KR20110092147A - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR20110092147A
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배동석
김경록
이재길
이창선
권형진
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삼성전자주식회사
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Abstract

실외팽창밸브 또는 실내팽창밸브의 개도를 조정하여 실외기의 냉매 압력을 제어할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 개시한다. 공기조화기는 냉방 운전 시 압축기에서 토출되는 냉매의 압력을 측정하고, 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 실외팽창밸브 또는 실내팽창밸브 중 어느 하나 이상의 팽창밸브의 개도를 제어하여 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높일 수 있다. 공기조화기는 난방 운전 시 압축기에 흡입되는 냉매의 압력을 측정하고, 냉매의 압력이 일정 압력 이상이면 실외팽창밸브의 개도를 조정하여 냉매의 압력을 일정 압력 이하로 낮출 수 있다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{AIR CONDITIONER AND CONTROL METHOD THEREOF}
실내 공기를 조화시키는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 사무실 또는 주택 등과 같은 실내 공간의 공기를 냉방하거나 난방하게 되는 냉/난방 기기로서 압축-응축-팽창-증발로 이루어지는 일련의 사이클을 구성하게 된다. 이러한 공기조화기는 주로 실외 공간의 공기를 이용하여 응축열 또는 증발열을 실외 공간으로 배출하게 된다.
공기조화기는 열원 종류에 따라서 공기를 열원으로 하는 공냉식 공기조화기와, 물을 열원으로 하는 수냉식 공기조화기와, 지하(호수, 하천)열원을 이용하는 지열식 공기조화기로 구분될 수 있다.
또한, 알려진 바와 같이 공기조화기는 실내 공간의 공기를 조화시키는 실내기와, 실내기로부터 유동되는 냉매를 열교환시키는 실외기가 일체로 성형되는 일체형 공기조화기 및 실내기와 실외기가 분리되어 실내기는 실내 공간에 설치되고, 실외기는 실외공간에 설치되는 분리형 공기조화기로 구분된다.
본 발명의 일측면은 전자팽창밸브의 개도를 제어하여 실외기의 냉매의 압력을 소정의 고압 또는 저압범위로 유지하는 공기조화기의 제어방법을 제공한다.
이를 위한 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 제어방법은 압축기와 실외팽창밸브를 구비하는 실외기와, 실내팽창밸브를 구비하는 실내기를 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서, 냉방 운전 시 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 압력을 측정하고, 상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실외팽창밸브 또는 실내팽창밸브 중 어느 하나 이상의 팽창밸브의 개도를 제어하여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높일 수 있다.
상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실내기의 목표 과열도를 조정하여 상기 실내팽창밸브의 개도를 제어할 수 있다.
상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실내기의 목표 과열도를 높여 상기 실내팽창밸브의 개도를 줄일 수 있다.
상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실외팽창밸브 또는 실내팽창밸브 중 어느 하나 이상의 팽창밸브의 개도를 줄여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높일 수 있다.
상기 실외기는 리시버를 더 포함하며, 상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 압축기에서 토출되는 고압 가스를 상기 리시버로 전송하여 상기 실내기로 전송되는 냉매의 압력을 높일 수 있다.
상기 압축기의 흡입측으로 전달되는 냉매의 과열도를 확인하고, 상기 냉매의 과열도가 일정 기준보다 낮으면 상기 실내팽창장치의 개도를 줄여 상기 압축기의 흡입측으로 전달되는 냉매의 과열도를 높일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의한 공기조화기의 제어방법은 압축기와 실외팽창밸브를 구비하는 실외기와, 실내팽창밸브를 구비하는 실내기를 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서, 난방 운전 시 상기 압축기에 흡입되는 냉매의 압력을 측정하고, 상기 냉매의 압력이 일정 압력 이상이면 상기 실외팽창밸브의 개도를 조정하여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이하로 낮출 수 있다.
상기 냉매의 압력이 일정 압력 이상이면 상기 실외팽창밸브의 개도를 줄여 상기 압축기에 냉매가 흡입되는 방향으로 이동하는 냉매의 양을 줄일 수 있다.
상기 실외팽창밸브의 개도는 상기 실내기의 과열도를 조정함에 의해 제어될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의한 공기조화기는 압축기의 냉매 토출측에 설치되어 냉매의 압력을 측정하는 압력센서; 및 냉방 운전 시 상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 실외팽창밸브의 개도를 제어하여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높이는 실외기의 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 실외기의 제어부는 상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실외팽창밸브의 개도를 낮추어 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높일 수 있다.
상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 실내팽창밸브의 개도를 제어하여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높이는 실내기의 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 실내기의 제어부는 상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실내팽창밸브의 개도를 낮추어 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높일 수 있다.
상기 실내기의 제어부는 상기 실내기의 목표 과열도를 조정하여 상기 실내팽창밸브의 개도를 낮출 수 있다.
상기 실내기의 제어부는 상기 실내기의 목표 과열도를 높여 상기 실내팽창밸브의 개도를 낮출 수 있다.
