 통하여 중간 냉매관(740)으로 유입된다.

그러면, 상분리기(500)에서 분리된 기상냉매와 제1 압축부(110)에서 압축된 냉매는 중간 냉매관(740)에서 만나게 되고, 함께 제2 실린더의 흡입구(121a)로 유입되어 압축된다. 이후에 제2 실린더(121)에서 압축된 냉매는 제2 토출구(121b)를 통하여 제2 실린더의 외부로 배출된 후, 케이스에 구비된 압축기 토출관(133)을 통하여 응축기로 유입된다.

상기 제1 실린더(111)와 제2 실린더(121)의 부피는 서로 다른 부피를 가지며, 상기 제1 압축부(110)와 제2 압축부(120)의 압축율은 서로 다른 값을 가진다. 구체적으로, 상기 제1 실린더(111)의 부피를 100이라고 했을때, 상기 제2 실린더(121)의 부피는 40~80의 비율을 가진다. 이에 대한 구체적인 실험적인 자료는 도 10을 참조하여 후술하기로 한다.

물론, 상기 압축기는 기상냉매가 중간 냉매관으로 유입되지 않는 상태에서 작동될 수도 있다. 구체적으로, 상분리기를 경유한 냉매는 모두 증발기를 경유하여 제1 압축부의 일측, 즉 제1 실린더의 흡입구(111a)로 유입되고, 유입된 냉매는 구동장치의 작동에 의하여 제1 실린더(111)에서 압축된다.

압축된 냉매는 제 1실린더의 토출구(111b)를 통하여 중간 냉매관(740)으로 유입되고, 중간 냉매관으로 유입된 냉매는 제2 실린더(121)의 내부로 유입되게 된다. 그러나, 제2 실린더에서는 냉매의 압축이 일어날 수도 있고, 일어나지 않을 수도 있다. 상기 제2 실린더에서의 냉매 압축여부는 외부부하가 어떤 범위에 있느냐에 따라서 결정될 것이다.

도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 상 분리기의 구조를 설명한다.

상기 상 분리기는 냉매가 저장되는 저장용기(530), 상기 냉매를 상기 저장용기로 안내하는 혼합 냉매관 연결부(520), 상기 저장용기 내부에 설치되는 분리판(540), 상기 저장용기 내부에서 분리된 기상의 냉매가 배출되는 제1 냉매관 연결부(510), 그리고 액상의 냉매가 배출되는 제2 냉매관 연결부(550)를 포함한다.

상기 저장용기(530)는 일시적으로 냉매가 저장되는 장소를 제공하는 것으로서 상기 저장용기(530)로 유입되는 냉매는 기상냉매와 액상냉매가 혼합된 상태로 유입된다.

상기 저장용기(530)는 원통형상의 몸통부(531), 상기 몸통부의 상부 끝단에 형성된 상부벽(533), 상기 몸통부의 하부 끝단에 형성된 하부벽(535)을 포함한다.

상기 상부벽(533)은 상기 몸통부의 상부로 볼록한 반구(半球)형상을 가지면 서 상기 몸통부(531)와 일체로 형성된다. 또한, 상기 하부벽(535)은 상기 몸통부의 하부로 볼록한 반구(半球)형상을 가지면서 상기 몸통부(531)와 일체로 형성된다.

상기 상부벽(533)과 하부벽(535)이 반구형상을 가짐으로써 상기 상분리기 내부의 압력은 골고루 분포하게 된다. 또한, 상기 상부벽(533)으로 둘러싸인 체적과 상기 하부벽(535)으로 둘러싸인 체적의 합한 값이 저장용기 전체체적의 1/2이 되도록 설계하는 것이 바람직하다. 상분리기가 상술한 형상을 가짐으로써 상기 저장용기의 제작이 용이할 뿐만 아니라 저장용기 내부의 압력을 골고루 분포시키게 된다.

