KR101212697B1 - 공기조화기 및 그 제어 방법 - Google Patents

공기조화기 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기조화기에 설치되고, 냉매가 통과하면서 공기와 열교환되는 열교환기와; 열교환기 표면의 물이 고체상으로 되는 것을 방해하도록 열교환기로 에너지를 공급하도록 설치된 무동결장치와; 공기조화기의 운전 조건에 따라 상기 무동결장치를 작동/정지시키는 제어부를 포함하여, 열교환기 표면의 물 결빙을 효율적으로 방지할 수 있는 이점이 있다.
공기조화기, 열교환기, 무동결장치, 제어부, 전극, 전압 발생부

Description

공기조화기 및 그 제어 방법{Air conditioner and Control method of the same}
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 제어 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 무동결장치가 실외기에 설치된 경우의 일부 절결 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 무동결장치가 실외기에 설치된 경우의 일부 절결 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 과냉각 현상 실험 구조가 도시된 도,
도 6은 도 5의 실험 구조에서의 과냉각 현상을 도시한 그래프,
도 7은 도 5에 도시된 실험 구조에서 상이한 전력 에너지량이 공급되었을 때의 무동결 온도 그래프,
도 8은 도 7의 제 1 내지 제 5 에너지선 간의 상관 관계를 나타내는 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 공기조화기의 물의 양에 따른 무동결 상태 유지를 위한 전압과 주파수의 관계를 도시한 그래프,
도 10은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 1 실시예의 순서도,
도 11은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 2 실시예의 순서도,
도 12는 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 3 실시예의 순서도,
도 13은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 4 실시예의 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2: 압축기 4: 실외측 열교환기
6: 팽창기구 8: 실내측 열교환기
10: 냉/난방 절환밸브 20: 무동결장치
22: 전기장 생성부 24,26: 전극
28: 전압 발생부 30: 제어부
40: 부하 감지부
본 발명은 공기조화기 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 공기조화기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기를 포함하는 냉동 사이클을 이용하여 실내를 냉방 또는 난방시키는 장치이다.
상기 공기조화기는 냉동 사이클의 작동 즉 압축기의 구동시 증발기의 표면에 공기 중의 수분이 응축되어 응축수(즉, 물)가 생성되고, 생성된 물은 증발기의 하 측으로 낙하된다. 그러나, 증발기의 표면에 생성된 물이 저온의 주변 공기에 의해 냉각되어 결빙될 경우 냉매와 공기의 열교환이 원활하지 않아 성능이 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 상기와 같은 문제점을 해결하고자 공기조화기의 운전 중에 압축기의 구동을 정지시켜 공기조화기의 운전을 정지시키지 않고 별도의 제상 운전을 소정 시간 동안 실시하면서 증발기 표면의 결빙을 제거하고, 결빙이 제거되면 정지되었던 압축기를 재구동시켜 공기조화기의 운전을 재개시킨다.
그러나, 종래 기술에 따른 공기조화기는 그 운전이 정지된 후 별도의 제상 운전이 실시되므로, 제상 운전이 실시되는 도중에 공기조화기가 실내를 냉방 또는 난방 시키지 못하고, 편의성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열교환기 표면의 물 결빙을 효율적으로 방지할 수 있는 공기조화기 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는 공기조화기에 설치되고, 냉매가 통과하면서 공기와 열교환되는 열교환기와; 상기 열교환기 표면의 물이 고체상으로 되는 것을 방해하는 에너지를 상기 열교환기로 공급하도록 설치된 무동결장치와; 상기 공기조화기의 운전 조건에 따라 상기 무동결장치를 작동/정지시키는 제어부를 포함한다.
상기 무동결장치는 상기 열교환기로 전기장을 형성시키도록 설치된 적어도 하나의 전극과; 상기 적어도 하나의 전극으로 전압을 인가하는 전압 발생부를 포함한다.
상기 공기조화기는 압축기와 냉/난방 절환밸브와 실외측 열교환기와 팽창기구와 실내측 열교환기를 포함하는 히트 펌프이고, 상기 무동결장치는 상기 히트 펌프의 난방 운전시 상기 실외측 열교환기로 상기 에너지를 공급하도록 설치된다.
본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법은, 공기조화기가 난방 운전이고, 압축기가 설정시간 연속 운전되며, 열교환기가 무동결 조건이면, 상기 열교환기 표면의 물이 고체상으로 되는 것을 방해하는 에너지를 공급하도록 설치된 무동결장치를 작동시킨다.
상기 공기조화기가 난방 운전이 아니거나, 상기 압축기가 설정시간 연속 운전되지 않거나, 상기 열교환기가 무동결 조건이 아니면, 상기 무동결장치를 작동시키지 않는다.
본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법은, 공기조화기가 난방 운전이고, 압축기가 설정시간 연속 운전되며, 열교환기가 무동결 조건이고, 이전의 무동결 운전 이후에 소정시간이 경과되었으면, 상기 열교환기 표면의 물이 고체상으로 되는 것을 방해하는 에너지를 공급하도록 설치된 무동결장치를 작동시킨다.
상기 공기조화기가 난방 운전이 아니거나, 상기 압축기가 설정시간 연속 운 전되지 않거나, 상기 열교환기가 무동결 조건이 아니거나, 이전의 무동결 운전 이후에 소정시간이 경과되지 않았으면, 상기 무동결장치를 작동시키지 않는다.
상기 무동결 조건은 열교환기에 연결된 배관과 실외와 상기 열교환기 중 하나의 온도가 설정 온도 미만인 조건이다.
상기 설정 온도는 0℃이다.
상기 무동결장치의 작동 도중에 상기 열교환기가 무동결해제조건이면, 상기 무동결장치의 작동을 정지시킨다.
