KR20110004147A - 공기조화기 - Google Patents

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KR20110004147A
KR20110004147A KR1020090061802A KR20090061802A KR20110004147A KR 20110004147 A KR20110004147 A KR 20110004147A KR 1020090061802 A KR1020090061802 A KR 1020090061802A KR 20090061802 A KR20090061802 A KR 20090061802A KR 20110004147 A KR20110004147 A KR 20110004147A
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황준현
유상훈
김병수
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 냉매를 압축하는 압축기와; 압축기에서 압축된 냉매가 응축되는 응축기와; 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창기구와; 팽창기구에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기를 포함하고, 응축기와 증발기 중 적어도 하나는 물 유입구와 물 유출구가 형성된 쉘과; 쉘 내부에 배치되고 냉매가 흐르는 냉매 튜브와; 냉매 튜브로 유입된 냉매가 냉매 튜브 중 일부를 바이패스 하게 연결된 바이패스 튜브와; 냉매 튜브 중 일부로 흐르는 냉매를 조절하게 설치된 제 1 냉매조절밸브와; 바이패스 튜브로 흐르는 냉매를 조절하게 설치된 제 2 냉매조절밸브를 포함하여, 부하가 작을 경우 냉매가 냉매 튜브의 일부만을 통과하게 하면서 열교환되게 하여 압손을 줄일 수 있고, 압축기의 소비전력을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
공기조화기, 응축기, 증발기, 쉘, 튜브, 바이패스 튜브, 냉매 튜브, 냉매조절밸브

Description

공기조화기{Air conditioner}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 쉘-튜브형 열교환기를 갖는 공기조화기에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 사용자에게 보다 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기로 이루어지는 냉매의 냉동냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉난방 시키는 기기이다.
상기 응축기와 증발기는 냉매와 유체를 열교환시키는 열교환기로서, 쉘-튜브형 열교환기로 구성되어 물과 냉매를 열교환시키는 것도 가능하고, 핀-튜브형 열교환기로 구성되어 냉매를 열교환시키는 것도 가능하다.
상기와 같은 공기조화기는 부하에 무관하게 냉매가 튜브의 전부를 통과하게 되고, 이 경우 냉매의 압력손실(이하, ‘압손’이라 칭함)이 크게 되어, 압축기의 소비전력이 큰 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 부분 부하시 응축기와 증발기 중 적어도 하나의 압손을 감소시킬 수 있는 공기조화기를 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 증발되는 증발기를 포함하고, 상기 응축기와 증발기 중 적어도 하나는 물 유입구와 물 유출구가 형성된 쉘과; 상기 쉘 내부에 배치되고 냉매가 흐르는 냉매 튜브와; 상기 냉매 튜브로 유입된 냉매가 상기 냉매 튜브 중 일부를 바이패스 하게 연결된 바이패스 튜브와; 상기 냉매 튜브 중 일부로 흐르는 냉매를 단속하는 제 1 냉매조절밸브와; 상기 바이패스 튜브로 흐르는 냉매를 조절하는 제 2 냉매조절밸브를 포함한다.
상기 제 1 냉매조절밸브와 제 2 냉매조절밸브는 제어부에 의해 제어되고, 상기 제어부는 부하가 설정치 이상이면 상기 제 1 냉매조절밸브를 개방함과 아울러 제 2 냉매조절밸브를 폐쇄하고, 부하가 상기 설정치 미만이면 상기 제 1 냉매조절밸브를 폐쇄함과 아울러 제 2 냉매조절밸브를 개방한다.
상기 냉매 튜브는 평행하게 배치된 한 쌍의 직선부와, 상기 복수개의 직선부를 연결하고 복수개의 직선부 중 어느 하나에서 유출된 냉매가 다른 하나로 유입되게 안내하는 리턴부를 포함하고, 상기 바이패스 튜브는 일단이 상기 복수개의 직 선부 중 하나에 연결되고 타단이 상기 복수개의 직선부 중 다른 하나에 연결된다.
