KR101485849B1 - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내온도 및 실내습도의 상대적인 크기에 따라 현열비를 달리하는 운전을 함으로서 실내공간을 더욱 쾌적하게 하는데 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은 냉매가 분리되어 이동하는 복수의 유로를 가지는 열교환부; 및 상기 복수의 유로에 각각 설치되고 실내온도 및 실내습도에 상응하여 각각 개도가 제어되는 팽창장치;를 포함하는 장치로 구성된다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{Air Conditioner and Control Method thereof}
본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는
냉방운전 시 토출되는 공기의 현열비를 제어하여 실내의 공간을 더욱 쾌적하게 하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 압축기, 실외열교환기, 팽창장치 및 실내열교환기 등의 주요 구성요소를 냉매가 순환되는 배관으로 연결하여 실내에 냉난방을 제공하는 기기이다.
공기조화기는 냉방운전 시, 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매가 실외열교환기와 실외팬에 의하여 응축이 되어 중온고압의 액체 상태로 상변화를 한 후 팽창장치에 의하여 증발하기 좋은 저온저압의 상태가 되고 실내열교환기와 실내팬에 의하여 냉매가 증발하여 기체 상태가 되는 과정에서 실내를 냉방한다.
이러한 공기조화기는 실내열교환기를 흐르는 냉매가 하나의 유로를 따라 유동되기 때문에 냉매의 유로 길이가 길어지게 되며, 유로의 입구부와 출구부에서의 냉매의 상태가 상이하여 실내열교환기 내부의 유로의 위치에 따라 열교환특성이 달라지는 문제가 있다.
또한, 종래의 공기조화기는 작동 시 공기조화기에서 냉방되어 토출되는 공기 의 현열비(현열부하/(현열부하+잠열부하))를 조절할 수 없어 실내의 온도나 습도에 따른 운전이 불가능하다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은
공기조화기의 실내열교환기의 내부에서 유동되는 냉매를 다수의 유로를 따라 별개로 이동시키는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 실내 공기의 온도와 습도에 따라 공기조화기에서 토출되는 공기의 현열비를 제어하는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기 및 그 제어방법은
냉매가 분리되어 이동하는 복수의 유로를 가지는 열교환부; 및 상기 복수의 유로에 각각 설치되고 실내온도 및 실내습도에 상응하여 각각 개도가 제어되는 팽창장치;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 열교환부는 중력방향을 기준으로 30도 이하의 각도로 경사지는 것이 바람직하다.
상기 팽창장치는 상기 유로의 상단 및 하단 입구에 각각 설치되는 것이 바람직하다.
상기 팽창장치는 실내온도가 기준온도보다 낮고 실내습도가 기준습도보다 높은 경우 상기 유로의 하단에 설치된 팽창장치만이 작동하는 것이 바람직하다.
상기 팽창장치는 실내온도가 기준온도보다 높고 실내습도가 기준습도보다 낮은 경우 상기 유로의 상단에 설치된 팽창장치만이 작동하는 것이 바람직하다.
상기 팽창장치는 실내온도가 기준온도보다 높고 실내습도가 기준습도보다 높은 경우 상기 유로의 상단 및 하단에 설치된 팽창장치가 모두 작동하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 복수의 유로를 가지는 열교환부에서 냉매가 분리되어 이동하는 단계; 및 팽창장치가 상기 복수의 유로에 각각 설치되고 실내온도 및 실내습도에 상응하여 각각의 팽창장치의 개도가 제어되는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 공기조화기 및 그 제어방법은 공기조화기의 실내열교환기의 내부에서 유동되는 냉매가 다수의 유로를 따라 별개로 이동되게 함으로써 유로의 위치에 따라 열교환 특성이 달라지지 않도록 한다.
또한, 본 발명은 실내 공기의 온도와 습도에 따라 공기조화기에서 토출되는 공기의 현열비가 제어되도록 하여 실내의 온도와 습도를 쾌적하게 한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전 상태의 사이클을 나타낸다.
