KR0168453B1 - 공기 조화기 - Google Patents

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KR0168453B1 KR1019950035043A KR19950035043A KR0168453B1 KR 0168453 B1 KR0168453 B1 KR 0168453B1 KR 1019950035043 A KR1019950035043 A KR 1019950035043A KR 19950035043 A KR19950035043 A KR 19950035043A KR 0168453 B1 KR0168453 B1 KR 0168453B1
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Abstract

냉매로서 비공비 혼합 냉매를 이용한 경우에, 실외 열교환기의 착상을 확실히 방지할 수 있는 공기 조화기를 제공한다.
고비점 냉매와 저비점 냉매로 이루어지는 비공비 혼합 냉매를 이용하는 동시에 실외 열교환기(4)를 갖는 공기 조화기에 있어서, 실외 열교환기(4)가 난방시에 증발기로서 작용할 때 제2 온도 센서 S2에 의해 검출된 외기 온도 Tg와 제1 온도 센서 S1에 의해 검출된 증발기의 입구 온도 Te의 온도차를 기초로 하여 제어부(100)가 팽창 밸브(5)의 개도를 제어한다. 이로써, 실외 열교환기의 착상을 확실하게 방지할 수 있다.

Description

공기 조화기
제1도는 본 발명의 공기 조화기의 냉매 회로를 도시하는 도면.
제2도는 비공비 혼합 냉매의 몰리에르 선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
4 : 실외 열교환기 5 : 전동 팽창 밸브(팽창 밸브)
100 : 제어부 Te : 증발기의 입구 온도
Tg : 외기 온도 S1 : 제1 온도 센서
S2 : 제2 온도 센서
본 발명은 고비점 냉매와 저비점 냉매로 이루어지는 비공비(非共沸) 혼합 냉매를 이용하는 공기 조화기에 관한 것이다.
일반적으로, 히트 펌프식 공기 조화기의 냉매 회로는 압축기, 실내 열교환기, 감압 장치, 실외 열교환기, 사방 밸브로 구성되어 있어서 난방 시에는 이 순서로 냉매가 순환되고, 냉방 시에는 난방 시와는 역방향으로 냉매가 순환된다.
히트 펌프식 공기 조화기에 있어서, 냉매로서 단일 냉매(예를 들면 R-22)가 사용되고 있는 경우에는 이 단일 냉매의 압력이 일정하고 또 기액 혼합 시에는 냉매의 온도는 일정해지며, 온도 구배가 없다.
이와 같은 단일 냉매를 이용하는 공기 조화기에서는 난방 시에 증발기로서 작용하는 실외 열교환기에서 냉매를 제어할 때는 실외 열교환기의 입구 혹은 중간(압력 손실에 의해 온도가 입구보다 낮아지기 때문에)에서 착상(성에 부착)시의 온도 검출을 행하고 있다. 통상, 실외 열교환기의 입구 온도가 -3°이하가 되면 착상이 시작된다.
한편, 근래에 오존 파괴를 방지할 목적 등으로 공기 조화기의 냉매로서 고비점 냉매와 저비점 냉매로 이루어지는 비공비 혼합 냉매를 이용하는 것이 공지되어 있다.
냉매로서, 이러한 비공비 혼합 냉매를 이용하면, 비공비 혼합 냉매의 압력이 일정하고 또 기액 혼합 시에는 그 비공비 혼합 냉매의 등온선은 제2도에 도시한 바와 같이 포화액선으로부터 포화 증발선을 향해 우측으로 하강하기 때문에, 온도 구배(예를 들면 5kg/cm2에서 약 6℃)가 생긴다. 따라서, 비공비 혼합 냉매로 작용하는 공기 조화기에서는 비공비 혼합 냉매의 온도 구배에 의해 증발기로서 작용하는 실외 열교환기의 입구 온도가 가장 낮아지기(온도 구배 이상으로 실외 열교환기 내의 압력 손실은 없는 경우) 때문에, 착상 온도의 검출에는 실외 열교환기의 입구 온도를 검출하는 것이 바람직하다.
