KR20090081909A - 공기조화기 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR20090081909A
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Abstract

본 발명은, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기의 토출 온도를 검출하는 토출 온도 검출부와, 외부 온도에 기초하여 결정된 목표 과열도와 토출 온도에 반비례하는 과열도 보정치를 이용하여 최종 목표 과열도를 결정하는 제어부를 포함하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다. 이에 의하여, 공기조화기는, 안정적으로 과열도 제어가 가능해진다.
공기조화기, 토출 온도, 과열도, 외부 온도

Description

공기조화기 및 그 제어 방법{Air conditioner and method for controlling the same}
본 발명은 공기조화기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 공기조화기의 과열도 제어를 안정적으로 하도록 외부 온도 및 압축기 토출온도에 기초하여 최종 목표 과열도를 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기 및 그 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 장치이다.
공기조화기는 일반적으로 일체형과 분리형으로 나뉜다. 일체형과 분리형은 기능적으로는 같지만, 일체형은 냉각과 방열의 기능을 일체화하여 가옥의 벽에 구멍을 뚫거나 창에 장치를 걸어서 설치한 것이고, 분리형은 실내측에는 냉/난방을 수행하는 실내기를 설치하고 실외측에는 방열과 압축 기능을 수행하는 실외기를 설치한 후 서로 분리된 두 기기를 냉매 배관으로 연결시킨 것이다.
공기조화기는 통상, 압축기에서 냉매를 압축하여, 이를 사방밸브를 통해, 실외 열교환기에서 열교환을 하고, 팽창밸브에서 교축되어, 실내 열교환기에서 다시 열교환을 수행한다. 이에 실내 또는 실외의 공기의 온도 등이 조절되게 된다.
여기서, 증발기(실내 열교환기 또는 실외 열교환기)에서의 포화온도와 압축기로 유입되는 과열 냉매 온도의 차이를 과열도라고 하며, 공기조화기에서는 과열도 제어를 통해 압축기로 유입되는 냉매 유량을 조절한다.
종래에는 실외 온도에만 의존하여 실외 온도에 따라 과열도를 설정하는 과열도 제어를 수행하여 왔다. 특히, 실외 온도 구간에 따라 과열도 값을 미리 설정하였다. 그러나, 외부 온도가 급격히 변하는 경우 등에 따라, 과열도 값이 급격히 변하게 되면 공기조화기의 제어 전반이 불안정하게 되며, 특히 압축기의 파손 가능성이 있게 된다.
본 발명의 목적은, 공기조화기의 외부온도와 압축기 토출온도에 따라 최종 목표 과열도를 설정함으로써, 안정적으로 과열도 제어가 가능한 공기조화기를 제공하는 것이다.
상술한 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기의 토출 온도를 검출하는 토출 온도 검출부와, 외부 온도에 기초하여 결정된 목표 과열도와 토출 온도에 반비례하는 과열도 보정치를 이용하여 최종 목표 과열도를 결정하는 제어부를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법은, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 응축된 냉매를 교축하는 팽창밸브와, 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하는 공기조화기에 대한 제어방법으로서, 압축기의 토출 온도를 검출하는 단계와, 외부 온도에 기초하여 결정된 목표 과열도와 토출 온도에 반비례하는 과열도 보정치를 이용하여 최종 목표 과열도를 결정하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 공기조화기는, 외부온도는 물론 토출온도에 기초하여 최종 목표 과열도를 결정함으로써, 안정적인 과열도 제어가 가능해진다.
또한, 설정되는 최종 목표 과열도에 기초하여 팽창 밸브의 개폐를 제어하여 사이클을 순환하는 냉매의 유량을 제어함으로써, 냉동싸이클의 안정성이 향상되게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기를 보여주는 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 공기조화기의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하여 설명하면, 공기조화기(100)는, 압축기(110), 사방밸브(120), 실외 열교환기(130), 팽창밸브(140), 실내 열교환기(150), 어큐뮬레이터(160) 등을 포함한다.
공기조화기(100)는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.
공기조화기(100)를 히트 펌프식으로 구성하는 경우에, 실외 열교환기(130)는, 냉방 운전시 응축기로 작용하고, 난방 운전시 증발기로 작용한다. 실내 열교환기(150)는 냉방 운전시 증발기로 작용하고, 난방 운전시 응축기로 작용한다.
압축기(110)는 유입되는 저온 저압의 기상의 냉매를 고온 고압의 기상의 냉매로 압축시킨다. 압축기(110)는 용량 가변형 압축기, 용량 불변형 압축기가 이용될 수 있다. 용량 가변형 압축기는 다양한 구조를 가질 수 있지만, 제어의 용이성을 위하여 인버터 구조의 압축기일 수 있다. 압축기(110)는 압축기(110)에 연결된 압축기용 전동기(114)에 의해 동작한다.
