KR102240070B1 - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉매를 압축기에 효율적으로 인젝션하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기; 및 상기 응축기에서 상기 증발기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기의 고압측 및 저압측으로 선택적 또는 동시에 인젝션하는 인젝션 모듈을 포함한다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법 {Air Conditioner and Controlling method for the same}
본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉매를 압축기에 효율적으로 인젝션하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 압축기, 실외 열교환기, 팽창밸브 및 실내 열교환기를 포함하는 냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방시키는 장치이다. 즉 실내를 냉방시키는 냉방기, 실내를 난방시키는 난방기로 구성될 수 있다. 그리고 실내를 냉방 또는 난방시키는 냉난방 겸용 공기조화기로 구성될 수도 있다.
이러한 공기조화기는, 선행문헌 1(한국 공개특허공보 제10-2013-0096831호)와 유사하게, 난방 또는 냉방시 응축된 냉매 일부를 압축기에 인젝션(injection)하여 효율을 향상시킨다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 효율적으로 냉매를 압축기에 인젝션할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 냉매를 압축기의 고압측 및 저압측에 선택적 또는 동시에 인젝션할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기; 및 상기 응축기에서 상기 증발기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기의 고압측 및 저압측으로 선택적 또는 동시에 인젝션하는 인젝션 모듈을 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기와 연결되어 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기와 연결되어 냉매를 증발하는 증발기와, 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 배치되어 상기 응축기에서 상기 증발기로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발하며 상기 압축기의 고압측 및 저압측에 연결되는 인젝션 모듈을 포함하는 공기조화기의 제어방법은, 상기 인젝션 모듈이 상기 압축기에 냉매를 인젝션할 수 있는지 판단하는 단계; 및 상기 인젝션 모듈이 인젝션할 수 있다고 판단한 경우 상기 인젝션 모듈이 상기 응축기에서 상기 증발기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기의 상기 고압측 및 상기 저압측으로 선택적 또는 동시에 인젝션하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 공기조화기 및 그 제어방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　냉매를 압축기의 고압측 및 저압측에 선택적 또는 동시에 인젝션할 수 있는 장점이 있다.
둘째,　압축기의 고압측 및 저압측에 인젝션시 하나의 인젝션 모듈을 사용하여 구조를 단순화할 수 있는 장점도 있다.
셋째,　압축비에 따라 압축기의 고압측 및 저압측에 선택적 또는 동시에 인젝션하여 성능을 높이거나 효율을 높일 수 있는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법에 대한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 인젝션 모듈이 압축기의 고압측으로만 냉매를 인젝션할 때의 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 공기조화기의 압력-엔탈피 선도(Pressure-Enthalpy Diagram, 이하 P-h 선도)를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 인젝션 모듈이 압축기의 고압측 및 저압측으로 냉매를 인젝션할 때의 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 공기조화기의 압력-엔탈피 선도(P-h 선도)를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 공기조화기 및 그 제어방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 압축기(110)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(120)와, 응축기(120)에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기(130)와, 응축기(120)에서 증발기(130)로 유동되는 냉매의 일부를 압축기(110)의 고압측 및 저압측으로 선택적 또는 동시에 인젝션하는 인젝션 모듈(170)을 포함한다.
압축기(110)는 유입되는 저온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축시킨다. 압축기(110)는 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 실린더 및 피스톤을 이용한 왕복동 압축기 또는 선회 스크롤 및 고정 스크롤을 이용한 스크롤 압축기일 수 있다. 본 실시예에서 압축기(110)는 스크롤 압축기이다.
압축기(110)는, 증발기(130)에서 증발된 냉매가 유입되는 제 1 유입포트(111)와, 인젝션 모듈(180)에서 팽창되어 증발된 냉매가 유입되는 제 2 유입포트(112) 및 제 3 유입포트(113)와, 압축된 냉매가 토출되는 토출포트(114)를 포함한다.