또, 증발기로서 작용하는 실외 열교환기의 착상은 외기 온도의 영향을 받고, 실외 열교환기의 입구 온도가 냉매 착상 온도 이상에서도 외기 온도가 충분히 낮으면 착상이 생기는 일이 있다.
따라서, 실외 열교환기의 입구 온도만을 기초로 하여 팽창 밸브의 개폐를 제어하게 되면 실외 열교환기의 착상을 확실하게 방지할 수 없다.
그래서, 본 발명은 상기 과제를 해소하기 위해 냉매로서 비공비 혼합 냉매를 이용한 경우에, 실외 열교환기의 착상을 확실하게 방지할 수 있는 공기 조화기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
청구항 1에 기재된 발명은 고비점 냉매와 저비점 냉매로 이루어지는 비공비 혼합 냉매가 압축기, 실내 열교환기, 팽창 밸브, 실외 열교환기를 환상으로 접속한 냉매 회로에서 순환되어 이루어지는 공기 조화기에 있어서, 상기 실외 열교환기가 난방 시에 증발기로서 작용할 때 증발기의 입구 온도를 검출하는 제1 온도 센서와, 외기 온도를 검출하는 제2 온도 센서와, 상기 외기 온도와 상기 증발기의 입구 온도의 온도차를 기초로 하여 상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 발명은 고비점 냉매와 저비점 냉매로 이루어지는 비공비 혼합 냉매가, 압축기, 실내 열교환기, 팽창 밸브, 실외 열교환기를 환상으로 접속한 냉매 회로에서 순환되어 이루어지는 공기 조화기에 있어서, 상기 실외 열교환기가 난방 시에 증발기로서 작용할 때 증발기의 입구 온도를 검출하는 제1 온도 센서와, 외기 온도를 검출하는 제2 온도 센서와, 상기 외기 온도와 상기 증발기의 입구 온도의 온도차가 소정치로 되도록 상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
청구항 1에 기재된 발명은 냉매로서 비공비 혼합 냉매를 이용하는 냉매 회로를 갖는 냉매 회로에 있어서, 제어부는 제1 온도 센서로부터의 실외 열교환기의 입구 온도와, 제2 온도 센서로부터의 외기 온도를 기초로 하여 팽창 밸브의 개도를 제어하여 실외 열교환기의 착상을 방지한다. 이와 같이, 증발기로서 작용하는 실외 열교환기의 입구 온도와 착상과 밀접한 관계에 있는 외기 온도와의 온도차를 기초로 하여 냉매를 제어하고 있으므로, 실외 열교환기의 착상을 확실하게 방지할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에서는 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 제어부는 제2 온도 센서로부터의 외기 온도와, 제1 온도 센서로부터의 증발기의 입구 온도와의 차가 소정치로 되도록 팽창 밸브를 제어하여 실외 열교환기의 착상을 방지한다. 따라서, 실외 열교환기의 착상을 확실하게 방지하는 동시에 안정된 운전을 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 기초로 하여 설명한다.
제1도는 본 발명의 냉동 장치의 일례로서, 냉방과 난방을 행하는 히트 펌프식 공기 조화기를 도시하고 있다. 공기 조화기의 냉매 회로는 압축기(1), 사방 밸브(3), 실외 열교환기(4), 냉방 시에 거의 완전 개방 상태로 되고, 난방 시에 그 개도가 조정되는 전동 팽창 밸브(5), 리시버(18), 냉방 시에 그 개도가 조정되고 난방 시에 거의 완전 개방 상태로 설정되는 전동 팽창 밸브(8), 실내 열교환기(7), 축압기(19) 등을 냉매관에 의해 접속하고 있다. 압축기(1)는 사방 밸브(3)를 거쳐서 실외 열교환기(4)를 접속하는 동시에 사방 밸브(3)에 의해 실내 열교환기(7)를 접속하고 있다. 실내 열교환기(7)와 리시버(18) 사이에 전동 팽창 밸브(팽창 밸브)(8)를 설치하고, 실외 열교환기(4)와 리시버(18) 사이에 전동 팽창 밸브(5)를 설치하고 있다.
실외 열교환기(4)는 팬(4a)을 구비하고, 실내 열교환기(7)는 팬(7a)을 구비하고 있다.
