KR20140123824A - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉매를 압축기에 안정적으로 인젝션할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다. 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 실외에 설치되어 실외 공기와 냉매를 열교환하는 실외 열교환기; 실내에 설치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기; 상기 압축기에서 토출된 냉매를 냉방운전시 상기 실외 열교환기로 안내하고 난방운전시 상기 실내 열교환기로 안내하는 절환부; 상기 절환부와 상기 압축기 사이에 구비되어 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기; 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발하는 인젝션 모듈; 상기 인젝션 모듈과 상기 기액분리기 사이에 구비되며 난방운전시 개방되어 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 기액분리기로 안내하고 설정 시간 경과후 폐쇄되는 과냉 밸브; 및 상기 인젝션 모듈과 상기 압축기 사이에 구비되며 난방운전시 상기 과냉 밸브가 폐쇄될 때 개방되어 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 밸브를 포함한다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법 {Air Conditioner and Controlling method for the same}
본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉매를 압축기에 안정적으로 인젝션할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 압축기, 실외 열교환기, 팽창밸브 및 실내 열교환기를 포함하는 냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방시키는 장치이다. 즉 실내를 냉방시키는 냉방기, 실내를 난방시키는 난방기로 구성될 수 있다. 그리고 실내를 냉방 또는 난방시키는 냉난방 겸용 공기조화기로 구성될 수도 있다.
상기 공기조화기가 냉난방 겸용 공기조화기로 구성되는 경우, 냉방운전과 난방운전에 따라 압축기에서 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 절환부를 포함하여 구성된다. 즉 냉방운전시 압축기에서 압축된 냉매는 절환부를 통과하여 실외 열교환기로 유동을 하고 실외 열교환기는 응축기 역할을 한다. 그리고, 실외 열교환기에서 응축된 냉매는 팽창밸브에서 팽창된 후, 실내 열교환기로 유입된다. 이 때, 실내 열교환기는 증발기로 작용을 하게 되고, 실내 열교환기에서 증발된 냉매는 다시 절환부를 통과하여 압축기로 유입된다.
이러한 공기조화기는 난방운전 또는 냉방운전시 응축된 냉매 일부를 압축기에 인젝션(injection)하여 효율을 향상시킨다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 안정적으로 냉매를 압축기에 인젝션할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 실외에 설치되어 실외 공기와 냉매를 열교환하는 실외 열교환기; 실내에 설치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기; 상기 압축기에서 토출된 냉매를 냉방운전시 상기 실외 열교환기로 안내하고 난방운전시 상기 실내 열교환기로 안내하는 절환부; 상기 절환부와 상기 압축기 사이에 구비되어 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기; 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발하는 인젝션 모듈; 상기 인젝션 모듈과 상기 기액분리기 사이에 구비되며 난방운전시 개방되어 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 기액분리기로 안내하고 설정 시간 경과후 폐쇄되는 과냉 밸브; 및 상기 인젝션 모듈과 상기 압축기 사이에 구비되며 난방운전시 상기 과냉 밸브가 폐쇄될 때 개방되어 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 밸브를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법은, 냉매를 압축하는 압축기; 실외에 설치되어 실외 공기와 냉매를 열교환하는 실외 열교환기; 실내에 설치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기; 상기 압축기에서 토출된 냉매를 냉방운전시 상기 실외 열교환기로 안내하고 난방운전시 상기 실내 열교환기로 안내하는 절환부; 상기 절환부와 상기 압축기 사이에 구비되어 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기; 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발하는 인젝션 모듈; 상기 인젝션 모듈과 상기 기액분리기 사이에 구비되며 개방시 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 기액분리기로 안내하는 과냉 밸브; 및 상기 인젝션 모듈과 상기 압축기 사이에 구비되며 개방시 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 밸브를 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서, 상기 절환부가 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 실내 열교환기로 안내하여 난방운전이 개시되는 단계; 상기 과냉밸브가 개방되어 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 기액분리기로 안내하는 단계; 및 설정 시간 경과후 상기 과냉밸브가 폐쇄되고 상기 인젝션 밸브가 개방되어 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 공기조화기 및 그 제어방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　난방운전 초기에 인젝션 모듈에 잔류하는 오일 및 응축된 냉매가 압축기로 인젝션되지 않도록하여 압축기의 신뢰성을 확보하는 장점이 있다.
