KR100592953B1

KR100592953B1 - 공기조화기

Info

Publication number: KR100592953B1
Application number: KR1020040085106A
Authority: KR
Inventors: 카네코 타카시; 쿠사카 미치요시; 송명섭; 정규하
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-10-23
Publication date: 2006-06-26
Also published as: JP2006010287A; CN100587370C; CN1715811A; EP1614983A2; KR20060001795A; EP1614983A3; JP3939318B2

Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 공기 조화시 연속 운전되는 가변속 압축기(3)와, 가변속 압축기(3)와 병렬로 접속됨과 동시에 공기 조화시에 필요에 따라 추가로 운전되는 일정속 압축기(16)를 구비한 실외 유니트(2)와, 상기 실외 유니트 (2)와 접속되는 실내 유니트와, 실외 유니트(2) 및 실내 유니트의 각 기기의 작동을 제어하는 제어 수단을 구비한다. 가변속 압축기(3)의 쉘(4)의 흡입관과 일정속 압축기(16)의 쉘(17)의 사이를 바이패스관(26)으로 접속하고, 바이패스관(26)의 중간부에 개폐밸브(27)를 설치한다. 일정속 압축기(16)를 가동시킬 때, 제어수단에 의해 개폐밸브(27)를 일정 시간 동안 개방하고, 그 후에 일정속 압축기(16)를 가동하도록 제어한다. 일정속 압축기(16)의 쉘(17)의 내부와 흡입관과 토출측 배관의 압력에 차이가 없어지므로, 차압에 의해 일정속 압축기(16)가 가동 불량을 일으키는 것을 방지할 수 있다.

Description

공기조화기{Air conditioner}

도 1 은 본 발명에 따른 공기조화기의 실시형태를 나타낸 구성도이다.

도 2 는 본 발명에 따른 공기조화기의 일정속 압축기를 가동했을 때에 균유 운전의 제어 알고리즘을 나타낸 도면이다.

도 3 은 본 발명에 따른 공기조화기를 병렬 운전할 때의 균유 운전의 알고리즘을 나타낸 도면이다.

<부호의 설명>

1: 공기조화기 2: 실내 유니트

3: 가변압축기 4, 17: 쉘

5, 18: 압축실 6, 19: 토출구

7, 20: 흡입구 8, 21: 압축기 본체

9, 22: 구동 모터 10, 23: 역류방지밸브

11, 24: 흡입관 12, 25: 토출관

15: 윤활유 16: 일정속 압축기

26: 바이패스관 27: 균압균유밸브

28: 액분리기

본 발명은 고압 쉘형의 복수의 압축기를 구비한 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로 실내에서 공기 조화를 실시하기 위해 사용되는 공기조화기의 일예로 복수 개의 고압 쉘형 압축기를 병렬로 접속하여 구성한 공기조화기가 널리 알려져 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 공기조화기는, 실내에서 공기 조화를 실시하는 경우에 복수 개의 압축기중 가변속 압축기를 연속으로 운전하면서 필요에 따라 일정속 압축기를 추가로 운전하여 실내 공기를 쾌적한 온도 및 습도로 조절하게 된다.

그러나, 상기와 같은 구성으로 이루어진 공기조화기에서는, 가변속 압축기 하나만을 운전하고 일정속 압축기가 정지한 경우, 일정속 압축기의 쉘의 내부압력이 흡입압력보다 고압(외기 온도의 포화압력 또는 가변속 압축기의 토출압력)이 되기 때문에, 일정속 압축기를 가동할 때 상기 차압에 의해 모터 토르크가 상승하고, 그 과전류에 의해 압축기가 가동 불량을 일으키게 될 우려가 있다.

한편, 가변속 압축기의 고용량 운전시에는 냉매와 함께 토출되는 유량이 증가하고, 각 압축기에서 토출된 윤활유가 순환한 후에 일단 합류하여 액분리기 또는 흡입배관에 의해 각 압축기로 분배됨으로써 일정속 압축기에도 유입되기 때문에, 가변속 압축기에서의 토출 유량이 흡입 유량보다도 많아지게 되며, 이러한 상태가 장시간 동안 계속되면 가변속 압축기의 유량이 부족해진다.

