KR20210112158A - 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 압축기의 동작상태를 확인하고 이상발생 여부를 진단하여 압축기의 동작을 제어하는 것으로, 압축기의 내부에 설치되는 압축기 센서가 압축기 내부의 오일 희석률을 감지하고, 오일 희석률에 따라 압축기의 운전주파수를 제한함으로써, 실시간으로 오일 희석도를 직접적으로 측정할 수 있고, 본 발명은 오일 희석률을 이용해 압축기의 상태를 확인함으로써 압축기의 손상을 방지하며, 안정적인 운전을 수행할 수 있다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{Air conditioner and method for controlling for the same}

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축기의 상태를 판단하고 그 동작을 제어하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

공기조화기는 열교환기로 구성된 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성된 실외기를 포함한다. 실외기 및 실내기는 냉매배관으로 연결되어, 실외기의 압축기로부터 압축된 냉매가 냉매배관을 통해 실내기의 열교환기로 공급되고, 실내기의 열교환기에서 열교환된 냉매는 다시 냉매배관을 통해 실외기의 압축기로 유입된다.

실내기는 열교환기로 공급되는 냉매의 압력변화를 통해 실내 공기와 냉매의 열교환을 수행한다. 그에 따라 실내기는 냉매를 이용한 열교환을 통해 냉온의 공기를 실내로 토출한다.

실외기로부터 실내기로 공급되는 냉매의 유량은 압축기에 의해 제어된다.

공기조화기는, 압축기를 통해 냉매의 유량을 제어하는데, 압축기에 이상이 발생하는 경우 냉매가 유동할 수 없게 되므로 공기조화기가 동작을 정지하게 된다.

공기조화기는 저온에서 난방으로 기동하는 경우 또는 냉매가 과충전되어 운전하는 경우 압축기 내 오일의 희석도가 증가하여 압축기 구동부의 베어링, 실린더, 축 사이의 유막 두께가 얇아지는 문제가 있다. 그로 인하여, 오일의 윤활 성능 및 점도가 떨어져 기구부가 파손되거나 누설이 발생할 수 있다.

이러한 문제를 해소하기 위해 오일 희석률을 확인할 필요가 있다.

대한민국 등록특허 10-0820692에는, 엔진 오일의 점도를 측정하는 방안이 개시되어 있다. 원통형 압전소자를 엔진 구동부와 독립된 부품으로써 사용하는 것으로 오일점도 센서는 원통형의 압전소자와, 압전소자의 내측에 위치하는 제 1, 2 내부전극, 압전소자의 외측에 위치하는 외부전극을 포함한다. 압전소자가 회전 진동하며, 유체의 감쇄력을 유발함으로써 점도를 감지한다.

그러나, 종래발명은, 회전 운동하는 구동부 내부에 포함되어 있을 시, 회전진동 감지를 이용하는 센서 출력의 간섭이 심하여 정확한 측정이 불가능하다는 문제점이 있다.

따라서 압축기를 보다 정확하게 확인하고 그 동작을 제어할 방안이 필요하다.

대한민국 등록특허 10-0820692

본 발명은 압축기의 동작상태를 확인하고 이상발생 여부를 진단하여 압축기의 동작을 제어하는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 압축기 내의 오일의 희석도를 통해 압축기의 상태를 진단하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 압축기의 상태를 확인하여 압축기의 동작을 제한함으로써 압축기의 손상을 방지하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 회전 운동하는 기기 내부에서도 오일의 희석률을 감지하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 오일 희석률에 대응하여 압축기의 운전주파수를 제어하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기 및 그 제어방법은, 전극이 구비되는 센서를 압축기에 설치하여 압축기 내의 오일 희석률을 통해 압축기의 상태를 진단하고 그 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 압축기 내부에 두 전극 판으로 구성된 센서를 삽입하여, 두 전극 판 사이 매질 상태(오일 희석도)에 따라 변화하는 커패시턴스 값을 통해 실시간 오일 희석률을 도출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 두 전극판을 이용한 커패시턴스 측정을 통해 얻은 오일 희석도와 오일 온도를 입력으로 오일의 점도 측정하여 압축기의 상태를 진단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 압축기의 오일 희석률에 따라 압축기의 운전주파수를 제한하여 것을 특징으로 한다.

본 발명은 제한 운전의 횟수에 따라 점검 서비스를 시행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 공기조화기는, 압축기; 설정된 운전주파수로 동작하도록 상기 압축기를 구동시키는 압축기구동부; 상기 압축기 내부의 오일 희석률을 감지하는 압축기 센서; 및 상기 압축기 센서로부터 측정되는 오일 희석률에 따라 상기 압축기 내의 오일의 점도를 판단하고, 상기 압축기의 이상 여부를 판단하여 상기 압축기의 운전주파수를 제어하는 제한제어를 설정하여 상기 압축기 구동부로 인가하는 제어부; 를 포함한다.

본 발명의 공기조화기의 제어방법은 운전설정에 따라 운전주파수를 설정하여 압축기가 동작하는 단계; 상기 압축기의 내부에 설치되는 압축기 센서가 상기 압축기 내부의 오일 희석률을 감지하는 단계; 상기 오일 희석률에 대응하여 상기 압축기의 이상을 판단하는 단계; 및 상기 압축기 이상 시, 상기 압축기의 운전주파수를 제어하는 제한제어를 수행하는 단계; 를 포함한다.

