KR102559522B1 - 공기 조화 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

공기 조화 장치 및 이의 제어 방법이 개시된다. 개시된 공기 조화 장치는 인젝션 사이클의 수행 시, 압축기의 운전 주파수 및 메인 팽창 냉매의 개방도 중 적어도 하나를 조절함으로써 인젝션 유로로 유동되는 분기 냉매의 유량을 충분히 확보할 수 있다. 이를 통해, 압축기에서 토출되는 냉매의 과열이 방지될 수 있고, 공기 조화 장치가 비정상적으로 구동되는 현상이 방지될 수 있다.

Description

공기 조화 장치 및 이의 제어 방법{Air conditioner and control method thereof}
본 발명의 실시예들은 인젝션 사이클을 수행하는 공기 조화 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
공기 조화 장치는 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 과정을 수행하여, 실내 공간을 냉방 또는 난방시키는 장치이다.
일반적인 공기 조화 장치는 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기를 포함한다. 압축기에서 압축된 냉매는 응축기에서 응축되고, 응축된 냉매는 팽창 밸브에서 팽창된다. 팽창된 냉매는 증발기에서 증발된 후, 압축기로 유입된다. 즉, 공기 조화 장치는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발로 이루어지는 냉동 사이클을 수행한다.
도 1은 일반적인 공기 조화 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 2는 도 1에 도시된 일반적인 공기 조화 장치의 냉매 상태와 대응되는 PH(Pressure-Enthalpy) 선도를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 표현된 도면 부호들은 도 1 및 도 2의 구성 요소에만 한정한다.
도 1을 참조하면, 공기 조화 장치는 압축기(10), 응축기(30), 팽창 밸브(50) 및 증발기(70)를 포함하며, 냉방 운전 및 난방 운전을 수행한다.
난방 운전 시, 공기 조화 장치의 실내 열교환기는 응축기(30)의 기능을 수행하고, 공기 조화 장치의 실외 열교환기는 증발기(70)의 기능을 수행한다. 냉방 운전 시, 공기 조화 장치의 실내 열교환기는 증발기(70)의 기능을 수행하고, 공기 조화 장치의 실외 열교환기는 응축기(30)의 기능을 수행한다.
도 2를 더 참고하여 공기 조화 장치의 난방 운전에 대해 설명하면 다음과 같다.
압축기(10)에서 냉매의 압축 과정이 수행된다. 즉, 압축기(10)의 구동에 의해 냉매에 일이 가해져 저온 저압의 기체 냉매가 고온 고압의 기체 냉매로 변화한다. 따라서, 냉매의 압력 및 엔탈피가 증가한다(A-B 구간).
응축기(30)에서 냉매의 방열 과정이 수행된다. 즉, 고온 고압의 기체 냉매가 중저온 고압의 액체 냉매로 상 변화한다. 따라서, 냉매의 압력은 유지되고, 기체-액체 간의 상변화에 의하여 냉매의 엔탈피가 감소한다(B-C 구간).
팽창 밸브(50)에서 냉매의 교축 과정이 수행된다. 즉, 중저온 고압의 액체 냉매가 저온 저압의 액체 냉매로 변화한다. 따라서, 냉매의 엔탈피는 유지되고, 냉매의 압력 및 온도가 감소한다(C-D 구간).
증발기(70)에서 냉매의 흡열 과정(증발 과정)이 수행된다. 즉, 저온 저압의 액체 냉매가 저온 저압의 기체 냉매로 변화한다. 따라서, 냉매의 압력은 유지되고, 냉매의 엔탈피가 증가한다(D-A 구간).
상기의 과정들이 반복되어 냉매가 순환하면서 냉동 사이클이 수행된다.
한편, 난방 능력을 향상시키기 위하여, 공기 조화 장치는 압축기의 내부로 기체 상태의 냉매를 인젝션(injection)하는 인젝션 사이클을 수행한다.
인젝션 사이클을 이용한 공기 조화 장치는 인젝션 팽창 밸브 및 내부 열교환기를 더 포함한다. 구체적으로, 실내 열교환기와 실외 열교환기를 연결하는 배관을 분기하고, 분기된 배관은 압축기에 마련된 인젝션 포트에 연결된다. 그리고, 냉매를 팽창하는 인젝션 팽창 밸브가 상기 분기된 배관에 설치되고, 내부 열교환기는 인젝션 팽창 밸브에 의해 팽창된 냉매를 열교환한다. 감압 팽창된 후 과열된 기체 상태의 냉매는 인젝션 포트를 통해 압축기로 인젝션된다. 인젝션 사이클을 이용함으로써 압축기의 압축 능력이 향상되고, 순환되는 냉매의 양이 증가된다. 따라서, 공기 조화 장치의 냉방 운전 및 난방 운전의 성능이 향상된다.
