KR20020071225A

KR20020071225A - 공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20020071225A
Application number: KR1020010011221A
Authority: KR
Inventors: 조일용
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-12
Also published as: KR100388655B1

Abstract

본 발명의 공기조화기는 능력가변형 압축기를 구비한다. 하나의 실외기(8)에 다수의 실내기(9)가 병렬로 연결되며, 실외기에 제어부(30)가 마련된다. 제어부(30)는 각 실내기(9)와 연결되는 신호선(L1-L6)을 통하여 입력되는 온/오프 신호에 근거하여 해당 실내기의 운전여부를 판단한다. 제어부(30)는 압축기(2)로 흡입되는 냉매의 압력과 설정된 목표값의 오차에 따라 로딩 타임을 변경하여 압축기 용량을 제어한다. 따라서, 본 발명은 기존과 같이 실외기 및 실내기가 쌍방향으로 통신하기 위한 통신회로를 구비해야 하는 제약으로부터 벗어날 수 있고, 실외기와 실내기 중 어느 하나를 필요에 따라 교체할 수 있어서 제품에 대한 소비자의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 또, 실외기와 실내기간에 통신하지 않으면서도 압축기의 능력을 변화시킬 수 있기 때문에 실내 냉방부하의 변동에 신속하게 응답할 수 있다. 아울러, 외기온도의 변화에 따라 목표값을 설정하거나 사용자의 요구에 의해 목표값을 설정할 수 있기 때문에 공기조화기의 설치환경에 따라 항시 우수한 성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

Description

공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어방법{AIR CONDITIONER CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 더 상세하게는 능력가변형 압축기를 채용한 공기조화기에서 압축기로 흡입되는 냉매의 압력에 따라 압축기의 능력을 가변할 수 있도록 한 공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

건물이 대형화함에 따라 하나의 실외기에 다수의 실내기가 연결된 형태의 멀티 에어컨(Multi-airconditioner)에 대한 수요자의 요구가 증가 추세에 있다. 멀티 에어컨은 실외기와 실내기가 비교적 멀리 떨어져 설치되고 각 실내기에서의 냉방요구능력에 따라 압축기를 운전할 필요성이 있기 때문에 실외기 및 실내기는 쌍방향으로 통신하기 위한 통신회로를 구비하여 압축기의 운전을 제어함으로써 이에 대응토록 하고 있다. 더욱이, 각각의 실내기가 설치된 장소의 환경적 특성의 변화에 따라 각 실내기 마다 냉방 부하가 변화하게 되므로 실외기에서는 통신회로를 통하여 실내기의 운전상황과 냉방 부하에 대한 정보를 전송 받은 후 압축기의 운전율을 적절하게 가변 시킬 필요가 있다.

그러나 실외기와 실내기가 쌍방향으로 통신하기 위해서는 고가의 회로장치가 필요할 뿐만 아니라, 실외기와 실내기를 선정할 때 많은 제약을 받을 수밖에 없다. 즉, 실외기의 통신회로와 실내기의 통신회로는 서로 약속된 제어신호를 전송하여해당 실내기를 구분하며 실내기에 대한 정보를 해석하기 때문에 실외기 및 실내기가 서로 호환성이 있어야 하며, 주로 동일한 제조사의 제품만을 사용할 수밖에 없다. 심지어, 동일한 제조사에서 만든 제품이라 하더라도 제품 사양이 다른 모델들간에 서로 호환성을 가지지 않는 경우 사용중인 실외기와 실내기 중 어느 하나만을 교체할 필요가 있을 때 호환성이 있는 제품을 구입해야 하는 제약이 따르고, 호환성이 있는 제품이 없으면 실외기와 실내기를 모두 교체해야 하므로 소비자의 경제적인 부담은 커지게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 실외기가 실내기와 통신을 하지 않지 않고서도 실외기에서 독자적인 상황판단을 하여 압축기의 용량을 제어할 수 있는 방법이 요구된다. 또한, 실외기와 실내기간에 통신하지 않으면서도 실내 냉방부하의 변동에 적절하게 응답하여 압축기의 능력을 변화시킬 수 있어야 한다.

