KR0182717B1 - 공기조화기의 실외팬 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실외팬제어장치는 실외의 공기와 열교환되는 응축기 및 상기 응축기로 고온고압의 냉매를 유입시키는 압축기(61)와, 상기 압축기(61)로부터 상기 응축기내로 유입된 고온고압의 냉매와 실외공기의 열교환을 촉진시키는 실외팬(71), 직류전원을 소정의 주파수를 가진 3상 교류전원으로 변환하여 상기 압축기(61) 및 상기 실외팬(71)에 입력시킴으로써 상기 압축기(61) 및 상기 실외팬(71)을 가변구동시키도록 하는 인버터(60,70b)를 구비하여 현재의 실내온도와 사용자가 설정한 설정온도와의 차에 의거하여 상기 압축기(61) 및 상기 실외팬(71)의 운전주파수를 가변시키도록 하는 공기조화기에 있어서, 현재의 실내온도와 사용자가 설정한 설정온도와의 차에 의거하여 실내온도와 설정온도와의 온도편차를 산출하고, 실내온도와 설정온도와의 편차가 크면 상기 응축기(61)로 유입되는 냉매의 온도를 높이기 위하여 운전주파수가 높도록 그리고 편차가 작으면 응축기로 유입되는 냉매의 온도를 상대적으로 덜 높이기 위하여 운전주파수가 낮도록 온도편차에 비례하여 상기 압축기(61)의 운전주파수를 30-120Hz의 범위에서 설정하며, 상기 압축기(61)의 구동속도에 따라 상기 실외팬(71)의 구동속도를 가변시켜 응축기의 열교환효율을 향상시키도록 상기 압축기(61)의 운전주파수에 상기 실외팬(71)의 운전주파수를 동기시키는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

공기조화기의 실외팬제어장치

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 특히 압축기의 구동주파수를 가변시킬 수 있는 인버터형 공기조화기에 있어서 실외팬을 압축기의 구동주파수와 동일한 주파수로 구동시킬 수 있도록 하는 공기조화기의 실외팬제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 공기조화기는 압축기, 실외열교환기, 모세관, 실내열교환기 및 이들을 연결하는 냉매관으로 이루어진 냉각싸이클을 구비하고, 상기 냉각싸이클을 통하여 냉매를 상변환시키는 과정에서 실내의 열을 흡수 또는 방출함으로써 실내를 냉방 또는 난방시키는 기기이다. 공기조화기가 상기와 같이 냉방운전을 수행하는 경우에 통상적으로 실외열교환기는 응축기이고, 실내열교환기는 증발기이다.

한편, 설정온도까지의 도달시간을 단축시키는 외에 실내온도와 설정온도와의 편차를 줄이기 위하여, 파워트랜지스터의 조합으로 이루어진 인버터에 의해 압축기구동 전원주파수를 가변시킴으로써, 압축기의 구동능력을 제어하는 인버터형 공기조화기가 개발되었다.

이러한 인버터형 공기조화기는 통상적으로 실내기와 실외기가 분리된 구조로 되어 있는 바, 이하에서는 편의상 분리형 공기조화기를 일예로 하여 설명한다.

제1도는 종래의 인버터형 공기조화기의 구성을 나타낸 제어블럭도로서, 이는 냉난방시키고자 하는 실내의 온도를 감지하는 실내온도감지부(20), 사용자로부터 희망하는 실내온도를 설정받는 실내온도설정부(30), 냉방 또는 난방운전 및 토출되는 냉기의 풍량과 풍향 등을 선택받는 기능선택부(30), 냉방 또는 난방운전 및 토출되는 냉기의 풍량과 풍향 등을 선택받는 기능선택부(40), 상기 실내온도감지부(20)에서 감지된 실내온도와 실내온도설정부(30)에 의해 설정된 설정온도를 비교하여 압축기의 운전주파수를 결정하는 실내기제어부(10)로 이루어진 실내기와, 상기 실내기제어부(10)로부터 제어신호를 입력받아 압축기(61) 및 실외팬(71)의 구동을 제어하도록 소정의 제어신호를 출력하는 실외기제어부(50)와 상기 실외기제어부(50)로부터 제어신호를 입력받아 압축기(61)를 소정의 운전주파수로 구동시키는 압축기 구동부(60)와, 상기 실외기제어부(50)의 제어신호를 입력받아 압축기(61)의 구동과 연동되어 실외팬(71)의 구동을 제어하는 실외팬구동부(70a)를 구비한다.

