KR0166137B1 - 공기 조화기의 운전제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉방 운전시와 난방 운전시에 적절한 제어를 선택하여 효율이 좋은 운전을 할 수 있는 공기 조화기에 관한 것으로서, 4 방향 밸브(2)에 의해 압축기(1)에서의 냉매의 흐름을 선택적으로 전환하여 냉방 및 난방운전을 할 수 있는 공기 조화기이며, 냉방 운전의 제어는 압축기(1)의 흡입측에 설치된 제 1의 온도 센서(10)와 실내 열교환기(5)에 설치된 제 3의 온도 센서(12)의 온도 검출에 의거하여 냉매의 과열도가 소정의 값이 되도록 유량 조정 밸브(4)의 개도를 제어하는 과열도 제어에 의해 수행하며, 난방 운전의 제어는 압축기(1)의 토출측에 설치된 제 2의 온도 센서(11)의 온도 검출에 의거해서 냉매 토출 온도가 소정의 값이 되도록 유량 조정 밸브(4)의 개도를 제어하는 토출 온도 제어에 의해 하도록 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

공기 조화기의 운전제어장치

제1도(a)는 본 발명의 제 1의 실시예를 나타내는 냉방 운전시의 사이클 및 제어 회로의 구성도.

제1도(b)는 난방 운전시의 4 방향 밸브를 나타내는 구성도.

제2도는 제 2의 실시예의 압축기를 나타내는 종 단면도.

제3도(a)는 전환 밸브의 평면도, 제 3도(b)는 제 3도(a)의 I-I선을 따라 취한 종단면도, 제3도(c)는 제 3 도 (a)의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 횡단면도.

제4도(a)는 냉방 운전시의 사이클 및 제어 회로의 구성도.

제4도(b)는 난방 운전시의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 압축기 2: 4 방향 밸브(유로 전환 밸브)

3: 실외 열교환기 4: 유량 조정밸브

5: 실내 열교환기 10: 제 1의 온도 센서(과열도 검출 수단)

11: 제 2의 온도 센서(토출 온도 검출 수단)

12: 제 3의 온도 센서(고열도 검출수단)

18: 제어부(제어 수단) 25: 4 방향 밸브 내장형 압축기(압축기)

29: 전환 밸브 37: 실내 열교환기측 배관

45: 제 1의 온도 센서(제 1의 온도 검출 수단)

46: 제 2의 온도 센서(제 2의 온도 검출 수단)

본 발명은 전동식 팽창 밸브를 가지는 냉동 사이클을 이용한 냉난방이 가능한 공기 조화기에 관한 것이다.

종래의 공기 조화기는 압축기, 실외 열교환기, 감압기, 실내 열교환기등을 차례로 접속하여 이루어진 냉동 사이클을 구비하여 이 냉동 사이클 내에 냉매를 상태 변화시키면서 순환시켜 실내의 공기 조화를 하도록 구성되어 있다.

냉난방 가능한 공기 조화기에 있어서는 냉매의 흐름을 전화시키는 4 방향 전환 밸브가 구비되어 있다.

냉방시에는 압축의 토출 냉매를 실외 열교환기측으로 전환하여 이 냉매를 실외 열교환기로부터 감압기, 실내 열교환기의 순으로 유통시켜 압축기로 되돌려 실내의 냉방을 한다. 즉, 냉방시에는 상기 실외 열교환기를 응축기로 기능시키고, 실내 열교환기를 증발기로 기능시킨다.

한편, 난방시에는 압축기의 토출 냉매를 실내 열교환기 측으로 전환하여 이 냉매를 실내측 열교환기로부터 감압기, 실외 열교환기 순으로 유통시켜 실내의 난방을 한다. 즉, 난방시에는 상기 실내 열교환기를 응축기로 기능시키고, 실외 열교환기를 증발기로 기능시킨다.

또한 운전중에는 공기 조화 부하(실내 온도와 설정 온도와의 차에 해당함)에 따라서 압축기의 운전 주파수가 제어되며, 공기 조화 부하에 대응하는 가장 적당한 냉방 능력 또는 난방 능력이 발휘된다.

감압기로는 예를 들면 열림정도를 변하게 할 수 있는 유량 조정 밸브가 이용된다. 그리고, 증발기에 대한 냉매의 과열도(증발기의 입구 냉매 온도와 출구 냉매 온도의 차)가 검출되어, 그 과열도가 운전 주파수의 변화에 관계없이 일정값이 되도록 유량 조정 밸브의 열림정도가 제어된다.

즉, 과열도가 일정값보다 큰 경우, 유량 조정 밸브의 열림정도가 증대되어 증발기로 흘러들어가는 냉매의 양이 늘어난다. 또한, 과열도가 일정값보다 작으면 유량 조정 밸브의 열림정도가 축소되어 증발기로 흘러들어가는 냉매의 양이 감소된다.

이 과열도 제어에 의해 과열도를 양호한 냉동 능력(성적계수)이 얻어지는 일정한 값으로 유지하며, 또한 일정한 과열도 확보하여 압축기로 액체 상태인 냉매가 되돌아 가는 액체 백(back)현상이 방지된다.

종래에는 냉방 운전, 난방 운전에 상관없이 과열도 제어를 주체로 한 제어에 의해 상기 냉매 사이클의 제어를 하고 있다.

그러나, 상기에 설명한 과열도 제어를 주체로 하는 제어에는 하기에 설명하는 것처럼 해결해야 할 과제가 있다.

