KR101253568B1

KR101253568B1 - 공기조화기 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101253568B1
Application number: KR1020050134267A
Authority: KR
Inventors: 김정오
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2013-04-11
Also published as: CN1991264B; CN1991264A; KR20070071091A

Abstract

실외 온도가 낮은 저온 환경에서 냉방 운전하기 위한 공기 조화기 및 그 제어방법을 개시한다.

본 발명은 능력 가변할 수 있는 능력 가변 압축기; 냉방 운전 시 증발기로 작용하는 실내 열교환기; 실외 온도를 감지하기 위한 실외 온도센서; 및 냉방 운전에서 상기 감지한 실외 온도가 미리 설정한 설정 영역에 있는 경우 상기 압축기의 하한 능력을 제한하고, 상기 제한한 하한 능력이상으로 부하에 따라 상기 압축기의 능력을 가변 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 실외 온도가 낮은 환경에서 실질적인 냉방 운전을 수행하고 실내 열교환기의 동결 방지를 도모할 수 있어서 기기의 냉동 사이클에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한 본 발명은 저온 냉방 운전 시 실내 팬의 속도 제어를 통하여 액 냉매의 유입으로 인한 압축기의 손상을 방지할 수 있다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{Air-Conditioning Apparatus And Thereof Method}

도 1은 기존의 실내 열교환기의 동결 방지를 위한 압축기 및 실내 팬의 동작을 나타낸 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따른 공기조화기의 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 실외 온도와 실내 열교환기 온도를 고려한 압축기 및 실내 팬의 동작을 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명에서 실외 온도에 따라 설정하는 영역을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 실외온도의 영역에 대응하는 압축기와 실내 팬 및 실외 팬의 동작을 나타낸 표이다.

도 6은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어방법을 나타낸 순서도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10 : 실외 온도센서 20 : 실내열교환기 온도센서

40 : 제어부 50 : 압축기 구동부

60 : 실내팬 구동부 70 : 실외팬 구동부

본 발명은 실외 온도가 낮은 환경에서 냉방 운전을 수행하기 위한 것으로 더욱 상세하게는 실외 온도와 실내 열교환기의 온도를 고려하여 압축기의 능력을 제한하고 실내 팬의 회전 속도를 제어함으로써 저온 냉방 운전을 원할하게 수행하기 위한 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 능력을 가변할 수 있는 압축기를 이용하여 부하에 따라 냉방 능력을 제어한다.

공기조화기를 운전하기 위한 기존의 제어방법에 따르면 실외 온도가 소정 온도(약 18℃)이상에서 냉방 운전을 수행할 때 양호한 냉방 능력을 발휘할 수 있다.

한편, 실외 온도가 소정 온도보다 낮은 환경에서 냉방 운전을 지속적으로 수행하는 경우, 압축기에 액 냉매가 유입되어 압축기 손상을 초래하고 실내 열교환기의 동결이 발생할 수 있으므로, 이에 대비하기 위한 운전을 수행한다. 이를 도 1에 따라 설명한다.

도 1은 인버터 압축기를 채용한 공기조화기를 냉방 운전하는 경우에 실내 열교환기의 온도에 따라 압축기 및 실내 팬을 제어하는 동작을 나타낸 그래프이다.

도시한 바와 같이, 실내 열교환기의 온도가 소정 온도(B)보다 높은 경우 압축기를 정상 운전하며, 이때 압축기는 부하에 상응하는 운전 능력(P1)으로 설정하고 실내 팬은 사용자가 설정한 속도(UL)로 운전한다. 한편, 실내 열교환기의 온도가 소정 온도(B)이하로 떨어지면 압축기를 최저 주파수(Pmin)로 운전하고 실내 팬 은 사용자의 설정 속도를 유지한다. 이후 실내 열교환기의 온도가 소정 온도(C)로 떨어지면 실내 열교환기의 동결을 방지하기 위하여 압축기를 오프(Poff)하고 실내 팬은 최저 속도(Lmin)로 설정한다. 이후 실내 열교환기의 온도가 복귀 온도(A)로 상승하면 압축기를 온하고 부하에 상응하는 운전 능력(P1)으로 설정하며 실내 팬은 사용자에 의해 설정된 속도(UL)로 설정하여 운전한다.