도 1의 공기조화기(1)는 냉매를 압축하는 압축기(2), 압축기(2)에서 토출된 고온고압의 냉매를 실외공기와 열교환시키기 위한 실외열교환기(3), 실외열교환기를 통과한 냉매를 팽창시켜 저온저압의 상태로 만드는 팽창장치(7,8) 및 팽창장 치(7,8)를 경유한 저온저압의 냉매를 실내공기와 열교환시키기 위한 실내열교환기(6)를 구비한다.
실외열교환기(6)의 일측에는 실외공기를 강제 송풍하여 실외열교환기(3) 내부를 흐르는 냉매와 열교환시키는 실외열교환기 팬(4)이 설치되며, 실내열교환기(6)의 일측에는 실내공기를 강제 송풍하여 실내열교환기(6) 내부를 흐르는 냉매와 열교환시키는 실내열교환기 팬(5)이 설치된다.
또한, 실내열교환기의 출구에는 온도 및 습도 측정을 위하여 온도센서(9)와 습도센서(10)가 설치된다.
팽창장치(7,8)는 실내열교환기(6)의 상부와 하부에 각각 설치될 수 있으며 상부와 하부에 설치된 팽창장치는 실내의 온도 및 습도에 따라 제어부(22)에 의해 개도를 제어함으로서 냉매의 흐름이 조절될 수 있다.
본 실시예에서는 실내열교환기(6)의 상부와 하부에만 팽창장치를 설치하고 있으나 이에 한정되지 아니하며 다수개의 팽창장치를 설치하여 실내의 온도 및 습도를 더욱 미세하게 조절할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 실내열교환기의 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서는 열교환사이클을 구성하는 실내열교환기의 유로가 상부유로(11)와 하부유로(12)로 나누어져 있다. 물론, 상기 유로는 설계조건에 따라서는 더 많이 나뉠수도 있다.
실내열교환기(6)의 상부유로(11) 및 하부유로(12)에는 팽창장치(7,8)가 각각 설치된다. 팽창장치(7,8)는 실외열교환기(3)에서 전달되는 냉매의 상태를 저온저압의 증발하기 좋은 상태로 변화시키며 실내의 온도 및 습도에 따라 각각의 팽창장치(7,8)의 개도가 제어됨으로서 실내환경에 따른 상대적인 운전이 가능하다.
구체적으로, 온도센서(9)로부터 측정한 온도가 기준온도(예를들면,26℃)보다 낮고 습도센서(10)로부터 측정한 습도가 기준습도(예를들면,상대습도50%)보다 높은 경우 상부유로의 팽창장치(7)를 오프시키고 하부유로의 팽창장치(8)를 온시킨다.
그러면, 압축기(2)에서 압축된 냉매는 실외열교환기(3)에서 응축이 된 후 하부유로 팽창장치(8)에서 팽창을 하고 하부유로(12)에서 증발을 한 후 압축기(2)로 들어가는 사이클을 형성하게 된다. 이 때, 실내팬(5)에서 유입된 공기는 실내열교환기(6)의 상부와 하부를 모두 통과하므로 상부유로(11)를 통과한 공기는 유입된 실내공기의 상태와 온도와 습도가 동일한 상태가 되고, 하부유로(12)를 통과한 공기는 증발면적의 감소로 현열비가 작아진다.
또한, 하부유로를 통과하는 냉매는 상부유로가 닫힘에 따라 통과하는 단면적이 줄어들게 됨으로서 냉매의 압력은 저압이 되고 이로 인해 냉매는 종래의 공기조화기에서 실내열교환기를 지나는 냉매보다 저온이 된다.
따라서, 저온의 냉매를 지나는 낮은 온도의 공기는 잠열교환을 활발히 함으로서 제습을 많이 하게된다.
한편, 상부유로(11)와 하부유로(12)의 공기가 모여서 실내로 토출되면 기존의 공기조화기에서 통과시킨 공기에 비하여 현열부하는 작고 잠열부하는 유사하여 현열비가 낮아지고 실내의 온도를 적게 낮추면서 제습은 비슷하게 시키게 된다.