상기 압축기의 냉매 흡입측에 설치되어 냉매의 압력을 측정하는 압력센서와, 난방 운전 시 상기 압축기의 냉매 흡입측에 설치된 압력센서로부터 냉매의 압력에 대한 정보를 전송받고, 상기 냉매의 압력이 일정 압력 이상이면 상기 압축기에 흡입되는 냉매의 목표 과열도를 조정하여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이하로 제어하는 실내기의 제어부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 일측면에 의하면 난방 또는 냉방 운전 시 실외기의 냉매의 압력을 일정 수준으로 유지하여 공기조화기의 작동 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 공기조화기의 설치 상태를 나타낸 개략적인 설치 상태도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 나타낸 블럭구성도
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 제어블록도
도 4는 본 발명의 일측면에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 실외팽창 밸브의 개도를 제어하여 냉매 고압을 유지하는 방법을 도시한 제어흐름도
도 5는 본 발명의 일측면에 의한 공기조화기의 난방 운전 시 실외팽창밸브 의 개도를 제어하여 냉매 저압을 유지하는 방법을 도시한 제어흐름도
도 6은 본 발명의 일측면에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 실내팽창밸브 의 개도를 제어하여 냉매 고압을 유지하는 방법을 도시한 제어흐름도
도 7은 본 발명의 일측면에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 실내기의 과열 도를 제어하여 압축기의 흡입 냉매의 과열도를 조정하는 방법을 도시한 제어흐름도
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수냉식 공기조화기의 설치 상태를 나타낸 개략적인 설치 상태도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 나타낸 블럭구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면, 수냉식 공기조화기는 다수의 실내 공간이 구비되는 대형 건물 및 고층 건물 등의 실내 공간을 조화시키기 위하여 설치된다. 따라서, 수냉식 공기조화기가 설치되는 건물에는 다수의 실내 공간이 구비되고, 이러한 실내 공간을 조화시키기 위하여 수냉식 공기조화기가 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 공기조화기는 건물의 내부에 구비되는 다수의 실내 공간에 실내기(100)가 각각 설치되고, 실내기(100)가 설치되는 실내공간의 측방에는 다수의 실내기(100)와 배관에 의해 연결되는 실외기(200)가 설치되는 공조실(A)이 구비된다.
각각의 실내 공간에는 실내 공간에 적합한 형태의 실내기(100)가 장착되어 실내 공간을 조화시키게 된다. 즉, 실내기(100)는 스탠드형, 천정형, 벽걸이형 등 다양한 모델의 사용이 가능하게 되며, 사용자의 선택에 따라 설치된다. 이러한 실내기(100)는 실외기(200)와 냉매배관(300)에 의해 연통되도록 설치되며, 냉매배관(300)은 실내기(100)와 실외기(200) 사이의 냉매 유동을 안내하게 된다.
냉매배관(300)은 실내기(100)와 실외기(200)의 사이를 연결하도록 설치되고, 내부 공간으로 냉매가 유동될 수 있도록 소정의 직경을 가지는 원형파이프 형상으로 성형되며, 내부 공간으로 작동 유체인 냉매가 유동하게 된다. 따라서, 냉매배관(300)은 실외기(200)로부터 연결되는 배관에서 각각의 실내기(100)로 분지되도록 설치된다.
한편, 수냉식 공기조화기가 설치되는 건물의 옥상 등에는 물을 냉각시켜 냉각수를 형성하게 되는 냉각탑(400)이 설치된다. 냉각탑(400)은 물을 공기와 직접 접촉시킴으로써 물을 냉각시켜 냉각수를 형성하게 된다.
냉각탑(400)의 내부 공간에서 생성되는 냉각수는 냉각수공급관(420)에 의해 안내되어 실외기(200)의 내부 공간으로 유동되며, 실외기(200)의 내부 공간에서 작동 유체인 냉매와 열교환된 냉각수는 냉각수회수관(440)에 의해 안내되어 냉각탑(400)의 상단부로 유동된 다음 냉각탑(400)의 내부 공간에서 다시 냉각되어 실외기(200)의 내부 공간으로 유동되는 과정을 반복하게 된다.
냉각수공급관(420)에는 냉각수펌프(460)가 장착되어 냉각탑(400)에서 생성되는 냉각수를 실외기(200)의 내부 공간으로 일정한 압력으로 공급하게 된다.
실내기(100)의 내부에는 실내 공간의 공기를 흡입하여 냉매와 열교환시킴으로써 실내기(100)가 설치되어 있는 공간을 조화시키는 실내열교환기(120)가 장착된다. 실내열교환기(120)는 소정의 직경을 가지는 원형 파이프가 다수회 절곡되어 성형되며, 이러한 실내열교환기(120)의 내부에는 작동 유체인 냉매가 유동된다.
실내기(100)의 내부에는 실내열교환기(120)로 유입되는 냉매 또는 실내열교환기(120)로부터 유출되는 냉매의 양을 조정하는 실내팽창밸브(140)가 마련된다. 실내팽창밸브(140)는 통과하는 냉매를 팽창시킴으로써 냉매가 가지는 압력을 감압시킨다.
