KR20050023977A

KR20050023977A - 공기조화기 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20050023977A
Application number: KR1020030061765A
Authority: KR
Inventors: 이인주; 김철우; 조성해
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2005-03-10
Also published as: KR100889823B1; CN1590884A; JP2005083738A; US7040107B2; CN1285861C; US20050050908A1; JP3973639B2

Abstract

본 발명은 용량가변 회전압축기를 구비하는 공기조화기에 관한 것으로, 특히 본 발명은 압축기의 재기동을 원활히 하여 압축기의 기동신뢰성을 향상시킨다.

이를 위해 본 발명은 정역 가능한 압축기, 이 압축기를 정방향 또는 역방향을 회전시키는 압축기구동부, 이 압축기의 실제 기동여부를 판단하는 기동판단부, 압축기의 기동실패시, 압축기구동부를 구동하여 압축기를 반대방향으로 회전시킨 후 재기동시키는 압축기제어부를 포함한다.

따라서, 본 발명은 압축기의 재기동을 원활히 하면서도 기동실패시 재기동을 신속하게 할 수 있어 기동신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 재기동에 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{Air conditioner and control method thereof}

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로, 압축기의 기동을 원활히 하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 압축기는 흡입측으로 유입되는 저압의 냉매를 회전축에 연결된 편심장치를 이용하여 고압의 냉매로 압축시켜 토출측으로 토출시킨다.

그러나, 다른 요인에 의해서 압축동작을 수행하던 압축기를 일시 정지시킨 후 재기동시켜야 하는 경우에는 압축기의 흡입측과 토출측 사이의 압력차에 의해 압축기의 기동이 원활히 이루어지지 않는다.

따라서, 종래에는 압축기의 원활한 기동을 위해 실외기와 실내기사이에 마련된 전동팽창밸브의 개도를 개방시켜 소정시간동안 압력평형을 수행한 후 압축기를 기동시키고 있다.

그러나, 소정의 압력평형에 의해서도 압축기의 흡입측과 토출측사이의 압력차가 일정수준 해소되지 않는 경우에는 압축기의 기동이 실패한다.

더욱이 이러한 압축기의 기동실패가 장시간 지속되는 경우에는 압축기 모터에 과부하가 걸려 압축기가 파손될 우려가 있다.

이러한 문제점은 토출용량의 가변을 위해 압축기의 정지가 잦은 용량가변 회전압축기의 경우에 더욱 심하다.

참고로, 이러한 용량가변 회전압축기와 관련하여 본 출원인은 대한민국 특허출원10-2002-0061462호를 통해 내용적이 서로 다른 두 압축실 중 어느 한쪽에서만 선택적으로 압축동작이 이루어지도록 하는 용량가변 회전압축기를 출원한 바와 있다.

이 용량가변 회전압축기는 편심장치의 동작에 의해 내부용적이 다른 두 압축실 중 어느 한 쪽에서 압축동작이 이루어질 때 다른 쪽에서 공회전이 이루어지도록 함으로써 회전축의 회전방향을 변경하는 것만으로 용량가변 운전을 수행할 수 있게 한 것이다.

이러한 용량가변 회전압축기를 구비하는 공기조화기에서는 실내기의 요구용량이 변화하여 실내기 용량을 증가시키거나 감소시켜야 하는 경우, 변화된 실내기 용량에 맞게 토출용량을 가변시키기 위해 압축기 모터를 일시 정지시킨 후 소정의 압력평형시간이 경과하면 편심장치가 공회전하는 압축실에서 압축동작이 이루어지도록 압축기 모터의 회전방향을 반대방향으로 전환하여 용량가변 회전압축기를 재기동시킨다.

