KR20150109750A

KR20150109750A - 공기조화기 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20150109750A
Application number: KR1020140032962A
Authority: KR
Inventors: 류병진; 김범찬; 김병수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-10-02
Also published as: KR102242775B1

Abstract

본 발명은 압력 조건을 만족하는 경우 냉매를 압축기에 인젝션할 수 있는 공기조화기에 관한 것이다. 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; 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하며, 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 상기 실내 열교환기로 유동되는 냉매를 과냉각하기 위한 제 1 인젝션 모듈; 및 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하며, 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 상기 실내 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하기 위한 제 2 인젝션 모듈을 포함하고, 상기 제 2 인젝션 모듈은 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 압력인 시스템 고압과 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 압력인 시스템 저압이 설정된 관계를 만족하는 경우 냉매를 상기 압축기로 인젝션한다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법 {Air Conditioner and Controlling method for the same}

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력 조건을 만족하는 경우 냉매를 압축기에 인젝션할 수 있는 공기조화기에 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 난방운전시 실외의 온도가 과도하게 내려갈 때 실내 열교환기에서 응축된 냉매 일부를 압축기에 인젝션(injection)하여 효율을 향상시킨다. 냉방운전시에도 이러한 인젝션이 요구되는 경우가 있어 냉난방 겸용 공기조화기에서 난방운전 및 냉방운전시 모두 인젝션이 가능한 구조가 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 난방운전 및 냉방운전시 모두 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; 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하며, 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 상기 실내 열교환기로 유동되는 냉매를 과냉각하기 위한 제 1 인젝션 모듈; 및 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하며, 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 상기 실내 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하기 위한 제 2 인젝션 모듈을 포함하고, 상기 제 2 인젝션 모듈은 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 압력인 시스템 고압과 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 압력인 시스템 저압이 설정된 관계를 만족하는 경우 냉매를 상기 압축기로 인젝션한다.

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; 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하는 제 1 인젝션 모듈; 및 난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하는 제 2 인젝션 모듈을 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서, 상기 절환부가 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 실외 열교환기로 안내하여 냉방운전이 개시되는 단계; 상기 제 1 인젝션 모듈이 상기 실외 열교환기에서 상기 실내 열교환기로 유동되는 냉매를 과냉각하고 상기 제 2 인젝션 모듈은 작동되지 않는 단계; 및 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 압력인 시스템 고압과 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 압력인 시스템 저압이 설정된 관계를 만족하여 상기 제 2 인젝션 모듈이 상기 실외 열교환기에서 상기 실내 열교환기로 유동되는 냉매를 팽창하여 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, 적절한 인젝션 조건으로 인젝션이 가능하지 판단하여 인젝션을 수행하는 장점이 있다.

둘째, 적절한 인젝션 조건으로 성능 향상과 동시에 신뢰성을 확보할 수 있는 장점도 있다.

셋째,　시스템 고압의 안정성 또는 시스템 저압의 안정성을 인젝션 조건으로 하여 인젝션시 사이클이 불안정해 지는 것을 방지할 수 있는 장점도 있다.

넷째, 시스템 고압과 압축기의 중간압의 관계를 인젝션 조건으로 하여 인젝션시 역류가 발생하는 것을 방지할 수 있는 장점도 있다.

다섯째, 액관온도와 압축기의 중간압의 포화온도의 관계를 인젝션 조건으로 하여 인젝션 열교환기에서 원할한 열교환이 일어날 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 난방운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방운전시 공기조화기의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기가 냉방운전시 과냉각만을 할 때를 나타내는 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 공기조화기의 압력-엔탈피 선도(Pressure-Enthalpy Diagram, 이하 P-h 선도)를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기가 냉방운전시 과냉각과 인젝션을 모두 할 때를 나타내는 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 공기조화기의 P-h 선도를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기가 냉방운전시 인젝션만을 할 때를 나타내는 구성이다.
도 9는 도 8에 도시된 공기조화기의 P-h 선도를 나타내는 도면이다.

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 난방운전시 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, 난방운전시 실외 열교환기(120)에서 실내 열교환기(130)로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 압축기(110)로 인젝션하는 제 1 인젝션 모듈(170)과, 난방운전시 실외 열교환기(120)에서 실내 열교환기(130)로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 압축기(110)로 인젝션하는 제 2 인젝션 모듈(180)을 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 제 1 유입포트(111)와, 제 2 인젝션 모듈(180)에서 팽창되어 증발된 비교적 저압의 냉매가 유입되는 제 2 유입포트(112)와, 제 1 인젝션 모듈(170)에서 팽창되어 증발된 비교적 고압의 냉매가 유입되는 제 3 유입포트(113)와, 압축된 냉매가 토출되는 토출포트(114)를 포함한다.

제 2 유입포트(112)는 압축기(110)에서 냉매가 압축되는 압축실의 저압측에 형성되고 제 3 유입포트(113)는 압축기(110) 압축실의 고압측에 형성되는 것이 바람직하다.

제 1 유입포트(111)로 유입되는 냉매는 제 2 유입포트(112)로 유입되는 냉매보다 압력과 온도가 낮으며, 제 2 유입포트(112)로 유입되는 냉매는 제 3 유입포트(113)로 유입되는 냉매보다 압력과 온도가 낮다. 제 3 유입포트(113)로 유입되는 냉매는 토출포트(114)로 토출되는 냉매보다 압력과 온도가 낮다.

압축기(110)는 제 1 유입포트(111)로 유입된 냉매를 압축실에서 압축하며 압축실의 저압측에 형성된 제 2 유입포트(112)로 유입되는 냉매와 합류시켜 압축시킨다. 압축기(110)는 합류된 냉매를 압축하며 압축실의 고압측에 형성된 제 3 유입포트(113)로 유입되는 냉매와 합류하여 압축시켜 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 제 1 유입포트(111) 사이에 구비된다. 기액분리기(160)에서 분리된 기상 냉매는 압축기(110)의 제 1 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 제 2 인젝션 모듈(180)과 연결된다. 실외 팽창밸브(140)는 실외 열교환기(120)와 제 2 인젝션 모듈(180) 사이에 구비된다.

