KR102295969B1 - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 공기조화기 운전 시 압축기에서 발생하는 진동을 감지하고, 진동의 레벨을 설정하여 압축기에 대한 비상제어를 수행하고, 진동에 대한 성분분석으로 통해 회피주파수를 설정함으로써 공진이 발생하지 않도록 압축기의 운전주파수를 제어하여 압축기 압축기의 손상을 방지하고 운전 효율을 향상시키는 효과가 있다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법 {Air-conditioner and method for thereof}
본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 압축기 동작에 의해 발생하는 진동을 제어하는 공기조화기 및 제어방법에 관한 것이다.
공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.
이러한 공기조화기는 열교환기로 구성된 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성된 실외기로 분리되어 제어되며, 압축기 또는 열교환기로 공급되는 전원을 제어함으로써 동작된다. 또한, 공기조화기는 실외기에 적어도 하나의 실내기가 연결될 수 있으며, 요청되는 운전 상태에 따라, 실내기로 냉매를 공급하여, 냉방 또는 난방모드로 운전된다.
공기조화기는 냉매의 흐름에 따라 냉방운전되거나 난방운전되는데, 냉방운전 시, 실외기의 압축기에서 실외기의 열교환기를 거쳐 고온고압의 액체냉매가 실내기로 공급되면 실내기의 열교환기에서 냉매가 팽창되어 기화되면서 주변공기의 온도가 내려가 실내기 팬이 회전동작함에 따라 실내로 냉기가 토출되고, 난방운전 시 실외기의 압축기에서 고온고압의 기체냉매가 실내기로 공급되면, 실내기의 열교환기에서 고온고압의 기체냉매가 액화되어 방출된 에너지에 의해 따뜻해진 공기가 실내기팬의 동작에 따라 실내로 토출된다.
이러한 공기조화기는 압축기의 동작상태가 중요한 제어 요인이 되므로, 압축기의 이상을 감지하거나 압축기의 동작상태를 모니터링하는것이 공기조화기 제어에 있어서 중요한 요소가 된다.
압축기는 부하의 정도에 따라 운전주파수를 달리하여 동작하는데, 압축기가 특정 운전주파수로 동작하는 경우, 진동이 발생하게 되고 경우에 따라 공진을 발생시킨다. 특히 장시간 공기조화기가 동작하는 경우, 이러한 진동은 압축기의 노화 상태에 따라 압축기 동작에 영향을 주고, 나아가 압축기의 손상을 초래하는 문제가 있다.
특히 압축기에는 냉매가 유입되는 배관과 냉매가 토출되는 배관이 각각 연결되는데, 압축기가 특정 운전주파수로 동작하는 경우 발생되는 진동이 압축기뿐 아니라, 연결된 배관에까지 진동이 전달되어 연결배관의 이상을 초래할 수 있다.
그에 따라 진동이 발생하는 주파수를 검출하여 이상을 방지할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 공기조화기 및 그 제어방법에 있어서, 압축기가 동작함에 따라 발생하는 진동에 대하여 주파수를 검출하여, 공진발생을 방지하도록 압축기를 제어하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공기조화기는, 실외기 및 상기 실외기에 연결되는 복수의 실내기를 포함하여, 냉방 또는 난방운전하는 공기조화기에 있어서, 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기에 연결되는 냉매배관, 상기 냉매배관에 설치되어 진동을 감지하는 진동감지부, 및 상기 진동감지부로부터 진동이 감지되는 경우, 상기 진동감지부로부터 입력되는 데이터로부터 상기 압축기로부터 발생하는 진동의 성분을 분석하여 회피주파수를 설정하고, 상기 회피주파수를 제외한 운전주파수로 상기 압축기의 운전을 제어하는 제어부를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 공기조화기의 제어방법은, 운전 중, 압축기로부터 발생되는 진동을 진동감지부가 감지하는 단계, 상기 진동감지부로부터 입력되는 데이터로부터 상기 진동에 대한 진동성분을 분석하고, 상기 진동에 대한 진폭의 크기에 따라 레벨을 설정하는 단계, 상기 레벨에 대응하여, 상기 진동에 대한 회피주파수를 설정하는 단계 및 상기 회피주파수를 제외한 운전주파수로 상기 압축기를 제어하는 단계를 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기조화기 및 그 제어방법은, 공기조화기 운전 시 압축기에서 발생하는 진동을 감지하고, 진동 발생에 따른 주파수를 검출하여 압축기의 이상 여부를 감지하고, 압축기의 운전주파수를 제어함으로써, 압축기의 손상을 방지하고 운전 효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 공기조화기의 구성이 도시된 도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 공기조화기의 제어구성이 도시된 블록도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기가 도시된 도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 공기조화기의 배관에 설치되는 감지부의 구성이 도시된 도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 진동에 의한 배관 및 감지부의 변위가 도시된 도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 공기조화기의 진동 감지 회로가 도시된 도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 진동에 의한 배관의 변위 및 그에 따른 전기용량의 변화가 도시된 그래프이다.
