KR100820820B1

KR100820820B1 - 공기조화시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100820820B1
Application number: KR1020060133843A
Authority: KR
Inventors: 양동근; 양동준; 이기섭
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-04-11

Abstract

본 발명의 목적은 겨울철 난방시에 제상운전이 수행되는 동안에도 난방 성능을 크게 해치지 않도록 하고 또 제상운전의 효율을 높여 신속한 제상이 이루어질 수 있도록 하는 공기조화시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이며, 특히 겨울철 실외열교환기의 착상에 의한 제상운전 수행 시에도 난방능력의 현격한 저하 없이 쾌적한 난방이 가능하도록 하는 공기조화시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

공기조화시스템 및 그 제어방법{AIR CONDITIONING SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}

도 1은 이와 같은 종래의 공기조화시스템에 관한 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 공기조화시스템에 관한 개략도를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 공기조화시스템의 실외유닛과 제상수행유닛을 좀 더 구체적으로 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 또 다른 실시예에 관하여 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 제어방법에 관하여 나타낸 플로우챠트이다.

<도면에 사용된 주요 부호의 설명>

100 : 공조유닛 110 : 제1열교환기

120 : 제2열교환기 130 : 제3열교환기

210 : 제1실외기 220 : 제2실외기

230 : 제3실외기 400 : 분배유닛

500 : 제상열교환기

본 발명은 공기조화시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 겨울철 실외열교환기의 착상에 의한 제상운전 수행 시에도 난방능력의 현격한 저하 없이 쾌적한 난방이 가능하도록 하는 공기조화시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화시스템은 실외 측에 설치된 실외기를 이용하여 냉매의 상변화 현상을 통해 실내를 냉난방 및 환기하는 장치로서 일반 건물의 공기조화 설비로 사용되고 있다.

도 1은 이와 같은 종래의 공기조화시스템에 관한 개략도를 나타내고 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 공기조화시스템은 건물 내부의 각 실내공간에 설치되는 캐비닛(10)와, 상기 캐비닛(10) 내부에 설치되어 실내공기의 냉난방이 이루어지도록 하는 복수개의 실내열교환기(제1실내열교환기(1), 제2실내열교환기(2), 제3실내열교환기(3), 그리고 제4실내열교환기(4))와, 상기 각 실내열교환기(1, 2, 3, 4)와 연결되는 복수개의 실외기(제1실외기(5), 제2실외기(6), 제3실외기(7), 그리고 제4실외기(8))를 포함하여 이루어진다.

상기 캐비닛(10)은 실내공간과 연통되는 흡입구(11) 및 토출구(12)를 구비하고, 상기 캐비닛(10)의 일측에 마련되어 상기 흡입구(11)를 통해 흡입된 실내공기를 실외로 배출하는 배기구(14)와, 실외공기가 상기 캐비닛(10) 내부로 흡입되는 흡기구(13)를 포함한다.

그리고 상기 캐비닛(10) 내부에는 상기 흡입구(11)를 통해 실내공기가 상기 캐비닛(10) 내부로 흡입되도록 하는 흡입측 송풍팬(15)이 구비되고 상기 토출구(12)를 통해 실내공간으로 공조된 공기가 토출되도록 하는 토출측 송풍팬(16)이 구비된다.

따라서 상기 흡입측 송풍팬(15)에 의해 실내공기가 상기 흡입구(11)를 통해 흡입되어 상기 배기구(14)를 통해 실외로 배기 되며, 상기 토출측 송풍팬(16)에 의해 실외의 공기가 상기 흡기구(13)를 통해 캐비닛(10) 내부로 유입되어 상기 복수개의 실내열교환기(1, 2, 3, 4)를 통과하도록 함으로써 실외 공기는 열교환되어 상기 토출구(12)를 통해 실내공간으로 토출되도록 하는 구성이다.

상기 각 실외기(5, 6, 7, 8)는 구체적으로 도시되어 있지는 아니하지만 압축기와, 팽창장치와, 실외열교환기를 포함하여 구성된다.

이러한 종래의 공기조화시스템의 냉방시와 난방시의 동작에 관하여 설명한다.

먼저 냉방시에는 압축기(미도시)에서 토출된 고온고압의 냉매가 곧바로 실외열교환기(미도시)로 유입되어 방열이 이루어져 응축되어 액냉매가 되며, 상기 각 실외열교환기(미도시)를 통과한 냉매가 팽창밸브(a, b, c, d)를 각각 통과하여 압력이 낮아지고 다시 실내열교환기(1, 2, 3, 4)를 각각 통과하면서 액냉매는 증발하여 기체 상태의 냉매가 된다. 이때 냉매가 증발하면서 주변의 열을 회수하기 때문에, 즉 각 실내열교환기(1, 2, 3, 4)를 통과하는 공기로부터 열을 빼앗기 때문에 실내공간으로 공급되는 공기의 온도를 낮추어 냉방이 이루어지게 할 수 있다. 상기 각 실내열교환기(1, 2, 3, 4)를 통과한 냉매는 각 실외기(5, 6, 7, 8)의 압축기로 다시 유입된다. 미설명 부호 21은 필터를 나타낸 것이며, 캐비닛(10) 내부의 공기가 실내공간으로 토출되기 전에 이물질 등이 여과되도록 함으로써 실내로 공급되는 공기를 정화시키는 기능을 한다.

