KR20090081910A - 공기조화기 - Google Patents

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KR20090081910A
KR20090081910A KR1020080008089A KR20080008089A KR20090081910A KR 20090081910 A KR20090081910 A KR 20090081910A KR 1020080008089 A KR1020080008089 A KR 1020080008089A KR 20080008089 A KR20080008089 A KR 20080008089A KR 20090081910 A KR20090081910 A KR 20090081910A
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진의정
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기를 구동하는 압축기 구동장치와, 실내 열교환기 및 실외 열교환기와, 실외 열교환기 주변의 온도를 검출하는 실외 온도 검출부와, 난방 동작시, 실외 열교환기 온도, 압축기의 운전 주파수, 및 압축기 구동장치에 흐르는 전류에 기초하여 실내 열교환기의 온도를 추정하고, 냉방 동작시, 배관 온도를 실내 열교환기의 온도로 추정하는 제어부를 포함하는 공기조화기에 관한 것이다. 이에 의하여, 공기조화기는, 간단히 실내 열교환기의 온도를 추정할 수 있게 된다.
공기조화기, 실내 열교환기, 온도,

Description

공기조화기{Air conditioner}
본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 공기조화기 내의 실내 열교환기의 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기에 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. 실외 열교환기는, 냉방시에 응축기로, 난방시에 증발기로 사용되며, 실내 열교환기는, 냉방시에 증발기로, 난방시에 응축기로 사용된다.
종래에는, 난방시 실내 열교환기, 즉 응축기의 온도를 직접 감지하여, 이 감지된 응축온도에 기초하여 토출과열도를 실행하였다. 실내 열교환기의 온도는 온도 센서를 부착하여 직접 검출하였다. 그러나, 실내 열교환기의 구조에 따라, 온도 센서를 부착할 수 없는 경우가 있으며, 이와 같은 경우, 실내 열교환기의 온도, 특히 응축온도를 알 수 없어, 과열도 제어 등을 안정적으로 수행할 수 없다는 문제점이 있게 된다.
본 발명의 목적은, 실내 열교환기의 온도를 추정함으로써, 안정적으로 과열도 제어가 가능한 공기조화기를 제공하는 것이다.
상술한 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 냉매를 압축하는 압축기와, 압축기를 구동하는 압축기 구동장치와, 실내 열교환기 및 실외 열교환기와, 실외 열교환기 주변의 온도를 검출하는 실외 온도 검출부와, 난방 동작시, 실외 열교환기 온도, 압축기의 운전 주파수, 및 압축기 구동장치에 흐르는 전류에 기초하여 실내 열교환기의 온도를 추정하고, 냉방 동작시, 배관 온도를 실내 열교환기의 온도로 추정하는 제어부를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명 실시예에 따른 공기조화기는, 실내 열교환기의 온도를 간단히 추정할 수 있게 된다. 이에 의해, 과열도 제어 등을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기를 보여주는 구성도이고, 도 2는 도 1의 공기조화기의 압축기 구동장치를 보여주는 회로도이며,
도 3은 도 1에 도시된 공기조화기의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 공기조화기(100)는, 압축기(110), 실외 열교환기(130), 사방밸브(120), 어큐뮬레이터(160), 팽창밸브(140), 실내 열교환기(150) 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 압축기 구동장치(200)에 의해 동작한다. 압축기 구동장치에 대하 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.
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 센서 일 수 있다. 검출되는 토출온도(Te)는 제어 부(210)에 입력되어 과열도 제어에 사용될 수 있다. 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 이루어진 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(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. 특히, 과열도 제어시 사용될 수 있다.
또한, 배관온도 검출부(158)는 실내 열교환기(150)의 입구 배관에 주변에 배치되어 실내 열교환기(150)의 입구 배관 온도(Ti)를 검출한다. 배관온도 검출부(158)는 온도 센서일 수 있다. 검출된 입구 배관 온도(Ti)는 제어부(210)에 입력되어 제어 동작의 기초로 사용된다. 특히, 공기조화기가 냉방 동작하는 경우에, 제어부(210)는 입구 배관 온도(Ti)를 실내 열교환기 온도로 추정한다.
압축기 구동장치(200)는 압축기(110)를 구동한다. 압축기 구동장치(200)에 대해 도 2를 참조한다. 압축기 구동장치(200)는, 제어부(210), 컨버터(220), 인버터(230) 및 압축기용 전동기(114) 등을 포함한다. 또한 압축기 구동장치(200)는, 입력전류 검출부(A), 리액터(L), 평활 커패시터(C), 및 출력전류 검출부(B) 등을 더 포함할 수 있다.