따라서, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 일정속 압축기를 추가로 운전할 때 가변속 압축기를 최소용량으로 1분간 정도 운전함으로써 일정속 압축기의 압축실 전후의 차압을 감소시키고, 이후에 일정속 압축기를 가동시키도록 구성된 압축기가 제안되었다(예를 들면, 특개소 64-70657호 공보를 참조).

이와 같은 구성으로 이루어진 공기조화기에서는, 일정속 압축기의 가동시 일정속 압축기의 압축실 전후의 차압을 줄일 수 있기 때문에 가동시 모터 토르크가 상승하지 않으며, 과전류에 의한 가동 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 일정속 압축기의 쉘의 바닥부와 가변속 압축기의 쉘의 바닥부의 사이를 바이패스관으로 접속시켰기 때문에, 가변속 압축기와 일정속 압축기를 동시에 병렬 운전하더라도 가변속 압축기의 유량이 부족해지는 일은 없다.

그러나, 상기와 같은 구성으로 이루어진 공기조화기에서는, 일정속 압축기를 가동시키기 전에 일정 시간 동안 가변속 압축기의 운전 주파수를 낮추어 최소용량으로 운전하기 때문에, 냉난방 능력이 일시적으로 저하하여 쾌적성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 일정속 압축기가 추가적으로 운전되는 경우, 일정속 압축기의 가동 불량을 일으키지 않으면서도 실내 유니트에서 배출되는 온도가 냉방시에 상승하거나 난방시에 저하되지 않고 실내를 쾌적한 상태로 조절할 수 있음은 물론 가변속 압축기의 고용량 운전시에 가변속 압축기의 유량이 부족해지는 일 없이 고용량 운전을 안정되게 실시 할 수 있는 공기조화기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 수단을 채용한다.

청구항 1에 기재된 발명은, 공기 조화시 연속으로 운전되는 가변속 압축기와, 공기 조화시 필요에 따라 상기 가변속 압축기와 병렬로 운전되는 한편 정지시 쉘의 내부압력이 흡입 압력보다 높게 유지되는 일정속 압축기를 탑재한 공기조화기에 있어서, 상기 가변속 압축기의 쉘의 흡입관과 상기 일정속 압축기의 쉘의 사이를 바이패스관으로 접속시킴과 동시에 상기 바이패스관의 중간부에 상기 바이패스관을 개폐하는 개폐밸브를 설치하는 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 기재된 공기조화기에 따르면, 개폐밸브를 개폐시킴으로써 바이패스관을 통해 일정속 압축기의 쉘의 내부의 윤활유를 가변속 압축기의 쉘의 흡입관으로 흐르게 하고, 일정속 압축기의 쉘의 내부압력을 흡입관의 압력까지 저하시킬 수 있으므로, 일정속 압축기의 쉘의 내부와 흡입관 내부 간의 차압이 없어져서 일정속 압축기가 가동 불량을 일으키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 개폐밸브의 개폐 시점 등을 제어할 수도 있다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 공기조화기에 있어서, 상기 일정속 압축기를 가동시킬 때 상기 개폐밸브를 개방하고, 그 후에 상기 일정속 압축기를 가동시키는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 기재된 공기조화기에 따르면, 가변속 압축기와 더불어 일정속 압축기를 운전할 때, 제어수단에 의해 개폐밸브를 개방한다. 그 결과, 일정속 압축기 의 쉘의 내부의 냉매가 바이패스관을 통해 가변속 압축기의 쉘 측으로 이동하므로 일정속 압축기의 쉘의 내부압력이 저하된다.

