WO2026010022A1 - 공기 조화 시스템 - Google Patents

공기 조화 시스템

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WO2026010022A1
WO2026010022A1 PCT/KR2024/011717 KR2024011717W WO2026010022A1 WO 2026010022 A1 WO2026010022 A1 WO 2026010022A1 KR 2024011717 W KR2024011717 W KR 2024011717W WO 2026010022 A1 WO2026010022 A1 WO 2026010022A1
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WO
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refrigerant
heat exchanger
compressor
stage
inlet
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PCT/KR2024/011717
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류병진
차우호
양홍주
정청우
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LG Electronics Inc
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LG Electronics Inc
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an air conditioning system using a plurality of turbocompressors.
  • turbocompressors 600 [RT] or more
  • RT large-capacity chillers
  • turbocompressors 600 [RT] or more
  • two impellers When two impellers are used, they can operate in a higher compression ratio range than systems with a single impeller, and their two-stage compression/single injection technology enables year-round, high-efficiency operation.
  • U.S. Patent Publication No. US 10794619 B2 discloses a large-capacity chiller system having a cooling capacity of 600 [RT] or more.
  • the chiller system of the prior art is a 2-stage turbo compressor having a single-stage impeller and a double-stage impeller and a communicating pipe through which refrigerant can flow between the two impellers, and a two-stage compression/single injection cycle is performed, and injection is performed by an economizer located between the primary expansion valve at the rear end of the condenser and the secondary expansion valve at the front end of the evaporator (the pressure after the first expansion is induced as an intermediate pressure).
  • the cooling circuit for cooling the inside of the turbo compressor uses the refrigerant at the condenser outlet, when the compressor is stopped and restarted in a state of equal pressure, the possibility of compressor failure due to wear of various bearings in the internal mechanical parts of the compressor increases due to the delay in refrigerant flow due to the physical distance from the compressor discharge port to the condenser outlet.
  • the refrigerant condensation temperature when the heat dissipation part is changed from water-cooling to air-cooling, the refrigerant condensation temperature must be increased to secure the same heat dissipation amount due to the decrease in the heat transfer performance of the air, and the difference between the refrigerant condensation temperature and the air intake temperature must be increased to about 15°C. Accordingly, the possibility of a surging phenomenon occurring as shown in Fig. 4 increases due to the increase in compression ratio caused by the increase in high pressure.
  • Patent Document 1 US 10794619 B2
  • the present invention aims to improve the limitations of the prior art as described above.
  • the present specification provides an embodiment in which an air-cooled heat pump system of 150 [RT] or less can be operated stably, efficiently, and with high performance.
  • the present invention aims to provide an example of an air-cooled heat pump oil-free turbo chiller that can achieve stable operation and high efficiency in all four seasons by applying internal heat exchanger type multi-injection technology and high-reliability compressor cooling technology.
  • the present invention aims to provide an embodiment in which two compressors perform serial compression during a cooling overload period when the outside temperature rises in the summer, thereby enabling surge avoidance and high cooling performance operation through four-stage compression dual injection.
  • the present invention aims to provide an embodiment that enables year-round high-efficiency heating and cooling operation through vapor refrigerant bypass through an evaporator front-end phase separator.
  • the present invention aims to provide an embodiment that improves the reliability of a gas bearing system through rapid refrigerant transfer when restarting from a balanced pressure state after a stop, and enables high-efficiency operation of the gas bearing system with refrigerant superheated to a medium temperature through an internal heat exchanger for the gas bearing at the condenser outlet and inverter refrigerant cooling during continuous operation.
  • the present invention which aims to solve the above-described problem, is characterized in that the operation of a plurality of turbo compressors is switched according to the operating conditions, and multiple injections are performed through an internal heat exchanger, thereby circulating the refrigerant in response to the operating conditions.
  • An embodiment of an air conditioning system that uses the above technical features as a means for solving a problem includes a plurality of turbocompressors that compress refrigerant in two stages, a first four-way valve that switches the flow path of refrigerant flowing into or discharged from the plurality of turbocompressors depending on whether the plurality of turbocompressors are driven in series or in parallel, a second four-way valve that switches the flow path of the refrigerant depending on whether the plurality of turbocompressors are driven in cooling operation, heating operation, or defrosting operation, an outdoor heat exchanger that is connected to at least one of the plurality of turbocompressors and performs heat exchange of the refrigerant, an outdoor expansion valve that is connected to the outdoor heat exchanger and performs expansion of the delivered refrigerant, a plurality of internal heat exchangers that are connected to the outdoor expansion valves and performs heat exchange of the refrigerant, an indoor expansion valve that is connected to the plurality of internal heat exchangers and performs expansion of the delivered
  • the outdoor heat exchanger performs heat exchange of refrigerant delivered from at least one of the plurality of turbocompressors
  • the outdoor expansion valve performs expansion of refrigerant delivered from the outdoor heat exchanger
  • the plurality of internal heat exchangers perform heat exchange of refrigerant delivered from the outdoor expansion valve
  • the indoor expansion valve performs expansion of refrigerant delivered from the plurality of internal heat exchangers
  • the indoor phase separator separates the phase of the refrigerant delivered from the indoor expansion valve and delivers the separated gaseous refrigerant to the plurality of turbocompressors
  • the shell-and-tube heat exchanger performs heat exchange of liquid refrigerant delivered from the phase separator and delivers the heat-exchanged refrigerant to the plurality of turbocompressors.
  • the outdoor heat exchanger performs heat exchange of the refrigerant to be delivered to at least one of the plurality of turbocompressors
  • the outdoor expansion valve performs expansion of the refrigerant to be delivered to the outdoor heat exchanger
  • the plurality of internal heat exchangers perform heat exchange of the refrigerant to be delivered to the outdoor expansion valve
  • the indoor expansion valve performs expansion of the refrigerant to be delivered to the plurality of internal heat exchangers
  • the indoor phase separator separates the phase of the refrigerant to be delivered to the indoor expansion valve and delivers it
  • the shell-and-tube heat exchanger can perform heat exchange of the refrigerant to be delivered to the phase separator.
  • the plurality of turbocompressors may have different capacities.
  • the plurality of turbocompressors may have a capacity of one that is less than or equal to 50 [%] of the capacity of another.
  • the first four-way valve includes a first valve stage connected to an inlet of a first stage of one of the plurality of turbocompressors, a second valve stage connected to an inlet of each of the plurality of turbocompressors, a third valve stage connected to a discharge of a second stage of the one compressor, and a fourth valve stage connected to an inlet of the outdoor heat exchanger, and may open and close each of the first to fourth valve stages, or connect any two or more of them.
  • the second four-way valve may include a first valve stage connected to the discharge ports of each of the two stages of the plurality of turbo compressors, a second valve stage connected to the discharge port of the shell-and-tube heat exchanger, a third valve stage connected to the inlet port of the accumulator of the plurality of turbo compressors, and a fourth valve stage connected to the inlet port of the outdoor heat exchanger, and may open and close each of the first valve stage to the fourth valve stage, or connect any two or more of them.
  • the system may further include an outdoor phase separator disposed between the outdoor heat exchanger and the outdoor expansion valve, which separates the phase of the refrigerant delivered from the outdoor expansion valve during the heating operation and delivers the separated refrigerant in a gaseous state to the plurality of turbocompressors.
  • an outdoor phase separator disposed between the outdoor heat exchanger and the outdoor expansion valve, which separates the phase of the refrigerant delivered from the outdoor expansion valve during the heating operation and delivers the separated refrigerant in a gaseous state to the plurality of turbocompressors.
  • the plurality of indoor heat exchangers include a first indoor heat exchanger, a second indoor heat exchanger, and a third indoor heat exchanger arranged in series, and each of the first to third indoor heat exchangers includes an inlet valve that opens and closes an inlet portion, so that refrigerant received from a previous heat exchanger can undergo heat exchange in one or more indoor heat exchangers according to operation of the inlet valve.
  • the first indoor heat exchanger is such that the inlet valve can exchange heat with the refrigerant during all of the cooling operation, the heating operation, and the defrosting operation.
  • a cooler when heat exchange is performed in the first indoor heat exchanger, a cooler may be further included to cool the refrigerant vaporized in the first indoor heat exchanger and deliver it to the first stage inlet of each of the plurality of turbocompressors.
  • the first four-way valve may switch the flow path so that the second-stage discharge port of one compressor among the plurality of turbo compressors and the first-stage inlet port of the other compressor are connected, and the inlet port of the outdoor heat exchanger and the discharge port of the shell-and-tube heat exchanger are connected, and the second four-way valve may switch the flow path so that the discharge port of the shell-and-tube heat exchanger and the inlet port of the accumulation of the plurality of turbo compressors are connected, and the second-stage discharge port of the other compressor and the inlet port of the outdoor heat exchanger are connected.
  • the plurality of turbocompressors can compress the refrigerant in the order of the first and second stages of the one compressor, the first and second stages of the other compressor, and deliver the refrigerant compressed in four stages from the second-stage discharge port of the other compressor to the outdoor heat exchanger.
  • the plurality of indoor heat exchangers may each have their respective inlet valves opened to perform heat exchange, but one of them, which is positioned in the middle, may transfer the vaporized refrigerant to the first-stage inlet of the other compressor, and one of them, which is positioned before the indoor expansion valve, may transfer the vaporized refrigerant to the second-stage inlet of the first compressor.
  • the first four-way valve may switch the flow path so that the discharge port of the second stage of one compressor among the plurality of turbocompressors and the inlet port of the outdoor heat exchanger are connected, and the inlet port of the first stage of the one compressor and the inlet port of the first stage of the other compressor are connected, and the second four-way valve may switch the flow path so that the discharge port of the shell-and-tube heat exchanger and the inlet port of the accumulation of the plurality of turbocompressors are connected, and the discharge port of the second stage of the other compressor and the inlet port of the outdoor heat exchanger are connected.
  • the plurality of turbocompressors can compress the refrigerant in the first and second stages, respectively, of the one compressor and the other compressor, and deliver the refrigerant compressed in two stages from the second-stage discharge portion of the one compressor and the second-stage discharge portion of the other compressor to the outdoor heat exchanger.
  • the inlet valves of each of the two heat exchangers arranged at both ends of the plurality of indoor heat exchangers are opened so that heat exchange occurs in each of the two heat exchangers, and one of the two heat exchangers arranged before the indoor expansion valve can transfer the vaporized refrigerant to each of the second-stage inlet of the first compressor and the second-stage inlet of the other compressor.
  • the plurality of turbo compressors can compress the refrigerant in the order of the first and second stages of the one compressor, the first and second stages of the other compressor, and deliver the refrigerant compressed in four stages from the second stage discharge port of the other compressor to the shell-and-tube heat exchanger.
  • the plurality of indoor heat exchangers may each have their respective inlet valves opened to perform heat exchange, but one of them, positioned in the middle, may transfer the vaporized refrigerant to the first stage inlet of the other compressor, and one of them, positioned before the indoor expansion valve, may transfer the vaporized refrigerant to the second stage inlet of the first compressor.
  • the first four-way valve may switch the flow path so that the discharge port of the second stage of one compressor among the plurality of turbocompressors and the inlet port of the outdoor heat exchanger are connected, and the inlet port of the first stage of the one compressor and the inlet port of the first stage of the other compressor are connected, and the second four-way valve may switch the flow path so that the discharge port of the shell-and-tube heat exchanger and the inlet port of the accumulation of the plurality of turbocompressors are connected, and the discharge port of the second stage of the other compressor and the inlet port of the outdoor heat exchanger are connected.
  • the plurality of turbocompressors can compress the refrigerant in the first and second stages, respectively, of the one compressor and the other compressor, and deliver the refrigerant compressed in two stages from the second-stage discharge portion of the one compressor and the second-stage discharge portion of the other compressor to the outdoor heat exchanger.
  • Embodiments of the air conditioning system as described above are not limited to those described above, and may include embodiments described in the specific description to be described below or embodiments that can be inferred/derived from the specific description.
  • the internal heat exchanger for the gas bearing at the condenser outlet and the inverter refrigerant cooling enable high-efficiency operation of the gas bearing system with the refrigerant superheated to a medium temperature.
  • the effects according to the embodiment of the air conditioning system described above are not limited to those described above, and may also include effects described in the specific description to be described below or effects that can be inferred/derived from the specific description.
  • FIGS 1 to 3 are diagrams showing driving results according to conventional prior art.
  • Figure 4 is a graph showing the operation map of a turbo compressor.
  • Fig. 5 is a configuration diagram of an air conditioning system according to an embodiment.
  • Fig. 6 is a specific configuration diagram of the air conditioning system shown in Fig. 5.
  • Figure 7 is an example diagram showing a specific operation example of the air conditioning system illustrated in Figure 6.
  • Fig. 8 is a diagram showing the driving results according to the driving example illustrated in Fig. 7.
  • Figure 9 is an example diagram 2 showing a specific operation example of the air conditioning system illustrated in Figure 6.
  • Fig. 10 is a diagram showing the driving results according to the driving example illustrated in Fig. 9.
  • Figure 11 is an example diagram showing a specific operation example of the air conditioning system illustrated in Figure 6.
  • Fig. 12 is a diagram showing the driving results according to the driving example illustrated in Fig. 11.
  • Figure 13 is an example diagram showing a specific operation example of the air conditioning system illustrated in Figure 6.
  • Fig. 14 is a diagram showing the driving results according to the driving example illustrated in Fig. 13.
  • An embodiment of the air conditioning system (hereinafter referred to as the air conditioning system) of this specification may be a chiller system.
  • the above air conditioning system may be a system of 150 [RT] or less.
  • the above air conditioning system may be an air-cooled or water-cooled heat pump system.
  • the above air conditioning system may be an air-cooled heat pump system that operates in one of cooling operation, heating operation, and defrosting operation.
  • the above air conditioning system (100), as shown in FIG. 5, includes a compression unit (10), a valve unit (20), an external heat exchange unit (30), an internal heat exchange unit (40), an expansion unit (50), a phase separation unit (60), and a shell-and-tube heat exchange unit (70).
  • a pipe for the flow of refrigerant may be provided between each of the compression unit (10), the valve unit (20), the external heat exchange unit (30), the internal heat exchange unit (40), the expansion unit (50), the phase separation unit (60), and the shell-and-tube heat exchange unit (70).
  • the refrigerant may be circulated in the order of the compression unit (10), the external heat exchange unit (30), the internal heat exchange unit (40), the expansion unit (50), the phase separation unit (60), and the shell-and-tube heat exchange unit (70), or in the order of the compression unit (10), the shell-and-tube heat exchange unit (70), the phase separation unit (60), the expansion unit (50), the internal heat exchange unit (40), and the external heat exchange unit (30).
  • the refrigerant may circulate in the order of the compression unit (10), the valve unit (20), the external heat exchange unit (30), the internal heat exchange unit (40), the expansion unit (50), the phase separation unit (60), and the shell-and-tube heat exchange unit (70), and during heating operation, the refrigerant may circulate in the order of the compression unit (10), the shell-and-tube heat exchange unit (70), the phase separation unit (60), the expansion unit (50), the internal heat exchange unit (40), the external heat exchange unit (30), and the valve unit (20).
  • the above compression unit (10) may include a plurality of compressors (11, 12) that compress the refrigerant.
  • the above compressor (11, 12) may be a turbo compressor that compresses the refrigerant in two stages.
  • the above compression unit (10) may preferably include two turbo compressors (11, 12), in which case the two turbo compressors (11, 12) may be connected in series or parallel.
  • the above compression unit (10) may further include an accumulator (13) that separates/converts the phase of the refrigerant supplied to the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the refrigerant flowing into each of the plurality of turbo compressors (11, 12) can be introduced after being phase separated/converted through the accumulator (13).
  • the above compression unit (10) can be connected at one end to the external heat exchange unit (30) and at the other end to the shell-and-tube heat exchange unit (70).
  • the compression unit (10) may be connected at one end to a pipe connected to the external heat exchange unit (30), and at the other end to a pipe connected to the shell-and-tube heat exchange unit (70).
  • the compression unit (10) may receive refrigerant from the shell-and-tube heat exchange unit (70), compress it, and transfer the compressed refrigerant to the external heat exchange unit (30), or receive refrigerant from the external heat exchange unit (30), compress it, and transfer the compressed refrigerant to the shell-and-tube heat exchange unit (70).
  • the refrigerant may be received from the shell and tube heat exchanger (70), compressed, and the compressed refrigerant may be transferred to the external heat exchanger (30).
  • the external heat exchange unit (30) may correspond to a condensation unit
  • the shell-and-tube heat exchange unit (70) may correspond to an evaporation unit.
  • the refrigerant may be received from the external heat exchanger (30), compressed, and the compressed refrigerant may be transferred to the shell-and-tube heat exchanger (70).
  • the external heat exchange unit (30) may correspond to an evaporation unit
  • the shell-and-tube heat exchange unit (70) may correspond to a condensation unit
  • the above valve unit (20) may include a plurality of four-way valves (21, 21) that switch the flow path of the refrigerant.
  • the above valve unit (20) may include a first four-way valve (21) that switches the flow path of refrigerant flowing into or discharged from the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above first four-way valve (21) can switch the flow path of the refrigerant by connecting or opening and closing the four valve stages depending on whether the plurality of turbo compressors (11, 12) are driven in series or in parallel.
  • the above valve unit (20) may include a second four-way valve (22) that switches the flow path of the refrigerant depending on whether the cooling operation, the heating operation, or the defrosting operation is in progress.
  • the above second four-way valve (22) can switch the flow path of the refrigerant by connecting or opening and closing the four valve stages depending on whether the cooling operation, the heating operation or the defrosting operation is in progress.
  • the above external heat exchange unit (30) can have one end connected to the internal heat exchange unit (40) and the other end connected to the compression unit (10).
  • the external heat exchange unit (30) may be connected at one end to a pipe connected to the internal heat exchange unit (40), and at the other end to a pipe connected to the compression unit (10).
  • the external heat exchange unit (30) may receive refrigerant from the compression unit (10), perform heat exchange, and then transfer the heat-exchanged refrigerant to the internal heat exchange unit (40), or may receive refrigerant from the internal heat exchange unit (40), perform heat exchange, and then transfer the heat-exchanged refrigerant to the compression unit (10).
  • the refrigerant may be transferred from the compression unit (10) and heat exchanged, and then the heat-exchanged refrigerant may be transferred to the internal heat exchange unit (40).
  • the refrigerant may be transferred from the internal heat exchange unit (40) and heat exchanged, and then the heat-exchanged refrigerant may be transferred to the compression unit (10).
  • the above external heat exchanger (30) may include an outdoor heat exchanger (31) in which heat exchange of the refrigerant transferred from the compression unit (10) takes place.
  • the above outdoor heat exchanger (31) is installed outdoors, and heat exchange of the refrigerant transferred from the plurality of turbo compressors (11, 12) or the internal heat exchanger (40) can be performed.
  • the above external heat exchanger (30) may include an outdoor expansion valve (32) in which expansion of the transmitted refrigerant occurs.
  • the above outdoor expansion valve (32) is installed outdoors, and expansion of the refrigerant transmitted from the outdoor heat exchanger (31) or the internal heat exchanger (40) can be achieved.
  • the above external heat exchanger (30) may also include an outdoor phase separator (33) that separates the phase of the delivered refrigerant.
  • the above outdoor phase separator (33) is installed outdoors and can separate the phase of the refrigerant delivered from the outdoor expansion valve (32) or the internal heat exchanger (40).
  • the internal heat exchanger (40) may include a plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) installed indoors and through which heat exchange of the refrigerant transferred from the external heat exchanger (30) takes place.
  • the above internal heat exchanger (40) may preferably include three or more indoor heat exchangers (41, 42, 43), and in this case, the three or more indoor heat exchangers (41, 42, 43) may be connected in series.
  • the internal heat exchanger (40) may have one end connected to the expansion unit (50) and the other end connected to the external heat exchanger (30).
  • the internal heat exchange unit (40) may be connected at one end to a pipe connected to the expansion unit (50), and at the other end to a pipe connected to the external heat exchange unit (30).
  • the internal heat exchange unit (40) may receive refrigerant from the external heat exchange unit (30), perform heat exchange, and then transfer the heat-exchanged refrigerant to the expansion unit (50), or may receive refrigerant from the expansion unit (50), perform heat exchange, and then transfer the heat-exchanged refrigerant to the external heat exchange unit (30).
  • refrigerant may be transferred from the external heat exchanger (30) and heat exchange may be performed, and then the heat-exchanged refrigerant may be transferred to the expansion unit (50).
  • the refrigerant may be transferred from the expansion unit (50) and heat exchanged, and then the heat-exchanged refrigerant may be transferred to the external heat exchange unit (30).
  • the above expansion unit (50) may include an indoor expansion valve installed indoors, through which the refrigerant delivered from the internal heat exchange unit (40) or the phase separation unit (60) expands.
  • the above expansion part (50) can have one end connected to the phase separation part (60) and the other end connected to the internal heat exchange part (40).
  • the expansion unit (50) can be connected at one end to a pipe connected to the phase separation unit (60) and at the other end to a pipe connected to the internal heat exchange unit (40).
  • the expansion unit (50) may receive refrigerant from the internal heat exchange unit (40), expand, and then transfer it to the phase separation unit (60), or receive refrigerant from the phase separation unit (60), expand, and then transfer it to the internal heat exchange unit (40).
  • the refrigerant may be transferred from the internal heat exchange unit (40) and then transferred to the phase separation unit (60).
  • the refrigerant may be delivered from the phase separation unit (60) and then delivered to the internal heat exchange unit (40).
