KR0133044B1

KR0133044B1 - 공기조화기의 냉매사이클 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR0133044B1
Application number: KR1019930000936A
Authority: KR
Inventors: 김종엽; 지덕익
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1998-04-21
Also published as: KR940018623A

Abstract

본 발명은 냉난방 겸용 공기조화기의 초기구동, 저온난방, 제상운전시, 압축기토출구측의 고온개스를 입구측으로 바이패스시켜 압축기입구측으로 유입되는 액냉매를 증발시켜 줌으로써 액냉매 유입 및 액냉매와 오일층 분리를 방지하게 되어 압축기의 운전능력을 향상시켜 줄수 있도록 한 공기조화기의 냉매사이클 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 냉매사이클에 있어서, 압축기의 토출구측과 입구측과에 상기 압축기의 토출개스 일부를 바이패스시키는 전자밸브와, 상기 전자밸브에서 바이패스된 개스와 액냉매를 혼합하여 증발기에서 나오는 액냉매를 증발시켜 액냉매 유입 및 액냉매와의 오일의 층분리를 방지 시키는 유량감소장치를 장착하고, 난방, 냉방, 제상운전시 압축기입구측에 과열도를 소정의 값으로 유지시키기 위하여, 감압장치에 전자팽창변을 장착하여 압축기의 손상방지와, 운전능력이 향상되도록 한 것임.

Description

공기조화기의 냉매사이클 제어장치 및 방법

제1도는 일반적인 공기조화기의 냉매사이클.

제2도는 본 발명 공기조화기의 냉매사이클.

제3도는 본 발명에 이용되는 압력에 대한 엔탈피선도.

제4도는 본 발명에 이용되는 포화온도의 계산 도표.

제5도는 본 발명 공기조화기의 요부 제어블럭도.

제6도는 본 발명 공기조화기의 냉매사이클의 제어방법.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압축기 2 : 사방변

