KR101588204B1 - 공기 조화기 및 공기 조화기 제어방법 - Google Patents

공기 조화기 및 공기 조화기 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 공기 조화기 및 공기 조화기 제어방법에 관한 것으로, 오일이 혼합된 냉매가 유동하는 냉매 유입 배관과, 상기 냉매 유입 배관과 각각 연결되어, 냉매를 압축하여 토출하는 복수의 압축기와, 상기 복수의 압축기와 연결되고, 상기 압축기에 의해 압축된 냉매가 각각 토출되는 복수의 냉매 토출 배관과, 모세관을 구비하며, 상기 복수의 압축기와 상기 냉매 유입 배관을 연결하는 복수의 균유 배관, 및 상기 냉매 토출 배관 내의 냉매의 온도값 및 상기 균유 배관의 모세관을 통과한 냉매의 온도값을 근거로, 상기 균유 배관을 단속하는 제어부를 포함하여 복수의 압축기 간에 오일이 고르게 공급될 수 있는 이점을 제공한다.

Description

공기 조화기 및 공기 조화기 제어방법{Air conditioner and method for controlling air conditioner}
본 발명은 공기 조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 압축기 간에오일 불균형 현상을 극복하기 위한 공기 조화기 및 공기 조화기 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 냉매가 압축, 응축, 팽창 및 증발시키는 일련의 냉매사이클을 거치면서, 실내 공기와 열교환을 하여 실내 공간을 냉방 및/또는 난방하는 장치이다. 이러한 공기조화기는 냉매사이클을 일 방향으로만 가동하여 실내에 냉기를 공급하는 냉방용 공기조화기와, 냉매사이클을 양 방향으로 선택적으로 가동하여 실내에 냉기 또는 온기를 공급하는 냉난방 겸용 공기조화기로 구분된다.
이러한 공기조화기는, 하나의 실외기에 하나의 실내기가 연결되는 통상적인 공기조화기와, 적어도 하나의 실외기에 복수의 실내기가 연결되는 멀티형 공기조화기로 구분된다.
통상 멀티형 공기조화기는 건물 내에 구획된 복수의 공간을 선택적으로 공조시키기 위한 용도로 사용되며, 전체 공조 부하에 따라 복수의 압축기를 필요한 개 수 만큼 선택적으로 작동시킬 수 있다.
이때, 복수의 압축기가 함께 작동되는 경우, 각각의 압축기에는 냉매와 함께 오일이 유입되는데, 각각의 압축기의 운전상태에 따라 압축기 내의 오일량에 차이가 발생하게 되고, 오일이 과다한 압축기와 오일이 부족한 압축기가 생길 수 있다. 특히, 오일이 부족한 압축기의 경우 압축기의 소손, 과도한 소음 또는 압축기의 성능 저하로 인한 공조 효율의 감소 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 복수의 압축기에 오일을 균등하게 공급하는 것은 중요한 문제이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 복수의 압축기 각각에 오일이 과다 공급되거나, 과소 공급되는 것을 방지하는 공기조화기 및 공기조화기 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는, 복수의 압축기 각각에 오일을 균등하게 공급하는 공기조화기 및 공기조화기 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 공기 조화기는 오일이 혼합된 냉매가 유동하는 냉매 유입 배관과, 상기 냉매 유입 배관과 각각 연결되어, 냉매를 압축하여 토출하는 복수의 압축기 와, 상기 복수의 압축기와 연결되고, 상기 압축기에 의해 압축된 냉매가 각각 토출되는 복수의 냉매 토출 배관과, 모세관을 구비하며, 상기 복수의 압축기와 상기 냉매 유입 배관을 연결하는 복수의 균유 배관과, 상기 냉매 토출 배관 내의 냉매의 온도값 및 상기 균유 배관의 모세관을 통과한 냉매의 온도값을 근거로, 상기 균유 배관을 단속하는 제어부를 포함한다.
여기서, 공기 조화기는 상기 각각의 냉매 토출 배관에 구비되어, 냉매의 온도를 측정하는 제 1 온도 센서; 및 상기 제 1 온도 센서에 대응하여, 상기 각각의 균유 배관에 구비되며, 상기 모세관을 통과한 냉매의 온도를 측정하는 제 2 온도 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는, 상기 제 1 온도 센서의 측정치 및 상기 제 2 온도 센서의 측정치를 근거로 상기 균유 배관을 단속한다.
