WO2014035133A1 - 냉동 사이클용 가변체적 리시버, 이를 포함하는 냉동 사이클 및 그의 제어방법 - Google Patents

냉동 사이클용 가변체적 리시버, 이를 포함하는 냉동 사이클 및 그의 제어방법 Download PDF

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    • F25B2700/2116—Temperatures of a condenser
    • F25B2700/21163—Temperatures of a condenser of the refrigerant at the outlet of the condenser

Definitions

  • the present invention relates to a variable volume receiver for a refrigeration cycle, a refrigeration cycle including the same, and a control method thereof, and more particularly, a refrigeration cycle capable of optimal operation by varying the volume of the receiver according to operating conditions to secure an appropriate subcooling degree.
  • the present invention relates to a variable volume receiver for a refrigeration cycle, and a control method thereof.
  • the appropriate amount of refrigerant required for driving the cycle also changes.
  • the charge amount of the refrigerant is determined based on the case where the required amount is large, and when the excess amount is generated during operation, the refrigerant charge amount is stored in the receiver.
  • the receiver plays a role of allowing the cycle to be stably operated under various conditions.
  • the storage space is predetermined, the receiver is selected to have room.
  • the refrigeration cycle has an optimum degree of superheat and optimum degree of subcooling, respectively, to maximize performance under given conditions.
  • the superheat can be controlled using an electronic expansion valve or the like, but the supercooling degree which is affected by the amount of refrigerant charge is generally not controlled.
  • the supercooling degree cannot be actively controlled due to the free space of the receiver, and thus there is a problem in that the operation in the optimum supercooling state that can maximize the performance of the cycle cannot be guaranteed.
  • the prior patent JP 2550632 increases or decreases the volume of the refrigerant storage space inside the receiver by directly using the refrigerant circulating the refrigerating cycle, but when using the refrigerant discharged from the compressor, a control operation for reducing the volume of the variable capacitor is smooth.
  • the control operation for increasing the volume of the variable capacitor is not smooth, and since the refrigerant circulating the refrigeration cycle is directly used, the refrigeration capacity may decrease.
  • An object of the present invention is to control the amount of refrigerant that can be stored in accordance with the operating conditions to actively control the supercooling degree of the cycle, the variable volume receiver for a refrigeration cycle that can be operated optimally, a refrigeration cycle comprising the same and It relates to a control method thereof.
  • a variable volume receiver for a refrigeration cycle includes a receiver tank connected to a refrigerant passage and forming a refrigerant storage space in which a refrigerant passing through the refrigerant passage is temporarily stored, and provided in the receiver tank and being contracted or expanded.
  • a variable volume that reduces or increases the volume of the refrigerant storage space, and is installed separately from the refrigerant passage, and in communication with the variable volume and sealed to the outside, the fluid filled therein of the compressor outlet refrigerant of the refrigeration cycle
  • a pressure controller configured to adjust the pressure inside the variable volume body by receiving heat, and control the pressure controller according to an operating condition to change the volume of the refrigerant storage space to determine the amount of refrigerant that can be stored in the refrigerant storage space. It includes a control unit for controlling.
  • a variable volume receiver for a refrigeration cycle, comprising: a receiver tank connected to a refrigerant passage and forming a refrigerant storage space in which a refrigerant passing through the refrigerant passage is temporarily stored; A piston coupled to the receiver tank so as to linearly reciprocate, thereby reducing or increasing a volume of the refrigerant storage space while linearly reciprocating; A linear movement mechanism for linearly reciprocating the piston; And a controller for controlling the amount of refrigerant that can be stored in the refrigerant storage space by changing the volume of the refrigerant storage space by controlling the linear movement mechanism according to an operating condition.
  • the refrigeration cycle in the refrigerating cycle including a compressor, a condenser, an expansion mechanism, an evaporator and a control unit, the refrigeration cycle is installed on a refrigerant passage connecting the condenser and the expansion mechanism, and the condenser outlet refrigerant is temporarily stored.
  • a variable volume receiver partitioned by a refrigerant storage unit and a volume adjusting unit installed separately from the refrigerant passage and contracted or expanded by an externally sealed pressure regulator to adjust the volume of the refrigerant storage unit.
  • the refrigeration cycle in a refrigeration cycle including a compressor, a condenser, an expansion mechanism, an evaporator and a control unit, the refrigeration cycle is installed on a refrigerant passage connecting the condenser and the expansion mechanism, A receiver tank forming a temporarily stored refrigerant storage space, a variable volume provided in the receiver tank and shrinking or expanding to reduce or increase a volume of the refrigerant storage space, and a variable volume installed separately from the refrigerant flow path.
  • variable volume receiver in communication with and sealed to the outside, wherein the fluid filled therein receives a heat of the compressor outlet refrigerant to adjust a pressure inside the variable volume
  • control unit includes: And calculating the subcooling degree according to the temperature and pressure of the condenser outlet refrigerant, and calculating the subcooling degree. La and controls parts of the pressure control.
  • a refrigerant storage space connected to the refrigerant passage and temporarily storing the refrigerant passing through the refrigerant passage
  • Variable volume consisting of a receiver tank for forming a straight line, a piston coupled to the receiver tank so as to be capable of linear reciprocation, reducing or increasing the volume of the refrigerant storage space while linear reciprocating, and a linear moving mechanism for linearly reciprocating the piston.
  • a receiver further includes, The control unit calculates the subcooling degree according to the temperature and pressure of the condenser outlet refrigerant, and controls the linear movement mechanism in accordance with the calculated subcooling degree.
  • the subcooling degree calculating step of measuring the temperature and pressure of the condenser outlet refrigerant, the subcooling degree is calculated, and the volume control unit of the variable volume receiver in accordance with the calculated subcooling degree
  • a volume control step of increasing and decreasing the volume of the refrigerant storage unit of the variable volume receiver by receiving the heat of the compressor outlet refrigerant, and the volume control step if the calculated subcooling degree is greater than or equal to a preset subcooling degree, Blocking the transfer of the heat of the compressor outlet refrigerant to the fluid charged in the controller, thereby reducing the pressure in the volume controller and increasing the volume of the refrigerant reservoir, and the calculated subcooling degree being pre-set. If less, the fluid charged in the volume control unit receives heat from the compressor outlet refrigerant and the sieve Increasing the pressure in the control unit and includes a process of reducing the volume of the coolant reservoir portion.
  • variable volume receiver for a refrigeration cycle it is possible to adjust the capacity to store the refrigerant in accordance with the change of operating conditions such as the outside temperature or the load-side temperature, to ensure the appropriate supercooling degree even if the operating conditions change Therefore, there is an advantage that the optimum operation is always possible regardless of the ambient temperature and the load side temperature change.
  • variable volume receiver for the refrigeration cycle of the present invention is configured to expand the variable volume by increasing the fluid pressure of the pressure regulating tube by using the heat of the high temperature refrigerant discharged from the compressor.
  • variable volume receiver for the refrigerating cycle of the present invention uses a separate fluid instead of a refrigerant circulating the refrigerating cycle when shrinking or expanding the variable volume, the refrigerant discharged from the compressor is transferred to the entire condenser without loss. There is an advantage that can be introduced.
  • FIG. 1 is a view showing a state in which the volume of the refrigerant storage unit is increased in the refrigeration cycle according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which the volume of the refrigerant storage unit is reduced in the refrigeration cycle shown in FIG.
  • FIGS. 1 and 2 are views illustrating the operation of the heat exchanger illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4 is a control block diagram of the refrigeration cycle shown in FIG.
  • FIG. 5 is a control flowchart of the refrigeration cycle shown in FIG.
  • FIG. 6 is a view showing the operation of the heat exchanger according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a state in which the volume of the refrigerant storage unit is increased in the refrigeration cycle according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing a state in which the volume of the refrigerant storage unit is reduced in the refrigeration cycle shown in FIG.
  • FIG. 9 is a control block diagram of the refrigeration cycle shown in FIG.
  • FIG. 10 is a view showing a modification of the variable volume receiver shown in FIG. 7.
  • FIG. 11 is a view showing a state in which the volume of the refrigerant storage unit is reduced in the refrigeration cycle according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view illustrating a state in which the volume of the refrigerant storage unit is increased in the refrigeration cycle shown in FIG. 11.
  • FIG. 1 is a view showing a state in which the volume of the refrigerant storage unit is increased in the refrigeration cycle according to the first embodiment of the present invention.
  • 2 is a view showing a state in which the volume of the refrigerant storage unit is reduced in the refrigeration cycle shown in FIG. 3 is a view illustrating the operation of the heat exchanger illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • 4 is a control block diagram of the refrigeration cycle shown in FIG.
  • the refrigeration cycle according to the first embodiment of the present invention, the compressor 2, the condenser 4, the variable volume receiver 10, expansion valve 8, evaporator 6 Include.
