KR0164883B1 - 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기 조화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각제 혼합물의 고/저 비등점 냉각제 혼합물 사이의 비율변화로 인해 싸이클 온도 또는 압력이 변화하더라도 냉동싸이클의 운전을 안정화시키고 최적화시키도록 한 고/저 비등점 냉각제의 비공비 혼합물이 봉인된 냉동싸이클을 사용하는 공기조화기에 관한 것으로, 냉각제 혼합물의 고/저 비등점 냉각제 사이의 비율이 전기 확장밸브(7)의 개구정도의 변화에 따라 변화되고, 액체 상태의 냉각제 혼합물을 축적하는 어큐뮬레이터(17)내에 레벨센서(19)가 설치되고, 상기 레벨센서에 의해 검출된 값은 사실상 냉동싸이클내를 순환하고 있는 고/저 비등점 냉각제 사이의 비율을 계산하기 위하여 사용되며, 고/저 비등점 냉각제의 실제양 사이의 비율 또는 상기 밸브(7)의 개구정도에 따라 압축기(1)의 운전주파수와 같은 기본적인 운전 구성요소가 변화되는 것을 특징으로 한다.

Description

비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기 조화기

제1도는 본 발명의 구체적 실시예에 따른 히트펌프식 공기조화기의 냉동싸이클을 보여주는 도면이고,

제2도는 전기 팽창밸브의 개방 정도와 상기 제1도의 구체적 실시예에 다른 어큐뮬레이터내에 축적된 고비등점 냉매 량과의 관계를 보여주는 그래프이고,

제3도는 상기 제1도 구체적 실시예의 변형에 따른 냉동싸이클을 보여주는 도면이고,

제4도는 상기 제1도 냉동싸이클에서 방출온도 릴리즈 제어를 보여주는 그래프이고,

제5도는 상기 제1도 및 제3도의 냉동싸이클중 어느 하나에 적용할 수 있는 공기조화 부하에 따라 결정된 인버터의 S코드와 대응하는 변경 전/후 압축기의 기본 운전주파수를 보여주는 표이고,

제6도는 상기 제1도 및 제3도의 냉동싸이클 중 어느 하나에 적용할 수 있는 공기조화 부하에 따라 결정된 인버터의 S코드와 대응하는 변경 전/후 압축기의 기본 전압/주파수(V/F) 값을 보여주는 표이고,

제7도는 상기 제1도 및 제3도의 냉동싸이클 중 어느 하나에 적용할 수 있는 실내팬의 운전모드와 대응하는 변경 전/후 실내팬의 기본 회전속도를 보여주는 표이고,

제8도는 상기 제1도 및 제3도의 냉동싸이클 중 어느 하나에 적용할 수 있는 실외팬의 운전모드와 대응하는 변경 전/후 실외팬의 기본 회전속도를 보여주는 표이고,

제9도는 상기 제1도 및 제3도의 냉동싸이클 중 어느 하나에 적용할 수 있는 가열동작동안 실내팬의 운전모드와 대응하는 변경 전/후 실내 루버(louver)의 기본위치를 보여주는 표이고,

제10도는 상기 제1도 및 제3도의 냉각싸이클 중 어느 하나에 적용할 수 있는 공기 조화기 운전모드와 대응하는 변경 전/후 전기 팽창밸브의 기본 과열온도를 보여주는 표이고,

제11도는 상기 제1도 및 제3도의 냉동싸이클 중 어느 하나에 적용할 수 있는 압축기의 방출온도 모드와 대응하는 변경 전/후 그의 설정 방출온도를 보여주는 표이고,

제12도는 상기 제1도 및 제3도의 냉동싸이클 중 어느 하나에 적용할 수 있는 실내 열교환기의 온도모드와 대응하는 변경 전/후 그의 설정온도를 보여주는 표이고,

제13도는 상기 제1도 및 제3도의 냉동싸이클 중 어느 하나에 적용할 수 있는 압축기의 전류모드와 대응하는 변경 전/후 그의 설정 전류를 보여주는 표이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압축기 3 : 4방향밸브

5 : 실내 열교환기 7 : 전기팽창밸브

9 : 실외 열교환기 11 : 실내유닛

15 : 실외유닛 17 : 어큐뮬레이터

19 : 레벨센서 21 : 2방향밸브

23,31,35,43 : 모터 25 : 인버터

26,33,37,45,49,53,61 : 콘트롤러 27 : 실외팬

29 : 실내루버 41 : 실외팬

47 : 온도센서 51,55,57,59,63 : 센서

본 발명은 비등점이 서로 다른 냉매로 이루어진 비공비(非共沸)혼합물을 이용하는 냉동싸이클을 갖는 공기조화기에 관한 것으로, 특히 냉동싸이클의 운전을 최적화시킨 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로, 히트펌프식 공기조화기는 가열 및 냉각운전을 실시하기 위한 가열원으로서 공기를 이용한다. 상기 히트펌프식 공기조화기에 의해 사용되는 냉동싸이클은 고온 고압의 가스상태 냉매를 방출하기 위한 압축기와, 가열 및 냉각운전에 따라 냉매의 방향을 변화시키기 위한 4방향 밸브와, 가열운전동안에는 증발기로서, 냉각운전동안에는 응축기로서 작용하는 실외 열교환기와, 상기 냉매의 압력을 감소시키기 위한 팽창 밸브와 같은 조절기구와, 가열운전동안에는 응축기로서, 냉각운전동안에는 증발기로서 작용하는 실내 열교환기를 포함한다.