  • phase separation unit (60) may include a phase separator that separates the phase of the refrigerant delivered from the expansion unit (50) or the shell-and-tube heat exchange unit (70).
  • phase separation unit (60) can be connected at one end to the shell-and-tube heat exchange unit (70) and the compression unit (10), and at the other end to the expansion unit (50).
  • phase separation unit (60) can be connected at one end to a pipe connected to the shell-and-tube heat exchange unit (70) and the compression unit (10), and at the other end to a pipe connected to the expansion unit (50).
  • phase separation unit (60) can separate the phase of the refrigerant delivered from the expansion unit (50) and deliver the separated gaseous refrigerant to the compression unit (10), or separate the phase of the refrigerant delivered from the shell-and-tube heat exchange unit (70) and deliver the separated gaseous refrigerant to the expansion unit (50).
  • the phase of the refrigerant delivered from the expansion unit (50) can be separated, and the separated gaseous refrigerant can be delivered to the compression unit (10).
  • the phase of the refrigerant transferred from the shell and tube heat exchanger (70) can be separated, and the separated gaseous refrigerant can be transferred to the expansion unit (50).
  • the above shell-and-tube heat exchanger (70) may include one or more shell-and-tube heat exchangers (71) installed indoors and in which heat exchange of the refrigerant transferred from the phase separation unit (60) or the compression unit (10) is performed.
  • the above shell and tube heat exchanger (70) can have one end connected to the compression unit (10) and the other end connected to the phase separation unit (60).
  • the shell and tube heat exchanger (70) may be connected at one end to a pipe connected to the compression section (10) and at the other end to a pipe connected to the phase separation section (60).
  • the shell and tube heat exchange unit (70) may perform heat exchange of the liquid refrigerant transferred from the phase separation unit (60) and transfer the heat-exchanged refrigerant to the compression unit (10), or may perform heat exchange of the refrigerant transferred from the compression unit (10) and transfer the heat-exchanged refrigerant to the phase separation unit (60).
  • heat exchange of the liquid refrigerant transferred from the phase separation unit (60) may be performed, and the heat-exchanged refrigerant may be transferred to the compression unit (10).
  • heat exchange of the refrigerant transferred from the compression unit (10) may be performed, and the heat-exchanged refrigerant may be transferred to the phase separation unit (60).
  • the air conditioning system (100) in which refrigerant circulation is performed including the compression unit (10), the valve unit (20), the external heat exchange unit (30), the internal heat exchange unit (40), the expansion unit (50), the phase separation unit (60), and the shell-and-tube heat exchange unit (70), can be implemented with a configuration as shown in FIG. 6.
  • the air conditioning system (100), as shown in FIG. 6, comprises: a plurality of turbo compressors (11, 12) for compressing refrigerant in two stages; a first four-way valve (21) for switching the flow path of refrigerant flowing into or discharged from the plurality of turbo compressors (11, 12) depending on whether the plurality of turbo compressors (11, 12) are driven in series or in parallel; a second four-way valve (22) for switching the flow path of refrigerant depending on whether the plurality of turbo compressors (11, 12) are driven in cooling operation, heating operation, or defrosting operation; an outdoor heat exchanger (31) connected to at least one of the plurality of turbo compressors (11, 12) and performing heat exchange of refrigerant; an outdoor expansion valve (32) connected to the outdoor heat exchanger (31) and performing expansion of the delivered refrigerant; a plurality of internal heat exchangers (41, 42, 43) connected to the plurality of internal heat exchangers (41, 42, 43) and performing heat exchange of the delivered refriger
  • the plurality of turbo compressors (11, 12), the first four-way valve (21) and the second four-way valve (22) operate differently depending on the operating conditions, such as whether the cooling operation, the heating operation or the defrosting operation is in progress and the outdoor temperature condition, so that the refrigerant circulates differently depending on the operating conditions.
  • the air conditioning system (100) can have different driving modes depending on the driving conditions.
  • the vehicle when the driving condition corresponds to the first condition, the vehicle may be driven in the first mode, when the driving condition corresponds to the second condition, the vehicle may be driven in the second mode, when the driving condition corresponds to the third condition, the vehicle may be driven in the third mode, and when the driving condition corresponds to the fourth condition, the vehicle may be driven in the fourth mode.
  • each of the first mode to the fourth mode can be set differently.
  • the above driving status may be the cooling operation, the heating operation, or the defrosting operation, and the temperature status may be the outside temperature.
  • the outdoor heat exchanger (31) performs heat exchange of the refrigerant delivered from at least one of the plurality of turbo compressors (11, 12), the outdoor expansion valve (32) performs expansion of the refrigerant delivered from the outdoor heat exchanger (31), the plurality of internal heat exchangers (41, 42, 43) performs heat exchange of the refrigerant delivered from the outdoor expansion valve (32), the indoor expansion valve (50) performs expansion of the refrigerant delivered from the plurality of internal heat exchangers (41, 42, 43), the indoor phase separator (61) separates the phase of the refrigerant delivered from the indoor expansion valve (50), and delivers the separated gaseous refrigerant to the plurality of turbo compressors (11, 12) and the liquid refrigerant to the shell-and-tube heat exchanger (71), and the shell-and-tube heat exchanger (71) Heat exchange of the liquid refrigerant transferred from the phase separator (61) is performed, and the heat-exchanged refrigerant can
  • the refrigerant can be transferred from at least one of the plurality of turbo compressors (11, 12) to the outdoor heat exchanger (31), from the outdoor heat exchanger (31) to the outdoor expansion valve (32), from the outdoor expansion valve (32) to the plurality of internal heat exchangers (41, 42, 43), from the plurality of internal heat exchangers (41, 42, 43) to the indoor expansion valve (50), from the indoor expansion valve (50) to the indoor phase separator (61), from the indoor phase separator (61) to the shell-and-tube heat exchanger (71) and at least one of the plurality of turbo compressors (11, 12), and from the shell-and-tube heat exchanger (71) to at least one of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the air conditioning system (100) can cause the refrigerant to circulate from the plurality of turbo compressors (11, 12) toward the outdoor heat exchanger (31) during the cooling operation or the defrosting operation.
  • the outdoor heat exchanger (31) performs heat exchange of the refrigerant to be delivered to one or more of the plurality of turbocompressors (11, 12)
  • the outdoor expansion valve (32) performs expansion of the refrigerant to be delivered to the outdoor heat exchanger (31)
  • the plurality of internal heat exchangers (41, 42, 43) performs heat exchange of the refrigerant to be delivered to the outdoor expansion valve (32)
  • the indoor expansion valve (50) performs expansion of the refrigerant to be delivered to the plurality of internal heat exchangers (41, 42, 43)
  • the indoor phase separator (61) separates the phase of the refrigerant to be delivered to the indoor expansion valve (50) and delivers it
  • the shell-and-tube heat exchanger (71) can perform heat exchange of the refrigerant to be delivered to the phase separator (61).
  • the refrigerant can be transferred from at least one of the plurality of turbocompressors (11, 12) to the shell-and-tube heat exchanger (71), from the shell-and-tube heat exchanger (71) to the phase separator (61), from the phase separator (61) to the indoor expansion valve (50), from the indoor expansion valve (50) to the plurality of internal heat exchangers (41, 42, 43), from the plurality of internal heat exchangers (41, 42, 43) to the outdoor expansion valve (32), from the outdoor expansion valve (32) to the outdoor heat exchanger (31), and from the outdoor heat exchanger (31) to at least one of the plurality of turbocompressors (11, 12).
  • the air conditioning system (100) can cause the refrigerant to circulate from the plurality of turbo compressors (11, 12) toward the shell-and-tube heat exchanger (71) during the heating operation.
  • the above plurality of turbo compressors (11, 12) are included in the compression unit (10) and can compress refrigerant.
  • Each of the above plurality of turbo compressors (11, 12) can compress the refrigerant twice and discharge it.
  • the above plurality of turbo compressors (11, 12) may have different capacities.
  • the capacity of one of the above plurality of turbo compressors (11, 12) may be 50 [%] or less of the capacity of the other.
  • the refrigerant can be compressed differently in each of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above plurality of turbo compressors (11, 12) can be driven one or more times to compress the refrigerant depending on the operating conditions.
  • the above plurality of turbo compressors (11, 12) can be connected in series or parallel by switching the flow path according to the switching of the first four-way valve (21).
  • the serial operation of the plurality of turbo compressors (11, 12) may be a case where the refrigerant is compressed twice in the first and second stages of one compressor (11), and then compressed twice in the first and second stages of the other compressor (12), thereby compressing the refrigerant in four stages
  • the parallel operation of the plurality of turbo compressors (11, 12) may be a case where the refrigerant is branched and introduced into the inlet of each of the plurality of turbo compressors (11, 12), and then the refrigerant is compressed twice in the first and second stages of one compressor (11) and discharged, and then the discharged refrigerants are combined, thereby compressing the refrigerant twice in two stages.
  • the above-described plurality of turbo compressors (11, 12) can also be driven in cooling operation/heating operation/defrosting operation by switching the flow path according to the switching of the second four-way valve (22).
  • the compression unit (10) may further include an injection solenoid valve (111, 121) that closes the piping between the first and second stages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) and the internal heat exchange unit (40), and a check valve (112, 122) that prevents reverse flow of the refrigerant flowing through the injection solenoid valve (111, 121) to the passage between the first and second stages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • an injection solenoid valve 111, 121 that closes the piping between the first and second stages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) and the internal heat exchange unit (40)
  • a check valve (112, 122) that prevents reverse flow of the refrigerant flowing through the injection solenoid valve (111, 121) to the passage between the first and second stages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above injection solenoid valve (111, 121) may be a valve that opens and closes a pipe through which refrigerant is transferred from the internal heat exchanger (40) to a passage between the first and second stages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above injection solenoid valve (111, 121) is normally open and can be opened when refrigerant is transferred between the first and second stages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the compression unit (10) may also further include a check valve (113, 123) that prevents backflow of refrigerant flowing from each of the plurality of turbo compressors (11, 12) to the outdoor heat exchange unit (30).
  • the compression unit (10) may also further include an internal flow path solenoid valve (114, 124) for controlling the internal flow path of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) and a check valve (115, 125) for preventing reverse flow of refrigerant in the internal flow path.
  • an internal flow path solenoid valve 114, 124 for controlling the internal flow path of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) and a check valve (115, 125) for preventing reverse flow of refrigerant in the internal flow path.
  • the above internal flow path solenoid valve (114, 124) may be a valve that blocks the flow path so that at least a portion of the refrigerant discharged from the first stage of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) flows into the internal flow path of each of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above internal euro solenoid valve (114, 124) is normally closed and can be opened when supplying refrigerant to the internal euro.
  • the internal flow path solenoid valve (114, 124) may be opened to allow at least a portion of the refrigerant flowing into the second stage of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) to flow into the internal flow path.
  • refrigerant can be supplied to the internal passages to cool the motors of the plurality of turbo compressors (11, 12) or to resolve the refrigerant shortage in the gas bearings.
  • the above first four-way valve (21) is included in the valve section (20) and can switch the flow path of the refrigerant flowing into or discharged from the plurality of turbo compressors (11, 12) depending on whether the plurality of turbo compressors (11, 12) are driven in series or in parallel.
  • the first four-way valve (21) includes a first valve stage (E) connected to the inlet of a first stage of one of the plurality of turbo compressors (11, 12), a second valve stage (S) connected to the inlet of each of the plurality of turbo compressors (11, 12), a third valve stage (D) connected to the discharge of a second stage of the one compressor (11), and a fourth valve stage (C) connected to the inlet of the outdoor heat exchanger (31), and can open and close each of the first to fourth valve stages (E, S, D, C) or connect any two or more of them.
  • the path through which the refrigerant is introduced into the plurality of turbo compressors (11, 12) and/or the path through which the refrigerant is discharged from the plurality of turbo compressors (11, 12) can be switched.
  • the plurality of turbo compressors (11, 12) can be operated in series or parallel.
  • the second four-way valve (22) is included in the valve section (20) and can switch the flow path of the refrigerant flowing into or discharged from the plurality of turbo compressors (11, 12) depending on whether the cooling operation, the heating operation, or the defrosting operation is in progress.
  • the second four-way valve (22) includes a first valve stage (D) connected to the discharge ports of two stages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12), a second valve stage (E) connected to the discharge port of the shell-and-tube heat exchanger (71), a third valve stage (S) connected to the inlet port of the accumulator (13) of the plurality of turbo compressors (11, 12), and a fourth valve stage (C) connected to the inlet port of the outdoor heat exchanger (31), and can open and close each of the first valve stage to the fourth valve stage (D, E, S, C) or connect any two or more of them.
  • the path through which the refrigerant is introduced into the plurality of turbo compressors (11, 12) and/or the path through which the refrigerant is discharged from the plurality of turbo compressors (11, 12) can be switched.
  • the plurality of turbo compressors (11, 12) can be operated in cooling/defrosting operation or heating operation.
  • the above outdoor heat exchanger (31) is arranged between the plurality of turbo compressors (11, 12) and the outdoor expansion valve (32), so that heat exchange can be performed on the refrigerant delivered from one or more of the plurality of turbo compressors (11, 12) or the refrigerant to be delivered to one or more of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above outdoor heat exchanger (31) can transfer refrigerant to the outdoor expansion valve (32) during the cooling operation or the defrosting operation, and can receive refrigerant from the outdoor expansion valve (32) during the heating operation.
  • the above outdoor expansion valve (32) is arranged between the outdoor phase separator (33) and the plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43), so that expansion of the refrigerant delivered from the outdoor phase separator (33) or the refrigerant delivered from the plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) can be achieved.
  • the above outdoor expansion valve (32) can transfer refrigerant to the plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) during the cooling operation or the defrosting operation, and can receive refrigerant from the plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) during the heating operation.
  • the above outdoor expansion valve (32) may include a check valve (321) that prevents backflow of the refrigerant.
  • the above check valve (321) may be a valve that prevents reverse flow of the refrigerant by restricting the refrigerant to flow in only one direction.
  • the air conditioning system (100) may further include an outdoor phase separator (33) which is arranged between the outdoor heat exchanger (31) and the outdoor expansion valve (32) to separate the phase of the refrigerant delivered from the outdoor expansion valve (32) during the heating operation and deliver the separated refrigerant in the gas phase to the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • an outdoor phase separator (33) which is arranged between the outdoor heat exchanger (31) and the outdoor expansion valve (32) to separate the phase of the refrigerant delivered from the outdoor expansion valve (32) during the heating operation and deliver the separated refrigerant in the gas phase to the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above outdoor phase separator (33) can transfer the refrigerant received from the outdoor heat exchanger (31) to the outdoor expansion valve (32) during the cooling operation or the defrosting operation.
  • the above outdoor phase separator (33) can separate the phase of the refrigerant delivered from the outdoor expansion valve (32) during the heating operation, deliver the separated gaseous refrigerant to the plurality of turbo compressors (11, 12) through the bypass pipe (331), and deliver the separated liquid refrigerant to the outdoor heat exchanger (31).
  • bypass pipe (331) may include a valve (331) that closes the pipe connecting the outdoor phase separator (33) and the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the refrigerant When the valve (331) is closed, the refrigerant is delivered to the outdoor heat exchanger (31), and when the valve (331) is open, the refrigerant can be delivered to the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above valve (331) can be closed (CLOSE) during the cooling operation or the defrosting operation, and opened (OPEN) during the heating operation.
  • the above-mentioned plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) are included in the internal heat exchange unit (40), and heat exchange of the refrigerant transferred from the external heat exchange unit (30) or the indoor expansion valve (50) can be performed.
  • the above-mentioned plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) may preferably be composed of three or more.
  • the above multiple indoor heat exchangers (41, 42, 43) can be arranged in series.
  • the refrigerant transferred from one or more of the outdoor heat exchangers (31, 32, 33) may be sequentially introduced into each of the plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) and then heat exchange may be performed.
  • a pipe may be provided between one or more of the plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) and one or more of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • one or more of the plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) and one or more of the plurality of turbo compressors (11, 12) are connected by a pipe, so that refrigerant can be transferred from one or more of the plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) to one or more of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) are preferably each connected to the plurality of turbo compressors (11, 12) by pipes so as to deliver refrigerant to each of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • One or more of the plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) can transfer at least a portion of the heat-exchanged refrigerant to one or more of the plurality of turbocompressors (11, 12).
  • the above-described plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) may include a first indoor heat exchanger (41), a second indoor heat exchanger (42), and a third indoor heat exchanger (43) arranged in series.
  • the above plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) can be arranged in the order of the first indoor heat exchanger to the third indoor heat exchanger (41, 42, 43).
  • the refrigerant received from the outdoor expansion valve (32) may be introduced in the order of the first indoor heat exchanger to the third indoor heat exchanger (41, 42, 43) and heat exchange may be performed.
  • the above first indoor heat exchanger (41) may be an internal heat exchanger for a gas bearing.
  • the first indoor heat exchanger (41) can also deliver refrigerant to the plurality of turbo compressors (11, 12) so that at least a portion of the heat-exchanged refrigerant circulates through the internal passages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) to cool the motors of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the first indoor heat exchanger (41) can also deliver refrigerant to the plurality of turbo compressors (11, 12) so that at least a portion of the heat-exchanged refrigerant circulates through the internal passages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) to supply a portion of the refrigerant to the gas bearings of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above second indoor heat exchanger (42) may be an internal heat exchanger for injection.
  • the second indoor heat exchanger (42) can deliver refrigerant to one or more of the plurality of turbo compressors (11, 12) so that at least a portion of the heat-exchanged refrigerant is introduced into the first stage inlet of one or more of the plurality of turbo compressors (11, 12) and compressed.
  • the above third indoor heat exchanger (43) may be an internal heat exchanger for supercooling.
  • the third indoor heat exchanger (43) can deliver refrigerant to one or more of the plurality of turbo compressors (11, 12) so that at least a portion of the heat-exchanged refrigerant is introduced into the second-stage inlet of one or more of the plurality of turbo compressors (11, 12) and compressed.
  • Each of the first to third indoor heat exchangers (41, 42, 43) includes an inlet valve (411, 421, 431) that opens and closes an inlet portion, so that refrigerant received from a previous heat exchanger can undergo heat exchange in one or more indoor heat exchangers according to the operation of the inlet valve.
  • the refrigerant flows into the first indoor heat exchanger (41), and heat exchange of the refrigerant occurs in the first indoor heat exchanger (41).
  • the second inlet valve (421) provided in the second indoor heat exchanger (42) is operated in the close state, the refrigerant does not flow into the second indoor heat exchanger (42), and heat exchange of the refrigerant does not occur in the second indoor heat exchanger (42).
  • the first indoor heat exchanger (41) can perform heat exchange of the refrigerant in all of the cooling operation, heating operation, and defrosting operation through the inlet valve.
  • the first indoor heat exchanger (41) can perform heat exchange during each of the cooling operation, the heating operation, and the defrosting operation.
  • the inlet valve (411) of the first indoor heat exchanger (41) can be opened during all of the cooling operation, the heating operation, and the defrosting operation.
  • the internal heat exchanger (40) may further include a cooler (80) that cools the refrigerant vaporized in the first indoor heat exchanger (41) and delivers it to the first stage inlet of each of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the cooler (80) can cool the refrigerant that has been vaporized in the first indoor heat exchanger (41) and transfer it to the first stage inlet of each of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the flow path through which the refrigerant is delivered from the cooler (80) to the first stage inlet of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) may include an internal flow path of each of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the refrigerant delivered from the cooler (80) to the first stage inlet of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) may circulate through the internal passages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) to cool the motors of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) and supply some of the refrigerant to the gas bearings of the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above indoor expansion valve (50) is included in the internal expansion unit (50), and expansion of the refrigerant transmitted from the internal heat exchange unit (40) or the internal phase separation unit (60) can be achieved.
  • the above indoor phase separator (61) is arranged between the indoor expansion valve (50) and the shell-and-tube heat exchanger (71), and can separate the phase of the refrigerant delivered from the expansion valve (50) into a gas phase and a liquid phase during the cooling operation or the defrosting operation, deliver the separated gas phase refrigerant to the plurality of turbo compressors (11, 12), and deliver the separated liquid phase refrigerant to the shell-and-tube heat exchanger (71).
  • the gaseous refrigerant separated in the indoor phase separator (61) is bypassed to the plurality of turbo compressors (11, 12), and the liquid refrigerant is transferred to the shell-and-tube heat exchanger (71) to be subjected to heat exchange.
  • the indoor phase separator (61) may include a bypass valve (611) that blocks the flow path for bypassing the gaseous refrigerant to the pipe connected to the inlet of the plurality of turbocompressors (11, 12).
  • the above shell-and-tube heat exchanger (71) is arranged between the indoor phase separator (61) and the plurality of turbo compressors (11, 12), so that heat exchange of refrigerant transferred from the indoor phase separator (61) or one or more of the plurality of turbo compressors (11, 12) can be performed.
  • the above air conditioning system (100) may also further include a bypass solenoid valve (91) that bypasses a portion of the refrigerant to the outdoor heat exchanger (30) before it is introduced into the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • a bypass solenoid valve (91) that bypasses a portion of the refrigerant to the outdoor heat exchanger (30) before it is introduced into the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the above bypass solenoid valve (91) is normally closed, and can be opened when a portion of the refrigerant is transferred to the outdoor heat exchanger (30) before being introduced into the plurality of turbo compressors (11, 12).
  • the bypass solenoid valve (91) is opened so that a portion of the refrigerant before flowing into the plurality of turbo compressors (11, 12) is compressed in the plurality of turbo compressors (11, 12) and combined with the refrigerant flowing into the outdoor heat exchange unit (30), thereby controlling the temperature of the refrigerant flowing into the outdoor heat exchange unit (30).
