KR20110092146A - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

리시버(Receiver)를 구비하면서 과냉각기(Subcooler) 또는 이코노마이저(Economizer)를 구성하는 수열원 열펌프 공기조화기에서 냉난방 과부하 운전을 하는 경우, 리시버에 고인 액냉매의 양을 감소할 수 있는 공기조화기 그 제어방법을 개시한다. 냉난방 과부하 운전을 하는 경우, 리시버에 연결된 과냉각기 또는 이코노마이저측의 전동팽창밸브를 일정 개도 열어 주어 리시버에 고인 고압의 액냉매를 저압측으로 바이패스시킴으로써 리시버에 다량의 액냉매가 고임에 따라 발생하는 순간적인 고압 상승의 문제를 해결할 수 있도록 한다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{AIR CONDITIONER AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 리시버(Receiver)를 구비한 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉난방 과부하 운전 시 리시버에 고인 액냉매의 양을 감소할 수 있는 공기조화기 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 열은 고온 측에서 저온 측으로는 자연스럽게 이동하지만 저온 측에서 고온 측으로 열을 이동시키려면 외부에서 어떤 작용을 가하여야 한다. 이것이 열펌프의 원리이다. 열펌프 공기조화기는 냉매의 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 냉동사이클을 이용하여 순환되는 열에 대한 운반 메커니즘(mechanism)을 가역적으로 사용하여 냉방 또는 난방 운전을 수행하며, 냉매의 압축을 위해 통상 압축기를 구비하고 있다.
최근에는, 이러한 열펌프 공기조화기의 냉방 또는 난방 능력을 향상시키기 위하여 리시버(Receiver)를 구비하면서 과냉각(Subcooler) 회로 또는 이코노마이저(Economizer) 회로를 구성하는 수열원 열펌프 공기조화기를 도입하고 있다. 수열원 열펌프 공기조화기는 실외열교환기에 흐르는 냉매를 열교환하는 열원으로 물을 이용하는 것으로, 수열원 열펌프 공기조화기의 실외열교환기는 일반적으로 공기열원 열펌프 공기조화기의 실외열교환기보다 체적이 작다. 따라서 실외열교환기와 실내열교환기를 연결하는 배관에 고압 변화에 따라 버퍼(Buffer) 역할을 하는 리시버(Receiver)를 구비한다. 리시버는 토출 압력 변화에 일종의 버퍼(Buffer) 작용을 하는 압력 용기로, 시스템에 냉매량이 많은 경우 잉여 냉매를 저장하고 저장된 냉매에서 기상 냉매와 액상 냉매(액냉매)를 분리하는 역할을 한다.
또한, 수열원 열펌프 공기조화기는 압축기의 운전율을 조절하기 위하여 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation;이하, PWM이라 한다) 방식의 용량 가변형 압축기를 사용한다. PWM 방식의 압축기는 냉매를 압축하는 로딩(Loading) 시간과 냉매를 압축하지 않는 언 로딩(Unloading) 시간의 듀티(Duty) 비에 따라 시스템의 운전 용량을 가변시킨다.
이러한 수열원 열펌프 공기조화기에서 냉방 또는 난방 운전 시, 실외열교환기에 공급되는 물(열원수)의 수온이 높고 시스템의 운전 용량이 작은 경우 즉, 냉난방 과부하 운전을 하는 경우 다량의 액냉매가 리시버에 고이게 된다. 리시버에 다량의 액냉매가 고이게 되면, 고압 변화에 대한 버퍼 역할을 하는 기상 냉매의 공간이 감소하여 압축기의 운전 용량 변화 또는 PWM 방식의 압축기 로딩 시 고압이 급격히 상승하는 문제가 발생한다.
본 발명의 일 측면은 냉난방 과부하 운전을 하는 경우, 리시버에 고인 액냉매의 양을 감소하여 고압 상승의 문제를 해결할 수 있는 공기조화기 그 제어방법을 제공한다.
이를 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 냉매를 물과 열교환하는 실외열교환기; 실외열교환기에서 물과 열교환된 냉매 중 일부를 저장하고, 저장된 냉매에서 기상 냉매와 액냉매를 분리하는 리시버; 리시버에서 분리된 액냉매를 과냉각하는 서브 열교환기; 리시버에서 분리된 액냉매를 바이패스하는 전동팽창밸브; 압축기에서 토출되는 냉매의 고압측 압력을 감지하는 압력센서; 실외열교환기의 온도를 감지하는 온도센서; 압축기의 운전 용량과 고압측 압력, 실외열교환기의 온도를 이용하여 냉난방 과부하 운전인가를 판단하고, 냉난방 과부하 운전인 경우 리시버내의 액냉매의 양을 감소시키도록 전동팽창밸브의 개도를 제어하는 제어부를 포함한다.
압축기는 냉매를 압축하는 로딩 시간과 냉매 압축을 중지하는 언 로딩 시간에 따라 운전 용량을 조절하는 PWM 방식의 압축기를 사용하는 것이 바람직하다.
서브 열교환기는 이코노마이저 또는 과냉각기를 포함하는 것이 바람직하다.
전동팽창밸브는 이코노마이저 또는 과냉각기측에 각각 마련된 EEV인 것이 바람직하다.
압력센서는 압축기의 토출 배관에 설치되어 고압을 감지하는 것이 바람직하다.
온도센서는 실외열교환기의 일측 배관에 설치되어 물과 냉매가 열교환하는 지점의 온도를 감지하는 것이 바람직하다.
온도센서는 냉방 운전 시 응축기 출구 온도를 감지하여 물의 온도를 측정하는 것이 바람직하다.
온도센서는 난방 운전 시 증발기 입구 온도를 감지하여 물의 온도를 측정하는 것이 바람직하다.
제어부는 냉방 운전 시 압축기의 운전 용량이 일정 용량 이상이고, 압력센서를 통해 감지된 고압이 제1압력 이상이고, 온도센서를 통해 감지된 응축기 출구 온도가 제1온도 이상인 경우, 냉방 과부하 운전이라고 판단하여 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하도록 전동팽창밸브의 개도를 증가시키는 것이 바람직하다.
제1압력은 30kg/cm2G인 것이 바람직하다.
제1온도는 42도인 것이 바람직하다.
제어부는 난방 운전 시 압축기의 운전 용량이 일정 용량 이상이고, 압력센서를 통해 감지된 고압이 제2압력 이상이고, 온도센서를 통해 감지된 증발기 입구 온도가 제2온도 이상인 경우, 난방 과부하 운전이라고 판단하여 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하도록 전동팽창밸브의 개도를 증가시키는 것이 바람직하다.
제2압력은 35kg/cm2G인 것이 바람직하다.