이들 구성요소는 실내 및 실외 유닛에 설치된다. 상기 실외유닛은 압축기와, 상기 압축기의 운전주파수를 변화시키기는 인버터와, 조절기구와, 4방향 밸브와, 실외 열교환기와, 실외팬을 수용할 수도 있다. 상기 실내유닛은 실내 열교환기 및 실내팬을 수용할 수 있다.

가열운전을 하는 동안, 냉매는 공기로부터 열을 빼앗기 위해 실외열교환기를 통해 흐르고 실내의 공기속으로 열을 방출하기 위해 실내 열교환기를 통해 흐른다. 냉각운전을 하는 동안, 냉매는 실내공기로부터 열을 빼앗기 위해 실내 열교환기를 통해 흐르고 대기속으로 열을 방출하기 위해 실외 열교환기를 통해 흐른다.

공기 조화기의 수행능력은 실내 및 실외 열교환기의 용량에 의존한다.

현재의 콤팩트화(compactness) 및 고성능의 요건을 만족시키기 위해 효율적인 소형 열교환기와 저소음 팬이 개발되고 있다. 몇몇 열교환기는 그들의 실내 유닛크기를 감소시키기 위해 직경이 작은 냉매 파이프를 구비하여 그의 효율을 개선하였다. 실외 유닛 또한 콤팩트화 되어야 할 필요가 있다. 실외 유닛의 크기를 감소시키는 것은 가열운전을 하는 동안 서리가 생기는 문제 때문에 실내유닛에 대해서처럼 그다지 성공적이지 못하다. 실내 열교환기의 열방사 핀(fins) 위에 슬릿을 형성하고 실내 열교환기를 셋이상의 단계에 설치하는 것과 같이 실내 열교환기에 응용할 수 있는 기술은 서리발생의 문제점 때문에 실외 열교환기에 적용할 수 없다.

오존층과 지구 온난화 방지하고 하는 지구환경 보호의 관점에서 공기조화기는 플루오로카본-기재의 냉매 R22의 대체제를 사용해야 할 필요가 있다. 상기 대체제로는 대개 R22와 비슷한 싸이클온도와 압력을 갖는 비공비 혼합물이다. 상기 비공비 혼합물은 일반적으로 비등점이 서로 상대적으로 높거나 낮은 두가지 냉매로 구성되고 기체상태와 액체상태 사이에 큰 온도변화율을 나타낸다. 따라서, 상기 비공비 혼합물은 열전달효율이 낮다.

가열운전을 하는동안 대기로부터 열을 빼앗기 위해 상기 비공비 혼합물이 상기 실외 열교환기 입구에서 냉각된다. 만약 주위온도가 낮은 경우 실외열교환기의 가열용량을 낮추기 위해 주위온도와 실외 열교환기내 혼합물의 증발온도 사이의 효과적인 온도차는 작다. 냉각운전을 하는동안 주위온도가 낮으면 실내 열교환기의 냉각용량을 저하시키고, 상기 열교환기 입구주위에서 혼합물이 냉각된다.

공기조화 용량을 개선하기 위하여 몇몇 냉동싸이클은 비공비 혼합물의 상대적으로 높고 낮은 비등점을 갖는 두 냉매 사이의 비율을 변화시킨다. 이러한 기술은 고비등점 냉매에 대한 고성능 저비등점 냉매의 비율을 높이기 위해 탱크내에 고비등점 냉매의 액체상태 부분을 축적한다.

고/저 비등점 냉매 사이의 비율이 변경된 후 압축기의 운전주파수와 같은 공기조화기의 기본적인 제어조건은 일반적으로 변화되지 않는다. 이것은 상기 고/저 비등점 냉매간의 비율에 있어서의 변화가 상기 냉매 혼합물의 순환온도 및 압력을 변화시키기 때문에 냉동싸이클의 동작을 불안정하게 만든다.