3 : 실외열교환기 4,6 : 감압장치

7 : 실내열교환기 8 : 어큐뮬레이터

9 : 전자밸브 10 : 유량감지장치

11, 나 : 흡입온도감지부 12, 다 : 흡입압력감지부

13 : 전자팽창변 가 : 운전선택부

라 : 마이콤 마 : 전자팽창변 구동부

바 : 전자밸브구동부

본 발명은 공기조화기의 냉매사이클 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 냉난방 겸용 공기조화기의 초기구동, 저온난방, 제상운전시, 압축기토출구측의 고온개스를 입구측으로 바이패스시켜 압축기입구측으로 유입되는 액냉매를 증발시켜줌으로써 액냉매 유입 및 액냉매와 오일층 분리를 방지하게 되어 압축기의 운전능력을 향상시켜 줄수 있도록 한 공기조화기의 냉매사이클 제어장치 및 방법에 관한 것이다. 일반적으로 공기조화기의 냉매사이클은 제1도에 도시한 바와같이, 난방운전시 압축기(1)에서 나온 고온고압의 냉매는 사방변(2)를 통해서 실내열교환기(7)로 유입되게 되면 상기 실내열교환기(7)에서는 실내로 열을 방출하고 응축이 되게 된다. 상기 실내열교환기(7)에서 응축된 냉매는 감압장치(6)(4)를 통해서 감압되어 실외열교환기(3)로 유입되고 이유입된 냉매는 열원인 외부공기에 의하여 증발이 되어 사방변(2)을 통해서 어큐뮬레이터(8)를 거쳐서 압축기(1)로 유입되는 재순환 과정으로 난방운전을 하게 되고, 냉방운전시에는 상기 과정을 역순환 하여 냉방을 하게 된다. 상기와같은 운전과정에서 난방운전시, 우리나라와 같이 대류성 기후인 경우 외기온도가 급강할때나, 제상운전, 초기운전시, 열원부족으로 인하여 ,냉매사이클을 순환하여 상기 압축기로 유입되는 액냉매와 오일층이 분리되는 현상이 발생되어 오일회수가 불능이 발생되므로 결국 압축기를 파손시키는 결과를 초래하게 되는가 하면, 또한 외기온도의 급강하에 따라 증발압력이 낮아져 결국 응축압력의 감소로 인하여 실내측에서 찬바람이 토출되는 난방이 제대로 이루어지지 않는 문제점을 가지게 되었다. 따라서, 본 발명의 목적은 공기조화기의 난방운전시, 외기온도의 급강하 또는 초기구동, 제상운전등을 할 때, 압축기의 흡입온도를 읽어 소정온도이하 인 경우 압축기의 토출구측의 고온개스를 압축기의 입구측으로 바이패스시켜 유입되는 액냉매를 증발시켜 줌으로써 액냉매와 오일층의 분리 방지는 물론, 압축기를 최대 회전으로 운전시켜 응축압력을 높여 난방능력을 향상시키도록 하는데 있으며, 상기의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 냉매사이클에 있어서, 압축기의 토출구 측과 입구측과에 상기 압축기의 토출개스 일부를 바이패스시키는 전자밸브와, 상기 전자밸브에서 바이패스된 개스와 액냉매를 혼합하여 증발기에서 나오는 액냉매를 증발시켜 액냉매 유입 및 액냉매와의 오일의 층분리를 방지 시키는 유량감소장치를 장착하고, 난방, 냉방, 제상운전시 압축기입구측에 과열도를 소정의 값으로 유지시키기 위하여, 감압장치에 전자팽창변을 장착하여서 된 것이다. 또한 본 발명은 초기기동 인가를 판단하는 초기구동판단단계와, 상기 초기 기동판단단계에서 기동초기이면 전자밸브를 온 시키는 전자밸브온 단계와, 상기 초기 기동판단단계에서 기동초기가 아니면 압축기의 흡입온도와 압력을 감지 입력하는 압축기의 흡입온도와 압력 감지단계와, 과열도를 계산하는 과열도계산단계와, 상기 과열도계산단계에서 과열도와 소정의 값과의 대소를 판단하는 과열도 판단단계와, 상기 과연도판단단계에서 판단결과 전자팽창변을 열고 닫고하는 전자팽창변 개폐단계와, 상기 전자팽창변 개폐단계에서 흡입온도와 압축기 보호용온도와의 대소를 판단하는 압축기 보호용온도 판단단계와, 상기 압축기 보호용온도 판단단계에서 판단된 상태에 따라 전자 밸브를 온 오프하는 전자밸브온 오프단계로 이루어 지도록 한 것이다. 