KR20110062455A

KR20110062455A - 공기조화 시스템

Info

Publication number: KR20110062455A
Application number: KR1020090119189A
Authority: KR
Inventors: 고영환; 류병진; 이응열; 박상경
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-06-10

Abstract

본 발명에 따른 공기조화시스템은, 적어도 하나의 운전변수의 운전변수값을 감지하고, 감지된 운전변수값에 따라 제 2팽창장치의 최소 개방도와 최대 개방도를 설정하여 제 2팽창장치의 개방도를 제한함으로써, 최소 개방도를 제한하여 최소한의 냉매 유량 확보가 가능하고, 최대 개방도를 제한하여 과다한 냉매 유량으로 인해 압축기로 액상 냉매가 유입되는 현상이 방지되므로, 신뢰성 확보에 기여할 수 있다.

공기조화, 가스, 인젝션, 열교환기, 밸브, 개방도, 최소, 최대

Description

공기조화 시스템 {Air conditioning system}

본 발명은 공기조화시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증발기의 입구측에 배치된 제 2팽창장치의 개방도를 제한함으로써, 성능 및 신뢰성을 확보할 수 있는 공기조화시스템에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화시스템은 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 과정을 수행하여, 실내 공간을 냉방 또는 난방시키는 장치이다.

상기 공기조화시스템은 실외기에 1대의 실내기가 연결되는 통상적인 공기조화시스템과, 실외기에 복수개의 실내기가 연결되는 멀티 공기조화시스템으로 구분된다. 또한, 상기 공기조화시스템은 냉매사이클을 일방향으로만 가동하여 실내에 냉기만을 공급하는 냉방시스템과, 냉매사이클을 양방향으로 가동하여 실내에 냉기 또는 온기를 공급할 수 있는 냉난방시스템으로 구분된다.

상기 공기조화시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함한다. 상기 압축기에서 토출된 냉매는 상기 응축기에서 응축된 후, 상기 팽창밸브에서 팽창된 다. 팽창된 냉매는 상기 증발기에서 증발된 후, 상기 압축기로 흡입된다.

그러나, 종래 기술에 따른 공기조화시스템은 실외 온도 등의 냉,난방 부하 변동시 냉.난방 능력을 충분히 발휘하지 못하는 경우가 있다. 예를 들어, 한랭지역에서는 난방성능이 매우 저하되는 문제점이 있다. 대용량의 공기조화기로 교체하거나 새로운 공기조화기를 추가로 설치할 경우, 설치비가 많이 들고, 설치공간을 확보해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은의 목적은 냉,난방 성능 및 신뢰성을 확보할 수 있는 공기조화시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 공기조화시스템은, 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 교축되는 제 1팽창장치와, 상기 제 1팽창장치를 통과한 냉매가 교축되는 제 2팽창장치와, 상기 제 2팽창장치를 통과한 냉매가 증발되는 증발기와, 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제 1압축부와, 상기 제 1압축부를 통과한 냉매와 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치사이에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 혼합된 냉매가 유입되어 압축되는 제 2압축부를 갖는 압축기와, 적어도 하나의 운전변수의 운전변수값을 감지하고, 감지된 운전변수값에 따라 상기 제 2팽창장 치의 최소 개방도와 최대 개방도를 설정하여 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 운전변수는 상기 공기조화시스템의 실내 온도 및 실외 온도와, 상기 제 2압축부로 인젝션되는 냉매 인젝션의 작동여부를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 공기조화시스템의 실외 온도에 따라 상기 제 2팽창장치의 최소 개방도와 최대 개방도를 다르게 설정할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 냉방운전시 상기 제 2팽창장치의 최소 개방도를, 실외 온도가 기설정된 냉방 최저온도이면, 제 1최소 개방도로 설정하고, 실외 온도가 기설정된 냉방 최고온도이상이면, 상기 제 1최소 개방도보다 큰 제 2최소 개방도로 설정할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 실외 온도가 상기 냉방 최저온도와 상기 냉방 최고온도 사이내에 들면, 실외 온도에 따라 상기 제 2팽창장치의 최소 개방도가 상기 제 1최소 개방도와 제 2최소 개방도 사이에서 선형적으로 증감하도록 제어할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 냉방운전시 상기 제 2팽창장치의 최대 개방도를, 실외 온도가 기설정된 냉방 최저온도이면, 제 1최대 개방도로 설정하고, 실외 온도가 기설정된 냉방 최고온도이상이면, 상기 제 1최대 개방도보다 큰 제 2최대 개방도로 설정할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 실외 온도가 상기 냉방 최저온도와 상기 냉방 최고온도 사이내에 들면, 실외 온도에 따라 상기 제 2팽창장치의 최대 개 방도가 상기 제 1최대 개방도와 제 2최대 개방도 사이에서 선형적으로 증감하도록 제어하는 공기조화시스템.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 난방운전이고, 상기 제 2압축부로의 냉매 인젝션 요청이 없을 경우, 실외 온도에 관계없이 상기 제 2팽창장치의 최소 개방도는 제 3최소 개방도로 설정하고, 최대 개방도는 제 3최대 개방도로 설정할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 난방운전이고, 상기 제 2압축부로의 냉매 인젝션 요청이 있을 경우, 상기 제 2팽창장치의 최소 개방도는 상기 제 1팽창장치의 개방도 이상이 되도록 제어할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 난방운전이고, 상기 제 2압축부로의 냉매 인젝션 요청이 있을 경우, 상기 제 2팽창장치의 최대 개방도를, 실외 온도가 기설정된 난방 최저온도이하이면, 제 4최대 개방도로 설정하고, 실외 온도가 기설정된 난방 최고온도이면, 상기 제 4최대 개방도보다 큰 제 5최대 개방도로 설정할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 실외 온도가 상기 난방 최저온도와 상기 난방 최고온도 사이내에 들면, 실외 온도에 따라 상기 제 2팽창장치의 최대 개방도가 상기 제 4최대 개방도와 제 5최대 개방도 사이에서 선형적으로 증감하도록 제어할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제 2팽창장치의 개방도가 상기 최소 개방도와 최대 개방도 사이의 범위내에 들도록 제어하고, 상기 범위내에서는 상기 제 2팽창장치의 개도량을 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 흡입 과열도에 따라 변화시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제 2팽창장치의 개방도가 상기 범위내에 들면, 상기 흡입 과열도가 기설정된 목표 과열도보다 크면, 상기 제 2팽창장치의 개도량을 증가시키고, 상기 흡입 과열도가 기설정된 목표 과열도보다 작으면, 상기 제 2팽창장치의 개도량을 감소시킬 수 있다.

