KR20050036489A - 에어컨의 냉매 온도 제어 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어컨에 있어서, 특히 배관의 소정 위치에 설치되어 냉매 온도차에 의해 열 교환하여 과냉각, 과열도를 확보하도록 한 에어컨의 냉매 온도 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명 실시 예에 따른 에어컨의 냉매 온도 제어 시스템은, 하나 이상의 실내기와; 하나 이상의 실외기와; 상기 실외기 및 실내기 사이를 연결하는 고압 및 저압배관과; 상기 배관의 소정 부위에 설치되어 열 교환하여, 상기 고압배관의 냉매에 대한 과냉각도/과열도를 감지한 후 목표 과냉각도/과열도를 확보하도록 냉매 온도를 각각 또는 동시에 제어하기 위한 과냉각/과열도 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 과냉각/과열도 제어수단은, 상기 실외기에서 실내기로 연결 및 실내기에서 실외기로 연결되는 고압 및 저압 배관의 냉매 온도 차에 의해 열 교환시켜 주기 위한 열 교환부와; 상기 고압배관의 냉매 과냉각/과열도를 감지하기 위한 과냉각/과열도 감지부와; 상기 과냉각/과열도 감지부에 의해 감지된 결과에 따라 상기 열 교환부에서의 열 교환 정도를 제어하는 과냉각 /과열도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

에어컨의 냉매 온도 제어 시스템 및 그 제어방법{Control system and method for refrigerant temperature of air conditioner}
본 발명은 에어컨에 있어서, 특히 배관의 소정 위치에 설치되어 냉매 온도차에 의해 열 교환하여 과냉각, 과열도를 확보하도록 한 에어컨의 냉매 온도 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 조화기는 주거공간, 레스토랑 또는 사무실 등의 실내 공간을 냉방 또는 난방시키기 위한 장치로서, 오늘 날에는 다수의 룸으로 구획된 실내 공간을 보다 효율적으로 냉방 또는 난방시키기 위해 각 룸을 냉방 또는 난방 운전시키는 멀티공기조화기의 개발이 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다.
이러한 공기조화기중에는 냉동사이클의 냉매의 흐름을 역전시켜 냉방기능 및 난방기능을 선택적으로 수행할 수 있도록 한 것으로 소위 히트펌프(Heat Pump) 또는 사계절용 에어컨 등으로 불리고 있는 냉난방 겸용 공기조화기가 있다.
특히, 멀티공기조화기는 한 대 이상의 실외기에 다수대의 실내기가 연결되어 각각의 실내기가 각 룸에 설치되는 형태로 이루어지져, 난방과 냉방 중 어느 하나의 운전모드로 동작되어 실내를 공기조화시키게 된다. 그러나, 실내에 구획된 여러 룸, 어느 룸은 난방이 필요하고 다른 어느 룸은 냉방이 필요한 경우에 있어서도 냉방모드 혹은 난방모드로 기기가 일률적으로 운전되기 때문에, 이러한 요구에 대응하지 못하는 한계가 있었다.
그리고, 공기조화기는 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 응축시키는 실외 열교환기와, 실외 열교환기의 일측에 배치되어 실외 열교환기를 향해 송풍함으로써 냉매의 방열을 촉진시키는 방열팬을 구비한 실외유니트와, 실내에 배치되어 냉각작용을 수행하는 실내열교환기를 구비한 실내유니트를 포함하여 구성된다.
일반적인 냉동 사이클은 압축기, 실외 열교환기, 팽창장치, 실내 열교환기와, 상기 실내 열교환기에서부터 상기 구성들을 모두 경유해서 다시 실내 열교환기로 연결되는 냉매 연결관으로 구성되어 진다. 즉, 상기 각 구성들을 경유하는 냉매 연결관에 흐르는 냉매가 상태 변화를 하게 되면서 실내 공기에 포함된 열을 흡수하거나 방출하게 된다. 이러한 동작으로 실내공기의 온도가 높거나 또는 낮아지는 상태로 얻게 된다.
도　１은　냉동사이클과　몰리에르　선도　상의　관계를　도시하고　있다．
상기　냉동　사이클에서는　냉매의　압축→액화→팽창→기화　동작이　반복해서　수행된다．
상기 압축기(10)는, 실내 열교환기(25)에서 증발한 과열증기를 흡입하고, 압축하여 고온고압의 과열증기를 실내 열교환기(15)에 보낸다. 따라서 상기 압축기(10)에서 실외 열교환기(15)로 보내지는 상태는 몰리에르 선도 상에서 포화상태를 넘어선 과열도의 기체이다.　
상기 실외 열교환기(15)는, 압축된 고온고압의 과열증기를 냉각하여 액체상태로 상변화를 발생시킨다. 따라서 상기 실외 열교환기(15)를 통과하는 냉매는 실외 열교환기를 통과하는 공기에 열을 빼앗기게 되어 급격하게 온도가 낮아진다. 상기 실외 열교환기(15)에서 상변화된 냉매도 포화상태를 넘어서 냉각된 과냉도의 액체이다.
상기 팽창장치(20)는, 상기 실외 열교환기(15)에서 과냉각된 냉매를 감압하여 실내 열교환기에서 증발하기 쉬운 상태로 조정한다.　
상기 실내 열교환기(25)는, 상기 팽창장치(20)에서 인가되는 냉매를 증발시킨다. 따라서 상기 실내 열교환기(25)를 통과하는 냉매는 실내 열교환기를 통과하는 공기로부터 열을 빼앗고, 급격하게 온도가 높아진다. 따라서 상기 실내 열교환기(25)에서 냉매는 기체상태로 상변화되고, 상기 실내 열교환기(25)에서 압축기(10)로 공급되는 단계에서는 포화상태를 넘어서 증발된 과열도의 기체상태가 된다.　
이와 같이, 냉동사이클과 몰리에르 선도 상의 관계를 살펴보면， 상기 압축기(10)에서 실외 열교환기(15)로, 그리고 상기 실외 열교환기(15)에서 상기 실내 열교환기(25)로, 그리고 상기 실내 열교환기(25)에서 상기 압축기(10)로 전달되는 과정에서 냉매는 과열도와 과냉도 상태의 상변화를 발생시켜야 한다. 그리고 상기 압축기(10)로 유입되거나 압축기에서 빠져나가는 냉매는 완전한 기체상태이어야 한다.
그러나 이러한 것은 이론상의 결과이고, 실제로 제품에 적용할 때는 어느 정도의 오차가 발생되기 마련이다. 더욱이 냉동사이클 상에 유동되는 냉매의 양이 열교환되는 상태와 비교해서 상대적으로 많거나 적을 경우에 상기 각 과정에서의 상변화는 완전하지 못하게 된다.
이러한 문제로 인해서 공기조화기는, 실내 열교환기(25)에서 압축기(10)로 유입되는 냉매가 완전하게 과열증기로 상변화를 하지 못하고, 액체상태를 갖는 경우가 발생된다. 상기 액체상태의 냉매가 어큐물레이터(accumulator)(미도시)에　축적된　후　압축기(10)에 유입되면, 소음 발생량을 증가시키고, 더불어 압축기의 성능을 저하시키게 된다.
특히, 난방모드에서 제상모드로 전환하거나 또는 제상모드에서 난방모드로 전환하는 경우에 있어서, 액체상태의 냉매가 압축기(10)로 유입되는 확률이 매우 높다. 이것은 모드　절환과정에서 실내 열교환기로 동작하던 열교환기가 응축기로 동작하게 되고, 반대로 실외 열교환기로 동작하던 열교환기가 증발기로 동작하면서 냉매의 흐름이 바뀌게 되면서 발생된다.　이러한　액상의　냉매가　어큐물레이터에 과다하게　축적되고　압축기로　유입되는　것을　방지하기　위하여　실외　전자팽창밸브를　조절하여，압축기로　흡입되는　냉매가　과열도를　가지도록　한다．
이러한 냉매의 과냉도 및 과열도를 제어하도록 압축기, 실내팬 및 실외팬, 실내외 전자팽창수단을 통해 제어하고 있다.
종래의 문제점은 다음과 같다.
종래 에어컨 시스템에서는 단/중/장배관 및 고저차 설치 형태에 따라 실내기 유입류의 과냉각도가 저하되면서 팽창수단이 실내기에 포함되어 있는 경우 냉매 유동 소음이 매우 심하게 발생하게 된다.
