KR20110098361A - 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템에 관한 것으로서, 특히 특정 구동 신호에 대응하여 특정 운전 주파수 영역들에서만 구동하여 용량을 가변시키는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템에 관한 것이다.
본 발명인 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템은 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤과 선회 운동 가능하게 맞물리며, 회전축의 편심부에 연결된 선회 스크롤로 구성된 압축 기구부와, 회전축을 회전시키되, 사이클 구동 장치로부터 구동 신호를 수신하고, 적어도 3개 이상의 불연속적인 운전 주파수들 중에서 수신된 구동 신호에 대응하는 운전주파수를 선택하고, 선택된 운전주파수로 회전축을 회전시키는 전동 기구부로 이루어진다.

Description

유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템{SCROLL COMPRESSING SYSTEM FOR UNITARY AIR CONDITIONER}

본 발명은 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템에 관한 것으로서, 특히 특정 구동 신호에 대응하여 특정 운전 주파수 영역들에서만 구동하여 용량을 가변시키는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 전기 에너지를 운동 에너지로 변환시키며 그 운동 에너지에 의해 냉매 가스를 압축하게 된다. 압축기는 냉동사이클 시스템을 구성하는 핵심 요소이며, 냉매를 압축하는 압축 매카니즘에 따라 회전식 압축기(rotary compressor), 스크롤 압축기(scroll compressor), 왕복동식 압축기(reciprocal compressor) 등 다양한 종류가 있다. 이와 같은 압축기들은 냉장고, 공기 조화기, 쇼케이스 등에 사용되고 있다.

냉매 압축기를 위한 용량 조정을 수행하기 위해서 많은 시스템이 개발되어 왔고, 대부분은 스크롤 부재에 의해 형성된 가동 유체 포켓의 초기 시일링 포인트를 지연시킨다. 한 형태에 있어서, 그러한 시스템은 통상적으로 흡입 압력과 가장 바깥쪽 쌍의 가동 유체 포켓과 연통하는 한 쌍의 배기 통로를 사용한다. 전통적으로 이러한 통로는 랩의 바깥쪽 끝의 시일링 포인트의 360°내의 위치에서 가동 유체 포켓쪽으로 개구한다. 일부 시스템은 이러한 배기 통로 각각을 위한 별도의 밸브 부재를 사용한다. 밸브 부재는 2개의 유체 포켓 사이의 압력 균형을 확실하게 하기 위해서 동시에 작동하도록 되어 있다. 또 다른 시스템은 2개의 배기 통로를 유체 연통하게 하여 그로써 단일 밸브의 사용이 용량 조정을 제어할 수 있게 하는 추가통로를 사용한다.

밸브 링이 비선회 스크롤 부재 상에 이동가능하게 지지되는 지연 흡입식 스크롤식 압축기의 최신형 용량 조정 시스템이 개발되었다. 비선회 스크롤 부재에 대하여 밸브 링을 회전시킴으로써 선택된 가동 유체 포켓과 연통하여 포켓을 흡입으로 배기하는 하나 이상의 배기 통로를 선택적으로 개방하고 폐쇄하도록 작동하는 구동 피스톤이 제공된다. 이러한 타입의 용량조정 시스템을 포함하는 스크롤식 압축기가 미국특허 제5,678,985호 및 제6,123,517호에 개시되어 있다. 이러한 용량 조정 시스템에 있어서, 구동 피스톤은 솔레노이드 밸브에 의해 제어되는 유체 압력에 의해 작동된다. 이러한 설계의 한 버전에 있어서는, 솔레노이드 밸브 및 유체 압력 공급 및 배기 라인은 압축기 외각의 바깥쪽으로 위치한다. 이러한 설계의 다른 버전에 있어서는, 솔레노이드 밸브는 압축기 외각의 바깥쪽으로 위치하지만 유체 압력 공급 및 배기 라인은 압축기 외각의 안쪽으로 위치한다.