한편, 인젝션 사이클을 수행하기 위해 인젝션 팽창 밸브가 개방(open)된다. 그러나, 특정한 조건(일례로 입수 온도가 높고 실외 온도가 낮은 조건)으로 인해 개방된 인젝션 팽창 밸브에서 충분한 양의 냉매가 흐르지 않는 현상이 발생한다. 이 경우, 압축기의 토출 온도가 감소되지 않아 공기 조화 장치가 꺼졌다가 켜지는 현상이 반복되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0062457호(2011.06.10) 대한민국 공개특허 제10-2019-0006399호(2019.01.18) 중국 등록특허 제103411291호(2016.03.09)
본 발명의 목적은 인젝션 사이클의 수행 시, 인젝션 유로로 유동되는 분기 냉매의 유량을 충분히 확보하는 공기 조화 장치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 인젝션 사이클의 수행 시, 압축기에서 토출되는 냉매의 과열을 방지할 수 있는 공기 조화 장치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 인젝션 사이클의 수행 시, 비정상적으로 구동되는 현상을 방지할 수 있는 공기 조화 장치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 인젝션 사이클이 수행되기 전에, 압축기의 운전 주파수를 조절하여 압축기를 안정적으로 구동할 수 있는 공기 조화 장치 및 이의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치 및 이의 제어 방법은 인젝션 사이클의 수행 시, 압축기의 운전 주파수 및 메인 팽창 냉매의 개방도 중 적어도 하나를 조절함으로써 인젝션 유로로 유동되는 분기 냉매의 유량을 충분히 확보할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치 및 이의 제어 방법은 인젝션 과열도에 기초하여 압축기의 운전 주파수를 조절하고, 냉매의 과냉도에 기초하여 메인 팽창 냉매의 개방도를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치 및 이의 제어 방법은 인젝션 사이클이 수행되기 전에, 압축기의 운전 주파수를 미리 설정된 운전 주파수까지 감소시킴으로써, 압축기를 안정적으로 구동할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치는, 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하고, 인젝션 사이클을 수행하는 공기 조화 장치로서, 상기 응축기에서 토출된 냉매를 교축하는 메인 팽창 밸브, 상기 메인 팽창 밸브에서 토출된 냉매 중 분기 냉매를 상기 압축기로 제공하는 인젝션 유로, 상기 인젝션 유로에 설치되며 상기 분기 냉매를 교축하는 인젝션 팽창 밸브, 상기 인젝션 팽창 밸브에서 토출된 분기 냉매와 상기 메인 팽창 밸브에 토출된 냉매 중 메인 냉매를 열교환하는 내부 열교환기, 및 상기 압축기, 상기 메인 팽창 밸브 및 상기 인젝션 팽창 밸브를 제어하는 마이컴을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 마이컴은, 상기 인젝션 사이클의 수행 시, 상기 인젝션 팽창 밸브를 개방하고, 상기 인젝션 팽창 밸브를 통해 상기 인젝션 유로로 유동하는 분기 냉매의 상태 정보에 기초하여 상기 압축기의 운전 주파수 및 상기 메인 팽창 밸브의 개방도 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치의 제어 방법은, 압축기, 응축기, 메인 팽창 밸브, 인젝션 유로, 상기 인젝션 유로에 설치된 인젝션 팽창 장치, 내부 열교환기, 증발기, 마이컴을 포함하고, 인젝션 사이클을 수행하는 공기 조화 장치의 제어 방법으로서, 상기 인젝션 팽창 장치를 개방하는 단계 및 상기 개방된 인젝션 팽창 장치를 통해 상기 인젝션 유로로 유동하는 분기 냉매의 상태 정보에 기초하여 상기 압축기의 운전 주파수 및 상기 메인 팽창 밸브의 개방도 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 공기 조화 장치는, 인젝션 사이클의 수행 시 압축기의 운전 주파수 및 메인 팽창 냉매의 개방도를 조절함으로써 인젝션 유로로 유동되는 분기 냉매의 유량을 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 압축기에서 토출되는 냉매의 온도가 과열되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 압축기에서 토출되는 냉매의 온도를 제어함으로써, 공기 조화 장치가 비정상적으로 구동되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기 조화 장치는, 인젝션 사이클의 개시 전에 압축기의 운전 주파수를 조절할 수 있다. 즉, 공기 조화 장치는, 인젝션 사이클의 개시 전에 압축기의 운전 주파수가 너무 높은 경우, 미리 설정된 제1 운전 주파수 이하가 되도록 압축기를 제어할 수 있다. 이에 따라, 압축기가 안정적으로 구동될 수 있다.
또한, 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일반적인 공기 조화 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 일반적인 공기 조화 장치의 냉매 상태와 대응되는 PH(Pressure-Enthalpy) 선도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝션 사이클을 이용하는 공기 조화 장치의 개략적인 형상을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 공기 조화 장치 중 실외기의 개략적인 형상을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 실외기의 구성도를 도시한 도면이다.
도 6는 도 3의 공기 조화 장치의 냉매 상태와 대응되는 PH 선도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치의 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝션 사이클을 이용하는 공기 조화 장치의 개략적인 형상을 도시한 도면이다. 도 4는 도 3의 공기 조화 장치 중 실외기의 개략적인 형상을 도시한 도면이다. 도 5는 도 4의 실외기의 구성도를 도시한 도면이다. 도 6는 도 3의 공기 조화 장치의 냉매 상태와 대응되는 PH(Pressure-Enthalpy) 선도를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 6를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치(1)는 냉매가 순환하는 냉동 사이클을 수행한다. 공기 조화 장치(1)는 냉매의 순환 방향에 따라 냉방 운전 또는 난방 운전을 수행할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 공기 조화 장치(1)는 AWHP(Air to Water Heat Pump) 공기 조화 장치일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 타입의 히트 펌프 공기 조화 장치에도 본 발명이 적용될 수 있다.
공기 조화 장치(1)는 실외기(100) 및 실내기(200)를 포함할 수 있다. 실외기(100)와 실내기(200)는 물관(320)으로 연결될 수 있다.
실외기(100)는, 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 냉매와 물을 열교환하는 제1 실외 열교환기(30)와, 냉매와 공기를 열교환하는 제2 실외 열교환기(70)를 포함할 수 있다. 또한, 실외기(100)는 물을 유동시키는 펌프(40)와, 압축기(10)에서 토출되는 냉매를 제1 실외 열교환기(30) 또는 제2 실외 열교환기(70)로 전달하는 사방 밸브(18)와, 압축기(10)로 기상 냉매를 공급하는 어큐물레이터(80)와, 압축기(10)의 작동을 제어하는 마이컴(110)이 구비된 실외기 컨트롤 박스(122)를 포함할 수 있다.
