KR100922222B1 - 공기조화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 공기조화시스템은 압축기의 기동시 제 1,2팽창장치를 기동제어모드로 제어하고, 상기 압축기의 기동이 완료되면 상기 제 1,2팽창장치와 인젝션 밸브의 개도량을 제어함으로써, 사이클이 보다 안정적으로 이루어질 수 있으므로, 시스템의 성능 및 안정성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
Figure R1020070136786
공기조화시스템, 압축기, 기동, 상분리기, 인젝션, 냉매, 밸브, 개도

Description

공기조화 시스템 {Air conditioning system}
본 발명은 공기조화시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시스템의 성능 및 안정성이 향상될 수 있는 공기조화시스템에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화시스템은 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 과정을 수행하여, 실내 공간을 냉방 또는 난방시키는 장치이다.
상기 공기조화시스템은 실외기에 1대의 실내기가 연결되는 통상적인 공기조화시스템과, 실외기에 복수개의 실내기가 연결되는 멀티 공기조화시스템으로 구분된다. 또한, 상기 공기조화시스템은 냉매사이클을 일방향으로만 가동하여 실내에 냉기만을 공급하는 냉방시스템과, 냉매사이클을 양방향으로 가동하여 실내에 냉기 또는 온기를 공급할 수 있는 냉난방시스템으로 구분된다.
상기 공기조화시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함한다. 상기 압축기에서 토출된 냉매는 상기 응축기에서 응축된 후, 상기 팽창밸브에서 팽창된다. 팽창된 냉매는 상기 증발기에서 증발된 후, 상기 압축기로 흡입된다. 냉방운전 또는 난방운전시, 상기 압축기로 냉매를 인젝션하여 성능을 향상시킨다.
그러나, 종래 기술에 따른 공기조화시스템은 제어가 매우 까다로우며, 제어가 제대로 이루어지지 않을 경우, 시스템이 불안정해지며 압축기 등의 손상이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 시스템의 안정성과 성능이 향상될 수 있는 공기조화시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 교축되는 제 1팽창장치와, 상기 제 1팽창장치를 통과한 냉매가 교축되는 제 2팽창장치와, 상기 제 2팽창장치를 통과한 냉매가 증발되는 증발기와, 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제 1압축부와, 상기 제 1압축부를 통과한 냉매와 상기 제 1팽창장치와 상기 제 2팽창장치사이에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 함께 유입되어 압축되는 제 2압축부를 갖는 압축기와, 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에서 분기되어 상기 제 2압축부로 인젝션되는 냉매가 교축되는 인젝션 밸브와, 상기 제 1,2팽창장치와 상기 인젝션 밸브의 개도량을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 압축기의 기동시, 상기 제 1,2팽창장치를 상기 압축기의 기동 에 근거하여 개도량을 제어하는 기동제어모드로 제어하고, 상기 제 1,2팽창장치의 기동제어모드가 완료되면, 상기 제 1팽창장치는 냉매의 중간압을 맞추기 위한 중간압 제어모드로 제어하고, 상기 제 2팽창장치는 냉매의 과열도를 맞추기 위한 과열도 제어모드로 제어하는 공기조화시스템을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 압축기의 기동전에 상기 공기조화시스템에 전류가 인가되면, 상기 제 1,2팽창장치를 완전히 개방하고, 상기 압축기가 기동되면, 상기 제 1,2팽창장치를 상기 기동제어모드로 제어한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 난방운전모드이면, 상기 기동제어모드에서 상기 제 1,2팽창장치의 개방도를 감소시킨 후, 상기 제 1,2팽창장치의 개방도가 미리 설정된 각각의 기본 개방도에 도달하도록 다시 증가시키킬 수 있다. 상기 제어부는 냉방운전모드이면, 상기 기동제어모드에서 상기 제 1팽창장치의 개방도는 유지하고, 상기 제 2팽창장치의 개방도를 감소시킨 후 다시 증가시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기동제어모드는 상기 제 1,2팽창장치가 각각의 상기 기본 개방도에 도달할때까지 상기 제 1,2팽창장치의 개도량을 변화시키는 변화과정과 상기 개도량을 유지시키는 유지과정을 반복할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기동제어모드는 상기 제 1,2팽창장치의 개도시간에 따라 상기 제 1,2팽창장치의 개도 변화량이 변하도록 제어할 수 있다. 상기 기동제어모드에서는 상기 제 1팽창장치의 개도 변화량과 상기 제 2팽창장치의 개도 변화량이 서로 다르도록 제어할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 제 1,2팽창장치의 기동제어모드가 완 료된 후, 냉매의 인젝션 요청이 있으면, 상기 인젝션 밸브를 기동제어모드로 제어할 수 있다. 