KR20160144097A

KR20160144097A - 공기 조화기 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20160144097A
Application number: KR1020150080410A
Authority: KR
Inventors: 히사시 타케치
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2016-12-16
Also published as: KR102404082B1; CN107709897B; WO2016199946A1; CN107709897A; US10544957B2; US20170328594A1

Abstract

본 발명은 공기 조화기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 대형 압축기를 사용하지 않고도 쾌속 난방 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명에 따른 공기 조화기는, 제 1 열 교환기를 구비하는 실내기와; 압축기 및 제 2 열 교환기를 구비하는 실외기와; 실내기와 실외기 사이의 냉매 순환 유로를 형성하는 냉매 사이클과; 냉매 사이클에서의 냉매 흐름을 전환하도록 마련되는 유로 전환 수단과; 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 압축기의 흡입 측으로 유입되도록 하면서 압축기에서 토출되는 냉매의 나머지 일부를 제 1 열 교환기와 제 2 열 교환기 가운데 적어도 하나의 열 교환기로 흐르도록 유로 전환 수단을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

공기 조화기 및 그 제어 방법{AIR CONDITIONER AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 공기 조화기에 관한 것이다.

짧은 시간 내에 따뜻한 공기를 실내에 공급하는 쾌속 난방을 구현하기 위해 종래의 공기 조화기에서는 대형 압축기를 사용하였다. 그러나 대형 압축기는 리퀴드 백(liquid back)에 대한 신뢰성이 떨어지고 각 운전 기동 시에 압축기 그 자체의 온도가 상승하여 많은 열 에너지를 필요로 하기 때문에 쾌속 난방의 효율이 낮다. 리퀴드 백은 난방 운전 시 증발 온도가 영하로 낮아지면 냉매의 증발이 불충분하여 압축기로 기체 냉매가 아닌 액체 냉매가 흡입되는 현상을 말한다.

일본 특허 공개 2009-085484호 공보에 기재된 공기 조화기는 각 운전 기동 시에 사방 밸브를 제어함으로써 압축기 토출 측에 연결된 포트와 압축기 흡입 측에 연결된 포트를 연통하여 압축기에서 토출된 냉매를 다시 압축기에 흡입시킬 수 있도록 구성되어 있다. 이렇게 함으로써 대형의 압축기를 사용하지 않고도 각 운전을 기동한 이후 단시간에 냉매 온도를 상승시킬 수 있다.

그러나 이와 같은 종래의 구성에서는 압축기의 냉매 온도를 상승시키는 동안 냉매가 실내 열 교환기나 실외 열 교환기로 흐르지 않기 때문에 그 사이에 난방 운전이나 제상 운전을 기동하고 있음에도 냉매 온도가 상승하는 속도에 비례하는 효과적인 쾌속 난방을 구현하기 어렵다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 대형 압축기를 사용하지 않고도 쾌속 난방 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적의 본 발명에 따른 공기 조화기는, 제 1 열 교환기를 구비하는 실내기와; 압축기 및 제 2 열 교환기를 구비하는 실외기와; 실내기와 실외기 사이의 냉매 순환 유로를 형성하는 냉매 사이클과; 냉매 사이클에서의 냉매 흐름을 전환하도록 마련되는 유로 전환 수단과; 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 압축기의 흡입 측으로 유입되도록 하면서 압축기에서 토출되는 냉매의 나머지 일부를 제 1 열 교환기와 제 2 열 교환기 가운데 적어도 하나의 열 교환기로 흐르도록 유로 전환 수단을 제어하는 제어부를 포함한다.

상술한 공기 조화기에서, 일단이 압축기의 흡입 측에 연결되고 타단이 실내기에 연결되는 제 1 배관과; 제 1 배관 상에 설치되는 전자 밸브를 더 포함한다.

상술한 공기 조화기에서, 일단이 압축기의 토출 측에 연결되고 타단이 제 1 배관에 연결되는 제 2 배관과; 제 2 배관 상에 설치되는 개폐 밸브를 더 포함한다.

상술한 공기 조화기에서, 실외기와 실내기 사이의 메인 회로와 제 1 배관이 모두 통과하도록 마련되는 제 3 열 교환기를 더 포함한다.

상술한 공기 조화기에서, 유로 전환 수단은, 유체가 통과하도록 마련되는 복수의 포트를 포함하는 밸브 본체와; 밸브 본체의 내측 공간과 복수의 포트 가운데 어느 하나가 연통하도록 하기 위한 개구부가 형성되고, 진퇴 운동할 때의 위치 변화에 따라 복수의 포트와 개구부 각각의 개도가 조절되도록 마련되는 밸브와; 밸브를 진퇴 운동하도록 구동하는 구동부를 포함한다.

