KR100657500B1

KR100657500B1 - 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치

Info

Publication number: KR100657500B1
Application number: KR1019990052156A
Authority: KR
Inventors: 김창범; 강병식
Original assignee: 주식회사 엘지이아이
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2006-12-19
Also published as: KR20010047784A

Abstract

본 발명은 히터를 실내기의 공기 토출구 쪽에 장착하여 난방용 보조 열원으로 사용하는 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치에 관한 것으로서,

전류감지부를 통해 현재 히터와 팬과 같은 부하의 전류값을 측정하여 이를 비교기 회로와 제어부에 전달하면 비교기 회로에서는 현재 전류값과 기준 전압값과 서로 비교하며, 제어부에서는 그 전류값과 설정값을 비교하게 되므로 제어부의 동작과 무관하게 비교부에 의해 히터 전원을 차단시키거나 비교부에서 미처 파악하지 못한 부하의 비정상 운전 상태시 비교부와 무관하게 제어부에서 히터와 팬에 공급되는 전원 자체를 차단시킴으로써 팬의 구속/단선, 부품의 고장 또는 융착시 시스템의 전원을 확실하게 차단시켜 안전 운전이 가능해질 뿐만 아니라 히터 과열로 인한 모든 위험 요소가 제거될 수 있는 효과를 제공하게 된다.

히트 펌프식 에어컨, 전류감지부, 제1 및 제2 비교기, 제어부, 기준 상한값, 기준 하한값

Description

히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치{An apparatus for overheating prevention of heat pump type air conditioner}

도 1은 종래 기술에 따른 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치의 구성이 도시된 블록도,

도 2는 도 1의 회로도,

도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치의 구성이 도시된 블록도,

도 4는 도 3의 회로도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

51 : 히터 52 : 팬

53 : 전류감지부 54 : 아날로그/디지털 변환기

55, 56 : 제1 및 제2 비교기 57, 58 : 히터 및 팬 구동부

59 : 제어부 60 : 주전원 차단기

L1, L2 : 릴레이 D1∼D8 : 제1 내지 제8 다이오드

R1∼R9 : 제1 내지 제9 저항 Q1, Q1 : 제1 및 제2 트랜지스터

C : 캐패시터

본 발명은 히터를 실내기의 공기 토출구 쪽에 장착하여 난방용 보조 열원으로 사용하는 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치에 관한 것으로서, 특히 히터를 구동시키는 릴레이의 고장, 팬의 단선/구속으로 인하여 팬이 운전되지 않는 상태에서 히터가 계속해서 운전됨으로 인해 시스템이 과열 상태가 되는 것을 사전에 방지하여 에어컨의 안전 운전을 도모할 수 있는 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치에 관한 것이다.

일반적인 에어컨에서 냉방 구조는 실내 공기가 가지고 있는 열을 계속해서 실외로 운반하여 방출하게 되는데, 이러한 열 운반 메커니즘을 사용하여 반대로 실내에 방열하도록 한 것이 히트 펌프식 난방이다.

냉방 장치 내의 냉매의 흐름을 반대로 하여 실내 측의 열교환기에서 증기 냉매를 응축 액화하고, 실외 측의 열교환기에서 액 냉매를 증발시키면 열의 이동도 반대로 되어 실외 측의 열교환기에서 열을 빼앗아서 실내 측의 열교환기로 열을 실내로 방출할 수 있다. 이와 같이 냉동 사이클의 냉매의 흐름을 냉방시와 반대로 하는 것이며 냉방 장치를 난방 장치로서 사용하는 장치를 히트 펌프식 에어컨이라 한다.

종래 기술에 의한 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치를 살펴보면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치의 구성이 도시된 블록도 및 회로도로서 이를 참고하면 종래에는 크게 냉방 및 난방을 위한 팬(2)과 히터(1)가 구비되어 있고, 상기 팬(2) 및 히터(1)를 구동 제어하기 위한 팬 구동부(12)와 히터 구동부(11)를 비롯하여 상기 팬 구동부(12)와 히터 구동부(11)의 구동 여부를 결정하는 제어부(13)로 구성되어 있다.

그런데, 상기 팬(2)의 단선 또는 구속으로 인하여 팬(2)이 제대로 작동되지 않은 경우에는 히터(1)가 과열될 수 있어 과열 상태로 인한 사고나 피해 방지를 위해 히터(1) 측에 자동 온도 조절 장치로서 서머스탯(thermostat)(11')이 장착되어 있다.

