KR101029988B1

KR101029988B1 - 직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법

Info

Publication number: KR101029988B1
Application number: KR1020100110245A
Authority: KR
Inventors: 이명호
Original assignee: 한국공조엔지니어링 주식회사
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2011-04-20

Abstract

본 발명은 직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법에 관한 것으로, 그 목적은 EHP(GHP)형 공조기를 구성하는 토출 및 흡입 송풍기의 풍량을 냉난방 공히 열교환기에 공급되는 냉매의 흐름량 변화에 따라 자동 조절되도록 한 송풍기 풍량 자동 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 A) 공조기 가동단계와; B) 제어반의 온도설정부를 조작하여 실내 온도를 설정하는 단계와; C) 제어컨트롤러가 감지된 온도와 설정온도 차이를 판단하는 단계와; D) 제어컨트롤러가 실외기를 가동시키는 단계와; E) 제어컨트롤러가 전자식 팽창밸브의 유입 및 배출 배관에 부착된 냉매온도센서 간의 냉매온도 차이를 감지하여 냉매의 온도가 설정온도에 도달했는지를 판단하는 단계와; F) 제어컨트롤러가 전자식 팽창밸브 개도율 조절단계와; G) 풍량제어컨트롤러가 전자식 팽창밸브의 개도량 변화가 있는지를 감지하는 단계와; H) 풍량제어컨트롤러가 송풍기의 풍량 조절범위를 연산하는 단계와; I) 풍량제어컨트롤러가 흡입송풍기 및 토출송풍기의 풍량을 조절하는 풍량조절단계;를 포함하여 구성된 직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법을 발명의 특징으로 한다.

Description

직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법{Method for automatic controlling air volum of blower by change of refrigerant flow of direct expansion air handling unit}

본 발명은 직접팽창방식 공기조화기(일명 D.X.형 공기조화기라 함 - 이하 DX-AHU라 칭함)의 운전 시 DX-AHU의 실내용 열교환기와 실외기간에 흐르는 냉매 흐름량의 변화을 감지하여 DX-AHU의 송풍기(급기용, 환기용 모두 포함)의 풍량을 자동 제어하는 직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법에 관한 것으로, 자세하게는 DX-AHU의 운전 중 실내의 온도변화에 따라 변하는 실외기의 운전 상태 변화와 이에 따른 냉매의 흐름량 변화를 감지하고 분석하여 토출 및 흡입 송풍기의 회전량과 풍량을 자동으로 조절하도록 한 것에 관한 것이다.

에너지를 사용하는 모든 기자재는 에너지 절감과 설치장소의 최소화가 필연적 조건이지만 이런 장비의 개발에는 많은 시간과 비용이 필요함으로 고효율 기자재의 선택도 중요하지만 관련 기자재의 효율적 운영도 에너지 절감의 중요한 부분이라 본다.

더욱이 공기조화(air-conditioning) 분야에 있어서 다중이용시설에 대한 공기(空氣)의 질(質)에 대한 관리가 법제화됨으로 주거 인원에 대한 환경 및 건강문제에 대해 보다 세부적인 관리가 필요함에도, 관련 건축물은 에너지 절감을 위해 더욱 밀폐화되어 공조환경은 더욱 고도화, 정밀화될 필요성을 갖게 되었다.

따라서 공기조화에 있어서 고효율기자재 사용은 물론 사용 환경의 개선 또한 필수인 사항이 되었다.

통상 일반 공기조화기는 쾌적한 실내환경을 조성하기 위해 실내로 보내는 공기의 온도, 습도, 기류 및 청결도 등을 조절하여 주는 기기로서, 주로 빌딩 또는 공장등의 대형건물용 등에서 대용량의 냉방 및 난방을 하기 위해 사용되고 있다.

공기조화기는 열원체(통상 냉동기, 보일러)로 부터 이송되어 온 열매체인 냉수 또는 온수(때로는 증기)와 실내로 부터 유입된 공기(환기-換氣라 한다)를 열교환 시킨 후 덕트를 통해 열 교환된 공기를 보내 실내의 온도를 낮추거나 높이는 장비이다.

이때 열 교환된 공기를 보내고 흡입하는 데 사용되는 주 기재를 송풍기라 하며 보내는 송풍기를 급기용 송풍기 (일명 S.F.)라 하며 흡입하는 송풍기를 환기용송풍기 (일명 R.F.)라 한다.

일반 공조기에서는 열매체를 냉수나 온수(혹은 증기)를 사용하지만 냉동기나 보일러를 사용하지 않고 냉매(冷媒)를 직접 열매체로 이용하는 공조기를 직접팽창방식 공기조화기(D.X.형 공기조화기 - DX-AHU)한다.

이런 DX - AHU를 최근의 HEAT PUMP방식인 EHP(GHP)용 실외기와 접속하여 운영하는 DX-AHU를 EHP(GHP)형 공조기라 한다.