  • the above air conditioning system (100) may also further include a check valve (92) that prevents reverse flow of refrigerant discharged from the first compressor (11) and delivered to the second compressor (12).
  • the air conditioning system (100) including the plurality of turbo compressors (11, 12), the four-way valve (20), the outdoor heat exchanger (31), the outdoor expansion valve (32), the outdoor phase separator (33), the plurality of internal heat exchangers (41, 42, 43), the indoor expansion valve (50), the indoor phase separator (61) and the shell-and-tube heat exchanger (71) can be operated to circulate refrigerant as shown in FIG. 7, FIG. 9, FIG. 11 or FIG. 13 depending on the operating conditions.
  • the above driving conditions can be divided into multiple conditions depending on whether the cooling/heating/defrosting operation is performed and the temperature status.
  • the above driving conditions may include, for example, a first condition in which the driving corresponds to the cooling operation and the temperature state is 27 [°C] or higher, a second condition in which the driving corresponds to the cooling operation and the temperature state is less than 27 [°C], a third condition in which the driving corresponds to the heating operation, and a fourth condition in which the driving corresponds to the defrosting operation.
  • the above driving conditions may include the first condition to the fourth condition, and the air conditioning system (100) may be operated in a driving mode corresponding to each of the above driving conditions.
  • the driving results may be as shown in Fig. 7, and the PH diagram comparing the driving results with the existing driving results may be as shown in Fig. 8.
  • the above air conditioning system (100) can be operated as shown in FIG. 7 to circulate the refrigerant when the operation corresponds to the cooling operation and the temperature state is 27 [°C] or higher.
  • the above first four-way valve (21) can switch the flow path so that the second stage discharge port of one compressor (11) among the plurality of turbo compressors (11, 12) and the first stage inlet port of the other compressor (12) are connected, and the inlet port of the outdoor heat exchanger (31) and the discharge port of the shell-and-tube heat exchanger (71) are connected.
  • the plurality of turbo compressors (11, 12) can be driven in series to compress the refrigerant.
  • the second four-way valve (22) can switch the flow path so that the discharge port of the shell-and-tube heat exchanger (71) and the inlet port of the accumulator (13) of the plurality of turbo compressors (11, 12) are connected, and the discharge port of the second stage of the other compressor (12) and the inlet port of the outdoor heat exchanger (31) are connected.
  • the plurality of turbo compressors (11, 12) can compress the refrigerant so that the refrigerant circulates according to the cooling operation.
  • the above plurality of turbo compressors (11, 12) can compress the refrigerant in the order of the first and second stages of the first compressor (11), the first and second stages of the other compressor (12), and deliver the refrigerant compressed in four stages from the second stage discharge port of the other compressor (12) to the outdoor heat exchanger (31).
  • the above-mentioned plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) can each have their respective inlet valves (411, 421, 431) opened, so that heat exchange can take place in each.
  • one (42) positioned in the middle can transfer the vaporized refrigerant to the first stage inlet of the other compressor (12), and one (43) positioned before the indoor expansion valve (50) can transfer the vaporized refrigerant to the second stage inlet of the first compressor (11).
  • the second indoor heat exchanger (42) can inject the refrigerant that has been heat-exchanged and turned into vapor into the second compressor (12), and the third indoor heat exchanger (43) can inject the refrigerant that has been heat-exchanged and turned into vapor into the second stage inlet of the first compressor (11).
  • the solenoid valve (111) of the first compressor (11) can be operated in an open state so that the refrigerant is transferred from the third indoor heat exchanger (43) to the second stage inlet of the first compressor (11), and the solenoid valve (121) of the second compressor (12) can be operated in a closed state so that the refrigerant is not transferred from the third indoor heat exchanger (43) to the second stage inlet of the second compressor (12).
  • the first indoor heat exchanger (41) cools the vaporized refrigerant by transferring it to the cooler (80), and the refrigerant cooled in the cooler (80) is transferred to the first stage inlet through the internal passages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12), thereby cooling the motors of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) and supplying some of the refrigerant to the gas bearing.
  • Low-temperature and low-pressure gaseous refrigerant is introduced into the first stage inlet of the first compressor (11), and after the first compression, the gaseous refrigerant with the first temperature and pressure increase is discharged and then moves through the communication pipe, and after combining with the medium-pressure gaseous refrigerant (first injection) delivered from the third indoor heat exchanger (43) (internal heat exchanger for supercooling), the temperature is lowered and then introduced into the second stage inlet, and the gaseous refrigerant with the temperature and pressure increase is discharged through the second compression process.
  • the refrigerant discharged through the first four-way valve (21) (On) is combined with the medium-pressure gaseous refrigerant (secondary injection) delivered from the second indoor heat exchanger (42) (internal heat exchanger for injection) and then, after a temperature drop, is introduced into the first stage inlet of the second compressor (12).
  • the gaseous refrigerant that has been heated and pressurized after the third compression in the first stage of the second compressor (12) is introduced into the second stage inlet through the communication pipe, and the high-temperature gaseous refrigerant that has been heated and pressurized after the final fourth compression is discharged.
  • the compression efficiency is improved compared to the existing two-stage split compression of the refrigerant, and by reducing the compression ratio of each compressor to avoid the surge region, the reliability of the compressor can be improved and stable continuous cooling operation can be induced.
  • compression efficiency is improved by distributing the pressure ratio
  • efficiency is improved by reducing the compressor rotation speed according to the increase in cooling capacity by avoiding the surge region
  • the rotation speed restriction according to the discharge temperature is minimized by reducing the compressor discharge temperature, so that it is possible to induce cooling capacity maintenance in case of overload in cooling.
  • All high-temperature, high-pressure gaseous refrigerants are radiated to the outdoor air side in the outdoor heat exchanger (31), then converted into medium-temperature, high-pressure liquid refrigerants and discharged to the outdoor phase separator (33) and the outdoor expansion valve (32).
  • bypass solenoid valve (331) of the outdoor separator (33) can be closed to prevent the flow of refrigerant.
  • a portion of the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant expands to the intermediate pressure of the first stage inlet of the second compressor (12) in the first indoor heat exchanger (41) (internal heat exchanger for gas bearing) after branching, and then heat exchanges with the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant (primary subcooling of the liquid refrigerant) and then vaporizes, and then cools the motors of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) through inverter refrigerant cooling in the cooler (80), and supplies a portion of the refrigerant to the gas bearing side of the mechanism, and then combines with the refrigerant on the first stage inlet side of each.
  • Some of the first-stage supercooled medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant expands to the intermediate pressure at the inlet side of the first stage of the second compressor (12) in the second indoor heat exchanger (42) (internal heat exchanger for injection) after branching, and then heat-exchanges with the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant (secondary supercooling of the liquid refrigerant) and becomes vaporized, and is combined with the medium-temperature, medium-pressure gaseous refrigerant discharged from the second-stage discharge side of the first compressor (11) and flows into the first-stage inlet side of the second compressor (12).
  • Some of the secondary supercooled medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant is expanded to the intermediate pressure at the discharge side of the first stage of the first compressor (11) in the third indoor heat exchanger (43 (internal heat exchanger for supercooling) after branching, and then heat-exchanged with the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant (tertiary supercooling of the liquid refrigerant) and then vaporized, and is combined with the medium-temperature, medium-pressure gaseous refrigerant discharged from the discharge side of the first stage of the first compressor (11) and introduced into the second stage inlet of the first compressor (11).
  • the third indoor heat exchanger 43 (internal heat exchanger for supercooling) after branching, and then heat-exchanged with the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant (tertiary supercooling of the liquid refrigerant) and then vaporized, and is combined with the medium-temperature, medium-pressure gaseous refrigerant discharged from the discharge side of
  • the evaporator inlet enthalpy is reduced through two additional subcoolings for the medium-temperature liquid refrigerant based on the same compressor rotation speed, thereby enabling high cooling through an increase in cooling capacity equivalent to the increase in evaporator ⁇ h.
  • the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant that is finally subcooled in the third indoor heat exchanger (43) is expanded to low pressure in the indoor expansion valve (50) and then converted into a two-phase refrigerant, and then introduced into the indoor phase separator (61).
  • the liquid refrigerant among the two-phase refrigerants is accumulated toward the bottom of the indoor phase separator (61) by gravity, and the gaseous refrigerant is separated toward the top.
  • the gaseous refrigerant separated toward the top bypasses the shell-and-tube heat exchanger (71) (shell-tube evaporator) and is combined toward the discharge side.
  • the liquid refrigerant accumulated at the bottom of the indoor phase separator (61) absorbs heat from cold water in the shell-and-tube heat exchanger (71) and then turns into gas and is discharged.
  • the cooling capacity is improved by increasing the evaporator ⁇ h through inducing an additional decrease in the enthalpy at the evaporator inlet, and by bypassing the gaseous refrigerant as much as the dryness before flowing into the evaporator to the evaporator outlet, the refrigerant pressure loss due to the flowing gas within the evaporator is minimized, thereby improving the cooling capacity (3 of FIG. 8).
  • the driving results may be as shown in Fig. 9, and the PH diagram comparing the driving results with the existing driving results may be as shown in Fig. 10.
  • the above air conditioning system (100) can be operated as shown in Fig. 9 to circulate the refrigerant when the operation corresponds to cooling operation and the temperature state is less than 27 [°C].
  • the above first four-way valve (21) can switch the flow path so that the second stage discharge port of one compressor (11) among the plurality of turbo compressors (11, 12) and the inlet port of the outdoor heat exchanger (31) are connected, and the first stage inlet port of one compressor (11) and the first stage inlet port of the other compressor (12) are connected.
  • the plurality of turbo compressors (11, 12) can be driven in parallel to compress the refrigerant.
  • the second four-way valve (22) can switch the flow path so that the discharge port of the shell-and-tube heat exchanger (71) and the inlet port of the accumulator (13) of the plurality of turbo compressors (11, 12) are connected, and the discharge port of the second stage of the other compressor (12) and the inlet port of the outdoor heat exchanger (31) are connected.
  • the plurality of turbo compressors (11, 12) can compress the refrigerant so that the refrigerant circulates according to the cooling operation.
  • the above plurality of turbo compressors (11, 12) can compress refrigerant in the first and second stages, respectively, with the first compressor (11) and the other compressor (12), and deliver the refrigerant compressed in two stages from the second-stage discharge portion of the first compressor (11) and the second-stage discharge portion of the other compressor (12) to the outdoor heat exchanger (31).
  • the above-described plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) can be configured so that heat exchange can take place in each of the two heat exchangers (41, 43) by opening the inlet valves (411, 431) of each of the two heat exchangers (41, 43) arranged at both ends.
  • one of the two heat exchangers (41, 43) positioned before the expansion valve (50) can transfer the vaporized refrigerant to the second stage inlet of the first compressor (11) and the second stage inlet of the other compressor (12), respectively.
  • the third indoor heat exchanger (43) can inject the refrigerant that has been heat-exchanged and vaporized into the second stage inlet of each of the first compressor (11) and the second compressor (12).
  • the solenoid valves (111, 121) of the first compressor (11) and the second compressor (12) can be operated open to allow refrigerant to be transferred from the third indoor heat exchanger (43) to the second stage inlet of each of the first compressor (11) and the second compressor (12).
  • the first indoor heat exchanger (41) cools the vaporized refrigerant by transferring it to the cooler (80), and the refrigerant cooled in the cooler (80) is transferred to the first stage inlet through the internal passages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12), thereby cooling the motors of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) and supplying some of the refrigerant to the gas bearing.
  • the inlet valve (421) of the second indoor heat exchanger (42) may be driven to close.
  • Low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant is divided and introduced into each of the first stage of the first compressor (11) and the first stage of the second compressor (12), and after the first compression, the first heated and pressurized gaseous refrigerant is discharged, and then, when moving through the communication pipe, it is combined with the medium-pressure gaseous refrigerant (first injection) delivered from the third indoor heat exchanger (43), and after a temperature drop, it is introduced into the second-stage inlet, and through the second compression process, the final pressurized high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant is discharged.
  • the compressor efficiency can be improved due to the improved compression efficiency when the load is distributed compared to the existing single compressor.
  • bypass solenoid valve (331) of the outdoor separator (33) can be closed to prevent the flow of refrigerant.
  • a portion of the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant expands to the intermediate pressure of the first stage inlet of the second compressor (12) in the first indoor heat exchanger (41) (internal heat exchanger for gas bearing) after branching, and then heat exchanges with the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant (primary subcooling of the liquid refrigerant) and then vaporizes, and then cools the motors of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) through inverter refrigerant cooling in the cooler (80), and supplies a portion of the refrigerant to the gas bearing side of the mechanism, and then combines with the refrigerant on the first stage inlet side of each.
  • Some of the secondary supercooled medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant is expanded to an intermediate pressure at the discharge side of the first stage of each of the first compressor (11) and the second compressor (12) in the third indoor heat exchanger (43 (internal heat exchanger for supercooling) after branching, and then heat-exchanges with the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant (tertiary supercooling of the liquid refrigerant) and becomes gaseous, and is combined with the medium-temperature, medium-pressure gaseous refrigerant discharged from the discharge side of the first stage of each of the first compressor (11) and the second compressor (12) and flows into the second-stage inlet of each of the first compressor (11) and the second compressor (12).
  • the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant that is finally subcooled in the third indoor heat exchanger (43) is expanded to low pressure in the indoor expansion valve (50) and then converted into a two-phase refrigerant, and then introduced into the indoor phase separator (61).
  • the liquid refrigerant among the two-phase refrigerants is accumulated toward the bottom of the indoor phase separator (61) by gravity, and the gaseous refrigerant is separated toward the top.
  • the gaseous refrigerant separated toward the top bypasses the shell-and-tube heat exchanger (71) (shell-tube evaporator) and is combined toward the discharge side.
  • the liquid refrigerant accumulated at the bottom of the indoor phase separator (61) absorbs heat from cold water in the shell-and-tube heat exchanger (71) and then turns into gas and is discharged.
  • the refrigerant can be induced to be as close to the saturated liquid line as possible, thereby improving the cooling capacity by increasing the evaporator ⁇ h through inducing an additional decrease in the enthalpy at the evaporator inlet, and minimizing the refrigerant pressure loss due to the flowing gas phase within the evaporator by bypassing as much of the gaseous refrigerant as the dryness before flowing into the evaporator to the evaporator outlet, thereby improving the cooling capacity (3 of FIG. 10).
  • the driving results may be as shown in Fig. 11, and the PH diagram comparing the driving results with the existing driving results may be as shown in Fig. 12.
  • the above air conditioning system (100) can be operated as shown in FIG. 11 to circulate the refrigerant when the operation corresponds to the heating operation.
  • the above first four-way valve (21) can switch the flow path so that the second stage discharge port of one compressor (11) among the plurality of turbo compressors (11, 12) and the first stage inlet port of the other compressor (12) are connected, and the inlet port of the outdoor heat exchanger (31) and the discharge port of the shell-and-tube heat exchanger (71) are connected.
  • the plurality of turbo compressors (11, 12) can be driven in series to compress the refrigerant.
  • the second four-way valve (22) changes the flow path so that the inlet of the outdoor heat exchanger (31) and the inlet of the accumulator (13) of the plurality of turbo compressors (11, 12) are connected, and the discharge of the second stage of the other compressor (12) and the discharge of the shell-and-tube heat exchanger (71) are connected, so that the refrigerant can circulate in the opposite direction to the direction during the cooling operation.
  • the plurality of turbo compressors (11, 12) can compress the refrigerant so that the refrigerant circulates according to the heating operation.
  • the above plurality of turbo compressors (11, 12) can compress the refrigerant in the order of the first and second stages of the first compressor (11), the first and second stages of the other compressor (12), and deliver the refrigerant compressed in four stages from the second stage discharge port of the other compressor (12) to the shell-and-tube heat exchanger (71).
  • the above-mentioned plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) can each have their respective inlet valves (411, 421, 431) opened, so that heat exchange can take place in each.
  • one (42) positioned in the middle can transfer the vaporized refrigerant to the first stage inlet of the other compressor (12), and one (43) positioned before the indoor expansion valve (50) can transfer the vaporized refrigerant to the second stage inlet of the first compressor (11).
  • the second indoor heat exchanger (42) can inject the refrigerant that has been heat-exchanged and turned into vapor into the second compressor (12), and the third indoor heat exchanger (43) can inject the refrigerant that has been heat-exchanged and turned into vapor into the second stage inlet of the first compressor (11).
  • the solenoid valve (111) of the first compressor (11) can be operated in an open state so that the refrigerant is transferred from the third indoor heat exchanger (43) to the second stage inlet of the first compressor (11), and the solenoid valve (121) of the second compressor (12) can be operated in a closed state so that the refrigerant is not transferred from the third indoor heat exchanger (43) to the second stage inlet of the second compressor (12).
  • the first indoor heat exchanger (41) cools the vaporized refrigerant by transferring it to the cooler (80), and the refrigerant cooled in the cooler (80) is transferred to the first stage inlet through the internal passages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12), thereby cooling the motors of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) and supplying some of the refrigerant to the gas bearing.
  • Low-temperature and low-pressure gaseous refrigerant is introduced into the first stage inlet of the first compressor (11), and after the first compression, the gaseous refrigerant with the first temperature and pressure increase is discharged and then moves through the communication pipe, and after combining with the medium-pressure gaseous refrigerant (first injection) delivered from the third indoor heat exchanger (43) (internal heat exchanger for supercooling), the temperature is lowered and then introduced into the second stage inlet, and the gaseous refrigerant with the temperature and pressure increase is discharged through the second compression process.
  • the refrigerant discharged through the first four-way valve (21) (On) is combined with the medium-pressure gaseous refrigerant (secondary injection) delivered from the second indoor heat exchanger (42) (internal heat exchanger for injection) and then, after a temperature drop, is introduced into the first stage inlet of the second compressor (12).
  • the gaseous refrigerant that has been heated and pressurized after the third compression in the first stage of the second compressor (12) is introduced into the second stage inlet through the communication pipe, and the high-temperature gaseous refrigerant that has been heated and pressurized after the final fourth compression is discharged.
  • the compression efficiency is improved compared to the existing two-stage split compression of the refrigerant, and by reducing the compression ratio of each compressor to avoid the surge region, it is possible to improve the reliability of the compressor and induce stable continuous heating operation.
  • All high temperature and high pressure gaseous refrigerants are radiated to the indoor air side in the shell and tube heat exchanger (71) and then converted into medium temperature and high pressure liquid refrigerants and discharged to the indoor phase separator (61) and the indoor expansion valve (50).
  • bypass solenoid valve (6111) of the indoor separator (61) can be closed to prevent the flow of refrigerant.
  • a portion of the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant expands to the intermediate pressure of the first stage inlet of the second compressor (12) in the first indoor heat exchanger (41) (internal heat exchanger for gas bearing) after branching, and then heat exchanges with the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant (primary subcooling of the liquid refrigerant) and then vaporizes, and then cools the motors of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) through inverter refrigerant cooling in the cooler (80), and supplies a portion of the refrigerant to the gas bearing side of the mechanism, and then combines with the refrigerant on the first stage inlet side of each.
  • Some of the first-stage supercooled medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant expands to the intermediate pressure at the inlet side of the first stage of the second compressor (12) in the second indoor heat exchanger (42) (internal heat exchanger for injection) after branching, and then heat-exchanges with the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant (secondary supercooling of the liquid refrigerant) and becomes vaporized, and is combined with the medium-temperature, medium-pressure gaseous refrigerant discharged from the second-stage discharge side of the first compressor (11) and flows into the first-stage inlet side of the second compressor (12).
  • Some of the secondary supercooled medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant is expanded to the intermediate pressure at the discharge side of the first stage of the first compressor (11) in the third indoor heat exchanger (43 (internal heat exchanger for supercooling) after branching, and then heat-exchanged with the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant (tertiary supercooling of the liquid refrigerant) and then vaporized, and is combined with the medium-temperature, medium-pressure gaseous refrigerant discharged from the discharge side of the first stage of the first compressor (11) and introduced into the second stage inlet of the first compressor (11).
  • the third indoor heat exchanger 43 (internal heat exchanger for supercooling) after branching, and then heat-exchanged with the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant (tertiary supercooling of the liquid refrigerant) and then vaporized, and is combined with the medium-temperature, medium-pressure gaseous refrigerant discharged from the discharge side of
  • the high pressure is increased by increasing the refrigerant flow rate on the condenser side through two injections based on the same compressor rotation speed, thereby improving the heating capacity and efficiency.
  • the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant that is finally subcooled in the third indoor heat exchanger (43) is expanded to low pressure in the outdoor expansion valve (32) and then converted into a two-phase refrigerant, and then introduced into the outdoor phase separator (33).
  • the liquid refrigerant among the two-phase refrigerants is accumulated to the lower part of the outdoor phase separator (33) by gravity, and the gaseous refrigerant is separated to the upper part.
  • the gaseous refrigerant separated to the upper part bypasses the outdoor heat exchanger (31) (outdoor evaporator) and is combined toward the discharge portion, and the liquid refrigerant accumulated at the lower part of the outdoor phase separator (33) absorbs heat from the outside air in the outdoor heat exchanger (31) and then turns into gas and is discharged.