청구항3에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 공기조화기에 있어서, 상기 가변속 압축기와 상기 일정속 압축기를 동시에 운전하는 병렬 운전을 T(이하, 시간T라고 한다) 동안 계속해서 실시하는 경우, 상기 일정속 압축기를 정지시킴과 동시에 상기 개폐밸브를 개방하고, 상기 개폐밸브를 잠근 후에 상기 일정속 압축기를 운전하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 공기조화기에 따르면, 가변속 압축기와 일정속 압축기의 병렬 운전을 시간T 동안 실시하여 일정속 압축기에 잉여유가 증가한 경우, 제어수단에 의해 일정속 압축기를 일정 시간 동안 정지시킴과 동시에 개폐밸브를 개방하고, 일정속 압축기에 쌓인 잉여유를 바이패스관을 통해 가변속 압축기 측으로 이동시킨다. 그 결과, 가변속 압축기의 윤활유량이 증가하여 필요한 윤활류량을 확보할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제 1실시형태에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기를 나타낸 도면으로서, 부호 1은 공기조화기를 나타낸다.

공기조화기(1)는 고압 쉘 방식의 압축기를 복수 개 탑재한 공기조화기로서, 가변속 압축기(3), 일정속 압축기(16), 열교환기(미도시), 액분리기(28)를 구비하며, 상기 기기는 제어수단(미도시)을 통해 운전 동작을 제어한다.

가변속 압축기(3)는 고압 쉘(4), 압축기 본체(8), 구동 모터(9)를 구비하며, 쉘(4)의 내부에는 압축실(5)이 형성되고, 쉘(4)의 상부에는 압축실(5)의 안과 밖을 연통시키는 토출구(6)가 마련되고, 상기 토출구(6)는 역류방지밸브(10)를 통해 토출관(12)과 접속되어, 상기 역류방지밸브(10)에 의해 냉매가 토출구(6)에서 토출관(12)으로 한 방향으로만 흐르게 된다.

또한, 고압 쉘(4)의 하방측부에는 흡입구(7)가 마련되고, 상기 흡입구(7)는 흡입배관(11)을 통해 액분리기(28)와 접속되어, 액분리기(28) 측에서 냉매가 흡입관(11) 및 흡입구(7)를 통해 압축실(5) 안으로 흡입되게 된다.

또한, 일정속 압축기(16)는 실내의 공기 조화시 필요에 따라 가변속 압축기(3)에 추가되어 운전하는 것으로서, 고압 쉘(17), 압축기 본체(21), 구동 모터(22)를 구비하며, 쉘(17)의 내부에는 압축실(18)이 형성되고, 쉘(17)의 상부에는 압축실(18)의 안과 밖을 연통시키는 토출구(19)가 마련되고, 상기 토출구(19)는 역류방지밸브(23)를 통해 토출관(25)과 접속되어, 상기 역류방지밸브(23)에 의해 냉매가 토출구(19)에서 토출관(25)으로 한 방향으로만 흐르게 된다.

또한, 고압 쉘(17)의 하방측부에는 흡입구(20)가 마련되고, 상기 흡입구(20)는 흡입배관(24)을 통해 액분리기(28)와 접속되어, 액분리기(28) 측에서 냉매가 흡입관(24) 및 흡입구(20)를 통해 압축실(18) 안으로 흡입되게 된다.

압축실(5), (18)의 내부에는 소정량의 윤활유(15)가 충진되어 있고, 상기 윤활유(15)에 의해 압축실 본체(21)가 윤활된다.

또한, 압축기 본체(8), (21)로는 예를 들면 로터리식의 압축기가 이용되며, 냉매를 압축하게 된다.

액분리기(28)는 열교환기 측에서 냉매를 회수하여 가스 상태의 냉매만을 가변속 압축기(3) 측으로 유출시킨다. 즉, 액분리기(28)는 압축기 본체(8)가 액체 상태의 냉매를 압축하여 과부하가 되는 것을 방지한다.