상술한 공기 조화기에서, 복수의 포트는, 압축기의 토출 측에 연결되는 제 1 포트와 제 2 열 교환기에 연결되는 제 2 포트, 압축기의 흡입 측에 연결되는 제 3 포트, 제 1 열 교환기에 연결되는 제 4 포트를 포함한다.

상술한 목적의 본 발명에 따른 공기 조화기의 제어 방법은, 제 1 열 교환기를 구비하는 실내기와, 압축기 및 제 2 열 교환기를 구비하는 실외기와, 실내기와 실외기 사이의 냉매 순환 유로를 형성하는 냉매 사이클과, 냉매 사이클에서의 냉매 흐름을 전환하도록 마련되는 유로 전환 수단을 포함하는 공기 조화기의 제어 방법에 있어서, 압축기를 기동하여 냉매를 토출시키는 단계와; 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 압축기의 흡입 측으로 유입되도록 하면서 압축기에서 토출되는 냉매의 나머지 일부를 제 1 열 교환기와 제 2 열 교환기 가운데 적어도 하나의 열 교환기로 흐르도록 유로 전환 수단을 제어하는 단계를 포함한다.

상술한 공기 조화기의 제어 방법에서, 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력이 미리 설정된 압력 범위의 하한 값보다 낮을 때 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 압축기의 흡입 측으로 유입되도록 하면서 압축기에서 토출되는 냉매의 나머지 일부를 제 1 열 교환기로 흐르도록 유로 전환 수단을 제어하는 단계를 더 포함한다.

상술한 공기 조화기의 제어 방법에서, 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력이 미리 설정된 압력 범위의 상한 값을 초과할 때 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 압축기의 흡입 측으로 유입되도록 하면서 압축기에서 토출되는 냉매의 나머지 일부를 제 2 열 교환기로 흐르도록 유로 전환 수단을 제어하는 단계를 더 포함한다.

상술한 공기 조화기의 제어 방법에서, 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력이 미리 설정된 압력 범위의 하한 값 이상이고 상한 값 미만일 때 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력이 낮아지도록 유로 전환 수단의 개도를 조절하는 단계를 더 포함한다.

상술한 공기 조화기의 제어 방법에서, 압축기로부터 토출되는 냉매의 온도가 미리 설정된 온도 범위의 하한 값 이상이고 상한 값 미만일 때 압축기로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아지도록 유로 전환 수단의 개도를 조절하는 단계를 더 포함한다.

상술한 목적의 본 발명에 따른 유로 전환 장치는, 유체가 통과하도록 마련되는 복수의 포트를 포함하는 밸브 본체와; 밸브 본체의 내측 공간과 복수의 포트 가운데 어느 하나가 연통하도록 하기 위한 개구부가 형성되고, 진퇴 운동할 때의 위치 변화에 따라 복수의 포트와 개구부 각각의 개도가 조절되도록 마련되는 밸브와; 밸브를 진퇴 운동하도록 구동하는 구동부를 포함한다.

상술한 유로 전환 장치에서, 복수의 포트는, 압축기의 토출 측에 연결되는 제 1 포트와 제 2 열 교환기에 연결되는 제 2 포트, 압축기의 흡입 측에 연결되는 제 3 포트, 제 1 열 교환기에 연결되는 제 4 포트를 포함한다.

상술한 유로 전환 장치에서, 밸브의 진퇴가 슬라이드 방식으로 이루어진다.

상술한 유로 전환 장치에서, 밸브의 진퇴가 스풀 방식으로 이루어진다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 압축기로부터 토출되는 냉매의 온도를 과도하지 않은 범위 내에서 빠르게 상승시키면서 난방 운전이나 제상 운전을 수행함으로써, 대형 압축기를 사용하지 않고도 쾌속 난방을 구현할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 압축기로부터 실내 열 교환기 또는 실외 열 교환기로의 냉매 흐름에 저항을 주므로 압축기의 압력이 상승하여 해당 압축기의 소비 전력을 향상시킬 수 있고 냉매 온도를 단시간에 상승시켜 쾌속 난방 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 압축기로부터 토출되는 냉매를 연결 배관에 흘려 다시 압축기로 유입되도록 함으로써, 냉매 온도를 더 빠른 시간 내에 상승시켜서 쾌속 난방 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 연결 배관은 일단이 압축기의 토출 측 배관에 연결되고 타단이 주입 배관에 연결되어 있어 기존의 배관끼리 연결하는 것만으로 간단히 구현할 수 있어서, 공기 조화기의 배관 구조가 복잡해지지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 사방 밸브의 통상 위치를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 사방 밸브의 중간 위치(1)(쾌속 난방 운전 후 난방 운전)를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 사방 밸브의 또 다른 중간 위치(2)(쾌속 난방 운전 후 제상 운전)를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기의 쾌속 난방 성능을 나타내는 실험 결과이다.
도 10 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기의 쾌속 난방 성능을 나타내는 또 다른 실험 결과이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 공기 조화기를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 나타낸 도면이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)는 실내기(10)와 실외기(20)를 포함하고, 실내기(10)와 실외기(20)는 히트 펌프 사이클(200)을 통해 연결된다. 히트 펌프 사이클(200)은 실내기(10)와 실외기(20) 사이의 냉매 순환 유로를 형성한다.