둘째,　난방운전 초기에는 인젝션 모듈과 기액분리기 사이에 배치된 과냉 밸브를 개방한 뒤 설정 시간 경과후 과냉 밸브를 폐쇄하고 인젝션 모듈과 압축기의 유입포트 사이에 배치된 인젝션 밸브를 개방하여 기화된 냉매만 인젝션할 수 있는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법에 대한 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 난방운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 공기조화기 및 그 제어방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 실외에 설치되어 실외 공기와 냉매를 열교환하는 실외 열교환기(120)와, 실내에 설치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기(130)와, 압축기에서 토출된 냉매를 냉방운전시 실외 열교환기(120)로 안내하고 난방운전시 실내 열교환기(130)로 안내하는 절환부(190)와, 실외 열교환기(120)에서 실내 열교환기(130)로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발하는 인젝션 모듈(170)과, 개방시 인젝션 모듈(170)에서 증발된 냉매를 기액분리기로 안내하는 과냉 밸브(174)와, 개방시 인젝션 모듈(170)에서 증발된 냉매를 압축기(110)로 인젝션하는 인젝션 밸브(173)를 포함한다.
압축기(110)는 유입되는 저온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축시킨다. 압축기(110)는 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 실린더 및 피스톤을 이용한 왕복동 압축기 또는 선회 스크롤 및 고정 스크롤을 이용한 스크롤 압축기일 수 있다. 본 실시예에서 압축기(110)는 스크롤 압축기이다. 압축기(110)는 실시예에 따라 복수로 구비될 수 있다.
압축기(110)는, 냉방운전시 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매가 유입되거나 난방운전시 실외 열교환기(120)에서 증발된 냉매가 유입되는 유입포트(111)와, 인젝션 모듈(170)에서 팽창되어 증발된 냉매가 유입되는 인젝션 포트(112)와, 압축된 냉매가 토출되는 토출포트(114)를 포함한다.
유입포트(111)로 유입되는 냉매는 인젝션 포트(112)로 유입되는 냉매보다 압력과 온도가 낮다. 인젝션 포트(112)로 유입되는 냉매는 토출포트(114)로 토출되는 냉매보다 압력과 온도가 낮다.
압축기(110)는 유입포트(111)로 유입된 냉매를 압축실에서 압축하며 압축실에 형성된 인젝션 포트(112)로 유입되는 냉매와 합류시켜 압축시킨다. 압축기(110)는 합류된 냉매를 압축하여 토출포트(114)로 토출시킨다.
기액분리기(160)는 냉방운전시 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매 또는 난방운전시 실외 열교환기(120)에서 증발된 냉매에서 기상 냉매와 액상 냉매를 분리한다. 기액분리기(160)는 절환부(190)와 압축기(110)의 유입포트(111) 사이에 구비된다. 기액분리기(160)에서 분리된 기상 냉매는 압축기(110)의 유입포트(111)로 유입된다.
절환부(190)는 냉난방 절환을 위한 유로 절환 밸브로서, 압축기(110)에서 압축된 냉매를 냉방운전시 실외 열교환기(120)로 안내하고, 난방운전시 실내 열교환기(130)로 안내한다. 실시예에 따라, 절환부(190)는 4개의 유로를 절환할 수 있는 다양한 밸브 또는 그 조합으로 구현될 수 있다.
절환부(190)는 압축기(110)의 토출포트(114) 및 기액분리기(160)와 연결되고, 실내 열교환기(130) 및 실외 열교환기(120)와 연결된다. 절환부(190)는 냉방운전시 압축기(110)의 토출포트(114)와 실외 열교환기(120)를 연결하고, 실내 열교환기(130)와 기액분리기(160)를 연결한다. 절환부(190)는 난방운전시 압축기(110)의 토출포트(114)와 실내 열교환기(130)를 연결하고, 실외 열교환기(120)와 기액분리기(160)를 연결한다.
절환부(190)는 서로 다른 유로를 연결할 수 있는 다양한 모듈로 구현될 수 있으며 본 실시예에서는 유로 절환을 위한 사방밸브이다. 실시예에 따라 절환부(190)는 삼방밸브 2개의 조합 등 다양한 밸브 또는 그 조합으로 구현될 수 있다.
실외 열교환기(120)는 실외 공간에 배치되며, 실외 열교환기(120)를 통과하는 냉매가 실외공기와 열교환을 한다. 실외 열교환기(120)는 냉방운전시 냉매를 응축하는 응축기로 작용하고, 난방운전시 냉매를 증발하는 증발기로 작용한다.
실외 열교환기(120)는 절환부(190) 및 실외 팽창밸브(140)와 연결된다. 냉방운전시 압축기(110)에서 압축되어 압축기(110)의 토출포트(114) 및 절환부(190)를 통과한 냉매는 실외 열교환기(120)로 유입된 후 응축되어 실외 팽창밸브(140)로 유동된다. 난방운전시 실외 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매는 실외 열교환기(120)로 유입된 후 증발되어 절환부(190)로 토출된다.
