KR20230135892A - 공기 조화기 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR20230135892A
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defrost operation
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유상호
이재양
이제진
임형석
임병국
장용희
정광철
정동일
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삼성전자주식회사
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Abstract

개시된 공기 조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 실외 공기와 열교환하는 실외 열교환기; 상기 압축기의 토출구와 상기 실외 열교환기의 상부 입구 사이에 마련되는 제1 사방 밸브; 상기 압축기의 토출구와 상기 실외 열교환기의 하부 입구 사이에 마련되는 제2 사방 밸브; 및 상기 압축기, 상기 제1 사방 밸브 및 상기 제2 사방 밸브와 전기적으로 연결되는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 난방 운전 중 상기 실외 열교환기 전체를 제상하는 제1 제상 운전이 수행되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어하고, 상기 실외 열교환기 하부의 추가 제상이 필요한 경우, 상기 실외 열교환기의 상부를 증발기로 동작시키고 상기 실외 열교환기의 하부를 응축기로 동작시키는 제2 제상 운전이 수행되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어할 수 있다.

Description

공기 조화기 및 그 제어 방법 {air conditioner and controlling method thereof}
개시된 발명은 난방 운전 중 실외 열교환기의 제상이 가능한 공기 조화기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
공기 조화기는 냉매의 증발 및 응축에서 생기는 열의 이동을 이용하여 공기를 냉각 또는 가열하고, 냉각 또는 가열된 공기를 토출시켜 실내 공간의 공기를 조화시키는 기기이다. 공기 조화기는 냉방 운전 또는 난방 운전 시, 압축기와 실내 열교환기와 실외 열교환기를 통해 냉매를 순환시키고, 실내 열교환기에서 열교환된 공기를 실내 공간으로 토출함으로써 실내 공간을 냉각 또는 가열할 수 있다.
한편, 저온 고습한 외부 환경에서 난방 운전이 수행되는 경우, 실외기에 포함된 실외 열교환기에 서리가 생성될 수 있다. 실외 열교환기에 서리가 생성되면 난방 능력이 저하되고 제품 신뢰도가 낮아진다. 실외 열교환기에 생성된 서리를 제거하기 위해 난방 운전을 일시 중지한 후 제상 운전이 수행될 수 있다. 그러나 제상 운전에도 불구하고 실외 열교환기에 부착된 얼음이 완전히 제거되지 않는 경우가 발생하는 문제가 있다.
개시된 발명은 실외 열교환기의 하부까지 완전히 제상하기 위한 제상 운전을 추가적으로 수행함으로써 실외 열교환기의 서리를 효과적으로 제거할 수 있는 공기 조화기 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 공기 조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 실외 공기와 열교환하는 실외 열교환기; 상기 압축기의 토출구와 상기 실외 열교환기의 상부 입구 사이에 마련되는 제1 사방 밸브; 상기 압축기의 토출구와 상기 실외 열교환기의 하부 입구 사이에 마련되는 제2 사방 밸브; 및 상기 압축기, 상기 제1 사방 밸브 및 상기 제2 사방 밸브와 전기적으로 연결되는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 난방 운전 중 상기 실외 열교환기 전체를 제상하는 제1 제상 운전이 수행되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어하고, 상기 실외 열교환기 하부의 추가 제상이 필요한 경우, 상기 실외 열교환기의 상부를 증발기로 동작시키고 상기 실외 열교환기의 하부를 응축기로 동작시키는 제2 제상 운전이 수행되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 제상 운전의 시작에 응답하여 상기 냉매가 상기 실외 열교환기의 상기 상부 입구와 상기 하부 입구로 유입되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 스위칭 하고, 상기 제2 제상 운전의 시작에 응답하여 상기 실외 열교환기의 상기 상부 입구로부터 상기 냉매가 토출되도록 상기 제1 사방 밸브를 스위칭할 수 있다.
상기 제어부는 미리 정해진 기준 제상 시간의 경과에 기초하여 상기 제1 제상 운전을 종료하고, 상기 제1 제상 운전의 종료 시점에 검출되는 상기 실외 열교환기 하부의 온도가 미리 정해진 임계 온도보다 낮은 것에 기초하여 상기 제2 제상 운전으로 진입할 수 있다.
상기 제어부는 미리 정해진 압축기 보호 조건에 의해 상기 제1 제상 운전이 강제 종료되는 것에 기초하여 상기 제2 제상 운전으로 진입할 수 있다.
상기 제어부는 상기 압축기로 액상 냉매의 유입이 검출되거나, 상기 압축기에 인가되는 전류가 기준 전류를 초과하거나, 상기 압축기의 토출구 온도가 기준 온도를 초과하는 것에 기초하여 상기 제1 제상 운전을 강제 종료할 수 있다.
상기 제어부는 미리 정해진 추가 제상 시간의 경과에 기초하여 상기 제2 제상 운전을 종료하고, 난방 운전으로 복귀하기 위해 상기 제2 사방 밸브를 스위칭 할 수 있다.
상기 공기 조화기는 상기 압축기와 상기 제1 사방 밸브 사이에 마련되는 제1 압력 센서; 및 상기 제1 사방 밸브와 어큐뮬레이터 사이에 마련되는 제2 압력 센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 압력 센서의 제1 압력값과 상기 제2 압력 센서의 제2 압력값의 차이가 미리 정해진 임계값 이상인 것에 기초하여 상기 제2 제상 운전을 종료하고, 난방 운전으로 복귀하기 위해 상기 제2 사방 밸브를 스위칭할 수 있다.
상기 제2 사방 밸브는 상기 압축기의 토출구와 연결되는 제1 포트; 어큐뮬레이터의 흡입구와 연결되는 제2 포트; 상기 실외 열교환기의 상기 하부 입구와 연결되는 제3 포트; 및 폐쇄된 제4 포트;를 포함할 수 있다.
상기 실외 열교환기의 하부는 상기 하부 입구로 유입된 냉매가 배출되는 하부 출구; 및 상기 하부 입구와 상기 하부 출구를 연결하는 하부 냉매 튜브;를 포함하고, 상기 실외 열교환기의 상부는 상기 하부 출구보다 상부에 배치되고, 상기 상부 입구로 유입된 냉매가 배출되는 상부 출구; 및 상기 상부 입구와 상기 상부 출구를 연결하는 상부 냉매 튜브;를 포함할 수 있다.
상기 실외 열교환기는 상기 상부 입구를 상기 제1 사방 밸브와 연결하는 상부 입구 배관; 상기 하부 입구를 상기 제2 사방 밸브와 연결하는 하부 입구 배관; 상기 하부 출구와 연결되는 하부 출구 배관; 및 상기 상부 출구 및 상기 하부 출구 배관과 연결되는 상부 출구 배관;을 포함할 수 있다.
상기 실외 열교환기는 상기 하부 출구 배관에 설치되고, 상기 하부 출구로부터 배출되는 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 방법은, 난방 운전 중 상기 실외 열교환기 전체를 제상하기 위한 제1 제상 운전이 수행되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어하고; 상기 제1 제상 운전의 종료에 기초하여 상기 실외 열교환기의 하부를 추가 제상하기 위한 제2 제상 운전의 수행 여부를 결정하고; 상기 제2 제상 운전 시, 상기 실외 열교환기의 상부는 증발기로 동작하고 상기 실외 열교환기의 하부는 응축기로 동작하도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어하는 것은, 상기 제1 제상 운전의 시작에 응답하여 상기 냉매가 상기 실외 열교환기의 상기 상부 입구와 상기 하부 입구로 유입되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 스위칭 하고; 상기 제2 제상 운전의 시작에 응답하여 상기 실외 열교환기의 상기 상부 입구로부터 상기 냉매가 토출되도록 상기 제1 사방 밸브를 스위칭 하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 제상 운전의 수행 여부를 결정하는 것은, 미리 정해진 기준 제상 시간의 경과에 기초하여 상기 제1 제상 운전을 종료하고; 상기 제1 제상 운전의 종료 시점에 검출되는 상기 실외 열교환기 하부의 온도가 미리 정해진 임계 온도보다 낮은 것에 기초하여 상기 제2 제상 운전으로 진입하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제2 제상 운전의 수행 여부를 결정하는 것은, 미리 정해진 압축기 보호 조건에 의해 상기 제1 제상 운전이 강제 종료되는 것에 기초하여 상기 제2 제상 운전으로 진입하는 것;을 포함할 수 있다.
상기 제1 제상 운전의 강제 종료는, 상기 압축기로 액상 냉매의 유입이 검출되거나, 상기 압축기에 인가되는 전류가 기준 전류를 초과하거나, 상기 압축기의 토출구 온도가 기준 온도를 초과하는 것에 기초할 수 있다.
상기 제2 제상 운전은 미리 정해진 추가 제상 시간의 경과에 기초하여 종료되고, 상기 제2 사방 밸브는 상기 제2 제상 운전의 종료에 기초하여 스위칭 될 수 있다.
상기 제2 제상 운전은 상기 제1 압력 센서의 제1 압력값과 상기 제2 압력 센서의 제2 압력값의 차이가 미리 정해진 임계값 이상인 것에 기초하여 종료되고, 상기 제2 사방 밸브는 상기 제2 제상 운전의 종료에 기초하여 스위칭 될 수 있다.
개시된 공기 조화기 및 그 제어 방법은, 실외 열교환기 전체를 제상하기 위한 메인 제상 운전과 실외 열교환기의 하부를 추가로 제상하기 위한 서브 제상 운전을 수행함으로써 실외 열교환기에 생성된 서리를 효과적으로 완전히 제거할 수 있다.
개시된 공기 조화기 및 그 제어 방법은, 실외 열교환기의 하부를 응축기로 동작시켜 제상을 수행함과 동시에 실외 열교환기 상부를 증발기로 동작시킴으로써, 제상 성능과 난방 성능을 모두 향상시킬 수 있다.
또한, 개시된 공기 조화기 및 그 제어 방법은, 일반적인 냉방 운전 또는 난방 운전을 수행하는 경우에도 실외 열교환기의 상부와 하부를 모두 이용하므로, 냉방 성능과 난방 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 공기 조화기를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 공기 조화기의 실외기를 분해한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 실외 열교환기의 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 실외 열교환기를 A 방향에서 바라본 평면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 실외 열교환기의 하부를 확대 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 사방 밸브를 도시한다.
