KR920009307B1

KR920009307B1 - 냉동 사이클

Info

Publication number: KR920009307B1
Application number: KR1019870007471A
Authority: KR
Inventors: 게이이찌 모리다
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 아오이 죠이찌
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1987-07-11
Publication date: 1992-10-15
Also published as: JPS6321449A; JPH081340B2; KR880001987A

Abstract

내용 없음.

Description

냉동 사이클

제1도는 본 발명에 관한 냉동 사이클의 한 실시예를 나타내는 도면.

제2도는 제1도의 냉동 사이클의 플로우챠아트를 나타내는 도면.

제3도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면.

제4a, b도 는 본 발명의 변형예를 나타내는 도면.

제5도는 종래의 냉동 사이클을 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압축기 2 : 축열기

3 : 사방(四方)밸브 4 : 실내열교환기

5 : 개폐밸브 6, 7 : 감압장치

8 : 실외열교환기 10 : 온도센서

12 : 실내팬 13 : 실외팬

본 발명은 냉동 사이클에 관한 것으로서, 특히 축열기(蓄熱器)를 구비한 냉동 사이클에 관한 것이다.

냉동 사이클에 축열기를 설치하여 이 축열기에 저장된 열을 일시적으로 이용하여 성능향상을 도모하는 시험은 종래로부터 행해왔다.

종래 이와 같은 냉동 사이클로서는 예를 들어 제6도에 나타난 일본특공소 49-20023호 공보에 기재된 것이 있다.

이 냉동 사이클은 냉동을 시작할 때에 압축기에서 고온고압이던 냉매를 축열기(2)에 전달하여 축열시켜두고서 증발기 표면에 착상(着霜)이나 결빙을 용해하는 제상을 시작할때에 이 축열을 이용하도록 구성한 것이다.

즉, 냉동을 시작할때에는 냉매는 실선 화살표로 나타나는 바와 같이 순차적으로 압축기(1), 사방밸브(3), 축열기(2), 응축기(4), 감압장치(7), 증발기(8)을 흘러서 압축기(1)로 환류하며 이 사이클사이에 축열기(2)에 고온 냉매로부터 그 열을 흡수하여 축열시켜 두는 한편, 제상을 시작할때에는 사방밸브(3)를 전환시켜 유로 전환을 도모하여, 냉매는 파선 화살표로 나타나는 바와 같이 순차적으로 압축기(1), 사방밸브(3), 증발기(8), 바이패스관(B), 축열기(2)를 흘러서 압축기(1)로 환류하며, 이때 증발기(8)를 제상시켜 열교환되어 액화된 냉매는 축열기(2)로 열교환되어서 기화되어 압축기(1)로 되돌아 오도록 되어있다.

또한, 부호 ＂23＂, ＂24＂, ＂25＂는 역류저지 밸브이다.

이와 같이 냉동이 시작될때에 고온 냉매로부터 흡열하여 축열시키는 한편, 제상 시작될때에 증발기를 통과하여 제상후의 냉매에 전술한 축열을 방출시켜 가열하도록 한 것이다.

그러나, 전술한 냉동 사이클에 있어서는, 축열기(2)에서의 축열은 제상개선에는 이용되었지만, 축열기의 축열을 가장 이용하고 싶은 냉동 사이클의 이용쪽 열 교환기(응축기)의 동작개시시에는 전혀 사용되고 있지 않는다는 문제점이 있다.

또한 축열시에 압축기(1)에서 축열기(2)에 이르기까지의 관로(管路)(A)는 고압이 되어 냉매는 바이패스관(B)으로 유입된다.

즉, 축열 시에 역류 저지 밸브(23)에서 관로(A)의 분기점에 이르기까지의 바이패스관(B)에 액체가 고인다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 사정을 감안하여 창안되어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 냉동 사이클의 이용쪽 열교환기(응축기)의 동작개시시에 축열기에서의 축열을 유효하게 이용할 수 있는 동시에 각 관로에서 액체가 고이는 것을 해소시킬 수 있는 냉동 사이클을 제공하는데 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 순차적으로 관로를 접속시켜서 된 냉동사이클에 있어서, 전술한 압축기의 토출쪽과 응축기와의 사이에 축열기를 설치하는 동시에, 바이패스관의 일단을 전술한 응축기와 감압장치와의 사이에 접속시키며 타단을 전술한 축열기를 통하여 전술한 감압장치와 증발기와의 사이에 접속하도록 설치시키며, 또한 전술한 축열기내에 축열온도 센서를 설치하여 이 축열 온도센서의 검출값에 의거하여 증발기용팬을 ON. OFF제어시키도록한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 전술한 장치에 의해 축열기에 축열된 열을 이용하는 냉동 사이클의 이용쪽 열교환기(응축기)의 동작개시 운전시에는 압축기로 가압된 냉매는 축열기를 통하여 응축기를 통과하며 여기에서 열교환이 이루어지고 이 응축기를 거쳐서 바이패스관으로 유입된 냉매는 축열기로 열교환되어 가열된 뒤 증발기를 통하여 압축기로 환류하며, 냉매의 증발온도를 높게하여 압축기의 흡입 압력이 높아져서 냉매의 순환량이 증대하므로 응축기에서 큰출력으로 난방을 할 수가 있다.