상기 무동결해제조건은 무동결장치의 작동 중에 공기조화기가 난방 운전이 정지되거나, 상기 온도가 설정 온도 이상인 조건이다.
상기 무동결 장치가 상기 열교환기로 전기장을 생성하도록 설치된 복수개의 전극와, 상기 복수개의 전극으로 소정 주파수 및 크기의 전압을 인가하는 전압 발생부를 포함할 경우, 상기 무동결 조건은 상기 복수개의 전극으로 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지부에서 감지된 전류가 설정치 이상인 조건이다.
상기 무동결장치의 작동 도중에 상기 열교환기가 무동결해제조건이면, 상기 무동결장치의 작동을 정지시킨다.
상기 무동결해제조건은 무동결장치의 작동 중에 공기조화기가 난방 운전이 정지되거나, 상기 전류가 설정치 미만인 조건이다.
상기 설정시간은 10분이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 제어 블럭도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기는, 압축기(2)와, 실외측 열교환기(4)와, 팽창기구(6)와, 실내측 열교환기(8) 등을 포함하고, 상기 구성들(2)(4)(6)(8) 중에서 표면에 물이 생성되는 구성에 물이 동결되는 것을 방해하는 에너지를 공급하는 무동결장치(20)를 더 포함한다.
상기 공기조화기는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
상기 공기조화기는 냉방기로 구성되는 경우, 압축기(2)에서 압축된 냉매가 실외측 열교환기(4)를 통과하면서 응축되고, 응축된 냉매가 팽창기구(6)를 통과하면서 팽창되고, 팽창된 냉매가 실내측 열교환기(8)에서 증발되며, 증발된 냉매가 압축기(2)로 순환된다. 즉, 실외측 열교환기(4)가 응축기로 작용하고 실내측 열교환기(8)가 증발기로 작용한다.
반면에, 상기 공기조화기가 히트 펌프로 구성되는 경우, 냉방운전과 난방 운전에 따라 압축기(2)에서 압축된 냉매를 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(10)를 더 포함하여, 냉방 운전시 압축기(2)에서 압축된 냉매가 냉/난방 절환밸브(10)와 실외측 열교환기(4)와 팽창기구(6)와 실내측 열교환기(8)와 냉/난방 절환밸브(10)를 차례로 통과하여 압축기(2)로 순환됨에 따라 실외측 열교환기(4)가 응축기로 작용함과 아울러 실내측 열교환기(8)가 증발기로 작용하고, 난방 운전시 압축기(2)에서 압축된 냉매가 냉/난방 절환밸브(10)와 실내측 열교환기(8)와 팽창기구(6)와 실외 측 열교환기(4)와 냉/난방 절환밸브(10)를 차례로 통과하여 압축기(2)로 순환됨에 따라 실내측 열교환기(8)가 응축기로 작용함과 아울러 실외측 열교환기(4)가 증발기로 작용한다.
상기와 같은 공기조화기는 그 운전 중에 증발기로 작용하는 열교환기의 표면에 물이 생성되는 바, 냉방기의 경우에는 실내측 열교환기(8)의 표면에 물이 생성되고, 히트 펌프의 냉방 운전의 경우에는 실내측 열교환기(8)의 표면에 물이 생성되며, 히트 펌프의 난방 운전의 경우에는 실외측 열교환기(4)의 표면에 물이 생성되는데, 상기와 같이 열교환기의 표면에 생성되는 물은 저온의 환경에서 동결될 경우 열교환 성능에 악영향을 미칠 수 있고, 저온의 환경에서도 열교환기 표면의 물이 동결되지 않는 분위기를 형성할 필요가 있다.
한편, 무동결장치(20)는 증발기로 작용하는 열교환기 표면의 물이 동결되지 않도록 공기조화기에 설치되는 것으로서, 냉방기인 경우 실내측 열교환기로 물이 동결되지 않는 에너지를 공급하도록 설치되고, 히트 펌프의 경우 실내측 열교환기(8)나 실외측 열교환기(4)로 물이 동결되지 않는 에너지를 공급하도록 설치된다.
무동결장치(20)는 용융체가 평형상태에서 상전이 온도 이하까지 냉각되어도 변화를 일으키지 않는 과냉각 현상을 이용하는 것도 가능하고, 증발기로 작용하는 열교환기에 직접 기계적인 진동을 가하여 물이 얼지 않게 하는 기계식 진동기 등으로 이루어지는 것도 가능하다.
무동결장치(20)는 기계식 진동기로 이루어질 경우 증발기로 작용하는 열교환기와 연결되는 냉매배관의 연결이 손상될 수 있으므로 공기조화기의 경우에는 적합 하지 않고, 과냉각 현상을 이용하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 통상적인 경우 실내 온도가 영하일 경우에는 냉방 운전을 실시하지 않고 난방 운전을 실시하므로, 무동결장치(20)는 히트 펌프의 난방 운전시 실외측 열교환기(4) 표면의 물이 동결되지 않는 에너지를 공급하도록 설치되는 것이 바람직하나, 추운 지방의 사용자 등은 실내 온도가 영하일 경우에도 상대적으로 더위를 느껴 냉방 운전을 실시할 수 있고, 이 경우 실내측 열교환기(8) 표면에 생성된 물이 영하의 실내에서 동결될 수 있으므로, 무동결장치(20)를 이용하여 실내측 열교환기(8) 표면의 물이 동결되지 않게 하면, 냉방 성능은 향상될 수 있게 된다. 아울러 무동결장치(20)에 의해 실내측 열교환기(8)가 냉각되어 실내측 열교환기(8)의 온도가 하강되므로, 냉방 성능이 더욱 향상될 수 있게 된다.
