KR20100128955A - 공기조화기 및 그 운전 방법 - Google Patents

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KR20100128955A
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황준현
유상훈
김병수
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 공기조화기는 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기에서 압축된 냉매가 응축되는 응축기와, 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창기구와, 팽창기구에서 팽창된 냉매가 물과 열교환되어 증발되고, 냉매와 열교환된 물을 냉수 코일로 안내하게 냉수 코일과 수배관으로 연결된 증발기와, 응축기에서 응축된 냉매가 압축기의 내부로 인젝션 되도록 응축기와 팽창기구의 사이와 압축기를 연결하는 인젝션 유로와, 인젝션 유로에 설치되어 냉매를 팽창하는 인젝션 팽창부와, 응축기와 팽창기의 사이와 인젝션 팽창부 사이에 설치되어 냉매를 조절하는 인젝션 밸브와, 압축기에서 토출된 냉매의 토출온도에 따라 인젝션 밸브의 개도를 조절하는 칠러 제어부를 포함하여, 중간 압력 냉매의 최적량이 조절될 수 있으므로, 압축기 소비전력을 감소할 수 있고, 압축기 관리 온도를 낮게 할수 있어 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.
공기조화기, 칠러, 인젝션 유로, 인젝션 밸브, 칠러 제어부

Description

공기조화기 및 그 운전 방법{Air conditioner and Control process of the same}
본 발명은 공기조화기 및 그 운전 방법에 관한 것으로서, 특히 응축기에서 응축된 냉매가 바이패스되어 압축기로 인젝션되는 공기조화기 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 사용자에게 보다 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기로 이루어지는 냉매의 냉동냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉난방 시키는 기기이다.
상기와 같은 공기조화기는 증발기가 물과 냉매를 열교환시키게 구성되고, 냉매와 열교환된 물이 통과하는 별도의 냉수 코일이 구비됨과 아울러 송풍기가 실내의 공기를 냉수 코일로 순환시키면, 물과 열교환된 공기가 실내를 냉방시킬 수 있게 된다.
상기 공기조화기는 그 운전시 압축기가 온되고 그 정지시 압축기가 오프되며, 압축기의 온시 냉수가 공기를 차갑게 하면서 실내를 냉방시키게 되는데, 압축기의 온도 관리가 용이하지 못할 경우, 소비전력이 증대되고 신뢰성이 낮게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압축기에서 토출된 냉매의 토출 온도에 따른 중간 압력 냉매의 최적량 조절이 가능한 공기조화기 및 그 운전 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축기에서 압축된 냉매가 응축되는 응축기와; 상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창기구와; 상기 팽창기구에서 팽창된 냉매가 물과 열교환되어 증발되고, 냉매와 열교환된 물을 냉수 코일로 안내하게 상기 냉수 코일과 수배관으로 연결된 증발기와; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 압축기의 내부로 인젝션하게 상기 응축기와 팽창기구의 사이와 상기 압축기를 연결하는 인젝션 유로와; 상기 인젝션 유로에 설치되어 냉매를 팽창하는 인젝션 팽창부와; 상기 응축기와 팽창기의 사이와 상기 인젝션 팽창부 사이에 설치된 인젝션 밸브와; 상기 압축기에서 토출된 냉매의 토출온도에 따라 상기 인젝션 밸브의 개도를 조절하는 칠러 제어부를 포함한다.
상기 압축기는 냉매를 연속하여 압축하는 스크류 압축기이다.
상기 스크류 압축기는 상기 인젝션 유로로 안내된 냉매를 상기 스크류 압축기 내부로 공급하는 인젝션 포트가 형성된다.
상기 증발기는 냉매와 물 중 어느 하나가 통과하는 쉘와, 상기 쉘 내부에 배치되고 냉매와 물 중 다른 하나가 통과하는 튜브를 포함하는 쉘-튜브형 열교환기이다.
상기 압축기와 증발기 사이에 설치된 토출 온도 센서를 포함하고, 상기 칠러 제어부는 상기 토출 온도 센서에서 감지된 토출온도에 따라 상기 인젝션 밸브의 개도를 조절한다.