본 발명의 공기조화기 및 그 제어방법은 압축기의 상태를 용이하게 확인하고 압축기의 운전을 제한하여 손상을 방지하는 효과가 있다.

본 발명은 저온에서 난방으로 기동하는 경우 또는 냉매가 과충전되어 운전하는 경우 압축기 내 오일의 희석도가 증가하여 압축기 구동부의 베어링, 실린더, 축 사이의 유막 두께가 얇아지고, 오일의 윤활 성능 및 점도가 떨어져 기구부가 파손되거나 누설이 발생하는 문제를 해소할 수 있다.

본 발명은 실시간으로 오일 희석도를 직접적으로 측정할 수 있다.

본 발명은 오일 희석률을 이용해 압축기의 상태를 확인함으로써 압축기의 구동부 베어링 수명, 압축기 자체 수명을 확보하는 효과가 있다.

본 발명은 냉매 과충전으로 인한 습압축을 알림을 통해 통지하여 고장을 방지할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 실외기와 실내기로 구성되는 공기조화기가 도시된 도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제어구성이 간략하게 도시된 블록도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 압축기 구성이 도시된 단면도이다.
도 5 는 도 4의 압축기의 오일 희석률을 감지하는 센서가 도시된 도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 압축기 내부의 오일 희석률을 감지하지 하기 위한 센서의 회로구성이 도시된 도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 오일 희석률에 따른 커패시턴스의 변화가 도시된 도이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 시간에 따른 오일 희석률, 주파수, 온도, 압력의 변화를 설명하는데 참조되는 도이다.

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. 본 발명의 제어구성은 적어도 하나의 프로세서로 구성될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 공기조화기의 실외기와 실내기의 개략도이다.

본 발명에 따른 공기조화기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 실내기(20), 실내기(20)에 연결되는 실외기(10)를 포함할 수 있다.

공기조화기의 실내기(20)는 스탠드형 공기조화기, 벽걸이형 공기조화기 및 천장형 공기조화기 중 어느 것이라도 적용 가능하다.

이때, 실외기(10)는, 연결된 실내기(20)로 압축된 냉매를 공급한다.

실내기(20)는, 실외기(10)로부터 냉매를 공급받아 실내로 냉온의 공기를 토출한다.

실외기(10)는, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(102)와, 압축기를 구동하는 압축기용 전동기(102b)와, 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외측 열교환기(104)와, 실외 열교환기(104)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(105a)과 실외팬(105a)을 회전시키는 전동기(105b)로 이루어진 실외 송풍기(105)와, 응축된 냉매를 팽창하는 팽창기구(106)와, 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(111)와, 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터(103) 등을 포함한다. 압축기(102)는 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.

또한, 실외기(10)는 압력을 측정하는 적어도 하나의 압력센서(미도시), 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도센서(미도시), 실외기의 동작을 제어하고 다른 유닛과의 통신을 수행하는 제어구성을 포함할 수 있다. 실외기(10)는 그 외 다수의 센서, 밸브, 과냉각기 등을 더 포함할 수 있으나, 그에 대한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.

실내기(20)는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 실내측 열교환기(108)와, 실내측 열교환기(108)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실내팬(109a)과 실내팬(109a)을 회전시키는 전동기(109b)로 이루어진 실내 송풍기(109) 등을 포함한다.

또한, 실내기(20)는 열교환된 공기를 토출하는 토출구(13)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. 실내기(1, 2)는 실내기의 운전상태 및 설정정보를 표시하고 설정 데이터 입력을 위한 입출력부(18)를 더 포함할 수 있다.

실내측 열교환기(108)는 적어도 하나가 설치될 수 있다.

또한, 공기조화기는 실내를 냉방시키는 냉방기로 구성되는 것도 가능하고, 실내를 냉방시키거나 난방시키는 히트 펌프로 구성되는 것도 가능하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실외기와 실내기로 구성되는 공기조화기가 도시된 도이다.

도 2를 참조하면, 공기조화기는 적어도 하나의 실외기(10)와, 적어도 하나의 실내기(20)를 포함한다. 또한, 공기조화기는 제어기(미도시) 또는 리모컨(31, 32)을 포함할 수 있고, 인터넷 등의 외부 네트워크를 통해 접속하여 제어기로써 동작하는 단말(미도시)을 더 포함할 수 있다.

공기조화기는 실내기 및 실외기 이외에도, 시스템으로 구성되어, 환기장치, 공기청정장치, 가습장치, 히터 등을 포함할 수 있고, 규모에 따라 칠러, 공조유닛, 냉각탑 등의 유닛을 더 포함할 수 있다. 공기조화기는 각 유닛이 상호 연결되어 실내기 및 실외기의 동작에 연동하여 동작할 수 있다. 또한, 공기조화기는 건물 내, 이동장치, 보안장치, 경보장치 등과 연결되어 동작할 수 있다.

공기조화기는 유선통신방식 또는 무선통신방식으로 상호 데이터를 송수신할 수 있다. 실외기 및 실내기는 제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어기의 제어에 따라 동작할 수 있다.

리모컨(31, 32)은 실내기와 유선 또는 무선 통신 방식으로 연결되어 실내기로 사용자명령을 입력하고, 실내기의 데이터를 수신하여 출력한다. 리모컨은 실내기와의 연결방식에 따라 실내기로 사용자 명령을 전송하고, 실내기의 데이터를 수신하지 않는 일방향 통신을 수행하거나, 실내기와 상호 데이터를 송수신하는 양방향 통신을 수행할 수 있다.