이러한 구성에 있어서, 종래의 공기조화기는, 제2도에 도시된 바와 같이, 실내의 온도에 따라 압축기의 운전주파수를 가변시키기 위한 압축기 구동부(60) 및 실외팬(71)의 구동을 제어하기 위한 실외팬구동부(70a)를 구비한다. 압축기 구동부(60)는 실내기제어부(10)에 의하여 실내의 공조조건에 따른 압축기의 운전주파수가 결정되면 실외기제어부(50)는 압축기 구동부(60)에 소정의 제어신호를 출력하게 되는데, 이는 미리 프로그램된 타이밍에 의하여 스위칭소자인 6개의 파워트랜지스터의 구동을 스위칭함으로써 상호 120°의 위상차를 갖는 3상의 교류를 발생시켜 압축기(61)를 소정의 주파수로 구동시키게 된다.

상기와 같이 압축기(61)가 소정의 주파수로 구동되면 실외공기와 열교환되는 응축기에 고온고압의 냉매가 유입되므로, 냉매와 실외공기와의 열교환을 촉진시키기 위하여 실외팬(71)을 구동시킨다. 이와 같은 실외팬(71)의 구동시에 실외기제어부(50)는 압축기(61)를 구동하기 위한 전원주파수(이하, 운전주파수라 함)에 따라 소정의 속도로 구동되도록 실외팬구동부(70a)를 제어한다. 즉, 압축기(61)의 운전주파수가 높은 것(예를 들면 가변가능한 주파수범위의 절반이상)으로 판단되면 실외기제어부(10)에서는 소정의 릴레이스위치(RY1)를 온시켜 실외팬이 '강'에 해당하는 속도로 구동되도록 하고, 압축기의 운전주파수가 낮은 것(예를 들면 압축기의 운전주파수 범위내에서 그 절반이하)으로 판단되면 실외기제어부(50)는 소정의 릴레이 스위치(RY2)를 온시켜 실외팬이 '약'에 해당하는 속도로 구동되도록 실외팬에 소정전압을 인가한다.

이와 같은 종래의 인버터형 공기조화기에 있어서, 실내온도에 따라 압축기의 운전주파수는 소정의 주파수범위내에서 가변되며, 이때 압축기의 운전주파수가 증가함에 따라 응축기로 유입되는 냉매의 온도도 증가하게 된다. 따라서, 압축기의 운전주파수가 증가됨에 따라 그와 연동되어 실외팬의 구동속도도 연속적으로 증가시켜 응축기내의 냉매의 열을 실외공기와의 열교환에 의해 방출시키도록 함으로써 실외기의 열교환효율을 증가시키는 것이다.

그러나, 종래의 인버터형 공기조화기에서는 압축기의 운전주파수가 일정범위내에서 연속적으로 증가 또는 감소되도록 압축기 운전주파수를 가변시킬 수 있으나, 실외팬은 강약으로만 구동되기 때문에 압축기의 구동과 응축기의 열교환정도를 상관도가 높게 하여 응축기와 실외공기와의 열교환을 효율적으로 수행하지 못하여 공기조화기의 운전효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 공기조화기의 압축기와 실외팬의 구동속도를 가변시킬 수 있도록 압축기용 인버터와 실외팬용 인버터를 모두 채용한 공기조화기의 필요성이 대두되었는데, 이와 같은 공기조화기는 일본 특개평 6-165588에 개시되어 있다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 일본 특개평 6-165588에 개시된 실외팬에도 인버터가 적용된 공기조화기를 이용한 것으로, 본 발명의 목적은 공조조건에 따라 압축기 및 실외팬의 운전주파수를 가변시키도록 하는 인버터형 공기조화기에서, 실내온도와 설정온도와의 편차에 비례하는 압축기의 운전주파수를 설정하고 실외팬의 운전주파수를 압축기의 운전주파수에 동기시켜 가변시킴으로써, 공기조화기의 열교환효율을 증대시키도록 하는 공기조화기의 실외팬제어장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고온고압의 냉매를 토출하는 압축기와, 압축기로부터 유입되는 고온고압의 냉매와 실외의 공기를 열교환시키는 응축기, 응축기로 유입된 고온고압의 냉매와 실외공기의 열교환을 촉진시키는 실외팬, 압축기 및 실외팬을 가변구동시키도록 하는 직류전원을 소정의 주파수를 가진 3상 교류전원으로 변환하는 인버터를 구비하고, 압축기 및 실외팬의 운전주파수를 가변시키도록 하는 공기조화기에 있어서, 압축기의 구동속도에 따라 실외팬의 구동속도를 가변시켜 응축기의 열교환효율을 향상시키도록, 현재의 실내온도와 사용자가 설정한 설정온도에 의거하여 실내온도와 설정온도와의 온도편차를 산출하고, 산출된 온도편차가 크면 응축기로 유입되는 냉매의 온도를 높이기 위하여 운전주파수가 높도록 그리고 편차가 작으면 응축기로 유입되는 냉매의 온도를 상대적으로 덜 높이기 위하여 운전주파수가 낮도록 온도편차에 비례하여 압축기의 운전주파수를 30-120Hz의 범위에서 설정하며, 압축기의 운전주파수에 실외팬의 운전주파수를 동기시키는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

제1도는 일반적인 공기조화기의 구성을 보이는 제어블럭도이다.

