KR100625806B1 - 하이 브리드 에어컨 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가정용 에어컨에 있어서, 특히 에너지 효율 향상을 위하여 저속모드와 고속모드등 두가지 운전모드를 가진 압축기를 적용한 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨에 관한 것으로,

증발기로부터 온도신호를 출력받아 현재 온도를 체크하고, 이에 따른 압축기 회전제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부의 신호출력결과 고속 주행모드 지령시 모터를 고속으로 회전시키기 위해 전압을 상승하여 변환시키는 인버터 드라이버와; 상기 제어부의 신호출력결과 저속 주행모드 지령시 모터는 인버터 드라이버를 사용하지 않고 대신 압축가스를 역순환시키는 바이패스 유닛과; 상기 인버터 드라이버와 바이패스 유닛의 제어에 따라 전동기를 고속모드와 저속모드로 운행하는 압축기 전동기로 이루어지는 것이 특징이며;

본 발명을 이용하게 되면, 바이패스 방식을 이용하여 압축실 내부의 압축가스의 일부를 흡입쪽으로 보냄으로써 압축실 내부의 압축체적을 줄이는 방식을 취하여 시스템의 부하변동에 맞추어 용량을 조절할 수 있으며, 저속모드에서 인버터 드라이버를 사용하지 않아 소비전력을 줄일 수있다.

하이 브리드, 에어컨, 바이패스

Description

하이 브리드 에어컨{Hybrid Air-Conditioner}

도 1은 본 발명의 구성 블록도.

도 2는 본 발명의 바이패스 유닛 구성도.

도 3은 본 발명의 바이패스 유닛의 일부 확대도.

도 4는 본 발명의 바이패스 밸브 어셈블리 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 압축기 200: 응축기

300: 팽창밸브 400: 증발기

500: 제어부 600: 인버터 드라이버

700: 바이패스 유닛 710: 고압측 라인

720: 저압측 라인 730: 커넥팅 라인

740: 바이패스 밸브 어셈블리 741: 코일 스프링

742: 피스톤 743: 스토퍼

750: 파이롯트 밸브 800: 전동기

본 발명은 가정용 에어컨에 관한 것으로, 특히 에너지 효율 향상을 위하여 저속모드와 고속모드등 두가지 운전모드를 가진 압축기를 적용한 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨에 관한 것이다.

일반적으로, 기존의 가정용 에어컨은 빠른 실내의 쾌적성 향상을 위하여 가변속 압축기(운전범위, 30Hz - 120Hz)를 적용하고 있다.

상기 에어컨은 시스템의 부하변동에 따른 소비전력을 저감하고, 실내의 쾌적성을 향상하기 위하여 압축기의 회전수를 가변할 수 있는 인버터 타입의 압축기를 적용하고 있다.

즉, 시스템의 부하변동(즉, 실내기의 부하변동)에 따라 실내의 쾌적성을 유지하기 위하여, 압축기의 회전수를 인버터를 이용하여 조절함으로써, 부하량에 따른 압축기 토출용량이 조절되는 방식을 취하고 있는 것이다.

그러나, 상기와 같이 이루어지는 에어컨 시스템에서는 시스템의 부하변동에 따른 압축기 토출량 조절을 위하여 항상 인버터 드라이버를 이용하여 압축기의 회전수를 조절해야 한다.

즉, 히트 펌프의 경우에는 30 - 120Hz로 운전되고, 쿨링 온리(only)는 30 - 70Hz 범위에서 일반적으로 운전이 되는데, 기동 초기에는 큰 실내부하에 부합하기 위하여 고속운전(70 - 100Hz) 되지만, 기동 후 수분이 지나면 실온 만족 상태에 접어들어 작은 부하(30 - 60Hz)로도 쾌적성을 유지할 수 있는바, 여기서 작은 부하의 경우에는 인버터 드라이버에 의한 전력손실이 크기 때문에 이 부분에 대한 개선이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로, 기존의 가변속 압축기에 압축실 내부의 압축용적을 가변할 수 있는 기구를 추가로 설치하여 두가지 속도모드로 운행할 수 있는 압축기를 제공함으로써, 실내기 부하에 따라 압축기의 운전모드를 적절히 선택함으로써 에너지 절감을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 기화된 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매로부터 열을 흡수하여 외부로 그 열을 방출함으로써 냉매를 액화시키는 응축기와, 액화된 냉매를 감압 팽창시키는 팽창 밸브와, 그리고 냉매를 기화, 증발시킴으로써 주위로부터 열을 흡수하는 증발기를 포함하는 에어컨에 있어서,

