KR101286708B1

KR101286708B1 - 공조기 냉동수 공급시스템

Info

Publication number: KR101286708B1
Application number: KR1020130060356A
Authority: KR
Inventors: 허상욱
Original assignee: (주) 우림
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2013-07-16

Abstract

적어도 하나 이상의 공조기 냉방 코일에 냉동수를 공급하여 온도를 조절하는 공조기 냉동수 공급시스템에 있어서, 냉동수 공급펌프의 압력을 감지하는 정밀 압력 감지 센서와 상기 냉동수 공급펌프로부터 상기 공조기 냉방코일로 공급되는 냉동수의 유입을 제어하는 냉동수 공급 밸브와 상기 정밀 압력 감지 센서에서 측정된 압력값과 상기 냉동수 공급밸브의 개방도값을 입력받는 PLC(Program Logic Controller)와 상기 압력값과 상기 개방도값이 연산된 PLC의 출력값에 따라 상기 냉동수 공급펌프의 냉동수 공급량을 제어하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조기 냉동수 공급시스템.

Description

공조기 냉동수 공급시스템 {AIRCONDITIONER FREEZE WATER SUPPLY SYSTEM}

본 발명은 공조기 냉동수 공급시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 하나 이상의 공조기 냉방코일에 냉동수를 공급하여 온도를 조절하는 공조기 냉동수 공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로 냉동시스템이란 특정계의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 항온장치의 일종으로, 현재 가장 광범위하게 적용되는 것은 증기압축방식이다.

등록특허 제 10-0811789호에 의한 전자팽창밸브 제어식 냉동시스템(10)에는 증기압축 방식으로 항온할 수 있도록 하는 기술이 개시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기와 상기 압축된 냉매를 액화시키는 응축기(1)와 상기 액화된 냉매를 분사하는 전자팽창밸브(4)와 상기 전자팽창밸브로부터 분사된 냉매를 기화시킨 후 상기 압축기로 회수 되도록하는 증발기(9), 상기 전자팽창밸브로부터 상기 증발기로 유입되는 냉매의 흐름을 각각 온/오프 단속하는 단속밸브(5)와 상기 증발기에서 열 교환된 냉매가 순환되는 피 냉각장치(7) 및 상기 전자팽창밸브에서 분사되는 냉매의 양을 제어하여 상기 피 냉각장치의 온도를 제어하는 온도제어수단(8)으로 구성되어 온도감지센서와 압력 감지 센서의 신호에 의해 전자팽창밸브를 제어하여 냉각 및 항온을 유지시키는 시스템이다.

그러나, 냉매 공급 압력이 상승하면 냉매 공급 펌프의 회전수를 제어할 수 없기 때문에, 운전 전력 비용이 증가하여 에너지 손실이 발생되고, 냉매의 공급 압력 또한 일정하게 유지하기 어렵다.

종래에는 상기에 기술한 냉동기를 이용한 온도 제어 시에 일정한 온도를 유지하기 위한 목적으로 상기 냉동기의 전원을 온/오프 시키는 방법과 냉동기 내부의 히터를 이용하여 온도를 제어하는 방법 및 냉매가스를 이용하여 온도를 제어하는 방법 등이 있다.

그러나 종래의 온도 제어 방법 중 냉동기의 전원을 온/오프 방법은 작업자가 직접 냉동기의 전원을 온/오프 시켜야하는 번거로움이 있으며, 냉동기가 꺼진 상태에서 다시 구동시켜 온도를 제어해야하므로 적정한 온도를 유지하는데 걸리는 시간과 전력이 과도하게 소모되는 문제점이 있고, 냉동기를 온/오프 할 경우 일정한 온도를 제어하는데 한계가 있으며, 히터 및 냉매가스를 통하여 온도를 제어하는 것 또한 히터를 구동시키고 냉매가스를 주입하여 온도를 제어해야 하므로 이에 따른 전력소모가 과도하게 이루어지는 문제점이 상존한다.

또한, 일반적으로 실내를 냉방하기위해 열을 흡수하여 냉각된 냉기를 공급하는 실내기와 공급되는 냉매가스를 다시 냉매액으로 상변화 시키면서 고온고압의 폐열을 방출하는 실외기로 구성된다.

실외기에는 응축기를 냉각하는 방식에 따라서 공기로 냉각하는 공냉식과 물(냉각수)로 냉각하는 수냉식이 있다.

