KR20150134587A - 공기 조화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템은, 냉매를 고온 고압의 기상 냉매로 압축하는 압축기; 상기 압축기를 통과한 냉매를 고온 고압의 액냉매로 응축하는 응축기; 상기 응축기를 통과한 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창변; 상기 팽창변을 통과한 냉매를 저온 저압의 기상 냉매로 증발시키는 증발기; 상기 증발기를 통과한 냉매를 액냉매와 기상 냉매로 분리하여, 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터를 포함하는 공기 조화 시스템이고, 상기 응축기 출구에서 분지되어 상기 어큐뮬레이터에 연결되는 바이패스 배관; 및 상기 바이패스 배관의 어느 지점에 제공되어, 바이패스되는 냉매의 양을 제어하는 제어 밸브를 포함할 수 있다.

Description

공기 조화 시스템{Air conditioning system}

본 발명은 공기 조화 시스템에 관한 것이다.

일반적인 공기 조화 시스템의 냉방 사이클은, 냉매의 흐름이 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기 순서로 이동한다. 특히, 압축기는 저온 저압의 기상 냉매를 고온 고압의 기상 냉매로 압축하는 기능을 수행한다.

상세히, 상기 압축기로 액냉매가 유입될 경우 압축 성능이 떨어질 뿐만 아니라, 압축 과정에서 압축기가 파손되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 압축기의 보호를 위해 어느 정도의 흡입 과열도 확보가 필수적이다. 즉, 포화 기체 상태의 냉매를 압축할 수 있는 정도의 상태가 유지되어야 한다.

한편, 중동 지역과 같이 실외 온도가 높은 지역에서 냉방 사이클이 작동할 때, 압축기 출구 온도, 즉 응축 온도가 실외 온도보다 높아야 응축이 원활하게 일어난다. 그런데, 실외 온도가 높은 지역에서는, 해당 응축 온도까지 압축하기 위해서 압축기 주파수가 증가하게 된다. 이때, 압축기의 정격 용량이 이를 따라가지 못하여 압축 과정에서 압축기가 과부하로 인하여 정지하는 현상이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안되었다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템은, 냉매를 고온 고압의 기상 냉매로 압축하는 압축기; 상기 압축기를 통과한 냉매를 고온 고압의 액냉매로 응축하는 응축기; 상기 응축기를 통과한 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창변; 상기 팽창변을 통과한 냉매를 저온 저압의 기상 냉매로 증발시키는 증발기; 상기 증발기를 통과한 냉매를 액냉매와 기상 냉매로 분리하여, 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터를 포함하는 공기 조화 시스템이고, 상기 응축기 출구에서 분지되어 상기 어큐뮬레이터에 연결되는 바이패스 배관; 및 상기 바이패스 배관의 어느 지점에 제공되어, 바이패스되는 냉매의 양을 제어하는 제어 밸브를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템은, 상기 바이패스 배관의 입구단과 상기 팽창변 사이의 어느 지점에 설치되는 제 1 유량계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템은, 상기 바이패스 배관의 입구단과 상기 제어 밸브 사이의 어느 지점에 설치되는 제 2 유량계를 더 포함할 수 있다.

상기 제어 밸브는, 상기 바이패스 배관을 개폐하는 개폐밸브 또는 상기 바이패스 배관의 개도를 조절하고 냉매를 팽창시키는 전자 팽창 밸브인 것을 특징으로 한다.

상기 제어 밸브는, 상기 응축기가 설치되는 실외 온도가 과부하 온도 조건을 만족하면 개방되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

상세히, 응축기 출구측의 냉매 일부를 바이패스 시켜 압축기의 입구단으로 보내어, 증발기를 통과한 저온 저압의 기상 냉매와 고온 고압의 액상 냉매가 혼합되도록 함으로써, 압축기로 안내되는 냉매의 건도가 낮아지게 된다. 그리고, 냉매의 건도가 낮아지면 압축기의 입구 온도가 낮아지고, 그에 따라 압축기가 설정 응축 압력으로 냉매를 압축하여도 압축기 출구 온도가 낮아지게 된다. 그 결과, 압축기의 주파수 가용 범위가 넓어지게 되어, 더 높은 주파수로 압축기를 구동할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템을 설명하는 시스템도.
도 2는 응축기 출구단에서 바이패스되는 냉매의 유량 대비 건도를 보여주는 그래프.
도 3은 압축기의 주파수를 48Hz로 고정한 상태에서 건도를 달리하였을 때의 냉동 사이클의 p-h 선도.
도 4는 압축기의 주파수를 55Hz로 고정한 상태에서 건도를 달리하였을 때의 냉동 사이클의 p-h 선도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템을 설명하는 시스템도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템(10)은, 저온 저압의 기상 냉매를 고온 고압의 기상 냉매로 압축하는 압축기(11)와, 상기 압축기(11)를 통과한 냉매를 고온 고압의 액상 냉매로 응축시키는 응축기(12)와, 상기 응축기(12)를 통과한 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창변(14)과, 상기 팽창변(14)을 통과한 2상 냉매를 저온 저압의 기상 냉매로 증발시키는 증발기(15)와, 상기 증발기(15)를 통과한 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하여 기상 냉매만 상기 압축기(11)로 보내주는 어큐뮬레이터(16)를 포함한다.

