KR100384511B1 - 공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로딩타임과 언로딩타임을 결정하는 듀티제어신호에 따라 제어되는 압축기를 채용한 공기조화기에 적용한다. 압축기의 토출측에 토출온도센서가 설치되고, 제어부는 검출된 토출온도에 따라 과열방지의 필요여부를 판단한다. 과열방지운전이 필요하면 제어부는 압축기에서 흡입되는 냉매의 온도가 낮아지게 제어하는 1차과열방지운전과 압축기의 토출작용이 줄어들게 로딩타임을 짧게 하여 압축기를 제어하는 2차과열방지운전을 수행한다. 제어부는 압축기의 토출온도가 상승함에 따라 1차과열방지운전과 2차과열방지운전를 연속적으로 수행하며 2차과열방지운전을 수행하는 도중 압축기 토출온도가 더 상승하면 압축기를 정지하고, 압축기가 정지된 후 토출온도가 낮아지면 압축기를 기동시킨다.

Description

공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어방법{AIR CONDITIONER CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 더 상세하게는 펄스폭변조방식의 압축기를 채용한 공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

공기조화기는 냉동사이클을 사용하여 주거용 건물이나 사무용 건물의 실내 온도와 습도와 같은 상태량을 조절함으로써 공기조화를 실현한다. 그러나 건물에서 거주하거나 활동하는 사람마다 희망조건이 다르고 실외 환경이 다르기 때문에 냉방요구능력은 수시로 변하게 된다. 특히 하나의 실외기에 다수의 실내기가 연결된 멀티에어컨(Multi-airconditioner)에서는 실내기마다 냉방요구능력이 다를 뿐만 아니라 대개의 경우 각 실내기는 독립적으로 운전되므로 모든 실내기의 냉방요구능력을 합산한 총 냉방요구능력도 역시 변하게 된다.

가변하는 냉방요구능력에 따라 용량(능력)을 가변시킬 수 있는 압축기로서 회전수 가변형 압축기가 공지되어 있다. 이러한 회전수 가변형 압축기는 인버터 제어를 통해 모터에 인가되는 전류의 주파수를 변화시켜 모터의 회전수를 제어함으로써 압축기의 용량을 조정한다. 그러나 종래의 회전수 가변형 압축기는 회전하고 있는 모터를 직접 제어해야 하므로 양호한 응답성과 정확성으로 모터의 회전수를 제어하기 어렵고, 모터의 회전수가 수시로 변하기 때문에 이로 인한 진동과 소음이 발생하여 모터와 압축기의 수명이 단축되고 전체적으로 기계적 신뢰성이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.

한편, 건물이 대형화함에 따라 하나의 실외기에 연결된 실내기의 수가 늘어나게 되고, 이로 인해 총 냉방요구능력도 증가하는 경향에 있다. 그러나 회전수 가변형 압축기는 대용량에서는 제어가 어렵고, 효율이 떨어지며, 전체 사이즈가 커지고, 비용이 많이 드는 등의 문제점이 있다.

다른 형태의 능력가변형 압축기로 펄스폭변조 방식의 압축기(Pulse Width Modulated Compressor)가 미국 특허 6, 047, 557호와 일본 특개평8-334094호에 개시되어 있다. 그러나 이러한 압축기는 다수의 냉장실 또는 냉동실을 가진 냉장시스템에 사용되는 것으로 압축기와 증발기 사이의 냉매관의 길이가 짧은 단배관에 사용되는 것을 전제로 하고 있다. 따라서 필연적으로 장배관일 수밖에 없고 또한 제어환경이 냉장시스템과는 다른 건물의 공기조화시스템에는 그대로 적용할 수가 없다.

또한 위 선행 자료에는 펄스폭 변조 방식의 압축기를 채용한 공기조화기에서 압축기의 과열을 방지하여 압축기의 소손방지와 압축기내 오일의 변형을 방지하기 위한 제어 시스템이나 제어방법은 개시되어 있지 않다.

본 발명은 상술한 배경 하에 이루어진 것으로, 압축기의 토출온도가 높아지면 과열방지운전을 수행하여 압축기의 토출온도가 낮아지게 제어함으로써 압축기의 과열을 방지할 수 있도록 한 공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 제어 시스템의 냉동 사이클 구성도이다.

도 2a는 본 발명의 공기조화기에 채용된 펄스 폭 변조 방식의 압축기의 로딩 상태를 도시한 것이고, 도 2b는 언로딩 상태를 도시한 것이다.

