KR20200009767A - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기에는, 흡입포트 및 인젝션 포트를 가지며, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기의 출구측에 배치되며, 물의 입수유로 및 출수유로가 연결되는 응축기; 상기 응축기의 출구측에 배치되는 분지부; 상기 분지부로부터 분지되는 메인 냉매배관 및 상기 인젝션 포트에 연결되는 인젝션 배관간에 열교환을 수행하는 내부 열교환기; 상기 메인 냉매배관에 설치되며, 상기 내부 열교환기의 출구측에 배치되는 메인 팽창장치; 및 상기 인젝션 배관에 설치되는 인젝션 팽창장치가 포함된다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{An air conditioning system and a method for controlling the same}
본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
공기 조화기는 소정공간의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 기기이다. 일반적으로, 상기 공기 조화기에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기가 포함되며, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 수행하는 냉동 사이클이 구동되어, 상기 소정공간을 냉방 또는 난방할 수 있다.
상기 소정공간은 상기 공기 조화기는 사용되는 장소에 따라, 다양하게 제안될 수 있다. 일례로, 상기 공기 조화기가 가정이나 사무실에 배치되는 경우, 상기 소정공간은 집 또는 건물의 실내 공간일 수 있다. 반면에, 상기 공기 조화기가 자동차에 배치되는 경우, 상기 소정 공간은 사람이 탑승하는 탑승 공간일 수 있다.
공기 조화기가 냉방 운전을 수행하는 경우, 실외기에 구비되는 실외 열교환기가 응축기 기능을 하며 실내기에 구비되는 실내 열교환기가 증발기 기능을 수행한다. 반면에, 공기 조화기가 난방 운전을 수행하는 경우, 상기 실내 열교환기가 응축기 기능을 하며 상기 실외 열교환기가 증발기 기능을 수행한다.
한편, 상기 공기 조화기에는 상기 응축기에서 응축된 고압의 냉매와, 상기 응축된 냉매를 감압한 저압의 냉매간에 열교환을 수행하는 내부 열교환기가 더 포함될 수 있다. 상기 내부 열교환기에서의 냉매 열교환 과정에서, 상기 저압의 냉매는 흡열하여 기화되며 상기 기화된 냉매는 압축기로 인젝션될 수 있다.
상기 압축기로 인젝션 되는 냉매(이하, 인젝션 냉매)의 양은 인젝션 팽창장치의 개도에 의하여 조절될 수 있다. 상기 인젝션 팽창장치의 개도가 감소되면 상기 인젝션 되는 냉매의 양이 감소하여 인젝션 냉매의 과열도가 증가하며, 이와 반대로 상기 인젝션 팽창장치의 개도가 증대되면 상기 인젝션 되는 냉매의 양이 증가하여 상기 인젝션 냉매의 과열도가 감소할 수 있다.
상기 압축기에는 기상 냉매가 인젝션 되어야 하며, 액 냉매가 인젝션 될 경우 압축기의 동작 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 종래기술에 따르면, 상기 인젝션 팽창장치의 개도를 충분히 감소하여 인젝션 냉매의 과열도를 높이고, 상기 압축기의 신뢰성을 확보하는 제어를 수행하여 왔다.
그러나, 인젝션 냉매의 과열도가 너무 높으면, 상기 인젝션 냉매와 압축기에서 1단 압축된 냉매의 혼합이 이루어져 혼합가스 냉매를 형성할 때, 상기 혼합가스 냉매의 과열도가 불필요하게 높아져 압축기의 토출온도가 높아지는 문제점이 있었다. 결국, 압축기로의 냉매 인젝션을 통한 토출온도 감소 효과를 달성하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 냉동 사이클을 제어함에 있어, 압축기의 토출온도는 메인 팽창장치의 개도 조절에 영향을 미치는 인자로서 사용된다. 한편, 공기 조화기의 일반운전 모드 수행 또는 인젝션 운전모드 수행시 목표토출 온도는 다르게 형성됨에도 불구하고, 각 운전모드에서 하나의 목표토출 온도를 도출하여 그에 따른 메인 팽창장치의 개도를 조절함으로써, 사이클의 상태에 따른 최적의 제어가 어렵다는 문제점이 있었다.
본 출원인은 종래기술과 관련하여, 아래와 같은 출원을 실시하여 등록받은 바 있다.
1. 등록번호 (등록일) : 10-1402158 (2014년 5월 26일)
2. 발명의 명칭 : 공기조화 시스템
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 압축기로 중간압의 냉매를 인젝션 함으로써, 압축기의 토출온도를 낮출 수 있고 이에 따라 압축기의 동작 신뢰성을 확보할 수 있는 공기 조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 압축기에서 1단 압축된 냉매의 온도(이하, 1단 압축 냉매온도)를 추정 수 있는 공기 조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 압축기로 인젝션 된 냉매와 압축기에서 1단 압축된 냉매의 혼합 냉매, 즉 압축기에서 2단 압축될 혼합 냉매의 온도(이하, 혼합냉매 온도)를 추정할 수 있는 공기 조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 1단 압축 냉매온도와 상기 혼합냉매 온도를 이용하여 압축기 내부의 냉매온도 저감량을 계산하고, 일반운전 모드수행시 도출되는 목표 토출온도와 상기 계산된 냉매온도 저감량을 이용하여 인젝션 운전모드 수행시 보정된 목표토출 온도를 결정할 수 있는 공기 조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기에는, 흡입포트 및 인젝션 포트를 가지며, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기의 출구측에 배치되며, 물의 입수유로 및 출수유로가 연결되는 응축기; 상기 응축기의 출구측에 배치되는 분지부; 상기 분지부로부터 분지되는 메인 냉매배관 및 상기 인젝션 포트에 연결되는 인젝션 배관간에 열교환을 수행하는 내부 열교환기; 상기 메인 냉매배관에 설치되며, 상기 내부 열교환기의 출구측에 배치되는 메인 팽창장치; 및 상기 인젝션 배관에 설치되는 인젝션 팽창장치가 포함된다.
