KR20090082733A - 공기조화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 공기조화시스템은 압축기로 냉매의 인젝션이 이루어지기 때문에, 시스템의 냉/난방 성능이 향상될 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 공기조화시스템은 압축기로 인젝션되는 냉매가 2상 냉매이거나 과열 증기 상태이도록 공급함으로써, 저온 영역에서의 냉/난방 성능이 보다 향상될 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 공기조화시스템은 압축기로 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율이 설정값 미만이 되도록 제어함으로써, 압축기의 손상을 방지하여 신뢰성이 보다 향상될 수 있는 효과가 있다.
공기조화기, 리시버, 인젝션, 열교환기, 팽창밸브, 제어

Description

공기조화 시스템 {Air conditioning system}
본 발명은 공기조화시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시스템의 신뢰성이 향상될 수 있는 공기조화시스템에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화시스템은 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 과정을 수행하여, 실내 공간을 냉방 또는 난방시키는 장치이다.
상기 공기조화시스템은 실외기에 1대의 실내기가 연결되는 통상적인 공기조화시스템과, 실외기에 복수개의 실내기가 연결되는 멀티 공기조화시스템으로 구분된다. 또한, 상기 공기조화시스템은 냉매사이클을 일방향으로만 가동하여 실내에 냉기만을 공급하는 냉방시스템과, 냉매사이클을 양방향으로 가동하여 실내에 냉기 또는 온기를 공급할 수 있는 냉난방시스템으로 구분된다.
상기 공기조화시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함한다. 상기 압축기에서 토출된 냉매는 상기 응축기에서 응축된 후, 상기 팽창밸브에서 팽창된다. 팽창된 냉매는 상기 증발기에서 증발된 후, 상기 압축기로 흡입된다. 냉방운전 또는 난방운전시, 상기 압축기로 냉매를 인젝션하여 성능을 향상시킨다.
그러나, 종래 기술에 따른 공기조화시스템은 제어가 매우 까다로우며, 제어가 제대로 이루어지지 않을 경우, 시스템이 불안정해지며 압축기 등의 손상이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 시스템의 안정성과 성능이 향상될 수 있는 공기조화시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 토출되는 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 교축되는 제 1팽창장치와, 상기 제 1팽창장치를 통과한 냉매가 교축되는 제 2팽창장치와, 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치사이에서 바이패스되어 상기 압축기로 인젝션되는 냉매가 교축되는 인젝션 밸브와, 상기 압축기로 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율이 소정값 미만이 되도록 제어하는 제어부를 포함하는 공기조화시스템을 젝오한다.
본 발명에 있어서, 상기 공기조화시스템이 난방운전시, 상기 인젝션 밸브를 통과한 냉매를 가열하는 가열수단을 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 압축기로 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율이 소정값 미만이 되도록 상기 가열수단을 제어한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 압축기로 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율이 소정값 미만이 되도록 상기 인젝션 밸브의 개방도를 제어하한다. 상기 제어부는 적어도 하나의 운전변수값을 감지하고, 감지된 운전변수값에 근거하여, 상기 인젝션 밸브의 개방도를 조절한다. 상기 운전변수값은 상기 압축기로 흡 입되는 냉매의 흡입온도와 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 토출온도를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 가열수단은 상기 인젝션 밸브를 통과한 냉매와 상기 제 2팽창장치로 유입되는 냉매를 열교환시키는 인젝션 열교환기를 포함한다. 상기 인젝션 열교환기는 상기 인젝션 밸브를 통과한 냉매와 상기 제 2팽창장치로 유입되는 냉매 중 어느 하나의 냉매가 통과하는 제 1냉매관과, 상기 제 1냉매관을 감싸도록 형성되고 다른 하나의 냉매가 통과하는 제 2냉매관을 포함한다. 상기 인젝션 열교환기는 루프 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 인젝션 열교환기는 판형 열교환기를 포함할 수 있다. 상기 인젝션 열교환기는 상기 공기조화시스템에 포함된 실외기의 베이스팬에 평행하게 배치되어 상기 베이스팬에 설치된다.
