KR100676257B1 - 냉각 장치의 제어 방법 - Google Patents

냉각 장치의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기본적으로는 미리 정해진 비율의 냉각 능력을 발휘하도록 두 개 이상의 증발기의 냉각 능력을 제어하되, 어느 하나의 증발기에서 정해진 최대 능력 이하의 냉각 능력이 요구되는 경우 다른 증발기에서는 정해진 최대 능력 이상의 냉각 능력을 발휘할 수 있도록 함으로써 보다 효율적인 냉각 능력의 분배가 이루어지도록 하는데 그 목적이 있다. 이와 같은 목적의 본 발명에 따른 냉각 장치의 제어 방법은, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 압축기의 토출 냉매를 응축시키는 응축기와, 면적이 가변 조절되는 가변 면적 팽창 장치와, 응축기를 통과한 냉매가 가변 면적 팽창 장치를 통해 공급되는 제 1 증발기와, 가변 면적 팽창 장치의 면적에 따라 유입 냉매의 양이 종속적으로 결정되는 고정 면적 팽창 장치와, 제 1 증발기에 병렬 연결되며 응축기를 통과한 냉매가 고정 면적 팽창 장치를 통해 공급되는 제 2 증발기를 포함하는 냉각 장치의 제어 방법에 있어서, 제 2 증발기의 냉각 능력을 증가시키기 위해 가변 면적 팽창 장치의 면적을 감소시켜 제 1 증발기에 유입되는 냉매의 양이 감소하는 대신 제 2 증발기에 유입되는 냉매의 양이 증가하도록 제어한다.

Description

냉각 장치의 제어 방법{METHOD OF CONTROLLING A COOLING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기의 냉매 사이클을 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 나타낸 공기 조화기의 제어 계통을 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 나타낸 공기 조화기의 또 다른 제어 계통을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 장치의 제어 방법을 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
102 : 압축기
104 : 응축기
106 : 응축기 팬
110 : 제 1 실내기 팬
112 : 제 1 증발기
114 : 제 2 증발기
116 : 제 2 실내기 팬
118 : 가변 면적 팽창 장치
120 : 고정 면적 팽창 장치
122 : 제 1 실내기
122 : 제 2 실내기
126 : 실외기
본 발명은 냉각 장치에 관한 것으로, 특히 두 개 이상의 증발기를 구비하고 각 증발기를 통해 서로 다른 냉각 능력을 발생시키도록 이루어지는 냉각 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
냉매를 이용하는 냉각 장치의 냉매 사이클은 압축기와 응축기, 팽창 장치, 증발기가 직렬 연결되고 이 구성 요소들이 냉매 관으로 연결되어 냉매가 순환하도록 이루어지는 것이 일반적이다.
이와 같은 냉각 장치에서, 증발기의 수를 늘려 분리된 두 개 이상의 공간을 독립적으로 냉각시킬 수 있는데, 이 때 각 증발기를 통한 냉각 능력의 분배 비율을 미리 정해 두고, 그 비율에 따라 각 증발기의 냉각 능력이 발휘되도록 제어한다.
그러나 어느 하나의 증발기에서 정해진 최대 능력 이하의 냉각 능력이 요구되는 경우에도 다른 증발기에서는 정해진 최대 능력 이상의 냉각 능력을 발휘할 수 없어 효율적이지 못하다.
본 발명은 기본적으로는 미리 정해진 비율의 냉각 능력을 발휘하도록 두 개 이상의 증발기의 냉각 능력을 제어하되, 어느 하나의 증발기에서 정해진 최대 능력 이하의 냉각 능력이 요구되는 경우 다른 증발기에서는 정해진 최대 능력 이상의 냉각 능력을 발휘할 수 있도록 함으로써 보다 효율적인 냉각 능력의 분배가 이루어지도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적의 본 발명에 따른 냉각 장치의 제어 방법은, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 압축기의 토출 냉매를 응축시키는 응축기와, 면적이 가변 조절되는 가변 면적 팽창 장치와, 응축기를 통과한 냉매가 가변 면적 팽창 장치를 통해 공급되는 제 1 증발기와, 가변 면적 팽창 장치의 면적에 따라 유입 냉매의 양이 종속적으로 결정되는 고정 면적 팽창 장치와, 제 1 증발기에 병렬 연결되며 응축기를 통과한 냉매가 고정 면적 팽창 장치를 통해 공급되는 제 2 증발기를 포함하는 냉각 장치의 제어 방법에 있어서, 제 2 증발기의 냉각 능력을 증가시키기 위해 가변 면적 팽창 장치의 면적을 감소시켜 제 1 증발기에 유입되는 냉매의 양이 감소하는 대신 제 2 증발기에 유입되는 냉매의 양이 증가하도록 제어한다.