공기조화 시스템은, 냉방 운전만을 수행하는 일반적인 가정용 냉방용 공기조화기, 난방 운전만을 수행하는 난방용 공기조화기, 냉난방 운전을 모두 수행하는 히트 펌프식 공기조화기, 복수 개의 실내공간들을 냉/난방하는 멀티형 공기조화기를 모두 포함한다. 이하에서는, 공기조화 시스템의 일 실시예로서, 히트 펌프식 공기조화기(이하, '공기조화기'라 한다)에 대하여 상세하게 살펴본다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(100)의 구성도이고, 도 2는 공기조화기(100)의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 공기조화기(100)는 압축기(110), 실내 열교환기(120), 실외 열교환기(130), 제 1팽창밸브(141), 제 2팽창밸브(142), 인젝션 열교환기(150) 및 사방밸브(160)를 포함한다.

상기 실내 열교환기(120)는 냉방운전시 냉매가 증발되는 증발기로 작용하고, 난방운전시 냉매가 응축되는 응축기로 작용한다.

상기 실외 열교환기(130)는 냉방운전시 냉매가 응축되는 응축기로 작용하고, 난방운전시 냉매가 증발되는 증발기로 작용한다.

상기 압축기(110)는 상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제 1압축부(114)와, 상기 제 1압축부(114)를 통과한 냉매와 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치사이에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 혼합된 냉매가 유입되어 압축되는 제 2압축부(116)를 포함한다.

상기 압축기(110)는 로터리 압축기가 사용되는 것도 가능하고 스크롤 압축기가 사용되는 것도 가능하다.

상기 압축기(110)에는 후술하는 제 6연결배관(176)과 연결되는 제 1입구(111)와, 후술하는 인젝션 배관(151)과 연결되어 인젝션되는 냉매가 상기 제 2압축부로 유입되도록 제 2입구(112)가 형성된다.

상기 사방밸브(160)는 냉난방시 냉매의 흐름을 절환하는 유로 절환 밸브이다. 상기 사방밸브(160)는 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매를 냉방시에는 상기 실외 열교환기(130)로 안내하고, 난방시에는 상기 실내 열교환기(120)로 안내한다.

상기 사방밸브(160)의 일측은 상기 압축기(110)와 제 1연결배관(171)으로 연결된다. 상기 사방밸브(160)의 타측은 상기 실내 열교환기(120)와 제 2연결배관(172)으로 연결된다.

상기 실내 열교환기(120)와 상기 인젝션 열교환기(150)는 제 3연결배관(173)으로 연결되고, 상기 제 3연결배관(173)상에는 상기 제 1팽창밸브(141)가 배치된다.

상기 인젝션 열교환기(150)와 상기 증발기는 제 4연결배관(174)으로 연결되고, 상기 제 4연결배관(174)상에는 상기 제 2팽창밸브(142)가 배치된다.

상기 제 1팽창밸브(141)는 냉방운전시 상기 인젝션 열교환기(150)를 통과한 냉매를 교축하는 제 2팽창 장치이고, 난방운전시 응축기 역할을 하는 상기 실내 열교환기(120)로부터 유입되는 액상 냉매를 교축하는 제 1팽창장치이다.

상기 제 2팽창밸브(142)는 냉방운전시 응축기 역할을 하는 상기 실외 열교환기(130)로부터 유입되는 액상 냉매를 교축하는 제 1팽창 장치이고, 난방운전시 상기 인젝션 열교환기(150)를 통과한 냉매를 교축하는 제 2팽창 장치이다.

