KR102461708B1 - 공기조화기 - Google Patents

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KR102461708B1
KR102461708B1 KR1020160069716A KR20160069716A KR102461708B1 KR 102461708 B1 KR102461708 B1 KR 102461708B1 KR 1020160069716 A KR1020160069716 A KR 1020160069716A KR 20160069716 A KR20160069716 A KR 20160069716A KR 102461708 B1 KR102461708 B1 KR 102461708B1
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히사시 타케이치
마사히로 아오노
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삼성전자주식회사
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Abstract

공기조화기가 개시된다. 공기조화기는 압축기, 실외 열교환기, 팽창 밸브 및 실내 열교환기가 순차적으로 연결된 히트 펌프 사이클 및 압축기의 배출부와 실외 열교환기 사이에 배치되어, 배출부로부터 실외 열교환기로 흐르는 냉매의 압력을 상승시키는 저항 유로를 포함한다.

Description

공기조화기 {AIR CONDITIONER}
본 발명은 공기조화기에 관한 것이다.
최근, 서버실 등에 설치된 공기조화기는 겨울철 등의 낮은 외기온도, 예를 들어 영하 25도 이하와 같은 낮은 외기온도에서도 냉방 운전이 수행되는 경우가 있다.
이와 같은 낮은 외기온도에서의 냉방 운전의 경우는, 실내 열교환기의 열교환 능력에 대해 실외 열교환기의 열교환 능력이 웃돌아, 응축 압력과 증발 압력과의 차가 생기지 않음으로써 압축기에 고장이 생기는 경우가 발생될 수 있으며, 이러한 경우, 압축기의 신뢰성을 담보할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 낮은 외기온도에서의 냉방 운전에 있어서도 압축기의 차압을 확보할 수 있는 공기조화기 및 공기조화기의 제어방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기는, 압축기, 실외 열교환기, 팽창 밸브 및 실내 열교환기가 순차적으로 연결된 히트 펌프 사이클; 및 상기 압축기의 배출부와 상기 실외 열교환기 사이에 배치되어, 상기 배출부로부터 상기 실외 열교환기로 흐르는 냉매의 압력을 상승시키는 저항 유로;를 포함한다.
상기 저항 유로는 상기 배출부의 직경보다 직경이 작은 세경관 또는 모세관을 포함할 수 있다.
상기 저항 유로와 병렬로 연결된 바이패스 유로; 및 상기 바이패스 유로를 개폐하는 바이패스 밸브;를 더 포함할 수 있다.
상기 바이패스 유로의 직경은 상기 저항 유로의 직경보다 크고, 상기 바이패스 밸브의 오픈 시, 상기 바이패스 유로를 통과하는 냉매의 유량은 상기 저항 유로를 통과하는 냉매의 유량보다 클 수 있다.
상기 배출부와 상기 저항 유로 사이로부터 분기(diverge)하여 상기 압축기의 유입부와 연결된 되돌림 유로; 및 상기 되돌림 유로를 개폐하는 되돌림 밸브;를 더 포함할 수 있다.
상기 되돌림 유로의 직경은 상기 저항 유로의 직경보다 크고, 상기 되돌림 밸브의 오픈 시, 상기 배출부에서 배출된 냉매의 일부는 상기 되돌림 유로를 통해 상기 압축기로 회수될 수 있다.
상기 팽창 밸브와 상기 실내 열교환기 사이로부터 분기하여 상기 유입부와 연결된 인젝션 유로; 및 상기 인젝션 유로를 개폐하는 인젝션 밸브;를 더 포함하고, 상기 인젝션 밸브의 오픈 시, 상기 팽창 밸브와 상기 실내 열교환기 사이를 흐르는 냉매의 일부는 상기 유입부로 유입될 수 있다.
상기 인젝션 유로는, 일단이 상기 팽창 밸브와 상기 실내 열교환기 사이로부터 분기하고, 상기 일단과 반대되는 타단이 상기 되돌림 유로로부터 분기할 수 있다.
상기 팽창 밸브와 상기 실내 열교환기 사이로부터 분기하여 상기 압축기의 유입부와 연결된 인젝션 유로; 및 일단이 상기 배출부와 상기 저항 유로 사이에서 분기하고, 상기 일단과 반대되는 타단이 상기 인젝션 유로로부터 분기하는 되돌림 유로;를 더 포함할 수 있다.
상기 냉매는 R32 냉매 또는 R32 냉매를 포함하는 혼합 냉매일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기의 제어방법은, 압축기의 배출부에서 배출되는 냉매의 배출온도를 측정하는 단계; 상기 배출온도를 제1 기준온도 및 상기 제1 기준온도보다 낮은 제2 기준온도와 비교하는 단계; 상기 배출부와 실외 열교환기를 연결하고, 상기 배출부로부터 배출된 냉매의 압력을 상승시키는 저항 유로와 병렬로 연결되고, 상기 저항 유로보다 직경이 큰 바이패스 유로를 제어하는 단계; 상기 배출부와 상기 저항 유로 사이에서 분기하여 상기 압축기의 유입부와 연결되고, 상기 저항 유로보다 직경이 큰 되돌림 유로를 제어하는 단계; 및 상기 압축기의 팽창 밸브와 상기 팽창 밸브와 연결된 실내 열교환기 사이로부터 분기하여 상기 유입부와 연결된 인젝션 유로;를 제어하는 단계를 포함한다.