제2온도는 30도인 것이 바람직하다.
제어부는 전동팽창밸브의 개도를 증가시켜 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하는 운전 시간을 카운터하고, 운전 시간이 일정시간을 경과한 경우 전동팽창밸브의 개도를 이전 상태로 유지하도록 제어하는 것이 바람직하다.
제어부는 전동팽창밸브의 개도를 증가시켜 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하는 운전에 따라 변화하는 고압을 압력센서를 통해 감지하고, 변화된 고압이 일정압력 이하인 경우 전동팽창밸브의 개도를 이전 상태로 유지하도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 냉매를 압축하는 압축기, 냉매를 물과 열교환하는 실외열교환기, 열교환된 냉매 중 일부를 저장하여 기상 냉매와 액냉매를 분리하는 리시버, 액냉매를 과냉각하는 서브 열교환기, 액냉매를 바이패스하는 전동팽창밸브를 구비한 공기조화기의 제어방법에 있어서, 압축기에서 토출되는 냉매의 고압측 압력을 감지하고; 실외열교환기의 온도를 감지하고; 압축기의 운전 용량과 고압측 압력, 실외열교환기의 온도를 이용하여 냉난방 과부하 운전인가를 판단하고; 냉난방 과부하 운전인 경우, 리시버내의 액냉매를 바이패스하여 리시버내의 액냉매의 양을 감소시키는 것이다.
냉난방 과부하 운전인가를 판단하는 것은, 냉방 운전 시 압축기의 운전 용량이 일정 용량 이상이고, 압축기의 고압측 압력이 제1압력 이상이고, 실외열교환기의 온도가 제1온도 이상인 경우, 냉방 과부하 운전이라고 판단하는 것이 바람직하다.
냉난방 과부하 운전인가를 판단하는 것은, 난방 운전 시 압축기의 운전 용량이 일정 용량 이상이고, 압축기의 고압측 압력이 제2압력 이상이고, 실외열교환기의 온도가 제2온도 이상인 경우, 난방 과부하 운전이라고 판단하는 것이 바람직하다.
리시버내의 액냉매를 바이패스하는 것은, 전동팽창밸브를 일정 개도 열어 주어 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기의 제어방법은, 전동팽창밸브를 일정 개도 열어 주어 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하는 운전 시간을 카운터하고; 운전 시간이 일정시간을 경과한 경우, 전동팽창밸브의 개도를 이전 상태로 유지하는 것을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기의 제어방법은, 전동팽창밸브를 일정 개도 열어 주어 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하는 운전에 따라 변화하는 고압측 압력을 감지하고; 감지된 고압측 압력이 일정압력 이하인 경우, 전동팽창밸브의 개도를 이전 상태로 유지하는 것을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 냉난방 과부하 운전을 하는 경우, 리시버에 연결된 과냉각기 또는 이코노마이저 측의 전동팽창밸브를 일정 개도 열어 주어 리시버에 고인 고압의 액냉매를 저압측으로 바이패스함으로써 순간적인 고압 상승의 문제를 해결할 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 의한 수열원 열펌프 공기조화기의 구성도이다.
도 2는 도 1에서 난방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 1에서 냉방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 수열원 열펌프 공기조화기의 구성도이다.
도 5는 도 4에서 난방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이다.
도 6은 도 4에서 냉방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 수열원 열펌프 공기조화기에서 PWM 방식의 압축기가 로딩 및 언 로딩을 하여 운전 용량이 변화하는 상태를 나타낸 그래프이다.
도 8는 도 1 및 도 4에 도시한 본 발명의 실시예에 의한 수열원 열펌프 공기조화기의 제어 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 공기조화기의 난방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 공기조화기의 난방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 지열원 열펌프 공기조화기의 구성도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 지열원 열펌프 공기조화기의 구성도이다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 의한 수열원 열펌프 공기조화기의 구성도이다.
도 1에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 수열원 열펌프 공기조화기는 하나의 실외기(100)와, 실외기(100)에 병렬 연결된 복수의 실내기(200)를 구비하며, 실외기(100)에는 실외기(100; 구체적으로, 실외열교환기)에 물(열원수)을 공급하기 위한 수열원(300; 냉각탑)이 연결된다.
실외기(100)는 압축기(10), 오일분리기(25), 사방밸브(30), 실외열교환기(40), 실외팽창밸브(45), 리시버(50), 이코노마이저(60), 전동팽창밸브(62), 솔레노이드밸브,(64), 인젝션 배관(66) 및 어큐뮬레이터(70)를 포함한다.
압축기(10)는 2개의 흡입구(11,12)와 1개의 토출구(13)를 가지며, 2개의 흡입구(11,12)는 저압의 압축실과 연결되는 저압 흡입구(11)와, 중압의 압축실과 연결되는 중압 흡입구(12)로 구성된다. 따라서 압축기(10)는 저압 흡입구(11)로 흡입되는 저온저압(低溫低壓) 기체상태의 냉매(冷媒)를 압축하여 고온고압(高溫高壓) 기체상태로 토출구(13)를 통해 토출하고, 이러한 압축과정에서 이코노마이저(60)로부터 바이패스된 냉매를 중압 흡입구(12)로 유입받는 이단 압축 방식의 압축기이다.
오일분리기(25)는 압축기(10)에서 토출되는 냉매에 포함된 오일을 분리시킨다.
사방밸브(30)는 압축기(10)에서 토출되는 냉매의 흐름을 운전모드(냉방 또는 난방)에 따라 바꾸도록 절환 조작되는 것으로, 압축기(10)의 토출 측인 오일분리기(20)에 연결되는 제1포트(31)와, 실외열교환기(40)측에 연결되는 제2포트(32)와, 실내기(200)측에 연결되는 제3포트(33)와, 압축기(10)의 흡입측인 어큐뮬레이터(70)에 연결되는 제4포트(34)를 가진다.
실외열교환기(40)는 난방 운전모드에서는 저온저압 액체상태의 냉매를 기체상태로 증발시키는 증발기(evaporator) 역할을 하고, 냉방 운전모드에서는 고온고압 기체상태의 냉매를 상온(常溫)고압 액체상태로 응축시키는 응축기(condenser)의 역할을 하여 냉매의 엔탈피(enthalpy) 변화에 대응하여 수열원(300)에서 공급되는 물(열원수)과 열교환하는 메인 열교환기이다.
실외팽창밸브(45)는 실외열교환기(40)와 리시버(50)사이의 배관에 설치되어 냉매를 팽창시켜 감압하는 전자팽창밸브(EEV: Electronic Expansion Valve)이다.
