KR20130041640A - 공기조화기 및 그 운전 방법 - Google Patents

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조창환
최홍석
강선영
황준현
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 공기조화기는 냉매 흡입유로의 냉매를 흡입하여 압축한 후 냉매 토출유로로 토출하고 용량이 가변되는 압축부와; 냉매가 열원수와 열교환되어 응축되거나 증발되는 수냉매 열교환기와; 냉매가 실내공기와 열교환되어 증발되거나 응축되는 실내 열교환기와; 수냉매 열교환기와 실내 열교환기 사이에 설치된 팽창기구와; 냉매 흡입유로와 냉매 토출유로와 수냉매 열교환기와 실내 열교환기와 연결된 냉난방 절환밸브와; 냉매 흡입유로의 압력을 감지하는 저압센서와; 냉매 토출유로의 압력을 감지하는 고압센서와; 수냉매 열교환기에 연결된 열원수 유로와; 열원수 유로에 설치된 펌프와; 열원수 유로에 설치되고 개도가 조절 가능한 가변 유량 밸브를 포함하고, 가변 유량 밸브는 냉방 운전시 고압센서의 감지 압력과 목표 응축 압력에 따라 개도가 가변되고 난방 운전시 저압센서의 감지 압력과 목표 증발 압력에 따라 개도가 가변되어, 냉매의 사이클을 최적화하면서 운전할 수 있고, 실외기의 신뢰성이 향상될 수 있는 이점이 있다.

Description

공기조화기 및 그 운전 방법{Air conditioner and Control method of the same}
본 발명은 공기조화기 및 그 운전 방법에 관한 것으로서, 특히 냉매가 물과 열교환되는 수냉매 열교환기를 갖고 수냉매 열교환기에 물 유로가 연결되는 공기조화기 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 냉매의 냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방 시킬 수 있는 장치로서, 냉매가 순차적으로 압축,응축,팽창,증발되고, 냉매가 기화될 때 주위의 열을 흡수하고 액화될 때 그 열을 방출하는 특성에 의하여 냉방 또는 난방작용을 수행한다.
공기조화기는 실외 공기를 이용하여 냉매를 응축하거나 증발하는 것이 가능하고, 물 등의 열원수를 이용하여 냉매를 응축하거나 증발하는 것이 가능하다.
공기조화기는 물 등의 열원수를 냉매와 열교환시키는 수냉매 열교환기가 압축기와 팽창기구 사이에 설치되어, 냉매가 물 등의 열원수에 의해 응축 또는 증발될 수 있다.
수냉매 열교환기는 냉매가 흐르는 냉매유로와 열원수가 흐르는 열 원수유로가 전열 판에 의해 구획되는 판형 열교환기로 구성될 수 있다.
수냉매 열교환기에는 열원수를 수냉매 열교환기로 공급하는 입수유로와, 판형 열교환기에서 냉매와 열교환된 열원수가 출수되는 출수유로가 연결될 수 있고, 입수유로와 출수유로에는 수냉매 열교환기로 열원수를 펌핑시키는 펌프가 설치될 수 있다.
KR 10-2010-0064835 A (2010.06.15)
종래 기술에 따른 공기조화기는 실내기의 운전 용량에 따른 압축기의 운전율을 이용하거나 물 회수관의 감지 온도를 이용하여 유량조절밸브의 개도를 조절하므로, 실외기의 운전 상태나 사이클 압력과 무관하게 유량조절밸브가 조절되고, 실외기 사이클의 최적화가 어려운 문제점이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는 냉매가 실내공기와 열교환되어 증발되거나 응축되는 실내 열교환기와, 상기 실내 열교환기를 향해 유동되는 냉매가 팽창되는 실내팽창밸브가 설치된 실내기와; 냉매 흡입유로의 냉매를 흡입하여 압축한 후 냉매 토출유로로 토출하고 용량이 가변되는 압축부와, 냉매가 열원수와 열교환되어 응축되거나 증발되는 수냉매 열교환기와, 상기 수냉매 열교환기를 향해 유동되는 냉매가 팽창되는 실외팽창밸브와, 냉방 운전과 난방 운전을 절환하는 냉난방 절환밸브와, 상기 냉매 흡입유로의 압력을 감지하는 저압센서와, 상기 냉매 토출유로의 압력을 감지하는 고압센서가 설치된 실외기와; 상기 수냉매 열교환기에 연결된 열원수 유로와; 상기 열원수 유로에 설치된 펌프와; 상기 열원수 유로에 설치되고 개도가 조절 가능한 가변 유량 밸브를 포함하고, 상기 가변 유량 밸브는 냉방 운전시 상기 고압센서의 감지 압력과 목표 응축 압력에 따라 개도가 가변되고 난방 운전시 상기 저압센서의 감지 압력과 목표 증발 압력에 따라 개도가 가변된다.