본 발명에 있어서, 상기 공기조화시스템이 냉방운전시, 상기 인젝션 열교환기는 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉각시킨다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1팽창장치를 통과한 냉매가 저장되고, 저장된 냉매의 상을 분리하는 상분리기를 더 포함한다. 상기 상분리기로부터 액상의 냉매만이 유출된다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2팽창장치를 통과한 냉매가 증발되는 증발기를 더 포함하고, 상기 압축기는 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제 1압축부와, 상기 제 1압축부를 통과한 냉매와 상기 제 1팽창장치와 상기 제 2팽창장치사이에서 바이패스되어 인젝션되는 냉매가 함께 유입되어 압축되는 제 2압축부를 포함한다. 상기 제어부는 상기 제 1팽창장치를 제 1제어방법으로 제어하고, 상기 제 2팽창장치를 상기 제 1제어방법과 상이한 제 2제어방법으로 제어한다. 상기 제 1제어방법은 적어도 하나의 운전변수의 운전변수값을 감지하고, 상기 감지된 운전변수값에 대응하는 기 저장된 설정값에 근거하여, 상기 제 1팽창장치의 목표 개방도를 결정하고, 상기 제 2제어방법은 냉매의 과열도를 실시간으로 측정하고, 측정된 과열도가 미리 설정된 과열도에 도달할때까지, 측정된 과열도에 근거하여 상기 제 2팽창장치의 개도량을 변화시킨다.
본 발명에 따른 공기조화시스템은 압축기로 냉매의 인젝션이 이루어지기 때문에, 시스템의 냉/난방 성능이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기조화시스템은 압축기로 인젝션되는 냉매가 2상 냉매이거나 과열 증기 상태이도록 공급함으로써, 저온 영역에서의 냉/난방 성능이 보다 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기조화시스템은 압축기로 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율이 설정값 미만이 되도록 제어함으로써, 압축기의 손상을 방지하여 신뢰성이 보다 향상될 수 있는 효과가 있다.
공기조화 시스템은, 냉방 운전만을 수행하는 일반적인 가정용 냉방용 공기조화기, 난방 운전만을 수행하는 난방용 공기조화기, 냉난방 운전을 모두 수행하는 히트 펌프식 공기조화기, 복수 개의 실내공간들을 냉/난방하는 멀티형 공기조화기 를 모두 포함한다. 이하에서는, 공기조화 시스템의 일 실시예로서, 히트 펌프식 공기조화기(이하, '공기조화기'라 한다)에 대하여 상세하게 살펴본다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(100)의 구성도이고, 도 2는 공기조화기(100)의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 공기조화기(100)는 압축기(110), 실내 열교환기(120), 실외 열교환기(130), 제 1팽창밸브(141), 제 2팽창밸브(142), 상분리기(150) 및 사방밸브(160)를 포함한다. 상기 실내 열교환기(120)는 냉방운전시 증발기로 작용하고, 난방운전시 응축기로 작용한다. 상기 실외 열교환기(130)는 냉방운전시 응축기로 작용하고, 난방운전시 증발기로 작용한다. 상기 압축기(110)는 유입되는 저온 저압의 냉매를 고온 고압으로 압축시킨다. 상기 압축기(110)는 제 1압축부(111)와 제 2압축부(112)를 포함한다. 상기 제 1압축부(111)는 상기 증발기로부터 유입되는 냉매를 압축하고, 상기 제 2압축부(112)는 상기 제 1압축부(111)에서 나온 냉매와, 상기 증발기와 응축기사이에서 분기되어 인젝션되는 냉매를 혼합하여 압축한다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 압축기(110)가 3단 이상의 다단 구조를 가질 수 있다. 상기 압축기(110)는 스크롤 압축기가 사용되는 것도 가능하고, 로터리 압축기가 사용되는 것도 가능하다.