또한, 축열온도센서에 의해 검출된 축열기에서의 온도가 높은 경우에는 증발기용팬을 OFF 시켜 증발기에서의 방열을 방지하며, 반대로 낮은 경우에는 증발기용팬을 ON시켜서 증발기에서 흡열을 하여 이용쪽 열교환기(응축기)의 동작개시에서의 축열이용 작동시의 방열손실을 방지하는 것이다.

이하, 본 발명에 관한 냉동 사이클의 실시예를 제1도 및 제2도를 참조하여 설명하기로 한다.

제1도는 공기 조화기의 냉동 사이클 도면을 나타내며 도면에서 부호 ＂1＂은 압축기, ＂2＂는 축열기, ＂4＂는 이용쪽의 열교환기(응축기) 예를 들면 실내열 교환기, ＂7＂은 감압장치, ＂8＂은 열원쪽의 열교환기(증발기)예를 들면 실외열 교환기이다.

전술한 축열기(2)는 그 내부에 축열재(2B)를 충전시킨 것으로 되며, 본 실시예에서는 예를 들어 축열조(2A)내에 파라핀 115°(융점45℃) 가 충전되어 있으며, 이 축열기(2)는 압축기(1)로 압축되어 고온고압이된 냉매의 열을 냉매 배관(2A)에서 수용하여 축열시켜 두는 것으로서 냉동 사이클상 높은 온도로 축열시킬 수 있는 것이다.

또한, 전술한 실내열교환기(4)와 실외 열교환기(8)의 사이에는 바이패스관(B)이 설치되며, 이 바이패스관의 일단은 실내열 교환기(4)와 감압장치(7)의 사이에 접속되고, 타단은 축열기(2)를 끼워서 전술한 감압장치(7)와 실외 열교환기(8)의 사이에 접속되어 있다.

그리고, 전술한 바이패스관(B)에는 개폐밸브(5), 감압장치(6) 및 냉매배관(2D)이 설치되어 있다.

또한, 전술한 실내외 열교환기(4), (8)는 각각 실내팬(응축기용팬)(12) 및 실외팬(증발기용팬)(13)을 구비하고 있으며, 축열기(2)는 그 내부 온도를 검출하는 축열온도센서(예를 들면, 써미스터(ther-mistor)등)(10)를 구비하고 있다.

그리고, 축열온도센서(10)의 검출값에 의거하여 전술한 실외팬(13)이 ON, OFF제어되도록 되어 있다.

이어서, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 관한 공기 조화기의 냉동 사이클의 동작에 대하여 설명하기로 한다.

우선, 각 모우드에서의 실내팬(12), 실외팬(13), 개폐밸브(5), 및 감압장치(7)의 각 상태를 나타낸 다음 표에 의거하여 각 동작을 설명하기로 한다.

또한, 개폐밸브(5), 감압장치(7), 실내팬(12) 및 실외팬(13)은 제어장치(20)에 의해 다음 표에 나타낸 바와 같이 제어되어 사용자가 도시하지 않은 작동선택 스위치를 축열작동이나 통상작동으로 설정한다.

또한, 감압장치(7)는 자동온도 팽창밸브라도 좋으나, 바람직하게는 일본특개소 59-170653호 공보에 기재되어 있는 전동식 팽창밸브가 좋다.

그리고, 감압장치(7)는 온도센서(17)(18)에 의해 증발온도와 압축기(1)의 흡입온도차가 일정하게 되는 소위 수퍼히이트(superheat)제어를 할 수가 있다.

(1) 축열작동

사용자가 도시하지 않은 작동선택 스위치를 축열작동으로 설정하면, 작동모우드는 「축열」이 된다.

즉, 압축기(1)에서 가압된 냉매는 축열기(2)를 통하여 실내 열교환기(4), 감압장치(7), 실외열교환기(8)를 거쳐서 압축기(1)로 환류된다.

이 환류사이에 축열기(2)에 축열되며, 본 실시예에 있어서는 축열온도센서(10)가 예를 들어 50℃ 이하가 되면 압축기(1)를 ON시키며, 55℃이상이 되면 압축기(1)를 OFF시키는 제어를 한다.

