일본 국내 룸에어컨의 세대 보급률은 90%를 넘어 가정 내 소비전력량의 1/4을 차지하고 있다. 한편, 세계의 룸에어컨 수요는 아시아·중남미를 중심으로 한 신흥국에서의 성장이 두드러진다. 이에 따라 지구온난화 방지 차원에서 ‘룸에어컨의 소비전력 절감’이 중대한 과제가 되고 있어 세계 각국에서 다양한 에너지 절약 규제들이 실시되고 있다. 소비전력 절감을 위해서는 에어컨 가운데 가장 많은 전력을 소비하는 압축기의 입력전력을 절감하는 것이 효과적이며, 그것을 구동하는 인버터의 고효율화가 중요한 과제가 된다. 이와 더불어 세계 각국에서 전원 고조파 억제에 대한 요구가 점차 높아지고 있어 인버터의 전원 고조파 전류를 억제하는 기술도 크게 진화하고 있다. 본고에서는 에어컨의 구성과 에너지절약 운전 시스템를 살펴본 후, 압축기 구동용 인버터의 △파워 디바이스 △회로구성 △전원고조파억제기술을 소개한다.

정리 편집부

[그림 2]에 룸에어컨 실외기의 내부 구조를 나타냈다. 실외기에는 팬·압축기를 구동하는 영구자석 모터와 팽창밸브를 구동하는 스테핑 모터, 실내기에는 팬을 구동하는 영구자석 모터와 풍향조정을 위한 스테핑 모터가 사용된다.

[그림 3]에서 열역학의 p-h 선도상에 실내기 및 실외기를 배치하여 냉방 시의 히트펌프 사이클을 모식적으로 나타냈다. 히트펌프 사이클의 일련의 과정은

· 압축 행정 【①→②】: 외부로부터의 동력 p에 의해 압축기를 동작시킨다. 저온저압의 냉매가스가 압축되어 고온고압의 냉매가스가 된다.
· 응축 행정 【②→③】: Qc의 열을 응축기에 의해 냉매에서 실외의 고온분위기로 방열한다. 냉매의 온도가 내려가 고온고압의 가스에서 중온고압의 액체 상태로 변화한다.
· 팽창 행정 【③→④】: 팽창밸브에서 감압되어 저온저압의 액체·가스(2상의 상태)로 변화한다.
· 증발 행정 【④→①】: Qe의 열을 증발기에 의해 실내로부터 흡열한다. 액냉매는 증발하여 저온저압의 가스로 돌아간다.

이 일련의 과정에 의해 열을 저온에서 고온으로 이동시킨다. 이때 △압축기 모터의 회전수 제어에 의한 냉매유량제어 △팽창밸브 개도(開度, opening)를 스테핑 모터로 조정하는 냉매압력제어 △팬모터 회전수 제어에 의한 풍량제어와 함께 실내 온도를 일정하게 유지시킨다.

[그림 3]의 압축일이 히트펌프 사이클에 대한 입력전력 P1로, 실내기의 흡열량이 냉방 시의 열일 Qe1이 된다. 이때 히트펌프의 Coefficient of Performance(COP: 성적계수)는 (1)의 식으로 나타낸다.

여기에서 여름철 냉방 시 에어컨의 설정온도를 26℃에서 28℃로 변경한 경우의 COP 향상을 [그림 3]의 모식도를 이용하여 설명한다. 설정온도를 28℃로 변경하면 히트펌프 사이클은 [그림 3]의 점선 상태로 변화한다. 실내기의 온도가 상승함으로써 증발 행정(④→①)의 압력이 올라가고, 실내기의 흡열량(Qe2)이 증가함과 동시에 압축일 P₂는 감소한다. 그 결과, 입력전력이 감소해도 흡열량이 증가하기 때문에 COP는 향상되고, 입력전력 절감 이상의 절전효과를 낳게 된다.