실외 팽창밸브(140)는 냉방운전시 완전 개방되어 냉매를 통과시키고, 난방운전시 개도가 조절되어 냉매를 팽창한다. 실외 팽창밸브(140)는 실외 열교환기(120) 및 인젝션 모듈(170)과 연결된다. 실외 팽창밸브(140)는 실외 열교환기(120)와 인젝션 모듈(170) 사이에 구비된다.
실외 팽창밸브(140)는 냉방운전시 실외 열교환기(120)로부터 유입되는 냉매를 통과시켜 인젝션 모듈(170)로 안내한다. 실외 팽창밸브(140)는 난방운전시 인젝션 모듈(170)에서 실외 열교환기(120)로 유동되는 냉매를 팽창한다.
실내 열교환기(130)는 실내 공간에 배치되며, 실내 열교환기(130)를 통과하는 냉매가 실내공기와 열교환을 한다. 실내 열교환기(130)는 냉방운전시 냉매를 증발하는 증발기로 작용하고, 난방운전시 냉매를 응축하는 응축기로 작용한다.
실내 열교환기(130)는 절환부(190) 및 실내 팽창밸브(150)와 연결된다. 냉방운전시 실내 팽창밸브(150)에서 팽창된 냉매는 실내 열교환기(130)로 유입된 후 증발되어 절환부(190)로 토출된다. 난방운전시 압축기(110)에서 압축되어 압축기(110)의 토출포트(114) 및 절환부(190)를 통과한 냉매는 실내 열교환기(130)로 유입된 후 응축되어 실내 팽창밸브(150)로 유동된다.
실내 팽창밸브(150)는 냉방운전시 개도가 조절되어 냉매를 팽창하고 난방운전시 완전 개방되어 냉매를 통과시킨다. 실내 팽창밸브(150)는 실내 열교환기(130) 및 인젝션 모듈(170)과 연결된다. 실내 팽창밸브(150)는 실내 열교환기(130)와 인젝션 모듈(170) 사이에 구비된다.
실내 팽창밸브(150)는 냉방운전시 인젝션 모듈(170)에서 실내 열교환기(130)로 유동되는 냉매를 팽창한다. 실내 팽창밸브(150)는 난방운전시 실내 열교환기(130)로부터 유입되는 냉매를 통과시켜 인젝션 모듈(170)로 안내한다.
인젝션 모듈(170)은 냉방운전시 유동되는 냉매를 과냉각하며 난방운전시 유동되는 냉매를 과냉각하거나 유동되는 냉매 일부를 압축기(110)로 인젝션할 수 있다. 실시예에 따라, 인젝션 모듈(170)은 냉방운전시 유동되는 냉매 일부를 압축기(110)로 인젝션할 수 있다. 인젝션 모듈(170)은 실내 팽창밸브(150), 인젝션 밸브(173), 과냉 밸브(174) 및 실외 팽창밸브(140)와 연결된다.
인젝션 모듈(170)은 냉방운전시 실외 열교환기(120)로부터 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발하며, 실외 열교환기(120)로부터 유동되는 냉매를 과냉각하여 실내 팽창밸브(150)로 안내한다.
인젝션 모듈(170)은 난방운전시 실내 열교환기(130)로부터 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발하며, 실내 열교환기(130)로부터 유동되는 냉매의 다른 일부를 과냉각하여 실외 팽창밸브(140)로 안내한다.
인젝션 모듈(170)은, 유동되는 냉매의 일부를 팽창하는 인젝션 팽창밸브(171)와, 유동되는 냉매의 다른 일부를 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매와 열교환하여 과냉각하는 인젝션 열교환기(172)를 포함한다.
인젝션 팽창밸브(171)는 실내 팽창밸브(150) 및 인젝션 열교환기(172)와 연결된다. 인젝션 팽창밸브(171)는 냉방운전시 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 기액분리기(160)로 유동되는 냉매를 팽창하며, 난방운전시 실내 열교환기(130)에서 압축기(110) 또는 기액분리기(160)로 인젝션되는 냉매를 팽창한다.
냉방운전시 인젝션 팽창밸브(171)는 실외 열교환기(120)로부터 실외 팽창밸브(140)를 거쳐 유동되어 인젝션 열교환기(172)를 통과한 냉매의 일부를 팽창하여 인젝션 열교환기(172)로 안내한다. 난방운전시 인젝션 팽창밸브(171)는 실내 열교환기(130)로부터 실내 팽창밸브(150)를 거쳐 유동된 냉매의 일부를 팽창하여 인젝션 열교환기(172)로 안내한다.
