KR20050019326A - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용량가변 압축기를 구비하는 다실형 공기조화기에 관한 것으로, 특히 본 발명은 용량가변 압축기의 잦은 온/오프를 방지한다.

이를 위해 본 발명은 운전모드에 따라 회전축의 회전방향을 변화시켜 토출량을 가변시키는 용량가변 압축기, 이 압축기의 흡입측과 토출측을 연결하는 적어도 하나의 바이패스관, 이 바이패스관을 개폐하는 바이패스밸브, 실내기 요구용량의 변화시 실내기 요구용량이 증가한 경우에는 바이패스밸브를 닫은 상태에서 소정시간이 경과한 후에 상기 실내기 요구용량이 만족되는지를 판단하고, 실내기 요구용량이 감소한 경우에는 바이패스밸브를 연 상태에서 소정시간이 경과한 후에 실내기 요구용량이 만족되는지를 판단하고, 실내기 요구용량이 만족되지 않으면 압축기의 운전모드를 변경시켜 토출량을 가변시키는 제어부를 포함한다.

따라서, 본 발명은 용량가변 압축기의 잦은 온/오프를 방지함으로써 용량가변 압축기의 운전율을 개선하여 공기조화기의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용량가변 압축기의 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{Air conditioner and control method thereof}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 특히 압축기 모터의 회전방향을 변화시켜 토출용량을 가변시키는 용량가변 압축기를 구비하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

본 출원인은 대한민국 특허출원10-2002-0061462호를 통해 내용적이 서로 다른 두 압축실 중 어느 한쪽에서만 선택적으로 압축동작이 이루어지도록 하는 용량가변 압축기에 대하여 출원한 바 있다.

이 용량가변 압축기는 각 압축실 내부에 회전축의 회전방향 변화에 따라 각 압축실의 롤러가 편심되거나 편심 해제되면서 압축 및 압축해제 동작을 수행할 수 있게 하는 편심장치를 구비한다. 이 편심장치는 각 압축실의 회전축 외면에 마련되는 두 편심캠, 두 편심캠의 외면에 회전 가능하게 결합되는 두 편심부시, 두 편심부시의 외면에 회전 가능하게 결합되는 두 롤러, 회전축이 회전 할 때 두 편심부시 중 어느 하나가 편심되는 위치에서 걸리고 다른 하나가 편심되지 않는 위치에서 걸리도록 하는 걸림핀을 포함한다. 또한 각 압축실 내에는 반경방향으로 진퇴하는 베인이 설치되어 압축실 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획할 수 있도록 되어있다.

이러한 용량가변 압축기는 편심장치의 동작에 의해 내부용적이 다른 두 압축실 중 어느 한 쪽에서 압축동작이 이루어질 때 다른 쪽에서 공회전이 이루어지도록 함으로써 회전축의 회전방향을 변경하는 것만으로 용량가변 운전을 수행할 수 있게 한 것이다.

이러한 용량가변 압축기를 구비하는 공기조화기에서는 실내기의 요구용량이 변화하여 실내기 용량을 증가시키거나 감소시켜야 하는 경우, 변화된 실내기 용량에 맞게 용량가변 압축기의 토출용량을 가변시키기 위해 압축기 모터를 일시 정지시킨 후 소정의 압력평형시간이 경과하면 압축기 모터의 회전방향을 반대방향으로 전환하여 용량가변 압축기를 재기동시킨다.

그러나, 종래의 공기조화기에서는 실내기 요구용량이 변화할 때마다 용량가변 압축기의 토출량을 가변시키기 위해 용량가변 압축기를 정지시킨 후 회전방향을 반대로 하여 재기동시켜야 하기 때문에 용량가변 압축기의 온/오프가 상대적으로 잦아진다. 이로 인해, 압축기의 운전율이 떨어져 공기조화기의 성능이 상대적으로 낮아지는 문제점이 있다.

또한, 종래의 공기조화기에서는 용량가변 압축기의 잦은 온/오프로 인해 용량가변 압축기의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 압축기의 잦은 온/오프를 방지하기 위한 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기조화기는 운전모드에 따라 회전축의 회전방향을 변화시켜 토출량을 가변시키는 용량가변 압축기를 구비하는 공기조화기에 있어서, 상기 압축기의 흡입측과 토출측을 연결하는 적어도 하나의 바이패스관, 상기 바이패스관을 개폐하는 바이패스밸브, 실내기 요구용량의 변화시 실내기 요구용량이 증가한 경우에는 상기 바이패스밸브를 닫은 상태에서 소정시간이 경과한 후에 상기 실내기 요구용량이 만족되는지를 판단하고, 실내기 요구용량이 감소한 경우에는 상기 바이패스밸브를 연 상태에서 소정시간이 경과한 후에 상기 실내기 요구용량이 만족되는지를 판단하고, 상기 실내기 요구용량이 만족되지 않으면 상기 압축기의 운전모드를 변경시켜 토출량을 가변시키는 제어부를 포함한다.

