KR20140144480A - 공기 조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 조화기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 포함하는 냉매 싸이클이 구동되는 공기 조화기에 있어서, 상기 냉매 싸이클의 구동을 위한 제어부품을 포함하는 전장유닛; 상기 전장유닛의 적어도 일측에 제공되며, 상기 전장유닛의 일측면에 결합되는 방열판 및 냉매가 유동하는 냉매배관이 구비되는 방열 어셈블리; 상기 응축기에서 응축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 상기 냉매 배관으로 가이드 하는 냉각 유로; 및 상기 냉각 유로에 제공되며, 상기 응축기에서 응축된 냉매의 온도를 저하시키는 냉각 팽창장치가 포함된다.

Description

공기 조화기 및 그 제어방법{An air conditioner and a control method the same}
본 발명은 공기 조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
공기 조화기는 실내의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 가전기기이다. 이를테면, 여름에는 실내를 시원한 냉방상태로, 겨울에는 실내를 따뜻한 난방상태로 조절하고, 또한 실내의 습도를 조절하며, 실내의 공기를 쾌적한 청정상태로 조절한다.
상세히, 공기 조화기는 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 수행하는 냉동 사이클이 구동되며, 이에 따라 실내공간의 냉방 또는 난방운전을 수행할 수 있다.
이러한 공기 조화기는 실내기와 실외기의 분리 여부에 따라, 실내기와 실외기를 각각 분리된 분리형 공기조화기와, 실내기와 실외기를 하나의 장치로 결합된 일체형 공기조화기로 구분될 수 있다. 실외기에는 외기와 열교환하는 실외 열교환기가 포함되며, 실내기에는 실내 공기와 열교환하는 실내 열교환기가 포함된다.
냉동사이클이 냉방 운전을 하는 경우, 상기 실외 열교환기는 응축기로서, 상기 실내 열교환기는 증발기로서 기능을 한다. 반면에, 냉동사이클이 난방 운전을 하는 경우, 상기 실내 열교환기는 응축기로서, 상기 실외 열교환기는 증발기로서 기능을 한다.
한편, 상기 실외기의 내부에는 공기 조화기의 구동을 위한 전장 유닛이 구비된다. 상기 전장 유닛은 다수의 제어부품을 포함한다. 상기 공기 조화기가 구동되는 과정에서, 상기 전장 유닛에는 많은 발열이 이루어질 수 있다. 상기 전장 유닛의 발열 온도는 대략 70~80℃를 형성할 수 있다.
종래의 공기 조화기에 의하면, 상기 전장 유닛을 충분히 냉각시키지 못하는 경우 상기 제어부품이 오작동 되는 현상이 나타났다. 이에 따라, 공기 조화기의 기능(열교환 작용)이 충분히 수행되지 못하거나 공기 조화기에 고장이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
이러한 전장유닛을 냉각시키기 위하여, 종래의 공기 조화기에는 전장 유닛의 일측에 열전도성이 높은 기판을 배치시키고 외기에 의하여 열교환이 이루어지는 방식(히트싱크, heat-sink)이 적용되었다. 이러한 기판은 상기 전장 유닛에 나사등의체결부재에 의하여 결합된다.
그러나, 이러한 히트싱크 방식은 외기 온도가 매우 높은(일례로, 약 50℃) 지역에서는 이러한 히트싱크 방식의 효과가 제한되는 문제점이 있었다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 상기 전장유닛의 일측에 냉동 사이클의 냉매가 유동하는 냉각장치가 마련되고, 냉매와 전장 유닛간에 열교환이 이루어짐으로써 전장 유닛의 냉각이 이루어지는 기술이 소개되고 있다. 일례로, 상기 냉각장치에는 냉매 배관이 포함될 수 있다.
특히, 응축기에서 응축된 냉매를 상기 냉각장치로 흘러보내 전장유닛과 열교환 되도록 구성되었다. 다만, 응축기에서 토출된 냉매는 대략 20~30℃의 온도를 형성하는데, 이 온도는 전장 유닛의 발열 온도보다는 낮게 형성되나 온도 차이가 크지 않아서 전장 유닛을 일정 온도 이상 냉각시키는 데 한계가 있다는 문제점이 있었다.
게다가, 여름철 기온이 높은 사막기후의 지역에서는 상기 응축기에서 토출된 냉매의 온도가 50℃ 정도로 형성되어, 전장 유닛을 냉각하는 데 많은 제한이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 전장 유닛을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 공기 조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 포함하는 냉매 싸이클이 구동되는 공기 조화기에 있어서, 상기 냉매 싸이클의 구동을 위한 제어부품을 포함하는 전장유닛; 상기 전장유닛의 적어도 일측에 제공되며, 상기 전장유닛의 일측면에 결합되는 방열판 및 냉매가 유동하는 냉매배관이 구비되는 방열 어셈블리; 상기 응축기에서 응축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 상기 냉매 배관으로 가이드 하는 냉각 유로; 및 상기 냉각 유로에 제공되며, 상기 응축기에서 응축된 냉매의 온도를 저하시키는 냉각 팽창장치가 포함된다.
