KR101806154B1

KR101806154B1 - 공기조화기 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101806154B1
Application number: KR1020110111395A
Authority: KR
Inventors: 박선영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2018-01-10
Also published as: KR20130046802A

Abstract

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 수배관을 통해 급탕장치를 순환하는 물의 유량이 입력되지 않아도, 물의 유량에 따라 가변되는 온도변화량의 기준값을 바탕으로 산출되는 제어목표값을 통해 물의 유량을 간접적으로 감지함으로써, 별도의 수동 설정 없이 물의 온도를 제어할 수 있고 물의 유량이 잘못 입력되어 난방 능력이 저하되는 문제점을 해소하고 난방효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

공기조화기 및 그 제어방법{Air conditioner and method }

본 발명은 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 히트펌프와 연동하여 온수를 순환시키는 공기조화기에서 물의 유량을 자동으로 감지하여 난방을 제어하는 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하여, 실내 온도를 조절하고, 실내 공기를 정화하도록 함으로서 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다. 일반적으로 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.

급탕 장치는 보일러 등과 같은 가열기구가 물을 가열하여 급탕을 생성하는 기기로, 최근에는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기의 냉동 사이클을 이용하여 물을 가열하는 히트 펌프식 급탕장치가 개발되고 있다.

그에 따라 히트 펌프는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기를 포함하고, 최근에는 화석 연료의 소비를 최소화하도록 냉매로 물을 가열하여 급탕에 이용할 수 있다.

이와 같이 히트펌프가 실내기 및 실외기와 연동하여 동작하는 경우, 실외기 및 실내기 간의 냉매의 유동뿐 아니라, 이를 이용한 급탕장치로의 물의 유동 및 그 유량이 냉난방 효율에 영향을 주게 된다.

그러나 종래에는 수배관 내의 유량을 수동으로 입력해야 하는 불편함이 있다. 수배관의 유량이 잘못 설정되는 경우 냉난방 능력, 특히 급탕장치의 난방 능력의 저하를 초래한다.

그에 따라 수배관의 유량을 자동으로 감지하여 자동 제어하는 방안이 모색되어야 한다.

본 발명의 목적은 히트펌프와 연동하여 공조를 수행하고 온수를 순환시키는 공기조화기에서 급탕장치를 순환하는 물의 유량을 자동으로 감지하여, 물의 유량에 따라 냉난방을 제어하는 공기조화기 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 공기조화기는, 냉매가 압축되는 압축기와 냉매가 실외 공기와 열교환되는 실외 열교환기가 구비된 실외기; 상기 실외기와 연결되어 냉매가 실내 공기와 열교환되는 실내 열교환기를 구비하여 실내를 공조시키는 복수의 실내기; 상기 복수개의 실내기와 동시운전 가능하게 연결되고, 냉매가 물을 가열하면서 응축되는 수냉매 열교환기가 구비되어 급탕을 발생시키는 급탕기;를 포함하고, 상기 급탕기는 물의 유량이 입력되지 않아도, 물의 유량에 따라 가변되는 온도변화량에 대한 기준값을 연산하여, 냉매의 온도, 물의 온도 및 상기 실내기의 실내온도 중 적어도 하나에 대응하여 물의 온도를 제어하기 위한 제어목표값을 산출하고, 상기 제어목표값에 대응하여 냉매의 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 공기조화기의 제어방법은, 유량 자동 설정 운전이 설정되면, 물의 유량이 입력되지 않아도, 물의 유량에 따라 변경되는 온도변화량에 대한 기준값을 연산하는 단계; 온도변화량에 대한 기준값으로부터 동시운전 또는 단독운전에 대한 제어목표값을 산출하는 단계; 및 상기 제어목표값을 물의 현재 온도변화량과 비교하여 냉매 밸브의 개도량을 가변시켜 냉매의 유량을 조절하는 단계;를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 공기조화기 및 그 제어방법은, 수배관을 통해 급탕장치를 순환하는 물의 유량을 자동으로 감지함으로써, 별도의 수동 설정 없이 제어 가능하여 편의성이 향상된다. 또한, 본 발명은 물의 유량이 자동 감지됨에 따라 유량이 잘못 입력되어 난방 능력이 저하되는 문제점을 해소하고 난방효율이 향상되는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프와 연동하는 공기조화기의 공조 겸용 온수 순환 시스템의 구성이 도시된 도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 급탕기의 제어 구성이 도시된 블록도이다.
도 3 은 도 2의 급탕기의 구성이 도시된 도이다.
도 4 은 본 발명의 일 실시예에 따른 물의 유량과 제어목표값의 관계를 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 감지 및 제어목표값 설정방법이 도시된 순서도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어목표값에 따른 제어방법이 도시된 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프와 연동하는 공기조화기의 공조 겸용 온수 순환 시스템의 구성이 도시된 도이다.

공조 겸용 온수 순환 시스템은 실외기(10), 복수의 실내기(60)(61, 62), 그리고 급탕기(30)를 포함한다.