인젝션 열교환기(172)는 실내 팽창밸브(150), 인젝션 팽창밸브(171), 실외 팽창밸브(150), 인젝션 밸브(173) 및 과냉 밸브(174)와 연결된다.
인젝션 열교환기(172)는 냉방운전시 실외 열교환기(120)로부터 실외 팽창밸브(140)를 거쳐 유동되는 냉매와 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 열교환하며 난방운전시 실내 열교환기(130로부터 실내 팽창밸브(150)를 거쳐 유동되는 냉매와 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 열교환한다.
냉방운전시 인젝션 열교환기(172)는 실외 열교환기(120)로부터 유동된 냉매를 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매와 열교환한다. 냉방운전시 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매는 실내 팽창밸브(150)로 유동되고 증발된 냉매는 과냉 밸브(174)를 거쳐 기액분리기(160)로 유동된다.
난방운전시 인젝션 열교환기(172)는 실내 열교환기(130)로부터 유동된 냉매의 일부를 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매와 열교환한다. 난방운전시 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매는 실외 팽창밸브(140)로 유동되고 증발된 냉매는 과냉 밸브(174)를 거쳐 기액분리기(160)로 유동되거나 인젝션 밸브(173)를 거쳐 압축기(110)의 인젝션 포트(112)로 인젝션된다.
과냉 밸브(174)는 인젝션 모듈(170)의 인젝션 열교환기(172)와 기액분리기(160) 사이에 배치된다. 과냉 밸브(174)는 냉방운전시 개방되어 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창되어 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매를 기액분리기(160)로 안내한다. 기액분리기(160)로 안내된 냉매는 실내 열교환기(130)에서 열교환된 냉매와 합류한다. 과냉 밸브(174)는 난방운전시 인젝션 조건을 만족할 때 개방되어 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매를 기액분리기(160)로 안내하고 설정 시간 경과후 폐쇄된다.
인젝션 밸브(173)는 인젝션 모듈(170)의 인젝션 열교환기(172)와 압축기(110)의 인젝션 포트(112) 사이에 배치된다. 인젝션 밸브(173)는 냉방운전시 폐쇄된다. 인젝션 밸브(173)는 난방운전시 과냉 밸브(174)가 폐쇄될 때 개방되어 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창되어 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매를 압축기(110)의 인젝션 포트(112)로 안내한다.
난방운전시 과냉 밸브(174) 및 인젝션 밸브(173)의 동작에 대한 설명은 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전시 작용을 설명한다.
압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출포트(114)에서 토출되어 절환부(190)로 유동된다. 냉방운전시 절환부(190)는 압축기(110)의 토출포트(114)와 실외 열교환기(120)를 연결하므로, 절환부(190)로 유동된 냉매는 실외 열교환기(120)로 유동된다.
절환부(190)에서 실외 열교환기(120)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 하여 응축된다. 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매는 실외 팽창밸브(140)로 유동된다. 냉방운전시 실외 팽창밸브(140)는 완전 개방되므로 냉매를 통과시켜 인젝션 모듈(170)로 안내한다.
인젝션 모듈(170)로 유동된 냉매는 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된다. 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매의 일부는 인젝션 팽창밸브(171)로 안내된다. 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매는 인젝션 열교환기(172)에서 실외 열교환기(120)로부터 유동되는 냉매와 열교환되어 증발한다.
냉방운전시 인젝션 밸브(173)는 폐쇄되고 과냉 밸브(174)는 개방되므로 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 과냉 밸브(174)로 유동된다. 과냉 밸브(174)를 통과한 냉매는 기액분리기(160)로 유동되어 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매와 합류한다.
인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매의 일부는 실내 팽창밸브(150)로 안내된다. 실내 팽창밸브(150)에서 팽창된 냉매는 실내 열교환기(130)로 안내된다. 실내 열교환기(130)로 유동된 냉매는 실내공기 열교환을 하여 증발된다. 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매는 절환부(190)로 유동된다.
절환부(190)는 냉방운전시 실내 열교환기(130)와 기액분리기(160)를 연결하므로, 실내 열교환기(130)에서 절환부(190)로 유동된 냉매는 기액분리기(160)로 유동된다. 기액분리기(160)로 유동된 냉매는 과냉 밸브(174)로부터 유동된 냉매와 합류되어 기상 냉매와 액상 냉매가 분리된다. 기액분리기(160)에서 분리된 기상 냉매는 압축기(110)의 유입포트(111)로 유입된다. 유입포트(111)로 유동된 냉매는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는, 공기조화기를 제어하는 제어부(10)와, 냉매의 응축시 응축온도를 측정하는 응축 온도센서(11)와, 냉매의 증발시 증발온도를 측정하는 증발 온도센서(12)와, 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 토출온도를 축정하는 토출 온도센서(16)를 포함할 수 있다.