리액터(L)는, 상용 교류 전원(205)과 컨버터(220) 사이에 배치되어, 역률 보 정 또는 승압동작을 수행한다. 또한, 리액터(L)는 컨버터(220)의 고속 스위칭에 의한 고조파 전류를 제한하는 기능을 수행할 수도 있다.
컨버터(220)는 리액터(L)를 거친 상용 교류 전원(205)을 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 도면에서는 상용 교류 전원(205)을 단상 교류 전원으로 도시하고 있으나, 삼상 교류 전원일 수도 있다. 상용 교류 전원의 종류에 따라 컨버터(220)의 내부 구조도 달라진다. 컨버터(220)는, 다이오드 소자만으로 구성될 수 있다. 또한 컨버터(220)는 복수개의 스위칭 소자를 구비하여, 스위칭 동작에 의해, 승압 동작, 역률 개선 및 직류전원 변환을 수행할 수 있다.
평활 커패시터(C)는 컨버터(220)의 출력단에 접속된다. 컨버터(220)로부터 출력되는 변환된 직류 전원을 평활하게 된다. 평활된 직류 전압은 인버터(230)에 인가된다.
인버터(230)는 복수개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 삼상 교류 전원으로 변환하여 출력한다.
인버터(230)에서 출력되는 삼상 교류 전원은 삼상 전동기(114)의 각 상(u,v,w)에 인가된다. 여기서 삼상 전동기(114)는 고정자와 회전자를 구비하며, 각상의 고정자의 코일에 소정 주파수의 각상 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전을 하게 된다. 삼상 전동기(114)의 종류로는 BLDC 전동기, synRM 전동기 등 다양한 형태가 가능하다.
입력전류 검출부(A)는 압축기 구동장치(200)의 입력단에 흐르는 입력전 류(ii)를 검출하여, 제어부(210)에 입력한다. 도면에서는 입력전류 검출부(A)의 위치를 인덕터(L)와 상용 교류 전원(205) 사이에 배치되는 것으로 도시하나, 이에 한정되지 않고, 인덕터(L)과 컨버터(220) 사이에 배치되는 것도 가능하다. 입력전류 검출부(A)는 전류 검출을 위해, 전류 센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
한편, 출력전류 검출부(B)는 압축기용 전동기(114)에 인가되는 출력전류(io)를 검출한다. 검츨된 출력전류(io)는 제어부(210)에 입력된다. 출력전류 검출부(B)는 전류 검출을 위해, 전류 센서, CT(current trnasformer), 션트 저항 등이 사용될 수 있다.
제어부(210)는 인버터(230)를 제어할 수 있다. 이를 위하여, 제어부(210)는, 인버터(230)에서 출력되는 출력전류(io)에 기초하여 인버터의 스위칭 제어신호(Sic)를 생성하여 출력할 수 있다. 한편, 제어부(210)는 컨버터(220)를 제어할 수도 있다.
한편, 도 3에 도시된 전류 검출부(220)는 도 2에 도시된 입력전류 검출부(A)로 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 출력전류 검출부(B)일 수도 있다. 이하에서는, 전류 검출부(220)가 입력전류(ii)를 검출하는 입력전류 검출부(A)라는 가정 하에 기술하기로 한다.
한편, 제어부(210)는, 난방 동작시 전류 검출부(220)로부터의 입력전류(ii) 와, 압축기(110)의 운전 주파수와, 실외 열교환기 온도(To)에 기초하여, 실내 열교환기(150)의 온도를 추정할 수 있다. 또한, 제어부(210)는, 냉방 동작시 실내 열교환기의 온도를 실내 열교환기(150)의 입구 배관 온도(Ti)로 추정한다.
이하에서는, 난방 동작시 실내 열교환기(150)의 온도 추정에 대해 중점적으로 기술한다.
압축기 구동장치(200)에 흐르는 전류의 크기가 클수록, 압축기(110)의 압축 용량이 증가한 경우로서, 난방시 응축기로 동작하는 실내 열교환기(150)의 온도는, 커지게 된다. 이에 따라, 제어부(210)는 전류, 예를 들어, 입력전류(ii)의 크기가 증가할수록 실내 열교환기(150)의 온도가 증가하는 것으로 추정할 수 있다. 물론, 제어부(210)는, 출력전류(io)을 기준으로 하여, 출력전류(io)의 크기가 증가할수록 실내 열교환기(150)의 온도가 증가하는 것으로 추정할 수 있다.
