KR101116214B1

KR101116214B1 - 공기조화장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101116214B1
Application number: KR1020070004310A
Authority: KR
Inventors: 최지훈; 장필수; 조경래; 이인주
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2012-03-06
Also published as: US20080168784A1; CN100590366C; KR20080067125A; CN101225992A

Abstract

압축용량을 다단으로 가변시킬 수 있고, 압축용량의 가변을 신속히 수행할 수 있도록 한 공기조화장치 및 그 제어방법을 개시한다. 개시한 공기조화장치는 제1압축기와, 제1압축기와 병렬로 설치되며 압축용량을 가변시킬 수 있는 제2압축기를 포함하고, 제2압축기는 압축실을 갖춘 하우징과, 압축실의 반경방향으로 진퇴하는 베인과, 베인의 진퇴 안내를 위해 하우징에 형성된 베인안내홈과, 용량가변을 위해 베인의 동작을 제어하는 베인제어장치를 포함하며, 베인제어장치는 베인안내홈에 제2압축기의 흡입 측 압력과 제1압축기의 토출 압력이 선택적으로 인가될 수 있도록 유로를 전환시키는 제어밸브를 포함하고, 공조부하에 따라 제어밸브의 유로전환동작을 펄스폭변조방식으로 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

공기조화장치 및 그 제어방법{AIR CONDITIONING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 공기조화장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 공기조화장치의 제2압축기 및 베인제어장치를 나타낸 단면도이다.

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선에 따른 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 공기조화장치의 구성도로, 제2압축기의 공운전상태를 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 공기조화장치의 구성도로, 제2압축기의 압축운전상태를 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 공기조화장치의 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 공기조화장치의 구성도이다.

도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 공기조화장치의 제2압축기 및 베인제어장치를 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1a,1b,1c: 실내열교환기, 2: 제1압축기,

3: 실외열교환기, 4a,4b,4c: 전자팽창밸브,

5: 제어부, 6: 어큐뮬레이터,

20: 제2압축기, 22: 전동요소,

30: 압축요소, 32: 압축실,

40: 압축유닛, 41: 편심부,

42: 롤러, 43: 베인,

50: 베인제어장치, 51: 제어밸브,

52: 연결관, 53: 고압관,

54: 저압관.

본 발명은 공기조화장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축용량을 다단으로 가변시킬 수 있고 압축용량의 가변동작을 신속히 수행할 수 있는 공기조화장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

최근의 공기조화장치는 냉방부하에 따라 압축기의 압축용량을 조절함으로써 냉방능력을 제어한다. 압축용량 조절방법으로는 대한민국 공개특허공보 2002-75603호에 개시된 바와 같이, 용량이 다른 두 개의 압축기를 채용하여 두 압축기를 선택적으로 구동시키는 방법이 알려져 있다. 필요에 따라 두 압축기 중 어느 하나를 선택하여 동작시키거나 두 압축기를 모두 동작시키는 방식으로 압축용량을 3단계로 제어하는 방식이다.

그러나 이러한 공기조화장치는 압축용량의 가변이 3단계로 한정되기 때문에 시스템의 성능 및 에너지효율의 향상시키는데 한계가 있었다. 즉 용량가변을 보다 정교히 수행할 수 없기 때문에 시스템의 성능 및 효율을 높이는데 한계가 있었다. 이러한 시스템에서는 각 압축기를 구동하는 모터에 인버터(Inverter)를 채용하여 모터의 회전속도를 제어함으로써 압축용량을 다단으로 가변시킬 수 있었지만, 이럴 경우 제어기의 제작비용이 과도하게 소요되는 문제가 있었다.

또 대한민국 등록특허공보 10-621026호(2006년 9월 15일 공고)에는 압축용량의 가변이 가능한 공기조화장치용 용량가변 회전압축기가 개시되어 있다. 이 압축기는 상측의 압축실을 구획하는 제1베인과, 하측의 압축실을 구획하는 제2베인을 구비하고, 제2베인을 선택적으로 구속하거나 구속해제 함으로써 압축용량을 가변시키는 베인제어장치를 갖추고 있다. 베인제어장치는 제2베인의 배압공간에 연결된 공용측 연결관, 공용측 연결관에 연결되는 고압측 연결관, 공용측 연결관에 연결되는 저압측 연결관, 그리고 이 연결관들의 연결지점에 설치되는 3방밸브 형태의 배압절환밸브를 구비한다. 이 베인제어장치는 배압절환밸브의 동작에 의해 제2베인의 배압공간에 흡입압력이 인가되어 제2베인이 구속되도록 하거나 배압공간에 토출압력이 인가되어 제2베인의 진퇴가 이루어지도록 한다.