제 2 유입포트(112)는 압축기(110)에서 냉매가 압축되는 압축실의 저압측에 형성되고 제 3 유입포트(113)는 압축기(110) 압축실의 고압측에 형성되는 것이 바람직하다.
압축기(110)의 저압측은 압축실에서 제 1 유입포트(111)에 가까운 부분이며, 고압측은 토출포트(114)에 가까운 부분이다. 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)로 유입된 냉매는 압축실 내부로 유입되어 저압측을 거쳐 고압측을 통과하여 토출포트(114)로 토출된다.
압축기(110)는 제 1 유입포트(111)로 유입된 냉매를 압축실에서 압축하며 압축실의 저압측에 형성된 제 2 유입포트(112)로 유입되는 냉매와 합류시켜 압축시킨다. 압축기(110)는 합류된 냉매를 압축하며 압축실의 고압측에 형성된 제 3 유입포트(113)로 유입되는 냉매와 합류하여 압축시켜 압축시킨다. 압축기(110)는 합류된 냉매를 압축하여 토출포트(114)로 토출시킨다.
응축기(120)는 압축기(110)와 연결되어 압축기(110)에서 압축된 냉매를 응축한다. 공기조화기가 실내를 냉방하는 냉방기인 경우 응축기(120)는 실외에 배치되어 실외 공기를 냉매와 열교환하는 실외 열교환기이고, 공기조화기가 실내를 난방하는 난방기인 경우 응축기(120)는 실내에 배치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기인 것이 바람직하다.
응축기(120)는 인젝션 모듈(170)과 연결되어, 응축기(120)에서 응축된 냉매는 인젝션 모듈(170)로 유동된다.
메인 팽창밸브(140)는 인젝션 모듈(170)과 증발기(130)사이에 배치된다. 메인 팽창밸브(140)는 응축기(120)에서 응축되어 인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매를 팽창한다. 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매는 증발기(130)로 유동된다.
증발기(130)는 메인 팽창밸브(140)와 압축기(110)사이에 구비되어 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매를 증발한다. 공기조화기가 실내를 냉방하는 냉방기인 경우 증발기(130)는 실내에 배치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기이고, 공기조화기가 실내를 난방하는 난방기인 경우 증발기(130)는 실외에 배치되어 실외 공기를 냉매와 열교환하는 실외 열교환기인 것이 바람직하다.
인젝션 모듈(170)은 응축기(120)와 증발기(130) 사이에 배치되어 압축기(110)의 고압측 및 저압측과 연결된다. 인젝션 모듈(170)은 압축기(110)의 제 2 유입포트(112), 압축기(110)의 제 3 유입포트(113), 응축기(120) 및 메인 팽창밸브(140)와 연결된다.
인젝션 모듈(170)은 응축기(120)에서 응축되어 증발기(130)로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발하고, 다른 일부는 과냉각한다. 인젝션 모듈(170)은 압축기(110)의 고압측 및 저압측에 연결되어 응축기(120)에서 증발기(130)로 유동되는 냉매의 일부를 압축기(110)의 고압측 및 저압측에 선택적 또는 동시에 인젝션한다.
인젝션 모듈(170)은 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 압력인 응축압력을 증발기(130)에서 증발되는 냉매의 압력인 증발압력으로 나눈 압축비에 따라 압축기(110)의 고압측으로 냉매를 인젝션하거나 압축기(110)의 고압측 및 저압측으로 냉매를 인젝션하는 것이 바람직하다.
인젝션 모듈(170)은 압축비가 기설정된 기준 압축비보다 낮은 경우 압축기(110)의 고압측으로 냉매를 인젝션하는 것이 바람직하다. 인젝션 모듈은 압축비가 기설정된 기준 압축비보다 높은 경우 압축기(110)의 고압측 및 저압측으로 냉매를 인젝션하는 것이 바람직하다.