이에 본 발명의 목적은 비공비 혼합물중 저비등점 냉매에 대해 고비등점 냉매의 비가 변화할지라도 냉동싸이클의 동작을 안정시키는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기와, 실외 열교환기와, 실내열교환기와, 조절기구와, 냉동싸이클에 봉입된 고/저 비등점 냉매의 비공비혼합물로 구성된 냉동싸이클을 제공한다. 상기 냉동싸이클에는 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 변화를 일으키게 될 운전조건의 변화에 따라 기본적인 운전 구성요소를 변화시키기 위한 콘트롤러가 제공된다. 상기 냉동 싸이클에는 또한 고/저 비등점 냉매간의 비를 검출하기 위한 검출기와, 상기 검출기에 의해 검출된 값에 따라 기본적인 운전 구성요소를 변화시키기 위한 콘트롤러가 제공된다. 비율 검출 수단으로서는 조절 기구의 열린 정도를 검출하는 수단 또는 냉동 싸이클 내에 배치되고 동시에 비공비 혼합 냉매의 기체 액체 분리를 실시하는 어큐뮬레이터의 액면레벨을 검출하는 레벨센서를 적용할 수 있다.

이와 같은 구성은 냉동싸이클의 운전을 안정화시키고 최적화하기 위해 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 변화를 일으키게 될 운전조건의 변화에 따라 공기조화기의 기본적인 운전 구성요소를 변화시킨다. 상기 비율이 변화되면 상기 검출기는 그 변화를 검출하고, 그에 따라서 공기조화기의 기본적인 운전 구성요소가 변화되고, 그에 의해 냉동싸이클의 운전을 안정시키고 최적화시킨다.

본 발명의 상기한 바와 같은 목적에 따른 목적, 형태 및 장점은 이후에서 첨부된 도면과 함께 바람직한 구체적 실시예의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

제1도는 본 발명의 구체적 실시예에 따른 히트펌프식 공기조화기의 냉동싸이클을 보여준다.

상기 냉동싸이클은 순환온도 및 압력이 R22와 유사한 비공비 냉매 혼합물을 사용한다. 상기 냉매 혼합물은 원래 저비등점 냉매로서 R32 30%와 고비등점 냉매로서 R134a 70%로 구성된다.

상기 냉동싸이클은 필수적으로 냉매 혼합물을 고온 고압의 가스형태로 방출하기 위한 압축기(1)와, 가열운전을 하는 동안에는 연속되는 라인을 따라 냉각운전을 하는 동안에는 점재된 라인을 따라 냉매 혼합물을 공급하기 위한 4방향 밸브(3)와, 가열운전을 하는 동안에는 응축기로서 작용하고 냉각운전을 하는 동안에는 증발기로서 작용하는 실내 열교환기(5)와, 냉매 혼합물의 압력을 감소시키기 위한 조절기구로서 작용하는 전기 팽창밸브(7)와, 가열운전을 하는 동안에는 증발기로서 작용하고 냉각운전을 하는 동안에는 응축기로서 작용하는 실외 열교환기(9)를 포함한다. 상기 실내 열교환기(5)는 실내유닛(11)내에 수용되고 다른 구성요소들은 실외유닛(15)내에 수용된다.

압축기(1)의 입구와 4방향 밸브(3) 사이에는 가스형태의 냉매 혼합물과 액체형태의 냉매 혼합물을 서로 분리하여 액체상태의 냉매 혼합물을 축적하기 위한 어큐뮬레이터가 설치되어 있다. 본 실시예에서 고비등점 냉매 R134a의 액체상태는 대부분 어큐뮬레이터(17)에 축적된다. 상기 밸브(7)가 더 작게 수축됨에 따라 즉, 상기 밸브(7)의 입구가 더 커짐에 따라 어큐뮬레이터내의 고비등점 냉매 R134a의 양은 더 커진다.

제2도는 밸브(7)의 개구와 상기 어큐뮬레이터(17)내에 축적된 고비등점 냉매 R134a의 양과의 관계를 나타낸다. 밸브(7)가 더 작게 수축되면 될수록 즉, 상기 밸브(7)의 개구가 더 커지면 커질수록 상기 어큐뮬레이터(17)에 축적되는 고비등점 냉매 R134a의 양은 더 커진다.

압축기(1)의 출구와 가열운전을 하는 동안 실외 열교환기(9)의 입구 사이에 서리를 제거하는 2방향 밸브(21)가 설치된다.

상기 압축기(1)는 모터(23)와 인버터(25)에 의해 구동되고, 압축기 콘트롤러(26)에 의해 제어된다. 상기 냉매 혼합물의 고/저 비등점 냉매 사이의 비율은 밸브(7)의 수축정도에 따라 변화한다. 밸브(7)의 개구정도의 변화와 냉매 비율간의 관계가 먼저 조사되고, 상기 조사된 관계와 상기 밸브(7)의 실제 개구정도에 따라 상기 콘트롤러(26)는 압축기(1)의 주파수 또는 전압/주파수(V/F)와 같은 기본적인 운전 구성요소를 제어한다.

제3도는 상기 제1도의 냉동싸이클의 변형예를 보여준다. 상기 변형예는 냉매 혼합물의 고/저 비등점 냉매 사이의 비율을 검출하기 위하여 레벨센서(19)를 사용한다. 상기 레벨센서(19)는 대부분 어큐뮬레이터(17)에 축적된 고비등점 냉매의 액체상태의 레벨을 검출한다. 상기 검출된 레벨에 따라 냉동싸이틀내를 사실상 순환하고 있는 냉매 혼합물의 고/저 비등점 냉매 사이의 비율이 계산된다.