상기 배출온도가 상기 제2 기준온도 이상 상기 제1 기준온도 미만인 경우, 상기 되돌림 유로를 클로즈하고, 상기 인젝션 유로를 미리 설정된 개도(開度)로 오픈할 수 있다.
상기 배출온도가 상기 제1 기준온도 이상인 경우, 상기 바이패스 유로를 오픈하고, 상기 되돌림 유로를 클로즈하며, 상기 인젝션 유로를 미리 설정된 개도(開度)로 오픈할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기의 제어방법은, 압축기가 배치된 외기온도를 측정하는 단계; 상기 외기온도를 기 설정된 저온제어온도와 비교하는 단계; 상기 압축기의 배출부에서 배출되는 냉매의 배출압력과 상기 압축기의 유입부로 유입되는 냉매의 유입압력을 측정하는 단계; 상기 배출압력을 상기 유입압력으로 나누어 산출한 압력비를 기 설정된 기준값과 비교하는 단계; 상기 배출압력을 제1 기준압력 및 상기 제1 기준압력보다 큰 제2 기준압력과 비교하는 단계; 상기 배출부와 실외 열교환기를 연결하고 상기 배출부로부터 배출된 냉매의 압력을 상승시키는 저항 유로와 병렬로 연결되고 상기 저항 유로보다 직경이 큰 바이패스 유로를 제어하는 단계; 및 상기 배출부와 상기 저항 유로 사이에서 분기하여 상기 압축기의 유입부와 연결되고 상기 저항 유로보다 직경이 큰 되돌림 유로를 제어하는 단계를 포함한다.
상기 외기온도가 상기 저온제어온도 이상이거나, 상기 압력비가 상기 기준값 이상이면, 상기 바이패스 유로를 오픈하고, 상기 되돌림 유로를 클로즈할 수 있다.
상기 외기온도가 상기 저온제어온도 미만이고, 상기 압력비가 상기 기준값 미만이며, 상기 배출압력이 제1 기준압력 미만이면, 상기 바이패스 유로를 클로즈하고, 상기 되돌림 유로를 오픈할 수 있다.
상기 외기온도가 상기 저온제어온도 미만이고, 상기 압력비가 상기 기준값 미만이며, 상기 배출압력이 제1 기준압력 이상 상기 제2 기준압력 미만이면, 상기 바이패스 유로를 오픈하고, 상기 되돌림 유로를 오픈할 수 있다.
상기 외기온도가 상기 저온제어온도 미만이고, 상기 압력비가 상기 기준값 미만이며, 상기 배출압력이 제2 기준압력 이상이면, 상기 바이패스 유로를 오픈하고, 상기 되돌림 유로를 클로즈할 수 있다.
상기 배출압력과 상기 유입압력을 재측정하는 단계;를 더 포함하고, 상기 재측정된 배출압력과 상기 재측정된 유입압력의 차가 미리 설정된 값 이상이면, 상기 바이패스 유로를 오픈하고, 상기 되돌림 유로를 클로즈할 수 있다.
상기 배출압력과 상기 유입압력을 재측정하는 단계;를 더 포함하고, 상기 재측정된 배출압력을 상기 재측정된 유입압력으로 나누어 산출한 재압력비가 미리 설정된 값 이상이면, 상기 바이패스 유로를 오픈하고, 상기 되돌림 유로를 클로즈할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 공기조화기의 온도보호제어에 따른 제어흐름을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 공기조화기의 저온외기제어에 따른 제어흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 저온외기제어에 따른 효과를 나타내는 실험 데이터이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기조화기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 공기조화기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 공기조화기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 공기조화기의 효과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 이하 설명되는 실시 예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해하기에 가장 적합한 실시 예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시 예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시 예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시한다.
따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시 예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시 예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고 이하 설명되는 실시 예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시 예에서 동일한 작용을 하는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기(100)의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기(100)는, 실내 유닛(10), 실외 유닛(20) 및 실내 유닛(10)과 실외 유닛(20)에서 냉매가 흐를 수 있도록 구성된 히트 펌프 사이클(200)을 포함할 수 있다.
공기조화기(100)에 사용되는 냉매는 R32 냉매 또는 R32 냉매를 포함하는 혼합 냉매일 수 있다. 이를 통해, 압축기(23)에서 배출되는 냉매의 배출온도를 상승시킬 수 있으며, 따라서, 공기조화기(100)의 효과를 상승시킬 수 있다.
실내 유닛(10)은, 서로 병렬로 접속된 감압 수단(11A, 11B)과 감압 수단(11A, 11B)에 각각 직렬로 연결된 실내 열교환기(12A, 12B)를 포함할 수 있다.