또한, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 냉각 팽창장치와 상기 팽창장치로 분지하는 분지부; 및 상기 냉각유로의 냉매와 상기 팽창장치를 통과한 냉매가 합지되는 합지부가 더 포함된다.
또한, 상기 냉각 팽창장치와 팽창장치는 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브(EEV)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 팽창장치는 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브(EEV), 상기 냉각 팽창장치는 캐필러리 튜브이고, 상기 냉각 유로에는, 상기 캐필러리 튜브로 유입되는 냉매량을 제어하기 위하여, 온오프 조절 가능한 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각 팽창장치, 방열 어셈블리 및 팽창장치는 상기 냉각 유로에 의하여 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에 따른 공기 조화기의 제어방법에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 포함하는 냉매 사이클이 구동되는 공기 조화기를 제어하는 방법에 있어서, 상기 공기 조화기가 냉방 운전되는 단계; 상기 공기 조화기에 구비되는 전장 유닛의 온도가 감지되는 단계; 상기 전장 유닛의 감지된 온도가 미리 설정된 온도범위 내에 있는지 여부가 인식되는 단계; 상기 감지된 온도가 상기 미리 설정된 온도범위 내에 있으면, 상기 응축기에서 응축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 감압하는 단계; 및 상기 감압된 냉매가 상기 전장 유닛의 일측에 결합된 방열 어셈블리로 공급되는 단계가 포함된다.
또한, 상기 방열 어셈블리로 냉매가 공급되는 과정에서, 상기 증발기의 입구측에 제공되는 팽창장치의 개도와, 상기 방열 어셈블리의 입구측에 제공되는 냉각 팽창장치의 개도는, 상기 감지된 온도값에 따라 매핑된 값으로 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 팽창장치의 개도와, 상기 냉각 팽창장치의 개도가 상기 매핑된 값으로 조절되면, 상기 응축기를 통과한 냉매 중 일부의 냉매는 상기 냉각 팽창장치로 유동하고, 나머지 냉매는 상기 팽창장치로 유동하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하면, 냉동 사이클을 순환하는 냉매열을 이용하여 전장 유닛을 냉각시킬 수 있으므로, 전장 유닛에 제공되는 제어부품의 오작동을 방지하고 공기 조화기의 고장을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 응축기에서 토출된 응축 냉매를 소정압력 이상 감압 또는 소정압력 이상 감온하여 방열 어셈블리로 공급할 수 있으므로, 응축 냉매를 공급하는 경우에 비하여 전장 유닛의 냉각 효과가 개선될 수 있다는 효과가 있다.
특히, 응축기의 토출냉매 중 적어도 일부의 냉매를 분지하는 냉각유로에 팽창장치를 제공하고, 전장 유닛의 온도에 따라 상기 팽창장치를 제어하여 적절한 양의 냉매를 방열 어셈블리에 공급할 수 있으므로, 전장 유닛을 효과적으로 냉각할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 응축기의 토출냉매가 감압된 후 방열 어셈블리에 공급되고, 상기 방열 어셈블리에서 토출된 냉매가 감압된 후 증발기에 유입될 수 있으므로 안정적인 냉매 사이클의 운전과 함께 전장 유닛의 냉각이 효과적으로 이루어질 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실외기의 내부 구성을 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전장 유닛 및 방열 어셈블리의 결합 모습을 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실외기의 내부 구성을 보여주는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기(1)에는, 실외 공기와 열교환 되는 실외기(10)와, 실내 공간에 배치되어 실내 공기를 조화하는 실내기(20) 및 상기 실외기(10)와 실내기(20)를 연결하는 연결 배관(30)이 포함된다.
상기 실외기(10)에는, 외관을 형성하며 다수의 부품을 내장하는 케이스(100)가 포함된다. 상기 케이스(100)에는, 실외 공기를 흡입하는 흡입 그릴(미도시) 및 흡입된 공기가 열교환된 후 토출되는 토출 그릴(105)이 포함된다. 상기 토출 그릴(105)은 상하 방향으로 복수 개가 제공될 수 있다.
상기 케이스(100)의 내부에는, 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 상기 압축기(110)에 유입되는 냉매 중 액냉매를 걸러내는 기액분리기(115)와, 실외 열교환기(121,122) 및 상기 실외 열교환기(121,122)로 외기를 불어주는 송풍 팬(130)이 포함된다.