제어부(100)는 실외 열교환기(4)의 입구 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서(S1)와, 외기 온도를 검출하기 위한 제2 온도 센서(S2)와, 전동 팽창 밸브(5)에 접속되어 있다.
공기 조화기의 냉매 회로를 순환하는 냉매로서는 고비점 냉매와 저비점 냉매로 이루어지는 비공비 혼합 냉매가 이용된다. 비공비 혼합 냉매로서는 예를 들면 R134a를 52중량%, R125를 25중량%, R32를 23중량%로 혼합한 3종 혼합 냉매가 이용된다. 일반적으로, R134a의 비점은 -26℃, R125의 비점은 -48℃, R32의 비점은 -52℃이다. 이와 같은 조성비의 3종 혼합 냉매에서는 일반적으로 증발 시에는 비점이 낮은 R32나 R125부터 먼저 증발하기 쉽고, 응축 시에는 비점이 높은 R134a부터 응축하기 쉽기 때문에, 열교환기 내에서 조성비가 변화하여 제2도에 도시한 바와 같이 온도 구배가 생긴다. 이 때문에, 열교환기가 증발기로서 작용하는 경우에는 입구측의 온도가 가장 낮아진다.
다음에, 본 실시예의 작용을 설명한다.
[냉방 운전시]
제1도에 도시한 공기 조화기의 냉매 회로에 있어서, 냉방 사이클에서는 실외 열교환기(4)가 응축기로서 작용하고, 제1도의 사방 밸브(3)가 실선으로 도시한 바와 같이 위치하고, 냉매가 압축기(1)로부터 토출되고, 사방 밸브(3), 실외 열교환기(4), 전동 팽창 밸브(5)(대략 완전 개방 상태), 리시버(18), 전동 팽창 밸브(8), 실내 열교환기(7), 사방 밸브(3), 축압기(19), 압축기(1) 순으로 순환된다.
[난방 운전시]
한편, 난방 사이클에서는 실내 열교환기(7)가 응축기로서 작용하고, 실외 열교환기(4)가 증발기로서 작용하고, 제1도의 사방 밸브(3)가 파선으로 도시한 바와 같이 위치하고, 냉매가 압축기(1), 실내 열교환기(7), 전동 팽창 밸브(8)(대략 완전 개방 상태), 리시버(18), 전동 팽창 밸브(5), 실외 열교환기(4), 사방 밸브(3), 축압기(19), 압축기(1)의 순으로 순환된다.
비공비 혼합 냉매를 이용하는 경우에는 제2도에 도시한 바와 같이 온도 구배가 생기므로 증발기로서 작용하는 실외 열교환기(4)의 입구(4b)의 온도가 가장 낮아지게 된다.
한편, 증발기의 온도가 소정의 착상 온도 이하로 되면 착상이 시작되고, 착상이 시작되면 난방 능력이 현저히 저하되어 버린다. 따라서, 이와 같은 착상을 방지하여 운전을 행하는 것이 바람직하다.
그래서, 제어부(100)는 난방시의 전동 팽창 밸브(5)의 밸브 개도의 제어를 다음식(1)에 도시한 바와 같이, 외기 온도 Tg와 증발기 입구(4b)의 온도(Te)와의 차로 제어한다.
Te = Tg - a ……… (1)
단, a는 일정치,
이와 같이, 증발기의 입구 온도와 착상과 밀접한 관계에 있는 외기 온도와의 관계로 전동 팽창 밸브(5)의 개도를 제어하여 증발기의 착상을 방지한다.
예를 들면, 비공비 혼합 냉매에서는 난방 표준 조건(내부 20℃/-, 외기 온도 7/6℃)에서, 과열도를 제어하면 증발기로서 작용하는 실외 열교환기(4)는 착상하는 것이 일반적이다. 그래서, 증발기의 입구(4b)의 온도를 착상하는 한계 이상으로 해 둘 필요가 있다.