실내기(100)와 실외기(200)의 사이에는 냉매가 유동되도록 냉매배관(300)이 연결된다. 냉매배관(300)은 고압의 냉매가 유동되는 고압관과, 저압의 냉매가 유동되는 저압관으로 구성되며, 실외기(200)로부터 연결되는 냉매배관(300)으로부터 각각의 실내기(100)로 분지되도록 성형되어 실내열교환기(120)의 내부로 냉매가 안내되어 유동된다.
따라서, 실외기(200)에는 냉매배관(300)을 따라 유동되는 냉매가 유입되어 냉각수공급관(420)에 의해 안내되어 유동되는 냉각수와 열교환하게 되고, 열교환된 냉매는 냉매배관(300)을 따라 유동되어 상기 실내열교환기(120)의 내부로 유동되며, 실내기(100)가 설치되는 공간의 공기와 열교환되어 실내 공간을 조화시키게 된다.
또한, 실외기(200)의 내부에서 작동유체인 냉매와 열교환된 냉각수는 냉각수회수관(440)을 따라 냉각탑(400)의 내부 공간으로 유동되면서 냉각수는 하나의 사이클을 형성하게 된다.
도2를 참조하여 실외기(200)의 내부 구성을 보다 상세히 살펴보면, 압축기(260)의 출구측에는 압축기(260)의 내부 공간에서 고온 고압으로 압축되어 압축기(260)의 외부로 토출되는 냉매에 포함되어 냉매와 동시에 토출되는 오일을 분리하는 오일분리기(265)와, 고압배관에 설치되어 압축기(260)로부터 토출되는 냉매의 고압을 측정하는 냉매고압센서(241)가 마련된다.
오일분리기(265)는 소정의 직경과 높이를 가지는 원기둥 형상으로 성형된다.오일분리기(265)는 압축기(260)의 구동시 발생하게 되는 마찰열을 냉각시키기 위해 오일을 압축기(260)의 내부로 유동시키게 되고, 압축기(260)의 내부 공간으로 유동되는 오일은 압축기(260)의 내부 공간에서 고온 고압으로 압축되는 냉매에 포함되어 압축기(260)의 외부로 토출된다. 냉매에 포함되어 압축기(260)의 외부로 토출되는 오일은 오일분리기(265)에서 분리되어 오일회수관을 통해 압축기(260)로 되돌려 보내지게 된다.
오일분리기(265)는 배관에 의해 냉매제어밸브(270)와 연통되도록 성형된다. 냉매제어밸브(270)는 4방향밸브가 사용되어 수냉식 공기조화기의 운전 모드에 따라 냉매의 유동 방향을 전환시켜 주는 역할을 담당하게 되며, 이러한 냉매제어밸브(270)에 구비되는 각각의 포트 중 하나는 오일분리기(265)와 연통되고, 그 외 각각의 포트는 실내열교환기(120), 실외열교환기(230), 어큐뮬레이터(264)와 배관에 의해 연결되도록 성형된다.
냉매제어밸브(270)의 포트 가운데 하나의 포트와 실외열교환기(230)가 연결되도록 성형되는 배관의 단부는 실외열교환기(230)의 내부 공간으로 냉매가 유입되는 통로인 냉매입구부(233)와 연결되며, 냉매입구부(233)를 통해 실외열교환기(230)의 내부를 통과하면서 냉각수와 열교환되는 냉매가 유출되는 통로인 냉매출구부(234)는 실내열교환기(120)와 배관에 의해 연결되도록 성형된다.
냉매출구부(234)와 실내열교환기(120)가 연결되도록 성형되는 배관에는 실외팽창밸브(280)가 장착된다.
실외팽창밸브(280)와 실내열교환기(120)의 사이 배관에는 냉매를 과냉각시키는 과냉각기(282)가 구비된다. 과냉각기(282)는 실내열교환기(120) 및 실외열교환기(230)에서 열교환된 냉매를 과냉각시키기 위한 장치이다.
실내열교환기(120)와 압축기(260) 사이의 배관에는 냉매를 일시 저장하는 어큐뮬레이터(264)가 마련된다. 어큐뮬레이터(264)는 압축기의 내부로 유입되는 냉매 가운데 기체 상태의 냉매만이 압축기의 내부로 유동되도록 분리한다. 어큐뮬레이터(264)는 실외열교환기(230) 혹은 실내열교환기(120)로부터 압축기(260)의 흡입측으로 유입되는 냉매를 일시 저장한다. 어큐뮬레이터(15)에서 냉매는 가스 냉매와 액상 냉매로 분리된다. 어큐뮬레이터(264)에서 분리된 가스 냉매는 압축기(260)의 저압흡입구측으로 흡입된다.
어큐뮬레이터(264)와 압축기(260) 사이에는 냉매저압센서(242)와 온도센서(243)가 마련된다. 냉매저압센서(242)는 압축기(260)의 흡입구측으로 유입되는 냉매의 저압을 측정하며, 온도센서(243)는 압축기(260)의 흡입구측으로 유입되는 냉매의 온도를 측정한다.
