KR20100036345A - 냉동장치 - Google Patents

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KR20100036345A
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high pressure
control
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heat exchanger
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신이치 가사하라
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

초임계 사이클을 실행하는 냉동장치의 능력제어 수속성을 향상시킨다.
공기조화장치(10)는, 압축기(21)와 실외열교환기(23)와 실외 팽창밸브(24)와 실내열교환기(27)가 차례로 접속되며 고압이 냉매의 임계압력 이상이 되는 초임계 냉동 사이클을 실행하는 냉매회로(20)와, 적어도 압축기(21) 및 실외 팽창밸브(24)를 포함한 제어대상을 제어하는 제어기(40)를 구비한다. 제어기(40)는 복수의 제어대상을 함께 제어함으로써, 냉동장치 능력의 지표가 되는 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 함께 제어한다.

Description

냉동장치{FREEZING DEVICE}
본 발명은, 초임계 사이클을 실행하는 냉매회로를 구비한 냉동장치에 관한 것이다.
압축기구, 열원측 열교환기, 팽창기구, 및 이용측 열교환기가 차례로 접속된 냉매회로를 구비한 냉동장치에서는, 압축기구와 팽창기구를 제어함으로써 이 냉동장치의 능력을 제어하는 것이 일반적이다. 이러한 냉동장치의 일 예로서, 특허문헌 1(일본특허 공개 2002-22242호 공보)에 개시된 것이 있다.
이 특허문헌 1에 개시된 냉동장치는, 압축기구로서의 압축기 용량을 제어하는 압축기 용량 제어수단과, 팽창기구로서의 팽창밸브의 밸브 개방도를 제어하는 팽창밸브 개방도 제어수단을 구비한다. 이 압축기 용량 제어수단은, 냉매회로의 냉매 저압에 기초하여 압축기 용량을 제어한다. 또 팽창밸브 개방도 제어수단은, 증발기 출구의 냉매 온도에 기초하여 팽창밸브 개방도를 제어한다. 이 때, 팽창밸브 개방도 제어수단의 제어량은 압축기 용량에 기초하여 보정된다.
그러나, 팽창밸브 개방도 제어수단에 의해 팽창밸브의 밸브 개방도 제어량을 압축기 용량에 기초하여 보정하는 구성이라도, 팽창밸브의 밸브 개방도를 변화시키면, 냉매의 순환상태가 변화하므로 냉매 저압에도 변화가 생긴다. 냉매 저압이 변화하면, 압축기 용량 제어수단에 의해 압축기구 용량이 조정된다. 이와 같이 압축기 용량이 변화하면, 팽창밸브 개방도 제어수단에 의한 제어량을 다시 보정할 필요가 생긴다. 그 결과, 팽창밸브 개방도 제어수단의 제어량 보정, 냉매 저압의 변화 및 압축기 용량 변화의 공정을 다시 반복하게 되고, 압축기에 의한 저압 제어나 팽창밸브에 의한 과열도 제어가 좀처럼 수속되지 않는다는 문제가 있다.
특히, 고압이 냉매의 임계압력 이상이 되는 초임계 냉동 사이클을 실행하는 냉동장치에서는, 이 제어 수속성이 나빠, 문제가 된다.
본 발명은, 이러한 점에 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 초임계 사이클을 실행하는 냉동장치에서 능력제어의 수속성을 향상키는 것에 있다.
본 발명은, 초임계 사이클에서는 고압 변화에 대한 가스쿨러 출구의 냉매 엔탈피 변화량이 크다는 것에 착안하여 이루어진 것이다. 상세하게는, 초임계 사이클에서는, 냉방운전에서 저압변동에 의해 고압이 변화했을 때, 그에 따라 가스쿨러 출구의 냉매 엔탈피가 크게 변화하는 경우가 있다. 그 결과, 실내 열교환기 입구의 냉매 엔탈피가 변화하고, 그에 따라 실내 열교환기 출구의 과열도가 변화한다는 아임계 냉매에는 없는 작용이 가해지며, 또 제어의 수속성이 나빠진다. 난방 시에도 고압이 변화했을 때, 그에 따라 가스쿨러 출구의 냉매 엔탈피가 크게 변화하는 경우가 있고, 그 결과, 실내능력의 증감이 크게 되어 실온이 변동되며, 또 그 영향으로 가스쿨러 출구온도의 목표값이 변화한다는 악순환 때문에 제어 수속성이 나빠진다. 그리고 초임계 냉매인 CO2는 프레온 등에 비해, 과열도가 부가되었을 때의 냉매 밀도변화가 크고(예를 들어 증발온도 5℃에서 과열도가 0℃에서 5℃로 변화했을 때와 비교하면, R410A는 가스밀도가 3.5％밖에 감소하지 않는 데에 반해, CO2는 6.5％나 감소해 버린다), 과열도가 변화함에 따른 순환량이나 능력 변화도 크므로, 제어성에 대한 영향이 더욱 커진다. 이에 감안하여, 본 발명은, 냉동 사이클의 고압과, 능력제어에 의해 제어하는 소정의 물리량을 함께 제어하도록 한 것이다.
구체적으로, 제 1 발명은, 압축기구(21)와 열원측 열교환기(23)와 팽창기구(24)와 이용측 열교환기(27)가 차례로 접속되며 고압이 냉매의 임계압력 이상이 되는 초임계 냉동 사이클을 실행하는 냉매회로(20)와, 적어도 이 압축기구(21) 및 이 팽창기구(24)를 포함한 제어대상을 제어하는 제어수단(40)을 구비한 냉동장치가 대상이다. 그리고, 상기 제어수단(40)은, 복수의 상기 제어대상을 함께 제어함으로써, 냉동장치의 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것이다.
상기 구성의 경우, 냉동회로(20)의 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 소정의 물리량 제어가 실행된다. 즉, 제어대상을 조정했을 때의 냉동 사이클 고압의 변화, 나아가서는 가스쿨러 출구의 냉매 엔탈피의 변화를 고려하여, 다른 물리량의 제어를 실행할 수 있다. 이와 같이, 복수의 제어대상을 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압과 소정의 물리량을 함께 제어함으로써, 서로의 변화에 기인하는 고압이나 소정의 물리량으로의 영향을 가미하여 이 제어대상을 제어할 수 있으므로, 제어대상을 별개로 제어하여, 대응하는 냉동 사이클의 고압이나 소정의 물리량이 각각 별개로 변화함으로써 서로 영향을 주어 좀처럼 수속되지 않는다는 사태를 방지할 수 있다. 그 결과, 냉동장치에서의 소정의 물리량이나 고압의 제어 수속성을 향상시킬 수 있다.
제 2 발명은 제 1 발명에 있어서, 상기 제어수단(40)은, 상기 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 복수의 상기 제어대상 각각에 대한 제어신호를, 이 물리량과 이 고압을 서로 관련시켜 생성하고, 이 제어신호를 상기 각 제어대상으로 출력함으로써, 상기 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것이다.
상기 구성의 경우, 상기 복수의 제어대상 각각을 제어하는 제어신호를, 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하고, 이들을 서로 관련시켜 생성함으로써, 소정의 물리량이나 고압 중 어느 하나를 입력으로 하여 제어대상을 제어하는 것이 아니라, 소정의 물리량과 고압의 양쪽을 가미하여 각 제어대상을 제어할 수 있다. 또 전술한 바와 같이, 복수의 제어대상을 함께 제어시키므로, 하나의 제어대상의 제어신호를 생성할 시에, 다른 제어대상을 조정함에 따른 소정의 물리량이나 고압으로의 영향도 고려하여 제어신호를 생성할 수 있다.
제 3 발명은, 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 냉매를 공기와 열교환시키는 상기 열원측 열교환기(23)에 공기를 공급하는 열원측 팬(28)을 추가로 구비하며, 냉방운전 시에 상기 소정의 물리량은, 상기 이용측 열교환기(27)의 냉매 증발온도와 상기 이용측 열교환기(27) 출구의 냉매 과열도이며, 상기 제어대상에는 상기 열원측 팬(28)이 추가로 포함되며, 상기 제어수단(40)은, 냉매의 상기 증발온도 및 상기 과열도와 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 상기 압축기구(21), 팽창기구(24) 및 열원측 팬(28)을 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 증발온도 및 냉매의 상기 과열도와 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것이다.
상기 구성의 경우, 냉방운전 시에 있어서, 압축기구(21), 팽창기구(24) 및 열원측 팬(28)의 3개 제어대상을 함께 제어하여 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 증발온도와 과열도를 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압을 원하는 목표값으로 안정적으로 제어한 상태에서 냉매의 증발온도와 과열도를 제어할 수 있으므로, 냉동 사이클의 고압, 냉매의 증발온도 및 과열도를 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
제 4 발명은, 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 난방운전 시에 상기 소정의 물리량은, 상기 열원측 열교환기(23) 출구에서의 냉매 과열도이며, 상기 제어수단(40)은, 냉매의 상기 과열도와 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 상기 압축기구(21) 및 팽창기구(24)를 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 과열도와 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것이다.
상기 구성의 경우, 난방운전 시에 있어서, 압축기구(21) 및 팽창기구(24)의 2개 제어대상을 함께 제어하여, 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 과열도를 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압을 원하는 목표값으로 안정적으로 제어한 상태에서 냉매의 과열도를 제어할 수 있으므로, 냉동 사이클의 고압 및 냉매의 과열도를 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
제 5 발명은, 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 압축기구는, 저압 냉매를 흡입하여 압축하는 제 1 압축기(21a)와, 이 제 1 압축기(21a)로부터 토출된 냉매를 다시 압축하여 토출하는 제 2 압축기(21b)를 가지며, 상기 팽창기구는, 고압 냉매를 팽창시키는 제 1 팽창기구(24)와, 이 제 1 팽창기구(24)에 의해 중간압이 된 냉매를 다시 팽창시키는 제 2 팽창기구(26)를 가지며, 냉방운전 시에 있어서, 상기 소정의 물리량은, 상기 이용측 열교환기(27)의 냉매 증발온도와 상기 이용측 열교환기(27) 출구의 냉매 과열도와 냉동 사이클의 중간압이며, 상기 제어수단(240)은, 냉매의 상기 증발온도, 냉매의 상기 과열도 및 냉동 사이클의 중간압과 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 제 1 및 제 2 팽창기구(24, 26)를 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 증발온도, 냉매의 상기 과열도 및 냉동 사이클의 중간압과 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것이다.
상기 구성의 경우, 냉방운전 시에 있어서, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 제 1 및 제 2 팽창기구(24, 26)의 4개 제어대상을 함께 제어하여, 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 증발온도, 과열도, 및 중간압을 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압을 원하는 목표값으로 안정적으로 제어한 상태에서 냉매의 증발온도와 과열도와 냉동 사이클의 중간압을 제어할 수 있으므로, 냉동 사이클의 고압, 냉매의 증발온도, 과열도 및 냉동 사이클의 중간압을 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
제 6 발명은, 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 압축기구는, 저압 냉매를 흡입하여 압축하는 제 1 압축기(21a)와, 이 제 1 압축기(21a)로부터 토출된 냉매를 다시 압축하여 토출하는 제 2 압축기(21b)를 가지며, 상기 팽창기구는, 고압의 냉매를 팽창시키는 제 1 팽창기구(24)와, 이 제 1 팽창기구(24)에 의해 중간압이 된 냉매를 다시 팽창시키는 제 2 팽창기구(26)를 가지며, 난방운전 시에 있어서, 상기 소정의 물리량은, 상기 열원측 열교환기(23)의 냉매 증발온도와 상기 열원측 열교환기(23) 출구의 냉매 과열도와 상기 이용측 열교환기(27) 출구의 냉매 온도인 가스쿨러 출구온도이며, 상기 제어수단(240)은, 냉매의 상기 증발온도, 냉매의 상기 과열도 및 냉매의 상기 가스쿨러 출구온도와 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b)와 제 1 및 제 2 팽창기구(24, 26)을 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 증발온도, 냉매의 상기 과열도 및 냉매의 상기 가스쿨러 출구온도와 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것이다.
상기 구성의 경우, 난방운전 시에 있어서, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b)와 제 1 및 제 2 팽창기구(24, 26)의 4개 제어대상을 함께 제어하여 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 증발온도와 과열도와 가스쿨러 출구온도를 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압을 원하는 목표값에 안정적으로 제어한 상태에서 냉매의 증발온도와 과열도와 가스쿨러 출구온도를 제어할 수 있으므로, 냉동 사이클의 고압, 냉매의 증발온도, 과열도 및 가스쿨러 출구온도를 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
제 7 발명은, 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 이용측 열교환기(27a, 27b)는, 복수 설치됨과 더불어 서로 병렬로 접속되며, 상기 팽창기구는, 상기 각 이용측 열교환기(27a, 27b)별로 대응하여 설치된 복수의 이용팽창기구(26a, 26b)와, 이 이용측 열교환기(27a, 27b) 및 이 이용측 팽창기구(26a, 26b)와 상기 열원측 열교환기(23)와의 사이에 설치된 열원측 팽창기구(24)를 가지며, 냉방운전 시에 있어서, 상기 소정의 물리량은, 상기 이용측 열교환기(27a, 27b)의 냉매 증발온도와 상기 각 이용측 열교환기(27a, 27b) 출구의 냉매 과열도이며, 상기 제어수단(340)은, 냉매의 상기 증발온도 및 이 각 이용측 열교환기(27a, 27b)의 냉매의 상기 과열도 및 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 상기 압축기구(21), 복수의 상기 이용측 팽창기구(26a, 26b) 및 상기 열원측 팽창기구(24)를 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 증발온도 및 이 각 이용측 열교환기(27a, 27b)의 냉매의 상기 과열도와 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것이다.