그러나 이러한 용량가변 회전압축기는 초기 동작 시 제2베인의 배압공간에 작용하는 압력이 충분하지 않기 때문에 제2베인의 채터링(Chattering)현상이 생기는 등 제2압축실 쪽에서 정상적인 압축동작이 이루어지지 않을 수 있었다. 즉 배압 공간에 충분한 압력이 가해질 때까지 정상적인 용량가변운전이 이루어지지 않을 수 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공조부하에 따라 압축용량을 다단으로 가변시킬 수 있도록 하는 공기조화장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 압축용량의 가변을 신속히 수행할 수 있도록 하는 공기조화장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화장치는 제1압축기와, 상기 제1압축기와 병렬로 설치되며 압축용량을 가변시킬 수 있는 제2압축기를 포함하고, 상기 제2압축기는 압축실을 갖춘 하우징과, 상기 압축실의 반경방향으로 진퇴하는 베인과, 상기 베인의 진퇴 안내를 위해 상기 하우징에 형성된 베인안내홈과, 용량가변을 위해 상기 베인의 동작을 제어하는 베인제어장치를 포함하며, 상기 베인제어장치는 상기 베인안내홈에 상기 제1 또는 제2압축기의 흡입 측 압력과 상기 제1압축기의 토출 압력이 선택적으로 인가될 수 있도록 유로를 전환시키는 제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 베인제어장치는 상기 베인안내홈과 상기 제어밸브를 연결하는 연결관과, 상기 제어밸브와 상기 제1압축기의 토출 측을 연결하는 고압관과, 상기 제어밸브와 상기 제1 또는 제2압축기의 흡입 측을 연결하는 저압관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 공조부하에 따라 상기 제2압축기의 압축용량을 가변시키기 위해 상기 제어밸브의 동작을 펄스폭변조방식으로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 제1 및 제2압축기의 토출 측과 연결된 실외열교환기와, 입구가 상기 실외열교환기와 연결되고 출구가 상기 제1 및 제2압축기의 흡입측과 연결된 실내열교환기와, 상기 실내열교환기의 유입 측에 설치된 전자팽창밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 실내열교환기는 복수개가 상호 병렬로 설치되고, 상기 전자팽창밸브는 상기 복수의 실내열교환기의 유입 측에 각각 설치된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 공기조화장치는 제1압축기와, 상기 제1압축기와 병렬로 설치되며 압축용량을 가변시킬 수 있는 제2압축기를 포함하고, 상기 제2압축기는 상호 구획된 제1 및 제2압축실을 갖춘 하우징과, 상기 각 압축실의 반경방향으로 진퇴하는 제1 및 제2베인과, 상기 제1 및 제2베인의 진퇴 안내를 위해 상기 하우징에 형성된 제1 및 제2베인안내홈과, 용량가변을 위해 상기 제1베인의 동작을 제어하는 베인제어장치를 포함하며, 상기 베인제어장치는 상기 제1베인안내홈에 상기 제1 또는 제2압축기의 흡입 측 압력과 상기 제1압축기의 토출 압력이 선택적으로 인가될 수 있도록 유로를 전환시키는 제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 베인제어장치는 상기 제1베인안내홈과 상기 제어밸브를 연결하는 연결관과, 상기 제어밸브와 상기 제1압축기의 토출 측을 연결하는 고압관과, 상기 제어밸브와 상기 제1 또는 제2압축기의 흡입 측을 연결하는 저압관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 제1압축기와, 상기 제1압축기와 병렬로 설치되며 베인의 진퇴동작 제어를 통하여 압축용량을 가변시킬 수 있는 제2압축기와, 상기 베인의 진퇴 동작제어를 위해 상기 베인의 후방공간으로 상기 제2압축기의 흡입 측 압력과 상기 제1압축기의 토출압력이 선택적으로 인가될 수 있도록 유로를 전환하는 제어밸브를 포함하는 공기조화장치의 제어방법에 있어서, 상기 제1압축기를 기동시킨 후 설정시간 경과 후에 상기 제2압축기를 기동시키는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 공기조화장치 제어방법은 상기 제1압축기 기동 전에 공조부하에 따른 필요압축용량을 산출하고, 상기 제2압축기의 기동 후에 상기 필요압축용량에 부합하는 압축용량을 구현하기 위해 상기 제어밸브의 유로전환동작을 펄스폭변조방식으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 공기조화장치 제어방법은 상기 제2압축기의 압축동작을 상기 베인의 후방공간으로 상기 제1압축기의 토출압력이 인가된 후에 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 제1압축기와, 상기 제1압축기와 병렬로 설치되며 베인의 진퇴동작 제어를 통하여 압축용량을 가변시킬 수 있는 제2압축기와, 상기 베인의 진퇴 동작제어를 위해 상기 베인의 후방공간으로 상기 제2압축기의 흡입 측 압력과 상기 제1압축기의 토출압력이 선택적으로 인가될 수 있도록 유로를 전환하는 제어밸브를 포함하는 공기조화장치의 제어방법에 있어서, 공조부하에 따른 필요압축용 량을 산출하고, 상기 제1 및 제2압축기의 기동 후에 상기 필요압축용량에 부합하는 압축용량을 구현하기 위해 상기 제어밸브의 유로전환동작을 펄스폭변조방식으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 공기조화장치를 나타낸 것이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1실시 예의 공기조화장치는 냉매순환회로에 병렬로 연결된 복수의 실내열교환기들(1a,1b,1c)과, 각 실내열교환기들(1a,1b,1c)을 거친 냉매를 압축하는 제1압축기(2)와 제2압축기(20)를 구비한다. 또 공기조화장치는 입구가 제1 및 제2압축기(2,20)의 토출 측과 연결되고 출구가 복수의 실내열교환기(1a,1b,1c)와 연결된 실외열교환기(3)와, 각 실내열교환기(1a,1b,1c)의 유입측에 설치된 복수의 전자팽창밸브(4a,4b,4c), 그리고 공기조화장치의 전체적인 동작을 제어하는 제어부(5)를 포함한다. 복수의 실내열교환기들(1a,1b,1c)과 전자팽창밸브들(4a,4b,4c)은 각기 별도의 실내기 형태로 구성되어 별도의 실내공간에 설치됨으로써 필요에 따라 선택적으로 동작시킬 수 있다.