제3도에 있어서, 상기 콘트롤서(26)는 상기 레벨센서(19)에 의해 검출된 값에 따라 압축기(1)의 기본적인 운전주파수 또는 전압/주파수(V/F)를 제어한다. 제3도의 다른 부분은 제1도와 동일하다.

실내유닛(11)은 실내팬(27)과 실내루버(29)를 조절한다. 실내 열교환기(5)에서 냉매 혼합물과 열교환된 공기는 팬(27)에 의해 환기되어 루버(29)에 의해 실내로 인도된다. 상기 팬(27)은 모터(31)와 콘트롤러(33)에 의해 구동된다. 상기 루버(29)는 모터(35)와 콘트롤러(37)에 의해 구동된다. 콘트롤러(33)는 제1도에 나타내어진 밸브(7)의 개구정도 또는 제3도에 나타내어진 레벨센서(19)에 의해 검출된 값으로부터 계산된 실제로 순환하는 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 따라 팬(27)의 기본적인 회전속도를 제어한다. 마찬가지로, 상기 콘트롤러(37)는 밸브(7)의 개구정도 또는 상기 냉매 사이의 비율에 따라 루버(29)의 기본적인 위치를 제어한다.

실외유닛(15)은 냉매와 대기가 열교환할 수 있도록 실외 열교환기(9)로 대기를 공급하기 위하여 실외팬(41)을 조절한다. 상기 팬(41)은 모터(43)와 콘트롤러(45)에 의해 구동된다. 상기 콘트롤러(45)는 제1도에 나타내어진 밸브(7)의 개구정도 또는 제3도의 레벨센서(19)에 의해 검출된 값으로부터 계산된 실제로 순환하는 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 따라 상기 팬(41)의 기본적인 회전속도를 제어한다.

압축(1)의 출구에는 상기 압축기(1)로부터 방출되는 가스의 온도를 검출하기 위하여 센서(47)가 설치된다. 어큐뮬레이터(1)의 레벨센서(19)의 검출신호뿐만 아니라 상기 온도센서(47)의 검출신호가 콘트롤러(49)에 제공된다. 상기 콘트롤러(49)는 제1도에 나타내어진 밸브(7)의 개구정도 또는 제3도에 나타내어진 레벨센서(19)에 의해 검출된 값으로부터 계산된 사실상 순환하고 있는 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 따라 압축기(1)의 방출온도 릴리즈 제어용으로 사용되는 설정온도를 제어한다. 상기 설정온도에 따라 상기 인버터(25)는 압축기(1)를 구동한다.

압축기(1)의 구동주파수가 일정치이면 방출 설정온도의 제어는 전기 팽창밸브(7)를 조정함에 의해 실행된다.

제4도는 방출온도 릴리즈 제어를 보여준다. 예를들면, 상기 도면에는 세 개의 설정온도 즉 섭씨 100°. 110°, 120°가 있다. 압축기(1)의 방출온도 Td가 섭씨 100°를 초과하고 심지어 110°를 넘게 되면 압축기(1)의 운전주파수는 상기 방출온도 Td를 섭씨 100°이하로 감소시키기 위해 낮아지고 압축기(1)를 정상운전으로 복귀시킨다. 그리고, 만약 상기 방출온도 Td가 섭씨 100°를 초과하고 심지어 120°를 넘을 경우 상기 압축기(1)는 운전이 정지된다.

실내 열교환기(5)는 실내 열교환기(5)의 온도를 검출하기 위한 센서(51)와, 상기 센서(51)로부터의 검출신호를 받아들이는 콘트롤러(53)를 갖는다. 상기 콘트롤러(53)는 제1도에서 나타내어진 밸브(7)의 개구정도 또는 제3도에서 나타내어진 레벨센서(19)에 의해 검출된 값으로부터 계산된 실제로 순환하고 있는 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 따라 실내 열교환기(5)의 온도 릴리즈 제어용으로 사용되는 설정온도를 제어한다. 인버터(25)는 상기 설정온도에 따라 입축기(1)를 구동한다. 이러한 제어는 방출온도 릴리즈 제어와 유사하게 실행된다. 즉, 가열운전을 하는동안 상기 실내 열교환기(5)의 온도가 지정된 온도 이하를 유지하도록 상기 압축기(1)를 제어하기 위해 세 개의 설정온도를 이용할 수 있다.

압축기(1)를 구동하기 위한 전류를 지정된 값이하로 유지하기 위해 전류릴리즈 제어가 실행된다. 콘트롤러(26)는 제1도에 나타내어진 밸브(7)의 개구정도 또는 제3도에 나타내어진 레벨센서(19)에 의해 검출된 값으로부터 계산된 실제로 순환하고 있는 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 따라 기본적인 설정전류를 제어한다.

