KR100826926B1 - 수냉식 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 수냉식 공기조화기의 구성을 그대로 이용하고, 응축기와의 열교환을 위하여 외부로부터 공급되는 냉각수의 수온변동에 관계없이 항상 균일한 성능을 발휘할 수 있는 수냉식 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 발명이다.

이를 위하여 본 발명은 냉각수 온도의 응축기 출구온도를 측정하여 공급 수온에 따라 형성되는 현재 사이클의 적정여부를 판단하고, 적정 사이클이 유지되지 않는다고 판단되는 경우 냉동 사이클의 흡입압력을 다르게 설정하여 압축기의 속도를 제어함으로써 본 발명에 의한 수냉식 공기조화기가 상기 공급 수온의 변동에도 불구하고 항상 균일한 성능을 발휘할 수 있도록 한다.

Description

수냉식 공기조화기 및 그 제어방법{Water Cooling Type Air Conditioner and Control Method thereof}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 공기조화기의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 공기조화기의 동작제어를 나타낸 블럭도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 공기조화기의 제어방법에 대한 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 공기조화기의 응축기 출구온도와 이에 따른 흡입압력의 관계를 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

1: 압축기 3: 응축기

4: 냉각수 공급원 5: 냉각수 배관

6: 온도센서 7: 실내기

본 발명은 응축기와의 열교환을 위하여 외부로부터 공급되는 냉각수의 수온변동에 관계없이 항상 균일한 성능을 발휘할 수 있는 수냉식 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 발명이다.

공기조화기는 압축기, 응축기, 팽창장치 및 실내열교환기등의 주요 구성요소를 냉매가 순환되는 배관으로 연결하여 냉동사이클을 이루고 상기 구성요소를 실외기와 실내기에 분리 장착하고, 상기 실내기를 통하여 실내에 냉난방을 제공하도록 하는 기기이다.

상기 응축기는 냉방운전시 압축기에서 토출된 고온고압의 냉매가스를 외부와의 열교환을 통하여 냉각시키는 기능을 수행하며, 상기 냉각방식은 송풍팬을 이용하여 상기 응축기와 실외공기간의 열전달을 통하여 냉매를 냉각시키는 공냉식과 상기 응축기와 외부로부터 공급되는 저온의 냉각수사이의 열전달을 통하여 냉매를 냉각시키는 수냉식으로 구분된다.

상기 수냉식 공기조화기는 공냉식 공기조화기와 비교할 때 열교환 효율이 높기 때문에 응축기가 소용량으로 구성될 수 있고 송풍팬이 필요하지 아니한 장점을 가진다.

근래에 개발되는 수냉식 공기조화기는 대부분 공급되는 냉각수량이 일정한 정유량 방식 및 속도가변형 압축기를 사용한 용량가변 방식인데, 상기 정유량 방식의 경우 공급되는 냉각수의 수온변동에 따라 응축온도가 변동하는 특성을 가진다.

그러나, 종래의 수냉식 공기조화기는 상기 수온변동에 관계없이 냉동 사이클의 상태량을 표준 상태를 기준으로 항상 일정하게 설정해 놓고 압축기 속도을 제어 하기 때문에 상기 수온변동이 발생하면 공기조화기가 적정 사이클을 유지하지 못하고 불균일한 성능발휘를 하게 되는 문제점이 생긴다.

예를 들면, 냉각수 수온이 표준 상태의 냉각수 수온보다 낮아지면 응축온도도 같은 경향으로 낮아지게 되는데, 표준 상태의 수온일 때와 동일한 속도로 압축기를 운전하게 되면 실내측의 토출 공기 온도가 지나치게 낮아질 수 있고 이로 인해 실내기 토출구에 결로가 발생될 수도 있다. 뿐만 아니라, 필요이상으로 압축기를 운전하는 것이 되므로 소비전력 상승으로 인하여 시스템의 효율도 감소하게 된다.

이와 반대로 냉각수 수온이 표준 상태의 냉각수 수온보다 높아지면 상기와 동일한 사유로 실내측의 토출 공기 온도가 지나치게 높아질 수 있고 그 결과 사용자가 쾌적한 냉방효과를 제공받을 수 없게 된다.

