KR20100036876A

KR20100036876A - 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법

Info

Publication number: KR20100036876A
Application number: KR1020080096289A
Authority: KR
Inventors: 권기백; 장승용; 오세기
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-08
Also published as: KR101502011B1

Abstract

본 발명은 공기조화기의 냉각도를 설정하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실외기 자체의 과냉도를 측정하는 과냉도 측정 단계와; 상기 측정된 과냉도가 기설정된 값 이상이면, 실외기측의 냉매 역이송량을 증가시켜 실내기측의 열교환량을 측정하는 단계와; 상기 측정된 열교환량이 기설정된 값에 이르면 실외기측의 과냉도를 측정하는 공기조하기의 과냉도로 설정하는 과냉도 설정단계;를 포함함으로써, 실내기의 설치 위치나 거리와 무관하게 적정한 냉매 역이송량을 유지하여 공기조화 시스템의 에너지 손실을 줄이고, 저압 냉매인 경우에 발생되는 냉매의 재팽창의 발생을 차단하여 냉매팽창에 따른 소음 및 실내기의 냉방효율의 감소를 방지할 수 있다.

Description

공기조화기의 최적 과냉도 설정방법{Method for setting the over cooling degree of an air-conditioner}

본 발명은 공기조화기의 냉각도를 설정하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실외기 자체의 과냉도를 기초로 실외기측의 냉매 역이송량의 증가에 따른 실외기측의 과냉도를 측정하여 이를 공기조화기의 최적 과냉도로 설정하는 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법에 관한 것이다.

이하, 공기조화기의 작동원리를 첨부된 도 1을 참조하여 간단히 설명한다.

도 1은 종래 공기조화기의 작용을 나타낸 P-h선도이다. 즉, 공기조화기에서의 과냉각에 따른 압력과 엔탈피의 관계를 도시한 그래프이다.

이러한 공기조화기는 냉방운전시에 실내기의 전자팽창밸브의 개도를 조절하여 실내기에 유입되는 냉매의 유량을 제어한다. 이러한 냉매의 유량을 제어함으로써, 실내기의 증발온도 및 과열도가 제어된다. 또한, 난방운전시에는 실내기의 전자팽창밸브의 개도를 완전히 개방시키고 실외기의 전자팽창밸브 개도를 조절하여 실외기에 유입되는 냉매의 유량을 제어한다.

특히, 냉방운전시에는 실외온도가 너무 높거나 또는 실내온도를 외부보다 많 이 낮추어야 하는 경우에 냉매의 유량을 증가시키고, 실외온도가 상온과 비슷하거나 또는 실내온도를 약간만 낮춰도 되는 경우에는 냉매의 유량을 감소시킴으로써, 공기조화기가 운전된다.

이와 같은 공기조화기는 사무실 또는 가정 등과 같은 실내의 한 공간 또는 벽면에 설치되어 실내를 냉방하거나 난방하며, 압축기-응축기-팽창밸브-증발기 등으로 구성되어, 일련의 냉동사이클을 수행한다.

공기조화기는 실외에 설치되는 실외기와, 주로 건물 내부에 설치되는 실내기로 이루어지는 것이 일반적이며, 상기 실외기에는 저압의 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 기상의 냉매를 액상의 냉매로 변환하는 응축기(실외 열교환기)가 설치되고, 상기 실내기에는 실내의 더운공기와 열을 교환하는 증발기(실내 열교환기)가 설치된다.

상기 공기조화기에서 구현되는 냉동사이클의 일련의 작용과정을 간단히 살펴보면, 압축기(compressor)에서 압축된 고온, 고압의 기상 냉매는 응축기 (condensor)에서 열을 교환하여 액상의 냉매로 변환된다.

그 후, 액상의 냉매는 선형팽창밸브(linear expansion valve, LEV)에서 고압, 저온의 액상 혹은 고온, 저압의 2상(gas, liquid) 상태의 습증기 상태로 변환되고, 이 습증기는 증발기(evaporator)로 유입되어 증발한다.