리시버(50)는 실외열교환기(40)와 이코노마이저(60)사이의 배관에 설치되어 실외열교환기(40)와 실내기(200)를 순환하는 냉매 중 일부를 저장한다. 리시버(50)는 토출 압력 변화에 일종의 버퍼(Buffer) 작용을 하는 압력 용기로, 시스템에 냉매량이 많은 경우 잉여 냉매를 저장하고 저장된 냉매에서 기상 냉매와 액상 냉매(액냉매)를 분리하는 역할을 한다.
이코노마이저(60)는 리시버(50)와 실내기(200) 사이의 배관에 설치되어 리시버(50)에서 나온 액냉매 중 전동팽창밸브(62)에 의해 팽창된 일부 냉매와 나머지 액냉매를 열교환시켜 냉매의 과냉도를 확보하는 서브 열교환기이다. 전동팽창밸브(62)를 통과하면서 팽창된 냉매는 이코노마이저(60)를 통과하면서 열을 빼앗아 가스 냉매로 상 전환된다.
전동팽창밸브(62)는 리시버(50)에 이코노마이저(60)로 유입되는 일부 냉매 혹은 이코노마이저(60)의 일측을 통과한 냉매 중 이코노마이저(60)의 타측으로 유입되는 일부 냉매를 팽창시키는 전자팽창밸브(EEV: Electronic Expansion Valve)이다. 전동팽창밸브(62)에 의해 팽창된 냉매는 이코노마이저(60)로 유입된다. 이코노마이저(60) 및 전동팽창밸브(62)는 기액분리장치를 구성하고, 실내기(200)와 실외열교환기(40)사이의 액관에 설치되어 난방 운전 시 실내기(200)에서 실외열교환기(40)로 흐르는 냉매에서 가스 냉매를 분리하는 역할을 한다.
솔레노이드밸브(64)는 이코노마이저(60)와 어큐뮬레이터(70) 사이의 저압 배관에 연결되어 이코노마이저(60)에서 열교환된 냉매가 어큐뮬레이터(70) 또는 압축기(10)의 중압 흡입구(12)로 유입되도록 개폐된다. 솔레노이드밸브(64)가 개방된 경우에는 이코노마이저(60)에서 나온 냉매가 압력이 비교적 낮은 어큐뮬레이터(70)로 유입되고, 솔레노이드밸브(64)가 폐쇄된 경우에는 이코노마이저(60)에서 나온 냉매가 압력이 상대적으로 높은 압축기(10)의 중압 흡입구(12)측과 연결된 인젝션 배관(66)으로 유입된다.
인젝션 배관(66)은 이코노마이저(60)와 어큐뮬레이터(70)사이의 배관에서 분기되어 압축기(10)의 중압 흡입구(12)측과 연결된다. 따라서, 솔레노이드밸브(64)가 개방된 경우에는 이코노마이저(60)에서 나온 가스 냉매가 압력이 상대적으로 높은 압축기(10)의 중압 흡입구(12)측과 연결된 인젝션 배관(66)으로 흐르지 못하고 압력이 비교적 낮은 어큐뮬레이터(70)로 유입되게 된다. 한편, 솔레노이드밸브(64)가 폐쇄된 경우에는 이코노마이저(60)에서 나온 가스 냉매가 인젝션 배관(66)을 따라 흘려서 압축기(10)의 중압 흡입구(12)측으로 주입된다.
어큐뮬레이터(70)는 실외열교환기(40)측 또는 실내기(200)측으로부터 압축기(10)의 흡입측으로 유입되는 냉매를 일시 저장한다. 어큐뮬레이터(70)에서 냉매는 가스 냉매와 액상 냉매로 분리된다. 어큐뮬레이터(70)에서 분리된 가스 냉매는 압축기(10)의 저압 흡입구(11) 측으로 흡입된다.
또한, 실외기(100)는 압력센서(82)와 온도센서(84)를 더 포함한다.
압력센서(82)는 압축기(10)의 토출구(13) 배관에 설치되며, 특히 압축기(10)에서 냉매가 토출되는 고압 배관에 설치되어 냉매의 고압측 압력을 감지한다.
온도센서(84)는 실외열교환기(40)의 일측 배관에 설치되어 물(열원수)과 냉매가 열교환하는 지점의 온도를 감지하는 것으로, 냉방 운전 시에는 실외열교환기(40)의 출구측 즉, 응축기 출구 온도를 감지하고, 난방 운전 시에는 실외열교환기(40)의 입구측 즉, 증발기 입구 온도를 감지하여 물(열원수)의 온도를 측정한다.
도 2는 도 1에서 난방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이고, 도 3은 도 1에서 냉방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이다.
도 2에서, 냉매는 압축기(10)→ 사방밸브(30)→ 실내기(200)→ 이코노마이저(60)→ 리시버(50)→ 실외열교환기(40)→ 사방밸브(30)→ 어큐뮬레이터(70)→ 압축기(10) 순으로 순환되는 난방 운전의 냉동사이클을 형성한다.
도 3에서, 냉매는 압축기(10)→ 사방밸브(30)→ 실외열교환기(40)→ 리시버(50)→ 이코노마이저(60)→ 실내기(200)→ 사방밸브(30)→ 어큐뮬레이터(70)→ 압축기(10) 순으로 순환되는 냉방 운전의 냉동사이클을 형성한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 수열원 열펌프 공기조화기의 구성도로서, 도 1과 동일한 구성에 대해서는 동일 부호 및 동일 명칭을 사용하기로 한다.
도 4에서, 본 발명의 다른 실시예에 의한 수열원 열펌프 공기조화기는 도 1과 마찬가지로 하나의 실외기(400)와, 실외기(400)에 병렬 연결된 복수의 실내기(200)를 구비하며, 실외기(400)에는 실외기(400; 구체적으로, 실외열교환기)에 물(열원수)을 공급하기 위한 수열원(300; 냉각탑)이 연결된다.
실외기(400)는 압축기(20), 오일분리기(25), 사방밸브(30), 실외열교환기(40), 실외팽창밸브(45), 리시버(50), 과냉각기(90), 전동팽창밸브(92) 및 어큐뮬레이터(70)를 포함한다.
도 4의 실외기(400)는 도 1의 실외기(100)와 비교하여, 압축기(20)와 과냉각기(90), 전동팽창밸브(92)를 제외하고는 모든 구성이 동일하므로 중복되는 설명을 최대한 생략하기로 한다.
압축기(20)는 도 1의 실외기(100)에 마련된 압축기(10)와 달리, 1개의 흡입구(21)와 1개의 토출구(23)를 가진다. 따라서 압축기(20)는 흡입구(21)로 흡입되는 저온저압(低溫低壓) 기체상태의 냉매(冷媒)를 압축하여 고온고압(高溫高壓) 기체상태로 토출구(23)를 통해 토출한다.
