KR20060069714A - 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법은, 압축기의 토출 냉매 온도가 일정 온도 이상 상승하면, 증발기를 통과하는 냉매 중 액냉매의 성분이 증가하도록 팽창 밸브의 개도량을 일정 이상으로 확대하여 상기 압축기를 냉각시킴으로써, 보다 신속하고 효과적으로 압축기를 냉각시킬 수 있고, 전체 냉방 시스템이 저하되는 문제를 방지하여 냉방 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

압축기, 증발기, 바이패스, 전자팽창밸브, LEV, 인버터, 냉매 토출 온도

Description

공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법{Over heating control method of compressor in air-conditioner}

도 1은 종래 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법을 구현하기 위한 냉동 사이클 구성도,

도 2는 종래 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법을 나타낸 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법을 구현하기 위한 냉동 사이클 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법을 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법을 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 압축기 52 : 사방 밸브

53 : 실외 열교환기(응축기) 54 : 전자팽창밸브(LEV)

55 : 실내 열교환기(증발기) 56 : 온도감지센서

57 : 바이패스 밸브 58 : 바이패스 유로

본 발명은 공기 조화기에 관한 것으로서, 특히 전자 팽창 밸브(LEV)를 이용하여 냉방 작동 중에 압축기의 토출 온도의 상승을 억제할 수 있는 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉동 사이클을 이용한 공기 조화기에는 냉매를 순환 유동시킬 수 있도록 압축기가 구비된다.

이와 같은 압축기는 외부 온도가 지나치게 높은 경우에 압축기에서 토출되는 냉매의 온도도 상승하게 되는데, 일정 온도(약 120℃) 이상이 되면, 압축기 내부 부품에 손상을 주어 압축기의 수명을 단축하거나 정상적인 작동을 불가능하게 한다.

따라서, 다양한 방법으로 압축기의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있는 방법이 연구되고 있다.

도 1은 바이패스 유로를 이용하여 압축기의 토출온도 상승 억제 구조가 도시된 구성도로서, 이에 도시된 냉동 사이클 구성도는 히트 펌프식 구성을 나타낸 것으로서, 냉방 작동시의 상태를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이 냉방 작동시에 압축기(1)에서 토출된 냉매는 사방 밸브(2), 실외 열교환기(3), 팽창 밸브(4), 실내 열교환기(5), 사방 밸브(2)를 경유하여 다시 압축기(1)로 흡입되면서 순환된다.

여기서, 상기 압축기(1)의 토출 냉매 온도가 과도하게 상승하게 되면, 온도감지센서(6)를 통해 이를 감지하여, 바이패스 밸브(7)를 개방함으로써 응축기 역할을 하는 실외 열교환기(3)의 출구측에서 압축기(1)의 흡입측으로 연결된 바이패스 유로(8)를 통해 일정량(약 5~10%)의 액냉매가 바이패스 됨으로써 냉매의 온도 상승을 억제하여 압축기를 냉각시키게 된다.

이와 같은 바이패스 구조를 이용한 방법 이외에도 상기 압축기(1)가 용량 가변이 가능한 인버터 압축기로 구성되는 경우에 도 2에 도시된 바와 같이, 단계적으로 압축기의 토출온도 상승을 억제하는 방법이 사용된다.

즉, 상기한 바와 같이 100℃ 정도에서는 바이패스 유로(8)를 개방하여 일정량의 액냉매를 바이패스시키는 방법으로 온도 상승을 억제하고, 이후에도 토출 온도가 계속 상승하게 되면, 압축기(1)의 인버터 주파수 상승을 억제한다.

이와 같은 억제 방법으로도 압축기(1) 토출 온도가 더욱 상승하게 되면, 압축기(1)의 인버터 주파수를 감소시키고, 그 후에는 압축기 보호를 위해 압축기의 작동을 정지시게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 압축기 토출온도 상승 억제 방법에서 바이패스 유로(8)를 이용한 방법은 주변의 온도 상승 요인이 많을 경우에 일정량의 액냉매 공급만으로는 압축기를 충분히 냉각시킬 수 없는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같이 압축기(1)의 자체의 운전 주파수를 억제 또는 감소시키거 나 압축기를 정지시키는 경우에는 전체 냉방 능력이 현저히 떨어지거나, 정상 냉방 능력을 회복하는 데 상당한 시간이 소요되어 사용자의 불만을 초래하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일정량의 냉매를 바이패스 시키는 동시에 전자팽창밸브의 개도량을 확대하여 압축기의 토출 온도가 상승하는 것을 억제함으로써 압축기 토출 온도를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 동시에 신속하게 정상 운전으로 복귀가 가능하여 냉방 능력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법은, 압축기의 토출 냉매 온도가 일정 온도 이상 상승하면, 증발기를 통과하는 냉매 중 액냉매의 성분이 증가하도록 팽창 밸브의 개도량을 일정 이상으로 확대하여 상기 압축기를 냉각시키는 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

여기서, 상기 팽창 밸브의 개도량은 전체 개도량의 50% ~ 100% 사이에서 설정된다.