한편, 도 2에서 미설명된 참조 부호 D1, D2는 제1 및 제2 다이오드를 나타내고, 참조 부호 R1 및 R2는 제 1 및 제2 저항을 나타내며, 참조부호 T1 및 T2는 제1 및 제2 트랜지스터를 나타낸다. 또한, 참조부호 L1 및 L2는 히터 구동부(11)와 팬 구동부(12)를 통해 히터(1)와 팬(2)으로 공급되는 전원의 공급/차단을 결정하는 제1 및 제2 릴레이를 나타내고, P1 및 P2는 히터 포트와 팬 포트를 각각 나타낸다.

상기 제어부(13)는 히터(1)와 팬(2)을 히터 구동부(11) 및 팬 구동부(12)를 통해 별도로 구동하게 되므로 팬(2)이 오프 동작 중이라도 히터(1)만 온 동작되는 경우, 또는 상기 히터(1)가 온 동작되는 중에 팬(2)의 단선/구속 현상이 발생하는 경우에 시스템 내부에서 히터(1)로 인해 발생된 열이 외부로 방출되지 못함으로 인해 시스템 과열 현상이 나타나게 된다.

이때, 상기 제어부(13)는 시스템 과열 상태를 방지하기 위해 히터(1) 측에 설치되어 있는 서머스탯(11')을 통해 일정 온도 이상이 되면 히터 구동부(11)로 히터(1)에 공급되는 전원 차단을 지시하게 된다. 그러면, 상기 히터 구동부(11)는 히터(1)로 공급되는 전원을 차단하여 시스템의 과열 상태를 방지하게 된다.

그런데, 종래 경우에는 히터(1)와 팬(2)을 제어부(13)가 따로 구동함에 따라 팬(2)의 오프 동작 상태에서 히터(1)만 온 동작될 수 있어 시스템은 과열 상태가 되고, 상기 제어부(13)가 히터 구동부(11)와 팬 구동부(12)를 통해 히터(1)와 팬(2)을 온 동작시켜도 팬(2)의 단선 또는 구속 등의 이유로 팬(2)이 제대로 운전하지 못할 경우에도 시스템이 과열 상태가 되어 화재 발생의 우려가 있다는 문제점이 있다.

또한, 상기 히터(1) 측에는 서머스탯(11')이 부착되어 일정 온도 이상이면 제어부(13)가 히터 구동부(11)를 통해 전원을 차단시키게 되지만 히터 구동부(11)나 서머스탯(11')의 융착 또는 고장인 경우에 제어부(13)에서는 융착이나 고장 여부를 알 수 없어 팬(2)의 오프 동작 상태에서 계속 히터(1)가 온 동작되어 결국 시스템의 과열로 인해 화재가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 제어부와 두 개의 비교기가 현재 부하의 전류값을 전류감지부를 통해 전달받아 이를 기준 전압값과 서로 비교하여 부하의 정상 운전 상태와 이상 운전 상태를 판단함으로써 팬의 구속/단선, 부품의 고장 또는 융착시 시스템의 전원을 확 실하게 차단시켜 안전 운전이 가능해질 뿐만 아니라 히터 과열로 인한 모든 위험 요소가 제거될 수 있는 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치를 제공하는데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치의 제1 특징에 따르면, 냉난방을 위해 실내기의 토출구 쪽에 설치되는 구비된 팬(Fan) 및 히터(Heater)에 흐르는 전류를 감지하여 상기 전류에 대응되는 전압값을 출력하는 전류감지부와; 상기 전류감지부에서 전달되는 전압값과 시스템에서 미리 설정된 기준 상한값 및 하한값을 서로 비교하여 팬과 히터 구동을 제어하는 하이/로우(high/low) 신호를 생성 출력시키는 비교부와; 상기 전류감지부에서 전달되는 전압값을 통해 팬 또는 히터의 운전 상태를 판단하여 그 판단 결과가 비정상 운전인 경우에 히터전원 오프신호와 주전원 오프신호를 선택적으로 생성 출력시키는 제어부와; 상기 하이/로우 신호나 히터전원 오프신호에 의해 히터 또는 팬의 구동 여부를 결정하는 히터 구동부 및, 팬 구동부와; 상기 제어부의 주전원 오프 신호를 전달받아 팬과 히터로 공급되는 전원을 모두 차단시키는 전원차단부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치의 구성이 도시된 회로도로서 도 3과 도 4를 참고하면 본 발명은, 냉방 및 난방을 위해 구비된 팬(52)과 히터(51)에 흐르는 전류를 감지하여 상기 감지된 전류에 대응되는 팬 전압값 및 히터 전압값을 출력하는 전류감지부(53)와; 상기 전류감지부(53)에서 전달받은 히터 전압값 및 팬 전압값을 디지털 값으로 변환 출력시키는 아날로그/디지털 변환기(54)와;