상기 구성의 경우, 냉방운전 시에, 압축기구(21), 열원측 팽창기구(24) 및 복수의 이용측 팽창기구(26a, 26b)의 복수 제어대상을 함께 제어하여, 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 증발온도와 각 이용측 열교환기(27a, 27b)의 과열도를 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압을 원하는 목표값으로 안정적으로 제어한 상태에서 냉매의 증발온도와 각 이용측 열교환기(27a, 27b)의 과열도를 제어할 수 없으므로, 냉동 사이클의 고압, 냉매의 증발온도 및 각 이용측 열교환기(27a, 27b)의 과열도를 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
제 8 발명은, 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 상기 이용측 열교환기(27a, 27b)는, 복수 설치됨과 더불어 서로 병렬로 접속되며, 상기 팽창기구는, 상기 각 이용측 열교환기(27a, 27b)별로 대응하여 설치된 복수의 이용측 팽창기구(26a, 26b)와, 이 이용측 열교환기(27a, 27b) 및 이 이용측 팽창기구(26a, 26b)와 상기 열원측 열교환기(23)와의 사이에 설치된 열원측 팽창기구(24)를 가지며, 난방운전 시에 있어서 상기 소정의 물리량은, 상기 열원측 열교환기(23) 출구의 냉매 과열도와 상기 각 이용측 열교환기(27a, 27b) 출구의 냉매 온도인 가스쿨러 출구온도이며, 상기 제어수단(340)은, 냉매의 상기 과열도 및 상기 각 이용측 열교환기(27a, 27b)의 냉매의 상기 가스쿨러 출구온도와 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 상기 압축기구(21), 복수의 상기 이용측 팽창기구(26a, 26b) 및 상기 열원측 팽창기구(24)를 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 과열도 및 상기 이용측 열교환기(27a, 27b)의 냉매의 상기 가스쿨러 출구온도 및 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것이다.
상기 구성의 경우, 난방운전 시에 있어서, 압축기구(21), 열원측 팽창기구(24) 및 복수의 이용측 팽창기구(26a, 26b)의 복수 제어대상을 함께 제어하여, 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 과열도와 각 이용측 열교환기(27a, 27b)의 냉매 가스쿨러 출구온도를 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압을 원하는 목표값으로 안정적으로 제어한 상태에서 냉매의 과열도와 각 이용측 열교환기(27a, 27b)의 냉매의 가스쿨러 출구온도를 제어할 수 있으므로, 냉동 사이클의 고압, 냉매의 과열도 및 각 이용측 열교환기(27a, 27b)의 냉매의 가스쿨러 출구온도를 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
본 발명에 의하면, 복수의 제어대상을 함께 제어하여, 냉동장치에서의 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 함께 제어함으로써, 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 함께 고려함과 더불어, 복수의 제어대상에 의한 서로의 영향을 고려하여 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 함께 제어할 수 있으므로, 냉동장치에서의 소정의 물리량이나 고압의 제어 수속성을 향상시킬 수 있다.
제 2 발명에 의하면, 상기 복수의 제어대상 각각을 제어하는 제어신호를, 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하여, 이들을 서로 관련시켜 생성함으로써, 하나의 제어대상의 제어신호를 생성할 시에, 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 함께 고려함과 더불어, 다른 제어대상을 조정함에 따른 소정의 물리량이나 고압으로의 영향도 고려하여 제어신호를 생성할 수 있으며, 냉동장치에서의 소정의 물리량이나 고압의 제어 수속성을 향상시킬 수 있다.
제 3 발명에 의하면, 냉방운전 시에, 압축기구(21), 팽창기구(24) 및 열원측 팬(28)의 3개 제어대상을 함께 제어하여, 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 증발온도와 과열도를 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압, 냉매의 증발온도 및 과열도를 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
제 4 발명에 의하면, 난방운전 시에 있어서, 압축기구(21) 및 팽창기구(24)의 2개 제어대상을 함께 제어하여, 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 과열도를 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압 및 냉매의 과열도를 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
제 5 발명에 의하면, 2단 압축 냉동 사이클을 실행하는 냉동장치에 있어서, 냉방운전 시에, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 제 1 및 제 2 팽창기구(24, 26)의 4개 제어대상을 함께 제어하여, 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 증발온도와, 과열도와, 냉동 사이클의 중간압을 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압, 냉매의 증발온도, 과열도 및 냉동 사이클의 중간압을 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
제 6 발명에 의하면, 2단 압축 냉동 사이클을 실행하는 냉동장치에 있어서, 난방운전 시에, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 제 1 및 제 2 팽창기구(24, 26)의 4개 제어대상을 함께 제어하여, 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 증발온도와 과열도와 가스쿨러 출구온도를 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압, 냉매의 증발온도, 과열도 및 가스쿨러 출구온도를 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
제 7 발명에 의하면, 실내기가 복수 설치된 이른바 멀티형에 있어서, 냉방운전 시에, 압축기구(21), 열원측 팽창기구(24) 및 복수의 이용측 팽창기구(26a, 26b)의 복수 제어대상을 함께 제어하여, 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 증발온도와 각 이용측 열교환기(27a, 27b)에서의 과열도를 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압, 냉매의 증발온도 및 각 이용측 열교환기(27a, 27b)에서의 과열도를 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
제 8 발명에 의하면, 실내기가 복수 설치된 이른바 멀티기에 있어서, 난방운전 시에, 압축기구(21), 열원측 팽창기구(24) 및 복수의 이용측 팽창기구(26a, 26b)의 복수 제어대상을 함께 제어하여, 냉동 사이클의 고압을 제어하면서 냉매의 과열도와 각 이용측 열교환기(27a, 27b)에서의 냉매의 가스쿨러 출구온도를 함께 제어함으로써, 냉동 사이클의 고압, 냉매의 과열도 및 각 이용측 열교환기(27a, 27b)의 냉매 가스쿨러 출구온도를 높은 수속성으로 제어할 수 있다.
도 1은, 제 1 실시형태에 관한 공기조화장치의 구성을 나타내는 배관 계통도이다.
도 2는, 냉방운전 시에 있어서 제어기의 제어블록도이다.
도 3은, 난방운전 시에 있어서 제어기의 제어블록도이다.
도 4는, 제 2 실시형태에 관한 공기조화장치의 구성을 나타내는 배관 계통도이다.
도 5는, 냉방운전 시에 있어서 제어기의 제어블록도이다.
도 6은, 난방운전 시에 있어서 제어기의 제어블록도이다.
도 7은, 제 3 실시형태에 관한 공기조화장치의 구성을 나타내는 배관 계통도이다.
도 8은, 냉방운전 시에 있어서 제어기의 제어블록도이다.
도 9는, 난방운전 시에 있어서 제어기의 제어블록도이다.
도 10은, 그 밖의 실시형태에 관한 공기조화장치의 구성을 나타내는 배관 계통도이다.
도 11은, 또 다른 그 밖의 실시형태에 관한 공기조화장치의 구성을 나타내는 배관 계통도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
<제 1 실시형태>
본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 1에 나타내듯이, 본 실시형태의 공기조화장치(10)는, 냉매회로(20)와 제어기(40)를 구비한다.
상기 냉매회로(20)는, 냉매로서 이산화탄소(CO2)가 충전된 폐회로이다. 냉매회로(20)에서는, 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동 사이클을 실행하도록 구성된다. 또, 이 냉매회로(20)는, 고압이 이산화탄소의 임계압력 이상의 값으로 설정되는 초임계 냉동 사이클(즉, 이산화탄소의 임계온도 이상의 증기압 영역을 포함하는 냉동 사이클)을 실행하도록 구성된다.
상기 냉매회로(20)에는, 압축기(21), 사방밸브(22), 실외 열교환기(23), 실외 팽창밸브(24), 및 실내 열교환기(27)가 접속된다.
구체적으로, 상기 냉매회로(20)에 있어서, 압축기(21)는, 토출측이 사방밸브(22)의 제 1 포트에, 흡입측이 사방밸브(22)의 제 2 포트에 각각 접속된다. 또한, 냉매회로(20)에서는, 사방밸브(22)의 제 3 포트에서 제 4 포트를 향해 차례로, 실외 열교환기(23), 실외 팽창밸브(24), 실내 열교환기(27)가 차례로 배치된다.
상기 압축기(21)는, 가변 용량형의 이른바 전 밀폐형으로 구성된다. 이 압축기(21)는, 흡입한 냉매(이산화탄소)를 그 임계압력 이상으로 압축하여 토출한다. 압축기(21) 모터(도시 생략)로 공급하는 교류 주파수를 변경함으로써, 압축기(21) 회전속도, 즉, 용량을 변화시킬 수 있다. 이 압축기(21)가 압축기구를 구성한다.
상기 실외 열교환기(23)에서는, 실외 팬(28)에 의해 도입된 실외공기와 냉매가 열교환한다. 상기 실내 열교환기(27)에서는, 실내 팬(29)에 의해 도입된 실내공기와 냉매가 열교환한다. 이 실외 열교환기(23)가 열원측 열교환기를 구성하며, 실내 열교환기(27)가 이용측 열교환기를 구성한다. 또 실외 팬(28)이 열원측 팬을 구성한다.
상기 실외 팽창밸브(24)는, 밸브체(도시 생략)가 펄스모터(도시 생략)로 구동되는 개방도 가변의 전자 팽창밸브에 의해 구성된다. 이 실외 팽창밸브(24)가 팽창기구를 구성한다.
상기 사방밸브(22)는, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통하며 제 2 포트와 제 4 포트가 연통하는 제 1 상태(도 1에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트와 제 4 포트가 연통하며 제 2 포트와 제 3 포트가 연통하는 제 2 상태(도 1에 점선으로 나타낸 상태)로 전환 가능하게 구성된다.
즉, 이 공기조화장치(10)는, 사방밸브(22)의 전환에 의해 냉방운전과 난방운전이 전환 가능하게 구성된다.
냉방운전 시에는, 사방밸브(22)가 제 1 상태로 설정된다. 이 상태에서 압축기(21)를 운전하면, 실외 열교환기(23)가 방열기(가스쿨러)가 되며, 각 실내 열교환기(27)가 증발기로 되어 냉동 사이클이 실행된다. 구체적으로, 압축기(21)로부터 토출된 초임계 상태의 냉매는, 실외 열교환기(23)로 흘러 실외공기에 방열한다. 방열된 냉매는, 실외 팽창밸브(24)를 통과할 시에 팽창되어(감압되어) 실내 열교환기(27)로 흐른다. 실내 열교환기(27)에서는, 냉매가 실내공기로부터 흡열하여 증발되고, 냉각된 실내공기가 실내로 공급된다. 증발된 냉매는, 압축기(21)로 흡입되어 압축된다.
난방운전 시에는, 사방밸브(22)가 제 2 상태로 설정된다. 이 상태에서 압축기(21)를 운전하면, 실내 열교환기(27)가 방열기(가스쿨러)가 되며, 실내 열교환기(23)가 증발기가 되어 냉동 사이클이 실행된다. 구체적으로, 압축기(21)로부터 토출된 초임계 상태의 냉매는, 실내 열교환기(27)로 흘러 실내공기에 방열한다. 이로써, 가열된 실내공기가 실내로 공급된다. 방열된 냉매는, 실외 팽창밸브(24)를 통과할 시에 팽창된다(감압된다). 실외 팽창밸브(24)에서 팽창된 냉매는, 실외 열교환기(23)로 흘러 실외공기로부터 흡열하여 증발된다. 증발된 냉매는, 압축기(21)로 흡입되어 압축된다.
이와 같이 구성된 공기조화장치(10)에서는, 상기 냉매회로(20)에 실외온도센서(30), 실내온도센서(31), 저압센서(32), 토출온도센서(33), 고압센서(34), 난방시 가스쿨러 출구온도센서(37), 및 냉방시 가스쿨러 출구온도센서(39)가 설치된다.
실외온도센서(30)는, 실외 열교환기(23)로 도입되는 실외공기 온도를 검출하는 온도검출 수단이다. 실내온도센서(31)는, 실내 열교환기(27)로 도입되는 실내공기 온도를 검출하는 온도검출 수단이다. 저압센서(32)는, 압축기(21)로 흡입되는 냉매의 압력, 즉, 냉매회로(20)에서 냉동 사이클의 저압을 검출하는 온도검출 수단이다. 토출온도센서(33)는, 압축기(21)로부터 토출되는 냉매 온도를 검출하는 온도검출 수단이다. 고압센서(34)는, 압축기(21)로부터 토출되는 냉매의 압력, 즉, 냉매회로(20)에서 냉동 사이클의 고압을 검출하는 온도검출 수단이다. 난방 시 가스쿨러 출구온도센서(37)는, 냉매회로(220)에서 냉매가 난방 사이클로 순환될 때, 실내 열교환기(27)의 출구냉매온도를 검출하는 온도검출 수단이다. 냉방 시 가스쿨러 출구온도센서(39)는, 냉매회로(220)에서 냉매가 냉방 사이클로 순환될 때, 실외 열교환기(23)의 출구 냉매온도를 검출하는 온도검출 수단이다.
상기 제어기(40)는, 상기 실내온도센서(31), 저압센서(32), 토출온도센서(33) 및 고압센서(34)의 출력신호가 입력되며, 상기 압축기(21)의 운전주파수, 실외 팽창밸브(24)의 개방도 및 실외 팬(28)의 운전주파수를 제어하도록 구성된다. 이 제어기(40)가 제어수단을 구성한다.