또한, 상기 공기 조화기에는, 상기 메인 팽창장치의 개도를 조절하는 제어부가 포함되며, 상기 인젝션 배관은 상기 냉매를 상기 압축기로 인젝션 하여 상기 압축기에서 1단 압축된 냉매와 혼합될 수 있다.
상기 제어부는, 일반운전 모드수행시 결정되는, 상기 압축기의 목표 토출온도를 이용하여 보정된 목표 토출온도를 결정하고, 인젝션 운전모드 수행시, 상기 보정된 목표 토출온도에 기초하여, 상기 메인 팽창장치의 개도를 증가 또는 감소 제어할 수 있으므로, 일반운전 모드 및 인젝션 운전모드 수행시, 냉매의 물성치에 따른 제어가 정확하게 이루어질 수 있다.
상기 제어부는, 상기 압축기의 흡입온도와, 사이클의 저압 및 내부 열교환기의 입구온도값을 환산한 압력값을 이용하여, 상기 1단 압축된 냉매의 온도값을 결정한다.
상기 제어부는, 압축기의 토출온도와, 사이클의 고압 및 내부 열교환기의 입구온도값을 환산한 압력값을 이용하여, 상기 혼합된 냉매의 온도값을 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 1단 압축된 냉매의 온도값 및 상기 혼합된 냉매의 온도값을 이용하여, 냉매온도 저감량을 결정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 냉매온도 저감량에 보정계수를 적용하여 보정치를 결정하고, 상기 압축기의 보정된 목표 토출온도는, 상기 압축기의 목표 토출온도에서 상기 보정치를 감하여 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 결정된 보정된 목표 토출온도가 상기 토출온도 센서에서 감지된 실제 토출온도 보다 큰 것으로 인식되면 상기 메인 팽창장치의 개도를 증가한다.
상기 제어부는, 상기 결정된 보정된 목표 토출온도가 상기 토출온도 센서에서 감지된 실제 토출온도 보다 작은 것으로 인식되면 상기 메인 팽창장치의 개도를 감소할 수 있다.
다른 측면에 따른 공기 조화기의 제어방법에는, 2단 압축을 수행하는 압축기와, 상기 압축기의 출구측에 배치되며 물의 입수유로 및 출수유로가 연결되는 응축기와, 상기 응축기의 출구측에서 분지되어 메인 팽창장치를 통과하는 메인 냉매 및 인젝션 냉매간에 열교환을 수행하는 내부 열교환기가 포함되는 공기조화기의 제어방법에 있어서, 상기 압축기의 흡입 온도 및 저압과, 상기 인젝션 냉매의 입구온도를 이용하여, 1단 압축된 냉매의 온도를 결정하는 단계; 및 상기 압축기의 토출 온도 및 고압과, 상기 인젝션 냉매의 입구온도를 이용하여, 상기 압축기 내부의 혼합냉매의 온도를 결정하는 단계가 포함된다.
또한, 상기 1단 압축된 냉매의 온도와, 상기 혼합냉매의 온도의 차이값을 이용하여 보정치를 결정하는 단계; 상기 결정된 보정치를 이용하여, 상기 압축기의 보정된 목표 토출온도를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 목표 토출온도에 기초하여, 상기 메인 팽창장치의 개도를 조절하는 단계가 포함된다.
상기 압축기에는 흡입 포트 및 상기 인젝션 냉매가 유입되는 인젝션 포트가 포함되고, 상기 혼합냉매는, 상기 흡입 포트에서 흡입되어 1단 압축된 냉매와, 상기 인젝션 포트에서 유입된 인젝션 냉매의 혼합된 냉매인 것을 특징으로 한다.
상기 결정된 목표 토출온도가 실제 토출온도보다 큰 것으로 인식되면, 상기 메인 팽창장치의 개도를 증가하며, 상기 결정된 목표 토출온도가 실제 토출온도보다 작은 것으로 인식되면, 상기 메인 팽창장치의 개도를 감소하는 것을 특징으로 한다.
상기한 실시예에 따른 공기 조화기에 의하면, 압축기로 중간압의 냉매를 인젝션 함으로써, 압축기의 토출온도를 낮출 수 있고 이에 따라 압축기의 동작 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 압축기의 1단 압축 냉매온도를 계산하고, 압축기의 혼합냉매 온도를 이용하여, 사이클 중간압에서 압축기의 냉매 혼합에 따른 압축기 내부온도 저감량을 결정할 수 있다.
그리고, 상기 결정된 압축기 내부온도 저감량을 이용하여 목표 토출온도 보정치를 계산할 수 있고, 상기 계산된 보정치를 일반운전 모드에서의 목표 토출온도에 감하여 인젝션 운전모드에서의 최종 목표 토출온도를 결정할 수 있다.
결국, 공기 조화기의 일반운전 모드 및 인젝션 운전모드 수행시 형성되는 냉동 사이클의 특성에 맞게, 각각 압축기의 목표 토출온도를 결정하여 제어에 활용할 수 있으므로, 안정적인 사이클의 구동이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 냉동 사이클 선도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 이용하여, 공기 조화기의 일반 운전모드 수행시 냉동 사이클의 고압(PH), 저압(PL) 및 중간압(PM)을 나타내는 P-h 선도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 이용하여, 공기 조화기의 인젝션 운전모드 수행시 냉동 사이클의 고압(PH), 저압(PL) 및 중간압(PM)을 나타내는 P-h 선도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 블럭도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 7a는 P-h 선도에 있어서 제 2 폴리트로픽 지수(n2)의 적용에 따른 팽창장치의 개도 변화 및 압축기의 주파수 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법에 따른 팽창장치의 개도 변화 및 압축기의 주파수 변화를 보여주는 그래프이다.
