KR20220064686A - 공기조화기 - Google Patents

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KR20220064686A
KR20220064686A KR1020200151054A KR20200151054A KR20220064686A KR 20220064686 A KR20220064686 A KR 20220064686A KR 1020200151054 A KR1020200151054 A KR 1020200151054A KR 20200151054 A KR20200151054 A KR 20200151054A KR 20220064686 A KR20220064686 A KR 20220064686A
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최창민
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엘지전자 주식회사
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Abstract

공기조화기가 개시된다. 본 개시의 공기조화기는, 실외기, 운전(Thermo-ON) 및 운전 정지(Thermo-OFF)를 반복하면서 실내공간을 냉난방하는 적어도 하나의 실내기, 적어도 하나의 실내기가 위치하는 각 실내공간의 온도 및 습도를 측정하는 센서부 및 제어부를 포함하고, 제어부는, 운전 정지가 발생한 시각, 운전 정지 발생 후 다시 운전이 시작되는 시각, 각 실내공간의 온도 및 습도 정보에 기초하여, 각 실내기의 현열 부하 및 잠열 부하를 계산하고, 계산된 현열 부하 및 잠열 부하에 기초하여 목표 현열 및 목표 잠열을 도출하며, 목표 현열 및 목표 잠열에 기초하여 목표 냉매온도 및 적어도 하나의 실내기의 풍량을 도출할 수 있다.
이에 따라, 실내 현열 및 잠열 부하를 정확하게 도출할 수 있고, 공기조화기의 운전 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

공기조화기 {Air Conditioner}
본 개시는 공기조화기에 관한 것으로, 구체적으로, 실내공간의 현열 부하 및 잠열부하에 기초하여 목표 냉매온도와 실내기 풍량을 도출하며, 성능 계수가 최대가 되는 실외팬 회전수를 도출하는 공기조화기에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해, 실내로 차갑거나 따뜻한 공기를 토출하여 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로써, 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
공기조화기는 냉매의 흐름에 따라 냉방운전되거나 난방운전된다. 냉방운전 시, 실외기의 압축기로부터 실외기의 열교환기를 거쳐 고온, 고압의 액체 냉매가 실내기로 공급되고, 실내기의 열교환기에서 냉매가 팽창 및 기화되면서 주변 공기의 온도가 내려가고, 실내기 팬이 회전 동작함에 따라 냉기가 실내로 토출된다. 난방운전 시, 실외기의 압축기로부터 고온, 고압의 기체 냉매가 실내기로 공급되고, 실내기의 열교환기에서 고온, 고압의 기체 냉매가 액화되면서 방출된 에너지에 의해 따뜻해진 공기가 실내기 팬의 동작에 따라 실내로 토출된다.
한편, 공기조화기의 냉난방 효율은 공기조화기가 설치된 냉난방 대상이 되는 실내 공간이 갖는 부하를 정확하게 측정할수록 높아질 수 있다. 대상 공간의 현열부하와 잠열부하를 정확하게 도출하고 이에 기초하여 공기조화기의 냉난방 공급능력을 설정하게 되면 냉난방 효율이 높아질 수 있다. 그러나 종래의 공기조화기는 고정 목표 압력을 설정하고 이를 추종하도록 제어하므로, 정확한 부하 매칭이 이루어지지 않음으로 인해 냉난방 효율을 높이는데 한계가 있다.
또한, 멀티 시스템 공기조화기에서 실외팬의 소비전력은 압축기의 소비전력에 비해 10% 이하의 비중인 경우가 대부분이므로, 실외팬은 최대 회전속도로 설정되는 것이 일반적이다. 그러나, 부분 부하의 조건에서는 압축기 소비전력의 감소로 인해, 실외팬 소비전력이 전체 소비전력에서 차지하는 비중이 높아지므로, 실외팬의 회전 속도를 정확하게 제어하는 것이 필요하다.
실외팬의 회전 속도 변화는 압축비 증감에 영향을 미치므로, 압축기 소비전력에 영향을 준다. 따라서 실외팬과 압축기의 성능 및 소비전력 사이의 최적화를 위해 실외팬의 회전 속도를 정확하게 제어할 필요가 있다.
그러나, 종래의 공기조화기에서는 대부분 목표 압력을 설정하고 이를 추종하도록 제어하므로, 공기조화기의 효율을 최대화할 수 있는 실외팬의 회전 속도를 정확하게 도출하지 못하는 문제점이 있다.
KR 10-2018-0081366 A
본 개시는 전술한 문제를 해결하기 위하여, 실내기의 운전 및 운전 정지 시점에서의 실내 온도와 실내 습도를 측정하고 이에 기초하여 실내 공간의 현열 부하 및 잠열 부하를 계산하는 공기조화기를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 계산된 현열 부하와 잠열 부하를 기초로 목표 현열 및 목표 잠열을 설정하고, 이에 기초하여 목표 냉매온도와 실내기 풍량을 결정하는 공기 조화기를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 실외팬 회전수에 변화에 대한 총 소비전력 변화율이 최소가 되는 회전수를 도출하여, 성능계수가 최대가 되는 실외팬 회전 속도를 계산하고 제어하는 공기 조화기를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 측면에 따르면, 실외기, 운전(Thermo-ON) 및 운전 정지(Thermo-OFF)를 반복하면서 실내공간을 냉난방하는 적어도 하나의 실내기, 적어도 하나의 실내기가 위치하는 각 실내공간의 온도 및 습도를 측정하는 센서부 및 제어부를 포함하고, 제어부는, 운전 정지가 발생한 시각, 운전 정지 발생 후 다시 운전이 시작되는 시각, 각 실내공간의 온도 및 습도 정보에 기초하여, 각 실내기의 현열 부하 및 잠열 부하를 계산하고, 계산된 현열 부하 및 잠열 부하에 기초하여 목표 현열 및 목표 잠열을 도출하며, 목표 현열 및 목표 잠열에 기초하여 목표 냉매온도 및 적어도 하나의 실내기의 풍량을 도출할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 센서부는 적어도 하나의 실내기의 운전정지가 발생한 제1 시각에서 제1 실내온도 및 제1 실내습도를 측정하고, 제1 시각 이후 다시 운전이 시작되는 제2 시각에서 제2 실내온도 및 제2 실내습도를 측정하며, 제어부는 제1 시각, 상기 제2 시각, 제1 실내온도 및 제2 실내온도를 이용하여 운전 정지 시간 동안 각 실내공간의 온도 변화율을 도출하고, 온도 변화율 및 각 실내공간의 부피에 기초하여 각 실내공간의 현열 부하를 계산하고, 제1 시각, 제2 시각, 제1 실내습도, 제2 실내습도를 이용하여 운전 정지 시간 동안 각 실내공간의 엔탈피 변화율을 도출하고, 엔탈피 변화율, 각 실내공간의 부피 및 현열 부하에 기초하여, 각 실내공간의 잠열 부하를 계산할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 목표 현열은 현열 부하 대비 기설정된 비율만큼 더 크게 설정되고, 목표 잠열은 잠열 부하 대비 기설정된 비율만큼 더 크게 설정될 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 제어부는 운전모드를 판단하고, 운전모드가 냉방모드인 경우, 잠열부하가 0이면, 목표 현열 및 실내기의 목표 취출온도에 기초하여 실내기의 