  • the dryness of the refrigerant flowing into the outdoor heat exchanger (31) corresponding to the evaporator while passing through the outdoor phase separator (33) before the low-temperature, low-pressure two-phase refrigerant after expansion in the outdoor expansion valve (32) passes through the outdoor phase separator (33) before flowing into the evaporator the dryness of the refrigerant is induced to be as close as possible to the saturated liquid line, thereby increasing the evaporation heat by increasing the evaporator ⁇ h through inducing an additional decrease in the enthalpy at the evaporator inlet, and by bypassing the gaseous refrigerant as much as the dryness before flowing into the evaporator to the evaporator outlet, the refrigerant pressure loss due to the flowing gas within the evaporator can be minimized, thereby increasing the evaporation heat (3 of FIG. 12).
  • the driving results may be as shown in Fig. 13, and the PH diagram comparing the driving results with the existing driving results may be as shown in Fig. 14.
  • the above air conditioning system (100) can be operated as shown in Fig. 13 to circulate the refrigerant when the operation corresponds to the defrosting operation.
  • the above first four-way valve (21) can switch the flow path so that the second stage discharge port of one compressor (11) among the plurality of turbo compressors (11, 12) and the inlet port of the outdoor heat exchanger (31) are connected, and the first stage inlet port of one compressor (11) and the first stage inlet port of the other compressor (12) are connected.
  • the plurality of turbo compressors (11, 12) can be driven in parallel to compress the refrigerant.
  • the second four-way valve (22) can switch the flow path so that the discharge port of the shell-and-tube heat exchanger (71) and the inlet port of the accumulator (13) of the plurality of turbo compressors (11, 12) are connected, and the discharge port of the second stage of the other compressor (12) and the inlet port of the outdoor heat exchanger (31) are connected.
  • the plurality of turbo compressors (11, 12) can compress the refrigerant so that the refrigerant circulates according to the above-described operation.
  • the above plurality of turbo compressors (11, 12) can compress refrigerant in the first and second stages, respectively, with the first compressor (11) and the other compressor (12), and deliver the refrigerant compressed in two stages from the second-stage discharge portion of the first compressor (11) and the second-stage discharge portion of the other compressor (12) to the outdoor heat exchanger (31).
  • the above-mentioned plurality of indoor heat exchangers (41, 42, 43) can perform heat exchange in the adjacent heat exchanger (41) by opening the inlet valve (411) of the heat exchanger (41) adjacent to the outdoor heat exchanger (31).
  • heat exchange may occur only in the first indoor heat exchanger (41).
  • the first indoor heat exchanger (41) cools the vaporized refrigerant by transferring it to the cooler (80), and the refrigerant cooled in the cooler (80) passes through the internal passages of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) and is transferred to the first stage inlet, thereby cooling the motors of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) and supplying some of the refrigerant to the gas bearing.
  • the solenoid valves (111, 121) of the first compressor (11) and the second compressor (12) can be operated in a closed state to prevent the refrigerant from being delivered from the third indoor heat exchanger (43) to the second stage inlet of each of the first compressor (11) and the second compressor (12).
  • Low-temperature and low-pressure gaseous refrigerant is separately introduced into the first stage of the first compressor (11) and the first stage of the second compressor (12), and after the first compression, the gaseous refrigerant is discharged as a first temperature- and pressure-increased gaseous refrigerant, and then introduced into the second-stage inlet through a communication pipe, and through the second compression process, the final pressurized high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant is discharged.
  • the compressor efficiency can be improved due to the improved compression efficiency when the load is distributed compared to the existing single compressor.
  • All high-temperature, high-pressure gaseous refrigerants are introduced into the outdoor heat exchanger (31) and then radiated to the atmosphere to be defrosted. After radiating the heat, they are converted into medium-temperature, high-pressure liquid refrigerants and discharged to the outdoor phase separator (33) and the outdoor expansion valve (32).
  • bypass solenoid valve (331) of the outdoor phase separator (33) can be closed to prevent the flow of refrigerant, and the fan of the outdoor heat exchanger (31) can be turned off.
  • a portion of the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant expands to the intermediate pressure of the first stage inlet of the second compressor (12) in the first indoor heat exchanger (41) (internal heat exchanger for gas bearing) after branching, and then heat exchanges with the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant (primary subcooling of the liquid refrigerant) and then vaporizes, and then cools the motors of each of the plurality of turbo compressors (11, 12) through inverter refrigerant cooling in the cooler (80), and supplies a portion of the refrigerant to the gas bearing side of the mechanism, and then combines with the refrigerant on the first stage inlet side of each.
  • the inlet valve (421) of the second indoor heat exchanger (42) and the inlet valve (431) of the third indoor heat exchanger (43) are each fully closed to prevent the flow of refrigerant in the second indoor heat exchanger (42) and the third indoor heat exchanger (43).
  • the medium-temperature, high-pressure liquid refrigerant that is finally subcooled in the first indoor heat exchanger (41) is expanded to low pressure in the indoor expansion valve (50) and then converted into a two-phase refrigerant, and then introduced into the indoor phase separator (61).
  • the liquid refrigerant among the two-phase refrigerants is accumulated toward the bottom of the indoor phase separator (61) by gravity, and the gaseous refrigerant is separated toward the top.
  • the gaseous refrigerant separated toward the top bypasses the shell-and-tube heat exchanger (71) (shell-tube evaporator) and is combined toward the discharge side.
  • the liquid refrigerant accumulated at the bottom of the indoor phase separator (61) absorbs heat from cold water in the shell-and-tube heat exchanger (71) and then turns into gas and is discharged.
  • the dryness of the refrigerant flowing into the shell-and-tube heat exchanger (71) corresponding to the evaporator while passing through the indoor phase separator (61) before the low-temperature, low-pressure two-phase refrigerant after expansion in the indoor expansion valve (50) is introduced into the evaporator the dryness of the refrigerant is brought close to the saturated liquid line, thereby increasing the evaporator ⁇ h through inducing an additional decrease in the enthalpy at the evaporator inlet, thereby improving the cooling capacity.
  • the refrigerant pressure loss due to the introduced gaseous phase within the evaporator can be minimized, thereby improving the cooling capacity (l in FIG. 14).

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Abstract

본 명세서는 운전 조건에 따라 복수의 터보 압축기의 구동을 전환하고, 내부 열교환기로 다중 인젝션이 이루어지도록 하여, 상기 운전 조건에 대응하여 냉매가 순환되도록 하는, 복수의 터보 압축기를 사용하는 공기 조화 시스템의 실시예에 관한 것이다.

Description

공기 조화 시스템
본 발명은 복수의 터보 압축기를 사용하는 공기 조화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 상업용 및 산업용에 사용되는 대용량(600 [RT] 이상) 칠러는 수냉식으로 냉전 사이클을 기준으로 가스베어링이 적용되는 무급유 터보 압축기가 적용된다. 터보 압축기의 특성상 1~2개의 임펠라를 갖는 기구부를 가지며 2개의 임펠라가 적용될 경우 1개의 임펠라 적용 시스템 대비 고압축비 영역을 확장해서 운전 가능하며, 2단 압축/Single 인젝션 기술을 통해 연중 고효율 운전이 가능하다.
종래기술의 일예로, 미국 등록특허공보 US 10794619 B2(이하, 선행기술이라 칭한다)에는 냉력 용량 600 [RT] 이상의 대용량 칠러 시스템이 개시되어 있다. 상기 선행기술의 칠러 시스템은 1단 임펠라 및 2단 임펠라가 구비되어, 두 임펠라간 냉매가 흐를수 있는 연통관으로 구성된 2Stage 터보 컴프로 2단 압축/Single 인젝션 사이클이 이루어지는 것으로, 응축기 후단 1차 팽창밸브와 증발기 전단 2차 팽창밸브 사이에 위치(1차 팽창후 압력은 중간압 유도됨)한 상분리기(Economizer)로 인젝션이 이루어진다.
상기 선행기술과 같은 상분리기 타입의 2단 압축 Single 인젝션 사이클 기술의 정상 운전은, 도 1에 도시된 바와 같이 이루어질 수 있다. 상기 선행기술의 경우, 상분리기 전후단에 1/2차 팽창밸브의 면적(저항, 개도)를 제어하여 항상 컴프 1단 출구 중간압 대비 높은 중간압 유지가 필요하게 된다. 하지만, 1/2단 팽창장치의 면적 조절에 매우 민감하게 중간압이 변함으로 인해, 제어 일탈 가능성 높은 문제가 있다. 특히, 컴프의 시동 초기나 부하 대응 및 신뢰성 제어에 따른 급격한 임펠라 회전 속도 조정 등이 발생할 때 제어 일탈 가능성은 더욱 높아진다. 만약, 상분리기측 중간압이 컴프 중간압 대비 낮아질 경우, 하기와 같은 문제점들이 발생하게 될 가능성이 높아지게 된다.
1) 도 2에 도시된 바와 같이, 컴프 1차 압축된 중온 중압의 냉매가 역류하여 상분리기측으로 유입될 경우, 증발기측 냉매 유량 감소에 따른 성능(냉력 및 효율)이 저하될 가능성이 높아지게 된다.
2) 1창 팽장창치에서 압력 강하가 충분하지 않을 경우, 즉 1차 팽창 후 상분리기로 유입되는 냉매의 상태가 100% 액상일 경우 상분리기내 액상 냉매가 증가하며 Overflow 발생하게 되고 상단 기상 냉매 토출부로 액상 냉매가 유입된다. 컴프 2단 임펠라 흡입단으로 유입될 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 액 또는 습압축에 따른 2단 임펠라 소손 유발 가능성이 높아지게 된다. 또한, 일시적인 사이클 냉매 부족으로 인한 1단 임펠라 유입 냉매 유량 급감에 따른 1/2단 임펠라간 추력 차 증가로 인한 베어링 소손 발생 가능성이 높아지게 된다.
또한, 상기 선행기술은 터보 컴프 내부 냉각을 위한 2개 회로를 따로 적용하게 되는데, 이 경우 2개 회로를 통해 에너지를 사용하여 고압으로 압축 및 응축한 냉매 중 일부를 컴프 냉각용으로 바이패스함에 따라 바이패스해야 되는 냉매의 양이 증가하여 증발기로 유입되는 냉매 유량 감소 발생시켜 성능(냉력 및 효율)이 감소하게 된다. 또한, 터보 컴프 내부 냉각을 위한 냉각 회로를 응축 출구단 냉매를 이용할 경우, 컴프 정지 후 평압 상태에서 재시동 시 압축기 토출부에서 응축 출구까지 물리적 거리로 인한 냉매 유입 지연으로 인해 컴프내 기구부 각종 베어링부 마모로 인한 컴프 고장 유발 가능성이 높아지게 된다.
게다가, 상기 선행기술과 같은 시스템을 150 [RT]이하의 공랭식 히트펌프 시스템으로 확대 시, 실외 열교환기에서 흡열 또는 방열하기 위해서는 더 낮은 저압 및 증발온도가 필요하거나 더 높은 고압 및 응축온도가 필요하며, 이때 고압축비에 따른 운전 맵 범위를 벗어나 운전되는 조건이 많아지고 이에 따라 신뢰성 제어(핫가스 바이패스 등)로 인한 성능(냉력 및 효율) 저하를 유발하며 불안정적인 사이클 운전으로 냉력의 안정적인 공급이 불가능하게 된다.
특히, 방열부가 수냉식에서 공랭식으로 변경될 경우 공기의 열전달 성능 저하로 인해 동일 방열량을 확보하기 위해서는 냉매 응축온도가 상승시켜 냉매 응축온도와 공기 흡입 온도차를 약 15℃ 수준까지 상승시켜야 되는데, 이에 따라 고압 상승에 따른 압축비 증가로 인해 도 4에 도시된 바와 같이 서징 현상 발생 가능성이 높아지게 된다.
그리고 컴프 정지 후 평압 상태에서 컴프 재시동 시 가스 베어링용 냉매 공급의 지연으로 인해 컴프 기구부 신뢰성 저하가 유발되며, 이로 인한 컴프 고장 유발 가능성도 상승하고, 상분리기의 중간압에 따라 냉매 역류 또는 습압축이 빈번히 발생함으로써 컴프 신뢰성 저하 가능성이 높아지는 한계가 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) US 10794619 B2
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 한계를 개선하는 것을 과제로 한다.
이에 따라 본 명세서는, 150 [RT]이하의 공랭식 히트펌프 시스템이 안정적이고 효율적이고, 고성능으로 운전될 수 있는 실시예를 제공하고자 한다.
구체적으로, 공랭식 히트펌프 무급유 터보 칠러에 대해 내부열교환기 타입 다중 인젝션 기술 및 고신뢰성 컴프 냉각 기술을 적용하여 4계절 안정적인 운전 및 고효율 운전이 가능해질 수 있는 실시예를 제공하고자 한다.
또한, 여름철 외기 온도가 상승하는 냉방 과부하 기간 중 2개의 컴프가 직렬 압축을 하여 4단 압축 2중 인젝션을 통한 서지 회피 및 고냉방 성능 운전이 가능해질 수 있는 실시예를 제공하고자 한다.
게다가, 증발기 전단 상분리기를 통한 기상 냉매 바이패스를 통해 연중 고효율 냉난방 운전이 가능해질 수 있는 실시예를 제공하고자 한다.
아울러, 정지 후 평압 상태에서 재시동할 경우 빠른 냉매 전달을 통해 가스 베어링 시스템의 신뢰성을 향상시키고, 연속 운전 중에는 응축기 출구단 가스베어링용 내부열교환기 및 인버터 냉매 냉각을 통해 중온으로 과열된 냉매로 가스 베어링 시스템의 고효율 운전이 가능해질 수 있는 실시예를 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 운전 조건에 따라 복수의 터보 압축기의 구동을 전환하고, 내부 열교환기로 다중 인젝션이 이루어지도록 하여, 상기 운전 조건에 대응하여 냉매가 순환되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 기술적 특징을 과제 해결 수단으로 하는 공기 조화 시스템의 실시예는, 냉매를 2단 압축하는 복수의 터보 압축기, 상기 복수의 터보 압축기의 직렬 구동 또는 병렬 구동 방식 여부에 따라 상기 복수의 터보 압축기에 유입되거나 토출되는 냉매의 유동 경로를 전환하는 제1 사방 밸브, 냉방 운전, 난방 운전 또는 제상 운전 여부에 따라 냉매의 유동 경로를 전환하는 제2 사방 밸브, 상기 복수의 터보 압축기 중 하나 이상과 연결되어, 냉매의 열교환이 이루어지는 실외 열교환기, 상기 실외 열교환기와 연결되어, 전달된 냉매의 팽창이 이루어지는 실외 팽창 밸브, 상기 실외 팽창 밸브와 연결되어, 냉매의 열교환이 이루어지는 복수의 내부 열교환기, 상기 복수의 내부 열교환기와 연결되어, 전달된 냉매의 팽창이 이루어지는 실내 팽창 밸브, 상기 실내 팽창 밸브와 연결되어, 전달된 냉매의 상을 분리하는 실내 상분리기 및 상기 상분리기 및 상기 복수의 터보 압축기와 연결되어, 전달된 냉매의 열교환이 이루어지는 쉘앤튜브 열교환기를 포함하고, 상기 복수의 터보 압축기, 상기 제1 사방 밸브 및 상기 제2 사방 밸브는, 상기 냉방 운전, 상기 난방 운전 또는 상기 제상 운전 여부 및 실외의 온도 상태에 따른 운전 조건 별로 구동을 달리하여, 상기 운전 조건 별로 냉매가 다르게 순환한다.
여기서, 상기 냉방 운전 시 또는 상기 제상 운전 시, 상기 실외 열교환기는, 상기 복수의 터보 압축기 중 하나 이상에서 전달된 냉매의 열교환이 이루어지고, 상기 실외 팽창 밸브는, 상기 실외 열교환기에서 전달된 냉매의 팽창이 이루어지고, 상기 복수의 내부 열교환기는, 상기 실외 팽창 밸브에서 전달된 냉매의 열교환이 이루어지고, 상기 실내 팽창 밸브는, 상기 복수의 내부 열교환기에서 전달된 냉매의 팽창이 이루어지고, 상기 실내 상분리기는, 상기 실내 팽창 밸브로부터 전달된 냉매의 상을 분리하여, 분리한 기상의 냉매를 상기 복수의 터보 압축기로 전달하고, 상기 쉘앤튜브 열교환기는, 상기 상분리기로부터 전달된 액상의 냉매의 열교환이 이루어져, 열교환된 냉매를 상기 복수의 터보 압축기로 전달할 수 있다.
여기서, 상기 난방 운전 시, 상기 실외 열교환기는, 상기 복수의 터보 압축기 중 하나 이상에 전달할 냉매의 열교환이 이루어지고, 상기 실외 팽창 밸브는, 상기 실외 열교환기에 전달할 냉매의 팽창이 이루어지고, 상기 복수의 내부 열교환기는, 상기 실외 팽창 밸브에 전달할 냉매의 열교환이 이루어지고, 상기 실내 팽창 밸브는, 상기 복수의 내부 열교환기에 전달할 냉매의 팽창이 이루어지고, 상기 실내 상분리기는, 상기 실내 팽창 밸브로 전달할 냉매의 상을 분리하여 전달하고, 상기 쉘앤튜브 열교환기는, 상기 상분리기로 전달할 냉매의 열교환이 이루어질 수 있다.
실시예에서, 상기 복수의 터보 압축기는, 서로 다른 용량으로 이루어질 수 있다.
실시예에서, 상기 복수의 터보 압축기는, 어느 하나의 용량이 다른 하나의 용량의 50 [%] 이하일 수 있다.
실시예에서, 상기 제1 사방 밸브는, 상기 복수의 터보 압축기 중 일 압축기의 1단의 유입부와 연결된 제1 밸브단, 상기 복수의 터보 압축기 각각의 유입부와 연결된 제2 밸브단, 상기 일 압축기의 2단의 토출부와 연결된 제3 밸브단 및 상기 실외 열교환기의 유입부와 연결된 제4 밸브단을 포함하여, 상기 제1 밸브단 내지 상기 제4 밸브단 각각을 개폐하거나, 어느 둘 이상을 연결할 수 있다.
실시예에서, 상기 제2 사방 밸브는, 상기 복수의 터보 압축기 각각의 2단의 토출부와 연결된 제1 밸브단, 상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부와 연결된 제2 밸브단, 상기 복수의 터보 압축기의 어큠의 유입부와 연결된 제3 밸브단 및 상기 실외 열교환기의 유입부와 연결된 제4 밸브단을 포함하여, 상기 제1 밸브단 내지 상기 제4 밸브단 각각을 개폐하거나, 어느 둘 이상을 연결할 수 있다.
실시예에서, 상기 실외 열교환기 및 상기 실외 팽창 밸브 사이에 배치되어, 상기 난방 운전 시 상기 실외 팽창 밸브로부터 전달된 냉매의 상을 분리하여, 분리한 기상의 냉매를 상기 복수의 터보 압축기로 전달하는 실외 상분리기를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 복수의 실내 열교환기는, 직렬로 배치된 제1 실내 열교환기, 제2 실내 열교환기 및 제3 실내 열교환기를 포함하고, 상기 제1 실내 열교환기 내지 상기 제3 실내 열교환기 각각은, 유입부를 개폐하는 유입 밸브를 포함하여, 상기 유입 밸브의 구동에 따라 이전 열교환기로부터 전달받은 냉매가 하나 이상의 실내 열교환기에서 열교환이 이루어질 수 있다.
실시예에서, 상기 제1 실내 열교환기는, 상기 유입 밸브가 상기 냉방 운전, 상기 난방 운전 및 상기 제상 운전 시 모두에 냉매의 열교환이 이루어질 수 있다.