이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 제2도는 본 발명에 적용되는 공기조화기의 냉매사이클로서, 난방운전시 압축기(1)에서 나온 고온고압의 냉매가 사방변(2)를 통해서 실내열교환기(7)로 유입되게 되면 상기 실내열교환기(7)에서는 실내로 열이 방출 및 응축이 되고, 상기 실내열교환기(7)에서 응축된 냉매는 감압장치(6)(4)를 통해서 감압되어 실외열교환기(3)로 유입되며 이유입된 냉매는 열원인 외부공기에 의하여 증발이 되어 사방변(2)을 통해서 어큐뮬레이터(8)를 거쳐서 압축기(1)로 유입되는 재순환 과정으로 난방운전을 하고, 냉방운전시에는 상기 과정을 역순환하여 냉방을 하도록 된 냉난방겸용공기조화기의 냉매사이클에 있어서, 압축기(1)의 토출구와 입구측에 상기 압축기(1)로부터 토출되는 고온개스 일부를 바이패스시키는 전자밸브(9)와, 상기 전자밸브(9)에서 바이패스된 고온개스를 액냉매와 혼합하여 실내열교환기(3)에서 나오는 액냉매를 증발시켜 액냉매 유입 및 액냉매와의 오일의 충분리를 방지 시키는 유량감소장치(10)를 장착하고, 난방, 냉방, 제상운전시 압축기(1) 입구측에 과열도를 소정의 값으로 유지시키기 위하여, 감압장치(4)(6)에 전자팽청변(13)을 장착하여서 된 것이다. 도면중 미설명부호 11은 압축기의 흡입온도를 감지하는 흡임온도감지부이고, 12는 압축기의 흡입압력을 감지하는 흡입압력감지부이다. 제3도는 본 발명에 적용되는 전자팽창변의 흡입압력(Ts)에서의 포화온도와 흡입온도(T2)를 표시한 압력에 대한 엔탈피 선도이고, 제4도는 본 발명에 이용되는 압축기의 흡입압력(P2)을 이용하여 포화온도(Ts)를 계산한 도표이다. 제5도는 본 발명에 적용되는 냉매사이클의 요부 제어블럭도로서, 냉방, 난방, 제상 운전등을 선택하는 운전선택부(가)와, 압축기의 흡입온도를 감지하는 흡입온도감지부(나)와, 압축기의 흡입압력을 감지하는 흡입압력감지부(다)와, 상기 운전선택, 흡입온도, 흡입압력 신호를 받아 소정의 프로그램에 의하여 연산 제어하는 마이콤(라)과, 상기 마이콤(라)에서 연산 제어신호에 따라 전자팽창변을 개폐 구동하는 전자팽창변 구동부(마)와, 전자밸브를 개폐구동하는 전자밸브구동부(바)로 구성 된다. 제6도는 본 발명에 적용되는 냉매사이클의 제어블럭도로서, 초기화 상태에서 초기기동인가를 판단하는 초기기동판단단계(60)와, 상기 초기기동판단단계(60)에서 기동초기이면 전자밸브를 온시키는 전자밸브온 단계(61)와, 상기 초기구동판단단계(60)에서 기동초기가 아니면 압축기의 흡입온도와 압력을 감지 입력하는 압축기의 흡입온도와 압력 감지단계(62)와, 압축기의 과열도를 계산하는 과열도계산단계(63)와, 상기 과열도계산단계(63)에서 과열도와 소정의 값과의 대소를 판단하는 과열도판단단계(64)와, 상기 과열도판단단계(64)에서 과열이면 전자팽창변을 여는 전자팽창변 열음단계(65)와, 상기 과열상태가 아니면 전자팽창변을 닫는 전자팽창변 닫음 단계(66)와, 사익 전자팽창변 열고 닫음단계(65)(66)에서 흡입온도와 압축기 보호용온도와의 대소를 판단하는 압축기 보호용온도판단단계(67)와, 상기 압축기 보호용온도 판단단계(67)에서 판단결과 압축기보호용 온도가 크면 전자밸브를 온 하는 전자밸브온 단계(68)와, 상기 압축기 보호용온도 판단단계(67)에서 압축기보호용 온도가 작으면 전자밸브를 오프하는 전자밸브 오프단계(69)로 이루어지도록 한 것이다. 상기와 같이 구성하여서 된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다. 먼저 전원이 인가되어 공기조화기가 초기화된 상태에서 상기 마이콤(라)에서는 운전선택부(가)로부터 입력되는 운전상태에 따라 냉매가 냉매사이클을 순환하면서, 난방운전 및 냉방운전을 하게 되는데, 즉 난방운전시 압축기(1)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 냉매는 전원이 공급되어 인가된 사방변(2)을 통해서 실내열교환기(7)에 유입되고, 상기 실내열교환기(7)에서는 고온고압의 냉매를 실내로 열방출하고 응축을 하게 된다. 한편 상기 실내열교환기(7)에서 응축된 냉매는 감압장치(4)(6)와, 전자팽창변(13)을 통해서 저압의 포화상태로 실외열교환기(3)로 유입된다. 상기와같이 유입된 냉매는 열원인 외부공기에 의하여 증발이 되어 어큐뮬레이터(8)를 통해서 압축기(1)로 유입되게 되게 되며 이때 상기 압축기(1)로 유입되는 냉매는 흡입온도감지부(11)와 흡입압력감지부(12)를 통해서 흡입온도와 흡입압력이 감지되면서 압축기(1)로 유입되는 재순환 과정으로 난방운전을 하게 되고, 반면에 냉방 운전이나 제상운전이 선택되면, 상기 냉매순환 과정을 역순환 시킴으로써 냉방운전 및 제상운전을 하게 되는데, 이때 상기 냉매를 역순환시키기 위하여는 상기 사방변(2)에 전원을 차단함으로써 냉매가 역순환이 되도록 한다. 