(2) 통상작동

사용자가 도시하지 않은 작동선택 스위치에 의해 통상 작동을 설정하면, 축열조(2A) 내의 온도에 의해 자동적으로 축열이용 난방 모우드 혹은 난방축열 모우드가 선택된다.

본 실시예에서는 예를 들어 축열조(2A) 내의 온도가 10℃ 이상인 경우에는, 축열재(2B)의 열량을 이용하여 고난방능력이 발생되는 「축열이용 난방 모우드」가 개시된다.

반대로, 축열조(2A)의 온도가 10℃ 이하인 경우 축열 이용의 고난방능력 작동을 할 수 없으므로 「난방축열모우드」의 작동이 된다.

우선, 최초에 축열이용 난방 작동에 들어간 경우에 대하여 설명하기로 한다.

(2)-① 축열이용 난방(난방동작개시) 모우드난방작동을 필요로 하지 않을때에 축열기(2)에 축열시켜 두고 그 열을 이용하여 난방동작개시시에 큰 출력으로 한꺼번에 난방을 하는 작동이다.

즉, 압축기(1)에서 가압된 냉매는 축열기(2)를 통하여 실내열 교환기(4)를 통과하여 여기서 열교환되어진다.

그리고, 실내열교환기(4)를 거쳐서 액화된 냉매는 개폐밸브(5), 감압장치(6)를 거쳐서 축열기(2)로 열교환 시켜져서 가열된다.

축열기(2)에서 가열된 냉매는 실외열교환기(8)를 통하여 압축기(1)로 환류한다.

여기서, 축열재(2B)의 온도가 높으므로 냉매는 여기에서 증발한다.

그리고, 냉매의 증발온도는 높아지므로 압축기(1)의 흡입 압력도 높아져 냉매의 순환량이 증대하므로 실내열교환기(4)에서 큰 출력으로 한꺼번에 난방을 시킬 수가 있다.

이때, 축열기(2)를 나온 냉매의 온도가 실외 열교환기(8)의 주위 외부 공기보다 높은 경우에는 실외 열교환기(8)의 주위 외부 공기보다 높은 경우에는 실외 열교환기(8)에서 외부공기 흡열을 하지않고 반대로 외부공기를 방열시켜 난방 능력이 저하될 우려가 있다.

그래서, 제3도에 나타낸 바와 같이 축열조(2A) 온도를 축열온도 센서(10)로 검출하여 실외팬(13)을 ON, OFF제어시키며, 실외 열교환기(8)에서의 강제 대류에 의한 방열을 피하고 자연대류에 의한 방열만으로 하여 방열을 최소한으로 억제시킨다.

즉, 제2도에서 축열센서 온도를 T_HC로 하고, 실외 열교환기(8)에서의 방열개시 온도를 초기 설정 온도로서 T_O로 한다.

여기에서, T_O는 예를 들면 15℃로 한다. 작동이 개시되면, T_HC와 T_H를 비교한다(스텝 ①)

그리고, T_HC

T_O라면 실외팬(13)을 OFF시키고(스텝 ②, T_HC＜T_H라면 실외팬(13)을 ON시킨다(스텝 ③).

그리고 축열이동 난방 모우드와 난방 축열 모우드의 전환은 다음 표에서와 같이 축열센서온도(T_HC)와 설정값(T_P)의 비교에서 행하며, 여기에서 T_P는 예를 들어 10℃로 한다.

축열이용 난방 작동을 계속하면 축열조(2A)의 온도가 저하되어, 예를 들면 축열조(2A)의 온도가 T_P이하가 되면 후술하는 「난방축열작동모우드」((2)-②)로 자동적으로 전환된다.

(2)-② 난방·축열 모우드

난방을 계속하는 동시에 그 사이에 축열하는 난방·축열 모우드에서는 압축기(1)에서 가압된 냉매는 축열기(2)를 통하여 실내열교환기(4), 감압장치(7), 실외열교환기(8)를 거쳐서 압축기(1)로 환류된다.

이와 같이 난방작동을 계속하면, 외부온도가 낮은 경우 실외열교환기(8)에 서리가 생긴다.

이 때문에 제상작동을 할 필요가 있다.

또한, 축열모우드와 난방·축열모우드의 전환에는 다음 표에서와 같이 실온(T_IN)과 실내 써머콘트롤 밸브(thermo control valve)의 설정값 (T_S)의 비교값에 의해 자동적으로 행하여도 좋다.

그 경우 전술한 축열 작동에 들어가지만 축열 작동중 T_S＞T_IN의 경우는 난방 축열 작동에 들어간다.

그때 재차 동작개시를 좋게할 필요가 있는 경우에는 축열조(2A)의 온도가 10℃ 이상이면 축열이용작동에 들어가도 좋다.

이어서, 제사작동 모우드에 대하여 설명하기로 한다.