제어부(10)는 공기조화기의 운전을 제어하는 것으로서, 절환부(190), 압축기(110), 실외 팽창밸브(140), 실내 팽창밸브(150), 인젝션 팽창밸브(171), 인젝션 밸브(173) 및 과냉 밸브(174)를 제어한다.
제어부(10)는 절환부(190)를 조절하여 냉방운전과 난방운전을 절환한다. 제어부(10)는 부하에 따라 압축기(110)의 운전속도를 제어한다. 제어부(10)는 난방운전시 실외 팽창밸브(140)의 개도를 조절하고 냉방운전시 실외 팽창밸브(140)를 개방한다. 제어부는 난방운전시 실내 팽창밸브(150)를 개방하고 냉방운전시 실내 팽창밸브(150)의 개도를 조절한다. 제어부(10)는 인젝션 팽창밸브(171)를 개방하여 개도를 조절하거나 폐쇄할 수 있다.
제어부(10)는 냉방운전시 과냉 밸브(174)를 개방하고 인젝션 밸브(173)를 폐쇄한다. 제어부(10)는 난방운전시 인젝션 조건을 만족할 때 과냉 밸브(174)를 개방한 후 설정 시간 경과후 폐쇄하고 인젝션 밸브(173)를 개방한다. 난방운전시 과냉 밸브(174) 및 인젝션 밸브(173)의 동작에 대한 설명은 도 3 내지 도 5를 참조하여 후술한다.
응축 온도센서(11)는 난방운전시 실내 열교환기(130)에서 냉매가 응축하는 온도를 측정하는 센서이고 냉방운전시 실외 열교환기(120)에서 냉매가 응축하는 온도를 측정하는 센서이다. 응축 온도센서(11)는 다양한 지점에 위치하여 냉매의 응축온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 난방운전시 d 지점에 구비되고 냉방운전시 h 지점에 구비된다. 실시예에 따라 응축 온도센서(11)는 난방운전시 실내 열교환기(130)에 구비되고 냉방운전시 실외 열교환기(120)에 구비될 수 있다.
실시예에 따라 냉매의 응축온도는 난방운전시 실내 열교환기(130)를 유동하는 냉매의 압력을 측정하여 환산할 수 있으며, 냉방운전시 실외 열교환기(120)를 유동하는 냉매의 압력을 측정하여 환산할 수 있다.
증발 온도센서(12)는 난방운전시 실외 열교환기(120)에서 냉매가 증발하는 온도를 측정하는 센서이고 냉방운전시 실내 열교환기(130)에서 냉매가 증발하는 온도를 측정하는 센서이다. 증발 온도센서(12)는 다양한 지점에 위치하여 냉매의 증발온도를 측정할 수 있으며, 본 실시예에서는 난방운전시 i 지점에 구비되고 냉방운전시 c 지점에 구비된다. 실시예에 따라 증발 온도센서(12)는 난방운전시 실외 열교환기(120)에 구비되고, 냉방운전시 실내 열교환기(130)에 구비될 수 있다.
실시예에 따라 냉매의 증발온도는 난방운전시 실외 열교환기(120)를 유동하는 냉매의 압력을 측정하여 환산할 수 있으며, 냉방운전시 실내 열교환기(130)를 유동하는 냉매의 압력을 측정하여 환산할 수 있다.
토출 온도센서(16)는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출되는 냉매의 토출온도(b 지점)을 측정하는 센서이다. 토출 온도센서(16)는 다양한 지점에 위치하여 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 b 지점에 구비된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법에 대한 순서도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 난방운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
제어부(10)가 난방운전을 개시한다(S210). 제어부(10)는 절환부(190)를 절환하면, 절환부(190)가 압축기(110)의 토출포트(114)와 실내 열교환기(130)를 연결하고, 실외 열교환기(120)와 기액분리기(160)를 연결한다. 난방운전 개시시 제어부(10)는 실외 팽창밸브(140)를 완전 개방하고, 인젝션 팽창밸브(171)를 폐쇄하고, 난방운전 제어로직에 따라 압축기(110)의 운전속도 및 실내 팽창밸브(150)의 개도를 조절한다.
난방운전 개시시 인젝션 팽창밸브(171)가 폐쇄된 상태이면 제어부(10)는 인젝션 팽창밸브(171)를 폐쇄된 상태로 유지하고, 인젝션 팽창밸브(171)가 개방된 상태이면 제어부(10)는 인젝션 팽창밸브(171)를 폐쇄한다.