한편, 실외측 열교환기(4)와 실내측 열교환기(8) 중에서 주로 실외측 열교환기(4)가 저온의 실외 공기에 의해 결빙되기 쉽고, 이하, 무동결장치(20)는 히트 펌프의 난방 운전시 실외측 열교환기(4) 표면의 물이 동결되는 것을 막는 경우를 예로 들어 구체적으로 설명한다.
무동결장치(20)는 실외측 열교환기(4)로 전기장을 형성시키도록 설치된 전기장 생성부(22)와, 전기장 생성부(22)로 전압 특히, 고주파 교류전압을 인가하도록 설치된 전압 발생부(28)를 포함한다.
전기장 생성부(22)는 전압 발생부(28)로부터의 고주파 교류전압을 전기장으로 변환하여 실외측 열교환기(4)로 인가하는 수단으로서, 구리, 백금 등의 재료로 이루어진 판상 부재 혹은 도선으로 이루어지는 것이 바람직하고, 이하 실외측 열교 환기(4)를 사이에 두고 이격되게 배치된 복수개의 전극(24)(26)으로 이루어진 것으로 한정하여 설명한다.
복수개의 전극(24)(26)은 안전성을 고려하여 절연재질의 전극 커버(25)(27)에 의해 둘러싸여지고, 전극 커버(25)(27)에 대해서는 후술하여 상세히 설명한다.
전기장 생성부(22)에 의해 형성된 전기장은 고주파 교류전압에 의한 것으로서, 그 극성이 주파수에 따라 바뀌게 되고, 이러한 특성의 전기장은 (-) 극성의 산소와 (+) 극성의 수소로 이루어진 물분자를 지속적으로 진동,회전,병진 등을 하게 하여 물분자가 결정화되지 않고 상전이온도 이하의 온도에서 액상을 유지하게 한다.
전압 발생부(28)는 소정의 크기와 주파수에 따른 교류전압을 생성하여 전기장 생성부(22)로 인가하는 것으로서, 전압의 크기와 전압의 주파수 중의 적어도 하나를 가변하여 이에 따른 교류전압을 생성시킬 수 있다. 전압 발생부(28)는 후술하는 제어부(30)로부터의 설정값(전압의 크기,전압의 주파수 등)에 따른 교류전압을 전기장 생성부(22)로 인가하여 그에 따른 전기장이 실외측 열교환기(4)에 인가되도록 한다. 전압 발생부(28)는 주파수를 가변하여 설정함으로서 전압의 크기를 0.5～10KV의 범위 내에서 가변할 수 있고, 전압의 주파수를 0.5～ 500kHz영역의 고주파 영역에서 가변하여 설정한다.
한편, 전압 발생부(28)가 상기와 같은 고주파수 대역의 주파수 특성을 지닌 교류전압을 인가하는 것은, 0.5kHz 이하의 주파수 또는 500V 이하의 크기를 지닌 전압을 인가할 경우 물분자가 0.5kHz 이하의 주파수 또는 500V 이하의 교류전압에 의해 회전 등이 유도되더라도 그 속도나 진동 등이 낮아서 상전이 온도에서 고체로의 전이될 수 있고, 10KV 이상의 전압은 전극 커버(25)(27)의 절연 파괴 문제를 야기할 수 있으며, 500kHz 이상의 교류 전압의 경우 전기장 생성부(22)에서 전기장을 발생시키는 것이 아니라 전파의 형태로 발산되거나 그 극성의 변화 속도가 과도하고 물분자의 운동이 변화 속도에 따르지 못하는 문제가 발생될 수 있는 바, 전압 발생부(28)에서 발생되는 최적 주파수 대역 및 최적 전압은 0.5～ 500kHz영역의 고주파 영역의 0.5～10KV의 전압으로 설정되는 것이 바람직하다.
한편, 실외측 열교환기(4)와 실내측 열교환기(8)가 냉매가 통과하는 알루미늄이나 구리 재질의 냉매 튜브와, 냉매 튜브에 설치된 알루미늄 핀을 포함하는 핀/튜브 타입인 경우, 전기장 생성부(22)에서 생성된 전기장이 알루미늄 핀에서 응집되고 저항에 의한 열이 발생될 수도 있는데, 스테인레스 재질에 7000V전압을 직류로 펄스형태로 인가하면, 스테인레스 재질에서 음이온이 방출되고, 방출된 음이온이 물입자에 충격을 주어 물의 결빙을 방해하게 되는 원리를 응용하면, 이를 해소할 수 있게 된다.
즉, 알루미늄 핀에 고전압을 인가하여, 플라즈마상태에서 음이온이 방출되면서, 방출된 음이온이 물입자에 충격을 주게 되므로, 얼음화를 방지할수 있게 된다.
따라서, 알미미늄 핀에 직접 고전압을 인가시에 무동결상태로 유지할 수 있게 되고. 이때, 알루미늄 핀은 그라운드전원으로 하고, 별도로 엑티브전극을 배치하면, 감전의 위험성도 줄일 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 따른 공기조화기는 운전 상황에 따라 무동결장치(20) 특 히 전압 발생부(28)를 제어하는 제어부(30)를 더 포함한다.
제어부(30)는 실외측 열교환기(4) 표면의 물의 동결이나 물 유무 여부나 물의 양 등을 감지하는 부하 감지부(40)의 감지 결과에 따라 무동결장치(20)를 제어한다. 부하 감지부(40)는 실외측 열교환기(4)에 연결된 배관이나 실외측 열교환기(4)나 실외의 온도를 감지하는 온도 감지부로 이루어지는 것도 가능하고, 무동결장치(20)의 작동시 실외측 열교환기(4)에 형성된 전기장에 의한 전류 또는 전압 등을 감지하는 전류 감지부 또는 전압 감지부 등으로 이루어지는 것도 가능함은 물론이다.