상기 사방밸브(160)는 냉난방시 냉매의 흐름을 절환하는 유로 절환 밸브로서, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매를 냉방시에는 상기 실외 열교환기(130)로 안내하고, 난방시에는 상기 실내 열교환기(120)로 안내한다. 상기 사방밸브(160)와 상기 압축기(110)는 제 1연결배관(171)으로 연결된다. 상기 제 1연결배관(171)에는 상기 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 토출 온도 및 압력을 측정하기 위하여, 압축기 출구온도 센서(181) 및 토출압력 센서(182)가 배치된다. 상기 실내 열교환기(120)는 실내에 배치되고, 상기 사방밸브(160)와 제 2연결배관(172)으로 연결된다.
상기 상분리기(150)는 유입되는 냉매를 일시 저장하여, 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하고, 저장된 냉매 중 액상 냉매만을 내보낸다. 상기 상분리기(150)의 제 1연결부(151)와 상기 실내 열교환기(120)는 제 3연결배관(173)으로 연결된다. 상기 실외 열교환기(130)는 실외에 배치되고, 상기 상분리기(150)의 제 2연결부(152)와 제 4연결배관(174)으로 연결된다.
상기 제 1팽창밸브(141)는 상기 제 3연결배관(173)상에 배치되며, 냉방운전시 상기 상분리기(150)로부터 유입되는 액상 냉매를 교축하는 제 2팽창장치이고, 난방운전시에는 응축기 역할을 하는 상기 실내 열교환기(120)로부터 유입되는 액상냉매를 교축하는 제 1팽창장치이다.
상기 제 2팽창밸브(142)는 제 4연결배관(174)상에 배치되며, 냉방운전시 응축기 역할을 하는 상기 실외 열교환기(130)로부터 유입되는 액상냉매를 교축하는 제 1팽창장치이고, 난방운전시 상기 상분리기(150)로부터 유입되는 액상냉매를 교축하는 제 2팽창장치이다.
상기 사방밸브(160)는 상기 실외 열교환기(130)와 제 5연결배관(175)으로 연결된다. 또한, 상기 사방밸브(160)와 압축기(110)의 유입배관은 제 6연결배관(176) 으로 연결된다. 상기 제 6연결배관(176)상에는 상기 압축기(110)의 입구측 온도를 측정하는 압축기 입구온도센서(184)가 배치된다.
상기 공기조화시스템은 상기 제 4연결배관(174)에서 바이패스되어 상기 제 2압축부(112)에 연결되는 인젝션 배관(180)을 더 포함한다.
상기 인젝션 배관(180)에는 인젝션 밸브(143)가 배치된다. 상기 인젝션 밸브(143)는 상기 제 2압축부(112)로 인젝션되는 냉매량 및 냉매 압력을 제어한다.
상기 공기조화시스템은 난방운전시, 상기 인젝션 밸브(143)를 통과한 냉매를 가열하는 가열수단을 더 포함한다. 상기 가열수단은 상기 상분리기에서 나온 액상 냉매 중 상기 압축기(110)로 인젝션되는 냉매의 액상 냉매의 비율이 소정값 미만이 되도록 상기 냉매를 가열하게 된다. 상기 가열수단은 상기 제 4연결배관(174)과 상기 인젝션 배관(180)이 연결되도록 배치된다. 상기 가열수단은 상기 인젝션 밸브(143)에서 교축된 냉매와 상기 제 2팽창밸브(142)로 유입되는 냉매가 열교환하도록 형성된 인젝션 열교환기(190)이다.
도 3은 도 1에 도시된 실외 열교환기(130)와 인젝션 열교환기(190)의 설치구조가 도시된 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 인젝션 열교환기(190)와 상기 실외 열교환기(130)는 실외기(O)의 베이스팬(131)에 설치된다. 상기 실외 열교환기(130)는 상기 베이스팬(131)에 수직하게 배치되고, 상기 인젝션 열교환기(190)는 상기 베이스팬(131)에 평행하게 배치된다. 즉, 상기 인젝션 열교환기(190)는 상기 실외 열교환기(13)를 통과하는 공기에 의한 영향이 최소화되도록 상기 실외 열교환기(13)와 이격되고, 배치방향이 다르게 설치된다.