그리고, 실외 열교환기 또는 압축기의 흡입 및 토출 배관에 설치되는 센서 등을 이용하여 현재 냉매 상태를 계측하고 이로부터 과열도 및 과냉각도를 계산하여 제어를 하였으나, 장배관 고저차인 설치조건에서는 압력손실에 의해 과냉각도가 확보되지 않는 문제가 발생하고 있다.
또한 멀티형 에어컨 등에서 분지 특성이 좋지 않거나 분지된 배관이후의 배관 길이가 길어 과냉각도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한 멀티형 에어컨에서 냉매 소음 클레임이 발생하는 경우 대응수단으로 실외기 알고리즘이나 구조설계 자체를 변경하여야 하는 막대한 부담이 발생하게 되는 문제가 있다.
이와 같이, 종래에는 장배관 고저차 설치 조건에서의 압력 손실과 열 손실에 의해 과냉각도 확보가 어려운 경우가 발생하는 데 이런 경우 매우 심각한 냉매 소음이 발생하게 되는 문제가 있다.
본 발명의 제 1목적은 고압/저압 배관의 소정 위치에 설치되며, 배관 냉매 상호간의 온도 차에 의해 과냉각도를 확보하도록 제어하기 위한 냉매 온도 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 제 2목적은 실외기 및 실내기 사이의 소정 위치 또는 실내기측으로 유입되는 분지된 배관이나 각 실내기의 실내열교환기 및 실내팽창수단 사이에 설치되어, 고압 및 저압배관 사이에 흐르는 냉매의 온도 차를 이용하여 과냉각도를 확보하도록 한 냉매 온도 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 제 3목적은 과냉각도 확보를 위해 냉매 온도차에 의해 열교환하는 열교환부, 고압배관의 흡입 및 토출측에 설치되어 온도 및 압력을 과냉각 감지수단 및 과냉각 감지수단의 감지 결과에 따라 상기 열 교환부의 열 교환량을 우회 배관으로 제어하기 위한 수단을 포함하는 냉매 온도 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 제 4목적은 냉매 온도 제어 장치가 단일 유닛으로 실외기 및 실내기 사이의 소정 배관에 설치되며, 과냉각 확보 및 과열도 확보가 동시에 이루어질 수 있도록 한 냉매 온도 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 제 5목적은 단일 유닛 내부에 두 배관의 일측에 설치된 과냉각/과열도 감지부와, 열 교환부와, 과냉각/과열도가 동시에 확보되도록 제어하는 수단을 포함하는 냉매 온도 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적 달성을 위한 에어컨의 냉매 온도 제어 시스템은,
하나 이상의 실내기와;
하나 이상의 실외기와;
상기 실외기 및 실내기 사이를 연결하는 고압 및 저압배관과;
상기 배관의 소정 부위에 설치되어 열 교환하여, 상기 고압배관의 냉매에 대한 과냉각도를 감지한 후 목표 과냉각도를 확보하도록 냉매 온도를 제어하기 위한 과냉각 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 과냉각 제어수단은, 상기 실외기에서 실내기로 연결 및 실내기에서 실외기로 연결되는 고압 및 저압 배관의 냉매 온도 차에 의해 열 교환시켜 주기 위한 열 교환부와; 상기 고압배관의 냉매 과냉각을 감지하기 위한 과냉각 감지부와; 상기 과냉각 감지부에 의해 감지된 결과에 따라 상기 열 교환부 내부에서의 열 교환 정도를 제어하는 과냉각 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 과냉각 감지부는 열 교환부의 흡입 및 토출측 고압배관의 냉매 온도를 각각 감지하는 복수의 온도센서 또는 토출측 온도 및 압력센서 또는 흡입 온도센서 및 토출측 압력센서인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 과냉각 제어부는 열 교환부의 흡입측 고압배관으로부터 분기되어 열교환부의 외관으로 연결되는 우회배관과, 상기 우회배관에 결합되어 우회배관으로 흐르는 냉매량을 조절하기 위한 전자팽창밸브와, 상기 과냉각 감지부의 감지결과에 따라 기 설정된 목표 과냉각도를 확보하도록 상기 전자팽창밸브의 개도를 조절하기 위한 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에어컨의 냉매 온도 제어 시스템은,
하나 이상의 실외기와;
하나 이상의 실내기와;
상기 실외기 및 실외기를 서로 연결시키는 배관 연결 수단과;
상기 배관 연결수단의 소정 부위에 설치되며, 실외기로 유입되는 저압 배관의 일측에서의 과열도를 측정한 후, 고압의 냉매와 저압의 냉매와의 열교환을 통해서 저압 냉매의 과열도를 제어하기 위한 과열도 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 과열도 제어수단은 소정 부위에 고압배관이 일정 형상으로 절곡된 내관 및 저압배관과 연결되는 확장된 외관으로 구성되어, 내/외관 냉매 상호간에 열 교환되는 열교환부와; 상기 열교환부의 흡입 및 토출측에 위치한 저압배관의 온도 및 압력을 감지하는 과열도 감지부와; 상기 과열도 감지부에 따라 기 설정된 목표 과열도를 확보하도록 상기 외관에 흐르는 냉매 유량을 조절하는 과열도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명 실시 예에 따른 에어컨의 냉매 온도 제어 시스템은,
하나 이상의 실외기와;
하나 이상의 실내기와;
상기 실외기 및 실외기 사이를 연결하는 배관 연결 수단과;
상기 배관 연결수단의 소정 부위에 설치되며, 하나의 배관으로 흐르는 고압의 냉매가 다른 배관으로 흐르는 저압의 냉매와의 열교환을 통해서 과냉각 및 과열도를 동시에 제어하기 위한 과냉각/과열도 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 과냉각/과열도 제어수단은 실외기측 응축기로부터 토출되는 고압의 냉매와 실외기측 증발기로부터 토출되는 저압의 냉매간의 열 교환이 이루어지는 열 교환부와; 상기 열교환부의 저압 배관 및 고압 배관의 흡입 및 토출측 압력 및 온도를 감지하는 과냉각/과열도 감지부와; 상기 과냉각/과열도 감지부의 감지결과에 따라 고압배관에서 분기되어 열교환부의 외관으로 유입되는 냉매 유량의 제어를 통해 고압배관의 과냉각 및 저압배관의 과열도를 동시에 제어하기 위한 과냉각/과열도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 에어컨의 냉매 온도 제어 방법은,
실내기 및 실외기 사이에 연결되는 고압/저압 배관 상호간이 냉매 온도차에 의해 열 교환하는 단계;
상기 열 교환되는 고압배관의 냉매 포화온도와 현재의 토출온도를 감지하는 단계;
상기 감지된 냉매 포화온도와 현재의 토출온도를 이용하여 현재의 토출 과냉각도를 검출한 후, 목표 토출 과냉각도와 비교하는 단계;
상기 비교결과, 상기 현재의 토출 과냉각도가 목표 토출 과냉각도를 추종하도록 냉매간의 온도차에 의한 열 교환량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 과냉각도 제어 단계는, 내관을 상기 고압배관과 연결하고 확장된 외관을 저압배관에 연결하여 이중관 형태로 냉매 상호간의 온도차로 열 교환시키는 제 1열 교환단계; 상기 고압배관으로부터 분기된 우회배관을 상기 외관에 연결하여 상기 외관에 흐르는 저압 냉매를 우회배관으로 유입되는 고압 냉매의 개도 조절을 통해 현재 토출 과냉각도를 확보토록 열 교환 량을 증감시키는 제 2열 교환단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 열 교환된 고압 배관에서의 온도차와 저압 배관에서의 온도차를 각각 이용하여 현재의 과냉각도 및 과열도를 측정하는 단계;
상기 측정된 과냉각도 및 과열도와 목표 과냉각/과열도를 비교한 후, 열 교환부에서의 과냉각도/과열도를 동시에 확보하도록 열 교환량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명 실시 예에 따른 에어컨의 냉매 온도 제어 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 공기조화기는 실외기를 하나 이상 구성하고, 실내기를 하나 이상 구성되는 것이 바람직하며, 냉난방 절환형 제품뿐만 아니라, 냉방전실/난방전실/냉방주체동시/난방주체동시 등의 운전이 가능한 냉난방 동시형 멀티 공기조화기용에 설치되는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 공기조화기를 개략적으로 나타낸 구성도 이다. 본 발명의 공기조화기는 크게 실외유닛(100)과 실내유닛(110), 그리고 실외유닛(100)과 실내유닛(110)의 사이를 연결하는 배관(121,122), 그리고 배관의 과냉각 및/또는 과열도를 확보토록 냉매온도를 제어하는 냉매온도 제어유닛(130)으로 구성된다.
