KR200465851Y1

KR200465851Y1 - 공기조화장치

Info

Publication number: KR200465851Y1
Application number: KR2020070020099U
Authority: KR
Inventors: 정재효; 서형준; 김성구; 정동운
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2013-03-13
Also published as: KR20090006034U

Abstract

본 고안은 정속형 압축기와 단실린더 베인 제어형 압축기를 병렬로 연결하여 실내 공조부하의 요구능력에 따라 효과적으로 능력가변이 가능하면서도 저비용으로 구현할 수 있는 공기조화장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 고안은 정속형으로 운전되는 제1압축기; 상기 제1압축기와 병렬 연결되고, 그 내부에 하나의 실린더를 가지고 베인을 제어하여 능력을 조절하는 제2압축기; 및 실내 공조부하의 요구능력에 따라 상기 제1 및 제2압축기의 능력을 가변 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제2압축기의 베인을 제어하는 고압라인은 상기 제1압축기에 연결되어 단실린더형 베인 제어 시스템을 구성할 수 있다.

Description

공기조화장치{Air conditioner}

본 고안은 공기조화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내 공조부하의 요구능력에 따라 능력가변이 가능한 공기조화장치에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화장치는 실내의 냉방 또는 난방을 위한 목적으로 사용되는 장치로, 실내기 및 실외기 상호간에 냉매가 순환되는 통상의 냉동사이클이 적용되어 액체상태의 냉매가 기화할 때에 주위의 열을 흡수하며 액화할 때에 그 열을 방출하는 특성에 의하여 냉방 또는 난방운전을 수행한다.

통상의 공기조화장치는 하나의 실외기에 하나의 실내기를 설치하는 것이 일반적이나, 최근에는 하나 또는 하나 이상의 실외기에 다양한 형태와 용량을 갖는 복수의 실내기를 연결하여 학교나 회사, 그리고 병원과 같이 분리된 공간이 다수 개 존재하는 대형 건물에 대하여 각각 냉방 또는 난방운전을 수행하는 멀티 시스템 공기조화장치(Multi system air conditioner)에 대한 사용자의 요구가 증가하는 추세이다.

이러한 멀티 시스템 공기조화장치는 실내 공조부하의 변화가 크기 때문에 실내 공조부하의 요구능력에 부합하는 최적의 능력제어가 필요하며, 이를 위해서는 압축기의 압축능력을 가변할 수 있어야 한다.

이에, 종래에는 능력가변 압축기를 채용하여 공기조화장치를 도 1에 도시한 바와 같이, 구성한다.

도 1에서, 공기조화장치는 능력가변 압축기(100), 사방밸브(30), 응축기(40), 팽창밸브(50), 증발기(60), 어큐뮬레이터(70)를 포함하며, 능력가변 압축기(100)는 상하부에 각각 실린더(110,120)를 구비한 다실린더 베인 제어형 로터리 압축기를 사용한다.

압축기(100)의 하부 실린더(120)는 베인의 제어없이 항상 압축을 수행하며, 상부 실린더(110)는 사방밸브(30)의 방향 절환을 통해 베인 후단에 고압 또는 저압을 인가하여 베인을 전진 또는 후퇴시킴으로써 베인의 전진 시에는 압축을 수행하고, 베인의 후퇴 시에는 압축을 수행하지 않는 아이들링 상태로 되어 압축능력을 제어할 수 있도록 하였다.

즉, 상부 실린더(110)의 베인 후단에 저압을 걸어 베인을 후퇴시키면 상부 실린더(110)는 압축을 수행하지 않고 하부 실린더(120)만 압축을 수행하는 부분부하 운전(예를 들어, 상하부 동일한 경우 50%)이 되고, 상부 실린더(110)의 베인 후단에 고압을 걸어 베인을 전진시키면 상부 실린더(110)도 하부 실린더(120)와 마찬가지로 압축을 수행하는 전부하 운전(예를 들어, 상하부 동일한 경우 100%)이 된다. 이때 베인의 전진/후퇴를 일정시간 주기로 반복(PWM 제어)하게 되면 50~100%까지 능력가변이 가능하다.