제1압축기(2)와 제2압축기(20)는 냉매순환회로에 상호 병렬로 연결된다. 제1압축기(2)는 고정된 압축용량을 가진 통상의 회전압축기이고, 제2압축기(20)는 공조부하의 변경에 따라 냉매의 압축용량을 가변시킬 수 있는 용량가변형 회전압축기이다. 제1압축기(2)의 흡입구에는 어큐뮬레이터(6)로부터 연장된 제1흡입관(7)이 연결되고, 제2압축기(20)의 흡입구에는 어큐뮬레이터(6)로부터 연장된 제2흡입 관(8)이 연결된다. 제1및 제2압축기(2,20)의 토출구로부터 각각 연장된 제1 토출관(9)과 제2토출관(10)은 합류되도록 연결된 후 실외열교환기(3)의 입구 측에 연결된다. 또 제1토출관(9)과 제2토출관(10)에는 역류방지를 위한 체크밸브들(11,12)이 각각 설치된다.

압축용량을 가변시킬 수 있는 제2압축기(20)는 도 2에 도시한 바와 같이, 밀폐용기(21)의 내측 상부에 설치된 전동요소(22), 밀폐용기(21)의 내측 하부에 설치되며 전동요소(22)와 회전축(23)을 통해 연결된 압축요소(30)를 구비한다.

전동요소(22)는 밀폐용기(21)의 내면에 고정된 원통형 고정자(22a)와, 고정자(22a)의 내부에 회전 가능하게 설치되고 중심부가 회전축(23)에 결합된 회전자(22b)를 포함한다. 전동요소(22)는 전원을 인가할 때 회전자(22b)가 회전함으로써 회전축(23)에 의해 연결된 압축요소(30)를 구동시킨다.

압축요소(30)는 내부에 압축실(32)이 형성된 하우징(31)과, 압축실(32) 내에 마련되며 회전축(23)에 의해 동작하는 압축유닛(40)을 구비한다. 하우징(31)의 상부와 하부에는 압축실(32)의 상측 및 하측 개구를 폐쇄함과 동시에 회전축(23)을 지지하기 위한 제1플랜지(33)와 제2플랜지(34)가 각각 설치된다. 회전축(23)은 압축실(32)의 중심을 관통하며 압축실(32) 내부의 압축유닛(40)에 연결된다.

압축유닛(40)은 압축실(32)의 회전축(32)에 마련된 편심부(41), 압축실(32)의 내면과 접하여 회전하도록 편심부(41)의 외면에 회전 가능하게 결합된 롤러(42), 롤러(42)의 회전에 따라 압축실(32)의 반경방향으로 진퇴하면서 압축실(32)을 구획하는 베인(43)을 포함한다. 베인(43)은 도 3에 도시한 바와 같이, 압 축실(32)의 반경방향으로 길게 형성된 베인안내홈(35)에 수용되어 진퇴가 안내된다.

