KR101099114B1 - 차량용 스크롤 압축기 제어방법 - Google Patents

차량용 스크롤 압축기 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 스크롤 압축기는, 토출실이 형성된 하우징; 구동모터를 구비하는 구동부; 및 나선형의 스크롤 랩이 형성되며 상기 하우징에 고정되는 고정 스크롤과, 상기 구동부의 구동축의 회전에 따라 선회하며 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩과 결합하는 나선형의 스크롤 랩이 형성되는 선회 스크롤로 구성되는 스크롤 압축부로 구성되는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 토출실로 토출된 냉매의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 구동모터의 회전수를 조절하는 인버터 및 온도제어부(FATC)를 포함하되, 상기 온도센서에서 측정된 냉매의 온도가 급상승하면 스크롤 압축기의 전원을 차단하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 토출실에 온도센서를 설치하여 냉매의 토출온도가 상승하면 인버터 또는 온도제어부에 의해 압축기의 전원을 차단하여 압축기의 파손 및 이상동작을 방지하는 효과가 있다.
스크롤 압축기, 온도센서, 인버터, 온도제어부

Description

차량용 스크롤 압축기 제어방법{VEHICLE SCROLL COMPRESSOR CONTROL METHOD}
본 발명은 차량용 스크롤 압축기 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매의 토출온도가 상승하는 것을 방지하여 압축기의 파손을 방지하는 차량용 스크롤 압축기 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 스크롤 압축기는 스크롤 랩으로 구성되고 구동축의 회전에 관계없이 고정되어 있는 고정 스크롤과, 구동축의 회전에 따라 선회하는 선회 스크롤의 상대적인 운동을 통해 압축을 수행하는 장치로서 시중에 많은 종류가 개시되어 있다.
상기한 스크롤 압축기의 일례로서 한국공개특허공보 제1998-0050613호에 개시되어 있으며, 도 1을 참조하여 그 구조에 대하여 간략히 기술하도록 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 스크롤 압축기는, 밀폐용기(1)의 내측 상,하부에 상,하부프레임(2,3)이 설치되고, 그 상,하부프레임(2,3) 사이에 고정자(4) 가 고정,설치되며, 그 고정자(4)의 내주연에는 회전자(5)가 삽입설치되고, 그 회전자(5)의 중앙에는 구동축(6)이 상부프레임(2)의 중앙부를 관통하도록 압입되며, 상기 상부프레임(2)의 상단면에는 인벌류트 곡선으로 스크롤 랩(Wrap)(7a)이 형성된 선회스크롤(7)이 구동축(6)과 편심되게 결합되어 얹혀진다.
그리고, 상기 선회스크롤(7)의 상측에는 선회스크롤(7)의 스크롤 랩(7a)과 서로 맞물려 압축실을 형성하는 스크롤 랩(8a)이 형성된 고정스크롤(8)이 얹혀져 상부프레임(2)의 가장자리에 체결되며, 상기 상부프레임(2)과 선회스크롤(7) 사이에는 자전방지기구인 올댐링(9)이 결합되어 있다.
또한, 상기 고정스크롤(8)의 중앙에는 압축된 냉매가 토출되는 토출부(8b)가 형성된다.
도면 중 미설명 부호인 10은 토출커버, 11은 역지변 하우징, 12는 흡입파이프 및 13은 토출파이프이다.
그러나, 종래의 스크롤 압축기는 외부조건의 이상 또는 스크롤 랩(7a,8a)의 누설에 의해 토출 온도가 급상승할 수 있으며, 이러한 이상 경우에는 스크롤 랩(7a,8a)의 소손 또는 릴리프밸브 파손 등과 같이 압축기의 기타 부품에 악영향을 주는 경우가 있었다.
즉, 종래의 스크롤 압축기에 따르면, 냉매의 토출온도가 상승하면 압축기의 파손 및 이상동작을 방지하도록 압축기의 전원을 차단하는 기술이 개시된 바 없다.