일반적으로 수냉식 냉방장치는 냉각수를 공급하여 수냉식 응축기를 냉각하는 쿨링 타워로 구성된다.

쿨링 타워는 하절기용으로 하절기에만 냉방을 사용하는 대형 건물에 사용하고 있는데 쿨링 타워는 개방형으로 오픈되어 있기 때문에 냉각수가 증발하는 문제가 있었고 특히 겨울에는 펌프가 작동하지 않으면 냉각수가 얼어버리는 문제가 있다.

이러한 쿨링 타워 방식의 문제점을 해결한 것이 클리콜 쿨러 방식인데 부동액을 넣어서 사계절 내내 사용이 가능한 방식으로 냉방한다.

그러나 상기와 같은 종래기술은 겨울에도 수냉식 냉방을 수행할 수 있으나 압축기가 구동되므로 많은 전력 소모를 요구하는 문제점이 있다.

한편, 종래부터 냉온수를 열매체로 하는 공조 제어 시스템에서는, 열원 기기로 냉온수를 생성하고, 이 열원 기기로 생성한 냉온수를 순환 펌프를 통해 부하 기기에 보내도록 하고 있다.

이 경우 열원 기기로부터의 부하 기기의 냉온수의 송수압은, 순환 펌프의 출력을 조정함으로써 일정값으로 유지된다.

이러한 공조 제어 시스템에 있어서, 열원 기기를 냉동기로 한 경우 냉동기로부터의 냉수의 송수 온도를 보다 높게 하면 부하 기기측에서의 냉각 능력은 내려가기 때문에 냉수의 요구 유량이 증대한다.

냉수의 요구 유량이 증대하면, 송수압이 내려가기 때문에, 이 송수압을 일정값으로 유지하기 위해, 순환 펌프의 출력이 오른다.

한편, 냉동기는 생성하는 냉수의 온도를 높게 하면 효율이 향상되기 때문에 냉동기 출력이 내려간다.

즉, 송수 온도를 올리면 냉동기의 사용 에너지량은 감소하며 순환 펌프의 사용 에너지량은 증대한다.

이에 대하여, 냉동기로부터의 냉수의 송수 온도를 보다 낮게 하면 부하 기기측에서의 냉각 능력은 오르기 때문에 냉수의 요구 유량이 감소한다.

냉수의 요구 유량이 감소하면, 송수압이 오르기 때문에 이 송수압을 일정값으로 유지하기 위해, 순환 펌프의 출력이 내려간다.

한편, 냉동기는 생성하는 냉수의 온도를 낮게 하면 효율이 저하되기 때문에 냉동기 출력이 오른다.

즉, 송수 온도를 내리면 냉동기의 사용 에너지량은 증대하며 순환 펌프의 사용 에너지량은 감소한다.

이와 같이, 냉동기로부터의 부하 기기에의 냉온수의 송수 온도의 설정에 따라, 냉동기나 순환 펌프에서의 사용 에너지량은 변화한다.

송수 온도의 설정이 낮으면 냉동기의 사용 에너지량(소비 전력량 또는 연료 소비량)이 오르는 만큼 순환 펌프의 사용 에너지량(소비 전력량)은 내려간다.

송수 온도의 설정이 높으면 냉동기의 사용 에너지량(소비 전력량 또는 연료 소비량)이 내려가는 만큼 순환 펌프의 사용 에너지량(소비 전력량)은 오른다.

즉, 냉동기와 순환 펌프의 사용 에너지량이 트레이드 오프된다.

또한, 기존의 종래 기술은 송수압이 기준치 이상으로 상승하면 바이 패스로 흘러가 에너지 손실이 발생된다.