또한, 상기 제1 냉매관 연결부(510)는 상기 상부벽의 최상단에 위치하는 것이 바람직하다. 기상냉매는 액상의 냉매보다 밀도가 낮기 때문에 항상 저장용기의 상부에 위치하게 된다. 그리고, 기상냉매와 액상냉매는 분리판에 의하여 분리되기는 하지만, 액상냉매로부터 가장 멀리 떨어진 기상냉매를 배출하도록 함으로써 상기 제1 냉매관 연결부(510)를 통하여 액상의 냉매가 배출되는 것을 효율적으로 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 혼합 냉매관 연결부(520)와 상기 제2 냉매관 연결부(550)는 상기 상부벽(533)을 관통하고 하부로 연장형성되어 상기 하부벽(535)과 소정간격을 갖도록 설치된다. 구체적으로, 상기 제2 냉매관 연결부(550)는 냉방운전과 난방운전시 냉매흐름의 방향이 바뀜을 고려하여 상기 혼합 냉매관 연결부(520)와 동등한 높이로 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 냉매관 연결부(550)와 상기 혼합 냉매관 연결부(520)는 상기 저장용기 전체높이의 1/4 지점보다 아래까지 연장형성되는 것이 바람직하다. 이는 공기조화기가 냉방운전을 하던 난방운전을 하던 상기 저장용기의 하부벽(535) 근처에는 항상 액상냉매가 고여 있게 되고, 상기 제2 냉매관 연결부(550)와 혼합 냉매관 연결부(520)는 항상 액체 냉매에 잠겨 있어야 하기 때문이다.

또한, 상기 제2 냉매관 연결부의 하부끝단(523)과 상기 혼합 냉매관 연결부의 하부끝단(553)은 소정 각도(α)로 절곡되어 있다. 상기 하부끝단들(523, 553)은 상기 하부벽을 따라서 원주방향으로 절곡되어 있는데, 이는 상기 저장용기로 유입되는 냉매들이 상기 하부벽 또는 몸통부를 따라서 부드럽게 회전하면서 유동하도록 하기 위함이다.

상기 냉매들이 상기 저장용기(530) 내부에서 부드럽게 유동하게 되면, 냉매의 흐름이 난류가 될 확률이 줄어들기 때문에 제1 냉매관 연결부(510)로 액상냉매가 유입된다거나 제2 냉매관 연결부(550)로 기상냉매가 유입된다거나 하는 일이 줄어들게 된다.

상기 하부끝단들(523, 553)이 휘어진 정도, 즉 상기 각도(α)는 25°~45°정도를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 하부끝단들(523, 553)은 완만한 호의 형상을 가지게 되는데 상기 호의 반지름(R)은 상기 혼합 냉매관 연결부(520)와 제2 냉매관 연결부(550)의 직경에 4배 정도가 된다. 상기 각도(α)와 반지름(R)은 상기 상분리기의 체적과 형상에서 가장 난류발생을 줄일 수 있는 값이 된다.

또한, 상기 제1 냉매관 연결부의 직경은 상기 제2 냉매관 연결부의 직경보다 작거나 같게 형성되는 것이 된다. 구체적으로, 상기 제1 냉매관 연결부의 직경은 상기 제2 냉매관 연결부 직경의 1/2~1배가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 제1 냉매관 연결부의 직경이 작을수록 상기 제1 냉매관 연결부를 통하여 액상의 냉매가 배출되기가 어렵기 때문이다. 또한, 상기 제1 냉매관 연결부(510)를 통하여 배출되는 기상냉매는 냉매제어밸브에 의하여 흐름이 제어되기 때문에 상기 제1 냉매관 연결부(520)를 통하여 흐르는 기상냉매의 유량이 작을수록 좋다.

상기 분리판(540)은 기체냉매가 통과할 수 있는 다수의 통공을 가진 다공성 부재를 포함하여 구성된다. 물론, 상기 분리판의 테두리에는 상기 저장용기와 상기 분리판을 결합시키기 위한 결합수단이 설치될 수도 있다.

상기 분리판(540)은 상기 제1 냉매관 연결부(510)로 배출되는 기상 냉매 중에 포함된 이물질을 제거함과 동시에 상기 제1 냉매관 연결부(510)로 액상냉매가 유입되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서 상부벽(533)의 하부에 설치된다.