여기서, 부하 감지부(40)가 온도 감지부로 이루어질 경우, 부하 감지부(40)는 실외측 열교환기(4)의 온도를 감지하는 실외 열교환기 온도 센서(42)와, 실외측 열교환기(4)의 입구측 배관의 온도를 측정하는 입구부 온도 센서(44)와, 실외측 열교환기(4)의 출구측 배관의 온도를 측정하는 출구부 온도 센서(46)와, 실외의 온도를 측정하는 실외 온도 센서(48) 중 적어도 하나로 구성되고, 제어부(30)는 실외 열교환기 온도 센서(42)와 입구부 온도 센서(44)와 출구부 온도 센서(46)와 실외 온도 센서(48)에서 감지된 적어도 하나의 온도값을 이용하여 물의 유무나 그 양을 계산할 수 있고, 그에 따라 전압 발생부(28)의 작동 여부나 전압 발생부(28)의 주파수 및 크기를 결정한다.
또한, 부하 감지부(40)가 전류 감지부 또는 전압 감지부로 이루어질 경우, 제어부(30)는 실외측 열교환기(4)의 표면에 생성되는 물의 유무나 양에 따라 전류 감지부 또는 전압 감지부의 저항값이 다르므로 저항값에 따라 물의 유무나 그 양을 계산할 수 있고, 그에 따라 전압 발생부(28)의 작동 여부나 전압 발생부(28)의 주파수 및 크기를 결정한다.
또한, 제어부(30)는 상기와 같은 부하 감지부(40)에 의해서만 무동결장치(20)를 작동/정지시키는 것도 가능하지만, 공기조화기의 난방 운전 여부 등을 함께 고려하여 무동결장치(20)를 제어하는 것도 가능하며, 이하 제어부(30)에 의한 무동결장치(20)의 제어를 구체적으로 설명한다.
제어부(30)는 실외측 열교환기(4)의 표면에 물이 생성되어 동결될 수 있는 조건인 공기조화기의 난방 운전 여부와, 압축기의 연속 운전 시간과, 물의 부하 조건과, 이전의 무동결 운전 이후에 경과된 시간 중 적어도 하나를 이용하여 무동결장치(20)를 제어한다.
도 1의 참조 부호 3은 압축기(2)와 흡입 배관(2a)에 설치되어 액 냉매가 축적되는 어큐물레이터이고, 도 1의 참조부호 5는 실외의 공기를 실외측 열교환기(4)로 송풍시키는 실외팬(5a)과 실외팬(5a)를 회전시키는 모터(5b)로 이루어진 실외 송풍기이며, 도1의 참조부호 9는 실내의 공기를 실내측 열교환기(8)로 송풍시키는 실외팬(9a)과 실외팬(9a)을 회전시키는 모터(9b)로 이루어진 실내 송풍기이며, 도 2의 참조부호 50은 공기조화기의 각종 운전 모드나 무동결 운전 선택 등을 입력할 수 있도록 실내기(I)에 설치된 컨트롤 패널이거나 원격 조작기 등의 입력부이다.
한편, 본 실시예에 따른 공기조화기는, 실내부(I)와 실외부(O)가 하나의 케이스에 함께 설치된 일체형 공기조화기의 경우에도 적용가능하고, 실내기(I)와 실외기(O)가 별도로 이루어진 분리형 공기조화기의 경우에도 적용가능하며, 이하 무동결장치(20)가 분리형 공기조화기의 실외기(O)에 설치된 경우를 예로 들어 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 무동결장치가 실외기에 설치된 경우의 일부 절결 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 공기조화기 일실시예의 무동결장치가 실외기에 설치된 경우의 일부 절결 정면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 실외기(O)는 공기가 유입된 후 배출되도록 공기 흡입구(51) 및 공기 배출구(52)가 형성된 케이싱(54)과; 케이싱(54)의 내부를 압축기(2)가 배치되는 기계실(56)과 실외측 열교환기(4)가 배치되는 유로실(58)로 구분하는 격벽(60)을 포함한다.
실외기(O)는 기계실(56)에 도 1에 도시된 어큐물레이터(3)나 팽창기구(6) 등이 압축기(2)와 함께 배치된다.
케이싱(54)은 레그가 설치된 베이스(54A)와, 상기 베이스의 상측에 설치되고 적어도 일면에 공기 흡입구(51)가 형성된 캐비닛(54B)과, 캐비닛 커버의 전면에 배치되고 공기 토출구(52)가 형성된 프론트 커버(54C)와, 실외기 캐비닛(56)의 상면을 덮는 탑 커버(54D)를 포함한다.
케이싱(54)은 그 전체가 절연재질로 이루어지는 것도 가능하고, 전기장 생성부(22)인 복수개의 전극(24)(26)과 근접한 부분만 절연재질로 이루어지는 것도 가 능하다.
실외기(O)는 실외측 열교환기(4)가 공기 흡입구(51)와 근접하게 설치되고, 케이싱(54)은 실외측 열교환기(4)와 근접한 부분인 실외기 캐비닛(54B)만이 절연재질로 이루어지는 것도 가능하고, 실외기 캐비닛(54B)과 탑 커버(54D)만이 절연재질로 이루어짐과 아울러 고강도를 갖아야 하는 베이스(54A)와 전기장 생성부(22)와 상대적으로 멀리 떨어지게 위치하는 프론트 커버(54C)를 고강도의 재질로 이루어지는 것도 가능함은 물론이다.
