KR102242778B1

KR102242778B1 - 공기조화기 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR102242778B1
Application number: KR1020140032958A
Authority: KR
Inventors: 김병수; 김범찬; 고영환
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2021-04-20
Also published as: KR20150109747A

Abstract

본 발명은 냉매를 압축기에 효율적으로 인젝션하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기; 상기 응축기에서 응축된 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 모듈; 및 상기 응축기에서 응축되어 상기 인젝션 모듈로 유동되는 냉매를 상기 증발기에서 증발된 냉매와 열교환하기 위한 흡입측 열교환기를 포함한다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법 {Air Conditioner and Controlling method for the same}

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉매를 압축기에 효율적으로 인젝션하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 압축기, 실외 열교환기, 팽창밸브 및 실내 열교환기를 포함하는 냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방시키는 장치이다. 즉 실내를 냉방시키는 냉방기, 실내를 난방시키는 난방기로 구성될 수 있다. 그리고 실내를 냉방 또는 난방시키는 냉난방 겸용 공기조화기로 구성될 수도 있다.

이러한 공기조화기는, 선행문헌 1(한국 공개특허공보 10-2012-0124710호)에 개시된 바와 유사하게, 난방 또는 냉방시 응축된 냉매 일부를 압축기에 인젝션(injection)하여 효율을 향상시킨다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 효율적으로 냉매를 압축기에 인젝션할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 인젝션에 따른 성능저하를 개선한 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 증발기에서 증발된 냉매와 열교환하여 과냉각하는 흡입측 열교환기; 및 상기 흡입측 열교환기에서 과냉각된 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 모듈를 포함한다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기; 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 배치되어 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발한 후 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 모듈; 및 운전상태에 따라 상기 응축기에서 응축된 냉매를 과냉각하여 상기 인젝션 모듈로 안내하고 상기 증발기에서 증발된 냉매를 과열하여 상기 압축기로 안내하는 흡입측 열교환기를 포함한다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법은, 냉매를 압축하는 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기와 상기 응축기에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기 사이에 배치되는 인젝션 모듈이 상기 응축기에서 응축된 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하는 단계; 및 상기 증발기와 상기 압축기 사이에 배치된 흡입측 열교환기가 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 증발기에서 증발된 냉매와 열교환하여 과냉각하고 상기 인젝션 모듈이 상기 흡입측 열교환기가 과냉각한 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하는 단계를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 공기조화기 및 그 제어방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째,　냉매를 압축기에 인젝션할 때 응축기의 유량 증가에 따른 사이클 과냉도 감소를 해결할 수 있는 장점이 있다.

둘째,　냉매를 압축기에 인젝션할 때 응축기에서 응축된 냉매를 증발기에서 증발된 냉매와 열교환하여 사이클 과냉도를 확보하고 흡입과열도 및 토출과열도를 증가시켜 공기조화기의 성능을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

셋째,　기액분리기의 액상 냉매를 응축기에서 응축된 냉매와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 순환량을 증가시켜 공기조화기의 성능을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 구성도이다.도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법에 대한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에서 흡입측 열교환이 이루어지지 않을 때를 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에서 흡입측 열교환이 이루어질 때를 나타내는 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 공기조화기의 압력-엔탈피 선도(Pressure-Enthalpy Diagram, 이하 P-h 선도)를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기에 대한 구성도이다.

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.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 공기조화기 및 그 제어방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 압축기(110)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(120)와, 응축기(120)에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기(130)와, 응축기(120)에서 응축된 냉매의 일부를 압축기로 인젝션하는 인젝션 모듈(170)과, 응축기(120)에서 응축되어 인젝션 모듈(170)로 유동되는 냉매를 증발기(130)에서 증발된 냉매와 열교환하기 위한 흡입측 열교환기(180)를 포함한다.

압축기(110)는 유입되는 저온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축시킨다. 압축기(110)는 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 실린더 및 피스톤을 이용한 왕복동 압축기 또는 선회 스크롤 및 고정 스크롤을 이용한 스크롤 압축기일 수 있다. 본 실시예에서 압축기(110)는 스크롤 압축기이다.