또한, 공기 조화기는 상기 복수의 균유 배관에 각각 구비된 복수의 균유 밸브를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는, 적어도 하나의 상기 제 1 온도 센서의 측정치와 상기 제 2 온도 센서의 측정치의 차이값이 기준치 이상인 경우, 상기 복수의 균유 밸브를 모두 개방시킨다.
또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 균유 밸브가 모두 개방되고 소정의 시간이 경과한 후, 다시 측정된 상기 복수의 제 1 온도 센서의 측정치와 상기 복수의 제 2 온도 센서의 측정치의 차이값이 모두 기준치 이하인 경인 경우, 상기 개방된 모든 균유 밸브를 차단시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 개방된 상기 복수의 균유 밸브가 설정 시간 경과 후 차단되도록 제어할 수 있다.
또한, 공기 조화기는, 상기 각각의 압축기에 의해 토출된 냉매 중에 포함된 오일을 분리하는 복수의 오일 분리기; 및
상기 복수의 오일 분리기와 상기 복수의 압축기를 각각 연결하여, 상기 각각의 오일 분리기에 의해 분리된 오일을 상기 오일 분리기와 대응하는 압축기로 회수하는 복수의 오일 회수관을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 공기 조화기 제어방법은 작동 중인 복수의 압축기 각각의 토출 과열도를 측정하는 (a)단계과, 상기 복수의 압축기 중 적어도 하나의 토출 과열도가 기준치 이상이면, 상기복수의 압축기에 모인 기준 유면 이상의 오일이 상기 압축기와 대응하는 균유 배관을 통해 상기 냉매 유입 배관으로 분배되는 (b)단계를 포함한다.
상기 (a)단계는, 상기 복수의 압축기 각각에서 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 (a-1)단계; 및 상기 복수의 압축기 각각에서 균유 배관 측으로 유동하여 모세관을 통과한 냉매의 온도를 측정하는 (a-2)단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b)단계는, 상기 적어도 하나의 압축기의 토출과열도가 소정치 이상이면, 상기 각각의 압축기와 연결된 복수의 균유 배관 상에 각각 구비된 균유 밸브를 모두 개방시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b)단계는, 상기 복수의 균유 밸브가 개방된 후, 다시 상기 복수의 압축기 각각에서 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 (b-1)단계 및, 상기 복수의 압축기 각각에서 균유 배관 측으로 유동하여 모세관을 통과한 냉매의 온도를 측정하는 (b-2)단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 (b-1)단계에에서 측정된 온도값 및 상기 (b-2)단계에서 측정된 온도값을 근거로 산출된 토출 과열도가 모두 소정치 이하이거나, 모두 소정치 이상이면, 상기 복수의 균유 밸브를 모두 폐쇄시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 설정시간이 경과하면, 상기 개방된 균유 밸브를 모두 차단시키는 (c)단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 공기 조화기 및 공기 조화기 제어방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 오일이 과다한 압축기로부터 오일이 부족한 압축기로 오일을 균유시켜 오일이 부족한 압축기가 존재하지 않도록 하는 효과가 있다.
둘째, 오일 부족으로 압축기 부품이 소손되는 것을 방지하는 효과가 있다.
셋째, 각각의 압축기의 회전수 차이로 인하여 오일의 불균형 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 오일 회수기에서 분리된 오일을 냉매와 혼합하지 않고 압축기로 다시 되돌려보내어, 압축 능력 및 시스템의 성능계수(COP)를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 실외기(100)의 구성을 보다 상세하게 설명하기 위한 확대도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기는, 복수의 실외기(100) 및 복수의 실내기(200)를 포함한다. 실외기(100) 및 실내기(200)는 적어도 하나를 포함하면 족하며 그 수에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 복수의 실외기(100) 사이의 고압 또는 저압 상태의 냉매가 균형을 이루도록 하는 고저압 공통관(117)이 설치될 수 있다.
실외기(100)는, 냉매 배관(110)에 의해 서로 연결되는, 복수의 압축기(120a, 120b. 120c), 실외 열교환기(176), 실외 팽창 밸브(171) 및 과냉각기(180)를 포함한다. 냉매 배관(110) 상에는 유동하는 냉매의 압력을 측정하는 압력 센서(175, 177)가 구비될 수 있다. 또한, 냉매 배관(110) 상에는 유동하는 냉매의 양을 조절하는 솔레노이드 밸브(174)가 구비될 수 있다.