실외 유닛(20)은 사방 밸브(21), 어큐뮬레이터(22), 압축기(23), 실외 열교환기(24), 분배기(25), 팽창 밸브(26) 및 보조 열교환기(27)를 포함할 수 있다.
히트 펌프 사이클(200)은, 감압 수단(11A, 11B), 실내 열교환기(12A, 12B), 사방 밸브(21), 실외 열교환기(24), 분배기(25), 팽창 밸브(26) 및 보조 열교환기(27)가 순서대로 연결된 메인 회로(201)와, 어큐뮬레이터(22), 압축기(23) 및 사방 밸브(21)가 순서대로 접속된 압축 회로(202)를 포함할 수 있다.
전술한 히트 펌프 사이클(200), 메인 회로(201) 및 압축 회로(202)의 구성은, 전술한 구성요소들이 복수로 연결되거나, 전술한 구성요소들 중 일부가 생략되거나 다른 구성으로 대체되는 등 다양한 방식으로 그 구조 및 구성이 변경될 수 있다.
히트 펌프 사이클(200)은 감압 수단(11A, 11B)으로부터 팽창 밸브(26)로 흐르는 냉매의 일부를 전술한 메인 회로(201)로부터 분기시킴으로써 실외 열교환기(24)로 인도하지 않고 압축기(23)로 인도하는 인젝션 유로(203)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 인젝션 유로(203)는 팽창 밸브(26)와 실내 열교환기(12A, 12B) 사이로부터 분기하여 압축기(23)로 냉매가 유입될 수 있는 압축기(23)의 유입부와 연결될 수 있다.
또한, 인젝션 유로(203)를 개폐하는 인젝션 밸브(EV)가 마련될 수 있으며, 인젝션 밸브(EV)의 오픈 시, 팽창 밸브(26)와 실내 열교환기(12A, 12B) 사이를 흐르는 냉매의 일부는 인젝션 유로(203)를 통해 압축기(23)의 유입부로 유입될 수 있다.
인젝션 유로(203)를 통해 압축기(23)의 유입부로 유입되는 냉매는 보조 열교환기(27)를 통과함으로써 온도가 낮아질 수 있으며, 따라서, 인젝션 유로(203)를 통해 압축기(23)로 유입되는 압축기(23)의 배출부에서 배출되는 냉매보다 온도가 낮을 수 있다.
인젝션 유로(203)는 일단이 압축기(23)의 유입부에 접속되고 타단이 팽창 밸브(26)와 감압 수단(11A, 11B) 사이에 접속되는 인젝션 배관(La), 인젝션 배관(La)에 마련된 인젝션 밸브(EV) 및 인젝션 배관(La)에 있어, 압축기(23)와 인젝션 밸브(EV) 사이에 마련된 보조 열교환기(27)로 구성될 수 있다.
아울러, 인젝션 밸브(EV)는 유량 제어 밸브인 전동 밸브일 수 있다.
또한, 보조 열교환기(27)는 메인 회로(201)와 인젝션 유로(203)에 걸쳐서 배치될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 압축 회로(202)는 압축기(23)의 배출부에 연결된 저항 유로(30)를 포함할 수 있다.
저항 유로(30)는 압축기(23)의 배출부와 실외 열교환기(24) 사이에 배치되어, 압축기(23)의 배출부로부터 배출되는 냉매의 압력을 상승시킬 수 있다.
아울러, 저항 유로(30)는 압축기(23)의 배출부와 사방 밸브(21) 사이에 배치될 수 있다.
구체적으로, 저항 유로(30)는 압축기(23)의 배출부 배관(Lc)에 연결된 세경관 또는 모세관(capillary) 등을 포함할 수 있으며, 세경관 또는 모세관의 직경은 압축기(23)의 배출부 또는 배출부 배관(Lc)의 직경보다 작게 구성될 수 있다. 이를 통해, 압축기(23)의 배출부로부터 배출되는 냉매는 저항 유로(30)에 의해 압력이 상승될 수 있으며, 이를 통해 압축기(23)의 차압을 확보할 수 있다.
압축 회로(202)는 배출부 배관(Lc)에 있어서의 저항 유로(30)의 상류로부터 분기함과 동시에, 배출부 배관(Lc)에 있어서의 저항 유로(30)의 하류에 합류하는 바이패스 유로(204)를 포함할 수 있다.
따라서, 바이패스 유로(204)는 저항 유로(203)와 병렬로 연결될 수 있다.
예를 들어, 바이패스 유로(204)는 저항 유로(30)와 압축기(23)의 배출부 사이로부터 분기함과 동시에, 저항 유로(30)와 실외 열교환기(24) 사이에 연결될 수 있다,
아울러, 바이패스 유로(204)를 개폐하는 바이패스 밸브(SV1)가 마련될 수 있으며, 바이패스 밸브(SV1)는 예를 들어, 전자(電磁) 밸브 등을 포함할 수 있다.
