KR100561534B1

KR100561534B1 - 공기 조화기 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR100561534B1
Application number: KR1020040037168A
Authority: KR
Inventors: 김경훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2006-03-17
Also published as: KR20050112240A

Abstract

공기 조화기 및 그 제어 방법을 개시한다. 본 발명은 복수의 실내기를 구비한 멀티 시스템 공기 조화기에서 실내기의 팽창 장치에 충분한 액체 상태의 냉매가 공급될 수 있도록 하여 냉매 소음을 최소화하는데 그 목적이 있다. 이와 같은 목적의 본 발명에 따른 공기조화기는 실내 열 교환기와; 실외기로부터 실내 열 교환기로 고온의 냉매가 유동하는 냉매관 상에 설치되는 실내 팽창 장치와; 실내 열교환기를 통과한 냉매가 실내 팽창 장치 전단의 냉매관 둘레를 수회 돌아서 실외기로 공급될 수 있도록 실내 팽창 밸브 전단의 냉매관 둘레에 코일 형태의 배관으로 마련되어, 실내 열교환기를 통과한 상대적으로 저온의 냉매를 이용하여 실내 팽창 장치의 전단을 흐르는 상대적으로 고온의 냉매의 온도를 낮추도록 마련되는 과냉각 장치와; 실내 열교환기를 통과한 냉매가 과냉각 장치에 유입되거나 유입되지 않도록 단속하기 위한 과냉각 제어 밸브와; 과냉각 제어 밸브를 개방 또는 폐쇄하여 실내 팽창 장치 전단의 과냉각을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

공기 조화기 및 그 제어 방법{AIR CONDITIONER AND CONTROL METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 냉매 사이클을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 계통을 나타낸 블록도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 나타낸 순서도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

102 : 실내기

104 : 실외기

114 : 실내 팽창밸브

116 : 실내 열 교환기

118 : 압축기

128 : 실외 팽창밸브

130 : 사방 밸브

150 : 과냉각 장치

152 : 과냉각 제어 밸브

154 : 수액기

156 : 기액 분리기

158 : 온도 센서

본 발명은 공기 조화기에 관한 것으로, 특히 하나의 실외기에 복수의 실내기가 연결되어 운용되는 멀티 시스템 공기 조화기에 관한 것이다.

공기 조화기는 압축기에서 고온고압으로 압축된 냉매가 실외 열교환기에서 실외 공기와의 열교환을 통해 저온으로 되고, 이 저온의 냉매가 실내기에 공급되어 실내 열교환기에서 실내 공기와의 열교환을 통해 실내 공기를 냉각시키는 구조를 갖는다.

실내 열교환기에서의 열교환은 냉매가 팽창 장치에 의해 감압되면서 실내 열교환기에서 보다 쉽게 증발이 이루어지도록 함으로써 이루어지기 때문에 실내 열교환기의 입구측에 냉매를 감압시키기 위한 팽창 장치를 마련한다.

이 팽창 장치에 기체 상태의 냉매가 공급되는 경우에는 냉매에 의한 소음이 크게 발생하는데, 이 때문에 기액 분리기와 수액기를 마련하여 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하고, 팽창 장치에는 가능하면 액체 상태의 냉매를 공급함으로써 냉매 소음을 저감하는 방법이 사용되고 있다. 단, 이 경우에는 수액기와 같은 과냉각 장치에 액체 상태의 냉매가 일정량 이상 유지되어야 전동 밸브와 같은 팽창 장치에 액체 상태의 냉매가 공급될 수 있다.

그러나 복수의 실내기를 구비한 멀티시스템에서 냉매량을 결정할 때 모든 실내기들을 운전할 때를 기준으로 냉매량을 결정하기 때문에 하나의 실내기만을 운전하 는 동안에는 수액기에 일정량의 액냉매가 유지되지 못하여 팽창 장치에 액체 상태가 아닌 이상 상태(2 phase)의 냉매가 공급되어 여전히 냉매 소음이 발생할 수 있다.

