KR840002372B1

KR840002372B1 - 공기 조화기용 습도검출장치

Info

Publication number: KR840002372B1
Application number: KR1019810001878A
Authority: KR
Inventors: 켄지 우메즈; 카즈히로 다까자와; 토시아끼 히토스기; 애이지 쿠와하라
Original assignee: 가부시기가이샤 도시바; 사바 쇼오이찌
Priority date: 1980-07-08
Filing date: 1981-05-28
Publication date: 1984-12-24
Also published as: AU7242781A; JPS5719539A; KR830006691A; GB2079953B; AU534000B2; JPS603144B2; GB2079953A; US4386502A

Abstract

내용 없음.

Description

공기 조화기용 습도검출장치

도면은 본 발명의 실시예를 도시한 것으로,

제1도는 본 발명을 실시한 공기 조화기의 구성을 도시한 도면.

제2도는 전열체의 사시도.

제3도는 전열체를 실내 열교환기에 부착한 상태의 사시도.

제4도는 본 발명을 실시한 공기 조화기의 전기 회로도.

제5도는 송풍레벨을 강(强)으로 일정하게 하고, 또 흡입공기 온도를 파라미터로 한, t_f-상대습도 곡선도.

제6도는 저압 냉매 배관온도 및 전열체선단온도-실외온도 곡선도.

제7도는 송풍레벨을 파라메터로 한, (t_f-t_c)/(t₁-t_c) 상대습도 곡선도.

제8도는 본 발명의 상기 심시예를 선명하기 위한 블록도.

제9도는 본 발명의 제2의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 공기조화기

3,4,5,6 : 각각 냉동 사이클을 구성하는 실내 열교환기(증발기), 압축기, 응축기 및 팽창수단

7 : 흡입공기 온도센서 9 : 전열체

10 : 전열체 온도센서 11 : 냉매배관 온도센서

12 : 송풍레벨 지령수단 13¹: 마이크로 콤퓨터

13 : 연산 제어장치 30,36 : 기억장치

31,35 : 선택수단 32 : 제1의 차온검출수단

33 : 제2의 차온검출수단 35 : 연산수단

본 발명은 실내 열교환기의 흡입 공기습도의 결정인자인 냉매온도의 영향을 가급적으로 제거해서 흡입 공기습도를 구할 수 있는 공기조화기용 습도검출장치에 관한 것이다. 공기조화기에 있어서, 그 공기조화 능력의 제어에 습도를 관련시켜서 그 제어를 꾀하고 있다. 그 습도를 검출하는 방법으로서는 흡입 공기온도, 저압냉매 온도 및 분출공기 온도를 측정하여 흡입 공기속도를 검출하는 방법이 있으나, 그 냉매온도는 운전조건, 봉합냉매량의 다소 등에 의하여 냉각기(증발기) 전체에 걸쳐서 현저하게 변화(분포)하고, 검출 오차가 크기 때문에, 흡입 공기습도를 정밀하게 검출할 수 없는 결점이 있다. 또 다른 방법으로서, 냉각기에서 발생한 드레인수를 흡입 공기에 접촉시키면서, 그 온도를 측정함으로써 흡입 공기습도를 검출하는 방법도 있으나, 공기조화기의 운전을 개시한 후 드레인수가 드레인수 저류부분에 필요량이 괴서 측정이 가능해질 때까지 시간이 소요된다. 즉, 측정에 지연이 생기는 이외에, 드레인수저류 부분의 오염, 부패공기 속의 가스의 용해 등이 발생하는 문제가 있다.

본 발명의 상기와 같은 종래 기법이 지니는 결점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 그 목적은 흡입공기 온도와, 실내 열교환기 등의 저압 냉매배관과 흡입공기를 열적으로 결합하는 전열체의 온도와 실내 열교환기의 송풍량으로부터 흡입공기의 습도를 구함으로써 실내 열교환기의 냉매온도 측정오차를 적게 하고, 또 드레인수저류 부분이 없기 때문에 그것으로 인해서 발생하는 문제를 회피하는 공기 조화기용 습도 검출장치를 제공하는 데 있다.