상기 칠러 제어부는 상기 토출온도가 높으면 상기 인젝션 밸브의 개도를 높게 하고, 상기 토출온도가 낮으면 상기 인젝션 밸브의 개도를 낮게 한다.
상기 칠러 제어부는 상기 토출온도가 설정온도 이하이면, 상기 인젝션 밸브를 폐쇄시킨다.
상기 공기조화기는 상기 냉수 코일로 실내 공기를 통과시킨 후 실내로 토출시키는 송풍팬을 더 포함한다.
본 발명에 따른 공기조화기의 운전 방법은 압축기와 응축기 사이에 설치된 토출 온도 센서가 상기 압축기의 토출 온도를 감지하는 토출 온도 감지 단계와; 상기 응축기에서 응축된 후 인젝션 팽창부에서 팽창되어 상기 압축기의 내부로 인젝션되는 냉매의 량을 조절하는 인젝션 밸브의 개도를 상기 토출 온도에 따라 조절하는 인젝션 밸브 제어 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 공기조화기의 운전 방법은 압축기와 응축기 사이에 설치된 토출 온도 센서가 상기 압축기의 토출 온도를 감지하는 토출 온도 감지 단계와; 상기 토출 온도가 설정온도 이하이면, 상기 응축기에서 응축된 후 인젝션 팽창부에서 팽창되어 상기 압축기의 내부로 인젝션되는 냉매의 량을 조절하는 인젝션 밸브를 폐쇄하고, 상기 토출 온도가 설정온도 초과이면, 상기 토출 온도에 따라 인젝션 밸브의 개도를 조절하는 인젝션 밸브 제어 단계를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 토출 온도에 따라 응축기에서 응축되어 팽창된 후 압축기로 인젝션 되는 중간 압력 냉매의 최적량이 조절되므로, 압축기 소비전력을 감소할 수 있고, 압축기 관리 온도가 낮게 되어 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 개략 구성도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 에어 핸들링 유닛(1)과, 칠러(3)를 포함하고, 에어 핸들링 유닛(1)과 칠러(3)는 수배관(6)으로 연결된다.
에어 핸들링 유닛(1)은 실내 공기를 흡입하여 열교환시킨 후 실내로 토출하는 공조 유닛으로서, 환기 겸용 공조 유닛으로 구성되는 것도 가능하고, 비환기 공조 유닛으로 구성되는 것도 가능하다.
에어 핸들링 유닛(1)은 환기 겸용 공조 유닛으로 구성될 경우 실내 공기(I)와 실외 공기(O)를 흡입하되 흡입된 실내 공기 중 일부를 실외로 배출하고, 나머지 실내 공기를 실외 공기와 혼합하며, 혼합 공기를 냉수 코일등의 냉수 수요처(이하, 냉수 코일로 칭함)에서 열교환시킨 후 실내로 공급하고, 비환기 공조 유닛으로 구성될 경우 실내 공기(I)를 흡입하여 냉수 코일에서 열교환시킨 후 실내로 공급한다.
에어 핸들링 유닛(1)은 물이 통과하는 물 유로를 갖는 냉수 코일과, 냉수 코일로 실내 공기와 실외 공기의 혼합 공기 또는 실내 공기를 순환 송풍시키는 송풍팬을 포함한다.
에어 핸들링 유닛(1)은 환기 겸용 공조 유닛으로 구성되는 경우, 공기조화기가 설치된 건물이나 가옥 중에서 에어 핸들링 유닛(1)이 공조시키는 실내와 별도로 마련된 공조실이나 기계실 등에 설치되거나 실외에 설치된다.
에어 핸들링 유닛(1)은 비환기 공조 유닛으로 구성되는 경우, 에어 핸들링 유닛(1)이 공조시키는 실내에 설치되고, 실내 공기를 직접 흡입하여 냉수 코일에서 열교환시킨 후 실내로 직접 토출하는 팬 코일 유닛(FCU: Fan Coil Unit) 등으로 구성된다.
