KR100779069B1 - Air conditioner utilizing carbon dioxide and mothod of control the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 이산화탄소를 이용한 공기조화 장치는 가변용량 압축기와, 이 압축기의 토출구로부터 토출된 이산화탄소가스를 냉각시키는 가스쿨러와, 상기 가스쿨러에 의해 냉각된 냉매를 팽창시켜 증발잠열을 흡수하는 증발기와, 상기 압축기와 가스쿨러 및 증발기를 연결하여 폐회로를 구성하는 연결관과, 상기 가스쿨러와 증발기 사이의 연결관에 설치된 버퍼 베슬 및 가변식 팽창밸브를 포함하며, 가스쿨러로 유입되는 외기의 온도를 제1센서에 의해 센싱하고 이를 제어기 내에서 외기 온도에 따른 최적의 쿨링 압력으로 환산하여 상기 가변용량 압축기의 가변특성을 이용한 압축비의 제어를 통해 가스 쿨리 압력을 제어하고, 증발기의 출구온도와 증발온도차를 제2센서에 의해 감지한 후 설정된 기준 과열도와 비교하여 가변식 팽창밸브의 개도를 조절하여 냉매 유량을 제어하는 제어수단을 포함한다.According to the present invention, an air conditioner using carbon dioxide includes a variable capacity compressor, a gas cooler for cooling carbon dioxide gas discharged from the discharge port of the compressor, and an evaporator for expanding the refrigerant cooled by the gas cooler to absorb latent heat of evaporation. And a connection tube constituting a closed circuit by connecting the compressor, the gas cooler and the evaporator, and a buffer vessel and a variable expansion valve installed in the connection pipe between the gas cooler and the evaporator, and the temperature of the outside air introduced into the gas cooler. Is sensed by the first sensor and converted into an optimal cooling pressure in accordance with the outside temperature in the controller to control the gas coolie pressure by controlling the compression ratio using the variable characteristics of the variable displacement compressor, the outlet temperature of the evaporator and evaporation Variable expansion valve by sensing the temperature difference by the second sensor and comparing it with the set reference superheat Control means for controlling the flow rate of the refrigerant by adjusting the opening degree of the.
Description
도 1 및 도 2는 이산화탄소의 냉동 P-H 선도를 나타내 보인 도면,1 and 2 is a diagram showing a frozen P-H diagram of carbon dioxide,
도 3은 본 발명에 따른 공기조화 장치를 개략적으로 도시한 도면,3 is a view schematically showing an air conditioner according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 가스 쿨러의 압력을 제어하는 것을 나태내 보인 블록도,4 is a block diagram illustrating the control of the pressure of the gas cooler according to the present invention;
도 5는 증발기의 과열도를 제어하는 것을 나타내 보인 블록도.5 is a block diagram illustrating controlling the degree of superheat of an evaporator.
본 발명은 공기조화 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 열교환 매체로서 이산화탄소를 이용한 공기조화 장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an air conditioner, and more particularly, to an air conditioner using carbon dioxide as a heat exchange medium and a control method thereof.
지구 온난화 현상에 의거한 환경문제가 세계적인 관심사로 대두됨에 따라 세계 각국의 자동차 업체와 자동차 관련기관에서는 공해발생의 주범으로 지목받고 있는 가솔린 자동차를 대신할 수 있는 무공해 자동차를 개발하고 있다. 이런한 추세와 더불어 자동차용 공기조화 장치 있어서, 지구의 온난화 현상을 일으키는 프레온 계열의 열교환 매체의 사용규제가 확대되고 있는데, 상기 프레온 계열의 열 교환 매체를 대체할 수 있는 것으로 이산화탄소가 주목받고 있다. As environmental issues become a global concern due to global warming, automobile companies and automobile related organizations around the world are developing pollution-free cars to replace gasoline cars, which are considered to be the leading causes of pollution. In addition to such a trend, in the air conditioner for automobiles, the use of Freon-based heat exchange media that causes global warming is expanding, and carbon dioxide is drawing attention as being able to replace the Freon-based heat exchange media.
