KR930004382B1 - 공기조화기 - Google Patents

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KR930004382B1
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가부시끼가이샤 도시바
사토 후미오
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Abstract

내용 없음.

Description

공기조화기
제1도는 공기조화기 내에서 냉동사이클의 전체구성을 나타내는 개략적인 구성도.
제2도는 균유관이 두개의 압축기 사이에 설치되어 있는 상태를 나타내는 개략적인 도면.
제3도는 냉동사이클의 제어회로를 전체적으로 나타낸 개략적인 구성도.
제4도는 유량제어 밸브의 제어상태를 설명해 주는 온도특성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A : 실외유닛 B, B' : 분기유닛
C, D, E : 실내유닛 1, 2 : 압축기
5 : 4-방향밸브 6 : 실외열교환기
14, 24, 34 : 실내열교환기 50 : 냉매파이프(액체 냉매통로)
51 : 바이패스통로 49 : 균유관
52 : 펄스모터밸브(유량제어밸브) 54, 55, 56, 57 : 온도센서
60 : 실외제어부
본 발명은 히트 펌프식 냉동사이클을 가지고 있으며 다수의 실내유닛을 제어하기 위해 한개의 실외유닛을 이용하고 있는 멀티형 공기조화기에 관한 것이다.
종래에는 상기 언급한 멀티형 공기조화기가 각각의 실내유닛의 공기상태의 부하를 기준으로한 요구능력에 따라 한개의 분배 유닛을 이용하여 한개의 실외장치의 하나 또는 두개의 압축기를 작동시켰다.
그러나 냉매의 온도가 지나치게 높은 경우(개별적인 실내유닛의 공기상태의 부하가 높을때와 같은 경우)에는 상기 종래의 구성으로 되어있는 멀티형 공기조화기는 하나 또는 두개의 압축기에서의 배출냉매 온도가 정상적인 작동조건하에서 보다 매우 높은 수준으로 올라가는 것을 방지할 수가 없으며 이에따라 공기조화기의 각 압축기에서 냉매의 질이 급속하게 저하되고 이는 다시 윤활유의 탄화와 각 압축기내의 피스톤 및 커넥팅 로드와 같은 슬라이딩의 눌어붙음(seizure)을 초래한다.
또한 이러한 공기조화기의 각 압축기의 흡입 냉매 온도가 높을때는 각 압축기의 모터의 권선온도가 사용 규격 범위를 초과하여 상승하기 쉬워서 전기적 절연특성이 생긴다.
종래의 공기조화기의 위와같은 단점으로 인해 이런 공기조화기의 안정한 작동이 방해를 받는다.
따라서 본 발명의 목적은 배출냉매 온도와 흡입냉매 온도의 상승을 방지함으로써 항상 최적 사이클 온도에서 안정작동할 수 있는 공기조화기를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적에 따라서 본 발명은, 가변용량 압축기와, 상기 가변용량 압축기에 연결된 실외열교환기와, 상기 실외열고환기에 연결된 액체 냉매통로를 가지는 실외유닛; 실내열교환기를 각각 가지는 다수의 실내유닛; 및 상기 실외유닛과 다수의 실내유닛을 연결하여 병렬로 각각의 냉동사이클을 형성시키며 상기 냉동사이클에 대응하는 냉매 유량제어밸브를 가지는 분배유닛을 포함하는 공기조화기에 있어서; 상기 실외 유닛에는, 상기 압축기로부터 배출되는 냉매의 온도를 검출하기 위한 배출측 온도센서와 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 온도를 검출하기 위한 흡입측 온도센서를 가지는 냉매온도를 검출하는 온도센서; 및 상기 압축기에 냉매를 바이패싱하기 위한 상기 액체냉매통로와 상기 압축기의 흡입통로 사이에 배치되며 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도에 따라 개도가 제어 가능한 유량제어밸브를 가지는 바이패스통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기를 제공한다.
본 발명의 목적과 특징은 첨부된 도면을 참고로 한 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명부분에서 쉽게 이해될 수 있다.
제1도 내지 제4도는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 멀티형 공기조화기를 나타낸다.
