KR100395918B1

KR100395918B1 - 공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100395918B1
Application number: KR10-2000-0086775A
Authority: KR
Inventors: 문중기; 김영만; 이정민; 문제명; 김종엽; 조일용
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-12-30
Publication date: 2003-08-27
Also published as: KR20010110974A

Abstract

본 발명의 공기조화기는 실외기와 다수의 실내기를 포함한다. 실외기는 펄스폭변조방식으로 제어되는 압축기와 응축기, 압축기 상류의 저압관에 설치된 어큐뮬레이터와 응축기의 하류의 고압관에 설치된 리시버를 포함한다. 실외기는 압축기 및 PWM밸브와 신호의 전달이 가능하게 연결된 실외제어부를 포함한다. 실외제어부는 실외 통신회로부와 연결되어 데이터를 송수신한다. 각 실내기는 실내제어부를 포함하고, 이 실내제어부의 입력포트에는 온도검지부와 온도설정부가 연결된다. 각 실내기는 실내제어부와 데이터 송수신이 가능하게 연결된 실내 통신회로부를 포함한다. 실내제어부는 온도검지부 및 온도설정부로부터 신호를 받아 냉방능력 및 실내온도와 설정온도의 차에 기초하여 실내기의 냉방요구능력을 산출한다. 산출된 각 실내기의 냉방요구능력은 통신회로부를 통해서 실외제어부로 전송되고, 실외제어부는 각 실내기의 냉방요구능력을 합산한 총 냉방요구능력을 계산하여 듀티제어신호를 생성하고 압축기 및 PWM 밸브를 제어한다.

Description

공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어방법{Air conditioner control system and control method thereof}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 더 상세하게는 펄스 폭 변조 방식의 압축기를 채용한 공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

공기조화기는 냉동사이클을 사용하여 주거용 건물이나 사무용 건물의 실내 온도와 습도와 같은 상태량을 조절함으로써 공기조화를 실현한다. 그러나 건물에서 거주하거나 활동하는 사람마다 희망조건이 다르고 실외 환경이 다르기 때문에 냉방요구능력은 수시로 변하게 된다. 특히 하나의 실외기에 다수의 실내기가 연결된 멀티에어컨(Multi-airconditioner)에서는 실내기마다 냉방요구능력이 다를 뿐만 아니라 대개의 경우 각 실내기는 독립적으로 운전되므로 모든 실내기의 냉방요구능력을 합산한 총 냉방요구능력도 역시 변하게 된다.

가변하는 냉방요구능력에 따라 용량(능력)을 가변시킬 수 있는 압축기로서 회전수 가변형 압축기가 공지되어 있다. 이러한 회전수 가변형 압축기는 인버터 제어를 통해 모터에 인가되는 전류의 주파수를 변화시켜 모터의 회전수를 제어함으로써 압축기의 용량을 냉방요구능력의 변화에 맞게 조정한다. 그러나 종래의 회전수 가변형 압축기는 냉방요구능력에 따라 회전하고 있는 모터를 직접 제어해야 하므로양호한 응답성과 정확성으로 모터의 회전수를 제어하기 어려운 문제점이 있었다. 또한 모터의 회전수가 수시로 변하기 때문에 이로 인한 진동과 소음이 발생하여 모터와 압축기의 수명이 단축되고 전체적으로 기계적 신뢰성이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.

또한 모터에 인가되는 전류의 주파수를 변환시키기 위해서는 고가이면서 복잡한 구조의 회로장치가 필요할 뿐만 아니라, 여기서 소비되는 전력이 크기 때문에 일반적인 압축기보다 효율이 떨어지는 단점도 있었다. 특히 회전수 가변형 압축기에서는, 최초 투입된 상용의 AC 입력전원은 컨버터 장치에서 DC 전원으로 변화되고 다시 컨버터 장치에서 필요로 하는 주파수의 AC 전원으로 변화되는 등 수 차례에 걸쳐 입력전원의 변화과정이 요구되므로 회로 구성이 매우 복잡해지고 전자 노이즈가 많이 발생한다.

한편, 건물이 대형화함에 따라 하나의 실외기에 연결된 실내기의 수가 늘어나게 되고, 이로 인해 총 냉방요구능력도 증가하는 경향에 있다. 그러나 회전수 가변형 압축기는 대용량에서는 제어가 어렵고, 효율이 떨어지며, 전체 사이즈가 커지고, 비용이 많이 드는 등의 문제점이 있기 때문에 하나의 회전수 가변형 압축기로 대용량의 요구조건을 만족시키기는 곤란하다. 따라서 대용량의 요구조건 하에서는 2개 이상의 압축기를 사용하게 되고, 이 경우 통상적으로 회전수 가변형 압축기와 함께 모터가 일정한 속도로 회전하는 표준형 압축기를 같이 사용하게 된다. 이렇게 복수의 압축기를 사용할 경우 실외기의 전체 크기가 매우 커지고 이에 따라 취급이 곤란하였다.

