KR20200102233A - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법은, 각 실마다 설치되는 다수의 실내기가 하나의 실외기에 연결되는 공기조화기에 있어서, 사용자 희망온도와 상기 사용자 희망온도가 입력된 해당 실의 실제 실내온도의 차로 규정되는 설정온도 차를 획득하는 단계; 상기 획득된 설정온도 차가 시간에 따라 변화하는 정도로 규정되는 설정온도 차의 변화율을 변수로 가상 개도 증분을 획득하는 단계; 및 상기 획득된 가상 개도 증분을 기초로, 상기 해당 실의 실내 팽창밸브의 개도가 변경되는 단계를 포함할 수 있다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{AIR CONDITIONER AND CONTROLLING METHOD OF THEREOF}
본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 압축, 응축, 팽창 및 증발로 이루어지는 일련의 냉동 사이클을 통하여, 실내의 더운 공기를 흡입하여 저온의 냉매와 열교환한 후 이를 실내로 토출하여 실내를 냉방 시키거나, 실내의 찬 공기를 흡입하여 고온의 냉매와 열교환한 후 이를 실내로 토출하여 실내를 난방 시킨다.
한편, 하나의 실외기에 여러 대의 실내기가 연결되어 한번에 다수의 실내(또는 방)을 냉난방 시킬 수 있는 공기조화기를 멀티형 공기조화기 라고 한다.
상기 멀티형 공기조화기는, 초기 구동시 각각의 실내기가 설치된 각 실의 부하를 총합하여 총 부하량을 산출하고, 상기 총 부하량에 대응하도록 압축기를 제어함으로써 사이클을 순환하는 냉매를 토출시킨다.
여기서, 상기 각 실의 부하는, 초기 구동시 사이클로 토출되는 냉매량과 실내기로 분배되는 냉매량을 결정하는 주요 요인이기 때문에, 압축기의 압축 능력, 소비 전력, 과부하 등 공기조화기의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 초기 구동시 각 실의 부하량를 정확히 산출하기 위하여, 공개된 선행문헌에서는 실내기의 용량, 실내 온도, 실외 온도, 온도의 차, 실내 열교환기의 면적, 풍량 등의 요인을 이용하는 내용이 개시되며, 이를 통해 산출된 각 실의 부하량에 대응되는 실내 팽창밸브의 개도 조절이 수행되는 내용이 개시된다.
더하여, 각 실에 설치된 실내기를 순환하는 냉매의 적절한 분배를 위하여, 실내 열교환기를 통과하는 냉매의 과열도를 이용한 제어가 개시된다.
그러나, 선행문헌에서 개시되는 공기조화기는, 초기 구동 이후 사용자가 설정한 희망온도에 각 실의 실내온도를 도달시키는 과정에서 각 실의 부하 크기에 따라 달라지는 부하 해소 속도를 반영하지 못하는 제어가 수행된다.
이에 의하면, 부하가 작은 실내에서는 상대적으로 빠르게 실내온도가 변화되기 때문에 상기 희망온도에 도달한 실내온도를 일정하게 유지하기 어려우며, 안정화 시간이 상대적으로 길어지는 문제가 있다.
또한, 난방운전시, 부하 해소 속도를 반영하지 못하는 공기조화기의 제어는, 실내온도가 희망온도를 넘어 급격히 상승하게 될 수 있고, 이때, 실내온도를 하락시키기 위해 실내기의 작동이 꺼지는(Thermo OFF) 현상이 발생할 수 있다.
상기 실내기의 작동이 꺼진다면, 희망온도를 크게 벗어난 실내온도가 빠르게 낮아질 수는 있겠으나, 또 다시 희망온도 이하로 실내온도가 하락하게 되어 재가동되는 경우 열 손실, 전력 손실이 발생하게 되는 문제가 있으며, 사용자가 희망하는 실내온도를 일정하게 유지시키기 어려운 문제가 있다.
또한, 부하가 큰 실내에서는 상대적으로 느리게 실내 온도가 변화하기 때문에 빠르게 실내 쾌적성을 향상시키기 어려운 문제가 있다.
이와 관련된, 선행기술문헌 정보는 아래와 같다.
KR 10-2005-0075099 A KR 10-2005-0075096 A KR 10-2005-0117078 A KR 10-2005-0043123 A
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, 초기 구동 이후 실시간으로 각 실의 부하 해소 속도를 반영하는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 실내온도가 사용자의 희망온도로 빠르게 안정화 될 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 부하 해소 속도에 따라 실내기로 유입되는 냉매량을 조절할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 각 실의 부하 크기에 따라 달라지는 부하 해소 속도를 반영하여 실내 팽창밸브의 개도를 조절하는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법은, 각 실마다 설치되는 다수의 실내기가 하나의 실외기에 연결되는 공기조화기에 있어서, 사용자 희망온도와 상기 사용자 희망온도가 입력된 해당 실의 실제 실내온도의 차로 규정되는 설정온도 차를 획득하는 단계; 상기 획득된 설정온도 차가 시간에 따라 변화하는 정도로 규정되는 설정온도 차의 변화율을 변수로 가상 개도 증분을 획득하는 단계; 및 상기 획득된 가상 개도 증분을 기초로, 상기 해당 실의 실내 팽창밸브의 개도가 변경되는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 획득한 가상 개도 증분에 상기 해당 실의 펄스비를 곱한 값으로 산출되는 최종 개도 증분을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 해당 실의 실내 팽창밸브는, 상기 최종 개도 증분에 의하여 개도가 변경되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펄스비는, 상기 해당 실의 실내 팽창밸브의 펄스 값과 전체 실내기에 구비되는 실내 팽창밸브의 총합 펄스 값의 비로 규정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가상 개도 증분은, 가중치 비율 값(λ) X 제 1 비례정수(Kp) X (상기 설정온도 차의 변화율 + 제 2 비레정수(Ki) X (제어주기/60) X 상기 설정온도 차)로 규정되는 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기조화기의 제어방법은, 상기 획득한 가상 개도 증분이 미리 설정된 범위조건을 만족하는지 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 획득한 가상 개도 증분이 상기 미리 설정된 범위조건을 만족하는 경우, 상기 최동 개도 증분을 획득하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 범위조건은, -0.1 이상 및 +0.1 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기조화기의 제어방법은, 상기 획득한 설정온도 차가 기준 값 이하인지 판단하는 단계; 및 상기 획득한 설정온도 차가 상기 기준 값 이하인 경우, 실내 열교화기를 유동하는 냉매의 온도 차를 통해 상기 실내 팽창밸브의 개도를 조절하는 과열도 분배제어를 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기준 값은 1(°C)로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기조화기의 제어방법은, 상기 각 실의 초기부하를 산출하여 초기 냉매분배량이 결정하고, 상기 결정된 초기 냉매분배량을 따라 각 실에 냉매가 도입되는 초기구동 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 각 실의 초기부하는, 실내기의 용량, 실내온도, 실내온도와 사용자 희망온도의 차, 실외온도, 실내 열교기의 면적, 실내 팬의 풍량 중 적어도 어느 하나를 기초로 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초기구동 단계는, 상기 각 실에 설치된 실내기에 구비되는 실내 팽창밸브의 개도를 상기 초기부하에 따라 결정된 펄스비로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 관점에서, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는, 각 실마다 설치되는 다수의 실내기가 하나의 실외기에 연결되는 공기조화기에 있어서, 상기 실외기와 상기 다수의 실내기 사이에 배치되며, 상기 다수의 실내기 중 각각의 실내기로 냉매를 분배하도록 연결되는 분배기; 상기 각각의 실내기에 구비되어 상기 각각의 실내기로 도입되는 냉매량을 조절하는 실내 팽창밸브; 상기 각 실의 실내온도를 감지하는 온도감지부; 상기 각 실마다 구비되어 사용자 희망온도가 입력되는 입력부; 및 상기 사용자 희망온도와 상기 실내온도의 차로 규정되는 설정온도 차 및 상기 설정온도 차가 시간에 따라 변화하는 정도로 규정되는 설정온도 차의 변화율을 산출하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 설정온도 차의 변화율을 기초로 산출되는 개도 증분을 이용하여 상기 실내 팽창밸브의 개도를 가변시킬 수 있다.