도 8 은 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기의 진동 성분 검출방법이 도시된 순서도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 공기조화기의 진동의 크기에 따른 제어방법이 도시된 도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 공기조화기의 진동의 크기에 따른 압축기 제어에 있어서 회피주파수 초기화 방법이 도시된 순서도이다.
도 11 는 본 발명에 따른 공기조화기의 온도변화에 따른 주파수 변화가 도시된 도이다.
도 12 는 본 발명에 따른 공기조화기의 진동의 크기에 따른 회피주파수 업데이트방법이 도시된 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 공기조화기의 구성이 도시된 도이다.
도 1을 참조하면, 공기조화기는 복수의 실내기(20)(21 내지 23), 적어도 하나의 실외기(10), 실내기(20)에 연결되는 리모컨(30)(31 내지 33)포함한다.
또한, 실내기(20) 및 실외기(10)에 연결되어 그 동작을 모니터링하고 제어하는 원격제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
공기조화기는 설치형태에 따라 천장형, 스탠드형, 벽걸이형 등으로 구분될 수 있다. 또한, 공기조화기는 실외기(10) 및 실내기(20)뿐 아니라, 환기유닛, 공기청정유닛, 가습유닛, 제습유닛, 히터와 같은 유닛을 더 포함하여 구성할 수 있으나 그에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
실내기(20)는 냉매배관(L1)으로 연결된 실외기(10)로부터 공급되는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(미도시), 냉매의 열교환시키는 실내열교환기(미도시), 실내공기가 실내열교환기로 유입되도록 하고, 열교환된 공기가 실내로 노출되도록 하는 실내기팬(미도시), 다수의 센서(미도시), 실내기의 동작을 제어하는 제어수단(미도시)을 포함한다.
실내기(20)는 열교환된 공기를 토출하는 토출구(미도시)를 포함하고, 토출구에는 토출구를 여닫고, 토출되는 공기의 방향을 제어하는 풍향조절수단(미도시)이 구비된다. 실내기는 실내기팬의 회전속도를 제어함으로써 흡입되는 공기 및 토출되는 공기를 제어하며, 풍량을 조절한다. 또한, 실내기(20)는 경우에 따라 실내 공간에 존재하는 인체를 감지하는 인체감지수단을 더 포함할 수 있다. 또한, 실내기(20)는 실내기의 운전상태 및 설정정보가 표시되는 출력부 및 설정 데이터 입력을 위한 입력부를 더 포함할 수 있다.
실외기(10)는 통신선(L2)으로 연결된 실내기(20)의 요구 또는 원격제어기의 제어명령에 대응하여, 냉방모드 또는 난방모드로 동작되며, 복수의 실내기(21 내지 23)로 냉매를 공급한다.
실외기(10)는 유입되는 냉매를 압축하여 고압의 기체 냉매를 토출하는 적어도 하나의 압축기(미도시), 냉매로부터 기체 냉매와 액체냉매를 분리하여 기화되지 않은 액체냉매가 압축기로 유입되는 것을 방지하는 어큐뮬레이터(미도시), 압축기에서 토출된 냉매 중 오일을 회수하는 오일분리기(미도시), 외기와의 열교환에 의하여 냉매를 응축하거나 증발되도록 하는 실외열교환기(미도시), 실외 열교환기의 열교환을 보다 원활하게 하기 위하여 실외 열교환기로 공기를 유입하고 열교환된 공기를 외부로 토출하는 실외기팬(미도시), 실외기의 운전모드에 따라 냉매의 유로를 변경하는 사방밸브(미도시), 압력을 측정하는 적어도 하나의 압력센서(미도시), 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도센서(미도시), 실외기의 동작을 제어하고 다른 유닛과의 통신을 수행하는 제어구성을 포함한다. 실외기는 그 외 다수의 센서, 밸브, 과냉각 장치 등을 더 포함하나, 그에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.
리모컨(30)은 실내기(20)와 유선 또는 무선으로 연결되어 데이터를 송수신하고, 운전모드, 온도, 풍량 등의 운전설정뿐 아니라 운전스케줄을 입력하여 실내기(20)로 전송함으로써 실내기가 설정에 따라 운전되도록 한다.
원격제어기(미도시)는 실내기(20)의 데이터를 수신하여 실내기의 동작상태를 표시하고, 입력되는 데이터를 실내기로 전송하여 실내기가 소정 설정에 따라 운전되도록 제어한다.
도 2 는 본 발명에 따른 공기조화기의 제어구성이 도시된 블록도이다.
도 2를 참조하면, 실외기(10)는 데이터부(150), 구동부(120), 압축기(130), 진동감지부(140), 온도감지부(160), 그리고 동작 전반을 제어하는 제어부(110)를 포함한다. 앞서 설명한 실외기의 그 외의 구성은 하기에서 설명을 생략하기로 한다.
실외기(10)는 적어도 하나의 버튼 또는 스위치와 같은 소정의 입력수단을 포함하는 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 입력부는 구비되는 입력수단이 조작됨에 따라 전원입력, 주소설정, 시운전 등에 대한 명령을 제어부(110)로 입력한다.