그런데, 실외 온도가 낮은 경우 압축기가 오프되어 냉방 운전이 되지 않거나 압축기가 빈번하게 온,오프되는 단속 운전이 발생된다. 압축기가 빈번하게 온,오프하면 실질적인 냉방 운전이 되지 않을 뿐 아니라 압축기의 오일이 원활하게 순환하지 않아 압축기 수명을 단축할 수 있다.

이와 같이 기존의 공기조화기에서는 저온 냉방 운전 시 압축기의 운전 주파수를 최소 주파수로 제한하여 실내 열교환기의 동결 방지에 약간의 도움을 줄 수 있으나, 실질적인 냉방 운전을 원하는 사용자의 요구를 만족할 수 없어서 공기조화기의 냉동 사이클에 대한 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 실외 온도가 낮은 환경에서 실질적인 냉방 운전을 수행함으로써 기기의 냉동 사이클에 대한 신뢰성을 확보할 수 있도록 한 공기조화기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 저온 냉방 운전 시 실내 팬의 속도 제어를 통하여 정상적인 압축비를 형성시켜 압축기의 손상을 방지할 수 있도록 한 공기조화기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공기조화기에 있어서, 능력 가변할 수 있는 능력 가변 압축기; 냉방 운전 시 증발기로 작용하는 실내 열교환기; 실외 온도를 감지하기 위한 실외 온도센서; 및 냉방 운전에서 상기 감지한 실외 온도가 미리 설정한 설정 영역에 있는 경우 상기 압축기의 하한 능력을 제한하고, 상기 제한한 하한 능력이상으로 부하에 따라 상기 압축기의 능력을 가변 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부에 의해 제한된 상기 압축기의 하한 능력은 상기 실내 열교환기에서 동결이 발생되지 않은 범위를 만족한다.

상기 부하에 따라 운전 주파수를 가변하여 능력을 제어하는 인버터 압축기를 사용하는 경우, 상기 제한된 압축기의 하한 능력은 상기 인버터 압축기의 최저 운전 주파수보다 높은 주파수를 사용하여 운전할 때 형성된다.

상기 실내 열교환기의 열교환을 위하여 송풍하는 실내 팬을 더 구비하고, 상기 냉방 운전하는 동안 정상적인 압축비를 형성하기 위하여 상기 제어부는 상기 실외 온도에 따라 상기 실내 팬의 속도를 가변 제어한다.

상기 정상적인 압축비는 2~8이다.

상기 설정 영역이 적어도 2개의 영역을 포함하는 경우 상기 제어부는 2개의 영역 중 실외 온도의 범위가 상대적으로 낮은 영역에서 상기 실내 팬의 속도를 높게 설정한다.

상기 실내 열교환기의 온도를 감지하기 위한 실내열교환기 온도센서를 더 구비하고, 상기 감지한 실내 열교환기의 온도가 제1설정 온도이면 상기 제어부는 상기 압축기의 능력을 상기 제한된 하한 능력으로 고정하여 운전한다.

상기 감지한 실내열교환기 온도가 상기 제1설정 온도보다 낮은 제2설정 온도이면 상기 제어부는 상기 압축기를 오프한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압축기의 능력을 가변하여 냉방 운전하기 위한 공기조화기의 제어방법에 있어서, 실외 온도를 감지하고; 감지한 실외 온도가 미리 설정한 영역에 있는지를 판단하며; 상기 감지한 실외 온도가 상기 설정 영역에 있는 경우, 상기 압축기의 하한 능력을 제한하고; 및 상기 제한한 압축기의 하한 능력이상으로 부하에 따라 상기 압축기의 능력을 가변하여 냉방 운전하는 것을 특징으로 한다.