상기 케이스(100)에는, 상기 실외 열교환기(121,122) 및 송풍팬(130)이 구비되는 송풍실(101) 및 상기 압축기(110) 및 기액 분리기(115)가 구비되는 기계실(102)이 포함된다. 상기 송풍실(101)과 기계실(102)은 구획부(103)에 의하여 구획될 수 있다.
상기 실외 열교환기(121,122)에는, 냉매가 유동하는 냉매 배관(121) 및 외기와 냉매간 열교환 성능을 증대하기 위한 열교환 핀(122)이 포함된다. 상기 냉매 배관(121)은 상기 열교환 핀(122)을 관통하도록 배치될 수 있다. 그리고, 상기 실외 열교환기(121,122)는 상기 케이스(100)의 상부로부터 하부에 이르기까지 길이 방향으로 연장되며, 상기 케이스(100)의 후면으로부터 측면에 이르기까지 ┓ 형상으로 절곡되어 배치될 수 있다.
상기 송풍 팬(130)은 상기 토출 그릴(105)의 후방에 배치되며, 상기 케이스(100)의 상부 및 하부에 복수 개가 제공될 수 있다. 물론, 상기 송풍 팬(130) 및 토출 그릴(105)의 수는 어느 하나에 한정되지 않으며, 상기 실외 열교환기(121,122)의 길이 또는 배치에 따라 각각 1개가 제공될 수도 있을 것이다.
상기 기계실(102)에는, 다수의 제어부품이 배치되는 전장 유닛(200)이 제공된다. 일례로, 상기 전장 유닛(200)은 상기 압축기(110)의 상측에 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템 도면이다. 이하에서는, 냉동 시스템이 냉방 운전을 수행하는 경우를 기준으로, 구성요소를 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기에는, 냉매를 압축시키는 압축기(110)와, 상기 압축기(110)에서 토출된 냉매를 응축시키는 실외 열교환기(120) 및 상기 실외 열교환기(120)를 통과한 냉매가 감압되도록 하는 팽창장치(140)가 포함된다.
상기 실외 열교환기(120)에는, 상기한 바와 같이, 냉매 배관(121) 및 열교환 핀(122)이 포함된다. 그리고, 일례로 상기 팽창장치(140)는 전자팽창 밸브(EEV)일 수 있다.
상기 실내기(20)에는, 상기 팽창장치(140)를 거친 냉매가 유입되어 증발되도록 하는 실내 열교환기(150)가 포함된다. 상기 팽창장치(140)는 상기 실내 열교환기(150)의 입구측에 배치된다. 즉, 상기 실외 열교환기(120)는 "응축기", 상기 실내 열교환기(150)는 "증발기"로서 기능한다.
상기 실내 열교환기(150)의 출구측에는, 상기 압축기(110)로 유입될 냉매 중 기상 냉매를 분리하여 상기 압축기(110)로 공급하는 기액 분리기(115)가 제공된다.
그리고, 상기 공기 조화기(1)에는, 상기 압축기(110), 실외 열교환기(120), 팽창장치(140), 실내 열교환기(150) 및 기액 분리기(115)를 연결하여 냉매의 유동을 가이드 하는 냉매 배관(160)이 더 포함된다.
상기 공기 조화기(1)에는, 상기 실외 열교환기(120)에서 토출된 응축 냉매가 감압된 후 유입될 수 있는 방열 어셈블리(300) 및 상기 냉매 배관(160)으로부터 분지되어 상기 방열 어셈블리(300)로 연장되는 냉각 유로(170)가 더 포함된다. 상기 냉각 유로(170)는 상기 냉매 배관(160)의 일부분으로서 "냉각 배관"이라 이름할 수도 있을 것이다.
상기 공기 조화기(1)에는, 상기 냉매 배관(160)에 제공되며 냉매를 상기 냉각 유로(170)로 분지시키기는 분지부(171)가 포함된다. 상기 냉각 유로(170)는 상기 분지부(171)로부터 상기 방열 어셈블리(300)로 연장되며, 방열판(310)을 관통하도록 구성된다.
상기 냉각 유로(170)에는, 냉매를 감압시키기 위한 냉각 팽창장치(175)가 제공된다. 상기 냉각 팽창장치(175)의 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브(EEV)일 수 있다.
상기 냉각 팽창장치(175)는 상기 방열 어셈블리(300)의 입구측에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 실외 열교환기(120)를 통과한 응축 냉매 중 상기 분지부(171)에서 분지된 냉매(이하, 분지 냉매)는 상기 냉각 팽창장치(175)에서 팽창되어 상기 방열 어셈블리(300)로 유입된다.
상기 방열 어셈블리(300)로 유입된 냉매는 상기 방열판(310)을 통과하면서 상기 방열판(310)에서 발생된 열을 흡열하게 된다. 즉, 상기 방열판(310)을 냉각시키게 된다.
