KR20000032662A

KR20000032662A - 공기조화기의 운전방법

Info

Publication number: KR20000032662A
Application number: KR1019980049203A
Authority: KR
Inventors: 염관호
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-11-17
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 2000-06-15
Also published as: KR100307247B1

Abstract

개시된 내용은 전자팽창변과 인버터 압축기를 사용하는 에어컨디셔너, 냉장고와 같은 공기조화기에서 부하상태에 따라 압축기의 초기 운전 시에 전자팽창변의 초기 개도를 다르게 조절하도록 한 공기조화기의 운전방법에 관한 것이다.

개시된 공기조화기의 운전방법은, 공기조화기의 초기 운전 시 실내 온도와 설정 온도를 기초로하여 압축기의 초기 기동 회전수와 전자팽창변의 정상 개도를 산출하는 단계와, 압축기의 토출 온도와 실외 온도의 온도차에 따라 정상 개도에 기 설정된 소정의 추가 개도를 선택적으로 가산하여 적어도 정상 개도 이상인 초기 개도를 산출하는 단계와, 산출한 초기 개도로 전자팽창변을 개방하며 산출한 초기 기동 회전수로 압축기를 운전하는 단계를 포함하며,

이에 따라, 공기조화기의 초기 기동 시 실외 온도 부하가 큰 경우에도 압축기로 액상의 냉매가 유입될 수 있는 우려가 배제됨은 물론이고 압축기의 초기 사이클이 짧은 시간안에 안정화되는 이점이 있다.

Description

공기조화기의 운전방법

본 발명은 공기조화기의 운전방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자팽창변과 인버터 압축기를 사용하는 에어컨디셔너, 냉장고와 같은 공기조화기에서 부하상태에 따라 압축기의 초기 운전 시에 전자팽창변의 초기 개도를 다르게 조절하도록 한 공기조화기의 운전방법에 관한 것이다.

일반적으로, 에어컨디셔너와 냉장고와 같은 공기조화기는 부하상태에 따라 회전수를 조절하며 냉매를 압축하여 기상으로 토출하는 인버터 압축기와, 액상 냉매의 압력을 강하 팽창시켜 기액 혼합의 이상류로 도출하는 전자팽창변이 사용되어 진다.

이와 같은 공기조화기의 대표적인 예로서, 도 1에는 개략적인 냉매 사이클이 도시되어져 있다.

압축기(1)에서 토출하는 고온고압의 기상 냉매는 제1 열교환기(2)에서 외부의 공기와 열교환으로 냉각되어 저온고압의 액상 냉매로 리시버(3)에 유입되며, 전자팽창변(4)에서 압력이 강하 팽창되어 저온저압의 기액 혼합 이상류로 도출되고, 제2 열교환기(5)에서 외부의 공기와 열교환으로 가열되어 고온저압의 기상 냉매로 압축기(1)로 순환되어 진다.

도면 중 미설명 부호 6,7은 제1,2 열교환기(2,5) 설치 개소의 온도를 감지하는 제1,2 온도센서이고, 8은 압축기(1)의 토출 온도를 감지하는 제3 온도센서이다.

여기서, 제1 열교환기(2)를 실내에 설치하며 제2 열교환기(5)를 실외에 설치하면 난방운전이 되는 것이고, 제1 열교환기(2)를 실외에 설치하며 제2 열교환기(5)를 실내에 설치하면 냉방운전이 되는 것이다.

아울러, 실제의 냉/난방 겸용 공기조화기에 있어서는 실내기 및 실외기의 위치가 고정되어지므로, 압축기와 제1,2 열교환기 사이에서 냉매의 흐름을 제어하는 사방변이 채용되며, 이 사방변에 의하여 냉매의 유로가 변경되어 제1,2 열교환기가 각각 응축작용과 증발작용을 선택적으로 수행하게 된다.

한편, 이와 같은 공기조화기에서 압축기의 초기 회전수(주파수)는 사용자가 설정한 온도와 제1 열교환기가 위치한 실내의 온도에 따라 결정되어지며, 전자팽창변의 초기 개도는 압축기의 초기 회전수에 따라 결정되어 진다.

