KR100378822B1 - 인버터 에어컨의 절전냉방 운전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터 에어컨의 절전 냉방 운전방법에 관한 것으로, 실내외 온도와 희망온도에 따라 최대 운전주파수 및 최종 운전주파수를 설정하여 냉방운전시킴으로써 소비전력을 저감시킬 수 있도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 외기의 온도 상황에 따라, 운전주파수가 가변되어 운전되는 인버터 에어컨에 있어서, 절전운전 모드시, 실내온도 및 실외온도에 따라, 압축기의 최대 운전주파수를 결정하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 최대운전주파수 및 설정온도와 실내온도의 차이로 최종 운전주파수를 결정하여 절전 냉방 운전하는 제2 과정으로 수행한다.

Description

인버터 에어컨의 절전냉방 운전방법{POWER SAVING AIR COOLING METHOD OF INVERTER AIR-CONDITIONER DRIVING}

본 발명은 인버터 에어컨의 절전 냉방 운전방법에 관한 것으로, 특히 실내외 온도와 희망온도에 따라 최대 운전주파수 및 최종 운전주파수를 설정하여 냉방운전시킴으로써 소비전력을 저감시킬 수 있도록 한 인버터 에어컨의 절전냉방 운전방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉동사이클 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 작동유체, 즉 냉매를 압축하여 고온 고압 상태로 변환시키는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)에서 압축된 고온 고압 상태의 냉매를 액상으로 변환시키면서 내부 잠열을 외부로 방출시키는 응축기(20)와, 상기 응축기(20)에서 액상으로 변환된 냉매의 유량 조절로 압력을 저하시키는 팽창수단(30)과, 상기 팽창수단(30)에서 팽창된 액체 상태의 냉매를 기체로 증발시키면서 외부의 열을 흡수하는 증발기(40)를 포함하여 구성되며 각 구성 부품은 연결관(50)에 의해 연결된다.

상기한 바와 같은 냉동사이클 장치는 전원이 인가되어 압축기(10)가 작동하게 되면 그 압축기(10)에서 압축된 고온 고압의 가스 상태 냉매가 응축기(20)로 유입되며 그 응축기(20)로 유입되는 고온 고압의 가스 상태 냉매는 그 응축기(20)를 거치면서 내부의 잠열을 외부로 방출시키면서 액체 상태로 변화되어 팽창수단(30)을 거치게 되며 그 팽창수단(30)을 거치면서 냉매가 압력 및 온도가 낮아지면서 증발기(40)로 유입된다.

상기 증발기(40)로 유입되는 저온 저압의 액체 상태 냉매가 상기 증발기(40)를 거치면서 기체 상태로 변화되면서 외부의 열을 흡수하게 되며 그 증발기(40)에서 증발된 기체 상태의 냉매는 압축기(10)로 흡입되어 압축된다.

이때, 상기 응축기(20)와 증발기(40)는 외부와의 열교환을 이루게 되므로 열교환기라고도 한다.

한편, 실내를 쾌적한 상태로 유지시켜 주는 에어컨(AIR-CONDITIONER; 일명 공기조화기)은 상기 냉동사이클 장치가 내부에 장착되고 상기 응축기(20)와 증발기(40) 측에 각각 송풍팬을 장착하여 그 응축기(20)와 증발기(40)에서 각각 방출시키는 열과 냉기를 순환 유동시킴에 의해 실내를 난방 또는 냉방시키게 된다.

그리고 상기 에어컨은 압축기(10)가 일정 주파수로 운전되는 에어컨과 상기 압축기(10)가 가변속 주파수로 운전되는 인버터 에어컨 등이 있다.

상기 인버터 에어컨은 외기의 온도 상황에 따라 그에 맞게 운전주파수가 변화되면서 운전된다.

즉, 겨울철에 외기의 온도가 낮아지면 인가되는 전류값을 높여 고속의 운전주파수에서 난방 운전이 이루어지게 되고, 외기의 온도가 다소 올라가게 되면 인가되는 전류값을 낮게 하여 저속의 운전주파수에서 난방 운전이 이루어지게 된다.

