KR20100063173A - Air conditioner and control method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An air conditioner and a control method are provided to inject the optimum amount of refrigerant with a sensor for detecting superheating degree and supercooling degree. CONSTITUTION: An air conditioner comprises: a compressor(10); a first heat exchanger(30) which heat-exchanges and condenses refrigerant which is discharged from the compressor; a first valve which branches off the refrigerant from the first heat exchanger and depressurizes and expands the refrigerant; a second heat exchanger(70) which heat-exchanges the expended refrigerant with condensed refrigerant and sprays the heat-exchanged refrigerant to the compressor; and a controller which detects the superheating degree of the sprayed refrigerant and controls the amount of refrigerant by controlling the opening ratio of the first valve according to the superheating degree of the refrigerant.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{Air conditioner and control method thereof}Air conditioner and control method

본 발명은 증기 분사(Vapor Injection) 압축 시스템을 구비한 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉난방 시 분사되는 냉매의 양을 최적으로 조절할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an air conditioner having a vapor injection compression system and a control method thereof, and more particularly, to an air conditioner capable of optimally controlling the amount of refrigerant injected during heating and cooling, and a control method thereof. It is about.

일반적으로, 열은 고온 측에서 저온 측으로는 자연히 이동하지만 저온 측에서 고온 측으로 열을 이동시키려면 외부에서 어떤 작용을 가하여야 한다. 이것이 히트펌프의 원리이다. 히트펌프 공기조화기는 냉매의 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 냉동사이클로 순환되는 열에 대한 운반 메커니즘(mechanism)을 가역적으로 사용하여 냉방 또는 난방 운전을 수행하며, 냉매의 압축을 위해 통상 압축기를 구비하고 있다.Generally, heat naturally moves from the high temperature side to the low temperature side, but in order to move the heat from the low temperature side to the high temperature side, some action must be applied from the outside. This is the principle of the heat pump. Heat pump air conditioners perform cooling or heating operations by reversibly using a transport mechanism for heat circulated to a refrigeration cycle consisting of compression, condensation, expansion, and evaporation of refrigerant, and usually includes a compressor for compressing refrigerant. have.

최근에는, 이러한 히트펌프 공기조화기의 냉방 또는 난방 능력을 향상시키기 위하여 압축기(구체적으로, 압축실)에 기체상태의 냉매를 분사하는 증기 분사(Vapor Injection) 압축 시스템을 도입하고 있다. 증기 분사 압축 시스템은 실내열교환기와 실외열교환기 사이의 배관을 분기하여 압축기에 마련된 분사포트에 연결하고, 이 분기된 배관에는 냉매를 팽창하기 위한 분사용 팽창밸브와, 팽창된 냉 매를 열교환하기 위한 과냉각 열교환기(이하, 과냉각기라 한다)를 설치하여 분기된 냉매를 감압 팽창한 후, 열교환하여 과열된 기체상태의 냉매가 압축기의 분사포트에 분사되도록 한다. 이에 따라 압축기에 흡입되는 냉매의 밀도와 압축실의 체적에 의해 제한되는 냉매 흡입량의 한계를 극복하여 압축기의 압축 능력을 향상시킴으로서 순환되는 냉매의 양을 증가시켜 냉방 또는 난방 운전의 성능을 향상시키게 된다.Recently, in order to improve the cooling or heating capability of such a heat pump air conditioner, a Vapor Injection compression system for injecting a gaseous refrigerant into a compressor (specifically, a compression chamber) has been introduced. The steam injection compression system branches the pipe between the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger and connects it to the injection port provided in the compressor. The branched pipe includes an injection expansion valve for expanding the refrigerant and a heat exchanger for the expanded refrigerant. The supercooled heat exchanger (hereinafter referred to as a supercooler) is installed to expand the branched refrigerant under reduced pressure, and then exchange the heat so that the superheated gaseous refrigerant is injected into the injection port of the compressor. Accordingly, by overcoming the limitation of the refrigerant suction amount limited by the density of the refrigerant sucked into the compressor and the volume of the compression chamber, the compression capacity of the compressor is improved, thereby increasing the amount of refrigerant circulated to improve the performance of cooling or heating operation. .

그러나, 이러한 증기 분사 압축 시스템의 경우 난방 운전 시 분사되는 냉매의 과열도가 높을 경우 압축기의 과열 및 시스템의 효율 저하를 초래하고, 과열도가 낮을 경우 압축기로 액 냉매가 유입되어 압축기에 무리가 갈 수 있다. 또한 냉방 운전 시 냉매의 과냉도가 높을 경우 장배관 내에서 압력손실이 발생하고 이에 따라 냉매 순환량이 감소하여 냉방 성능이 저하된다.However, in the case of such a steam injection compression system, when the superheat degree of the refrigerant injected during the heating operation is high, the compressor overheats and the efficiency of the system decreases. When the superheat degree is low, the liquid refrigerant flows into the compressor, which leads to excessive pressure on the compressor. Can be. In addition, if the coolant has a high degree of subcooling in the cooling operation, a pressure loss occurs in the long pipe, and thus, the amount of refrigerant circulating decreases, thereby decreasing the cooling performance.

본 발명은 증기 분사 압축 시스템을 구비하는 공기조화기에서 과열도 및 과냉도 검출을 위한 센서를 구비하여 냉방 또는 난방 운전 시 분사되는 냉매의 양을 최적으로 조절할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 제시하고자 한다.The present invention provides an air conditioner having a sensor for detecting the superheat degree and the supercooling degree in an air conditioner having a steam injection compression system, which can optimally adjust the amount of refrigerant injected during cooling or heating operation, and a control method thereof. I would like to present.

이를 위해 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기는 압축기; 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 열교환하여 응축하는 제1열교환기; 상기 제1열교환기에서 냉매를 분기하여 감압 팽창하는 제1밸브; 상기 팽창된 냉매를 상기 응축된 냉매와 열교환하여 상기 압축기에 분사하는 제2열교환기; 상기 분사되는 냉매의 과열도를 검출하고, 상기 검출된 냉매의 과열도에 따라 상기 제1밸브의 개도를 조절하여 상기 분사되는 냉매의 양을 제어하는 제어부를 포함한다.Air conditioner according to an embodiment of the present invention for this purpose; A first heat exchanger configured to condense heat by condensing the refrigerant discharged from the compressor; A first valve branching the refrigerant in the first heat exchanger and expanding under reduced pressure; A second heat exchanger that heat-exchanges the expanded refrigerant with the condensed refrigerant and injects the compressor; And a controller configured to detect the superheat degree of the injected refrigerant and control the amount of the injected refrigerant by adjusting the opening degree of the first valve according to the detected superheat degree of the refrigerant.

상기 제1열교환기는 상기 압축기와 배관으로 연결되어 상기 토출되는 냉매를 공기와 열교환하는 실내 및 실외열교환기를 포함한다.The first heat exchanger includes an indoor and outdoor heat exchanger connected to the compressor and a pipe to heat the discharged refrigerant with air.

상기 제1밸브는 상기 실내 및 실외열교환기 사이에서 분기된 배관에 설치되어 상기 분기된 냉매를 감압 팽창 후 상기 제2열교환기에 전달하는 것을 특징으로 한다.The first valve may be installed in a pipe branched between the indoor and outdoor heat exchangers to deliver the branched refrigerant to the second heat exchanger after decompression expansion.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기는 상기 제2열교환기의 입구 및 출구온도를 감지하는 감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2열교환기의 출구온도에서 상기 제2열교환기의 입구온도를 뺀 값으로 상기 냉매의 과열도를 검출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the air conditioner according to an embodiment of the present invention further includes a sensing unit for detecting the inlet and outlet temperature of the second heat exchanger, the control unit is the inlet of the second heat exchanger at the outlet temperature of the second heat exchanger. The superheat degree of the refrigerant is detected by subtracting the temperature.

상기 제2열교환기는 이중관 열교환기인 것을 특징으로 한다.The second heat exchanger is characterized in that the double tube heat exchanger.

상기 제어부는 상기 검출된 냉매의 과열도를 미리 정해진 제1 및 제2과열도와 비교하여 상기 냉매의 과열도가 상기 제1 및 제2과열도 사이의 값을 유지하도록 상기 제1밸브의 개도를 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 한다.The controller increases the opening degree of the first valve by comparing the detected superheat degree of the refrigerant with a first and second superheat degrees predetermined to maintain the value between the first and second superheat degrees. Or reducing.