증발기로부터 온도신호를 출력받아 현재 온도를 체크하고, 이에 따른 압축기 회전제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부의 신호출력결과 고속 주행모드 지령시 모터를 고속으로 회전시키기 위해 전압을 상승하여 변환시키는 인버터 드라이버와; 상기 제어부의 신호출력결과 저속 주행모드 지령시 모터는 인버터 드라이버를 사용하지 않고 대신 압축가스를 역순환시키는 바이패스 유닛과; 상기 인버터 드라이버와 바이패스 유닛의 제어에 따라 전동기를 고속모드와 저속모드로 운행하는 압축기 전동기로 이루어지는 것이 특징이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

먼저 본 발명을 설명하기에 앞서서 분리형 에어컨을 설명하면, 압축기, 응축기, 그리고 팽창밸브는 상기 실외기에 장착되며, 증발기 및 송풍팬은 실내기에 장착되며, 상기 압축기를 이용하여 냉매를 고온 고압으로 압축하여 응축기에 보냄으로써, 냉매를 에어컨의 냉각사이클 내로 순환하게 한다.

이러한 압축기는 그 작동방식에 따라서 로터리 압축기, 크랭크식 압축기 및 리니어 압축기 등으로 분류된다.

다수개의 베인이 로터와 상호 작용하도록 되어 있는 배인 압축기는 상기 로터리 압축기의 일종이다.

본 발명에서는 상기 압축기에 압축실 용적을 가변할 수 있는 바이패스 모드를 추가하여, 고속에서는 인버터 드라이버를 이용하고 저속에서는 인버터 드라이버를 이용하지 않고 압축기의 용량을 가변할 수 있는 장치를 제공한다.

상기와 같이 저속에서 인버터 드라이버를 이용하지 않게 되면 소비입력 10% 절감을 이룰 수 있다.

즉, 큰 실내부하를 요구하는 경우에는 큰 부하를 낼 수 있는 인버터 모드로 운전하고, 부하가 적을 때에는 인버터 드라이버를 사용하지 않는 바이패스 모드로 변환하여 인버터 드라이버 운전에 의한 소비입력을 저감토록 한다.

도 1은 본 발명의 구성을 설명하는 블록도로써,

기화된 냉매를 압축하는 압축기(100)와, 압축된 냉매로부터 열을 흡수하여 외부로 그 열을 방출함으로써 냉매를 액화시키는 응축기(200)와, 액화된 냉매를 감압 팽창시키는 팽창 밸브(300)와, 그리고 냉매를 기화, 증발시킴으로써 주위로부터 열을 흡수하는 증발기(400)를 포함하는 에어컨에 있어서,

상기 증발기(400)로부터 온도신호를 출력받아 현재 온도를 체크하고, 이에 따른 압축기 회전제어신호를 출력하는 제어부(500)와; 상기 제어부(500)의 신호출력결과 고속 주행모드 지령시 모터를 고속으로 회전시키기 위해 전압을 상승하여 변환시키는 인버터 드라이버(600)와; 상기 제어부(500)의 신호출력결과 저속 주행모드 지령시 모터는 인버터 드라이버를 사용하지 않고 대신 압축가스를 역순환시키는 바이패스 유닛(700)과; 상기 인버터 드라이버(600)와 바이패스 유닛(700)의 제어에 따라 전동기를 고속모드와 저속모드로 운행하는 압축기 전동기(800)로 이루어진다.

