KR20060084891A

KR20060084891A - 공기조화기의 온도 제어 방법

Info

Publication number: KR20060084891A
Application number: KR1020050005628A
Authority: KR
Inventors: 박귀근
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-07-26

Abstract

본 발명은 공기조화기의 온도 제어 방법에 관한 것으로, 특히 공기조화기가 냉방 모드로 작동 중인지 확인하는 단계와, 냉방 모드로 작동 중이면, 실외 온도가 T1℃ 이하인지를 확인하는 단계와, 실외 온도가 T1℃ 이하일 때는, 실내 열교환기의 출구 배관 온도를 실내 온도 제어를 위한 제어 대상 온도로 하여 전자팽창밸브의 주파수를 제어하고, 실외 온도가 T1℃를 초과할 때는, 실내 열교환기의 입구 배관 온도를 실내 온도 제어를 위한 제어 대상 온도로 하여 전자팽창밸브의 주파수를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 냉방 운전 시 실외 온도에 따라 설정 온도 제어를 위한 제어 대상을 달리함으로써 냉매 싸이클을 최적화할 수 있다.

공기조화기, 제어 대상 온도, 출구 배관 온도, 입구 배관 온도, 과열도

Description

공기조화기의 온도 제어 방법{Temperature control method of an air-conditioner}

도 1은 일반적인 멀티형 공기조화기의 냉매 싸이클의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티형 공기조화기의 전체적인 구성도이다.

도 3은 공기조화기의 온도 제어를 위해 필요한 구성을 도시한 블럭도이다.

도 4는 본 발명에 의한 공기조화기의 온도 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

140 : 실내기 142 : 실내 열교환기

144 : 실내팬 162 : 전자팽창밸브

180 : 실외기 182 : 인버터 압축기

184 : 정속 압축기 186 : 오일분리기

187 : 솔레노이드 밸브 188 : 바이패스용 배관

192 : 사방변 190 : 어큐물레이터

194 : 실외 열교환기 196 : 실외팬

200 : 입구 배관 온도센서 300 : 출구 배관 온도센서

400 : 실외 온도센서 500 : 제어부

본 발명은 공기조화기의 제어 방법에 관한 것으로, 특히 냉방 운전 시 실외 온도에 따라 설정 온도 제어를 위한 제어 대상을 달리함으로써 냉매 싸이클을 최적화할 수 있는 공기조화기의 온도 제어 방법에 관한 것이다.

공기조화기는 방, 거실, 사무실 또는 영업 점포 등의 공간에 배치되어 공기의 온도, 습도, 청정도 및 기류를 조절하여 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있도록 하는 장치로써, 크게, 일체형(window type)과 분리형(seperate type)으로 구분된다. 통상, 하나의 실내기에 대응하여 하나의 실외기를 설치하는 것이 일반적이나, 여러 개의 방을 갖는 건물의 경우엔, 각 방에 설치된 실내기에 대응하도록 실외기도 여러대 구입해야 하므로, 미관상 좋지 않고, 비경제적이며, 각 실외기마다 일정 면적의 공간이 확보되어야 하므로 공간 사용면에서 효율적이지 않다.

따라서, 하나의 실외기에 여러대의 실내기를 연결하여 한꺼번에 여러 개의 방을 냉난방시킬 수 있는 멀티형 공기조화기에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.

상기 멀티형 공기조화기는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 복수의 실내 열교환기(11a,11b,11c)를 구비한 실내유니트(10)와, 실외에 배치되는 실외유니트(1)를 구비하고 있다. 실외유니트(1)에는 냉매를 압축시키는 역할을 하는 인버 터 압축기(2)와 정속 압축기(4), 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외 열교환기(6) 및 상기 실외 열교환기(6)의 후방에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(8)이 설치되어 있고, 상기 실외 열교환기(6)의 하류측에는 냉매가 해당 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)로 유입되기 전 감압 팽창될 수 있도록 하는 전자팽창밸브(LEV) (13a, 13b, 13c)가 각각 구비되어 있다.