본 발명은 상술한 배경 하에 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 능력가변형 압축기를 적용한 공기조화기에서 압축기로 흡입되는 냉매의 압력과 설정된 목표값의 차이에 따라 주기적으로 산출한 로딩 타임으로 압축기의 능력을 가변함으로써 실내 냉방부하에 상응하게 압축기를 제어할 수 있도록 한 공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 제어 시스템의 구성도이다.

도 2a는 본 발명의 공기조화기에 채용된 펄스폭변조방식의 압축기의 로딩 상태를 도시한 것이고, 도 2b는 언로딩 상태를 도시한 것이다.

도 3은 도 2의 압축기의 운전 중에 로딩 및 언로딩과 냉매 토출량과의 관계를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 제어부의 상세한 구성도이다.

도 5는 본 발명에 따라 검출 압력과 목표값의 오차에 따라 로딩 타임을 산출하여 듀티제어신호를 출력하는 동작을 나타내는 제어선도이다.

도 6은 본 발명에 따른 압축기의 운전상태에 의하여 변화하는 압축기의 흡입측 압력을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 공기조화기 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

2: 압축기 3: 응축기

4: 전동팽창밸브 5: 증발기

6: 고압관 7: 저압관

30: 제어부 40: 압력센서

50: 외기온도센서 60: 입력부

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기조화기 제어 시스템은, 주어진 주기안에 로딩 타임과 언로딩 타임을 가지며 로딩 타임에서 냉매를 토출하고 언로딩 타임에서 냉매를 토출하지 않는 압축기; 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 압력을 검출하기 위한 센서; 상기 센서로부터 검출된 냉매의 압력과 설정된 목표값의 오차를 검출하고, 그 오차에 따라 결정된 로딩 타임으로 압축기를 운전하여 실내 냉방부하에 대응되게 상기 압축기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 공기조화기 제어 시스템은 주어진 주기안에 로딩 타임과 언로딩 타임을 가지는 듀티제어신호에 따라 냉매의 토출량이 가변되는 압축기, 상기 압축기의 흡입측에 설치된 저압관, 상기 저압관에 설치되어 압축기로 흡입되는 냉매의 압력을 검출하기 위한 센서, 상기 센서에 의해 검출된 압력과 목표값의 오차를 연산하는 오차연산부, 오차연산부에 의해 연산된 오차을 주기 마다 저장하는 오차저장부, 오차저장부로부터 입력받은 이전 주기의 오차와 해당 주기의 오차의 차이에 대응하는 주기 오차를 연산하는 주기오차연산부, 오차연산부에 의해 연산된 오차에 적분계수를 곱한 제1연산값과 주기오차연산부에 의해 연산된 주기오차에 비례계수를 곱한 제2연산값을 출력하는 비례적분기, 비례적분기의 제1연산값과 제2연산값을 더하여 로딩 타임의 변화량을 연산하는 로딩타임 변화량 연산부, 로팅타임 변화량 연산부에 의해 연산된 해당 주기의 로딩 타임 변화량과 이전 주기의 로딩 타임을 더한 해당 주기의 로딩 타임에 근거하여 듀티제어신호를 생성하는 듀티조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 서로 다른 용량에 대응되는 로딩 상태와 언로딩 상태를 갖는 듀티제어신호에 따라 작동되는 압축기가 설치된 실외기와, 상기 압축기와 함께 냉동사이클을 구성하는 전동팽창밸브 및 증발기가 설치된 다수의 실내기와, 상기압축기의 흡입측에 연결된 저압관과, 상기 저압관에 설치된 압력센서를 구비한 공기조화기의 제어방법에 있어서, 실내기의 운전 여부를 판단하는 단계; 실내기가 운전되는 경우 상기 압력센서에 의하여 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 압력을 검출하는 단계; 상기 센서를 통해 검출한 냉매의 압력과 설정된 목표값의 오차에 따라 주기적으로 로딩 타임을 결정하고 결정된 로딩 타임에 근거하여 생성한 듀티제어신호에 따라 상기 압축기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시례를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 시스템의 구성도이다. 본 발명의 공기조화기(1)는 실외기(8)와 실내기(9)를 포함한다. 실외기(8)는 압축기(2)와 응축기(3)를 포함하며, 실내기(9)는 여러 개가 병렬로 배치된다. 각 실내기(9)는 전동팽창밸브(4)와 증발기(5)를 포함한다. 따라서 하나의 실외기(8)에 여러 개의 실내기(9)가 연결된 형태를 취한다. 그리고 각 실내기(9)의 용량과 형태는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