실외 팽창밸브(140)는 냉방운전시 실외 열교환기(120)로부터 유입되는 냉매를 통과시켜 제 2 인젝션 모듈(180)로 안내한다. 실외 팽창밸브(140)는 난방운전시 제 2 인젝션 모듈(180)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 제 1 인젝션 모듈(170)과 연결된다. 실내 팽창밸브(150)는 실내 열교환기(130)와 제 1 인젝션 모듈(170) 사이에 구비된다.

실내 팽창밸브(150)는 냉방운전시 제 1 인젝션 모듈(170)에서 실내 열교환기(130)로 유동되는 냉매를 팽창한다. 실내 팽창밸브(150)는 난방운전시 실내 열교환기(130)로부터 유입되는 냉매를 통과시켜 제 1 인젝션 모듈(170)로 안내한다.

제 1 인젝션 모듈(170)은 운전조건에 따라 실내 열교환기(130)와 실외 열교환기(120) 사이에서 유동되는 냉매의 일부를 압축기(110)로 인젝션하거나 과냉각한다.

제 1 인젝션 모듈(170)은 난방운전시 실내 열교환기(130)에서 제 2 인젝션 모듈(180)로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 압축기(110)의 고압측으로 인젝션한다. 제 1 인젝션 모듈(170)은 실내 팽창밸브(150), 인젝션 밸브(173), 과냉 밸브(174) 및 제 2 인젝션 모듈(180)과 연결된다.

제 1 인젝션 모듈(170)은 난방운전시 실내 열교환기(130)로부터 유동되는 냉매의 일부를 압축기(110)의 제 3 유입포트(113)로 안내하여 압축기(110)의 고압측으로 인젝션하며, 실내 열교환기(130)로부터 유동되는 냉매의 다른 일부를 제 2 인젝션 모듈(180)로 안내한다.

제 1 인젝션 모듈(170)은 냉방운전시 실외 열교환기(120)로부터 제 2 인젝션 모듈(180)을 거쳐 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 기액분리기(160)로 안내할 수 있으며, 실외 열교환기(120)로부터 제 2 인젝션 모듈(180)을 거쳐 유동되는 냉매의 일부를 과냉각하여 실내 팽창밸브(150)로 안내할 수 있다.

제 1 인젝션 모듈(170)은 냉방운전시 작동하지 않고 제 2 인젝션 모듈(180)로부터 유동되는 냉매를 바이패스하여 실내 팽창밸브(150)로 안내할 수 있다.

제 1 인젝션 모듈(170)은, 유동되는 냉매의 일부를 팽창하는 제 1 인젝션 팽창밸브(171)와, 유동되는 냉매의 다른 일부를 제 1 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매와 열교환하여 과냉각하는 제 1 인젝션 열교환기(172)를 포함한다.

제 1 인젝션 팽창밸브(171)는 실내 팽창밸브(150) 및 제 1 인젝션 열교환기(172)와 연결된다. 제 1 인젝션 팽창밸브(171)는 난방운전시 실내 열교환기(130)에서 압축기(110)로 인젝션되는 냉매를 팽창하며 냉방운전시 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 기액분리기(160)로 유동되는 냉매를 팽창할 수 있다.

난방운전시 제 1 인젝션 팽창밸브(171)는 실내 열교환기(130)에서 열교환되어 실내 팽창밸브(150)를 통과한 냉매의 일부를 팽창하여 제 1 인젝션 열교환기(172)로 안내한다. 난방운전시 제 1 인젝션 팽창밸브(171)는 통과하는 냉매의 압력이 제 3 유입포트(113)가 연결되는 압축기(110)의 고압측 압력과 같도록 개도를 조절한다.

냉방운전시 제 1 인젝션 팽창밸브(171)는 제 2 인젝션 모듈(180)로부터 유동되어 제 1 인젝션 열교환기(172)를 통과한 냉매의 일부를 팽창하여 제 1 인젝션 열교환기(172)로 안내할 수 있다. 냉방운전시 제 1 인젝션 팽창밸브(171)는 폐쇄되어 제 1 인젝션 모듈(170)이 작동하지 않을 수 있다.

제 1 인젝션 열교환기(172)는 실내 팽창밸브(150), 제 1 인젝션 팽창밸브(171), 제 2 인젝션 팽창밸브(181), 제 2 인젝션 열교환기(182), 인젝션 밸브(173) 및 과냉 밸브(174)와 연결된다.

제 1 인젝션 열교환기(172)는 난방운전시 실내 열교환기(130)에서 유동되는 냉매와 제 1 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 열교환하며 냉방운전시 제 2 인젝션 모듈(180)로부터 유동되는 냉매와 제 1 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 열교환한다.

난방운전시 제 1 인젝션 열교환기(172)는 실내 열교환기(130)에 열교환되어 실내 팽창밸브(150)를 통과한 냉매의 일부를 제 1 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매와 열교환한다. 난방운전시 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매는 제 2 인젝션 모듈(180)로 유동되고 과열된 냉매는 인젝션 밸브(173)를 거쳐 압축기(110)의 제 3 유입포트(113)로 인젝션된다.

냉방운전시 제 1 인젝션 열교환기(172)는 제 2 인젝션 모듈(180)로부터 유동된 냉매를 제 1 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매와 열교환할 수 있다. 냉방운전시 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매는 실내 팽창밸브(150)로 유동되고 과열된 냉매는 과냉 밸브(174)를 거쳐 기액분리기(160)로 유동될 수 있다. 실시예에 따라 냉방운전시 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 과열된 냉매는 과냉 밸브(174)를 거쳐 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)로 안내될 수 있다.

냉방운전시 제 1 인젝션 팽창밸브(171)가 폐쇄된 경우 제 1 인젝션 열교환기(172)는 제 2 인젝션 모듈(180)로부터 유동된 냉매를 바이패스하여 실내 팽창밸브(150)로 안내할 수 있다.

인젝션 밸브(173)는 제 1 인젝션 열교환기(172)와 압축기(110)의 제 3 유입포트(113) 사이에 배치된다. 인젝션 밸브(173)는 난방운전시 개방되고 냉방운전시 폐쇄된다. 인젝션 밸브(173)는 난방운전시 제 1 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창되어 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매를 압축기(110)의 제 3 유입포트(113)로 안내한다.