한편, 난방시에는, 각 실외기(5, 6, 7, 8)에서 토출되는 고온고압의 냉매가 곧바로 각 실내열교환기(1, 2, 3, 4)로 각각 유입되면서 열을 방출하고 상기 각 실내열교환기(1, 2, 3, 4)를 통과하는 공기에 열을 전달하여, 실내공간으로 토출되는 공기가 실내공간에 열을 전달함으로써 실내공간의 난방이 이루어지도록 한다. 상기 각 실내열교환기(1, 2, 3, 4)를 통과한 냉매는 각각의 실외기(5, 6, 7, 8)로 각각 복귀한다. 이때 각 실외기 내에서는 냉매가 팽창장치에 의해 팽창되어 실외열교환기로 각각 유입되면서 증발이 일어나서 주변 온도를 매우 차갑게 한다.

그러나, 난방이 이루어지는 겨울철에는 실외의 기온이 영하로 내려가는 경우가 매우 빈번하고, 또 상기한 바와 같이 난방 운전을 수행하는 경우 각 실외기(5, 6, 7, 8)에 구비된 실외열교환기에서는 증발이 일어나서 주변 온도를 더욱 더 차갑게 만들기 때문에 각 실외열교환기는 주변 공기의 수분을 흡수하여 결빙이 되어 버리는 착상 현상이 발생하게 된다. 즉 실외열교환기에서는 냉매가 주변 공기와 열교환하면서 열을 흡수하여야 하는데, 착상이 생기는 경우 그러한 기능을 수행할 수 없는 문제점이 있다.

따라서 착상이 생긴 실외기는 제상운전을 통해 결빙을 제거해야한다. 상기 제상운전은 각 실외기 중 제상운전을 수행하는 실외기의 압축기로부터 토출되는 고 온고압의 냉매를 실내열교환기로 보내지 않고 실외열교환기로 보내서 냉매의 열을 통해 결빙을 해소하도록 한다. 이러한 제상운전은 일정시간 동안 지속된다.

그러나, 상기와 같은 착상된 실외기에 대한 제상운전이 난방 운전 수행 도중에 실행되는 경우, 제상운전을 하는 실외기에서 실외열교환기로 냉매를 보내 제상을 하고 냉매는 다시 실내열교환기로 보내어져 팽창 및 증발을 하게 되므로 제상운전 중인 실외기와 연결된 실내열교환기에서는 냉기가 방출되어 전체적으로 난방 성능이 매우 저하되는 문제점이 있었다.

즉 도 1에서, 예를 들어 제1실외기(5) 내지 제4실외기(8)를 모두 난방운전 하는 도중에 제1실외기(5)를 제상운전 해야 하는 경우, 다른 실외기들(6, 7, 8)은 난방운전을 수행하고 있는 동안에 상기 제1실외기(5)만 제상운전을 하게 되는데, 이때 제1실내열교환기(1)는 냉기를 발생하게 되어 그 냉기가 제2실내열교환기(2)가 발생하는 열과 상쇄된다면, 결국 4대의 실내열교환기를 모두 가동해야되는 상황에서 제3실내열교환기(3)와 제4실내열교환기(4)만 가동할 수밖에 없게 되어 난방 능력이 매우 저조하게 되는 문제점이 생기게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 겨울철 난방시에 제상운전이 수행되는 동안에도 난방 성능을 크게 해치지 않도록 하고 또 제상운전의 효율을 높여 신속한 제상이 이루어질 수 있도록 하는 공기조화시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기조화시스템은, 적어도 하나의 열교환기를 구비하며 실내공기를 실외로 배기시키고 실외공기를 상기 열교환기에 의해 열교환시켜 실내로 토출시킴으로써 실내공간의 환기, 공기정화 및 냉난방을 선택적으로 수행하는 적어도 하나의 공조유닛; 상기 공조유닛으로 열을 공급하거나 상기 공조유닛으로부터 열을 회수함으로써 상기 공조유닛이 실내공간의 냉난방을 수행하도록 하는 적어도 하나의 실외기; 및 제상운전이 필요한 실외기와 선택적으로 연결되어 냉매사이클을 형성하며 상기 공조유닛으로부터 배기되는 공기의 열을 이용함으로써 제상효율을 높이도록 하는 제상수행유닛을 포함한다.

또한, 상기 공조유닛은, 실내와 연통되는 흡입구 및 토출구를 구비하는 케이스; 상기 케이스의 일측에 마련되어 실외와 연통되는 흡기구 및 배기구; 상기 케이스 내부에 구비되어 실내의 공기를 상기 배기구로 배출하고 실외의 공기를 상기 흡입구로 흡입하는 적어도 하나의 팬을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제상수행유닛은, 상기 배기구에 배치되어 배기되는 실내공기와 열교환이 이루어지는 제상열교환기와, 상기 제상열교환기와 상기 실외기 사이의 냉매 이동을 제어하는 분배유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분배유닛은, 상기 실외기로부터 액냉매가 상기 제상열교환기로 유입되도록 하는 바이패스관과, 상기 제상열교환기를 통과한 기상의 냉매가 상기 실외기로 복귀하도록 하는 복귀관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분배유닛은, 상기 바이패스관을 개폐하는 바이패스밸브와, 상기 복귀관을 개폐하는 개폐밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실외기는, 냉매를 압축하여 고온고압 상태의 냉매를 토출하는 압축기와, 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 냉매의 열교환이 이루어지는 실외열교환기와, 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 유동 방향을 제어함으로써 제상운전으로의 절환이 이루어지도록 하는 절환밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제상운전을 수행하는 실외기에서 냉매가 상기 공조유닛 내부의 열교환기로 유입되지 않도록 제어하는 제어밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실외기 측에 구비되어 실외의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 온도센서의 감지 결과에 따라 제상운전으로의 전환을 제어하며, 제상운전 시 상기 절환밸브, 상기 바이패스밸브, 상기 개폐밸브 및 상기 제어밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공조유닛이 복수개 구비되는 경우, 상기 복수개의 공조유닛의 각 배기구와 연결되고 실외와 연통되며, 내부에 상기 제상열교환기가 설치되도록 함으로써 상기 복수개의 공조유닛 각각이 배기하는 공기가 상기 제상열교환기를 통과하도록 하는 배기덕트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 공기조화시스템의 제어방법은, (A) 적어도 하나의 공조유닛 내의 적어도 하나의 열교환기에 대해 작동하는 복수개의 실외기를 구동시키는 단계; (B) 제상운전이 필요한 실외기가 있는지 판단하는 단계; (C) 제상운전이 필요한 실외기가 있는 경우, 그 실외기와 제상수행유닛을 연결하여 냉매사이클을 형성하는 단계; 및 (D) 상기 제상운전이 필요한 실외기에 대해 제상운전을 수행하 는 단계를 포함한다.