그런데, 상기와 같은 종래 능력가변 압축기(100)는 고저압차를 이용하여 베인을 제어하므로 압축기(100)에 항상 고저압이 형성되어야 하기 때문에 트윈형태의 다실린더 구조를 가져야 한다. 이러한 트윈형태의 다실린더 구조는 상하부 실린더(110,120) 간의 능력비를 자유자재로 설계하기가 힘들어 부분부하 매칭이 곤란하고, 하나의 모터로 전부하와 부분부하를 매칭해야 하므로 부분부하 효율이 다소 낮은 단점이 있다.

따라서, 이러한 종래 능력가변 압축기(100)를 채용한 공기조화장치의 경우 실내 공조부하의 요구능력에 효과적으로 대처하기 어렵고, 능력가변 압축기(100)가 커버해야 하는 능력이 커질 경우 하나의 단품으로 제작해야 하는 제작상의 어려움으로 제품가격이 높아지는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 정속형 압축기와 단실린더 베인 제어형 압축기를 병렬로 연결하여 실내 공조부하의 요구능력에 따라 효과적으로 능력가변이 가능하면서도 저비용으로 구현할 수 있는 공기조화장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 공기조화장치는 정속형으로 운전되는 제1압축기; 상기 제1압축기와 병렬 연결되고, 그 내부에 하나의 실린더를 가지고 베인을 제어하여 능력을 조절하는 제2압축기; 및 실내 공조부하의 요구능력에 따라 상기 제1 및 제2압축기의 능력을 가변 제어하는 제어부;를 포함한다.

상기 제2압축기는 펄스폭 변조방식으로 운전되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2압축기의 베인을 제어하기 위해 인가되는 고압 및 저압은 상기 제1압축기로부터 얻는 것을 특징으로 한다.

상기 제2압축기의 베인을 제어하는 고압라인은 상기 제1압축기의 토출배관측에 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 제2압축기의 베인을 제어하는 저압라인은 상기 제1압축기의 흡입배관측에 연결된 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 베인의 제어를 일정주기로 조절하여 상기 제1압축기의 능력과 제2압축기의 능력을 합한 총 능력이 선형적으로 가변되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 제1압축기를 기본으로 하고, 상기 요구능력이 증가할 경우 상기 제2압축기의 베인 제어를 통해 상기 제1압축기의 능력과 상기 제2압축기의 능력을 합한 총 능력이 선형적으로 조절되게 상기 제1 및 제2압축기의 운전을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 고안에 의한 공기조화장치는 정속형 압축기와 단실린더 베인 제어형 압축기를 병렬로 연결하여 실내 공조부하의 요구조건에 따라 효과적으로 능력가변이 가능하면서도 저비용으로 구현할 수 있다.

또한, 부분부하 운전 시 정속형 압축기만을 운전하여 부분부하 효율이 높고, 정속형 압축기의 용량을 자유자재로 선정할 수 있기 때문에 능력조합 설계가 용이하다.

이하, 본 고안의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2은 본 고안의 일실시예에 의한 공기조화장치의 구성도로서, 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 명기한다.

도 2에서, 본 고안의 공기조화장치는 제1 및 제2압축기(10,20), 사방밸브(30), 응축기(40), 팽창밸브(50), 증발기(60), 어큐뮬레이터(70)를 포함하며, 제1 및 제2압축기(10,20)의 운전을 제어하는 제어부(80)를 더 포함한다.

제1압축기(10)는 흡입구(10a)와 토출구(10b)를 가지며 흡입구(10a)로부터 흡입되는 저온저압(低溫低壓) 기체상태의 냉매(冷媒)를 압축하여 고온고압(高溫高壓) 기체상태로 토출구(10b)를 통해 토출해 내는 정속형 압축기로, 약 30~40%의 고정된 능력으로 운전한다.