상기 실외유닛(100)은 압축기(101), 하나 이상의 실외 열교환기(103,104), 실외 전자팽창밸브(105,106)로 구성되며, 실내유닛(110)은 각 룸마다 구획되며 하나 이상의 실내 전자팽창밸브(112a~112d) 및 실내 열교환기(113a~113d)로 폐회로를 구성하게 되며, 양단에는 헤더(111,115)가 설치된다.
이러한 공기조화기는 폐회로를 구성하도록 냉매관에 의해 순차적으로 연결된 압축기(101), 실외 열교환기(103.104), 실외 전자팽창밸브(105,106), 그리고 실내 전자팽창밸브(112a~112d), 실내 전자팽창밸브(113a)를 포함한다. 냉매관 중에서 압축기(101)의 토출측과 실내 전자팽창밸브(112a~112d)의 유입측을 연결하는 냉매관은 압축기(101)에서 토출된 고압 냉매의 흐름을 안내하는 고압배관(121)이고, 실내 전자팽창밸브(112a~112d)의 유출측과 압축기(101)의 흡입측을 연결하는 냉매관은 전자팽창밸브(112a~112d)에서 팽창된 저압 냉매의 흐름을 안내하는 저압배관(122)이다. 실외 열교환기(103,104)는 고압배관(121)의 중도에 설치되고, 실내 열교환기(113a~113d)는 저압배관(122)의 중도에 설치된다. 압축기(101)가 운전하면 냉매는 냉방 모드시 및 난방 모드시에 따라 유로가 절환되어 서로 반대의 방향으로 흐른다. 여기서, 압축기(101)의 토출측 고압센서(102a) 및 온도센서(102b)를 이용하여 과냉각도를 제어하며, 실내 열 교환기(113a~113d)의 입구 및 출구측 온도센서(114a,114d)를 이용하여 과열도를 제어하게 된다.
이러한 운전 사이클에 의한 냉동 사이클과 몰리에르 선도 상의 관계를 보면, 압축기(101)에서 실외 열교환기(103,104)를 통해 실내 열교환기(113a~113d)로 전달되는 냉매는 과냉각도(과냉도)를 확보하여야 하고, 반대로 실내 열교환기(113a~113d)에서 압축기(101)로 전달되는 과정에서 냉매는 과열도를 확보하여야 한다. 그리고 압축기(101)로 유입되거나 압축기(101)에서 빠져나가는 냉매는 완전한 기체 상태이어야 한다.
이를 위해서, 실외유닛(100)과 실내유닛(110)를 연결하는 고압/저압 배관(121,122)의 소정 위치에 과냉각도 또는 과열도를 확보하기 위한 냉매 온도 제어 유닛(130)이 설치된다. 상기 냉매 온도 제어 유닛(130)은 설치되는 위치가 실내유닛(110)에 가깝게 즉, 실내 전자팽창밸브(112a~112d) 및 실내 열교환기(113a~113d) 측으로 설치하는 것이 바람직하며, 또 실내유닛의 헤더(111,115) 및 브리지 전단에 설치되는 것이 과냉각도를 확보하는데 효과가 있다.
또한 냉매 온도 제어 유닛(130)은 실시 예로서, 단일 유닛으로 실외유닛 및 실내유닛과 통신을 하지 않고 독립적인 냉매 온도 조절이 가능하게 설치되며, 이때에는 기판 상에 별도의 전원을 공급하는 것이 바람직하다. 다른 실시 예로서 기존의 통신 라인이 존재할 경우 다른 유닛들과 통신을 통해 냉매 상태(온도,압력)을 주고 받을수도 있다.
이러한 냉매 온도 제어 유닛(130)은 과냉각 제어수단으로 기능할 때 도 3에 도시된 바와 같이, 고압/저압 배관과 연결되어 냉매 온도차에 의해 열교환시키는 열 교환부(130a)와, 배관의 일측에 설치되어 과냉각을 감지하기 위한 과냉각 감지부(130b), 과냉각 감지부(130b)의 감지 결과에 따라 상기 열 교환부(130a)의 전자팽창밸브(133)를 조절하여 열 교환량을 제어하는 과냉각 제어부(130c)로 구성된다.
여기서, 열 교환부(130a)는 고압배관의 상온 고압의 냉매와 저압배관의 저온저압의 냉매 사이의 온도차를 이용하여 열 교환되도록 이중관 형태로 설치되며, 이중관은 일 실시 예로서 내관이 고압배관과 연결되며, 확장된 외관이 저압배관과 연결되는 것이 바람직하다.
즉, 열 교환부(130a)는 고압/저압 배관 사이를 절제하고 그 사이에 설치되는 것으로서, 내관은 열 교환 효율을 위해 일정 형상(예컨대, ㄹ)으로 결합하며, 외관은 원통형으로 내관의 반경 보다 크게 확장되어 설치된다. 실시 예로서, 이중관의 내관 및 외관의 형상은 냉매 상호간의 열 교환 효율을 증대시켜 줄 수 있는 형상인 것이 바람직하며, 내관 외부 또는 외관 내부에 방열 핀을 형성하는 것도 가능할 것이다.
그리고, 과냉각 감지부(130b)는 배관에서 과냉각(또는 과열도)을 감지할 수 있는 센서들로 설치하는 것이 바람직하며, 하나의 센서는 열 교환된 배관의 토출 온도를 감지하기 위한 출구 온도센서(132)이고, 나머지 하나의 센서는 고압배관의 압력을 감지하거나 포화온도를 감지할 수 있는 온도 센서 또는 압력센서(131)로서 구현 가능하다. 즉, 고압 포화온도를 계측하기 위해 열 교환부의 고압배관 흡입측 또는 토출측에 설치할 수도 있다.
과냉각 제어부(130c)는 마이컴(134), 전자팽창밸브(LEV)(133)로 구성되며, 마이컴(134)이 과냉각 감지부(130b)의 감지 결과에 따라 현재 과냉각도와 목표 과냉각도의 편차를 계산하고, 구해진 편차가 감소되도록 상기 전자팽창밸브(133)의 개도를 조절하여 열 교환부(130a)의 열 교환량을 제어하게 된다.
이러한 냉매 온도 제어 유닛은 실내유닛으로 전달되는 냉매에 대해서는 과냉각도를 제어하며, 실외유닛으로 전달되는 냉매에 대해서는 과열도를 제어할 수 있게 된다. 즉, 두 배관의 압력 차이 및 온도 차이를 이용하여 적어도 하나의 냉매가 다른 냉매의 온도를 과냉 또는 과열시켜 줄 수 있도록 바이패스 및 분기 등을 이용할 수도 있음은 자명하다.
구체적으로 냉매 온도 제어 유닛(130)이 과냉각 제어 수단으로 기능할 때 또는 과열도 제어 수단으로 기능할 때, 또는 과냉각/과열도 제어 수단으로서 기능할 때로 구분하여, 실시 예별로 설명하기로 한다.
제 1실시 예;
도 4 내지 도 6은 제 1실시 예이다. 제 1실시 예는 과냉각 제어 수단(200,210,220)으로서 설명하면 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 과열도 제어수단(200)은 열 교환부(201), 센서(202,203), 과냉각 제어를 위한 우회배관(204) 및 밸브(205)로 구성된다.
상기 열 교환부(201)는 고압배관(121) 및 저압배관(122) 사이에 내관(201a) 및 외관(201b)이 상기 배관들(121,122)과 일대일로 연결되어 설치된다. 그 내관(201a)은 고압배관(121)의 입구 및 출구측과 "ㄹ"자 형상으로 연결되며, 외관(201b)은 저압배관(122)의 입구 및 출구측과 연결되어 내관(201a) 외부에 저온저압의 냉매가 흐르도록 한다.
여기서, 고압배관(121)의 입구측은 실시 예로서, 실외유닛의 실외 열교환기와 연결되며, 출구측은 실내 전자팽창밸브와 연결되는 것이 바람직하다. 그리고, 저압배관(122)의 입구측은 실내 열 교환기와 연결되며, 출구측은 압축기의 흡입측과 연결되는 것이 바람직하다.
그리고, 과냉각 감지부로서, 열교환부(201)의 입구측 고압배관(121)에는 제 1온도센서(202), 출구측 고압배관(121)에는 제 2온도센서(202)가 설치되며, 제 1온도센서(202)로부터 감지된 온도는 고압배관(121)의 압력을 감지할 수 있도록 하는 센서로서 몰리에르 선도 상에서 고압측 포화온도를 감지하기 위한 것이며, 제 2온도센서(203)는 열교환된 고압배관(121)의 현재의 토출온도를 감지하게 된다.