상기 제어부는 상기 인젝션 밸브의 기동제어모드시, 상기 제 1팽창장치의 개방도를 설정시간동안 감소시킨 후 증가시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 인젝션 밸브의 기동제어모드가 완료되면, 상기 제 1팽창장치를 중간압을 맞추기 위한 중간압 제어모드로 제어할 수 있다. 상기 중간압 제어모드는 적어도 하나의 운전변수의 운전변수값에 대응하는 기 저장된 설정값에 근거하여, 상기 제 1팽창장치의 목표 개방도를 결정한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 운전변수값이 기설정된 정상운전범위를 벗어나면, 상기 제 1팽창장치를 상기 중간압 제어모드와 상이한 안전제어모드로 전환하여 제어한다. 상기 안전제어모드는 상기 중간압 제어모드로부터 전환시 상기 중간압 제어모드에서 저장된 현재 개방도에 기설정된 보정개방도를 조합하여, 상기 제 1팽창장치의 개도량을 제어한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 운전변수값이 기설정된 정상운전범위를 벗어나면, 상기 인젝션 밸브를 차폐시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 과열도 제어모드는 냉매의 과열도에 근거하여, 상기 제 2팽창장치의 개도량을 퍼지제어한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 냉매의 과열도가 목표 과열도 범위 이내이면, 상기 중간압 제어모드에서는 상기 제 1팽창장치의 개도량을 퍼지제어한다.
또한, 본 발명은 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 교축되는 제 1팽창장치와, 상기 제 1팽창장치를 통과한 냉매가 교축되는 제 2팽창장치와, 상기 제 2팽창장치를 통과한 냉매가 증발되는 증발기와, 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제 1압축부와, 상기 제 1압축부를 통과한 냉매와 상기 제 1팽창장치와 상기 제 2팽창장치사이에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 함께 유입되어 압축되는 제 2압축부를 갖는 압축기와, 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에서 분기되어 상기 제 2압축부로 인젝션되는 냉매가 교축되는 인젝션 밸브와, 상기 제 1,2팽창장치와 상기 인젝션 밸브의 개도량을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 압축기의 기동시, 상기 제 1,2팽창장치를 상기 압축기의 기동에 근거하여 개도량을 제어하는 기동제어모드로 제어하고, 상기 제 1,2팽창장치의 기동제어모드가 완료되고 냉매의 인젝션 요청이 있으면, 상기 인젝션 밸브를 기동제어모드로 제어하고, 상기 인젝션 밸브의 기동제어모드가 완료되면, 상기 제 1팽창장치는 냉매의 중간압을 맞추기 위한 중간압 제어모드로 제어하고, 상기 제 2팽창장치는 냉매의 과열도를 맞추기 위한 과열도 제어모드로 제어하는 공기조화시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 공기조화시스템은 압축기의 기동시 제 1,2팽창장치를 기동제어모드로 제어하고, 상기 압축기의 기동이 완료되면 상기 제 1,2팽창장치와 인젝션 밸브의 개도량을 제어함으로써, 사이클이 보다 안정적으로 이루어질 수 있으므로, 시스템의 성능 및 안정성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
공기조화 시스템은, 냉방 운전만을 수행하는 일반적인 가정용 냉방용 공기조화기, 난방 운전만을 수행하는 난방용 공기조화기, 냉난방 운전을 모두 수행하는 히트 펌프식 공기조화기, 복수 개의 실내공간들을 냉/난방하는 멀티형 공기조화기를 모두 포함한다. 이하에서는, 공기조화 시스템의 일 실시예로서, 히트 펌프식 공기조화기(이하, '공기조화기'라 한다)에 대하여 상세하게 살펴본다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(100)의 구성도이고, 도 2는 공기조화기(100)의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 공기조화기(100)는 압축기(110), 실내 열교환기(120), 실외 열교환기(130), 제 1팽창밸브(141), 제 2팽창밸브(142), 상분리기(150) 및 사방밸브(160)를 포함한다. 상기 실내 열교환기(120)는 냉방운전시 증발기로 작용하고, 난방운전시 응축기로 작용한다. 상기 실외 열교환기(130)는 냉방운전시 응축기로 작용하고, 난방운전시 증발기로 작용한다. 상기 압축기(110)는 유입되는 저온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축시킨다. 상기 압축기(110)는 제 1압축부(111)와 제 2압축부(112)를 포함한다. 상기 제 1압축부(111)는 상기 증발기로부터 유입되는 냉매를 압축하고, 상기 제 2압축부(112)는 상기 제 1압축부(111)에서 나온 냉매와, 상기 증발기와 응축기사이에서 분기되어 인젝션되는 냉매를 혼합하여 압축한다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 압축기(110) 가 3단 이상의 다단 구조를 가질 수 있다.