제2압축기(20)는 제1압축기(10)와 상호 병렬 연결된 베인 제어형 압축기로, 제1압축기(10)와 마찬가지로 흡입구(20a)와 토출구(20b)를 가지며 하나의 실린더(21)로 압축을 수행하여 베인(22)을 PWM 제어(온/오프 주기제어)를 통해 점진적으로 향상시켜 부하증가에 대응하는 펄스폭 변조방식으로 운전한다.

제2압축기(20)의 베인(22) 제어에 필요한 고압라인(23)은 제1압축기(10)의 토출구(10b)에 연결되어 베인(22) 제어에 필요한 고저압차의 에너지를 제1압축기(10)로부터 얻기 때문에 제2압축기(20)는 단실린더형 베인 제어 시스템을 구성할 수 있게 된다.

사방밸브(30)는 방향 절환을 통해 제2압축기(20)의 베인(22) 후단에 고압 또는 저압을 인가하여 베인(22)을 전진 또는 후퇴시키는 작용을 한다. 베인(22)의 전진 시에는 실린더(21)의 압축을 수행하고 베인(22)의 후퇴 시에는 실린더(21)의 압축을 수행하지 않는 아이들링 상태로 하여 제2압축기(20)의 능력을 조절하도록 한다. 이때 베인(22)의 전진 및 후퇴의 시간간격을 일정주기로 조절하면 선형적인 능력가변까지 수행할 수 있게 된다.

응축기(40, condenser)는 고온고압 기체상태의 냉매를 상온(常溫)고압 액체상태로 응축시키는 역할을 하여 냉매의 엔탈피(enthalpy) 변화에 대응하여 주변 공기와 열교환하는 작용을 하게 된다.

팽창밸브(50)는 응축기(40)와 증발기(60) 사이에 연결되어 응축되어 오는 상온고압 액체상태의 냉매를 저온저압으로서 액체성분과 기체성분이 혼합된 2상 냉매로 팽창시켜 감압하는 전자팽창밸브(EEV: Electronic Expansion Valve)이다.

증발기(60, evaporator)는 저온저압 액체상태의 냉매를 기체상태로 증발시키는 역할을 하여 냉매의 엔탈피(enthalpy) 변화에 대응하여 주변 공기와 열교환하는 작용을 하게 된다.

어큐뮬레이터(70)는 제1 및 제2압축기(10,20)의 흡입구(10a,20a) 측에 설치되어 제1 및 제2압축기(10,20)로 흡입되는 냉매를 완전 기체상태의 가스로 변환시킨다.

제어부(80)는 제1 및 제2압축기(10,20)의 운전을 제어하는 마이컴으로써, 실 내 공조부하의 요구능력(요구부하)을 파악하여 요구능력이 작은 경우(약, 30~40% 미만인 경우) 제1압축기(10)만을 운전시켜 도 3에 도시한 바와 같이, 부분부하 운전을 수행하고, 요구능력이 큰 경우(약, 30~40% 이상인 경우) 제1압축기(10)를 운전시킨 상태에서 제2압축기(20)의 운전을 제어한다.

제어부(80)에서 제2압축기(20)의 운전을 제어하는 방법은 제1압축기(10)가 먼저 운전되어 부분부하 운전을 수행하고, 요구능력이 증가하면 제2압축기(20)를 온 시키고 실내 공조부하의 요구능력(요구부하)에 따라 베인(22)의 전진/후퇴를 일정시간 주기(온/오프 주기)로 반복(PWM 제어)하게 되면 도 3에 도시한 바와 같이, 30~100% 또는 40~100%까지 능력가변이 가능하여 실내 공조부하의 요구능력에 대응할 수 있게 된다.

이하, 상기와 같이 구성된 공기조화장치의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

도 4은 본 고안의 일실시예에 의한 공기조화장치의 운전제어 동작순서를 나타낸 흐름도이다.