그리고, 과냉각 제어부로서, 상기 열 교환부(201)의 입구측 고압배관(121)으로부터 분기되어 상기 고압배관(121)과 외관(201b)을 연결하는 우회배관(204)과, 우회배관(204)에 설치되어 냉매 유량을 조절하기 위한 전자팽창밸브(205)로 기능한다.
이때, 과냉각 제어부의 마이컴(도 3참조)은 제 1온도센서(202)로부터 감지된 제 1온도와 제 2온도센서(203)로부터 감지된 제 2온도를 감산하여, 과냉각도를 계산하게 된다. 상기 계산된 과냉각도가 목표 과냉각도와 일치하도록 전자팽창밸브(205)의 개도를 증감시켜 주어, 내관(201a)에 흐르는 상온고압의 냉매가 외관(201b)에 흐르는 저온저압의 냉매와 우회배관(204)으로 유입되는 냉매에 의해서 상호 간의 온도차로 열 교환량이 제어된다.
여기서, 제 1온도센서(202)로부터 감지된 제 1온도는 실제적인 포화온도가 아니므로, 소정의 온도만큼 보상하여 포화온도로 계산하게 된다.
그리고, 상기 Td = TIN2 -TIN1 로서, Td는 과냉각도이고, TIN1은 제 1온도센서에 의해 감지된 제 1온도이며, TIN2는 제 2온도센서에 의해 감지된 제 2온도이다.
도 5의 과냉각 제어수단(210)은 도 4의 실시 예와 동일 구성 요소에 대해 중복 설명은 생략하며, 상기 도 4에서의 제 1온도센서(201a)를 열교환부(211)의 출구측 고압배관(121)의 고압센서(212)로 대치한 것이며, 고압센서(212)에 의해 감지된 고압을 이용하여 포화온도를 계산한다.
그러면, 과냉각도는 출구측 온도센서(213)로부터 감지된 온도에서 포화온도(응축온도)를 감산하여 구하고, 구해진 과냉각도가 목표 과냉각도를 추종(또는 확보)하도록 전자팽창밸브(215)의 개도를 조절하게 된다.
여기서, 과냉각도 Td = TIN - TL(PS)로 구해지며, TIN은 출구측 온도센서에 감지된 온도이고, TL(PS)는 고압센서에 의해 감지된 압력 포화온도이다.
도 6에 도시된 과냉각 제어수단(220)은 고압배관(121)이 내관(221a)/외관(221b)으로 구성된 이중관 형태의 열교환부(221), 출구측 고압배관(121)의 고압센서(221) 및 온도센서(223), 이중관의 외관(221b)과 연결된 고압 냉매 유입배관(226) 및 일방향 냉매 유입 수단으로서 체크밸브(227)로 구성된다.
마이컴은 과냉각 감지부의 고압센서(222) 및 온도센서(223)를 이용하여 과냉각을 감지하고, 감지된 결과에 따라 전자팽창밸브(225)의 개도를 조절하여 상기 고압배관(121)으로부터 분기되어 외관(221b)에 흐르는 고압냉매로 내관(221a)의 고압냉매에 대한 열 교환을 수행하게 된다.
그리고, 열교환부(221)의 외관(221b)에 채워지는 고압냉매는 체크밸브(227)의 오픈으로 고압 냉매 유입배관(226)을 통해 저압배관(122)으로 유입된다. 이때 열교환부(221)의 외관(1b)은 고압이고 저압배관(122)은 저압이므로 고압냉매 유입배관에서는 압력 차에 의해 고압 냉매가 저압배관(122)으로 전달된다.
여기서, 과냉각도 Td = TIN - TL(PS)로 구해지며, TIN은 고압배관의 출구측 온도센서에 감지된 토출온도이고, TL(PS)는 고압센서에 의해 감지된 압력 포화온도이다. 이는 도 5의 실시 예와 동일하게 구해진다.
실시 예로서, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 고압배관(121)으로 분기된 우회배관의 냉매 온도는 분압에 의해 고압배관(121)에 흐르는 냉매의 온도 보다는 낮은 것이 바람직하다.
제 2실시 예;
제 2실시 예는 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같다. 제 2실시 예는 과열도 제어수단(300,310,320)으로서, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 7을 참조하면, 과열도 제어수단(300)은 고압배관(121) 및 저압배관(122) 사이에 열 교환부(301)의 내관(301a) 및 외관(301b)이 연결되어 설치된다. 내관(301a)은 저압배관(122)의 입구 및 출구측과 "ㄹ"자 형상으로 연결되며, 외관(301b)은 고압배관(121)의 입구 및 출구측과 연결되어 내관(301a) 외부에 고온저압의 냉매가 흐르도록 한다.
그리고, 과열도 감지부로서 온도센서(302,303)를 적용하는데, 열교환부(301)의 입구측 저압배관(122)에는 제 1온도센서(302), 출구측 저압배관(122)에는 제 2온도센서(303)가 설치되며, 제 1온도센서(302)로부터 감지된 온도는 저압배관(122)의 압력을 감지할 수 있도록 하는 센서로서 몰리에르 선도 상에서 저압측 포화온도를 감지하기 위한 것이며, 제 2온도센서(303)는 열교환된 저압배관(122)의 현재의 토출온도를 감지하기 위한 것이다.
그리고, 과열도 제어부로서, 상기 열교환부(301)의 입구측 저압배관(122)으로부터 분기되어 상기 저압배관(122)과 외관(301b)을 연결하는 우회배관(304)과, 우회배관(304)에 설치되어 냉매 유량을 조절하기 위한 전자팽창밸브(305)로 기능한다.
이때, 과열도 제어부의 마이컴은 제 1온도센서(302)로부터 감지된 제 1온도와 제 2온도센서(303)로부터 감지된 제 2온도를 감산하여, 과열도를 계산하게 된다. 상기 계산된 과열도가 목표 과열도와 일치하도록 전자팽창밸브(305)의 개도를 증감시켜 주어, 내관(301a)에 흐르는 상온고압의 냉매가 외관(301b)에 흐르는 저온저압의 냉매와 우회배관(304)으로 유입되는 냉매에 의해서 상호 간의 온도차로 열 교환량이 제어된다.
여기서, 제 1온도센서(302)로부터 감지된 제 1온도는 실제적인 포화온도가 아니므로, 소정의 온도만큼 보상하여 포화온도로 계산하게 된다.
그리고, 상기 과열도 TSH = Tout2 -Tout1 로서, TSH는 과열도이고, Tout1은 제 1온도, Tout2는 제 2온도이다.
도 8은 도 7의 실시 예로부터 동일 구성 요소에 대해 중복 설명은 생략하며, 상기 도 7에서의 제 1온도센서(302)를 열교환부(311)의 출구측 저압배관(122)의 저압센서(312)로 대치한 것이며, 저압센서(312)에 의해 감지된 저압을 이용하여 포화온도를 계산한다.
그러면, 과열도는 출구측 온도센서(313)로부터 감지된 온도에서 포화온도(응축온도)를 감산하여 구하고, 구해진 과열도가 목표 과열도 추종하도록 전자팽창밸브(315)의 개도를 조절하게 된다.
여기서, 과열도 Td = Tout - TL(PS)로 구해지며, Tout은 출구측 온도센서에 감지된 온도이고, TL(PS)는 저압센서에 의해 감지된 압력 포화온도이다.
그리고, 도 9에 도시된 과열도 제어수단(330)은 저압배관(122)이 내관(321a)으로 연결되고 냉매 유입 및 토출 배관(326a,326b)이 외관(321b)으로 연결되어 구성된 이중관 형태의 열교환부(321), 출구측 저압배관(122)의 저압센서(322) 및 온도센서(323)로 구성된다.
여기서, 전자팽창밸브(327)는 고압배관(121)과 외관(321b) 사이에 연결된 냉매 유입 배관(326a)에 결합되며, 냉매 토출 배관(326b)에는 외관(321b)에서 고압배관(121)로 흐르는 일방향 체크밸브(327b)가 결합된다.
그리고, 과열도 감지부의 고압센서(322) 및 온도센서(323)를 이용하여 과열도를 감지하고, 감지된 결과에 따라 전자팽창밸브(327a)를 조절하고 열 교환부(321)의 열 교환량을 제어하게 된다.
즉, 열교환부(321)의 외관(321b)에 채워지는 고압냉매는 전자팽창밸브(327a)의 개도 조절에 따라 고압 냉매 유입배관(326a)을 통해 외관(321b)의 냉매 유량이 제어되고, 이에 따라 열 교환량이 제어된다. 그리고, 이때 열 교환부(321)의 외관(321b)의 고압냉매가 체크밸브(327b)에 의해 고압배관(121)으로 유입된다.