이하에 첨부도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 설명한다. 제1도는 본 발명의 제1의 발명을 실시한 공기 조화기(1)을 표시한다. 본 공기 조화기는 이것이 설치되는 실(2)내에 설치되는 증발기(실내 열교환기)(3)과 증발기(3)으로부터의 냉매를 압축하는 압축기(4)와, 압축기(4)로부터의 고온 고압의 냉매를 응축하는 응축기(5)와, 응축기(5)로부터의 냉매에 팽창작용을 부여하여 저온저압의 냉매로 변화시켜서 이것을 증발기(3)으로 공급하는 팽창수단(6)으로 구성되는 종래 공지의 냉동 사이클을 지니고, 이 증발기(실내 열교환기)(3)의 공기 흡입구에 흡입 공기온도를 검출하는 흡입 공기온도센서(sensor)(예를 들면 더어미스터)(7)를 설치하여 실내 열교환기(3)에 접속된 저압의 유입냉매 배관(8)에 상기 공기 유입구로 연장들출한 전열체(9)를 설치하여 이것에 온도 센서(예를 들면 더어미스터)(10)를 설치하는 동시에 유입냉매배관(8)에 냉매배관온도 센서(11)을 설치하고, 이들의 센서(7),(10),(11)의 출력 및 송풍레벨출력(12)를 이하에 설명하는 바와 같은 연산처리를 하는 연산제어장치(예를 들면 마이크로 콤퓨터(13')를 포함하는 장치, 이하 이것에 대하여 설명한다(13)의 입력에 접속되어서 구성되는 본 발명의 습도 검출장치를 가지고, 그 전체가 구성되어 있다. 전열체(9)는 실내 열교환기(3)의 관이 구리(銅)일 때는 땜질 등의 고정을 쉽게 하기 위하여 제2도에서 보는 바와 같이 L자 모양의 동제 핀(fin)을 사용하는 것이 좋고, 또 열교환기(3)의 관이 알루미늄제 일때에는 알루미늄제의 핀이 좋다. 전열체(9)의 일측단(9a)는 상기 제1도와 같이 유입냉매배관(8)에 고정해도 되고, 제3도와 같이 실내 열교환기(3)의 냉매배관(3a)의 입구측의 적당한 구리 리턴 벤드(3b)에 고착되어도 좋다. 또, 그밖의 측단(9b)은 바깥쪽으로 원형상으로 꺽어져서, 그 속에 온도 센서(10)가 삽입되어서 나사(14)로 고정되어 있다.

또, 상기 냉매배관온도 센서(11)는 전열체(9)의 고착부근방의 상기 유입냉매배관(8), 또는 냉매배관(3a)에 설치하는 것이 바람직하다. 상기 냉동 사이클의 증발기(3) 및 응축기(5)는 각각 송풍 팬(15) 및 (16)을 구비하고 있음은 물론이다. 그리고, 이들의 송풍 팬(15) 및 (16) 및 압축기(4)의 모우터(15a),(16a),(4a)는 제4도에서 표시하는 바와 같이 마이크로 콤퓨터(13')를 포함하는 연산제어장치(13)의 마이크로 콤퓨터(13')로 산출되는 흡입공기의 상대 습도에 따라 가변적으로 제어되어, 공기 조화기(1)의 냉방능력이 조절되도록 구성되어 있다. 제4도에서 (17),(13)은 스위치(S₁),(S₂)를 개폐제어하는 전자 코일이다. 또, (19),(20) 및 (21)은 각각 실내 팬모우터(15a),(16a) 및 압축기 모우터(4a)를 위한 출력이고, 이 출력으로부터의 신호에 의해 각각의 모우터가 제어되는 형식은 종래 공지의 것으로서, 그 상세한 설명은 생략한다. (22)는 상용 전원단자이다.