이런 EHP(GHP)형 공조기(공기조화기: 일명 A.H.U 라함)는 1대의 공조기에 복수의 실외기를 연결하여 대용량의 실내에 냉난방은 물론 실내 공기조화에 필요한 습도, 청정 및 기류를 구성하는 적합한 시스템으로 일반형 공조기와 동일한 기능 원리를 가진다.

따라서 EHP(GHP)형 공조기 역시 추가적인 장비의 설치 없이 공기의 질을 관리할 수 있는 장점이 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 한 실시 예에 따른 종래의 대용량 공기조화기는 유체(공기) 유동방향을 따라 흡입부, 공기혼합부, 열교환부 및 배출부가 케이스 내부에 순차 배열하여 설치된 구성을 이루고 있다.

상기 흡입부는 케이스의 상부 일측에 형성되어 환기된 실내 공기(R.A: Return Air)가 흡입되는 실내공기흡입구(11)에 의해 실내와 연결되며, 케이스의 내부에는 실내공기를 기기 내로 흡인하는 흡입송풍기(12)가 설치되어 있다. 흡입송풍기는 원심팬의 회전에 의해 일측으로는 실내 공기를 흡입하고 타측으로는 실내 공기를 공기혼합부로 배출하게 된다.

상기 공기 혼합부는 그 내부가 바이패스 댐퍼(21)가 설치된 격리 프레임을 기준으로 흡입부가 접한 부분과 열교환부가 접한 부분으로 나뉘어지는데, 흡입부가 접한 부분의 케이스 상부 일측에는 흡입부로부터 유입된 실내공기 중 일부가 배출되는 실내공기 배출구(21)가 설치되고, 열교환부가 접한 부분의 케이스 상부 일측에는 신선한 외기가 유입되는 실외공기 유입구(23)가 형성된다. 통상적으로 실내공기 30% 정도가 실내공기 배출구(21)를 통해 나가고 잔존한 70%의 실내공기가 바이패스 댐퍼(21)를 통해 열교환부와 접한 공간부에서 30%의 실외공기와 혼합되어 열교환부로 공급되게 된다.

상기 열교환부는 공기혼합부에서 유입된 일정량의 실내공기와 일정량의 실외공기가 혼합된 혼합공기를 열교환시키는 코일형상의 열교환기(31)와 열교환기 전단에 설치되어 유입되는 혼합공기의 오염물질을 제거하는 에어필터(32)로 이루어진다.

EHP(GHP)형 공조기의 열교환 방법은 코일형상의 열교환기(31)와 동배관으로연결되어 EHP(GHP)방식의 실외기에서 유입된 냉매가 냉방 또는 난방 싸이클을 순환후 코일형상의 열교환기(31)에서 유입된 혼합공기를 냉각 또는 승온시켜 실내를 냉방 또는 난방시키게 된다.

냉방시의 열교환 싸이클은 압축기(51)에서 냉매를 압축하여 고온고압기체화하고, 이를 다시 실외측 열교환기(52, 응축기)에서 고온고압 액체화하고, 이를 다시 팽창밸브(53)에서 저온저압액체화하고, 이를 다시 실내 열교환기(31, 증발기)에서 저온저압기체화하는 싸이클을 반복하여 증발기에서 공기와 열교환하는 냉방싸이클을 가진다. 단, 난방시는 압축기와 실내 및 실외측 열교환기 사이에 설치된 4방밸브(54)에 의해 압축기에서 나온 냉매의 흐름이 변경되어 상기 실외측 열교환기가 증발기로 작동하고 실내측 열교환기가 응축기로 작동하게 되는데 이와 같은 냉난방 싸이클은 주지의 사실이다.

또한 상기 팽창밸브(53)의 개폐는 실내의 공기 온도를 측정하는 공기온도센서(55)의 정보와 팽창밸브 전후단의 냉매 온도차를 측정하는 냉매온도센서(56a, 56b)의 정보를 취합한 제어컨트롤러(57)에 의해 그 개도량이 조절되어 냉매의 흐름량이 조절된다.

또한 도시된 바와 같이 열교환 싸이클에 사용되는 실외기는 대용량의 공간을 냉방 또는 난방하기 위한 목적 또는 비상시를 대비하여 하나의 실내측 열교환기 마다 하나의 실외기를 가지도록 복수개의 냉방 또는 난방싸이클을 가지게 설치된다.

마지막으로 상기 배출부는 케이스 상에 건물의 실내와 연통되는 열교환된 공기를 공급하는 공기배출구(42)가 형성되어 있으며, 열교환된 공기를 강제로 배출되도록 하는 토출송풍기(41)로 구성되어 있다.