여기서, 과열도 TSH = Tout - TL(PS)로 구해지며, Tout은 저압배관의 출구측 온도센서에 감지된 온도이고, TL(PS)는 저압배관의 출구측 저압센서에 의해 감지된 압력 포화온도이다.
제 3실시 예;
도 10 내지 도 12는 제 3실시 예이다. 제 10 내지 도 12는 과냉각/과열도 제어수단(410,420,430)을 나타낸 구성도이다.
도 10을 참조하면, 열교환부(401)는 고압배관(121)에 연결된 내관(401a)과 저압배관(122)에 연결된 외관(401b)이 이중관 형태로 구성되어 그 내부에서 냉매 간의 열 교환을 수행하게 된다.
그리고, 과냉각/과열도 감지부는 복수개의 온도센서(402,403,408,409)로 구비되는 것으로, 고압배관(121)의 입구측 제 1온도센서(402) 및 출구측 제 2온도센서(403)와, 저압배관(122)의 입구측 제 3온도센서(408) 및 출구측 제 4온도센서(409)로 구성된다.
여기서, 제 1온도센서(402)에 의해 감지된 온도는 포화 응축온도를 산출하기 위한 온도이며, 제 3온도센서(408)에 의해 감지된 온도는 포화 증발온도를 산출하기 위한 온도이며, 제 2온도센서(403)는 열 교환된 고압배관(121)의 온도이며, 제 4온도센서(409)는 열 교환된 저압배관(122)의 온도이다.
과냉각/과열도 제어부는 고압배관(121)의 입구측에서 분기되어 외관(401b)에 연결된 우회배관(404), 우회배관(404)에 설치되어 고압 냉매의 유량을 제어하기 위한 전자팽창밸브(405), 그리고 마이컴(미도시)으로 구성된다.
마이컴은 과냉각/과열도를 동시에 제어할 수 있도록, 제 2온도센서(403)에 의해 감지된 온도로부터 제 1온도센서(402)에 의해 감지된 온도를 감산한 후 과냉각도를 구하고, 제 4온도센서(409)에 의해 감지된 온도로부터 제 3온도센서(408)에 의해 감지된 온도를 감산한 후 과열도를 구하게 된다.
상기 구해진 과냉각도와 과열도를 모두 만족하는 조건을 찾아서, 상기 전자팽창밸브(405)의 개도를 증감하여, 열교환부(401)의 열 교환 정도를 조절하게 된다.
즉, 과냉각도와 과열도를 동시에 만족하는 조건은 Tout1 < Tout 2 <TIN1 < THEX < TIN2 로 구해지며, Tout 1은 저압배관(122) 입구측 제 3온도센서의 온도 값이고, Tout2는 저압배관(122) 출구측 제 4온도센서의 온도 값이며, THEX는 열 교환기 내의 온도이고, TIN1은 고압배관의 입구측 제 1온도센서의 온도값이고, TIN2는 고압배관 출구측 제 2온도센서의 온도값이다.
이러한 조건을 통해서 실내기로 유입되는 고압배관(121)의 과냉각도를 확보할 수 있고, 또 실외기로 유입되는 저압배관(122)의 과열도를 확보할 수 있다.
도 11을 참조하면, 열교환부(411)는 고압배관(121)에 연결된 내관(411a)과 저압배관(122)에 연결된 외관(411b)이 이중관 형태로 구성되어 그 내부에서 냉매 간의 열 교환을 수행하게 된다.
그리고, 과냉각/과열도 감지부(미도시)는 복수개의 온도센서(413,419) 및 압력센서(412,418)로 구비되는 것으로, 고압배관(121)의 출구측 제 1압력센서(412) 및 제 1온도센서(413)과, 저압배관 출구측 제 2압력센서(418) 및 제 2온도센서(419)로 구성된다. 제 1압력센서(412)는 고압센서이고, 제 2압력센서(418)는 저압센서이다.
여기서, 제 1압력센서(412)에 의해 감지된 고압으로부터 포화 응축온도를 계산하며, 제 2압력센서(418)에 의해 감지된 고압으로부터 포화 증발온도를 계산하며, 제 1온도센서(413)는 열 교환된 고압배관(121)의 온도이며, 제 2온도센서(419)는 열 교환된 저압배관(122)의 온도이다.
과냉각/과열도 제어부(미도시)는 고압배관(121)의 입구측에서 분기되어 외관(411b)에 연결된 우회배관(414), 우회배관(414)에 설치되어 고압 냉매의 유량을 제어하기 위한 전자팽창밸브(415), 그리고 마이컴(미도시)으로 구성된다.
마이컴은 과냉각/과열도를 동시에 제어할 수 있도록, 제 1온도센서(413)에 의해 감지된 온도로부터 제 1압력센서(412)에 의해 계산된 포화온도를 감산한 후 과냉각도를 구하고, 제 2온도센서(419)에 의해 감지된 온도로부터 제 2압력센서(418)에 의해 감지된 포화온도를 감산한 후 과열도를 구하게 된다.
상기 구해진 과냉각도와 과열도를 모두 만족하는 조건을 찾아서, 상기 고압배관(121)로부터 분기되어 외관(411b)에 연결된 전자팽창밸브(415)의 개도를 증감하여, 열교환부(411)의 열 교환 정도를 조절하게 된다.
즉, 과냉각도와 과열도를 동시에 만족하는 조건은 Tout1 < Tout 2 <TIN1 < THEX < TIN2 로 구해지며, Tout 1은 저압배관의 저압 포화온도이고, Tout2는 저압배관 출구측 제 2온도센서의 온도 값이며, THEX는 열 교환기 내의 온도이고, TIN1은 고압배관의 출구측 제 1압력센서의 포화온도값이고, TIN2는 고압배관 출구측 제 1온도센서의 온도값이다. 이러한 조건을 통해서 실내기로 유입되는 고압배관(121)의 과냉각도를 확보할 수 있고, 또 실외기로 유입되는 저압배관(122)의 과열도를 확보할 수 있다.
도 12에 도시된 과냉각/과열도 제어수단(420)은 고압배관(121)이 내관(421a)/외관(421b)으로 구성된 이중관 형태의 열교환부(421)와, 상기 고압배관(121)로부터 분기된 우회배관(424) 및 전자팽창밸브(425)로 통해서 열 교환량을 제어하고, 또 열교환부(421)의 외관(421b)과 저압배관(122)을 체크밸브(427)로 연결시킨 구성이다.
그리고, 고압배관(121)의 출구측 제 1압력센서(422) 및 제 1온도센서(423)와 저압배관 출구측 제 2압력센서(428) 및 제 2온도센서(429)로 구성된다.
고압배관(121)의 출구측 제 1압력센서(422) 및 제 1온도센서(423)를 이용하여 과냉각도를 계산하고, 저압배관 출구측 제 2압력센서(428) 및 제 2온도센서(429)를 이용하여 과열도를 계산하게 된다.
그리고, 저압배관의 과열도를 제어하기 위해 이중관의 외관(421b)과 연결된 고압 냉매 유입배관(426) 및 일방향 냉매 유입 수단으로서 체크밸브(427)로 구성된다.
마이컴(미도시)은 과냉각 감지부의 제 1압력센서(422) 및 제 1온도센서(423)를 이용하여 과냉각을 감지하고, 감지된 결과에 따라 전자팽창밸브(425)의 개도를 조절하여 상기 고압배관(121)으로부터 분기되어 외관(421b)에 흐르는 고압냉매로 내관(421a)의 고압냉매에 대한 열 교환을 수행하게 된다.
동시에, 제 2압력센서(428) 및 제 2온도센서(429)로부터 감지된 과열도에 따라 상기 전자팽창밸브(425)를 제어함으로써, 상기 열교환부(421)의 외관(421b)에 채워지는 고압냉매는 체크밸브(427)의 오픈으로 고압 냉매 유입배관(426)을 통해 저압배관(122)으로 유입된다. 이때 열교환부(421)의 외관(421b)은 고압이고 저압배관(122)은 저압이므로 고압냉매 유입배관에서는 압력 차에 의해 고압 냉매가 저압배관(122)으로 전달되어 과열도의 확보가 가능케 된다.