또, 본 발명의 공기조화기(1)는 폐회로를 구성하도록 압축기(2), 응축기(3), 전동팽창밸브(4), 그리고 증발기(5)가 냉매관에 의해 순차적으로 연결된다. 냉매관 중에서 압축기(2)의 토출측과 전동팽창밸브(4)의 유입측을 연결하는 냉매관은 압축기(2)에서 토출된 고압 냉매의 흐름을 안내하는 고압관(6)이고, 전동팽창밸브(4)의 유출측과 압축기(2)의 흡입측을 연결하는 냉매관은 전동팽창밸브(4)에서 팽창된 저압 냉매의 흐름을 안내하는 저압관(7)이다. 응축기(3)는 고압관(6)의 중도에 설치되고, 증발기(5)는 저압관(7)의 중도에 설치된다. 압축기(2)가 운전하면 냉매는 실선 화살표 방향으로 흐른다.

저압관(7)에는 압축기(2)로 흡입되는 냉매의 압력을 검출하기 위한 압력센서(40)가 설치된다. 이 압력센서(40)는 제어부(30)의 입력단에 연결된다.

또, 실외기(8)에는 외기온도를 검출하기 위한 외기온도센서(50)가 적소에 설치되며, 이 외기온도센서(50)는 제어부(30)의 입력단에 연결된다. 이 제어부(30)는 실외기(8)에 마련된다.

제어부(30)는 각 실내기(9)와 신호선(L1-L6)으로 연결된다. 이 신호선(L1-L6)은 실내기의 운전여부에 따라 온/오프 신호를 제어부(30)에 출력하며, 제어부(30)는 신호선(L1-L6)을 통해 입력되는 온/오프 신호에 따라 해당 실내기의 운전 상태를 인식한다. 즉 제어부(30)는 신호선(L1-L6)로부터의 온/오프 신호에 따라 해당 실내기의 운전여부만을 체크하며 실내기와 통신할 수 있는 통신회로를 구비하지 않는다. 이 제어부(30)는 하나 이상의 실내기가 온되면 압축기(2)를 온시킨 다음 일정시간 동안 최소 용량으로 기동운전을 수행한다. 여기서, 최소 용량으로 압축기(2) 기동 운전을 수행하는 이유는 갑작스럽게 많은 냉매를 실내기로 공급할 때 발생할 수 있는 실내기의 고장을 방지하기 위함이다. 이후 압력센서(40)에 의하여 검출된 저압 냉매의 압력과 설정된 목표값의 오차를 주기적으로 산출하고 산출된 오차에 대응하여 압축기(2)의 용량(능력)을 제어한다.

제어부(30)는 외기온도센서(50)로부터 입력되는 외기온도에 따라 목표값을 설정하는데, 이는 외기온도의 변화에 따라 목표값을 변경하는 것이 실내 냉방부하에 신속하게 응답하는데 효율적이기 때문이다. 제어부(30)는 외기온도가 기준온도보다 상당히 높은 고온일 때 목표값을 낮추어 압축기 능력을 증대시키며 외기온도가 기준온도보다 상당히 낮은 저온일 때 목표값을 높혀서 압축기 능력을 떨어뜨리게 한다.

또한, 본 발명은 사용자가 목표값을 설정하기 위한 입력부(60)를 포함한다. 상기 입력부(60)는 사용자에 의하여 목표값을 설정하기 위한 설정요구신호를 제어부(30)에 출력한다. 실외기(8)와 실내기(9)를 연결하는 배관의 길이가 달라져 압력 손실이 발생할 수 있는 경우와 같이 설치조건을 변경함에 따라 목표값을 재설정할 필요가 있을 때 입력부(60)를 이용하여 목표값을 설정할 수 있다. 즉, 실외기(8)와 실내기(9)간의 배관 길이가 짧아지는 경우 사용자는 입력부(60)를 이용하여 목표값을 높이며, 실외기(8)와 실내기(9)간의 배관 길이가 길어지는 경우 사용자는 입력부(60)를 이용하여 목표값을 낮춘다.

