JP2005520092A

JP2005520092A - 空気調和機及びその運転方法

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Publication number: JP2005520092A
Application number: JP2004501854A
Authority: JP
Inventors: ヨン−キ・モン; ジェ−ミョン・モン; ドン−クエ・リー; ヨン−ヒュン・ハ
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2005-07-07
Also published as: TW562898B; KR100432225B1; WO2003093735A1; CN1520504A; CN1224808C; KR20030085860A; EP1499837A4; US6997002B2; EP1499837A1; AU2002303024A1; US20040177633A1

Abstract

空気調和機及びその運転方法を開示する。前記空気調和機は圧縮機のモータ（２ａ）に供給されるパワーのレベルを制御するためのパワーレベル制御部（６）を有する。パワーレベル制御部（６）は、圧縮機モータ（２ａ）に第１レベルパワーを供給するための第１供給部（６ａ）と、圧縮機モータ（２ａ）に第２レベルパワーを供給するための第２供給部（６ｂ）とからなる。圧縮機の運転サイクルがローディング運転であると、パワーレベル制御部（６）は第１供給部（６ａ）を介して冷媒を圧縮するための第１レベルパワーを供給し、圧縮機の運転サイクルがアンローディング運転であると、パワーレベル制御部（６）は第２供給部（６ｂ）を介して第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを供給する。したがって、本発明はアンローディング運転中に圧縮機モータによる電力消耗を減らすことができる。

Description

本発明は空気調和機及びその制御方法に係り、より詳しくは圧縮機の運転サイクルによって圧縮機モータに印加するパワーのレベルを制御することにより電力消耗を節減することができる空気調和機及びその運転方法に関するものである。

建物が大型化していくにつれて、一台の室外機に複数台の室内機が連結された形態のマルチエアコンに対する需要者の要求が増加している。

マルチエアコンにおいては、室内機ごとに冷房能力が異なるだけでなく、ほとんどの場合、各室内機は独立的に運転されるので、全ての室内機の冷房要求能力を合算した総冷房要求能力も変わることになる。したがって、総冷房要求能力の変化に応じて圧縮機の容量（能力）を調整し、各室内機ごとに、室内側熱交換器（蒸発器）の上流側に設けられた電動膨張バルブの開度を制御することにより対応している。

可変する冷房要求能力に応じて容量（能力）を可変させ得る可変能力圧縮機として、回転数可変方式の圧縮機とパルス幅変調方式の圧縮機がある。

パルス幅変調方式の圧縮機は、冷媒を吐き出すローディング運転と冷媒を吐き出さないアンローディング運転を決定するデューティ制御信号に応じて圧縮機の能力を可変させて冷房要求能力に合うように調整する。

パルス幅変調方式の圧縮機は、ローディング運転であるか、あるいはアンローディング運転であるかにかかわらず、圧縮機には電源が供給され、圧縮機モータは一定の速度で回転し、圧縮機への電源供給が遮断されると、圧縮機モータは回転しなくなり圧縮機の運転は停止する。

ところで、パルス幅変調方式の圧縮機は、ローディング運転で要求される電力がアンローディング運転で要求される電力より大きいが、これはローディング運転では冷媒の圧縮のためより大きい電力が必要であるからである。そして、アンローディング運転では空回転するための最小電力のみが必要であるので、ローディング運転より相対的に小さい電力が要求される。

しかし、従来技術によるパルス幅変調方式の圧縮機は、ローディング運転される場合、すなわち大きい電力を消耗する動作条件を考慮して、その圧縮機を駆動するための圧縮機駆動回路が製作される。このため、パルス幅変調方式の圧縮機がアンローディングされる場合においてもローディング運転と同一条件で駆動電源を供給し、結果としてアンローディング運転では電力が浪費される問題点があった。

パルス幅変調方式の圧縮機は、冷房要求能力に応じてアンローディング運転とローディング運転を周期的に繰り返し、アンローディング運転を行うたびに電力消耗の浪費が発生することを避けることができなかった。したがって、圧縮機の運転サイクルに応じて電力（パワーレベル）を制御する改善された方法が要求されている。

したがって、本発明は前記のような従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、圧縮機の運転サイクルに応じて、モータに供給するパワーレベルを制御することにより、消費電力を節減することができるようにした空気調和機及びその運転方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、パルス幅変調方式の圧縮機において、モータと、前記圧縮機のローディング運転中に前記モータに第１レベルパワーを供給するための第１モータコントローラと、前記圧縮機のアンローディング運転中に前記モータに前記第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを供給するための第２モータコントローラとを含んでなるパルス幅変調方式の圧縮機を提供する。