상기 인버터 압축기(2) 및 정속 압축기(4)는 실내유니트(1)의 최대 냉/난방 부하의 절반(50%)에 해당하는 압축 능력을 각각 갖추고 있으며, 각 압축기의 토출단은 냉매가 실외 열교환기(6)로 유입되기 전에 서로 합류되도록 접하고 있다.

계속해서, 냉, 난방 운전 시 냉매 싸이클을 설명하면, 먼저, 냉방 운전의 경우, 압축기(2, 4)에서 토출된 고온고압의 냉매는 사방변(미도시)의 작용으로 실외 열교환기(6)로 유입된다. 실외 열교환기(6)로 유입된 고온고압의 냉매는 실외 공기와의 열교환에 의해 액상의 냉매로 응축된 후, 전자팽창밸브(13a, 13b, 13c)를 통과하면서 저온저압의 냉매로 변환되고, 이어 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)로 유입되어 실내 공기와 열교환한 후 다시 압축기(2, 4)로 유입된다. 즉, 냉매는 압축기(2, 4) → 실외 열교환기(6) → 전자팽창밸브(13a, 13b, 13c) → 실내 열교환기(11a, 11b, 11c) → 압축기(2, 4)를 반복하여 흐르면서 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)가 설치되어 있는 공조공간의 온도를 설정 온도로 낮춘다.

다음으로, 난방 운전의 경우, 압축기(2, 4)에서 토출된 고온고압의 냉매는 사방변(미도시)의 작용으로 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)로 유입된다. 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)로 유입된 고온고압의 냉매는 실내 공기와 열교환한 후, 전자 팽창밸브(13a, 13b, 13c)를 거치면서 저온저압의 기체로 변환되고, 계속해서 실외 열교환기(6)을 거친 후 다시 압축기(2, 4)로 유입된다. 즉, 냉매는 압축기(2, 4) → 실내 열교환기(11a, 11b, 11c) → 전자팽창밸브(13a, 13b, 13c) → 실외 열교환기(6) → 압축기(2, 4)를 반복하여 흐르면서 공조공간의 온도를 설정 온도로 높인다.

하나의 실외기에 한대의 실내기만을 연결하여 사용하는 일반적인 공기조화기에 비해, 상술한 멀티형 공기조화기는 하나의 실외기를 이용하여 여러 방을 한꺼번에 냉/난방시킬 수 있으므로 전력면에서나 비용면에서 그리고 공간면에서 유리하다.

한편, 멀티형 공기조화기에 있어서, 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)의 증발 온도를 제어함으로써 실내 공간의 온도를 설정 온도로 제어할 수 있는데, 실내 열교환기의 증발 온도는 전자팽창밸브(13a, 13b, 13c)의 개도를 제어하는 것에 의해 가능하다. 예컨대, 냉방 운전의 경우, 전자팽창밸브(13a, 13b, 13c)의 개도를 높이면 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)로 유입되는 냉매의 양도 증가하므로 실내 열교환기의 증발 온도는 급속하게 하강하고, 이에 따라 실내 공간의 온도도 빠르게 하강한다. 반면, 전자팽창밸브(13a, 13b, 13c)의 개도를 낮추면 실내 열교환기로 유입되는 냉매의 양도 감소하므로 실내 열교환기의 증발 온도는 완만하게 하강하고, 이에 따라 실내 공간의 온도도 완만하게 하강한다.

실내 열교환기(11a, 11b, 11c)의 증발 온도를 제어하고자 할 때, 일반적으로, 실내 열교환기의 온도를 직접 제어 대상으로 하기 보다는 실내 열교환 기의 출구 배관 온도를 제어 대상으로 한다. 즉, 실내 열교환기의 출구 배관 온도를 공기조화기가 최적의 냉매 싸이클을 이룰 수 있는 온도로 맞춤으로써 실내 온도를 효율적으로 제어할 수 있다. 이때, 제어 대상 온도인 상기 출구 배관 온도의 목표 온도는 실내 열교환기의 입구 배관 온도에 과열도(過熱度)를 더하여 구한다.

