KR101936215B1 - 공기 조화기의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 방법은, 냉동 사이클의 응축기 출구에서의 목표 압력을 설정하는 단계; 현재의 응축기 출구 압력을 측정하여 압력 오차 및 오차 기울기를 산출하는 단계; 산출된 압력 오차와 오차 기울기 값에 대응하는 실외팬의 온오프 타임을 추출하는 단계; 및 추출된 결과에 따라 실외팬의 온오프가 제어되는 단계를 포함한다.

Description

공기 조화기의 제어 방법{Control method for air conditioning apparatus}

본 발명은 공기 조화기의 제어 방법에 관한 것이다.

저온 냉방은 봄 가을과 같이 실외 온도가 낮은 조건에서 냉방 운전이 가능하도록 하는 기능이다.

실외 온도가 낮은 경우 실외 열교환이 과다하게 일어나기 때문에, 냉동 사이클이 온도가 낮은 방향으로 이동하여 신뢰성에 문제가 발생한다. 이 때, 실외팬의 구동을 제어하여 열교환량을 줄이면 실외 온도가 낮은 조건에서도 냉방 운전이 가능하다.

이와 같이 저온 냉방이 원활하게 이루어지도록 하기 위하여 일반적으로는 실외기 출구 배관의 냉매 온도를 감지하여 실외팬의 속도를 조절하거나 팬의 온오프를 조절하는 방법이 많이 사용되고 있다.

구체적으로 한국 공개특허 제2006-0035242호를 보면, 실외 열교환기의 출구측 온도를 감지하여 실외팬의 속도를 조절하거나, 온오프를 제어하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 실외기의 온도를 감지하여 실외팬을 제어하는 종래의 저온 냉방 제어는 다음과 같은 문제점이 있다.

상세히, 실외팬의 모터가 속도조절이 가능한 BLDC 모터인 경우, 모터의 수명을 고려하여 제어 가능한 회전속도(RPM)의 범위가 설정된다. 즉, 하한 속도와 상한 속도가 주어진다. 저온 냉방 상황에서는 실외기의 열교환량이 과도하여 실외팬의 회전 속도를 하한 속도 미만으로 설정해야 하는 상황이 발생한다. 이 경우, 실외팬의 속도 조절로는 제어가 불가능하여 실외팬을 온오프 조절해야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 실외팬의 온오프를 제어하는 방식으로 저온 냉방을 수행할 경우, 팬의 작동 유무에 따라 실외 배관의 온도 편차가 심하게 되어, 전체적으로 사이클의 난조(hunting)가 발생하며, 그 결과 냉동 사이클의 신뢰성에 타격을 주게 되는 단점이 있다.

또한, 기존의 냉동 사이클의 경우 실외기 출구측 냉매 온도를 감지하여 실외팬의 동작을 제어하게 되므로, 냉매가 과냉각되었을 때는 냉매의 압력이 저하되어 사이클이 전체적으로 하향 이동하게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 저온 냉방 과정에서 실외팬의 온오프 제어를 하되 사이클의 고/저 압력이 목표 압력을 추종하도록 하여, 안정적인 사이클 유지를 통한 저온 냉방 실현이 가능한 공기 조화기의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 방법은, 냉동 사이클의 응축기 출구에서의 목표 압력을 설정하는 단계; 현재의 응축기 출구 압력을 측정하여 압력 오차 및 오차 기울기를 산출하는 단계; 산출된 압력 오차와 오차 기울기 값에 대응하는 실외팬의 온오프 타임을 추출하는 단계; 및 추출된 결과에 따라 실외팬의 온오프가 제어되는 단계를 포함한다.

상기와 같은 구성을 이루는 공기 조화기의 제어 방법에 의하면, 안정적인 고저압을 형성하여 저온 냉방을 실현할 수 있는 장점이 있다.