상기 제어기(40)는, 도 2, 도 3에 나타내듯이, 냉동 사이클의 저압 목표값인 목표저압(Pls)을 산출하는 목표저압 산출부(41)와, 냉동 사이클의 고압 목표값인 목표고압(Phs)을 산출하는 목표고압 산출부(42)와, 냉매 토출온도의 목표값인 목표토출온도(T1s)를 산출하는 목표토출온도 산출부(43)와, 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 및 실외 팬(28)으로의 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부(49)를 갖는다. 여기서 제어기(40)는, 냉방운전과 난방운전에서 제어내용이 다르다. 즉, 기능하는 요소가 다르므로, 냉방운전시의 제어블록도를 도 2에, 난방운전시의 제어블록도를 도 3에 각각 나타낸다.
상기 목표저압 산출부(41)는, 설정온도(Ts)와 외기온도센서(31)로부터의 출력신호(즉, 실내온도(Ta))와의 온도편차(et)에 기초하여, 목표저압(Pls)을 산출한다.
상기 목표고압 산출부(42)는, 냉방운전 시에는 실외온도센서(30)로부터의 출력신호(즉, 실외온도(TO)) 및 냉방시 가스쿨러 출구온도센서(39)로부터의 출력신호(즉, 가스쿨러 출구온도(T4))에 기초하여, 난방운전 시에는 상기 온도편차(et) 및 난방시 가스쿨러 출구온도(37)로부터의 출력신호(즉, 가스쿨러 출구온도(T4))에 기초하여, 목표고압(Phs)을 산출한다.
상기 목표토출온도 산출부(43)는, 상기 온도편차(et), 저압센서(32)로부터의 출력신호(즉, 실저압(Pl)), 고압센서(34)로부터의 출력신호(즉, 실고압(Ph), 압축기(21)의 운전주파수(fc) 및 실외온도(TO)에 기초하여, 목표토출온도(T1s)를 산출한다. 상세하게는, 목표토출온도 산출부(43)는, 온도편차(et), 실저압(Pl), 실고온(Ph), 압축기(21)의 운전주파수(fc) 및 실외온도(TO)에 기초하여, 목표로 하는 과열도에 대응하는 목표토출온도(T1s)를 산출한다.
이들, 목표저압 산출부(41), 목표고압 산출부(42) 및 목표토출온도 산출부(43) 각각은, 맵 및 함수를 가지며, 각 입력에 대해 대응하는 출력값(목표값)을 출력하도록 구성된다.
상기 제어신호 생성부(49)에는, 냉방운전과 난방운전에서 다른 신호가 입력되도록 구성된다. 또, 제어신호 생성부(49)는, 입력신호에 따른 제어 파라미터를 갖는 복수의 PID 제어부(p1a, p2a, …, p1b, p2b, …)를 갖는다.
냉방운전 시에는, 목표저압 산출부(41)에서 산출된 목표저압(Pls)과 저압센서(32)로부터의 실저압(Pl)과의 저압편차(e1), 목표고압 산출부(42)에서 산출된 목표고압(Phs)과 고압센서(34)로부터의 실고압(Ph)과의 고압편차(e2), 및 목표토출온도 산출부(43)에서 산출된 목표토출온도(T1s)와 토출온도센서(33)로부터의 출력신호(즉, 실토출온도(T1))와의 토출온도편차(e3)가 제어신호 생성부(49)에 입력된다.
또, 냉방운전 시에는, 제어신호 생성부(49)의 9개 PID 제어부(p1a, p2a, …)가 기능한다. 즉, 제어신호 생성부(49)에 입력된 저압편차(e1)는 3개의 제 1 내지 제 3 PID 제어부(p1a, p2a, p3a)에 입력되며, 고압편차(e2)는 다른 3개의 제 4 내지 제 6 PID 제어부(p4a, p5a, p6a)에 입력되고, 토출온도편차(e3)는 또 다른 3개의 제 7 내지 9 PID 제어부(p7a, p8a, p9a)에 입력된다.
제 1 내지 제 9 PID 제어부(p1a, p2a, …)는 각각, 입력되는 편차에 소정의 제어 파라미터를 곱하여 출력한다. 그 결과, 제어신호 생성부(49)는, 제 1 PID 제어부(p1a), 제 4 PID 제어부(p4a) 및 제 7 PID 제어부(p7a)로부터의 출력신호를 가산하여 압축기 주파수 제어신호(Δfc)를 생성하고, 제 2 PID 제어부(p2a), 제 5 PID 제어부(p5a) 및 제 8 PID 제어부(p8a)로부터의 출력신호를 가산하여 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev)를 생성하며, 제 3 PID 제어부(p3a), 제 6 PID 제어부(p6a) 및 제 9 PID 제어부(p9a)로부터의 출력신호를 가산하여 팬 주파수 제어신호(Δff)를 생성한다.
이와 같이 생성된 압축기 주파수 제어신호(Δfc), 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev), 및 팬 주파수 제어신호(Δff)는, 공기조화장치(10)로 출력된다.
공기조화장치(10)에서는, 압축기(21) 모터로 공급되는 교류 주파수(즉, 운전 주파수)가 압축기 주파수 제어신호(Δfc)에 따른 값으로 설정되고, 압축기(21) 회전속도가 변화한다. 그 결과, 이 압축기(21) 용량이 압축기 주파수 제어신호(Δfc)에 따라 변화한다.
또, 실외 팽창밸브(24)의 펄스모터로 공급되는 신호의 펄수 수가 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev)에 따른 값으로 설정된다. 그 결과, 실외 팽창밸브(24)의 펄스모터가 이 펄스 수에 따른 각도만 회전하고, 밸브 개방도가 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev)에 따라 조정된다.
또한, 실외 팬(28)의 모터로 공급되는 교류 주파수(즉, 운전 주파수)가 팬 주파수 제어신호(Δff)에 따른 값으로 설정되며, 실외 팬(28)의 회전 속도가 변화한다. 그 결과, 이 실외 팬(28)으로부터 실외 열교환기(23)로 공급되는 공기 유량이 팬 주파수 제어신호(Δff)에 따라 변화한다.
그리고, 이러한 운전상태에서 운전되는 공기조화장치(10)의 저압(Pl), 토출온도(T1) 및 고압(Ph)이 저압센서(32), 토출온도센서(33) 및 고압센서(34)를 통해 제어기(40)에 피드백 된다. 이와 같이, 제어기(40)는, 저압(Pl)(나아가서는 증발온도), 토출온도(T1)(나아가서는 과열도) 및 고압(Ph)이 운전상태에 따른 목표값이 되도록 피드백 제어된다.
이상, 설명한 바와 같이, 압축기 주파수 제어신호(Δfc), 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev) 및 팬 주파수 제어신호(Δff) 각각은, 저압편차(e1), 고압편차(e2) 및 토출온도편차(e3)를 서로 관련시켜 생성된다. 즉, 예를 들어 압축기(21)에서 냉동 사이클 저압을 제어하고, 실외 팽창밸브(24)에서 냉매의 토출온도를 제어하고, 실외 팬(28)에서 냉동 사이클 고압을 제어하는 구성과 같이, 각 물리량에 개별로 대응한 제어대상 각각을 별개로 제어하는 것이 아니라, 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 및 실외 팬(28)을 함께 제어함으로써, 고압, 저압 및 토출온도를 함께, 즉 동시에 제어한다. 즉, 저압, 고압 및 토출온도 각각은, 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 및 실외 팬(28) 중 어느 하나에 의해서만 제어되는 것이 아니라, 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 및 실외 팬(28) 모두에 의해 제어된다. 더 상세하게는, 제어대상인 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 및 실외 팬(28) 각각은, 그것만이 구동 제어될 때의 저압, 고압 및 토출온도의 변화뿐만 아니라, 그 이외의 다른 제어대상이 구동 제어될 때의 저압, 고압 및 토출온도의 변화도 고려하여 구동 제어된다(환언하면, 이들이 고려되도록, 제 1 내지 제 9 PID 제어부(p1a, p2a, …)의 제어 파라미터가 설정된다).
한편, 난방운전 시에는, 목표고압 산출부(42)에서 산출한 목표고압(Phs)과 고압센서(34)로부터의 실고압(Ph)과의 고압편차(e2), 및 목표토출온도 산출부(43)에서 산출한 목표토출온도(T1s)와 토출온도센서(33)로부터의 실토출온도(T1)와의 토출온도편차(e3)가 제어신호 생성부(49)에 입력된다.
또, 난방운전 시에는, 제어신호 생성부(49)의 4개 PID 제어부(p1b, p2b,…)가 기능한다. 즉, 제어신호 생성부(49)에 입력된 토출온도편차(e3)는 2개의 제 1, 제 2 PID 제어부(p1b, p2b)에 입력되며, 고압편차(e2)는 다른 2개의 제 3, 제 4 PID(p3b, p4b)에 입력된다.
제 1 내지 제 4 PID 제어부(p1b, p2b, …)는 각각, 입력되는 편차에 소정의 제어 파라미터를 곱해서 출력한다. 그 결과, 제어신호 생성부(49)는, 제 1 PID 제어부(p1b) 및 제 3 PID 제어부(p3b)로부터의 출력신호를 가산하여 압축기 주파수 제어신호(Δfc)를 생성하고, 제 2 PID 제어부(p2b) 및 제 4 PID 제어부(p4b)로부터의 출력신호를 가산하여 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev)를 생성한다.
이와 같이 생성된 압축기 주파수 제어신호(Δfc) 및 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev)는, 공기조화장치(10)로 출력된다.
공기조화장치(10)에서는, 압축기(21) 용량이 압축기 주파수 제어신호(Δfc)에 따라 변화하며, 실외 팽창밸브(24)가 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev)에 따른 밸브 개방도로 조정된다.
그리고, 이러한 운전상태에서 운전되는 공기조화장치(10)의 토출온도(T1) 및 고압(Ph)이 토출온도센서(33) 및 고압센서(34)를 통해 제어기(40)에 피드백 된다. 이와 같이 제어기(40)는, 토출온도(T1)(나아가서는 과열도) 및 고압(Ph)이 운전상태에 따른 목표값이 되도록 피드백 제어된다.
이와 같이, 압축기 주파수 제어신호(Δfc) 및 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev) 각각은, 고압편차(e2) 및 토출온도편차(e3)를 서로 관련시켜 생성된다. 즉, 예를 들어 압축기(21)에서 냉동 사이클 고압을 제어하고, 실외 팽창밸브(24)에서 냉매 토출온도를 제어하는 구성과 같이, 각 물리량에 개별로 대응한 제어대상 각각을 별도로 제어하는 것이 아니라, 압축기(21) 및 실외 팽창밸브(24)를 함께 제어함으로써, 고압 및 토출온도를 함께, 즉 동시에 제어한다. 즉, 고압 및 토출온도 각각은, 압축기(21) 및 실외 팽창밸브(24) 중 어느 하나에 의해서만 제어되는 것이 아니라, 압축기(21) 및 실외 팽창밸브(24) 양쪽에 의해 제어된다. 더 상세하게는, 제어대상인 압축기(21) 및 실외 팽창밸브(24) 각각은, 그것만이 구동 제어될 때의 고압 및 토출온도의 변화뿐만 아니라, 그 이외의 다른 제어대상이 구동 제어될 때의 고압 및 토출온도의 변화를 고려하여 구동 제어된다(환언하면, 이들이 고려되도록, 제 1 내지 제 4 PID 제어부(p1b, p2b, …)의 제어 파라미터가 설정된다).
따라서, 본 제 1 실시형태에 의하면, 공기조화장치(10)에서의 소정의 물리량에 추가로 냉동 사이클 고압을 운전상태에 따른 소정의 목표값이 되도록 복수의 제어대상(예를 들어, 압축기(21)나 실외 팽창밸브(24) 등)을 동시에 구동 제어함과 더불어, 복수의 제어대상을 제어할 시의 이 물리량 및 냉동 사이클 고압의 변화를 고려하면서 각 제어대상을 구동 제어함으로써, 고압을 운전상태에 따른 목표값으로 안정적으로 유지한 채, 공기조화장치(10)의 능력제어(예를 들어, 냉방운전 시라면 저압이나 과열도 등)를 실행할 수 있다. 그 결과, 어느 하나의 물리량을 조정함으로써 다른 물리량이 변화하며, 그 변화를 수정하기 위해 이 다른 물리량을 조정하면, 또 다른 물리량 혹은 먼저 조정한 어느 하나의 물리량이 변화하여, 다시 조정할 필요가 생기는 등, 제어하고자 하는 물리량이 좀처럼 수속되지 않는다는 사태를 방지할 수 있으며, 공기조화장치(10)의 능력제어 및 고압제어 수속성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 본 실시형태에서는, 냉방운전 시에, 저압, 고압 및 토출온도의 3개 물리량을 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 및 실외 팬(28)의 3개 제어대상에 의해 제어함과 더불어, 난방운전 시에는, 고압 및 토출온도의 2개 물리량을 압축기(21) 및 실외 팽창밸브(24)의 2개 제어대상에 의해 제어하나, 제어대상에 따라서는 각 물리량에 영향을 주기 쉬운 것, 또는 영향을 주기 어려운 것이 있다. 즉, 어느 하나의 제어대상을 변화시켜도, 그다지 변화하지 않는 물리량이 있는 경우가 있다. 본 실시형태에서는, 제어하는 물리량 전부를 입력으로 함과 더불어 그 전부를 관련시켜 제어대상별 제어신호를 생성하나, 영향을 주기 어려운 물리량이 있는 제어대상의 제어신호를 생성할 시에는, 그 영향을 주기 어려운 물리량의 관련성을 작게 하거나 또는 관련성을 없애도록 해도 된다(구체적으로는, 영향을 주기 어려운 물리량이 있는 제어대상의 제어신호를 생성하는 PID 제어부(p1a, …, p1b, …) 중, 이 영향을 주기 어려운 물리량의 PID 제어부의 제어 파라미터를 작게 하거나 또는 "0"으로 해도 된다).