제어부(10)는 인젝션 모듈(170)이 인젝션이 가능한지 판단한다(S220). 제어부(10)는 인젝션 조건이 만족되어 인젝션 모듈(170)이 냉매를 인젝션할 수 있는지 판단한다. 인젝션 조건은 압축기(110)의 운전속도, 토출과열도, 응축온도 또는 증발온도 등으로부터 설정될 수 있다.
압축기(110)의 운전속도는 압축기(110)에 포함된 냉매를 압축하기 위하여 회전력을 발생하는 모터(미도시)의 회전속도로서 주파수 단위로 나타낼 수 있다. 압축기(110)의 운전속도는 압축기(110)의 압축능력과 비례한다. 제어부(10)는 압축기(110)의 운전속도가 설정된 운전속도보다 높은지 판단하여 인젝션 조건을 만족하는지 판단할 수 있다.
토출과열도는 토출 온도센서(16)가 측정한 토출온도와 응축 온도센서(11)가 측정한 응축온도의 차이다. 즉, (토출과열도) = (토출온도) - (응축온도) 이다. 제어부(10)는 토출과열도가 설정된 토출과열도보다 높은지 판단하여 인젝션 조전을 만족하는지 판단할 수 있다.
응축온도는 응축 온도센서(11)가 측정한 냉매의 응축온도이다. 난방운전시 응축온도는 실내 열교환기(130)에서 냉매가 응축하는 온도이다. 제어부(10)는 응축온도가 설정된 조건을 만족하는지 판단하여 인젝션 조건을 만족하는지 판단할 수 있다.
증발온도는 증발 온도센서(12)가 측정한 냉매의 증발온도이다. 난방운전시 증발온도는 실외 열교환기(120)에서 냉매가 증발하는 온도이다. 제어부(10)는 증발온도가 설정된 조건을 만족하는지 판단하여 인젝션 조건을 만족하는지 판단할 수 있다. 응축온도와 증발온도는 상호 일차부등식 관계를 가지는 조건을 가질 수 있다.
실시예에 따라, 난방운전시 인젝션 조건은 상술한 압축기(110)의 운전속도, 토출과열도, 응축온도 및 증발온도 중 어느 하나가 조건을 만족하거나 적어도 둘 이상이 조건을 만족하도록 설정될 수 있다.
인젝션 조건을 만족하는 경우 제어부(10)는 인젝션 팽창밸브(171)를 개방하고 과냉 밸브(174)를 개방하고 인젝션 밸브(173)를 폐쇄한다(S230). 제어부(10)는 난방운전 개시시 폐쇄된 상태였던 인젝션 팽창밸브(171)를 개방하여 제어로직에 따라 인젝션 팽창밸브(171)의 개도를 조절한다.
난방운전 개시시 인젝션 밸브(173)가 폐쇄된 상태이면 제어부(10)는 인젝션 밸브(173)를 폐쇄된 상태로 유지하고, 인젝션 밸브(173)가 개방된 상태이면 제어부(10)는 인젝션 밸브(173)를 폐쇄한다.
난방운전 개시시 과냉 밸브(174)가 폐쇄된 상태이면 제어부(10)는 과냉 밸브(174)를 개방하고, 과냉 밸브(174)가 개방된 상태이면 제어부(10)는 과냉 밸브(174)를 개방된 상태로 유지한다.
도 4를 참조하여 난방운전시 인젝션 조건을 만족할 때 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.
압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출포트(114)에서 토출되어 절환부(190)로 유동된다. 난방운전시 절환부(190)는 압축기(110)의 토출포트(114)와 실내 열교환기(130)를 연결하므로, 절환부(190)로 유동된 냉매는 실내 열교환기(130)로 유동된다.
절환부(190)에서 실내 열교환기(130)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 하여 응축된다. 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매는 실내 팽창밸브(150)로 유동된다. 난방운전시 실내 팽창밸브(150)는 완전 개방되므로 냉매를 통과시켜 인젝션 모듈(170)로 안내한다.
실내 팽창밸브(150)로부터 유동되는 냉매의 일부는 인젝션 팽창밸브(171)로 유동되고, 다른 일부는 인젝션 열교환기(172)로 안내된다.
인젝션 팽창밸브(171)로 유동된 냉매는 팽창된 후 인젝션 열교환기(172)로 유동한다. 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매는 인젝션 열교환기(172)로 안내되어 실내 팽창밸브(150)에서 인젝션 열교환기(172)로 유동되는 냉매와 열교환되어 증발된다.
인젝션 조건 만족시 인젝션 밸브(173)는 폐쇄되고 과냉 밸브(174)는 개방되므로 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 과냉 밸브(174)로 유동된다. 과냉 밸브(174)를 통과한 냉매는 기액분리기(160)로 유동되어 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매와 합류한다.