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 냉동 사이클 선도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기(10)에는, 냉매를 압축하는 압축기(100) 및 상기 압축기(100)의 흡입측에 제공되어 냉매 중 기상냉매와 액 냉매를 분리하는 기액분리기(150)가 포함된다. 상기 기액분리기(150)에서 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(100)의 흡입포트(103)로 흡입될 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 압축기(100)의 출구측에 배치되는 응축기(110)가 더 포함된다. 상기 응축기(110)는 상기 압축기(100)에서 토출된 고압의 냉매를 응축하는 열교환기로서 이해될 수 있다.
상기 응축기(110)는 물과 냉매간에 열교환 이루어지는 수냉매 열교환기로 구성된다. 상기 응축기(110)에는 물 유로가 연결되어, 냉매와 물간에 열교환이 이루어질 수 있다. 이 과정에서, 상기 물은 가열되어 가정 또는 건물에 급탕으로 공급될 수 있다.
상기 물 유로에는, 상기 응축기(110)의 내부로 물을 유입시키는 입수유로(121) 및 상기 응축기(110)에서 열교환 된 물을 배출시키는 출수유로(125)가 포함된다. 상기 출수유로(125)를 통하여 배출되는 물의 온도는 약 65℃를 형성할 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 응축기(110)의 출구측에 배치되어 상기 응축기(110)에서 응축된 냉매를 감압하는 메인 팽창장치(160)가 더 포함된다. 상기 메인 팽창장치(160)는 내부 열교환기(130)의 출구측에 배치될 수 있다.
일례로, 상기 메인 팽창장치(160)에는, 개도 조절에 의하여 냉매의 감압 정도를 제어할 수 있는 전자 팽창밸브(Electronic Expansion Valve, EEV)가 포함될 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 메인 팽창장치(160)의 출구측에 배치되며 상기 메인 팽창장치(160)에서 감압된 냉매를 증발시키는 증발기(140)가 더 포함된다. 상기 증발기(140)는 냉매와 공기간에 열교환이 수행되는 공기-냉매 열교환기로 구성될 수 있다. 상기 증발기(140)의 일측에는, 상기 증발기(140)를 향하여 공기를 불어주는 증발팬(141)이 설치될 수 있다.
상기 증발기(140)의 출구측에는 상기 기액분리기(150)가 설치된다. 상기 증발기(140)에서 증발된 냉매는 상기 기액분리기(150)로 유입되며 기액분리 되며, 분리된 기상냉매는 상기 압축기(100)로 흡입될 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 압축기(100), 응축기(110), 메인 팽창장치(160), 증발기(140 및 기액분리기(150)를 연결하여, 냉매의 유동을 가이드 하는 냉매배관(50)이 더 포함된다.
상기 냉매배관(50)에는, 상기 응축기(110)의 출구측에 위치되는 분지부(51)와, 상기 분지부(51)로부터 상기 메인 팽창장치(160)로 연장되는 메인 냉매배관(52) 및 상기 압축기(100)의 인젝션 포트(105)로 연장되는 인젝션 배관(55)이 포함된다.
상기 응축기(110)에서 응축된 냉매는 상기 분지부(51)에서 상기 메인 냉매배관(52) 및 상기 인젝션 배관(55)으로 분지되어 유동할 수 있다. 상기 분지부(51)로부터 상기 메인 냉매배관(52)으로 유동하는 냉매는 "메인 냉매", 상기 분지부(51)로부터 상기 인젝션 배관(55)으로 유동하는 냉매을 "인젝션 냉매"라 이름할 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 분지부(51)의 출구측에 배치되는 내부 열교환기(130)가 더 포함된다. 상기 내부 열교환기(130)에서는 상기 메인 냉매배관(52)의 냉매와, 상기 인젝션 배관(55)의 냉매간에 열교환이 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 내부 열교환기(130)에는, 다수의 판이 적층되어 구성되는 판형 열교환기가 포함될 수 있다.
상기 인젝션 배관(55)에는, 상기 내부 열교환기(130)로 유입되는 인젝션 냉매를 감압하는 인젝션 팽창장치(165)가 설치될 수 있다. 일례로, 상기 인젝션 팽창장치(165)에는, 개도 조절에 의하여 냉매의 감압 정도를 제어할 수 있는 전자 팽창밸브(Electronic Expansion Valve, EEV)가 포함될 수 있다.
상기 인젝션 배관(55)의 냉매는 상기 인젝션 팽창장치(165)에서 감압되므로 저온을 형성하며, 상기 내부 열교환기(130)에서 상대적으로 고온을 형성하는 메인 냉매배관(52)의 냉매로부터 흡열할 수 있다. 이 과정에서, 상기 메인 냉매배관(52)의 냉매는 방열하여 과냉각 되고, 상기 인젝션 배관(55)의 냉매는 기화될 수 있다.
상기 기화된 인젝션 배관(55)의 냉매, 즉 인젝션 냉매는 중간압(PM)을 형성하며, 상기 인젝션 포트(105)를 통하여 상기 압축기(100)의 중간압을 형성하는 압축실로 인젝션 될 수 있다. 그리고, 상기 인젝션 냉매는 상기 흡입포트(103)에서 흡입되어 1단 압축된 냉매와 혼합되어 "혼합냉매"를 형성할 수 있다. 상기 혼합냉매는 기상 상태를 형성하며, 압축기(100)에서 2단 압축될 수 있다.
상기 혼합냉매의 기상상태 유지를 위하여, 상기 혼합냉매는 기 설정된 값 또는 범위의 과열도를 가질 필요가 있다. 만약, 과열도가 확보되지 않는 경우, 즉 냉매에 액 냉매가 포함되면 압축기(100)의 작동 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다.
