JP3798418B2

JP3798418B2 - 空調機

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Publication number: JP3798418B2
Application number: JP2005008360A
Authority: JP
Inventors: 鍾文金; 炯濬徐
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2025-01-14
Also published as: CN1325848C; KR20050074796A; CN1641276A; JP2005201631A; KR100558392B1

Description

本発明は、空調機に係り、特に、初期駆動時に圧縮機に液冷媒が流入されることを最小化する空調機に関する。

一般に、空調機は、冷凍サイクルを使用して主居用建物や事務用建物の室内温度と湿度のような状態量を調節して空気調和を実現する装置である。ここで、空調機は、冷媒の圧縮、凝縮、膨張及び蒸発を繰り返すことによって、冬には凝縮による放熱で暖房を実現し、夏には蒸発による吸熱で冷房を実現する装置である。

また、空調機の中でＧＨＰ（Ｇａｓｅｎｇｉｎｅ−ｄｒｉｖｅｎｈｅａｔｐｕｍｐ）方式の空調機は、ガスエンジンの駆動力によって圧縮機を運転しエンジン廃熱を活用する空調機として、夏の冷房需要の増加による電力需給の不安定問題を引起こす恐れがあるＥＨＰ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃｍｏｔｏｒ−ｄｒｉｖｅｎＰｕｍｐ）方式の空調機の対案として広く利用されている。

ところが、このような従来の空調機において、圧縮機の初期駆動時に圧縮機に液状の冷媒（以下、“液冷媒”という）が流入される場合が発生することができる。例えば、圧縮機の初期駆動時に圧縮機に吸入される配管内の液冷媒の蒸発前に圧縮機に流入される液冷媒の圧縮、即ち液圧縮が発生するのに、これは圧縮機の寿命に悪影響を及ぼす。

これによって、液冷媒が圧縮機に流入されることを防止するためにアキュムレータの容量を大きく設計して液冷媒が流入されることを防止する方法が提案されているが、アキュムレータの容量が増加されることによって製造コストが増加される短小がある。また、アキュムレータに流入された冷媒を増発させるためにホットガス・バイパスを利用するのに、この場合、システムの能力を低下させる問題がある。

従って、本発明の目的は、製造コストを減少させながら初期駆動時に圧縮機に液冷媒が流入されることを最小化することができる空調機を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明によるは、室内熱交換部及び室外熱交換部と、前記室内熱交換部及び前記室外熱交換部と閉ループを形成し、冷媒を圧縮させる圧縮機と、前記圧縮機を駆動させるための圧縮機駆動部と、を有する空調機において、前記圧縮機駆動部と前記圧縮機の間の動力伝達を開閉する動力開閉部と、前記圧縮機駆動部を冷却させるための冷却水が循環し、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水によって前記圧縮機に流入される冷媒を加熱するための冷媒加熱循環経路を形成する冷却水管と、前記冷却水管の前記冷媒加熱循環経路上に設けられて、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水によって前記圧縮機に流入される冷媒を加熱する冷媒加熱部と、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水が前記冷媒加熱循環経路に沿って循環することを開閉する冷却水弁と、前記圧縮機駆動部の初期駆動時に前記動力開閉部及び前記冷却水弁が閉鎖された状態で前記圧縮機駆動部を駆動させた後、所定の時間の経過後、前記動力開閉部及び前記冷却水弁を開放する制御部を含むことを特徴とする。

ここで、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水の温度を感知する温度感知部をさらに含み、前記制御部は、前記圧縮機駆動部の初期駆動時に動力開閉部及び前記冷却水弁が閉鎖された状態で前記圧縮機駆動部を駆動させた後、前記温度感知部によって感知された温度が所定の基準温度を超過する時、前記動力開閉部及び前記冷却水弁を開放することが好ましい。

