KR100308377B1 - 인버터에어컨디셔너의압축기제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시스템 구동시 실내 온도와 설정 온도의 차에 따른 해당 주파수 대역으로 압축기의 구동을 제어하는 인버터 에어컨디셔너의 압축기 제어방법에 있어서, 이 제어 방법은 실내 온도와 설정된 온도의 차 X를 감지하는 단계(S12)와, X값이 0보다 크거나 같으면 압축기 구동 회전수에 따라 구분되는 둘 이상의 영역들 중에서 이 X 값이 어느 한 영역에 포함되는가를 판단하는 단계(S14,S18,S30,S42)와, X값이 포함되는 영역에 해당하는 주파수 설정 대역에서 압축기를 구동시키는 단계(S16,S20,S32,S44)와, 상기 영역들 중에서 압축기 구동 회전수가 제일 크며 제일 작은 영역을 제외한 어느 한 영역의 주파수 설정 대역에서 압축기가 구동될 경우 제일 큰 주파수 대역까지 주파수 대역을 증가하며(S22∼S28,S34∼S40), 압축기 구동 회전수가 제일 작은 영역의 주파수 대역에서 압축기가 구동될 경우 최소 주파수 대역까지 주파수 대역을 감소하여 압축기의 구동을 제어하는 단계(S46∼52)를 포함한다. 따라서, 본 발명은 실온 변화에 따라 압축기의 회전수가 민감하게 대응 운전함으로써 시스템의 부하 변동에 따른 최적의 효율을 제공하고, 압축기의 단속 운전 횟수를 줄여서 에너지 소비 효율을 높일 수 있다.

Description

인버터 에어컨디셔너의 압축기 제어방법

본 발명은 에어컨디셔너의 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 에어컨디셔너의 압축기 제어방법에 관한 것이다.

공기조화장치라 불리우는 에어컨디셔너(air-conditioner)는 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 에어컨디셔너의 냉매 흐름을 설명하기 위해 도시한 블록도으로서, 냉방에 관련된 에어컨디셔너의 구성을 살펴 보면, 냉매를 압축시켜 고온 고압의 기체 냉매로 만드는 압축기(10)와, 압축기(10)의 고온 고압의 기체 냉매를 주변 공기와의 열교환을 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 에어컨디셔너의 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 에어컨디셔너의 압축기 제어 방식은 일반적으로 실내 온도 및 설정 온도와의 차에 따라 정해진 몇 개의 주파수 설정 대역에서 압축기의 구동 회전수를 결정하게 된다.

하지만, 이러한 제어 방식은 정해진 주파수 변화에 따른 압축기의 냉매 압축이 실온 변화에 민감하게 작동하지 못하여 시스템의 단속 운전(압축기 온/오프) 횟수가 빈번히 일어날 수 있으며, 이에 따른 에어컨디셔너의 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, 최고 주파수 설정 대역을 제외한 중간 범위의 주파수 대역들의 경우 소정 시간이 경과한 뒤에 주파수를 점차 증가시켜 최대 주파수 설정 대역에서 압축기가 구동되도록 제어하는 반면에 최저 주파수 설정 대역의 경우 소정 시간이 경과한 뒤에 주파수를 점차 감소시켜 압축기의 최소 주파수 설정 대역에서 압축기가 구동되도록 제어하므로써 실온 변화에 따라 압축기의 회전수가 민감하게 변화되어 시스템의 단속 운전 횟수를 크게 줄일 수 있는 인버터 에어컨디셔너의 압축기 제어방법을 제공하는데 있다.

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

도 2는 본 발명에 따른 인버터 에어컨디셔너의 압축기 제어방법을 설명하기 위한 내부 냉방 시스템의 블록도로서 (A)는 실외기 부분을 나타낸 것이며 (B)는 실내기 부분을 나타낸 것이며,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 에어컨디셔너의 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 구동시 실내 온도와 설정 온도의 차에 따른 해당 주파수 대역으로 압축기의 구동을 제어하는 에어컨디셔너의 압축기 제어방법에 있어서, 실내 온도와 설정된 온도의 차 X를 감지하는 단계와, X값이 0보다 크거나 같으면 압축기 구동 회전수에 따라 구분되는 둘 이상의 영역들 중에서 이 X 값이 어느 한 영역에 포함되는가를 판단하는 단계와, X값이 포함되는 영역에 해당하는 주파수 설정 대역에서 압축기를 구동시키는 단계와, 상기 영역들 중에서 압축기 구동 회전수가 제일 크며 제일 작은 영역을 제외한 어느 한 영역의 주파수 설정 대역에서 압축기가 구동될 경우 압축기 구동 회전수가 제일 큰 주파수 대역까지 주파수 대역을 증가하며, 압축기 구동 회전수가 제일 작은 영역의 주파수 대역에서 압축기가 구동될 경우 압축기가 최소한으로 구동되는 주파수 대역까지 주파수 대역을 감소하여 압축기의 구동을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

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

도 2는 본 발명에 따른 인버터 에어컨디셔너의 압축기 제어방법을 설명하기 위한 내부 냉방 시스템의 블록도로서, (A)는 실내기를 나타낸 것이며 (B)는 실외기를 나타낸 것이다.