복수의 실내기(60)는 실내를 공조시키고, 급탕기(30)는 급탕을 발생시키는 것으로서, 복수의 실내기(60)와 급탕기(30)는 실내 공조 부하와 급탕 부하에 따라 함께 혹은 단독으로 운전될 수 있다.

급탕기(30)는 복수의 실내기(60) 중 일부 또는 전부와 동시 운전되거나 단독으로 운전될 수 있고, 복수의 실내기(60)는 급탕기(30)의 운전과 무관하게 운전될 수 있다.

복수의 실내기(60)가 제 1 실내기(61)와 제 2 실내기(62)를 포함할 경우, 실외기(10)는 제 1 실내기(61)의 공조부하와 제 2 실내기(62)의 공조부하와 급탕기(30)의 급탕부하 중 어느 하나가 있으면 운전된다. 이때 제 1 실내기(61)의 공조부하가 있으면 제 1 실내기(61)가 운전되며, 제 2 실내기(62)의 공조부하가 있으면 제 2 실내기(62)가 운전되며, 급탕 부하가 있으면 급탕기(30)가 운전될 수 있다.

실외기(10)는 제 1 냉매가 압축되는 압축기(미도시)와 제 1 냉매가 실외 공기와 열교환되는 실외 열교환기(미도시)를 포함한다.

압축기에는 제 1 냉매가 압축기로 유입되는 압축기 흡입유로(미도시)와, 압축기에서 압축된 제 1 냉매가 토출되는 압축기 토출유로(미도시)가 연결될 수 있고, 압축기 흡입유로에는 액 냉매가 담겨지는 어큐물레이터(미도시)가 설치될 수 있으며, 압축기 토출유로에는 압축기에서 토출된 냉매 중 오일을 분리하여 압축기로 회수시키는 오일분리기(미도시)가 설치될 수 있다.

또한, 실외기(10)는 실외 열교환기(미도시)로 실외 공기를 유동시키는 실외팬(미도시)과, 실외 온도를 감지하는 실외 온도 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 실외기(10)에는 실외 열교환기를 향해 유동되는 제 1 냉매를 팽창시키는 실외 팽창밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 실외 팽창밸브는 개도 조절할 수 있는 LEV, EEV 등의 전자팽창밸브로 이루어질 수 있다.

공조 겸용 온수 순환 시스템은 실외기(10)와 복수의 실내기(60)(61, 62)가 냉난방 겸용으로 기능 할 수 있고, 냉난방 겸용의 경우에는 실외기(10)에 냉방시와 난방시의 냉매 흐름을 조절할 수 있는 냉난방 절환밸브(미도시)가 설치될 수 있다.

냉난방 절환밸브는 압축기 흡입유로 및 압축기 토출유로에 각각 연결될 수 있고, 실외 열교환기와 실외 열교환기 연결유로로 연결될 수 있으며, 압축기 토출유로에는 압축기에서 압축된 냉매를 냉난방 절환밸브와 후술하는 히트 리커버리 유닛(20, HR unit)으로 분배할 수 있는 토출 분배기(미도시)가 설치될 수 있다.

공조 겸용 온수 순환 시스템은 복수의 실내기(60) 및 급탕기(30)가 히트 리커버리 유닛(20)을 통해 실외기(10)와 연결되는 것이 가능하고, 히트 리커버리 유닛(20)을 통하지 않고 액관과 기관을 통해 실외기(10)와 직접 연결되는 것도 가능하다.

공조 겸용 온수 순환 시스템은 복수의 실내기(60) 및 급탕기(30)가 히트 리커버리 유닛(20)을 통해 실외기(10)와 연결될 경우, 복수의 실내기(60)에서 유출된 제 1 냉매와 급탕기(30)에서 유출된 제 1 냉매가 히트 리커버리 유닛(20)을 통해 실외기(10)로 유동되고, 실외기(10)에서 유출된 제 1 냉매가 히트 리커버리 유닛(20)을 통해 복수의 실내기(60)와 급탕기(30)로 유출될 수 있다.

히트 리커버리 유닛(20)은 실외기(10) 특히 압축기 토출유로와 저압기관으로 연결되고, 복수의 실내기(60) 및 급탕기(30)의 각각과 실내 기관(미도시)으로 연결되는 저압 가스 파이프(미도시)와 실외기(10) 특히 토출 분배기와 고압기관(미도시)으로 연결되고, 실내 기관과 분지관으로 각각 연결된 고압 가스 파이프(미도시)와 실외기(10)에 액관(미도시)으로 연결되고, 복수의 실내기(60) 및 급탕기(30)의 각각에 연결된 실내 액관으로 연결된다.

히트 리커버리 유닛(20)은 복수의 실내기(60) 및 급탕기(30)와 저압 가스 파이프(18) 사이의 냉매 흐름을 제어하도록 실내 기관에 설치되고 개도 조절할 수 있는 저압 밸브(21)와 복수의 실내기(60) 및 급탕기(30)와 고압 가스 파이프 사이의 냉매 흐름을 제어하도록 분지관에 설치되고 개도 조절이 가능한 고압 밸브(미도시)를 포함할 수 있다.