또한, 상기 개도 증분은, 상기 설정온도 차 및 상기 설정온도 차의 변화율을 변수로 산출되는 가상 개도 증분; 및 상기 가상 개도 증분에 각 실의 부하가 반영되는 펄스비를 곱하여 산출되는 최종 개도 증분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 최종 개도 증분을 적용한 펄스 값으로 상기 실내 팽창밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 각각의 실내기에 구비되는 실내 팽창밸브의 개도를 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 개도 증분을 산출하기 위한 정보가 저장되는 메모리를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 부하가 큰 실내에서는 더욱 빨리 부하를 해소시킬 수 있는 장점이 있으며, 부하가 작은 실내에서는 사용자의 희망온도와 온도 차이가 너무 커져버려 실내기가 꺼져버리는 현상(Thermo OFF)을 방지함으로써 실내 온도가 사용자의 희망온도에 맞춰 적절히 유지되는 장점이 있다.
또한, 실내에 쾌적한 공기조화 환경을 빠르게 조성시킬 수 있으며, 사용자가 희망하는 온도를 상대적으로 편차 없이 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 실내 팽창밸브의 개도 증분을 설정온도 차의 변화율을 변수로 결정할 수 있으므로, 부하 해소 속도에 따른 실내 팽창밸브의 개도 조절을 실시간으로 수행할 수 잇다. 즉, 각 실의 부하가 얼마나 빠르게 해소되는지 수식적으로 판단할 수 있는 장점이 있다.
또한, 각 실의 부하를 빠르게 해소시키는 동시에 사용자의 희망온도를 맞추기 위한 더욱 능동적이고 효과적인 냉매 분배가 수행되는 장점이 있다.
또한, 총 펄스 대비 제어되는 실내 팽창밸브의 현재 펄스로 규정되는 비율로 실내 팽창밸브의 개도 증분을 최종적으로 보정하기 때문에, 초기 구동에서 결정되는 각 실의 부하를 다양한 요인(용량, 열교환기 면적, 풍량, 실내 온도, 실외 온도 등)이 포괄적으로 적용되어도 활용할 수 있으므로, 각 실의 부하의 변수에 대한 범용성을 향상시킬 수 있다.
또한, 각 실의 부하의 비에 대응되도록 실내 팽창밸브의 개도 증분이 결정되기 때문에, 각 실의 부하를 결정하는 다양한 요인이 고려되어 더욱 적절한 냉매의 분배를 수행할 수 있는 장점이 있다. 이에 의하면, 공기조화기의 난방 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 보여주는 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 보여주는 블록도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법을 보여주는 플로우 차트
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 난방운전에서 실내의 온도 변화를 보여주는 실험 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전에서 실내의 온도 변화를 보여주는 실험 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는 냉난방 동시형 멀티 공기조화기일 수 있다.
즉, 상기 공기조화기(1)는, 하나의 실외기(A)에 복수의 실내기(B1, B2, B3, B4)가 연결되고, 각 실내기(B1, B2, B3, B4)가 각각의 공조 공간에 설치되도록 구성될 수 있다. 이때, 각 실내기(B1, B2, B3, B4)는 난방과 냉방 중 어느 하나의 운전 모드로 동작되어 실내를 공기 조화할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 공기조화기(1)는 실외기(A), 복수의 실내기(B1, B2, B3, B4) 및 분배기(C)를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 복수의 실내기(B1, B2, B3, B4)는, 제 1 실내기(B1), 제 2 실내기(B2), 제 3 실내기(B3) 및 제 4 실내기(B4)를 포함할 수 있다.
상기 실외기(A)는 압축기(53, 54), 실외 열교환기(51), 실외 열교환기 팬(61) 및 사방밸브(62)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 실외기(A)는 리시버(50)를 더 포함할 수 있다. 상기 리시버(50)는 액체배관(72)에 흐르는 냉매를 선택적으로 유입시켜 임시 저장함으로써, 상기 공기조화기(1)의 내부에서 순환되는 냉매량을 조절할 수 있다.
상기 실외기(A)는 어큐뮬레이터(52)를 더 포함할 수 있다. 상기 어큐뮬레이터(52)는 액상 및 기상의 혼합냉매에서 기상 냉매를 분리하여 압축기(53, 54)로 공급할 수 있다.
상기 압축기(53, 54)의 흡입부는 어큐뮬레이터(52)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 어큐뮬레이터(52)에서 토출되는 기상 냉매는 제1, 제2 압축기(53, 54)로 흡입될 수 있다.
상기 압축기(53, 54)는 흡입된 냉매를 압축하여 토출시킬 수 있다. 일례로, 제 1 압축기(53)는 냉매의 압축용량을 가변시킬 수 있는 인버터 압축기이고, 제 2 압축기(54)는 냉매의 압축용량이 일정한 정속 압축기일 수 있다.
상기 압축기(53, 54)의 토출부에는 토출배관(55, 56)이 연결된다. 상기 토출배관(55, 56)은 제 1 압축기(53)에 연결되는 제 1 토출배관(55), 제 2 압축기(54)에 연결되는 제 2 토출배관(56)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 토출배관(55) 및 상기 제 2 토출배관(56)은, 합지부(57)에서 합지되도록 구비된다. 즉, 각각의 압축기(53, 54)에서 압축된 고온 고압의 기상 냉매는 토출배관(55, 56)을 통하여 합지부(57)에서 합지될 수 있다.
상기 토출배관(55, 56)에는 오일분리기(58, 59)가 각각 설치된다. 상기 오일분리기(58,59)는 상기 제 1 압축기(53)에서 토출된 냉매 중 오일을 분리하는 제 1 오일분리기(58) 및 상기 제 2 압축기(54)에서 토출된 냉매 중 오일을 분리하는 제 2 오일분리기(59)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 오일분리기(58, 59)에는, 분리된 오일을 상기 압축기(53, 54)의 흡입부로 각각 안내하는, 제 1 오일회수관(30)과 제 2 오일회수관(31)이 연결된.
한편, 상기 합지부(57)에는 상기 압축기(53, 54)에서 토출된 냉매를 사방밸브(62)를 거치지 않고 바이패스 시키는 고압기체 배관(63)이 연결될 수 있다.
