KR20050026591A

KR20050026591A - 냉매가열식 공기조화기 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20050026591A
Application number: KR1020030062996A
Authority: KR
Inventors: 홍주태; 김록희
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-03-15

Abstract

본 발명은 난방 저온운전시 응축기에서 증발기로 흐르는 냉매의 일부를 가열하여 증발효율을 향상시키는 냉매가열기를 갖는 공기조화기에 관한 것으로, 특히 본 발명은 난방 저온운전시 증발기에서의 냉매고임을 방지한다.

이를 해결하기 위해 본 발명은 냉매를 압축시키는 압축기, 냉매를 실내공기와 열교환시키는 응축기, 냉매를 실외공기와 열교환시키는 증발기, 증발기와 병렬 연결되고, 냉매를 가열하는 냉매가열기, 증발기 또는 냉매가열기로의 냉매유로를 전환하는 유로전환밸브, 증발기 출구측에 설치되는 역류방지용 밸브, 역류방지용 밸브를 구동하여 냉매가열기를 통과한 냉매가 증발기로 역류되는 것을 차단하는 제어부를 포함한다.

따라서, 본 발명은 난방 저온운전시 실외측 열교환기에서의 냉매고임을 방지할 수 있어 난방능력을 향상시키는 장점이 있다.

Description

냉매가열식 공기조화기 및 그 제어방법{REFRIGERANT HEATING TYPE AIR CONDITIONER}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 특히 난방 저온운전시 응축기에서 증발기로 흐르는 냉매의 일부를 가열하여 증발효율을 향상시키는 냉매가열기를 갖는 공기조화기에 관한 것이다.

일반적으로, 냉매가열식 공기조화기로는 히터장치로 구성된 냉매가열기를 갖는 공기조화기와 엔진의 폐열을 이용하여 냉매가열기를 구성하는 가스 히트 펌프식 공기조화기 등이 있다. 이러한 냉매가열식 공기조화기는 난방사이클에서 증발기에 병렬로 연결된 냉매가열기를 이용하여 증발효율을 향상시켜 난방능력을 향상시키고 있다.

그러나, 겨울철과 같이 실외온도가 낮은 경우에는 냉매가열기에 비해 실외측 열교환기의 온도가 낮으므로 냉매온도가 낮은 실외측 열교환기에 액상의 냉매가 고이는 현상이 발생한다.

이러한 냉매고임현상을 방지하기 위해 종래에는 증발기와 냉매가열기의 입구측에 각각 냉매밸브를 설치하고, 실외온도가 미리 설정된 온도보다 낮으면 증발기 측의 냉매밸브는 닫고, 냉매가열기 측의 냉매밸브는 열어 냉매가 냉매가열기측으로만 유입되도록 하고 있다.

그러나, 이러한 종래방식에서는 실외온도가 미리 설정된 온도보다 낮은 경우 증발기 측 냉매밸브에 의해서 증발기 입구측으로 냉매가 유입되지 않으나, 냉매가열기에 비해 증발기의 온도가 낮으므로 냉매가열기를 통과한 냉매의 일부가 압축기 흡입측으로 유입되지 않고 증발기 출구측으로 해서 증발기 내부로 역류되는 현상이 발생한다.

따라서, 이러한 냉매역류현상에 의해 난방사이클 전체의 냉매순환량이 감소하게 되어 결국 난방능력이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 난방운전시 증발기에서의 냉매고임현상을 방지하기 위한 냉매가열식 공기조화기 및 제어방법을 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉매가열식 공기조화기는 냉매를 압축시키는 압축기, 상기 냉매를 실내공기와 열교환시키는 응축기, 상기 냉매를 실외공기와 열교환시키는 증발기, 상기 증발기와 병렬 연결되고, 상기 냉매를 가열하는 냉매가열기, 상기 증발기 또는 냉매가열기로의 냉매유로를 전환하는 유로전환밸브,

상기 증발기 출구측에 설치되는 역류방지용 밸브, 상기 역류방지용 밸브를 구동하여 상기 냉매가열기를 통과한 냉매가 상기 증발기로 역류되는 것을 차단하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 난방운전시 실외온도를 검출하는 실외온도센서의 실외온도 신호에 따라 상기 유로전환밸브를 구동하여 상기 냉매가열기로의 냉매유로로 전환시키고, 상기 역류방지용 밸브를 구동하여 상기 냉매가열기를 통과한 냉매가 상기 증발기로 역류되는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.