상기 사방밸브(160)는 냉난방시 냉매의 흐름을 절환하는 유로 절환 밸브로서, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매를 냉방시에는 상기 실외 열교환기(130)로 안내하고, 난방시에는 상기 실내 열교환기(120)로 안내한다. 상기 사방밸브(160)와 상기 압축기(110)는 제 1연결배관(171)으로 연결된다. 상기 제 1연결배관(171)에는 상기 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 토출 온도 및 압력을 측정하기 위하여, 압축기 출구온도 센서(181) 및 토출압력 센서(182)가 배치된다. 상기 실내 열교환기(120)는 실내에 배치되고, 상기 사방밸브(160)와 제 2연결배관(172)으로 연결된다. 상기 실내 열교환기(120)에는 상기 실내 열교환기 센서(185)가 설치된다.
상기 상분리기(150)는 유입되는 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하여, 액상 냉매를 상기 증발기로 보내고, 기상 냉매를 제 2압축부(112)로 보낸다. 상기 상분리기(150)의 제 1연결부(151)와 상기 실내 열교환기(120)는 제 3연결배관(173)으로 연결된다. 상기 제 1연결부(151)는 냉방운전시 액상냉매 토출관이고, 난방운전시 냉매 유입관이다.
상기 제 1팽창밸브(141)는 상기 제 3연결배관(173)상에 배치되며, 냉방운전시 상기 상분리기(150)로부터 유입되는 액상 냉매를 교축하는 제 2팽창장치이고, 난방운전시 상기 실내 열교환기(120)로부터 유입되는 액상냉매를 교축하는 제 1팽창장치이다.
상기 실외 열교환기(130)는 실외에 배치되고, 상기 상분리기(150)의 제 2연결부(152)와 제 4연결배관(174)으로 연결된다. 상기 실외 열교환기(130)에는 상기 실외 열교환기 센서(186)가 설치된다. 상기 제 2연결부(152)는 냉방운전시 냉매 유입관이고, 난방운전시 액상냉매 토출관이다.
상기 제 2팽창밸브(142)는 제 4연결배관(174)상에 배치되며, 냉방운전시 상기 실외 열교환기(130)로부터 유입되는 액상냉매를 교축하는 제 1팽창장치이고, 난방운전시 상기 상분리기(150)로부터 유입되는 액상냉매를 교축하는 제 2팽창장치이다.
상기 실외 열교환기(130)는 상기 사방밸브(160)와 제 5연결배관(175)으로 연결된다. 또한, 상기 사방밸브(160)와 압축기(110)의 유입배관은 제 6연결배관(176)으로 연결된다. 상기 제 6연결배관(176)상에는 상기 압축기(110)의 입구측 온도를 측정하는 압축기 입구온도센서(184)가 배치된다.
상기 제 2압축부(112)는 상기 상분리기(150)의 제 3연결부(153)와 인젝션 배관(180)으로 연결된다. 상기 제 3연결부(153)는 냉방 및 난방운전시 기상냉매 토출관으로서 사용된다. 상기 인젝션 배관(180)상에는 인젝션 밸브(143)가 배치된다. 상기 인젝션 밸브(143)는 상기 상분리기(150)로부터 상기 제 2압축부(112)로 인젝션되는 냉매량 및 냉매 압력을 제어한다. 상기 인젝션 밸브(143)가 개방되면, 상기 상분리기(150) 내의 기상냉매가 상기 인젝션 배관(180)을 통하여 상기 제 2압축부(112)로 유입된다. 상기 인젝션 배관(180)상에는 인젝션되는 냉매의 온도를 측정하는 인젝션 온도센서(183)가 배치된다.
상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)와 상기 인젝션 밸브(143)의 개도량은 공기조화기의 운전을 제어하는 제어부(200)에 의하여 제어된다.