또한, 상기 합지부(57)는 상기 사방 밸브(62)로 연장되는 제 3 토출배관(68)이 연결될 수 있다.
상기 사방밸브(62)는 상기 합지부(57)에서 합지된 고온 고압의 기상 냉매의 유로를 결정할 수 있다. 일례로, 상기 사방밸브(62)는 냉방 주체 운전 또는 난방 주체 운전을 수행하는지 여부에 따라, 기상 냉매의 유로를 절환하거나 기상 냉매를 분지하여 유동시킬 수 있다.
상기 실외 열교환기(51)는 제 1 연결배관(71)에 의하여 사방밸브(62)와 연결된다. 상기 실외 열교환기(51)는 냉매를 외부 공기와 열 교환시켜 응축 또는 증발시킬 수 있다. 냉방 운전시 상기 실외 열교환기(51)는 응축기의 역할을 수행하고, 난방 운전 시 상기 실외 열교환기(51)는 증발기의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 상기 실외기 팬(61)은 상기 실외 열교환기(51)의 열 교환을 보다 원활히 하도록 설치될 수 있다. 그리고 상기 실외기 팬(61)은 상기 실외 열교환기(51)로 외부 공기를 유입시킬 수 있다.
상기 실외기(A)는 실외 팽창밸브(65) 및 과냉각장치(66)를 더 포함할 수 있다. 상세히, 상기 실외 팽창밸브(65) 및 과냉각장치(66)는 상기 실외 열교환기(51)와 상기 분배기(C)를 연결하는 액체배관(72) 상에 각각 설치될 수 있다.
상기 실외 팽창밸브(65)는 전자팽창밸브(EEV)로 구비될 수 있다. 상기 실외 팽창밸브(65)는 난방 운전시 냉매를 팽창시키는 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 실외 팽창밸브(65)는 각각의 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)에서 응축된 냉매를 실외 열교환기(51)로 유입하기 전에 팽창시키는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 실외 팽창밸브(65)의 개도는 제어될 수 있다.
냉방운전 시, 실외 팽창밸브(65)는 냉매를 팽창시키지 않을 수 있다. 일례로, 실외 팽창밸브(65)는 실외 열교환기(51)에서 응축된 냉매를 각각의 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)로 유입시키기 전에 팽창시키지 않고 그대로 통과시킬 수 있다. 이때, 실외 팽창밸브(65)는 풀 오픈(full open)될 수 있다.
상기 과냉각장치(66)는 냉방운전시, 실외 열교환기(51)를 통과하여 분배기(C)로 이동되는 냉매의 일부를 과 냉각시킬 수 있다. 한편, 상기 과냉각장치(66)는, 흡입배관(64)으로 연장하는 회수배관(66d)을 포함할 수 있다.
상기 분배기(C)는, 상기 실외기(A)와 다수의 실내기(B1, B2, B3, B4) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 상기 분배기(C)는 각각의 실내기의 운전모드에 따라 구분되는 냉방 전실, 난방 전실, 냉방 주체 동시 운전 및 난방 주체 동시 운전을 따라 냉매를 다수의 실내기(B1, B2, B3, B4) 중 각각의 실내기로 분배할 수 있다.
이를 위하여, 상기 분배기(C)는 고압 기체 헤더(81), 저압 기체 헤더(82), 액체 헤더(83) 및 다수의 밸브(미도시)을 포함할 수 있다.
상기 고압 기체 헤더(81)는, 합지부(57)와 연결된 고압기체배관(63)과, 각각의 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)에 연결될 수 있다.
또한, 저압 기체 헤더(82)는 흡입배관(64)과 연결된 저압기체배관(75)과, 각각의 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)에 연결될 수 있다.
또한, 액체 헤더(83)는 과냉각장치(66)와 연결된 액체배관(72)과, 각각의 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)에 각각 연결될 수 있다.
한편, 상기 다수의 실내기(B1,B2,B3,B4)는 제 1 실내기(B1), 제 2 실내기(B2), 제 3 실내기(B3) 및 제 4 실내기(B4)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 4 실내기(B1,B2,B3,B4)는, 각각 냉방 또는 난방운전을 수행할 수 있다.
상기 제 1 실내기(B1)는 제 1 실내 열교환기(11), 제 1 실내 팽창밸브(12) 및 제 1 실내 팬(15)을 포함할 수 있다.
그리고 제 1 실내 열교환기(11)의 일 단에는 제 1 실내 열교환기 연결배관(13)이 연결되고, 타 단에는 제 2 실내 열교환기 연결배관(14)이 연결될 수 있다.
상기 제 1 실내 팽창밸브(12) 전자팽창밸브(EEV)를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제 1 실내 팽창밸브(12)는 상기 제 1 실내 열교환기 연결배관(13) 상에 설치될 수 있다.
또한, 상기 제 1 실내 팽창밸브(12)는 개도 조절을 통하여 상기 제 1 실내 열교환기(11)를 유동하는 냉매 양을 조절할 수 있다. 일례로, 후술할 제어부(200)는, 제 1 실내기(B1)에 구비되는 제 1 실내 팽창밸브(12)의 개도를 독립적으로 제어할 수 있다.
즉, 상기 공기조화기(1)는 각 실에 있는 사용자의 희망온도에 맞춰 각 실의 실내기(B1,B2,B3,B4)의 작동을 개별적으로 제어함으로써, 각 실의 실내온도를 관리할 수 있다.
한편, 상기 제 2 내지 제 4 실내기(B2,B3,B4)에도, 각각, 실내 열교환기(21,31,41), 실내 팽창밸브(22,32,42) 및 실내 팬(25,35,45)을 포함할 수 있다. 상세히, 상기 제 2 실내기(B2)는 제 2 실내 열교환기(21), 제 2 실내 팽창밸브(22) 및 제 2 실내팬(25)을 포함할 수 있다. 상기 제 3 실내기(B3)는 제 3 실내 열교환기(31), 제 3 실내 팽창밸브(32) 및 제 3 실내 팬(35)을 포함할 수 있다. 상기 제 4 실내기(B4)는 제 4 실내 열교환기(41), 제 4 실내 팽창밸브(42) 및 제 4 실내 팬(45)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 내지 제 4 실내기(B2,B3,B4)를 구성하는 각각의 열교환기(21,31,41), 실내 팽창밸브(22,32,42) 및 실내 팬(25,35,45)에 대한 설명은, 제 1 실내기(B1)의 해당 구성에 대한 설명을 원용하도록 한다.
상기 제 1 실내기(B1)에 구비되는 제 1 실내 팽창밸브(12), 제 2 실내기(B2)에 구비되는 제 2 실내 팽창밸브(22), 상기 제 3 실내기(B3)에 구비되는 제 3 실내 팽창밸브(32) 및 상기 제 4 실내기(B4)에 구비되는 제 4 실내 팽창밸브(42)는, 개도가 제어됨으로써 각각의 실내기로 유입되는 냉매 양을 조절할 수 있다.
난방운전 시, 제 1 내지 제 4 실내기(B1, B2, B3, B4)에 연결되는 제 1 실내 열교환기 연결배관(13, 23, 33, 43)은 제 1 내지 제 4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)에서 응축된 액체 냉매를 분배기(C)의 액체 헤더(83)로 안내할 수 있다.