상기 혼합냉매는 상기 압축기(100) 내부에 존재하는 냉매이므로, 온도 또는 과열도를 감지하는 것이 용이하지 않다. 따라서, 본 실시예는 혼합냉매의 과열도를 계산 또는 추정하여, 상기 계산된 과열도가 기 설정된 값 또는 범위의 과열도 내에 형성될 수 있도록, 상기 인젝션 팽창장치(165)를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 압축기(100)의 토출측 냉매배관에 설치되는 고압센서(180)가 더 포함된다. 상기 고압센서(180)는 상기 냉동 사이클의 고압을 감지할 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 압축기(100)의 토출측 냉매배관에 설치되는 토출온도 센서(170)가 더 포함된다. 상기 고압센서(180)는 상기 압축기(100)에서 토출된 과열증기 상태의 냉매 온도를 감지할 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 인젝션 배관(55)에 설치되는 인젝션 온도센서(174,176)가 더 포함된다. 상기 인젝션 온도센서(174,176)에는, 상기 내부 열교환기(130)의 입구측에 설치되어 인젝션 입구온도를 감지하는 인젝션 입구 온도센서(174) 및 상기 내부 열교환기(130)의 출구측에 설치되어 인젝션 출구온도를 감지하는 인젝션 출구 온도센서(176)가 포함될 수 있다.
상기 인젝션 입구 온도센서(174)는 상기 내부 열교환기(130)에서의 열교환 이전의 인젝션 냉매 온도를 감지하며, 상기 인젝션 출구 온도센서(176)는 상기 내부 열교환기(130)에서의 열교환 이후의 인젝션 냉매 온도를 감지할 수 있다. 상기 인젝션 출구 온도센서(176)의 값은, 상기 인젝션 입구 온도센서(174)의 값보다 클 수 있다. 상기 인젝션 출구 온도센서(176)의 값에서, 상기 인젝션 입구 온도센서(174)의 값을 감한 값을 "인젝션 과열도"라 이름할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 이용하여, 공기 조화기의 일반 운전모드 수행시 냉동 사이클의 고압(PH), 저압(PL) 및 중간압(PM)을 나타내는 P-h 선도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 이용하여, 공기 조화기의 인젝션 운전모드 수행시 냉동 사이클의 고압(PH), 저압(PL) 및 중간압(PM)을 나타내는 P-h 선도이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기(10)의 일반운전 모드 수행시 냉매의 P-h 선도가 도시된다. 상기 일반운전 모드 수행시, 상기 인젝션 팽창장치(165)는 닫혀지며, 이에 따라 상기 응축기(110)에서 응축된 냉매는 상기 분지부(51)에서 상기 메인 냉매배관(52)으로 유동할 수 있다.
냉매의 압력(P) 및 엔탈피(h) 변화를 살펴보면, 지점 1은 압축기(100)의 흡입측 물성치를 나타낸다. 상기 지점 1에서 압력은 저압(PL)이며 엔탈피는 제 1 엔탈피(h1)를 형성한다.
상기 압축기(100)에서 압축된 냉매의 물성치는 고압(PH) 및 제 2 엔탈피(h8)로 정의되는 지점 2로 나타날 수 있다. 상기 고압(PH)은 상기 응축기(110)의 입구측에 설치되는 고압 센서(180)에 의하여 감지될 수 있다.
상기 응축기(110)에서 응축된 냉매는 엔탈피가 저감하여 제 9 엔탈피(h9)를 나타내며, 압력은 고압(PH)으로 유지될 수 있다. 그리고, 상기 응축된 냉매는 상기 메인 팽창장치(160)를 통과하면서 감압되어 저압(PL)을 형성하며 엔탈피는 제 9 엔탈피(h9)로 유지될 수 있다.
상기 감압된 냉매는 상기 증발기(140)에서 증발되며, 엔탈피가 상승하여 제 1 엔탈피(h1)를 나타내고 압력은 저압(PL)으로 유지될 수 있다. 이러한 사이클이 반복되어 수행될 수 있다.
한편, 지점 1에서 지점 8로 연장되는 라인은 일반운전 모드 수행시, 제 1 폴리트로픽 지수(n1)을 나타낸다. n1 값은 지점 1에서 지점 8까지의 압력변화(압축비)와, 압축기(100)의 흡입온도 및 상기 압축기(100)의 토출온도를 인자(factor)로 하여, 결정될 수 있다. 상기 지점 1에서 지점 8로 연장되는 라인의 기울기가 커질수록 상기 n1의 값은 작아질 수 있다. 일례로, 상기 n1 값은 1.28로 결정될 수 있다.
이러한 일반운전 모드가 수행될 때, 인젝션 돌입조건이 충족되면 인젝션 운전모드가 수행될 수 있다. 상기 인젝션 돌입조건에는 압축기의 부하가 증가하는 현상을 나타내는 소정의 조건들이 포함될 수 있다.
일례로, 상기 소정의 조건에는, 압축기(100)의 토출온도가 기 설정온도 이상으로 형성되는 경우, 압축기(100)의 토출과열도가 기 설정과열도 이상으로 형성되는 경우 또는 상기 압축기(100)의 운전 주파수가 기 설정주파수 이상으로 형성되는 경우가 포함될 수 있다.
상기 인젝션 돌입조건이 충족되면, 도 3과 같이 상기 인젝션 운전모드가 수행되어 상기 인젝션 팽창장치(165)는 개방될 수 있다. 따라서, 상기 응축기(110)에서 응축된 냉매는 상기 분지부(51)에서 분지되어 상기 메인 냉매배관(52) 및 상기 인젝션 배관(55)으로 유동하며, 상기 인젝션 배관(55)의 냉매는 상기 인젝션 팽창장치(165)에서 감압될 수 있다.
그리고, 상기 내부 열교환기(130)에서 각 배관(52,55)의 냉매는 서로 열교환 될 수 있다. 열교환된 메인 냉매배관(52)의 냉매 엔탈피는 제 9 엔탈피(h9)를 나타내며, 상기 메인 팽창장치(160)에서 감압된 냉매의 압력은 저압(PL)을 나타낸다.
