KR20050055450A - 공기조화기 및 그 동작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 압축기를 이용하여 냉방 부하에 따라 압축 냉매의 용량을 가변시킬 수 있는 공기조화기 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 공기조화기는 복수개의 압축기와, 상기 복수개의 압축기와 각각 연결되고, 온/오프됨에 따라 상기 압축기로 전원을 인가/차단하는 복수개의 릴레이와, 상기 복수개의 릴레이와 연결되고, 상기 복수개의 릴레이가 시간차를 두고 순차적으로 온(on)되도록 상기 시간차를 카운트하는 타이머와, 사용자의 제어명령에 따라 냉매의 압축 용량을 결정하고, 상기 타이머에 의해 카운트된 시간차를 두고 상기 복수개의 압축기가 순차적으로 가동되도록 상기 복수개의 릴레이를 온/오프시키는 제어신호를 발령하는 제어부를 포함하여 구성됨에 따라, 상기 복수개의 압축기의 초기구동을 위한 전류치가 가정내 설치된 전기차단기의 허용전류 범위를 초과하지 않도록 안정적인 초기구동이 가능해져 제품 신뢰도가 향상된다는 효과가 있다.

Description

공기조화기 및 그 동작방법 {Air Conditioner and its operating method}

본 발명은 복수개의 압축기가 적용된 공기조화기 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 특히, 복수개의 압축기가 시간차를 두고 순차적으로 가동됨에 따라, 초기구동을 위한 전류치가 가정내 설치된 전기차단기의 허용전류 범위를 초과하지 않고 안정되게 구동되는 복수개의 압축기가 적용된 공기조화기 및 그 동작방법에 관한 것이다.

도 1 은 단일개의 압축기가 적용된 공기조화기에서의 냉방시 냉매 흐름도이고, 도 2 는 종래 발명의 소프트 스타트 회로가 적용된 공기조화기의 구성도를 도시한 것으로서, 이를 참조로 하여 종래 발명의 공기조화기에 대해 설명한다.

일반적으로 공기조화기는 저온저압의 기체상태인 냉매를 고온고압의 기체상태의 냉매로 변화시키는 압축기와, 상기 압축기에서 변화된 고온고압의 기체상태인 냉매를 중온고압의 액체상태의 냉매로 변화시키는 응축기와, 상기 응축기에서 변화된 중온고압의 액체상태인 냉매를 저온저압의 액체상태의 냉매로 변화시키는 팽창장치를 포함하며, 종류에 따라 냉/난방 모드 선택에 따라 난방 기능이 수행되도록 냉매의 유로를 바꾸어주는 방향절환밸브를 포함하여 난방 사이클을 형성할 수 있다.

본 명세서의 종래 발명 및 본 발명의 실시예의 공기조화기는 냉방 기능을 수행하는 일반적인 공기조화기뿐만 아니라, 난방기능 수행이 가능한 히트펌프식 공기조화기를 포함하는 개념으로 이하, 설명하기로 한다.

상기 공기조화기에서 실내 열교환기와 실외 열교환기는 냉/난방 모드에 따라 그 역할이 달라지는데, 난방모드에서는 실내 열교환기가 응축기 역할을 수행하고 실외 열교환기가 증발기 역할을 수행하는데 비하여 냉방모드에서는 실내 열교환기가 증발기 역할을 수행하고 실외 열교환기가 응축기 역할을 수행한다.

또한, 최근에는 동일 또는 상이한 용량을 가지는 복수개의 압축기를 사용함으로써 냉방 부하 또는 난방 부하에 따른 냉매의 압축용량을 가변시킬 수 있도록 하여 냉방/난방 효율을 최적화할 수 있도록 하고 있다.

도 1 은 단일 압축기가 적용된 공기조화기의 냉방시 냉매의 흐름이 도시된 도면이다.

냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축하는 압축기(10)에서 압축된 냉매는 냉매 역류를 방지하는 체크밸브(11)를 통과한 후, 냉매의 유로를 절환시켜 열교환기의 역할이 바뀌도록 하는 방향절환밸브(20)를 통과하는데, 상기 방향절환밸브(20)는 냉방 또는 난방 기능이 구비된 히트펌프식 공기조화기의 경우에만 구비되어 상기 압축된 냉매흐름의 방향을 절환시켜 냉방 사이클 또는 난방 사이클을 형성하므로, 통상 보급된 냉방전용 공기조화기의 경우 상기 방향절환밸브(20)는 포함되지 않는다.