또한 수액기와 같은 과냉각 장치에서 각각의 실내기로 액체 상태의 냉매를 분배하였어도 각 실내기마다 설치 배관의 길이가 동일하지 않을 수 있는데, 배관의 길이가 긴 경우에는 배관을 통해 공급되는 도중에 냉매가 상 변화를 일으킬 수 있어 액냉매 공급에 의한 냉매 소음 저감 효과는 기대할 수 없게 된다.

본 발명은 복수의 실내기를 구비한 멀티 시스템 공기 조화기에서 실내기의 팽창 장치에 충분한 액체 상태의 냉매가 공급될 수 있도록 하여 냉매 소음을 최소화하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적의 본 발명에 따른 공기조화기는 실내 열 교환기와; 실외기로부터 실내 열 교환기로 고온의 냉매가 유동하는 냉매관 상에 설치되는 실내 팽창 장치와; 실내 열교환기를 통과한 냉매가 실내 팽창 장치 전단의 냉매관 둘레를 수회 돌아서 실외기로 공급될 수 있도록 실내 팽창 밸브 전단의 냉매관 둘레에 코일 형태의 배관으로 마련되어, 실내 열교환기를 통과한 상대적으로 저온의 냉매를 이용하여 실내 팽창 장치의 전단을 흐르는 상대적으로 고온의 냉매의 온도를 낮추도록 마련되는 과냉각 장치와; 실내 열교환기를 통과한 냉매가 과냉각 장치에 유입되거나 유입되지 않도록 단속하기 위한 과냉각 제어 밸브와; 과냉각 제어 밸브를 개방 또는 폐쇄하여 실내 팽창 장치 전단의 과냉각을 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법은 냉방 운전을 실시하고, 과냉각 진입 온도와 과냉각 해제 온도를 설정하며, 실내 팽창 밸브 전단을 흐르는 냉매의 온도 가 과냉각 진입 온도에 도달하면 과냉각 제어 밸브를 개방하여 과냉각을 실시하고, 실내 팽창 밸브 전단을 흐르는 냉매의 온도가 과냉각 진입 온도에서 벗어나면 과냉각 제어 밸브를 폐쇄하여 과냉각을 중단한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 냉매 사이클을 나타낸 도면으로서, 복수의 실내기를 구비한 멀티 시스템 공기 조화기의 냉방 운전 상태를 나타낸 것이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 공기 조화기는 크게 실내기(102)와 실외기(104)로 구분된다. 실내기(102)의 내부에는 실내 열 교환기(116)가 설치된다. 이 실내 열 교환기(116)는 냉매와 실내 공기 사이의 열 교환을 수행하는 장치이다. 실내 팽창 밸브(114)는 냉방 운전 모드에서 실내 열 교환기(116)에 유입되는 냉매의 압력을 조절하기 위한 것이다. 이와 같이 구성되는 실내기(102)는 필요에 따라 다수 개를 병렬로 설치하여 멀티 시스템을 구성할 수 있다.

실외기(104)는 실외 열 교환기(122)와 압축기(118)를 중심으로 구성된다. 실외 열 교환기(122)는 냉매와 실외 공기 사이의 열 교환을 수행하는 장치이다. 압축기(118)는 저압의 냉매를 흡입하여 고온-고압의 냉매로 변환하여 토출하는 장치이다. 실외 팽창 밸브(128)는 난방 운전 모드에서 실외 교환기(122)로 유입되는 냉매의 압력을 조절하기 위한 것이다. 사방 밸브(4-Way Valve, 130)는 냉방 운전 모드와 난방 운전 모드에 따라 압축기(118)에서 토출되는 냉매의 순환 방향을 실외 열 교환기(122) 또는 실내 열 교환기(116) 쪽으로 전환한다. 기액 분리기(156)는 액체 상태의 냉매와 기체 상태의 냉매를 분리하기 위한 것이고, 수액기(154)는 기액 분리기(156)를 통해 분리된 액체 상태의 냉매를 보관하기 위한 것이다.

각각의 실내기(102)에서, 실내 팽창 밸브(114)의 전단, 즉 실외기(104)의 수액기(154)를 통해 공급되는 냉매가 실내 팽창 밸브(114)에 유입되는 부분에는 과냉각 장치(150)와 과냉각 제어 밸브(152), 온도 센서(158)가 마련된다.