특히, 속도 조절이 가능한 BLDC 모터를 사용하는 실외팬의 경우, 최소 RPM 값보다 낮은 회전 속도로 운전하여야 하는 상황에서, 팬의 온오프 제어를 통하여 최소 RPM보다 낮은 풍량을 만들어 저온 냉방에서 고압을 안정화할 수 있는 장점이 있다. 그리고, 팬의 온오프 제어를 하더라도 실외기 온도의 급격한 변화없이 실외기 배관 압력이 목표 압력으로 추종할 수 있도록 함으로써, 사이클의 난조(hunting) 현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 저온 냉방 제어에서 나타나는 배관 온도 변화를 보여주는 그래프.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법이 구현되는 공기 조화기의 냉동 사이클을 개략적으로 보여주는 시스템도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 보여주는 플로차트.
도 4는 PID 제어를 통하여 배관의 압력이 목표 압력의 오차 범위 내로 들어오는 과정을 보여주는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법을 적용한 결과 냉동 사이클의 각 지점에서 측정되는 온도값을 보여주는 그래프.

이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법이 구현되는 공기 조화기의 냉동 사이클을 개략적으로 보여주는 시스템도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법이 구현되는 공기 조화기의 냉동 사이클은, 냉매를 고온 고압의 기체로 압축하는 압축기(10)와, 상기 압축기의 출구측에 제공되는 사방 밸브(11)와, 상기 압축기(10)로부터 토출되는 냉매를 고온 고압의 2상 냉매로 응축하는 응축기(12)와, 상기 응축기(12)로부터 토출되는 고온 고압의 2상 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창변(14)과, 상기 팽창변을 통과한 저온 저압의 2상 냉매를 저온 저압의 포화 기체로 상변화시키는 증발기(15) 및 상기 증발기(15)의 출구와 상기 압축기(10)의 입구측에 제공되어 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만이 압축기(10)로 유입되도록 하는 어큐뮬레이터(17)를 포함한다.

상세히, 상기 응축기(12)와 증발기(15)에는 각각 응축팬(13)과 증발팬(16)이 설치된다. 그리고, 냉방 모드에서 상기 응축기(12)는 실외기로 작용하고, 상기 증발기(15)는 실내기로 작용한다. 본 발명의 사상은 냉방 모드에서 적용되므로, 상기 응축팬(13)은 실외팬으로, 상기 증발팬(16)은 실내팬으로 명명한다.

한편, 상기 응축기(12)의 출구측에는 냉매의 온도를 감지하는 온도 센서(18)가 장착되고, 상기 압축기(10)의 입구와 출구에는 각각 압력 센서가 장착되어 사이클의 저압과 고압을 측정한다.

본 발명의 사상은, 실외 온도가 낮아서 저온 냉방 모드를 수행하여야 하는 상황에서 구현이되며, 저온 냉방 모드 중에서 상기 실외팬의 최소 회전 속도 미만으로 풍량을 제어하여야 하는 상황에서 구현된다. 즉, 최소 회전 속도 미만으로 운전하여야 하는 상황에서, 팬의 속도 조절 대신 온오프를 제어하여 사이클의 목표 응축압력을 추종하도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 보여주는 플로차트이다.

도 3을 참조하면, 먼저 실외팬의 온오프를 제어하는 저온 냉방 모드에서 압축기의 출구 압력 즉 응축압력의 목표 압력(P_t)을 설정한다(S11). 그리고, 현재의 응축 압력(P_c)을 측정한다(S12). 그리고, 목표 압력과 현재 압력의 오차(P_e)를 산출하고(S13), 상기 산출된 압력 오차의 오차 기울기를 산출한다(S14). 여기서, 구해진 압력 오차(P_e)는 PI(Proportional Integra) 테이블(또는 퍼지 테이블)에서 열(column)의 값을 나타내고, 오차 기울기는 행(row)의 값을 나타낸다. 여기서, 상기 목표 압력 추종은 PI(Proportional Integral), PD(Proportional Defferential), 또는 PID(Proportional Integral Differential) 제어를 이용하며, 상기의 제어 방법은 일반적인 제어 방법으로서 구체적인 제어 이론에 대한 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 상기 PI 테이블에는 압력 오차와 오차 기울기에 대응하는 실외팬의 오프 타임이 설정되어 있다. 따라서, 압력 오차와 오차 기울기가 구해지면 그 시점에서 실외팬의 온오프 타임이 추출된다(S15). 상기 퍼지 테이블을 통하여 추출된 실외팬의 온오프 타임에 따라 실외팬의 운전 조건이 변경된다(S16). 그리고, 배관의 압력이 목표 압력을 추종하여 목표 압력의 오차 범위 내로 들어오면(S17) 본 발명의 제어를 종료하고, 오차 범위 밖에 있다고 판단되면 현재 압력을 측정하는 단계 이하를 반복하여 수행하도록 한다.

