KR100229487B1 - 냉동시스템용 압축기의 제어방법 및 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기 등에 설치되는 냉동시스템용 압축기의 제어방법에 관한 것으로, 압축기 운전중 전원에 이상이 있을 때 그 전원을 즉시 차단시켜 압축기와 그 제어회로를 보호하기 위함이다. 이를 위해 본 발명은, 압축기가 운전되고 있을 때 압축기 표면온도와 냉동시스템 배관(토출관, 실내배관 등의) 온도를 체크하고(S2), 체크된 각부의 온도중 그 어느 하나의 온도에 일정시간 변화가 없는 경우에 전원측에 이상이 있는 것으로 간주하고 그 전원을 즉시 차단한다(S5,S9). 이와같이 함으로써, 전원전압 변동에 의하여 압축기모터가 정상구동되지 않고 냉동사이클 진행이 안되는 과부하 상태나 전기적 위험으로부터 압축기와 이의 제어회로를 안전하게 보호할 수 있는 것이다.

Description

냉동시스템용 압축기의 제어방법 및 제어장치

본 발명은 공기조화기나 냉장고 등에 있어서의 압축기의 운전을 제어하기 위한 냉동시스템용 압축기의 제어방법 및 제어장치에 관한 것으로서, 특히 압축기 운전중 발생될 수 있는 전원선 단선이나 단락 등 이상이 있을 때 전원을 즉시 차단하기 위한 것이다.

냉동시스템용 압축기는 일측 열교환기(증발기)로부터 기체상태의 저온저압 냉매를 흡입하고 이것을 고온 고압으로 압축하여 타측 열교환기(응축기)로 토출하는 작용을 한다. 이러한 압축기는 통상 밀폐된 케이스에 함께 내장되는 단상 또는 3상 모터와 일체적으로 결합되어 있다. 따라서 압축기의 양호한 성능과 안전 그리고 장수명을 위하여는 모터가 과열되는 것을 방지할 필요가 있으며, 이를 위하여는 과부하가 걸리지 않도록 전술한 증발기와 응축기 등 냉동시스템 각부의 부하 상태에 따라 모터의 구동과 정지 및 속도 등을 적절하게 제어하는 것이 중요하다.

공기조화기에 사용되는 로터리식 압축기에 대한 종래의 제어장치는 도 4와 같다. 압축기모터(M)는 3상전원에 △결선되는 3상유도형 전동기이다. 이러한 압축기모터(M)를 구동하기 위한 모터구동부(11)는 상용전원(AC110/220V)으로부터 압축기모터(M)를 구동하는데 필요한 3상 전압을 얻기 위하여 교류를 직류로 변환하는 AC-DC 컨버터(12)와 다시 직류를 교류로 변환하여 3상 전압을 출력하는 DC-AC 인버터(13)로 이루어져 있다. 이 인버터(13)는 제어부(14)의 명령에 따라 압축기모터(M)의 구동과 정지를 위해 그 출력을 단속(ON/OFF)하며 또한 압축기모터(M)의 회전속도 조절을 위해 그 출력 주파수를 바꾸기도 한다. 제어부(14)는 마이크로컴퓨터(microcomputer)로 구성되며 온도감지부(15)의 각 센서로부터 감지된 온도를 근거로 압축기모터(M)의 구동과 정지 및 회전속도 등을 결정하여 압축기구동부(11)의 인버터(13)를 통해 압축기모터(M)를 제어하는 소정의 제어루틴을 가진다. 온도감지부(15)에는 실내배관온도 센서(16)와 압축기토출가스온도 센서(17) 그리고 압축기표면온도 센서(18)가 있다. 실내배관온도 센서(16)는 냉매가 증발하게 되는 열교환기(증발기)를 경유한 실내배관의 온도, 즉 그 속의 냉매가 냉각되는 온도를 측정한다. 압축기토출가스온도 센서(17)는 압축기의 토출관에 부착되어 그를 통해서 열교환기(응축기)로 토출되는 냉매가스의 온도를 측정한다. 그리고 압축기표면온도센서(18)는 압축기를 둘러싸는 케이스 표면에 붙어서 압축기모터(M)의 내부 코일에서 발생되는 주울열에 의하여 온도상승되는 케이스 표면의 온도를 측정한다.

