KR101166385B1 - 수열원 공기 조화 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수열원 공기 조화 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 수열원의 물과 냉매 사이의 열교환을 위해 상기 수열원과 수배관으로 연결된 실외 열교환기를 가지는 적어도 하나의 공기조화기와, 상기 수배관에 설치되어 상기 수열원의 물을 상기 실외 열교환기로 보내는 순환펌프와, 상기 수열원에서 상기 실외 열교환기로 흐르는 물의 양을 조절하는 적어도 하나의 유량 밸브를 포함한다.

Description

수열원 공기 조화 시스템 및 그 제어방법{A air conditioning system by water source and control method thereof}

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 수열원 공기 조화 시스템을 도시한 도면이다.

도2는 도1에 도시한 공기조화기의 냉매유로도이다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 수열원 공기 조화 시스템의 블록도이다.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 수열원 공기 조화 시스템의 제어방법을 도시한 흐름도이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

10:수열원 11:순환펌프

16:수열원 마이컴 18:공급배관

19:배출배관 20:공기조화기

21:실외기 22:실외 열교환기

24:저압센서 25:응축온도센서

28:실외기 마이컴 29:메모리

40:유량 밸브

본 발명은 수열원 공기 조화 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수열원에서 각 공기조화기로 흐르는 물의 양을 적절하게 조절하는 수열원 공기 조화 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 수열원 공기 조화 시스템은 냉난방 운전이 가능한 공기조화기의 실외 열교환기에 송풍팬이 아닌 급수관을 설치하여 급수관으로 공급된 물과 냉매관을 흐르는 냉매 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 시스템이다.

즉, 종래의 수열원 공기 조화 시스템은 대한민국 공개특허공보 특2005-46844(수냉식 공기조화기)호에 개시된 바와 같이 저장탱크(수열원)에서 흘러온 물이 수냉식 응축기로 들어가 냉각수 유동부를 지나면서 냉매 유동부를 흐르는 냉매와 열교환을 하고 다시 저장탱크로 귀환하였다. 또한, 전술한 특2005-46844호에 명시되지는 않았으나 종래의 수열원 공기 조화 시스템은 저장탱크와 수냉식 응축기를 연결하는 수배관에 설치된 온/오프 밸브와, 저장탱크의 물을 수냉식 응축기로 펌핑해주는 순환펌프를 구비하였다.

저장탱크는 물의 냉각을 위해 주로 냉각탑이 이용되었으며, 난방운전시 따뜻한 물을 수냉식 응축기로 보내기 위해 보일러 등을 이용하기도 하였다. 또한, 수열원 공기 조화 시스템이 복수의 수냉식 응축기와 복수의 실내기를 가지는 멀티 에어컨 시스템이면 전술한 온/오프 밸브는 수냉식 응축기들과 연결된 각 수배관에 설치 되었다.

그러나, 이와 같은 종래의 수열원 공기 조화 시스템은 온/오프 밸브를 사용하므로 수냉식 응축기에 단순히 고정량의 물을 공급하거나 차단할 수 있었을 뿐 공급되는 물의 양을 적절하게 조절하지 못하여 수열원 공기 조화 시스템의 전체 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

즉, 냉방운전시 저장탱크에서 공급되는 물의 수온이 상대적으로 낮으면 물의 수온이 높을 때 보다 적은 양의 물만 공급하여도 냉방운전의 성능 확보에는 지장이 없고, 반대로 난방운전시 저장탱크에서 공급되는 물의 수온이 상대적으로 높으면 물의 수온이 낮을 때 보다 적은 양의 물만 공급하여도 난방운전의 성능 확보에는 지장이 없으나 온/오프밸브는 공급되는 냉각수량을 조절하지 못하므로 순환펌프는 필요 이상의 냉각수를 계속 펌핑할 수 밖에 없고 이에 따라 전체 시스템의 효율이 떨어졌다.

또한, 저장탱크에 복수의 수냉식 응축기가 연결되어 냉방 또는 난방운전될 때 각 실외 열교환기의 능력 또는 각 실외 열교환기에 연결된 실내기의 수 등에 따라 각 수냉식 응축기에 흘려 주어야 할 정격 유량이 다름에도 불구하고 온/오프 밸브를 사용하므로 모든 수냉식 응축기에 같은 양의 물을 흘려 줄 수 밖에 없어 일부 수냉식 응축기에 필요한 만큼의 물이 공급되지 않거나 다른 수냉식 응축기에 필요 이상의 물이 공급되어 전체 시스템의 효율이 떨어졌다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 개도의 조절이 가능한 유량 밸브를 사용하여 수열원에서 공기조화기로 적정량이 물이 흐르게 하는 수열원 공기 조화 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수열원의 물과 냉매 사이의 열교환을 위해 상기 수열원과 수배관으로 연결된 실외 열교환기를 가지는 적어도 하나의 공기조화기와, 상기 수배관에 설치되어 상기 수열원의 물을 상기 실외 열교환기로 보내는 순환펌프와, 상기 수열원에서 상기 실외 열교환기로 흐르는 물의 양을 조절하는 적어도 하나의 유량 밸브를 포함한다.