압축기(120a, 120b, 120c)는 저온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축시킨다. 압축기(120a, 120b, 120c)는 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 인버터형 압축기 또는 정속 압축기 등이 채택될 수 있다. 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)에는 냉매 유입 배관(111)를 통해 냉매가 공급된다. 보다 상세하게, 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)는 각각 대응하는 냉매 유입 배관(111a, 111b, 111c)으로부터 냉매를 공급받는다. 압축기(120a, 120b, 120c)에 액상의 냉매가 유입되는 것을 방지하기 위하여, 냉매 유입 배관(111)에는 어큐뮬레이터(162)가 구비될 수 있다.
각각의 압축기(120a, 120b, 120c)는 압축된 냉매를 대응하는 냉매 토출 배관(113a, 113b, 113c)으로 토출한다. 각각의 냉매 토출 배관(113a, 113b, 113c) 상에는 토출되는 냉매의 압력을 조절하는 압력 스위치(132a, 132b, 132c)가 구비될 수 있다.
각각의 냉매 토출 배관(113a, 113b, 113c)으로 토출된 냉매 중에 포함된 오일은 오일 분리기(140a, 140b, 140c)에 의해 각각 분리되며, 분리된 오일은 오일 회수관(113a, 113b, 113c)를 통해 다시 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)로 회수된다. 즉, 압축기(120a, 120b, 120c)에 의해 압축되는 냉매에는 압축기(120a, 120b, 120c)의 작동을 원활하게 하기 위한 오일이 소정량 포함되어 있는데, 오일 분리기(140a, 140b, 140c)는 냉매 중에 포함된 오일을 분리하여 오일 회수관(113a, 113b, 113c)을 통해 다시 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)로 돌려보냄으로써, 압축기(120a, 120b, 120c)에 일정 수준의 오일이 유지되도록 한다. 이때, 오일 회수관(113a, 113b, 113c)은 오일 분리기(140a, 140b, 140c)와 압축기(120a, 120b, 120c)를 직접 연결하여, 압축기(120a, 120b, 120c)에 의해 압축되어 토출된 냉매 중에서 분리된 오일만이 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)로 다시 되돌려 보내지도록 한다.
사방 밸브(172)는 냉난방 절환을 위한 유로 절환 밸브로써, 압축기(120a, 120b, 120c)에서 압축된 냉매를 냉방 운전시 실외 열교환기(176)로 안내하고, 난방 운전시 실내 열교환기(220)로 안내하는 역할을 한다.
실외 열교환기(176)는 실외 공간에 배치되는 것이 일반적이며, 실외 열교환기(176)를 통과한 냉매는 실외 공기와 열교환한다. 실외 열교환기(176)은 냉방 운전시 응축기로 작용하고, 난방 운전 시 증발기로 작용한다. 실외 팽창 밸브(171)는, 난방 운전시 유입되는 냉매를 팽창시킨다. 실외 공기와 실외 열교환기(178) 사이에 열교환시 발생하는 열을 외부로 발산시키기 위한 송풍기(178)가 구비될 수 있다.
또한, 실외 열교환기(176)을 거친 냉매가 실외 팽창 밸브(171)를 바이패스 하도록 제 1 바이패스 배관(179)이 구비되고, 제 1 바이패스 배관(179)을 단속하는 체크 밸브(173)가 구비된다. 체크 밸브(173)는 냉방 운전시 개방되어 열교환기(176)를 통과한 냉매가 제 1 바이 패스 배관(179)으로 유입되도록 한다.
과냉각기(180)는 과냉용 열교환기(182), 제 2 바이패스 배관(181), 과냉 팽창 밸브(184)를 포함한다. 냉방 운전시, 제 2 바이패스 배관(181)은 과냉용 열교환기(184)로부터 토출된 냉매를 바이패스 시켜서 과냉 팽창 밸브(184)로 유입시키는 기능을 수행한다.
과냉 팽창 밸브(184)는 제 2 바이패스 배관(181) 상에 배치되어, 제 2 바이패스 배관(181)으로 유입되는 액상의 냉매를 팽창시켜 압력 및 온도를 낮춘 후, 과냉용 열교환기(182)로 재 유입시킨다. 과냉 팽창 밸브(184)는 다양한 종류가 이용될 수 있으며, 사용의 편의성 및 제어의 관점에서 선형 팽창 밸브(Linear expansion valve)가 이용될 수 있다.