상기 유로전환밸브는 상기 증발기 입구측에 설치되는 개폐밸브, 상기 냉매가열기 입구측에 설치되는 개도조절 가능한 냉매밸브를 포함하고, 상기 제어부는 상기 개폐밸브와 역류방지용 밸브를 닫고, 상기 냉매밸브를 완전 개방시키는 것을 특징으로 한다.

상기 냉매가열기는 상기 압축기를 작동시키는 엔진의 열을 이용하여 상기 냉매를 가열하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 냉매가열식 공기조화기를 제어하는 방법은 응축기, 증발기, 냉매를 순환시키는 압축기, 상기 증발기와 병렬 연결되고 열원으로 상기 냉매를 가열하는 냉매가열기, 상기 증발기 또는 냉매가열기로의 냉매유로를 전환하는 유로전환밸브, 상기 증발기 출구측에 설치되는 역류방지용 밸브를 포함하는 냉매가열식 공기조화기의 제어방법에 있어서, 난방운전시 실외온도를 검출하고, 상기 검출된 실외온도에 따라 상기 유로전환밸브를 구동하여 상기 냉매가열기로의 냉매유로로 전환시키고, 상기 역류방지용 밸브를 구동하여 상기 냉매가열기를 통과한 냉매가 상기 증발기로 역류되는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.

상기 검출된 실외온도가 냉매고임판단을 위해 미리 설정된 온도보다 낮으면 상기 유로전환밸브와 역류방지용 밸브를 구동하는 것을 특징으로 한다.

상기 유로전환밸브는 상기 증발기 입구측에 설치되는 개폐밸브, 상기 냉매가열기 입구측에 설치되는 개도조절 가능한 냉매밸브를 포함하고, 상기 개폐밸브와 역류방지용 밸브를 닫고, 상기 냉매밸브를 완전 개방시키는 것을 특징으로 한다.

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

도 1은 본 발명에 따른 냉매가열식 공기조화기에서 실외측 열교환기에서의 냉매고임을 방지하는 개념을 설명하기 위한 제어블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉매가열식 공기조화기는 냉매를 압축시키는 압축기(100), 냉매를 실내공기와 열교환시키는 응축기(101), 냉매를 실외공기와 열교환시키는 증발기(103), 이 증발기와 병렬 연결되고 열원으로 냉매를 가열하는 냉매가열기(104)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 냉매가열식 공기조화기는 증발기(103) 또는 냉매가열기(104)로의 냉매유로를 전환하는 유로전환밸브(105,106), 증발기(103) 출구측에 설치되어 냉매가열기(104)를 통과한 냉매가 증발기(103)로 냉매가 역류되는 것을 차단하는 역류방지용 밸브(107), 실외공기를 검출하는 실외온도센서(109)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 냉매가열식 공기조화기는 전반적인 제어를 수행하는 제어부(110)를 포함한다. 이 제어부(110)는 난방운전시 실외온도센서(109)로부터 검출된 실외온도값이 냉매고임판단을 위해 미리 설정된 온도보다 낮으면 유로전환밸브(105,106)를 구동하여 냉매가열기(104)로의 냉매유로로 전환시킨 후 냉매가열기(104)에서 증발기(103)로 냉매가 역류되는 것을 방지하기 위해 역류방지용 밸브(107)를 구동하여 역류유로를 차단시킨다. 따라서, 증발기에서의 냉매고임현상이나 냉매역류현상을 방지하여 전체 냉매순환량을 확보할 수 있으므로 난방능력을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 냉매가열식 공기조화기의 일예로서 가스 히트 펌프식 공기조화기에 대하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트 펌프식 공기조화기의 냉매사이클에 대한 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 실시예에 따른 가스 히트 펌프식 공기조화기의 냉매사이클은 실내기 영역과 실외기 영역으로 구분된다. 먼저, 실내기 영역에는 실내측 열교환기(1,2)들이 설치되고 냉난방운전시 각 실내측 열교환기로 공급되는 냉매량을 조절하는 실내측 전동팽창밸브(3,4)가 마련되어 있다.

한편, 실외기 영역에는 압축기(10), 난방운전 또는 냉방운전으로의 절환을 위한 사방밸브(11), 난방 운전시에는 증발기로 작동하고 냉방 운전시에는 응축기로 작동하는 실외측 열교환기(12, 13), 난방 운전시 엔진의 방열을 냉매에 전달시키기 위해 냉각수를 냉매와 열 전달시키는 냉매가열기(14), 실외측 열교환기(12,13)의 입구측에 설치되어 실외측 열교환기(12,13)로의 냉매유로를 개폐하는 개폐밸브(16), 냉매가열기(14)의 입구측에 설치되어 냉매가열기(14)로의 냉매유로의 개도를 조절하는 냉매밸브(15), 실외측 열교환기의 출구측에 마련되어 냉매가열기(14)에서 증발기(12,13) 출구측으로 해서 증발기(12,13) 내부로 냉매의 역류를 방지하는 역류방지용 밸브(17), 실외팬(18), 실외온도를 검출하는 실외온도센서(19)가 설치되어 있다.

