KR100871192B1 - 공기조화 시스템의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정지(오프)된 실외 열교환기에 냉매가 유입되는 것을 차단하는 공기조화 시스템의 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 냉방부하와 응축부하의 밸런스가 유지되고, 오프된 실외기에 액고임 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 냉매 사이클에서 전체적으로 냉매 압력이 낮아지는 것을 방지하고, 압축기의 냉매 흡입 온도 및 토출 온도가 상승되도록 할 수 있다. 따라서, 냉난방 효율을 향상시킬 수 있다.
공기조화 시스템, 실외 팽창밸브, 사방밸브

Description

공기조화 시스템의 제어방법{controling method of airconditioning system}
도 1은 본 발명의 공기조화 시스템을 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 공기조화 시스템의 제어방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명의 공기조화 시스템의 작용을 도시한 회로도이다.
도 4는 냉방 저부하 운전시 오프된 실외기에 냉매가 유입될 때에 압축기의 흡입측 온도와 토출측 온도를 도시한 그래프이다.
도 5는 냉방 저부하 운전시 오프된 실외기에 냉매 유입이 차단될 때에 압축기의 흡입측 온도와 토출측 온도를 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명 *
101,102,103: 실외기 111: 압축기
113: 사방밸브 113: 실외 열교환기
121: 고압배관 122: 액관
123: 저압배관 200: 분배기
210: 제1분배부 220: 제2분배부
230: 제3분배부 240: 과냉각부
301,302,303,304: 실내기
본 발명은 공기조화 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉방성능을 향상시킬 수 있는 공기조화 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화 시스템은 냉매를 순환시켜 실내공간을 냉난방한다.
상기 공기조화 시스템에는 실외기에 다수의 실내기가 연결되는 멀티 공기조화 시스템이 있다. 상기 멀티 공기조화 시스템은 하나의 실외기에 다수의 실내기가 연결된 싱글 타입(single type)과, 다수의 실외기에 다수의 실내기가 연결되는 시리즈 타입(series type)으로 구분된다. 또한, 상기 멀티 공기조화 시스템은 냉매 유동 방식에 따라 절환형 공기조화 시스템과 동시형 공기조화 시스템으로 구분된다. 상기 절환형 공기조화 시스템은 모든 실내기가 냉방모드에서 난방모드로 절환되거나 그 반대로 절환된다. 또한, 상기 동시형 공기조화 시스템은 일부의 실내기는 냉방모드, 일부의 실내기는 난방모드로 동시에 운전된다.
그러나, 종래의 동시형 공기조화 시스템은 다음과 같은 문제점이 있었다.
상기 동시형 공기조화 시스템은 냉난방 저부하로 운전되거나 또는 일부의 실내기만이 가동되는 경우 일부의 실외기는 오프(OFF)된다. 이때, 상기 압축기에서 토출된 냉매가 오프(OFF)된 실외기에도 유입되므로, 냉방부하(냉방용량)에 비해 필요 이상으로 응축부하(응축용량)이 커지게 되어, 냉방부하와 응축부하의 밸런스를 유지시키기 곤란한 문제점이 있었다.
또한, 상기 압축기에서 토출된 냉매의 일부가 오프된 실외기에 유입되어 고 여있는 액고임 현상이 발생되었다. 따라서, 실제로 냉방모드에 사용되는 냉매량이 감소되고, 실제로 필요한 것보다 많은 양의 냉매를 압축시켜야 하는 문제점이 있었다.
또한, 상기 압축기에서 토출된 냉매의 일부만이 냉방 실내기에 유입되므로, 냉매의 유량이 부족해지는 문제점이 있었다. 나아가, 상기 냉방 실내기에 유입되는 냉매의 압력이 현저히 감소되고, 상기 냉방 실내기의 냉방 효율이 현저히 감소되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 냉방 실내기로 유입되는 냉매의 압력이 감소되므로, 상기 냉방 실내기에서 토출되는 냉매의 압력과 온도를 확보할 수 없는 문제점이 있었다. 나아가, 상기 압축기에 유입되는 냉매의 온도가 낮아지게 되고, 결과적으로 상기 압축기의 냉매 토출 온도 역시 낮아지게 되는 문제점이 있었다.