또한, 상기 압축기(11)와, 응축기(12), 팽창변(14), 증발기(15) 및 어큐뮬레이터(16)는 냉매 배관(20)에 의하여 연결되어, 폐루프 형태의 냉동 사이클을 형성한다. 그리고, 상기 응축기(12)의 출구측 어느 지점에는 바이패스 배관(19)의 입구단 연결, 상기 바이패스 배관(19)의 출구단은 상기 어큐뮬레이터(16)의 입구단에 연결된다.

또한, 상기 응축기(12)와 상기 팽창변(14)을 연결하는 냉매 배관(20)의 어느 지점에는 제 1 유량계(13)가 장착될 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 유량계(13)는 상기 바이패스 배관(19)의 입구단이 연결되는 지점으로부터 냉매의 흐름 방향으로 전방에 위치할 수 있다.

또한, 상기 바이패스 배관(19)의 어느 지점에는 제 2 유량계(17)가 장착될 수 있고, 상기 제 2 유량계(17)로부터 냉매의 흐름 방향으로 전방에는 상기 바이패스 배관(19)의 개도를 조절하는 제어 밸브(18)가 장착될 수 있다. 상기 제어 밸브(18)는 개도 조절이 가능한 개폐 밸브일 수 있고, 개도 조절과 함께 상기 제 2 유량계(17)를 통과한 냉매를 팽창시키는 전자 팽창 밸브일 수 있다.

상기와 같은 구성에 의한 공기 조화 시스템의 작동에 대하여 살펴보면, 실외 온도가 높아서 상기 압축기(11)에 과부하가 걸리는 경우, 상기 응축기(12)를 통과하는 냉매의 일부를 상기 압축기(11)의 입구단측, 구체적으로는 상기 어큐뮬레이터(16) 쪽으로 바이패스시켜, 상기 압축기(11) 입구단에서 냉매의 건도(quality)를 낮추어줄 수 있다.

상세히, 상기 바이패스 배관(19)으로 분지시키는 냉매의 양은 상기 제 2 유량계(17)에서 측정할 수 있고, 상기 유량계(17)에서 측정되는 분지 냉매의 양이 설정 양에 도달하였다고 판단되면, 상기 제어 밸브(18)를 닫는다. 그러면, 상기 어큐뮬레이터(16)의 입구단에서는 상기 증발기(15)를 통과한 저온 저압의 기상 냉매와 상기 제어 밸브(18)를 통과한 액상 냉매 또는 2상 냉매가 혼합되고, 그 결과 냉매의 건도가 떨어지게 된다.

도 2는 응축기 출구단에서 바이패스되는 냉매의 유량 대비 건도를 보여주는 그래프이다.

도 2를 참조하면, 응축기(12) 출구단에서 바이패스되는 냉매의 유량이 증가할 수록 압축기(11) 입구단에서의 냉매의 건도가 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

구체적으로, 실외 온도와 압축기 주파수가 결정된 상태에서, 전체 냉매량 대비 바이패스되는 냉매 량의 비율에 따라 압축기 입구단에서의 건도 변화 추세선을 보면, 거의 반비례 하는 추세선을 그리는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 공기 조화 시스템(10)에서는, 압축기의 정격 대비 과부하 조건에서 건도를 조절하여 압축기(11)의 토출 온도를 낮추는 것을 특징으로 한다. 여기서, 압축기의 정격 조건은 실외 온도가 섭씨 35도인 경우로 설정될 수 있고, 과부하 조건은 실외 온도가 섭씨 48도 이상인 경우로 설정될 수 있다.

도 3은 압축기의 주파수를 48Hz로 고정한 상태에서 건도를 달리하였을 때의 냉동 사이클의 p-h 선도이고, 도 4는 압축기의 주파수를 55Hz로 고정한 상태에서 건도를 달리하였을 때의 냉동 사이클의 p-h 선도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 선도 A는 압축기 입구에서 건도가 1일 때의 선도이고, 선도 B는 압축기 입구에서 건도가 0.92일 때의 선도를 보여준다.