도 7은 냉방 운전 또는 메인 제상 운전 시 냉매의 흐름을 보여준다.
도 8은 난방 운전 시 냉매의 흐름을 보여준다.
도 9는 서브 제상 운전 시 냉매의 흐름을 보여준다.
도 10은 일 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 구성을 도시한 블록도이다.
도 11은 난방 운전 중 제상 운전을 수행하는 경우 압축기와 사방 밸브들의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 12는 일 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 13은 도 12의 제어 방법을 더 상세히 설명하는 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, "~부", "~기", "~블록", "~부재", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 용어들은 FPGA(field-programmable gate array) / ASIC(application specific integrated circuit) 등 적어도 하나의 하드웨어, 메모리에 저장된 적어도 하나의 소프트웨어 또는 프로세서에 의하여 처리되는 적어도 하나의 프로세스를 의미할 수 있다.
각 단계들에 붙여지는 부호는 각 단계들을 식별하기 위해 사용되는 것으로 이들 부호는 각 단계들 상호 간의 순서를 나타내는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 공기 조화기를 도시한다.
도 1을 참조하면, 공기 조화기(1)는 실외 공간에 마련되어 실외 공기와 냉매 사이의 열교환을 수행하는 실외기(1a)와, 실내 공간에 마련되어 실내 공기와 냉매 사이에 열교환을 수행하는 실내기(1b)를 포함한다. 실외기(1a)는 공기 조화 공간 밖에 위치할 수 있으며, 실내기(1b)는 공기 조화 공간 내에 위치할 수 있다. 공기 조화 공간은 공기 조화기(1)에 의하여 냉방 또는 난방 되는 공간을 의미한다. 예를 들면, 실외기(1a)는 건물의 외부에 배치될 수 있고, 실내기(1b)는 거실 또는 사무실과 같이 벽에 의하여 외부와 분리된 공간 내에 배치될 수 있다. 실내기(1b)는 천장에 설치될 수 있다.
실외기(1a)와 실내기(1b)는 외부 배관(P1, P2)을 통해 연결된다. 냉매는 실외기(1a), 외부 배관(P1, P2) 및 실내기(1b)를 통해 순환할 수 있다. 외부 배관(P1, P2)의 일 단은 실외기(1a)의 일 측에 마련되는 배관 밸브에 연결될 수 있다. 또한, 외부 배관(P1, P2)은 실외기(1a)와 실내기(1b) 내부에 마련되는 냉매 배관과 연결될 수 있다.
실외기(1a)는 외관을 형성하는 캐비닛(10)과, 캐비닛(10)의 상부를 커버하는 팬 커버(20) 및 캐비닛(10) 내에 배치되는 팬 어셈블리(30)를 포함할 수 있다. 캐비닛(10)은 실외기(1a)의 4면을 형성할 수 있다. 팬 어셈블리(30)는 2개로 예시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 팬 어셈블리(30)는 캐비닛(10) 내에서 상부에 배치될 수 있다. 또한, 캐비닛(10) 내에는 실외 열교환기(100)가 배치될 수 있다.
팬 커버(20)에는 공기를 토출하고 팬 어셈블리(20)를 보호하기 위한 팬 가드(22)가 마련될 수 있다. 팬 커버(20)는 팬 어셈블리(20)의 형상에 대응하는 토출구를 포함할 수 있다. 팬 가드(22)는 팬 커버(20)의 토출구를 커버할 수 있고, 그릴 또는 망 형상을 가질 수 있다. 팬 어셈블리(30)의 동작에 의해 실외 공기는 실외기(1a)의 캐비닛(10) 내부를 통과한 후 캐비닛(10) 외부로 배출될 수 있다. 팬 어셈블리(30)의 동작에 의해 유동하는 공기는 팬 가드(22)를 통해 실외기(1a)의 외부로 배출될 수 있다.
도 1에서 공기 조화기(1)가 하나의 실외기(1a)와 하나의 실내기(1b)를 포함하는 것으로 설명되었으나, 공기 조화기(1)는 복수의 실외기(1a) 및 복수의 실내기(1b)를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 하나의 실외기(1a)에 복수의 실내기(1b)가 연결될 수 있다. 또한, 실내기(1b)의 형태는 설명된 것으로 제한되지 않는다. 실내 공간에 설치되어 실내 공간을 냉방 또는 난방할 수 있는 실내기(1b)라면, 어떤 형태의 실내기(1b)도 적용될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 공기 조화기의 실외기를 분해한 도면이다.
도 2를 참조하면, 공기 조화기(1)의 실외기(1a)는 캐비닛(10), 베이스(15), 팬 커버(20), 팬 가드(22), 팬 어셈블리(30), 압축기(40) 및 실외 열교환기(100)를 포함할 수 있다.
캐비닛(10)은 전방 캐비닛(10a), 좌측 캐비닛(10b), 우측 캐비닛(10c) 및 후방 캐비닛(미도시)를 포함할 수 있다. 전방 캐비닛(10a)과 후방 캐비닛(미도시)는 서로 대응되는 크기로 마련될 수 있다. 좌측 캐비닛(10b)과 우측 캐비닛(10c)도 서로 대응되는 크기로 마련될 수 있다.
전면 캐비닛(10a), 좌측 캐비닛(10b)과 우측 캐비닛(10C)은 실외 공기가 공기조화기의 실외기(1a) 내부로 흡입하기 위한 흡입구(11)를 포함할 수 있다. 흡입구(11)를 통해 실외기(1a) 내부로 흡입된 실외 공기는 실외 열교환기(100)와 열교환 된 후 팬 가드(22)를 통해 실외기(1a) 외부로 배출될 수 있다.
베이스(15)는 캐비닛(10)의 하부에 배치되고, 압축기(40) 및 실외 열교환기(100)와 같은 실외기(1a)의 구성 요소들을 지지할 수 있다. 베이스(15)는 전방 캐비닛(10a), 좌측 캐비닛(10b), 우측 캐비닛(10c) 및 후방 캐비닛(미도시) 각각의 하단과 결합될 수 있다. 팬 커버(20)는 전방 캐비닛(10a), 좌측 캐비닛(10b), 우측 캐비닛(10c) 및 후방 캐비닛(미도시) 각각의 상단과 결합될 수 있다.
팬 어셈블리(30)는 블레이드(31)와 모터(32)를 포함할 수 있다. 모터(32)의 동작에 의해 블레이드(31)가 회전할 수 있고, 블레이드(31)의 회전에 의해 공기가 유동할 수 있다.
실외 열교환기(100)는 캐비닛(10)의 내측 둘레를 따라 배치될 수 있다. 예를 들면, 실외 열교환기(100)는 캐비닛(10)의 4면을 커버하도록 마련될 수 있다. 실외 열교환기(100)는 캐비닛(10)의 모서리에 인접하는 부분이 절곡된 형태로 마련될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 실외 열교환기의 사시도이다. 도 4는 일 실시예에 따른 실외 열교환기를 A 방향에서 바라본 평면도이다. 도 5는 일 실시예에 따른 실외 열교환기의 하부를 확대 도시한다.
도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 실외 열교환기(100)는 상부 입구(101), 상부 출구(102), 상부 입구 배관(110), 연결관(111), 상부 출구 배관(120), 상부 냉매 튜브(130), 하부 입구(201), 하부 출구(202), 하부 입구 배관(210), 하부 출구 배관(220), 모세관(230), 하부 냉매 튜브(240)를 포함할 수 있다.
상부 입구(101)는 제1 입구, 상부 출구(102)는 제1 출구, 하부 입구(201)는 제2 입구, 하부 출구(202)는 제2 출구로 호칭될 수 있다. 상부 입구 배관(110)은 제1 입구 배관, 상부 출구 배관(120)은 제1 출구 배관, 하부 입구 배관(210)은 제2 입구 배관, 하부 출구 배관(220)은 제2 출구 배관으로 호칭될 수 있다.
실외 열교환기(100)는 상부(100U)와 하부(100D)로 구분될 수 있다. 예를 들면, 실외 열교환기(100)의 하부(100D)는 하부 출구(202)를 포함하고, 하부 출구(202)의 아래 부분으로 정의될 수 있다. 실외 열교환기(100)의 하부(100D)는 실외 열교환기(100)의 바닥으로부터 실외 열교환기(100)의 하부 출구(202)의 위치까지 포함하는 부분으로 정의될 수 있다. 실외 열교환기(100)의 하부(100D)는 하부 입구(201), 하부 출구(202) 및 하부 냉매 튜브(240)를 포함할 수 있다. 실외 열교환기(100)의 상부(100U)는 하부 출구(202)의 윗 부분을 포함할 수 있다. 실외 열교환기(100)의 상부(100U)는 하부 출구(202)보다 상부에 위치하는 상부 입구(101), 상부 출구(102) 및 상부 냉매 튜브(130)를 포함할 수 있다.
공기 조화기(1)가 냉방 운전 또는 제상 운전 하는 경우, 압축기(40)로부터 토출된 냉매는 제1 사방 밸브(50)를 통과하여 상부 입구 배관(110)으로 유입되고, 복수의 연결관들(111)로 분배될 수 있다. 복수의 연결관들(111) 각각으로 유입된 냉매는 복수의 상부 입구들(101)로 흘러 들어갈 수 있다. 복수의 상부 입구들(101)로 유입된 냉매는 상부 냉매 튜브(130)를 따라 유동할 수 있다.
실외 열교환기(100)의 상부 입구(101)는 복수 개 마련될 수 있다. 복수의 상부 입구들(101)은 복수의 연결관들(111)에 의해 상부 입구 배관(110)과 연결될 수 있다. 상부 입구 배관(110)은 제1 사방 밸브(50)와 연결될 수 있다. 실외 열교환기(100)의 상부 입구(101)는 상부 입구 배관(110)을 통해 제1 사방 밸브(50)와 연결될 수 있다. 상부 입구(101)가 복수 개이므로, 상부 냉매 튜브(130)도 복수 개로 마련될 수 있다.
실외 열교환기(100)의 상부 입구(101)로 유입된 냉매는 상부 냉매 튜브(130)를 따라 흐른 후 실외 열교환기(100)의 상부 출구(102)로 배출될 수 있다. 상부 출구(102)는 상부 출구 배관(120)과 연결되고, 냉매는 상부 출구 배관(120)을 통해 실외 열교환기(100)의 외부로 배출될 수 있다. 상부 출구 배관(120)은 실외기(1a)와 실내기(1b)를 연결하는 제1 외부 배관(P1)과 연결되고, 냉매는 제1 외부 배관(P1)을 통해 실내기(1b)로 공급될 수 있다.