압축된 냉매는 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 중온고압의 액체냉매로 응축시키는 실외 열교환기(30)와, 상기 실외 열교환기(30)를 통과한 냉매를 저온저압의 액체냉매로 감압시키는 팽창밸브(40)와, 상기 팽창밸브(40)를 통과한 냉매를 실내공기와 열교환시키는 실내 열교환기(50)를 거쳐 실내의 공기 조화를 수행하며, 또한 상기 실내 열교환기(50)를 통과한 액체상태 및 기체상태의 2상냉매는 어큐뮬레이터(60)를 통과하여 상기 2상냉매로부터 액체냉매를 분리하고 기체냉매만 상기 압축기(10)로 공급하여 재압축됨에 따라 냉방 사이클의 형성이 반복된다.

상기 공기조화기는 냉/난방부하가 큰 경우 상기 냉/난방 부하를 신속하게 해소하기 위하여 대용량의 압축기를 채택하여 이를 풀가동시키는 제어신호를 발령하였다. 이때, 상기 압축기의 초기구동을 위한 전류치가 급증하게 되고 가동상태를 유지하면서 100%의 냉매가 압축되어 사이클을 형성한다.

그러나 이와 같은 압축기(10)가 풀가동되는 때의 전류치가 전기차단기의 허용 전류치를 초과하는 경우 전원공급이 완전 차단되므로 갑작스럽게 공기조화기의 동작이 정지되는 것은 물론, 가정 또는 건물 내에 전원을 공급받는 가전기기의 동작이 정지된다는 문제점이 있었다. 이는 초기구동을 위해 요구되는 전류치가 상당한 공기조화기와 같은 가전기기가 복수대 설치되는 건물일수록 전원 차단의 위험이 더욱 크다.

이를 방지하기 위해 종래 발명의 경우 도 2와 같은 소프트 스타트(soft start) 회로(75)를 적용하였다.

즉, 종래의 공기조화기는 냉매 압축을 위해 압축기(10)와, 온/오프됨에 따라 상기 압축기로 전원을 인가/차단함으로써 상기 압축기를 구동시키는 릴레이(70)와, 상기 릴레이가 연결됨에 따라 압축기에서 소비되는 초기구동 전류치가 단계적으로 상승되도록 하는 조정부(80)를 포함하여 소프트 스타트 회로(75)가 포함되었다. 물론, 상기 릴레이(70)의 온/오프를 제어하는 제어신호는 사용자 제어명령에 따라 실내기의 제어부(90)로부터 실외기측으로 전달된다. 도면에서 세로로 평행하는 점선의 좌측은 실외기를 나타내고, 우측은 실내기를 의미한다.

그러나, 상기와 같이 소프트 스타트 회로(75)는 상기 압축기(10)에서 서서히 전압이 상승되도록 하여 에어컨 초기 구동시 높은 전류에 의한 전압강하현상을 줄이기는 하나, 회로구성이 다소 복잡하여 가격이 상당하여 대형 압축기를 사용하는 경우에 한해 채택되었고, 이로 인한 생산비의 증가는 결국 소비자의 가격 부담으로 이어지게 된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 복수개의 압축기가 적용된 공기조화기의 초기구동시 소비되는 전류치가 단계적으로 상승되도록 상기 복수개의 압축기를 순차적으로 가동시키는 공기조화기를 제공하는 것이다. 이에 따라 초기구동 전류 피크치가 건물내 설치된 전기차단기의 허용전류 범위를 초과하지 않게 되어 급작스런 전원차단의 위험을 방지할 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 복수개의 압축기가 적용된 공기조화기 및 그 동작방법의 특징을 살펴보면 다음과 같다.