이를 해결하기 위하여 냉각수 수온을 측정하여 냉동 사이클 상태량을 다르게 설정함으로써 수냉식 공기조화기의 성능을 제어하는 방식이 있으나, 냉각수 공급 배관속에 온도센서를 설치하는 것이 기술적으로 용이하지 아니하고 상기 배관속에 설치하지 않을 경우 측정온도의 신뢰도가 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 장치를 부가함이 없이 종래의 수냉식 공기조화기의 구성을 그대로 이용하면서 냉각수의 온도에 따라 형성되는 운전 중인 냉동 사이클의 적정여부를 판단하고, 상기 운전 중인 냉동 사이클이 적정 사이클을 유지하지 않는다고 판단되는 경우 냉동 사 이클의 상태량을 다르게 설정하여 압축기의 속도를 제어함으로써 상기 냉각수 수온에 관계없이 항상 균일한 성능을 발휘할 수 있는 수냉식 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수냉식 공기조화기의 제어방법에 있어서, 응축 온도의 변동에 따라 압축기의 속도를 가변 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축기 속도제어는 응축 온도를 측정하는 제1단계, 상기 제1단계에서 측정한 응축 온도의 변동에 따라 흡입압력을 다르게 설정하는 제2단계, 상기 제2단계에서 설정된 흡입압력에 따라 압축기의 속도를 제어하는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2단계에서 응축 온도와 기설정된 기준 응축 온도의 차이가 소정치 이하이면 초기의 흡입압력 설정값을 유지하고, 상기 차이가 소정치를 초과하고 응축 온도가 더 높은 경우 흡입압력을 초기의 설정값보다 낮게 설정하고, 상기 응축 온도가 더 낮은 경우 흡입압력을 초기의 설정값보다 높게 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3단계에서 흡입압력이 유지되는 경우 압축기 속도를 초기의 설정값으로 유지하고, 흡입압력이 감소하는 경우 압축기 속도를 초기의 설정값보다 높게 설정하며, 흡입압력이 증가하는 경우 압축기 속도를 초기의 설정값보다 낮게 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 속도가변형 압축기, 응축기, 상기 응축기의 출구에 마련되는 온도센서 및 상기 온도센서에 의해 측정된 응축 온도의 변동에 따라 압축기의 속도를 가변 제어하는 제어부를 포함하는 수냉식 공기조화기를 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 일실시예로서 냉방운전 상태의 수냉식 공기조화기의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.

압축기(1)에서 토출되는 고온고압의 냉매가스는 사방밸브(2)를 통하여 응축기(3)로 유입되어 냉각된 후 실내기(7)의 팽창장치 및 증발기를 통과한 후에 다시 상기 사방밸브(2)의 다른 유로를 통하여 상기 압축기(1)로 유입된다.

상기 응축기(3)에는 외부에 위치한 냉각수 공급원(4)으로부터 공급되는 냉각수의 유출입을 위한 냉각수 배관(5)이 연결되고, 상기 냉각수 배관(5)을 통하여 유입되는 저온의 냉각수와 상기 응축기(3)에 유입되는 고온고압의 냉매가스간의 열교환을 통하여 냉매가 냉각된다.

또한, 상기 응축기(3) 출구에는 냉동 사이클의 응축 온도 측정을 위한 온도센서(6)가 냉매관 표면에 설치되어 있다. 상기 냉매관은 동관으로 이루어지기 때문에 열전도성이 뛰어나므로 그 표면에 온도센서를 부착하더라도 강관으로 이루어지는 냉각수 배관(5)과 달리 측정된 온도 데이터의 신뢰도가 유지될 수 있다.

이하에서는 도2를 이용하여 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 공기조화기의 기본적인 동작제어를 설명한다.

상기 수냉식 공기조화기의 제어부(100)는 입력부(110)를 통하여 운전신호가 입력되면 이를 판단하여 압축기 구동부(140)에 제어신호를 전달하고, 상기 압축기 구동부(140)는 그에 따라 압축기(1)를 구동한다.