또한, 상기 (B) 단계는, 상기 실외기 측에 설치된 온도센서에 의해 감지한 온도를 설정온도와 비교하여 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (B) 단계는, 상기 실외기의 실외열교환기와 연결되는 배관을 유동하는 냉매의 온도를 감지하여 허용온도와 비교하여 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (C) 단계는, 절환밸브를 절환하여 냉매의 유동방향을 전환시키는 단계; 바이패스밸브를 개방하는 단계; 제어밸브를 폐쇄하는 단계; 및 개폐밸브를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (D) 단계 이후에, 상기 제상운전이 완료되었는지 판단하는 단계; 및 상기 제상운전이 완료되는 경우, 상기 절환밸브를 절환하여 냉매의 유동방향을 다시 전환시키는 단계와, 상기 바이패스밸브를 폐쇄하는 단계와, 상기 제어밸브를 개방하는 단계와, 상기 개폐밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 공기조화시스템 및 그 제어방법에 관한 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 공기조화시스템에 관한 개략도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 공기조화시스템의 실외유닛과 제상수행유닛을 좀 더 구체적으로 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 또 다른 실시예에 관하여 나타낸 것이다. 도 5는 본 발명에 따른 공기조화시스템의 제어방법에 관하여 나타낸 플로우챠트이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 공기조화시스템은, 공조유닛(100)과, 상기 공조유닛(100) 내부에 설치되는 복수개의 열교환기(110, 120, 130, 140) 각각에 연결되는 복수개의 실외유닛(210, 220, 230, 240)과, 상기 실외유닛(210, 220, 230, 240) 중 제상운전을 하는 어느 하나의 실외유닛과 선택적으로 연결되어 제상운전이 수행되도록 하는 제상수행유닛을 포함하여 구성된다.

상기 공조유닛(100)은 건물 내부의 실내공간의 일측에 설치되거나 천정 내부 또는 외부에 설치되는 케이스(101)와, 상기 케이스(101)의 일단부에 마련되어 실내공간과 연통되며 실내공간으로부터 실내공기가 흡입되는 흡입구(102)와, 상기 케이스(101)의 타단부에 마련되어 실내공간과 연통되며 실내공간으로 공조된 공기가 토출되는 토출구(103)가 마련된다. 여기서 흡기구(104)를 통해 흡입된 실외공기만이 열교환되어 토출되는 것은 아니고 흡입구(102)를 통해 흡입된 실내공기의 일부가 흡기구(104)를 통해 흡입된 실외공기와 섞여서 열교환 된 후 토출될 수 있다.

또한 상기 케이스(101)의 일측에는 실외와 연통되고 상기 흡입구(102)를 통해 흡입된 실내공기가 실외로 배기되는 배기구(105)와, 실외와 연통되어 실외의 공기가 상기 케이스(101) 내부로 흡입되는 흡기구(104)가 마련된다.

상기 흡입구(102) 및 배기구(105)를 통한 공기의 유동은 흡입팬(106)을 통해 이루어지고, 상기 흡기구(104) 및 토출구(103)를 통한 공기의 유동은 토출팬(107)을 통해 이루어진다. 도면 상으로는 공기의 순환을 위한 장치로서 흡입팬(106)과 토출팬(107)의 두 가지가 모두 구비된 경우에 관하여 도시하였으나, 케이스(101) 내부의 적절한 위치에 하나의 팬을 장착함으로써 상기와 유사한 효과를 얻을 수 있다. 물론 필요하다면 3개나 4개 이상의 팬을 설치하는 것도 가능하다.

한편, 상기 케이스(101) 내부에는 상기 흡기구(104)를 통해 케이스(101) 내부로 유입된 실외공기 및 상기 흡입구(102)를 통해 흡입된 실내공기 중 실외로 배출되지 못한 일부 공기가 토출구(103) 쪽으로 유동하면서 열교환되도록 하는 복수개의 열교환기(제1열교환기(110), 제2열교환기(120), 제3열교환기(130), 그리고 제4열교환기(140))와, 상기 열교환기(110, 120, 130, 140)를 공기가 통과하기 전에(또는 그 이후에 설치되는 것도 가능하다) 이물질 등이 여과되도록 하는 필터(F), 그리고 실내공간의 습도 조절을 위한 가습부재(H) 등이 구비될 수 있다. 상기 필터(F)와 가습부재(H)는 사용자가 선택적으로 설치할 수도 있고 제외시킬 수도 있다.

상기 복수개의 실외유닛은 상기 제1열교환기(110)와 연결되는 제1실외유닛(210), 상기 제2열교환기(120)와 연결되는 제2실외유닛(220), 상기 제3열교환기(130)와 연결되는 제3실외유닛(230), 그리고 상기 제4열교환기(140)와 연결되는 제4실외유닛(240)을 포함하여 이루어진다.