그러나, 실내 열교환기의 출구 배관 온도만을 제어 대상으로 하는 공기조화기의 온도 제어 방법은, 실외 온도가 예컨대 39℃ 이상의 고온일 때는 적합하지 않다. 이는, 실외 온도가 고온일 때는 실외 열교환기의 응축온도가 높아지기 때문에 상기 과열도를 일정하게 유지하기가 어렵기 때문이다. 따라서, 효율적인 실내 온도 제어를 위한 최적의 냉매 싸이클을 형성하기 어렵다.

본 발명의 목적은 실외 온도에 따라 설정 온도 제어를 위한 제어 대상을 달리함으로써 냉매 싸이클을 최적화할 수 있는 공기조화기의 온도 제어 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 공기조화기의 온도 제어 방법은, 공기조화기가 냉방 모드로 작동 중인지 확인하는 단계와, 냉방 모드로 작동 중이면, 실외 온도가 T1℃ 이하인지를 확인하는 단계와, 상기 실외 온도가 T1℃ 이하일 때는, 실내 열교환기의 출구 배관 온도를 실내 온도 제어를 위한 제어 대상 온도로 하여 전자팽창밸브의 주파수를 제어하고, 상기 실외 온도가 T1℃를 초과할 때는, 실내 열교환기의 입구 배관 온도를 실내 온도 제어를 위한 제어 대상 온도로 하여 전자팽창밸브의 주파수를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 출구 배관 온도의 목표 온도는 "입구 배관 온도 + 과열도"이고, 상기 입구 배관 온도의 목표 온도는 "목표증발온도 * 실외온도 보정계수 * 실내온도 보정계수"인 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 의하면, 냉방 운전 시, 실외 온도가 39℃ 이상의 고온으로 상승하더라도 냉매 싸이클을 최적화할 수 있으므로 실내 공간의 온도를 효과적으로 제어할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 공기조화기의 온도 제어 방법에 대해 더욱 상세하게 설명하고자 한다.

먼저, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티형 공기조화기의 전체적인 구성도이다.

실내에는 실내 열교환기(142)와 실내팬(144)을 구비하는 실내기(140)가 각각 설치되어 있고, 이 실내기(140)는 실내 밖에 설치되어 있는 실외기(180)와 배관(pipe)을 통해 연결되어 있다.

실외기(180)에는 인버터 압축기(182)와 정속 압축기(184)로 구성된 멀티형 압축기가 장착되어 있는데, 이들 압축기들은 공기조화기를 순환하는 냉매를 고온 고압으로 압축한 후 토출하기 위한 장치이다. 상기 인버터 압축기(182)의 토출단에는 냉매와 오일을 분리하기 위한 오일분리기(186)가 장착되어 있다. 오일분리기(186)는 인버터 압축기(182)의 토출단으로 부터 냉매와 함께 토출되는 오일을 냉매로부터 분리한 후 압축기로 재순환시키기 위한 장치로, 상기 오일분리기(186) 내에 수용된 오일은 솔레노이드 밸브(187)와 바이패스용 배관(188)을 통해 인버터 압축기(182)의 입력단으로 보내진다.

압축기들(182 및 184)의 각 토출단에서 토출된 냉매는 상기 오일분리기(186) 를 거치며 그 속에 포함되어 있는 오일이 제거된 후, 오일합류관(189)을 거치면서 서로 합해진 상태에서 사방변(192)으로 유입된다. 사방변(192)은 공기조화기가 냉방으로 운전되거나 난방으로 운전될 경우 상기 압축기들(182 및 184)로 유입되거나 토출되는 냉매의 흐름을 각 운전 모드에 맞게 변화시키기 위한 장치로, 냉방 운전의 경우엔 도 2의 실선으로된 화살표 방향으로 냉매가 유입/출되도록 하고, 난방 운전의 경우엔 도 2의 점선으로 된 화살표 방향으로 냉매가 유입/출되도록 한다. 따라서, 상기 압축기들(182, 184)로 부터 토출된 냉매는, 냉방 운전의 경우엔, 실외 열교환기(194)로 유입되고, 난방 운전의 경우엔 실내기(140)로 유입된다.

