KR20010037408A - 인버터 공기조화기의 실외팬제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터 공기조화기의 실외팬제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사이클 상태에 따라서 실외팬의 강약을 조절하여 인버터회로소자의 파손을 방지할 수 있는 실외팬제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 입력전압변화와, 실외온도와, 압축기의 운전주파수에 따라서 실외팬의 풍속을 제어한다. 즉, 본 발명은 냉방운전시는 실외온도가 C3도 이상의 조건에서, 난방운전시는 실외온도가 C1도 이하의 조건에서 실외팬의 풍속을 제어한다.

Description

인버터 공기조화기의 실외팬제어방법{Method for fan control in inverter air conditioner}

본 발명은 인버터 공기조화기의 실외팬제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사이클 상태에 따라서 실외팬의 강약을 조절하여 인버터회로소자의 파손을 방지할 수 있는 실외팬제어방법에 관한 것이다.

인버터 공기조화기는, 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 열교환기(10)로 구성된 실내기(20)와, 압축기(64) 및 열교환기(15) 등으로 구성된 실외기(30)로 분리되고 있다. 상기 실내기(20)와 실외기(30)에는 각 구성을 제어하기 위한 마이크로프로세서(13,50)가 내장되며, 실내기(20)에 내장된 마이크로프로세서(13)와 실외기(30)에 내장된 마이크로프로세서(50)는 서로간의 제어를 위하여 필요할 때 데이터를 송수신한다.

상기 구성의 인버터 공기조화기의 난방운전은 상기 실내측 열교환기(10)에 고압고온의 냉매가 흐르고, 상기 냉매가 열교환기(10)를 순환하는 공기에 열을 방출하여, 실내측으로 따뜻한 바람이 토출되므로서 이루어진다. 그리고 실외측 열교환기(15)는 상기 동작과 반대의 동작을 수행한다.

그리고 냉방운전시에는 상기 실내측 열교환기(10)에 저온저압의 냉매가 흐르고, 상기 냉매가 열교환기(10)를 순환하는 공기에 포함된 열을 흡수하므로서, 실내측으로 차가운 바람이 토출된다. 그리고 실외측 열교환기(15)는 상기 동작과 반대의 동작을 수행한다.

다음은 도 2를 참조해서 인버터 공기조화기의 실외기의 제어동작에 대해서 설명한다.

인버터 공기조화기의 실외기는 실내기와 통신을 수행하기 위한 통신회로(70)를 구비한다. 상기 통신회로(70)는 마이크로프로세서(50)와 연결되어, 실내기와의 데이터 송수신을 수행한다. 또한, 인버터 공기조화기의 실외기는, 냉방/난방의 절환 동작을 위한 4방변 및 팬(66)과, 상기 4방변 및 팬(66)의 동작 제어를 위한 릴레이 구동부(68)를 포함한다. 또한, 센서(54)를 통해서 실외 배관온도를 검출하고, 검출된 온도를 전기신호로 변환시켜서 상기 마이크로프로세서(50)에 인가하는 실외배관온도검지부(52)와, 센서(56)를 통해서 실외온도를 검출하고, 검출된 실외온도를 전기신호로 변환시켜서 상기 마이크로프로세서(50)에 인가하는 실외온도검지부(56)를 포함한다.

또한, 인버터 공기조화기의 실외기는, 교류전원(72)을 입력하고, 입력된 교류전원에 포함된 노이즈를 필터링하는 노이즈 필터(74)와, 상기 필터(74)를 통해서 인가되는 교류전원에 흐르는 총합전류를 검지하여, 시스템의 사용 전류를 감지하는 전류 트랜스포머(76)와, 상기 전류 트랜스포머(76)의 출력을 정류시켜서 DC전압을 마이크로 프로세서(50)에 인가하는 정류회로(77)를 포함한다.