상기 물 유입구와 물 유출구는 상기 물 유입구와 상기 리턴부의 거리가 상기 물 유출구와 상기 리턴부의 거리 보다 더 멀게 형성되고, 상기 바이패스 유로는 상기 물 유입구와 물 유출구의 사이 위치에 형성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은, 응축기와 증발기 중 적어도 하나의 냉매 유로의 길이가 부하에 따라 가변될 수 있어, 부하가 작은 경우, 냉매 유로가 짧게 바뀌는 것에 의해 압손이 감소되게 되고 압축기의 소비 전력을 감소시킬 수 있는 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 이루어지는 경우 지하실 등의 기계실이나 실외에 설치되고, 응축기로 냉수를 공급하는 냉각탑(5)이 냉각수 배관(5′)으로 연결되고 냉각수 배관(5′)에 냉각수가 냉각 탑(5)과 응축기를 순환되게 하는 냉각수 펌프(5″)가 설치된다.
냉각수 배관(5′)는 냉각탑(5)에서 냉각된 냉각수는 칠러(3)의 응축기로 안내하는 냉각수 입수관(5a′)과, 칠러(3)의 응축기에서 냉매의 열을 빼앗은 냉각수가 냉각탑(5)으로 회수되는 냉각수 출수관(5b′)을 포함한다.
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 출수관(6a)과, 에어 핸들링 유닛(1)을 통과한 냉수가 칠러(3)로 회수되는 냉수 입수관(6b)을 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 포함한다.
압축기(51)와 응축기(52)와 팽창기구(53)와 증발기(54)는 냉매 배관으로 연결되어 냉동 사이클을 형성하는 바, 압축기(51)와 응축기(52)는 압축기(51)에서 압축된 냉매를 응축기(52)로 안내하는 압축기-응축기 연결배관(55)으로 연결되고, 응축기(52)와 팽창기구(53)는 응축기(52)에서 응축된 냉매를 팽창기구(53)로 안내하는 응축기-팽창기구 연결배관(56)으로 연결되며, 팽창기구(53)와 증발기(54)는 팽창기구(53)에서 압축된 냉매를 증발기(54)로 안내하는 팽창기구-증발기 연결배관(57)으로 연결되고, 증발기(54)와 압축기(51)는 증발기(54)에서 증발된 냉매를 압축기(51)로 안내하는 증발기-압축기 연결배관(57)으로 연결된다.
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 이 루어지거나, 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 냉각수 펌프(5″)의 구동시, 냉각탑(5)에서 냉각된 냉각수가 수배관(5′)을 통해 응축기(52)의 내부로 유입되어 압축기(51)에서 압축된 냉매를 응축시킨 후 냉각탑(5)으로 순환되고, 냉매는 응축된 상태로 팽창기구(53)로 이동된다.
응축기(52)는 도 1에 도시된 냉각탑(5)에서 공급되는 냉각수에 의해 냉매가 응축되게 하는 것으로서, 쉘의 내부에 냉매 튜브가 배치되는 쉘-튜브형 열교환기로 이루어지고, 냉매가 냉매 튜브를 통과하고, 물이 쉘의 내부 특히, 쉘과 튜브의 사이를 통과하며, 냉매와 물이 냉매 튜브에 의해 열교환된다.
응축기(52)는 쉘에 냉각수 입수관(5a′)이 연결되는 물 유입구(52a)와 냉각수 출수관(5b′)이 연결되는 물 유출구(52b)가 형성되고, 압축기-응축기 연결배관(55)이 연결되는 냉매 유입구(52c)와 응축기-팽창밸브 연결배관(56)이 연결되는 냉매 유출구(52d)가 각각 형성된다.
팽창기구(53)는 캐필러리 튜브나 전자팽창밸브(EEV, electronic expansion valves)로 이루어진다.
증발기(54)는 후술하는 냉수 펌프(58)의 구동시, 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 팽창기구(53)에서 팽창된 냉매가 증발되면서 물을 냉각시키는 물 쿨러로서, 쉘의 내부에 냉매 튜브가 배치되는 쉘-튜브형 열교환기로 이루어지고, 냉매가 냉매 튜브를 통과하고, 물이 쉘의 내부 특히, 쉘과 튜브의 사이를 통과하며, 냉매와 물이 냉매 튜브에 의해 열교환된다.