상기 실외 열교환기(194)의 일단은 사방변(192)과 연결되어 있고, 그 타단은 전자팽창밸브(162)와 연결되어 있다. 따라서, 실외 열교환기(194)를 거치며 실외 공기와 열교환된 냉매는 전자팽창밸브(LEV)(162)를 통과하게 되는데, 상기 전자팽창밸브(162)는 냉매를 감압 팽창시켜 저온 저압의 냉매로 변환시키기 위한 장치로, 이를 통과하면서 저온 저압으로 상변환된 냉매는 리시버(receiver)(164)와 드라이어(drier)(166)를 통과한 후 실내기(140)로 유입된다.

실내기(140)로 유입된 저온 저압의 냉매는 실내팬(144)의 작용에 의해 실내 열교환기(142)를 거치게 되는 실내 공기와 열교환하는 과정을 통해 실내(즉, 공조공간)의 온도를 떨어뜨린다.

한편, 상기 실내기(140)는 그 일단이 사방변(192)과 연결되어 있으므로, 실내 열교환기(142)를 거치며 열교환을 끝낸 냉매는 사방변(192)으로 흐른 후, 사방변(192)의 유도에 의해 어큐물레이터(accumulator)(190)로 유입된다. 어큐뮬레이터(190)는 인버터 압축기(182)와 정속 압축기(184)의 흡입부와 연결되어 있는데, 이는, 실내기(140)를 통과하면서 기화되지 않은 액냉매가 상기 압축기들(182 및 184)로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.

한편, 실내 열교환기(142)로 유입되는 냉매의 온도를 측정하기 위한 입구 배관 온도센서(200)와, 실내 열교환기(142)를 통과한 냉매의 온도를 측정하기 위한 출구 배관 온도센서(300)가 상기 실내 열교환기(142)의 흡입단과 토출단에 각각 장착되어 있다. 상기 입구 배관 온도센서(200)와 출구 배관 온도센서(300)에서 측정한 배관 온도는 실내 공간의 온도를 조절하는데 있어 제어 대상이 되는 온도이다.

제어부(미도시)는 상기 출구 배관 온도센서나 입구 배관 온도센서에서 측정한 온도값을 읽은 후, 이들 값이 제어부에서 계산한 목표 온도와 일치하지 않은 경우, 전자팽창밸브(LEV)의 개도 제어를 통해 실내 열교환기(142)로 유입되는 냉매 양을 조절함으로써 상기 목표 온도로 맞춘다. 따라서, 실내 공간의 온도는 배관 온도센서들에서 측정된 온도값과 제어부에서 계산한 목표 온도 및 전자팽창밸브의 개도 조절을 통해 설정 온도로 제어될 수 있다.

도 3은 공기조화기의 온도 제어를 위해 필요한 구성을 도시한 블럭도이고, 도 4는 본 발명에 의한 공기조화기의 온도 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 본 발명에 의한 공기조화기의 온도 제어 방법은 실내 공간의 온도를 설정 온도로 맞추는데 있어서 실외 온도에 따라 그 제어 대상을 달리하는 것을 특징으로 한다. 즉, 실외 온도가 T1℃, 예컨대 39℃ 이하인 상황에서 냉방 운전을 수행할 때는, 실내 공간을 설정 온도로 제어하기 위한 제어 대상 온도를 출구 배관 온도센서(300)에서 측정한 출구 배관 온도로 하고, 실외 온도가 T1℃, 예컨대 39℃를 초과한 고온의 상황에서 냉방 운전을 수행할 때는, 제어 대상 온도를 입구 배관 온도센서(200)에서 측정한 입구 배관 온도로 한다.