또한, 실외기(10)는 공기조화기에 대한 운전설정, 운전상태, 이상 여부에 대한 정보를 표시하는 표시수단(미도시)과 소정의 효과음 또는 경고음을 출력하는 버저 또는 스피커(미도시)와 그리고 점등되거나 점멸되어 동작상태, 각 기기와의 연결상태 또는 경고를 출력하는 램프(미도시)를 포함하는 출력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 출력부는 제어부(110)의 제어명령에 따라 압축기의 이상에 따른 경고메시지, 경고등, 경고음 중 적어도 하나의 형태로 알림을 출력할 수 있다.
또한, 실외기(10)는 유선 또는 무선 방식의 복수의 통신모듈로 구성되는 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 통신부는 제어부(110)의 제어명령에 따라 연결되는 실내기(20)와 데이터를 송수신하여 실내기(20)로부터 운전설정에 대한 데이터를 수신한다. 경우에 따라 통신부는 실내기(20)에서 경고가 출력되도록, 실외기(10)의 이상발생에 따른 알림신호를 실내기(20)로 전송할 수 있다.
구동부(120)는 제어부(110)의 제어명령에 대응하여 압축기(130)의 구동을 제어한다. 구동부(120)는 압축기(130)에 동작전원을 공급하여 압축기가 동작하도록 하며, 제어부(110)의 제어명령에 따라 압축기(130)가 소정의 운전주파수로 동작하도록 한다.
이때, 구동부(120)는 압축기(130)의 구동제어뿐 아니라, 밸브(미도시) 또는 실외기팬(미도시)의 구동을 제어하기 위한, 실외기팬 구동부(미도시), 밸브 제어부(미도시) 가 각각 구비될 수 있다.
데이터부(150)에는 실외기 동작에 따른 제어 데이터, 압축기(130)의 제어를 위한 주파수 데이터, 실외기 운전 중 감지되는 데이터 및 통신부(150)를 통해 입출력되는 데이터가 저장된다. 또한, 데이터부(150)에는 실내기 또는 외부 기기와 데이터를 송수신하기 위한 주소 데이터가 저장된다.
실외기(10)는, 실외기(10) 내부 또는 외부에 설치되어 실외기(10)에 대한 데이터, 운전 중 상태에 대한 데이터를 감지하고 측정하여 제어부(110)로 입력하는 감지수단을 복수로 구비한다. 예를 들어 감지수단은 실외기의 내부 및 외부에 대하여 온도, 압력, 습도, 이산화탄소, 유량, 전압, 전류를 측정하는 각각의 센서를 포함할 수 있다.
온도감지부(160)는 복수의 온도센서로 구성되어, 실외기(10)의 내부 또는 실외기(10)의 외부에 설치되어 실외기 내부의 온도와, 실외온도를 각각 측정한다. 이때 온도감지부(160)는 외기가 흡입되는 흡입구에 설치되거나, 실외기팬의 외부에 설치되어 실외온도를 측정할 수 있다.
또한, 온도감지부(160)는 냉매배관에 설치되어 냉매의 흡입온도, 토출온도를 측정하여 제어부(110)로 입력한다.
진동감지부(140)는 압축기(130)에 의해 발생하는 진동을 감지한다.
진동감지부(140)는 압축기(130) 또는 압축기(130)에 연결되는 배관에 설치되어 압축기 구동에 따라 발생하는 진동을 감지한다. 진동감지부(140)는 발생되는 진동의 진폭과 주파수를 검출하여 제어부(110)로 입력한다.
제어부(110)는 운전설정 또는 실내기의(20)요청을 바탕으로 공기조화기가 설정된 동작을 수행하도록 제어하면서, 복수의 센서로부터 입력되는 데이터에 대응하여, 실외기(10)의 운전을 제어하고 실외기가 정상적으로 동작하는지 여부를 판단한다. 또한, 제어부(110)는 입출력되는 데이터를 처리하고 통신부를 통한 데이터 송수신을 제어한다.
제어부(110)는 실내기(20)로부터 수신되는 운전설정에 대응하여 압축기(130)가 동작하도록, 구동부(120)로 제어명령을 인가한다. 이때, 제어부(110)는 압축기(130)의 운전주파수를 제어한다.
또한, 제어부(110)는 진동감지부(140)로부터 검출되는 진동주파수에 대응하여 회피주파수를 설정하고, 데이터부(150)에 저장되도록 한다.
제어부(110)는 진동감지부(140)로부터 진동이 감지되는 경우, 진동의 크기에 따라 진동이 발생하는 때의 압축기(130)의 운전주파수에 대하여 회피주파수를 설정한다. 특히 제어부(110)는 진동감지부(140)에 의해 감지되는 진동에 대하여, 입력되는 데이터로부터 진동성분을 분석하여 공진발생에 따른 주파수를 판단한다.