이러한 압축기 제어장치에 있어서, 제어부(14)는 실내배관온도 센서(16)로부터 냉매의 냉각온도가 소정의 하한값 이하로 감지되거나 압축기토출가스온도 센서(17)로부터 토출가스의 온도값이 소정의 상한값 이상으로 감지되면 압축기모터(M)의 구동을 중지하는 제어루틴을 가진다. 즉, 압축기에서 응축기로 토출되는 토출가스의 압력이 포화 상태로 되거나 냉매가 증발기에서 얼면 냉매관 저항이 커지는데, 그때 모터구동부(11)의 인버터(13)의 출력을 차단(OFF)하여 압축기모터(M)를 정지시킴으로써 과부하 운전을 방지하는 것이다. 또한 압축기모터(M)가 운전중 과열되면 내부 코일의 절연이 파괴될 수 있는데, 그 한계를 넘어서지 않도록 압축기표면온도 센서(18)에서 감지되는 온도를 근거로 그 압축기모터(M)를 제어하여 보호하는 것이다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 압축기 제어방법에 의하면, 제어부(14)가 온도감지부(15)에 있는 센서들(16,17,18) 각각에 대해 개별적인 제어루틴을 가지므로, 인버터(13)와 압축기모터(M)를 연결하는 전원선(u,v,w)의 접속상태 불량이나 단선 단락 오결선 등 전압변동에 의하여 압축기모터(M)가 비정상적으로 구동될 때 발생되는 과부하 상태를 신속하게 인식할 수 없어 종종 문제가 생긴다. 구체적으로 예를 들면 인버터(13)에서 압축기모터(M)로 연결되는 3개의 전원선(u,v,w)중 어느 하나가 단선되면 압축기모터(M)의 기동이 잘 안되고 냉매회로의 저항이 상대적으로 커져서 실질적으로 압축기모터가 회전될 수 없는 상태에 놓인다. 그러면 냉동사이클 진행이 안되므로 압축기토출가스온도나 실내배관온도가 변화되지 않는 반면, 압축기모터(M)의 내부 코일중 일부에는 전류가 계속 흐르게 되어, 그 코일이 과열되고 압축기표면온도는 꾸준히 올라간다. 이 경우에 실내배관온도 센서(16)나 압축기토출가스온도 센서(17)에 근거한 제어루틴으로 그 압축기모터(M)의 전원을 차단하는 것은 불가능하다. 게다가 압축기표면온도 센서(18)와 연관된 제어루틴이 실행되기까지는 상당한 시간이 소요되므로 그동안 압축기모터(M)의 안전을 기대할 수 없는 것이다. 실질적으로 종래의 제어회로에서는 전원선 접촉불량이나 단선에 의하여 압축기모터(M)의 내부 코일이 과열되도록 상당시간 방치되는 일이 종종 있다. 압축기모터(M)의 코일이 과열되면 코일의 절연이 쉽게 파괴되고, 절연이 파괴되면 코일이 단선 또는 단락되어 수명이 단축된다. 특히 압축기모터(M)의 코일이 단락되면 인버터(13) 출력이 급격히 상승하고 과전류가 흘러서 그 인버터는 물론 주변 회로부품들도 손상될 수 있다.

한편, 로터리식 압축기는 냉매를 흡입하고 압축하는 일련의 공정이 로터(rotor)의 일방향 회전에 의해 이뤄지게 되어 있다. 따라서 로터리형 압축기에서 3상 모터의 오결선으로 그 회전방향이 바뀔 경우, 냉동 사이클 진행이 안되고, 역회전하는 로터는 어느 시점에서 압축기 내부 압력차이에 의해 순간적으로 구속되어진다. 이 경우에도 압축기모터의 코일에는 전류가 계속 흐르므로 앞의 경우와 마찬가지의 문제가 발생될 수 있다.

그러므로 압축기 제어회로에서는 압축기모터의 전원선 접속불량이나 단선 단락 오결선 등 전원전압 변동으로부터 그 모터와 제어회로가 손상되는 것을 방지할 수 있는 수단이 요구된다.