이는 현재 자동차용 공기조화 장치에 가장 많이 사용되는 R134a의 경우 지구 온난화 지수(GWP)가 이산화탄소에 비해 약 1300배에 달하기 때문이다. This is because the global warming index (GWP) is about 1,300 times higher than that of carbon dioxide in the case of R134a, which is currently used in automobile air conditioners.
공기조화 장치의 열교환 매체로 이용되는 이산화탄소는 작동압축비가 낮아 압축효율이 좋고, 템퍼레쳐 어프로우치(temperature approach(이차 유체인 공기의 입구온도 - 냉매의 출구온도차)가 기존의 냉매에 비하여 매우 작아 가스쿨러의 경우 유입되는 공기의 온도까지 냉매의 온도를 내릴 수 있을 만큼 열전달 특성이 우수한 장점이 있다. The carbon dioxide used as the heat exchange medium of the air conditioner has a low operating compression ratio, which has good compression efficiency, and the gas cooler has a smaller temperature approach (temperature inlet temperature of the secondary fluid-outlet temperature difference of the refrigerant) than the conventional refrigerant. In the case of having a heat transfer characteristic is excellent enough to lower the temperature of the refrigerant to the temperature of the incoming air.
또한 열역학적 물성치가 우수하여 이산화탄소의 체적냉방용량(kJ/㎥ ; capacity volume ratio= 증발잠열 x 기체밀도)이 R134a 에 비하여 7 내지 8배에 달한다. 따라서 압축기의 용량을 줄일 수 있으며, 비열이 크고 액체점도가 낮아 증발기 내에서 우수한 증발특성을 나타낸다. In addition, the thermodynamic properties are excellent, the volumetric cooling capacity of carbon dioxide (kJ / ㎥; capacity volume ratio = latent heat of evaporation x gas density) is 7 to 8 times compared to R134a. Therefore, the capacity of the compressor can be reduced, and the specific heat is large and the liquid viscosity is low to show excellent vaporization characteristics in the evaporator.
그러나 이산화탄소는 기존의 냉매인 R134a에 비해 임계온도가 낮고 증발압력이 높다. 그러므로 이산화탄소 냉동 사이클은 임계 압력을 넘나드는 초임계 압력 사이클이기 때문에 증발압력과 가스 쿨링압력이 기존의 R134a의 냉동 사이클에 비하여 6 내지 8배 높아 고압에 견딜 수 있도록 각 부품을 재 설계하여야 한다. However, carbon dioxide has a lower critical temperature and a higher evaporation pressure than conventional refrigerant R134a. Therefore, the CO2 refrigeration cycle is a supercritical pressure cycle that exceeds the critical pressure, so each component must be redesigned to withstand high pressures, with 6 to 8 times higher evaporation and gas cooling pressures than conventional R134a refrigeration cycles.
도 1에는 이러한 열교환 매체인 이산화탄소의 냉동사이클을 나타내 보였다.1 shows a refrigeration cycle of carbon dioxide, which is such a heat exchange medium.
도시된 바와 같이 P1(90bar)의 가스쿨링 압력에서 가스쿨러(기존 공조시스템의 응축기에 해당)의 출구측에서 열교환 매체인 이산화탄소의 온도가 낮을수록 냉동성능은 좋아진다. 즉, 가스쿨러의 출구온도가 t1일 때에 냉동사이클은 1-2-3- 4-1의 궤적을 이루게 되며 이때의 냉동 효과는 Q1이 된다. 그러나 가스 쿨러출구의 온도가 t1 보다 낮은 t2인 경우 냉동 사이클은 1-2-3'-4'-1의 궤적을 그리게 되어 냉동효과는 Q1 비해 큰 Q2로 커지게 되어 냉동효과가 상승한다.As shown, the lower the temperature of the heat exchange medium carbon dioxide at the outlet side of the gas cooler (corresponding to the existing air conditioning system) at the gas cooling pressure of P1 (90 bar), the better the freezing performance. That is, when the outlet temperature of the gas cooler is t1, the refrigerating cycle has a trajectory of 1-2-3-4-1, and the freezing effect at this time is Q1. However, if the temperature of the gas cooler outlet is t2 lower than t1, the freezing cycle draws a trace of 1-2-3'-4'-1, and the freezing effect is increased to Q2 which is larger than Q1, thereby increasing the freezing effect.