그리고, 본 발명의 다른 실시예에 의한 공기조화기는 압축기; 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 열교환하여 응축하는 제1열교환기; 상기 제1열교환기에서 냉매를 분기하여 감압 팽창하는 제1밸브; 상기 팽창된 냉매를 상기 응축된 냉매와 열교환하여 상기 압축기에 분사하는 제2열교환기; 상기 제1열교환기 출구의 과냉도를 검출하고, 상기 검출된 과냉도에 따라 상기 제1밸브의 개도를 조절하여 상기 분사되는 냉매의 양을 제어하는 제어부를 포함한다.In addition, the air conditioner according to another embodiment of the present invention is a compressor; A first heat exchanger configured to condense heat by condensing the refrigerant discharged from the compressor; A first valve branching the refrigerant in the first heat exchanger and expanding under reduced pressure; A second heat exchanger that heat-exchanges the expanded refrigerant with the condensed refrigerant and injects the compressor; And a controller configured to detect an overcooling degree at the outlet of the first heat exchanger and to control the amount of the injected refrigerant by adjusting the opening degree of the first valve according to the detected subcooling degree.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 공기조화기는 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 압력을 감지하는 압력센서와, 상기 제1열교환기의 출구온도를 감지하는 제3온도센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 냉매 압력에 대응하는 고압의 포화온도를 환산하여 상기 환산된 고압의 포화온도에서 상기 제1열교환기의 출구온도를 뺀 값으로 상기 과냉도를 검출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the air conditioner according to another embodiment of the present invention further includes a pressure sensor for detecting the pressure of the refrigerant discharged from the compressor, and a third temperature sensor for detecting the outlet temperature of the first heat exchanger, the control unit The subcooling degree is detected by subtracting the outlet temperature of the first heat exchanger from the converted saturation temperature of the high pressure corresponding to the high pressure saturation temperature corresponding to the refrigerant pressure.

상기 제3온도센서는 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기를 연결하는 배관에 설치되어 상기 열교환 후 과냉각된 냉매의 온도를 감지하는 것을 특징으로 한다.The third temperature sensor may be installed in a pipe connecting the first heat exchanger and the second heat exchanger to detect a temperature of the supercooled refrigerant after the heat exchange.

상기 제어부는 상기 검출된 과냉도를 목표 과냉도와 비교하여 그 비교결과에 따라 상기 제1밸브의 개도를 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 한다.The control unit may compare the detected subcooling degree with a target subcooling degree and increase or decrease the opening degree of the first valve according to the comparison result.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 공기조화기는 상기 분사되는 냉매를 바이패스하는 제2밸브를 더 포함하고, 상기 제2밸브는 상기 제2열교환기와 상기 압축기의 분사포트 사이에서 분기된 배관에 설치되어 상기 분사되는 냉매를 상기 압축기의 흡입구에 전달하는 것을 특징으로 한다.In addition, the air conditioner according to another embodiment of the present invention further comprises a second valve for bypassing the injected refrigerant, the second valve is connected to the pipe branched between the injection port of the second heat exchanger and the compressor It is installed is characterized in that for delivering the injected refrigerant to the inlet of the compressor.

그리고, 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기의 제어방법은 압축기에서 토출되는 냉매를 제1열교환기를 통해 열교환하여 응축하고; 상기 응축된 냉매의 일부를 제1밸브를 통해 감압 팽창하고; 상기 팽창된 냉매를 제2열교환기를 통해 열교환하여 상기 압축기에 분사하고; 상기 분사되는 냉매의 과열도를 검출하고; 상기 검출된 냉매의 과열도에 따라 상기 제1밸브의 개도를 조절하여 상기 분사되는 냉매의 양을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control method of the air conditioner according to an embodiment of the present invention heat-condenses the refrigerant discharged from the compressor through a first heat exchanger; Decompressing and expanding a portion of the condensed refrigerant through a first valve; Heat-exchanging the expanded refrigerant through a second heat exchanger and spraying the compressor; Detecting a superheat degree of the injected refrigerant; The amount of the injected refrigerant is controlled by adjusting the opening degree of the first valve according to the detected degree of superheat of the refrigerant.

상기 냉매의 과열도를 검출하는 것은, 상기 제2열교환기의 입구측에 설치되어 상기 팽창된 냉매의 온도를 감지하고, 상기 제2열교환기의 출구측에 설치되어 상기 열교환 후 과열된 냉매의 온도를 감지하고, 상기 제2열교환기의 출구온도에서 상기 제2열교환기의 입구온도를 뺀 값으로 상기 냉매의 과열도를 검출하는 것을 특징으로 한다.Detecting the degree of superheat of the refrigerant, the temperature of the refrigerant is installed on the inlet side of the second heat exchanger to detect the temperature of the expanded refrigerant, and installed on the outlet side of the second heat exchanger after the heat exchange And detecting the superheat degree of the refrigerant by a value obtained by subtracting the inlet temperature of the second heat exchanger from the outlet temperature of the second heat exchanger.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 공기조화기의 제어방법은 압축기에서 토출되는 냉매를 제1열교환기를 통해 열교환하여 응축하고; 상기 응축된 냉매의 일부를 제1밸브를 통해 감압 팽창하고; 상기 팽창된 냉매를 제2열교환기를 통해 열교환하여 상기 압축기에 분사하고; 상기 제1열교환기 출구의 과냉도를 검출하고; 상기 검출된 과냉도에 따라 상기 제1밸브의 개도를 조절하여 상기 분사되는 냉매의 양을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control method of the air conditioner according to another embodiment of the present invention heat-condenses the refrigerant discharged from the compressor through a first heat exchanger; Decompressing and expanding a portion of the condensed refrigerant through a first valve; Heat-exchanging the expanded refrigerant through a second heat exchanger and spraying the compressor; Detecting the subcooling at the outlet of the first heat exchanger; The amount of refrigerant injected is controlled by adjusting the opening degree of the first valve according to the detected subcooling degree.

상기 과냉도를 검출하는 것은, 상기 압축기의 토출측에 설치되어 고압측 냉매 압력을 감지하고, 상기 제1열교환기의 출구측에 설치되어 상기 열교환 후 과냉각된 냉매의 온도를 감지하고, 상기 감지된 냉매 압력에 대응하는 고압의 포화온도를 환산하여 상기 환산된 고압의 포화온도에서 상기 제1열교환기의 출구온도를 뺀 값으로 상기 과냉도를 검출하는 것을 특징으로 한다.Detecting the supercooling degree is installed on the discharge side of the compressor to detect the high pressure side refrigerant pressure, installed on the outlet side of the first heat exchanger to sense the temperature of the supercooled refrigerant after the heat exchange, the detected refrigerant The subcooling degree may be detected by subtracting the outlet temperature of the first heat exchanger from the converted saturation temperature of the high pressure corresponding to the pressure.

상기 분사되는 냉매의 양을 제어하는 것은, 상기 검출된 과냉도를 목표 과냉도와 비교하여 상기 검출된 과냉도가 상기 목표 과냉도를 유지하도록 상기 제1밸브의 개도를 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 한다.The controlling the amount of the injected refrigerant is characterized in that the opening degree of the first valve is increased or decreased by comparing the detected subcooling degree with a target subcooling so that the detected subcooling maintains the target subcooling degree. .

이러한 본 발명의 실시예에 의하면 증기 분사 압축 시스템을 구비하는 공기조화기에서 과열도 및 과냉도 검출을 위한 센서를 구비하여 냉방 운전 시는 응축기 출구측의 과냉도를 제어하고, 난방 운전 시는 분사되는 냉매의 과열도를 제어하여 냉난방 운전 시 최적의 냉매량이 분사되도록 함으로서 어떠한 냉난방 운전 조건에서도 시스템의 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.According to this embodiment of the present invention in the air conditioner having a steam injection compression system is provided with a sensor for detecting the superheat degree and subcooling degree to control the subcooling of the condenser outlet side during the cooling operation, the injection during the heating operation By controlling the superheat degree of the refrigerant to be injected to ensure the optimum amount of refrigerant during the heating and cooling operation to ensure the reliability of the system in any cooling and heating operating conditions.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 증기 분사 압축 시스템을 구비한 공기조화기의 구성도이다.1 is a block diagram of an air conditioner having a steam injection compression system according to an embodiment of the present invention.