상기 가변속 압축기(3)와 일정속 압축기(16)는 공기조화기의 냉매 회로에 병렬로 배치되며, 토출관(12)과 토출관(25)은 공기조화기의 냉매회로에서 합류하여 열교환기(미도시) 등의 냉방 또는 난방 사이클을 거친 후, 액분리기(28)에서 흡입관(11)과 흡입관(24)으로 다시 분기된다.

바이패스관(26)의 중간부에는 전자식의 균압균유밸브(개폐밸브)(27)가 마련되고, 상기 균압균유밸브(27)를 개방시킴으로써 가변속 압축기(3)의 흡입관과 일정속 압축기(16)의 압축실(18)이 접속되어, 일정속 압축기(16)의 압축실(18)에서 가변속 압축기(3)의 압축실(5)로 냉매 및 윤활유(15)가 흐를 수 있게 된다. 또한, 균압균유밸브(27)를 잠금으로써 상기 윤활유(15)의 흐름이 정지하게 된다.

상기 기기는 제어수단(미도시)에 의해 작동이 제어되며, 제어수단은 실외 유니트(2) 및 실내 유니트의 각 기기의 작동을 제어함과 동시에 가변속 압축기(3)의 연속 운전 중에 일정속 압축기(16)를 추가하여 운전하도록 하는 경우, 일정속 압축기(16)를 가동하기 전에 일정 시간(예를 들면, 10 ~ 30초) 동안 균압균유밸브(27)를 개방하여, 바이패스관(26)을 통해 가변속 압축기(3)의 흡입관과 일정속 압축기(16)의 압축실(18)의 사이에서 냉매의 흐름을 제어하게 된다.

또한, 가변속 압축기(3)와 일정속 압축기(16)의 병렬 운전을 약 2 ~ 3시간(T) 동안 계속하여 일정속 압축기(16)에 잉여 윤활유(15)가 증가했을 경우, 제어수 단(미도시)을 이용해 일정속 압축기(16)를 일정 시간(30 ~ 60초) 동안 정지시킴과 동시에 균압균유밸브(27)를 개방하고, 일정속 압축기(16)에 쌓인 잉여 윤활유(15)를 바이패스관(26)을 통해 가변속 압축기(3) 측으로 이동시키게 된다. 그 결과, 가변속 압축기(3)의 윤활유(15)량이 확보되어 가변속 압축기(3)의 윤활유(15)량이 부족해지는 것을 방지할 수 있다.

이어서, 공기조화기(1)의 작용에 대해 가변속 압축기(3), 일정속 압축기(16), 균압균유밸브(27)의 제어 동작에 의거하여 도 1, 도 2, 도 3을 토대로 하여 설명하기로 한다.

첫번째로, 공기조화기(1)의 가변속 압축기(3)만 운전하고 있는 상태에서 일정속 압축기(16)와 병렬 운전하게 되는 상태로 변화하는 경우의 작용에 대해 설명한다.

우선, 공기조화기(1)(미도시)의 스위치를 켜고, 공기조화기(1)의 운전을 지시함으로써(S202), 공기조화기(1)의 냉난방 보통운전이 시작된다(S204).

냉난방 부하와 냉난방 능력을 비교하여(S206) 냉난방 부하가 냉난방 능력을 초과하지 않는(냉난방 부하

냉난방 능력) 경우, 즉 냉난방 용량이 가변속 압축기(3)만으로 충분한 경우에는 가변속 압축기(3)만 운전되는 냉난방 보통운전(S204)이 계속된다.

또한, 냉난방 부하가 냉난방 능력을 초과하는 경우(냉난방 부하>냉난방 능력), 즉 냉난방 부하에 대해 가변속 압축기(3)의 용량이 부족한 경우에는 가변속 압축기(3)가 최대 용량으로 운전 중인지를 검출한다(S208).

가변속 압축기(3)의 운전이 최대 용량으로 이루어지지 않는(NO) 경우에는, 가변속 압축기(3)의 용량을 늘려서(S210) 보통운전을 계속한다(S204).