실외기(O)에는 실외 송풍기(5)가 설치되는 바, 실외 팬(5a)은 실외 공기를 공기 흡입구(51)로 흡입하여 공기 토출구(52)로 배출시키도록 공기 흡입구(51)와 공기 토출구(52) 사이에 위치되게 유로실(58)에 위치된다.
격벽(60)은 절연 재질로 이루어진다.
실외기(O)는 기계실(56)과 유로실(58) 중 적어도 일측에 실외기(O)에 설치되는 각종 전장부품 예를 들어 압축기(2) 등을 제어하는 전장부품이 설치된 컨트롤 박스(62)가 구비된다.
컨트롤 박스(62)에는 도 1에 도시된 제어부(30)의 전장부품이 모두 설치되거나 제어부(30)의 전장부품 중 일부가 설치된다.
한편, 전기장 생성부(22)는 복수개의 전극(24)(26) 모두가 유로실(56)에 배치된다.
복수개의 전극(24)(26)은 실외 공기의 흐름을 방해하지 않도록 실외 공기의 유로 이외에 설치되는 것이 바람직하고, 실외측 열교환기(4)의 좌측과 우측 각각에 실외측 열교환기(4)를 마주보도록 설치되거나 실외측 열교환기(4)의 상측과 하측 각각에 실외측 열교환기(4)를 마주보도록 설치되거나, 실외측 열교환기(4)의 하측의 전후 중 일측과 실외측 열교환기(4) 상측의 전후 중 타측 위치에 소정 각도 경사진 상태로 실외측 열교환기(4)를 마주보도록 설치된다.
전극 커버(25)(27)는 전극(24)(26) 각각을 둘러싸는 일종의 전극 하우징으로서, 전극 커버(25)(27)가 내부에 전극(24)(26)이 삽입되어 수용되도록 일면이 개구된 박스 형상의 전극 박스(25A)(27A)와 전극 박스(25A)(27A)의 개구면을 덮는 덮개(25B)(27B)로 이루어지는 것도 가능하고, 전극(24)(26)이 인서트되게 사출되는 하나의 구조물로 이루어지는 것도 가능하다.
전압 발생부(28)는 기계실(56)에 배치되는 것도 가능하고, 전기장 생성부(22)와 같이 유로실(56)에 배치되는 것도 가능하다.
전압 발생부(28)는 기계실(56)에 배치될 경우 전기장이 전압 발생부(28)에 작용할 때 발생될 수 있는 오작동을 최소화할 수 있고, 전압 발생부(28)가 컨트로 박스(62)와 근접하게 설치될 수 있어 그 제어가 용이함과 아울러 서비스가 용이한 이점이 있는 반면에, 유로실(58)에 배치될 경우 전압 발생부(28)의 열이 유로실(58)을 통과하는 공기에 의해 방열되어 안전성이 향상된다.
전압 발생부(28)는 전기장 생성부(22) 및 컨트롤 박스(62) 각각과 전선(29A)(29B)으로 연결되는 바, 전압 발생부(28)가 기계실(56)에 배치될 경우 전기장 생성부(22)와 연결되는 전선(29A)이 격벽(60)을 통과하거나 격벽(60) 주변으로 배선되고, 유로실(56)에 배치될 경우 컨트롤 박스(62)와 연결되는 전선(29B)이 격 벽(60)을 통과하거나 격벽 주변으로 배선된다.
격벽(60)에는 전선(29A)(29B) 중 하나가 통과할 경우 전선 관통홈 혹은 전선 관통홀(61)이 형성된다.
도 3 및 도 4에 도시된 참조부호 80은 전압 발생부(28)의 안전성을 고려하여 전압 발생부(28)를 커버하도록 설치된 절연부재이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 과냉각 현상 실험 구조가 도시된 도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(100)의 내에 물이 수납되는 공간(1O1)이 형성되고, 이 공간에 증류수가 0.1ℓ가 담겨지며, 복수개의 전극(24)(26)이 공간(101)을 향해 대칭적으로 위치되게 케이스(100)의 내부에 장착된다. 이때 복수개의 전극(26)(28)은 공간(101)의 면보다 큰 크기로 이루어지고, 복수개의 전극(26)(28)의 간격은 20mm로 이루어진다. 그리고, 케이스(100)는 절연재질인 아크릴 재질로 이루어지고, 케이스(100)가 냉각되며, 전압 발생부(28)는 0.91KV(6.76mA), 20kHz의 교류전압을 전기장 생성부(22)인 복수개의 전극(24)(26)에 인가하고, 공간은 -7℃ 정도로 냉각된다.
도 6은 도 5의 실험 구조에서의 과냉각 현상을 도시한 그래프이고, 도 7은 도 5에 도시된 실험 구조에서 상이한 전력 에너지량이 공급되었을 때의 무동결 온도 그래프이다.
케이스(100)가 공간(101)의 온도가 -6℃로 제어되고, 전압 발생부(28)에서 인가되는 전력 에너지량을 다수개 설정하여 인가하며, 그에 따른 무동결 온도의 변화를 측정하면, 전력 에너지가 전혀 공급되지 않는 기준선(O)은 냉각에 의해 -5℃까지 무동결상태를 유지하다가 냉각되기 시작한 지 3시간이 되기 이전에 동결 상태로 상전이된다.
제 1 에너지선(I)(1.38W)은 물에 인가되는 에너지량이 상당히 크기 때문에, 물이 상전이 온도(1기압 0℃)에서 냉각이 이루어지더라도 거의 O℃를 유지되어 과냉각 상태가 전혀 발생되지 않는다.
제 2 에너지선(Ⅱ)(0.98W)은 과냉각 현상에 따른 무동결 상태를 유지하고, 그 때의 무동결 온도는 -3 ~ -3.5℃로 유지된다.