과냉 밸브(174)는 제 1 인젝션 열교환기(172)와 기액분리기(160) 사이에 배치된다. 과냉 밸브(174)는 난방운전시 폐쇄되고 냉방운전시 개방된다. 과냉 밸브(174)는 냉방운전시 제 1 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창되어 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매를 기액분리기(160)로 안내한다. 기액분리기(160)로 안내된 냉매는 실내 열교환기(130)에서 열교환된 냉매와 합류한다.

실시예에 따라 과냉 밸브(174)는 제 1 인젝션 열교환기(172)와 압축기(110)의 제 1 유입포트(111) 사이에 배치될 수 있으며, 이 경우 과냉 밸브(174)는 냉방운전시 제 1 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창되어 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 열교환된 냉매를 압축기(110)로 안내한다.

제 2 인젝션 모듈(180)은 운전조건에 따라 실내 열교환기(130)와 실외 열교환기(120) 사이에서 유동되는 냉매의 일부를 압축기(110)로 인젝션한다.

제 2 인젝션 모듈(180)은 난방운전시 제 1 인젝션 모듈(170)에서 실외 열교환기(120)로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 압축기(110)의 저압측으로 인젝션한다. 제 2 인젝션 모듈(180)은 제 1 인젝션 모듈(170), 압축기(110)의 제 2 유입포트(112) 및 실외 팽창밸브(140)와 연결된다.

제 2 인젝션 모듈(180)은 난방운전시 제 1 인젝션 모듈(170)로부터 유동되는 냉매의 일부를 압축기(110)의 제 2 유입포트(112)로 안내하여 압축기(110)의 저압측으로 인젝션하며, 제 1 인젝션 모듈(170)로부터 유동되는 냉매의 다른 일부를 실외 팽창밸브(140)로 안내한다.

제 2 인젝션 모듈(180)은 냉방운전시 실외 열교환기(120)로부터 유동되는 냉매의 일부를 압축기(110)의 제 2 유입포트(112)로 안내하여 압축기(110)의 저압측으로 인젝션하며, 실외 열교환기(120)로부터 유동되는 냉매의 다른 일부를 제 1 인젝션 모듈(170)로 안내할 수 있다.

제 2 인젝션 모듈(180)은 냉방운전시 작동하지 않고, 실외 열교환기(120)로부터 유동되는 냉매를 바이패스하여 제 1 인젝션 모듈(170)로 안내할 수 있다.

제 2 인젝션 모듈(180)은, 유동되는 냉매의 일부를 팽창하는 제 2 인젝션 팽창밸브(181)와, 유동되는 냉매의 다른 일부를 제 2 인젝션 팽창밸브(181)에서 팽창된 냉매와 열교환하여 과냉각하는 제 2 인젝션 열교환기(182)를 포함한다.

제 2 인젝션 팽창밸브(181)는 제 1 인젝션 열교환기(172) 및 제 2 인젝션 열교환기(182)와 연결된다. 제 2 인젝션 팽창밸브(181)는 실내 열교환기(130)에서 압축기(110)로 인젝션되는 냉매를 팽창한다.

난방운전시 제 2 인젝션 팽창밸브(181)는 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 토출되어 분지된 냉매의 일부를 팽창하여 제 2 인젝션 열교환기(182)으로 안내한다. 난방운전시 제 2 인젝션 팽창밸브(181)는 통과하는 냉매의 압력이 제 2 유입포트(112)가 연결되는 압축기(110)의 저압측 압력과 같도록 개도를 조절한다.

냉방운전시 제 2 인젝션 팽창밸브(181)는 실외 열교환기(120)에서 열교환되어 실외 팽창밸브(140)를 통과한 냉매의 일부를 팽창하여 제 2 인젝션 열교환기(182)으로 안내할 수 있다. 냉방운전시 제 2 인젝션 팽창밸브(181)는 폐쇄되어 제 2 인젝션 모듈(180)이 작동하지 않을 수 있다.

제 2 인젝션 열교환기(182)는 제 1 인젝션 열교환기(172), 제 2 인젝션 팽창밸브(181), 압축기(110)의 제 2 유입포트(112) 및 실외 팽창밸브(140)와 연결된다. 제 2 인젝션 열교환기(182)는 난방운전시 제 1 인젝션 모듈(170)로부터 유동되는 냉매와 제 2 인젝션 팽창밸브(181)에서 팽창된 냉매를 열교환하고, 냉방운전시 실외 열교환기(120)에서 유동되는 냉매와 제 2 인젝션 팽창밸브(181)에서 팽창된 냉매를 열교환한다.

난방운전시 제 2 인젝션 열교환기(182)는 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 토출되어 분지된 냉매의 일부를 제 2 인젝션 팽창밸브(181)에서 팽창된 냉매와 열교환한다. 난방운전시 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 과냉각된 냉매는 실외 팽창밸브(140)로 유동되고 과열된 냉매는 압축기(110)의 제 2 유입포트(112)로 인젝션된다.

냉방운전시 제 2 인젝션 열교환기(182)는 실외 열교환기(120)에서 열교환되어 실외 팽창밸브(140)를 통과한 냉매를 제 2 인젝션 팽창밸브(181)에서 팽창된 냉매와 열교환할 수 있다. 냉방운전시 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 과냉각된 냉매는 제 1 인젝션 모듈(170)로 유동되고 과열된 냉매는 압축기(110)의 제 2 유입포트(112)로 인젝션 될 수 있다.

냉방운전시 제 2 인젝션 팽창밸브(181)가 폐쇄된 경우 제 2 인젝션 열교환기(182)는 실외 열교환기(120)에서 열교환되어 실외 팽창밸브(140)로부터 유동된 냉매를 바이패스하여 제 1 인젝션 모듈(170)로 안내할 수 있다.

상술한 제 2 인젝션 모듈(180)은 제 2 인젝션 팽창밸브(181) 및 제 2 인젝션 열교환기(182)로 구성되지 아니하고, 기상 냉매가 인젝션 되도록 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기일 수 있다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 난방운전시 작용을 설명한다.