이와 같은, 압축기의 초기 회전수와 전자팽창변의 초기 개도 결정 및 전체 공기조화 시스템의 지속적인 운전을 제어하기 위한 장치로서는, 도 2와 같은 장치가 있으며, 운전과정 중에서 전자팽창변을 초기 개방하는 방법을 설명하기 위한 흐름도가 도 3에 도시되어져 있다.

도 2 및 도 3에 제시된 공기조화기의 운전장치와 그 운전방법을 종래 기술의 한 예로 하고, 설명의 이해를 돕기 위해 난방운전 모드를 기초로하여 설명한다.

제1,2 온도센서(6,7)는 응축작용을 하는 제1 열교환기(2)가 설치된 실내의 온도와 증발작용을 하는 제2 열교환기(5)가 설치된 실외의 온도에 따라 선형적으로 변화되는 전압 파형을 각각 출력하며, 제3 온도센서(8)는 압축기(1)의 토출 온도에 따라 선형적으로 변화되는 전압 파형을 출력하고, 아날로그/디지털 변환기(9)는 제1 내지 제3 온도센서(6∼8)에서 각각 아날로그 전압 파형을 입력받아 디지털로 변환하여 0V 또는 5V(Volt)로 정형화된 디지털 신호를 각각 출력한다.

마이크로 프로세서(11)는 아날로그/디지털 변환기(9)로부터 입력되는 디지털 신호를 기초로하여 실내 온도(T₁)와 실외 온도 및 압축기 토출 온도를 측정하여 각각 램(RAM: 13)에 저장하며(S1), 조작 패널(10)을 통해 사용자가 설정한 온도(T₂)와 실내 온도(T₁)로부터 롬(ROM: 12)에 기 저장된 연산 과정에 따라 압축기(1)의 초기 기동 회전수 및 전자팽창변(4)의 정상 개도(P₀)를 산출하여 RAM(13)에 저장한다(S2).

아울러, 마이크로 프로세서(11)는 전자팽창변(4)을 개방하기 위하여 제어신호를 출력하며, 이 제어신호에 따라 전자팽창변 구동회로(15)가 전자팽창변(4)을 정상 개도(P₀)로 개방하게 된다(S3).

그리고, 마이크로 프로세서(11)는 압축기(1)를 기동하기 위하여 제어신호를 출력하며, 이 제어신호에 따라 압축기 구동회로(14)가 산출된 초기 기동 회전수로 압축기(1)를 운전하게 된다(S4∼S5).

이와 같은, 압축기(1)와 전자팽창변(4)의 구동에 따라 도 1에 나타낸 사이클과 같이 냉매가 순환되며, 마이크로 프로세서(11)는 실내 온도조건을 맞추기 위하여 압축기(1)의 다음 구동 시(약 2분 후) 회전수를 변경하고, 변경한 회전수와 부하상태에 맞도록 전자팽창변(4)의 개도를 조절하여 사이클이 빠른 시간에 안정을 찾아갈 수 있도록 제어하게 된다.

전술한 종래 기술에 따른 공기조화기의 운전방법에 있어서, 공기조화기의 초기 운전 시에 부하상태, 즉 실외 온도를 고려하지 않고 전자팽창변을 개방하는 것을 알 수 있다.

따라서, 실외 온도 부하가 큰 경우, 즉 압축기의 온도와 실외 온도의 차가 큰 경우에는 압축기로 액상의 냉매가 유입될 수 있는 문제점을 내재 하고 있다.

즉, 실외 온도가 영하의 추운상태에서 압축기를 운전하여야 할 경우에,

압축기가 오랜 시간(약 1시간 이상)동안 정지되어 있었으면 압축기의 온도와 실외온도가 거의 같으며, 압축기가 약간의 시간(약 5분∼1시간)동안 정지되어 있었으면 압축기의 온도와 실외 온도가 약간의 차를 갖고, 압축기가 짧은 시간(약 5분 이내)동안 정지되어 있었으면 압축기의 온도와 실외 온도가 높은 차를 갖는다.

그러므로, 종래 기술과 같이 실외 온도가 고려되지 않고 전자팽창변이 일정하게 개방되면 실외 온도가 낮은 경우에는 도 4에 나타낸 바와 같이 초기 운전 시 압축기에서 토출하는 기상 냉매의 압력(Pd: "실선")이 낮고 전자팽창변에서 압력이 강하 팽창되면 압축기로 유입되는 냉매의 압력(Ps: "점선")이 지나치게 낮아져 압축기의 입구가 진공상태가 되고, 그 결과 기상이 아닌 액상의 냉매가 유입되어 압축기에 치명적인 영향을 줄 수 있는 것이다.