압축기(110)는, 증발기(130)에서 증발된 냉매가 유입되는 유입포트(111)와, 인젝션 모듈(170)에서 팽창되어 증발된 냉매가 유입되는 인젝션포트(112)와, 압축된 냉매가 토출되는 토출포트(114)를 포함한다.

압축기(110)는 유입포트(111)로 유입된 냉매를 압축실에서 압축하며 압축실에 형성된 인젝션포트(112)로 유입되는 냉매와 합류시켜 압축시킨다. 압축기(110)는 합류된 냉매를 압축하여 토출포트(114)로 토출시킨다.

응축기(120)는 압축기(110)와 연결되어 압축기(110)에서 압축된 냉매를 응축한다. 공기조화기가 실내를 냉방하는 냉방기인 경우 응축기(120)는 실외에 배치되어 실외 공기를 냉매와 열교환하는 실외 열교환기이고, 공기조화기가 실내를 난방하는 난방기인 경우 응축기(120)는 실내에 배치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기인 것이 바람직하다.

응축기(120)는 인젝션 모듈(170)과 연결되어, 응축기(120)에서 응축된 냉매는 인젝션 모듈(170)로 유동된다.

메인 팽창밸브(140)는 인젝션 모듈(170)과 증발기(130)사이에 배치된다. 메인 팽창밸브(140)는 응축기(120)에서 응축되어 인젝션 모듈(170)에서 과냉각된 냉매를 팽창한다. 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매는 증발기(130)로 유동된다.

증발기(130)는 메인 팽창밸브(140)와 압축기(110)사이에 구비되어 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매를 증발한다. 공기조화기가 실내를 냉방하는 냉방기인 경우 증발기(130)는 실내에 배치되어 실내 공기와 냉매를 열교환하는 실내 열교환기이고, 공기조화기가 실내를 난방하는 난방기인 경우 증발기(130)는 실외에 배치되어 실외 공기를 냉매와 열교환하는 실외 열교환기인 것이 바람직하다.

인젝션 모듈(170)은 응축기(120)와 증발기(130) 사이에 배치되어 압축기(110)와 연결된다. 인젝션 모듈(170)은 압축기(110)의 인젝션포트(112), 응축기(120), 흡입측 열교환기(180) 및 메인 팽창밸브(140)와 연결된다.

인젝션 모듈(170)은 응축기(120)에서 응축되어 증발기(130)로 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발하여 압축기(110)의 인젝션포트(112)로 인젝션한다. 인젝션 모듈(170)은 응축기(120)에서 응축되어 증발기(130)로 유동되는 냉매의 다른 일부는 과냉각한다. 인젝션 모듈(170)은 압축기(110)에 연결되어 응축기(120)에서 증발기(130)로 유동되는 냉매의 일부를 압축기(110)에 인젝션한다.

인젝션 모듈(170)은 흡입측 열교환기(180)가 응축기에서 응축된 냉매를 과냉각하는 경우 흡입측 열교환기(180)에서 과냉각된 냉매의 일부를 압축기(110)의 인젝션포트(112)로 인젝션한다. 인젝션 모듈(170)은 흡입측 열교환기(180)에서 과냉각된 냉매의 다른 일부를 과냉각한다.

인젝션 모듈(170)은, 응축기(120)로부터 유동되는 냉매의 일부를 팽창하는 인젝션 팽창밸브(171)와, 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 응축기(120)로부터 유동되는 냉매의 다른 일부와 열교환하여 증발하는 인젝션 열교환기(172)를 포함한다.

인젝션 팽창밸브(171)는 인젝션 열교환기(172) 및 응축기(120)와 연결된다. 인젝션 팽창밸브(171)는 응축기(120)에서 응축되된 냉매의 일부를 팽창하여 인젝션 열교환기(172)로 안내한다.

실시예에 따라 인젝션 팽창밸브(171)는 메인 팽창밸브(140) 및 인젝션 열교환기(172)와 연결되어, 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매를 팽창할 수 있다.

인젝션 열교환기(172)는 응축기(120), 메인 팽창밸브(140), 인젝션 팽창밸브(171), 인젝션포트(112)와 연결된다.