도 2a와 2b에 도시된 바와 같이, 압축기로는 펄스폭 변조방식으로 제어되는 능력가변형 압축기(2)가 사용된다. 압축기(2)는 흡입구(18)와 토출구(19)가 마련된 케이싱(20)과, 이 케이싱(20) 내부에 설치된 모터(21)와, 이 모터(21)의 회전력를 받아 회전하는 선회스크롤(22)과, 선회스크롤(22)과의 사이에 압축실(23)을 형성하는 고정스크롤(24)을 포함한다. 케이싱(20)에는 고정스크롤(24)의 상측과 흡입구(18)를 연결하는 바이패스관(25)이 설치되고, 이 바이패스관(25)에는 솔레노이드 밸브 형태의 PWM밸브(Pulse Width Modulated Valve; 26))가 설치된다. 도 2a는 PWM밸브(26)가 오프되어 바이패스관(25)을 막고 있는 상태를 도시한 것으로, 이 상태에서는 압축기(2)는 압축된 냉매를 토출한다. 이러한 상태를 로딩(loading)이라 하고 이때 압축기(2)는 100%의 용량으로 운전한다. 도 2b는 PWM밸브(26)가 온되어 바이패스관(25)을 열고 있는 상태를 도시한 것으로, 이때 냉매는 압축기(2)에서 토출되지 않는다. 이러한 상태를 언로딩(unloading)이라 하고 압축기(2)는 0%의 용량으로 운전하게 된다. 로딩 상태이든 언로딩 상태이든 압축기(2)에는 전원이 공급되고 모터(21)는 일정한 속도로 회전한다. 압축기(2)에 전원공급이 차단되면 모터(21)는 회전하지 않고 압축기(2)의 운전은 정지된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(2)는 운전하는 동안에 일정한 주기로 로딩과 언로딩을 반복하며, 로딩 타임에서 압축기(2)는 냉매를 토출하므로 증발기(5)의 온도는 하강하고, 언로딩 타임에서 압축기(2)는 냉매를 토출하지 않으므로 증발기(5)의 온도는 상승한다. 그리고 도 3에서 빗금친 부분의 면적은 냉매 토출량을 나타낸다. 로딩 타임과 언로딩 타임을 제어하는 신호를 듀티 제어 신호라 한다. 본 발명의 실시례에서 주기는 일정하게 예를 들어 20초로 정해 놓고 제어부(30)가 로딩 타임의 비율을 변화시켜 압축기(2)의 능력을 가변시키는 방식을 취한다.

즉, 제어부(30)는 압축센서(40)가 검출한 저압 냉매의 압력과 설정된 목표값의 오차에 따라 듀티제어신호의 로딩 타임을 변화시키는데, 주기적으로 오차를 검출하고 주기 마다 검출된 오차의 변화량에 따라 해당 주기의 로딩 타임을 결정하는 방식으로 압축기(2)를 제어한다.

도 4는 본 발명에 따른 제어부의 상세한 구성도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제어부(30)는 압력센서(40)에 의해 검출된 압력과 목표값의 오차를 연산하는 오차연산부(31)와, 이전 주기의 오차와 해당 주기의 오차의 차이에 대응하는 주기 오차를 연산하는 주기오차연산부(33)와, 오차연산부(31)에 의해 연산된 오차에 적분계수를 곱한 제1연산값과 주기오차연산부(33)에 의해 연산된 주기 오차에 비례계수를 곱한 제2연산값을 출력하는 비례적분기(34)와, 비례적분기(34)의 제1연산값과 제2연산값을 더하여 로딩 타임의 변화량[ΔLT(n)]을 연산하는 로딩타임 변화량 연산부(35)와, 로팅타임 변화량 연산부(35)에 의해 연산된 해당 주기의 로딩 타임 변화량과 이전 주기의 로딩 타임을 더한 해당 주기의 로딩 타임에 근거하여 듀티제어신호를 생성하는 듀티조정부(36)를 포함한다.

또, 제어부(30)는 상기 오차연산부(31)에 입력하기 위한 목표값을 저장하는 목표값저장부(33b)와 목표값저장부(33b)에 목표값을 입력하기 위한 목표값입력부(33a)로 구성되는 목표값설정부(32)를 더 포함한다. 목표값입력부(33a)는 목표값을 설정하기 위한 목표값 설정신호를 목표값저장부(33b)에 입력하며, 목표값저장부(33b)는 목표값 설정신호에 따라 설정된 목표값을 저장한다.