상기 도면에서는 개략적인 냉난방싸이클 설명을 위해 각종 압력스위치, 각종 고압 및 저압 게이지, 수액기(Receiver tank), 액열교환기(Accumulator), 검사 유리창(Sight glass), 필터건조기(Filter & dryer), 각종 솔레노이드밸브(Solenoid V/V)이고, 석션필터(Suction Filter) 등이 생략되었으나 이와 같은 구성은 통상적인 직접팽창방식의 공조기 시스템에 있는 일반적인 구성이다.

상기한 구성을 갖는 대용량 공기조화기의 냉방시의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 흡입송풍기(12)가 구동되면, 건물 실내의 공기가 흡입부 내로 유입되고, 유입된 공기는 공기혼합부를 통과하면서 공기중 약 30%는 실내공기 배출구(22)를 통해 외부로 배출되고, 반대로 실외공기유입구(23)로는 외기가 유입되어 잔류하고 있는 기내공기 약 70%와 혼합된 상태로 열교환부를 향해 유동된다.

열교환부로 유입된 공기는 에어필터(32)를 통하면서 불순물이 여과된 이후, 에어필터(32)의 후방에 설치된 열교환기(31)를 통과하면서 저온(난방시는 고온)으로 열교환 된다.

이와 같이 열교환된 저온 공기는 배출부의 내부에 설치된 토출송풍기(41)의 회전력에 의해 케이스 상에 설치된 열교환 공기배출구(42)를 통해 건물내로 환원되는 과정이 반복되면서 실내의 냉방(겨울철 등에서는 난방)을 이루게 된다

또한 EHP(GHP)의 공조기와 실외기간의 열교환 싸이클을 60HP 공조기를 기준으로 설명하면 다음과 같다.

이하에서 공조기 본체라 함은 전술한 공조기 설명에서 보인 유체(공기) 유동방향을 따라 흡입부, 공기혼합부, 열교환부 및 배출부가 케이스 내부에 순차 배열하여 설치된 구성 전체를 간략하게 말하는 것이다.

개별 실외기가 20HP (56KW)인 경우 공조기 총능력은 60HP(168KW)이다. 즉, 실외기 대수는 복수이나 실내기에 해당하는 공조기본체는 1 개로 구성되어 있으며, 공조기본체에 각각 흡입송풍기와 토출송풍기가 구성된다. 냉매 싸이클은 각각의 실외기에서 공조기본체로 연결되어 각각의 전자식 팽창밸브(또는 모세관)를 통해 증발(또는 응축)되도록 하여 능력을 조정하도록 구성되었다.

따라서 초기 운전 시에는 통상 공조기본체와 연결된 실내 온도 때문에 실외기가 일괄 운전되고 냉매 흐름량도 전량이 흐르다가 설정 온도에 다다르면 실내에 부착된 공기 온도센서가 감지하여 각 팽창밸브를 조정하여 냉매 흐름량을 조정하며 이에 따라 각각의 실외기가 운전 되도록 조정한다 .

하지만 상기와 같은 종래의 대용량 DX - AHU(이하 EHP형 공조기를 모두 포함)문제점은 토출송풍기와 흡입송풍기의 풍량을 온도 조건에 따라 조절하기가 쉽지 않다는 어려움이 있다.

그 이유는 가정이나 소형 사무실에서 사용되는 개별 에어컨이나 시스템에어컨과 같은 경우는 압축기의 마력이 소형이고 사용되는 실내용 전동기 역시 소형이어서 송풍용 전동기의 회전수를 수동 또는 자동으로 조절하기가 수월하나, 일반형 공조기(통상 A.H.U.라 칭하는 장비)는 물론 대용량 DX - AHU도 대공간에 사용되는 관계로 풍량이 많고 사용되는 송풍기의 전동기 역시 소요동력이 크기 때문에 소형 에어컨 처럼 온도 변화에 따라 자동으로 조절할 수 없으며, 수동으로 조절할 경우 별도의 장치를 부착하여 조절하고 있으나, 수동으로 조절 시에는 실내의 조건과 실외기의 운전상태를 면밀하게 감시하며 조절해야 하기 때문에 통상 송풍기용 전동기의 회전속도를 고정하여 정속 운전하고 있다.

참고적으로 공조기에 있어서 풍량을 정하는 기준은 실내의 용적과 시간당 환기 횟수와 주변 환경 및 조건등을 고려하여 정하는 데, DX - AHU의 경우는 일반 공조기에 냉매사이클(압축→응축→팽창→증발)이 원활하게 이루어지도록 단위당 냉동능력에 대한 최소한의 필요 풍량을 고려해야 한다.

즉, DX - AHU의 경우는 일반형 공조기와 달리 열 교환시 열 매체인 냉매가 상변화(액체 → 기체 → 액체)과정에서 열교환기와 접촉되는 공기의 속도와 공기의 량은 냉난방시 온도 유지는 물론 사이클을 구성하는 중요한 요소인 것이다.