사방밸브(120)는, 압축기(110)에 연결되어, 냉난방시 냉매의 흐름을 절환하는 유로 절환 밸브로서, 압축기(110)에서 압축된 냉매를 냉방시에는 실외 열교환기(130)로 안내하고, 난방시에는 실내 열교환기(150)로 안내한다.
한편, 사방밸브(120)와 압축기(110) 사이에 압축기(110)에서 토출되는 냉매의 토출 온도를 측정하기 위한, 토출온도 검출부(118)가 배치될 수 있다. 여기서 토출온도 검출부(118)는 온도 센서일 수 있다. 검출되는 토출온도(Te)는 제어부(210)에 입력되어 후술하는 과열도 제어에 사용되게 된다. 한편, 도면에서는 도시 하지 않았지만, 압축기에서 토출되는 냉매의 토출 압력을 측정하기 위한 토출압력 센서가 더 배치될 수 있다.
실외 열교환기(130)는, 냉방 운전시 응축기로 작용하고, 난방 운전시 증발기로 작용한다. 실외팬(132)과 실외팬(132)을 회전시키는 실외팬 전동기(134)로 이루어진 실외 송풍기(135)의 동작에 의해, 실외 열교환기(130)는 열교환을 하게 된다.
팽창밸브(140)는, 실내 열교환기(150)와 실외 열교환기(130) 사이에 배치되어, 응축된 냉매를 교축한다. 냉방 운전시에는 실외 열교환기(130)로부터 유입되는 액상 냉매를 교축하여 교축된 냉매를 실내 열교환기(150)에 공급하고, 난방 운전시에는 실내 열교환기(150)로부터 유입되는 액상 냉매를 교축하여 교축된 냉매를 실외 열교환기(130)에 공급한다.
실내 열교환기(150)는, 냉방 운전시 증발기로 작용하고, 난방 운전시 응축기로 작용한다. 실내팬(152)과 실내팬(152)을 회전시키는 실내팬 전동기(154)로 이루 어진 실내 송풍기(155)의 동작에 의해, 실내 열교환기(150)는 열교환을 하게 된다.
어큐뮬레이터(160)는, 압축기(110)의 흡입측과 사방밸브(120) 사이에 배치되어, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기(110)로 공급한다. 냉방 운전시에는 실내 열교환기(150)를 거쳐 사방밸브(120)에 유입되는 기체화된 냉매로부터 수분과 이물질을 제거하여 압축기(110)로 공급하고, 난방 운전시에는 실외 열교환기(130)를 거쳐 사방밸브(120)에 유입되는 기체화된 냉매로부터 수분과 이물질을 제거하여 압축기(110)로 공급한다.
한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 실내 열교환기(150) 측에, 상 분리기가 더 설치될 수도 있다. 이에 따라 상 분리기를 거친 냉매를 교축하는 제2 팽창 밸브가 더 구비될 수도 있다.
한편, 각 장치(110,120,130,140,150,160) 사이에는 배관으로 연결된다.
한편, 실외 온도 검출부(138)는 실외 열교환기 주변에 배치되어 실외 온도 즉, 외부 온도(To)를 검출한다. 예를 들어, 실외 온도 검출부(138)는 온도 센서일 수 있다. 검출된 외부 온도(To)는 제어부(210)에 입력되어, 제어 동작의 기초로 사용된다.
또한, 실내 온도 검출부(158)는 실내 열교환기 주변에 배치되어 실내 온도(Ti)를 검출한다. 실내 온도 검출부(158)는 온도 센서일 수 있다. 검출된 실내 온도(Ti)는 제어부(210)에 입력되어 제어 동작의 기초로 사용된다.
제어부(210)는, 검출된 외부 온도에 기초하여 결정된 목표 과열도와, 검출된 토출 온도에 반비례하는 과열도 보정치를 이용하여 최종 목표 과열도를 결정할 수 있다.
제어부(210)는, 토출 온도(Te)가 증가할수록, 과열도 보정치가 감소하도록 설정한다. 이에 의해 최종적으로, 최종 목표 과열도가 감소하게 된다. 토출 온도(Te)가 큰 경우는, 압축기(110)에 흡입되는 냉매의 기상이 많은 경우로서, 이를 낮추기 위해, 최종 목표 과열도가 감소하도록 과열도 보정치를 작게 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 제어부(210)는, 외부 온도가 증가할수록 목표 과열도가 증가하도록 설정할 수 있다. 이에 따라 최종 목표 과열도는 증가하게 된다. 한편, 목표 과열도 설정은 제어부(210)의 실시간 연산에 의해 가능하나, 후술하는 메모리(220)에 미리 설정된 값일 수도 있다.