한편, 상기 응축기로부터 흘러나온 액상 냉매의 과냉도를 증가시키기 위하여 과냉각기가 사용된다. 상기 과냉각기는 냉매의 과냉도를 높여서 응축기로부터 실내기까지 유동하는 냉매의 상태를 액상으로 유지시키는 역할을 수행한다.

상기 과냉각기는, 응축기로부터 흘러나온 액상 냉매 중 일부가 따로 구비된 과냉각용 팽창밸브로 안내되어 팽창되며, 팽창되면서 저온으로 된 냉매와 원래 냉매배관을 흐르는 냉매가 열교환됨으로써, 냉매배관을 흐르는 냉매의 과냉도를 증가시키는 장치이다.

도 2는 도 1에서 보여지는 과냉각도의 차이가 있음에도 불구하고, 종래의 공기조화기는 배관의 길이나 배관이 설치된 높이의 차이와 무관하게 최고의 과냉각도로 설정되어 운전됨을 나타낸다.

도 1에서 보여지는 바와 같이, A의 경우에는 배관의 길이가 짧아서 적은 과냉각도를 확보하더라도 실내기까지 액상의 냉매를 공급할 수 있다. 그러나, B의 경우에는 배관의 길이가 길어서 충분히 큰 과냉각도를 확보하여야 실내기까지 액상의 냉매를 공급할 수 있다. 그리고, ΔP는 마찰에 따른 냉매배관에서의 압력손실과, 중력에 의한 압력손실의 합이다.

즉, 도 1로부터 알 수 있듯이, 과냉각기에 의해 적절한 과냉도를 확보해야만 냉매배관 상에서 압력손실이 발생하더라도 냉매가 기화되지 않고 실내기까지 유동할 수 있는 것이다.

본 발명의 목적은 공기조화기가 실내기의 설치 위치나 거리와 무관하게 최적의 과냉도를 확보함으로써, 과냉도 확보를 위하여 과도한 냉매의 역이송량을 방지하여 전체 시스템의 에너지 손실을 줄이는 것이다.

또한, 공기조화기가 냉매배관에서 요구되는 것보다 저압 상태의 냉매가 공급되지 않도록 하여 저압 냉매가 상기 실내기의 전자팽창밸브에서 냉매가 재팽창됨에 따라 냉매팽창소음을 발생시키는 것을 방지하는 것이다.

또한, 상기 냉매의 재팽창으로 인하여 냉매의 팽창효율이 감소되지 않도록 함으로써, 상기 실내기의 냉방효율이 현저히 저하되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법은 실외기 자체의 과냉도를 측정하는 과냉도 측정단계와; 상기 측정된 과냉도가 기설정된 값 이상이면, 실외기측의 냉매 역이송량을 증가시켜 실내기측의 열교환량을 측정하는 단계와; 상기 측정된 열교환량이 기설정된 값에 이르면 실외기측의 과냉도를 측정하여 실외기의 과냉도로 설정하는 과냉도 설정단계;를 포함한다.

상기 과냉도 측정단계는, 과냉각 유니트의 과냉각 팽창밸브를 폐쇄시키는 단계와; 상기 실내기를 최대 용량으로 운전하는 단계와; 상기 실내기측의 과열도를 기설정된 값으로 유지시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 냉매 역이송량의 증가는 과냉각 유니트의 과냉각 팽창밸브를 기설정된 시간간격으로 개도하여 수행되는 것이 바람직하다.

상기 실내기측 열교환량의 측정은 상기 실내기의 실내기 팽창밸브의 개도 값을 측정하여 수행되는 것이 바람직하다.

상기 제2과냉도 측정 단계는 상기 실내긱 팽창밸브의 개도 값의 변동폭이 기설된 범위 이내인 경우에 실외기의 과냉도를 측정하는 단계와; 상기 측정된 실외기의 과냉도를 공기조화기의 과냉도로 설정하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 실내기 팽창밸브의 개도 값은 평균 개도 값인 것을 특징으로 한다.

상기 측정된 과냉도가 상기 기설정된 값이 미만인 경우에는 상기 실외기 자체의 과냉도가 기설정된 값에 도달할 때까지 냉매를 추가하는 단계를 더 포함한다.

