KR950000738B1 - 인버터 에어콘의 제상제어방법 - Google Patents

인버터 에어콘의 제상제어방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

인버터 에어콘의 제상제어방법
제 1 도는 종래의 인버터 에어콘의 동작상태도.
제 2 도는 본 발명이 적용되는 인버터 에어콘에서 압축기 구동회로도.
제 3a 도는 본 발명에 따른 인버터 에어콘의 제상제어방법 흐름도.
제 3b 도는 제 3a 도에서 제상제어루틴의 상세 흐름도.
제 3c 도는 제 3a 도에서 압축기 운전주파수 확정루틴의 상세 흐름도.
제 4a 도는 본 발명에 적용되는 실외배관온도의 변화율 특성도.
제 4b 도는 본 발명에 적용되는 실외배관온도 변화율과 히터의 위상각과의 관계를 나타낸 특성도.
제 4c 도는 본 발명에 적용되는 실외배관온도 변화율과 압축기의 운전주파수와의 관계를 나타낸 특성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 상용교류전압 2 : 콘버터
3 : 인버터 4 : 압축기
5 : 제어수단 6 : 트랜지스터베이스구동부
7 : 실외온도감지센서 8 : 실외배관온도감지센서
본 발명은 인버터 에어콘에 관한 것으로, 특히 실외배관의 온도변화에 따라 압축기 및 히터를 가변제어하여 실외열교환기에 착상된 성에에 대한 제상시간을 단축시킴으로서 일정공간에 대해 항상 일정수준 이상의 난방효율을 유지시킬 수 있는 인버터 에어콘의 제상제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉난방을 겸하여 사용하는 인버터 에어콘(일예로 스플릿 히트펌프형 인버터 에어콘)에서 난방의 경우는 4방밸브의 제어에 의해 냉매가 압축기, 어큐뮬레이터, 실내열교환기, 팽창장치, 실외열교환기, 사방밸브, 압축기순으로 순환된다.
냉방의 경우는 사방밸브의 제어에 의해 냉매가 압축기, 4방밸브, 실외열교환기, 팽창장치, 실내열교환기, 어큐뮬레이터, 압축기순으로 순환된다.
종래의 에어콘에 있어서는 실외열교환기에 성에가 착상될 경우, 이를 제거하기 위해서 제 1 도에 도시한 바와 같이 일정시간(t1)의 난방운전을 하고, 일정시간(t2)의 제상운전후, 재차 일정시간(t1)의 난방운전을 반복해서 수행한다. 이와 같이, 난방운전시 실외열교환기에 착상되는 성에의 제거를 위하여 난방운전중 수시로 제상운전을 수행한다.
여기서, 제상운전은 4방밸브를 제어하여 냉매의 사이클을 냉방사이클과 같이 동작시키면 된다.
그러나, 종래에는 실외온도 및 실외배관온도를 감안하지 않고 단지 일정시간동안 제상운전을 수행하는 고정제어방식으로 실외배관온도 상승시간(제상시간)을 일정시간 이내로는 더이상 단축할 수 없다는 문제점이 있었다.
즉, 제 1 도에 도시한 바와 같이, 제상운전 개시시점의 실외배관온도가 일정온도(예를들어 12℃)까지 상승하는데 소요되는 시간(t2)이 장시간이 되는 것이다. 또한, 일정시간 동안의 제상운전이 완료된 후에도 미처 성에가 제거되지 못한 경우에는 실외열교환기에 착상된 성에 때문에 열교환율이 저하됨으로서 난방효율이 저하될 수 밖에 없어 소비전력이 상승될 뿐만 아니라, 실외열교환기의 동결현상이 발생되고, 실외열교환기의 동결현상의 발생에 따라 실내 냉,난방을 행할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 인버터 에어콘의 제상제어방법은 상기와 같은 종래의 여러가지 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실외배관온도를 근거해서 최적의 제상시간을 제어수단에 의해 판별하고, 상기 제어수단에 의해 판별된 제상시간 동안에 실외열교환기에 착상된 성에를 완전히 제거함은 물론, 제상시간을 단축할 수 있는 인버터 에어콘의 제상제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 인버터 에어콘의 제상제어방법은, 실외열교환기에 착상된 성에를 제거시키기 위한 제상운전(냉방운전)을 수행하는 인버터 에어콘에 있어서, 실외배관온도감지센서에 의해서 감지된 실외배관온도를 입력받아 제어수단에서 판별하여 제상운전 돌입조건을 만족하는 경우 제어수단의 제어에 의해 냉매의 흐름방향을 변화시켜서 제상운전이 수행되도록 4방밸브를 제어하는 4방밸브 제어과정과, 실외배관온도감지센서에 의해 감지된 실외배관온도를 입력받아 제어수단에서 현재의 제상상태를 판단함과 동시에 소정시간에 제상을 수행할 수 있도록 압축기의 운전주파수 및 히터의 위상각에 대한 가변여부를 판단하는 주파수/위상각의 가변판단과정과, 상기 주파수/위상각의 가변판단과정의 판단에 따라 압축기 운전주파수 및 히터의 위상각을 제어하여 제상운전을 수행하는 제상운전과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 2 도는 본 발명이 적용되는 인버터 에어콘에서 압축기를 구동하는 회로를 도시한 도면이다. 즉, 압축기(4)를 구동하는 회로에 상용교류전압(1)이 입력되면, 콘버터(2)는 상용교류전압(1)을 직류전압으로 변환한다. 상기 콘버터(2)에서 변환된 직류전압은 인버터(3)에 의해 재차 압축기(4)를 동작시키기 위한 교류전압으로 역변환되어 상기 압축기(4)를 동작시킨다.