인버터 공기조화기의 실외기는, 교류전원(72)을 정류하는 정류회로(78)와, 상기 정류회로(78)의 출력으로부터 역률을 개선하는 역률개선회로(84)와, 상기 역률개선회로(84) 내의 IGBT에서 출력되는 전압,전류의 위상이 일치되도록 상기 마이크로프로세서(50)의 제어하에 상기 IGBT의 온/오프 동작을 제어하는 PFC 제어회로(83)와, 상기 역률개선회로(84)의 출력으로부터 DC전압을 일정크기 이상으로 승압시켜서 출력하는 DC 승압부(82)를 포함한다. 그리고 상기 DC 승압부(82)에서 승압된 DC 전압을 검지하고, 검지된 DC전압을 마이크로 프로세서(50)에 인가하는 출력전압검지부(80)를 포함하고 있다.

또한, 인버터 공기조화기의 실외기는, 상기 마이크로프로세서(50)의 출력신호에 의해서 압축기(64)를 구동하기 위한 IPM 구동부(60) 및 IPM(62)을 포함하고 있다. 상기 마이크로프로세서(50)는 시스템 입력전압에 의해서 결정된 운전주파수에 기초해서 압축기의 구동전압을 결정한다.

즉, 마이크로프로세서(50)는 결정된 운전주파수에 따라서 필요한 크기의 압축기(64) 구동전압이 발생될 수 있도록, 압축기(64)의 동작 제어를 위한 신호(U,V,W,U#,V#,W#)를 출력한다. 상기 마이크로프로세서(50)의 출력신호에 의해서 IPM구동제어부(60)는 IPM(62) 내부의 IGBT 소자 제어를 위한 하이/로우신호를 출력한다. 상기 신호에 의해서 IPM(62) 내부의 IBGT 소자가 온/오프 동작을 수행할때, 상기 DC 승압부(82)에서 승압된 DC 전압이 3상 교류 전원으로 전환되면서 압축기(64)를 구동시키게 된다.

그리고 인버터 공기조화기는, 상기 파워 소자들(IGBT, IPM, DIODE)이 장착된 방열판 상에 장착되어서 소정온도 이상이 검출되면 오프되는 바이메탈써모스테트(90)와, 상기 바이메탈써모스테트(90)를 통해서 방열판 온도를 검지하는 온도검지부(92)를 포함하며, 상기 온도검지부(92)는 검출된 온도를 마이크로프로세서(50)에 전달한다.

다음은 상기 구성으로 이루어진 인버터 공기조화기의 실외기에서 압축기 동작 제어과정에 대해서 설명한다.

마이크로프로세서(50)는 통신회로(72)를 통해서 실내기측으로부터 운전지시를 받게 된다. 즉, 사용자가 선택한 냉방운전 또는 난방운전에 따라서 실내기측은 냉방사이클 또는 난방사이클의 운행을 위한 지시를 하고, 그 지시가 통신회로(70)를 통해서 마이크로프로세서(50)에 입력된다. 이때, 실내기 측에서 시스템 내부로 입력되는 교류전원에 따라서 결정된 압축기(64)의 운전주파수도 통신회로(70)를 통해서 마이크로프로세서(50)에 입력된다.

이후, 상기 마이크로프로세서(50)는 기결정된 압축기 운전주파수에 따라 압축기 구동전압을 결정하고, 결정된 구동전압으로 압축기의 구동이 이루어질 수 있는 제어를 수행한다.

한편, 실외기에 입력된 상용교류전원(72)은 정류회로(78)에 공급되고, 상기 정류회로(78)는 입력되는 교류전원을 DC 전압으로 1차 정류시킨다. 상기 정류회로(78)에서 정류된 DC전압은 역률개선회로(84)를 통해서 역률이 개선된 후, DC 승압부(82)에 인가되고, 상기 DC 승압부(82)는 입력전압을 계속해서 충전하다가 일정시점에서 방전을 수행하여, 고전력의 DC전압을 발생하는 것이다.