칠러(3)는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기로 이루어진 냉동 사이클을 이용하여 에어 핸들링 유닛(1)의 냉수 코일로 냉수를 공급하는 일종의 냉수 공급 유닛으로서, 응축기가 공랭식으로 이루어지는 경우 실외에 설치됨과 아울러 그 내부에 실외 공기를 칠러(3)로 공급하는 실외팬이 설치고, 응축기가 수냉식으로 이루 어지는 경우 지하실 등의 기계실이나 실외에 설치되고, 응축기로 냉수를 공급하는 냉각탑(5)이 냉각수 배관(5′)으로 연결되고 냉각수 배관(5′)에 냉각수가 냉각탑(5)과 응축기를 순환되게 하는 냉각수 펌프(5″)가 설치된다.
냉각수 펌프(5″)는 후술하는 에어 핸들링 유닛 제어부(13)와 칠러 제어부(16) 중 하나에 통신선으로 연결되어 제어된다.
수배관(6)은 칠러(3)의 냉수가 에어 핸들링 유닛(1)으로 공급되는 냉수 유출관과, 에어 핸들링 유닛(1)을 통과한 냉수가 칠러(3)로 회수되는 냉수 회수관을 포함한다.
한편, 에어 핸들링 유닛(1)은 그 내부에 배치된 전장부품인 송풍팬 등을 제어하는 에어 핸들링 유닛 제어부(13)를 포함한다.
칠러(3)는 압축기 등을 제어하는 칠러 제어부(16)를 포함하고, 칠러(3)의 칠러 제어부(16)는 에어 핸들링 유닛(1)의 에어 핸들링 유닛 제어부(13)와 통신선(19)으로 연결된다.
도 2는 도 1에 도시된 에어 핸들링 유닛의 단면도이다.
에어 핸들링 유닛(1)은 내부에 공간을 갖고 실내 공기 흡입부(22A)와, 실내 공기 배출부(22B)와, 외기 공기 흡입부(22C)와, 공조 공기 배출부(22D)가 형성된 에어 핸들링 유닛 케이스(22)와, 에어 핸들링 유닛 케이스(22)의 내부에 설치되어 실외 공기와 실내 공기를 유동시키는 송풍팬(27)(28)과, 에어 핸들링 유닛 케이스(22)의 내부에 설치되어 공조 공기 배출부(22D)를 향해 유동되는 공기를 냉수와 열교환시키는 냉수 코일(40)을 포함한다.
에어 핸들링 유닛(1)에는 실내의 공기가 실내 공기 흡입부(22A)를 통해 에어 핸들링 유닛 케이스(22)로 흡입되도록 실내와 실내 공기 흡입부(22A)를 연통시키는 환기 덕트(22E)가 연결되고, 실내 공기 흡입부(22A)를 통해 에어 핸들링 유닛 케이스(22) 내부로 흡입된 공기 중 일부가 실외로 배출되도록 실내 공기 배출부(22B)와 실외를 연통시키는 배기 덕트(22F)가 연결되며, 실외 공기가 실외 공기 흡입부(22C)를 통해 에어 핸들링 유닛 케이스(22)로 내부로 흡입되도록 실외와 실외 공기 흡입부(22C)를 연통시키는 외기 덕트(22G)가 연결되며, 에어 핸들링 유닛 케이스(22) 내부에서 공조된 공기가 실내로 공급되도록 공조 공기 배출부(22D)와 실내를 연통시키는 급기 덕트(22H)가 연결된다.
환기 덕트(22E)는 실내 공기 흡입부(22A)에 연결되고, 배기 덕트(22F)는 실내 공기 배출부(22B)에 연결되며, 외기 덕트(22G)는 실외 공기 흡입부(22C)에 연결되고, 급기 덕트(22H)는 공조 공기 배출부(22D)에 연결된다.