제 3 에너지선(Ⅲ)(0.91W)은 과냉각 현상에 따른 무동결 상태를 유지하고, 그 때의 무동결 온도는 -4 ~ -5℃로 유지된다.
제 4 에너지선(Ⅳ)(0.62W)은 과냉각 현상에 따른 무동결 상태를 유지하고, 그 때의 무동결 온도는 -5.5 ~ -5.8℃로 유지된다.
제 5 에너지선(Ⅴ)(0.36W)은 과냉각 상태에 이르지 못하고, 동결 즉 상전이 된다.
도 8은 도 7의 제 1 내지 제 5 에너지선 간의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이 물이 냉각되는 상태에서 물에 인가되는 에너지량과 물의 무동결 온도가 비례 관계임을 확인할 수 있다. 물에 인가되는 에너지량이 클수록 무동결 온도가 상승되고, 물에 인가되는 에너지량이 적을수록 무동결 온도가 하강하고 있다. 다만 이러한 에너지량을 결정할 때, 너무 작은 에너지량의 경우에는 물분자의 운동이 활발하지 않아 과냉각 상태를 형성할 수 없어 제 5 에너지선과 같이 물이 동결되게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 공기조화기의 물의 양에 따른 무동결 상태 유지를 위한 전압과 주파수의 관계를 도시한 그래프이다.
도 5의 실험 구조와 조건에서 물의 양이 0.1ℓ, 2ℓ, 5ℓ, 10ℓ로 증가할 때, 각각의 경우에 대응되는 적정 전압과 적정 주파수가 설정되어야 무동결 상태가 유지되는데, 주파수의 설정 영역은 주파수 대역이 0.5～ 500kHz이고, 전압의 설정 크기는 0.5～10KV이면, 수량이 가변되더라도 물의 무동결이 유지되는데, 통상적으로 실외측 열교환기(4)는 그 크기가 크더라도 대략 0.1ℓ 미만의 응축수가 발생되고, 최적의 주파수 대역은 0.5～ 40kHz이고, 최적의 전압 크기는 0.5～1KV로 설정되는 것이 가장 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 10은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 1 실시예의 순서도이다.
먼저, 제어부(30)는 공기조화기의 냉방 운전시, 압축기(2)를 구동함과 아울러 냉/난방 절환밸브(10)를 냉방 모드로 제어하고, 실내 송풍기(9)의 모터(9B)와 실외 송풍기(5)의 모터(5b)를 구동시킨다.
상기와 같은 냉방 운전시 냉매는 압축기(2)와 실외측 열교환기(4)와 팽창기 구(6)와 실내측 열교환기(8)와 압축기(2) 순서로 통과하면서 실내측 열교환기(8)가 실내 공기의 열을 빼앗고, 실외측 열교환기(4)는 실내 공기로 부터 빼앗은 열을 실외로 방출한다.
반면에, 제어부(30)는 공기조화기의 난방 운전시, 압축기(2)를 구동함과 아울러 냉/난방 절환밸브(10)를 난방 모드로 제어하고, 실내 송풍기(9)의 모터(9B)와 실외 송풍기(5)의 모터(5b)를 구동시킨다.
상기와 같은 난방 운전시, 냉매는 압축기(2)와 실내측 열교환기(8)와 팽창기구(6)와 실내측 열교환기(4)와 압축기(2) 순서로 통과하면서 실외측 열교환기(4)가 실외 공기의 열을 빼앗고, 실내측 열교환기(8)가 실외 공기로부터 빼앗은 열을 실내로 방출한다.
상기와 같은 난방 운전시, 실외측 열교환기(4)의 표면에는 물이 응축되는 응축수 즉 물이 발생되고, 제어부(30)는 공기조화기가 난방 운전 중이고, 압축기(2)가 설정시간(예를 들면 10분) 연속 운전되며, 실외측 열교환기(4)가 무동결 조건이면, 무동결 장치(20)를 동작시킨다.(S1)(S2)(S3)(S4)
여기서, 실외측 열교환기(4)의 무동결 조건은 부하 감지부(40)에서 감지된 온도가 설정 온도에 이르는 조건으로서 예를 들어, 실외 온도 센서(48)에서 감지된 실외 온도나 실외 열교환기 온도 센서(42)에서 감지된 실외측 열교환기의 온도가 물의 상전이 온도 이하인 조건인 것도 가능하고, 입구부 온도 센서(44)에서 감지된 입구부 온도와 출구부 온도 센서(46)에서 감지된 출구부 온도의 차가 기설정치 미만인 조건인 것도 가능하며, 이하 설명의 편의를 위해 실외측 열교환기(4)의 무 동결 조건을 실외측 열교환기(4) 표면의 온도가 설정 온도(예를 들면, 0℃) 미만인 경우로 한정하여 설명한다.
즉, 제어부(30)는 공기조화기가 난방 운전 중이고, 압축기(2)가 설정시간 연속 운전되며, 부하 감지부(40)에서 감지된 온도가 설정 온도 미만이면, 무동결 장치(20)를 작동시키고, 공기조화기가 난방 운전 중이 아니거나 압축기(2)가 설정시간 연속 운전되지 않거나 부하 감지부(40)에서 감지된 온도가 설정 온도 이상이면, 무동결 장치(20)를 작동시키지 않는다.
제어부(30)는 무동결장치(20)의 작동시 전압 발생부(28)가 설정 주파수 대역의 설정 크기 전압을 전기장 생성부(22)인 복수개의 전극(24)(26)으로 인가하도록 전압 발생부(28)를 제어하고, 전기장 생성부(22)인 복수개의 전극(24)(26) 사이에는 전기장이 생성된다.