이 경우, 난방운전되는 제 1 내지 제 4 실내기(B1, B2, B3, B4)에 연결되는 제 2 실내 열교환기 연결배관(14, 24, 34, 44)은, 고압의 기상 냉매를 분배기(C)의 고압기체 헤더(81)에서 제 1 내지 제 4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)로 안내할 수 있다.
상기 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)는 실내 공기와의 열 교환하여 냉매를 응축 또는 증발시킬 수 있다. 상기 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)에서 수행되는 열 교환이 보다 원활하도록, 실내기 팬(15, 25, 35, 45)은 실내 열교환기(11, 21, 31, 41) 주위에 설치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 공기조화기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 상기 공기조화기(1)는, 제어부(100), 정보를 저장하는 메모리(150), 온도를 감지하는 온도감지부(200) 및 사용자의 희망온도를 입력받는 입력부(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부(100)는 실외기(A)를 제어하기 위한 중앙제어기(110) 및 다수의 실내기(B1,B2,B3,B4)를 제어하기 위한 분배제어기(120)를 포함할 수 있다.
상기 중앙제어기(110)는 상기 실외 팽창밸브(65)의 개도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 중앙제어기(110)는 상기 압축기(53,54)로부터 토출되어 전체 사이클을 순환하는 총 냉매량을 제어할 수도 있다.
상기 분배제어기(120)는, 각 실에 설치된 실내기(B1,B2,B3,B4) 마다 냉매가 적정한 양으로 제공될 수 있도록 냉매의 분배를 제어할 수 있다. 일례로, 상기 분배제어기(120)는 각각의 실내기에 설치되는 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 개도를 개별적으로 제어할 수 있다. 따라서, 상기 분배제어기(120)는 각 실의 실내기의 부하 조건에 따라 냉매가 적정량으로 분배되도록 냉매의 흐름 및 양을 조절할 수 있다.
상기 메모리(150)에는 상기 공기조화기(1)의 운전을 위한 각종 정보가 저장될 수 있다. 일례로, 상기 메모리(150)에는 각각의 실내기(B1,B2,B3,B4)의 용량, 실내 열교환기(11,21,31,41)의 면적, 실내 팬(15,25,35,45)의 풍량 등에 대한 정보가 저장될 수 있다.
상기 온도감지부(200)는 검출 소자를 이용하여 유체 또는 물체 표면 등의 온도를 검출하고, 검출한 온도를 전기신호로 변환하여 제어부(100)로 전송할 수 있다. 여기서, 검출 소자는 서미스터, 백금, 니켈, 열전쌍 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 온도감지부(200)는, 각 배관을 유동하는 냉매, 외기 온도, 각 실의 실내 온도, 실내 열교환기의 입구와 출구 온도 등을 감지할 수 있도록 다수의 온도센서를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 온도감지부(200)는, 실내 열교환기(11,21,31,41)의 입구와 출구에 구비되는 냉매 배관에 각각 설치되는 온도센서를 포함할 수 있다. 이에 의하면, 상기 온도감지부(200)는 실내 열교환기를 통과하는 냉매의 온도를 감지할 수 있으므로, 냉도의 과열도 또는 과냉도를 감지할 수 있다. 상세히, 제어부(200)는 온도감지부(200)가 감지한 실내 열교환기(11,21,31,41)의 입구 온도와 출구 온도에 기초하여, 실내 열교환기(11,21,31,41)의 과냉도 또는 과열도를 산출할 수 있다.
또한, 상기 온도감지부(200)는 각 실의 현재 실내온도를 감지하는 온도센서를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 온도감지부(200)는 각 실의 현재 온도를 감지하여 제어부(100)로 전송할 수 있다.
또한, 상기 온도감지부(200)는 압축기(53,54)의 입구 및 출구에서 설치되는 온도센서를 포함할 수 있다. 일례로. 상기 온도감지부(200)는 압축기(53,54)의 입구 온도와 출구 온도를 감지할 수 있다. 이에 의하면, 상기 제어부(100)는 상기 온도감지부(200)가 감지한 압축기(220)의 입구 온도와 출구 온도에 기초하여, 압축기(240)의 과열도를 산출할 수 있다.
상기 입력부(300)는 각 실에 존재하는 사용자의 희망온도를 개별적으로 입력받을 수 있도록 각 실마다 설치될 수 있다. 그리고 상기 각 실에 설치된 입력부(300)는 상기 제어부(100)로 각 실의 사용자가 설정한 희망온도를 전송할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(100)는 각 실의 실내기 동작을 제어함으로써 각 실의 실내온도가 상기 희망온도로 유지되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 3을 참조하면, 상기 공기조화기(1)는 초기구동 단계(S10)를 수행할 수 있다.
상기 초기구동 단계(S10)는, 각 실의 초기부하를 산출하여 초기 냉매 분배량을 결정하고, 이를 각 실내기에 도입하는 단계로 이해할 수 있다.
상기 초기구동 단계(S10)에서는 각 실의 사용자가 입력한 희망온도에 맞춰 해당 실의 실내기가 작동을 시작할 수 있다. 일례로, 사용자는 상기 입력부(300)를 통하여 희망온도를 입력할 수 있다. 상기 입력된 희망온도는 제어부(100)에 제공될 수 있다. 이때, 상기 제어부(100)는 상기 입력된 희망온도와 함께 상기 희망온도가 입력된 해당 실의 실내온도를 제공받을 수 있으며, 상기 메모리(150)로부터 해당 실의 실내기 용량, 실내 팬의 풍량, 실내 열교환기의 면적 등에 대한 정보를 제공받을 수 있다.
그리고 상기 제어부(100)는 실내온도를 상기 희망온도로 맞추기 위하여 상기 희망온도가 입력된 해당 실의 실내기를 작동시킬 수 있다.
상기 초기구동 단계(S10)에서, 상기 제어부(100)는 상기 해당 실의 실내기로 적정 냉매가 도입될 수 있도록 초기 냉매량을 조절할 수 있다. 일례로, 상기 제어부(100)는 각 실의 초기부하를 계산한 후, 이를 총합하여 공기조화기(1)의 전체 총 부하량을 산출할 수 있다. 그리고 상기 제어부(100)는 상기 총 부하량에 대응되도록 상기 압축기(53,54)를 제어함으로써 공기조화기(1)가 필요로 하는 전체 냉매를 토출시킬 수 있다.
여기서, 상기 각 실의 초기부하는, 상기 각 실에 설치되어 있는 실내기(B1,B2,B3,B4)의 용량을 기초로 기본 부하로 설정한 후, 상기 각 실의 실내온도, 상기 각 실의 실내온도와 희망온도의 차, 실외온도 등의 정보를 이용한 보정 값을 상기 기본 부하에 적용하여 산출할 수 있다.
일례로, 제 1 실내기(B1)의 용량이 8K, 제 2 실내기(B2)의 용량이 12K인 두 실내기(B1,B2)가 구비된 공기조화기(1)를 가정한 경우, 상기 제어부(100)는 제 1 실내기(B1)가 설치된 제 1 실의 기본 부하를 용량비율인 8/20으로 설정하고, 제 2 실내기(B2)가 설치된 제 2 실의 기본 부하를 용량비율인 12/20으로 설정할 수 있다.