인젝션 열교환기(172)는 응축기(120)에서 응축된 냉매와 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 열교환한다. 인젝션 열교환기(172)는 응축기(120)로부터 유동되는 냉매를 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매와 열교환하여 과냉각하고, 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 응축기(120)로부터 유동되는 냉매와 열교환하여 증발한다.

인젝션 열교환기(172)는 응축기(120)에서 응축된 냉매를 과냉각하여 메인 팽창밸브(140)로 안내한다. 인젝션 열교환기(172)는 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매를 증발하여 인젝션 포트(112)로 안내한다.

기액분리기(160)는 증발기(130)에서 증발된 냉매에서 기상 냉매와 액상 냉매를 분리한다. 기액분리기(160)는 증발기와 압축기(110)의 유입포트(111) 사이에 구비된다. 기액분리기(160)에서 분리된 기상 냉매는 압축기(110)의 유입포트(111)로 유입된다.

흡입측 열교환기(180)는 공기조화기의 운전상태에 따라 작동하여 응축기(120)에서 응축되어 인젝션 모듈(170)로 유동되는 냉매를 증발기(130)에서 증발되어 압축기(110)로 유동되는 냉매와 열교환한다. 흡입측 열교환기(180)는 응축기(120)에서 응축된 냉매를 과냉각하여 인젝션 모듈(170)로 안내한다. 증발기(130)에서 증발된 냉매를 과열하여 압축기(110)의 유입포트(111)로 안내한다.

흡입측 열교환기(180)의 작동 여부를 결정하는 공기조화기의 운전상태에 대해서는 후술한다.

흡입측 열교환기(180)는 기액분리기(160) 내에 구비되는 것이 바람직하다. 흡입측 열교환기(180)는 응축기(120)에서 응축된 냉매가 유동하는 전열관으로서 기액분리기(160) 내의 액상 냉매가 저장되는 곳을 통과하는 것이 바람직하다. 기액분리기(160) 내의 액상냉매는 응축기(120)에서 응축된 냉매와 열교환하여 증발된다.

제 1 조절밸브(191), 제 2 조절밸브(192), 및 제 3 조절밸브(193)는 공기조화기의 운전상태에 따라 개폐되어 흡입측 열교환기(180)를 작동여부를 조절한다.

제 1 조절밸브(191)는 응축기(120)와 흡입측 열교환기(180) 사이에 배치되어 응축기(120)에서 응축된 냉매의 유동을 제어한다. 제 1 조절밸브(191)는 개방시 응축기(120)에서 응축된 냉매를 흡입측 열교환기(180)로 안내하고, 폐쇄시 응축기(120)에서 응축된 냉매가 흡입측 열교환기(180)로 유동되지 않도록 한다.

제 1 조절밸브(191)는 압축기(110)의 운전주파수가 기설정된 기준 운전주파수보다 높은 경우 개방되고, 낮은 경우 폐쇄된다. 제 1 조절밸브(191)는 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 온도인 토출온도와 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 온도인 응축온도의 차인 토출과열도가 기설정된 기준 토출과열도보다 낮은 경우 개방되고, 높은 경우 폐쇄된다. 제 1 조절밸브(191)는 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 온도인 흡입온도와 증발기(130)에서 증발된 냉매의 온도인 증발온도의 차인 흡입과열도과 기설정된 기준 흡입과열도보다 낮은 경우 개방되고, 높은 경우 폐쇄된다.

제 2 조절밸브(192)는 응축기(120)와 인젝션 모듈(170) 사이에 배치되어 응축기(120)에서 응축된 냉매의 유동을 제어한다. 제 1 조절밸브(191)는 개방시 응축기(120)에서 응축된 냉매를 인젝션 모듈(170)로 안내하고, 폐쇄시 응축기(120)에서 응축된 냉매가 인젝션 모듈(170)로 유동되지 않도록 한다.