풍량을 도출하고, 잠열 부하가 양수이면, 목표 잠열에 기초하여 실내기의 풍량을 도출할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 제어부는 운전모드가 난방모드인 경우, 목표 현열 및 실내기의 목표 취출온도에 기초하여 실내기의 풍량을 도출할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 제어부는 목표 현열에 기초하여 목표 냉매온도를 결정하며, 목표 냉매온도는, 실내기의 개수, 실내기 각각의 정격 냉난방용량의 비율, 현열교환 효용도, 실내기 공기 질량유량, 실내 온도에 더 기초하여 결정할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 제어부는 성능계수(Coefficient of Performance, COP)가 최대가 되는 실외팬 회전수를 도출할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 성능계수는 냉난방능력을 총 소비전력으로 나눈 값이고, 총 소비전력은 압축기, 실내팬 및 실외팬의 소비전력을 더한 값이며, 실외팬 회전수는 실외팬 회전수 변화에 의한 총 소비전력의 변화율이 0이 되는 조건을 만족하는 회전수로부터 도출될 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 제어부는 운전모드를 판단하고, 운전모드가 냉방모드인 경우, 유효 열용량을 계산하고 응축온도 변화에 따른 토출온도 변화를 계산하며, 실외팬 회전수 변화에 의한 총 소비전력의 변화율이 0이 되는 조건에 계산된 유효 열용량과 계산된 응축온도 변화에 따른 토출온도 변화를 적용하여, 실외팬 회전수를 도출할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 제어부는 운전모드를 판단하고, 운전모드가 닌방모드인 경우, 이슬점 온도를 계산하고, 계산된 이슬점 온도가 열교환기 온도보다 높은 경우 실외팬 회전수를 최대 회전수로 결정하고, 계산된 이슬점 온도가 열교환기 온도보다 낮은 경우, 유효 열용량을 계산하고, 증발온도 변화에 따른 토출온도 변화율을 계산하며, 실외팬 회전수에 의한 총 소비전력의 변화값이 0이 되는 조건에 계산된 유효 열용량과 계산된 응축온도 변화에 따른 토출온도 변화율을 적용하여 실외팬 회전수를 도출할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 유효 열용량은 응축온도 변화 또는 증발온도 변화에 따른 토출 엔탈피와 흡입 엔탈피의 차의 변화율일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 개시의 실시 예들에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 실내기의 운전 및 운전 정지 시점에서의 실내 온도와 실내 습도를 측정하고 이에 기초하여 실내 공간의 현열 부하 및 잠열 부하를 계산하여, 실내 공간 부하 매칭의 정확도를 높일 수 있다.
본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 계산된 현열 부하와 잠열 부하를 기초로 목표 냉매온도와 실내기 풍량을 결정하여, 공기조화기의 냉난방 효율을 증가시킬 수 있다.
본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 성능계수가 최대가 되는 실외팬 회전 속도를 계산하여, 공기조화기의 효율을 최대화할 수 있다.
본 개시의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 개시의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 개시의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 개시의 공기조화기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 공기조화기의 블록도이다.
도 3은 본 개시의 공기조화기의 운전(Thermo-ON) 및 운전정지(Thermo-OFF) 동작에 따른 실내 온도 변화를 도시한 도면이다.
도 4는 본 개시의 공기조화기의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 개시의 공기조화기에서 목표 현열 및 목표 잠열을 도출하는 동작을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 개시의 공기조화기에서 목표 증발온도와 실내기 풍량을 도출하는 동작을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 개시의 공기조화기에서 실외팬 회전수를 계산하는 동작을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 개시의 공기조화기의 부하 매칭률을 종래의 공기조화기의 부하 매칭률과 비교한 그래프이다.
도 9는 본 개시의 공기조화기의 성능계수를 종래의 공기조화기의 성능계수와 비교한 그래프이다.
도 10은 본 개시의 공기조화기의 전력량을 종래의 공기조화기의 전력량과 비교한 그래프이다.
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 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 개시의 공기조화기(10)를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 공기조화기(10)는 적어도 하나의 실내기(200, 200a, 200b, 200c, 200d), 및 적어도 하나의 실내기(200)에 연결되는 실외기(100)를 포함할 수 있다.
공기조화기(10)의 실내기(200)는, 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하나, 도면에서는, 천정형 실내기(200)를 예시한다. 또한, 도면에서는 실내기(200)가 4개인 것으로 도시하나, 실내기(200)는 1개일 수도 있고, 복수개일 수도 있으며, 실내기(200)의 개수는 도면에 도시된 것에 제한되지 않는다.
공기조화기(10)는, 환기장치, 공기청정장치, 가습장치 및 히터 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 실내기(200) 및 실외기(100)의 동작에 연동하여 동작할 수 있다.
실외기(100)는, 예를 들면, 냉매를 공급받아 압축하는 압축기(미도시)와, 냉매와 실외공기를 열교환하는 실외 열교환기(미도시)와, 공급되는 냉매로부터 기체 냉매를 추출하여 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)와, 난방운전에 따른 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(미도시)와, 다수의 센서(미도시), 오일회수기 등을 포함할 수 있다. 또한, 실외기(100)는, 예를 들면, 다수의 밸브 등을 더 포함하나, 그 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
실외기(100)는, 구비되는 압축기 및 실외 열교환기를 동작시켜 설정에 따라 냉매를 압축하거나 열교환하여 적어도 하나의 실내기(200)로 냉매를 공급할 수 있다. 실외기(100)는, 원격제어기(미도시) 또는 실내기(200)의 요구(demand)에 의해 구동될 수 있다. 실외기(100)는 복수개일 수 있다. 이때, 구동되는 실내기(200)에 대응하여 냉난방 용량이 가변됨에 따라 실외기(100)의 작동 개수 및 실외기(100)에 설치된 압축기의 작동 개수가 가변되는 것도 가능하다.