히트 리커버리 유닛(20)은 복수의 실내기(60) 및 급탕기(30)의 운전에 따라 저압 밸브(21)와 고압 밸브(22)가 조절된다.

히트 리커버리 유닛(20)은 복수의 실내기(60)가 냉방일 경우 복수의 실내기(60)로 저온의 냉매를 유동시키고, 복수의 실내기(60)가 난방일 경우 복수의 실내기(60)로 고온의 냉매를 유동시키며, 급탕기(30)로 고온의 냉매를 유동시킬 수 있다.

복수의 실내기(60)는 실외기(10)와 냉매 유로로 연결되고, 제 1 냉매가 실내 공기와 열교환되는 실내 열교환기(미도시)를 각각 포함한다. 또한, 복수의 실내기(60)는 실내 열교환기로 유동되는 냉매량을 조절할 수 있는 실내 팽창밸브(미도시)를 각각 포함한다. 실내 팽창밸브는 그 개도 조절이 가능한 LEV나 EEV 등의 전자팽창밸브로 이루어질 수 있고, 복수의 실내기(60)는 실내 팽창밸브의 개도를 크게 제어할 경우, 실내 열교환기로 유입되는 냉매량이 증대되고, 실내 팽창밸브의 개도를 작게 제어할 경우, 실내 열교환기로 유입되는 냉매량이 감소할 수 있다. 복수의 실내기(60)는 실내 열교환기(23)로 실내 공기를 유동시키는 실내팬(미도시)을 더 포함할 수 있다.

급탕기(30)는 제 1 냉매가 물을 가열하는 것으로서, 제 1 냉매가 팽창되는 팽창기구(미도시)와 제 1 냉매가 물을 가열하면서 응축되는 수냉매 열교환기(미도시)를 포함한다.

경우에 따라 급탕기(30)는 입력 주파수에 따라 운전 용량이 가변되는 인버터 압축기로 구성되는 용량 가변 압축기를 더 포함할 수 있고, 사용되는 냉매의 종류에 따라 열교환기가 더 구비될 수 있다.

수냉매 열교환기는 제 1 냉매가 통과하면서 응축되는 응축 유로와, 물이 통과하면서 가열되는 물 유로를 포함한다. 수냉매 열교환기에는 수냉매 열교환기의 물 유로로 물이 유입되는 물 유입유로와, 수냉매 열교환기의 물 유로에서 물이 출수되는 물 출수유로가 연결된다.

수냉매 열교환기는 응축 유로와 물 유로가 열전달부재를 사이에 두고 교대로 형성되는 판형 열교환기로 구성되거나, 응축 유로와 물 유로 중 어느 하나가 다른 하나를 둘러싸는 이중관 구조로 이루어지는 이중관 열교환기로 구성될 수 있다.

공조 겸용 온수 순환 시스템은 물이 담겨지는 급탕조(40)를 더 포함할 수 있고, 급탕조(40)는 급탕기(30)에서 열교환된 물의 온도를 더 높이기 위한 보조히터(미도시)가 더 구비될 수 있다. 경우에 따라 보조히터는 급탕기에 구비될 수 있다.

급탕조(40)와 수냉매 열교환기는 물 유입유로와 물 출수유로로 연결될 수 있으며, 물 유입유로와 물 출수유로 중 하나에는 급탕조(40)의 물을 수냉매 열교환기의 물 유로로 유동시킨 후 급탕조(40)로 회수시키는 물 펌프(미도시)가 설치될 수 있다.

급탕기(30)내의 수냉매 열교환기에서 열교환된 물은 각각 급탕조(40)와 바닥난방기(50)로 공급되어 온수 공급 또는 바닥난방에 이용된다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 급탕기의 제어 구성이 도시된 블록도이다. 복수의 실내기(60)와 급탕기(30)는 실외기(10)에 대하여 부하로 작용하는데, 실내기(60)는 실내 공조 부하로 작용하고, 급탕기(30)는 급탕 부하로 작용한다.

부하로 작용하는 실내기 또는 급탕기는 도 2에 도시된 바와 같이, 입력부(260), 출력부(270), 감지부(220), 밸브제어부(230), 구동제어부(250) 그리고, 동작 전반을 제어하는 제어부(210)를 포함한다.

또한, 부하를 연산하고 설정을 저장하며, 동작을 제어하기 위한 데이터가 저장되는 데이터부(미도시)를 더 포함한다. 이때, 실내기, 실외기 또는 급탕기는 유선 또는 무선 통신 방식으로 상호 데이터를 송수신할 수 있다. 경우에 따라 원격제어기와 연결되어 데이터를 전송하고 원격제어기의 제어명령을 수신할 수 있다.

입력부(260)는 누름 조작 또는 터치를 통한 데이터 입력 수단이 적어도 하나 구비되어, 입력되는 데이터를 제어부(210)로 인가한다. 입력부(260)는 운전에 따른 사용자 명령, 설정데이터가 입력되며, 구동명령, 또는 동작정지 명령이 입력되어 제어부(210)로 인가한다.

