KR20080017184A - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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김정오
김동석
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 정속형 압축기를 사용하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 저온의 외기조건에서 실내팬의 속도를 제어하여 냉방운전을 효율적으로 제어하도록 하는데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은 압축기의 운전을 제어하여 냉방 운전하는 공기조화기의 제어방법에 있어서, 실내열교환기 온도를 감지하는 단계; 및 감지된 실내열교환기 온도를 미리 정해진 제1기준온도와 비교하여 상기 실내열교환기 온도가 제1기준온도 범위이면 실내팬의 풍속을 제어하는 단계;를 포함한다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{Air conditioner and control method thereof}
도 1은 일반적인 공기조화기에 적용되는 통상의 냉동사이클도,
도 2는 종래 공기조화기의 실내열교환기 동결방지를 위한 저온냉방 사이클을 도시한 그래프,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 제어 블록도,
도 4는 본 발명에 의한 공기조화기에서 실내열교환기 동결방지를 위한 저온냉방 제어방법의 동작 흐름도,
도 5는 본 발명에 의한 공기조화기의 실내열교환기 동결방지를 위한 저온 냉방 사이클을 도시한 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10 : 압축기 12 : 실외열교환기
13 : 실외팬 16 : 실내열교환기
17 : 실내팬 22 : 실내열교환기 온도센서
24 : 사용자 입력부 26 : 제어부
본 발명은 정속형 압축기를 사용하는 공기조화기에 관한 것으로, 특히 저온의 외기조건에서 실내팬의 속도를 제어하여 냉방운전을 효율적으로 제어할 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화기는 실내의 냉방 또는 난방을 위한 목적으로 사용되는 장치로, 실내기 및 실외기 상호간에 냉매가 순환되는 통상의 냉동사이클이 적용되어 액체상태의 냉매가 기화할 때에 주위의 열을 흡수하며 액화할 때에 그 열을 방출하는 특성에 의해 냉기 또는 온기를 공급하여 실내온도를 조절하고 있다.
통상의 냉동사이클은 도 1에 도시한 바와 같이, 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기(10)와, 압축된 냉매를 주위와 열교환하여 응축시키는 응축기(12)와, 응축된 냉매를 저압으로 팽창시키는 모세관(14)과, 저압으로 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(16)를 포함하며, 이러한 냉동사이클 구성에서 냉방운전 시는 실내기 측의 열교환기가 증발기(16;이하, 실내열교환기라 한다)로 동작하고, 실외기 측의 열교환기가 응축기(12; 이하, 실외열교환기라 한다)로 동작한다.
또한, 공기조화기는 실내측과 실외측의 열교환 능력을 높이기 위해 공기 흐름을 조절하는 팬을 구비하는데, 실외열교환기(12)에는 실외팬(13)을 구비하고 실내열교환기(16)에는 실내팬(17)을 구비한다. 이러한 팬(13,17)은 각각의 열교환기(12,16)에 흐르는 냉매와 공기 사이의 열교환 작용을 촉진시키는 촉매 역할을 담당한다.
이러한 공기조화기는 실내온도가 설정온도보다 높은 경우 압축기(10)를 온(ON)시켜 실내온도를 낮추고, 실내온도가 설정온도에 도달하면 압축기(10)를 오 프(OFF)시킨 후 다시 실내온도가 설정온도보다 일정치(+1℃) 만큼 높아졌을 때 압축기(10)를 온시키는 압축기(10)의 온/오프 제어를 통해 냉방운전을 수행하는데, 통상 외기온도(실외온도)가 소정온도(약 18℃) 이상에서 냉방운전을 할 때 양호한 냉방능력을 발휘할 수 있다.
그러나, 최근 시장환경과 사용자의 공기조화기 운전선택범위가 늘어나면서 일반적으로 냉방운전을 하지 않는 영하의 외기조건에서도 냉방운전을 원하는 사용자가 늘고 있다. 이와 같이 외기온도가 소정온도보다 낮은 경우 실외열교환기(12)는 높은 열교환 능력을 보이는 반면, 실내열교환기(16)는 낮은 열교환 능력을 갖기 때문에 압축기(10)에 액 냉매가 유입되어 압축기(10) 손상을 초래하고 실내열교환기(16)의 동결이 발생할 수 있으므로 종래에는 이에 대비하기 위한 저온냉방 사이클을 도 2에 도시한 바와 같이 구성하였다.