상기 압축기의 능력 제한은 실내 열교환기에서 동결이 발생하지 않는 범위를 만족하도록 상기 압축기의 능력을 설정한다.

상기 냉방 운전하는 동안 실내 열교환기의 온도를 감지하고, 상기 감지한 실내 열교환기의 온도가 제1설정 온도이면 상기 압축기의 능력을 상기 제한한 압축기의 하한 능력으로 고정하여 운전한다.

상기 감지한 실내열교환기의 온도가 제1설정 온도보다 낮은 제2설정온도이면 상기 압축기를 오프한다.

상기 냉방 운전하는 동안 상기 압축기가 정상적인 압축비를 형성하도록 감지한 실외 온도가 낮을 수록 상기 실내 팬의 속도를 높게 설정한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 따라 설명한다.

본 발명에 따른 공기조화기는, 도 2에 도시한 바와 같이, 냉방 운전을 위한 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부(40)를 포함한다.

실외 온도센서(10)는 도시하지 않은 실외기의 적소에 위치하여 실외 온도를 감지하고, 감지한 실외온도를 제어부(40)에 제공한다.

실내열교환기 온도센서(20)는 도시하지 않은 실내기의 내부에 마련되고 냉방 운전 시 증발기로 작용하는 실내 열교환기에 위치하여 실내 열교환기의 온도를 감지하고, 감지한 실내열교환기 온도를 제어부(40)에 제공한다.

제어부(40)는 입력부(30)를 통해 운전 모드와 희망 온도 등의 사용자의 설정 명령을 입력받으며, 사용자의 설정 명령에 응답하여 압축기(55), 실내팬(65), 실외팬(75)을 구동하기 위한 압축기 구동부(50), 실내 팬 구동부(60), 및 실외 팬 구동부(70)를 각각 제어한다.

미 설명 부호 80은 공기조화기의 운전에 필요한 정보와 압축기의 능력, 실내 팬의 속도 및 실외 팬의 속도를 제어하기 위한 정보를 저장하는 저장부이다.

실외 온도가 낮은 저온 환경에서 냉방 운전하는 경우, 제어부(40)는 압축기의 하한 능력을 제한한다. 여기서 제한된 하한 능력은 실내 열교환기의 동결이 발생되지 않은 능력 범위에서 설정한다. 제한된 압축기의 하한 능력은 일정하게 고정하는 것은 아니며, 공기조화기에 적용하는 압축기의 용량과 압축 방식에 의한 압축기의 종류에 따라 차이가 있을 수 있고, 실외 온도에 따라 다를 수 있다. 제한된 하한 능력에 대한 정보를 저장부(80)에 저장하고, 운전 제어 시 저장된 정보를 읽 어서 적용한다. 예를 들어 인버터 압축기를 적용하는 경우, 제한된 하한 능력은 압축기의 최소 운전 주파수(Poff) 보다 높은 주파수를 적용하는 것이 보편적이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(40)는 실외 온도가 떨어지면 압축기의 능력이 지나치게 저하되지 않도록 제한한 압축기의 하한 능력 이상으로 부하에 따라 능력 가변 운전을 한다. 또한 저온 냉방 운전 시 압축기에서 정상적인 압축비를 형성할 수 있도록 제어부(40)는 실내 팬의 속도를 제어한다. 여기서 정상적인 압축비는 2~8이다. 실외 온도가 낮을 수록 실내 열교환기의 열교환 효율을 증대시켜 주어야 정상 압축비를 형성할 수 있으므로, 제어부(40)는 실내 팬의 속도를 제2영역(Z2) 보다 제3영역(Z3)에서 더 높게 설정한다.