상기 과냉각 팽창밸브는 분당 15펄스의 간격으로 개도되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성에 의하여 실내기의 설치 위치나 거리에 따라 최적의 과냉도를 설정함으로써, 적정한 역이송 냉매량을 유지하여 공기조화 시스템의 에너지 손실을 줄일 수 있다.

또한, 공기조화기가 냉매배관에는 요구되는 최적 압력 상태의 냉매를 공급할 수 있어, 저압 냉매인 경우에 상기 실내기의 전자팽창밸브에서 발생되는 냉매의 재팽창의 발생을 차단하여 냉매팽창에 따른 소음이 발생하지 않는다

또한, 상기와 같은 냉매의 재팽창이 일어나지 않으므로, 냉매의 재팽창으로 인한 상기 실내기의 냉방효율의 감소를 방지할 수 있다.

이하에서는 발명에 따른 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법의 일실시예를 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법이 적용가능한 일실시예의 멀티형 공기조화기의 구성을 나타낸 것이다. 이하의 공조기는 본 발명에 따른 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법이 적용되는 일실시예인뿐이며, 다수의 실외기를 구비한 공기조화기에도 적용가능하면, 또한 단일의 실내기와 단일의 실내기를 구비한 가정용 공기조화기에도 적용가능하다.

상기 공기조화기는 복수의 실내유니트(100)와, 각 실내유니트(100)의 운전상태에 따라 적절히 냉매를 제공하는 실외유니트(200)를 구비하고 있다.

각 실내유니트(100)는, 실내공기와 열교환가능하게 배치되는 실내열교환기(110)와, 실내열교환기(110)의 유입측에 냉매가 감압팽창될 수 있도록 배치되는 실내 팽창밸브(120)를 각각 구비하고 있다.

실외유니트(200)는, 냉매를 압축하는 압축기(210)와, 압축기(210)의 일측에 냉매가 실외공기와 열교환가능하게 배치되는 실외열교환기(220)와, 액상냉매의 과냉도를 조절하기 위한 과냉각유니트(240)로 구성되어 있다.

압축기(210)의 흡입측에는 기체상태의 냉매를 흡입할 수 있도록 어큐뮬레이터(212)가 설치되어 있으며, 압축기(210)의 토출측에는 냉매의 유로를 절환할 수 있도록 유로절환밸브(211)가 구비되어 있다. 압축기(210)와 유로절환밸브(211) 사이에는 압축기(210)로부터 토출되는 압축된 냉매의 압력을 측정하기 위한 고압센서(213)가 구비되어 있다.

냉매의 유동방향을 따라 실외열교환기(220)의 일측에는 실외팽창밸브(230)가 설치되어 있으며, 실외팽창밸브(230)의 일측에는 체크밸브(232)를 구비한 우회유로(231)가 형성되어 있다.

과냉각유니트(240)는 과냉각 열교환기(243)를 구비하여 실외열교환기(220)에서 열교환된 냉매를 더욱 냉각되도록 하는 과냉각수단으로, 실외팽창밸브(230)의 출구측과 연결되어 실외기의 냉매관의 임의 위치에 형성된다.

상기 과냉각유니트(240)는 이중관으로 형성된다. 즉 상기 실외기의 냉매관은 내측에 구비되고, 외측에는 역이송유로(242)이 형성된다. 따라서 상기 과냉각유니트(240)의 출구로부터 역이송유로(242)가 분지되고, 이러한 역이송유로(242)에는 냉매를 팽창에 의해 냉각시키는 과냉각팽창밸브(243)가 설치된다.

이렇게 되면, 상기 과냉각유니트(240)로부터 배출되는 냉매의 일부가 상기 역이송유로(242)으로 유입되어 상기 과냉각팽창밸브(243)를 거치면서 냉각되고, 냉각된 냉매가 상기 과냉각유니트(240)를 역류하면서 내측의 냉매가 더욱 냉각되게 한다. 상기 과냉각유니트(240)를 빠져나온 역류냉매는 어큐뮬레이터(211)로 다시 공급되어 순환된다.

