KR102550626B1 - 공기조화기 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기는, 열원수와 냉매를 열교환시키는 실외 열교환기; 와 개도가 조절되어 상기 실외 열교환기로 유입되는 상기 열원수의 유량을 가변시키는 변유량 밸브; 와 상기 변유량 밸브로부터 토출되는 상기 열원수의 유량을 측정하는 유량 센서; 및 상기 공기조화기의 기동 시 소정 시간 동안 상기 개도를 최대로 증가시키고, 상기 소정 시간이 경과한 후 상기 열원수의 유량에 대응하여 상기 개도를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

공기조화기 및 이의 제어 방법{AIR CONDITIONER AND CONTROLLING METHOD OF THEREOF}
본 발명은 공기조화기 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 유량 센서가 감지한 열원수 유량에 대응하여 변유량 밸브의 개도를 제어할 수 있는 공기조화기 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기조화기는 압축, 응축, 팽창 및 증발로 이루어지는 일련의 냉동 사이클을 통하여 실내의 더운 공기를 흡입하여 저온의 냉매와 열교환한 후 이를 실내로 토출하여 실내를 냉방시키거나, 실내의 찬 공기를 흡입하여 고온의 냉매와 열교환한 후 이를 실내로 토출하여 실내를 난방시킨다.
냉매가 냉동 사이클을 통하여 계속적으로 순환하기 위해서는, 실내에서 냉매가 실내 공기와 열교환되어 증발 또는 응축되는 것과 반대로, 실외에서는 냉매가 실외 공기와 열교환되어 응축 또는 증발되어야 한다. 이 경우, 실외에서 냉매가 실외 공기가 아닌 물 등의 열원수와 열교환되어 응축 또는 증발될 수 있는데, 이를 수냉식 열교환이라 한다.
순환되는 냉매와의 수냉식 열교환을 위하여, 물 등의 열원수는 가열되거나 냉각되어 순환된다. 이를 위해, 열원수가 이동하는 유로에는 변유량 밸브가 설치되어, 유로를 순환하는 열원수의 유량을 조절한다. 이 경우, 변유량 밸브의 개도에 따라 순환하는 열원수의 유량이 제어된다. 그러나, 기존에는 변유량 밸브의 동작과 관련하여, 변유량 밸브의 스펙 및 외부 환경 조건 등을 고려하여 사용자가 직접 변유량 밸브의 최소 개도를 설정해야 하는 문제점이 존재한다.
본 발명은 사용자가 변유량 밸브의 옵션을 설정하지 않고도 자동으로 변유량 밸브를 제어함으로써, 다양한 환경에서 다양한 종류의 변류량 밸브를 제어할 수 있는 공기조화기 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 열원수의 유량을 측정하는 유량 센서가 정상적으로 동작하지 않는 경우에도 실외 열교환기에 설치된 온도 센서를 이용하여 유량을 예측하고 이에 기초하여 변유량 밸브를 제어할 수 있는 공기조화기 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기는, 열원수와 냉매를 열교환시키는 실외 열교환기; 와 개도가 조절되어 상기 실외 열교환기로 유입되는 상기 열원수의 유량을 가변시키는 변유량 밸브; 와 상기 변유량 밸브로부터 토출되는 상기 열원수의 유량을 측정하는 유량 센서; 및 상기 공기조화기의 기동 시 소정 시간 동안 상기 개도를 최대로 증가시키고, 상기 소정 시간이 경과한 후 상기 열원수의 유량에 대응하여 상기 개도를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기조화기의 제어 방법은, 상기 공기조화기의 기동 시, 소정 시간 동안 변유량 밸브의 개도를 최대로 개방하는 단계; 와 상기 변유량 밸브로부터 토출되는 열원수의 유량을 측정하는 단계; 및 상기 소정 시간이 경과한 후, 상기 열원수의 유량에 대응하여 상기 변유량 밸브의 상기 개도를 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 사용자가 옵션을 설정하지 않고도, 유량 센서가 측정한 열원수 유량에 기초하여 다양한 변유량 밸브의 스펙에 맞게 자동으로 개도를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 유량센서가 정상적으로 동작하지 않는 경우에도 온도 센서가 측정한 실외 열교환기의 입출구 온도차에 기초하여 변유량 밸브의 개도를 조절할 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 추정치가 아닌 실제 측정된 열원수 유량에 기초하여 변유량 밸브의 개도를 제어함으로써, 변유량 밸브의 개도를 보다 정확하게 조절할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기의 구성을 도시한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기조화기의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기에서의 열원수의 흐름을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기의 제어 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기에서의 변유량 밸브 제어를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화기(100)는, 냉난방 동시형 멀티 공기조화기일 수 있다. 냉난방 동시형 멀티 공기조화기는, 하나의 실외기(A)에 복수개의 실내기(B1, B2, B3, B4)가 연결되고, 각 실내기(B1, B2, B3, B4)가 각각의 공조 공간에 설치되는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 각각의 실내기(B1, B2, B3, B4)는 난방과 냉방 중 어느 하나의 운전모드로 동작되어 실내를 공기 조화할 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 냉난방 동시형 멀티 공기조화기(100)는 실외기(A), 복수개의 실내기(B1, B2, B3, B4) 및 분배기(C)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수개의 실내기(B1, B2, B3, B4)는 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)일 수 있다.