에어 핸들링 유닛(1)은 실내 공기 흡입부(22A)로 흡입된 실내 공기 중 일부가 실내 공기 배출부(22B)를 통해 실외로 배기되고, 나머지가 외기 공기 흡입부(22C)로 흡입된 실외 공기와 혼합되며, 혼합된 공기가 냉수 코일(40)와 열교환된 후 공조 공기 배출부(22D)와 급기 덕트(22H)를 통해 실내로 공급되게 구성되는 바, 공기 유동 방향으로 냉수 코일(40) 이전에 실내 공기와 실외 공기가 혼합되는 혼합 챔버(26: Mixing Chamber)가 위치된다.
송풍팬(27)(28)은 실내 공기의 유동 방향으로 실내 공기 흡입부(22A)와 실내 공기 배출부(22B)의 사이에 위치되어 실내 공기를 에어 핸들링 유닛 케이스(22) 내부로 흡입하여 송풍하는 리턴 팬(27)과, 혼합 공기의 유동 방향으로 냉수 코일(40)와 공조 공기 배출부(22D)의 사이에 위치되어 혼합 공기를 냉수 코일(40)로 흡인시킨 후 공조 공기 배출부(22D)를 향해 송풍시키는 공급 팬(28)을 포함한다.
송풍팬(27)(28)은 풍량을 조절할 수 있도록 풍량 가변형 송풍팬로서, 블로워(29)와, 블로워(29)를 둘러싸고 공기 흡입구(30)과 공기 토출구(31)가 형성된 하우징(32)과, 블로워(29)를 회전시키는 블로워 구동원(33)을 포함한다.
블로워 구동원(33)은 블로워(29)의 회전 중심에 회전축이 연결된 모터로 이루어지는 것도 가능하고, 블로워(29)의 회전 중심에 연결된 샤프트(34)와, 하우징(32) 외부에 위치되게 설치된 모터(35)와, 모터(35)의 구동력을 샤프트로 전달하는 연결하는 구동 풀리(36)와 벨트(37)와 종동풀리(38)를 포함하는 동력전달부재로 구성된다.
모터(35)는 풍속이 가변되는 인버터 모터로 이루어진다.
냉수 코일(40)은 혼합 공기와 냉수가 열교환되어 혼합 공기가 냉각되게 하는 일종의 실내 열교환기로서, 혼합 챔버(26)와 공급 팬(27)의 사이에 위치되게 설치된다.
에어 핸들링 유닛(1)은 혼합 공기 중의 실내 공기와 실외 공기의 비율을 조절하는 댐퍼(43)(44)(45)를 포함한다.
댐퍼(43)(44)(45)는 실내 공기 배출부(22B)에 설치되어 실내 공기 배기량을 조절하는 배기 댐퍼(43)와, 외기 공기 흡입부(22C)에 설치되어 실외 공기 흡기량을 조절하는 외기 댐퍼(44)와, 혼합 챔버(26)에 설치되어 실내 공기 중 혼합 챔버(26)로 흡입되는 공기량을 조절하는 혼합 댐퍼(45)를 포함한다.
도 3은 도 1에 도시된 칠러의 개략 구성도이다.
칠러(3)는 냉매를 압축하는 압축기(51)와, 압축기(51)에서 압축된 냉매가 응축되는 응축기(52)와, 응축기(52)에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창기구(53)와, 팽창기구(53)에서 팽창된 냉매가 물과 열교환되어 증발되는 증발기(54)를 포함하고, 압축기(51)와 응축기(52)와 팽창기구(53)와 증발기(54)가 냉매 배관으로 연결되어 냉동 사이클을 형성한다.
칠러는 압축기(51)와 응축기(52)와 팽창기구(53)와 증발기(54)가 케이스(미도시) 내에 설치되어 하나의 유닛으로 일체화된다.
압축기(51)는 운전 용량이 가변될 수 있는 용량 가변형 압축기로 이루어지고, 병렬로 연결되고 부하에 따라 일부 혹은 전부 구동되는 복수개의 압축기로 이루어지거나, 인버터 압축기로 이루어지는 것도 가능하며, 용량이 조절되는 스크류 압축기로 이루어지며, 이하 스크류 압축기(51)인 것으로 설명한다.