다른 형태의 능력가변형 압축기로 펄스 폭 변조 방식의 압축기(Pulse Width Modulated Compressor)가 미국 특허 6, 047, 557호와 일본 특개평8-334094호에 개시되어 있다. 그러나 이러한 압축기는 다수의 냉장실 또는 냉동실을 가진 냉장시스템에 사용되는 것으로 압축기와 증발기 사이의 냉매관의 길이가 짧은 단배관에 사용되는 것을 전제로 하고 있다. 따라서 필연적으로 장배관일 수밖에 없고 또한 제어환경이 냉장시스템과는 다른 건물의 공기조화시스템에는 그대로 적용할 수가 없다. 또한 위 선행 자료에는 펄스폭 변조 방식의 압축기를 공기조화기 특히 멀티 에어컨에 응용하기 위한 제어 시스템이나 제어방법이 전혀 개시되어 있지 않다.

본 발명은 상술한 배경 하에 이루어진 것으로, 실내기와 실외기가 비교적 멀리 떨어져 있고 하나의 실외기에 다수의 실내기가 연결된 건물용 공기조화기에 적합하도록 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 압축기를 채용한 공기조화기의 제어 시스템과 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 각 실내기의 냉방요구능력을 각 실내기에서 계산하여 실외기로 전송하고 실외기에서 총 냉방요구능력을 계산함으로써 효과적으로 냉방요구능력을 계산해 내고, 계산된 냉방요구능력에 따라 펄스 폭 변조 방식의 압축기를 효과적으로 능력 가변시킬 수 있는 공기조화기의 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 펄스 폭 변조 방식의 압축기와 함께 다수의 증발기를 포함한 냉동사이클을 건물의 공기조화에 적합하도록 효과적으로 구성시킨 공기조화기의 제어 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기 제어 시스템의 냉동 사이클 구성도이다.

도 2a는 본 발명의 공기조화기에 채용된 펄스 폭 변조 방식의 압축기의 로딩 상태를 도시한 것이고, 도 2b는 언로딩 상태를 도시한 것이다.

도 3은 도 2의 압축기의 운전 중에 로딩 및 언로딩과 냉매 토출량과의 관계를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 공기조화기 제어 시스템의 전체 블록도이다.

도 5는 본 발명의 공기조화기 제어 시스템 및 그 제어 방법에 사용되는 실내온도와 설정온도의 차와 보정계수와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 6a는 본 발명에 따른 공기조화기의 실내제어부에서 이루어지는 제어과정을 도시한 흐름도이다.

도 6b는 본 발명에 따른 공기조화기의 실외제어부에서 이루어지는 제어과정을 도시한 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