또한, 상기 유량 밸브는 개도를 자유롭게 변경할 수 있는 밸브이다.

또한, 수열원의 물과 냉매 사이의 열교환을 위해 상기 수열원과 수배관으로 연결된 실외 열교환기를 가지는 적어도 하나의 공기조화기와, 상기 수열원에서 상기 실외 열교환기로 흐르는 물의 양을 조절하는 적어도 하나의 유량 밸브를 포함하고, 상기 적어도 하나의 공기조화기는 상기 실외 열교환기의 배출측 온도를 측정하는 응축온도센서와, 압축기의 흡입측 압력을 측정하는 저압센서와, 냉방운전시 상기 실외 열교환기의 배출측 온도가 목표 응축온도가 되도록 상기 유량 밸브의 개도를 제어하고, 난방운전시 상기 압축기의 흡입측 압력이 목표 저압이 되도록 상기 유량 밸브의 개도를 제어하는 마이컴을 가진다.

또한, 상기 마이컴은 상기 실외 열교환기의 배출측 온도가 상기 목표 응축온도 보다 높으면 상기 유량 밸브의 개도가 증가되도록 상기 유량 밸브를 제어하고, 상기 실외 열교환기의 배출측 온도가 상기 목표 응축온도 보다 낮으면 상기 유량 밸브의 개도가 감소되도록 상기 유량 밸브를 제어한다.

또한, 상기 마이컴은 상기 압축기의 흡입측 압력이 목표 저압 보다 높으면 상기 유량 밸브의 개도가 감소되도록 상기 유량 밸브를 제어하고, 상기 압축기의 흡입측 압력이 목표 저압 보다 낮으면 상기 유량 밸브의 개도가 증가되도록 상기 유량 밸브를 제어한다.

또한, 수열원과 수배관으로 연결된 실외 열교환기를 가지는 공기조화기의 운전모드가 냉방운전모드인지 판단하고, 상기 공기조화기가 냉방운전모드이면 상기 공기조화기의 응축온도가 목표 응축온도가 되도록 상기 수배관에 설치된 유량밸브의 개도를 조절한다.

또한, 상기 공기조화기의 응축온도가 상기 목표 응축온도 보다 높으면 상기 유량 밸브의 개도를 증가시키고, 상기 공기조화기의 응축온도가 상기 목표 응축온도 보다 낮으면 상기 유량 밸브의 개도를 감소시킨다.

또한, 상기 응축온도는 상기 실외 열교환기의 배출측에서 측정한 온도이다.

또한, 수열원과 수배관으로 연결된 실외 열교환기를 가지는 공기조화기의 운전모드가 난방운전모드인지 판단하고, 상기 공기조화기가 난방운전모드이면 상기 공기조화기의 압축기 흡입측 압력이 목표 저압이 되도록 상기 수배관에 설치된 유량밸브의 개도를 조절한다.

또한, 상기 공기조화기의 압축기 흡입측 압력이 목표 저압 보다 높으면 상기 유량밸브의 개도를 감소시키고, 상기 공기조화기의 압축기 흡입측 압력이 목표 저압 보다 낮으면 상기 유량밸브의 개도를 증가시킨다.

또한, 수열원과 수배관으로 연결된 실외 열교환기를 가지는 공기조화기의 운전모드가 냉방운전모드인지 난방운전모드인지 판단하고, 상기 공기조화기가 냉방운전모드이면 상기 공기조화기의 응축온도가 목표 응축온도가 되도록 상기 실외 열교환기로 흐르는 물의 양을 변경할 수 있는 유량밸브의 개도를 조절하고, 상기 공기조화기가 난방운전모드이면 상기 공기조화기의 압축기 흡입측 압력이 목표 저압이 되도록 상기 유량밸브의 개도를 조절한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 도1에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 수열원 공기 조화 시스템은 물을 저장하는 수열원(10)과, 복수의 공기조화기(20)와, 수열원(10)에서 복수의 공기조화기(20)로 공급되는 물이 흐르는 공급배관(18)과, 복수의 공기조화기(20)를 거쳐 수열원(10)으로 귀환하는 물이 흐르는 배출배관(19)을 포함한다.