도 1에서, 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기는 압축기(10), 사방밸 브(20), 실내열교환기(30), 실내 팽창밸브(40), 실외 팽창밸브(50), 체크밸브(60) 및 실외열교환기(70)를 포함하는 기본적인 구성에 분사용 팽창밸브(80)와 과냉각기(90), 분사용 바이패스밸브(100)를 더 포함하는 증기 분사 압축 시스템을 구비한다.In Figure 1, the air conditioner according to an embodiment of the present invention compressor (10), four-way valve (20), indoor heat exchanger (30), indoor expansion valve (40), outdoor expansion valve (50), check valve ( 60) and a steam injection compression system further including an expansion valve for injection 80, a subcooler 90, and a bypass valve 100 for injection in a basic configuration including an outdoor heat exchanger (70).

압축기(10)는 2개의 흡입구(11,13)와 1개의 토출구(12)를 가지며, 2개의 흡입구(11,13)는 저압의 압축실과 연결되는 저압 흡입구(11;이하, 흡입구라 한다)와, 중압의 압축실과 연결되는 중압 흡입구(13;이하, 분사포트라 한다)로 구성된다. 따라서 압축기(10)는 흡입구(11)로 흡입되는 저온저압(低溫低壓) 기체상태의 냉매(冷媒)를 압축하여 고온고압(高溫高壓) 기체상태로 토출구(12)를 통해 토출하고, 이러한 압축과정에서 흡입구(11)로 흡입되는 냉매의 밀도와 압축실의 체적에 의해 제한되는 냉매 흡입량의 한계를 극복하기 위하여 분사포트(13)로 기체상태의 냉매를 분사한다.The compressor 10 has two suction ports 11 and 13 and one discharge port 12, and the two suction ports 11 and 13 are connected to a low pressure suction port 11 (hereinafter referred to as a suction port) connected to a low pressure compression chamber. It is composed of a medium pressure suction port 13 (hereinafter referred to as injection port) connected to the compression chamber of the medium pressure. Therefore, the compressor 10 compresses the refrigerant in the low temperature low pressure gas state sucked into the inlet 11 and discharges it through the discharge port 12 in the high temperature high pressure gas state. In order to overcome the limitation of the refrigerant suction amount limited by the density of the refrigerant sucked into the inlet 11 and the volume of the compression chamber in the gas inlet to the injection port (13).

사방밸브(20)는 압축기(10)의 흡입구(11)와 토출구(12)를 통해 실내열교환기(30)와 실외열교환기(70)로 각각 연결시키는 두 개의 독립된 통로(21,23)를 가지며 사용자의 선택에 따른 냉방 운전과 난방 운전의 모드에 따라 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환 조작된다.The four-way valve 20 has two independent passages 21 and 23 which connect the indoor heat exchanger 30 and the outdoor heat exchanger 70 through the inlet 11 and the outlet 12 of the compressor 10, respectively. Switching operation to change the flow of the refrigerant in accordance with the mode of cooling operation and heating operation according to the user's selection.

실내열교환기(30)는 실내측에 설치되며 냉방 운전모드에서는 저온저압 액체상태의 냉매를 기체상태로 증발시키는 증발기(evaporator) 역할을 하고, 난방운전 모드에서는 고온고압 기체상태의 냉매를 상온(常溫)고압 액체상태로 응축시키는 응축기(condenser)의 역할을 하여 냉매의 엔탈피(enthalpy) 변화에 대응하여 주변 공 기와 열교환하는 작용을 하게 된다.The indoor heat exchanger 30 is installed at the indoor side and serves as an evaporator for evaporating low-temperature low-pressure liquid refrigerant in a gaseous state in the cooling operation mode. It acts as a condenser to condense to a high pressure liquid state, and acts as a heat exchanger with surrounding air in response to enthalpy changes of the refrigerant.

실내 팽창밸브(40)는 실내측에 설치되며 냉방 운전 시 실외열교환기(70)에서 응축되어 오는 상온고압 액체상태의 냉매를 저온저압으로서 액체성분과 기체성분이 혼합된 2상 냉매로 팽창시켜 감압하는 전자팽창밸브(EEV: Electronic Expansion Valve)로, 난방 운전 시에는 최대로 개방되어 압력 손실이 발생하지 않도록 한다.The indoor expansion valve 40 is installed at the indoor side and decompresses the refrigerant in the room temperature and high pressure liquid state condensed by the outdoor heat exchanger 70 during the cooling operation as a low temperature low pressure to a two phase refrigerant mixed with a liquid component and a gas component. Electronic Expansion Valve (EEV), which is fully opened during heating operation to prevent pressure loss.

실외 팽창밸브(50)는 실외측에 설치되며 난방 운전 시 실내열교환기(30)에서 응축되어 오는 상온고압 액체상태의 냉매를 저온저압으로서 액체성분과 기체성분이 혼합된 2상 냉매로 팽창시켜 감압하는 전자팽창밸브로, 냉방 운전 시에는 폐쇄되고 난방 운전 시에는 개방된다.The outdoor expansion valve 50 is installed at the outdoor side and decompresses the refrigerant in the room temperature and high pressure liquid state condensed by the indoor heat exchanger 30 as a low temperature low pressure to a two phase refrigerant mixed with a liquid component and a gas component. It is an electronic expansion valve that is closed during cooling operation and opens during heating operation.

체크밸브(60)는 실외 팽창밸브(50)에 병렬로 연결되어 냉매를 일 방향으로만 흐르게 하는 역지밸브로, 냉방 운전 시 실외열교환기(70)에서 응축되어 오는 액상 냉매의 흐름은 통과시키고, 난방 운전 시 실내열교환기(30)에서 응축되어 오는 액상 냉매의 흐름은 통과시키지 않는다. 따라서, 냉방 운전 시 실외열교환기(70)를 통과한 냉매는 체크밸브(60)를 통과하여 실내열교환기(30)로 흐르고, 난방 운전 시 실내열교환기(30)를 통과한 냉매는 실외 팽창밸브(50)를 통과하여 실외열교환기(70)로 흐르게 된다.The check valve 60 is a check valve connected to the outdoor expansion valve 50 in parallel to allow the refrigerant to flow in only one direction, and allows the flow of the liquid refrigerant condensed in the outdoor heat exchanger 70 during the cooling operation to pass therethrough. During the heating operation, the flow of the liquid refrigerant condensed in the indoor heat exchanger 30 is not passed. Therefore, the refrigerant passing through the outdoor heat exchanger 70 passes through the check valve 60 to the indoor heat exchanger 30 during the cooling operation, and the refrigerant passing through the indoor heat exchanger 30 during the heating operation passes through the outdoor expansion valve. It passes through 50 to the outdoor heat exchanger (70).

실외열교환기(70)는 실외측에 설치되며 실내열교환기(30)와는 반대로 냉방운전 시는 응축기로서 난방운전 시는 증발기로서 주변 공기와의 열교환작용을 하게 된다.The outdoor heat exchanger 70 is installed at the outdoor side and, as opposed to the indoor heat exchanger 30, performs heat exchange with the ambient air as a condenser during the cooling operation and an evaporator during the heating operation.

분사용 팽창밸브(80)는 실내열교환기(30)와 실외열교환기(70) 사이의 주배 관(111)에서 분기된 배관(112)에 설치되어 실내열교환기(30)와 실외열교환기(70)의 어느 일측에서 이송되어 오는 액상 냉매의 일부를 분기하여 감압 팽창한 후 분사를 위해 과냉각기(90)로 전달하는 전자팽창밸브이다.The expansion valve for injection 80 is installed in the pipe 112 branched from the main pipe 111 between the indoor heat exchanger 30 and the outdoor heat exchanger 70, and thus the indoor heat exchanger 30 and the outdoor heat exchanger 70. Branches of a portion of the liquid refrigerant that is conveyed from any one side of) is expanded and reduced in pressure, an electromagnetic expansion valve for delivery to the subcooler 90 for injection.

과냉각기(90)는 분사용 팽창밸브(80)가 설치된 분기배관(112)과 주배관(111)에 연결되어 실외열교환기(70)와 실내열교환기(30)의 어느 일측에서 이송되어 오는 액상 냉매와 분사용 팽창밸브(80)에서 팽창된 냉매를 열교환한 후, 과열된 기체상태의 냉매를 분사용 출구배관(113)을 통해 압축기(10)의 분사포트(13) 또는 흡입구(11)에 전달하는 이중관 열교환기이다.The supercooler 90 is connected to the branch pipe 112 and the main pipe 111 in which the expansion valve for injection 80 is installed, and is a liquid refrigerant that is transferred from one side of the outdoor heat exchanger 70 and the indoor heat exchanger 30. After exchanging the refrigerant expanded in the injection expansion valve 80 for injection, the superheated refrigerant in the gas state is delivered to the injection port 13 or the suction port 11 of the compressor 10 through the injection outlet pipe 113. It is a double tube heat exchanger.