도 3은 공기조화기의 난방운전시의 냉매의 흐름이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 상기 압축기(110)로부터 토출된 고온 고압의 기상냉매는 상기 사방밸브(160)를 거쳐 상기 실내 열교환기(120)내로 유입된다. 상기 실내 열교환기(120)에서 기상냉매는 실내 공기와 열교환을 하여 응축된다. 상기 응축된 냉매는 상기 제 1팽창밸브(141)에서 교축된 후, 상기 상분리기(160)로 유입된다. 상기 상분리기(160)에서 분리된 액상의 냉매는 상기 제 2팽창밸브(142)에서 다시 교축된 후, 상기 실외 열교환기(130)로 유입된다. 상기 실외 열교환기(130)에서 냉매는 외부 공기와의 열교환에 의하여 증발하고, 증발된 냉매는 상기 제 1압축부(111)로 유입된다.
난방운전중에 가스 인젝션의 작동 요청이 있을 경우, 상기 제어부(200)는 상기 인젝션 밸브(143)를 개방한다. 상기 인젝션 밸브(143)가 개방되어, 상기 상분리기(160)에서 분리된 기상의 냉매가 상기 인젝션 배관(180)을 통해 상기 제 2압축부(112)로 인젝션된다. 상기 제 2압축부(112)에서는 인젝션된 냉매와 상기 제 1압축부(111)에서 나온 냉매가 혼합된 후, 압축된다. 상기 제 2압축부(112)에서 압축된 냉매는 다시 상기 사방밸브(160)로 순환한다.
도 4는 공기조화기의 냉방운전시의 냉매의 흐름이 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 상기 압축기(110)로부터 토출된 고온 고압의 기상냉매는 상기 사방밸브(160)를 거쳐 상기 실외 열교환기(130)로 유입된다. 상기 실외 열교환기(130)에서 상기 기상 냉매는 실내 공기와 열교환을 하여 응축된다. 상기 응축된 냉매는 상기 제 2팽창밸브(142)에서 교축된 후, 상기 상분리기(150)로 유입된 다. 상기 상분리기(150)에서 분리된 액상의 냉매는 상기 제 1팽창밸브(141)에서 다시 교축된 후, 상기 실내 열교환기(120)로 유입된다. 상기 실내 열교환기(120)에서 냉매는 외부공기와의 열교환에 의하여 증발하고, 증발된 냉매는 상기 제 1압축부(111)로 유입된다. 상기 제어부(200)는 상기 인젝션 밸브(143)를 차폐시켜, 상기 상분리기(150)에서 나온 기상냉매가 상기 제 2압축부(112)로 인젝션되지 않는다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 냉방운전시에도 상기 상분리기(150)에서 나온 기상냉매가 상기 제 2압축부(112)로 인젝션될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법을 설명하면, 다음과 같다.
도 5는 도 1에 도시된 공기조화기가 난방운전모드시, 제어방법이 도시된 순서도이고, 도 6은 도 1에 도시된 공기조화기가 난방운전시, 제 1,2팽창밸브와 인젝션 밸브의 개도시간에 따른 개방도 변화가 도시된 그래프이다.
먼저, 상기 공기조화기(100)가 난방운전모드인 경우, 상기 제 1팽창밸브(141)가 중간압을 조절하는 제 1팽창장치역할을 하게 되고, 상기 제 2팽창밸브(142)는 과열도를 조절하는 제 2팽창장치 역할을 하게 된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 공기조화기(100)에 전류가 인가되어 상기 공기조화기(100)가 온되면, 상기 제어부(200)는 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)와 상기 인젝션 밸브(143)를 초기화시키는 초기화모드를 수행한다.(S10) 상기 제어부(200)는 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)를 완전히 개방하고, 상기 인젝션 밸브(143)는 차폐시킨다.(S11) 상기 인젝션 밸브(143)를 차폐시킴으로써, 구동 초기 에 상기 압축기(110)로 액상의 냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방속도는 서로 다를 수 있다.
상기 초기화모드(S10)에서 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)가 완전히 개방되면, 상기 제어부(200)는 상기 압축기(110)가 기동될 때까지 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방 상태를 유지하는 대기모드를 수행한다.(S20)
상기 압축기(110)의 기동이 시작되면(S21), 상기 제어부(200)는 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)를 상기 압축기(110)의 기동에 근거하여 개도량을 제어하는 기동제어모드로 제어한다.(S30)
도 7은 도 6에 도시된 기동제어모드에서 제 1,2팽창밸브의 개방도 변화를 나타낸 그래프이다.