증발기(54)는 쉘에 냉수 입수관(6b)이 연결되는 물 유입구(54a)와 냉수 출수관(6a)이 연결되는 물 유출구(54b)가 형성되고, 팽창기구-증발기 연결배관(57)이 연결되는 냉매 유입구(54c)와 증발기-압축기 연결배관(58)이 연결되는 냉매 유출구(54d)가 각각 형성된다.
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 가능 하며, 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 연결된다.
도 4는 도 3에 도시된 증발기와 응축기의 내부 개략 구성도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는 응축기(52)와 증발기(54)가 쉘-튜브형 열교환기로서, 쉘의 내부에 냉매 튜브가 배치되는 동일한 구조이고, 이하 하나의 쉘-튜브형 열교환기를 예로 들어 설명한다.
본 실시예에 따른 쉘-튜브형 열교환기는 물 유입구(52a)(54a)와 물 유출구(52b)(54b)가 형성된 쉘(61)과; 쉘(61) 내부에 배치되고 냉매가 흐르는 냉매 유로인 냉매 튜브(62)와; 냉매 튜브(62)로 유입된 냉매가 냉매 튜브(62) 중 일부(62a)를 바이패스 하게 연결된 바이패스 유로인 바이패스 튜브(63)와; 냉매 튜브(62) 중 일부(62a)로 흐르는 냉매를 조절하는 제 1 냉매조절밸브(64)와; 바이패 스 튜브(63)로 흐르는 냉매를 조절하는 제 2 냉매조절밸브(65)를 포함한다.
쉘(61)은 전체적으로 옆으로 눕혀진 통체 형상으로서, 물 유입구(52a)(54a)가 상부에 형성되고, 물 유출구(52b)(54b)가 하부에 형성된다.
쉘(61)은 길이 방향의 단부측에 냉매 유입구(52c)(54c)와 냉매 유출구(52d)(54d)가 형성된다.
쉘(61)은 물 유입구(52a)(54a)와 물 유출구(52b)(54b)가 형성된 중공 통체(61A)와, 중공 통체(61A)의 일단을 막고 냉매 튜브(62)가 관통되는 제 1 격벽(61B)과, 중공 통체(61A)의 타단을 막고 냉매 튜브(62)가 관통되는 제 2 격벽(61C)을 포함하고, 냉매 튜브(62)는 일단이 제 1 격벽(61B) 외측 옆에 위치되고 타단이 제 2 격벽(61C) 외측 옆에 위치되게 설치된다.
쉘(61)은 냉매 튜브(62) 중 제 1 격벽(61B)의 옆으로 돌출된 부분을 둘러싸는 제 1 캡(61D)과, 냉매 튜브(62) 중 제 2 격벽(61D)의 옆으로 돌출된 부분을 둘러싸는 제 2 캡(61E)을 더 포함하고, 제 1 캡(61D)과 제 2 캡(61E) 중 하나에는 냉매 유입구(52c)(54c)와 냉매 유출구(52d)(54d)가 함께 형성된다.
쉘(61)은 냉매튜브(62)가 냉매 유입구(52c)(54c)와 냉매 유출구(52d)(54d)가 형성된 캡(61E)을 관통하게 배치될 경우, 냉매 유입구(52c)(54c)로 유입된 냉매가 냉매 튜브(62)를 통과하지 않고 냉매 유출구(52d)(54d)로 빠져나가는 않게 되나, 냉매튜브(62)의 단부가 냉매 유입구(52c)(54c)와 냉매 유출구(52d)(54d)가 형성된 캡(61E)과 이격되게 배치될 경우, 냉매 유입구(52c)(54c)로 유입된 냉매가 냉매 튜브(62)를 통과하지 않고 냉매 유출구(52d)(54d)로 빠져나가는 것을 막는 분리 판(61F)을 더 포함한다.
냉매 튜브(62)는 쉘(61)의 내부에 쉘(61)의 길이 방향으로 길게 배치되는 바, 복수개의 직선부(A)(B)와 리턴부(C)를 갖게 U자 형상으로 형성됨과 아울러 복수개의 직선부(A)(B)가 수평하게 배치되는 것도 가능하고, 복수개의 직선부(A)(B)가 수평하게 배치되는 것도 가능하다.