제 2 조절밸브(192)는 압축기(110)의 운전주파수가 기설정된 기준 운전주파수보다 높은 경우 폐쇄되고, 낮은 경우 개방된다. 제 2 조절밸브(192)는 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 온도인 토출온도와 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 온도인 응축온도의 차인 토출과열도가 기설정된 기준 토출과열도보다 낮은 경우 폐쇄되고, 높은 경우 개방된다. 제 2 조절밸브(192)는 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 온도인 흡입온도와 증발기(130)에서 증발된 냉매의 온도인 증발온도의 차인 흡입과열도과 기설정된 기준 흡입과열도보다 낮은 경우 폐쇄되고, 높은 경우 개방된다.

제 3 조절밸브(193)는 흡입측 열교환기(180)와 인젝션 모듈(170) 사이에 배치되어 흡입측 열교환기(180)에서 과냉각된 냉매의 유동을 제어한다. 제 3 조절밸브(193)는 개방시 흡입측 열교환기(180)에서 과냉각된 냉매를 인젝션 모듈(170)로 안내하고, 폐쇄시 흡입측 열교환기(180)에서 과냉각된 냉매가 인젝션 모듈(170)로 유동되지 않도록 한다.

제 3 조절밸브(193)는 압축기(110)의 운전주파수가 기설정된 기준 운전주파수보다 높은 경우 개방되고, 낮은 경우 폐쇄된다. 제 3 조절밸브(193)는 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 온도인 토출온도와 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 온도인 응축온도의 차인 토출과열도가 기설정된 기준 토출과열도보다 낮은 경우 개방되고, 높은 경우 폐쇄된다. 제 3 조절밸브(193)는 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 온도인 흡입온도와 증발기(130)에서 증발된 냉매의 온도인 증발온도의 차인 흡입과열도과 기설정된 기준 흡입과열도보다 낮은 경우 개방되고, 높은 경우 폐쇄된다.

실시예에 따라 제 3 조절밸브(193)는 생략될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에 대한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기는, 공기조화기를 제어하는 제어부(10)와, 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 토출온도를 측정하는 토출 온도센서(11)와, 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 응축온도를 측정하는 응축 온도센서(12)와, 압축기(110)의 유입포트(111)로 흡입되는 냉매의 흡입온도를 측정하는 흡입 온도센서(13)와, 증발기(130)에서 증발되는 냉매의 증발온도를 측정하는 증발 온도센서(14)를 포함한다.

제어부(10)는 공기조화기의 운전을 제어하는 것으로서, 압축기(110), 메인 팽창밸브(140), 인젝션 팽창밸브(171), 제 1 조절밸브(191), 제 2 조절밸브(192) 및 제 3 조절밸브(193)를 제어한다. 제어부(10)는 부하에 따라 압축기(110)의 운전속도 및 메인 팽창밸브(140)의 개도를 조절한다. 제어부(10)는 운전조건에 따라 인젝션 팽창밸브(171)를 폐쇄하거나 인젝션 팽창밸브(171)의 개도를 조절한다.

토출 온도센서(11)는 압축기(110)에서 압축된 후 토출포트(114)로 토출되는 냉매의 토출온도을 측정하는 센서이다. 토출 온도센서(11)는 다양한 지점에 위치하여 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 b 지점에 구비된다.

응축 온도센서(12)는 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 응축온도를 측정하는 센서이다. 응축 온도센서(12)는 다양한 지점에 위치하여 냉매의 응축온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 c 지점에 구비된다. 실시예에 따라 응축 온도센서(12)는 응축기(120)에 구비될 수 있다. 실시예에 따라 냉매의 응축온도는 압력센서가 측정한 냉매의 응축압력으로부터 환산할 수 있다.

흡입 온도센서(13)는 증발기(130)에서 증발된 후 기액분리기(160)를 거쳐 압축기(110)의 유입포트(111)로 유입되는 냉매의 흡입온도을 측정하는 센서이다. 흡입 온도센서(13)는 다양한 지점에 위치하여 압축기(110)로 흡입되는 냉매의 온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 a 지점에 구비된다.

