KR20080028144A - 복수의 압축기를 구비한 공기조화기 - Google Patents

복수의 압축기를 구비한 공기조화기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단속압축기의 상단에 흐름변경수단을 구비하여 토출부와 흡입부의 압력평형시간을 단축시킬 뿐만 아니라 정지된 압축기를 독립적인 계로 형성하여 냉방능력을 가변할 수 있도록 함으로써 냉매 순환량에 비례한 오일균등 분배 및 단속압축기 재가동성을 향상시킬 수 있도록 한 복수의 압축기를 구비한 공기조화기를 제공하기 위한 것으로, 그 기술적 구성은, 서로 다른 용량을 갖는 단속압축기 및 연속압축기로 이루어지는 복수의 압축기와, 압축기들 중 단속압축기의 흡입부에 위치하여 냉매유입을 차단하는 체크밸브와, 압축기들 중 단속압축기 상부측에 구비되는 흐름변경수단을 포함하는 공기조화기에 있어서, 압축기들 중 단속압축기가 정지할 경우 흐름변경수단을 작동시켜 토출부 압력과 흡입부 압력을 빠른 시간에 평형을 이룰 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
냉매, 오일, 압축기, 응축기, 증발기, 흡입부, 토출부, 냉매 순환량, 흐름변경수단.

Description

복수의 압축기를 구비한 공기조화기{AIR CONDITIONER WITH MULTI COMPRESSORS}
도 1은, 종래에 따른 복수의 압축기를 구비한 공기조화기를 도시한 구성도.
도 2는, 본 발명에 따른 복수의 압축기를 구비한 공기조화기의 압축기가 모두 온(On) 상태인 경우를 도시한 구성도.
도 3은, 본 발에 따른 복수의 압축기를 구비한 공기조화기의 압축기 중 어느 하나의 압축기가 오프(Off) 상태인 경우를 도시한 구성도.
** 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 공기조화기, 110 : 압축기(Compressor),
112a, 112b : 토출부, 114a, 114b : 흡입부,
120 : 어큐뮬레이터(Accumulator), 130 : 흐름변경수단,
140 : 체크밸브, 150 : 응축기(Condenser),
160 : 팽창밸브, 170 : 증발기(Evaporator).
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 단속압축기의 상단에 흐름변경수단을 구비하여 토출부와 흡입부의 압력평형시간을 단축시킬 뿐만 아니라 정지된 압축기를 독립적인 계로 형성하여 냉방부하에 따라 냉방능력을 가변할 수 있도록 함으로써 냉매 순환량에 비례한 오일균등 분배 및 단속압축기 재가동성을 향상시킬 수 있도록 한 복수의 압축기를 구비한 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내환경을 조성하기 위해 공기의 온도, 습도, 기류 및 청정도를 조절할 수 있도록 하는 장치로, 최근에는, 실외기에 복수의 압축기가 구비되도록 하여 요구되는 냉동능력에 효과적으로 대응할 수 있도록 한 복수의 압축기를 구비한 공기조화기가 이용되고 있다.
도 1 은 종래의 복수의 압축기를 구비한 공기조화기의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 종래에 의한 공기조화기(10)는, 복수의 압축기(Compressor)(20 : 20a, 20b)와, 각각의 압축기(20a, 20b)에 구비되어 압축된 기체냉매를 안내하는 토출부(21a, 21b)과, 이 토출부(21a, 21b)의 끝단에 구비되어 기체냉매와 압축기에서 유출된 오일을 분리시키는 오일분리기(22a, 22b)와, 오일 분리기(22a, 22b)를 통과한 기체냉매를 합유시켜 응축기(Condenser)(30)와 팽창밸브(40) 및 증발기(Evaporator)(50)로 냉매가 순환되도록 안내하는 연결관(23)과, 증발기(50)를 거친 냉매가 각 압축기로 분지되어 유입되도록 연결관에서 분지되는 흡입부(24a, 24b)과, 각 흡입부(24a, 24b) 상에 구비되어 각 압축기(20a, 20b)의 운전용량에 따라 발생되는 잉여냉매를 저장할 수 있는 어큐뮬레이터(Accumulator)(60a, 60b)와, 오일분리기(22a, 22b)와 흡입부(24a, 24b)에 연통되 어 오일분리기(22a, 22b)에서 걸러진 오일을 흡입부(24a, 24b)으로 안내함과 아울러 압력을 강하시키는 모세관(25a, 25b)을 포함하고 있다.