  • the variable volume receiver 10 is installed on a refrigerant passage connecting the condenser 4 and the expansion valve 8.
  • the variable volume receiver 10 includes a receiver tank forming a refrigerant storage unit 12 in which the outlet refrigerant of the condenser 4 is temporarily stored, and a variable volume 14 provided in the receiver tank and contracted or expanded. And a pressure regulator for controlling the pressure of the fluid filled in the pressure regulator tube 20 to be described later in order to contract or expand the variable volume 14.
  • the receiver tank is connected to the refrigerant passage, and temporarily stores the liquid refrigerant from the condenser 4 and sends it to the expansion valve 8.
  • the variable volume 14 is a bladder that is a synthetic rubber bag with good elasticity is used, it is connected to the pressure control tube (20).
  • the variable volume 14 expands when the pressure of the fluid in the pressure control tube 20 increases, and contracts when the pressure of the fluid in the pressure control tube 20 decreases.
  • the variable volume 14 is contracted, the portion occupied by the variable volume 14 in the receiver tank is reduced to increase the volume of the refrigerant storage 12.
  • the variable volume 14 is expanded, the portion occupied by the variable volume 14 in the receiver tank increases, thereby reducing the volume of the refrigerant storage 12.
  • the pressure regulator is provided separately from the refrigerant passage.
  • the pressure regulator communicates with the variable volume 14 and is closed to the outside.
  • the pressure control unit controls the pressure of the variable volume 14 while the fluid filled therein is evaporated and expanded by receiving the heat of the refrigerant exiting the compressor 2.
  • the pressure adjusting unit may include a heat exchanger 40 installed at the discharge side of the compressor 2 and a pressure control tube 20 for transmitting the pressure of the fluid in the heat exchanger tube 21 to be described later to the variable volume 14. Include.
  • the fluid may be the same as the refrigerant circulating in the refrigerating cycle, or a volume expansion coefficient larger than that of the refrigerant may be used. When the volume expansion coefficient of the fluid is large, since the fluid is well contracted or expanded by heat exchange, it may be well contracted or expanded of the variable volume 14 filled with the fluid.
  • the heat exchanger 40 includes a discharge pipe 41 of the compressor 2, the pressure control tube 20, a linear moving mechanism. In the heat exchange part 40, heat exchange is performed between the discharge pipe 41 and the pressure control pipe 20.
  • the discharge pipe 41 of the compressor 2 is provided to pass through the heat exchange part 40.
  • the refrigerant compressed by the high temperature and high pressure in the compressor 2 passes through the discharge pipe 41 of the compressor 2.
  • the pressure control tube 20 is composed of a heat exchange tube 21 and a capillary tube 22.
  • the pressure regulating tube 20 is formed of the capillary tube 22 in the entire section except for the portion connected to the discharge pipe 41 of the compressor 2 and the portion communicating with the variable volume 14.
  • the capillary tube 22 speeds up the pressure transfer rate, and the pressure control tube 20 has an abnormal state, that is, a state in which both a liquid fluid and a gaseous fluid exist.
  • the liquid fluid is collected on the heat exchange tube 21 side, and when the liquid is in contact with the discharge pipe 41, the heat is transferred from the hot refrigerant flowing through the discharge pipe 41 to evaporate and expand.
  • the linear movement mechanism adjusts the distance between the heat exchange pipe 21 and the compressor 2 to the discharge pipe 41.
  • the linear movement mechanism moves linearly in the direction in which the heat exchange tube 21 is in contact with or separated from the discharge pipe 41 of the compressor 2.
  • the linear movement mechanism includes a rack 24 coupled to the heat exchange tube 21, a pinion 26 engaged with the rack, and a motor 28 for rotating the pinion 26.
  • the rack 24 is coupled to one side of the heat exchanger tube 21 to linearly move when the pinion 26 is rotated by the driving of the motor 28.
  • the rack 24 is coupled to the heat exchange tube 21 in the present embodiment, for example, but is not limited thereto.
  • the pinion 26 may be coupled to the heat exchange tube 21.
  • the position of the discharge pipe 41 is fixed and the heat exchange pipe 21 is linearly moved, for example, but not limited thereto, and the position of the heat exchange pipe 21 is fixed, It is also possible to linearly move the discharge pipe 41, and of course, it is also possible to linearly move both the heat exchange pipe 21 and the discharge pipe 41.
  • the motor 28 is a motor capable of bidirectional rotation, the rotation direction is changed according to the signal of the control unit 60.
  • the refrigeration cycle further includes a temperature sensor 31 for measuring the temperature T of the outlet refrigerant of the condenser 4 and a pressure sensor 32 for measuring the pressure P of the outlet refrigerant of the condenser 4. do.
  • the control unit 60 calculates the subcooling degree according to the values detected from the temperature sensor 31 and the pressure sensor 32, compares the calculated subcooling degree with a preset subcooling range, and accordingly To control operation.
  • the control unit 60 controls the operation of the motor 28 in accordance with the degree of supercooling, but is not limited thereto, but the present invention is not limited thereto. It is of course also possible to adjust the volume of the variable volume receiver 10 by controlling its operation.
  • the temperature T and the pressure P of the outlet refrigerant of the condenser 4 are measured.
  • the temperature sensor 31 measures the temperature T of the outlet refrigerant of the condenser 4.
  • the pressure sensor 32 measures the pressure P of the outlet refrigerant of the condenser 4.
  • the saturation temperature Tsat of the refrigerant can be known from the pressure P of the refrigerant measured by the pressure sensor 32.
  • the subcooling degree may be calculated by calculating a difference between the saturation temperature Tsat of the refrigerant and the measured temperature T. (S3) The calculated subcooling value is compared with a preset subcooling value. (S4) When the two values are different from each other, the pressure adjusting unit is controlled to contract or expand the variable volume 14, thereby decreasing or increasing the volume of the refrigerant storage unit 12.
  • the refrigerant storage unit ( 12) The change in volume, except for the amount of refrigerant stored in the variable volume receiver 10, the compressor (2), the condenser (4), the expansion valve (8), the evaporator (6) and their connection
  • the actual charge amount of the cycle defined as the sum of the amount of refrigerant charged in the pipe is changed, which in turn leads to a change in the supercooling degree, and thus the subcooling degree can be controlled through the control of the pressure adjusting unit.
  • the volume of the variable volume 14 in the variable volume receiver 10 is reduced, and the volume of the refrigerant storage 12 is increased to increase the amount of refrigerant stored in the refrigerant storage 12.
  • the discharge pipe 41 and the heat exchange tube 21 of the compressor 2 in the heat exchange unit 40 are spaced apart from each other to prevent heat exchange.
  • the motor 28 is rotated clockwise, the rack 24 is reversed, and the heat exchange tube 21 is spaced apart from the discharge pipe 41.
  • the fluid in the heat exchange tube 21 does not receive heat from the discharge pipe 41, and the fluid in the pressure control tube 20 is reduced. Will maintain the room temperature. At room temperature, the fluid is a two-phase fluid mixed with a liquid phase and a gaseous phase.
  • variable volume 14 Since the pressure is lower than that of the condenser outlet refrigerant, the pressure inside the variable volume 14 is also reduced, so that the variable volume 14 contracts. do.
  • the volume of the refrigerant storage unit 12 is relatively increased, so that the amount of refrigerant that can be stored in the variable volume receiver 10 is increased.
  • the amount of refrigerant stored in the variable volume receiver 10 increases, the actual amount of charge in the refrigeration cycle is reduced, and the amount of refrigerant inside the condenser 4 is also reduced. Therefore, the subcooling degree of the refrigerant is reduced, so that it is adjusted to the preset subcooling range.
  • the volume of the variable volume 14 in the variable volume receiver 10 is increased, and the volume of the refrigerant storage 12 is reduced, thereby reducing the amount of refrigerant stored in the refrigerant storage 12.
  • the discharge pipe 41 and the heat exchange tube 21 of the compressor 2 in the heat exchange unit 40 contact each other to allow heat exchange.
  • the motor 28 is rotated counterclockwise, the rack 24 is advanced, and the heat exchange tube 21 is advanced toward the discharge pipe 41 to be in contact with each other.
  • the heat exchange tube 21 and the discharge pipe 41 is in contact, the fluid in the heat exchange tube 21 receives heat from a high temperature refrigerant passing through the discharge pipe 41.
  • the temperature of the fluid in the pressure control pipe 20 rises and the liquid fluid evaporates, so that the ratio of the gaseous fluid increases.
  • variable volume 14 When the variable volume 14 is inflated to increase the volume, the volume of the refrigerant storage 12 is relatively reduced. When the volume of the refrigerant storage unit 12 decreases, so that the amount of refrigerant that can be stored in the variable volume receiver 10 decreases, the actual charge amount increases, and the amount of the refrigerant inside the condenser 4 increases. As a result, the supercooling degree of the refrigerant is increased.