인젝션 모듈(170)은, 응축기(120)로부터 유동되는 냉매의 일부를 팽창하는 인젝션 팽창밸브(171)와, 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 응축기(120)로부터 유동되는 냉매의 다른 일부와 열교환하여 증발하는 인젝션 열교환기(172)와, 인젝션 열교환기(172)와 압축기(110)의 고압측 사이에 배치되어 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매의 유동을 조절하는 고압 인젝션 밸브(173)와, 인젝션 열교환기(172)와 압축기(110)의 저압측 사이에 배치되어 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매의 유동을 조절하는 저압 인젝션 밸브(174)를 포함한다.
인젝션 팽창밸브(171)는 인젝션 열교환기(172) 및 메인 팽창밸브(140)와 연결된다. 인젝션 팽창밸브(171)는 응축기(120)에서 응축되어 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매의 일부를 팽창하여 인젝션 열교환기(172)로 안내한다.
실시예에 따라 인젝션 팽창밸브(171)는 응축기(120) 및 인젝션 열교환기(172)와 연결되어, 응축기(120)에서 응축된 냉매의 일부를 팽창할 수 있다.
인젝션 열교환기(172)는 응축기(120), 메인 팽창밸브(140), 인젝션 팽창밸브(171), 고압 인젝션 밸브(173) 및 저압 인젝션 밸브(174)와 연결된다.
인젝션 열교환기(172)는 응축기(120)에서 응축된 냉매와 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 열교환한다. 인젝션 열교환기(172)는 응축기(120)로부터 유동되는 냉매를 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매와 열교환하여 과냉각하고, 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 응축기(120)로부터 유동되는 냉매와 열교환하여 증발한다.
인젝션 열교환기(172)는 응축기(120)에서 응축된 냉매를 과냉각하여 메인 팽창밸브(140) 및/또는 인젝션 팽창밸브(171)로 안내한다. 인젝션 열교환기(172)는 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 증발하여 고압 인젝션 밸브(173) 및/또는 저압 인젝션 밸브(174)로 안내한다.
고압 인젝션 밸브(173)는 인젝션 열교환기(172)와 압축기(110)의 고압측 사이에 배치된다. 고압 인젝션 밸브(173)는 인젝션 열교환기(172) 및 제 3 유입포트(113)와 연결된다.
고압 인젝션 밸브(173)는 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매의 유동을 조절한다. 고압 인젝션 밸브(173)가 개방되면 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매가 제 3 유입포트(113)를 통하여 압축기(110)의 고압측으로 인젝션된다. 고압 인젝션 밸브(173)가 폐쇄되면 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 제 3 유입포트(113)로 유동되지 않는다.
저압 인젝션 밸브(174)는 인젝션 열교환기(172)와 압축기(110)의 저압측 사이에 배치된다. 저압 인젝션 밸브(174)는 인젝션 열교환기(172) 및 제 2 유입포트(112)와 연결된다.
저압 인젝션 밸브(174)는 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매의 유동을 조절한다. 저압 인젝션 밸브(174)가 개방되면 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매가 제 2 유입포트(112)를 통하여 압축기(110)의 저압측으로 인젝션된다. 저압 인젝션 밸브(174)가 폐쇄되면 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 제 2 유입포트(112)로 유동되지 않는다.
고압 인젝션 밸브(173)와 저압 인젝션 밸브(174)는 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 압력인 응축압력을 증발기(130)에서 증발되는 냉매의 압력인 증발압력으로 나눈 압축비에 따라 개폐되는 것이 바람직하다.
압축비가 기설정된 기준 압축비보다 낮은 경우 고압 인젝션 밸브(173)는 개방되고 저압 인젝션 밸브(174)는 폐쇄되는 것이 바람직하다. 압축비가 기설정된 기준 압축비보다 높은 경우 고압 인젝션 밸브(173)와 저압 인젝션 밸브(174)는 모두 개방되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는, 공기조화기를 제어하는 제어부(10)와, 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 응축압력을 측정하는 응축 압력센서(11)와, 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 응축온도를 측정하는 응축 온도센서(12)와, 증발기(130)에서 증발되는 냉매의 증발압력을 측정하는 증발 압력센서(13)와, 증발기(130)에서 증발되는 냉매의 증발온도를 측정하는 증발 온도센서(14)와, 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 토출온도를 측정하는 토출 온도센서(15)를 포함할 수 있다.