스크류 압축기(51)는 회전식 용적형 압축기로서 서로 맞물리는 한 쌍의 수 및 암 스크류 로터 사이에서 가스 냉매가 압축되고, 베어링이 스크류 로터의 로터 축을 지지하며, 냉매가 바이패스되는 바이패스 유로가 구비되어 냉매의 바이패스에 의해 용량을 조절하고 냉매를 연속하여 압축하고, 25%와 50%와 75%와 100%로 다단 압축되는 다단 압축식 스크류 압축기로 이루어진다.
스크류 압축기(51)는 후술하는 인젝선 유로(62)를 통해 유입되는 냉매가 한 쌍의 수 및 암 스크류 로터 사이로 유입되게 하는 인젝션 포트(51a)가 형성된다.
응축기(52)는 도 1에 도시된 냉각탑(5)에서 공급되는 냉각수에 의해 냉매가 응축되게 하는 것으로서, 냉매와 물 중 어느 하나가 통과하는 쉘(52a)과, 쉘(52a)의 양단을 막는 복수개 칸막이(미도시)와, 쉘(52a)의 양단을 덮는 복수개 캡(52b)(52c)과, 냉매와 물 중 다른 하나가 통과하며 복수개의 칸막이를 관통하여 캡(52b)(52c) 내부와 연통되게 배치되는 복수개의 이너 튜브(미도시)를 포함하는 쉘-튜브형 열교환기로서, 이하, 물이 복수개의 캡(52b)(52c)과 이너 튜브를 통과하고, 냉매가 쉘(52a)과 복수개의 이너 튜브 사이를 통과하는 것으로 설명한다.
응축기(52)는 쉘(52a)에 냉매가 유입되는 냉매 유입구(54d)와, 냉매가 유출되는 냉매 유출구(54e)가 형성된다.
응축기(52)는 복수개 캡(52b)(52c) 중 적어도 하나에 도 1에 도시된 냉각수 배관(5′) 중 냉각수 유출관과 냉각수 회수관이 연결되는 냉각수 유출구(52f)와 냉각수 회수구(52g)가 형성된다.
즉, 응축기(52)는 도 1에 도시된 냉각수 펌프(5″)의 구동시, 냉각탑(5)에서 냉각된 냉각수가 응축기(52)의 내부로 유입되어 압축기(51)에서 압축된 냉매를 응축시킨 후 냉각탑(5)으로 순환되고, 냉매는 응축된 상태로 팽창기구(53)로 이동된다.
팽창기구(53)는 캐필러리 튜브나 전자팽창밸브(EEV, electronic expansion valves)로 이루어진다.
증발기(54)는 팽창기구(53)에서 팽창된 냉매가 증발되면서 물을 냉각시키는 물 쿨러로서, 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 물이 통과하는 물 유로가 열교환부재를 사이에 두고 형성된다.
증발기(54)는 냉매와 물 중 어느 하나가 통과하는 쉘(54a)와, 쉘의 양단을 막는 복수개 칸막이와, 쉘(54a)의 양단을 덮는 복수개 캡(54b)(54c)과, 냉매와 물 중 다른 하나가 통과하며 복수개의 칸막이를 관통하여 캡(54b)(54c) 내부와 연통되게 배치되는 복수개의 이너 튜브(미도시)를 포함하는 쉘-튜브형 열교환기로서, 이하, 물이 복수개의 캡과 이너 튜브를 통과하고, 냉매가 쉘과 복수개의 이너 튜브 사이를 통과하는 것으로 설명한다.
증발기(54)는 쉘(54a)에 냉매가 유입되는 냉매 유입구(54d)와, 냉매가 유출되는 냉매 유출구(54e)가 형성된다.
증발기(54)는 복수개 캡(54b)(54c) 중 적어도 하나에 도 1에 도시된 수배관(6) 중 냉수 유출관과 냉수 회수관이 연결되는 냉수 유출구(54f)와 냉수 회수구(54g)가 형성된다.
즉, 증발기(54)는 냉매에 의해 차가워진 냉수가 도 1에 도시된 수배관(6)을 통해 에어 핸들링 유닛(1)으로 공급되어 실내 공기를 냉각시킨 후 증발기(54)로 순환되고, 냉매는 증발된 상태로 압축기(51)로 이동된다.
