KR100598562B1 - 공기 조화기의 제상제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 조화기의 제상제어장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 실제 제상운전이 필요한지의 여부를 정확히 판단하여 불필요한 제상운전 횟수를 감소시키고 공기 조화기의 운전효율을 향상시킬 수 있는 공기 조화기의 제상제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명은 실외 열 교환기의 온도를 측정하고, 상기 실외 열 교환기의 온도가 미리 설정된 제 1기준온도 이하이면 제어부에서 발생되는 열을 냉각시켜주는 방열판을 통과하는 공기량에 따라 제상여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제상여부는 상기 방열판을 통과하는 공기량이 일정치 이상 증가하면 제상운전을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

공기 조화기의 제상제어장치 및 방법{Defrosting control device of an air conditioner and method thereof}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기 조화기를 도시한 냉매유로도이다.

도 2는 도 1에 도시한 공기 조화기의 실외기를 도시한 단면도이다

도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 공기 조화기의 구성요소를 도시한 블럭도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실외 열 교환기의 성애 두께와 공기량과의 관계를 도시한 그래프이다.

도 5는 도 3에 도시한 공기 조화기의 제상제어방법을 도시한 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 실외기

13 : 실외 열 교환기

19 : 실외기 마이컴

20 : 실내기

30 : 방열판

31 : 실외 열 교환기 온도센서

32 : 방열판 온도센서

본 발명은 공기 조화기의 제상제어장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열판을 통과하는 공기량에 따라 제상제어를 하는 공기 조화기의 제상제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 냉난방 겸용인 히트 펌프식 공기 조화기는 압축기, 응축기, 모세관,증발기 등 일련의 장치들이 냉매관을 통해 직렬연결 되어 냉매의 상태가 압축, 응축, 감압, 증발의 과정을 반복하는 사이클로 구성된다.

상기 구성에 의해 냉방운전을 수행하는 경우 압축기에서 고온고압의 기체로 압축된 냉매가 실외 열 교환기에서 실온고압의 액체로 변환되고 액화된 냉매가 모세관을 거치면서 저압의 액체로 감압 되어 실내 열 교환기로 들어가면 주위로부터의 열을 흡수하여 기체 냉매로 변환시켜 실내로 차가운 공기를 토출하게 된다. 즉, 실내 열 교환기에 의해 실내에서 흡수된 열을 실외 열 교환기에 의해 실외로 방출함으로써 실내를 냉각시키게 된다.

이에 반하여, 실내공기가 가지고 있는 열을 흡수하여 외부에 배출하는 냉동 사이클의 원리를 반대로 하여 실외의 열을 흡수하여 실내에 방열토록 한 것이 히트 펌프식 난방이다. 난방운전 시에는 냉매의 흐름을 냉방운전 시와 반대로 하여 실내 열 교환기에서 기체 냉매를 응축 액화하고 실외 열 교환기에서 액체 냉매를 증발시키면 열의 이동도 반대로 되어 실외 열 교환기에 의해 실외공기로부터 열을 흡수하 여 실내 열 교환기에 의해 실내로 열을 방출하여 난방기능을 수행하게 된다.

이와 같은 히트 펌프식 공기 조화기의 난방운전에 있어서, 운전이 지속될수록 실외 열 교환기의 온도가 낮은 상태가 되어 실외 열 교환기의 표면에 성애가 착상하게 된다. 성애의 착상량이 증가하게 되면 실외 열 교환기로의 공기의 흐름이 둔화되어 공기 조화기의 난방 효율이 저하되게 되므로, 성애를 제거 시키는 제상운전을 실시할 필요가 있다.

이러한 종래의 공기 조화기의 제상운전은 실외 열 교환기의 온도를 측정하여 실외 열 교환기의 온도가 일정온도 이하로 하강하게 되면 실외 열 교환기에 성애가 많이 착상된 것으로 판단하여, 난방 사이클을 정지시키고, 냉방 사이클로 냉매의 흐름을 전환함으로써 실외 열 교환기로 고온고압의 가스가 역류하도록 하여 성애를 제거하게 된다.

