KR100779536B1 - 공기 조화기의 압축기 용량 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자팽창밸브의 변동 특성에 따라 정상운전 영역에서의 압축기 용량을 변화시켜 최적 제어를 수행함으로써, 안정적인 운전과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 공기 조화기의 압축기 용량 보정에 관한 것이다. 이를 위해 온도센서로부터 검출한 온도 값을 분석하여 공기 조화기의 압축기 운전 용량을 산출하고, 상기 산출된 압축기의 운전 용량에 따라 공기 조화기를 기동 운전하는 단계; 상기 공기 조화기의 기동 운전이 종료되고, 정상 운전을 수행하는 경우 상기 압축기의 운전 용량에 대응하여 냉매의 순환량을 제어하는 전자 팽창 밸브의 개방량 변화 및 방향성을 검출하고, 상기 검출된 상기 전자 팽창 밸브의 개방량 변화 및 방향성을 분석하여 상기 압축기 운전 용량의 보정 여부를 판단하는 단계; 및 상기 압축기 운전 용량의 보정 여부를 판단하는 단계에서의 판단 결과에 따라 상기 압축기의 운전 용량을 보정하여 상기 공기 조화기의 운전을 제어하는 단계를 포함한다.

공기 조화기, 전자 팽창 밸브, 방향성

Description

공기 조화기의 압축기 용량 보정 방법{Method for correcting capacity of compressor of air conditioner}

도 1 은 종래의 용량 가변형 압축기의 압축기 용량 보정 과정을 나타낸 흐름도.

도 2 는 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 용량 보정을 실시하기 위한 공기 조화기의 구성을 나타낸 블록도.

도 3 은 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 용량 보정 과정을 나타낸 흐름도.

도 4 는 도 3의 전자 팽창밸브를 이용한 압축기의 용량 보정 과정을 나타낸 흐름도.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

100: 압축기 200: 응축기

300: 전자팽창밸브 400: 증발기

500: 제어부 600: 온도센서

700: 압력센서

본 발명은 공기 조화기의 압축기 용량 보정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변동되는 냉매의 순환량에 대응하기 위한 전자 팽창 밸브의 변동 특성에 따라 정상운전 영역에서의 압축기 용량을 변화시켜 최적 제어를 수행함으로써, 안정적인 운전과 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 공기 조화기의 압축기 용량 보정에 관한 것이다.

일반적으로 용량이 가변되는 공기 조화기의 압축기 운전 용량은 실내온도, 실외온도 및 사용자가 냉방 온도를 설정하는 사용자 설정온도 등을 조합하여 결정하게 된다.

이렇게 결정된 압축기의 운전 용량(운전 주파수)은 공기 조화기가 최초 운전을 시작하는 기동운전 시점부터 공기 조화기의 사용이 종료되는 시점까지 사용하게 된다.

또한, 상기 결정된 압축기의 운전 용량은 공기 조화기가 운전되는 동안 실내온도, 실외온도 및 사용자 설정 온도의 변화가 검출된 경우 새로운 압축기의 운전 용량을 산출하고, 상기 산출된 결과에 따라 제어하게 된다.

또한, 용량 가변형 공기 조화기에서는 변화하는 냉매의 순환량을 제어할 수 있도록 전자팽창밸브를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 전자팽창밸브는 냉매가 순환하는 사이클에서 순환되는 냉매량이 과도할 경우 자동제어를 통해 개도량을 감 소시키며, 반대로 순환되는 냉매량이 부족할 경우 개도량을 증가시킴으로써 냉매가 순환되는 사이클을 일정범위 내에서 최적화되도록 한다.

도 1은 종래의 용량 가변형 압축기의 압축기 용량 보정 과정을 나타낸 흐름도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 공기 조화기의 기동운전이 시작되면(S10), 온도센서들을 이용하여 실내온도와 실외온도를 검출(S11)하여 압축기의 운전 용량을 산출(S12)하게 된다.

상기 S12단계에서 산출된 압축기의 운전 용량에 따라 공기 조화기는 전자팽창밸브의 개방량을 단계적으로 제어(S13)하며 기동운전을 수행하고, 상기 전자팽창밸브의 개방값이 상기 S12단계에서 산출된 압축기의 운전 용량을 만족하기 위한 기준값을 초과(S14)할 때까지 전자팽창밸브를 개방하고, 기동운전이 종료되면(S15) 공기조화기는 사용자가 설정한 운전모드에 따라 정상운전(S16)을 수행하게 된다.

그러나 이러한 종래의 용량 가변형 공기 조화기의 압축기 용량 보정 방법은 공기 조화기의 운전중에 발생하는 외란 예를 들면, 열교환기의 오염, 실내외 습도의 급격한 변화 등에 대하여 초기에 산출된 압축기 운전 용량이 고정되어 능동적인 반응을 유도하는 것이 어려운 문제점이 있다.