제어부(10)는 공기조화기의 운전을 제어하는 것으로서, 압축기(110), 메인 팽창밸브(140), 인젝션 팽창밸브(171), 고압 인젝션 밸브(173) 및 저압 인젝션 밸브(174)를 제어한다. 제어부(10)는 부하에 따라 압축기(110)의 운전속도 및 메인 팽창밸브(140)의 개도를 조절한다. 제어부(10)는 운전조건에 따라 인젝션 팽창밸브(171)를 폐쇄하거나 인젝션 팽창밸브(171)의 개도를 조절한다.
제어부(10)는 상술한 압축비가 기설정된 기준 압축비보다 낮은 경우 고압 인젝션 밸브(173)를 개방하고 저압 인젝션 밸브(174)를 폐쇄한다. 제어부(10)는 압축비가 기설정된 기준 압축비보다 높은 경우 고압 인젝션 밸브(173)와 저압 인젝션 밸브(174)를 모두 개방한다.
응축 압력센서(11)는 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 응축압력을 측정하는 센서이다. 응축 압력센서(11)는 다양한 지점에 위치하여 냉매의 응축압력을 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 c 지점에 구비된다. 실시예에 따라 응축 압력센서(11)는 응축기(120)에 구비될 수 있다. 실시예에 따라 냉매의 응축압력은 응축 온도센서(12)가 측정한 냉매의 응축온도로부터 환산할 수 있다.
응축 온도센서(12)는 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 응축온도를 측정하는 센서이다. 응축 온도센서(12)는 다양한 지점에 위치하여 냉매의 응축온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 c 지점에 구비된다. 실시예에 따라 응축 온도센서(12)는 응축기(120)에 구비될 수 있다. 실시예에 따라 냉매의 응축온도는 응축 압력센서(11)가 측정한 냉매의 응축압력으로부터 환산할 수 있다.
증발 압력센서(13)는 증발기(130)에서 증발되는 냉매의 증발압력을 측정하는 센서이다. 증발 압력센서(13)는 다양한 지점에 위치하여 냉매의 증발압력을 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 i 지점에 구비된다. 실시예에 따라 증발 압력센서(13)는 증발기(130)에 구비될 수 있다. 실시예에 따라 냉매의 증발압력은 증발 온도센서(14)가 측정한 냉매의 증발온도로부터 환산할 수 있다.
증발 온도센서(14)는 증발기(130)에서 증발되는 냉매의 증발온도를 측정하는 센서이다. 증발 온도센서(14)는 다양한 지점에 위치하여 냉매의 증발온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 i 지점에 구비된다. 실시예에 따라 증발 온도센서(14)는 증발기(130)에 구비될 수 있다. 실시예에 따라 냉매의 증발온도는 증발 압력센서(13)가 측정한 냉매의 증발압력으로부터 환산할 수 있다.
토출 온도센서(15)는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출되는 냉매의 토출온도을 측정하는 센서이다. 토출 온도센서(15)는 다양한 지점에 위치하여 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 b 지점에 구비된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법에 대한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 인젝션 모듈이 압축기의 고압측으로만 냉매를 인젝션할 때의 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 공기조화기의 압력-엔탈피 선도(Pressure-Enthalpy Diagram, 이하 P-h 선도)를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 인젝션 모듈이 압축기의 고압측 및 저압측으로 냉매를 인젝션할 때의 구성도이고, 도 7은 도 6에 도시된 공기조화기의 압력-엔탈피 선도(P-h 선도)를 나타내는 도면이다.
