KR20090126814A

KR20090126814A - 공기조화기 및 공기조화기의 냉매누설 감지방법

Info

Publication number: KR20090126814A
Application number: KR1020080053130A
Authority: KR
Inventors: 송성근
Original assignee: (주)귀뚜라미
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2009-12-09

Abstract

본 발명은 공기조화기 및 공기조화기의 냉매누설 감지방법에 관한 것으로서, (a) 공기조화기를 가동시킨 후 공기조화기 운전모드가 고속모드 또는 저속모드인지를 판단하는 단계, (b) 상기 판단된 모드에 따라 기설정된 사이클 안정화 시간 경과 후 냉매의 압축기 흡입압과 토출압을 측정하는 단계, (c) 상기 측정된 각각의 압력값을 메모리부에 기설정된 안정흡입압과 안정토출압과 비교한 후 흡입압차와 토출압차를 산출하는 단계, (d) 상기 흡입압차와 토출압차를 소정의 허용값과 각각 비교한 후, 이들 흡입압차와 토출압차 모두가 소정의 허용값 이상인 경우에는 냉매가 누설된 것으로 판단하여 공기조화기의 가동을 중단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공기조화기 및 공기조화기의 냉매누설 감지방법에 의하면, 공기조화기의 운전모드, 즉 압축기 구동모터의 회전속도가 다양하게 변하는 상황에서도 냉매의 누설여부를 용이하게 판단할 수 있는 효과가 있다.

공기조화기, 냉매, 압력센서, 압축기

Description

공기조화기 및 공기조화기의 냉매누설 감지방법{AIR CONDITIONER AND METHOD FOR SENSING REFRIGERANTS LEAKAGE OF AIR CONDITIONER}

본 발명은 공기조화기 및 공기조화기의 냉매누설 감지방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기조화기를 구성하는 구성요소 간을 순환하는 냉매가 누설되는 지를 파악할 수 있는 공기조화기 및 공기조화기의 냉매누설 감지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 가정용 에어컨 등과 같은 공기조화기에서는 압축기에 의해 저온·저압의 기상 냉매가 고온·고압으로 압축되며, 압축된 고온·고압의 기상 냉매가 응축기를 지나는 과정에서 냉각·응축되어 고압의 액상으로 전환되며, 고압의 액상으로 된 냉매는 모세관을 통과하면서 그 온도와 압력이 낮아진 다음, 증발기에서 저온·저압의 기체상태로 변하면서 주위로부터 열을 빼앗아 그 주위의 공기를 냉각시키게 된다.

증발기에 의해 냉각된 공기는 송풍팬의 작동으로 인해 실내로 유입됨으로써 실내온도를 조절하게 된다.

이러한 공기조화기에서는 냉매의 양이 부족할 경우 냉방효율이 매우 낮아지게 되므로 냉매누설에 대한 대비가 필요하다.

도 1은 종래의 냉매누설을 감지하기 위한 제어구성도이며 이하, 도 1을 참조하여 종래의 냉매누설 감지시스템에 대해 설명하기로 한다.

종래의 냉매누설 감지시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(30), 증발기(40)의 순으로 냉매가 순환되는 냉방용 공기조화기 본체에 전원을 인가하는 전원공급부와, 증발기(40)의 유입구측의 냉매온도를 측정하는 제1 온도센서(50)와, 증발기 토출구측의 냉매온도를 측정하는 제2 온도센서(60)와, 공기조화기의 운전을 제어하고 제1 온도센서(50)와 제2 온도센서(60)의 온도차를 산출하고 기준값과 비교하여 냉매누설 여부를 감지하는 마이크로컨트롤러(70)와, 냉매누설을 표시하는 표시부(80)를 포함하여 구성된다.

이와 함께 최근 들어서는 실외와 실내의 온도 조건에 따라 공기조화기의 냉방능력을 사용자의 필요에 따라 자유롭게 조절하기 위해서 압축기 구동모터의 회전속도를 조절하는 방법을 택하고 있다.

상기 구동모터는 인버터 제어되어 입력주파수가 조절되고 이로 인해 회전속도가 조절되는 BLDC 모터가 적용되고 있으며, 상기와 같이 회전속도를 조절함으로써 상황에 따라 공기조화기의 냉방능력이 조절 가능하며 이로 인해 전체적으로는 공기조화기의 소비전력을 감소시키게 된다.