상술한 현상들에 의해 냉매 사이클에서 전체적으로 압력이 낮아짐에 따라 냉난방 효율이 현저히 감소되는 문제점이 있었다.
상기한 제반 문제점을 해결하기 위한, 본 발명의 목적은 냉방부하와 응축부하의 밸런스가 유지되고, 오프된 실외기에 액고임 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 공기조화 시스템의 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 냉매 사이클에서 전체적으로 냉매 압력이 낮아지는 것을 방지하고, 압축기의 냉매 흡입 온도 및 토출 온도가 상승되도록 하는 공기조화 시스템의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 의하면, (A) 제어부가 난방운전 또는 냉방운전되는 다수개의 실내기의 총 부하용량을 판단하는 단계; (B) 상기 제어부가, 상기 실내기의 총 부하용량이 기설정된 용량이하인 것으로 판단되면, 다수개의 실외기 중 일부를 가동시키는 단계; 및 (C) 상기 제어부가, 오프(OFF)된 실외기에 냉매 유입이 차단되도록 액관의 냉매의 실외열교환로의 전달을 방지하는 전자팽창밸브 및 체크밸브를 폐쇄시키고, 난방모드의 사방밸브를 냉방모드로 전환시키거나 냉방모드의 사방밸브를 난방모드로 전환시키는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, (A) 제어부가 난방운전 또는 냉방운전되는 다수개의 실내기의 총 대수를 판단하는 단계; (B) 상기 제어부가, 상기 실내기의 총 대수가 기설정된 대수이하인 것으로 판단되면, 다수개의 실외기 중 일부를 가동시키는 단계; 및 (C) 상기 제어부가, 오프(OFF)된 실외기에 냉매 유입이 차단되도록 액관의 냉매의 실외열교환로의 전달을 방지하는 전자팽창밸브 및 체크밸브를 폐쇄시키고, 난방모드의 사방밸브를 냉방모드로 전환시키거나 냉방모드의 사방밸브를 난방모드로 전환시키는 단계; 를 포함한다.
삭제
이하 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 실시예에 관해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 공기조화 시스템을 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 상기 공기조화 시스템은 다수의 실외기(101,102,103), 분배기(200) 및 다수의 실내기(301,302,303,304)를 포함한다.
상기 실외기(101,102,103)들 중 하나는 메인 실외기(101), 나머지는 서브 실 외기(102,103)로 설정될 수 있다. 또한, 상기 다수의 실외기(101,102,103), 분배기(200) 및 다수의 실내기(301,302,303,304)는 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
상기 각 실외기(101,102,103)는 압축기(111), 사방밸브(112)(4 way valve), 실외 열교환기(113) 및 어큐뮬레이터(114)를 포함한다.
상기 사방밸브(112)는 압축기(111)의 토출측 냉매관에 배치된다. 상기 실외 열교환기(113)의 냉매 토출측 냉매관에는 전자팽창밸브(116)(LEV: Linear Expension Valve), 솔레노이드밸브(117)(Solenoid Valve) 및 체크밸브(118)(Check Valve) 등이 배치된다. 도 1에서는 각 실외기(101,102,103)에 2개의 압축기(111)가 배치된 것을 도시하였으나, 각 실외기(101,102,103)에는 하나의 압축기 또는 3개 이상의 압축기가 배치될 수도 있다. 또한, 상기 실외 열교환기(113)에 실외 공기를 송풍시키는 실외팬을 생략하였다.