그리고 상술한 바와 같이, 상기 제어부(100)는 상기 각 실의 용량비율에 상기 보정 값을 적용하여 최종적인 비율을 산출할 수 있다. 그리고 상기 최종적인 비율은 상기 각 실의 초기부하로 규정될 수 있다. 여기서, 기본 부하에 보정 값을 적용하는 기술은 앞서 언급한 선행기술문헌에 기재되므로 본 발명의 상세한 설명에서는 생략하도록 한다.
상기 제어부(100)는 상기 각 실의 초기부하에 따라 실내 팽창밸브(12,22)의 개도를 결정하는 펄스비를 결정할 수 있다.
예를 들어, 두 실내기(B1,B2)가 구비되는 경우, 상기 제어부(100)는 제 1 실의 초기부하가 8/20이면, 제 1 실내 팽창밸브(12)의 펄스비를 8/20으로 결정할 수 있다. 그리고 상기 제어부(100)는 제 2 실의 초기부하가 12/20이면, 제 2 실내 팽창밸브(22)의 펄스비를 12/20으로 결정할 수 있다.
따라서, 상기 펄스비를 따라 개도된 실내 팽창밸브(12,22)에 의하여, 상기 압축기(53,54)로부터 토출된 전체 냉매 중 8/20은 제 1 실내기(B1)로 도입되며, 나머지 12/20는 제 2 실내기(B2)로 도입될 수 있다.
한편, 상기 각 실에 존재하는 사용자는, 입력된 희망온도로 실내온도가 빠르게 도달 및 유지되는 경우, 향상된 실내 쾌적성을 느낄 수 있다. 즉, 상대적으로 부하가 큰 실에서는 부하 해소 속도가 좀 더 빨라져야 하며, 상대적으로 부하가 작은 실에서는 부해 해소 속도가 너무 빨라져 실내기가 꺼지는 현상(Thermo Off)을 방지함으로써 일정하게 희망온도에 도달한 실내온도를 유지할 수 있어야 한다.
한편, 상기 초기구동 단계(S10)에서 반영된 각 실의 부하는, 다양한 변수에 의하여 변화할 수 있다. 또한, 각 실의 실제 부하는 시간 경과에 따라 변화할 수 있으므로 기존의 방법으로 산출된 부하와 차이가 있을 수 있다.
그리고 상기 각 실의 실제 부하와 차이를 최소화하기 위하여, 실내기의 작동 중 실제 부하를 결정할 수 있는 모든 변수를 찾아내어 일일이 제어에 반영되도록 산출하는 것은 매우 어려운 일이다.
또한, 상기 각 실의 실제 부하와 차이를 최소화하기 위하여, 사용자가 입력한 희망온도와 실제 실내온도의 차(이하, 설정온도 차)만을 변수로 이용한다면, 실시간으로 변화하는 각 실의 실내온도에 빠르게 대응하기 어려운 문제가 있다. 또한, 각 실의 실제 부하 크기에 따라 실내온도의 변화도 달라지기 때문에, 사용자 희망온도에 도달하여 일정하게 유지해야 하는 실내기의 제어를 효율적으로 수행하기 어려운 문제가 있다.
예를 들어, 실내 실제 부하가 상대적으로 작은 경우를 가정하면, 초기구동 후 부하 해소가 빠른 속도로 이루어지기 때문에, 실내온도는 사용자 희망온도에 빠르게 도달할 수 있다.
그러나 종래 공기조화기는 실내온도가 사용자 희망온도에 도달하는 시점을 미리 예측하지 못하고, 설정온도 차의 결과가 마이너스(-) 또는 플러스(+) 부호의 값을 가지는지에 따라 실내기로 도입되는 냉매량을 제어하기 때문에, 사용자 희망온도를 소정의 편차 이내로 일정하게 유지시키기 위해 소요되는 시간(이하, 안정화시간)이 상대적으로 길어지는 문제가 있다.
또한, 종래 공기조화기는 실내온도의 변화에 대응하는 제어가 느리기 때문에, 실내온도가 급격하게 변화하여 사용자의 희망온도를 크게 벗어나는 경우가 발생할 수 있다. 일례로, 난방운전시, 종래 공기조화기는 급격한 실내온도 상승으로 희망온도를 크게 지나친 경우에, 다시 실내온도를 빠르게 하강시키기 위하여 실내기를 끄는(Thermo OFF) 제어가 수행될 수 있다. 그러나 이 경우, 또 다시 실내기를 가동해야 하므로 불필요한 전력소모를 야기하며 비효율적인 운전이 수행되는 문제가 있다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는 초기구동 단계(S10) 이후 희망온도가 입력된 해당 실의 설정온도 차를 획득할 수 있다.(S20)
여기서, 상기 설정온도 차는, 사용자가 입력한 희망온도와 해당 실의 실제 실내온도의 차로 규정될 수 있다. 상기 해당 실의 실내온도는 상기 온도감지부(200)에 의해 감지될 수 있다.
일례로, 상기 제어부(100)는 상기 온도감지부(200)로부터 상기 해당 실의 실내온도 정보를 제공받아, 상기 해당 실의 입력부(300)로부터 제공받은 희망온도와 차이 값을 연산할 수 있다.
상기 제어부(100)는 각 실마다 설정온도 차를 감지하며, 이하에서 서술하는 단계를 각 실의 실내 팽창밸브(12,22,32,42)에 개별적으로 적용하여 제어할 수 있다.
상기 공기조화기(1)는 상기 획득한 설정온도 차가 기준 값(S) 이하인지 판단할 수 있다.(S25)
일례로, 상기 제어부(100)는 상기 획득한 설정온도 차와 미리 설정된 기준 값(S) 이하인지 판단할 수 있다.
여기서, 상기 기준 값(S)는 상기 해당 실의 실내온도가 사용자 희망온도 근처에 도달했는지 여부를 나타내는 기준으로 이해할 수 있다. 일례로, 상기 기준 값(S)은 1(°C)로 설정될 수 있다.
상기 획득한 설정온도 차가 상기 기준 값(S) 이하인 경우, 상기 공기조화기(1)는 상기 해당 실의 실내기에 대한 과열도 분배제어를 중단시킬 수 있다.(S30)
상기 과열도 분배제어는, 실외기(A)로 유입되는 냉매온도를 일정 수준으로 맞추어 공기조화기(1)의 성능과 열 교환 효율을 향상시키고, 실외기(A)를 보호하기 위한 제어로 이해할 수 있다. 일례로, 상기 과열도 분배제어는 실내 열교환기(11,21,31,41)를 유동하는 냉매의 토출온도와 입구온도의 차로 규정되는 과열도를 기초로, 미리 설정된 목표 과열도와 차이에 따라 각각의 실내기(B1,B2,B3,B4)로 도입되는 냉매 분배량이 조절되도록 실내 팽창밸브(12,22,32,42)를 제어할 수 있다.
상기 과열도 분배제어는 초기 구동단계(S10)에서 병렬적인 제어 과정을 따라 별개로 수행될 수 있다.