도 2는 정속형 압축기를 채용한 공기조화기에서 저온 냉방 시 실내열교환기 온도에 따라 압축기(10), 실외팬(13) 및 실내팬(17)을 제어하는 동작을 나타낸 그래프이다.
도 2에서, 압축기(10), 실외팬(13) 및 실내팬(17)의 온 동작에 따른 냉방운전 중에 실내열교환기 온도가 소정온도(W;약 2℃) 이하에서 일정시간(A;약 4~10분)을 유지하면 실외팬(13)을 3사이클동안 강제적으로 오프(OFF)/온(ON) 제어한다. 이는 실외팬(13)의 오프/온 제어로 실내열교환기(16)의 온도를 올려 실내열교환기(16)의 동결을 1차적으로 방지하기 위한 것으로, 이때 압축기(10)는 온 상태를 유지하며 실내팬(17)은 사용자가 설정한 설정풍속(UL)으로 운전한다(1차 동결방지 ).
이후, 실외팬(13)의 강제 오프/온 제어로 올린 실내열교환기 온도가 소정온도(U;약 10℃) 이상이 되면 정상동작이라고 판단하여 압축기(10) 온 상태와 실내팬(17) 설정풍속(UL) 상태를 유지하면서 실외팬(13)을 온 상태로 유지한다(동결방지 해제).
반면, 실외팬(13)의 강제 오프/온 제어로 실내열교환기 온도를 올리지 못하여 실내열교환기 온도가 소정온도(U;약 10℃) 미만인 경우 실내열교환기(16) 동결이라고 판단하여 마지막 보호 제어인 압축기(10)를 오프시키고 실외팬(13)을 오프시키면서 실내팬(17)을 최저속도(LL)로 운전한다(2차 동결방지).
상기 2차 동결방지 후 실내열교환기 온도가 소정온도(U;약 10℃) 이상이 되면 압축기(10)와 실외팬(13)을 온 상태로 유지하고 실내팬(17)을 설정풍속(UL)으로 운전하는 정상 동작한다(동결방지 해제).
이와 같이, 정속형 압축기를 채용한 공기조화기에서 외기온도 21℃까지 보장하는 도 2의 저온냉방 사이클은 외기온도를 5℃만 낮추어도 실내열교환기 온도를 올리지 못하여 압축기(10)가 계속적으로 오프되어 냉방운전이 되지 않거나 압축기(10)가 빈번하게 온/오프되는 단속운전(운전 온/운전 오프)이 발생한다. 압축기(10)가 빈번하게 단속운전이 될 경우 실질적인 냉방운전이 이루어지지 않아 사용자 불만이 발생할 수 있으며, 압축기(10) 오일이 원활하게 순환하지 않아 압축기(10) 기동실패 등의 문제가 발생할 수 있다.
또한, 실내열교환기(16) 동결방지를 위한 마지막 보호제어인 압축기(10)가 오프되는 제어에 들어갔다는 것은 실내열교환기 온도가 영하의 온도로 떨어졌다는 것인데, 이는 실내열교환기(16)에서 결빙이 발생되어 결빙이 녹고 다시 결빙되는 반복현상에서 실내기 토출구로 실내열교환기(16)에서 결빙된 물이 녹으면서 토출되는 문제점이 생기게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 저온의 외기조건에서도 정상적인 냉방운전과 신뢰성을 가질 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 저온의 외기조건에서 실내팬의 속도를 가변 제어하여 냉방운전 효율을 높일 수 있는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압축기의 운전을 제어하여 냉방 운전하는 공기조화기의 제어방법에 있어서, 실내열교환기 온도를 감지하는 단계; 및 감지된 실내열교환기 온도를 미리 정해진 제1기준온도와 비교하여 상기 실내열교환기 온도가 제1기준온도 범위이면 실내팬의 풍속을 제어하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 제1기준온도는 실내열교환기의 동결을 판정하기 위한 동결판정 온도조건이고, 상기 동결판정 온도조건은 실내열교환기 온도가 일정온도 이하에서 일정시간을 유지하였는지를 판단하기 위한 온도조건인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실내팬의 풍속을 제어하는 단계는, 사용자가 설정한 풍속의 상위풍속으로 실내팬의 속도를 제어하여 상기 실내열교환기에서 동결이 발생되지 않는 범위를 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 실내열교환기 온도가 제1기준온도 범위이면 실외팬을 오프/온 제어하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 실외팬을 오프/온 제어하는 단계는, 미리 정해진 일정횟수동안 실외팬을 강제적으로 오프/온 제어하여 상기 실내열교환기에서 동결이 발생되지 않는 범위를 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 실내팬의 풍속 제어에 따라 변화하는 실내열교환기 온도를 감지하는 단계; 및 감지된 실내열교환기 온도를 미리 정해진 제2기준온도와 비교하여 상기 실내열교환기 온도가 제2기준온도 이하이면 상기 압축기를 오프하는 단계;를 더 포함한다.