냉방 운전시, 실외 열교환기(176)를 거치면서 응축된 냉매는 제 2 바이패스 배관(181)을 통해 유입된 저온의 냉매와 과냉용 열교환기(182)에서 열교환하여 과냉각 된 후 액관(115)을 통해 복수의 실내기(200)로 각각 유동한다. 제 2 바이패스 배관(181)을 통관한 냉매는 과냉용 열교환기(182)에서 열교된 후, 어큐뮬레이터(162)로 유입된다.
본 발명의 일 실시예에서 복수의 실내기(200)는, 각각 실내 팽창 밸브(210), 실내 열교환기(220) 및 열교환된 공기를 실내로 송풍하는 실내 송풍기(230)을 포함한다. 공기 조화기는 1개 또는 복수의 실내기(200)를 포함할 수 있으며, 본 실시예에서는 4 개가 구비된다.
실내 열교환기(220)는 실내 공간에 일반적으로 배치되며, 실내 열교환기(220)를 통과하는 냉매는 실내 공기와 열교환된다. 실내 열교환기(220)는 냉방 운전시 증발기로 작용하고, 난방 운전시 응축기로 작용한다.
실내 팽창 밸브(210)는 냉방 운전시 유입되는 냉매를 팽창시키는 장치이다. 실내 팽창 밸브(210)는 다양한 종류가 이용될 수 있으며, 사용의 편의성 및 제어의 관점에서 선형 팽창 밸브가 이용될 수 있다. 실내 팽창 밸브(210)는 해당 실내 기(200)가 설치된 실내의 공조 부하 및 해당 실내기(200)의 공조 능력에 따라 개도가 조절될 수 있다.
상술한 공기 조화기의 냉방 운전 시의 냉매의 흐름은 다음과 같다.
압축기(120a, 120b. 120c)로부터 토출된 고온 고압의 기상 냉매는, 사방 밸브(172)를 거쳐 실외 열교환기(176)로 유입된다. 실외 열교환기(176)에서 냉매는 실외 공기와 열교환하여 응축된다. 실외 열교환기(176)를 거친 냉매는 실외 팽창 밸브(171)을 통과한 후, 과냉각기(180)를 거치면서 과냉각된 후, 액관(115)를 통해 실내기(200)로 유입된다.
이때, 과냉각기(180)의 제 2 바이패스 배관(181)의 냉매는 어큐뮬레이터(162)로 유동한다. 한편, 각각의 실내기(200)로 유입된 냉매는 설정된 개도로 개방된 실내 팽창 밸브(210)에서 팽창되며 실내 열교환기(220)에서 실내 공기와 열교환하여 증발된다. 증발된 냉매는 기관(116)을 통해 사방 밸브(172)를 거쳐 어큐뮬레이터(162)로 유동한다. 따라서, 어규뮬레이터(162)에는 과냉각기(180)의 제 2 바이패스 배관(181)을 통해 모인 냉매와 실내기(200)로부터 유입된 냉매가 함께 모이며, 모인 냉매는 다시 냉매 유입 배관(111)을 통해 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)로 공급됨으로써 계속적으로 냉방 사이클을 이루게 된다.
상술한 공기 조화기의 난방 운전 시의 냉매의 흐름은 다음과 같다.
압축기(120a, 120b. 120c)로부터 토출된 고온 고압의 기상 냉매는, 사방 밸브(172) 및 기관(116)을 거쳐 실내기(200)로 유입된다. 실내기(200)로 유입된 냉매는 실내 열교환기(220)를 통과하면서 실내 공기와 열교환하여 응축되며, 액관(115) 를 통해 실외기(100)로 유입된 후 실외 팽창 밸브(171)를 거치면서 팽창되고, 실외 열교환기(176)를 통과하면서 실외 공기와 열교환하여 증발된다. 증발된 냉매는 사방 밸브(172), 어큐뮬레이터(162) 및 냉매 유입 배관(111)을 거쳐 압축기(120a, 120b, 120c)로 각각 유입됨으로써, 계속적으로 난방 사이클을 이룬다.
상술한 공기 조화기에서 냉매에 포함된 오일의 흐름은 다음과 같다.