증발기(54)는 냉매가 이너 튜브와 쉘 사이에 차게 되는데, 오일이 액냉매의 상면에 위치되고, 이러한 오일은 증발기(54)와 압축기(51)를 연결하는 오일 회수 유로(56)를 통해 압축기(51)로 회수된다.
오일 회수 유로(56)에는 캐필러리 튜브나 전자팽창밸브가 설치된다.
본 실시예에 따른 공기조화기는 수배관(6)에 냉수를 순환되게 펌핑시키는 냉수 펌프(58)가 설치된다.
냉수 펌프(58)는 수배관(6) 중 에어 핸들링 유닛(1) 내부에 위치하는 부분에 설치되는 것도 가능하고, 칠러(3) 내부에 위치하는 부분에 설치되는 것도 가능하며, 에어 핸들링 유닛(1)과 칠러(3)의 사이에 위치하는 부분에 설치되는 것도 가능하며, 그 제어나 전선 연결 등이 용이하도록 에어 핸들링 유닛(1) 내부나 칠러(3) 내부에 위치되게 설치되는 것이 바람직하다.
칠러(3)는 응축기(52)에서 응축된 냉매를 압축기(51)의 내부로 인젝션시키는 인젝션 기구(60)를 포함한다.
인젝션 기구(60)는 응축기(52)와 팽창기구(53)의 사이와 압축기(51)를 연결하는 인젝션 유로(62)와, 인젝션 유로(62)에 설치되어 냉매를 팽창하는 인젝션 팽창부(64)와, 응축기(52)와 팽창기(53)의 사이와 인젝션 팽창부(63) 사이에 설치되어 냉매를 조절하는 인젝션 밸브(66)를 포함한다.
인젝션 유로(62)는 일단이 응축기(52)와 팽창기구(53)의 사이의 냉매 배관에 연결되고, 타단이 압축기(51)에 형성된 인젝션 포트(51a)에 형성된다.
도 4는 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 블록도이다.
칠러(3)는 소비자나 관리자 등(이하, 소비자 등이라 칭함)이 설정온도를 설정하고 공기조화기를 조작하는 조작부(70)와, 압축기(51)와 응축기(52) 사이에 설치되어 온도를 감지하는 토출 온도 센서(72)를 포함한다.
칠러(3)는 칠러 제어부(16)가 압축기(51)에서 토출된 냉매의 토출온도에 따라 인젝션 밸브(66)의 개도를 조절하는 바, 칠러 제어부(16)는 토출 온도 센서(72)에서 감지된 토출 온도에 따라 인젝션 밸브(66)의 개도를 조절한다.
칠러 제어부(16)는 토출온도가 높을수록 인젝션 밸브(66)의 개도를 높게 하고, 토출온도가 낮을수록 인젝션 밸브(66)의 개도를 낮게 한다.
칠러 제어부(16)는 토출온도가 설정온도 이하이면, 인젝션 밸브(66)를 폐쇄시킨다.
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기 운전 방법 일실시예가 도시된 순서도이고, 도 6은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 인젝션 기구에 의한 중간 압력 제어시 P-h 선도이다.
먼저, 조작부(70)를 통해 공기조화기를 조작시키면, 칠러 제어부(16)는 압축기(51)를 구동시키고, 냉수 펌프(58)를 구동시키고, 냉각수 펌프(5″)를 구동시키는 운전 단계를 실시한다.(S1)(S2)
압축기(51)의 구동시 냉매는 압축기(51)에서 압축된 후 응축기(52)와 팽창기구(53)와 증발기(54)를 순차적으로 통과한 후 압축기(51)로 순환된다.
냉각수 펌프(5″)의 구동시, 냉각탑(5)의 냉각수는 냉각탑(5)과 응축기(52)를 순환하면서 응축기(52)를 냉각시킨다.
냉수 펌프(58)의 구동시, 물은 에어 핸들링 유닛(1)의 냉수 코일(40)과 칠러(3)의 증발기(54)를 순환하면서 증발기(54)에 의해 냉각된다.