한편 상기 과냉각유니트(240)의 출구에는 실외기(100)로부터 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 액관온도센서(244)가 설치되고, 상기 과냉각팽창밸브(243)의 출구에는 제1온도센서(미도시)가 구비되어 과냉각유니트(240)로 유입되는 역이송냉매의 온도를 측정하며, 상기 과냉각유니트(240)로부터 배출되는 역이송냉매가 흐르는 역이송유로(242)에는 제2온도센서(미도시)가 구비된다.

따라서 실외열교환기(220)를 통과한 냉매는 중앙부를 통해 흐르고 외부에는 팽창밸브(도시되지 않음)에 의해 팽창된 저온의 냉매가 반대 방향으로 흐르도록 구성되어 냉매의 온도가 더 낮아지도록 한다.

상기 과냉각유니트(240)의 일측 즉, 실외열교환기(220)로부터 토출된 냉매가 실내기(200)로 안내되는 상기 실외기 냉매관의 일측에는 드라이어(미도시)가 설치되어 상기 실외기 냉매관을 흐르는 냉매속에 함유된 수분을 제거한다.

이러한 구성에 의하여, 운전되는 실내유니트(100)의 부하량에 따라 실외유니트(200)는 압축용량을 가변할 수 있고, 또한, 다수의 실외기가 구비된 공기조화기의 경우에는 선택적으로 실외기를 구동할 수 있다. 운전되는 실외유니트(200)의 각 유로절환밸브(211)는 실내유니트(100)의 운전모드에 따라 냉매의 유로를 절환하게 된다.

실내유니트(100)가 냉방 운전되는 경우 운전되는 실외유니트(200)의 유로절환밸브(211)는 압축기(210)에서 토출된 냉매가 실외열교환기(220)를 경유하도록 유로를 절환하고, 실외열교환기(220)를 경유한 냉매는 운전되는 실내유니트(100)의 실내 팽창밸브(120)를 거치면서 감압팽창된 후 실내열교환기(110)에서 실내공기와 열교환되면서 냉방작용을 수행하게 된다. 냉방작용을 수행한 냉매는 운전되는 실외유니트(200)의 유로절환밸브(211) 및 어큐뮬레이터(212)를 경유하여 압축기(210)로 흡입되고, 압축 및 토출되는 과정을 반복하게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법의 흐름도를 나타낸 것이다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 과냉도 설정방법은 실외기 자체의 과냉도를 측정하는 과냉도 측정 단계(S10)와; 상기 측정된 과냉도가 기설정된 값 이상이면(S21), 실외기측의 냉매 역이송량을 증가시켜 실내기측의 열교환량을 측정하는 단계(S20)와; 상기 측정된 열교환량이 기설정된 값에 이르면 실외기측의 과냉도를 측정하여 실외기의 과냉도로 설정하는 과냉도 설정단계(S30);를 포함한다.

상기 과냉도 측정 단계(S10)는, 과냉각 유니트의 과냉 선형팽창밸브를 폐쇄시키는 단계(S11)와; 상기 실내기를 최대 용량으로 운전하는 단계(S12)와; 상기 실내기측의 과열도를 기설정된 값으로 유지시키는 단계(S13)를 포함한다.

즉, 상기 과냉각 팽창밸브(243)를 완전히 닫은 후에, 상기 다수의 실내기(100)의 전부를 냉방운전시킨다. 이와 아울러, 실내기(100)의 과열도를 2℃로 유지시킨 채, 상기 실외열교환기(220) 자체의 과냉도를 측정한다.(S14)

여기서, 상기 실내기의 과열도는 상기 실내열교환기(110) 전후에 설치된 온도센서(미도시)를 이용하여 상기 실내열교환기(110)로 유입되는 냉매온도(Tii)와 토출되는 냉매온도(Tio)의 차로서 구할 수 있다. 즉, Tii - Tio = 과열도이다.

상기 열교환량 측정단계(S20)는 상기 과냉각 유니트(240)의 과냉각 팽창밸브(243)를 기설정된 시간간격으로 개도하면서(S22), 상기 다수 실내기(100)의 실내기 팽창밸브(120)의 개도 값을 측정한다.