입력부(260)는 적어도 하나의 버튼 또는 터치입력수단을 포함하여, 경우에 따라 버튼과 터치입력수단을 모두 포함할 수 있다. 예를 들어 터치스크린의 경우 입력부(260)는 출력부(270)의 화면을 터치함으로써 데이터의 입력이 가능하다.

출력부(270)는 문자, 숫자, 심볼 이미지의 출력이 가능한 표시수단을 포함하여 실내기 또는 급탕기의 운전 상태를 화면에 표시한다. 이때, 출력부(270)는 스피커 또는 램프를 더 포함할 수 있으며, 동작 상태에 따라 경고음 또는 효과음을 출력하거나, 램프가 점등 또는 점멸되도록 하여 동작 상태를 출력한다.

밸브제어부(230)는 제어부(210)의 제어명령에 따라 밸브(240)의 개폐 또는 개도량을 제어한다. 이때 밸브제어부(230)는 전자팽창밸브 및 바이패스 밸브의 개폐를 제어한다. 또한, 밸브제어부(230)는 수배관으로 연결되는 급탕조(40) 및 바닥난방기(60)로의 물공급에 대하여, 밸브의 개폐를 제어하여 유로를 형성한다.

구동제어부(250)는 제어부(210)의 제어명령에 따라 유량스위치의 개폐 및 개도를 제어하여 순환하는 물의 유량을 제어한다.

감지부(220)는 복수의 센서를 포함하여, 복수의 센서로부터 측정되는 데이터를 제어부(210)로 인가한다.

온도센서(221)는 냉매배관의 입구 및 출구에 설치되어 냉매의 입구온도와 출구온도를 각각 측정하고, 수배관의 입구 및 출구에 설치되어 물의 입구온도와 출구온도를 각각 측정한다.

압력센서(222)는 냉매배관 및 수배관에 각각 설치되어 냉매 또는 물의 압력을 측정한다.

제어부(210)는 입력부(260)로부터 입력되는 데이터에 따라 냉난방 운전을 제어하고, 다른 실내기 또는 실외기로 제어명령을 전송하며, 감지부(220)의 측정 데이터에 따라 동작을 제어한다. 또한, 현재 운전 상태 및 설정에 대한 정보를 출력부(270)를 통해 출력한다.

제어부(210)는 측정되는 데이터를 바탕으로 수배관의 물의 유량을 감지하여 제어목표를 연산하고 그에 따라 실외기의 압축기가 동작하도록 제어명령을 생성하여 실외기로 전송한다. 이때 제어목표값은 수배관의 물온도를 조절하기 위한 목표값이다.

또한, 제어부(210)는 유량 및 냉난방 제어 정도에 따라 밸브의 개도 및 개폐 여부를 판단하여 밸브제어부(230)로 인가한다.

도 3 은 도 2의 급탕기의 구성이 도시된 도이다.

도 3을 참조하면, 급탕기(30)는 히트 리커버리 유닛(20)과 냉매배관(38-1, 38-2)으로 연결되어 실외기(10)의 냉매를 공급받고, 급탕조(40) 및 바닥난방기(50)를 순환하는 수배관(39)과 연결된다. 실외기(10)로부터 공급되는 냉매는 수냉매열교환기(31)에서 물과 열교환 된다.

급탕기(30)는 냉매배관의 개폐 및 개도 조절이 가능한 LEV나 EEV 등의 전자팽창밸브(32)를 포함한다.

급탕기(30)는 냉매배관에 설치되는 냉매입구온도센서(33)와, 냉매출구온도센서(34)를 통해 냉매의 온도를 측정하고, 수배관에 설치되는 입구온도센서(35)와 출수온도센서(36)를 통해 순환하는 물의 온도를 측정한다.

또한, 급탕기(30)는 수배관(39)에 설치된 유량 스위치(37)의 개폐 여부 및 개도에 따라 유량을 조절한다.

수배관(39)에 연결되는 급탕조(40)는 급탕조(40) 내부의 물이 샤워기 등의 급수기구나 실내의 바닥에 설치된 바닥난방배관 등의 급탕 수요처로 유출되는 배수부가 연결될 수 있다.

급탕기(30)의 제어부(210)는 입력부(260)의 입력에 의해 유량 자동설정운전이 설정되면, 물의 유량을 자동으로 감지하여 제어목표값을 연산함으로써 급탕기의 운전을 제어한다.

이때, 제어부(210)는 물의 유량을 감지하기 전, 압축기의 운전시간, 측정되는 압력에 따라 유량 자동 운전 여부에 따라 유량감지 여부를 결정한다.

또한, 제어부(210)는 유량 자동설정운전이 아닌 경우에는 입력부(260)를 통해 수동 입력되는 물의 유량 값에 따라 제어목표값을 연산하여 급탕기(30)의 운전을 제어한다.

그에 따라 수배관을 통해 유동되는 물에 의해 급탕조(40) 또는 바닥난방기(50)로 온수가 공급되고 난방능력이 조절된다.