한편, 도 1 및 도 2에는 실외열교환기(230)에 흐르는 냉매와의 열교환원으로 물을 이용하는 수냉식 공기조화기를 그 예로 들었으나, 열교환원으로 지열을 이용하는 지열식 공기조화기도 본 발명의 실시예에 포함된다. 지열식 공기조화기는 열교환기를 땅 속 혹은 호수,하천 등 지표수에 묻어 열원수와 열교환하도록 하여 그 열원수를 공기조화기에 사용하는 방식으로서, 열원이 지열이라는 점을 제외하면 수냉식 공기조화기와 그 구성이 동일하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 제어블록도이다.
실외기(200) 및 실내기(100)는 센서부(101,201), 제어부(102,202), 저장부(103,203), 통신부(105,205) 및 구동부(104,204)를 각각 포함한다.
실외기(200)의 센서부(201)는 냉매고압센서(241), 냉매저압센서(242) 및 온도센서(243)를 포함한다. 냉매고압센서(241)는 압축기(260)의 출구측에 설치되어 압축기(260)로부터 토출되는 냉매의 고압을 측정한다. 냉매저압센서(242)는 압축기(260)의 입구측에 설치되어 압축기(260)로 흡입되는 냉매의 저압을 측정한다. 온도센서(243)는 압축기의 입구측에 설치되어 온도를 측정한다.
실외기(200)의 제어부(202)는 냉방 운전 시 실외기(200)의 냉매 압력을 소정의 고압범위내에 유지되도록 제어한다. 실외기(200)의 제어부(202)는 냉방 운전 시 냉매고압센서(241)로부터 전송되는 냉매고압 정보에 따라 실외팽창밸브(280)의 개도를 제어하여 냉매 고압을 일정 수준으로 유지한다. 실외기(200)의 제어부(202)는 압축기(260)로부터 토출되는 냉매 고압을 확인하고, 냉매 고압이 기준 압력보다 낮으면 실외팽창밸브(280)의 개도를 줄여 냉매 고압을 높인다. 실외팽창밸브(280)의 개도가 줄어들면 실외열교환기(230)로부터 리시버(290)로 토출되는 냉매의 양이 줄어들며, 이에 따라 압축기(260)와 실외열교환기(230) 사이의 냉매의 양이 많아져 압축기(260)의 냉매 토출측의 압력이 높아지게 된다.
실외기(200)의 제어부(202)는 압축기(260)로부터 토출되는 냉매 고압을 확인하고, 냉매 고압이 기준 압력보다 낮으면 압축기(260)의 고압 가스를 리시버(290)에 전송한다. 리시버(290)에 고압가스가 공급되면 리시버(290)로부터 실내기(100)로 출력되는 냉매의 압력이 높아져 실내기(100)의 성능 저하를 막을 수 있다.
실외기(200)의 제어부(202)는 난방 운전 시 실외기(200)의 냉매 압력이 소정의 저압범위내로 유지되도록 제어한다. 실외기(200)의 제어부(202)는 난방 운전 시 냉매저압센서(242)로부터 전송되는 냉매저압 정보에 따라 실외팽창밸브(280)의 개도를 제어하여 냉매 저압을 일정 수준으로 유지한다. 실외기(200)의 제어부(202)는 압축기(260)로부터 토출되는 냉매 저압을 확인하고, 냉매 저압이 기준 압력보다 높으면 실외팽창밸브(280)의 개도를 줄여 냉매 저압을 낮춘다. 실외팽창밸브(280)의 개도를 줄이면 리시버(290)로부터 실외열교환기(230)로 이동하는 냉매의 양이 적어지며, 이에 따라 실내열교환기(120)에서 어큐뮬레이터(264)로 이동하는 냉매의 양이 적어져 압축기(260)의 흡입측의 냉매의 압력이 줄어들게 된다.
실외기(200)의 제어부(202)는 난방 운전 시 냉매저압센서(242)로부터 전송되는 냉매저압 정보에 따라 압축기(260) 흡입 냉매의 과열도를 조정하여 실외팽창밸브(280) 개도를 제어할 수 있다. 압축기(260)의 흡입 냉매의 과열도는 다음 식 1과 같다.
식 1
흡입 냉매의 과열도 = 흡입 냉매의 온도 - 흡입 냉매의 포화온도
식 1에서, 흡입 냉매의 온도는 압축기(260)의 흡입측에 설치된 온도센서(243)에 의해 측정되며, 흡입 냉매의 포화온도는 압축기(260) 흡입측의 냉매저압센서(242)에 의해 측정된 냉매의 압력에 의해 결정된다. 냉매의 압력에 따른 포화온도는 저장부(203)에 미리 저장되어 있다. 예를 들면, 냉매저압센서(242)에서 측정된 냉매의 압력이 7kg/cm2일 때 포화온도는 약 0℃로 저장부(203)에 미리 저장시켜 제어에 이용할 수 있다. 이하 흡입 냉매의 과열도를 조정하여 실외팽창밸브(280)의 개도를 제어하는 방법에 대해 설명한다.