즉, 상기 제어부(500)는 증발기(400)로부터 온도신호를 전달받아 현재온도와 지정된 온도범위차이를 계산하고 계산 결과 일정한 범위 이내이면 저속모드 운전을 지령하고, 일정한 범위를 벗어나면 고속모드 운전을 지령하게 되고, 이에 따라 고속 주행모드일 경우에는 인버터 드라이버(600)가 작동하여 전원을 승압후 압축기에 전달하여 전동기의 고속회전이 일어나도록 한다.

그리고, 저속 주행 모드일 경우 바이패스 유닛(700)의 작동으로 냉방부하를 역순환시켜 압축용량을 축소시킴으로서 전동기(800)의 저속회전과 같은 효과가 일어나도록 한다.

상기에서 전동기(800)는 압축할 부하에 따라서 속도가 결정되므로, 본 발명에서와 같이 냉방부하를 역순환시켜 압축용량을 축소시키게 되면, 그만큼 압축할 부하가 줄어들게 되어 전동기(800)의 저속회전과 같은 효과가 일어나 이때에는 인버터 드라이버(600)가 작동하지 않아도 된다.

그리고, 도 2는 압축기를 저속운전시에 적용할 바이패스 모드에 필요한 바이패스 유닛(700)을 도시한 것으로써,

압축기(100)의 상부측과 연결되는 고압측 라인(710)과, 축압기(10)의 상부측과 연결되는 저압측 라인(720)과, 압축기(100)의 실린더(20)측으로 연결되는 커넥팅 라인(730)과, 상기 커넥팅 라인(730)의 출력측에 연결되어 압축가스의 역순환을 제어하는 바이패스 밸브 어셈블리(740) 및, 상기 고압측 라인(710)과 저압측 라인(720) 및 커넥팅 라인(730)을 공통 접속하여 개폐여부를 결정하는 파이롯트 밸브(750)를 포함하여 이루어진다.

상기 파이롯트 밸브(750)는 제어부의 신호에 따라서 고압측 또는 저압측을 개방하는바, 고압측을 개방하게 되면 커넥팅 라인(730)이 차단되어 실린더(20)측을 통해 고부하의 압축가스가 제공되고, 저압측을 개방하게 되면 커넥팅 라인(730)이 개방되어 압축가스가 바이패스 되면서 냉방 부하가 역순환 됨으로써 냉방부하가 줄 어들게 된다.

도 3은 로우 베어링(30)을 통해 압축가스가 바이패스되는 것을 나타내고 있으며, 도 4는 도 3의 A부분을 확대한 도면이며, 바이패스 어셈블리(740)를 이용하여 압축가스를 바이패스하는 구성을 나타낸 상세 도면으로써,

커넥팅 라인(730)의 개폐로에 부착되는 코일 스프링(741)과, 상기 코일 스프링(741)의 일측에 부착되며 압축가스의 공기압에 따라서 상기 커넥팅 라인(730)을 개폐하는 피스톤(742)과, 상기 피스톤(742)의 유동을 제한하는 스토퍼(743)로 이루어진다.

상기 피스톤(742)은 코일 스프링(741)에 의해서 전진방향으로 유동하게 되며, 이때 파이롯트 밸브(750)의 개폐에 따라서 고압이면 닫히게 되고, 저압이면 열리게 되어 커넥팅 라인(730)으로 바이패스되게 된다.

본 발명은 종래 기술의 문제점인 부하량 변동에 관계없이 항상 인버터 드라이버(600)를 사용하여 용량을 조절해야 되기 때문에 야기되는 소비전력 증가를 해소하기 위하여 부하량을 크게 두부분으로 나누었다.

즉, 고부하 70 - 120Hz에 해당되는 부분과 저부하 30 - 60Hz 부분으로 나누었다.

그래서 상대적으로 인버터 드라이버(600)에 의한 입력손실이 큰 저부하 부분을 인버터 방식이 아닌 압축기(100)의 압축실 체적을 가변할 수 있는 바이패스 방식을 사용하여 인버터 드라이버(600)를 사용하지 않음에 따른 소비전력을 저감토록 한다.