도 4 은 본 발명의 일 실시예에 따른 물의 유량과 목표제어값의 관계를 설명하는데 참조되는 도이다.

도 4를 참조하면, 유량 자동설정운전이 아닌 경우, 제어부(210)는 입력부(260)를 통해 수동 입력되는 수배관의 유량에 따라 제어목표값을 산출한다.

예를 들어 수배관의 유량이 분당 92리터이면, 제어부(210)는 제어목표값을 5도로 설정하고, 수배관의 유량이 분당 15리터이면 30도로 설정한다. 이때 제어목표값은 온도변화량에 대한 목표값이다. 제어목표값은 460을 유량을 나눈값으로 설정될 수 있다.

한편, 유량 자동설정운전인 경우 제어부(210)는 이러한 수배관의 유량에 대한 입력 없이도 수배관의 유량을 자동으로 감지하여 제어목표값을 연산하고 그에 따라 동작한다. 유량 자동설정운전의 경우, 유량을 자동으로 감지하게 되므로, 난방능력을 효율적으로 관리할 수 있게 된다.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전 제어방법이 도시된 순서도이다.

도 5를 참조하면, 제어부(210)는 입력부(260)에 의해 유량 자동설정운전이 설정되면(310), 유량을 감지하여 제어목표값을 산출하기 위해, 온도변화량에 대한 기준값을 연산한다(S320).

제어부(210)는 동시운전 중인지 여부를 판단하여(S330), 동시운전 중인 경우에는 동시 운전에 대한 목표온도변화량, 즉 제어목표값을 연산한다(S340). 또한 동시운전이 아닌 단일운전인 경우에는 단일운전에 대한 제어목표값을 연산한다(S350).

이때, 동시운전은 실내기(60) 중 적어도 하나와 함께 급탕기(30)가 운전하는 경우이고, 단일운전은 급탕기(30)가 단독으로 운전하는 경우이다. 동시운전의 경우 냉매의 유량이나 냉매의 상태가 실내기의 운전상태에 영향을 받으므로 단일운전과 구분하여 각각 제어목표값을 별도로 산출한다.

동시운전 또는 단일운전에 대한 제어목표값이 연산되면, 제어부(210)는 제어목표값에 따라 제어명령을 생성하여 밸브제어부(230)로 인가하고, 밸브제어부(230)는 제어목표값을 달성하기 위해 밸브제어를 수행 한다(S360).

그에 따라 냉매배관에 설치된 팽창밸브(332)의 개도가 변경됨에 따라 냉매의 유량이 변경되므로써 과열도가 조절되고, 수냉매열교환기에서 열교환되는 물의 온도가 변경되므로 난방능력을 제어할 수 있다.

도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 감지 및 목표제어값 설정방법이 도시된 순서도이다. 도 6을 참조하면, 제어부(210)는 유량 자동설정운전 시(S410), 제어목표값을 연산하기 전, 일정 조건을 만족하는지 여부를 판단한다.

제어부(210)는 실외기(10)의 압축기 운전시간이 제 1 기준시간 이상인지 여부를 판단한다(S420). 즉 제어부(210)는 압축기가 기동하여 아직 초기 기동 상태인지 초기 기동이 완료된 운전 단계인지 여부를 판단한다. 이때, 제 1 기준시간은 압축기의 초기 기동시간으로 20분 내지 30분인 것을 예로 하여 설명한다.

이때, 제어부(210)는 압축기 운전시간이 제 1 기준시간 미만이면, 초기 기동 운전중인 것으로 판단하여 압축기 운전시간이 제 1 기준시간 이상이 지나기까지 제어목표값 산출을 대기한다. 압축기 초기 기동 중에는 측정되는 데이터가 정상적인 운전에 따른 데이터가 아니므로 대기한다.

압축기 운전시간이 제 1 기준시간 이상이면, 제어부(210)는 냉매의 압력에 따라 제어목표값 산출 여부를 판단한다.

제어부(210)는 냉매압력에 대한 목표고압과 4단계 압력값의 차이값을 연산하고 현재고압과 비교하여 차이값이 현재고압 이상인지 여부를 판단한다(S430).

이때, 4단계 압력값이란, 고압 감지 시 측정되는 전압값에 매칭되는 압력의 값으로써 255단계로 구분할 수 있고, 이는 저장된 압력테이블로부터 확인할 수 있다. 즉 제어부는 현재고압이 목표고압보다 4단계 압력값 만큼 차이가 나는지 여부를 판단한다.

현재 고압이 목표고압과 4단계 압력값의 차이값 이상인 경우, 제어부(210)는 이러한 상태가 제 2 기준시간 이상 유지되는지 여부를 판단한다(S460).

제 2 기준시간 이상 유지되면, 제어부(210)는 제어목표값을 산출하기 위한 온도변화량에 대한 기준값을 연산하여 제어목표값을 산출한다(S470).

또한, 제어부(210)는 압축기가 최대 운전중인 경우, 최대 운전 상태에서 측정되는 고압을 기준값과 비교하여 측정된 고압이 기준값 이상인 지 여부를 판단다(S440). 고압에 대한 기준값은 2300kPa인 것을 예로 한다.