실내 팽창밸브(150)로부터 유동되는 냉매의 일부는 인젝션 열교환기(172)에서 인젝션 팽창밸브(171)에 의하여 팽창된 냉매와 열교환되어 과냉각된다. 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매는 실외 팽창밸브(140)로 안내된다. 실외 팽창밸브(140)로 유동된 냉매는 팽창된 후 실외 열교환기(120)로 안내된다. 실외 열교환기(120)로 유동된 냉매는 실외공기 열교환을 하여 증발된다. 실외 열교환기(120)에서 증발된 냉매는 절환부(190)로 유동된다.
절환부(190)는 난방운전시 실외 열교환기(120)와 기액분리기(160)를 연결하므로, 실외 열교환기(120)에서 절환부(190)로 유동된 냉매는 기액분리기(160)로 유동된다. 기액분리기(160)로 유동된 냉매는 과냉 밸브(174)로부터 유동된 냉매와 합류되어 기상 냉매와 액상 냉매가 분리된다. 기액분리기(160)에서 분리된 기상 냉매는 압축기(110)의 유입포트(111)로 유입된다. 유입포트(111)로 유동된 냉매는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.
제어부(10)는 설정 시간 동안 과냉 밸브(174)를 개방하고 인젝션 밸브(173)를 폐쇄한 상태를 유지한다(S240). 제어부(10)는 과냉 밸브(174)를 개방하고 인젝션 밸브(173)를 폐쇄한 상태로 설정 시간 동안 대기하여 인젝션 모듈(170)에 잔류하는 오일 및 응축된 냉매가 기액분리기(160)로 유동되도록 한다. 즉, 설정된 시간은 인젝션 모듈(170)에 잔류하는 오일 및 응축된 냉매가 충분히 배출되는 대기 시간이다.
제어부(10)는 설정 시간 경과후 과냉 밸브(174)를 폐쇄하고, 인젝션 밸브(173)를 개방한다(S250). 제어부(10)는 과냉 밸브(174)를 폐쇄하고, 인젝션 밸브(173)를 개방하여
도 5를 참조하여 난방운전시 인젝션 조건을 만족한 후 설정 시간 경과시 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.
압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출포트(114)에서 토출되어 절환부(190)로 유동된다. 난방운전시 절환부(190)는 압축기(110)의 토출포트(114)와 실내 열교환기(130)를 연결하므로, 절환부(190)로 유동된 냉매는 실내 열교환기(130)로 유동된다.
절환부(190)에서 실내 열교환기(130)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 하여 응축된다. 실내 열교환기(130)에서 응축된 냉매는 실내 팽창밸브(150)로 유동된다. 난방운전시 실내 팽창밸브(150)는 완전 개방되므로 냉매를 통과시켜 인젝션 모듈(170)로 안내한다.
실내 팽창밸브(150)로부터 유동되는 냉매의 일부는 인젝션 팽창밸브(171)로 유동되고, 다른 일부는 인젝션 열교환기(172)로 안내된다.
인젝션 팽창밸브(171)로 유동된 냉매는 팽창된 후 인젝션 열교환기(172)로 유동한다. 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매는 인젝션 열교환기(172)로 안내되어 실내 팽창밸브(150)에서 인젝션 열교환기(172)로 유동되는 냉매와 열교환되어 증발된다.
설정 시간 경과 후 인젝션 밸브(173)는 개방되고 과냉 밸브(174)는 폐쇄되므로 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 인젝션 밸브(173)로 유동된다. 인젝션 밸브(173)를 통과한 냉매는 압축기(110)의 인젝션 포트(112)로 유동된다. 인젝션 포트(112)로 유동된 냉매는 압축기(110)로 인젝션되어 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.
실내 팽창밸브(150)로부터 유동되는 냉매의 일부는 인젝션 열교환기(172)에서 인젝션 팽창밸브(171)에 의하여 팽창된 냉매와 열교환되어 과냉각된다. 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매는 실외 팽창밸브(140)로 안내된다. 실외 팽창밸브(140)로 유동된 냉매는 팽창된 후 실외 열교환기(120)로 안내된다. 실외 열교환기(120)로 유동된 냉매는 실외공기 열교환을 하여 증발된다. 실외 열교환기(120)에서 증발된 냉매는 절환부(190)로 유동된다.