또한, 에어컨 등과 같은 공기 조화기는 소모 전력을 최소화하기 위하여 그 냉동사이클 시스템을 운전시키는 스크롤 압축기의 용량을 가변시키는 것이 요구된다. 즉, 공기 조화기에 부하가 크게 작용하게 될 경우 스크롤 압축기의 토출 가스의 유량을 증가시는 파워 모드(power mode)로 운전하게 되고, 부하가 적게 작용하게 될 경우 스크롤 압축기의 토출 가스의 유량을 감소시키는 세이빙 모드(saving mode)로 운전하게 된다.

이러한 스크롤 압축기에서 솔레노이드 밸브 등의 구비로 인하여, 스크롤 압축기 시스템의 크기가 증가할 뿐만 아니라, 세이빙 모드 시에 기구적인 추가통로(또는 바이패스)로 인한 누설로 인하여, 효율이 감소되는 문제가 있다.

본 발명은 기구적인 바이패스를 이용하지 않고, 회전 속도를 불연속적으로 제어함으로써, 효율을 향상시키는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 스크롤의 회전 속도 또는 운전 주파수를 특정 영역에서만 가변되도록 하여, 제어가 용이하도록 하는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 특정 구동 신호에 대응하여, 고부하 영역, 중부하 영역 및 저부하 영역에 따른 능동적인 냉력 조절이 가능하도록 하는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명인 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템은 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤과 선회 운동 가능하게 맞물리며, 회전축의 편심부에 연결된 선회 스크롤로 구성된 압축 기구부와, 회전축을 회전시키되, 사이클 구동 장치로부터 구동 신호를 수신하고, 적어도 3개 이상의 불연속적인 운전 주파수들 중에서 수신된 구동 신호에 대응하는 운전주파수를 선택하고, 선택된 운전주파수로 회전축을 회전시키는 전동 기구부로 이루어진다.

또한, 3개 이상의 불연속적인 운전 주파수들은 각각 저부하 운전, 중부하 운전 및 고부하 운전에 대응하는 것이 바람직하다.

또한, 3개 이상의 불연속적인 운전 주파수들은 각각 일정 비율을 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명인 상호맞물림식 램을 가진 2개의 스크롤 부재를 포함하는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축기의 제어 방법에 있어서, 상기 제어 방법은: 기저장된 3개 이상의 불연속적인 운전 주파수들 중에서 운전 주파수를 선택하여 스크롤 압축기를 운전하는 단계를 포함한다.

또한, 제어 방법은 우선적으로 현재 부하에 대응하는 구동 신호를 수신하는 단계를 포함하고, 운전 단계는 수신된 구동 신호에 대응하는 운전 주파수를 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명은 기구적인 바이패스를 이용하지 않고, 회전 속도 또는 운전 주파수를 불연속적으로 선택 제어함으로써, 효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 스크롤의 회전 속도 또는 운전 주파수를 특정 영역에서만 가변되도록 하여, 제어가 용이하도록 하고, 그 제어 회로도 간략하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 특정 구동 신호에 대응하여, 고부하 영역, 중부하 영역 및 저부하 영역에 따른 능동적인 냉력 조절이 가능하도록 하여, 부하에 신속하고 효율적으로 대응할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템에 적용되는 스크롤 압축기의 일예가 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템이 적용되는 유니터리 공기조화장치의 일례를 보인 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템이 적용되는 유니터리 공기조화장치의 일례를 보인 계통도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템이 적용되는 유니터리 공기조화장치의 제어 구성도이다.
도 5는 도 4의 전동 기구부의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템의 제어 방법의 순서도이다.
도 7은 종래 스크롤 압축기의 제1실시예와, 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템의 성능 비교 그래프이다.
도 8은 특정 지역 실외온도에 따른 냉난방 시간 그래프이다.
도 9는 종래 스크롤 압축기의 제2실시예인 기존 인버터 구동 성능과, 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템의 성능 비교 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템에 적용되는 스크롤 압축기의 일예가 도시된 도면이다.

본 발명에 따른 스크롤 압축기의 일예는 도 1에 도시된 바와 같이 냉매가 유출입되는 밀폐용기(10)와, 밀폐용기(10) 내측에 설치되어 회전력을 제공하는 구동부(20)와, 구동부(20)에 의해 회전 가능하게 설치되는 선회 스크롤(30)과, 밀폐용기(10) 내측에 고정되는 동시에 선회 스크롤(30)과 맞물려 냉매가 압축되는 압축 공간(P)을 형성하는 고정 스크롤(40)를 포함하여 구성된다. 즉, 선회 스크롤(30)과 고정 스크롤(40)은 상호 맞물림식으로 배치된다.