이 목표값입력부(32a)는 외기온도센서(50)로부터 입력되는 외기온도에 따라 목표값 설정신호를 목표값저장부(32a)에 입력하며, 또 입력부(60)를 통해 입력되는 설정요구신호에 따라 목표값 설정신호를 목표값저장부(32b)에 입력한다.

오차연산부(31)는 감산기로 구현할 수 있으며 다음의 식(1)에 따라 소정 주기(제n주기)의 검출 압력과 목표값의 오차[ErrLP(n)]를 연산한다.

ErrLP(n) = [LP(n)] - [LPt] ......(식1)

여기서, LP(n)은 압력센서(40)에 의해 검출된 압력이며, LPt는 목표값설정부(32)로부터 입력되는 목표값이다.

주기오차연산부(33)는 오차연산부(31)에 의해 연산된 오차을 주기 마다 저장하는 오차저장부(33a)와 오차저장부(33a)로부터 입력받은 해당 주기의 오차에서 이전 주기의 오차를 빼서 주기오차를 연산하는 감산기(33b)를 포함한다. 감산기(33b)는 다음의 식(2)에 따라 소정 주기(제n주기)의 주기오차[ΔErrLP(n)]를 연산한다.

ΔErrLP(n) = [ErrLP(n)] - [ErrLP(n-1)]......(식2)

여기서, ΔErrLP(n)은 제n주기의 주기오차이다.

비례적분기(34)는 오차연산부(31)에 의해 연산된 소정 주기(제n주기)의 오차[ErrLP(n)]에 적분계수(KI)를 곱한 제1연산값[KI×ErrLP(n)]과 주기오차연산부(33)에 의해 연산된 소정 주기(제n주기)의 주기 오차[ΔErrLP(n)]에 비례계수(KP를 곱한 제2연산값[KP×ΔErrLP(n)]을 출력한다. 여기서, KI와 KP는 실험을 통해 얻어진 최적값을 적용하는 것이 바람직하다.

로딩타임 변화량 연산부(35)는 가산기로 구현할 수 있으며, 다음의 식(4)에 따라 소정 주기(제n주기)의 로딩 타임 변화량[ΔLT(n)]을 연산한다.

ΔLT(n) = [KI×ErrLP(n)] + [KP×ΔErrLP(n)] ......(식4)

듀티조정부(36)는 다음의 식(5)에 따라 이전 주기의 로딩 타임[LT(n-1)]에 로딩 타임 변화량[ΔLT(n)]을 가산하여 소정 주기(제n주기)의 로딩 타임[LT(n)]을 연산하는 가산기를 포함하며, 소정 주기(제n주기)의 로딩 타임[LT(n)]에 의해 듀티제어신호를 생성하여 PWM밸브(26)에 출력하며, 연산된 로딩 타임[LT(n)]을 로딩타임 저장부(37)에 출력한다. 로딩타임 저장부(37)는 주기 마다 연산된 로딩 타임을 저장하고 있다.

LT(n) = [LT(n-1)] + [ΔLT(n)] ......(식5)

이렇게 제어부(30)는 압력센서(40)에 의해 검출된 압력과 설정된 목표값의 오차에 따라 해당 주기의 로딩 타임을 결정하고 그 로딩 타임에 의해 해당 주기의 듀티제어신호를 생성하여 PWM밸브(26)의 온/오프 동작을 제어하게 된다. 이러한 제어부(30)의 제어동작을 도 5의 제어선도로 나타낼 수 있다. 도 5에서, A1과 A2는 감산기이고 A3 및 A4는 비례적분기에 해당하며, A5와 A6는 가산기이다.