상기 아날로그/디지털 변환기(54)에서 전달받은 각 전압값과 시스템에서 설정된 기준 상한값 및 기준 하한값을 서로 비교하여 그 비교 결과에 따라 하이/로우(high/low) 신호를 생성 출력시키는 제1 및 제2 비교기(55, 56)와; 상기 제1 및 제2 비교부(55, 56)의 하이/로우 신호를 전달받아 그에 따라 히터(51) 및 팬(52)의 온/오프 동작을 결정하는 히터 구동부(57) 및 팬 구동부(58)와; 상기 히터 구동부(57) 및 팬 구동부(58)에 의해 히터(51)와 팬(52)으로의 전원 공급/차단 동작을 수행하는 제1 및 제2 릴레이(L1, L2)와;

상기 아날로그/디지털 변환기(54)에서 변환 출력되는 현재 히터 전압값 및 팬 전압값을 전달받아 이를 설정값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 히터(51) 또는 팬(52)의 정상/이상 동작 상태를 판단하고, 그로 인해 이상 동작 상태라고 판단된 경우에만 전원차단신호를 생성 출력시키는 제어부(59)와; 상기 제어부(59)의 전원차단신호를 전달받아 상기 히터(51)와 팬(52)으로 공급되는 전원 자체를 차단시키는 주전원 차단기(60)를 포함하여 구성된다.

한편, 도 4에서 미설명된 참조부호 D1∼D8은 제1 내지 제8 다이오드를 나타내고, 참조 부호 R1∼R9는 제1 내지 제9 저항을 나타내며, 참조 부호 Q1과 Q2는 제1 및 제2 트랜지스터, 참조 부호 C는 캐패시터를 각각 나타낸다. 그리고, 참조 부호 P1 및 P2는 제어부(59)에서 히터(51)와 연결되는 히터 포트와 팬(52)과 연결되는 팬 포트를 각각 나타낸다.

상기에서, 상기 제어부(59)에는 상기 히터(51)와 팬(52)이 모두 온 동작된 경우에 아날로그/디지털 변환기(54)의 정상 출력시 그 전압값은 1.5V∼3.5V이고, 기준 상한값은 4V, 기준 하한값은 1V라고 미리 설정값을 결정해 둔다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 냉방의 경우에 히터(51)를 온 동작시킬 필요가 없기 때문에 제어부(59)에서는 팬 포트(P2)에만 하이 출력을 내보내어 제4 및 제5 다이오드(D4, D5)가 통전되고, 그에 따라 제2 트랜지스터(Q2)가 온 동작되어 제2 릴레이(L2)가 온 동작되는 동시에 팬(52)이 구동되게 된다.

이때, 전류감지부(53)에서는 현재 상기 팬(52)에 흐르는 팬 전압값을 감지하여 그 감지 결과를 아날로그/디지털 변환기(54)에 전달하게 되고, 상기 아날로그/디지털 변환기(54)에서는 아날로그 데이터인 팬 전압값을 디지털 데이터로 변환하여 그 변환된 팬 전압값을 제어부(59)에 전달하게 된다. 그러면, 상기 제어부(59)에서는 팬(52)만 온 동작될 경우의 정상 출력값이 1.5V로 미리 설정된 설정값과 그 팬 전압값을 서로 비교하여 정상 허용 범위 이내이면 정상이라 판단하고 냉방 운전을 계속 진행하게 된다.