실시예에서, 상기 제1 실내 열교환기에서 열교환이 이루어진 경우, 상기 제1 실내 열교환기에서 기상화된 냉매를 냉각시켜 상기 복수의 터보 압축기 각각의 1단 유입부로 전달하는 냉각기를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 이상인 경우, 상기 제1 사방 밸브는, 상기 복수의 터보 압축기 중 일 압축기의 2단 토출부와 타 압축기의 1단 유입부가 연결되고, 상기 실외 열교환기의 유입부와 상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부가 연결되도록 유동 경로를 전환하고, 상기 제2 사방 밸브는, 상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부와 상기 복수의 터보 압축기의 어큠의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기의 2단의 토출부와 상기 실외 열교환기의 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 이상인 경우, 상기 복수의 터보 압축기는, 상기 일 압축기의 1단, 2단, 상기 타 압축기의 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 타 압축기의 2단 토출부에서 4단 압축한 냉매를 상기 실외 열교환기로 전달할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 이상인 경우, 상기 복수의 실내 열교환기는, 각각의 유입 밸브가 개방되어, 각각에서 열교환이 이루어지되, 중간에 배치된 어느 하나는, 기상화된 냉매를 상기 타 압축기의 1단 유입부로 전달하고, 상기 실내 팽창 밸브 이전에 배치된 하나는, 기상화된 냉매를 상기 일 압축기의 2단 유입부로 전달할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 미만인 경우, 상기 제1 사방 밸브는, 상기 복수의 터보 압축기 중 일 압축기의 2단 토출부와 상기 실외 열교환기의 유입부가 연결되고, 상기 일 압축기의 1단 유입부와 타 압축기의 1단 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환하고, 상기 제2 사방 밸브는, 상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부와 상기 복수의 터보 압축기의 어큠의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기의 2단의 토출부와 상기 실외 열교환기의 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 미만인 경우, 상기 복수의 터보 압축기는, 상기 일 압축기 및 상기 타 압축기 각각이 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 일 압축기의 2단 토출부 및 상기 타 압축기의 2단 토출부 각각에서 2단 압축한 냉매를 상기 실외 열교환기로 전달할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 미만인 경우, 상기 복수의 실내 열교환기는, 양단에 배치된 두 열교환기 각각의 유입 밸브가 개방되어, 상기 두 열교환기 각각에서 열교환이 이루어지되, 상기 두 열교환기 중 상기 실내 팽창 밸브 이전에 배치된 하나는, 기상화된 냉매를 상기 일 압축기의 2단 유입부 및 상기 타 압축기의 2단 유입부 각각으로 전달할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 난방 운전에 해당하는 경우, 상기 제1 사방 밸브는, 상기 복수의 터보 압축기 중 일 압축기의 2단 토출부와 타 압축기의 1단 유입부가 연결되고, 상기 실외 열교환기의 유입부와 상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부가 연결되도록 유동 경로를 전환하고, 상기 제2 사방 밸브는, 상기 실외 열교환기의 유입부와 상기 복수의 터보 압축기의 어큠의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기의 2단의 토출부와 상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부가 연결되도록 유동 경로를 전환하여, 냉매가 상기 냉방 운전 시의 방향에 반대 방향으로 순환할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 난방 운전에 해당하는 경우, 상기 복수의 터보 압축기는, 상기 일 압축기의 1단, 2단, 상기 타 압축기의 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 타 압축기의 2단 토출부에서 4단 압축한 냉매를 상기 쉘앤튜브 열교환기로 전달할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 난방 운전에 해당하는 경우, 상기 복수의 실내 열교환기는, 각각의 유입 밸브가 개방되어, 각각에서 열교환이 이루어지되, 중간에 배치된 어느 하나는, 기상화된 냉매를 상기 타 압축기의 1단 유입부로 전달하고, 상기 실내 팽창 밸브 이전에 배치된 하나는, 기상화된 냉매를 상기 일 압축기의 2단 유입부로 전달할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 제상 운전에 해당하는 경우, 상기 제1 사방 밸브는, 상기 복수의 터보 압축기 중 일 압축기의 2단 토출부와 상기 실외 열교환기의 유입부가 연결되고, 상기 일 압축기의 1단 유입부와 타 압축기의 1단 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환하고, 상기 제2 사방 밸브는, 상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부와 상기 복수의 터보 압축기의 어큠의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기의 2단의 토출부와 상기 실외 열교환기의 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 제상 운전에 해당하는 경우, 상기 복수의 터보 압축기는, 상기 일 압축기 및 상기 타 압축기 각각이 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 일 압축기의 2단 토출부 및 상기 타 압축기의 2단 토출부 각각에서 2단 압축한 냉매를 상기 실외 열교환기로 전달할 수 있다.
실시예에서, 상기 운전 여부가 상기 제상 운전에 해당하는 경우, 상기 복수의 실내 열교환기는, 상기 실외 열교환기와 인접한 열교환기의 유입 밸브가 개방되어, 상기 인접한 열교환기에서 열교환이 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같은 공기 조화 시스템의 실시예들은 상술한 바에 국한되지 않으며, 하술할 구체적인 설명에 기재되거나 구체적인 설명에서 유추/도출할 수 있는 실시예들까지 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 공기 조화 시스템의 실시예에 따르면, 내부열교환기 타입 다중 인젝션 기술 및 고신뢰성 컴프 냉각 기술을 적용함으로써, 4계절 안정적인 운전 및 고효율 운전이 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 여름철 외기 온도가 상승하는 냉방 과부하 기간 중 2개의 컴프가 직렬 압축을 하여 4단 압축 2중 인젝션을 통한 서지 회피 및 고냉방 성능 운전이 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
게다가, 증발기 전단 상분리기를 통한 기상 냉매 바이패스를 통해 연중 고효율 냉전 운전이 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
아울러, 컴프의 가스 베어링 시스템의 냉매 회로는 이원화하여 정지 후 평압 상태에서 재시동할 경우 빠른 냉매 전달을 통해 가스 베어링 시스템의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
더불어, 연속 운전 중에는 응축기 출구단 가스베어링용 내부열교환기 및 인버터 냉매 냉각을 통해 중온으로 과열된 냉매로 가스 베어링 시스템의 고효율 운전이 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
상술한 바와 같은 공기 조화 시스템의 실시예에 따른 효과는 상술한 바에 국한되지 않으며, 이하에서 하술할 구체적인 설명에 기재되거나 구체적인 설명에서 유추/도출할 수 있는 효과들도 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 종래의 선행기술에 따른 운전 결과를 나타낸 선도.
도 4는 터보 압축기의 운전맵을 나타낸 그래프.
도 5는 실시예에 따른 공기 조화 시스템의 구성도.
도 6은 도 5에 도시된 공기 조화 시스템의 구체적인 구성도.
도 7은 도 6에 도시된 공기 조화 시스템의 구체적인 운전 예시를 나타낸 예시도 1.
도 8은 도 7에 도시된 운전 예시에 따른 운전 결과를 나타낸 선도.
도 9는 도 6에 도시된 공기 조화 시스템의 구체적인 운전 예시를 나타낸 예시도 2.
도 10은 도 9에 도시된 운전 예시에 따른 운전 결과를 나타낸 선도.
도 11은 도 6에 도시된 공기 조화 시스템의 구체적인 운전 예시를 나타낸 예시도 3.
도 12는 도 11에 도시된 운전 예시에 따른 운전 결과를 나타낸 선도.
도 13은 도 6에 도시된 공기 조화 시스템의 구체적인 운전 예시를 나타낸 예시도 4.
도 14는 도 13에 도시된 운전 예시에 따른 운전 결과를 나타낸 선도.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 실시예에 따른 공기 조화 시스템을 상세하게 설명하되, 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해 당해 기술분야에서 일반적 기술사항에 해당하는 내용 또는 일부 구성 요소들에 대한 설명이 생략될 수 있다.
본 명세서의 공기 조화 시스템(이하, 공조 시스템이라 칭한다)의 실시예는, 칠러(CHILLER) 시스템일 수 있다.
상기 공조 시스템은, 150 [RT] 이하의 시스템일 수 있다.
상기 공조 시스템은, 공랭식 또는 수랭식 히트펌프 시스템일 수 있다.
상기 공조 시스템은, 냉방 운전, 난방 운전 및 제상 운전 중 어느 한 방식으로 운전하는 공랭식 히트펌프 시스템일 수 있다.
상기 공조 시스템(100)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 압축부(10), 밸브부(20), 외부 열교환부(30), 내부 열교환부(40), 팽창부(50), 상분리부(60) 및 쉘앤튜브 열교환부(70)를 포함한다.
상기 압축부(10), 상기 밸브부(20), 상기 외부 열교환부(30), 상기 내부 열교환부(40), 상기 팽창부(50), 상기 상분리부(60) 및 상기 쉘앤튜브 열교환부(70) 각각의 사이는, 냉매의 유동을 위한 배관이 구비될 수 있다.
이에 따라 상기 공조 시스템(100)에서 냉매는, 상기 압축부(10), 상기 외부 열교환부(30), 상기 내부 열교환부(40), 상기 팽창부(50), 상기 상분리부(60) 및 상기 쉘앤튜브 열교환부(70) 순, 또는 상기 압축부(10), 상기 쉘앤튜브 열교환부(70), 상기 상분리부(60), 상기 팽창부(50), 상기 내부 열교환부(40) 및 상기 외부 열교환부(30) 순으로 순환하게 될 수 있다.
상기 공조 시스템(100)은, 냉방 운전 시에는 상기 압축부(10), 상기 밸브부(20), 상기 외부 열교환부(30), 상기 내부 열교환부(40), 상기 팽창부(50), 상기 상분리부(60) 및 상기 쉘앤튜브 열교환부(70) 순으로 냉매가 순환하고, 난방 운전 시에는 상기 압축부(10), 상기 쉘앤튜브 열교환부(70), 상기 상분리부(60), 상기 팽창부(50), 상기 내부 열교환부(40), 상기 외부 열교환부(30) 및 상기 밸브부(20) 순으로 냉매가 순환할 수 있다.
상기 압축부(10)는, 냉매를 압축하는 복수의 압축기(11, 12)를 포함할 수 있다.
상기 압축기(11, 12)는, 냉매를 2단 압축하는 터보 압축기일 수 있다.
상기 압축부(10)는, 바람직하게는 2개의 터보 압축기(11, 12)를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 2개의 터보 압축기(11, 12)는, 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 압축부(10)는 또한, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 공급되는 냉매의 상을 분리/변환하는 어큠(13)을 더 포함할 수 있다.
이에 따라 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각에 유입되는 냉매는, 상기 어큠(13)을 거쳐 상 분리/변환된 후 유입될 수 있다.
상기 압축부(10)는, 일단이 상기 외부 열교환부(30)와 연결되고, 타단이 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)와 연결될 수 있다.
즉, 상기 압축부(10)는, 일단이 상기 외부 열교환부(30)와 연결된 배관과 연결되고, 타단이 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)와 연결된 배관과 연결될 수 있다.
이에 따라 상기 압축부(10)는, 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)로부터 냉매를 전달받아 압축하여, 압축한 냉매를 상기 외부 열교환부(30)로 전달하거나, 상기 외부 열교환부(30)로부터 냉매를 전달받아 압축하여, 압축한 냉매를 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)로 전달하게 될 수 있다.
이를테면, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시에 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)로부터 냉매를 전달받아 압축하여, 압축한 냉매를 상기 외부 열교환부(30)로 전달하게 될 수 있다.
이 경우, 상기 외부 열교환부(30)는, 응축부에 해당하고, 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)는, 증발부에 해당할 수 있다.
또한, 상기 난방 운전 시에 상기 외부 열교환부(30)로부터 냉매를 전달받아 압축하여, 압축한 냉매를 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)로 전달하게 될 수 있다.
이 경우, 상기 외부 열교환부(30)는, 증발부에 해당하고, 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)는, 응축부에 해당할 수 있다.
상기 밸브부(20)는, 냉매의 유동 경로를 전환하는 복수의 사방 밸브(21, 21)를 포함할 수 있다.
상기 밸브부(20)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 유입되거나 토출되는 냉매의 유동 경로를 전환하는 제1 사방 밸브(21)를 포함할 수 있다.
상기 제1 사방 밸브(21)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 직렬 구동 또는 병렬 구동 여부에 따라 4개의 밸브단 간을 연결하거나 개폐하여, 냉매의 유동 경로를 전환할 수 있다.
상기 밸브부(20)는, 상기 냉방 운전, 상기 난방 운전 또는 상기 제상 운전 여부에 따라 냉매의 유동 경로를 전환하는 제2 사방 밸브(22)를 포함할 수 있다.
상기 제2 사방 밸브(22)는, 상기 냉방 운전, 상기 난방 운전 또는 상기 제상 운전 여부에 따라 4개의 밸브단 간을 연결하거나 개폐하여, 냉매의 유동 경로를 전환할 수 있다.
상기 외부 열교환부(30)는, 일단이 상기 내부 열교환부(40)와 연결되고, 타단이 상기 압축부(10)와 연결될 수 있다.
즉, 상기 외부 열교환부(30)는, 일단이 상기 내부 열교환부(40)와 연결된 배관과 연결되고, 타단이 상기 압축부(10)와 연결된 배관과 연결될 수 있다.
이에 따라 상기 외부 열교환부(30)는, 상기 압축부(10)로부터 냉매를 전달받아 열교환이 이루어진 후, 열교환된 냉매를 상기 내부 열교환부(40)로 전달하거나, 상기 내부 열교환부(40)로부터 냉매를 전달받아 열교환이 이루어진 후, 열교환된 냉매를 상기 압축부(10)로 전달하게 될 수 있다.
이를테면, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시에 상기 압축부(10)로부터 냉매를 전달받아 열교환이 이루어진 후, 열교환된 냉매를 상기 내부 열교환부(40)로 전달하게 될 수 있다.
또한, 상기 난방 운전 시에 상기 내부 열교환부(40)로부터 냉매를 전달받아 열교환이 이루어진 후, 열교환된 냉매를 상기 압축부(10)로 전달하게 될 수 있다.
상기 외부 열교환부(30)는, 상기 압축부(10)에서 전달된 냉매의 열교환이 이루어지는 실외 열교환기(31)를 포함할 수 있다.
상기 실외 열교환기(31)는, 실외에 설치되어, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 또는 상기 내부 열교환부(40)에서 전달된 냉매의 열교환이 이루어질 수 있다.
상기 외부 열교환부(30)는, 전달된 냉매의 팽창이 이루어지는 실외 팽창 밸브(32)를 포함할 수 있다.
상기 실외 팽창 밸브(32)는, 실외에 설치되어, 상기 실외 열교환기(31) 또는 상기 내부 열교환부(40)에서 전달된 냉매의 팽창이 이루어질 수 있다..
상기 외부 열교환부(30)는 또한, 전달된 냉매의 상을 분리하는 실외 상분리기(33)를 포함할 수 있다.
상기 실외 상분리기(33)는, 실외에 설치되어, 상기 실외 팽창 밸브(32) 또는 상기 내부 열교환부(40)에서 전달된 냉매의 상을 분리할 수 있다.
상기 내부 열교환부(40)는, 실내에 설치되어, 상기 외부 열교환부(30)에서 전달된 냉매의 열교환이 이루어지는 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)를 포함할 수 있다.
상기 내부 열교환부(40)는, 바람직하게는 3개 이상의 실내 열교환기(41, 42, 43)를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 3개 이상의 실내 열교환기(41, 42, 43)는, 직렬로 연결될 수 있다.
상기 내부 열교환부(40)는, 일단이 상기 팽창부(50)와 연결되고, 타단이 상기 외부 열교환부(30)와 연결될 수 있다.
즉, 상기 내부 열교환부(40)는, 일단이 상기 팽창부(50)와 연결된 배관과 연결되고, 타단이 상기 외부 열교환부(30)와 연결된 배관과 연결될 수 있다.
이에 따라 상기 내부 열교환부(40)는, 상기 외부 열교환부(30)로부터 냉매를 전달받아 열교환이 이루어진 후, 열교환된 냉매를 상기 팽창부(50)로 전달하거나, 상기 팽창부(50)로부터 냉매를 전달받아 열교환이 이루어진 후, 열교환된 냉매를 상기 외부 열교환부(30)로 전달하게 될 수 있다.
이를테면, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시에 상기 외부 열교환부(30)로부터 냉매를 전달받아 열교환이 이루어진 후, 열교환된 냉매를 상기 팽창부(50)로 전달하게 될 수 있다.
또한, 상기 난방 운전 시에 상기 팽창부(50)로부터 냉매를 전달받아 열교환이 이루어진 후, 열교환된 냉매를 상기 외부 열교환부(30)로 전달하게 될 수 있다.
상기 팽창부(50)는, 실내에 설치되어, 상기 내부 열교환부(40) 또는 상기 상분리부(60)에서 전달된 냉매의 팽창이 이루어지는 실내 팽창 밸브를 포함할 수 있다.
상기 팽창부(50)는, 일단이 상기 상분리부(60)와 연결되고, 타단이 상기 내부 열교환부(40)와 연결될 수 있다.
즉, 팽창부(50)는, 일단이 상기 상분리부(60)와 연결된 배관과 연결되고, 타단이 상기 내부 열교환부(40)와 연결된 배관과 연결될 수 있다.
이에 따라 상기 팽창부(50)는, 상기 내부 열교환부(40)로부터 냉매를 전달받아 팽창이 이루어진 후, 상기 상분리부(60)로 전달하거나, 상기 상분리부(60)로부터 냉매를 전달받아 팽창이 이루어진 후, 상기 내부 열교환부(40)로 전달하게 될 수 있다.
이를테면, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시에 상기 내부 열교환부(40)로부터 냉매를 전달받은 후, 상기 상분리부(60)로 전달하게 될 수 있다.
또한, 상기 난방 운전 시에 상기 상분리부(60)로부터 냉매를 전달받은 후, 상기 내부 열교환부(40)로 전달하게 될 수 있다.
상기 상분리부(60)는, 상기 팽창부(50) 또는 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)로부터 전달된 냉매의 상을 분리하여, 분리하는 상분리기를 포함할 수 있다.
상기 상분리부(60)는, 일단이 상기 쉘앤튜브 열교환부(70) 및 상기 압축부(10)와 연결되고, 타단이 상기 팽창부(50)와 연결될 수 있다.
즉, 상기 상분리부(60)는, 일단이 상기 쉘앤튜브 열교환부(70) 및 상기 압축부(10)와 연결된 배관과 연결되고, 타단이 상기 팽창부(50)와 연결된 배관과 연결될 수 있다.
이에 따라 상기 상분리부(60)는, 상기 팽창부(50)로부터 전달된 냉매의 상을 분리하여, 분리한 기상의 냉매를 상기 압축부(10)로 전달하거나, 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)로부터 전달된 냉매의 상을 분리하여, 분리한 기상의 냉매를 상기 팽창부(50)로 전달하게 될 수 있다.
이를테면, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시에 상기 팽창부(50)로부터 전달된 냉매의 상을 분리하여, 분리한 기상의 냉매를 상기 압축부(10)로 전달하게 될 수 있다.
또한, 상기 난방 운전 시에 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)로부터 전달된 냉매의 상을 분리하여, 분리한 기상의 냉매를 상기 팽창부(50)로 전달하게 될 수 있다.
상기 쉘앤튜브 열교환부(70)는, 실내에 설치되어, 상기 상분리부(60) 또는 상기 압축부(10)로부터 전달된 냉매의 열교환이 이루어지는 하나 이상의 쉘앤튜브 열교환기(71)를 포함할 수 있다.
상기 쉘앤튜브 열교환부(70)는, 일단이 상기 압축부(10)와 연결되고, 타단이 상기 상분리부(60)와 연결될 수 있다.
즉, 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)는, 일단이 상기 압축부(10)와 연결된 배관과 연결되고, 타단이 상기 상분리부(60)와 연결된 배관과 연결될 수 있다.
이에 따라 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)는, 상기 상분리부(60)로부터 전달된 액상의 냉매의 열교환이 이루어져, 열교환된 냉매를 상기 압축부(10)로 전달하거나, 상기 압축부(10)로부터 전달된 냉매의 열교환이 이루어져, 열교환된 냉매를 상기 상분리부(60)로 전달하게 될 수 있다.
이를테면, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시에 상기 상분리부(60)로부터 전달된 액상의 냉매의 열교환이 이루어져, 열교환된 냉매를 상기 압축부(10)로 전달하게 될 수 있다.
또한, 상기 난방 운전 시에 상기 압축부(10)로부터 전달된 냉매의 열교환이 이루어져, 열교환된 냉매를 상기 상분리부(60)로 전달하게 될 수 있다.
이와 같은 상기 압축부(10), 상기 밸브부(20), 상기 외부 열교환부(30), 상기 내부 열교환부(40), 상기 팽창부(50), 상기 상분리부(60) 및 상기 쉘앤튜브 열교환부(70)를 포함하여 냉매의 순환이 이루어지는 상기 공조 시스템(100)은, 도 6에 도시된 바와 같은 구성으로 실시될 수 있다.
상기 공조 시스템(100)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 냉매를 2단 압축하는 복수의 터보 압축기(11, 12), 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 직렬 구동 또는 병렬 구동 방식 여부에 따라 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 유입되거나 토출되는 냉매의 유동 경로를 전환하는 제1 사방 밸브(21), 냉방 운전, 난방 운전 또는 제상 운전 여부에 따라 냉매의 유동 경로를 전환하는 제2 사방 밸브(22), 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상과 연결되어, 냉매의 열교환이 이루어지는 실외 열교환기(31), 상기 실외 열교환기(31)와 연결되어, 전달된 냉매의 팽창이 이루어지는 실외 팽창 밸브(32), 상기 실외 팽창 밸브(32)와 연결되어, 냉매의 열교환이 이루어지는 복수의 내부 열교환기(41, 42, 43), 상기 복수의 내부 열교환기(41, 42, 43)와 연결되어, 전달된 냉매의 팽창이 이루어지는 실내 팽창 밸브(50), 상기 실내 팽창 밸브(50)와 연결되어, 전달된 냉매의 상을 분리하는 실내 상분리기(61) 및 상기 상분리기(61) 및 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)와 연결되어, 전달된 냉매의 열교환이 이루어지는 쉘앤튜브 열교환기(71)를 포함한다.
이러한 상기 공조 시스템(100)에서 상기 복수의 터보 압축기(11, 12), 상기 제1 사방 밸브(21) 및 상기 제2 사방 밸브(22)는, 상기 냉방 운전, 상기 난방 운전 또는 상기 제상 운전 여부 및 실외의 온도 상태에 따른 운전 조건 별로 구동을 달리하여, 상기 운전 조건 별로 냉매가 다르게 순환한다.
즉, 상기 공조 시스템(100)은, 상기 운전 조건에 따라 운전 모드를 달리하게 될 수 있다.
이를테면, 상기 운전 조건이 제1 조건에 해당하는 경우, 제1 모드로 운전하고, 상기 운전 조건이 제2 조건에 해당하는 경우, 제2 모드로 운전하고, 상기 운전 조건이 제3 조건에 해당하는 경우, 제3 모드로 운전하고, 상기 운전 조건이 제4 조건에 해당하는 경우, 제4 모드로 운전하게 될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 모드 내지 상기 제4 모드 각각은, 다르게 설정될 수 있다.
상기 운전 여부는, 상기 냉방 운전, 상기 난방 운전, 또는 상기 제상 운전 여부일 수 있고, 상기 온도 상태는, 외기 온도일 수 있다.