설명을 간단히 하기위해 제1도에서 주어진 참고부호는 제2도 내지 제4도에서도동일한 또는 그에 상응하는 부분을 나타내는데 사용되었다.
제1도는 본 발명에 따른 멀티형 공기조화기의 히트펌프식 냉동사이클을 나타낸다.
제1도에서, A는 실외유닛, B는 분기유닛, C, D 및 E는 실내유닛을 나타낸다.
실외유닛(A)에는 각각 체크밸브(3)(4)를 통해 병렬로 연결되어 있는 두개의 가변용량 압축기(1)(2)가 장착되어 있다.
히트 펌프식 냉동사이클은, 압축기(1)(2), 4-방향밸브(5), 실외열교환기(6)와 난방용 팽창밸브(7)와 냉방사이클 형성용 체크밸브(8)의 병렬체, 액체탱크(9), 전동식 냉매유량제어밸브(11)(21)(31), 냉방용 팽창밸브(12)(22)(32)와 난방사이클 형성용 체크밸브(13)(23)(33)의 병렬체, 실내열교환기(14)(24)(34), 전자개폐밸브인 개스측 개폐밸브(15)(25)(35)와 어큐뮬레이터(10)를 통해 형성되어있다.
냉방용 팽창밸브(12)(22)(32)는 각각 온도센서로 작용하는 열감지튜브(12)(22a)(32a)를 가지고 있는데 이들은 각각 실내열교환기(14)(24)(34)의 개스측 냉매 파이프에 부착되어 있으며 열교환기는 냉동사이클에서 병렬로 배치되어 있다.
냉방작동이 수행될때, 냉매는 실선화살표 방향으로 이동하여 그곳에서 응축기로 작용하는 실외열교환기(6)와 증발기로 작용하는 실내열교환기(14)(24)(34)로 구성되는 냉방사이클을 형성한다.
한편 난방작동이 수행될때 냉매는 점선화살표 방향으로 이동하여 이번에는 증발기로 작용하는 실외열교환기(6)와 응축기로 작용하는 실내열교환기(14)(24)(34)로 구성되는 난방 사이클을 형성한다.
이러한 공기조화기에서는 개객의 실내유닛(C)(D)(E)각각의 요구능력을 제공하기위하여, 작동하는 압축기의 수와 그들의 용량이 조절되며 실내열교환기(14)(24)(34)각각으로 이동하는 냉매의 속도를 제어하기위하여 유량제어밸브(11)(21)(31)의 개도가 조절된다. 냉방용 팽창밸브(12)(22)(32)는 냉매의 유량의 변화와는 관계없이 냉매에 가해지는 열의 양을 일정하게 유지시킴으로써, 안정되고 효율적인 작동을 확실하게 한다.
실내유닛 각각의 요구능력이 압축기 각각의 용량보다 적을때 하나의 압축기의 용량은 요구능력을 제공하기 위하여 가변된다.
이 요구능력이 압축기의 용량보다 커지게될때 압축기(1)(2)는 구동될 것이다.
이 상태에서 실내유닛 각각의 요구능력이 감소할때에는 단지 압축기(1)만을 남기고 압축기(2)의 용량은 점차로 감소되거나 또는 심지어 정지하게 될 것이다.
제1도에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 멀티형 공기조화기는 위의 구조외에 압축기(1)의 냉매흡입쪽파이프(41a), 및 압축기(1)의 냉매배출쪽파이프(41b), 압축기(2)의 냉매흡입쪽파이프(42a), 및 압축기(2)의 냉매배출쪽파이프(42b)로 이루어진다.
실시예의 경우 냉매흡입쪽파이프(41a)(42a)는 합쳐져서 공통의 냉매흡입파이프(43a)에 연결되고 비슷하게 냉매배출쪽파이프(41b)(42b)는 합쳐져서 공통의 냉매배출파이프(43b)에 연결된다.
냉매흡입쪽파이프(41a)(42a)는 냉매흡입파이프(43a)와 함게 압축기(1)내의 냉매흡입통로를 형성하고 한편 냉매배출쪽파이프(41b)(42b)는 냉매배출파이프(43b)와 함께 압축기의 냉매배출통로를 형성한다.