다음, 난방의 경우에 보조 열원인 히터(51)를 온 동작시킬 경우 제어부(59) 의 히터 포트(P1)로 하이 출력 신호를 내보내고, 그에 따라 제1 및 제3 다이오드(D1, D3)가 통전되어 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)가 온 동작된다. 그로 인해, 제1 및 제2 릴레이(L1, L2)가 온 동작되어 팬 포트(P2)의 신호에 상관없이 안전 운전을 위해 히터 포트(P1)의 하이 출력만으로 히터(51)와 팬(52)이 항상 동시에 구동되게 된다.

이때, 상기 히터(51)와 팬(52)에 흐르는 각각의 전압값은 전류감지부(53)에서 계속적으로 감지되어 아날로그/디지털 변환기(54)를 통해 제어부(59)와 제1 및 제2 비교기(55, 56)에 전달되게 된다. 여기서, 상기 제1 비교기(55)의 (-) 입력단에는 하위 기준값(1V)이 입력되고, 상기 제2 비교기(56)의 (+) 입력단에는 상위 기준값(4V)이 입력되며, 상기 제1 및 제2 비교기(55, 56)의 (+), (-) 입력단에는 아날로그/디지털 변환기(54)에서 변환 출력되는 히터(51)와 팬(52)의 전압값이 각각 입력되게 된다.

정상적으로 히터(51)와 팬(52)이 운전될 경우 아날로그/디지털 변환기(54)의 변환 값이 3.5V라고 한다면 상기 제1 비교기(55)의 출력값은 (-) 입력단이 하위 기준값인 1V이고, (+) 입력단이 3.5V로 (+) 입력단이 더 높은 전압을 가지므로 하이 출력이 된다. 그리고, 상기 제2 비교기(56)의 출력값도 (-)입력단이 3.5V이고, (+)입력단이 상위 기준값인 4V이므로 하이 출력이 된다.

이렇게, 상기 제1 및 제2 비교기(55, 56)의 출력이 모두 하이일 경우에는 히터(51)와 팬(52)의 운전에 영향을 미치지 못하고, 상기 제어부(59)가 아날로그/디지털 변환기(54)에서 변환 출력되는 전압값을 전달받아 이를 설정값과 서로 비교하 여 그 비교 결과가 정상 동작 상태라고 판단된 경우에만 난방 운전을 계속하게 된다.

이때, 상기 팬(52)의 단선이 발생되면 팬(52)에는 전류가 흐르지 않아 전류감지부(53) 및 아날로그/디지털 변환기(54)를 통해 측정한 전압값이 대략 2V 정도로서, 이 2V의 전압값이 상기 제1 비교기(55)의 (+) 입력단에, 상기 제2 비교기(56)의 (-) 입력단에 각각 인가되게 되면 각 비교기(55, 56)의 출력은 하이 출력되므로 상기 히터(51)와 팬(52)에 영향을 미치지 못하게 된다.

그러나, 상기 제어부(59)에서 아날로그/디지털 변환기(54)를 통해 2V의 전압값을 전달받아 이를 정상 출력시 전압값 3.5V와 비교해 보면 정상 출력시 전압값보다 현재 전압값이 더 작기 때문에 팬(52)의 어딘가에 단선이 생겨 제대로 작동되지 않는다고 판단하게 되고, 그와 동시에 제어부(59)에서는 히터(51)의 과열 방지를 위해 히터 포트(P1)에 로우 신호를 출력함으로써 히터 구동부(57)를 통해 제1 릴레이(L1)를 오프 동작시켜 히터(51)로의 전원 공급을 차단하게 된다.

상기에서, 히터(51)를 오프 동작시킴에도 불구하고 상기 아날로그/디지털 변환기(54)를 통해 전달되는 전압값이 0V로 떨어지지 않고 계속해서 2V를 유지하고 있다면 상기 히터 구동부(57)가 융착되어 제어부(59)가 히터 포트(P1)로 출력한 로우 신호와 상관없이 통전되고 있다고 판단하고, 상기 제어부(59)에서는 안전을 위해 주전원 차단기(60)에 전원차단신호를 생성 출력하여 상기 주전원 차단기(60)에서 히터(51) 및 팬(52)에 공급되는 전원 자체를 차단시키게 한다.

한편, 상기 팬(52)의 단선 경우와는 달리 팬(52)이 구속되어 제대로 작동되 지 못할 경우에는 팬(52)에 흐르는 전류는 과전류가 되어 전류감지부(53) 및 아날로그/디지털 변환기(54)를 거친 전류값이 3.5V보다 높게 나타나게 된다.