<제 2 실시형태>
다음은, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다.
제 2 실시형태에 따른 공기조화장치(210)는, 냉매회로(220)에서 실외 열교환기(23)와 실내 열교환기(27) 사이에 2개의 팽창밸브(24, 26)가 설치됨과 더불어, 2개의 압축기(21a, 21b)가 설치되며, 2단 압축 냉동 사이클을 실행하는 점에서, 제 1 실시형태에 따른 공기조화장치(10)와 다르다.
상세하게는, 공기조화장치(210)는, 도 4에서 나타내듯이, 냉매회로(220)와 제어기(240)를 구비한다.
상기 냉매회로(220)에는, 저단측 제 1 압축기(21a), 고단측 제 2 압축기(21b), 사방밸브(22), 실외 열교환기(23), 실외 팽창밸브(24), 기액분리기(25), 실내 팽창밸브(26) 및 실내 열교환기(27)가 접속된다.
구체적으로, 상기 냉매회로(220)에서, 제 2 압축기(21b) 토출측이 사방밸브(22)의 제 1 포트에, 제 1 압축기(21a) 흡입측이 사방밸브(22) 제 2 포트에 각각 접속된다. 제 1 압축기(21a)와 제 2 압축기(21b)는, 제 1 압축기(21a)에서 압축되어 토출된 냉매가 제 2 압축기(21b)로 흡입되어 다시 압축되도록 배관으로 접속된다. 또 냉매회로(220)에서는, 사방밸브(22)의 제 3 포트에서 제 4 포트를 향해 차례로 실외 열교환기(23), 실외 팽창밸브(24), 기액분리기(25), 실내 팽창밸브(26) 및 실내 열교환기(27)가 차례로 배치된다. 그리고 기액분리기(25)는, 제 1 중간압 냉매배관(25a)을 통해 제 1 압축기(21a)와 제 2 압축기(21b)를 접속하는 배관에 접속된다.
상기 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b)는, 제 1 실시형태와 마찬가지의 압축기이다. 이들 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b)가 압축기구를 구성한다.
상기 실외 팽창밸브(24) 및 실내 팽창밸브(26)는, 각각 밸브체(도시 생략)가 펄스 모터(도시 생략)로 구동되는 개방도 가변의 전자 팽창밸브에 의해 구성된다. 이 실외 팽창밸브(24)가 제 1 팽창기구를 구성하며, 실내 팽창밸브(26)가 제 2 팽창기구를 구성한다.
상기 기액분리기(25)는 세로로 긴 원통형의 밀폐용기이다. 이 기액분리기(25)는, 브리지 회로(50)를 개재하여 실외 팽창밸브(24) 및 실내 팽창밸브(26)에 각각 접속된다.
상세하게는, 상기 실외 팽창밸브(24)가 제 2 중간압 냉매배관(25b)을 개재하여 브리지 회로(50)의 하나의 단자에 접속된다. 또 상기 실내 팽창밸브(26)가 제 3 중간압 냉매배관(25c)을 개재하여 브리지 회로(50)의 다른 단자에 접속된다. 또한, 브리지 회로(50)의 또 다른 단자에는 냉매유입배관(25d)의 일단부가 접속되며, 이 냉매유입배관(25d)의 타단부는, 기액분리기(25)에 접속된다. 냉매유입배관(25d)의 타단부는 이 기액분리기(25)의 밀폐용기 상면을 관통하여 그 상부 공간에 위치한다. 그리고, 브리지 회로(50)의 또 다른 단자에는 냉매유출배관(25e)의 일단부가 접속되며, 이 냉매유출배관(25e)의 타단부는 기액분리기(25)에 접속된다. 냉매유출배관(25e)의 타단부는, 이 기액분리기(25)의 밀폐용기 상면을 관통하여 그 하부 공간에 위치한다.
그리고, 상기 제 1 중간압 냉매배관(25a)의 기액분리기(25)측 단부는, 이 기액분리기(25)의 밀폐용기 상부 측면을 관통하여 그 상부 공간에 위치한다.
이 공기조화장치(210)는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 사방밸브(22)의 전환에 의해, 냉방운전과 난방운전이 전환 가능하게 구성된다.
냉방운전 시에는, 사방밸브(22)가 제 1 상태로 설정된다. 이 상태에서 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b)를 안전하면, 실외 열교환기(23)가 방열기(가스쿨러)가 되며, 각 실내 열교환기(27)가 증발기가 되어 냉동 사이클이 이루어진다. 구체적으로, 제 1 압축기(21a)로부터 토출된 중간압 냉매가 제 2 압축기(21b)에서 초임계 상태까지 압축된다. 초임계 상태가 된 냉매는, 실외 열교환기(23)로 흘러 실외공기에 방열한다. 방열한 고압냉매는, 실외 팽창밸브(24)에서 감압되어 기액 2상 상태의 중간압 냉매가 되며, 제 2 중간압 냉매배관(25b), 브리지 회로(50) 및 냉매유입배관(25d)을 통해 기액분리기(25)로 유입된다. 기액분리기(25)로 유입된 중간압 냉매는, 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 그리고, 중간압의 가스냉매는, 기액분리기(25) 상부공간으로부터 제 1 중간압 냉매배관(25a)을 통해 제 2 압축기(21b)의 흡입측으로 흐르며, 제 1 압축기(21a)로부터 토출된 중간압의 가스냉매와 합류하여 제 2 압축기(21b)로 흡입된다. 한편, 중간압의 액냉매는, 기액분리기(25) 하부공간에 일시적으로 저류된 후, 하부공간으로부터 냉매유출배관(25e), 브리지 회로(50) 및 제 3 중간압 냉매배관(25c)을 통해 유출되어 실내 팽창밸브(26)에서 다시 팽창되어(감압되어) 기액 2상 상태의 저압냉매가 되며, 실내 열교환기(27)로 유입된다. 실내 열교환기(27)에서는, 냉매가 실내공기로부터 흡열하여 증발되며, 냉각된 실내공기가 실내로 공급된다. 증발한 냉매는, 제 1 압축기(21a)로 흡입되어 압축된다.
난방운전 시에는, 사방밸브(22)가 제 2 상태로 설정된다. 이 상태에서 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b)를 운전하면, 실내 열교환기(27)가 방열기(가스쿨러)가 되며, 실외 열교환기(23)가 증발기가 되어 냉동 사이클이 이루어진다. 구체적으로, 제 1 압축기(21a)로부터 토출된 중간압의 가스냉매가 제 2 압축기(21b)에서 초임계 상태까지 압축된다. 초임계 상태의 냉매는, 실내 열교환기(27)로 흘러 실내공기에 방열한다. 이로써, 가열된 실내공기가 실내로 공급된다. 방열된 냉매는, 실내 팽창밸브(26)에서 감압되어 기액 2상 상태의 중간압 냉매가 되며, 제 3 중간압 냉매배관(25c), 브리지 회로(50) 및 냉매유입배관(25d)를 통해 기액분리기(25)로 유입한다. 기액분리기(25)에 유입된 중간압의 냉매는, 액냉매와 가스냉매로 분리된다. 그리고, 중간압의 가스냉매는, 기액분리기(25) 상부공간으로부터 제 1 중간압 냉매배관(25a)을 통해 제 2 압축기(21b) 흡입측으로 흐르며, 제 1 압축기(21a)로부터 토출되는 중간압의 가스냉매와 합류하여, 제 2 압축기(21b)로 흡입된다. 한편, 중간압의 액냉매는 기액분리기(25)의 하부 공간에 일시적으로 저류된 후, 하부 공간으로부터 냉매유출배관(25e), 브리지 회로(50) 및 제 2 중간압 냉매배관(25b)을 통해 실외 팽창밸브(24)로 유입한다. 이 중간압의 액냉매는, 실외 팽창밸브(24)를 통과할 시에 팽창되어(감압되어) 기액 2상 상태의 저압냉매가 되며, 실외 열교환기(23)로 유입한다. 실외 열교환기(23)에서는, 냉매가 실외공기로부터 흡열하여 증발된다. 증발된 냉매는, 제 1 압축기(21a)로 흡입되어 압축된다.
이와 같이 구성된 공기조화장치(210)에서는, 상기 냉매회로(220)에 외기온도센서(31), 저압센서(32), 토출온도센서(33), 고압센서(34), 흡입온도센서(35), 중간압 포화온도센서(36), 및 난방시 가스쿨러 출구온도센서(37)가 배치된다.
외기온도센서(31)는, 실내 열교환기(27)로 도입되는 실내공기 온도를 검출하는 온도 검출수단이다. 저압센서(32)는, 제 1 압축기(21a)로 흡입되는 냉매의 압력, 즉, 냉매회로(220)의 냉동 사이클 저압을 검출하는 온도 검출수단이다. 토출온도센서(33)는, 제 2 압축기(21b)로부터 토출되는 냉매의 온도를 검출하는 온도 검출수단이다. 고압센서(34)는, 제 2 압축기(21b)로부터 토출되는 냉매의 압력, 즉, 냉매회로(220)에서 냉동 사이클의 고압을 검출하는 온도 검출수단이다. 흡입온도센서(35)는, 제 1 압축기(21a)로 흡입되는 냉매의 온도를 검출하는 온도 검출수단이다. 중간압 포화온도센서(36)는, 브리지 회로(50)와 기액분리기(25)를 접속하는 냉매유출배관(25e)에 설치되며, 중간압 냉매의 온도, 즉 냉동 사이클의 중간압 포화온도를 검출하는 온도 검출수단이다. 난방 시 가스쿨러 출구온도센서(37)는, 냉매회로(220)에서 냉매가 난방 사이클로 순환될 때, 실내 열교환기(27)의 출구 냉매온도를 검출하는 온도 검출수단이다.
상기 제어기(240)는, 상기 외기온도센서(31), 저압센서(32), 고압센서(34), 흡입온도센서(35), 중간압 포화온도센서(36) 및 난방 시 가스쿨러 출구온도센서(37)의 출력신호가 입력되며, 상기 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b)의 운전주파수, 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26)의 개방도를 제어하도록 구성된다.
상기 제어기(240)는, 도 5, 도 6에 나타내듯이, 냉동 사이클의 저압 목표값인 목표저압(Pls)을 산출하는 목표저압 산출부(41), 냉동 사이클의 고압 목표값인 목표고압(Phs)을 산출하는 목표고압 산출부(42), 냉매 과열도의 목표값인 목표 과열도(SHs)를 산출하는 목표 과열도 산출부(44), 냉매의 실제 과열도인 실과열도(SH)를 산출하는 실과열도 산출부(45), 냉매의 중간압 포화온도의 목표값인 목표중간압 포화온도(T3s)를 산출하는 목표중간압 포화온도 산출부(46), 난방운전시의 냉매 가스쿨러 출구온도의 목표값인 목표가스쿨러 출구온도(T4s)를 산출하는 목표가스쿨러 출구온도 산출부(47), 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26)로의 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부(249)를 갖는다. 여기서, 제어기(240)는, 냉방운전과 난방운전에서 제어내용이 다르므로, 냉방운전시의 제어블록도를 도 5에, 난방운전 시의 제어블록도를 도 6에 각각 나타낸다.
상기 목표 과열도 산출부(44)는, 냉방운전 시에는 설정온도(Ts)와 외기온도센서(31)로부터의 실내온도(Ta)와의 온도편차(et)에 기초하여, 난방운전 시에는, 이 온도편차(et) 및 실외온도센서(30)로부터의 실외온도(TO)에 기초하여, 실외 열교환기(23) 및 실내 열교환기(27) 중 증발기로서 기능하는 열교환기의 목표 과열도(SHs)를 산출한다.
상기 실과열도 산출부(45)는, 저압센서(32)로부터의 실저압(Pl)과 흡입 온도센서(35)로부터의 실흡입 온도(T2)에 기초하여, 실외 열교환기(23) 및 실내 열교환기(27) 중 증발기로서 기능하는 열교환기의 출구의 냉매의 실제 과열도인 실과열도(SH)를 산출한다.
상기 목표중간압 포화온도 산출부(46)는, 실외온도센서(30)로부터의 실외온도(TO), 외기온도센서(31), 고압센서(34)로부터의 실고압(Ph), 저압센서(32)로부터의 실저압(Pl), 목표고압 산출부(42)에서 산출한 목표고압(Phs) 및 목표저압 산출부(41)에서 산출한 목표저압(Pls) 중 적어도 하나의 값에 기초하여, 목표중간압 포화온도(T3s)를 산출한다.
상기 목표가스쿨러 출구온도 산출부(47)는, 상기 온도편차(et)에 기초하여, 실내 열교환기(27)가 방열기로서 기능하는 경우의 출구 냉매 온도 목표값인 목표가스쿨러 출구온도(T4s)를 산출한다.