분사용 바이패스밸브(100)는 분사용 출구배관(113)에서 분기된 바이패스배관(114)에 설치되어 과냉각기(90)에서 나온 분사 냉매를 압축기(10)의 흡입구(11)로 바이패스시킨다. 따라서 분사용 바이패스밸브(100)가 닫힌 경우에는 과냉각기(90)에서 나온 분사 냉매가 압축기(10)의 분사포트(13)로 유입되고, 분사용 바이패스밸브(100)가 열린 경우에는 분사포트(13)의 압력이 통상 흡입구(11)의 압력보다 높으므로 과냉각기(90)에서 나온 분사 냉매가 압축기(10)의 분사포트(13)로 유입되지 않고 압축기(10)의 흡입구(11)로 모두 바이패스된다.The injection bypass valve 100 is installed in the bypass pipe 114 branched from the injection outlet pipe 113 to bypass the injection refrigerant from the supercooler 90 to the inlet 11 of the compressor 10. Let's do it. Therefore, when the injection bypass valve 100 is closed, the injection refrigerant from the subcooler 90 flows into the injection port 13 of the compressor 10, and when the injection bypass valve 100 is opened, the injection refrigerant is injected. Since the pressure of the port 13 is higher than the pressure of the intake port 11, the injection refrigerant from the subcooler 90 does not flow into the injection port 13 of the compressor 10, and the intake port 11 of the compressor 10 does not flow. All are bypassed.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기는 실내측과 실외측의 열교환 능력을 높이기 위해 실내열교환기(30)에는 실내 팬(31)을 구비하고, 실외열교환기(70)에는 실외 팬(71)을 구비한다. 실내 팬(31)은 실내열교환기(30)에 흐르는 냉매와 공기 사이의 열교환 작용을 촉진시키는 동시에 실내에 필요한 냉풍 또는 온풍을 발생시키고, 실외 팬(71)은 실외열교환기(70)에 흐르는 냉매와 공기 사이의 열 교환 작용을 촉진시키는 촉매역할을 담당한다.In addition, the air conditioner according to the embodiment of the present invention is provided with an indoor fan 31 in the indoor heat exchanger 30, and an outdoor fan 71 in the outdoor heat exchanger 70 in order to increase heat exchange capacity between the indoor side and the outdoor side. ). The indoor fan 31 promotes heat exchange between the refrigerant flowing in the indoor heat exchanger 30 and the air, and generates cold or warm air required for the indoor space, and the outdoor fan 71 coolant flowing in the outdoor heat exchanger 70. It acts as a catalyst to promote heat exchange between air and air.

또한, 압축기(10)의 토출구(12) 측에는 압축기(10)에서 토출되는 냉매의 고압측 압력을 감지하는 압력센서(120)가 설치되고, 과냉각기(90)의 입구(91) 측에는 분사용 팽창밸브(80)에서 팽창되어 과냉각기(90)로 유입되는 냉매의 온도를 감지하는 제1온도센서(121)가 설치되고, 과냉각기(90)의 출구(92) 측에는 과냉각기(90)에서 열교환 후 과냉각기(90)에서 나가는 분사 냉매의 온도를 감지하는 제2온도센서(122)가 설치되고, 과냉각기(90)와 실내열교환기(30) 사이의 주배관(111) 측에는 냉방 운전 시 실외열교환기(70)에서 과냉각기(90)를 통과하여 실내열교환기(30)로 나가는 냉매의 온도를 감지하는 제3온도센서(123)가 설치된다. 제3온도센서(123)는 분사에 의한 과냉도를 평가하기 위한 과냉도 감지용 온도센서이다.In addition, a pressure sensor 120 for detecting a high pressure side pressure of the refrigerant discharged from the compressor 10 is installed on the discharge port 12 side of the compressor 10, and an expansion for injection is provided on the inlet 91 side of the supercooler 90. A first temperature sensor 121 is installed to detect the temperature of the refrigerant that is expanded from the valve 80 and flows into the subcooler 90, and the heat exchanger is provided at the outlet 92 of the subcooler 90. After the second temperature sensor 122 for detecting the temperature of the injection refrigerant exiting the supercooler 90 is installed, the outdoor heat exchange during the cooling operation on the main pipe 111 side between the supercooler 90 and the indoor heat exchanger (30) The third temperature sensor 123 is installed to detect the temperature of the refrigerant passing through the subcooler 90 from the gas 70 to the indoor heat exchanger 30. The third temperature sensor 123 is a temperature sensor for detecting subcooling to evaluate the degree of subcooling caused by the injection.

이러한 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기에서 냉방 운전과 난방 운전모드는 사용자의 선택에 따른 사방밸브(20)의 절환으로 냉매 흐름이 바뀐다.In the air conditioner according to the embodiment of the present invention, the cooling operation and the heating operation mode, the refrigerant flow is changed by the switching of the four-way valve 20 according to the user's selection.

도 2는 도 1에서 난방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이고, 도 3은 도 1에서 냉방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a refrigerant flow during heating operation in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram illustrating a refrigerant flow during cooling operation in FIG. 1.

도 2에서, 냉매는 압축기(10)→ 사방밸브(20)→ 실내열교환기(30)→ 실내 팽창밸브(40)→ 과냉각기(90)→ 실외 팽창밸브(50)→ 실외열교환기(70)→ 사방밸브(20)→ 압축기(10) 순으로 순환되는 난방 운전의 냉동사이클을 형성한다.In FIG. 2, the refrigerant is a compressor 10 → a four-way valve 20 → an indoor heat exchanger 30 → an indoor expansion valve 40 → a subcooler 90 → an outdoor expansion valve 50 → an outdoor heat exchanger 70. → forming a refrigeration cycle of heating operation circulated in the order of the four-way valve (20) → compressor (10).

도 3에서, 냉매는 압축기(10)→ 사방밸브(20)→ 실외열교환기(70)→ 체크밸브(60)→ 과냉각기(90)→ 실내 팽창밸브(40)→ 실내열교환기(30)→ 사방밸브(20)→ 압축기(10) 순으로 순환되는 냉방 운전의 냉동사이클을 형성한다.In FIG. 3, the refrigerant is a compressor 10 → a four-way valve 20 → an outdoor heat exchanger 70 → a check valve 60 → a supercooler 90 → an indoor expansion valve 40 → an indoor heat exchanger 30 → The refrigeration cycle of the cooling operation circulated in the four-way valve 20 → compressor 10 is formed.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 증기 분사 압축 시스템을 구비한 공기조화기의 제어 구성도이다.4 is a control block diagram of an air conditioner having a vapor injection compression system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4에서, 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기는 마이크로컴퓨터 및 그 주변회로를 구비하여 공기조화기의 각 구성요소들을 제어하기 위한 제어부(124)와, 사용자가 선택하는 운전모드(냉방 또는 난방 운전)를 입력하기 위한 입력부(125)를 더 포함한다.In FIG. 4, the air conditioner according to the embodiment of the present invention includes a control unit 124 for controlling each component of the air conditioner including a microcomputer and a peripheral circuit thereof, and an operation mode (cooling or heating) selected by a user. And an input unit 125 for inputting driving).

제어부(124)는 사용자가 냉방 또는 난방 운전모드를 선택하면, 선택된 운전모드에 따라 사방밸브(20)를 동작시켜 냉매의 흐름을 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 절환하고 냉방 또는 난방 운전에 따라 압력센서(120)와 제1 내지 제3온도센서(121,122,123)의 센서 값을 이용하여 분사되는 냉매의 양을 최적으로 조절하도록 분사용 팽창밸브(80)의 개도를 조절한다.When the user selects the cooling or heating operation mode, the control unit 124 operates the four-way valve 20 according to the selected operation mode to switch the flow of the refrigerant as shown in FIGS. 2 and 3 and to cool or heat the operation. By using the sensor values of the pressure sensor 120 and the first to third temperature sensors (121, 122, 123) to adjust the opening degree of the injection expansion valve (80) for optimally adjusting the amount of refrigerant injected.