또한, 바이패스 유로(204)의 직경은 저항 유로(30)의 직경보다 크게 구성될 수 있으며, 이를 통해, 바이패스 밸브(SV1)의 오픈 시, 바이패스 유로(204)를 통과하는 냉매의 유량은 저항 유로(30)를 통과하는 냉매의 유량보다 클 수 있다. 아울러, 바이패스 밸브(SV1)가 오픈되는 경우, 냉매는 저항 유로(30)를 통과하지 않을 수도 있다.
공기조화기(100)는, 일단이 배출부 배관(Lc)에 있어서의 저항 유로(30)보다 상류에 접속됨과 동시에, 타단이 압축기(23)의 유입부에 접속되어, 압축기(23)로부터 배출된 냉매의 일부를 압축기(23)로 되돌리는 되돌림 유로(205)를 더 포함할 수 있다.
되돌림 유로(205)는 압축기(23)의 배출부와 저항 유로(30) 사이로부터 분기하여 압축기(23)의 유입부와 연결될 수 있다.
또한, 되돌림 유로(205)를 개폐하는 되돌림 밸브(SV2)가 마련될 수 있으며, 예를 들어, 되돌림 밸브(SV2)는 전자 밸브일 수 있다.
아울러, 되돌림 유로(205)의 직경은 저항 유로(30)의 직경보다 크게 구성될 수 있으며, 이를 통해 되돌림 밸브(SV2)의 오픈 시, 압축기(23)의 배출부에서 배출된 냉매의 일부는 되돌림 유로(205)를 통해 압축기(23)의 유입부로 회수될 수 있다.
구체적으로, 되돌림 유로(205)는 전술한 인젝션 배관(La)과 배출부 배관(Lc)을 연결하는 연결 배관(Lb) 및 인젝션 배관(La)의 일부로 구성될 수 있다.
또한, 인젝션 유로(203)는 일단이 팽창 밸브(26)와 실내 열교환기(12A, 12B) 사이로부터 분기하고, 일단과 반대되는 타단이 되돌림 유로(205)로부터 분기하는 구성일 수 있다.
전술한 바이패스 밸브(SV1), 되돌림 밸브(SV2) 및 인젝션 밸브(EV)는 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다. 낮은 외기온도에서의 냉방 운전에 있어서 압축기(23)를 가동시킬 때, 인젝션 배관(La)에 마련되어 있는 인젝션 밸브(EV) 및 바이패스 유로(204)에 마련된 바이패스 밸브(SV1)는 클로즈 되고, 연결 배관(Lb)에 마련되어 있는 되돌림 밸브(SV2)는 오픈 되도록 하고 있다.
도 2 및 도 3은 공기조화기(100)의 온도보호제어에 따른 제어흐름을 나타내는 도면이고, 도 4 및 도 5는 공기조화기(100)의 저온외기제어에 따른 제어흐름을 나타내는 도면이다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 냉매 온도의 급격한 상승을 조절함으로써 압축기(23) 등의 고장을 방지하는, 본 발명의 일 실시 예에 다른 공기조화기(100)의 제어방법에 대해 설명한다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 냉매 온도의 급격한 상승을 조절하는 공기조화기(100)의 제어방법을 온도보호제어라 칭한다.
압축기(23)가 가동되면, 압축기(23)의 배출부에 마련된 온도 센서(미도시)에 의해 측정되는 냉매의 배출온도(Td)와, 기 설정된 제1 기준온도(T1) 및 기 설정된 제2 기준온도(T2)를 비교하여, 배출온도(Td)가 제1 기준온도(T1) 및 제2 기준온도(T2)보다도 작은지를 판단한다(S101).
또한, 제1 기준온도(T1) 및 제2 기준온도(T2)는, 예를 들어 압축기(23) 등의 다양한 부품이나, 냉매, 기름 등을 보호할 수 있는 온도로 설정될 수 있으며, 이하에서는 제1 기준온도(T1) 보다도 제2 기준온도(T2)가 낮게 설정됨을 예로서 설명한다.
배출온도(Td)가 제1 기준온도(T1) 및 제2 기준온도(T2)보다도 작은지를 판단하는 단계(S101)에 있어서, 배출온도(Td)가 제1 기준온도(T1) 및 제2 기준온도(T2)보다도 작은 경우에는, 그 후에도 전술한 온도 비교를 계속한다.
한편, 배출온도(Td)가 제1 기준온도(T1) 및 제2 기준온도(T2)보다도 작은지를 판단하는 단계(S101)에 있어, 배출온도(Td)가, 제1 기준온도(T1) 및 제2 기준온도(T2)보다도 작은 상태에 없는 경우에는, 배출온도(Td)가 제2 기준온도(T2) 이상 제1 기준온도(T1) 미만인지를 판단한다(S102).
배출온도(Td)가 제2 기준온도(T2) 이상 제1 기준온도(T1) 미만이면, 되돌림 밸브(SV2)를 클로즈하고(S200), 인젝션 밸브(EV)를 소정의 개도(開度)로 오픈한다(S300).