제어부(30)가 검출 압력과 목표값의 오차에 따라 로딩 타임을 변경하여 PWM밸브(26)를 제어하기 때문에 다수의 실내기 중 운전중인 실내기의 총 개수가 변화하거나 혹은 실내기의 냉방부하가 변동하더라도 도 6과 같이 압축기(2) 능력이 적절하게 가변되며, 이에 따라 각 실내기(9)에서 쾌적한 냉방을 실시할 수 있게 된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 이전 주기[T(n-1)]에서 압력센서(40)를 통해 검출되는 압력[LP(n-1)이 변화할 때 그 평균압력[V(n-1)]은 목표값[LPt]보다 낮다. 이때, 제어부(30)는 다음 주기[T(n)]의 검출 압력[LP(n)]과 목표값[LPt]의 오차에 근거하여 로딩 타임 변환량[ΔLT(n)]을 연산하고 다음 주기[T(n)]의 로딩 타임[LT(n)]을 산출한 후 듀티제어신호를 생성하여 PWM밸브(26)를 제어한다. 제어부(30)는 압축기(2)로 흡입되는 압력 즉 검출 압력이 높아지도록 로딩 타임이 길어지게 하여 PWM밸브(26)의 오프 타임이 상대적으로 오래 지속되도록 제어한다. 또,제어부(30)는 검출 압력이 목표값보다 높아지면 로딩 타임이 짧아지게 하여 PWM밸브(26)의 오프 타임이 상대적으로 짧게 지속되도록 제어한다. 이에 따라 검출 압력은 목표값에 근사하게 되고, 실내 냉방부하의 변동에 신속하게 대처할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 공기조화기의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

냉방을 필요로 하는 실내공간에 설치된 실내기 운전이 시작되면 그 실내기(9)에 연결된 신호선을 통해 온(ON)신호가 제어부(30)에 입력되고, 제어부(30)는 다수의 실내기(9)와 각각 연결된 신호선(L1-L5)을 통하여 입력되는 온/오프 신호에 따라 각 실내기의 운전여부를 판단한다(S10).

하나 이상의 실내기가 운전되면 압축기(2)에 전원이 공급되어 압축기 온(ON)되고(S20), 저압관(7)에 설치된 압력센서(40)는 압축기(2)로 흡입되는 냉매의 압력을 검출하여 제어부(30)에 입력한다(S30).

이어서, 제어부(30)는 압축기 온된 상태에서 일정시간 동안 최소 용량으로 기동 운전하는데, 그 이유는 실내기의 고장을 방지하는데 주안점이 있다(S40).

압축기 기동운전이 종료되면 제어부(30)의 오차연산부(31)는 압력센서(40)로부터 입력되는 해당 주기(제n주기)의 검출 압력 [LP(n)]과 목표값설정부(32)로부터 입력되는 목표값[LPt]의 오차[ErrLP(n)]를 연산한다. 여기서, 목표갑설정부(32)는 외기온도센서(50)로부터 입력되는 외기온도에 따라 목표값을 목표값저장부(32b)에 저장하여 설정하거나 혹은 사용자가 목표값을 설정하기 위해 입력부(60)를 통해 입력되는 설정요구신호에 따라 목표값을 목표값저장부(32b)에 저장하여 설정할 수 있다(S50).

이어, 주기오차연산부(33)는 소정 주기(제n주기)의 주기오차[ΔErrLP(n)]를 연산하는데, 오차을 주기 마다 저장하는 오차저장부(33a)로부터 해당 주기의 오차[ErrLP(n)]와 이전 주기의 오차[ErrLP(n-1)]를 입력받은 감산기(33b)가 주기오차[ΔErrLP(n)]를 연산한다(S60).

이어, 비례적분기(34)는 오차연산부(31)에 의해 연산된 해당 주기(제n주기)의 오차[ErrLP(n)]에 적분계수(KI)를 곱한 제1연산값[KI×ErrLP(n)]과 주기오차연산부(33)에 의해 연산된 해당 주기(제n주기)의 주기 오차[ΔErrLP(n)]에 비례계수(KP를 곱한 제2연산값[KP×ΔErrLP(n)]을 로딩타임 변화량 연산부(34)로 출력한다. 로딩타임 변화량 연산부(34)는 제1연산값[KI×ErrLP(n)]과 제2연산값[KP×ΔErrLP(n)]을 가산하여 해당 주기의 로딩 타임 변화량[ΔLT(n)]을 연산한다(S70).