상세히, 응축기(12) 출구단에서 냉매를 바이패스시켜서, 압축기 입구에서 측정되는 냉매의 건도를 낮춰주면, 압축기의 입구 온도와 출구 온도가 모두 낮아지는 것을 확인할 수 있다.

더욱 상세히, 압축 과정에서 냉매가 등엔트로피 선을 따르게 된다. 그리고, 지점 a는 건도가 1일 경우, 해당 응축 압력으로 냉매가 압축되었을 때의 압축기 출구 온도, 즉 응축 온도를 의미하고, 지점 b는 건도가 0.92일 경우, 해당 응축 압력으로 냉매가 압축되었을 때의 압축기 출구 온도, 즉 응축 온도를 의미한다. 그리고, 지점 c는 건도가 1일 경우, 압축기 입구 온도를 의미하고, 지점 d는 건도가 0.2일 경우, 압축기 입구 온도를 의미한다.

그래프에서 보이는 바와 같이, 냉매가 바이패스되어 건도가 떨어지면, 압축기 입구 온도, 즉 압축 시작 온도도 떨어지게 되고, 건도가 0.92인 상태에서 압축되는 냉매는 건도가 1인 상태에서 압축되는 냉매와 다른 등엔트로피 선을 따르게 된다. 즉, 건도가 낮아질 수록 낮은 등엔트로피 선을 따라 압축된다. 이는, 건도가 낮아짐에 따라 압축기(11)로 유입되는 기상 냉매의 양이 감소하게 되고, 그에 따라 압축기(11)가 낮은 주파수에서 운전하여도 냉매가 설정 응축 압력까지 압축된다는 것을 의미한다. 그리고, 냉매가 건도가 1일 때보다 더 낮은 등엔트로피 선을 따라 압축되기 때문에, 압축기 출구에서 응축 온도도 건도가 1일 때보다 낮아지게 된다. 그 결과, 압축기(11)가 정격 주파수 또는 최대 주파수보다 낮은 주파수로 운전하더라도 냉매를 응축 압력까지 충분히 압축할 수 있게 되어, 압축기(11)의 주파수 가용 범위가 확대되는 효과를 얻을 수 있다.

상세히, 압축기(11)가 정격 주파수 또는 최대 주파수보다 낮은 주파수로 운전하여도 설정 응축 압력까지 냉매를 압축할 수 있기 때문에, 압축기(11)의 주파수를 가용 범위까지 더 높여서 냉매의 응축 압력을 더 높일 수 있게 된다. 그리고, 냉매의 응축 압력이 높아지면 응축 온도도 높아지게 되어, 실외 온도가 높은 지역에서도 냉매의 응축 온도를 실외 온도보다 더 높게 가져갈 수 있다. 그 결과 응축기(12)에서 냉매와 실외 공기간의 열교환이 잘 되어 응축기의 효율이 증가하게 된다.

도 4에서 지점 e는 건도가 1일 때의 응축 온도를 의미하고, 지점 f는 건도가 0.92일 때의 응축 온도를 의미한다. 그리고, 지점 g는 건도가 1일 때의 압축 시작 온도를 의미하고, 지점 h는 건도가 0.92일 때? 압축 시작 온도를 의미한다.

Claims (6)

1. 냉매를 고온 고압의 기상 냉매로 압축하는 압축기;
   상기 압축기를 통과한 냉매를 고온 고압의 액냉매로 응축하는 응축기;
   상기 응축기를 통과한 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창변;
   상기 팽창변을 통과한 냉매를 저온 저압의 기상 냉매로 증발시키는 증발기;
   상기 증발기를 통과한 냉매를 액냉매와 기상 냉매로 분리하여, 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터를 포함하는 공기 조화 시스템에 있어서,
   상기 응축기 출구에서 분지되어 상기 어큐뮬레이터에 연결되는 바이패스 배관; 및
   상기 바이패스 배관의 어느 지점에 제공되어, 바이패스되는 냉매의 양을 제어하는 제어 밸브를 포함하는 공기 조화 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 바이패스 배관의 입구단과 상기 팽창변 사이의 어느 지점에 설치되는 제 1 유량계를 더 포함하는 공기 조화 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 바이패스 배관의 입구단과 상기 제어 밸브 사이의 어느 지점에 설치되는 제 2 유량계를 더 포함하는 공기 조화 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어 밸브는, 상기 바이패스 배관을 개폐하는 개폐밸브인 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어 밸브는, 상기 바이패스 배관의 개도를 조절하고 냉매를 팽창시키는 전자 팽창 밸브인 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 제어 밸브는, 상기 응축기가 설치되는 실외 온도가 과부하 온도 조건을 만족하면 개방되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.

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