이러한 이유로 가스쿨러 출구의 온도를 강제적으로 낮추기 위해 온도가 낮은 증발기 출구측 냉매와 열교환시키는 내부열교환기를 설치하고 있다.For this reason, in order to forcibly lower the temperature of the gas cooler outlet, an internal heat exchanger is installed to exchange heat with the refrigerant at the outlet of the low temperature evaporator.
그리고 이산화탄소의 냉동사이클에 있어서, 가스쿨러의 출구온도가 t1으로 일정하고 가스 쿨러의 이산화탄소 쿨링 압력이 P1일 때에 사이클은 1-2-3-4-1로 냉동 효과는 Q1이 되지만 이산화탄소의 쿨링압력이 P1 보다 낮은 P2일 때의 사이클은 1-2"-3"-4"-1로 되어 냉동효과는 Q3로 크게 감소하여 동일한 온도 조건에서 압력의 변화에 따라 성능 차이가 커짐을 알 수 있다. In the carbon dioxide refrigeration cycle, when the outlet temperature of the gas cooler is constant at t1 and the carbon dioxide cooling pressure of the gas cooler is P1, the cycle is 1-2-3-4-1 and the refrigeration effect is Q1, but the cooling pressure of carbon dioxide is reduced. When P2 is lower than P1, the cycle becomes 1-2 "-3" -4 "-1, and the freezing effect is greatly reduced to Q3, and it can be seen that the performance difference increases with the change of pressure under the same temperature condition.
상술한 바와 같은 이산화탄소의 냉동사이클로부터 알 수 있는 바와 같이 이산화탄소를 열교환 매체로 사용하는 공기조화 장치에 있어서, 가스쿨러의 출구온도는 외기온도에 따라 변하므로 온도제어가 불가능하며, 공기조화 시스템의 냉동효율을 최적으로 제어하기 위해 가스쿨링 압력을 제어하여 냉동효율을 최적화 할 수 있다. As can be seen from the refrigeration cycle of carbon dioxide as described above, in the air conditioner using carbon dioxide as a heat exchange medium, the outlet temperature of the gas cooler changes according to the outside temperature so that temperature control is impossible, and the refrigeration of the air conditioning system In order to optimally control the efficiency, the cooling efficiency can be optimized by controlling the gas cooling pressure.
이를 더욱 상세하게 설명하면, 외기온도에 따라 냉동효율이 최적화되는 가스 쿨링 압력이 존재하므로 소정의 제어로직을 이용하여 이를 제어할 수 있다는 것이다. 대부분의 경우 외기온도가 상승할수록 최적화된 가스쿨링 압력도 상승하지만 가스쿨링 압력의 과도한 상승은 오히려 시스템의 성능을 떨어뜨릴 수 있다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 P-h 선도의 임계점에서 멀어질수록 등엔트로피 라 인의 증가량은 완만한 경사를 이루지만 등온도라인은 급격하게 증가되므로 가스 쿨링 압력을 과도하게 높였을 경우 사이클은 a-b-c-d-a의 궤적을 이루게 되어 냉동효과는 Q4에서 Q5로 증가하는 반면, 압축기의 소요동력은 W1에서 W2로 과도하게 증가하여 전체의 냉동효율이 급격하게 낮아진다. 따라서 이산화탄소를 이용한 공기조화 시스템에 있어서는 외기온도 변화에 따라 최적의 냉동효율을 발휘할 수 있게 이산화탄소의 쿨링압력을 제어하여야 한다.In more detail, since there is a gas cooling pressure for optimizing the freezing efficiency according to the outside temperature, it can be controlled by using a predetermined control logic. In most cases, as the ambient temperature rises, the optimized gas cooling pressure also rises, but excessive increases in gas cooling pressure can reduce system performance. For example, as shown in FIG. 2, as the distance away from the critical point of the Ph diagram increases, the isentropy line increases gradually but the isothermal line increases rapidly, so the gas cooling pressure excessively increases the cycle abcda. The freezing effect is increased from Q4 to Q5, while the required power of the compressor is excessively increased from W1 to W2, and the overall refrigeration efficiency is drastically lowered. Therefore, in the air conditioning system using carbon dioxide, the cooling pressure of carbon dioxide should be controlled so that the optimum refrigeration efficiency can be exerted according to the change of the outside temperature.