실외기(100)는, 연결된 적어도 하나의 실내기(200)로 압축된 냉매를 공급할 수 있다. 적어도 하나의 실내기(200)는, 실외기(100)로부터 냉매를 공급받아 실내로 차가운 공기 또는 따뜻한 공기를 토출할 수 있다. 실내기(200)는, 실내 열교환기(미도시)와, 실내기팬(미도시), 공급되는 냉매가 팽창되는 팽창밸브(미도시), 및 다수의 센서(미도시)를 포함할 수 있다.
실외기(100) 및 실내기(200)는, 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신할 수 있고, 원격제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 원격제어기(미도시)의 제어에 따라 동작할 수 있다.
리모컨(미도시)은, 실내기(200)에 연결되어, 실내기(200)로 사용자의 제어명령을 입력하고, 실내기(200)의 상태정보를 수신하여 표시할 수 있다. 이때 리모컨은 실내기(200)와의 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다.
도 2는 본 개시의 공기조화기(10)의 블록도이다.
도면을 참조하면, 공기조화기(10)는, 실외기(100), 적어도 하나의 실내기(200, 200a, ?? 200n), 센서부(310) 및 제어부(350)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 실내기(200)는, 각각의 실내공간에 설치되어, 운전(Thermo-ON) 및 운전 정지(Thermo-OFF)를 반복하면서 각각의 실내공간을 냉난방할 수 있다.
센서부(310)는, 복수의 센서를 구비할 수 있고, 복수의 센서를 통해 검출된 검출 값에 대한 데이터를 제어부(350)로 전송할 수 있다. 예를 들면, 센서부(310)는, 실내의 온도를 검출하는 실내 온도센서(미도시), 실외의 온도를 검출하는 실외 온도센서(미도시), 실내의 습도를 검출하는 실내 습도센서(미도시), 실외기측 열교환기의 내부에 배치되어, 응축온도 또는 증발온도를 검출하는 열교환기 온도센서(미도시), 공기조화기(10)의 각 배관을 통해 유동하는 기체 냉매의 압력을 검출하는 압력센서(미도시), 공기조화기(10)의 각 배관을 통해 유동하는 기체 냉매의 온도를 검출하는 배관 온도센서(미도시) 등을 포함할 수 있다. 센서부(310)는 적어도 하나의 실내기(200)가 위치하는 각각의 실내공간의 실내 온도 및 실내 습도를 측정할 수 있다.
제어부(350)는, 공기조화기(10)에 구비된 각 구성과 연결될 수 있고, 각 구성의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(350)는, 공기조화기(10)에 구비된 각 구성과 상호 간에 데이터를 송수신할 수 있다.
제어부(350)는, 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서는 CPU(central processing unit)과 같은 일반적인 프로세서일 수 있다. 물론, 프로세서는 ASIC과 같은 전용 장치(dedicated device)이거나 다른 하드웨어 기반의 프로세서일 수 있다.
제어부(350)는, 실외기(100)와 적어도 하나의 실내기(200) 중 적어도 어느 하나에 구비될 수 있다.
제어부(350)는, 적어도 하나의 실내기(200)의 운전 시각 및 운전 정지 시각에서의 실내공간의 온도 및 습도 정보에 기초하여 각 실내공간의 현열 부하 및 잠열부하를 계산하고, 계산된 현열 부하 및 잠열 부하게 기초하여 적어도 하나의 실내기(200)의 목표 현열 및 목표 잠열을 도출하며, 상기 목표 현열 및 목표 잠열에 기초하여 목표 냉매온도 및 실내기 풍량을 도출하고, 도출된 목표 냉매온도 및 실내기 풍량에 기초하여 적어도 하나의 실내기(200)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(350)는, 성능계수가 최대가 되는 실외팬 회전수를 도출할 수 있고, 도출된 실외팬 회전수에 기초하여 실외기(100)의 동작을 제어할 수 있다.
공기조화기(10)는 통신부(320)를 포함할 수 있다. 통신부(310)는 실외기(100) 및 실내기(200) 중 적어도 하나와 유/무선으로 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들면, 통신부(320)는 와이파이(Wi-fi), 블루투스(bluetooth), 비콘(beacon), 지그비(zigbee) 등의 근거리 무선통신 방식으로 신호를 송수신할 수 있다
공기조화기(10)는 저장부(330)를 포함할 수 있다. 저장부(330)는, 제어부(350) 내의 각 신호 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 신호 처리된 영상, 음성 또는 데이터 신호를 저장할 수도 있다. 예를 들면, 저장부(330)는 제어부(350)에 의해 처리 가능한 다양한 작업들을 수행하기 위한 목적으로 설계된 응용 프로그램들을 저장하고, 제어부(350)의 요청 시, 저장된 응용 프로그램들 중 일부를 선택적으로 제공할 수 있다.
저장부(330)에 저장되는 프로그램 등은, 제어부(350)에 의해 실행될 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않는다.
*저장부(330)는, 휘발성 메모리(예: DRAM, SRAM, SDRAM 등)나, 비휘발성 메모리(예: 플래시 메모리(Flash memory), 하드 디스크 드라이브(Hard disk drive; HDD), 솔리드 스테이트 드라이브(Solid-state drive; SSD) 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부(350)는, 센서부(310), 실외기(100) 및 적어도 하나의 실내기(200)로부터 다양한 데이터(예: 실내 온도, 실내 습도, 실내기 운전 및 운전정지 시각, 배관온도, 냉매압력 등)를 수신하여 저장부(330)에 저장할 수 있다.
공기조화기(10)는 입출력부(340)를 포함할 수 있다. 입출력부(340)는 공기조하기(10)의 동작과 관련한 각종 사용자 명령을 수신할 수 있고, 입력된 명령에 대응하는 제어 신호를 제어부(350)에 전달할 수 있다. 입출력부(340)는 디스플레이(미도시), 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)(미도시) 등의 표시 장치를 구비할 수 있다. 입출력부(340)는, 공기조화기(10)의 운전 상태, 에러 발생 등과 관련된 동작 상태나, 실내온도, 목표온도 등의 정보를 표시할 수 있다.
센서부(310), 통신부(320), 저장부(330), 입출력부(340) 및 제어부(350)는 하나의 독립적인 제어장치(300)로 구현될 수 있다. 제어장치(300)는 휴대폰 또는 스마트폰 등에 구현되거나 혹은 휴대폰 또는 스마트폰을 통해 제어될 수 있다.