냉매 유입 배관(111a, 111b, 111c)을 통해 압축기(120a, 120b, 120c)로 유입되는 냉매에는 오일이 포함되어 있다. 냉매와 함께 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)로 유입된 오일은 냉매와 함께 냉매 토출 배관(112a, 112b, 112c)으로 각각 토출되고, 오일 분리기(140a, 140b, 140c)로 각각 유입된다, 오일 분리기(140a, 140b, 140c)는 냉매 중에서 오일을 분리한 후, 오일 회수관(113a, 113b, 113c)을 통해 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)로 오일이 회수되도록 한다. 이때, 오일 분리기(140a, 140b, 140c)는 압축기(120a, 120b, 120c)에 의해 압축되어 토출된 냉매 중에서 오일만을 분리하여 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)로 다시 되돌려 보내기 때문에, 압축된 냉매가 압축기(120a, 120b, 120c)로 재 유입되는 것이 방지되어 압축 효율 및 시스템의 성능 계수(COP)가 향상되는 효과가 있다.
각각의 압축기(120a, 120b, 120c) 내에 기준 유면 이상의 오일이 모인 경우, 기준 유면 이상의 오일은 각각의 균유 배관(114a, 114b, 114c)을 통해 냉매 유입 배관(111)으로 분배된다. 냉매 유입 배관(111)으로 분배된 오일은 냉매와 함께 다시 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)로 공급된다. 각각의 압축기(120a, 120b, 120c) 사이에 오일이 분배되는 과정은 보다 상세히 후술하기로 한다.
도 3은 도 1 내지 도 2의 부분도로써, 복수의 압축기(120a, 120b, 120c)들 간의 균유 과정을 설명하기 위한 것이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 주요부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기는, 복수의 압축기(120a, 120b, 120c) 중 어느 하나에 기준 유면 이상의 오일이 모이면, 상기 기준 유면 이상의 오일이 각각의 균유 배관(114a, 114b, 114c)을 통해서 냉매 유입 배관(111)으로 유입되도록 제어하는 제어부(150)를 더 포함한다. 상기 기준 유면은 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)가 원활하게 작동하기 위해 필요한 오일의 양을 기준으로 설정된 압축기 내의 오일 유면 높이로 정의될 수 있다.
제어부(150)는, 냉매 토출 배관(112a, 112b, 112c) 내의 냉매의 온도값 및 균유 배관(114a, 114b, 114c)의 모세관(137a, 137b, 137c)를 통과한 냉매의 온도값을 근거로, 균유 배관(114a, 114b, 114c)을 단속한다.
각각의 균유 배관(114a, 114b, 114c)에는 균유 밸브(135a, 135b, 135c)가 구비된다. 제어부(150)는 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)에 기준 유면 이상의 오일이 모였는지를 판단하여, 기준 유면 이상의 오일이 모인 압축기와 대응하는 균유 밸브가 개방되도록 제어한다. 제어부(150)에 의해 균유 밸브가 개방되면, 기준 유면 이상의 오일이 냉매 유입 배관(111)으로 유동하게 된다.
제어부(150)는 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)의 토출 과열도를 산출하여 이를 근거로 압축기(120a, 120b, 120c)에 기준 유면 이상의 오일이 모였는지를 판단한다. 토출 과열도란 압축기(120a, 120b, 120c)에 의해 토출된 냉매의 온도와 균 유 배관(114a, 114b, 114c)으로 유입된 냉매의 온도차를 근거로 산출된다.
공기 조화기는, 압축기(120a, 120b, 120c)에서 토출되는 냉매의 온도를 측정하기 위하여 냉매 토출 배관(112a, 112b, 112c) 상에 구비된 제 1 온도 센서(131a, 131b, 131c)와, 균유 배관(114a, 114b, 114c) 상에 구비된 제 2 온도 센서(133a, 133b, 133c)를 더 포함할 수 있다.
제 1 온도 센서(131a, 131b, 131c)에 의해 측정된 온도값을 Td라고 하고, 제 2 온도 센서(133a, 133b, 133c)에 의해 측정된 온도값을 Tpipe라고 하면, 상기 토출 과열도는 아래와 같이 정의될 수 있다.