제2도는 종래의 공기조화기의 구성을 보이는 회로도이다.

제3도는 본 발명에 따른 공기조화기의 구성을 보이는 상세회로도이다.

제4도는 본 발명에 따른 실외팬 및 압축기 제어드라이브에 입력되어 변환되는 전압의 파형도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 실내기제어부 20 : 실내온도감지부

30 : 실내온도설정부 50 : 실외기제어부

60 : 압축기구동부 61 : 압축기

70a,70b : 실외팬구동부 71 : 실외팬

62 : 압축기구동 인버터 72 : 실외팬구동 인버터

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 적용되는 공기조화기의 구성을 나타내는 제어블럭도이다.

본 발명에 따른 공기조화기의 제어장치는, 제1도에 도시된 바와 같이, 조화공간의 온도를 감지하는 실내온도감지부(20), 사용자로부터 희망하는 실내온도를 설정받는 실내온도설정부(30), 냉방운전 또는 난방운전 및 토출되는 공기의 풍향과 풍량 등을 선택받는 기능선택부(40), 실내온도감지부(20)에서 감지된 실내온도와 실내온도설정부(30)에 의해 설정된 설정온도를 비교하여 압축기의 운전주파수를 결정하는 실내기제어부(10)로 구성된 실내기와, 실내기제어부(10)로부터 제어신호를 입력받아 압축기(61) 및 실외팬(71)의 구동을 제어하도록 소정의 제어신호를 출력하는 실외기제어부(50), 실외기제어부(50)로부터 제어신호를 입력받아 압축기(61)를 실내온도와 설정온도와의 비교결과에 따라 실내기제어부(10)에서 설정된 운전주파수로 압축기(61)를 구동시키는 압축기 구동부(60), 실외기제어부(50)의 제어신호를 입력받아 압축기(61)의 운전주파수에 동기된 운전주파수로 실외팬(71)을 구동시키는 실외팬구동부(70b)로 구성된 실외기를 구비한다.

압축기 구동부(60) 및 실외팬구동부(70b)는, 제3도에 도시된 바와 같이, 각각 상용교류전원을 소정의 직류전원으로 변환시키는 컨버터부(미도시)와, 컨버터부로부터 직류전원을 인가받아 압축기(61) 및 실외팬(71)의 회전수를 제어하는 인버터부(62,72)로 구성된다.

인버터부는 압축기용인버터(62)와 실외팬용인버터(72)로 이루어지는데, 각각의 인버터는 스위칭소자인 6개의 파워트랜지스터로 구성된다. 인버터는, 각각의 파워트랜지스터가 실외기제어부(50)로부터 인가되는 타이밍신호에 의해 온/오프됨으로써, 직류전압을 120°의 위상차 및 소정의 주파수를 갖는 3상 교류전압으로 변환시켜 압축기(61) 및 실외팬(71)에 인가한다.

본 발명에 따른 공기조화기는 상기와 같은 구성을 가진 인버터를 이용하여 압축기(61) 및 실외팬(71)에 인가되는 3상 교류전압의 운전주파수를 PWM(Pulse Width Modulation;펄스폭변조)방식을 이용하여 가변시킨다. 이와 같은 PWM방식을 제4도에 도시한 전압파형도를 참조하여 상세히 설명한다.

PWM방식은 출력파형의 반싸이클 속에 다수의 펄스열을 만들고 그 펄스폭의 등가전압을 정현파상으로 변환시켜 저차 고조파가 적은 평활한 출력을 얻는 방식이다.

먼저, 제4도의 (a)에 도시된 바와 같이 일정한 주파수의 삼각파형을 정현파형의 신호와 비교하여 정현파형의 신호가 삼각파보다 큰 경우의 값을 취하면, 제4도의 (b)-(d)에 도시된 바와 같이 신호파의 진폭에 따라서 일정 폭을 갖는 펄스신호를 얻을 수 있게 된다.