상기 가변 유량 밸브는 냉방 운전시 상기 고압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 크면 개도가 증가되고, 상기 고압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 작으면 개도가 감소되며, 난방 운전시 상기 저압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 크면 개도가 감소되고 상기 저압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 작으면 개도가 증가된다.
상기 가변 유량 밸브는 냉방 운전의 기동시 또는 난방 운전의 기동시 풀 오픈된다.
상기 가변 유량 밸브는 상기 냉방 운전의 기동이나 난방 운전의 기동이 완료되면 개도가 가변된다.
상기 실외기는 상기 압축부와 냉난방 절환밸브와 실외팽창밸브를 제어하는 실외기 제어부와, 상기 가변 유량 밸브를 제어하는 가변 유량 밸브 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 공기조화기의 운전 방법은 공기조화기의 기동시, 냉매와 물을 열교환하는 수냉매 열교환기로 출입되는 물을 조절하는 가변 유량 밸브를 풀 오픈시키는 기동 제어 단계와; 상기 기동 제어 단계 후 냉매를 압축하는 압축부에서 수냉매 열교환기로 유동되는 냉매의 압력에 따라 가변 유량 밸브의 개도를 가변시키거나 수냉매 열교환기에서 압축부로 유동되는 냉매의 압력에 따라 가변 유량 밸브의 개도를 가변시키는 정격 제어 단계를 포함한다.
상기 정격 제어 단계는 냉방 운전시 상기 고압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 크면 상기 가변 유량 밸브의 개도를 증가시키고, 상기 고압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 작으면 상기 가변 유량 밸브의 개도를 감소시키며, 난방 운전시 상기 저압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 크면 상기 가변 유량 밸브의 개도를 감소시키고 상기 저압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 작으면 개도를 증가시킨다.
상기 정격 제어 단계는 상기 가변 유량 밸브의 개도 증가시 상기 가변 유량 밸브의 현재 개도가 최대이면 현재 개도를 유지시키고, 상기 가변 유량 밸브의 개도 감소시 상기 가변 유량 밸브의 현재 개도가 최소이면 현재 개도를 유지시킨다.
상기 정격 제어 단계는 공기조화기의 정지시 가변 유량 밸브를 풀 클로즈하고 완료된다.
본 발명은 냉매 흡입유로의 저압센서나 냉매 토출유로의 고압센서를 이용하여 가변 유량 밸브의 개도를 조절하므로, 압축기의 운전율이나 열원수 유로에서 측정된 온도를 이용하여 가변 유량 밸브의 개도를 조절하는 경우 보다 냉매의 사이클을 최적화하면서 운전할 수 있고, 실외기의 신뢰성이 향상될 수 있는 이점이 있다.
또한, 실외기가 저압 센서 또는 고압 센서의 감지 결과를 이용하여 가변 유량 밸브를 제어하여 열원수 유로의 온도를 감지하지 않고, 가변 유량 밸브를 실외기에서 간편하게 제어할 수 있는 이점이 있다.
또한, 가변 유량 밸브의 개도 감소시 펌프의 회전수가 감소되는 것에 펌프의 소비전력을 줄일 수 있고, 가변 유량 밸브의 최대 개도를 기준으로 펌프의 회전수를 일정하게 할 경우 보다 펌프의 소비전력을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 냉방 운전시 냉매 흐름과 열원수 흐름이 도시된 도,
도 2는 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 난방 운전시 냉매 흐름과 열원수 흐름이 도시된 도,
도 3은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 제어 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 공기조화기의 운전 방법 일실시예의 냉방 운전시 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 운전 방법 일실시예의 난방 운전시 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 냉방 운전시 냉매 흐름과 열원수 흐름이 도시된 도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 난방 운전시 냉매 흐름과 열원수 흐름이 도시된 도이다.
공기조화기는 냉매를 압축하는 압축부(2)와, 냉매가 물 등이 열원수(이하, '열원수'라 칭함)과 열교환되어 응축되거나 증발되는 수냉매 열교환기(20)와, 냉매가 실내공기와 열교환되어 증발되거나 응축되는 실내 열교환기(30)와, 수냉매 열교환기(20)와 실내 열교환기(30) 사이에 설치된 팽창기구(40)(42)와, 냉방 운전과 난방 운전을 절환하는 냉난방 절환밸브(50)를 포함할 수 있다.
압축부(2)는 냉매 흡입유로(4)의 냉매를 흡입하여 압축한 후 냉매 토출유로(5)로 토출한다. 압축부(2)는 용량이 가변되게 구성된다. 압축부(2)는 냉매 흡입유로(4)와 냉매 토출유로(5)가 연결되는 적어도 하나의 압축기(6)(7)를 포함한다. 압축기(6)(7)는 압축 용량이 가변되는 하나의 인버터압축기를 포함하는 가능하고, 압축 용량이 가변되는 인버터압축기(6)와 압축 용량이 일정한 정속압축기(7)를 포함하는 것이 가능하다. 이하, 인버터압축기(6)와 정속압축기(7)를 포함하는 예로 설명한다.