상기 기동제어모드(S30)에서는 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방도를 감소시킨 후, 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방도가 각각의 미리 설정된 기본 개방도에 도달하도록 다시 증가시킨다.
상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방도를 감소시키는 방법은 다음과 같다. 상기 제어부(200)는 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방도가 상기 기본 개방도의 소정의 범위내에 도달하도록 개방도를 감소시킨다. 일 예로서, 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방도를 상기 기본 개방도의 70%에 도달할 때까지 감소시킬 수 있다. 상기 제 1팽창밸브(141)의 기본 개방도와 상기 제 2팽창밸브(142)의 기본 개방도는 서로 다르게 설정될 수 있다.
상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방도를 감소시킨 후, 상기 제 1,2팽창밸 브(141)(142)의 개방도를 증가시키는 방법은 다음과 같다. 상기 제어부(200)는 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방도가 상기 기본 개방도에 도달할 때까지 상기 제 1,2팽창장치(141)(142)의 개도량을 변화시키는 변화과정과 상기 개도량을 유지시키는 유지과정을 반복한다. 즉, 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개도량을 일정량 증가시킨 후, 소정의 시간동안 개방도를 유지한다. 이후, 다시 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개도량을 일정량 증가시킨 후, 소정의 시간동안 개방도를 유지한다. 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방도가 각각의 상기 기본 개방도에 도달할 때까지 반복한다. 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 매회 개도 변화량은 동일하게 설정될 수도 있고, 개도 시간에 따라 다르게 설정될 수도 있다.
상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방도가 각각의 상기 기본 개방도에 도달하면, 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 기동제어모드가 종료된다.
상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 기동제어모드가 종료된 후, 상기 상분리기(150)에서 나온 기상 냉매를 상기 제 2압축부(112)로 인젝션하는 가스 인젝션 요청이 있을 경우(S31), 상기 제어부(200)는 상기 압축기(110)의 기동이 완료된 후 소정의 시간이 경과한 이후부터 상기 인젝션 밸브(143)를 기동제어모드로 제어한다.(S40) 상기 압축기(110)의 기동이 완료되어 상기 압축기(110)가 정상가동된다고 판단되면, 상기 인젝션 밸브(143)의 개방을 시작하기 때문에, 사이클이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다.
상기 인젝션 밸브(143)의 기동제어모드는 상기 인젝션 밸브(143)가 완전히 개방될 때까지 상기 인젝션 밸브(143)의 개방도를 변화시키는 변화과정과, 변화된 상기 개방도를 유지시키는 유지과정을 반복한다. 상기 인젝션 밸브(143)의 매회 개도 변화량은 개도시간에 따라 변하도록 제어한다. 상기 인젝션 밸브(143)의 개도시간이 증가함에 따라 상기 인젝션 밸브(143)의 개도 변화량이 증가하도록 한다. 따라서, 상기 인젝션 밸브(143)의 개도 초기에는 상기 인젝션 밸브(143)를 조금씩 열어주어 상기 압축기(110)의 토출압력이 상승하는 현상을 방지한 후, 상기 인젝션 밸브(143)의 개도 변화량을 점차 증가시켜 상기 인젝션 밸브(143)의 개방도가 상기 목표 개방도에 신속하게 도달하도록 할 수 있다. 또한, 상기 인젝션 밸브(143)의 제어시, 상기 개방도를 변화시킨 후 변화된 개방도를 유지시키는 시간을 갖음으로써, 상기 인젝션 밸브(143)의 개도 초기에 발생되는 갑작스런 유량변화가 방지된다. 따라서, 상기 압축기(110)의 토출압 상승이 방지되고, 사이클이 보다 안정화될 수 있다
한편, 상기 인젝션 밸브(143)의 기동제어모드시, 상기 제어부(200)는 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 설정시간동안 감소시킨 후 증가시키고, 상기 제 2팽창밸브(142)의 개방도는 유지시킨다.(S41) 즉, 상기 인젝션 밸브(143)의 개방직후 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 감소시킨다. 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 감소시킬 때, 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도가 미리 저장된 개방도의 소정의 범위내에 있도록 제어한다. 일 예로서, 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도가 상기 저장된 개방도의 50%가 되도록 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 감소시킬 수 있다. 상기 제어부(200)는 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 감소시킨 후, 감소된 개방도를 유지시킨다. 이후, 상기 설정시간을 초과하면, 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 다시 증가시킨다. 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 증가시에는 미리 저장된 개방도에 도달하도록 개방도를 증가시킨다. 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 증가시킨 후에는 상기 인젝션 밸브(143)가 완전히 개방될때까지 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 유지한다.