  • the volume of the refrigerant storage unit 12 can be reduced or increased, thereby adjusting the supercooling degree of the refrigerant to a predetermined range.
  • FIG. 6 is a view showing the operation of the heat exchanger according to the second embodiment of the present invention.
  • the heat exchange part according to the second embodiment of the present invention may include a seat 50 that linearly reciprocates between the discharge pipe 41 and the heat exchange pipe 21 of the compressor 2. It differs from 1st Example, and demonstrates it centering around a different point.
  • the sheet 50 may be a heat insulating sheet which insulates between the discharge pipe 41 and the heat exchange pipe 21, and transfers heat of the discharge pipe 41 to the heat exchange pipe 21. It is also possible. In the present embodiment, the sheet 50 is described as an insulating sheet to insulate between the discharge pipe 41 and the heat exchange pipe 21.
  • the heat exchange part further includes a linear movement mechanism for linearly reciprocating the sheet 50 between the discharge pipe 41 and the heat exchange pipe 21.
  • the linear movement mechanism includes a rack 51 integrally formed with the seat 50 or coupled to the seat 50, a pinion 42 engaged with the rack 51, and the pinion 42. And a motor 53 for rotating.
  • the present invention is not limited thereto, and the pinion 42 may be coupled to the rack 51.
  • the motor 53 is rotated counterclockwise.
  • the sheet 50 is moved downward.
  • the heat exchange tube 21 is provided to have elasticity in the direction toward the discharge pipe 41, and the heat exchange tube 21 and the discharge pipe 41 are in contact with each other to perform heat exchange.
  • the fluid in the heat exchange tube 21 receives heat from the discharge pipe 41 to evaporate and expand, thereby expanding the variable volume 14.
  • FIG. 7 is a view showing a state in which the volume of the refrigerant storage unit is increased in the refrigeration cycle according to the third embodiment of the present invention.
  • 8 is a view showing a state in which the volume of the refrigerant storage unit is reduced in the refrigeration cycle shown in FIG. 9 is a control block diagram of the refrigeration cycle shown in FIG.
  • the refrigerating cycle according to the third embodiment of the present invention further includes a refrigerant bypass flow path 110, a bypass valve 112, a heat exchange part 100, and a pressure control tube 20. Include.
  • the bypass flow path 110 bypasses the refrigerant from the discharge pipe of the compressor 2 to the heat exchange part 100 side.
  • a check valve 116 is installed at the outlet side of the bypass flow path 110.
  • the discharge pipe of the compressor 2 is provided with a flow control valve 114 for opening and closing the flow path.
  • heat exchange is performed between the refrigerant bypassed to the bypass flow path 110 and the heat exchange tube 21 of the pressure control tube 20.
  • the control unit 120 calculates the supercooling degree according to the temperature and pressure sensed by the temperature sensor 31 and the pressure sensor 32, compares the calculated subcooling degree with a preset subcooling and accordingly the bypass valve. 112 and the flow control valve 114.
  • the subcooling degree calculated according to the temperature and pressure sensed by the temperature sensor 31 and the pressure sensor 32 is greater than or equal to a preset subcooling degree, it is determined that the actual filling amount in the cycle is larger than the optimum filling amount.
  • the volume of the refrigerant storage portion 12 of the variable volume receiver 10 is increased.
  • the controller 120 closes the bypass valve 112 and opens the flow control valve 114 so that the refrigerant discharged from the compressor 2 is not bypassed to the bypass flow path 110. . Therefore, since the heat of the high temperature refrigerant discharged from the compressor 2 is not transferred to the fluid in the heat exchange tube 21, the fluid in the pressure control tube 20 maintains a normal temperature state. At room temperature, the fluid is a two-phase fluid mixed with a liquid phase and a gaseous phase. Since the pressure is lower than that of the condenser outlet refrigerant, the pressure inside the variable volume 14 is also reduced, so that the variable volume 14 contracts. do.
  • variable volume 14 When the variable volume 14 is contracted, the volume of the refrigerant storage unit 12 is relatively increased, so that the amount of refrigerant that can be stored in the variable volume receiver 10 is increased. As the amount of refrigerant stored in the variable volume receiver 10 increases, the actual amount of charge in the refrigeration cycle is reduced, and the amount of refrigerant inside the condenser 4 is also reduced. Thus, the supercooling degree of the refrigerant is reduced.
  • the subcooling degree of the coolant may be reduced as described above to match the preset subcooling degree.
  • the calculated subcooling degree is less than the preset subcooling degree, it is determined that the actual filling amount is insufficient compared to the optimum filling amount and the volume of the refrigerant storage unit 12 of the variable volume receiver 10 is reduced.
  • the control unit 120 opens the bypass valve 112 and closes the flow control valve 114.
  • the refrigerant discharged from the compressor 2 is bypassed to the bypass flow path 110 so that heat of the high temperature refrigerant discharged from the compressor 2 is transferred to the fluid.
  • the temperature of the fluid in the pressure control pipe 20 is increased, the liquid phase fluid evaporates, the ratio of the gaseous fluid is increased.
  • the temperature and pressure inside the pressure control tube 20 increases, and the pressure inside the variable volume 14 also rises, thereby expanding the variable volume 14.
  • the variable volume 14 is inflated to increase the volume, the volume of the refrigerant storage 12 is relatively reduced.
  • the volume of the refrigerant storage unit 12 decreases, so that the amount of refrigerant that can be stored in the variable volume receiver 10 decreases, the actual charge amount increases, and the amount of the refrigerant inside the condenser 4 increases. As a result, the supercooling degree of the refrigerant is increased.
  • the subcooling degree of the refrigerant may be increased to match the preset subcooling degree as described above.
  • variable volume type accumulator 150 may be used as the variable volume receiver.
  • a variable volume body 153 which is a synthetic rubber bag, is installed on the upper side of the pressure tank 151, so that the fluid inside the pressure tank 151 and the fluid in the variable volume body 153 It is an isolated structure. As the variable volume 153 contracts or expands, the volume of the internal space 152 of the pressure tank is increased or decreased.
  • the linear movement mechanism includes a magnetic body (not shown) installed in any one of the pressure control pipe 20 and the discharge pipe 41 of the compressor 2, It is different from the third embodiment to include an electromagnet (not shown) installed in the other one, and a power supply unit for applying power to the electromagnet (not shown) according to the signal of the controller 120. Therefore, the control unit 120 controls the distance between the pressure control pipe 20 and the discharge pipe 41 of the compressor 2 by applying or cutting off power to the electromagnet (not shown), so that the compressor The pressure of the fluid in the pressure control tube 20 can be increased or decreased by using the heat of the discharge pipe 41 of (2).
  • FIG. 11 is a view showing a state in which the volume of the refrigerant storage unit is reduced in the refrigeration cycle according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view illustrating a state in which the volume of the refrigerant storage unit is increased in the refrigeration cycle shown in FIG. 11.
  • variable volume receiver 200 in the refrigeration cycle according to the fifth embodiment of the present invention, includes a receiver tank, a piston 210, and a linear moving mechanism in which a refrigerant storage unit 201 is formed. .
  • the piston 210 is coupled to the receiver tank so as to linearly reciprocate, and increases or decreases the volume of the refrigerant storage unit 201 while linearly reciprocating.
  • a sealing member is installed between the piston 210 and the receiver tank to prevent leakage of the refrigerant stored in the refrigerant storage unit 201.
  • the linear movement mechanism linearly moves the piston 210.
  • a rack 211 integrally formed or coupled to the rod of the piston 210, a pinion 212 engaged with the rack 211, and a motor 213 for rotating the pinion 212.
  • the volume of the refrigerant storage unit 201 of the variable volume receiver 200 is reduced.
  • the rack 211 moves downward while the piston 210 reduces the volume of the refrigerant storage unit 201.
  • the volume of the refrigerant storage unit 201 is reduced, the amount of refrigerant that can be stored in the refrigerant storage unit 201 is reduced.
  • the amount of the refrigerant that can be stored in the refrigerant storage unit 201 is reduced, the actual charge amount is increased, the amount of the refrigerant inside the condenser 4 is increased, the degree of supercooling of the refrigerant is increased.
  • the subcooling degree of the refrigerant may be increased to match the preset subcooling degree as described above.
  • the calculated subcooling degree is greater than or equal to the preset subcooling degree, it is determined that the actual filling amount is larger than the optimum filling amount and the volume of the refrigerant storage unit 201 of the variable volume receiver 200 is increased.
  • the subcooling degree of the coolant may be reduced as described above to match the preset subcooling degree.
  • variable volume receiver for a refrigeration cycle capable of optimal operation and a refrigeration cycle comprising the same.