이 때, 냉매는 상기 냉각 팽창장치(175)에서 감압 및 감온될 수 있으므로, 상기 응축 냉매에 비하여 저온 저압의 상태를 가지게 된다. 따라서, 상기 응축 냉매가 상기 방열 어셈블리(300)로 공급되는 경우에 비하여, 상기 방열판(310)의 냉각 효과가 개선될 수 있다.
한편, 상기 실외 열교환기(120)를 거친 냉매 중 상기 분지부(171)에서 분지되지 않은 냉매(이하, 메인 냉매)는 상기 냉매 배관(160)을 따라 유동하며, 상기 팽창장치(140)에서 감압된다.
상기 공기 조화기에는, 상기 냉매 배관(160)과 냉각 유로(170)가 결합되는 합지부(177)가 포함된다. 즉, 상기 냉각 유로(170)의 일측부는 상기 분지부(171)에서 연장되어 상기 냉매 배관(160)에 결합되며, 타측부는 상기 합지부(177)에서 상기 냉매 배관(160)에 결합될 수 있다.
상기 합지부(177)에서는, 상기 방열 어셈블리(300)를 통과한 분지 냉매와, 상기 팽창장치(140)에서 감압된 메인 냉매가 합지될 수 있다. 그리고, 합지된 냉매는 상기 실내 열교환기(150)로 유입되어 증발될 수 있다.
상기 실내 열교환기(!50)에서 증발된 냉매는 상기 기액 분리기(115)로 유입되며, 상기 기액 분리기(115)에서 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다.
이와 같이, 상기 실외 열교환기(120)에서 토출된 응축 냉매 중 적어도 일부가 분지되어 상기 냉각 팽창장치(175)에서 감압되고, 감압된 분지 냉매를 이용하여 상기 전장 유닛(200)을 냉각할 수 있으므로, 상기 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매를 이용하는 경우에 비하여, 상기 전장 유닛(200)의 냉각효과가 개선될 수 있다는 장점이 있다.
한편, 상기 냉각 팽창장치(175)의 개도는 조절될 수 있으며, 상기 냉각 팽창장치(175)의 개도에 따라 분지 냉매의 온도 또는 그 냉매량이 조절될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전장 유닛 및 방열 어셈블리의 결합 모습을 보여주는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전장유닛(200)에는, 전장기판(210) 및 상기 전장기판(210)에 배치되는 다수의 제어부품(220)이 포함된다. 상기 다수의 제어부품(220)에는, 고온의 열을 발생시키는 발열부품이 포함된다.
일례로, 상기 발열부품에는 전원 모듈(Intelligent Power Module, IPM, 지능형 전력모듈)이 포함될 수 있다. 상기 IPM은 전력을 제어하는 전력 MOSFET이나 IGBT 등의 전력장치의 구동회로 및 자기보호 기능의 보호회로를 설치한 모듈로서 이해된다. 그리고, 상기 전장기판(210)은 상기 IPM의 일 구성일 수 있다.
상기 전원 모듈이 구동되면, 상기 전원 모듈에 구비되는 스위칭 소자의 온오프 작용에 의하여 대략 70-80℃고온의 열을 발생한다.
그 외에, 상기 발열부품에는, 마이크로 컴퓨터, 인버터, 컨버터, EEPROM, 정류 다이오드 또는 콘덴서등이 더 포함될 수 있다.
상기 전장유닛(200)의 일측에는, 상기 전장유닛(200)을 냉각시키기 위한 "냉각모듈"로서 방열 어셈블리(300)가 제공된다. 상기 방열 어셈블리(300)는 상기 전장기판(210)의 일측면에 결합될 수 있다. 상기 방열 어셈블리(300)가 상기 전장기판(210)에 결합되는 방법은, 체결 또는 접착에 의한 결합방법을 포함한다.
상기 방열 어셈블리(300)에는, 상기 전장기판(210)의 일측에 결합되며 상기 전장유닛(200)에서 발생되는 열을 흡열하는 방열판(310)이 포함된다. 상기 방열판(310)의 내부에는, 냉매 배관을 설치하기 위한 설치공간 또는 냉매 유로가 규정된다.
상기 방열판(310)은 열전도도가 우수한 금속 또는 열전도성 플라스틱(heat trasmittable plstice)으로 구성될 수 있다. 상기 열전도성 플라스틱은 플라스틱이 가지고 있는 성질, 즉 작은 중량, 자유로운 디자인 및 낮은 열팽창 계수와, 금속과 세라믹이 가지고 있는 열전달 성질을 함께 포함하고 있는 재료로서 이해된다.