제어수단(5)은 트랜지스터베이스구동부(6)를 제어하고, 상기 트랜지스터베이스구동부(6)는 상기 인버터(3)의 동작을 제어하여 인버터(3)의 출력주파수가 가변되도록 한다.
상기 설명에 있어서, 제어수단(5)은 실외온도감지센서(7) 및 실외배관온도감지센서(8)에 의해 감지된 실외온도 및 실외배관온도에 의거하여 상기 트랜지스터베이스구동부(6)를 제어하여 압축기(4)의 운전주파수를 상승 또는 하강시켜서 난방 또는 냉방운전을 제어한다.
제 2 도에 있어서, 미설명부호 9는 히터제어부로서 도시하지 않은 실내열교환기와 어큐뮬레이터를 잇는 실외배관에 감겨져서 냉매에 열을 공급하는 히터의 발열량을 제어하는 것이다.
본 발명에 따른 인버터 에어콘의 제상제어방법은 난방운전후 실외열교환기에 착상된 성에를 소정시간동안에 제거시키기 위한 것이다. 이를 수행하기 위한 본 발명에 따른 인버터 에어콘의 제상제어방법 흐름도가 제 3a 도에 도시되어 있다.
제 3a 도에 의하면, 본 발명에 의한 인버터 에어콘은 동작이 개시되면 스텝 S1에서 제어수단(5)을 초기화한 후, 스텝 S2에서는 실외배관온도감지센서(7)에 의해 실외배관온도를 감지해서 제어수단(5)에 입력하여 상기 제어수단(5)에 내장된 아날로그/디지탈변한기에 의해 디지탈데이타로 변환하여 현재의 실외배관온도(T)가 몇도인지를 판별한다.
이어서, 스텝 S3에서는 상기 스텝 S2의 동작에 의해 판별된 실외배관온도(T)가 제상운전 돌입조건에 도달한 경우(기준온도이하일 경우) 제어수단(5)의 제어에 따라 4방밸브를 제어하여 냉매가 압축기, 4방밸브, 실외열교환기, 팽창장치, 실내열교환기, 어큐뮬레이터, 압축기순으로 순환되도록 해서 인버터 에어콘이 냉방사이클로 운전되게 한다.
상기 스텝 S2에서는 실외배관온도감지센서(7)에 의해 감지해서 제어수단(5)에 입력된 실외배관온도가 제어수단(5)에 미리 설정되어 있는 기준온도 이상일 경우에는 상기 기준온도 이하가 될때까지 계속해서 판별하는 것은 물론이다.
이와 같이 냉방사이클의 운전에 따라 실외배관에 성에가 착상되면, 실외배관온도감지센서(8)에 의해 실외배관온도를 감지해서 제어수단(5)에 입력한다. 제어수단(5)에서는 실외배관온도가 미리 제어수단(5)내에 설정되어 있는 온도보다 낮을 경우에는, 스텝 S40으로 나아가서 제상제어루틴을 수행하기 위하여 도시하지 않은 히터를 가열시키기 위해 히터제어부(9)에 히터가열신호를 출력한다. 따라서, 이 히터가열신호에 의해 히터가 가열되어 실외열교환기에 착상되어 있는 성에를 제거하고, 스텝 S50으로 나아가서 압축기 운전주파수 확정루틴을 수행한다.