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Description

냉동 사이클용 가변체적 리시버, 이를 포함하는 냉동 사이클 및 그의 제어방법
본 발명은 냉동 사이클용 가변체적 리시버, 이를 포함하는 냉동 사이클 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 운전조건에 따라 리시버의 체적을 가변시켜 적절한 과냉각도를 확보하여 최적의 운전이 가능한 냉동 사이클용 가변체적 리시버, 이를 포함하는 냉동 사이클 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉동 사이클의 운전 중에는 외기 온도 등의 운전 조건이 다양하게 변화하는데, 이에 따라 사이클 구동에 필요한 적정 냉매량도 함께 변화하게 된다. 이와 관련하여, 냉매 충전량은 요구되는 적정량이 많은 경우를 기준으로 결정하며, 운전중 잉여량이 발생하면 리시버(Receiver)에 저장한다. 이와 같이, 상기 리시버는 다양한 조건에서 사이클이 안정적으로 운전될 수 있도록 하는 역할을 수행하나, 저장 가능한 공간이 미리 정해지므로, 공간에 여유가 있도록 선정된다.
한편, 냉동 사이클은 주어진 조건하에서 성능을 극대화시킬 수 있는 최적 과열도 및 최적 과냉각도가 각각 존재한다. 과열도의 경우 전자식 팽창밸브 등을 이용하여 제어할 수 있으나, 냉매 충전량에 영향을 받는 과냉각도의 경우, 일반적으로 제어하지 않는다. 특히, 상기 리시버를 적용한 시스템의 경우, 리시버의 여유 공간 때문에 과냉각도를 능동적으로 제어할 수 없으므로, 사이클의 성능을 극대화 시킬 수 있는 최적 과냉각도 상태에서의 운전을 보장할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 선행특허 JP 2550632에서는 상기 냉동 사이클을 순환하는 냉매를 직접 이용하여 상기 리시버 내부의 냉매 저장 공간의 체적을 증감시키나, 압축기 토출측 냉매를 이용할 경우에는 가변 용량체의 체적을 줄이기 위한 제어동작이 원활하지 못하고, 압축기 흡입측 냉매를 이용하였을 경우에는 가변 용량체의 체적을 늘리기 위한 제어동작이 원활하지 못한 문제점이 있으며, 상기 냉동 사이클을 순환하는 냉매를 직접 이용하기 때문에 냉동 용량이 감소할 우려가 있으므로, 실제 실시에 있어 유용성 측면에서 매우 제한적인 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 운전 조건에 따라 저장할 수 있는 냉매량의 제어가 가능하여 사이클의 과냉각도를 능동적으로 제어함으로써, 최적의 운전이 가능해질 수 있는 냉동 사이클용 가변체적 리시버, 이를 포함하는 냉동 사이클 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 냉동 사이클용 가변체적 리시버는, 냉매 유로와 연결되고, 상기 냉매 유로를 통과하는 냉매가 일시 저장되는 냉매 저장공간을 형성하는 리시버 탱크와, 상기 리시버 탱크 내에 구비되고, 수축 또는 팽창되면서 상기 냉매 저장 공간의 체적을 줄이거나 늘리는 가변 체적체와, 상기 냉매 유로와 별도로 설치되고, 상기 가변 체적체와 연통되고 외부와는 밀폐되어, 내부에 충진된 유체가 상기 냉동 사이클의 압축기 출구 냉매의 열을 전달받아 상기 가변 체적체 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부와, 운전 조건에 따라 상기 압력 조절부를 제어하여, 상기 냉매 저장공간의 체적을 가변시켜 상기 냉매 저장공간에 저장될 수 있는 냉매량을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 냉동 사이클용 가변체적 리시버는, 냉매 유로와 연결되고, 상기 냉매 유로를 통과하는 냉매가 일시 저장되는 냉매 저장공간을 형성하는 리시버 탱크와; 상기 리시버 탱크에 직선 왕복운동 가능토록 결합되어, 직선 왕복운동하면서 상기 냉매 저장공간의 체적을 줄이거나 늘리는 피스톤과; 상기 피스톤을 직선 왕복 운동시키는 직선이동기구와; 운전 조건에 따라 상기 직선이동기구를 제어하여, 상기 냉매 저장공간의 체적을 가변시켜 상기 냉매 저장공간에 저장될 수 있는 냉매량을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 냉동 사이클은, 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기 및 제어부를 포함하는 냉동 사이클에 있어서, 상기 응축기와 상기 팽창기구를 연결하는 냉매 유로상에 설치되고, 상기 응축기 출구 냉매가 일시 저장되는 냉매 저장부와, 상기 냉매 유로와 별도로 설치되고 외부와 밀폐된 압력 조절부에 의해 수축 또는 팽창되면서 상기 냉매 저장부의 체적을 조절하는 체적 조절부로 구획 형성된 가변 체적 리시버를 더 포함하고,, 상기 제어부는 운전조건에 따라 상기 체적 조절부 내 유체의 압력을 제어하여, 상기 냉매 저장부의 체적을 가변시켜 상기 가변 체적 리시버에 저장되는 냉매량을 제어한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 냉동 사이클은, 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기 및 제어부를 포함하는 냉동 사이클에 있어서, 상기 응축기와 상기 팽창기구를 연결하는 냉매 유로 상에 설치되고, 상기 응축기 출구 냉매가 일시 저장되는 냉매 저장공간을 형성하는 리시버 탱크와, 상기 리시버 탱크 내에 구비되고, 수축 또는 팽창되면서 상기 냉매 저장 공간의 체적을 줄이거나 늘리는 가변 체적체와, 상기 냉매 유로와 별도로 설치되고 상기 가변 체적체와 연통되고 외부와는 밀폐되어, 내부에 충진된 유체가 상기 압축기 출구 냉매의 열을 전달받아 상기 가변 체적체 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부를 포함하는 가변 체적 리시버를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 응축기 출구 냉매의 온도와 압력에 따라 과냉각도를 산출하고, 산출된 과냉각도에 따라 상기 압력 조절부를 제어한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 냉동 사이클은, 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기 및 제어부를 포함하는 냉동 사이클에 있어서, 냉매 유로와 연결되고, 상기 냉매 유로를 통과하는 냉매가 일시 저장되는 냉매 저장공간을 형성하는 리시버 탱크와, 상기 리시버 탱크에 직선 왕복운동 가능토록 결합되어, 직선 왕복운동하면서 상기 냉매 저장공간의 체적을 줄이거나 늘리는 피스톤과, 상기 피스톤을 직선 왕복 운동시키는 직선이동기구로 구성된 가변 체적 리시버를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 응축기 출구 냉매의 온도와 압력에 따라 과냉각도를 산출하고, 산출된 과냉각도에 따라 상기 직선이동기구를 제어한다.
본 발명에 따른 냉동 사이클의 제어방법은, 응축기 출구 냉매의 온도와 압력을 측정하여, 과냉각도를 산출하는 과냉각도 산출단계와, 상기 산출된 과냉각도에 따라 상기 가변체적 리시버의 체적 조절부 내에 충전된 유체가 상기 압축기 출구 냉매의 열을 전달받아 상기 가변체적 리시버의 냉매 저장부의 체적을 증감시키는 체적 조절단계와, 상기 체적 조절단계는, 상기 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도 이상이면, 상기 체적 조절부 내에 충전된 유체에 상기 압축기 출구 냉매의 열이 전달되는 것을 차단하여, 상기 체적 조절부 내의 압력을 감소시키고 상기 냉매 저장부의 체적을 증가시키는 과정과, 상기 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도 미만이면, 상기 체적 조절부 내에 충전된 유체가 상기 압축기 출구 냉매의 열을 전달받아 상기 체적 조절부 내의 압력을 증가시키고 상기 냉매 저장부의 체적을 감소시키는 과정을 포함한다.
본 발명에 따른 냉동 사이클용 가변체적 리시버는, 외기 온도나 부하측 온도 등의 운전조건 변화에 따라 냉매를 저장할 수 있는 용량을 조절하는 것이 가능하여, 운전조건 변화가 발생하더라도 적정 과냉각도를 확보할 수 있기 때문에 외기 온도 및 부하측 온도 변화에 관계없이 항상 최적의 운전이 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 냉동 사이클용 가변체적 리시버는, 압축기에서 토출된 고온 냉매의 열을 이용하여, 압력 조절관의 유체 압력을 증가시켜 가변 체적체를 팽창시키도록 구성되기 때문에, 상기 압력 조절관 내 유체 압력을 증가시키기 위한 별도의 열원이나 기구 등이 필요하지 않는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 냉동 사이클용 가변체적 리시버는 가변 체적체를 수축 또는 팽창시킬 때 냉동 사이클을 순환하는 냉매를 사용하지 않고 별도의 유체를 사용하기 때문에, 압축기로부터 토출된 냉매를 손실 없이 전량 응축기로 유입 시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉동 사이클에서, 냉매 저장부의 체적이 증가한 상태가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉동 사이클에서 냉매 저장부의 체적이 감소한 상태가 도시된 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 열교환부의 작동이 도시된 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 냉동 사이클의 제어 블록도이다.