이를 통해, 압축기(23)의 배출부로부터 배출된 냉매가 되돌림 유로(205)를 통해 압축기(23)로 다시 회수되는 것을 방지할 수 있으며, 인젝션 유로(203)를 통해 저온의 냉매가 압축기(23)의 유입부로 유입됨으로써 냉매의 온도를 낮출 수 있다.
이후, 배출온도(Td)가 제1 기준온도(T1) 및 제2 기준온도(T2)보다도 작은지를 판단하는 단계(S101)로 되돌아가서 상술한 온도 비교를 계속한다.
한편, 배출온도(Td)가 제2 기준온도(T2) 이상 제1 기준온도(T1) 미만인지를 판단하는 단계(S102)에 있어서, 배출온도(Td)가 제2 기준온도(T2) 이상 제1 기준온도(T1) 미만이 아닌 경우, 즉, 배출온도(Td)가 제1 기준온도(T1) 이상인 경우에는, 바이패스 밸브(SV1)를 열고(S400), 되돌림 밸브(SV2)를 클로즈하고(S500), 인젝션 밸브(EV)를 소정 개도가 되도록 오픈한다(S600).
이를 통해, 압축기(23)로부터 배출된 냉매가 바이패스 유로(204)를 통해 흐름으로써, 저항 유로(30)를 통과하지는 않는바 냉매의 압력이 상승하지 않으며, 압력의 상승에 따른 온도의 상승 역시 방지할 수 있다. 또한, 되돌림 유로(205)를 클로즈 함으로써 되돌림 유로(205)를 통해 압축기(23)의 배출부로부터 배출된 냉매가 압축기(23)로 다시 회수되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 인젝션 유로(203)를 통해 저온의 냉매가 압축기(23)의 유입부로 유입됨으로써 냉매의 온도를 낮출 수 있다.
이후, 다시 배출온도(Td)가 제1 기준온도(T1) 및 제2 기준온도(T2)보다도 작은지를 판단하는 단계(S101)로 되돌아가서 상술한 온도 비교를 계속한다.
이러한 온도보호제어를 통해, 예를 들면 압축기(23)의 가동시에 냉매의 온도가 높은 온도로 상승한 경우에도, 높은 온도로 인해 압축기(23) 등의 다양한 기기, 냉매, 기름 등에 고장이 생기지 않도록 온도를 유지할 수 있고, 냉매온도의 급격한 상승에 따른 공기조화기(100)의 다양한 문제들을 미연에 방지할 수 있다.
아울러, 전술한 온도보호제어는, 이하에서 서술하는 저온외기제어 전에 수행되거나 또는 함께 수행될 수 있다.
이하에서는, 도 4 및 도 5를 참조하여, 낮은 외기온도에서의 냉방 운전에 따른 공기조화기(100)의 제어방법에 대해 설명한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 낮은 외기온도에서의 냉방 운전에 따른 공기조화기(100)의 제어방법을 저온외기제어라 칭한다.
저온외기제어는, 실외 유닛(20)에 마련된 온도측정센서(미도시) 등을 통해 측정된 외기온도가 미리 설정된 저온제어온도보다도 낮고, 압축기(23)의 배출부를 통해 배출되는 냉매의 배출압력(HP)과 압축기(23)의 유입부를 통해 유입되는 냉매의 유입압력(LP)과의 압력비 또는 배출압력(HP)과 유입압력(LP)과의 압력차가 미리 설정된 기준값보다 작은 경우에 수행될 수 있다.
따라서, 외기온도가 저온제어온도 이상이거나, 배출압력(HP)과 유입압력(LP)의 압력비 또는 압력차가 기준값 이상인 경우에는, 별도의 저온외기제어의 수행 없이, 바이패스 밸브(SV1)를 오픈하여 바이패스 유로(204)를 오픈하고, 되돌림 밸브(SV2)를 클로즈하여 되돌림 유로(205)를 클로즈한다. 이를 통해, 공기조화기는 통상적인 운전으로서, 압축기(23)의 배출부를 통해 배출된 냉매는 압력의 변화 없이 흐를 수 있다.
아울러, 배출압력(HP)은 압축기(23)의 배출부에 마련된 배출압력 센서(Pa)에 의해 측정될 수 있으며, 유입압력(LP)은, 압축기(23)의 유입부에 마련된 유입압력 센서(Pb)에 의해 측정될 수 있다.
저온외기제어는, 예를 들어, 외기온도가 10도 이하이고, 배출압력(HP)／유입압력(LP)이 2.1 미만인 경우에 수행되도록 설정될 수 있다.
저온외기제어가 실행되어 압축기(23)가 가동하면, 배출압력(HP)과 미리 설정된 제1 기준압력(P1) 및 제2 기준압력(P2)을 비교하여, 배출압력(HP)이 제1 기준압력(P1) 및 제2 기준압력(P2)보다도 작은지를 판단한다(S1).