칠러(3)의 운전시, 에어 핸들링 유닛(1)은 에어 핸들링 유닛 제어부(13)가 송풍팬(27)(28)을 구동시키고, 실내 공기(I)는 일부가 실외로 배출되고, 나머지가 실외 공기와 혼합된 후 냉수 코일(40)를 통과하면서 냉각되고, 이후 실내로 토출된다.
한편, 상기와 같은 칠러(3)의 운전시, 토출 온도 센서(72)는 압축기(51)에서 압축된 냉매의 온도를 감지하여 온도에 대응되는 신호를 출력한다.(S3)
칠러 제어부(16)로 이러한 신호를 입력 받고, 그에 따라 인젝션 밸브(66)를 폐쇄 및 개도를 결정한다.
칠러 제어부(16)는 감지된 토출 온도가 설정치 이하이면, 인젝션 밸브(66)가 폐쇄되게 인젝션 밸브(66)를 제어하는 인젝션 밸브 제어 단계를 실시한다.(S4)(S5)
여기서, 설정온도는 압축기(51)의 온도 관리가 불필요한 온도로서, 예를 들어 설정온도가 40℃로 설정되고, 토출 온도 센서(72)에서 감지된 온도가 40℃ 이하이면, 칠러 제어부(16)는 인젝션 밸브(66)를 폐쇄하고, 압축기(51)의 인젝션 포트(51a)로는 응축 압력과 증발 압력 사이의 중간 압력 냉매가 유입되지 않고, 냉매는 압축기(51)와 응축기(52)와 팽창기구(53)와 증발기(54)를 순환하면서 운전된다.
한편, 칠러 제어부(16)는 감지된 토출 온도가 설정치를 초과하면, 인젝션 밸브(66)가 개방되게 인젝션 밸브(66)를 제어하면서, 감지된 토출 온도에 따라 인젝션 밸브(66)의 개도를 제어하는 인젝션 밸브 제어 단계를 실시한다.(S4)(S6)
칠러 제어부(16)는 감지된 토출온도가 높으면 인젝션 유로(62)를 통해 다량의 냉매가 바이패스 되어 압축기(51)로 인젝션 되도록 인젝션 밸브(66)의 개도를 높게 하고, 토출온도가 낮으면 인젝션 유로(62)를 통해 소량의 냉매가 바이패스 되어 압축기(51)로 인젝션 되도록 인젝션 밸브(66)의 개도를 낮게 한다.
예를 들어, 토출 온도가 70℃인 경우 인젝션 밸브(66)의 개도를 제 1 설정치로 하면, 토출 온도가 60℃인 경우, 인젝션 밸브(66)의 개도를 제 1 설정치-제 2 설정치로 하고, 토출 온도가 50인 경우, 인젝션 밸브(66)의 개도를 제 1 설정치- 제 3 설정치(제 3 설정치>제 2 설정치)로 한다.
상기와 같은 인젝션 밸브(66)의 개방시, 응축기(52)에서 응축된 냉매 중 일부는 팽창장치(53)와 증발기(54)를 차례로 통과하여 압축기(51)의 흡입단을 통해 흡입된 후 압축되고, 나머지는 인젝션 유로(62)로 유동된다.
인젝션 유로(62)로 유동된 나머지 냉매는 인젝션 밸브(66)를 통과한 후 인젝션 팽창부(64)에서 응축기(52)의 응축 압력과 증발기(54)의 증발 압력 사이의 중간 압력으로 팽창되고, 이때, 냉매는 응축기(52)의 응축 온도와 증발기(54)의 증발 온도 사이의 온도로 낮아진다. 냉매는 인젝션 유로(62)에 의해 팽창기구(53)와 증발기(54)를 바이패스하고, 압축기(51)의 인젝션 포트(51a)를 통해 압축기(51) 내부로 흡입되어 압축기(51)에서 압축 중인 냉매와 혼합되면서 함께 압축된다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 압축기(51)에서 압축되는 냉매는 1->2의 과정을 거친 냉매가 인젝션 기구(60)에 의한 냉매의 인젝션에 의해 5->3의 과정을 거치는 냉매와 혼합되면서, 1->2->2′->4의 과정이 진행되지 않고, 1->2->3->4의 과정이 진행되고, 압축기(51)의 소비전력은 감소되고, 압축기(51)의 온도가 압축기(51)의 관리 온도(예를 들면, 100℃) 이상으로 올라가지 않게 되므로 압축기(51)의 신 뢰성은 향상되게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 개략 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 에어 핸들링 유닛의 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 칠러의 개략 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기 운전 방법 일실시예가 도시된 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 인젝션 기구에 의한 중간 압력 제어시 P-h 선도이다.