그러나, 종래의 시스템으로는 압축기의 구동모터가 일정한 회전속도를 가지는 경우에는 냉매의 누설여부를 판단할 수 있으나, 압축기 구동모터의 회전속도가 변화하는 경우에는 냉매의 누설 여부를 확실하게 판단하기 어려운 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 공기조화기의 운전모드, 즉 압축기 구동모터의 회전속도 변화에 따른 다양한 상황에서도 냉매의 누설여부를 파악할 수 있는 공기조화기 및 공기조화기의 냉매누설 감지방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉매누설 감지방법은 (a) 공기조화기를 가동시킨 후 공기조화기 운전모드가 고속모드 또는 저속모드인지를 판단하는 단계, (b) 상기 판단된 모드에 따라 기설정된 사이클 안정화 시간 경과 후 냉매의 압축기 흡입압과 토출압을 측정하는 단계, (c) 상기 측정된 각각의 압력값을 메모리부에 기설정된 안정흡입압과 안정토출압과 비교한 후 흡입압차와 토출압차를 산출하는 단계, (d) 상기 흡입압차와 토출압차를 소정의 허용값과 각각 비교한 후, 이들 흡입압차와 토출압차 모두가 소정의 허용값 이상인 경우에는 냉매가 누설된 것으로 판단하여 공기조화기의 가동을 중단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 (d)단계에서 상기 흡입압차와 토출압차 중 어느 하나가 상기 소정의 허용값 이상인 경우에는 상기 (b)단계 내지 (d)단계를 반복 실시하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (b)단계 내지 (d)단계를 적어도 3회 이상 반복 실시한 후에도 상기 (d)단계에서 상기 흡입압차와 토출압차 중 어느 하나가 상기 소정의 허용값 이상인 경우에는 냉매가 누설된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (d)단계에서 상기 흡입압차와 토출압차 모두가 상기 소정의 허용값 미만인 경우에는 냉매가 누설되지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (a)단계에서 고속모드 설정시의 고속안정화시간은 저속모드 설정시의 저속안정화시간보다 짧은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (a)단계에서 고속모드 설정시의 안정흡입압은 저속모드 설정시의 안정흡입압보다 낮으며, 고속모드 설정시의 안정토출압은 저속모드 설정시의 안정토출압보다 높은 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기가 냉방 사이클을 이루며 구성되는 공기조화기에 있어서, 구동모터의 회전속도가 인버터 제어되어 변하는 압축기의 냉매 흡입측과 토출측에 각각 설치되는 흡입부 압력센서와 토출부 압력센서, 상기 냉방 사이클의 안정화시의 압축기의 냉매 흡입측과 토출측의 냉매압이 저장되는 메모리부, 상기 압축기 구동모터의 회전속도 변화에 따라 상기 흡입부 압력센서 및 토출부 압력센서로부터 측정된 냉매의 흡입압과 토출압을 각각 상기 메모리부에 저장된 안정흡입압과 안정토출압과 비교한 후, 그 차가 각각 소정의 허용값 이상인지를 파악하여 냉매의 누설 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제어부에서는 경고수단으로 신호를 전달하여 냉매가 누설됨을 표시하는 것을 특징으로 한다.

전술한 본 발명에 따른 공기조화기 및 공기조화기의 냉매누설 감지방법에 의하면, 공기조화기의 운전모드, 즉 압축기 구동모터의 회전속도가 다양하게 변하는 상황에서도 냉매의 누설여부를 용이하게 판단할 수 있는 효과가 있다.

또한, 냉매의 압축기 흡입압과 토출압을 기준설정값과 동시에 비교하여 냉매의 누설여부를 좀 더 확실하게 판단할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉매누설을 감지하기 위한 제어구성도이고, 도 3, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉매누설 감지방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명의 실시예에 따른 공기조화기는 도 2에 도시한 바와 같이, 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브(300) 및 증발기(400)를 구비하고, 상기 압축기(100)의 냉매 흡입측과 토출측에는 각각 흡입부 압력센서(500)와 토출부 압력센서(600)가 설치되며, 상기 흡입부 압력센서(500)와 토출부 압력센서(600)에는 제어부(800)가 연결되고, 상기 제어부(800)에는 메모리부(700)와 경고수단(900)이 연결된다.