제어부(10)가 운전을 개시한다(S210). 운전개시시 제어부(10)는 인젝션 팽창밸브(171), 고압 인젝션 밸브(173) 및 저압 인젝션 밸브(174)를 폐쇄하고, 운전 로직에 따라 압축기(110)의 운전속도 및 메인 팽창밸브(140)의 개도를 조절한다.
도 3을 참조하여 운전개시시 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.
압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출포트(114)를 통하여 토출된다. 토출포트(114)로 토출된 냉매는 응축기(120)로 유동된다.
응축기(120)로 유동된 냉매는 공기와 열교환을 하여 응축된다. 공기조화기가 냉방기인 경우 응축기(120)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 하며, 공기조화기가 난방기인 경우 응축기(120)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 한다. 응축기(120)에서 응축된 냉매는 인젝션 모듈(170)로 유동된다.
운전개시시 인젝션 팽창밸브(171)는 폐쇄되므로, 인젝션 모듈(170)로 유동된 냉매는 메인 팽창밸브(140)로 안내된다.
메인 팽창밸브(140)로 유동된 냉매는 팽창된다. 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매는 증발기(130)로 유동된다.
증발기(130)로 유동된 냉매는 공기와 열교환하여 증발된다. 공기조화기가 냉방기인 경우 증발기(130)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 하며, 공기조화기가 난방기인 경우 증발기(130)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 한다. 증발기(130)에서 증발된 냉매는 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)로 유동된다. 제 1 유입포트(111)로 유동된 냉매는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.
제어부(10)는 인젝션 모듈(170)이 인젝션이 가능한지 판단한다(S220). 제어부(10)는 인젝션 조건이 만족되어 인젝션 모듈(170)이 압축기(110)에 냉매를 인젝션할 수 있는지 판단한다. 인젝션 조건은 압축기(110)의 운전속도, 토출과열도, 응축온도, 증발온도 또는 압축비 등으로부터 설정될 수 있다.
압축기(110)의 운전속도는 압축기(110)에 포함된 냉매를 압축하기 위하여 회전력을 발생하는 모터(미도시)의 회전속도로서 주파수 단위로 나타낼 수 있다. 압축기(110)의 운전속도는 압축기(110)의 압축능력과 비례한다. 제어부(10)는 압축기(110)의 운전속도가 설정된 운전속도보다 높은지 판단하여 인젝션 조건을 만족하는지 판단할 수 있다.
토출과열도는 토출 온도센서(15)가 측정한 토출온도와 응축 온도센서(12)가 측정한 응축온도의 차이다. 즉, (토출과열도) = (토출온도) - (응축온도) 이다. 제어부(10)는 토출과열도가 설정된 토출과열도보다 높은지 판단하여 인젝션 조건을 만족하는지 판단할 수 있다.
응축온도는 응축 온도센서(12)가 측정한 냉매의 응축온도이다. 응축온도는 응축기(120)에서 냉매가 응축하는 온도이다. 제어부(10)는 응축온도가 설정된 조건을 만족하는지 판단하여 인젝션 조건을 만족하는지 판단할 수 있다.
증발온도는 증발 온도센서(14)가 측정한 냉매의 증발온도이다. 증발온도는 증발기(130)에서 냉매가 증발하는 온도이다. 제어부(10)는 증발온도가 설정된 조건을 만족하는지 판단하여 인젝션 조건을 만족하는지 판단할 수 있다. 응축온도와 증발온도는 상호 일차부등식 관계를 가지는 조건을 가질 수 있다.
압축비는 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 압력인 응축압력을 증발기(130)에서 증발되는 냉매의 압력인 증발압력으로 나눈 값이다. 즉, (압축비) = (응축압력) / (증발압력) 이다. 응축압력은 응축 압력센서(11)가 측정한 냉매의 응축압력으로서, 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 압력이다. 증발압력은 증발 압력센서(13)가 측정한 냉매의 증발압력으로서, 증발기(130)에서 증발되는 냉매의 압력이다. 제어부(10)는 압축비가 인젝션이 가능한 최소 압축비보다 큰지 판단하여 인젝션 조건을 만족하는지 판단할 수 있다.