일례로서, 상기 방열판(310)은 금속소재로서 알루미늄이 포함될 수 있다.
다른 예로서, 상기 방열판(310)에는, 상기 열전도성 플라스틱으로서, 에틸렌을 중합한 폴리에틸렌(-[CH2CH2]n-) 및 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)가 포함된다. 상기 열전도성 플라스틱은, 일반적인 플라스틱의 열전도성에 비하여 100배 이상의 열전도성을 가질 수 있다.
상기 방열판(310)의 내부에는, 냉매 배관(160)이 삽입될 수 있다. 여기서, 상기 냉매 배관(160)은 상기 냉각 유로(170)와 연결되는 배관으로서 이해될 수 있다. 상기 냉매 배관(160)에는, 상기 냉각 유로(170)를 유동한 냉매를 상기 방열판(310)의 내부로 유입시키는 입구배관(161) 및 상기 방열판(310)의 내부를 순환한 냉매를 상기 냉각 유로(170)로 배출시키는 출구배관(163)이 포함된다.
즉, 상기 입구배관(161) 및 출구배관(163)은 상기 냉각 유로(170)에 결합될 수 있다.
상기 방열판(310)과 전장유닛(200)의 사이에는, 열전달 작용을 촉진시키는 열전달 시트(320)가 제공될 수 있다. 상기 열전달 시트(320)는 상기 전장유닛(200)의 열을 상기 방열판(310) 내부의 냉매 유로, 즉 냉매 배관(160)으로 신속하게 전달하는 구성으로서 이해될 수 있다.
일례로, 상기 열전달 시트(320)는 상기 방열판(310)의 일면과 상기 전장기판(210)의 일면의 사이에 개입될 수 있다. 상기 방열판(310)의 일면은 상기 전장기판(210)에 접촉되는 접촉면일 수 있다.
일례로, 상기 열전달 시트(320)에는, 그래파이트 시트(graphite sheet)가 포함된다. 상기 그래파이트 시트에는, 흑연 및 상기 흑연의 외측에 코팅되는 보호막이 포함될 수 있다.
상기 그래파이트 시트는 면 방향의 열전도율 및 열확산성이 금속소재, 예를 들어 은,동 또는 알루미늄보다 뛰어난 성질을 가진다. 상기 그래파이프 시트가 제공됨으로써, 상기 전장 유닛(200)에서 발생된 열은 상기 그래파이프 시트를 통하여 상기 방열판(310)으로 신속히 방출될 수 있다.
한편, 상기 전장 유닛(200)에는, 상기 전장 유닛(200)의 온도를 감지하는 온도 감지부(250)가 더 포함된다. 일례로, 상기 온도 감지부(250)는 온도 센서일 수 있으며, 상기 전장 기판(210)의 일측에 설치될 수 있다. 상기 온도 감지부(250)에서 인식된 온도 정보에 기초하여, 상기 냉각 팽창장치(175) 또는 팽창장치(140)의 작동이 제어될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 블럭도이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기 조화기(1)에는, 상기 전장 유닛(200)에 제공되어 상기 전장 유닛(200)에서 발생되는 열을 감지할 수 있는 온도 감지부(250)와, 상기 온도 감지부(250)에서 인식된 온도값에 따라 개도 조절 가능한 팽창장치(140) 및 냉각 팽창장치(175)와, 이들을 제어하는 제어부(270)가 포함된다.
그리고, 상기 공기 조화기(1)에는, 메모리부(280)가 더 포함된다. 상기 메모리부(280)에는, 상기 전장 유닛(200)의 온도값과, 상기 팽창장치(140) 및 냉각 팽창장치(175)의 개도에 관한 매핑 정보가 포함된다.
상기 매핑 정보에는, 상기 전장 유닛(200)의 온도값이 상승할수록 상기 냉각 팽창장치(175)의 개도를 설정값만큼 증대하여 상기 방열 어셈블리(300)로 공급되도록 하는 제어 정보가 포함된다. 즉, 상기 메모리부(280)에는, 상기 온도 감지부(250)에서 감지된 온도값이 설정범위에 속하면, 상기 팽창장치(140) 또는 냉각 팽창장치(175)의 개도를 설정값만큼 조절하는 것에 관한 매핑 정보가 저장될 수 있다.
상기 설정값은, 상기 방열 어셈블리(300)로 공급되어야 할 냉매량과, 팽창에 따른 온도 저하값에 기초하여 결정될 수 있다. 즉, 상기 냉각 팽창장치(175)의 개도량을 너무 크게 증대하면 냉매량은 많아질 수 있으나, 냉매의 감압효과가 낮아질 수 있으므로, 이러한 팩터(factor)들을 고려하는 것이다.