실내기(200)는, 펌프(40)에 의해 유동하는 물이 유동하는 순환 유로(310)와, 펌프(40)에서 출력된 물과 공기를 열교환하는 실내 열교환기(210)와, 펌프(40)에 의해 유동하는 물을 저장하는 저장 탱크(미도시)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 펌프(40)는 압축기(10)와 제2 실외 열교환기(70) 사이에 배치될 수 있다. 펌프(40)의 하부에는 실외기(100)에서 배출되는 물이 유동하는 출수관(130)과, 실내기(200)로부터 유입되는 물이 유동하는 입수관(128)이 배치될 수 있다. 펌프(40)의 주위로는 출수관(130) 또는 입수관(128)으로부터 실외기(100) 내측으로 연장되는 물관(320)이 배치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 실외기(100)는, 제2 실외 열교환기(70)로 공기 유동을 형성하는 실외기 팬(124)과, 실외기 팬(124)이 배치되는 영역과 압축기(10)가 배치되는 영역을 구획하는 구획판(126)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 실외기(100)의 내부는, 실외기 팬(124) 및 제2 실외 열교환기(70)가 구비된 열교환 챔버(100a)와, 압축기(10) 및 펌프(40)가 배치되는 기계실(100b)로 구획될 수 있다. 기계실(100b)는, 실외기팬(124)의 영향을 받지 않아 내부의 공기 유동이 상대적으로 활발하지 않을 수 있다. 펌프(40)는 물관(320)과 제1 실외 열교환기(30) 사이에 배치될 수 있다. 펌프(40)는 물관(320)을 향하도록 배치될 수 있다.
한편, 공기 조화 장치(1)의 난방 운전 시, 제1 실외 열교환기(30)는 응축기로서 동작하고, 제2 실외 열교환기(70)는 증발기로서 동작한다. 그리고, 난방 운전 시, 공기 조화 장치(1)는 인젝션 사이클을 수행할 수 있다.
이하, 인젝션 사이클이 포함된 냉동 사이클의 동작을 상세하게 설명하기로 한다. 그리고, 설명의 편의를 위해, 제1 실외 열교환기(30)를 "응축기(30)"로 호칭하고, 제2 실외 열교환기(70)를 "증발기(70)"로 호칭하기로 한다.
도면들을 참조하면, 공기 조화 장치(1)는 압축기(10), 사방 밸브(20), 응축기(30), 펌프(40), 메인 팽창 밸브(51), 인젝션 팽창 밸브(52), 내부 열교환기(60), 증발기(70), 어큐물레이터(80) 및 마이컴(110)를 포함한다.
여기서, 마이컴(110)은 압축기(10)의 구동을 제어하고, 메인 팽창 밸브(51) 및 인젝션 팽창 밸브(52)의 개방 여부 및 개방도를 제어하는 구성 요소이다. 마이컴(110)은 제어부와 대응되며, 프로세서 기반의 장치를 의미할 수 있다. 여기서, 프로세서는 중앙처리장치, 애플리케이션 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
이하, 공기 조화 장치(1)의 냉동 사이클을 상세하게 설명한다.
압축기(10)는 냉매를 압축한다. 이 때, 압축기(10)는 냉매를 다단 압축할 수 있다. 일례로, 압축기(10)는 제1 및 제2 압축실(11, 12)을 포함하고, 제1 압축실(11)에서 냉매가 압축되고, 제1 압축실(11)에서 압축된 냉매가 제2 압축실(12)에서 재차 압축된다. 압축기(10)는 마이컴(110)에 의해 구동이 제어될 수 있다. 일례로, 마이컴(110)은 압축기(10)의 운전 주파수를 조절할 수 있다.
압축기(10)에서 압축된 냉매는 사방 밸브(20)를 통해 응축기(30)로 유동한다.
응축기(30)는 압축된 냉매를 응축한다. 즉, 응축기(30)는 압축된 냉매와 물을 열교환한다. 이 때, 응축기(30)로 유동하는 냉매의 온도를 감지하기 위한 제1 및 제2 온도 센서(21, 22)가 설치될 수 있다. 제1 온도 센서(21)는 응축기(30)의 내부에 위치하는 배관으로 유동하는 냉매의 온도를 감지할 수 있다. 즉, 제1 온도 센서(21)는 응축기(30)의 내부로 흐르는 냉매의 온도를 감지할 수 있다. 제2 온도 센서(22)는 응축기(30)에서 토출된 냉매의 온도, 즉 응축기(30)에 출구로 유동하는 냉매의 온도를 감지할 수 있다. 제1 및 제2 온도 센서(21, 22)에서 감지된 온도는 마이컴(110)으로 전송될 수 있다.
메인 팽창 밸브(51)는 응축기(30)에서 압축된 냉매를 팽창시킨다. 즉, 메인 팽창 밸브(51)는 응축기(30)에서 토출된 냉매를 교축(throttling)한다. 메인 팽창 밸브(51)는 전자 팽창 밸브(EEV: Electronic Expansion Valve)일 수 있으며, 마이컴(110)에 의해 제어될 수 있다. 일례로, 마이컴(110)은, 메인 팽창 밸브(51)를 개방 또는 폐쇄할 수 있으며, 메인 팽창 밸브(51)의 개방 시 개방도를 조절할 수 있다.
메인 팽창 밸브(51)에서 토출되는 냉매 중 일부의 냉매는 내부 열교환기(60)의 제1 측으로 공급될 수 있고, 메인 팽창 밸브(51)에서 토출되는 냉매 중 나머지 일부의 냉매는 인젝션 팽창 밸브(52)로 공급될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 일부의 냉매를 "메인 냉매"라 호칭하고, 상기 나머지 일부의 냉매를 "분기 냉매"라 호칭한다.