이 냉매밸브(15)는 일예로, 0 스텝 내지 2000스텝의 범위에서 작동하며 0 스텝에서 완전 폐쇄된 상태이고, 2000스텝에서 완전 개방된 상태이다. 아울러, 완전폐쇄된 상태에서는 저온저압의 액체냉매가 실외측 열교환기로 흐르고, 완전 개방된 상태에서는 냉매가열기(14)로 흐른다.

또한, 실외기 영역에는 압축기(10)에 연결된 전자클러치와 같은 동력전달장치에 연결되어 압축기(10)를 구동시키는 엔진(20), 엔진(20)의 온도를 적정하게 유지시키기 위해 엔진(20) 측으로 냉각수를 강제 순환시키는 냉각수펌프(21), 냉각수를 외기와 열교환시키는 엔진방열기(22, 23)가 설치되어 있다.

상기한 압축기(10), 엔진(20), 유로전환밸브(15), 전동팽창밸브(3,4), 입구밸브(16), 출구밸브(17), 실외팬(18), 실외온도센서(19)는 전반적인 제어를 수행하는 제어부에 전기적으로 연결되어 있다.

도 2의 작동을 살펴보면, 냉방운전시 압축기(10)에서 토출된 고온고압 상태의 냉매는 실선의 화살표 방향과 같이 실외측 열교환기(12, 13)를 통하여 외기와 열교환하면서 외부로 열을 방출하고 액체상태로 응축된다. 그 후 전동팽창밸브(3,4)를 통하여 저온저압의 액체상태로 변화되고, 증발기(1, 2)를 통하여 액체상태의 냉매가 기체상태로 변화하면서 실내공기를 냉각한다. 저온저압의 기체상태의 냉매는 다시 압축기(10)로 흡입되고 이러한 사이클을 반복한다.

난방운전시, 압축기(10)에서 토출된 고온고압 상태의 냉매는 점선의 화살표 방향과 같이 냉매배관을 통해 실내기로 유입되고 실내측 열교환기(1, 2)를 통하여 실내공기와 열교환하면서 외부로 열을 방열하고 액체의 상태로 응축된다. 그 후 전동팽창밸브(3,4)를 통하여 저온저압의 액체상태로 변화된 후 실외기로 유입되는 냉매는 냉매밸브(15)와 개폐밸브(16)의 제어에 의해 실외측 열교환기(12, 13)와 냉매가열기(14)로 각기 분류되어 저온저압의 기체상태로 변화된 후 다시 압축기(10)로 흡입되어 상기의 사이클을 반복한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에서 난방운전시 실외측 열교환기에서의 냉매고임을 방지하는 방법을 설명하기 위한 제어흐름도이다. 도 2를 참조하여 도 3을 살펴보면, 먼저, 제어부는 난방운전이 선택되었는지를 판단한다(S100).

만약, 작동모드 S100에서 난방운전이 선택되지 않았으면 미리 설정된 루틴을 수행하도록 리턴한다. 한편, 작동모드 S100에서 난방운전이 선택되었으면 제어부는 압축기를 구동시킨 후(S101) 4방향 밸브를 난방운전측으로 절환시킨다(S102). 이에 따라, 압축기(10)에서 토출된 고온고압의 냉매는 실내측 열교환기(1,2), 전동팽창밸브(3,4), 실외측 열교환기(12,13)와 냉매가열기(14), 다시 압축기(10)로 흘려 난방사이클을 형성한다.

그런 후 제어부는 실외온도센서(19)로부터 실외온도값을 읽어 들인다(S103). 그리고, 읽어 들인 실외온도값(A)을 냉매고임판단을 위해 미리 설정된 온도값과 비교한다(S104).

작동모드 S104에서의 비교결과 실외온도값이 냉매고임판단을 위해 미리 설정된 온도값보다 낮거나 같으면 제어부는 실외측 열교환기(12,13)에서 냉매고임이 발생할 수 있다고 판단하여 냉매를 냉매가열기측으로만 흘리도록 냉매밸브(16)는 완전 개방시키고, 개폐밸브(16)는 닫는다(S105). 이에 따라, 실외측 열교환기(12,13)로 냉매가 유입되는 것을 방지하여 실외측 열교환기(12,13)에서의 냉매고임을 방지한다.