도 5는 도 1에 도시된 냉동 사이클의 제어 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환부의 작동이 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 냉동 사이클에서, 냉매 저장부의 체적이 증가한 상태가 도시된 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 냉동 사이클에서, 냉매 저장부의 체적이 감소한 상태가 도시된 도면이다.
도 9는 도 7에 도시된 냉동 사이클의 제어 블록도이다.
도 10은 도 7에 도시된 가변 체적 리시버의 변형예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 냉동 사이클에서, 냉매 저장부의 체적이 감소한 상태가 도시된 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 냉동 사이클에서, 냉매 저장부의 체적이 증가한 상태가 도시된 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 가변 체적 리시버를 포함하는 냉동 사이클에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉동 사이클에서, 냉매 저장부의 체적이 증가한 상태가 도시된 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 냉동 사이클에서 냉매 저장부의 체적이 감소한 상태가 도시된 도면이다. 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 열교환부의 작동이 도시된 도면이다. 도 4는 도 1에 도시된 냉동 사이클의 제어 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 냉동 사이클은, 압축기(2), 응축기(4), 가변 체적 리시버(10), 팽창밸브(8), 증발기(6)를 포함한다.
상기 가변 체적 리시버(10)는 상기 응축기(4)와 상기 팽창밸브(8)를 연결하는 냉매 유로 상에 설치된다. 상기 가변 체적 리시버(10)는 상기 응축기(4) 출구 냉매가 일시 저장되는 냉매 저장부(12)를 형성하는 리시버 탱크와, 상기 리시버 탱크 내에 구비되고 수축 또는 팽창되는 가변 체적체(Bladder)(14)와, 상기 가변 체적체(14)를 수축 또는 팽창시키기 위해 후술하는 압력 조절관(20) 내에 충전된 유체의 압력을 제어하는 압력 조절부를 포함한다.
상기 리시버 탱크는 상기 냉매 유로와 연결되어, 상기 응축기(4)에서 나온 액냉매를 일시 저장한 후 상기 팽창밸브(8)로 보낸다.
상기 가변 체적체(14)는 탄성이 좋은 합성 고무 주머니인 블래더가 사용되고, 상기 압력 조절관(20)에 연결된다. 상기 가변 체적체(14)는 상기 압력 조절관(20) 내 유체의 압력이 증가하면 팽창되고, 상기 압력 조절관(20) 내 유체의 압력이 감소하면 수축된다. 상기 가변 체적체(14)가 수축되면, 상기 리시버 탱크 내부에서 상기 가변 체적체(14)가 차지하는 부분이 줄어들어 상기 냉매 저장부(12)의 체적이 증가된다. 상기 가변 체적체(14)가 팽창되면, 상기 리시버 탱크 내부에서 상기 가변 체적체(14)가 차지하는 부분이 늘어나게 되어 상기 냉매 저장부(12)의 체적이 감소된다.
상기 압력 조절부는, 상기 냉매 유로와는 별도로 설치된다. 상기 압력 조절부는 상기 가변 체적체(14)와 연통되고 외부와는 밀폐된다. 상기 압력 조절부는 내부에 충전된 유체가 상기 압축기(2) 출구 냉매의 열을 전달받아 증발 및 팽창하면서 상기 가변 체적체(14)의 압력을 조절한다. 상기 압력 조절부는, 상기 압축기(2)의 토출측에 설치된 열교환부(40)와, 후술하는 열교환관(21) 내 유체의 압력을 상기 가변 체적체(14)로 전달하는 압력 조절관(20)을 포함한다. 상기 유체는 상기 냉동 사이클을 순환하는 냉매와 동일한 것이 사용되는 것도 가능하고, 상기 냉매보다 체적 팽창 계수가 큰 것이 사용되는 것도 가능하다. 상기 유체의 체적 팽창 계수가 클 경우, 열교환에 의해 상기 유체의 수축 또는 팽창이 잘 이루어지기 때문에 상기 유체가 충전된 상기 가변 체적체(14)의 수축 또는 팽창도 잘 이루어질 수 있다.
상기 열교환부(40)는 상기 압축기(2)의 토출배관(41), 상기 압력 조절관(20), 직선 이동기구를 포함한다. 상기 열교환부(40)에서는 상기 토출배관(41)과 상기 압력 조절관(20)사이의 열교환이 이루어진다.
상기 압축기(2)의 토출배관(41)은 상기 열교환부(40)를 통과하도록 구비된다. 상기 압축기(2)의 토출배관(41)에는 상기 압축기(2)에서 고온 고압으로 압축된 냉매가 통과한다.
상기 압력 조절관(20)은, 열교환관(21)과 모세관(22)으로 이루어진다. 상기 압력 조절관(20)은 상기 압축기(2)의 토출배관(41)과 연결되는 부분과 상기 가변 체적체(14)에 연통되는 부분을 제외하고는 전 구간이 상기 모세관(22)으로 이루어진 것으로 설명한다. 상기 모세관(22)은 압력 전달 속도를 빠르게 하며, 상기 압력 조절관(20) 내부는 이상 상태, 즉, 액상 유체와 기상 유체가 모두 존재하는 상태이다. 상기 열교환관(21)측에는 액상 유체가 모여 있는데, 상기 토출배관(41)과 접촉시 상기 토출배관(41) 내부를 흐르는 고온 냉매의 열을 전달 받아 증발 및 팽창된다.
상기 직선 이동기구는 상기 열교환관(21)과 상기 압축기(2)가 토출배관(41)사이의 간격을 조절한다. 상기 직선 이동기구는 상기 열교환관(21)을 상기 압축기(2) 토출배관(41)에 접촉시키거나 이격시키는 방향으로 직선 이동하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 직선 이동기구는, 상기 열교환관(21)에 결합된 랙(24)과, 상기 랙에 치합되는 피니언(26)과, 상기 피니언(26)을 회전시키는 모터(28)를 포함한다. 상기 랙(24)은 상기 열교환관(21)의 일측에 결합되어, 상기 모터(28)의 구동에 의해 상기 피니언(26)의 회전시 직선 이동하게 된다.
상기와 같이, 본 실시예에서는 상기 열교환관(21)에 랙(24)이 결합된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 열교환관(21)에 피니언(26)이 결합되는 것도 물론 가능하다. 또한, 본 실시예에서는 상기 토출배관(41)의 위치는 고정되고 상기 열교환관(21)이 직선 이동하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 열교환관(21)의 위치가 고정되고, 상기 토출배관(41)을 직선 이동시키는 것도 가능하고, 상기 열교환관(21)과 상기 토출배관(41)을 모두 직선 이동시키는 것도 물론 가능하다.
상기 모터(28)는 양방향 회전이 가능한 모터가 사용되고, 제어부(60)의 신호에 따라 회전방향이 바뀐다.
상기 냉동 사이클은, 상기 응축기(4) 출구 냉매의 온도(T)를 측정하는 온도 센서(31)와, 상기 응축기(4) 출구 냉매의 압력(P)을 측정하는 압력 센서(32)를 더 포함한다.
상기 제어부(60)는 상기 온도 센서(31)와 압력 센서(32)로부터 감지된 값에 따라 과냉각도를 산출하고, 산출된 과냉각도와 미리 설정된 과냉각도 범위를 비교하여 그에 따라 상기 모터(28)의 작동을 제어한다. 본 실시예에서는, 상기 제어부(60)가 과냉각도에 따라 상기 모터(28)의 작동을 제어하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 외기 온도나 기타 운전 조건 등에 따라 상기 모터(28)의 작동을 제어하여 상기 가변 체적 리시버(10)의 체적을 조절하는 것도 물론 가능하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 제어방법을 설명하면, 다음과 같다.
도 5를 참조하면, 상기 응축기(4) 출구 냉매의 온도(T)와 압력(P)을 측정한다.(S1) 상기 온도 센서(31)는 상기 응축기(4) 출구 냉매의 온도(T)를 측정하고, 상기 압력 센서(32)는 상기 응축기(4) 출구 냉매의 압력(P)을 측정한다. 상기 압력 센서(32)에서 측정된 냉매의 압력(P)으로부터, 냉매의 포화 온도(Tsat)를 알 수 있다.(S2)
상기 냉매의 포화 온도(Tsat)와 측정된 온도(T)의 차이를 계산하여, 과냉각도를 계산할 수 있다.(S3) 산출된 과냉각도 값과 미리 설정된 과냉각도 값이 같은지의 여부를 비교한다.(S4) 두 값이 서로 다르면 상기 압력 조절부를 제어하여 상기 가변 체적체(14)를 수축 또는 팽창시킴으로서, 상기 냉매 저장부(12)의 체적을 감소 또는 증가시킨다.(S5) 상기 냉매 저장부(12) 체적의 변화는, 상기 가변체적 리시버(10) 내부에 저장된 냉매량을 제외하고, 상기 압축기(2), 상기 응축기(4), 상기 팽창밸브(8), 상기 증발기(6) 및 이들의 연결배관 내부에 충전된 냉매량의 합으로 정의하는 사이클의 실질 충전량을 변화시키는데, 이는 결국 과냉각도의 변화를 가져오므로, 상기 압력 조절부의 제어를 통하여 상기 과냉각도를 제어할 수 있다.