즉, 과냉각도와 과열도를 동시에 만족하는 조건은 Tout1 < Tout 2 <TIN1 < THEX < TIN2 로 구해지며, Tout 1은 저압배관 출구측 제 2압력센서에 의한 포화온도 값이고, Tout2는 저압배관 출구측 제 2온도센서의 온도 값이며, THEX는 열 교환기 내의 온도이고, TIN1은 고압배관의 입구측 제 1압력센서의 고압 포화온도이고, TIN2는 고압배관 출구측 제 2온도센서의 온도값이다. 이러한 조건을 통해서 실내기로 유입되는 고압배관(121)의 과냉각도를 확보할 수 있고, 또 실외기로 유입되는 저압배관(122)의 과열도를 확보할 수 있다.
도 13은 과냉각도 및 과열도를 만족시키기 위한 도 12의 다른 실시 예이다.
고압배관(121)의 유입류측 온도(T121) 및 열 교환된 고압배관의 출구류측 온도센서(433)에 의해 감지된 온도(T433)를 검출하고, 열 교환부(431)의 내부 온도(THEX)를 구한다. 또 저압배관(122)의 유입류측 제 3온도센서(438)에 의해 감지된 온도(T438) 및 열 교환된 저압배관(122)의 제 3온도센서(438)에 의해 감지된 온도(T439)을 구하게 된다. 여기서, 과열도 및 과냉각도를 동시에 확보하기 위해서는, T428 < T429 < THEX < T423 < T121 순이 되도록 과냉각도/과열도를 동시에 제어하게 된다.
여기서, 고압배관의 유입류측 온도와 열 교환부의 내부 온도는 각각 온도 센서를 설치할 수도 있고, 고압배관측에만 설치하여 열 교환 전/후를 온도차를 이용하여 열 교환부의 내부 온도를 감지할 수도 있다.
제 4실시 예;
도 14은 본 발명의 제 4실시 예이다. 제 4실시 예는 냉매 온도 제어유닛을 과냉각 제어수단과 과냉각 제어수단으로 구분하여, 과냉각 제어수단은 실내기측에, 과열도 제어수단은 실외기측에 각각 설치되어, 과냉각 및 과열도 제어수단으로 구현한 것이다. 즉, 과냉각 및 과열도 제어수단(510)은 과냉각 제어 수단과 과열도 제어수단이 하나의 유닛에 포함되거나 각각의 유닛으로 설치할 수도 있는 경우에 대해서 설명하고자 한다.
과냉각 및 과열도 제어수단(510)은 과냉각 제어를 위해 제 1압력센서(502) 및 제 1온도센서(503)를 설치하며, 열 교환부(501)는 고압 연결관(121a)이 내관(501a)를 통해 고압배관(121)과 연결되며, 상기 고압 연결관(121a)로부터 분기된 우회배관(504)이 외관(501b)에 연결되어 전자팽창밸브(505)로서 제어할 수 있어, 과냉각도를 계산하여 목표 과냉각도와 일치하도록 제어할 수 있게 된다.
그리고, 과열도 제어를 위해 제 2압력센서(512) 및 제 2온도센서(513)로서 과열도를 감지하고, 열 교환부는 고압배관(121)로부터 분기된 우회배관(514)이 전자팽창밸브(515)의 조절로 외관(511b)에 인가되는 냉매량을 제어하게 된다. 이러한 과열도 제어동작은 상기에서 설명한 바와 같다.
즉, 제 4실시 예는 실내기측에 고압배관의 과냉을 확보토록 과냉각 제어수단을 설치하고 실외기측에 저압배관의 과열도 확보토록 제어수단을 설치하는 것으로서, 단일 유닛으로 설치하는 것이 바람직하다.
도 15는 본 발명에 따른 과냉각도 증가된 몰리에르 선도로서, 그 선도의 점선과 실선은 서로 다른 냉매에서 나타나는 몰리에르 선도를 나타낸 것이다.
도 15에 도시된 바와 같이 과냉각도 및 과열도로 확보하기 위해서, 전자팽창밸브로 유입되는 냉매 온도 제어를 통해서 과냉각을 확보가 가능하게 된다. 여기서 A 지점은 온도센서로 감지된 온도에서 포화온도 지점까지 보상한 후, 과냉각도가 증가되도록 제어해 준다. C는 실내 전자팽창밸브의 입구측 온도이다. 그리고, 압축기의 흡입측 과열도(TSH) 확보가 가능하게 된다.
도 16는 본 발명의 실시 예로서, 실외유닛(600)에는 장/중/단 배관으로 연결되는 하나 이상의 실외기(601~605)가 설치되며, 실내유닛(610)에는 각 룸마다 하나 이상의 실내기(617~617)이 설치되어, 운전조건에 따라 냉방 전실, 난방 전실, 냉방주체동시, 난방주체동시를 선택적으로 사용 가능한 냉난방 겸용 멀티 공기조화기이다. 이러한 공기조화기에서의 냉매 온도 제어 유닛(620,621,622,623,624,625)을 설치할 경우 실외 유닛과 실내 유닛 사이에 설치하거나, 브리지형 실내기 입구 및 실내기 전단에 설치하는 예를 보여준 것이다.
도 17은 본 발명 실시 예에 따른 냉매 온도 제어 방법이다.
먼저 냉매 온도 조절을 위해 과냉각 제어인지 과열도 제어인지를 판단하게 된다(S101,S113). 이때의 판단은 어느 것을 우선 순위에 따라 달라질 수 있다. 즉, 냉방 운전 모드시 과열도 제어를, 난방 운전모드시 과냉각도 제어를 각각 우선순위로 할 수도 있다.
그리고, 과냉각 제어일 경우 열교환부(예컨대, 이중관)의 고압배관 출구측 냉매 온도 및 고압을 감지하고(S103), 상기 감지된 고압 배관 압력과 온도를 이용하여 현재의 과냉각도를 산출하게 된다(S105).
상기 산출된 과냉각도와 미리 설정된 목표 과냉각도를 비교하여 편차를 검출하고(S107), 검출되는 편차가 줄여지도록 현재 과냉각도가 목표 과냉각도와 일치되도록 전자팽창밸브의 개도를 조절하게 된다(S109). 그러면, 이중관의 고압냉매에 의한 내부 열 교환량이 조절되어 과냉각도를 확보할 수 있다(S111).
한편, 과열도 제어일 경우(S113), 이중관의 저압배관 출구측 냉매 온도 및 압력을 감지하고(S115), 감지된 냉매 온도 및 압력으로부터 현재의 과열도 산출하게 된다(S117). 상기 과열도가 산출되면 현재의 과열도와 목표 과열도의 편차를 구한 후(119), 상기 편차가 줄여들도록 현재 과열도가 목표 과열도와 일치하게 전자팽창밸브의 개도를 조절한다(S121). 그러면, 이중관의 고압냉매에 의한 내부 열 교환량이 제어받아 과열도를 확보할 수 있게 된다(S111).
이러한 본 발명은 상술한 배경은 온도센서 및 압력 센서의 설치 위치가 배관 내/외부에 상관없이 정확하게 감지할 수 있는 특정의 센싱수단으로 해결 가능하고, 또 열 교환부의 온도를 센싱수단을 이용할 수도 있고, 아니면 배관의 열 교환 전/후의 온도차를 이용할 수도 있다는 것은 알 수 있다.
또한, 고압배관/저압배관으로 하는 운전 사이클이지만, 그 반대의 사이클로 동작할 경우, 이에 따른 과열도/과냉각도 제어를 통해 과열도/과냉각도의 확보가 가능함은 통상의 지식을 가진자에게는 자명하다 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉매 에어컨의 온도 제어 유닛 및 방법에 의하면, 실내 유닛과 실외 유닛 사이에 냉매의 온도를 조절하여, 실내기측으로 안내되는 냉매의 과냉각도 및 실외기측으로 안내되는 냉매의 과열도를 확보토록 선택적으로 제어하는 한편, 과냉각도 및 과열도를 동시에 제어할 수 있도록 함으로써, 운전 사이클 특성에 관계없이 과냉각도 및 과열도를 확보가 가능한 효과가 있다.
또한 과열도 및 과냉각도 확보를 통해서 냉매 소음을 줄여 줄 수 있는 효과가 있다.
또한 모듈형으로 헤더 및 브렌치 전후에 설치함으로써 실외 유닛 및 실내 유닛등을 분해하지 않고 간단하게 설치 가능한 효과가 있다. 특히 장배관에서 과냉 효과가 탁월하다.
또한 냉방 운전 중 과열도를 확보할 수 있어 결빙 및 액압축 방지 효과가 있다. 또한 에어컨의 약풍 운전과 같은 과도한 질량 유량이 흐르는 경우 유량 제어가 가능한 효과가 있다.