도 3은 도 2의 압축기의 운전 중에 로딩 및 언로딩과 냉매 토출량과의 관계를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 공기조화기 제어 시스템의 전체 블록도이다.

도 5는 본 발명의 공기조화기 제어 시스템에 사용되는 실내온도와 설정온도의 차와 보정계수와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 공기조화기 제어 시스템에서 압축기의 토출온도에 따른 제어과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 공기조화기의 실내제어부에서 이루어지는 제어과정을 도시한 흐름도이다.

도 8은 본 발명에 따른 공기조화기의 실외제어부에서 이루어지는 제어과정을 도시한 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

2: 압축기 5: 증발기

8: 실외기 9: 실내기

26: PWM밸브 27: 압축기 토출온도센서

28 : 실외제어부 30: 실내제어부

31: 증발기 입구온도센서 32: 증발기 출구온도센서

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기조화기 제어시스템은, 로딩타임과 언로딩타임을 결정하는 듀티제어신호에 따라 냉매를 압축하여 토출하는 압축기; 상기 압축기의 토출온도를 검출하기 위한 센서; 상기 압축기의 토출측과 흡입측 사이를 연결하는 바이패스관; 상기 바이패스관의 중도에 설치되어 냉매의 흐름을 조절하는 유량조절밸브; 상기 바이패스관의 중도에 설치되어 상기 유량조절밸브에서 유출되는 냉매를 팽창시키는 팽창수단; 상기 센서로부터 검출된 토출온도에 근거해서 상기 압축기의 과열을 방지하기 위한 압축기 과열방지운전을 수행하는 경우, 상기 압축기의 토출온도를 떨어뜨릴 수 있도록 상기 유량조절밸브를 개방시켜 상기 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 낮추는 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 로딩타임과 언로딩타임을 결정하는 듀티제어신호에 따라 제어되는 압축기를 구비한 공기조화기의 제어방법에 있어서, 상기 압축기의 토출온도를 검출하는 단계; 검출된 토출온도와 미리 설정한 설정온도를 비교하여 상기 압축기에 대한 과열방지가 필요한 지를 판단하는 단계; 상기 압축기의 과열방지가 필요하면 상기 압축기의 토출온도가 떨어질 수 있도록 상기 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 낮추는 1차과열방지운전 및/또는 상기 로딩타임을 짧게 하여 상기 압축기에서의 냉매 토출작용이 줄이는 2차과열방지운전을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시례를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기의 사이클 구성도이다. 본 발명의 공기조화기(1)는 폐회로를 구성하도록 냉매관에 의해 순차적으로 연결된 압축기(2), 응축기(3), 전동팽창밸브(4), 그리고 증발기(5)를 포함한다. 냉매관 중에서 압축기(2)의 토출측과 전동팽창밸브(4)의 유입측을 연결하는 냉매관은 압축기(2)에서 토출된고압 냉매의 흐름을 안내하는 고압관(6)이고, 전동팽창밸브(4)의 유출측과 압축기(2)의 흡입측을 연결하는 냉매관은 전동팽창밸브(4)에서 팽창된 저압 냉매의 흐름을 안내하는 저압관(7)이다. 응축기(3)는 고압관(6)의 중도에 설치되고, 증발기(5)는 저압관(7)의 중도에 설치된다. 압축기(2)가 운전하면 냉매는 실선 화살표 방향으로 흐른다.

본 발명의 공기조화기(1)는 실외기(8)와 실내기(9)를 포함한다. 실외기(8)는 전술한 압축기(2)와 응축기(3)를 포함한다. 또, 실외기(8)는 응축기(3)의 출구측 고압관(6)과 압축기(2)의 흡입측 저압관(7)을 연결하는 리퀴드바이패스관(15)과 리퀴드바이패스관(15)의 중도에 설치된 리퀴드밸브(17)와 모세관(18)을 포함한다. 리퀴드밸브(17)는 바이패스되는 액냉매의 유량을 조절하며, 모세관(18)은 리퀴드밸브(17)를 나온 냉매를 팽창시켜 저압관(7)으로 보낸다. 따라서 리퀴드밸브(17)가 개방되면 응축기(3)에서 나온 액냉매의 일부는 팽창된 후 리퀴드바이패스관(15)을 따라 일점쇄선 화살표 방향으로 흐른다. 여기서, 모세관(18)에서 팽창되는 냉매의 온도는 증발기(5)에서 유출되는 냉매의 온도 보다 낮으며, 저압관(7)에서 섞여진 냉매가 압축기(20의 흡입측으로 보내지게 된다. 따라서, 리퀴드밸브(17)가 닫았을 때 보다 리퀴드밸브(17)를 열었을 때 압축기(2)의 흡입온도는 낮아지게 된다.