따라서, 상기 제 2팽창장치에서 팽창된 냉매가 상기 증발기에서 증발되는 것이므로, 후술하는 상기 제 2팽창장치의 제어는 상기 증발기로 유입되는 냉매유량을 제어하는 역할을 한다. 후술하는 제어부는, 냉방운전시 상기 제 2팽창장치역할을 하는 제 1팽창밸브를 제어하고, 난방운전시 상기 제 2팽창장치역할을 하는 제 2팽창밸브를 제어한다.

상기 제 3연결배관(173)에는 상기 제 1팽창 밸브(141)에서 나온 냉매를 상기 인젝션 열교환기(150)을 통과시킨 후 상기 압축기(110)로 안내하는 인젝션 배관(151)이 연결된다.

상기 사방밸브(160)는 상기 실외 열교환기(130)와 제 5연결배관(175)으로 연결된다. 또한, 상기 사방밸브(160)는 상기 압축기(110)의 입구부와 제 6연결배관(176)으로 연결된다.

상기 인젝션 열교환기(150)는 난방운전시 상기 제 1팽창밸브(141)에서 나와 상기 제 2팽창밸브(142)로 흐르는 냉매와, 상기 인젝션 배관(151)을 흐르는 냉매를 열교환시킨다.

상기 인젝션 배관(151)에는 인젝션되는 냉매의 유량을 단속하기 위한 인젝션 밸브(153)이 배치된다. 상기 인젝션 밸브(153)의 개방도를 제어함으로써, 인젝션되는 냉매량 및 냉매압력을 제어할 수 있다.

상기 인젝션 열교환기(150)는 인젝션되는 냉매가 흐르는 냉매관과 상기 증발기로 흐르는 냉매관을 포함하는 이중관 구조로 형성되는 것도 가능하고, 판형 열교환기로 형성되는 것도 가능하다.

또한, 이에 한정되지 않고, 상기 인젝션 열교환기(150)대신에 상기 제 1팽창밸브(141)를 통과한 냉매를 기체상태의 냉매와 액체 상태의 냉매로 분리하는 상 분리기가 사용되는 것도 물론 가능하다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 공기조화기(100)는 응축기의 응축온도를 측정하기 위한 응축기 온도센서와, 상기 증발기의 증발온도를 측정하기 위한 증발기 온도센서와, 실내 공기의 온도를 측정하기 위한 실내 온도센서(184)와, 실외 공기의 온도를 측정하기 위한 실외 온도센서(185)와, 상기 압축기(110)로 흡입되는 흡입 온도를 측정하기 위한 압축기 흡입 온도센서(183)를 더 포함한다.

상기 공기조화기(100)의 난방 운전시, 상기 실내 열교환기(120)가 응축기 역할을 하므로, 상기 응축기 온도센서는 상기 실내 열교환기(120)에 배치되어 냉매의 포화온도를 측정하는 실내 열교환기 온도센서(180)이다.

상기 공기조화기(100)의 난방 운전시, 상기 실외 열교환기(130)가 증발기 역할을 하므로, 상기 증발기 온도센서는 상기 실외 열교환기(130)에 배치되고 냉매의 포화온도를 측정하는 실외 열교환기 온도센서(181)이다.

한편, 상기 공기조화기(100)의 냉방 운전시에는, 상기 실내 열교환기 온도센서(180)가 증발기 온도센서 역할을 하게 되고, 상기 실외 열교환기 온도센서(181)가 응축기 온도센서 역할을 하게 된다.

상기 실내 온도센서(184)와 실외 온도센서(185)는 상기 실내 열교환기(120)와 실외 열교환기(130)에 설치될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 공기조화기(100)는 적어도 하나의 운전변수의 운전변수값을 감지하고, 감지된 운전변수값에 따라 상기 제 2팽창장치의 최소 개방도와 최대 개방도를 설정하여 제어하는 제어부(200)를 더 포함한다.

상기 운전변수는 상기 공기조화기(100)의 실내 온도 및 실외 온도와 상기 제 2압축부(116)로 인젝션되는 냉매 인젝션의 작동여부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 운전변수는 상기 압축기 흡입온도센서(183)로부터 감지된 압축기의 흡입 온도를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 운전변수는 상기 실내 열교환기 온도센서(180)나 실외 열교환기 온도센서(181)에서 측정된 증발기의 증발온도를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부(200)는 상기 압축기 흡입온도센서(183)로부터 측정된 상기 압축기(110)의 흡입측 온도와, 상기 실내 열교환기 온도센서(180)나 실외 열교환기 온도센서(181)에서 측정된 증발기의 증발압력에 대한 포화온도(이하,'증발온도'라 칭함)로부터 흡입 과열도를 구할 수 있다. 즉, 상기 흡입 과열도는 상기 압축기(110)의 흡입측 온도와 상기 증발기의 증발온도의 차이이다.

상기 제어부(200)는 상기와 같이 구한 흡입 과열도를 기설정된 목표 과열도와 비교하여, 상기 제 2팽창장치를 제어할 수 있다.

상기 제어부(200)가 상기 제 2팽창장치를 제어하는 방법은 뒤에서 더 상세히 설명한다.

한편, 상기 공기조화시스템은 상기 응축기에서 가열된 물을 급탕에 이용하는 급탕 유닛(미도시)을 더 포함하는 것도 물론 가능하다.