또한, 본 발명의 수열원 공기 조화 시스템은 수열원(10)의 물을 각 공기조화기(20)로 펌핑하는 순환펌프(11)와, 수열원(10)에서 공기조화기(20)로 공급되는 물의 온도 및 수압을 각각 측정하는 공급온도센서(12) 및 공급수압센서(13)와, 공기조화기(20)에서 배출되어 수열원(10)으로 흐르는 물의 온도 및 수압을 각각 측정하는 배출온도센서(14) 및 배출수압센서(15)와, 각 공기조화기(20)로 흐르는 물의 양을 조절하는 복수의 유량 밸브(40)를 포함한다. 유량 밸브(40)는 종래에 사용되던 온/오프 밸브와 달리 개도를 자유롭게 변경할 수 있다.

도2에 도시한 바와 같이 도1의 공기조화기(20)는 실외기(21) 및 실외기(21)에 연결된 복수의 실내기(31)를 가진다. 실외기(21)는 냉매를 압축하는 압축기(23) 와, 압축기(23)에서 토출되는 냉매의 흐름방향을 조절하는 사방밸브(27)와, 압축기(23)에서 전달된 냉매와 수열원(10)에서 공급된 물 사이의 열교환이 이루어지는 실외 열교환기(22)와, 실외 열교환기(22)에서 전달된 냉매를 팽창시킴과 아울러 실외 열교환기(22)에서 토출되는 냉매의 흐름을 조절하는 전동변(26)을 포함한다.

또한, 압축기(23)의 흡입측 에는 압축기(23) 흡입측의 압력(즉, 저압)을 측정하는 저압센서(24)가 설치되고, 실외 열교환기(22)의 배출측(단, 냉방운전시를 기준으로) 에는 실외 열교환기(22)에서 응축된 냉매의 온도(즉, 응축온도)를 측정하는 응축온도센서(25)가 설치된다. 실내기(31)는 내부에 실내 열교환기(미도시)와 송풍팬(미도시)을 구비한다.

도3에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 수열원 공기 조화 시스템은 도1 및 도2에 도시한 구성요소들외에 수열원(10)의 물을 가열하기 위한 보일러(17)와, 순환펌프(11) 및 보일러(17)를 제어하는 수열원 마이컴(16)과, 유량 밸브(40)와 공기조화기(20)를 제어하는 실외기 마이컴(28)과, 유량 밸브(40)의 개도 변화량 테이블을 저장하는 메모리(29)와, 실내기(31)의 동작을 제어하고 실외기 마이컴(28)과 통신하는 실내기 마이컴(32)을 구비한다.

수열원 마이컴(16)에는 냉방운전시 공기조화기(20)로 공급되는 물 및 공기조화기(20)에서 배출되는 물의 적정 수온(예를 들면 각각 30℃ 및 26℃)과 난방운전시 공기조화기(20)로 공급되는 물 및 공기조화기(20)에서 배출되는 물의 적정수온(예를 들면 각각 20℃와 16℃)이 저장되어 있으며, 공급배관(18)의 적정압력과 배출배관(19)의 적정압력도 저장되어 있다. 실외기 마이컴(28)에는 실외기(21)의 운 전능력에 부합하는 정격 유량이 실외 열교환기(22)로 공급되도록 설정된 유량 밸브(40)의 기준 개도가 저장되어 있다.

유량 밸브(40)의 개도 변화량 테이블은 냉방운전에서는 측정 응축온도가 목표 응축온도가 되도록 하는 유량 밸브(40)의 개도 변화량을, 난방운전에서는 압축기 흡입측 압력이 목표 저압이 되도록 하는 유량 밸브(40)의 개도 변화량을 정리한 테이블이다. 즉, 각 측정 응축온도와 목표 응축온도의 차이에 상응하는 유량 밸브(40)의 개도 변화량 및 측정된 압축기 흡입측 압력과 목표 저압의 차이에 상응하는 유량 밸브(40)의 개도 변화량이 테이블로 정리되어 있다. 위에서 각 개도 변화량은 수열원 공기 조화 시스템의 제조사가 냉방 또는 난방 운전을 하면서 다양한 실험을 거쳐 설정함이 바람직하며, 목표 응축온도 및 목표 저압도 다양한 실험을 거쳐 선택할 수 있다.