베인안내홈(35)은 베인(43)의 후단을 수용하는 후방이 밀폐공간(36)으로 이루어진다. 그리고 제2압축기(20)의 외측에는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 제2압축기(20)의 베인안내홈(35) 후방에 흡입압력을 인가함으로써 베인(43)을 후퇴시킨 상태에서 구속하거나 베인안내홈(35) 후방에 토출압력을 인가함으로써 베인(43)의 진퇴가 이루어지도록 하는 베인제어장치(50)가 설치된다.

베인제어장치(50)는 베인안내홈(35)의 후방에 흡입압력과 토출압력이 선택적으로 인가할 수 있도록 유로를 전환하는 제어밸브(51), 베인안내홈(35)과 제어밸브(51)를 연결하는 연결관(52), 제어밸브(51)와 제1압축기(2)의 토출 측을 연결하는 고압관(53), 제어밸브(51)와 제1 및 제2압축기(2,20)의 흡입 측을 연결하는 저압관(54)을 포함한다. 즉 본 발명은 제2압축기(20) 베인(43)의 동작제어를 위해 제1압축기(2) 토출압력을 이용한다. 이러한 베인제어장치(50)는 제어밸브(51)의 유로전환동작에 의하여 베인(43)을 구속하거나 구속을 해제함으로써 제2압축기(20)가 압축운전을 하거나 공운전을 할 수 있도록 한다.

하우징(31)에는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 압축실(32) 내부로 냉매가스가 유입될 수 있도록 제2흡입관(8)이 연결되는 흡입구(37)와, 압축실(32) 내부에서 압축된 가스가 밀폐용기(21) 내부로 토출되도록 하는 토출구(38)가 형성된다.

제어부(5)는 도 1에 도시한 바와 같이, 실외열교환기(3) 쪽의 실외온도감지부(13)와 각 실내열교환기(1a,1b,1c) 쪽의 실내온도감지부들(14a,14b,14c)로부터 전달되는 온도정보와, 각 실내열교환기(1a,1b,1c) 쪽에 설치되는 전자팽창밸브들(4a,4b,4c)의 개폐여부에 대한 정보(이는 각 실내열교환기가 별도의 실내기 형태로 구성될 경우 각 실내기의 동작여부에 대한 정보일 수 있음)와, 사용자의 입력정보(각 실내기의 희망온도 등)를 수신한다. 그리고 제어부(5)는 이러한 정보들을 토대로 하여 공조부하를 계산하고, 필요압축용량을 산출한다. 또 제어부(5)는 제1 및 제2압축기(2,20)와, 각 실내열교환기(1a,1b,1c) 쪽의 전자팽창밸브들(4a,4b,4c)의 구동을 제어하고, 도면에 나타내지는 않았지만 실외열교환기(3) 쪽의 실외팬 및 실내열교환들(1a,1b,1c) 쪽에 설치되는 실내팬들의 동작을 제어한다.

제어부(5)는 제2압축기(20)의 압축운전과 공운전을 제어하기 위해 제어밸브(51)의 유로전환동작을 제어한다. 이는 도 4에 도시한 바와 같이, 베인제어장치(50)의 저압관(54)과 연결관(52)이 연통하도록 제어밸브(51)가 동작하여 베인안내홈(35) 후방의 밀폐공간(36)에 흡입압력을 인가하거나, 도 5에 도시한 바와 같이, 베인제어장치(50)의 고압관(53)과 연결관(52)이 연통하도록 제어밸브(51)가 동작하여 베인안내홈(35) 후방의 밀폐공간(35)에 토출압력을 인가하기 위함이다. 베인안내홈(35)의 후방에 흡입압력이 인가될 때는 베인(43)이 후퇴하여 구속되므로 제2압축기(20)에서 압축동작이 이루어지지 않고, 베인안내홈(35)의 후방에 토출압력이 인가될 때는 베인(43)의 진입이 이루어지므로 제2압축기(20)에서 압축동작이 이루어진다.

제어부(5)는 공조부하에 따라 제2압축기(20)의 압축용량을 가변시킬 수 있도록 제어밸브(51)의 유로전환동작을 펄스폭변조(PWM:Pulse Width Modulation)방식으 로 제어한다. 즉 공조부하에 따라 베인안내홈(35)에 토출압력을 인가하여 베인(43)이 진입하도록 하는 로딩시간과 베인안내홈(35)에 흡입압력을 인가하여 베인(43)이 구속되도록 하는 언로딩시간을 변화해가면서 제2압축기(20)의 압축용량을 가변시킨다.

다음은 이러한 공기조화장치의 동작 및 제어방법에 관하여 도 6의 제어순서도를 참조하면서 설명한다.