그리고, 각 압축기(20a, 20b)를 통하여 고온 고압으로 형성된 냉매가 압축기(20a, 20b)로 역류되지 않도록 하는 역류방지용 체크밸브가 압축기(20 : 20a, 20b)의 토출부(21a, 21b) 측에 설치되어 있다.
이러한, 공기조화기는 냉방운전시 실외측에 위치한 압축기에서 나온 고온 고압의 냉매를 응축기로 보내 중온 고압으로 응축시킨 다음 팽창밸브에서 저온 저압의 냉매로 팽창시킨 후 증발기로 이동시킨다. 이 때, 실내측에 위치한 증발기에서는 실내측의 열을 흡수한 후 실외측에 있는 어큐뮬레이터로 보내진 후 압축기로 보내져 압축하는 과정을 반복하여 냉방기능을 수행하게 된다.
그리고, 실내 냉방부하 변동에 의해 동시에 운전 또는 독립적으로 운전하고자 할 경우에는 운전 전환을 위하여 정지된 압축기를 재가동해야 한다. 이를 위해, 압축기의 압축실 내부는 압력평형 상태를 유지해야 하는 데, 이 경우, 압축기의 토출부과 흡입부을 솔레노이드 밸브 등의 제어장치를 이용하여 압력평형을 제어한다.
또한, 어큐뮬레이터는 내부에 냉매 수용공간을 형성함으로써 증발기에서 나온 혼합상태 냉매중 기체냉매만이 각 압축기의 흡입부측에 유입되도록 하고 동시에 각 압축기의 냉매흡입량에 비례하는 오일을 공급하는 기능을 수행한다.
그러나, 종래의 공기조화기는 고부하 발생시 복수의 압축기가 동시에 운전되다가 일정 부하에 도달하면, 하나의 압축기는 정지하고 다른 하나는 계속 운전을 하게 되는 데, 이 때, 정지된 압축기의 토출부 냉매 압력은 급격하게 감소되어 흡 입부의 냉매 압력과 거의 평형하게 형성되나 흡입부 압력과 토출부 압력사이의 압력평형에 도달하기 위한 필요시간은 수분에서 수십분으로 상당히 길고, 압축기의 용량과 시스템 운전조건 등에 따라 모두 다르게 나타난다.
또한, 압력평형을 이루는 시점까지는 정지한 압축기를 가동시킬 수 없기 때문에 실내부하의 변동에 즉각적으로 압축용량이 적합한 압축기를 가동시키지 못하므로 요구되는 실내부하만큼의 냉방능력을 제공할 수 없게 된다.
그리고, 시스템 운전조건 및 압축기 용량에 따라 압력평형에 도달하는 시간이 다르므로 실제 시스템 설계시 충분한 안전시간을 고려해야만 하고, 어느 조건에서는 압력평형이 이루어졌음에도 불구하고 압축기가 계속 정지상태로 유지하게 되는 문제점이 있었다.
아울러, 상술한 문제점들을 해결하기 위해 모든 압축기를 정지시키고 재가동하게 되는 경우 소비전력이 증가된다.
또한, 관 내벽을 타고 흐르는 오일이 단속압축기의 어큐뮬레이터로 이동하고 재가동하기 전까지 어큐뮬레이터에 오일이 축적되는 데, 이 경우, 운전되는 압축기의 오일 부족현상이 발생함에 따라 복수의 압축기를 동시에 운전하게 됨으로써 소비전력이 증가할 뿐만 아니라 시스템 효율이 저하되어 복수의 압축기를 사용하는 효과를 기대하기 어렵게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 다음과 같다.