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 제 1 인젝션 모듈(170)로 안내한다.

실내 팽창밸브(150)로부터 유동되는 냉매의 일부는 제 1 인젝션 팽창밸브(171)로 유동되고, 다른 일부는 제 1 인젝션 열교환기(172)로 안내된다.

제 1 인젝션 팽창밸브(171)로 유동된 냉매는 팽창되어 제 1 인젝션 열교환기(172)로 유동한다. 제 1 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매는 제 1 인젝션 열교환기(172)로 안내되어 실내 팽창밸브(150)에서 제 1 인젝션 열교환기(172)로 유동되는 냉매와 열교환되어 증발된다. 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 난방운전시 개방된 인젝션 밸브(173)를 통과하여 압축기(110)의 제 3 유입포트(113)로 유동된다. 제 3 유입포트(113)로 유동된 냉매는 압축기(110)의 고압측으로 인젝션되어 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.

실내 팽창밸브(150)로부터 유동되는 냉매의 일부는 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 제 1 인젝션 팽창밸브(171)에 의하여 팽창된 냉매와 열교환되어 과냉각된다. 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매는 제 2 인젝션 모듈(180)로 유동한다.

제 1 인젝션 열교환기(172)로부터 유동되는 냉매의 일부는 제 2 인젝션 팽창밸브(181)로 유동되고, 다른 일부는 제 2 인젝션 열교환기(182)로 안내된다.

제 2 인젝션 팽창밸브(181)로 유동된 냉매는 팽창되어 제 2 인젝션 열교환기(182)로 유동한다. 제 2 인젝션 팽창밸브(181)에서 팽창된 냉매는 제 2 인젝션 열교환기(182)로 안내되어 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 제 2 인젝션 열교환기(182)로 유동되는 냉매와 열교환되어 증발된다. 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 증발된 냉매는 압축기(110)의 제 2 유입포트(112)로 유동된다. 제 2 유입포트(112)로 유동된 냉매는 압축기(110)의 저압측으로 인젝션되어 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.

제 1 인젝션 열교환기(172)로부터 유동되는 냉매의 일부는 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 제 2 인젝션 팽창밸브(181)에 의하여 팽창된 냉매와 열교환되어 과냉각된다. 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 과냉각된 냉매는 실외 팽창밸브(140)로 안내된다.

실외 팽창밸브(140)로 유동된 냉매는 팽창되어 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 기상 냉매와 액상 냉매가 분리된다. 기액분리기(160)에서 분리된 기상 냉매는 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)로 유입된다. 제 1 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, 냉매의 팽창전 팽창입구온도를 측정하는 팽창입구 온도센서(13)와, 제 2 인젝션 모듈(180)에서 압축기(110)로 인젝션되는 냉매의 인젝션 온도를 측정하는 인젝션 온도센서(14)와, 제 2 인젝션 모듈(180)에서 냉매가 증발하는 온도를 측정하는 인젝션 팽창 온도센서(15)와, 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 토출 온도센서(16)와, 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 압력을 측정하는 흡입 압력센서(17)와, 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 압력을 측정하는 토출 압력센서(18)와, 제 1 인젝션 모듈(170) 및/또는 제 2 인젝션 모듈(180)로 유동되는 냉매의 온도를 측정하는 액관 온도센서(19)를 포함할 수 있다.

제어부(10)는 공기조화기의 운전을 제어하는 것으로서, 절환부(190), 압축기(110), 실외 팽창밸브(140), 실내 팽창밸브(150), 제 1 인젝션 팽창밸브(171), 제 2 인젝션 팽창밸브(181), 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 난방운전시 제 1 인젝션 팽창밸브(171)의 개도를 조절하고 냉방운전시 제 1 인젝션 팽창밸브(171)의 개도를 조절하거나 폐쇄할 수 있다. 제어부(10)는 난방운전시 제 2 인젝션 팽창밸브(181)의 개도를 조절하고 냉방운전시 제 2 인젝션 팽창밸브(181)의 개도를 조절하거나 폐쇄할 수 있다. 제어부(10)는 난방운전시 인젝션 밸브(173)를 개방하고 냉방운전시 인젝션 밸브(173)를 폐쇄한다. 제어부(10)는 난방운전시 과냉 밸브(174)를 폐쇄하고 냉방운전시 과냉 밸브(174)를 개방한다.

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.

팽창입구 온도센서(13)는 난방운전시 실외 팽창밸브(140)로 유입되는 냉매(n 지점)의 팽창입구온도를 측정하는 센서이고, 냉방운전시 실내 팽창밸브(150)로 유입되는 냉매(g 지점)의 팽창입구온도를 측정하는 센서이다. 팽창입구 온도센서(13)는 다양한 지점에 위치하여 냉매의 팽창전 온도인 팽창입구온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 난방운전시 n 지점에 구비되고 냉방운전시 g 지점에 구비된다.

인젝션 온도센서(14)는 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 증발되어 제 2 유입포트(112)를 통하여 압축기(110)의 저압측으로 인젝션되는 냉매의 인젝션 온도(m 지점)를 측정하는 센서이다. 인젝션 온도센서(14)는 다양한 지점에 위치하여 압축기(110)의 저압측으로 인젝션되는 냉매의 온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 m 지점에 구비된다.

인젝션 팽창 온도센서(15)는 제 2 인젝션 팽창밸브(181)에서 팽창된 냉매의 온도인 인젝션 팽창 온도(i 지점)를 측정하는 센서이다. 인젝션 팽창 온도센서(15)는 다양한 지점에 위치하여 인젝션 되는 냉매의 인젝션 팽창온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 i 지점에 구비된다.

토출 온도센서(16)는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출되는 냉매의 온도인 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.

흡입 압력센서(17)는 기액분리기(160)에서 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)로 유입되는 냉매의 압력인 시스템 저압(a 지점)을 측정하는 센서이다. 흡입 압력센서(17)는 다양한 지점에 위치하여 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 압력을 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 a 지점에 구비된다. 실시예에 따라 냉매의 시스템 저압은 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 온도를 측정하여 환산할 수 있다.