도 4는 도 3에 도시된 상기 인젝션 열교환기(190)의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 인젝션 열교환기(190)는 상기 제 2팽창밸브(142)로 유입되는 냉매가 통과하는 제 1냉매관(191)과, 상기 제 1냉매관(191)을 감싸도록 형성되고 상기 인젝션 밸브(143)에서 교축된 냉매가 통과하는 제 2냉매관(192)을 포함한다. 즉, 상기 인젝션 열교환기(190)는 상기 제 1냉매관(191)과 제 2냉매관(192)이 이중관으로 이루어진다. 상기 제 1,2냉매관은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 인젝션 열교환기(190)는 루프 형상으로 다중 절곡되게 형성되어, 압력손실이 적으며, 열교환이 가능한 길이를 확보할 수 있고, 좁은 공간에도 설치가 용이하다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 인젝션 열교환기(190)는 판형 열교환기로 이루어지는 것도 가능하다.
상기 인젝션 배관(180)상에는 인젝션되는 냉매의 온도를 측정하는 인젝션 온도센서(183)가 배치된다.
상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)와 상기 인젝션 밸브(143)의 개도량은 공기조화기의 운전을 제어하는 제어부(200)에 의하여 제어된다.
도 5는 공기조화기의 난방운전시의 냉매의 흐름이 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 상기 압축기(110)로부터 토출된 고온 고압의 기상냉매는 상기 사방밸브(160)를 거쳐 상기 실내 열교환기(120)내로 유입된다. 상기 실내 열교환기(120)에서 기상냉매는 실내 공기와 열교환을 하여 응축된다. 상기 응축된 냉 매는 상기 제 1팽창밸브(141)에서 교축된 후, 상기 상분리기(150)로 유입된다. 상기 상분리기(150)에서 나온 액상의 냉매는 상기 제 4연결배관(174)을 통과한다.
난방운전 중에 가스 인젝션의 작동 요청이 있을 경우, 상기 제어부(200)는 상기 인젝션 밸브(143)를 개방한다. 상기 인젝션 밸브(143)가 개방되면, 상기 제 4연결배관(174)을 통과하는 냉매 중 일부가 상기 인젝션 배관(180)으로 바이패스되어 상기 인젝션 밸브(143)에서 교축된다. 상기 인젝션 밸브(143)에서 교축된 냉매는 온도와 압력이 내려가기 때문에, 상기 제 4연결배관(174)을 통해 상기 인젝션 열교환기(190)로 유입되는 냉매보다 상대적으로 저온 상태가 된다. 따라서, 상기 인젝션 열교환기(190)에서는 상기 인젝션 밸브(143)를 통과한 냉매와, 상기 제 4연결배관(174)을 통해 상기 제 2팽창밸브(142)로 유입되는 냉매와의 열교환이 이루어지게 된다. 상기 인젝션 열교환기(190)내에서, 상기 제 2팽창밸브(142)로 유입되는 냉매는 열을 빼앗기게 되고, 상기 인젝션 밸브(143)를 통과한 냉매는 열을 흡수하게 된다.
상기 인젝션 열교환기(190)에서 열을 빼앗긴 냉매는 상기 제 2팽창밸브(142)에서 교축된 후, 상기 실외 열교환기(130)로 유입된다. 상기 실외 열교환기(130)로 유입된 냉매는 외부 공기와의 열교환에 의하여 증발하고, 증발된 냉매는 상기 제 1압축부(111)로 유입된다.
상기 인젝션 열교환기(190)에서 열을 흡수한 냉매는 적어도 일부가 증발되어, 액상과 기상이 혼합된 2상의 냉매이거나 과열증기상태의 냉매가 된다. 상기 인젝션 열교환기(190)에서 열을 흡수한 냉매 중 액상 냉매의 비율은 상기 인젝션 열 교환기(190)나 상기 인젝션 밸브(143)의 개방도에 따라 조절될 수 있으며, 후술하는 제어방법에서 상세히 설명한다.