한편, 제어부(210)는, 토출 온도(Te)에 의해 정해지는 과열도 보정치를 복수개의 구간에 따라 복수개의 값 중 어느 하나로 설정할 수 있다. 예를 들어, 토출 온도(Te)의 구간에 따라, 과열도 보정치를 구간 별로 설정할 수 있다.
한편, 제어부(210)는, 토출 온도(Te)의 변화량이 증가할수록, 최종 목표 과열도가 감소하도록 과열도 보정치를 설정한다. 여기서, 토출 온도(Te)의 변화량은 현재 토출 온도에서 이전 토출 온도를 감산한 값일 수 있다. 예를 들어, 토출 온도(Te)의 변화량이 커지게 된다면, 이는 압축기(110)에 흡입되는 냉매의 기상이 많아지게 된 경우로서, 이를 낮추기 위해, 최종 목표 과열도가 낮아지도록 과열도 보정치가 작아지게 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 제어부(210)는, 공기조화기의 다른 장치들의 동작을 제어할 수 있다. 팽창밸브(140)의 개폐를 제어하며, 사방밸브(120)의 동작을 제어하며,그 외의 압축기용 전동기(114), 실내팬 전동기(154), 실외팬 전동기(134)의 동작을 제어할 수도 있다.
특히, 제어부(210)는 토출 온도(Te)에 따라 팽창밸브(140)의 개도량을 제어한다. 예를 들어, 토출 온도(Te)가 높은 경우, 최종 목표 과열도는 낮게 설정되며, 이와 관련하여 제어부(210)는 팽창밸브(140)의 개도량을 증가시킨다. 또한, 토출 온도(Te)가 낮은 경우, 최종 목표 과열도는 높게 설정되며, 이와 관련하여 제어부(210)는 팽창밸브(140)의 개도량을 감소시킨다. 이와 같이, 최종 목표 과열도와 연관하여 팽창밸브(140)의 개도량을 제어함으로써, 공기조화기내의 흐르는 냉매의 양을 제어하게 되어, 안정적으로 공기조화기가 제어되게 된다. 특히, 저온 고습 난방 조건에서의 난방 취출온도가 개선되게 되다.
메모리(220)는 검출된 외부 온도에 따라 미리 설정된 목표 과열도를 저장할 수 있다. 미리 설정된 목표 과열도는 제어부(210)에 입력되어 최종 목표 과열도를 결정하는 데에 이용될 수 있다. 메모리(220)는 검출된 외부 온도를 복수개의 구간에 따라 미리 설정된 목표 과열도를 저장할 수도 있다.
도 3은 도 2의 제어부를 도시한 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 제어부(210)는 목표 과열도 결정부(310), 과열도 보정치 결정부(320) 및 최종 목표 과열도 결정부(330)를 포함한다.
목표 과열도 결정부(310)는, 외부 온도(To)에 기초하여 목표 과열도를 결정 한다. 상술한 바와 같이, 외부 온도(To)가 증가할수록 목표 과열도(St)가 증가하도록 설정할 수 있다. 결정된 목표 과열도(St)는 최종 목표 과열도 결정부(330)에 입력된다.
한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 목표 과열도 결정부(310)는, 메모리(220)와의 통신을 통해, 외부 온도(To)에 따라 미리 저장된 목표 과열도(St)를 수신할 수 있다. 수신된 목표 과열도(St)는 최종 목표 과열도 결정부(33)에 전달된다.
과열도 보정치 결정부(320)는, 토출 온도(Te)에 기초하여 과열도 보정치(Sc)를 결정한다. 토출 온도(Te)가 증가할수록, 과열도 보정치(Sc)는 감소하도록 결정된다. 또한, 과열도 보정치(Sc)는 복수개의 구간으로 나뉘어 구간 별로 결정될 수 있다.
최종 목표 과열도 결정부(330)는, 목표 과열도(St)와 과열도 보정치(Sc)를 이용하여, 최종 목표 과열도(Sf)를 결정한다. 최종 목표 과열도(Sf)는, 외부 온도(To)가 증가할수록, 토출 온도(Te)가 감소할수록, 증가하게 된다. 결정된 최종 목표 과열도(Sf)는 팽창밸브(140)의 개도량을 제어하는 데에 이용될 수 있다. 예를 들어, 최종 목표 과열도(Sf)가 증가할수록, 팽창밸브(140)의 개도량은 감소할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법을 보여주는 순서도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 먼저, 압축기의 냉매 토출 온도를 검출한 다(S410). 냉매 토출 온도(Te)는 상술한 바와 같이 토출온도 검출부(118)에서 검출되어 제어부(210)에 입력된다. 제어부(210)에는 냉매 토출 온도 이외에, 실외 온도 검출부(138)에 검출된 외부 온도(To)도 입력된다.