한 예로 DX - AHU에서 냉방 시 실외기의 운전량은 실내 온도에 따라 정해지는 데, 실내온도가 높아 실외기 운전이 많고 실내용 열교환기로 냉매유입이 많은 데 임의로 송풍량을 줄이면 냉방의 능력저하는 물론 시스템에 치명적인 문제가 발생될 수 있다.(예, 풍량 부족시 냉매량 조절이 안될 경우 liquid back에 의한 압축기 파손)

따라서 일반적으로 DX - AHU에서는 이런 문제점을 방지하기 위해 불가피하게송풍기의 운전을 정속으로 운전하고 있다.

이는 대용량 EHP(또는 GHP)식 공조기에서도 동일하게 적용되기 때문에 흡입 송풍기 그리고 급기 및 환기를 위한 토출송풍기(전동기 포함)가 실외기의 운전량이나 냉매의 흐름량에 관계없이 정속(定速)운전되므로, 실내 온도 변화에 따라 실외기의 운전량이나 냉매의 흐름량이 줄어들어도 열교환기의 방열(혹은 흡열)능력 보다 많은 풍량으로 운전되고 있다.

보다 구체적으로 예를 들어 설명하면 공조기의 풍량 설정은 실외기 전체가 운전할 때의 기준량을 감안하여 풍량을 설계하며, 제작한다.

따라서 초기 실외기 3대가 전부 운전될 때의 송풍량이나 설정온도에 도달되어 실외기의 일부가 멈춰진 상태에서의 송풍기의 풍량은 동일하다.

일정시간 운전 후 실외기 운전량이 멈춰진 경우 냉방의 경우에는 특별한 문제가 없으나 난방의 경우를 예로 볼 때 설정 온도에 도달되어 실외기가 2대만 작동되면 40HP의 열량만 발생됨에도 풍량은 60HP에 해당하는 송풍량이 유지되므로 초기 방출되는 열량에 비해 1/3이 줄어들어 상대적으로 토출되는 온도는 낮아진다. 따라서 이 상태로 토출 공기가 인체에 도달되면 상대적으로 차갑게 느껴지며 심한 경우는 춥게 느낄 수 있다는 것이다.

이와 같이 종래의 대용량 EHP(GHP)형 공조기의 송풍기를 정속 운전시 발생하는 문제점은 다음과 같다. 아래는 난방시를 예로 들어 기술한다.

EHP(GHP)형 공기조화기가 작동하면 설정된 온도까지 최대 운전 조건으로 가동하게 되고, 일정 시간이 지나 설정된 온도에 다다르면 이 온도를 유지시키기 위해 실외기들의 운전량을 조절하여 줄이게 된다. 이에 따라 전체 또는 일부 실외기의 가동률이 줄어들면서 열교환기에서의 열교환이 줄어들어 실내 열교환기에 공급열량도 줄어들게 된다. 하지만 송풍기의 풍량이 여전히 정속으로 운전되어 최대 운전조건과 같은 풍량이 공급됨으로 인해 오히려 실내에 공급되는 체감 온도는 더 낮아지게 된다. 이와 같은 현상이 지속되면 실내온도를 높이기 위해 다시 실외기 가동률을 높이게 되어 불필요한 에너지가 소모되게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 EHP(GHP)형 공조기를 구성하는 토출 및 흡입 송풍기의 풍량을 냉난방 공히 열교환기에 공급되는 냉매의 흐름량 변화에 따라 자동 조절되도록 함으로써 실내 온도가 안정되고 실외기의 운전량이 줄어들거나 냉매의 흐름량이 줄어들면 자동으로 감지하여 전동기 출력을 조절 송풍량을 조절하여 흡입량을 조정하고 송풍기의 회전량이나 흡입 및 토출 풍량에 변화를 줌으로 전력비를 절감할 수 있으며, 난방시에는 발열량에 따른 풍량이 조절됨으로써 쾌적한 온도 조건을 유지할 수 있도록 한 직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법을 제공하는 데 있다.