상기 냉방 운전 시 또는 상기 제상 운전 시, 상기 실외 열교환기(31)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상에서 전달된 냉매의 열교환이 이루어지고, 상기 실외 팽창 밸브(32)는, 상기 실외 열교환기(31)에서 전달된 냉매의 팽창이 이루어지고, 상기 복수의 내부 열교환기(41, 42, 43)는, 상기 실외 팽창 밸브(32)에서 전달된 냉매의 열교환이 이루어지고, 상기 실내 팽창 밸브(50)는, 상기 복수의 내부 열교환기(41, 42, 43)에서 전달된 냉매의 팽창이 이루어지고, 상기 실내 상분리기(61)는, 상기 실내 팽창 밸브(50)로부터 전달된 냉매의 상을 분리하여, 분리한 기상의 냉매를 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)로, 액상의 냉매는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)로 전달하고, 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)는, 상기 상분리기(61)로부터 전달된 액상의 냉매의 열교환이 이루어져, 열교환된 냉매를 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)로 전달할 수 있다.
즉, 상기 냉방 운전 시 또는 상기 제상 운전 시 냉매는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상에서 상기 실외 열교환기(31)로, 상기 실외 열교환기(31)에서 상기 실외 팽창 밸브(32)로, 상기 실외 팽창 밸브(32)에서 상기 복수의 내부 열교환기(41, 42, 43)로, 상기 복수의 내부 열교환기(41, 42, 43)에서 상기 실내 팽창 밸브(50)로, 상기 실내 팽창 밸브(50)에서 상기 실내 상분리기(61)로, 상기 실내 상분리기(61)에서 상기 쉘앤튜브 열교환기(71) 및 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상으로, 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)에서 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상으로 전달될 수 있다.
이에 따라, 상기 공조 시스템(100)은, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시, 냉매가 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에서 상기 실외 열교환기(31) 방향으로 순환하게 될 수 있다.
상기 난방 운전 시, 상기 실외 열교환기(31)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상에 전달할 냉매의 열교환이 이루어지고, 상기 실외 팽창 밸브(32)는, 상기 실외 열교환기(31)에 전달할 냉매의 팽창이 이루어지고, 상기 복수의 내부 열교환기(41, 42, 43)는, 상기 실외 팽창 밸브(32)에 전달할 냉매의 열교환이 이루어지고, 상기 실내 팽창 밸브(50)는, 상기 복수의 내부 열교환기(41, 42, 43)에 전달할 냉매의 팽창이 이루어지고, 상기 실내 상분리기(61)는, 상기 실내 팽창 밸브(50)로 전달할 냉매의 상을 분리하여 전달하고, 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)는, 상기 상분리기(61)로 전달할 냉매의 열교환이 이루어질 수 있다.
즉, 상기 난방 운전 시 냉매는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상에서 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)로, 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)에서 상기 상분리기(61)로, 상기 상분리기(61)에서 상기 실내 팽창 밸브(50)로, 상기 실내 팽창 밸브(50)에서 상기 복수의 내부 열교환기(41, 42, 43)로, 상기 복수의 내부 열교환기(41, 42, 43)에서 상기 실외 팽창 밸브(32)로, 상기 실외 팽창 밸브(32)에서 상기 실외 열교환기(31)로, 상기 실외 열교환기(31)에서 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상으로 전달될 수 있다.
이에 따라, 상기 공조 시스템(100)은, 상기 난방 운전 시, 냉매가 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에서 상기 쉘앤튜브 열교환기(71) 방향으로 순환하게 될 수 있다.
상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 상기 압축부(10)에 포함되어 냉매를 압축할 수 있다.
상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각은, 냉매를 두 번 압축하여 토출할 수 있다.
상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 서로 다른 용량으로 이루어질 수 있다.
상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 어느 하나의 용량이 다른 하나의 용량의 50 [%] 이하일 수 있다.
이를테면, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)가 2개인 경우, 어느 하나는 X 용량, 다른 하나는 0.5X 용량으로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 냉매가 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각에서 다르게 압축될 수 있게 된다.
상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 상기 운전 조건에 따라 하나 이상이 구동하여 냉매를 압축할 수 있다.
상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 상기 제1 사방 밸브(21)의 전환에 따라 유로가 전환되어 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 직렬 구동은, 냉매가 일 압축기(11)의 1단 및 2단에서 2번 압축된 후, 타 압축기(12)의 1단 및 2단에서 2번 압축되어, 냉매를 4단으로 압축하는 경우일 수 있고, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 병렬 구동은, 냉매가 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 유입부로 분기되어 유입된 후, 냉매가 일 압축기(11)의 1단 및 2단에서 2번 압축되어 토출되고, 타 압축기(12)의 1단 및 2단에서 2번 압축되어 토출된 후, 토출된 냉매가 합쳐져, 냉매를 2단으로 2번 압축하는 경우일 수 있다.
상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는 또한, 상기 제2 사방 밸브(22)의 전환에 따라 유로가 전환되어 냉방 운전/난방 운전/제상 운전으로 구동할 수 있다.
한편, 상기 압축부(10)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 1단과 2단 사이의 유로와 상기 내부 열교환부(40) 간의 배관을 단속하는 인젝션 솔밸브(111, 121) 및 상기 인젝션 솔밸브(111, 121)를 지나 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 1단과 2단 사이의 유로로 유동하는 냉매의 역류를 방지하는 체크 밸브(112, 122)를 더 포함할 수 있다.
상기 인젝션 솔밸브(111, 121)는, 상기 내부 열교환부(40)로부터 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 1단과 2단 사이의 유로로 냉매가 전달되는 배관을 개폐시키는 밸브일 수 있다.
상기 인젝션 솔밸브(111, 121)는, 평시에는 개방되고, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 1단과 2단 사이에 냉매를 전달할 시에 개로될 수 있다.
상기 압축부(10)는 또한, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각에서 상기 실외 열교환부(30)로 유동하는 냉매의 역류를 방지하는 체크 밸브(113, 123)를 더 포함할 수도 있다.
상기 압축부(10)는 또한, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 내부 유로를 단속하는 내부 유로 솔밸브(114, 124) 및 상기 내부 유로에서 냉매의 역류를 방지하는 체크 밸브(115, 125)를 더 포함할 수도 있다.
상기 내부 유로 솔밸브(114, 124)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 1단에서 토출된 냉매 중 적어도 일부가 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 내부 유로로 유입되도록 유로를 단속하는 밸브일 수 있다.
상기 내부 유로 솔밸브(114, 124)는, 평시에는 폐로되고, 상기 내부 유로에 냉매를 공급할 시에 개로될 수 있다.
이를테면, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 내부 모터를 급하게 냉각시키거나, 가스 베어링에 급하게 냉매를 공급할 필요가 있는 경우, 상기 내부 유로 솔밸브(114, 124)가 개로되어 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 2단으로 유입되는 냉매 중 적어도 일부를 상기 내부 유로에 유입되도록 하게 될 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 모터가 과열되거나, 또는 가스 베어링에 냉매가 부족한 경우, 이에 대응하여 내부 유로에 냉매가 공급되도록 하여 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 모터를 냉각시키거나, 가스 베어링의 냉매 부족을 해소시키게 될 수 있다.
상기 제1 사방 밸브(21)는, 상기 밸브부(20)에 포함되어 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 직렬 구동 또는 병렬 구동 여부에 따라 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 유입되거나 토출되는 냉매의 유동 경로를 전환할 수 있다.
상기 제1 사방 밸브(21)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 일 압축기(11)의 1단의 유입부와 연결된 제1 밸브단(E), 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 유입부와 연결된 제2 밸브단(S), 상기 일 압축기(11)의 2단의 토출부와 연결된 제3 밸브단(D) 및 상기 실외 열교환기(31)의 유입부와 연결된 제4 밸브단(C)을 포함하여, 상기 제1 밸브단 내지 상기 제4 밸브단(E, S, D, C) 각각을 개폐하거나, 어느 둘 이상을 연결할 수 있다.
이를테면, 상기 제1 밸브단(E)과 상기 제3 밸브단(D), 상기 제2 밸브단(S)과 상기 제4 밸브단(C)을 연결하거나, 상기 제1 밸브단 내지 상기 제4 밸브단(E, S, D, C) 중 하나 이상을 개로/폐로시켜, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 냉매가 유입되는 경로 및/또는 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에서 냉매가 토출되는 경로를 전환하게 될 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)가 직렬 또는 병렬로 운전하게 될 수 있다.
상기 제2 사방 밸브(22)는, 상기 밸브부(20)에 포함되어 상기 냉방 운전, 상기 난방 운전 또는 상기 제상 운전 여부에 따라 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 유입되거나 토출되는 냉매의 유동 경로를 전환할 수 있다.
상기 제2 사방 밸브(22)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 2단의 토출부와 연결된 제1 밸브단(D), 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)의 토출부와 연결된 제2 밸브단(E), 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 어큠(13)의 유입부와 연결된 제3 밸브단(S) 및 상기 실외 열교환기(31)의 유입부와 연결된 제4 밸브단(C)을 포함하여, 상기 제1 밸브단 내지 상기 제4 밸브단(D, E, S, C) 각각을 개폐하거나, 어느 둘 이상을 연결할 수 있다.
이를테면, 상기 제1 밸브단(D)과 상기 제2 밸브단(E), 상기 제3 밸브단(S)과 상기 제4 밸브단(C)을 연결하거나, 상기 제1 밸브단 내지 상기 제4 밸브단(D, E, S, C) 중 하나 이상을 개로/폐로시켜, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 냉매가 유입되는 경로 및/또는 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에서 냉매가 토출되는 경로를 전환하게 될 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)가 냉방/제상 운전 또는 난방 운전으로 운전하게 될 수 있다.
상기 실외 열교환기(31)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 및 상기 실외 팽창 밸브(32) 사이에 배치되어, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상에서 전달된 냉매, 또는 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상에 전달할 냉매의 열교환이 이루어질 수 있다.
상기 실외 열교환기(31)는, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시 상기 실외 팽창 밸브(32)로 냉매를 전달하고, 상기 난방 운전 시 상기 실외 팽창 밸브(32)로부터 냉매를 전달받을 수 있다.
상기 실외 팽창 밸브(32)는, 실외 상분리기(33) 및 상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43) 사이에 배치되어, 상기 실외 상분리기(33)에서 전달된 냉매, 또는 상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)에서 전달된 냉매의 팽창이 이루어질 수 있다.
상기 실외 팽창 밸브(32)는, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시 상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)로 냉매를 전달하고, 상기 난방 운전 시 상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)로부터 냉매를 전달받을 수 있다.
상기 실외 팽창 밸브(32)는, 냉매의 역류를 방지하는 체크 밸브(321)를 포함할 수 있다.
상기 체크 밸브(321)는, 냉매가 한 방향으로만 유동하도록 단속하여, 냉매의 역류를 방지하는 밸브일 수 있다.
한편, 상기 공조 시스템(100)은, 상기 실외 열교환기(31) 및 상기 실외 팽창 밸브(32) 사이에 배치되어, 상기 난방 운전 시 상기 실외 팽창 밸브(32)로부터 전달된 냉매의 상을 분리하여, 분리한 기상의 냉매를 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)로 전달하는 상기 실외 상분리기(33)를 더 포함할 수 있다.
상기 실외 상분리기(33)는, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시 상기 실외 열교환기(31)로부터 전달받은 냉매를 상기 실외 팽창 밸브(32)로 전달할 수 있다.
상기 실외 상분리기(33)는, 상기 난방 운전 시 상기 실외 팽창 밸브(32)로부터 전달된 냉매의 상을 분리하여, 분리한 기상의 냉매를 바이패스 배관(331)을 통해 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)로 전달하고, 분리한 액상의 냉매를 상기 실외 열교환기(31)로 전달할 수 있다.
여기서, 상기 바이패스 배관(331)은 상기 실외 상분리기(33) 및 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 간을 연결하는 배관을 단속하는 밸브(331)를 포함할 수 있다.
상기 밸브(331)가 닫힌(CLOSE) 경우, 냉매는 상기 실외 열교환기(31)로 전달되고, 상기 밸브(331)가 열린(CLOSE) 경우, 냉매는 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)로 전달될 수 있다.
상기 밸브(331)는, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시에 닫히고(CLOSE), 상기 난방 운전 시에 열릴(OPEN) 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)는, 상기 내부 열교환부(40)에 포함되어, 상기 외부 열교환부(30), 또는 상기 실내 팽창 밸브(50)에서 전달된 냉매의 열교환이 이루어질 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)는, 바람직하게는 3개 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)는, 직렬로 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 하나 이상의 실외 열교환기(31, 32, 33) 중 하나 이상에서 전달된 냉매가 상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43) 각각에 순서대로 유입된 후 열교환이 이루어지게 될 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43) 중 하나 이상과 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상의 사이에는 배관이 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43) 중 하나 이상과 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상이 배관이 연결되어, 상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43) 중 하나 이상에서 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상으로 냉매가 전달될 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)는, 바람직하게는 각각이 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)와 배관이 연결되어, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각에 냉매를 전달하게 될 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43) 중 하나 이상은, 열교환된 냉매 중 적어도 일부를 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상으로 전달할 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)는, 직렬로 배치된 제1 실내 열교환기(41), 제2 실내 열교환기(42) 및 제3 실내 열교환기(43)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)는, 상기 제1 실내 열교환기 내지 상기 제3 실내 열교환기(41, 42, 43) 순으로 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 실외 팽창 밸브(32)에서 전달받은 냉매는 상기 제1 실내 열교환기 내지 상기 제3 실내 열교환기(41, 42, 43) 순으로 유입되며 열교환이 이루어지게 될 수 있다.
상기 제1 실내 열교환기(41)는, 가스 베어링용 내부 열교환기일 수 있다.
상기 제1 실내 열교환기(41)는 또한, 열교환된 냉매 중 적어도 일부가 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 내부 유로를 순환하여 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 모터를 냉각시키도록 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 냉매를 전달할 수 있다.
상기 제1 실내 열교환기(41)는 또한, 열교환된 냉매 중 적어도 일부가 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 내부 유로를 순환하여 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 가스 베어링에 냉매의 일부를 공급하도록 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 냉매를 전달할 수 있다.
상기 제2 실내 열교환기(42)는, 인젝션용 내부 열교환기일 수 있다.
상기 제2 실내 열교환기(42)는, 열교환된 냉매 중 적어도 일부가 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상의 1단 유입부에 유입되어 압축되도록 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상에 냉매를 전달할 수 있다.
상기 제3 실내 열교환기(43)는, 과냉각용 내부 열교환기일 수 있다.
상기 제3 실내 열교환기(43)는, 열교환된 냉매 중 적어도 일부가 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상의 2단 유입부에 유입되어 압축되도록 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상에 냉매를 전달할 수 있다.
상기 제1 실내 열교환기 내지 상기 제3 실내 열교환기(41, 42, 43) 각각은, 유입부를 개폐하는 유입 밸브(411, 421, 431)를 포함하여, 상기 유입 밸브의 구동에 따라 이전 열교환기로부터 전달받은 냉매가 하나 이상의 실내 열교환기에서 열교환이 이루어질 수 있다.
이를테면, 상기 제1 실내 열교환기(41)에 구비된 제1 유입 밸브(411)가 개로(Open) 구동하면 냉매가 상기 제1 실내 열교환기(41)로 유입되어, 상기 제1 실내 열교환기(41)에서 냉매의 열교환이 이루어지게 되고, 상기 제2 실내 열교환기(42)에 구비된 제2 유입 밸브(421)가 폐로(Close) 구동하면 냉매가 상기 제2 실내 열교환기(42)로 미유입되어, 상기 제2 실내 열교환기(42)에서 냉매의 열교환이 이루어지지 않게 될 수 있다.
이와 같은 상기 내부 열교환부(40)에서 상기 제1 실내 열교환기(41)는, 상기 유입 밸브가 상기 냉방 운전, 상기 난방 운전 및 상기 제상 운전 시 모두에서 냉매의 열교환이 이루어질 수 있다.
즉, 상기 제1 실내 열교환기(41)는, 상기 냉방 운전, 상기 난방 운전 및 상기 제상 운전 시 각각마다 열교환이 이루어지게 될 수 있다.
이에 따라 상기 제1 실내 열교환기(41)의 유입 밸브(411)는, 상기 냉방 운전, 상기 난방 운전 및 상기 제상 운전 시 모두에 개로될 수 있다.
한편, 상기 내부 열교환부(40)는, 상기 제1 실내 열교환기(41)에서 기상화된 냉매를 냉각시켜 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 1단 유입부로 전달하는 냉각기(80)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 제1 실내 열교환기(41)에서 열교환이 이루어진 경우, 상기 냉각기(80)가 상기 제1 실내 열교환기(41)에서 기상화된 냉매를 냉각시켜 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 1단 유입부로 전달하게 될 수 있다.
여기서 상기 냉각기(80)에서 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 1단 유입부로 냉매가 전달되는 유로는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 내부 유로를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 냉각기(80)에서 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 1단 유입부로 전달되는 냉매가 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 내부 유로를 순환하여 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 모터를 냉각시키고, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 가스 베어링에 냉매를 일부 공급하게 될 수 있다.
상기 실내 팽창 밸브(50)는, 상기 내부 팽창부(50)에 포함되어, 상기 내부 열교환부(40) 또는 상기 내부 상분리부(60)에서 전달된 냉매의 팽창이 이루어질 수 있다.
상기 실내 상분리기(61)는, 상기 실내 팽창 밸브(50) 및 상기 쉘앤튜브 열교환기(71) 사이에 배치되어, 상기 냉방 운전 또는 상기 제상 운전 시 상기 팽창 밸브(50)로부터 전달된 냉매의 상을 기상 및 액상으로 분리하여, 분리한 기상의 냉매를 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)로 전달하고, 분리한 액상의 냉매를 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)로 전달할 수 있다.
즉, 상기 실내 상분리기(61)에서 분리된 기상 냉매는 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)로 바이패스되고, 액상 냉매는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)로 전달되어 열교환될 수 있다.
이 경우, 상기 실내 상분리기(61)는, 기상 냉매를 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 유입부와 연결된 배관으로 바이패스하는 유로를 단속하는 바이패스 밸브(611)를 포함할 수 있다.
상기 쉘앤튜브 열교환기(71)는, 상기 실내 상분리기(61) 및 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 사이에 배치되어, 상기 실내 상분리기(61) 또는 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 하나 이상에서 전달된 냉매의 열교환이 이루어질 수 있다.
상기 공조 시스템(100)은 또한, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 유입되기 전 냉매의 일부를 상기 실외 열교환부(30)로 바이패스시키는 바이패스 솔밸브(91)를 더 포함할 수도 있다.
상기 바이패스 솔밸브(91)는, 평시에는 폐로되고, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 유입되기 전 냉매의 일부를 상기 실외 열교환부(30)로 전달할 시에 개로될 수 있다.
이를테면, 상기 실외 열교환부(30)로 유입되는 냉매의 온도가 특정 기준 미만으로 낮은 경우, 상기 바이패스 솔밸브(91)가 개방되어 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에 유입되기 전 냉매의 일부가 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)에서 압축되어 상기 실외 열교환부(30)로 유입되는 냉매와 합지되게 하여, 상기 실외 열교환부(30)로 유입되는 냉매의 온도를 조절하게 될 수 있다.
상기 공조 시스템(100)은 또한, 상기 제1 압축기(11)에서 토출되어 상기 제2 압축기(12)로 전달되는 냉매의 역류를 방지하는 체크 밸브(92)를 더 포함할 수도 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)가 직렬로 구동하는 경우, 상기 제1 압축기(11)에서 상기 제2 압축기(12)의 유입부로 전달되는 냉매의 역류를 방지하게 될 수 있다.
이와 같은 상기 복수의 터보 압축기(11, 12), 상기 사방 밸브(20), 상기 실외 열교환기(31), 상기 실외 팽창 밸브(32), 상기 실외 상분리기(33), 상기 복수의 내부 열교환기(41, 42, 43), 상기 실내 팽창 밸브(50), 상기 실내 상분리기(61) 및 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)를 포함하는 상기 공조 시스템(100)은, 상기 운전 조건에 따라 도 7, 도 9, 도 11 또는 도 13에 도시된 바와 같이 운전하여 냉매를 순환시키게 될 수 있다.
상기 운전 조건은, 상기 냉방/난방/제상 운전 여부 및 상기 온도 상태에 따른 조건으로, 복수의 조건으로 구분될 수 있다.
상기 운전 조건은, 이를테면, 상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 이상인 제1 조건, 상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 미만인 제2 조건, 상기 운전 여부가 상기 난방 운전에 해당하는 제3 조건 및 상기 운전 여부가 상기 제상 운전에 해당하는 제4 조건을 포함할 수 있다.
즉, 상기 운전 조건은, 상기 제1 조건 내지 상기 제4 조건을 포함할 수 있으며, 상기 공조 시스템(100)은, 상기 운전 조건 각각에 해당하는 운전 모드로 운전하게 될 수 있다.
이하, 상기 공조 시스템(100)의 각 운전 조건 별 구체적인 운전 및 이에 따른 결과/효과를 설명한다.
<제1 조건>
상기 운전 조건이 상기 제1 조건에 해당하는 경우는 도 7에 도시된 바와 같을 수 있고, 이에 따른 운전 결과를 기존의 운전 결과와 비교한 PH 선도는 도 8에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 공조 시스템(100)은, 상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 이상인 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 운전하여 냉매가 순환하게 될 수 있다.
상기 제1 사방 밸브(21)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 일 압축기(11)의 2단 토출부와 타 압축기(12)의 1단 유입부가 연결되고, 상기 실외 열교환기(31)의 유입부와 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)의 토출부가 연결되도록 유동 경로를 전환할 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 직렬로 구동하며 냉매를 압축하게 될 수 있다.