압축기 최대 운전 상태에서의 고압이 기준값 이상인 경우, 제어부(210)는 이러한 상태가 제 2 기준시간 이상 유지되는지 여부를 판단한다(S460). 이때 제 2 기준시간은 3분 내지 5분으로 한다.

또한, 제어부(210)는 저압 제한운전이 시작된 경우, 측정되는 고압을 기준값과 비교하여 측정된 고압이 기준값 이상인지 여부를 판단한다(S450).

저압 제한 운전상태에서 고압이 기준값 이상인 경우, 제어부(210)는 이러한 상태가 제 2 기준시간 이상 유지되는지 여부를 판단한다(S460).

즉, 제어부(210)는 상기와 같이 현재 고압이 목표고압과 4단계 압력값의 차이값 이상인 경우, 압축기 최대 운전 상태에서의 고압이 기준값 이상인 경우 및 저압 제한 운전상태에서 고압이 기준값 이상인 경우 중 어느 하나의 경우를 만족하면, 이러한 상태가 제 2 기준시간 이상 유지되는지 여부를 판단하여 제어목표값을 산출하기 위한 온도변화량에 대한 기준값(

)을 연산하여 제어목표값을 산출한다.

한편, 상기와 같은 3가지 압력에 대한 조건 중 어느 하나라도 만족하지 않는 경우에는 어느 하나의 조건이라도 만족할 때까지 제어목표값 산출을 지연시킨다.

제어목표값 산출을 위한 온도변화량에 대한 기준값(

)은 다음과 같이 연산한다.

이때,

는 수배관의 물에 대하여 최근 온도변화량(

)에 대한 2분간의 평균값이고, Tc.now는 현재 실외기의 응축온도이며, Tw.in 은 수배관의 입수온도이며 Tc.ref는 응축온도에 대한 기준온도로 50도 내지 50.5도인 것을 예로 하여 설명한다. 이때 응축온도에 대한 기준온도는 약 2990kPa에서의 응축온도로 설정하는 것이 바람직하다.

즉 온도변환량에 대한 기준값

는 수배관의 물의 온도변화량에 대한 2분간의 평균에 실외기의 응축온도와 수배관의 입수온도의 차를 곱한 값을, 기준온도와 수배관의 입수온도의 차로 나누어 연산한다.

단, 온도변화량에 대한 기준값(

)이 5보다 작은 경우 온도변화량에 대한 기준값(

)은 5로 설정한다.

이때 온도변화량에 대한 기준값

는 유량을 유추하기 위한 것으로 동일한 에너지를 투입했을때 유량에 따라 온도의 변화 정도가 상이하므로 이를 역으로 온도변화량에 대한 기준값을 산출함으로써 유량을 유추할 수 있게 된다.

상기와 같이 온도변화량에 대한 기준값인

가 연산되면, 제어부(210)는 이를 바탕으로 제어목표값을 연산한다.

제어부(210)는 앞서 도 5에서 설명한 바와 같이 동시운전인지 단독운전 인지 여부를 판단하여 동시운전에 대한 제어목표값과 단독운전에 대한 제어목표값을 각각 산출한다.

동시운전의 경우 제어부는 다음과 같이 제어목표값

을 산출한다.

는 앞서 연산한 수배관의 온도변화량에 대한 기준값이고, Tc.now는 현재 실외기의 응축온도이며, Tc.ref는 응축온도에 대한 기준온도이며, Tair.in은 다른 실내기에 대한 실내 공기의 가중 평균이고, Tair.in.ref는 실내온도에 대한 기준온도로써 약 20도인 것을 예로 하여 설명한다.

이때 다른 실내기의 실내공기에 대한 가중 평균은, 동시 운전중인 다른 실내기에 대한 실내공기, 즉 실내온도에 대한 평균이되, 각 실내기의 용량에 따라 가중치를 두어 평균을 산출한 값이다. 예를 들어 동시 운전중인 실내기의 용량이 12k 와 30k 인 경우 각각에 대하여 12:30의 비율로 실내온도에 대한 평균을 산출한다.

즉 제어목표값

는 온도변화량에 대한 기준값을 현재 응축온도와 다른 실내기의 실내 온도의 가중평균값의 차에 곱하여, 응축온도의 기준온도와 실내온도의 기준온도의 차로 나누어 연산할 수 있다.

이렇게 산출되는 제어목표값

는 앞서 도 4에서 설명한 460을 유량으로 나누어 구하는 제어목표값의 수식을 적용하면

로부터 유량을 연산할 수 있다.

한편, 단독운전인 경우는 다음과 같이 제어목표값

를 산출할 수 있다.

단독운전의 경우 다른 실내기의 운전과 무관하므로 응축온도와 수배관의 입수온도, 그리고 온도변화량에 대한 기준값으로부터 산출할 수 있다.

이때,

는 온도변화량에 대한 기준값이고, Tc.now는 현재 실외기의 응축온도이며, Tc.ref는 응축온도에 대한 기준온도이며, Tw.in 은 수배관의 입수온도이다.