여기서, 상기 압축기 구동모터는 인버터 제어되어 그 회전속도가 조절되는 BLDC모터인 것이 바람직하며, 상기 흡입부 압력센서(500)와 토출부 압력센서(600)에서 측정된 냉매의 흡입압과 토출압은 압축기 구동모터의 회전속도에 따라 변동되는 값이다.

상기 메모리부(700)에는 공기조화기의 운전모드 즉, 압축기 구동모터의 다양한 회전속도에 대하여 압축기 흡입측과 토출측의 냉매 안정압력 즉, 안정흡입압과 안정토출압이 저장되어 있다.

여기서, 상기 냉매 안정압력이라 함은 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브(300) 및 증발기(400)로 이루어지는 공기조화기 사이클을 따라 유동되는 냉매의 압력이 충분한 경우의 냉매압을 말한다.

상기 제어부(800)에서는 흡입부 압력센서(500)와 토출부 압력센서(600)로부터 측정된 압력값을 상기 안정흡입압, 안정토출압과 각각 대응하여 비교하여 그 차이를 산출하며, 상기 그 차이가 소정의 허용값 이상인지 또는 미만인지를 파악하여 냉매가 누설되는지의 여부를 판단하게 된다.

한편, 상기 제어부(800)에서 냉매가 누설되는 것으로 판단되면 제어부(800)는 경고수단(900)으로 신호를 전달하여 사용자가 냉매가 누설됨을 인지할 수 있도록 한다.

이하에서는 냉매가 누설되는 지의 여부를 판단하는 과정에 대해서 각 단계별로 좀 더 자세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉매누설 감지방법은 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, (a) 공기조화기를 가동시킨 후 공기조화기 운전모드가 고속모드 또는 저속모드인지를 판단하는 단계, (b) 상기 판단된 모드에 따라 기설정된 사이클 안정화 시간 경과 후 냉매의 압축기 흡입압과 토출압을 측정하는 단계, (c) 상기 측정된 각각의 압력값을 메모리부에 기설정된 안정흡입압과 안정토출압과 비교한 후 흡입압차와 토출압차를 산출하는 단계, (d) 상기 흡입압차와 토출압차를 소정의 허용값과 각각 비교한 후, 이들 흡입압차와 토출압차 모두가 소정의 허용값 이상인 경우에는 냉매가 누설된 것으로 판단하여 공기조화기의 가동을 중단시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

먼저 공기조화기를 가동시킨 후, 공기조화기 운전모드가 고속모드 또는 저속모드인지를 판단한다(S10).

상기 운전모드는 압축기 구동모터의 회전속도를 감지하는 별도의 감지수단 또는 공기조화기의 운전패널에 입력된 동작신호 즉, 후술하는 제어부(800)에 입력된 동작신호를 통해 판단되어 질 수 있으며, 상기 운전모드가 고속모드인 경우에는 저속모드와 비교시 압축기 구동모터의 회전수가 증가한 상태가 된다.

상기 구동모터는 인버터 제어되어 그 회전속도가 조절되며, 이러한 압축기 구동모터가 구비된 공기조화기는 가동 중 그 운전모드가 실외와 실내의 온도 조건 등 다양한 경우에 따라 변하게 된다.

그 다음, 상기 판단된 모드에 따라 기설정된 각각의 고속안정화시간(T₁) 또는 저속안정화시간(T₂)의 사이클 안정화 시간 경과 후 냉매의 압축기 흡입압(P_S)과 토출압(P_D)을 측정한다(S20).

즉, 상기 S10단계에서 고속모드로 설정하면 고속안정화시간(T₁) 경과 후 측정하고 저속모드로 설정하면 저속안정화시간(T₂) 경과 후 측정하게 된다.

여기서, 상기 고속안정화시간(T₁)은 저속안정화시간(T₂)보다 짧게 되도록 한다.

일반적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 공기조화기가 가동되면 압축기(100) 구동으로 인해 냉매가 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브(300) 및 증발기(400)로 구성되는 냉방 사이클을 따라 순환하게 되며, 공기조화기에서는 응축기(200)와 증발기(400)의 냉매 압력에 따른 열량의 차이에 의해 설계된 냉방능력을 발휘하게 된다.