이때, 제어부(110)는 진동감지부(140)로부터 입력되는 진동에 대한 진폭과 진동주파수를 분석하여 진동주파수로부터 상기 압축기의 공진주파수를 판단한다. 그에 따라 제어부(110)는 공진을 발생시키는 주파수를 회피주파수로 설정한다.
제어부(110)는 압축기(130) 제어 시, 설정된 회피주파수를 제외한 운전주파수로 압축기(130)가 동작하도록 제어한다. 그에 따라 실외기(10)는 압축기(130) 동작 시 발생하는 진동, 특히 공진이 발생하지 않도록 제어한다.
이때, 제어부(110)는 진동감지부(140) 및 온도감지부(160)의 데이터에 대응하여 회피주파수를 추가 하거나 삭제하며 회피주파수를 관리한다.
제어부(110)는 진동감지부(140)에 의해 감지되는 진동에 대하여 진동의 크기를 레벨로 설정하고, 각 레벨에 따라 회피주파수를 구분하여 관리한다. 제어부(110)는 온도에 따라 공진주파수가 가변 되므로, 온도의 변화에 따라 회피주파수를 재설정한다.
또한, 제어부(110)는 진동의 크기가 큰 경우, 진폭이 일정 레벨 이상인 경우에 대하여 압축기(130)에 대한 비상제어를 수행하고, 경우에 따라 운전 정지하도록 한다. 비상제어 시, 제어부(110)는 비상제어에 따른 경고 또는 알림신호를 실내기(20)로 전송하여 실내기를 통해 경고 또는 알림이 출력되도록 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기가 도시된 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실외기(10)에는 압축기(130)가 구비된다. 실외기(10)에는, 연결되는 부하의 정도에 따라 압축기가 한대 또는 그 이상 구비될 수 있다.
압축기(130)는 그 종류에 따라 정속압축기와 인버터압축기로 구분될 수 있다. 정속압축기는 온오프 되어 지정된 운전주파수로 동작하고, 인버터압축기는 운전주파수를 가변하여 제어할 수 있다. 이하 인버터압축기 인것을 예로 하여 설명한다.
압축기(130)에는 냉매배관(L3)(L4)이 각각 연결된다.
압축기(130)로 냉매가 유입되는 흡입배관과 압축기로부터 냉매가 토출되는 토출배관이 각각 압축기에 연결된다. 또한, 오일회수기(오일분리기) 및 어큐뮬레이터가 연결될 수 있다.
그에 따라 압축기(130)로 저온저압의 기체 냉매가 유입되면, 압축기(130)는 이를 압축하여 고온고압의 기체 냉매를 냉매배관을 통해 토출한다.
진동감지부(140)는 압축기(130)와 연결되는 냉매배관에 설치되는 것을 예로 하여 설명하기로 한다.
도 4 는 본 발명에 따른 공기조화기의 배관에 설치되는 감지부의 구성이 도시된 도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 진동감지부(140)는 압축기(130)와 연결되는 냉매배관(L11)에 설치된다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 진동감지부(140)는 냉매배관(L11)의 표면에 밀착되어 설치되며, 두개의 센서, 제1 및 제 2 센서(141, 142)가 상호 마주보는 형태로 설치된다. 즉 제 1 센서(141)와 제 2 센서(142)는 냉매배관의 단면을 기준으로 할 때, 180도 각을 이루며 설치된다. 이때, 제 1 센서 및 제 2 센서(141)(142)는 각각 진동감지를 위한 전극으로 사용될 수 있다.
진동감지부(140)는 제 1 및 제 2 센서(141)(142)의 설치위치에 대하여, 제 1 및 제 2 센서를 연결하는 연장선을 가정할 때, 연장선에 대하여 수평방향으로 발생하는 진동에 대하여 그 진폭을 감지할 수 있다. 또한, 진동감지부(140)의 제 1 및 제 2 센서(141)(142)의 설치위치를 기준으로 소정 각도를 갖는 진동에 대하여 감지한다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 진동감지부(140)는 냉매배관(L11)에 제 1 내지 제 4 센서(141 내지 144)가 설치될 수 있다. 이때, 제 1 내지 제 4 센서(141 내지 l44)는 진동감지를 위한 전극으로 사용된다.
제 1 내지 제 4 센서(141 내지 144)는 냉매배관의 단면을 기준으로 각각 90도를 이루며 설치된다.
그에 따라 진동감지부(140)는 압축기(130)의 동작에 의해 발생하는 진동에 대하여 다양한 방향의 진동을 감지할 수 있게 된다.
도 5 는 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 진동에 의한 배관 및 감지부의 변위가 도시된 도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 압축기(130)가 동작하고, 압축기가 특정 운전주파수로 구동 시 진동이 발생할 수 있다. 이때 발생하는 진동은 압축기(에 연결되는 냉매배관으로도 전달된다.
그에 따라 냉매배관이 소정의 진폭으로 진동하게 됨에 따라, 냉매배관에 설치되는 진동감지부(140)는 진동의 진폭과 진동주파수를 감지한다.