삭제

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 A) 대용량 EHP(GHP)형 공조기 전원 인가후 흡입송풍기와 토출송풍기를 가동시켜 송풍운전을 개시하고 제어컨트롤러를 통해 전자식 팽창밸브의 개도율을 100%로 하여 운전하는 공조기 가동단계와;
B) 제어반의 온도설정부를 조작하여 실내 온도를 설정하는 단계와;
C) 제어컨트롤러가 실내에 설치된 공기온도 센서를 통해 실내온도를 감지하여 감지된 온도와 설정온도 차이를 판단하는 단계와;
D) 제어컨트롤러가 공기온도 센서를 통해 측정된 실내공기 온도가 설정온도에 도달하지 못했으면 실외기를 가동시키는 단계와;
E) 제어컨트롤러가 전자식 팽창밸브의 유입 및 배출 배관에 부착된 냉매온도센서 간의 냉매온도 차이를 감지하여 냉매의 온도가 설정온도에 도달했는지를 판단하는 단계와;
F) 제어컨트롤러가 냉매온도센서로부터 측정된 온도가 설정 온도에 도달하면 냉매 흐름량을 조절하기 위해 전자식 팽창밸브의 개도율을 작게 조절하고 실외기의 운전량을 조절하는 전자식 팽창밸브 개도율 조절단계와;
G) 풍량제어컨트롤러가 제어컨트롤러를 통해 하나 이상의 전자식 팽창밸브의 개도량 변화가 있는지를 감지하는 단계와;
H) 풍량제어컨트롤러는 제어컨트롤러를 통해 전자식 팽창밸브의 개도량 변화시 전자식 팽창밸브의 초기 개도량과 변경된 전체 전자식 팽창밸브의 개도량을 분석하여 송풍기의 풍량 조절범위를 연산하는 단계와;
I) 풍량제어컨트롤러가 인버터 또는 베인 댐퍼를 이용 흡입송풍기 및 토출송풍기의 풍량을 조절하는 풍량조절단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법을 제공함으로써 달성된다.

바람직한 실시예로, 상기 H) 단계에서 송풍기의 풍량 조절 설정시의 지속시간은 5분 ∼ 10분으로 조절할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 I) 단계에서 송풍기의 풍량 조절 범위는 최대 40% 까지인 저점기준 60%까지 무단으로 변속할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 I) 단계에서 풍량조절은 흡입송풍기 및 토출송풍기를 구동하는 모터와, 회로연결되어 모터의 회전주파수를 제어하여 풍속을 조절하는 인버터로 구성하여 풍속 조절에 의한 풍량을 조절할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 I) 단계에서 풍량조절은 흡입송풍기 및 토출송풍기의 공기유입단에 설치된 모터에 의해 구동되는 베인 댐퍼와, 이 모터의 회전각을 조절하는 각도조절컨트롤러로 구성하여 베인 댐퍼의 개폐량 조절에 의해 직접 풍량을 조절할 수 있다.

삭제

상기와 같이 본 발명은 공조기를 구성하는 토출 및 흡입 송풍기의 풍량을 열교환기에 공급되는 냉매의 흐름량 변화에 따라 자동 조절되어 온도 안정 후 공조기로 유입되는 순환공기 및 실내로 토출되는 풍량을 적정 풍량으로 공급함으로써 쾌적한 공조환경 조성된다는 장점과,

또한 냉매의 유량에 따라 토출 및 흡입 송풍기의 풍량이 자동 조절됨으로 인해 불필요한 실외기의 작동 및 송풍기를 구동하는 모터의 전력을 방지하여 에너지 낭비를 방지하였다는 장점과,

또한 실외기의 최대운전 조건이 아닐 때 발생하던 토출 및 흡입 송풍기의 최대 운전 속도를 실외기 운전 조건에 따라 낮추어 줌으로써 덕트를 통해 유입되던 소음을 저감시켜 쾌적한 실내 환경을 제공한다는 장점과,

기존 임의 풍량 조절방식(inverter)보다 공조기 시스템의 조건에 따른 조정을 하므로 인위적 조정보다 보다 적정 능력 확보할수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 인버터에 의한 송풍기의 풍량조절을 보인 공기조화기의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 베인댐퍼에 의한 송풍기의 풍량조절을 보인 공기조화기의 개략도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 인버터에 의한 송풍기의 풍량조절 방법을 보인 흐름도이고,
도 4는 종래 한 실시예에 따른 종래의 대용량 공기조화기의 개략도이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 인버터에 의한 송풍기의 풍량조절을 보인 공기조화기의 개략도이다. 도시된 한 실시예에 따른 본 발명의 공기조화기의 기본 구성은 전술한 종래의 EHP(또는 GHP)용 공기조화기의 구성과 같이 다수개의 실외기를 구비한 다중 냉난방싸이클을 가진 공조기이다. 이하 종래와 차이나는 구성 위주로 설명한다.

도시된 바와 같이 본 발명은 대용량 공조기의 열교환기에 공급되는 냉매의 흐름을 개폐하는 실내 전자식 팽창밸브(53, EEV)를 제어하는 제어컨트롤러(57)를 구비하고 있다. 따라서 실내의 전자식 팽창밸브(53)의 개폐는 실내의 공기 온도를 측정하는 공기온도센서(55)의 정보와 팽창밸브 전후단의 냉매 온도차를 측정하는 냉매온도센서(56a, 56b)의 정보를 취합한 제어컨트롤러(57)에 의해 그 개도량이 조절되어 냉매의 흐름량이 조절되게 된다.

본 발명은 이 제어컨트롤러(57)의 정보를 가지고 실외기의 운전량이나 냉매의 흐름량에 관계없이 정속(定速)회전하는 흡입송풍기(12)와 토출송풍기(41)를 제어하여 풍량을 조절하고자 하는 것이다.