또한, 가변 면적 팽창 장치의 면적을 조절함으로써 제 1 증발기의 실제 과열도가 미리 설정된 과열도 설정 값을 추종하도록 제어한다.
또한, 제 2 증발기의 냉각 능력을 증가시키기 위해 가변 면적 팽창 장치의 면적을 감소시킬 때 과열도 설정 값을 증가시킴으로써 제 1 증발기의 실제 과열도가 증가된 과열도 설정 값을 추종하도록 가변 면적 팽창 장치의 면적 감소 정도를 결정한다.
또한, 가변 면적 팽창 장치의 면적을 조절함으로써 압축기의 실제 토출 온도 가 미리 설정된 토출 온도 설정 값을 추종하도록 제어한다.
또한, 제 2 증발기의 냉각 능력을 증가시키기 위해 가변 면적 팽창 장치의 면적을 감소시킬 때 토출 온도 설정 값을 증가시킴으로써 압축기의 실제 토출 온도가 증가된 토출 온도 설정 값을 추종하도록 가변 면적 팽창 장치의 면적 감소 정도를 결정한다.
또한, 제 2 증발기의 냉각 능력 증가 제어는 제 1 증발기와 제 2 증발기를 모두 운전하여 냉각을 실시하는 동안에 실시한다.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 조화기의 냉매 사이클을 나타낸 도면으로서, 대표적인 냉각 장치인 공기 조화기를 예로 든 것이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 장치의 냉매 사이클은 압축기(102)와 응축기(104)가 실외기(126)를 구성하고, 이 실외기(126)에 제 1 실내기(122)와 제 2 실내기(124)가 병렬 연결되는 구조이다.
제 1 실내기(122)는 제 1 증발기(112)와 제 1 실내기 팬(110), 가변 면적 팽창 장치(118)로 구성되고, 제 2 실내기(124)는 제 2 증발기(114)와 제 2 실내기 팬(116), 고정 면적 팽창 장치(120)로 구성된다. 제 1 실내기(122)의 가변 면적 팽창 장치(118)로는 온도 조절 팽창 밸브나 전자 팽창 밸브 등을 들 수 있는데, 가변 면적이란 팽창 밸브의 개도 즉 냉매가 통과할 수 있는 통로의 단면적이 필요에 따라 가변적으로 제어되는 것을 의미한다. 제 2 실내기(124)의 고정 면적 팽창 장치(120)로는 오리피스나 모세관 등을 들 수 있으며, 가변 면적 팽창 장치(118)와는 달리 냉매가 통과할 수 있는 통로의 단면적이 고정되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 제 1 실내기(122)와 제 2 실내기(124)를 모두 운전할 경우 제 2 실내기(124)의 고정 면적 팽창 장치(120)를 통해 유동하는 냉매의 양은 제 1 실내기(122)의 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적(즉 개도)에 좌우된다. 만약 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적이 크면 고정 면적 팽창 장치(120)를 통해 유동하는 냉매의 양은 그만큼 감소하게 되고, 반대로 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적이 작으면 고정 면적 팽창 장치(120)를 통해 유동하는 냉매의 양은 그만큼 증가하게 된다.