과냉각 장치(150)는 실내 열교환기(116)를 통과한 냉매가 실외기(104)로 공급되도록 하는 냉매관에 바이패스 관 형태로 마련되는데, 실내 열교환기(116)를 통과한 비교적 저온의 냉매가 실내 팽창 밸브(114) 전단의 냉매관 둘레를 수회 돌아서 실외기(104)로 공급될 수 있도록 코일 형태의 배관으로 마련하는 것이 바람직하다.

온도 센서(158)와 과냉각 제어 밸브(152)는 과냉각이 필요할 때에만 과냉각이 이루어지도록 하기 위한 것으로서, 온도 센서(158)를 통해 과냉각이 필요한 상황인지를 검출하고, 과냉각 제어 밸브(152)를 통해 과냉각이 필요한 때에만 실내 열교환기(116)를 통과한 냉매가 과냉각 장치(150)에 공급될 수 있도록 한다.

과냉각이 필요한 시점이라 함은, 실내 팽창 밸브(114)의 전단에 공급되는 냉매가 액체 상태일 때의 온도를 벗어난 상태를 의미한다. 즉 냉매 사이클의 고압 측 포화 온도가 실내기(102)의 입구 측 온도(즉 온도 센서(158)에 의해 검출되는 온도)보다 크면 실내기(102) 입구 측 냉매 상태는 과냉(즉 액체 상태)이며, 반대로 냉매 사이클의 고압 측 포화 온도가 실내기(102)의 입구 측 온도(즉 온도 센서(158)에 의해 검출되는 온도)보다 작거나 같으면 실내기(102) 입구 측 냉매 상태는 액체와 기체가 혼합된 이상 상태이며, 이를 정리하면 다음과 같다.
(고압 측 포화 온도) - (실내기 입구 온도) > 0 ; 과냉
(고압 측 포화 온도) - (실내기 입구 온도) ≤ 0 ; 이상 상태
따라서 실내기(102)의 입구 측 냉매가 과냉 상태일 때의 실내기(102) 입구 측 냉매 온도를 T ℃라 할 때 T±α℃의 온도 범위를 설정하고, 실내기(102) 입구 측 냉매관(또는 냉매)의 온도가 T±α℃를 벗어나면 과냉각이 필요하다고 판정하여 과냉각 제어 밸브(152)를 개방한다. 실내기(102) 입구 측 냉매관(또는 냉매)의 온도가 상승하는 추세일 때에는 T+α℃가 과냉각 진입 온도(Ts)가 되고, 반대로 하강하는 추세일 때에는 T- α℃가 과냉각 해제 온도(Te)가 된다.

이와 같은 과냉각의 진입과 해제는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어부에 의해 제어되는데, 이를 도 2와 도 3에 각각 나타내었다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 계통을 나타낸 블록도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제어부(202)는 각각의 실내기(102)에서 온도 센서(158)를 통해 실내 팽창 밸브(114)의 전단, 즉 실외기(104)의 수액기(154)를 통해 공급되는 냉매가 실내 팽창 밸브(114)에 유입되는 부분의 온도(냉매관의 온도 또는 냉매의 온도)를 검출하고, 검출된 온도에 따라 과냉각 제어 밸브(152)의 개폐를 제어하여 과냉각을 제어한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 냉방 운전을 실시하면서(302) 과냉각 진입 온도(Ts)와 과냉각 해제 온도(Te)를 설정한다. 과냉각 진입 온도(Ts)와 과냉각 해제 온도(Te)의 설정 기준은 앞서 설명한 바와 같다.

온도 센서(158)를 통해 검출된 온도가 과냉각 진입 온도(Ts) 이상이면(306) 과냉각 제어 밸브(152)를 개방하여 실내 열교환기(116)를 통과한 비교적 저온의 냉매가 과냉각 장치(150)를 통해 실내 팽창 밸브(114)의 전단 배관 주변에 공급될 수 있도록 한다(308).

