KR20110138669A - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법은, 압축기에서 토출된 냉매의 온도인 응축온도 및 압축기로 흡입되는 냉매의 온도인 증발온도를 측정하여 측정된 응축온도 및 증발온도로부터 압축기의 흡입압력 및 토출압력을 환산한다. 환산된 압축기의 흡입압력 및 토출압력으로부터 압축비를 산출한다. 압축기가 수용가능한 최대압축비를 기초로 운전주파수 제어영역을 설정하고, 산출된 압축비와 설정된 운전주파수 제어영역에 따라 압축기의 운전주파수를 제어한다. 이에 의해, 압축기의 소손을 방지하여, 안정적으로 시스템을 구동하여, 신뢰성을 확보할 수 있다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{Air conditioner and control method thereof}

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력센서없이 압축비에 기초하여 압축기의 운전주파수를 제어할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화기는 냉매를 압축하는 압축기와 압축된 냉매를 응축하는 응축기와 응축된 냉매를 팽창하는 팽창밸브와 팽창된 냉매를 실내공기와 열교환시키는 증발기를 포함하여 구성되어 실내공간을 냉/난방하는 장치를 말하는데, 통상 실내기와 실외기로 구성되고, 실외기에는 압축기와 응축기가 실내기에는 팽창밸브와 증발기가 마련된다.

공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성된 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성된 실외기로 분리되어 제어되며, 압축기 또는 열교환기로 공급되는 전원을 제어함으로써 동작된다. 또한, 공기조화기는 실외기에 적어도 하나의 실내기가 연결될 수 있으며, 요청되는 운전 상태에 따라, 실내기로 냉매를 공급하여, 냉방 또는 난방 모드로 운전된다.

압축비는 고압/저압의 공식으로 계산되는데, 압축기에 따라 일정 압축비를 넘어선 영역에서 운전하게 되면 압축기의 신뢰성에 치명적인 문제를 야기한다. 특히, 실외 저온조건, 냉매 유량의 부족, 누적결빙이 발생한 조건에서는 압축기의 압축비가 비정상적으로 증가하여, 압축기가 소손되는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 응축온도와 증발온도로부터 압축비를 산출하고, 수용가능한 최대 압축비를 기초로 설정된 운전주파수 제어영역에 따라 운전주파수를 제어할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

압축기에서 토출된 냉매의 온도인 응축온도 및 압축기로 흡입되는 냉매의 온도인 증발온도를 측정하여 측정된 응축온도 및 증발온도로부터 압축기의 흡입압력 및 토출압력을 환산하는 단계와 환산된 압축기의 흡입압력 및 토출압력으로부터 압축비를 산출하는 단계와 압축기가 수용가능한 최대압축비를 기초로 운전주파수 제어영역을 설정하는 단계 및 산출된 압축비와 설정된 운전주파수 제어영역에 따라 압축기의 운전주파수를 제어하는 단계를 포함하는 공기조화기의 제어방법과 냉매를 압축하는 압축기와 압축기에서 토출된 냉매의 온도인 응축온도를 측정하는 응축온도센서부와 압축기로 흡입되는 냉매의 온도인 증발온도를 측정하는 증발온도센서부와, 응축온도와 증발온도로부터 산출된 압축비, 수용가능한 최대 압축비를 기초로 설정된 운전주파수 제어영역에 따라 운전주파수를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 응축온도와 증발온도를 측정하여, 압축비를 산출함으로써, 압력센서를 추가로 장착하지 않아 제조원가를 낮출 수 있고, 제품의 구성이 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.

압축기의 운전주파수 제어영역을 설정함에 따라, 압축비의 증가와 감소에 따른 압축기 운전주파수를 세밀하게 제어함으로써, 공기조화기의 안정된 운전상태를 유지할 수 있다.

제어영역 사이에 완충영역을 부가하여, 헌팅(hunting)을 방지함으로써, 공기조화기의 운전상태를 항상 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

적정 범위내에서 압축기를 운전함에 따라서 압축기 및 공기조화기의 수명이 증가되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 본체가 도시된 정면도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 공기조화기의 본체가 도시된 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 실외기 및 실내기의 내부 구성을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실외기 내부 구성을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 운전주파수 제어방법을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 공기조화기의 내부를 간략히 도시한 블록도이다.
도 7은 운전주파수 제어영역에 따른 운전주파수 제어방법을 표로 도시한 도이다.
도 8은 압축비에 따른 압축기 운전주파수 제어영역을 도시한 도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 공기조화기는 실내로 냉온의 공기를 토출하는 실내기, 실내기와 연결되는 실외기 등의 유닛을 복수로 포함할 수 있다. 특히, 실외기에는 복수의 실내기가 연결되어, 실외기는 연결된 복수의 실내기로 냉매를 공급할 수 있다. 본 발명의 공기조화기는 본체가 스탠드형 공기조화기나 벽걸이형 공기조화기나 천장형 공기조화기 등의 어느 경우에도 적용 가능하며, 복수의 실외기 및 실외기를 포함하는 유닛이 원격제어기에 연결되는 시스템 공기조화기에도 적용 가능하다.