특히, 상기 분리판(540)은 압축기의 기동시 급격한 압력변화로 인하여 상기 제1 냉매관 연결부로 액상의 냉매가 배출되는 것을 효과적으로 방지한다. 따라서, 혼합 냉매관 연결부(520)를 통하여 저장용기(530)로 냉매가 유입되면, 상기 냉매 중의 기상냉매는 상기 분리판(540)을 통과하여 제1 냉매관 연결부(510)를 통하여 압축기로 배출된다.

반면, 액상냉매는 분리판(540)에 부딪혀서 상기 분리판(540)의 하방으로 낙하되고, 상기 분리판의 하부에 저장된 액상의 냉매는 제2 냉매관 연결부(550)를 통하여 배출된 후 제2 팽창밸브(도 3의 420)로 유입되게 된다.

도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 상 분리기의 다른 실시 예를 설명한다.

본 실시예에 따른 상 분리기는 일 실시 예와 대체적으로 비슷하다. 다만, 본 실시예에서는 혼합 냉매관 연결부(520)에서 토출되는 냉매의 흐름이 상기 제2 냉매관 연결부(550) 또는 제1 냉매관 연결부(510)에 영향을 미치는 것을 방지하기 위한 격벽(560)이 구비된다. 도 8a는 상기 격벽(560)을 설치하지 않았을 때의 혼합냉매의 흐름을 나타낸 것이고, 도 8b는 격벽을 설치하였을 때의 혼합냉매의 흐름을 나타낸 것이다.

상기 격벽(560)은 상기 혼합 냉매관 연결부(520)의 하부끝단과 상기 제2 냉매관 연결부(550)의 하부끝단 사이에 설치되어, 상기 혼합 냉매관 연결부(520)에서 토출되는 냉매의 흐름을 조절하게 된다.

구체적으로, 액상냉매과 기상냉매가 혼합된 혼합냉매가 상기 혼합 냉매관 연결부(520)를 통하여 저장용기 내부로 고압으로 토출되면 상기 혼합냉매는 저장용기의 하부벽(535)을 치면서 난류를 형성하게 되는데, 이때 상기 격벽(560)은 상기 혼합냉매의 흐름을 가이드 하게 된다. 즉, 상기 격벽(560)은 상기 혼합 냉매관 연결부(520)에서 토출된 혼합냉매가 직접적으로 상기 제2 냉매관 연결부(550)로 흡입되지 않도록 냉매의 흐름을 저장용기의 벽면방향으로 안내한다.

결과적으로, 상기 혼합 냉매관 연결부(520)에서 토출된 혼합냉매에 포함된 기포가 상기 제2 냉매관 연결부(550) 및 제1 냉매관 연결부(510)로 유입될 확률이 줄어들게 된다. 따라서, 상기 격벽(560)은 액상 냉매가 제2 냉매관에 효율적으로 유입되도록 하고, 궁극적으로는 압축기의 실린더로 액상냉매가 유입되는 것을 방지하게 된다.

여기서, 혼합 냉매관 연결부의 직경과 제2 냉매관 연결부의 직경은 동일하게 제작되는 것이 바람직한데, 이는 공기조화 시스템이 냉방운전뿐만 아니라 난방운전도 수행할 수 있기 때문이다.

한편, 상기 격벽(560)은 하부벽(535)의 바닥면에서 일정한 높이를 가지도록 설치되는데, 상기 격벽의 높이(H)는 상기 저장용기의 직경(D)에 1~ 2배의 높이를 가진다.

상기 격벽의 높이(H)는 시스템의 기동시 혼합 냉매관 연결부(520)에서 급격하게 토출되는 혼합냉매 중에 포함된 기포가 상기 제2 냉매관 연결부(550)로 직접 유입되는 것을 방지함과 동시에 시스템의 정상적인 운전시 상기 제2 냉매관 연결부(550)로 액상 냉매가 원활하게 이루어질 수 있어야 하기 때문이다.

즉, 상기 격벽의 높이(H)가 너무 높으면, 시스템의 기동시 기포가 제2 냉매관 연결부(550)로 유입되는 것을 용이하게 방지할 수는 있지만, 혼합 냉매관 연결부(520)와 제2 냉매관 연결부(550)가 격리되어 정상적인 운전시 상기 제2 냉매관 연결부(550)로 액상 냉매가 유입되지 못할 수가 있다.