이 때, 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도 이상이면, 상기 실질 충전량이 최적 충전량에 비해 많다고 판단한다. 따라서, 상기 가변 체적 리시버(10)내의 가변 체적체(14)의 체적을 감소시키고, 상기 냉매 저장부(12)의 체적을 늘려 상기 냉매 저장부(12)에 저장되는 냉매의 양을 늘린다.
도 2 및 도 3(a)을 참조하면, 상기 가변 체적체(14)의 체적을 감소시키기 위해서는 상기 열교환부(40)에서 상기 압축기(2)의 토출배관(41)과 상기 열교환관(21)을 서로 이격시켜 열교환이 이루어지지 않도록 한다. 상기 모터(28)를 시계방향으로 회전시키면, 상기 랙(24)이 후진하게 되고, 상기 열교환관(21)이 상기 토출배관(41)으로부터 이격된다. 상기 열교환관(21)과 상기 토출배관(41)이 서로 이격되면, 상기 상기 열교환관(21)내의 유체가 상기 토출배관(41)으로부터 열을 전달받지 못하고, 상기 압력 조절관(20)내의 유체는 상온 상태를 유지하게 된다. 상온 상태에서 상기 유체는 액상과 기상이 혼합된 2상의 유체이고, 응축기 출구 냉매에 비해 압력이 낮으므로 상기 가변 체적체(14) 내부의 압력도 줄어들게 되어, 상기 가변 체적체(14)는 수축하게 된다. 상기 가변 체적체(14)가 수축되면, 상대적으로 상기 냉매 저장부(12)의 체적이 늘어나게 되므로, 상기 가변 체적 리시버(10)에 저장될 수 있는 냉매의 양이 증가한다. 상기 가변 체적 리시버(10)에 저장되는 냉매의 양이 증가하면, 상기 냉동 사이클 내의 상기 실질 충전량이 줄어들게 되고, 상기 응축기(4) 내부 냉매의 양도 감소한다. 따라서, 냉매의 과냉각도가 감소하여, 미리 설정된 과냉각도 범위로 조절된다.
한편, 계산된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도 미만이면, 냉동 사이클 내의 상기 실질 충전량을 늘려야 한다고 판단한다. 따라서, 상기 가변 체적 리시버(10)내의 가변 체적체(14)의 체적을 증가시키고, 상기 냉매 저장부(12)의 체적을 줄여, 상기 냉매 저장부(12)에 저장되는 냉매의 양을 줄인다.
도 1 및 도 3(b)을 참조하면, 상기 가변 체적체(14)의 체적을 증가시키기 위해서는 상기 열교환부(40)에서 상기 압축기(2)의 토출배관(41)과 상기 열교환관(21)을 서로 접촉시켜 열교환이 이루어지도록 한다. 상기 모터(28)를 반시계방향으로 회전시키면, 상기 랙(24)이 전진하게 되고, 상기 열교환관(21)이 상기 토출배관(41)을 향해 전진하여 서로 접촉된다. 상기 열교환관(21)과 상기 토출배관(41)이 접촉하면, 상기 열교환관(21)내의 유체가 상기 토출배관(41) 내부를 통과하는 고온의 냉매로부터 열을 전달받는다. 상기 토출배관(41)으로부터 전달받은 열에 의해 상기 압력 조절관(20)내의 유체의 온도가 올라가고 액상 유체가 증발되면서 기상 유체의 비율이 높아지게 된다. 따라서, 상기 압력 조절관(20) 내부의 온도 및 압력이 증가하고, 상기 가변 체적체(14) 내부의 압력도 상승하게 되어, 상기 가변 체적체(14)가 팽창된다. 상기 가변 체적체(14)가 부풀려져서 체적이 증가되면, 상기 냉매 저장부(12)의 체적은 상대적으로 줄어들게 된다. 상기 냉매 저장부(12)의 체적이 줄어들어, 상기 가변 체적 리시버(10)에 저장될 수 있는 냉매의 양이 줄어들게 되면, 상기 실질 충전량이 증가하고, 상기 응축기(4) 내부 냉매의 양이 증가하여, 냉매의 과냉각도가 증가하게 된다.
상기와 같이, 상기 가변 체적체(14)의 체적을 수축 또는 팽창시킴으로써, 상기 냉매 저장부(12)의 체적을 감소 또는 증가시킬 수 있고, 그에 따라 냉매의 과냉각도를 미리 설정된 범위로 맞출 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환부의 작동이 도시된 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환부는, 상기 압축기(2)의 토출배관(41)과 상기 열교환관(21) 사이를 직선 왕복 운동하는 시트(50)가 설치된 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 시트(50)는 상기 토출배관(41)과 상기 열교환관(21) 사이를 단열시키는 단열 시트인 것도 가능하고, 상기 토출배관(41)의 열을 상기 열교환관(21)으로 전달하는 전열시트인 것도 가능하다. 본 실시예에서는, 상기 시트(50)는 상기 토출배관(41)과 상기 열교환관(21) 사이를 단열시키는 단열 시트인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 열교환부는, 상기 시트(50)를 상기 토출배관(41)과 상기 열교환관(21)사이로 직선 왕복 운동시키는 직선 이동 기구를 더 포함한다. 상기 직선 이동 기구는, 상기 시트(50)와 일체로 형성되거나 상기 시트(50)에 결합된 랙(51)과, 상기 랙(51)과 치합되는 피니언(42)과, 상기 피니언(42)을 회전시키는 모터(53)를 포함한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 랙(51)에 피니언(42)이 결합되는 것도 물론 가능하다.
상기와 같이 구성된 열교환부는, 상기 토출배관(41)과 상기 열교환관(21)을 열교환시키고자 할 경우, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 상기 모터(53)를 반시계방향으로 회전시켜 상기 시트(50)를 하향 이동시킨다. 상기 열교환관(21)은 상기 토출배관(41)을 향한 방향으로 탄성을 갖도록 구비되어, 상기 열교환관(21)과 상기 토출배관(41)은 서로 접촉되어, 열교환이 이루어진다. 상기 열교환관(21)내의 유체는 상기 토출배관(41)으로부터 열을 전달받아 증발 및 팽창하여, 상기 가변 체적체(14)를 팽창시킨다.
한편, 상기 토출배관(41)과 상기 열교환관(21)을 열교환시키지 않을 경우, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 상기 모터(53)를 시계방향으로 회전시킨다. 상기 모터(53)가 시계방향으로 회전하면, 상기 시트(50)가 상향 이동하면서 상기 토출배관(41)과 상기 열교환관(21)사이로 들어가게 되어, 상기 토출배관(41)의 열이 상기 열교환관(21)으로 전달되는 것을 방지한다. 상기 열교환관(21)으로 열이 전달되지 않으면, 상기 열교환관(21)내의 유체는 냉각 및 수축되어, 상기 가변 체적체(14)도 수축된다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 냉동 사이클에서, 냉매 저장부의 체적이 증가한 상태가 도시된 도면이다. 도 8은 도 7에 도시된 냉동 사이클에서, 냉매 저장부의 체적이 감소한 상태가 도시된 도면이다. 도 9는 도 7에 도시된 냉동 사이클의 제어 블록도이다.
도 7 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 3실시예에 따른 냉동 사이클은 냉매 바이패스 유로(110), 바이패스 밸브(112), 열교환부(100), 압력 조절관(20)을 더 포함한다.
상기 바이패스 유로(110)는 상기 압축기(2)의 토출배관에서 나온 냉매를 열교환부(100)측으로 바이패스한다. 상기 바이패스 유로(110)의 출구측에는 체크밸브(116)가 설치된다.
상기 바이패스 밸브(112)는 제어부(120)의 신호에 따라 상기 바이패스 유로(110)를 개폐시키는 밸브이다.
상기 압축기(2)의 토출배관에는 유로를 개폐하는 유량 조절 밸브(114)가 설치된다.
상기 열교환부(100)에서는 상기 바이패스 유로(110)로 바이패스된 냉매와 상기 압력 조절관(20)의 열교환관(21)사이에 열교환이 이루어진다.