이를 위해 제어컨트롤러(57)에 풍량제어컨트롤러(1)를 회로 연결하였다. 이와 같은 회로 연결에 의해 풍량제어컨트롤러(1)가 얻을 수 있는 정보는 전자식 팽창밸브(53, EEV)의 개도율에 따른 냉매의 흐름량 변화 정보이다.

냉매의 흐름량 변화 정보는 실내 공기온도를 측정하는 공기온도센서(55)의 정보와 전자식 팽창밸브 전후 냉매의 온도를 측정하는 냉매온도센서(56a, 56b)의 정보를 분석하여 적절한 개폐율을 연산하는 제어컨트롤러(57) 때문에 가능하다.

구체적으로 제어컨트롤러(57)는 실내 공기온도를 측정하는 공기온도센서(55)로부터 실내온도를 감지하여 설정된 온도와 공기 온도센서에서 감지된 감지 온도를 대비하여 감지된 온도가 설정온도에 다다르면 냉매의 흐름을 조절하는 장치인 실내의 전자식 팽창밸브(53, EEV)를 비례적으로 개폐하는 신호를 보내 실외기 운전량을 조절하거나 멈추도록 한다. 또한 실내의 전자식 팽창밸브(53, EEV)의 유입 및 배출배관에 부착된 냉매온도센서(56a, 56b)가 실내의 전자식 팽창밸브(53, EEV)가 닫혀 냉매 흐름이 막히면 온도차이를 감지하여 실외기의 운전을 조정한다. 즉, 실내의 전자식 팽창밸브(53, EEV)가 온도센서에 의해 비례로 제어되어 냉매 흐름량이 조정되면 실외기의 운전량이 변화될 수 있으므로 실내의 전자식 팽창밸브(53, EEV) 개도량을 감지, 분석 한후 실외기 운전에 영향을 주는 지연시간을 감안하여 풍량제어컨트롤러(1)가 풍량을 조정하게 된다. 풍량제어컨트롤러(1)는 이러한 처리를 수행하는 프로그램이 내장된 프로세서이다.

따라서 제어컨트롤러(57)를 통한 실내의 전자식 팽창밸브(53, EEV)의 개폐에 따른 개도율로 냉매의 흐름량 변화를 알게 되면 풍량제어컨트롤러(1)가 풍량조절수단인 인버터(2a, 2b)를 제어하여 회전주파수를 냉매흐름량 변화에 맞게 자동 조절하게 된다. 즉 공조기의 최대운전조건에 따른 실외기로부터 공급되는 냉매 유량을 기준 100%로 할때의 주파수(Hz)를 기준 주파수로 하고, 이보다 적은 냉매가 흐르면 기준 주파수보다 낮은 주파수(Hz)로 변경시켜 회전량을 변화시키는 것이다.

여기서 기준 주파수라함은 공조기의 용량에 따라 달라지는 것으로 특정되지는 않는다. 다만 저감되는 량을 백분율로 설명하면 최대운전조건 대비 40%가 조절대상이 되며 무단변속으로 조절한다. 하한 속도 값을 60%까지만 설정하는 것은 송송풍기의 송풍량이 너무 낮게 내려가면 냉방사이클 구성이 깨질 수 있기 때문이다. 즉, 무리한 송풍량 변화 시 냉동사이클의 깨짐 방지를 위함이다.

풍량조절수단인 인버터(2a, 2b)는 제어컨트롤러(57)의 제어에 의한 주파수에 따라 연결된 흡입송풍기(12)와 토출송풍기(41)의 구동 모터(121, 141)의 회전수를 변화된 주파수 만큼 회전시키게 된다.

이로 인해 흡입송풍기(12)와 토출송풍기(41)의 구동 모터(121, 141)의 회전수가 적어지면 풍속이 적어지게 되어 결과적으로 흡입송풍기(12)와 토출송풍기(41)의 풍량이 작게 조절된다. 따라서 구동 모터(121, 141)의 회전수가 작아진다는 것은 모터에 인입되는 전류치를 감소시켜 전력 소비량을 줄여주게 되어 공조기 가동에 따른 에너지 효율이 높아지게 되고, 실내의 공기는 냉매량에 따라 조절된 풍량 때문에 종래와 같이 체감온도가 저하되는 것을 방지하게 된다.

또한 도시된 제어반에서는 불필요한 중복 설명을 생략하기 위해 제어컨트롤러(57)가 개별 실외기의 전자식 팽창밸브와 연결된 것만을 도시하였으나 실제로는 공조기를 구성하는 각 장치를 제어하게 회로 연결됨은 주지의 사실이다. 이하에서 각 장치를 제어하는 것은 제어컨트롤러(57)가 행하는 것이다.