제1 기준압력(P1) 및 제2 기준압력(P2)은, 예를 들어 압축기(23)의 설계 압력 등에 기초하여 미리 설정된 값이며, 이하에서는, 제1 기준압력(P1) 보다 제2 압력(P2)이 큰 값으로 설정됨을 예로써 설명한다.
배출압력(HP)이 제1 기준압력(P1) 및 제2 기준압력(P2)보다 작은지를 판단하는 단계(S1)에 있어서, 배출압력(HP)이 제1 기준압력(P1) 및 제2 기준압력(P2)보다 작은 경우에는, 바이패스 밸브(SV1)를 클로즈한 상태로 유지함과 동시에(S2), 되돌림 밸브(SV2)를 오픈한 상태로 유지한다(S3).
이를 통해, 압축기(23)의 배출부를 통해 배출되는 냉매는 저항 유로(30)를 통과함으로써 압력이 상승될 수 있으며, 압축기(23)의 차압을 확보할 수 있다. 아울러, 되돌림 유로(205)를 통해 냉매의 일부가 압축기(23)로 회수됨으로써, 냉매의 압력이 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 압축기(23)의 압력을 증대시킴으로써, 응축능력 과대로 인해 과냉각현상이 발생되어 증발온도가 저하됨에 따라 냉방효율이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 배출압력(HP)이 제1 기준압력(P1) 및 제2 기준압력(P2)보다도 작은지를 판단하는 단계(S1)에 있어서, 배출압력(HP)이 제1 기준압력(P1) 및 제2 기준압력(P2)보다도 작은 상태가 아닌 경우에는, 배출압력(HP)이 제1 기준압력(P1) 이상 제2 기준압력(P2) 미만인지를 판단한다(S4).
배출압력(HP)이 제1 기준압력(P1) 이상 제2 기준압력(P2) 미만인지를 판단하는 단계(S4)에 있어서, 배출압력(HP)이 제1 기준압력(P1) 이상 제2 기준압력(P2) 미만인 경우에는, 바이패스 밸브(SV1)를 오픈하고(S5), 되돌림 밸브(SV2)를 오픈한다(S6).
이를 통해, 압축기(23)의 배출부를 통해 배출된 냉매는 저항 유로(30)를 통과하는 냉매의 유량보다 바이패스 유로(204)를 통과하는 냉매의 유랑이 커지므로 냉매의 압력이 상승하지 않으며, 되돌림 유로(205)를 통해 냉매의 일부가 압축기(23)로 회수됨으로써, 냉매의 압력이 급격하게 변화하는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 되돌림 유로(205)를 통해 회수되는 냉매만으로 압축기(23)의 압력이 상승될 수 있으며, 이를 통해 환경조건과 응축온도에 따라 선택적으로 압축기(23)의 신뢰성을 유지할 수 있는 압축비를 확보할 수 있다.
한편, 배출압력(HP)이 제1 기준압력(P1) 이상 제2 기준압력(P2) 미만인지를 판단하는 단계(S4)에 있어서, 배출압력(HP)이 제1 기준압력(P1) 이상 제2 기준압력(P2) 미만인 아닌 경우, 즉, 배출압력(HP)이 제2 기준압력(P2) 이상인 경우에는 바이패스 밸브(SV1)를 열고(S7), 되돌림 밸브(SV2)를 클로즈한다(S8).
이는 압축기(23)의 차압이 이미 확보된 경우로서, 공기조화기(100)의 통상운전을 통해, 압축기(23)의 배출부에서 배출된 냉매는 압력의 변화 없이 바이패스 유로(204)를 흐를 수 있다.
이후, 제어부를 통해 저온외기제어를 종료할지를 판단한다(S9).
구체적인 예로서, 재측정한 배출압력(HP)과 재측정한 유입압력(LP)의 압력비 또는 압력차가 미리 설정된 기준값보다도 큰 상태로 전환된 경우에 수행중인 저온외기제어가 종료되도록 설정할 수 있다.
예를 들어, 배출압력(HP)／유입압력(LP)가 2.1 이상이고, 배출압력(HP)이 15kgf／cm2G보다 큰 경우에 저온외기제어가 종료되도록 설정될 수 있다.
저온외기제어를 종료할지를 판단하는 단계(S9)에 있어서, 저온외기제어를 종료하는 경우, 바이패스 밸브(SV1)를 열면서(S10), 동시에 되돌림 밸브(SV2)를 클로즈한다(S11). 이를 통해, 압축기(23)의 배출부를 통해 배출되는 냉매는 압력의 변화 없이 바이패스 유로(204)를 흐르게 될 수 있다.