여기서, 공기조화기는 실내기 및 실외기 유닛을 포함하고, 공기청정유닛, 환기유닛, 가습유닛, 제습유닛, 히터와 같은 유닛을 더 포함할 수 있으며, 이러한 유닛은 원격제어기와 연결되어 통합제어될 수 있다. 이하 실내기 및 실외기가 구비되는 것을 예로 하여 설명하나 상기와 같은 유닛이 연결되는 경우에도 적용될 수 있다.

실내기는 하나의 실내에 적어도 하나 구비될 수 있으며, 하나 이상의 실외기는 다수의 실내기 중 적어도 어느 하나의 요구에 의해 구동되고, 구동되는 실내기에 대응하여 냉/난방 용량이 가변됨에 따라 실외기의 작동 개수 및 실외기에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변될 수 있다. 여기서, 실외기의 수는 실내기 수에 따른 냉난방 용량 및 구비되는 압축기의 용량에 따라 가변될 수 있다.

이러한, 실외기와 실내기는 냉매 배관을 통해 연결되어, 실외기와 실내기 간의 냉매의 흐름에 따라 냉방 또는 난방 운전을 수행하고, 소정의 통신방식에 따라 상호 데이터를 송수신할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 본체가 도시된 정면도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 공기조화기의 본체가 도시된 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 공기조화기는 실내를 공조시키는 본체(2)를 포함하고, 본체(2)는 전방에 배치된 전면 패널(90)을 포함한다.

본체(2)는 실내의 공기가 흡입되는 공기 흡입구(4)(6)가 형성되고, 본체(2)의 내부에서 공조된 공기가 토출되는 공기 토출구(8)(10)가 형성되는 바, 좌,우 양측 하부에 공기 흡입구(4)(6)가 각각 형성되고, 좌,우 양측 상부에 공기 토출구(8)(10)가 각각 형성되며, 좌측 공기 흡입구(4)와 좌측 공기 토출구(8)가 좌측 도어(12)에 의해 함께 개폐되고, 우측 공기 흡입구(6)와 우측 공기 토출구(10)가 우측 도어(14)에 의해 함께 개폐된다.

또한, 본체(2)는 베이스(20)와, 캐비닛(22)과, 흡입패널(30)(40)과, 토출패널(50)을 포함한다.

베이스(20)는 본체(2)의 저면부 외관을 형성하고 캐비닛(22) 등을 지지하는 것으로서, 후방부에 캐비닛(22)이 올려져 설치된다.

캐비닛(22)은 본체(2)의 후방부 외관을 형성하는 것으로서, 후판부와 좌판부와 우판부로 이루어지고, 베이스(20)의 후방부 상측에 위치되게 설치된다.

흡입 패널(30)(40)은 좌측 공기 흡입구(4)가 형성된 좌측 흡입패널(30)과, 우측 공기 흡입구(6)가 형성된 우측 흡입패널(40)을 포함한다.

좌측 흡입패널(30)은 캐비닛(22)의 좌판부 하부 전방에 위치되게 설치되는 바, 토출 패널(50)의 좌측부 하측에 배치된다.

우측 흡입 패널(40)은 캐비닛(22)의 우판부 하부 전방에 위치되게 설치되는 바, 토출 패널(50)의 우측부 하측에 배치된다.

토출 패널(50)은 좌측에 좌측 공기 토출구(8)가 형성되고 우측에 우측 공기 토출구(10)가 형성된다. 토출 패널(50)은 캐비닛(22)의 상부 전방에 배치되고, 전판부(52)와 좌측판부(53)와 우측판부(54)를 갖는다.

토출 패널(50)은 전판부(52)와 좌측판부(53)와 우측판부(54)가 일체로 형성되는 것도 가능하고, 각각 별도의 부재로 형성된 후 스크류 등의 체결부재나 후크 등의 걸이부에 의해 결합되는 것도 가능한다. 토출 패널(50)은 좌측판부에 좌측 공기 토출구(8)가 개구 형성되고, 우측판부에 우측 공기 토출구(10)가 개구 형성된다.

토출 패널(50)에는 좌측 공기 토출구(8)을 통해 토출되는 공기의 풍향을 조절하는 좌측 베인(81)과, 좌측 베인(81)을 회전시키는 좌측 베인 구동기구와, 우측 공기 토출구(10)을 통해 토출되는 공기의 풍향을 조절하는 우측 베인(83)과, 우측 베인(83)을 회전시키는 우측 베인 구동기구가 설치된다.

좌측 베인(81)은 좌측 공기 토출구(8)를 통해 토출되는 공기의 풍향을 조절하고, 좌측 공기 토출구(8)를 여닫는 도어 겸용 풍향조절부재로서, 토출 공기를 보다 멀리 토출 안내하도록 좌측 공기 토출구(8) 개방시 일부가 전방으로 돌출되게 설치된다. 우측 베인(83)은 우측 공기 토출구(10)을 통해 토출되는 공기의 풍향을 조절하고, 우측 공기 토출구(10)를 여닫는 도어 겸용 풍향조절부재로서, 토출 공기를 보다 멀리 토출 안내하도록 우측 공기 토출구(10) 개방시 일부가 전방으로 돌출되게 설치된다.

