KR100302860B1 - 인버터에어컨의압축기제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실온 변화에 따라 압축기의 회전수가 민감하게 대응 운전하여 시스템의 부하 변동에 따라 최적의 효율을 제공할 수 있으며, 동시에 압축기의 단속 운전 횟수를 줄여서 이에 따른 에어컨의 사용 시간에 대한 소비 전력을 감소시키는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 압축기 제어방법은 압축기 작동시 실내 온도와 설정된 온도의 차 X를 감지하는 단계와, X값이 0이상이면 압축기 운전 주파수를 시스템 초기의 시간 변화에 따른 부하변동에 대응하도록 설정된 제1 주파수대역으로 조정하는 단계와, 온도 차 X값이 0이상이면 X값이 압축기 구동을 최대로 조정하기 위한 설정값 A이상인지를 판단하며, 그렇지 않을 경우 압축기 구동을 제2 주파수대역으로 점차 감소시켜서 압축기의 최소 한계인 제3 주파수대역에 도달할때 압축기가 정지되도록 하는 단계와, X값이 A이상일 경우 압축기 운전 주파수를 최대 냉방 능력을 제공할 수 있는 제4 주파수 대역으로 조정하며, 그렇지 않을 경우 소정 시간당 X의 변화율(X')이 0미만이고 X가 0이상이면 압축기 구동을 제2 주파수 대역으로 점차 감소시켜서 냉방 구현이 가능한 압축기의 최소 운전 주파수 제5 주파수 대역으로 유지하는 단계와, X 값이 0미만일 경우 압축기 구동을 제4 주파수 대역으로 조정하는 단계를 포함한다.

Description

인버터 에어컨의 압축기 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING COMPRESSOR OF INVERTER AIRCONDITIONER}

본 발명은 에어컨의 제어방법에 관한 것으로, 특히 실내의 실온 및 설정 온도의 미세한 변화에 따라 신속하게 압축기의 운전 주파수를 변화시킴으로써 압축기의 온/오프에 따른 단속 운전의 회전수를 줄여서 시스템의 효율을 높일 수 있는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법에 관한 것이다.

공기조화장치라 불리우는 에어컨(aircon, airconditioner)은 모든 기후조건과 실내환경에 따라서 최적의 온도 및 습도를 유지하기 위한 것으로, 실내공기를 시원하게 하거나 따뜻하게 하는 냉방장치 및 난방장치를 비롯하여, 습도를 적당하게 유지하기 위한 가습장치와, 실내공기를 외부로 배출시키는 환기장치 등이 포함된다.

이 중에서 냉방장치는 액냉매가 증발할 때에 주위 공기와 열교환되어 이를 냉각시키는 작용을 이용한 것으로 주로 실내 공간을 냉방하면서 실내의 제습작용도 함께 수행한다.

도 1은 통상적인 에어컨의 냉매 흐름을 설명하기 위해 도시한 블록도으로서, 냉방에 관련된 에어컨의 구성을 살펴보면, 냉매를 압축시켜 고온·고압의 기체 냉매로 만드는 압축기(10)와, 압축기(10)의 고온·고압의 기체 냉매를 주변 공기와의열교환을 통해 고압, 액체 상태로 변환되는 응축기(20)와, 응축기(20)의 고압, 액체 상태의 냉매가 팽창되면서 저온, 저압의 안개 상태의 냉매로 변환되는 모세관(30)과, 모세관(30)을 통과한 냉매를 여과하는 여과기(32)와, 여과기(32)의 저온, 저압의 안개 상태의 냉매가 가스 상태로 변환되는 증발기(40)와, 상기 증발기(40)의 냉매를 다시 압축기(10)로 공급하기 위한 머플러(14) 및 수액 분리기(12)로 구성된다.

여기서, 도면 부호 42는 액관측 밸브를 나타낸 것이며, 16은 가스관측 밸브를 나타낸 것이다.

상기와 같이 구성된 에어컨의 냉매 흐름은 다음과 같다.

우선, 압축기(10)를 통해 유입된 저온, 저압의 액체화된 냉매를 흡입하여 고온, 고압의 가스 상태로 만들어 응축기(20)로 보내지게 된다. 응축기(20)로 보내진 냉매는 외기에 의해 냉각되어 고온, 고압 상태의 가스 상태에서 액체 상태로 변환된다. 액체 상태의 냉매는 모세관(30) 및 여과기(32)를 통해 압력 강하 작용에 의해 고압, 액체 상태의 냉매가 팽창되면서 저온, 저압의 안개 상태의 냉매로 변환되고, 액관측 밸브(42)가 오픈되었을 경우 증발기(40)로 보내진다. 증발기(40)로 보내진 냉매는 외부의 열을 흡수하여 안개 상태의 냉매에서 가스 상태로 변환되고, 가스관측 밸브(16)가 오픈되었을 경우 머플러(14) 및 수액 분리기(12)를 통해서 다시 압축기(10)로 재공급되어 실내의 온도를 냉각시키는 상기와 같은 순환하는 과정을 반복하게 된다.