그러나, 종래의 공기조화기에서는 편심장치가 공회전하는 압축실에서도 압축기 모터의 회전에 의해 어느 정도의 압축이 이루어지기 때문에 재기동시 편심장치가 공회전 하는 압축실에서의 압축동작을 위해 압축기 모터를 회전시키는 경우 이 압축실 내부의 압력불평형에 의해 압축기 모터의 회전이 구속되어 기동이 실패할 우려가 있어 압축기의 기동신뢰성을 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 현상은 종래의 공기조화기에서는 용적이 큰 압축실을 압축하는 경우 기동력이 상대적으로 높은 압축기 모터의 주권선을 이용하여 모터를 구동시키고, 용적이 적은 압축실을 압축하는 경우 기동력이 상대적으로 낮은 압축기 모터의 보조권선을 이용하여 모터를 구동시키고 있어 용적인 적은 압축실을 압축시키기 위해 기동하는 경우에는 기동력이 상대적으로 저하되어 기동에 실패할 확률이 더욱 크다.

또한, 기계적인 편차에 의해 압축기 내부의 롤러와 압축실 내면사이에 일시적으로 접촉저항이 증가하는 경우에는 기동이 실패할 수 있어 압축기의 기동신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 압축기의 기동을 원활히 하여 압축기의 기동신뢰성을 향상시키기 위한 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화기는 정역 가능한 압축기, 상기 압축기를 정방향 또는 역방향을 회전시키는 압축기구동부, 상기 압축기의 실제 기동여부를 판단하는 기동판단부, 상기 압축기의 기동실패시, 상기 압축기구동부를 구동하여 상기 압축기를 반대방향으로 회전시킨 후 재기동시키는 압축기제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 공기조화기를 제어하는 방법은 정역 가능한 압축기를 구비하는 공기조화기의 제어방법에 있어서, 상기 압축기를 정방향 회전시켜 기동시키고,

상기 압축기의 실제 기동여부를 판단하고, 상기 압축기의 기동실패시, 상기 압축기를 역방향으로 회전시킨 후 상기 정방향으로 재기동시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기 제어장치는 정역 가능한 압축기, 상기 압축기를 정방향 또는 역방향을 회전시키는 압축기구동부, 상기 압축기의 실제 기동여부를 판단하는 기동판단부, 상기 압축기의 기동실패시, 상기 압축기구동부를 구동하여 상기 압축기를 반대방향으로 회전시킨 후 재기동시키는 압축기제어부를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기에서의 압축기의 작동개념을 설명하기 위한 제어블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기는 압축기제어부(10), 기동판단부(11), 압축기 구동부(12), 전류센서(13)를 포함한다.

전류센서(13)는 압축기(1)의 모터권선에 유기되는 전류를 검출하는 센서이다.

기동판단부(11)는 이 전류센서(13)에서 출력되는 전류값에 따라 압축기(1)의 실제 기동여부를 판단한다. 즉, 출력 전류값이 기동여부를 위해 미리 설정된 전류값보다 크면 기동실패로 판단하고, 미리 설정된 전류값보다 적으면 기동성공으로 판단한다.

압축기구동부(12)는 압축기(1)를 정방향 또는 역방향으로 선택적으로 회전시킨다.

압축기 제어부(10)는 압축기(1)의 기동실패시, 압축기(1)를 기동을 원활히 하기 위해서 압축기구동부(12)를 통해 압축기(1)를 역방향으로 회전시킨 후 다시 정방향으로 재기동시켜 압축기의 흡입측과 토출측 사이의 압력차 또는 압축기의 내부의 편심장치와 압축실 내면사이의 일시적인 기계적 접촉저항을 해소시켜 압축기의 기동을 원활히 하면서도 압축기의 재기동에 따른 시간을 단축시킬 수 있다.