복수의 상부 냉매 튜브들(130)을 따라 흐른 냉매는 복수의 모세관들(230)을 통해 상부 출구(102)로 수집될 수 있다. 즉, 복수의 상부 냉매 튜브들(130) 각각은 복수의 모세관들(230) 각각의 일 단과 연결될 수 있고, 복수의 모세관들(230)의 타 단은 상부 출구(102)에서 합쳐져 상부 출구 배관(120)과 연결될 수 있다. 복수의 모세관들(230) 각각은 U자 형상의 절곡부(231)를 포함할 수 있다.
실외 열교환기(100)의 하부 입구(201)는 하부 입구 배관(210)과 연결될 수 있다. 하부 입구 배관(210)은 제2 사방 밸브(60)와 연결될 수 있다. 실외 열교환기(100)의 하부 입구(201)는 하부 입구 배관(210)을 통해 제2 사방 밸브(60)와 연결될 수 있다. 공기 조화기(1)가 냉방 운전 또는 제상 운전 하는 경우, 압축기(40)로부터 토출된 냉매는 제2 사방 밸브(60)와 하부 입구 배관(210)을 통해 하부 입구(201)로 유입될 수 있다. 하부 입구(201)로 유입된 냉매는 실외 열교환기(100)의 하부에 위치하는 하부 냉매 튜브(240)를 따라 유동할 수 있다.
실외 열교환기(100)의 하부 입구(201)로 유입된 냉매는 하부 냉매 튜브(240)를 따라 흐른 후 실외 열교환기(100)의 하부 출구(202)로 배출될 수 있다. 하부 출구(202)는 하부 출구 배관(220)과 연결되고, 하부 출구 배관(220)은 상부 출구 배관(120)에 연결될 수 있다. 하부 출구 배관(220)은 모세관(230)의 일 단과 연결될 수 있고, 모세관(230)의 타 단은 상부 출구 배관(120)과 연결될 수 있다. 냉매는 하부 출구 배관(220)을 통해 상부 출구 배관(120)으로 흐를 수 있다.
냉매는 냉매 튜브(130, 240)에 의해 형성되는 유로를 따라 흐르면서 응축 또는 증발할 수 있다. 냉매는 응축하여 열을 방출할 수 있다. 냉매는 주변 공기로부터 열을 흡수하여 증발할 수 있다. 냉매의 응축 또는 증발이 용이하게 일어나도록 하기 위해, 냉매 튜브(130, 240)의 외면에는 핀 어셈블리가 결합될 수 있다.
핀 어셈블리는 복수의 열교환 핀들을 포함할 수 있다. 열교환 핀들은 냉매 튜브(130, 240)의 길이 방향과 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 열교환 핀들은 미리 정해진 간격으로 이격 배치될 수 있다. 핀 어셈블리는 실외 열교환기(100)의 외면을 형성할 수 있고, 냉매 튜브(130, 240)의 열교환 면적을 넓히는 역할을 할 수 있다.
상부 냉매 튜브(130)와 하부 냉매 튜브(240)는 실외기(1a)의 캐비닛(10)의 내측 둘레를 따라 연장될 수 있다. 냉매 튜브(130, 240)는 실외기(1)의 전후 방향과 좌우 방향을 따라 연장될 수 있다. 냉매 튜브(130, 240)는 캐비닛(10)의 모서리에 인접하는 부분이 절곡된 형태로 마련될 수 있다. 냉매 튜브(130, 240)는 실외 열교환기(100)의 일 측에서 U 자 형상으로 절곡되어 구불구불하게 배치될 수 있다.
하부 출구 배관(220)에는 온도 센서(250)가 설치될 수 있다. 온도 센서(250)는 실외 열교환기(100)의 하부 출구(201)로부터 배출되는 냉매의 온도를 검출할 수 있다. 하부 출구 배관(220)에 설치되는 온도 센서(250)는 '제2 온도 센서'로 호칭될 수 있다.
전술된 바와 다르게, 공기 조화기(1)가 난방 운전 하는 경우, 실외 열교환기(100) 내에서 냉매가 흐르는 방향은 냉방 운전 또는 제상 운전에서 냉매의 흐름 방향과 반대가 될 수 있다. 공기 조화기(1)가 난방 운전 하는 경우, 냉매는 상부 출구 배관(120)을 통해 실외 열교환기(100) 내부로 유입되고, 실외 열교환기(100)의 상부 입구들(101)과 하부 입구(201)를 통해 실외 열교환기(100)의 외부로 배출될 수 있다. 설명의 편의상, 실외 열교환기(100)의 입구와 출구는 냉방 운전을 기준으로 하여 정의될 수 있다.
또한, 실외 열교환기(100)의 하부를 추가적으로 제상하기 위한 서브 제상 운전 시, 실외 열교환기(100)의 상부에서 냉매의 흐름 방향은 실외 열교환기(100)의 하부에서 냉매의 흐름 방향과 반대일 수 있다. 서브 제상 운전 시, 실외 열교환기(100)의 하부는 응축기로 동작할 수 있고, 실외 열교환기(100)의 상부는 증발기로 동작할 수 있다. 즉, 실외 열교환기(100)의 하부 입구(201)로 냉매가 유입되는 반면에, 실외 열교환기(100)의 상부 입구(101)에서는 냉매가 토출될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 사방 밸브를 도시한다.
도 6을 참조하면, 제1 사방 밸브(50)와 제2 사방 밸브(60)는 각각 4개의 포트를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 사방 밸브(50)와 제2 사방 밸브(60)는 D 포트, S 포트, C 포트 및 E 포트를 포함할 수 있다. D 포트, S 포트, C 포트 및 E 포트는 각각 제1 포트, 제2 포트, 제3 포트 및 제4 포트로 호칭될 수 있다.
제1 사방 밸브(50)의 경우, D 포트는 압축기(40)의 토출구로부터 연장되는 토출 라인(P3)에 연결되고, S 포트는 어큐뮬레이터(80)의 흡입구로부터 연장되는 흡입 라인(P4)에 연결되고, C 포트는 실외 열교환기(100)의 상부 입구 배관(110)에 연결되며, E 포트는 제2 외부 배관(P2)과 이어지는 냉매 배관에 연결된다.
제2 사방 밸브(60)의 경우, D 포트는 압축기(40)의 토출구로부터 연장되는 토출 라인(P3)에 연결되고, S 포트는 어큐뮬레이터(80)의 흡입구로부터 연장되는 흡입 라인(P4)에 연결되며, C 포트는 실외 열교환기(100)의 하부 입구 배관(210)에 연결된다. 그러나 제2 사방 밸브(60)의 E 포트는 폐쇄된다.
또한, 제1 사방 밸브(50)와 제2 사방 밸브(60)는 내부 마련되는 피스톤 어셈블리(PS)를 포함한다. 피스톤 어셈블리(PS)는 이동 가능하며, 피스톤 어셈블리(PS)의 위치에 따라 압축기(40)로부터 토출되는 냉매의 유동 방향이 결정된다.
이하 공기 조화기(1)의 냉방 운전, 메인 제상 운전, 난방 운전 및 서브 제상 운전에서 제1 사방 밸브(50)와 제2 사방 밸브(60)의 동작이 설명된다. 메인 제상 운전은 제1 제상 운전으로 호칭될 수도 있다. 서브 제상 운전은 제2 제상 운전 또는 추가 제상 운전으로 호칭될 수도 있다.
도 7은 냉방 운전 또는 메인 제상 운전 시 냉매의 흐름을 보여준다. 도 8은 난방 운전 시 냉매의 흐름을 보여준다. 도 9는 서브 제상 운전 시 냉매의 흐름을 보여준다.
도 7, 도 8 및 도 9를 참조하면, 공기 조화기(1)의 실외기(1a)는 공기를 유동시키는 팬 어셈블리(30), 냉매를 압축하는 압축기(40), 실외 공기와 냉매 사이의 열교환을 수행하는 실외 열교환기(100), 압축기(40)의 토출구와 실외 열교환기(100)의 상부 입구(101) 사이에 마련되는 제1 사방 밸브(4-way valve)(50), 압축기(40)의 토출구와 실외 열교환기(100)의 하부 입구(201) 사이에 마련되는 제2 사방 밸브(60), 냉매를 감압하는 팽창 밸브(70) 및 증발되지 못한 액상 냉매가 압축기(40)로 유입되는 것을 방지하는 어큐뮬레이터(80)를 포함한다.
팬 어셈블리(30)는 실외 열교환기(100)의 주변에 마련되어 실외 공기를 실외 열교환기(100)로 유동시킬 수 있다. 팬 어셈블리(30)는 실외기(1a) 외부의 공기를 흡입함과 동시에 실외 열교환기(100)에서 열교환된 공기를 실외기(1a)의 외부로 이동시킬 수 있다.
압축기(40)는 외부 전원으로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여 동작할 수 있다. 압축기(40)는 압축기 모터(미도시)를 포함하고, 압축기 모터의 회전력을 이용하여 저압의 기상 냉매를 고압으로 압축한다. 압축기(40)의 운전 주파수는 실내기(1b)에서 요구하는 능력에 대응하도록 변경될 수 있다. 압축기(40)는 인버터 공기 압축기(Inverter air compressor), 용적형 압축기 또는 다이나믹형 압축기일 수 있으며, 설계자가 고려할 수 있는 다양한 종류의 압축기가 이용될 수 있다.
제1 사방 밸브(50)는 압축기(40)로부터 토출된 고온 고압의 기체 냉매의 유동 방향을 전환할 수 있다. 냉방 운전 또는 메인 제상 운전 시, 제1 사방 밸브(50)는 압축기(40)에서 압축된 냉매를 실외 열교환기(100)의 상부로 안내하도록 제어된다. 난방 운전 또는 서브 제상 운전 시, 제1 사방 밸브(50)는 압축기(40)에서 압축된 냉매를 실내기(1b)로 안내하고, 실외 열교환기(100)에서 토출된 냉매를 어큐뮬레이터(80)로 안내하도록 제어된다.
