KR0182742B1 - 인버터형 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터형 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기, 실외열 교환기, 모세관, 실내열교환기 및 이들을 연결하는 냉매관으로 이루어지는 냉각사이클 및 전원주파수를 임의의 주파수로 가변시키는 파워트랜지스터모듈(131)을 구비하여 압축기의 운전주파수를 가변시키도록 된 인버터형 공기조화기에 있어서, 실외의 온도를 감지하는 실외온도감지부(150), 상기 실외열교환기와 연결되는 상기 압축기(120)의 토출구측의 온도를 감지하는 배관온도감지부(140) 및 상기 실외온도감지부(150) 및 상기 배관온도감지부(150) 및 상기 배관온도 감지부(140)에서 감지된 실외온도 및 배관온도에 의거하여 상기 파워트랜지스터모듈(131)의 구동을 제어하는 제어부를 구비하여 상기 파워트랜지스터모듈(131)의 발생열을 감소시킬 수 있도록 한 것을 특징으로한다.

Description

인버터형 공기조하기 및 그 제어방법

제1도는 종래 인버터형 공기조화기의 실외기를 보인 개략사시도.

제2도는 본 발명에 따른 인버터형 공기조화기의 실외기를 보인 개략사시도.

제3도는 본 발명에 따른 인버터형 공기조화기의 제어블럭도.

제4도는 본 발명에 따른 인버터형 공기조화기의 동작순서도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

120 : 압축기 121 : 저압측배관

122 : 고압측배관 131 : 파워트랜지스터모듈

133 : 방열판 140 : 배관온도감지부

150 : 외기온도감지부

본 발명은 인버터형 공기조화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외기의 온도 및 압축기의 토출구측 온도에 의거하여 반도체 부품의 과열을 방지할 수 있도록 된 인버터형 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 공기조화기는 압축기, 응축기, 모세관, 증발기 및 이들을 직렬로 연결하는 냉매관으로 이루어진 냉각사이클을 구비하고, 상기 냉각사이클을 통하여 냉매를 상변화시키는 과정에서 실내의 열을 흡수함으로써 실내를 냉방하는 기기이다. 한편, 설정온도까지의 도달시간을 단축시키는 외에 실내온도와 설정온도의 편차를 줄이기 위한 방편으로, 파워트랜지스터모듈(이하,파워 TR모듈이라고 한다)에 의하여 전원주파수를 임의로 가변시킴으로써 압축기의 능력자체를 변경시키는 인버터형 공기조화기가 개발되어 활발하게 판매되고 있다.

상기한 인버터형 공기조화기는 통상적으로 실내기와 실외기가 분리된 구조로 되어 있는바, 제1도는 이러한 종래의 공기조화기의 실외기를 보인 개략사시도이다.

제1도에 도시한 바와 같이, 종래의 분리형 공기조하기의 실외기 본체(1)의 적소에는 냉각사이클의 일요소를 이루는 압축기(10)가 장착된다. 압축기(10)의 입구는 저압측배관(11)을 경유하여 실내기에 구비되 증발기(미도시)에 연결되고, 출구는 고압측배관(12)을 경유하여 실외기본체(1)의 적소에 구비된 응축기(미도시)에 연결된다. 압축기(10)의 상부에는 전장실(20)이 마련되는데, 전장실(20)의 일측에는 압축기(10)에 임의의 주파수를 가지는 전원을 공급하기 위한 파워TR모듈(21)이 방열판(22)에 부착된 채로 설치된다. 이렇게 방열판(22)을 부착하는 이유는 스위칭 동작에 따라 파워TR모듈(21)에서 다량의 열이 발생하는데, 이를 방출하지 않을 경우에 반도체로 이루어진 파워TR모율(21)이 열화 및 파손될 위험이 있기 때문이다. 또한, 상기 방역판(22)과 인접하여 상기 파워TR모듈(21)에서 발생되는 열을 감지하도록 온도센서(미도시)가 설치되며, 상기 온도센서(미도시)에서 감지된 값에 의거하여 상기 마이컴에서 파워TR모듈(21)에서 발생되는 열이 일정온도이상으로 되면 상기 파워TR모듈(21)을 보호하기 위하여 압축기(10)에 인가되는 전원의 주파수를 낮추도록 상기 파워TR모듈(21)의 스위칭동작을 제한하게 된다.