이하에서는 구체적인 실시예를 기초로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 사이클 구성도이다. 도 2를 살펴보면, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는 폐회로를 구성하도록 냉매관에 의해 순차적으로 연결된 용량가변 회전압축기(1), 냉난방절환용 4방향 밸브(2), 응축기(3), 전동팽창밸브(4), 그리고 증발기(5)를 포함한다. 냉매관 중에서 용량가변 회전압축기(2)의 토출측과 전동팽창밸브(4)의 유입측을 연결하는 냉매관은 용량가변 회전압축기(2)에서 토출된 고압 냉매의 흐름을 안내하는 고압관(6)이고, 전동팽창밸브(4)의 유출측과 압축기(2)의 흡입측을 연결하는 냉매관은 전동팽창밸브(4)에서 팽창된 저압 냉매의 흐름을 안내하는 저압관(7)이다. 응축기(3)는 고압관(6)의 중도에 설치되고, 증발기(5)는 저압관(7)의 중도에 설치된다. 용량가변 회전압축기(2)가 냉방운전하면 냉매는 실선 화살표 방향으로 흐르고, 난방운전하면 냉매는 점선 화살표 방향으로 흐른다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는 실외기(8)와 실내기(9)를 포함한다. 실외기(8)는 전술한 용량가변 회전압축기(1)와 응축기(3), 그리고, 전동팽창밸브(4)를 포함한다. 실내기(9)는 여러 개가 병렬로 배치되며, 각 실내기(9)는 증발기(5)를 포함한다. 따라서 하나의 실외기(8)에 여러 개의 실내기(9)가 연결된 형태를 취한다. 그리고 각 실내기(9)의 용량과 형태는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

여기서, 각각의 용량가변 회전압축기(2)와 각각의 전동팽창밸브(4)는 전반적인 제어를 수행하는 제어부와 전기적으로 연결되어 있어 제어부의 제어신호에 따라 구동된다.

한편, 실외기(8)의 용량가변 회전압축기(2)는 도 3과 같이 두 개의 압축실(31,32)과, 각 압축실 내부에 압축기 모터의 회전축(21)의 회전방향 변화에 따라 각 압축실(31,32)의 롤러(37,38)가 편심되거나 편심 해제되면서 압축 및 압축해제 동작을 수행할 수 있게 하는 편심장치(40,50)를 구비한다. 이 편심장치(40,50)는 각 압축실(31,32)의 회전축 외면에 마련되는 두 편심캠(41,51), 이 두 편심캠(41,51)의 외면에 회전 가능하게 결합되는 두 편심부시(42,52), 이 두 편심부시(42,52)의 외면에 회전 가능하게 결합되는 두 롤러(37,38), 회전축(21)이 회전 할 때 두 편심부시(42,52) 중 어느 하나가 편심되는 위치에서 걸리고 다른 하나가 편심되지 않는 위치에서 걸리도록 하는 걸림핀(81)을 포함한다. 또한 각 압축실(31,32) 내에는 반경방향으로 진퇴하는 베인(도 3의 도면부호 61.62)이 설치되어 압축실(31,32) 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획할 수 있도록 되어 있다. 참조부호 63은 제1흡입구이고, 64는 제2흡입구이다.

이러한 용량가변 회전압축기(2)에서 회전축(21)이 시계반대방향으로 회전할 때는 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1압축실(31)의 제1편심부시(42) 외면이 회전축(21)과 편심된 상태에서 걸림핀(81)이 걸림홈(82)의 한 쪽 걸림부에 걸린 상태가 되므로 제1롤러(37)가 제1압축실(31) 내면과 접하여 회전을 하면서 제1압축실(31)의 압축동작이 이루어진다. 이때 제2압축실(32)의 경우는 도 4b에 도시한 바와 같이, 제1편심부시(42)와 반대방향으로 편심된 제2편심부시(52)의 외면이 회전축(21)과 동심을 이룬 상태가 되고 제2롤러(38)가 제2압축실(32)의 내면과 이격된 상태가 되므로 공회전이 이루어진다. 참조부호 65는 제1토출구이고, 66은 제2토출구이다.