도 3은 도 1에 도시된 공기조화기의 난방운전시의 냉매의 흐름이 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 상기 압축기(110)로부터 토출된 고온 고압의 냉매는 상기 사방밸브(160)를 거쳐 상기 실내 열교환기(120)로 유입된다.

상기 실내 열교환기(120)로 유입된 냉매는 실내 공기와 열교환을 함으로써, 응축된다. 상기 응축된 냉매는 상기 제 1팽창밸브(141)에서 교축된다.

이 때, 가스 인젝션의 작동 요청이 있을 경우, 상기 제어부(2000는 상기 인젝션 밸브(153)를 개방한다.

상기 인젝션 밸브(153)가 개방되면, 상기 제 3연결배관(173)을 흐르는 냉매 중 일부가 상기 인젝션 배관(151)으로 바이패스된다. 상기 제 3연결배관(173)으로부터 상기 인젝션 배관(151)으로 바이패스된 냉매는 상기 인젝션 밸브(153)에서 교축된다.

상기 인젝션 밸브(153)에서 교축된 냉매는 온도와 압력이 내려가기 때문에, 상기 제 3연결배관(173)으로부터 상기 인젝션 열교환기(150)으로 유입되는 냉매보다 상대적으로 저온 상태가 된다.

따라서, 상기 인젝션 열교환기(150)에서는 상기 인젝션 배관(151)을 통해 유입된 냉매와 상기 제 3연결배관(173)을 통해 유입된 냉매의 열교환이 이루어진다. 상기 인젝션 열교환기(150)에서 상기 인젝션 배관(151)을 흐르는 냉매는 열을 흡수하게 되고, 상기 제 2팽창밸브(142)측으로 토출되는 냉매는 열을 빼앗기게 된다.

상기 인젝션 열교환기(150)에서 열을 빼앗긴 냉매는 상기 제 2팽창밸브(142)에서 교축된 후, 상기 실외 열교환기(130)로 유입된다.

상기 실외 열교환기(130)로 유입된 냉매는 외부 공기와의 열교환에 의해 증발하고, 증발된 냉매는 상기 압축기(110)의 제 1입구(111)로 유입된다. 상기 제 1입구(111)로 유입된 냉매는 상기 압축기(110)의 제 1압축부에서 압축된다.

한편, 상기 인젝션 열교환기(150)에서 열을 흡수한 냉매는 적어도 일부가 증발되어, 액상과 기상이 혼합된 2상의 냉매이거나 과열 증기상태의 냉매일 수 있다. 상기 인젝션 열교환기(150)에서 열을 흡수한 냉매에서 액상 냉매의 비율은 상기 인젝션 열교환기(190)의 특성이나 상기 인젝션 밸브(153)의 개방도에 따라 조절될 수 있다.

상기 인젝션 열교환기(150)에서 토출된 상기 인젝션 배관(151)상의 냉매는 상기 압축기(110)의 제 2입구(112)로 유입된다. 상기 제 2입구(112)로 유입된 냉매는 상기 제 1압축부에서 압축된 냉매와 혼합되어, 상기 제 2압축부에서 압축된다.

상기 제 2압축부에서 압축된 냉매는 다시 상기 사방밸브(160)로 순환한다.

도 4는 도 1에 도시된 공기조화기의 냉방운전시의 냉매의 흐름이 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 상기 압축기(110)로부터 토출된 고온 고압의 기상 냉매는 상기 사방 밸브(160)를 거쳐 상기 실외 열교환기(130)로 유입된다.

상기 실외 열교환기(130)로 유입된 기상 냉매는 실내 공기와 열교환을 하여 응축된다. 상기 응축된 냉매는 상기 제 2팽창밸브(142)에서 교축된 후, 상기 인젝션 열교환기(150)를 통과한다.

상기 인젝션 열교환기(150)를 통과한 냉매는 상기 제 1팽창밸브(141)에서 교축된 후, 상기 실내 열교환기(120)로 유입될 수 있다.

또한, 상기 인젝션 밸브(153)의 개방시, 상기 인젝션 열교환기(150)를 통과 한 냉매 중 일부는 상기 인젝션 배관(151)을 통해 상기 인젝션 밸브(153)로 바이패스될 수 있다.

상기 인젝션 배관(151)으로 바이패스된 냉매는 상기 인젝션 밸브(153)에서 한번 더 교축되어, 상기 제 2팽창밸브(142)에서 교축된 냉매보다 온도와 압력이 낮아지게 된다. 상기 인젝션 밸브(153)에서 교축된 냉매는 상기 인젝션 열교환기(150)로 유입된다.

따라서, 상기 인젝션 열교환기(150)에서는 상기 인젝션 밸브(153)에서 교축된 냉매와 상기 제 2팽창밸브(142)에서 교축된 냉매의 열교환이 이루어질 수 있다.

상기 인젝션 밸브(153)를 통과한 냉매가 상기 제 2팽창밸브(142)를 통과한 냉매보다 저온이기 때문에, 상기 인젝션 밸브(153)를 통과한 냉매는 열을 흡수하게 되고, 상기 제 2팽창밸브(142)를 통과한 냉매는 열을 빼앗기게 된다.