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 산출된 것으로, 본 발명의 목적은 냉매의 토출온도가 상승하면 압축기의 전원을 차단하여 압축기의 파손 및 이상동작을 방지하는 스크롤 압축기 제어방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스크롤 압축기는, 토출실이 형성된 하우징; 구동모터를 구비하는 구동부; 및 나선형의 스크롤 랩이 형성되며 상기 하우징에 고정되는 고정 스크롤과, 상기 구동부의 구동축의 회전에 따라 선회하며 상기 고정 스크롤의 스크롤 랩과 결합하는 나선형의 스크롤 랩이 형성되는 선회 스크롤로 구성되는 스크롤 압축부;로 구성되는 스크롤 압축기에 있어서, 상기 토출실로 토출된 냉매의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 구동모터의 회전수를 조절하는 인버터 및 온도제어부(FATC)를 포함하되, 상기 온도센서에서 측정된 냉매의 온도가 급상승하면 스크롤 압축기의 전원을 차단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 온도센서는 토출실 또는 상기 토출실과 연통되도록 형성된 토출배관에 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 인버터는 온도센서와 연결되어 냉매의 온도가 기준온도 이상으로 상승하면 압축기의 전원을 차단하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 온도제어부는 온도센서와 연결되어 냉매의 온도가 기준온도 이상 으로 상승하면 압축기의 전원을 차단하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 온도센서는 외부통신포트를 이용하여 인버터 또는 온도제어부와 연결되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 온도센서는 둘 이상 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 스크롤 압축기 제어방법은,
(Ⅰ) 제1,2온도센서에 의해 토출 냉매의 온도(T1,T2)를 측정하는 단계
(Ⅱ) T1,T2가 기준온도 이상인지를 판단하는 단계; 및
(Ⅲ) 상기 (Ⅱ)단계에서 T1,T2가 모두 기준온도 이상이면 압축기를 종료하고, T1과 T2 중 하나라도 기준온도 이하이면 상기 (Ⅰ)단계로 리턴하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 T1,T2는 인버터 또는 온도제어부(FATC)에 의해 기준온도와 비교판단하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 T1은 인버터에 의해 기준온도와 비교 판단하고, 상기 T2는 온도제어부에 의해 기준온도와 비교판단하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기 제어방법에 따르면, 토출실에 온도센서를 설치하여 냉매의 토출온도가 상승하면 인버터 또는 온도제어부에 의해 압축기의 전원을 차단하여 압축기의 파손 및 이상동작을 방지하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스크롤 압축기를 도시한 종단면도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 스크롤 압축기를 도시한 종단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스크롤 압축기(A)는, 하우징(100)과, 회전력이 발생되는 구동부와, 상기 구동부에 의해 구동되는 구동축(200)과, 흡입된 유체를 압축하기 위해 스크롤 랩(510)으로 구성되고 구동축(200)의 회전에 관계없이 고정되어 있는 고정 스크롤(500)과, 구동축(200)의 회전에 따라 선회하며 나선형의 스크롤 랩(410)이 형성되는 선회 스크롤(400)로 구성되는 스크롤 압축부로 구성되어 있다.
그리고, 본 발명에서는 상기 하우징(100)이 전방 하우징(600), 메인 하우징(300) 및 후방 하우징(700) 3개로 구성되어 있지만, 필요에 따라 2개로 분할될 수 있다.
여기서, 전방 하우징(600)에는 토출실(610)이 형성되어 있고, 하우징(100)의 중도부에는 냉매가 통과하는 통로가 형성되어 있으며,하우징(100)의 후방부에는 흡입관(미도시)과 흡입실(710)이 각각 형성되어 있다.
그러나, 각종 흡입관, 흡입실, 토출관 및 토출실이 전술한 바와 같이 형성될 이유는 없으며, 필요와 편의에 따라 하우징의 임의 위치에 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징(100)의 내부에는 구동축(200) 등을 내부에서 지지하기 위한 메인 프레임(800)을 별도로 구비하며, 상기 메인 프레임(800)과 선회 스크롤(400) 사이에는 배압실(BAC)이 형성된다.
그리고, 상기 구동부는 고정자(210) 및 상기 고정자(210)의 내측에 위치하는 회전자(220)로 형성되는 구동 모터(230)와, 구동 모터(230)의 중심부에 끼워져서 회전하는 구동축(200)이 포함된다.