실내기(10)는 서로 병렬 연결된 복수의 감압 수단(11A, 11B)과 감압 수단(11A, 11B)에 각각 직렬로 연결되는 실내 열 교환기(12A, 12B)를 구비한다. 본 발명의 실시 예에서, 실내기(10)는 병렬 연결된 3개 이상의 실내 열 교환기를 구비할 수도 있다. 실외기(20)는 사방 밸브(21)와 어큐뮬레이터(accumulator)(22), 압축기(23), 실외 열 교환기(24), 분배기(25), 팽창 밸브(26), 보조 열 교환기(27)를 구비한다.

히트 펌프 사이클(200)은 메인 회로(201)와 압축 회로(202)를 포함한다. 메인 회로(201)는 감압 수단(11A, 11B)과 실내 열 교환기(12A, 12B), 사방 밸브(21), 실외 열 교환기(24), 분배기(25), 팽창 밸브(26), 보조 열 교환기(27)를 언급된 순서대로 연결한다. 압축 회로(202)는 어큐뮬레이터(22)와 압축기(23), 사방 밸브(21)를 언급된 순서대로 연결한다.

히트 펌프 사이클(200)은 감압 수단(11A, 11 B)에서 팽창 밸브(26)로 흐르는 냉매의 일부를 상술한 메인 회로(201)로부터 분기시켜 실외 열 교환기(24)로는 안내하지 않고 압축기(23)로만 안내하는 주입 유로(203)를 갖는다. 주입 유로(203)는 주입 배관(La)과 보조 열 교환기(27)를 포함한다. 주입 배관(La)은 일단이 압축기(23)에 연결되고 타단이 팽창 밸브(26)와 감압 수단(11A, 11B) 사이에 연결된다. 보조 열 교환기(27)는 주입 배관(La)의 압축기(23)와 전자 밸브(EV)의 사이에 설치된다. 또한 보조 열 교환기(27)는 메인 회로(201)와 주입 유로(203)가 모두 통과하도록 설치된다.

본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)의 실외기(20)에는 상술한 압축 회로(202)와 주입 유로(203)를 연결하는 연결 배관(Lb)이 설치된다. 연결 배관(Lb)은 일단이 압축기(23)의 토출 측 배관(231)에 연결되고 타단이 주입 배관(La)에 연결된다. 연결 배관(Lb)에는 개폐 밸브(SV)가 설치된다.

상술한 히트 펌프 사이클(200)은 사방 밸브(21)의 4개의 포트(B1~B4)(도 2 참조)의 개폐를 제어함에 따라 메인 회로(201)에서의 냉매 흐름을 전환시켜서 냉방 운전과 난방 운전을 전환할 수 있도록 구성된다. 메인 회로(201)에서의 냉매의 흐름의 전환은, 냉방 운전을 수행하는 경우 압축기(23)로부터 토출되는 냉매가 실외 열 교환기(24)로 유입되도록 하는 것과, 난방 운전을 수행하는 경우 압축기(23)로부터 토출되는 냉매가 실내 열 교환기(12A, 12B)로 유입되도록 하는 것을 포함한다. 사방 밸브(21)의 개폐는 제어부(30)의 제어에 의해 이루어진다.

도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기의 운전 모드에 따른 사방 밸브의 구조 및 동작을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하여 사방 밸브(21)의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 사방 밸브(21)는 4개의 포트(B1~B4)를 가진 밸브 본체(211)와 각각의 포트(B1~B4)를 개폐하는 밸브(212), 밸브(212)를 이동시키는 구동부(213)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에서는 구동부(213)에 의해 밸브(212)가 리니어하게 움직이도록 구성된 슬라이드 식이다. 본 발명의 실시 예에서, 사방 밸브(21)는 스풀 방식으로 구현할 수도 있다.