냉방 운전, 메인 제상 운전 또는 서브 제상 운전 시, 제2 사방 밸브(60)는 압축기(40)에서 압축된 냉매를 실외 열교환기(100)의 하부로 안내하도록 제어된다. 난방 운전 시, 제2 사방 밸브(60)는 실외 열교환기(100)의 하부에서 토출된 냉매를 어큐뮬레이터(80)로 안내하도록 제어된다. 제2 사방 밸브(60)의 E 포트(제4 포트)는 폐쇄되어 있기 때문에, 난방 운전 시 압축기(40)로부터 토출된 고온 고압의 냉매는 제2 사방 밸브(60)를 통과할 수 없다.
팽창 밸브(70)는 고온, 고압의 액체 상태의 냉매를 팽창시켜, 저온 저압의 기체와 액체가 혼합된 냉매를 배출할 수 있다. 팽창 밸브(70)는 실내기(1b)의 실내 열교환기로 제공되는 냉매의 양을 조절할 수도 있다. 팽창 밸브(70)는 교축(throttling) 작용을 이용하여 냉매를 감압한다. 교축 작용은 냉매가 좁은 유로를 통과하면 외부와의 열교환 없이도 압력이 감소하는 것을 의미한다.
팽창 밸브(70)는 개도 조절이 가능한 전자식 팽창 밸브(electronic expansion valve, EEV)일 수 있다. 팽창 밸브(70)는, 예를 들면, 바이메탈의 변형을 이용하는 열전식 전자 팽창 밸브, 봉입 왁스의 가열에 의한 체적 팽창을 이용하는 열동식 전자 팽창 밸브, 펄스 신호에 의해 솔레노이드 밸브를 개폐하는 펄스 폭 변조 방식 전자 팽창 밸브 또는 모터를 이용하여 밸브를 개폐하는 스템 모터 방식의 전자 팽창 밸브일 수 있다.
또한, 실외기(1a)는 압축기(40)의 토출구 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서(41)와 실외 열교환기(100)의 하부 출구(201)로부터 배출되는 냉매의 온도를 검출하기 위한 제2 온도 센서(250)를 포함할 수 있다. 제1 온도 센서(41)는 압축기(40)의 토출구에 설치될 수 있다. 제2 온도 센서(250)는 실외 열교환기(100)의 하부 출구(201)와 연결되는 하부 출구 배관(220)에 설치될 수 있다. 제1 온도 센서(41)와 제2 온도 센서(250)는 바이메탈 온도계, 서미스터 온도계(thermistor thermometer) 또는 적외선 온도계로 구현될 수 있다.
이외에도, 공기 조화기(1)는 다양한 온도 센서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 실외 열교환기(100)의 입구 측에도 온도 센서(미도시)가 마련될 수 있다. 실외 열교환기(100)의 온도를 검출하기 위한 온도 센서는 실외 열교환기(100)의 입구 및/또는 출구 주변에 설치되거나, 실외 열교환기(100)의 입구 및/또는 출구와 연결되는 냉매 배관에 접촉하도록 설치될 수 있다. 또한, 실외 온도를 검출하기 위한 실외 온도 센서도 마련될 수 있다.
어큐뮬레이터(80)는 레벨 센서(81)를 포함할 수 있다. 레벨 센서(81)는 어큐뮬레이터(80) 내부에 저장되는 액상 냉매의 수위를 검출할 수 있다. 어큐뮬레이터(80)에 누적된 액상 냉매의 수위가 미리 정해진 기준 레벨보다 높아지는 경우, 압축기(40)로 액상 냉매가 유입될 수 있다. 압축기(40)로 액상 냉매가 유입되면 압축기(40)가 파손될 수 있다. 실외기(1a)는 레벨 센서(81)에 의해 검출된 액상 냉매의 수위가 기준 레벨보다 높아지는 경우, 압축기(40)의 구동을 정지하고, 액상 냉매가 기화하도록 어큐뮬레이터(80)를 동작시킬 수 있다.
또한, 실외기(1a)는 압축기(40)와 제1 사방 밸브(50) 사이에 마련되는 제1 압력 센서(260) 및 제1 사방 밸브(50)와 어큐뮬레이터(80) 사이에 마련되는 제2 압력 센서(270)를 포함할 수 있다. 제1 압력 센서(260)는 압축기(40)의 토출구에 연결된 토출 라인(P3)에 설치될 수 있다. 제1 압력 센서(260)는 토출 라인(P3) 내부를 흐르는 냉매의 압력을 검출할 수 있다. 제2 압력 센서(270)는 어큐뮬레이터(80)의 흡입구에 연결된 흡입 라인(P4)에 설치될 수 있다. 제2 압력 센서(270)는 흡입 라인(P4) 내부를 흐르는 냉매의 압력을 검출할 수 있다. 토출 라인(P3)과 흡입 라인(P4)도 배관으로 마련될 수 있다.
공기 조화기(1)는 실내기(1b)와 실외기(1a) 간 냉매를 순환시키기 위한 냉매 유로를 포함한다. 냉매는 냉매 유로를 따라 실내기(1b)와 실외기(1a)를 순환하며, 상태 변화(예를 들어, 기체에서 액체로 상태 변화, 액체에서 기체로 상태 변화)를 통해 열을 흡수하거나 열을 방출할 수 있다. 공기 조화기(1)는 실외기(1a)와 실내기(1b) 사이를 연결하고, 액상 냉매가 유동하는 통로가 되는 제1 외부 배관(P1)과, 기상 냉매가 유동하는 통로가 되는 제2 외부 배관(P2)을 포함할 수 있다. 제1 외부 배관(P1)과 제2 외부 배관(P2)은 실외기(1a) 및 실내기(1b) 내부의 냉매 배관들과 연결될 수 있다. 제1 외부 배관(P1)은 액관으로 호칭될 수 있고, 제2 외부 배관(P2)는 가스관으로 호칭될 수 있다.
실외 열교환기(100)는 냉방 운전 또는 메인 제상 운전 시 압축기(40)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기의 역할을 수행하고, 난방 운전 시 실내기(1b)에서 감압된 냉매를 증발시키는 증발기의 역할을 수행한다. 서브 제상 운전 시 실외 열교환기(100)의 상부(100U)는 증발기로 동작할 수 있고, 실외 열교환기(100)의 하부(100D)는 응축기로 동작할 수 있다. 따라서 실외 열교환기(100)의 하부(100D)에서 열이 방출되고 제상이 가능하게 된다.
도 7을 참조하면, 공기 조화기(1)가 냉방 운전 시, 냉매는 실외기(1a)의 실외 열교환기(100)에서 열을 방출하고, 실내기(1b)의 실내 열교환기에서 열을 흡수할 수 있다. 냉방 운전 시 압축기(40)에서 압축된 냉매는 토출 라인(P3)을 통해 제1 사방 밸브(50)와 제2 사방 밸브(60)로 공급된다.
제1 사방 밸브(50)와 제2 사방 밸브(60)는 토출 라인(P3)으로부터 유입된 냉매가 실외 열교환기(100)로 공급되도록 제어된다. 따라서 냉매는 제1 사방 밸브(50)에 연결된 상부 입구 배관(110)을 따라 실외 열교환기(100)의 상부로 공급된다. 또한, 냉매는 제2 사방 밸브(60)에 연결된 하부 입구 배관(210)을 따라 실외 열교환기(100)의 하부로 공급된다.
실외 열교환기(100)의 상부 입구(101)로 유입된 냉매는 실외 열교환기(100)의 상부 출구(102)로 배출될 수 있다. 상부 출구(102)는 상부 출구 배관(120)과 연결되고, 냉매는 상부 출구 배관(120)을 통해 실외 열교환기(100)의 외부로 배출될 수 있다. 실외 열교환기(100)의 하부 입구(102)로 유입된 냉매는 실외 열교환기(100)의 하부에 연결된 하부 출구 배관(220)을 거쳐 상부 출구 배관(120)으로 흐를 수 있다. 하부 출구 배관(220)은 상부 출구 배관(120)에 연결된다.
실외 열교환기(100)로부터 배출된 냉매는 팽창 밸브(70)를 거쳐 실내기(1b)로 공급된다. 냉방 운전 시, 실외 열교환기(100)는 냉매를 응축시키면서 열을 방출하는 응축기로 동작하고, 실내기(1b)의 실내 열교환기는 열을 흡수하여 냉매를 증발시키는 증발기로 동작한다.
이와 같이, 냉방 운전 시, 압축기(40)에서 토출되는 고온 고압의 기상 냉매는 실외 열교환기(100)로 이동한다. 실외 열교환기(100)에서 응축된 액상 혹은 액상에 가까운 냉매는 팽창 밸브(70)에서 팽창되어 감압된다. 팽창 밸브(70)를 통과한 이상(Two-phase) 냉매는 실내기(1b)의 실내 열교환기로 이동한다. 실내기(1b)의 실내 열교환기로 유입된 냉매는 주변 공기와 열교환하여 증발된다. 따라서 열교환된 주변 공기의 온도가 내려가고 실내기(1b)의 외부로 냉기가 토출된다.
공기 조화기(1)의 메인 제상 운전 시 냉매의 유동 방향은 냉방 운전 시 냉매의 유동 방향과 동일할 수 있다. 실외 열교환기(100)에 생성된 서리를 제거하기 위해서는 실외 열교환기(100)가 열을 방출해야 하므로, 메인 제상 운전 시에도 실외 열교환기(100)는 응축기로 동작한다. 메인 제상 운전은 '제1 제상 운전'으로 호칭될 수 있다.
도 8을 참조하면, 난방 운전 시, 냉매는 실내기(1b)의 실내 열교환기에서 열을 방출하고, 실외 열교환기(100)에서 열을 흡수할 수 있다. 난방 운전 시 제1 사방 밸브(50)는 압축기(40)에 의해 압축된 냉매가 실내기(1b)의 실내 열교환기로 먼저 공급되도록 제어될 수 있다.
난방 운전 시, 압축기(40)로부터 토출된 고온 고압의 기상 냉매는 제1 사방 밸브(50)의 D 포트로 유입되고, 제1 사방 밸브(50)의 E 포트를 통해 제2 외부 배관(P2)으로 안내된다. 그러나 제2 사방 밸브(60)는 압축기(40)로부터 토출된 냉매가 제2 사방 밸브(60)로 유입되지 않도록 제어될 수 있다. 따라서 압축기(40)로부터 토출된 냉매는 실내기(1b)의 실내 열교환기로 이동할 수 있다.
