KR100731374B1 - 공조기의 전자변 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 공조기의 전자변 제어 방법은 냉난방 운전 가능한 공기 조화기가 난방 운전되는 중에 제상 운전 모드로 진입되는 경우, 상기 제상 운전 모드에서 실내기로 냉매를 공급하는 전자변이 소정량 닫혀 만(滿) 개도 이하로 조절되고, 조절된 개도가 제상 운전 모드에서 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공조기의 전자변 제어 방법에 의해서 제상운전시에 발생되는 소음의 발생량이 크게 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

공조기, 전자변, 소음

Description

공조기의 전자변 제어 방법{Controlling method of EEV in air conditioner}

도 1은 본 발명의 사상이 적용되는 공조 시스템의 사시도.

도 2는 상기 인버터 압축기의 제어구조를 설명하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 공조기의 전자변 제어 방법을 설명하는 도표.

도 4는 본 발명의 제상 운전에서 전자변의 개도가 조절되는 원리를 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 인버터 압축기

본 발명은 전자변의 제어 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 공조기가 운전되는 중에 필요한 제상 운전 시에 전자변의 개도를 적절히 조절함으로써, 실내기에서 발생되는 소음이 줄어들면서도 제상운전이 효율적으로 실시될 수 있도록 하는 공조기에서 전자변의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적인 공조기는, 냉매가 압축, 응축, 팽창, 증발과정으로 이동되는 과정에 의해서, 경계 내부와 경계 외부 사이에 강제적으로 열이 이동되도록 하는 기기 이다. 이러한 공조기는 사용자의 쾌적한 생활 환경을 위하여 근래들어 널리 사용되고 있고, 냉매의 순환과정이 공조 시스템의 정방향 또는 역방향으로 절환되도록 함으로써, 냉방운전 또는 난방운전 모두에 적용되도록 하고 있다. 물론, 상기 공조기가 냉방운전 또는 난방운전 모두에 적용되도록 하기 위하여 공조기의 내부에 사방변이 설치되어 냉매의 이동 방향이 절환되도록 한다. 또한, 근래들어서는 단일의 실외기에 다수의 실내기가 연결되도록 함으로써, 벽으로 구분되는 다수의 실내공간이 개별적으로 공조되도록 하는 시스템 에어컨이 보급되고 있다.

근래들어 냉매가 압축되기 위한 압축기는, 필요로 하는 공조 열량에 따라서 다른 양만큼의 냉매가 압축되기 위하여, 압축기의 회전수가 가변되는 인버터 압축기가 널리 사용되고 있다. 상기 인버터 압축기는 회전수가 가변될 수 있기 때문에, 사용자가 원하는 공조환경을 신속하게 조성할 수 있는 장점이 있고, 압축기가 온/오프 제어되지 않으면서도 필요한 양 만큼의 냉매가 압축될 수 있기 때문에, 압축기의 온/오프시에 발생되는 소음이 없어지는 장점이 있다. 상기 인버터 압축기는 압축기를 제어하는 운전 주파수에 의해서, 인버터 압축기의 회전수 및 인버터 압축기에 의한 냉매의 압축량, 및 공조기의 공조 열량이 조절될 수 있다.

한편, 상기 공조 시스템이 난방운전으로 사용될 때에는, 저온 실외 공기의 환경에서 실외기가 증발기로 사용된다. 그러므로, 저온의 실외공기의 환경에 증발기로부터 배출되는 차가운 공기가 배출되면, 증발기의 열교환기에 성애가 생기게 되고, 상기 성애로 인하여 실외기의 열교환 효율이 급격하게 떨어지게 되는 것은 용이하게 짐작할 수 있을 것이다. 이와 같은 실외기의 열교환 효율저하를 방지하기 위하여, 제상운전이 소정의 주기로 실시되도록 하여 열교환기에 붙은 성애가 떨어지도록 한다.

상기 제상운전의 동작을 상세하게 설명하면, 난방운전 중에 일시적으로 냉방운전으로 전환되어 공조 시스템이 운전되도록 함으로써 실외기가 응축기로 사용되고 실내기가 증발기로서 사용되도록 한다. 이와 같이 하면, 실외기의 열교환기에 응축열이 전달됨으로써 열교환기의 표면에 붙은 성애가 박리될 수 있다.

이와 같은 제상운전의 동작 중에 실내기는, 실내온도가 과도하게 떨어지는 것을 방지하기 위하여 실내팬은 동작되지 않고, 실내기로 유입되는 냉매의 유량을 조절하는 전자변은 최대로 열어서 최대한으로 열교환이 수행되도록 한다. 그러나, 이와 같은 제상운전 중에 실내기의 열교환기로 과도한 양의 냉매가 유입되므로, 냉매관에는 냉매의 유동 소음이 크게 발생된다. 특히, 실내팬이 동작되지 않기 때문에 냉매의 유동 소음은 소비자에게 불쾌감을 조성할 정도에 이른다.