여름철의 경우에도 외기의 온도가 매우 높아지면 인가되는 전류값을 높여 고속의 운전주파수에서 냉방 운전이 이루어지게 되고 외기의 온도가 다소 낮아지게 되면 인가되는 전류값을 낮게 하여 저속의 운전주파수에서 냉방 운전이 이루어지게 된다.

다시 말해서, 상술한 인버터를 사용한 압축기를 구동하는 인버터 에어컨은 실내/외 부하에 따라 운전주파수를 변경 가능한데, 고부하시 고주파수로 운전함으로써 부하에 신속히 대응하고, 또한 저부하시 저주파수로 운전함으로써 에너지 소비 효율(Energy Efficient Ratio:EER)을 향상시켜 운전한다.

여기서, 상기 실내부하는, 사용자가 설정한 희망 온도까지 실내온도를 내리기 까지의 부하로서, 냉방 운전의 경우에 실내 부하를 제거하기 위하여 '희망온도 + 2℃' 만큼 최대 주파수로 운전하도록 설정되므로, 사용자가 희망온도를 낮게 설정하면 인버터 에어컨은 최대 주파수로 장시간 운전할 수 밖에 없도록 설계되어 있는데, 이런 경우 온/오프(ON/OFF)식 에어컨에 비하여 다소 고주파수 운전이기 때문에, 냉방능력의 상승에 비해 인버터 회로에서 소비하는 전력을 포함한 총소비전력의 상승이 크므로 에너지 소비효율은 저하된다.

냉방 실온 제어에 있어서, 실내온도와 희망온도와의 차이로 운전주파수가 설정되며, 압축기 오프 온도는 '희망온도-0.5℃'이고, 운전주파수는 도2에 의해서 구현되는데, 즉 실내온도가 '희망온도-0.5℃'를 3분 이상 유지하면 압축기를 오프시키고, 실내온도가 '설정온도-1℃' 이상이면 압축기를 바로 오프시킨다.

만약, 희망온도가 낮으면 '희망온도+2℃'까지 최대 주파수로 장시간 운전하도록 설계되어 소비전력이 상승하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 실내외 온도와 희망온도에 따라 최대 운전주파수 및 최종 운전주파수를 결정하여 냉방 운전시킴으로써 소비전력을 저감시킬 수 있도록 한 인버터 에어컨의 절전냉방 운전방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 냉동사이클장치를 약호로 도시한 배관도,

도 2는 종래 냉방실온제어에 있어서의 운전주파수 설정 롬테이블을 보인도.

도 3은 본 발명 인버터 에어컨의 절전냉방 운전방법에 대한 동작흐름도.

도 4는 본 발명을 도출하기 위한 사이클 실험의 실내외 온도조건을 보인도.

도 5 내지 도 12는 실내외 온도및 주파수 변화에 따른 냉방능력의 변화를 보인도.

도 13은 실내외 온도의 영향에 따른 냉방능력의 영향도에 의한 기울기를 보인도.

도 14는 본 발명을 적용하기 위하여, 실내온도가 1℃ 간격으로 변화할 때마다 운전주파수를 가변시키는 것을 보인도.

도 15는 본 발명을 적용하기 위하여, 실내온도가 1.5℃ 간격으로 변화할 때마다 운전주파수를 가변시키는 것을 보인도.

도 16은 본 발명을 적용하여, 실내온도의 간격이 1℃일 경우의 실내평균온도가 기존 냉방운전을 비교한 그래프.

도 17은 본 발명을 적용하여, 실내온도의 간격이 1.5℃일 경우에 실내평균온도가 기존 냉방운전을 비교한 그래프.