실내기(1b)를 통과한 냉매는 실외기(1a)의 팽창 밸브(70)를 통과한 후 실외 열교환기(100)로 유입될 수 있다. 실외 열교환기(100)는 냉매를 증발시키는 증발기로 동작한다. 팽창 밸브(70)를 통과한 냉매는 실외 열교환기(100)의 상부 출구 배관(120)을 통해 실외 열교환기(100)의 상부 출구(102)로 유입되고, 상부 출구 배관(120)과 연결된 하부 출구 배관(220)을 통해 실외 열교환기(100)의 하부 출구(202)로 유입될 수 있다.
난방 운전 시, 실외 열교환기(100)의 상부 출구(102)로 유입된 냉매는 상부 입구(101)를 통해 제1 사방 밸브(50)로 이동한다. 제1 사방 밸브(50)를 통과한 냉매는 흡입 라인(P4)을 따라 어큐뮬레이터(80)로 들어갈 수 있다. 실외 열교환기(100)의 하부 출구(202)로 유입된 냉매는 하부 입구(201)를 통해 제2 사방 밸브(60)로 이동한다. 제2 사방 밸브(60)를 통과한 냉매도 흡입 라인(P4)을 따라 어큐뮬레이터(80)로 들어갈 수 있다. 어큐뮬레이터(80)는 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하고 기상 냉매를 다시 압축기(40)로 공급한다.
이와 같이, 실외기(1a)로부터 실내기(1b)로 공급된 고온 고압의 기상 냉매는 실내기(1b)에서 저온 건조한 공기와 열교환 한다. 실내기(1b)의 실내 열교환기는 냉매를 응축시키는 응축기로 동작한다. 냉매는 액상 혹은 액상에 가까운 냉매로 응축되면서 열을 방출하고, 공기가 열을 흡수함으로써 실내기(1b)의 외부로 온기가 토출된다.
도 9를 참조하면, 공기 조화기(1)는 실외 열교환기(100)의 하부를 추가적으로 제상하기 위한 서브 제상 운전을 수행할 수 있다. 서브 제상 운전은 '제2 제상 운전'으로 호칭될 수 있다.
도 7에서 설명된 메인 제상 운전 시, 실외 열교환기(100)의 하부(100D)를 흐르는 냉매의 양이 실외 열교환기(100)의 상부(100U)를 흐르는 냉매의 양보다 적을 수 있다. 또한, 실외 열교환기(100)의 상부(100U)에서 방출되는 열이 하부(100D)까지 전달되지 않을 수 있다. 또한, 실외 열교환기(100)의 구조적 특성에 따라 상부 얼음층부터 녹게 되고, 물이 중력에 의해 하부 쪽으로 흘러내리므로, 실외 열교환기(100) 하부의 얼음이 가장 늦게 녹는다. 즉, 외부 환경(온도, 습도) 및/또는 실내기(1b)의 동작에 따라 실외 열교환기(100)의 완전 제상이 이루어지지 않는 경우도 발생할 수 있다. 다시 말해, 실외 열교환기(100) 전체를 제상하기 위한 메인 제상 운전을 수행하더라도, 실외 열교환기(100)의 하부(100D)는 완전히 제상되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 문제의 해결을 위해, 개시된 공기 조화기(1)는 실외 열교환기(100)의 하부(100D)를 추가적으로 제상함으로써 제상 성능을 향상시킬 수 있다.
공기 조화기(1)가 서브 제상 운전을 수행하는 경우, 실외 열교환기(100)의 하부(100D)는 응축기로 동작하고, 실외 열교환기(100)의 상부(100U)는 증발기로 동작할 수 있다. 실외 열교환기(100)의 하부 입구(201)로 냉매가 유입되는 반면에, 실외 열교환기(100)의 상부 입구(101)에서는 냉매가 토출될 수 있다.
서브 제상 운전 시, 제1 사방 밸브(50)는 압축기(40)에서 압축된 냉매를 실내기(1b)로 안내하고, 실외 열교환기(100)에서 토출된 냉매를 어큐뮬레이터(80)로 안내하도록 제어된다. 제2 사방 밸브(60)는 압축기(40)에서 압축된 냉매를 실외 열교환기(100)의 하부로 안내하도록 제어된다.
서브 제상 운전 시, 압축기(40)로부터 토출된 고온 고압의 기상 냉매는 제1 사방 밸브(50)의 D 포트로 유입되고, 제1 사방 밸브(50)의 E 포트를 통해 제2 외부 배관(P2)으로 안내된다. 실내기(1b)를 통과한 냉매는 실외기(1a)의 팽창 밸브(70)를 통과한 후 상부 출구 배관(120)을 따라 실외 열교환기(100)의 상부 출구(102)로 유입될 수 있다. 실외 열교환기(100)의 상부는 열을 흡수하는 증발기로 동작한다. 실외 열교환기(100)의 상부 출구(102)로 유입된 냉매는 상부 입구(101)를 통해 제1 사방 밸브(50)로 이동한다. 제1 사방 밸브(50)를 통과한 냉매는 흡입 라인(P4)을 따라 어큐뮬레이터(80)로 들어갈 수 있다.
또한, 압축기(40)로부터 토출된 고온 고압의 기상 냉매는 제2 사방 밸브(60)의 D포트(제1 포트)로 유입되고, 제2 사방 밸브(60)의 C 포트(제3 포트)를 통해 실외 열교환기(100)의 하부로 안내된다. 즉, 고온 고압의 기상 냉매는 하부 입구 배관(210)을 통해 실외 열교환기(100)의 하부 입구(201)로 공급될 수 있다. 따라서 실외 열교환기(100)의 하부에서는 열이 방출되고, 실외 열교환기(100) 하부의 제상이 수행될 수 있다. 실외 열교환기(100)의 하부 입구(201)로 유입된 냉매는 하부 출구(202)로 배출되고, 하부 출구 배관(220)을 따라 실외 열교환기(100)의 상부 출구(102)로 이동할 수 있다. 즉, 실외 열교환기(100)의 하부 출구(202)에서 배출된 냉매는 상부 출구 배관(120)을 따라 실외 열교환기(100)의 상부 출구(102)로 이동하는 냉매와 합쳐질 수 있다.
이와 같이, 실외 열교환기(100)의 하부는 응축기로 동작함과 동시에 실외 열교환기(100)의 상부는 증발기로 동작하도록 함으로써, 제상 성능과 난방 성능이 모두 향상될 수 있다. 또한, 공기 조화기(1)가 일반적인 냉방 운전 또는 난방 운전을 수행하는 경우에도 실외 열교환기(100)의 상부와 하부가 모두 이용되므로, 냉방 성능과 난방 성능이 향상될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 구성을 도시한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 공기 조화기(1)의 실외기(1a)는 팬 어셈블리(30), 압축기(40), 제1 온도 센서(41), 제1 사방 밸브(4-way valve)(50), 제2 사방 밸브(60), 팽창 밸브(70), 어큐뮬레이터(80), 레벨 센서(81), 제2 온도 센서(250), 제1 압력 센서(260), 제2 압력 센서(270), 컨트롤 패널(300), 통신 인터페이스(400) 및 제어부(500)를 포함할 수 있다. 제어부(500)는 실외기(1a)의 구성 요소들과 전기적으로 연결될 수 있고, 각 구성들을 제어할 수 있다.
예를 들면, 제어부(500)는 운전 주파수를 조절하도록 압축기(40)를 제어할 수 있고, 냉매의 순환 방향이 전환되도록 제1 사방 밸브(50) 및/또는 제2 사방 밸브(60)를 제어할 수 있으며, 팽창 밸브(70)의 개도를 조절할 수 있다. 또한, 제어부(500)는 팬 어셈블리(30)의 회전 속도를 조절할 수 있다. 팬 어셈블리(30)의 회전 속도는 실외 온도에 따라 조절될 수 있다.
압축기(40)는, 제어부(500)의 제어 신호에 응답하여 고온 고압의 기체 냉매를 토출할 수 있다. 압축기(40)로부터 토출된 냉매는 제1 사방 밸브(50), 제2 사방 밸브(60), 실외 열교환기(100), 팽창 밸브(70), 실내기(1b) 및 어큐뮬레이터(80)를 포함하는 냉매 유로를 따라 냉매를 순환할 수 있다. 압축기(40)는 기체 상태의 냉매를 압축하고, 고온 고압의 기체 냉매를 토출할 수 있다.
제1 온도 센서(41)는 압축기(40)의 토출구 온도를 검출할 수 있다. 제1 온도 센서(41)는 압축기(40)의 토출구 온도에 대응하는 전기적 신호를 제어부(500)로 전송할 수 있다. 제어부(500)는 압축기(40)의 토출구 온도가 미리 정해진 기준 온도를 초과하는 것에 기초하여 메인 제상 운전을 강제 종료할 수 있다.
제1 사방 밸브(50)는, 제어부(500)의 제어 하에, 압축기(40)로부터 토출되는 냉매의 순환 방향을 전환할 수 있다. 냉방 운전 또는 메인 제상 운전 시 제1 사방 밸브(50)는 압축기(40)에서 압축된 냉매를 실외 열교환기(100)로 안내한다. 난방 운전 또는 서브 제상 운전 시 제1 사방 밸브(50)는 압축기(40)에서 압축된 냉매를 실내기(1b)로 안내한다.
제2 사방 밸브(60)는, 제어부(500)의 제어 하에, 압축기(40)에서 압축된 냉매를 실외 열교환기(100)의 하부로 안내하거나, 실외 열교환기(100)의 하부에서 배출되는 냉매를 어큐뮬레이터(80)로 안내할 수 있다.
팽창 밸브(70)는 냉매를 감압할 수 있다. 또한, 팽창 밸브(70)는 실외 열교환기(100) 또는 실내기(1b)의 실내 열교환기에서 충분한 열교환이 이루어지도록 공급되는 냉매의 양을 조절할 수도 있다. 팽창 밸브(70)는 냉매의 교축(throttling) 작용을 이용하여 냉매를 감압한다. 제어부(500)는 팽창 밸브(70)의 개방 또는 폐쇄를 제어할 수 있고, 팽창 밸브(70)의 개도를 조절할 수 있다.