상기 바이패스관은 일단은 상기 압축기의 흡입측에 연결되고, 타단은 응축기에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 바이패스관은 상기 압축기의 흡입측과 상기 응축기의 입구측에 연결되는 제1바이패스관과 상기 압축기의 흡입측과 상기 응축기의 중간부측에 연결되는 제2바이패스관을 포함하고, 상기 바이패스밸브는 상기 제1바이패스관을 개폐하는 제1바이패스밸브와 상기 제2바이패스관을 개폐하는 제2바이패스밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 공기조화기의 제어방법은 운전모드에 따라 회전축의 회전방향을 변화시켜 토출량을 가변시키는 용량가변 압축기, 상기 압축기의 흡입측과 토출측을 연결하는 적어도 하나의 바이패스관, 상기 바이패스관을 개폐하는 바이패스밸브, 상기 압축기와 상기 바이패스밸브의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 공기조화기에 있어서, 실내기 요구용량이 증가 또는 감소되었는지를 판단하고, 상기 실내기 요구용량이 증가하였으면 상기 바이패스밸브를 닫은 상태에서 소정시간이 경과한 후에 상기 실내기 요구용량이 만족되는지를 판단하고, 상기 실내기 요구용량이 감소하였으면 상기 바이패스밸브를 연 상태에서 소정시간이 경과한 후에 상기 실내기 요구용량이 만족되는지를 판단하고, 상기 실내기 요구용량이 만족되지 않으면 상기 압축기의 운전모드를 변경시켜 토출량을 가변시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기는 압축기의 흡입측과 토출측을 연결하는 적어도 하나의 바이패스관, 상기 바이패스관을 개폐하는 바이패스밸브, 실내기 요구용량이 증가하면 상기 바이패스밸브를 닫고, 상기 실내기 요구용량이 감소하면 상기 바이패스밸브를 여는 제어부를 포함한다.

상기 바이패스관은 일단은 상기 압축기의 흡입측에 연결되고, 타단은 응축기에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 바이패스관은 상기 압축기의 흡입측과 상기 응축기의 입구측에 연결되는 제1바이패스관과 상기 압축기의 흡입측과 상기 응축기의 중간부측에 연결되는 제2바이패스관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 사이클 구성도이다. 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는 폐회로를 구성하도록 냉매관에 의해 순차적으로 연결된 용량가변 압축기(2), 응축기(3), 전동팽창밸브(4), 그리고 증발기(5)를 포함한다. 냉매관 중에서 용량가변 압축기(2)의 토출측과 전동팽창밸브(4)의 유입측을 연결하는 냉매관은 용량가변 압축기(2)에서 토출된 고압 냉매의 흐름을 안내하는 고압관(6)이고, 전동팽창밸브(4)의 유출측과 압축기(2)의 흡입측을 연결하는 냉매관은 전동팽창밸브(4)에서 팽창된 저압 냉매의 흐름을 안내하는 저압관(7)이다. 응축기(3)는 고압관(6)의 중도에 설치되고, 증발기(5)는 저압관(7)의 중도에 설치된다. 용량가변 압축기(2)가 운전하면 냉매는 실선 화살표 방향으로 흐른다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는 실외기(8)와 실내기(9)를 포함한다. 실외기(8)는 전술한 용량가변 압축기(2)와 응축기(3), 그리고, 전동팽창밸브(4)를 포함하며, 용량가변 압축기(2)의 흡입측과 고압관사이에는 바이패스유로를 갖는 바이패스관(10, 11), 이 바이패스관(10, 11)에 설치되어 바이패스유로를 개폐하는 바이패스밸브(12,13)를 포함한다. 이 바이패스관(10,11)은 고압관(6)을 통과하는 상대적으로 높은 개방도의 냉매의 일부를 용량가변 압축기의 흡입측으로 바이패스시키기 위한 것이다.

이 바이패스관(10,11)은 바람직하게는 일단은 용량가변 압축기(2)의 흡입측과 연결되고, 타단은 응축기(3) 냉매배관의 입구측(A)에 연결되어 제1바이패스유로를 형성하는 제1바이패스관(10)과 일단은 용량가변 압축기(2)의 흡입측과 연결되고, 타단은 응축기(3)의 중간부측(B)에 연결되어 제2바이패스유로를 형성하는 제2바이패스관(11)으로 이루어진다.