본 발명의 목적은, 압축기 운전시 전원선의 접속불량이나 단선 단락 또는 오결선 등 전원전압 변동으로부터 압축기모터와 그 제어회로를 보호하기 위하여, 냉매회로 각부에서 감지되는 온도를 근거로 그 전원전압 변동을 판단하여 즉시 전원을 차단할 수 있는 압축기 제어방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 압축기 운전시 전원선의 접속불량이나 단선 단락 또는 오결선 등의 전원전압 변동으로부터 압축기모터와 그 제어회로를 보호하기 위하여, 냉매회로 각부에서 감지되는 온도를 근거로 그 전원전압 변동을 인식하여 즉시 전원을 차단하는 제어계를 가지는 압축기 제어장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기용 압축기 제어장치의 회로를 보인 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 압축기 제어방법에 의거한 공기조화기의 냉방운전시 제어동작 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 압축기 제어방법에 의거한 공기조화기의 난방운전시제어동작 흐름도.

도 4는 종래의 압축기 제어장치를 나타낸 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

M : 압축기모터 1 : 압축기구동부

2 : 콘버터(converter) 3 : 인버터(inverter)

4 : 제어부 5 : 온도감지부

6,7,8 : 온도센서 9 : 표시부

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉매를 흡입 압축 토출하는 압축기의 운전을 제어하기 위한 냉동시스템용 압축기의 제어방법에 있어서, 압축기 운전중 압축기의 표면온도와 냉동시스템의 배관온도를 체크하여 적어도 어느 일측의 온도가 일정시간 동안 소정 범위 이상으로 변화되지 않으면 압축기의 전원을 차단하는 단계를 포함하여 냉동시스템용 압축기의 제어를 행하는 것이다.

또한 상기한 다른 목적은, 압축기의 표면온도와 냉동시스템의 배관온도를 감지하기 위한 온도감지부와, 상기한 온도감지부에서 감지되는 온도정보에 기초하여 상기한 압축기의 표면온도와 냉동시스템의 배관온도중 어느 일측이 압축기 운전중 일정시간 동안 소정 범위 이상으로 변화되지 않을 때 압축기의 전원을 차단하는 제어부가 포함된 냉동시스템용 압축기의 제어장치에 의하여 달성된다.

여기서, 냉동시스템의 배관온도는 압축기의 토출관으로부터 감지되는 토출가스온도 및/또는 실내측 배관으로부터 감지되는 실내배관온도에 기초할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는, 상기한 압축기의 표면온도가 변화되지 않을 때와 상기한 압축기의 표면온도가 변화되고 상기한 배관온도가 변화되지 않을 때를 구분하여 상기한 압축기의 전원을 차단하는 단계와 함께 각각의 원인이 가능한 구체적으로 표시되게 함으로써, 이후 수리작업시 드는 시간과 노력을 줄일 수 있는 것이다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 전원선의 접속불량이나 단선 단락 오결선 등 전원전압 변동에 기인하는 이상 현상을 압축기 운전 초기에 발견할 수 있고 그 즉시 압축기 전원을 차단함으로써 압축기모터와 그 제어회로가 소손되는 것을 방지할 수 있게 된다. 이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 압축기 제어장치의 회로도는, 도 1과 같이, 압축기모터(M)를 구동하는데 필요한 3상전원을 얻기 위하여 AC-DC 컨버터(2)와 DC-AC 인버터(3)로 이루어진 모터구동부(1), 마이크로컴퓨터를 사용한 제어부(4), 실내배관온도 센서(6)와 압축기토출가스온도 센서(7) 및 압축기표면온도 센서(8)로부터 냉매회로 각부의 온도를 실시간으로 감지하는 온도감지부(5), 그리고 문자등을 표시하기 위한 표시부(9)를 포함한다. 이러한 본 발명의 제어회로는, 기존 압축기 제어회로(도 4)의 구성요소와 외견상 다르지 않으며, 다만 상기한 제어부(4)가 앞에서 설명한 기존 제어루틴과 함께 본 발명에 따른 도 2 및 도 3에 도시된 제어루틴을 더 실행하는 것으로써 특징지워진다. 따라서 각 구성요소에 대한 구체적인 설명은 이미 앞에 설명한 바 있으므로 편의상 생략한다.

이하, 도 1에 도시된 본 발명에 따른 제어장치의 회로를 참조하면서 도 2 및 도 3에 보인 본 발명의 제어방법에 의거한 제어동작을 상술한다.