실시예에 따라, 난방운전시 인젝션 조건은 상술한 압축기(110)의 운전속도, 토출과열도, 응축온도, 증발온도 및 압축비 중 어느 하나가 조건을 만족하거나 적어도 둘 이상이 조건을 만족하도록 설정될 수 있다.
인젝션 조건을 만족하여 인젝션 모듈(170)의 인젝션이 가능하다고 판단한 경우 제어부(10)는 압축비가 기설정된 기준 압축비보다 작은지 판단한다(S230). 기준 압축비는 기설정되어 저장된 값으로, 상술한 최소 압축비보다 크게 설정된다. 기준 압축비는 공기조화기가 고성능을 요구할 때의 압축비로 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 기준 압축비는, 공기조화기가 냉방기인 경우 증발기(130)가 설치되는 실내의 온도가 사용자가 요구하는 설정 온도보다 매우 높아 공기조화기에 높은 부하가 발생될 때의 압축비이거나, 공기조화기가 난방기인 경우 응축기(120)가 설치된 실내의 온도가 사용자가 요구하는 설정 온도보다 매우 낮아 공기조화기에 높은 부하가 발생될 때의 압축비이다.
압축비가 기준 압축비보다 낮은 경우 공기조화기는 고효율 운전을 하는 것이 바람직하며, 압축비가 기준 압축비보다 높은 경우 공기조화기는 고성능 운전을 하는 것이 바람직하다.
압축비가 기준 압축비보다 작은 경우 제어부(10)는 고압 인젝션 밸브(173)를 개방하고 저압 인젝션 밸브(174)를 폐쇄한다(S240). 또한, 제어부(10)는 인젝션 팽창밸브(171)의 개도를 조절한다. 실시예에 따라 압축비가 기준 압축비보다 작거나 같은 경우 제어부(10)는 고압 인젝션 밸브(173)를 개방하고 저압 인젝션 밸브(174)를 폐쇄할 수 있다.
압축비가 기준 압축비보다 낮은 경우 인젝션 모듈(170)은 압축기(110)의 고압측으로만 냉매를 인젝션한다.
도 4 및 도 5를 참조하여 인젝션 모듈이 압축기의 고압측으로만 냉매를 인젝션할 때 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.
압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출포트(114)를 통하여 토출된다. 토출포트(114)로 토출된 냉매는 응축기(120)로 유동된다.
응축기(120)로 유동된 냉매는 공기와 열교환을 하여 응축된다. 공기조화기가 냉방기인 경우 응축기(120)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 하며, 공기조화기가 난방기인 경우 응축기(120)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 한다. 응축기(120)에서 응축된 냉매는 인젝션 모듈(170)로 유동된다.
압축비가 기준 압축비보다 낮은 경우 인젝션 팽창밸브(171)는 개방되므로, 인젝션 열교환기(172)로 유동된 냉매는 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매와 열교환하여 과냉각된다.
인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매의 일부는 인젝션 팽창밸브(171)로 유동되고, 다른 일부는 메인 팽창밸브(140)로 유동된다.
인젝션 팽창밸브(171)로 유동된 냉매는 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된다. 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매는 인젝션 열교환기(172)에서 응축기(120)로부터 유동된 냉매와 열교환하여 증발된다.
압축비가 기준 압축비보다 낮은 경우 고압 인젝션 밸브(173)만 개방되므로, 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 개방된 고압 인젝션 밸브(173)를 통과하여 압축기(110)의 제 3 유입포트(113)로 유동된다. 제 3 유입포트(113)로 유동된 냉매는 압축기(110)의 고압측으로 인젝션되어 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.
메인 팽창밸브(140)로 유동된 냉매는 팽창된다. 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매는 증발기(130)로 유동된다.