보다 자세히 설명하면, 제어부(124)는 냉방 운전 시 압력센서(120)를 통해 감지된 압축기(10)의 토출 압력에 대응하는 포화온도를 환산하고, 환산된 고압의 포화온도와 제3온도센서(123)를 통해 감지된 응축기 출구온도(즉, 실외열교환기에서 과냉각기를 통과하여 실내열교환기(30)로 나가는 냉매의 온도)를 이용하여 응축기 출구의 과냉도를 검출한다. 과냉도는 과냉각기(90)에서 열교환하는 양에 비례하므로 검출된 과냉도가 목표 과냉도를 유지하도록 분사용 팽창밸브(80)의 개도를 증가 또는 감소시킨다.In more detail, the control unit 124 converts the saturation temperature corresponding to the discharge pressure of the compressor 10 detected by the pressure sensor 120 during the cooling operation, and converts the saturation temperature of the converted high pressure and the third temperature sensor ( The supercooling at the condenser outlet is detected by using the condenser outlet temperature (that is, the temperature of the refrigerant exiting the indoor heat exchanger 30 through the subcooler in the outdoor heat exchanger) sensed through 123. Since the subcooling is proportional to the amount of heat exchange in the subcooler 90, the opening degree of the injection expansion valve 80 is increased or decreased so that the detected subcooling maintains the target subcooling.

또한, 제어부(124)는 난방 운전 시 제1온도센서(121)를 통해 감지된 과냉각기(90) 입구온도(즉, 분사용 팽창밸브에서 팽창되어 과냉각기로 유입되는 냉매의 온도)와 제2온도센서(122)를 통해 감지된 과냉각기(90) 출구온도(즉, 과냉각기에서 열교환 후 과열된 냉매의 온도)를 이용하여 분사되는 냉매의 과열도를 검출한다. 분사되는 냉매의 과열도가 0~5℃를 유지하도록 분사용 팽창밸브(80)의 개도를 증가 또는 감소시킨다.In addition, the control unit 124 is the inlet temperature (ie, the temperature of the refrigerant that is expanded in the injection expansion valve to the subcooler and the second temperature) detected by the first temperature sensor 121 during the heating operation. The superheat degree of the injected refrigerant is detected using the outlet temperature of the subcooler 90 sensed by the sensor 122 (that is, the temperature of the refrigerant superheated after heat exchange in the subcooler). The opening degree of the expansion valve 80 for injection is increased or decreased so as to maintain the superheat degree of the injected refrigerant.

본 발명의 실시예에서는 제어부(124)를 하나로 구성하여 실내측과 실외측의 구성요소들을 통합 제어하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 실내측과 실외측 각각을 개별적으로 제어할 수 있는 제어부(124)를 별도로 구성하여 각각의 제어부(124)가 상호간의 통신을 통해 실내측과 실외측의 구성요소들을 통합 제어할 수 있도록 구성할 수 있다.In the exemplary embodiment of the present invention, the control unit 124 is configured as one to control the components of the indoor side and the outdoor side as an example, but the present invention is not limited thereto. The control unit 124 can be configured separately so that each control unit 124 can control the components of the indoor side and the outdoor side through mutual communication.

이하, 상기와 같이 구성된 공기조화기 및 그 제어방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.Hereinafter, the operation process and the effect of the air conditioner and the control method configured as described above will be described.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기의 난방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a control method for heating operation of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.

도 5에서, 사용자가 입력부(125)를 통해 원하는 운전모드(냉방 또는 난방 운전)를 선택하면, 선택된 운전정보가 제어부(124)에 입력된다.In FIG. 5, when a user selects a desired operation mode (cooling or heating operation) through the input unit 125, the selected operation information is input to the controller 124.

따라서, 제어부(124)는 난방 운전인가를 판단하여(200), 난방 운전이면 사방밸브(20)를 절환하여 도 2에 도시한 바와 같이, 냉매의 흐름이 바뀌도록 함으로서 난방 운전을 개시하고(202), 난방 운전을 위해 압축기(10)를 운전시킨다(204).Therefore, the controller 124 determines whether the heating operation is performed (200), and if the heating operation is to switch the four-way valve 20 to start the heating operation by changing the flow of the refrigerant as shown in Figure 2 (202) In operation 204, the compressor 10 is operated for the heating operation.

압축기(10) 운전에 따라 압축기(10)에서 토출된 고온고압의 냉매는 실내열교환기(30)에서 실내측의 공기와 열교환을 하여 고압의 액상 냉매로 응축되고, 응축 된 고압의 액상 냉매는 주배관(111)을 통해 실외측으로 유입된다. 이때 실내 팽창밸브(40)는 최대로 개방하여 압력 손실이 발생하지 않도록 한다.The high temperature and high pressure refrigerant discharged from the compressor 10 according to the operation of the compressor 10 is condensed into a high pressure liquid refrigerant by heat-exchanging with the indoor air in the indoor heat exchanger 30, and the condensed high pressure liquid refrigerant is the main pipe. It flows into the outdoor side through the 111. At this time, the indoor expansion valve 40 is opened to the maximum so that pressure loss does not occur.

실외측으로 유입된 고압의 액상 냉매는 과냉각기(90)에서 분사되는 냉매와 열교환을 하여 과냉각되고, 분사용 팽창밸브(80)는 주배관(111)에서 분기된 액상 냉매를 감압 팽창한 후 과냉각기(90)로 전달한다.The high pressure liquid refrigerant introduced to the outdoor side is supercooled by exchanging heat with the refrigerant injected from the subcooler 90, and the expansion valve 80 for injection expands and decompresses the liquid refrigerant branched from the main pipe 111. 90).

이때, 과냉각기(90)로 유입되는 냉매의 온도 즉, 팽창되어 과냉각기(90)에 분사되는 입구온도(TI)를 과냉각기(90)의 입구 측에 설치된 제1온도센서(121)에서 감지하고, 과냉각기(90)에서 열교환 후 나가는 냉매의 온도 즉, 과열되어 과냉각기(90)에서 나가는 출구온도(T2)를 과냉각기(90)의 출구 측에 설치된 제2온도센서(122)에서 감지한다(206).In this case, the first temperature sensor 121 installed at the inlet side of the subcooler 90 detects the temperature of the refrigerant flowing into the subcooler 90, that is, the inlet temperature TI that is expanded and is injected into the subcooler 90. The second temperature sensor 122 installed at the outlet side of the subcooler 90 detects the temperature of the refrigerant exiting after the heat exchange in the subcooler 90, that is, the outlet temperature T2 that is overheated and exits the subcooler 90. (206).

과냉각기(90)에 분사되는 냉매는 액상에서 감압되어 2상 상태로 팽창되었으므로 제1온도센서(121)에서 감지된 과냉각기(90)의 입구온도(T1)는 팽창된 냉매의 압력 포화온도가 된다. 따라서 과냉각기(90)에서의 압력 손실이 없거나 적정 수준이라면 제2온도센서(122)에서 감지된 과냉각기(90)의 출구온도(T2)는 과냉각기(90)의 입구온도(T1)와 동일한 압력 조건에서 과열된 냉매의 온도가 되므로 과냉각기(90)에 분사되는 냉매의 과열도(H)는 과냉각기(90)의 출구온도(T2)에서 과냉각기(90)의 입구온도(T1)를 뺀 값으로 검출할 수 있다(208).Since the refrigerant injected into the subcooler 90 is decompressed in the liquid phase and expanded in a two-phase state, the inlet temperature T1 of the subcooler 90 detected by the first temperature sensor 121 is the pressure saturation temperature of the expanded refrigerant. do. Therefore, if there is no pressure loss in the subcooler 90 or at an appropriate level, the outlet temperature T2 of the subcooler 90 detected by the second temperature sensor 122 is equal to the inlet temperature T1 of the subcooler 90. The superheat degree H of the refrigerant injected into the supercooler 90 is determined by the temperature of the superheated refrigerant under the pressure condition, so that the inlet temperature T1 of the supercooler 90 is changed from the outlet temperature T2 of the supercooler 90. It can be detected by subtracting the value (208).

난방 운전에서 분사되는 냉매의 양은 검출된 냉매의 과열도(H)를 최적화함으로서 최적으로 조절할 수 있으며, 분사되는 냉매의 상태가 액상이거나 액적(liquid drop)이 포함된 2상 상태의 냉매라면 압축기(10)의 압축실에 손상을 줄 수 있으므 로 어떠한 경우에도 분사되는 냉매의 과열도는 0℃ 이상의 값을 가져야 한다.The amount of refrigerant injected in the heating operation can be optimally controlled by optimizing the detected superheat degree (H) of the refrigerant, and if the state of the injected refrigerant is a liquid phase or a liquid in a two-phase state containing liquid drops, the compressor ( In any case, the superheat degree of the injected refrigerant should be over 0 ℃ because it may damage the compression chamber.