이때, 상기 전류값이 기준 상한값인 4V보다 높게 나타날 경우에 그 전류값은 상기 제1 비교기(55)로 입력되면 하이 출력되지만, 상기 제2 비교기(56)로 입력되면 (-) 입력이 (+) 입력보다 더 높으므로 로우 출력된다. 상기 제2 비교기(56)의 출력이 로우가 됨에 따라 제7 다이오드(D7)가 온 동작되는 동시에 제2 다이오드(D1)와 제1 트랜지스터(Q1)가 오프 동작되고, 제1 릴레이(L1)가 오프 동작됨으로써 상기 제어부(59)의 출력 신호와 상관없이 히터(51)는 오프 동작되게 된다.

반면에, 상기 전류값이 기준 상한값인 4V와 정상 출력시 전압값 3.5V 사이일 경우에 상기 제1 및 제2 비교기(55, 56)의 출력이 모두 하이 출력되지만, 상기 제어부(59)에서는 그 전류값을 전달받아 정상 출력시 전압값과 비교한 결과가 팬(52)이 구속된 경우라고 판단하고 상기 히터 포트(P1)에 로우 신호를 출력함으로써 히터 구동부(57)를 통해 제1 릴레이(L1), 히터(51)를 오프 동작시키게 된다.

상기에서 히터(51)를 오프 동작시킴에도 불구하고 아날로그/디지털 변환기(54)를 통해 전달되는 전류값이 3.5V 이상을 유지하고 있다면 제어부(59)에서는 제1 릴레이(L1)가 융착되어 제어부(59)의 출력 신호와 상관없이 통전되고 있다고 판단하고, 주전원 차단기(60)로 전원차단신호를 생성 출력시켜 히터(51)와 팬(52)으로의 공급 전원을 차단시키게 된다.

이와 같이, 본 발명은 상기 전류감지부(53) 및 아날로그/디지털 변환기(54) 를 통해 현재 히터(51)와 팬(52)에 흐르는 전류값을 측정하고, 그 측정된 전류값을 제1 및 제2 비교기(55, 56)와 제어부(59)에 각각 인가하여 히터(51)와 팬(52)의 정상 동작 상태/이상 동작 상태를 판단하게 된다. 따라서, 본 발명은 상기 제1 및 제2 비교기(55, 56)와 제어부(59)를 이용하여 시스템이 팬(52)의 단선/구속과 같이 정상 운전 조건을 벗어나게 되면 히터(51), 또는 히터(51)와 팬(52)에 공급되는 전원을 즉시 차단하게 되므로 히터(51)가 과열됨 없이 안정적인 난방 운전을 할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치는 제어부와 제1 및 제2 비교기가 현재 팬이나 히터와 같은 부하의 전류값을 전류감지부를 통해 전달받아 이를 기준 전압값과 서로 비교하여 부하의 정상 운전 상태와 이상 운전 상태를 판단함으로써 팬의 구속/단선, 부품의 고장 또는 융착시 시스템의 전원을 확실하게 차단시켜 안전 운전이 가능해질 뿐만 아니라 히터 과열로 인한 모든 위험 요소가 제거될 수 있는 효과가 있다.

Claims

냉난방을 위해 실내기의 토출구 쪽에 설치되는 구비된 팬(Fan) 및 히터(Heater)에 흐르는 전류를 감지하여 상기 전류에 대응되는 전압값을 출력하는 전류감지부와; 상기 전류감지부에서 전달되는 전압값과 시스템에서 미리 설정된 기준 상한값 및 하한값을 서로 비교하여 팬과 히터 구동을 제어하는 하이/로우(high/low) 신호를 생성 출력시키는 비교부와; 상기 전류감지부에서 전달되는 전압값을 통해 팬 또는 히터의 운전 상태를 판단하여 그 판단 결과가 비정상 운전인 경우에 히터전원 오프신호와 주전원 오프신호를 선택적으로 생성 출력시키는 제어부와; 상기 하이/로우 신호나 히터전원 오프신호에 의해 히터 또는 팬의 구동 여부를 결정하는 히터 구동부 및, 팬 구동부와; 상기 제어부의 주전원 오프 신호를 전달받아 팬과 히터로 공급되는 전원을 모두 차단시키는 전원차단부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 에어컨의 과열방지 장치.