이하, 본 실시예에서는 냉매 튜브(62)가 평행하게 배치된 복수개의 직선부(A)(B)와, 복수개의 직선부(A)(B)를 연결하고 복수개의 직선부(A)(B) 중 어느 하나(A)에서 유출된 냉매가 다른 하나(B)로 유입되게 안내하는 리턴부(C)를 포함하여 전체적으로 U자 형상으로 배치되는 것으로 설명한다.
바이패스 튜브(63)는 일단이 복수개의 직선부(A)(B) 중 하나(A)에 연결되고 타단이 복수개의 직선부(A)(B) 중 다른 하나(B)에 연결된다.
바이패스 튜브(63)는 직선부(A)(B) 중 어느 하나(A)로 유입된 냉매가 리턴부(C)를 바이패스하여 직선부(A)(B) 중 다른 하나(B)로 흐르게 하는 것으로서, 복수개의 직선부(A)(B)와 각각 연통된다.
한편, 쉘(61)은 물 유입구(52a)(54a)와 물 유출구(52b)(54b)의 위치에 따라 쉘(61) 내부의 물 유로가 결정되는데, 물 유입구(52a)(54a)와 리턴부(C)의 거리가 물 유출구(52b)(54b)와 리턴부(C)의 거리 보다 더 멀게 형성된다.
그리고, 바이패스 튜브(63)는 물 유입구(52a)(54a)와 물 유출구(52b)(54b)의 사이 위치에 형성된다.
바이패스 튜브(63)는 물 유출구(52b)(54b)와 리턴부(C)의 사이에 위치되거나 물 유출구(52b)(54b)의 상측에 위치될 경우, 냉매가 냉매 튜브(62)를 바이패스하는 길이는 짧게 되어 바이패스에 의한 압손 저감의 효과가 적게 된다.
반면에, 바이패스 튜브(63)는 물 유입구(52a)(54a)의 하측에 위치되거나 물 유입구(52a)(54a)와 냉매 유출구(52d)(54d)의 사이에 위치될 경우 냉매가 바이패스 하는 길이는 길게 되어 바이패스에 의한 압손 저감의 효과는 크게 되나, 이 경우 냉매와 물의 열교환 성능이 너무 낮아질 수 있게 된다.
즉, 바이패스 튜브(63)는 물 유입구(52a)(54a)와 물 유출구(52b)(54b)의 사이에 위치되게 설치되는 것이 가장 바람직하고, 압손 저감의 효과를 높게 할 경우, 물 유입구(52a)(54a)에 더 가깝게 설치되는 것이 바람직하며, 냉매와 물의 열교환 성능을 높일 경우 물 유출구(52b)(54b)에 더 가깝게 설치되는 것이 바람직하다.
제 1 냉매조절밸브(64)는 냉매 튜브(62) 중 일부(62a)에 설치되고, 특히 리턴부(C)에 설치된다.
제 1 냉매조절밸브(64)는 내부 유로를 개도 조절할 수 있는 개도조절 전자밸브로 이루어지는 것도 가능하고, 내부 유로를 개폐하는 개폐 전자밸브로 이루어지는 것도 가능하다.
제 2 냉매조절밸브(65)는 바이패스 튜브(63)에 설치된다.
제 2 냉매조절밸브(65)는 내부 유로를 개도 조절할 수 있는 개도조절 전자밸브로 이루어지는 것도 가능하고, 내부 유로를 개폐하는 개폐 전자밸브로 이루어지는 것도 가능하다.
즉, 상기와 같은 쉘-튜브형 공기조화기는 물이 쉘(61)의 상부 좌우 중 일측 으로 유입되어 쉘의 내부에서 좌우 방향으로 유동된 후 쉘(61)의 하부 좌우 중 타측을 통해 유출되는 물 유로를 갖는다.
그리고, 쉘-튜브형 공기조화기는 냉매가 쉘(61)의 일단에서 유입된 후 쉘(61)의 일단과 반대편에 위치하는 리턴부(C)에서 그 유동 방향이 반전되어 다시 쉘(61)의 타단을 통해 유출되는 U자형의 냉매 유로를 갖는다.
그리고, 쉘-튜브형 공기조화기는 U자형의 냉매 유로 중 리턴부(C)의 이외에 바이패스 유로가 형성되고, 리턴부(C)에 제 1 냉매조절밸브(64)가 설치되며, 바이패스 유로에 제 2 냉매조절밸브(65)가 설치된다.