즉, 메인 팽창 밸브(51)에서 토출되는 냉매 중 메인 냉매는 내부 열교환기(60)의 제1 측로 유입되어 내부 열교환기(60)의 제2 측으로 토출된다. 그리고, 메인 팽창 밸브(51)에서 토출되는 냉매 중 분기 냉매는 인젝션 팽창 밸브(52)로 공급된다.
공기 조화 장치(1)는 메인 팽창 밸브(51)에서 토출되는 냉매 중 분기 냉매를 바이패스시켜 압축기(10)로 제공하는 인젝션 유로(91, 92)를 포함한다. 즉, 인젝션 유로(91, 92)는 메인 팽창 밸브(51)의 출구 측에서 분기되어 내부 열교환기(60) 및 인젝션 팽창 밸브(52)를 거쳐서 압축기(10)로 향하는 유로로 정의된다.
인젝션 팽창 밸브(52)는 제1 인젝션 유로(91)에 설치되며, 분기 냉매를 팽창시킨다. 즉, 인젝션 팽창 밸브(52)는 분기 냉매를 교축한다. 인젝션 팽창 밸브(52)는 전자 팽창 밸브일 수 있으며, 마이컴(110)에 의해 제어될 수 있다. 일례로, 마이컴(110)은 인젝션 팽창 밸브(52)를 개방 또는 폐쇄할 수 있으며, 인젝션 팽창 밸브(52)의 개방 시 개방도를 조절할 수 있다.
인젝션 팽창 밸브(52)에서 팽창된 분기 냉매는 내부 열교환기(60)의 제3 측으로 유입되어 내부 열교환기(60)의 제4 측으로 토출된다.
내부 열교환기(60)는 메인 냉매와 인젝션 팽창 밸브(52)에서 팽창된 분기 냉매를 열교환시킨다. 이 때, 분기 냉매가 인젝션 팽창 밸브(52)에 의해 팽창되었으므로, 분기 냉매는 메인 냉매보다 온도 및 압력이 낮다. 따라서, 내부 열교환기(60)의 내부에서, 분기 냉매의 온도는 높아지고 메인 냉매의 온도는 낮아진다. 따라서, 내부 열교환기(60)는 메인 냉매의 과냉각 장치로 호칭될 수 있다.
내부 열교환기(60)에서 열교환된 메인 냉매는 내부 열교환기(60)의 제2 측으로 토출되어 증발기(70)로 공급된다. 그리고, 내부 열교환기(60)에서 열교환된 분기 냉매는 내부 열교환기(60)의 제4 측으로 토출되어 압축기(10)로 공급된다.
인젝션 유로(91, 92)에는 분기 냉매의 온도를 감지하는 제3 및 제4 온도 센서(93, 94)가 설치될 수 있다. 제3 온도 센서(93)는 내부 열교환기(60)로 유입되는 분기 냉매의 온도, 즉 내부 열교환기(60)의 제3 측의 온도를 감지한다. 제4 온도 센서(94)는 내부 열교환기(60)로 토출되는 분기 냉매의 온도, 즉 내부 열교환기(60)의 제4 측의 온도를 감지한다. 제3 및 제4 온도 센서(93, 94)에서 감지된 온도는 마이컴(110)으로 전송될 수 있다.
증발기(70)는 내부 열교환기(60)에서 열교환된 메인 냉매를 증발시킨다. 즉, 증발기(70)는 메인 냉매와 공기를 열교환한다.
압축기(10)는 증발기(70)에서 토출된 메인 냉매와 내부 열교환기(60)의 제4 측으로 토출된 분기 냉매를 압축할 수 있다. 상기에서 언급한 바와 같이, 내부 열교환기(60)의 제4 측으로 토출된 분기 냉매는 인젝션 유로(91, 92)로 전달되어 제1 및 제2 압축실(11, 12)의 사이로 인젝션될 수 있다. 분기 냉매는 제1 압축실(11)에서 압축된 메인 냉매와 혼합된 상태에서 제2 압축실(12)로 유입되어 압축된다.
상기의 과정들이 반복되어 냉매가 순환하면서 냉동 사이클 및 인젝션 사이클이 수행된다.
도 6를 참고하여, 공기 조화 장치(1)를 순환하는 냉매의 PH 선도를 설명한다.
압축기(10)로 유입되는 메인 냉매의 상태는 도 6의 상태 A와 대응된다. 압축기(10)로 유입되는 메인 냉매는 압축기(10)의 제1 압축실(11)에서 1차적으로 압축되고, 인젝션 유로(91, 92)를 통해 인젝션된 분기 냉매와 혼합된다. 혼합된 냉매의 상태는 도 6의 상태 B와 대응된다.
혼합된 냉매는 제2 압축실(12)에서 2차적으로 압축된다. 2차적으로 압축된 냉매의 상태는 도 6의 상태 C와 대응된다. 압축기(10)에서 토출된 냉매는 응축기(30)로 유입되어 응축된다. 응축기(30)에서 응축된 냉매의 상태는 도 6의 상태 D와 대응된다.
응축기(30)에서 토출된 냉매는 메인 팽창 밸브(51)에서 팽창되고, 메인 팽창 밸브(51)에서 토출된 냉매 중 분기 냉매는 인젝션 팽창 밸브(52)에서 팽창된다. 인젝션 팽창 밸브(52)에서 토출된 분기 냉매의 상태는 도 6의 상태 E와 대응된다.
내부 열교환기(60)에서는 메인 냉매와 분기 냉매가 열교환된다. 내부 열교환기(60)에서 토출된 메인 냉매의 상태는 도 6의 상태 F와 대응된다. 내부 열교환기(60)에서 토출된 분기 냉매의 상태는 도 6의 상태 G와 대응된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 인젝션 사이클을 이용함으로써, 응축기(30)를 유동하는 냉매의 양을 충분히 확보할 수 있다. 특히, 난방 운전 시 실내 열교환기 측으로 냉매를 충분히 확보할 수 있고 압력이 높은 상태의 냉매를 압축기(10) 내부로 유동시킬 수 있다. 따라서, 작동 부하가 낮아지고, 냉동 사이클의 효율이 개선된다.