한편, 저온외기제어를 종료할지를 판단하는 단계(S9)에 있어서, 저온외기제어를 종료하지 않는 경우에는, 다시 배출압력(HP)이 제1 기준압력(P1) 및 제2 기준압력(P2)보다도 작은지를 판단하는 단계(S1)로 되돌아가고, 배출압력(HP)과 제1 기준압력(P1) 및 제2 기준압력(P2)을 비교한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기(100)는, 압축기(23)의 배출부에 저항 유로(30)를 포함하므로, 낮은 외기온도에서의 냉방 운전에 있어 압축기(23)의 차압을 용이하게 확보할 수 있으며, 동시에 압축기(23)의 가동시에 냉매의 일부를 되돌림 유로(205)를 통해 압축기(23)로 회수하도록 함으로써, 냉매의 압력이 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
전술한 저온외기제어에 따른 효과를 나타내는 실험 데이터를 도 6에 도시하였다.
도 6에 도시된 실험 데이터를 통해 알 수 있는 바와 같이, 종래 압축기의 압축비가 1.5인 것에 반해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기(100)의 저온외기제어를 수행함으로써, 압축기(23)의 배출부의 배출압력이 비약적으로 상승하고, 압축비 역시 종래보다도 향상된 3.8인 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 압축기(23)의 배출부의 배출압력을 상승시킴으로써, 압축기(23)를 구성하는 로터리를 확보할 수 있으며, 이를 통해, 압축기(23)의 덜컹거림을 저감시킬 수 있다.
또한, 인젝션 배관(La)과 토출 배관(Lc)을 연결하여 되돌림 유로(205)를 구성함으로써, 인젝션 유로(203)의 일부를 되돌림 유로(205)로 활용할 수 있는바, 공기조화기(100)의 전체적인 구성을 단순화할 수 있음과 동시에, 낮은 외기온도에서의 냉방 운전에 있어 압축기(23)의 차압을 확보할 수 있다.
또한, 저항 유로(30)를 우회시키는 바이패스 유로(204)를 선택적으로 개폐하는 바이패스 밸브(SV1)를 통해, 압축기(23)의 배출압력을 올릴 필요가 없는 경우에는, 압축기(23)로부터 배출된 냉매가 저항 유로(30)로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기(100)의 제어방법은 전술한 실시 예에 한정되는 것이 아니다.
예를 들어, 전술한 실시 예에서는, 공기조화기(100)를 낮은 외기온도에서의 냉방 운전에 적용한 형태를 기준으로 설명하였으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기(100)는 낮은 외기온도 이외의 조건에서도 작동할 수 있다.
또한, 공기조화기(100)를 난방 운전이나 성에 제거 모드로 운전시킨 경우, 압축기(23)로부터 배출된 냉매의 일부를 압축기(23)로 되돌리면서, 남은 냉매를 실내 열교환기나(12A, 12B) 또는 실외 열교환기(24)로 흐르게 할 수 있는바, 냉매의 온도를 상승시켜 급속 난방 성능을 향상시키는 것이나 성에 제거 시간을 단축시킬 수 있다.
아울러, 전술한 실내 유닛(10)은 병렬로 접속된 2개의 내열교환기를 구비하고 있었으나, 3개 이상의 실내 열교환기를 구비할 수도 있다.
또한, 전술한 공기조화기(100)는 하나의 압축기(23)를 구비한 것을 기준으로 설명하였으나, 공기조화기는 복수의 압축기를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기조화기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이며, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 공기조화기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8에서는 2개의 압축기(23)를 갖는 실외 유닛(20)의 냉매 회로를 나타낸다. 또한, 각 압축기(23)는, 서로 동일한 용량이거나, 서로 다른 용량이어도 무방하다.
도 7 및 도 8에 도시된 공기조화기(100)의 낮은 외기온도에서의 냉방 운전에 있어, 어느 하나의 압축기(23)를 운전하도록 제어하고 있으며, 낮은 외기온도에서의 냉방 운전에 이용되는 압축기(23)의 배출부 배관(Lc)에는 저항 유로(30)가 마련될 수 있다.
아울러, 저항 유로(30)에 병렬로 연결된 바이패스 유로와 바이패스 밸브 밸브(SV1)를 포함하고 있으며, 저온외기제어가 수행되는 경우, 바이패스 밸브(SV1)를 클로즈할 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시하는 공기조화기(100)는, 증발기를 통과한 냉매가 도입되는 어큐뮬레이터(22)와, 어큐뮬레이터(22)에 의해 분리된 가스 냉매를 각 압축기(23)에 흡입시키는 흡입관(Ld)과, 각 압축기(23)의 배출부 각각에 마련된 기름 분리기와, 각 기름 분리기(28)에 의해 분리된 기름이 도입됨과 동시에, 이 기름 분리기(28)에 대응한 압축기(23)와는 다른 압축기(23)에 상기 기름을 도출하기 위한 기름 도출관(Le)을 구비할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 각 기름 분리기(28)에 의해 분리된 기름을, 이들의 각 기름 분리기(28)에 대응하는 압축기(23)와는 다른 압축기(23)에 공급시킬 수 있는바, 복수의 다른 용량의 압축기(23)를 운전시키는 경우라도, 특정한 압축기(23)로 기름이 쏠리는 이른바 편유(偏油)를 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 공기조화기의 개략적인 구성을 나타내는 도면이며, 도 10은 도 9에 도시된 공기조화기의 효과를 나타내는 그래프이다.