실외 열교환기(9)의 양쪽 끝에는 입구 온도센서(55)와 출구 온도센서(57)가 설치되어 있다. 이들 센서(55,57)로부터의 검출신호는 서리제거 온도 콘트롤러(61)에 공급된다. 상기 콘트롤러(61)는 제1도에 나타내어진 밸브(7)의 개구정도와 제3도에 나타내어진 레벨센서(19)에 의해 검출된 값으로부터 계산된 실제로 순환하고 있는 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 따라 서리리제거 운전을 시작하고 종료하는 설정온도를 제어한다.

상기 압축기(1)과 어큐뮬레이터(17)사이에는 압축기 입구 온도센서(63)가 설치된다. 상기 센서들(63,55,57)로부터의 검출신호는 밸브(7)의 개구정도를 제어하기 위하여 콘트롤러(39)에 공급된다. 가열운전을 하는 동안, 상기 콘트롤러(39)는 증발하는 냉매 혼합물이 압축기 입구온도와 실외 열교환기 출구온도의 차에 대응하는 설정된 과열온도를 가질 수 있도록 밸브(7)를 제어한다. 냉각운전을 하는 동안, 상기 콘트롤러(39)는 증발하는 냉매 혼합물이 압축기 입구 온도와 실내 열교환기 온도 사이의 차에 대응하는 설정된 과열온도르를 유지할 수 있도록 밸브(7)를 제어한다. 상기 설정된 과열온도는 제1도에 나타내어진 밸브(7)의 개구정도 또는 제3도에 나타내어진 레벨센서(19)에 의해 검출된 값으로부터 계산된 실제로 순환하는 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 따라 콘트롤러(39)에 의해 제어된다.

냉동싸이클의 가열운전에 대해 설명하면 다음과 같다.

실외유닛(15)내의 압축기(1)는 고온 고압 가스상태의 냉매 혼합물을 방출하고 그것은 4방향 밸브(3)를 통해 실내유닛(11)으로 인도된다. 상기 냉매 혼합물이 실내 열교환기(5)를 통해 흐르는 동안, 팬(27)이 열교환기(5)쪽으로 실내공기를 보낸다. 상기 냉매 혼합물은 공기속으로 열을 방출하고 응축된다. 상기 응축된 냉매 혼합물은 실외유닛(15)으로 보내어져서 밸브(7)에 의해 조절된다. 즉, 상기 밸브(7)는 온도센서(63)에 의해 검출된 실외 열교환기(9)의 출구온도 사이의 차에 대응하는 설정된 과열온도를 얻기위하여 상기 응축된 냉매 혼합물의 압력을 떨어뜨린다. 이때 실외팬(41)은 상기 감압된 냉매 혼합물이 대기와 열교환하도록 실외 열교환기(9)쪽으로 대기를 보낸다. 이렇게 하여 증발처리가 완료된다. 상기 냉매 혼합물은 실외 열교환기(9)내에서 대기로부터 열을 흡수하여 저압의 냉매 혼합물로 증발하고, 그렇게 하여 기체와 액체가 어큐뮬레이터(17)내에서 완전히 분리된다. 그후, 압축기(1)는 고온 고압의 냉매 혼합물을 방출하고 가열운전 싸이클을 종료한다.

이때 어큐뮬레이터(17)내에 축적된 액체는 대부분 고비등점 냉매인 R134a이다. 밸브(7)가 더 작게 수축하면, 즉 밸브(7)의 개구정도가 더 커지면, 어큐뮬레이터(17)에 축적되는 고비등점 냉매 R134a의 양도 커진다. 액체 상태의 냉매 혼합물이 어큐뮬레이터(17)에 축적되면, 냉동싸이클을 통해 순환하고 있는 냉매 혼합물의 양이 최초의 양과 달라지게 된다.

따라서, 실제로 순환하고 있는 냉매 혼합물의 고/저 비등점 냉매 사이의 비율이 제1도에 나타내어진 밸브(7)의 개구정도에 따라서 계산되거나 또는 어큐뮬레이터(17)에 축적된 액체상태 냉매 혼합물의 레벨이 제3도에 나타내어진 레벨센서(19)에 의해 검출되고, 상기 비율 또는 레벨에 따라 기본적인 운전 구성요소가 제어된다.

기본적인 운전 구성요소의 제어가 이후에 상세히 설명된다.

상기 기본적인 운전 구성용소는 상기 밸브(7)의 개구정도가 제1도의 구체적 실시예에서 지정된 값을 초과하거나, 또는 상기 레벨센서(19)에 의해 검출된 값이 제3도의 구체적 실시예에서 지정된 값을 초과하면 변환된다. 후자의 경우에, 실제로 순환하고 있는 냉매 혼합물에 있어서의 고비등점 냉매에 대한 고성능 저비등점 냉매의 비율이 증가한다.