한편, 인젝션 팽창 밸브(52)의 개방도를 조절함으로써 인젝션 유로(91, 92)를 유동하는 분기 냉매의 유량이 조절될 수 있다. 그러나, 외부의 환경이나 공기 조화 장치의 운전 상태에 따라, 인젝션되는 분기 냉매의 양이 조절되지 않을 수도 있다. 일례로서, 압축기(10)의 운전 주파수가 낮고, 입수 온도가 높고, 실외 온도가 낮은 조건의 경우, 인젝션 팽창 밸브(52)를 완전히 개방하더라도 인젝션 유로(91, 92)를 유동하는 분기 냉매가 충분히 확보되지 못할 수 있다. 이 경우, 압축기(10)로 토출되는 냉매의 온도가 감소되지 않으며, 공기 조화 장치(1)가 꺼졌다가 켜지는 현상이 발생할 수 있다.
이하에서는 상기한 문제점을 해결하는 공기 조화 장치(1)의 제어 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치(1)의 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
여기서, 공기 조화 장치(1)는 냉동 사이클을 수행하고 있으며, 이를 위해 압축기(10)가 구동되는 것으로 가정한다. 그리고, 인젝션 팽창 밸브(52)는 폐쇄되어 있는 것으로 가정한다.
이하, 각 단계 별로 수행되는 과정을 상세하게 설명하기로 한다.
단계(S10)에서, 마이컴(110)은 인젝션 사이클의 개시 여부를 판단할 수 있다.
일례로, 공기 조화 장치(1)가 난방 운전을 수행하고 있는 상태에서 실외 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만인 경우, 마이컴(110)은 인젝션 사이클을 개시해야 되는 것으로 판단할 수 있다.
인젝션 사이클이 개시되지 않았다고 판단되는 경우, 단계(S20)가 수행될 수 있다. 즉, 인젝션 사이클의 요청이 없는 경우, 단계(S20)가 수행될 수 있다. 단계(S20)에서, 마이컴(110)은 인젝션 사이클을 수행하지 않으며, 압축기(10), 메인 팽창 밸브(51) 및 인젝션 팽창 밸브(52)를 정시적으로(regular operation) 제어할 수 있다. 즉, 마이컴(110)는 일반적인 냉동 사이클을 수행하도록 공기 조화 장치(1)를 제어할 수 있다.
인젝션 사이클이 개시해야 되는 것으로 판단되는 경우, 단계(S30)가 수행될 수 있다. 단계(S30)에서, 마이컴(110)은 압축기(10)의 전류값이 미리 설정된 제1 전류값보다 큰지 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 제1 전류값은 압축기(10)의 운전 주파수와 관련된 전류값으로서, 압축기(10)의 스펙, 압축기(10)의 구동 회로의 종류 등에 기초하여 설정될 수 있다. 그리고, 압축기(10)의 전류는 압축기(10)의 입력 전류 또는 압축기(10)의 상전류일 수 있다. 일례로, 제1 전류값은 압축기(10)가 안정적으로 구동되도록 하는 압축기(10)의 제1 운전 주파수와 대응되는 전류값일 수 있다.
압축기(10)의 전류값이 제1 전류값보다 큰 경우, 단계(S40)가 수행될 수 있다. 그리고, 압축기(10)의 전류값이 제1 전류값보다 작거나 같은 경우, 단계(S50)가 수행될 수 있다.
단계(S40)에서, 마이컴(110)은 압축기(10)의 운전 주파수를 감소시킬 수 있다. 이 후, 마이컴(110)은 다시 단계(S30)를 수행한다. 즉, 단계(S30) 및 단계(S40)는 압축기(10)의 전류값이 제1 전류값보다 작거나 같아질 때까지 반복적으로 수행될 수 있다. 따라서, 압축기(10)의 전류값이 제1 전류값보다 작거나 같아지는 경우 단계(S50)가 수행될 수 있다.
단계(S30) 및 단계(S40)는 압축기(10)를 안정적으로 구동하기 위해 수행되는 단계일 수 있다. 구체적으로, 인젝션 사이클이 개시되어야 하는 것으로 결정된 상태에서, 압축기(10)의 운전 주파수가 너무 높으면 압축기(10)의 전류가 불안정해진다. 결국, 압축기(10)에서 액체 상태의 냉매가 토출되어 응축기(30)로 유입되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 마이컴(110)은 단계(S30) 및 단계(S40)를 통해 압축기(10)의 운전 주파수를 일정한 수준까지 감소시키고 난 후 인젝션 사이클을 수행할 수 있도록 공기 조화 장치(1)를 제어할 수 있다.
압축기(10)의 운전 주파수 관점에서 단계(S30) 및 단계(S40)를 해석하면 다음과 같다. 마이컴(110)은 압축기(10)의 운전 주파수를 미리 설정된 제1 운전 주파수와 비교할 수 있다. 이 때, 제1 운전 주파수는 인젝션 사이클의 수행 시 압축기(10)를 안정적으로 구동시키기 위한 운전 주파수일 수 있다. 일례로, 제1 운전 주파수는 미리 설정된 압축기(10)의 시동 운전 주파수일 수 있다.
만약, 압축기(10)의 운전 주파수가 제1 운전 주파수보다 큰 경우, 마이컴(110)은 압축기(10)의 운전 주파수가 제1 운전 주파수보다 작거나 같아질 때까지 압축기(10)의 운전 주파수를 감소시킬 수 있다. 압축기(10)의 운전 주파수가 제1 운전 주파수보다 작거나 같은 경우, 단계(S50)가 수행될 수 있다.