이들 목표과열도 산출부(44), 실과열도 산출부(45) 및 목표중간압 포화온도 산출부(46) 각각은, 맵 및 함수를 가지며, 각 입력에 대해 대응하는 출력값(목표값)을 출력하도록 구성된다.
상기 제어신호 생성부(249)에는, 냉방운전과 난방운전에서 서로 다른 신호가 입력되도록 구성된다. 또 제어신호 생성부(249)는, 입력신호에 따른 제어 파라미터를 갖는 PID 제어부(p1c, p2c, …, p1d, p2d, …)를 갖는다.
냉방운전 시에는, 목표저압 산출부(41)에서 산출한 목표저압(Pls)과 저압센서(32)로부터의 실저압(Pl)과의 저압편차(e1), 목표고압 산출부(42)에서 산출한 목표고압(Phs)과 고압센서(34)로부터의 실고압(Ph)과의 고압편차(e2), 목표과열도 산출부(44)에서 산출한 목표과열도(SHs)와 실과열도 산출부(45)에서 산출한 실과열도(SH)와의 과열도 편차(e4) 및 목표중간압 포화온도 산출부(46)에서 산출한 목표중간압 포화온도(T3s)와 중간압 포화온도센서(36)로부터의 출력신호(즉, 실중간압 포화온도(T3))와의 중간압 포화온도편차(e5)가 제어신호 생성부(249)에 입력된다.
또 냉방운전 시에는, 제어신호 생성부(249)의 16개 PID 제어부(p1c, p2c,…)가 기능한다. 즉 제어신호 생성부(249)에 입력된 고압편차(e2)는, 4개의 제 1 내지 제 4 PID 제어부(p1c∼p4c)에 입력되며, 중간압 포화온도편차(e5)는, 다른 4개의 제 5 내지 제 8 PID 제어부(p5c∼p8c)에 입력되고, 저압편차(e1)는 또 다른 4개의 제 9 내지 제 12 PID 제어부(p9c∼p12c)에 입력되며, 과열도편차(e4)는 또 다른 4개의 제 13 내지 제 16 PID 제어부(p13c∼p16c)에 입력된다.
제 1 내지 제 16 PID 제어부(p1c, p2c,…)는 각각, 입력되는 편차에 소정의 제어 파라미터를 곱하여 출력한다. 그 결과, 제어신호 생성부(249)는, 제 1 PID 제어부(p1c), 제 5 PID 제어부(p5c), 제 9 PID 제어부(p9c) 및 제 13 PID 제어부(p13c)로부터의 출력신호를 가산하여 제 1 압축기 주파수 제어신호(Δfc1)를 생성하며, 제 2 PID 제어부(p2c), 제 6 PID 제어부(p6c), 제 10 PID 제어부(p10c) 및 제 14 PID 제어부(p14c)로부터의 출력신호를 가산하여 제 2 압축기 주파수 제어신호(Δfc2)를 생성하고, 제 3 PID 제어부(p3c), 제 7 PID 제어부(p7c), 제 11 PID 제어부(p11c) 및 제 15 PID 제어부(p15c)로부터의 출력신호를 가산하여 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1)를 생성하며, 제 4 PID 제어부(p4c), 제 8 PID 제어부(p8c), 제 12 PID 제어부(p12c) 및 제 16 PID 제어부(p16c)로부터의 출력신호를 가산하여 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2)를 생성한다.
이와 같이 생성된 제 1 압축기 주파수 제어신호(Δfc1), 제 2 압축기 주파수 제어신호(Δfc2), 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1) 및 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2)는, 공기조화장치(210)로 출력된다.
공기조화장치(210)에서는, 제 1 압축기(21a) 용량이 제 1 압축기 주파수 제어신호(Δfc1)에 따른 값으로 변화하며, 제 2 압축기(21b) 용량이 제 2 압축기 주파수 제어신호(Δfc2)에 따른 값으로 변화한다.
또, 실외 팽창밸브(24)는, 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1)에 따른 밸브 개방도로 조정되며, 실내 팽창밸브(26)도 마찬가지로, 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2)에 따른 밸브 개방도로 조정되게 된다.
그리고, 이러한 운전상태에서 운전되는 공기조화장치(210)의 저압(Pl), 고압(Ph), 흡입온도(T2) 및 중간압 포화온도(T3)가 저압센서(32), 고압센서(34), 흡입온도센서(35) 및 중간압 포화온도센서(36)를 통해 제어기(240)로 피드백 된다. 이와 같이 제어기(240)는, 저압(Pl), 고압(Ph), 과열도(SH) 및 중간압 포화온도(T3)가 운전상태에 따른 목표값이 되도록 피드백 제어한다.
이와 같이, 제 1 및 제 2 압축기 주파수 제어신호(Δfc1, Δfc2) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1, Δev2) 각각은, 저압편차(e1), 고압편차(e2), 과열도 편차(e4) 및 중간압 포화온도편차(e5)를 서로 관련시켜 생성된다. 즉, 각 물리량에 개별로 대응하는 제어대상 각각을 별도로 제어하는 것이 아니라, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26)를 함께 제어함으로써, 저압, 고압, 과열도 및 중간압 포화온도를 함께, 즉 동시에 제어한다. 즉, 저압, 고압, 과열도 및 중간압 포화온도 각각은, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26) 중 어느 하나에 의해 제어되는 것이 아니라, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26) 모두에 의해 제어된다. 더 상세하게는, 제어대상인 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26) 각각은, 그것만이 구동제어 될 때의 저압, 고압, 과열도 및 중간압 포화온도의 변화뿐만 아니라, 그 이외의 다른 제어대상이 구동제어 될 때의 저압, 고압, 과열도 및 중간압 포화온도의 변화를 고려하여 구동제어 된다(환언하면, 이들이 고려되도록, 제 1 내지 제 16 PID 제어부(p1c, p2c, …)의 제어 파라미터가 설정된다).
한편, 난방운전 시에는, 목표고압 산출부(42)에서 산출한 목표고압(Phs)과 고압센서(34)로부터의 실고압(Ph)과의 고압편차(e2), 목표과열도 산출부(44)에서 산출한 목표과열도(SHs)와 실과열도 산출부(45)에서 산출한 실과열도(SH)와의 과열도편차(e4), 목표중간압 포화온도 산출부(46)에서 산출한 목표중간압 포화온도(T3s)와 중간압 포화온도센서(36)로부터의 실중간압 포화온도(T3)와의 중간압 포화온도편차(e5) 및 목표가스쿨러 출구온도 산출부(47)에서 산출한 목표가스쿨러 출구온도(T4s)와 난방 시 가스쿨러 출구온도센서(37)로부터의 출력신호(즉, 실가스쿨러 출구온도(T4))와의 가스쿨러 출구온도편차(e6)가 제어신호 생성부(249)에 입력된다.
또, 난방운전 시에는, 제어신호 생성부(249)에서, 냉방운전 시와는 다른 16개 PID 제어부(p1d, p2d, …)가 기능한다. 즉, 제어신호 생성부(249)에 입력된 고압편차(e2)는, 4개의 제 1 내지 제 4 PID 제어부(p1d∼ p4d)에 입력되며, 중간압 포화온도편차(e5)는, 다른 4개의 제 5 내지 제 8 PID 제어부(p5d∼p8d)에 입력되며, 가스쿨러 출구온도편차(e6)는 또 다른 4개의 제 9 내지 제 12 PID 제어부(p9d∼p12d)에 입력되며, 과열도편차(e4)는, 또 다른 4개의 제 13 내지 제 16 PID 제어부(p13d∼p16d)에 입력된다.
제 1 내지 제 16 PID 제어부(p1d, p2d, …)는 각각, 입력되는 편차에 소정의 제어 파라미터를 곱하여 출력한다. 그 결과, 제어신호 생성부 (249)는, 제 1 PID 제어부(p1d), 제 5 PID 제어부(p5d), 제 9 PID 제어부(p9d) 및 제 13 PID 제어부(p13d)로부터의 출력신호를 가산하여 제 1 압축기 주파수 제어신호(Δfc1)를 생성하며, 제 2 PID 제어부(p2d), 제 6 PID 제어부(p6d), 제 10 PID 제어부(p10d) 및 제 14 PID 제어부(p14d)로부터의 출력신호를 가산하여 제 2 압축기 주파수 제어신호(Δfc2)를 생성하며, 제 3 PID 제어부(p3d), 제 7 PID 제어부(p7d), 제 11 PID 제어부(p11d) 및 제 15 PID 제어부(p15d)로부터의 출력신호를 가산하여 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1)를 생성하며, 제 4 PID 제어부(p4d), 제 8 PID 제어부(p8d), 제 12 PID 제어부(p12d) 및 제 16 PID 제어부(p16d)로부터의 출력신호를 가산하여 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2)를 생성한다.
이와 같이 생성된 제 1 압축기 주파수 제어신호(Δfc1), 제 2 압축기 주파수 제어신호(Δfc2), 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1) 및 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2)는 공기조화장치(210)로 출력된다.
공기조화장치(210)에서는, 제 1 압축기(21a) 용량이 제 1 압축기 주파수 제어신호(Δfc1)에 따라 변화하며, 제 2 압축기(21b) 용량이 제 2 압축기 주파수 제어신호(Δfc2)에 따라 변화한다. 또 실외 팽창밸브(24)가 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1)에 따른 개방도로 조정되며, 실내 팽창밸브(26)가 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2)에 따른 밸브 개방도로 조정되게 된다.
그리고 이러한 운전상태에서 운전되는 공기조화장치(210)의 고압(Ph), 흡입온도(T2), 중간압 포화온도(T3) 및 가스쿨러 출구온도(T4)가 고압센서(34), 흡입온도센서(35), 중간압 포화온도센서(36) 및 난방 시 가스쿨러 출구온도센서(37)를 통해 제어기(240)로 피드백 된다. 이와 같이 제어기(240)는, 고압(Ph), 과열도(SH), 중간압 포화온도(T3) 및 가스쿨러 출구온도(T4)가 운전상태에 따른 목표값이 되도록 피드백 제어한다.
이와 같이, 제 1 및 제 2 압축기 주파수 제어신호(Δfc1, Δfc2) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1, Δev2) 각각은, 고압편차(e2), 과열도편차(e4), 중간압 포화온도편차(e5) 및 가스쿨러 출구온도편차(e6)를 서로 관련시켜 생성된다. 즉, 각 물리량에 개별로 대응한 제어대상 각각을 별개로 제어하는 것이 아니라, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26)를 함께 제어함으로써, 고압, 과열도, 중간압 포화온도 및 가스쿨러 출구온도를 함께, 즉 동시에 제어한다. 즉, 고압, 과열도, 중간압 포화온도 및 가스쿨러 출구온도 각각은 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26) 중 어느 하나에 의해 제어되는 것이 아니라, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26) 모두에 의해 제어된다. 더 상세하게는, 제어대상인 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26) 각각은, 그것만이 구동 제어될 때의 고압, 과열도, 중간압 포화온도 및 가스쿨러 출구온도의 변화뿐만 아니라, 그 이외의 다른 제어대상이 구동 제어될 때의 고압, 과열도, 중간압 포화온도 및 가스쿨러 출구온도의 변화도 고려하여 구동 제어된다(환언하면, 이들이 고려되도록, 제 1 내지 제 16 PID 제어부(p1d, p2d, …)의 제어 파라미터가 설정된다).
따라서, 본 제 2 실시형태에 의하면, 공기조화장치(210)에서 소정의 물리량과 함께 냉동 사이클의 고압을 운전상태에 따른 소정의 목표값이 되도록 복수의 제어대상(예를 들어, 제 1 압축기(21a)나 실외 팽창밸브(24) 등)을 동시에 구동 제어함과 더불어, 복수 제어대상을 제어했을 때의 이 물리량 및 냉동 사이클의 고압 변화를 고려하면서 각 제어대상을 구동 제어함으로써, 고압을 운전상태에 따른 목표값에 안정적으로 유지한 채 공기조화장치(210)의 능력제어(예를 들어, 냉방운전 시라면 저압이나 과열도 등)를 실행할 수 있다. 그 결과 어느 하나의 물리량을 조정함으로써, 다른 물리량이 변화되고, 그 변화를 수정하기 위해 이 다른 물리량을 조정하면, 또 다른 물리량 또는 먼저 조정한 하나의 물리량이 변화되어 다시 조정할 필요가 생기는 등, 제어하고자 하는 물리량이 좀처럼 수속되지 않는다는 사태를 방지할 수 있고, 공기조화장치(210)의 능력제어 및 고압제어의 수속성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 본 실시형태에서는, 냉방운전 시에는 저압, 고압, 과열도 및 중간압 포화온도의 4개 물리량을 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26)의 4개 제어대상으로 제어함과 더불어, 난방운전 시에는, 고압, 과열도, 중간압 포화온도 및 가스쿨러 출구온도의 4개 물리량을 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 실외 및 실내 팽창밸브(24, 26)의 4개 제어대상으로 제어하나, 제어대상에 따라서는 각 물리량에 영향을 주기 쉬운 것, 또는 주기 어려운 것이 있다. 즉, 어느 하나의 제어대상을 변화시켜도 그다지 변화하지 않는 물리량이 있는 경우가 있다. 본 실시형태에서는, 제어할 물리량 전부를 입력함과 동시에 그들 전부를 관련시켜 제어대상 별 제어신호를 생성하나, 영향을 주기 어려운 물리량이 있는 제어대상의 제어신호를 생성할 시에는, 그 영향을 주기 어려운 물리량의 관련성을 작게 하거나, 또는 관련성을 없애도록 해도 된다(구체적으로는, 영향을 주기 어려운 물리량이 있는 제어대상의 제어신호를 생성하는 PID 제어부(p1c, …, p1d, …) 중, 이 영향을 주기 어려운 물리량의 PID 제어부의 제어 파라미터를 작게 하거나 또는 "0"으로 해도 된다).