또한, 응축기의 전방에는 응축기팬(30)이 설치되어 응축기를 통과하는 냉매 및 방열판에 전달된 고온의 열기를 상대적으로 저온인 외기와 강제로 열교환시킨 후에 실외기본체(1)의 전면판넬에 형성된 공기토축구(31)를 통하여 배출한다.

제1도에서 미설명부호(23)은 제어PCB조립체를 나타내고, (24)는 파워TR모듈과 제어PCB조립체를 연결하는 전선조립체를 나타낸다.

그러나, 이상에서 설명한 바와 같이 종래 인버터형 공기조화기에 있어서, 방열판(22)측의 온도를 감지하여 파워TR모듈의 열화 및 파손여부를 판단하게 되나, 상기 방열판(22)이 응축기의 후방에 마련되어 있어 외기의 온도가 높은 경우에는 외기와 응축기를 통과하는 냉매와의 열교환효율이 저하되어 상대적으로 병열판측에서 감지되는 온도가 상승하게 되므로 파워TR모듈의 열화 및 파손여부를 정확히 판단할 수 없는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 외기의 온도 및 압축기의 토축기의 토출구측의 온도에 의거하여 압축기의 운전주파수를 제한함으로써 파워TR모듈의 열화 및 파손을 방지할 수 있도록 된 인버터형 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 따른 인버터형 공기조화기는 압축기, 실외열교환기, 모세관, 실내열교환기 및 이들을 연결하는 냉매관으로 이루어지는 냉각사이클 및 전원주파수를 임의의 주파수로 가변시키는 파워트랜지스터모듈을 구비하여 압축기의 운전주파수를 가변시키도록 된 인버터형 공기조화기에 있어서, 실외의 온도를 감지하는 실외온도감지부, 상기 실외열교환기와 연결되는 상기 압축기의 토축구측의 온도를 감지하는 배관온도감지부 및 상기 실외온도감지부 및 상기 배관온도감지부에서 감지된 실외온도 및 배관온도에 의거하여 상기 파워트랜지스터모듈의 구동을 제어하는 제어부를 구비하여 상기 파워트랜지스터모듈의 발생열을 감소시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 인버터형 공기조화기의 제어방법은 압축기, 실외열교환기, 모세관, 실내열교환기 및 이들을 연결하는 냉매관으로 이루어지는 냉각사이클 및 전원주파수를 임의의 주파수로 가변시키는 파워트랜지스터모듈을 구비하여 압축기의 운전주파수를 가변시키도록 된 인버터형 공기조화기에 있어서, (가)운전개시신로가 입력되면 실외의 온도 및 상기 압축기의 토출구측의 온도를 감지하는 과정, (나)상기 과정(가)의 감지결과에 따른 실외온도를 소정의 기준온도(A)와 비교하는 과정, (다)상기 과정(나)의 비교결과 실외온도가 기준온도(A)이상이면 상기 과정(가)에서 감지된 토출구측의 온도를 소정의 제1기준온도와 비교하는 과정, (라)상기 과정(다)의 비교결과 압축기의 토출구측의 온도가 제1기준온도이상이면 압축기의 운전주파수를 낮추어 상기 파워트랜지스터모듈의 발생열을 감소시키는 과정을 구비한 것을 특징으로 한다.

이하에는 본 발명의 양호환 실시예에 따른 구성 및 작용과를 상세하게 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 인버터형 공기조화기의 실외기의 개략사시도이다. 제2도에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 인버터형 공기조화기의 실외기본체(100)의 전면판넬에는 공기토출구가 형성되어 있으며 그 후방에는 응축기팬(111) 및 응축기팬을 구동하기 위한 팬모터가 지지체(112)에 의하여 지지된 채로 배치된다. 또한, 응축기(110)의 전방에 설치된 응축기팬(111)에 의해 응축기(110)를 통과하는 냉매 및 방열판에 전달된 고온의 열기를 상대적으로 저온인 외기와 강제로 열교환시킨 후에 실외기본체의 전면판넬에 형성된 공기토출구를 통하여 배출한다.