(1) 압축기(1)의 기본적인 운전패턴이 변하는 경우

제5도는 공기조화기의 부하에 따른 인버터(25)의 S코드와 그에 대응하는 변경전후 압축기(1)의 기본적인 운전주파수를 나타내는 표이다. 고성능 저비등점 냉매의 양이 고비등점 냉매의 양에 비해 증가하면 콘트롤러(26)는 가장 낮은 주파수인 코드 S3를 제외하고 각 S코드에 대하여 압축기(1)의 운전주파수를 낮추고, 그렇게 하여 압축기(1)로의 입력을 줄이고 에너지를 절약하게 된다.

(2) 압축기(1)의 기본적인 전압/주파수(V/F)가 변하는 경우

제6도는 공기조화기의 부하에 따른 인버터(25)의 S코드와 그에 대응하는 변경전 및 후 압축기(1)의 기본적인 V/F값을 보여주는 표이다. 고성능 저비등점 냉매의 양이 고비등점 냉매의 양에 비해 증가하면, 공기조화기부하는 더 커지게 되고, 모터의 토크가 증가하게 된다. 따라서, 콘트롤러(26)는 각 S코드에 대한 V/F값을 증가시키고, 그에 의해 압축기(1)로의 입력이 감소되어 에너지를 절약된다.

(3) 실내팬(27)의 기본적인 공기량이 변하는 경우

제7도는 실내팬(27)의 운전모드와 그에 대응하는 변경전/후 상기 실내팬(27)의 기본적인 회전속도를 보여주는 표이다. 고성능 저비등점 냉매의 양이 고비등점 냉매의 양에 비해 증가하면, 압축기(1)의 출구와 입구에서의 냉매 혼합물의 압력의 차가 증가한다. 따라서, 모터(31)와 콘트롤러(33)는 소음을 일으킬 수도 있는 강풍모드를 제외하고 각 운전모드에 대하여 실내팬(27)의 회전속도를 증가시키고 그에 의해 가열운전을 하는동안 실내 열교환기(5)가 응축기로서 동작하는 압축기(1)의 출구에서 냉매 혼합물의 높은 압력을 감소시키고, 냉각운전을 하는동안 실내 열교환기(5)가 증발기로서 동작하는 압축기(1)의 입구에서 냉매 혼합물의 낮은 압력을 증가시킨다. 이것은 압축기(1)의 입구 및 출구 사이의 냉매 혼합물의 압력차를 감소시켜 에너지를 절약하고 신뢰성을 향상시킨다.

(4) 실외팬(41)의 기본적인 공기량이 변하는 경우

제8도는 실외팬(41)의 운전모드와 그에 대응하는 변경전/후 상기 실외팬(41)의 기본적인 회전속도를 보여주는 표이다. 고성능 저비등점 냉매의 양이 고비등점 냉매의 양에 비해 증가하면, 압축기(1)의 입구 및 출구 사이에 냉매 혼합물의 압력차가 증가한다. 따라서, 모터(43)와 콘트롤러(45)는 소음을 일으킬 수도 있는 강풍모드를 제외하고 각 운전모드에 대하여 실외팬(41)의 회전속도를 증가시키고 그에 의해 실내팬(27)의 경우와 마찬가지로 압력차가 감소하여 에너지가 절약되고 신뢰성이 향상된다.

(5) 실내루버(29)의 기본적인 위치가 변하는 경우

제9도는 실내팬(27)의 운전모드와 그에 대응하는 가열운전을 하는 동안 변경 전/후 실내루버(29)의 기본적인 위치를 보여주는 표이다. 고성능 저비등점 냉매의 양이 고비등점 냉매의 양에 비해 증가하면, 고압측에 대한 온도가 변경되지 않으면 냉매 혼합물의 응축온도는 떨어진다. 따라서, 모터(35)와 콘트롤러(37)는 최약풍 또는 약풍모드하에서 비교적 저온인 공기가 사용자쪽으로 보내어지지 않도록 루버(29)를 수평위치로 이동시키며, 이에 의해 신뢰성과 안락성이 향상된다.

(6) 전기 팽창밸브(7)의 기본적인 개구정도가 변하는 경우

제10도는 공기조화기의 운전모드와 그에 대응하는 냉각 및 가열운전 하는 동안 상기 밸브(7)로 인한 기본적인 과열온도를 보여주는 표이다. 고성능 저비등점 냉매의 양이 고비등점 냉매의 양에 비해 증가하면, 압축기(1)의 입구 및 출구 사이의 냉매 혼합물의 압력차가 증가한다. 따라서, 콘트롤러(39)는 각 운전모드에 대하여 상기 밸브(7)의 수축율 감소, 즉 밸브(7)의 개구정도를 증가시키며, 그에 의해 설정 과열온도가 감소하여 에너지가 절약되고 신뢰성을 향상시킨다. 상기 설정 과열온도는 퍼지(fuzzy)제어 또는 PID제어에 의해 조정될 수 있다.