압축기(2)의 토출측에는 토출되는 냉매가스의 온도를 측정하기 위한 압축기 토출온도센서(27)가 설치된다. 압축기 토출온도센서(27)는 후술하는 바와 같이 실외제어부(28)에 연결된다.

한편, 실내기(9)는 여러 개가 병렬로 배치되며, 각 실내기(9)는 전동팽창밸브(4)와 증발기(5)를 포함한다. 따라서 하나의 실외기(8)에 여러 개의 실내기(9)가 연결된 형태를 취한다. 그리고 각 실내기(9)의 용량과 형태는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

증발기(5)의 입구에는 증발기(5)로 들어가는 냉매의 온도를 측정하기 위한 증발기 입구온도센서(31)가 설치되고, 증발기(5)의 출구에는 증발기(5)에서 나오는 냉매의 온도를 측정하기 위한 증발기 출구온도센서(32)가 설치된다. 이들 온도센서는 냉매의 과열도를 측정하기 위한 수단이다.

도 2a와 2b에 도시된 바와 같이, 압축기로는 펄스폭 변조방식으로 제어되는 능력가변형 압축기(2)가 사용된다. 압축기(2)는 흡입구(18)와 토출구(19)가 마련된 케이싱(20)과, 이 케이싱(20) 내부에 설치된 모터(21)와, 이 모터(21)의 회전력를 받아 회전하는 선회스크롤(22)과, 선회스크롤(22)과의 사이에 압축실(23)을 형성하는 고정스크롤(24)을 포함한다. 케이싱(20)에는 고정스크롤(24)의 상측과 흡입구(18)를 연결하는 바이패스관(25)이 설치되고, 이 바이패스관(25)에는 솔레노이드 밸브 형태의 PWM밸브(Pulse Width Modulated Valve; 26))가 설치된다. 도 2a는 PWM밸브(26)가 오프되어 바이패스관(25)을 막고 있는 상태를 도시한 것으로, 이 상태에서는 압축기(2)는 압축된 냉매를 토출한다. 이러한 상태를 로딩(loading)이라 하고 이때 압축기(2)는 100%의 용량으로 운전한다. 도 2b는 PWM밸브(26)가 온되어 바이패스관(25)을 열고 있는 상태를 도시한 것으로, 이때 냉매는 압축기(2)에서 토출되지 않는다. 이러한 상태를 언로딩(unloading)이라 하고 압축기(2)는 0%의 용량으로 운전하게 된다. 로딩 상태이든 언로딩 상태이든 압축기(2)에는 전원이 공급되고 모터(21)는 일정한 속도로 회전한다. 압축기(2)에 전원공급이 차단되면 모터(21)는 회전하지 않고 압축기(2)의 운전은 정지된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(2)는 운전하는 동안에 일정한 주기로 로딩과 언로딩을 반복한다. 그리고 각 주기에서 로딩 타임과 언로딩 타임은 냉방요구능력에 따라 변하며, 로딩 타임에서 압축기(2)는 냉매를 토출하므로 증발기(5)의 온도는 하강하고, 언로딩 타임에서 압축기(2)는 냉매를 토출하지 않으므로 증발기(5)의 온도는 상승한다. 도 3에서 빗금친 부분의 면적은 냉매 토출량을 나타낸다. 로딩 타임과 언로딩 타임을 제어하는 신호를 듀티 제어 신호라 한다. 본 발명의 실시례에서 주기는 일정하게 예를 들어 20초로 정해 놓고 로딩 타임과 언로딩 타임을 변화시켜 압축기(2)의 능력을 가변시키는 방식을 취한다.

도 4는 본 발명에 따른 공기조화기 제어 시스템의 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실외기(8)는 압축기(2) 및 PWM밸브(26)와 신호의 전달이 가능하게 연결된 실외제어부(28)를 포함한다. 실외제어부(28)는 실외 통신회로부(29)와 연결되어 데이터를 송수신한다. 또한 압축기 토출온도센서(26)가 실외제어부(28)의 입력포트에 연결된다. 실외제어부(28)는 압축기 토출온도센서(26)로부터 입력된 압축기 토출온도 데이터와 각 실내기로부터 전송된 냉방요구능력에 따라 PWM밸브(26)를 제어하고 리퀴드밸브(17)의 작동을 제어한다.