그러나 이러한 종래의 공기 조화기의 제상운전은 실외 열 교환기의 온도만으로 제상운전여부를 판단하게 되어, 겨울철 대기가 건조한 상태에서의 제상운전여부 판단에 많은 오류가 발생하게 된다. 즉, 온도와 습도가 낮은 상태에서 운전 시 실외 열 교환기의 온도가 일정온도 이하일 경우라도 실제 공기 중의 습도가 낮아 실외 열 교환기에 착상되는 성애는 소량에 불과하게 된다. 따라서, 실외 열 교환기의 온도만으로 제상운전여부를 판단하게 되면 실제 성애의 착상량이 소량인 경우에도 제상운전을 수행하게 되어 불필요한 제상운전 횟수가 증가하게 되고 그에 따라 공기 조화기의 운전효율이 저하하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 실제 제상운전이 필요한지의 여부를 정확히 판단하여 불필요한 제상운전 횟수를 감소시키고 공기 조화기의 운전효율을 향상시킬 수 있는 공기 조화기의 제상제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실외 열 교환기의 온도를 측정하고, 상기 실외 열 교환기의 온도가 미리 설정된 제 1기준온도 이하이면 제어부에서 발생되는 열을 냉각시켜주는 방열판을 통과하는 공기량에 따라 제상여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방열판을 통과하는 공기량은 상기 방열판의 온도를 측정하여 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방열판을 통과하는 공기량이 증가할수록 상기 방열판의 단위시간당 온도 증가량이 작아지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방열판의 단위시간당 온도 증가량이 미리 설정된 제 2기준온도 증가량 이하이면 제상운전을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한 실외 열 교환기의 온도를 측정하는 실외 열 교환기 온도센서와, 압축기의 운전을 제어하는 제어부와, 상기 제어부에서 발생되는 열을 냉각시켜주는 방열판의 온도를 측정하는 방열판 온도센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 실외 열 교환기의 온도가 미리 설정된 제 1기준온도 이하이고, 상기 방열판의 단위시간당 온도 증가량이 미리 설정된 제 2기준온도 증가량 이하이면 제상운전을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 공기 조화기는 실외기(10)와, 실외기(10)에 연결된 실내기(20)를 구비한다.

실외기(10)는 냉매를 압축하는 압축기(11)와, 압축기(11)에서 토출되는 냉매의 흐름방향을 조절하는 사방밸브(12)와, 압축기(11)에서 압축된 냉매를 전달 받아 외부공기와 열 교환하는 실외 열 교환기(13)와, 실외 열 교환기(13)로 강제송풍 하는 실외팬(14)과, 실외팬(14)을 회전시키는 실외팬 모터(15)를 포함한다.

또한 실외기(10)는 냉방운전 시에는 폐쇄되고 난방운전 시에는 개도를 조절하여 냉매를 팽창시키는 실외 전동변(16)과, 실외 전동변(16)에 병렬로 설치되어 냉방운전 시에만 냉매를 우회 시키는 체크밸브(17)와, 냉매를 가스상태로 압축기에 전달하기 위한 어큐뮬레이터(18)와, 실외기(10)의 각 장치들을 제어하고 실내기 마이컴(24)과 데이터 통신을 하는 실외기 마이컴(19)을 포함한다.

한편, 실내기(20)는 실내공기가 흡입된 후 열 교환이 수행되는 실내 열 교환기(21)와, 실내기(20)의 외부에서 실내공기가 흡입되어 실내 열 교환기(21)를 거친 후 다시 실내기(20)의 외부로 토출 하도록 하는 실내팬(22)과, 실내팬(22)을 회전시키는 실내팬 모터(23)와 실내기(20)의 각 장치들을 제어하고 실외기 마이컴(19)과 데이터 통신을 하는 실내기 마이컴(24)을 포함한다.

또한, 실내 열 교환기(21)에 연결된 배관 중에서 냉방운전 시 냉매가 흡입되는 배관에는 냉매를 팽창시키는 실내 전동변(25)이 설치되고 ,냉방운전 시 실내 열 교환기(21)에서 배출된 냉매가 흐르는 배관에는 실내기(20) 자체에 고장이 발생하거나 실내기(20) 및 실외기(10) 사이에 통신이상이 발생되면 자동으로 또는 실내기 마이컴(24)의 제어명령에 의해 실내 열 교환기(21)를 흐르는 냉매의 흐름을 조절하는 냉매조절밸브(26)가 설치된다.

실외기(10)는 도 2에 도시한 단면도에서 보는 바와 같이 공기 조화기의 운전에 따라 실외기 마이컴(19)에서 발생되는 열로 인하여 실외기(10)가 고장 나거나 오 작동되는 것을 방지하기 위해 열을 냉각시켜 주는 방열판(30)이 실외기 마이컴(19) 박스에 설치된다. 또한, 이외에도 도 3에 도시한 바와 같이 실외 열 교환기(13)의 온도를 감지하는 실외 열 교환기 온도센서(31)와 방열판(30)의 온도를 측정하기 위한 방열판 온도센서(32)가 각각 실외 열 교환기(13)와 방열판(30)에 설치되어 실외기 마이컴(19)과 전기적으로 접속하고 있다.