이어, 듀티조정부(36)는 이전 주기의 로딩 타임[LT(n-1)]에 로딩 타임 변화량[ΔLT(n)]을 가산하여 해당 주기(제n주기)의 로딩 타임[LT(n)]을 연산하고(S80), 그 로딩 타임[LT(n)]에 따라 듀티제어신호를 생성하여 PWM밸브(26)에 출력하여 압축기(2) 용량(능력)을 제어하며(S90), 이후 단계 S50로 돌아가 계속하여 검출압력과 목표값의 오차의 변화량에 따라 압축기(2)를 제어한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 시스템과 그 제어방법에 의하면, 펄스폭변조 방식의 압축기를 적용한 공기조화기에서압축기로 흡입되는 냉매의 압력과 설정된 목표값의 오차에 따라 로딩 타임을 변경하여 압축기 용량을 제어한다. 따라서, 본 발명은 기존과 같이 실외기 및 실내기가 쌍방향으로 통신하기 위한 통신회로를 구비해야 하는 제약으로부터 벗어날 수 있고, 실외기와 실내기 중 어느 하나를 필요에 따라 교체할 수 있어서 제품에 대한 소비자의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 또, 실외기와 실내기간에 통신하지 않으면서도 압축기의 능력을 변화시킬 수 있기 때문에 실내 냉방부하의 변동에 신속하게 응답할 수 있다.

아울러, 외기온도의 변화에 따라 목표값을 설정하거나 사용자의 요구에 의해 목표값을 설정할 수 있기 때문에 공기조화기의 설치환경에 따라 항시 우수한 성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

Claims

주어진 주기안에 로딩 타임과 언로딩 타임을 가지며 로딩 타임에서 냉매를 토출하고 언로딩 타임에서 냉매를 토출하지 않는 압축기;

상기 압축기로 흡입되는 냉매의 압력을 검출하기 위한 센서;

상기 센서로부터 검출된 냉매의 압력과 설정된 목표값의 오차를 검출하고, 그 오차에 따라 결정된 로딩 타임으로 압축기를 운전하여 실내 냉방부하에 대응되게 상기 압축기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 주기적으로 오차를 검출하고 주기 마다 검출된 오차의 변화량에 따라 해당 주기의 로딩 타임을 결정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제1항에 있어서, 외기온도를 검출하기 위한 외기온도센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 외기온도센서에 의하여 검출된 외기온도에 따라 목표값을 설정하되 외기온도가 높으면 압축기의 능력이 커지도록 목표값을 낮게 설정하고 외기온도가 낮으면 압축기의 능력이 작아지도록 목표값을 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제1항에 있어서, 사용자에 의하여 목표값을 설정하기 위한 입력부를 더 포함하고, 상기 제어부는 입력부를 통해 입력되는 설정요구신호에 따라 목표값을 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제1항에 있어서, 상기 센서는 상기 압축기의 흡입측에 연결하는 저압관에 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 실내기와 연결되는 신호선을 통해 전송되는 온/오프 신호에 따라 실내기의 운전여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제6항에 있어서, 상기 제어부는 다수의 실내기가 마련된 경우 각 실내기와 개별적으로 신호선이 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
주어진 주기안에 로딩 타임과 언로딩 타임을 가지는 듀티제어신호에 따라 냉매의 토출량이 가변되는 압축기,

상기 압축기의 흡입측에 설치된 저압관,

상기 저압관에 설치되어 압축기로 흡입되는 냉매의 압력을 검출하기 위한 센서,

상기 센서에 의해 검출된 압력과 목표값의 오차를 연산하는 오차연산부,

이전 주기의 오차와 해당 주기의 오차의 차이에 대응하는 주기 오차를 연산하는 주기오차연산부,

오차연산부에 의해 연산된 오차에 적분계수를 곱한 제1연산값과 주기오차연산부에 의해 연산된 주기오차에 비례계수를 곱한 제2연산값을 출력하는 비례적분기,