토출 압력센서(18)는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출되는 냉매의 압력인 시스템 고압(b 지점)을 측정하는 센서이다. 토출 압력센서(18)는 다양한 지점에 위치하여 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 압력을 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 b 지점에 구비된다. 실시예에 따라 냉매의 시스템 고압은 토출 온도센서(16)가 측정한 토출온도로부터 환산할 수 있다.

액관 온도센서(19)는 제 1 인젝션 모듈(170) 및/또는 제 2 인젝션 모듈(180)로 유동되는 냉매의 온도인 액관온도를 측정하는 센서이다. 액관 온도센서(19)는 다양한 지점에 위치하여 냉매의 액관온도를 측정할 수 있으며, 본 실시예에서는 난방운전시 g 지점에 구비되고 냉방운전시 n 지점에 구비된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방운전시 공기조화기의 제어방법을 나타내는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기가 냉방운전시 과냉각만을 할 때를 나타내는 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 공기조화기의 압력-엔탈피 선도(Pressure-Enthalpy Diagram, 이하 P-h 선도)를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기가 냉방운전시 과냉각과 인젝션을 모두 할 때를 나타내는 구성도이고, 도 7은 도 6에 도시된 공기조화기의 P-h 선도를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기가 냉방운전시 인젝션만을 할 때를 나타내는 구성이고, 도 9는 도 8에 도시된 공기조화기의 P-h 선도를 나타내는 도면이다.

제어부(10)가 냉방운전을 개시한다(S210). 제어부(10)는 절환부(190)를 절환하면, 절환부(190)가 압축기(110)의 토출포트(114)와 실외 열교환기(120)를 연결하고, 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)와 실내 열교환기(130)를 연결한다. 제어부(10)는 냉방운전 제어로직에 따라 실외 팽창밸브(140)를 완전 개방하고, 압축기(110)의 운전속도 및 실내 팽창밸브(150)의 개도를 조절한다.

냉방운전이 개시되면 제 1 인젝션 모듈(170)이 냉매를 과냉각한다(S220). 제 2 인젝션 모듈(180)은 작동하지 않고 실외 열교환기(120)로부터 유동되는 냉매를 바이패스하여 제 1 인젝션 모듈(170)로 안내한다. 제 1 인젝션 모듈(170)은 제 2 인젝션 모듈(180)로부터 유동되는 냉매를 과냉각하여 실내 팽창밸브(150)로 안내한다.

제어부(10)는 제 1 인젝션 모듈(170)이 냉매를 과냉각하도록 제 1 인젝션 팽창밸브(171)의 개도를 조절하고, 인젝션 밸브(173)를 폐쇄하고, 과냉 밸브(174)를 개방한다. 냉방운전이 개시되면 제어부(10)는 제 2 인젝션 모듈(180)이 작동되지 않도록 제 2 인젝션 팽창밸브(181)를 폐쇄한다.

냉방운전이 개시되면 시스템의 안정성 확보와 제 2 인젝션 모듈(180)을 통한 인젝션이 가능하게 하기 위하여 시스템 과냉도를 확보하여야 한다. 냉방운전시 시스템 과냉도는 응축 온도센서(11)가 측정한 실외 열교환기(120)에서의 포화 응축온도(h 지점)와 팽창입구 온도센서(13)가 측정한 실내 팽창밸브(150)의 팽창입구온도(g 지점) 간의 온도차이다. 따라서, 제어부(10)는 냉방운전이 개시되면 제 1 인젝션 모듈(170)이 냉매를 과냉각하고 제 2 인젝션 모듈(180)이 작동되지 않도록 한다.

도 4 및 도 5를 참조하여 냉방운전이 개시되어 제 1 인젝션 모듈(170)이 유동되는 냉매를 과냉각하고 제 2 인젝션 모듈(180)이 작동되지 않을 때 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출포트(114)에서 토출되어 b 지점을 통과하여 절환부(190)로 유동된다. 냉방운전시 절환부(190)는 압축기(110)의 토출포트(114)와 실외 열교환기(120)를 연결하므로, 절환부(190)로 유동된 냉매는 i 지점을 통과하여 실외 열교환기(120)로 유동된다.

절환부(190)에서 실외 열교환기(120)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 하여 응축된다. 실외 열교환기(120)에서 응축된 냉매는 h 지점을 통과하여 실외 팽창밸브(140)로 유동된다. 냉방운전시 실외 팽창밸브(140)는 완전 개방되므로 냉매를 통과시켜 제 2 인젝션 모듈(180)로 안내한다.

냉방운전 개시시 제 2 인젝션 모듈(180)의 제 2 인젝션 팽창밸브(181)는 폐쇄되므로 제 2 인젝션 모듈(180)로 유동된 냉매는 제 2 인젝션 열교환기(182)를 통과하여 f 지점, l 지점 및 m 지점으로 유동되지 않고 제 1 인젝션 모듈(170)로 유동된다.

제 1 인젝션 모듈(170)로 유동된 냉매는 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된다. 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매의 일부는 e 지점을 통과하여 제 1 인젝션 팽창밸브(171)로 안내된다. 제 1 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매는 j 지점을 통과하여 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 제 2 인젝션 열교환기(182)로부터 유동되는 냉매와 열교환되어 증발한다.

냉방운전시 인젝션 밸브(173)는 폐쇄되고 과냉 밸브(174)는 개방되므로 제 1 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 k 지점을 통과하여 과냉 밸브(174)로 유동된다. 과냉 밸브(174)를 통과한 냉매는 기액분리기(160)로 유동되어 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매와 합류한다.

제 1 인젝션 열교환기에서 과냉각된 냉매의 일부는 g 지점을 통과하여 실내 팽창밸브(150)로 안내된다. g 지점을 통과하는 냉매는 h 지점을 통과하는 냉매와 비교하여 압력은 유지되나 온도는 낮아지게 된다. 즉, g 지점을 통과하는 냉매는 과냉각되어 시스템 과냉도가 확보된다.

실내 팽창밸브(150)에서 팽창된 냉매는 팽창되어 d 지점을 통과하여 실내 열교환기(130)로 안내된다. 실내 열교환기(130)로 유동된 냉매는 실내공기 열교환을 하여 증발된다. 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매는 c 지점을 통과하여 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 제 1 유입포트(111)로 유입된다. 제 1 유입포트(111)로 유동된 냉매는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.