다음에, 제어부(210)는, 외부 온도에 기초하여 결정된 목표 과열도와, 토출온도에 반비례하는 과열도 보정치를 이용하여 최종 목표 과열도를 결정한다(S420).
여기서, 목표 과열도는 외부 온도(To)가 증가할수록, 증가하도록 설정될 수 있으며, 복수개의 구간에 따라 설정될 수도 있다. 이러한 목표 과열도는 메모리(220)에 미리 설정된 값일 수도 있다.
과열도 보정치는 토출 온도(Te)에 반비례하는 값을 갖는다. 토출 온도(Te)가 큰 경우는, 압축기(110)에 흡입되는 냉매의 기상이 많은 경우로서, 이를 감소시키기 위해, 과열도 보정치를 감소시켜 최종적으로 최종 목표 과열도가 감소하도록 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 토출 온도(Te)의 변화량이 증가할수록, 최종 목표 과열도가 감소하도록 설정된다. 토출 온도(Te)의 변화량은 현재 토출 온도에서 이전 토출 온도를 감산한 값일 수 있다. 토출 온도(Te)의 변화량이 커지게 된다면, 이는 압축기(110)에 흡입되는 냉매의 기상이 많아지게 된 경우로서, 이를 감소시키기 위해, 최종 목표 과열도가 낮아지게 설정되는 것이 바람직하다.
다음에, 제어부(210)는 팽창밸브의 개도량을 제어한다(S430).
토출 온도(Te)가 높은 경우, 최종 목표 과열도는 낮게 설정되며, 이와 관련 하여 제어부(210)는 팽창밸브(140)의 개도량을 증가시킨다. 또한, 토출 온도(Te)가 낮은 경우, 최종 목표 과열도는 높게 설정되며, 이와 관련하여 제어부(210)는 팽창밸브(140)의 개도량을 감소시킨다. 이와 같이, 최종 목표 과열도와 연관하여 팽창밸브(140)의 개도량을 제어함으로써, 안정적으로 공기조화기가 제어되게 된다. 특히, 저온 고습 난방 조건에서의 난방 취출온도가 개선되게 된다.
한편, 도면에서는 팽창밸브(140)의 개도량 제어가 제420 단계(S420) 이후에 수행되는 것으로 도시하고 있지만, 이와 달리, 제420 단계(S420) 이전에 수행될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기를 보여주는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공기조화기의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1의 제어부를 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법을 보여주는 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110:압축기 118:토출온도 검출부
120:사방밸브 130:실외 열교환기
140:팽창밸브 150:실내 열교환기
160:어큐뮬레이터 210:제어부
220:메모리

Claims (8)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기의 토출 온도를 검출하는 토출 온도 검출부; 및
    외부 온도에 기초하여 결정되는 목표 과열도와, 상기 토출 온도에 반비례하여 결정되는 과열도 보정치를 이용하여, 최종 목표 과열도를 결정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 외부 온도에 기초하여 목표 과열도를 결정하는 목표 과열도 결정부;
    상기 토출온도에 기초하여 과열도 보정치를 결정하는 과열도 보정치 결정부; 및
    상기 목표 과열도와 과열도 보정치를 이용하여 최종 목표 과열도를 결정하는 최종 목표 과열도 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 과열도 보정치를 미리 설정된 복수개의 값 중 어느 하나로 설정하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제1항에 있어서,
    압축된 냉매를 응축하는 응축기;
    응축된 냉매를 교축하는 팽창밸브; 및
    상기 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 토출 온도가 증가할수록, 상기 팽창밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부 온도에 따른 상기 목표 과열도를 저장하는 메모리;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 냉매를 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 응축된 냉매를 교축하는 팽창밸브와, 상기 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하는 공기조화기의 제어방법에 있어서,
    상기 압축기의 토출 온도를 검출하는 단계; 및
    외부 온도에 기초하여 결정된 목표 과열도와, 상기 토출 온도에 반비례하는 과열도 보정치를 이용하여, 최종 목표 과열도를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 토출 온도에 기초하여, 상기 팽창밸브의 개도량을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 토출 온도가 증가할수록, 상기 팽창밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
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