상기 응축기팬(111)의 측방에는 냉각사이클의 일요소를 이루는 압축기(120)가 설치되고, 압축기(120)의 상방에는 실외기에 포함되는 전기부품을 구동 및 제어하는 전장실(130)이 마련된다. 전장실(130)의 적소에는 주파수변경된 전원을 압축기(120)에 공급하기 위한 파워TR모듈(131)이 배치되고, 그 일측에는 파워TR모듈(131) 및 기타 전기부품의 구동을 제어하기 위한 제어PCB조립체(132)가 장착된다. 또한, 압축기(120)의 입구는 저압측배관(121)을 경유하여 실내기에 구비된 증발기(미도시)에 연결되고, 출구는 고압측배관(122)을 경유하여 실외기본체(100)의 적소에 구비된 응축기(110)에 연결된다. 또한, 압축기(120)에 임의의 주파수를 가지는 전원을 공급하기 위한 파워TR모듈(131)에는 방열판(133)이 부착된다. 이렇게 파워TR모듈(131)에 방열판(133)을 부착하는 이유는 스위칭동작에 따라 파워TR모듈에서 다량의 열이 발생하는데, 이를 방출하지 않을 경우에 반도체로 이루어진 파워TR모듈이 열화 및 파손될 위험이 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 인버터형 공기조화기의 실외기에는 압축기의 운전주파수의 상승에 따른 상기 파워TR모듈의 열화 및 파손을 효과적으로 방지하기 위하여 외기의 온도를 감지하도록 실외기본체(100)의 일측에 마련된 공기유입구 및 응축기의 사이에 설치된 외기온도센서(150)를 구비하고, 상기 응축기(110)에 연결되는 압축기(120)의 토출구측의 배관온도를 감지하도록 압축기의 고압배관(122)측에 설치된 배관온도센서(140)를 구비한다.

이러한 본 발명에 따른 인버터형 공기조화기의 구성을 제3도에 도시한 제어블럭도에서 보는 바와 같이, 크게 실내기 및 실외기로 구분되며, 먼저 실내기에는 실내의 온도를 감지하는 실내온도감지부(161), 사용자로부터 희망하는 실내온도를 설정받는 실내온도설정부(162), 냉난방운전 및 사용자로부터 열교환되어 토출되는 공기의 토출방향, 토출풍량 등을 설정받는 키이조작부(163), 상기 실내온도감지부(161)에서 감지된 실내온도와 상기 실내온도설정부(162)에서 설정된 설정온도와 차에 의거하여 압축기(120)의 운전주파수를 결정하는 실내기제어부(160)를 구비한다.

또한, 실외기에는 외기온도를 감지하는 외기온도감지부(150), 상기 실내기제어부(160)에서 결정된 운전주파수로 압축기를 구동시키는 압축기구동부(165), 상기 압축기의 구동과 연동되어 응축기와 외기를 강제 열교환시티는 실외팬(11)의 구동을 제어하는 실외팬구동부(166), 상기 압축기(120)의 토출구측의 배관온도를 감지하는 배관온도감지부(140) 및 상기 실내기제어부(160)로부터 결정된 운전주파수로 상기 압축기(120)를 구동시키도록 상기 압축기구동부(165)에 제어신호를 출력하며 상기 외기온도감지부(150) 및 상기 배관온도감지부(140)의 감지결과에 따라 상기 압축기구동부(165)의 스위칭속도를 제어하는 실외기제어부(164)를 구비한다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 인버터형 공기조화기의 동작을 제4도에 도시한 플로우차트를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 공기조화기에 전원이 인가되어 사용자에 의하여 예를 들면 냉방운전이 선택되게 되면, 실내기 제어부(160)에서는 실내온도감지부(161) 및 실내온도설정부(162)를 통하여 압축기(120)의 운전주파수를 결정하게 된다. 이후 운전개시신호가 입력되게 되면 단계(S10)에서와 같이 압축기를 설정된 운전주파수로 구동시키도록 압축기구동부(165)에 소정의 제어신호를 출력시키게 되며, 이때 파워TR모듈(131)은 직류전압을 스위칭하여 압축기(120)의 운전주파수를 실내기제어부(160)에서 결정된 운전주파수로 적절하게 변경시키고, 변경된 교류전압을 압축기(120)에 공급함으로써 냉각사이클을 동작시키게 된다. 이에 따라 응축기(110)에는 고온고압의 냉매가 통과하게 된다. 이와 동시에 실외팬(111)을 구동시킴으로써 응축기(110)를 통과하는 냉매에 포함된 고온의 열기를 상대적으로 저온인 외기와 열교환시킴으로써 온도를 낮추게 된다.