또한, 상기 제2기준온도는 실내열교환기의 동결해제를 판정하기 위한 동결해제온도인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 압축기의 운전을 제어하여 냉방 운전하는 공기조화기에 있어서, 냉방운전 시 증발기로 작용하는 실내열교환기; 상기 실내열교환기 온도를 감지하는 온도센서; 및 감지된 실내열교환기 온도를 미리 정해진 제1기준온도와 비교하여 상기 실내열교환기 온도가 제1기준온도 범위이면 실내팬의 풍속을 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 사용자가 설정한 풍속의 상위풍속으로 실내팬의 속도를 제어하여 상기 실내열교환기에서 동결이 발생되지 않는 범위로 실내열교환기의 열교환 능력을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 실내열교환기 온도가 제1기준온도 범위이면 미리 정해진 일정횟수동안 실외팬을 강제적으로 오프/온 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 실내팬의 풍속 제어에 따라 변화하는 실내열교환기 온도를 미리 정해진 제2기준온도와 비교하여 상기 실내열교환기 온도가 제2기준온도 이하이면 압축기를 오프하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 공기조화기에 적용되는 통상의 냉동사이클도로서, 본 발명의 공기조화기에도 동일하게 적용되므로 중복되는 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 공기조화기의 제어 블록도로서, 도 1에 도시한 장치 외에 실내열교환기(16)의 온도를 감지하는 실내열교환기 온도센서(22), 사용자 명령에 의해 설정온도, 설정풍속 등의 운전정보를 입력하는 사용자 입력부(24), 공기조화기의 각 장치들을 제어하는 제어부(26), 압축기(10)의 구동을 제어하는 압축기구동부(28), 실외팬(13)의 구동을 제어하는 실외팬구동부(30), 실내팬(17)의 구동을 제어하는 실내팬구동부(32)를 더 포함한다.
상기 제어부(26)는 실내열교환기 온도 및 사용자 명령을 입력받아 압축기(10), 실외팬(13) 및 실내팬(17)의 운전을 제어하는 마이컴으로서, 저온의 외기온도 조건에서 실내열교환기 온도에 따라 압축기(10)의 온/오프, 실외팬(13)의 온/오프, 실내팬(17)의 속도를 가변 제어하는 저온냉방 사이클을 구성한다.
이하, 상기와 같이 구성된 공기조화기 및 그 제어방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 공기조화기에서 실내열교환기 동결방지를 위한 저온냉방 제어방법의 동작 흐름도로서, 저온의 외기조건(실외온도가 21℃ 미만에서 0℃ 영역까지)에서 실내열교환기(16) 동결방지를 위한 제어이다.
먼저, 사용자가 사용자 입력부(24)를 통해 원하는 운전모드(예를 들어, 냉방운전)와 설정온도, 설정풍속 등의 정보를 선택하면, 선택된 정보가 제어부(26)에 입력되어 공기조화기가 냉방운전을 시작한다.
공기조화기가 냉방운전을 시작하면, 실내온도와 설정온도의 비교결과에 따라 압축기(10)와 실외팬(13)이 온 되면서 실내팬(17)이 설정풍속에 따라 운전하여 냉방운전을 수행한다.
따라서, 제어부(26)는 냉방운전 중인가를 판단하여(S100), 냉방운전 중인 경우 냉방운전에 의한 냉동사이클의 냉매 상태변화에 따라 변화하는 실내열교환기 온도(Te)를 실내열교환기 온도센서(22)에서 감지하여 제어부(26)에 입력한다(S102).
이에 따라, 제어부(26)는 감지된 실내열교환기 온도(Te)가 미리 정해진 동결판정온도(T1; 저온의 외기조건에서 실내열교환기의 동결방지를 위한 기준온도, 약 2℃) 이하인지를 판단하여(S104), 실내열교환기 온도(Te)가 동결판정온도(T1) 이하이면 실내열교환기 온도(Te)가 동결판정온도(T1) 이하에서 일정시간(C1; 약 4~10분)을 유지하였는가를 판단한다(S106).