따라서, 2상의 냉매이거나 과열증기상태의 냉매는 상기 인젝션 배관(180)을 통해 상기 제 2압축부(112)로 인젝션 된다. 따라서, 2상의 냉매나 과열증기상태의 냉매가 상기 인젝션 배관(180)을 통해 상기 제 2압축부(112)로 인젝션되기 때문에, 기상 냉매만을 인젝션하는 경우보다 냉/난방 성능이 향상될 수 있다. 상기 제 2압축부(112)에서는 인젝션된 냉매와 상기 제 1압축부(111)에서 나온 냉매가 혼합된 후, 압축된다. 상기 제 2압축부(112)에서 압축된 냉매는 다시 상기 사방밸브(160)로 순환한다.
도 6은 공기조화기의 냉방운전시의 냉매의 흐름이 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 상기 압축기(110)로부터 토출된 고온 고압의 기상냉매는 상기 사방밸브(160)를 거쳐 상기 실외 열교환기(130)로 유입된다. 상기 실외 열교환기(130)로 유입된 기상 냉매는 실내 공기와 열교환을 하여 응축된다. 상기 응축된 냉매는 상기 제 2팽창밸브(142)에서 교축된 후, 상기 인젝션 열교환기(190)를 거쳐 상기 상분리기(150)로 유입된다. 일부 냉매는 상기 상분리기(150)로 유입되기전에 상기 인젝션 배관(180)을 통해 상기 인젝션 밸브(143)로 바이패스된다. 상기 인젝션 배관(180)으로 바이패스된 냉매는 상기 인젝션 밸브(143)에서 한번 더 교축되어, 상기 제 2팽창밸브(142)에서 교축된 냉매보다 온도와 압력이 낮아지게 된다. 상기 인젝션 밸브(143)에서 교축된 냉매는 상기 인젝션 열교환기(190)로 유입된다.
상기 인젝션 열교환기(190)에서는 상기 인젝션 밸브(143)를 통과한 냉매와 상기 제 2팽창밸브(142)를 통과한 냉매의 열교환이 이루어진다. 상기 인젝션 밸브(143)를 통과한 냉매가 상기 제 2팽창밸브(142)를 통과한 냉매보다 저온이기 때문에, 상기 인젝션 밸브(143)를 통과한 냉매는 열을 흡수하게 되고, 상기 제 2팽창밸브(142)를 통과한 냉매는 열을 빼앗기게 된다. 따라서, 냉방운전시 상기 인젝션 열교환기(190)는 상기 실외 열교환기(130)에서 응축되어, 상기 상분리기(150)와 실내 열교환기(120)로 유입되는 냉매를 과냉각시키는 과냉각기 역할을 하게 된다.
상기 인젝션 열교환기(190)에서 열을 흡수한 냉매는 적어도 일부가 증발되어, 액상과 기상이 혼합된 2상의 냉매이거나 과열증기상태의 냉매가 된다. 따라서, 2상의 냉매나 과열증기상태의 냉매가 상기 인젝션 배관(180)을 통해 상기 제 2압축부(112)로 인젝션되기 때문에, 기상 냉매만을 인젝션하는 경우보다 냉/난방 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법을 설명하면, 다음과 같다.
구동명령이 감지되면, 상기 제어부(200)는 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)와 상기 인젝션 밸브(143)를 초기화하게 된다. 상기 제어부(200)는 상기 제 1,2팽창밸브(141)(142)를 완전히 개방하고, 상기 인젝션 밸브(143)는 차폐시킨다. 상기 인젝션 밸브(143)를 차폐시킴으로써, 구동 초기에 상기 압축기(110)로 액상의 냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1,2팽창밸브(141)와 상기 인젝션 밸브(142)의 초기화가 완료되면, 상기 제어부(200)는 상기 제 1팽창밸브(141)와 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량을 복수개의 제어방법들 중 서로 다른 제어방법으로 제어한다.