또한 실내외유닛간의 통신 없이도 독립적으로 전원공급을 통해 독립 제어가 가능한 효과가 있다.
도 1은 일반적인 에어컨의 운전 사이클을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 에어컨의 냉매 온도 제어 시스템을 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명 실시 예에 따른 에어컨의 냉매 온도 제어 시스템의 블록 구성도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제 1실시 예로서, 과냉각도 제어 수단의 상세 구성도.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제 2실시 예로서, 과열도 제어수단의 상세 구성도.
도 10내지 도 12는 본 발명의 제 3실시 예로서, 과냉각/과열도 제어수단의 상세구성도.
도 13은 본 발명의 제 3실시 예로서, 과냉각/과열도 제어수단의 다른 예를 나타낸 도면.
도 14은 본 발명의 제 4실시 예로서 과냉각/과열도 제어수단의 다른 실시 예시도.
도 15는 본 발명 실시 예에 따른 과냉각도/과열도 확보 원리에 의한 p-h 선도.
도 16는 본 발명의 적용 예를 나타낸 공기조화기의 구성도.
도 17은 본 발명 실시 예에 따른 에어컨의 냉매 온도 제어 방법을 나타낸 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
100...실내유닛 110...실외유닛
121,122...배관 130...냉매온도 제어유닛
101...압축기 103,104...실외 열교환기
112a~112d...실내 전자팽창밸브 114a~114d...실내 열 교환기
130a,201,211,221,301,311,321,401,411,421,501,511....열 교환부
130b...냉매온도 감지부 130c...냉매 온도 제어부
131,212,222,312,322,412,418,422,428...압력센서
132,202,203,213,223,313,323,413,419,423,429,433,438,439...온도센서
133,205,215,225,305,315,327a,405,415,425,435...전자팽창밸브
134...마이컴 200,210,220...과냉각 제어수단
300,310,320...과열도 제어수단
400,410,420,430...과냉각/과열도 제어수단
227,327b,427,327..체크밸브

Claims (35)

  1. 하나 이상의 실내기와;
    하나 이상의 실외기와;
    상기 실외기 및 실내기 사이를 연결하는 고압 및 저압배관과;
    상기 배관의 소정 부위에 설치되어 열 교환하여, 상기 고압배관의 냉매에 대한 과냉각도를 감지한 후 목표 과냉각도를 확보하도록 냉매 온도를 제어하기 위한 과냉각 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 과냉각 제어수단은,
    상기 실외기에서 실내기로 연결 및 실내기에서 실외기로 연결되는 고압 및 저압 배관의 냉매 온도 차에 의해 열 교환시켜 주기 위한 열 교환부와;
    상기 고압배관의 냉매 과냉각을 감지하기 위한 과냉각 감지부와;
    상기 과냉각 감지부에 의해 감지된 결과에 따라 상기 열 교환부 내부에서의 열 교환 정도를 제어하는 과냉각 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열 교환부는 실내기 및 실외기 사이에 설치되며,
    상기 고압배관에 연결되며 일정 형상으로 절곡된 내관 및, 상기 저압배관에 연결되고 상기의 내관보다 확장된 외관으로 포함하며, 내관에 흐르는 상온고압의 냉매와 외관에 흐르는 저온저압의 냉매가 서로 열 교환되는 적어도 이중관 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 과냉각 감지부는 열 교환부의 흡입 및 토출측 고압배관의 냉매 온도를 각각 감지하는 복수의 온도센서인 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 과냉각 감지부는 열교환부의 흡입측 고압배관의 냉매 압력을 감지하는 압력센서 및 열교환부의 토출측 고압배관의 냉매의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 과냉각 감지부는 열 교환부의 토출측 고압배관의 냉매 압력 및 온도를 감지하는 온도 및 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 과냉각 제어부는 열 교환부의 흡입측 고압배관으로부터 분기되어 열교환부의 외관으로 연결되는 우회배관과, 상기 우회배관에 결합되어 우회배관으로 흐르는 냉매량을 조절하기 위한 전자팽창밸브와, 상기 과냉각 감지부의 감지결과에 따라 기 설정된 목표 과냉각도를 확보하도록 상기 전자팽창밸브의 개도를 조절하기 위한 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 과냉각 제어수단은 소정부위에 설치되며 고압배관에 연결된 내관 및 저압배관에 연결된 확장된 외관으로 구성되어, 고압 냉매 상호간이 열 교환되는 열교환부와;
    상기 고압배관의 일측에 설치되어 온도 및 압력을 감지하기 위한 과냉각 감지부와;
    상기 고압배관으로부터 분기시켜 상기 외관으로 유입 및 저압배관으로 토출되는 냉매의 유량을 제어하여 상기 과냉각 감지부의 감지결과에 따라 상기 고압배관의 과냉각도를 확보하기 위한 과냉각 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 과냉각 제어부는,
    상기 열 교환부의 흡입측 고압배관에서 분기되어 열 교환부의 외관과 연결되는 우회배관과;
    상기 우회배관에 설치되어 우회배관 내부에 흐르는 냉매 유량을 조절하기 위한 전자팽창밸브와;
    상기 전자팽창밸브의 개도를 조절하기 위한 마이컴과, 상기 이중관의 외관과 소정 이격된 저압배관을 연결하는 고압유입배관과;
    상기 고압유입배관에 설치되어 저압배관의 냉매가 외관으로 흐르는 것을 차단하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  10. 하나 이상의 실외기와;
    하나 이상의 실내기와;
    상기 실외기 및 실외기를 서로 연결시키는 배관 연결 수단과;
    상기 배관 연결수단의 소정 부위에 설치되며, 실외기로 유입되는 저압 배관의 일측에서의 과열도를 측정한 후, 고압의 냉매와 저압의 냉매와의 열교환을 통해서 저압 냉매의 과열도를 제어하기 위한 과열도 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 과열도 제어수단은 소정 부위에 고압배관이 일정 형상으로 절곡된 내관 및 저압배관과 연결되는 확장된 외관으로 구성되어, 내/외관 냉매 상호간에 열 교환되는 열교환부와;
    상기 열교환부의 흡입 및 토출측에 위치한 저압배관의 온도 및 압력을 감지하는 과열도 감지부와;
    상기 과열도 감지부에 따라 기 설정된 목표 과열도를 확보하도록 상기 외관에 흐르는 냉매 유량을 조절하는 과열도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 과열도 제어부는 상기 열 교환부의 흡입측 및 외관을 병렬로 연결된 우회배관과;
    상기 과열도 감지부의 감지결과로 계산되는 현재의 과열도가 기 설정된 목표 과열도를 추종하도록 상기 열교환부의 열 교환량을 제어하는 전자팽창밸브와;
    상기 전자팽창밸브의 개도를 조절하여 현재의 과열도를 제어하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 열 교환부는 고압 및 저압배관의 소정 부위에 설치되며, 상기 고압배관에 연결된 내관과 저압배관에 연결된 확장된 외관이 이중관 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  14. 하나 이상의 실외기와;
    하나 이상의 실내기와;
    상기 실외기 및 실외기 사이를 연결하는 배관 연결 수단과;
    상기 배관 연결수단의 소정 부위에 설치되며, 하나의 배관으로 흐르는 고압의 냉매가 다른 배관으로 흐르는 저압의 냉매와의 열교환을 통해서 과냉각 및 과열도를 동시에 제어하기 위한 과냉각/과열도 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 과냉각/과열도 제어수단은 실외기측 응축기로부터 토출되는 고압의 냉매와 실외기측 증발기로부터 토출되는 저압의 냉매간의 열 교환이 이루어지는 열 교환부와;
    상기 열교환부의 저압 배관 및 고압 배관의 흡입 및 토출측 압력 및 온도를 감지하는 과냉각/과열도 감지부와;
    상기 과냉각/과열도 감지부의 감지결과에 따라 고압배관에서 분기되어 열교환부의 외관으로 유입되는 냉매 유량의 제어를 통해 고압배관의 과냉각 및 저압배관의 과열도를 동시에 제어하기 위한 과냉각/과열도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 과냉각/과열도 제어부는 열교환부의 흡입측 고압배관에서 열교환부의 외관에 연결된 우회배관과;
    상기 우회배관의 소정 위치에 설치된 전자팽창밸브와;
    상기 과냉각/과열도 감지부의 감지된 결과에 따라 현재의 과냉각도/과열도를 측정한 후, 상기 열 교환량의 제어로 과냉각/과열도가 동시에 확보되도록 상기 전자팽창밸브의 개도를 조절하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 과냉각/과열도 감지부는,