상술한 제 1 실내기(122)와 제 2 실내기(124), 실외기(126)는 공기 조화기의 경우를 예로 든 것으로서, 제 1 실내기(122)는 거실 등에 설치되는 큰 용량의 패키지 형의 실내기가 될 수 있고, 제 2 실내기(124)는 침실 등에 설치되는 상대적으로 작은 용량의 벽걸이 형 또는 창문 형 등의 실내기가 될 수 있다. 넓은 공간인 거실 등에 설치되는 제 1 실내기(122)는 침실 등과 같은 좁은 공간에 설치되는 제 2 실내기(124)보다 냉각 능력이 더 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 도 1에 나타낸 공기 조화기 뿐만 아니라 냉장고나 오일 쿨러 등과 같은 다른 형태의 모든 냉각 장치에서 얼마든지 이용할 수 있다. 즉, 냉장고의 경우 복수의 저장실 각각을 서로 다른 능력으로 냉각하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 공기 조화기의 제어 계통을 나타낸 도면으로서, 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적이 제 1 증발기(112)의 과열도(super heating)에 종속하여 가변 제어되도록 하는 경우의 구성을 나타낸 것이다. 도 2에 나타낸 바와 같 이, 공기 조화기의 동작 전반을 제어하는 제어부(202)의 입력 측에는 입력부(204)와 증발기 온도 센서(206), 압축기 온도 센서(208)가 통신 가능하도록 연결되고, 출력 측에는 압축기(102)와 가변 면적 팽창 장치(118)가 통신 가능하도록 연결된다.
입력부(204)는 사용자가 냉방 목표 온도를 설정하거나, 풍량 및 풍향 등을 설정할 수 있도록 한다. 증발기 온도 센서(206)와 압축기 흡입 측 온도 센서(208)는 제 1 증발기(112)의 과열도 검출을 위해 각각 제 1 증발기(112)의 포화 온도와 압축기(102)의 흡입 측 냉매 온도를 검출하여 제어부(202)에 제공한다. 제어부(202)는 이 두 온도 값의 차이를 통해 제 1 증발기(112)의 과열도를 산출하고, 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적(개도)을 가변 제어하여 유동 냉매의 양을 조절함으로써 제 1 증발기(112)의 실제 과열도가 미리 설정된 과열도 설정 값을 추종하도록 한다.
이를 위해 제어부(202)는 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적과 과열도 사이의 관계 테이블을 구비하고, 이 관계 테이블을 참조하여 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적을 목적하는 값으로 제어하기 위한 과열도 설정 값을 결정한다. 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적을 직접 가변 제어하지 않고 제 1 증발기(112)의 과열도를 추종하도록 하는 것은 이 과열도가 냉매 공급량에 밀접한 관련이 있기 때문에 냉매 공급량에 대응되는 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적의 보다 정밀한 가변 제어가 가능하기 때문이다.
도 3은 도 1에 나타낸 공기 조화기의 또 다른 제어 계통을 나타낸 도면으로 서, 압축기(102)의 토출 온도를 참조하여 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적이 가변 제어되도록 하는 경우의 구성을 나타낸 것이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 공기 조화기의 동작 전반을 제어하는 제어부(302)의 입력 측에는 입력부(304)와 압축기 토출 측 온도 센서(306)가 통신 가능하도록 연결되고, 출력 측에는 압축기(102)와 가변 면적 팽창 장치(118)가 통신 가능하도록 연결된다.
입력부(304)는 사용자가 냉방 목표 온도를 설정하거나, 풍량 및 풍향 등을 설정할 수 있도록 한다. 압축기 토출 측 온도 센서(306) 압축기(102)의 토출 측 냉매 온도를 검출하여 제어부(302)에 제공한다. 제어부(302)는 이 압축기 토출 측 온도를 참조하여 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적(개도)을 가변 제어하여 유동 냉매의 양을 조절함으로써 압축기 토출 측의 실제 온도가 미리 설정된 토출 측 온도 설정 값을 추종하도록 한다.
이를 위해 제어부(302)는 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적과 토출 측 온도 사이의 관계 테이블을 구비하고, 이 관계 테이블을 참조하여 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적을 목적하는 값으로 제어하기 위한 토출 측 온도 설정 값을 결정한다. 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적을 직접 가변 제어하지 않고 압축기 토출 측 온도를 참조하여 제어하는 것은 압축기 토출 측 온도가 과열도의 경우와 마찬가지로 냉매 공급량에 밀접한 관련이 있기 때문에 냉매 공급량에 대응되는 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적의 보다 정밀한 가변 제어가 가능하기 때문이다.