상기 복수개의 제어방법들은 상기 응축기에서 나와 상기 상분리기(150)로 유입되는 냉매를 교축하는 제 1팽창장치의 개도량을 조절하여, 상기 냉매가 미리 설정된 중간압에 도달하도록 하는 제 1제어방법과, 상기 상분리기(150)에서 나와 상기 증발기로 유입되는 냉매를 교축하는 상기 제 2팽창장치의 개도량을 조절하여, 상기 공기조화기(100)의 냉매가 미리 설정된 목표 과열도에 도달하도록 하는 제 2제어방법을 포함한다.
상기 공기조화기(100)가 난방운전모드인 경우, 상기 제 1팽창밸브(141)가 상기 제 1팽창장치의 역할을 하게 되고, 상기 제 2팽창밸브(142)가 상기 제 2팽창장치의 역할을 하게 된다. 따라서, 난방운전모드인 경우, 상기 제어부(200)는 상기 제 1팽창밸브(141)를 상기 제 1제어방법으로 제어하고, 상기 제 2팽창밸브(142)를 상기 제 2제어방법으로 제어한다.
상기 제 1제어방법에서는 적어도 하나의 운전변수의 운전변수값을 감지하고, 상기 감지된 운전변수값에 대응하는 기 저장된 설정값에 근거하여, 상기 제 1팽창밸브(141)의 목표 개방도를 결정한다. 상기 운전변수들은 복수개의 운전변수들이다. 상기 운전변수들은 냉매가 상기 제 2압축부(112)로 인젝션되는 가스인젝션 작동여부와, 상기 압축기(110)의 주파수와, 상기 공기조화기(100)의 실내온도와, 실외온도, 실내외 온도차이, 압축기(110)의 토출압력, 압축기(110)의 토출온도 등을 포함할 수 있다. 상기 운전변수들의 운전변수값에 대한 상기 설정값은 미리 정해져서 상기 제어부(200)에 테이블의 형태로 저장된다. 상기 압축기(110)의 주파수에 대한 설정값은 가스 인젝션 작동여부에 따라 다르게 설정된다. 즉, 상기 압축기(110)의 주파수에 대한 설정값은 상기 인젝션 밸브(143)의 개폐여부에 따라 다르게 설정된다. 상기 목표 개방도는 상기 설정값들을 더하거나 곱하는 등의 조합에 의해 구해질 수 있다.
상기 제 2제어방법에서는 냉매의 과열도를 실시간으로 측정하고, 측정된 과열도에 근거하여 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량을 제어한다. 상기 냉매의 과열도는 상기 실외 열교환기(130)에 설치된 실외 열교환기 센서(186) 및 상기 압축기 입구온도센서(184)에 의해 측정될 수 있다. 상기 제어부(200)에는 측정된 과열도와 미리 설정된 목표 과열도의 오차, 및 오차 변화량에 근거하여 퍼지 테이블이 저장되고, 상기 퍼지 테이블로부터 상기 밸브의 개도량이 결정될 수 있다. 즉, 상기 제어부(200)는 냉매의 과열도가 상기 목표 과열도에 도달할 때까지 냉매의 과열도를 실시간으로 측정하고, 측정된 과열도에 근거하여 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량을 계속 변화시킨다. 따라서, 냉매의 과열도가 보다 정확하게 조절될 수 있다.
반면, 상기 공기조화기(100)가 냉방운전모드인 경우, 상기 제 1팽창밸브(141)가 상기 제 2팽창장치의 역할을 하게 되고, 상기 제 2팽창밸브(142)가 상기 제 1팽창장치의 역할을 하게 되므로, 상기 제 1팽창밸브(141)를 상기 제 2제어방법으로 제어하고, 상기 제 2팽창밸브(142)를 상기 제 1제어방법으로 제어한다.