냉매배관이 좌우 진동하는 경우, 그에 따라 진동감지부(140)의 제1 및 제 2 센서(141)(142)의 위치가 변경되고, 센서는 그 변위와 변위의 속도에 따라 진동의 진폭과 주파수를 감지할 수 있다.
도 6 은 본 발명에 따른 공기조화기의 진동 감지 회로가 도시된 도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 진동감지부(40)는 전극으로 동작하는 제 1 및 제 2 센서(141)(142)가 연결되는 진동검출회로를 포함한다.
이때 진동검출회로는 저입력 임피던스 증폭기로, MEMS에서 사용되는 회로로 압축기 진동에 의한 제 1 및 제 2 센서(141)(142), 즉 두개의 전극에서의 변위에 따른 전기용량을 추정하는 회로이다. 이때 회로의 커패시터(C)는 제1 및 제 2 센서(141)(142)의 전극 간 거리에 따라 형성되는 커패시턴스를 나타낸 것이다.
압축기가 제 1 방향, 예를 들어 X축 방향으로 진동하게 되면, 냉매배관 또한 동일한 방향으로 진동하게 된다.
이때, 빠른 진동으로 인하여 제1 및 제 2 센서(141)(142) 사이의 간격이 변화하고, 그에 따라 회로내의 커패시터(C)의 전기용량이 가변 된다.
도 7 은 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기 진동에 의한 배관의 변위 및 그에 따른 전기용량의 변화가 도시된 그래프이다.
제 1 및 제 2센서(141)(142)의 변위에 따른 전기용량의 변화를 측정하면, 그에 따른 압축기(130)의 진동을 예측 가능하게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 진동감지부(140)의 제 1 및 제 2센서(141)(142)의 변위에 따라 진동검출회로의 전기용량이 변경되는 그래프이다. 도 7은 측정되는 데이터로부터 압축기의 진동에 대한 예측 결과를 도시한 도이다.
이때, 5um단위의 진동도 감지할 수 있으므로, 압축기(130)에 대한 진동으로 정밀하게 측정 가능하다.
제어부(110)는 진동감지부(140)로부터 입력되는 진동의 진폭 및 주파수 데이터에 대응하여 압축기(130)에 대한 회피주파수를 설정할 수 있다.
도 8 은 본 발명에 따른 공기조화기의 압축기의 진동 성분 검출방법이 도시된 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 운전설정에 따라 공기조화기가 운전을 시작하면, 압축기(130)가 구동부(120)로부터 공급되는 동작전원에 따라 동작한다(S310). 이때 압축기(130)의 운전주파수는 제어부(110)에 의해 제어된다.
진동감지부(140)는 냉매배관에 설치되어 압축기(130)에 의한 진동을 감지한다. 이때 냉매배관에 전극으로써 설치되는 진동감지부(140)의 제1 및 제 2 센서의 변위에 의해 진동이 감지된다.
진동감지부(140)는 감지되는 진동에 대하여, 진동의 진폭과 주파수를 검출한다(S330).
제어부(110)는 진동감지부(140)로부터 입력되는 진동의 진폭과 주파수 데이터를 바탕으로 진동성분을 분석한다(S340). 그에 따라 제어부(110)는 일정 레벨 이상의 진동이 발생하는 시점의 압축기(130)의 운전주파수를 확인하고, 그에 따라 압축기(130)에서 진동이 발생하게 되는 주파수를 회피주파수로 설정한다.
제어부(110)는 회피주파수를 제외한 운전주파수로 압축기(130)를 제어한다(S350).
따라서, 제어부(110)는 진동성분 분석을 통해 압축기의 공진주파수에 대한 정보를 저장하고 그에 대응하는 운전주파수를 회피주파수로 등록하여 공진이 발생하지 않도록 한다.
도 9 는 본 발명에 따른 공기조화기의 진동의 크기에 따른 제어방법이 도시된 도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 공기조화기는 운전설정에 따라 운전을 시작한다. 실외기(10)의 제어부(110)는 운전설정에 따라 압축기(130)를 제어하고, 압축기(130)가 특정 운전주파수로 동작하는 때, 진동이 발생하면 진동감지부(140)는 압축기에 의해 발생된 진동을 감지한다.
이때, 진동감지부(140)는 앞서 설명한 바와 같이, 진동의 진폭과 주파수 데이터를 제어부(110)로 입력하고, 제어부(110)는 진동감지부(140)로부터 입력된 데이터에 대응하여 진동성분을 분석한다(S420). 그에 따라 제어부(110)는 회피주파수를 검출한다.
제어부(110)는 감지된 진동에 대하여 진폭의 크기에 대하여 레벨을 설정한다(S330). 진폭의 크기에 따라 진폭이 작은 레벨1, 진폭이 큰 레벨2, 그리고 이상동작으로 판단되는 레벨3으로 구분할 수 있다. 이때 제어부(110)는 진폭의 레벨을 3단계로 구분하였으나, 진폭의 레벨은 설정에 따라 레벨 판단의 기준 및 레벨의 수가 가변 될 수 있다.