상기와 같이 냉,난방운전, 제상운전을 수행도중 이거나, 또는 기동초기시, 상기 마이콤(라)에서는 먼저 초기기동판단단계(60)로 가서, 공기조화기가 초기 기동상태 인가를 판단하게 되고 이때 초기 기동상태이면 상기 마이콤(라)에서는 전자밸브 온 단계(61)로 가서 제5도의 전자밸브 구동부(바)를 제어하여 제2도에 도시한 압축기(1)의 토출구측에 구성된 전자밸브(9)를 열어주고, 마이콤(라)에서는 압축기의 흡입온도 및 압력 감지단계(62)로 가서 상기 전자밸브(9)가 열려진 상태에서 압축기(1)에서 토출되는 고온고압의 개스를 유량감소장치(10)를 통해서 압축기(1)의 입구측으로 바이패스시켜 상기 압축기(1)로 유입되는 액냉매와를 혼합하여 증발시키면서 순환되는 냉매의 흡입온도(T2) 및 압력(P2)을 상기 마이콤(라)에서는 제5도의 흡입온도감지부(나)와 흡입압력 감지부(다)를 통해서 냉매의 흡입온도와 압력을 감지하게 된다. 한편 상기 초기기동판단단계(60)에서 초기기동상태가 아니면 상기 마이콤(라)에서는 냉방 또는 난방, 제상운전 중인 것으로 판단하여 직접 상기 압축기의 흡입온도 및 압력감지단계(62)로 가서 냉매사이클을 순환하여 상기 압축기(1)의 입구측으로 유입되는 냉매의 흡입온도(Ts)와 압력(P)을 상기 흡입온도감지부(나), 흡입압력감지부(다)를 통해서 감지하게 된다. 상기 압축기의 흡입온도 및 압력감지단계(62)에서 흡입온도와 압력이 감지가 되면 상기 마이콤(라)에서는 과열도계산단계(63)로 가서 감지된 흡입온도(T2)와 압력(P2)에 대한 포화온도(Ts)와를 연산하여 과열도(SHs)를 산출 ( Ts-T2=SHs)하게되고, 상기 마이콤(라)에서는 과열도판단단계(64)로 가서 상기 계산된 과열도(SHs)가 소정의 값 이상인가를 판단하게 되고, 상기 과열도를 판단한 결과 과열도가 소정의 값이상이 되면 상기 마이콤(라)에서는 전자팽창변 열음단계(65)로 가서 전자팽창변 구동부(마)를 제어하여 전자팽창변(13)을 약간 열어 냉매의 감압을 저하시켜 순환되는 냉매의 과열도를 소정의 값으로 낮추고, 상기 과열도판단단계(64)로가서 과열도(SHs)가 소정의 값이하이면 상기 마이콤(라)에서는 전자팽창변 닫음단계(66)로 가서 상기 전자팽창변 구동부(마)를 제어하여 전자팽창변(13)을 약간 닫아 줌으로써 순환되는 냉매의 감압을 상승시켜 과열도를 소정의 값으로 높여주면서 운전을 하게 되어 최적의 과열도를 유지하면서 운전능력을 발휘할수 있도록 하고, 이와같이 순환되는 냉매의 과열도를 소정의 값으로 조절한 상태에서 상기 마이콤(라)에서는 압축기보호용 온도판단단계(67)로 가서 상기 흡입온도감지부(11)(나)를 통해서 압축기(1)로 유입되는 냉매의 흡입온도(T2)를 감지하고 이 감지된 흡입온도(T2)가 압축기보호용 온도(T0)보다 작은가를 판단하여, 상기 흡입온도(T2)가 압축기보호용 온도(T0)보다 크면 상기 마이콤(라)에서는 전자밸브 오프 판단단계(69)로 가서 전자밸브 구동부(바)를 제어하여 전자밸브(9)를 오프시키고, 운전을 하고, 상기 압축기보호용 온도판단단계(67)에서 흡입온도(T2)가 압축기보호용 온도(T0)보다 작으면 상기 마이콤(라)에서는 전자밸브구동부(바)를 제어하여 전자밸브(9)를 온 구동시켜 상기 압축기91)에서 토출되는 고온개스의 일부를 상기 전자밸브(9), 유량감소장치(10)를 통해서 바이패스 시켜, 상기 토출되는 고온개스로 상기 냉매사이클의 실외열교환기(3)에서 나오는 냉매와 혼합시킴으로써 액냉매가 증발되어 상기 압축기(1)의 입구측으로 유입되는 액냉매를 방지 및 액냉매와 오일층 분리를 막아 주게 되어 압축기의 손상을 방지를 할수 있게 되는 것이다. 이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 냉 난방 겸용 공기조화기의 냉매사이클의 압축기의 토출구와 입구측에 전자밸브와 유량감소장치를 구성하고, 감압장치에 전자팽창변을 구성하여, 초기기동, 난방운전, 제상운전시 냉매사이클을 순환하여 압축기로 유입되는 냉매의 흡입온도를 감지하여 흡입온도가 설정온도보다 낮으면 전자밸브를 열어 토출구의 고온개스를 입구측으로 바이패스시켜 고온개스로 액냉매와 오일의층 분리를 방지시킴으로써 압축기의 손상을 방지 시키고, 또한 압축기로 유입되는 흡입온도와 흡입압력을 감지하여 과열도를 연산하고 이 연산된 과열도에 따라 상기 전자팽창변을 개폐 제어하여 최적의 과열도를 유지하도록 함으로써 운전능력을 크게 향상할수 있는 효과를 제공하도록 한 것이다.