한편, 상기 가스 인젝션 작동 요청이 있을 경우, 상기 제어부(200)는 상기 인젝션 밸브(143)를 개방시킨다. 이 때, 액상 냉매와 기상 냉매가 혼합된 2상 냉매의 인젝션시 저온영역에서의 냉/난방이 향상될 수 있다. 그러나, 액상 냉매가 과다 할 경우, 상기 압축기(110)의 손상이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 제어부(200)는 상기 압축기(110)로 인젝션되는 냉매의 건도가 미리 정해진 건도 이상을 갖는 2상 냉매이거나, 과열 증기상태이도록 한다. 즉, 상기 제어부(200)는 상기 압축기(110)로 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율이 설정값 미만이 되도록 제어한다. 상기 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율이 설정값 미만이 되도록 제어하기 위해서는 상기 인젝션 열교환기(190)를 조절하는 것도 가능하고, 상기 인젝션 밸브(143)의 개방도를 조절할 수도 있다. 본 실시예에서는 상기 인젝션 밸브(143)의 개방도를 조절하는 것으로 한정하여 설명한다. 상기 인젝션 밸브(143)의 개방도를 조절하면, 상기 인젝션 열교환기로 유입되는 냉매량이 조절되어, 상기 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율을 증감시킬 수 있다.
상기 인젝션 밸브(143)의 개방도는 적어도 하나의 운전변수의 운전변수값에 근거하여 제어될 수 있다. 여기서, 상기 운전변수는 상기 압축기(110)의 냉매 흡입온도와 냉매 토출온도를 사용할 수 있다. 상기 인젝션 밸브(143)의 개방도는 상기 압축기(110)의 냉매 흡입온도와 냉매 토출온도에 관한 함수에 의해 결정될 수 있다.
상기 인젝션 밸브(143)의 개방도가 결정되면, 그에 따라 상기 인젝션 밸브(143)의 개방도를 증가시키거나 감소시킨다. 예를 들어, 상기 인젝션 밸브(143)의 개방도를 감소시키면, 상기 인젝션 배관(180)을 통과하는 냉매량이 감소된다. 상기 인젝션 배관(180)을 통과하는 냉매량이 감소되면, 상기 인젝션 열교환기(190)에서 열교환이 증가된다. 즉, 상기 인젝션 열교환기(190)에서 보다 많이 가열되어, 상기 인젝션 열교환기(190)를 통과한 냉매 중 액상 냉매의 비율이 감소할 수 있다. 따라서, 상기 인젝션 밸브(143)의 개방도를 조절함으로써, 상기 압축기(110)로 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율이 설정값 미만으로 낮아질 수 있다. 상기 압축기(110)로 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율을 설정값 미만으로 낮춤으로써, 상기 압축기(110)에서의 액압축을 경감시켜 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 공기조화기의 성능계수가 도시된 그래프이다.
본 발명에 따른 공기조화기는 상기 상분리기(150)로부터 액상의 냉매가 유출되고, 상기 액상의 냉매가 상기 인젝션 밸브(143)와 상기 인젝션 열교환기(190)를 통과하면서 적어도 일부가 증발되어, 2상의 냉매 또는 과열 증기상태의 냉매가 상기 압축기(110)로 인젝션된다. 한편, 도 6에 도시된 비교예는 상분리기로부터 기상의 냉매가 유출되어 압축기로 인젝션하는 공기조화기이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 성능계수(COP,Coefficient Of Performance)가 상기 비교예의 성능계수보다 높은 것을 알 수 있다. 본 발명의 성능계수와 상기 비교예의 성능계수의 차이는 실외 온도가 낮을수록 크다. 따라서, 본 발명에 따른 공기조화기는 저온영역에서의 성능이 보다 향상될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이 다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공기조화기의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 실외 열교환기와 인젝션 열교환기의 설치구조가 도시된 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 인젝션 열교환기의 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 공기조화기의 난방 운전 시의 냉매의 흐름이 도시된 구성도이다.
도 6는 도 1에 도시된 공기조화기의 냉방 운전 시의 냉매의 흐름이 도시된 구성도이다.