2: 압축기 5: 증발기

8: 실외기 9: 실내기

26: PWM밸브 27: 실외제어부

28: 실외통신회로부 29: 실내제어부

30: 온도검지부 32: 실내통신회로부

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기조화기 제어 시스템은, 실외기에 설치되며 작동 중에 냉매가 토출되는 로딩타임과 냉매가 토출되지 않는 언로딩타임이 반복되며, 상기 로딩타임과 언로딩타임이 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 압축기, 상기 압축기와 유체 흐름이 가능하게 연결된 응축기, 상기 압축기 및 응축기와 유체흐름이 가능하게 연결된 증발기가 각각 설치된 복수의 실내기, 상기 실내기의 냉방요구능력을 산출하는 실내제어부, 상기 실내제어부로부터 전송된 냉방요구능력에 따라 상기 압축기의 로딩타임과 언로딩타임을 제어하기 위한 듀티제어신호를 생성하여 상기 듀티제어신호에 따라 상기 압축기의 용량을 조정하는 실외제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 공기조화 제어 시스템은, 작동 중에 냉매가 토출되는 로딩타임과 냉매가 토출되지 않는 언로딩타임이 반복되며, 상기 로딩타임과 언로딩타임이 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 압축기, 상기 압축기와 유체 흐름이 가능하게 연결된 응축기, 상기 압축기 및 응축기와 유체흐름이 가능하게 연결된 증발기, 공기조화 대상공간의 실내온도를 센싱하기 위한 온도센서, 상기 온도센서에 의해 센싱된 실내온도와 공기조화 대상공간의 희망온도로 설정된 설정온도와의 차에 기초하여 냉방요구능력을 산출하고, 산출된 냉방요구능력에 따라 상기 압축기의 로딩타임과 언로딩타임을 제어하기 위한 듀티제어신호를 생성하여 상기 듀티제어신호에 따라 상기 압축기의 용량을 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 공기조화기 제어 시스템은, 작동 중에 냉매가 토출되는 로딩타임과 냉매가 토출되지 않는 언로딩타임이 반복되며, 상기 로딩타임과 언로딩타임이 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 압축기와, 상기 압축기를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 실내기로부터 전송된 냉방요구량의 함수인 듀티제어신호를 생성하고 상기 듀티제어신호에 따라 상기압축기의 용량을 조정하며, 상기 듀티제어신호는 상기 압축기에서 냉매를 토출하는 상기 로딩 타임과 냉매를 토출하지 않는 상기 언로딩 타임을 결정하도록 생성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 압축기가 설치된 실외기와 증발기가 설치된 다수의 실내기를 포함하는 공기조화기의 제어 방법으로, 각 실내기의 제어 하에서 상기 실내기의 냉방요구능력을 산출하는 단계, 상기 단계에서 산출된 냉방요구능력을 상기 실외기로 전송하는 단계, 실외기의 제어 하에서 상기 단계에서 전송된 각 실내기의 냉방요구능력을 총합하는 단계, 상기 단계에서 총합된 냉방요구능력의 함수인 듀티 제어 신호를 생성하고, 상기 듀티 제어 신호에 따라 상기 압축기의 용량을 조정하는 단계를 포함하고, 상기 듀티제어신호는 상기 압축기에서 냉매를 토출하는 로딩 타임과 냉매를 토출하지 않는 언로딩 타임을 결정하도록 생성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 펄스 폭 변조 방식으로 제어되는 압축기와 조화대상 공간에 설치된 증발기를 포함하는 공기조화기의 제어 방법으로, 공기조화 대상공간의 실내온도를 감지하는 단계, 상기 단계에서 감지된 실내온도와 공기조화 대상공간의 희망온도로 미리 설정된 설정온도의 차를 구하는 단계, 상기 단계에서 구해진 차이 값에 기초하여 냉방요구능력을 산출하는 단계, 상기 단계에서 산출된 냉방요구능력의 함수인 듀티 제어 신호를 발생시켜 상기 압축기의 용량을 상기 듀티 제어신호에 따라 조정하는 단계를 포함하고, 상기 듀티제어신호는 상기 압축기에서 냉매를 토출하는 로딩타임과 냉매를 토출하지 않는 언로딩타임을 결정하도록 생성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시례를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 공기조화기의 사이클 구성도이다. 본 발명의 공기조화기(1)는 폐회로를 구성하도록 냉매관에 의해 순차적으로 연결된 압축기(2), 응축기(3), 전동팽창밸브(4), 그리고 증발기(5)를 포함한다. 냉매관 중에서 압축기(2)의 토출측과 전동팽창밸브(4)의 유입측을 연결하는 냉매관은 압축기(2)에서 토출된 고압 냉매의 흐름을 안내하는 고압관(6)이고, 전동팽창밸브(4)의 유출측과 압축기(2)의 흡입측을 연결하는 냉매관은 전동팽창밸브(4)에서 팽창된 저압 냉매의 흐름을 안내하는 저압관(7)이다. 응축기(3)는 고압관(6)의 중도에 설치되고, 증발기(5)는 저압관(7)의 중도에 설치된다. 압축기(2)가 운전하면 냉매는 실선 화살표 방향으로 흐른다.

한편, 본 발명의 공기조화기(1)는 실외기(8)와 실내기(9)를 포함한다. 실외기(8)는 전술한 압축기(2)와 응축기(3)를 포함하며, 압축기(2) 상류의 저압관(7)에 설치된 어큐뮬레이터(10)와 응축기(3)의 하류의 고압관(6)에 설치된 리시버(11)를 포함한다. 어큐뮬레이터(10)는 증발기(5)에서 미처 증발하지 못한 액냉매를 모아 기화시켜 압축기(2)로 유입되게 하는 역할을 한다. 즉 증발기(5)에서 완전한 증발이 이루어지지 않을 경우 어큐뮬레이터(10)로 들어오는 냉매는 액체와 기체 상태의 혼합인데, 어큐뮬레이터(10)는 액상의 냉매를 기화시켜 기체 상태의 냉매(가스 냉매)만이 압축기로 흡입되도록 한다. 이를 위해 어큐뮬레이터(10) 내부의 냉매관 입구단과 냉매관 출구단은 어큐뮬레이터(10) 내의 상부에 위치하는 것이 바람직하다.

유사하게 응축기(3)에서 완전한 응축이 이루어지지 않을 경우 리시버(11)로 들어오는 냉매는 액상과 기상의 혼합이다. 리시버(11)는 액상의 냉매과 기상의 냉매를 분리하여 액상의 냉매만을 유출하도록 구성되는데, 이를 위해 리시버(11)의 내부의 냉매관 입구단과 출구단은 리시버(11) 내부의 하측까지 연장된다.