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로 가스쿨러로 유입되는 외기온도에 따라 가변용량 압축기의 가변특성을 이용해 이산화탄소의 가스쿨링압력을 제어하여 냉동효율을 극대화시키고, 또한 가변식 팽창밸브의 개도를 조절하여 적절한 과열도를 갖도록 증발기측 냉매 유량을 제어함으로써 증발기의 성능을 최적화하는 이산화탄소를 이용한 공기조화 장치 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems by maximizing the refrigeration efficiency by controlling the gas cooling pressure of the carbon dioxide by using the variable characteristics of the variable capacity compressor in accordance with the ambient temperature introduced into the gas cooler, and also adjust the opening degree of the variable expansion valve It is an object of the present invention to provide an air conditioner and a control method using carbon dioxide to optimize the performance of the evaporator by controlling the flow rate of the refrigerant on the evaporator to have an appropriate superheat degree.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이산화탄소를 이용한 공기조화 장치는 가변용량 압축기와, 이 압축기의 토출구로부터 토출된 이산화탄소를 냉각시키는 가스쿨러와, 상기 가스쿨러에 의해 냉각된 이산화탄소를 팽창시켜 증발잠열을 흡수하는 증발기와, 상기 압축기와 가스쿨러 및 증발기를 연결하여 폐회로를 구성하는 연결관과, 상기 가스쿨러와 증발기 사이의 연결관에 설치된 가변식 팽창밸브를 포함하며,In order to achieve the above object, an air conditioner using carbon dioxide of the present invention includes a variable capacity compressor, a gas cooler for cooling the carbon dioxide discharged from the discharge port of the compressor, and expands the carbon dioxide cooled by the gas cooler to reduce the latent heat of evaporation. And a variable expansion valve installed at a connection pipe connecting the compressor and the gas cooler and the evaporator to form a closed circuit, and a connection pipe between the gas cooler and the evaporator.
가스쿨러로 유입되는 외기의 온도를 제1 센서에 의해 김지하여, 외기온도에 대응되는 목표 가스쿨링 압력이 되도록 가변용량 압축기의 압축비를 조절함과 아울러, 증발기의 출구온도와 증발온도차를 제 2센서에 의해 감지하고, 설정된 기준과열도와 비교하여 가변식 팽창밸브의 개도를 제어하여 소정의 과열도를 갖도록 냉매 흐름량을 제어함으로써 증발기의 증발성능을 최적화하는 제어수단을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.The first sensor senses the temperature of the outside air flowing into the gas cooler, and adjusts the compression ratio of the variable displacement compressor to achieve the target gas cooling pressure corresponding to the outside temperature. The second sensor measures the difference between the outlet temperature of the evaporator and the evaporation temperature. And controlling means for optimizing the evaporation performance of the evaporator by controlling the amount of refrigerant to have a predetermined degree of superheat by controlling the opening degree of the variable expansion valve in comparison with the set reference superheat degree.
본 발명에 있어서, 상기 최적의 가스 쿨링 압력을 P라하고 A1, A2를 0보다 큰 상수라 할 때에 상기 최적의 가스 쿨링 압력은 식 P(bar) = A1 x 외기온도(℃) + A2 에 의해 산출된다. 여기에서 상기 A1값은 1 내지 10 이며, 상기 A2 값은 10 내지 50 이다. 그리고 상기 가스쿨러와 증발기 사이의 연결관에는 버퍼 베슬이 더 설치될 수 있다. In the present invention, when the optimal gas cooling pressure is P and A1 and A2 are constants greater than 0, the optimum gas cooling pressure is expressed by the formula P (bar) = A1 x ambient temperature (° C) + A2. Is calculated. Here, the A1 value is 1 to 10, and the A2 value is 10 to 50. And a buffer vessel may be further installed in the connection pipe between the gas cooler and the evaporator.