<제 3 실시형태>
계속해서 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 설명한다.
제 3 실시형태에 따른 공기조화장치(310)는, 냉매회로(320)에서 실내 열교환기(27a, 27b)가 복수 설치되는 점에서, 제 1 실시형태에 따른 공기조화장치(10)와 다르다.
상세하게는, 공기조화장치(310)는, 도 7에 나타내듯이 냉매회로(320)와 제어기(340)를 구비한다.
상기 냉매회로(320)에는 압축기(21), 사방밸브(22), 실외 열교환기(23), 실외 팽창밸브(24), 수액기(25), 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b) 그리고 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)가 접속된다. 이 냉매회로(320)에서는, 복수(제 3 실시형태에서는 2개)의 실내 열교환기(27a, 27b)가 서로 병렬로 접속되며, 각 실내 열교환기(27a(27b))별로 실내 팽창밸브(26a(26b))가 접속된다.
구체적으로, 상기 냉매회로(320)에서 압축기(21)는, 토출측이 사방밸브(22) 제 1 포트에, 흡입측이 사방밸브(22) 제 2 포트에 각각 접속된다. 또 냉매회로(320)에서는, 사방밸브(22) 제 3 포트에서 제 4 포트를 향해 차례로, 실외 열교환기(23), 실외 팽창밸브(24), 수액기(25) 및 2조의 실내 팽창밸브(26a, 26b) 및 실내 열교환기(27a, 27b)가 차례로 배치된다.
실외 팽창밸브(24) 그리고 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b)는, 각각 밸브체(도시 생략)가 펄스모터(도시 생략)로 구동되는 개방도 가변의 전자 팽창밸브에 의해 구성된다. 이 실외 팽창밸브(24)가 열원측 팽창기구를 구성하고, 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b)가 이용측 팽창기구를 구성한다.
제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)에는, 각각 별개의 제 1 및 제 2 실외 팬(29a, 29b)이 설치된다.
이 공기조화장치(310)는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 사방밸브(22)의 전환에 의해 냉방운전과 난방운전이 전환 가능하게 구성된다.
냉방운전 시에는, 사방밸브(22)가 제 1 상태로 설정된다. 이 상태에서 압축기(21)를 운전하면, 실외 열교환기(23)가 방열기가 되며, 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)가 증발기가 되어 냉동 사이클이 이루어진다. 구체적으로, 압축기(21)로부터 토출된 초임계 상태의 냉매는, 실외 열교환기(23)로 흘러 실외공기에 방열한다. 방열된 냉매는, 실외 팽창밸브(24)를 통과할 시에 팽창된다(감압된다). 팽창된 냉매는, 수액기(25)를 통과한 후, 분기되어 제 1 및 제 2 의 각 실내 팽창밸브(26a, 26b)를 통과한다. 이 때, 냉매는 다시 팽창되며(감압되며), 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)로 흐른다. 즉, 수액기(25)를 포함한 실외 팽창밸브(24)와 실내 팽창밸브(26a, 26b) 사이의 냉매가 중간압 상태로 된다. 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)에서는, 냉매가 실내 공기로부터 흡열하여 증발되며, 냉각된 실내공기가 실내로 공급된다. 증발된 냉매는, 압축기(21)로 흡입되어 압축된다.
난방운전 시에는, 사방밸브(22)가 제 2 상태로 설정된다. 이 상태에서 압축기(21)를 운전하면, 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)가 방열기가 되며, 실외 열교환기(23)가 증발기가 되어 냉동 사이클이 이루어진다. 구체적으로, 압축기(21)로부터 토출된 초임계 상태의 냉매는, 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b )로 분기되어 흐르고 실내공기에 방열한다. 이로써, 가열된 실내공기가 실내로 공급된다. 방열한 냉매는, 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b)를 통과할 시에 팽창된다(감압된다). 팽창된 냉매는, 수액기(25)를 통과한 후, 실외 팽창밸브(24)를 통과할 시에 다시 팽창된다(감압된다). 즉 수액기(25)를 포함한 실외 팽창밸브(24)와 제 1 및 제 2 실내 팽찰밸브(26a, 26b) 사이의 냉매가 중간압 상태가 된다. 실외 팽창밸브(24)에서 팽창된 냉매는, 실외 열교환기(23)로 흘러 실외 공기로부터 흡열하여 증발된다. 증발된 냉매는, 압축기(21)로 흡입되어 압축된다.
이와 같이 구성된 공기조화장치(310)에서는, 상기 냉매회로(320)에 제 1 및 제 2 외기온도센서(31a, 31b), 저압센서(32), 고압센서(34), 흡입온도센서(35), 제 1 및 제 2 난방 시 가스쿨러 출구온도센서(37a, 37b), 제 1 및 제 2 증발기 출구온도센서(38a, 38b), 및 냉방 시 가스쿨러 출구온도센서(39)가 설치된다.
제 1 및 제 2 외기온도센서(31a, 31b)는, 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)에 도입되는 실내공기의 온도를 검출하는 온도검출수단이며, 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)별로 설치된다. 제 1 및 제 2 난방 시 가스쿨러 출구온도센서(37a, 37b)는, 냉매회로(320)에서 냉매가 난방 사이클로 순환될 때, 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)의 출구 냉매온도를 각각 검출하는 온도검출수단이며, 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)별로 설치된다. 제 1 및 제 2 증발기 출구온도센서(38a, 38b)는, 냉매회로(320)에서 냉매가 냉방 사이클로 순환될 때, 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)의 출구 냉방온도를 각각 검출하는 온도검출수단이며, 제 1 및 제 2 실내 열교환기(27a, 27b)별로 설치된다.
상기 제어기(340)는, 제 1 및 제 2 외기온도센서(31a, 31b), 저압센서(32), 고압센서(34), 흡입온도센서(35), 제 1 및 제 2 난방 시 가스쿨러 출구온도센서(37a, 37b) 그리고 제 1 및 제 2 증발기 출구온도센서(38a, 38b)의 출력신호가 입력되며, 압축기(21)의 운전주파수 그리고 실외, 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(24, 26a, 26b)의 개방도를 제어하도록 구성된다.
상기 제어기(340)는, 도 8, 도 9에 나타내듯이 냉동 사이클의 저압 목표값인 목표저압(Pls)을 산출하는 목표저압 산출부(41)와, 냉동 사이클의 고압 목표값인 목표고압(Phs)을 산출하는 목표고압 산출부(42)와, 냉매의 실제 과열도인 실과열도(SH)를 산출하는 실과열도 산출부(45)와, 냉방운전시의 제 1 실내 열교환기(27a) 출구의 냉매 과열도의 목표값인 제 1 목표과열도(SHas)를 산출하는 제 1 목표과열도 산출부(44a)와, 냉방운전시의 제 2 실내 열교환기(27b) 출구의 냉매 과열도의 목표값인 제 2 목표과열도(SHbs)를 산출하는 제 2 목표과열도 산출부(44b)와, 난방운전시의 제 1 실내 열교환기(27a) 출구의 냉매 가스쿨러 출구온도의 목표값인 제 1 목표가스쿨러 출구온도(T4as)를 산출하는 제 1 목표가스쿨러 출구온도 산출부(47a)와, 난방운전시의 제 2 실내 열교환기(27b) 출구의 냉매의 가스쿨러 출구온도 목표값인 제 2 목표가스쿨러 출구온도(T4bs)를 산출하는 제 2 목표가스쿨러 출구온도 산출부(47b)와, 난방운전시의 실외 열교환기(23) 출구의 냉매 과열도의 목표값인 목표과열도(SHs)를 산출하는 목표과열도 산출부(44)와, 압축기(21) 그리고 실외, 제 1 실내 및 제 2 실내 팽창밸브(24, 26a, 26b)로의 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부(349)를 갖는다. 여기서 제어기(340)는, 냉방운전과 난방운전에서 제어내용이 다르므로, 냉방운전시의 제어블록도를 도 8에, 난방운전시의 제어블록도를 도 9에 각각 나타낸다.
상기 목표저압 산출부(41)는, 제 1 실내 열교환기(27a)측 설정온도(Ta)와 제 1 외기온도센서(31a)로부터의 실내온도(Taa)와의 온도편차(eta) 및, 제 2 실내 열교환기(27b)측 설정온도(Tsb)와 제 2 외기온도센서(31b)로부터의 실내온도(Tab)와의 온도편차(etb)에 기초하여, 공기조화장치(31) 전체로서의 목표저압(Pls)을 산출한다.
상기 목표고압 산출부(42)는, 냉방운전 시에는, 실외온도센서(30)로부터의 실외온도(TO) 및 냉방시 가스쿨러 출구온도센서(39)로부터의 가스쿨러 출구온도(T4)에 기초하여, 난방운전 시에는, 제 1 실내 열교환기(27a)측 온도편차(eta) 및 제 2 실내 열교환기(27b)측 온도편차(etb), 제 1 목표가스쿨러 출구온도 산출부(47a)에서 산출되는 제 1 목표가스쿨러 출구온도(T4as), 제 2 목표가스쿨러 온도 산출부(47b)에서 산출되는 제 2 목표가스쿨러 출구온도(T4bs), 그리고 제 1 및 제 2 난방 시 가스쿨러 출구온도센서(37a, 37b)로부터의 제 1 및 제 2 가스쿨러 출구온도(T4a, T4b)의 적어도 하나에 기초하여, 공기조화장치(310) 전체로서의 목표고압(Phs)을 산출한다.
상기 제 1 목표과열도 산출부(44a)는, 제 1 실내 열교환기(27a)측 온도편차(eta)에 기초하여, 제 1 목표과열도(SHas)를 산출한다.
상기 제 2 목표과열도 산출부(44b)는, 제 2 실내 열교환기(27b)측 온도편차(etb)에 기초하여, 제 2 목표과열도(SHbs)를 산출한다.
상기 실과열도 산출부(45)는, 냉방운전 시에는 저압센서(32)로부터의 실저압(Pl)과 제 1 또는 제 2 증발기 출구온도센서(38a, 38b)로부터의 제 1 또는 제 2 증발기 출구온도(T5a, T5b)에 기초하여, 제 1 또는 제 2 실내 열교환기(27a, 27b) 출구의 냉매 실제 과열도인 제 1 또는 제 2 실과열도(SHa, SHb)를 산출한다. 한편, 난방운전 시에는, 저압센서(32)로부터의 실저압(Pl)과 흡입온도센서(35)로부터의 실흡입온도(T2)에 기초하여, 실외 열교환기(23) 출구의 냉매 실제 과열도인 실과열도(SH)를 산출한다.
상기 제 1 목표가스쿨러 출구온도 산출부(47a)는, 제 1 실내 열교환기(27a)측 온도편차(eta)에 기초하여, 제 1 목표가스쿨러 출구온도(T4as)를 산출한다.
상기 제 2 목표가스쿨러 출구온도 산출부(47b)는, 제 2 실내 열교환기(27b)측 온도편차(etb)에 기초하여, 제 2 목표가스쿨러 출구온도(T4bs)를 산출한다.
이들 목표저압 산출부(41), 목표고압 산출부(42), 제 1 목표과열도 산출부(44a), 제 2 목표과열도 산출부(44b), 목표과열도 산출부(44), 제 1 목표가스쿨러 출구온도 산출부(47a) 및 제 2 목표가스쿨러 출구온도 산출부(47b) 각각은, 맵 및 함수를 가지며, 각 입력에 대해 대응하는 출력값을 출력하도록 구성된다.
상기 제어신호 생성부(349)에는, 냉방운전과 난방운전에서 서로 다른 신호가 입력되도록 구성된다. 또 제어신호 생성부(349)는, 입력신호에 따른 제어 파라미터를 갖는 PID 제어부(p1e, p2e, …, p1f, p2f, …)를 갖는다.
냉방운전 시에는, 목표저압 산출부(41)에서 산출한 목표저압(Pls)과 저압센서(32)로부터의 실저압(Pl)과의 저압편차(e1), 목표고압 산출부(42)에서 산출한 목표고압(Phs)과 고압센서(34)로부터의 실고압(Ph)과의 고압편차(e2), 제 1 목표과열도 산출부(44a)에서 산출한 목표과열도(SHas)와 실과열도 산출부(45)에서 산출한 제 1 실내 열교환기(27a)측 제 1 실과열도(SHa)와의 제 1 과열도 편차(e4), 및 제 2 목표과열도 산출부(44b)에서 산출한 목표과열도(SHbs)와 실과열도 산출부(45)에서 산출한 제 2 실내 열교환기(27b)측 제 2 실과열도(SHb)와의 제 2 과열도 편차(e4b)가 제어신호 생성부(349)에 입력된다.
그리고 냉방운전 시에는, 제어신호 생성부(349)의 16개 PID 제어부(p1e, p2e, …)가 기능한다. 즉, 제어신호 생성부(349)에 입력된 저압편차(e1)는, 4개의 제 1 내지 제 4 PID 제어부(p1e∼p4e)에 입력되며, 고압편차(e2)는, 다른 4개의 제 5 내지 제 8 PID 제어부(p5e∼p8e)에 입력되며, 제 1 과열도 편차(e4a)는, 또 다른 4개의 제 9 내지 제 12 PID 제어부(p9e∼p12e)에 입력되며, 제 2 과열도 편차(e4b)는, 또 다른 4개의 제 13 내지 제 16 PID 제어부(p13e∼p16e)에 입력된다.