또한, 상기 구동 모터(230)에 의해 회전구동되는 구동축(200)의 앞쪽에는 메인 베어링(240)과 서브 베어링(250)이 설치되어 있으며, 상기 서브 베어링(250)은 상기 구동축(200)에 대하여 편심되게 설치된 편심작용부(260)의 둘레부분을 지지한다.
또한, 상기 스크롤 압축부는, 전방 하우징(600)에 대하여 고정되어 있으며 스크롤 랩(510)이 형성되어 있는 고정 스크롤(500)과, 상기 고정 스크롤(500)과 결합되는 것으로서 역시 나선형의 스크롤 랩(410)이 형성되는 선회 스크롤(400)로 구성되어 있다.
그리고, 상기 구동축(200)에 설치된 편심작용부(260)는 서브 베어링(250)을 매개로 선회 스크롤(400)에 연결된다.
이에 따라서, 구동축(200)이 회전함에 따라 상기 편심작용부(260)가 구동축(200)에 대하여 편심회전하고, 결국 상기 편심작용부(260)에 서브 베어링(250)을 매개로 설치된 선회 스크롤(400)이 고정 스크롤(500)에 대하여 선회운동하게 된다.
그리고, 전술한 바와 같이, 상기 선회 스크롤(400)의 선회운동에 따라 스크롤 랩(410)(510) 사이에 포켓이 형성되고, 그 부피가 연속적으로 변화하면서 냉매가 압축된다.
또한, 상기 고정 스크롤(500)의 중앙부에는 압축된 냉매를 전방 하우징(600)의 토출실(610)로 내보내기 위한 토출포트(560)가 형성되어 있다.
한편, 상기 선회 스크롤(400)의 선회운동에 의해 포켓에는 고압이 발생하며 상기 선회 스크롤(400)은 상기 고정 스크롤(500)로부터 멀어지는 방향으로 이동하려는 힘이 작용한다.
이 경우, 상기 스크롤 랩(410)(510)의 사이가 벌어지며 압축효율이 저하된다. 이를 방지하기 위해 상기 토출포트(560)로 배출된 냉매의 일부는 상기 하우징(100)의 내부통로를 따라 상기 메인프레임(800)의 배압실(BAC)로 안내되어 상기 선회 스크롤(400) 후면에 압력을 가해준다. 이러한 냉매의 순환구조는 공지이므로 구체적인 설명은 생략한다.
아울러, 상기 배압실(BAC)로 가해지는 압력이 높은 경우 상기 선회 스크롤(400)과 상기 고정 스크롤(500)은 서로 밀착하여 운동성이 저하되어 이 또한 압축효율이 저하된다. 따라서, 상기 선회 스크롤(400)에 가해지는 배압력은 적절하게 조절됨이 바람직하다.
또한, 상기 전방 하우징(600)에는 압축된 냉매에 포함된 오일을 분리하는 오일분리기(620)가 구비되며, 상기 오일분리기를 통해 분리된 오일은 배압실(BAC)로 급유된다.
그리고, 상기 구동 모터(230)가 배치되는 부분에 인접한 하우징(100)의 외주면에 인버터(310)가 구비된다.
여기서, 상기 인버터(310)는 구동 모터(230)의 회전속도를 가변적으로 조절하여 공기조화기 사이클을 따라 순환하는 냉매의 토출량을 조절하기 위한 것으로서, 터미널 또는 버스바 등에 의해 구동 모터(230)와 전기적으로 연결되어 있다.
이러한 인버터(310)는 인버터 동작프로그램이 저장된 IC가 포함된 MCU, 절연 게이트형 양극성 트랜지스터(IGBT) 또는 모터 드라이브 기능을 탑재한 지능형 파워모듈(IPM;Intelligent Power Module), 레귤레이터, 인덕터 및 컨덴서 등의 다양한 회로소자가 실장된 회로기판을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 인버터(310)는 온도제어부(FATC 등; 320)와 연결되며, 상기 온도제어부(320)는 압축기의 on/off 및 냉매의 토출량을 전체적으로 제어하도록 구성된다.