냉매배출쪽파이프(41b)(42b)는 역시 오일분리기(45)(46)와 연결되고 다시 각각은 오일복귀파이프(47)(48)의 끝단부 각각에 연결된다.
제2도에 나타낸대로 균유관(49)의 한쪽은 압축기 "1"의 케이스 하부에 연결된다.
그리고 그다른 한끝은 압축기 "2"의 케이스 하부에 연결된다.
냉동사이클의 액체냉매통로로서 난방용팽창밸브(7) 및 냉방사이클 형성용 체크밸브(88)의 병렬체와 액체탱크사이에 있는 액체냉매통로인 냉매파이프(50)에는 냉방사이클로서의 바이패스통로(51)의 한쪽 끝부분이 연결된다.
바이패스통로(51)의 다른 끝부분은 냉매흡입파이프(43a)에 연결된다.
또한, 바이패스통로(51)에는 밸브개도가 제어 가능한 유량제어 배르인 펄스 모터밸브(52)가 있다.
또한, 냉동사이클의 냉매배출파이프(43b)에는 압력센서(53)을 부착함과 동시에 압축기(1)(2)의 냉매흡입쪽파이프(41a)(42a)에는 각각 흡입냉매 온도를 검출하기 위한 흡입측 온도센서(54)(55)를 부착하고 냉매배출쪽(41b)(42b)에는 배출냉매 온도를 검출하기 위한 흡입측 온도센서(56)(57)를 각각 부착한다.
제3도는 본 발명에 따른 멀티형 공기조화기의 제어회로를 나타낸다.
제3도에서 참고부호 "60"은 실외유닛(A)에 설치된 실외제어부를 나타내는데, 실외제어부는 마이크로컴퓨터 및 그 주변회로로 구성되어 있다.
그리고 실외제어부의 출력은 펄스모터밸브(52), 압력센서(53), 흡입측 온도센서(54)(55), 배출측 온도센서(56)(57) 및 인버터회로(61)(62)에 연결되어 있다.
인버터회로(61)(62)는 교류전원(63)으로 부터의 전압을 정류시키고, 그결과 생성된 전압을 실외제어부(60)의 지령에 따라 주어진 주파수를 가진 교류전압으로 변화시킨다.
그리고 구동전원으로 변환된 전압을 압축기모터(1M)(2M)에 각각 공급한다.
압력센서(53)은 냉동사이클에서 고압력쪽의 압력의 변화를 검출한다.
그리고 압력의 변화에 따라서 검출된 전압(0.5-4.5V)을 실외제어부(60)에 공급한다.
실외제어부(60)은 압력센서(53)에 의하여 검출되는 압력의 변화에 따라서 압축기(1)(2)의 작동을 제어한다.
참고부호 "70"은 분배유냇(B)에 설치된 멀티제어부를 나타내며 멀티제어부는 마이크로컴퓨터 및 그 주변회로로 구성되어 있다.
그리고 그 출력은 유량제어밸브(11)(21)(31) 및 개폐 밸브(15)(25)(35)에 연결되어 있다.
참고부호 "80", "90", "100"은 각기 실내유닛(C)(D)(E)에 설치된 실내제어부를 나타낸다.
실내제어부(80)(90)(100)는 각각 마이크로컴퓨터와 그 주변회로로 구성되어 있으며 각기 조작부(81)(91)(101) 및 실내온도센서(82)(92)(102)에 접속되어 있다.
개개의 실내제어부(80)(90)(100)는 각각의 실내유닛(C)(D)(E)의 요구능력을 나타내는 주파수 설정신호(f1)(f2)(f3)을 멀티제어부(70)에 전송한다.
다음에 멀티제어부 전송되어온 주파수 설정신호(f1)(f2)(f3)에 입각하여 실내장치(C)(D)(E) 각각의 요구능력의 합을 구하며, 그 합계에 해당하는 주파수 설정신호(f0)을 실외제어부(60)에 전송한다.
본 출원인에게 양도된 미합중국특허 제4,720,982호에는 멀티제어부가 자세히 기술되어 있다.