압축기의 토출 냉매 온도가 일정 온도 이상 상승하면, 응축기의 출구쪽에서 일정량의 냉매를 압축기의 흡입쪽으로 바이패스시켜서 압축기를 냉매시키는 방법을 포함한다.

상기 방법으로도 압축기의 토출 냉매 온도가 계속 상승하여 제 1 온도에 도달하면, 상기 압축기의 인버터 주파수 상승을 억제시키고,

상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도에 도달하면, 상기 압축기의 인버터 주파수를 하강시키며,

상기 제 2 온도보다 높은 제 3 온도에 도달하면, 압축기의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 한다.

상기 압축기의 토출 냉매 온도가 일정 온도 이하로 하강하면, 상기 팽창 밸브의 개도량을 원위치로 복귀시킨다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법을 구현하기 위한 냉동 사이클 구성도로서, 냉매 흐름을 반대로 하여 난방 작동도 가능한 히트 펌프식 냉동 사이클을 예시한 도면이다. 본 발명은 히트 펌프식 냉동 사이클을 이용한 공기 조화기에 한정되지 않고, 일반 냉동 사이클을 갖는 공기 조화기나, 실내기 또는 실외기가 멀티로 구성된 공기 조화기에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다. 다만 설명의 편의를 위해 히트 펌프식 냉동 사이클을 이용한 공기 조화기를 예시하여 설명한다.

도 3에 도시된 공기 조화기는 일반적인 히트 펌프식 냉동 사이클의 구성과 같이 압축기(51), 사방 밸브(52), 실외 열교환기(53), 팽창밸브(54), 실내 열교환기(55)가 구비된다.

특히, 본 발명에서 상기 팽창 밸브(54)는 개도량을 조절할 수 있는 전자팽창 밸브(LEV; linear expansion valve)가 사용되고, 상기 실외 열교환기(53)의 출구측에서 압축기(51)의 흡입측으로 일정량의 냉매를 바이패스할 수 있는 바이패스 유로(58) 및 이 유로를 개폐하는 밸브(57)가 구비된다. 아울러, 상기 압축기(51)는 용량 가변이 가능한 인버터 압축기로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 압축기(51)의 토출측에는 토출 냉매 온도를 감지하는 온도감지센서(56)가 구비되고, 이 센서는 제어 유닛(미도시)에 신호를 전달하여, 제어 유닛으로부터 상기 바이패스 유로를 개폐하는 밸브(57), 상기 압축기(51) 및 전자 팽창 밸브(54)의 운전을 제어할 수 있도록 구성된다.

상기와 같은 냉동 사이클 장치를 이용한 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법을 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법을 나타낸 순서도이다.

냉방 작동을 위해서는 압축기(51)가 운전되고, 이 압축기(51)의 운전에 따라 냉매는 도 3에 도시된 바와 같이 사방 밸브(52), 실외 열교환기(53), 팽창 밸브(54), 실내 열교환기(55), 사방 밸브(52)를 경유하여 다시 압축기(51)로 흡입되면서 순환하게 된다.

이와 같은 냉방 작동 과정에서, 상기 압축기(51)의 토출 냉매 온도가 일정 온도 이상, 예를 들면 100℃ 이상으로 상승하게 되면, 온도 감지 센서(56)가 이를 감지하여 제어 유닛에 신호를 입력하게 된다.

상기 제어 유닛은 상기 압축기(51)가 과열되었음은 판단하여, 바이패스 유로의 밸브(57)를 개방시켜 바이패스 유로(58)를 통해 실외 열교환기(53) 즉, 응축기를 통과한 일부의 액냉매를 압축기(51)의 흡입측으로 바이패스 시킨다.

이와 같이 일부 냉매를 바이패스시키는 방법으로도 압축기(51)의 토출측 냉매 온도가 떨어지지 않을 경우에는 상기 제어 유닛에서 상기 전자팽창밸브(54)의 개도량을 정상 냉방 작동시의 개도량보다 더 커지도록 제어 신호를 출력하게 된다.

이때, 상기 전자팽창밸브(54)의 개도량은 전체 개도량의 50% ~ 100% 사이에서 적절하게 설정되는 것이 바람직하다.