또한 상기 각 실외유닛(210, 220, 230, 240)은 상기 각 열교환기(110, 120, 130, 140)과 고압관(321, 322, 323, 324) 및 액관(331, 332, 333, 334)에 의해 각각 연결된다. 상기 각 액관(331, 332, 333, 334) 상에서 각 열교환기(110, 120, 130, 140) 측에는 제어밸브(361, 362, 363, 364)가 각각 설치된다. 이러한 실외유닛 및 열교환기에 관한 좀 더 구체적인 설명은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하기 로 한다.

한편, 상기 제상수행유닛은 상기 고압관(321, 322, 323, 324) 및 액관(331, 332, 333, 334)과 연결되는 분배유닛(400)과, 상기 분배유닛(400)과 바이패스관(410) 및 복귀관(430)으로 연결되며 상기 배기구(105) 측에 설치되는 제상열교환기(500)를 포함하여 이루어진다. 상기 바이패스관(410) 상에서 상기 제상열교환기(500) 측에는 팽창밸브(450)가 구비된다. 상기 제상수행유닛에 관한 구체적인 설명은 이하에서 설명하기로 한다.

도 3은 공조유닛 내부에 구비되는 열교환기(110, 120, 130)와, 상기 열교환기(110, 120, 130)와 각각 연결되는 실외유닛(210, 220, 230) 및 상기 실외유닛(210, 220, 230)과 연결되는 제상수행유닛의 관계와 동작 등을 설명하기 위해, 공조유닛의 케이스 등을 생략하여 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 공기조화시스템의 실외유닛(210, 220, 230)은 압축기(211, 221, 231)와, 절환밸브(212, 222, 232)와, 실외열교환기(213, 223, 233)와, 팽창장치(214, 224, 234)를 포함하여 구성되고, 그 배관은 상기 압축기(211, 221, 231)의 토출측과 상기 절환밸브(212, 222, 232)를 연결하는 토출관(311, 312, 313)과, 상기 절환밸브(212, 222, 232)와 상기 실외열교환기(213, 223, 233)를 연결하는 저압관(341, 342, 343)과, 상기 실외열교환기(213, 223, 233)와 상기 열교환기(110, 120, 130)를 연결하는 액관(331, 332, 333)과, 상기 절환밸브(212, 222, 232)와 상기 압축기(211, 221, 231)의 흡입측과 연결되는 유입관(351, 352, 353)을 포함하여 구성된다. 상기 액관(331, 332, 333) 상에 팽창 장치(214, 224, 234) 및 제어밸브(361, 362, 363)가 각각 설치된다.

한편, 제상수행유닛은 분배유닛(400)과 제상열교환기(500)를 포함하여 이루어지는데, 상기 분배유닛(400)은 제1실외유닛(210)의 제1액관(331)과 연결되는 제1바이패스관(411)과, 상기 제2실외유닛(220)의 제2액관(332)과 연결되는 제2바이패스관(412)과, 상기 제3실외유닛(230)의 제3액관(333)과 연결되는 제3바이패스관(413)을 포함한다.

또한, 상기 분배유닛(400)은 제1실외유닛(210)의 제1고압관(321)과 연결되는 제1복귀관(431)과, 상기 제2실외유닛(220)의 제2고압관(322)과 연결되는 제2복귀관(432)과, 상기 제3실외유닛(230)의 제3고압관(323)과 연결되는 제3복귀관(433)을 포함한다.

또한, 상기 분배유닛(400)은 상기 제1바이패스관(411) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제1바이패스밸브(421)와, 상기 제2바이패스관(412) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제2바이패스밸브(422)와, 상기 제3바이패스관(413) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제3바이패스밸브(423)를 포함하고, 상기 제1복귀관(431) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제1개폐밸브(441)와, 상기 제2복귀관(432) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제2개폐밸브(442)와, 상기 제3복귀관(433) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제3개폐밸브(443)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1바이패스관(411), 제2바이패스관(412), 그리고 제3바이패스관(413)은 바이패스관(410)으로 통합되어 제상열교환기(500)로 연결되고, 상기 제1복귀 관(431), 제2복귀관(432), 그리고 제3복귀관(433)은 복귀관(430)으로 통합되어 상기 제상열교환기(500)와 연결된다.

상기 제상열교환기(500)는 도 2에 대한 설명에서 이미 설명한 바와 같이 공조유닛(100, 도 2 참조)으로부터 배기되는 실내공기가 통과할 수 있도록 배기구(105, 도 2 참조) 측에 설치된다.

이하 도 3에 도시된 본 발명에 따른 공기조화시스템의 동작에 관하여 설명한다.

공조유닛이 난방 운전을 하는 경우, 높은 실내 공조 부하를 만족시키기 위해 제1실외유닛(210) 내지 제3실외유닛(230)을 모두 구동하여 제1열교환기(110) 내지 제3열교환기(130)를 모두 가동시킨다.

즉, 압축기(211, 221, 231)에서 토출된 고온고압의 냉매가 토출되어 토출관(311, 312, 313)을 따라 절환밸브(212, 222, 232)를 통해 고압관(321, 322, 323)을 따라 유동하면서 각각 열교환기(110, 120, 130)로 유입된다.

각 열교환기(110, 120, 130)로 유입된 냉매는 방열되어 주변 공기에 열을 전달하며 실내공간을 난방시킨다. 즉 여기서 냉매는 응축되어 액냉매가 된다.

상기 각 열교환기(110, 120, 130)를 통과한 냉매는 액냉매의 상태로 액관(331, 332, 333)을 따라 각 실외유닛(210, 220, 230)으로 유입된다. 이때 제어밸브(361, 362, 363)는 개도를 완전히 개방하여 액냉매가 지나갈 수 있도록 한다.

한편, 각 실외유닛(210, 220, 230)으로 유입된 냉매는 팽창장치(214, 224, 234)에서 각각 팽창되어 실외열교환기(213, 223, 233)로 유입되어 증발된다. 이때 냉매가 증발하면서 주변 공기의 열을 회수하므로 주변 공기는 매우 차가워진다.