이 과열도 제어는 과열도, 즉 증발기의 냉매 입구 온도와 출구 온도의차(냉매 포화 온도에서의 과열량)를 검출하여 행하는 제어이기 때문에 이 증발기가 실내측 열교환기가 되는 냉방 운전시에는 실내 공기 조화에 이용하는 열교환기(이하「이용측 열교환기」라 함)를 직접적으로 제어하게 되므로 매우 양호한 제어 방법이 된다.

한편, 난방시에는 증발기는 실외측 열교환기로 되며, 이용측 열교환기로 되지는 않는다. 그러나, 과열도 제어는 압축기의 흡입 냉매 온도를 제어하기 때문에 토출 냉매 온도인 응축기(이용측 열교환기)의 흡입 온도를 간접적으로 제어하게 된다. 따라서, 간접적으로 이용측 열교환기의 제어도 할수 있게 된다.

그러나, 난방시에는 상기 증발기는 기온이 낮은 실외에 위치하기 때문에 냉방시에 비해서 과열도를 크게 할 수 없으며, 상기 과열도를 제어하기 어려운 점이 있으며, 상기 이용측 열교환기의 냉매 온도를 적절하게 제어할 수 없는 경우가 있다. 이 때문에 난방시의 효율이 저하할 우려가 있었다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 냉방 운전시와 난방 운전시에 적절한 제어를 선택하여 효율이 좋은 운전을 할 수 있는 공기 조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제 1의 수단은 압축기, 실내 열교환기, 감압용의 유량 조정밸브, 실외 열교환기가 차례로 접속되어 구성되고, 또한 실내 냉방 운전과 실내 난방 운전으로 동작유체의 흐름 방향을 전환하는 유로 전환 밸브를 가지는 냉동 사이클과, 냉방 운전 시에 상기 실외 열교환기에 대한 동작 유체의 과열도를 검출하는 검출 수단과, 난방 운전시에 상기 압축기에 토출되는 동작 유체의 토출 온도를 검지하는 검지 수단과, 난방 운전시에는 상기 과열도의 검출 수단에 의해 검출되는 과열도가 소정의 값이 되도록 상기 유량 조정 밸브의 열림정도를 제어하며, 또한 난방 운전시에는 상기 토출 온도의 검출 수단으로 검출되는 토출 온도가 소정의 값이 되도록 상기 유량 조정 밸브의 열림정도를 제어하는 수단을 가지는 것을 특징으로 한는 공기 조화기 이다.

제 2의 수단은 제 1의 수단의 공기 조화기에 있어서, 이 압축기의 운전 주파수를 공기 조화 부하에 따라서 제어하는 제어 수단과, 냉방 운전시에 상기 압축기에서 토출되는 동작 유체의 토출 온도를 검지하는 수단과, 이 검지 수단에 의해 검지되는 토출 온도가 소정 온도 이상으로 된 경우에는 과열도를 일정한 값으로 제어를 정지하고, 상기 토출 온도가 소정값 이하로 내려갈때까지 상기 압축기의 운전 주파수를 저감시키고, 또 상기 토출 온도가 소정 이하로 내려가도록 상기 유량조정 밸브의 열림정도를 제어하는 수단을 더 가지는 것을 특징으로 하는 공기 조화기이다.

제 3의 수단은 밀폐 케이스와 이 밀폐 케이스내에 설치되어 압축기의 고압 동작유체를 이 밀폐 케이스내에 채우는 압축부와 이 케이스내에 설치되어 토출측과 흡입측을 전환하는 유로 전환 밸브를 가지는 압축기와, 이 압축기, 실내 열교환기, 감압용의 유량 조정 밸브, 실외 열교환기가 차례로 접속되어 구성되어 상기 유로 전환 밸브를 전환하는 것에 의해 상기 압축기의 토출측과 흡입측을 전환하여 선택적으로 실내 난방 운전과 실내 냉방 운전을 하는 냉동 사이클과, 압축기와 실내 열교환기를 접속하는 배관에 설치된 제 1의 온도 검출 수단과, 실내 열교환기에 설치되어 이 실내 열교환기내의 냉매를 온도를 검출하는 제 2의 온도 검출 수단과, 이들 제 1, 제 2의 온도 검출 수단에의한 검출 냉매 온도에 의거해서 상기 유량 조정 밸브의 열림정도를 제어하는 제어 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 공기 조화기이다.

제 4의 수단은 제 3의 수단의 공기 조화기에 있어서, 상기 유량 조정 밸브의 열림정도를 제어하는 제어 수단은 냉방 운전시에는 상기 제 1의 온도 검출 수간에 의해서 검출되는 흡입 냉매 온도와 제 2의 온도 검출 수단에 의해서 검출되는 냉매 증발 온도로부터 과열도를 산출하여 이 과열도가 일정값이 되도록 상기 유량조정 밸브의 열림정도를 제어하며, 또한 난방 운전시에는 상기 제 1의 온도 검출 수단에 의해서 검출되는 검출 냉매 온도에 의거해서 이 토출 냉매 온도가 일정한 값이 되도록 상기 유량 조정 밸브의 열림정도를 제어하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 공기 조화기이다.

[작용]

청구범위 제 1 항의 공기 조화기는 냉방시에 과열도를 제어하고, 난방시에는 토출 온도를 제어하는 것에 의해 냉방시에는 증발기가 되며 난방시에는 응축기가 되는 실내 열교환기를 직접 제어하는 것이 가능하게 된다.