또한, 상기 격벽의 높이(H)가 너무 낮으면, 시스템의 기동시 기포가 제2 냉매관 연결부(550)로 그대로 유입될 수 있는 문제가 있기 때문에, 상기 격벽의 높이(H)는 저장용기의 직경(D)에 1.5 배 정도가 되는 것이 가장 좋다.

상기 격벽의 형상은 본 실시예에 한정되지 않고, 임의의 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 격벽의 끝단은 상기 혼합 냉매관 연결부 방향으로 부드럽게 만곡되어 있을 수 있다. 상기 혼합 냉매관 연결부의 끝단이 부드러운 곡선을 가지게 됨으로써 상기 혼합냉매의 유동을 보다 매끄럽게 할 수 있게 된다.

도 3 및 도 9을 참조하여, 본 발명에 따른 공기조화 시스템에서 압축기의 운전상태를 설명하면 다음과 같다.

실내공간을 냉방시키기 위한 냉방운전에 있어서, 외부에서 압축기에 가해주어야 하는 압축일, 즉 외부부하는 외기온도에 비례하게 된다. 그러나, 상기 외부부하는 외기온도만의 함수만을 의미하는 것은 아니다. 상기 외부부하는 운전 실내기의 개수, 실내온도, 설정온도 등을 고려하여 결정될 수 있다. 이하에서는 외부부하는 외기온도만을 고려하여 설명하기로 한다.

예를 들어, 외기온도가 낮으면 실내공간을 냉방시킬 필요가 적어지기 때문에 외부부하는 작고, 외기온도가 높으면 상대적으로 실내공간을 냉방시키기 위하여 공기조화 시스템에 많을 일을 공급해주어야 하기 때문에 외부부하는 크게 된다. 반대로 실내공간을 난방시키는 경우에는 외기온도가 낮은 경우에는 외부부하가 커지고, 외기온도가 높은 경우에는 외부부하가 작아질 것이다.

도 3과 관련된 상세한 설명에서 언급한 바와 같이, 공기조화 시스템은 외부부하가 큰 경우, 즉 한랭지역이나 열대지역에서는 상 분리기에서 분리된 기상냉매가 제1 압축부(110)를 경유한 냉매와 혼합된 상태로 제2 압축부(120)로 유입되는 냉매 흐름을 가진다. 물론, 외부부하가 작은 경우는 제1 압축부만 작동되거나 제2 압축부만 가동될 수 있을 것이다.

도 9에서 외부부하 및 외기온도에 따라 도시된 사각형 형상은 외부에서 압축기에 가해주어야 하는 압축일을 의미한다. 그리고, 사각형 A는 제1 압축부가 운전되는 경우에 압축기에 가해지는 압축일을 의미한다. B의 영역에 있는 사각형은 외 부부하에 따라 제2 압축부에 가변적으로 공급되는 각각의 압축일을 의미한다.

외부부하, 즉 압축기에 가해주어야 하는 전체 압축일이 W1 +W2 인경우, 제1 압축부(110)에는 W1의 압축일이 공급되고, 제2 압축부(120)에는 W2의 압축일이 공급된다.

공기조화 시스템에 가해주어야 할 외부부하가 상기 W1구간에 해당되면 상기 공기조화 시스템에서는 제1 압축부만 작동하게 될 것이다. 물론, 상기 제1 압축부도 외부부하에 따라 가변적으로 변할 수 있을 것이다.

도 3 및 10을 참조하여, 본 발명에 따른 압축기의 운전효율을 설명한다.

일반적으로 압축기의 성능을 결정짓는 주요 원인은 압축기의 용량, 에너지 소모율이다. 여기서, 압축기의 용량은 해당 공기조화 시스템에 맞도록 압축기의 제작과정에서 결정되어 진다. 따라서, 동일한 압축기의 용량을 가진다 하더라도 공기조화 시스템의 운전영역을 확대시키기 위해서는 에너지 소비를 줄이는 것이 필요하다.