제어부(5)는 냉방운전요구가 있는지를 판단하고(61), 냉방운전요구가 없으면 운전을 정지한다(62). 냉방운전요구가 있으면 실내온도감지부(14a,14b,14c)와 실외온도감지부(13)로부터 수신되는 온도정보, 각 실내열교환기(1a,1b,1c) 쪽 전자팽창밸브들(4a,4b,4c)의 개폐정보, 사용자가 입력한 운전정보 등을 근거로 공기조화장치 전체의 공조부하를 계산하고 이를 토대로 필요압축용량을 산출한다(63). 필요압축용량은 공기조화장치의 운전조건이 변하여 공조부하가 변화할 경우 수시로 가변될 수 있다.

필요압축용량이 산출된 후에는 필요압축용량에 부합하도록 제1압축기(2)와 제2압축기(20)를 순차적으로 기동시킨다(64,66). 이때는 제1압축기(2)를 먼저 동작시키고, 제1압축기(2)의 구동시킨 후 설정시간이 경과하였는지를 판단한다(65). 그리고 설정시간이 경과하였으면 제2압축기(20)를 동작시킨다. 이는 제1압축기(2)를 먼저 기동시켜 제1토출관(9) 쪽에 충분한 토출압력이 형성되도록 한 후 이 토출압력을 제2압축기(20)의 베인안내홈(35)으로 인가함으로써 제2압축기(20)의 로딩동작이 원활히 이루어질 수 있도록 한 것이다. 즉 제2압축기(20)의 기동과 함께 베인안 내홈(35)으로 토출압력을 인가하여 제2압축기(20)에서 압축동작을 수행하는 경우에도 베인(43)의 진퇴동작이 신속하고 원활하게 이루어지도록 함으로써 베인(43)의 채터링(Chattering)현상 등이 생기지 않도록 한 것이다.

이러한 방식으로 제1압축기(2)와 제2압축기(20)가 가동된 후에는 공기조화장치의 필요압축용량을 구현할 수 있도록 제어부(5)가 제어밸브(51)를 펄스폭변조방식으로 제어하여 제2압축기(20)의 압축용량을 조절한다(67).

예를 들어 제1압축기(2)의 압축용량이 공기조화장치 전체압축용량의 30%이고 제2압축기의 최대압축용량이 공기조화장치 전체압축용량의 70%인 경우라면, 공기조화장치의 필요압축용량이 30%일 때는 제1압축기(2)에서만 압축동작이 이루어지는 것으로도 필요압축용량을 구현할 수 있다. 따라서 이때는 제2압축기(20)의 베인(43) 후방공간으로 계속 흡입압력을 인가하여 베인(43)이 구속되도록 한다. 베인(43)의 후방공간으로 토출압력을 인가하여 베인(43)이 진퇴하는 상태를 로딩상태라 하고, 베인(43)의 후방공간으로 흡입압력을 인가하여 베인(43)이 구속된 상태를 언로딩상태라 한다면, 이러한 경우 제어부(5)는 제어밸브(51)의 유로전환주기 모두를 언로딩상태로 제어한다. 제어밸브(51)의 유로전환주기가 20초라면, 20초 모두를 언로딩상태로 유지함으로써 제2압축기(20)에서 압축동작이 이루어지지 않도록 한다.

공기조화장치의 필요압축용량이 65%인 경우에는 제1압축기(2)에서 필요압축용량의 30%가 구현되고 제2압축기(20)에서 필요압축용량의 35%가 구현되도록 한다. 이를 위해 제어부(5)는 제2압축기(20) 압축능력(70%)의 절반인 35%의 압축용량이 구현될 수 있도록 제어밸브(51)의 유로전환주기 중 50%를 로딩상태로 제어한다. 제어밸브(51)의 유로전환주기가 20초라면 10초는 로딩상태 10초는 언로딩상태로 제어한다.

공기조화장치의 필요압축용량이 72%인 경우에는 제1압축기(2)에서 필요압축용량의 30%가 구현되고 제2압축기(20)에서 필요압축용량의 42%가 구현되도록 한다. 이를 위해 제어부(5)는 제2압축기(20) 압축능력(70%)의 60%인 42%의 압축용량이 구현될 수 있도록 제어밸브(51)의 유로전환주기 중 60%를 로딩상태로 제어하고 40%를 언로딩상태로 제어한다. 제어밸브(51)의 유로전환주기가 20초라면 12초는 로딩상태 8초는 언로딩상태가 되도록 제어한다.