한편, 상기 방열 어셈블리(300)로 공급되어야 할 분지 냉매의 양이 많아지게 되면 상대적으로 상기 팽창장치(140)를 통과하는 냉매(메인 냉매)의 양은 적어질 수 있다. 따라서, 상기 팽창장치(140)의 개도는 감소될 수 있다.
결국, 상기 메모리부(280)에 저장된 매핑 정보는, 상기 온도 감지부(250)의 온도값, 상기 냉각 팽창장치(175)의 개도에 관한 제 1 개도값 및 상기 팽창장치(140)의 개도에 관한 제 2 개도값이 매핑된 정보가 포함될 수 있다.
도 6을 참조하여, 본 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법을 설명한다.
공기 조화기의 냉방 운전이 시작되면, 냉매는 냉매 배관(160)에 의하여 가이드 되어, 압축기(110), 실외 열교환기(120), 팽창장치(140) 및 실내 열교환기(160)를 순환한다(S11).
공기 조화기의 냉방 운전중에, 상기 전장 유닛(200)의 온도가 감지된다. 상세히, 상기 온도 감지부(250)에서 인식된 온도값을 감지된다(S12).
제어부(270)는 감지된 온도가 전장 유닛(200)의 냉각이 필요한 설정범위 내에 있는지 여부를 인식한다. 상세히, 상기 제어부(270)는 상기 메모리부(280)에 저장된 매핑정보에 기초하여, 감지된 온도값에 따라 팽창장치(140) 또는 냉각 팽창장치(175)의 개도를 조절해야 하는지 여부를 판단한다(S13).
상기 감지된 온도값이 상기 설정범위 내에 있는 것으로 인식되면, 상기 제어부(270)는 상기 매핑정보에 기초하여, 상기 감지된 온도값에 따른 냉각 팽창장치(175)의 온오프 또는 그 개도량을 제어할 수 있다. 일례로, 상기 냉각 팽창장치(175)는 온 작동되고, 일정량 이상의 냉매가 상기 방열 어셈블리(300)로 공급될 수 있도록, 설정값 이상으로 개도 조절될 수 있다.
그리고, 상기 제어부(270)는 상기 팽창장치(140)의 개도량을 더 조절할 수 있다(S14).
물론, S13 단계에서 상기 감지된 온도값이 상기 설정범위 외에 있는 것으로 인식되면, 상기 냉각 팽창장치(175)는 오프 상태로 유지되어, 냉매가 상기 방열 어셈블리(300)로 공급되는 것이 제한되며, 상기 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매는 상기 팽창장치(140)를 통과하게 될 것이다.
이와 같이, 전장 유닛의 온도에 따라 냉매를 선택적으로 방열 어셈블리에 공급할 수 있으므로, 냉매 사이클을 안정적으로 운전하면서 필요할 때에 전장 유닛을 효과적으로 냉각할 수 있게 된다.
이하에서는, 제 2,3 실시예에 대하여 설명한다. 이들 실시예들은 제 1 실시예와 비교하여, 일부 구성에 있어서만 차이가 있으므로 차이점을 위주로 설명하며, 제 1 실시예와 동일한 구성에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공기 조화기에는, 압축기(110), 실외 열교환기(120), 팽창장치(140), 실내 열교환기(150) 및 기액 분리기(115)가 포함된다.
상기 실외 열교환기(120)의 출구측에는, 분지부(171)가 제공된다. 상기 냉각 유로(170)는 상기 분지부(171)로부터 상기 방열 어셈블리(300)로 연장되며, 상기 방열판(310)을 관통한다. 그리고, 상기 냉각 유로(170)는 합지부(177)에서 상기 냉매 배관(160)과 결합된다.
상기 냉각 유로(170)에는, 냉매를 감압하기 위한 냉각 팽창장치(195) 및 상기 냉각 팽창장치(195)로 냉매를 선택적으로 유동시키기 위한 밸브 부재(193)가 제공된다. 상기 냉각 팽창장치(195) 및 밸브 부재(193)는 상기 방열 어셈블리(300)의 입구측에 배치될 수 있다.
일례로, 상기 냉각 팽창장치(195)는 캐필러리 튜브(capillary tube)일 수 있으며, 상기 밸브 부재(193)는 온/오프 조절 가능한 솔레노이드 밸브일 수 있다.
냉매는 상기 냉각 팽창장치(195)를 통과하면서 감압될 수 있다. 따라서, 상기 냉각 팽창장치(195)를 통과한 이후의 냉매의 온도 및 압력은 상기 실외 열교환기(120)에서 응축된 응축냉매의 온도 및 압력보다 낮을 수 있다.