밀폐용기(10)는 원통 형상의 메인 쉘(11)과, 메인 쉘(11)의 상/하단에 각각 결합되어 밀폐 공간을 형성하는 상/하부 쉘(12,13)과, 메인 쉘(11) 일측에 설치되어 냉매가 유입되는 흡입 파이프(14)와, 상부 쉘(12) 일측에 설치되어 고온 고압의 냉매가 유출되는 토출 파이프(15)와, 메인 쉘(11) 내측의 상/하부에 고정되어 구동부(20)와 선회 스크롤(30) 및 고정 스크롤(40)이 장착되는 메인 프레임(16) 및 서브 프레임(17)과, 메인 쉘(11)과 상부 쉘(12) 사이에 설치되어 고정 스크롤(40)에서 토출된 고압의 냉매가 토출 파이프(15)로 토출되기 전에 모아지는 토출 공간을 형성하는 상부 격막(18)으로 구성된다.

구동부(20)는 스테이터(21)와, 스테이터(21) 내측에 설치되어 스테이터(21)와 상호 전자기력에 의해 회전하는 로터(22)와, 로터(22)의 중심에 맞물려 회전되는 회전축(23)으로 이루어진 일종의 모터이다. 이때, 회전축(23)의 상단은 선회 스크롤(30)에 편심 고정될 수 있도록 메인 프레임(16)을 관통하여 회전 가능하게 설치되고, 회전축(23)의 하단은 서브 프레임(17)에 끼워져 회전 가능하게 설치된다.

선회 스크롤(30)은 상면에 나선 형상으로 돌출된 랩이 구비되되, 선회 스크롤(30)의 바닥면 편심된 위치에 회전축(23)이 압입 고정되는 동시에 선회 스크롤(30)의 바닥면이 메인 프레임(16) 위에 올려지도록 설치된다.

고정 스크롤(40)은 선회 스크롤(30)과 마찬가지로 바닥면에 나선 형상으로 돌출된 랩(41)이 구비되고, 상면 중심에 압축 공간(P)과 연통되는 토출구(42)가 구비되되, 고정 스크롤(40)의 랩(41)이 선회 스크롤(30)의 랩(31)과 맞물리도록 고정 스크롤(40)이 선회 스크롤(30) 위에 올려진 다음, 고정 스크롤(40)의 둘레 부분이 메인 프레임(16)에 볼트 고정된다.

도 2 및 3은 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템이 적용되는 유니터리 공기조화장치의 일례를 보인 모식도 및 계통도이다.

이에 도시한 바와 같이 유니터리 공기조화장치는, 건물(도면에선 2층 주택)의 외부에 고정 설치하는 한 개의 실외기(1)와, 실외기(1)의 제1 교환기(1b)와 냉매관으로 연결하여 상기한 건물의 지하실이나 별채 등에 고정 설치하는 냉온풍기(2)와, 냉온풍기(2)의 급기구와 배기구에 각각 연결하여 상기한 건물의 각 층 벽채에 분리 매설하는 급기덕트(3) 및 배기덕트(4)와, 급기덕트(3)와 배기덕트(4)의 중간에 설치하여 각 층으로의 급기 및 배기를 구분하는 영역조절기(5a~5d)를 포함하고 있다.

실외기(1)는 케이스의 내부에 설치하여 냉매가스를 압축하는 한 개 이상의 스크롤 압축기(1a)와, 스크롤 압축기(1a)에 냉매관으로 연결하여 냉매가스를 응축(냉방운전시)하거나 잠열을 흡수(난방운전시)하는 제1 열교환기(1b)와, 냉매가스의 압력을 감압팽창하는 팽창기구(1c)와, 외부의 공기를 제1 열교환기(1b)로 공급하여 그 열교환기 (1b)의 열교환성능을 높이는 실외팬(미도시)으로 이루어져 있다.