도 2에 나타낸 과열도에 종속되어 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적을 제어하는 경우에는 증발기 온도 센서(206)와 압축기 흡입 측 온도 센서(208)의 두 개의 온도 센서가 필요한 반면, 도 3에 나타낸 압축기 토출 측 온도를 참조하여 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적을 가변 제어하는 경우에는 압축기(102)의 토출 측 온도를 검출하기 위한 압축기 토출 측 온도 센서(306) 하나만으로 충분하다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 장치의 제어 방법을 나타낸 도면으로서, 도 1 내지 도 3의 장치 구성을 참조하여 설명하고자 한다.
제 1 실내기(122)가 설치된 거실과 제 2 실내기(124)가 설치된 침실을 모두 냉방하기 위해 제 1 실내기(122) 및 제 2 실내기(124)를 모두 운전한다(402). 이와 같이 두 실내기(122, 124)가 모두 운전하는 동안, 제 2 실내기(124)의 냉방 능력 증가 요구가 발생하는지를 확인한다(404). 즉 거실의 온도가 충분히 낮아져 비교적 적은 냉방 능력이 요구되는 반면, 침실의 온도가 목표 온도보다 훨씬 높아서 상대적으로 더 큰 냉방 능력이 요구되는지를 확인한다.
만약 제 2 증발기(124)의 냉방 능력 증가 요구가 발생하면(404의 ‘예’), 냉매 온도 파라미터 제어를 통한 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적을 감소시킨다(406). 여기서 냉매 온도 파라미터는 도 2 및 도 3의 설명에서 언급한 ‘과열도’와 ‘압축기의 토출 온도’를 의미한다.
압축기(102)에서 토출되는 냉매의 양은 일정하기 때문에, 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적을 감소시키게 되면 제 1 증발기(112)로 공급되는 냉매의 양은 감소하고 제 2 증발기(114)로 공급되는 냉매의 양을 그만큼 더 증가하게 되어 제 1 실내기(122)의 냉각 능력은 감소하고 제 2 실내기(124)의 냉각 능력은 상대적으로 증가한다(408).
제 2 실내기의 냉각 능력이 목표 냉각 능력에 도달하면(410의 ‘예’), 냉매 온도 파라미터를 현재 값으로 고정시켜 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적을 현재 상태로 고정시키고, 제 2 실내기(124)가 설치된 공간의 온도가 목표 온도에 도달할 때까지 현재의 냉각 능력으로 냉각을 계속한다.
도 4에 나타낸 제어 방법 가운데, 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적이 감소하는데 따른 제 2 실내기(124)의 냉각 능력의 상대적인 증가 정도는 ‘과열도’의 예를 들어 다음과 같이 설명될 수 있다. 제 2 실내기(124)의 냉각 능력을 증가시키기 위해 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적(개도)을 감소시키는데, 이 면적의 감소 정도는 제 1 증발기(112)의 과열도 설정 값의 증가 정도에 따라 결정된다. 제 1 증발기(112)의 기본 과열도 설정 값이 5℃에서 10℃로 증가하면 제 1 증발기(112)의 실제 과열도를 5℃에서 10℃로 증가시키기 위해 제어부(202)는 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적을 감소시키게 된다. 이처럼 가변 면적 팽창 장치(118)의 면적이 감소하면 제 1 증발기(112)에 유입되는 냉매의 양은 감소하고 제 2 증발기(114)에 유입되는 냉매의 양은 그만큼 증가하여 냉각 능력은 향상된다.
만약, 제 1 증발기(112)의 과열도가 5℃일 때 제 1 실내기(122)의 냉각 능력이 최대가 되도록 기본 설정된 경우의 제 1 실내기(122)와 제 2 실내기(124) 각각의 냉각 능력의 비율이 80:20라고 할 때, 제 1 실내기(122)가 최대 능력(즉 ‘80%’)을 발휘하는 동안 제 2 실내기(124)의 최대 능력은 20%로 제한되지만, 실제의 과열도가 기본 설정 값인 5℃가 아닌 증가된 설정 값인 10℃에 이르게 되면 제 1 실내기(122)의 냉각 능력은 80% 미만으로 낮아지는 대신 제 2 실내기(124)의 냉각 능력은 20% 이상으로 향상될 수 있는 것이다. 이와 같은 기술적 특징은 과열도 대신 압축기 토출 온도를 적용해도 동일한 결과를 얻을 수 있는데, 이는 과열도의 증가는 곧 압축기 토출 온도의 증가를 초래하기 때문이다.