각 실내기(9)는 실내제어부(30)와 실내 통신회로부(33)를 포함한다. 실외 통신회로부(29)와 실내 통신회로부는(33) 유선 또는 무선으로 데이터 송수신이 가능하게 설치되어 있다. 이 실내제어부(30)의 입력포트에는 증발기 입구온도센서(31)와 증발기 출구온도센서(32)와 실내온도센서(34)와 희망온도설정부(35)가 연결되며, 출력포트에는 전동팽창밸브(4)가 연결된다. 증발기 입구온도센서(31)는 전동팽창밸브(4)를 통과하여 증발기(5)로 들어가는 냉매의 온도를 검지하고, 증발기 출구온도센서(32)는 증발기(5)를 통과한 냉매의 온도를 검지하며, 실내온도센서(34)는 조화공간인 실내의 온도를 검지하며, 검지된 온도 정보는 실내제어부(30)에 각각 입력된다. 실내제어부(30)는 입력된 증발기의 출구온도와 증발기의 입구온도에 기초하여 과열도(출구온도-입구온도)를 산출하고, 산출된 과열도에 따라 전동팽창밸브(4)의 개도를 조절한다. 또한, 실내제어부(30)는 압축기의 토출온도에 따라 과열도를 수정한 후 전동팽창밸브(4)의 개도를 조절한다.

이 실내제어부(30)는 실내온도센서(34)에 의해 검지된 실내온도와 희망온도설정부(35)에서 설정된 설정온도를 입력받는다. 실내제어부(30)는 자신의 냉방능력에 대한 정보를 가지고 있으며, 냉방요구능력을 산출할 때 실내온도와 설정온도의 차 및 자신의 냉방능력 양자에 기초하여 냉방요구능력을 산출할 수도 있고 실내기의 냉방능력만에 기초하여 냉방요구능력을 산출할 수도 있다.

실내제어부(30)가 자신의 냉방능력만에 기초하여 냉방요구능력을 산출할 경우 자신의 냉방능력이 냉방요구능력이 된다. 여기서 냉방능력은 표 1에 예시된 바와 같이 능력코드 값으로 환산되어 적용된다.

[표 1]

	실내기1	실내기2	실내기3	실내기4	실내기5	실내기6	전체실내기
냉방능력(kcal/hr)	6200	3550	2800	2800	1800	1800	18900
능력코드	62	35	28	28	18	18	189

표 1의 예는 7.5마력의 압축기에 6개의 실내기가 연결된 경우로써 능력코드는 각 실내기 냉방능력의 배수가 되도록 정해진다.

실내온도와 설정온도의 차 및 자신의 냉방능력을 모두 고려하여 실내기의 냉방요구능력을 산출할 경우에는 실내온도와 설정온도와의 차에 기초하여 정해지는 보정계수와 표 1에서 얻어진 능력코드를 곱한 값이 냉방요구능력이 된다. 보정계수 △Q/3 은 도 5에 의해 정해진다.

도 5에 도시된 바와 같이, △Q는 실내온도와 설정온도의 차에 기초하여 정해지며, 동일한 온도 차이일 경우에도 실내온도가 내려가고 있을 때와 실내온도가 올라가고 있을 때의 보정계수는 달라진다. 예를 들어 실내온도가 내려가고 있을 때 실내온도가 설정온도보다 높으면 △Q는 3이고 실내온도가 설정온도보다 1℃ 이하로 낮으면 △Q는 2이고, 1℃ 이상 낮으면 △Q는 0이다.

실내제어부(30)는 압축기의 토출온도에 따라 증발기의 과열도(SH)를 수정한 후 수정된 과열도에 따라 전동팽창밸브(4)의 개도를 조절한다. 표 2는 보정계수에 상응하는 증발기의 과열도를 보여준다.

[표 2]

보정계수(△Q)	과열도(SH)	냉방능력(kcal/hr)
3	1℃	1800
2	6℃	1200
0	close	0

실내온도가 설정온도보다 높아서 △Q가 3이면 증발기의 과열도는 1℃가 되도록 전동팽창밸브(4)의 개도를 조절하며, 실내온도가 낮아져 △Q가 2이면 증발기의 과열도는 6℃가 되도록 전동팽창밸브(4)의 개도를 조절한다.