냉온풍기(2)는 케이스의 내부에 상기한 제1 열교환기(1b)에 일단을 연결하는 동시에 팽창기구(1c)에 타단을 연결하는 제2 열교환기(2a)와, 제2 열교환기(2a)의 하류에 위치하여 냉풍 또는 온풍을 상기한 급기덕트(3)로 유도하는 급기팬(미도시)으로 이루어져 있다. 냉온풍기의 케이스는 그 내부에 상기한 제2 열교환기(2a)와 급기팬(미도시)을 수용하도록 유(U)자 모양의 공기유로를 형성하고, 그 공기유로의 급기측에는 급기덕트(3)를, 배기측에는 배기덕트(4)를 각각 연결하고 있다.

급기덕트(3)와 배기덕트(4)는 전술한 바와 같이 냉온풍기(2)의 급기구와 배기구에 연결하여 해당 영역(Z1,Z2)에 분관 매설하고, 각 급기덕트(3)와 배기덕트 (4)에는 해당 영역에 냉풍이나 온풍을 공급하는 토출구(3a)와 실내공기를 순환하도록 흡입하는 흡입구(4a)를 형성하고 있다.

영역조절기(5a~5d)는 통상 냉풍이나 온풍을 해당 영역으로 구분하여 공급할 수 있도록 그 해당 영역(Z1,Z2)에 매설된 급기덕트(3)의 중간과 배기덕트(4)의 중간에 설치하는 일종의 밸브로서, 해당 영역의 온도나 습도 등을 검출하여 이 검출된값과 설정값을 비교하여 자동으로 온/오프 할 수 있도록 사이클 구동 장치(미도시)에 연결하거나 또는 수동으로 조작하도록 이루어져 있다.

상기와 같은 영역조절기를 구비한 유니터리 공기조화장치는 다음과 같이 동작한다. 즉, 2층 주택의 경우 각 층(해당 영역)(Z1,Z2)의 부하를 검출하여 그 부하가 설정값 이상이면 각각의 급기덕트(3)를 통해 냉풍 또는 온풍을 동시에 공급하는 반면 그 중 어느 한 쪽 영역만이 설정값 이상이면 해당 영역(Z1,Z2)의 급기덕트(3)를 통해 냉풍 또는 온풍을 구분하여 공급한다. 예컨대, 냉방운전시에는 실외기(1)의 스크롤 압축기(1a)가 구동하여 냉매가스를 압축하고, 이 냉매가스는 실외기(1)의 제1 열교환기(1b)에서 응축되어 팽창기구(1c)를 통과한 후 냉온풍기(2)의 제2 열교환기(2a)를 거치면서 배기덕트(4)를 통해 공기유로로 흡입된 공기와 열전달하여 냉기를 발생하며, 이 냉기는 급기팬(미도시)에 의해 급기구를 통해 급기덕트(3)로 이동한다. 이때, 각 층(Z1,Z2)의 부하가 모두 설정값 이상이면 자동인 경우 사이클 구동 장치에 의해 자동으로 각 영역조절기(5a~5d)가 온(ON)되고 수동인 경우 사용자의 조작에 의해 각 영역조절기(5a~5d)를 열어 냉온풍기(2)에서 생성된 냉기가 상기한 각각의 급기덕트(3)로 이동하면서 각 층을 냉방하는 것이다. 반면, 어느 한 층(Z1,Z2)의 부하가 설정값 이하인 경우에는 부하가 높은 쪽의 영역조절기만 자동 또는 수동으로 열어 냉기가 해당 영역의 급기덕트(3)로만 이동하도록 하여 해당 층을 냉방하는 것이다.

한편, 난방운전시에도 동일하나 다만 냉매의 순환이 냉동사이클에 따라 역순으로 진행된다. 여기서, 상술한 유니터리 공기조화장치는, 도 4와 같이, 실내에 위치한 실내 온도 설정 장치(써모스태트)로부터의 실내 정보(실내온도와 희망온도의 차이)를 이용하여 실내기와 실외기를 제어한다.

도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템이 적용되는 유니터리 공기조화장치의 제어 구성도이다.