また、前記制御部は、前記圧縮機駆動部の初期駆動時に前記動力開閉部及び前記冷却水弁が閉鎖された状態で前記圧縮機駆動部を駆動させた後、前記温度感知部によって感知された温度が前記所定の基準温度を超過する時、前記冷却水弁の開放後、所定の時間の経過後、前記動力開閉部を開放することが好ましい。

また、前記室内熱交換部と前記室外熱交換部との間に設けられて冷媒を膨張させる膨張弁をさらに含み、前記制御部は、前記圧縮機駆動部の初期駆動時に前記動力開閉部及び前記冷却水弁が閉鎖された状態で前記圧縮機駆動部を駆動させた後、前記温度感知部によって感知された温度が前記所定の基準温度を超過する時、前記膨張弁を開放することが好ましい。

また、前記冷却水管は、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水が前記室外熱交換器側に循環する室外熱交換循環経路を形成し、前記冷却水弁は、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水が前記冷媒加熱循環経路と前記室外熱交換循環経路の中でいずれか一つに沿って選択的に循環することができる。

また、前記制御部は、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水が、冷房運転時に前記室外熱交換循環経路に沿って循環し、暖房運転時に前記冷媒加熱循環経路に沿って循環するように前記冷却水弁を制御することが好ましい。

ここで、前記圧縮機に流入される冷媒の過熱度を検出する過熱度検出部をさらに含み、前記制御部は、前記圧縮機駆動部の初期駆動時前記動力開閉部及び前記冷却水弁が閉鎖された状態で前記圧縮機駆動部を駆動させた後、前記温度感知部によって感知された温度が所定の基準温度を超過した状態で前記過熱度検出部によって検出された過熱度が所定の基準過熱度を超過する場合、冷房運転または暖房運転に対応して前記冷却水弁を制御することができる。

また、前記動力伝達部は、マグネチッククラッチを含むことが好ましい。

上述したように、本発明によれば、製造コストをダウンさせ、初期駆動時に圧縮機に液冷媒が流入されることを最小化することができる空調機を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明に対して詳細に説明する。

本発明による空調機は、図１に示すように、閉ループを形成するように冷媒管によって順次的に連結された圧縮機６、室外熱交換部２、膨張弁７及び室内熱交換部１を含む。冷媒管の中で圧縮機６の吐出側と膨張弁７とを連結する冷媒管は、圧縮機６から吐出された高圧の冷媒の流れを案内する高圧管であり、膨張弁７と圧縮機６の吸入側を連結する冷媒管は膨張弁７によって膨張された低圧の冷媒の流れを案内する低圧管である。

低圧管と高圧管は、四方弁１０によって相互に交差される。四方弁１０は、冷媒の流れを切換すことによって、本発明による空調機が冷房と暖房を選択的に行うことになる。ここで、暖房運転時には、冷媒が図１に示すように点線の矢印方向、即ち、圧縮機６、四方弁１０、室内熱交換部１、膨張弁７、室外熱交換部２、四方弁１０、圧縮機６に沿って循環することになる。これによって、暖房運転時の高圧管は、圧縮機６の吐出側、四方弁１０、室内熱交換部１及び膨張弁７を連結する冷媒管になり、低圧管は、膨張弁７、室外熱交換部２、四方弁１０及び圧縮機６の吸入側を連結する冷媒管になる。また、冷房運転時には、図１で実線矢印の方向、即ち、圧縮機６、四方弁１０、室外熱交換部２、膨張弁７、室内熱交換部１、四方弁１０、圧縮機６に沿って循環する。これによって、冷房運転時の高圧管は、圧縮機６の吐出側、四方弁１０、室外熱交換部２及び膨張弁７を連結する冷媒管になり、低圧管は、膨張弁７、室内熱交換部１、四方弁１０及び圧縮機６の吸入側を連結する冷媒管になる。

圧縮機６の吐出側と四方弁１０との間の高圧管の上には、オイル分離器８が設けられている。オイル分離器８は、圧縮機６から吐出される冷媒に含まれたオイルを濾過してさらに圧縮機６に移動させる。ここで、オイルは、圧縮機６の駆動時に潤滑のため使用される。