그리고, 상기 메인 냉매배관(52)의 냉매는 상기 증발기(140)에서 증발된 후, 제 1 엔탈피(h1)에서 압축기(100)의 흡입 포트(103)로 흡입될 수 있다. 그리고, 상기 흡입 포트(103)에서 흡입된 냉매는 1단 압축되어 지점 5에서의 물성치, 즉 중간압(PM) 및 제 5 엔탈피(h5)를 나타낸다. 상기 지점 5에서의 냉매는 인젝션 포트(105)를 통하여 유입된 중간압의 냉매와 혼합될 수 있다.
상기 인젝션 팽창장치(165)에서 감압된 냉매의 압력은 지점 3에서 중간압(PM) 및 제 3 엔탈피(h3)를 나타내며, 상기 내부 열교환기(130)로 유입되어 열교환 될 수 있다. 즉, 상기 인젝션 입구온도 센서(174)에 의하여 감지된 온도에 대응하는 엔탈피는 상기 제 3 엔탈피(h3)를 나타낼 수 있다.
상기 내부 열교환기(130)에서 열교환 된 인젝션 배관(55)의 냉매는 지점 4에서 중간압(PM) 및 제 4 엔탈피(h4)를 나타낸다. 상기 제 4 엔탈피(h4)는 상기 인젝션 출구온도 센서(176)에 의하여 감지된 온도에 대응하는 엔탈피로서 이해될 수 있다.
상기 제 4 엔탈피(h4)의 냉매는 상기 압축기(100)의 인젝션 포트(105)를 통하여 상기 압축기(100)로 인젝션 되며, 상기 1단 압축된 냉매와 혼합될 수 있다. 혼합냉매는 지점 6에서 중간압(PM) 및 제 6 엔탈피(h6)를 나타낸다. 상기 지점 6에서의 물성치는 압축기(100)에서 2단 압축되기 이전의 냉매의 물성치로서, 압축기의 신뢰성을 확보하기 위하여 소정의 과열도가 유지될 필요가 있다.
다만, 상기 혼합냉매는 압축기(100)의 내부에 존재하는 냉매로서 센서등을 통하여 냉매의 온도를 알기가 어렵다. 따라서, 종래에는 안전율을 고려하여 지점 4에서의 과열도를 높게 유지하고, 이에 따라 혼합냉매에 과열도가 충분히 확보될 수 있도록 제어하였다. 여기서, 상기 지점 4에서의 과열도는 인젝션 출구 온도센서(176)에서의 온도값에서, 인젝션 입구 온도센서(174)에서의 온도값을 감한 값으로 결정될 수 있다.
이 경우, 압축기(100)의 신뢰성에는 문제가 적을 수 있으나, 상기 인젝션 배관(55)을 유동하는 인젝션 냉매의 양이 적어 인젝션 효과, 즉 압축기의 토출온도 저감효과가 적어지는 문제점이 있었다.
따라서, 지점 6에서의 과열도를 계산(또는 추정)하여, 상기 지점 6에서의 과열도가 기 설정된 과열도로 유지될 수 있도록 제어함으로써, 압축기(100)의 신뢰성을 유지하고, 냉매의 인젝션 효과를 달성할 수 있다.
상기 지점 6에서의 냉매는 2단 압축후 지점 7에서의 냉매 상태를 나타낼 수 있다. 상기 지점 7에서 냉매는 고압(PH) 및 제 6 엔탈피(h7)를 나타낸다. 상기 지점 7에서의 토출온도는 상기 토출온도 센서(170)에 의하여 감지될 수 있으며, 토출 과열도는 상기 토출온도에서 응축온도를 감한 값으로 결정될 수 있다. 여기서, 상기 응축온도는 상기 고압 센서(180)에서 감지된 압력으로부터 환산된 온도값으로 이해될 수 있다.
한편, 지점 1에서 지점 7로 연장되는 라인은 인젝션운전 모드 수행시, 제 2 폴리트로픽 지수(n2)을 나타낸다. n2 값은 지점 1에서 지점 7까지의 압력변화(압축비)와, 압축기(100)의 흡입온도 및 상기 압축기(100)의 토출온도를 인자(factor)로 하여, 결정될 수 있다. 상기 지점 1에서 지점 7로 연장되는 라인의 기울기가 커질수록 상기 n2의 값은 작아질 수 있다. 상기 n2의 값은 n1값보다 작을 수 있다. 일례로, 상기 n2 값은 1.23으로 결정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 구성을 보여주는 블럭도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기(10)에는, 압축기(100)의 출구측에 배치되어 압축기(100)에서 압축된 냉매의 토출온도를 감지하는 토출온도 센서(170)와, 인젝션 배관(55)에서 내부 열교환기(130)의 유입측에 설치되어 냉매의 온도를 감지하는 인젝션 입구 온도센서(174) 및 상기 내부 열교환기(130)의 출구측에 설치되어 냉매의 온도를 감지하는 인젝션 출구 온도센서(176)가 포함된다.
그리고, 상기 인젝션 입구 온도센서(174)에서 감지된 냉매의 온도값은 사이클의 중간압(PM)으로 환산될 수 있다. 냉매가 2상 상태의 경우, 온도값과 압력값은 각각 하나의 값으로 매핑될 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 상기 압축기(100)의 출구측에 설치되어 압축된 냉매의 압력, 즉 사이클의 고압을 감지하는 고압 센서(180) 및 상기 압축기(100)의 입구측에 설치되어 사이클의 저압을 감지하는 저압 센서(185)가 더 포함된다.
상기 공기 조화기(10)에는, 압축기(100)에서 1단 압축된 냉매의 온도를 결정하기 위하여, 압축기(100)의 흡입온도, 사이클의 저압 및 중간압을 이용한 계산식에 관한 정보를 기억하는 메모리부(250)가 더 포함된다.
상기 계산식은 아래와 같다.
계산식 (1)
Figure pat00001
Tmid는 지점 5에서의 냉매의 온도값이며, Ts는 압축기(100)의 흡입온도를 나타낸다. 상기 Ts는 상기 저압 센서(185)에서 감지된 압력을 온도값으로서 환산한 값으로 결정될 수 있다. 또는, 상기 Ts는 별도의 흡입온도 센서를 이용하여 결정될 수 있다. 이 경우, 상기 공기 조화기에는, 흡입온도 센서가 더 포함될 수 있다.