상기 측정된 실외기 자체의 과냉도가 상기 기설정된 값이 미만인 경우에는 상기 실외기 자체의 과냉도가 기설정된 값에 도달할 때까지 냉매를 추가한다 .(S21,S24)

상기 과냉각 팽창밸브(243)는 분당 15펄스의 간격으로 개도되는 것이 바람직하다.

상기 과냉도 설정 단계(S30)에서는 상기 실내 팽창밸브의 개도 값의 변동폭이 기설된 범위 이내가 되도록 상기 냉매 역이송량을 조절하여(S31), 기설정된 범위에서 유가 되는 경우에 실외기의 과냉도를 측정하고(S32), 상기 측정된 실외기의 과냉도를 공기조화기의 과냉도로 설정한다.(S33)

상기 실내기 팽창밸브(120)의 개도 값은 평균 개도값인 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 최적 과냉도 설정시의 실외기 자체의 과냉도, 과냉각 팽창밸브의 개도 및 실내기 팽창밸브의 평균 개도 간의 관계도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 실외기 자체의 과냉도를 확보하여, 상기 실외기 자체의 과냉도가 수렴하는 영역에서 상기 과냉각 팽창밸브(243)의 개도를 제어하게 되면, 이에 상응하여 실내기의 개도가 제어되는 것을 알 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명의 사상과 범위는 상기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안되고, 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해지는 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형들이 가능하다는 것은 당업자에 자명할 것이다.

도 1은 종래의 공기조화기에서의 과냉각에 따른 압력과 엔탈피의 관계를 도시한 그래프이다.

도 2는 종래의 공기조화기에 설정되는 과냉각도는 배관의 길이나 높이에 무관하게 최대 과냉각도로 설정된 과냉각도와 배관의 길이/고저의 관계도이다.

도 3은 도 3은 본 발명에 따른 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법이 적용가능한 일실시예의 멀티형 공기조화기의 구성을 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 최적 과냉도 설정시의 실외기 자체의 과냉도, 과냉 선형팽창밸브의 개도 및 실내 선형팽창밸브의 평균 개도 간의 관계도이다.

Claims

실외기 자체의 과냉도를 측정하는 과냉도 측정 단계와;

상기 측정된 과냉도가 기설정된 값 이상이면, 실외기측의 냉매 역이송량을 증가시켜 실내기측의 열교환량을 측정하는 단계와;

상기 측정된 열교환량이 기설정된 값에 이르면 실외기측의 과냉도를 측정하여 실외기의 과냉도로 설정하는 과냉도 설정단계;를 포함하는 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법.
제1항에 있어서, 상기 과냉도 측정 단계는,

과냉각 유니트의 과냉각팽창밸브를 폐쇄시키는 단계와;

상기 실내기를 최대 용량으로 운전하는 단계와;

상기 실내기측의 과열도를 기설정된 값으로 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법.
제1항에 있어서, 상기 열교환량 측정단계는

과냉각 유니트의 과냉각 팽창밸브를 기설정된 시간간격으로 개도하는 단계와;

상기 실내기의 실내기 팽창밸브의 개도 값을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법.
제3항에 있어서, 상기 과냉도 설정 단계는

상기 실내기 팽창밸브의 개도 값의 변동폭이 기설된 범위 이내인 경우에 실외기의 과냉도를 측정하는 단계와;

상기 측정된 실외기의 과냉도를 공기조화기의 과냉도로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 실내기 팽창밸브의 개도 값은 평균 개도값인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법.
제1항에 있어서,

상기 측정된 과냉도가 상기 기설정된 값이 미만인 경우에는 상기 실외기 자체의 과냉도가 기설정된 값에 도달할 때까지 냉매를 추가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법.
제3항에 있어서,

상기 과냉 팽창밸브는 분당 15펄스의 간격으로 개도되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법.
제1항에 있어서,

상기 실외기는 적어도 하나의 실내기와 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 최적 과냉도 설정방법.