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 제어 블록도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 부하를 감지하는 하는 부하감지 센서(80)를 더 포함하고, 제어부(13)(16)는 부하 감지센서(80)의 감지 결과에 따라 압축기(51)와 응축기(52)와 증발기(54) 등을 제어한다.
부하 감지 센서(80)는 에어 핸들링 유닛(1)에 설치되어 실내에서 흡입된 실내 공기(I)의 온도를 감지하는 공기 온도 센서와, 냉각탑(5)과 칠러(3) 사이의 냉각수 배관(5′)에 설치되어 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수 온도 센서와, 에어 핸들링 유닛(1)와 칠러(3)를 연결하는 수배관(6)에 설치되어 칠러(3)에서 출수된 냉수의 온도를 감지하는 출수 온도센서 중의 적어도 하나로 이루어진다.
부하 감지 센서(80)는 제어부(13)(16)인 에어 핸들링 유닛 제어부(13)와 칠러 제어부(16) 중 하나에 신호선으로 연결되어 그 감지된 온도값을 출력하고, 이하 출수 온도센서인 것으로 설명한다.
부하 감지 센서(80)는 칠러(3)에서 출수된 후 에어 핸들링 유닛(1)을 향해 공급되는 냉수의 온도를 감지하는 것으로, 도 1에 도시된 수배관(6) 중 냉수 출수관(6a)에 설치된다.
제어부(13)(16)는 기설정된 온도와 부하 감지 센서(80)에서 감지된 온도의 차에 의해 부하를 감지하고, 부하의 크기에 따라 응축기(52)와 증발기(54)의 제 1 냉매 조절밸브(64)와 제 2 냉매 조절밸브(65)를 선택적으로 개방한다.
제어부(13)(16)는 부하가 설정치 이상이면 풀(full) 부하로 감지하고, 부하가 설정치 미만이면 부분 부하로 감지한다.
제어부(13)(16)는 기설정된 온도와 부하 감지 센서(80)에서 감지된 온도차가 7℃ 이상이면 부하가 설정치 이상이므로 풀(full) 부하로 감지하고, 기설정된 온도와 부하 감지 센서(80)에서 감지된 온도차가 7℃ 미만이면, 부하가 설정치 미만이므로 부분 부하로 감지한다.
제어부(13)(16)는 부하가 설정치 이상이면, 응축기(52)와 증발기(54) 각각의 냉매 튜브(62) 전부로 냉매가 흐르게 응축기(52)와 증발기(54) 각각의 제 1, 2 냉매조절밸브(64)(65)를 제어하고, 부하가 설정치 미만이면, 응축기(52)와 증발기(54) 각각의 냉매 튜브(62) 중 일부(62a)로 냉매가 흐르지 않고 냉매가 냉매 튜브(62) 중 일부(62a)를 바이패스하여 흐르게 응축기(52)와 증발기(54) 각각의 제 1, 2 냉매조절밸브(64)(65)를 제어한다.
즉, 제어부(13)(16)는 부하가 설정치 이상이면 응축기(52)와 증발기(54) 각 각의 제 1 냉매조절밸브(64)를 개방함과 아울러 제 2 냉매조절밸브(65)를 폐쇄하고, 부하가 설정치 미만이면 응축기(52)와 증발기(54) 각각의 제 1 냉매조절밸브(64)를 폐쇄함과 아울러 제 2 냉매조절밸브(65)를 개방한다.
도 6은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 운전 방법이 도시된 순서도이다.
먼저, 공기조화기의 운전시, 칠러 제어부(16)는 압축기(51)를 구동시키고, 냉수 펌프(58)를 구동시키고, 냉각수 펌프(5″)를 구동시키는 운전 개시 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 제어부(13)는 송풍팬(27)(28)을 구동시키고, 실내 공기(I)는 일부가 실외로 배출되고, 나머지가 실외 공기와 혼합된 후 냉수 코일(40)을 통과하면서 냉각되고, 이후 실내로 토출된다.
한편, 상기와 같은 칠러(3)의 운전시, 부하 감지 센서(80)는 칠러(3)에서 출수된 냉수의 온도를 감지하여 제어부(13)(16)로 출력하고, 제어부(13)(16)는 부하 감시 센서(80)에서 감지된 냉수의 온도에 따라 부하를 감지한다.