室外熱交換部２は、室外に設けられ、冷媒が循環する室外熱交換器３と、後述する圧縮機駆動部１２の冷却水が循環する冷却水放熱器４と、室外熱交換器３及び冷却水放熱器４に空気を送風する送風ファン５と、を含む。室内熱交換部１は、冷房または暖房をする室内に設けられ、冷媒の循環時に室内の空気と熱交換して冷房または暖房機能を行う。

圧縮機６の吸入側の低圧管上には、アキュムレータ９が設けられる。アキュムレータ９は、圧縮機６に液冷媒の流入を抑制するために設けられる。

膨張弁７は、室内熱交換部１に設けられる室内膨張弁７ａと、室外熱交換部２に近接して設けられる室外膨張弁７ｂと、を含むことができる。ここで、室内膨張弁７ａは、冷房時に室外熱交換部２から室内熱交換部１に流れる冷媒を膨張させ、室外膨張弁７ｂは、暖房時に室内熱交換部１からの室外熱交換部２に流れる冷媒を膨張させる。

また、本発明による空調機は、圧縮機６に駆動力を供給する圧縮機駆動部１２を含む。本発明による空調機には、ガスによって駆動されるガスエンジンを使用するＧＨＰ方式が適用される。ここで、圧縮機駆動部１２の駆動時に発生するエンジン廃熱は冷却水の循環に従って冷却水に伝達される。

また、本発明による空調機は、制御部２２によって制御され、圧縮機駆動部１２と圧縮機６の間の動力電圧を開閉する動力開閉部１３とを含む。本発明では、動力開閉部１３が圧縮機駆動部１２と圧縮機６を軸連結するマグネチッククラッチであることに例えた。

また、本発明による空調機は、圧縮機駆動部１２の駆動時に発生するエンジン廃熱を除去及び／または活用するための冷却水の循環システムを含む。冷却水の循環システムは、閉ループを形成する冷却水管２３と、冷却水の流動を誘導する冷却水ポンプ１９と、を含む。冷却水ポンプ１９によって冷却水管２３に沿ってなられる冷却水は圧縮機駆動部１２で発生するエンジン廃熱を吸収して圧縮機駆動部１２を冷却させ、圧縮機駆動部１２の冷却のためエンジン廃熱を吸収した冷却水は加熱される。

圧縮機駆動部１２を冷却させた冷却水、即ち、エンジン廃熱によって加熱された冷却水は、サーモスタット１４を通じて圧縮機駆動部１２に復帰したり冷却水弁１５に流れる。サーモスタット１４は、加熱された冷却水の温度が所定の温度以下である場合に冷却水が圧縮機駆動部１２を冷却させるように圧縮機駆動部１２に復帰させ、加熱された冷却水の温度が所定の温度を超過する場合に冷却水が冷却水弁１５に流れる。

冷却水弁１５は、制御部２２の制御に従ってサーモスタット１４から流入される冷却水が冷媒加熱部１１及び室外熱交換部２の中でいずれか一方に選択的に流れるように開閉される。以下では、室外熱交換部２側に流れる冷却水の循環経路を室外熱交換循環経路とし、冷媒加熱部１１側に流れる冷却水の循環経路を冷媒加熱循環経路とする。

制御部２２は、暖房運転時にサーモスタット１４から流入される冷却水が冷媒加熱循環経路に沿って冷媒加熱部１１に流れるように冷却水弁１５を制御し、冷房運転時にサーモスタット１４から流入される冷却水が室外熱交換循環経路に沿って室外熱交換部２の冷却水放熱器４に供給されるように冷却水弁１５を制御する。