냉매 흡입유로(4)는 인버터압축기(6)와 정속압축기(7)에 병렬 연결될 수 있다. 냉매 흡입유로(4)는 인버터압축기(6)에 연결되는 인버터압축기 흡입유로(8)와, 정속압축기(7)에 연결되는 정속압축기 흡입유로(9)와, 인버터압축기 흡입유로(8)와 정속압축기 흡입유로(9)가 연결되는 공통 흡입유로(10)를 포함할 수 있다. 냉매 흡입유로(4)에는 냉매 중 액냉매가 축적되는 어큐물레이터(11)가 설치될 수 있다. 어큐물레이터(11)는 공통 흡입유로(10)에 설치될 수 있다.
냉매 토출유로(5)는 인버터압축기(6)와 정속압축기(7)에 병렬 연결될 수 있다. 냉매 토출유로(5)는 인버터압축기(6)에 연결되는 인버터압축기 토출유로(12)와, 정속압축기(7)에 연결되는 정속압축기 토출유로(13)와, 인버터압축기 토출유로(12)와 정속압축기 토출유로(13)가 연결되는 공통 토출유로(14)을 포함할 수 있다. 냉매 토출유로(5)에는 인버터압축기(6)에서 토출된 냉매와 오일 중 오일을 분리하여 냉매 흡입유로(4)로 회수시키는 인버터압축기 오일분리기(15)가 설치될 수 있다. 냉매 토출유로(5)에는 정속압축기(7)에서 토출된 냉매와 오일 중 오일을 분리하여 냉매 흡입유로(4)로 회수시키는 정속압축기 오일분리기(16)가 설치될 수 있다.
수냉매 열교환기(20)는 냉방 운전시 열원수가 냉매와 열교환되어 냉매를 응축시키는 응축기로 기능할 수 있고 난방 운전시 열원수가 냉매와 열교환되어 냉매를 증발시키는 증발기로 기능할 수 있다.
수냉매 열교환기(20)는 냉방 운전시 냉난방 절환밸브(50)에서 유동된 냉매를 열원수와 열교환하여 응축시킬 수 있고, 난방 운전시 팽창기구(40)(42)에서 유동된 냉매를 열원수와 열교환하여 증발시킬 수 있다.
수냉매 열교환기(20)는 냉매가 통과하면서 응축되거나 증발되는 냉매 열교환유로와 열원수가 통과하면서 가열되거나 냉각되는 열원수 열교환유로가 형성될 수 있다. 수냉매 열교환기(20)는 판형 열교환기 또는 쉘 튜브형 열교환기로 이루어질 수 있다. 수냉매 열교환기(20)는 판형 열교환기로 이루어질 경우 냉매 열교환유로와 열원수 열교환유로가 판형 열전달부재를 통해 구획됨과 아울러 판형 열전달부재를 통해 냉매와 물이 열교환될 수 있다. 수냉매 열교환기(20)는 쉘 튜브형 열교환기로 이루어질 경우 냉매 열교환유로와 열원수 열교환유로가 쉘 내부에 배치된 튜브에 의해 구획됨과 아울러 튜브를 통해 냉매와 열원수가 열교환될 수 있다.
실내 열교환기(30)는 냉방 운전시 실내공기가 냉매와 열교환되어 냉매를 증발시키는 증발기로 기능할 수 있고 난방 운전시 실내공기가 냉매와 열교환되어 냉매를 응축시키는 응축기로 기능할 수 있다.
실내 열교환기(30)는 냉방 운전시 팽창기구(40)(42)에서 유동된 냉매를 실내공기와 열교환하여 증발시킬 수 있고, 난방 운전시 냉난방 절환밸브(50)에서 유동된 냉매를 실내공기와 열교환하여 응축시킬 수 있다.
실내 열교환기(30)는 실내의 공기를 실내열교환기(30)로 송풍시키는 실내팬(32)에 의해 냉매를 실내 공기와 열교환시킬 수 있다.
팽창기구(40)(42)는 수냉매 열교환기(20)와 실내 열교환기(30) 사이에 설치된 하나의 냉매 팽창기구를 포함하는 것이 가능하고, 수냉매 열교환기(20)와 실내 열교환기(30) 중 수냉매 열교환기(20)에 더 가깝게 설치된 실외팽창기구(40)와, 수냉매 열교환기(20)와 실내 열교환기(30) 중 실내열교환기(30)에 더 가깝게 설치된 실내팽창기구(42)를 포함하는 것이 가능하다.
실외팽창기구(40)는 수냉매 열교환기(20)를 향해 유동되는 냉매가 팽창된다.
실외팽창기구(40)는 수냉매 열교환기(20)와 수냉매 열교환기 연결배관(44)으로 연결될 수 있다. 실외팽창기구(40)는 실내팽창기구(42)와 팽창기구 연결배관(46)으로 연결될 수 있다.
실내팽창기구(42)는 실내 열교환기(30)를 향해 유동되는 냉매가 팽창된다.