그후, 스텝 S6으로 나아가서 실내의 온기가 최적의 효율이 유지되는 상태로 외부에 방출되도록 실외팬의 구동회전수를 확정하고, 스텝 S7로 나아가서 제 3b 도에 도시된 바와 같이 제상제어루틴의 조절된 위상각도로 히터를 제어하여 발열량을 조절함으로써 최대한의 제상조건을 만족하면서 제상운전이 수행되도록 제어한 다음, 인버터 에어콘의 제상제어를 종료한다.
다음에, 스탭 S3의 4방밸브제어에 의해 제상운전을 수행하는 것에 대하여 제 3b 도를 참조하여 상세히 설명한다.
제 3b 도는 상기 스텝 S40의 제상제어루틴을 보다 상세히 나타낸 흐름도이다. 제 3b 도에 의하면, 스텝 S41에서 제상중인지의 여부를 판단하고, 그 판별결과 제상중일 경우(YES일 경우)에는 스텝 S42로 나아가서 제상복귀 여부를 판별한다. 즉, 실외배관온도감지센서(7)에 의해 감지되는 실외배관온도(T)가 기준온도(일예로서 12℃) 이상이 되었는가를 판단한다.
상기 스텝 S42에서의 판별결과 실외배관온도(T)가 소정온도 이상이 되지않아 제상복귀상태가 아닌 경우에는 스텝 S43으로 나아가서 초기온도변화율(Y1)을 계산한다. 여기서, 온도변화율(Y)은 제상운전에 필요한 압축기의 운전주파수 및 히터의 위상각을 결정하기 위한 기준값이 되며, 아래식(1)에 의해 구하여진다.
즉, 제 4a 도에 도시된 바와 같이 실외배관온도(T)가 제상운전개시시간(t0)의 실외배관온도(T0)로부터 성에가 완전히 제거되는 제상운전해제시간(t1)의 온도(T1)에 도달하기 위해서는 상기 식(1)에 의해서 구해지는 온도변화율(Y)을 가져야 하는 것이다.
따라서, 제어수단(5)은 실외배관온도지센서(8)로부터 감지되어 입력되는 온도(T)의 변화율(Y)이 어느 정도일때 소정시간(△t=t1-t0)에 실외열교환기에 착상되어 있는 성에를 완전히 제거할 수 있는 온도(T1)가 되는지를 알 수 있다. 이는 제어수단(5)이 상기 식(1)에 구해진 온도변화율(Y)를 유지하며 제상운전을 수행하게 되면 소정시간(△t=t1-t0)에 성에가 완전히 제거되는 온도(T1)에 도달하게 된다는 것을 의미하는 것이다.
그러므로, 실외배관온도감지센서(8)에 의해 감지되어 제어수단(5)에 입력된 제상운전개시시간(t0)에서의 실외배관온도(T0)가 -12℃이고, 제상운전해제시간(t1)에서의 실외배관온도(T1)는 12℃라 할 경우 초기의 온도변화율(Y1)은 하기식에 의해 다음과 같이 정해질 수 있다.
이에따라, 상기 제상운전시간(△t=t1-t0)을 3분으로 하고자 하면 온도변화율(Y1)은 다음과 같이 구해질 수 있다.
이는, 1분당 실외배관온도(T)가 8℃씩 상승되면 3분 동안에 성에를 완전히 제거할 수 있음을 의미하는 것이다.
이와 같은 방식으로 제상운전시간을 4분으로 하고자 하면, 온도변화율은 6℃/min이 되어, 1분당 실외배관온도가 6℃씩 상승디면 4분 동안에 성에를 완전히 제거할 수 있음을 의미한다. 상술한 바와 같이 초기의 온도변화율(Y1)이 구하여지면, 제어수단(5)은 압축기의 운전주파수 및 히터의 위상각을 제어하여 실외배관의 온도변하율(Y)이 초기에 구하여진 온도변화율(Y1)이 되도록 할 수 있다. 즉, 히터의 위상각은 상기 식(1)에 의해 구해진 온도변화율(Y)에 비례하도록 제어하고, 압축기(4)의 운전주파수는 상기 식(1)에 의해 구해진 온도변화율(Y)에 반비례하도록 제어한다.
제 4b 도는 상기 식(Ⅰ)에 의해 구해진 온도변화율(Y)과 히터의 위상과의 관계를 나타낸 특성도이다. 제 4B 도에 의하면, 히터의 위상각은 온도변화율(Y)에 반비례한다.
제 4c 도는 상기 식(1)에 의해 구해진 온도변화율(Y)과 압축기의 운전주파수와의 관계를 나타낸 특성도이다. 제 4c 도에 의하면, 압축기의 운전주파수는 온도변화율(Y)에 비례한다.