밸브 본체(211)에 형성되는 4개의 포트(B1~B4)는, 압축기(23)의 토출 측 배관(231)에 연결되는 제 1 포트(B1)와 실외 열 교환기(24)에 연결되는 제 2 포트(B2), 압축기(23)의 흡입 측 배관(232)에 연결되는 제 3 포트(B3), 실내 열 교환기(12A, 12B)에 연결되는 제 4 포트(B4)로 이루어진다. 밸브 본체(211)의 밸브 좌면(211a)에 제 2 포트(B2)와 제 3 포트(B3), 제 4 포트(B4)가 형성되고, 밸브 좌면(211a)에 대향하는 대향면(211b)에 제 1 포트(B1)가 형성된다.

밸브(212)는 적어도 일부가 밸브 좌면(211a)에 접촉한 채 리니어하게 움직이면서 제 2 포트(B2)와 제 3 포트(B3), 제 4 포트(B4)를 각각 개폐한다. 밸브(212)의 중앙 부분에는 개구부(252)가 형성된다. 이 개구부(252)는 밸브 본체(211)의 내측 공간과 제 3 포트(B3)가 연통하도록 하기 위한 것으로서, 밸브(212)가 특정 슬라이드 위치에 있을 때 밸브 본체(211)의 내측 공간과 제 3 포트(B3)가 연통한다. 밸브 본체(211)의 내측 공간과 제 3 포트(B3)가 연통하게 되면 결과적으로 제 1 포트(B1)와 제 3 포트(B3)가 연통하게 된다. 또한 밸브(212)의 슬라이드 위치에 따라 제 1 포트(B1)와 제 3 포트(B3)가 연통하는 개도가 조절될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 밸브(212)는 ‘슬라이드 방향’을 따라 직선 형태로 진퇴 하도록 구성된다. 참고로, 제 1 포트(B1)는 밸브(212)의 위치에 상관없이 항상 개방되어 있다.

구동부(213)는 밸브(212)에 구동력을 전달하여 밸브(212)를 ‘슬라이드 방향’을 따라 리니어하게 움직이도록 한다. 본 발명의 실시 예에서는 리니어 솔레노이드 등의 전동식으로 구현한다. 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)는 상술한 구동부(213)를 제어하는 제어부(30)를 포함한다(도 1 참조). 제어부(30)가 구동부(213)를 제어함에 따라 밸브(212)가 ‘슬라이드 방향’을 따라 직선 상을 이동하여 냉매가 흐르는 방향이 전환됨으로써 공기 조화기(100)의 운전 상태가 전환된다. 또한 제어부(30)가 구동부(213)를 정밀하게 제어하여 밸브(212)의 움직임을 미세하게 조정함으로써 연통하는 포트(B1~B4)의 개도를 미세하게 조절할 수 있다. 이는 밸브(212)의 미세 조정에 의해 포트(B1~B4)를 통해 흐르는 냉매의 양을 미세하게 조정할 수 있음을 의미한다.

<통상 위치>

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 사방 밸브의 통상 위치를 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)의 제어부(30)는 난방 운전 시에 도 2에 나타낸 것처럼 밸브(212)를 전진시켜서 제 1 포트(B1)와 제 4 포트(B4)가 연통함과 동시에 제 2 포트(B2)와 제 3 포트(B3)가 연통하는 위치(이하, 통상 위치라고 함)로 밸브(212)를 이동시킨다. 이처럼 밸브(212)가 ‘통상 위치’에 있을 때 사방 밸브(21)는 도 3에 나타낸 것과 같은 유로를 형성하고, 이와 같이 형성되는 유로를 통해 압축기(23)에서 토출되는 냉매는 실내 열 교환기(12A, 12B)로 흐름과 동시에 실외 열 교환기(24)로부터 배출되어 압축기(23)로 유입된다.

<중간 위치(1) : 쾌속 난방 운전 후 난방 운전>

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 사방 밸브의 중간 위치(1)(쾌속 난방 운전 후 난방 운전)를 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)의 제어부(30)는 쾌속 난방 운전 후 난방 운전 시에 도 4에 나타낸 것처럼 밸브(212)를 도 2의 경우보다 약간 후퇴시켜서 제 1 포트(B1)와 제 3 포트(B3)의 일부를 연통함과 동시에 제 4 포트(B4)의 일부를 개방하는 위치(이하, 중간 위치(1)이라고 함)로 밸브(212)를 이동시킨다.

더욱 상세하게는 제어부(30)는 난방 운전을 실시하기 전에 실시하는 쾌속 난방 운전 시에 제 4 포트(B4)의 일부를 개방하는 위치로 밸브(212)를 이동시킨다. 이처럼 밸브(212)가 ‘중간 위치(1)’에 있을 때 사방 밸브(21)는 도 5에 나타낸 것과 같은 유로를 형성하고, 이와 같이 형성되는 유로를 통해 압축기(23)에서 토출되는 냉매의 대부분은 어큐뮬레이터(22)를 통해 압축기(23)의 흡입 측으로 다시 유입되고 냉매의 나머지 일부는 실내기(10)로 흐르도록 한다.