또한, 상기 인젝션 밸브(143)의 기동제어모드시, 상기 제어부(200)는 상기 제 2팽창밸브의 제어를 중지한다. 즉, 상기 제어부(200)는 상기 제 2팽창밸브(142)가 기본 개방도를 유지하도록 한다.
따라서, 상기 인젝션 밸브(143)의 개방시 상기 제 1팽창밸브(141)는 일부 닫고, 상기 제 2팽창밸브(142)의 개방도는 유지시킴으로써, 상기 상분리기(150)내의 냉매량이 감소될 수 있으므로, 상기 상분리기(150)내의 토출압력이 상승하는 것이 방지될 수 있다.
이후, 상기 인젝션 밸브(143)의 기동제어모드가 완료되면, 상기 제어부(200)는 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)를 정시제어모드로 제어한다. 상기 정시제어모드는 상기 제 1팽창밸브(141)를 제어하여 냉매의 중간압을 맞추는 중간압 제어모드와, 상기 제 2팽창밸브(142)를 제어하여 냉매의 과열도를 맞추는 과열도 제어모드를 포함한다.(S50)
먼저, 상기 과열도 제어모드에서는 냉매의 과열도에 근거하여, 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량을 제어한다. 즉, 상기 제어부(200)는 상기 냉매의 과열도를 실시간으로 측정하고, 측정된 냉매의 과열도와 과열도 오차 기울기에 근거하여, 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량을 퍼지제어한다. 상기 제어부에는 상기 실외 열교 환기 센서(186) 및 상기 압축기 온도센서(184)에서 측정된 과열도와 미리 설정된 목표 과열도의 오차 및 오차 변화량에 근거하여 퍼지 테이블이 저장되고, 상기 퍼지 테이블로부터 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량이 결정된다. 상기 제어부(200)는 상기 냉매의 과열도가 상기 목표 과열도에 도달할 때까지 냉매의 과열도를 실시간으로 측정하고, 측정된 과열도에 근거하여, 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량을 계속 변화시킨다. 따라서, 냉매의 과열도가 보다 정확하게 조절될 수 있다.
상기 제 1팽창밸브(141)의 개도량은 상기 중간압 제어모드에 의해 제어된다. 상기 중간압 제어모드에서는 적어도 하나의 운전변수의 운전변수값을 감지하고, 감지된 운전변수값들에 대응하는 기 저장된 설정값에 근거하여, 상기 제 1팽창밸브(141)의 목표 개방도를 결정한다. 상기 제어부(200)는 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도가 상기 목표 개방도에 도달할 때까지 상기 제 1팽창밸브(141)의 개도량을 한번에 증가 또는 감소시킬 수 있다. 이에 한정되지 않고, 상기 제어부(200)는 상기 제 1팽창밸브(141)의 현재 개방도를 실시간으로 감지하여 저장하고, 상기 제 1팽창밸브(141)의 현재 개방도와 목표 개방도의 차이에 따라 개도 변화량을 결정할 수 있다. 상기 개도 변화량이 결정되면, 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 상기 개도 변화량만큼 변화시킬 수 있다.
한편, 상기 제 1팽창밸브(141)를 상기 중간압 제어모드로 제어하는 동안, 상기 공기조화기의 운전변수들 중 어느 하나의 값이 기설정된 정상운전범위를 벗어나면(S51), 상기 제어부(200)는 상기 중간압 제어모드에서 안전제어모드로 전환하여 상기 제 1팽창밸브(141)의 개도량을 제어한다.(S52) 즉, 제 1운전변수값이 기설정 된 정상운전범위를 벗어나면, 압축기의 손상이나 액압축 등의 문제점이 발생될 수 있다고 판단한다. 따라서, 상기 안전제어모드에서는 상기 제 1운전변수값에 근거하여 보정 개방도를 결정하고, 상기 중간압 제어모드에서 저장된 상기 제 1팽창밸브의 개방도에 상기 보정 개방도를 조합하여 상기 제 1팽창밸브(141)의 개도량을 조절한다. 상기 제 1운전변수값은 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매의 토출온도, 상기 응축기를 통과한 냉매의 온도 등을 포함할 수 있다. 상기 운전변수값에 대한 보정 개방도는 실험 등에 의해 구해질 수 있다.