따라서, 냉방운전시에는, 상기 인젝션 열교환기(190)는 상기 실외 열교환기(130)에서 응축되어, 실내 열교환기(120)로 유입되는 냉매를 과냉각시키는 과냉각기 역할을 하게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전시 제 2팽창장치의 개방도 제어방법이 도시된 순서도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전시 제 2팽창장치의 최소 개방도를 구하는 방법의 일례가 도시된 그래프이다.

도 5를 참조하면, 상기 제어부(200)는 상기 공기조화기(100)가 냉방운전인지 여부를 판단한다.(S1)

상기 공기조화기(100)가 냉방 운전시에는 상기 제 1팽창밸브(141)가 상기 증발기로 유입되는 냉매를 단속하는 제 2팽창장치의 역할을 하게 된다. 따라서, 냉방 운전시에는 상기 제어부(200)는 상기 제 1팽창밸브(141)의 최소 개방도와 최대 개방도를 제어한다.

상기 공기조화기(100)의 실외 온도(To)를 기설정된 냉방 최저온도(Tc_min)와 비교한다.(S2)

상기 실외 온도(To)는 상기 실외 온도 센서(185)에서 감지된 온도이다. 상기 냉방 최저온도(Tc_min)는 상기 공기조화기(100)의 운전 조건이나 외부 환경 등을 고려하여, 상기 제어부(200)내에 미리 설정될 수 있다. 여기서, 상기 냉방 최저온도(Tc_min)는 38도 인 것으로 예를 들어 설명할 수 있다.

상기 실외 온도(To)가 상기 냉방 최저온도(Tc_min)이면, 상기 제어부(200)는 상기 제 1팽창밸브(141)의 최소 개방도(P1,min)를 제 1최소 개방도(P1_min1)로 설정하고, 상기 제 1팽창밸브(141)의 최대 개방도(P1,max)를 제 1최대 개방도(P1_max1)로 설정할 수 있다. (S3)

상기 제 1최소 개방도(P1_min1)와 상기 제 1최대 개방도(P1_max1)는 미리 실험 등에 의해 설정될 수 있다.

여기서, 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도의 단위는 펄스(Pulse)이다.

한편, 상기 실외 온도(To)가 상기 냉방 최저온도(Tc_min)와 다르면, 상기 실외 온도(To)가 기 설정된 냉방 최고온도(Tc_max)이상인지 여부를 판단한다.(S4)

상기 냉방 최고온도(Tc_max)는 상기 공기조화기(100)의 운전 조건이나 외부 환경 등을 고려하여, 상기 제어부(200)내에 미리 설정될 수 있다. 여기서, 상기 냉방 최고온도(Tc_max)는 43도인 것으로 예를 들어 설명할 수 있다.

상기 실외 온도(To)가 기 설정된 냉방 최고온도(Tc_max)이상이면, 상기 제어부(200)는 상기 제 1팽창밸브(141)의 최소 개방도(P1,min)를 제 2최소 개방도(P1_min2)로 설정하고, 상기 제 1팽창밸브(141)의 최대 개방도(P1,max)를 제 2최대 개방도(P1_max2)로 설정할 수 있다. (S5)

상기 제 2최소 개방도(P1_min2)는 상기 제 1최소 개방도(P1_min1)보다 큰 값이고, 상기 제 2최대 개방도(p1_max2)는 상기 제 2최대 개방도(P1_max2)보다 큰 값으로 설정될 수 있다.

실외 온도(To)가 높을 수록 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도를 늘려, 충분한 냉매 유량을 확보할 수 있게 된다.

한편, 상기 실외 온도(To)가 상기 냉방 최저온도(Tc_min)와 상기 냉방 최고온도(Tc_max) 사이 범위내에 들면, 상기 실외 온도(To)에 따라 상기 제 1팽창밸브(141)의 최소 개방도(P1_min)가 상기 제 1최소 개방도(P1_min1)와 제 2최소 개방도(P1_min2) 사이에서 선형적으로 증감하도록 제어할 수 있다. (S6,S7)

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제 1팽창밸브(141)의 최소 개방도(P1_min)를 구하는 식은 다음과 같다.

P1_min=[{(P1_min2-P1_min1)/(Tc_max-Tc_min)}*To]+C1

여기서, C1은 0을 포함한 상수이고, 운전조건이나 외부 환경 등을 고려하여, 실험 등에 의해 결정될 수 있다.

즉, 도6에 도시된 바와 같이, 점 B와 점 C를 알고 있을 때, 선 A의 기울기를 구할 수 있는 방법을 이용할 수 있다.

상기 실외 온도(To)가 상기 냉방 최저온도(Tc_min)와 상기 냉방 최고온도(Tc_max) 사이 범위내에 들면, 상기 제 1팽창밸브(141)의 최소 개방도(P1_min)는 상기 식을 통해 구할 수 있다.