유니터리 공기조화장치는 실내에 위치하여, 실내의 온도를 감지하고, 그에 대응하는 감지 신호(T)를 인가하는 실내 온도 설정 장치(60)와, 감지 신호(T)에 대응하여, 저냉력 구동 신호(Y1), 중냉력 구동 신호(Y2) 및 고냉력 구동 신호(Y3)를 생성하여 인가하는 사이클 구동 장치(70)와, 인가된 구동 신호(Y1 내지 Y3)에 대응하는 운전 주파수로 구동부(80)가 구동되도록 하는 인버터 구동 장치(80)와, 인버터 구동 장치(80)로부터의 인가되는 전압에 의해 구동하는 구동부(20)를 포함한다. 본 실시예에서, 구동부(20)와, 인버터 구동 장치(80)는 전동 기구부로 통칭될 수도 있다.

구동부(20)는 상술된 바와 같이, 모터에 대응하는 것으로, 인버터 구동 장치(80)로부터 구동 전원을 인가받아, 인가된 구동 전원에 따른 주파수 또는 회전 속도로 동작한다. 특히, 구동부(20)의 로터(22)에 인가되는 구동 전원과, 스테이터(21) 간의 전자 상호 자기력에 의해, 회전축(23)이 회전 운전하게 된다.

실내 온도 설정 장치(60)는 내부에 서모스탯과 같은 소자를 구비하여, 외부 또는 특정 공간의 온도에 대응하는 신호를 생성하는 장치이다. 실내 온도 설정 장치(60)는 온도를 나타내는 신호(T)를 생성하여, 사이클 구동 장치(70)에 인가한다.

여기서, 실내 온도 설정 장치(60)는 기설정된 기준 온도를 저장하며, 예를 들면, 감지된 온도가 이 기준 온도보다 일정 온도 높을 경우에는, 고부하에 대응하는 신호를 생성하여 사이클 구동 장치(70)에 인가한다. 또한, 실내 온도 설정 장치(60)는 감지된 온도가 기준온도보다 일정 온도 낮을 경우에는, 저부하에 대응하는 신호를 생성하고, 감지된 온도가 고부하에 대응하는 온도와 저부하에 대응하는 온도 사이인 경우에는 중부하에 대응하는 신호를 생성하여, 사이클 구동 장치(70)에 인가한다.

또한, 실내 온도 설정 장치(60)는 디스플레이 장치를 구비할 수도 있다. 이에 따라, 실내 온도 설정 장치(60)는 현재 감지된 온도를 디스플레이 장치를 통하여 표시할 수도 있다. 또한, 실내 온도 설정 장치(60)는 사이클 구동 장치(70)와 양방향 통신을 수행하며, 사이클 구동 장치(70)로부터 현재 수행 중인 동작(예를 들면, 고부하 동작, 중부하 동작, 또는 저부하 동작)을 나타내는 정보를 수신하여, 디스플레이 장치에 표시할 수도 있다.

사이클 구동 장치(70)는 전체 유니터리 공기조화장치의 제어를 수행하는 장치에 해당되며, 상술된 영역 조절기, 급기팬, 실외팬 등의 제어를 수행하는 장치이다. 사이클 구동 장치(70)는 실내 온도 설정 장치(60)로부터 감지 신호(T)를 수신하고, 감지 신호(T)에 대응하는 구동 신호(Y1 내지 Y3)를 생성하여, 인버터 구동 장치(80)에 인가하여, 인버터 구동 장치(80)를 제어한다.

인버터 구동 장치(80)는 인가되는 구동 신호(Y1 내지 Y3)에 대응하여, 구동부(20)가 적어도 3개의 불연속적인 운전 주파수 중의 하나로 운전하도록 제어한다. 예를 들면, 인버터 구동 장치(80)가 구동 신호(Y3)를 수신한 경우, 압축기를 가능한 전체 냉력으로 구동시키기 위해, 인버터 구동 장치(80)는 구동부(20)가 67Hz의 운전 주파수로 구동하도록 제어한다. 다른 예로, 구동 신호(Y2)를 수신한 경우에는, 45Hz의 운전 주파수로 구동시키고, 구동 신호(Y1)를 수신한 경우에는, 30Hz의 운전 주파수로 구동시킬 수도 있다. 즉, 인버터 구동 장치(80)는 불연속적인 운전 주파수로 구동 신호에 대응하여, 구동부(20)가 동작하도록 한다. 여기서, 불연속적인 운전 주파수들은 적어도 일정 크기 이상(예를 들면, 10Hz, 20Hz)의 차이를 지니고 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, Y3: Y2: Y1에 대하여, 그 운전 주파수는 90Hz: 60Hz: 40Hz 또는 45Hz: 30Hz: 20Hz 등의 다양한 주파수비로의 운전이 가능하다.