도 2는 냉난방겸용 공기조화기의 냉방운전시 제어루틴이다. 본 제어루틴은 그 첫 번째 단계(S1)에서 압축기가 운전되고 있는가를 판단한다. 즉, 압축기가 정지한 상태에서 그 운전이 개시되기까지 대기하는 것이다. 압축기 운전이 개시되면 먼저 도 1의 온도감지부(5)에 있는 센서들(6,7,8)로부터 현재의 냉매회로 각부, 즉 응축기를 경유한 실내배관온도와 압축기의 토출가스온도 및 압축기표면온도를 체크한다(단계 S2). 그런 다음, 일차적으로 압축기표면온도가 변화하는가를 판단하고(단계 S3), 그 압축기 표면온도에 변화가 없으면 그로부터 시간을 체크하면서(단계 S3) 일정시간 동안 앞의 과정(단계 S1,S2,S3)을 되풀이 하여 그 압축기 표면온도의 변화여부를 판단한다. 이 과정에서 일정시간이 경과되도록 여전히 압축기 표면온도에 변화가 없으면, 압축기모터(M)의 전원에 이상이 있는 것으로 간주하여 그 전원을 즉시 차단함으로써(단계 S5) 압축기 운전을 중단한다.

상기한 압축기표면온도의 변화를 판단하는 단계(S3)에서 압축기표면온도가 상승하는 것으로 판단되면, 전술한 온도체크 단계(S2)에서 체크된 압축기토출가스온도가 소정의 범위 이상으로 변화(상승)하는가를, 즉 전혀 변화가 없거나 그 변화가 미약한가를 판단하고(단계 S7) 이 과정들을 반복하여 일정시간 경과하도록(단계 S8) 그 압축기토출가스온도에 변화가 없으면 전원에 또다른 이상이 있는 것으로 간주하여 압축기 전원을 즉시 차단함으로써(단계 S9) 압축기 운전을 중단한다. 또한 압축기토출가스온도가 변화하면 실내배관온도가 소정의 범위 이하로 변화(하강)하는가를 판단하고(단계 S11) 일정시간 경과되도록(단계 S12) 그 실내배관온도에 변화가 없으면 마찬가지로 전원에 이상이 있는 것으로 간주하여 상기한 압축기 전원을 차단하는 단계(S8)를 수행하여 압축기 운전이 중단되게 한다.

압축기 운전중 압축기표면온도가 상승되지 않는 경우는 대체로 압축기모터(M)의 전원을 공급하는 모터구동부(1)의 인버터(3)가 불량하여 그 출력이 없거나 또는 전원선(u,v,w)중 적어도 2개선이 단선되어 전원이 전혀 인가되지 않는 경우이다. 또한 압축기표면온도가 상승함에도 불구하고 압축기토출가스온도나 실내배관온도가 변화하지 않는 것은 압축기모터(M)가 회전되지 아니하여 냉동사이클 진행이 안되는 반면에 그 압축기모터(M)의 코일 일부에는 전류가 계속 흐르는 경우가 대부분이다. 이것은 주로 전원선(u,v,w)중 어느 한 선이 단선되었거나 접촉불량 또는 3상결선 오류에 의한 압축기구속 상태에서 비롯된다. 따라서 상기한 각각의 압축기 전원 차단 단계(S5,S9) 이후에 각각의 원인을 표시부(9)에 표시하는 단계(S6,S10)를 수행함으로써, 사용자나 수리작업자로 하여금 쉽게 초치할 수 있게 할 수 있다.

한편, 온도 체크된 냉동시스템 각부의 온도가 모두 변화하면 압축기모터(M)의 회전 및 냉동사이클 진행 모두 정상적으로 이루지는 것이다. 따라서 이 경우에는 압축기 운전을 계속 유지하면서 앞의 모든 단계를 처음부터 반복한다. 즉, 본 제어루틴은 압축기 운전이 개시되는 초기에는 물론 그 운전중에라도 각부의 온도변화를 체크함으로써 운전중 발생될 수 있는 전원전압변동을 실시간 감지하고 이상 발생시 즉각적인 초치를 취함으로써 그 전원전압변동에 따른 압축기모터와 제어회로의 소손을 방지하는 것이다.