첫째, 단속압축기의 상단에 흐름변경수단을 구비하여 토출부와 흡입부의 압력평형시간을 단축시킬 뿐만 아니라 정지된 압축기를 독립적인 계로 형성하여 운전중인 압축기에서 토출된 냉매와 오일의 유입을 완벽히 차단함으로써 정지된 압축기 측으로의 불필요한 오일축적 현상을 방지할 수 있도록 한다.
둘째, 흐름변경수단을 이용하여 운전되지 않는 압축기의 압력평형이 빠르게 이루어지도록 공기조화기의 실내 필요 냉방부하에 따라 가동 압축기 수를 즉각적으로 대응할 수 있도록 하여 에너지 소비 효율을 증가시킬 수 있도록 한다.
셋째, 단속압축기의 정지 및 운전시 새로운 제어부의 작동을 필요하지 않도록 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 안출된 본 발명에 따른 복수의 압축기를 구비한 공기조화기는, 서로 다른 용량을 갖는 단속압축기 및 연속압축기로 이루어지는 복수의 압축기와, 압축기들 중 단속압축기의 흡입부에 위치하여 냉매유입을 차단하는 체크밸브와, 압축기들 중 단속압축기 상부측에 구비되는 흐름변경수단을 포함하는 공기조화기에 있어서, 압축기들 중 단속압축기가 정지할 경우 흐름변경수단을 작동시켜 토출부 압력과 흡입부 압력을 빠른 시간에 평형을 이룰 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 압축기들 중 단속압축기측을 독립적인 계로 형성하고, 독립적인 계로 형성되는 단속압축기측을 통해 압축기들에서 토출되는 냉매 및 오일을 흐름을 차단할 수 있도록 한다.
또한, 체크밸브를 상기 압축기들 중 단속압축기의 흡입부에 구비하여 압축기들에서 토출되는 냉매 및 오일의 흐름을 차단할 수 있도록 한다.
아울러, 흐름변경수단은 사방밸브로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한, 흐름변경수단은 단속압축기의 토출부 상측에 구비하여 정지 및 운전시 동일한 전기적 입력을 받아 토출부의 냉매 흐름을 변경하게 된다.
그리고, 단속압축기의 정지 및 운전시 압축기들의 토출부 압력을 이용하여 흐름변경수단의 운전부를 제어할 수 있도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는, 본 발명에 따른 복수의 압축기를 구비한 공기조화기의 압축기가 모두 온(On) 상태인 경우를 도시한 구성도이고, 도 3은, 본 발에 따른 복수의 압축기를 구비한 공기조화기의 압축기 중 어느 하나의 압축기가 오프(Off) 상태인 경우를 도시한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복수의 압축기를 구비한 공기조화기(100)는 , 서로 다른 용량을 갖는 단속압축기(110a) 및 연속압축기(110b)로 이루어지는 두 개 이상의 압축기(110 : 110a, 110b); 압축기(110 : 110a, 110b)들 중 단속압축기(110a)의 흡입부(112a)에 위치하여 냉매유입을 차단하는 체크밸브(140); 압축기(110 : 110a, 110b)들의 일측에 구비되어 순환되는 냉매를 응축시키는 응축기(150); 압축기(110 : 110a, 110b)들의 일측에 구비되어 응축기(150)에서 순환되는 냉매를 증발시키는 증발기(170); 압축기(110 : 110a, 110b)들의 흡입부측에 구 비되는 어큐뮬레이터(120 : 120a, 120b); 압축기(110 : 110a, 110b)들 중 단속압축기(110 : 110a, 110b) 상부측에 구비되는 흐름변경수단(130); 압축기(110 : 110a, 110b)들과 응축기(150) 사이에 구비되는 고압관(116); 증발기(170)와 어큐뮬레이터(120 : 120a, 120b)를 연결하는 흡입관(118); 및 증발기(170)와 어큐뮬레이터(120 : 120a, 120b) 사이에 구비되는 공용리시버(180); 를 포함하는 공기조화기에 있어서, 압축기(110 : 110a, 110b)들 중 단속압축기(110a)가 정지할 경우 흐름변경수단(130)을 작동시켜 토출부 압력과 흡입부 압력을 빠른 시간에 평형을 이룰 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 서로 다른 용량을 갖는 적어도 복수의 압축기(110 : 110a, 110b)가 구비되어 한 개의 공기조화 사이클을 이루게 된다. 이러한 복수의 압축기(110 : 110a, 110b) 중 하나는 단속압축기이고, 다른 하나는 연속압축기로 구분할 수 있다. 여기서는, 복수의 압축기(110 : 110a, 110b) 중 어느 하나인 압축기를 단속압축기(110a)로, 다른 하나의 압축기를 연속압축기(110b)로 구분하여 설명한다.