토출 과열도= Td-Tpipe;
균유 배관(114a, 114b, 114c)으로 유입된 냉매에 포함된 오일의 영향에 의해 변화하는 Tpipe 값을 이용하여 토출과열도를 산출하고 이를 근거로 압축기(120a, 120b, 120c)에 기준 유면 이상의 오일이 모였는지가 판단될 수 있다.
보다 상세하게, 균유 배관(114a, 114b, 114c)로 유입된 냉매는 모세관(137a, 137b, 137c)를 지나면서 단열 팽창하면서 온도가 떨어지게 된다. 따라서, 제 2 온도 센서(133a, 133b, 133c)에 의해 측정된 온도값은 제 1 온도 센서(131a, 131b, 131c)에 의해 측정된 온도값보다 작게 측정되는 것이 일반적이다. 여기서, 균유 배관(114a, 114b, 114c)으로 유입된 냉매에 포함된 오일의 양이 적을수록 모세관(137a, 137b, 137c)을 지나면서 단열팽창되는 냉매의 양이 더 많게 되어 측정되는 온도가 낮아 질것이다. 즉, 균유 배관(114a, 114b, 114c)으로 유동되는 냉매에 오일이 적게 포함되어 있을 수록, Tpipe 값은 낮게 측정되고, 토출 과열도는 높아 진다. 반대로, 균유 배관(114a, 114b, 114c)으로 유입된 냉매에 오일이 많이 포함되어 있으면, Tpipe값은 상대적으로 높게 측정되고 토출 과열도는 낮아진다.(도 6 참조)
도 5는 압축기에 유입되는 오일의 양과 토출 과열도의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 토출 과열도(Td-Tpipe)는 외기의 온도가 증가함에 따라 전반적으로 그 값이 하강하는 형태의 그래프를 이룬다. 그래프는 압축기(120a, 120b, 120c)에 기준 유면까지 오일이 모인 상태에서 측정된 토출과열도 곡선(a)을 기준으로, 압축기(120a, 120b, 120c)에 기준 유면 이하의 오일이 모인 상태의 곡선(b) 및 압축기(120a, 120b, 120c)에 기준 유면 이상의 오일이 모인 상태의 곡선(c)을 비교하여 도시하고 있다.
b 곡선은 a 곡선보다 전반적으로 토출 과열도 값이 높게 측정되었으며, c 곡선은 a 곡선보다 전반적으로 토출과열도 값이 낮게 측정되었음을 알 수 있다. 압축기(120a, 120b, 120c)에 모인 오일의 양이 기준 유면 이하인 경우, 균유 배관(114a, 114b, 114c)에는 냉매 만이 유입되게 된다. 균유 배관(114a, 114b, 114c)으로 유입된 냉매는 모세관(137a, 137b, 137c)을 지나면서 단열 팽창하게 된다. 따라서, 이때 제 2 온도 센서(133a, 133b, 133c)에 의해 측정된 온도(Tpipe)는 낮은 값으로 측정되고, 토출과열도(Td-Tpipe)는 높아진다. 반대로, 압축기(120a, 120b, 120c)에 모인 오일의 양이 기준 유면 이상이면, 기준 유면을 초과한 오일이 균유 배관(114a, 114b, 114c)으로 유입되고 제 2 온도 센서(133a, 133b, 133c)에 의해 측정되 온도(Tpipe)는 상대적으로 높은 값으로 측정되고, 토출과열도(Td-Tpipe)는 상대적으로 낮아진다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법을 도시한 순서도이다. 도 6을 참조하면, 실내 공기를 냉방 또는 난방시키기 위해 공기 조화기가 가동되는 정상 운전 단계가 실시된다.(S10) S10 단계에서는 적어도 하나의 압축기가 작동된다. S10단계에서 2개 이상의 압축기가 작동하고 있는 경우(S20), 소정 시간동안 압축기의 작동이 계속된다.(S30) 상기 소정의 시간은 2 시간으로 설정될 수 있다.
이하, S10단계에서 3 개의 압축기(120a, 120b, 120c)가 모두 작동중인 것으로 설명한다. 또한, 상기 소정의 시간은 2 시간으로 설정된 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않으며, 공조 부하 또는 압축기 효율에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
2 시간 동안 압축기(120a, 120b, 120c)가 작동된 후, 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)의 토출 과열도가 측정되고, 측정된 각각의 토출 과열도와 기준치가 비교되는 단계가 수행된다.(S40) 토출 과열도는 전술한 바와 같이 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)에 기준 유면 이상의 오일이 모였는지를 판단하기 위한 근거가 되는 수치이다. 본 실시예에서 상기 기준치는 10도로 설정되었으나, 이에 한정되지 않으며, 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)가 수용할 수 있는 오일의 한계 용량 및 냉매 중에 포함된 오일량에 따라 달라지는 압축 효율등을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, S40단계에서 압축기(120a)의 토출 과열도가 10도 이상으로 측정되고, 압축기(120b, 120c)의 토출과열도는 10도 이하로 측정된 것으로 가정한다.