공기 조화기가 난방운전모드로 동작하게 되면, 압축기(11)에 의해 고온고압으로 압축된 냉매가 난방운전 모드에 따라 연결위치가 절환 된 사방밸브(12)를 거쳐 실내 열 교환기(21)로 유입하게 된다. 실내 열 교환기(21)에서는 고온고압의 냉매를 상온고압의 액체상태로 응축시키고, 상온고압의 액체 냉매는 실외 전동변(16)을 거치면서 감압팽창 되어 실외 열 교환기(13)로 유입하게 된다. 실외 열 교환기(13)에서는 실외공기로부터 열을 빼앗아서 액체상태의 냉매를 기체상태로 증발시킨 후 압축기(11)로 전달해주는 난방 사이클을 수행하게 된다.

이와 같이 실외 열 교환기(13)가 난방운전 시 증발기로 작동하기 때문에 실외 열 교환기(13)의 온도는 난방 사이클이 진행됨에 따라 하강하게 된다. 따라서 실외팬(14)에 의하여 흡입되는 공기중의 수분이 온도가 낮은 실외 열 교환기(13)에 부착하게 되어 성애가 생기게 되고 운전시간이 누적될수록 성애의 두께가 두꺼워지게 된다. 성애의 두께가 두꺼워 질수록 실외 열 교환기(13)를 통과하는 공기의 흐름이 줄어들어 실외 열 교환기(13)의 증발효과는 낮아지게 되고 이로 인하여 난방효율이 저하되게 된다.

이때 난방운전을 중지시키고 냉매의 흐름을 사방밸브(12)로 제어하여 냉방 사이클로 전환하게 되면 실외 열 교환기(13)는 응축기로 작동하기 때문에 고온고압의 가스가 실외 열 교환기(13)로 흐르게 되고 실외 열 교환기(13)에 부착된 성애가 녹게 된다. 이러한 제상운전을 수행하고 나면 성애가 사라지게 되므로 다시 난방운전 사이클로 전환하여 난방운전을 계속하게 된다.

온도가 낮고 습도는 높은 상태에서는 실외 열 교환기(13)의 온도가 하강하게 되면 상기 설명한 바와 같이 운전이 지속됨에 따라 실외 열 교환기(13)에 생기는 성애의 양이 증가하게 되므로 실외 열 교환기(13)의 온도만으로 제상운전시점을 판단할 수 있다. 그러나 온도와 습도가 모두 낮은 건조한 상태에서는 실외 열 교환기(13)의 온도가 하강하더라도 공기 중의 수분이 적으므로 실외 열 교환기(13)에 성애가 잘 생기지 않게 된다. 따라서 실제로 실외 열 교환기(13)에 부착된 성애의 양이 증가하여 제상운전이 필요한 시점을 판단하는 것이 필요하다.

이하 실외 열 교환기(13)에 실제 성애가 많이 부착되어 제상운전이 필요한 정확한 시점을 판단하는 방법을 도 5를 참조하여 설명한다.

먼저 사용자가 난방운전신호를 입력하면, 상기 설명한 바와 같은 난방 사이 클로 공기 조화기를 운전 시킨다.(S100) 난방운전이 시작되면 실외 열 교환기 온도센서(31)에서는 실외 열 교환기(13)의 온도를 감지하여 주기적으로 실외기 마이컴(19)에 그 값을 출력해 준다.(S110) 그리고, 실외기 마이컴에서는 난방운전이 시작되면 압축기(11)의 운전이 지속된 시간을 계산하여 저장한다.(S120)

운전이 시작된 후 일정시간이 경과할 동안은 성애가 형성될 가능성이 낮고 제상운전시간이 길어지는 것은 운전효율 면에서도 바람직하지 않으므로 압축기(11)의 운전이 지속된 시간이 30분 이상인지의 여부를 판단하여, 30분이 경과하지 않은 경우라면 제상여부를 판단하지 않고 그대로 난방운전을 지속한다.(S130)

판단결과 압축기(11)의 운전시간이 30분 이상 지속된 경우라면 실외 열 교환기(13)의 온도가 높을 경우 성애가 형성될 확률이 거의 없으므로 실외 열 교환기(13)의 온도가 일정한 기준온도(A ℃)이하인지의 여부를 판단한다.(S140)

실외 열 교환기(13)의 온도가 기준온도(A ℃)이상이라면 계속하여 난방운전을 수행하고, 실외 열 교환기(13)의 온도가 기준온도(A ℃)이하라면 방열판(30)의 온도를 감지한다.(S150)