도시된 바와 같이, 종래 공기조화기는 외부부하가 Wi ~ Wf 사이의 범위를 가지는 영역에서만 운전이 가능했다. 즉, 종래 공기조화기는 단순히 압축기의 용량에 의해서만 상기 공기조화기의 운전영역이 결정된다.

그러나, 본 실시예에 따른 공기조화 시스템은 외부부하가 Wk ~ Wf의 영역에서 운전이 가능하다. 상기 공기조화 시스템에서는 기상 냉매가 미리 제1 압축부(110)에서 압축된 냉매와 함께 제2 압축부(120)에 공급됨으로써 압축기에 가해지는 압축일이 줄어들고, 에너지 소모가 줄어들기 때문에 동일한 출력을 가진다 하더 라도 공기조화 시스템의 전체효율은 증가하게 된다. 결과적으로 압축기가 종래와 동일한 용량을 가지더라도 공기조화 시스템의 운전영역은 훨씬 더 확장된다.

구체적으로, 제1 실린더(111)의 부피와 제2 실린더(121)의 부피 비율(M:N) 비율이 100:50의 경우에 본 발명에 따른 공기조화 시스템의 운전영역은 종래보다 30%가 증가하고, 운전효율은 20% 증가됨을 알 수 있다.

상기 공기조화 시스템의 성능계수(COP: Coefficient Of Performance)의 관점에서 살펴보면 동일한 냉동능력을 얻는데 소요되는 압축일, 즉 소비전력이 줄어들기 때문에 성능계수가 증가함을 할 수 있다. 물론, 종래와 동일한 압축일을 공기 조화 시스템에 제공하게 되면 성능계수가 크기 때문에 냉동능력이 증가됨을 알 수 있다.

여기서, 이론적으로 성능계수는 압축일의 열량에 대한 증발기의 흡수열량으로 표현된다. 실질적으로는 상기 압축일의 열량은 실제 소요전력을 의미하고, 증발기의 흡수열량은 냉동능력을 의미할 것이다.

결과적으로, 상분리기에서 분리된 기상냉매를 사용하여 압축기를 구동시킴으로써 공기조화 시스템의 운전효율이 증가하게 되고, 운전영역이 확대되게 된다. 또한, 공기조화 시스템의 운전영역이 증가함에 따라서 한랭지방이나 열대지방에서도 공기조화 시스템의 운전이 가능하게 된다.

본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상술한 본 발명에 따른 공기 조화시스템 및 그 제어방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 하나의 압축기에 가변용량을 갖는 제1 압축부 및 제2 압축부를 설치함으로써 공기조화 시스템을 효율적으로 운전할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상분리기에서 분리된 기상냉매가 제1 압축부를 경유한 냉매와 함께 제2 압축부에 공급됨으로써 공기조화 시스템의 효율을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

둘째, 상분리기에서 분리된 기상 냉매를 제2 압축부에 공급함으로써 압축기에 가해지는 압축일을 줄일 수 있는 이점이 있다. 뿐만 아니라, 동일한 용량의 압축기를 사용하더라도 상기 압축기에 구비된 제1 실린더와 제2 실린더의 체적을 다르게 함으로써 공기조화 시스템의 운전영역을 확대시킬 수 있는 이점이 있다.

셋째, 상분리기의 구조를 개선함으로써 액체냉매가 압축기로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 압축기의 신뢰성을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (17)

1. 유동하는 냉매 중에서 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 상 분리기;