또한, 단계(S12)에서는 외기온도감지부(150) 및 배관온도갑지부(140)를 통하여 외기온도 및 압축기의 토출구측의 온도를 감지하게 되며, 단계(S14)에서 상기 외기 온도감지부 (150)에서 감지된 온도를 소정의 기준온도 예를 들면 43℃와 비교하게 되며, 이때 외기온도가 43℃이상이면 단계(S16)에서 배관온도감지부(140)에서 감지된 온도를 소정의 기준온도 예를 들면 90℃이상인가를 비교하게 된다. 이는 외기온도가 43℃이상인 경우에는 외기와 응축기내의 냉매와의 열교환효율이 저하되어 응축기(110)를 통과한 후에 방열판(133)에 도달하는 공기의 온도가 상대적으로 높기 때문에 방열판(133)을 통해 파워TR모듈(131)의 열이 용이하게 방출되지 않고, 또한, 압축기(120)의 토출구측의 온도가 90℃이상인 경우에는 상기 경우와 마찬가지로 압축기의 운전주파수가 상승되어 파워TR모듈(131)에 인가되는 전류의 양이 증가된다. 그에 따라 파워TR모듈에서 방출되는 열이 많아지게 되므로, 단계(S18)에서와 같이 실내기제어부(160)에서 초기에 실내공조조건에 적합하도록 결정된 압축기의 운전주파수를 제한시키게 된다. 이는 일예로 초기에 설정된 압축기의 운전주파수를 소정비율로 저하시키는 것이다.

반면, 외기온도가 43℃이하이면 단계(S22)에서 압축기의 토출구측의 배관온도가 소정의 기준온도인 120℃이상인가를 비교판단하게 되며, 이때 배관온도가 120℃이상이면 상기 과정(S18)을 반복수행하여 압축기의 운전주파수를 제한하여 파워TR모듈의 열화 및 파손을 방지하게 된다. 이는 외기온도가 43℃이하인 경우에는 상대적으로 저온인 외기에 의해 응축기(110)의 열이 용이하게 방출되게 되고, 이에 따라 파워TR모듈(131)내의 스위칭속도 상승에 따라 방출되는 열을 감지하면 파워TR모듈의 열화등을 방지할 수 있다. 이는 파워TR모듈의 스위칭속도의 상승은 압축기의 운전속도에 비례하므로 압축기의 토출구측(122)의 배관온도를 감지함으로써 용이하게 실시할 수 있다.