상기 각 실외열교환기(213, 223, 233)를 통과한 냉매는 저압관(341, 342, 343)을 지나 절환밸브(212, 222, 232)를 통해 유입관(351, 352, 353)을 따라 각각 압축기(211, 221, 231)로 유입되면서 사이클이 완료된다.

그런데, 겨울철에는 실외의 기온이 영하로 떨어지게 되는데, 상기와 같이 난방운전을 하는 동안에 상기 각 실외유닛(210, 220, 230)의 각 실외열교환기(213, 223, 233)에서는 냉매의 증발로 말미암아 실외열교환기(213, 223, 233)의 온도는 영하의 기온 보다도 더 많이 떨어지게 되어, 결국 주변의 수분을 흡수하여 결빙이 생겨 버리는 사태가 발생한다. 즉 착상이 생긴다.

이렇게 실외열교환기에 착상 현상이 발생하면 더 이상 그 착상된 실외열교환기는 더 이상 주변 공기와 열교환하는 것이 불가능하게 되므로 결빙을 해소시키도록 하는 제상운전을 수행하게 된다.

이러한 제상운전의 여부는 실외열교환기(213, 223, 233) 측에 설치되는 온도센서 등에 의해 감지된 온도 정보로서 판단될 수 있고 실외열교환기를 통과하기 전 또는 후의 배관을 흐르는 냉매의 온도를 감지하여 판단될 수도 있다.

만약 제1실외유닛(210)과 제2실외유닛(220)이 제상운전이 필요한 경우, 본 발명에 따른 공기조화시스템은 하나씩 순차적으로 제상운전을 수행하는데, 먼저 제1실외유닛(210)에 대해 제상운전을 수행한다.

제1실외유닛(210)에 대해 제상운전을 수행하면(이는 상기 각 온도센서 등과 연결되는 제어부가 판단하여 지시를 한다), 다른 실외유닛(220, 230)은 난방운전을 계속 수행하고 있고, 제1실외유닛(210)의 제1절환밸브(212)만 방향이 절환되며 제1압축기(211)에서 토출된 냉매는 상기 제1절환밸브(212)에 의해 유동방향이 절환되어 제1저압관(341)을 따라 제1실외열교환기(213)로 유입되어 방열이 이루어지도록 함으로써 상기 제1실외열교환기(213)의 결빙된 부분을 녹인다.

상기 제1실외열교환기(213)를 통과한 냉매는 제1액관(331)을 따라 유동하는데, 이때 상기 제1액관(331) 상에 설치되어 있는 제1제어밸브(361)는 폐쇄되어 제1열교환기(110)로는 냉매가 유입되지 않고 제1바이패스관(411) 상에 설치되어 있는 제1바이패스밸브(421)가 개방되어 상기 제1바이패스관(411)을 통해 냉매가 진행한다. 이때 제2바이패스밸브(422)나 제3바이패스밸브(423)는 폐쇄되어 상기 제1바이패스관(411)을 유동하는 냉매가 제2바이패스관(412)이나 제3바이패스관(413)으로 유입되지 않도록 함이 바람직하다.

상기 제1바이패스관(411)을 유동하는 냉매는 바이패스관(410)을 따라 유동하게 되고, 상기 바이패스관(410) 상에 설치된 팽창밸브(450)에서 팽창되어 제상열교환기(500)로 유입되어 증발된다.

즉 상기 제상열교환기(500)에서 냉매는 주변 공기의 열을 회수하게 되는데, 실외의 공기는 영하의 날씨로 말미암아 열을 회수하기 힘든 반면, 상기 제상열교환기(500)는 공조유닛의 배기구 측에 설치되므로 난방에 의해 따뜻해진 실내공기가 상기 배기구를 통해 배출되는 바, 상기 제상열교환기(500)는 따뜻한 실내공기에 노출되어 있기 때문에 상기 제상열교환기(500)에서는 냉매가 증발될 때 용이하게 따뜻한 실내공기의 열을 회수할 수 있기 때문에 냉매의 증발 효율이 매우 높아진다. 따라서 이는 전체적인 제상사이클의 효율을 높이도록 하는 요인이 된다.

한편, 상기 제상열교환기(500)를 거친 냉매는 복귀관(430)을 통해 제1복귀관(431)을 따라 제1고압관(321)으로 유입된다. 이때 제1복귀관(431) 상에 설치된 제1개폐밸브(441)은 개방되고 제2복귀관(432) 및 제3복귀관(433) 상에 각각 설치된 제2개폐밸브(442) 및 제3개폐밸브(443)는 각각 폐쇄한다.

상기 제1고압관(321)을 유동하는 냉매는 제1절환밸브(212)를 통해 제1유입관(351)을 따라 제1압축기(211)로 유입됨으로써 1 제상사이클이 완료된다.

상기와 같은 제상사이클은 소정의 시간 동안 반복될 수 있고, 또는 제1실외열교환기(213) 측에 설치된 온도센서나 배관에 설치된 온도센서 등의 감지에 의해 제상이 충분히 이루어졌다고 판단되는 경우에 종료된다.

상기와 같이 제1실외유닛(210)에 대한 제상이 종료되면, 상기 제1실외유닛(210)은 다시 제1절환밸브(212)가 냉매의 유로 방향을 절환하며, 상기 제1바이패스밸브(421)를 폐쇄하고, 제1제어밸브(361)는 개방하며, 제1개폐밸브(441)를 폐쇄함으로써 정상적인 난방 운전을 수행할 수 있도록 한다.

한편, 상기 제1실외유닛(210)에 대한 제상이 종료되었으므로 상기 제2실외유닛(220)에 대한 제상운전이 수행되며, 이는 상기 제1실외유닛(210)에 대한 제상운전과 동일한 절차로 진행된다.