청구범위 제 2 항의 공기 조화기는 냉방 운전중, 압축기가 이상 온도로 상승했을때는 일시적으로 토출 온도를 제어함으로써, 이 압축기의 파손을 방지할수 있다.

청구범위 제 3 항의 공기 조화기는 전환밸브 내장형의 압축기를 가지는 공기 조화기이며, 1 개의 온도 검출 수단에 의해 냉방시에 실내 열교환기에서 토출되는 동작 유체의 온도 및 난방시에 실내 열교환기에 흘러들어가는 동작 유체의 온도의 양쪽을 검출할수 있으며, 그 온도에 의거해서 공기 조화기의 제어를 하는 것이 가능하게 된다.

청구범위 제 4 항 공기 조화기는 제 1, 제 2의 온도 검출 수단에 의한 검출 온도에 의거해서 냉방시에는 과열도 제어, 난방시에는 토출 온도 제어를 할수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 한 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

우선, 이 발명의 제 1의 실시예를 설명한다. 이 제 1의 실시예에서는 종래에 사용되고 있는 일반적인 압축기를 이용하는 공기 조화기에 적용된다.

제 1 도(a)에서 부호 1로 나타낸 것은 압축기(CP)이다. 이 압축기(1)는 도면에서 화살표(A)로 나타내는 방향을 따라서 냉매를 흡입하여 압축하여 화살표(B)로 나타내는 방향으로 토출하도록 구성되어 있다. 이 압축기(1)의 흡입 측 및 토출측에는 도면에서 부호 2로 나타내는 4 방향 밸브가 접속되어 있다. 제 1 도(a)는 이 4 방향 밸브가 중립 상태에 있는 경우를 나타내고 있따.

이 중립 상태에서, 상기 압축기(1)의 토출측에는 실외 열교환기(3)가 배관 접속되어 있다. 이 실외 열교환기(3)에는 감압용의 유량 조정 밸브(4) 및 실내 열교환기(5)가 차례로 배관접속되며, 실내 열교환기(5)는 4 방향 밸브(2)를 통해서 압축기(1)의 흡입측에 배관 접속되어 있다.

또한, 상기 압축기(1)는 능력 가변식의 이른바 인버터 압축기이며, 도면에서 부호 7로 나타내는 인버터 회로에 의해서 냉방 또는 난방 부하에 따라서 제어되도록 되어 있다. 또한, 상기 유량 조정밸브(4)는 입력되는 구동 펄스의 수에 따라서 열림정도가 연속적으로 변화하는 펄스 모터 밸브(PMV)이다.

또한, 상기 실외 열교환기(3)는 도시하지 않은 실외 유닛내에 설치되어, 이 실외 유닛내에는 도면에서 부호8로 나타내는 실외 팬이 설치되어 있다. 이 실외 팬(8)은 상기 실외 열교환기(3)에 실외의 공기를 도입하여, 이 실외 열교혼기(3)와 이 실외의 공기와의 사이에서 효율이 좋은 열교환을 하게 한다.

또한, 실내 열교환기(5)는 도시하지 않은 실내 유닛내에 설치되어 이 실내 유닛 내에는 도면에서 부호 9로 나타내는 실내 팬 (횡류 팬)이 설치되어 있다. 이 실내 팬(9)은 실내 열 교환기(5)에 실내 공기를 도입하여 열교환된 후의 공기를 실내에 내뿜게 하는 기능을 가진다.

이 제 1 도는 냉방 운전시의 배관(냉동 사이클)을 나타내는 것이다. 즉, 상기 4 방향 밸브(2)가 중립 상태로 설정되어 있으며, 상기 압축기에서 토출된 냉매는 실선 화살표로 나타내는 바와 같이 4 방향 밸브(2), 실외 열교환기(3), 유량 조정 밸브(4), 실내 열교환기(5) 및 4 방향 밸브(2)를 차례로 통과하여 압축기(1)에 되돌아가도록 구성되어 있다.

또한, 냉방 운전시에는 4 방향 밸브(2)가 제 1 도(b)에 나타내는 바와 같이 전환되어, 압축기(1)에서 토출된 냉매는 제 1 도(a) 및 제 1 도(b)에서 파선 화살표로 나타내는 바와 같이 4 방향 밸브(2), 실내 열교환기(5), 유량 조정 밸브(4), 실외 열교환기(3) 및 4 방향 밸브(2)를 차례로 경과하여 압축기(1)로 되돌아가도록 구성된다. 즉, 난방 사이클이 구성되도록 되어 있다.

다음에, 이 공기 조화기의 제어 계통에 대해서 설명한다.

제 1 도(a)에 도시된 바와 같이, 압축기(1)의 흡입측 배관에는 제 1의 온도 센서(10)가 설치되며, 토출측 배관에는 제 2의 온도 센서(11)가 설치되어 있다. 상기 제 1의 온도센서(10)는 압축기(1)의 냉매 흡입 온도(증발기의 냉매 출구 온도)를 검출하고, 제 2의 온도 센서(11)는 압축기(1)의 냉매 토출 온도(응축기의 냉매 입구 온도)를 검출하도록 되어 있다.

또한, 실내 열교환기(5)의 대략 중간 위치에는 제 3의 온도 센서(12)가 설치되어 있다. 이 제 3의 온도 센서(12)는 실내 열교환기(5)가 증발기로서 기능하는 냉방시에 사용되어 냉매의 증발 온도를 검출하도록 되어 있다.