상기에서 풍량제어컨트롤러(1)는 개별 열교환기 마다 설치된 실내의 전자식 팽창밸브(EEV)와 각각 연결된 하나 이상의 제어컨트롤러 정보를 취합 분석하여 각각의 열교환기에 공급되는 전체 냉매의 흐름량에 따라 풍량조절수단을 제어한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 베인댐퍼에 의한 송풍기의 풍량조절을 보인 공기조화기의 개략도로 기본 구성은 도 1과 동일하고, 다만 풍량조절수단을 인버터 방식이 아닌 흡입송풍기 및 토출송풍기의 공기유입단에 설치되어 직접 풍량을 조절함으로써 흡입송풍기 및 토출송풍기에 설치된 모터의 소비전력을 저감시키는 모터(301a, 301b)로 구동되는 베인 댐퍼(3a, 3b)로 구성한 것만 차이가 있다. 베인댐퍼란 쉽게 말하면 회전 날개에 의한 개구개폐장치이다. 이와 같은 베인 댐퍼의 개폐를 냉매 흐름량 변화에 따라 조절하기 위해 본 발명에서는 베인댐퍼를 구동시키는 모터(301a, 301b)가 냉매량 변화에 따라 조절되도록 모터와 각도조절컨트롤러(2c, 2d)를 연결하여 모터의 회전각을 조절하였다. 여기서 모터는 회전각이 조절되는 모터로 슬립모터 또는 감속기에 의해 회전각이 조절되는 모터를 말한다.

각도조절컨트롤러(2c, 2d)는 도시된 바와 같이 풍량제어컨트롤러(1)와 회로연결됨으로 인해 풍량제어컨트롤러(1)의 제어에 따라 모터의 회전각을 냉매흐름량에 맞춰 조절하게 된다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 인버터에 의한 송풍기의 풍량조절 방법을 보인 흐름도이다. 본 발명에 따른 송풍기의 풍량 조절을 위한 제어 흐름을 냉방시를 기준으로 설명한다.(난방시의 작동 흐름 역시 동일하다.)

A) 공조기 가동단계(S100)

: 전원 인가후 흡입송풍기와 토출송풍기를 가동시켜 송풍운전을 개시하고 제어컨트롤러를 통해 전자식 팽창밸브의 개도율을 100%로 하여 운전한다.

B) 온도 설정단계(S200)

: 제어반의 온도설정부를 조작하여 실내 온도를 설정하는 단계이다.

C) 실내공기 온도 차이 판단단계(S300)

: 제어컨트롤러가 실내에 설치된 공기온도 센서를 통해 실내온도를 감지하여 감지된 온도와 설정온도 차이를 판단하는 단계이다.

D) 실외기 운전단계(S400)

: 제어컨트롤러가 공기온도 센서를 통해 측정된 실내공기 온도가 설정온도에 도달하지 못했으면 실외기를 가동시킨다.

E) 냉매온도 차이 판단단계(S500)

: 제어컨트롤러는 전자식 팽창밸브의 유입 및 배출배관에 부착된 냉매온도센서를 통해 냉매의 온도가 설정온도에 도달했는지를 감지한다.

F) 전자식 팽창밸브 개도율 조절단계(S600)

: 제어컨트롤러는 냉매온도센서로부터 측정된 온도가 설정 온도에 도달하면 냉매 흐름량을 조절하기 위해 전자식 팽창밸브의 개도율을 작게 조절하고 실외기의 운전량을 조절한다.

G) 전자식 팽창밸브 개도율 조절 감지단계(S700)

: 풍량제어컨트롤러는 제어컨트롤러를 통해 하나 이상의 전자식 팽창밸브의 개도량 변화가 있는지를 감지하고 분석한다.

H) 송풍기 풍량 조절 범위 연산단계(S800)

: 풍량제어컨트롤러는 제어컨트롤러를 통해 전자식 팽창밸브의 개도량 변화시 전자식 팽창밸브의 초기 개도량과 변경된 전체 전자식 팽창밸브의 개도량을 연산하여 송풍기의 풍량 조절범위를 결정한다.

이때 송풍기의 풍량 조절 설정시의 지속시간은 5분 ∼ 10분으로 용량에 따라 임의 조절할 수 있다.

I) 풍량조절단계(S900)

: 풍량제어컨트롤러는 인버터 또는 베인 댐퍼(FAN inlet vane damper)를 이용 흡입송풍기 및 토출송풍기의 풍량을 조절한다.

여기서 인버터 방식은 전자식 팽창밸브의 개도율 연산에 따른 비율 계산후 인버터 Hz 변경에 따른 송풍기 모터의 회전수 변경 방식, 즉 흡입송풍기 및 토출송풍기에 설치된 모터의 회전주파수를 제어에 의해 풍속을 조절하는 인버터를 구비하여 풍속 조절에 의한 풍량을 조절하는 방식이다.