증발기(130)로 유동된 냉매는 공기와 열교환하여 증발된다. 공기조화기가 냉방기인 경우 증발기(130)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 하며, 공기조화기가 난방기인 경우 증발기(130)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 한다.
증발기(130)에서 증발된 냉매는 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)로 유동된다. 제 1 유입포트(111)로 유동된 냉매는 압축기(110)에서 압축되며 고압측에서 제 3 유입포트(113)를 통하여 인젝션된 냉매와 함께 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.
도 5를 참조하면, 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각(f 지점)된 냉매는 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창(g 지점)된 후 인젝션 열교환기(172)에서 증발(h 지점)된다. 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 압축기(110)의 고압측(x 지점)으로 인젝션된다. 도 5와 같이 압축 과정이 2단으로 나뉘게 되어 압축기(110)의 효율을 높이게 됨으로써 고효율 운전을 실시할 수 있다.
압축비가 기준 압축비보다 작은 경우 제어부(10)는 고압 인젝션 밸브(173)를 개방하고 저압 인젝션 밸브(174)를 폐쇄한다(S250). 또한, 제어부(10)는 인젝션 팽창밸브(171)의 개도를 조절한다.
압축비가 기준 압축비보다 크거나 같은 경우 제어부(10)는 고압 인젝션 밸브(173)를 개방하고 저압 인젝션 밸브(174)를 개방한다(S250). 또한, 제어부(10)는 인젝션 팽창밸브(171)의 개도를 조절한다. 실시예에 따라 압축비가 기준 압축비보다 큰 경우 제어부(10)는 고압 인젝션 밸브(173)를 개방하고 저압 인젝션 밸브(174)를 개방할 수 있다.
압축비가 기준 압축비보다 크거나 같은 경우 인젝션 모듈(170)은 압축기(110)의 고압측 및 저압측으로 냉매를 인젝션한다.
도 6 및 도 7을 참조하여 인젝션 모듈이 압축기의 고압측 및 저압측으로 냉매를 인젝션할 때본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.
압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출포트(114)를 통하여 토출된다. 토출포트(114)로 토출된 냉매는 응축기(120)로 유동된다.
응축기(120)로 유동된 냉매는 공기와 열교환을 하여 응축된다. 공기조화기가 냉방기인 경우 응축기(120)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 하며, 공기조화기가 난방기인 경우 응축기(120)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 한다. 응축기(120)에서 응축된 냉매는 인젝션 모듈(170)로 유동된다.
압축비가 기준 압축비보다 높거나 같은 경우 인젝션 팽창밸브(171)는 개방되므로, 인젝션 열교환기(172)로 유동된 냉매는 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매와 열교환하여 과냉각된다.
인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매의 일부는 인젝션 팽창밸브(171)로 유동되고, 다른 일부는 메인 팽창밸브(140)로 유동된다.
인젝션 팽창밸브(171)로 유동된 냉매는 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된다. 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매는 인젝션 열교환기(172)에서 응축기(120)로부터 유동된 냉매와 열교환하여 증발된다.
압축비가 기준 압축비보다 높거나 같은 경우 고압 인젝션 밸브(173) 및 저압 인젝션 밸브(174)는 모두 개방되므로, 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 개방된 고압 인젝션 밸브(173) 및 저압 인젝션 밸브(174)를 통과한다.
저압 인젝션 밸브(174)를 통과한 냉매는 압축기(110)의 제 2 유입포트(112)로 유동되어 압축기(110)의 저압측으로 인젝션되어 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다. 고압 인젝션 밸브(173)를 통과한 냉매는 압축기(110)의 제 3 유입포트(113)로 유동되어 압축기(110)의 고압측으로 인젝션되어 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.
메인 팽창밸브(140)로 유동된 냉매는 팽창된다. 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매는 증발기(130)로 유동된다.
증발기(130)로 유동된 냉매는 공기와 열교환하여 증발된다. 공기조화기가 냉방기인 경우 증발기(130)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 하며, 공기조화기가 난방기인 경우 증발기(130)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 한다.