가변속 압축기(3)의 운전이 최대 용량으로 이루어지고 있는(YES) 경우에는, 일정속 압축기(16)가 정지 상태인지 아닌지를 검출한다(S212). 일정속 압축기(16)가 운전중인 경우에는 그대로 보통운전을 계속한다(S204).

일정속 압축기(16)가 정지 상태인 경우에는, 균압균유밸브(27)를 일정시간(30~60초) 동안「열림」으로 하고(S225), 그 후에 균압균유밸브(27)를「닫힘」으로 한다(S227).

균압균유밸브(27)를 일정시간(30~60초) 동안「열림」으로 유지함으로써, 일정속 압축기(16)의 쉘(18)의 내부의 냉매가 가변속 압축기(3)의 쉘(17) 안으로 이동하게 되고, 일정속 압축기(16)의 쉘(18)의 내부압력이 흡입관(24)의 압력과 동일해진다.

이후에, 균압균유밸브를「열림」으로 두고(S216), 일정속 압축기(16)의 운전을 시작하여(S218) 냉난방 보통운전(S204)을 계속한다.

두번째로, 공기조화기(1)의 가변속 압축기(3)가 고용량으로 운전하고, 또한 일정속 압축기(16)와 병렬 운전하는 경우의 작용에 대해 설명하기로 한다.

우선, 공기조화기(미도시)(1)의 스위치를 켜고, 공기조화기(1)의 운전을 지시함에 따라(S302), 공기조화기(1)의 냉난방 보통운전이 시작된다(S304).

이어서, 가변속 압축기(3)가 고용량으로 운전되고, 또한 일정속 압축기(16)와 계속해서 병렬 운전한 시간(T)을 타이머(미도시) 등을 이용해 계산한다(S306).

시간(T)을 미리 설정된 시간(2~3시간 정도)과 비교하여(S308), 시간(T)이 설정 시간에 도달할 때까지는 냉난방 보통운전(S304)을 계속한다.

시간(T)이 설정 시간을 초과하면, 가변속 압축기(3)는 그대로 운전을 계속하고, 일정속 압축기(16)가 정지한다(S310).

이어서, 일정속 압축기(16)가 정지된 상태에서 균압균유밸브(27)를 일정 시간(30~60초) 동안「열림」으로 한다(S312). 이에 따라, 일정속 압축기(16)의 쉘(18)의 내부의 잉여 윤활유(15)가 바이패스관을 통해 가변속 압축기(3)의 쉘(17)의 안으로 이동한다.

그 후, 균압균유밸브를 「열림」(S314)으로 하여, 일정속 압축기(16)의 운전을 시작하고(S316), 시간(T)를 0으로 리셋하여(S318) 운전 시간을 다시 계산할 수 있게 한 후 냉난방 보통운전을 계속한다(S204).

제어수단은 가변속 압축기(3)의 고용량 운전시에 일정속 압축기(16)를 추가로 운전하고, 양 압축기(3), (16)의 병렬 운전을 장시간(예를 들면, 2~3시간) 동안 실시하는 경우, 일정시간(예를 들면, 1~2분) 동안 일정속 압축기(16)의 운전을 정지시킴과 동시에 균압균유밸브(27)를 개방시키는 균유 운전을 실시하는 제어를 실행한다.상기 실시형태의 공기조화기(1)에 따르면, 일정속 압축기(16)를 가동시킬 때, 제어수단에 의해 균압균유밸브(27)가 일정시간 동안 개방되고, 바이패스관(26)을 통해 일정속 압축기(16)의 쉘(17) 안에서 가변속 압축기(3)의 쉘(4)의 흡입관(11)으로 냉매가 유입되어 일정속 압축기(16)의 쉘(17)의 내부 압력이 흡입관(24)의 압력까지 떨어져서 쉘(17)과 흡입관(24) 간의 차압이 없어지게 되므로, 일정속 압축기(21)가 과전류에 의해 가동 불량을 일으키는 것을 방지할 수 있다.