한편, 배관의 압력의 목표 압력을 추종하여 오차 범위 내로 들어온 경우는 실외 팬의 회전 속도가 설정 속도로 회전하도록 프로그램될 수 있으며, 예로서 하한 임계 회전 속도로 실외팬이 작동하도록 세팅할 수 있다(S18). 그리고, 상기 실외팬이 하한 임계 회전 속도로 작동하는 동안 저온 냉방 모드 돌입이 필요하다고 판단되는 시점에서 본 발명의 제어 방법이 다시 수행되도록 할 수 있을 것이다.

도 4는 PID 제어를 통하여 배관의 압력이 목표 압력의 오차 범위 내로 들어오는 과정을 보여주는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법을 적용한 결과 냉동 사이클의 각 지점에서 측정되는 온도값을 보여주는 그래프이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제어 방법에 의하면, 냉동 사이클의 여러 지점에서 냉매 온도를 보여주는 것으로서, 일정 시간이 지나면 온도가 일정 수준에서 안정된 값을 유지하는 것을 확인할 수 있다.

도 1과 비교하면, 냉매의 온도값을 이용하여 팬의 온오프 제어를 할 경우 배관 온도 변화가 급격하게 일어나는 반면, 도 5에 도시되는 바와 같이, 배관의 압력, 즉 냉매의 압력값을 이용하면 온도가 안정적으로 유지되는 것을 알 수 있다.

냉매의 온도를 목표 온도로 설정하고 실외팬의 온오프를 제어할 경우, 냉매가 과냉각되어 냉매 압력이 목표 압력보다 떨어지는 압력 저하 현상을 확인할 수 없는 문제가 있다. 그러나, 냉매의 압력값을 주 제어 인자로 설정하면, 냉동 사이클에서 냉매의 압력이 목표 압력보다 떨어지는 압력 저하 현상을 바로 확인할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 실외기 냉매가 목표 압력과 온도를 유지하면서 저온 냉방이 이루어지며, 사이클의 난조 현상이 방지되는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 냉동 사이클의 응축기 출구에서의 목표 압력을 설정하는 단계;
   현재의 응축기 출구 압력을 측정하고, 상기 목표 압력과 응축기의 출구 압력을 비교하여 압력 오차 및 오차 기울기를 산출하는 단계;
   상기 압력 오차와 오차 기울기가 산출되는 시점에서의 압력 오차와 오차 기울기 값에 대응하는 실외팬의 온오프 타임을 추출하는 단계; 및
   추출된 실외팬의 온오프 타임에 따라 실외팬의 온오프가 제어되는 단계를 포함하고,
   상기 응축기의 출구 압력이 상기 목표 압력의 오차 범위 내에 수렴하면 실외팬의 온오프 타임 제어가 종료되고, 실외팬의 회전 속도가 설정 속도로 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 설정 속도는 실외팬의 하한 임계 회전속도인 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 실외팬의 온오프 타임 값은 PI 테이블로부터 추출되고,
   상기 압력 오차값은 상기 PI 테이블의 열의 값과 상기 PI 테이블의 행의 값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 PI 테이블의 행과 열 값에 대응하여 상기 실외팬의 온오프 타입 값이 지정되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화기의 제어 방법.

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