대한민국 등록특허 제 10-0811789호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 정밀한 압력 감지 센서를 이용하여 냉동수 공급펌프의 회전수를 변화시켜 토출량을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 공조기 냉동수 공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉동수 공급 압력을 일정하게 유지하기 위하여 압력 감지 센서의 감지값과 밸브의 개방도를 입력하여 냉동수 공급을 제어할 수 있는 제어 시스템을 구비한 공조기 냉동수 공급시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템은 냉동수 공급펌프(100)의 압력을 감지하는 정밀 압력 감지 센서(700), 상기 냉동수 공급펌프(100)로부터 상기 공조기 냉방코일(200)로 공급되는 냉동수의 유입을 제어하는 냉동수 공급 밸브(300), 상기 정밀 압력 감지 센서(700)에서 측정된 압력값과 상기 냉동수 공급밸브(300)의 개방도값을 입력받는 PLC(503)(Program Logic Controller) 및 상기 압력값과 상기 개방도값이 연산된 PLC(503)의 출력값에 따라 상기 냉동수 공급펌프(100)의 냉동수 공급량을 제어하는 인버터(501)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PLC(503)는 상기 측정된 압력값과 설정된 압력값을 비교하는 제1 비교회로, 상기 제1 비교회로에 따라 제1 제어값을 출력하는 제1 제어회로, 상기 제1 제어값의 상한 또는 하한값을 제한하는 제1 리미트회로, 상기 냉동수 공급밸브(300)의 개방도와 설정된 개방도를 비교하는 제2 비교회로, 상기 제2 비교회로에 따라 제2 제어값을 출력하는 제2 제어회로, 상기 제2 제어값의 상한 또는 하한값을 제한하는 제2 리미트 회로 및 상기 제1 리미트 회로의 출력값과 제2 리미트 회로의 출력값을 합산하여 상기 인버터(501)의 입력값으로 출력하는 합산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PLC(503)에 입력되는 상기 압력값과 상기 개방도와 상기 PLC(503)에서 출력되는 출력값은 디지털화된 수치값을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 상기 인버터(501)는 상기 냉동수 공급펌프(100)의 회전수 조정을 통해 냉동수 공급량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 냉동수 공급시스템은 상기 측정된 압력값이 임계치를 초과한 경우에는 상기 냉동수가 상기 공조기 냉방코일(200)을 바이패스하도록하는 바이패스 밸브(103)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉동수 공급시스템은 상기 PLC(503)에 입력되는 상기 압력값 또는 상기 개방도와 상기 PLC(503)에서 출력되는 출력값 또는 상기 냉동수 공급펌프(100)의 회전수를 디지털화된 수치 또는 그래픽 형태로 표시하거나, 냉동수 공급펌프(100)의 압력값 또는 냉동수 공급밸브(300)의 개방도 또는 냉동수 공급펌프(100)의 회전수 제어값을 입력할 수 있는 모니터(504)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템은 상기 공조기 냉방코일(200)이 복수 개 구성되며, 각각의 냉방코일로 유입되는 냉동수 유입을 각각 제어하는 복수 개의 냉동수 공급밸브(300)를 구비하여 냉방코일마다 냉동수 유입이 다르게 제어되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 PLC(503)의 상기 제1 제어회로는 비례제어(P제어), 비례적분제어(PI제어), 비례적분미분제어(PID)회로 중 어느 하나이며, 상기 제2 제어회로는 비례제어(P제어), 비례적분제어(PI제어), 비례적분미분제어(PID)회로 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템에 의하면, 상기 정밀한 압력 감지 센서를 제공함으로써, 안정된 냉동수 공급압력을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템은 냉동수 유입량을 미세하게 조절할 수 있기 때문에 안정된 냉방온도를 유지할 수 있으며, 냉동수 공급밸브의 안정화로 수명이 연장된다.

또한, 냉동수 공급펌프의 운전 비용을 절감시키는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자팽창밸브 제어식 냉동시스템을 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공조기 냉동수 공급시스템을 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 제어 시스템 블록도.
도 4는 아날로그 제어의 응답특성 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 디지털 제어의 응답특성 그래프.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공조기 냉동수 공급시스템을 도시한 회로도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템은 냉동수 공급펌프(100)의 압력을 감지하는 정밀 압력 감지 센서(700), 상기 냉동수 공급펌프(100)로부터 상기 공조기 냉방코일(200)로 공급되는 냉동수의 유입을 제어하는 냉동수 공급 밸브(300), 상기 정밀 압력 감지 센서(700)에서 측정된 압력값과 상기 냉동수 공급밸브(300)의 개방도값을 입력받는 PLC(503)(Program Logic Controller) 및 상기 압력값과 상기 개방도값이 연산된 PLC(503)의 출력값에 따라 상기 냉동수 공급펌프(100)의 냉동수 공급량을 제어하는 인버터(501)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 정밀 압력 감지 센서(700)는 압력전송기(701)와 압력지시계(702)를 더 포함하는 것을 특징으로 하며, 압력전송기(701)은 냉동수 공급펌프(100)로 인해 유입되는 냉동수의 공급 압력을 감지 및 측정하여 냉동수 공급 압력값을 상기 PLC(503)로 상기 압력전송기를 통해 전송하며, 압력지시계(702)는 감지된 압력값이 얼마인지를 알 수 있도록 한다.