그리고, △Q가 0일 경우 전동팽창밸브(5)를 닫는다. 전동팽창밸브(5)가 닫히면 실내기(9)로 냉매가 흐르지 못한다. 이 실내제어부(30)는 통신회로부(29)(33)를 통해서 압축기 토출온도를 전송받고, 압축기 토출온도가 미리 설정된 설정온도이상으로 높아지면 증발기의 과열도를 수정한 후 수정된 과열도에 따라 전동팽창밸브(4)의 개도를 조절한다. 여기서, 과열도의 수정은 보정계수에 상응하는 과열도(SH)에서 미리 설정된 온도(△t; 일예로 1℃)를 빼서 과열도를 낮아지게 하며 이를 위해 실내제어부(30)가 전동팽창밸브(4)의 개도를 넓히며, 이에 따라 증발기(5)에서는 유출되는 냉매의 온도는 낮아지게 된다.

실내제어부(30)가 보정계수에 상응하는 과열도에 따라 전동팽창밸브(4)의 개도를 조절하는 제1모드(SH)와, 압축기의 토출온도에 따라 산출된 과열도를 수정하고 수정된 과열도에 따라 전동팽창밸브(4)의 개도를 조절하는 제2모드(SH-△t)로 구분한다. 즉, 도 6에서와 같이 압축기의 토출온도가 설정온도(T0)로 높아지면 제2모드에 따라 전동팽창밸브(4)의 개도를 조절하며 이어서 압축기의 토출온도가 설정온도(T1; 여기서 T0 >T1)로 낮아지면 제1모드에 따라 전동팽창밸브(4)의 개도를 조절한다.

한편 각 실내기에서 산출된 냉방요구능력은 통신회로부(29)(33)를 통해서 실외제어부(28)로 전송되고, 실외제어부(28)는 각 실내기(9)의 냉방요구능력을 합산한 총 냉방요구능력을 계산하여 압축기(2) 및 PWM 밸브(26)를 제어한다. 표 3은 20초 주기에서 총 냉방요구능력에 따라 설정된 로딩 타임과 언로딩 타임을 보여준다.

[표 3]

로딩타임(초)	언로딩타임(초)	총냉방요구능력	로딩타임(초)	언로딩타임(초)	총냉방요구능력
20	0	148.5↑	10	10	69.5-77.5
18	2	135.5-148.5	9	11	60.5-69.5
17	3	126.5-135.5	8	12	51.5-60.5
16	4	118.5-126.5	7	13	43.5-51.5
15	5	110.5-118.5	6	14	34.5-43.5
14	6	102.5-110.5	5	15	26.5-34.5
13	7	93.5-102.5	4	16	17.5-26.5
12	8	85.5-93.5	3	17	17.5↓
11	9	77.5-85.5	-	-	-

이렇게 실외제어부(28)는 총 냉방요구능력에 따라 압축기의 로딩 타임과 언로딩 타임을 결정하는 듀티제어신호를 PWM밸브(26)로 출력하여 압축기(2)의 용량을 조정하되, 압축기 토출온도센서(27)에서 입력된 토출온도에 따라 듀티제어신호를 변경하는데, 토출온도가 높으면 로딩타임이 짧아지게 듀티제어신호를 생성하여 압축기의 과열을 방지한다. 이를 도 6에 따라 설명한다.

도 6에서, 압축기의 토출온도가 설정온도(T2; 여기서 T0<T2)로 높아지면 리퀴드밸브(17)를 열은 상태에서 압축기(2)를 운전하고 이어서 압축기의 토출온도가 설정온도(T3; T1>T3)로 낮아지면 리퀴드밸브(17)를 닫은 상태에서 압축기(2)를 운전한다. 이렇게 압축기 토출온도에 따라 리퀴드밸브(17)의 작동을 제어하는 압축기 정상제어운전을 수행하는 도중에 각 실내기의 냉방요구능력이 증가하는 요인으로 인하여 압축기의 토출온도가 상승하는 경우, 압축기의 토출온도가 설정온도(T4; 여기서 T3<T4)로 높아지면 압축기의 마력 상승을 금지시키게 된다. 즉, 실외제어부(28)는 각 실내기로부터 계산된 냉방요구능력을 합산한 총 냉방요구능력이 커지더라도 이전 총 냉방요구능력을 유지하도록 로딩 타임을 증가시키지 않는다. 이렇게 총 냉방요구능력을 유지하면서 압축기를 운전하는 도중에 압축기의 토출온도가 상승하여 설정온도(T5, 여기서 T4<T5)보다 높아지면 실외제어부(28)는 합산한 실제의 총 냉방요구능력보다 낮은 냉방요구능력에 대응하는 로딩 타임과 언로딩 타임으로 PWM밸브(26)를 제어하여 압축기 마력을 낮춘다. 바람직하게는, 표 3에서와 같이 실외제어부(28)는 실제의 총 냉방요구능력보다 1단계 혹은 2단계 낮은 냉방요구능력에 상응하게 로딩 타임을 짧게 하고 언로딩 타임을 길게 결정하여 압축기(2)를 운전한다. 그리고, 압축기의 마력을 낮추어 운전함에도 불구하고 압축기의 토출온도가 상승하여 설정온도(T6; T5<T6)보다 높아지면 리퀴드밸브(17)를 닫고 압축기(2)를 정지시킨다. 이어서, 압축기(2)를 정지시키면 실외제어부(28)는 압축기 정지시간을 카운트하기 시작하며 카운트한 압축기 정지시간이 설정시간(M)에 도달하여 압축기의 토출온도가 설정온도(T3)로 낮아지면 압축기(2)의 기동운전을 시작한다.