일반적으로 에어컨디셔너는 산업용과 업소용 및 일반 가정용과 같이 사용장소에 따라 여러 가지 종류로 나눌 수 있는데, 영업점이나 일반가정의 거실에 주로 설치하는 에어컨디셔너는 외부 공기를 흡입하고 냉매를 압축 및 응축하는 실외기(A)와 응축된 냉매를 팽창 및 증발하여 냉각된 공기를 실내로 방출하는 실내기(B)로 구분되어 있다.

도 2를 참조하면 인버터 에어컨디셔너의 실외기(A)는 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, 실내기(B)는 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, 에어컨디셔너의 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 에어컨디셔너의 압축기 제어방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

도 2와 같이 구성된 인버터 에어컨디셔너는 데이터 입력부(102)를 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 0보다 크거나 같은지를 판단하여 X값이 0보다 작을 경우 압축기 구동부(130)에 압축기(10)의 구동을 정지시키는 제어 신호를 발생한다. (S10∼S12, S56 참조)

이후, 마이컴(100)은 상기 X값이 0보다 크거나 같으면 압축기(10) 구동 회전수에 따라 구분되는 둘 이상의 영역들(본 발명에서는 제 1 내지 제 4영역으로 정의함)중에서 이 X 값이 어느 한 영역에 포함되는가를 판단한다. 즉, X값이 변수 A 이상인 제 1영역(X≥A), X값이 A 미만이며 변수 B 이상인 제 2영역(B≤X＜A), X값이 B 미만이며 0보다 큰 제 3영역(0＜X＜B), X값이 0인 제 4영역(X=0) 중에서 어느 영역에 포함되는지 순차적으로 비교한다.(S14,S18,S30,S42 참조)

본 실시예의 마이컴(100)은 압축기(10)가 구동 가능한 최대 주파수를 a, 그 미만의 주파수 대역을 순차적으로 b, c, 및 d라고 정의되어 있고, 이와 함께 추가적으로 최소 주파수를 e라고 미리 정의되어 있다고 가정하며 이 변수들의 값은 압축기의 기계적 동작 및 시스템의 설정된 상황에 따라 결정되어진다.

이때, X값이 제 1영역(X≥A)에 해당한다면 압축기 구동부(130)에 압축기의 구동 주파수를 aHZ로 제어하는 신호를 인가한다. (S16 참조)

만약 X값이 제 2영역(B≤X＜A)에 해당한다면 압축기 구동부(130)에 압축기의 구동 주파수를 bHZ로 제어하는 신호를 인가한다. 시스템 설정에 따른 소정 시간이 경과한 후에 NHz(압축기의 가변 능력에 따라 설정된 소정의 주파수)만큼 압축기의 주파수 대역(C)을 증가하여 부하가 감소되지 않는 시스템의 냉방 능력을 증가시킨다. 그 다음 증가된 압축기의 주파수 대역(C)이 최대 주파수 대역인 a와 동일한가를 비교하고, 두 주파수 대역(C,a)이 동일하지 않으면(C≠a) 다시 NHz만큼 주파수 대역을 증가하거나 두 주파수 대역(C,a)이 동일하면(C＝a) 압축기 구동 주파수를 a로 유지하도록 하여 시스템의 냉방 능력을 최대한 상승시킨다. 그리고, 다시 X 값이 제 2영역(B≤X＜A)에 포함되는가를 판단한 후에 이 값이 포함되면 피이드백해서 증가된 압축기의 주파수 대역(C) a와 동일한가를 비교하며, 포함되지 않으면 초기의 실내 온도와 설정된 온도의 차 X를 감지하는 단계(S12)로 되돌아가서 이후 단계들을 반복 수행한다. (S18∼S28 참조)

만약 X값이 제 3영역(0＜X＜B)에 해당한다면 압축기 구동부(130)에 압축기의 구동 주파수를 cHZ로 제어하는 신호를 인가한다. 이후, 마이컴(100)의 프로세스 과정은 제 2영역(B≤X＜A)과 비슷하기 때문에 이를 생략하며, 이 또한 부하가 감소되지 않는 시스템의 냉방 능력을 지속적으로 증가시키고자 압축기 구동 주파수를 최대 aHz까지 높인다. (S30∼S40 참조)