마찬가지로, 상기 실외 온도(To)가 상기 냉방 최저온도(Tc_min)와 상기 냉방 최고온도(Tc_max) 사이 범위내에 들면, 상기 실외 온도(To)에 따라 상기 제 1팽창밸브(141)의 최대 개방도(P1_max)가 상기 제 1최대 개방도(P1_max1)와 제 2최대 개방도(P1_max2) 사이에서 선형적으로 증감하도록 제어할 수 있다. (S6,S7)

도 5및 상기에서 설명한 최소 개방도 구하는 방법을 참조하면, 상기 제 1팽창밸브(141)의 최대 개방도(P1_max)를 구하는 식은 다음과 같다.

P1_max=[{(P1_max2-P1_max1)/(Tc_max-Tc_min)}*To]+C2

상기 실외 온도(To)가 상기 냉방 최저온도(Tc_min)와 상기 냉방 최고온도(Tc_max) 사이 범위내에 들면, 상기 제 1팽창밸브(141)의 최대 개방도(P1_max)는 상기 식을 통해 구할 수 있다.

상기와 같이, 상기 공기조화기(100)의 실외 온도에 따라 상기 제 1팽창밸브(141)의 최소 개방도를 제한하여, 상기 제 1팽창밸브(141)가 상기 최소 개방도 이상으로 열리도록 함으로써, 원활한 냉방 운전을 위한 최소 냉매 유량을 확보할 수 있게 된다.

그리고, 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도가 상기 최소 개방도와 최대 개방도 사이의 범위내에에서는, 상기 제어부(200)는 상기 제 1팽창밸브(141)의 개도량은 흡입 과열도 제어모드로 제어할 수 있다.

상기 흡입 과열도 제어모드는, 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 흡입 과열도에 따라 상기 제 1팽창밸브(141)의 개도량을 변화시키는 제어방법이다.

즉, 상기 제어부(200)는 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도가 상기 최소 개방도(P1_min)와 최대 개방도(P1_max) 사이의 범위내에 들면, 상기 흡입 과열도를 기설정된 목표 과열도를 비교한다.

상기 흡입 과열도가 상기 목표 과열도보다 크면, 상기 제 1팽창밸브(141)의 개도량을 증가시키고, 상기 흡입 과열도가 상기 목표 과열도보다 작으면, 상기 제 1팽창밸브(141)의 개도량을 감소시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 흡입 과열도가 상기 목표 과열도보다 작으면, 상기 제 1팽창밸브(141)의 개도량을 감소시키되, 상기 최소 개방도(P1_min)까지만 감소시키기 때문에, 최소한의 냉매 유량 확보가 가능하게 된다.

또한, 상기 흡입 과열도가 상기 목표 과열도보다 크면, 상기 제 1팽창밸브(141)의 개도량을 증가시키되, 상기 최대 개방도(P1_max)까지만 증가시키기 때문에, 과다한 냉매 유량으로 인해 상기 압축기(100)로 액상 냉매가 유입되는 현상을 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 난방운전시 제 2팽창장치의 개방도 제어방법이 도시된 순서도이다.

도 7을 참조하면, 상기 제어부(200)는 상기 공기조화기(100)가 난방운전인지 여부를 판단한다.(S10)

상기 공기조화기(100)가 난방 운전시에는 상기 제 2팽창밸브(142)가 상기 증발기로 유입되는 냉매를 단속하는 제 2팽창장치의 역할을 하게 된다.

따라서, 난방 운전시에는 상기 제어부(200)는 상기 제 2팽창밸브(142)의 최소 개방도(P2_min)와 최대 개방도(P2_max)를 제어한다.

난방 운전시에는, 상기 제 2압축부(116)으로의 냉매 인젝션 요청이 있는지 여부를 판단한다.(S11)

냉매의 인젝션 요청이 없을 경우, 상기 제 2팽창밸브(142)의 최소 개방도(P2_min)와 최대 개방도(P2_max)의 제한 영향이 거의 없다고 판단하게 된다. 따라서, 상기 제어부(200)는 실외 온도에 관계없이 상기 제 2팽창밸브(142)의 최소 개방도(P2_min)는 제 3최소 개방도(P2_min3)로 설정하고, 최대 개방도(P2_max)는 제 3최대 개방도(P2_max3)로 설정할 수 있다. 상기 제 3최소 개방도(P2_min3)와 제 3최대 개방도(P2_max3)는 미리 실험 등에 의해 설정될 수 있다.(S12)

한편, 냉매의 인젝션 요청이 있을 경우, 상기 제 2팽창밸브(142)의 최소 개방도(P2_min)는 상기 제 1팽창밸브(141)의 개방도(P1)보다 크거나 같게 제어하는 것이 바람직하다. 일 예로서, 상기 제 2팽창밸브(142)의 최소 개방도(P2_min)는 상 기 제 1팽창밸브(141)의 개방도(P1)의 2배 이상이 되도록 제어할 수 있다. 따라서, 냉매가 보다 원활하게 흐를 수 있게 된다. (S13)

냉매의 인젝션 요청이 있을 경우, 상기 제어부(200)는 상기 제 2팽창밸브(142)의 최대 개방도(P2_max)는 실외 온도에 따라 제어한다.