상기와 같은 정밀 압력 감지 센서(700)의 작동은 PIC(Pressure Indicator Controller)에서 일괄적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 상기 냉동수 공급 밸브(300)는 상기 공조기 냉방코일(200)(AHU,Air Handling Unit)로 공급되는 냉동수의 유입을 제어하는 것을 특징으로 하며, 상기 냉동수 공급밸브(300)의 개방도를 미세하게 분할할 수 있으며, 바람직하세는 폐쇄에서 완전개방까지 16,000으로 분할하여 미세하게 조절할 수 있는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공조기 냉방코일(200)이 복수 개 구성되며, 각각의 냉방코일로 유입되는 냉동수 유입을 각각 제어하는 복수 개의 냉동수 공급밸브(300)를 구비하여 냉방코일마다 냉동수 유입이 다르게 제어되는 것을 특징으로 한다.

예를 들어, 제1 냉동수 공급밸브(301)와 연결된 제1 공조기 냉방코일(201)의 필요량과 제2 냉동수 공급 밸브(302)와 연결된 제2 공조기 냉방코일(202)의 필요량이 다르다면 제1 냉동수 공급밸브(301)와 제2 냉동수 공급 밸브(302)의 개폐를 상이하게 조절하여 상기 냉동수의 유입량을 제어한다.

한편, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 상기 PLC(503)(Program Logic Controller)는 상기 정밀 압력 감지 센서(700)에서 측정된 압력값과 상기 냉동수 공급밸브(300)의 개방도값을 입력받는 것을 특징으로 한다.

이때, 냉동수 공급밸브(300)의 개방도 값은 각각의 냉동밸브(301~305) 개방도 값의 평균값 또는 개방도 값의 총합이며, 필요에 따라 각 냉동수 공급밸브마다 가중치를 다르게 할 수도 있다.

상기 측정된 압력값은 상기 냉동수 공급 펌프(100)를 통해 유입된 상기 냉동수의 압력값을 나타낸다.

상기 냉동수 공급펌프(100)는 회전수를 임의로 설정할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 800 ~ 1800회로 지정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 상기 인버터(501)는 상기 압력값과 상기 개방도값이 연산된 PLC(503)의 출력값에 따라 상기 냉동수 공급펌프(100)의 회전수 조정을 통해 냉동수 공급량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 PLC(503)로부터 연산된 출력값이 상기 냉동수 공급펌프(100)의 압력값의 목표값보다 낮면 상기 냉동수 공급펌프(100)의 회전수를 늘려 토출량을 증대시켜 출력값을 높이고, 이와 달리 연산된 출력값이 상기 냉동수 공급펌프(100)의 압력값의 목표값보다 높으면 상기 냉동수 공급펌프(100)의 회전수를 줄여 토출량을 절감시켜 출력값을 낮추는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PLC(503)로부터 연산된 출력값이 상기 냉동수 공급밸브(300)의 개방도값의 목표값보다 낮으면 상기 냉동수 공급밸브(300)의 개방도를 늘려 냉동수 유입량을 증대시키고, 이와 달리 연산된 출력값이 상기 냉동수 공급밸브(300)의 개방도값의 목표값보다 높으면 상기 냉동수 공급 밸브의 개방도를 줄여 냉동수 유입량을 절감시켜 개방도값을 낮추는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템은 상기 측정된 압력값이 임계치를 초과한 경우에는 상기 냉동수가 냉동수 공급 라인(101)을 지나 상기 공조기 냉방코일(200)을 바이패스하도록하는 바이패스 밸브(103)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 바이패스 밸브(103)는 상기 냉동수 공급라인(101)에 유입된 상기 냉동수가 제어 시스템에 의해 상기 냉동수 공급 밸브(300)가 닫혀있거나, 냉동수 공급 펌프(100)로 부터 많은 양의 냉동수가 공급된 경우에, 상기 공조기 냉방코일(200)에 유입되지 못한 상기 냉동수를 냉동기(800)로 바이패스 시키는 역할을 한다.