상기 압축기(111)와 사방밸브(112) 사이의 냉매관에는 고압배관(121)이 연결된다. 상기 실외 열교환기(113)의 토출측에는 액관(122)이 연결된다. 또한 상기 사방밸브(112)와 어큐뮬레이터(114) 사이의 냉매관에는 저압배관(123)이 연결된다. 상기 실외기(101,102,103)들의 고압배관(121), 액관(122) 및 저압배관(123)들은 서로 동일한 종류끼리 연결된다.
상기 액관(122)과 어큐뮬레이터(114)의 흡입측을 연결하는 바이패스배관(124)이 배치된다. 상기 바이패스배관(124)에는 전자팽창밸브(126)가 배치된다. 또한, 상기 바이패스배관(124)은 상기 액관(122)과 열교환되는 구조를 갖는다. 예 를 들면, 상기 바이패스배관(124)과 액관(122)은 이중관 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 바이패스배관(124)과 액관(122)의 냉매는 서로 반대방향으로 유동될 수 있다. 상기 전자팽창밸브(126)에서 팽창된 냉매는 상기 액관(122)과 열교환된 후 어큐뮬레이터(114)의 흡입측으로 유동된다.
상기 고압배관(121), 액관(122) 및 저압배관(123)은 분배기(200)에 연결된다.
상기 분배기(200)는 제1분배부(210), 제2분배부(220), 제3분배부(230) 및 과냉각부(240)를 포함한다.
상기 제1분배부(210)는 고압배관(121)에 연결되고, 상기 제2분배부(220)는 액관(122)에 연결되며, 상기 제3분배부(230)에는 저압배관(123)이 연결된다. 또한, 상기 제1,2,3분배부(210,220,230)는 다수의 분지관에 의해 각각의 실내기(301,302,303,304)에 연결된다. 상기 과냉각부(240)는 제2분배부(220)와 제3분배부(230)에 연결된다. 상기 과냉각부(240)와 제2분배부(220)가 연결되는 부분에는 전자팽창밸브(241)가 배치된다. 또한, 상기 제1분배부(210)와 제3분배부(230)가 연결되는 배관에는 솔레노이드밸브와 모세관이 배치된다.
또한, 상기 각 실내기(301,302,303,304)는 실내 열교환기(311)를 각각 포함한다. 상기 각 실내기(301,302,303,304)의 일측에는 전자팽창밸브(312)가 배치되고, 상기 각 실내기(301,302,303,304)의 타측에는 다수의 밸브(313)와 다수의 솔레노이드밸브(314)가 배치된다. 도 1에서, 검은색의 각종 밸브는 냉매관을 폐쇄시키기 위해 오프(OFF)된 밸브를 나타낸 것이고, 속이 비어 있는 각종 밸브는 냉매관을 개방시키기 위해 온(ON)된 밸브를 나타낸 것이다.
상기와 같이 구성된 공기조화 시스템의 작용에 관해 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 상기 공기조화 시스템에서 일부의 실내기(301)는 냉방모드, 일부의 실내기(302,303,304)는 난방모드로 동시에 운전된다. 이때, 일부의 실외기(101)는 냉방모드, 일부의 실외기(102,103)는 난방모드로 동시에 운전된다.
여기서, 상기 압축기(111)에서 토출된 냉매가 실외 열교환기(113)로 유입되는 모드를 실외기의 냉방모드라고 정의하고, 상기 압축기에서 토출된 냉매가 실외 열교환기를 거치지 않고 실내기로 유입되는 모드를 실외기의 난방모드라고 정의한다.
상기 냉방 실외기(101)의 압축기(111)에서 토출된 냉매는 실외 열교환기(113)와 고압배관(121)으로 나누어 토출된다. 상기 실외 열교환기(113)로 유입된 냉매는 공기와 열교환됨에 의해 응축된다. 이때, 상기 실외 열교환기(113)의 일측에 배치된 전자팽창밸브(116)와 솔레노이드밸브(117)는 개방된다. 상기 실외 열교환기(113)에서 토출된 냉매는 액관(122)으로 유입된다.