<중간 위치(2) : 쾌속 난방 운전 후 제상 운전>

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 사방 밸브의 또 다른 중간 위치(2)(쾌속 난방 운전 후 제상 운전)를 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)의 제어부(30)는 쾌속 난방 운전 후 제상 운전 시에 도 6에 나타낸 것처럼 밸브(212)를 도 4의 경우보다 더 후퇴시켜서 제 1 포트(B1)와 제 3 포트(B3)를 연통함과 동시에 제 2 포트(B2)의 일부를 개방하는 위치(이하, 중간 위치(2)라고 함)로 밸브(212)를 이동시킨다.

더욱 상세하게는 제어부(30)는 제상 운전을 실시하기 전에 실시하는 쾌속 난방 운전 시에 제 2 포트(B2)의 일부를 개방하는 위치로 밸브(212)를 이동시킨다. 이처럼 밸브(212)가 ‘중간 위치(2)’에 있을 때 사방 밸브(21)는 도 7에 나타낸 것과 같은 유로를 형성하고, 이와 같이 형성되는 유로를 통해 압축기(23)에서 토출되는 냉매의 대부분은 어큐뮬레이터(22)를 통해 압축기(23)의 흡입 측으로 다시 유입되고 냉매의 나머지 일부는 실외기(10)로 흐른다.

이하에서는 난방 운전을 실시하기 전에 실시하는 쾌속 난방 운전을 예로 들어 밸브(212)의 동작을 설명한다. 밸브(212)가 상술한 ‘중간 위치(1)’에 있을 때 제 1 포트(B1)와 제 3 포트(B3)가 연통하므로 압축기(23)로부터 토출되는 냉매의 대부분은 압축기(23)로 다시 유입된다. 또 제 4 포트(B4)의 일부가 개방되므로 압축기(23)로부터 토출되는 냉매의 일부는 제 4 포트(B4)를 통해 실내 열 교환기(12A, 12B)에 공급됨과 동시에 실외 열 교환기(24)로부터 배출되는 냉매가 압축기(23)로 흡입된다.

제어부(30)는 압축기(23)로부터 토출되는 냉매의 압력에 따라 구동부(213)를 제어한다. 본 발명의 실시 예에서는 도 1에 나타낸 바와 같이 압축기(23)의 토출 측 배관(231)에 설치된 압력 센서(P)의 측정 압력(HP)에 따라 밸브(212)의 위치를 조정할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)의 제어부(30)는 쾌속 난방 운전 시에 연결 배관(Lb)의 개폐 밸브(SV)를 개방함으로써 압축기(23)로부터 토출되는 냉매의 일부가 연결 배관(Lb)에서 주입 배관(La)으로 흘러 압축기(23)로 다시 유입되도록 한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 나타낸 도면이다. 압축기(23)가 기동하면(S1) 제어부(30)는 구동부(213)를 제어하여 밸브(212)가 ‘통상 위치’에서 ‘중간 위치(1)’로 리니어하게 이동하도록 함으로써 고압의 압축량을 변화시킨다.

다음으로 제어부(30)는 상술한 압력 센서(P)에 의해 측정된 측정 압력(HP)을 미리 정해진 제 1 압력(P1) 및 제 2 압력(P2)과 비교한다(S21, S22). 미리 정해진 제 1 압력(P1) 및 제 2 압력(P2)은 예를 들면 압축기(23)의 설계 압력 등에 의해 이미 정해진 값으로서, 본 발명의 실시 예에서는 제 1 압력(P1)보다 제 2 압력(P2)이 더 높다(제 1 압력 < 제 2 압력).

S21에 있어서, 만약 측정 압력(HP)이 제 1 압력(P1) 및 제 2 압력(P2)보다 낮으면(S21의 예) 제어부(30)는 밸브(212)를 상술한 ‘중간 위치(1)’에 두고(S3) 연결 배관(Lb)에 설치된 개폐 밸브(SV)를 개방하여 쾌속 난방 운전을 개시한다(S4).

또 S22에 있어서, 측정 압력(HP)이 제 1 압력(P1) 이상 제 2 압력(P2) 미만이면(S22의 예) 제어부(30)는 밸브(212)의 ‘중간 위치(1)’을 조정하여 제 4 포트(B4)를 더 한층 개방함으로써 측정 압력(HP)을 낮춘다(S5). 측정 압력(HP)이 낮아지면 밸브(212)를 조정하여 다시 ‘중간 위치(1)’에 두고 연결 배관(Lb)에 설치된 개폐 밸브(SV)를 개방하여 쾌속 난방 운전을 개시한다(S4).