마지막으로 X값이 제 4영역(X＝0)에 해당한다면 압축기 구동부(130)에 압축기의 구동 주파수를 dHZ로 제어하는 신호를 인가한다. 시스템 설정에 따른 소정 시간이 경과한 후에 소정 주파수인 NHz만큼 압축기의 주파수 대역을 감소한다. 그 다음 감소된 압축기의 주파수 대역(C) 최소 주파수 대역인 e와 동일한가를 비교하고, 두 주파수 대역(C,e)이 동일하지 않으면(C≠e) 다시 NHz만큼 주파수 대역을 감소하거나 두 주파수 대역(C,e)이 동일하면(C＝e) 압축기 구동 주파수를 e로 유지하도록 하부하가 감소되지 않는 시스템의 냉방 능력을 지속적으로 여 한다. 그리고, 다시 X 값이 제 4영역(X＝0)에 포함되는가를 판단한 후에 이 값이 포함되면 피이드백해서 감소된 압축기의 주파수 대역(C)이 e와 동일한가를 비교하며, 포함되지 않으면 초기의 실내 온도와 설정된 온도의 차 X를 감지하는 단계(S12)로 되돌아가서 이후 단계들을 반복 수행한다.(S42∼S52 참조)

그러므로, 상기 마이컴(100)은 실내 온도와 설정 온도와의 X차에 의해 미리 설정된 압축기(10)의 구동 회전수를 제어하고, 소정 시간이 경과한 뒤에 압축기(10)의 최대 주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역에 따른 압축기(10)의 냉매 압축이 실온 변화에 민감하게 작동하도록 압축기(10)의 주파수 대역을 조정한다. 즉, 중간 범위의 주파수 대역들의 경우 소정 시간이 경과한 뒤에 압축기(10)의 주파수 대역을 점차 증가시켜 최대 주파수 설정 대역에서 압축기(10)가 구동되며, 최저 주파수 설정 대역의 경우 소정 시간이 경과한 뒤에 주파수를 점차 감소시켜 압축기(10)의 최소 주파수 설정 대역에서 압축기(10)가 구동되도록 압축기 구동부(130)를 제어한다.

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 에어컨디셔너의 사용 시간에 대한 소비 전력을 감소시켜 종전보다 에너지 소비 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 시스템 구동시 실내 온도와 설정 온도의 차에 따른 해당 주파수 대역으로 압축기의 구동을 제어하는 에어컨디셔너의 압축기 제어방법에 있어서, 실내 온도와 설정된 온도의 차 X를 감지하는 단계; 상기 X값이 0보다 크거나 같으면 압축기 구동 회전수에 따라 구분되는 둘이상의 영역들 중에서 이 X 값이 어느 한 영역에 포함되는가를 판단하는 단계; 상기 X값이 포함되는 영역에 해당하는 주파수 설정 대역에서 압축기를 구동시키는 단계; 및 상기 영역들 중에서 압축기 구동 회전수가 제일 크며 제일 작은 영역을 제외한 어느 한 영역의 주파수 설정 대역에서 압축기가 구동될 경우 압축기 구동 회전수가 제일 큰 주파수 대역까지 주파수 대역을 증가하며, 압축기 구동 회전수가 제일 작은 영역의 주파수 대역에서 압축기가 구동될 경우 압축기가 최소한으로 구동되는 주파수 대역까지 주파수 대역을 감소하여 압축기의 구동을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨디셔너의 압축기 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 영역들 중에서 압축기 구동 회전수가 제일 큰 것과 제일 작은 영역을 제외한 어느 한 영역의 주파수 대역에서 압축기가 구동될 경우 상기 압축기의 구동을 제어하는 단계는, 소정 시간이 경과하면 NHz만큼 압축기의 주파수 대역을 증가하는 단계; 증가된 압축기의 주파수 대역이 압축기 구동 회전수가 제일 큰 주파수 설정 대역과 동일한가를 비교하는 단계; 상기 두 주파수 대역이 동일하지 않으면 다시 NHz만큼 주파수 대역을 증가하며 두 주파수 대역이 동일하면 상기 큰 주파수 설정 대역으로 유지하는 단계; 상기 X 값이 해당 영역에 포함되는가를 다시 판단하는 단계; 상기 X 값이 해당 영역에 포함되면 다시 증가된 주파수 대역이 상기 압축기 구동 회전수가 제일 큰 주파수 대역과 동일한가를 비교하며, 포함되지 않으면 실내 온도와 설정된 온도의 차 X를 감지하는 단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨디셔너의 압축기 제어방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 영역들 중에서 압축기 구동 회전수가 제일 작은 영역의 주파수 대역에서 압축기가 구동될 경우 상기 압축기의 구동을 제어하는 단계는, 소정 시간이 경과하면 NHz만큼 압축기의 주파수 대역을 감소하는 단계; 감소된 압축기의 주파수 대역이 압축기의 최소 주파수 대역과 동일한가를 비교하는 단계; 상기 두 주파수 대역이 동일하지 않으면 다시 NHz만큼 주파수 대역을 감소하며 두 주파수 대역이 동일하면 상기 최소 주파수 설정 대역으로 유지하는 단계; 상기 X 값이 해당 영역에 포함되는가를 다시 판단하는 단계; 상기 X 값이 해당 영역에 포함되면 다시 감소된 주파수 대역이 상기 압축기의 최소 주파수 대역과 동일한가를 비교하며, 포함되지 않으면 실내 온도와 설정된 온도의 차 X를 감지하는 단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨디셔너의 압축기 제어방법.