실외기(A)는 제1, 제2 압축기(53, 54), 실외 열교환기(51), 실외 열교환기 팬(61) 및 절환 유닛(62)을 포함할 수 있다. 여기서, 절환 유닛(62)은 사방 밸브일 수 있다.
어큐뮬레이터(52)는 액상 및 기상의 혼합냉매에서 기체 상태의 냉매를 분리하여 제1, 제2 압축기(53, 54)로 공급할 수 있다. 이 경우, 어큐뮬레이터(52)는 실내기로부터 유입되는 냉매를 기체 및 액체 상태로 분리하고, 액체 냉매는 걸러내고 기체 상태의 냉매만을 제1, 제2 압축기(53, 54)로 공급할 수 있다. 어큐뮬레이터(52)의 내부 온도가 높을수록, 기상 냉매를 분리할 수 있는 효율은 증가할 수 있다.
제1, 제2 압축기(53, 54)의 흡입부는 어큐뮬레이터(52)와 연결되어 있다. 이 경우, 어큐뮬레이터(52)에서 토출되는 기상 냉매는 제1, 제2 압축기(53, 54)로 흡입될 수 있다.
제1, 제2 압축기(53, 54)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 토출할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 제1 압축기(53)는 냉매의 압축용량을 가변 시킬 수 있는 인버터 압축기이고, 제2 압축기(54)는 냉매의 압축용량이 일정한 정속 압축기일 수 있다.
제1, 제2 압축기(53, 54)의 토출부에는 제1, 제2토출배관(55, 56)이 연결된다. 제1, 제2토출배관(55, 56)은 합지부(57)에 의해 합지된다. 이 경우, 제1, 제2 압축기(53, 54)에서 압축된 고온 고압의 기상 냉매는 제1, 제2토출배관(55, 56)으로 토출되어 합지부(57)에서 합지된다.
제1, 제2 토출배관(55, 56)에는 제1, 제2 오일분리기(58, 59)가 각각 설치된다. 제1, 제2 오일분리기(58, 59)는 제1, 제2 압축기(53, 54)에서 토출된 냉매 중에서 오일을 분리할 수 있다. 제1, 제2 오일분리기(58, 59)에는, 제1, 제2 오일분리기(58, 59)로부터 분리된 오일을 제1, 제2 압축기(53, 54)의 흡입부로 안내하는, 제1, 제2 오일회수관(30, 31)이 연결되어 있다. 이 경우, 제1, 제2 오일분리기(58, 59)에서 분리된 오일은 제1, 제2 오일회수관(30, 31)을 통해 제1, 제2 압축기(53, 54)로 회수될 수 있다.
합지부(57)에는, 제1, 제2 압축기(53, 54)에서 토출된 냉매를 사방밸브(62)를 거치지 않고 바이패스 시키는 고압기체 배관(63)이 연결된다. 또한, 합지부(57)는 사방 밸브(62)와 제3 토출배관(68)으로 연결되어 있다.
사방밸브(62)는 합지부(57)에서 합지된 고온 고압의 기상 냉매의 유로를 결정할 수 있다. 이 경우, 사방밸브(62)는 냉방 주체 운전 또는 난방 주체 운전을 수행하는지 여부에 따라, 기상 냉매의 유로를 절환하거나 기상 냉매를 분지하여 유동시킬 수 있다.