제어기는 입력되는 사용자 명령에 대응하여 실내기(20) 및 실외기(10)의 동작을 제어하고, 그에 대응하는 실내기 및 실외기의 동작상태에 대한 데이터를 주기적으로 수신하여 저장하며, 모니터링화면을 통해 동작상태를 출력할 수 있다. 제어기는 실내기(20)에 대한 운전설정, 잠금설정, 스케줄제어, 그룹제어, 전력사용에 대한 피크제어, 디멘드제어 등을 수행할 수 있다.

단말(미도시)은 공기조화기 네트워크의 외부에서 연결되는 제 2 제어기로써 동작한다. 단말은 이동통신망을 통해 통신하는 휴대 단말일 수 있고, PDA, PC, 태블릿PC, 스마트폰, 제어용 단말 등이 사용될 수 있으며, 그 외 공기조화기 제어를 위한 프로그램을 설치할 수 있는 단말이라면 어느 것이나 사용될 수 있다.

실외기(10)는 각각 실내기(20)에 냉매배관으로 연결되어, 실내기(20)로 냉매를 공급한다. 또한, 실외기(10)는 복수의 실내기(20)와 주기적으로 통신하여 상호 데이터를 송수신하고, 실내기로부터 변경되는 운전설정에 따라 동작을 변경한다.

한편, 복수의 실외기가 연결되는 경우, 각 실외기는 복수의 실내기에 연결될 수 있고, 또한, 공기조화기는 분배기(미도시)를 더 포함하여, 복수의 실내기로 냉매를 공급할 수 있다.

실외기(10) 또는 실내기(20)는 제어기와 연결되며, 제 1 내지 제 2 실내기(21, 22)는 각각 리모컨(31, 32)과 연결될 수 있다.

제어기는 데이터 정보를 수치 등의 문자로 표시하는 경우, 실내기(20)의 데이터 정보, 실외기(10)의 데이터 정보, 실내기(20)와 실외기(10) 등을 연결하는 배관의 밸브정보 등을 표시할 수 있다. 제어기는 실시간으로 실내기(20) 또는 실외기(10)의 동작상태를 확인할 수 있다.

또한, 공기조화기는 인터넷 등의 네트워크 연결을 통해, 다른 공기조화기와 데이터를 송수신할 수 있다. 공기조화기는 제어기를 통해 외부의 서비스센터(미도시), 관리서버(미도시), 데이터베이스(미도시) 등에 접속할 수 있고, 네트워크를 통해 접속되는 외부의 단말과 통신할 수 있다.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 공기조화기의 제어구성이 간략하게 도시된 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 공기조화기의 실외기(10)는 센서부(140), 전원부(130), 압축기구동부(161), 팬구동부(162), 밸브제어부(163), 입출력부(190), 메모리(120), 통신부(150), 그리고 동작 전반을 제어하는 제어부(110)를 포함한다.

제어부(110)를 포함한 각 부는, 하나 또는 복수의 마이크로 프로세서(Micro Processor)로 구성될 수 있다. 또한, 제어부뿐 아니라, 센서부, 전원부, 압축기구동부, 팬구동부, 밸브제어부, 입출력부, 메모리, 통신부의 각 부는, 각각 적어도 하나의 마이크로 프로세서를 포함할 수 있다. 제어부를 포함한 각 부는 버스(BUS)형식으로 연결되어 데이터를 송수신할 수 있다.

압축기구동부(161), 팬구동부(162), 밸브제어부(163)는 하나의 구동부로 구성될 수 있고, 설명한 바와 같이 각각 독립적으로 구성될 수 있다.

실내기 또한, 센서부, 전원부, 팬구동부, 밸브제어부, 입출력부, 메모리, 통신부, 제어부를 포함할 수 있다.

전원부(130)는 실외기 본체로 동작전원을 공급한다. 전원부(130)는 연결되는 상용전원을 정류 및 평활하여, 각 부에서 요구되는 전압을 생성하여 공급한다. 전원부(130)는 돌입전류를 방지하고, 정전압을 생성한다. 또한, 전원부(130)는 동작전원을 실내기(미도시)로 공급할 수 있다.

입출력부(190)는 버튼, 스위치, 터치입력수단 중 적어도 하나를 포함하여, 사용자 명령 또는 소정의 데이터를 입력하는 입력수단(미도시)과, LCD, LED, OLED 등의 표시수단(미도시)으로 구성되고, 터치패드가 레이어드된 터치스크린을 포함할 수 있다. 표시수단은 운전설정 또는 동작정보를, 문자, 이미지, 특수문자, 기호, 이모티콘, 아이콘 중 적어도 하나의 조합으로 표시한다.

또한, 입출력부(190)는 음성안내, 소정의 경고음, 효과음을 출력하는 버저 또는 스피커를 포함하는 오디오출력부(미도시)와, 소정의 소리를 입력받는 마이크를 포함한 오디오입력부(미도시)를 포함할 수 있다.

표시수단과 오디오출력부는 출력부이다.

메모리(120)에는 동작을 제어하기 위한 제어데이터, 동작모드에 대한 데이터, 센서부(140)로부터 감지되는 데이터, 통신부(150)를 통해 송수신되는 데이터, 입출력부(190)에 의한 입력데이터, 출력데이터, 동작의 이상 여부를 판단하기 위한 데이터가 저장된다. 메모리(120)는 마이크로 프로세서(microprocessor)에 의해 읽힐 수 있는 데이터를 저장하는 것으로, ROM, RAM, EPROM, EEPOM, 플래쉬메모리, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive)등의 저장 장치를 포함할 수 있다.