본 발명에 따르면 실외 온도를 복수 영역으로 구분하는데, 도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 기준온도선(To1-To3, To2-To4; To3>To1>To4>To2)에 기초하여 제1 영역(Z1)과 제2 영역(Z2) 및 제3 영역(Z3)으로 구분한다. 여기서 제1 영역(Z1)은 정상 냉방 운전을 수행하는 경우에 해당하며, 제2 영역(Z2) 및 제3영역(Z3)은 저온 냉방 운전 및 실내 열교환기의 동결 방지 운전을 수행하는 경우에 해당하며, 이러한 정보는 저장부(80)에 미리 저장해 둔다.

제1 내지 제3 영역(Z1~Z3)에 대응하여 압축기(55), 실내 팬(65) 및 실외 팬(75)에 대한 제어 내용은 다르다.

도 5를 참고하여, 실외 온도가 제1영역(Z1)에 있는 경우, 부하에 따라 압축기 능력을 가변하여 정상 운전하며 실내 팬의 속도는 사용자에 의해 설정된 속도에 의해 설정된다. 여기서 실내 팬의 속도는 입력부(30)를 통하여 사용자에 의해 설정 된 풍량(강풍, 중풍, 약풍)에 대응한다. 또한 실시 예에서는 실외 온도와 압축기의 능력(또는 운전 주파수)에 의해 정해지는 함수를 이용하여 계산한 속도에 따라 실외 팬의 속도를 적응적으로 제어한다.

다음으로, 실외 온도가 제2영역(Z2)에 있는 경우, 제한한 압축기의 하한 능력이상으로 부하에 따라 능력 가변 운전하며, 아울러 실내 팬의 속도는 제1설정 속도로 설정한다. 여기서 제1설정속도는 최고 속도레벨(L3), 중간 속도 레벨(L2), 최저 속도레벨(L1) 중에서 중간 속도레벨(L2)로 설정하며, 이에 대한 정보는 저장부(80)에 미리 저장한다. 실외 팬의 속도는 제1영역(Z1)과 같이 제어한다.

다음으로, 실외 온도가 제3영역(Z3)에 있는 경우, 제한한 압축기의 하한 능력이상으로 부하에 따라 능력 가변 운전하며, 아울러 실내 팬의 속도는 제1설정 속도보다 큰 제2설정 속도로 설정한다. 여기서 제2설정속도는 최고 속도레벨(L3)로 설정한다. 실외 팬의 속도는 제1영역(Z1)과 같이 제어한다.

저온 냉방 운전 시 실내 열교환기의 온도가 더 떨어지면 제어부(40)는 실내 열교환기의 동결 방지를 위해 압축기를 오프한다.

이하에서는 본 발명에 따른 공기조화기의 동작을 도 3 및 도 5를 중심으로 하여 상세히 설명한다.

공기조화기에 전원이 공급되면 초기화 운전을 수행한다. 초기화 운전을 마치면 제어부(40)는 입력부(30)를 통해 입력된 사용자 명령에 따라 설정된 운전 모드가 냉방 운전인지를 판단한다(101).

냉방 운전으로 설정된 경우, 제어부(40)는 실외 온도센서(10)를 통하여 실외 온도를 감지하고(103), 감지한 실외 온도가 미리 설정된 제1영역(Z1)에 있는지 판단하고(105), 그 판단 결과 제1영역(Z1)에 있으면, 부하에 따라 압축기의 능력을 가변(P1, P2)하면서 정상 냉방 운전한다(107). 이때, 실내 팬의 속도는 사용자의 설정 속도(UL)로 설정한다(109). 사용자 설정 속도(UL)는 최고 속도레벨(L3), 중간 속도 레벨(L2), 최저 속도레벨(L1) 중 어느 하나로 설정하며, 실시 예에서는 사용자 설정 속도를 최저 속도레벨(L1)로 설정한 경우이다.