실내팽창기구(42)는 실내 열교환기(30)와 실내 열교환기 연결배관(48)으로 연결될 수 있다.
냉난방 절환밸브(50)는 냉매 흡입유로(4)와 냉매 토출유로(5)와 수냉매 열교환기(20)와 실내 열교환기(30)와 연결된다.
냉난방 절환밸브(50)는 냉매 흡입유로(4)의 공통 흡입유로(10)와 연결될 수 있다. 냉난방 절환밸브(50)는 냉매 토출유로(5)의 공통 토출유로(14)와 연결될 수 있다. 냉난방 절환밸브(50)는 수냉매 열교환기(20)와 수냉매 열교환기 연결배관(52)으로 연결될 수 있다. 냉난방 절환밸브(50)는 실내 열교환기(30)와 실내 열교환기 연결배관(54)으로 연결될 수 있다.
냉난방 절환밸브(50)는 냉방 운전시 압축부(2)에서 압축되어 냉매 토출유로(5)로 토출된 냉매가 수냉매 열교환기(20)로 유동되게 안내할 수 있고, 실내 열교환기(30)에서 유동된 냉매를 냉매 흡입유로(4)로 유동되게 안내할 수 있다. 냉난방 절환밸브(50)는 난방 운전시 압축부(2)에서 압축되어 냉매 토출유로(5)로 토출된 냉매가 실내 열교환기(30)로 유동되게 안내할 수 있고, 수냉매 열교환기(20)에서 유동된 냉매를 냉매 흡입유로(4)로 유동되게 안내할 수 있다.
공기조화기는 냉매 흡입유로(4)의 압력을 감지하는 저압센서(60)와; 냉매 토출유로(5)의 압력을 감지하는 고압센서(62)를 포함한다.
저압센서(60)는 냉매 흡입유로(4)에 설치될 수 있고, 냉매 흡입유로(4) 중 공통 흡입유로(10)에 설치되어 공통 흡입유로(10)를 통과하는 냉매의 압력을 감지할 수 있다.
고압센서(62)는 냉매 토출유로(5)에 설치될 수 있고, 냉매 토출유로(5)의 공통 토출유로(14)에 설치되어 공통 토출유로(14)를 통과하는 냉매의 압력을 감지할 수 있다.
공기조화기는 냉매 흡입유로(4)에 설치된 흡입 온도센서(64)와, 냉매 토출유로(5)에 설치된 토출 온도센서(66)(68)를 더 포함할 수 있다.
흡입 온도센서(64)는 냉매 흡입유로(4)의 공통 흡입유로(10)에 설치되어 공통 흡입유로(10)를 통과하는 냉매의 온도을 감지할 수 있다.
토출 온도센서(66)(68)는 냉매 흡입유로(4)의 인버터압축기 토출유로(12)에 설치되어 인버터압축기 토출유로(12)를 통과하는 냉매의 온도를 감지하는 인터버압축기 토출 온도센서(66)와, 냉매 흡입유로(4)의 정속압축기 토출유로(13)에 설치되어 정속압축기 토출유로(13)를 통과하는 냉매의 온도를 감지하는 정속압축기 토출 온도센서(68)를 포함할 수 있다.
공기조화기는 수냉매 열교환기(20)에 연결된 열원수 유로(80)와; 열원수 유로(80)에 설치된 펌프(90)와; 열원수 유로(20)에 설치되고 개도가 조절 가능한 가변 유량 밸브(100)를 포함한다.
열원수 유로(80)는 수냉매 열교환기(20)에서 냉매와 열교환된 열원수를 실외 공기나 지열 등과 열교환시키는 외부 열교환설비(82)에 연결될 수 있고, 외부 열교환설비(82)를 통과한 열원수가 수냉매 열교환기(20)로 입수되는 입수유로(84)와, 수냉매 열교환기(20)에서 냉매와 열교환된 열원수가 외부 열교환설비(82)로 출수되는 출수유로(86)를 포함할 수 있다.
외부 열교환설비(82)는 출수유로(86)를 통해 출수된 열원수를 실외 공기로 냉각시키는 냉각탑과, 출수유로(86)를 통해 출수된 열원수를 지열과 열교환시키는 지열열교환기와, 출수유로(86)를 통해 출수된 열원수를 가열하는 보일러 등으로 이루어질 수 있고, 냉각탑과 지열열교환기와 보일러 등의 조합으로 이루어지는 것이 가능하다.
펌프(90)는 열원수가 수냉매 열교환기(20)와 외부 열교환설비(82)를 순환하게 열원수를 펌핑시킬 수 있다. 펌프(90)는 입수유로(84)와 출수유로(86) 중 적어도 하나에 설치될 수 있다.
펌프(90)는 용량이 가변될 수 있는 용량 가변 펌프로 이루어질 수 있고, 입력 주파수에 따라 용량이 가변되는 인버터 펌프로 이루어지거나 펌핑 용량을 가변할 수 있는 복수개의 정속 펌프로 이루어지는 것이 가능하다.