도 3은 본 개시의 공기조화기의 운전(Thermo-ON) 및 운전정지(Thermo-OFF) 동작에 따른 실내 온도 변화를 도시한 도면이고, 도 4 내지 도 7은 본 개시의 공기조화기의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 제어부(350)는, 적어도 하나의 실내기(200)의 동작상태를 확인할 수 있다(S401). 동작상태는 실내기(200)의 운전(Thermo-ON) 및 운전 정지(Thermo-OFF) 여부를 포함할 수 있다.
제어부(350)는 실내기(200)의 운전 및 운전 정지 발생 시각에서 실내기(200)가 위치하는 각 실내공간의 실내 온도 및 실내 습도에 기초하여 각 실내기의 목표 현열 및 목표 잠열을 도출할 수 있다(S402).
제어부(350)는 도출한 목표 현열 및 목표 잠열에 기초하여 목표 냉매온도 및 실내기 풍량을 도출할 수 있다(S403).
제어부(350)는 성능계수(Coefficient of Performance, COP)가 최대가 되는 실외팬 회전수를 계산할 수 있다(S404).
제어부(350)는 도출한 목표 냉매온도에 따라 압축기의 회전수를 제어하고, 도출한 실내기 풍량에 기초하여 실내기(200)의 동작을 제어하며, 도출한 실외팬 회전수에 기초하여 실외기(100)의 동작을 제어할 수 있다(S405).
도 5는, 도 4에서 각 실내기의 목표 현열 및 목표 잠열을 도출하는 과정(S402)을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 3 및 도 5를 함께 참조하면, 실내기(200)는 운전(Thermo-ON) 및 운전 정지(Thermo-OFF)를 반복하면서 실내기(200)가 위치한 각각의 실내공간을 냉난방할 수 있다. 실내기(200)가 냉방 운전을 하는 경우, 실내기(200)가 운전(Thermo-ON) 동작하는 동안, 실내 온도는 지속적으로 감소할 수 있고(TON to TOFF), 실내기(200)가 운전정지(Thermo-OFF)하는 동안, 실내 온도는 지속적으로 상승할 수 있다(TOFF to TON). 실내기(200)의 운전 및 운정정지 동작이 반복되면서, 각 실내공간의 온도가 목표로 하는 온도 부근에서 유지될 수 있다.
센서부(310)는, 실내기(200)가 위치한 각각의 실내공간마다 위치할 수 있다. 센서부(310)는, 주기적으로 실내온도 및 실내습도를 측정할 수 있다. 센서부(310)는, 실내기(200)의 운전정지가 발생한 제1 시각(toff)에서 제1 실내온도(TON) 및 제1 실내습도(HuON)를 측정하여 저장부(330)에 저장하고, 제1 시각 이후 다시 운전이 시작되는 제2 시각(tON,again)에서 제2 실내온도(TOFF) 및 제2 실내습도(HuOFF)를 측정하여 저장부(330)에 저장할 수 있다(S503, 504, 507, 508).
제어부(350)는, 실내기(200)의 동작 상태 확인하여, 실내기 운전정지 상태를 확인하고(S501, 502), 제1 시각(toff), 상기 제2 시각(tON,again), 제1 실내온도(TON) 및 제2 실내온도(TOFF)에 기초하여, 운전 정지 시간 동안 각 실내공간의 온도 변화율을 도출할 수 있다. 제어부(350)는, 온도 변화율 및 각 실내공간의 부피에 기초하여 각 실내공간의 현열 부하를 계산할 수 있다(S509).
실내공간의 현열 부하를 나타내는 현열 온도 방정식은 하기의 수학식 1로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
실내기(200)의 냉난방 운전이 정지되는 Thermo-OFF 시점에 실내기(200)의 열량(
Figure pat00002
)은 0 이므로, 실내기(200)의 다음 운전 Thermo-ON 까지의 시간을 측정하면 실내공간의 현열 부하(
Figure pat00003
)는 다음의 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
는 각각 공기의 밀도, 실내공간의 부피 및 공기의 비열을 나타내며, TON은 Thermo-ON 되었을 때의 제1 실내온도, TOFF는 Thermo-OFF 되었을 때의 제2 실내온도를 나타낸다. 또한, tON,again은 다시 thermo-ON 되었을 때의 제2 시각을, tOFF는 그 전에 thermo-OFF 되었을 때의 제1 시각을 의미한다. 여기서 현열 부하가 양수이면 냉방부하가 되며, 음수이면 난방부하가 된다.
제어부(350)는, 상기 수학식 2와 같이, 제1 실내온도, 제2 실내온도, 제1 시각 및 제2 시각으로부터 각 실내공간의 온도 변화율을 도출하고, 도출된 온도 변화율에 실내공간의 공기의 밀도, 실내공간의 부피, 공기의 비열을 곱하여 각 실내공간의 현열 부하를 계산할 수 있다.
제어부(350)는 제1 시각, 제2 시각, 제1 실내습도, 제2 실내습도에 기초하여 운전 정지 시간 동안 각 실내공간의 엔탈피 변화율을 도출하고, 엔탈피 변화율, 각 실내공간의 부피 및 현열 부하에 기초하여, 각 실내공간의 잠열 부하를 계산할 수 있다(S509).
잠열 부하는 현열 부하와 실내기(200)의 thermo-OFF시 측정한 실내습도에 기초하여 다음 Thermo-ON 까지의 실내 공기의 엔탈피 변화율을 측정하여 다음의 수학식 3과 같이 계산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00008
여기서,
Figure pat00009
는 잠열 부하를 나타내고,
Figure pat00010
는 현열 부하를 나타내며,
Figure pat00011
및
Figure pat00012
는 각각 제2 시각 및 제1 시각에서의 실내 공기의 엔탈피를 나타낸다.
제어부(350)는 제2 시각의 엔탈피와 제1 시각의 엔탈피의 차이를 제2 시각 및 제1 시각의 차이로 나누어 엔탈피 변화율을 도출하고, 엔탈피 변화율에 공기의 밀도와 실내공간의 부피를 곱한 값에서 현열 부하를 차감하여 잠열 부하를 계산할 수 있다.
제어부(350)는 계산된 현열 부하 및 잠열 부하에 기초하여 각 실내기의 목표 현열 및 목표 잠열을 도출할 수 있다(S510).
제어부(350)는 목표 현열이 현열 부하 대비 기설정된 비율만큼 더 크도록 설정하고, 목표 잠열이 잠열 부하 대비 기설정된 비율만큼 더 크도록 설정할 수 있다.