상기 제어부(120)는 상기 온도센서(31)와 상기 압력센서(32)에서 감지된 온도와 압력에 따라 과냉각도를 산출하고, 산출된 과냉각도를 미리 설정된 과냉각도와 비교하여 그에 따라 상기 바이패스 밸브(112)와 상기 유량 조절 밸브(114)를 제어한다.
상기와 같이 구성된 제 3실시예에 따른 냉동 사이클의 제어방법을 상기 제 1실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
먼저, 상기 온도센서(31)와 상기 압력센서(32)에서 감지된 온도와 압력에 따라 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도 이상이면, 사이클 내 상기 실질 충전량이 최적 충전량에 비해 많은 것으로 판단하고 상기 가변 체적 리시버(10)의 냉매 저장부(12)의 체적을 늘린다.
상기 제어부(120)는 상기 바이패스 밸브(112)를 닫고, 상기 유량 조절밸브(114)를 개방하여, 상기 압축기(2)에서 토출된 냉매가 상기 바이패스 유로(110)로 바이패스되지 않도록 한다. 따라서, 상기 압축기(2)에서 토출된 고온의 냉매의 열이 상기 열교환관(21)내의 유체로 전달되지 않기 때문에, 상기 압력 조절관(20)내의 유체는 상온 상태를 유지하게 된다. 상온 상태에서 상기 유체는 액상과 기상이 혼합된 2상의 유체이고, 응축기 출구 냉매에 비해 압력이 낮으므로 상기 가변 체적체(14) 내부의 압력도 줄어들게 되어, 상기 가변 체적체(14)는 수축하게 된다. 상기 가변 체적체(14)가 수축되면, 상대적으로 상기 냉매 저장부(12)의 체적이 늘어나게 되므로, 상기 가변 체적 리시버(10)에 저장될 수 있는 냉매의 양이 증가한다. 상기 가변 체적 리시버(10)에 저장되는 냉매의 양이 증가하면, 상기 냉동 사이클 내의 상기 실질 충전량이 줄어들게 되고, 상기 응축기(4) 내부 냉매의 양도 감소한다. 따라서, 냉매의 과냉각도가 감소한다.
따라서, 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도보다 높을 경우, 상기와 같이 냉매의 과냉각도를 감소시켜 미리 설정된 과냉각도로 맞출 수 있다.
한편, 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도 미만이면, 상기 실질 충전량이 최적 충전량에 비해 부족하다고 판단하고 상기 가변 체적 리시버(10)의 냉매 저장부(12)의 체적을 줄인다.
상기 제어부(120)는 상기 바이패스 밸브(112)를 열고, 상기 유량 조절밸브(114)를 닫는다. 상기 압축기(2)에서 토출된 냉매가 상기 바이패스 유로(110)로 바이패스되어, 상기 압축기(2)에서 토출된 고온 냉매의 열이 상기 유체로 전달된다. 상기 토출배관(41)으로부터 전달받은 열에 의해, 상기 압력 조절관(20)내 유체의 온도는 상승하고, 액상 유체가 증발되면서 기상 유체의 비율이 높아지게 된다. 따라서, 상기 압력 조절관(20) 내부의 온도 및 압력이 증가하고, 상기 가변 체적체(14) 내부의 압력도 상승하게 되어, 상기 가변 체적체(14)가 팽창된다. 상기 가변 체적체(14)가 부풀려져서 체적이 증가되면, 상기 냉매 저장부(12)의 체적은 상대적으로 줄어들게 된다. 상기 냉매 저장부(12)의 체적이 줄어들어, 상기 가변 체적 리시버(10)에 저장될 수 있는 냉매의 양이 줄어들게 되면, 상기 실질 충전량이 증가하고, 상기 응축기(4) 내부 냉매의 양이 증가하여, 냉매의 과냉각도가 증가하게 된다.
따라서, 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도보다 작을 경우, 상기와 같이 냉매의 과냉각도를 증가시켜 미리 설정된 과냉각도로 맞출 수 있다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 가변 체적 리시버로서 가변 체적체 타입 어큐뮬레이터(Bladder type accumulator)(150)가 이용될 수 있다. 상기 가변 체적체 타입 어큐뮬레이터는 압력 탱크(151)의 내부 상측에 합성 고무 주머니인 가변 체적체(153)가 설치되어, 상기 압력 탱크(151) 내부의 유체와 상기 가변 체적체(153)내의 유체가 격리되는 구조이다. 상기 가변 체적체(153)가 수축 또는 팽창되면서, 상기 압력 탱크의 내부 공간(152)의 체적이 증가 또는 감소된다.
한편, 본 발명의 제 4실시예에 따른 가변 체적 리시버에서 직선 이동 기구는, 압력 조절관(20)과 상기 압축기(2)의 토출배관(41) 중 어느 하나에 설치된 자성체(미도시)와, 나머지 하나에 설치된 전자석(미도시)과, 상기 제어부(120)의 신호에 따라 상기 전자석(미도시)에 전원을 인가하는 전원 공급부를 포함하는 것이 상기 제 3실시예와 상이하다. 따라서, 상기 제어부(120)는 상기 전자석(미도시)에 전원을 인가 또는 차단함으로써, 상기 압력 조절관(20)과 상기 압축기(2)의 토출배관(41) 사이의 간격을 조절하여, 상기 압축기(2)의 토출배관(41)의 열을 이용하여 상기 압력 조절관(20)내의 유체의 압력을 상승 또는 하강시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 냉동 사이클에서, 냉매 저장부의 체적이 감소한 상태가 도시된 도면이다. 도 12는 도 11에 도시된 냉동 사이클에서, 냉매 저장부의 체적이 증가한 상태가 도시된 도면이다.
도 11 및 도 12을 참조하면, 본 발명의 제 5실시예에 따른 냉동 사이클에서 가변 체적 리시버(200)는 냉매 저장부(201)가 형성된 리시버 탱크, 피스톤(210), 직선 이동기구를 포함한다.
상기 피스톤(210)은 상기 리시버 탱크에 직선 왕복운동 가능토록 결합되어, 직선 왕복운동하면서 상기 냉매 저장부(201)의 체적을 늘리거나 줄인다. 상기 피스톤(210)과 상기 리시버 탱크 사이에는 상기 냉매 저장부(201)에 저장된 냉매의 누설을 방지하는 실링부재가 설치된다.
상기 직선 이동기구는, 상기 피스톤(210)을 직선 이동시킨다. 상기 피스톤(210)의 로드에 일체로 형성되거나 결합된 랙(211)과, 상기 랙(211)에 치합되는 피니언(212)과, 상기 피니언(212)을 회전시키는 모터(213)를 포함한다.
상기와 같이 구성된 냉동 사이클의 제어방법을 상기 제 1실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
먼저, 상기 온도센서(31)와 상기 압력센서(32)에서 감지된 온도와 압력에 따라 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도 과냉각도 미만이면, 상기 실질 충전량이 최적 충전량에 비해 부족하다고 판단하고, 상기 가변 체적 리시버(200)의 냉매 저장부(201)의 체적을 줄인다.
도 11을 참조하면, 상기 피니언(212)을 시계방향으로 회전시키면, 상기 랙(211)이 하향 이동하면서 상기 피스톤(210)이 상기 냉매 저장부(201)의 체적을 감소시킨다. 상기 냉매 저장부(201)의 체적이 감소하면, 상기 냉매 저장부(201)에 저장할 수 있는 냉매의 양이 감소된다. 상기 냉매 저장부(201)에 저장할 수 있는 냉매의 양이 감소하면, 상기 실질 충전량이 증가하고, 상기 응축기(4) 내부 냉매의 양이 증가하여, 냉매의 과냉각도가 증가하게 된다.
따라서, 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도보다 작을 경우, 상기와 같이 냉매의 과냉각도를 증가시켜 미리 설정된 과냉각도로 맞출 수 있다.
한편, 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도 이상이면, 상기 실질 충전량이 최적 충전량에 비해 많다고 판단하고 상기 가변 체적 리시버(200)의 냉매 저장부(201)의 체적을 늘린다.
도 12를 참조하면, 상기 피니언(212)을 반시계방향으로 회전시키면, 상기 랙(211)이 상향 이동하게 되고, 상기 피스톤(211)이 상향 이동하면서 상기 냉매 저장부(201)의 체적이 증가한다. 상기 냉매 저장부(201)의 체적이 증가하면, 상기 냉매 저장부(201)에 저장할 수 있는 냉매의 양이 증가된다. 상기 냉매 저장부(201)에 저장할 수 있는 냉매의 양이 증가하면, 상기 실질 충전량이 줄어들게 되고, 상기 응축기(4) 내부 냉매의 양도 감소한다. 따라서, 냉매의 과냉각도가 감소한다.