따라서 상기와 같이 순차적으로 제상운전을 수행하며 제상운전을 수행하는 동안에는 제상운전을 수행하는 실외유닛과 연결된 열교환기는 가동을 멈춘 상태이므로 실질적으로 공조에 아무런 영향을 미치지 않게 되고, 이때 다른 열교환기들은 난방운전을 수행하므로, 결국 전체적인 난방에 큰 영향을 미치지 않으면서 제상운전을 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기조화시스템에 관하여 도시한 것인데, 도 4에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기조화시스템은, 복수개의 공조유닛(100a, 100b, 100c)과, 상기 복수개의 공조유닛(100a, 100b, 100c)에 각각 연결되는 복수개의 실외유닛(210, 220, 230)과, 상기 복수개의 공조유닛(100a, 100b, 100c)과 상기 복수개의 실외유닛(210, 220, 230)을 연결하는 고압관(321, 322, 323) 및 액관(331, 332, 333)과 연결되는 제상수행유닛을 포함하여 이루어진다.

상기 복수개의 공조유닛(100a, 100b, 100c)은 제1실외유닛(210)과 연결되는 제1열교환기(110)를 포함하는 제1공조유닛(100a)과, 제2실외유닛(220)과 연결되는 제2열교환기(120)를 포함하는 제2공조유닛(100b)과, 제3실외유닛(230)과 연결되는 제3열교환기(130)를 포함하는 제3공조유닛(100c)을 포함한다. 여기서 상기 복수개의 공조유닛(100a, 100b, 100c)은 건물 내의 같은 실내공간에 대한 공조를 수행할 수도 있고 건물 내의 각각 다른 실내공간에 대한 공조를 수행할 수도 있다.

한편, 상기 복수개의 실외유닛(210, 220, 230)은 압축기(211, 221, 231)와, 절환밸브(212, 222, 232)와, 실외열교환기(213, 223, 233)와, 팽창장치(214, 224, 234)를 포함하여 구성되고, 그 배관은 상기 압축기(211, 221, 231)의 토출측과 상기 절환밸브(212, 222, 232)를 연결하는 토출관(311, 312, 313)과, 상기 절환밸브(212, 222, 232)와 상기 실외열교환기(213, 223, 233)를 연결하는 저압관(341, 342, 343)과, 상기 실외열교환기(213, 223, 233)와 상기 열교환기(110, 120, 130)를 연결하는 액관(331, 332, 333)과, 상기 절환밸브(212, 222, 232)와 상기 압축기(211, 221, 231)의 흡입측과 연결되는 유입관(351, 352, 353)을 포함하여 구성된다. 상기 액관(331, 332, 333) 상에 팽창장치(214, 224, 234) 및 제어밸브(361, 362, 363)가 각각 설치된다.

또한, 상기 분배유닛(400)은 제1실외유닛(210)의 제1고압관(321)과 연결되는 제1복귀관(431)과, 상기 제2실외유닛(220)의 제2고압관(322)과 연결되는 제2복귀관(432)과, 상기 제3실외유닛(230)의 제3고압관(323)과 연결되는 제3복귀관(433)을 포함하고, 상기 제1바이패스관(411) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제1바이패스밸브(421)와, 상기 제2바이패스관(412) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제2바이패스밸브(422)와, 상기 제3바이패스관(413) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제3바이패스밸브(423)를 포함하며, 상기 제1복귀관(431) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제1개폐밸브(441)와, 상기 제2복귀관(432) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제2개폐밸브(442)와, 상기 제3복귀관(433) 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제3개폐밸브(443)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1바이패스관(411), 제2바이패스관(412), 그리고 제3바이패스관(413)은 바이패스관(410)으로 통합되어 제상열교환기(500)로 연결되고, 상기 제1복귀관(431), 제2복귀관(432), 그리고 제3복귀관(433)은 복귀관(430)으로 통합되어 상기 제상열교환기(500)와 연결된다.

상기 제상열교환기(500)는 상기 복수개의 공조유닛(100a, 100b, 100c)의 각각의 배기구를 연결하여 실외(outdoor)와 연통되도록 하는 배기덕트(E.D) 내부 일측에 설치되도록 한다. 따라서 각 공조유닛(100a, 100b, 100c)으로부터 배기되는 실내공기는 상기 배기덕트(E.D)를 통해 실외로 배출되면서 상기 제상열교환기(500)를 통과하게 된다.

이하 도 4에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기조화시스템의 동작에 관하여 설명한다.

제1공조유닛(100a)과 제2공조유닛(100b), 그리고 제3공조유닛(100c)이 모두 난방운전을 하고 있는 경우, 제1공조유닛(100a)의 난방이 제대로 이루어지지 않고 제어부는 제1실외유닛(210)의 제상운전이 필요하다고 판단한다면, 제2공조유닛(100b) 및 제3공조유닛(100c)은 난방운전을 수행하고 있는 동안에 상기 제1공조유닛(100a)에 대한 제상운전을 수행한다.

제1실외유닛(210)의 제1절환밸브(212)가 냉매의 유로 방향이 절환되며 제1압축기(211)에서 토출된 냉매는 상기 제1절환밸브(212)에 의해 유동방향이 절환되어 제1저압관(341)을 따라 제1실외열교환기(213)로 유입되어 방열이 이루어지도록 함으로써 상기 제1실외열교환기(213)의 결빙된 부분을 녹인다.

상기 제상열교환기(500)를 거친 냉매는 복귀관(430)을 통해 제1복귀관(431)을 따라 제1고압관(321)으로 유입된다. 이때 제1복귀관(431) 상에 설치된 제1개폐밸브(441)은 개방되고 제2복귀관(432) 및 제3복귀관(433) 상에 각각 설치된 제2개폐밸브(442) 및 제3개폐밸브(443)는 각각 폐쇄한다.