증발기(130)에서 증발된 냉매는 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)로 유동된다. 제 1 유입포트(111)로 유동된 냉매는 압축기(110)에서 압축되며 저압측에서 제 2 유입포트(112)를 통하여 인젝션된 냉매 및 고압측에서 제 3 유입포트(113)를 통하여 인젝션된 냉매와 함께 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.
도 7을 참조하면, 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각(f 지점)된 냉매는 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창(g 지점)된 후 인젝션 열교환기(172)에서 증발(h 지점)된다. 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 압축기(110)의 저압측(y 지점) 및 압축기(110)의 고압측(x 지점)으로 인젝션된다. 도 7과 같이 2지점으로 냉매가 인젝션되므로 압축기(110)로 인젝션되는 유량이 극대화되어 압축기(110)의 성능을 높이게 됨으로써 고성능 운전을 실시할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
110: 압축기 120: 응축기
130: 증발기 140: 메인 팽창밸브
170: 인젝션 모듈 171: 인젝션 팽창밸브
172: 인젝션 열교환기 173: 고압 인젝션 밸브
174: 저압 인젝션 밸브

Claims (10)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기;
    상기 응축기에서 상기 증발기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기에 인젝션하는 인젝션 모듈; 및
    상기 응축기에서 응축되는 냉매의 압력인 응축압력을 상기 증발기에서 증발되는 냉매의 압력인 증발압력으로 나눈 값인 압축비에 따라 상기 인젝션 모듈을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 압축비가 기 설정된 기준 압축비 미만인 경우, 상기 압축기의 고압측으로 상기 냉매가 인젝션되도록 상기 인젝션 모듈을 제어하고,
    상기 압축비가 상기 기준 압축비 이상인 경우, 상기 압축기의 고압측 및 저압측으로 상기 냉매가 인젝션되도록 상기 인젝션 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 인젝션 모듈은,
    냉매의 일부를 팽창하는 인젝션 팽창밸브;
    상기 인젝션 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 상기 응축기로부터 유동되는 냉매와 열교환하여 증발하는 인젝션 열교환기;
    상기 인젝션 열교환기와 상기 압축기의 상기 고압측 사이에 배치되어 상기 인젝션 열교환기에서 증발된 냉매의 유동을 조절하는 고압 인젝션 밸브; 및
    상기 인젝션 열교환기와 상기 압축기의 상기 저압측 사이에 배치되어 상기 인젝션 열교환기에서 증발된 냉매의 유동을 조절하는 저압 인젝션 밸브를 포함하는 공기조화기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 압축비가 상기 기준 압축비 미만인 경우, 상기 고압 인젝션 밸브는 개방되고 상기 저압 인젝션 밸브는 폐쇄되도록, 상기 인젝션 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 압축비가 상기 기준 압축비 이상인 경우, 상기 고압 인젝션 밸브는 개방되고, 상기 저압 인젝션 밸브는 개방되도록, 상기 인젝션 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  8. 냉매를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기와 연결되어 냉매를 응축하는 응축기와,
    상기 응축기와 연결되어 냉매를 증발하는 증발기와,
    상기 응축기와 상기 증발기 사이에 배치되어 상기 응축기에서 상기 증발기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기에 인젝션하는 인젝션 모듈과,
    상기 인젝션 모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서,
    상기 응축기에서 응축되는 냉매의 압력인 응축압력을 상기 증발기에서 증발되는 냉매의 압력인 증발압력으로 나눈 값인 압축비를 산출하는 단계;
    상기 압축비가 기 설정된 기준 압축비 미만인 경우, 상기 인젝션 모듈이 상기 압축기의 고압측으로 상기 냉매를 인젝션하는 단계; 및
    상기 압축비가 기 설정된 기준 압축비 이상인 경우, 상기 인젝션 모듈이 상기 압축기의 고압측 및 저압측으로 상기 냉매를 인젝션하는 단계를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
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