도4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 수열원 공기 조화 시스템의 제어방법을 설명한다. 수열원(10)과 연결된 복수의 공기조화기(20) 중에서 하나 이상의 공기조화기(20)에 냉방운전 또는 난방운전 명령이 입력되면 그 공기조화기는 냉방운전 또는 난방운전을 시작하고, 냉방운전 또는 난방운전을 시작한다는 사실을 통신으로 수열원 마이컴(16)에 알린다. 또한, 실외기 마이컴(28)은 유량 밸브(40)가 기준 개도로 개방되게 한다.

수열원 마이컴(16)은 공기조화기(20)의 운전사실이 통보되면 순환펌프(11)를 구동하여 수열원(10)의 물이 실외 열교환기(22)로 흐르도록 한다. 이 때, 수열원 마이컴(16)은 공급온도센서(12)와 배출온도센서(14)의 출력값에서 공기조화기(20) 로 공급되는 물의 온도와 공기조화기(20)에서 배출되는 물을 온도를 확인한다. 그리고, 수열원(10)에서 공기조화기(20)로 흐르는 물의 온도가 냉방운전의 적정수온 및 난방운전의 적정수온을 유지할 수 있도록 필요에 따라 보일러(17) 등을 가동시킨다.

또한, 수열원 마이컴(16)은 공급수압센서(13) 및 배출수압센서(15)의 출력값을 체크하여 공급배관(18)의 압력 및 배출배관(19)의 압력을 확인한다. 그리고, 이 압력들이 냉방운전 또는 난방운전되는 공기조화기(20)의 수에 관계없이 적정하게 유지되도록 순환펌프(11)의 운전을 조절한다.

한편, 실외기 마이컴(28)은 공기조화기(20)의 운전모드가 냉방운전인지 판단하여(50) 만약 냉방운전이면 응축온도센서(25)에서 측정된 응측온도를 확인한다(52). 그리고, 측정된 응축온도가 목표 응축온도와 같은지 판단한다(54). 만약 측정된 응축온도가 목표 응축온도와 같다면 유량 밸브(40)의 개도를 유지하고(62), 측정된 응축온도가 목표 응축온도와 다르다면 측정된 응축온도가 목표 응축온도 보다 높은지 판단한다(56).

측정된 응측온도가 목표 응축온도 보다 높다고 판단되면 공급되는 물의 수온이 상대적으로 높은 이유 등으로 냉매가 충분히 응축되지 못하는 것으로 보아 실외기 마이컴(28)은 더 많은 물이 공기조화기(20)로 흐르도록 유량 밸브(40)의 개도를 증가시킨다(60). 이 때 유량 밸브의 개도 변화량은 메모리(29)에 저장된 테이블을 참고한다.

반대로 측정된 응측온도가 목표 응축온도 보다 낮다면 공급되는 물의 수온이 상대적으로 낮은 이유 등으로 냉매가 필요 이상으로 응축되는 것으로 보아 실외기 마이컴(28)은 더 적은 물이 공기조화기로 흐르도록 유량 밸브(40)의 개도를 감소시킨다(58). 그리고, 사이클을 종료한다.

한편, 50단계에서 공기조화기(20)의 운전모드가 냉방운전이 아니라면 실외기 마이컴(28)은 공기조화기(20)의 운전모드가 난방운전인지 판단한다(64). 만약 공기조화기(20)가 난방운전이 아니면 사이클을 종료하고, 난방운전이면 저압센서(24)에서 측정된 압축기 흡입측 압력(저압)을 확인한다(66). 그리고, 측정된 저압이 목표 저압과 같은지 판단한다(68).

만약 측정된 저압이 목표 저압과 같다면 유량 밸브(40)의 개도를 유지하고(70), 측정된 저압이 목표 저압과 다르다면 측정된 저압이 목표 저압 보다 높은지 판단한다(72).

측정된 저압이 목표 저압 보다 높다고 판단되면 공급되는 물의 수온이 상대적으로 높은 이유 등으로 냉매가 필요 이상으로 기화하는 것으로 보아 실외기 마이컴(28)은 더 적은 물이 공기조화기(20)로 흐르도록 유량 밸브(40)의 개도를 감소시킨다(74). 이 때 유량 밸브의 개도변화량은 메모리(29)에 저장된 테이블을 참고한다.

반대로 측정된 저압이 목표 저압 보다 낮다면 공급되는 물의 수온이 상대적으로 낮은 이유 등으로 냉매가 충분히 기화하지 못하는 것으로 보아 실외기 마이컴(28)은 더 많은 물이 공기조화기(20)로 흐르도록 유량 밸브(40)의 개도를 증가시킨다(76).