또한, 바이패스밸브(12,13) 역시 바람직하게는 제1바이패스관(10)에 설치되어 제1바이패스유로를 개폐하는 제1바이패스밸브(12)와 제2바이패스관(11)에 설치되어 제2바이패스유로를 개폐하는 제2바이패스밸브(13)로 이루어진다.

한편, 용량가변 압축기(2)는 종래와 동일하게 복수의 압축실과, 압축기 모터와, 각 압축실 내부에 압축기 모터의 회전축의 회전방향 변화에 따라 각 압축실의 롤러가 편심되거나 편심 해제되면서 압축 및 압축해제 동작을 수행할 수 있게 하는 편심장치를 구비한다. 이 편심장치는 각 압축실의 회전축 외면에 마련되는 두 편심캠, 두 편심캠의 외면에 회전 가능하게 결합되는 두 편심부시, 두 편심부시의 외면에 회전 가능하게 결합되는 두 롤러, 회전축이 회전 할 때 두 편심부시 중 어느 하나가 편심되는 위치에서 걸리고 다른 하나가 편심되지 않는 위치에서 걸리도록 하는 걸림핀을 포함한다. 또한 각 압축실 내에는 반경방향으로 진퇴하는 베인이 설치되어 압축실 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획할 수 있도록 되어 있다.

실내기(9)는 여러 개가 병렬로 배치되며, 각 실내기(9)는 증발기(5)를 포함한다. 따라서 하나의 실외기(8)에 여러 개의 실내기(9)가 연결된 형태를 취한다. 그리고 각 실내기(9)의 용량과 형태는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

여기서, 각각의 용량가변형 압축기(1), 제1바이패스밸브(12), 제2바이패스밸브(13)는 전반적인 제어를 수행하는 제어부(14)와 전기적으로 연결되어 있고, 이 제어부(14)의 제어신호에 따라 구동된다.

도 2는 도 1의 실내기 용량, 용량가변 압축기의 운전모드, 제1바이패스밸브, 제2바이패스밸브의 제어테이블이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실내기 용량별로 용량가변 압축기(1)의 운전모드, 제1바이패스밸브(12), 제1바이패스밸브(13)의 작동상태가 정해져 있다. 여기서 운전모드 1은 압축기 모터를 미리 설정된 일방향으로 회전시켜 미리 정해진 압축실에서 압축이 이루어지도록 하는 운전형태이고, 운전모드 2는 압축기 모터를 반대방향으로 회전시켜 미리 정해진 압축실에서 압축이 이루어지도록 하는 운전형태이다.

즉, 실내기 용량이 하한값 내지 54 이내에서는 용량가변 압축기(1)의 운전모드를 운전모드 1로 작동시킨 상태에서 제1바이패스와 제2바이패스밸브들 중 어느 하나 또는 둘 다를 개방 또는 폐쇄시켜 제1바이패스관과 제2바이패스관을 통해 냉매를 바이패스시키거나 바이패스되는 냉매를 차단시켜 실내기(5)측으로 유입되는 냉매량을 조절한다.

또한, 실내기 용량이 55 내지 상한값 이내에는 용량가변 압축기(1)의 운전모드를 운전모드 2로 작동시킨 상태에서 제1바이패스와 제2바이패스밸브들 중 어느 하나 또는 둘 다를 개방 또는 폐쇄시켜 제1바이패스관과 제2바이패스관을 통해 냉매를 바이패스시키거나 바이패스되는 냉매를 차단시켜 실내기(5)측으로 유입되는 냉매량을 조절한다.

일예로, 현재 실내기 용량이 22 내지 30인 상태로 공기조화기를 운전하고 있는 상태에서 다른 실내기가 추가 운전하여 실내기 용량이 40 내지 54로 증가하면 용량가변 압축기(1)의 운전모드는 동일하게 운전모드 1로 운전하는 상태에서 제1바이패스밸브와 제2바이패스밸브를 폐쇄시킨다. 이로 인해, 제1바이패스관(10)과 제2바이패스관(11)을 통해 바이패스되는 냉매량이 차단되어 실내기(9)측으로 유입되는 냉매량이 증가됨으로써 실내기 요구용량을 만족하게 된다.