이렇게 발생된 고전력의 DC 전압은 IPM(62) 내부의 각 IGBT 소자에 인가되는데, 상기 IPM(62) 내부의 IGBT 소자는 기결정된 운전주파수에 의해서 온/오프 제어된다.

즉, 마이크로프로세서(50)는 통신회로(70)를 통해서 실내기 측으로부터 설정되어 전송된 압축기의 운전주파수를 인지하고, 상기 운전주파수에 따라서 설정된 압축기의 구동전압을 인식한다. 그리고 상기 인식된 압축기의 구동전압이 발생될 수 있도록, 신호(U,V,W,U#,V#,W#)를 출력한다. 상기 신호(U,V,W,U#,V#,W#)는 IPM 구동부(60)에 인가되고, IPM 구동부(60)는 입력된 신호에 기초해서 IPM(62) 내부의 IGBT 소자들의 온/오프 제어를 위한 하이/로우신호를 출력한다. 이렇게 해서 상기 IPM(62) 내부 IGBT 소자들의 온/오프 동작을 수행할때, 상기 IGBT 소자에 인가된 고전력의 DC 전압이 3상 교류전원으로 전환되면서 압축기(64)를 구동시키는 것이다.

이와 같이, 인버터 공기조화기는 입력되는 교류전원을 정류회로(78) 및 DC 승압부(82)에 의해서 DC 전압으로 변환시킨 후, 다시 IPM(62) 내의 IGBT 소자의 온/오프 스위칭동작에 의해서 필요한 크기의 교류전원으로 변환시켜서 압축기(64)의 구동전원으로 사용하고 있다.

상기 압축기(64)의 구동전원 발생을 위해서, IPM(62) 내부에는 고전력의 DC 전원을 스위칭하여 3상 교류전원을 발생하는 다수개의 파워소자(IGBT)가 내장되어 있다. 또한, 인버터 공기조화기는 고조파 개선에 따른 역률 개선을 위하여 역률개선회로(84) 내부에도 파워소자인 IGBT를 사용하고 있다. 상기 역률개선회로(84) 의 IGBT는 마이크로프로세서(50)의 제어에 의해서 스위칭되어 전압과 전류의 위상이 일치된 신호를 출력한다.

이와 같이, 인버터 공기조화기는 필요한 크기의 압축기 구동전원 발생을 위해서 다수개의 파워소자를 사용하고 있으며, 그 외에도 다수개의 회로소자들을 사용하고 있다.

상기와 같은 파워소자 및 회로소자들은 온도에 민감하게 대응하기 때문에, 장시간 구동되거나 또는 고전력상태로 소정시간 이상 동작되는 경우, 상기 파워소자 및 회로소자들이 과열되고, 이를 해소시켜줄 방법이 필요하다.

따라서 인버터 공기조화기는, 상기 실외팬(66)을 방열판과 인접한 부분에 장착시켜서 상기 실외팬(66)의 동작에 의하여 방열판의 열이 방열되도록 하고 있다. 상기 실외팬(66)은 냉방운전이 수행되는 상태에서 외부의 차가운 공기를 유입하고, 유입된 차가운 공기가 열교환기를 경유하는 배관의 높은 열을 뺏은후 배출되도록 하는 동작을 수행한다. 따라서 상기 동작이 이루어질때, 각종 파워소자 및 회로소자들에 의해서 발생된 열이 방열되도록 하는 것이다.

또한, 종래의 인버터 공기조화기에서는 상기 바이메탈써모스테트(90)를 통해서 상기 파워소자 및 회로소자들이 장착된 방열판의 온도를 감지하도록 하고 있다. 통상, 방열판에 부착된 바이메탈써모스태트(90)의 정격온도는 75℃ ±5℃로 설정되어 있다. 따라서 상기 방열판의 온도가 일정 온도 이상으로 상승했을때, 상기 바이메탈써모스테트(90)가 오프상태로 전환되고, 이것을 방열판온도검지부(92)에서 검지하여, 마이크로프로세서(50)에 신호를 출력하도록 제어된다.