본 발명은 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 제상운전 중에 공조기의 전자변이 조작되도록 함으로써 소음의 발생량이 줄어들도록 하는 공조기의 전자변 제어방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 공조기에서 전자변의 개도가 제상운전의 전체적 효율과 소음의 발생량이 감안된 상태에서 최적의 상태로 운전되도록 함으로써, 사용자의 쾌적감이 한층 증가되는 공조기의 전자변 제어방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기되는 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공조기의 전자변 제어방법은 냉난방 운전 가능한 공기 조화기가 난방 운전되는 중에 제상 운전 모드로 진입되는 경우, 상기 제상 운전 모드에서 실내기로 냉매를 공급하는 전자변이 소정량 닫혀 만(滿) 개도 이하로 조절되고, 조절된 개도가 제상 운전 모드에서 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.

제안되는 바와 같은 공조기의 전자변 제어방법에 의해서, 제상운전의 효율이 그다지 떨어지지 아니하면서도 소음의 발생량이 줄어 사용자의 쾌적감이 증진될 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 제안한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 본 발명의 사상에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 사상이 적용되는 공조 시스템의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 냉매를 압축하는 인버터 압축기(1)와, 냉방운전시 증발기로 동작하고 난방운전시 응축기로 동작하여 실내의 온도를 제어하는 복수의 실내기(12~16)와, 냉방운전시 응축기로 동작하고 난방운전시 증발기로 동작하여 실내의 온도를 제어하는 실외기(4)와, 상기 복수의 실내기(12~16)로 공급되는 냉매의 유량을 제어하는 복수의 전자변(EEV : Electronic Expansion Valve)(7~11)과, 어큐뮬레이터(2)를 통해 유입되는 상기 압축기(1)의 고온고압 냉매를 냉/난방의 운전모드에 따라 상기 복수의 실내기(12~16) 또는 실외기(4)로 출력하는 사방변(four way valve)(3)과, 상기 압축기(1)에서 토출된 냉매에 섞인 오일을 압축기(1)쪽으로 다 시금 리턴시켜 오일 부족 현상을 방지하는 오일분리기(6)와, 시스템내 냉매량을 안정되게 유지하는 리시버(Receiver)(5)가 포함된다.

상기 공조 시스템의 동작 상태를 설명하면, 냉방운전의 경우에는, 압축기(1)에서 압축된 고온고압의 증기 냉매는 어큐뮬레이터(2)를 통해 사방변(3)으로 공급되고, 상기 사방변(3)은 냉매가 실외기(4)로 공급되도록 한다. 그리고, 상기 실외기(4)는 외부 공기와 열교환하여 상온의 고압 액체 냉매를 리시버(5)를 통해 오일분리기(6)로 공급된다. 그리고, 상기 오일분리기(6)는 압축된 냉매에 섞인 오일을 캐필러리 필터를 통해 상기 압축기(1) 쪽으로 리턴시켜 오일 부족 현상을 방지하도록 한다. 상기 오일은 압축기 내부 부품의 접촉 부분에서 발생되는 마찰이 방지되도록 하기 위한 것이다. 그리고, 인버터 압축기의 압축 동작 중에, 냉매에 섞이게되는 오일이 상기 압축기(1)로 되돌아가기 위하여 상기 오일분리기(6)가 더 형성되는 것이다.

그리고, 상기 전자변(7~11)에 의해 냉매의 유량이 개별적으로 제어된 뒤에, 각각의 실내기(12~16)로 저온저압의 액체 냉매가 공급된다. 그리고, 상기 복수의 실내기(12~16)는 증발기로 동작하여 실내공간이 냉각되도록 한다. 그리고, 증발된 냉매는 상기 사방변(3)을 통해 압축기(1)로 회귀된다. 이때, 상기 실내기(12~16)는 각각 선택된 영역에 대한 개별적인 공조가 수행되도록 한다. 그리고, 상기 복수의 전자변(7~11)은, 각각의 전자변(7~11)이 연결되는 접속된 실내기(12~16)의 용량, 운전 상태, 실내온도와 설정 온도의 차에 의해서 결정되도록 함으로서, 각각의 실내기(12~16)에 적정한 양의 냉매가 공급될 수 있도록 한다. 그리고, 상기 인버터 압축기(1)는 실내온도, 실외온도, 설정온도, 실내기의 운전 상태등에 따라서 운전 주파수가 주기적으로 설정된다.