제 1 내지 제 16 PID 제어부(p1e, p2e, …)는 각각, 입력되는 편차에 소정의 제어 파라미터를 곱해서 출력한다. 상세하게는, 제어신호 생성부(349)는, 제 1 PID 제어부(p1e), 제 5 PID 제어부(p5e), 제 9 PID 제어부(p9e) 및 제 13 PID 제어부(p13e)로부터의 출력신호를 가산하여 압축기 주파수 제어신호(Δfc)를 생성하며, 제 2 PID 제어부(p2e), 제 6 PID 제어부(p6e), 제 10 PID 제어부(p10e) 및 제 14 PID 제어부(p14e)로부터의 출력신호를 가산하여 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1)를 생성하며, 제 3 PID 제어부(p3e), 제 7 PID 제어부(p7e), 제 11 PID 제어부(p11e) 및 제 15 PID 제어부(p15e)로부터의 출력신호를 가산하여 제 1 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2a)를 생성하며, 제 4 PID 제어부(p4e), 제 8 PID 제어부(p8e), 제 12 PID 제어부(p12e) 및 제 16 PID 제어부(p16e)로부터의 출력신호를 가산하여 제 2 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2b)를 생성한다.
이와 같이 생성된 압축기 주파수 제어신호(Δfc), 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1), 제 1 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2a) 및 제 2 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2b)는 공기조화장치(310)로 출력된다.
공기조화장치(310)에서는, 압축기(21) 용량이 압축기 주파수 제어신호(Δfc)에 따른 값으로 변화한다.
또 실외 팽창밸브(24)는 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1)에 따른 개방도로 조정되며, 제 1 실내 팽창밸브(26a)는 제 1 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2a)에 따른 밸브 개방도로 조정되며, 제 2 실내 팽창밸브(26b)는 제 2 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2b)에 따른 밸브 개방도로 조정된다.
그리고, 이러한 운전상태에서 운전되는 공기조화장치(310)의 저압(Pl), 고압(Ph), 제 1 실내 열교환기(27a)측 제 1 증발기 출구온도(T5a) 및 제 2 실내 열교환기(27b)측 제 2 증발기 출구온도(T5b)가 저압센서(32), 고압센서(34) 그리고 제 1 및 제 2 증발기 출구온도센서(38a, 38b)를 통해 제어기(340)로 피드백 된다. 이와 같이 제어기(340)는, 저압(Pl), 고압(Ph) 그리고 제 1 및 제 2 과열도(SHa, SHb)가 운전상태에 따라 목표값이 되도록 피드백 제어한다.
이와 같이, 압축기 주파수 제어신호(Δfc) 그리고 실외, 제 1 실내 및 제 2 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1, Δev2a, Δev2b) 각각은, 저압편차(e1), 고압편차(e2), 제 1 과열도 편차(e4a) 및 제 2 과열도 편차(e4b)를 서로 관련시켜 생성된다. 즉, 각 물리량에 개별로 대응하는 제어대상 각각을 별도로 제어하는 것이 아니라, 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 그리고 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b)를 함께 제어함으로써, 저압, 고압, 제 1 과열도 및 제 2 과열도를 함께, 즉 동시에 제어한다. 즉, 저압, 고압, 제 1 과열도 및 제 2 과열도 각각은, 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 그리고 제 1 및 제 2 실내팽창 밸브(26a, 26b) 중 어느 하나에 의해 제어되는 것이 아니라, 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 그리고 제 1 및 제 2 실내팽창 밸브(26a, 26b) 모두에 의해 제어된다. 더 상세하게는, 제어 대상인 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 그리고 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b) 각각은, 그것만이 구동 제어될 때의 저압, 고압, 제 1 과열도 및 제 2 과열도의 변화만이 아니라, 그것 이외의 다른 제어대상이 구동 제어될 때의 저압, 고압 제 1 과열도 및 제 2 과열도의 변화도 고려하여 구동 제어된다(환언하면, 이들이 고려되도록, 제 1 내지 제 16 PID 제어부(p1e, p2e, …)의 제어 파라미터가 설정된다).
한편, 난방운전 시에는, 목표고압 산출부(42)에서 산출한 목표고압(Phs)과 고압센서(34)로부터의 실고압(Ph)과의 고압편차(e2), 목표과열도 산출부(44)에서 산출한 목표 과열도(SHs)와 실과열도 산출부(45)에서 산출한 실과열도(SH)와의 과열도 편차(e4), 제 1 목표가스쿨러 온도 산출부(47a)에서 산출한 제 1 목표가스쿨러 출구온도(T4as)와 제 1 난방시 가스쿨러 출구온도센서(37a)로부터의 제 1 실가스쿨러 출구온도(T4a)와의 제 1 가스쿨러 출구온도편차(e6a), 및 제 2 목표가스쿨러 출구온도 산출부(47b)에서 산출한 제 2 목표가스쿨러 출구온도(T4bs)와 제 2 난방시 가스쿨러 출구온도센서(37b)로부터의 제 2 실가스쿨러 출구온도(T4b)와의 제 2 가스쿨러 출구온도 편차(e6b)가 제어신호 생성부(349)에 입력된다.
또 난방운전 시, 제어신호 생성부(349)에서는 냉방운전 시와 다른 16개의 PID 제어부(p1f, p2f, …)가 기능한다. 즉, 제어신호 생성부(349)에 입력된 고압편차(e2)는 4개의 제 1 내지 제 4 PID 제어부(p1f∼p4f)에 입력되며, 제 1 가스쿨러 출구온도 편차(e6a)는 다른 4개의 제 5 내지 제 8 PID 제어부(p5f∼p8f)에 입력되고, 제 2 가스쿨러 출구온도 편차(e6b)는 또 다른 4개의 제 9 내지 제 12 PID 제어부(p9f∼p12f)에 입력되며, 과열도 편차(e4)는 또 다른 4개의 제 13 내지 제 16 PID 제어부(p13f∼p16f)에 입력된다.
제 1 내지 제 16 PID 제어부(p1f, p2f, …)는 각각, 입력되는 편차에 소정의 제어 파라미터를 곱해서 출력한다. 상세하게는, 제어신호 생성부(349)는, 제 1 PID 제어부(p1f), 제 5 PID 제어부(p5f), 제 9 PID 제어부(p9f) 및 제 13 PID 제어부(p13f)로부터의 출력신호를 가산하여 압축기 주파수 제어신호(Δfc)를 생성하며, 제 2 PID 제어부(p2e), 제 6 PID 제어부(p6e), 제 10 PID 제어부(p10e) 및 제 14 PID 제어부(p14e)로부터의 출력신호를 가산하여 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1)를 생성하며, 제 3 PID 제어부(p3e), 제 7 PID 제어부(p7e), 제 11 PID 제어부(p11e) 및 제 15 PID 제어부(p15e)로부터의 출력신호를 가산하여 제 1 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2a)를 생성하며, 제 4 PID 제어부(p4e), 제 8 PID 제어부(p8e), 제 12 PID 제어부(p12e) 및 제 16 PID 제어부(p16e)로부터의 출력신호를 가산하여 제 2 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2b)를 생성한다.
이와 같이 생성된 압축기 주파수 제어신호(Δfc), 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1), 제 1 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2a) 및 제 2 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2b)는, 공기조화장치(310)로 출력된다.
공기조화장치(310)에서는, 압축기(21) 용량이 압축기 주파수 제어신호(Δfc)에 따른 값으로 변화한다.
실외 팽창밸브(24)는, 실외 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1)에 따른 밸브 개방도로 조정되며, 제 1 실내 팽창밸브(26a)는, 제 1 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2a)에 따른 밸브 개방도로 조정되며, 제 2 실내 팽창밸브(26b)는, 제 2 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev2b)에 따른 밸브 개방도로 조정된다.
그리고 이러한 운전상태에서 운전되는 공기조화장치(310)의 저압(Pl), 고압(Ph), 제 1 실내 열교환기(27a)측 제 1 가스쿨러 출구온도(T4a) 및 제 2 실내 열교환기(27b)측 제 2 가스쿨러 출구온도(T4b)가 저압센서(32), 고압센서(34) 그리고 제 1 및 제 2 난방 시 가스쿨러 출구온도센서(37a, 37b)를 통해 제어기(340)로 피드백 된다. 이와 같이 제어기(340)는 저압(Pl), 고압(Ph) 그리고 제 1 및 제 2 과열도(SHa, SHb)가 운전상태에 따른 목표값이 되도록 피드백 제어한다.
이와 같이, 압축기 주파수 제어신호(Δfc) 그리고 실외, 제 1 실내 및 제 2 실내 팽창밸브 개방도 제어신호(Δev1, Δev2a, Δev2b) 각각은, 고압편차(e2), 과열도 편차(e4), 제 1 가스쿨러 출구온도 편차(e6a) 및 제 2 가스쿨러 출구온도 편차(e6b)를 서로 관련시켜 생성된다. 즉, 각 물리량에 개별로 대응한 제어대상을 각각 별개로 제어하는 것이 아니라, 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 그리고 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b)를 함께 제어함으로써, 고압, 과열도, 제 1 가스쿨러 출구온도 및 제 2 가스쿨러 출구온도를 함께, 즉 동시에 제어한다. 즉, 고압, 과열도, 제 1 가스쿨러 출구온도 및 제 2 가스쿨러 출구온도의 각각은, 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 그리고 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b) 중 어느 하나에 의해 제어되는 것이 아니라, 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 그리고 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b) 모두에 의해 제어된다. 더 상세하게는, 제어대상인 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 그리고 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b)의 각각은, 그것만이 구동 제어될 때의 고압, 과열도, 제 1 가스쿨러 출구온도 및 제 2 가스쿨러 출구온도의 변화만이 아니라, 그것 이외의 다른 제어대상이 구동 제어될 때의 고압, 과열도, 제 1 가스쿨러 출구온도 및 제 2 가스쿨러 출구온도의 변화도 고려하여 구동 제어된다(환언하면, 이들이 고려되도록, 제 1 내지 제 16 PID 제어부(p1f, p2f, …)의 제어 파라미터가 설정된다).
따라서, 본 제 3 실시형태에 의하면, 공기조화장치(310)에서의 소정의 물리량과 함께, 냉동 사이클 고압을 운전상태에 따른 소정의 목표값이 되도록 복수의 제어대상(예를 들어 압축기(21)나 실외 팽창밸브(24) 등)을 동시에 구동 제어함과 더불어, 복수의 제어대상을 제어했을 시의 이 물리량 및 냉동 사이클 고압의 변화를 고려하면서 각 제어대상을 구동 제어함으로써, 고압을 운전상태에 따른 목표값에 안정적으로 보유한 채, 공기조화장치(310)의 능력제어(예를 들어 냉방운전 시라면 저압이나 과열도 등)를 할 수 있다. 그 결과, 어느 하나의 물리량을 조정함으로써 다른 물리량이 변화하고, 그 변화를 수정하기 위해 이 다른 물리량을 조정하면, 또 다른 물리량 또는 먼저 조정한 하나의 물리량이 변화하며, 다시 조정할 필요가 생기는 등, 제어하고자 하는 물리량이 좀처럼 수속하지 않는다는 사태를 방지할 수 있으며, 공기조화장치(310)의 능력제어 및 고압제어의 수속성을 향상시킬 수 있다.
여기서 본 실시형태에서는, 냉방운전 시에는 저압, 고압, 제 1 과열도 및 제 2 과열도의 4개 물리량을 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 그리고 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b)의 4개 제어대상으로 제어함과 동시에, 난방운전 시에는 고압, 제 1 가스쿨러 출구온도, 제 2 가스쿨러 출구온도 및 과열도의 4개 물리량을 압축기(21), 실외 팽창밸브(24) 그리고 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b)의 4개 제어대상으로 제어하나, 제어대상에 따라서는 각 물리량에 영향을 주기 쉬운 것, 또는 영향을 주기 어려운 것이 있다. 즉, 어느 하나의 제어대상을 변화시켜도, 그다지 변화하지 않는 물리량이 있는 경우가 있다. 본 실시형태에서는, 제어할 물리량 모두를 입력으로 함과 동시에, 그 모두를 관련시켜 제어대상별로 제어신호를 생성하나, 영향을 주기 어려운 물리량이 있는 제어대상의 제어신호를 생성할 시에는, 그 영향을 주기 어려운 물리량의 관련성을 작게 하거나, 또는 관련성을 없애도록 해도 좋다(구체적으로는, 영향을 주기 어려운 물리량이 있는 제어대상의 제어신호를 생성하는 PID 제어부(p1e, …, p1f, …) 중, 이 영향을 주기 어려운 물리량의 PID 제어부의 제어 파라미터를 작게 하거나, 또는 "0"으로 해도 된다.
<그 밖의 실시형태>
본 발명은, 상기 실시형태에 대해 이하와 같은 구성으로 해도 된다.
즉, 본 발명은 상기 실시형태에 따른 냉매회로에 한정되는 것이 아니며, 임의의 냉매회로에 채용할 수 있다. 예를 들어 도 10에 나타내듯이, 2단 압축 냉동 사이클을 행하며, 또 실내기가 복수 설치된 멀티 타입의 공기조화장치(410)라도 된다. 이 경우, 예를 들어 고압, 저압, 제 1 증발기 출구온도, 제 2 증발기 출구온도 및 중간압 포화온도를 입력으로 하여, 이들 복수의 물리량을 관련시켜 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b), 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b) 그리고 실외 팽창밸브(24)를 각각 구동 제어하는 제어신호를 생성해도 된다. 그 결과, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b), 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b) 그리고 실외 팽창밸브(24) 모두가 조정된 경우에, 고압, 저압, 제 1 증발기 출구온도, 제 2 증발기 출구온도 및 중간압 포화온도 각각이 소정의 목표값이 되도록, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b), 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b) 그리고 실외 팽창밸브(24) 각각의 제어신호가 생성된다. 즉, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b), 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b) 그리고 실외 팽창밸브(24)가 구동 제어된다.