상기 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 이산화탄소를 이용한 공기조화 장치의 제어방법은, 가변용량 압축기와, 이 압축기의 토출구로부터 토출된 이산화탄소를 냉각시키는 가스쿨러와, 상기 가스쿨러에 의해 냉각된 이산화탄소를 팽창시켜 증발잠열을 흡수하는 증발기와, 상기 압축기와 가스쿨러 및 증발기를 연결하여 폐회로를 구성하는 연결관과, 상기 가스쿨러와 증발기 사이의 연결관에 설치된 가변식 팽창밸브를 포함하는 자동차용 공기조화 장치의 제어 방법에 있어서,A control method of an air conditioner using carbon dioxide of the present invention for achieving the above object is a variable capacity compressor, a gas cooler for cooling the carbon dioxide discharged from the discharge port of the compressor, and expands the carbon dioxide cooled by the gas cooler And an evaporator for absorbing latent heat of evaporation, a connecting pipe constituting a closed circuit by connecting the compressor, the gas cooler and the evaporator, and a variable expansion valve installed in the connection pipe between the gas cooler and the evaporator. In the control method of,
가스쿨러로 유입되는 외기의 온도를 감지하여 제어기에 의해 목표 가스쿨링압력을 산출하는 제1단계와, A first step of sensing a temperature of outside air flowing into the gas cooler and calculating a target gas cooling pressure by a controller;
산출된 쿨링압력을 이용하여 상기 가변용량 압축기의 가변특성을 이용하여 압축비를 제어하여 상기 가스쿨러 내의 압력을 상기 목표 가스쿨링 압력으로 유지하는 제2단계와,A second step of maintaining a pressure in the gas cooler at the target gas cooling pressure by controlling a compression ratio by using a variable characteristic of the variable displacement compressor using the calculated cooling pressure;
상기 증발기의 출구온도와 증발온도차를 센싱한 후 설정된 기준과열도와 비교하여 증발기가 기준 과열도를 갖도록 가변식 팽창밸브의 개도를 제어하여 냉매유량을 제어하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. And a third step of controlling the refrigerant flow rate by controlling the opening degree of the variable expansion valve so that the evaporator has a reference superheat degree by comparing the outlet temperature and the evaporation temperature difference of the evaporator and then setting the reference superheat degree.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3에는 본 발명에 따른 이산화탄소를 이용한 공기조화 장치의 일 실시예를 나타내 보였다.3 shows an embodiment of an air conditioner using carbon dioxide according to the present invention.
도시된 바와 같이 공기조화 장치는 가변용량 압축기(11)와, 이 가변용량 압압축기(11)와 제1연결관(12)에 의해 연결된 가스쿨러(13)와, 상기 가스쿨러(13)와 제2연결관(14)에 의해 연결된 증발기(15)와, 상기 증발기(15)와 인접된 제2연결관(14)에 설치된 가변식 팽창밸브(16)와, 상기 증발기(15)의 출구측과 가변용량 압축기(11)의 흡입구를 연결하는 제3연결관(17)를 포함한다. 개스쿨러 출구의 온도를 강제적으로 낮추기 위해 가스쿨러 출구와 증발기 출구를 열교환 시키는 내부열교환기(18)를 포함한다. 여기에서 상기 내부 열교환기(18)는 이와 일체로 형성된 어큐뮤레이터를 포함는데, 이에 한정되지는 않는다. 상기 어큐뮤레이터는 내부열교환기와 별도로 설치될 수 있다. 상기 가변용량 압축기(11)는 구동모우터의 회전수를 이용하여 제어하거나 사판식 압축기의 경우 사판의 경사각을 변화시켜 토출량을 제어하는 타입, 또는 흡입측과 토출측을 바이패스시켜 크랭크실의 압력을 조절하는 타입 등 펌핑용량을 가변시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하 다. As illustrated, the air conditioner includes a
상기 가변식 팽창밸브(16)는 스텝핑 모우터가 내장된 전자식 팽창밸브나 솔레노이드 방식의 전자식 팽창밸브 등이 이용될 수 있다. The
그리고 상기 공기조화 장치에는 제어수단(20)이 구비되는데, 이 제어수단(20)은 가스쿨러(13)로 유입되는 외기 온도를 제1센서(21)와, 상기 제1센서(21)에 의해 감지된 외기온도에 따라 가스쿨러(13) 내에서 최적의 목표 쿨링압력을 산출하고 이를 제어하는 제어로직을 가지는 제어기(22)를 포함한다..In addition, the air conditioner is provided with a control means 20, the control means 20 by the
상기 최적의 목표 가스쿨링 압력의 산출은 하기 식(1)에 의해 구하여 질 수 있다.The optimum target gas cooling pressure can be calculated by the following equation (1).