상기와 같은 공기조화기의 능력을 조절하는데 사용되는 흡입공기의 습도는 상기한 흡입공기 온도 센서(7)의 출력치와 전열체(9)에 설치된 전열체 온도 센서(10)의 출력치와의 상관 관계로부터 주로 구할 수 있고, 증발기(3)에의 송풍 레벨이 가변(可變)한 경우에는 상기 상관 관계에 증발기(3)에의 송풍 레벨을 가미해서 구할 수 있다는 것이 실험적으로 확인되었다. 또 이와 같은 상관 관계의 확인에 있어서 저압 냉매배관 온도와 흡입 공기온도와의 상관 관계로부터도 흡입 공기의 상대습도를 구할 수 있다는 것도 또 확인 되었으니, 동일한 흡입 공기의 상대 습도로도 실외 온도가 변하면 저압 냉매배관 온도 t_c도, 또 전열체(9)의 선단온도 t_f도 변화하여 습도 오차가 나오지만, 제6도에서 표시하는 바와 같이 전열체(9)의 선단온도의 변화쪽이 저압 냉매배관 온도의 변화보다도 작고, 오차가 적다.

상기한 전열체에 설치된 온도 센서(10)의 출력치와 흡입 공기온도 센서(7)의 출력치와의 상관 관계의 예는 제5도에 나타낸다. 제5도의 종축은 전열체(9)에 설치된 온도 센서(10)의 온도(출력치) t_f(℃)를, 또 횡축은 예를 들면 상대습도(%)를 나태내고, 그래프 속의 직선은 흡입 공기온도 t₁를 파라미터로 하는 직선으로, l₁은 t₁=24°, l₂는 t₁=27°, l₃는 t₁=30°의 경우의 직선이다. 이 제5도는 송풍레벨이 강풍인 경우의 그래프이고, 도면을 명료하게 하기 위하여 송풍레벨이 약풍, 미풍에 대해서는 표시하지 아니하나, 송풍레벨이 약풍, 미풍으로 변화하는 대에 따라 그것에 대응하는 각 직선은 강풍의 경우보다도 횡축 쪽으로 전체적으로 하강된다는 것을 말해 두는데 끄친다.

상기한 바와 같은 상관 관계는 표형식, 또는 함수형식으로 마이크로 콤퓨터(13') 내의 메모리에 기억되고 있다. 여기서, 제8도의 블록도에 따라 제1의 발명의 구체적 처리과정을 설명한다. 우선, 마이크로 콤퓨터(13')의 기억수단(30)에는 상기한 제5도에 도시한 상관 관계가 표형식 또는 함수형식의 형태로 미리 기억되고 있다. 제5도의 상관관계는 미리 실험적으로 구해진 것이며, 직선으로 되어 있기 때문에 이것을 함수형식으로 표시하려면, 예컨대 y=ax+b(y,x는 변수, a,b는 정수) 등의 일차함수로 나타낼 수가 있고 이 일차함수를 기억시켜도 좋고, 또 실험적으로 구한 값을 전부 표의 형식으로 기억시켜 놓아도 좋다.

마이크로 콤퓨터(13') 내에는, 흡입공기 온도센서(7)로부터의 출력치(t₁)와 전열체 온도센서로부터의 출력치(t_f)를 입력하여, 이것에 대응하는 상대습도를 상기 기억수단(30)에서 선택하여 해독하기 위한 선택수단(31)이 설치되어 있고 선택하여 구한 상대습도를 데이터로 하여 출력하도록 되어 있다. 또, 이 선택수단(31)에는 절환스위치와 같은 송풍레벨지령 수단(12)으로부터의 송풍레벨이 입력되고, 이 레벨에 대응한(f-상대습도 함수 특성을 선택하도록 되어 있다.

여기서, 상대습도와 전열체 선단온도(t_f)가 상기한 바와 같은 상관관계를 보이는 이유를 말하면, 우선 전열체(9)는 유입 냉매배관(8)에 직접 접촉하고 있기 때문에 냉각되어 있고, 흡입공기의 풍속이 예컨대 Om/sec인 때에는 전열체온도(t_f)는 냉매배관(8)의 온도에 충분히 가까와진다. 그런데 흡입공기가 전열체(9)에 접촉하면 흡입공기에 함유되는 수증기가 냉각되어서 전열체(9)의 표면에서 응축하는 경향이 된다. 그리고 이 응축한 물은 흡입공기에 의하여 따뜻하게 되고 이 때의 온도 상승은 흡입공기가 운반해오는 열량에 관계하여 흡입공기량이 많을 때 즉 흡입공기의 풍속이 클 때에 온도 상승도 크게 된다.