따라서, 상기 제 4b 도 및 제 4c 도에 도시된 바와 같이 히터의 위상각(X0)과 압축기의 운전주파수(f0)로 에어콘을 운전하면 실외배관의 온도변화율(Y)이 초기에 계산된 온도변화율(Y1)을 갖게되는 것이다.
상술한 바와 같이, 제어수단(5)는 스텝 S43에서 초기의 온도변화율(Y1)을 계산한후 스텝 S44를 수행한다. 즉, 스텝 S44에서는 현재의 온도변화율(Yx)을 계산한다. 이때, 스탭 S44에서 계산되는 현재의 온도변화율(Yx)은 제상동작 수행직후 실외배관온도감지센서(8)에서 감지되어 제어수단(5)으로 입력되는 실외배관온도에 따라 식(1)에 의해 계산된다. 여기서, 소정시간(△t)은 임의로 설정가능하게 된다.
상기 스텝 S44에서 현재의 온도변화율(Yx)이 계산되면, 제어수단(5)은 상기 스텝 S43에서 계산된 온도변화율(Y1)과 상기 스텝 S44에서 계산된 현재의 온도변화율(Yx)의 크기를 스텝 S45와 스탭 S46에서 비교한다. 상기 스텝 S44와 스탭 S46에서의 비교결과, 초기의 온도변화율(Y1)과 현재의 온도변화율(Yx)이 동일한 경우에는 현재의 히터위상각과 압축기의 위상주파수에 의해서 운전을 할 경우 정해진 시간동안 목표로 하는 실외배관온도에 도달한다는 의미가 된다.
따라서, 제어수단(5)은 스텝 S47에서 히터의 위상각과 압축기의 위상주파수를 초기에 설정한 상태로 유지하며 에어콘을 제어한다.
그러나, 상기 스텝 S45와 스텝 S46에서의 비교결과, 현재의 온도변화율(Yx)이 초기의 온도변화율(Y1)보다 작은 경우에는 현재의 히터위상각과 압축기의 위상주파수에 의해서 운전을 할 경우 정해진 시간동안에 목표로 하는 실외배관온도에 도달할 수 없다는 의미가 된다.
즉, 실외배관온도가 상승되는 온도폭이 적어서 기본적인 히터의 위상각과 압축기의 운전주파수(f0)로는 정해진 시간동안 목표로 하는 실외배관온도로 도달시키지 못한다(제 4c 도 참조). 그러므로, 스텝 S48에서 온도변화율(Y)을 증가시킨다. 상기 스텝 S48에서 온도변화율(Y)을 증가시킨다는 것은, 제 4b 도에서 히터의 위상각은 작게하고(발열량의 증가), 제 4c 도에서 압축기의 운전주파수는 상승(실내에서는 냉방효율이 증대되는 상태로서 제상효율이 증대되는 상태)시키는 것이다. 이는, 제 4b 도 및 제 4c 도에서와 같이 작아진 위상각 및 상승한 운전주파수에 의해 히터와 압축기를 구동하면, 증가한 온도변화율(Y)로 실외배관온도가 상승하여 정해진 시간에 목표로 하는 온도에 도달하게 됨을 의미한다.
또한, 상기 스텝 S45와 스텝 S46에서의 비교결과 현재의 온도변화율(Yx)이 초기의 온도변화율(Y1)보다 큰 경우(ON일 경우)에는 현재의 히터위상각과 압축기의 위상주파수에 의해서 운전을 할 경우 정해진 시간전에 목표로 하는 실외배관온도에 도달한다는 의미가 된다.
즉, 실외배관온도가 상승되는 온도폭이 커서 기본적인 히터의 위상각과 압축기의 운전주파수(f0)에 의해서는 정해진 시간 이전에 목표로하는 실외배관온도에 도달시킨다. 그러므로, 스텝 S49에서의 온도변호율(Y)을 감소시킨다.
상기 스텝 S49에서 온도변화율(Y)을 감소시킨다는 것은, 제 4b 도에 도시된 바와 같이 히터의 위상각은 줄이고(발열량의 감소), 제 4c 도에 도시된 바와 같이 압축기의 운전주파수는 하강(실내에서는 냉방효율이 감소되는 상태로서 제상효율이 감소되는 상태)시키는 것이다. 이는, 제 4b 도 및 제 4c 도에서와 같이 커진 위상각 및 하강한 운전주파수에 의해 히터와 압축기를 구동하면, 감소한 온도변화율(Y)로 실외배관온도가 상승하여 정해진 시간에 목표로 하는 온도에 도달하게 됨을 의미한다.