[수학식][Equation]
P(bar) = A1 x 외기온도(℃) + A2P (bar) = A1 x Ambient Temperature (℃) + A2
상기 수학식에 있어서, P는 최적의 목표 가스쿨링 압력이고, 상기 A1과 A2는 0보다 큰 상수인데, 상기 A1값은 1 내지 10 이며, 상기 A2 값은 10 내지 50이다. In the above equation, P is an optimal target gas cooling pressure, and A1 and A2 are constants greater than 0, wherein the A1 value is 1 to 10 and the A2 value is 10 to 50.
상기 가스쿨러(13)의 출구측에는 가스쿨링 압력을 감지하여 제어기에 압력정보를 제공하는 압력센서(25)가 더 구비된다. 그리고 상기 제어수단(20)은 상기 제어기(22) 내의 기준 과열도와 비교하여 상기 증발기(15)의 증발압력을 제어하기 위하여 상기 증발기(15)의 증발온도와 출구온도를 감지하기 위해 각각 설치되는 두 개의 제2센서(23)들을 포함한다. 상술한 구성에 있어서, 상기 내부열교환기(18)는 증발기를 통과한 이산화 탄소와 가스쿨러에 의해 냉각된 이산화 탄소를 상호 열교환시켜 가스쿨러 출구의 냉매온도를 강제적으로 낮추는 역할을 하며, 버퍼 베슬(24)은 증발기측 최적 냉매유량과 가스쿨러측 최적 냉매함유량의 밸런스를 맞추 는 완충용 저장용기이다.An outlet side of the
상기와 같이 구성된 공기조화 시스템을 제어하기 위한 제어방법은 도 4에 도시된 바와 같이 가스쿨러(13)로 유입되는 외기의 온도를 센싱하여 상기 제어기(22) 내에서 상기 수학식에 의거 하여 최적의 목표 가스쿨링 압력을 산출하는 제1단계와, 산출된 쿨링압력을 이용하여 상기 가변용량 압축기의 가변특성을 이용해 압축비를 제어하여 상기 가스쿨러(13) 내의 압력을 제1단계에서 산출된 압력으로 유지하는 제2단계를 포함한다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이 상기 증발기(15)의 출구온도와 증발온도차를 센싱하여 설정된 기준과열도와 비교하여 증발기(15)가 기준 과열도를 갖게끔 가변식 팽창밸브의 개도를 조절하여 냉매 유량을 제어하는 제3단계를 포함한다. 이때에 증발기 측은 최적의 과열도를 갖도록 가변식 팽창밸브가 냉매 흐름량을 조절하여 가스쿨러측이 최적의 쿨링압력이 되도록 가변용량 압축기에 의해 가스쿨링 압력이 조절되는데, 이에 필요한 가스쿨러내 냉매의 함유량이 변동되므로 시스템 내부에서 이러한 변동되는 냉매차이를 저장하여 가스쿨러측과 증발기측의 냉매 밸런스를 맞추는 기능을 상기 버퍼 베슬(24)이 수행한다.The control method for controlling the air conditioning system configured as described above is based on the equation in the
상술한 바와 같이 구성된 자동차용 공기조화 장치의 작용과 이를 통하여 상기 제어방법을 도 3 및 도 4,5를 참조하여 을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The operation of the air conditioner for automobiles configured as described above and the control method will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4 and 5 as follows.