본체(2)는 전면 공기 토출구(96)가 형성된 별도의 토출구 유닛(97)이 본체(2)의 내측 상부에서 본체(2)의 위로 상승되고, 본체(2)의 위에서 본체(2)의 내측 상부로 하강되는 구조로 이루어진다.

본체(2)는 토출구 유닛(97)이 승강 안내되는 상면 개구부(98)를 갖는 승강 가이드(99)를 더 포함한다.

토출구 유닛(97)은 승강 가이드(99)에 승강 안내되면서 승강 가이드(99)의 상측 위치로 상승되어 전면 공기 토출구(96)가 개방/노출되거나 승강 가이드(99)의 내부로 하강되어 승강 가이드(99)의 상면 개구부(98) 즉, 본체(2)의 상면을 덮으면서 전면 공기 토출구(96)가 밀폐/은닉된다.

본체(2)의 전방에는 공기조화기의 전면측 외관을 형성하는 전면 패널(90)이 배치된다.

전면 패널(90)은 베이스(20) 및 좌측 흡입 패널(30)와 우측 흡입 패널(40)와 토출 패널(50) 중 적어도 하나에 고정되게 장착되는 것도 가능하고, 좌측 흡입 패널 (30)과 우측 흡입 패널(40)의 사이의 공간을 개폐하도록 베이스(20) 및 좌측 흡입 패널(30)와 우측 흡입 패널(40)와 토출 패널(50) 중 적어도 하나에 좌,우 중 일측으로 회전 가능하게 연결되는 것도 가능하다.

이하, 전면 패널(90)은 베이스(20) 및 좌측 흡입 패널(30)와 우측 흡입 패널(40)와 토출 패널(50) 중 적어도 하나에 회전 가능하게 연결되어, 토출 패널(50)의 상단과 베이스(20)의 전면부 사이를 여닫는 것으로 설명한다.

또한, 본체(2)는 본체(2)의 내측 상부에 설치되어 냉매와 공기를 열교환시키는 열교환기와, 본체(2)의 내측 하부에 설치되어 전방의 공기를 흡입하여 상측으로 송풍시키는 송풍기와, 송풍기의 전방에 설치되어 송풍기로 흡입되는 공기를 정화하는 정화유닛과, 좌측 청소 유닛 및 우측 청소 유닛에 연결되어 좌측 필터와 우측 필터에서 청소된 이물질을 처리하는 이물질 처리 장치를 더 포함한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 실외기 및 실내기의 내부 구성을 나타낸 도이다.

도 3을 참조하면, 실외기(150)는 실외 공기와 냉매가 열교환되는 실외 열교환기(154)와, 실외 공기를 실외 열교환기(154)로 송풍시키는 실외 송풍기(155)와, 기체 냉매만을 추출하는 어큐뮬레이터(153)와, 어큐물레이터(153)에서 추출된 기체 냉매를 압축하는 압축기(152)와, 냉매 흐름을 절환하는 사방밸브(160)와, 난방 운전시 과냉도와 과열도에 따라 제어되는 실외용 전자팽창밸브(156)를 포함할 수 있다.

실외 열교환기(154)는 공기 조화기의 냉방 운전시 기상 냉매가 흡입되고, 상기 흡입된 기상 냉매가 실외 공기에 의해 응축되게 하는 응축기로 작용되고, 공기 조화기의 난방 운전시 액상 냉매가 흡입되고, 흡입된 액상 냉매가 실외 공기에 의해 증발되게 하는 증발기로 작용된다.

실외 송풍기(155)는 실외기 제어장치(미도시)에 의해 제어되어 동력을 발생시키는 실외 전동기(155b)와 실외 전동기(155b)에 연결되어 실외 전동기(155b)의 동력에 의해 회전되면서 송풍력을 발생시키는 실외 팬(155a)으로 이루어진다.

메인 실외기는 내부에 2대의 압축기(152)를 포함할 수 있으며, 하나는 인버터 압축기이고, 나머지 하나는 정속 압축기일 수 있다. 한편, 서브실외기도 2대의 압축기를 포함할 수 있으며, 2대의 압축기는 모두 정속 압축기일 수 있으나, 이는 일예일뿐 이에 한정하지 않는다.

복수의 실외기는 메인 실외기와, 보조 실외기가 구비되어, 다수의 실내기 중 적어도 어느하나의 요구에 의해 구동된다. 이때, 동작되는 실내기의 수에 대응하여, 메인 실외기가 동작되고, 요구되는 냉/난방 용량이 가변됨에 따라 메인 실외기의 수용 용량을 넘어서는 경우 보조 실외기가 동작되게 된다. 즉, 요구되는 냉/난방 용량에 대응하여 실외기의 작동 대수 및 실외기에 구비된 압축기(152)의 동작이 가변된다.