(2)-③제상 모우드

실외열교환기의 제상을 행하는 모우드에 있어서는, 난방 축열 작동중 실외열교환기(8)의 난방쪽 입구부에 설치된 온도센서(16)의 검출값이 설정값(예를 들어 -15℃)이하인 경우에 제상이 개시된다.

또한, 이 경우 앞서 행한 제상에서 소정시간(예를 들어 10℃)이상일때 제상이 종료되어 전술한 난방축열 작동이 된다.

제상 모우드의 냉매 경로는 개폐 밸브(5)가 개방이 되므로 축열이용 난방모우드와 동일해져서 압축기(1), 축열기(2), 실내열교환기(4), 개폐밸브(5), 감압장치(6), 실외열교환기(8), 압축기(1)의 루우프(loop)가 되어 축열기(2)의 축열을 제상에 유효하게 이용한다.

그리고, 제상시에는 난방을 계속하면서 제상을 할수가 있다.

제1도에 나타낸 실시예에서는 난방전용의 공기조화기의 냉동 사이클에 대하여 설명하였지만, 제3도에 나타낸 바와 같이 난·냉방가능한 열펌프식 공기조화기의 냉동 사이클에도 본 발명을 적용시킬 수 있다.

즉, 실내 열교환기(4)의 근방에 온도센서(31), (32)를 설치하며, 또한, 바이패스관(B)에 역류제지밸브(11)를 설치하고, 또한 축열기(2)와 실내열교환기(4)의 사이에 사방밸브(3)를 설치하므로써 냉방사이클이 가능해진다.

제3도에 나타낸 실시예에서는 냉방 모우드 이외는 전술한 실시예와 동일한 사이클이 되므로「냉방모두드」만 설명하기로 한다.

냉방 모우드에 있어서는 압축기(1)에서 가압된 냉매는 축열기(2)를 통하여 사방밸브(3), 실외열교환기(8), 감압장치(7), 실내열교환기(4)를 거쳐서 압축기(1)로 환류된다.

이 냉방 작동사이에도 축열기(2)에서 축열된다.

또한, 개폐밸브(5)는 폐쇄로 하였지만, 개폐밸브(5)를 개방으로한 바이패스관(B)내의 냉매를 되돌려도 좋다.

이상 설명한 제1도 및 제3도에 도시한 실시예에서는 감압장치(7)는 일본특개소 59-170653호 공보에 기재되어 있는 전동식 팽창 밸브로 하였지만, 감압장치(7)를 자동온도 팽창밸브로서 개폐밸브(21)를 제4a도에 도시한 바와 같이 구성하면 감압장치(7)로 유입되는 냉매를 완전히 차단시킬 수 있다.

즉 제4a도에서는 감압장치(7)의 바로 상류쪽에 개폐밸브(21)를 설치하여 개폐밸브(5)가 개방돠었을때에는 개폐밸브(21)를 폐쇄시킨다.

또한, 바람직하게는 완전히 차단 시키는 쪽이 좋지만 자동 온도팽창밸브(22)를 제4b도와 같이 구성하여 감압장치(7), (22)를 일부통과시켜도 좋다.

이상, 실시예의 설명에서 명백한 바와 같이 본 발명에 따르면, 압축기에서 가압된 고온의 냉매를 축열기에서 열교환시켜 이 축열기에 축열시켜두고, 냉동 사이클의 이용쪽 열교환기(응축기)의 동작개시시에 응축기를 거쳐서 액화된 냉매를 바이패스관을 통하여 축열기로 전달하며 여기서 고온의 축열재와 열교환하므로 증발온도가 높아져서 압축기의 흡입압력이 높아져 냉동 사이클의 이용쪽 열교환기(응축기)의 동작개시시에 단위시간당 큰출력을 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 바이패스관은 증발기와 감압장치사이의 저압쪽에 접속되어 있으므로 바이패스관내에 액체가 고이는 것을 방지할 수가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 사전에 설정된 축열온도 레벨에 의해 증발기용펜을 ON, OFF제어하므로, 축열이용 작동시의 방열손실을 방지학 수 있다.

Claims

압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 순차적으로 관로로 접속시켜된 냉동 사이클에 있어서, 압축기의 토출쪽과 응축기의 사이에 축열기를 설치하는 동시에, 바이패스관의 일단을 응축기와 감압장치의 사이에 접속시키며 타단을 축열기를 끼워서 감압장치와 증발기의 사이에 접속하도록 설치하고, 상기 바이패스관이 개폐밸브와 감압장치를 포함하고 있으며, 또한 축열기내에 축열온도센서를 설치하여 이 축열온도세서의 검축값에 의거하여 증발기용팬을 ON, OFF제어시키도록 한 것을 특징으로 하는 냉동 사이클.