예를 들어, 제어부(350)는 하기의 수학시 4와 같이 목표 현열과 목표 잠열이 각각 현열 부하와 잠열부하 대비 30% 더 크게 설정할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00013
여기서,
Figure pat00014
는 목표 현열을 나타내고,
Figure pat00015
는 목표 잠열을 나타낸다.
이상적인 부하 매칭 제어는 계산된 현열 부하 및 잠열 부하와 동등한 냉난방 능력을 내는 것이다. 그러나, 제어부(350)가 실내기(200)의 목표 냉난방 능력이 부하 대비 더 크게 설정함으로써, 냉난방이 약해지는 현상을 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 개시의 공기조화기는, 실내기의 운전 및 운전 정지 시점에서의 실내 온도와 실내 습도를 측정하고 이에 기초하여 실내 공간의 현열 부하 및 잠열 부하를 계산하여, 실내 공간 부하 매칭의 정확도를 높일 수 있다.
도 6은, 도 4에서 목표 냉매온도 및 각 실내기의 풍량을 도출하는 과정(S403)을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 제어부(350)는 목표 현열 및 목표 잠열에 기초하여 목표 냉매온도 및 실내기(200)의 풍량을 도출할 수 있다.
제어부(350)는 실내기의 동작상태를 확인하고, 운전모드를 확인할 수 있다(S601, 602).
제어부(350)는 목표 현열에 기초하여 목표 냉매온도를 결정할 수 있다. 목표 냉매온도는, 실내기의 개수, 실내기 각각의 정격 냉난방용량의 비율, 현열교환 효용도, 실내기 공기 질량유량, 실내 온도에 더 기초하여 결정될 수 있다.
운전모드가 냉방모드인 경우, 제어부(350)는 목표 현열에 기초하여 목표 증발온도를 결정할 수 있고(S604), 운전모드가 난방모드인 경우, 제어부(350)는 목표 현열에 기초하여 목표 응축온도를 결정할 수 있다(S609).
목표 냉매온도는 다음의 수학식 5와 같이, 현열 부하 또는 목표 현열에 기초하여 결정될 수 있다.
[수학식 5]
*
Figure pat00016
여기서
Figure pat00017
는 실내온도,
Figure pat00018
는 현열교환 효용도,
Figure pat00019
는 실내기 공기의 질량유량을 나타낸다. 목표 냉매온도는, 냉방 모드에서는 목표 증발온도가 되며, 난방 모드에서는 목표 응축온도가 된다. 제어부(350)는 목표 냉매온도를 도출하면, 목표 냉매온도를 추종하기 위해 압축기 회전수 (Hz)를 더 결정할 수 있다. 상기 수학식 5에서 부하가 음수가 되는 난방모드의 경우
Figure pat00020
(목표 증발온도)는
Figure pat00021
(목표 응축온도)로 바뀐다.
상기 수학식 5는 실내기가 단수인 경우의 목표 냉매온도를 나타낸 것이며, 실내기가 복수인 경우 목표 냉매온도는 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00022
여기서 N은 실내기의 대수이고 ωJ는 각 실내기의 정격 냉난방용량의 비를 의미한다. 하첨자 J는 각각의 실내기 번호를 의미한다. 상기 수학식 6에서 부하가 음수가 되는 난방모드의 경우
Figure pat00023
(목표 증발온도)는
Figure pat00024
(목표 응축온도)로 바뀐다.
상기 수학식 5에 나타난 바와 같이, 제어부(350)는 목표 현열을 현열교환 효용도, 실내기 공기의 질량유량, 공기의 비열을 곱한 값으로 나누고, 이를 실내온도에서 차감하여 목표 냉매온도를 도출할 수 있다. 또한, 상기 수학식 6에 나타난 바와 같이, 제어부(350)는 복수의 실내기에 대해, 실내기의 대수와 각 실내기의 정격 냉난방용량의 비를 더 고려하여 목표 냉매온도를 도출할 수 있다.
제어부(350)는, 도출한 목표 냉매온도에 기초하여 압축기 회전수를 결정할 수 있다. 목표 냉매온도를 추종하기 위한 압축기 회전수를 결정하는 것은, 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로, 본 개시에서는 구체적인 설명을 생략한다.
제어부(350)는, 운전모드를 판단하고 운전모드가 냉방모드인 경우, 잠열부하가 0이면 목표 현열 및 실내기의 목표 취출온도에 기초하여 실내기의 풍량을 도출하고, 잠열 부하가 양수이면, 목표 잠열에 기초하여 실내기의 풍량을 도출할 수 있다(S605, 606, 607).
제어부(350)는, 운전모드가 난방모드인 경우, 목표 현열 및 실내기의 목표 취출온도에 기초하여 실내기의 풍량을 도출할 수 있다(S610).
제어부(350)는, 다음의 수학식 7과 같이 실내기의 풍량을 도출할 수 있다.
*[수학식 7]
Figure pat00025
여기서
Figure pat00026
은 실내기 목표 취출온도이다.
Figure pat00027
과
Figure pat00028
는 흡입공기 및 포화 비습도를 의미하며,
Figure pat00029
는 습공기의 비열로 온도의 함수로 주어진다.
Figure pat00030
은 잠열교환 효용도이다. 또한, 실내기의 풍량은 실내기 공기의 질량유량과 같은 개념으로 볼 수 있다.
난방모드의 경우 각 실내기의 목표 잠열(
Figure pat00031
)은 음수이므로, 상기 수학식 7의 하단의 수식이 적용된다. 즉, 제어부(350)는, 운전모드가 난방모드인 경우, 각 실내기의 목표 현열을 실내기의 목표 취출온도에서 각 실내공간의 실내온도를 뺀 값에 공기의 비열을 곱한 값으로 나누어 실내기의 풍량을 도출할 수 있다
냉방모드의 경우 각 실내기의 목표 잠열은 0이상일 수 있다. 목표 잠열(또는 잠열 부하)이 0이면 상기 수학식 7의 하단의 수식이 적용된다. 즉, 제어부(350)는, 운전모드가 냉방모드이고 잠열 부하가 0인 경우, 각 실내기의 목표 현열을 실내기의 목표 취출온도에서 각 실내공간의 실내온도를 뺀 값에 공기의 비열을 곱한 값으로 나누어 실내기의 풍량을 도출할 수 있다
목표 잠열(또는 잠열 부하)이 양수이면 상기 수학식 7의 상단의 수식이 적용된다. 즉, 제어부(350)는, 운전모드가 냉방모드이고 잠열 부하가 양수인 경우, 각 실내기의 목표 잠열을 흡입공기 비습도와 포화 비습도의 차이에 잠열교환 효용도와 습공기 비열을 곱한 값으로 나누어 실내기의 풍량을 도출할 수 있다.