따라서, 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도보다 높을 경우, 상기와 같이 냉매의 과냉각도를 감소시켜 미리 설정된 과냉각도로 맞출 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따르면 최적의 운전이 가능한 냉동 사이클용 가변체적 리시버 및 이를 포함하는 냉동 사이클을 제조할 수 있다.

Claims (17)

  1. 냉동 사이클용 가변체적 리시버에 있어서,
    냉매 유로와 연결되고, 상기 냉매 유로를 통과하는 냉매가 일시 저장되는 냉매 저장공간을 형성하는 리시버 탱크와;
    상기 리시버 탱크 내에 구비되고, 수축 또는 팽창되면서 상기 냉매 저장 공간의 체적을 줄이거나 늘리는 가변 체적체와;
    상기 냉매 유로와 별도로 설치되고, 상기 가변 체적체와 연통되고 외부와는 밀폐되어, 상기 가변 체적체와 연통되어, 내부에 충진된 유체가 상기 냉동 사이클의 압축기 출구 냉매의 열을 전달받아 상기 가변 체적체 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부와;
    운전 조건에 따라 상기 압력 조절부를 제어하여, 상기 냉매 저장공간의 체적을 가변시켜 상기 냉매 저장공간에 저장될 수 있는 냉매량을 제어하는 제어부를 포함하는 냉동 사이클용 가변 체적 리시버.
  2. 냉동 사이클용 가변체적 리시버에 있어서,
    냉매 유로와 연결되고, 상기 냉매 유로를 통과하는 냉매가 일시 저장되는 냉매 저장공간을 형성하는 리시버 탱크와;
    상기 리시버 탱크에 직선 왕복운동 가능토록 결합되어, 직선 왕복운동하면서 상기 냉매 저장공간의 체적을 줄이거나 늘리는 피스톤과;
    상기 피스톤을 직선 왕복 운동시키는 직선이동기구와;
    운전 조건에 따라 상기 직선이동기구를 제어하여, 상기 냉매 저장공간의 체적을 가변시켜 상기 냉매 저장공간에 저장될 수 있는 냉매량을 제어하는 제어부를 포함하는 냉동 사이클용 가변 체적 리시버.
  3. 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기 및 제어부를 포함하는 냉동 사이클에 있어서,
    상기 응축기와 상기 팽창기구를 연결하는 냉매 유로상에 설치되고, 상기 응축기에서 나온 냉매가 일시 저장되는 냉매 저장부와, 상기 냉매 유로와 별도로 설치되고 외부와 밀폐된 압력 조절부에 의해 수축 또는 팽창되면서 상기 냉매 저장부의 체적을 조절하는 체적 조절부로 구획 형성된 가변 체적 리시버를 더 포함하고,
    상기 제어부는 운전조건에 따라 상기 체적 조절부내 유체의 압력을 제어하여, 상기 냉매 저장부의 체적을 가변시켜 상기 가변 체적 리시버에 저장되는 냉매량을 제어하는 냉동 사이클.
  4. 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기 및 제어부를 포함하는 냉동 사이클에 있어서,
    상기 응축기와 상기 팽창기구를 연결하는 냉매 유로 상에 설치되고, 상기 응축기에서 나온 냉매가 일시 저장되는 냉매 저장공간을 형성하는 리시버 탱크와, 상기 리시버 탱크 내에 구비되고, 수축 또는 팽창되면서 상기 냉매 저장 공간의 체적을 줄이거나 늘리는 가변 체적체와, 상기 냉매 유로와 별도로 설치되고 상기 가변 체적체와 연통되고 외부와는 밀폐되어, 내부에 충진된 유체가 상기 압축기 출구 냉매의 열을 전달받아 상기 가변 체적체 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부를 포함하는 가변 체적 리시버를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 응축기 출구 냉매의 온도와 압력에 따라 과냉각도를 산출하고, 산출된 과냉각도에 따라 상기 압력 조절부를 제어하는 냉동 사이클.
  5. 압축기, 응축기, 팽창기구, 증발기 및 제어부를 포함하는 냉동 사이클에 있어서,
    냉매 유로와 연결되고, 상기 냉매 유로를 통과하는 냉매가 일시 저장되는 냉매 저장공간을 형성하는 리시버 탱크와, 상기 리시버 탱크에 직선 왕복운동 가능토록 결합되어, 직선 왕복운동하면서 상기 냉매 저장공간의 체적을 줄이거나 늘리는 피스톤과, 상기 피스톤을 직선 왕복 운동시키는 직선이동기구로 구성된 가변 체적 리시버를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 응축기 출구 냉매의 온도와 압력에 따라 과냉각도를 산출하고, 산출된 과냉각도에 따라 상기 직선 이동기구를 제어하는 냉동 사이클.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 압력 조절부는,
    상기 가변 체적체와 연통되고, 상기 압축기 출구 고온의 냉매의 열을 전달받아 증발하는 유체가 충진된 압력 조절관을 포함하는 냉동 사이클.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 압력 조절부는,
    상기 가변 체적체와 연통되고, 상기 유체가 충진된 압력 조절관과;
    상기 압축기의 토출측에 설치되어, 상기 제어부의 신호에 따라 상기 압축기 출구 고온의 냉매와 상기 압력 조절관의 유체를 열교환하거나 열교환을 차단하는 열교환부를 포함하는 냉동 사이클.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 제어부의 신호에 따라 상기 압축기의 토출배관과 상기 압력 조절관 사이의 간격이 조절되도록 이격되도록 상기 압축기의 토출배관과 상기 압력 조절관 중 적어도 어느 하나를 직선 이동시키는 직선이동기구를 포함하는 냉동 사이클.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 직선이동기구는, 상기 압력 조절관에 결합된 랙과, 상기 랙과 치합되는 피니언과, 상기 제어부의 신호에 따라 상기 피니언을 회전시키는 모터를 포함하는 냉동 사이클.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 직선이동기구는, 상기 압력 조절관과 상기 압축기의 토출배관 중 어느 하나에 설치된 자성체와, 나머지 하나에 설치된 전자석과, 상기 제어부의 신호에 따라 상기 전자석에 전원을 인가하는 전원 공급부를 포함하는 냉동 사이클.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 압축기의 토출배관과 상기 압력 조절관 사이를 직선 왕복 운동하여, 상기 압축기의 토출배관의 열이 상기 압력 조절관으로 전달되는 것을 차단하는 단열 시트와,
    상기 단열 시트를 상기 제어부의 신호에 따라 직선 왕복 운동 시키는 직선이동기구를 포함하는 냉동 사이클.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 제어부의 신호에 따라 상기 압축기의 토출배관과 상기 압력 조절관 사이를 직선 왕복 운동하여, 상기 압축기의 토출배관의 열을 상기 압력 조절관으로 전달하는 전열 시트와,
    상기 전열 시트를 직선 왕복 운동시키는 직선이동기구를 포함하는 냉동 사이클.
  13. 청구항 4에 있어서,
    상기 압력 조절부는,
    상기 가변 체적체와 연통되고, 상기 유체가 충진된 압력 조절관과;
    상기 압축기 출구 냉매를 상기 압력 조절관 측으로 바이패스하는 냉매 바이패스 유로와;
    상기 냉매 바이패스 유로를 개폐하는 바이패스 밸브를 포함하는 냉동 사이클.
  14. 청구항 7 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 압력 조절관은 모세관 유로를 포함하는 냉동 사이클.
  15. 청구항 7 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 유체는 상기 냉매 유로상의 냉매와 동일한 것이 사용되는 냉동 사이클.
  16. 청구항 7 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 압력 조절관 및 상기 가변 체적체 내에 충전된 상기 유체는, 체적 팽창 계수가 상기 냉매의 체적 팽창 계수 이상인 것이 사용되는 냉동 사이클.
  17. 응축기 출구 냉매의 온도와 압력을 측정하여, 과냉각도를 산출하는 과냉각도 산출단계와;
    상기 산출된 과냉각도에 따라, 상기 압축기 출구 냉매의 열을 이용하여 상기 가변체적 리시버의 체적 조절부 내에 충전된 유체의 압력을 제어함으로써 상기 가변체적 리시버의 냉매 저장부의 체적을 증감시키는 체적 조절단계와;
    상기 체적 조절단계는, 상기 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도 이상이면, 상기 압축기 출구 냉매의 열이 상기 체적 조절부 내에 충전된 유체로 전달되는 것을 차단하여, 상기 체적 조절부 내의 압력을 감소시키고 상기 냉매 저장부의 체적을 증가시키는 과정과,
    상기 산출된 과냉각도가 미리 설정된 과냉각도 미만이면, 상기 체적 조절부 내에 충전된 유체가 상기 압축기 출구 냉매의 열을 전달받아 상기 체적 조절부 내의 압력을 증가시키고 상기 냉매 저장부의 체적을 감소시키는 과정을 포함하는 냉동 사이클의 제어방법.
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