또한, 실외 온도 부하가 작은 경우에 비교하면 사이클을 안정화하는데 오랜 시간이 소요되는 문제점을 내재하고 있다.

즉, 실외에 설치된 열교환기에 모여있던 냉매가 극히 낮은 실외 공기와 열교환하기 위하여 더 많은 열량이 필요하게 되므로 실외 열교환기의 온도가 더 떨어져야 한다. 결국 압축기 입구의 압력이 떨어지고 초기 사이클의 불안정한 현상이 발생하게 된다.

그러므로, 압축기로 액냉매가 유입되는 현상과 초기 사이클의 불안정 현상을 없애면서도 종래의 것과 동등 이상의 효과를 창출할 수 있는 공기조화기의 운전방법이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 기술에서, 초기 운전 시에 부하상태를 고려하지 않고 전자팽창변을 개방하던 것을 배제한 것으로, 본 발명의 한 견지로서, 초기 운전 시에 실외 온도와 압축기 토출 온도의 차로 부하상태를 판단하여 전자팽창변의 개도를 부하에 따라 조절함으로써, 압축기의 입구와 출구의 압력 저하를 방지하여 압축기로 액냉매가 유입되는 것을 방지하는 공기조화기의 운전방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 견지로서, 실외 온도 부하가 큰 경우에도 압축기 입구의 압력 저하를 방지하여 압축기의 초기 사이클이 짧은 시간안에 안정화되도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 공기조화기의 냉매 사이클 도이고,

도 2는 종래의 기술에 따른 공기조화기 운전장치의 블록 구성도이고,

도 3은 종래의 기술에 따른 공기조화기 운전방법을 설명하기 위한 흐름도이고,

도 4는 도 3에 도시된 운전방법이 수행될 때 압축기의 입구와 출구의 압력 변화를 나타낸 도이고,

도 5는 본 발명에 따른 공기조화기 운전방법을 설명하기 위한 흐름도이고,

도 6은 도 5에 도시된 운전방법이 수행될 때 압축기의 입구와 출구의 압력 변화를 나타낸 도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 압축기 4 : 전자팽창변

6,7,8 : 온도센서 11 : 마이크로 프로세서

12 : 롬(ROM) 13 : 램(RAM)

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 공기조화기의 운전방법은, 압축기를 운전하여 냉매를 압축해 토출하며 전자팽창변을 개방하여 냉매의 압력을 강하 팽창시켜 도출하는 공기조화기의 운전방법에 있어서:

(1) 초기 운전 시 실내 온도와 설정 온도를 기초로하여 상기 압축기의 초기 기동 회전수와 상기 전자팽창변의 정상 개도를 산출하는 단계;

(2) 상기 압축기의 토출 온도와 실외 온도의 온도차에 따라 상기 정상 개도에 기 설정된 소정의 추가 개도를 선택적으로 가산하여 적어도 상기 정상 개도 이상인 초기 개도를 산출하는 단계; 및

(3) 상기 산출한 초기 개도로 상기 전자팽창변을 개방하며 상기 산출한 초기 기동 회전수로 상기 압축기를 운전하는 단계를 포함한다.

바람직하기로, 상기 초기 개도 산출단계는,

(1) 상기 압축기의 토출 온도와 실외 온도의 온도차를 산출하는 단계;

(2) 상기 산출한 온도차가 정상기동 임계값 이상이면 상기 정상 개도를 상기 초기 개도로 적용하는 단계; 및

(3) 상기 온도차가 상기 정상기동 임계값 이하이면 적어도 하나 이상의 기준 온도차와의 비교로 상기 소정의 추가 개도 중 어느 하나를 상기 정상 개도에 가산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이하면, 공기조화기의 초기 운전 시에 부하상태를 고려하여 전자팽창변의 개도를 조절함으로써, 압축기의 입구와 출구의 압력 저하를 방지하게 됨을 알 수 있다.

그 결과, 압축기로 액상의 냉매가 유입되는 것이 방지되고, 또한 실외 온도 부하가 큰 경우에도 압축기의 초기 사이클이 짧은 시간안에 안정화되는 이점이 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 공기조화기 운전방법의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다.