한편, 냉동 사이클의 수행 시, 일반적으로 압축기(10)의 운전 주파수가 클수록 압축기(10)의 전류도 커지고, 압축기(10)의 운전 주파수가 작을수록 압축기(10)의 전류도 작아진다. 하지만, AWHP 공기 조화 장치는 물을 이용하여 냉매의 상태를 변화시키고 저장 탱크(미도시)에 저장된 물의 온도를 유지시키기 때문에, 압축기(10)의 운전 주파수가 낮은 경우에도 압축기(10)의 전류가 커질 수 있다. 따라서, 압축기(10)의 구동 상태를 더욱 정확하게 판단하기 위해, 마이컴(110)은 압축기(10)의 운전 주파수가 아닌 압축기(10)의 전류값을 이용하는 것이 바람직하다.
계속하여, 단계(S50)에서, 마이컴(110)은 인젝션 팽창 밸브(52)를 개방시킬 수 있다. 이에 따라, 인젝션 사이클이 개시되며, 분기 냉매는 인젝션 팽창 밸브(52)를 통해 인젝션 유로(91, 92)로 유동할 수 있다. 한편, 단계(S50)에서, 압축기(10)는 단계(S40)에서 결정된 운전 주파수로 구동될 수 있고, 메인 팽창 밸브(51) 및 인젝션 팽창 밸브(52)는 정시적으로(regular operation) 구동될 수 있다.
단계(S60)에서, 마이컴(110)은 인젝션 유로(91, 92)로 유동되는 인젝션 과열도를 산출할 수 있다.
여기서, 인젝션 과열도는 인젝션 유로(91, 92)로 유동되는 분기 냉매의 특정 지점들에서의 온도 차로 정의될 수 있다. 여기서, 특정 지점들은 내부 열교환기(60)의 제3 측 및 제4 측일 수 있다. 다시 말해, 인젝션 과열도는 분기 냉매의 과열도와 대응될 수 있으며, 분기 냉매의 과열도는 내부 열교환기(60)에서 토출되는 분기 냉매의 온도와 내부 열교환기(60)로 유입되는 분기 냉매의 온도의 차로 정의될 수 있다. 내부 열교환기(60)에서 토출되는 분기 냉매의 온도는 내부 열교환기(60)의 제4 측의 분기 냉매의 온도와 대응되고, 내부 열교환기(60)로 유입되는 분기 냉매의 온도는 내부 열교환기(60)의 제3 측의 분기 냉매의 온도와 대응된다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 내부 열교환기(60)로 유입되는 분기 냉매의 온도는 제3 온도 센서(93)에 의해 감지되어 마이컴(110)으로 전송될 수 있고, 내부 열교환기(60)에서 토출되는 분기 냉매의 온도는 제4 온도 센서(94)에 의해 감지되어 마이컴(110)으로 전송될 수 있다.
인젝션 과열도는 인젝션 유로(91, 92)로 유동되는 분기 냉매의 유량과 관련될 수 있다.
인젝션 과열도가 작은 경우, 충분한 양의 분기 냉매가 인젝션 유로(91, 92)로 유동하며, 압축기(10)의 내부로 분기 냉매가 충분히 인젝션될 수 있다. 따라서, 인젝션 사이클이 효과적으로 수행된다.
인젝션 과열도가 큰 경우, 충분한 양의 분기 냉매가 인젝션 유로(91, 92)로 유동하지 못하며, 압축기(10)의 내부로 분기 냉매가 충분히 인젝션되지 못한다. 따라서, 인젝션 사이클이 효과적으로 수행되지 못한다. 결국, 압축기(10)로 토출되는 냉매의 온도가 감소되지 않으며, 공기 조화 장치(1)가 꺼졌다가 켜지는 현상이 발생할 수 있다.
단계(S70)에서, 마이컴(110)은 인젝션 과열도가 미리 정의된 기준 과열도보다 큰지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 단계(S70)는 인젝션 유로(91, 92)로 유동되는 분기 냉매의 유량이 미리 설정된 제1 유량보다 작은지 여부를 판단하는 단계와 대응될 수 있다.
기준 과열도는 실험적으로 결정된 값일 수 있다. 일례로, 기준 과열도는 2°C로 설정될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 분기 냉매의 과열도(즉, 인젝션 과열도) 및 분기 냉매의 유량은 인젝션 유로(91, 92)로 유동하는 분기 냉매의 상태 정보와 대응될 수 있다. 따라서, 단계(S70)는 인젝션 유로(91, 92)로 유동하는 분기 냉매의 상태 정보를 파악하는 단계와 대응될 수 있다.
단계(S70)에서 인젝션 과열도가 기준 과열도보다 큰 것으로 판단된 경우, 단계(S80) 및 단계(S90)가 수행될 수 있다. 즉, 분기 냉매의 유량이 제1 유량보다 작은 경우, 단계(S80) 및 단계(S90)가 수행될 수 있다. 단계(S70)에서 인젝션 과열도가 기준 과열도보다 큰 것으로 판단된 경우, 단계(S100)가 수행될 수 있다.
단계(S80) 및 단계(S90)는 인젝션 유로(91, 92)로 유동하는 분기 냉매를 충분히 확보하는 단계와 대응될 수 있다. 단계(S80) 및 단계(S90)를 통해 분기 냉매의 유량이 확보되어 인젝션 사이클이 원활하게 수행될 수 있다. 단계(S80) 및 단계(S90)가 반복되어 수행됨으로써 인젝션 과열도가 기준 과열도보다 작거나 같아지면 단계(S100)가 수행될 수 있다.
단계(S80)에서, 마이컴(110)은 압축기(10)의 운전 주파수를 증가시킬 수 있다.