한편, 난방 동작시 증발기로 동작하는 실외 열교환기의 온도(To)는, 압축기(110)의 압축 용량의 기준점과 관련이 있다. 예를 들어, 실외 열교환기 온도(To)가 높을수록, 압축기 구동장치(200)에 흐르는 전류의 크기에 관계없이 압축기(110)가 기본적으로 압축하여야 하는 용량이 커지게 된다. 따라서, 제어부(210)는, 실외 열교환기 온도(To)가 증가할수록, 실내 열교환기(150)의 온도가 증가하는 것으로 추정할 수 있다.
한편, 압축기(110)의 운전 주파수가 커질수록, 압축기(110)의 압축 용량이 커지게 된다. 한편, 압축기(110)의 운전 주파수가 커질수록, 운전 주파수 증가분에 대한 압축기(110)의 압축 용량 증가분은 점차 감소하게 된다. 이는, 이미 압축기 구동장치(200)에 흐르는 전류에 압축기(110)의 압축 용량이 반영되었기 때문이다. 따라서, 제어부(210)는 압축기(110)의 운전 주파수가 증가할수록, 실내 열교환기(150)의 온도를 증가시키되, 실내 열교환기의 온도 증가분은 감소하는 것으로 추정할 수 있다.
즉, 제어부(210)는, 압축기 구동장치(200)에 흐르는 전류의 크기가 증가할수록, 실외 열교환기 온도(To)가 증가할수록, 그리고 압축기(110)의 운전 주파수가 증가할수록,실내 열교환기(150)의 온도가 증가하는 것으로 추정할 수 있다. 다만, 제어부(210)는, 압축기(110)의 운전 주파수가 증가할수록, 실내 열교환기(150)의 온도 증가분이 감소하는 것으로 추정한다.
이와 같은 방식에 의해, 공기조화기의 난방 동작시 실내 열교환기 온도를 추정함으로써, 실내 열교환기(150)로부터 직접 온도 검출을 할 수 없는 경우, 간단히 실내 열교환기의 온도를 구할 수 있게 된다. 이에, 과열도 제어를 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
한편, 제어부(210)는, 공기조화기의 다른 장치들의 동작을 제어할 수 있다. 사방밸브(120), 팽창밸브(140)의 동작을 제어할 수 있으며, 그 외에 실내팬 전동기(154)와 실외팬 전동기(134)의 동작도 제어할 수 있다. 특히, 압축기의 구동장치(200)와 관련하여, 상술한 바와 같이 압축기 구동장치(200) 내의 인버터(230)를 제어할 수 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 1의 공기조화기의 압축기 구동장치를 보여주는 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 공기조화기의 제어흐름을 보여주는 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110:압축기 120:사방밸브
130:실외 열교환기 138:실외 온도 검출부
140:팽창밸브 150:실내 열교환기
158: 배관 온도 검출부 160:어큐뮬레이터
210:제어부 220:전류 검출부

Claims (8)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기를 구동하는 압축기 구동장치;
    실내 열교환기 및 실외 열교환기;
    상기 실외 열교환기 주변의 온도를 검출하는 실외 온도 검출부;
    상기 실내 열교환기의 입구 배관 온도를 검출하는 배관온도 검출부; 및
    난방 동작시, 상기 실외 열교환기 온도, 상기 압축기의 운전 주파수, 및 상기 압축기 구동장치에 흐르는 전류에 기초하여 상기 실내 열교환기의 온도를 추정하고, 냉방 동작시, 상기 배관 온도를 상기 실내 열교환기의 온도로 추정하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전류의 크기가 증가할수록 상기 실내 열교환기의 온도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 실외 열교환기 온도가 증가할수록, 상기 실내 열교환기의 온도를 증가 시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 운전 주파수가 증가할수록, 상기 실내 열교환기의 온도는 증가시키되, 상기 실내 열교환기의 온도 증가분은 감소시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압축된 냉매를 상기 실외 열교환기 및 실내 열교환기 중 어느 하나로의 유로를 결졍하는 사방밸브; 및
    상기 실외 열교환기 및 실내 열교환기 중 어느 하나에서 응축된 냉매를 교축하는 팽창밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압축기 구동장치는,
    압축기용 전동기;
    상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터; 및
    상기 변환된 직류 전원을 이용하여 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 상기 압축기용 전동기를 구동하는 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전류는,
    상기 상용 교류 전원과 상기 컨버터 사이에 흐르는 입력전류인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전류는,
    상기 인버터와 상기 압축기용 전동기 사이에 흐르는 출력전류인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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