실외 열교환기(51)는 제1 연결배관(71)에 의하여 사방밸브(62)와 연결된다. 실외 열교환기(51)에서는 외부 공기와의 열교환에 의하여 냉매가 응축되거나 증발될 수 있다. 냉방 전실 운전 또는 냉방 주체 동시 운전 시 실외 열교환기(51)는 응축기의 역할을 수행하고, 난방 전실 운전 또는 난방 주체 동시 운전 시 실외 열교환기(51)는 증발기의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 실외 열교환기(51)에서의 열교환을 보다 원활하게 하기 위하여, 실외기 팬(61)은 실외 열교환기(51) 주위에 설치되어 실외 열교환기(51)로 외부 공기를 유입시킨다.
실외 열교환기(51)와 분배기(C)를 연결하는 액체배관(72) 상에는, 실외 전자팽창밸브(65) 및 과냉각장치(66)가 설치된다.
실외 전자뱅창밸브(65)는 난방 전실 운전 또는 난방 주체 동시 운전 시, 냉매를 팽창시킨다. 구체적으로, 실외 전자팽창밸브(65)는 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기들(11, 21, 31, 41)에서 응축된 냉매를 실외 열교환기(51)로 유입되기 전에 팽창시킨다. 이를 위해, 실외 전자팽창밸브(65)는 소정 개도로 제어될 수 있다.
냉방 전실 운전 또는 냉방 주체 동시 운전 시, 실외 전자팽창밸브(65)는 냉매를 팽창시키지 않는다. 구체적으로, 실외 전자팽창밸브(65)는 실외 열교환기 (51)에서 응축된 냉매를 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기들(11, 21, 31, 41)로 유입되기 전에 팽창시키지 않고 통과시킨다. 이를 위해, 실외 전자팽창밸브(65)는 풀 오픈(full open)될 수 있다.
과냉각장치(66)는 냉방 전실 운전 또는 냉방 주체 동시 운전 시, 실외 열교환기(51)를 통과하여 분배기(C)로 이동되는 냉매의 일부를 과냉각시킬 수 있다. 과냉각장치(66)는, 액체배관(72) 중 일부를 감싸며 설치되는 과냉각기(66a)와, 과냉각기(66a)와 분배기(C) 사이에 배치되어 분배기(C)로 이동하는 냉매 중 일부를 과냉각기(66a) 내부로 바이패스 시키는 바이패스 배관(66b)과, 바이패스 배관(66b)에 설치되는 전자팽창밸브(66c)와, 과냉각기(66a)와 흡입배관(64)을 연결하는 회수배관(66d)을 포함할 수 있다.
냉방 전실 운전 또는 냉방 주체 동시 운전 시, 액체배관(72)을 따라 분배기(C)로 유동되던 냉매의 일부는 바이패스 배관(66b)으로 유입된다. 유입된 냉매는 전자팽창밸브(66c)를 통과하며 팽창되고, 과냉각기(66a) 내부로 가이드 된다.
분배기(C)는 실외기(A)와 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4) 사이에 배치되어, 냉방 전실, 난방 전실, 냉방 주체 동시 운전 및 난방 주체 동시 운전 조건에 따라 냉매를 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)에 분배한다. 이를 위해, 분배기(C)는 고압 기체 헤더(81), 저압 기체 헤더(82), 액체 헤더(83) 및 제어 밸브들(미도시)을 포함할 수 있다.
고압 기체 헤더(81)는 합지부(57)의 고압기체배관(63) 및 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)의 일 측에 각각 연결된다. 또한, 저압 기체 헤더(82)는 흡입배관(64)에 저압기체배관(75)으로 연결되고, 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)의 타 측에 연결된다. 액체 헤더(83)는 과냉각장치(66) 및 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)의 일 측에 각각 연결되어 있다. 고압 기체 헤더(81)와 저압 기체 헤더(82) 및 액체 헤더(83)에는 다른 실외기(미도시)의 고압기체배관(63')과 저압기체배관(75') 및 액체배관(72')이 각각 더 연결될 수도 있다.
제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)는 모두 운전되거나, 일부만이 운전될 수 있다. 또한, 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4) 중 일부는 냉방 운전되고, 나머지는 난방 운전될 수 있다.
제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)는 각각 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41), 제1, 제2, 제3, 제4 실내 전자팽창밸브(12, 22, 32, 42) 및 제1, 제2, 제3, 제4 실내기 팬(15, 25, 35, 45)을 포함한다. 여기서, 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)의 일 단에는 제1실내 열교환기 연결배관(13, 23, 33, 43)이 연결되고, 타 단에는 제2실내 열교환기 연결배관(14, 24, 34, 44)이 연결될 수 있다.