그리고, 압축기(110 : 110a, 110b)들에 구비되어 압축된 기체냉매를 안내하는 흡입부(112a, 112b)와, 오일 분리기(미도시)를 통과한 기체냉매를 합유시켜 응축기(150)와 팽창밸브(160) 및 증발기(170)로 냉매가 순환되도록 안내하는 연결관(119)이 구비된다.
또한, 압축기(110 : 110a, 110b)들은 실내의 냉/난방 부하가 클 때 동시에 운전이 되고, 이 중 단속압축기(110a)의 토출부(114a) 상단에 흐름변경수단(130)을 구비하여 단속압축기의 토출부(114a)와 다른 하나의 연속압축기의 토출부(114b)를 합지하여 응축기(150)로 냉매를 이동시키게 된다.
이러한, 흐름변경수단(130)은 모터의 구동력에 의해 회동되어 그 내부로 흐르는 냉매의 방향을 간단하게 절환시키는 절환밸브를 갖는 사방밸브(Four Valve)로 구성함으로써 제조원가를 절감시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이 흐름변경수단(130)은 단속압축기(110a)의 토출부(114a) 상측에 구비하여 정지 및 운전시 동일한 전기적 입력을 받아 토출부(114a, 114b)의 냉매 흐름을 변경하게 된다.
그리고, 흐름변경수단(130)을 이용하여 운전되지 않는 압축기의 압력평형이 빠르게 이루어지도록 공기조화기의 실내 필요 냉방부하에 따라 가동 압축기 수를 즉각적으로 대응할 수 있도록 함으로써 에너지 소비 효율을 증가시킬 수 있게 된다.
또한, 단속압축기(110a)의 정지 및 운전시 압축기(110 : 110a, 110b)들의 토출부 압력을 이용하여 흐름변경수단(130)의 운전부를 제어함으로써 단속압축기(110a)의 정지 및 대기 시간이 길어짐에 상관없이 원할한 재가동을 할 수 있게 되어 별도의 제어부의 작동이 필요없게 된다.
아울러, 응축된 냉매는 모세관을 통해 압력강하를 한 후 증발기(170)로 이동한다. 이렇게 증발된 냉매는 연속압축기의 어큐뮬레이터(120 : 120a, 120b)와 흐름변경수단(130)을 거쳐 단속압축기(110a) 측의 어큐뮬레이터(120a)로 각각 흘러가게 된다.
또한, 압축기(110 : 110a, 110b)들 중 단속압축기(110a)측을 독립적인 계로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 실내 냉/난방부하가 일정수준에 도달하면 단속압축기(110a)는 정지하게 되고, 연속압축기(110b)는 연속적인 운전상태가 되는 데, 이렇게 단속압축기(110a)가 정지하게 되는 경우, 독립적인 계로 형성되는 단속압축기(110a)측을 통해 상기 압축기(110 : 110a, 110b)들에서 토출되는 냉매 및 오일을 흐름을 차단하게 된다.