한편, 상기 냉매 흐름에 중요한 역할을 하는 압축기는 입력되는 전류의 주파수를 가변해서 구동 회전수를 조정할 수 있는데, 이러한 압축기를 구비한 인버터 에어컨의 압축기 제어 방식은 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 실내 온도 및 설정 온도와의 차에 따라 정해진 몇 개의 주파수 설정 대역에서 압축기의 구동 회전수를 결정하게 된다.

예를 들면, 에어컨 작동으로 압축기가 구동되면 에어컨은 감지센서를 통해 실내 온도와 설정 온도를 감지한 후에 마이컴을 통해서 상기 실내온도와 설정 온도의 차 X를 계산하고 그 값에 따라 설정된 둘 이상의 주파수 대역, 여기에서는 4개 냉방 운전(최대, 상, 중, 하)을 결정하기 위하여 X값이 변수 A이상인지, B 이상이고 A미만인지, 0보다 크고 B미만인지 또는 X가 0인지를 판단하게 된다. 이때, X값이 0미만이면 압축기를 정지시킨다. (S10∼S16참조)

그 다음, 마이컴은 X값이 포함되는 영역에 대응하는 주파수 설정 대역인 에어컨의 냉방 능력이 최대(最大)로 되는 a, 상(上)으로 되는 b, 중(中)으로 되는 c, 또는 하(下)로 되는 압축기의 구동 회전 주파수를 결정하여 압축기 구동을 제어하게 된다. (S17∼S20참조)

그러나, 이러한 압축기 제어 방식은 정해진 주파수 변화에 따른 압축기의 냉매 압축이 실온 변화에 민감하게 작동하지 못하기 때문에 시스템의 단속 운전(압축기 온/오프) 횟수가 빈번히 일어날 수 있으며, 이에 따른 에어컨의 작동 시간 증가로 소비 전력 또한 증가하게 되어 결국, 제품의 에너지 소비 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 실내 온도와 설정 온도와의 차에 따른 둘 이상의 주파수 대역으로 압축기의 구동 회전수를 제어하는데 있어서, 압축기가 주파수 설정 대역에서 운전중일 때 소정의 시간당 실내 온도와 설정 온도와의 차 X값의 변화율을 고려하여 압축기 구동을 제어하므로써 실온 변화에 따라 압축기의 회전수가 민감하게 변화되어 시스템의 단속 운전 횟수를 크게 줄일 수 있는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법을 제공하는데 있다.

도 1은 통상적인 에어컨의 냉매 흐름을 설명하기 위해 도시한 블록도이며,

도 2는 종래 기술에 의한 인버터 에어컨의 압축기 제어방법을 나타낸 흐름도이며,

도 3a는 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 압축기 제어방법을 설명하기 위한 에어컨 실외기 부분을 나타낸 것이고, 도 3b는 에어컨 실내기 부분을 나타낸 것이며,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 에어컨의 압축기 제어방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 압축기 100: 마이컴

102: 데이터 입력부 104: 실내 온도 감지부

106: 증발기 온도 감지부 108: 실내 팬 구동부

110,128: 팬 112: 표시부

122: 실외 온도 감지부 124: 응축기 온도 감지부

126: 실외 팬 구동부 130: 압축기 구동부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시스템 구동시실내 온도감지부에 의해 실내온도를 측정하여 마이컴에서실내 온도와 설정 온도의 차에 따른 해당 주파수 대역으로 압축기의 구동을 제어하는 에어컨의 압축기 제어방법에 있어서, 압축기 작동시 실내 온도와 설정된 온도의 차 X를계산하는 단계; 상기 X값이 0이상이면 압축기 운전 주파수를 시스템 초기의 시간 변화에 따른 부하변동에 대응하도록 설정된 제1 주파수대역으로 조정하는 단계; 상기 온도 차 X값이 0이상이면 상기 X값이 압축기 구동을 최대로 조정하기 위한 설정값 A이상인지를 판단하며,상기 X값이 0이상이 아닐경우 압축기 구동을 설정된 제2 주파수대역으로 점차 감소시켜서 압축기의 최소 한계인 제3 주파수대역에 도달할때 압축기가 정지되도록 하는 단계; 상기 X값이 A이상일 경우 압축기 운전 주파수를 최대 냉방 능력을 제공할 수 있는 제4 주파수 대역으로 조정하며,상기 X값이 A이상이 아닐경우 소정 시간당 상기 X의 변화율이 0미만이고 상기 X가 0이상이면 압축기 구동을 상기 제2 주파수 대역으로 점차 감소시켜서 냉방 구현이 가능한 압축기의 최소 운전 주파수 제5 주파수 대역으로 유지하는 단계; 및상기 소정시간당 상기 X의 변화율이 0미만이고 상기 X가 0이상이 아니며상기 X 값이 0미만일 경우 압축기 구동을 상기 제4 주파수 대역으로 조정하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