리시버(11) 내부의 기체 상태의 냉매를 바이패싱하기 위해 리시버(11)와 어큐뮬레이터(10) 상류의 저압관(7)을 연결시키는 벤트바이패스관(12)이 마련된다. 벤트바이패스관(12)의 입구단은 리시버(11)의 상측에 마련되어 기상의 냉매만이 유입되게 하며 중도에는 벤트밸브(13)가 마련되어 바이패싱되는 가스 냉매의 유량을 조절한다. 도 1의 이점쇄선 화살표는 벤트바이패스관(12)을 흐르는 가스 냉매의 유동방향을 나타낸다.

리시버(11)에서 나온 고압관은 어큐뮬레이터(10)를 통과하도록 구성된다. 이는 이 고압관을 통과하는 상대적으로 높은 온도의 냉매를 이용하여 어큐뮬레이터(10) 내의 저온의 액상 냉매를 기화시키기 위한 것이다. 어큐뮬레이터(10)에서의 기화를 효과적으로 수행하기 위해 어큐뮬레이터(10) 내부의 저압 냉매관은 U 형상으로 형성되고, 어큐뮬레이터(10)를 통과하는 고압 냉매관은 U 형 저압 냉매관의 내부를 통과하도록 배치된다.

또한 실외기(8)는 압축기(2)와 응축기(3) 사이의 고압관과 어큐뮬레이터(10)를 연결하는 핫가스바이패스관(14)과 리시버(11)의 하류와 어큘뮬레이터(10)의 상류를 연결하는 리퀴드바이패스관(15)을 포함한다. 핫가스바이패스관(14)의 중도에는 핫가스밸브(16)가 설치되어 바이패스되는 핫가스의 유량을 조절하고 리퀴드바이패스관(15)의 중도에는 리퀴드밸브(17)가 설치되어 바이패스되는 액냉매의 유량을 조절한다. 따라서 핫가스밸브(16)가 개방되면 압축기(2)에서 나온 핫가스의 일부는 핫가스바이패스관(14)을 따라 점선 화살표 방향으로 흐르고, 리퀴드밸브(17)가 개방되면 리시버(11)에서 나온 액냉매의 일부는 리퀴드바이패스관(15)을 따라 일점쇄선 화살표 방향으로 흐른다.

실내기(9)는 여러 개가 병렬로 배치되며, 각 실내기(9)는 전동팽창밸브(4)와 증발기(5)를 포함한다. 따라서 하나의 실외기(8)에 여러 개의 실내기(9)가 연결된 형태를 취한다. 그리고 각 실내기(9)의 용량과 형태는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

도 2a와 2b에 도시된 바와 같이, 압축기로는 펄스폭 변조방식으로 제어되는 능력가변형 압축기(2)가 사용된다. 압축기(2)는 흡입구(18)와 토출구(19)가 마련된 케이싱(20)과, 이 케이싱(20) 내부에 설치된 모터(21)와, 이 모터(21)의 회전력를 받아 회전하는 선회스크롤(22)과, 선회스크롤(22)과의 사이에 압축실(23)을 형성하는 고정스크롤(24)을 포함한다. 케이싱(20)에는 고정스크롤(24)의 상측과 흡입구(18)를 연결하는 바이패스관(25)이 설치되고, 이 바이패스관(25)에는 솔레노이드 밸브 형태의 PWM밸브(Pulse Width Modulated Valve; 26))가 설치된다. 도 2a는 PWM밸브(26)가 오프되어 바이패스관(25)을 막고 있는 상태를 도시한 것으로, 이 상태에서는 압축기(2)는 압축된 냉매를 토출한다. 이러한 상태를 로딩(loading)이라 하고 이때 압축기(2)는 100%의 용량으로 운전한다. 도 2b는 PWM밸브(26)가 온되어 바이패스관(25)을 열고 있는 상태를 도시한 것으로, 이때 냉매는 압축기(2)에서 토출되지 않는다. 이러한 상태를 언로딩(unloading)이라 하고 압축기(2)는 0%의 용량으로 운전하게 된다. 로딩 상태이든 언로딩 상태이든 압축기(2)에는 전원이 공급되고 모터(21)는 일정한 속도로 회전한다. 압축기(2)에 전원공급이 차단되면 모터(21)는 회전하지 않고 압축기(2)의 운전은 정지된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(2)는 운전하는 동안에 일정한 주기로 로딩과 언로딩을 반복한다. 그리고 각 주기에서 로딩 타임과 언로딩 타임은 냉방요구능력에 따라 변하며, 로딩 타임에서 압축기(2)는 냉매를 토출하므로 증발기(5)의 온도는 하강하고, 언로딩 타임에서 압축기(2)는 냉매를 토출하지 않으므로 증발기(5)의 온도는 상승한다. 도 3에서 빗금친 부분의 면적은 냉매 토출량을 나타낸다. 로딩 타임과 언로딩 타임을 제어하는 신호를 듀티 제어 신호라 한다. 본 발명의 실시례에서 주기는 일정하게 예를 들어 20초로 정해 놓고 실내기(9)의 총 냉방요구능력에 따라 로딩 타임과 언로딩 타임을 변화시켜 압축기(2)의 능력을 가변시키는 방식을 취한다.