실외 열 교환기(13)에 성애가 많이 부착하게 되면 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이 실외 열 교환기(13)를 통하는 공기의 흐름(X)에 저항이 커지게 되어 공기의 흐름이 둔화되게 된다. 그에 따라 실외기 마이컴(19)의 방열판(30)을 통과하는 공기량(Y)이 증가하게 된다. 반대로 성애가 부착되지 않은 상태의 운전 시에는 실외 열 교환기(13)의 온도가 낮아도 실외 열 교환기(13)를 통하는 공기의 흐름(X)이 정상상태와 같기 때문에 방열판(30)을 통과하는 공기량(Y)에도 변화가 없게 된다. 이와 같이 방열판(30)을 통과하는 공기량(Y)을 측정하여 실외 열 교환기(13)에 성애가 부착된 정도를 판단할 수 있다.

방열판(30)을 통과하는 공기량(Y)의 측정은 방열판(30)의 온도 증가량을 이용하여 판단할 수 있는데, 방열판(30)을 통과하는 공기량(Y)이 증가할수록 방열판(30)의 단위시간당 온도의 증가량이 감소하는 특성을 이용하기 위해 먼저 방열판 온도센서(32)에 의해 감지한 방열판(30)의 온도를 가지고 방열판(30)의 단위시간당 온도 증가량을 계산한다.

그리고 방열판(30)의 정상운전상태의 운전전류에 따른 단위시간당 방열판(30)의 온도 증가량(B ℃)과 계산된 방열판(30)의 온도 증가량을 비교하여, 방열판(30)의 온도 증가량이 B ℃ 이하인지의 여부를 판단한다.(S160) 판단결과 방열판(30)의 온도 증가량이 B ℃ 이상이라면 실제 실외 열 교환기(13)에 부착된 성애의 양이 제상운전이 필요한 정도가 아니라고 보아 난방운전을 계속 수행한다.

한편 방열판(30)의 온도 증가량이 B ℃ 이하라면 실제 실외 열 교환기(13)에 부착된 성애의 양이 증가하여 제상운전이 필요하다고 보아 난방운전을 중지하고, 제상운전을 시작한다.(S170)

제상운전이 시작되면 실외 열 교환기 온도센서(31)를 이용하여 주기적으로 실외 열 교환기(13)의 온도를 감지한다.(S180) 실외 열 교환기(13)의 온도가 20℃ 이상 상승하였는지의 여부를 판단하여 실외 열 교환기(13)의 온도가 20℃ 가 넘을 때까지 제상운전을 계속한다.(S190)

실외 열 교환기(13)의 온도가 20℃ 이상이라면 성애가 모두 녹았다고 보아 제상운전을 정지하고, 다시 난방운전을 수행한다.(S200)

이와 같이 실외 열 교환기의 성애 부착량이 증가할수록 방열판을 통과하는 공기량이 증가한다는 것을 이용하여, 방열판의 온도를 측정함으로써 제상운전의 정확한 시점을 판단하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 방열판 온도를 감지하여 방열판을 통과하는 공기량을 측정함으로써 제상운전의 시점을 정확히 판단하여 불필요한 제상운전 횟수를 줄일 수 있고, 또한 공기 조화기의 운전효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 실외 열 교환기의 온도를 측정하고,

   상기 실외 열 교환기의 온도가 미리 설정된 제 1기준온도 이하이면 제어부에서 발생되는 열을 냉각시켜주는 방열판을 통과하는 공기량에 따라 제상여부를 판단하는 공기 조화기의 제상제어방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 방열판을 통과하는 공기량은 상기 방열판의 온도를 측정하여 판단하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제상제어방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 방열판을 통과하는 공기량이 증가할수록 상기 방열판의 단위시간당 온도 증가량이 작아지는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제상제어방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 방열판의 단위시간당 온도 증가량이 미리 설정된 제 2기준온도 증가량 이하이면 제상운전을 수행하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제상제어방법.
5. 실외 열 교환기의 온도를 측정하는 실외 열 교환기 온도센서와,

   압축기의 운전을 제어하는 제어부와,

   상기 제어부에서 발생되는 열을 냉각시켜주는 방열판의 온도를 측정하는 방열판 온도센서를 포함하고,

   상기 제어부는 상기 실외 열 교환기의 온도가 미리 설정된 제 1기준온도 이하이고, 상기 방열판의 단위시간당 온도 증가량이 미리 설정된 제 2기준온도 증가량 이하이면 제상운전을 수행하도록 제어하는 것이 특징인 공기 조화기의 제상제어장치.

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