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 수열원에서 각 공기조화기로 공급되는 물의 양이 적절히 조절되므로 임의의 공기조화기에 필요 이상의 물이 공급되거나 필요한 양 보다 적은 양의 물이 공급되는 것을 방지하여 시스템의 효율을 향상시키면서도 신뢰성을 확보할 수 있다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 수열원의 물과 냉매 사이의 열교환을 위해 상기 수열원과 수배관으로 연결된 실외 열교환기를 가지는 적어도 하나의 공기조화기와,

   상기 수열원에서 상기 실외 열교환기로 흐르는 물의 양을 조절하는 적어도 하나의 유량 밸브를 포함하고,

   상기 적어도 하나의 공기조화기는 상기 실외 열교환기의 배출측 온도를 측정하는 응축온도센서와, 압축기의 흡입측 압력을 측정하는 저압센서와, 냉방운전시 상기 실외 열교환기의 배출측 온도가 목표 응축온도가 되도록 상기 유량 밸브의 개 도를 제어하고, 난방운전시 상기 압축기의 흡입측 압력이 목표 저압이 되도록 상기 유량 밸브의 개도를 제어하는 마이컴을 가지는 수열원 공기 조화 시스템
4. 제3항에 있어서,

   상기 마이컴은 상기 실외 열교환기의 배출측 온도가 상기 목표 응축온도 보다 높으면 상기 유량 밸브의 개도가 증가되도록 상기 유량 밸브를 제어하고, 상기 실외 열교환기의 배출측 온도가 상기 목표 응축온도 보다 낮으면 상기 유량 밸브의 개도가 감소되도록 상기 유량 밸브를 제어하는 수열원 공기 조화 시스템
5. 제3항에 있어서,

   상기 마이컴은 상기 압축기의 흡입측 압력이 목표 저압 보다 높으면 상기 유량 밸브의 개도가 감소되도록 상기 유량 밸브를 제어하고, 상기 압축기의 흡입측 압력이 목표 저압 보다 낮으면 상기 유량 밸브의 개도가 증가되도록 상기 유량 밸브를 제어하는 수열원 공기 조화 시스템
6. 수열원과 수배관으로 연결된 실외 열교환기를 가지는 공기조화기의 운전모드가 냉방운전모드인지 판단하고,

   상기 공기조화기가 냉방운전모드이면 상기 공기조화기의 응축온도가 목표 응축온도가 되도록 상기 수배관에 설치된 유량밸브의 개도를 조절하는 수열원 공기 조화 시스템의 제어방법
7. 제6항에 있어서,

   상기 공기조화기의 응축온도가 상기 목표 응축온도 보다 높으면 상기 유량 밸브의 개도를 증가시키고, 상기 공기조화기의 응축온도가 상기 목표 응축온도 보다 낮으면 상기 유량 밸브의 개도를 감소시키는 수열원 공기 조화 시스템의 제어방법
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 응축온도는 상기 실외 열교환기의 배출측에서 측정한 온도인 수열원 공기 조화 시스템의 제어방법
9. 수열원과 수배관으로 연결된 실외 열교환기를 가지는 공기조화기의 운전모드가 난방운전모드인지 판단하고,

   상기 공기조화기가 난방운전모드이면 상기 공기조화기의 압축기 흡입측 압력이 목표 저압이 되도록 상기 수배관에 설치된 유량밸브의 개도를 조절하는 수열원 공기 조화 시스템의 제어방법
10. 제9항에 있어서,

    상기 공기조화기의 압축기 흡입측 압력이 목표 저압 보다 높으면 상기 유량밸브의 개도를 감소시키고, 상기 공기조화기의 압축기 흡입측 압력이 목표 저압 보 다 낮으면 상기 유량밸브의 개도를 증가시키는 수열원 공기 조화 시스템의 제어방법
11. 수열원과 수배관으로 연결된 실외 열교환기를 가지는 공기조화기의 운전모드가 냉방운전모드인지 난방운전모드인지 판단하고,

    상기 공기조화기가 냉방운전모드이면 상기 공기조화기의 응축온도가 목표 응축온도가 되도록 상기 실외 열교환기로 흐르는 물의 양을 변경할 수 있는 유량밸브의 개도를 조절하고, 상기 공기조화기가 난방운전모드이면 상기 공기조화기의 압축기 흡입측 압력이 목표 저압이 되도록 상기 유량밸브의 개도를 조절하는 수열원 공기 조화 시스템의 제어방법

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