즉, 인젝션 사이클이 수행되고 있는 상태에서, 압축기(10)의 운전 주파수를 증가시키면, 압축기(10)의 회전수가 증가하고, 압축기(10)의 압축량이 증가하여 냉매의 유량이 증가한다. 결국, 인젝션 유로(91, 92)로 유동되는 분기 냉매의 유량이 증가되며, 인젝션 사이클의 수행 시 분기 냉매의 유량이 충분히 확보될 수 있다.
구체적으로, 인젝션 과열도가 높으면, 내부 열교환기(60)에서 토출되는 분기 냉매의 온도와 내부 열교환기(60)로 유입되는 분기 냉매의 온도의 차가 커지고, 결국 분기 냉매의 유량이 감소된다. 따라서, 분기 냉매의 충분한 유량을 확보하고자, 마이컴(110)은 인젝션 과열도에 비례하여 압축기(10)의 운전 주파수를 증가시킬 수 있다.
단계(S90)에서, 마이컴(110)은 메인 팽창 밸브(51)의 개방도를 감소시킬 수 있다. 이 때, 마이컴(110)은 응축기(30)기에서 토출된 냉매의 과냉도에 비례하여 메인 팽창 밸브(51)의 개방도를 감소시킬 수 있다.
여기서, 냉매의 과냉도는 응축기(30)로 유동되는 냉매의 특정 지점들에서의 온도 차로 정의될 수 있다. 여기서, 특정 지점들은 응축기(30)의 내부의 배관의 지점 및 응축기(30)의 출구측 배관의 지점일 수 있다. 다시 말해, 냉매의 과열도는 응축기(30)의 내부로 유동되는 냉매의 온도와 응축기(30)에서 토출된 냉매의 온도의 차와 대응될 수 있다. 응축기(30)의 내부로 유동되는 냉매의 온도는 응축기(30)로 유동되는 냉매의 중간 온도와 대응될 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 응축기(30)의 내부로 유동되는 냉매의 온도는 제1 온도 센서(21)에 의해 감지되어 마이컴(110)으로 전송될 수 있고, 응축기(30)에서 토출된 냉매의 온도는 제2 온도 센서(22)에 의해 감지되어 마이컴(110)으로 전송될 수 있다.
인젝션 사이클이 수행되고 있는 상태에서, 응축기(30)로 토출되는 냉매가 과냉각되면, 메인 팽창 밸브(51)에 팽창 효율이 감소된다. 이에 따라 인젝션 유로(91, 92)로 충분한 양의 분기 냉매가 공급되지 못하며, 냉동 사이클의 효율이 감소된다. 따라서, 마이컴(110)는 응축기(30)로 토출되는 냉매가 과냉각에 비례하여 메인 팽창 밸브(51)의 개방도를 감소시키고, 이에 따라 인젝션 유로(91, 92)로 충분한 양의 분기 냉매가 공급되도록 한다.
한편, 단계(S80) 및 단계(S90)의 수행 순서는 도 7에 한정되지 않는다. 즉, 도 7에서는 단계(S80)가 먼저 수행된 후에 단계(S90)가 수행되는 것으로 도시하였으나, 단계(S90)가 먼저 수행된 후에 단계(S80)가 수행될 수도 있다.
또한, 도 7에서는 단계(S80) 및 단계(S90)가 모두 수행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단계(S80) 및 단계(S90) 중 어느 하나의 단계만이 수행될 수도 있다. 즉, 단계(S80)가 수행되는 경우 단계(S90)는 생략될 수도 있고, 단계(S90)가 수행되는 경우 단계(S80)는 생략될 수도 있다. 하지만, 충분한 분기 냉매의 유량을 빠르게 확보하기 위해 단계(S80) 및 단계(S90)가 함께 수행되는 것이 바람직하다.
단계(S80) 및 단계(S90)가 적어도 1회 이상 수행되어 인젝션 유로(91, 92)로 유동하는 분기 냉매를 충분히 확보된 경우, 단계(S100)에서 마이컴(110)는 인젝션 사이클의 종료 여부를 판단할 수 있다.
일례로, 공기 조화 장치(1)가 난방 운전을 수행하고 있는 상태에서 실외 온도가 증가되는 경우, 마이컴(110)은 인젝션 사이클을 종료하는 것으로 판단할 수 있다.
인젝션 사이클이 종료되지 않는 것으로 판단되는 경우, 마이컴(110)은 다시 단계(S70)를 수행한다.
그리고, 인젝션 사이클이 종료된 것으로 판단되는 경우, 단계(S20)가 수행될 수 있다. 이에 따라, 공기 조화 장치(1)는 일반적인 냉동 사이클로 구동될 수 있다.