실내기(200)는, 각 실내기(200)가 설치된 룸의 실내 공기와 냉매가 열교환되는 실내 열교환기(208)와, 각 실내기(200)가 설치된 룸의 실내 공기를 실내 열교환기(208)로 송풍시키는 실내 송풍기(209)와, 냉방 운전시 과냉도 및 과열도에 따라 제어되는 실내 유량 조절부인 실내용 전자팽창밸브(미도시)를 포함할 수 있다.

실내 열교환기(208)는 공기조화기의 냉방 운전시 액상 냉매가 흡입되고, 상기 흡입된 액상 냉매가 냉방 운전을 요청한 실내기(200)가 설치된 실내 공기에 의해 증발되면서 실내 공기가 냉각되게 하는 증발기로 작용되고, 공기조화기의 난방운전시, 기상 냉매가 흡입되고, 흡입된 기상 냉매가 난방 운전을 요청한 실내기(2 00)가 설치된 실내 공기에 의해 응축되면서, 실내 공기 온도가 상승되게 하는 응축기로 작용된다.

실내 송풍기(209)는 실내기 제어 장치(미도시)에 의해 제어되어, 동력을 발생기키는 실내 전동기(209b)와, 실내 전동기(209b)와 연결되어 실내 전동기(209b)에 의해 회전되면서 송풍력을 발생시키는 실내 팬(209a)으로 이루어진다.

또한, 공기조화기는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실외기 내부 구성을 나타낸 도이다.

도 4를 참조하면, 실외기(150)는 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(411, 412)와 냉매와 실외 공기를 열교환하는 실외 열교환기(414)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기(411,412)로 공급하는 어큐뮬레이터(413)와, 난방 운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(416)를 포함한다. 또한 압축기(411,412)로부터 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 응축온도 센서부(420)와 압축기(411,412)로 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 증발온도 센서부(421), 압축된 냉매를 팽창시키는 전자팽창밸브(419)를 포함한다. 그 외 다수의 센서, 밸브 및 오일회수기 등을 더 포함하나, 그외 구성에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다. 또한, 실외기에 포함되는 압축기(411,412)의 종류 및 수는 도면에 한정하지 않음을 명시한다.

압축기(411,412)는 냉매 흡입부가 어큐뮬레이터(413)에 연결되고, 토출부에는 배관이 연결되며, 압축기(411,412)에서 토출된 냉매 중 오일을 회수하도록 오일분리기가 각각 설치된다. 실외 열교환기(414)는 사방밸브(416)와 연결되고, 외기와의 열교환에 의하여 냉매가 응축되거나 증발되도록 한다. 이 때, 실외 열교환기(414)의 열교환을 보다 원활하게 하기 위하여, 실외기 팬(415)은 실외 열교환기(414)로 공기를 유입한다.

냉방 운전 또는 냉난방 동시형의 냉방 전실 또는 냉방 주체 운전 시, 실외 열교환기(414)가 응축기로 이용되고, 난방 전실 운전 또는 난방 주체 동시 운전 중에는 실외 열교환기(414)가 증발기로 이용된다.

실외 열교환기(414)와 실내기 또는 분배기를 연결하는 액체배관 상에는 실외 전자팽창밸브(419) 및 과냉각장치가 설치된다. 전자팽창밸브(419)는 난방 운전, 난방 전실 운전 또는 난방 주체 동시 운전 시 응축된 냉매를 팽창시키고, 과냉각장치는 냉방 운전, 냉방 전실 운전 또는 냉방 주체 동시 운전 시, 실내기 또는 분배기로 이동되는 냉매를 냉각시킨다.

실내기(200)는 실내 열교환기(208)와, 실내기 팬, 실외기(15O)로부터 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브, 다수의 센서를 포함한다.

도 5는 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 운전주파수 제어방법을 도시하는 흐름도이다.

도 5를 참조하여 본 발명의 제어방법을 이하에서 설명한다.

공조운전을 실시하게 되면, 압축기(411,412)로부터 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 응축온도 센서(420)와 압축기(411,412)로 공급되는 냉매의 온도를 측정하는 증발온도 센서(421)를 이용하여, 각각 응축온도와 증발온도를 측정한다.(S501) 또한, 실외 열교환기(154)에 마련된 온도센서(미도시)를 이용하여, 실외온도를 측정한다.(S501)

온도를 측정하는 방법은, 일반 다이오드를 이용하는 방법, 열전대쌍을 이용하는 방법, 써미스터와 같은 온도반응소자를 이용하는 방법, 써머카플을 이용하는 방법 등을 포함하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

실외온도가 일정온도보다 높은지 여부를 판단하여(S503), 실외온도가 매우 낮다면, 제어를 스킵(skip)하여 싸이클(Cycle)이 형성되는 시간을 확보한다.