상기 획득한 설정온도 차가 기준 값(S) 이하이면, 해당 실의 실내온도가 사용자 희망온도 근처에 도달한 상태로 이해할 수 있다. 이 때, 상기 해당 실의 실내온도를 상기 사용자 희망온도로 유지시키기 위해서, 상기 제어부(100)는 각각의 실내기로 도입되는 냉매 분배량을 정밀하게 제어해야 한다.
즉, 상기 설정온도 차가 작은 값을 가지는 구간에서 다른 실내 팽창밸브의 제어과정이 함께 수행된다면 정확하고 정밀한 실내온도 관리가 어려워 질 수 있다.
따라서, 병렬적으로 수행되는 과열도 분배제어가 중단되면, 상기 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 개도 제어는 상기 실내온도가 상기 사용자 희망온도에 맞춰지도록 빠르게 안정시킬 수 있는 제어가 수행될 수 있다.
이에 의하면, 상기 실내온도의 안정화를 위한 최적의 실내 팽창밸브(12,22,32,42) 제어 환경이 제공될 수 있다. 즉, 상기 제어부(100)는 상기 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 개도를 실내온도가 상기 사용자 희망온도로 일정하게 유지되도록 집중적으로 제어할 수 있다.
결국, 보다 정밀하고 정확하게 실내온도의 제어를 수행하게 되어 안정화 시간을 단축시키고 사용자 희망온도를 빠른 시점에서 일정하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 공기조화기(1)는 상기 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 가상 개도 증분을 획득할 수 있다.(S40)
일례로, 상기 과열도 분배제어가 중단 또는 상기 설정온도 차가 기준 값(S)을 초과하는 경우, 상기 제어부(100)는 상기 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 개도 조절을 위한 가상 개도 증분을 획득할 수 있다.
한편, 상기 설정온도 차가 기준 값(S)을 초과하는 경우 상기 가상 개도 증분은, 보다 빠른 부하 해소를 위하여 상기 과열도 분배제어가 중단된 경우 보다 클 수 있다.
상기 제어부(100)는 상기 설정온도 차에 대한 정보를 실시간으로 업데이트할 수 있다. 그리고 상기 제어부(100)는 시간 경과에 따른 상기 설정온도 차의 변화를 감지하여 설정온도 차의 변화율을 산출할 수 있다. 일례로, 상기 설정온도 차의 변화율은, 상기 설정온도 차와 시간에 대한 함수에서 소정의 시간 간격에 대한 평균 변화율 또는 어느 한 시점에서의 순간 변화율로 제공될 수 있다.
즉, 상기 설정온도 차의 변화율은, 상기 설정온도 차가 시간에 따라 변화하는 정도를 비율로 나타낸 것으로 규정된다.
부하가 상대적으로 작은 실에서 상기 설정온도 차의 변화율은, 부하가 상대적으로 큰 실 보다 큰 값으로 감지될 것이다. 따라서, 상기 제어부(100)는 상기 설정온도 차의 변화율을 감지함으로써 상기 사용자 희망온도가 입력된 해당 실의 부하 해소 속도를 판단할 수 있다. 결국, 상기 설정온도 차의 변화율은, 해당 실의 부하가 얼마나 빠르게 해소되는지를 판단할 수 있는 척도로 이해할 수 있다.
상기 가상 개도 증분(Δv)은, 상기 설정온도 차의 변화율과 상기 설정온도 차를 변수로 하는 수학식 1에 의하여 산출될 수 있다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서, λ는 가중치 비율 값이며, Kp는 비례동작(P동작)을 위한 비례정수이며, Ki는 적분동작(I동작)을 위한 비례정수이며, 제어주기는 미리 설정된 시간(단위, sec)이다. 일례로, 상기 제어주기는 60(sec)로 설정될 수도 있다.
상기 메모리(150)에는 상기 수학식 1에 관련된 λ, Kp, Ki, 제어주기 등에 대한 데이터가 미리 저장될 수 있다.
즉, 상기 제어부(100)는 산출된 설정온도 차의 변화율와 설정온도 차를 이용하여 상기 가상 개도 증분(Δv)을 획득할 수 있다. 상기 가상 개도 증분은 비율 값으로 획득될 수 있다. 일례로, 상기 가상 개도 증분은 백분율로 나타낼 수 있다.
그리고 상기 공기조화기(1)는 상기 획득한 가상 개도 증분이 미리 설정된 범위 조건에 만족하는지 판단할 수 있다.(S50)
여기서, 상기 범위 조건은 상기 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 허용 가능한 개도 증분의 하한 값과 상한 값으로 규정된다.
만약, 상기 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 개도를 변화시키는 증분이 적정한 범위를 넘어선다면, 실내기로 도입되는 냉매량의 급격한 변화에 기인하여 실내 공기조화 효율이 떨어질 수 잇고, 불필요한 에너지가 낭비될 수 있다.
따라서, 상기 공기조화기(1)는 앞선 단계에서 획득한 가상 개도 증분이 적정한 범위 내를 만족하는지 확인한 후에 상기 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 개도가 조절되도록 제어할 수 있다.
상기 범위 조건은, 각 실 별로 설정되어 상기 메모리(150)에 미리 저장될 수 있다. 각 실의 부하가 서로 다르기 때문에 개도 증분의 하한 값과 상한 값도 각각 다를 수 있으므로, 상기 범위 조건도 각 실 별로 설정될 수 있다.
즉, 상기 제어부(100)는 상기 획득한 가상 개도 증분(Δv )이 가상 개도 증분의 하한 값 이상 및 가상 개도 증분의 상한 값 이하의 조건을 만족하는지 판단할 수 있다. 일례로, 상기 범위 조건은, -0.1≤ 가상 개도 증분(Δv) ≤+0.1로 설정될 수 있다. 달리 표현하면, 상기 가상 개도 증분은 ±10% 이내를 만족해야 한다.
한편, 상기 가상 개도 증분(Δv)은 설정온도 차의 변화율과 설정온도 차를 변수로 산출되기 때문에, 각 실마다 설정온도 차의 변화율과 설정온도 차가 동일하다면 동일한 가상 개도 증분 값을 가지는 문제가 있다.
상세히, 각 실에 설치되는 실내기 용량, 실내 열교환기의 면적, 실내 팬의 풍량 등이 다른 경우, 상기 동일한 가상 개도 증분 값으로 각 실의 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 개도가 동일하게 변경된다면, 앞서 서술한 각 실의 실내 부하(실내기의 용량, 실내 열교환기의 면적, 실내 팬의 풍량 등)가 고려되지 않은 부적절한 냉매 분배가 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상대적으로 큰 용량을 가지는 제 1 실의 실내기(B1)와 상대적으로 작은 용량을 가지는 제 2 실의 실내기(B2)가 구비된 경우, 제 1 실내 팽창밸브(12)와 제 2 실내 팽창밸브(22)가 동일한 가상 개도 증분(예를 들어, 5% 감소)이 반영되도록 개도 조절이 수행된다 할지라도, 각 실내기에서 필요로 하는 냉매량은 용량 등과 같은 실내 부하에 따라 서로 다르기 때문에 각각의 퍼포먼스가 달리 나타날 것이다. 즉, 상기 제 1 실내기(B1)는 냉매량이 급격히 부족해지는 현상이 나타날 수 있으며, 반면에 상기 제 2 실내기(B2)는 여전히 냉매량이 과잉 공급되고 있는 문제가 발생할 수 있다.