공기조화장치의 필요압축용량이 100%인 경우에는 제1압축기(2)에서 필요압축용량의 30%가 구현되고 제2압축기(20)에서 필요압축용량의 70%가 구현되도록 한다. 이를 위해 제어부(5)는 제2압축기(20) 압축능력(70%)의 100%가 구현될 수 있도록 제어밸브(51)의 유로전환주기의 100%를 로딩상태로 제어한다. 즉 제어밸브(51)의 유로전환주기 20초를 모두 로딩상태로 유지한다.

이처럼 본 발명의 공기조화장치는 제어밸브(51)를 펄스폭변조방식으로 제어하여 제2압축기(20)의 압축용량을 조절할 수 있기 때문에 공조부하의 변화에 따른 필요압축용량을 쉽게 구현할 수 있으며, 압축용량을 30%에서 100%까지 다양하게 변화시킬 수 있다. 즉 필요압축용량에 부합하도록 압축용량을 다단으로 제어할 수 있다. 따라서 공기조화장치의 에너지효율을 높일 수 있다.

또 본 발명의 공기조화장치는 제1압축기와 제2압축기의 구동원으로 통상의 정속형 모터를 채용하면서도 압축용량을 다단으로 가변시킬 수 있다. 따라서 종래의 인버터를 채용하는 공기조화장치에 비하여 공기조화장치의 제조비용을 줄일 수 있다.

도 7과 도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 공기조화장치를 나타낸 것이다. 제2실시 예는 도 7에 도시한 바와 같이, 제1실시 예와 마찬가지로 상호 병렬로 설치된 제1압축기(100)와 제2압축기(200), 실외열교환기(110), 복수의 실내열교환기(120a,120b,120c), 복수의 전자팽창밸브(130a,130b,130c), 제2압축기(200)의 압축용량 가변 제어를 위한 베인제어장치(300), 그리고 공기조화장치의 전체적인 동작제어를 위한 제어부(400)를 구비한다. 다만 제2실시 예는 도 8에 도시한 바와 같이, 제2압축기(200)가 복수의 압축실을 구비하는 점에서 제1실시 예와 차이가 있다.

제2압축기(200)는 도 8에 도시한 바와 같이, 밀폐용기(210) 내측 상부에 설치되며 고정자(221)와 회전자(222)를 갖춘 전동요소(220)와, 밀폐용기(210) 내측 하부에 설치되며 회전축(223)에 의하여 전동요소(220)의 회전자(222)와 연결된 압축요소(230)를 구비한다.

압축요소(230)는 상호 구획된 상부의 제1압축실(231)과 하부의 제2압축실(232)을 갖춘 하우징과, 제1 및 제2압축실(231,232) 내에 각각 마련되며 회전축(223)에 의해 동작하는 제1 및 제2압축유닛(240,250)을 구비한다.

하우징은 제1압축실(231)이 형성된 상부의 제1바디(233), 제2압축실(232)이 형성되며 제1바디(233)의 하부에 설치된 제2바디(234), 제1압축실(231)과 제2압축실(232)의 구획을 위해 제1 및 제2바디(233,234) 사이에 설치된 중간판(235), 제1압축실(231)의 상측 개구와 제2압축실(232)의 하측 개구를 폐쇄함과 동시에 회전축(223)을 지지하도록 제1바디(233)의 상부와 제2바디(234)의 하부에 각각 장착된 제1 및 제2플랜지(236,237)를 포함한다. 회전축(223)은 제1 및 제2압축실(231,232)의 중심을 관통하며 제1 및 제2압축실(231,232) 내부의 압축유닛들(240,250)에 연결된다.

제1 및 제2압축유닛(240,250)은 제1 및 제2압축실(231,232)의 회전축(223)에 각각 마련된 제1 및 제2편심부(241,251), 제1 및 제2압축실(231,232)의 내면과 접하여 회전하도록 제1 및 제2편심부(241,251)의 외면에 각각 회전 가능하게 결합된 제1 및 제2롤러(242,252)를 포함한다. 제1편심부(241)와 제2편심부(251)는 균형을 유지하도록 편심방향이 상호 반대로 배치된다.

제1 및 제2압축유닛(240,250)은 제1 및 제2롤러(242,252)의 회전에 따라 각 압축실(231,232)의 반경방향으로 진퇴하면서 각 압축실(231,232)을 구획하는 제1베인(243)과 제2베인(253)을 포함한다. 제1베인(243)과 제2베인(253)은 각 압축실(231,232)의 반경방향으로 길게 형성된 제1 및 제2베인안내홈(244,254)에 수용되어 진퇴가 안내된다. 제2베인안내홈(254) 내에는 제2베인(253)이 제2압축실(232)을 구획할 수 있도록 제2베인(253)을 제2롤러(252) 쪽으로 가압하는 베인스프링(255)이 설치된다.