적어도 하나의 압축기(120a)의 토출 과열도가 10도 이상인 경우, 제어부(150)는 모든 균유 밸브(135a, 135b, 135c)가 소정의 시간 동안 개방되도록 제어한다. 본 실시예에서는 상기 소정의 시간이 90초로 설정되나 이에 한정되지 않고 다양한 시간으로 설정이 가능한다.(S50)
균유 밸브(135a, 135b, 135c)가 개방되면, 압축기(120a)에 모인 기준 유면 이상의 오일이 균유 배관(114a)를 통해 냉매 유입 배관(111)으로 유동하고, 다시 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)로 분배되어 냉매와 함께 유입된다. 이 과정에서 기준 유면 이상의 오일이 압축기(120a)에서 압축기(120b) 및 압축기(120b)로 분배되고, 이러한 과정이 균유 밸브(135a, 135b, 135c)가 개방되어 있는 시간동안 반복된다. 이 과정에서 압축기(120b) 또는 압축기(120c)에 오일이 초과 공급되면, 초과 공급된 오일이 다시 균유 배관(114b, 114c)를 통해 냉매 유입 배관(111)으로 재분배되고, 이러한 오일의 재분배 과정이 반복되면서 최종적으로 각각의 압축기(120a, 120b, 120c)에 오일이 균등하게 공급되는 상태에 이르게 된다.
상기와 같은 오일의 재분배 과정에 의해, 작동 중인 모든 압축기(120a, 120b, 120c)의 토출 과열도가 기준치 이하가 되면(S60), 즉 다시 측정된 제 1 온도 세서(131a, 135b, 135c)의 측정치와 제 2 온도 센서(133a, 133b, 133c)의 차이값이 10도 이하이면, 제어부(150)는 개방된 균유 밸브를 모두 차단시키고(S61), 균유 과정이 종료된다.(S70)
한편, S60 단계에서, 복수의 압축기(120a, 120b, 120c) 중 어느 하나라도 토출 과열도가 기준치 이상인 경우에는, 복수의 압축기(120a, 120b, 120c) 중 적어도 어느 하나에는 오일이 부족하게 공급되고 있거나, 냉매 유입 배관(111)을 통해 공급되는 오일의 양이 복수의 압축기(120a, 120b, 120c)를 모두를 작동시키기에 부족하다는 것을 의미한다. 따라서, 이 경우 소정 시간동안 추가로 균유 밸브를 개방된 상태를 유지시키고(S62), 균유 밸브(135a, 135b 135c)가 개방된 때로부터 설정 시간(여기서는 4분)이 경과한 후(여기서는 4분)이 경과된 후 모든 균유 밸브(135a, 135b, 135b)를 차단시킨다. 이로써, 복수의 압축기(120a, 120b, 120c) 사이에 오일이 균유되는 과정이 종료된다.(S70)
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실외기의 구성을 보다 상세하게 설명하기 위한 확대도이다.