Claims

냉매사이클을 정/역순환하면서 냉/난방을 하도록 된 냉/난방 겸용 공기조화기에 있어서, 상기 냉매사이클의 압축기(1)의 토출구와 입구측에 상기 압축기(1)로부터 토출되는 고온개스 일부를 바이패스시키는 전자밸브(9)와 ; 상기 전자밸브(9)에서 바이패스된 고온개스를 액냉매와 혼합하여 실내열교환기(3)에서 나오는 액냉매를 증발시켜 액냉매 유입 및 액냉매와의 오일의 층분리를 방지시키는 유량감소장치(10)와 ; 난방,냉방,제상운전시 압축기(1) 입구측에 과열도를 소정의 값으로 유지시키기 위하여, 감압장치(4)(6)에 전자팽창변(13)을 장착하여서 된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매사이클 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 공기조화기의 초기기동, 난방운전, 제상운전시, 냉매사이클을 순환하면서 압축기(1)로 유입되는 냉매의 흡입온도(T2)에 따라 상기 전자밸브(9)를 개폐하면서 압축기의 토출 고온개스를 압축기의 입구측으로 바이패스시키고, 상기 압축기의 입구측 흡입온도(T2)와 흡입압력(P2)을 연산하여 연산된 과열도에 따라 전자팽창변을 개폐하면서 최적의 과열도를 유지하도록 하여서 된 공기조화기의 냉매사이클 제어장치.
제2항에 있어서, 상기 압축기(1)의 냉매 흡입온도(T2)가 소정의 온도(T0)이하일 때 압축기(1)의 토출고온개스가 바이패스되도록 하고, 상기 압축기(1)의 과열도가 소정의 과열도이상일 때 전자팽창변을 열어 과열도가 제어되도록 하여서된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매사이클 제어장치.
공기조화기의 냉매사이클 제어방법에 있어서, 공기조화기의 운전개시에 의한 초기기동 인가를 판단하는 초기기동판단단계(60) ; 상기 초기기동판단단계(60)에서 기동초기이면 압축기의 토출구측에 연결된 전자밸브를 '온'시키는 전자밸브온단계(61); 상기 초기기동판단단계(60)에서 기동초기가 아니면 전자밸브를 열어 압축기의 고온고압의 개스를 압축기의 입구측으로 바이패스시키고, 유입되는 액냉매와 혼합후 증발시키면서 냉매의 흡입온도(T2) 및 압력(P2)을 감지하는 흡입온도/압력감지단계(62); 감지된 흡입온도(T2)와 압력(P2)에 대한 포화온도(Ts)에 의해 결정되는 과열도(SHs)를 산출하는 과열도계산단계(63)와 ; 상기 과열도계산단계(63)에서 산출된 과열도(SHs)와 설정값을 비교하고, 상기 과열도(SHs)가 설정값이상이면 전자팽창변을 미소간격 열고, 상기 과열도(SHs)가 설정값 미만이면 전자팽창변을 미소간격만큼 닫는 전자팽창변개폐단계(65)(66) ; 상기 전자팽창변개폐단계(65)(66)를 수행후 흡입온도(T2)가 압축기보호용온도(T0)이하이면 전자밸브를 '오프'시키는 전자밸브오프단계(87) ; 및 상기 전자팽창변개폐단계(65)(66)를 수행후 흡입온도(T2)가 압축기보호용온도(T0) 초과하면 전자밸브를 '온'시키는 전자밸브온단계(68)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매사이클 제어방법.