도 4는 본 발명에 따른 공기조화기 제어 시스템의 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실외기(8)는 압축기(2) 및 PWM밸브(26)와 신호의 전달이 가능하게 연결된 실외제어부(27)를 포함한다. 실외제어부(27)는 실외 통신회로부(28)와 연결되어 데이터를 송수신한다. 각 실내기(9)는 실내제어부(29)를 포함하고, 이 실내제어부(29)의 입력포트에는 온도검지부(30)와 온도설정부(31)가 연결되고, 출력포트에는 전동팽창밸브(4)가 연결된다. 온도검지부(30)는 조화공간인 실내의 온도를 센싱하는 온도센서이며, 온도검지부(30)에 의해 센싱된 온도에 기초하여 냉방요구능력이 산출된다. 온도센서 대신에 냉매의 압력을 센싱하는 압력센서를 사용할 수도 있으며, 이러한 온도센서와 압력센서는 실내기의 냉방요구능력 즉 부하를 산출하기 위한 부하센서이다. 각 실내기(9)는 실내제어부(29)와 데이터 송수신이 가능하게 연결된 실내 통신회로부(32)를 포함한다. 실외 통신회로부(28)와 실내 통신회로부는(32) 유선 또는 무선으로 데이터 송수신이 가능하게 설치되어 있다.

실내제어부(29)는 온도검지부(30) 및 온도설정부(31)로부터 신호를 받아 실내온도와 설정온도의 차에 기초하여 실내기(9)의 냉방요구능력을 산출한다. 또한 실내제어부(29)는 자신의 냉방능력에 대한 정보를 가지고 있으며, 냉방요구능력을 산출할 때 실내온도와 설정온도의 차 및 자신의 냉방능력 양자에 기초하여 냉방요구능력을 산출할 수도 있고 실내기의 냉방능력만에 기초하여 냉방요구능력을 산출할 수도 있다.

실내제어부(29)가 자신의 냉방능력만에 기초하여 냉방요구능력을 산출할 경우 자신의 냉방능력이 냉방요구능력이 된다. 여기서 냉방능력은 표 1에 예시된 바와 같이 능력코드 값으로 환산되어 적용된다.

[표 1]

	실내기1	실내기2	실내기3	실내기4	실내기5	실내기6	전체실내기
냉방능력(kcal/hr)	6200	3550	2800	2800	1800	1800	18900
능력코드	62	35	28	28	18	18	189

표 1의 예는 7.5마력의 압축기에 6개의 실내기가 연결된 경우로써 능력코드는 각 실내기 냉방능력의 배수가 되도록 정해진다.

실내온도와 설정온도의 차 및 자신의 냉방능력을 모두 고려하여 실내기의 냉방요구능력을 산출할 경우에는 실내온도와 설정온도와의 차에 기초하여 정해지는 보정계수와 표 1에서 얻어진 능력코드를 곱한 값이 냉방요구능력이 된다. 보정계수 △Q/3 은 도 5에 의해 정해진다.

도 5에 도시된 바와 같이, △Q는 실내온도와 설정온도의 차에 기초하여 정해지며, 동일한 온도 차이일 경우에도 실내온도가 내려가고 있을 때와 실내온도가 올라가고 있을 때의 보정계수는 달라진다. 예를 들어 실내온도가 내려가고 있을 때 실내온도가 설정온도보다 높으면 △Q는 3이고 실내온도가 설정온도보다 1℃ 이하로 낮으면 △Q는 2이고, 1℃ 이상 낮으면 △Q는 0이다. △Q가 0일 경우 전동팽창밸브(5)는 닫는다. 전동팽창밸브(5)가 닫히면 실내기(9)로 냉매가 흐르지 못한다. 실내온도가 올라가서 실내온도와 설정온도의 차이가 없으면 전동팽창밸브(5)를 열고, 실내온도가 더 올라가 실내온도가 설정온도보다 1℃ 이하로 높으면 △Q는 2이고 1℃ 이상으로 높으면 △Q는 3이다.

이렇게 산출된 각 실내기의 냉방요구능력은 통신회로부(28)(32)를 통해서 실외제어부(27)로 전송되고, 실외제어부(27)는 각 실내기(9)의 냉방요구능력을 합산한 총 냉방요구능력을 계산하여 압축기(2) 및 PWM 밸브(26)를 제어한다. 표 2는 20초 주기에서 총 냉방요구능력에 따라 설정된 로딩 타임과 언로딩 타임을 보여준다.