증발 온도센서(14)는 증발기(130)에서 증발되는 냉매의 증발온도를 측정하는 센서이다. 증발 온도센서(14)는 다양한 지점에 위치하여 냉매의 증발온도를 측정할 수 있으며 본 실시예에서는 i 지점에 구비된다. 실시예에 따라 증발 온도센서(14)는 증발기(130)에 구비될 수 있다. 실시예에 따라 냉매의 증발온도는 압력센서가 측정한 냉매의 증발압력으로부터 환산할 수 있다.

제어부(10)는 공기조화기의 운전상태에 따라 제 1 조절밸브(191), 제 2 조절밸브(192), 및 제 3 조절밸브(193)를 제어하여 흡입측 열교환기(180)의 작동을 제어한다.

제어부(10)는 압축기(110)의 운전주파수가 기설정된 기준 운전주파수보다 높은 경우 제 1 조절밸브(191) 및 제 3 조절밸브(193)를 개방하고 제 2 조절밸브(192)를 폐쇄한다.

제어부(10)는 토출 온도센서(11)가 측정한 냉매의 토출온도와 응축 온도센서(12)가 측정한 냉매의 응축온도의 차인 토출과열도가 기설정된 기준 토출과열도보다 낮은 경우 제 1 조절밸브(191) 및 제 3 조절밸브(193)를 개방하고 제 2 조절밸브(192)를 폐쇄한다.

제어부(10)는 흡입 온도센서(13)가 측정한 냉매의 흡입온도와 증발 온도센서(14)가 측정한 냉매의 증발온도의 차인 흡입과열도가 기준 흡입과열도보다 낮은 경우 제 1 조절밸브(191) 및 제 3 조절밸브(193)를 개방하고 제 2 조절밸브(192)를 폐쇄한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법에 대한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에서 흡입측 열교환이 이루어지지 않을 때를 나타내는 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기에서 흡입측 열교환이 이루어질 때를 나타내는 구성도이고, 도 6은 도 5에 도시된 공기조화기의 압력-엔탈피 선도(Pressure-Enthalpy Diagram, 이하 P-h 선도)를 나타내는 도면이다.

제어부(10)가 운전을 개시한다(S210). 운전개시시 제어부(10)는 인젝션 팽창밸브(171), 제 1 조절밸브(191) 및 제 3 조절밸브(193)를 폐쇄하고, 제 2 조절밸브(192)를 개방한 상태에서 운전 로직에 따라 압축기(110)의 운전속도 및 메인 팽창밸브(140)의 개도를 조절한다.

제어부(10)가 인젝션을 개시한다(S220). 제어부(10)가 인젝션 팽창밸브(171)를 개방하면 인젝션 모듈(170)이 응축기(120)에서 응축된 냉매의 일부를 압축기(110)의 인젝션포트(112)로 인젝션한다. 인젝션 개시시 제어부(10)는 제 1 조절밸브(191) 및 제 3 조절밸브(193)를 폐쇄하고, 제 2 조절밸브(192)를 개방한 상태를 유지한다.

제어부(10)는 운전개시후 인젝션 조건을 만족할 때 인젝션을 개시하는 것이 바람직하다. 인젝션 조건은 압축기(110)의 운전속도, 토출 온도센서(11)가 측정한 토출온도와 응축 온도센서(12)가 측정한 응축온도의 차인 토출과열도, 응축 온도센서(12)가 측정한 응축온도, 증발 온도센서(14)가 측정한 증발온도 및 응축기(120)에서 응축되는 냉매의 압력인 응축압력을 증발기(130)에서 증발되는 냉매의 압력인 증발압력으로 나눈 값인 압축비 중 적어도 하나가 기설정된 조건을 만족하는 것으로 설정되는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하여 인젝션 모듈(170)이 인젝션을 할 때 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출포트(114)를 통하여 토출된다. 토출포트(114)로 토출된 냉매는 응축기(120)로 유동된다.

응축기(120)로 유동된 냉매는 공기와 열교환을 하여 응축된다. 공기조화기가 냉방기인 경우 응축기(120)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 하며, 공기조화기가 난방기인 경우 응축기(120)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 한다.

응축기(120)에서 응축된 냉매는 개방된 제 2 조절밸브(192)를 통과하여 인젝션 모듈(170)로 유동된다.