또한, 일정속 압축기(16)의 가동시 가변속 압축기(3)의 냉난방 용량을 낮출 필요가 없으므로 쾌적성을 유지하면서 실내를 공기 조화시킬 수 있다.

또한, 가변속 압축기(3)의 압축실(5)의 흡입관과 일정속 압축기(16)의 압축실(18) 사이에 바이패스관(26)을 통해 윤활유(15)가 흐르게 됨으로써, 일정속 압축기(16)의 압축실(18) 내부의 잉여 윤활유(15)가 가변속 압축기(3)의 압축실(5) 안으로 이동하여, 가변속 압축기(3)의 압축실(5) 내부의 윤활유(15)량이 부족해지는 것을 방지할 수 있다.

그 결과, 가변속 압축기(3)의 고용량 운전시, 일정속 압축기(16) 측에서 잉여 윤활유(15)가 가변속 압축기(3)로 이동하고, 가변속 압축기(3)의 윤활유(15)가 부족해지는 것을 방지할 수 있으므로 고용량 운전을 안정되게 실시할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서, 일정속 압축기(16)와 가변속 압축기(3)가 병렬 운전을 계속하는 시간(T)을 2~3시간, 일정속 압축기(16)의 운전을 개시하기 전에 균압균유밸브(27)를 「열림」으로 두는 시간을 10~30초, 병렬 운전시의 정지 시간을 30~60초로 설정하여 설명하였으나, 상기 설정된 수치가 변경 가능함은 물론이다.

압축기가 2대인 경우를 설명했으나, 압축기가 반드시 2대로 한정되는 것은 아니며 3대 이상이어도 무방하다.

또한, 압축기 본체(8)는 왕복동식, 로터리식, 스크롤식 등 어떤 방식이더라도 무방하다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 공기조화기에 따르면, 일정속 압축기를 가동시킬 때, 제어수단에 의해 개폐밸브를 일정 시간 동안 개방함으로써 일정속 압축기의 쉘의 내부압력을 흡입압력까지 저하시킬 수 있기 때문에, 일정속 압축기를 가동시킬 때 일정속 압축기의 모터 토르크가 상승하지 않게 되고, 가동 불량이 발생하는 것을 확실히 방지할 수 있다. 또한, 일정속 압축기의 가동시 가변속 압축기의 냉난방 능력을 낮출 필요가 없으므로 쾌적성을 유지하면서 실내를 공기 조화할 수 있게 된다.

또한, 가변속 압축기가 고용량으로 운전되면서 동시에 일정속 압축기가 운전되는 상태가 장시간 지속되는 경우에도, 가변속 압축기에 윤활유량이 부족해지는 일이 없으므로 고용량 운전을 안정된 상태에서 실시할 수 있다.

Claims

공기 조화시 연속 운전되는 가변속 압축기와, 공기 조화시 필요에 따라 상기 가변속 압축기와 병렬로 운전되는 한편, 정지시의 쉘의 내부압력이 흡입압력보다 높게 유지되는 일정속 압축기를 구비한 고압 쉘고압 쉘 압축기를 복수 개 탑재한 공기조화기에 있어서,

상기 가변속 압축기의 쉘의 흡입관과 상기 일정속 압축기의 쉘의 사이를 바이패스관으로 접속시킴과 동시에 상기 바이패스관의 중간부에 상기 바이패스관을 개폐하는 개폐밸브를 설치하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,

상기 일정속 압축기를 가동시킬 때, 상기 개폐밸브를 개방하고 그 후에 상기 일정속 압축기를 가동시키는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,

상기 가변속 압축기와 상기 일정속 압축기의 병렬 운전을 시간T 동안 계속해서 실시하는 경우, 상기 일정속 압축기를 정지시킴과 동시에 상기 개폐밸브를 개방하고, 상기 개폐밸브를 잠근 후에 상기 일정속 압축기를 운전하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.