과냉각기(90)는 도 1의 실외기(100)에 마련된 이코노마이저(60)와 마찬가지로, 리시버(50)와 실내기(200) 사이의 배관에 설치되어 리시버(50)에서 나온 액냉매 중 전동팽창밸브(92)에 의해 팽창된 일부 냉매와 나머지 액냉매를 열교환시켜 냉매의 과냉도를 확보하는 서브 열교환기이다. 전동팽창밸브(92)를 통과하면서 팽창된 냉매는 과냉각기(90)를 통과하면서 열을 빼앗아 가스 냉매로 상 전환된다.
전동팽창밸브(92)는 리시버(50)에 과냉각기(90)로 유입되는 일부 냉매 혹은 과냉각기(90)의 일측을 통과한 냉매 중 과냉각기(90)의 타측으로 유입되는 일부 냉매를 팽창시키는 전자팽창밸브(EEV: Electronic Expansion Valve)이다. 전동팽창밸브(92)에 의해 팽창된 냉매는 과냉각기(90)로 유입된다. 과냉각기(90) 및 전동팽창밸브(92)는 기액분리장치를 구성하고, 실내기(200)와 실외열교환기(40)사이의 액관에 설치되어 난방 운전 시 실내기(200)에서 실외열교환기(40)로 흐르는 냉매에서 가스 냉매를 분리하는 역할을 한다.
도 4의 과냉각기(90)와 도 1의 이코노마이저(60)를 비교해보면, 도 1의 솔레노이드밸브(64)가 폐쇄된 경우에는 이코노마이저(60)가 과냉각기(90)와 동일한 냉매의 흐름을 갖게 된다.
도 5는 도 4에서 난방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이고, 도 6은 도 4에서 냉방 운전 시의 냉매 흐름을 나타낸 구성도이다.
도 5에서, 냉매는 압축기(20)→ 사방밸브(30)→ 실내기(200)→ 과냉각기(90)→ 리시버(50)→ 실외열교환기(40)→ 사방밸브(30)→ 어큐뮬레이터(70)→ 압축기(20) 순으로 순환되는 난방 운전의 냉동사이클을 형성한다.
도 6에서, 냉매는 압축기(20)→ 사방밸브(30)→ 실외열교환기(40)→ 리시버(50)→ 과냉각기(90)→ 실내기(200)→ 사방밸브(30)→ 어큐뮬레이터(70)→ 압축기(20) 순으로 순환되는 냉방 운전의 냉동사이클을 형성한다.
그리고, 도 1의 압축기(10)와 도 4의 압축기(20)는 모두 도 7에 도시한 바와 같이, PWM 방식의 용량 가변형 압축기를 사용한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 수열원 열펌프 공기조화기에서 PWM 방식의 압축기가 로딩 및 언 로딩을 하여 운전 용량이 변화하는 상태를 나타낸 그래프이다.
도 7에서, PWM 방식의 압축기(10, 20)가 냉매를 압축하여 토출하는 상태를 로딩(Loading)이라 하고, 이때 압축기(10, 20)는 100%의 용량으로 운전한다.
한편, PWM 방식의 압축기(10, 20)가 냉매 압축을 중지하여 냉매를 토출하지 않는 상태를 언 로딩(Unloading)이라 하고, 이때 압축기(10, 20)는 0%의 용량으로 운전한다.
이에 따라 로딩 시에는 고압이 상승하고, 언 로딩 시에는 고압이 하강하는 경향을 보인다.
이와 같이, 압축기(10, 20)는 냉매를 토출하는 로딩 시간과 냉매 토출이 중지되는 언 로딩 시간을 결정하는 운전율(듀티 비)에 따라 시스템의 운전 용량을 가변시킨다.
일례로, 압축기(10, 20)의 한 주기를 10초라고 할 때, 일정시간(2초) 동안 냉매를 압축하는 로딩 운전을 하고 나머지 시간(8초) 동안은 언 로딩 운전을 하면 시스템의 운전 용량은 20%가 된다.
또 다른 예로, 압축기(10, 20)의 한 주기를 10초라고 할 때, 일정시간(5초) 동안 냉매를 압축하는 로딩 운전을 하고 나머지 시간(5초) 동안은 언 로딩 운전을 하면 시스템의 운전 용량은 50%가 된다.
이와 같이, 시스템의 운전 용량을 가변시키는 압축기(10, 20)의 운전율(운전 용량)은 실내기(200)로부터 요구되는 냉난방 능력에 따라 압축기(10, 20)의 로딩 시간과 언 로딩 시간을 결정하여 조절한다.
도 8는 도 1 및 도 4에 도시한 본 발명의 실시예에 의한 수열원 열펌프 공기조화기의 제어 구성도이다.
도 8에서, 본 발명의 실시예에 의한 수열원 열펌프 공기조화기는 마이크로컴퓨터 및 그 주변회로를 구비하여 공기조화기의 각 구성요소들을 제어하기 위한 제어부(86)를 구비한다.
제어부(86)의 입력 측에는 압력센서(82) 및 온도센서(84)와, 사용자로부터 운전 명령을 입력받기 위한 입력부(88)가 전기적으로 연결된다.
제어부(86)의 출력 측에는 압축기(10, 20), 사방밸브(30), 실외팽창밸브(45), 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62), 솔레노이드밸브(64), 과냉각기(90)측의 전동팽창밸브(92)가 전기적으로 연결된다.
제어부(86)는 실내기(200)로부터 요구되는 냉방 또는 난방 운전에 따라 사방밸브(30)를 동작시켜 냉매의 흐름을 도 2 및 도 5에 도시한 난방 운전의 냉동싸이클과, 도 3 및 도 6에 도시한 냉방 운전의 냉동싸이클로 절환한다.
또한, 제어부(86)는 냉방 또는 난방 운전 시 압축기(10, 20)의 운전율(운전 용량)과 압력센서(82) 및 온도센서(84)의 센서 값을 이용하여 냉난방 과부하 운전 여부를 판단하고, 냉난방 과부하 운전이라고 판단되면 리시버(50)에 고인 액냉매의 양을 감소시키기 위하여 이코노마이저(60)측 전동팽창밸브(62) 또는 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 조절하여 고압의 액냉매를 저압측으로 바이패스시킨다.
즉, 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)는 냉난방 정상 운전 시에는 약, 100~300step의 개도로 개방하여 이코노마이저(60)측과 과냉각기(90)측에 저온 냉매를 형성해주는 역할을 하나, 냉난방 과부하 운전 시에는 약 480step의 개도로 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 증가시켜 리시버(50)에 고인 다량의 액냉매를 압축기(10)의 저압측으로 바이패스시킨다.