또한, 인버터 구동 장치(80)는 위의 불연속적인 운전 주파수에 따라, 구동부(20)를 제어할 때, 해당 운전 상태(저부하 운전, 중부하 운전 또는 고부하 운전)를 나타내는 데이터를 사이클 구동 장치(70)로 송부할 수도 있다. 이에, 사이클 구동 장치(70)는 실내 온도 설정 장치(60)가 이러한 데이터를 디스플레이 장치에 표시할 수 있도록 한다.

도 5는 도 4의 전동 기구부의 구성도이다.

전동 기구부는, 직류전압인 구동전압(Vi) 또는 구동전원을 인가받아 제어부(89)로부터의 제어 신호에 따라 교류전압으로 변환하여 구동부(20)에 제공하는 인버터부(83)와, 구동부(20), 공급되는 직류 전압(Vi)을 감지하는 전압 감지부(85)와, 구동부(20)에 인가되는 교류 전류를 감지하는 전류 감지부(87)와, 전압 감지부(85)로부터의 감지 전압과, 전류 감지부(87)로부터의 감지 전류로부터 역기전력(EMF)을 연산하고, 역기전력과, 전압 감지부(85)로부터의 감지 전압을 반영하여, 제어신호를 생성하되, 사이클 구동 장치(70)로부터의 신호에 따른 제어 신호를 생성하는 제어부(89)로 이루어진다. 본 발명에서는 제어부(89)가 역기전력과 감지 전압 또는 감지 전류에 따라, 제어 신호를 생성하는 과정에 대해서는 기재하지 않으나, 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에 익숙한 사람에게는 명백하게 이해되는 정도에 불과하다.

또한, 구동 전압(Vi)는 유니터리 공기조화장치의 전원 공급 장치(미도시)로부터 공급받을 수도 있으며, 상용전원인 교류전원을 입력받아 정류하여 구동 전압(Vi)를 출력하는 정류부(미도시)를 추가적으로 구비할 수도 있는 것이다. 인버터부(83)에 캐패시터(C1)가 병렬로 연결되어, 평활 동작을 수행한다.

전압 감지부(85)는 인버터부(83)로 인가되는 직류 전압(Vi)의 전체 또는, 전체 직류 전압의 크기를 식별할 수 있는 분압 전압을 감지하여, 제어부(89)에 인가하는 소자이다.

다음으로, 인버터부(83)는 스위칭 소자(예를 들면, 트랜지스터, IGBT 소자 등)를 구비하여, 제어부(89)로부터의 제어 신호(예를 들면, PWM 신호)에 따른 스위칭 소자의 스위치 동작에 의해 인가된 직류 전압(Vi)을 특정 운전 주파수를 나타내는 교류 전압으로 변경 생성하여 구동부(20)에 인가하는 소자이다.

전류 감지부(87)는 인버터부(83)로부터 구동부(20)에 인가되는 전압 또는 전류를 감지하는 소자이다.

제어부(89)는 널리 알려진 바와 같이, PWM 신호의 생성과, PWM 신호에 대응하는 제어 신호를 생성하게 되며, 이러한 제어 신호에 의해 인버터부(83)를 제어하게 된다. 이러한 PWM 신호는 인버터버부(83)에 인가되는 직류 전압과의 관계를 통하여 듀비티로 산정될 수도 있음도 널리 알려져 있다. 이러한 제어 신호 및 듀티비를 통하여, 제어부(89)는 냉동 사이클의 경우, 냉력을 조절하게 된다.

본 실시예에서, 제어부(89)는 사이클 구동 장치(70)로부터의 신호에 따라, 고부하 운전이 요구되는 상태인지, 중부하 운전이 요구되는 상태인지, 또는 저부하 운전이 요구되는 상태인지를 판단한다. 이에 따라, 제어부(89)는 상술된 바와 같은 운전 주파수를 저장하고, 판단된 상태에 따라, 운전 주파수를 결정하거나 선택하여, 그에 대응하는 제어 신호를 인버터부(83)에 인가한다.