그리고, Pmid는 중간압(PM)을 나타내고, Plow는 저압(PL)을 나타낸다. 상기 Pmid는 상기 인젝션 입구온도 센서(174)에 의하여 감지된 온도값, 즉 인젝션 입구온도를 압력값으로 환산한 값이며, 상기 Plow는 저압 센서(185)에 의하여 감지된 값으로 결정될 수 있다.
그리고, n 값은 제 1 폴리트로픽(polytropic) 지수, 즉 n1으로서 결정될 수 있다. 만약, n 값이 제 2 폴리트로픽 지수(n2)로 결정될 경우, 일반운전 모드 수행시 목표 토출온도가 상대적으로 낮게 결정되고, 실제 목표 토출온도와의 차이가 커지게 되어 메인 팽창장치(160)의 개도가 너무 커지게 된다. 결국, 사이클의 고압이 낮게 형성되어 압축기(100)의 운전주파수가 상승되는 문제점이 나타날 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 계산식에서의 n값을 제 1 폴리트로픽 지수(n1)로 결정한다.
상기 메모리부(250)에는, 압축기(100)에서 1단 압축된 냉매와, 상기 인젝션 배관(55)에서 압축기(100)로 인젝션 된 냉매의 혼합 냉매의 온도를 결정하기 위한 계산식에 관한 정보가 더 기억될 수 있다.
상기 계산식은 아래와 같다.
계산식 (2)
Figure pat00002
Tmix는 지점 6에서의 혼합냉매의 온도값이며, 현재 Td는 압축기(100)의 현재 토출온도를 나타낸다. 상기 현재 Td는 상기 토출온도 센서(170)에서 감지되는 값으로 이해된다.
그리고, Phigh는 고압(PH)을 나타내고, Pmid는 중간압(PM)을 나타낸다. 상기 Phigh는 상기 고압 센서(180)에 의하여 감지되는 값이며, 상기 Pmid는 상기 인젝션 입구온도 센서(174)에 의하여 감지된 온도값, 즉 인젝션 입구온도를 압력값으로 환산한 값으로서 이해될 수 있다. 그리고, n 값은 제 1 폴리트로픽(polytropic) 지수, 즉 n1으로서 결정될 수 있다.
상기 메모리부(250)에는, 계산식 (1),(2)를 통하여 결정된 Tmid 및 Tmix를 이용하여, 1단 압축된 냉매의 온도(T5)와, 혼합냉매의 온도(T6)간의 차이값, 즉 냉매의 혼합에 따른 냉매온도 저감량(△Tmid)을 결정하기 위한 계산식에 관한 정보가 더 기억될 수 있다.
계산식 (3)
△Tmid = Tmid - Tmix
상기 메모리부(250)에는, 압축기(100)의 목표 토출온도(Td)를 결정하기 위한 계산식에 관한 정보가 더 기억될 수 있다.
상기 계산식은 아래와 같다.
계산식 (4)
Figure pat00003
Td는 도 2의 지점 8에서의 목표 토출온도값, 즉 일반운전 모드 수행시 압축기(100)의 목표 토출온도로서 이해될 수 있으며, Ts는 압축기(100)의 흡입온도를 나타낸다. 상기 Ts는 상기 저압 센서(185)에서 감지된 압력을 온도값으로서 환산한 값으로 결정되거나, 별도의 흡입온도 센서를 이용하여 결정될 수 있다.
그리고, Phigh는 중간압(PH)을 나타내고, Plow는 저압(PL)을 나타낸다. 상기 Phigh는 상기 고압 센서(180)에 의하여 감지된 압력값이며, 상기 Plow는 저압 센서(185)에 의하여 감지된 값으로 결정될 수 있다. 그리고, n 값은 제 1 폴리트로픽(polytropic) 지수, 즉 n1으로서 결정될 수 있다.
상기 메모리부(250)에는, 계산식 (3)에서 결정된 목표 토출온도에서, 인젝션 운전모드 수행시 감소되는 목표 토출온도를 반영하기 위하여, 보정치를 적용한 계산식에 관한 정보다 더 기억될 수 있다.
상기 계산식은 아래와 같다.
계산식 (5)
Figure pat00004
계산식 (5)를 참조하면, 상기 보정치는, △Tmid*보정계수(α)로서 결정된다. 즉, 도 3을 참조하면, 중간압에서의 냉매온도 저감량(△Tmid)의 보정계수 비율에 해당하는 온도 차이값이 목표 토출온도(목표 Td)에서 감하여지도록 보정될 경우, 인젝션 운전모드에서의 목표 토출온도로서 결정될 수 있다.
일례로, 상기 보정계수(α)는 1.15~1.25의 범위에 있는 상수값으로 결정될 수 있다. 즉, 인젝션 운전모드를 수행할 경우, 중간압에서의 엔탈피 변화보다 고압에서의 엔탈피 변화가 보정계수(α) 비율만큼 더 커질 수 있다는 것이다.
결국, 인젝션 운전모드 수행시의 목표 토출온도 값(Td,inj)이 결정될 수 있다.
상기 공기 조화기(10)에는, 온도센서(170,174,176) 및 압력센서(180,185)에서 감지된 값과, 상기 메모리부(250)에 저장된 정보에 기초하여, 상기 혼합냉매의 과열도를 결정하는 제어부(200)가 더 포함된다.
상기 제어부(200)는 상기 결정된 목표 토출온도 값(Td,inj)와, 실제 토출온도를 비교하여, 상기 실제 토출온도가 상기 상기 결정된 목표 토출온도 값(Td,inj)에 근접하여 질 수 있도록, 메인 팽창장치(160)의 개도를 조절할 수 있다.
이하에서는, 도 5 및 도 6의 플로우 챠트를 참조하여, 본 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법에 대하여 설명한다.