그 기술내용을 다음에 설명하고자 한다.
위의 방법으로 구성된 공기조화기의 작동은 다음에 기술된다.
실내유냇(C)(D)(E)은 협력하여 냉방작동을 수행한다.
이 경우에, 실내유닛(C)의 실내제어부(80)은 실내온도센서(82)에 의해 검출되는 온도와 조작부(81)의 설정온도와의 차이를 연산하고 그 온도 변화에 따른 주파수 설정신호(f1)를 요구냉방능력으로서 멀티제어부(70)로 전송한다.
동일하게 실내유닛(D)(E)의 실내제어부(90)(100)도 주파수 설정신호(f2)(f3)을 요구냉방능력으로서 멀티 제어부(70)로 전송한다.
멀티제어부(70)는 주파수 설정신호(f1)(f2)(f3)에 입각하여 개개의 실내유닛(C)(D)(E)의 요구 냉방능력의 총합을 결정하며, 이 총합에 대응하여 주파수 설정신호(f0)를 실외제어부(60)로 전송한다.
주파수 설정신호(f0)에 따라서, 실외제어부(60)는 작동중인 압축기의 총갯수와 동작주파수(F), (즉, 인버터회로(61)(62)의 출력주파수의 총합)를 제어한다.
이 경우에, 요구 냉방총합이 설정냉방능력 레벨보다 작을때, 실외제어부(60)는 단지 하나의 압축기 "1'만을 구동시키고, 요구냉방 능력총합이 설정냉방능력 레벨이상이면, 실외제어부(60)는 동시에 2개 압축기 "1", "2"를 구동시킨다.
이러한 공기 조화기의 작동(냉방, 난방, 또는 건조)중에, 본 발명의 특징에 따라 흡입측 온도센서(54)(55)와 배출측 온도센서(56)(57)는 흡입냉매 온도와 배출냉매 온도를 각각 검출한다.
이러한 온도센서에 의해 검출된 온도가 제4도의 A영역으로 나타난 소정의 설정온도(T1)보다 모두 낮을때, 실외제어부(60)는 펄스 모터밸브(52)를 완전히 열어놓은 상태로 유지시킨다.
또한, 각 온도센서(54)(55)(56)(57)에 의해 검출된 온도중의 어느것이 설정온도(T1)에 다다르면, 실외제어부(60)는 아래와 같이 펄스모터밸브(52)의 개도를 제어한다,
펄스모터밸브(52)의 개도를 제어하는데 있어서, 실외제어부(60)는 각 온도센서(54)(55)(56)(57)로 부터의 검출온도중 최초에 설정온도(T1)에 다달은 온도센서의 검출된 온도를 우선적으로 래치(latch)한다.
다시말하자면, 실외제어부(60)는 최초로 설정온도(T1)에 다다른 온도센서로 부터의 검출온도 출력에 근거하여 펄스 모터밸브(52)의 개도를 제어한다.
그래서 기준으로 되는 온도 센서로 부터 검출된 온도가 설정온도(T1)를 넘어서 B영역내의 온도에 다다를때, 실외제어부(60)는 펄스모터밸브(52)의 개도를 초기에 설정된 개도로 세트한다.
그렇게 하면, 냉매 파이프(50)내의 저온냉매가 냉동용 바이패스통로(51)를 통하여 냉매 흡입파이프(43a)에 유입될 수 있다.
이러한 저온냉매는 냉매흡입파이프(43a)측의 냉매 온도를 효과적으로 감소시킨다.
펄스 모터밸브(52)의 개도를 그 초기에 설정된 개도 값으로 세팅한 후에, 실외제어부(60)는 각 주어진 단위 시간마다, 검출된 온도의 증가에 따라 소정의 스텝수(n펄스)씩 동일한 제어를 통하여 점차적으로 개도를 증가시킨다.
기준으로 되는 온도 센서의 검출된 온도가 설정온도(T1)보다 작은 C영역에 다다를때(제4도 참조), 실외 제어부(60)는 그 시점에서 펄스 모터밸브(52)의 개도를 증가시키는 것을 멈추고, 펄스모티밸브(52)를 그 시점의 개도로 유지시킨다.