(7) 압축기(1)의 방출온도 릴리즈제어를 위해 사용된 설정온도가 변하는 경우

제11도는 방출온도모드와 그에 대응하는 변경전/후 온도센서(47)에 의해 검출된 압축기(1)의 기본적인 방출온도를 보여주는 표이다. 고성능 저비등점 냉매의 양이 고비등점 냉매의 양에 비해 증가하면, 상기 방출온도는 쉽게 증가한다. 따라서, 콘트롤러(49) 및 인버터(25)는 압축기(1)의 방출온도 릴리즈 제어에 대한 설정온도를 감소시킨다. 이렇게 하여 에너지가 절약되고 신뢰성이 향상된다.

(8) 실내 열교환기(5)의 온도 릴리즈제어를 위해 사용되는 설정온도가 변하는 경우

제12도는 실내 열교환기의 온도모드와 그에 대응하는 가열운전 하는동안 변경전/후 온도센서(51)에 의해 검출된 실내 열교환기(5)의 설정온도를 보여주는 표이다. 고성능 저비등점 냉매의 양이 고비등점 냉매의 양에 비해 증가하면, 그의 응축온도가 감소할지라도 냉매 혼합물의 응축압력은 쉽게 증가한다. 따라서, 콘트롤러(53)와 인버터(25)는 실내 열교환기 릴리즈제어용 설정온도를 감소시켜서 압축기(1)를 제어한다. 이 결과 에너지가 절약되고 신뢰성이 향상된다.

(9) 압축기(1)의 전류 릴리즈제어용 기본적인 설정전류가 변하는 경우

제13도는 압축기(1)에 적용된 압축기 전류모드와 그에 대응하는 변경전/후 압축기(1)의 기본적인 설정전류를 보여주는 표이다. 고성능 저비등점 냉매의 양이 고비등점 냉매의 양에 비해 증가하면 공기조화기 부하가 쉽게 증가한다. 따라서, 콘트롤러(26)는 압축기 전류 릴리즈제어용 설정전류값을 증가시켜 압축기(1)를 구동한다. 이 결과 공기조화기의 열용량이 향상된다.

(10) 온도센서의 설정값이 변하는 경우

예로써, 가열운전시 서리제거 운전이 설명된다. 서리는 온도센서(55)에 의해 검출되는 실외 열교환기의 입구온도에 따라 검출된다. 서리제거는 뜨거운 냉매 가스가 압축기(1)의 출구로부터 실외 열교환기(9)로 흐를 수 있도록 서리제거용 2방향밸브(21)를 개방함에 의해 실행된다. 서리제거 운전은, 온도센서(55)에 의해 검출되는 실외 열교환기(9)의 입구온도 또는 온도센서(57)에 의해 검출되는 그의 출구온도에 따라 종료된다. 온도센서(55), (57), (59)의 설정온도는 실제로 순환하고 있는 냉매 혼합물의 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 따라 최적의 서리제거 운전을 수행하기 위해 변경된다.

이때 실외 열교환기 입구온돈센서(55)를 갖는 실외 온도센서에 의해 서리의 검출을 실행할 수도 있다.

또는 4방향밸브(3)를 역전시키거나 또는 전기 팽창밸브(7)를 개방함에 의해 서리제거가 실행될 수도 있다.

냉각운전을 하는 동안 주위온도가 낮아서 증발온도는 물론 응축온도를 감소시키면 실내 열교환기(5)가 동결될 가능성이 있다. 이러한 가능성은 실내 열교환기(5)의 온도에 따라 검출된다. 압축기(1)의 운전주파수를 감소시키거나 또는 밸브(7)의 수축을 감소시키므로써 그와 같은 동결이 방지될 수 있다. 상기 온도센서의 설정온도는 실제로 순환하고 있는 냉매 혼합물의 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 따라 변화되어 열교환기의 동결을 아주 효율적으로 방지한다.

이렇게 하여 공기조화기를 운전하는동안 냉동싸이클을 통해 순환하고 있는 비공비 냉매 혼합물의 고비등점 냉매가 어큐뮬레이터(17)에 축적된다. 고성능 저비등점 냉매의 양이 고비등점 냉매의 양에 비해 증가하면, 실제로 순화하고 있는 냉매 혼합물의 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 따라 냉동싸이클의 운전을 최적화시키기 위하여 기본적인 운전 구성요소가 변경된다. 이결과 에너지가 절약되고 안락성이 얻어지면 성능과 신뢰성이 향상된다.

이상 설명한 바와같은 제어운전 (1) 내지 (10)은 실시예일뿐 본 발명을 한정하지는 않는다. 각각의 제어에는 단독으로 또는 다른 예와 조합하여 실행될 수 있다. 변경후의 값도 제5도 내지 제13도에 나타내어진 값에 한정되지 않는다. 비공비 냉매 혼합물의 고/저 비등점 냉매 사이의 비율에 따라 다양한 제어값이 사용될 수 있다. 각 제어운전은 기본적인 제어운전으로 복귀하도록 역전가능하다. 상기 제어값은 또한 공기조화기의 습도 및 제습모드와 같은 여러 가지 운전모드에 따라 변경될 수 있다.