쾌속 난방 운전이 개시되면 쾌속 난방 운전을 종료할 것인지를 판단한다(S6). 쾌속 난방 운전을 종료할 때에는 밸브(212)를 ‘통상 위치’로 되돌리고(S7) 개폐 밸브(SV)를 폐쇄하여 쾌속 난방 운전을 종료하고 난방 운전을 개시한다(S8, S9). 또한, 쾌속 난방 운전을 종료하지 않을 때에는 다시 S21, S22로 복귀하여 측정 압력(HP)과 미리 설정된 제 1 압력(P1) 및 제 2 압력(P2)을 비교한다.

또 본 발명의 실시 예에서는 밸브(212)를 리니어하게 이동시켜 고압 압축량을 변화시킴으로써 고압 압력을 제어하기 때문에 압축기(23) 기동 후 실내 열 교환기(12A, 12B)나 실외 열 교환기(24)가 통상의 성능을 발휘하는 경우에는 통상의 난방 운전인 고압이 되므로 리니어하게 변화시킨 밸브(212)는 통상 위치가 된다. 본 발명의 실시 예에서는 이 때 쾌속 난방 운전을 종료한다(S6, S7).

또한, 사용자의 희망 등에 의해 측정 압력(HP)과 설계 압력(P1, P2)에 여유가 있으면 측정 압력(HP)을 더욱 높게 하여 쾌속 난방 운전을 실시할 수도 있다.

S21 및 S22에 있어서, 측정 압력(HP)이 상술한 범위에 들지 않는 경우 즉 측정 압력(HP)이 제 2 압력(P2) 이상이면 밸브(212)를 ‘통상 위치’로 복귀시키고(S7) 연결 배관(Lb)에 설치된 개폐 밸브(SV)를 폐쇄한 채로 난방 운전을 실시한다(S8, S9).

본 발명의 실시 예에서의 공기 조화기(100)의 쾌속 난방 성능을 나타내는 실험 결과를 도 9 및 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 9는 난방 운전 전의 쾌속 난방 성능을 나타내는 실험 결과이고, 도 10은 제상 운전 전의 쾌속 난방 성능을 나타낸 실험 결과이다.

도 9에 나타낸 바와 같이 압축기(23)를 기동시킨 후 난방 운전이 정상 상태가 될 때까지의 시간(기동시간)이 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)에서는 종래의 경우보다 반감하는 것을 알 수 있다. 즉 종래의 경우 압축기를 기동시킨 후 난방 운전이 정상 상태가 될 때까지의 기동 시간이 약 20분 정도이지만, 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)에서는 압축기(23)를 기동시킨 후 난방 운전이 정상 상태가 될 때까지의 기동 시간이 약 10분 정도로 감소한다.

또 도 10에 나타낸 바와 같이 난방 운전에서 제상 운전으로 전환될 때 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)에서는 종래와 비교하면 압축기(23)로부터 실외 열 교환기(24)로 공급되는 냉매 온도를 단시간에 상승시킴으로써 제상 운전에 소요되는 시간이 반감되는 것을 알 수 있다. 즉, 종래의 경우에는 난방 운전에서 제상 운전으로 전환하는 경우의 제상 운전 시간이 약 7분이 소요되지만, 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)의 경우에는 난방 운전에서 제상 운전으로 전환하는 경우의 제상 운전 시간이 약 4.5분이 소요된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기(100)에서는 압축기(23)로부터 토출되는 냉매의 일부를 해당 압축기(23)로 흡입시킴과 동시에 냉매의 나머지 일부를 실내 열 교환기(12A, 12B) 또는 실외 열 교환기(24)로 흘려 쾌속 난방 운전을 수행함으로써, 냉매의 온도를 상승시키면서 난방 운전이나 제상 운전을 수행할 수 있고 대형 압축기를 사용할 필요 없이 쾌속 난방을 구현할 수 있다.

이로 인해 난방 운전에서는 압축기(23)를 기동한 후 정상 운전이 이루어질 때까지의 시간을 종래보다 단축할 수 있고 제상 운전에서는 종래보다 제상 운전 시간을 단축할 수 있다.