[표 2]

로딩타임(초)	언로딩타임(초)	총냉방요구능력	로딩타임(초)	언로딩타임(초)	총냉방요구능력
20	0	157.5↑	10	10	84.5-94.4
18	2	148.5-157.4	9	11	74.5-84.4
17	3	138.5-148.4	8	12	63.5-74.4
16	4	132.5-138.4	7	13	51.5-63.4
15	5	126.5-132.4	6	14	40.5-51.4
14	6	120.5-126.4	5	15	28.5-40.4
13	7	114.5-120.4	4	16	19.5-28.4
12	8	104.5-114.4	3	17	10.5-19.4
11	9	94.5-104.4	2	18	10.4↓

다음은 도 6a와 6b를 참조하여 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 방법을 설명한다.

도 6a를 참조하여 실내기(9)에서 제어과정을 설명하면, 실내제어부(27)에서실내기(9)가 온(on) 상태인지를 판단한다(S101). 실내기(9)가 온 상태이면 온도검지부(30)를 통해 실내온도를 검지하고(S102), 온도설정부(31)를 통해 설정온도를 검지하여(S103), 실내온도와 설정온도의 차이를 구한다(S104).

다음에 실내기(9)의 냉방능력과 위에서 구한 실내온도와 설정온도의 차이에 기초하여 실내기(9)의 냉방요구능력을 산출한다(105). 이 단계에서 실내기(9)의 냉방능력은 위 표 1에서와 같이 능력코드 값으로 환산되어 적용된다. 실내기(9)의 냉방요구능력은 위의 능력코드 값과 실내온도와 설정온도의 차이에 의해 정해지는 보정계수를 곱한 값이다. 보정계수 △Q/3 은 위에서 설명한 대로, 도 5에 의해 정해진다. 이렇게 산출된 각 실내기의 냉방요구능력은 통신회로부(28)(32)를 통해서 실외제어부(27)로 전송된다(S106). 단계 101에서 실내기(9)가 오프(off) 상태이면 실내기 냉방요구능력은 0이 되고(S107), 이 값이 실외기로 전송된다.

도 6b를 참조하여 실외기(8)에서 제어 과정을 설명하면, 먼저 각 실내기(9)로부터 전송된 냉방요구능력을 합산하여 총 냉방요구능력을 구한다(S201). 이어서 총 냉방요구능력이 0이면 압축기(2)를 정지시키고(S206), 0이 아니면 압축기(2)를 운전한다. 압축기(2)를 운전 할 경우에는 위에서 구한 총 냉방요구능력에 따라 듀티제어신호를 생성하고(S204), 이어서 생성된 듀티제어신호에 따라 PWM밸브의 온, 오프 제어한다. 듀티제어신호는 로딩 타임과 언로딩 타임을 결정하는 신호를 말하며, 이러한 로딩 타임과 언로딩 타임은 표 2에서와 같이 총 냉방요구능력에 따라 정해진다. 듀티제어신호 즉 로딩 타임과 언로딩 타임이 정해지면 실외제어부(29)는 듀티제어신호에 따라 PWM밸브를 제어한다(S205).

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기의 제어 시스템과 그 제어방법에 의하면, 펄스 폭 변조 방식의 압축기를 사용하여 공기조화기의 능력을 제어함으로써 하나의 실외기에 다수의 실내기가 연결된 공기조화기와 같은 대용량의 냉방부하능력에 대해서도 효율적으로 제어를 수행할 수 있다.

또한 실외기와 실내기에 통신회로부를 마련하여 각 실내기에서 냉방요구능력을 산출하여 실외기에 전송하는 방식을 취하므로 비교적 멀리 떨어져 있는 대형 건물의 공기조화에 효율적으로 이용될 수 있다.

또한, 각 실내기의 냉방요구능력을 각 실내기에서 계산하여 실외기로 전송하고 실외기에서 총 냉방요구능력을 계산함으로써 효과적으로 냉방요구능력을 계산해 내고, 계산된 냉방요구능력에 따라 미리 정해진 로딩 타임과 언로딩 타임의 듀티제어신호를 생성함으로써 펄스 폭 변조 방식의 압축기를 효과적으로 능력 가변시킬 수 있다.

또한, 펄스 폭 변조 방식의 압축기를 사용한 본 발명의 공기조화기 제어 시스템은, 회전하고 있는 모터를 제어하는 회전수 가변형 압축기와는 달리, 압축기의 운전능력이 변하더라도 모터는 일정속도로 회전하므로 제어 응답성이 좋고 모터의 회전수 변화로 인한 진동과 소음이 발생하지 않아 모터와 압축기의 수명이 연장되고 전체적으로 기계적 신뢰성이 향상된다. 또한 모터에 인가되는 전류의 주파수를 변환시킬 필요가 없으므로 제어 회로의 구조가 간단하고 소비 전력이 낮은 이점이 있다.