실외기(200)의 제어부(202)는 압축기(260)에 흡입되는 냉매 저압을 확인하고, 냉매 저압이 기준 압력보다 높으면 압축기(260) 흡입 냉매의 과열도가 높아지도록 제어한다. 압축기(260) 흡입 냉매의 과열도가 높아지도록 제어하기 위해서는 실외팽창밸브(280)의 개도를 줄여야 한다. 실외팽창밸브(280)의 개도가 줄어들면 리시버(290)로부터 실외열교환기(230)로 이동하는 냉매의 양이 줄어들고, 실외열교환기(230)에서 냉매는 열교환이 잘 이루어져 그 온도가 높아지게 되고, 온도가 높아진 냉매는 어큐뮬레이터(264)를 거쳐 압축기(260)로 이동하게 된다. 이 과정에서, 압축기(260)의 흡입 냉매의 온도는 올라가게 되어 식 1을 참조하면, 압축기의 흡입 냉매의 과열도는 올라가게 된다. 한편, 실외팽창밸브(280)의 개도를 줄이면 상술한 과정에 의해 압축기(260)의 흡입 냉매의 압력도 낮아지게 되어 압축기(260)의 흡입측에 설치된 냉매저압센서(242)에서 측정되는 냉매의 압력을 낮출 수 있다.
실외기(200)의 저장부(203)는 냉매의 압력에 따른 포화온도를 저장하고 있다.
실외기(200)의 통신부(205)는 실내기(100)에서 송신한 정보를 수신하거나, 실내기(100)로 정보를 송신한다.
실외기(200)의 구동부(204)는 제어부(202)의 제어에 따라 압축기(260), 실외팽창밸브(280) 등을 구동한다.
실내기(100)의 센서부(101)는 온도센서(161,162)를 포함한다. 실내기(100)의 온도센서(161,162)는 실내열교환기(120)의 입구와 출구측에 설치되어 냉매의 온도를 측정한다.
실내기(100)의 제어부(102)는 냉방 운전 시 실외기(200)의 통신부(205)로부터 전송되는 냉매 고압 정보에 따라 실내팽창밸브(140)의 개도를 제어하여 실외기(200)의 냉매 고압을 일정 수준으로 유지한다. 실내기(100)의 통신부(105)는 실외기(200)로부터 전송되는 정보를 수신받고, 실내기(100)의 제어부(102)는 그 정보에 따라 실내팽창밸브(140)의 개도를 제어한다. 실내팽창밸브(140)의 개도가 줄어들면 실내기(100)로 입력되는 냉매의 양이 줄어들고, 실내기(100)로 입력되는 냉매의 양이 줄어들면 실외기(200)에 머무는 냉매의 양이 많아져 실외기(200)의 냉매의 압력이 높아진다.
실내기(100)의 제어부(102)는 실외기(200)의 통신부(205)로부터 전송되는 압축기(260)의 흡입 냉매의 과열도에 따라 실내기(100)의 과열도를 조절하여 실외기(200)의 냉매의 압력을 소정의 고압으로 유지할 수 있다. 압축기(260)의 흡입 냉매의 과열도는 상술한 식 1과 같으며, 실내기(100)의 과열도는 다음 식 2와 같다.
식 2
실내기의 과열도 = 실내열교환기의 출구의 온도 - 실내열교환기의 입구의 온도
식 2에서, 실내열교환기(120)의 출구는 냉방 운전 시 냉매가 실내열교환기(120)로부터 나가는 측면을 의미하며, 실내열교환기(120)의 입구는 냉방 운전 시 냉매가 실내열교환기(120)로 들어오는 측면을 의미한다. 이하, 압축기(260)의 흡입과열도에 따라 실내기(100)의 과열도를 조절하여 실외기(200)의 냉매의 압력을 소정의 고압으로 조정하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
실외기(200)의 제어부(202)는 냉방 운전 시 압축기(260)의 흡입과열도가 낮아지면 실내기(100)의 제어부(102)로 소정의 정보를 송신하여 실내기(100)의 과열도를 크게 조절한다. 실내기(100)의 과열도가 커지기 위해서는 실내팽창밸브(140)의 개도를 줄여야 한다. 실내팽창밸브(140)의 개도가 줄어들면 실내열교환기(120)로 들어가는 냉매의 양이 줄어들고, 냉매의 양이 줄어들면 그 냉매는 실내열교환기(120)에서 열교환이 잘되어 냉매의 양이 많을 때보다 더욱 온도가 높아진 채로 실내열교환기(120)의 출구로 토출된다.(냉방운전 시에는 실내열교환기의 출구측의 온도가 입구측의 온도보다 높음) 식 2를 참조하면, 실내열교환기(120)의 출구의 온도가 더욱 높아지므로 실내기(100)의 과열도가 높아짐을 알 수 있다. 또한, 실내기(100)에서 실외기(200)로 전송되는 냉매의 온도가 높아지므로, 압축기(260)의 흡입측으로 이동하는 냉매의 온도가 높아지고, 이에 따라 식 1의 흡입 냉매의 과열도가 높아진다.
한편, 압축기(260)의 흡입냉매의 과열도가 낮아지는 원인은 식 1을 참조하면, 흡입 냉매의 온도가 낮아지거나 흡입 냉매의 포화온도가 커지는 경우임을 알 수 있다. 여기서, 흡입 냉매의 포화온도는 흡입 냉매의 온도 변화량과 비교 시 그 변화량이 매우 작으므로 흡입 냉매의 온도가 낮아지는 경우를 실시예로 하여 설명하기로 한다.