현열 및 잠열 교환 효용도(effectiveness)는 온도가 다른 두 유체의 열교환에서 얻을 수 있는 최대의 온도차에 비하여, 실제 열용량이 작은 유체가 얻을 수 있는 열전달 전후의 온도차에 대한 비로 주어지며, 0~1의 값을 가진다. 공기와 냉매의 열교환에서 냉매는 대부분 응축 또는 증발의 상변화를 가지므로 온도가 거의 변하지 않아 상대적으로 공기가 열용량이 작게 되고 열전달로 인한 온도차는 공기측이 가지게 된다. 따라서 현열교환 효용도 및 잠열교환 효용도는 다음의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
열전달과 물질전달의 비인 Lewis 수를 1로 놓으면, 즉 열전달과 물질전달의 완전한 상사를 가정하면 잠열교환 효용도는 현열교환 효용도와 같다.
[수학식 8]
Figure pat00032
여기서,
Figure pat00033
과
Figure pat00034
는 냉매측 및 공기측 열전달 계수이며
Figure pat00035
는 핀의 효율이다. 이 값들은 해석 또는 실험적으로 구하거나 기존 연구에 의한 이론 상관식을 이용하여 도출할 수 있다.
이에 따라, 본 개시의 공기조화기는 계산된 현열 부하와 잠열 부하를 기초로 목표 냉매온도와 실내기 풍량을 결정하여, 공기조화기의 냉난방 효율을 증가시킬 수 있다.
도 7은, 도 4에서 실외팬 회전수를 계산하는 과정(S404)을 구체적으로 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 제어부(350)는 목표 현열 및 목표 잠열에 기초하여 목표 냉매온도 및 실내기(200)의 풍량을 도출할 수 있다.
제어부(350)는 성능계수가 최대가 되는 실외팬 회전수를 도출할 수 있다.
여기서 성능계수(COP)는, 냉난방능력을 총 소비전력으로 나눈 값이고, 상기 총 소비전력은 압축기, 실내팬 및 상기 실외팬의 소비전력을 더한 값이다.
제어부(350)는 실외팬 회전수 변화에 의한 총 소비전력의 변화율이 0이 되는 조건을 만족하는 회전수로부터 실외팬 회전수를 도출할 수 있다.
제어부(350)는 운전모드를 판단하고, 운전모드가 냉방모드인 경우, 유효 열용량을 계산하고, 응축온도 변화에 따른 토출온도 변화율을 계산하며, 실외팬 회전수에 의한 총 소비전력의 변화값이 0이 되는 조건에 계산된 유효 열용량과 계산된 응축온도 변화에 따른 토출온도 변화율을 적용하여, 실외팬 회전수를 도출할 수 있다(S703, 704, 705).
실내기(200)가 냉방 운전 시 최적 팬 회전수를 도출하기 위한 대상은 성능계수(COP)이다. 냉방운전시 성능계수는 다음의 수학식 9와 같이 정의된다.
[수학식 9]
Figure pat00036
여기서
Figure pat00037
는 냉방능력,
Figure pat00038
,
Figure pat00039
및
Figure pat00040
는 각각 압축기, 실외팬 및 실내팬의 소비전력을 나타낸다. 실외팬 회전수 제어 전후의 실내기 능력이 동일하다고 가정하고, 실내팬 제어의 독립성을 가정하면, 성능계수가 가 최대화될 조건은 다음의 수학식 10과 같다.
[수학식 10]
Figure pat00041
여기서
Figure pat00042
는 실외팬의 회전수 (RPM)을 나타낸다. 압축기의 소비전력 및 팬의 소비전력은 압축기 일반모델과 팬-파워 이론으로부터 다음의 수학식 11 및 12와 같이 모델링 된다.
[수학식 11]
Figure pat00043
[수학식 12]
Figure pat00044
여기서
Figure pat00045
는 압축기 체적효율 (volumetric efficiency),
Figure pat00046
는 압축기 기계효율에 polytropic 효율을 곱한값,
Figure pat00047
는 냉매순환량,
Figure pat00048
는 압축기 흡입 냉매밀도,
Figure pat00049
는 압축기 배제체적,
Figure pat00050
는 압축기 회전수,
Figure pat00051
및
Figure pat00052
는 토출 및 흡입 냉매의 평균 정압비열,
Figure pat00053
및
Figure pat00054
는 응축 및 증발온도 포화증기 비엔탈피,
Figure pat00055
는 냉매의 토출과열도,
Figure pat00056
는 냉매의 흡입과열도,
Figure pat00057
는 기준 팬 회전수에서의 팬 소비전력,
Figure pat00058
는 기준 팬 회전수를 의미한다.
상기 수학식 11 및 12를 수학식 10에 대입하면 다음의 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 13]
Figure pat00059
여기서
Figure pat00060
는 유효 열용량으로 토출 엔탈피와 흡입 엔탈피의 차이를 응축온도로 편미분한 값이다.
제어부(350)는 유효 열용량을 계산할 수 있다. 유효 열용량
Figure pat00061
및 팬회전수 변화에 의한 응축온도의 변화
Figure pat00062
는 다음의 수학식 14 및 15와 같이 도출할 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00063
[수학식 15]
Figure pat00064
여기서,
Figure pat00065
는 응축기의 공기-냉매 열교환 효용도,
Figure pat00066
는 기준 팬 회전수에서 실외팬의 풍량,
Figure pat00067
는 실외 공기의 온도이다.
제어부(350)는 응축온도 변화에 따른 토출온도 변화를 계산할 수 있다. 응축온도 변화에 따른 토출온도 변화
Figure pat00068
/
Figure pat00069
는 하기의 수학식 16과 같이 정의된다.
[수학식 16]
Figure pat00070
제어부(350)는 실외팬 회전수에 의한 총 소비전력의 변화율이 0이 되는 조건에 계산된 유효 열용량과 계산된 응축온도 변화에 따른 토출온도 변화율을 적용하여, 실외팬 회전수를 도출할 수 있다. 즉, 수학식 14 내지 16을 상기 수학식 13에 대입하여 실외팬 회전수를 도출하면 다음의 수학식 17과 같이 실외팬 회전수를 도출할 수 있다.