도 7은 도 1에 도시된 공기조화기의 성능계수가 도시된 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>
100: 공기조화기 110: 압축기
120: 실내 열교환기 130: 실외 열교환기
141: 제 1팽창밸브 142: 제 2팽창밸브
143: 인젝션 밸브 150: 상분리기
160: 사방밸브 180: 인젝션 배관
200: 제어부

Claims (17)

  1. 냉매를 압축하는 압축기와;
    상기 압축기에서 토출되는 냉매가 응축되는 응축기와;
    상기 응축기를 통과한 냉매가 교축되는 제 1팽창장치와;
    상기 제 1팽창장치를 통과한 냉매가 교축되는 제 2팽창장치와;
    상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치사이에서 바이패스되어 상기 압축기로 인젝션되는 냉매가 교축되는 인젝션 밸브와;
    상기 압축기로 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율이 소정값 미만이 되도록 제어하는 제어부를 포함하는 공기조화시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기조화시스템이 난방운전시, 상기 인젝션 밸브를 통과한 냉매를 가열하는 가열수단을 더 포함하는 공기조화시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 상기 압축기로 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율이 소정값 미만이 되도록 상기 가열수단을 제어하는 공기조화시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 상기 압축기로 인젝션되는 냉매 중 액상 냉매의 비율이 소정값 미만이 되도록 상기 인젝션 밸브의 개방도를 제어하는 공기조화시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는 적어도 하나의 운전변수값을 감지하고, 감지된 운전변수값에 근거하여, 상기 인젝션 밸브의 개방도를 조절하는 공기조화시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 운전변수값은 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 흡입온도와 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 토출온도를 포함하는 공기조화시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열수단은 상기 인젝션 밸브를 통과한 냉매와 상기 제 2팽창장치로 유입되는 냉매를 열교환시키는 인젝션 열교환기를 포함하는 공기조화시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 인젝션 열교환기는 상기 인젝션 밸브를 통과한 냉매와 상기 제 2팽창장치로 유입되는 냉매 중 어느 하나의 냉매가 통과하는 제 1냉매관과, 상기 제 1냉매관을 감싸도록 형성되고 다른 하나의 냉매가 통과하는 제 2냉매관을 포함하는 공기조화시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 인젝션 열교환기는 루프 형상으로 이루어진 공기조화시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 인젝션 열교환기는 판형 열교환기를 포함하는 공기조화시스템.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 인젝션 열교환기는 상기 공기조화시스템에 포함된 실외기의 베이스팬에 평행하게 배치되어 상기 베이스팬에 설치된 공기조화시스템.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 공기조화시스템이 냉방운전시,
    상기 인젝션 열교환기는 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉각시키는 공기조화시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1팽창장치를 통과한 냉매가 저장되고, 저장된 냉매의 상을 분리하는 상분리기를 더 포함하는 공기조화시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 상분리기로부터 액상의 냉매만이 유출되는 공기조화시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2팽창장치를 통과한 냉매가 증발되는 증발기를 더 포함하고,
    상기 압축기는 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제 1압축부와, 상기 제 1압축부를 통과한 냉매와 상기 제 1팽창장치와 상기 제 2팽창장치사이에서 바이패스되어 인젝션되는 냉매가 함께 유입되어 압축되는 제 2압축부를 포함하는 공기조화시스템.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1팽창장치를 제 1제어방법으로 제어하고, 상기 제 2팽창장치를 상기 제 1제어방법과 상이한 제 2제어방법으로 제어하는 공기조화시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 1제어방법은 적어도 하나의 운전변수의 운전변수값을 감지하고, 상기 감지된 운전변수값에 대응하는 기 저장된 설정값에 근거하여, 상기 제 1팽창장치의 목표 개방도를 결정하고,
    상기 제 2제어방법은 냉매의 과열도를 실시간으로 측정하고, 측정된 과열도 가 미리 설정된 과열도에 도달할때까지, 측정된 과열도에 근거하여 상기 제 2팽창장치의 개도량을 변화시키는 공기조화시스템.
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