상기 밸브부재(193)가 오프되면, 상기 실외 열교환기(120)에서 응축된 응축 냉매는 상기 팽창장치(140)를 거쳐 상기 실내 열교환기(150)로 유입되며, 상기 밸브부재(193)가 온 되면, 상기 응축냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 밸브부재(193) 및 냉각 팽창장치(195)를 거쳐 상기 방열 어셈블리(195)로 공급될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법에 관한 설명은 제 1 실시예의 설명을 원용한다.
상세히, 제 1 실시예에서 설명한 온도 감지부(250), 메모리부(280) 및 제어부(270)의 구성은 본 실시예에도 채용될 수 있다.
상기 온도 감지부(250)에서 감지된 온도값이 설정범위 내에 속하면, 상기 밸브 부재(193)는 온 작동하여 개방되며 이에 따라 상기 실외 열교환기(120)를 통과한 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 분지부(171)에서 분지되어 상기 냉각 팽창장치(195)에서 감압된다. 그리고, 감압된 냉매는 상기 방열 어셈블리(300)를 통과하면서 상기 전장 유닛(200)을 냉각하며, 상기 팽창장치(140)에서 감압된 냉매와 상기 합지부(177)에서 합지되어 상기 실내 열교환기(150)로 유입된다.
반면에, 상기 감지된 온도값이 상기 설정범위 밖에 있으면, 상기 밸브 부재(193)는 오프 작동하며 이에 따라 상기 실외 열교환기(120)를 통과한 냉매는 상기 팽창장치(140)에서 감압되어 상기 실내 열교환기(150)로 유입된다.
이와 같이, 상기 냉각 유로(170)에 냉각 팽창장치(195)가 제공됨으로써 저온 저압의 냉매가 상기 방열 어셈블리(300)에 공급되므로 전장 유닛(200)의 냉각 효과가 개선될 수 있다. 그리고, 전장 유닛의 온도에 따라 냉매를 선택적으로 방열 어셈블리에 공급할 수 있으므로, 냉매 사이클을 안정적으로 운전하면서 필요할 때에 전장 유닛을 효과적으로 냉각할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 공기 조화기에는, 압축기(110), 실외 열교환기(120), 실내 열교환기(150) 및 기액 분리기(115)가 포함된다.
그리고, 상기 공기 조화기에는, 상기 실외 열교환기(120)의 출구측에 배치되는 방열 어셈블리(300)와, 상기 방열 어셈블리(300)의 입구측에 제공되어 냉매를 1차 감압한 제 1 팽창장치(145) 및 상기 방열 어셈블리(300)의 출구측에 제공되어 냉매를 2차 감압하는 제 2 팽창장치(147)가 포함된다.
일례로, 상기 제 1 팽창장치(145) 또는 제 2 팽창장치(147)는 전자팽창 밸브 또는 캐필러리 튜브일 수 있다.
상기 공기 조화기에는, 상기 제 1 팽창장치(145)와 제 2 팽창장치(147)의 사이를 연결하며, 냉매를 상기 방열 어셈블리(300)로 가이드 하는 냉각 유로(149)가 더 포함된다. 상기 냉각 유로(149)는 상기 냉매 배관(160)의 일 구성일 수 있다. 따라서, 상기 제 1 팽창장치(145)와 제 2 팽창장치(147)는 상기 냉각 유로(149)에 제공되는 것으로 이해될 수 있다.
상기 방열 어셈블리(300)의 구성에 관한 설명은, 제 1 실시예에 관한 설명을 원용한다.
상기 제 1 팽창장치(145)는 상기 방열 어셈블리(300)에 유입되는 냉매를 1차 감압하여 상기 전장유닛(200)을 효과적으로 냉각하기 위한 장치로 이해되며, 상기 제 2 팽창장치(147)는 상기 실내 열교환기(150)에서의 효과적인 열교환을 위한 장치로서 이해될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 팽창장치(145)를 "냉각 팽창장치"라 하고, 상기 제 2 팽창장치(147)를 "팽창장치"라 이름할 수 있다.
즉, 냉매는 상기 전장 유닛(200)을 냉각할 수 있는 정도의 압력으로 상기 제 1 팽창장치(145)에서 감압되며, 상기 방열 어셈블리(300)를 통과한 후에는 냉매 사이클의 증발 압력까지 상기 제 2 팽창장치(147)에서 감압될 수 있다.
정리하면, 제 1 실시예와 제 2 실시예에서는 실외 열교환기에서 응축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 분지하고 감압하여 방열 어셈블리로 공급하는 반면, 본 실시예에서는 상기 실외 열교환기에서 응축된 냉매를 모두 감압하여 방열 어셈블리로 공급하는 점에서 차이가 있다.