상기와 같이 제1실외유닛(210)에 대한 제상이 종료되면, 상기 제1실외유 닛(210)은 다시 제1절환밸브(212)가 냉매의 유로 방향을 절환하며, 상기 제1바이패스밸브(421)를 폐쇄하고, 제1제어밸브(361)는 개방하며, 제1개폐밸브(441)를 폐쇄함으로써 상기 제1공조유닛(100a)이 정상적인 난방 운전을 수행할 수 있도록 한다.

한편, 도 5에 도시된 본 발명에 따른 공기조화시스템의 제어방법에 관하여 설명한다.

도 5는 도 3 또는 도 4에 도시된 본 발명의 두 가지 실시예에 따른 플로우챠트를 나타낸 것이므로 실외유닛이 3개 구비된 경우를 예로서 작성된 것이다. 그러나 이에 한정되지 않고 실외유닛이 1개 구비된 경우에서부터 N개 구비된 경우까지 모두 적용될 수 있다. 여기서 N은 임의의 자연수이다. 즉 몇 개의 실외유닛이 구비된다고 하더라도 본 플로우챠트의 적용이 가능하다(추가되는 실외유닛의 개수만큼 실질적으로 동일한 절차를 추가하면 된다).

도 5에 도시된 본 발명의 제어방법에 관한 플로우챠트에 대해 살펴본다.

먼저 제1실외유닛과 제2실외유닛과 제3실외유닛의 난방운전이 수행된다(S100). 상기 제1실외유닛과 제2실외유닛, 그리고 제3실외유닛에 대해 순차적으로 제상운전이 필요한지 여부를 판단한다(S200, S300, S400). 이때 제상운전이 필요한지 여부의 판단은 각 실외유닛에 설치되는 실외열교환기(도 2 내지 도 4 참조) 측에 설치되는 온도센서 등에 의해 감지된 온도 정보로서 판단될 수 있고 실외열교환기를 통과하기 전 또는 후의 배관을 흐르는 냉매의 온도를 감지하여 판단될 수도 있다.

만약 제1실외유닛의 제상운전이 필요하다고 판단되는 경우, 제1절환밸브를 절환하고(S201, 이때 제2절환밸브와 제3절환밸브는 정상 난방운전을 수행하도록 절환되지 않는다), 제1바이패스밸브를 개방, 제2바이패스밸브 및 제3바이패스밸브를 폐쇄한다(S202). 또한 제1제어밸브를 폐쇄하며(S203, 이때 제2제어밸브와 제3제어밸브는 다른 실외유닛이 정상적인 난방운전을 할 수 있도록 개방된 상태가 유지되도록 한다), 제1개폐밸브를 개방, 제2개폐밸브 및 제3개폐밸브를 폐쇄한다(S204).

상기와 같은 단계를 거치면 제1압축기에서 토출된 고온고압의 냉매는 제1실외유닛의 실외열교환기를 통과함으로써 결빙을 해소시키고 제상열교환기 쪽으로 유동하여 상기 제상열교환기에서 증발된 후 다시 제1실외유닛으로 복귀됨으로써 제상사이클이 완료된다.

한편, 상기 1사이클이 완료되면 제1실외유닛의 실외열교환기 측에 설치된 온도센서나 배관 내에 설치되는 온도센서 등에서 감지된 온도에 의해 제1실외유닛의 제상운전을 종료할 것인지 판단한다(S210). 상기와 같이 온도센서에 의해 감지된 온도로 제상운전의 종료 여부를 판단할 수도 있으나, 제상운전을 수행하는 사이클의 회수나 제상운전 시간 등에 의해 제상운전의 종료 여부를 판단할 수도 있다. 즉 설정시간이나 설정회수 등을 미리 입력해 놓고 현재 수행 중인 제상운전의 사이클 회수나 운전 시간 등이 상기 설정회수나 설정시간에 도달한 경우에 제상운전을 종료시킬 수도 있는 것이다.

만약 제상운전을 좀 더 수행해야하는 경우에는 상기와 같은 단계를 반복하고, 만약 제상운전을 종료해야하는 경우에는 제1절환밸브를 다시 원상복귀하고(즉 다시 방향을 절환하고) 제1바이패스밸브를 폐쇄, 제1제어밸브를 개방, 제1개폐밸브 를 폐쇄함으로써(S211) 계속적으로 난방운전을 수행한다. 그리고 다시 상기 S200, S300 및 S400의 단계로 피드백된다.

이때 만약 제2실외유닛의 제상운전이 필요하다고 판단된다면 상기 제1실외유닛의 제상운전 단계와 동일한 절차로 제2실외유닛의 제상운전이 수행된다. 즉 제2절환밸브를 절환하고(S301), 제2바이패스밸브 개방하며(S302, 제1바이패스밸브 및 제3바이패스밸브는 폐쇄함), 제2제어밸브를 폐쇄하고(S303, 제1제어밸브 및 제3제어밸브는 개방함), 제2개폐밸브를 개방한다(S304, 제1개폐밸브 및 제3개폐밸브는 폐쇄함).

그리고 제2실외유닛의 제상운전 종료 여부를 판단하여(S310), 만약 종료되는 경우에는 제2절환밸브를 원상복귀하고, 제2바이패스밸브를 폐쇄, 제2제어밸브를 개방, 그리고 제2개폐밸브를 폐쇄하며(S311), 상기 S200, S300, S400의 단계로 피드백된다.

제3실외유닛에 대한 제상운전의 경우도 상기와 동일한 방식에 의해 이루어진다. 제3실외유닛에 대한 제상운전 절차는 도 5에 도시된 바와 같고 방식이 각각 동일하므로 구체적 설명을 생략한다.