제3도의 구체적 실시예는 레벨센서(19) 대신에 비율센서를 사용할 수 있다.상기 비율센서는 비공비 혼합물의 유전율과 온도를 검출하여 혼합물의 고/저 비등점 냉매 사이의 비율을 계산한다. 전기 팽창밸브(7) 대신에, 온도 팽창밸브 또는 모세고나 튜브가 사용될 수도 있다.

요약하면, 본 발명에 따른 냉동싸이클은 냉동싸이클내에 봉인된 비공비 냉매 혼합물의 성분 사이의 비율 변화에 따라 기본적인 운전 구성요소를 변화시켜서 상기 비율의 변화로 인한 싸이클 온도 또는 압력의 변화에 관계없이 냉동싸이클의 운전을 최적화시키고 안정시키는 효과가 있다.

당 분야에 숙력된 자라면 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 공개된 지시를 받은 후 본 발명에 대한 여러 가지 변형이 가능하게 될 것이다.

Claims (13)

1. 압축기, 실외 열 교환기, 실내 열 교환기, 조절 기구 및 이들 구성 요소를 서로 연결하는 냉매 파이프를 포함하고 있는 냉동 싸이클; 상기 냉동 싸이클 내에 밀폐된 고비등점 냉매 및 저비등점 냉매로 이루어지는 비공비 혼합 냉매와, 상기 냉동 싸이클의 운전을 제어하는 제어 수단; 및 상기 냉동 싸이클의 운전 중에 상기 비공비 혼합 냉매의 고비등점 냉매 및 저비등점 냉매간의 조성비를 검출하는 비율 검출 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은 상기 비율 검출 수단에 의해 검출된 조성비의 값에 따라서 기본 운전 제어 요소를 변경하는 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단에 의해 변화되는 기본적인 운전 구성요소중 하나가 압축기의 기본적인 운전주파수인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어수단에 의해 변경되는 기본적인 운전 구성요소중 하나가 압축기의 전압/주파수(V/F)인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어수단에 의해 변경되는 기본적인 운전 구성요소중 하나가 실내 열교환기를 통해 흐르는 상기 냉매 혼합물이 공기와 열교환할 수 있도록 상기 실내 열교환기로 공기를 보내기 위한 실내팬의 기본적인 회전속도인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
5. 제1항에 있어서, 상기 제어수단에 의해 변화되는 기본적인 운전 구성요소중 하나가 실외 열교환기를 통해 흐르는 상기 냉매 혼합물이 공기와 열교환할 수 있도록 상기 실외 열교환기로 공기를 보내기 위한 실외팬의 기본적인 회전속도인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
6. 제1항에 있어서, 상기 제어수단에 의해 변화된 기본적인 운전 구성요소중 하나가 실외 열교환기를 조절하는 실내유닛의 공기출구에 배치되어 내보내지는 공기의 방향을 변화시키는 루버의 기본적인 위치인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
7. 제1항에 있어서, 상기 제어수단에 의해 변화되는 기본적인 운전 구성요소중 하나가 조절 기구에 의해 설정되는 기본적인 과열온도인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
8. 제1항에 있어서, 상기 제어수단에 의해 변화되는 기본적인 운전 구성요소중 하나가 압축기로부터 방출되는 상기 냉매 혼합물의 온도가 지나치게 증가하는 것을 방지하기 위하여 방출온도 릴리즈제어용으로 사용되는 기본적인 설정온도인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
9. 제1항에 있어서, 상기 제어수단에 의해 변화되는 기본적인 운전 구성요소중 하나가 실내 열교환기가 응축기로서 동작하는 가열 운전동안 실내 열교환기의 온도가 과도하게 증가하는 것을 방지하기 위하여 실내 열교환기 온도 릴리즈제어용으로 사용되는 기본적인 설정온도인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
10. 제1항에 있어서, 상기 제어수단에 의해 변화되는 기본적인 운전 구성요소중 하나가 압축기를 구동하기 위한 전류를 지정된 값이하로 억제하기 위한 전류 릴리즈 제어용으로 사용되는 기본적인 설정전류인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
11. 제1항에 있어서, 상기 제어수단에 의해 변화되는 기본적인 운전 구성요소중 하나가 실외 열교환기를 위해 제공되는 온도센서와 주위 온도센서에 의해 검출되는 온도에 따라 개시되는 서리제거 운전을 위한 기본적인 설정온도인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
12. 제1항에 있어서, 상기 비율 검출 수단이 상기 조절 기구의 열린 정도를 검출하는 수단인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.
13. 제1항에 있어서, 상기 비율 검출 수단이 상기 냉동 싸이클내에 배치되고 동시에 비공비 혼합 냉매의 기체 액체 분리를 실시하는 어큐뮬레이터의 액면 레벨을 검출하는 레벨 센서인 것을 특징으로 하는 비공비 혼합 냉매를 이용한 냉동 싸이클을 갖는 공기조화기.