상기 난방 실외기(102,103)의 압축기(111)에서 토출된 냉매는 모두 고압배관(121)으로 유입된다. 이때, 상기 고압배관(121)에는 냉난방 실외기(101,102,103)에서 토출된 냉매가 모두 유동된다. 또한, 상기 액관(122)의 냉매 중 일부는 전자팽창밸브(126)에 의해 팽창된 후 상기 바이패스배관(124)을 따라 상기 난방 실외기(102,103)의 실외 열교환기(113)에 각각 유입된다. 이때, 상기 난방 실외 기(102,103)의 실외 열교환기(113)는 증발기로 작용한다.
상기 고압배관(121)의 냉매는 상기 분배기(200)의 제1분지부(210)에 유입된다. 상기 제1분지부(210)의 냉매는 일부의 난방 실내기(302,303,304)에 분배된다. 상기 난방 실내기(302,303,304)에서 토출되는 냉매는 제2분배부(220)로 유입된다.
또한, 상기 액관(122)의 냉매는 상기 제2분지부(220)에 유입된다. 이때, 상기 제2분배부(220)에는 상기 난방 실내기(302,303,304)에서 토출된 냉매와 상기 액관(122)을 통해 유입된 냉매가 모두 유입된다.
상기 액관(122)의 일부 냉매는 제2분지부(220)에 의해 일부의 냉방 실내기(301)에 분배된다. 또한, 상기 액관(122)의 일부 냉매는 전자팽창밸브(241)를 통과한 후 과냉각부(240)에 유입된다. 상기 과냉각부(240)의 냉매는 제3분배부(230)에 유입된다.
또한, 상기 제3분배부(230)의 냉매는 저압배관(123)을 따라 유동하여 상기 냉난방 실외기(101,102,103)의 어큐뮬레이터(114)에 유입된다. 상기 어큐뮬레이터(114)의 냉매는 해당 압축기(111)에 유입된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 공기조화 시스템에 관한 제어방법에 관해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 공기조화 시스템의 제어방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 2를 참조하면, 일부의 실외기는 냉방모드, 일부의 실외기는 난방모드로 동시에 운전된다. 또한, 일부의 실내기는 냉방모드, 일부의 실내기는 난방모드로 동시에 운전된다(S11).
상기 냉방 실내기의 총 용량(부하)이 제어부에 기 설정된 용량보다 작은지를 판단한다(S12).
상기 냉방 실내기의 총 용량이 기 설정된 용량(부하)보다 작으면, 일부 실외기는 온(ON)시키고, 일부 실외기는 오프(OFF)시킨다(S13). 예를 들면, 실내온도와 목표온도(선택온도)의 차이가 작은 경우, 상기 실외기들 중 일부를 정지시켜 실내기의 용량(부하)를 감소시킬 수 있다. 또한, 일부의 실내기만이 가동되는 경우에도, 상기 실외기들 중 일부를 오프(OFF)시켜 실내기의 용량(부하)를 감소시킬 수도 있다. 여기서, 냉방 실내기에 유입되는 냉매량을 감소키는 것을 냉방 저부하 운전이라고 한다.
냉방 저부하 운전시, 실내온도와 목표온도(선택온도)가 기 설정된 온도차 이하이면, 일부의 실외기는 냉방모드로 운전되고, 일부의 실외기는 난방모드로 운전되며, 일부의 실외기는 오프(OFF)된다. 이때, 오프된 실외기에 냉매 유입을 차단한다(S14).
또한, 냉방 저부하 운전시 상기 실내기의 운전 개수가 기 설정된 개수 이하이면, 오프(OFF)된 실외기에 냉매 유입이 차단되도록 제어할 수도 있다.