요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치(1)는 인젝션 사이클의 수행 시 압축기(10)의 운전 주파수 및 메인 팽창 냉매(30)의 개방도 중 적어도 하나를 조절함으로써 인젝션 유로(91, 92)로 유동되는 분기 냉매의 유량을 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 압축기(10)에서 토출되는 냉매의 온도가 과열되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 압축기(10)에서 토출되는 냉매의 온도를 제어함으로써, 공기 조화 장치(1)가 비정상적으로 구동되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화 장치(1)는 인젝션 사이클의 개시 전에 압축기(10)를 안정적으로 구동시키기 위해 압축기(10)의 운전 주파수를 조절할 수 있다. 즉, 공기 조화 장치(1)는, 인젝션 사이클의 개시 전에 압축기(10)의 운전 주파수가 너무 높은 경우, 미리 설정된 제1 운전 주파수 이하가 되도록 압축기(10)를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하고, 인젝션 사이클을 수행하는 공기 조화 장치에 있어서,
    상기 응축기에서 토출된 냉매를 교축하는 메인 팽창 밸브;
    상기 메인 팽창 밸브에서 토출된 냉매 중 분기 냉매를 상기 압축기로 제공하는 인젝션 유로;
    상기 인젝션 유로에 설치되며, 상기 분기 냉매를 교축하는 인젝션 팽창 밸브;
    상기 인젝션 팽창 밸브에서 토출된 분기 냉매와 상기 메인 팽창 밸브에 토출된 냉매 중 메인 냉매를 열교환하는 내부 열교환기; 및
    상기 압축기, 상기 메인 팽창 밸브 및 상기 인젝션 팽창 밸브를 제어하는 마이컴;를 포함하되,
    상기 마이컴은, 상기 인젝션 사이클의 수행 시, 상기 인젝션 팽창 밸브를 개방하고, 상기 인젝션 팽창 밸브를 통해 상기 인젝션 유로로 유동하는 분기 냉매의 상태 정보에 기초하여 상기 압축기의 운전 주파수 및 상기 메인 팽창 밸브의 개방도 중 적어도 하나를 조절하고,
    상기 마이컴은,
    상기 인젝션 팽창 밸브의 개방 전에 상기 압축기를 제어하는 단계를 수행하되,
    상기 인젝션 팽창 밸브가 개방되기 전에, 상기 압축기의 전류를 미리 설정된 제1 전류와 비교하고
    상기 압축기의 전류가 상기 제1 전류보다 큰 경우, 상기 압축기의 운전 주파수를 감소시키는, 공기 조화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분기 냉매의 상태 정보는 상기 인젝션 유로로 유동하는 분기 냉매의 과열도를 포함하는, 공기 조화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분기 냉매의 과열도는 상기 내부 열교환기에서 토출되는 분기 냉매의 온도와 상기 내부 열교환기로 유입되는 분기 냉매의 온도의 차와 대응되는, 공기 조화 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 마이컴은, 상기 분기 냉매의 과열도가 미리 정의된 기준 과열도보다 큰 경우, 상기 압축기의 운전 주파수를 증가시키는, 공기 조화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마이컴은, 상기 분기 냉매의 과열도에 비례하여 상기 압축기의 운전 주파수를 증가시키는, 공기 조화 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 마이컴은, 상기 분기 냉매의 과열도가 미리 정의된 기준 과열도를 초과하는 경우, 상기 메인 팽창 밸브의 개방도를 감소시키는, 공기 조화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마이컴은, 상기 응축기에서 토출된 냉매의 과냉도에 비례하여 상기 메인 팽창 밸브의 개방도를 감소시키는, 공기 조화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉매의 과냉도는 상기 응축기의 내부로 유동되는 냉매의 온도와 상기 응축기에서 토출된 냉매의 온도의 차와 대응되는, 공기 조화 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분기 냉매의 상태 정보는 상기 인젝션 유로로 유동하는 분기 냉매의 유량을 포함하는, 공기 조화 장치.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 마이컴은, 상기 압축기의 전류가 상기 제1 전류보다 같거나 작아질 때까지 상기 압축기의 운전 주파수를 감소시키는, 공기 조화 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 마이컴은,
    상기 인젝션 팽창 밸브가 개방되기 전에, 상기 압축기의 운전 주파수를 미리 설정된 제1 운전 주파수와 비교하고,
    상기 압축기의 운전 주파수가 상기 제1 운전 주파수보다 큰 경우, 상기 압축기의 운전 주파수를 감소시키는, 공기 조화 장치.
  13. 압축기, 응축기, 메인 팽창 밸브, 인젝션 유로, 상기 인젝션 유로에 설치된 인젝션 팽창 장치, 내부 열교환기, 증발기, 마이컴을 포함하고, 인젝션 사이클을 수행하는 공기 조화 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 인젝션 팽창 장치를 개방하는 단계; 및
    상기 개방된 인젝션 팽창 장치를 통해 상기 인젝션 유로로 유동하는 분기 냉매의 상태 정보에 기초하여 상기 압축기의 운전 주파수 및 상기 메인 팽창 밸브의 개방도 중 적어도 하나를 조절하는 단계;를 포함하고,
    상기 마이컴은,
    인젝션 팽창 밸브의 개방 전에 상기 압축기를 제어하는 단계를 수행하되,
    상기 인젝션 팽창 밸브가 개방되기 전에, 상기 압축기의 전류를 미리 설정된 제1 전류와 비교하고
    상기 압축기의 전류가 상기 제1 전류보다 큰 경우, 상기 압축기의 운전 주파수를 감소시키는, 공기 조화 장치의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 분기 냉매의 상태 정보는 상기 인젝션 유로로 유동하는 분기 냉매의 과열도를 포함하고,
    상기 조절하는 단계는, 상기 분기 냉매의 과열도가 미리 정의된 기준 과열도를 초과하는 경우, 상기 분기 냉매의 과열도와 비례하여 상기 압축기의 운전 주파수를 증가시키는, 공기 조화 장치의 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 분기 냉매의 상태 정보는 상기 인젝션 유로로 유동하는 분기 냉매의 과열도를 포함하고,
    상기 조절하는 단계는, 상기 분기 냉매의 과열도가 미리 정의된 기준 과열도를 초과하는 경우, 상기 응축기에서 토출된 냉매의 과냉도에 비례하여 상기 메인 팽창 밸브의 개방도를 감소시키는, 공기 조화 장치의 제어 방법.
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KR101329752B1 (ko) * 2007-12-26 2013-11-20 엘지전자 주식회사 공기조화 시스템
JP2010054186A (ja) * 2008-07-31 2010-03-11 Daikin Ind Ltd 冷凍装置
KR20110062457A (ko) 2009-12-03 2011-06-10 엘지전자 주식회사 히트 펌프 시스템
CN105074351B (zh) * 2013-03-12 2017-03-22 三菱电机株式会社 空调装置
CN103411291B (zh) 2013-08-30 2016-03-09 海信(山东)空调有限公司 一种膨胀阀喷射控制方法及系统
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