이에 의하면, 실외 온도가 고온인 상황에서 냉방 운전을 할 때, 과열도 제어 불능에 의해 냉매 싸이클을 최적화할 수 없는 문제를 해결할 수 있다.

즉, 종래에는, 실외 온도의 높낮음에 상관없이, 실내 열교환기의 출구 배관 온도만을 설정 온도 제어를 위한 제어 대상 온도로 하였다. 이때, 제어 대상 온도인 상기 출구 배관 온도의 목표 온도는 실내 열교환기의 입구 배관 온도에 과열도(過熱度)를 더하여 구하는데, 상기 과열도는 실내 열교환기의 출구 배관 온도와 입구 배관 온도의 차이값이다. 그런데, 상기 과열도는 실외 온도가 T1℃, 예컨대 39℃를 초과하는 상황에서는 실외 열교환기의 응축 온도가 높아지기 때문에 실내기에서 원하는 값으로 제어되지 않는다는 문제가 있다. 따라서, 실외 온도가 T1℃를 초과하는 상황에서는 설정 온도 제어를 위한 제어 대상을 과열도에 의존하지 않는 온도로 대체하는 것이 필요하다.

본 발명은 실외 온도가 T1℃ 이하일 때와 이를 초과할 때 각각 설정 온도 제어를 위한 제어 대상 온도를 달리함으로써 상기한 문제점을 해결하고자 한다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 의한 온도 제어 방법을 더욱 상세하게 설 명한다.

공기조화기가 냉방 모드로 작동하고 있는 경우(S100 단계), 제어부(500)는 먼저 실외 온도센서(400)에서 측정된 실외 온도가 T1℃, 예컨대 39℃ 이하인지를 판단한다(S110 단계).

이어, 상기 S110 단계에서 실외 온도가 T1℃ 이하인 것으로 판단되면, 설정 온도 제어를 위한 제어 대상 온도를 실내 열교환기의 출구 배관 온도로 한다(S120 단계). 앞서 설명한 바와 같이, 제어 대상 온도인 상기 출구 배관 온도의 목표 온도는 실내 열교환기의 입구 배관 온도에 실내 열교환기의 과열도를 더한 값(즉, 실내 열교환기 출구 배관 온도 = 입구 배관 온도 + 과열도)이다.

이에 따라, 설정 온도 제어를 위한 제어 대상 온도인 상기 출구 배관 온도가 목표 온도를 초과한 것으로 확인되면(S130 단계), 제어부(500)는 전자팽창밸브(162)에 인가되는 주파수를 상승시켜 실내 열교환기로 유입되는 냉매의 양을 증가시킴으로써 제어 대상 온도인 상기 출구 배관 온도를 떨어뜨리고(S140 단계), 출구 배관 온도가 목표 온도보다 낮은 것으로 확인되면(S150 단계), 제어부(500)는 전자팽창밸브(162)에 인가되는 주파수를 하강시켜 실내 열교환기로 유입되는 냉매의 양을 줄임으로써 제어 대상 온도인 상기 출구 배관 온도를 상승시킨다(S160 단계). 마지막으로, 출구 배관 온도가 목표 온도와 같은 경우엔, 전자팽창밸브(600)의 주파수를 변경하지 않는다(S170 단계). 따라서, 제어 대상 온도인 출구 배관 온도는 현 상태를 유지한다.

한편, 상기 S110 단계에서 실외 온도가 T1℃를 초과한 것으로 판단되면, 설 정 온도 제어를 위한 제어 대상 온도를 실내 열교환기의 입구 배관 온도로 한다(S180 단계). 이때, 제어 대상 온도인 입구 배관 온도의 목표 온도는 "목표증발온도 * 실외온도 보정계수 * 실내온도 보정계수"로 구할 수 있다.