상기 공조 시스템이 난방 운전 모드로 운전될 때에는, 사방변의 연결 상태가 변경되어, 냉매가 역방향으로 순환됨으로써, 상기 실내기(12~16)는 응축기로서의 역할이 수행되고 상기 실외기(4)는 증발기로서의 역할이 수행된다. 또한, 난방 운전 모드의 수행 중에 제상 운전으로 전환되는 경우에는, 일시적으로 공조 시스템이 냉방 운전 모드로 전환되어 실내기(12~16)는 증발기로 실외기(4)는 응축기의 역할이 수행되도록 함으로써, 실외기(4)의 열교환기 표면에 붙어있는 성애가 떨어질 수 있도록 한다.

한편, 제상 운전의 수행 중에는, 저온 바람으로 인한 사용자의 불쾌감이 줄어들도록 하기 위하여 실내기에 내장되는 실내팬은 동작되지 않도록 하고, 실내기의 배관 내부를 유동하는 냉매의 유동 소음이 줄어들도록 하기 위하여 상기 전자변(7~11)의 개도는 일정한 수준 이하로 제어한다. 다만, 상기 전자변의 개도는 제상운전의 효율이 영향을 받지 않도록 하는 범위내에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 전자변(7~11)의 개도에 대해서는 후술한다.

이하에서는 상기 인버터 압축기(1)의 구조 및 그 제어 방법을 설명한다.

도 2는 상기 인버터 압축기의 제어구조를 설명하는 도면으로서, 도 2를 참조하여 상기 인버터 압축기(1)의 동작 구조를 설명한다.

상기 압축기(1)는 3상으로 구성되고 각 상에는 3개의 코일이 각각 권선되어 상기 3개의 코일에 서로 다른 위상을 갖는 구동전원을 인가함으로써 압축기의 구동 이 이루어진다. 상기 압축기(1)에 공급될 구동 전원은 인버터부(22)에 의해서 제어되어 압축기(1)로 전달되는데, 상기 인버터부(22)는 도시되고 있는 바와 같이 6개의 스위칭소자(U,V,W,X,Y,Z)로 구성되고 있고, 한 쌍의 스위칭 소자씩 직렬 연결되어 세개의 출력 라인으로 인버터 압축기(1)에 구동전원을 공급하게 된다.

또한, 상기 인버터부(22)에 공급될 직류 전압을 발생시키는 컨버터부(21)를 포함하고 있다. 상기 컨버터부(21)는 제품 내부로 입력되는 교류 전원단(20)에 연결되어, 입력되는 교류 전원을 정류시켜서 상기 인버터부(22)로 공급한다.

상세하게, 상기 컨버터부(21)는, 도시되고 있는 바와 같이, 스위칭소자(IGBT)의 온/오프 동작과 대용량 캐패시터(C)의 충방전으로 압축기(1)의 구동에 필요한 높은 직류전압을 만들어낸다. 그리고, 역률이 개선되도록 하는 리액터(R)가 더 포함된다.

또한, 상기 컨버터부(21)와 인버터부(22)를 구동하기 위한 IGBT 구동회로(23)와, 인버터구동회로(25)를 포함하고 있다. 상세하게, 상기 IGBT 구동회로(23)는, 제어부(26)에 의해서 제어되어 상기 컨버터부(21) 내의 스위칭 소자(IGBT)의 온/오프 상태가 제어되도록 한다. 그리고, 상기 인버터구동회로(25)는 제어부(26)의 제어를 받아서 상기 인버터부(22) 내의 6개 스위칭소자(U,V,W,X,Y,Z)의 온/오프를 제어한다. 상기 인버터구동회로(25)는 상기 압축기(1)의 구동을 위한 상 전압이 발생되도록 상 출력 데이터를 인버터부(22)의 여섯 개의 스위칭 소자에 인가한다. 이때 인가되는 상출력 데이터는 상기 제어부(26)에서 결정된 압축기의 목표 운전 주파수에 해당하는 데이터이다. 그리고, 상기 인버터구동회로(25)는 PWM 신호의 Duty 조절에 의해서 압축기(1)의 목표 운전 주파수가 조절되도록 한다.

또한, 상기 DC 전원 감지부(24)는 상기 컨버터부(21)에서 인버터부(22)로 전달되는 직류전원의 전류 또는 전압의 크기를 검출하여 상기 제어부(26)에 전달한다. 상기 제어부(26)는 상기 인버터 압축기(1)의 운전 주파수를 감시하고, 공조기의 전체 운전에 제어되도록 하고, 감지부(27)로 부터 감지되는 실외온도 및/또는 실내온도등의 외부조건에 의해서 인버터 압축기 또는 실내/실외팬 등이 적절히 동작되도록 한다.