한편, 제상복귀여부를 판단하는 상기 스텝 S42에서 제상복귀(완료)로 판단될 경우에는 스텝 S39에서 제상해제동작 4방밸브를 제어하여 순환냉매량의 흐름을 변경함으로서 다시 난방운전이 수행되도록 함을 수행한다.
다음에, 스텝 S50의 압축기 운전주파수 확정루틴을 제 3c 도를 참조하여 상세히 설명한다.
제 3c 도는 상기 스텝 S50의 압축기 운전주파수 확정루틴을 보다 상세히 나타낸 흐름도이다.
제 3c 도에 의하면, 스텝 S51에서 압축기의 운전주파수 변화여부를 판별한다. 즉, 상기 스텝 S40의 제상제어루틴의 수행결과 실외배관의 온도변화율(Y)을 변화시키기 위해 압축기의 운전주파수를 변화해야하는 경우가 발생하였나를 판별한다. 제어수단(5)은 상기 스텝 S51에서의 판별결과, 압축기 운전주파수가 변화해야 할 경우(YES일 경우)에는 스텝 S52를 수행한다. 상기 스텝 S52에서는 새로 설정된 운전주파수에 의해 압축기가 동작되도록 제어수단(5)에서 트랜지스터베이스구동부(6)에 제어신호를 출력한다. 트랜지스터베이스구동부(6)는 제어수단(5)에서 출력되는 제어신호에 따라 인버터(3)를 제어하며 변화된 펄스폭변조신호(PWM신호)에 의해 압축기가 구동되도록 한다. 이와 같이 압축기의 운전주파수를 변화시켜 원하는 시간내의 냉방운전(제상운전)에 의해 실외열교환기에 착상된 성에를 제거시킬 수 있는 것이다.
스텝 S53에서 현재주파수가 목표주파수와 같을 경우에는 제 3a 도에 도시한 스텝 S6이하의 동작을 행한다.
한편, 스텝 S53에서 현재주파수가 목표주파수와 같지 않을 경우(NO일 경우)에는 스텝 S54에서는 압축기의 운전에 이용되는 현재의 운전주파수가 제상조건에 따른 목표주파수보다 작은지 여부를 비교한다. 상기 스텝 S54에서의 비교결과 현재의 주파수가 목표주파수보다 작을 경우에는 스텝 S55로 나아가서 주파수를 상승시켜서 압축기를 구동한다.
한편, 상기 스텝 S54에서의 비교결과, 현재주파수가 목표주파수에 비해 높을 경우에는 스텝 S56에서 현재 주파수를 저하시켜서 목표주파수와 일치시킨 후 압축기를 운전한다. 즉, 순환되는 냉매량을 조절하여 목표로 하는 실외배관온도가 달성됨으로서 실외열교환기에 착상된 성에에 대한 제상시간을 최적화시키는 것이다.
상기와 같은 압축기 운전주파수 가변동작이 수행되면 가변되는 압축기 운전주파수에 따라 제상조건이 만족되면서 제상시간을 단축시키게 된다.
상기한 바와 같이 스텝 S50에서 압축기 운전주파수 확정루틴을 수행한 후, 제어수단(5)은 앞에서 설명한 스텝 S6을 수행한다(제 3a 도 참조).
이와 같이 본 발명의 인버터 에어콘의 제상제어방법에 의하면, 실외배관온도변화율에 의거하여 제상시간을 제어함으로서 제상시간을 단축시킬 뿐만 아니라, 결과적으로 난방효율을 향상시키고 소비전력도 절감할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 실외열교환기에 착상된 성에를 제거시키기 위한 제상운전(냉방운전)을 수행하는 인버터 에어콘에 있어서, 실외배관온도감지센서에 의해서 감지된 실외배관온도를 입력받아 제어수단에서 판별하여 제상운전 돌입조건을 만족하는 경우 제어수단의 제어에 의해 냉매의 흐름방향을 변화시켜서 제상운전이 수행되도록 4방밸브를 제어하는 4방밸브 제어과정과, 실외배관온도감지센서에 의해 감지된 실외배관온도를 입력받아 제어수단에서 현재의 제상상태를 판단함과 동시에 소정시간동안 제상을 수행할 수 있도록 압축기의 운전주파수 및 히터의 위상각에 대한 가변 여부를 판단하는 주파수/위상각의 가변판단과정과, 상기 제 2 과정의 판단에 따라 압축기 운전주파수 및 히터의 위상각을 제어하여 제상운전을 수행하는 제상운전과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터 에어콘의 제상제어방법.
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