따라서, 제어부(124)는 검출된 냉매의 과열도(H)가 미리 정해진 제1과열도(H1;약 0℃) 이상인가를 판단하여(210), 검출된 냉매의 과열도(H)가 제1과열도(H1) 이상이 아닌 경우에는 냉매의 과열도가 낮은 상태이므로 분사용 팽창밸브(80)의 개도를 감소시켜 분사되는 냉매의 양을 감소시킴으로서 냉매의 과열도를 높인다(212).Accordingly, the control unit 124 determines whether the detected superheat degree H of the refrigerant is greater than or equal to a predetermined first superheat degree H1 (about 0 ° C.) (210), and the detected superheat degree H of the refrigerant is set to zero. When the degree of superheat of the refrigerant is not higher than 1 or more, the superheat degree of the refrigerant is increased by reducing the amount of refrigerant injected by reducing the opening degree of the expansion valve 80 for injection.

단계 210의 판단 결과, 검출된 냉매의 과열도(H)가 제1과열도(H1) 이상인 경우 제어부(124)는 검출된 냉매의 과열도(H)가 미리 정해진 제2과열도(H2;약 5℃) 이하인가를 판단하여(212), 검출된 냉매의 과열도(H)가 제2과열도(H2) 이하가 아닌 경우에는 냉매의 과열도가 높은 상태이므로 분사용 팽창밸브(80)의 개도를 증가시켜 분사되는 냉매의 양을 증가시킴으로서 냉매의 과열도를 낮춘다(216).As a result of the determination in step 210, when the detected superheat degree H of the refrigerant is greater than or equal to the first superheat degree H1, the controller 124 determines that the superheat degree H of the detected refrigerant is a predetermined second superheat degree H2; 5 ℃) or less (212), if the detected superheat degree (H) is not less than the second superheat degree (H2), the superheat degree of the refrigerant is a high state of the injection expansion valve (80) Increasing the opening degree increases the amount of refrigerant injected, thereby lowering the superheat degree of the refrigerant (216).

이는, 냉매의 과열도를 높게 가져가게 되면 분사되는 냉매의 밀도가 낮아져 분사 효과가 낮아지므로 분사되는 냉매의 과열도는 5℃ 이하의 값을 가져야 하기 때문이다.This is because, if the superheat degree of the refrigerant is increased, the density of the injected refrigerant is lowered and the spraying effect is lowered.

단계 214의 판단 결과, 검출된 냉매의 과열도(H)가 제2과열도(H2) 이하인 경우에는 냉매의 과열도(H)가 적정한 상태이므로 분사용 팽창밸브(80)의 개도를 그대로 유지한다(218).As a result of the determination in step 214, when the detected superheat degree H of the refrigerant is less than or equal to the second superheat degree H2, the opening degree of the injection expansion valve 80 is maintained as it is because the superheat degree H of the refrigerant is in an appropriate state. (218).

이와 같이, 제1 및 제2온도센서(121,122)를 이용한 과열도 검출 방식과 분사되는 냉매의 양을 조절할 수 있는 분사용 팽창밸브(80)를 이용하여 분사되는 냉매의 과열도를 0~5℃ 사이의 값으로 유지해 줌으로서 어떠한 난방 조건에서도 최적의 냉매량이 분사되도록 제어하면서 난방 운전을 수행한다(220).As described above, the superheat degree of the refrigerant injected using the superheat detection method using the first and second temperature sensors 121 and 122 and the expansion valve 80 for injection that can adjust the amount of the refrigerant injected are 0 to 5 ° C. By maintaining the value between the heating operation is performed while controlling the optimum amount of refrigerant is injected in any heating conditions (220).

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating a control method during cooling operation of an air conditioner according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6에서, 사용자가 입력부(125)를 통해 원하는 운전모드(냉방 또는 난방 운전)를 선택하면, 선택된 운전정보가 제어부(124)에 입력된다.In FIG. 6, when a user selects a desired operation mode (cooling or heating operation) through the input unit 125, the selected operation information is input to the controller 124.

따라서, 제어부(124)는 냉방 운전인가를 판단하여(300), 냉방 운전이면 사방밸브(20)를 절환하여 도 3에 도시한 바와 같이, 냉매의 흐름이 바뀌도록 함으로서 냉방 운전을 개시하고(302), 냉방 운전을 위해 압축기(10)를 운전시킨다(304).Accordingly, the controller 124 determines whether the cooling operation is performed (300), and if the cooling operation is performed, the four-way valve 20 is switched to start the cooling operation by changing the flow of the refrigerant as shown in FIG. 3 (302). In operation 304, the compressor 10 is operated for the cooling operation.

압축기(10) 운전에 따라 압축기(10)에서 토출된 고온고압의 냉매는 실외열교환기(70)에서 실외측의 공기와 열교환을 하여 고압의 액상 냉매로 응축되고, 응축된 고압의 액상 냉매는 주배관(111)을 통해 과냉각기(90)로 전달된다.The high temperature and high pressure refrigerant discharged from the compressor 10 according to the operation of the compressor 10 is condensed into a high pressure liquid refrigerant by heat-exchanging with the outdoor air in the outdoor heat exchanger 70, and the condensed high pressure liquid refrigerant is the main pipe. It is transmitted to the subcooler 90 through the 111.

과냉각기(90)로 전달된 고압의 액상 냉매는 과냉각기(90)에서 분사되는 냉매와 열교환을 하여 과냉각되고, 분사용 팽창밸브(80)는 주배관(111)에서 분기된 액상 냉매를 감압 팽창한 후 과냉각기(90)로 전달한다.The high pressure liquid refrigerant delivered to the subcooler 90 is supercooled by exchanging heat with the refrigerant injected from the subcooler 90, and the expansion valve 80 for injection decompresses and expands the liquid refrigerant branched from the main pipe 111. After passing to the supercooler (90).

이때, 압축기(10)에서 토출되는 고압측 냉매의 압력을 압축기(10)의 토출구(12) 측에 설치된 압력센서(120)에서 감지하고, 응축기 역할을 하는 실외열교환기(70)에서 과냉각기(90)를 지나 실내측으로 나가는 냉매의 온도 즉, 응축기 출구온도(T3)를 과냉각기(90)와 실내열교환기(30) 사이의 주배관(111)에 설치된 제3온도센서(123)에서 감지한다(306).At this time, the pressure of the high pressure side refrigerant discharged from the compressor 10 is sensed by the pressure sensor 120 installed at the discharge port 12 side of the compressor 10, and the supercooler (in the outdoor heat exchanger 70 serving as a condenser) The third temperature sensor 123 installed in the main pipe 111 between the subcooler 90 and the indoor heat exchanger 30 detects the temperature of the refrigerant passing through the room 90, that is, the condenser outlet temperature T3 ( 306).

냉방 운전 시에는 통상적으로 분사되는 냉매의 양을 직접적으로 제어하기보 다는 분사 기능을 이용하여 응축기 출구의 과냉도를 유지하는 기능이 필요하다. 따라서, 제어부(124)는 압력센서(120)에서 감지된 압축기(10) 토출 압력, 즉 냉매의 고압에 대응하는 포화온도(T4)를 환산하여(308), 고압의 포화온도(T4)에서 응축기 출구온도(T3)를 뺀 값으로 과냉도(C)를 검출할 수 있다(310).In the cooling operation, a function of maintaining supercooling at the outlet of the condenser is required by using a spray function rather than directly controlling the amount of refrigerant injected. Therefore, the control unit 124 converts the saturation temperature T4 corresponding to the discharge pressure of the compressor 10 sensed by the pressure sensor 120, that is, the high pressure of the refrigerant 308, and condenser at the saturation temperature T4 of the high pressure. The subcooling degree C may be detected by subtracting the outlet temperature T3 (310).

과냉도(C)는 과냉각기(90)에서 열교환하는 양에 비례하므로 제어부(124)는 검출된 과냉도(C)가 목표 과냉도(Cs)보다 낮은가를 판단하여(312), 검출된 과냉도(C)가 목표 과냉도(Cs)보다 낮은 경우에는 분사용 팽창밸브(80)의 개도를 증가시켜 분사되는 냉매의 양을 증가시킴으로서 과냉각기(90)에서 열교환하는 냉매의 양을 증가시켜 현재보다 과냉도를 높인다(314).Since the subcooling degree C is proportional to the amount of heat exchange in the subcooler 90, the controller 124 determines whether the detected subcooling degree C is lower than the target subcooling degree Cs (312), and the detected subcooling degree If (C) is lower than the target subcooling degree (Cs) by increasing the opening amount of the injection expansion valve 80 for injection to increase the amount of refrigerant injected to increase the amount of the refrigerant heat exchanged in the supercooler 90 than the present Increase the subcooling (314).