압축기(100)가 구동되고, 공기 조화기(10)의 운전이 시작된다. 먼저, 공기 조화기(10)의 일반 운전모드가 수행될 수 있다. 상기 일반 운전모드에서는, 상기 인젝션 팽창장치(165)는 폐쇄되어, 도 2에서 설명한 냉동 사이클의 P-h 선도에 따른 냉매 물성치가 형성된다 (S11,S12).
상기 일반 운전모드 수행중에, 인젝션 운전모드 돌입조건을 충족하는지 여부가 결정될 수 있다. 상기 돌입조건에는, 압축기(100)의 토출온도가 기 설정온도 이상으로 형성되는 제 1 조건, 압축기(100)의 토출과열도가 기 설정과열도 이상으로 형성되는 제 2 조건 또는 상기 압축기(100)의 운전 주파수가 기 설정주파수 이상으로 형성되는 제 3 조건이 포함될 수 있다.
상기 제 1~3 조건 중 어느 하나의 조건이 충족되면, 상기 인젝션 운전모드가 수행될 수 있다. 반면에, 상기 제 1~3 조건이 모두 충족되지 않으면, 계속하여 일반 운전모드가 수행될 수 있다 (S13,S14).
상기 인젝션 운전모드가 수행되면, 압축기(100)의 흡입온도, 사이클의 저압 및 중간압을 이용하여, 즉 상기한 계산식 (1)을 이용하여, 압축기(100)의 1단 압축 냉매온도를 (Tmid)를 계산할 수 있다 (S15).
그리고, 압축기(100)의 토출온도 및 토출압력, 그리고 인젝션 입구온도 센서(174)에 의한 인젝션 입구온도를 감지하며, 상기한 계산식 (2)를 이용하여, 즉 압축기(100)의 토출온도, 냉동 사이클의 고압/중간압을 이용하여, 압축기(100) 내부의 혼합냉매 온도(Tmix)를 계산할 수 있다 (S16).
계산된 혼합냉매의 온도와, 1단 압축 냉매온도를 이용하여, 즉 상기한 계산식 (3)을 이용하여, 냉매온도 저감량(△Tmid)을 결정할 수 있다 (S17).
상기 압축기(100)의 흡입온도(Ts), 사이클의 저압 및 고압을 이용하여, 즉 상기한 계산식 (4)를 이용하여 일반운전 모드 수행시의 목표 토출온도(Td)를 계산할 수 있다 (S18).
상기 계산된 목표 토출온도(Td)와, 냉매온도 저감량(△Tmid)을 이용하여, 즉 상기한 계산식 (5)를 이용하여 인젝션운전 모드 수행시의 보정된 목표 토출온도(Td,inj)를 계산할 수 있다 (S19).
그리고, 상기 토출온도 센서(170)를 이용하여, 압축기(100)의 실제 토출온도가 감지될 수 있다 (S20). 상기 감지된 실제 토출온도가 상기 보정된 목표 토출온도(Td,inj)보다 큰 지 여부가 인식될 수 있다 (S21).
상기 감지된 실제 토출온도가 상기 보정된 목표 토출온도(Td,inj)보다 크면, 상기 압축기(100)의 토출온도를 감소하기 위하여 상기 메인 팽창장치(160)의 개도를 증가할 수 있다 (S22).
반면에, 상기 감지된 실제 토출온도가 상기 보정된 목표 토출온도(Td,inj)보다 작으면, 상기 압축기(100)의 토출온도를 증가하기 위하여 상기 메인 팽창장치(160)의 개도를 감소할 수 있다 (S23).
이러한 제어방법에 의하면, 공기 조화기(10)의 일반운전 모드 수행시, 또는 인젝션운전 모드 수행시, 각각 목표 토출온도를 계산(추정)하고, 그 결과에 따라 메인 팽창장치(160)의 개도를 조절할 수 있으므로, 사이클의 냉매 상태에 최적화 된 제어를 수행할 수 있다는 효과가 나타난다. 결국, 공기 조화기의 능력이 개선되어 출수유로(125)에서의 고온 출수가 용이하게 이루어질 수 있다.
도 7a는 P-h 선도에 있어서 제 2 폴리트로픽 지수(n2)의 적용에 따른 팽창장치의 개도 변화 및 압축기의 주파수 변화를 보여주는 그래프이고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법에 따른 팽창장치의 개도 변화 및 압축기의 주파수 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7a는, 공기 조화기의 인젝션 운전모드 수행 이후, 제 2 폴리트로픽 지수(n2)를 이용하여 단순히 목표 토출온도를 결정하고, 그에 따른 제어를 수행하였을 때, 압축기(100)의 주파수, 메인 팽창장치(160)의 밸브 개도 및 인젝션 팽창장치(165)의 밸브 개도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7a를 참조하면, 압축기(100)의 주파수가 최적 주파수의 범위, 약 85~95Hz의 범위를 벗어나서 높은 주파수를 나타내고 이에 따라 압축기(100)의 부하가 높아지는 문제점이 있다. 그리고, 상기 메인 팽창장치(160) 및 인젝션 팽창장치(165)의 밸브 개도변화가 너무 자주 발생하고 그 개도의 범위 또한 너무 커서, 사이클의 안정적인 구동이 어려운 문제점이 있었다.
그러나, 도 7b와 같이, 본 실시예와 같은 제어방법을 수행하는 경우, 압축기(100)의 주파수가 최적 주파수의 범위내에서 형성되어, 이에 따라 압축기(100)의 신뢰성이 개선될 수 있다. 그리고, 상기 메인 팽창장치(160) 및 인젝션 팽창장치(165)의 밸브 개도가 상대적으로 일정하여, 사이클의 안정적인 구동이 가능하다는 효과가 나타난다.