제1, 제2, 제3, 제4 실내 전자팽창밸브(12, 22, 32, 42)는 상기 제1실내 열교환기 연결배관(13, 23, 33, 43) 상에 설치된다. 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)가 냉방 운전 시, 제1, 제2, 제3, 제4 실내 전자팽창밸브(12, 22, 32, 42)는 소정 개도로 제어될 수 있다. 이 경우, 냉매는 제1, 제2, 제3, 제4 실내 전자팽창밸브(12, 22, 32, 42)를 통과하며 팽창될 수 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)가 난방 운전 시, 제1, 제2, 제3, 제4 실내 전자팽창밸브(12, 22, 32, 42)는 풀 오픈될 수 있다. 이 경우, 냉매는 제1, 제2, 제3, 제4 실내 전자팽창밸브(12, 22, 32, 42)를 통과하며 팽창되지 않을 수 있다.
냉방 운전되는 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)에 연결되는 제1실내 열교환기 연결배관(13, 23, 33, 43)은 액체 냉매를 분배기(C)의 액체 헤더(83)에서 제1, 제2, 제3, 제4 실내 전자팽창밸브(12, 22, 32, 42)로 안내할 수 있다. 이 경우, 냉방 운전되는 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)에 연결되는 제2실내 열교환기 연결배관(14, 24, 34, 44)은, 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)에서 증발된 저압의 기상 냉매를 분배기(C)의 저압기체 헤더(82)로 안내할 수 있다.
난방 운전되는 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)에 연결되는 제1실내 열교환기 연결배관(13, 23, 33, 43)은 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)에서 응축된 액체 냉매를 분배기(C)의 액체 헤더(83)로 안내할 수 있다. 이 경우, 난방 운전되는 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)에 연결되는 제2실내 열교환기 연결배관(14, 24, 34, 44)은, 고압의 기상 냉매를 분배기(C)의 고압기체 헤더(81)에서 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)로 안내할 수 있다.
제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)는 실내 공기와의 열교환에 의하여 냉매를 응축하거나 증발시킬 수 있다. 구체적으로, 냉방 운전되는 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)의 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)는 증발기의 역할을 수행할 수 있다. 난방 운전되는 제1, 제2, 제3 및 제4 실내기(B1, B2, B3, B4)의 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)는 응축기의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)에서의 열교환을 보다 원활하게 하기 위하여, 제1, 제2, 제3, 제4 실내기 팬(15, 25, 35, 45)은 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41) 주위에 설치되어 제1, 제2, 제3, 제4 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)로 외부 공기를 유입시킨다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기조화기의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기조화기(100)는, 냉난방 절환형 멀티 공기조화기일 수 있다. 냉난방 절환형 멀티 공기조화기는, 복수개의 실내기(B1, B2, B3, B4)와 실외기(A)가 냉매배관으로 연결되는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 냉난방 절환형 멀티 공기조화기는, 난방 또는 냉방 중 어느 하나의 운전모드로 절환되어 실내를 공기 조화할 수 있다. 이와 같은 공기조화기는 히트 펌프식 공기조화기로 명명될 수도 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기조화기(100)는, 건물의 실내에 설치되는 다수개의 실내기(B1, B2, B3, B4)와, 상기 실내기(B1, B2, B3, B4)에 연결되는 실외기(A)를 포함하여 구성될 수 있다. 실내기(B1, B2, B3, B4)와 실외기(A)는 냉매배관(10, 20)을 통해 연결될 수 있다. 실외기(A)는 실내기(B1, B2, B3, B4) 중 적어도 어느 하나의 요구에 의해 구동되고, 실내기(B1, B2, B3, B4)에 의해 요구되는 냉난방 용량이 증가할수록 실외기(A)의 작동 대수 및 실외기(A)에 설치된 압축기의 작동 대수가 증가할 수 있다.
실내기(B1, B2, B3, B4)는, 냉매와 실내공기를 열교환시키는 실내 열교환기(11, 21, 31, 41), 실내 열교환기(11, 21, 31, 41) 주위에 설치되어 실내 공기를 순환시키는 실내기 팬(15, 25, 35, 45), 냉방 시 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)로 유동되는 냉매를 팽창시키는 실내 전자팽창밸브(12, 22, 32, 42)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)는 냉방 운전 시 증발기로 기능하고, 난방 운전 시 응축기로 기능할 수 있다.