제1베인안내홈(244) 후방에는 제1베인안내홈(244)에 흡입압력과 토출압력을 선택적으로 인가함으로써 제1베인(243)을 구속하거나 구속을 해제하는 베인제어장치(300)가 설치된다. 베인제어장치(300)는 제1베인안내홈(244)의 후방에 흡입압력과 토출압력을 선택적으로 인가할 수 있도록 유로를 전환하는 제어밸브(310), 제1베인안내홈(244)과 제어밸브(310)를 연결하는 연결관(320), 제어밸브(310)와 제1압축기(100)의 토출 측을 연결하는 고압관(330), 제어밸브(310)와 제1 및 제2압축기(100,200)의 흡입 측을 연결하는 저압관(340)을 구비한다. 이러한 베인제어장치(300)의 동작원리는 제1실시 예와 동일하다.

또 제1압축기(100)에는 도 7에 도시한 바와 같이, 어큐뮬레이터(140)로부터 연장된 제1흡입관(151)이 연결되고, 제2압축기(200)에는 도 7과 도 8에 도시한 바와 같이, 제1압축실(231)과 제2압축실(232) 내부로 각각 냉매가스가 유입될 수 있도록 어큐뮬레이터(140)로부터 연장된 제2흡입관(152)과 제3흡입관(153)이 각각 연결된다. 또 제2압축기(200)에는 각 압축실(231,232) 내부에서 압축된 가스가 밀폐용기(210) 내부로 토출되도록 하는 제1 및 제2토출구(261,262)가 형성된다.

제2실시 예에서 제2압축기(200)는 베인제어장치(300)의 제어밸브(310)가 제어부(400)에 의해 펄스폭변조방식으로 제어됨으로써 제1압축실(231) 쪽에서 압축용량을 가변시킬 수 있다. 제2압축실(232) 쪽에서는 연속적인 압축동작이 이루어진다.

제2실시 예에 의하면, 제1압축기(100)는 구동을 멈추고 제2압축기(200)는 제2압축실(232) 쪽에서만 압축이 이루어지도록 함으로써 압축용량을 최소화할 수 있다. 또 제1압축기(100)가 압축동작을 수행하는 상태에서 제2압축기(200)의 제2압축 실(232) 쪽에서만 압축동작이 이루어지도록 함으로써 압축용량을 늘릴 수 있다. 또한 제1압축기(100) 및 제2압축기(200)의 제2압축실(232)에서 압축이 이루어지는 상태에서 제2압축기(200)의 제1압축실(231)의 압축용량 가변을 위해 제어밸브(310)를 펄스폭변조방식으로 제어함으로써 필요압축용량에 부합하도록 압축용량을 다단으로 제어할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화장치는 제2압축기의 용량가변을 위한 제어밸브를 펄스폭변조방식으로 제어하여 압축용량을 조절할 수 있기 때문에 공조부하의 변화에 따라 압축용량을 다단으로 가변시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 제1압축기의 토출압력을 이용하여 제2압축기의 베인동작을 제어하기 때문에 제2압축기의 베인안내홈으로 충분한 토출압력을 인가할 수 있어 제2압축기 베인의 동작제어가 원활하도록 할 수 있고, 압축용량의 가변이 신속히 이루어지도록 할 수 있는 효과가 있다. 특히 제2압축기 베인의 동작제어 시 베인의 채터링현상을 방지할 수 있으므로 압축용량가변에 따른 제2압축기의 동작소음도 줄일 수 있다.

또한 본 발명은 베인제어장치의 제어밸브를 펄스폭변조방식으로 제어하여 제2압축기의 압축용량을 가변시킬 수 있기 때문에 제1압축기와 제2압축기의 구동원으로 비용이 저렴한 통상의 정속형 모터를 채용하면서 압축용량의 가변이 가능한 공기조화장치를 구현할 수 있다. 따라서 종래 인버터를 채용하는 공기조화장치에 비 하여 공기조화장치의 제조비용을 줄일 수 있다.

Claims

제1압축기와, 상기 제1압축기와 병렬로 설치되며 압축용량을 가변시킬 수 있는 제2압축기를 포함하고,

상기 제2압축기는 압축실을 갖춘 하우징과, 상기 압축실의 반경방향으로 진퇴하는 베인과, 상기 베인의 진퇴 안내를 위해 상기 하우징에 형성된 베인안내홈과, 용량가변을 위해 상기 베인의 동작을 제어하는 베인제어장치를 포함하고,

상기 베인제어장치는 상기 베인안내홈에 상기 제1 또는 제2압축기의 흡입 측 압력과 상기 제1압축기의 토출 압력이 선택적으로 인가될 수 있도록 유로를 전환시키는 제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제1항에 있어서,