제어부(13)(16)는 부하가 설정치 미만이면 응축기(52)와 증발기(54) 각각의 제 1 냉매조절밸브(64)를 폐쇄함과 아울러 제 2 냉매조절밸브(65)를 개방하는 부분 부하 단계(S3)(S4)를 실시한다.
제 1 냉매조절밸브(64)가 폐쇄되고, 제 2 냉매조절밸브(65)가 개방되면, 냉매는 응축기(52)와 증발기(54) 각각의 냉매 튜브(62) 중 일부(62a)에 설치된 제 1 냉매조절밸브(64)에 막혀, 냉매 튜브(62) 중 일부(62a)로 흐르지 못하고, 바이패스 튜브(63) 및 제 2 냉매조절밸브(65)를 통과하면서 냉매 튜브(62) 중 일부(62a)를 바이패스 하고, 이때, 냉매는 냉매 튜브(62)의 전부를 통과할 때 보다 압손이 감소되고, 압축기(51)의 소비 전력은 감소된다.
반면에, 제어부(13)(16)는 부하가 설정치 이상인 경우, 응축기(52)와 증발기(54) 각각의 제 1 냉매조절밸브(64)를 개방함과 아울러 제 2 냉매조절밸브(65)를 폐쇄하는 풀 부하 단계(S3)(S5)를 실시한다.
제 1 냉매조절밸브(64)가 개방되고, 제 2 냉매조절밸브(65)가 폐쇄되면, 냉매는 응축기(52)와 증발기(54) 각각의 냉매 튜브(62) 전부를 통과하면서 물과 열교환되고, 증발기(44)에서는 물이 냉매와 충분히 냉각되어 출수된다.
도 7은 본 발명에 따른 공기조화기 다른 실시예의 증발기와 응축기 내부가 도시된 개략 구성도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 도 6에 도시된 바와 같이, 냉매 튜브(62′) 가 평행하게 배치된 복수개의 직선부(A)(B)를 포함하고, 쉘(61)이 복수개의 직선부(A)(B) 중 어느 하나(A)에서 유출된 냉매가 다른 하나(B)로 유입되게 안내하는 리턴부(C′)를 포함하며, 제 1 냉매조절밸브(64′)는 리턴부(C′)에 설치되고, 냉매 튜브(62′)와 리턴부(C′)와 제 1 냉매조절밸브(64′) 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 일실시예와 동일하거나 유사하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
냉매 튜브(62′)는 직선부(A)(B)의 일단이 제 1 캡(61D)과 제 1 격벽(61B)의 사이의 공간에 위치되게 제 1 격벽(61B)을 관통하면서 지지되고, 직선부(A)(B)의 일단이 제 2 캡(61E)과 제 2 격벽(61C) 사이의 공간에 위치되게 제 2 격벽(61C)을 관통하면서 지지된다.
냉매 유입구(52c)(54c)와 냉매 유출구(52d)(54d)가 제 2 캡(61E)에 형성될 경우, 제 1 캡(61D)과 제 1 격벽(61B)가 리턴부(C′)가 되고, 냉매 유입구(52c)(54c)와 냉매 유출구(52d)(54d)가 제 1 캡(61D)에 형성될 경우, 제 2 캡(61E)과 제 2 격벽(61C)가 리턴부(C′)가 된다.
제 1 냉매조절밸브(64′)는 리턴부(C′)의 내부 공간에 위치되게 설치되어, 냉매가 직선부(A)(B) 중 어느 하나(A)에서 리턴부(C′) 내부로 유출되지 않게 직선부(A)(B) 중 어느 하나(A)의 출구를 개폐하게 설치되거나, 리턴부(C′) 내부의 냉매가 직선부(A)(B) 중 다른 하나(B)로 유출되지 않게 직선부(A)(B) 중 어느 하나(A)의 입구를 개폐하게 설치된다.