또한, 본 발명의 기술은 전자팽창변과 인버터 압축기를 사용하여 냉방 운전 또는 난방 운전을 수행할 수 있는 여러 가지의 제품에 적용할 수 있다.

그래서, 설명에 사용되는 도면은 특정한 에어컨디셔너나 냉장고에 관련한 기술이 아니고 전자팽창변과 압축기를 이용한 여러 가지의 공기조화기에 착안한 도면이다.

또한, 이하에서는 설명의 이해를 돕기 위해 난방운전하는 공기조화기를 사용한 예를 고려한다.

이하에, 도 1과 도 2 및 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 공기조화기 운전방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 실시예에 따른 공기조화기의 운전방법은, 공기조화기의 초기 운전 시 실내 온도(T₁)와 설정 온도(T₂)를 기초로하여 압축기(1)의 초기 기동 회전수와 전자팽창변(4)의 정상 개도(P₀)를 산출하는 단계(S111∼S113)와, 압축기(1)의 토출 온도(T₄)와 실외 온도(T₃)의 온도차(dT)를 산출하는 단계(S114)와, 산출한 온도차(dT)가 정상기동 임계값 이상이면 정상 개도(P₀)를 초기 개도(P₁)로 적용하는 단계(S221∼S222)와, 온도차(dT)가 정상기동 임계값 이하이면 적어도 하나 이상의 기준 온도차와의 비교로 소정의 추가 개도 중 어느 하나를 정상 개도(P₀)에 가산하여 초기 개도(P₂,P₃,…)로 산출하는 단계(S231∼S232)와, 산출한 초기 개도(P₁,P₂,P₃,…)로 전자팽창변(4)을 개방하며 산출한 초기 기동 회전수로 압축기(1)를 운전하는 단계(S311∼S313)로 구성되어져 있다.

이와 같이 구성되어진 본 발명에 따른 공기조화기 운전방법은, 먼저 초기 기동 시에 마이크로 프로세서(11)는 아날로그/디지털 변환기(9)를 통하여 제1 내지 제3 온도센서(6∼8)로부터 온도 감지 신호를 입력받아 실내 온도(T₁)와 실외 온도(T₃) 및 압축기(1)의 토출 온도(T₄)를 측정하여 각각 RAM(13)에 저장한다(S111∼S113).

그리고, 조작 패널(10)을 통해 사용자가 설정한 온도(T₂)와 실내 온도(T₁)를 기초로하여 ROM(12)에 기 저장된 연산 과정에 따라 압축기(1)의 초기 기동 회전수 및 전자팽창변(4)의 정상 개도(P₀)를 산출하여 RAM(13)에 저장한다(S114).

아울러, RAM(13)에 저장한 실외 온도(T₃)와 토출 온도(T₄)의 온도차(dT)를 산출하여 다시 RAM(13)에 저장한다(S211).

이후, 산출한 온도차(dT)와 ROM(12)에 기 저장된 정상기동 임계값을 비교하며, 온도차(dT)가 정상기동 임계값 이상이면 압축기(1)가 짧은 시간(약 5분 이내)동안 정지되었던 것으로 판단하여 단계 S114에서 산출하여 RAM(13)에 저장한 정상 개도(P₀)를 그대로 초기 개도(P₁)로 적용한다(S221∼S222).

그러나, 온도차(dT)가 정상기동 임계값 이하이면 다시 그 온도차(dT)를 ROM(12)에 기 저장된 적어도 하나 이상의 기준 온도차와 비교하며, 이 비교결과에 따라 ROM(12)에 기 저장된 다단의 추가 개도 중 어느 하나를 기 산출한 정상 개도(P₀)에 가산하여 초기 개도(P₂,P₃,…)를 산출한다(S231∼S232).