[수학식 17]
Figure pat00071
Figure pat00072
제어부(350)는 운전모드를 판단하고, 운전모드가 닌방모드인 경우, 이슬점 온도를 계산할 수 있다(S706). 제어부(350)는 계산된 이슬점 온도가 열교환기 온도보다 높은 경우 실외팬 회전수를 최대 회전수로 결정할 수 있다(S710).
제어부(350)는 계산된 이슬점 온도가 열교환기 온도보다 낮은 경우, 유효 열용량을 계산하고, 증발온도 변화에 따른 토출온도 변화율을 계산할 수 있다(S707, 708).
제어부(350)는 실외팬 회전수 변화에 의한 총 소비전력의 변화율이 0이 되는 조건에 계산된 유효 열용량과 계산된 응축온도 변화에 따른 토출온도 변화를 적용하여, 실외팬 회전수를 도출할 수 있다(S709).
난방운전시 성능계수는 다음의 수학식 18과 같이 정의된다.
[수학식 18]
Figure pat00073
여기서
Figure pat00074
는 난방능력을 나타낸다. 성능계수가 최대화될 조건은 다음의 수학식 19와 같다.
[수학식 19]
Figure pat00075
여기서
Figure pat00076
는 압축기 토출 엔탈피와 흡입 엔탈피의 차이를 나타내고,
Figure pat00077
는 유효 열용량을 나타닌다.
제어부(350)는 유효 열용량을 계산할 수 있다. 여기서 유효 열용량은 토출 엔탈피와 흡입 엔탈피의 차이를 증발온도로 편미분한 값이다.
유효 열용량 및 팬회전수 변화에 의한 증발온도의 변화
Figure pat00078
/
Figure pat00079
Figure pat00080
Figure pat00081
는 다음의 수학식 20 및 21과 같이 도출할 수 있다.
[수학식 20]
Figure pat00082
[수학식 21]
Figure pat00083
제어부(350)는 증발온도 변화에 따른 토출온도 변화율을 계산할 수 있다. 증발온도 변화에 따른 토출온도 변화율
Figure pat00084
/
Figure pat00085
Figure pat00086
Figure pat00087
는 하기의 수학식 22와 같이 정의된다.
[수학식 22]
Figure pat00088
제어부(350)는 계산된 이슬점 온도가 열교환기 온도보다 낮은 경우, 실외팬 회전수에 의한 총 소비전력의 변화율이 0이 되는 조건에 계산된 유효 열용량과 계산된 증발온도 변화에 따른 토출온도 변화율을 적용하여, 실외팬 회전수를 도출할 수 있다. 즉, 수학식 20 내지 22를 상기 수학식 19에 대입하여 실외팬 회전수를 도출하면 다음의 수학식 23과 같이 실외팬 회전수를 도출할 수 있다.
[수학식 23]
Figure pat00089
Figure pat00090
여기서
Figure pat00091
는 비습도이며, 비습도는 상대 습도 및 공기의 절대온도에 기초하여 계산될 수 있다.
제어부(350)는 계산된 이슬점 온도가 열교환기 온도보다 높은 경우 실외팬 회전수를 최대 회전수로 결정할 수 있다. 난방모드의 경우 배관온도가 영하이고 이슬점 온도보다 낮은 경우, 위의 결과에 상관없이 실외팬이 최대 회전수로 운전하도록 제어할 수 있다. 이에 따라 난방모드에서 제상 방지가 가능할 수 있다.
이에 따라, 본 개시의 공기조화기는 성능계수가 최대가 되는 실외팬 회전 속도를 계산하여, 공기조화기의 효율을 최대화할 수 있다.
도 8은 본 개시의 공기조화기의 부하 매칭률을 종래의 공기조화기의 부하 매칭률과 비교한 그래프이다. 도 9는 본 개시의 공기조화기의 성능계수를 종래의 공기조화기의 성능계수와 비교한 그래프이다. 도 10은 본 개시의 공기조화기의 1년 적산 전력량을 종래의 공기조화기의 1년 적산 전력량과 비교한 그래프이다.
도 8에서 가로축은 실내공간의 현열 부하를 나타내고 세로축은 이에 대응한 실내기의 냉난방 능력을 나타낸다. 그래프에서, 현열 부하에 따른 실내기의 냉난방 능력값이, 그래프 가로축과 세로축 사이의 대각선에 인접할수록 부하 매칭률이 높은 것으로 해석할 수 있다.
본 개시의 공기조화기(10)의 경우(도 8의 (b)), 종래의 공기조화기의 경우(도 8의 (a))에 비해, 냉방 및 난방모드에서 실내기의 냉난방 능력이 현열 부하와 유사하게 매칭되는 것을 확인할 수 있다.
하기의 표 1은 본 개시의 공기조화기의 성능계수를 종래의 공기조화기의 성능계수와 비교한 도표이다. 표 1은 하나의 실외기에 8개의 실내기가 연결된 멀티 공기조화기 시스템에서 측정된 비교 결과를 나타낸다. 비교 실험은 부하 25%, 50%, 75%의 냉방 모드에서 압축기 회전수를 수동으로 설정하고 실외팬만 자동 운전하도록 조건을 설정하였다. 기존의 압력 추종 로직과 본 개시의 로직의 실외팬 회전수, 냉방능력, 소비전력 및 성능 계수(COP)를 나타내었다.
모드 부하 기존 실외팬 제어 로직 본 개시의 제어 로직
압축기
Hz		 실외팬
RPM		 냉방
능력
kW		 소비
전력
kW		 COP
W/W		 압축기
Hz		 실외팬
RPM		 냉방
능력
kW		 소비
전력
kW		 COP
W/W
냉방 25% 17 100 16.0 2.35 6.80 14 440 15.1 1.52 9.95
50% 48 230 29.9 5.12 5.83 42 790 30.9 3.41 9.03
75% 51 500 44.4 11.3 3.90 48 1030 44.6 9.40 4.75
도 9를 하기의 표 1과 함께 참조하면, 부하가 25%, 50%, 75%인 경우, 본 개시의 공기조화기(10)의 성능계수(B)는 종래의 공기조화기의 성능계수(A)와 비교하여 각각 46.3%, 54.9%, 21.7% 더 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.도 10을 참조하면, 본 개시의 공기조화기(10)의 1년 적산 전력량(B)은 종래의 공기조화기의 1년 적산 전력량(A)에 비해 75% 수준인 것을 확인할 수 있다. 이는 도 8 및 도 9 도시된 바와 같이 본 개시의 공기조화기(10)의 부하 매칭의 정확도가 높고, 성능계수가 더 높기 때문이다.