실외온도가 낮다면, 압축비 제한 제어를 통해 주파수를 낮출 틈도 없이 압축비가 커진다. 이는 압축기(411,412)가 초기 기동할 때 냉매 유속이 빠르고, 증발이 충분히 이뤄지지 않아 증발압력, 응축압력이 정상적으로 형성되지 않는다. 이러한 조건에서는 응축온도가 높고 증발온도가 낮게 형성되는 경우가 발생할 수 있다. 제어부(610)가 압축비 제한제어를 통해서 운전주파수제어를 하기도 전에, CR4(주파수 OFF)조건을 넘어서서 제품을 운전할 수가 없게 된다.

예를 들어, 10℃에서 10시간정도 방치후에 기동을 시도하면 냉매의 증발압이 순간적으로 100kpa아래로 떨어져서, 압축비가 매우 높은 값을 갖게된다. 이러한 경우, 제어를 시도할 틈도 없이 압축기(411,412)는 OFF상태가 된다.

실외온도가 일정온도보다 높다면, 측정한 응축온도와 증발온도를 이용하여, 제어부(610)의 압축비환산부(611)에서, 응축압력과 증발압력으로 환산한다.(S505)

냉매의 종류에 따라 각각의 온도에서 나타나는 압력으로 환산할 수 있는 몰성치는 실험에 의해 테이블의 형태로 마련하여 이와 매칭하여 환산할 수 있다.

실외온도가 매우 낮은 경우에도, 온도가 일정온도 이상으로 상승한다면, 측정한 응축온도와 증발온도로부터 응축압력과 증발압력으로 환산한다.(S505) 이 테이블은 저장부(619)에 저장될 수 있다.

압축비산출부(613)는, 환산된 응축압력과, 증발압력의 비인 압축비를 산출한다.(S509)

본 발명의 공기조화기(100)는 이러한 압축비를 별도의 압력센서를 마련하지 않고 통상 마련되는 온도센서를 이용하여 응축온도와 증발온도를 측정하고 이를 응축압력과 증발압력으로 환산하여 그 압축비에 따라 압축기(411,412)의 운전주파수를 제어할 수 있다.

영역설정부(615)는, 압축비산출부(613)에서 산출한 압축비에 따라 압축기(411,412)의 운전주파수를 제어할 수 있도록 운전주파수 제어영역을 설정한다.(S511) 압축기(411,412)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.

예를 들어 영역설정부(615)는 압축기(411,412)가 보증하는 최대압축비를 기준으로 압축비4(CR4)를 선정한다. 압축비가 보증하는 최대압축비는 압축기(411,412)의 종류에 따라 다를 수 있다. 따라서 기준으로 선정하는 압축비도 압축기(411,412)의 종류에 따라 다를 수 있다. 기준으로 설정하는 압축비4(CR4)에 따라 압축비0(CR0)은, 압축비0(CR0)= 압축비2(CR2) - (압축비4(CR4) - 압축비2(CR2))의 식으로 구한다.

압축비0(CR0)은 제한 제어를 시작하는 기준이 된다. 즉, 압축비0(CR0)이상의 압축비가 되면, 제품 운전에 제약을 받게된다. 일반적인 압축기(411,412)의 압축비가 8까지 보증한다면, 압축기(411,412)는 제품 운전의 신뢰성을 위하여 압축비를 4정도로 유지하는 것이 좋다. 압축비0(CR0)은 압축기(411,412)의 신뢰성에 영향을 주지 않는 한도 내에서 선정한다.

상세한 설정 방법의 일 예는 도 8을 참조하여 설명한다. 압축비에 따라 6개의 운전주파수 제어영역으로 설정한다. 영역 설정시, 운전주파수의 경계 영역에서 완충 영역을 갖게 된다.(S513) 예를 들어, 기준 압축비 근처에서 압축비가 변하게 되면 주파수 제어도 변하게 되고, 이 경우 주파수의 변동폭만큼 싸이클(Cycle)의 헌팅(hunting)이 발생하기 때문에, 압축비가 상승, 하강할 때 일정 압축비만큼 여유를 둔다.

예를 들어, 올라갈 때는 압축비 "1"만큼을 기준으로 삼았다면, 내려올 때는 압축비 "1.5"만큼을 기준으로 삼아서 이후 운전주파수를 제어할 때, 좀 더 시간적인 여유를 가지고 제한을 할 수 있다. 이러한 수치는 일 예일뿐 이에 한정하지 않는다.

즉, CR0, CR1, CR2등 압축기(411,412)의 신뢰성에 큰 영향을 미치지 않는 부분에서는 압축비의 여유를 둔다. 압축비의 운전주파수 제어에 시간적인 여유를 가짐으로써, 주파수의 헌팅(hunting)을 방지한다.

영역판단부(617)는 산출된 압축비와 설정된 운전주파수 제어영역을 비교하여, 어느 영역에 속하는지 여부를 판단한다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1영역에 해당하는지 여부를 판단하여(S515), 제 1영역에 해당하는 경우 압축기(411,412) 운전주파수를 제어하지 않는다.