이 상태에서 온도 센서(158)를 통해 검출된 온도가 과냉각 해제 온도(Te) 이하이면(310) 과냉각 제어 밸브(152)를 폐쇄하여 실내 열교환기(116)를 통과한 냉매가 직접 실외기(104)로 공급되도록 한 후(312), 통상적인 냉방 운전을 진행한다. 난방 운전을 실시하는 동안에는 실내 팽창 밸브(114)와 실외 팽창 밸브(128)의 역할이 바뀌므로 과냉각 제어 밸브(152)는 폐쇄한다.

본 발명은 복수의 실내기를 구비한 멀티 시스템 공기 조화기에서 실내기의 팽창 장치에 충분한 액체 상태의 냉매가 공급될 수 있도록 함으로써 실내기의 배관 길이에 상관없이 냉매 소음을 제어할 수 있고, 과냉각 장치로서 사용되는 수액기의 크기를 줄일 수 있으며, 멀티 시스템에서 전실 운전이 아닌 경우 특히 1실 운전 중에 냉매가 수액기와 같은 과냉각 장치에 액체 냉매의 적정량을 유지하지 못하더라도 냉매 소음 저감에 적극적으로 대응할 수 있다.

Claims

실내 열 교환기와;

실외기로부터 상기 실내 열 교환기로 고온의 냉매가 유동하는 냉매관 상에 설치되는 실내 팽창 장치와;

상기 실내 열교환기를 통과한 냉매가 상기 실내 팽창 장치 전단의 상기 냉매관 둘레를 수회 돌아서 상기 실외기로 공급될 수 있도록 실내 팽창 밸브 전단의 냉매관 둘레에 코일 형태의 배관으로 마련되어, 상기 실내 열교환기를 통과한 상대적으로 저온의 냉매를 이용하여 상기 실내 팽창 장치의 전단을 흐르는 상대적으로 고온의 냉매의 온도를 낮추도록 마련되는 과냉각 장치와;

상기 실내 열교환기를 통과한 냉매가 상기 과냉각 장치에 유입되거나 유입되지 않도록 단속하기 위한 과냉각 제어 밸브와;

상기 과냉각 제어 밸브를 개방 또는 폐쇄하여 상기 실내 팽창 장치 전단의 과냉각을 제어하는 제어부를 포함하는 공기 조화기.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 실내 팽창 밸브 전단을 흐르는 냉매의 온도를 검출하기 위한 온도 센서를 더 포함하고;

상기 제어부는 상기 온도 센서를 통한 온도 검출 값을 통해 과냉각 제어가 필요한지를 판단하여 과냉각을 제어하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,

상기 공기 조화기는 하나의 실외기에 복수의 실내기가 연결되어 운용되는 멀티 시스템 형태인 공기 조화기.
실내 팽창 장치, 상기 실내 팽창 장치를 통해 냉매가 공급되는 실내 열교환기, 상기 실내 열교환기를 통과한 냉매를 이용하여 상기 실내 팽창 장치의 전단을 흐르는 냉매의 온도를 낮추도록 마련되는 과냉각 장치, 상기 과냉각 장치의 냉매 흐름을 단속하기 위한 과냉각 제어 밸브, 상기 실내 팽창 밸브 전단을 흐르는 냉매의 온도를 검출하기 위한 온도 센서를 포함하는 멀티 시스템 공기 조화기의 제어 방법에 있어서,

냉방 운전을 실시하고;

과냉각 진입 온도와 과냉각 해제 온도를 설정하며;

상기 실내 팽창 밸브 전단을 흐르는 냉매의 온도가 상기 과냉각 진입 온도에 도달하면 상기 과냉각 제어 밸브를 개방하여 과냉각을 실시하고;

상기 실내 팽창 밸브 전단을 흐르는 냉매의 온도가 상기 과냉각 진입 온도에서 벗어나면 상기 과냉각 제어 밸브를 폐쇄하여 과냉각을 중단하는 공기 조화기의 제어 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 과냉각 진입 온도는 상기 실내 팽창 밸브의 전단에 공급되는 냉매가 액체 상태일 때의 온도인 공기 조화기의 제어 방법.