이때, 마이크로프로세서(50)는, 압축기(64) 및 실외팬(66)의 동작을 오프시키므로서, 상기 압축기 및 실외팬으로 인가되는 부하전류에 의한 방열판의 온도 상승을 억제시키고 있다.

즉, 종래의 인버터 공기조화기는, 실외팬(66)의 동작에 의해서 방열판의 온도를 방열시키고자 하고 있으나, 방열판의 온도 상승에 따른 실외팬(66)의 풍속을 제어할 수 있는 방법은 가지고 있지 않았다. 따라서 종래의 인버터 공기조화기는, 시스템에 상태에 따라서 실외팬(66)의 풍속을 적절하게 제어하지 못하는 문제점이 발생되었다.

따라서 본 발명의 목적은 인버터 공기조화기의 사이클 상태에 따라서 실외팬 풍속을 적절히 제어하므로서, 파워소자 및 회로소자들의 파손을 방지할 수 있는 실외팬제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 인버터 공기조화기의 개념도,

도 2는 일반적인 인버터 공기조화기의 실외기 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 인버터 공기조화기의 난방운전시의 실외팬제어방법을 도시하는 흐름도,

도 4는 본 발명에 따른 인버터 공기조화기의 냉방운전시의 실외팬제어방법을 도시하는 흐름도,

도 5는 실외온도 및 냉난방모드에 따른 실외팬의 풍속제어상태를 설명하기 위한 개념도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10,15 : 열교환기 13,50 : 마이크로프로세서 20 : 실내기 30 : 실외기

54,58: 센서 60 : IPM 구동제어부

52 : 실외배관온도감지부 56 : 실외온도감지부

62 : IPM 64 : 압축기

66 : 팬 및 사방변 68 : 릴레이구동부

70 : 통신회로 72 : 교류전원

74 : 노이즈필터 76 : 전류트랜스포머

77,78 : 정류회로 80 : 출력전압감지부

82 : DC 승압부 84 : 역률개선회로

83 : PFC 제어회로

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 공기조화기의 실외팬제어방법은, 입력전압변화를 검출하는 단계와; 실외온도를 검출하는 단계와; 압축기의 운전주파수를 검출하는 단계와; 상기 각 검출단계에서 시스템에 과부하상태라고 판단되면, 실외팬을 강풍으로 제어하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 운전모드를 판단하는 단계를 더 포함하고, 냉방운전시는 실외온도가 C3도 이상의 조건에서, 난방운전시는 실외온도가 C1도 이하의 조건에서 실외팬의 풍속을 제어하는 것을 더 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은, 방열판의 온도에 의해서 동작하는 바이메탈써모스테트의 동작을 감시하는 단계를 더 포함하고, 상기 바이메탈써모스테트의 동작 변화시에, 소정시간동안 실외팬을 강풍으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 검출된 입력전압이 저전압상태에서는 실외팬을 강풍으로 제어하고, 상기 입력전압이 고전압상태에서는 실외팬을 약풍으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 검출된 실외온도가 소정온도 이상에서 실외팬을 강풍으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 검출된 압축기의 운전주파수가 정격주파수 이상에서는 실외팬을 강풍으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조해서 본 발명에 따른 인버터 공기조화기의 실외팬제어방법에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 인버터 공기조화기의 난방운전시에, 실외팬의 제어를 위한 동작 흐름도이다. 그리고 본 발명의 설명 중에 필요한 하드웨어 구성에 대해서는 도 2를 참조해서 설명한다.

시스템이 난방운전을 수행하고 있는 상태에서, 마이크로프로세서(50)는 방열판 상에 장착되어 있는 회로소자 및 파워소자들의 보호를 위해서 현재 시스템 운전상태를 판단하고, 실외팬(66)을 제어하기 위한 인터럽트를 수행한다.