단계 312의 판단 결과, 검출된 과냉도(C)가 목표 과냉도(Cs)보다 낮지 않은 경우 제어부(124)는 검출된 과냉도(C)가 목표 과냉도(Cs)보다 높은가를 판단하여(316), 검출된 과냉도(C)가 목표 과냉도(Cs)보다 높은 경우에는 분사용 팽창밸브(80)의 개도를 감소시켜 분사되는 냉매의 양을 감소시킴으로서 과냉각기(90)에서 열교환하는 냉매의 양을 감소시켜 현재보다 과냉도를 낮춘다(318).As a result of the determination in step 312, if the detected subcooling degree C is not lower than the target subcooling degree Cs, the controller 124 determines whether the detected subcooling degree C is higher than the target subcooling degree Cs (316). ), When the detected subcooling degree C is higher than the target subcooling degree Cs, the opening degree of the injection expansion valve 80 is decreased to reduce the amount of the injected refrigerant, thereby reducing the amount of refrigerant injected. The amount is reduced to lower the subcooling than now (318).

단계 316의 판단 결과, 과냉도(C)가 목표 과냉도(Cs)보다 높지 않은 경우에는 과냉도(C)가 적정한 상태이므로 분사용 팽창밸브(80)의 개도를 그대로 유지한다(320).If the subcooling degree C is not higher than the target subcooling degree Cs as a result of the determination in step 316, the opening degree of the injection expansion valve 80 is maintained as it is because the subcooling degree C is in an appropriate state (320).

또한, 냉방 운전 시에는 응축기 측의 냉매 순환량을 증가시킬 필요가 없으므로 분사용 바이패스밸브(100)를 사용하여 과냉각기(90)에서 나온 냉매를 압축기(10)의 분사포트(13)로 직접 분사시키지 않고 압축기(10)의 흡입구(11)로 바이패 스시킬 수 있다. 예를 들어, 분사용 바이패스밸브(100)가 닫힌 경우에는 과냉각기(90)에서 나온 분사 냉매가 압축기(10)의 분사포트(13)로 유입되고, 분사용 바이패스밸브(100)가 열린 경우에는 분사포트(13)의 압력이 통상 흡입구(11)의 압력보다 높으므로 과냉각기(90)에서 나온 분사 냉매가 압축기(10)의 분사포트(13)로 유입되지 않고 압축기(10)의 흡입구(11)로 모두 바이패스된다.In addition, during the cooling operation, since the amount of refrigerant circulating on the condenser side does not need to be increased, the refrigerant from the subcooler 90 is directly injected to the injection port 13 of the compressor 10 using the injection bypass valve 100. It can be bypassed to the inlet 11 of the compressor 10 without making it. For example, when the injection bypass valve 100 is closed, the injection refrigerant from the subcooler 90 flows into the injection port 13 of the compressor 10, and the injection bypass valve 100 is opened. In this case, since the pressure of the injection port 13 is higher than the pressure of the normal suction port 11, the injection refrigerant from the subcooler 90 does not flow into the injection port 13 of the compressor 10, and the suction port of the compressor 10 is used. All are bypassed to (11).

따라서, 제어부(124)는 분사용 바이패스밸브(100)를 선택적으로 개방하여(322), 실외온도가 높은 과부하 조건이나 기타의 조건에 의하여 냉방 운전 시 고압이 높은 경우, 분사 기능을 사용하지 않아 응축기 측의 냉매 순환량을 감소시키면서도 과냉각기(90)를 이용하여 과냉각 기능을 원활히 활용할 수 있게 된다.Therefore, the control unit 124 selectively opens the injection bypass valve 100 (322), and does not use the injection function when the high pressure during the cooling operation is high due to an overload condition or other conditions where the outdoor temperature is high. It is possible to smoothly utilize the subcooling function by using the subcooler 90 while reducing the refrigerant circulation on the condenser side.

이와 같이, 압력센서(120) 및 제3온도센서(123)를 이용한 과냉도 검출 방식과 분사되는 냉매의 양을 조절할 수 있는 분사용 팽창밸브(80)를 이용하여 응축기 출구의 과냉도를 목표로 하는 과냉도로 유지해 줌으로서 어떠한 냉방 조건에서도 최적의 냉매량이 분사되도록 제어하면서 냉방 운전을 수행한다(324).As described above, the subcooling detection method using the pressure sensor 120 and the third temperature sensor 123 and the expansion valve 80 for injection that can adjust the amount of refrigerant injected are aimed at the subcooling at the outlet of the condenser. The cooling operation is performed by controlling the optimum amount of refrigerant to be injected under any cooling condition by maintaining the supercooling at operation 324.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 증기 분사 압축 시스템을 구비한 공기조화기의 구성도이다.1 is a block diagram of an air conditioner having a steam injection compression system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에서 난방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a refrigerant flow during heating operation in FIG. 1.

도 3은 도 1에서 냉방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이다.3 is a block diagram showing a refrigerant flow in the cooling operation in FIG.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 증기 분사 압축 시스템을 구비한 공기조화기의 제어 구성도이다.4 is a control block diagram of an air conditioner having a vapor injection compression system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기의 난방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a control method for heating operation of an air conditioner according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.FIG. 6 is a flowchart illustrating a control method during cooling operation of an air conditioner according to an exemplary embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 압축기 13 : 분사포트10 compressor 13 injection port

30 : 실내열교환기 70 : 실외열교환기30: indoor heat exchanger 70: outdoor heat exchanger

80 : 분사용 팽창밸브 90 : 과냉각기80: expansion valve for injection 90: subcooler

100 : 분사용 바이패스밸브 112 : 분기배관100: injection bypass valve 112: branch piping

114 : 바이패스배관 120 : 압력센서114: bypass pipe 120: pressure sensor

121,122,123 : 제1 내지 제3온도센서121,122,123: first to third temperature sensors

124 : 제어부124: control unit

Claims (19)