흡입 냉매의 온도가 낮아지는 경우는 실내열교환기(120)에서 실외기(200)로 전송되는 냉매의 양이 많은 경우나(냉매의 양이 많아 증발이 잘 일어나지 않음), 실내열교환기(120)의 부하 이상으로 열교환이 잘 일어나지 않은 냉매가 실외기(200)로 전송되는 경우이다. 전자의 경우에는 실외기(200)의 냉매 압력은 이미 고압인 상태일 수 있고(저압인 경우도 있음), 후자인 경우에는 실외기(200)의 냉매 압력이 고압인 경우와 저압인 경우일 수 있다. 이에 따라, 실내기(100)의 제어부(102)는 실외기(200)의 냉매의 압력이 저압이고 압축기(260)의 흡입 냉매의 과열도가 낮은 경우 실내기(100)의 과열도를 높게 조정할 수 있다. 상술한 것처럼, 실내기(100)의 과열도를 높게 조정하면 실내팽창밸브(140)의 개도가 줄어들고, 실내팽창밸브(140)의 개도가 줄어들면 실외기(200)에 머무는 냉매의 양이 많아져 실외기(200)의 냉매의 압력이 고압이 된다. 한편, 실외기(200)의 냉매의 압력이 고압인 경우에도 실내기(100)의 과열도를 높게 조정하여 압축기(260)의 흡입냉매의 과열도를 높이는 경우가 있다. 이 때, 실내팽창밸브(140)의 개도를 줄이므로 실외기(200)의 냉매의 압력이 더 고압으로 될 수 있으나 통상적으로 별도의 제어방식에 의해 보호된다.
실내기(100)의 통신부(105)는 실외기(200)로부터 전송되는 정보를 수신받거나, 실외기(200)의 통신부(205)로 소정의 정보를 송신할 수 있다.
실내기(100)의 저장부(103)는 실내기(100)의 작동에 필요한 각종 정보를 저장한다. 실내기(100)의 저장부(103)는 압축기(260)의 흡입냉매의 과열도에 따라 조정되어야 하는 실내기(100)의 과열도를 저장하고 있다.
실내기(100)의 구동부(104)는 실내팽창밸브(140) 등을 구동시킨다.
도 4는 본 발명의 일측면에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 실외팽창밸브의 개도를 제어하여 냉매 고압을 유지하는 방법을 도시한 제어흐름도이다.
실외기(200)의 제어부(202)는 냉방 운전이 시작되면 실외팽창밸브(280)의 개도를 S1으로 조정한다.(500)
다음으로, 실외기(200)의 제어부(202)는 압축기(260)의 냉매 토출측에 설치된 냉매고압센서(241)로부터 냉매 고압 정보를 전송받는다.(501)
다음으로, 실외기(200)의 제어부(202)는 501단계에서 측정된 냉매 고압(Ph)과 제1기준압력(P1)의 크기를 비교하고, 냉매 고압이 제1기준압력보다 낮으면 실외팽창밸브(280)의 개도를 S2로 조정한다. 즉, 실외팽창밸브(280)의 개도를 줄여 실외기(200)의 냉매 압력을 높인다.(502,503)
한편, 실외기(200)의 제어부(202)는 501단계에서 측정된 냉매 고압(Ph)이 제1기준압력(P1)보다 크면 냉매 고압과 제2기준압력(P2)의 크기를 비교하고, 냉매 고압이 제2기준압력보다 크면 실외팽창밸브(280)의 개도를 S3로 조정한다. 즉, 실외팽창밸브(280)의개도를 높여 실외기(200)의 냉매의 압력을 줄인다.(504,505)
한편, 실외기(200)의 제어부(202)는 501단계에서 측정된 냉매 고압(Ph)이 제1기준압력(P1)보다 작으면 개도를 S1으로 유지하고 500단계로 피드백한다.(504,506)
여기서, S1, S2, S3는 실외팽창밸브(280)의 개도의 정도를 나타내는 스텝을 의미하며, 예를 들어 개도의 크기는 S2<S1<S3와 같이 될 수 있다. 그리고, 실외기(200)의 제어부(202)는 냉매 고압이 P1<Ph<P2일 때, 정상 상태인 것으로 판단한다.
도 5는 본 발명의 일측면에 의한 공기조화기의 난방 운전 시 실외팽창밸브의 개도를 제어하여 냉매 저압을 유지하는 방법을 도시한 제어흐름도이다.