다음은 도 7과 도 8를 참조하여 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법을 설명한다.

도 7을 참조하여 실내기(9)에서 제어과정을 설명하면, 실내제어부(30)에서 실내기(9)가 온(on) 상태인지를 판단한다(S101). 실내기(9)가 온 상태이면 증발기 입구온도센서(31)와 출구온도센서(32)를 통해 증발기의 입구온도와 출구온도를 검지하고 실내온도센서(34)를 통해 실내온도를 검지하고 희망온도설정부(35)를 통해 설정된 설정온도를 검지한다(S102). 증발기의 입구온도와 출구온도의 차(출구온도-입구온도)에 따라 증발기의 과열도를 산출한다(S103).

이어서, 통신회로부(29)(33)를 통해서 실외제어부(28)로부터 압축기 토출온도 데이터가 수신되었는지를 판단하고(S104), 수신되지 않은 경우 단계 S102로 진행한다. 압축기 토출온도 데이터가 수신된 경우 토출온도가 설정온도(T0) 보다 높은지를 판단한다(S105). 토출온도가 설정온도(T0) 보다 높으면 단계 S103에서 산출된 증발기의 과열도(SH)에서 설정온도(△t; 일예로 1℃)를 빼서 수정한다(S106). 이어서, 수정된 과열도에 따라 전동팽창밸브의 목표개도를 산출한다(S107). 한편, 토출온도가 설정온도(T0) 보다 높지 않으면 토출온도가 설정온도(T1;여기서 T0>T1) 보다 낮은가를 판단하고(S108), 토출온도가 설정온도(T1)보다 낮지 않으면 단계 S106로 진행하고 토출온도가 설정온도(T1)보다 낮으면 단계 S103에서 산출된 증발기의 과열도에 따라 전동팽창밸브(4)의 목표개도를 산출한다(S109). 이어, 단계 S107 혹은 S109에서 산출된 목표 개도에 따라 전동팽창밸브(4)의 개도를 목표 개도값으로 조정한다(S108).

다음에 실내기(9)의 냉방능력과 실내온도와 설정온도의 차이에 기초하여 실내기(9)의 냉방요구능력을 산출한다(111). 이 단계에서 실내기(9)의 냉방능력은 위 표 1에서와 같이 능력코드 값으로 환산되어 적용된다. 실내기(9)의 냉방요구능력은 위의 능력코드 값과 실내온도와 설정온도의 차이에 의해 정해지는 보정계수를 곱한 값이다. 보정계수 △Q/3 은 위에서 설명한 대로, 도 5에 의해 정해진다. 이렇게 산출된 각 실내기의 냉방요구능력은 통신회로부(29)(33)를 통해서 실외제어부(28)로 전송된다(S112). 단계 S101에서 실내기(9)가 오프(off) 상태이면 실내기 냉방요구능력은 0이 되고(S100), 이 값이 실외기로 전송된다.

도 8을 참조하여 실외기(8)에서 제어 과정을 설명한다.

먼저 실외제어부(28)는 압축기 토출온도센서(27)를 통해 압축기 토출온도를검지하고(S201), 통신회로부(29)(33)를 통해 각 실내기로 압축기 토출온도 데이터를 전송한다(S202). 이어, 각 실내기(9)로부터 전송된 냉방요구능력을 합산하여 총 냉방요구능력을 구한다(S203).