한편, 전술한 바와 같이 상기 압축기(1)에는 인버터 회로(7)가 접속되어, 이 인버터 회로(7)는 상용 교류 전원(14)에 접속되어 있다. 인버터 회로(7)는 전원(15)의 전압을 정류하여 지령에 따른 주파수의 전압으로 변환해 그 전압을 상기 압축기(1)내에 설치된 모터에 출력하도록 되어 있다.

또한, 이 상용 교류 전원(14)은 강압용의 변압기(16)를 통하여 제어부(18)에 접속되어 있다. 또한 상기 4 방형 밸브(2), 유량 조정밸브(4), 실외 팬(8), 실내 팬(9), 제 1∼제 3의 온도 센서(10∼12), 인버터 회로(7), 원격 조정식의 조작기(19)(이하, 「리모콘」이라고 약칭함) 및 실외 온도 센서(20)는 각각 이 제어부(18)에 접속되어 있다.

즉, 이 제어부(18)는 공기 조화기의 전체를 제어하는 것이며, 통상 상기 실내 유닛(도시하지 않음)내에 설치된 전기 부품 상자내에 수납되어 있다. 이하, 이 제어부(18)의 기능을 공기 조화기의 운전과 함께 설명한다.

우선, 냉방시의 운전에 대해서 설명한다.

상기 제어부(18)는 4 방향 밸브(2)를 중립 상태로 하여 압축기(1)를 운전하고 압축기(1)에서 토출된 냉매를 4 방향 밸브(2), 실외 열교환기(3), 유량 조정 밸브(4), 실내 열교환기(3), 4 방향 밸브(2)를 통해서 압축기(1)로 되돌아가 냉방 운전을 실행한다.

냉방 운전할 때에는 실내의 공기 조화에 이용되는 열교환기(이하「이용측 열교환기」라고 한다)인 실내 열교환기(5)는 「증발기」로 기능한다.

또한, 이 제어부(18)는 상기 실내 열교환기(5)에 설치된 실내 온도 센서(20)에 의해 검지되는 실내 온도(Ta)와 리모콘(19)에 의한 설정 온도(Ts)와의 차(=Ta - Ts)에 따라서 압축기(1)의 운전 주파수(F)(인버터 회로(7)의 출력 주파수)를 제어한다. 이렇게 하여 냉방 부하에 따른 압축기(1)의 운전이 행해진다.

또한, 제 1의 온도 센서(10)의 검지 온도(흡입 냉매 온도)(Tsu)와 제 3의 온도 센서(12)의 검지 온도(증발 온도)(Te)와의 차(=Tsu - Te)를 실내 열교환기(5)에 대한 냉매의 과열도(SH)로 하여 소정의 제어 시간마다(20초 내지 50초마다) 검출한다.

상기 제어부(18)는 검출된 과열도(SH)가 일정한 값이 되도록 유량 조정밸브(4)의 열림정도(Q)를 상기 제어 시간마다(20초 내지 50초마다) 제어한다(과열도 제어). 이렇게 하여 이용측 열교환기(실내 열교환기(5))가 직접적으로 제어되어 이 냉동 사이클의 성적계수가 양호하게 유지된다.

한편, 제 2의 온도 센서(11)에 의해 검지되는 검출 냉매 온도 Td가 설정값 T2이하로 되면, 그 검지 온도가 소정의 설정값인 T1으로 내려가기 때문에 압축기(1)의 운전 주파수(F)를 저감하고 또 토출 냉매 온도 Td가 설정값 T1이 되도록 유량 조정 밸브(4)의 열림정도(Q)를 제어한다(토출 온도 제어). 이렇게 하여 압축기(1)가 이상 가열되는 것을 방지하고 이 압축기(1)의 눌어붙는 것 등에 의한 파손을 유효하게 방지한다.

이상과 같은 제어에 의해, 상기 제어부(18)는 냉방 운전시에는 과열도 제어를 주체로 한 제어를 하며, 상기 압축기(1)에서 냉매 토출 온도 Td가 이상 상승했을 때만 이 토출 온도를 일정하게 하는 토출 온도 제어로 전환한다.

이어서, 난방 운전에 대해서 설명한다.

상기 제어부(18)는 제 1 도(b)에 나타내는 바와 같이 4 방향 밸브(2)를 전환하여 압축기(1)를 운전하고, 압축기(1)에서 토출되는 냉매를 4 방향 밸브(2), 실내 열교환기(5), 유량 조정 밸브(4), 실외 열교환기(3), 4 방향 밸브(2)를 통해서 압축기(1)로 되돌려지며, 난방 운전을 실행한다(제 1 도(a)에 파선 화살표로 나타낸다)

이 난방 운전을 할 때에는 이용측 열교환기인 실내 열교환기(5)는 증발기로서가 아니라 「응축기」로서 기능한다.

또한, 이 제어부(18)는 리모콘(19)에 의한 설정 온도(Ts)와 실내 온도 센서(20)에 의해 검지되는 실내 온도(Ta)와의 차(=Ts - Ta)를 공기 조화 부하로 검출하여, 그 공기 조화 부하에 따라서 압축기(1)의 운전 주파수(인버터 회로(21)의 출력 주파수)(F)를 제어한다. 이와 같이 난방 부하에 따른 압축기(1)의 운전이 행해진다.