    상기 고압배관의 과냉각을 감지하기 위해 고압배관의 일측에 압력 및 온도를 각각 감지하기 위한 제 1온도센서 및 압력센서와;
    상기 저압배관의 과열도를 감지하기 위해 저압배관의 일측에 압력 및 온도를 각각 감지하기 위한 제 2온도 및 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 과냉각/과열도 감지부는 이중관의 흡입측 또는 토출측 고압/저압 배관의 어느 일측에 하나 이상의 온도센서 또는 하나 이상의 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  19. 하나 이상의 실외기와;
    하나 이상의 실내기와;
    상기 실외기 및 실내기 사이를 연결하는 고압 및 저압 배관의 소정 위치에 두 개의 배관이 적어도 이중관 형태로 열 교환시킨 후, 상기 열 교환되는 고압/저압 배관의 냉매 온도차와 상기의 냉매 중 어느 하나의 냉매로 상기 냉매 온도 차를 보상하여 과냉각 또는/및 과열도를 확보하도록 냉매 온도를 조절하기 위한 냉매온도 제어수단을 포함하는 것 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 냉매온도 제어수단은 고압 및 저압배관 중 어느 하나의 배관에 연결된내관 및 나머지 하나의 배관에 연결되는 확장된 외관으로 구성된 이중관과;
    상기 이중관의 흡입/토출측 배관의 온도 및 압력을 감지하는 냉매 온도 감지부와;
    상기 냉매 온도 감지부의 감지결과에 따라 고압 또는 저압 중 어느 하나의 냉매 온도를 조절하기 위해 상기 배관 중 어느 하나의 배관으로부터 분기되어 상기 외관으로 연결되는 우회배관을 전자팽창밸브의 개도로 조절하기 위한 냉매 온도 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  21. 하나 이상의 실외/실내 유닛과;
    실외 유닛과 실내 유닛 사이를 연결하는 배관의 소정 부위에 단일 유닛으로 설치되며, 상이한 압력을 갖는 배관에 흐르는 냉매 상호간을 열 교환시켜 과냉각/과열도를 확보하기 위한 냉매온도 제어유닛을 포함하며,
    상기 냉매온도 제어유닛은 상이한 압력을 갖는 배관에 연결되며 그 냉매 상호간을 열 교환시키는 이중관, 상기 이중관 일측에 설치된 복수개의 온도센서, 특정 배관에 일측이 연결되고 이중관의 외관에 타측이 연결된 우회배관 및 이에 설치된 전자팽창밸브, 전자팽창밸브의 개도를 조절하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  22. 하나 이상의 실외기와;
    하나 이상의 실내기와;
    상기 실외기 및 실외기 사이를 연결시켜 주는 고압 배관 및 저압배관과;
    상기 실내기측 배관에 설치되며, 상기 실내기측 배관으로 흐르는 고압의 냉매를 실외기측 배관으로 흐르는 저압의 냉매로 열교환시키고 냉매간의 온도 차를 이용하여 과냉각 및 과열도를 제어하기 위한 과냉각/과열도 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 과냉각/과열도 제어수단은 실외기와 실내기 사이에 연결되는 고압/저압 배관의 소정 위치에서 각각의 실내기로 브리지 형태로 분기되는 지점 또는 단일 실내기의 입구측, 분배기 흡입 또는 토출측, 실내기 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 과냉각/과열도 제어수단은,
    고압/저압의 배관을 이중관 형태로 구성하여 열 교환시키는 열 교환부와;
    고압 및 저압배관의 온도 및 압력을 각각 감지하기 위한 온도 및 압력감지수단과;
    열 교환부의 열 교환 정도를 제어하기 위해, 고압 또는 저압배관에 분기되어 열 교환부에 연결되는 우회배관, 상기 우회배관에 설치되어 열 교환부로 전달되는 냉매 유량을 제어하기 위한 전자팽창밸브, 상기 전자팽창밸브의 개도를 조절하는 마이컴을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  25. 제 22항에 있어서,
    상기 과냉각 제어는 이중관의 입구측 고압배관으로부터 감지된 열 교환 전의 온도에 소정의 온도를 보상한 제 1온도와, 토출측 고압배관에서 감지된 현재 온도의 차를 이용하여 기 설정된 목표 과냉각도를 확보하도록 과냉각을 제어하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  26. 제 22항에 있어서,
    상기 과냉각 제어는 이중관의 토출측 고압배관의 냉매 압력으로부터 검출되는 압력 포화지점에 해당하는 포화 온도와 상기 토출측 고압배관의 현재온도의 차를 이용하여 과냉각을 확보하도록, 상기 열 교환 량을 제어하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  27. 제 22항에 있어서,
    상기 과열도 제어는 이중관 입구측에서 저압배관으로부터 감지된 저압에서의 포화온도와 토출측 저압배관에서 감지된 현재의 토출온도의 차를 이용하여 기 설정된 목표 과열도를 확보하도록 열 교환량을 제어하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어시스템.
  28. 실내기 및 실외기 사이에 연결되는 고압/저압 배관 상호간이 냉매 온도차에 의해 열 교환하는 단계;
    상기 열 교환되는 고압배관의 냉매 포화온도와 현재의 토출온도를 감지하는 단계;
    상기 감지된 냉매 포화온도와 현재의 토출온도를 이용하여 현재의 토출 과냉각도를 검출한 후, 목표 토출 과냉각도와 비교하는 단계;
    상기 비교결과, 상기 현재의 토출 과냉각도가 목표 토출 과냉각도를 추종하도록 냉매간의 온도차에 의한 열 교환량을 제어를 통해 과냉각도를 확보하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 과냉각도 제어 단계는, 내관을 상기 고압배관과 연결하고 확장된 외관을 저압배관에 연결하여 이중관 형태로 냉매 상호간의 온도차로 열 교환시키는 제 1열 교환단계;
    상기 고압배관으로부터 분기된 우회배관을 상기 외관에 연결하여 상기 외관에 흐르는 저압 냉매를 우회배관으로 유입되는 고압 냉매의 개도 조절을 통해 현재 토출 과냉각도를 확보토록 열 교환 량을 증감시키는 제 2열 교환단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어방법.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 열 교환단계 후,
    상기 열 교환된 상기 저압배관의 토출측 저압배관의 현재 토출온도와 저압배관의 압력 포화온도를 감지하는 단계;
    상기 감지된 저압배관의 현재 토출온도와 저압 포화온도를 이용하여 저압배관의 현재 토출 과열도를 검출한 후, 상기 검출된 현재 토출 과열도와 목표 토출 과열도를 비교하는 단계;
    상기 비교결과, 상기 현재 토출 과열도가 목표 토출 과열도를 추종하도록 냉매 상호간의 열 교환량을 제어하여 과열도를 확보토록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어방법.
  31. 제 28항에 있어서,
    상기 열 교환된 고압 배관에서의 온도차와 저압 배관에서의 온도차를 각각 이용하여 현재의 과냉각도 및 과열도를 측정하는 단계;
    상기 측정된 과냉각도 및 과열도와 목표 과냉각/과열도를 비교한 후, 열 교환부에서의 과냉각도/과열도를 동시에 확보하도록 열 교환량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어방법.
  32. 제 28항에 있어서,
    상기 과냉각도는 고압배관에 설치된 흡입측 온도 센서 또는 토출측 압력센서를 이용하여 계산된 고압측 포화온도와 고압배관의 토출측 온도센서를 이용하여 감지된 현재의 토출온도의 차를 현재의 과냉각도로 하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어방법.
  33. 제 28항에 있어서,
    상기 과열도는 이중관의 저압배관에 설치된 흡입측 온도센서 또는 토출측 압력센서를 이용하여 계산된 저압측 포화지점에서의 포화온도와 상기 저압배관의 토출측 온도센서를 이용하여 감지된 현재의 온도의 차가 현재의 과열도인 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어방법.
  34. 제 28항에 있어서,
    상기 열 교환량의 제어는 내관이 고압배관과 연결되며, 확장된 외관이 저압배관과 연결되어 이중관 형태로 열 교환하는 단계;
    상기 이중관의 흡입측 고압배관으로부터 분기되어 외관으로 연결되는 우회배관에 설치된 전자팽창밸브를 개도를 증감시켜, 상기 외관의 열 교환량 제어를 통해서 고압 및 저압 냉매의 온도를 상호 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어방법.
  35. 제 28항에 있어서,
    상기 열 교환 단계는 열 교환을 위해 과냉각도 및 과열도를 제어할 것인가를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨의 냉매 온도 제어방법.
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