작동모드 105에서 냉매밸브(16)는 완전 개방시키고, 개폐밸브(16)는 닫은 후 제어부는 실외측 열교환기(12,13) 출구측에 마련된 역류방지용 밸브를 닫는다(S106). 이에 따라, 냉매가열기(14)에서 실외측 열교환기(12,13)으로 냉매가 역류되는 것을 방지하여 실외측 열교환기(12,13)에서의 냉매고임을 방지한다.

작동모드 S106을 수행한 후 제어부는 미리 설정된 루틴으로 리턴한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 난방운전시 증발기에 냉매가 고이는 것을 방지하여 전체 냉매순환량의 감소를 예방함으로써 난방능력을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 냉매가열식 공기조화기에서 실외측 열교환기에서의 냉매고임을 방지하는 개념을 설명하기 위한 제어블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 히트 펌프식 공기조화기의 냉매사이클에 대한 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기에서 난방운전시 실외측 열교환기에서의 냉매고임을 방지하는 방법을 설명하기 위한 제어흐름도이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

100 : 압축기 101 : 응축기

102 : 전동팽창밸브 103 : 증발기

104 : 냉매가열기 105, 106 : 유로전환밸브

107 : 역류방지용 밸브 108 : 실외온도센서

110 : 제어부

Claims

냉매를 압축시키는 압축기,

상기 냉매를 실내공기와 열교환시키는 응축기,

상기 냉매를 실외공기와 열교환시키는 증발기,

상기 증발기와 병렬 연결되고, 상기 냉매를 가열하는 냉매가열기,

상기 증발기 또는 냉매가열기로의 냉매유로를 전환하는 유로전환밸브,

상기 증발기 출구측에 설치되는 역류방지용 밸브,

상기 역류방지용 밸브를 구동하여 상기 냉매가열기를 통과한 냉매가 상기 증발기로 역류되는 것을 차단하는 제어부를 포함하는 냉매가열식 공기조화기.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 난방운전시 실외온도를 검출하는 실외온도센서의 실외온도 신호에 따라 상기 유로전환밸브를 구동하여 상기 냉매가열기로의 냉매유로로 전환시키고, 상기 역류방지용 밸브를 구동하여 상기 냉매가열기를 통과한 냉매가 상기 증발기로 역류되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 냉매가열식 공기조화기.
제2항에 있어서, 상기 유로전환밸브는 상기 증발기 입구측에 설치되는 개폐밸브, 상기 냉매가열기 입구측에 설치되는 개도조절 가능한 냉매밸브를 포함하고, 상기 제어부는 상기 개폐밸브와 역류방지용 밸브를 닫고, 상기 냉매밸브를 완전 개방시키는 것을 특징으로 하는 냉매가열식 공기조화기.
제1항에 있어서, 상기 냉매가열기는 상기 압축기를 작동시키는 엔진의 열을 이용하여 상기 냉매를 가열하는 것을 특징으로 하는 냉매가열식 공기조화기.
응축기, 증발기, 냉매를 순환시키는 압축기, 상기 증발기와 병렬 연결되고 열원으로 상기 냉매를 가열하는 냉매가열기, 상기 증발기 또는 냉매가열기로의 냉매유로를 전환하는 유로전환밸브, 상기 증발기 출구측에 설치되는 역류방지용 밸브를 포함하는 냉매가열식 공기조화기의 제어방법에 있어서,

난방운전시 실외온도를 검출하고,

상기 검출된 실외온도에 따라 상기 유로전환밸브를 구동하여 상기 냉매가열기로의 냉매유로로 전환시키고, 상기 역류방지용 밸브를 구동하여 상기 냉매가열기를 통과한 냉매가 상기 증발기로 역류되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 냉매가열식 공기조화기의 제어방법.
제5항에 있어서, 상기 검출된 실외온도가 냉매고임판단을 위해 미리 설정된 온도보다 낮으면 상기 유로전환밸브와 역류방지용 밸브를 구동하는 것을 특징으로 하는 냉매가열식 공기조화기의 제어방법.
제6항에 있어서, 상기 유로전환밸브는 상기 증발기 입구측에 설치되는 개폐밸브, 상기 냉매가열기 입구측에 설치되는 개도조절 가능한 냉매밸브를 포함하고, 상기 개폐밸브와 역류방지용 밸브를 닫고, 상기 냉매밸브를 완전 개방시키는 것을 특징으로 하는 냉매가열식 공기조화기의 제어방법.