また、本発明による空調機は、圧縮機駆動部１２によって加熱された冷却水の温度を感知する温度感知部２０と、圧縮機６に吸入される冷媒の過熱度を検出する過熱度検出部２１をさらに含む。ここで、温度感知部２０によって感知された冷却水の温度に対する情報と、過熱度検出部２１によって検出された冷媒の過熱度に対する情報は制御部２２に伝達される。

図１において、参照番号１６は、冷却水が貯蔵された冷却水タンクであり、参照番号１７は、排気ガス熱交換部であり、参照番号１８は排気マフラーである。

前記のような構成によって本発明による空調機の冷房運転時と暖房運転時の冷媒及び冷却水の流れを説明すると次の通りである。

まず、冷房運転時、圧縮機６に吸入された冷媒が圧縮されて高圧管に吐出される。ここで、圧縮機６から吐出される高温、高圧の冷媒に含まれたオイルは、オイル分離器８を通過しながら濾過されてさらに圧縮機６に移動する。また、圧縮機６から吐出された冷媒は、四方弁１０を経て室外熱交換部２に移動する。

次に、四方弁１０を通過した冷媒は、室外熱交換器２で凝縮された後室内膨張弁７ａに移動する。また、室内膨張弁７ａを通過しながら低温、低圧状態で膨張された冷媒は室内熱交換部１に移動して室内と熱交換することによって、冷房機能を行う。

次に、室内熱交換部１を通過した冷媒は、さらに四方弁１０、アキュームレータ９を経てさらに圧縮機６に流入される。

ここで、冷房運転時に圧縮機駆動部１２で発生したエンジンの廃熱は、冷却水に吸入されて室外熱交換部２の冷却水放熱器４を通じて外部に放熱される。

また、暖房運転時、圧縮機６から吐出された冷媒は、オイル分離器、四方弁１０を経て室内熱交換部１で凝縮される。ここで、室内熱交換部１での冷媒の凝縮時放熱される熱によって暖房機能が行われる。

次に、室内熱交換部１で凝縮された冷媒は、室外膨張弁７ｂによって膨張されて室外熱交換器３に流入される。室外熱交換器３を通過した冷媒は、四方弁１０を経て冷媒加熱部１１を経るのに、制御部２２は、暖房運転時に圧縮機駆動部１２によって加熱された冷却水が冷媒加熱循環経路に沿って循環して冷媒加熱部１１側に流れるように冷却水弁１５を制御するのに、冷媒加熱部１１を経る冷媒は冷媒加熱部１１を流れる加熱された冷却水から熱を吸収する。このように、四方弁１０を通過した冷媒は、冷媒加熱部１１とアキュムレータ９を経て圧縮機６に流入される。

また、本発明による空調器の初期駆動時の制御過程を図３を参照して説明する。

まず、冷房または暖房機能が選択される場合、制御部２２は、圧縮機駆動部１２を駆動させる（Ｓ１０）。この時制御部２２は、冷却水弁１５を通過する冷却水が室外熱交換循環経路に沿って循環して冷却水放熱器４側に流れるように冷却水弁１５を制御し、膨張弁７を閉鎖された状態で維持させる。また、圧縮機駆動部１２からの駆動力が圧縮機６に伝達されないように動力開閉部１３を閉鎖する（Ｓ１１）。これによって、初期駆動時圧縮機６に冷媒が流入されることを遮断して、圧縮機６に流入される冷媒に含まれた液冷媒が流入されることを一次的に遮断する。

この時、温度感知部２０は、圧縮機駆動部１２によって加熱された冷却水の温度を感知して制御部２２に伝達し、制御部２２は、温度感知部２０によって感知された冷却水の温度が所定の基準温度を超過するか否かを検査する（Ｓ１２）。

次に、制御部２２は、温度感知部２０によって感知された冷却水の温度が基準温度を超過する時、冷却水弁１５を通過する冷却水が冷媒加熱循環経路に沿って冷媒加熱部１１側に流れるように冷却水弁１５を制御する（Ｓ１３）。これによって、冷媒加熱部１１側に流れる加熱された冷却水によって冷媒加熱部１１を通過する冷媒が加熱されることによって、冷媒中にある液冷媒を除去することができる。