다음으로, 오프된 실외기에 냉매를 차단하는 방법에 관해 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 공기조화 시스템의 작용을 도시한 회로도이고, 도 4는 냉 방 저부하 운전시 오프된 실외기에 냉매가 유입될 때에 압축기의 흡입측 온도와 토출측 온도를 도시한 그래프이며, 도 5는 냉방 저부하 운전시 오프된 실외기에 냉매 유입이 차단될 때에 압축기의 흡입측 온도와 토출측 온도를 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 오프된 실외기(103)에 냉매가 유입되는 것을 차단한다.
예를 들면, 상기 오프된 실외기(103)의 전자팽창밸브(116)를 폐쇄(OFF)시킨다. 상기 오프된 실외기(103)의 전자팽창밸브(116)는 실외 열교환기(113)로 유입되는 액관(122)의 냉매를 차단시킨다. 또한, 상기 오프된 실외기(103)의 체크밸브(118)는 상기 액관(122)의 냉매가 실외 열교환기(113)로 유입되는 것을 차단한다. 이렇게 액관(122)의 냉매가 상기 오프된 실외기(103)의 실외 열교환기(113)에 유입되어 냉매가 고여있는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 오프된 실외기(103)의 사방밸브(112)를 냉방모드 또는 난방모드로 절환시킬 수 있다. 이때, 상기 오프된 실외기(103)의 압축기(111)는 저압배관(123)에 냉매의 흡입력을 작용하지 않으므로, 상기 저압배관(123)의 냉매는 오프된 실외기(103)의 어큐뮬레이터(114)에 거의 유입되지 않는다.
또한, 상기 오프된 실외기(103)의 바이패스배관에 배치된 전자팽창밸브(126)를 폐쇄(OFF)시킨다. 따라서, 상기 액관(122)의 냉매가 오프된 실외기(101,102,103)의 바이패스배관(124)을 통해 어큐뮬레이터(114)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 오프된 실외기(103)에 냉매가 유입되는 것을 차단함으로써, 상기 공기조화 시스템에서 응축부하(응축용량)와 냉방부하(냉방용량)의 밸런스가 맞게 유지될 수 있게 한다. 또한, 상기 오프된 실외기(103)에 냉매가 유입됨에 따라 응축부하가 냉방부하에 비해 비정상적으로 커지는 것을 방지할 수 있다.
특히, 상기 공기조화 시스템이 냉방 저부하로 운전되는 경우, 상기 액관(122)에는 상대적으로 적은 양의 냉매가 유동된다. 이때, 상기 적은 양의 냉매 중에서 일부 냉매가 오프된 실외기(103)로 유입되면, 냉방 실내기(301,302,303,304)에 공급되는 냉매가 부족해 질 것이다. 그러므로, 본 발명에서는 냉방 저부하 운전시에 상기 오프된 실외기(103)의 전자팽창밸브(116)를 폐쇄시킴으로써, 상기 액관(122)의 모든 냉매가 냉방모드에 사용될 수 있도록 한 것이다. 또한, 냉방 저부하 운전시 상기 액관(122)의 냉매가 오프된 실외기(103)에 유입되는 것을 방지함으로써, 상기 액관(122)에 상대적으로 적은 양의 냉매를 유동시키더라도 충분한 냉방 성능을 유지할 수 있다.
만약, 상기 공기조화 시스템이 냉방 고부하로 운전되는 경우, 상기 액관(122)에는 냉방 저부하로 운전되는 경우보다 상대적으로 많은 양의 냉매가 유동된다. 이때에는, 상기 액관(122)을 유동하는 냉매의 일부가 상기 오프된 실외기(103)에 유입된다 하더라도 상기 냉방 실내기(301)의 냉방 성능은 크게 영향을 받지 않을 것이다. 이는 액관(122)의 냉매량이 충분하기 때문이다.