상기 공기조화기는 복수개의 압축기와, 상기 복수개의 압축기와 각각 연결되고, 온/오프됨에 따라 상기 압축기로 전원을 인가/차단하는 복수개의 릴레이와, 상기 복수개의 릴레이와 연결되고, 상기 복수개의 릴레이가 시간차를 두고 순차적으로 온(on)되도록 상기 시간차를 카운트하는 타이머와, 사용자의 제어명령에 따라 냉매의 압축 용량을 결정하고, 상기 타이머에 의해 카운트된 시간차를 두고 상기 복수개의 압축기가 순차적으로 가동되도록 상기 복수개의 릴레이를 온/오프시키는 제어신호를 발령하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 제 1 특징으로 한다.

이러한 공기조화기의 동작방법은 공기조화를 위한 사용자 제어명령이 입력되는 제 1 단계와, 상기 사용자 제어명령에 따른 냉매의 압축용량이 결정되는 제 2 단계와, 압축기 초기구동을 위한 전류치가 급증하지 않도록 상기 복수개의 압축기가 순차 가동되어 상기 결정된 용량의 냉매가 압축되는 제 3 단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 제시하는 복수개의 압축기가 적용된 공기조화기의 냉방 실시예는 도 1을 참조로 하는 종래 발명의 설명부분과 유사한 바, 이에 대한 설명을 생략하기로 한다. 단, 본 발명은 단일개의 대형 압축기가 적용된 것이 아니라, 두 개 이상의 압축기가 적용되어 냉매를 압축하며, 이는 선택적으로 가동될 수 있을 뿐만 아니라, 동시 가동이 가능하다. 각 압축기의 압축용량은 생산자에 의해 변경될 수 있으며, 본 명세서에서는 두 개의 압축기(제 1 압축기 및 제 2 압축기)가 적용된 것을 예시한다.

도 3은 본 발명의 복수개의 압축기가 적용된 공기조화기의 일부 구성도이고 도 4는 본 발명의 복수개의 압축기가 적용된 공기조화기의 동작방법이 도시된 순서도이다. 이를 참조로 하여 본 발명에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이 압축기는 증발기에서 증발한 저온저압의 기체냉매를 흡입하여 다음의 응축기에서 응축 액화할 수 있도록 응축온도에 도달하도록 냉매를 압축시키는 장치로서, 압축용량이 동일 또는 상이한 제 1 압축기(110)와 제 2 압축기(120)로 구성된다. 상기 압축기는 압축방식에 따라 스크롤 압축기, 로터리 압축기, 리니어 압축기 등이 이용될 수 있는데 본 명세서에서는 그 종류를 제한하지 않기로 한다.

제 1 압축기(110) 및 제 2 압축기(120)는 각각 제 1 릴레이(710) 및 제 2 릴레이(720)와 연결되는데, 상기 릴레이가 온 됨에 따라 전원이 인가되어 상기 압축기(110,120)가 가동되며, 상기 릴레이가 오프되면 전원이 차단되어 상기 압축기는 동작을 멈추게 된다.

각각의 릴레이(710,720)는 타이머(800)와 연결되며, 상기 타이머는 생산자에 의해 설정된 소정의 시간(=시간차)이 경과되는지를 체크하고 이를 제어부(900)로 알림한다. 상기 시간차란 각각의 릴레이가 온 되는 시점의 시간차를 의미하며, 이로써 각 릴레이(710,720)와 연결된 각 압축기(110,120)가 시간차를 두고 순차 가동되는 것이다.

즉, 본 발명의 공기조화기는 시간차를 두고 복수개의 압축기(110,120)가 순차 가동하여 초기구동시 피크전류치가 급증하는 현상을 방지하는 것은 물론, 냉/난방 부하를 신속하게 해소할 수 있다는 장점이 있다. 이로써 피크전류치가 급증함에 따라 전기차단기에 의한 전기차단 현상을 예방할 수 있으므로 보다 안정적인 건물 관리가 가능해진다.

여기서, 전기차단기는 열에 대하여 팽창률이 서로 다른 두 종류의 금속판을 맞대어 놓은 바이메탈을 사용하여 허용 전류치를 초과하는 과전류가 흐를 때 차단시켜주는 장치로서, 전기 사고 예방을 위해 현재 대부분의 가정, 건물에 설치된다. 이러한 전기차단기는 전원에 연결된 가전기기로 공급되는 전류의 총량이 상기 전기차단기의 허용 전류치를 초과하면 전원 공급을 차단함으로써 상기 전원에 연결되는 모든 가전기기의 동작을 정지시킨다.