본 명세서에서 개시한 실시예는 본 발명에 따른 공기조화시스템 및 그 제어방법에 관한 구체적인 예에 불과한 것이고 본 발명은 이에 국한되지 않고 청구항에 기재된 발명의 사상을 실현하는, 생각할 수 있는 모든 예에 적용 가능한 것이다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 공기조화시스템 및 그 제어방법은 겨울철 난방시에 제상운전이 수행되는 동안에도 난방 성능을 크게 해치지 않으면서도 쾌적한 난방이 이루어질 수 있도록 하고 또 제상운전의 효율을 높일 수 있는 특장점이 있다.

Claims

적어도 하나의 열교환기를 구비하며 실내공기를 실외로 배기시키고 실외공기를 상기 열교환기에 의해 열교환시켜 실내로 토출시킴으로써 실내공간의 환기, 공기정화 및 냉난방을 선택적으로 수행하는 적어도 하나의 공조유닛;

상기 공조유닛으로 열을 공급하거나 상기 공조유닛으로부터 열을 회수함으로써 상기 공조유닛이 실내공간의 냉난방을 수행하도록 하는 적어도 하나의 실외기; 및

제상운전이 필요한 실외기와 선택적으로 연결되어 냉매사이클을 형성하며 상기 공조유닛으로부터 배기되는 공기의 열을 이용함으로써 제상효율을 높이도록 하는 제상수행유닛을 포함하는 공기조화시스템.
제1항에 있어서, 상기 공조유닛은,

실내와 연통되는 흡입구 및 토출구를 구비하는 케이스;

상기 케이스의 일측에 마련되어 실외와 연통되는 흡기구 및 배기구;

상기 케이스 내부에 구비되어 실내의 공기를 상기 배기구로 배출하고 실외의 공기를 상기 흡입구로 흡입하는 적어도 하나의 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제2항에 있어서, 상기 제상수행유닛은,

상기 배기구에 배치되어 배기되는 실내공기와 열교환이 이루어지는 제상열교환기와,

상기 제상열교환기와 상기 실외기 사이의 냉매 이동을 제어하는 분배유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제3항에 있어서, 상기 분배유닛은,

상기 실외기로부터 액냉매가 상기 제상열교환기로 유입되도록 하는 바이패스관과,

상기 제상열교환기를 통과한 기상의 냉매가 상기 실외기로 복귀하도록 하는 복귀관을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제4항에 있어서, 상기 분배유닛은,

상기 바이패스관을 개폐하는 바이패스밸브와, 상기 복귀관을 개폐하는 개폐밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실외기는,

냉매를 압축하여 고온고압 상태의 냉매를 토출하는 압축기와,

냉매를 팽창시키는 팽창장치와,

냉매의 열교환이 이루어지는 실외열교환기와,

상기 압축기에서 토출되는 냉매의 유동 방향을 제어함으로써 제상운전으로의 절환이 이루어지도록 하는 절환밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제6항에 있어서,

상기 공조유닛과 실외기를 연결하는 배관 상에 설치되어 제상운전을 수행하는 실외기에서 냉매가 상기 공조유닛으로 유입되지 않도록 제어하는 제어밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제7항에 있어서,

상기 실외기 측에 구비되어 실외의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제8항에 있어서,

상기 온도센서의 감지 결과에 따라 제상운전으로의 전환을 제어하며, 제상운전 시 상기 절환밸브, 상기 바이패스밸브, 상기 개폐밸브 및 상기 제어밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 공조유닛이 복수개 구비되는 경우,

상기 복수개의 공조유닛의 각 배기구와 연결되고 실외와 연통되며, 내부에 상기 제상열교환기가 설치되도록 함으로써 상기 복수개의 공조유닛 각각이 배기하는 공기가 상기 제상열교환기를 통과하도록 하는 배기덕트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
(A) 적어도 하나의 공조유닛 내의 적어도 하나의 열교환기에 대해 작동하는 복수개의 실외기를 구동시키는 단계;

(B) 제상운전이 필요한 실외기가 있는지 판단하는 단계;

(C) 제상운전이 필요한 실외기가 있는 경우, 상기 복수개의 실외기와 소정의 배관으로 연결되는 제상수행유닛이 제상이 필요한 실외기와 연통되도록 하여 냉매사이클을 형성하는 단계; 및

(D) 상기 제상운전이 필요한 실외기에 대해 제상운전을 수행하는 단계를 포함하는 공기조화시스템의 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 (B) 단계는,

상기 실외기 측에 설치된 온도센서에 의해 감지한 온도를 설정온도와 비교하여 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 (B) 단계는,

상기 실외기의 실외열교환기와 연결되는 배관을 유동하는 냉매의 온도를 감지하여 허용온도와 비교하여 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 (C) 단계는,

압축기의 토출측 배관에 설치된 절환밸브를 절환하여 냉매의 유동방향을 전환시키는 단계;

실외기와 제상수행유닛을 연결하는 바이패스관 상에 설치된 바이패스밸브를 개방하는 단계;

실외기와 공조유닛을 연결하는 배관 상에 설치된 제어밸브를 폐쇄하는 단계; 및

상기 제상수행유닛으로부터 복귀하는 냉매가 유동하는 복귀관 상에 설치된 개폐밸브를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
제14항에 있어서,

상기 (D) 단계 이후에, 상기 제상운전이 완료되었는지 판단하는 단계; 및

상기 제상운전이 완료되는 경우, 상기 절환밸브를 절환하여 냉매의 유동방향을 다시 전환시키는 단계와, 상기 바이패스밸브를 폐쇄하는 단계와, 상기 제어밸브를 개방하는 단계와, 상기 개폐밸브를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.