KR20050034086A - 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법 - Google Patents

인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법에 관한 것으로, x특히 인버터 에어컨의 냉방 구현시 실내외 온도 부하 변화에 따른 요구냉방능력을 산출하고 이를 표준조건으로 환산하여 인버터 압축기의 운전주파수를 산출함으로써 지속적으로 변화하는 시스템에 능동적으로 대응할 수 있는 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법에 관한 것이다.

Description

인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법{Method for Calculating Operation Frequency of Inverter Air-conditioner Compressor}
본 발명은 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인버터 에어컨의 냉방 구현시 실내외 온도 부하 변화에 따른 요구냉방능력을 산출하고 이를 표준조건으로 환산하여 인버터 압축기의 운전주파수를 산출함으로써 지속적으로 변화하는 시스템에 능동적으로 대응할 수 있는 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법에 관한 것이다.
일반적인 인버터 에어컨은 실내외 온도 변화에 따른 압축기 운전 주파수 제어를 실내 흡입온도와 설정온도의 온도차가 기준치 이상이면 압축기 운전 주파수를 정격 기준 주파수로 운전하고, 온도차가 기준치 이하이면 운전 주파수를 특정단위로 낮추어 운전한다. 그리고, 실외 온도 변화에 대해 보정하여 운전 주파수를 설정하여 사이클의 용량을 제어한다.
또한, 기본적인 실내외온도와 설정온도를 기반으로 복잡한 비례적분 및 퍼지제어를 적용하고 있다.
그러나, 이와 같은 제어방법은 운전 주파수 제어를 위해 많은 실내외 온도에 대한 구간별 제어 영역이 요구되기 때문에 그에 따른 데이터의 용량 증가로 비싼 실내외기 마이컴을 적용시켜야 하는 문제점이 있다.
또한, 이러한 실내외 온도차를 통한 운전 주파수 제어는 단실 에어컨에서는 특별한 제어문제는 발생하지 않으나, 다실의 멀티 에어컨에서는 온도변수가 실내기 수에 해당되는 만큼 늘어나 버리기 때문에 데이터 처리 과정이 매우 복잡하고 제어방법을 설정하기도 매우 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 인버터 에어컨의 냉방 구현시 실내외 온도 부하 변화에 따른 요구냉방능력을 산출하고 이를 표준조건으로 환산하여 인버터 압축기의 운전주파수를 산출함으로써 지속적으로 변화하는 시스템에 능동적으로 대응할 수 있는 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법은, 실내외 온도와 설정온도를 정격냉방용량에 보정하여 요구냉방능력을 산출하는 단계와; 상기 요구냉방능력에 따른 표준조건 환산계수를 산출하는 단계와; 상기 요구냉방능력에 표준조건 환산계수를 보정하여 표준조건 환산 냉방 능력을 산출하는 단계와; 상기 표준조건 환산 냉방 능력을 통해 압축기의 운전주파수를 산출하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
바람직하게는, 상기 요구냉방능력에 따른 표준조건 환산 계수를 산출하는 단계는, 특정 압축기 운전 주파수를 기준으로 각 실내외 온도 조건별로 냉방능력 결과를 산출하는 단계와, 상기 냉방능력 결과를 그래프화하고 각 실내온도 기준으로 곡선 맞춤하는 단계와, 상기 곡선 맞춤으로 실내외 온도를 변수로 하는 표준조건 환산계수 함수식을 얻는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 압축기의 운전주파수를 산출하는 단계는, 표준 온도 조건을 기준으로 인버터 압축기의 전 운전 주파수 영역을 구간 주파수 별로 임의로 선정하여 냉방능력을 측정하는 단계와, 상기 냉방능력 결과를 그래프화하고 각 주파수 영역을 기준으로 곡선 맞춤하는 단계와, 상기 곡선 맞춤으로 냉방능력에 따른 운전 주파수 함수를 얻는 단계를 포함하여 이루어진다.
이와 같이, 본 발명은 인버터 에어컨의 냉방 구현시 실내외 온도 부하 변화에 따른 요구냉방능력을 산출하고 이를 표준조건으로 환산하여 인버터 압축기의 운전주파수를 산출함으로써 지속적으로 변화하는 시스템에 능동적으로 대응할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 의한 인버터 에어컨의 전기적 연결 구성에 대한 블록도이다.
먼저, 본 발명에 의한 인버터 에어컨의 냉매 계통도는 일반적인 에어컨의 계통도와 동일하다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전기적 연결 구성도를 살펴보면, 각 실내외(10)(20)간 마이컴(11)(21)을 통해 서로 유기적인 데이터 송수신을 실행하고 있으며, 실내기부(10)에는 실내외 흡입온도(12)(22)와 설정온도(13)를 이용한 요구냉방능력(15), 표준조건 환산 냉방능력(16), 운전주파수(17)를 산출하는 구성을 하고 실외기부(20)는 운전 주파수를 입력(23)받아 압축기(25)를 구동하도록 구성된다.