   상기 상 분리기에서 분리된 액상 냉매를 증발시키는 증발기; 그리고,

   상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되는 제 1 압축장치와, 상기 상 분리기에서 분리된 기상 냉매가 상기 제1 압축부를 경유한 냉매와 함께 유입되는 제 2 압축장치를 갖는 압축기를 포함하며, 상기 압축기의 운전영역을 확장하기 위하여 상기 제1 압축부의 제1 실린더와 제2 압축부의 제2 실린더는 서로 다른 부피를 갖는 공기조화 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 상 분리기를 경유한 냉매를 상기 제1 압축부 및 제2 압축부로 안내하는 냉매유입장치를 더 포함하는 공기조화 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 냉매유입장치는 상기 제1 압축부와 제2 압축부를 연결하고 상기 상 분리기에서 분리된 기상 냉매와 상기 증발기를 경유한 냉매가 혼합되는 공간을 제공하는 중간 냉매관, 상기 상분리기에서 분리된 기상냉매를 상기 중간 냉매관으로 안내하는 제1 냉매관, 상기 상 분리기와 증발기를 연통시키고 상기 증발기를 경유한 냉매를 상기 제1 압축부로 안내하는 제2 냉매관을 포함하는 공기조화 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 냉매유입장치는 상기 중간 냉매관으로 유입되는 기상 냉매의 흐름을 제어하는 냉매제어밸브를 더 포함하는 공기조화 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제2 실린더의 부피는 상기 제1 실린더 부피의 40 ~ 80 퍼센트(％) 인 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 상 분리기는 기체와 액체가 혼합된 상태의 냉매가 저장되는 저장용기와, 상기 혼합된 상태의 냉매를 상기 저장용기로 안내하는 혼합 냉매관 연결부와, 분리된 기상 냉매가 배출되는 제1 냉매관 연결부와, 분리된 액상 냉매가 배출되는 제2 냉매관 연결부를 포함하는 공기조화 시스템.
7. 제6항에 있어서,

   상기 상 분리기는 상기 제1 냉매관 연결부 하부에 설치되어 상기 제1 냉매관 연결부로 배출되는 기상 냉매 중에 포함된 이물질을 제거함과 동시에 상기 제1 냉매관 연결부로 액상냉매가 유입되는 것을 방지하기 위한 분리판을 더 포함하는 공기조화 시스템.
8. 제6항에 있어서,

   상기 저장용기는 몸통부와, 상기 몸통부의 상부 끝단에서 상부로 볼록하게 형성된 상부벽과, 상기 몸통부의 하부 끝단에서 하부로 볼록하게 형성된 하부벽을 포함하는 공기조화 시스템.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제1 냉매관 연결부는 상기 상부벽의 최상단에 위치하는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템.
10. 제8항에 있어서,

    상기 혼합 냉매관 연결부의 하부 끝단과 상기 제2 냉매관 연결부의 하부끝단은 상기 혼합된 냉매에 잠긴 상태로 상기 하부벽과 소정간격을 갖도록 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템.
11. 제6항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 혼합 냉매관 연결부의 하부끝단과 상기 제2 냉매관 연결부의 하부끝단 중 하나 이상은 절곡된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템.
12. 제11항에 있어서,

    상기 혼합 냉매관 연결부의 하부끝단과 상기 제2 냉매관 연결부의 하부끝단은 상기 저장용기의 몸통부의 원주방향을 따라 절곡된 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템.
13. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 혼합 냉매관 연결부에서 토출되는 냉매의 흐름이 상기 제2 냉매관 연결부 또는 제1 냉매관 연결부에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 상기 혼합 냉매관 연결부의 하부끝단과 상기 제2 냉매관 연결부의 하부끝단 사이에 설치되는 격벽을 더 포함하는 공기조화 시스템.
14. 제13항에 있어서,

    상기 격벽의 높이는 상기 저장용기 직경의 1 ~ 2 배인 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템.
15. 유동하는 냉매 중에서 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 단계;

    분리된 액상 냉매를 증발기를 사용하여 증발시키는 단계; 그리고,

    상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되는 제1 실린더를 갖는 제1 압축부와, 상기 제1 압축부를 경유한 냉매와 분리된 기상 냉매가 함께 공급되며 상기 제1 실린더와 부피가 다른 제2 실린더를 갖는 제2 압축부를 제어하는 압축기 제어단계를 포함하는 공기조화 시스템의 제어방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 압축기 제어단계는 상기 증발기를 경유한 냉매를 제1 압축부에서 압축하는 단계와, 분리된 기상 냉매와 상기 제1 압축부에서 압축된 냉매를 혼합하여 상기 제2 압축부에서 압축시키는 단계를 포함하는 공기조화 시스템의 제어방법.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서,

    상기 압축기 제어단계에서 운전되는 상기 제2 압축부에 구비된 제2 실린더의 부피는 상기 제1 압축부에 구비된 제1 실린더 부피의 40 ~ 80 퍼센트(％) 인 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템의 제어방법.

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