한편, 상기 인젝션 밸브(143)의 개방중에 제 2운전변수값이 기설정된 정상운전범위를 벗어나게 되면(S53), 상기 제어부(200)는 액상의 냉매가 상기 압축기(110)로 인젝션되는 것으로 판단하고, 상기 인젝션 밸브(143)를 차폐시킨다.(S54) 상기 제 2운전변수값은 상기 압축기의 토출온도 변화율, 증발기의 입구측 온도 변화율, 상기 공기조화기(100)의 부하, 상기 압축기에 인가되는 전류 변화율 등을 포함할 수 있다.
한편, 상기 압축기가 정지되면(S55), 상기 제어부는 정지제어모드를 수행한다.(S60) 상기 정지제어모드(S60)에서는 상기 인젝션 밸브(143)를 차폐시키고, 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개방도를 소정의 시간동안 유지시킨 후, 완전히 개방시킨다.. 상기 제어부(200)는 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)를 개방시킬 때는 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)의 개도량을 변화시키는 과정과, 변화된 개방도를 유지시키는 과정을 반복할 수 있다.
한편, 상기 공기조화기(100)가 냉방운전모드인 경우, 상기 제 2팽창밸브(142)가 중간압을 조절하는 제 1팽창장치역할을 하게 되고, 상기 제 1팽창밸브(141)가 과열도를 조절하는 제 2팽창장치 역할을 하게 된다.
도 8은 도 1에 도시된 공기조화기가 냉방운전모드이고 기동제어모드에서 제 1,2팽창밸브의 개방도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 상기 공기조화기(100)가 냉방운전모드이고, 상기 기동제어모드일 경우, 상기 제어부(200)는 상기 제 2팽창밸브(142)의 개방도는 유지하고, 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 감소시킨 후 다시 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 제 2팽창밸브(142)는 완전히 개방된 상태를 유지한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공기조화기의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 공기조화기의 난방 운전 시의 냉매의 흐름이 도시된 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시된 공기조화기의 냉방 운전 시의 냉매의 흐름이 도시된 구성도이다.
도 5는 도 1에 도시된 공기조화기가 난방운전모드시, 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 6은 도 1에 도시된 공기조화기가 난방운전시, 제 1,2팽창밸브와 인젝션 밸브의 개도시간에 따른 개방도 변화가 도시된 그래프이다.
도 7은 도 6에 도시된 기동제어모드에서 제 1,2팽창밸브의 개방도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 1에 도시된 공기조화기가 냉방운전모드이고 기동제어모드에서 제 1,2팽창밸브의 개방도 변화를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>
100: 공기조화기 110: 압축기
120: 실내 열교환기 130: 실외 열교환기
141: 제 1팽창밸브 142: 제 2팽창밸브
143: 인젝션 밸브 150: 상분리기
160: 사방밸브 180: 인젝션 배관
200: 제어부

Claims (17)

  1. 냉매가 응축되는 응축기와; 상기 응축기를 통과한 냉매가 교축되는 제 1팽창장치와; 상기 제 1팽창장치를 통과한 냉매가 교축되는 제 2팽창장치와; 상기 제 2팽창장치를 통과한 냉매가 증발되는 증발기와; 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제 1압축부와, 상기 제 1압축부를 통과한 냉매와 상기 제 1팽창장치와 상기 제 2팽창장치사이에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 함께 유입되어 압축되는 제 2압축부를 갖는 압축기와; 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에서 분기되어 상기 제 2압축부로 인젝션되는 냉매가 교축되는 인젝션 밸브와; 상기 제 1,2팽창장치와 상기 인젝션 밸브의 개도량을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 압축기의 기동시, 상기 제 1,2팽창장치를 상기 압축기의 기동에 근거하여 개도량을 제어하는 기동제어모드로 제어하고,
    상기 제 1,2팽창장치의 기동제어모드가 완료되면, 상기 제 1팽창장치는 냉매의 중간압을 맞추기 위한 중간압 제어모드로 제어하고, 상기 제 2팽창장치는 냉매의 과열도를 맞추기 위한 과열도 제어모드로 제어하는 공기조화시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 압축기의 기동전에 상기 공기조화시스템에 전류가 인가되면, 상기 제 1,2팽창장치를 완전히 개방하고,