동작 105의 판단 결과 감지한 실외 온도가 미리 설정된 제1영역(Z1)에 있지 않으면 제2영역(Z2)에 있는지 판단하고(111), 그 판단 결과 제2영역(Z2)에 있으면, 제한된 압축기의 하한 능력이상으로 부하에 따라 압축기의 능력을 가변(P2, P3)하면서 운전한다(113). 이때, 실내 팬의 속도는 사용자의 설정 속도(UL)보다 한 단계(1LP) 높은 중간 속도 레벨(L2)로 설정한다(115).

동작 111의 판단 결과 감지한 실외 온도가 미리 설정된 제2영역(Z2)에 있지 않으면 제3영역(Z3)에 있는지 판단하고(117), 그 판단 결과 제3영역(Z3)에 있으면, 제한된 압축기의 하한 능력이상으로 부하에 따라 압축기의 능력을 가변(P4, P5)하면서 운전한다(119). 이때, 실내 팬의 속도는 사용자의 설정 속도(UL)보다 두 단계(2LP) 높은 최고 속도 레벨(L3)로 설정한다(121).

동작 117의 판단 결과 감지한 실외 온도가 미리 설정된 제3영역(Z3)에 있지 않으면 동작 103으로 돌아간다.

동작 109, 115, 121를 수행한 경우에는 각각 실외 팬의 속도를 적응적으로 제어한다(122).

냉방 운전하는 동안, 제어부(40)는 실내 열교환기 온도센서(20)를 통하여 실내 열교환기 온도(Te)를 감지한다(133).

제어부(40)는 감지한 실내 열교환기의 온도(Te)가 제1설정온도(B)보다 높은 지를 판단하고(135), 그 판단 결과 실내 열교환기의 온도(Te)가 제1설정온도(B)보다 높은 경우 제어부(40)는 부하에 따라 압축기의 능력을 가변(P1, P2)하면서 정상 냉방 운전한다(137).

동작 135의 판단 결과 감지한 실내 열교환기의 온도(Te)가 제1설정온도(B)보다 높지 않은 경우, 제어부(40)는 감지한 실내 열교환기의 온도(Te)가 제1설정온도(B)이하이고 상기 제1설정온도(B)보다 낮은 제2설정온도(C)보다 큰지를 판단한다(141). 그 판단 결과 실내 열교환기의 온도(Te)가 제1설정온도(B)이하이고 제2설정온도(C)보다 큰 경우 압축기를 제한된 하한 능력(Px)으로 고정하여 운전한다(143). 여기서 압축기의 하한 능력(Px)은 압축기의 최소 주파수(Poff) 보다 높은 운전 주파수로 운전할 때 발생한다.

동작 141의 판단 결과 감지한 실내 열교환기의 온도(Te)가 제1설정온도(B)이하이고 제2설정온도(C)보다 크지 않은 경우, 제어부(40)는 감지한 실내 열교환기의 온도(Te)가 제2설정온도(C)이하인지를 판단한다(145). 그 판단 결과 실내 열교환기의 온도(Te)가 제2설정온도(C)이하인 경우 실내 열교환기의 동결 방지를 위해 압축기를 오프한다(147). 압축기를 오프한 경우 제어부(40)는 실내 열교환기의 온도(Te)가 상기 제1설정 온도(B)보다 높은 복귀 온도(A)이상인지 판단한다(149). 그 판단 결과 실내 열교환기의 온도(Te)가 복귀 온도(A)이상이 아니면 계속해서 압축 기의 오프 상태를 유지한다.

동작 137 및 동작 143을 수행하였거나 동작 147의 판단 결과 실내 열교환기의 온도(Te)가 복귀 온도(A)이상인 경우, 제어부(40)는 운전 정지인지를 판단한다(150). 그 판단 결과 운전 정지에 해당하지 않으면 동작 103으로 돌아간다.

동작 139의 판단 결과 운전 정지에 해당하면 제어부(40)는 압축기, 실내 팬 및 실외 팬을 오프한다(151).