본 실시예에 따른 공기조화기는 풀 부하 운전시, 제 1 냉매조절밸브(64′)가 개방됨과 아울러 제 2 냉매조절밸브(65)가 폐쇄되어 직선부(A)(B) 중 어느 하나(A)에서 유출된 냉매가 리턴부(C′)를 통과해 직선부(A)(B) 중 다른 하나(B)로 유입되므로, 냉매가 직선부(A)(B)와 리턴부(C′)를 모두 통과한다.
또한, 공기조화기는 부분 부하 운전시, 제 1 냉매조절밸브(64′)가 폐쇄됨과 아울러 제 2 냉매조절밸브(65)가 개방되어 직선부(A)(B) 중 어느 하나(A)의 냉매가 그 일부(62a)로 흐르지 못하고 바이패스 튜브(63) 및 바이패스 밸브(65)를 통과하여 직선부(A)(B)의 일부(62a)를 바이패스하므로, 냉매가 직선부(A)(B)의 나머지(62b)에서만 열교환되고, 풀 부하 운전시 보다 냉매의 압손이 감소된다.
한편, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않고, 응축기(52)와 증발기(54) 중 하나가 상기와 같은 쉘-튜브형 열교환기로 이루어지고, 다른 하나가 핀-튜브형 열교환기로 이루어지는 것도 가능하고, 응축기(52)와 증발기(54)가 모두 쉘-튜브형 열교환기로 이루어짐과 아울러 둘 중 하나에만 제 1,2 냉매조절밸브(64)(65)가 설치되는 것도 가능하며, 이 발명이 속하는 기술적 범주 내에서 그 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 에어 핸들링 유닛의 개략도,
도 3은 도 1에 도시된 칠러의 개략도,
도 4는 도 3에 도시된 증발기와 응축기의 내부 개략 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 제어 블록도,
도 6은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 운전 방법이 도시된 순서도,
도 7은 본 발명에 따른 공기조화기 다른 실시예의 증발기와 응축기 내부가 도시된 개략 구성도이다.

Claims (5)

  1. 냉매를 압축하는 압축기와;
    상기 압축기에서 압축된 냉매가 응축되는 응축기와;
    상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창기구와;
    상기 팽창기구에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기를 포함하고,
    상기 응축기와 증발기 중 적어도 하나는 물 유입구와 물 유출구가 형성된 쉘과;
    상기 쉘 내부에 배치되고 냉매가 흐르는 냉매 튜브와;
    상기 냉매 튜브로 유입된 냉매가 상기 냉매 튜브 중 일부를 바이패스 하게 연결된 바이패스 튜브와;
    상기 냉매 튜브 중 일부로 흐르는 냉매를 조절하게 설치된 제 1 냉매조절밸브와;
    상기 바이패스 튜브로 흐르는 냉매를 조절하게 설치된 제 2 냉매조절밸브를 포함하는 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    부하가 설정치 이상이면 상기 제 1 냉매조절밸브를 개방함과 아울러 제 2 냉매조절밸브를 폐쇄하고,
    부하가 상기 설정치 미만이면 상기 제 1 냉매조절밸브를 폐쇄함과 아울러 제 2 냉매조절밸브를 개방하는 제어부를 더 포함하는 공기조화기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉매 튜브는 평행하게 배치된 복수개의 직선부와, 상기 복수개의 직선부를 연결하고 복수개의 직선부 중 어느 하나에서 유출된 냉매가 다른 하나로 유입되게 안내하는 리턴부를 포함하고,
    상기 바이패스 튜브는 일단이 상기 복수개의 직선부 중 하나에 연결되고 타단이 상기 복수개의 직선부 중 다른 하나에 연결된 공기조화기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉매 튜브는 평행하게 배치된 복수개의 직선부를 포함하고,
    상기 쉘은 복수개의 직선부 중 어느 하나에서 유출된 냉매가 다른 하나로 유입되게 안내하는 리턴부를 포함하며,
    상기 바이패스 튜브는 일단이 상기 복수개의 직선부 중 하나에 연결되고 타단이 상기 복수개의 직선부 중 다른 하나에 연결된 공기조화기.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물 유입구와 물 유출구는 상기 물 유입구와 상기 리턴부의 거리가 상기 물 유출구와 상기 리턴부의 거리 보다 더 멀게 형성되고,
    상기 바이패스 유로는 상기 물 유입구와 물 유출구의 사이 위치에 형성된 공 기조화기.
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