도 2 는 본 발명에 의한 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법의 흐름도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 인버터 에어컨 시스템의 운전이 시작(S1)되면, 외기온도 보정계수와 실내온도 보정계수 및 설정온도 보정계수를 연산하여 요구냉방능력을 산출한다(S2)(S3)(S4).
이어서, 표준조건 환산계수를 연산(S5)하여 표준조건 환산능력을 산출하고(S6), 상기 표준조건 환산 능력을 요구냉방능력에 보정하여 압축기 운전주파수를 산출(S7)함으로써 압축기 운전 주파수를 실행(S8)하는 것이다.
본 발명에 의한 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에서는 한국 산업 규격 KS 9306의 건물 부하 계산을 근간으로 요구 부하량을 계산하였다.
여기서 BLC(33)은 실외 온도 33 [℃]에서 실내 온도를 27 [℃]로 유지하는 냉방 부하량으로 정격 표시 냉방 능력과 같은 값이다.
즉, KS9306에서의 건물부하계산은 정격 냉방 부하량에 외기 온도 보상 계수를 곱한 것이다. 그러므로 본 발명에서도 같은 방식으로 요구 냉방 부하를 계산하였다.
다만, 본 발명에서는 실내기의 정격 냉방 용량에 외기 온도 보상 계수 이외에 실내 온도 보상 계수 및 설정 온도 보상 계수를 보상시켜 요구 냉방 능력을 산출하였다. 그 요구 냉방 능력 산출식은 아래의 수학식1과 같다.
여기서, Qreq = 요구 냉방 용량[W], Qbase = 실내기의 정격 냉방 용량[W], COD = 외기 온도 보상 계수, CID = 실내 온도 보상 계수, CSET = 설정 온도 보상 계수, tj = 실외 온도[℃], ti = 실내 온도[℃], tset =설정 온도[℃] 이다.
도 3 은 본 발명에 의한 외기온도보상계수와 외기온도와의 관계 그래프이다.
상기 외기 온도 보상 계수(COD)는 상기에서 서술한 바와 같이 KS9306 에서 제시한 것과 같은 개념의 보상 계수를 사용하여 수학식 2로 정의 하였다.
다만, 외기 온도가 실외온도 하한치 23 [℃] 이하 조건에서도 에어컨이 작동해야 하므로 도 1에 도시한 바와 같이, 23 [℃] 조건에서 0 이 아닌 임의의 k 값을 같도록 수정 계수식을 조정하였다.
도 4 는 본 발명에 의한 실내온도보상계수와 실내온도와의 관계 그래프이다.
실내 온도 보정 계수(CID)는 수학식 3과 같이 정의 하였다.
도 4에 도시한 바와 같이, 실내 온도 하한치 16 [℃] 기점을 0, 실내 온도 27 [℃] 기점을 1.0 으로 하여 선형 보간 하였다. 하한 점을 16 [℃]로 한 이유는 당사 에어컨은 설정 온도를 16 [℃] 미만으로 설정할 수 없으므로 실내 온도가 16 [℃] 이하인 경우 요구 냉방 용량이 0이 되기 때문이다.
단, 리모컨의 설정온도는 제조사마다 다르게 채용이 되므로 제품 실정에 준하여 설정온도 하한치를 조정하면 된다. 타사의 경우 18℃를 적용하는 경우도 많으며, 일본은 주로 16℃를 활용하고 있다.
도 5는 본 발명에 의한 설정온도보상계수와 온도차(실내온도와 설정온도 사이의 차)와의 관계 그래프이다.
설정 온도 보정 계수(CSET)를 다음 식과 같이 정의 하였다.
설정 온도 보정 계수를 결정하는데 사용한 변수는 설정 온도와 실내 온도의 차이다.
여기서 ΔTrating 은 정격 부하를 나타내는 설정온도와 실내온도의 차이다. 이는 개발자가 시스템의 구성 및 용도에 맞게 설정해야 하는 부분이다.
본 발명에 의한 실내기의 요구 냉방 능력을 산출하는 일실시예를 설명하면 다음과 같다.
운전조건이 실내 25 [℃], 실외 32 [℃], 설정온도 21 [℃] 이고, 실내기가 RAS-066CR(6평형)일 경우에,
단실에서의 정격 냉방 능력은 표시 냉방 면적 6 [평](18.7 [m2])의 정격 표시 냉방 능력은 2300[W] 이다.