또한, 산출적으로 계산된 압축기의 운전 용량은 공기 조화기의 실제 냉매 사이클의 상태보다 과도하게 높거나 또는 낮은 상태를 유지하여 안전 제어영역으로 진입하게 되어 공기 조화기의 정상운전 신뢰성에 영향을 주는 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 용량 가변형 공기 조화기가 정 상운전을 수행하는 과정에서 전자팽창밸브의 개도량 변화 및 방향성에 따라 압축기의 운전 용량을 변화시켜 최적의 제어가 이루어질 수 있도록 하는 공기 조화기의 압축기 용량 보정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 온도센서로부터 검출한 온도 값을 분석하여 공기 조화기의 압축기 운전 용량을 산출하고, 상기 산출된 압축기의 운전 용량에 따라 공기 조화기를 기동 운전하는 단계; 상기 공기 조화기의 기동 운전이 종료되고, 정상 운전을 수행하는 경우 상기 압축기의 운전 용량에 대응하여 냉매의 순환량을 제어하는 전자 팽창 밸브의 개방량 변화 및 방향성을 검출하고, 상기 검출된 상기 전자 팽창 밸브의 개방량 변화 및 방향성을 분석하여 상기 압축기 운전 용량의 보정 여부를 판단하는 단계; 및 상기 압축기 운전 용량의 보정 여부를 판단하는 단계에서의 판단 결과에 따라 상기 압축기의 운전 용량을 보정하여 상기 공기 조화기의 운전을 제어하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 전자 팽창 밸브의 방향성은 상기 냉매의 양이 증가하도록 제어된 경우 양(포지티브)의 방향성을 갖고, 상기 냉매의 양이 감소하도록 제어된 경우 음(네거티브)의 방향성을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자 팽창 밸브의 개방량 변화는 상기 전자 팽창 밸브가 미리 설정된 시간 동안 상기 냉매의 양이 증가 또는 감소하도록 제어된 회수인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자 팽창 밸브의 개방량 변화가 감소이고, 방향성이 음의 방향성인 경우 상기 압축기의 운전 용량이 증가하도록 보정 신호를 출력하고, 상기 전자 팽창 밸브의 개방량 변화가 증가이고 방향성이 양의 방향성인 경우 상기 압축기의 운전 용량이 감소하도록 보정 신호를 출력하며, 상기 전자 팽창 밸브의 제어가 없는 경우 상기 온도센서로부터 검출한 온도 값을 분석하여 공기 조화기의 압축기 운전 용량을 산출하고, 상기 산출된 압축기의 운전 용량에 따라 공기 조화기를 기동 운전하는 단계에서 설정된 상기 압축기의 운전 용량을 유지하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 용량 보정을 실시하기 위한 공기 조화기의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 용량 보정 과정을 나타낸 흐름도이며, 도 4는 전자 팽창밸브를 이용한 압축기의 용량 보정 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 2 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 공기 조화기는 냉매를 고온, 고압으로 압축시키는 역할을 하는 용량 가변형 압축기(100)와, 압축기(100)에서 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 응축기(200)와, 상기 냉각된 냉매를 감압하는 전자 팽창 밸브(300)와, 상기 감압된 냉매를 증발시켜 실내 공기와 열교환하는 증 발기(400)와, 냉방 부하에 따른 압축기(100)의 운전 용량 산출과, 상기 산출된 운전 용량에 따라 압축기(100)의 운전과 공기 조화기의 운전을 제어하는 제어부(500)와, 실외온도 및 실외온도를 검출하는 온도 센서(600)와, 압축기로부터 토출되는 냉매의 토출 압력을 검출하는 압력 센서(700)를 포함한다.

전자 팽창 밸브(300)는 냉매가 순환하는 과정에서 순환되는 냉매량이 과도할 경우 자동 제어를 통해 개방량을 감소시키며, 반대로 순환되는 냉매량이 부족할 경우 개방량을 증가시킴으로써 냉매가 순환하는 과정이 일정한 범위 내에서 최적화 되도록 한다.

제어부(500)는 온도 센서(600)로부터 검출한 실외온도 및 실내온도와 사용자가 설정한 실내온도 등의 계측을 통해 압축기(100)의 운전 용량(운전 주파수)을 산출하고, 상기 산출된 압축기(100)의 운전 용량에 따라 공기 조화기의 기동 운전을 수행한다.