예를 들어 진폭이 3mm 미만 인 경우 레벨1, 진폭이 3mm 내지 5mm 인 경우 레벨2, 5mm 이상인 경우 레벨3으로 설정할 수 있다.
진폭의 크기가 레벨1인 경우, 제어부(110)는 기 설정되어 저장된 회피주파수를 초기화한다(S440). 이때 후술하는 회피주파수 초기화 방법에 따라 기 설정된 회피주파수를 초기화 한다.
제어부(110)는 설정에 따라 압축기(130)를 제어한다(S460).
진폭의 크기가 레벨2인 경우, 제어부(110)는 회피주파수를 업데이트한다(S450).
제어부(110)는 업데이트된 회피주파수를 바탕으로, 회피주파수를 제외한 운전주파수로 압축기(130)의 운전을 제어한다(S460).
한편, 진폭의 크기가 레벨3인 경우, 제어부(110)는 진동이 기준 이상으로 크므로, 비상제어를 수행한다(S480). 이때, 제어부(110)는 비상제어 시 감지되는 진동에 대한 회피주파수를 설정한다.
제어부(110)는 비상제어를 수행하면서 압축기를 정지시키고(S490), 기 설정된 운전을 일지 정지한다. 제어부(110)는 비상정지에 따른 경고가 출력되도록 제어하고, 운전을 정지하거나 또는 소정시간 운전을 정지한 후에 다시 구동할 수 있다.
한편, 제어부(110)는 레벨3의 공진이 발생하였으므로, 운전 정지 전, 그에 대한 회피주파수를 등록하여 다음 운전시 해당 진동이 발생하지 않도록 제어한다.
도 10 은 본 발명에 따른 공기조화기의 진동의 크기에 따른 압축기 제어에 있어서 회피주파수 초기화 방법이 도시된 순서도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제어부(110)가 진동감지부(140)로부터 입력되는 데이터에 따라 진동성분을 분석하고(S510), 진폭의 크기에 따라 레벨을 설정한다(S520).
설정된 레벨을 레벨1과 비교하고(S530), 레벨1보다 큰 레벨2 또는 레벨3인 경우(A), 후술하는 도 12에 기재된 바와 같이 제어부(110)는 회피주파수를 업데이트하거나 비상제어를 수행한다(S550). 이때, 후술하는 도 12에서 설정된 레벨이 1인 경우(B)(S540)에도 다음과 같이 동작한다.
설정된 레벨이 레벨1인 경우 진동의 진폭이 2내지 3mm로, 제어부(110)는 허용 범위의 진동으로 판단한다. 경우에 따라 제어부(110)는 레벨1의 진동에 대하여 허용범위의 진동이기는 하나 진동이 발생하였으므로 레벨1의 진동에 대한 회피주파수로 등록할 수 있다.
제어부(110)는 온도감지부(160)를 통해 측정되는 실외온도를 입력받아 계절변화 여부를 판단한다(S570).
제어부(110)는 실외온도에 대응하여 계절변화를 판단하는데, 누적 저장된 온도데이터를 바탕으로 소정 기간 내의 온도의 평균, 온도의 차이, 작년 온도데이터와의 비교 중 어느 하나를 통해 계절변화를 판단할 수 있다.
계절변화가 있다고 판단되면, 제어부(110)는 기 저장된 모든 회피주파수를 데이터부(150)으로 삭제하여 회피주파수를 초기화한다(S580).
한편, 계절변화가 없는 경우에는 기 저장된 회피주파수를 유지한다.
제어부(110)는 회피주파수를 바탕으로 압축기(130)에 대한 제어를 수행한다(S590).
이때 계절변화를 판단하는 이유는 다음과 같다.
도 11 는 본 발명에 따른 공기조화기의 온도변화에 따른 주파수 변화가 도시된 도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 온도가 변화하는 경우, 온도변화에 따라 공진주파수가 변화하게 된다.
도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 온도가 영하에서 영상으로 상승하는 경우 그에 따라 압축기의 공진주파수 역시 증가하는 것을 알 수 있다.
도시된 그래프로부터 온도 별 주파수값을 다음의 도 11의 (b)에서 살펴보면 다음과 같다. 압축기의 진동에 따른 공진주파수의 변화에 대한 예를 도시한 것이다.
도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, -20 도에서 압축기의 공진주파수가 4416.97 Hz 이나, 0도에서는 4424.90Hz, 그리고 영상 20도에서는 4432.07Hz로 상승함을 알 수 있다.
그에 따라 계절이 변화하는 경우 공진주파수 또한 변화하므로, 압축기(130)의 진동을 발생시키는 공진주파수가 계절에 따라 가변 됨을 알 수 있다.
제어부(110)는 진동의 크기가 작은 경우, 즉 레벨1의 진동에 대하여 허용범위의 진동으로 판단하되, 앞서 설명한 바와 같이 온도변화 또는 계절변화가 공진주파수에 영향을 주어 계절의 변화에 따라 공진주파수가 변경되므로, 온도에 따라 계정의 변화 여부를 판단하여 기 설정된 회피주파수를 모두 삭제하고 초기화 한다.