이와 같이 제어목표값이 산출되면, 제어부(210)는 이를 바탕으로 운전을 제어한다. 이때 제어목표값은 열교환기 내의 수배관의 물 온도에 대한 온도변화량의 목표값이다.

도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어목표값에 따른 제어방법이 도시된 순서도이다.

도 7을 참조하면, 제어부(210)는 열교환기 내의 수배관의 물온도를 제어하기 위한 제어목표값을 산출하고(S510), 수배관의 물온도가 산출된 제어목표값에 도달하도록 밸브의 개도량을 조절한다.

이때 제어부(210)는 현재의 온도변화량을 산출한다(S520). 온도변화량은 수배관의 입수온도와 출수온도의 차로 연산한다.

현재 온도변화량을 제어목표값과 비교하여 현재 온도변화량이 제어목표값보다 큰지 여부를 판단한다(S530).

현재 온도변화량이 제어목표값보다 크면, 제어부(210)는 밸브제어부로 개도량 감소 명령을 인가하고, 밸브제어부는 밸브를 조절하여 개도량을 변경한다(S540).

이때 제어부(210)는 현재 온도변화량이 제어목표값보다 크므로 수배관의 물의 온도가 과다 상승하게 되므로 밸브제어부로 냉매배관의 밸브를 제어하도록 명령하여 냉매유량을 감소시킨다. 냉매유량이 감소함에 따라 열교환기에서 냉매와 물 사이의 열교환되는 정도가 변경된다.

한편 현재 온도변화량이 제어목표값 미만이면(S550), 제어부(210)는 밸브제어부로 밸브 개도량이 증가하도록 제어명령을 인가한다. 그에 따라 밸브제어부는 냉매배관의 밸브의 개도를 증가시켜, 열교환기를 유동하는 냉매유량이 증가하도록 한다. 따라서 열교환기 내에서 냉매과 물 사이의 열교환되는 정도가 변경된다.

현재 온도변화량과 제어목표값이 동일하면, 제어부(210)는 현재의 밸브개도량이 유지되도록 한다(S570).

상기와 같이 산출된 제어목표값에 따라 냉매 밸브를 제어함으로써 열교환기 내의 냉매와 물의 열교환 정도가 조절되고, 그에 따라 수배관의 온도변화량이 조절된다.

제어부(210)는 운전이 종료하기까지 상기와 같은 제어목표값에 따른 유량 제어를 수행하여 수배관의 출수온도를 조절한다.

따라서 본 발명은 별도의 유량입력 없이도, 유량에 따른 제어목표값을 자동으로 산출할 수 있어 제어의 편의성이 향상되고, 난방 능력을 효율적으로 제어할 수 있게 된다.

또한, 냉매 유량을 조절함으로써 출수온도를 조절하고 출수온도가 안정되도록 한다. 그에 따라 급탕기와 연결되는 바닥난방 또는 온수공급에 있어 일정한 물온도 유지가 가능해 진다.

상과 같이 본 발명에 의한 공기조화기 및 그 제어방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.

10: 실외기 20: 히트 리커버리 유닛, HR Unit
30: 급탕기 40: 급탕조
50: 바닥난방기 60: 실내기
210: 제어부 220: 감지부
230: 밸브제어