이산화탄소를 열교환 매체로 한 공기조화 장치는 압축기를 이용하여 증발기(15)로부터 증발된 이산화탄소를 가스쿨러(13)로 압축한다. 이 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이 제어수단(20)의 제1센서(21)에 의해 가스쿨러(13)로 통과되 는 외기 온도를 감지하게 된다. 이 온도에 근거하여 상기 제어기(22) 내의 상기 수학식의 제어로직에 의해 최적화 된 가스쿨링 압력을 산출한다. 이 내부압력은 도 2에서 설명한 바와 같이 냉동효율이 최적화되는 쿨링 압력을 산출한다. 상기와 같이 쿨링 압력이 산출되면 상기 제어기(22)의해 가변용량 압축기의 가변특성을 이용해 압축비를 변동시킴으로써 가스쿨러(13) 내부의 압력이 설정된 압력을 유지할 수 있도록 한다. 이때에 상기 가스 쿨러(13)의 출구에 설치된 압력센서(25)에 의해 가스쿨러의 출구압력과 설정된 압력을 비교하면서 가스쿨러의 최적의 압력상태를 유지한다. The air conditioner using carbon dioxide as a heat exchange medium compresses the carbon dioxide evaporated from the
과열도가 과도하게 증가하면, 증발기 내에서 기체가 차지하는 영역이 액체가 차지하는 영역에 비해 과도하게 커져서 증발기 입구온도는 낮지만 증발기 출구온도가 과도하게 상승하여 전체적인 증발기 표면온도가 상승하게 되므로 증발기의 성능이 저하된다. 또한 과열도가 거의 없는 경우 증발기 내부를 흐르는 냉매의 유량은 많지만 전체적인 증발 압력과 온도가 상승하여 이 또한 증발기 표면의 온도가 상승하게 되므로 성능이 저하된다. 따라서 적당한 과열도를 유지하는 것이 증발기 성능을 최적화 시키는 방법이다. 이러한 원리를 이용하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이 두 개의 제 2센서(23)에 의해 증발기(15)의 출구온도와 증발온도를 감지하여 제어기(22) 내의 서정된 기준과열도(약 5℃)와 비교한 후 상기 가변용량 팽창밸브의 개도를 조절하여 냉매 유량을 제어함으로써 증발기의 과열도를 제어한다.When the degree of superheat increases excessively, the area occupied by the gas in the evaporator becomes excessively large compared to the area occupied by the liquid, so that the evaporator inlet temperature is low, but the evaporator outlet temperature is excessively increased and the overall evaporator surface temperature is increased. Is lowered. In addition, when there is almost no superheat, the flow rate of the refrigerant flowing inside the evaporator is high, but the overall evaporation pressure and temperature increase, which also increases the temperature of the evaporator surface, thereby degrading performance. Therefore, maintaining adequate superheat is a way to optimize evaporator performance. In order to use this principle, as shown in FIG. 5, the outlet temperature and the evaporation temperature of the
본 발명에 따른 이산화탄소를 이용한 공기조화 장치 및 그 제어방법은 가스 쿨러에 의한 이산화탄소 쿨링압력을 외기에 근거하여 제어하고 증발기의 과열도를 제어함으로써 압축기의 일량을 크게 하지 않은 범위내에서 냉동효율과 냉동 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.In the air conditioner and the control method using carbon dioxide according to the present invention by controlling the carbon dioxide cooling pressure by the gas cooler based on the outside air and controlling the superheat degree of the evaporator refrigeration efficiency and refrigeration within a range that does not increase the work amount of the compressor This has the advantage of significantly improving performance.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자들은 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 청구된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the accompanying drawings, these are merely exemplary, and those skilled in the art may understand that various modifications and equivalent embodiments are possible. will be. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the technical spirit of the claims.
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