상기 제2 사방 밸브(22)는, 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)의 토출부와 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 어큠(13)의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기(12)의 2단의 토출부와 상기 실외 열교환기(31)의 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환할 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 상기 냉방 운전에 따라 냉매가 순환하도록 냉매를 압축하게 될 수 있다.
상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 상기 일 압축기(11)의 1단, 2단, 상기 타 압축기(12)의 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 타 압축기(12)의 2단 토출부에서 4단 압축한 냉매를 상기 실외 열교환기(31)로 전달할 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)는, 각각의 유입 밸브(411, 421, 431)가 개방되어, 각각에서 열교환이 이루어질 수 있다.
이 경우, 중간에 배치된 어느 하나(42)는, 기상화된 냉매를 상기 타 압축기(12)의 1단 유입부로 전달하고, 상기 실내 팽창 밸브(50) 이전에 배치된 하나(43)는, 기상화된 냉매를 상기 일 압축기(11)의 2단 유입부로 전달할 수 있다.
즉, 상기 제2 실내 열교환기(42)는, 열교환되어 기상화된 냉매를 상기 제2 압축기(12)에 주입하고, 상기 제3 실내 열교환기(43)는, 열교환되어 기상화된 냉매를 상기 제1 압축기(11)의 2단 유입부로 주입할 수 있다.
이 때, 상기 제1 압축기(11)의 솔밸브(111)는, 개로(Open) 구동하여 상기 제3 실내 열교환기(43)에서 상기 제1 압축기(11)의 2단 유입부로 냉매가 전달되도록 하고, 상기 제2 압축기(12)의 솔밸브(121)는, 폐로(Close) 구동하여 상기 제3 실내 열교환기(43)에서 상기 제2 압축기(12)의 2단 유입부로 냉매가 미전달되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1 실내 열교환기(41)는, 기상화된 냉매를 상기 냉각기(80)로 전달하여 냉각시키고, 상기 냉각기(80)에서 냉각된 냉매는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 내부 유로를 지나 1단 유입부로 전달되면서, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 모터를 냉각시키고, 가스 베어링에 냉매를 일부 공급하게 될 수 있다.
이와 같은 경우의 상기 공조 시스템(100)의 구체적인 운전 및 이에 따른 결과를 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 제1 압축기(11)의 1단 유입부로 저온 저압 기상 냉매가 유입되고, 1차 압축 후 1차 승온 및 승압된 기상 냉매로 토출 후 연통관을 통해 이동 시, 상기 제3 실내 열교환기(43)(과냉각용 내부 열교환기)에서 전달된 중압 기상 냉매(1차 인젝션)와 합지 후 온도 저하를 거쳐 2단 유입부로 유입되고, 2차 압축 과정을 통해 승온 및 승압된 기상 냉매가 토출된다.
상기 제1 사방 밸브(21)(On)를 통해 토출된 냉매는 상기 제2 실내 열교환기(42)(인젝션용 내부 열교환기)에서 전달된 중압 기상 냉매(2차 인젝션)와 합지 후 온도 저하를 거쳐 상기 제2 압축기(12)의 1단 유입부로 유입된다.
상기 제2 압축기(12)의 1단에서 3차 압축 후 승온 및 승압된 기상 냉매는 연통관을 통해 2단 유입부로 유입되고, 마지막 4차 압축 후 승온 및 승압된 고온의 기상 냉매가 토출된다.
이와 같이 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)가 직렬로 구동하며 냉매를 압축함으로써, 기존 냉매 2단 분할 압축 대비 압축 효율이 향상되고, 각 압축기의 압축비를 저감하여 써지 영역을 회피하게 됨으로써, 압축기의 신뢰성 향상과 안정적인 냉방 연속 운전 유도가 가능해지게 될 수 있다.
즉, 압력비 분산으로 압축 효율이 향상되고, 써지 영역을 회피하여 냉력 증가에 따라 컴프 회전수 감소로 효율이 향상되며, 컴프 토출 온도 저감으로 토출 온도에 따른 회전수 제약이 최소화되어, 냉방 과부하 냉력 유지 유도가 가능해지게 될 수 있다.
모든 고온 고압 기상 냉매는 상기 실외 열교환기(31)에서 실외 공기측으로 방열된 후 중온 고압의 액상 냉매로 전환되어 상기 실외 상분리기(33) 및 상기 실외 팽창 밸브(32)로 토출된다.
이 때, 상기 실외 상분리기(33)의 바이패스 솔밸브(331)는 Close 되어 냉매의 유동을 방지할 수 있다.
중온 고압의 액상 냉매 중 일부는 분지 후 상기 제1 실내 열교환기(41)(가스 베어링용 내부 열교환기)에서 상기 제2 압축기(12)의 1단 유입부 중간압까지 팽창 후 중온 고압 액상 냉매와 열교환(액상 냉매 1차 과냉)된 후 기상화되어, 상기 냉각기(80)에서 인버터 냉매 냉각을 거쳐 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 모터를 냉각시키고 기구부 가스 베어링측에 냉매 일부를 공급한 후, 각각의 1단 유입부 측 냉매와 합지된다.
이처럼 응축 출구 고압 상태에서 각 압축기(11, 12)의 1단 유입부측 저압 또는 중간압으로 가스 베어링용 냉매를 공급함으로써, 역류 등의 문제 없이 안정적인 냉매 공급이 가능해지고, 가스 베어링용 내부 열교환기에서 기상화된 냉매로 인해 비압축성 액상 냉매 유입을 방지하여 가스 베어링 요구 압력의 안정적인 관리가능해지며, 또한 내부 열교환기 출구 과열도 기반 바이패스 냉매 유량을 제어함으로써 과도한 냉매 바이패스에 의한 성능 저하를 최소화시키게 될 수 있다(도 8의 ⓛ).
1차 과냉된 중온 고압의 액상 냉매 중 일부는 분지 후 상기 제2 실내 열교환기(42)(인젝션용 내부 열교환기)에서 상기 제2 압축기(12) 1단 유입부측 중간압까지 팽창 후 중온 고압 액상 냉매와 열교환(액상 냉매 2차 과냉)된 후 기상화되어, 상기 제1 압축기(11) 2단 토출부에서 토출되는 중온 중압의 기상 냉매와 합지되어 상기 제2 압축기(12)의 1단 유입부로 유입된다.
2차 과냉된 중온 고압의 액상 냉매 중 일부는 분지 후 상기 제3 실내 열교환기(43(과냉각용 내부열교환기)에서 상기 제1 압축기(11) 1단 토출부측 중간압까지 팽창 후 중온 고압 액상 냉매와 열교환(액상 냉매 3차 과냉)된 후 기상화되어, 상기 제1 압축기(11) 1단 토출부에서 토출되는 중온 중압의 기상 냉매와 합지되고 상기 제1 압축기(11)의 2단 유입부로 유입된다.
이처럼 1/2차 인젝션을 통해 동일 냉력 기준으로 중온 액상 냉매에 대한 2번의 추가 과냉을 통한 증발기 입구 엔탈피 감소를 유도하여, 증발기 △h 증가분 만큼 컴프 회전수 감소를 유도하여 컴프 입력 에너지 감소를 통한 고효율 운전이 가능해지게 된다(도 8의 ②).
또한, 냉방 과부하 조건에서 동일 컴프 회전수 기준으로 중온 액상 냉매에 대한 2번의 추가 과냉을 통한 증발기 입구 엔탈피 감소를 유도하여 증발기 △h 증가분 만큼 냉력 향상을 통한 고냉방이 가능해지게 된다.
또한, 컴프 토출 온도 저감을 통한 컴프 회전수 제약을 최소화하여 냉방 과부하 조건에서의 냉력 유지 유도도 가능해지게 된다.
상기 제3 실내 열교환기(43)에서 최종 과냉된 중온 고압의 액상 냉매는 상기 실내 팽창 밸브(50)에서 저압으로 팽창 후 2상 냉매로 전환되어, 상기 실내 상분리기(61)로 유입된다.
상기 실내 상분리기(61) 내부에서 2상 냉매 중 액상 냉매는 중력에 의해 상기 실내 상분리기(61)의 하부로 적층되고, 기상 냉매는 상부로 분리되어, 상부로 분리된 기상 냉매는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)(쉘-튜브 증발기)를 바이패스하여 토출부측으로 합지되고, 상기 실내 상분리기(61) 하부에 적층된 액상 냉매는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)에서 냉수로부터 흡열한 후 기상화되어 토출된다.
상기 실내 팽창 밸브(50)에서 팽창 후 저온 저압 2상 냉매가 증발기 유입 전 상기 상분리기(61)를 거치면서 증발기에 해당하는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71) 측으로 유입되는 냉매의 건도를 포화 액체선에 최근접하게 유도함으로써, 증발기 입구 엔탈피 추가 감소 유도를 통한 증발기 △h 증가를 통한 냉력 향상이 이루어지게 되고, 증발기 유입 전 건도 만큼의 기상 냉매를 최대한 증발기 출구로 바이패스하여 증발기 내에서 유입 기상에 의한 냉매 압손을 최소화하여, 냉력 향상이 이루어지게 될 수 있다(도 8의 ③).
이 후, 상기 실내 상분리기(61) 및 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)를 거친 모든 저온 저압 기상 냉매는 상기 어큠(13)에 유입되어, 상기 어큠(13)에서 상 분리/변환된 후 상기 제1 압축기(11)의 1단 유입부로 유입된다.
<제2 조건>
상기 운전 조건이 상기 제2 조건에 해당하는 경우는 도 9에 도시된 바와 같을 수 있고, 이에 따른 운전 결과를 기존의 운전 결과와 비교한 PH 선도는 도 10에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 공조 시스템(100)은, 상기 운전 여부가 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 미만인 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 운전하여 냉매가 순환하게 될 수 있다.
상기 제1 사방 밸브(21)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 일 압축기(11)의 2단 토출부와 상기 실외 열교환기(31)의 유입부가 연결되고, 상기 일 압축기(11)의 1단 유입부와 타 압축기(12)의 1단 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환할 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 병렬로 구동하며 냉매를 압축하게 될 수 있다.
상기 제2 사방 밸브(22)는, 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)의 토출부와 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 어큠(13)의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기(12)의 2단의 토출부와 상기 실외 열교환기(31)의 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환할 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 상기 냉방 운전에 따라 냉매가 순환하도록 냉매를 압축하게 될 수 있다.
상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 상기 일 압축기(11) 및 상기 타 압축기(12) 각각이 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 일 압축기(11)의 2단 토출부 및 상기 타 압축기(12)의 2단 토출부 각각에서 2단 압축한 냉매를 상기 실외 열교환기(31)로 전달할 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)는, 양단에 배치된 두 열교환기(41, 43) 각각의 유입 밸브(411, 431)가 개방되어, 상기 두 열교환기(41, 43) 각각에서 열교환이 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 두 열교환기(41, 43) 중 상기 팽창 밸브(50) 이전에 배치된 하나(43)는, 기상화된 냉매를 상기 일 압축기(11)의 2단 유입부 및 상기 타 압축기(12)의 2단 유입부 각각으로 전달할 수 있다.
즉, 상기 제3 실내 열교환기(43)는, 열교환되어 기상화된 냉매를 상기 제1 압축기(11) 및 상기 제2 압축기(12) 각각의 2단 유입부로 주입할 수 있다.
이 때, 상기 제1 압축기(11) 및 상기 제2 압축기(12) 각각의 솔밸브(111, 121)는, 개로(Open) 구동하여 상기 제3 실내 열교환기(43)에서 상기 제1 압축기(11) 및 상기 제2 압축기(12) 각각의 2단 유입부로 냉매가 전달되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1 실내 열교환기(41)는, 기상화된 냉매를 상기 냉각기(80)로 전달하여 냉각시키고, 상기 냉각기(80)에서 냉각된 냉매는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 내부 유로를 지나 1단 유입부로 전달되면서, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 모터를 냉각시키고, 가스 베어링에 냉매를 일부 공급하게 될 수 있다.
한편, 이와 같은 경우 상기 제2 실내 열교환기(42)의 유입 밸브(421)는 폐로(Close) 구동하게 될 수 있다.
이와 같은 경우의 상기 공조 시스템(100)의 구체적인 운전 및 이에 따른 결과를 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 제1 압축기(11)의 1단 및 상기 제2 압축기(12)의 1단 각각에 저온 저압 기상 냉매가 나누어 유입되고, 1차 압축 후 1차 승온 및 승압된 기상 냉매로 토출 후 연통관을 통해 이동 시 상기 제3 실내 열교환기(43)에서 전달된 중압 기상 냉매(1차 인젝션)와 합지 후 온도 저하를 거쳐 2단 유입부로 유입되고, 2차 압축 과정을 통해 최종 승압된 고온 고압 기상 냉매가 토출된다.
이처럼 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)가 병렬로 구동하며 운전하게 됨으로써, 기존 1컴프 대비 부하 분산 시 압축 효율 향상으로 인한 컴프 효율이 향상될 수 있다.
모든 고온 고압 기상 냉매는 상기 실외 열교환기(31)에서 실외 공기측으로 방열된 후 중온 고압의 액상 냉매로 전환되어 상기 실외 상분리기(33) 및 상기 실외 팽창 밸브(32)로 토출된다.
이 때, 상기 실외 상분리기(33)의 바이패스 솔밸브(331)는 Close 되어 냉매의 유동을 방지할 수 있다.
중온 고압의 액상 냉매 중 일부는 분지 후 상기 제1 실내 열교환기(41)(가스 베어링용 내부 열교환기)에서 상기 제2 압축기(12)의 1단 유입부 중간압까지 팽창 후 중온 고압 액상 냉매와 열교환(액상 냉매 1차 과냉)된 후 기상화되어, 상기 냉각기(80)에서 인버터 냉매 냉각을 거쳐 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 모터를 냉각시키고 기구부 가스 베어링측에 냉매 일부를 공급한 후, 각각의 1단 유입부 측 냉매와 합지된다.
이처럼 응축 출구 고압 상태에서 각 압축기(11, 12)의 1단 유입부측 저압 또는 중간압으로 가스 베어링용 냉매를 공급함으로써, 역류 등의 문제 없이 안정적인 냉매 공급이 가능해지고, 가스 베어링용 내부 열교환기에서 기상화된 냉매로 인해 비압축성 액상 냉매 유입을 방지하여 가스 베어링 요구 압력의 안정적인 관리가능해지며, 또한 내부 열교환기 출구 과열도 기반 바이패스 냉매 유량을 제어함으로써 과도한 냉매 바이패스에 의한 성능 저하를 최소화시키게 될 수 있다(도 10의 ⓛ).
2차 과냉된 중온 고압의 액상 냉매 중 일부는 분지 후 상기 제3 실내 열교환기(43(과냉각용 내부열교환기)에서 상기 제1 압축기(11) 및 상기 제2 압축기(12) 각각의 1단 토출부측 중간압까지 팽창 후 중온 고압 액상 냉매와 열교환(액상 냉매 3차 과냉)된 후 기상화되어, 상기 제1 압축기(11) 및 상기 제2 압축기(12) 각각의 1단 토출부에서 토출되는 중온 중압의 기상 냉매와 합지되고 상기 제1 압축기(11) 및 상기 제2 압축기(12) 각각의 2단 유입부로 유입된다.
이처럼 1/2차 인젝션을 통해 동일 냉력 기준으로 중온 액상 냉매에 대한 2번의 추가 과냉을 통한 증발기 입구 엔탈피 감소를 유도하여, 증발기 △h 증가분 만큼 컴프 회전수 감소를 유도하여 컴프 입력 에너지 감소를 통한 고효율 운전이 가능해지게 된다(도 10의 ②).
상기 제3 실내 열교환기(43)에서 최종 과냉된 중온 고압의 액상 냉매는 상기 실내 팽창 밸브(50)에서 저압으로 팽창 후 2상 냉매로 전환되어, 상기 실내 상분리기(61)로 유입된다.
상기 실내 상분리기(61) 내부에서 2상 냉매 중 액상 냉매는 중력에 의해 상기 실내 상분리기(61)의 하부로 적층되고, 기상 냉매는 상부로 분리되어, 상부로 분리된 기상 냉매는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)(쉘-튜브 증발기)를 바이패스하여 토출부측으로 합지되고, 상기 실내 상분리기(61) 하부에 적층된 액상 냉매는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)에서 냉수로부터 흡열한 후 기상화되어 토출된다.
상기 실내 팽창 밸브(50)에서 팽창 후 저온 저압 2상 냉매가 증발기 유입 전 상기 실내 상분리기(61)를 거치면서 증발기에 해당하는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71) 측으로 유입되는 냉매의 건도를 포화 액체선에 최근접하게 유도함으로써, 증발기 입구 엔탈피 추가 감소 유도를 통한 증발기 △h 증가를 통한 냉력 향상이 이루어지게 되고, 증발기 유입 전 건도 만큼의 기상 냉매를 최대한 증발기 출구로 바이패스하여 증발기 내에서 유입 기상에 의한 냉매 압손을 최소화하여, 냉력 향상이 이루어지게 될 수 있다(도 10의 ③).
이 후, 상기 실내 상분리기(61) 및 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)를 거친 모든 저온 저압 기상 냉매는 상기 어큠(13)에 유입되어, 상기 어큠(13)에서 상 분리/변환된 후 상기 제1 압축기(11)의 1단 유입부로 유입된다.
<제3 조건>
상기 운전 조건이 상기 제3 조건에 해당하는 경우는 도 11에 도시된 바와 같을 수 있고, 이에 따른 운전 결과를 기존의 운전 결과와 비교한 PH 선도는 도 12에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 공조 시스템(100)은, 상기 운전 여부가 상기 난방 운전에 해당하는 경우, 도 11에 도시된 바와 같이 운전하여 냉매가 순환하게 될 수 있다.
상기 제1 사방 밸브(21)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 일 압축기(11)의 2단 토출부와 타 압축기(12)의 1단 유입부가 연결되고, 상기 실외 열교환기(31)의 유입부와 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)의 토출부가 연결되도록 유동 경로를 전환할 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 직렬로 구동하며 냉매를 압축하게 될 수 있다.
상기 제2 사방 밸브(22)는, 상기 실외 열교환기(31)의 유입부와 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 어큠(13)의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기(12)의 2단의 토출부와 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)의 토출부가 연결되도록 유동 경로를 전환하여, 냉매가 상기 냉방 운전 시의 방향에 반대 방향으로 순환할 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 상기 난방 운전에 따라 냉매가 순환하도록 냉매를 압축하게 될 수 있다.
상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 상기 일 압축기(11)의 1단, 2단, 상기 타 압축기(12)의 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 타 압축기(12)의 2단 토출부에서 4단 압축한 냉매를 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)로 전달할 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)는, 각각의 유입 밸브(411, 421, 431)가 개방되어, 각각에서 열교환이 이루어질 수 있다.
이 경우, 중간에 배치된 어느 하나(42)는, 기상화된 냉매를 상기 타 압축기(12)의 1단 유입부로 전달하고, 상기 실내 팽창 밸브(50) 이전에 배치된 하나(43)는, 기상화된 냉매를 상기 일 압축기(11)의 2단 유입부로 전달할 수 있다.
즉, 상기 제2 실내 열교환기(42)는, 열교환되어 기상화된 냉매를 상기 제2 압축기(12)에 주입하고, 상기 제3 실내 열교환기(43)는, 열교환되어 기상화된 냉매를 상기 제1 압축기(11)의 2단 유입부로 주입할 수 있다.
이 때, 상기 제1 압축기(11)의 솔밸브(111)는, 개로(Open) 구동하여 상기 제3 실내 열교환기(43)에서 상기 제1 압축기(11)의 2단 유입부로 냉매가 전달되도록 하고, 상기 제2 압축기(12)의 솔밸브(121)는, 폐로(Close) 구동하여 상기 제3 실내 열교환기(43)에서 상기 제2 압축기(12)의 2단 유입부로 냉매가 미전달되도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1 실내 열교환기(41)는, 기상화된 냉매를 상기 냉각기(80)로 전달하여 냉각시키고, 상기 냉각기(80)에서 냉각된 냉매는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 내부 유로를 지나 1단 유입부로 전달되면서, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 모터를 냉각시키고, 가스 베어링에 냉매를 일부 공급하게 될 수 있다.
이와 같은 경우의 상기 공조 시스템(100)의 구체적인 운전 및 이에 따른 결과를 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 제1 압축기(11)의 1단 유입부로 저온 저압 기상 냉매가 유입되고, 1차 압축 후 1차 승온 및 승압된 기상 냉매로 토출 후 연통관을 통해 이동 시, 상기 제3 실내 열교환기(43)(과냉각용 내부 열교환기)에서 전달된 중압 기상 냉매(1차 인젝션)와 합지 후 온도 저하를 거쳐 2단 유입부로 유입되고, 2차 압축 과정을 통해 승온 및 승압된 기상 냉매가 토출된다.
상기 제1 사방 밸브(21)(On)를 통해 토출된 냉매는 상기 제2 실내 열교환기(42)(인젝션용 내부 열교환기)에서 전달된 중압 기상 냉매(2차 인젝션)와 합지 후 온도 저하를 거쳐 상기 제2 압축기(12)의 1단 유입부로 유입된다.
상기 제2 압축기(12)의 1단에서 3차 압축 후 승온 및 승압된 기상 냉매는 연통관을 통해 2단 유입부로 유입되고, 마지막 4차 압축 후 승온 및 승압된 고온의 기상 냉매가 토출된다.