보다 자세히 설명하면, 제어부(86)는 냉방 운전 시 압축기(10, 20) 운전율(운전 용량)이 전체 운전 용량 대비 15% 이상이고, 압력센서(82)를 통해 감지된 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 미리 설정된 제1압력 이상이고, 온도센서(84)를 통해 감지된 응축기 출구 온도가 미리 설정된 제1온도 이상인 경우 냉방 과부하 운전이라고 판단하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)를 일정 개도(약 480step)로 열어 주어 리시버(50)에 고인 액냉매의 양을 감소시켜 줌으로써 고압 상승의 문제를 해결하도록 한다. 이때 미리 설정된 제1압력은 R410A 냉매를 쓰는 경우 30kg/cm2G이고, 제1온도는 R410A 냉매를 쓰는 경우 42도이다.
또한, 제어부(86)는 난방 운전 시 압축기(10, 20) 운전율이 전체 운전 용량 대비 15% 이상이고, 압력센서(82)를 통해 감지된 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 미리 설정된 제2압력 이상이고, 온도센서(84)를 통해 감지된 응축기 출구 온도가 미리 설정된 제2온도 이상인 경우 난방 과부하 운전이라고 판단하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)를 일정 개도(약 480step)로 열어 주어 리시버(50)에 고인 액냉매의 양을 감소시켜 줌으로써 고압 상승의 문제를 해결하도록 한다. 이때 미리 설정된 제2압력은 R410A 냉매를 쓰는 경우 35kg/cm2G이고, 제2온도는 R410A 냉매를 쓰는 경우 30도이다.
그리고, 제어부(86)는 냉난방 과부하 운전이라고 판단하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)를 일정 개도(약 480step)로 열어 주는 바이패스 운전을 미리 설정된 일정시간(약, 3분) 동안 수행한 후에는 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 일정 개도(약 480step)에서 이전 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하여 이코노마이저(60)측과 과냉각기(90)측에 저온 냉매를 형성해주는 원래의 동작을 수행한다.
또한, 제어부(86)는 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)를 정상 운전모드 시의 개도(약, 100~300step)로 피드백하기 위한 조건으로, 미리 설정된 일정시간(약, 3분) 동안 리시버(50)에 고인 액냉매의 양을 감소시키는 바이패스 운전을 수행하는 것 이외에도, 압력센서(82)를 통해 감지된 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 미리 설정된 제3압력 또는 제4압력 이하로 떨어지는 경우에도 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 일정 개도(약, 480step)에서 이전 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하여 이코노마이저(60)측과 과냉각기(90)측에 저온 냉매를 형성해주는 원래의 동작을 수행할 수 있도록 한다. 이때 미리 설정된 제3압력은 냉방 운전 시 고압측 압력이 30kg/cm2G에서 일정 압력(예를 들어, 25kg/cm2G) 이하로 떨어지는 값이고, 미리 설정된 제4압력은 난방 운전 시 고압측 압력이 35kg/cm2G에서 일정 압력(예를 들어, 30kg/cm2G) 이하로 떨어지는 값을 나타낸다.
이하, 상기와 같이 구성된 공기조화기 및 그 제어방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.
도 9에서, 제어부(86)는 실내기(200)로부터 냉방 요구 능력을 수신하고(500), 사방밸브(30)를 절환하여 도 3 및 도 6에 도시한 바와 같이, 냉매의 흐름이 바뀌도록 함으로서 냉방 운전을 개시한다(502).
그리고, 제어부(86)는 압축기(10, 20)에 전원을 공급하여 냉방 요구 능력에 따라 도 7에 도시한 바와 같이, 냉매를 토출하는 로딩 시간과 냉매 토출을 중지하는 언 로딩 시간을 결정하여 압축기(10, 20)의 운전율(운전 용량)을 조절한다(504).
이후, 제어부(86)는 압축기(10, 20)의 운전율(운전 용량)이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상인가를 판단하여(506), 압축기(10, 20)의 운전율이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상인 경우 시스템의 운전 용량이 작다고 판단한다.
시스템의 운전 용량이 작은 경우, 제어부(86)는 압축기(10, 20)에서 토출되는 냉매의 고압측 압력을 압축기(10, 20)의 토출구(13) 배관에 설치된 압력센서(82)를 통해 감지한다(508).
따라서, 제어부(86)는 압력센서(82)를 통해 감지된 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 미리 설정된 제1압력 이상인가를 판단하여(510), 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제1압력 이상인 경우 제어부(86)는 물(열원수)과 냉매가 열교환을 하는 실외열교환기(40)의 출구측 지점 즉, 응축기 출구 온도를 온도센서(84)를 통해 감지한다(512).
이에 따라, 제어부(86)는 온도센서(84)를 통해 감지된 응축기 출구 온도가 미리 설정된 제1온도 이상인가를 판단하여(514), 응축기 출구 온도가 제1온도 이상인 경우 제어부(86)는 냉방 과부하 운전이라고 판단한다.
냉방 과부하 운전은 냉방 운전 시, 실외열교환기(40)에 공급되는 물(열원수)의 수온이 높으면서 시스템의 운전 용량이 작은 경우 다량의 냉매가 리시버(50)에 고이게 되고, 또한 압축기(10, 20)의 토출 압력(응축 압력)이 높아짐으로써 발생된다. 이와 같이, 냉방 과부하 운전에 따라 리시버(50)에 다량의 액냉매가 고이게 되면 고압 변화에 대한 버퍼 역할을 하는 리시버(50)의 기상 냉매의 공간이 감소하게 되고, 압축기(10, 20)의 운전 용량 변화 또는 압축기(10, 20)의 로딩 시 발생되는 고압 변화에 대한 버퍼 공간이 감소 또는 리시버(50)가 만액되면서 순간적인 고압 상승이 발생하게 된다.
따라서, 제어부(86)는 냉방 과부하 운전이라고 판단되면 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 일정 개도(약 480step)로 증가시켜(516), 고압의 액냉매를 저압측으로 바이패스시킴으로써 리시버(50)에 고인 액냉매의 양을 감소시키는 바이패스 운전을 수행한다(518).
이와 같이, 바이패스 운전에 따라 리시버(50)에 고인 액냉매의 양이 감소하게 되면, 제어부(86)는 리시버(50)에 고인 액냉매를 저압측으로 바이패스시키는 운전이 미리 설정된 일정시간(약, 3분)을 경과하였는가를 판단한다(520).