また、本発明は、ローディング運転とアンローディング運転を含む運転サイクルを有する圧縮機において、前記圧縮機のローディング運転中に第１レベルパワーを受け、前記圧縮機のアンローディング運転中に前記第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを受けるモータを含んでなる圧縮機を提供する。

また、本発明は、空気調和ユニットにおいて、ローディング運転とアンローディング運転を行い、前記ローディング運転中に冷媒を圧縮する圧縮機を含み、前記圧縮機は前記圧縮機のローディング運転中に第１レベルパワーを受け、前記アンローディング運転中に前記第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを受けるモータを含む空気調和ユニットを提供する。

また、本発明は、冷媒を圧縮するためのローディング運転とアンローディング運転を行う、空気調和ユニットの圧縮機の運転方法において、前記ローディング運転中に前記圧縮機のモータに第１レベルパワーを供給する段階と、前記アンローディング運転中に前記モータに前記第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを供給する段階とを含んでなる空気調和機の圧縮機の運転方法を提供する。

また、本発明は、空気調和ユニットにおいて、冷媒を圧縮するためのローディング運転とアンローディング運転を行う圧縮機と、前記圧縮機を制御するためのコントローラであって、前記圧縮機のモータに供給されるパワーレベルを制御するためのパワーレベル制御回路を含むコントローラとを含み、前記パワーレベル制御回路は、前記ローディング運転中に前記モータに第１レベルパワーを供給し、前記アンローディング運転中に前記モータに第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを供給する空気調和ユニットを提供する。

本発明の前記及びそのほかの目的、特徴及び利点は添付図面と関連した以後の詳細な説明からより明らかに理解できるであろう。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は本発明による空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。

本発明の空気調和機は室外機１と室内機９を含む。室外機１は圧縮機２と凝縮器５を含む。前記圧縮機２は、ＰＷＭバルブ３により冷媒を吐き出すローディング運転と冷媒を吐き出さないアンローディング運転で作動させられるパルス幅変調方式の圧縮機である。

前記室内機９は複数台が並列に前記室外機１に連結される。各室内機９は電動膨張バルブ１２と蒸発器１０を含む。したがって、一台の室外機１に複数台の室内機９が連結された形態を有する。そして、各室内機９の容量と形態は同一であることも相違することもある。

図２に示すように、前記圧縮機２は、ＰＷＭバルブ３がオフして冷媒を吐き出すローディング運転とＰＷＭバルブ３がオンして冷媒を吐き出さないアンローディング運転を繰り返し、室内冷房要求能力によって後述する室外制御部に印加されるデューティ制御信号に応じてローディング時間及びアンローディング時間が変わる。図２において、斜線部の面積は冷媒吐出量を示す。

図３は本発明による空気調和機のブロック図である。

図３に示すように、室外機１は、室内機９とデータを送受信するための通信回路部８と、前記通信回路部８に信号の伝送ができるように連結される室外制御部４と、前記室外制御部４の制御により、圧縮機モータ２ａに供給されるパワーのレベルを制御するためのパワーレベル制御部６と、前記室外制御部４の制御によりＰＷＭバルブ３を駆動するＰＷＭバルブ駆動部７とを含む。

前記パワーレベル制御部６は、圧縮機モータ２ａに第１レベルパワーを供給する第１供給部６ａと、圧縮機モータ２ａに第２レベルパワーを供給する第２供給部６ｂとからなる。第２レベルパワーは第１レベルパワーより低い。

前記第１供給部６ａと第２供給部６ｂは互いに並列に連結され、交流電源Ｖｓとモータ２ａ間に電気的に連結されて閉回路を構成する。前記第１供給部６ａは圧縮機２がローディング運転する間に第１レベルパワーを供給し、前記第２供給部６ｂは圧縮機２がアンローディング運転する間に第２レベルパワーを供給する。前記第１供給部６ａを介して圧縮機モータ２ａに第１レベルパワーを供給する場合、第２供給部６ｂは作動せず、前記第２供給部６ｂを介して圧縮機モータ２ａに第２レベルパワーを供給する場合、第１供給部６ａは作動しない。

したがって、前記圧縮機モータ２ａは、圧縮機２がローディング運転する間に第１レベルパワーを受け、圧縮機２がアンローディング運転する間に第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを受ける。