또한, 회전축(21)이 시계방향으로 회전할 때는 도 5a에 도시한 바와 같이, 제1압축실(31)의 제1편심부시(42) 외면이 회전축(21)과 편심 해제된 상태에서 걸림핀(81)이 걸림홈(82)의 다른 쪽 걸림부에 걸린 상태가 되므로 제1롤러(37)가 제1압축실(31) 내면과 이격된 상태로 회전하고 제1압축실(31)의 공회전이 이루어진다. 이때 제2압축실(32)의 경우는 도 5b에 도시한 바와 같이, 제2편심부시(52)의 외면이 회전축(21)과 편심된 상태가 되고, 제2롤러(38)가 제2압축실(32)의 내면과 접하여 회전하는 상태가 되므로 제2압축실(32)의 압축이 이루어진다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법에 대한 제어흐름도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 도 6을 살펴보면, 먼저, 실내기 요구용량이 변화하였는지를 판단한다(100). 작동모드 100에서의 판단결과 실내기 요구용량이 변화하였으면 압축기제어부(10)는 반대방향으로 압축기(1)(2)를 회전시키기 위해 압축기(1)를 정지시킨다(101).

그런 후에 냉매사이클상의 전동팽창밸브(4)를 개방시켜 소정시간동안 냉매사이클상의 저압과 고압의 압력을 평형시킨다(102). 이러한 압력평형은 일예로, 2분간 지속된다.

작동모드 102에서 소정시간동안의 압력평형을 수행한 후 압축기제어부(10)는 압축기(1)(2)를 반대방향으로 기동시킨다(103).

작동모드 103에서 압축기(1)를 반대방향으로 기동시킨 후 압축기제어부(10)는 압축기 모터의 권선에 유기되는 전류를 전류센서(13)를 통해 검출되는 전류값에 기초하여 기동이 성공적으로 이루어졌는지를 판단한다(104). 기동이 성공적으로 이루진 경우에는 전류값이 일시적으로 상승한 후 정상치로 낮아지나, 기동이 실패한 경우에는 압축기 모터에 과부하가 걸려 전류값이 급격히 상승하므로 압축기(1)의 모터권선에 흐르는 전류값이 미리 설정된 전류값보다 크면 압축기(1)의 기동실패로 판단하고, 미리 설정된 전류값보다 적으면 압축기(1)의 기동성공으로 판단한다.

작동모드 104에서 기동이 실패하였으면 압축실에서의 흡입측과 토출측 사이의 압력불평형 또는 압축기(1) 내부의 롤러와 압축실 내면의 기계적인 편차에 의한 일시적인 접촉저항의 증가에 의해 기동이 실패한 것으로 판단하여 먼저 압축기(1)를 정지시킨다(106).

그리고, 이러한 기동실패요인들을 해소시키기 위해 압축기(1)를 기동하려는 방향과 반대방향으로 기동시킨다(106). 그런 후 압축기제어부(10)는 작동모드 104와 동일한 방법으로 압축기(1)의 기동하려는 방향과 반대방향으로의 기동이 성공하였는지를 판단한다(107). 만약, 한편, 107에서 기동이 실패하였으면, 다른 요인에 의해 기동이 실패한 것이므로 작동모드 101로 리턴한다.

한편, 작동모드 107에서 기동이 성공하였으면, 편심장치가 반대방향으로 회전하게 되어 압축실 내부의 압력불평형 및 압축기(1) 내부의 롤러와 압축실 내면사이의 일시적인 기계적 접촉저항 등과 같은 기동실패요인이 간단히 제거된다.

작동모드 107에서 기동이 성공하면, 압축기(1)를 기동하려는 방향으로 재기동시키기 위해 기동하려는 방향과 반대방향으로 기동하는 압축기(1)를 정지시킨 후 압축기(1)를 기동하려는 방향으로 재기동시킨다(108,103). 따라서, 작동모드 106에 의해 기동실패요인이 제거된 상태에서 압축기(1)를 기동시키므로 압축기(1)의 기동이 원활히 이루어진다. 또한, 압축기(1)를 기동 반대방향으로 일시 작동시킴으로써 상기한 기동실패요인들을 신속히 제거할 수 있으므로 전체적으로 압축기(1)를 재기동시키는 데 소요되는 시간이 단축된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 압축기의 기동을 원활히 하여 압축기의 기동신뢰성을 향상시킬 수 있어 공기조화기의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 압축기의 기동실패시 재기동을 신속할 수 있어 재기동에 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기조화기에서의 압축기의 작동개념을 설명하기 위한 제어블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 사이클 구성도이다.