통신부(150)는, 적어도 하나의 통신모듈을 포함하여 유선 또는 무선통신 방식으로 데이터를 송수신한다.

통신부(150)는 다른 기기, 예를 들어 실내기, 다른 실외기, 또는 제어기와 데이터를 송수신한다. 또한, 통신부(150)는 소정의 네트워크에 연결되어 외부의 서버 또는 단말과 통신할 수 있다. 통신부(150)는 지그비, 블루투스, 적외선 등의 근거리 무선통신뿐 아니라, 와이파이, 와이브로 등의 통신모듈을 포함하여 데이터를 송수신한다.

센서부(140)는 복수의 센서를 포함하여 측정되는 데이터는 제어부(110)로 입력한다. 센서부(140)는 온도센서(미도시), 압력센서(미도시), 습도센서(미도시), 전류센서(미도시), 전압센서(미도시)를 포함한다.

또한, 센서부(140)는 압축기 내의 오일 희석률을 감지하는 센서를 더 포함한다.

온도센서는 냉매배관에 설치되어 냉매배관의 온도를 측정하고, 열교환기에 설치되어 실외온도, 열교환기 온도를 각각 감지한다.

압력센서는 냉매배관에 설치되어 냉매배관을 유동하는 냉매의 압력을 감지한다. 압력센서는 압축기(171)의 냉매 유입부와 토출부에 각각 설치되고, 열교환기에도 설치된다.

압축기구동부(161)는 제어부(110)의 제어명령에 따라 압축기(171)(102)가 동작하도록 한다. 이때 압축기구동부(160)는 압축기(171)가 특정 운전주파수로 동작하도록 압축기의 모터(102b)로 동작전원을 공급한다. 그에 따라 압축기(171)는 저온저압의 냉매가 유입되면, 이를 압축하여 고온고압의 냉매로 토출한다.

팬구동부(162)는 제어부(110)의 제어명령에 대응하여 팬(172)(105)에 구비되는 모터(105b)의 구동을 제어함으로써, 팬(105a)이 회전동작하도록 한다. 팬구동부(162)는 팬(172)으로 동작전원을 공급하여 팬(172)의 설정된 회전속도로 회전동작하도록 제어한다. 팬(172)은 실외열교환기에 구비되는 것으로, 압축기(171)로부터 공급되는 냉매가 열교환기로 유입되어 실외 공기와 열교환되도록 실외공기를 흡입하여 공급하고 열교환된 공기를 실외로 토출한다. 이때 팬(172)은 회전속도를 조절할 수 있는 인버터팬이 사용될 수 있다. 팬(172)은 모터와 팬으로 구성되며, 팬구동부(162)의 제어에 의해 모터가 동작함에 따라 팬이 회전하게 된다.

밸브제어부(163)는 제어부(110)의 제어명령에 대응하여 실외기(21)에 구비되는 복수의 밸브(173)에 대한 개폐를 제어하고 또는 개도율을 조절하며, 냉매의 유로를 변경할 수 있다. 이때 밸브제어부(163)는 복수의 밸브(173)에 각각 구비될 수 있다.

제어부(110)는 실내기(31) 또는 제어기로부터 수신되는 데이터에 대응하여 압축기(171)가 동작하도록 압축기구동부(161)로 제어명령을 인가하고, 팬(172)을 제어하는 제어명령을 팬구동부(162)로 인가한다. 또한, 제어부(110)는 밸브제어부(163)로 제어명령을 인가하여 복수개의 각 밸브(173)의 개폐를 제어하도록 하여 운전모드에 따라 냉매의 유로 및 유량을 변경한다.

제어부(110)는 센서부(140)의 복수의 센서로부터 입력되는 데이터에 대응하여 압축기(171), 냉매, 팬(172)의 상태를 판단하고, 그에 대응하여 제어명령을 생성하여 각 구동부로 인가한다.

제어부(110)는 통신부(150)를 통해, 소정 시간 간격으로 실내기(20)와 통신하여 각 실내기의 데이터를 수신하고, 또한, 실외기의 데이터를 실내기(20)로 전송한다.

또한, 제어부(110)는 센서부(140)에 의해 감지되는 데이터와, 메모리(120)에 저장된 데이터를 바탕으로, 각 부의 동작상태가 정상인지 여부를 판단하고, 에러를 생성한다. 제어부(110)는 발생된 에러에 대한 에러코드를 출력할 수 있다.

제어부(110)는 에러로 판단되는 경우, 운전이 가능한지 여부를 판단한다.

또한, 제어부(110)는 에러로 인하여 운전이 불가능한 경우, 또는 제한운전을 중지하는 경우에 그에 대한 에러를 출력한다. 제어부(110)는 통신부를 통해 실내기로 에러데이터를 전송하여 실내기를 통해 에러 및 동작 종료에 대한 알림이 출력되도록 한다. 실내기(20)는 실외기(10)로부터 수신되는 데이터에 따라, 동작상태, 알림 또는 에러메시지를 출력한다.

또한, 제어부(110)는, 전원부(130)를 통해 공급되는 동작전원에 대하여, 이상 여부를 감지하고 과전류 또는 누전이 감지되는 경우, 전원이 차단되도록 할 수 있다. 제어부(110)는 입력되는 신호를 통해, 누전, 과전류, 정상상태로 동작전원을 판단할 수 있다.