인젝션 모듈(170)로 유동되는 냉매의 일부는 인젝션 팽창밸브(171)로 유동되고 다른 일부는 인젝션 열교환기(172)로 유동된다.

인젝션 팽창밸브(171)로 유동된 냉매는 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된다. 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매는 인젝션 열교환기(172)에서 응축기(120)로부터 유동된 냉매와 열교환하여 증발된다. 인젝션 열교환기(172)에서 증발된 냉매는 압축기(110)의 인젝션포트(112)로 인젝션된다.

응축기(120)에서 인젝션 열교환기(172)로 유동된 냉매는 인젝션 팽창밸브(171)에서 팽창된 냉매와 열교환하여 과냉각된다. 인젝션 열교환기(172)에서 과냉각된 냉매는 메인 팽창밸브(140)로 유동된다.

메인 팽창밸브(140)로 유동된 냉매는 팽창된다. 메인 팽창밸브(140)에서 팽창된 냉매는 증발기(130)로 유동된다.

증발기(130)로 유동된 냉매는 공기와 열교환하여 증발된다. 공기조화기가 냉방기인 경우 증발기(130)로 유동된 냉매는 실내공기와 열교환을 하며, 공기조화기가 난방기인 경우 증발기(130)로 유동된 냉매는 실외공기와 열교환을 한다.

증발기(130)에서 증발된 냉매는 기액분리기(160)로 안내된다.

제 1 조절밸브(191) 및 제 2 조절밸브(192)가 폐쇄된 상태이므로 기액분리기(160) 내의 흡입측 열교환기(180)는 작동되지 않는 바, 기액분리기(160)로 유동되는 냉매는 흡입측 열교환기(180)에 의한 열교환없이 기상 냉매와 액상 냉매로 분리된다.

기액분리기(160)에서 분리된 분리된 기상냉매는 압축기(110)의 유입포트(111)로 유입된다.

유입포트(111)로 유동된 냉매는 압축기(110)의 압축실에서 압축되며 인젝션포트(112)를 통하여 인젝션된 냉매와 함께 압축된 후 토출포트(114)로 토출된다.

인젝션이 개시된 후 제어부(10)는 공기조화기의 운전상태에 따라 흡입측 열교환이 필요한지 판단한다(S230). 제어부(10)는 공기조화기의 운전상태가 흡입측 열교환 조건을 만족하는지 판단한다. 흡입측 열교환 조건은 압축기(110)의 운전주파수, 토출과열도 및 흡입과열도로부터 설정된다.

압축기(110)의 운전주파수는 압축기(110)에 포함된 회전력을 발생하는 모터(미도시)의 회전속도를 주파수 단위로 나타낸 것이다. 압축기(110)의 운전주파수는 압축기(110)의 압축능력과 비례한다. 제어부(10)는 압축기(110)의 운전주파수가 기설정된 기준 운전주파수보다 높은지 판단하여 흡입측 열교환 조건을 만족하는지 판단할 수 있다.

토출과열도는 토출 온도센서(11)가 측정한 토출온도와 응축 온도센서(12)가 측정한 응축온도의 차이다. 즉, (토출과열도) = (토출온도) - (응축온도) 이다. 제어부(10)는 토출과열도가 기설정된 기준 토출과열도보다 높은지 판단하여 흡입측 열교환 조건을 만족하는지 판단할 수 있다.

흡입과열도는 흡입 온도센서(13)가 측정한 흡입온도와 증발 온도센서(14)가 측정한 증발온도의 차이다. 즉, (흡입과열도) = (흡입온도) - (증발온도) 이다. 제어부(10)는 흡입과열도가 기설정된 기준 흡입과열도보다 높은지 판단하여 흡입측 열교환 조건을 만족하는지 판단할 수 있다.

실시예에 따라, 흡입측 열교환 조건은 상술한 압축기(110)의 운전주파수, 토출과열도, 및 흡입과열도 중 어느 하나가 조건을 만족하거나 적어도 둘 이상이 조건을 만족하도록 설정될 수 있다.