제 2영역에 해당하는 경우, 압축기(411,412)의 운전주파수는 그대로 유지된다.(S531) 제 4영역에 당하는지 여부를 판단하여(S521), 제 4 영역에 해당하는 경우, 압축기(411,412)의 운전주파수를 서서히 감소시킨다.(S533) 제 5영역에 해당하는지 여부를 판단하여(S523), 제 5 영역에 해당하는 경우, 압축기(411,412)의 운전주파수를 급격히 감소시킨다.(S535) 제 6 영역에 해당하는지 여부를 판단하여(S525), 제 6 영역에 해당하는 경우, 이상영역으로 즉시 압축기(411,412)의 동작을 중단시킨다.(S537)

도 6은 공기조화기의 내부를 간략히 도시한 블록도이다.

도 6의 블록 구성도를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기를 기능에 따른 구성요소 관점에서 살펴보면 다음과 같다

본 공기조화기(100)는, 응축온도센서부(601), 증발온도센서부(603), 제어부(610) 및 압축기(620)를 포함한다. 또한 공기조화기(100)는 저장부(619)를 더 포함할 수 있다.

응축온도센서부(601)는 압축기(620)로부터 토출되는 냉매의 온도를 측정한다.

증발온도센서부(603)은 압축기(620)로 흡입되는 냉매의 온도를 측정한다.

온도를 측정하는 방법은, 일반 다이오드를 이용하는 방법, 열전대쌍을 이용하는 방법, 써미스터와 같은 온도반응소자를 이용하는 방법, 써머카플을 이용하는 방법 등이 있으나, 이에 한정하지 않는다.

제어부(610)는 공기조화기의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(610)는, 압축비환산부(611), 압축비산출부(613), 영역설정부(615) 및 영역판단부(617)를 포함할 수 있다.

압축비환산부(611)는 응축온도센서부(601)와 증발온도센서부(603)에서 측정한 응축온도와 증발온도를 기초로 응축압력과 증발압력으로 환산할 수 있다. 냉매의 종류에 따라 각각의 온도에서 나타나는 압력으로 환산할 수 있는 몰성치는 실험에 의해 만들어진 테이블을 기반으로 하여 압력으로 환산할 수 있다. 이 테이블은 저장부(619)에 저장될 수 있다.

압축비산출부(613)는 압축비환산부(611)에서 환산한 응축압력과 증발압력의 비를 계산하여, 압축비를 산출할 수 있다.

본 발명의 공기조화기(100)는 이러한 압축비를 별도의 압력센서를 이용하지 않고 통상 마련되는 온도센서를 이용하여 응축온도와 증발온도를 측정하고 이를 응축압력과 증발압력으로 환산하여 그 압축비에 따라 압축기(620)의 운전주파수를 제어할 수 있다.

별도로 압력센서를 이용하지 않음으로써, 회로를 단순화할 수 있고, 제조단가를 줄일 수 있다.

영역설정부(615)는 압축비산출부(613)에서 산출한 압축비에 따라 압축기(620)의 운전주파수를 제어할 수 있도록 운전주파수 제어영역을 설정한다.

예를 들어 영역설정부(615)는 압축기(620)가 보증하는 최대압축비를 기준으로 압축비4(CR4)를 선정한다. 압축비가 보증하는 최대압축비는 압축기(620)의 종류에 따라 다를 수 있다. 따라서 기준으로 선정하는 압축비도 압축기(620)의 종류에 따라 다를 수 있다.

기준으로 설정하는 압축비4(CR4)에 따라 압축비0(CR0)은, 압축비0(CR0)= 압축비2(CR2) - (압축비4(CR4) - 압축비2(CR2))의 식으로 구한다.

압축비0(CR0)은 제한 제어를 시작하는 기준이 된다. 즉, 압축비0(CR0)이상의 압축비가 되면, 제품 운전에 제약을 받게 될 수 있다. 만약, 일 예로 일반적인 압축기(620)의 압축비가 8까지 보증한다면, 압축기(620)는 제품 운전의 신뢰성을 위하여 압축비를 4 정도로 유지하는 것이 좋다. 압축비0(CR0)은 압축기(620)의 신뢰성에 영향을 주지 않는 한도 내에서 선정한다.

상세한 설정 방법의 일 예는 도 8을 참조하여 설명한다. 압축비에 따라 6개의 운전주파수 제어영역으로 설정한다. 영역에 따른 운전주파수 제어의 정도는 설정에 따라 달라질 수 있다.

또한 영역 설정시, 운전주파수의 경계 영역에서 완충 영역을 갖게 된다.(S513)

기준 압축비 근처에서 압축비가 변하게 되면 주파수 제어도 변할 수 있다. 이 경우 주파수의 변동폭만큼 싸이클(Cycle)의 헌팅(hunting)이 발생할 수 있기 때문에, 압축비가 상승, 하강할 때 일정 압축비만큼 여유를 둔다.