이와 같이 전자팽창밸브(54)의 개도량을 확대할 경우에 전자팽창밸브를 거쳐 실내 열교환기(55) 즉, 증발기로 유입된 액냉매는 과열이 안된 상태로 압축기(51)로 흡입되므로, 압축기의 토출 온도가 신속하게 하강하게 된다. 즉, 상기 실내 열교환기(55)를 통과한 냉매는 액냉매 성분을 많이 포함하고 있으므로 액냉매 성분이 갖는 잠열에 의해 압축기(51) 내부에서 냉각 효과를 크게 가지게 되어, 그만큼 빨리 압축기(51)의 냉각이 이루어지게 된다.

상기와 같이 전자 팽창밸브(54)의 개도량을 확대하여 압축기(51)를 냉각시킨 후, 압축기의 토출 냉매 온도가 일정 온도 이하로 하강하면, 상기 제어 유닛의 신호에 따라 상기 전자 팽창 밸브(54)의 개도량은 다시 원상태로 복귀되어 정상적인 팽창밸브 기능을 수행하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같이 압축기가 과열되면, 전자팽창밸브(54)를 개도량을 충분히 확대하여 개방함으로써 냉매가 실내 열교환기(55)를 통과한 후에도 액성분의 상당량이 그대로 존재한 상태에서 압축기(51)로 유입되게 되고, 이에 따라 실내 열교환기의 능력이 감소되는 것을 최소화하면서도 종래 10 여분이 걸리던 압축기 냉각 시간을 1 ~ 2분 내로 빠르게 냉각시킬 수 있게 된다.

한편, 상기에서는 압축기가 과열되면 액냉매를 바이패스시키는 방법을 먼저사용하고 그래도 압축기가 냉각되지 않으면, 전자팽창밸브(54)의 개도량을 제어하는 방법을 예시하였으나, 이에 한정되지 아니하고 전자팽창밸브의 개도량을 먼저 조절하거나 두 가지 방법을 동시에 사용하도록 설정하는 것도 가능하다.

또한, 상기와 같은 냉매를 바이패스 시키거나 전자팽창밸브(54)의 개도량을 확대하는 방법으로도 압축기(51)의 토출 냉매 온도가 계속 상승하는 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 설정 온도에 도달하면, 상기 압축기(51)의 인버터 주파수 상승을 억제시키고, 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도에 도달하면, 상기 압축기(51)의 인버터 주파수를 하강시키며, 상기 제 2 온도보다 높은 제 3 온도에 도달하면, 압축기(51)의 운전을 정지시켜 제어한다.

한편, 상기에서는 실내기 하나와 실외기 하나가 연결된 단일 구조의 에어컨을 중심으로 설명하였으나, 실내기가 다수인 멀티 에어컨의 경우에는 실내기와 실외기 간의 연결배관에 액냉매가 흐르거나 누적되어 있으므로, 이 냉매를 이용하여 압축기를 냉각시켜 압축기 토출온도 상승을 억제할 수 있다.

특히, 실내기가 다수인 멀티 에어컨에서는 냉방 작동에 사용하지 않은 쪽 실내기의 팽창 밸브를 확대 개방하게 되면, 실내기를 통과한 대부분의 액냉매가 그대로 압축기로 유입되므로, 그만큼 압축기의 냉각 효율은 높아지게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법은, 전자팽창밸브의 개도량을 변화시켜 압축기 내부로 액냉매가 유입되도록 함으로써 보다 신속하고 효과적으로 압축기를 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 실내 열교환기 즉, 증발기의 능력 감소를 최소화하면서 압축기의 토출온도 상승을 방지하므로, 전체 냉방 시스템이 저하되는 문제를 방지할 수 있는 이점도 있다.

Claims (5)

1. 압축기의 토출 냉매 온도가 일정 온도 이상 상승하면, 증발기를 통과하는 냉매 중 액냉매의 성분이 증가하도록 팽창 밸브의 개도량을 일정 이상으로 확대하여 상기 압축기를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축기의 토출 냉매 온도가 일정 온도 이하로 하강하면, 상기 팽창 밸브의 개도량을 원위치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 팽창 밸브의 개도량은 전체 개도량의 50% ~ 100% 사이에서 설정되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   압축기의 토출 냉매 온도가 일정 온도 이상 상승하면, 응축기의 출구쪽에서 일정량의 냉매를 압축기의 흡입쪽으로 바이패스시켜서 압축기를 냉매시키는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 방법으로도 압축기의 토출 냉매 온도가 계속 상승하여 제 1 온도에 도달하면, 상기 압축기의 인버터 주파수 상승을 억제시키고,

   상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도에 도달하면, 상기 압축기의 인버터 주파수를 하강시키며,

   상기 제 2 온도보다 높은 제 3 온도에 도달하면, 압축기의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 압축기 토출온도 상승 억제 방법.

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