10 : 공기 조화기 100 : 압축기
110 : 응축기 121 : 입수유로
125 : 출수유로 130 : 내부 열교환기
140 : 증발기 150 : 기액분리기
160 : 메인 팽창장치 165 : 인젝션 팽창장치
170 : 토출온도 센서 174 : 인젝션 입구온도 센서
176 : 인젝션 토출온도 센서 180 : 고압 센서
185 : 저압 센서 200 : 제어부

Claims (13)

  1. 흡입포트 및 인젝션 포트를 가지며, 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기의 출구측에 배치되며, 물의 입수유로 및 출수유로가 연결되는 응축기;
    상기 응축기의 출구측에 배치되는 분지부;
    상기 분지부로부터 분지되는 메인 냉매배관 및 상기 인젝션 포트에 연결되는 인젝션 배관간에 열교환을 수행하는 내부 열교환기;
    상기 메인 냉매배관에 설치되며, 상기 내부 열교환기의 출구측에 배치되는 메인 팽창장치;
    상기 인젝션 배관에 설치되는 인젝션 팽창장치; 및
    상기 메인 팽창장치의 개도를 조절하는 제어부가 포함되며,
    상기 인젝션 배관은 상기 냉매를 상기 압축기로 인젝션 하여 상기 압축기에서 1단 압축된 냉매와 혼합되고,
    상기 제어부는,
    일반운전 모드수행시 결정되는, 상기 압축기의 목표 토출온도를 이용하여 보정된 목표 토출온도를 결정하고,
    인젝션 운전모드 수행시, 상기 보정된 목표 토출온도에 기초하여, 상기 메인 팽창장치의 개도를 증가 또는 감소 제어하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기의 흡입 압력을 감지하는 저압 센서; 및
    상기 인젝션 배관에 설치되며, 상기 내부 열교환기의 유입측 냉매 온도를 감지하는 인젝션 입구온도 센서가 더 포함되는 공기 조화기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압축기의 흡입온도와, 상기 저압 센서에서 감지된 저압 및 상기 인젝션 입구온도 센서에서 감지된 온도값을 환산한 압력값을 이용하여,
    상기 1단 압축된 냉매의 온도값을 결정하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 압축기의 토출온도를 감지하는 토출온도 센서; 및
    상기 압축기의 토출압력을 감지하는 고압 센서가 더 포함되는 공기 조화기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 토출온도 센서에서 감지된 토출온도와, 상기 고압 센서에서 감지된 고압 및 상기 인젝션 입구온도 센서에서 감지된 온도값을 환산한 압력값을 이용하여,
    상기 혼합된 냉매의 온도값을 결정하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 1단 압축된 냉매의 온도값 및 상기 혼합된 냉매의 온도값을 이용하여, 냉매온도 저감량을 결정하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 냉매온도 저감량에 보정계수를 적용하여 보정치를 결정하고,
    상기 압축기의 보정된 목표 토출온도는,
    상기 압축기의 목표 토출온도에서 상기 보정치를 감하여 결정하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 보정된 목표 토출온도가 상기 토출온도 센서에서 감지된 실제 토출온도 보다 큰 것으로 인식되면 상기 메인 팽창장치의 개도를 증가하며,
    상기 결정된 보정된 목표 토출온도가 상기 토출온도 센서에서 감지된 실제 토출온도 보다 작은 것으로 인식되면 상기 메인 팽창장치의 개도를 감소하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 팽창장치 또는 상기 인젝션 팽창장치에는,
    전자 팽창밸브(EEV)가 포함되는 공기 조화기.
  10. 2단 압축을 수행하는 압축기와, 상기 압축기의 출구측에 배치되며 물의 입수유로 및 출수유로가 연결되는 응축기와, 상기 응축기의 출구측에서 분지되어 메인 팽창장치를 통과하는 메인 냉매 및 인젝션 냉매간에 열교환을 수행하는 내부 열교환기가 포함되는 공기조화기의 제어방법에 있어서,
    상기 압축기의 흡입 온도 및 저압과, 상기 인젝션 냉매의 입구온도를 이용하여, 1단 압축된 냉매의 온도를 결정하는 단계;
    상기 압축기의 토출 온도 및 고압과, 상기 인젝션 냉매의 입구온도를 이용하여, 상기 압축기 내부의 혼합냉매의 온도를 결정하는 단계;
    상기 1단 압축된 냉매의 온도와, 상기 혼합냉매의 온도의 차이값을 이용하여 보정치를 결정하는 단계;
    상기 결정된 보정치를 이용하여, 상기 압축기의 보정된 목표 토출온도를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 목표 토출온도에 기초하여, 상기 메인 팽창장치의 개도를 조절하는 단계가 포함되는 공기 조화기의 제어방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 압축기에는 흡입 포트 및 상기 인젝션 냉매가 유입되는 인젝션 포트가 포함되고,
    상기 혼합냉매는,
    상기 흡입 포트에서 흡입되어 1단 압축된 냉매와, 상기 인젝션 포트에서 유입된 인젝션 냉매의 혼합된 냉매인 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 결정된 목표 토출온도가 실제 토출온도보다 큰 것으로 인식되면, 상기 메인 팽창장치의 개도를 증가하며,
    상기 결정된 목표 토출온도가 실제 토출온도보다 작은 것으로 인식되면, 상기 메인 팽창장치의 개도를 감소하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 공기 조화기의 운전모드에는, 상기 압축기로의 냉매 인젝션이 중단되는 일반 운전모드 및 상기 압축기로의 냉매 인젝션이 수행되는 인젝션 운전모드가 포함되는 공기 조화기의 제어방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007278686A (ja) * 2006-03-17 2007-10-25 Mitsubishi Electric Corp ヒートポンプ給湯機
JP2014016079A (ja) * 2012-07-06 2014-01-30 Daikin Ind Ltd ヒートポンプ
WO2017061233A1 (ja) * 2015-10-05 2017-04-13 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007278686A (ja) * 2006-03-17 2007-10-25 Mitsubishi Electric Corp ヒートポンプ給湯機
JP2014016079A (ja) * 2012-07-06 2014-01-30 Daikin Ind Ltd ヒートポンプ
WO2017061233A1 (ja) * 2015-10-05 2017-04-13 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置

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