절환부(190)는 난방운전시 실외 열교환기(120)와 기액분리기(160)를 연결하므로, 실외 열교환기(120)에서 절환부(190)로 유동된 냉매는 기액분리기(160)로 유동된다. 기액분리기(160)로 유동된 냉매는 과냉 밸브(174)로부터 유동된 냉매와 합류되어 기상 냉매와 액상 냉매가 분리된다. 기액분리기(160)에서 분리된 기상 냉매는 압축기(110)의 유입포트(111)로 유입된다. 유입포트(111)로 유동된 냉매는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
110: 압축기
120: 실외 열교환기
130: 실내 열교환기
140: 실외 팽창밸브
150: 실내 팽창밸브
160: 기액분리기
170: 인젝션 모듈
171: 인젝션 팽창밸브
172: 인젝션 열교환기
173: 인젝션 밸브
174: 과냉 밸브
190: 절환부

Claims (10)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    실외에 설치되어 실외 공기와 냉매를 열교환하는 실외 열교환기;
    실내에 설치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기;
    상기 압축기에서 토출된 냉매를 냉방운전시 상기 실외 열교환기로 안내하고 난방운전시 상기 실내 열교환기로 안내하는 절환부;
    상기 절환부와 상기 압축기 사이에 구비되어 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기;
    난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발하는 인젝션 모듈;
    상기 인젝션 모듈과 상기 기액분리기 사이에 구비되며 난방운전시 개방되어 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 기액분리기로 안내하고 설정 시간 경과후 폐쇄되는 과냉 밸브; 및
    상기 인젝션 모듈과 상기 압축기 사이에 구비되며 난방운전시 상기 과냉 밸브가 폐쇄될 때 개방되어 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 밸브를 포함하는 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 과냉 밸브는 상기 절환부가 절환되어 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 실내 열교환기로 안내할 때 개방되고,
    상기 인젝션 밸브는 상기 절환부가 절환되어 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 실내 열교환기로 안내할 때 폐쇄되는 공기조화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 인젝션 모듈은,
    유동되는 냉매의 일부를 팽창하는 인젝션 팽창밸브; 및
    유동되는 냉매의 다른 일부를 상기 인젝션 팽창밸브에서 팽창된 냉매와 열교환하여 과냉각하는 인젝션 열교환기를 포함하고,
    상기 인젝션 팽창밸브는 난방운전시 상기 과냉 밸브가 개방될 때 개방되는 공기조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 과냉 밸브 및 상기 인젝션 팽창밸브는 난방운전시 인젝션 조건을 만족할 때 개방되는 공기조화기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 인젝션 조건은 상기 압축기의 토출 냉매의 온도와 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 냉매가 응축하는 온도의 차인 토출과열도 및 상기 압축기의 운전속도 중 적어도 하나가 설정된 조건을 만족하는 것인 공기조화기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 과냉 밸브는 냉방운전시 개방되고,
    상기 인젝션 밸브는 냉방운전시 폐쇄되는 공기조화기.
  7. 냉매를 압축하는 압축기;
    실외에 설치되어 실외 공기와 냉매를 열교환하는 실외 열교환기;
    실내에 설치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기;
    상기 압축기에서 토출된 냉매를 냉방운전시 상기 실외 열교환기로 안내하고 난방운전시 상기 실내 열교환기로 안내하는 절환부;
    상기 절환부와 상기 압축기 사이에 구비되어 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기;
    난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발하는 인젝션 모듈;
    상기 인젝션 모듈과 상기 기액분리기 사이에 구비되며 개방시 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 기액분리기로 안내하는 과냉 밸브; 및
    상기 인젝션 모듈과 상기 압축기 사이에 구비되며 개방시 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 밸브를 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서,
    상기 절환부가 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 실내 열교환기로 안내하여 난방운전이 개시되는 단계;
    상기 과냉밸브가 개방되어 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 기액분리기로 안내하는 단계; 및
    설정 시간 경과후 상기 과냉밸브가 폐쇄되고 상기 인젝션 밸브가 개방되어 상기 인젝션 모듈에서 증발된 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 단계를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 인젝션 모듈은,
    유동되는 냉매의 일부를 팽창하는 인젝션 팽창밸브; 및
    유동되는 냉매의 다른 일부를 상기 인젝션 팽창밸브에서 팽창된 냉매와 열교환하여 과냉각하는 인젝션 열교환기를 포함하고,
    상기 인젝션 팽창밸브는 상기 과냉 밸브가 개방될 때 개방되는 공기조화기의 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 과냉 밸브 및 상기 인젝션 팽창밸브는 인젝션 조건을 만족할 때 개방되는 공기조화기의 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 인젝션 조건은 상기 압축기의 토출 냉매의 온도와 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 냉매가 응축하는 온도의 차인 토출과열도 및 상기 압축기의 운전속도 및 중 적어도 하나가 설정된 조건을 만족하는 것인 공기조화기의 제어방법.
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