또한, 제 2의 온도 센서(11)의 검지 온도(냉매 토출 온도)를 토출 온도(Tt)로 하여 소정의 제어 시간마다(20초 내지 50초마다)검출한다.

상기 제어부(18)는 검출된 토출 온도(Tt)가 일정한 값이 되도록 유량 조정 밸브(4)의 열림정도(Q)를 상기 제어 시간마다(20초 내지 50초마다) 제어한다(토출 온도 제어). 이와 같이 하여 이용측 열교환기(실내 열교환기(5))에 흘러들어가는 냉매의 온도가 직접적으로 제어되어 이 냉동 사이클의 성적 계수가 양호하게 유지된다. 또한 동시에 압축기(1)가 이상 가열하는 것을 방지하여 이 압축기의 눌어 붙는 것 등에 의한 파손을 유효하게 방지한다.

이상과 같은 제어에 의해, 상기 제어부(8)는 난방 운전시에는 토출 온도 제어만을 하고, 과열도 제어는 하지 않는다.

이와 같은 구성에 의하면 하기에 설명하는 효과가 있다.

1차적으로, 이 공기 조화기는 냉방 운전시에는 과열도 제어를 주체로 한 제어를 하고, 난방 운전시에는 토출 온도 제어만으로 제어를 하도록 했다.

이와 같은 구성에 의하면, 냉방 운전시뿐만 아니라 난방 운전시에도 이용측 열교환기인 실내 열교환기(5)를 직접 제어할수 있기 때문에, 실내 공기 조화에 있어서 가장 적당한 제어를 할수 있는 효과가 생긴다.

즉, 종래예의 항에서 설명한 바와 같이 난방시에도 과열도 제어에 의해 냉동 사이클을 제어하는 것은 가능하지만, 난방 운전시의 과열도 제어는 냉매의 과열도 즉 난방시에 증발기로 되는 실외 열교환기(3)내의 냉매의 온도를 제어하여 이용측 열교환기인 실내 열교환기(5)내의 냉매의 온도를 제어하는 것이다.

따라서, 이와 같은 제어 방법으로는 냉방 운전시에 이용측 열교환기를 직접적으로 제어할수 있는 것에 반해, 난방 운전시에는 이용측 열교환기의 제어는 간접적으로 밖에 할수없다.

이 때문에 이와 같은 제어 방법으로는 난방시에 이용측 열교환기(실내 열교환기(5))의 제어를 정확하게 하지 못할 가능성이 있으며, 효율(성적계수)이 좋은 난방 운전을 할수 없는 우려가 있다.

그러나, 본 발명에서는 난방시에는 토출 온도 제어에 의해 이용측 열교환기인 실내 열교환기(5)의 냉매 온도를 간접적으로 제어할수 있기 때문에, 냉방 운전시에도 난방 운전시에도 이용측 열교환기의 최적인 제어를 하여 공기 조화 운전을 운전 조건에 따라서 더욱 효율(성적계수)좋게 할수 있는 효과가 있다.

2차적으로 난방시의 제어를 용이하게 할수 있는 효과가 있다.

즉, 난방 운전시에는 실외의 온도가 낮기 때문에 냉방 운전시와 비교해서 과열도의 폭을 크게 할수 없는 점(냉매를 과열하기 어렵다)이 있다. 따라서, 난방 운전시에 과열도 제어를 할 경우에는 그 제어의 폭은 작고, 제어가 곤란하다고 하는 결점도 있다.

또한, 난방 운전의 경우, 증발기에 대한 냉매의 과열도보다 압축기의 냉매 토출 온도 쪽이 직접 이용 열교환기인 실내 열교환기의 증발량에 영량을 준다고 하는 점이 있다.

이 점에서 본 발명의 경우, 난방 운전시에는 토출 온도 제어에 의해 과열도의 크기에 관계없는 제어를 하기 때문에 공기 조화기의 제어가 용이하게 되고, 또 난방 운전에 따른 적절한 제어를 하는 효과가 있다. 따라서, 공기 조화 운전을 운전 조건에 따라 보다 효율(성적계수) 좋게 하는 효과가 있다.

다음에, 본 발명의 제 2의 실시예에 대해서 설명한다.

이 제 2의 실시예의 공기 조화기는 압축기로서 제 2도에 부호25로 나타내는 4방향 밸브 내장형의 유체 압축기를 이용하는 것이다. 또한, 제 2의 실시예의 이 압축기(25)(전환 밸브)이외의 구성요소는 상기 제 1의 실시예와 대략 같다. 따라서, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 그 자세한 설명은 생략한다.

이 4 방향 밸브 내장형의 유체 압축기(25)는 제 2도에 도시된 바와 같이, 밀폐된 케이스(26)와, 이 케이스(26)내에 설치되어 케이스(26) 바깥에서 흘러들어온 저압 냉매를 압축하며, 또한 압축기의 고압 냉매를 케이스(26)내로 토출하는 압축기(27)와, 상기 케이스(26)내에 설치되어 밸브 본체(28)를 회전시켜 케이스(26)외부로의 고압 냉매의 토출 배관 및 상기 압축기(27)로의 저압 냉매의 흡입 배관을 전환하는 회전형 4 방향 전환 밸브(29)를 가지는 것이다.

이 4 방향 전환 밸브(29)는 제 3 도에 도시한 바와 같이 둘레 방향에 90° 간격으로 설치된 3개의 포트(30∼32)를 가지는 밸브 베이스부(33)를 가지며, 각 3개의 포트(30∼32)는 제 2 도에 나타내는 배관(35∼37)에 의해 각각 실외 열교환기(3), 케이스(26)내의 압축기(27) 및 실내 열교환기(5)에 접속되어 있다.