제어부(110)는 실외온도, 실내온도, 냉매압력 등에 대응하여 압축기를 제어하며, 또한, 압축기 내의 오일 희석률에 따라 압축기를 제어할 수 있다.

제어부(110)는 압축기 센서로부터 입력되는 센서값에 따라 압축기의 운전주파수를 설정한다. 제어부(110)는 압축기 내의 오일 희석률을 기준값과 비교하여 압축기에 대한 제한제어를 수행할 수 있다.

제어부(110)는 오일 희석률에 대응하여 압축기(171)(102)의 운전주파수를 제어한다. 제어부(110)는 제어명령을 압축기구동부(161)로 인가하고, 그에 따라 압축기구동부(161)가 압축기로 동작전원을 인가한다. 압축기가 구동됨에 따라 냉매가 실외기로부터 실내기로 공급되고 순환한다.

제어부는 제한제어를 실시하는 횟수를 카운트하고, 제한제어 횟수가 설정횟수에 도달하면, 점검요청을 전송할 수 있다. 예를 들어 제어부는 AS센터로 점검을 요청할 수 있고, 기 등록된 사용자의 기기로 알림을 전송할 수 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 압축기 구성이 도시된 단면도이다.

압축기 동작 시, 센서부(140)는 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력을 감지할 수 있다. 또한, 센서부(140)는 압축기 센서를 통해 압축기 내의 오일 희석률을 감지한다. 제어부는 오일 희석률에 대응하여 압축기의 운전주파수를 제어한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 압축기(102)(171)는 압축기 센서(200)를 포함한다.

압축기 센서(200)는 압축기의 하단부에 설치된다.

압축기 센서(200)는 압축기의 하단부에 냉매가 함유된 오일에 접하도록 설치된다.

압축기 센서(200)는 압축기(102)의 내부에, 오일이 존재하는 하단부에 설치되며, 이때 압축기 센서의 연결을 위하여, 압축기의 하단부 어느 일측면에 설치될 수 있다. 경우에 따라 압축기 센서(200)는 압축기의 하단부 저면에 설치될 수 있다.

압축기 센서(200)는 커패시터 타입(Capacitor Type)의 오일 희석도 센서가 적용될 수 있다. 전극(204)과, 전극 사이의 오일은 압축기 센서의 커패시터로 동작한다.

압축기 센서(200)는 전극이 압축기 내부의 오일과 접하도록 구성되어, 전극의 커패시턴스를 통해 오일 희석률을 감지한다.

도 5 는 도 4의 압축기의 오일 희석률을 감지하는 센서가 도시된 도이다.

도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 압축기 센서(200)는 센서연결을 위한 단자(201, 202)와, 센서 본체(203), 전극(204), 절연체(205), 그리고 센서처리부를 포함한다.

단지(201, 202)는 커패시턴스(Capacitance)를 측정하는 회로와 압축기 센서(200)를 연결하기 위한 단자로, 압축기 내부에 삽입되어 있는 전극(204)과 연결된다.

제 1 단자(201)와 제 2 단자(202)는 각각 전극(204)의 양단에 연결된다.

전극(204)은 압축기의 내부에 위치하며, 제 1 전극과 제 2 전극이 마주보도록 설치된다. 제 1 전극과 제 2 전극은 각각 제 1 단자와 제 2 단자에 연결된다.

전극의 끝단에는 제 1 전극과 제 2 전극이 물리적으로 접촉하여 도통되지 않도록 하기 위한 절연체(205)가 구비된다.

전극(204)과 단자(201, 202)는 상호 전기적으로 연결되며, 그 외 구성은 절연 처리된다.

센서처리부(미도시)는 제 1 단자와 제 2 단자에 연결되어 커패시턴스를 측정한다.

도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 압축기 내부의 오일 희석률을 감지하지 하기 위한 센서의 회로구성이 도시된 도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 압축기 센서(200)는 센서처리부를 포함한다.

센서처리부는 전원(221)과, 저항(R)(222), 커패시터(223)를 포함한다. 또한, 센서처리부는 밴드패스필터(미도시)를 포함한다. 밴드패스필터는 전류, 전압의 측정 또는, 결과값에 대하여 적용된다.

저항(R)(222)의 일단은 전원(221)에 연결되고 다른 일단은 커패시터(223)에 연결되며, 커패시터의 다른 일단은 접지(224)된다.

커패시터(223)는 압축기 센서(200), 즉 압축기 내의 오일과 전극(204)에 의해 형성된다. 두개의 전극과 그 사이의 오일이 커패시터로 작용한다. 오일에는 냉매가 포함된다.

센서처리부는 교류 회로로 구성되어 전원(221)로부터 저항과 커패시터로 전류가 흐르고 전압이 인가된다.

센서처리부는 커패시터(Capacitor)(Xc)(223)에 흐르는 전류(ic)와 그 전압(Vs)를 통해 압축기 센서(200)의 전극(204) 사이의 커패시턴스를 측정한다. 센서처리부는 전원의 주파수(Hz), 옴의 법칙(V=IR)을 통해 용량성 리엑턴스를 도출하여 커패시턴스(Capacitance)값을 측정한다.

센서처리부는 오일 내의 냉매 희석도에 따라 커패시턴스가 변화하는 특징을 이용하여, 압축기 내의 오일에 대한 커패시턴스를 측정함으로써 오일 희석률을 산출한다.