또한, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템은 상기 바이패스된 냉동수가 냉동수 회수 라인(102)을 지나갈 때 상기 공조기 냉방코일(200)로 상기 냉동수가 역류하는 것을 방지하기 위해 역류 방지 밸브(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템은 상기 PLC(503)에 입력되는 상기 압력값 또는 상기 개방도와 상기 PLC(503)에서 출력되는 출력값 또는 상기 냉동수 공급펌프(100)의 회전수를 디지털화된 수치 또는 그래픽 형태로 표시하거나, 냉동수 공급펌프(100)의 압력값 또는 냉동수 공급밸브(300)의 개방도 또는 냉동수 공급펌프(100)의 회전수 제어값을 입력할 수 있는 모니터(504)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템은 상기 모니터(504)를 도 2에서 GP로 도시하였으며, GP는 Graphic Panel의 약자이다.

또한, 상기 모니터(504)를 통한 제어 방식을 제공함으로써, 데이터 값으로 인한 해당 기기의 조작을 장치에 직접 가서 조절할 필요가 없으며, 한 자리에서 여러 장치를 확인하고 제어할 수 있는 장점이 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 제어 시스템 블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 상기 PLC(503)는 상기 측정된 압력값과 설정된 압력값을 비교하는 제1 비교회로, 상기 제1 비교회로에 따라 제1 제어값을 출력하는 제1 제어회로, 상기 제1 제어값의 상한 또는 하한값을 제한하는 제1 리미트회로, 상기 냉동수 공급밸브(300)의 개방도와 설정된 개방도를 비교하는 제2 비교회로, 상기 제2 비교회로에 따라 제2 제어값을 출력하는 제2 제어회로, 상기 제2 제어값의 상한 또는 하한값을 제한하는 제2 리미트 회로 및 상기 제1 리미트 회로의 출력값과 제2 리미트 회로의 출력값을 합산하여 상기 인버터(501)의 입력값으로 출력하는 합산기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 합산기(604)는 상기 냉동수 공급 펌프의 회전수에 따른 유입된 냉동수의 압력값과 상기 냉동수 공급 밸브의 개방도에서 나온 값을 합산하여 상기 인버터(501)로 송출하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 상기 냉동수 공급 펌프(100)를 통해 얻고자하는 목표값 1과 상기 냉동수 공급 펌프(100)를 통해 유입된 냉동수의 현재값 1을 비교해서 차이값을 계산하는 상기 제1 비교회로(601)와 그 값을 제어방식에 따라 변환하는 제1 제어회로(602)를 거쳐, 범위를 지정해서 범위내의 값을 가진 데이터만 제어하는 제1 리미트회로(603)를 통해 출력된 값과, 상기 냉동수 공급 밸브(300) 개방도를 통해 얻고자하는 목표값 2와 상기 냉동수 공급 밸브(300) 개방도의 현재값 2를 비교해서 차이값을 계산하는 상기 제2 비교회로(605)와 그 값을 제어방식에 따라 변환하는 제2 제어회로(606)를 거쳐, 범위를 지정해서 범위내의 값을 가진 데이터만 제어하는 제2 리미트회로(607)를 통해 출력된 값을 합산하여 상기 인버터(501)의 입력값인 출력값 1을 얻는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PLC(503)의 상기 제1 제어회로는 비례제어(P제어), 비례적분제어(PI제어), 비례적분미분제어(PID)회로 중 어느 하나이며, 상기 제2 제어회로는 비례제어(P제어), 비례적분제어(PI제어), 비례적분미분제어(PID)회로 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

비례제어는 기준 신호와 되먹임 신호 사이의 차인 오차 신호에 적당한 비례상수 이득을 곱해서 제어 신호를 만들어내는 제어기법을 말하며, 오차신호에 비례하는(Proportional) 제어신호를 뜻해서 영문 약자를 써서 P제어라고도 부른다.

비례제어는 조작량을 목표값과 현재 위치와의 차에 비례한 크기가 되도록 하며, 서서히 조절하는 제어 방법으로, 목표값에 접근하면 미묘한 제어를 가할 수 있기 때문에 미세하게 목표값에 가까이 할 수 있다.

또한, 비례 적분제어는 오차신호를 적분하여 제어 신호를 만들어내는데, 적분제어를 병렬로 연결하여 사용하는 제어기법이다.