도 18은 본 발명 실내온도와 사용자에 의해 설정된 온도의 차이에 따른 운전주파수가 설정되어 기저장된 롬테이블을 보인도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 외기의 온도 상황에 따라, 운전주파수가 가변되어 운전되는 인버터 에어컨에 있어서, 절전운전 모드시, 실내온도 및 실외온도에 따라, 압축기의 최대 운전주파수를 결정하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 최대운전주파수 및 설정온도와 실내온도의 차이로 최종 운전주파수를 결정하여 절전 냉방 운전하는 제2 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 인버터 에어컨의 절전냉방 운전방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도3은 본 발명 인버터 에어컨의 절전냉방 운전방법에 대한 동작 흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 현재 에어컨의 운전모드가 절전운전 모드인지를 판단하는 단계와; 상기 단계의 판단결과, 절전운전 모드가 아니면 일반 냉방 운전모드로 동작하는 단계와; 상기 단계의 판단결과, 절전운전 모드이면, 실내/외 온도에 따라 압축기의 최대 운전주파수를 결정하는 단계와; 상기 최대 운전주파수 및 설정온도와 실내온도의 차이로 최종 운전주파수를 결정하여 절전 냉방 운전하는 단계로 이루어지며, 이와같이 구성한 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 절전을 위한 기초실험인 실내외 온도의 변화에 의한 냉방능력과 소비전력의 측정실험을 설명하면, 도4와 같이 실내/외 온도의 변환된 21개의 포인트에서의 다양한 주파수별로 사이클 실험을 수행하여, 도5 내지 도12와 같은 주파수별실험 결과를 나타내는데, 실험한 주파수는 정격 58,52,47,35Hz로 하였고, 실외온도 기준은 35℃,실내온도 기준은 27℃이다.

상기 도5 내지 도12의 주파수별 실험결과에서 보듯이, 58Hz 인 경우,실외온도 35℃ 기준 실내 온도변화와 실내온도 27℃ 기준 실외온도 변화실험에 있어서, 실내온도 6℃의 냉방능력 변화량에 대한 실외온도 6℃의 냉방능력을 비교하면, '2.6:1'의 비율이고, 52Hz인 경우는 실내온도 6℃의 냉방능력 변화량에 대한 실외온도 6℃의 냉방능력이 ''2.1:1'이고, 47Hz인 경우는 실내온도 6℃의 냉방능력 변화량에 대한 실외온도 6℃의 냉방능력이 '2:1'이며, 35Hz인 경우는 실내온도 6℃의 냉방능력 변화량에 대한 실외온도 6℃의 냉방 능력이 '1.4:1'이다.

이에 따라, 주파수가 클수록 실내온도의 저하에 의한 냉방능력의 저하가 크게 나타나는데, 실내온도 6℃의 냉방능력 변화량에 대한 실외온도 6℃의 냉방능력은 평균 '2:1'인 것을 알 수 있다.

상기 사이클 실험에서, 도13과 같이 실내외 온도의 영향에 따른 냉방능력의 영향도에 의해 기울기가 -1/2인 직선을 구하게 되는데, 즉 본 발명은 실외온도가 증가할 수록 냉방능력은 감소하고 실외부하가 늘어남으로 인해 운전주파수를 상승시키는 방향으로 제어하고, 실내온도가 증가할 수록 냉방능력은 사용자 부하가 늘어나기 때문에 주파수를 상승시키는 방향으로 제어한다.

여기서, 도14와 도15는 본 발명을 프로그램화한 내용을 보인 실내외 부하에 따른 주파수 가변을 보인 개념도로서, 도14는 실내온도가 1℃ 간격으로 변화할 때마다 운전주파수를 가변시키는 것이고, 도15는 실내온도가 1.5℃ 간격으로 변화할때마다 운전주파수를 가변시킨 것이다.

이때, 상기 운전주파수를 가변시키는 실내온도의 온도 범위를 설정하는 것은 시스템의 소비전력의 저감과 실내 평균온도에 의한 사용자의 온냉감 및 쾌적감에 영향을 미치므로, 기존의 냉방운전과 비교를 통해 절전운전의 범위를 어느 정도를 설정하여 설계한다.

여기서,도16은 운전주파수를 가변시키는 실내온도의 간격이 1℃일 경우의 실내평균온도가 기존 냉방운전에 비하여 1.1℃ 높은 결과를 나타낸 그래프이고, 도17은 운전주파수를 가변시키는 실내온도의 간격이 1.5℃일 경우에 실내평균온도가 기존 냉방운전에 비해 0.6℃ 높은 결과를 나타낸 그래프이다.