이하, 상기 각 배관(35∼37)을 각각 실내 열교환기측 배관(35), 실외 열교환기 측 배관(36) 및 압축부측 배관(37)이라고 칭한다.

제 3도(b)(c)에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 베이스부(33)의 아랫면에 설치된 상기 밸브 본체(28)에는 이 밸브 본체(28)가 회전 구동되어 상기 3개의 포트(30∼33)(각 배관(35∼37)중의 2개를 선택적으로 연통시키는 연통 홈(28)과, 나머지의 포트를 케이스(26)내에 연통(개방)시키는 연통 구멍(39)이 설치되어 있다.

이 연통 홈(38)과 연통 구멍(39)은 제 3도(c)에 도시된 바와 같이 평면 형상이 유사하지만 제 3도(b)에 도시된 바와 같이 전자는 상기 밸브 본체(28)를 관통하지 않고, 후자는 관통하고 있다는 점에서 다른 것이다.

또한, 그물선으로 나타내는 부재(40)는 상기 밸브 베이스부(33)에 고정되어, 상기 밸브 본체(28)에 설치된 연통 구멍(39)과 걸어 맞춰서 이 밸브 본체(28)의 회동 각도를 규제하는 스토퍼이다.

또한, 이 밸브 본체(28)의 외주면에는 둘레 방향으로 S극부(42a)와 N극부(42b)로 분할되어 이루어진 원통 형상의 영구 장석(42)이 고정되어 있다. 그리고, 이 영구 자석(42)의 외측에는 도면에서 부호 43으로 나타내는 전자석에서 뻗어진 한쌍의 지주가 소정의 간격을 두고 대향해 있다.

따라서, 상기 전자석(43)을 작동시켜 상기 한쌍의 지주(44)를 자화하고, 또는 그 자성을 전환하여 이 지주(44)와 상기 영구자석(42)과의 흡인력 또는 반발력에 의해 상기 밸브 본체(28)를 회동 구동할 수 있도록 되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 냉방시에는 상기 밸브 본체(28)가 회동 구동되어 상기 실외 열교환기(3)에 접속된 실외 열교환기측 배관(35)이 상기 연통 구멍(39)을 통하여 상기 케이스(26)내로 연통하고, 상기 실외 열교환기(5)에 접속된 실외 열교환기측 배관(37)은 상기 연통 홈(38)을 통하여 압축기측 배관(35)에 연통한다.

이 상태를 모식적으로 나타낸 것이 제 4 도(a)이다.

도면에서 부호 25는 상기 4 방향 밸브 내장형 유체 압축기를 나타낸다. 상기 전환 밸브(29)가 이 압축기(25)내에 내장되어 있는 상태를 나타내고 있다.

이 압축기(25)의 케이스(29)내에 채워진 고압 냉매는 상기 전환 밸브(29)의 밸브 본체(28)에 설치된 연통 구멍(39)을 통하여 상기 실외 열교환기측 배관(35)으로 유입하여 화살표로 나타내는 바와 같이 실외 열교환기(3)로 유입한다. 이 냉매는 상태 변화를 하면서 이 실외 열교환기(3), 유량 조정 밸브(4)(감압기), 실내열교환기(5)를 차례로 통과하여 실내 열교환기 배관(37)으로부터 상기 유체 압축기(25)에 설치된 전환 밸브(29)로 유입된다. 이 전환 밸브는 이 냉매를 연통 홈(38)을 통하여 압축부측 배관(36)으로 인도하여 이 냉매는 케이스(26)내에 설치된 압축부(27)로 도입된다.

이것에 의해서, 냉방 사이클이 구성되어 상기 실외 열교환기(3)는 응축기로서 작용하고, 실내 열교환기(5)는 증발기로서 작용한다.

한편, 난방시에는 상기 밸브 본체(28)가 회동 구동되어 상기 실내 열교환기(5)에 접속된 실내 열교환기 측 배관(37)이 상기 연통 구멍(39)을 통하여 상기 케이스(26)내로 연통하고, 상기 실외 열교환기(3)에 접속된 실외 열교환기측 배관(35)은 상기 연통 홈(38)을 통하여 압축부측 배관(36)으로 연통한다.

이 상태를 모식적으로 나타낸 것이 제 4 도(b)이다.

이 압축기(25)의 케이스(26)내에 채워진 고압 냉매는 상기 전환 밸브(29)의 밸브 본체(28)에 설치된 연통 구멍(39)을 통해 상기 실내 열교환기측 배관(37)으로 유입되어 화살표로 나타내는 바와 같이 실내 열교환기(5)로 유입된다. 이 냉매는 상태 변화를 하면서 이 실내 열교환기(5), 유량 조정 밸브(4), 실외 열교환기(3)를 차례로 통과하여 실외 열교환기측 배관(35)으로부터 상기 유체 압축기(25)내의 전환 밸브(29)로 유입된다. 이 전환 밸브(29)는 유입된 냉매를 상기 연통 홈(38)을 통하여 압축부측 배관(36)으로 인도하여 이 냉매는 케이스(26)내에 설치된 압축부(27)로 도입된다.

이것에 의해서 난방 사이클이 구성되며, 냉방 운전의 경우와는 반대로 상기 실내 열교환기(5)는 응축기로 작용하고, 실외 열교환기(3)는 증발기로 작용한다.