즉, 하부유로를 통과하는 공기는 저온의 냉매와의 열교환으로 제습을 많이 하게 되며 상부유로를 통과한 공기와 합치게 되면 일반 공기조화기와 비교시 제습효과는 비슷하게 되는 것이다.
반대로, 온도센서(9)로부터 측정한 온도가 기준온도(예를들면,26℃)보다 높고 습도센서(10)로부터 측정한 습도가 기준습도(예를들면,상대습도50%)보다 낮은 경우 하부유로의 팽창장치(8)를 오프시키고 상부유로의 팽창장치(7)를 온시킨다.
그러면, 압축기(2)에서 압축된 냉매는 실외열교환기(3)에서 응축이 된 후 상부유로 팽창장치(7)에서 팽창을 하고 상부유로(11)에서 증발을 한 후 압축기(2)로 들어가는 사이클을 형성하게 된다. 이 때, 실내팬(5)에서 유입된 공기는 실내열교환기(6)의 상부유로(11)와 하부유로(12)를 모두 통과하게 되며 상부유로(11)를 통과한 공기는 온도가 낮아지고 공기에 포함되어 있는 습기가 응축이 되어 응축수가 발생한다. 이 때, 응축수는 중력에 의해 열교환기핀(13)을 따라 하부유로(12)로 내려오게 되며 하부유로(12)를 통과하는 공기는 상부유로(11)에서 내려온 물을 증발시켜 가습의 효과가 발생하게 된다.
따라서, 상부유로(11)와 하부유로(12)를 통과하는 공기가 모여서 실내로 토출되면 제습은 적게하면서 온도를 낮춘 공기가 나오게 된다.
또한, 상부유로의 팽창장치(7)와 하부유로의 팽창장치(8)를 모두 온시켜 상부유로(11)와 하부유로(12)에 저온저압으로 팽창된 냉매를 통과시킴으로서 온도와 습도를 동시에 낮출 수 있다.
한편, 실내열교환기(6)는 중력방향과 이루는 각도가 0~30°를 이루도록 공기 조화기(1) 내부에 설치됨으로서, 실내열교환기(6) 내부에서 응축된 물이 열교환기 핀(13)을 따라서 아래방향으로 흐르게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기(1)의 동작제어를 나타낸 블럭도이다.
제어부(22)는 입력부(20)를 통하여 운전신호가 입력되면, 온도센서(9) 및 습도센서(10)에서 측정한 온도 및 습도에 관한 정보를 전달받고, 그 정보를 메모리(21)에 저장된 기준온도 및 기준습도와 비교하여 대소를 판단한다. 측정된 실내온도가 기준온도보다 낮고 측정된 실내습도가 기준습도보다 높은 경우 제어부(22)는 상부유로의 팽창장치(7)를 오프시키고 하부유로의 팽창장치(8)와 압축기(2), 실내열교환기(6) 및 실외열교환기(3)를 온시킨다.
반대로, 측정된 실내온도가 기준온도보다 높고 측정된 실내습도가 기준습도보다 낮은 경우 제어부(22)는 하부유로의 팽창장치(8)를 오프시키고 상부유로의 팽창장치(7)와 압축기(2), 실내열교환기(6) 및 실외열교환기(3)을 온시킴으로서 실내온도 및 실내습도에 따른 상대적인 운전을 수행한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전 상태의 제어방법에 대한 흐름도이다.
입력부(20)를 통하여 공기조화기의 운전신호가 입력되면(s10), 제어부(22)는 온도센서(9) 및 습도센서(10)를 통하여 측정한 실내의 온도 및 습도에 대한 정보를 전달받는다(s11).