펌프(90)는 압력을 감지할 수 있는 압력센서를 포함할 수 있고, 가변 유량 밸브(100)의 개도가 감소되어 압력 강하가 커지면, 압력센서는 이를 감지하고, 펌프(90)는 회전수가 감소되고, 이때 펌프(90)로 입력되는 소비전력은 최소화된다. 반대로 펌프(90)는 가변 유량 밸브(100)가 개도가 증가되어 압력 강하가 작아지면, 압력센서는 이를 감지하고, 펌프(90)는 회전수가 증가된다.
가변 유량 밸브(100)는 수냉매 열교환기(20)로 출입되는 열원수를 조절할 수 있는 것으로서, 개도를 조절하는 것에 의해 열원수 유로(80)를 순환하는 열원수의 유량을 가변시킬 수 있다. 가변 유량 밸브(100)는 입수유로(84)와 출수유로(86) 중 적어도 하나에 설치될 수 있다.
가변 유량 밸브(100)는 풀 오픈(full open)시 최대 개도로 개방될 수 있고, 풀 클로우즈(full close)시 최소 개도로 개방될 수 있다.
가변 유량 밸브(100)는 최대 개도시 열원수 유로(80)의 유량을 최대로 할 수 있고, 최소 개도시 열원수 유로(80)의 유량을 최소로 할 수 있다.
가변 유량 밸브(100)는 냉방 운전의 기동시 또는 난방 운전의 기동시 풀 오픈될 수 있다. 즉, 가변 유량 밸브(100)는 냉방 운전의 기동시 또는 난방 운전 기동시 최대 밸브로 개방되어 열원수 유로(80)의 열원수 유량을 최대로 할 수 있다.
가변 유량 밸브(100)는 냉방 운전의 기동이나 난방 운전의 기동이 완료되면 개도가 가변되어 열원수 유로(80)의 유량을 냉방 운전의 기동이나 난방 운전의 기동시와 상이하게 조절할 수 있다.
가변 유량 밸브(100)는 개도를 증가시키거나 감소시킬 때, 가변 유량 밸브(100)의 현재 개도에서 설정 개도만큼 증가된 개도로 증가시키거나 가변 유량 밸브(100)의 현재 개도에서 설정 개도만큼 감소된 개도로 감소시킬 수 있다.
가변 유량 밸브(100)는 개도를 복수회 증가시키거나 복수회 감소시킬 때, 개도를 설정 개도 만큼씩 단계적으로 증가시키거나 설정 개도 만큼씩 단계적으로 감소시킬 수 있다.
가변 유량 밸브(100)는 냉방 운전시 고압센서(62)의 감지 압력과 목표 응축 압력에 따라 개도가 가변된다.
여기서, 목표 응축 압력은 냉방 운전시 실내기(O) 특히 실내 열교환기(30)의 부하 크기에 따라 결정될 수 있고, 가변 유량 밸브(100)는 고압센서(62)의 감지 압력과 목표 응축 압력의 대소 비교에 의해 개도가 증가되거나 감소된다.
가변 유량 밸브(100)는 냉방 운전시 고압센서(62)에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 크면 개도가 증가되고, 고압센서(62)에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 작으면 개도가 감소된다.
가변 유량 밸브(100)는 개도 증가시 가변 유량 밸브(100)의 현재 개도가 최대이면 현재 개도를 유지시킬 수 있다.
가변 유량 밸브(100)는 난방 운전시 저압센서(60)의 감지 압력과 목표 증발 압력에 따라 개도가 가변된다.
여기서, 목표 증발 압력은 난방 운전시 실내기(O) 특히 실내 열교환기(30)의 부하 크기에 따라 결정될 수 있고, 가변 유량 밸브(100)는 저압센서(60)의 감지 압력과 목표 증발 압력의 대소 비교에 의해 개도가 증가되거나 감소된다.
가변 유량 밸브(100)는 난방 운전시 저압센서(60)에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 크면 개도가 감소되고 저압센서(60)에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 작으면 개도가 증가된다.
가변 유량 밸브(100)의 개도 감소시 가변 유량 밸브(100)의 현재 개도가 최소이면 현재 개도를 유지시킬 수 있다.
가변 유량 밸브(100)는 공기조화기의 정지시 풀 클로즈된다.
공기조화기는 실내 열교환기(30)와 실내 팽창기구(42)가 실내기(I)에 설치될 수 있다. 실내기(I)에는 실내팬(32)이 실내 열교환기(30)로 실내 공기를 송풍시키게 설치될 수 있다.
공기조화기는 압축부(2)와 수냉매열교환기(20)와 실외 팽창기구(40)와 냉난방 절환밸브(50)와 저압센서(60)와 고압센서(62)가 실외기(O)에 설치될 수 있다. 실외기(O)에는 흡입 온도센서(64)와 토출 온도센서(66)(68)가 설치될 수 있다.