실외기(200)의 제어부(202)는 난방 운전이 시작되면 실외팽창밸브(280)의 개도를 SH1으로 조정한다. 실외팽창밸브(280)의 개도를 SH1으로 조정하는 것은 압축기(260)의 흡입 냉매의 과열도1(Super Heat1)에 따라 실외팽창밸브(280)의 개도를 조정하는 것이다. 압축기(260)의 흡입 냉매의 과열도에 따라 실외팽창밸브(280)의 개도가 조정되도록 실외기(200)의 제어부(202)에서 제어한다.(510)
다음으로, 실외기(200)의 제어부(202)는 압축기(260)의 냉매 흡입측에 설치된 냉매저압센서(242)로부터 냉매 저압 정보를 전송받는다. 냉매저압센서(242)는 압축기 흡입측에 장착된 압력센서를 의미한다.(511)
다음으로, 실외기(200)의 제어부(202)는 511단계에서 측정된 냉매 저압(PL)과 제3기준압력(P3)의 크기를 비교하고, 냉매 고압이 제3기준압력보다 낮으면 실외팽창밸브(280)의 개도를 SH1으로 유지 또는 조정한다.(512,514)
한편, 실외기(200)의 제어부(202)는 511단계에서 측정된 냉매 저압(PL)이 제3기준압력(P3)보다 크면 냉매 저압과 제4기준압력(P4)의 크기를 비교하고, 냉매 저압이 제4기준압력보다 작으면 실외팽창밸브(280)의 개도를 SH2로 제어되도록 (예를 들면, 과열도 10℃에 따른 제어) 조정한다. 즉, 실외팽창밸브(280)의 개도를 줄여 실외기(200)의 냉매의 압력을 줄인다.(513,515)
한편, 실외기(200)의 제어부(202)는 511단계에서 측정된 냉매 저압(PL)이 제4기준압력(P4)보다 크면 실외팽창밸브(280)의 개도를 SH3(예를 들면, 과열도 15℃에 따른 제어)로 조정한다.(513,516)
여기서, SH1, SH2, SH3는 실외팽창밸브(280)의 개도를 조정하는 목표 과열도를 의미한다. 예를들어 과열도 제어값의 크기는 SH1<SH2<SH3와 같다.
도 6은 본 발명의 일측면에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 실내팽창밸브의 개도를 제어하여 냉매 고압을 유지하는 방법을 도시한 제어흐름도이다.
실내기(100)의 제어부(102)는 냉방 운전이 시작되면 실내팽창밸브(140)의 개도를 ID_SH1으로 조정한다. ID_SH1(Indoor_Super Heat1)은 실내팽창밸브(140)의 개도제어를 위한 목표 과열도이다. 예를 들어, ID_SH1에서 실내팽창밸브(140)는 실내기(100) 과열도 "2℃"제어를 위한 개도제어를 실시한다.(520)
다음으로, 실내기(100)의 제어부(102)는 실외기(200)의 통신부(205)로부터 압축기(260)의 토출측의 냉매 고압 정보를 전송받는다.(521)
다음으로, 실내기(100)의 제어부(102)는 냉매 고압(Ph)과 제5기준압력(P5)의 크기를 비교하고, 냉매 고압이 제5기준압력보다 낮으면 실내팽창밸브(140)의 개도를 Id_SH2로 조정한다. 즉, 실내팽창밸브(140)의 개도를 줄여 실외기(200)의 냉매 압력을 높인다.(522,523)
한편, 실내기(100)의 제어부(102)는 521단계에서 전송된 냉매 고압(Ph)이 제5기준압력(P5)보다 크면 실내팽창장치(140)의 개도를 ID_SH1으로 유지 또는 조정하고 521단계로 피드백한다.(522,524)
여기서, ID_SH1 및 ID_SH2는 실내팽창밸브(140)의 개도제어를 위한 실내기의 목표과열도를 의미한다. 예를들어 그 크기는 ID_SH1<ID_SH2와 같다.
도 7은 본 발명의 일측면에 의한 공기조화기의 냉방 운전 시 실내기의 과열도를 제어하여 압축기의 흡입 냉매의 과열도를 조정하는 방법을 도시한 제어흐름도이다.
실내기(100)의 제어부(102)는 냉방 운전이 시작되면 실내팽창밸브(140)의 개도를 ID_SH3으로 조정한다. ID_SH3(Indoor_Super Heat3)은 실내기(100) 과열도에 따른 실내팽창밸브(140)의 개도 정도를 나타내는 스텝이다. 예를 들어, ID_SH3은 실내기(100) 과열도 "4℃"에 따른 실내팽창밸브(140)의 개도를 나타낸다.(530)
다음으로, 실내기(100)의 통신부(105)는 실외기(200)의 통신부(205)로부터 전송되는 압축기 흡입 냉매의 과열도에 대한 정보를 수신한다.(531)
다음으로, 실내기(100)의 제어부(102)는 압축기(260) 흡입 냉매의 과열도와 제1기준치를 비교하고, 흡입 냉매의 과열도가 제1기준치보다 작으면 실내팽창장치(140)의 개도를 Id_SH3로 유지 또는 조정한다. 압축기(260) 흡입 냉매의 과열도가 작으면 실내팽창장치(140)의 개도를 낮은 상태로 유지 또는 조정시켜 실외기(200)로 전달되는 냉매의 유량을 줄인다. 실외기(200)로 전달되는 냉매의 유량이 줄어들면, 상술한 것처럼 실외열교환기(230)에서 냉매의 열교환이 잘 이루어지고, 냉매의 열교환이 잘 이루어지면 압축기 흡입측에 전달되는 냉매의 온도가 높아져 압축기(260)의 흡입과열도가 높아지게 된다.(532,534)
한편, 실내기(100)의 제어부(102)는 압축기(260) 흡입 냉매의 과열도가 제1기준치보다 크면, 압축기(260)의 흡입 냉매의 과열도를 제2기준치와 비교한다. 실내기(100)의 제어부(102)는 압축기(260)의 흡입 냉매의 과열도가 제2기준치보다 작으면 실내팽창밸브(140)의 개도를 ID_SH4로 유지 또는 조정한다. ID_SH4는 ID_SH3보다 [낮은] 과열도제어에 따른 실내팽창밸브(140)의 개도가 낮은 상태를 나타낸다.(533,535)
한편, 실내기(100)의 제어부(102)는 압축기(260) 흡입 냉매의 과열도가 제2기준치보다 크면 실내팽창밸브(140)의 개도를 ID_SH5로 유지 또는 조정한다. ID_SH5는 과열도제어에 따른 실내팽창밸브(140)의 개도가 ID_SH4보다 낮은 상태를 나타낸다.(533,536)
한편, 도 7의 실시예는 실내기(100)의 과열도를 조정하여 압축기에 흡입되는 냉매의 과열도를 제어하는 것으로서, 도 4 내지 도 6에 개시한 실시예와 병행하여 제어될 수 있다.