또한, 상기 제어부(100)는 공기조화기 운전 중에 응축기 출구에 부착된 온도센서(6)로부터 측정된 냉각수 온도 데이터를 전달받고, 상기 냉각수 온도 데이터와 메모리(130)에 저장된 응축 온도와 흡입압력과의 관계를 이용하여 상기 수냉식 공기조화기가 냉각수 온도변동에 불구하고 균일한 성능을 발휘할 수 있도록 필요한 제어신호를 출력한다.

이하에서는 도3과 도4을 이용하여 본 발명의 일실시예에 따른 수냉식 공기조화기의 제어방법을 설명한다.

본 실시예에서는 냉방운전 상태이고, 냉각수 수온변동에 따라 냉동 사이클의 상태량 중 흡입압력의 설정값을 변동시켜 압축기(1)의 속도를 제어하는 경우를 예로서 설명한다.

공냉식 공기조화기와는 달리 수냉식 공기조화기는 냉동 사이클 상태량 중 토출온도 및 토출압력이 냉각수의 수온에 따라 일방적으로 정해지는 것이기 때문에 본 실시예에서는 압축기(1) 속도에 의하여 제어가 가능한 흡입압력을 제어인자로 선택하였다.

전원이 인가되어 공기조화기의 운전이 시작되면 제어부(100)는 흡입압력(Ps), 응축기 출구온도(Tc) 및 압축기 속도(Vcomp)를 표준 상태의 냉각수 온도조건에서의 설정값인 P1, T1 및 V1으로 각각 설정한다(S10).

상기 공기조화기의 운전 중에 상기 제어부(100)는 응축기(3) 출구에 위치한 온도센서(6)에 의하여 측정된 현재의 응축기 출구온도(T2)를 전달받고(S20), 이를 이용하여 상기 표준 상태의 냉각수 온도조건에서의 응축기 출구온도(Tc)와의 차이(△T)를 산출하여 메모리(130)에 저장된 설정값(△Tset)과 비교한다(S30).

상기 S30 단계에서 △T가 △Tset 이하인 경우에 제어부(100)는 현재의 냉동 사이클이 적정 사이클을 유지하고 있다고 판단하여 흡입압력(Ps)의 설정값을 그대로 유지한다(S40).

상기 S40 단계에서 Ps가 그대로 유지되면 제어부(100)는 상기 Vcomp도 표준 상태의 냉각수 온도조건과 동일하게 유지하고(S50), 그 결과 공기조화기의 냉각능력도 상기 표준 상태의 냉각수 온도조건과 동일한 수준으로 유지된다.

한편, 상기 S30 단계에서 △T가 △Tset 보다 큰 경우에 제어부(100)는 상기 T2가 Tc 보다 높은 온도인지 여부를 판단하여(S130), 높은 경우이면 상기 Ps를 P1보다 △P만큼 낮게 설정한다(S140).

상기 S140 단계에서 Ps가 표준 상태의 냉각수 온도조건보다 낮게 설정되면 제어부(100)는 설정된 흡입압력을 만족시키기 위하여 상기 Vcomp를 △V만큼 증가시킨 속도로 압축기(1)를 운전시키게 되고(S150), 그 결과 공기조화기의 냉각능력이 표준 상태의 냉각수 온도조건과 동일한 수준으로 유지된다.

따라서, 냉각수 수온이 표준 상태의 냉각수 수온보다 높아진 경우에도 종래의 수냉식 공기조화기와 달리 부족한 냉방으로 인한 사용자의 불쾌감을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 S130 단계에서 상기 T2가 Tc 보다 낮은 경우이면 제어부(100)는 Ps를 P1보다 △P만큼 높게 설정한다(S240).

상기 S240 단계에서 Ps가 표준 상태의 냉각수 온도조건보다 높게 설정되면 제어부(100)는 설정된 흡입압력을 만족시키기 위하여 상기 Vcomp를 △V만큼 감소시킨 속도로 압축기(1)를 운전시키게 되고(S250), 그 결과 공기조화기의 냉각능력이 표준 상태의 냉각수 온도조건과 동일한 수준으로 유지된다.