공기조화기는 열원수 유로(20)가 실외기(O)를 관통하게 배치될 수 있고, 펌프(90)와 가변 유량 밸브(100)는 열원수 유로(20) 중 실외기(O)의 외부에 위치되는 부분에 설치될 수 있으며, 외부 열교환설비(82)는 실외기(O)의 외부에 위치되게 설치될 수 있다.
실외기(O)는 실외기(O) 외부에 설치된 가변 유량 밸브(100)와 제어선으로 연결될 수 있고, 가변 유량 밸브(100)는 실외기(O)에 의해 제어될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 제어 블록도이다.
본 실시예의 공기조화기는 압축부(2)와 냉난방 절환밸브(50)와 실외팽창기구(40)를 제어하는 실외기 제어부(110)와, 가변 유량 밸브(100)를 제어하는 가변 유량 밸브 제어부(120)를 포함할 수 있다.
실외기 제어부(110)는 저압센서(60)와 고압센서(62)와 흡입 온도센서(64)와 토출 온도센서(66)(68)의 적어도 하나의 감지 결과에 따라 압축부(2)와 냉난방 절환밸브(50)와 실외팽창기구(40) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
가변 유량 밸브 제어부(120)는 실외기 제어부(110)와 유선 통신 또는 무선 통신을 이용하여 통신할 수 있다.
가변 유량 밸브 제어부(120)는 가변 유량 밸브(100)와 신호선으로 연결될 수 있다.
저압센서(60)와 고압센서(62)는 가변 유량 밸브 제어부(120)와 신호선으로 연결되어 감지된 압력을 가변 유량 밸브 제어부(120)로 출력하고, 가변 유량 밸브 제어부(120)는 감지된 압력을 이용하여 가변 유량 밸브(100)의 개도를 결정하고 결정된 개도에 대응되는 신호를 가변 유량 밸브(100)로 출력할 수 있다.
저압센서(60)와 고압센서(62)는 실외기 제어부(110)와 신호선으로 연결되어 감지된 압력을 실외기 제어부(110)로 출력하고, 실외기 제어부(110)는 저압센서(60)와 고압센서(62)에서 감지된 압력을 가변 유량 밸브 제어부(120)로 출력할 수 있으며, 가변 유량 밸브 제어부(120)는 감지된 압력을 이용하여 가변 유량 밸브(100)의 개도를 결정하고 결정된 개도에 대응되는 신호를 가변 유량 밸브(100)로 출력할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 공기조화기의 운전 방법 일실시예의 냉방 운전시 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 운전 방법 일실시예의 난방 운전시 순서도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기의 운전 방법은, 공기조화기를 기동하는 기동 제어 단계(S1~S4)(S21~S24)와; 기동 제어 단계(S1~S4)(S21~S24) 후 기동된 운전을 정격 제어하는 정격 제어 단계(S5~S12)(S25~S32)를 포함할 수 있다.
기동 제어 단계(S1~S4)(S21~S24)는 공기조화기의 기동시, 수냉매 열교환기(20)로 출입되는 열원수를 조절하는 가변 유량 밸브(100)를 풀 오픈(full open) 시킨다.(S1)(S2)(S21)(S22)
공기조화기의 냉방 운전 기동시, 압축부(2)는 기동되고, 펌프(90)는 기동되며, 가변 유량 밸브(100)는 최대 개도로 개방된다.(S1)(S2)
냉방 운전인 경우 냉매는 압축부(2)에서 압축되고, 수냉매 열교환기(20)에서 열원수와 열교환되어 응축되며, 실내팽창기구(42)에서 팽창되며, 실내 열교환기(30)에서 증발된다. 냉매는 가변 유량 밸브(100)가 최대 개도로 개방된 상태이므로, 다량의 열원수와 신속하게 열교환되고, 수냉매 열교환기(20)는 냉매를 신속하게 응축시킨다. 시간이 점차 경과함에 따라 고압센서(62)에서 감지된 고압이 상승되고, 저압센서(60)에서 감지되는 저압이 하강된다. 공기조화기는 고압센서(62)에서 감지되는 압력의 상승 기울기가 상한 기울기와 하한 기울기의 사이이면, 냉매의 압력이 안정화되는 상태이고, 냉방 운전에서의 기동 제어 단계는 공기조화기의 냉매 압력이 안정화되면 종료된다.(S3)(S4)
공기조화기의 난방 운전 기동시, 압축부(2)는 기동되고, 펌프(90)는 기동되며, 가변 유량 밸브(100)는 최대 개도로 개방된다.(S21)(S22)
난방 운전인 경우 냉매는 압축부(2)에서 압축되고, 실내 열교환기(30)에서 실내 공기와 열교환되어 응축되며, 실외팽창기구(40)에서 팽창되며, 수냉매 열교환기(20)에서 증발된다. 냉매는 가변 유량 밸브(100)가 최대 개도로 개방된 상태이므로, 다량의 열원수와 신속하게 열교환되고, 수냉매 열교환기(20)는 냉매를 신속하게 증발시킨다. 시간이 점차 경과함에 따라 고압센서(62)에서 감지된 고압이 상승되고, 저압센서(60)에서 감지되는 저압이 하강된다. 공기조화기는 고압센서(62)에서 감지되는 압력의 상승 기울기가 상한 기울기와 하한 기울기의 사이이면, 냉매의 압력이 안정화되는 상태이고, 난방 운전에서의 기동 제어 단계는 공기조화기의 냉매 압력이 안정화되면 종료된다.(S23)(S24)
정격 제어 단계(S5~S12)(S25~S32)는 기동 제어 단계(S1~S4)(S21~S24) 후 압축부(2)에서 수냉매 열교환기(20)로 유동되는 냉매의 압력에 따라 가변 유량 밸브(100)의 개도를 가변시키거나 수냉매 열교환기(20)에서 압축부(2)로 유동되는 냉매의 압력에 따라 가변 유량 밸브(100)의 개도(100)를 가변시킨다.