Claims

냉매가 압축되는 압축기와 냉매가 실외 공기와 열교환되는 실외 열교환기가 구비된 실외기;
상기 실외기와 연결되어 냉매가 실내 공기와 열교환되는 실내 열교환기를 구비하여 실내를 공조시키는 복수의 실내기; 및
상기 복수의 실내기와 동시운전 가능하게 연결되고, 냉매가 물을 가열하면서 응축되는 수냉매 열교환기가 구비되어 급탕을 발생시키는 급탕기;를 포함하고,
상기 급탕기는,
복수의 센서를 포함하여, 냉매 배관 및 수배관에 각각 설치되어 냉매 또는 물의 온도를 감지하고, 냉매압력을 측정하는 감지부;
상기 급탕기는 물의 유량이 입력되지 않아도, 상기 감지부의 측정값을 바탕으로 물의 유량에 따라 가변되는 온도변화량에 대한 기준값을 연산하여, 냉매의 온도, 물의 온도 및 상기 실내기의 실내온도 중 적어도 하나에 대응하여 물의 온도를 제어하기 위한 제어목표값을 산출하고, 상기 제어목표값에 대응하여 냉매의 유량을 제어하는 제어부; 및
상기 제어부의 제어명령에 대응하여 밸브의 개도를 조절하는 밸브제어부;를 포함하며,
상기 제어부는 상기 수배관의 물의 온도에 대한 상기 온도변화량의 기준값을 연산하여 상기 제어목표값을 산출하고, 상기 제어목표값으로부터 상기 물의 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제어목표값을 산출하기 전, 상기 실외기의 압축기가 초기 기동은 완료하였는지 여부를 판단한 후, 상기 압축기의 초기 기동이 완료된 후 상기 제어목표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 압축기의 초기 기동이 완료되면,
상기 냉매 배관의 현재 고압이 목표고압과 4단계 이상 차이 나는 경우, 상기 압축기가 최대 운전중인 상태에서의 고압이 기준값 이상인 경우 및 상기 압축기가 저압 제한 운전상태인 경우의 고압이 기준값 이상인 경우 중 적어도 어느 하나를 만족하면, 상기 제어목표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부는 만족하는 조건이 소정 시간 이상 유지되는 경우 상기 제어목표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 급탕기가 다른 실내기와 동시운전중 인지 여부를 판단하여, 동시운전인 경우와 상기 급탕기의 단독운전인 경우를 구분하여 상기 제어목표값을 상이하게 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 물의 온도변화량에 대한 2분간의 평균에 상기 실외기의 응축온도와 상기 수배관의 입수온도의 차를 곱한 값을, 기준온도와 상기 수배관의 입수온도의 차로 나누어 상기 온도변화량에 대한 기준값을 연산하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 8 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 온도변화량에 대한 기준값이 온도변화량에 대한 최소값보다 작은 경우 상기 온도변화량에 대한 기준값을 최소값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 동시운전인 경우, 상기 온도변화량에 대한 기준값을 현재 응축온도와 상기 실내기의 실내 온도의 가중평균값의 차에 곱하여, 응축온도의 기준온도와 실내온도의 기준온도의 차로 나누어 상기 제어목표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 단독운전인 경우, 응축온도와 상기 수배관의 입수온도, 그리고 상기 온도변화량에 대한 기준값으로부터 상기 제어목표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 물의 현재 온도변화량과 상기 제어목표값을 비교하여,
상기 현재 온도변화량이 상기 제어목표값보다 크면, 상기 밸브제어부로 밸브 개도가 증가하도록 제어명령을 인가하여 냉매의 유량이 증가하도록 하고,
상기 현재 온도변화량이 상기 제어목표값 미만이면, 상기 밸브제어부로 밸브 개도가 감소하도록 제어명령을 인가하여 냉매의 유량이 감소하도록 하며,
상기 현재 온도변화량과 제어목표값이 동일하면, 현재의 밸브개도량이 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기.
유량 자동 설정 운전이 설정되면, 냉매 배관 및 수배관에 각각 설치된 복수의 센서를 통해, 냉매의 온도, 물의 온도, 및 냉매압력을 측정하는 단계;
물의 유량이 입력되지 않아도, 물의 유량에 따라 변경되는 상기 수배관의 물의 온도의 온도변화량에 대한 기준값을 연산하는 단계;
동시운전 또는 단독운전 여부를 판단하는 단계;
상기 온도변화량에 대한 기준값으로부터 동시운전에 대한 제어목표값과, 단독운전에 대한 제어목표값을 산출하는 단계;
상기 제어목표값으로부터 상기 물의 유량을 산출하는 단계; 및
상기 제어목표값을 물의 현재 온도변화량과 비교하여 냉매 밸브의 개도량을 가변시켜 냉매의 유량을 조절하는 단계;를 포함하고,
상기 제어목표값을 산출하는 단계는, 냉매의 온도, 물의 온도 및 실내기의 실내온도 중 적어도 하나에 대응하여 상기 온도변화량에 대한 기준값으로부터, 상기 물의 온도를 제어하기 위한 상기 제어목표값을 산출하고, 상기 제어목표값으로부터 상기 물의 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제 14 항에 있어서,
동시운전인 경우, 상기 온도변화량에 대한 기준값을 바탕으로 다른 실내기의 실내온도에 대한 가중평균과, 냉매의 응축온도, 물의 온도에 대응하여 상기 제어목표값을 산출하고,
단독운전인 경우, 상기 온도변화량에 대한 기준값을 바탕으로 냉매의 응축온도, 물의 온도에 대응하여 상기 제어목표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제 14 항에 있어서,
냉매 유량 제어 시, 상기 현재 온도변화량이 상기 제어목표값보다 크면, 밸브 개도를 증가시켜 냉매의 유량이 증가하도록 하고,
상기 현재 온도변화량이 상기 제어목표값 미만이면, 밸브 개도를 감소시켜 냉매의 유량이 감소하도록 하며,
상기 현재 온도변화량과 상기 제어목표값이 동일하면, 현재의 밸브개도량이 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.
제 14 항에 있어서,
상기 유량 자동 설정 운전이 시작되면, 실외기의 압축기가 초기 기동을 완료하였는지 여부를 판단하고,
상기 압축기의 초기 기동이 완료되면,
냉매배관의 현재 고압과 목표고압이 4단계 이상 차이 나는 경우, 상기 압축기가 최대 운전중인 상태에서의 고압이 기준값 이상인 경우 및 상기 압축기가 저압 제한 운전상태인 경우의 고압이 기준값 이상인 경우 중 적어도 어느 하나를 만족하고 그 상태가 일정시간 상태가 유지되면, 상기 제어목표값을 산출하는 것을 특징으로 하는 공기조화기의 제어방법.