한편, 상술한 실시 예에서는 이해를 위해 실내팽창장치(140)의 개도 제어와 실외팽창장치(280)의 개도 제어를 분리하여 설명하였지만 실외기(200)의 제어부(202)와 실내기(100)의 제어부(102)에 의해 동시에 팽창장치(140,280)의 개도 제어가 수행될 수 있음은 물론이다.

Claims (16)

  1. 압축기와 실외팽창밸브를 구비하는 실외기와, 실내팽창밸브를 구비하는 실내기를 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서,
    냉방 운전 시 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 압력을 측정하고,
    상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실외팽창밸브 또는 실내팽창밸브 중 어느 하나 이상의 팽창밸브의 개도를 제어하여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높이는 공기조화기의 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실내기의 목표 과열도를 조정하여 상기 실내팽창밸브의 개도를 제어하는 공기조화기의 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실내기의 목표 과열도를 높여 상기 실내팽창밸브의 개도를 줄이는 것인 공기조화기의 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실외팽창밸브 또는 실내팽창밸브 중 어느 하나 이상의 팽창밸브의 개도를 줄여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높이는 공기조화기의 제어방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실외기는 리시버를 더 포함하며,
    상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 압축기에서 토출되는 고압 가스를 상기 리시버로 전송하여 상기 실내기로 전송되는 냉매의 압력을 높이는 공기조화기의 제어방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기의 흡입측으로 전달되는 냉매의 과열도를 확인하고,
    상기 냉매의 과열도가 일정 기준보다 낮으면 상기 실내팽창장치의 개도를 줄여 상기 압축기의 흡입측으로 전달되는 냉매의 과열도를 높이는 공기조화기의 제어방법.
  7. 압축기와 실외팽창밸브를 구비하는 실외기와, 실내팽창밸브를 구비하는 실내기를 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서,
    난방 운전 시 상기 압축기에 흡입되는 냉매의 압력을 측정하고,
    상기 냉매의 압력이 일정 압력 이상이면 상기 실외팽창밸브의 개도를 조정하여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이하로 낮추는 공기조화기의 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉매의 압력이 일정 압력 이상이면 상기 실외팽창밸브의 개도를 줄여 상기 압축기에 냉매가 흡입되는 방향으로 이동하는 냉매의 양을 줄이는 공기조화기의 제어방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 실외팽창밸브의 개도는 상기 실내기의 과열도를 조정함에 의해 제어되는 공기조화기의 제어방법.
  10. 압축기의 냉매 토출측에 설치되어 냉매의 압력을 측정하는 압력센서; 및
    냉방 운전 시 상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 실외팽창밸브의 개도를 제어하여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높이는 실외기의 제어부;를 포함하는 공기조화기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 실외기의 제어부는 상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실외팽창밸브의 개도를 조절하여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높이는 공기조화기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 실내팽창밸브의 개도를 제어하여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높이는 실내기의 제어부;를 포함하는 공기조화기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 실내기의 제어부는 상기 냉매의 압력이 일정 압력 이하이면 상기 실내팽창밸브의 개도를 낮추어 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이상으로 높이는 공기조화기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 실내기의 제어부는 상기 실내기의 목표 과열도를 조정하여 상기 실내팽창밸브의 개도를 낮추는 공기조화기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 실내기의 제어부는 상기 실내기의 목표 과열도를 높여 상기 실내팽창밸브의 개도를 낮추는 공기조화기.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 압축기의 냉매 흡입측에 설치되어 냉매의 압력을 측정하는 압력센서와, 난방 운전 시 상기 압축기의 냉매 흡입측에 설치된 압력센서로부터 냉매의 압력에 대한 정보를 전송받고, 상기 냉매의 압력이 일정 압력 이상이면 상기 압축기에 흡입되는 냉매의 목표 과열도를 조정하여 상기 냉매의 압력을 일정 압력 이하로 제어하는 실내기의 제어부;를 더 포함하는 공기조화기.
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