먼저, 공기조화장치의 운전 온 인가를 판단하여(200), 운전 온인 경우 제어부(80)는 실내 공조부하의 요구능력을 파악한다(202). 실내 공조부하의 요구능력을 파악하는 방법은 사용자가 설정한 온도, 각 실내기의 운전정보, 외기조건 등을 이용하여 파악한다.

이후, 제어부(80)는 파악된 실내 공조부하의 요구능력이 30%(또는 40%) 미만인가를 판단하여(204), 요구능력이 30% 미만인 경우 제어부(80)는 요구능력이 부분 부하 운전만으로 충분하다고 판단하고 제1압축기(10)만을 운전시켜 부분부하 운전을 수행한다(206).

한편, 단계 204의 판단결과, 요구능력이 30% 미만이 아닌 경우 제어부(80)는 요구능력이 부분부하 운전만으로는 부족하다고 판단하고 제1압축기(10)를 먼저 운전시켜 부분부하 운전을 수행하고(208), 제2압축기(20)를 운전시키는데 베인(22) 제어의 고저압을 제1압축기(10)로부터 얻어 요구능력(요구부하)에 따라 제2압축기(20)의 베인(22)의 제어(전진/후퇴)를 일정시간 주기(온/오프 주기)로 반복하여 도 3에 도시한 바와 같이, 30(또는 40%)~100%까지 능력이 가변되도록 제2압축기(20)의 PWM 제어를 수행한다(210).

이후, 공기조화장치의 운전 오프 인가를 판단하여(212), 운전 오프가 아닌 경우 단계 202로 피드백하여 이후의 동작을 반복 진행하고, 운전 오프인 경우 제어부(80)는 제1 및 제2압축기(10,20)를 정지하여(214) 공기조화장치의 운전을 종료한다.

도 1은 종래 공기조화장치의 구성도이다.

도 2는 본 고안의 일실시예에 의한 공기조화장치의 구성도이다.

도 3은 본 고안의 일실시예에 의한 공기조화장치의 요구능력을 제어하는 동작 상태도이다.

도 4는 본 고안의 일실시예에 의한 공기조화장치의 운전제어 동작순서를 나타낸 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10, 20 : 제1 및 제2압축기 21 : 실린더

22 : 베인 23 : 고압라인

30 : 사방밸브 40 : 응축기

50 : 팽창밸브 60 : 증발기

70 : 어큐뮬레이터 80 : 제어부

Claims

정속형으로 운전되는 제1압축기;

상기 제1압축기와 병렬 연결되고, 그 내부에 하나의 실린더를 가지고 베인을 제어하여 능력을 조절하는 제2압축기; 및

실내 공조부하의 요구능력에 따라 상기 제1 및 제2압축기의 능력을 가변 제어하는 제어부;를 포함하고,

상기 제2압축기의 베인을 제어하기 위하여 인가되는 고압 및 저압은 각각 상기 제1압축기의 토출배관 및 흡입배관으로부터 얻는 것인 공기조화장치.
제1항에 있어서,

상기 제2압축기는 펄스폭 변조방식으로 운전되는 공기조화장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제2압축기의 베인을 제어하는 고압라인은 상기 제1압축기의 토출배관측에 연결된 공기조화장치.
제1항에 있어서,

상기 제2압축기의 베인을 제어하는 저압라인은 상기 제1압축기의 흡입배관측에 연결된 공기조화장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 상기 베인의 제어를 일정주기로 조절하여 상기 제1압축기의 능력과 제2압축기의 능력을 합한 총 능력이 선형적으로 가변되도록 제어하는 공기조화장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 상기 제1압축기를 기본으로 하고, 상기 요구능력이 증가할 경우 상기 제2압축기의 베인 제어를 통해 상기 제1압축기의 능력과 상기 제2압축기의 능력을 합한 총 능력이 선형적으로 조절되게 상기 제1 및 제2압축기의 운전을 제어하는 공기조화장치.