일반적으로 에어컨은 산업용과 업소용 및 일반 가정용과 같이 사용장소에 따라 여러 가지 종류로 나눌 수 있는데, 영업점이나 일반가정의 거실에 주로 설치하는 에어컨은 외부 공기를 흡입하고 냉매를 압축 및 응축하는 실외기와 응축된 냉매를 팽창 및 증발하여 냉각된 공기를 실내로 방출하는 실내기로 구분되어 있다.

도 3a는 본 발명에 따른 인버터 에어컨의 압축기 제어방법을 설명하기 위한 에어컨 실외기 부분을 나타낸 것이고, 도 3b는 에어컨 실내기 부분을 나타낸 것이다.

도 3a를 참조하면 인버터 에어컨의 실외기는 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 압축기(10)의 기체 냉매를 액체 상태로 변환하는 응축기(도시하지 않음)와, 실외기의 온도를 감지하는 실외 온도 감지부(122)와, 응축기의 온도를 감지하는 응축기 온도 감지부(124)와, 실외팬(128)을 구동하는 실외팬 구동부(126)와, 압축기(10)를 구동하는 압축기 구동부(130)와, 실외 온도 감지부(122) 내지 응축기 온도감지부 (124)의 감지 신호에 응답하여 실외팬 구동부(126) 또는 압축기 구동부(130)에 제어 구동 신호를 출력하는 마이컴(100)으로 구성된다.

또한, 도 3을 참조하면, 인버터 에어컨의 실내기는 리모컨 또는 시스템 세트의 작동 키 내지 리모컨으로부터 시스템 작동을 위한 데이터를 입력받는 데이터 입력부(102)와, 실내 온도를 감지하는 실내 온도를 감지하는 실내 온도 감지부(104)와, 실외기(A)로부터 보내진 냉매를 팽창시키는 모세관(도시하지 않음)과, 모세관의 냉매를 증발시키는 증발기(도시하지 않음)의 온도를 감지하는 증발기 온도 감지부(106)와, 실내팬(110)을 구동하는 실내팬 구동부(108)와, 에어컨의 작동 상태에 따른 정보를 사용자에게 표시하는 표시부(112)와, 데이터 입력부(102)의 입력 신호에 따라 내부 시스템을 작동하며 실내 온도 감지부(104) 내지 증발기 온도 감지부(106)의 감지 신호에 응답하여 실내팬 구동부(108)에 제어 명령 신호를 출력하거나 표시부(112)에 해당 시스템 정보를 출력하는 마이컴(100)으로 구성된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 에어컨의 압축기 제어방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

도 3a 내지 도 3b와 같이 구성된 인버터 에어컨은 데이터 입력부(102), 예를 들어 리모컨을 통해 사용자가 원하는 실내 설정 온도에 해당하는 데이터를 입력하면 마이컴(100)이 실내 온도 감지부(104)를 통해서 감지된 실내 온도와 설정된 실내 온도와의 차 X를 감지하고, X값이 0이상인지를 판단하여 X값이 0미만일 경우에는 압축기 구동부(130)에 압축기(10)의 구동을 정지시키는 제어 신호를 발생한다. (S30∼S32 참조)

이후, 마이컴(100)은 상기 X값이 0이상이면 압축기(10) 운전 주파수(C로 표시함)를 시스템 초기의 시간 변화에 따른 부하변동에 대응하도록 설정된 제1 주파수대역(dHz)으로 조정한다. 그리고, 상기 압축기(10)가 제1 주파수대역(dHz)으로운전중에 온도 차 X값이 계속 0이상이면 마이컴(100)은 상기 X값이 압축기 구동, 즉 운전 회전수를 최대로 조정하기 위한 설정변수인 A이상인지를 판단하고, X값이 해당 범위에 포함될 경우에는 압축기 운전 주파수를 최대 냉방 능력을 제공할 수 있는 제4 주파수 대역(aHZ)으로 조정한다. (S33∼S37 참조)