예를 들어 기 저장된 회피주파수가 여름에 등록된 것이라고 하고, 겨울에 공기조화기가 동작하는 경우, 여름에 등록된 회피주파수가 겨울의 공진주파수와는 일치하지 않으므로, 제어부(110)는 기 저장된 회피주파수를 모두 초기화하고 새로운 회피주파수를 등록한다. 경우에 따라 제어부(110)는 회피주파수가 등록된 시점에 따라, 소정 기간 내에 새로 등록된 회피주파수는 제외하고 그 이전에 등록된 회피주파수는 모두 삭제할 수 있다.
도 12 는 본 발명에 따른 공기조화기의 진동의 크기에 따른 회피주파수 업데이트방법이 도시된 순서도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제어부(110)는 진동감지부(140)로부터 입력되는 데이터에 대응하여 진동성분을 분석한다(S610). 제어부(110)는 감지된 진동에 대하여 진폭의 크기에 레벨을 설정한다(S620). 예를 들어 진폭의 정도에 따라 레벨1, 레벨2, 레벨3으로 설정할 수 있고, 기준이 되는 진폭과 단계의 수는 설정에 따라 가변 될 수 있다.
제어부(110)는 설정된 레벨이 레벨2 이상인지 여부를 판단하여(S630), 설정된 레벨이 레벨2 미만인 경우(B), 앞서 설명한 도 10에서 레벨1에 따른 회피주파수 초기화를 수행한다(S650).
한편, 설정된 레벨이 레벨2 이상인 경우, 제어부(110)는 설정된 레벨이 레벨3 이상인지 여부를 판단한다(S660). 설정된 레벨이 레벨3 이상인 경우(C), 앞서 설명한 도 9의 레벨3에 대한 비상제어를 수행한다(S670). 이때 앞서 설명한 도 10에서 레벨2인 경우(A)(S640)에 대하여 다음과 같이 동작한다.
압축기(130)에서 발생한 진동에 대한 진폭의 크기가 레벨2인 경우, 제어부(110)는 진동에 대한 공진주파수를 분석하고, 공진주파수에 대응하는 주파수가 회피주파수로써 기 저장되어 있는지 여부를 판단한다(S680). 제어부(110)는 데이터부(150)에 저장된 회피주파수로부터 공진주파수에 대응하는 주파수를 검색하여 기 저장된 회피주파수 인지 여부를 판단한다.
발생된 진동에 대한 주파수가 회피주파수로 기 저장된 경우, 제어부(110)는 저장된 회피주파수를 업데이트 한다(S690).
예를 들어 데이터부(140)에 기 저장된 회피주파수가 다른 레벨의 회피주파수로 저장되어 있는 경우 제어부(110)는 이를 레벨2의 회피주파수로 업데이트 할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 해당 회피주파수에 대하여 발생 빈도를 설정하여 업데이트 할 수 있다.
발생된 진동에 대응하는 주파수가 저장되어 있지 않은 경우, 제어부(110)는 저장된 회피주파수의 개수가 기준 개수 이상인지 여부를 판단한다(S700).
제어부(110)는 기 저장된 회피주파수의 개수가 기준 개수 이상이면, 기 저장된 회피주파수 중, 위험도가 낮은 회피주파수를 삭제하고(S710), 새로운 회피주파수를 추가 등록한다(S720).
이때, 제어부(110)는 복수의 회피주파수가 등록되어 있는 상태에서, 진동의 크기 즉 진폭의 레벨에 따라 위험도를 판단하여 진폭이 작은 진동에 대한 회피주파수를 낮은 위험도의 회피주파수를 삭제할 수 있다. 또한, 발생 빈도가 적은 회피주파수를 낮은 위험도의 회피주파수로 판단 할 수 있다.
저장된 회피주파수의 개수가 기준개수 미만인 경우에는 새로운 회피주파수를 추가 등록한다(S720).