비례적분기의 제1연산값과 제2연산값을 더하여 로딩 타임의 변화량을 연산하는 로딩타임 변화량 연산부,

로팅타임 변화량 연산부에 의해 연산된 해당 주기의 로딩 타임 변화량과 이전 주기의 로딩 타임을 더한 해당 주기의 로딩 타임에 근거하여 듀티제어신호를 생성하는 듀티조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제8항에 있어서, 상기 오차연산부에 입력하기 위한 목표값을 저장하는 목표값저장부와 목표값저장부에 목표값을 입력하기 위한 목표값입력부로 구성되는 목표값설정부를 더 포함하며, 상기 목표값입력부는 목표값을 설정하기 위한 목표값 설정신호를 목표값저장부에 입력하며, 상기 목표값저장부는 목표값 설정신호에 따라 설정된 목표값을 저장하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제8항에 있어서, 외기온도를 검출하기 위한 외기온도센서를 더 포함하며, 상기 목표값입력부는 외기온도에 따라 목표값 설정신호를 목표값저장부에 입력하는 것을 특징으로 하는 공기조회기.
제8항에 있어서, 사용자에 의하여 목표값을 설정하기 위한 입력부를 더 포함하고, 상기 목표값입력부는 입력부를 통해 입력되는 설정요구신호에 따라 목표값 설정신호를 목표값저장부에 입력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제8항에 있어서, 상기 오차연산부는 다음의 식(1)에 따라 연산하는 제1감산기인 것을 특징으로 하는 공기조화기.

ErrLP(n) = [LP(n)] - [LPt] ......(식1)

여기서, ErrLP(n)은 제n주기의 검출 압력과 목표값의 오차, LP(n)은 센서에 의해 검출된 압력, LPt는 목표값이다.
제8항에 있어서, 상기 주기오차연산부는 오차연산부에 의해 연산된 오차을 주기 마다 저장하는 오차저장부와 다음의 식(2)에 따라 오차저장부로부터 입력받은 해당 주기의 오차에서 이전 주기의 오차를 빼서 주기오차를 연산하는 감산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

ΔErrLP(n) = [ErrLP(n)] - [ErrLP(n-1)]......(식2)

여기서, ΔErrLP(n)은 제n주기의 주기오차이다.
제8항에 있어서, 상기 비례적분기는 다음의 식(3)에 따라 제1연산값과 제2연산값을 출력하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

제1연산값 = KI×ErrLP(n) , 제2연산값 = KP×ΔErrLP(n) ......(식3)

여기서, KI는 적분계수, KP는 비례 계수이다.
제8항에 있어서, 상기 로딩타임 변화량 연산부는 다음의 식(4)에 따라 연산하는 제1가산기인 것을 특징으로 하는 공기조화기.

ΔLT(n) = [KI×ErrLP(n)] + [KP×ΔErrLP(n)] ......(식4)

여기서, ΔLT(n)은 제n주기의 로딩 타임 변화량이다.
제8항에 있어서, 상기 듀티조정부는 다음의 식(5)에 따라 연산하는 제2가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.

LT(n) = [LT(n-1)] + [ΔLT(n)] ......(식5)

여기서, LT(n)은 제n주기의 로딩 타임이다.
서로 다른 용량에 대응되는 로딩 상태와 언로딩 상태를 갖는 듀티제어신호에 따라 작동되는 압축기가 설치된 실외기와, 상기 압축기와 함께 냉동사이클을 구성하는 전동팽창밸브 및 증발기가 설치된 다수의 실내기와, 상기 압축기의 흡입측에 연결된 저압관과, 상기 저압관에 설치된 압력센서를 구비한 공기조화기의 제어방법에 있어서,

실내기의 운전 여부를 판단하는 단계;

실내기가 운전되는 경우 상기 압력센서에 의하여 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 압력을 검출하는 단계;

상기 센서를 통해 검출한 냉매의 압력과 설정된 목표값의 오차에 따라 주기적으로 로딩 타임을 결정하고 결정된 로딩 타임에 근거하여 생성한 듀티제어신호에 따라 상기 압축기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 방법.
제17항에서, 상기 실내기의 운전 여부를 판단하는 단계는 각 실내기에 연결된 신호선을 통해 전송되는 온/오프 신호에 의하여 판단하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제17항에 있어서, 실내기가 운전되면 일정시간 동안 상기 압축기를 기동 운전하는 단계를 더 포함하고, 압축기 기동 운전이 종료된 후 압축기를 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 방법.
제19항에서, 상기 압축기의 기동 운전은 단시간에 과다한 냉매가 토출되는데에서 기인하는 실내기의 고장을 일으키지 않는 범위에서 최소의 용량으로 압축기를 운전하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 방법.
제17항에 있어서, 실외기에 설치되는 외기온도센서를 통해 검출된 외기온도에 따라 목표값을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 방법.
제17항에서, 사용자에 의해 목표값을 설정하기 위한 입력부를 통해 입력되는 설정요구신호에 따라 목표값을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.