상기와 같이 생성된 전기장은 실외측 열교환기(4) 표면에 생성된 물의 분자를 지속적으로 진동,회전,병진시키고, 실외측 열교환기(4) 표면의 물은 그 상전이 온도에 도달되기 전부터 과냉각 상태가 되고, 실외측 열교환기(4) 표면의 물은 전기장에 의해 동결되지 않게 된다.
즉, 공기조화기는 난방 운전의 도중에 실외측 열교환기(4) 표면의 물이 동결되지 않은 상태에서 실내를 계속하여 난방시키므로, 종래와 같은 제상 운전을 난방 운전의 도중에 실시할 필요가 없게 된다.
또한, 제어부(30)는 상기와 같은 무동결장치(20)의 작동시 급격한 온도 변화를 방지하여 무동결 작용이 안정적으로 실행되도록 공기조화기의 운전 용량 즉, 압 축기(2) 및 팽창기구(6)의 용량을 무동결장치(20)의 미작동시보다 낮추도록 제어한다.
아울러, 제어부(30)는 상기와 같은 무동결장치(20)의 작동이 개시된 이후에 설정 시간(예를 들면, 3분)이 경과되면, 소비전력을 감소시키기 위해 전기장 생성부(22)인 복수개의 전극(24)(26)으로 인가되는 전압의 주파수가 감소되게 전압 발생부(28)를 제어한다.
여기서, 설정시간은 물의 무동결 상태가 안정화되는 시간으로서, 실험등을 통해 결정되어 설정된다.
물의 무동결상태가 안정화되면, 물분자 내부의 운동이 일정하게 되므로, 전압의 주파수를 감소시키더라도 그 운동에 거의 영향을 미치지 않게 되고, 물의 무동결 상태는 지속적으로 유지된다.
한편, 제어부(30)는 상기와 같은 무동결 장치(20)의 동작 도중에, 공기조화기의 난방 운전이 정지되거나 실외측 열교환기(4)가 무동결 해제 조건이면, 무동결 장치(20)의 동작을 정지시킨다.(S5)(S6)(S7)
여기서, 실외측 열교환기(4)의 무동결 해제 조건은, 부하 감지부(40)에서 감지된 온도가 설정 온도를 벗어나는 조건으로서 예를 들어, 실외 온도 센서(48)에서 감지된 실외 온도나 실외 열교환기 온도 센서(42)에서 감지된 실외측 열교환기의 온도가 물의 상전이 온도 이상인 조건인 것도 가능하고, 입구부 온도 센서(44)에서 감지된 입구부 온도와 출구부 온도 센서(46)에서 감지된 출구부 온도의 차가 기설정치 이상인 조건인 것도 가능하며, 이하 설명의 편의를 위해 실외측 열교환 기(4)의 무동결 조건을 실외측 열교환기(4) 표면의 온도가 설정 온도(예를 들면, 0℃) 이상인 경우로 한정하여 설명한다.
즉, 제어부(30)는 공기조화기가 난방 운전이 정지되거나 부하 감지부(40)에서 감지된 온도가 설정 온도 이상이면, 무동결 장치(20)의 작동을 정지시키고, 전기장 생성부(22)인 복수개의 전극(24)(26)으로 인가되던 전압은 차단되며, 실외측 열교환기(4)에는 전기장이 더 이상 형성되지 않게 된다.
도 11은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 2 실시예의 순서도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기의 제어 방법은, 무동결 장치(20)의 작동을 결정하기 위한 조건에 이전의 무동결 운전 이후에 경과된 시간을 포함하고, 기타의 구성은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 1 실시예와 동일하거나 유사하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제어부(30)는 공기조화기가 난방 운전 중이고, 압축기(2)가 설정시간 연속 운전되며, 부하 감지부(40)에서 감지된 온도가 설정 온도 미만이며, 이전의 무동결 운전 이후에 소정시간이 경과되었으면, 무동결장치(20)를 작동시킨다.(S1)(S2)(S3)(S3′)(S4)
즉, 공기조화기의 난방 운전 여부와, 압축기(2)의 연속 운전 시간과, 부하 감지부(40)에서 감지된 온도 이외에 무동결 장치(20)가 이전에 작동되었다가 정지된 이후에 경과된 시간을 함께 고려하여, 무동결 장치(20)의 작동 여부를 판단하여 불필요한 무동결 운전을 최소화하기 위함이다.
그리고, 무동결장치(20)의 정지(S5)(S6)(S7)는 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 1 실시예와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 12는 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 3 실시예의 순서도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기의 제어 방법은, 실외측 열교환기(4)의 무동결 조건이 전류 감지부에서 감지된 전류가 설정치에 이르는 조건으로서, 실외측 열교환기(4)의 무동결 조건 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 1 실시예와 동일하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
즉, 제어부(30)는 공기조화기가 난방 운전 중이고, 압축기(2)가 설정시간 연속 운전되며, 전류 감지부에서 감지된 전류가 설정치 이상이면, 무동결장치(20)를 작동시킨다.(S1)(S2)(S3″)(S4)
그리고, 제어부(30)는 상기와 같은 무동결 장치(20)의 작동 도중에, 공기조화기의 난방 운전이 정지되거나 실외측 열교환기(4)가 무동결 해제 조건이면, 무동결 장치(20)의 동작을 정지시킨다.(S5)(S6′)(S7)
여기서, 실외측 열교환기(4)의 무동결 해제 조건은, 전류 감지부에서 감지된 전류가 설정치 미만인 조건이다.
즉, 제어부(30)는 공기조화기가 난방 운전이 정지되거나 전류 감지부에서 감지된 전류가 설정치 미만이면, 무동결 장치(20)의 작동을 정지시키고, 전기장 생성부(22)인 복수개의 전극(24)(26)으로 인가되던 전압은 차단되며, 실외측 열교환기(4)에는 전기장이 더 이상 형성되지 않게 된다.