즉, 제 1,2 실시예에서의 냉각 팽창장치(175,195)는 팽창장치(140)와 병렬 연결되는 반면, 본 실시예에서의 제 1,2 팽창장치(145,147)와 방열 어셈블리(300)는 상기 냉각 유로(149)에 의하여 직렬 연결되는 것으로 이해될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 실외 열교환기에서 응축된 냉매를 실내 열교환기로 유입하기 전 2차에 걸쳐 감압시키고, 1차 감압후 전장 유닛을 통과시키도록 구성함으로써, 냉매 사이클을 안정적으로 운전하면서 응축 냉매의 온도보다 저온인 상태의 냉매를 이용하여 전장 유닛을 냉각할 수 있다는 장점이 있다.
10 : 실외기 20 : 실내기
110 : 압축기 120 : 실외 열교환기
140 : 팽창 장치 150 : 실내 열교환기
160 : 냉매 배관 ` 170 : 냉각 유로
171 : 분지부 175 : 냉각 팽창장치
177 : 합지부 193 : 밸브 부재
195 : 냉각 팽창장치 200 : 전장 유닛
210 : 전장 기판 220 : 전장 부품
250 : 온도 감지부 270 : 메모리부
280 : 제어부 300 : 방열 어셈블리
310 : 방열판

Claims (12)

  1. 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 포함하는 냉매 싸이클이 구동되는 공기 조화기에 있어서,
    상기 냉매 싸이클의 구동을 위한 제어부품을 포함하는 전장유닛;
    상기 전장유닛의 적어도 일측에 제공되며, 상기 전장유닛의 일측면에 결합되는 방열판 및 냉매가 유동하는 냉매배관이 구비되는 방열 어셈블리;
    상기 응축기에서 응축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 상기 냉매 배관으로 가이드 하는 냉각 유로; 및
    상기 냉각 유로에 제공되며, 상기 응축기에서 응축된 냉매의 온도를 저하시키는 냉각 팽창장치가 포함되는 공기 조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 냉각 팽창장치와 상기 팽창장치로 분지하는 분지부; 및
    상기 냉각유로의 냉매와 상기 팽창장치를 통과한 냉매가 합지되는 합지부가 더 포함되는 공기 조화기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 유로의 일측부는 상기 분지부로부터 연장되어 상기 방열 어셈블리의 냉매 배관에 결합되고,
    상기 냉각 유로의 타측부는 상기 방열 어셈블리로부터 연장되어 상기 합지부에 결합되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 팽창장치와 팽창장치는 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브(EEV)인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 팽창장치는 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브(EEV), 상기 냉각 팽창장치는 캐필러리 튜브이고,
    상기 냉각 유로에는, 상기 캐필러리 튜브로 유입되는 냉매량을 제어하기 위하여, 온오프 조절 가능한 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 팽창장치, 방열 어셈블리 및 팽창장치는 상기 냉각 유로에 의하여 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전장 유닛의 온도를 감지하는 온도 감지부;
    상기 온도 감지부의 온도값에 따라, 상기 냉각 팽창장치 또는 팽창장치의 개도값에 관한 매핑정보가 저장되는 메모리부; 및
    상기 메모리부에 저장된 매핑정보에 기초하여, 상기 냉각 팽창장치 또는 팽창장치의 개도를 조절하는 제어부가 더 포함되는 공기 조화기.
  8. 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 포함하는 냉매 사이클이 구동되는 공기 조화기를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 공기 조화기가 냉방 운전되는 단계;
    상기 공기 조화기에 구비되는 전장 유닛의 온도가 감지되는 단계;
    상기 전장 유닛의 감지된 온도가 미리 설정된 온도범위 내에 있는지 여부가 인식되는 단계;
    상기 감지된 온도가 상기 미리 설정된 온도범위 내에 있으면, 상기 응축기에서 응축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매를 감압하는 단계; 및
    상기 감압된 냉매가 상기 전장 유닛의 일측에 결합된 방열 어셈블리로 공급되는 단계가 포함되는 공기 조화기의 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 방열 어셈블리로 냉매가 공급되는 과정에서,
    상기 증발기의 입구측에 제공되는 팽창장치의 개도와, 상기 방열 어셈블리의 입구측에 제공되는 냉각 팽창장치의 개도는,
    상기 감지된 온도값에 따라 매핑된 값으로 조절되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 팽창장치의 개도와, 상기 냉각 팽창장치의 개도가 상기 매핑된 값으로 조절되면,
    상기 응축기를 통과한 냉매 중 일부의 냉매는 상기 냉각 팽창장치로 유동하고, 나머지 냉매는 상기 팽창장치로 유동하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각 팽창장치는 캐필러리 튜브이며, 상기 캐필러리 튜브의 일측에는 냉매의 유동을 온 또는 오프하기 위한 밸브 부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 방열 어셈블리를 통과한 냉매를 추가 감압하는 단계가 더 포함되는 공기 조화기의 제어방법.
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