도 3은 도 2의 용량가변 회전압축기를 나타낸 종방향 단면도이다.

도 4a와 4b는 도 3의 회전축이 정방향으로 회전할 때의 압축동작도이다.

도 5a와 5b는 도 2의 회전축이 역방향으로 회전할 때의 압축동작도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법에 대한 제어흐름도이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

1 : 용량가변 회전압축기 2 : 4방향밸브,

3 : 응축기 4 : 전동팽창밸브

5 : 증발기 6 : 고압관

7 : 저압관 8 : 실외기

9 : 실내기 10: 압축기제어부

11: 기동판단부 12: 압축기구동부

13: 전류센서

Claims

정역 가능한 압축기,

상기 압축기를 정방향 또는 역방향을 회전시키는 압축기구동부,

상기 압축기의 실제 기동여부를 판단하는 기동판단부,

상기 압축기의 기동실패시, 상기 압축기구동부를 구동하여 상기 압축기를 반대방향으로 회전시킨 후 재기동시키는 압축기제어부를 포함하는 공기조화기.
제1항에 있어서, 상기 기동판단부는 상기 압축기의 모터권선에 유기되는 전류를 검출하는 전류센서의 출력 전류값에 따라 상기 기동여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제1항에 있어서, 상기 압축기는 내부 용적이 다른 두 개의 압축실, 압축기 모터, 상기 압축기 모터의 회전축의 회전방향에 따라 편심되거나 편심해제되면서 어느 한 쪽의 압축실은 압축시키고 동시에 다른 압축실은 압축해제시키는 편심장치를 포함하는 용량가변 회전압축기인 것을 특징으로 하는 공기조화기.
정역 가능한 압축기를 구비하는 공기조화기의 제어방법에 있어서,

상기 압축기를 정방향 회전시켜 기동시키고,

상기 압축기의 실제 기동여부를 판단하고,

상기 압축기의 기동실패시, 상기 압축기를 역방향으로 회전시킨 후 상기 정방향으로 재기동시키는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제4항에 있어서, 상기 압축기의 모터권선에 유기되는 전류를 검출하고, 검출된 전류값이 미리 설정된 전류값보다 크면 상기 압축기의 기동실패로 판단하고, 상기 검출된 전류값이 미리 설정된 전류값보다 적으면 상기 압축기의 기동성공으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제4항에 있어서, 상기 압축기는 내부용적이 다른 두 개의 압축실을 갖고, 회전축의 회전방향에 따라 어느 쪽의 압축실에서 압축이 이루어질 때 다른 쪽의 압축실에서 공회전이 이루어져 압축해제되는 용량가변 회전압축기인 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
정역 가능한 압축기,

상기 압축기를 정방향 또는 역방향을 회전시키는 압축기구동부,

상기 압축기의 실제 기동여부를 판단하는 기동판단부,

상기 압축기의 기동실패시, 상기 압축기구동부를 구동하여 상기 압축기를 반대방향으로 회전시킨 후 재기동시키는 압축기제어부를 포함하는 압축기 제어장치.
제7항에 있어서, 상기 기동판단부는 상기 압축기의 모터권선에 유기되는 전류를 검출하는 전류센서의 출력 전류값에 따라 상기 기동여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 압축기 제어장치.
제7항에 있어서, 상기 압축기는 내부 용적이 다른 두 개의 압축실, 압축기 모터, 상기 압축기 모터의 회전축의 회전방향에 따라 편심되거나 편심해제되면서 어느 한 쪽의 압축실은 압축시키고 동시에 다른 압축실은 압축해제시키는 편심장치를 포함하는 용량가변 회전압축기인 것을 특징으로 하는 압축기 제어장치.