예를 들어, 올라갈때는 압축비 "1"만큼을 기준으로 삼았다면, 내려올때는 압축비 "1.5"만큼을 기준으로 삼아서 이후 운전주파수를 제어할 때, 좀 더 시간적인 여유를 가지고 운전주파수를 제어할 수 있다. 이러한 수치는 일 예일뿐, 이에 한정하지 않는다.

즉, CR0, CR1, CR2등 압축기(620)의 신뢰성에 큰 영향을 미치지 않는 부분에서는 압축비의 여유를 둔다. 압축비의 운전주파수 제어에 시간적인 여유를 가짐으로써, 주파수의 헌팅(hunting)을 방지한다.

영역판단부(617)는 압축비산출부(613)에서 산출한 압축비가 영역설정부(615)에서 설정한 압축기(620) 운전주파수 제어영역 중 어느 영역에 속하는지를 판단할 수 있다.

본 발명의 일실시예로 제 1영역에 속하는 압축비를 갖는 경우, 운전주파수 제한 제어를 실시하지 않는다.

제 2영역에 속하는 압축비를 갖는 경우, 운전주파수를 급하게 상승시키는 제어를 실시한다.

제 3영역에 속하는 압축비를 갖는 경우, 현재 운전주파수 상태를 유지한다.

제 4영역에 속하는 압축비를 갖는 경우, 서서히 운전주파수를 떨어뜨리는 제어를 실시한다.

제 5영역에 속하는 압축비를 갖는 경우, 운전주파수를 빠르게 감소시키는 제어를 실시한다.

제 6영역에 속하는 압축비를 갖는 경우, 압축기(620)의 동작을 정지하는 제어를 실시한다.

즉, 제어부(610)는 응축온도센서부(601)와 증발온도센서부(603)에서 측정된 응축온도와 증발온도를 이용하여 응축압력과 증발압력으로 환산하고, 환산된 응축압력과 증발압력을 이용하여 압축비를 산출하며, 압축비에 따른 압축기(620)의 운전주파수 제어영역을 설정하고, 산출한 압축비에 따라 어느 제어영역에 속하는지 여부를 판단하여 운전주파수 제어를 실시한다.

이러한 운전주파수 제어를 통하여, 압축기(620)의 소손을 방지하여, 공기조화기 운전의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 7은 운전주파수 제어영역에 따른 운전주파수 제어방법을 표로 도시한 도이다.

도면을 참조하면, zone0은 제 1영역으로 운전주파수 제한 제어를 실시하지 않는다. zone1은 제 2영역으로, 운전주파수를 급하게 상승시키는 제어를 실시한다. zone2는 제 3영역으로, 현재 운전주파수 상태를 유지한다. zone3은 제 4영역으로, 서서히 운전주파수를 떨어뜨리는 제어를 실시한다. zone4는 제 5영역으로, 운전주파수를 빠르게 감소시키는 제어를 실시한다. zone5는 제 6영역으로, 압축기(620)의 동작을 정지하는 제어를 실시한다.

이러한 운전주파수 제어를 통하여, 압축기(620)의 소손을 방지하여, 공기조화기 운전의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 8은 압축비에 따른 압축기 운전주파수 제어영역을 도시한 도이다.

도 8을 참조하면, 압축기(620)가 보증하는 최대압축비를 기준으로 압축비4(CR4)를 선정한다. 압축비가 보증하는 최대압축비는 압축기(620)의 종류에 따라 다를 수 있다. 따라서 기준으로 선정하는 압축비도 압축기(620)의 종류에 따라 다를 수 있다. 기준으로 설정하는 압축비4(CR4)에 따라 압축비0(CR0)은 압축비0(CR0)= 압축비2(CR2) - (압축비4(CR4) - 압축비2(CR2))의 식으로 구한다.

압축비0(CR0)은 제한 제어를 시작하는 기준이 된다. 즉, 압축비0(CR0)이상의 압축비가 되면, 제품 운전에 제약을 받게 된다. 일반적인 압축기(620)의 압축비가 8까지 보증한다면, 압축기(620)는 압축비 4 정도로 유지하는 것이 좋다. 압축비0(CR0)은 압축기(620)의 신뢰성에 영향을 주지 않는 한도내에서 선정한다.

압축비에 따른 운전주파수 제어영역이 설정되면, 그에 따른 운전주파수 제어를 실시한다. 본 발명의 일예로, zone0은 제 1영역으로 운전주파수 제한 제어를 실시하지 않는다. zone1은 제 2영역으로, 운전주파수를 상승시키긴 하지만, 급하게 상승하는 것을 제한하는 제어를 실시하여 서서히 운전주파수를 상승시킨다. zone2는 제 3영역으로, 현재 운전주파수 상태를 유지한다. zone3은 제 4영역으로, 서서히 운전주파수를 떨어뜨리는 제어를 실시한다. zone4는 제 5영역으로, 운전주파수를 빠르게 감소시키는 제어를 실시한다. zone5는 제 6영역으로, 압축기(620)의 동작을 정지하는 제어를 실시한다.