비례 적분제어는 상기 비례제어 부분과 오차신호를 적분(Integral)하여 제어 신호를 만드는 적분제어를 함께 사용하기 때문에 영문 약자를 써서 PI제어라고도 부른다.

한편, 비례 미분제어는 상기 비례제어 부분과 오차신호를 미분(Derivative)하여 제어 신호를 만드는 미분제어를 함께 사용하기 때문에 영문 약자를 써서 PD제어라고도 부른다.

비례 미분제어는 미분 동작에 의해 제어량이 급격하게 임펄스처럼 커지는 부분이 있어서 정상상태 제어 응답속도가 느려진다.

상기 비례 적분제어를 관계식(1) 및 상기 비례 미분제어를 관계식(2)으로 나타내는 함수이다.

(1)

(2)

{식 중, 관계식 (1)에서 θ는 제어출력, T는 적분시간, e는 편차신호를 나타내며, 관계식 (2)에서 θ는 제어출력, T는 미분시간, e는 편차신호를 각각 나타낸다. 또한, 편차신호 e는 목표값(PV)과 현재값(SV)의 차이를 나타낸다.}

예를들어, 목표값이 100이고 현재값이 70이며, 변화될 수치의 값이 10분에 변화되었다면, 비례제어에서는 (100-70)을 계산하여 30만큼 변화시켜주며, 비례적분 제어는

를 계산하여 10분 안에 30만큼 변화시켜준다.

이로인해, P제어기와 I제어기의 단점을 서로 보완해줌으로써 전달 함수에 시스템의 유형을 높여주고 정상상태 오차를 줄여주면서 과도 응답으로 발생한 시스템의 느린 반응을 빠르게 할 수 있다.

또한, 비례 적분미분 제어는 비례제어와 적분제어 및 미분제어의 3가지 조합으로 제어하는 것을 특징으로 하며, 영문 약자를 써서 PID제어라고도 부른다.

상기 비례적분 제어에 미분 제어를 추가한 비례적분미분 제어의 경우, 비례미분 제어의 정상상태 응답 효율과 비례적분 제어의 과도상태 응답 효율을 모두 상승시킬 수 있는 제어 방법이다.

도 4는 아날로그 제어의 응답특성 그래프이다.

도 4a는 아날로그 제어의 현재값이며, 도 4b는 아날로그 제어의 목표값이다.

상기 아날로그 제어방식은 연속 제어이며, 도 4b에 도시한 바와 같이, 과도기(A)를 거쳐 안정화를 이룬다.

상기 과도기의 시간은 시스템에 따라서 10분 내지 20분, 또는 30분 내지 1시간 정도 소요되는 것을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 디지털 제어의 응답특성 그래프이다.

도 5a는 디지털 제어의 현재값이며, 도 5b는 디지털 제어의 목표값을 도시한다.

본 발명의 실시예에 따른 공조기 냉동수 공급시스템은 디지털화하였으므로 디지털일때는 이산제어이며, 도 5b에 도시한 바와 같이 과도기없이 현재값이 곧바로 설정치 값으로 보정된다.

따라서, 디지털로 수치화하였을 때는 아날로그를 연산될 때보다 설정치의 보정이 빠르고 정확하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 상기 PLC는 도 3에 도시된 바와 같이, 도시된 목표값 1은 설정된 냉동수 공급 펌프(100)의 회전수로 얻고자 하는 냉동수의 압력값이고, 도시된 현재값 1은 압력 감지 센서에서 측정된 냉동수 공급 펌프(100)의 회전수에 의한 유입된 냉동수의 압력값이다.

예를들어, 목표값 1이 100이고 현재값 1이 70일 때 비례량이 10% 라면 계산식에 대입한 결과가 (100-70)＊0.1 = 3 이므로 3만큼 올려주고 현재값이 60이라면 계산식에 대입한 결과가 (100-60)＊0.1 = 4 이므로 4만큼 올려주는 방법이 비례방식의 제어 방법이고, 상기 비례제어 방식을 특정 시간 동안에 증가할 수 있게 제어를 한다면 비례적분 방식의 제어방법이 되는 것이다.