제어부(10)는 흡입측 열교환 조건을 만족하여 흡입측 열교환이 필요하다고 판단한 경우 흡입측 열교환기(180)를 작동하여 흡입측 열교환을 개시한다(S240). 제어부(10)는 제 1 조절밸브(191) 및 제 3 조절밸브(193)를 개방하고 제 2 조절밸브(192)를 폐쇄하여 응축기(120)에서 인젝션 모듈(170)로 유동되는 냉매가 흡입측 열교환기(180)로 유동되도록 한다.

도 5 및 도 6을 참조하여 흡입측 열교환기(180)가 흡입측 열교환을 할 때 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

응축기(120)에서 응축된 냉매는 개방된 제 1 조절밸브(191)를 통과하여 흡입측 열교환기(180)로 유동된다.

흡입측 열교환기(180)로 유동된 냉매는 증발기(130)에서 증발된 냉매와 열교환하여 과냉각된다. 흡입측 열교환기(180)에서 열교환된 냉매는 도 6의 f 지점과 같이 과냉각되어 사이클 과냉도를 확보하고 인젝션 모듈(170)에 의한 냉매의 인젝션이 원할하게 이루어질 수 있도록 한다.

흡입측 열교환기(180)에서 과냉각된 냉매는 개방된 제 3 조절밸브(193)를 통과하여 인젝션 모듈(170)로 유동된다.

증발기(130)에서 증발된 냉매는 기액분리기(160)로 안내된다.

기액분리기(160)로 유동되는 냉매는 기상 냉매와 액상 냉매로 분리되며 흡입측 열교환기(180)에 의하여 응축기(120)에서 응축된 냉매와 열교환하여 과열된다.

흡입측 열교환기(180)는 기액분리기(160) 내의 액상 냉매를 증발시켜 냉매의 순환량을 증가시킨다. 흡입측 열교환기(180)에서 열교환된 냉매는 도 6의 a 지점과 같이 과열되어 흡입과열도 및 토출과열도가 확보된다.

흡입측 열교환기(180)에서 과열되고 기액분리기(160)에서 분리된 분리된 기상냉매는 압축기(110)의 유입포트(111)로 유입된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기에 대한 구성도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 공기조화기의 흡입측 열교환기(180)는 기액분리기(160) 압축기(110)의 유입포트(111) 사이에 배치된다. 흡입측 열교환기(180)는 판형 열교화기 또는 이중관 열교환기로 형성될 수 있다.

흡입측 열교환기(180)는 기액분리기(160)에서 분리된 기상 냉매를 응축기(120)에서 응축된 냉매와 열교환한다. 흡입측 열교환기(180)는 응축기(120)에서 응축된 냉매를 과냉각하여 인젝션 모듈(170)로 안내하고, 기액분리기(160)에서 분리된 기상 냉매를 과열하여 압축기(110)의 유입포트(111)로 안내한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

110: 압축기 120: 응축기
130: 증발기 140: 메인 팽창밸브
160: 기액분리기 170: 인젝션 모듈
171: 인젝션 팽창밸브 172: 인젝션 열교환기
180: 흡입측 열교환기 191: 제 1 조절밸브
192: 제 2 조절밸브 193: 제 3 조절밸브