따라서, 실외기제어부(50)에서는 제4도의 (b)-(d)와 같은 타이밍신호를 각 출력단자 U-X, V-Y, W-Z에 출력하여 각 인버터의 파워트랜지스터를 온/오프시킴으로써 압축기(61) 및 실외팬(71)에 소정의 주파수를 갖는 3상의 교류전원이 인가되도록 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 실외팬제어장치가 적용된 공기조화기의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 공기조화기에 전원이 인가되고, 희망하는 운전의 종류, 즉 냉방운전 또는 난방운전, 희망하는 실내온도, 그리고 토출공기의 풍향 및 풍량등이 사용자에 의해 설정되면, 실내기제어부(10)는 운전신호를 받음과 동시에 실내온도감지부(20)를 통해 실내의 온도를 감지하고, 사용자에 의해 설정된 설정온도와 실내온도감지부(20)에서 감지된 실내온도와의 차를 산출한다.

이와 같이 설정온도와 실내온도와의 차이가 산출되면, 실외기제어부(50)는 산출된 설정온도와 실내온도와의 차이에 의거하여 압축기를 구동시키기 위한 3상 교류전원의 주파수, 즉 압축기 운전주파수를 산출한다. 실외기제어부(50)는 실내온도와 설정온도와의 편차가 크면, 실내온도가 설정온도에 도달되는 시간을 단축시키기 위하여 압축기(61)의 운전주파수를 높게 설정함으로써, 압축기의 구동속도를 높이도록 하고, 실내온도와 설정온도와의 편차가 작으면, 압축기의 운전주파수를 낮게 설정함으로써, 압축기(61)의 구동속도를 낮추도록 한다. 본 발명에 따른 실시예에서는 압축기(61)의 운전주파수를 30-120Hz의 범위에서 가변설정한다.

상기와 같이 실내온도와 설정온도와의 차이에 따라 압축기의 운전주파수가 결정되면, 실내기제어부(10)는 실외팬(71)의 운전주파수를 산출된 압축기의 운전주파수와 동일하게 설정한다. 즉, 압축기(61)는 운전주파수가 실내온도와 설정온도와의 차이에 따라 80Hz로 설정되면, 실외팬(71)의 운전주파수도 80Hz로 압축기(61)의 운전주파수와 동일하게 설정된다.

따라서, 실외기제어부(50)는 실내기제어부(10)로부터 입력되는 제어신호에 따라 압축기 구동부(60) 및 실외팬구동부(70b)를 제어하여 압축기(61) 및 실외팬(71)이 설정된 운전주파수로 구동되도록 각 인버터(62,72)의 파워트랜지스터를 온/오프 스위칭시킨다.

이와 같이, 실외팬(71)의 운전주파수를 압축기(61)의 운전주파수에 동기시켜 실외팬을 구동시키는 경우, 압축기에 의해 압축된 냉매의 열용량에 적절히 상응하여 실외팬이 적절한 양의 공기를 열교환시킬 수 있도록, 압축기의 구동속도에 맞추어 실외팬이 구동된다. 그러므로, 실외열교환기의 열교환효율이 높아지고, 이에 따라 공기조화기의 열교환효율도 높아질 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기의 실외팬제어장치는 공조조건, 즉 실내온도와 설정온도와의 차이에 따라 가변되는 압축기의 운전주파수에 실외팬의 운전주파수를 동기시켜 실외팬의 구동속도를 가변시켜 실외열교환기와 실외공기와의 열교환을 증대시킴으로써, 공기조화기의 효율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 고온고압의 냉매를 토출하는 압축기(61)와, 상기 압축기(61)로부터 유입되는 고온고압의 냉매와 실외의 공기를 열교환시키는 응축기, 상기 응축기로 유입된 고온고압의 냉매와 실외공기의 열교환을 촉진시키는 실외팬(71), 상기 압축기(61) 및 상기 실외팬(71)을 가변구동시키도록 하는 직류전원을 소정의 주파수를 가진 3상 교류전원으로 변환하는 인버터(60,70b)를 구비하고, 상기 압축기(61) 및 상기 실외팬(71)의 운전주파수를 가변시키도록 하는 공기조화기에 있어서, 상기 압축기(61)의 구동속도에 따라 상기 실외팬(71)의 구동속도를 가변시켜 응축기의 열교환효율을 향상시키도록, 현재의 실내온도와 사용자가 설정한 설정온도에 의거하여 실내온도와 설정온도와의 온도편차를 산출하고, 산출된 온도편차가 크면 상기 응축기로 유입되는 냉매의 온도를 높이기 위하여 운전주파수가 높도록 그리고 편차가 작으면 응축기로 유입되는 냉매의 온도를 상대적으로 덜 높이기 위하여 운전주파수가 낮도록 온도편차에 비례하여 상기 압축기(61)의 운전주파수를 30-120Hz의 범위에서 설정하며, 상기 압축기(61)의 운전주파수에 상기 실외팬(71)의 운전주파수를 동기시키는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 공기조화기의 실외팬제어장치.