그러나, 후술하겠지만 현재 실내기 용량이 22 내지 30인 상태에서 실내기 용량이 61 내지 75로 증가하면 용량가변 압축기(2)를 곧바로 운전모드 2로 전환시키지 않고, 운전모드 1에 상응하는 최대 실내기 용량인 40 내지 54에서의 바이패스밸브들의 제어방식을 일정시간 동안 수행한 후 그래도 실내기 요구용량이 만족되지 않으면 운전모드 2로 변경시킨다.

그 반대의 경우인 현재 실내기 용량이 61 내지 74인 상태에서 실내기 용량이 22 내지 30으로 증가하면 용량가변 압축기(2)를 곧바로 운전모드 1로 전환시키지 않고, 운전모드 2에 상응하는 최소 실내기 용량인 55 내지 60에서의 바이패스밸브들의 제어방식을 일정시간 동안 수행한 후 그래도 실내기 요구용량이 만족되지 않으면 운전모드 2로 변경시킨다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법에 대한 제어흐름도이다. 도 3을 살펴보면, 먼저, 실내기 요구용량이 변화하였는지를 판단한다(100). 작동모드 100에서의 판단결과 실내기 요구용량이 변화하였으면 제어부(14)는 현재 실내기 요구용량보다 변화된 요구용량이 미리 설정된 용량이상 증가하거나 감소하여 용량가변 압축기(2)의 운전모드 변경이 필요한지를 판단한다(101).

만약, 작동모드 101에서의 판단결과 운전모드 변경이 필요하지 않으면 도 2에서의 제어테이블에 따라 제1바이패스밸브(12)와 제2바이패스밸브(13)의 구동을 제어하여 변화된 실내기 요구용량으로 제어한다(102).

한편, 작동모드 101에서의 판단결과 운전모드의 변경이 필요한 것으로 판단되면, 제어부(14)는 실내기 요구용량이 증가되었는지 감소되었는지를 판단한다(103).

만약, 작동모드 103에서의 판단결과 실내기 요구용량이 증가되었으면 제어부(14)는 운전모드를 곧바로 변경(운전모드 1에서 운전모드 2로 변경시키거나 운전모드 2에서 운전모드 1로 변경)시키지 않고, 대신에 제1바이패스밸브(12)와 제1바이패스밸브(13)를 폐쇄시킨다(104). 이로 인해, 제1바이패스관(10)과 제2바이패스관(11)을 통해 바이패스되는 냉매량을 차단시켜 실내기(9)측으로 유입되는 냉매량을 증가시킨다.

작동모드 104에서 제1바이패스밸브(12)와 제1바이패스밸브(13)를 폐쇄시킨 후 제어부(14)는 소정시간이 경과하였는지를 판단한다(105). 작동모드 105에서의 판단결과 소정시간이 경과하였으면 제어부(14)는 실내기 요구용량이 만족되었는지를 판단한다(106). 만약, 작동모드 106에서의 판단결과 실내기 요구용량이 만족되지 않으면 제어부(14)는 현재의 운전모드를 변경시키기 위해 먼저 용량가변 압축기(1)를 정지시킨다(107). 그런 후에 냉매사이클상의 제1바이패스밸브(12)와 제1바이패스밸브(13), 그리고, 전동팽창밸브를 개방시켜 냉매사이클상의 저압과 고압의 압력을 평형시킨다(108). 압력을 평형시킨 후 제어부(14)는 용량가변 압축기(1)를 변경된 운전모드로 재기동시킨다(109). 제어부(14)는 운전모드를 변경하여 재기동한 후 미리 설정된 루틴으로 리턴한다.

한편, 작동모드 103에서의 판단결과 실내기 요구용량이 감소되었으면 제어부(14)는 운전모드를 곧바로 변경(운전모드 1에서 운전모드 2로 변경시키거나 운전모드 2에서 운전모드 1로 변경)시키지 않고, 대신에 제1바이패스밸브(12)와 제1바이패스밸브(13)를 개방시킨다(110). 이로 인해, 제1바이패스관(10)과 제2바이패스관(11)을 통해 냉매를 용량가변 압축기(2)의 흡입측으로 바이패스시켜 실내기(9)측으로 유입되는 냉매량을 감소시킨다.