各室内機９は、室外機１とデータを送受信するための通信回路部１５と、室内温度感知部１７と、所望温度設定部１８と、室内ファン１１と、前記構成部にそれぞれ信号の伝送ができるように連結される室内制御部１６とを含む。

前記室内制御部１６は、室内温度感知部１７で検出された室内温度と所望温度設定部１８で設定された設定温度の入力を受ける。室内制御部１６は自身の冷房能力に対する情報を持っており、冷房要求能力を算出するとき、室内温度と設定温度の差及び自身の冷房能力に基づいて冷房要求能力を算出することもでき、室内機の冷房能力のみに基づいて冷房要求能力を算出することもできる。各室内機９で算出された冷房要求能力は通信回路部８，１５を介して室外制御部４に伝送される。

前記室外制御部４は各室内機９の冷房要求能力を合算した総冷房要求能力を計算し、計算された総冷房要求能力によって前記圧縮機２の能力を可変させる。すなわち、前記室外制御部４は、総冷房要求能力によって圧縮機の運転率を算出し、算出された圧縮機の運転率によってローディング時間とアンローディング時間を決定する。ここで、ローディング時間はＰＷＭバルブ３のオフ時間に対応し、アンローディング時間はＰＷＭバルブ３のオン時間に対応する。

前記室外制御部４は、圧縮機の運転サイクルがローディング運転であるか又はアンローディング運転であるかによって圧縮機モータ２ａに供給すべきパワーレベルを決定し、これによってパワーレベル制御部６を制御する。

図４に示すように、前記パワーレベル制御部６は、ローディング運転で第１レベルパワーを圧縮機モータ２ａに供給する第１供給部６ａと、アンローディング運転で第２レベルパワーを圧縮機モータ２ａに供給する第２供給部６ｂとからなる。

前記第１供給部６ａは前記室外制御部４によりオン又はオフされる第１スイッチＳＷ１を含む。前記第１スイッチＳＷ１は交流電源Ｖｓと圧縮機モータ２ａ間に直列に連結される。前記第２供給部６ｂは前記室外制御部４によりオン又はオフされる第２スイッチＳＷ２とコイルＬとからなり、前記第２スイッチＳＷ２及びコイルＬは前記交流電源Ｖｓと圧縮機モータ２ａ間に直列に連結されるとともに、前記第１スイッチＳＷ１に並列に連結される。

前記コイルＬは交流電源の電圧を制限する（減らす）リアクタの役割を果たすもので、これと同等な機能を有する電気部品も使用することができる。

前記コイルＬは圧縮機モータ２ａに制限された第２レベルパワーを供給し、制限された電圧は前記コイルＬのリアクタンスにより決定され、前記第２レベルパワーは前記第１レベルパワーより低い。

圧縮機の運転サイクルがローディング運転である場合、前記室外制御部４は前記第１供給部６ａの第１スイッチＳＷ１をオンさせ、前記第２供給部６ｂの第２スイッチＳＷ２をオフさせる。したがって、圧縮機モータ２ａには交流電源Ｖｓを制限しない第１レベルパワーが供給されるが、これをモデリングすると図５Ａに示すようなものとなる。

圧縮機の運転サイクルがアンローディング運転である場合、前記室外制御部４は前記第２供給部６ｂの第２スイッチＳＷ２をオンさせ、前記第１供給部６ａの第１スイッチＳＷ１をオフさせる。したがって、第２スイッチＳＷ２がオンされ、交流電源がコイルＬにより制限されるので、所定の電圧だけ減少した第２レベルパワーが圧縮機モータ２ａに供給される。これをモデリングすると図５Ｂに示すようなものとなり、圧縮機モータ２ａの両端にかかる電圧Ｖｓ１はコイルＬにより制限される電圧Ｖｓ２だけ低い。

図６に示すように、前記室外制御部４は各室内機９の冷房要求能力を合算した総冷房要求能力によってＰＷＭバルブ駆動部７を制御して、圧縮機２のローディング運転又はアンローディング運転を周期的に行う。この際、ＰＷＭバルブ３はローディング運転時にオフされ、アンローディング時にオンされる。前記室外制御部４は、ローディング運転の際、第１レベルパワーをモータ２ａに供給するため、第１スイッチＳＷ１をオンさせるとともに第２スイッチＳＷ２をオフさせ、アンローディング運転の際、第２レベルパワーをモータ２ａに供給するため、第１スイッチＳＷ１をオフさせるとともに第２スイッチＳＷ２をオンさせる。