아울러, 체크밸브(140)를 압축기(110 : 110a, 110b)들 중 단속압축기(110a)의 흡입부(112a)측, 즉, 흐름변경수단(130) 상단과 연속압축기(110b)의 토출부(114a)가 합지되기 이전에 구비하여 압축기(110 : 110a, 110b)들에서 토출되는 냉매 및 오일의 흐름을 차단하여 냉매 유로에 방해를 끼치지 않도록 한다.
이로 인해, 단속압축기(110a)가 정지하게 될 경우 연속압축기(110b)에서 토출된 냉매 및 오일이 축척되는 일을 근본적으로 차단할 수 있게 되어 연속압축기(110b)를 운전하게 되는 경우에 오일부족에 의해 일어날 수 있는 위험성을 사전에 방지할 수 있게 되는 것이다.
또한, 오일이 부족한 경우 오일의 평형을 맞추기 위해 단속 운전된 압축기를 재가동 시켜야 하는 불편함을 모두 해결함으로써 시스템 효율이 향상되어 적어도 복수의 압축기를 사용하는 효과를 극대화할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자 에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 복수의 압축기를 구비한 공기조화기에 의하면, 단속압축기의 상단에 흐름변경수단을 구비하여 토출부와 흡입부의 압력평형시간을 단축시킬 뿐만 아니라 정지된 압축기를 독립적인 계로 형성하여 운전중인 압축기에서 토출된 냉매와 오일의 유입을 완벽히 차단함으로써 정지된 압축기 측으로의 불필요한 오일축적 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 효과는, 흐름변경수단을 이용하여 운전되지 않는 압축기의 압력평형이 빠르게 이루어지도록 공기조화기의 실내 팰요 냉방부하에 따라 가동 압축기 수를 즉각적으로 대응할 수 있도록 하여 에너지 소비 효율을 증가시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 또 다른 효과는, 단속압축기의 정지 및 운전시 새로운 제어부의 작동을 필요하지 않도록 할 수 있는 것이다.

Claims (7)

  1. 서로 다른 용량을 갖는 단속압축기(110a) 및 연속압축기(110b)로 이루어지는 복수의 압축기(110 : 110a, 110b)와, 상기 압축기(110 : 110a, 110b)들 중 단속압축기(110a)의 흡입부(112a)에 위치하여 냉매유입을 차단하는 체크밸브(140)와, 상기 압축기(110 : 110a, 110b)들 중 단속압축기(110 : 110a, 110b) 상부측에 구비되는 흐름변경수단(130)을 포함하는 공기조화기에 있어서,
    상기 압축기(110 : 110a, 110b)들 중 단속압축기(110a)가 정지할 경우 흐름변경수단(130)을 작동시켜 토출부 압력과 흡입부 압력을 빠른 시간에 평형을 이룰 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 복수의 압축기를 구비한 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기(110 : 110a, 110b)들 중 단속압축기(110a)측을 독립적인 계로 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 압축기를 구비한 공기조화기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 압축기(110 : 110a, 110b)들 중 독립적인 계로 형성되는 단속압축기(110a)측을 통해 상기 압축기(110 : 110a, 110b)들에서 토출되는 냉매 및 오일을 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 복수의 압축기를 구비한 공기조화기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 체크밸브(140)를 상기 압축기(110 : 110a, 110b)들 중 단속압축기(110a)의 흡입부(112a)측에 구비하는 것을 특징으로 하는 복수의 압축기를 구비한 공기조화기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 흐름변경수단(130)은 사방밸브(Four Valve)인 것을 특징으로 하는 복수의 압축기를 구비한 공기조화기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 흐름변경수단(130)은 단속압축기(110a)의 토출부(114a) 상측에 구비하여 정지 및 운전시 동일한 전기적 입력을 받도록 하는 것을 특징으로 하는 복수의 압축기를 구비한 공기조화기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단속압축기(110a)의 정지 및 운전시 압축기(110 : 110a, 110b)들의 토출부 압력을 이용하여 흐름변경수단(130)의 운전부를 제어하는 것을 특징으로 하는 복수의 압축기를 구비한 공기조화기.
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