온/오프 방식의 제어는 설정한 온도에서 현재 온도가 도달하면 밸브를 닫아주고, 설정한 온도에서 현재 온도가 내려가면 밸브를 열어주는 방식의 제어라면, PID 방식의 제어는 설정온도와 실내 온도에 따라 세대로 공급하는 온수의 양을 자동으로 조절이 가능한 방식의 제어이다.

따라서, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 상기 PLC(503)의 상기 제1 제어회로 및 상기 제2 제어회로는 PID 제어 방식으로 구성되는 것이 바람직하지만 이에 국한하지 않으며, 상기 PLC(503)의 제1 제어회로가 P 제어 방식으로 구성되고, 제2 제어회로가 PI 제어 방식으로 구성되는 것 외에도, 상기 P제어와 PI제어 및 PID제어 방식으로 구성된다면 상기 제1 제어 회로 및 상기 제2 제어회로의 제어 방식을 제한하지 않는다.

상기와 같은 구성에 따라, 일상적으로 유동되는 냉동수의 압력 값을 3.0 ~ 5.0㎏/㎠ 지정하고, 밸브의 개폐로 공조기 냉동 코일에 유입되는 냉동수의 양을 조절한 것을 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템의 상기 정밀 압력 감지 센서(700)에 감지된 상기 냉동수의 압력값을 1.0 ~ 10.0㎏/㎠ 으로 지정하고, 16,000 분할로 상기 냉동수 공급밸브(300)의 개방도를 조절할 수 있어서, 미세하게 상기 냉동수 공급밸브(300)를 개방하여 상기 공조기 냉방코일(200)에 유입되는 냉동수의 양을 조절한다.

또한, 상기 냉동수 공급펌프(100)는 회전수를 800 ~ 1800회로 지정하여, 상기 PLC(503)의 출력값에 따라 상기 인버터(501)로 상기 냉동수 공급펌프(100)의 회전수를 제어하여 온도를 안정화시킨다.

즉, 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템은 냉동수 공급 장치의 운전 중 현재의 부하 상황에 관련된 관련 파라미터로서 상기 냉동수 공급펌프(100)의 회전수 및 상기 냉동수 공급 밸브의 개방도의 실적값을 감지 및 수집하도록 하고 이 수집 및 감지된 관련 파라미터의 현재값에 기초하여 상기 PLC(503)를 통해 연산되어 출력된 값으로 최적의 냉동수 공급 시스템을 제공하여 외적인 환경 변화에 안정하게 대응하여 항상 최적의 온도를 유지할 수 있다.

또한, 상기와 같은 구성으로 인해 송수 온도, 환수(還水) 온도, 냉온수의 유량 등 현재의 부하 상황에 관련된 각종 파라미터의 값을 수집하고, 이 수집한 파라미터의 값을 미리 정해져 있는 함수 모델에 대입함으로써 현재의 회전수와 순환 펌프 개방도의 최적의 출력값을 산출하며, 이 산출에 이용한 함수 모델에 있어서 회전수와 순환 펌프 개방도의 값을 조금씩 바꾸어 감으로써, 회전수와 순환 펌프 개방도의 합계 사용 에너지량이 최소가 되는 현재의 부하 상황에 따른 출력값을 구하고, 이 출력값을 현재의 최적 송수 온도로서 결정하도록 하고 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 공조기 냉동수 공급시스템에 의하면, 상기 정밀한 압력 감지 센서를 제공함으로써, 안정된 냉동수 공급압력을 유지할 수 있는 효과가 있고, 냉동수 유입량을 미세하게 조절할 수 있기 때문에 안정된 냉방온도를 유지할 수 있으며, 냉동수 공급밸브의 안정화로 수명이 연장된다.

또한, 냉동수 공급펌프의 운전 비용을 절감시키며, 냉동수 제조 에너지도 절약되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 보호범위는 이에 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 여러 변형 및 개량하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변형은 통상의 지식을 가진자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 된다.