제어부(89)는 상술된 바와 같이, 구동 신호(Y1 내지 Y3)에 대응하는 운전 주파수를 각각 저장할 수도 있다. 또는, 제어부(89)는 고냉력 대비, 중냉력 및 저냉력의 비율을 조절하기 위해, 구동 신호(Y1 내지 Y3)에 대응하는 운전 주파수의 비율을 저장할 수도 있다. 예를 들면, 고냉력 운전을 위한 운전 주파수: 중냉력 운전을 위한 운전 주파수: 저냉력 운전을 위한 운전 주파수=100: 67: 45와 같이 저장할 수도 있다.

또한, 제어부(89)는 저부하 운전을 위해 30Hz 또는 20Hz로의 운전도 가능하도록 할 수 있다.

또한, 제어부(89)는 해당 운전 상태를 사이클 구동 장치(70)로 전송할 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템의 제어 방법의 순서도이다.

자세하게는, 단계(S61)에서, 제어부(89)는 외부 전원 또는 직류 전압(Vi)을 인가받아, 구동부(20)의 구동이 가능하도록 인버터부(83)를 동작시킨다.

단계(S63)에서, 실내 온도 설정 장치(60)는 실내 온도를 감지하여, 온도에 대응하는 감지 신호(T)를 사이클 구동 장치(70)로 인가하고, 사이클 구동 장치(70)는 감지 신호(T)를 수신하고, 이 감지 신호(T)에 대응하는 구동 신호(Y)(즉, Y1 내지 Y3 중의 하나의 신호)를 생성하여, 제어부(89)에 인가한다.

단계(S65)에서, 제어부(89)는 구동 신호(Y)가 저냉력 운전, 즉 저부하 운전에 대응하는 구동신호(Y1)인지를 판단한다. 만약 구동신호(Y)가 구동신호(Y1)이면, 단계(S67)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S69)로 진행한다.

단계(S67)에서, 제어부(89)는 전압 감지부(85)와, 전류 감지부(87)로부터 인가되는 전압 및 전류 등을 인가받아 인버터부(83)를 제어하되, 구동신호(Y1)에 대응하는 저부하 운전이 수행되도록 하는 하나의 특정 운전 주파수를 선택 또는 설정하고, 이 운전주파수에 대응하는 제어 신호를 생성하여, 인버터부(83)에 인가한다.

단계(S69)에서, 제어부(89)는 구동 신호(Y)가 중냉력 운전, 즉 중부하 운전에 대응하는 구동신호(Y2)인지를 판단한다. 만약 구동신호(Y)가 구동신호(Y2)이면, 단계(S71)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S73)로 진행한다.

단계(S71)에서, 제어부(89)는 전압 감지부(85)와, 전류 감지부(87)로부터 인가되는 전압 및 전류 등을 인가받아 인버터부(83)를 제어하되, 구동신호(Y2)에 대응하는 중부하 운전이 수행되도록 하는 하나의 특정 운전 주파수를 선택 또는 설정하고, 이 운전주파수에 대응하는 제어 신호를 생성하여, 인버터부(83)에 인가한다.

단계(S73)에서, 제어부(89)는 전압 감지부(85)와, 전류 감지부(87)로부터 인가되는 전압 및 전류 등을 인가받아 인버터부(83)를 제어하되, 구동신호(Y3)에 대응하는 고부하 운전이 수행되도록 하는 하나의 특정 운전 주파수를 선택 또는 설정하고, 이 운전주파수에 대응하는 제어 신호를 생성하여, 인버터부(83)에 인가한다.

단계(S75)에서, 제어부(89)는 현재 수행 중인 운전 상태(저부하 운전, 중부하 운전, 고부하 운전)를 포함하는 데이터를 사이클 구동 장치(70)로 전송하여 실내 온도 설정 장치(60)가 이 데이터를 표시할 수 있다.

도 7은 종래 스크롤 압축기의 제1실시예와, 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템의 성능 비교 그래프이다.