このように、前記室外制御部４が、圧縮機の運転サイクルによって第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２を相反に制御する。図７に示すように、アンローディング運転時の消費電力Ｐ１はローディング運転時の消費電力Ｐ２より小さくなる。すなわち、アンローディング運転においては、空回転のための最小電力のみを供給する。

前記のような構成を有する本発明による空気調和機の制御方法を図８に基づいて詳細に説明する。

前記室外制御部４は、各室内機９から伝送される冷房要求能力を合算して総冷房要求能力を計算し、室内機の冷房運転要求があるかを判断する（Ｓ１０１）。この判断の結果、室内機の冷房運転要求がないと、つまり総冷房要求能力が０であると、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をオフさせて圧縮機２を停止させる（Ｓ１０２）。

段階Ｓ１０１の判断の結果、室内機の冷房運転要求があると、計算された総冷房要求能力によって圧縮機の運転率を決定し（Ｓ１０３）、決定された圧縮機の運転率に相応して特定の周期内でのＰＷＭバルブ３のオン時間とオフ時間を決定する（Ｓ１０４）。

次いで、前記室外制御部４は圧縮機の運転サイクルがアンローディング運転であるかを判断し（Ｓ１０５）、この判断の結果、アンローディング運転であると、ＰＷＭバルブ駆動部７を制御してＰＷＭバルブ３をオンさせると同時に、圧縮機モータ２ａに第２レベルパワーを供給するため、第１スイッチＳＷ１をオフし第２スイッチＳＷ２をオンさせる（Ｓ１０６）。

段階Ｓ１０５の判断の結果、圧縮機の運転サイクルがアンローディング運転でないと、前記室外制御部４はローディング運転であるかを判断し（Ｓ１０７）、ローディング運転であると、ＰＷＭバルブ駆動部７を制御しＰＷＭバルブ３をオフさせると同時に、圧縮機モータ２ａに第１レベルパワーを供給するため、第１スイッチＳＷ１をオンさせるとともに第２スイッチＳＷ２をオフさせる（Ｓ１０８）。

段階Ｓ１０７の判断の結果、ローディング運転でないと、段階Ｓ１０２に進み、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を共にオフさせて圧縮機２を停止させる。

前述した実施例においては、リアクタとしてコイルを使用して圧縮機モータに供給されるパワーレベルを制御する方法を提供している。これとは異なり、交流電源の電圧及び周波数を制御して、圧縮機モータに供給されるパワーレベルを制御するほかの実施例について説明する。

図９は本発明のほかの実施例による空気調和機の全体ブロック図である。

同図に示すように、パワーレベル制御部６は、室外制御部４の制御により、圧縮機モータ２ａに供給されるパワーレベルを制御し、交流電源と圧縮機モータ２ａ間に電気的に連結されて閉回路をなす。前記パワーレベル制御部６はスイッチング部６ｃと変換部６ｄとインバータ部６ｅとからなる。

前記室外制御部４は圧縮機の運転サイクルによってスイッチ部６ｃを制御する。圧縮機がローディング運転する場合、スイッチング部６ｃは交流電源を直接圧縮機モータ２ａに供給し、圧縮機モータ２ａは第１レベルパワーを受ける。

圧縮機がアンローディング運転する場合、スイッチング部６ｃは交流電源を変換部６ｄに出力し、変換部６ｄは受けた交流電源を直流電源に変換してインバータ部６ｅに出力する。インバータ部６ｅは直流電源を交流電源に変換するとともに、交流電源の電圧及び周波数を既設定された割合だけ減った第２レベルパワーが圧縮機モータ２ａに供給される。

図１０に示すように、アンローディング運転する場合、圧縮機モータ２ａに供給される第２レベルパワーの電圧Ｖａ及び周波数ｆａは、ローディング運転する場合の圧縮機モータ２ａに供給される第１レベルパワーの電圧Ｖｂ及び周波数ｆｂよりそれぞれ減少するため、消費電力の浪費を防止することができる。

以上説明したように、本発明は、圧縮機の運転サイクルがローディング運転であると、冷媒圧縮のための第１レベルパワーを供給し、アンローディング運転であると、空回転のための最小電力で第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを供給する空気調和機及びその運転方法を提供する。したがって、本発明は、アンローディング運転において、圧縮機モータにより消費される電力を減らすことができる。