다음에, 이 공기 조화기의 제어 계통에 대해서 설명한다.

제 3 도 및 제 4 도에 도시한 바와 같이, 실내 열교환기측 배관(37)에는 제 1의 온도 센서(45)가 설치되어 있다. 이 실내 열교환기측 배관(37)은 냉방시에는 압축기의 냉매 흡입관으로서 기능하고, 난방시에는 냉매 토출관으로서 기능하기 때문에 상기 제 1의 온도 센서(45)는 냉방시에는 냉방 흡입 온도(실내 열교환기 출구 온도)를 검출하고, 난방시에는 냉방 토출 온도(실내 열교환기 입구 온도)를 검출 할수 있도록 되어 있다.

따라서, 이 제 1의 온도 센서(45)는 이 1개의 센서로 제 1의 실시예의 제 1 및 제 2의 온도 센서(10,11)의 양쪽 작용을 모두 수행하도록 되어 있다.

또한 실내 열교환기(5)의 대략 중간 위치에는 제 2의 온도 센서(46)가 설치되어 있다. 이 제 2의 온도 센서(46)는 제 1의 실시예의 제 3의 온도 센서(12)와 같은 역할을 가지는 것으로, 이 실내 열교환기(5)가 증발기로 기능하는 냉방시에 사용되며, 냉매의 증발 온도를 검출하도록 되어 있다.

또한, 다른 구성 요소는 제 1의 실시예와 같기 때문에 동일한 부호를 붙여 그 구성 및 기능의 설명은 생략한다. 단, 전술한 바와 같이 상기 제 1의 센서(45)에 의해 냉매 토출 온도와 흡입 온도의 양쪽을 검출할수 있기 때문에 상기 제 1의 실시예와 비교해서 센서의 수가 1개 적어진다.

다음에, 이 공기 조화기의 제어에 대해서 설명한다.

이 제 2의 실시예의 공기 조화기의 제어부(18)는 상기 제 1의 실시예와 같은 제어를 한다. 즉, 냉방 운전시에는 상기 제 1의 온도 센서(45)와 제 2의 온도 센서(46)에 의해 검출되는 온도의 차 SH = Tsu - Te 즉, 과열도에 의거해서 이 과열도 SH를 일정한 값으로 유지하도록 상기 유량 조정밸브(4)(PMV)를 제어하는 과열도 제어를 한다.

또한, 난방시에는 제 1의 온도 센서(45)에 의해 검출되는 냉매 토출 온도(Tt)에 의거해서 이 토출 온도(Tt)가 일정한 값이 되도록 상기 유량 조정 밸브(4)를 제어하는 토출 온도 제어만을 한다.

또한, 상기 압축기(25)(구동 모터(제 2 도에서 부호 47로 표시함))는 제어부(18)가 상기 실내 열교환기(5)에 설치된 실내 온도 센서(20)로 검지되는 실내 온도(Ta)와 리모콘(19)에 의한 설정 온도(Ts)와의 차에 따라서 운전 주파수(F)(인버터 회로(7)의 출력 주파수)를 제어하는 것으로 공기 조화 부하에 따른 제어가 행해진다.

이와 같은 구성에 의하면 하기에 설명하는 효과가 있다.

1차적으로, 이 공기 조화기에서는 냉방 운전시에는 과열도 제어를 주체로 한 제어를 하고, 난방 운전시에는 토출 온도 제어만에 의한 제어를 하도록 했기 때문에 상기제 1의 실시예에서 설명한 제 1, 제 2의 효과와 같은 효과를 얻을수 있다.

2차적으로, 이 제 2의 실시예의 공기 조화기는 제 1의 실시예와 비교하면 적은 수의 온도 센서로 난방 및 냉방 운전을 할 수 있는 효과가 있다.

즉, 제 1의 실시예에서는 제 1도에 도시한 바와 같이 압축기(1)와 4 방향 밸브(2)가 분리되어 있으며, 상기 압축기(1)의 토출관 및 흡입관은 냉방 운전, 난방운전에 상관없이 항상 토출관 및 흡입관이다. 이 때문에 냉방시에 냉매 흡입 온도를 검출하는데에는 흡입관에 설치된 제 1의 온도 센서(10)에 의해, 난방시에 냉매 토출 온도를 검출하는데는 토출관에 설치된 제 2의 온도 센서(11)에 의해 각각 검출할 필요가 있다.

그러나, 이 제 2의 실시예의 압축기(25)는 4 방향 밸브 내장형이기 때문에 냉방시와 난방시에 토출측과 흡입측을 전환할수 있으며, 상기 실내 열교환기측 배관(37)은 냉방시에는 흡입관으로 작용하고, 난방시에는 토출관으로 작용한다.

이 때문에, 이 실내 열교환기측 배관(37)에 설치된 제 1의 온도 센서(45)만으로 냉방시에는 냉매 흡입 온도를 검출할수 있으며, 난방시에는 냉매 토출 온도를 검지할수 있다.

따라서, 이 제 2의 실시예에 의하면 제 1의 실시예와 비교해서 온도 센서의 수를 1개 적게 할 수 있다. 이것에 의해 제어 계통이 간략화되어 제어를 간단히 할수 있는 효과가 얻어진다.

또한, 종래예의 항에서 설명한 종래의 공기 조화기에서는 난방시나 냉방시 모두 과열도 제어를 했기 때문에 압축기의 흡입관, 토출관, 실외 열교환기의 중간부 및 실내 열교환기의 중간부에 합계 4개의 온도 센서가 필요했었다.