작동모드 110에서 제1바이패스밸브(12)와 제1바이패스밸브(13)를 개방시킨 후 제어부(14)는 소정시간이 경과하였는지를 판단한다(111). 작동모드 111에서의 판단결과 소정시간이 경과하였으면 제어부(14)는 실내기 요구용량이 만족되었는지를 판단한다(112). 만약, 작동모드 112에서의 판단결과 실내기 요구용량이 만족되지 않으면 제어부(14)는 현재의 운전모드를 변경시키기 위해 먼저 용량가변 압축기(1)를 정지시킨다(113). 그런 후에 냉매사이클상의 제1바이패스밸브(12)와 제1바이패스밸브(13), 그리고, 전동팽창밸브를 개방시켜 냉매사이클상의 저압과 고압의 압력을 평형시킨다(114). 압력을 평형시킨 후 제어부(14)는 용량가변 압축기(1)를 변경된 운전모드로 재기동시킨다(115). 제어부(14)는 운전모드를 변경하여 재기동한 후 미리 설정된 루틴으로 리턴한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 용량가변 압축기의 잦은 온/오프를 방지함으로써 용량가변 압축기의 운전율을 개선하여 공기조화기의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 용량가변 압축기의 잦은 온/오프를 방지함으로써 용량가변 압축기의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 사이클 구성도이다.

도 2는 도 1의 실내기 용량, 용량가변 압축기의 운전모드, 제1바이패스밸브, 제2바이패스밸브의 제어테이블이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

1 : 공기조화기 2 : 용량가변 압축기

3 : 응축기 4 : 전동팽창밸브

5 : 증발기 6 : 고압관

7 : 저압관 8 : 실외기

9 : 실내기 10: 제1바이패스관

11: 제2바이패스관 12: 제1바이패스밸브

13: 제2바이패스밸브

Claims (7)

1. 운전모드에 따라 회전축의 회전방향을 변화시켜 토출량을 가변시키는 용량가변 압축기를 구비하는 공기조화기에 있어서,

   상기 압축기의 흡입측과 토출측을 연결하는 적어도 하나의 바이패스관,

   상기 바이패스관을 개폐하는 바이패스밸브,

   실내기 요구용량의 변화시 실내기 요구용량이 증가한 경우에는 상기 바이패스밸브를 닫은 상태에서 소정시간이 경과한 후에 상기 실내기 요구용량이 만족되는지를 판단하고, 실내기 요구용량이 감소한 경우에는 상기 바이패스밸브를 연 상태에서 소정시간이 경과한 후에 상기 실내기 요구용량이 만족되는지를 판단하고,

   상기 실내기 요구용량이 만족되지 않으면 상기 압축기의 운전모드를 변경시켜 토출량을 가변시키는 제어부를 포함하는 공기조화기.
2. 제1항에 있어서, 상기 바이패스관은 일단은 상기 압축기의 흡입측에 연결되고, 타단은 응축기에 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
3. 제2항에 있어서, 상기 바이패스관은 상기 압축기의 흡입측과 상기 응축기의 입구측에 연결되는 제1바이패스관과 상기 압축기의 흡입측과 상기 응축기의 중간부측에 연결되는 제2바이패스관을 포함하고, 상기 바이패스밸브는 상기 제1바이패스관을 개폐하는 제1바이패스밸브와 상기 제2바이패스관을 개폐하는 제2바이패스밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
4. 운전모드에 따라 회전축의 회전방향을 변화시켜 토출량을 가변시키는 용량가변 압축기, 상기 압축기의 흡입측과 토출측을 연결하는 적어도 하나의 바이패스관, 상기 바이패스관을 개폐하는 바이패스밸브, 상기 압축기와 상기 바이패스밸브의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 공기조화기에 있어서,

   실내기 요구용량이 증가 또는 감소되었는지를 판단하고,

   상기 실내기 요구용량이 증가하였으면 상기 바이패스밸브를 닫은 상태에서 소정시간이 경과한 후에 상기 실내기 요구용량이 만족되는지를 판단하고,

   상기 실내기 요구용량이 감소하였으면 상기 바이패스밸브를 연 상태에서 소정시간이 경과한 후에 상기 실내기 요구용량이 만족되는지를 판단하고,

   상기 실내기 요구용량이 만족되지 않으면 상기 압축기의 운전모드를 변경시켜 토출량을 가변시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
5. 압축기의 흡입측과 토출측을 연결하는 적어도 하나의 바이패스관,

   상기 바이패스관을 개폐하는 바이패스밸브,

   실내기 요구용량이 증가하면 상기 바이패스밸브를 닫고, 상기 실내기 요구용량이 감소하면 상기 바이패스밸브를 여는 제어부를 포함하는 공기조화기.
6. 제5항에 있어서, 상기 바이패스관은 일단은 상기 압축기의 흡입측에 연결되고, 타단은 응축기에 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
7. 제5항에 있어서, 상기 바이패스관은 상기 압축기의 흡입측과 상기 응축기의 입구측에 연결되는 제1바이패스관과 상기 압축기의 흡입측과 상기 응축기의 중간부측에 연결되는 제2바이패스관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.