어큐뮬레이터(80)는 기상 냉매와 액상 냉매를 분리할 수 있고, 압축기(40)로 액상 냉매가 들어가는 것을 방지할 수 있다. 어큐뮬레이터(80)는 레벨 센서(81)를 포함할 수 있다. 레벨 센서(81)는 어큐뮬레이터(80) 내부에 저장되는 액상 냉매의 수위를 검출할 수 있다. 어큐뮬레이터(80)는 액상 냉매를 기화시킬 수 있는 구성들을 포함할 수 있다. 제어부(500)는 레벨 센서(81)에 의해 검출된 액상 냉매의 수위가 미리 정해진 기준 레벨보다 높아지는 것에 기초하여, 압축기(40)로 액상 냉매가 유입된 것으로 판단할 수 있다. 제어부(500)는 압축기(40)로 액상 냉매의 유입이 검출되면 압축기(40)의 구동을 정지시킬 수 있다. 또한, 제어부(500)는 액상 냉매를 기화시키도록 어큐뮬레이터(80)를 제어할 수 있다.
제2 온도 센서(250)는 실외 열교환기(100)의 하부 출구(201)로부터 배출되는 냉매의 온도를 검출할 수 있다. 제2 온도 센서(250)는 실외 열교환기(100)의 하부 출구(201)와 연결되는 하부 출구 배관(220)에 설치될 수 있다. 제2 온도 센서(250)는 실외 열교환기(100)의 하부 온도에 대응하는 전기적 신호를 제어부(500)로 전송할 수 있다. 제어부(500)는 메인 제상 운전의 종료 시점에 검출되는 실외 열교환기(100) 하부의 온도가 미리 정해진 임계 온도보다 낮은 것에 기초하여 서브 제상 운전으로 진입할 수 있다.
제1 압력 센서(260)는 토출 라인(P3) 내부를 흐르는 냉매의 압력을 검출할 수 있다. 제1 압력 센서(260)는 압축기(40)와 제1 사방 밸브(50) 사이에 마련될 수 있다. 제1 압력 센서(260)는 압축기(40)의 토출구에 연결된 토출 라인(P3)에 설치될 수 있다. 제1 압력 센서(260)는 검출된 제1 압력값에 대응하는 전기적 신호를 제어부(500)로 전송할 수 있다.
제2 압력 센서(270)는 흡입 라인(P4) 내부를 흐르는 냉매의 압력을 검출할 수 있다. 제2 압력 센서(270)는 제1 사방 밸브(50)와 어큐뮬레이터(80) 사이에 마련될 수 있다. 제2 압력 센서(270)는 어큐뮬레이터(80)의 흡입구에 연결된 흡입 라인(P4)에 설치될 수 있다. 제2 압력 센서(270)는 검출된 제2 압력값에 대응하는 전기적 신호를 제어부(500)로 전송할 수 있다.
컨트롤 패널(300)은 실외기(1a)의 캐비닛(10)의 일 면에 마련될 수 있다. 컨트롤 패널(300)은 공기 조화기(1)의 동작과 관련된 사용자 입력을 획득할 수 있으며, 공기 조화기(1)의 동작에 관한 정보를 출력할 수 있다. 컨트롤 패널(300)은 사용자 입력에 대응하는 전기적 신호(전압 또는 전류)를 제어부(500)로 전송할 수 있다. 제어부(500)는 컨트롤 패널(300)로부터 전송된 전기적 신호에 기초하여 공기 조화기(1)의 동작을 제어할 수 있다.
컨트롤 패널(300)은 복수의 버튼들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 복수의 버튼들은 사용자가 누르는 것에 의하여 작동되는 푸시 스위치(push switch), 멤브레인 스위치(membrane switch) 및/또는 사용자의 신체 일부의 접촉에 의하여 작동되는 터치 스위치(touch switch)를 포함할 수 있다. 복수의 버튼들 중 일 예로서, 공기 조화기(1)의 시운전 명령을 입력하기 위한 시운전 버튼(미도시)이 마련될 수 있다.
또한, 컨트롤 패널(300)은 디스플레이를 포함할 수 있다. 컨트롤 패널(300)은 사용자가 입력한 정보 또는 사용자에게 제공되는 정보를 다양한 화면으로 표시할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤 패널(300)은 공기 조화기(1)의 시운전 과정에서 발생하는 에러 메시지, 시운전 진행률, 시운전 결과와 같은 정보를 디스플레이를 통해 출력할 수 있다.
컨트롤 패널(300)은 다양한 타입의 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤 패널(300)은 액정 디스플레이 패널(Liquid Crystal Display Panel, LCD Panel), 발광 다이오드 패널(Light Emitting Diode Panel, LED Panel), 유기 발광 다이오드 패널(Organic Light Emitting Diode Panel, OLED Panel), 또는 마이크로 LED 패널을 포함할 수 있다. 컨트롤 패널(300)은 터치 디스플레이로 구현될 수도 있다. 터치 디스플레이는 영상을 표시하는 디스플레이 패널과, 터치 입력을 수신하는 터치 패널을 포함할 수 있다. 컨트롤 패널(300)이 터치 디스플레이로 마련되는 경우, 별도의 버튼들은 생략될 수도 있다.
통신 인터페이스(400)는 실내기(1b)와 통신을 수행할 수 있다. 실외기(1a)의 통신 인터페이스(400)는 제어부(500)로부터 전달되는 제어 신호를 실내기(1b)로 전송하거나, 실내기(1b)로부터 전송되는 제어 신호를 프로세서(510)로 전달할 수 있다. 다시 말해, 실외기(1a)와 실내기(1b)는 양방향 통신을 수행할 수 있다. 실외기(1a)와 실내기(1b)는 운전 중 다양한 신호를 송수신할 수 있다.
제어부(500)는 난방 운전 중 실외 열교환기(100) 전체를 제상하기 위한 메인 제상 운전을 수행할 수 있다. 제어부(500)는 난방 운전 중 실외 열교환기(100)에 서리가 발생하는 것에 기초하여 메인 제상 운전을 수행할 수 있다. 메인 제상 운전은 '제1 제상 운전'으로 호칭될 수 있다. 서리의 발생은 실외 열교환기(100)의 온도에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 제2 온도 센서(250)에 의해 검출된 실외 열교환기(100)의 하부 온도가 미리 정해진 서리 생성 온도 이하인 경우, 제어부(500)는 서리가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
제어부(500)는 메인 제상 운전을 수행하기 위해 난방 운전을 일시 정지할 수 있다. 제어부(500)는 압축기(40)의 구동을 일시 정지하고, 냉매의 순환 방향이 전환되도록 제1 사방 밸브(50)와 제2 사방 밸브(60)를 제어할 수 있다. 제어부(500)는 메인 제상 운전의 시작에 응답하여 냉매가 실외 열교환기(100)의 상기 상부 입구(101)와 하부 입구(201)로 유입되도록 제1 사방 밸브(50)와 제2 사방 밸브(60)를 스위칭 할 수 있다.
압축기(40)가 다시 구동하면, 냉매는 압축기(40)로부터 실외 열교환기(100)로 흐른다. 고온 고압의 냉매가 유입됨에 따라 실외 열교환기(100)는 열을 방출하고, 방출된 열에 의해 실외 열교환기(100)의 표면에 생성된 서리가 제거될 수 있다.
제어부(500)는 메인 제상 운전의 종료에 기초하여 실외 열교환기(100)의 하부를 추가 제상하기 위한 서브 제상 운전의 수행 여부를 결정할 수 있다. 서브 제상 운전은 '제2 제상 운전'으로 호칭될 수 있다. 예를 들면, 메인 제상 운전은 미리 정해진 기준 제상 시간(ex. 12 분) 동안 수행될 수 있다. 기준 제상 시간은 메인 제상 운전의 최대 제상 시간을 의미할 수 있다. 제어부(500)는 미리 정해진 기준 제상 시간의 경과에 기초하여 메인 제상 운전을 종료할 수 있다. 제어부(500)는 메인 제상 운전의 종료 시점에 검출되는 실외 열교환기(100) 하부의 온도가 미리 정해진 임계 온도보다 낮은 것에 기초하여 서브 제상 운전으로 진입할 수 있다. 메인 제상 운전이 기준 제상 시간만큼 수행되었음에도 불구하고, 실외 열교환기(100)의 하부 온도가 임계 온도보다 낮으면, 메인 제상 운전에 의한 서리 제거가 불완전한 것으로 판단될 수 있다. 따라서 실외 열교환기(100)의 하부를 더 제상하기 위해 서브 제상 운전이 수행될 수 있다.
다른 예를 들면, 제어부(500)는 미리 정해진 압축기 보호 조건에 의해 메인 제상 운전이 강제 종료되는 것에 기초하여 서브 제상 운전으로 진입할 수 있다. 압축기 보호 조건은 압축기(40)의 고장 또는 파손과 관련된 조건으로서, 압축기 보호 조건을 만족하면 압축기(40)를 보호하기 위해 압축기(40)의 구동이 정지될 수 있다. 압축기 보호 조건은 압축기(40)로 액상 냉매가 유입되는 것, 압축기(40)에 인가되는 전류가 기준 전류를 초과하는 것, 또는 압축기(40)의 토출구 온도가 기준 온도를 초과하는 것일 수 있다.
제어부(500)는 압축기(40)로 액상 냉매의 유입이 검출되거나, 압축기(40)에 인가되는 전류가 기준 전류를 초과하거나, 압축기(40)의 토출구 온도가 기준 온도를 초과하는 것에 기초하여 메인 제상 운전을 강제 종료할 수 있다. 제어부(500)는 압축기(40)에 인가되는 전류를 검출할 수 있고, 압축기(40)에 인가되는 전류를 조절할 수 있다. 메인 제상 운전이 수행되는 기준 제상 시간이 경과하기 전에 압축기 보호 조건에 따라 메인 제상 운전이 강제 종료될 수 있다. 이 경우 실외 열교환기(100)의 제상이 불완전하게 될 수 있기 때문에 서브 제상 운전이 수행될 수 있다. 서브 제상 운전은 압축기 보호 조건에 따른 압축기 보호가 해제된 이후에 수행될 수 있다.
제어부(500)는 서브 제상 운전 시, 실외 열교환기(100)의 상부가 증발기로 동작하고 실외 열교환기(100)의 하부가 응축기로 동작하도록 제1 사방 밸브(50)와 제2 사방 밸브(60)를 제어할 수 있다. 제어부(500)는 서브 제상 운전의 시작에 응답하여 실외 열교환기(100)의 상부 입구(101)로부터 냉매가 토출되도록 제1 사방 밸브(50)를 스위칭 할 수 있다. 제2 사방 밸브(80)는 메인 제상 운전의 시작 시 실외 열교환기(100)의 하부 입구(201)로 냉매를 공급하기 위해 스위칭 된 상태이므로, 메인 제상 운전으로부터 서브 제상 운전으로 전환 시 다시 스위칭 되지 않도록 제어된다.