제 1 인젝션 모듈(170)이 냉매를 과냉각할 때 제어부(10)는 제 2 인젝션 모듈(180)이 냉매를 압축기(110)에 인젝션할 수 있는지 판단한다(S230). 제어부(10)는 인젝션 조건이 만족하는지 판단한다. 인젝션 조건은 압축기(110)의 운전속도, 토출과열도, 응축온도, 증발온도, 시스템 고압, 시스템 저압 및 액관온도 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. 냉방운전시 응축온도는 실외 열교환기(120)에서 냉매가 응축하는 온도이다. 제어부(10)는 응축온도가 설정된 조건을 만족하는지 판단하여 인젝션 조건을 만족하는지 판단할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

증발온도는 증발 온도센서(12)가 측정한 냉매의 증발온도이다. 냉방운전시 증발온도는 실내 열교환기(130)에서 냉매가 증발하는 온도이다. 제어부(10)는 증발온도가 설정된 조건을 만족하는지 판단하여 인젝션 조건을 만족하는지 판단할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

시스템 고압 및 시스템 저압과 액관온도와 관련된 인젝션 조건에 대한 자세한 설명은 후술한다.

인젝션 조건을 만족하는 경우 제 2 인젝션 모듈(180)이 압축기(110)에 냉매를 인젝션한다(S240). 제 1 인젝션 모듈(170)이 냉매를 과냉각을 하며 제 2 인젝션 모듈(180)이 작동되어 냉매를 압축기(110)의 저압측으로 인젝션한다. 제어부(10)는 제 2 인젝션 모듈(180)이 작동되도록 제 2 인젝션 팽창밸브(181)를 개방하여 개도를 조절한다.

도 6 및 도 7를 참조하여 인젝션 조건이 만족되어 제 1 인젝션 모듈(170)이 유동되는 냉매를 과냉각하고 제 2 인젝션 모듈(180)이 압축기(110)에 인젝션할 때 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

인젝션 조건 만족시 제 2 인젝션 모듈(180)의 제 2 인젝션 팽창밸브(181)는 개방되어 개도가 조절되므로 제 2 인젝션 모듈(180)로 유동된 냉매는 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 과냉각된다. 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 과냉각된 냉매의 일부는 f 지점을 통과하여 제 2 인젝션 팽창밸브(181)로 안내된다. 제 2 인젝션 팽창밸브(181)에서 팽창된 냉매는 l 지점을 통과하여 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 실외 열교환기(120)로부터 유동되는 냉매와 열교환되어 증발한다.

제 2 인젝션 열교환기(182)에서 증발된 냉매는 m 지점을 통과하여 압축기(110)의 제 2 유입포트(112)로 유동된다. 제 2 유입포트(112)로 유동된 냉매는 압축기(110)의 저압측으로 인젝션되어 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.

제 2 인젝션 열교환기(182)에서 과냉각된 냉매는 제 1 인젝션 모듈(170)로 유동한다.

실내 팽창밸브(150)에서 팽창된 냉매는 d 지점을 통과하여 실내 열교환기(130)로 안내된다. 실내 열교환기(130)로 유동된 냉매는 실내공기 열교환을 하여 증발된다. 실내 열교환기(130)에서 증발된 냉매는 c 지점을 통과하여 절환부(190)로 유동된다.

제 1 인젝션 모듈(170)이 냉매를 과냉각하고 제 2 인젝션 모듈(180)이 냉매를 압축기(110)에 인젝션 할 때 제어부(10)는 시스템 과냉도 및 인젝션 과열도가 확보되었는지 판단한다(S250). 제어부(10)는 시스템 과냉도가 설정된 시스템 과냉도에 도달하도록 제 1 인젝션 팽창밸브(171)의 개도를 조절하고 인젝션 과열도가 설정된 인젝션 과열도에 도달하도록 제 2 인젝션 팽창밸브(181)의 개도를 조절한다.

냉방운전시 시스템 과냉도는 응축 온도센서(11)가 측정한 실외 열교환기(120)에서의 포화 응축온도(h 지점)와 팽창입구 온도센서(13)가 측정한 실내 팽창밸브(150)의 팽창입구온도(g 지점) 간의 온도차이다. 즉, (시스템 과냉도) = (포화 응축온도) - (팽창 입구온도) 이다.

인젝션 과열도는 인젝션 온도센서(14)가 측정한 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 증발되어 제 2 유입포트(112)를 통하여 압축기(110)의 저압측으로 인젝션되는 냉매의 인젝션 온도(m 지점)와 인젝션 팽창 온도센서(15)가 측정한 제 2 인젝션 팽창밸브(181)에서 팽창된 냉매의 온도인 인젝션 증발온도(i 지점) 간의 온도차이다. 즉, (인젝션 과열도) = (인젝션 온도) - (인젝션 팽창온도) 이다.

제어부(10)는 시스템 과냉도가 설정된 시스템 과냉도에 도달하는지 판단하고 인젝션 과열도가 설정된 인젝션 과열도에 도달하는지 판단한다.

시스템 과냉도 및 인젝션 과열도가 확보된 경우 제 1 인젝션 모듈(170)은 과냉각을 중단한다(S260). 제어부(10)는 인젝션 과열도가 설정된 인젝션 과열도에 도달하고 시스템 과냉도가 설정된 시스템 과냉도 이상이면 제 1 인젝션 모듈(170)이 작동을 중지하여 냉매를 과냉각하지 않도록 제 1 인젝션 팽창밸브(171)를 폐쇄한다.

제어부(10)는 제 1 인젝션 팽창밸브(171)를 폐쇄한 후 인젝션 과열도가 설정된 인젝션 과열도를 유지하도록 제 2 인젝션 팽창밸브(181)의 개도를 조절한다. 실시예에 따라 제어부(10)는 시스템 과냉도가 설정된 시스템 과냉도 이하로 떨어지면 제 1 인젝션 팽창밸브(171)를 개방하여 제 1 인젝션 모듈(170)이 냉매를 과냉각할 수 있도록 한다.