단계 520의 판단 결과, 리시버(50)에 고인 액냉매를 저압측으로 바이패스시키는 운전이 일정시간을 경과하지 않은 경우 단계 518로 피드백하여 바이패스 운전을 계속하여 진행한다.
한편, 단계 520의 판단 결과, 리시버(50)에 고인 액냉매를 저압측으로 바이패스시키는 운전이 일정시간을 경과한 경우 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 일정 개도(약 480step)에서 이전 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고(522), 냉방 운전을 수행한다(524).
한편, 단계 506의 판단 결과, 압축기(10, 20)의 운전율이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상이 아닌 경우 단계 522로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 냉방 운전을 수행한다(524).
또한, 단계 510의 판단 결과, 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제1압력 이상이 아닌 경우 단계 522로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 냉방 운전을 수행한다(524).
또한, 단계 514의 판단 결과, 응축기 출구 온도가 제1온도 이상이 아닌 경우 단계 522로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 냉방 운전을 수행한다(524).
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 공기조화기의 난방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도이다.
도 10에서, 제어부(86)는 실내기(200)로부터 난방 요구 능력을 수신하고(600), 사방밸브(30)를 절환하여 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 냉매의 흐름이 바뀌도록 함으로서 난방 운전을 개시한다(602).
그리고, 제어부(86)는 압축기(10, 20)에 전원을 공급하여 난방 요구 능력에 따라 도 7에 도시한 바와 같이, 냉매를 토출하는 로딩 시간과 냉매 토출을 중지하는 언 로딩 시간을 결정하여 압축기(10, 20)의 운전율을 조절한다(604).
이후, 제어부(86)는 압축기(10, 20)의 운전율이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상인가를 판단하여(606), 압축기(10, 20)의 운전율이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상인 경우 시스템 운전 용량이 작다고 판단한다.
시스템의 운전 용량이 작은 경우, 제어부(86)는 압축기(10, 20)에서 토출되는 냉매의 고압측 압력을 압축기(10, 20)의 토출구(13) 배관에 설치된 압력센서(82)를 통해 감지한다(608).
따라서, 제어부(86)는 압력센서(82)를 통해 감지된 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 미리 설정된 제2압력 이상인가를 판단하여(610), 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제2압력 이상인 경우 제어부(86)는 물(열원수)과 냉매가 열교환을 하는 실외열교환기(40)의 입구측 지점 즉, 증발기 입구 온도를 온도센서(84)를 통해 감지한다(612).
이에 따라, 제어부(86)는 온도센서(84)를 통해 감지된 증발기 입구 온도가 미리 설정된 제2온도 이상인가를 판단하여(614), 증발기 입구 온도가 제2온도 이상인 경우 제어부(86)는 난방 과부하 운전이라고 판단한다.
난방 과부하 운전은 난방 운전 시, 실외열교환기(40)에 공급되는 물(열원수)의 수온이 높으면서 시스템의 운전 용량이 작은 경우 냉방 운전 시와 유사하게 다량의 냉매가 리시버(50)에 고이게 되고, 또한 압축기(10, 20)의 토출 압력(응축 압력)이 높아짐으로써 발생된다. 이와 같이, 난방 과부하 운전에 따라 리시버(50)에 다량의 액냉매가 고이게 되면 고압 변화에 대한 버퍼 역할을 하는 리시버(50)의 기상 냉매의 공간이 감소하게 되고, 압축기(10, 20)의 운전 용량 변화 또는 압축기(10, 20)의 로딩 시 발생되는 고압 변화에 대한 버퍼 공간이 감소 또는 리시버(50)가 만액되면서 순간적인 고압 상승이 발생하게 된다.
따라서, 제어부(86)는 난방 과부하 운전이라고 판단되면 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 일정 개도(약 480step)로 증가시켜(616), 고압의 액냉매를 저압측으로 바이패스시킴으로써 리시버(50)에 고인 액냉매의 양을 감소시키는 바이패스 운전을 수행한다(618).
이와 같이, 바이패스 운전에 따라 리시버(50)에 고인 액냉매의 양이 감소하게 되면, 제어부(86)는 리시버(50)에 고인 액냉매를 저압측으로 바이패스시키는 운전이 미리 설정된 일정시간(약, 3분)을 경과하였는가를 판단한다(620).
단계 620의 판단 결과, 리시버(50)에 고인 액냉매를 저압측으로 바이패스시키는 운전이 일정시간을 경과하지 않은 경우 단계 618로 피드백하여 바이패스 운전을 계속하여 진행한다.
한편, 단계 620의 판단 결과, 리시버(50)에 고인 액냉매를 저압측으로 바이패스시키는 운전이 일정시간을 경과한 경우 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 일정 개도(약 480step)에서 이전 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고(622), 난방 운전을 수행한다(624).
한편, 단계 606의 판단 결과, 압축기(10, 20)의 운전율이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상이 아닌 경우 단계 622로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 난방 운전을 수행한다(624).
또한, 단계 610의 판단 결과, 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제2압력 이상이 아닌 경우 단계 622로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 난방 운전을 수행한다(624).
또한, 단계 614의 판단 결과, 증발기 입구 온도가 제2온도 이상이 아닌 경우 단계 622로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 난방 운전을 수행한다(624).
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도로서, 도 9와 동일한 부분에 대해서는 중복되는 설명을 최대한 줄이기로 한다.
도 11에서, 제어부(86)는 실내기(200)로부터 냉방 요구 능력을 수신하고(700), 사방밸브(30)를 절환하여 도 3 및 도 6에 도시한 바와 같이, 냉매의 흐름이 바뀌도록 함으로서 냉방 운전을 개시한다(702).
그리고, 제어부(86)는 냉방 요구 능력에 따라 도 7에 도시한 바와 같이, 압축기(10, 20)의 운전율을 조절한다(704).
이후, 제어부(86)는 압축기(10, 20)의 운전율이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상인가를 판단하여(706), 압축기(10, 20)의 운전율이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상인 경우 시스템 운전 용량이 작다고 판단한다.
시스템의 운전 용량이 작은 경우, 제어부(86)는 압축기(10, 20)에서 토출되는 냉매의 고압측 압력을 압력센서(82)를 통해 감지한다(708).
따라서, 제어부(86)는 압력센서(82)를 통해 감지된 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제1압력 이상인가를 판단하여(710), 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제1압력 이상인 경우 제어부(86)는 실외열교환기(40)의 출구측 지점 즉, 응축기 출구 온도를 온도센서(84)를 통해 감지한다(712).
이에 따라, 제어부(86)는 온도센서(84)를 통해 감지된 응축기 출구 온도가 제1온도 이상인가를 판단하여(714), 응축기 출구 온도가 제1온도 이상인 경우 제어부(86)는 냉방 과부하 운전이라고 판단한다.