상기 외기온도 및 배관온도의 비교결과 각각 외기온도 및 배관온도가 기준온도 이하인 경우에는 압축기의 운전주파수가 높게 설정된 경우가 아니므로 단계(S20)에서와 같이 초기에 실내기제어부(160)에서 설정된 압축기의 운전주파수대로 직류전원을 스위칭하여 적절하게 변경된 주파수를 갖는 교류전압을 압축기(120)에 인가함으로써 냉각사이클을 동작시키게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 인버터형 공기조화기 및 그 제어방법에 의하여 외기온도 및 압축기의 토출구측 온도에 의거하여 압축기의 운전주파수를 제한시켜줌으로써 파워TR모듈의 열화 및 파손을 효과적으로 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 후면 및 일측에 외기가 흡입되는 읍입구가 형성되고 전면에 외기가 토출되는 토출부가 형성되어서 실이기의 외관을 형성시키는 본체(100)와, 상기 본체(100)의 흡입부로 흡입되는 외기에 의해 열교환되며 상기 흡입부의 내측에 배설된 열교환기(110)와, 상기 열교환기(110)를 통과한 외기가 상기 토출부로 토출되도록 송풍작용하며 상기 토출부의 내측에 배설된 응축팬(111)과, 상기 응축팬(111)과 상기 열교환기(110)의 사이에 배설되어서 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기(120)와, 상기 압축기(120)의 운전주파수를 가변제어하도록 상기 압축기(120)의 상면에 구획된 전장실(130)에 배치된 파워트랜지스터모듈(131)을 구비한 인버터형 공기조화기에 있어서, 외기에 따른 상기 열교환기(110)의 열교환능력을 감지할 목적으로 실외온도가 검출되도록 상기 실외기 본체(100)에 장착된 실외온도감지부(150)와, 냉방부하에 따라 상기 압축기(120)의 운전주파수를 가변제어하는 파워트랜지스터모듈(131)의 구동상태를 검출할 목적으로 상기 압축기(120)의 토출구측 냉매온도가 검출되도록 상기 압축기(120)의 토출구측 배관에 장착된 배관온도감지부(140)와, 상기 실외온도감지부(150)의 온도가 기준치 이하이고 상기 배간온도감지부(140)의 감지온도가 상기 파워트랜지스터모듈(131)의 열화 및 소손을 방지하기 위한 제1기준온도 이상이면 상기 파워트랜지스터모듈(131)의 구동을 억제하고, 상기 실외온도감지부(150)의 온도가 기준치 이상이고 상기 배관온도감지부(140)의 감지 온도가 상기 제1기준온도보다 낮은 제2기준온도이상이면 상기 파워트랜지스터모듈(131)의 구동을 억제하며, 상기 실외온도감지부(150)의 온도가 기준치이상이고 상기 배관온도감지부(140)의 감지온도가 제2기준온도 이하이면 상기 파워트랜지스터모듈(131)을 정상동작시키도록 상기 실외온도감지부(150)와 상기 배관온도감지부(140) 및 파워트랜지스터모듈(131)과 접속된 제어부가 마련된 것을 특징으로 하는 인버터형 공기조화기.
2. 후면 및 일측에 외기가 흡입되는 흡입구가 형성되고 전면에 외기가 토출되는 토출부가 형성되어서 실외기의 외관을 형성시키는 본체(100)와, 상기 본체(100)의 흡입부로 흡입되는 외기에 의해 열교환되며 상기 흡입부의 내측에 배설된 열교환기(110)와, 상기 열교환기(110)를 통과한 외기가 상기 토출부로 토출되도록 송풍작용하며 상기 토출부의 내측에 배설된 응축팬(111)과, 상기 응축팬(111)과 상기 열교환기(110)의 사이에 배설되어서 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기(120)와, 상기 압축기(120)의 운전주파수를 가변제어하도록 상기 압축기(120)의 상면에 구획된 전장실(130)에 배치된 파워트랜지스터모듈(131)을 구비한 인버터형 공기조화기의 제어방법에 있어서, 운전개시신호가 입력되면 외기에 따른 상기 열교환기(110)의 열교환능력을 감지하기 위한 실외온도를 감지하는 단계(가)와, 상기 단계(가)가 완료되면 냉방부하에 따라 상기 압축기(120)의 운전주파수를 가변제어하는 파워트랜지스터모듈(131)의 구동상태를 검출하기 위한 상기 압축기(120)의 토출구측 배관온도를 검출하는 단계(나)와, 상기 단계(가),(나)의 감지결과에 따른 실외온도를 기준치와 비교하여 실외온도가 기준치 이상이면 상기 단계(나)에서 감지된 토출구측의 온도를 트랜지스터모듈의 열화 및 소손을 방지하기 위한 제1기준온도와 비교하는 단계(다)와, 상기 단계(다)의 비교결과 압축기(120)의 토출구측 온도가 제1기준온도이상이면 상기 압축기(120)의 운전주파수를 낮추어 상기 파워트랜지스터모듈(131)의 발생열을 감소시키는 단계(라)와, 상기 단계(가),(나)의 감지결과에 따른 실외온도를 기준치와 비교하여 실외온도가 기준치 이하이면 상기 단계(나)에서 감지된 토출구측의 온도를 제2기준온도와 비교하는 단계(마)와, 상기 단계(마)의 비교결과 압축기(120)의 운전주파수를 낮추어 상기 파워트랜지스터모듈(131)의 발생열을 감소시키는 단계(바)로 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터형 공기조화기의 제어방법.