도 8 및 도 9를 참조하여 시스템 과냉도 및 인젝션 과열도가 확보되어 제 1 인젝션 모듈(170)의 과냉각이 중단되고 제 2 인젝션 모듈(180)이 압축기(110)에 인젝션할 때 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

제 2 인젝션 모듈(180)의 제 2 인젝션 팽창밸브(181)는 개방되어 개도가 조절되므로 제 2 인젝션 모듈(180)로 유동된 냉매는 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 과냉각된다. 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 과냉각된 냉매의 일부는 f 지점을 통과하여 제 2 인젝션 팽창밸브(181)로 안내된다. 제 2 인젝션 팽창밸브(181)에서 팽창된 냉매는 l 지점을 통과하여 제 2 인젝션 열교환기(182)에서 실외 열교환기(120)로부터 유동되는 냉매와 열교환되어 증발한다.

시스템 과냉도 및 인젝션 과열도가 확보된 경우 제 1 인젝션 모듈(170)의 제 1 인젝션 팽창밸브(171)는 폐쇄되므로 제 1 인젝션 모듈(170)로 유동된 냉매는 제 1 인젝션 열교환기(172)를 통과하여 e 지점, j 지점 및 k 지점으로 유동되지 않고 실내 팽창밸브(150)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 기상 냉매와 액상 냉매가 분리된다. 기액분리기(160)에서 분리된 기상 냉매는 압축기(110)의 제 1 유입포트(111)로 유입된다. 제 1 유입포트(111)로 유동된 냉매는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.

실시예에 따라 제 2 인젝션 모듈(180)과 압축기(110)의 제 2 유입포트(112) 사이에 제 2 인젝션 밸브(미도시)가 구비될 수 있다. 제 2 인젝션 밸브는 냉방운전 개시 단계(S210)에서 패쇄되어 제 2 인젝션 모듈(180)이 작동되지 않도록 할 수 있다. 또한, 제 2 인젝션 밸브는 인젝션 조건을 만족하는 단계(S240)에서 개방되어 제 2 인젝션 모듈(180)이 압축기(110)의 저압측으로 인젝션할 수 있도록 할 수 있다.

이하, 난방운전 및 냉방운전시 인젝션 개시 조건과, 난방운전시 인젝션 조건과 냉방운전시 인젝션 조건을 각각 나누어 살펴본다.

<인젝션 개시 조건>

난방운전 및 냉방운전시 압축기(110)에 인젝션이 가능하기 위하여 압축기(110)의 운전속도가 설정된 운전속도보다 높고 토출과열도가 설정된 토출과열도보다 높아야 한다.

상술한 바와 같이 압축기(110)의 운전속도는 압축기(110)의 모터의 회전속도이며, 토출과열도는 토출 온도센서(16)가 측정한 토출온도와 응축 온도센서(11)가 측정한 응축온도의 차로서 (토출과열도) = (토출온도) - (응축온도) 이다.

설정된 운전속도는 압축기(110)의 액냉매가 인젝션되지 않는 최소 운전 속도로서, 압축기(110)의 운전속도는 최소 운전속도보다 커야 한다. 본 실시예에서 설정된 최소 운전속도는 30Hz 이다.

설정된 토출과열도는 압축기로 들어오는 냉매가 과열되지 않는 최소 토출과열도로서, 토출 온도센서(16)가 측정한 토출온도와 응축 온도센서(11)가 측정한 응축온도의 차인 토출과열도는 최소 토출과열도보다 커야 한다. 본 실시예에서 설정된 최소 토출과열도는 섭씨 16도이다.

상술한 두 가지 조건이 기본적으로 만족하여야 난방운전시 제 1 인젝션 팽창밸브(171) 및 제 2 인젝션 팽창밸브(181)가 개방되어 인젝션을 개시하며, 냉방운전시 제 2 인젝션 팽창밸브(181)가 개방되어 인젝션을 개시한다.

<난방운전 인젝션 조건>

첫번째, 기준 고압과 토출 압력센서(18)가 측정한 시스템 고압의 차가 기설정된 안정화 시간동안 기설정된 고압범위 내 이어야 한다.

기준 고압은 기설정된 안정화 시간이 경과하였을 때 토출 압력센서(18)가 측정한 시스템 고압이다.

본 실시예에서 기준 고압과 시스템 고압의 차는 90초 동안 -150kPA와 +150kPA 사이인 것이 바람직하다.

두번째, 압축비가 기설정된 최소 압축비보다 커야 한다. 압축비는 시스템 고압을 시스템 저압으로 나눈 값으로서 (압축비) = (시스템 고압) / (시스템 저압) 이다.

이에 따라 시스템 고압과 시스템 저압의 관계를 나타내면 다음과 같다.

(압축비) ≥ Pa1 (Pa1은 최소 압축비)

(시스템 고압) ≥ Pa1 * (시스템 저압)

따라서, 시스템 고압과 시스템 저압은 상호 일차함수 관계를 갖는 일차부등식을 만족하여야 한다.

본 실시예에서 압축비는 2.6 보다 큰 것이 바람직하다.

세번째, 시스템 고압과 압축기(110)의 중간압의 차가 기설정된 완충압력 이상이어야 한다.

압축기(110)의 중간압은 흡입 압력센서(17)가 측정한 시스템 저압으로부터 압축기(110)의 특성에 따라 일정값을 곱하여 연산된다.

즉, (중간압) = k * (시스템 저압) (단, k는 양의 값)

(시스템 고압) - (중간압) ≥ Pa2 (Pa2는 완충압력)

(시스템 고압) ≥ k * (시스템 저압) + Pa2

네번째, 액관 온도센서(19)가 측정한 액관온도와 중간압 포화온도의 차가 기설정된 열교환 온도 이상이어야 한다.

중간압 포화온도는 중간압에 해당하는 포화온도로서 냉매의 포화온도 테이블로부터 연산된다.

중간압은 상술한 바와 같이 시스템 저압으로부터 연산된다.

따라서, 액관온도와 시스템 저압의 관계를 나타내면 다음과 같다.