Claims (10)

  1. 냉매를 압축하는 압축기와;
    상기 압축기에서 압축된 냉매가 응축되는 응축기와;
    상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창기구와;
    상기 팽창기구에서 팽창된 냉매가 물과 열교환되어 증발되고, 냉매와 열교환된 물을 냉수 코일로 안내하게 상기 냉수 코일과 수배관으로 연결된 증발기와;
    상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 압축기의 내부로 인젝션하게 상기 응축기와 팽창기구의 사이와 상기 압축기를 연결하는 인젝션 유로와;
    상기 인젝션 유로에 설치되어 냉매를 팽창하는 인젝션 팽창부와;
    상기 응축기와 팽창기의 사이와 상기 인젝션 팽창부 사이에 설치되어 냉매를 조절하는 인젝션 밸브와;
    상기 압축기에서 토출된 냉매의 토출온도에 따라 상기 인젝션 밸브의 개도를 조절하는 칠러 제어부를 포함하는 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기는 냉매를 연속하여 압축하는 스크류 압축기인 공기조화기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스크류 압축기는 상기 인젝션 유로로 안내된 냉매를 상기 스크류 압축 기 내부로 공급하는 인젝션 포트가 형성된 공기조화기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 증발기는 냉매와 물 중 어느 하나가 통과하는 쉘와, 상기 쉘 내부에 배치되고 냉매와 물 중 다른 하나가 통과하는 이너 튜브를 포함하는 쉘-튜브형 열교환기인 공기조화기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 압축기와 응축기 사이에 설치된 토출 온도 센서를 포함하고,
    상기 칠러 제어부는 상기 토출 온도 센서에서 감지된 토출온도에 따라 상기 인젝션 밸브의 개도를 조절하는 공기조화기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 칠러 제어부는 상기 토출온도가 높으면 상기 인젝션 밸브의 개도를 높게 하고, 상기 토출온도가 낮으면 상기 인젝션 밸브의 개도를 낮게 하는 공기조화기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 칠러 제어부는 상기 토출온도가 설정온도 이하이면, 상기 인젝션 밸브를 폐쇄시키는 공기조화기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기조화기는 상기 냉수 코일로 실내 공기를 통과시킨 후 실내로 토출시키는 송풍팬을 더 포함하는 공기조화기
  9. 압축기와 응축기 사이에 설치된 토출 온도 센서가 상기 압축기의 토출 온도를 감지하는 토출 온도 감지 단계와;
    상기 응축기에서 응축된 후 인젝션 팽창부에서 팽창되어 상기 압축기의 내부로 인젝션되는 냉매의 량을 조절하는 인젝션 밸브의 개도를 상기 토출 온도에 따라 조절하는 인젝션 밸브 제어 단계를 포함하는 공기조화기의 운전 방법.
  10. 압축기와 응축기 사이에 설치된 토출 온도 센서가 상기 압축기의 토출 온도를 감지하는 토출 온도 감지 단계와;
    상기 토출 온도가 설정온도 이하이면, 상기 응축기에서 응축된 후 인젝션 팽창부에서 팽창되어 상기 압축기의 내부로 인젝션되는 냉매의 량을 조절하는 인젝션 밸브를 폐쇄하고, 상기 토출 온도가 설정온도 초과이면, 상기 토출 온도에 따라 인젝션 밸브의 개도를 조절하는 인젝션 밸브 제어 단계를 포함하는 공기조화기의 운전 방법.
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