상기 베인제어장치는 상기 베인안내홈과 상기 제어밸브를 연결하는 연결관과, 상기 제어밸브와 상기 제1압축기의 토출 측을 연결하는 고압관과, 상기 제어밸브와 상기 제1 또는 제2압축기의 흡입 측을 연결하는 저압관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제1항에 있어서,

공조부하에 따라 상기 제2압축기의 압축용량을 가변시키기 위해 상기 제어밸브의 동작을 펄스폭변조방식으로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2압축기의 토출 측과 연결된 실외열교환기와, 입구가 상기 실외열교환기와 연결되고 출구가 상기 제1 및 제2압축기의 흡입측과 연결된 실내열교환기와, 상기 실내열교환기의 유입 측에 설치된 전자팽창밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제4항에 있어서,

상기 실내열교환기는 복수개가 상호 병렬로 설치되고,

상기 전자팽창밸브는 상기 복수의 실내열교환기의 유입 측에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제1압축기와, 상기 제1압축기와 병렬로 설치되며 압축용량을 가변시킬 수 있는 제2압축기를 포함하고,

상기 제2압축기는 상호 구획된 제1 및 제2압축실을 갖춘 하우징과, 상기 각 압축실의 반경방향으로 진퇴하는 제1 및 제2베인과, 상기 제1 및 제2베인의 진퇴 안내를 위해 상기 하우징에 형성된 제1 및 제2베인안내홈과, 용량가변을 위해 상기 제1베인의 동작을 제어하는 베인제어장치를 포함하고,

상기 베인제어장치는 상기 제1베인안내홈에 상기 제1 또는 제2압축기의 흡입 측 압력과 상기 제1압축기의 토출 압력이 선택적으로 인가될 수 있도록 유로를 전환시키는 제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제6항에 있어서,

상기 베인제어장치는 상기 제1베인안내홈과 상기 제어밸브를 연결하는 연결관과, 상기 제어밸브와 상기 제1압축기의 토출 측을 연결하는 고압관과, 상기 제어밸브와 상기 제1 또는 제2압축기의 흡입 측을 연결하는 저압관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제6항에 있어서,

공조부하에 따라 상기 제2압축기의 압축용량을 가변시키기 위해 상기 제어밸브의 동작을 펄스폭변조방식으로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제6항에 있어서,

상기 제1 및 제2압축기의 토출 측과 연결된 실외열교환기와, 입구가 상기 실외열교환기와 연결되고 출구가 상기 제1 및 제2압축기의 흡입측과 연결된 실내열교환기와, 상기 실내열교환기의 유입 측에 설치된 전자팽창밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제9항에 있어서,

상기 실내열교환기는 복수개가 상호 병렬로 설치되고,

상기 전자팽창밸브는 상기 복수의 실내열교환기의 유입 측에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제1압축기와, 상기 제1압축기와 병렬로 설치되며 베인의 진퇴동작 제어를 통하여 압축용량을 가변시킬 수 있는 제2압축기와, 상기 베인의 진퇴 동작제어를 위해 상기 베인의 후방공간으로 상기 제2압축기의 흡입 측 압력과 상기 제1압축기의 토출압력을 선택적으로 인가할 수 있도록 유로를 전환하는 제어밸브를 포함하는 공기조화장치의 제어방법에 있어서,

상기 제1압축기를 기동시킨 후 설정시간 경과 후에 상기 제2압축기를 기동시키는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
제11항에 있어서,

상기 제1압축기 기동 전에 공조부하에 따른 필요압축용량을 산출하고,

상기 제2압축기의 기동 후에 상기 필요압축용량에 부합하는 압축용량을 구현하기 위해 상기 제어밸브의 유로전환동작을 펄스폭변조방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
제11항에 있어서,

상기 제2압축기의 압축동작은 상기 베인의 후방공간으로 상기 제1압축기의 토출압력이 인가된 후에 수행하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.
제1압축기와, 상기 제1압축기와 병렬로 설치되며 베인의 진퇴동작 제어를 통하여 압축용량을 가변시킬 수 있는 제2압축기와, 상기 베인의 진퇴 동작제어를 위해 상기 베인의 후방공간으로 상기 제2압축기의 흡입 측 압력과 상기 제1압축기의 토출압력이 선택적으로 인가될 수 있도록 유로를 전환하는 제어밸브를 포함하는 공기조화장치의 제어방법에 있어서,

공조부하에 따른 필요압축용량을 산출하고,

상기 제1 및 제2압축기의 기동 후에 상기 필요압축용량에 부합하는 압축용량을 구현하기 위해 상기 제어밸브의 유로전환동작을 펄스폭변조방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화장치의 제어방법.