예를 들어, zone4에서는 s1/30초의 비율로 빠르게 운전주파수를 감소시키는 제어를 실시하며, zone3에서는 s1/60초의 비율로 천천히 운전주파수를 감소시키는 제어를 실시한다. zone2에서는 운전주파수를 유지하고, zone1은 s1/60초의 비율로 운전주파수를 서서히 증가시킨다. zone0부분은 정상영역으로 운전주파수 제한 제어를 실시하지 않는다. 이러한 수치는 일 예일뿐 이에 한정하는 것은 아니다.

이러한 운전주파수 제어를 통하여, 공기조화기(100)의 압축기(620)의 소손을 방지하여, 공기조화기(100) 운전의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

100: 공기조화기 610: 제어부
150: 실외기 200: 실내기
160: 사방밸브 420: 응축온도센서
421: 증발온도센서 152,411,412,620: 압축기

Claims (19)

1. 압축기에서 토출된 냉매의 온도인 응축온도 및 압축기로 흡입되는 냉매의 온도인 증발온도를 측정하여 상기 측정된 상기 응축온도 및 상기 증발온도로부터 압축기의 흡입압력 및 토출압력을 환산하는 단계;
   상기 환산된 압축기의 흡입압력 및 토출압력으로부터 압축비를 산출하는 단계;
   상기 압축기가 수용가능한 최대압축비를 기초로 운전주파수 제어영역을 설정하는 단계; 및
   상기 산출된 압축비와 상기 설정된 운전주파수 제어영역에 따라 상기 압축기의 운전주파수를 제어하는 단계를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 산출된 압축비가 상기 압축기 운전주파수 제어영역 중 어느영역에 해당하는지 판단하는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 설정된 운전주파수 제어영역은 상기 압축기 운전주파수를 제어하지 않는 제 1영역을 포함하는 공기조화기의 제어방법.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 설정된 운전주파수 제어영역은 상기 운전주파수의 급격한 상승을 방지하는 제 2영역을 포함하는 공기조화기의 제어방법.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 설정된 운전주파수 제어영역은 상기 운전주파수를 유지하는 제 3영역을 포함하는 공기조화기의 제어방법.
6. 제 2항에 있어서,
   상기 설정된 운전주파수 제어영역은 상기 운전주파수를 서서히 감소시키는 제 4영역을 포함하는 공기조화기의 제어방법.
7. 제 2항에 있어서,
   상기 설정된 운전주파수 제어영역은 상기 운전주파수를 급격하게 감소시키는 제 5영역을 포함하는 공기조화기의 제어방법.
8. 제 2항에 있어서,
   상기 설정된 운전주파수 제어영역은 상기 압축기의 동작을 중단시키는 제 6영역을 포함하는 공기조화기의 제어방법.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 압축기의 실외온도가 일정온도이상인지 판단하는 단계를 더 포함하고,
   상기 압축기의 흡입압력 및 토출압력을 환산하는 단계는 실외온도가 일정온도이상인 경우 수행되는 공기조화기의 제어방법.
10. 제 2항에 있어서,
    상기 운전주파수 제어영역을 설정하는 경우, 설정된 영역사이에 완충영역을 추가하는 것을 특징으로 하는 공기조화기 제어방법.
11. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 토출된 냉매의 온도인 응축온도를 측정하는 응축온도센서부;및
    상기 압축기로 흡입되는 냉매의 온도인 증발온도를 측정하는 증발온도센서부를 포함하고,
    상기 압축기는 상기 응축온도와 상기 증발온도로부터 산출된 압축비와, 수용가능한 최대 압축비를 기초로 설정된 운전주파수 제어영역에 따라 운전주파수를 제어하는 제어부를 포함하는 공기조화기.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 압축비가 상기 압축기 운전주파수 제어영역 중 어느영역에 해당하는지 판단하여 상기 운전주파수를 제어하는 공기조화기.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부에서 설정한 운전주파수 제어영역은 상기 압축기 운전주파수를 제어하지 않는 제 1영역을 포함하는 공기조화기.
14. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부에서 설정한 운전주파수 제어영역은 상기 압축기 운전주파수의 급격한 상승을 방지하는 제 2영역을 포함하는 공기조화기.
15. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부에서 설정한 운전주파수 제어영역은 상기 압축기 운전주파수를 유지하는 제 3영역을 포함하는 공기조화기.
16. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부에서 설정한 운전주파수 제어영역은 상기 압축기 운전주파수를 서서히 감소시키는 제 4영역을 포함하는 공기조화기.
17. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부에서 설정한 운전주파수 제어영역은 상기 압축기 운전주파수를 급격하게 감소시키는 제 5영역을 포함하는 공기조화기.
18. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부에서 설정한 운전주파수 제어영역은 상기 압축기의 동작을 중단시키는 제 6영역을 포함하는 공기조화기.
19. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 운전주파수 제어영역을 설정하는 경우, 설정된 영역사이에 완충영역을 더 추가하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
    

Images