본 발명은 제상운전시에 공조 시스템의 제어에 대하여 주된 관심을 두고 있고, 특히, 제상운전시에 전자변의 제어에 대하여 그 일 특징이 있다. 이하에서는 전자변의 제어에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 공조기의 전자변 제어 방법을 설명하는 도표로서, 제상 운전 시에 압축기, 전자변, 및 사방변의 동작 상태를 도시하고 있다.

도 3을 참조하면, 난방운전(D2 구간)이 일정 시간 이상으로 수행되면 실외기(4)의 열교환기에는 성애가 끼게된다. 실외기(4)에 성애가 끼면 급격하게 열교환 효율이 떨어지기 때문에, 난방운전에서 재상운전(D1 구간)으로 전환하여 공조 시스템이 운전되어야 한다. 재상운전구간 동안에는 사방변(3)은 오프되어 냉방운전과는 반대방향으로 운전되고, 인버터 압축기(1)는 운전 주파수가 특정 양식으로 변경된다. 상세하게, 인버터 압축기(1)는 낮은 운전 주파수(30Hz)로 내려갔다가 높은 운전 주파수(100Hz)로 증가된 뒤에, 다시금 낮은 운전 주파수(30Hz)로 내려가게 된다.

본 발명의 일 특징으로서 상기 전자변(7~11)은 종래와 달리 최대한의 개도로 운전되는 것이 아니라, 일정 부분만이 열리게 되는데, 상기 전자변의 개도에 대해서는 후술한다.

그리고, 제상 운전(D1 구간)이 종료된 다음에는 냉방운전으로 전환되도록 하기 위하여 소정의 기동 운전(D3 구간)이 수행된다. 상기 기동 운전은 공조 시스템의 배관 내에 냉매가 원활하게 유동될 수 있고, 초기 기동 시에 압축기에 무리가 가지않도록 하기 위하여 소정의 패턴으로 운전된다.

도 4는 본 발명의 제상 운전에서 전자변의 개도가 조절되는 원리를 설명하는 도면으로서, 도 4를 참조하면, 상기 제상운전(D1 구간)에서 전자변의 개도는 두 가지의 인자를 가지게 되는데 소음의 측면과 제상운전 시간이 그 요소가 된다. 상세하게는, 전자변의 개도가 증가하면 할수록 실내기로 유입되는 냉매의 유입량이 증가되어 제상시간이 줄어드는 한편, 실내기의 배관 내부를 유동하는 냉매의 양이 증가되므로 실내기에서 발생되는 전체 소음은 커지게 되는 문제가 있다. 물론, 전자변의 개도가 줄어들면 들수록 소음은 줄어들지만 제상시간이 커지기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 도 4에서 제상 시간과 소음의 그래프가 교차되는 부분의 개도를 유지하는 것이 바람직하며, 상기 교차점에서의 개도는 80%가 된다.

그러므로, 본원 발명에서는 만(滿) 개도에서 일정 정도 닫히는 정도의 개도가 설정되도록 할 수 있고, 만(滿) 개도에 대하여 도 4의 교차점 부분인 80%정도의 개도가 유지되도록 할 수 있다. 도 3에는 만 개도의 상태가 점선으로 표시되어 있고, 본 발명에서는 그 이하로 유지되는 것을 관찰할 수 있다.

이와 같이, 제상운전에서 전자변의 개도가 최대한으로 유지되지 않고 일정 정도 낮게 유지됨으로써, 실내기의 내부를 유동하는 냉매의 유동 소음이 줄어들면서도 제상운전 시간이 그다지 길어지지 않는 장점을 얻을 수 있다. 특히, 제상운전 상태에서 실내팬이 동작되지 아니하여 실내팬에 기인하는 소음이 없는 것을 감안하면, 냉매 유동 소음의 감소로 인하여 소비자가 얻게되는 효과가 그만큼 커지게 되는 것은 용이하게 짐작할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 공조기의 전자변 제어 방법에 의해서 제상운전시에 발생되는 소음의 발생량이 크게 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제상운전 시에는 실내팬이 운전되지 않아서, 실내팬의 동작에 기인하는 소음이 원천적으로 발생되지 않기 때문에, 냉매의 유동 소음이 감소되는 것에 기인하는 소비자의 만족도가 그만큼 크게되는 것 또한 용이하게 유추가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 냉난방 운전 가능한 공기 조화기가 난방 운전되는 중에 제상 운전 모드로 진입되는 경우, 상기 제상 운전 모드에서 실내기로 냉매를 공급하는 전자변이 소정량 닫혀 만(滿) 개도 이하로 조절되고, 조절된 개도가 제상 운전 모드에서 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 전자변 제어 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제상운전모드의 수행 중에 상기 전자변은 80%의 개도가 유지되는 공조기의 전자변 제어방법.

Images