또 예를 들어 도 11에 나타내듯이, 실외 열교환기(23)와 실외 팽창밸브(24)와의 사이에 내부 열교환기(51)를 설치한, 2단 압축 냉동 사이클을 실행하며 또 실내기가 복수 설치된 멀티 타입의 공기조화장치(510)라도 된다.
상세하게는, 공기조화장치(510)에서, 실외 열교환기(23)와 수액기(25)를 접속하는 접속배관(52) 중간에서 분기되며, 제 1 압축기(21a)와 제 2 압축기(21b)를 접속하는 배관에 접속되는 바이패스 배관(53)이 형성된다. 이 바이패스 배관(53) 중간에는 바이패스측 팽창밸브(54)가 형성되며, 바이패스 배관(53)을 유통하는 냉매는, 이 바이패스측 팽창밸브(54)에 의해 감압되어 중간압 냉매가 된다.
또 접속배관(52) 중, 바이패스 배관(53) 분기부보다 수액기(25)측 부분에 실외 팽창밸브(24)가 형성된다.
그리고 상기 내부 열교환기(51)는, 접속배관(52) 중 바이패스 배관(53)과의 분기부와 실외 팽창밸브(24) 사이의 부분과, 바이패스 배관(53) 중 바이패스측 팽창밸브(54)보다 하류측 부분에 걸쳐 형성되며, 양 배관을 흐르는 냉매를 서로 열교환시킨다. 즉, 냉방운전 시에 바이패스 배관(53)을 유통하는 냉매는, 바이패스측 팽창밸브(54)에 의해 감압되어 중간압의 액냉매 또는 기액 2상 냉매가 된 후, 내부 열교환기(51)를 유통함으로써 접속배관(52)을 흐르는 냉매로부터 흡열하여 과열상태의 가스냉매가 되며, 제 2 압축기(21b) 흡입측으로 흘러 간다. 한편, 접속배관(52)을 유통하는 냉매는, 실외 열교환기(23)로부터 유출된 후, 내부 열교환기(51)를 유통함으로써 바이패스 배관(53)을 흐르는 냉매에 방열함으로써 과냉각 상태가 되며, 그 후 실외 팽창밸브(24)에 의해 감압되어 중간압이 되고, 수액기(25)로 유입한다.
접속배관(52) 중 실외 팽창기(24)보다 수액기(25)측 부분에는 수액기 압력 포화온도센서(55)가 설치된다. 또 바이패스 배관(53) 중 내부 열교환기(51)보다 하류측 부분에 중간압 포화온도센서(36)가 설치된다.
이와 같이 구성된 공기조화장치(510)에서는, 예를 들어 고압, 저압, 제 1 증발기 출구온도, 제 2 증발기 출구온도, 중간압 포화온도 및 수액기 압력 포화온도센서(55)에 의해 검출되는 수액기 내압을 입력으로 하여, 이들 복수의 물리량을 관련시켜 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b), 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b), 실외 팽창밸브(24) 그리고 바이패스측 팽창밸브(54)를 각각 구동 제어하는 제어신호를 생성한다. 그 결과, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b), 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b), 실외 팽창밸브(24) 그리고 바이패스측 팽창밸브(54) 모두가 조정된 경우에, 고압, 저압, 제 1 증발기 출구온도, 제 2 증발기 출구온도, 중간압 포화온도 및 수액기 내압 각각이 소정의 목표값이 되도록, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b), 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b), 실외 팽창밸브(24) 그리고 바이패스측 팽창밸브(54) 각각의 제어신호가 생성된다. 즉, 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b), 제 1 및 제 2 실내 팽창밸브(26a, 26b), 실외 팽창밸브(24) 그리고 바이패스측 팽창밸브(54)가 구동 제어된다.
또 상기 제 2 실시형태에서는, 2개의 압축기(21a, 21b )와 2개의 팽창밸브(24,26)를 설치하여 2단 압축 냉동 사이클을 실행하도록 구성되나, 1개의 압축기를 설치하여 이 압축기 압축공정 중간에 가스 주입하는 구성이라도 된다. 이 경우, 제어대상이 1개 압축기와 2개 팽창밸브(24, 26)의 합계 3개로 되므로, 제어할 물리량도 합계 3개(적어도 냉동 사이클 고압을 포함함)로 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 실시형태에서, 복수의 물리량을 입력으로 하여, 각 물리량에 제어 파라미터를 곱한 것을 서로 가산함으로써, 하나의 제어대상에 대한 제어신호를 생성하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 각 냉매회로의 냉동 사이클의 동적 모델에 기초하여, 복수의 물리량을 입력으로 하여, 이것에 제어 파라미터로 구성된 행렬을 곱함으로써, 복수의 제어신호를 출력으로 하여 산출하도록 구성해도 된다. 이와 같은 구성이라도, 복수 물리량의 입력을 서로 관련시켜, 제어대상의 제어신호를 생성할 수 있으며, 복수 제어대상을 함께 제어함으로써 복수 물리량을 함께 제어할 수 있고, 각 물리량의 수속성을 향상시킬 수 있다.
또 상기 실시형태에서, 팽창기구로서 팽창밸브를 채용하나, 이에 한정되는 것이 아니고, 팽창기라도 된다.
그리고 상기 제 1 실시형태에서만 실외팬(28)을 제어대상으로서 제어하나, 그 외의 실시형태에서도 실외팬(28)을 병용하여 고압제어 및 능력제어를 실행해도 된다.
여기서 이상의 실시형태는, 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물 또는 그 용도의 범위를 제한하는 것을 의도하는 것은 아니다.
(산업상 이용 가능성)
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 초임계 사이클을 실행하는 냉매회로를 구비한 냉동장치에 대해 유용하다.
20 : 냉매회로 21 : 압축기(압축기구)
21a : 제 1 압축기(압축기구) 21b : 제 2 압축기(압축기구)
23 : 실외 열교환기(열원측 열교환기)
24 : 실외 팽창밸브(팽창기구, 제 1 팽창기구, 열원측 팽창기구)
26 : 실내 팽창밸브(팽창기구, 제 2 팽창기구)
26a : 제 1 실내 팽창밸브(이용측 팽창기구)
26b : 제 2 실내 팽창밸브(이용측 팽창기구)
27 : 실내 열교환기(이용측 열교환기)
27a : 제 1 실내 열교환기(이용측 열교환기)
27b : 제 2 실내 열교환기(이용측 열교환기)
28 : 실외 팬(열원측 팬)
40, 240, 340 : 제어기(제어수단)

Claims (8)

  1. 압축기구(21)와 열원측 열교환기(23)와 팽창기구(24)와 이용측 열교환기(27)가 차례로 접속되며 고압이 냉매의 임계압력 이상이 되는 초임계 냉동 사이클을 실행하는 냉매회로(20)와, 적어도 이 압축기구(21) 및 이 팽창기구(24)를 포함한 제어대상을 제어하는 제어수단(40)을 구비한 냉동장치에 있어서,
    상기 제어수단(40)은, 복수의 상기 제어대상을 함께 제어함으로써, 냉동장치 능력의 지표가 되는 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단(40)은, 상기 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 복수의 상기 제어대상 각각에 대한 제어신호를, 이 물리량과 이 고압을 서로 관련시켜 생성하고, 이 제어신호를 상기 각 제어대상으로 출력함으로써 상기 소정의 물리량과 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    냉매를 공기와 열교환시키는 상기 열원측 열교환기(23)에 공기를 공급하는 열원측 팬(28)을 추가로 구비하며,
    냉방운전 시에 있어서,
    상기 소정의 물리량은, 상기 이용측 열교환기(27)의 냉매 증발온도와 상기 이용측 열교환기(27) 출구의 냉매 과열도이며,
    상기 제어대상에는, 상기 열원측 팬(28)이 추가로 포함되며,
    상기 제어수단(40)은, 냉매의 상기 증발온도 및 상기 과열도와 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 상기 압축기구(21), 팽창기구(24) 및 열원측 팬(28)을 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 증발온도 및 냉매의 상기 과열도와 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    난방운전 시에는,
    상기 소정의 물리량은, 상기 열원측 열교환기(23) 출구의 냉매 과열도이며,
    상기 제어수단(40)은, 냉매의 상기 과열도와 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 상기 압축기구(21) 및 팽창기구(24)를 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 과열도와 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축기구는, 저압 냉매를 흡입하여 압축하는 제 1 압축기(21a)와, 이 제 1 압축기(21a)로부터 토출된 냉매를 다시 압축하고 토출하는 제 2 압축기(21b)를 가지며,
    상기 팽창기구는, 고압 냉매를 팽창시키는 제 1 팽창기구(24)와, 이 제 1 팽창기구(24)에 의해 중간압이 된 냉매를 다시 팽창시키는 제 2 팽창기구(26)를 가지며,
    냉방운전 시에 있어서,
    상기 소정의 물리량은, 상기 이용측 열교환기(27)의 냉매 증발온도와 상기 이용측 열교환기(27) 출구의 냉매 과열도와 냉동 사이클의 중간압이며,
    상기 제어수단(240)은, 냉매의 상기 증발온도, 냉매의 상기 과열도 및 냉동 사이클의 중간압과 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 제 1 및 제 2 팽창기구(24, 26)를 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 증발온도, 냉매의 상기 과열도 및 냉동 사이클의 중간압과 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축기구는, 저압 냉매를 흡입하여 압축하는 제 1 압축기(21a)와, 이 제 1 압축기(21a)로부터 토출된 냉매를 다시 압축하고 토출하는 제 2 압축기(21b)를 가지며,
    상기 팽창기구는, 고압 냉매를 팽창시키는 제 1 팽창기구(24)와, 이 제 1 팽창기구(24)에 의해 중간압이 된 냉매를 다시 팽창시키는 제 2 팽창기구(26)를 가지며,
    난방운전 시에 있어서,
    상기 소정의 물리량은, 상기 열원측 열교환기(23)의 냉매 증발온도와 상기 열원측 열교환기(23) 출구의 냉매 과열도와 상기 이용측 열교환기(27) 출구의 냉매 온도인 가스쿨러의 출구온도이며,
    상기 제어수단(240)은, 냉매의 상기 증발온도, 냉매의 상기 과열도 및 냉매의 상기 가스쿨러 출구온도와 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 압축기(21a, 21b) 그리고 제 1 및 제 2 팽창기구(24, 26)를 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 증발온도, 냉매의 상기 과열도 및 냉매의 상기 가스쿨러 출구온도와 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이용측 열교환기(27a, 27b)는, 복수 설치됨과 더불어 서로 병렬로 접속되며,
    상기 팽창기구는, 상기 각 이용측 열교환기(27a, 27b)별로 대응하여 설치된 복수의 이용측 팽창기구(26a, 26b)와, 이 이용측 열교환기(27a, 27b) 및 이 이용측 팽창기구(26a, 26b)와 상기 열원측 교환기(23)와의 사이에 설치된 열원측 팽창기구(24)를 가지며,
    냉방운전 시에 있어서,
    상기 소정의 물리량은, 상기 이용측 열교환기(27a, 27b)의 냉매 증발온도와 상기 각 이용측 열교환기(27a, 27b) 출구의 냉매 과열도이며,
    상기 제어수단(340)은, 냉매의 상기 증발온도 및 이 각 이용측 열교환기(27a, 27b)에서의 냉매의 상기 과열도와 냉동 사이클 고압을 입력으로 하며, 상기 압축기구(21), 복수의 상기 이용측 팽창기구(26a, 26b) 및 상기 열원측 팽창기구(24)를 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 증발온도 및 이 각 이용측 열교환기(27a, 27b)에서의 냉매의 상기 과열도와 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 이용측 열교환기(27a, 27b)는, 복수 설치됨과 더불어 서로 병렬로 접속되며,
    상기 팽창기구는, 상기 각 이용측 열교환기(27a, 27b)별로 대응하여 설치된 복수의 이용측 팽창기구(26a, 26b)와, 이 이용측 열교환기(27a, 27b) 및 이 이용측 팽창기구(26a, 26b)와 상기 열원측 열교환기(23)와의 사이에 설치된 열원측 팽창기구(24)를 가지며,
    난방운전 시에 있어서,
    상기 소정의 물리량은, 상기 열원측 열교환기(23) 출구의 냉매 과열도와 상기 각 이용측 열교환기(27a, 27b) 출구의 냉매 온도인 가스쿨러의 출구온도이며,
    상기 제어수단(340)은, 냉매의 상기 과열도 및 상기 각 이용측 열교환기(27a, 27b)에서의 냉매의 상기 가스쿨러 출구온도와 냉동 사이클의 고압을 입력으로 하며, 상기 압축기구(21), 복수의 상기 이용측 팽창기구(26a, 26b) 및 상기 열원측 팽창기구(24)를 함께 제어함으로써, 냉매의 상기 과열도 및 상기 각 이용측 열교환기(27a, 27b)에서의 냉매의 상기 가스쿨러 출구온도와 냉동 사이클의 고압을 함께 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
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