또 제어부(30)가 구동부(213)를 제어하여 압축기(23)로부터 토출되는 냉매의 압력을 압축기(23) 설계 압력 등에 의해 미리 정해진 값 이하가 되도록 밸브(212) 위치를 조정하여 압축기(23) 등에 고장이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 압축기(23)로부터 실내 열 교환기(12A, 12B) 또는 실외 열 교환기(24)까지의 냉매 흐름에 저항을 발생시켜서 압축기(23)의 압력이 상승하면서 해당 압축기(23)의 소비 전력은 낮아짐으로써 적은 소비 전력으로 냉매 온도를 단시간에 상승시킬 수 있고 쾌속 난방 성능을 구현할 수 있다.

또한, 압축기(23)로부터 토출되는 냉매를 연결 배관(Lb)으로 흘려 해당 압축기(23)로 다시 유입시킬 수 있으므로 냉매 온도를 더 짧은 시간에 상승시켜서 쾌속 난방 성능을 구현할 수 있다.

또한, 연결 배관(Lb)은 일단이 압축기(23)의 토출 측 배관(231)에 연결되고 타단이 주입 배관(La)에 연결되므로, 기존의 배관끼리 연결하면 연결 배관(Lb)을 간단히 마련할 수 있으므로 공기 조화기(100) 전체의 구성이 복잡하지 않다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 공기 조화기를 나타낸 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 압축기(23)의 토출 측 배관에 냉매의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(T)를 설치하고 토출 냉매의 온도에 근거하여 밸브(212)의 위치, 연결 배관(Lb)의 개폐 밸브(SV) 및 주입 배관(La)의 전자 밸브(EV)를 제어하도록 구성할 수도 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 나타낸 도면이다. 도 12에 나타낸 바와 같이 우선, 온도 센서(T)에 의해 얻어지는 측정 온도(Td)와 미리 설정된 제 1 온도(T1) 및 제 2 온도(T2)를 비교한다(S101, S102). 제 1 온도(T1) 및 제 2 온도(T2)는 예를 들면 압축기(23) 등의 다양한 부품이나 냉매, 기름 등을 보호할 수 있는 온도로 설정된다. 본 발명의 실시 예에서는 제 1 온도(T1)보다 제 2 온도(T2)가 낮게 설정된다(T2<T1).

S101에 있어서, 만약 측정 온도(Td)가 제 1 온도(T1) 및 제 2 온도(T2)보다 낮으면 온도 비교를 계속한다.

S102에 있어서, 만약 측정 온도(Td)가 제 2 온도(T2) 이상 제 1 온도(T1) 미만이면 연결 배관(Lb)에 설치된 개폐 밸브(SV)를 폐쇄하고(S200) 주입 배관(La)에 설치된 전자 밸브(EV)를 개방하고(S300) 다시 S101, S102로 복귀하여 온도 비교를 계속한다.

S101 및 S102에 있어서, 측정 온도(Td)가 상술한 범위 내에 있지 않을 경우 즉 측정 온도(Td)가 제 1 온도(T1) 이상이면 밸브(212)를 ‘통상 위치’로 복귀시키고(S400), 연결 배관(Lb)에 설치된 개폐 밸브(SV)를 폐쇄하여(S500) 주입 배관(La)에 설치된 전자 밸브(EV)를 열고(S600) 다시 S101, S102로 복귀하여 온도 비교를 계속한다.

이와 같은 구성으로 쾌속 난방 운전에 의해 냉매 온도가 상승하더라도 해당 냉매의 온도를 압축기(23) 등의 다양한 기기, 냉매, 기름 등을 보호하는 온도를 유지할 수 있으므로 공기 조화기(100)와 관련된 여러 가지의 고장을 방지할 수 있다.

위의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 위에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

12: 실내 열 교환기 21: 사방 밸브
23: 압축기 24: 실외 열 교환기
26 : 팽창 밸브 27 : 보조 열 교환기
30: 제어부 100: 공기 조화기
200: 냉매 회로 211: 밸브 본체
212: 밸브 213: 구동부
B1~B4: 제 1~4 포트 P : 압력 센서
T : 온도 센서 SV : 개폐 밸브
EV : 전자 밸브