    상기 압축기가 기동되면, 상기 제 1,2팽창장치를 상기 기동제어모드로 제어 하는 공기조화시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 난방운전모드이면, 상기 기동제어모드에서 상기 제 1,2팽창장치의 개방도를 감소시킨 후, 상기 제 1,2팽창장치의 개방도가 미리 설정된 각각의 기본 개방도에 도달하도록 다시 증가시키는 공기조화시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 냉방운전모드이면, 상기 기동제어모드에서 상기 제 1팽창장치의 개방도는 유지하고, 상기 제 2팽창장치의 개방도를 감소시킨 후 다시 증가시키는 공기조화시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 기동제어모드는 상기 제 1,2팽창장치가 각각의 상기 기본 개방도에 도달할때까지 상기 제 1,2팽창장치의 개도량을 변화시키는 변화과정과 상기 개도량을 유지시키는 유지과정을 반복하는 공기조화시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 기동제어모드는 상기 제 1,2팽창장치의 개도시간에 따라 상기 제 1,2팽창장치의 개도 변화량이 변하도록 제어하는 공기조화시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 기동제어모드에서는 상기 제 1팽창장치의 개도 변화량과 상기 제 2팽창장치의 개도 변화량이 서로 다르도록 제어하는 공기조화시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1,2팽창장치의 기동제어모드가 완료된 후, 냉매의 인젝션 요청이 있으면, 상기 인젝션 밸브를 기동제어모드로 제어하는 공기조화시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는 상기 인젝션 밸브의 기동제어모드시, 상기 제 1팽창장치의 개방도를 설정시간동안 감소시킨 후 증가시키는 공기조화시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는 상기 인젝션 밸브의 기동제어모드가 완료되면, 상기 제 1팽창장치를 중간압을 맞추기 위한 중간압 제어모드로 제어하는 공기조화시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간압 제어모드는 적어도 하나의 운전변수의 운전변수값에 대응하는 기 저장된 설정값에 근거하여, 상기 제 1팽창장치의 목표 개방도를 결정하는 공기조화시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어부는 상기 운전변수값이 기설정된 정상운전범위를 벗어나면, 상기 제 1팽창장치를 상기 중간압 제어모드와 상이한 안전제어모드로 전환하여 제어하는 공기조화시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 안전제어모드는 상기 중간압 제어모드로부터 전환시 상기 중간압 제어모드에서 저장된 현재 개방도에 기설정된 보정개방도를 조합하여, 상기 제 1팽창장치의 개도량을 제어하는 공기조화시스템.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어부는 상기 운전변수값이 기설정된 정상운전범위를 벗어나면, 상기 인젝션 밸브를 차폐시키는 공기조화시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 과열도 제어모드는 냉매의 과열도에 근거하여, 상기 제 2팽창장치의 개도량을 퍼지제어하는 공기조화시스템.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 냉매의 과열도가 목표 과열도 범위 이내이면, 상기 중간압 제어모드에서는 상기 제 1팽창장치의 개도량을 퍼지제어하는 공기조화시스템.
  17. 냉매가 응축되는 응축기와; 상기 응축기를 통과한 냉매가 교축되는 제 1팽창장치와; 상기 제 1팽창장치를 통과한 냉매가 교축되는 제 2팽창장치와; 상기 제 2팽창장치를 통과한 냉매가 증발되는 증발기와; 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제 1압축부와, 상기 제 1압축부를 통과한 냉매와 상기 제 1팽창장치와 상기 제 2팽창장치사이에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 함께 유입되어 압축되는 제 2압축부를 갖는 압축기와; 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치 사이에서 분기되어 상기 제 2압축부로 인젝션되는 냉매가 교축되는 인젝션 밸브와; 상기 제 1,2팽창장치와 상기 인젝션 밸브의 개도량을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 압축기의 기동시, 상기 제 1,2팽창장치를 상기 압축기의 기동에 근거하여 개도량을 제어하는 기동제어모드로 제어하고,
    상기 제 1,2팽창장치의 기동제어모드가 완료되고 냉매의 인젝션 요청이 있으면, 상기 인젝션 밸브를 기동제어모드로 제어하고,
    상기 인젝션 밸브의 기동제어모드가 완료되면, 상기 제 1팽창장치는 냉매의 중간압을 맞추기 위한 중간압 제어모드로 제어하고, 상기 제 2팽창장치는 냉매의 과열도를 맞추기 위한 과열도 제어모드로 제어하는 공기조화시스템.
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