한편, 적절한 냉방효과를 구현하기 위해서는 압축기(100)로부터 토출되는 냉매의 토출압이 일정 기준치에 도달해야 하며, 이를 위해서는 일정 시간의 사이클 안정화 시간이 필요하므로, 상기한 바와 같이 냉매의 압축기 흡입압과 토출압을 측정하기 위해서는 소정 시간이 경과된 후 측정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 압축기의 흡입구와 토출구에 근접한 파이프 상에 흡입부 압력센서(500), 토출부 압력센서(600) 등을 설치 하여 냉매의 압축기 흡입압(P_S) 및 토출압(P_D)을 측정할 수 있다.

그 다음, 상기 S20단계에서 측정된 냉매의 흡입압과 토출압을 메모리부(700)에 기설정된 안정흡입압(P_{S_SET})과 안정토출압(P_{D_SET})과 각각 비교한 후 흡입압차(ΔP_S)와 토출압차(ΔP_D)를 산출한다(S30).

상기 안정흡입압(P_{S_SET})과 안정토출압(P_{D_SET})은 상기 사이클의 구성 형태, 즉 압축기의 압축 단수와 냉매의 물성 등에 따라 기설정된 사이클 안정화시의 압력값이며, 각각 상기 냉매의 흡입압(P_S)과 토출압(P_D)에 대응되는 값이다.

한편, 상기 S10단계에서 고속모드 설정시의 안정흡입압은 저속모드 설정시의 안정흡입압보다 낮으며, 고속모드 설정시의 안정토출압은 저속모드 설정시의 안정토출압보다 높게 된다.

그리고, 상기 메모리부(700)에는 압축기의 회전속도 변화에 따라 동시에 변하는 압축기에 대한 냉매의 안정흡입압과 안정토출압에 대한 다양한 데이터가 저장되어 있다.

이어서, 상기 S30단계에서 산출된 흡입압차(ΔP_S)와 토출압차(ΔP_D)를 각각 소정의 허용값(P_a,P_b)과 비교한 후, 상기 흡입압차(ΔP_S)와 토출압차(ΔP_D) 모두가 허용값(P_a,P_b) 이상이면 제어부(800)에서는 냉매가 누설된 것으로 판단하여 경고수 단(900)으로 신호를 전달하여 사용자가 냉매 누설을 감지하도록 표시한다(S40).

여기서, 상기 허용값(P_a)은 흡입압차(ΔP_S)에 대하여 허용 가능한 냉매의 압력 저하값을 말하고, 상기 허용값(P_b)은 토출압차(ΔP_D)에 대하여 허용 가능한 냉매의 압력 저하값을 말하며 서로 동일하거나 다른 값을 가질 수 있다.

또한, 상기 허용값(P_a,P_b)은 공기조화기의 냉방능력에 크게 영향을 미치지 않는 정도의 수치인 것이 바람직하며 공기조화기 사이클 내부를 유동하는 냉매의 물성에 따라 변동되어 적용되는 값이다.

한편, 상기 경고수단(900)은 시각적인 식별이 가능한 LED, 전구 등의 경고램프 또는 청각적인 식별이 가능하도록 음향을 발생시키는 경고음 발생기로 적용이 가능하다.

그 후, 사용자는 공기조화기의 가동을 중지시키고 부족한 냉매량을 보충하기 위해 냉매 충진작업을 수행할 수 있게 된다.

한편, 상기 S40단계에서 흡입압차(ΔP_S)와 토출압차(ΔP_D) 중 어느 하나만이 상기 소정의 허용값(P_a,P_b) 이상일 경우에는 공기조화기의 사이클 안정화가 아직 진행 중인 경우를 대비하여 상기 S20 내지 S40단계를 다수회 반복시킨다.

즉, 실외와 실내의 기온 차이 및 기타 다양한 상황에 따라 공기조화기의 사이클 안정화 시간이 변동 가능하므로, 냉매의 흡입압 및 토출압을 다수회 측정하여 냉매 누설 여부 판단에 대한 신뢰도를 향상시키게 된다.