상기 제어부(200)는 실외 온도(To)와 기설정된 난방 최저온도(Th_min)을 비교한다.(S14)

상기 실외 온도(To)는 상기 실외 온도 센서(185)에서 감지된 온도이다. 상기 난방 최저온도(Th_min)는 상기 공기조화기(100)의 운전 조건이나 외부 환경 등을 고려하여, 상기 제어부(200)내에 미리 설정될 수 있다. 여기서, 상기 난방 최저온도(Th_min)는 -2도 인 것으로 예를 들어 설명할 수 있다.

상기 실외 온도(To)가 상기 난방 최저온도(Th_min)이하이면, 상기 제어부(200)는 상기 제 2팽창밸브(142)의 최대 개방도(P2,max)를 제 4최대 개방도(P2_max4)로 설정할 수 있다. (S15)

한편, 상기 실외 온도(To)가 상기 난방 최저온도(Th_min)이상이면, 상기 실외 온도(To)를 기 설정된 난방 최고온도(Th_max)와 비교한다.(S16)

상기 난방 최고온도(Th_max)는 상기 공기조화기(100)의 운전 조건이나 외부 환경 등을 고려하여, 상기 제어부(200)내에 미리 설정될 수 있다. 여기서, 상기 냉방 최고온도(Th_max)는 -10도인 것으로 예를 들어 설명할 수 있다.

상기 실외 온도(To)를 기 설정된 난방 최고온도(Th_max)이면, 상기 제어부(200)는 상기 제 2팽창밸브(142)의 최대 개방도(P2,max)를 제 5최대 개방 도(P2_max5)로 설정할 수 있다.(S17)

상기 제 5최대 개방도(P2_max5)는 상기 제 4최대 개방도(P2_max4)보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 실외 온도(To)가 높을 수록 상기 제 2팽창밸브(142)의 개방도가 커지도록 제어할 수 있다.

한편, 상기 실외 온도(To)가 상기 난방 최저온도(Th_min)와 상기 난방 최고온도(Th_max) 사이 범위내에 들면, 상기 실외 온도(To)에 따라 상기 제 2팽창밸브(142)의 최대 개방도(P2_max)가 상기 제 4최대 개방도(P2_max4)와 제 5최대 개방도(P2_max5) 사이에서 선형적으로 증감하도록 제어할 수 있다. (S18,S19)

도 7 및 상기에서 설명한 냉방운전시 최소 개방도 구하는 방법을 참조하면, 상기 제 2팽창밸브의 최대 개방도(P2_max)를 구하는 식은 다음과 같다.

P2_max=[{(P2_max5-P2_max4)/(Th_max-Th_min)}*To]+C3

여기서, C3는 0을 포함한 상수이고, 운전조건이나 외부 환경 등을 고려하여, 실험 등에 의해 결정될 수 있다.

상기 실외 온도(To)가 상기 난방 최저온도(Th_min)와 상기 난방 최고온도(Th_max) 사이 범위내에 들면, 상기 제 2팽창밸브(142)의 최대 개방도(P2_max)는 상기 식을 통해 구할 수 있다.

그리고, 상기 제 2팽창밸브(142)의 개방도가 상기 최소 개방도와 최대 개방도 사이의 범위내에에서는, 상기 제어부(200)는 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량은 흡입 과열도 제어모드로 제어할 수 있다.

상기 흡입 과열도 제어모드는, 상기 압축기(100)로 흡입되는 냉매의 흡입 과 열도에 따라 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량을 변화시키는 제어방법이다.

즉, 상기 제어부(200)는 상기 제 2팽창밸브(142)의 개방도가 상기 최소 개방도(P2_min)와 최대 개방도(P2_max) 사이의 범위내에 들면, 상기 흡입 과열도를 기설정된 목표 과열도를 비교한다.

상기 흡입 과열도가 상기 목표 과열도보다 크면, 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량을 증가시키고, 상기 흡입 과열도가 상기 목표 과열도보다 작으면, 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량을 감소시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 흡입 과열도가 상기 목표 과열도보다 작으면, 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량을 감소시키되, 상기 최소 개방도(P2_min)까지만 감소시키기 때문에, 최소한의 냉매 유량 확보가 가능하게 된다.

또한, 상기 흡입 과열도가 상기 목표 과열도보다 크면, 상기 제 2팽창밸브(142)의 개도량을 증가시키되, 상기 최대 개방도(P2_max)까지만 증가시키기 때문에, 과다한 냉매 유량으로 인해 상기 압축기(100)로 액상 냉매가 유입되는 현상을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 공기조화시스템은, 적어도 하나의 운전변수의 운전변수값을 감지하고, 감지된 운전변수값에 따라 제 2팽창장치의 최소 개방도와 최대 개방도를 설정하여 제 2팽창장치의 개방도를 제한함으로써, 최소 개방도를 제한하여 최소한의 냉매 유량 확보가 가능하고, 최대 개방도를 제한하여 과다한 냉매 유량으로 인 해 압축기로 액상 냉매가 유입되는 현상이 방지되므로, 신뢰성 확보에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(100)의 구성도이다.

도 2는 공기조화기(100)의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.

도 3은 도 1에 도시된 공기조화기의 난방운전시의 냉매의 흐름이 도시된 도면이다.

