KR100208223B1 - 인버터 에어컨의 압축기 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터 에어컨(inverter air-conditioner)의 에너지 효율의 향상을 위해 필요 냉방 부하량을 계산하여 압축기의 회전 주파수를 결정하는 방법에 관한 것으로서, 이를 위하여 본 발명은 현재의 실내 온도를 측정하여 기설정 시간 간격마다 메모리에 저장하는 제1단계, 측정된 현재 실내 온도와 사용자의 희망하는 설정 온도와의 차(A)를 계산하는 제2단계, 메모리에 기저장된 이전의 실내 온도와 현재의 측정된 실내 온도에 대한 차(E)를 계산하는 제3단계, 제3단계에서 계산된 온도차(E)에 의거하여 에어컨 가동시 설정 온도에 도달하기까지 소요되는 시간(T)을 계산하는 제4단계, 제2단계에서 계산된 온도차(A)에 대응하는 압축기의 회전속도를 결정하는 제5단계, 제4단계에서 계산된 시간(T)과 사용자의 설정 온도 도달에 소요되는 희망 시간(T')와의 차(ΔT)에 따라 결정된 압축기의 회전속도를 조절하는 제6단계 포함한다.

Description

인버터 에어컨의 압축기 제어방법

본 발명은 인버터 에어컨(inverter air-conditioner)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 효율의 향상을 위해 과거 실내 온도와 현재 실내 온도와의 차를 측정하고 필요 냉방 부하량을 계산하여 압축기의 회전 주파수를 결정하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 에어컨은 냉각 사이클(cycle)을 이용하여 실내를 적절히 냉각시키는데 사용되는 공기 조절 장치로 사회 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.

에어컨에 의해 수행되는 냉각 사이클은 압축기에서 압축된 고압의 증기 냉매를 응축기를 통해 고압의 액체 냉매로 전환한 다음, 팽창 밸브를 통하여 저압의 액체 냉매로 다시 전환하여, 증발기를 통해 액체 냉매를 기화시키므로써 증발기 주변의 열이 흡수되고, 팬의 구동에 의해 차가운 공기를 실내에 제공하는 구조를 가지고 있다.

상술한 냉각 사이클은 사용자가 설정한 희망 온도와 에어컨에 설치된 온도 감지센서로 측정된 온도를 에어컨내의 마이컴에 의해 비교하여 압축기를 가동시키게 되는데, 이러한 에어컨의 냉방 능력은 압축기의 회전 속도와 직접적인 관계가 있다.

제1도는 종래 기술에 따른 압축기 제어방법에 대한 과정을 도시한 플로우챠트로서 동도면을 참조하여 압축기의 회전속도를 결정하는 방법에 대해 살펴보면, 사용자가 희망하는 실내온도를 설정하여 입력하게 되면(단계11), 에어컨의 온도 감지센서는 현재의 실내 온도를 측정하게 되고(단계12), 실내 온도와 설정 온도의 차를 계산한 후 계산된 값에 기설정된 비례상수(R)를 곱하여 압축기의 회전속도를 비레적으로 산출하게 된다(단계13).

따라서, 압축기는 산출된 회전속도에 의거하여 가동하므로서 냉방 시스템이 동작하게 된다(단계14).

즉, 압축기의 회전 속도 = (실내 온도-설정 온도)×R의 관계가 성립하게 되는데, 상술한 비례상수(R)는 시스템의 전체적인 용량이나 에어컨의 설치장소에 따른 압축기의 용량에 의해 결정되어 진다.

이러한 종래 방법은 에어컨의 설치 환경과 사용자의 감성과는 관계없이 일괄적인 계산에 의해 에어컨을 운전하므로서 정확한 실내 온도 조절이 불가능한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 압축기의 회전 속도를 결정하는데 있어서 기존의 온도 비례상수와 실내 온도 변화율에 의해 필요 냉방 부하를 산출하여 그에 따른 압축기의 회전 주파수를 결정하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 현재의 실내 온도를 측정하여 기설정 시간 간격마다 메모리에 저장하는 제1단계, 측정된 현재 실내 온도와 사용자의 희망하는 설정 온도와의 차(A)를 계산하는 제2단계, 메모리에 기저장된 이전의 실내 온도와 현재의 측정된 실내 온도에 대한 차(E)를 계산하는 제3단계, 제3단계에서 계산된 온도차(E)에 의거하여 에어컨 가동시 설정 온도에 도달하기까지 소요되는 시간(T)을 계산하는 제4단계, 제2단계에서 계산된 온도차(A)에 대응하는 압축기의 회전속도를 결정하는 제5단계, 제4단계에서 계산된 시간(T)과 사용자의 설정 온도 도달에 소요되는 희망시간 시간(T')와의 차(ΔT)에 따라 결정된 압축기의 회전속도를 조절하는 제6단계 포함하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법을 제공한다.

제1도는 종래 기술에 따른 압축기 제어방법에 대한 과정을 도시한 플로우챠트.