(액관온도) - (중간압의 포화온도) ≥ Ta1 (Ta1은 열교환 온도)

본 실시예에서 액관온도와 중간압의 포화온도의 차는 섭씨 15도 이상인 것이 바람직하다.

다섯번째, 응축온도는 압축기(110)에서 보증하는 인젝션 가능 최대 응축온도보다 낮아야 한다. 난방운전시 인젝션 가능 최대 응축온도를 Tc3라 하면 다음과 같다.

(응축온도) ≤ Tc3

여섯번째, 증발온도는 인젝션시 압축기(110)가 운전 가능한 최대 증발온도보다 낮아야 한다. 난방운전시 최대 증발온도를 Te3라 하면, 다음과 같다.

(증발온도) ≤ Te3

<냉방운전시 인젝션 조건>

첫번째, 기준 저압과 흡입 압력센서(17)가 측정한 시스템 저압의 차가 기설정된 안정화 시간동안 기설정된 저압범위 내 이어야 한다.

기준 저압은 기설정된 안정화 시간이 경과하였을 때 흡입 압력센서(17)가 측정한 시스템 저압이다.

냉방운전시 기설정된 저압범위는 난방운전시 인젝션 조건의 고압범위보다 작은 것이 바람직하다.

본 실시예에서 기준 고압과 시스템 고압의 차는 90초 동안 -50kPA와 +50kPA 사이인 것이 바람직하다.

두번째, 압축비가 기설정된 최소 압축비보다 커야 한다. 두번째 조건은 난방운전시의 두번째 조건과 동일하다. 즉, 다음과 같다.

(시스템 고압) ≥ Pa1 * (시스템 저압)

세번째, 시스템 고압과 압축기(110)의 중간압의 차가 기설정된 완충압력 이상이어야 한다. 세번째 조건은 난방운전시 세번째 조건과 동일하다. 즉, 다음과 같다.

(시스템 고압) ≥ k * (시스템 저압) + Pa2

네번째, 액관 온도센서(19)가 측정한 액관온도와 중간압 포화온도의 차가 기설정된 열교환 온도 이상이어야 한다. 네번째 조건은 난방운전시의 네번째 조건과 동일하다. 즉, 다음과 같다.

(액관온도) - (중간압의 포화온도) ≥ Ta1 (Ta1은 열교환 온도)

다번째, 응축온도는 압축기(110)에서 보증하는 인젝션 가능 최대 응축온도보다 낮아야 한다. 냉방운전시 인젝션 가능 최대 응축온도를 Tc4라 하면 다음과 같다.

(응축온도) ≤ Tc4

다섯번째, 증발온도는 인젝션시 압축기(110)가 운전 가능한 최대 증발온도보다 낮아야 한다. 냉방운전시 최대 증발온도를 Te4라 하면, 다음과 같다.

(증발온도) ≤ Te4

상술한 인젝션 개시 조건, 난방운전시 인젝션 조건과 냉방운전시 인젝션 조건에서 각각의 세부 조건은 어느 하나만 만족하거나 적어도 둘 이상이 모두 만족하는 경우 인젝션 조건을 만족하는 것으로 설정될 수 있다.

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: 제 1 인젝션 모듈 171: 제 1 인젝션 팽창밸브
172: 제 1 인젝션 열교환기 173: 인젝션 밸브
180: 제 2 인젝션 모듈 181: 제 2 인젝션 팽창밸브
182: 제 2 인젝션 열교환기 190: 절환부

Claims

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;
난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하며, 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 상기 실내 열교환기로 유동되는 냉매를 과냉각하기 위한 제 1 인젝션 모듈; 및
난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하며, 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 상기 실내 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하기 위한 제 2 인젝션 모듈을 포함하고,
상기 제 2 인젝션 모듈은 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 압력인 시스템 고압과 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 압력인 시스템 저압이 설정된 관계를 만족하는 경우 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 인젝션 모듈은 난방운전시 상기 압축기의 고압측으로 냉매를 인젝션하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 인젝션 모듈은 상기 압축기의 저압측으로 냉매를 인젝션하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
냉방운전시 상기 제 1 인젝션 모듈은 냉매를 과냉각하고 상기 제 2 인젝션 모듈은 작동되지 않은 후 상기 시스템 고압과 상기 시스템 저압이 설정된 관계를 만족하는 경우 상기 제 2 인젝션 모듈이 냉매를 인젝션하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템 고압을 상기 시스템 저압으로 나눈 압축비가 기설정된 최소 압축비 이상인 경우 상기 제 2 인젝션 모듈은 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템 고압과 상기 시스템 저압은 상호 일차함수 관계를 갖는 일차부등식을 만족하는 경우 상기 제 2 인젝션 모듈은 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템 고압은 상기 시스템 저압에 기설정된 상수를 곱한 후 기설정된 완충압력을 더 한 값 이상인 경우 상기 제 2 인젝션 모듈은 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 공기조화기.
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;
난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하는 제 1 인젝션 모듈; 및
난방운전시 상기 실내 열교환기에서 상기 실외 열교환기로 유동되는 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하는 제 2 인젝션 모듈을 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서,
상기 절환부가 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 실외 열교환기로 안내하여 냉방운전이 개시되는 단계;
상기 제 1 인젝션 모듈이 상기 실외 열교환기에서 상기 실내 열교환기로 유동되는 냉매를 과냉각하고 상기 제 2 인젝션 모듈은 작동되지 않는 단계; 및
상기 압축기에서 토출되는 냉매의 압력인 시스템 고압과 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 압력인 시스템 저압이 설정된 관계를 만족하여 상기 제 2 인젝션 모듈이 상기 실외 열교환기에서 상기 실내 열교환기로 유동되는 냉매를 팽창하여 상기 압축기로 인젝션하는 단계
를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
제 8 항에 있어서,
상기 제 2 인젝션 모듈은 상기 압축기의 저압측으로 냉매를 인젝션하는 공기조화기의 제어방법.
제 8 항에 있어서,
상기 시스템 고압과 상기 시스템 저압은 상호 일차함수 관계를 갖는 일차부등식을 만족하는 경우 상기 제 2 인젝션 모듈이 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 공기조화기의 제어방법.