이를 해결하기 위하여, 상기 공기조화기(1)는 상기 가상 개도 증분을 기초로 최종 개도 증분을 획득할 수 있다.(S60)
상세히, 상기 제어부(100)는 상기 가상 개도 증분이 상기 범위 조건을 만족하면, 상기 가상 개도 증분(Δv)을 기초로 최종 개도 증분(Δr)을 산출할 수 있다.
여기서, 상기 최종 개도 증분(Δr)은 사용자 희망온도가 입력된 해당 실에 구비되는 실내 팽창밸브의 개도를 조절하기 위해 최종적으로 적용되는 비율 값이다.
상기 최종 개도 증분(Δr)는 아래의 수학식 2를 따라 산출될 수 있다.
Figure pat00002
즉, 상기 최종 개도 증분(Δr)은, 상기 획득한 가상 개도 증분(Δv)에 해당 실의 펄스비를 곱한 값으로 산출될 수 있다.
여기서, 상기 해당 실의 펄스비는, 상기 해당 실의 실내 팽창밸브의 펄스 값과 전체 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 총합 펄스 값의 비로 규정할 수 있다. 즉, 상기 해당 실의 펄스비는, 상술한 초기 구동단계(S10)에서 초기부하를 따라 산출된 펄스비로 이해할 수 있다.
따라서, 상기 공기조화기(1)는 상기 실내 팽창밸브의 개도가 변경되어도 각 실의 부하에 알맞는 냉매량을 제공할 수 있다.
그리고 상기 공기조화기(1)는 상기 획득한 최종 개도 증분(Δv)을 기초로 해당 실의 실내 팽창밸브의 개도를 최종적으로 조절할 수 있다.(S70)
상세히, 상기 제어부(100)는 해당 실의 실내 팽창밸브의 펄스 값에 상기 최종 개도 증분(Δv)을 곱하여 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 가변 펄스 값을 산출할 수 있다. 그리고 상기 제어부(100)는 상기 가변 펄스 값을 통해 상기 해당 실의 실내 팽창밸브의 개도를 조절할 수 잇다.
즉, 상기 해당 실의 실내 팽창밸브의 개도는, 상기 산출된 가변 펄스 값을 따라 변경될 수 있다.
그리고 상기 공기조화기(1)는 실시간 또는 미리 설정된 제어주기를 따라 S20 단계로 복귀하여 상술한 단계를 반복할 수 있다.
결국, 상기 제어부(100)에서 업데이트(update)되는 상기 설정온도 차의 변화율은, 점진적으로 작은 값을 가질 수 있을 것이다.
따라서, 상기 제어부(100)는 상기 설정온도 차의 변화율을 정보를 기초로 상기 해당 실의 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 개도가 변경되도록 제어함으로써, 사용자 희망온도에 도달한 실내온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 냉매량을 해당 실의 실내기에 제공할 수 있다.
이에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)는 실내온도가 사용자 희망온도로 수렴되지 않고, 상기 희망온도를 기준으로 반복적으로 넘어서고 떨어지는 헌팅(hunting)현상이 없어지거나 최소화할 수 있다. 따라서, 상기 안정화 시간을 상대적으로 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 난방운전에서 실내의 온도 변화를 보여주는 실험 도면이다. 상세히, 도 4는 난방운전에서 설정온도 차의 변화율을 이용한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)와 설정온도 차의 변화율을 이용하지 않은 종래 공기조화기의 시간경과에 따른 실내온도 변화를 비교한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 가는 1점 쇄선은 상대적으로 부하가 작은 실내 1실에서 종래 공기조화기의 온도변화를 보여주며, 가는 실선은 상대적으로 부하가 큰 실내 2실에서 종래 공기조화기의 온도변화를 보여준다.
또한, 굵은 실선은 동일한 실내 1실에서 본 발명의 공기조화기(1)의 온도변화를 보여주며, 굵은 점선은 동일한 실내 2실에서 본 발명의 공기조화기(1)의 온도변화를 보여준다.
또한, 상기 도4의 실험에서 실내 1실 및 실내 2실의 사용자 희망온도는 28(°C)로 설정된다.
도4의 그래프에서는, 공통적으로 부하가 작은 실내 1실이 부하가 큰 실내 2실 보다 빠르게 상기 사용자 희망온도에 도달하는 것을 확인할 수 있다.
그리고 상술한 바와 같이, 종래 공기조화기는 실내 1실 및 실내 2실에서 상기 사용자 희망온도에 도달한 후, 상기 사용자 희망온도 보다 상대적으로 높은 온도까지 도달하게 됨에 따라 빠르게 실내온도를 하강시키기 위한 실내기 꺼짐(Thermo Off)이 각각 TF1과 TF2 시점에서 발생된다.
그러나, 본 발명의 공기조화기(1)는 상기 실내기 꺼짐(Thermo Off)이 발생하지 않고, 상기 사용자 희망온도로부터 상대적으로 작은 편차 범위 내에서 실내온도를 유지하며, 상기 사용자 희망온도의 근처에서부터 완만한 기울기로 온도가 변화하면서 상기 사용자 희망온도에 각 실의 실내온도가 맞춰지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 공기조화기(1)는 종래 공기조화기 보다 빠르게 사용자 희망온도에 도달한 실내온도를 안정적으로 유지시키는 것을 확인할 수 있다.
상세히, 본 발명의 공기조화기(1)에서 실내 1실의 안정화 시간은 약 30분이며, 실내 2실의 안정화 시간은 약 40분인 것을 확인할 수 있다.
그러나, 종래 공기조화기는 상기 사용자 희망온도로부터 상대적으로 편차가 크게 실내온도가 변화하기 때문에 안정화 시간이 1시간 이상 걸리는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 공기조화기(1)는 실내온도가 사용자 희망온도로 수렴되지 않고 상기 희망온도를 기준으로 반복적으로 넘어서고 떨어지는 헌팅(hunting)현상이 거의 나타나지 않는 반면에, 종래 공기조화기에서는 상기 헌팅현상이 지속적으로 발생되고 있음을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉방운전에서 실내의 온도 변화를 보여주는 실험 도면이다. 상세히, 도 5는 냉방운전에서 설정온도 차의 변화율을 이용한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)와 설정온도 차의 변화율을 이용하지 않은 종래 공기조화기의 시간경과에 따른 실내온도 변화를 비교한 그래프이다.
상기 도 5의 실험에서 사용자 희망온도는 26(°C)로 설정된다.
도 5를 참조하면, 냉방운전시 종래 공기조화기는 상기 사용자 희망온도에 도달한 후, 상기 사용자 희망온도 보다 상대적으로 낮은 온도까지 도달하게 됨에 따라 빠르게 실내온도를 상승시키기 위한 실내기 꺼짐(Thermo Off)이 각각 TF1과 TF2 시점에서 발생되는 것을 확인할 수 있다.