이어서 압축기(2)를 온시킨 다음(S204), 위에서 구한 총 냉방요구능력에 따라 듀티제어신호를 생성하고(S205), 생성된 듀티제어신호에 따라 PWM밸브의 온, 오프 제어한다. 듀티제어신호는 로딩 타임과 언로딩 타임을 결정하는 신호를 말하며, 이러한 로딩 타임과 언로딩 타임은 표 2에서와 같이 총 냉방요구능력에 따라 정해진다. 듀티제어신호 즉 로딩 타임과 언로딩 타임이 정해지면 실외제어부(29)는 듀티제어신호에 따라 PWM밸브를 제어한다(S206).

다음에 압축기의 운전을 시작한 이후 압축기 토출온도에 따라 제1과열방지운전을 수행한다. 압축기의 토출온도가 설정온도(T2; 여기서,T0<T2)이상인지를 판단하고(S207), 토출온도가 설정온도(T2)이상이 아니면 단계 S204로 돌아가고 토출온도가 설정온도(T2)이상이면 리퀴드밸브(17)를 연다. 리퀴드밸브(17)가 개방되면 응축기(30)에서 나온 액냉매의 일부는 리퀴드바이패스관(15)을 따라 흘러 모세관(18)에서 팽창된 후 저압관(7)을 거쳐 압축기(2)의 흡입측으로 보내지며 이 냉매의 온도는 증발기(5)에서 유출되는 냉매의 온도 보다 낮기 때문에 압축기(2)의 흡입온도는 감소된다(S208). 토출온도가 설정온도(T3; 여기서 T1>T3)이하인지를 판단하고(S209), 리퀴드밸브(17)의 개방으로 토출온도가 설정온도(T3)이하로 낮아지면 리퀴드밸브(17)를 닫은(S210) 다음 단계 204로 진행한다. 이어, 토출온도가 설정온도(T3)보다 높고 설정온도(T4)보다 낮은지를 판단하고(S211), 토출온도가T3보다 높고 T4보다 낮은 경우에는 정상운전을 수행하기 위해 단계 S204로 진행한다.

한편, 압축기 토출온도가 상승하면 제2과열방지운전을 수행한다. 토출온도가 T3보다 높고 T4보다 낮지 않은 경우 즉 단계 S208에서 리퀴드밸브(17)를 열은 상태임에도 불구하고 토출온도가 설정온도(T4)이상인 경우 압축기 마력상승을 금지시키기 위해 실외제어부(28)는 각 실내기로부터 전송된 총 냉방요구능력이 커지더라도 로딩 타임을 증가시키지 않는다(S212). 이렇게 총 냉방요구능력을 유지하면서 압축기를 운전하는 도중에 압축기의 토출온도가 설정온도(T5, 여기서 T4<T5)이상인지 판단하고(S213), 토출온도가 설정온도(T5)이상이 아니면 단계 S212로 진행하여 계속 압축기의 마력 상승을 금지한다. 이어, 토출온도가 설정온도(T5)이상이면[압축기의 마력상승을 억제하였음에도 불구하고 압축기 토출온도가 상승하면] 각 실내기로부터 전송된 총 냉방요구능력(실제 냉방요구능력)보다 낮은 냉방요구능력에 대응하는 로딩 타임과 언로딩 타임으로 PWM밸브(26)를 제어하여 압축기 마력을 낮추며, 바람직하게는 실외제어부(28)는 실제 총 냉방요구능력보다 1단계 혹은 2단계 낮은 냉방요구능력으로 로딩 타임과 언로딩 타임을 결정하여 압축기(2)를 운전한다(S214). 이어, 압축기 토출온도가 설정온도(T6; T5<T6)이상인지를 판단하고(S215), 토출온도가 설정온도(T6)이상이 아니면 단계 S211로 진행한다. 토출온도가 설정온도(T6)이상이면 즉, 압축기의 마력을 낮추었음에도 불구하고 압축기의 토출온도가 설정온도(T6; T5<T6)보다 높아지면 리퀴드밸브(17)를 닫고 압축기(2)를 일정시간 동안 정지시킨다(S216). 이어서, 실외제어부(28)는 압축기 정지시간을카운트하기 시작하며(S217), 카운트한 압축기 정지시간이 설정시간(M)에 도달하였는지를 판단하여(S218), 정지시간이 설정시간(M)을 경과하지 않았으면 단계 S216로 진행한다. 정지시간이 설정시간(M)을 경과하면 압축기 토출온도가 설정온도(T3)이하인지를 판단하고, 압축기 토출온도가 설정온도(T3)이하가 아니면 단계 S216로 진행하고, 토출온도가 설정온도이하이면 압축기 기동운전을 시작한다(S220).