센서처리부는 수학식1과 같이 전류(ic)와 전압(Vs)를 측정하여 저항(R)과, 커패시터(Xc)를 포함하는 총 임피던스Z[Ω]을 산출한다. 저항(R)과 커패시터(Xc)를 하나의 저항체인 등가 저항 Z로 처리하여 연산한다.

전류(ic)와 전압(Vs)는 RMS(실효값)으로 처리하여 측정한다.

측정된 전류(ic)는 작은 값임으로 측정됨에 따라 노이즈(Noise)에 취약하여 밴드패스필터(Band-Pass Filter)를 적용하는 것이 바람직하다. 필터를 적용하는 경우, 측정값에 대한 분해능이 4배 이상 향상될 수 있다.

밴드패스필터(Band-Pass Filter)의 통과 대역 선정 기준은 인가전압의 주파수(Hz)에 +/-0.5Hz로 선정할 수 있다.

센서처리부에서 저항(R)과 커패시터(Capacitor)의 용량성 리엑턴스인 Xc로 구성된 상태에서의 총 임피던스 Z[Ω]는 수학식 2와 같으며, 수학식 1의 결과를 대입하여 용량성 리엑턴스인 Xc를 도출할 수 있다.

여기서, 저항 R은 회로 내 설치한 저항 값으로써, 250 Ω으로 설정할 수 있다.

용량성 리엑턴스인 Xc는 하기의 다음의 수학식 3과 같으며, 이 식에서 주파수를 f에 대입해 최종 커패시턴스 C[F]를 산출할 수 있다.

오일은 전도성이 낮고 오일에 포함된 냉매는 전도성이 높으므로, 오일에 포함된 냉매의 양이 증가할수록 전류가 비례하여 증가하게 된다. 따라서 전류가 잘 흐르는 것은 저항성분(Xc)가 작은 것을 의미하고 C와 Xc는 반비례하므로, 커패시턴스 C [F]값은 반대로 증가한다.

교류 전원을 센서처리부에 공급하는 경우, 회로 내 흐르는 전류와 전압의 주파수는 공급된 교류 전원의 인가 Hz와 동일하다.

따라서, 오일의 희석도에 따라 변화하는 커패시터(Capacitor)의 커패시턴스(Capacitance)를 판단하기 위한 전류(ic)와 전압(Vs)은 인가 전원의 주파수(Hz)인 60Hz의 주파수성분을 갖고, 이 주파수대역의 출력만 뽑아내는 밴드패스필터(Band-pass Filter)를 적용하면, 측정 노이즈를 제거할 수 있고 그에 따라 유효 신호를 획득할 수 있다.

따라서, 밴드패스필터(Band-pass Filter)의 통과 대역의 주파수 대역을 인가 전원의 주파수의±0.5Hz로 설정한다.

제어부(110)는 센서부(140)로부터 입력되는 오일 희석률에 따라 압축기의 운전주파수를 제어한다. 제어부(110)는 오일 희석률이 제한값 보다 크면, 압축기의 운전주파수를 제한하는 제한제어를 수행한다. 제어부(110)는 오일 희석률에 지정된 상수를 곱한 값만큼 운전주파수가 감소하도록 설정한다.

그에 따라 압축기는 감소된 운전주파수로 동작한다.

도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법이 도시된 순서도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 공기조화기는 실내기(20) 또는 리모컨(31, 32)으로부터 운전 설정이 입력되고, 그에 따라 냉방 또는 난방으로 운전을 시작한다.

운전설정 입력 시, 희망온도가 입력되고, 실외기와 실내기는 희망온도와 실내온도에 따라 동작을 시작한다. 실내기와 실외기는 유선 또는 무선통신 방식으로 주기적으로 통신할 수 있다.

실외기(10)의 제어부(110)는 운전설정에 따라 압축기(102)(171)가 동작하도록 압축기구동부(161)로 제어명령을 인가한다.

제어부(110)는 희망온도와 실내온도의 차이값을 산출하고, 온도차에 대응하여 압축기의 운전주파수를 설정한다. 압축기구동부(161)는 설정된 운전주파수에 따라 압축기(171)를 동작시킨다.

센서부(140)의 압축기 센서(200)는 압축기 구동 중, 앞서 설명한 도 6과 같이, 제 1 단자(201)과 제 2 단자(202)에 연결되는 전극(204)과 내부의 오일에 의해 형성되는 커패시터에 대한 커패시턴스를 측정할 수 있다(S310). 센서부(140)는 커패시턴스에 따라 오일 희석률을 연산하여 제어부로 인가한다. 경우에 따라 별도의 처리수단에서 처리될 수 있다.

압축기 센서는 제 1 단자 및 제 2 단자와 연결된 센서처리부(미도시)를 포함하고, 전류와 전압을 측정하여, 커패시턴스를 산출할 수 있다. 오일 내의 냉매성분의 양에 따라 전도율이 상이하게 나타나므로 커패시턴스 또한 변화하는 특징으로 이용할 수 있다.

그에 따라 센서부(140)는 압축기 내의 오일 희석률을 연산한다(S320).

제어부(110)는 오일 희석률을 제한값과 비교한다(S330).

오일 희석률이 제한값 이하면, 현 운전 상태를 유지하며 온도에 따라 압축기를 제어한다.

한편, 오일 희석률이 제한값보다 큰 경우 압축기에 대한 제한제어를 수행한다(S340).