본 발명은 기본적으로는 미리 정해진 비율의 냉각 능력을 발휘하도록 두 개 이상의 증발기의 냉각 능력을 제어하되, 어느 하나의 증발기에서 정해진 최대 능력 이하의 냉각 능력이 요구되는 경우 다른 증발기에서는 정해진 최대 능력 이상의 냉각 능력을 발휘할 수 있도록 함으로써 보다 효율적인 냉각 능력의 분배가 이루어지도록 한다.

Claims (6)

  1. 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 상기 압축기의 토출 냉매를 응축시키는 응축기와, 면적이 가변 조절되는 가변 면적 팽창 장치와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 상기 가변 면적 팽창 장치를 통해 공급되는 제 1 증발기와, 상기 가변 면적 팽창 장치의 면적에 따라 유입 냉매의 양이 종속적으로 결정되는 고정 면적 팽창 장치와, 상기 제 1 증발기에 병렬 연결되며 상기 응축기를 통과한 냉매가 상기 고정 면적 팽창 장치를 통해 공급되는 제 2 증발기를 포함하는 냉각 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 제 2 증발기의 냉각 능력을 증가시키기 위해 상기 가변 면적 팽창 장치의 면적을 감소시켜 상기 제 1 증발기에 유입되는 냉매의 양이 감소하는 대신 상기 제 2 증발기에 유입되는 냉매의 양이 증가하도록 제어하고,
    상기 가변 면적 팽창 장치의 면적을 조절함으로써 상기 제 1 증발기의 실제 과열도가 미리 설정된 과열도 설정 값을 추종하도록 제어하는 냉각 장치의 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 증발기의 냉각 능력을 증가시키기 위해 상기 가변 면적 팽창 장치의 면적을 감소시킬 때 상기 과열도 설정 값을 증가시킴으로써 상기 제 1 증발기의 실제 과열도가 상기 증가된 과열도 설정 값을 추종하도록 상기 가변 면적 팽창 장치의 면적 감소 정도를 결정하는 냉각 장치의 제어 방법.
  4. 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 상기 압축기의 토출 냉매를 응축시키는 응축기와, 면적이 가변 조절되는 가변 면적 팽창 장치와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 상기 가변 면적 팽창 장치를 통해 공급되는 제 1 증발기와, 상기 가변 면적 팽창 장치의 면적에 따라 유입 냉매의 양이 종속적으로 결정되는 고정 면적 팽창 장치와, 상기 제 1 증발기에 병렬 연결되며 상기 응축기를 통과한 냉매가 상기 고정 면적 팽창 장치를 통해 공급되는 제 2 증발기를 포함하는 냉각 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 제 2 증발기의 냉각 능력을 증가시키기 위해 상기 가변 면적 팽창 장치의 면적을 감소시켜 상기 제 1 증발기에 유입되는 냉매의 양이 감소하는 대신 상기 제 2 증발기에 유입되는 냉매의 양이 증가하도록 제어하고,
    상기 가변 면적 팽창 장치의 면적을 조절함으로써 상기 압축기의 실제 토출 온도가 미리 설정된 토출 온도 설정 값을 추종하도록 제어하는 냉각 장치의 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 증발기의 냉각 능력을 증가시키기 위해 상기 가변 면적 팽창 장치의 면적을 감소시킬 때 상기 토출 온도 설정 값을 증가시킴으로써 상기 압축기의 실제 토출 온도가 상기 증가된 토출 온도 설정 값을 추종하도록 상기 가변 면적 팽창 장치의 면적 감소 정도를 결정하는 냉각 장치의 제어 방법.
  6. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6055955U (ja) 1983-09-27 1985-04-19 株式会社東芝 冷凍装置
KR0161949B1 (ko) * 1996-01-26 1999-01-15 구자홍 두개의 증발기를 갖는 냉장고의 냉동싸이클 장치
KR20030016339A (ko) * 2003-01-24 2003-02-26 엘지전자 주식회사 공기조화기

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