제2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압축기 제어장치의 블록구성도.

제3도는 제2도에 도시된 압축기 제어장치에 대해 수행되는 과정을 도시한 플로우챠트.

제4도는 각각의 환경 변화율에 있어서 에어컨의 가동 시간에 따른 설정 온도와 현재의 실내 온도에 대한 차를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 키 패드 20 : 마이컴

30 : 메모리 40 : 온도 감지센서

50 : 압축기

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 방법의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

제2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압축기 제어방법을 적용하는데 적합한 압축기 제어장치의 블록구성도로서, 키 패드(10), 메모리(20), 마이컴(30), 온도 감지센서(40), 압축기(50)를 포함한다.

키 패드(10)는 사용자의 희망 실내 온도를 입력받아 마이컴(20)에 제공하게 되고, 마이컴(20)은 사용자의 희망하는 설정 온도와 온도 감지센서(40)에 의해 측정된 현재 실내 온도, 이전의 측정된 실내 온도, 현재 실내의 온도로부터 설정 온도에 도달하는데 소요되는 시간을 이용하여 압축기(50)의 회전속도를 결정한 다음, 결정된 압축기(50) 회전속도를 현재 실내온도로부터 설정온도에 도달하는데 소요되는 설정온도 도달 희망시간에 따라 제어하게 된다.

제3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압축기 제어방법에 대한 과정을 도시한 플로우챠트로서 동도면을 참조하여 압축기의 제어 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

에어컨의 온도 감지센서(40)는 냉각 사이클이 가동되지 않는 상태이더라도 에어컨 본체의 전원이 온(ON)된 상태에서는 실내 온도를 측정하여 마이컴(20)에 제공하게 되는데(단계21), 마이컴(20)은 측정된 실내 온도를 일정 시간 간격으로 메모리(30)에 일시 저장하게 된다(단계23).

이때, 사용자가 에어컨의 가동을 위해 도시 생략된 리모콘이나 에어컨 본체의 키 패드(10)를 조작하여 희망하는 온도를 설정하게 되면(단계25), 키 패드(10)는 사용자의 설정 온도를 마이컴(20)에 제공하게 된다.

상술한 바와 같이 마이컴(20)은 온도 감지센서(40)에 의해 측정된 현재의 실내온도를 기설정 시간 간격마다 메모리(30)내에 저장하는 한편 측정된 현재의 실내 온도와 사용자에 의해 설정된 희망 온도에 대한 차 값(A)을 계산하고(단계27), 메모리(30)에 기저장된 이전의 실내 온도를 제공받아(단계29) 현재의 실내 온도와 이전의 실내 온도에 대한 차(E)를 계산한다(단계31).

본 발명에 따르면, 상술한 단계(31)의 기설정된 시간 간격은 전력 소모와 메모리(30)의 용량을 감안할 때 5분 또는 10분으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 이전의 실내 온도는 5분 또는 10분전에 측정된 실내 온도가 될 것이다.

또한, 마이컴(20)은 단계(31)에서 계산한 소정시간 이전의 실내 온도와 현재 실내 온도에 대한 온도차(E)를 이용하여, 에어컨을 가동했을 경우 현재 실내 온도로부터 사용자가 희망하는 설정 온도까지 도달하는데 소요되는 설정 온도 도달시간(T)을 하기 [수학식 1]을 이용하여 계산하게 된다(단계33).

상기식에서 ε는 실내 온도 변화율이고, E는 설정 온도와 현재 실내온도와의 차이며, k는 환경 변화율 그리고, T는 시간이다.

다음에 단계(35)에서는 단계(27)에서 계산된 온도 차(A)에 대응하는 압축기(50)의 회전속도(V)를 결정한다. 이러한 결정은 상술한 바와 같이 압축기 회전속도=(실내 온도-설정온도)×R을 이용한다. 여기서 R은 시스템의 전체적인 용량이나 에어컨의 설치장소에 따른 압축기의 용량에 의해 결정되는 비례상수이다.

상술한 설정 온도 도달 시간(T)을 산출하는 방법에 대한 일 예를 돌아보면 다음과 같다.

먼저, 상술한 [수학식 1]에 의해 실내 온도 변화율(ε)을 구하게 되는데, 이때의 환경 변화율(k)은 에어컨의 설치장소에 따른 특성을 나타내는 변수이며, 초기 에어컨 설치시 시험 운전을 통해 구한 하기 [표 1]을 참조하여 온도변화 추이에 따라 결정할 수가 있다.

그리고, 각각의 환경 변화율(k)에 의거한 에어컨의 가동시간에 따른 설정 온도와 현재의 실내 온도에 대한 차(A)의 변화는 제4도에 도시된 바와 같다.