압축기;compressor; 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 열교환하여 응축하는 제1열교환기;A first heat exchanger configured to condense heat by condensing the refrigerant discharged from the compressor; 상기 제1열교환기에서 냉매를 분기하여 감압 팽창하는 제1밸브;A first valve branching the refrigerant in the first heat exchanger and expanding under reduced pressure; 상기 팽창된 냉매를 상기 응축된 냉매와 열교환하여 상기 압축기에 분사하는 제2열교환기;A second heat exchanger that heat-exchanges the expanded refrigerant with the condensed refrigerant and injects the compressor; 상기 분사되는 냉매의 과열도를 검출하고, 상기 검출된 냉매의 과열도에 따라 상기 제1밸브의 개도를 조절하여 상기 분사되는 냉매의 양을 제어하는 제어부를 포함하는 공기조화기.And a controller configured to detect the superheat degree of the injected refrigerant and to control the amount of the injected refrigerant by adjusting the opening degree of the first valve according to the detected superheat degree of the refrigerant. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1열교환기는 상기 압축기와 배관으로 연결되어 상기 토출되는 냉매를 공기와 열교환하는 실내 및 실외열교환기를 포함하는 공기조화기.The first heat exchanger includes an indoor and outdoor heat exchanger connected to the compressor and the pipe to heat-exchange the discharged refrigerant with air. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1밸브는 상기 실내 및 실외열교환기 사이에서 분기된 배관에 설치되어 상기 분기된 냉매를 감압 팽창 후 상기 제2열교환기에 전달하는 공기조화기.And the first valve is installed in a pipe branched between the indoor and outdoor heat exchangers to deliver the branched refrigerant to the second heat exchanger after expanding under reduced pressure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2열교환기의 입구 및 출구온도를 감지하는 감지부를 더 포함하고,Further comprising a detector for sensing the inlet and outlet temperature of the second heat exchanger, 상기 제어부는 상기 제2열교환기의 출구온도에서 상기 제2열교환기의 입구온도를 뺀 값으로 상기 냉매의 과열도를 검출하는 공기조화기.The control unit detects the superheat degree of the refrigerant by a value obtained by subtracting the inlet temperature of the second heat exchanger from the outlet temperature of the second heat exchanger. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제어부는 상기 검출된 냉매의 과열도를 미리 정해진 제1 및 제2과열도와 비교하여 상기 냉매의 과열도가 상기 제1 및 제2과열도 사이의 값을 유지하도록 상기 제1밸브의 개도를 증가 또는 감소시키는 공기조화기.The controller increases the opening degree of the first valve by comparing the detected superheat degree of the refrigerant with a first and second superheat degrees predetermined to maintain the value between the first and second superheat degrees. Or air conditioning reducing. 제3항 또는 제5항에 있어서,The method according to claim 3 or 5, 상기 제2열교환기는 이중관 열교환기인 공기조화기.And the second heat exchanger is a double tube heat exchanger. 압축기;compressor; 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 열교환하여 응축하는 제1열교환기;A first heat exchanger configured to condense heat by condensing the refrigerant discharged from the compressor; 상기 제1열교환기에서 냉매를 분기하여 감압 팽창하는 제1밸브;A first valve branching the refrigerant in the first heat exchanger and expanding under reduced pressure; 상기 팽창된 냉매를 상기 응축된 냉매와 열교환하여 상기 압축기에 분사하는 제2열교환기;A second heat exchanger that heat-exchanges the expanded refrigerant with the condensed refrigerant and injects the compressor; 상기 제1열교환기 출구의 과냉도를 검출하고, 상기 검출된 과냉도에 따라 상기 제1밸브의 개도를 조절하여 상기 분사되는 냉매의 양을 제어하는 제어부를 포함하는 공기조화기.And a control unit for detecting an overcooling degree at the outlet of the first heat exchanger and controlling an amount of the injected refrigerant by adjusting an opening degree of the first valve according to the detected subcooling degree. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제1열교환기는 상기 압축기와 배관으로 연결되어 상기 토출되는 냉매를 공기와 열교환하는 실내 및 실외열교환기를 포함하는 공기조화기.The first heat exchanger includes an indoor and outdoor heat exchanger connected to the compressor and the pipe to heat-exchange the discharged refrigerant with air. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1밸브는 상기 실내 및 실외열교환기 사이에서 분기된 배관에 설치되어 상기 분기된 냉매를 감압 팽창 후 상기 제2열교환기에 전달하는 공기조화기.And the first valve is installed in a pipe branched between the indoor and outdoor heat exchangers to deliver the branched refrigerant to the second heat exchanger after expanding under reduced pressure. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 압력을 감지하는 압력센서와, 상기 제1열교환기의 출구온도를 감지하는 제3온도센서를 더 포함하고,A pressure sensor for detecting the pressure of the refrigerant discharged from the compressor and a third temperature sensor for detecting the outlet temperature of the first heat exchanger, 상기 제어부는 상기 냉매 압력에 대응하는 고압의 포화온도를 환산하여 상기 환산된 고압의 포화온도에서 상기 제1열교환기의 출구온도를 뺀 값으로 상기 과냉도를 검출하는 공기조화기.The control unit detects the subcooled temperature by subtracting the outlet temperature of the first heat exchanger from the converted saturation temperature of the high pressure corresponding to the refrigerant pressure. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제3온도센서는 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기를 연결하는 배관에 설치되어 상기 열교환 후 과냉각된 냉매의 온도를 감지하는 공기조화기.The third temperature sensor is installed in a pipe connecting the first heat exchanger and the second heat exchanger is an air conditioner for sensing the temperature of the supercooled refrigerant after the heat exchange. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제어부는 상기 검출된 과냉도를 목표 과냉도와 비교하여 그 비교결과에 따라 상기 제1밸브의 개도를 증가 또는 감소시키는 공기조화기.The control unit compares the detected subcooling degree with a target subcooling and increases or decreases the opening degree of the first valve according to the comparison result. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 분사되는 냉매를 바이패스하는 제2밸브를 더 포함하고,Further comprising a second valve for bypassing the injected refrigerant, 상기 제2밸브는 상기 제2열교환기와 상기 압축기의 분사포트 사이에서 분기된 배관에 설치되어 상기 분사되는 냉매를 상기 압축기의 흡입구에 전달하는 공기조화기.And the second valve is installed in a pipe branched between the second heat exchanger and the injection port of the compressor to deliver the injected refrigerant to an inlet of the compressor. 압축기에서 토출되는 냉매를 제1열교환기를 통해 열교환하여 응축하고;Heat-condensing the refrigerant discharged from the compressor through a first heat exchanger; 상기 응축된 냉매의 일부를 제1밸브를 통해 감압 팽창하고;Decompressing and expanding a portion of the condensed refrigerant through a first valve; 상기 팽창된 냉매를 제2열교환기를 통해 열교환하여 상기 압축기에 분사하고;Heat-exchanging the expanded refrigerant through a second heat exchanger and spraying the compressor; 상기 분사되는 냉매의 과열도를 검출하고;Detecting a superheat degree of the injected refrigerant; 상기 검출된 냉매의 과열도에 따라 상기 제1밸브의 개도를 조절하여 상기 분사되는 냉매의 양을 제어하는 공기조화기의 제어방법.And controlling the amount of refrigerant injected by adjusting the opening degree of the first valve according to the detected degree of superheat of the refrigerant. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 냉매의 과열도를 검출하는 것은,Detecting the degree of superheat of the refrigerant, 상기 제2열교환기의 입구측에 설치되어 상기 팽창된 냉매의 온도를 감지하고,Installed at the inlet side of the second heat exchanger to sense the temperature of the expanded refrigerant, 상기 제2열교환기의 출구측에 설치되어 상기 열교환 후 과열된 냉매의 온도를 감지하고,Is installed at the outlet side of the second heat exchanger to sense the temperature of the superheated refrigerant after the heat exchange, 상기 제2열교환기의 출구온도에서 상기 제2열교환기의 입구온도를 뺀 값으로 상기 냉매의 과열도를 검출하는 공기조화기의 제어방법.And a superheat degree of the refrigerant is detected by subtracting the inlet temperature of the second heat exchanger from the outlet temperature of the second heat exchanger. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 분사되는 냉매의 양을 제어하는 것은,Controlling the amount of refrigerant injected, 상기 검출된 냉매의 과열도를 미리 정해진 제1 및 제2과열도와 비교하여 상기 냉매의 과열도가 상기 제1 및 제2과열도 사이의 값을 유지하도록 상기 제1밸브의 개도를 증가 또는 감소시키는 공기조화기의 제어방법.The degree of opening of the first valve is increased or decreased by comparing the detected degree of overheating of the refrigerant with first and second predetermined degree of superheat. Control method of air conditioner. 압축기에서 토출되는 냉매를 제1열교환기를 통해 열교환하여 응축하고;Heat-condensing the refrigerant discharged from the compressor through a first heat exchanger; 상기 응축된 냉매의 일부를 제1밸브를 통해 감압 팽창하고;Decompressing and expanding a portion of the condensed refrigerant through a first valve; 상기 팽창된 냉매를 제2열교환기를 통해 열교환하여 상기 압축기에 분사하고;Heat-exchanging the expanded refrigerant through a second heat exchanger and spraying the compressor; 상기 제1열교환기 출구의 과냉도를 검출하고;Detecting the subcooling at the outlet of the first heat exchanger; 상기 검출된 과냉도에 따라 상기 제1밸브의 개도를 조절하여 상기 분사되는 냉매의 양을 제어하는 공기조화기의 제어방법.And controlling the amount of refrigerant to be injected by adjusting the opening degree of the first valve according to the detected subcooling degree. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 과냉도를 검출하는 것은,Detecting the subcooling degree, 상기 압축기의 토출측에 설치되어 고압측 냉매 압력을 감지하고,It is installed on the discharge side of the compressor to detect the high pressure side refrigerant pressure, 상기 제1열교환기의 출구측에 설치되어 상기 열교환 후 과냉각된 냉매의 온도를 감지하고,Installed at the outlet side of the first heat exchanger to sense the temperature of the supercooled refrigerant after the heat exchange, 상기 감지된 냉매 압력에 대응하는 고압의 포화온도를 환산하여 상기 환산된 고압의 포화온도에서 상기 제1열교환기의 출구온도를 뺀 값으로 상기 과냉도를 검출하는 공기조화기의 제어방법.And converting the saturation temperature of the high pressure corresponding to the sensed refrigerant pressure into the subcooled value by subtracting the outlet temperature of the first heat exchanger from the converted saturation temperature of the high pressure. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 분사되는 냉매의 양을 제어하는 것은,Controlling the amount of refrigerant injected, 상기 검출된 과냉도를 목표 과냉도와 비교하여 상기 검출된 과냉도가 상기 목표 과냉도를 유지하도록 상기 제1밸브의 개도를 증가 또는 감소시키는 공기조화기의 제어방법.And comparing the detected subcooling degree with a target subcooling to increase or decrease the opening degree of the first valve such that the detected subcooling maintains the target subcooling.
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