이때, 압축기(100)의 운전 용량(운전 주파수)을 산출할 경우 우선 총부하량에 대응하는 압축기의 목표 운전 용량을 산출한 다음 온도 센서(600)로부터 검출한 실외 온도에 따라 상기 목표 운전 용량을 보정한다. 이는, 공기 조화기에 동일한 부하가 인가된다 하더라도 실외의 온도가 높고 낮음에 따라서 증발기(400)가 부담하는 실제적인 부하량이 달라지기 때문이다. 따라서, 상기 목표 운전 용량을 실외 온도를 고려하여 일정 비율로 보정함으로써 압축기의 실제적인 운전 용량을 산출하고, 실내 온도를 이용한 압축기의 운전 용량을 산출하는 과정도 동일하다.

또한, 제어부(500)는 상기 기동 운전이 종료된 후 상기 산출된 압축기(100) 의 운전 용량에 근거하여 압축기(100)의 운전을 제어하고, 전자 팽창 밸브(300)의 개방량 변화 및 방향성에 따라 압축기(100)의 운전 용량을 변화시켜 최적 제어를 수행한다.

여기서 전자 팽창 밸브(300)의 방향성은 냉매의 양이 증가하도록 제어된 전자팽창 밸브(300)는 양(포지티브)의 방향성을 갖고, 상기 냉매의 양이 감소하도록 제어된 상기 전자 팽창 밸브는 음(네거티브)의 방향성을 갖는다.

또한, 전자 팽창 밸브(300)의 개방량 변화는 상기 검출된 전자 팽창 밸브의 개방량 변화가 미리 설정된 시간 동안 전자 팽창 밸브(300)가 냉매의 양이 증가 또는 감소하도록 제어된 회수이고, 전자 팽창 밸브(300)의 변동이 검출되지 않은 경우 현재의 압축기 운전 용량을 유지하는 것으로 판단한다.

즉 제어부(500)는 공기 조화기가 초기 온도 계측을 통해 압축기의 운전 용량을 결정하면 공기 조화기의 기동 운전은 상기 결정된 압축기의 운전 용량에 근거하여 수행되고, 상기 기동 운전이 종료된 이후에는 전자 팽창 밸브(300)의 개방량의 변화를 관찰하게 된다.

여기서 제어부(500)는 전자 팽창 밸브(300)의 개방량이 기동 운전을 지나 정상 운전영역에서 임의의 시간 동안 변화된 회수와 기준 개방량으로부터 + 방향으로 개방량이 제어되거나 또는 기준 개방량으로부터 - 방향으로 개방량이 제어되었는지 여부를 검출하여 온도 이외의 외란(예를 들면, 열교환기 외부에 부착된 오염 물질이나, 열교환기 내부에 침착된 오염 물질로 인한 열교환 효율 감소 또는 실내외 습도로 인한 열교환기의 열교환 효율 감소 등)에 대하여 최적의 압축기 운전 용량을 유지할 수 있도록 제어한다.

다음은 본 발명에 따른 공기 조화기의 압축기 용량 보정 과정을 더욱 상세하게 설명한다.

공기 조화기의 운전을 제어하는 제어부(500)가 실외온도 및 실내온도를 검출하는 온도센서(600)와, 실내의 냉방 온도를 설정하는 사용자 설정 온도로부터 검출한 실내 온도 및 실외 온도 값을 분석하여 공기 조화기의 압축기 운전 용량을 산출하고, 상기 산출된 압축기의 운전 용량에 따라 공기 조화기를 기동 운전(S100)한다.

상기 S100단계에서의 기동 운전은 일반적인 기동 운전과 동일하게 수행한다.

제어부(500)는 공기 조화기의 기동 운전이 종료되었는지 여부를 판단(S200)하여 공기 조화기의 기동 운전이 종료된 경우 상기 공기 조화기를 사용자가 설정한 운전 모드에 따라 정상 운전을 수행하고, 공기 조화기의 기동 운전을 유지하는 경우 상기 S100단계를 계속 수행한다.

한편, 공기 조화기의 정상 운전을 수행하는 경우 제어부(500)는 상기 S100단계에서 설정된 압축기의 운전 용량에 대응하여 냉매의 순환량을 제어하는 전자 팽창 밸브의 개방량 변화 및 방향성을 검출하고, 상기 검출된 상기 전자 팽창 밸브의 개방량 변화 및 방향성을 분석하여 상기 압축기 운전 용량의 보정 여부를 판단(S300)한다.

상기 S300단계를 더욱 상세하게 설명하면 제어부(500)는 정상 운전영역에서 압축기 운전 용량의 보정을 판단하기 위해 일정 시간 동안 전자 팽창 밸브(300)의 개방량 변화와 상기 개방량이 조절된 방향성을 검출(S310)한다.

즉 제어부(500)는 상기 S310단계에서, 온도 센서(600) 또는 사용자로부터 검출되는 사용자 설정 온도로부터 검출되는 조건에 변동이 검출되지 않는 상태에서 외란으로 인하여 변동되는 전자 팽창 밸브(300)의 변화를 검출한다.