앞서 설명한 바와 같이, 기 저장된 회피주파수를 업데이트 하거나, 기존의 회피주파수를 삭제하고 새로운 회피주파수를 추가 등록하면, 제어부(110)는 저장된 회피주파수를 바탕으로, 회피주파수를 제외한 운전주파수로 압축기(130)가 동작하도록 압축기(130) 제어를 수행한다(S730)
그에 따라 본 발명은 압축기(130)에서 진동이 발생하는 경우에 대하여, 진동성분을 분석하여 압축기의 공진주파수를 확인하고, 그에 대응하는 운전주파수를 회피주파수로 설정하여 압축기(130)의 운전을 제어함으로써, 압축기의 진동 발생을 방지하여 압축기의 운전효율을 향상시키고 압축기의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 실시예에 따라서는 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
10: 실외기 20, 21 내지 23: 실내기
30: 리모컨
110: 제어부 120: 구동부
130: 압축기 140: 진동감지부
150: 데이터부 160: 온도감지부

Claims (24)

  1. 실외기 및 상기 실외기에 연결되는 복수의 실내기를 포함하여, 냉방 또는 난방운전하는 공기조화기에 있어서,
    냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에 연결되는 냉매배관;
    상기 냉매배관에 설치되어 진동을 감지하는 진동감지부;
    실외온도를 측정하는 온도감지부; 및,
    상기 진동감지부로부터 진동이 감지되는 경우, 상기 진동감지부로부터 입력되는 데이터로부터 상기 압축기로부터 발생하는 진동의 성분을 분석하여 회피주파수를 설정하고, 상기 회피주파수를 제외한 운전주파수로 상기 압축기의 운전을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도감지부로부터 측정되는 실외온도에 대응하여 계절의 변화를 판단하여, 계절 변화시 상기 회피주파수를 삭제하여 초기화하고,
    계절의 변화가 없는 경우, 기 저장된 상기 회피주파수를 유지하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동감지부는 상기 냉매배관에 설치되는 적어도 두 개의 센서를 포함하고,
    상기 센서의 변위에 따라 진동을 감지하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 진동감지부는 제 1 센서와 제 2 센서를 포함하고,
    상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서가 상기 냉매배관에 대하여 상호 180도 각을 이루며 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 진동감지부는 제 3 센서와 제 4 센서를 더 포함하고,
    상기 제 3 센서와 상기 제 4 센서가 상기 냉매배관에 대하여 180도 각을 이루고, 상기 제 1 센서와 상기 제 2 센서에 대하여 각각 90도 각을 이루는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동감지부는 상기 냉매배관에 설치되는 적어도 두 개의 전극을 포함하고, 상기 전극이 상기 냉매배관과 함께 커패시터로 동작하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 진동감지부에 의해 감지되는 진동에 대하여, 진폭의 크기에 따라 레벨을 설정하고, 상기 레벨에 따라 상기 회피주파수를 관리하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 회피주파수가 저장되는 데이터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 진동감지부에 의해 진동이 감지되는 경우, 진동이 발생한 시점의 상기 압축기의 운전주파수를 상기 회피주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 진동에 대한 진폭과 진동주파수를 상기 진동성분으로써 분석하여, 상기 진동주파수로부터 상기 압축기의 공진주파수를 판단하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는 진폭의 크기가 2 내지 3mm 인 경우 레벨1, 진폭이 3 내지 5mm인 경우 레벨2, 그리고 진폭이 5mm 이상인 경우 레벨3을 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 감지된 진동이 레벨1인 경우, 상기 회피주파수를 초기화하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  12. 삭제
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 감지된 진동이 레벨2 인 경우, 상기 진동에 대한 새로운 회피주파수를 추가하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는 기 설정된 회피주파수의 개수가 기준 개수 이상인 경우 위험도가 낮은 회피주파수를 삭제하고 새로운 회피주파수를 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 감지된 진동이 레벨3인 경우, 상기 회피주파수를 설정하고, 비상제어를 수행하여 상기 압축기를 정지시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
  16. 운전 중, 압축기로부터 발생되는 진동을 진동감지부가 감지하는 단계;
    상기 진동감지부로부터 입력되는 데이터로부터 상기 진동에 대한 진동성분을 분석하고, 상기 진동에 대한 진폭의 크기에 따라 레벨을 설정하는 단계;
    상기 레벨에 대응하여, 상기 진동에 대한 회피주파수를 설정하는 단계;
    상기 회피주파수를 제외한 운전주파수로 상기 압축기를 제어하는 단계;
    온도감지부로부터 측정되는 실외온도에 대응하여 계절의 변화를 판단하는 단계;
    계절 변화시 상기 회피주파수를 삭제하여 초기화하는 단계; 및
    계절의 변화가 없는 경우 기 저장된 상기 회피주파수를 유지하는 단계;를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 진동감지부에 의해 진동이 감지되는 경우, 상기 진동이 발생한 시점의 상기 압축기의 운전주파수를 상기 회피주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 진동에 대한 진폭이 일정 레벨 이상인 경우, 비상제어를 수행하여 상기 압축기를 정지시키는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 진폭의 크기가 3mm 미만 인 경우 레벨1, 진폭이 3mm 내지 5mm인 경우 레벨2, 그리고 진폭이 5mm 이상인 경우 레벨3을 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 진동이 레벨1인 경우, 상기 회피주파수를 초기화하는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 계절의 변화를 판단하는 단계는,
    상기 진동이 레벨 1인 경우, 온도감지부로부터 측정되는 실외온도에 대응하여 계절의 변화를 판단하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 진동이 레벨2 인 경우, 상기 진동에 대한 새로운 회피주파수를 추가하는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 진동이 레벨2 인 경우, 기 설정된 회피주파수의 개수가 기준 개수 이상인 경우 위험도가 낮은 회피주파수를 삭제하고 새로운 회피주파수를 설정하는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 진동이 레벨3인 경우 상기 진동에 대한 상기 회피주파수를 등록하고, 비상제어를 수행하여 상기 압축기를 정지시키는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
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