また、制御部２２は、温度感知部２０によって感知された冷却水の温度が基準温度を超過する時、圧縮機駆動部１２からの駆動力が圧縮機６に伝達されるように動力開閉部１３を開放することによって（Ｓ１４）、圧縮機６を駆動させる。ここで、圧縮機６の駆動は図４に示すように、冷却水弁１５の制御後に一定の時間が経過した後駆動されることが液冷媒の流入を最小化するために好ましい。図４の（ａ）は圧縮機駆動部１２、（ｂ）は圧縮機６、（ｃ）は冷却水弁１５の駆動時間を示す図であり、（ｃ）のＢ領域は加熱された冷却水が冷媒加熱循環経路に沿って冷媒加熱部１１に向く領域であり、Ａ領域は加熱された冷却水が室外熱交換循環経路に沿って室外熱交換部２に向く領域を示す。即ち、図４の（ｃ）は、空調機が冷房運転時に初期駆動であることに例えて示したが、空調機が暖房運転する場合、Ａ領域はＢ領域と同一の状態を維持する。

また、制御部２２は、温度感知部２０によって感知された冷却水の温度が基準温度を超過する時、膨張弁７を開放することによって（Ｓ１５）、圧縮機６に冷媒が流入されるようにする。

次に、制御部２２は、過熱度検出部部２１によって検出された冷媒の過熱度が所定の基準過熱度を超過するか否かを判断する（Ｓ１６）。ここで、制御部２２は、過熱度検出部２１によって検出された過熱度が基準過熱度を超過する場合、冷却水弁１５を定常的に動作させる（Ｓ１７）。即ち、制御部２２は、前述したように、暖房運転や冷房運転に従って冷却水１５を制御する。

前述した実施形態では、制御部２２が圧縮機駆動部１２の初期起動時に温度感知部２０によって感知された温度に基づいて冷却水弁１５及び動力開閉部１３を制御したが、圧縮機駆動部１２の初期駆動時に所定の時間が経過した後、冷却水弁１５を開放し動力開閉部１３を開放するように設けられることもできる。

このように、圧縮機駆動部１２と圧縮機６との間の動力伝達を開閉する動力開閉部１３と、圧縮機駆動部１２を冷却させるための冷却水が循環し圧縮機駆動部１２を冷却させた冷却水によって圧縮機６に流入される冷媒を加熱するための冷媒加熱循環経路を形成する冷却水管２３と、冷却水管２３の冷媒加熱循環経路上に設けられて圧縮機駆動部１２を冷却させた冷却水によって圧縮機６に流入される冷媒が加熱される冷媒加熱部１１と、圧縮機駆動部１２を冷却させた冷却水が冷媒加熱循環経路に沿って循環することを開閉する冷却水弁１５、圧縮機駆動部１２の初期駆動時に動力開閉部１３及び冷却水弁１５が閉鎖された状態で圧縮機駆動部１２を駆動させた後所定の時間の経過後に動力開閉部１３及び冷却水弁１５を開放する制御部２２を設けることによって、初期駆動時に圧縮機６に液冷媒の流入を最小化させることができる。

また、初期駆動時に圧縮機６に液冷媒が流入されることを防止するためアキュームレータ９の容量を大きくする必要が無くて、製造コストを減少させることができる。

本発明による空調機の構成を示す図である。本発明による空調機の制御ブロック図である。本発明による空調機の制御フローチャートである。本発明による空調機の圧縮機駆動部、圧縮機及び冷却水弁の駆動時間を示す図である。