Claims

실외기에 설치되며, 작동 중에 냉매가 토출되는 로딩타임과 냉매가 토출되지 않는 언로딩타임이 반복되며, 상기 로딩타임과 언로딩타임이 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 압축기,

상기 압축기와 유체 흐름이 가능하게 연결된 응축기,

상기 압축기 및 응축기와 유체흐름이 가능하게 연결된 증발기가 각각 설치된 복수의 실내기,

상기 실내기의 냉방요구능력을 산출하는 실내제어부,

상기 실내제어부로부터 전송된 냉방요구능력에 따라 상기 압축기의 로딩타임과 언로딩타임을 제어하기 위한 듀티제어신호를 생성하여 상기 듀티제어신호에 따라 상기 압축기의 용량을 조정하는 실외제어부를 포함하는 공기조화기 제어 시스템.
제1항에서,

상기 각각의 실내기는 상기 실내제어부에서 산출한 냉방요구능력을 송신하는 실내 통신회로부를 포함하고, 상기 실외기는 상기 실내 통신회로부에서 송신된 데이터를 수신하여 상기 실외제어어부로 전송하는 실외 통신회로부를 포함하는 공기조화 제어 시스템.
제1항에서,

상기 실내제어부는 각각의 실내기마다 설치되고, 상기 실외제어부는 각각의 실내제어부에서 송신된 냉방요구능력을 합산한 총 냉방요구능력에 따라 상기 압축기의 능력을 가변시키는 공기조화기 제어 시스템.
제1항에서,

상기 실내기는 실내온도를 센싱하는 온도센서를 포함하고, 상기 실내제어부는 감지된 실내온도와 미리 설정된 설정온도와의 차에 기초하여 냉방요구능력을 산출하는 공기조화기 제어 시스템.
제1항에서,

상기 실내기는 실내온도를 센싱하는 온도센서를 포함하고, 상기 실내제어부는 감지된 실내온도와 미리 설정된 설정온도와의 차 및 자신의 냉방능력에 기초하여 냉방요구능력을 산출하는 공기조화기 제어 시스템.
제5항에서,

상기 냉방요구능력은 감지된 실내온도와 설정온도의 차에 의해 정해지는 보정계수와 냉방능력의 배수인 능력코드를 곱한 값인 공기조화기 제어 시스템.
제6항에서

상기 보정계수는 실내온도가 내려갈 때가 실내온도가 올라갈 때보다 더 높은 값을 갖는 공기조화기 제어 시스템.
제1항에서,

상기 압축기의 용량은 100%와 0%인 공기조화기 제어 시스템.
제1항에서,

상기 실내기는 다수 개가 병렬로 배치된 것을 특징으로 하는 공기조화기 제어 시스템.
제1항에서,

상기 실외기는 상기 압축기 상류의 저압관에 설치된 어큐뮬레이터와 상기 응축기의 하류의 고압관에 설치된 리시버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 시스템.
제10항에서,

상기 실외기는 상기 리시버와 어큐뮬레이터 상류의 저압 냉매관을 연결시키는 벤트바이패스관과 상기 벤트바이패스관의 중도에 마련된 벤트밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 시스템.
제11항에서,

상기 어큐뮬레이터 내부의 저압 냉매관은 U 형상으로 형성되고, 상기 리시버에서 나와 상기 어큐뮬레이터를 통과하는 고압 냉매관은 U 형 저압 냉매관의 내부를 통과하도록 배치된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 시스템.
제10항에서,

상기 실외기는 상기 압축기와 상기 응축기 사이에서 분기되어 상기 어큐뮬레이터를 연결하는 핫가스바이패스관과 상기 핫가스바이패스관의 중도에 설치된 핫가스밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 시스템.
제10항에서

상기 실외기는 상기 리시버의 하류와 상기 어큘뮬레이터의 상류를 연결하는 리퀴드바이패스관과 상기 리퀴드바이패스관의 중도에 설치된 리퀴드밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 시스템.
작동 중에 냉매가 토출되는 로딩타임과 냉매가 토출되지 않는 언로딩타임이 반복되며, 상기 로딩타임과 언로딩타임이 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 압축기,

상기 압축기와 유체 흐름이 가능하게 연결된 응축기,

상기 압축기 및 응축기와 유체흐름이 가능하게 연결된 증발기,

공기조화 대상공간의 실내온도를 센싱하기 위한 온도센서,

상기 온도센서에 의해 센싱된 실내온도와 공기조화 대상공간의 희망온도로 설정된 설정온도와의 차에 기초하여 냉방요구능력을 산출하고, 산출된 냉방요구능력에 따라 상기 압축기의 로딩타임과 언로딩타임을 제어하기 위한 듀티 제어신호를 생성하여 상기 듀티제어신호에 따라 상기 압축기의 용량을 조정하는 제어부를 포함하는 공기조화기 제어 시스템.
제15항에서,