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 압축기 토출온도를 낮추기 위해 전동팽창밸브의 개도를 넓히고, 리퀴드밸브를 개방하며, 로딩타임이 짧아지게 듀티제어신호를 생성하여 압축기를 제어하는 과열방지운전을 수행하며, 과열방지운전을 수행하는 도중 토출온도가 높아지면 압축기를 일정시간 동안 정지시킨 다음 압축기를 기동시킴으로써 멀티형 공기조화기에 적용되는 압축기의 과열을 효과적으로 방지할 수 있고, 압축기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

1. 로딩타임과 언로딩타임을 결정하는 듀티제어신호에 따라 냉매를 압축하여 토출하는 압축기;

   상기 압축기의 토출온도를 검출하기 위한 센서;

   상기 압축기의 토출측과 흡입측 사이를 연결하는 바이패스관;

   상기 바이패스관의 중도에 설치되어 냉매의 흐름을 조절하는 유량조절밸브;

   상기 바이패스관의 중도에 설치되어 상기 유량조절밸브에서 유출되는 냉매를 팽창시키는 팽창수단;

   상기 센서로부터 검출된 토출온도에 근거해서 상기 압축기의 과열을 방지하기 위한 압축기 과열방지운전을 수행하는 경우, 상기 압축기의 토출온도를 떨어뜨릴 수 있도록 상기 유량조절밸브를 개방시켜 상기 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 낮추는 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는 압축기 과열방지운전을 수행하기 위해 냉매의 토출이 이루어지는 로딩타임이 짧아지게 듀티제어신호를 생성하고 생성된 듀티제어신호에 따라 압축기를 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어시스템.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 압축기와 함께 냉동사이클을 구성하는 응축기, 증발기, 상기 응축기의 토출측과 상기 증발기의 입구측을 연결시키는 고압관, 상기 증발기의 출구측과 상기 압축기의 흡입측을 연결시키는 저압관을 더 포함하고, 상기 바이패스관은 상기 고압관과 상기 저압관 사이를 연결하며, 상기 팽창수단은 상기 증발기에서 유출되는 냉매의 온도 보다 낮은 냉매를 상기 저압관으로 보내는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어시스템.
5. 로딩타임과 언로딩타임을 결정하는 듀티제어신호에 따라 제어되는 압축기를 구비한 공기조화기의 제어방법에 있어서,

   상기 압축기의 토출온도를 검출하는 단계;

   검출된 토출온도와 미리 설정한 설정온도를 비교하여 상기 압축기에 대한 과열방지가 필요한 지를 판단하는 단계;

   상기 압축기의 과열방지가 필요하면 상기 압축기의 토출온도가 떨어질 수 있도록 상기 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 낮추는 1차과열방지운전 및/또는 상기 로딩타임을 짧게 하여 상기 압축기에서의 냉매 토출작용이 줄이는 2차과열방지운전을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서, 상기 1차과열방지운전과 상기 2차과열방지운전을 연속하여 수행하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법,
8. 제5항에 있어서, 상기 1차과열방지운전과 상기 2차과열방지운전 중 어느 하나를 개별적으로 수행하거나 혹은 1차 및 2차과열방지운전을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
9. 제5항에서, 상기 1차과열방지운전은 응축기의 출구측과 증발기의 출구측을 연결하는 바이패스관의 중도에 설치되는 팽창수단의 상류에 설치된 유량조절밸브를 열어서 증발기에서 유출되는 냉매의 온도 보다 상대적으로 낮은 저온의 냉매가 압축기로 흡입되게 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
10. 제5항에 있어서, 상기 1차과열방지운전은 증발기의 과열도가 낮아지게 전동팽창밸브의 개도를 넓혀 압축기로 흡입되는 냉매의 온도가 낮아지게 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
11. 제5항에 있어서, 상기 2차과열방지운전은 실내의 냉방요구능력이 증가하더라도 로딩타임을 유지하여 압축기의 마력 상승을 억제하는 단계와, 압축기의 마력 상승을 억제하는 동안에 토출온도가 미리 설정된 설정온도이상으로 상승하면 실내의 냉방요구능력 보다 상대적으로 낮은 냉방요구능력에 상응하게 로딩타임을 짧게 하여 압축기의 마력을 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
12. 제11항에서, 상기 2차과열방지운전은 상기 압축기의 마력을 낮춘 후 압축기의 토출온도가 지속적으로 상승하면 압축기를 정지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.