符号の説明

１室内熱交換部
２室外熱交換部
３室外熱交換部
４冷却水放熱器
５送風ファン
６圧縮機
７膨張弁
８オイル分離器
９アキュムレータ
１０四方弁
１１冷媒加熱部
１２圧縮機駆動部
１３動力開閉部
１４サーモスタット
１５冷却水弁
１６冷却水タンク
１７排気ガス熱交換部
１８排気マフラー
１９冷却水ポンプ
２０温度感知部
２１過熱度検出部
２２制御部

Claims

室内熱交換部及び室外熱交換部と、前記室内熱交換部及び前記室外熱交換部と閉ループを形成し、冷媒を圧縮させる圧縮機と、前記圧縮機を駆動させるための圧縮機駆動部と、を有する空調機において、
前記圧縮機駆動部と前記圧縮機の間の動力伝達を開閉する動力開閉部と、
前記圧縮機駆動部を冷却させるための冷却水が循環し、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水によって前記圧縮機に流入される冷媒を加熱するための冷媒加熱循環経路を形成する冷却水管と、
前記冷却水管の前記冷媒加熱循環経路上に設けられて、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水によって前記圧縮機に流入される冷媒を加熱する冷媒加熱部と、
前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水が前記冷媒加熱循環経路に沿って循環することを開閉する冷却水弁と、
前記圧縮機駆動部の初期駆動時に前記動力開閉部及び前記冷却水弁が閉鎖された状態で前記圧縮機駆動部を駆動させた後、所定の時間の経過後、前記動力開閉部及び前記冷却水弁を開放する制御部を含むことを特徴とする空調機。
前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水の温度を感知する温度感知部をさらに含み、
前記制御部は、前記圧縮機駆動部の初期駆動時に動力開閉部及び前記冷却水弁が閉鎖された状態で前記圧縮機駆動部を駆動させた後、前記温度感知部によって感知された温度が所定の基準温度を超過する時、前記動力開閉部及び前記冷却水弁を開放することを特徴とする請求項１に記載の空調機。
前記制御部は、前記圧縮機駆動部の初期駆動時に前記動力開閉部及び前記冷却水弁が閉鎖された状態で前記圧縮機駆動部を駆動させた後、前記温度感知部によって感知された温度が前記所定の基準温度を超過する時、前記冷却水弁の開放後、所定の時間の経過後、前記動力開閉部を開放することを特徴とする請求項２に記載の空調機。
前記室内熱交換部と前記室外熱交換部との間に設けられて冷媒を膨張させる膨張弁をさらに含み、
前記制御部は、前記圧縮機駆動部の初期駆動時に前記動力開閉部及び前記冷却水弁が閉鎖された状態で前記圧縮機駆動部を駆動させた後、前記温度感知部によって感知された温度が前記所定の基準温度を超過する時、前記膨張弁を開放することを特徴とする請求項２に記載の空調機。
前記冷却水管は、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水が前記室外熱交換器側に循環する室外熱交換循環経路を形成し、
前記冷却水弁は、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水を前記冷媒加熱循環経路と前記室外熱交換循環経路の中でいずれか一つに沿って選択的に循環させることを特徴とする請求項４に記載の空調機。
前記制御部は、前記圧縮機駆動部を冷却させた冷却水が、冷房運転時に前記室外熱交換循環経路に沿って循環し、暖房運転時に前記冷媒加熱循環経路に沿って循環するように前記冷却水弁を制御することを特徴とする請求項５に記載の空調機。
前記圧縮機に流入される冷媒の過熱度を検出する過熱度検出部をさらに含み、
前記制御部は、前記圧縮機駆動部の初期駆動時前記動力開閉部及び前記冷却水弁が閉鎖された状態で前記圧縮機駆動部を駆動させた後、前記温度感知部によって感知された温度が所定の基準温度を超過した状態で前記過熱度検出部によって検出された過熱度が所定の基準過熱度を超過する場合、冷房運転または暖房運転に対応して前記冷却水弁を制御することを特徴とする請求項６に記載の空調機。
前記動力伝達部は、マグネチッククラッチを含むことを特徴とする請求項１に記載の空調機。