도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 개시의 공기조화기(10)는, 실내기의 운전 및 운전 정지 시점에서의 실내 온도와 실내 습도를 측정하고 이에 기초하여 실내 공간의 현열 부하 및 잠열 부하를 계산하여, 실내 공간 부하 매칭의 정확도를 높일 수 있으며, 계산된 현열 부하와 잠열 부하를 기초로 목표 냉매온도와 실내기 풍량을 결정하여, 공기조화기의 냉난방 효율을 증가시킬 수 있고, 성능계수가 최대가 되는 실외팬 회전 속도를 계산하여, 공기조화기의 효율을 최대화할 수 있다.
앞에서 설명된 본 개시의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 서로 배타적이거나 구별되는 것은 아니다. 앞서 설명된 본 개시의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 각각의 구성 또는 기능이 병용되거나 조합될 수 있다.
예를 들어 특정 실시예 및/또는 도면에 설명된 A 구성과 다른 실시예 및/또는 도면에 설명된 B 구성이 결합될 수 있음을 의미한다. 즉, 구성 간의 결합에 대해 직접적으로 설명하지 않은 경우라고 하더라도 결합이 불가능하다고 설명한 경우를 제외하고는 결합이 가능함을 의미한다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 실외기 200: 실내기
300: 제어장치 310: 센서부
320: 통신부 330: 저장부
340: 입출력부 350: 제어부

Claims (11)

  1. 실외기;
    운전(Thermo-ON) 및 운전 정지(Thermo-OFF)를 반복하면서 실내공간을 냉난방하는 적어도 하나의 실내기;
    상기 적어도 하나의 실내기가 위치하는 각 실내공간의 온도 및 습도를 측정하는 센서부; 및
    제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 운전 정지가 발생한 시각, 상기 운전 정지 발생 후 다시 운전이 시작되는 시각, 상기 각 실내공간의 온도 및 습도 정보에 기초하여, 상기 각 실내공간의 현열 부하 및 잠열 부하를 계산하고,
    상기 계산된 현열 부하 및 잠열 부하에 기초하여 목표 현열 및 목표 잠열을 도출하며,
    상기 목표 현열 및 목표 잠열에 기초하여 목표 냉매온도 및 상기 적어도 하나의 실내기의 풍량을 도출하는 공기조화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 적어도 하나의 실내기의 상기 운전정지가 발생한 제1 시각에서 제1 실내온도 및 제1 실내습도를 측정하고, 상기 제1 시각 이후 다시 운전이 시작되는 제2 시각에서 제2 실내온도 및 제2 실내습도를 측정하며,
    상기 제어부는,
    상기 제1 시각, 상기 제2 시각, 상기 제1 실내온도 및 상기 제2 실내온도를 이용하여 운전 정지 시간 동안 상기 각 실내공간의 온도 변화율을 도출하고, 상기 온도 변화율 및 상기 각 실내공간의 부피에 기초하여 상기 각 실내공간의 현열 부하를 계산하고,
    상기 제1 시각, 상기 제2 시각, 상기 제1 실내습도, 상기 제2 실내습도를 이용하여 상기 운전 정지 시간 동안 상기 각 실내공간의 엔탈피 변화율을 도출하고, 상기 엔탈피 변화율, 상기 각 실내공간의 부피 및 상기 현열 부하에 기초하여, 상기 각 실내공간의 잠열 부하를 계산하는 공기조화기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 목표 현열은 상기 현열 부하 대비 기설정된 비율만큼 더 크게 설정되고, 상기 목표 잠열은 상기 잠열 부하 대비 기설정된 비율만큼 더 크게 설정되는 공기조화기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    운전모드를 판단하고,
    상기 운전모드가 냉방모드인 경우,
    상기 잠열부하가 0이면, 상기 목표 현열 및 상기 실내기의 목표 취출온도에 기초하여 상기 실내기의 풍량을 도출하고, 상기 잠열 부하가 양수이면, 상기 목표 잠열에 기초하여 상기 실내기의 풍량을 도출하는 공기조화기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 운전모드가 난방모드인 경우,
    상기 목표 현열 및 상기 실내기의 상기 목표 취출온도에 기초하여 상기 실내기의 풍량을 도출하는 공기조화기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 목표 현열에 기초하여 상기 목표 냉매온도를 결정하며,
    상기 목표 냉매온도는, 상기 실내기의 개수, 상기 실내기 각각의 정격 냉난방용량의 비율, 현열교환 효용도, 실내기 공기 질량유량, 실내 온도에 더 기초하여 결정되는 공기조화기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    성능계수(Coefficient of Performance, COP)가 최대가 되는 실외팬 회전수를 도출하는 공기조화기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 성능계수는, 냉난방능력을 총 소비전력으로 나눈 값이고, 상기 총 소비전력은 압축기, 실내팬 및 상기 실외팬의 소비전력을 더한 값이며,
    상기 실외팬 회전수는, 상기 실외팬 회전수 변화에 의한 상기 총 소비전력의 변화율이 0이 되는 조건을 만족하는 회전수로부터 도출되는 공기조화기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    운전모드를 판단하고,
    상기 운전모드가 냉방모드인 경우,
    유효 열용량을 계산하고, 응축온도 변화에 따른 토출온도 변화를 계산하며,
    상기 실외팬 회전수 변화에 의한 상기 총 소비전력의 변화율이 0이 되는 조건에 상기 계산된 유효 열용량과 상기 계산된 응축온도 변화에 따른 토출온도 변화를 적용하여, 상기 실외팬 회전수를 도출하는 공기조화기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    운전모드를 판단하고,
    상기 운전모드가 닌방모드인 경우,
    이슬점 온도를 계산하고,
    상기 계산된 이슬점 온도가 열교환기 온도보다 높은 경우 상기 실외팬 회전수를 최대 회전수로 결정하고,
    상기 계산된 이슬점 온도가 상기 열교환기 온도보다 낮은 경우, 유효 열용량을 계산하고, 증발온도 변화에 따른 토출온도 변화율을 계산하며,
    상기 실외팬 회전수에 의한 상기 총 소비전력의 변화값이 0이 되는 조건에 상기 계산된 유효 열용량과 상기 계산된 증발온도 변화에 따른 토출온도 변화율을 적용하여, 상기 실외팬 회전수를 도출하는 공기조화기.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 유효 열용량은, 상기 응축온도 변화 또는 상기 증발온도 변화에 따른 토출 엔탈피와 흡입 엔탈피의 차의 변화율인 공기조화기.

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