따라서, 제어부(86)는 냉방 과부하 운전이라고 판단되면 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 일정 개도(약 480step)로 증가시켜(716), 고압의 액냉매를 저압측으로 바이패스시킴으로써 리시버(50)에 고인 액냉매의 양을 감소시키는 바이패스 운전을 수행한다(718).
이와 같이, 바이패스 운전에 따라 리시버(50)에 고인 액냉매의 양이 감소하게 되면, 제어부(86)는 압축기(10, 20)에서 토출되는 냉매의 고압측 압력 변화를 압력센서(82)를 통해 감지한다(720).
이에 따라, 제어부(86)는 압력센서(82)를 통해 감지된 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제3압력 이하로 떨어졌는가를 판단하여(722), 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제3압력 이하로 떨어지지 않은 경우 단계 718로 피드백하여 바이패스 운전을 계속하여 진행한다.
한편, 단계 722의 판단 결과, 리시버(50)에 고인 액냉매를 저압측으로 바이패스시키는 운전으로 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제3압력 이하로 떨어진 경우 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 일정 개도(약 480step)에서 이전 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고(724), 냉방 운전을 수행한다(726).
한편, 단계 706의 판단 결과, 압축기(10, 20)의 운전율이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상이 아닌 경우 단계 724로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 냉방 운전을 수행한다(726).
또한, 단계 710의 판단 결과, 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제1압력 이상이 아닌 경우 단계 724로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 냉방 운전을 수행한다(726).
또한, 단계 714의 판단 결과, 응축기 출구 온도가 제1온도 이상이 아닌 경우 단계 724로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 냉방 운전을 수행한다(726).
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 공기조화기의 난방 운전 시 제어방법을 설명하기 위한 동작 순서도로서, 도 10과 동일한 부분에 대해서는 중복되는 설명을 최대한 줄이기로 한다.
도 12에서, 제어부(86)는 실내기(200)로부터 난방 요구 능력을 수신하고(800), 사방밸브(30)를 절환하여 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 냉매의 흐름이 바뀌도록 함으로서 난방 운전을 개시한다(802).
그리고, 제어부(86)는 냉방 요구 능력에 따라 도 7에 도시한 바와 같이, 압축기(10, 20)의 운전율을 조절한다(804).
이후, 제어부(86)는 압축기(10, 20)의 운전율이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상인가를 판단하여(806), 압축기(10, 20)의 운전율이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상인 경우 시스템 운전 용량이 작다고 판단한다.
시스템의 운전 용량이 작은 경우, 제어부(86)는 압축기(10, 20)에서 토출되는 냉매의 고압측 압력을 압력센서(82)를 통해 감지한다(808).
따라서, 제어부(86)는 압력센서(82)를 통해 감지된 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제2압력 이상인가를 판단하여(810), 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제2압력 이상인 경우 제어부(86)는 실외열교환기(40)의 입구측 지점 즉, 증발기 입구 온도를 온도센서(84)를 통해 감지한다(812).
이에 따라, 제어부(86)는 온도센서(84)를 통해 감지된 증발기 입구 온도가 제2온도 이상인가를 판단하여(814), 증발기 입구 온도가 제2온도 이상인 경우 제어부(86)는 난방 과부하 운전이라고 판단한다.
따라서, 제어부(86)는 난방 과부하 운전이라고 판단되면 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 일정 개도(약 480step)로 증가시켜(816), 고압의 액냉매를 저압측으로 바이패스시킴으로써 리시버(50)에 고인 액냉매의 양을 감소시키는 바이패스 운전을 수행한다(818).
이와 같이, 바이패스 운전에 따라 리시버(50)에 고인 액냉매의 양이 감소하게 되면, 제어부(86)는 압축기(10, 20)에서 토출되는 냉매의 고압측 압력 변화를 압력센서(82)를 통해 감지한다(820).
이에 따라, 제어부(86)는 압력센서(82)를 통해 감지된 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제4압력 이하로 떨어졌는가를 판단하여(822), 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제4압력 이하로 떨어지지 않은 경우 단계 818로 피드백하여 바이패스 운전을 계속하여 진행한다.
한편, 단계 822의 판단 결과, 리시버(50)에 고인 액냉매를 저압측으로 바이패스시키는 운전으로 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제4압력 이하로 떨어진 경우 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 일정 개도(약 480step)에서 이전 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고(824), 난방 운전을 수행한다(826).
한편, 단계 806의 판단 결과, 압축기(10, 20)의 운전율이 전체 운전 용량 대비 일정 운전 용량(약, 15%) 이상이 아닌 경우 단계 824로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 난방 운전을 수행한다(826).
또한, 단계 810의 판단 결과, 압축기(10, 20)의 고압측 압력이 제2압력 이상이 아닌 경우 단계 824로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 난방 운전을 수행한다(826).
또한, 단계 814의 판단 결과, 증발기 입구 온도가 제2온도 이상이 아닌 경우 단계 824로 진행하여 이코노마이저(60)측의 전동팽창밸브(62)와 과냉각기(90)측 전동팽창밸브(92)의 개도를 정상 운전 상태의 개도(약, 100~300step)로 유지하고, 난방 운전을 수행한다(826).
한편, 본 발명의 실시예에서는 실외열교환기(40)에 흐르는 냉매를 열교환하는 열원으로 물(열원수)을 이용하는 수열원(300) 방식의 열펌프 공기조화기를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 실외열교환기(40)에 흐르는 냉매를 열교환하는 열원으로 지열을 이용하는 지열원(350) 방식의 열펌프 공기조화기에서도 본 발명과 동일한 목적 및 효과를 달성할 수 있음은 물론이다.
지열원 열펌프 공기조화기의 예를 도 13 및 도 14에 도시하였다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 지열원 열펌프 공기조화기의 구성도이다.
도 13에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 지열원 열펌프 공기조화기는 하나의 실외기(100)와, 실외기(100)에 병렬 연결된 복수의 실내기(200)를 구비하며, 실외기(100)에는 실외기(100; 구체적으로, 실외열교환기)에 지열을 공급하기 위한 지열원(350)이 연결된다.
도 13의 지열원 열펌프 공기조화기는 실외열교환기(40)에 흐르는 냉매를 열교환하는 열원으로 지열을 이용하는 것 외에는, 도 1의 수열원 열펌프 공기조화기의 모든 구성과 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 지열원 열펌프 공기조화기의 구성도이다.
도 14에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 지열원 열펌프 공기조화기는 하나의 실외기(400)와, 실외기(400)에 병렬 연결된 복수의 실내기(200)를 구비하며, 실외기(400)에는 실외기(400; 구체적으로, 실외열교환기)에 지열을 공급하기 위한 지열원(350)이 연결된다.