따라서, 소비전력의 저감은 실내온도의 간격이 1℃ 가변될 때마다 운전주파수를 가변시키는 경우에 기존 냉방대비 13% 저감하고, 실내온도의 간격이 1.5℃ 가변될 때마다 운전주파수를 가변시킨 경우에는 기존 냉방대비 8.7% 저감한다.

따라서, 상기 도16과 도17의 환경 실험에 의해, 실내온도가 1.5℃ 간격으로 변화될때, 주파수를 가변하는 것이 평균 실내 온도차가 적으므로 타당한 것으로 판단된다.

여기서,도18은 실내온도와 사용자에 의해 설정된 온도의 차이에 따른 운전주파수가 설정되어 기저장된 롬테이블을 보인도로서, 실내외 온도조건에 의해 결정된 최대주파수는 실온제어의 최종주파수 제어에 이용되는데, 이를 도15를 참조하여 설명한다.

만약, 현재 실내온도가 30℃, 실외온도가 29℃ 이고, 사용자가 희망온도를27℃로 설정하면, 우선 도15의 그래프에서, 최대 주파수는 62Hz로 결정한다.

그리고, 현재 실내온도와 희망온도의 차이가 3℃이므로, 도15의 롬테이블에서 최종주파수는 상기 최대 주파수로 결정되어 62Hz로 운전한다.

만약, 현재 실내온도가 27℃, 실외온도가 30℃이고, 사용자가 희망온도를 26℃로 설정하면, 도15의 그래프에서, 최대 주파수는 52Hz로 결정한다.

그리고, 현재 실내온도와 희망온도의 차이가 1℃ 이므로, 도18의 테이블에서 최종주파수는 37Hz로 결정되는데, 즉 최대 주파수에서 현재 실내온도와 희망온도의 차이가 0.5℃ 단위로 변화될 때마다 최대 주파수에서 한단계식 아래 주파수로 운전한다.

따라서, 최대 주파수가 실내외 온도조건에 의해 62Hz로 설정되면, 최종주파수는 사용자의 희망온도에 따라, 62Hz→58Hz→52Hz→47Hz→37Hz로 운전한다.

다시 말해서, 본 발명은 절전운전 모드시, 실내온도 및 실외온도에 따라, 압축기의 최대 운전주파수를 결정한후, 희망온도와 실내온도의 차이값을 구하여 그 차이값과 상기 최대 운전주파수로 최종 운전주파수를 결정하여 절전 냉방운전을 수행한다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 실내외 온도 및 희망온도에 의해 최대 주파수 및 최종 주파수를 설정하여 냉방 운전함으로써 절전이 가능하고, 또한 운전주파수를 가변시키기 위한 실내온도의 간격 설정을 환경실험을 통해 기존 냉방 운전 대비 평균 실내온도의 차이가 0.6도 이내로 유지할 수 있도록 함으로써쾌적성을 최대한 확보하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 외기의 온도 상황에 따라, 운전주파수가 가변되어 운전되는 인버터 에어컨에 있어서,

   절전운전 모드시, 실내온도 및 실외온도에 따라, 압축기의 최대 운전주파수를 결정하는 제1 과정과;

   상기 제1 과정의 최대 운전주파수 및 희망온도와 실내온도의 차이로 최종 운전주파수를 결정하여 절전 냉방 운전하는 제2 과정으로 수행함을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 절전냉방 운전방법.
2. 제1 항에 있어서, 압축기의 최대 운전주파수는 62Hz,58Hz,52Hz,47Hz,37Hz중 어느 하나로 선택되는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 절전냉방 운전방법.
3. 제1 항에 있어서, 최종 운전주파수는, 실내온도와 희망온도의 차이값에 따른 운전주파수가 기저장되는 롬테이블로부터 읽어들여 결정하는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 절전냉방 운전방법.
4. 제2 항에 있어서, 실내온도와 희망온도의 차이값은 0.5도 간격으로 구분되는 것을 특징으로 하는 인버터 에어컨의 절전냉방 운전방법.