일례로서는 증발기의 입구(4b)의 온도(Te)와 외기 온도(Tg)의 관계식인 상술한 (1) 식에 있어서, 일정치 a를 실험적으로 구해서 9℃로 하면,
Te = Tg - 9 ……… (2)
로 되도록 비공비 혼합 냉매를 제어하여 증발기인 실외 열교환기(4)에서 착상을 일으키지 않도록 하여 난방 능력의 저하를 일으키지 않고 난방 운전을 행한다.
상술한 (2) 식에서, 예를 들면 외기 온도 Tg가 7℃라 하면, 착상을 일으키지 않게 하여 난방 운전을 행할 수 있는 증발기의 입구 온도 Te의 적절한 값은 계산상 -2℃이다.
예를 들면, 증발기의 입구 온도 Te의 실측치가 3℃라고 하면, 이 실측치 3℃는 상술한 증발기의 입구 온도 Te의 목표치 -2℃에 비해 높으므로, 제1도의 전동 팽창 밸브(5)의 밸브 개도를 조여서 증발기의 입구 온도 Te를 적절한 값인 -2℃에 근접하도록 제어한다.
또, 증발기의 입구 온도 Te의 실측치가 -5℃라고 하면, 이 실측치 -5℃는 상술한 증발기의 외기 온도 Te의 목표치인 -2℃에 비해 낮으므로, 제1도의 전동 팽창 밸브(5)의 밸브 개도를 개방하여 증발기의 입구 온도 Te를 적절한 값인 -2℃에 근접하게 제어한다.
이와 같이 온도 구배를 갖는 비공비 혼합 냉매를 순환시키는 냉동 사이클에 있어서, 난방 시에 증발기로서 작용하는 실외 열교환기에 있어서의 냉매 제어를 외기 온도와 증발기의 입구 온도의 온도차로 행한다. 이에 의해 비공비 혼합 냉매를 제어하여 착상을 일으키지 않게 하여 난방 능력의 저하를 일으키지 않고 난방 운전을 행할 수 있다.
청구항 1에 기재된 발명에서는, 냉매로서 비공비 혼합 냉매를 이용하는 냉매 회로를 갖는 냉매 회로에 있어서, 제어부는 제2 온도 센서가 검출한 외기 온도와, 제1 온도 센서가 검출한 증발기의 입구 온도를 기초로 하여 팽창 밸브의 개도를 제어하여 실외 열교환기의 착상을 방지한다. 이와 같이, 착상 시에 밀접한 관계에 있는 증발기의 입구 온도와 외기 온도의 온도차를 기초로 하여 냉매를 제어하고 있으므로, 실외 열교환기의 착상을 확실하게 방지할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에서는 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 제어부는 제2 온도 센서로부터의 외기 온도와, 제1 온도 센서로부터의 증발기의 입구 온도와의 차가 소정치로 되도록, 팽창 밸브의 개도를 제어하여 실외 열교환기의 착상을 방지하고 있으므로, 실외 열교환기의 착상을 확실하게 방지하는 동시에 안정된 운전을 도모할 수 있다.

Claims (2)

  1. 고비점 냉매와 저비점 냉매로 이루어지는 비공비 혼합 냉매가 압축기, 실내 열교환기, 팽창 밸브, 실외 열교환기를 환상으로 접속한 냉매 회로에서 순환되어 이루어지는 공기 조화기에 있어서, 상기 실외 열교환기가 난방 시에 증발기로서 작용할 때 증발기의 입구 온도를 검출하는 제1 온도 센서와, 외기 온도를 검출하는 제2 온도 센서와, 상기 외기 온도와 상기 증발기의 입구 온도의 온도차를 기초로 하여 상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  2. 고비점 냉매와 저비점 냉매로 이루어지는 비공비 혼합 냉매가, 압축기, 실내 열교환기, 팽창 밸브, 실외 열교환기를 환상으로 접속한 냉매 회로에서 순환되어 이루어지는 공기 조화기에 있어서, 상기 실외 열교환기가 난방 시에 증발기로서 작용할 때 증발기의 입구 온도를 검출하는 제1 온도 센서와, 외기 온도를 검출하는 제2 온도 센서와, 상기 외기 온도와 상기 증발기의 입구 온도의 온도차가 소정치로 되도록 상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
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