도 4를 참조하여 본 발명의 공기조화기의 동작방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 냉방 시 실내온도가 증가되어 냉방 부하가 증가되거나, 난방시 실내온도가 감소되어 난방부하가 증가됨에 따라 이를 해소하고자 하는 사용자의 제어명령이 입력된다. (S1)

상기 사용자 제어명령을 실행하기 위해 압축되어야 하는 냉매의 용량이 제어부에 의해 결정된다.(S2)

상기 결정된 용량의 냉매가 압축되도록 하는 동시에 상기 압축기의 초기구동시 소비되는 전류치가 급증하지 않도록 상기 복수개의 압축기를 순차 가동시키는 제어신호를 발령한다.

이에 따라, 소정의 압축기가 우선 가동되고(S3), 가동 대기중인 압축기는 타이머에 의해 일정시간이 경과된 후 시간차를 두고 가동되어 각 압축기가 순차적으로 가동된다.(S4,S5)

이와 같이 동작되는 공기조화기의 초기구동시 소비되는 전류치는 복수개의 압축기가 동시에 풀가동될 때보다 압축기가 순차 가동될 때 단계적으로 증가하게 되므로 전류치 급증으로 인한 전기차단 위험을 방지할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의한 공기조화기 및 그 동작방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 공기조화기 및 그 동작방법은 타이머를 이용하여 복수개의 압축기가 순차적으로 가동되도록 하는 전기회로를 제공하는 한편, 복수개의 압축기의 순차 가동시킴으로써 초기구동시 전류치 급증으로 인한 전기차단의 위험을 방지할 수 있어 안정성이 확보되며, 이로 인한 가전기기의 오동작 및 위험사고를 방지할 수 있다.

도 1 은 종래 발명의 압축기가 적용된 공기조화기에서의 냉매 흐름도,

도 2 는 종래 소프트 스타트 회로가 적용된 공기조화기의 구성도,

도 3 은 본 발명의 복수개의 압축기가 적용된 공기조화기의 구성도,

도 4 는 본 발명의 복수개의 압축기가 적용된 공기조화기의 동작방법이 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10,110,120: 압축기 11: 역류방지 체크밸브

20: 방향절환밸브 30: 실외 열교환기

40: 팽창밸브 50: 실내 열교환기

60: 어큐물레이터 70,710,720: 릴레이

800: 타이머 90,900: 제어부

Claims (3)

1. 냉방 부하에 따라 냉매의 압축 용량이 가변되도록 복수개의 압축기를 이용하는 공기조화기에 있어서,

   상기 공기조화기는 복수개의 압축기와; 상기 복수개의 압축기와 각각 연결되고, 온/오프됨에 따라 상기 압축기로 전원을 인가/차단하는 복수개의 릴레이와; 상기 복수개의 릴레이와 연결되고, 상기 복수개의 릴레이가 시간차를 두고 순차적으로 온(on)되도록 상기 시간차를 카운트하는 타이머와; 사용자의 제어명령에 따라 냉매의 압축 용량을 결정하고, 상기 타이머에 의해 카운트된 시간차를 두고 상기 복수개의 압축기가 순차적으로 가동되도록 상기 복수개의 릴레이를 온/오프시키는 제어신호를 발령하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
2. 냉방 부하에 따라 냉매의 압축 용량이 가변되도록 복수개의 압축기를 이용하는 공기조화기에 있어서,

   공기조화를 위한 사용자 제어명령이 입력되는 제 1 단계와; 상기 사용자 제어명령에 따른 냉매의 압축용량이 결정되는 제 2 단계와; 압축기 초기구동을 위한 전류치가 급증하지 않도록 상기 복수개의 압축기가 순차 가동되어 상기 결정된 용량의 냉매가 압축되는 제 3 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 동작방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 3 단계는 소정의 압축기가 우선 가동되는 제 1 과정과,

   가동대기중인 압축기가 일정 시간차를 두고 순차 가동되는 제 2 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 동작방법.