따라서, 이 제 2의 실시예에 의하면 난방시와 냉방시에 제어를 전환하도록 하고, 또 압축기(25)에 4 방향 밸브 내장형 압축기를 채용하여 종래의 1/2의 수의 온도 센서를 효율이 좋은 공기 조화 운전을 할 수 있는 효과가 얻어진다.

또한, 이 4 방향 밸브 내장형 압축기(25)에서는 종래에는 압축기와 4방향 밸브를 접속하기 위해서 필요했었던 배관이 필요하지 않게 된 것이 특징이며, 따라서 배관 구성도 간략화할수 있는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명은 상기 제 1, 제 2의 실기예에 한정된 것이 아니라 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형 가능하다.

예를 들면 상기 제 1, 제 2의 실시예에서는 냉매의 유로를 전환하는 전환 밸브(2,29)는 4 방향 밸브였지만 이것에 한정되는 것이 아니라 예를 들면 5 방향 전환 밸브라도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 냉방 및 난방의 양쪽의 운전을 선택적으로 전환할 수 있는 공기 조화기에 있어서, 냉방 운전의 제어는 과열도 제어에 의해, 난방 운전시의 제어는 토출 온도 제어에 의해 하도록 한 것이다.

이와 같은 구성에 의하면, 난방 운전시나 냉방 운전시 모두 같은 과열 온도 제어를 하는 경우에 비교해서 난방시에는 이용측 열교환기인 실내 열교환기의 제어를 직접적으로 할수 있기 때문에 더욱 효율이 좋은 운전을 할 수 있다.

또한, 난방시에는 과열도가 커지는 경우라도 적절한 난방 운전을 할수 있는 효과가 있다.

또한, 압축기로서 케이스내에 전환 밸브를 내장하여 흡입측과 토출측을 전환할수 있는 압축기를 채용한 경우에는 온도 검출 수단의 수를 줄일수 있으며, 간단한 제어로 효율이 좋은 공기 조화 운전을 할수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 압축기,실내 열교환기, 감압용 유량 조정 밸브, 실외 열교환기가 차례로 접속되어 구성되며, 실내 냉방 운전과 실내 난방 운전에서 동작 유체의 흐름 방향을 전환하는 유로 전환 밸브를 가지는 냉동 사이클; 냉방 운전시에 상기 실내 열교환기에서의 동작 유체의 과열도를 검출하는 검출 수단; 난방 운전시에 상기 압축기로부터 토출되는 동작 유체의 토출 온도를 검지하는 검출 수단; 및 냉방 운전시에는 상기 과열도의 검출 수단에 의해 검출되는 과열도가 소정의 값이 되도록 상기 유량 조정 밸브의 열림정도를 제어하며, 난방 운전시에는 상기토출 온도의 검출 수단에 의해 검출되는 토출 온도가 소정의 값이 되도록 상기 유량 조정 밸브의 열림정도를 제어하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 압축기의 운전 주파수를 공기 조화 부하에 따라서 제어하는 수단; 냉방 운전시에 상기 압축기로부터 토출되는 동작 유체의 토출 온도를 검지 하는 수단; 및 상기 검지 수단에 의해 검지되는 토출 온도가 소정 온도 이상이 된 경우에는 과열도를 일정한 값으로 되도록 제어를 정지하며, 상기 토출온도가 소정값 이하로, 떨어질 때까지 상기 압축기의 운전 주파수를 저감하고, 상기 토출 온도가 소정 이하로 떨어지도록 상기 유량 조정밸브의 열림정도를 제어하는 수단을 더 구비 하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
3. 밀폐 케이스와 이 밀폐 케이스내에 설치되어 압축후의 고압 동작 유체를 이 밀폐 케이스내에 채우는 압축부와 이 케이스 내에 설치되어 토출측과 흡인측을 전환하는 유로 전환 밸브를 가지는 압축기; 상기 압축기, 실내 열교환기, 감압용의 유량 조정 밸브, 실외 열교환기가 차례로 접속되어, 상기 유로 전화 밸브를 전환함으로써, 상기 압축기의 토출측과 흡인측을 전환하여 선택적으로 실내 난방운전과 실내 냉방 운전을 수행하는 냉동 사이클; 압축기와 실내 열교환기를 접속하는 배관에 설치된 제 1의 온도 검출수단; 실내 열교환기에 설치되어 이 실내 열교환기내의 냉매의 온도를 검출하는 제 2의 온도 검출 수단; 및 상기 제 1, 제 2의 온도 검출 수단에 의한 검출 냉매 온도에 의거해서 상기 유량 조정 밸브의 열림정도를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
4. 제3항에 있어서, 상기 유량 조정 밸브의 열림정도를 제어하는 제어 수단은 냉방 운전시에는 상기 제 1의 온도 검출 수단에 의해서 검출되는 흡입 냉매 온도와 제 2의 온도 검출 수단에 의해서 검출되는 냉매 증발 온도로부터 과열도를 산출하여 이 과열도가 일정한 값이 되도록 상기 유량 조정 밸브의 열림정도를 제어하며, 난방 운전시에는 상기 제 1의 온도 검 출 수단에 의해서 검출되는 토출 냉매 온도에 의거해서 이 토출 냉매 온도가 일정한 값이 되도록 상기 유량 조정 밸브의 열림정도를 제어하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.