그리고, 상기 토출실(610)로 토출된 냉매의 온도를 측정하는 온도센서(330)가 구비된다.
한편, 상술한 스크롤 압축기(A)는 이상동작이 발생하면 냉매의 토출온도가 급격하게 상승하게 되며, 이때 스크롤 압축기(A)의 전원을 차단하여 파손을 방지한다.
이하, 냉매의 토출온도에 따라 스크롤 압축기(A)의 전원을 차단하는 구조를 설명한다.
먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 온도센서(330)는 토출실(610)에 설치되며, 상기 온도센서(330)에서 측정된 냉매의 온도가 급상승하면 스크롤 압축기(A)의 전원을 차단하게 된다.
이때, 상기 온도센서(330)는 인버터(310) 또는 온도제어부(320)와 연결되며, 상기 인버터(310) 또는 온도제어부(320)는 냉매의 온도가 기준온도 이상으로 상승하면 스크롤 압축기(A)의 전원을 차단하여 압축기의 파손을 방지하게 되는 것이다.
여기서, 스크롤 압축기(A)의 전원차단은 통상 구동모터(230)의 전원을 차단하여 냉매의 압축을 중단시키는 것이다.
이에 더해, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 온도센서(330)는 토출실(610)과 연통되도록 형성된 토출배관(611)에 설치되며, 상기 온도센서(330)에서 측정된 냉매의 온도에 따라 인버터(310) 또는 온도제어부(320)가 스크롤 압축기(A)의 전원을 차단하는 것이다.
이외에도, 도시하진 않았지만 상기 온도센서(330)는 외부통신포트를 이용하여 인버터(310) 또는 온도제어부(320)와 유선 또는 무선으로 연결되는 것도 가능함을 밝혀둔다.
한편, 상기 온도센서(330)는 제1,2온도센서로 구성되어 있으며, 셋 이상 설치되는 것도 가능함을 밝혀둔다.
상기와 같이 구성되는 스크롤 압축기의 제어방법을 첨부된 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1,2온도센서(330)에 의해 토출 냉매의 온도(T1,T2)를 측정한다(S110).
다음, T1,T2가 기준온도 이상인지를 판단한다(S120).
이때, T1,T2가 모두 기준온도 이상이면 스크롤 압축기(A)를 정지시키며 종료하고(S130), T1와 T2 중 하나라도 기준온도 이하이면 상기 S110단계로 돌아가 S110~S120단계를 반복한다.
여기서, T1,T2는 인버터(310) 또는 온도제어부(FATC;320))에 의해 기준온도와 비교판단하되, 상기 T1은 인버터(310)에 의해 기준온도와 비교 판단하고, 상기 T2는 온도제어부(320)에 의해 기준온도와 비교판단한다. 결국, 제1,2온도센서(330)의 측정값을 인버터(310)와 온도제어부(320)가 각각 판단한다.
도 1은 종래의 스크롤 압축기의 일 예를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스크롤 압축기를 도시한 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 스크롤 압축기를 도시한 종단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
*도면중 주요부분에 관한 부호의 설명*
A - 스크롤 압축기 100 - 하우징
200 - 구동축 300 - 메인 하우징
400 - 선회 스크롤 500 - 고정 스크롤
600 - 전방하우징 800 - 메인 프레임

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  7. (Ⅰ) 제1,2온도센서에 의해 토출 냉매의 온도(T1,T2)를 측정하는 단계
    (Ⅱ) T1,T2가 기준온도 이상인지를 판단하는 단계; 및
    (Ⅲ) 상기 (Ⅱ)단계에서 T1,T2가 모두 기준온도 이상이면 압축기를 종료하고, T1과 T2 중 하나라도 기준온도 이하이면 상기 (Ⅰ)단계로 리턴하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 T1,T2는 인버터 또는 온도제어부(FATC)에 의해 기준온도와 비교판단하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 제어방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 T1은 인버터에 의해 기준온도와 비교 판단하고, 상기 T2는 온도제어부에 의해 기준온도와 비교판단하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 제어방법.
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