냉방 운전시 정격 제어 단계(S5~S12)는 압축부(2)에서 수냉매 열교환기(20)로 유동되는 냉매의 압력에 따라 가변 유량 밸브(100)의 개도를 가변시킨다.
난방 운전시 정격 제어 단계(S25~S32)는 수냉매 열교환기(20)에서 압축부(2)로 유동되는 냉매의 압력에 따라 가변 유량 밸브(100)의 개도(100)를 가변시킨다.
먼저, 냉방 운전시, 정격 제어 단계(S5~S12)는 고압센서(62)에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 크면 가변 유량 밸브(100)의 개도를 증가시킨다. 이때, 정격 제어 단계(S5~S12)는 가변 유량 밸브(100)의 개도 증가시 가변 유량 밸브(100)의 현재 개도가 최대이면 현재 개도를 유지시킬 수 있다.(S5)(S6)(S7)
그리고, 냉방 운전시 정격 제어 단계(S5~S12)는 고압센서(62)에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 작으면 가변 유량 밸브(100)의 개도를 감소시킨다. 이때, 정격 제어 단계(S5~S12)는 가변 유량 밸브(100)의 개도 감소시 가변 유량 밸브(100)의 현재 개도가 최소이면 현재 개도를 유지시킬 수 있다.(S8)
냉방 운전시 정격 제어 단계(S5~S12)는 가변 유량 밸브(100)의 개도를 증가 또는 감소시킨 후 냉매의 압력이 안정화될 때까지 대기한다.(S9)
가변 유량 밸브(100)의 개도 변화시, 냉매의 압력은 변화될 수 있고, 고압센서(62)에서 감지된 압력과 목표 응축 압력의 차가 설정치 보다 작게 되거나, 저압센서(62)에서 감지된 압력과 목표 증발 압력의 차가 설정치 보다 작게 될 수 있고, 이 경우 냉매의 압력은 안정화된다.
냉방 운전시 정격 제어 단계(S5~S12)는 공기조화기의 정지 신호가 입력되지 않으면, 고압 센서(62)에서 감지된 응축 압력과 목표 응축 압력의 비교 및 그에 따른 가변 유량 밸브(100)의 개도 증감과 대기를 반복한다.(S10)(S7)(S8)(S9)
냉방 운전시 정격 제어 단계(S5~S12)는 공기조화기의 정지시 즉, 공기조화기의 정지 신호가 입력되면, 가변 유량 밸브(100)를 풀 클로즈(full close)하고 완료된다.(S11)(S12) 가변 유량 밸브(100)는 최소 개도로 조절된다.
한편, 난방 운전시 정격 제어 단계(S25~S32)는 저압센서(60)에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 크면 가변 유량 밸브(100)의 개도를 감소시킨다. 이때, 정격 제어 단계(S25~S32)는 가변 유량 밸브(100)의 개도 감소시 가변 유량 밸브(100)의 현재 개도가 최소이면 현재 개도를 유지시킬 수 있다.(S25)(S26)(S27)
그리고, 난방 운전시 정격 제어 단계(S25~S32)는 저압센서(60)에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 작으면 가변 유량 밸브(100)의 개도를 증가시킨다. 이때, 정격 제어 단계(S25~S32)는 가변 유량 밸브(100)의 개도 증가시 가변 유량 밸브(100)의 현재 개도가 최대이면 현재 개도를 유지시킬 수 있다.(S28)
난방 운전시 정격 제어 단계(S25~S32)는 가변 유량 밸브(100)의 개도를 증가 또는 감소시킨 후 냉매의 압력이 안정화될 때까지 대기한다.(S29)
가변 유량 밸브(100)의 개도 변화시, 냉매의 압력은 변화될 수 있고, 고압센서(62)에서 감지된 압력과 목표 응축 압력의 차가 설정치 보다 작게 되거나, 저압센서(62)에서 감지된 압력과 목표 증발 압력의 차가 설정치 보다 작게 될 수 있고, 이 경우 냉매의 압력은 안정화된다.