Claims

제 1 열 교환기를 구비하는 실내기와;
압축기 및 제 2 열 교환기를 구비하는 실외기와;
상기 실내기와 상기 실외기 사이의 냉매 순환 유로를 형성하는 냉매 사이클과;
상기 냉매 사이클에서의 냉매 흐름을 전환하도록 마련되는 유로 전환 수단과;
상기 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 상기 압축기의 흡입 측으로 유입되도록 하면서 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 나머지 일부를 상기 제 1 열 교환기와 상기 제 2 열 교환기 가운데 적어도 하나의 열 교환기로 흐르도록 상기 유로 전환 수단을 제어하는 제어부를 포함하는 공기 조화기.
제 1 항에 있어서,
일단이 상기 압축기의 흡입 측에 연결되고 타단이 상기 실내기에 연결되는 제 1 배관과;
상기 제 1 배관 상에 설치되는 전자 밸브를 더 포함하는 공기 조화기.
제 2 항에 있어서,
일단이 상기 압축기의 토출 측에 연결되고 타단이 상기 제 1 배관에 연결되는 제 2 배관과;
상기 제 2 배관 상에 설치되는 개폐 밸브를 더 포함하는 공기 조화기.
제 2 항에 있어서,
상기 실외기와 상기 실내기 사이의 메인 회로와 상기 제 1 배관이 모두 통과하도록 마련되는 제 3 열 교환기를 더 포함하는 공기 조화기.
제 1 항에 있어서, 상기 유로 전환 수단은,
유체가 통과하도록 마련되는 복수의 포트를 포함하는 밸브 본체와;
상기 밸브 본체의 내측 공간과 상기 복수의 포트 가운데 어느 하나가 연통하도록 하기 위한 개구부가 형성되고, 진퇴 운동할 때의 위치 변화에 따라 상기 복수의 포트와 상기 개구부 각각의 개도가 조절되도록 마련되는 밸브와;
상기 밸브를 진퇴 운동하도록 구동하는 구동부를 포함하는 공기 조화기.
제 5 항에 있어서, 상기 복수의 포트는,
상기 압축기의 토출 측에 연결되는 제 1 포트와 상기 제 2 열 교환기에 연결되는 제 2 포트, 상기 압축기의 흡입 측에 연결되는 제 3 포트, 상기 제 1 열 교환기에 연결되는 제 4 포트를 포함하는 공기 조화기.
제 1 열 교환기를 구비하는 실내기와, 압축기 및 제 2 열 교환기를 구비하는 실외기와, 상기 실내기와 상기 실외기 사이의 냉매 순환 유로를 형성하는 냉매 사이클과, 상기 냉매 사이클에서의 냉매 흐름을 전환하도록 마련되는 유로 전환 수단을 포함하는 공기 조화기의 제어 방법에 있어서,
상기 압축기를 기동하여 냉매를 토출시키는 단계와;
상기 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 상기 압축기의 흡입 측으로 유입되도록 하면서 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 나머지 일부를 상기 제 1 열 교환기와 상기 제 2 열 교환기 가운데 적어도 하나의 열 교환기로 흐르도록 상기 유로 전환 수단을 제어하는 단계를 포함하는 공기 조화기의 제어 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력이 미리 설정된 압력 범위의 하한 값보다 낮을 때 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 상기 압축기의 흡입 측으로 유입되도록 하면서 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 나머지 일부를 상기 제 1 열 교환기로 흐르도록 상기 유로 전환 수단을 제어하는 단계를 더 포함하는 공기 조화기의 제어 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력이 상기 미리 설정된 압력 범위의 상한 값을 초과할 때 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 일부를 상기 압축기의 흡입 측으로 유입되도록 하면서 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 나머지 일부를 상기 제 2 열 교환기로 흐르도록 상기 유로 전환 수단을 제어하는 단계를 더 포함하는 공기 조화기의 제어 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력이 상기 미리 설정된 압력 범위의 상기 하한 값 이상이고 상기 상한 값 미만일 때 상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력이 낮아지도록 상기 유로 전환 수단의 개도를 조절하는 단계를 더 포함하는 공기 조화기의 제어 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 온도가 상기 미리 설정된 온도 범위의 하한 값 이상이고 상한 값 미만일 때 상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 온도가 낮아지도록 상기 유로 전환 수단의 개도를 조절하는 단계를 더 포함하는 공기 조화기의 제어 방법.
유체가 통과하도록 마련되는 복수의 포트를 포함하는 밸브 본체와;
상기 밸브 본체의 내측 공간과 상기 복수의 포트 가운데 어느 하나가 연통하도록 하기 위한 개구부가 형성되고, 진퇴 운동할 때의 위치 변화에 따라 상기 복수의 포트와 상기 개구부 각각의 개도가 조절되도록 마련되는 밸브와;
상기 밸브를 진퇴 운동하도록 구동하는 구동부를 포함하는 유로 전환 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 복수의 포트는,
압축기의 토출 측에 연결되는 제 1 포트와 제 2 열 교환기에 연결되는 제 2 포트, 상기 압축기의 흡입 측에 연결되는 제 3 포트, 제 1 열 교환기에 연결되는 제 4 포트를 포함하는 유로 전환 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 밸브의 진퇴가 슬라이드 방식으로 이루어지는 유로 전환 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 밸브의 진퇴가 스풀 방식으로 이루어지는 유로 전환 장치.