또한 베인 댐퍼(FAN inlet vane damper) 방식은 흡입송풍기 및 토출송풍기의 공기유입단에 설치되어 직접 풍량을 조절함으로써 흡입송풍기 및 토출송풍기에 설치된 모터의 소비전력을 저감시키는 방식이다.

J) 상기 단계 수행 후 실내 부하가 상승할 시는 I)단계의 역작용대로 진행시킨다.

또한 상기 제어 설정시 주의 사항은 송풍기의 풍량 조정범위는 최대 40% 정도 즉, 100%를 기준으로 60%를 저점 풍량으로 하여 자동 조절하도록 구성한다. 40% 내에서는 단계별이 아닌 무단으로 조절한다.

또한 공조기가 가동을 멈추면 모든 데이터(data)는 초기 설정 값으로 환원한다.

또한 송풍기 풍량의 빈번한 변화를 방지하기 위해 필히 지속시간을 설정한다. 바람직한 지속시간은 최소 5분 ∼ 10분으로 용량에 따라 조정한다. 이와 같은 시간일 때 대형 송풍기에 기계적 무리를 주지 않게 된다. 즉, 5분 미만이면 너무 변화가 심하여 냉동싸이클의 밸런스를 맞추기 힘들고 10분 까지면 충분하고, 이보다 더 큰 시간은 더 이상의 조절 의미가 없기 때문이다.

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본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 풍량제어컨트롤러 (2a, 2b) : 인버터
(2c, 2d) : 각도조절컨트롤러 (3a, 3b) : 베인 댐퍼
(12) : 흡입송풍기 (41) : 토출송풍기
(57) : 제어컨트롤러 (121, 411) : 구동 모터

Claims

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A) 대용량 EHP(GHP)형 공조기 전원 인가후 흡입송풍기와 토출송풍기를 가동시켜 송풍운전을 개시하고 제어컨트롤러를 통해 전자식 팽창밸브의 개도율을 100%로 하여 운전하는 공조기 가동단계와;
B) 제어반의 온도설정부를 조작하여 실내 온도를 설정하는 단계와;
C) 제어컨트롤러가 실내에 설치된 공기온도 센서를 통해 실내온도를 감지하여 감지된 온도와 설정온도 차이를 판단하는 단계와;
D) 제어컨트롤러가 공기온도 센서를 통해 측정된 실내공기 온도가 설정온도에 도달하지 못했으면 실외기를 가동시키는 단계와;
E) 제어컨트롤러가 전자식 팽창밸브의 유입 및 배출 배관에 부착된 냉매온도센서 간의 냉매온도 차이를 감지하여 냉매의 온도가 설정온도에 도달했는지를 판단하는 단계와;
F) 제어컨트롤러가 냉매온도센서로부터 측정된 온도가 설정 온도에 도달하면 냉매 흐름량을 조절하기 위해 전자식 팽창밸브의 개도율을 작게 조절하고 실외기의 운전량을 조절하는 전자식 팽창밸브 개도율 조절단계와;
G) 풍량제어컨트롤러가 제어컨트롤러를 통해 하나 이상의 전자식 팽창밸브의 개도량 변화가 있는지를 감지하는 단계와;
H) 풍량제어컨트롤러는 제어컨트롤러를 통해 전자식 팽창밸브의 개도량 변화시 전자식 팽창밸브의 초기 개도량과 변경된 전체 전자식 팽창밸브의 개도량을 분석하여 송풍기의 풍량 조절범위를 연산하는 단계와;
I) 풍량제어컨트롤러가 인버터 또는 베인 댐퍼를 이용 흡입송풍기 및 토출송풍기의 풍량을 조절하는 풍량조절단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 H) 단계에서 송풍기의 풍량 조절 설정시의 지속시간은 5분 ∼ 10분으로 조절하는 것을 특징으로 하는 직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 I) 단계에서 송풍기의 풍량 조절 범위는 최대 40% 까지인 저점기준 60%까지 무단으로 변속하도록 한 것을 특징으로 하는 직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 I) 단계에서 풍량조절은 흡입송풍기 및 토출송풍기를 구동하는 모터와, 회로연결되어 모터의 회전주파수를 제어하여 풍속을 조절하는 인버터로 구성하여 풍속 조절에 의한 풍량을 조절하는 것을 특징으로 하는 직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 I) 단계에서 풍량조절은 흡입송풍기 및 토출송풍기의 공기유입단에 설치된 모터에 의해 구동되는 베인 댐퍼와, 이 모터의 회전각을 조절하는 각도조절컨트롤러로 구성하여 베인 댐퍼의 개폐량 조절에 의해 직접 풍량을 조절하는 것을 특징으로 하는 직접팽창방식 공조기의 냉매 흐름량 변화에 따른 송풍기 풍량 자동 제어 방법.