Claims

냉매를 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기;
상기 응축기에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기;
상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 증발기에서 증발된 냉매와 열교환하여 과냉각하는 흡입측 열교환기;
상기 흡입측 열교환기에서 과냉각된 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 모듈;
상기 응축기와 상기 흡입측 열교환기 사이에 배치되어, 개방 시 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 흡입측 열교환기로 안내하는 제 1 조절밸브; 및
상기 응축기와 상기 인젝션 모듈 사이에 배치되어, 개방 시 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 인젝션 모듈로 안내하는 제 2 조절밸브를 포함하고,
기 설정된 조건에 따라, 상기 제 1 조절밸브 및 상기 제 2 조절밸브 중 어느 하나는 개방되고, 나머지 하나는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 흡입측 열교환기는 상기 증발기와 상기 압축기 사이에 배치되어 기상 냉매와 액상 냉매를 분리하는 기액분리기 내에 구비되는 공기조화기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 압축기의 운전주파수가 기설정된 기준 운전주파수보다 높은 경우 상기 제 1 조절밸브는 개방되고 상기 제 2 조절밸브는 폐쇄되는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 압축기에서 토출되는 냉매의 온도인 토출온도와 상기 응축기에서 응축되는 냉매의 온도인 응축온도의 차인 토출과열도가 기설정된 기준 토출과열도보다 낮은 경우 상기 제 1 조절밸브는 개방되고 상기 제 2 조절밸브는 폐쇄되는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 압축기로 흡입되는 냉매의 온도인 흡입온도와 상기 증발기에서 증발된 냉매의 온도인 증발온도의 차인 흡입과열도과 기설정된 기준 흡입과열도보다 낮은 경우 상기 제 1 조절밸브는 개방되고 상기 제 2 조절밸브는 폐쇄되는 공기조화기.
냉매를 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기;
상기 응축기에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기;
상기 응축기와 상기 증발기 사이에 배치되어 유동되는 냉매의 일부를 팽창하여 증발한 후 상기 압축기로 인젝션하는 인젝션 모듈;
운전상태에 따라 상기 응축기에서 응축된 냉매를 과냉각하여 상기 인젝션 모듈로 안내하고 상기 증발기에서 증발된 냉매를 과열하여 상기 압축기로 안내하는 흡입측 열교환기;
상기 응축기와 상기 흡입측 열교환기 사이에 배치되어, 개방 시 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 흡입측 열교환기로 안내하는 제 1 조절밸브; 및
상기 응축기와 상기 인젝션 모듈 사이에 배치되어, 개방 시 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 인젝션 모듈로 안내하는 제 2 조절밸브를 포함하고,
기 설정된 조건에 따라, 상기 제 1 조절밸브 및 상기 제 2 조절밸브 중 어느 하나는 개방되고, 나머지 하나는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
냉매를 압축하는 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기와 상기 응축기에서 응축된 냉매를 증발하는 증발기 사이에 배치되는 인젝션 모듈이 상기 응축기에서 응축된 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하는 제1 인젝션 단계; 및
상기 증발기와 상기 압축기 사이에 배치된 흡입측 열교환기가 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 증발기에서 증발된 냉매와 열교환하여 과냉각하고 상기 인젝션 모듈이 상기 흡입측 열교환기가 과냉각한 냉매의 일부를 상기 압축기로 인젝션하는 제2 인젝션 단계를 포함하고,
상기 제1 인젝션 단계 및 상기 제2 인젝션 단계 중 어느 하나가 택일적으로 수행되도록, 기 설정된 조건에 따라, 상기 응축기와 상기 흡입측 열교환기 사이에 배치되어, 개방 시 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 흡입측 열교환기로 안내하는 제 1 조절밸브 및 상기 응축기와 상기 인젝션 모듈 사이에 배치되어, 개방 시 상기 응축기에서 응축된 냉매를 상기 인젝션 모듈로 안내하는 제 2 조절밸브 중 어느 하나는 개방되고, 나머지 하나는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제 8 항에 있어서,
상기 압축기의 운전주파수가 기설정된 기준 운전주파수보다 높은 경우 상기 흡입측 열교환기가 열교환하도록, 상기 제 1 조절밸브는 개방되고 상기 제 2 조절밸브는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제 8 항에 있어서,
상기 압축기에서 토출되는 냉매의 온도인 토출온도와 상기 응축기에서 응축되는 냉매의 온도인 응축온도의 차인 토출과열도가 기설정된 기준 토출과열도보다 낮은 경우 상기 흡입측 열교환기가 열교환하도록, 상기 제 1 조절밸브는 개방되고 상기 제 2 조절밸브는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제 8 항에 있어서,
상기 압축기로 흡입되는 냉매의 온도인 흡입온도와 상기 증발기에서 증발된 냉매의 온도인 증발온도의 차인 흡입과열도과 기설정된 기준 흡입과열도보다 낮은 경우 상기 흡입측 열교환기가 열교환하도록, 상기 제 1 조절밸브는 개방되고 상기 제 2 조절밸브는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.