상기 압축기의 2개의 상태의 용량은 각각 100%와 0%인 공기조화기 제어 시스템.
제15항에서,

상기 제어부는 상기 증발기의 냉방능력도 고려하여 냉방요구능력을 산출하는 공기조화기 제어 시스템.
제15항에서,

상기 증발기는 다수개가 병렬로 연결된 공기조화기의 제어시스템.
삭제
작동 중에 냉매가 토출되는 로딩타임과 냉매가 토출되지 않는 언로딩타임이 반복되며, 상기 로딩타임과 언로딩타임이 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 압축기와, 상기 압축기를 제어하는 제어부를 포함하고,

상기 제어부는 실내기로부터 전송된 냉방요구량의 함수인 듀티제어신호를 생성하고 상기 듀티제어신호에 따라 상기압축기의 용량을 조정하며,

상기 듀티제어신호는 상기 압축기에서 냉매를 토출하는 상기 로딩 타임과 냉매를 토출하지 않는 상기 언로딩 타임을 결정하도록 생성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기 제어 시스템.
제20항에서,

상기 로딩 타임에서 상기 압축기의 용량은 100%이고, 상기 언로딩 타임에서 압축기 용량은 0%인 것을 특징으로 하는 공기조화기 제어 시스템.
펄스폭 변조 방식으로 제어되는 압축기가 설치된 실외기와 증발기가 설치된 다수의 실내기를 포함하는 공기조화기의 제어 방법으로,

각 실내기의 제어 하에서 상기 실내기의 냉방요구능력을 산출하는 단계,

상기 단계에서 산출된 냉방요구능력을 상기 실외기로 전송하는 단계,

실외기의 제어 하에서 상기 단계에서 전송된 각 실내기의 냉방요구능력을 총합하는 단계,

상기 단계에서 총합된 냉방요구능력의 함수인 듀티 제어 신호를 생성하고, 상기 듀티 제어 신호에 따라 상기 압축기의 용량을 조정하는 단계를 포함하고,

상기 듀티제어신호는 상기 압축기에서 냉매를 토출하는 로딩 타임과 냉매를 토출하지 않는 언로딩 타임을 결정하도록 생성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기 제어 방법.
제22항에서,

상기 실내기의 냉방요구능력 산출단계에서 상기 실내기의 냉방요구능력은 자신의 냉방능력에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 방법.
제22에서,

상기 실내기의 냉방요구능력 산출단계에서 상기 실내기의 냉방요구능력은 자신의 냉방능력과 실내온도와 설정온도의 차에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 방법.
제24항에서,

상기 실내기의 냉방요구능력은 자신의 냉방능력의 배수인 능력코드 값과 실내온도와 설정온도의 차에 의해 정해지는 보정계수를 곱한 값인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 방법.
제25항에서,

상기 보정계수는 실내온도가 내려갈 때가 실내온도가 올라갈 때보다 더 높은 값을 갖는 공기조화기 제어 방법.
제22항에서,

상기 냉방요구능력 전송 단계는 상기 실내기의 통신회로부에서 상기 실외기의 통신회로부로 전송되는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 방법.
삭제
제22항에서,

상기 로딩 타임에서 상기 압축기의 용량은 100%이고, 상기 언로딩 타임에서 압축기 용량은 0%인 것을 특징으로 하는 공기조화기 제어 방법.
펄스폭 변조 방식으로 제어되는 압축기와 조화대상 공간에 설치된 증발기를 포함하는 공기조화기의 제어방법으로,

공기조화 대상공간의 실내온도를 감지하는 단계,

상기 단계에서 감지된 실내온도와 공기조화 대상공간의 희망온도로 미리 설정된 설정온도의 차를 구하는 단계,

상기 단계에서 구해진 차이 값에 기초하여 냉방요구능력을 산출하는 단계,

상기 단계에서 산출된 냉방요구능력의 함수인 듀티 제어 신호를 발생시켜 상기 압축기의 용량을 상기 듀티 제어신호에 따라 조정하는 단계를 포함하고,

상기 듀티제어신호는 상기 압축기에서 냉매를 토출하는 로딩 타임과 냉매를 토출하지 않는 언로딩 타임을 결정하도록 생성되는 것을 특징으로 하는 공기조화기 제어 방법.
제30항에서,

상기 냉방요구능력 산출단계는, 상기 실내온도와 설정온도의 차에 의해 정해지는 보정계수를 구하여 상기 증발기의 냉방능력의 배수로 정해지는 능력코드 값과 곱하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어 방법.
제31항에서,

상기 보정계수는 실내온도가 내려갈 때가 실내온도가 올라갈 때보다 더 높은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 공기조화기 제어 방법.