다음으로, 실외 온도 보정 계수를 수학식2를 이용해 연산하면 다음과 같다.
k = 0.1 로 설정한다.
이어서, 실내 온도 보정 계수는 수학식3을 이용해 연산하면
이다.
그리고, 설정 온도 보정 계수는 ΔTrating = 4 [℃]로 설정하여 수학식4를 이용해 연산하면,
이다.
따라서, 요구 냉방 능력은 수학식1을 통해 다음과 같이 구해진다.
다음으로, 압축기 운전 주파수 산출은 KSC 9306의 표준 온도 조건 (실내 건구27/습구 19.5, 실외 건구 35/습구 24℃) 기준으로 인버터 압축기의 전 운전 주파수영역을 (최소~최대 운전 주파수 범위) 구간 주파수 별로 임의로 선정하여 냉방능력을 측정하고, 그에 따른 주파수 대 냉방능력을 그래프하여, 곡선 맞춤하고 냉방능력에 따른 운전 주파수 함수를 구한다.
도 6 은 본 발명에 의한 실시험을 통해 구해본 주파수 대 냉방능력 결과 그래프이고, 도 7 은 본 발명에 의한 실외온도대 표준조건 환산계수의 결과 그래프이며, 도 8 은 본 발명에 의한 실내온도대 차단과 기온변화도의 결과 그래프이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 시험 결과를 통해 얻어진 압축기 운전 주파수 함수 F=f(Q)는 단지 표준 조건 기준으로하여 설정된 식이다.
따라서 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출시, 이 식에 요구냉방능력을 그대로 입력하는 경우에는 실제 저온조건인 경우(냉방부하가 작은 경우), 실제 냉방능력은 입력된 요구냉방부하보다 더 많이 나오게되는 문제가 있고, 액냉매에 의한 결빙, 압축기 소손 등의 문제가 야기된다.
또한 실제 과부하 조건에서는 실제 냉방능력은 입력된 요구냉방능력보다 작게됨으로써, 사용자의 냉방불만이 야기된다.
따라서 실내외 표준 조건을 기준으로 이하 실내외 조건이 저온/과부하와 조합되는 경우에 대해서 수치화 하여 요구냉방능력을 보정할 필요가 있다.
이를 표준조건 환산계수로 명명한다.(이하 NV로 칭함, Normalized Value)
표준조건 환산 냉방능력은 수학식 4와 같다.
NV 값은 당연히 실내외 온도를 변수로 하는 종속 변수이므로, 특정 압축기 운전 주파수를 정하여 각 실내외 온도조건을 혼합하여 냉방능력 결과를 실제로 구하여 실내온도와 실외온도 두가지의 독립변수로 하는 그래프를 곳선 맞춤하여 표준조건 환산계수 식, 즉 표준조건 환산계수를 산출한다.
선정한 운전 주파수에 따라 NV 값은 다소 차이가 날 수도 있으나, 온도부하에 대한 변화는 공기 엔탈피의 기울기를 의미하므로 저온/과부하/표준 등의 냉방능력 변화 추이는 어느 운전 주파수나 비슷한 비율을 나타낸다고 판단할 수 있다.
물론 여러 정황으로 볼 때, 인버터 압축기의 정격 냉방능력을 구현하는 정격 운전 주파수에서 시험하는 게 가장 타당하다.
표준조건 환산 계수 산출은 도 7에 도시한 바와 같이, 인버터 압축기를 운전 주파수를 60Hz로 하여, 실외온도 표준을 기준으로 실내 저온/표준/과부하 조건별로 시험하여 냉방능력 결과를 얻는다.
실외온도 저온을 기준으로 실내 저온/표준/과부하 조건별로 시험하여 냉방능력 결과를 얻는다.
실외온도 과부하를 기준으로 실내 저온/표준/과부하 조건별로 시험하여 냉방능력 결과를 얻는다.
상기와 같은 일련의 방법을 통해 구해진 냉방능력 결과물을 실내외 표준 조건을 NV= 1로 하여 결과 그래프로 작성한다.
결과 그래프를 각 실내온도 기준으로 곡선 맞춤하고(도 7 참조), 이를 통해 나타난 3가지의 실내 조건별 NV 함수식을 각 실내조건에 해당되는 절편과 기울기를 그래프화하여, 절편과, 기울기를 실내온도 기준으로 곡선 맞춤한다.
상기와 같은 방법에 의해서 NV식을 두가지 변수에 대해서 함수처리 한다. 이 결과를 수식화 하면 다음과 같다.