전술한 실시 예에서는 하나의 실외 열교환기를 갖는 공기조화기에 대해 설명하였으나, 도 9에 도시된 공기조화기(100)는 병렬로 마련된 복수의 실외 열교환기(24)를 포함할 수 있다.
아울러, 공기조화기(100)는 서로 다른 열교환 효율을 갖는 2개의 실외 열교환기(24)를 포함할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 실외 열교환기(24)의 용량 전환 기능을 이용하여 열교환 효율이 작은 실외 열교환기(24), 즉, 용적이 작은 실외 열교환기(24)를 선택함으로써, 압축기(23)의 배출압력을 더 상승시킬 수 있고, 도 10에 도시된 바와 같이, 공기조화기(100)의 운전범위를 확대할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 압축기(23)의 배출압력을 상승시킴으로써, 예를 들어, 실외 열교환기(24)와 실내 열교환기(12)와의 낙차가 큰 경우라도 냉방 운전 및 난방 운전을 정상적으로 수행하는 것이 가능해진다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시 예를 각각 개별적으로 설명하였으나, 각 실시 예들은 반드시 단독으로 구현되어야만 하는 것은 아니며, 각 실시 예들의 구성 및 동작은 적어도 하나의 다른 실시 예들과 조합되어 구현될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 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 이해되서는 안될 것이다.
100; 공기조화기 10; 실내 유닛
20; 실외 유닛 200; 히트 펌프 사이클
23; 압축기 30; 저항 유로
203; 인젝션 유로 204; 바이패스 유로
205; 되돌림 유로 SV1; 바이패스 밸브
SV2; 되돌림 밸브 EV; 인젝션 밸브

Claims (20)

  1. 유입 포트와 복수의 배출 포트를 포함하는 사방 밸브;
    제1 압축기;
    상기 제1 압축기, 상기 사방 밸브의 상기 복수의 배출 포트에 연결되는 실외 열교환기, 팽창 밸브 및 실내 열교환기가 순차적으로 연결된 히트 펌프 사이클;
    상기 제1 압축기의 배출부와 상기 사방 밸브의 유입 포트 사이에 배치되어, 상기 제1 압축기의 배출부로부터 상기 사방 밸브를 통해 상기 실외 열교환기로 흐르는 냉매의 압력을 상승시키는 저항 유로;
    상기 저항 유로와 병렬로 연결된 바이패스 유로;
    상기 바이패스 유로를 개폐하고, 열린 상태에서 상기 제1 압축기의 배출부로부터 상기 사방 밸브를 통해 상기 실외 열교환기로 흐르는 냉매가 상기 저항 유로를 통과하지 않는 바이패스 밸브;
    상기 사방 밸브의 유입 포트로 흐른 후 상기 사방 밸브를 통해 상기 실외 열교환기로 흐르는 냉매가 통과하는 배출부를 갖고, 배출부와 상기 사방 밸브의 유입 포트 사이에 저항 유로가 없는 제2 압축기;
    상기 제1 압축기의 배출부에 마련되고, 상기 저항 유로 및 상기 바이패스 유로의 상류에 배치되는 제1 오일 분리기;
    상기 제2 압축기의 배출부에 마련되고, 상기 사방 밸브의 상류에 배치되는 제2 오일 분리기;
    상기 제1 압축기의 배출부의 하류 및 상기 제1 오일 분리기의 상류에 배치되는 일단 및 상기 제1 압축기의 유입부와 연결되는 제1 브랜치와 상기 제2 압축기의 유입부와 연결되는 제2 브랜치로 분기되는 타단을 갖는 되돌림 유로;
    상기 되돌림 유로를 개폐하는 되돌림 밸브; 및
    상기 제1 오일 분리기에 의해 분리된 오일을 상기 제2 압축기에 제공하는 제1 기름 도출관; 및
    상기 제2 오일 분리기에 의해 분리된 오일을 상기 제1 압축기에 제공하는 제2 기름 도출관;을 포함하고,
    상기 제1 압축기는, 상기 제2 압축기가 운전되는 온도보다 더 낮은 외기 온도에서의 냉방 운전에 있어, 상기 저항 유로를 이용하여 운전되도록 제어되는 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저항 유로는 상기 배출부의 직경보다 직경이 작은 세경관 또는 모세관을 포함하는 공기조화기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스 유로의 직경은 상기 저항 유로의 직경보다 크고,
    상기 바이패스 밸브의 오픈 시, 상기 바이패스 유로를 통과하는 냉매의 유량은 상기 저항 유로를 통과하는 냉매의 유량보다 큰 공기조화기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 되돌림 유로의 직경은 상기 저항 유로의 직경보다 큰 공기조화기.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는 R32 냉매 또는 R32 냉매를 포함하는 혼합 냉매인 공기조화기.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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