따라서, 냉각수 수온이 표준 상태의 냉각수 수온보다 낮아진 경우에도 종래의 수냉식 공기조화기와 달리 과도한 냉방으로 인한 실내기 토출구에서의 결로현상 및 사용자의 불쾌감, 그리고 불필요한 전력소비를 방지할 수 있게 된다.

상기에서 현재의 냉각수 수온과 표준 상태의 냉각수 수온과의 차이를 고려하여 상기 Ps 및 Vcomp의 초기 설정값을 보정하는 △P 및 △V에 대한 데이터는 수온 변동량에 따라 실험적으로 구해지고 데이터 베이스나 관계식의 형태로 메모리(130)에 미리 저장됨으로써 냉각수 수온변동의 발생시 상기 제어부(100)가 이를 이용하여 상기 제어방법에 의하여 공기조화기의 성능을 균일하게 제어할 수 있도록 한다.

도3에는 그 예로서 응축기(3) 출구온도의 변동과 그에 따른 흡입압력(Ps) 설정값의 변동의 관계를 그래프로 나타내었다.

상기 단계에서 Ps 및 Vcomp의 재설정이 완료되면 제어부(100)는 입력부(110)를 통하여 사용자로부터 메인전원 오프신호가 입력되는가를 판단하여(S60), 입력된 경우이면 메인전원을 차단하고(S70) 입력되지 않은 경우이면 S20 단계로 리턴하여 냉각수 수온의 변동여부를 계속 판단한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 제어방법에 의하여 종래의 수냉식 공기조화기의 구성에 별도의 장치를 부가하지 않더라도 응축기 출구온도를 측정하여 운전 중인 냉동 사이클의 적정여부를 판단할 수 있고, 상기 운전 중인 냉동 사이클이 적정 사이클을 유지하지 못한다고 판단되는 경우 흡입압력을 다르게 설정하여 압축기의 속도를 제어함으로써 상기 냉각수 수온에 관계없이 항상 균일한 성능을 발휘할 수 있는 수냉식 공기조화기를 제공할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 수냉식 공기조화기의 제어방법에 있어서,

   압축기 속도제어는 응축 온도를 측정하는 제1단계;

   상기 제1단계에서 측정한 응축 온도의 변동에 따라 흡입압력을 다르게 설정하는 제2단계;

   상기 제2단계에서 설정된 흡입압력에 따라 압축기의 속도를 가변 제어하되, 상기 흡입압력이 유지되는 경우 압축기 속도를 초기의 설정값으로 유지하고, 상기 흡입압력이 감소하는 경우 압축기 속도를 초기의 설정값보다 높게 설정하며, 상기 흡입압력이 증가하는 경우 압축기 속도를 초기의 설정값보다 낮게 설정하는 제3단계로 이루어지는 수냉식 공기조화기의 제어방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2단계에서 응축 온도와 기설정된 기준 응축 온도의 차이가 소정치 이하이면 초기의 흡입압력 설정값을 유지하고, 상기 차이가 소정치를 초과하고 응축 온도가 더 높은 경우 상기 흡입압력을 초기의 설정값보다 낮게 설정하고, 상기 응축 온도가 더 낮은 경우 상기 흡입압력을 초기의 설정값보다 높게 설정하는 수냉식 공기조화기의 제어방법.
4. 삭제
5. 속도가변형 압축기; 응축기; 상기 응축기의 출구에 마련되는 온도센서; 및

   상기 온도센서에 의해 측정된 응축 온도의 변동에 따라 흡입압력을 설정하고, 설정된 흡입압력에 상응하여 상기 압축기의 속도를 제어하되, 상기 흡입압력이 유지되는 경우 압축기 속도를 초기의 설정값으로 유지하고, 상기 흡입압력이 감소하는 경우 압축기 속도를 초기의 설정값보다 높게 설정하며, 상기 흡입압력이 증가하는 경우 압축기 속도를 초기의 설정값보다 낮게 설정하는 제어부를 포함하는 수냉식 공기조화기.

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