NV = (0.01436920.000953846*TID)*TOD +(-0.274876+0.0618566*TID)
상기 일련의 방법들을 통해서 요구냉방능력, 표준조건 환산 냉방능력, 압축기 운전 주파수 산출식을 구하는 것이다.
이와 같이, 본 발명은 인버터 에어컨의 냉방 구현시 실내외 온도 변화에 따른 인버터 압축기의 운전주파수 제어를 위해 실내기의 정격 냉방 용량에 실내외 온도 및 설정온도에 따른 보정을 수행하여 요구냉방능력을 산출함으로써 원활한 냉방능력 구현이 가능하다.
또한, 이러한 요구냉방능력을 산출하고 이를 표준조건으로 환산하여 인버터 압축기의 운전주파수를 산출함으로써 또한, 압축기 운전 주파수를 냉방용량에 따라 선형화하여 시스템의 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 이점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 인버터 에어컨의 냉방 구현시 실내외 온도 변화에 따른 인버터 압축기의 운전주파수 제어를 위해 실내기의 정격 냉방 용량에 실내외 온도 및 설정온도에 따른 보정을 수행하여 요구냉방능력을 산출함으로써 원활한 냉방능력 구현이 가능하다.
또한, 복수개 이상의 실내기를 구비하는 인버터 멀티 에어컨에서는 각 실내의 상이한 온도 및 상이한 부하 조건에 대해서 실내 전체 요구냉방능력으로 환산하여 표준화 방식을 채택하기 때문에 인버터 압축기의 운전 주파수 알고리즘 설정 방법이 부하조건에 보다 정확하게 제시될 수 있으며, 여러가지 조건에 의한 제어사양 증가가 없기 때문에 마이컴 등의 용량이 커지지 않는 이점이 있다
또한, 압축기 운전 주파수를 냉방용량에 따라 선형화하여 시스템의 변화에 능동적으로 대응할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 의한 인버터 에어컨의 전기적 연결 구성에 대한 블록도.
도 2 는 본 발명에 의한 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법의 흐름도.
도 3 은 본 발명에 의한 외기온도보상계수와 외기온도와의 관계 그래프.
도 4 는 본 발명에 의한 실내온도보상계수와 실내온도와의 관계 그래프.
도 5 는 본 발명에 의한 설정온도보상계수와 온도차(실내온도와 설정온도 사이의 차)와의 관계 그래프.
도 6 은 본 발명에 의한 실시험을 통해 구해본 주파수 대 냉방능력 결과 그래프.
도 7 은 본 발명에 의한 실외온도대 표준조건 환산계수의 결과 그래프.
도 8 은 본 발명에 의한 실내온도대 차단과 기온변화도의 결과 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 실내기부 11 : 마이컴
12 : 실내 흡입온도 감지부 13 : 실내 설정온도 입력부
14 : 실내 열교환기 온도 감지부 15 : 요구 냉방능력 산출부
16 : 표준조건 환산계수 산출부 17 : 운전 주파수 산출부
18 : 실내 팬 구동부 20 : 실외기부
21 : 마이컴 22 : 실외 흡입온도 감지부
23 : 운전 주파수 입력부 24 : 압축기 구동부
25 : 인버터 압축기 26 : 실내 팬 구동부

Claims (3)

  1. 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법에 있어서,
    실내외 온도와 설정온도를 정격냉방용량에 보정하여 요구냉방능력을 산출하는 단계와;
    상기 요구냉방능력에 따른 표준조건 환산계수를 산출하는 단계와;
    상기 요구냉방능력에 표준조건 환산계수를 보정하여 표준조건 환산 냉방 능력을 산출하는 단계와;
    상기 표준조건 환산 냉방 능력을 통해 압축기의 운전주파수를 산출하는 단계;를
    포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 요구냉방능력에 따른 표준조건 환산 계수를 산출하는 단계는,
    특정 압축기 운전 주파수를 기준으로 각 실내외 온도 조건별로 냉방능력 결과를 산출하는 단계와, 상기 냉방능력 결과를 그래프화하고 각 실내온도 기준으로 곡선 맞춤하는 단계와, 상기 곡선 맞춤으로 실내외 온도를 변수로 하는 표준조건 환산계수 함수식을 얻는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 압축기의 운전주파수를 산출하는 단계는,
    표준 온도 조건을 기준으로 인버터 압축기의 전 운전 주파수 영역을 구간 주파수 별로 임의로 선정하여 냉방능력을 측정하는 단계와, 상기 냉방능력 결과를 그래프화하고 각 주파수 영역을 기준으로 곡선 맞춤하는 단계와, 상기 곡선 맞춤으로 냉방능력에 따른 운전 주파수 함수를 얻는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 압축기 운전 주파수 산출 방법.
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