제어부(22)는 측정된 실내온도를 메모리(21)에 저장되어 있는 기준온도(예를 들면,26℃)와 대소를 비교하고(s12), 실내온도가 기준온도 이상이면 실내습도와 기준습도(예를들면,상대습도50%)와 대소를 비교한다(s14). 실내습도가 기준습도 이상이면 상부유로 팽창장치(7) 및 하부유로 팽창장치(8)를 모두 온하며(s16), 압축기와 실내열교환기(6) 및 실외열교환기(3)를 모두 온시킨다(s18). 이후 사용자가 전원스위치의 OFF 신호를 입력하였는지 여부를 판단한다(s19).
s19단계에서 운전 오프 신호가 입력된 경우이면 제어부(22)는 제어를 종료하고, 입력되지 아니한 경우이면 다시 s12단계로 이동한다.
한편, s12단계에서 실내온도가 기준온도 미만인 경우에는 제어부(22)는 실내습도와 기준습도의 대소를 비교한다(s13). 실내습도가 기준습도 이상이면 제어부(22)는 상부유로 팽창장치(7)를 오프하고 하부유로 팽창장치(8)를 온시킨다(s17). 이후 압축기(2)와 실내열교환기(6) 및 실외열교환기(3)를 모두 온시키며(s18) 사용자가 전원스위치의 OFF 신호를 입력하였는지 여부를 판단한다(s19).
s19단계에서 운전 오프 신호가 입력된 경우이면 제어부(22)는 제어를 종료하고, 입력되지 아니한 경우이면 다시 s12단계로 이동한다.
한편, S13단계에서 실내습도가 기준습도 미만인 경우에는 S19단계로 가서 사용자의 OFF신호의 입력여부를 판단하고 오프 신호가 입력된 경우 제어부(22)는 제어를 종료하고, 입력되지 아니한 경우에는 다시 s12단계로 이동한다.
한편, s14단계에서 실내습도가 기준습도 미만인 경우에는 상부유로 팽창장치(7)를 온시키고 하부유로 팽창장치(8)를 오프시킨다(s15). 이후 압축기(2)와 실내열교환기(6) 및 실외열교환기(3)를 온시키며(s18) 사용자가 전원스위치의 오프 신호를 입력하였는지 여부를 판단한다(s19).
s19단계에서 운전 오프 신호가 입력된 경우이면 제어부(22)는 제어를 종료하고, 입력되지 아니한 경우이면 다시 s12단계로 이동한다.
한편, 상술한 기준온도 및 기준습도는 실내에서 가장 쾌적함을 느낄 수 있는 온도 및 습도이거나 사용자가 공기조화기 작동 시 설정한 온도 및 습도일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전 상태의 사이클을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 실내열교환기의 개략도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 동작제어를 나타낸 블럭도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전 상태의 제어방법을 나타낸 흐름도
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
7 : 상부유로 팽창장치 8 : 하부유로 팽창장치
11 : 상부유로 12 : 하부유로

Claims (7)

  1. 냉매가 분리되어 이동하는 복수의 유로를 가지는 열교환부; 및
    상기 복수의 유로에 각각 설치되고 실내온도 및 실내습도에 상응하여 각각 개도가 제어되는 팽창장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환부는 중력방향을 기준으로 30도 이하의 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창장치는 상기 유로의 상부 및 하부 입구에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 팽창장치는 실내온도가 기준온도보다 낮고 실내습도가 기준습도보다 높은 경우 상기 유로의 하부에 설치된 팽창장치만이 작동하는 것을 특징으로 하는 공기조화기
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 팽창장치는 실내온도가 기준온도보다 높고 실내습도가 기준습도보다 낮은 경우 상기 유로의 상부에 설치된 팽창장치만이 작동하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 팽창장치는 실내온도가 기준온도보다 높고 실내습도가 기준습도보다 높은 경우 상기 유로의 상부 및 하부에 설치된 팽창장치가 모두 작동하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  7. 복수의 유로를 가지는 열교환부에서 냉매가 분리되어 이동하는 단계; 및
    팽창장치가 상기 복수의 유로에 각각 설치되고 실내온도 및 실내습도에 상응하여 각각의 팽창장치의 개도가 제어되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
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