이때, '목표증발온도'는 목표로 하는 실내 열교환기의 증발 온도를 의미하고, '실외온도 보정계수'는 T1℃, 예컨대 39℃를 기준값인 "1"로 하여 그 보다 온도가 상승할 때는 그 값이 커지고 그 보다 온도가 하강할 때는 그 값이 작아지는 비례값이며, '실내온도 보정계수'는 기준되는 실내온도를 기준값인 "1"로 하여 그 보다 온도가 상승할 때는 그 값이 커지고 그 보다 온도가 하강할 때는 그 값이 작아지는 비례값이다. 이때, 상기 기준되는 실내온도는 설계에 따라 다소 변경될 수 있음은 물론이다.

예컨대, 목표증발온도가 "11"이고, 실외온도가 T1℃ 보다 높아 실외온도 보정계수가 "1.2"이며, 실내온도도 기준보다 높아 실내온도 보정계수가 "1.1"이 되면, 제어 대상 온도인 입구 배관 온도의 목표 온도는 "14.52"가 된다. 따라서, 제어부(500)는 실내 열교환기의 입구 배관 온도가 상기 목표 온도를 유지하도록 전자팽창밸브(162)에 인가되는 주파수를 제어하면 된다.

이에 따라, 제어 대상 온도인 입구 배관 온도가 상기한 목표 온도를 초과한 것으로 확인되면(S190 단계), 제어부(500)는 전자팽창밸브(162)에 인가되는 주파수를 상승시켜 실내 열교환기로 유입되는 냉매의 양을 증가시킴으로써 제어 대상 온도인 상기 입구 배관 온도를 떨어뜨리고(S200 단계), 상기 입구 배관 온도가 설정 온도보다 낮으면(S210 단계), 제어부(500)는 전자팽창밸브(162)에 인가되는 주파수 를 하강시켜 실내 열교환기로 유입되는 냉매의 양을 줄임으로써 제어 대상 온도인 상기 출구 배관 온도를 상승시킨다(S220 단계). 마지막으로, 입구 배관 온도가 목표 온도와 같은 경우엔, 전자팽창밸브(162)의 주파수를 변경하지 않는다(S230 단계). 따라서, 제어 대상 온도인 입구 배관 온도는 현 상태를 유지한다.

본 발명에 의한 공기조화기의 온도 제어 방법에 의하면, 실외 온도가 T1℃ 이하일 때는 설정 온도 제어를 위한 제어 대상 온도를 출구 배관 온도로 하고, 실외 온도가 T1℃를 초과할 때는 제어 대상 온도를 입구 배관 온도로 함으로써 실외 온도가 고온으로 상승할 때 실내 열교환기의 과열도를 제어하지 못하는데서 비롯되는 문제를 해결할 수 있다.

따라서, 실외 온도가 급상승하는 여름철에도 공기조화기의 냉매 싸이클을 최적의 상태로 제어할 수 있으므로 실내 공간의 온도를 효과적으로 제어할 수 있다.

Claims

공기조화기가 냉방 모드로 작동 중인지 확인하는 단계;

냉방 모드로 작동 중이면, 실외 온도가 T1℃ 이하인지를 확인하는 단계; 및

상기 실외 온도가 T1℃ 이하일 때는, 실내 열교환기의 출구 배관 온도를 실내 온도 제어를 위한 제어 대상 온도로 하여 전자팽창밸브의 주파수를 제어하고, 상기 실외 온도가 T1℃를 초과할 때는, 실내 열교환기의 입구 배관 온도를 실내 온도 제어를 위한 제어 대상 온도로 하여 전자팽창밸브의 주파수를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 온도 제어 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 출구 배관 온도의 목표 온도는 "입구 배관 온도 + 과열도"이고, 상기 입구 배관 온도의 목표 온도는 "목표증발온도 * 실외온도 보정계수 * 실내온도 보정계수"인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 온도 제어 방법.