상술한 실내 온도 변화율을 산출하는 [수학식 1]에서 시험운전을 통해 얻어진 환경 변화율(k)이 0.2이고 설정 온도와 현재 실내 온도의 차(A)가 10이라고 가정하면, ε=10·e^-0.27가 되는데, 에어컨 가동후 실내온도와 설정온도의 차를 0.5° 이내로 조절하고자 ε의 값을 0.5로하여 초기설정하게 되면, 0.2T=In(ε/10)에서, 0.2T=In(0.5/10)이 되며, 다시이 된다.

따라서, 현재 상태로 에어컨을 지속 운전할 경우 설정 온도와 실내 온도와의 차가 0.5도 범위 이내로 도달하기 위해서는 15분의 시간이 소요되며, 상술한 실내온도와 설정온도의 차에 대한 범위는 0.5를 초기값으로 기설정하되, 이 값은 조작자에 의해 변경될 수도 있다.

그 다음 단계(37)에서는 설정 온도 도달시간(T)와 설정온도 도달 희망시간(T')를 이용하여 단계(35)에서 결정된 압축기(50)의 회전속도를 제어한다.

이때의 압축기 조절 속도(V')=압축기의 결정속도(V)+(ΔT×α)이다. 여기서 ΔT는 (T-T')이며, α는 주파수계 변환 상수로서, 이때의 압축기 속도(V)는 주파수계 변수이며, ΔT는 시간계 변수이므로 시간계 변수를 주파수계 변수로 변환하기 위해서 상수 α를 곱하게 되는데, 이 α는 실험에 의해 산출되는 값으로서 0.4가 된다.

상술한 압축기의 조절 속도(V')의 계산 예를 들면, 설정 온도 도달시간(T)을 사용자가 10분으로 단축시키고자 할 경우 즉, 사용자가 에어컨을 가동하여 10분내에 실내 온도를 설정온도로 낮추고자 할 경우에는 압축기(50)의 회전속도는 그에 대응하여 증가하게 되는데, 이때의 압축기(50)의 조절 회전속도(V')가 현재 압축기의 속도+(Δ×α)이므로, ΔT는 현재의 압축기 회전속도(V)에 따른 설정온도 도달시간(T)과 사용자의 설정온도 도달 희망 시간(T')의 차 즉, 15분-10분=5분이 된다.

결과적으로, 현재의 압축기 회전 속도(V)가 예로 60㎐일 때 Δ=5분, α=0.4이므로 압축기의 조절 회전속도=60㎐+(5×0.4)=62㎐가 된다.

따라서, 마이컴(20)은 압축기를 62㎐로 회전시키는데 필요한 제어신호를 발생시키므로써 그에 상응하는 압축기(50)의 회전속도를 결정하여 운전할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 과거의 온도변화 추이를 정량화하여 실내 온도변화 추이를 예측하고 그에 따라 압축기의 회전 속도를 제어하므로서 순간적인 냉방 부하량 변동에 즉각 대처할 수 있고, 과도 냉방을 방지하므로서 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 인버터 에어컨에 장착되는 압축기의 회전속도를 제어하는 방법에 있어서, 현재의 실내 온도를 측정하여 기설정 시간 간격마다 메모리에 저장하는 제1단계; 상기 측정된 현재 실내 온도와 사용자의 희망하는 설정 온도와의 차(A)를 계산하는 제2단계; 상기 메모리에 기저장된 이전의 실내 온도와 상기 현재의 측정된 실내 온도에 대한 차(E)를 계산하는 제3단계; 상기 제3단계에서 계산된 온도차(E)에 의거하여 상기 에어컨 가동시 상기 설정 온도에 도달하기까지 소요되는 시간(T)을 계산하는 제4단계; 상기 제2단계에서 계산된 온도차(A)에 대응하는 압축기의 회전속도를 결정하는 제5단계; 상기 제4단계에서 계산된 시간 (T)과 사용자의 설정 온도 도달에 소요되는 희망시간 시간(T')와의 차(ΔT)에 따라 상기 결정된 압축기의 회전속도를 조절하는 제6단계 포함하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제4단계에서 상기 설정 온도에 도달하기까지 소요되는 시간(T)은 ε=Ee^-k7을 이용하여 산출되며, 상기 식에서 ε는 실내 온도 변화율이고, E는 설정온도와 현재 실내온도와의 차이며, k는 환경 변화율인 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 ε는 0.5인 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 k는 상기 인버터 에어컨의 설치장소에 따라 변하는 변수로써, 0.02, 0.08, 0.14 또는 0.20인 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제5단계에서 압축기 회전속도는(현재의 실내 온도-설정 온도)×R로 결정되며, 상기 R은 상기 에어컨 시스템의 전체 용량 및 압축기의 용량에 따른 비례상수인 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제6단계에서 조절되는 압축기의 회전속도는 상기 제5단계에서 결정된 압축기 회전속도+(ΔT×α)로서 결정되며, 상기 α는 주파수계 변환 상수인 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 주파수계 변환 상수 α는 0.4인 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 기설정 시간 간격은 5분 또는 10분인 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법.