제어부(500)는 서브 제상 운전의 종료 조건에 기초하여 서브 제상 운전을 종료할 수 있고, 이후 난방 운전을 다시 수행할 수 있다. 예를 들면, 제어부(500)는 미리 정해진 추가 제상 시간(ex. 6분)의 경과에 기초하여 서브 제상 운전을 종료하고, 난방 운전으로 복귀하기 위해 제2 사방 밸브를 스위칭 할 수 있다. 다른 예를 들면, 제어부(500)는 제1 압력 센서(260)의 제1 압력값과 제2 압력 센서(270)의 제2 압력값의 차이가 미리 정해진 임계값(ex. 20kgf/cm2) 이상인 것에 기초하여 서브 제상 운전을 종료하고, 난방 운전으로 복귀하기 위해 제2 사방 밸브(60)를 스위칭할 수 있다.
이와 같이, 실외 열교환기(100)의 하부는 응축기로 동작하여 제상이 수행됨과 동시에 실외 열교환기(100)의 상부는 증발기로 동작함으로써, 제상 성능과 난방 성능이 모두 향상될 수 있다. 또한, 공기 조화기(1)가 일반적인 냉방 운전 또는 난방 운전을 수행하는 경우에도 실외 열교환기(100)의 상부와 하부가 모두 이용되므로, 냉방 성능과 난방 성능이 향상될 수 있다.
제어부(500)는 프로세서(510)와 메모리(520)를 포함할 수 있다. 프로세서(510)는 메모리(520)에 저장된 인스트럭션, 어플리케이션, 데이터 및/또는 프로그램에 기초하여 공기 조화기(1)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 프로세서(510)는 하드웨어로서, 논리 회로와 연산 회로를 포함할 수 있다. 프로세서(510)는 메모리(520)로부터 제공된 프로그램 및/또는 인스트럭션에 따라 데이터를 처리하고, 처리 결과에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다. 메모리(520)와 프로세서(510)는 하나의 제어 회로로 구현되거나 복수의 회로로 구현될 수 있다.
메모리(520)는, 공기 조화기(1)의 동작에 필요한 각종 정보를 기억/저장할 수 있다. 메모리(520)는, 공기 조화기(1)의 동작에 필요한 인스트럭션, 어플리케이션, 데이터 및/또는 프로그램을 저장할 수 있다. 예를 들면, 메모리(520)는 공기 조화기(1)의 시운전을 위한 프로그램를 저장할 수 있다.
메모리(520)는 데이터를 일시적으로 기억하기 위한 S-램(Static Random Access Memory, S-RAM), D-램(Dynamic Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리와, 데이터를 장기간 저장하기 위한 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.
전술된 실외기(1a)의 구성 요소들 중 일부가 생략되거나, 전술된 실외기(1a)의 구성 요소들 이외에 다른 구성 요소가 추가될 수도 있다. 구성 요소들의 상호 위치는 시스템의 성능 또는 구조에 대응하여 변경될 수 있다는 것은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 이해될 것이다.
도 11은 난방 운전 중 제상 운전을 수행하는 경우 압축기와 사방 밸브들의 동작을 나타내는 그래프(1100)이다.
도 11의 그래프(1100)를 참조하면, 공기 조화기(1)의 제어부(500)는 난방 운전 중 실외 열교환기(100) 전체를 제상하기 위한 메인 제상 운전을 수행할 수 있다. 제어부(500)는 난방 운전 중 실외 열교환기(100)에 성에/서리가 발생하는 것에 기초하여 메인 제상 운전을 수행할 수 있다.
제어부(500)는 t1 시점에 메인 제상 운전을 시작할 수 있다. 제어부(500)는 메인 제상 운전을 위해 난방 운전을 정지하고, 제1 사방 밸브(50)와 제2 사방 밸브(60)를 스위칭 할 수 있다. 제어부(500)는 난방 운전으로부터 메인 제상 운전으로 전환하기 위해 압축기(40)의 구동을 정지했다가 다시 구동시킬 수 있다. 메인 제상 운전은 미리 정해진 기준 제상 시간(Mt) 동안 수행될 수 있다.
제어부(500)는 기준 제상 시간이 경과한 t2 시점에 메인 제상 운전을 종료하고, 실외 열교환기(100)의 하부를 추가 제상하기 위한 서브 제상 운전의 수행 여부를 결정할 수 있다. 제어부(500)는 메인 제상 운전의 종료 시점(t2 시점)에 검출되는 실외 열교환기(100) 하부의 온도가 미리 정해진 임계 온도보다 낮은 것에 기초하여 서브 제상 운전의 수행을 결정할 수 있다. 메인 제상 운전이 종료되는 t2 시점에 압축기(40)의 구동도 일시 정지될 수 있다.
한편, 기준 제상 시간이 경과하기 전에 메인 제상 운전이 종료되는 경우가 발생할 수 있다. 제어부(500)는 메인 제상 운전 중 미리 정해진 압축기 보호 조건이 검출되면 메인 제상 운전을 강제 종료할 수 있다. t2 시점에 메인 제상 운전이 강제 종료되는 경우, t1 시점부터 t2 시점까지의 시간 길이는 기준 제상 시간보다 짧을 수 있다. 이 경우 실외 열교환기(100)의 제상이 불완전하게 될 수 있기 때문에 서브 제상 운전이 수행될 수 있다.
제어부(500)는 t3 시점에 서브 제상 운전을 시작할 수 있다. 제어부(500)는 제1 사방 밸브(50)를 스위칭 하고, 압축기(40)를 다시 구동시킬 수 있다. 제1 사방 밸브(50)를 스위칭에 의해 실외 열교환기(100)의 상부 입구(101)로부터 냉매가 토출될 수 있다. 제2 사방 밸브(80)는 메인 제상 운전의 시작 시 실외 열교환기(100)의 하부 입구(201)로 냉매를 공급하기 위해 스위칭 된 상태이므로, 메인 제상 운전으로부터 서브 제상 운전으로 전환 시 다시 스위칭 되지 않도록 제어된다.
제어부(500)는 t4 시점에 서브 제상 운전을 종료하고, 난방 운전으로 복귀하기 위해 제2 사방 밸브(60)를 스위칭 할 수 있다. 예를 들면, 서브 제상 운전은 미리 정해진 추가 제상 시간(St) 동안 수행될 수 있다. 제어부(500)는 미리 정해진 추가 제상 시간의 경과에 기초하여 서브 제상 운전을 종료하고, 제2 사방 밸브(60)를 스위칭 할 수 있다. 다른 예를 들면, 제어부(500)는 제1 압력 센서(260)의 제1 압력값과 제2 압력 센서(270)의 제2 압력값의 차이가 미리 정해진 임계값(ex. 20kgf/cm2) 이상인 것에 기초하여 서브 제상 운전을 종료할 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 설명하는 순서도이다. 도 13은 도 12의 제어 방법을 더 상세히 설명하는 순서도이다.
도 12를 참조하면, 공기 조화기(1)의 제어부(500)는 난방 운전을 수행할 수 있다(1201). 난방 운전은 컨트롤 패널(300)을 통해 입력되는 명령에 따라 수행되거나 실내 온도에 따라 수행될 수 있다. 제어부(500)는 제어부(500)는 난방 운전 중 실외 열교환기(100)에 서리의 생성을 검출할 수 있다(1202). 서리의 발생은 실외 열교환기(100)의 온도에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 제2 온도 센서(250)에 의해 검출된 실외 열교환기(100)의 하부 온도가 미리 정해진 서리 생성 온도 이하인 경우, 제어부(500)는 서리가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
제어부(500)는 실외 열교환기(100) 전체를 제상하기 위한 메인 제상 운전을 수행할 수 있다(1203). 제어부(500)는 제어부(500)는 메인 제상 운전의 종료에 기초하여 실외 열교환기(100)의 하부(100D)를 추가 제상하기 위한 서브 제상 운전이 필요한지 여부를 판단할 수 있다(1204). 실외 열교환기 하부(100D)의 추가 제상이 필요한 것으로 판단된 경우, 제어부(500)는 서브 제상 운전을 수행할 수 있다(1205). 제어부(500)는 서브 제상 운전의 종료 후 난방 운전을 다시 수행할 수 있다(1206).
도 13을 참조하면, 제어부(500)는 난방 운전 중 실외 열교환기(100)에 서리가 발생하는 것에 기초하여 메인 제상 운전으로 진입할 수 있다(1301). 제어부(500)는 실외 열교환기(100) 전체의 제상을 위해 냉매가 실외 열교환기(100)의 상기 상부 입구(101)와 하부 입구(201)로 유입되도록 제1 사방 밸브(50)와 제2 사방 밸브(60)를 스위칭 할 수 있다(1302).
제어부(500)는 미리 정해진 기준 제상 시간의 경과에 기초하여 실외 열교환기(100) 하부의 온도를 검출할 수 있다(1303). 기준 제상 시간은 '제1 제상 시간'으로 호칭될 수 있다. 제어부(500)는 하부 출구 배관(220)에 설치된 온도 센서(250)를 제어하여 실외 열교환기(100) 하부의 온도를 검출할 수 있다. 제어부(500)는 실외 열교환기(100) 하부의 온도가 미리 정해진 임계 온도보다 낮은지 판단할 수 있다(1304). 제어부(500)는 실외 열교환기(100) 하부의 온도가 미리 정해진 임계 온도보다 낮은 것에 기초하여 서브 제상 운전으로 진입할 수 있다(1306).
이와 다르게, 제어부(500)는 미리 정해진 압축기 보호 조건에 의해 메인 제상 운전이 강제 종료되는 것에 기초하여 서브 제상 운전으로 진입할 수도 있다(1305, 1306). 압축기 보호 조건은 압축기(40)로 액상 냉매가 유입되는 것, 압축기(40)에 인가되는 전류가 기준 전류를 초과하는 것, 또는 압축기(40)의 토출구 온도가 기준 온도를 초과하는 것일 수 있다.