일예로, 기초 실험을 통하여 산출한 정상기동 임계값이 5도(℃)이며, 기준 온도차를 2도로 설정하고, 총 500레벨로 제어되는 전자팽창변(4)의 추가 개도를 20레벨과 40레벨로 설정하였을 경우에,

온도차(dT)가 5도 이상이면 정상 개도(P₀)를 그대로 초기 개도(P₁)로 적용하며, 온도차(dT)가 5도 이하이고 2도를 초과하면 압축기(1)가 약간의 시간(약 5분∼1시간)동안 정지되었던 것으로 판단하여 추가 개도 중 낮은 값인 20을 정상 개도(P₀)에 가산(P₀+20)하여 초기 개도(P₂)를 산출하고, 온도차(dT)가 5도 이하이고 2도 미만이면 압축기(1)가 오랜 시간(약 1시간 이상)동안 정지되었던 것으로 판단하여 추가 개도 중 높은 값인 40을 정상 개도(P₀)에 가산(P₀+40)하여 초기 개도(P₃)를 산출하는 것이다.

다음으로, 마이크로 프로세서(11)는 산출한 초기 개도(P₁,P₂,P₃,…)로 전자팽창변(4)을 개방하기 위하여 제어신호를 출력하며, 이 제어신호에 따라 전자팽창변 구동회로(15)가 전자팽창변(4)을 초기 개도(P₁,P₂,P₃,…)로 개방하게 된다(S311).

아울러, 압축기(1)를 기동하기 위하여 제어신호를 출력하며, 이 제어신호에 따라 압축기 구동회로(14)가 산출된 초기 기동 회전수로 압축기(1)를 운전하게 된다(S312∼S313).

이와 같은, 압축기(1)와 전자팽창변(4)의 구동에 따라 도 1에 나타낸 사이클과 같이 냉매가 순환되며, 마이크로 프로세서(11)는 실내 온도조건을 맞추기 위하여 압축기(1)의 다음 구동 시(약 2분 후) 회전수를 변경하고, 변경한 회전수와 부하상태에 맞도록 전자팽창변(4)의 개도를 조절하게 된다.

한편, 비교 예로서 종래의 기술, 즉 다시 말해서 공기조화기의 초기 기동 시에 부하상태(실외 온도)를 고려하지 않고 전자팽창변을 개방하는 것과는 달리, 본 발명은 공기조화기의 초기 운전 시에 부하상태가 고려되어 전자팽창변의 개도가 조절됨을 알 수 있다.

이 결과에서, 본 발명에 의하면 도 6에 나타낸 바와 같이 초기 기동 시 실외 온도가 낮은 경우에도 종래 기술(도 4)과 비교할 때 압축기에서 토출하는 기상 냉매의 압력(Pd: "실선")과 압축기로 유입되는 냉매의 압력(Ps: "점선")이 높아짐을 알 수 있다.

이 적용례에 의하면, 별도의 하드웨어가 증가되는 것이 없고, 또한 압축기의 초기 기동 시 입구와 출구의 압력 저하가 방지됨으로써, 제품의 신뢰성 향상을 가져올 수가 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 공기조화기의 초기 운전 시 실외 온도 부하가 큰 경우에도 압축기로 액냉매가 유입될 수 있는 우려가 배제됨은 물론이고 압축기의 초기 사이클을 짧은 시간안에 안정화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

압축기를 운전하여 냉매를 압축해 토출하며 전자팽창변을 개방하여 냉매의 압력을 강하 팽창시켜 도출하는 공기조화기의 운전방법에 있어서:

(1) 초기 운전 시 실내 온도와 설정 온도를 기초로하여 상기 압축기의 초기 기동 회전수와 상기 전자팽창변의 정상 개도를 산출하는 단계;

(2) 상기 압축기의 토출 온도와 실외 온도의 온도차에 따라 상기 정상 개도에 기 설정된 소정의 추가 개도를 선택적으로 가산하여 적어도 상기 정상 개도 이상인 초기 개도를 산출하는 단계; 및

(3) 상기 산출한 초기 개도로 상기 전자팽창변을 개방하며 상기 산출한 초기 기동 회전수로 상기 압축기를 운전하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한 공기조화기의 운전방법.
제 1 항에 있어서,

상기 초기 개도 산출단계는,

(1) 상기 압축기의 토출 온도와 실외 온도의 온도차를 산출하는 단계;

(2) 상기 산출한 온도차가 정상기동 임계값 이상이면 상기 정상 개도를 상기 초기 개도로 적용하는 단계; 및

(3) 상기 온도차가 상기 정상기동 임계값 이하이면 적어도 하나 이상의 기준 온도차와의 비교로 상기 소정의 추가 개도 중 어느 하나를 상기 정상 개도에 가산하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한 공기조화기의 운전방법.