종래 스크롤 압축기는 바이패스를 이용한 모듈레이션(modulation) 형식의 스크롤 압축기의 성능 그래프이다. 종래의 스크롤 압축기는 파워 모드(power mode)와, 세이빙 모드(saving mode)로의 운전만이 가능하다.

압축기의 성능은 SEER(Seasonal Energy Efficiency Ratio)을 기준으로 판단되었으며, 고부하 운전 영역에서도 본 발명의 스크롤 압축 시스템의 SEER이 종래 스크롤 압축기의 SEER에 비하여 높다. 또한, 중부하 운전 영역 및 저부하 운전 영역에서는, 본 발명의 스크롤 압축 시스템의 SEER이 종래 스크롤 압축기의 SEER보다 현저하게 높다. 즉, 전 운전 영역에서, 본 발명의 스크롤 압축 시스템이 종래 스크롤 압축기보다 현저한 성능 향상을 나타내고 있다.

도 8은 특정 지역 실외온도에 따른 냉난방 시간 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 특정 지역의 경우, 외기 온도가 16℃ 이하일 때에 난방을 수행하고, 24℃ 이상일 때에 냉방을 수행한다. 즉, 유니터리 공기조화장치는 이러한 환경 하에서 운전된다.

도 9는 종래 스크롤 압축기의 제2실시예인 기존 인버터 구동 성능과, 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템의 성능 비교 그래프이다.

종래 스크롤 압축기의 제2실시예인 기존 인버터 구동 장치는 구동부의 운전 주파수가 예를 들면 30~90Hz와 같은 영역 내에서, 부하에 따라, 운전 주파수를 가변 선택하는 제어를 수행하게 된다. 이러한 기존 인버터 구동 장치는 인버터부로의 전원 공급시에, 운전 주파수의 가변 제어를 위해, 역률 보정을 위한 PFC(Power Factor Correction) 모듈이 추가적으로 구비되어야 한다. 아울러, 광범위한 영역 내에서 운전 주파수를 결정하고 그에 따른 제어를 수행해야 하므로, 그 전체적인 제어 과정이 상당히 복잡하게 되며, 이러한 제어를 위한 시스템 비용도 상승하게 된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스크롤 압축 시스템이 구동되는 운전 주파수들(즉, 3개의 운전 주파수)에서, 소비 전력이 현저하게 낮아짐을 확인할 수 있다.

도 8과 같은 환경 하에서 유니터리 공기조화장치가 구동될 경우, 도 9와 같이 전력 소비가 적은 본 발명에 따른 스크롤 압축 시스템이 적용되는 것이 바람직하다.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

Claims (5)

1. 고정 스크롤과, 상기 고정 스크롤과 선회 운동 가능하게 맞물리며, 회전축의 편심부에 연결된 선회 스크롤로 구성된 압축 기구부와;
   회전축을 회전시키되, 사이클 구동 장치로부터 구동 신호를 수신하고, 적어도 3개 이상의 불연속적인 운전 주파수들 중에서 수신된 구동 신호에 대응하는 운전주파수를 선택하고, 선택된 운전주파수로 회전축을 회전시키는 전동 기구부로 이루어진 것을 특징으로 하는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템.
2. 제1항에 있어서, 3개 이상의 불연속적인 운전 주파수들은 각각 저부하 운전, 중부하 운전 및 고부하 운전에 대응하는 것을 특징으로 하는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 3개 이상의 불연속적인 운전 주파수들은 각각 일정 비율을 유지하는 것을 특징으로 하는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축 시스템.
4. 상호맞물림식 램을 가진 2개의 스크롤 부재를 포함하는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축기의 제어 방법에 있어서, 상기 제어 방법은:
   기저장된 3개 이상의 불연속적인 운전 주파수들 중에서 운전 주파수를 선택하여 스크롤 압축기를 운전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축기의 제어 방법.
5. 제4항에 있어서, 제어 방법은 우선적으로 현재 부하에 대응하는 구동 신호를 수신하는 단계를 포함하고, 운전 단계는 수신된 구동 신호에 대응하는 운전 주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 유니터리 공기조화기용 스크롤 압축기의 제어 방법.

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