1 : 종래의 응축기 2 : 종래의 히터
3 : 종래의 순환 펌프 4 : 종래의 전자팽창 밸브
5 : 종래의 단속밸브 7 : 종래의 피 냉각장치
8 : 종래의 온도제어수단 9 : 종래의 증발기
10 : 전자팽창 밸브 제어식 냉동시스템 81 : 종래의 압력 감지 센서
82 : 종래의 온도제어 콘트롤러 83 : 종래의 온도 감지 센서
100 : 냉동수 공급펌프 101 : 냉동수 공급라인
102 : 냉동수 회수라인 103 : 바이패스(BY-PASS) 밸브
200 : 공조기 냉방코일 201 : 제1 공조기 냉방코일
202 : 제2 공조기 냉방코일 203 : 제3 공조기 냉방코일
204 : 제4 공조기 냉방코일 205 : 제5 공조기 냉방코일
300 : 냉동수 공급밸브 301 : 제1 냉동수 공급밸브
302 : 제2 냉동수 공급밸브 303 : 제3 냉동수 공급밸브
304 : 제4 냉동수 공급밸브 305 : 제5 냉동수 공급밸브
400 : 역류 방지 밸브 501 : 인버터
502 : PIC (Pressure Indicator Controller)
503 : PLC (Program Logic Controller)
504 : GP (Graphic Panel) 또는 모니터 700 : 압력 감지 센서
701 : 압력전송기 702 : 압력지시계
800 : 냉동기

Claims

적어도 하나 이상의 공조기 냉방 코일에 냉동수를 공급하여 온도를 조절하는 공조기 냉동수 공급시스템에 있어서,
냉동수 공급펌프의 압력을 감지하는 정밀 압력 감지 센서;와
상기 냉동수 공급펌프로부터 상기 공조기 냉방코일로 공급되는 냉동수의 유입을 제어하는 냉동수 공급 밸브;와
상기 정밀 압력 감지 센서에서 측정된 압력값과 상기 냉동수 공급밸브의 개방도값을 입력받는 PLC(Program Logic Controller);와
상기 압력값과 상기 개방도값이 연산된 PLC의 출력값에 따라 상기 냉동수 공급펌프의 냉동수 공급량을 제어하는 인버터;를 포함하여 운전 에너지 비용을 절감시키며,
상기 냉동수 공급시스템은 상기 측정된 압력값이 임계치를 초과한 경우에는 상기 냉동수가 상기 공조기 냉방코일을 바이패스하도록하는 바이패스 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
공조기 냉동수 공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 PLC는
상기 측정된 압력값과 설정된 압력값을 비교하는 제1 비교회로;와
상기 제1 비교회로에 따라 제1 제어값을 출력하는 제1 제어회로;와
상기 제1 제어값의 상한 또는 하한값을 제한하는 제1 리미트회로;와
상기 냉동수 공급밸브의 개방도와 설정된 개방도를 비교하는 제2 비교회로;와
상기 제2 비교회로에 따라 제2 제어값을 출력하는 제2 제어회로;와
상기 제2 제어값의 상한 또는 하한값을 제한하는 제2 리미트 회로;와
상기 제1 리미트 회로의 출력값과 제2 리미트 회로의 출력값을 합산하여 상기 인버터의 입력값으로 출력하는 합산기를 포함하는 것을 특징으로 하는
공조기 냉동수 공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 PLC에 입력되는 상기 압력값과 상기 개방도와 상기 PLC에서 출력되는 출력값은 디지털화된 수치값을 가지는 것을 특징으로 하는
공조기 냉동수 공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 인버터는 상기 냉동수 공급펌프의 회전수 조정을 통해 냉동수 공급량을 제어하는 것을 특징으로 하는
공조기 냉동수 공급시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 냉동수 공급시스템은
상기 PLC에 입력되는 상기 압력값 또는 상기 개방도와 상기 PLC에서 출력되는 출력값 또는 상기 냉동수 공급펌프의 회전수를 디지털화된 수치 또는 그래픽 형태로 표시하거나,
냉동수 공급펌프의 압력값 또는 냉동수 공급밸브의 개방도 또는 냉동수 공급펌프의 회전수 제어값을 입력할 수 있는 모니터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
공조기 냉동수 공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 공조기 냉방코일이 복수 개 구성되며, 각각의 냉방코일로 유입되는 냉동수 유입을 각각 제어하는 복수 개의 냉동수 공급밸브를 구비하여 냉방코일마다 냉동수 유입이 다르게 제어되는 것을 특징으로 하는
공조기 냉동수 공급시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 제어회로는 비례제어(P제어), 비례적분제어(PI제어), 비례적분미분제어(PID)회로 중 어느 하나이며,
상기 제2 제어회로는 비례제어(P제어), 비례적분제어(PI제어), 비례적분미분제어(PID)회로 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
공조기 냉동수 공급시스템.