제어부(110)는 오일 희석률과 제한값의 차이를 연산하고, 오일 희석률에 비례하여 압축기의 주파수를 감소시킨다. 제어부(110)는 오일 희석률에 지정된 상수를 곱하고, 현재 압축기의 주파수에서, 상수와 오일 희석률의 곱을 뺀 값을 압축기의 운전주파수로 설정한다. 즉 압축기의 운전주파수는 오일 희석율에 상수를 곱한값 만큼 감소한다.

또한, 제어부(110)는 압축기에 대한 제한제어 시, 그 횟수를 카운트한다(S350).

제어부(110)는 압축기에 대한 제한제어의 횟수를 기준값과 비교하고(S360), 제한 횟수가 기준값에 도달하지 않은 경우에는 정상운전 또는 제한제어 운전을 유지하게 된다.

한편, 제한제어의 횟수가 기준값보다 크면, 제어부(110)는 점검이 필요한 것으로 판단하여 그에 대한 알림을 출력한다(S370).

제어부(110)는 실내기로 점검알림을 전송하고, 실내기(20)는 점검알림을 표시부에 표시한다.

또한, 제어부는 관리서버, 클라우드서버 또는 사용자의 단말로 점검알림에 대한 메시지를 전송한다(S380). 또한, 제어부(110)는 서비스센터로 점검 요청 메시지를 전송할 수 있다. 알림메시지는 동일한 메시지의 전송이력에 따라 전송하도록 한다. 또한 제어부(110)는 공기조화기 제어용 어플에도 점검 알림이 표시되도록 한다.

도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 오일 희석률에 따른 커패시턴스의 변화가 도시된 도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제어부(110)는 압축기에 대한 제한제어를 통해 희석률에 비례한 크기로 압축기의 운전주파수가 감소하도록 제어한다.

도 8의 V01(S1, S2, S3)은 밴드패스필터 없이 오일 희석률에 따른 제어를 수행하는 경우이고, V02(S4, S5)는 밴드패스필터를 적용하여 오일 희석률에 따른 제어를 수행하는 경우의 커패시턴스의 변화를 도시한 것이다.

제어부(110)는 오일 희석률에 대한 연산값에 대하여, 밴드패스필터를 적용한다. 밴드패스필터는 센서부 내에 구비되거나 또는 별도로 연산값에 적용될 수 있다.

밴드패스필터의 적용 여부에 따른 커패시턴스에 차이가 발생한다. 밴드패스필터를 전류측정부에 설치된 경우를 예로 하여 설명한다.

커패시턴스의 평균값(S1)(S5), 최대값(S2)(S4), 최소값(S3)은 동일한 경향성을 갖고 변화한다.

도시된 바와 같이, 밴드패스필터를 적용하지 않은 경우(v01)에는, 오일 희석률이 0% 내지 40% 까지는 커패시턴스의 변화가 크지 않으나, 40% 내지 50%에서 서서히 증가하고 50%를 초과하면 오일 희석률이 증가함에 따라 커패시턴스가 증가한다.

이때, 밴드패스필터를 적용하는 경우(V02)에는, 오일 희석률이 0 내지 30%까지는 변화가 크지 않으나, 30% 내지 40%에서는 오일 희석률에 따라 서서히 증가하고 오일 희석률이 40%를 초과하면 커패시턴스가 비례하여 증가하게 된다.

따라서 오일 희석률이 일정 값을 초과하면 오일 희석률에 따라 커패시턴스가 비례하여 증가하므로 제어부(110)는 이를 바탕으로 압축기의 운전주파수를 제어한다.

밴드패스필터를 적용하는 경우에는 30% 이상에서부터 오일 희석률에 따른 커패시턴스의 변화를 확인할 수 있으므로, 분해능이 개선되고, 측정 최소값이 오일 희석률 30%부터 이므로, 압축기 센서의 전류측정 또는 전압측정에 밴드패스필터를 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 밴드패스필터를 적용하면, 측정 노이즈가 제거되고, 인가 주파수의 유효신호만을 획득할 수 있다.

커패시턴스는 앞서 설명한 도 6과 같이, 압축기 센서에서, 두 전극과 오일 간의 커패시턴스로, 교류 전원과 회로 내 전류, 전압 및 주파수를 측정하고 이를 통한 전체 임피던스 연산 방식 이용하여 산출한다.

도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화기의 시간에 따른 오일 희석률, 주파수, 온도, 압력의 변화를 설명하는데 참조되는 도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 공기조화기는 저온에서 난방으로 기동할 수 있다.

압축기의 운전주파수(S12)는 초기 기동시 40Hzfh 일정시간 유지되고, 초기기동 시간 후, 증가하여 100Hz를 기준으로 증가와 감소를 반복한다.

압축기의 하단 온도(S13)은 시간의 경과에 따라 증가한다.

응축온도(S14)는 서서히 증가하다가 증가와 감소를 반복한다.

냉매 저압(S15)은 감소하다가 일정 시간 후 증가한다.

압축기 내의 오일 희석률(S11)은 시간에 따라 -40%에서 50%의 범위 내에서 변화한다.

오일 희석률(S11)은 제 1 시간(T1) 내지 제 2 시간(T2)의 구간(208)에서 40% 이상이 되며, 최대 50%까지 상승한다. 이때, 제어부(110)는 오일 희석률의 제한값에 따라, 해당 구간(208)에서 압축기의 운전주파수가 감소하도록 제한제어를 수행할 수 있다. 예를 들어 기동 후 7~12분에서 오일 희석률이 40% 내지 50%로 상승한다.