또한, 기준으로 되는 온도센서의 검출된 온도가 더 떨어져서 D영역에 다다르면(제4도 참조), 실외제어부(60)는 각 주어진 단위 시간마다 소정의 스텝부(n펄스)씩 펄스 모터밸브(52)의 개도를 점차적으로 감소시킨다.
그래서, 펄스모터 밸브(52)의 개도가 '0'이될때 즉, 펄스모터밸브(52)는 이 밸브제어에 의해 완전히 닫힐때, 실외제어부(60)의 제어동작은 초기상태로 돌아온다.
압축기(1)(2)가 정지하거나 시동한 후 일정시간이 경과하기전에는, 개개의 온도센서(54)(55)(56)(57)로 부터의 온도검출의 출력은 무시된다.
상기 구성을 갖는 멀티형 공기조화기에 따라, 냉동사이클 동작중에, 흡입측 온도센서(54)(55) 및 배출측 온도센서(56)(57)는 각각 압축기(1)(2)의 흡입냉매 온도 및 배출냉매 온도를 검출한다.
상기 온도센서(54)(55)(56)(57)의 검출온도 출력중 어느것이 설정온도(T1)에 다다르면, 펄스모터밸브(52)가 열린다.
그래서, 저온상태의 액체냉매의 일부가, 냉동사이클의 액체 냉매통로(50)로부터 압축기(1)(2)의 냉매 흡입통로까지 냉방용 바이패스통로(51)를 통하여 흐르게한다.
그리하여, 그 저온 냉매는 압축기(1)(2)의 냉매 흡입통로내의 냉매온도를 감소시킨다.
따라서, 종래의 공기조화기에서는 달리, 냉동사이클 가동중에, 압축기(1)(2)로 부터의 배출냉매 온도나 흡입냉매 온도의 심각한 증가를 방지할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 공기조화기는, 냉매의 질이 저하되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 윤활유의 탄화, 피스톤 및 커넥팅로드와 같은 압축기(1)(2)내에서 슬라이딩부의 눌어붙음(seizure) 및 압축기 모터의 권선온도가 현저히 상승하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 공기조화기는 항상 최적 사이클 온도에서 안전작동을 할 수 있다.
또한, 냉매의 양이 냉동사이클 동작중에 변한다하더라도, 본 발명의 공기조화기는 비교적 짧은 시간에 이러한 변동을 보상할 수 있으며, 그로인해 냉동사이클 동작중에 극단적인 압력의 변동 등을 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 특정한 실시예를 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지로 변형실시될 수 있는 것은 물론이다.

Claims (4)

  1. 가변용량 압축기와, 상기 가변용량 압축기에 연결된 실외열교환기와, 상기 실외열교환기에 연결된 액체 냉매통로를 가지는 실외유닛; 실내열교환기를 각각 가지는 다수의 실내유닛; 및 상기 실외유닛과 다수의 실내유닛을 연결하여 병렬로 각각의 냉동사이클을 형성시키며 상기 냉동사이클에 대응하는 냉매 유량제어밸브를 가지는 분배유닛을 포함하는 공기조화기에 있어서; 상기 실외유닛에는, 싱가 압축기로 부터 배출되는 냉매의 온도를 검출하기 위한 배출측 온도센서와 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 온도를 검출하기 위한 흡입측 온도센서를 가지는 냉매 온도를 검출하는 온도센서; 및 상기 압축기에 냉매를 바이패싱하기 위한 상기 액체 냉매통로와 상기 압축기의 냉매 흡입 통로 사이에 배치되며 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도에 따라 개도가 제어가능한 유량 제어밸브를 가지는 바이패스통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실외유닛은 상기 실내열교환기의 각 공기조화부하의 합에 따라 한번에 또는 병렬로 하나씩 구동되는 두개의 가변용량압축기를 가지는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 온도센서는 상기 압축기중 하나로 부터 배출되고 흡입되는 냉매 온도를 각각 검출하도록 제공된 한쌍의 배출측 온도센서 및 흡입측 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 실외유닛은 상기 2개의 가변용량 압축기의 하부사이를 소통하는 균유관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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