도 4는 도 1에 도시된 공기조화기의 냉방운전시의 냉매의 흐름이 도시된 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전시 제 2팽창장치의 개방도 제어방법이 도시된 순서도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전시 제 2팽창장치의 최소 개방도를 구하는 방법의 일례가 도시된 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>

100: 공기조화기 110; 압축기

120: 실내 열교환기 130: 실외 열교환기

141: 제 1팽창밸브 142: 제 2팽창밸브

150: 인젝션 열교환기 151: 인젝션 배관

153: 인젝션 밸브 200: 제어부

Claims

냉매가 응축되는 응축기와;

상기 응축기를 통과한 냉매가 교축되는 제 1팽창장치와;

상기 제 1팽창장치를 통과한 냉매가 교축되는 제 2팽창장치와;

상기 제 2팽창장치를 통과한 냉매가 증발되는 증발기와;

상기 증발기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제 1압축부와, 상기 제 1압축부를 통과한 냉매와 상기 제 1팽창장치와 제 2팽창장치사이에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 혼합된 냉매가 유입되어 압축되는 제 2압축부를 갖는 압축기와;

적어도 하나의 운전변수의 운전변수값을 감지하고, 감지된 운전변수값에 따라 상기 제 2팽창장치의 최소 개방도와 최대 개방도를 설정하여 제어하는 제어부를 포함하는 공기조화시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 운전변수는 상기 공기조화시스템의 실내 온도 및 실외 온도와, 상기 제 2압축부로 인젝션되는 냉매 인젝션의 작동여부를 포함하는 공기조화시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제어부는,

상기 공기조화시스템의 실외 온도에 따라 상기 제 2팽창장치의 최소 개방도 와 최대 개방도를 다르게 설정하는 공기조화시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제어부는,

냉방운전시 상기 제 2팽창장치의 최소 개방도를,

실외 온도가 기설정된 냉방 최저온도이면, 제 1최소 개방도로 설정하고,

실외 온도가 기설정된 냉방 최고온도이상이면, 상기 제 1최소 개방도보다 큰 제 2최소 개방도로 설정하는 공기조화시스템.
청구항 4에 있어서,

상기 제어부는,

실외 온도가 상기 냉방 최저온도와 상기 냉방 최고온도 사이내에 들면,

실외 온도에 따라 상기 제 2팽창장치의 최소 개방도가 상기 제 1최소 개방도와 제 2최소 개방도 사이에서 선형적으로 증감하도록 제어하는 공기조화시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제어부는,

냉방운전시 상기 제 2팽창장치의 최대 개방도를,

실외 온도가 기설정된 냉방 최저온도이면, 제 1최대 개방도로 설정하고,

실외 온도가 기설정된 냉방 최고온도이상이면, 상기 제 1최대 개방도보다 큰 제 2최대 개방도로 설정하는 공기조화시스템.
청구항 6에 있어서,

상기 제어부는,

실외 온도가 상기 냉방 최저온도와 상기 냉방 최고온도 사이내에 들면,

실외 온도에 따라 상기 제 2팽창장치의 최대 개방도가 상기 제 1최대 개방도와 제 2최대 개방도 사이에서 선형적으로 증감하도록 제어하는 공기조화시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제어부는,

난방운전이고, 상기 제 2압축부로의 냉매 인젝션 요청이 없을 경우,

실외 온도에 관계없이 상기 제 2팽창장치의 최소 개방도는 제 3최소 개방도로 설정하고, 최대 개방도는 제 3최대 개방도로 설정하는 공기조화시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제어부는,

난방운전이고, 상기 제 2압축부로의 냉매 인젝션 요청이 있을 경우,

상기 제 2팽창장치의 최소 개방도는 상기 제 1팽창장치의 개방도 이상이 되도록 제어하는 공기조화시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제어부는

난방운전이고, 상기 제 2압축부로의 냉매 인젝션 요청이 있을 경우,

상기 제 2팽창장치의 최대 개방도를,

실외 온도가 기설정된 난방 최저온도이하이면, 제 4최대 개방도로 설정하고,

실외 온도가 기설정된 난방 최고온도이면, 상기 제 4최대 개방도보다 큰 제 5최대 개방도로 설정하는 공기조화시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 제어부는,

실외 온도가 상기 난방 최저온도와 상기 난방 최고온도 사이내에 들면,

실외 온도에 따라 상기 제 2팽창장치의 최대 개방도가 상기 제 4최대 개방도와 제 5최대 개방도 사이에서 선형적으로 증감하도록 제어하는 공기조화시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제어부는,

상기 제 2팽창장치의 개방도가 상기 최소 개방도와 최대 개방도 사이의 범위내에 들도록 제어하고,

상기 범위내에서는 상기 제 2팽창장치의 개도량을 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 흡입 과열도에 따라 변화시키는 공기조화시스템.
청구항 12에 있어서,

상기 제어부는,

상기 제 2팽창장치의 개방도가 상기 범위내에 들면,

상기 흡입 과열도가 기설정된 목표 과열도보다 크면, 상기 제 2팽창장치의 개도량을 증가시키고,

상기 흡입 과열도가 기설정된 목표 과열도보다 작으면, 상기 제 2팽창장치의 개도량을 감소시키는 공기조화시스템.