이는 초기에 설정된 압축기 운전 용량이 온도 계측을 통해 설정된 운전 용량이므로 정상 운전중에 온도 이외의 외란으로 인하여 전자 팽창 밸브(300)의 개방량이 변화된 경우 이에 따른 압축기의 구동률을 효과적으로 제어할 수 있도록 한다.

한편, 상기 S310단계에서 검출된 전자 팽창 밸브(300)의 개방량 변화 및 방향성을 제어부(500)가 판단(S320)하여 전자 팽창 밸브(300)의 개방량이 일정 시간 동안 기준 개방량보다 작아지도록 연속적으로 제어되거나 일정 회수 이상 제어된 경우 압축기의 목표 운전 용량이 증가하도록 신호를 출력(S321)한다.

또한, 제어부(500)는 전자 팽창 밸브(300)의 개방량이 일정 시간 동안 기준 개방량을 유지하고 있는 경우 상기 S100단계에서 설정된 압축기의 운전 용량을 유지하도록 신호를 출력(322)한다.

또한, 제어부(500)는 전자 팽창 밸브(300)의 개방량이 미리 설정된 일정 시간 동안 기준 개방량보다 증가하도록 연속적으로 제어되거나 일정 회수 이상 제어된 경우 압축기의 목표 운전 용량이 감소되도록 신호를 출력(S323)한다.

상기 S321단계 내지 S323단계에서 출력되는 신호에 따라 압축기의 운전 용량이 보정(S400)되고, 상기 S400단계에서 보정된 압축기의 운전 용량에 따라 공기 조 화기를 운전한다.

따라서 전자 팽창 밸브(300)가 반응하는 방향성에 따라 압축기의 운전 용량을 제어함으로써 온도 조건 이외의 다른 조건에 대하여 압축기의 구동률을 능동적으로 제어할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 공기 조화기가 정상 운전을 수행하는 과정에서 전자 팽창 밸브가 반응하는 방향성을 이용하여 압축기의 운전 용량을 보정함으로써, 온도 이외의 다른 조건에 하여 능동적으로 대응할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 초기의 온도 계측을 통해 산술적으로 설정된 압축기의 운전 용량으로 인하여 공기 조화기의 냉매 순환 사이클의 상태에 비해 과도하게 높거나 낮은 상태를 보정함으로써 안전 제어 영역으로의 진입을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 온도 조건 이외에 다른 외란 조건에 대하여 능동적으로 대응함으로써, 공기 조화기를 안정적으로 운전함과 동시에 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. a) 온도센서로부터 검출한 온도 값을 분석하여 공기 조화기의 압축기 운전 용량을 산출하고, 상기 산출된 압축기의 운전 용량에 따라 공기 조화기를 기동 운전하는 단계;

   b) 상기 공기 조화기의 기동 운전이 종료되고, 정상 운전을 수행하는 경우 상기 압축기의 운전 용량에 대응하여 냉매의 순환량을 제어하는 전자 팽창 밸브의 개방량 변화 및 방향성을 검출하고, 상기 검출된 상기 전자 팽창 밸브의 개방량 변화 및 방향성을 분석하여 상기 압축기 운전 용량의 보정 여부를 판단하는 단계; 및

   c) 단계 b에서의 판단 결과에 따라 상기 압축기의 운전 용량을 보정하여 상기 공기 조화기의 운전을 제어하는 단계를 포함하는 공기 조화기의 압축기 용량 보정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 단계 b의 상기 전자 팽창 밸브의 방향성은 상기 냉매의 양이 증가하도록 제어된 경우 양(포지티브)의 방향성을 갖고, 상기 냉매의 양이 감소하도록 제어된 경우 음(네거티브)의 방향성을 갖는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 압축기 용량 보정 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 단계 b의 상기 전자 팽창 밸브의 개방량 변화는 상기 전자 팽창 밸브가 미리 설정된 시간 동안 상기 냉매의 양이 증가 또는 감소하도록 제어된 회수인 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 압축기 용량 보정 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 단계 c는 상기 단계 b의 판단 결과 상기 전자 팽창 밸브의 개방량 변화가 감소이고, 방향성이 음의 방향성인 경우 상기 압축기의 운전 용량이 증가하도록 보정 신호를 출력하고, 상기 전자 팽창 밸브의 개방량 변화가 증가이고 방향성이 양의 방향성인 경우 상기 압축기의 운전 용량이 감소하도록 보정 신호를 출력하며, 상기 전자 팽창 밸브의 제어가 없는 경우 상기 단계 a에서 설정된 상기 압축기의 운전 용량을 유지하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 압축기 용량 보정 방법.

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