제어부의 압축기 운전주파수 제한에 의해 압축기의 운전주파수(S12)가 감소한후 다시 증가하고 오일 희석률은 다시 감소한다.

압축기 센서(200)를 이용하여 오일 희석률을 연산함으로써, 실시간으로 모든 운전 구간의 희석도를 측정할 수 있다. 단, 오일 희석률에 따른 커패시턴스의 변화를 고려하여 오일 희석률 30% 이상, 바람직하게는 40%에서 연산할 수 있다. 온도차(dT)는 기동 후 제 3 시간(T3) 이후, 예를 들어 18분 이후 5도 이상으로 운전 조건을 만족하게 된다.

그에 따라 안정적으로 압축기를 구동할 수 있고 손상을 방지할 수 있으므로 공기조화기는 안정적으로 구동할 수 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.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 실내기 20: 실외기
110: 제어부 140: 센서부
160: 압축기구동부 102, 171: 압축기
200: 압축기 센서 204: 전극

Claims (20)

1. 압축기;
   설정된 운전주파수로 동작하도록 상기 압축기를 구동시키는 압축기구동부;
   상기 압축기 내부의 오일 희석률을 감지하는 압축기 센서; 및
   상기 압축기 센서로부터 측정되는 오일 희석률에 따라 상기 압축기 내의 오일의 점도를 판단하고, 상기 압축기의 이상 여부를 판단하여 상기 압축기의 운전주파수를 제어하는 제한제어를 설정하여 상기 압축기 구동부로 인가하는 제어부; 를 포함하는 공기조화기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 압축기 센서는, 상기 압축기의 내부에 삽입되어 오일에 접하는 제 1 전극 및 제 2 전극;
   상기 압축기의 외부에 형성되어, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 각각 연결되는 제 1 단자 및 제 2 단자; 및
   상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자에 연결되어 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이의 커패시턴스를 측정하는 센서처리부; 를 포함하는 공기조화기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 압축기 센서는, 상기 제 1 전극 과 상기 제 2 전극 사이에 배치되어 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 절연하는 절연체를 더 포함하는 공기조화기.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 센서처리부는, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자로 전류를 인가하는 전원부;
   상기 제 1 단자에 연결되는 저항;
   상기 저항에 직렬 연결되는 커패시터; 및
   상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자에 연결되는 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극이 상기 커패시터로 동작하는 공기조화기.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 센서처리부는 상기 저항 및 상기 커패시터를 흐르는 전류와, 상기 저항 및 상기 커패시터에 인가되는 전압으로부터 상기 저항 및 상기 커패시터의 커패시턴스를 연산하는 공기조화기.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 센서처리부는 상기 저항 및 상기 커패시터를 흐르는 전류를 필터링하는 필터를 더 포함하는 공기조화기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 필터는 상기 전원부의 주파수에 대응하는 주파수대역을 필터링하는 밴드패스필터인 공기조화기.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 압축기 센서는 상기 압축기의 하단에, 어느 일측면에 설치되는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 오일 희석률이 기 설정된 제한값보다 크면 상기 압축기에 이상이 있는 것으로 판단하여 제한제어를 실시하는 공기조화기.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 제한제어 수행 시,
    상기 오일 희석률에 대응하여 상기 압축기의 운전주파수를 감소시키는 공기조화기.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 오일 희석률에 지정된 상수를 곱한 값을 운전주파수에서 뺀 값으로 새로운 운전주파수를 설정하는 공기조화기.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 제한제어를 실시하는 횟수를 카운트하고, 상기 횟수가 기준값에 도달하면 점검을 요청하는 공기조화기.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는 실내기로 점검요청에 따른 신호를 전송하고,
    외부의 서버 및 기 설정된 단말 중 적어도 하나로 점검요청에 따른 메시지를 전송하는 공기조화기.
14. 운전설정에 따라 운전주파수를 설정하여 압축기가 동작하는 단계;
    상기 압축기의 내부에 설치되는 압축기 센서가 상기 압축기 내부의 오일 희석률을 감지하는 단계;
    상기 오일 희석률에 대응하여 상기 압축기의 이상을 판단하는 단계; 및
    상기 압축기 이상 시, 상기 압축기의 운전주파수를 제어하는 제한제어를 수행하는 단계; 를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 오일 희석률이 기 설정된 제한값보다 크면 상기 압축기에 이상이 있는 것으로 판단하여 상기 제한제어를 실시하는 공기조화기의 제어방법.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 오일 희석률에 대응하여 상기 압축기의 운전주파수를 감소시켜 상기 제한제어를 실시하는 공기조화기의 제어방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 오일 희석률에 지정된 상수를 곱한 값을 운전주파수에서 뺀 값으로 새로운 운전주파수를 설정하는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제한제어를 실시하는 횟수를 카운트하는 단계; 및
    상기 횟수가 기준값에 도달하면 실내기로 점검요청에 따른 신호를 전송하는 단계; 를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
19. 제 14 항에 있어서,
    외부의 서버 및 기 설정된 단말 중 적어도 하나로 점검요청에 따른 메시지를 전송하는 단계; 를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
20. 제 14 항에 있어서,
    상기 압축기의 하단에 설치되는 압축기 센서를 통해, 상기 압축기 내부의 오일에 접하는 전극을 인가되는 전류와 전압으로부터 커패시턴스를 측정하는 단계; 및
    상기 커패시턴스로부터 상기 오일 희석률을 연산하는 단계; 를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
    

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