도 13은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 4 실시예의 순서도이다.
본 실시예에 따른 공기조화기의 제어 방법은, 무동결 장치(20)의 작동을 결정하기 위한 조건에 이전의 무동결 운전 이후에 경과된 시간을 포함하고, 실외측 열교환기(4)의 무동결 조건이 전류 감지부에서 감지된 전류가 설정치에 이르는 조건이며, 기타 구성 및 작용이 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법 제 1 실시예와 동일하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
즉, 제어부(30)는 공기조화기가 난방 운전 중이고, 압축기(2)가 설정시간 연속 운전되며, 전류 감지부에서 감지된 전류가 설정치 이상이고, 이전의 무동결 운전 이후에 소정시간이 경과되었으면, 무동결장치(20)를 작동시킨다.(S1)(S2)(S3″)(S3′)(S4)
그리고, 제어부(30)는 상기와 같은 무동결 장치(20)의 작동 도중에, 공기조화기의 난방 운전이 정지되거나 실외측 열교환기(4)가 무동결 해제 조건이면, 무동결 장치(20)의 동작을 정지시킨다.(S5)(S6′)(S7)
여기서, 실외측 열교환기(4)의 무동결 해제 조건은, 전류 감지부에서 감지된 전류가 설정치 미만인 조건이다.
즉, 제어부(30)는 공기조화기가 난방 운전이 정지되거나 전류 감지부에서 감지된 전류가 설정치 미만이면, 무동결 장치(20)의 작동을 정지시키고, 전기장 생성부(22)인 복수개의 전극(24)(26)으로 인가되던 전압은 차단되며, 실외측 열교환기(4)에는 전기장이 더 이상 형성되지 않게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기조화기는, 공기조화기의 운전 조건에 따라 열교환기 표면의 물이 고체상으로 되는 것을 막는 무동결장치를 작동/정지시켜 열교환기 표면의 물 결빙을 효율적으로 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 공기조화기는 무동결장치가 열교환기로 전기장을 형성시키는 적어도 하나의 전극과, 적어도 하나의 전극으로 전압을 인가하는 전압 발생부를 포함하여 무동결장치가 기계식 진동기로 이루어지는 경우에 비해 내구성 및 신뢰성이 높은 이점이 있다.
본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법은, 열교환기 표면에 물이 생성/결빙되는 조건과 공기조화기의 운전 온도를 함께 고려하여 무동결장치를 작동/정지시키므로 간단한 구성으로 열교환기 표면의 결빙을 효율적으로 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법은, 열교환기 표면에 물이 생성/결빙되는 조건과 무동결장치를 통해 흐르는 전류를 함께 고려하여 무동결장치를 작동/정지시키므로 열교환기 표면의 물 결빙을 최적으로 예상함과 아울러 결빙을 방지할 수 있고, 정확성 및 신뢰성이 높은 이점이 있다.

Claims (15)

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  4. 공기조화기가 난방 운전이고, 압축기가 설정시간 연속 운전되며, 열교환기가 무동결 조건이면,
    상기 열교환기 표면의 물이 고체상으로 되는 것을 방해하는 에너지를 공급하도록 설치된 무동결장치를 작동시키는 공기조화기의 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 공기조화기가 난방 운전이 아니거나, 상기 압축기가 설정시간 연속 운전되지 않거나, 상기 열교환기가 무동결 조건이 아니면, 상기 무동결장치를 작동시키지 않는 공기조화기의 제어 방법.
  6. 공기조화기가 난방 운전이고, 압축기가 설정시간 연속 운전되며, 열교환기가 무동결 조건이고, 이전의 무동결 운전 이후에 소정시간이 경과되었으면, 상기 열교환기 표면의 물이 고체상으로 되는 것을 방해하는 에너지를 공급하도록 설치된 무동결장치를 작동시키는 공기조화기의 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 공기조화기가 난방 운전이 아니거나, 상기 압축기가 설정시간 연속 운전되지 않거나, 상기 열교환기가 무동결 조건이 아니거나, 이전의 무동결 운전 이후에 소정시간이 경과되지 않았으면, 상기 무동결장치를 작동시키지 않는 공기조화기의 제어 방법.
  8. 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 무동결 조건은 열교환기에 연결된 배관과 실외와 상기 열교환기 중 하나의 온도가 설정 온도 미만인 조건인 공기조화기의 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 설정 온도는 0℃인 공기조화기의 제어 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 무동결장치의 작동 도중에 상기 열교환기가 무동결해제조건이면, 상기 무동결장치의 작동을 정지시키는 공기조화기의 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 무동결해제조건은 무동결장치의 작동 중에 공기조화기가 난방 운전이 정지되거나, 상기 온도가 설정 온도 이상인 조건인 공기조화기의 제어 방법.
  12. 청구항 4 항 내지 청구항 7 항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 무동결 장치가 상기 열교환기로 전기장을 생성하도록 설치된 복수개의 전극와, 상기 복수개의 전극으로 소정 주파수 및 크기의 전압을 인가하는 전압 발생부를 포함할 경우,
    상기 무동결 조건은 상기 복수개의 전극으로 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지부에서 감지된 전류가 설정치 이상인 조건인 공기조화기의 제어 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 무동결장치의 작동 도중에 상기 열교환기가 무동결해제조건이면, 상기 무동결장치의 작동을 정지시키는 공기조화기의 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 무동결해제조건은 무동결장치의 작동 중에 공기조화기가 난방 운전이 정지되거나, 상기 전류가 설정치 미만인 조건인 공기조화기의 제어 방법.
  15. 청구항 4 항 내지 7 항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 설정시간은 10분인 공기조화기의 제어방법.
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