이와 같이 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)가 직렬로 구동하며 냉매를 압축함으로써, 기존 냉매 2단 분할 압축 대비 압축 효율이 향상되고, 각 압축기의 압축비를 저감하여 써지 영역을 회피하게 됨으로써, 압축기의 신뢰성 향상과 안정적인 난방 연속 운전 유도가 가능해지게 될 수 있다.
모든 고온 고압 기상 냉매는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)에서 실내 공기측으로 방열된 후 중온 고압의 액상 냉매로 전환되어 상기 실내 상분리기(61) 및 상기 실내 팽창 밸브(50)로 토출된다.
이 때, 상기 실내 상분리기(61)의 바이패스 솔밸브(6111)는 Close 되어 냉매의 유동을 방지할 수 있다.
중온 고압의 액상 냉매 중 일부는 분지 후 상기 제1 실내 열교환기(41)(가스 베어링용 내부 열교환기)에서 상기 제2 압축기(12)의 1단 유입부 중간압까지 팽창 후 중온 고압 액상 냉매와 열교환(액상 냉매 1차 과냉)된 후 기상화되어, 상기 냉각기(80)에서 인버터 냉매 냉각을 거쳐 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 모터를 냉각시키고 기구부 가스 베어링측에 냉매 일부를 공급한 후, 각각의 1단 유입부 측 냉매와 합지된다.
이처럼 응축 출구 고압 상태에서 각 압축기(11, 12)의 1단 유입부측 저압 또는 중간압으로 가스 베어링용 냉매를 공급함으로써, 역류 등의 문제 없이 안정적인 냉매 공급이 가능해지고, 가스 베어링용 내부 열교환기에서 기상화된 냉매로 인해 비압축성 액상 냉매 유입을 방지하여 가스 베어링 요구 압력의 안정적인 관리가능해지며, 또한 내부 열교환기 출구 과열도 기반 바이패스 냉매 유량을 제어함으로써 과도한 냉매 바이패스에 의한 성능 저하를 최소화시키게 될 수 있다(도 12의 ⓛ).
1차 과냉된 중온 고압의 액상 냉매 중 일부는 분지 후 상기 제2 실내 열교환기(42)(인젝션용 내부 열교환기)에서 상기 제2 압축기(12) 1단 유입부측 중간압까지 팽창 후 중온 고압 액상 냉매와 열교환(액상 냉매 2차 과냉)된 후 기상화되어, 상기 제1 압축기(11) 2단 토출부에서 토출되는 중온 중압의 기상 냉매와 합지되어 상기 제2 압축기(12)의 1단 유입부로 유입된다.
2차 과냉된 중온 고압의 액상 냉매 중 일부는 분지 후 상기 제3 실내 열교환기(43(과냉각용 내부열교환기)에서 상기 제1 압축기(11) 1단 토출부측 중간압까지 팽창 후 중온 고압 액상 냉매와 열교환(액상 냉매 3차 과냉)된 후 기상화되어, 상기 제1 압축기(11) 1단 토출부에서 토출되는 중온 중압의 기상 냉매와 합지되고 상기 제1 압축기(11)의 2단 유입부로 유입된다.
이처럼 1/2차 인젝션을 통해 동일 컴프 회전수 기준으로 2번의 인젝션을 통한 응축기 측 냉매 유량 증가로 고압이 상승하여, 난방 능력 및 효율이 향상될 수 있다.
또한, 1/2차 인젝션을 통한 중온 액상 냉매에 대한 2번의 추가 과냉을 통한 증발기 입구 엔탈피 감소를 유도하여, 증발기 △h 증가분 만큼 증발열량 증대를 통한 고효율 운전이 가능해지게 된다(도 12의 ②).
상기 제3 실내 열교환기(43)에서 최종 과냉된 중온 고압의 액상 냉매는 상기 실외 팽창 밸브(32)에서 저압으로 팽창 후 2상 냉매로 전환되어, 상기 실외 상분리기(33)로 유입된다.
상기 실외 상분리기(33) 내부에서 2상 냉매 중 액상 냉매는 중력에 의해 상기 실외 상분리기(33)의 하부로 적층되고, 기상 냉매는 상부로 분리되어, 상부로 분리된 기상 냉매는 상기 실외 열교환기(31)(실외 증발기)를 바이패스하여 토출부측으로 합지되고, 상기 실외 상분리기(33) 하부에 적층된 액상 냉매는 상기 실외 열교환기(31)에서 외기로부터 흡열한 후 기상화되어 토출된다.
상기 실외 팽창 밸브(32)에서 팽창 후 저온 저압 2상 냉매가 증발기 유입 전 상기 실외 상분리기(33)를 거치면서 증발기에 해당하는 상기 실외 열교환기(31) 측으로 유입되는 냉매의 건도를 포화 액체선에 최근접하게 유도함으로써, 증발기 입구 엔탈피 추가 감소 유도를 통한 증발기 △h 증가를 통해 증발열량 증대가 이루어지게 되고, 증발기 유입 전 건도 만큼의 기상 냉매를 최대한 증발기 출구로 바이패스하여 증발기내에서 유입 기상에 의한 냉매 압손을 최소화하여, 증발열량 증대가 이루어지게 될 수 있다(도 12의 ③).
이후, 상기 실외 상분리기(33) 및 상기 실외 열교환기(31)를 거친 모든 저온 저압 기상 냉매는 상기 어큠(13)에 유입되어, 상기 어큠(13)에서 상 분리/변환된 후 상기 제1 압축기(11)의 1단 유입부로 유입된다.
<제4 조건>
상기 운전 조건이 상기 제4 조건에 해당하는 경우는 도 13에 도시된 바와 같을 수 있고, 이에 따른 운전 결과를 기존의 운전 결과와 비교한 PH 선도는 도 14에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 공조 시스템(100)은, 상기 운전 여부가 상기 제상 운전에 해당하는 경우, 도 13에 도시된 바와 같이 운전하여 냉매가 순환하게 될 수 있다.
상기 제1 사방 밸브(21)는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 중 일 압축기(11)의 2단 토출부와 상기 실외 열교환기(31)의 유입부가 연결되고, 상기 일 압축기(11)의 1단 유입부와 타 압축기(12)의 1단 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환할 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 병렬로 구동하며 냉매를 압축하게 될 수 있다.
상기 제2 사방 밸브(22)는, 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)의 토출부와 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)의 어큠(13)의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기(12)의 2단의 토출부와 상기 실외 열교환기(31)의 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환할 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 상기 제상 운전에 따라 냉매가 순환하도록 냉매를 압축하게 될 수 있다.
상기 복수의 터보 압축기(11, 12)는, 상기 일 압축기(11) 및 상기 타 압축기(12) 각각이 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 일 압축기(11)의 2단 토출부 및 상기 타 압축기(12)의 2단 토출부 각각에서 2단 압축한 냉매를 상기 실외 열교환기(31)로 전달할 수 있다.
상기 복수의 실내 열교환기(41, 42, 43)는, 상기 실외 열교환기(31)와 인접한 열교환기(41)의 유입 밸브(411)가 개방되어, 상기 인접한 열교환기(41)에서 열교환이 이루어질 수 있다.
즉, 상기 제상 운전 시, 상기 제1 실내 열교환기(41)에서만 열교환이 이루어지게 될 수 있다.
상기 제1 실내 열교환기(41)는, 기상화된 냉매를 상기 냉각기(80)로 전달하여 냉각시키고, 상기 냉각기(80)에서 냉각된 냉매는, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 내부 유로를 지나 1단 유입부로 전달되면서, 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 모터를 냉각시키고, 가스 베어링에 냉매를 일부 공급하게 될 수 있다.
이 때, 상기 제1 압축기(11) 및 상기 제2 압축기(12) 각각의 솔밸브(111, 121)는, 폐로(Close) 구동하여 상기 제3 실내 열교환기(43)에서 상기 제1 압축기(11) 및 상기 제2 압축기(12) 각각의 2단 유입부로 냉매가 미전달되도록 할 수 있다.
이와 같은 경우의 상기 공조 시스템(100)의 구체적인 운전 및 이에 따른 결과를 도 14를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 제1 압축기(11)의 1단 및 상기 제2 압축기(12)의 1단 각각에 저온 저압 기상 냉매가 나누어 유입되고, 1차 압축 후 1차 승온 및 승압된 기상 냉매로 토출 후 연통관을 통해 2단 유입부로 유입되고, 2차 압축 과정을 통해 최종 승압된 고온 고압 기상 냉매가 토출된다.
이처럼 상기 복수의 터보 압축기(11, 12)가 병렬로 구동하며 운전하게 됨으로써, 기존 1컴프 대비 부하 분산 시 압축 효율 향상으로 인한 컴프 효율이 향상될 수 있다.
모든 고온 고압 기상 냉매는 상기 실외 열교환기(31)에 유입 후 착상에 방열되어 제상이 이루어지고, 방열된 후 중온 고압의 액상 냉매로 전환되어 상기 실외 상분리기(33) 및 상기 실외 팽창 밸브(32)로 토출된다.
이 때, 상기 실외 상분리기(33)의 바이패스 솔밸브(331)는 Close 되어 냉매의 유동을 방지할 수 있고, 상기 실외 열교환기(31)의 팬은 미구동할 수 있다.
중온 고압의 액상 냉매 중 일부는 분지 후 상기 제1 실내 열교환기(41)(가스 베어링용 내부 열교환기)에서 상기 제2 압축기(12)의 1단 유입부 중간압까지 팽창 후 중온 고압 액상 냉매와 열교환(액상 냉매 1차 과냉)된 후 기상화되어, 상기 냉각기(80)에서 인버터 냉매 냉각을 거쳐 상기 복수의 터보 압축기(11, 12) 각각의 모터를 냉각시키고 기구부 가스 베어링측에 냉매 일부를 공급한 후, 각각의 1단 유입부 측 냉매와 합지된다.
이처럼 응축 출구 고압 상태에서 각 압축기(11, 12)의 1단 유입부측 저압 또는 중간압으로 가스 베어링용 냉매를 공급함으로써, 역류 등의 문제 없이 안정적인 냉매 공급이 가능해지고, 가스 베어링용 내부 열교환기에서 기상화된 냉매로 인해 비압축성 액상 냉매 유입을 방지하여 가스 베어링 요구 압력의 안정적인 관리가 가능해지게 될 수 있다.
한편, 상기 제2 실내 열교환기(42)의 유입 밸브(421) 상기 제3 실내 열교환기(43)의 유입 밸브(431) 각각은 Fully Close하여, 상기 제2 실내 열교환기(42) 및 상기 제3 실내 열교환기(43) 각각에서 냉매의 유동이 없도록 한다.
이는, 제상 중 사이클의 고/저압이 급격한 변동 상태에 있어 인젝션 시 인젝션 유량 급변으로 인한 습압축 유발 가능성이 높으므로, 냉매의 유동을 방지하기 위한 것이다.
상기 제1 실내 열교환기(41)에서 최종 과냉된 중온 고압의 액상 냉매는 상기 실내 팽창 밸브(50)에서 저압으로 팽창 후 2상 냉매로 전환되어, 상기 실내 상분리기(61)로 유입된다.
상기 실내 상분리기(61) 내부에서 2상 냉매 중 액상 냉매는 중력에 의해 상기 실내 상분리기(61)의 하부로 적층되고, 기상 냉매는 상부로 분리되어, 상부로 분리된 기상 냉매는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)(쉘-튜브 증발기)를 바이패스하여 토출부측으로 합지되고, 상기 실내 상분리기(61) 하부에 적층된 액상 냉매는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)에서 냉수로부터 흡열한 후 기상화되어 토출된다.
상기 실내 팽창 밸브(50)에서 팽창 후 저온 저압 2상 냉매가 증발기 유입 전 상기 실내 상분리기(61)를 거치면서 증발기에 해당하는 상기 쉘앤튜브 열교환기(71) 측으로 유입되는 냉매의 건도를 포화 액체선에 최근접하게 유도함으로써, 증발기 입구 엔탈피 추가 감소 유도를 통한 증발기 △h 증가를 통한 냉력 향상이 이루어지게 되고, 증발기 유입 전 건도 만큼의 기상 냉매를 최대한 증발기 출구로 바이패스하여 증발기 내에서 유입 기상에 의한 냉매 압손을 최소화하여, 냉력 향상이 이루어지게 될 수 있다(도 14의 ⓛ).
이처럼 상기 실내 상분리기(61)에서 액상 냉매를 홀딩하게 됨으로써, 과도한 액상 냉매 유입에 따른 습압축을 방지할 수 있게 되며, 증발기 흡열을 통한 냉매 기상화로 습압축을 방지할 수 있게 된다.
이 후, 상기 실내 상분리기(61) 및 상기 쉘앤튜브 열교환기(71)를 거친 모든 저온 저압 기상 냉매는 상기 어큠(13)에 유입되어, 상기 어큠(13)에서 상 분리/변환된 후 상기 제1 압축기(11)의 1단 유입부로 유입된다.
지금까지 상기 공조 시스템(100)의 실시예에 관하여 설명하였으나, 설명한 실시예는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 냉매를 2단 압축하는 복수의 터보 압축기;
    상기 복수의 터보 압축기의 직렬 구동 또는 병렬 구동 방식 여부에 따라 상기 복수의 터보 압축기에 유입되거나 토출되는 냉매의 유동 경로를 전환하는 제1 사방 밸브;
    냉방 운전, 난방 운전 또는 제상 운전 여부에 따라 냉매의 유동 경로를 전환하는 제2 사방 밸브;
    상기 복수의 터보 압축기 중 하나 이상과 연결되어, 냉매의 열교환이 이루어지는 실외 열교환기;
    상기 실외 열교환기와 연결되어, 전달된 냉매의 팽창이 이루어지는 실외 팽창 밸브;
    상기 실외 팽창 밸브와 연결되어, 냉매의 열교환이 이루어지는 복수의 내부 열교환기;
    상기 복수의 내부 열교환기와 연결되어, 전달된 냉매의 팽창이 이루어지는 실내 팽창 밸브;
    상기 실내 팽창 밸브와 연결되어, 전달된 냉매의 상을 분리하는 실내 상분리기; 및
    상기 상분리기 및 상기 복수의 터보 압축기와 연결되어, 전달된 냉매의 열교환이 이루어지는 쉘앤튜브 열교환기
    를 포함하고,
    상기 복수의 터보 압축기, 상기 제1 사방 밸브 및 상기 제2 사방 밸브는,
    상기 냉방 운전, 상기 난방 운전 또는 상기 제상 운전 여부 및 실외의 온도 상태에 따른 운전 조건 별로 구동을 달리하여, 상기 운전 조건 별로 냉매가 다르게 순환하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 터보 압축기는,
    서로 다른 용량으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 사방 밸브는,
    상기 복수의 터보 압축기 중 일 압축기의 1단의 유입부와 연결된 제1 밸브단;
    상기 복수의 터보 압축기 각각의 유입부와 연결된 제2 밸브단;
    상기 일 압축기의 2단의 토출부와 연결된 제3 밸브단; 및
    상기 실외 열교환기의 유입부와 연결된 제4 밸브단
    을 포함하여,
    상기 제1 밸브단 내지 상기 제4 밸브단 각각을 개폐하거나, 어느 둘 이상을 연결하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 사방 밸브는,
    상기 복수의 터보 압축기 각각의 2단의 토출부와 연결된 제1 밸브단;
    상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부와 연결된 제2 밸브단;
    상기 복수의 터보 압축기의 어큠의 유입부와 연결된 제3 밸브단; 및
    상기 실외 열교환기의 유입부와 연결된 제4 밸브단
    을 포함하여,
    상기 제1 밸브단 내지 상기 제4 밸브단 각각을 개폐하거나, 어느 둘 이상을 연결하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 실외 열교환기 및 상기 실외 팽창 밸브 사이에 배치되어, 상기 난방 운전 시 상기 실외 팽창 밸브로부터 전달된 냉매의 상을 분리하여, 분리한 기상의 냉매를 상기 복수의 터보 압축기로 전달하는 실외 상분리기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 실내 열교환기는,
    직렬로 배치된 제1 실내 열교환기, 제2 실내 열교환기 및 제3 실내 열교환기를 포함하고,
    상기 제1 실내 열교환기 내지 상기 제3 실내 열교환기 각각은,
    유입부를 개폐하는 유입 밸브를 포함하여,
    상기 유입 밸브의 구동에 따라 이전 열교환기로부터 전달받은 냉매가 하나 이상의 실내 열교환기에서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 실내 열교환기는,
    상기 유입 밸브가 상기 냉방 운전, 상기 난방 운전 및 상기 제상 운전 시 모두에 냉매의 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 실내 열교환기에서 열교환이 이루어진 경우, 상기 제1 실내 열교환기에서 기상화된 냉매를 냉각시켜 상기 복수의 터보 압축기 각각의 1단 유입부로 전달하는 냉각기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 이상인 경우,
    상기 제1 사방 밸브는,
    상기 복수의 터보 압축기 중 일 압축기의 2단 토출부와 타 압축기의 1단 유입부가 연결되고, 상기 실외 열교환기의 유입부와 상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부가 연결되도록 유동 경로를 전환하고,
    상기 제2 사방 밸브는,
    상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부와 상기 복수의 터보 압축기의 어큠의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기의 2단의 토출부와 상기 실외 열교환기의 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 이상인 경우,
    상기 복수의 터보 압축기는,
    상기 일 압축기의 1단, 2단, 상기 타 압축기의 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 타 압축기의 2단 토출부에서 4단 압축한 냉매를 상기 실외 열교환기로 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 이상인 경우,
    상기 복수의 실내 열교환기는,
    각각의 유입 밸브가 개방되어, 각각에서 열교환이 이루어지되,
    중간에 배치된 어느 하나는,
    기상화된 냉매를 상기 타 압축기의 1단 유입부로 전달하고,
    상기 실내 팽창 밸브 이전에 배치된 하나는,
    기상화된 냉매를 상기 일 압축기의 2단 유입부로 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 미만인 경우,
    상기 제1 사방 밸브는,
    상기 복수의 터보 압축기 중 일 압축기의 2단 토출부와 상기 실외 열교환기의 유입부가 연결되고, 상기 일 압축기의 1단 유입부와 타 압축기의 1단 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환하고,
    상기 제2 사방 밸브는,
    상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부와 상기 복수의 터보 압축기의 어큠의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기의 2단의 토출부와 상기 실외 열교환기의 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 미만인 경우,
    상기 복수의 터보 압축기는,
    상기 일 압축기 및 상기 타 압축기 각각이 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 일 압축기의 2단 토출부 및 상기 타 압축기의 2단 토출부 각각에서 2단 압축한 냉매를 상기 실외 열교환기로 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 냉방 운전에 해당하고, 상기 온도 상태가 27 [℃] 미만인 경우,
    상기 복수의 실내 열교환기는,
    양단에 배치된 두 열교환기 각각의 유입 밸브가 개방되어, 상기 두 열교환기 각각에서 열교환이 이루어지되,
    상기 두 열교환기 중 상기 실내 팽창 밸브 이전에 배치된 하나는,
    기상화된 냉매를 상기 일 압축기의 2단 유입부 및 상기 타 압축기의 2단 유입부 각각으로 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 난방 운전에 해당하는 경우,
    상기 제1 사방 밸브는,
    상기 복수의 터보 압축기 중 일 압축기의 2단 토출부와 타 압축기의 1단 유입부가 연결되고, 상기 실외 열교환기의 유입부와 상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부가 연결되도록 유동 경로를 전환하고,
    상기 제2 사방 밸브는,
    상기 실외 열교환기의 유입부와 상기 복수의 터보 압축기의 어큠의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기의 2단의 토출부와 상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부가 연결되도록 유동 경로를 전환하여,
    냉매가 상기 냉방 운전 시의 방향에 반대 방향으로 순환하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 난방 운전에 해당하는 경우,
    상기 복수의 터보 압축기는,
    상기 일 압축기의 1단, 2단, 상기 타 압축기의 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 타 압축기의 2단 토출부에서 4단 압축한 냉매를 상기 쉘앤튜브 열교환기로 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 난방 운전에 해당하는 경우,
    상기 복수의 실내 열교환기는,
    각각의 유입 밸브가 개방되어, 각각에서 열교환이 이루어지되,
    중간에 배치된 어느 하나는,
    기상화된 냉매를 상기 타 압축기의 1단 유입부로 전달하고,
    상기 실내 팽창 밸브 이전에 배치된 하나는,
    기상화된 냉매를 상기 일 압축기의 2단 유입부로 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 제상 운전에 해당하는 경우,
    상기 제1 사방 밸브는,
    상기 복수의 터보 압축기 중 일 압축기의 2단 토출부와 상기 실외 열교환기의 유입부가 연결되고, 상기 일 압축기의 1단 유입부와 타 압축기의 1단 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환하고,
    상기 제2 사방 밸브는,
    상기 쉘앤튜브 열교환기의 토출부와 상기 복수의 터보 압축기의 어큠의 유입부가 연결되고, 상기 타 압축기의 2단의 토출부와 상기 실외 열교환기의 유입부가 연결되도록 유동 경로를 전환하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 제상 운전에 해당하는 경우,
    상기 복수의 터보 압축기는,
    상기 일 압축기 및 상기 타 압축기 각각이 1단 및 2단 순으로 냉매를 압축하여, 상기 일 압축기의 2단 토출부 및 상기 타 압축기의 2단 토출부 각각에서 2단 압축한 냉매를 상기 실외 열교환기로 전달하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 운전 여부가 상기 제상 운전에 해당하는 경우,
    상기 복수의 실내 열교환기는,
    상기 실외 열교환기와 인접한 열교환기의 유입 밸브가 개방되어, 상기 인접한 열교환기에서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
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