本発明による空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。圧縮機のローディング運転及びアンローディング運転と冷媒吐出量の関係を示す図である。本発明の好ましい実施例による空気調和機のブロック図である。本発明による空気調和機のパワーレベル制御部の詳細ブロック図である。本発明による、ローディング運転中に圧縮機のモータに第１レベルパワーを供給する回路をモデリングした回路図である。本発明による、アンローディング運転中に圧縮機のモータに第２レベルパワーを供給する回路をモデリングした回路図である。本発明による、ローディング運転及びアンローディング運転中に第１及び第２スイッチとＰＷＭバルブを制御する動作を示す図である。本発明による、ローディング及びアンローディング運転での消費電力を示す図である。本発明による空気調和機の運転方法を示すフローチャートである。本発明のほかの実施例によるほかの空気調和機のブロック図である。圧縮機モータの特性を説明するため、電圧と周波数間の関係を示すグラフである。

符号の説明

１室外機
２圧縮機
２ａ圧縮機モータ
３ＰＷＭバルブ
４室外制御部
５凝縮器
６パワーレベル制御部
６ａ第１供給部
６ｂ第２供給部
６ｃスイッチング部
６ｄ変換部
６ｅインバータ部
７ＰＷＭバルブ駆動部
８，１５通信回路部
９室内機
１０蒸発器
１１室内ファン
１２電動膨張バルブ
１６室内制御部
１７室内温度感知部
１８所望温度設定部
ＳＷ１第１スイッチ
ＳＷ２第２スイッチ
Ｌコイル

Claims

パルス幅変調方式の圧縮機において、
モータと、
前記圧縮機のローディング運転中に前記モータに第１レベルパワーを供給するための第１モータコントローラと、
前記圧縮機のアンローディング運転中に前記モータに前記第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを供給するための第２モータコントローラとを含んでなることを特徴とするパルス幅変調方式の圧縮機。
前記第２モータコントローラは交流電源を制限する制限手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調方式の圧縮機。
前記制限手段は前記交流電源の電圧を低めることにより前記交流電源を制限することを特徴とする請求項２に記載のパルス幅変調方式の圧縮機。
前記制限手段は、前記交流電源と前記モータ間に設けられ、互いに直列に連結されるスイッチとリアクタからなることを特徴とする請求項３に記載のパルス幅変調方式の圧縮機。
前記リアクタはコイルであることを特徴とする請求項４に記載のパルス幅変調方式の圧縮機。
ローディング運転とアンローディング運転を含む運転サイクルを有する圧縮機において、
前記圧縮機のローディング運転中に第１レベルパワーを受け、前記圧縮機のアンローディング運転中に前記第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを受けるモータを含んでなることを特徴とする圧縮機。
空気調和ユニットにおいて、
ローディング運転とアンローディング運転を行い、前記ローディング運転中に冷媒を圧縮する圧縮機を含み、前記圧縮機は前記圧縮機のローディング運転中に第１レベルパワーを受け、前記アンローディング運転中に前記第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを受けるモータを含むことを特徴とする空気調和ユニット。
前記第２レベルパワーは前記圧縮機を運転するのに必要な最小電力であることを特徴とする請求項７に記載の空気調和ユニット。
冷媒を圧縮するためのローディング運転とアンローディング運転を行う、空気調和ユニットの圧縮機の運転方法において、
前記ローディング運転中に前記圧縮機のモータに第１レベルパワーを供給する段階と、
前記アンローディング運転中に前記モータに前記第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを供給する段階とを含んでなることを特徴とする空気調和機の圧縮機の運転方法。
空気調和ユニットにおいて、
冷媒を圧縮するためのローディング運転とアンローディング運転を行う圧縮機と、
前記圧縮機を制御するためのコントローラであって、前記圧縮機のモータに供給されるパワーレベルを制御するためのパワーレベル制御回路を含むコントローラとを含み、
前記パワーレベル制御回路は、前記ローディング運転中に前記モータに第１レベルパワーを供給し、前記アンローディング運転中に前記モータに第１レベルパワーより低い第２レベルパワーを供給することを特徴とする空気調和ユニット。
前記パワーレベル制御回路は前記交流電源を制限することを特徴とする請求項１０に記載のパルス幅変調方式の圧縮機。
前記制限手段は前記交流電源の電圧及び周波数を減らすことにより前記交流電源を制限することを特徴とする請求項１１に記載のパルス幅変調方式の圧縮機。
前記制限手段は、交流電源を直流電源に変換する変換部と、前記直流電源を交流電源に変換するとともに前記交流電源の電圧及び周波数を減らして前記圧縮機のモータに供給するインバータ部とからなることを特徴とする請求項１２に記載のパルス変調幅方式の圧縮機。