실내열교환기 온도(Te)가 동결판정온도(T1) 이하에서 일정시간(C1)을 유지하면, 제어부(26)는 실내열교환기(16)의 동결이 발생할 수 있는 동결방지조건이라고 판단하여 실외팬(13)을 일정횟수(예를 들어, 3사이클)동안 강제적으로 오프/온(예 를 들어, 30초 OFF/10초 ON) 제어하고(S108), 이와 동시에 실내팬(17)을 설정풍속에서 상위풍속으로 변경한다(S110).
예를 들어, 설정풍속이 강풍일 경우 상위풍속은 "터보"이고, 설정풍속이 약풍일 경우 상위풍속은 "강풍"이며, 설정풍속이 미풍일 경우 상위풍속은 약풍이다.
이는 실외팬(13)의 오프/온 제어로 실내열교환기(16)의 온도를 올리면서 실내팬(17)의 풍속제어로 실내열교환기(16)의 열교환 능력을 높여 실내열교환기(16)에서 동결이 발생되지 않는 범위로 1차 동결방지 운전을 수행하기 위한 것이다. 이때 압축기(10)는 정상적인 냉방운전과 같이 온 상태를 유지하고 있다(1차 동결방지).
이후, 실외팬(13)의 강제 오프/온 제어와 실내팬(17)의 풍속 변경으로 변화하는 실내열교환기 온도(Te)를 실내열교환기 온도센서(22)에서 감지하여 감지된 실내열교환기 온도(Te)가 미리 정해진 동결해제온도(T3; 저온의 외기조건에서 실내열교환기의 동결방지 해제를 위한 기준온도, 약 10℃) 이상인지를 판단한다(S112).
실내열교환기 온도(Te)가 동결해제온도(T3) 미만이면 실외팬(13)의 강제 오프/온 제어와 실내팬(17)의 풍속 변경으로도 실내열교환기 온도(Te)를 올리지 못한 상태이므로 제어부(26)는 실내열교환기(16) 동결이라고 판단하여 마지막 보호 제어인 압축기(10)를 오프시켜 공기조화기의 냉방운전을 강제로 차단하는 제어를 수행한다. 이때 실외팬(13)은 오프되고 실내팬(17)은 최저풍속(LL)으로 운전한다(S114).(2차 동결방지)
압축기(10)와 실외팬(13)를 오프하고 실내팬(17)을 최저풍속(LL)으로 운전하 는 2차 동결방지 운전시간이 일정시간(C2;실내열교환기의 동결을 해제하기 위한 최저시간, 약 3분)을 유지하였는가를 판단하여(S116), 2차 동결방지 운전시간이 일정시간(C2)을 유지하지 않으면 상기 S114로 피드백하여 계속해서 2차 동결방지 운전을 수행한다.
한편, 상기 2차 동결방지 운전시간이 일정시간(C2)을 유지하면, 제어부(26)는 실내열교환기(16)의 동결이 어느 정도 해제된 상태라고 판단하여 압축기(10)의 오프로 변화한 실내열교환기 온도(Te)가 동결해제온도(T3) 이상인지를 다시 한번 판단한다(S118).
상기 압축기(10)의 오프로 변화한 실내열교환기 온도(Te)가 동결해제온도(T3) 미만이면 압축기(10)와 실외팬(13)를 오프하고 실내팬(17)을 최저풍속(LL)으로 운전하는 2차 동결방지 운전을 계속해서 수행하면서 2차 동결방지 운전시간이 일정시간(C3;실내열교환기의 동결을 해제하기 위한 최대시간, 약 5분)을 유지하였는가를 판단하여(S120), 2차 동결방지 운전시간이 일정시간(C3)을 유지하지 않으면 상기 S118로 피드백한다.
한편, 상기 2차 동결방지 운전시간이 일정시간(C3)을 유지하면, 제어부(26)는 실내열교환기(16)의 동결이 해제된 정상동작 상태라고 판단하여 압축기(10)와 실외팬(13)을 온 상태로 유지하고, 실내팬(17)을 설정풍속(UL)으로 운전한다(S122).(동결방지 해제)
이후, 냉방운전 오프인가를 판단하여(S124), 냉방운전 오프이면 동작을 종료하고 냉방운전 오프가 아니면 상기 S102로 피드백하여 S102 이하의 동작을 반복한 다.