제어부(500)는 제어부(500)는 서브 제상 운전의 시작에 응답하여 실외 열교환기(100)의 상부를 증발기로 동작시키고 실외 열교환기(100)의 하부를 응축기로 동작시키기 위해 제1 사방 밸브(50)를 스위칭 할 수 있다(1307). 제1 사방 밸브(50)의 스위칭에 의해 냉매는 실외 열교환기(100)의 상부 출구(102)로 유입된 후 상부 입구(101)로 토출될 수 있다. 제2 사방 밸브(50)는 그대로 유지되므로, 냉매는 실외 열교환기(100)의 하부 입구(201)로 유입된 후 하부 출구(202)로 토출될 수 있다.
제어부(500)는 서브 제상 운전의 종료 조건에 기초하여 서브 제상 운전을 종료할 수 있고, 이후 난방 운전을 다시 수행할 수 있다(1308, 1309). 예를 들면, 제어부(500)는 미리 정해진 추가 제상 시간(ex. 6분)의 경과에 기초하여 서브 제상 운전을 종료하고, 난방 운전으로 복귀하기 위해 제2 사방 밸브를 스위칭 할 수 있다. 다른 예를 들면, 제어부(500)는 제1 압력 센서(260)의 제1 압력값과 제2 압력 센서(270)의 제2 압력값의 차이가 미리 정해진 임계값(ex. 20kgf/cm2) 이상인 것에 기초하여 서브 제상 운전을 종료하고, 난방 운전으로 복귀하기 위해 제2 사방 밸브(60)를 스위칭할 수 있다.
전술된 바와 같이, 개시된 공기 조화기 및 그 제어 방법은, 실외 열교환기 전체를 제상하기 위한 메인 제상 운전과 실외 열교환기의 하부를 추가로 제상하기 위한 서브 제상 운전을 수행함으로써 실외 열교환기의 서리를 효과적으로 완전히 제거할 수 있다.
개시된 공기 조화기 및 그 제어 방법은, 실외 열교환기의 하부를 응축기로 동작시켜 제상을 수행함과 동시에 실외 열교환기 상부를 증발기로 동작시킴으로써, 제상 성능과 난방 성능을 모두 향상시킬 수 있다.
또한, 개시된 공기 조화기 및 그 제어 방법은, 일반적인 냉방 운전 또는 난방 운전을 수행하는 경우에도 실외 열교환기의 상부와 하부를 모두 이용하므로, 냉방 성능과 난방 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 저장매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다.
기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적 저장매체'는 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다. 예로, '비일시적 저장매체'는 데이터가 임시적으로 저장되는 버퍼를 포함할 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품(예: 다운로더블 앱(downloadable app))의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
1: 공기 조화기
1a: 실외기
1b: 실내기
40: 압축기
50: 제1 사방 밸브
60: 제2 사방 밸브
100: 실외 열교환기

Claims (18)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    실외 공기와 열교환하는 실외 열교환기;
    상기 압축기의 토출구와 상기 실외 열교환기의 상부 입구 사이에 마련되는 제1 사방 밸브;
    상기 압축기의 토출구와 상기 실외 열교환기의 하부 입구 사이에 마련되는 제2 사방 밸브; 및
    상기 압축기, 상기 제1 사방 밸브 및 상기 제2 사방 밸브와 전기적으로 연결되는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는
    난방 운전 중 상기 실외 열교환기 전체를 제상하는 제1 제상 운전이 수행되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어하고,
    상기 실외 열교환기 하부의 추가 제상이 필요한 경우, 상기 실외 열교환기의 상부를 증발기로 동작시키고 상기 실외 열교환기의 하부를 응축기로 동작시키는 제2 제상 운전이 수행되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어하는 공기 조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1 제상 운전의 시작에 응답하여 상기 냉매가 상기 실외 열교환기의 상기 상부 입구와 상기 하부 입구로 유입되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 스위칭 하고,
    상기 제2 제상 운전의 시작에 응답하여 상기 실외 열교환기의 상기 상부 입구로부터 상기 냉매가 토출되도록 상기 제1 사방 밸브를 스위칭 하는 공기 조화기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    미리 정해진 기준 제상 시간의 경과에 기초하여 상기 제1 제상 운전을 종료하고,
    상기 제1 제상 운전의 종료 시점에 검출되는 상기 실외 열교환기 하부의 온도가 미리 정해진 임계 온도보다 낮은 것에 기초하여 상기 제2 제상 운전으로 진입하는 공기 조화기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    미리 정해진 압축기 보호 조건에 의해 상기 제1 제상 운전이 강제 종료되는 것에 기초하여 상기 제2 제상 운전으로 진입하는 공기 조화기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 압축기로 액상 냉매의 유입이 검출되거나, 상기 압축기에 인가되는 전류가 기준 전류를 초과하거나, 상기 압축기의 토출구 온도가 기준 온도를 초과하는 것에 기초하여 상기 제1 제상 운전을 강제 종료하는 공기 조화기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    미리 정해진 추가 제상 시간의 경과에 기초하여 상기 제2 제상 운전을 종료하고, 난방 운전으로 복귀하기 위해 상기 제2 사방 밸브를 스위칭 하는 공기 조화기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압축기와 상기 제1 사방 밸브 사이에 마련되는 제1 압력 센서; 및
    상기 제1 사방 밸브와 어큐뮬레이터 사이에 마련되는 제2 압력 센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 제1 압력 센서의 제1 압력값과 상기 제2 압력 센서의 제2 압력값의 차이가 미리 정해진 임계값 이상인 것에 기초하여 상기 제2 제상 운전을 종료하고, 난방 운전으로 복귀하기 위해 상기 제2 사방 밸브를 스위칭 하는 공기 조화기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 사방 밸브는
    상기 압축기의 토출구와 연결되는 제1 포트;
    어큐뮬레이터의 흡입구와 연결되는 제2 포트;
    상기 실외 열교환기의 상기 하부 입구와 연결되는 제3 포트; 및
    폐쇄된 제4 포트;를 포함하는 공기 조화기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실외 열교환기의 하부는
    상기 하부 입구로 유입된 냉매가 배출되는 하부 출구; 및
    상기 하부 입구와 상기 하부 출구를 연결하는 하부 냉매 튜브;를 포함하고,
    상기 실외 열교환기의 상부는
    상기 하부 출구보다 상부에 배치되고, 상기 상부 입구로 유입된 냉매가 배출되는 상부 출구; 및
    상기 상부 입구와 상기 상부 출구를 연결하는 상부 냉매 튜브;를 포함하는 공기 조화기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 실외 열교환기는
    상기 상부 입구를 상기 제1 사방 밸브와 연결하는 상부 입구 배관;
    상기 하부 입구를 상기 제2 사방 밸브와 연결하는 하부 입구 배관;
    상기 하부 출구와 연결되는 하부 출구 배관; 및
    상기 상부 출구 및 상기 하부 출구 배관과 연결되는 상부 출구 배관;을 포함하는 공기 조화기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 실외 열교환기는
    상기 하부 출구 배관에 설치되고, 상기 하부 출구로부터 배출되는 냉매의 온도를 검출하는 온도 센서;를 포함하는 공기 조화기.
  12. 압축기의 토출구와 실외 열교환기의 상부 입구 사이에 마련되는 제1 사방 밸브 및 상기 압축기의 토출구와 상기 실외 열교환기의 하부 입구 사이에 마련되는 제2 사방 밸브를 포함하는 공기 조화기의 제어 방법에 있어서,
    난방 운전 중 상기 실외 열교환기 전체를 제상하기 위한 제1 제상 운전이 수행되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어하고;
    상기 제1 제상 운전의 종료에 기초하여 상기 실외 열교환기의 하부를 추가 제상하기 위한 제2 제상 운전의 수행 여부를 결정하고;
    상기 제2 제상 운전 시, 상기 실외 열교환기의 상부는 증발기로 동작하고 상기 실외 열교환기의 하부는 응축기로 동작하도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어하는 것;을 포함하는 공기 조화기의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 제어하는 것은,
    상기 제1 제상 운전의 시작에 응답하여 상기 냉매가 상기 실외 열교환기의 상기 상부 입구와 상기 하부 입구로 유입되도록 상기 제1 사방 밸브와 상기 제2 사방 밸브를 스위칭 하고;
    상기 제2 제상 운전의 시작에 응답하여 상기 실외 열교환기의 상기 상부 입구로부터 상기 냉매가 토출되도록 상기 제1 사방 밸브를 스위칭 하는 것;을 포함하는 공기 조화기의 제어 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 제상 운전의 수행 여부를 결정하는 것은,
    미리 정해진 기준 제상 시간의 경과에 기초하여 상기 제1 제상 운전을 종료하고;
    상기 제1 제상 운전의 종료 시점에 검출되는 상기 실외 열교환기 하부의 온도가 미리 정해진 임계 온도보다 낮은 것에 기초하여 상기 제2 제상 운전으로 진입하는 것;을 포함하는 공기 조화기의 제어 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 제상 운전의 수행 여부를 결정하는 것은,
    미리 정해진 압축기 보호 조건에 의해 상기 제1 제상 운전이 강제 종료되는 것에 기초하여 상기 제2 제상 운전으로 진입하는 것;을 포함하는 공기 조화기의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 제상 운전의 강제 종료는,
    상기 압축기로 액상 냉매의 유입이 검출되거나, 상기 압축기에 인가되는 전류가 기준 전류를 초과하거나, 상기 압축기의 토출구 온도가 기준 온도를 초과하는 것에 기초하는 공기 조화기의 제어 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제2 제상 운전은 미리 정해진 추가 제상 시간의 경과에 기초하여 종료되고,
    상기 제2 사방 밸브는 상기 제2 제상 운전의 종료에 기초하여 스위칭 되는 공기 조화기의 제어 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 공기 조화기는
    상기 압축기와 상기 제1 사방 밸브 사이에 마련되는 제1 압력 센서; 및
    상기 제1 사방 밸브와 어큐뮬레이터 사이에 마련되는 제2 압력 센서;를 포함하고,
    상기 제2 제상 운전은 상기 제1 압력 센서의 제1 압력값과 상기 제2 압력 센서의 제2 압력값의 차이가 미리 정해진 임계값 이상인 것에 기초하여 종료되고,
    상기 제2 사방 밸브는 상기 제2 제상 운전의 종료에 기초하여 스위칭 되는 공기 조화기의 제어 방법.
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