우선, 마이크로프로세서(50)는 현재의 운전상태가 난방운전인지 판단한다(제 100 단계).

상기 난방운전 상태에서, 방열판 상에 장착된 바이메탈써모스테트(90)의 동작상태가 전환되었는지를 판단한다(제 103 단계).

상기 바이메탈써모스테트(90)의 정격온도는 75℃ ±5℃로 설정되어 있다. 따라서 파워 소자 및 회로소자들이 발생된 열 및 기타 압축기의 운전을 위하여 동작하는 전기적인 장치로부터 발생된 열이 상기 바이메탈써모스테트의 정격온도를 초과했을때, 상기 바이메탈써모스테트(90)는 오프 동작된다. 이러한 바이메탈써모스테트(90)의 동작상태를 상기 바이메탈써모스태트 온도검지부(92)에서 검출하고, 상기 검출된 신호를 마이크로프로세서(50)에 전달하는 것이다.

이와 같이, 제 103 단계에서 상기 바이메탈써모스테트(90)가 동작상태를 전환하는 경우는, 방열판의 온도가 매우 높아져 있는 상태이다. 따라서 이 경우에 는 방열판 상에 장착된 파워소자들의 냉각을 빨리 수행해야 한다. 따라서 마이크로프로세서(50)는 실외팬(66)을 소정시간(약 T1분)동안 강풍으로 운전시킨다(제 106 단계, 제 109 단계).

다음, 상기 바이메탈써모스테트(90)의 동작에 변화가 발생되지 않았을때, 마이크로프로세서(50)는 실외온도를 검출한다(제 112 단계). 상기 실외온도는 센서(58)에서 검출된 후, 실외온도감지부(56)에서 전기적신호로 변환되어져 마이크로프로세서(50)에 입력된다.

상기 제 112 단계에서 검출된 실외온도가 C1℃ 이상이라고 판단되면, 실외온도가 높은 상태에서 난방운전을 수행하고 있으므로, 압축기의 운전이 저주파수에서 약하게 이루어지고 있다고 판단한다. 따라서 이 경우에서는 실외팬(66)을 약풍으로 운전한다(제 118 단계).

그러나 상기 제 112 단계에서 검출된 실외온도가 C1℃ 이하일때, 마이크로프로세서(50)는 시스템 입력전원이 어느 상태에 포함되는지를 판단한다. 만일, 제 121 단계에서와 같이, 입력전원이 a1볼트 이하일때, 마이크로프로세서(50)는 저전력상태라고 판단한다. 따라서 저전력상태에서 압축기의 운전을 유지하기 위해서는 상기 IPM(62) 내의 파워소자(IGBT) 그리고 역률개선회로(84)의 파워소자(IGBT)가 과부하상태로 동작해야하므로 발생되는 열이 많게 된다. 즉, 마이크로프로세서(50)는 저전력상태에서 난방운전이 이루어지고 있을때, 실외팬(66)을 강풍으로 운전시킨다(제 124 단계).

그리고 상기 제 112 단계에서 검출된 실외온도가 C1℃ 이하에서 난방운전이 수행되고 있고, 입력전원이 a2볼트 이상인 경우는 상기 제 121 단계와 반대의 경우로 판단해서 실외팬(66)을 약풍으로 운전시킨다(제 133 단계, 제 136 단계). 즉, 상기 제 136 단계는, 입력전원이 고전압 상태이므로, 실외팬(66)을 약풍으로 구동하여도 충분히 강한 바람을 얻을 수 있다고 판단하는 것이다.

다음, 마이크로프로세서(50)는 실외온도가 C2℃ 이상인지를 판단한다(제 139 단계). 만약 실외온도가 C2도 이상인 경우는, 그와 비례해서 실내온도도 높은 상태가 되므로, 이 경우에 있어서도 시스템은 과부하상태로 운전하게 된다. 따라서 이때에도 마이크로프로세서(50)는 실외팬(66)의 풍속을 강풍으로 제어한다(제 142 단계).