이상과 같이 본 발명은 실외 온도가 낮은 환경에서도 실질적인 냉방 운전을 효율적으로 수행할 수 있도록 하면서 실내 열교환기의 동결 방지를 도모할 수 있어서 기기의 냉동 사이클에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한 본 발명은 실외 온도가 낮은 환경에서 냉방 운전하는 경우 실내 팬의 속도 제어를 통하여 액 냉매의 유입으로 인한 압축기의 손상을 방지할 수 있다.

Claims

공기조화기에 있어서,

능력 가변할 수 있는 능력 가변 압축기;

냉방 운전 시 증발기로 작용하는 실내 열교환기;

실외 온도를 감지하기 위한 실외 온도센서; 및

냉방 운전에서 상기 감지한 실외 온도가 미리 설정한 설정 영역에 있는 경우 상기 압축기의 하한 능력을 제한하고, 상기 제한한 하한 능력이상으로 부하에 따라 상기 압축기의 능력을 가변 제어하는 제어부를 포함하고,

상기 제한된 압축기의 하한 능력은 상기 인버터 압축기의 최저 운전 주파수보다 높은 주파수를 사용하여 운전할 때 형성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제1항에 있어서, 상기 제어부에 의해 제한된 상기 압축기의 하한 능력은 상기 실내 열교환기에서 동결이 발생되지 않은 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
삭제
제1항에 있어서, 상기 실내 열교환기의 열교환을 위하여 송풍하는 실내 팬을 더 구비하고, 상기 냉방 운전하는 동안 정상적인 압축비를 형성하기 위하여 상기 제어부는 상기 실외 온도에 따라 상기 실내 팬의 속도를 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제4항에 있어서, 상기 정상적인 압축비는 2~8인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제4항에 있어서, 상기 설정 영역이 적어도 2개의 영역을 포함하는 경우 상기 제어부는 2개의 영역 중 실외 온도의 범위가 상대적으로 낮은 영역에서 상기 실내 팬의 속도를 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제1항에 있어서, 상기 실내 열교환기의 온도를 감지하기 위한 실내열교환기 온도센서를 더 구비하고, 상기 감지한 실내 열교환기의 온도가 제1설정 온도이면 상기 제어부는 상기 압축기의 능력을 상기 제한된 하한 능력으로 고정하여 운전하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제7항에 있어서, 상기 감지한 실내열교환기 온도가 상기 제1설정 온도보다 낮은 제2설정 온도이면 상기 제어부는 상기 압축기를 오프하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
압축기의 능력을 가변하여 냉방 운전하기 위한 공기조화기의 제어방법에 있어서,

실외 온도를 감지하고;

감지한 실외 온도가 미리 설정한 영역에 있는지를 판단하며;

상기 감지한 실외 온도가 상기 설정 영역에 있는 경우, 상기 압축기의 하한 능력을 제한하고;

상기 제한한 압축기의 하한 능력이상으로 부하에 따라 상기 압축기의 능력을 가변하여 냉방 운전하고,

상기 제한된 압축기의 하한 능력은 상기 인버터 압축기의 최저 운전 주파수보다 높은 주파수를 사용하여 운전할 때 형성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제9항에 있어서, 상기 압축기의 능력 제한은 실내 열교환기에서 동결이 발생하지 않는 범위를 만족하도록 상기 압축기의 능력을 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제9항에 있어서, 상기 냉방 운전하는 동안 실내 열교환기의 온도를 감지하고, 상기 감지한 실내 열교환기의 온도가 제1설정 온도이면 상기 압축기의 능력을 상기 제한한 압축기의 하한 능력으로 고정하여 운전하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 감지한 실내열교환기의 온도가 제1설정 온도보다 낮 은 제2설정온도이면 상기 압축기를 오프하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제9항에 있어서, 상기 냉방 운전하는 동안 상기 압축기가 정상적인 압축비를 형성하도록 감지한 실외 온도가 낮을 수록 상기 실내 팬의 속도를 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.