여기서 흡입공기의 양을 일정하게 하는 것은, 흡입용 팬의 회전수를 일정하게 하므로써 간단하게 실현할 수 있다. 그리고, 흡입공기의 양을 일정하게 해두고, 흡입공기온도(t₁), 전열체온도(t_f) 및 상대 습도와의 관계를 측정하면, 제5도에 도시한 관계를 얻을 수가 있다.

상기한 본 발명장치의 동작을 설명한다. 공기조화기(1)의 운전 개시시에는 냉매의 흐름이 충분하지 않고, 따라서 냉각기(실내 열교환기) 입구측의 온도, 즉 저압 냉매배관 온도센서(11)에 의하여 검출되는 온도 t_c는 낮으나, 일정시간 경과 후의 100% 가스 냉매가 되면 과열역이 되기 때문에 온도 t_c는 현저히 높아진다. 이와 같은 온도 변화의 수직상승 시간은 일반적으로 5-20분이다. 이와 같이 온도 t_c는 변화하기 때문에 평균적인 온도 t_c를 구하는 것은 극히 어렵다. 그래서 압축기 운전계시 후 일정시간 경과, 또는 온도 t_c의 안정 후까지 센서(7),(10)이 출력치를 무효로 한 후, 이하에 설명하는 바와 같이 해서, 흡입공기의 상대습도를 구하면서 공기조화기의 능력의 조절에 들어 간다.

상기와 같이 하여 공기조화기(1)이 정상운전 상태에 들어 있고, 그 때의 흡입공기 온도 t₁이 흡입공기 센서(7)에 의하여 측정되고, 전열체(9)의 온도 t_f가 온도센서(10)에 의하여 측정된다. 제8도에 도시한 바와 같이 이들 양센서(7),(10)의 출력치는 마이크로 콤퓨터(13') 내의 선택수단(31)에 입력된다.

또 연산 제어장치(13)에 의하여 제어되는 송풍 팬(15)의 송풍력벨이 공기조화기의 송풍레벨지령수단(12)에서 마이크로 콤퓨터(13')에 입력된다. 마이크로 콤퓨터(31)에 있어서 선택수단(31)이, 여기에 입력된 전열체온도(t_f)와 흡입공기 온도(t₁)에 따라, 이에 대응하는 상대습도를 기억수단(30)에 기억되어 있는 데이타에서 선택하여 해독하고, 상대습도를 구한다. 예컨대, 제5도에 있어서 구체적 수치를 취한다면, 전열체온도(t_f)가 약 20℃이고 흡입공기온도(t₁)가 약 30℃(l₃의 직선에 상당한다)이면 상대습도는 약 70%가 선택되는 셈이 된다.

이 구해진 상대습도가 연산제어장치(13)에서 사용되어 그 제어신호가 출력(19),(20),(21)에 발생되어, 공기조화기(1)의 능력의 조절에 쓰여진다. 상기한 바와 같이 흡입공기의 상대습도를 구하기 위하여 쓰이는 흡입공기온도 센서 및 전열체에 설치된 온도센서는 어느 것이나 냉각 등의 저압배관의 주위에 설치되고 있으므로 상대습도의 오차는 작다. 또, 운전개시에서 저압 냉매배관 온도가 안정하므로 센서 출력치를 무효로함으로써 오차가 없다. 또, 드레인수를 저류할 필요성이 없으므로 먼지로 인한 오염이나 부패의 문제는 제거된다.

다음, 제1도 내지 제4도 및 제7도를 참조하여 본 발명의 제2의 실시예를 실시한 공기조화기를 설명한다. 이 제2실시에는 제1도 및 제4도에 표시되는 제1의 발명 실시예의 구성요소 내의 저압 냉매배관 온도센서(11)의 출력치가 후기하는 바와 같이, 흡입공기의 상대습도를 구하기 위하여 사용되도록 구성되는 것을 제외하고는, 제1의 발명 실시예의 각 구성 요소가 사용된다. 이 제2의 발명 실시예에 있어서, 저압 냉매배관온도 센서(11)의 출력치는 흡입공기의 상대습도의 추정에 다음과 같이 관계하고 있다.