도 3은 도 1 내지 도 2의 부분도로써, 복수의 압축기들 간의 균유 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 주요부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 압축기에 유입되는 오일의 양과 토출 과열도의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 조화기의 제어방법을 도시한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 실외기 110: 냉매 배관
111: 냉매 유입 배관 112a, 112b, 112c: 냉매 토출 배관
113a, 113b, 113c: 오일 회수관 114a, 114b, 114c: 균유 배관
115: 액관 116: 기관
117: 고저압 공통관 120a, 120b, 120c: 압축기
131a, 131b, 131c: 제 1 온도 센서 133a, 133b, 133c: 제 2 온도 센서
135a, 135b, 135c: 균유 밸브 137a, 137b, 137c: 모세관
140a, 140b, 140c: 오일 분리기 150: 제어부

Claims (13)

  1. 오일이 혼합된 냉매가 유동하는 냉매 유입 배관;
    상기 냉매 유입 배관과 각각 연결되어, 냉매를 압축하여 토출하는 복수의 압축기;
    상기 복수의 압축기와 연결되고, 상기 압축기에 의해 압축된 냉매가 각각 토출되는 복수의 냉매 토출 배관;
    모세관을 구비하며, 상기 복수의 압축기와 상기 냉매 유입 배관을 연결하는 복수의 균유 배관;
    상기 복수의 균유 배관에 각각 구비된 복수의 균유 밸브;
    상기 각각의 냉매 토출 배관에 구비되어, 냉매의 온도를 측정하는 제 1 온도 센서;
    상기 제 1 온도 센서와 대응하여 상기 각각의 균유 배관에 구비되며, 상기 모세관을 통과한 냉매의 온도를 측정하는 제 2 온도 센서; 및
    상기 복수의 압축기가 구동되고 상기 복수의 균유 밸브 모두가 개방된 상태에서, 상기 각각의 압축기에 대하여 구해지는 상기 제 1 온도 센서의 측정치와 상기 제 2 온도 센서의 측정치의 차이값들 모두가 기 설정된 기준치 이상이거나, 상기 차이값들 모두가 상기 기준치 이하인 경우, 상기 복수의 균유 밸브 모두를 차단하고, 그 이외의 경우에는 상기 복수의 균유 밸브를 개방 상태로 기 설정된 시간 동안 더 유지하는 제어부를 포함하는 공기 조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 센서의 측정치와 상기 제 2 온도 센서의 측정치의 차이값들은,
    상기 복수의 균유 밸브 모두가 개방된 후, 기 설정된 시간이 경과한 시점에 구해진 것들인 공기 조화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 설정된 시간이 경과한 후, 상기 복수의 균유 밸브 모두를 차단시키는 공기 조화기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 압축기에 의해 토출된 냉매 중에 포함된 오일을 분리하는 복수의 오일 분리기; 및
    상기 복수의 오일 분리기와 상기 복수의 압축기를 각각 연결하여, 상기 각각의 오일 분리기에 의해 분리된 오일을 상기 오일 분리기와 대응하는 압축기로 회수하는 복수의 오일 회수관을 더 포함하는 공기 조화기.
  5. 오일이 혼합된 냉매가 유동하는 냉매 유입 배관과, 상기 냉매 유입 배관과 각각 연결되어, 냉매를 압축하여 토출하는 복수의 압축기와, 상기 복수의 압축기와 연결되고, 상기 압축기에 의해 압축된 냉매가 각각 토출되는 복수의 냉매 토출 배관과, 모세관을 구비하며, 상기 복수의 압축기와 상기 냉매 유입 배관을 연결하는 복수의 균유 배관과, 상기 복수의 균유 배관에 각각 구비된 복수의 균유 밸브와, 상기 각각의 냉매 토출 배관에 구비되어, 냉매의 온도를 측정하는 제 1 온도 센서와, 상기 제 1 온도 센서와 대응하여, 상기 각각의 균유 배관에 구비되며, 상기 모세관을 통과한 냉매의 온도를 측정하는 제 2 온도 센서를 포함하는 공기 조화기의제어방법에 있어서,
    상기 복수의 압축기가 구동되는 중에, 상기 구동 중인 압축기들과 대응하는 상기 복수의 균유 밸브 모두를 개방시키고;
    상기 복수의 균유 밸브가 개방된 상태에서, 상기 각각의 구동 중인 압축기에 대하여 구해지는, 상기 제 1 온도 센서의 측정치와 상기 제 2 온도 센서의 측정치의 차이값들 모두가 기 설정된 기준치 이상이거나, 상기 차이값들 모두가 상기 기준치 이하인 경우, 상기 개방된 균유 밸브 모두를 차단하고, 그 이외의 경우에는 상기 복수의 균유 밸브를 개방상태로 기 설정된 시간 동안 더 유지하는 공기 조화기의 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 설정된 시간이 경과한 후, 상기 복수의 균유 밸브 모두를 차단시키는 단계를 더 포함하는 공기 조화기의 제어방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 센서의 측정치와 상기 제 2 온도 센서의 측정치의 차이값들은, 상기 복수의 균유 밸브가 개방된 후 기 설정된 시간이 경과한 시점에 구해진 것들인 공기 조화기의 제어방법.
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