아울러, 전술한 S20 내지 S40단계가 적어도 3회 이상 반복 실시된 경우에도 상기 S40단계에서 흡입압차(ΔP_S)와 토출압차(ΔP_D) 중 어느 하나가 상기 소정의 허용값(P_a,P_b) 이상일 경우에는 공기조화기의 가동을 중단시키고 제어부(800)에서는 냉매가 누설되는 것으로 판단하여 경고수단을 통해 냉매 누설을 표시하도록 한다.

한편, 상기 S40단계에서 흡입압차(ΔP_S)와 토출압차(ΔP_D) 모두가 상기 소정의 허용값 미만인 경우에는 제어부(800)에서는 냉매가 누설되지 않는 것으로 판단하며 공기조화기의 가동을 계속 진행되도록 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 압축기의 흡입 및 토출 냉매압을 측정하는 이외에 흡입 및 토출 온도, 흡입 유량 및 토출 유량을 측정하여 냉매의 누설 여부를 판단할 수도 있으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 또는 수정이 가능할 것이다.

도 1은 종래의 냉매누설을 감지하기 위한 제어구성도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉매누설을 감지하기 위한 제어구성도.

도 3, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 냉매누설 감지방법을 나타내는 흐름도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100: 압축기 200: 응축기

300: 팽창밸브 400: 증발기

500: 흡입부 압력센서 600: 토출부 압력센서

700: 메모리부 800: 제어부

900: 경고수단

Claims

(a) 공기조화기를 가동시킨 후 공기조화기 운전모드가 고속모드 또는 저속모드인지를 판단하는 단계;

(b) 상기 판단된 모드에 따라 기설정된 사이클 안정화 시간 경과 후 냉매의 압축기 흡입압과 토출압을 측정하는 단계;

(c) 상기 측정된 각각의 압력값을 메모리부에 기설정된 안정흡입압과 안정토출압과 비교한 후 흡입압차와 토출압차를 산출하는 단계; 및

(d) 상기 흡입압차와 토출압차를 소정의 허용값과 각각 비교한 후, 이들 흡입압차와 토출압차 모두가 소정의 허용값 이상인 경우에는 냉매가 누설된 것으로 판단하여 공기조화기의 가동을 중단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매누설 감지방법.
제1항에 있어서,

상기 (d)단계에서 상기 흡입압차와 토출압차 중 어느 하나가 상기 소정의 허용값 이상인 경우에는 상기 (b)단계 내지 (d)단계를 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매누설 감지방법.
제2항에 있어서,

상기 (b)단계 내지 (d)단계를 적어도 3회 이상 반복 실시한 후에도 상기 (d)단계에서 상기 흡입압차와 토출압차 중 어느 하나가 상기 소정의 허용값 이상인 경우에는 냉매가 누설된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매누설 감지방법.
제1항에 있어서,

상기 (d)단계에서 상기 흡입압차와 토출압차 모두가 상기 소정의 허용값 미만인 경우에는 냉매가 누설되지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매누설 감지방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 (a)단계에서 고속모드 설정시의 고속안정화시간은 저속모드 설정시의 저속안정화시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매누설 감지방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 (a)단계에서 고속모드 설정시의 안정흡입압은 저속모드 설정시의 안정 흡입압보다 낮으며, 고속모드 설정시의 안정토출압은 저속모드 설정시의 안정토출압보다 높은 것을 특징으로 하는 공기조화기의 냉매누설 감지방법.
압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기가 냉방 사이클을 이루며 구성되는 공기조화기에 있어서,

구동모터의 회전속도가 인버터 제어되어 변하는 압축기의 냉매 흡입측과 토출측에 각각 설치되는 흡입부 압력센서와 토출부 압력센서;

상기 냉방 사이클의 안정화시의 압축기의 냉매 흡입측과 토출측의 냉매압이 저장되는 메모리부;

상기 압축기 구동모터의 회전속도 변화에 따라 상기 흡입부 압력센서 및 토출부 압력센서로부터 측정된 냉매의 흡입압과 토출압을 각각 상기 메모리부에 저장된 안정흡입압과 안정토출압과 비교한 후, 그 차가 각각 소정의 허용값 이상인지를 파악하여 냉매의 누설 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제7항에 있어서,

상기 제어부에서는 경고수단으로 신호를 전달하여 냉매가 누설됨을 표시하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.