도 14의 지열원 열펌프 공기조화기는 실외열교환기(40)에 흐르는 냉매를 열교환하는 열원으로 지열을 이용하는 것 외에는, 도 4의 수열원 열펌프 공기조화기의 모든 구성과 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
10, 20 : 압축기 30 : 사방밸브
40 : 실외열교환기 50 : 리시버
60 : 이코노마이저 62 : 전동팽창밸브
70 : 어큐뮬레이터 82 : 압력센서
84 : 온도센서 86 : 제어부
90 : 과냉각기 92 : 전동팽창밸브
100, 400 : 실외기 200 : 실내기
300 : 수열원 350 : 지열원

Claims (22)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 냉매를 물과 열교환하는 실외열교환기;
    상기 실외열교환기에서 물과 열교환된 냉매 중 일부를 저장하고, 저장된 냉매에서 기상 냉매와 액냉매를 분리하는 리시버;
    상기 리시버에서 분리된 액냉매를 과냉각하는 서브 열교환기;
    상기 리시버에서 분리된 액냉매를 바이패스하는 전동팽창밸브;
    상기 압축기에서 토출되는 냉매의 고압측 압력을 감지하는 압력센서;
    상기 실외열교환기의 온도를 감지하는 온도센서;
    상기 압축기의 운전 용량과 고압측 압력, 상기 실외열교환기의 온도를 이용하여 냉난방 과부하 운전인가를 판단하고, 상기 냉난방 과부하 운전인 경우 상기 리시버내의 액냉매의 양을 감소시키도록 상기 전동팽창밸브의 개도를 제어하는 제어부를 포함하는 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축기는 냉매를 압축하는 로딩 시간과 냉매 압축을 중지하는 언 로딩 시간에 따라 운전 용량을 조절하는 PWM 방식의 압축기인 공기조화기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서브 열교환기는 이코노마이저 또는 과냉각기를 포함하는 공기조화기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전동팽창밸브는 상기 이코노마이저 또는 과냉각기측에 각각 마련된 EEV인 공기조화기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력센서는 상기 압축기의 토출 배관에 설치되어 고압을 감지하는 공기조화기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 온도센서는 상기 실외열교환기의 일측 배관에 설치되어 상기 물과 냉매가 열교환하는 지점의 온도를 감지하는 공기조화기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 온도센서는 냉방 운전 시 응축기 출구 온도를 감지하여 상기 물의 온도를 측정하는 공기조화기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 온도센서는 난방 운전 시 증발기 입구 온도를 감지하여 상기 물의 온도를 측정하는 공기조화기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 냉방 운전 시 상기 압축기의 운전 용량이 일정 용량 이상이고, 상기 압력센서를 통해 감지된 고압이 제1압력 이상이고, 상기 온도센서를 통해 감지된 응축기 출구 온도가 제1온도 이상인 경우, 냉방 과부하 운전이라고 판단하여 상기 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하도록 상기 전동팽창밸브의 개도를 증가시키는 공기조화기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1압력은 30kg/cm2G인 공기조화기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1온도는 42도인 공기조화기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 난방 운전 시 상기 압축기의 운전 용량이 일정 용량 이상이고, 상기 압력센서를 통해 감지된 고압이 제2압력 이상이고, 상기 온도센서를 통해 감지된 증발기 입구 온도가 제2온도 이상인 경우, 난방 과부하 운전이라고 판단하여 상기 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하도록 상기 전동팽창밸브의 개도를 증가시키는 공기조화기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2압력은 35kg/cm2G인 공기조화기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2온도는 30도인 공기조화기.
  15. 제9항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전동팽창밸브의 개도를 증가시켜 상기 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하는 운전 시간을 카운터하고, 상기 운전 시간이 일정시간을 경과한 경우 상기 전동팽창밸브의 개도를 이전 상태로 유지하도록 제어하는 공기조화기.
  16. 제9항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전동팽창밸브의 개도를 증가시켜 상기 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하는 운전에 따라 변화하는 상기 고압을 상기 압력센서를 통해 감지하고, 상기 변화된 고압이 일정압력 이하인 경우 상기 전동팽창밸브의 개도를 이전 상태로 유지하도록 제어하는 공기조화기.
  17. 냉매를 압축하는 압축기, 상기 냉매를 물과 열교환하는 실외열교환기, 상기 열교환된 냉매 중 일부를 저장하여 기상 냉매와 액냉매를 분리하는 리시버, 상기 액냉매를 과냉각하는 서브 열교환기, 상기 액냉매를 바이패스하는 전동팽창밸브를 구비한 공기조화기의 제어방법에 있어서,
    상기 압축기에서 토출되는 냉매의 고압측 압력을 감지하고;
    상기 실외열교환기의 온도를 감지하고;
    상기 압축기의 운전 용량과 고압측 압력, 상기 실외열교환기의 온도를 이용하여 냉난방 과부하 운전인가를 판단하고;
    상기 냉난방 과부하 운전인 경우, 상기 리시버내의 액냉매를 바이패스하여 상기 리시버내의 액냉매의 양을 감소시키는 공기조화기의 제어방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 냉난방 과부하 운전인가를 판단하는 것은,
    냉방 운전 시 상기 압축기의 운전 용량이 일정 용량 이상이고, 상기 압축기의 고압측 압력이 제1압력 이상이고, 상기 실외열교환기의 온도가 제1온도 이상인 경우, 냉방 과부하 운전이라고 판단하는 공기조화기의 제어방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 냉난방 과부하 운전인가를 판단하는 것은,
    난방 운전 시 상기 압축기의 운전 용량이 일정 용량 이상이고, 상기 압축기의 고압측 압력이 제2압력 이상이고, 상기 실외열교환기의 온도가 제2온도 이상인 경우, 난방 과부하 운전이라고 판단하는 공기조화기의 제어방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 리시버내의 액냉매를 바이패스하는 것은,
    상기 전동팽창밸브를 일정 개도 열어 주어 상기 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하는 공기조화기의 제어방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전동팽창밸브를 일정 개도 열어 주어 상기 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하는 운전 시간을 카운터하고;
    상기 운전 시간이 일정시간을 경과한 경우, 상기 전동팽창밸브의 개도를 이전 상태로 유지하는 것을 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 전동팽창밸브를 일정 개도 열어 주어 상기 리시버내의 액냉매를 저압측으로 바이패스하는 운전에 따라 변화하는 상기 고압측 압력을 감지하고;
    상기 감지된 고압측 압력이 일정압력 이하인 경우, 상기 전동팽창밸브의 개도를 이전 상태로 유지하는 것을 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
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