또한, 실내기의 온도감지 센서가 소비자가 요구하는 온도와 4도 이상 차이가 날 때에는 고부하 영역으로 인식하여 압축기의 운전 모드를 인버터 모드 상태로 운전하여 인버터 드라이버에 의해 압축기를 70 - 120Hz로 운전하여 바른 실온 만족 상태에 도달하게 한다.

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만약 온도차가 3도 이하의 실온 만족 근처 상태에 도달하면 운전모드를 바이패스 모드로 변환한다.

바이패스 모드는 실내기로부터 파일롯트 밸브 어셈블리(750)의 개폐유무의 신호를 받는다.

그래서 파일롯트 밸브 어셈블리(750)로부터 저압측의 압력이 전달되면 피스톤(742)이 열려서 압축실 내부의 압축실 가스의 일부가 흡입쪽으로 이동하므로써 압축실 압축체적을 줄일는 효과를 발휘한다.

그래서 저부하에 부합되는 토출량 감소가 이루어진다. 반대로 파일럿 밸브로 부터 고압측의 압력이 전달되면 피스톤이 닫힌다. 그래서 실온 만족 근처의 저부하에서 단속운전을 피할 수 있어 쾌적성을 유지하는데 아주 유용하다.

결국, 본 발명은 하나의 압축기에서 실내기의 부하에 따라 운전 모드를 선택적으로 적용할 수 있도록 하여 기존의 빠른 쾌적성은 물론 소비입력 10% 절감에 따른 에너지 효율 향상을 이룰 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명을 이용하게 되면, 바이패스 방식을 이용하여 압축실 내부의 압축가스의 일부를 흡입쪽으로 보냄으로써 압축실 내부의 압축체적을 줄이는 방식을 취하여 시스템의 부하변동에 맞추어 용량을 조절할 수 있으며, 따라서 실내기의 저부하 영역에서 바이패스 방식을 채택함으로써, 인버터 드라이버를 사용하지 않아 소비전력을 줄일 수있다.

그리고, 인버터 압축기의 장점인 실내부하 변동에 따른 압축기의 용량조절을 바이패스 방식에서도 모두 구현할 수 있으므로 실내의 쾌적성을 유지하는데 아무런 문제가 없다.

Claims (3)

1. 기화된 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매로부터 열을 흡수하여 외부로 그 열을 방출함으로써 냉매를 액화시키는 응축기와, 액화된 냉매를 감압 팽창시키는 팽창 밸브와, 그리고 냉매를 기화, 증발시킴으로써 주위로부터 열을 흡수하는 증발기를 포함하고; 증발기로부터 온도신호를 출력받아 현재 온도를 체크하고, 이에 따른 압축기 회전제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부의 신호출력결과 고속 주행모드 지령시 모터를 고속으로 회전시키기 위해 전압을 상승하여 변환시키는 인버터 드라이버와; 상기 제어부의 신호출력결과 저속 주행모드 지령시 모터는 인버터 드라이버를 사용하는 대신 압축가스를 역순환시키는 바이패스 유닛과; 상기 인버터 드라이버와 바이패스 유닛의 제어에 따라 전동기를 고속모드와 저속모드로 운행하는 압축기 전동기로 이루어지는 하이 브리드 에어컨에 있어서,

   상기 바이패스 유닛은 압축기의 상부측과 연결되는 고압측 라인과,

   축압기의 상부측과 연결되는 저압측 라인과,

   압축기의 실린더측으로 연결되는 커넥팅 라인과,

   상기 커낵팅 라인의 출력측에 연결되어 압축가스의 역순환을 제어하는 바이패스 밸브 어셈블리 및,

   상기 고압측 라인과 저압측 라인 및 커넥팅 라인을 공통 접속하여 개폐여부를 결정하는 파이롯트 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 바이패스 밸브 어셈블리는 커넥팅 라인의 개폐로에 부착되는 코일 스프링과,

   상기 코일 스프링의 일측에 부착되며 압축가스의 공기압에 따라서 상기 커넥팅 라인을 개폐하는 피스톤과,

   상기 피스톤의 유동을 제한하는 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 에어컨.

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