또한, 상기 S112에서 실내열교환기 온도(Te)가 동결해제온도(T3) 이상이면 실외팬(13)의 강제 오프/온 제어와 실내팬(17)의 풍속 변경으로 실내열교환기(16)의 동결이 해제된 정상동작 상태라고 판단하여 상기 S122로 나아가 압축기(10)와 실외팬(13)을 온 상태로 유지하고, 실내팬(17)을 설정풍속(UL)으로 운전하는 정상적인 냉방운전을 수행한다(동결방지 해제).
또한, 상기 S118에서도 실내열교환기 온도(Te)가 동결해제온도(T3) 이상이면 마지막 보호제어인 압축기(10) 오프 제어로 실내열교환기(16)의 동결이 해제된 정상동작 상태라고 판단하여 상기 S122로 나아가 압축기(10)와 실외팬(13)을 온 상태로 유지하고, 실내팬(17)을 설정풍속(UL)으로 운전하는 정상적인 냉방운전을 수행한다(동결방지 해제).
상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 공기조화기 및 그 제어방법에 의하면, 저온의 외기조건(0℃의 온도영역)에서도 단속운전없이 연속적인 냉방운전이 가능하여 영하의 저온지역에서도 공기조화기의 사용을 가능하게 한다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 실내팬의 속도를 가변 제어함으로서 실외기측의 과도한 열교환을 방지하여 실내열교환기의 동결을 방지할 수 있기 때문에 냉방운전을 보다 효율적으로 제어할 수 있음은 물론, 실내열교환기의 동결로 문제가 되었던 압축기의 단속운전을 없애 압축기 오일 회수 및 압축기 기동실패 등의 문제를 해결할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 압축기의 운전을 제어하여 냉방 운전하는 공기조화기의 제어방법에 있어서,
    실내열교환기 온도를 감지하는 단계; 및
    감지된 실내열교환기 온도를 미리 정해진 제1기준온도와 비교하여 상기 실내열교환기 온도가 제1기준온도 범위이면 실내팬의 풍속을 제어하는 단계;를
    포함하는 공기조화기의 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1기준온도는 실내열교환기의 동결을 판정하기 위한 동결판정 온도조건인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 동결판정 온도조건은 실내열교환기 온도가 일정온도 이하에서 일정시간을 유지하였는지를 판단하기 위한 온도조건인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 실내팬의 풍속을 제어하는 단계는,
    사용자가 설정한 풍속의 상위풍속으로 실내팬의 속도를 제어하여 상기 실내 열교환기에서 동결이 발생되지 않는 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 실내열교환기 온도가 제1기준온도 범위이면 실외팬을 오프/온 제어하는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 실외팬을 오프/온 제어하는 단계는,
    미리 정해진 일정횟수동안 실외팬을 강제적으로 오프/온 제어하여 상기 실내열교환기에서 동결이 발생되지 않는 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 실내팬의 풍속 제어에 따라 변화하는 실내열교환기 온도를 감지하는 단계; 및
    감지된 실내열교환기 온도를 미리 정해진 제2기준온도와 비교하여 상기 실내열교환기 온도가 제2기준온도 이하이면 상기 압축기를 오프하는 단계;를
    더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2기준온도는 실내열교환기의 동결해제를 판정하기 위한 동결해제온도인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  9. 압축기의 운전을 제어하여 냉방 운전하는 공기조화기에 있어서,
    냉방운전 시 증발기로 작용하는 실내열교환기;
    상기 실내열교환기 온도를 감지하는 온도센서; 및
    감지된 실내열교환기 온도를 미리 정해진 제1기준온도와 비교하여 상기 실내열교환기 온도가 제1기준온도 범위이면 실내팬의 풍속을 제어하는 제어부;를
    포함하는 공기조화기.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자가 설정한 풍속의 상위풍속으로 실내팬의 속도를 제어하여 상기 실내열교환기에서 동결이 발생되지 않는 범위로 실내열교환기의 열교환 능력을 조절하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는 실내열교환기 온도가 제1기준온도 범위이면 미리 정해진 일정횟수동안 실외팬을 강제적으로 오프/온 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는 실내팬의 풍속 제어에 따라 변화하는 실내열교환기 온도를 미리 정해진 제2기준온도와 비교하여 상기 실내열교환기 온도가 제2기준온도 이하이면 압축기를 오프하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
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