상기와 같이 저압의 냉매배관(8)에 설치된 전열체(9)의 선단온도는 온도 센서(10)에 의하여 측정되는 것이다. 그 온도 t_f(℃)는 전열 방정식을 풀므로써

로 표시된다. 단 t₁은 흡입공기온도(℃), tc는 저압냉매 배관온도(℃), h는 전열체(9)로부터 흡입공기에의 열전달율(kcal/㎡h℃), K는 전열체의 열전도율(kcal/mh℃), D는 전열체(9)의 두께 mm, L은 전열체(9)의 길이 mm이다. 상기식에 있어서, t_c와 h가 흡입공기의 습도에 의하여 변화하는 값이다.

상기식을 변형하면

가 된다.

여기서, (t_f-t_c)/(t₁-t_c)의 값과 상대습도와의 관계를 실험적으로 조사하면 제7도에서 보는 바와 같은 1차 함수로서의 상관관계를 얻을 수 있다. 제7도에 있어서, (t_f-t_c)/(t₁-t_c)의 값은 종축에 상대습도(%)가 횡축에 표시되어 있고, 도면 중의 직선은 송풍레벨을 파라미터로 하는 직선이고, 직선 L₁, L₂, L₃는 각각 실내 열교환기 3를 위한 송풍 팬(15)의 송풍레벨의 각각 즉 강풍, 약풍, 미풍을 나타낸다.

여기서 제9도의 블록도에 의거 제2의 발명 실시예의 구체적 처리과정을 설명한다. 제9도 중(13')는 마이크로 콤퓨터를 표시하고, 이중에는 우선 열매체온도(t_f)와 냉매배관온도(t_c)와의 제1의 차(t_f-t_c)를 구하는 제1의 차온검출수단(32)과 흡입공기온도(t₁)와 냉매배관온도(t_c)와의 제2의 차(t₁-t_c)를 구하는 제2의 차온검출수단(33)를 지니고 있고, 각각의 출력은 연산수단(34)에 입력된다. 이 연산수단(34)은 상기 제1의 차와 제2의 차와의 비(t_f-t_c/t₁-t_c)를 구하기 위한 것이며, 이 결과는 선택수단(35)에 입력된다.

한편 기억수단(36)에는 제7도에 도시한 상관관계가 표형식 또는 예컨대 y=ax+b(y,x는 변수, a,b는 정수) 등의 1차 함수로서의 함수형식으로 기억되어 있다. 그리고, 상기 선택수단(35)은 이것에 입력된 상기 비와 송풍레벨 지령수단(12)에서 입력되는 송풍레벨에 의거하여, 상기 기억수단(36)에서 대응하는 상대습도를 선택하여 구하도록 되어 있다.

다음에, 본 발명 실시예 장치의 동작을 설명한다. 공기조화기(1)의 운전개시시에는 냉매의 흐름이 충분하지 않고, 따라서 냉각기(심내 열교환기) 등의 저압배관에 설치된 냉매배관 온도 센서에 의하여 검출되는 온도 t_c가 낮으나, 일정시간경과 후의 100% 가스 냉매가 되면 과열역이 되기 때문에 온도 t_c는 현저히 높아진다.

이와 같은 온도변화의 수직상승 기간은 일반적으로 5-20분이다. 이와 같이 온도 t_c는 변화하기 때문에 평균적인 온도 t_c를 구하는 것은 극히 곤란하다. 그래서, 압축기 운전개시 후 일정시간, 또는 저압 냉매배관 온도가 안정될 때까지 센서(7),(10)의 출력치를 무효로한 후, 이하에 설명하는 것처럼 해서 흡입공기의 상대습도를 산정하여 공기조화기의 능력의 조절에 들어간다.

또, 상기한 것과 같은 현상, 즉 냉각기 등의 저압 냉매 배관온도 t_c의 불안정성이 냉매봉함량이 과소한 경우에도 발생하지만, 이 경우에 있어서의 그 불안정성은 상기한 본 발명장치에 있어서 가급적으로 해결을 할 수 있었다. 이것을 이하에 설명한다.