난방 운전시 정격 제어 단계(S25~S32)는 공기조화기의 정지 신호가 입력되지 않으면, 저압 센서(60)에서 감지된 증발 압력과 목표 증발 압력의 비교 및 그에 따른 가변 유량 밸브(100)의 개도 증감과 대기를 반복한다.(S30)(S27)(S28)(S29)
난방 운전시 정격 제어 단계(S25~S32)는 공기조화기의 정지시 즉, 공기조화기의 정지 신호가 입력되면, 가변 유량 밸브(100)를 풀 클로즈(full close)하고 완료된다.(S31)(S32) 가변 유량 밸브(100)는 최소 개도로 조절된다.
2: 압축부 4: 냉매 흡입유로
5: 냉매 토출유로 20: 수냉매 열교환기
30: 실내 열교환기 40: 실외 팽창기구
42: 실내 팽창기구 50: 냉난방 절환밸브
60: 저압센서 62: 고압 센서
80: 열원수 유로 90: 펌프
100: 가변 유량 밸브

Claims (9)

  1. 냉매가 실내공기와 열교환되어 증발되거나 응축되는 실내 열교환기와, 상기 실내 열교환기를 향해 유동되는 냉매가 팽창되는 실내팽창밸브가 설치된 실내기와;
    냉매 흡입유로의 냉매를 흡입하여 압축한 후 냉매 토출유로로 토출하고 용량이 가변되는 압축부와, 냉매가 열원수와 열교환되어 응축되거나 증발되는 수냉매 열교환기와, 상기 수냉매 열교환기를 향해 유동되는 냉매가 팽창되는 실외팽창밸브와, 냉방 운전과 난방 운전을 절환하는 냉난방 절환밸브와, 상기 냉매 흡입유로의 압력을 감지하는 저압센서와, 상기 냉매 토출유로의 압력을 감지하는 고압센서가 설치된 실외기와;
    상기 수냉매 열교환기에 연결된 열원수 유로와;
    상기 열원수 유로에 설치된 펌프와;
    상기 열원수 유로에 설치되고 개도가 조절 가능한 가변 유량 밸브를 포함하고,
    상기 가변 유량 밸브는 냉방 운전시 상기 고압센서의 감지 압력과 목표 응축 압력에 따라 개도가 가변되고 난방 운전시 상기 저압센서의 감지 압력과 목표 증발 압력에 따라 개도가 가변되는 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 유량 밸브는 냉방 운전시 상기 고압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 크면 개도가 증가되고, 상기 고압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 작으면 개도가 감소되며,
    난방 운전시 상기 저압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 크면 개도가 감소되고 상기 저압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 작으면 개도가 증가되는 공기조화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 유량 밸브는 냉방 운전의 기동시 또는 난방 운전의 기동시 풀 오픈되는 공기조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가변 유량 밸브는 상기 냉방 운전의 기동이나 난방 운전의 기동이 완료되면 개도가 가변되는 공기조화기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실외기는 상기 압축부와 냉난방 절환밸브와 실외팽창밸브를 제어하는 실외기 제어부와, 상기 가변 유량 밸브를 제어하는 가변 유량 밸브 제어부를 포함하는 공기조화기.
  6. 공기조화기의 기동시 냉매와 열원수를 열교환하는 수냉매 열교환기로 출입되는 열원수를 조절하는 가변 유량 밸브를 풀 오픈시키는 기동 제어 단계와;
    상기 기동 제어 단계 후 냉매를 압축하는 압축부에서 수냉매 열교환기로 유동되는 냉매의 압력에 따라 가변 유량 밸브의 개도를 가변시키거나 수냉매 열교환기에서 압축부로 유동되는 냉매의 압력에 따라 가변 유량 밸브의 개도를 가변시키는 정격 제어 단계를 포함하는 공기조화기의 운전 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 정격 제어 단계는 냉방 운전시 상기 고압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 크면 상기 가변 유량 밸브의 개도를 증가시키고, 상기 고압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 응축 압력보다 작으면 상기 가변 유량 밸브의 개도를 감소시키며,
    난방 운전시 상기 저압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 크면 상기 가변 유량 밸브의 개도를 감소시키고 상기 저압센서에서 감지된 감지 압력이 목표 증발 압력보다 작으면 개도를 증가시키는 공기조화기의 운전 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정격 제어 단계는 상기 가변 유량 밸브의 개도 증가시 상기 가변 유량 밸브의 현재 개도가 최대이면 현재 개도를 유지시키고,
    상기 가변 유량 밸브의 개도 감소시 상기 가변 유량 밸브의 현재 개도가 최소이면 현재 개도를 유지시키는 공기조화기의 운전 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 정격 제어 단계는 공기조화기의 정지시 가변 유량 밸브를 풀 클로즈하고 완료되는 공기조화기의 운전 방법.
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