그러나, X값이 설정변수 A미만일 경우에는 마이컴(100)은 소정 시간당 상기 X의 변화율인 X'(dX/dt)가 0미만이고 상기 X가 0이상인지를 판단한다. 이때 해당 범위에 X값이 포함되면 마이컴(100)은 압축기 구동을 압축기의 가변 능력에 따라 설정된 제2 주파수(nHz)만큼 점차 감소시켜서 냉방 구현이 가능한 최소 운전 주파수 제5 주파수 대역(eHz)으로

유지하도록 압축기(10)를 조정한다.(S40∼S44참조)

그러나, 상기 X 값이 0미만일 경우에는 마이컴(100)은 압축기 운전 주파수를 상기 제4 주파수 대역(aHz)으로 조정하도록 하여 시스템의 최대 냉방 능력을 구현한다. (S45, S36참조)

한편, 압축기(10)가 제1 주파수대역(dHz)으로 운전중에 온도 차 X값이 0미만이면 마이컴(100)은 상기 X값이 압축기 구동을 제2 주파수대역(nHz)으로 점차 감소시켜서 압축기의 최소 한계인 제3 주파수대역(fHz)에 도달되도록 하여 압축기를 정지시킨다. (S38∼S39참조)

본 실시예의 마이컴(100)은 압축기(10)가 구동 가능한 최대 주파수를 제4 주파수 대역(aHz), 에어컨 운전 시작과 동시에 시스템 초기의 시간 변화에 따른 부하변동에 대응하기 위한 주파수를 제1 주파수대역(dHz), 시스템의 냉방 구현이 가능한 최소 주파수를 제5 주파수 대역(eHz), 및 압축기의 운전이 가능한 최소 한계 주파수를 제3 주파수대역(fHz)으로 정의하고, 이때 주파수 영역 크기순서는 a> d> e> f가 된다. 이때, 제1 주파수 대역(dHz)은 압축기의 오프 또는 최대 주파수 aHz로의 상승을 감안한 압축기 전원 투입 초기에 발생하는 전류의 오버슈트(overshoot)를 최대한 감소시키는 구간이다.

그리고, 상기한 변수 A의 값과 설정 온도차의 주파수대역 구간은 압축기의 기계적 동작 및 시스템의 설정된 상황에 따라 결정되어진다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실온 변화에 따라 압축기의 회전수가 민감하게 대응 운전함으로써 시스템의 부하 변동에 따라 최적의 효율을 제공할 수 있으며, 동시에 압축기의 단속 운전 횟수를 줄여서 이에 따른 에어컨의 사용 시간에 대한 소비 전력을 감소시켜 종전보다 에너지 소비 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 시스템 구동시실내 온도감지부에 의해 실내온도를 측정하여 마이컴에서실내 온도와 설정 온도의 차에 따른 해당 주파수 대역으로 압축기의 구동을 제어하는 에어컨의 압축기 제어방법에 있어서,

   압축기 작동시 실내 온도와 설정된 온도의 차 X를계산하는 단계;

   상기 X값이 0이상이면 압축기 운전 주파수를 시스템 초기의 시간 변화에 따른 부하변동에 대응하도록 설정된 제1 주파수대역으로 조정하는 단계;

   상기 온도 차 X값이 0이상이면 상기 X값이 압축기 구동을 최대로 조정하기 위한 설정값 A이상인지를 판단하며,상기 X값이 0이상이 아닐경우 압축기 구동을 설정된 제2 주파수대역으로 점차 감소시켜서 압축기의 최소 한계인 제3 주파수대역에 도달할때 압축기가 정지되도록 하는 단계;

   상기 X값이 A이상일 경우 압축기 운전 주파수를 최대 냉방 능력을 제공할 수 있는 제4 주파수 대역으로 조정하며, 상기 X값이 A이상이 아닐 경우 소정 시간당 상기 X의 변화율이 0미만이고 상기 X가 0이상이면 압축기 구동을 상기 제2 주파수 대역으로 점차 감소시켜서 냉방 구현이 가능한 압축기의 최소 운전 주파수 제5 주파수 대역으로 유지하는 단계; 및

   상기 소정시간당 상기 X의 변화율이 0미만이고 상기 X가 0이상이 아니며상기 X 값이 0미만일 경우 압축기 구동을 상기 제4 주파수 대역으로 조정하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 압축기 작동시 실내 온도와 설정된 온도의 차 X를 계산한 후에 상기 X값이 0미만일 경우 압축기 구동을 제2 주파수대역으로 점차 감소시켜서 압축기의 최소 한계인 제3 주파수대역에 도달할때 압축기가 정지되도록 하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 제어방법.