상기와 같이 해서, 공기조화기(1)가 정상운전 상대를 유지하고 있고, 그 때의 흡입공기온도 t₁이 흡입공기온도 센서(7)에서 검출되고, 전열체(9)의 온도 t_f가 온도 센서(10)으로 검출되고, 저압냉매 배관온도가 냉매배관 온도 센서(11)에서 검출된다. 제9도에 도시한 바와 같이 이들 3개의 센서(7),(10),(11)의 출력치는 마이크로 콤퓨터(13')에 입력된다. 또, 연산제어장치(13)에 의해서 제어되는 송풍 팬(15)의 송풍레벨이 공기조화기의 절환 스위치 등과 같은 송풍레벨 지령수단으로부터 마이크로 콤퓨터(13')에 입력된다.

우선 마이크로 콤퓨터(13') 내의 제1의 차온검출수단(32)에 있어서는 전열체온도(t_f)와 냉매배관온도(t_c)와의 제1의 차(t_f-t_c)가 제2의 차온검출수단(33)에 있어서는 흡입공기온도(t₁)와 냉매배관온도(t_c)와의 제2의 차(t₁-t_c)가 각각 구해지고, 이들의 값을 연산수단(34)을 향하여 출력한다. 연산수단(34)에 있어서는 입력된 이들 제1의 차와 제2의 차와의 비(t_f-t_c/t₁-t_c)가 구해지고, 이 결과를 선택수단(35)을 향하여 출력한다. 선택수단(35)에 있어서는 이들 입력된 상기 비와, 송풍레벨 지령수단(12)에서 신호로서 입력된 송풍레벨에 의거, 이에 대응하는 상대습도를 기억수단(36)에 기억되어 있는 데이타에서 선택하여 해독하고, 상대 습도가 구해진다. 예컨대, 제7도에 있어서 비(t_f-t_c/t₁-t_c)가 0.5이고, 송풍레벨이 약풍 L₂의 경우에는 상대습도로서 50%가 구해지게 된다.

상기한 바와같이 흡입공기의 상대습도를 구하기 위하여 쓰이는 흡입공기, 습도센서 냉각기 등의 저압 냉매배관온도센서 및 전열체에 설치된 온도 센서는 모두 냉각기를 포함하는 그 배관주위에 설치되고, 각각의 출력치가 얻어짐으로 상대습도의 오차가 작다. 이 이점은 냉매 봉함량이 과소할 때에는 얻을 수 있다. 또 운전개시에서 저압냉매 배관온도가 안정될 때까지 센서 출력치를 무효로 함으로써 오차가 없다. 또 본 발명에 의하면, 드레인수를 저류할 필요가 없기 때문에 먼지로 인한 오염, 부패 등의 문제는 제거된다.

이상의 설명에거 명확한 바와 같이, 본 발명에 의하면,

1. 전열체(9)를 사용하여 흡입공기의 습도를 결정하는 각 온도센서를 냉각기를 포함하는 그 저압배관주위에 설치하고 있으므로, 저압 냉매온도의 변화에 따르는 오차를 작게하여 정도 좋게 흡입공기온도를 검출할 수 있다.

2. 운전개시 후, 지각기 등의 저압냉매배관 온도가 안정될때까지 검출을 무효로 하기 때문에 오차가 없다.

3. 드레인수 저류부분이 없고, 먼지로 인한 오염이나 부패의 문제가 생기지 않는다.

4. 전열체를 사용하여 온도검출을 하고 있기 때문에 정밀도를 낮게 해서 흡입공기의 습도를 구해도 좋은 경우에는 냉각시 등의 저압냉매 배관온도 센서를 생략할 수가 있다. 그만큼 장치의 간이화를 달성할 수 있고, 코스트를 다운할 수 있는 등의 우수한 효과를 얻을 수 있다.

Claims

실내 유니트에 온도센서를 설치하여 운전제어를 행하는 공기조화기에 있어서, 공기조화기의 실내 열교환기(3)의 공기흡입구에 설치한 흡입공기 온도센서(7)와, 이 실내 열교환기 등의 저압 냉매배관(8)에 설치한 상기 공기흡입구에 연장 돌출한 전열체(9)와, 전열체(9)에 설치한 온도센서(10)와, 상기 흡입공기 온도센서(7)의 출력치와 상기 전열체(9)에 설치된 온도센서(10)의 출력치와의 상관관계에서 상기 공기 흡입구의 흡입공기의 습도를 추정하는 연산장치(13)를 포함한 공기조화기 습도검출장치.