그러나 본 발명의 공기조화기(1)는, 상기 실내기 꺼짐(Thermo Off)이 없이, 상기 사용자 희망온도로부터 상대적으로 작은 편차 범위 내에서 실내온도를 유지하는 것을 확인할 수 있다.
그리고 본 발명의 공기조화기(1)는, 상기 사용자 희망온도의 근처에서부터 완만한 기울기로 온도가 변화하면서 상기 사용자 희망온도에 실내온도가 맞춰지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 공기조화기(1)는 종래 공기조화기 보다 빠르게 사용자 희망온도에 도달한 실내온도를 안정적으로 유지시키는 것을 확인할 수 있다.
이에 의하면, 종래 공기조화기는 상기 사용자 희망온도로부터 상대적으로 편차가 크게 실내온도가 변화하기 때문에, 본 발명의 공기조화기 보다 안정화 시간이 길어지게 된다.
또한, 본 발명의 공기조화기(1)는 실내온도가 사용자 희망온도로 수렴되지 않고 상기 희망온도를 기준으로 반복적으로 넘어서고 떨어지는 헌팅(hunting)현상이, 종래 공기조화기의 경우 보다 최소화되는 것을 확인할 수 있다.
결국, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기(1)의 제어방법에 의하면, 설정온도 차의 변화율을 이용하여 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 개도 증분을 결정할 수 있기 때문에, 실제 부하를 형성하는 다양한 요인을 일일이 찾을 필요가 없으며, 빠르게 실내온도의 변화에 대응하는 제어를 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 설정온도 차의 변화율을 기초로 상기 실내기(B1,B2,B3,B4)로 도입되는 냉매량을 조절할 수 있기 때문에, 실내온도가 사용자 희망온도로 수렴되지 않고 상기 희망온도를 기준으로 반복적으로 넘어서고 떨어지는 헌팅(hunting)현상이 없어지거나 최소화되는 장점이 있다. 즉, 상기 안정화 시간이 짧아지는 장점이 있다.
또한, 상기 설정온도 차의 변화율을 이용하기 때문에, 상기 실내온도가 사용자 희망온도 근처에 도달하는 시점을 미리 예측할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 상기 실내 팽창밸브(12,22,32,42)의 개도 조절에 의하여 상기 실내기(B1,B2,B3,B4)로 도입되는 냉매량을 선제적으로 조절할 수 있기 때문에 빠르게 실내온도를 사용자 희망온도로 유지시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 가상 개도 증분 및 상기 최종 개도 증분은, 통칭하여 “개도 증분”이라 이름할 수 있다.
1 : 공기조화기 12,22,32,42: 실내 팽창밸브
100: 제어부 200: 온도감지부

Claims (15)

  1. 각 실마다 설치되는 다수의 실내기가 하나의 실외기에 연결되는 공기조화기에 있어서,
    사용자 희망온도와 상기 사용자 희망온도가 입력된 해당 실의 실제 실내온도의 차로 규정되는 설정온도 차를 획득하는 단계;
    상기 획득된 설정온도 차가 시간에 따라 변화하는 정도로 규정되는 설정온도 차의 변화율을 변수로 가상 개도 증분을 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 가상 개도 증분을 기초로, 상기 해당 실의 실내 팽창밸브의 개도가 변경되는 단계를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 획득한 가상 개도 증분에 상기 해당 실의 펄스비를 곱한 값으로 산출되는 최종 개도 증분을 획득하는 단계를 더 포함하며,
    상기 해당 실의 실내 팽창밸브는, 상기 최종 개도 증분에 의하여 개도가 변경되는 공기조화기의 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스비는, 상기 해당 실의 실내 팽창밸브의 펄스 값과 전체 실내기에 구비되는 실내 팽창밸브의 총합 펄스 값의 비로 규정되는 공기조화기의 제어방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가상 개도 증분은, 가중치 비율 값(λ) X 제 1 비례정수(Kp) X (상기 설정온도 차의 변화율 + 제 2 비레정수(Ki) X (제어주기/60) X 상기 설정온도 차)로 규정되는 식에 의해 산출되는 공기조화기의 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 획득한 가상 개도 증분이 미리 설정된 범위조건을 만족하는지 판단하는 단계를 더 포함하며,
    상기 획득한 가상 개도 증분이 상기 미리 설정된 범위조건을 만족하는 경우, 상기 최동 개도 증분을 획득하는 단계를 수행하는 공기조화기의 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 범위조건은, -0.1 이상 및 +0.1 이하인 공기조화기의 제어방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 획득한 설정온도 차가 기준 값 이하인지 판단하는 단계; 및
    상기 획득한 설정온도 차가 상기 기준 값 이하인 경우, 실내 열교화기를 유동하는 냉매의 온도 차를 통해 상기 실내 팽창밸브의 개도를 조절하는 과열도 분배제어를 중단하는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기준 값은 1(°C)로 설정되는 공기조화기의 제어방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 실의 초기부하를 산출하여 초기 냉매분배량이 결정하고, 상기 결정된 초기 냉매분배량을 따라 각 실에 냉매가 도입되는 초기구동 단계를 더 포함하며,
    상기 각 실의 초기부하는, 실내기의 용량, 실내온도, 실내온도와 사용자 희망온도의 차, 실외온도, 실내 열교기의 면적, 실내 팬의 풍량 중 적어도 어느 하나를 기초로 결정되는 공기조화기의 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 초기구동 단계는,
    상기 각 실에 설치된 실내기에 구비되는 실내 팽창밸브의 개도를 상기 초기부하에 따라 결정된 펄스비로 제어하는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  11. 각 실마다 설치되는 다수의 실내기가 하나의 실외기에 연결되는 공기조화기에 있어서,
    상기 실외기와 상기 다수의 실내기 사이에 배치되며, 상기 다수의 실내기 중 각각의 실내기로 냉매를 분배하도록 연결되는 분배기;
    상기 각각의 실내기에 구비되어 상기 각각의 실내기로 도입되는 냉매량을 조절하는 실내 팽창밸브;
    상기 각 실의 실내온도를 감지하는 온도감지부;
    상기 각 실마다 구비되어 사용자 희망온도가 입력되는 입력부; 및
    상기 사용자 희망온도와 상기 실내온도의 차로 규정되는 설정온도 차 및 상기 설정온도 차가 시간에 따라 변화하는 정도로 규정되는 설정온도 차의 변화율을 산출하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 설정온도 차의 변화율을 기초로 산출되는 개도 증분을 이용하여 상기 실내 팽창밸브의 개도를 가변시키는 공기조화기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 개도 증분은,
    상기 설정온도 차 및 상기 설정온도 차의 변화율을 변수로 산출되는 가상 개도 증분; 및
    상기 가상 개도 증분에 각 실의 부하가 반영되는 펄스비를 곱하여 산출되는 최종 개도 증분을 포함하는 공기조화기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 최종 개도 증분을 적용한 펄스 값으로 상기 실내 팽창밸브의 개도를 제어하는 공기조화기.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 각각의 실내기에 구비되는 실내 팽창밸브의 개도를 개별적으로 제어하는 공기조화기.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 개도 증분을 산출하기 위한 정보가 저장되는 메모리를 더 포함하는 공기조화기.
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