또한, 마이크로프로세서(50)는 현재 압축기의 운전주파수가 난방운전시의 정격주파수보다 높은 상태로 압축기가 운전되고 있는지를 판단한다(제 145 단계). 상기 압축기의 운전주파수와 비례하여 압축기의 구동전원도 상승된다. 상기 구동전원이 상승됨은 압축기를 매우 고속으로 운전하고 있는 상태가 되므로, 결국 압축기가 높은 주파수에서 운전되고 있는 경우, 시스템은 과부하상태로 운전되고 있다고 판단한다. 따라서 이 경우에도 실외팬(66)을 강풍으로 운전한다(제 148 단계). 그리고 압축기의 운전주파수가 정격주파수보다 낮은 상태에서는 실외팬(66)을 약풍으로 제어한다.

이와 같이, 본 발명은 실외온도가 C1도 이하에서 난방운전이 수행되고 있을때, 입력전압의 변화, 운전주파수, 실외온도 등의 상태에 따라서 실외팬의 풍속을 조절하여 과전류 및 과전압에 의한 방열판의 온도상승을 방지하도록 한다.

다음, 도 4는 본 발명의 인버터 공기조화기에서 냉방운전시의 실외팬제어과정이다.

냉방운전시의 경우, 실외팬의 풍속 제어는 실외온도 C3℃ 이상이 조건에서 가변적으로 제어되고 있다.

즉, 도 5에 도시하고 있는 바와 같이, 실외온도 C1℃ 이하에서 난방운전이 이루어지거나 또는 실외온도 C3℃ 이상에서 냉방운전이 이루어질때, 입력전압 a1볼트 이하이면 실외팬을 강풍으로 제어한다. 그리고 입력전압 a2V 이상에서는 실외팬을 약풍으로 제어하며, 실외온도 C2℃ 이상에서도 실외팬을 강풍으로 제어한다. 그리고 냉방운전 및 난방운전에서 모두 정격주파수를 초과해서 운전하는 경우에 있어서도 실외팬을 강풍으로 제어한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 입력전압의 변동, 운전주파수, 실외온도의 상태에 따라서 열교환기의 열교환력을 일정하게 유지하도록 실외팬의 풍속을 제어하므로써, 사이클 발란스를 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명은 방열판의 온도상승에 따른 파워소자 및 회로소자들의 파손을 방지할 수 있으므로서, 제품에 대한 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 입력전압변화를 검출하는 단계와;

   실외온도를 검출하는 단계와;

   압축기의 운전주파수를 검출하는 단계와;

   상기 각 검출단계에서 시스템에 과부하상태라고 판단되면, 실외팬을 강풍으로 제어하는 단계를 포함하여 구성되는 인버터 공기조화기의 실외팬제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   운전모드를 판단하는 단계를 더 포함하고,

   냉방운전시는 실외온도가 C3도 이상의 조건에서, 난방운전시는 실외온도가 C1도 이하의 조건에서 실외팬의 풍속을 제어하는 것을 더 포함하여 구성되는 인버터 공기조화기의 실외팬제어방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   방열판의 온도에 의해서 동작하는 바이메탈써모스테트의 동작을 감시하는 단계를 더 포함하고,

   상기 바이메탈써모스테트의 동작 변화시에, 소정시간동안 실외팬을 강풍으로 제어하는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 실외팬제어방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 검출된 입력전압이 저전압상태에서는 실외팬을 강풍으로 제어하고, 상기 입력전압이 고전압상태에서는 실외팬을 약풍으로 제어하는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 실외팬제어방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 검출된 실외온도가 소정온도 이상에서 실외팬을 강풍으로 제어하는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 실외팬제어방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 검출된 압축기의 운전주파수가 정격주파수 이상에서는 실외팬을 강풍으로 제어하는 것을 특징으로 하는 인버터 공기조화기의 실외팬제어방법.