도 4를 참조하면, 냉방 저부하로 운전시 상기 오프된 실외기(103)에 냉매가 유입되는 것을 차단하지 않을 경우, 냉방 실내기(301)의 흡입측 온도와 토출측 온도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 도 4에서 L1은 냉방 실내기의 흡입측 온도, L2는 냉방 실내기의 토출측 온도를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 냉방 저부하로 운전시 상기 오프된 실외기(103)에 냉매가 유입되는 것을 차단하는 경우(t1), 상기 냉방 실내기(301)의 흡입측 온도(T1)와 토출측 온도(T2)가 상승되는 것을 알 수 있다. 그 이유는, 냉방 저부하 운전시 상기 액관(122)에는 필요한 냉매량이 충분히 유동되기 때문이다. 도 5에서 L3는 냉방 실내기의 흡입측 온도, L4는 냉방 실외기의 토출측 온도를 나타낸 것이다.
또한, 상기 냉방 실내기(301)의 토출측 온도가 상승되므로, 상기 압축기(111)의 냉매 토출 압력 및 온도 역시 상승된다.
상기와 같이 오프된 실외기(103)에 냉매가 유입되는 것을 차단함으로써, 공기조화 시스템에서 응축부하와 냉방부하가 밸런스를 유지할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 공기조화 시스템의 제어방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 상기 압축기에서 토출된 냉매가 오프(OFF)된 실외기에 유입되는 것이 차단되므로, 냉방부하와 응축부하의 밸런스를 적절하게 맞출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 액관의 냉매가 오프된 실외기에 고이는 액고임 현상이 발생되는 것을 방지하므로, 실제로 냉방모드에 참여하는 냉매량이 많아지는 효과가 있다. 나아가, 상기 액관에 실제로 필요한 만큼의 냉매량을 유동시키면 되므로, 불필요하게 많은 양의 냉매를 압축하지 않아도 되고, 냉매의 유량이 부족해지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 냉방 실내기에 유입되는 냉매의 압력이 유지되고, 상기 냉방 실내기의 냉방 효율이 증가되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 냉방 실내기로 유입되는 냉매의 압력이 증가되므로, 상기 냉방 실내기에서 토출되는 냉매의 압력과 온도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 나아가, 상기 압축기에 유입되는 냉매의 온도가 증가되므로, 상기 압축기의 냉매 토출 온도가 증가되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 공기조화 시스템에서 냉매 압력이 전체적으로 높아지므로, 냉난방 효율이 현저히 증가되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. (A) 제어부가 난방운전 또는 냉방운전되는 다수개의 실내기의 총 부하용량을 판단하는 단계;
    (B) 상기 제어부가, 상기 실내기의 총 부하용량이 기설정된 용량이하인 것으로 판단되면, 다수개의 실외기 중 일부를 가동시키는 단계; 및
    (C) 상기 제어부가, 오프(OFF)된 실외기에 냉매 유입이 차단되도록 액관의 냉매의 실외열교환로의 전달을 방지하는 전자팽창밸브 및 체크밸브를 폐쇄시키고, 난방모드의 사방밸브를 냉방모드로 전환시키거나 냉방모드의 사방밸브를 난방모드로 전환시키는 단계; 를 포함하는 공기조화 시스템의 제어방법.
  2. (A) 제어부가 난방운전 또는 냉방운전되는 다수개의 실내기의 총 대수를 판단하는 단계;
    (B) 상기 제어부가, 상기 실내기의 총 대수가 기설정된 대수이하인 것으로 판단되면, 다수개의 실외기 중 일부를 가동시키는 단계; 및
    (C) 상기 제어부가, 오프(OFF)된 실외기에 냉매 유입이 차단되도록 액관의 냉매의 실외열교환로의 전달을 방지하는 전자팽창밸브 및 체크밸브를 폐쇄시키고, 난방모드의 사방밸브를 냉방모드로 전환시키거나 냉방모드의 사방밸브를 난방모드로 전환시키는 단계; 를 포함하는 공기조화 시스템의 제어방법.
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