도 3은 냉난방겸용 공기조화기의 난방운전시 제어루틴이다. 공기조화기의 난방운전시는 냉방운전시의 냉동사이클이 역으로 진행된다. 따라서 냉방운전시의 응축기와 증발기 역할히 맞바뀌게 된다. 즉, 난방운전시의 실내배관은 응축기를 경유하는 부분이다. 따라서 본 제어루틴에서는 압축기토출가스온도가 상승할 때 실내배관온도가 상승하는가를 판단(단계 S11')토록하면 된다. 물론 나머지의 다른 단계들은 난방운전시와 동일하게 수행되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 압축기 운전중 전원선의 접촉불량이나 단선 단락 및 오결선 등에 의한 전원전압변동이 신속히 발견되며, 그 발견 즉시 압축기 운전이 중단된다. 그리하여 그 전원전압 변동에 의해 압축기모터가 과열 내지 소손되는 것을 방지할 수 있고, 특히 압축기모터의 코일이 과열되고 절연파괴되어 단락될 때 발생될 수 있는 제어회로의 2차적 파괴를 방지할 수 있다.

따라서 본 발명은 압축기와 그 제어회로의 수명을 연장시키고, 전기안전사고를 사전에 예방하므로 제품의 안전도를 높인다. 또한 발명은 전원의 이상 여부 등 고장부위를 표시부에 상황별로 구체적으로 표시함으로써 수리 및 보수작업에 드는 비용과 시간낭비를 줄일 수 있는 효과도 제공한다.

Claims (8)

1. 냉매를 흡입 압축 토출하는 압축기의 운전을 제어하기 위한 냉동시스템용 압축기의 제어방법에 있어서,

   압축기 운전중 압축기의 표면온도와 냉동시스템의 배관온도를 체크하여 적어도 어느 일측의 온도가 일정시간 동안 소정 범위 이상으로 변화되지 않으면 압축기의 전원을 차단하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 냉동시스템용 압축기의 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기한 냉동시스템의 배관온도가 압축기의 토출관으로부터 감지되는 토출가스온도와 실내측 배관으로부터 감지되는 실내배관온도중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압축기의 제어방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기한 압축기의 표면온도가 변화되지 않을 때 소정의 에러내용을 표시하는 제1에러표시 단계와,

   상기한 압축기의 표면온도가 변화되고 상기한 배관온도가 변화되지 않을 때 또다른 소정의 에러내용을 표시하는 제2에러표시 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 냉동시스템용 압축기의 제어방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기한 압축기가 3상전원에 접속되는 경우에, 상기한 제1에러표시 단계에서 모터의 전원선중 2개선 이상 또는 전원불량을 알리는 내용이 표시되고, 상기한 제2에러표시 단계에서 모터의 전원선중 1개선 단선이나 접속불량 또는 3상결선 오류를 알리는 내용이 표시되는 것을 특징으로 하는 냉동시스템용 압축기의 제어방법.
5. 냉매를 흡입 압축 토출하는 압축기의 운전을 제어하기 위한 냉동시스템용 압축기의 제어장치에 있어서,

   압축기의 표면온도와 냉동시스템의 배관온도를 감지하기 위한 온도감지부와,

   상기한 온도감지부에서 감지되는 온도정보에 기초하여 상기한 압축기의 표면온도와 냉동시스템의 배관온도중 어느 일측이 압축기 운전중 일정시간 동안 소정 범위 이상으로 변화되지 않을 때 압축기의 전원을 차단하는 제어부가 포함된 것을 특징으로 하는 냉동시스템용 압축기의 제어장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기한 온도감지부가 상기한 압축기의 표면온도를 감지하는 센서와, 상기한 배관온도를 감지하기위해 토출관과 실내배관중 적어도 어느 일측을 감지하는 센서를 포함한 2개 이상의 센서를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 냉동시스템용 압축기의 제어장치.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기한 제어부와 연결되어 있고 상기한 압축기의 표면온도가 변화되지 않을 때와 상기한 압축기의 표면온도가 변화되고 상기한 배관온도가 변화되지 않을 때 그 제어부의 신호에 따른 에러내용을 표시하는 표시부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 냉동시스템용 압축기의 제어장치.
8. 청구항 7에 있어서,

   압축기가 3상전원에 접속된 경우의 상기한 표시부에, 상기한 압축기의 표면온도가 변화되지 않을 때는 모터의 전원선중 2개선 이상 또는 전원불량을 알리는 내용이 표시되고, 상기한 압축기의 표면온도가 변화되고 상기한 배관온도가 변화되지 않을 때는 모터의 전원선중 1개선 단선이나 접속불량 또는 3상결선 오류를 알리는 내용이 표시되는 것을 특징으로 하는 냉동시스템용 압축기의 제어장치.

Images