실외기(A)는, 실내기(B1, B2, B3, B4)로부터 공급된 냉매 중 기체 냉매만을 추출하는 어큐뮬레이터(52), 어큐뮬레이터(52)에서 추출된 기체 냉매를 공급받아 고온 고압의 기체 냉매로 압축하는 제1, 제2 압축기(53, 54), 상기 제1, 제2 압축기(53, 54)와 연결되어 냉방운전 또는 난방운전에 따라 압축된 냉매의 유로를 선택하는 사방밸브(62), 사방밸브(62)에서 공급된 냉매와 실외 공기를 열교환시키는 실외 열교환기(51)를 포함하여 구성된다. 여기서, 제1 압축기(53)는 냉매의 압축용량을 가변시킬 수 있는 인버터 압축기이고, 제2 압축기(54)는 냉매의 압축용량이 일정한 정속 압축기일 수 있다. 또한, 실외 열교환기(51)는 냉방 운전 시 응축기로 기능하고, 난방 운전 시 증발기로 기능할 수 있다. 한편, 실외 열교환기(51) 주위에는, 실외 공기를 실외 열교환기(51)로 유입시키는 실외기 팬(61)이 구비될 수 있다.
제1, 제2 압축기(53, 54)와 사방밸브(62)를 연결하는 배관에는 제1, 제2 오일분리기(58, 59)가 설치된다. 제1, 제2 오일분리기(58, 59)는 제1, 제2 압축기(53, 54)의 흡입 측에 연결된다. 이 경우, 제1, 제2 오일분리기(58, 59)는 제1, 제2 압축기(53, 54)에서 토출된 냉매 중 오일을 분리하고, 분리된 오일을 제1, 제2 압축기(53, 54)에 공급함으로써, 제1, 제2 압축기(53, 54) 내부에 적정량의 오일을 유지시킨다. 상기 제1, 제2 오일분리기(58, 59)와 상기 제1, 제2 압축기(53, 54)의 흡입 측 배관은 제1, 제2 오일회수관(30, 31)을 통해 연결되며, 상기 제1, 제2 오일회수관(30, 31)을 통해 오일이 이동된다.
냉매배관(10)은 실외 열교환기(51)에서 토출된 냉매를 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)로 안내한다. 냉매배관(10)에는 난방 운전 시 응축된 냉매를 팽창시키는 실외 전자팽창밸브(EEV, 65)와, 냉방 운전 시 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)로 이동되는 냉매를 과냉각시키는 과냉각장치(66)가 설치된다.
실외 전자팽창밸브(65)는 냉방 운전 시 풀 오픈되어, 실외 열교환기(51)에서 응축된 냉매를 팽창시키지 않고 통과시킨다. 반면, 난방 운전 시에는 소정 크기로 개도되어, 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)에서 응축된 냉매를 실외 열교환기(51)로 유입되기 전에 분무상태의 액체로 팽창시킨다.
과냉각장치(66)는, 냉매배관(10) 중 일부를 감싸며 설치되는 과냉각기(66a), 과냉각기(66a)를 관통하여 실내 열교환기(11, 21, 31, 41)로 연결되는 냉매배관(10)에 연결되어 상기 냉매배관(10)을 이동하는 냉매 중 일부를 과냉각기(66a) 내부로 바이패스 시키는 바이패스 배관(66b), 바이패스 배관(66b)에 설치되는 전자팽창밸브(66c), 과냉각기(66a)와 어큐뮬레이터(52)의 입력 측 냉매배관(64)을 연결하는 회수배관(66d), 회수배관(66d)과 제1, 제2 압축기(53, 54)의 토출 측 배관(62")을 연결하는 과열배관(88), 회수배관(66d)과 과열배관(88)이 연결되는 부분에 설치되어 과냉각기(66a)에서 토출되는 냉매의 온도에 따라 회수배관(66d) 또는 과열배관(88)으로 냉매의 유동방향으로 전환시키는 밸브(89)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 과냉각기(66a)는 내부에 공간이 형성되고, 냉매배관(10)은 상기 과냉각기(66a)를 관통하여 설치된다. 냉매배관(10)을 따라 이동하는 냉매는, 공기조화기(100)가 냉방사이클로 구동되는 경우, 과냉각기(66a) 내부에 충진된 냉매와 열교환되어 온도가 하강된다. 이를 위해, 전자팽창밸브(66c)는 바이패스 배관(66b)을 통해 과냉각기(66a)로 이동되는 냉매를 팽창시켜 분무 상태의 저온 저압 액체 냉매로 변환시키고, 상기 팽창된 냉매는 과냉각기(66a)의 내부에 충진되어 냉매배관(10)을 따라 이동되는 냉매와 열교환된다.
한편, 과냉각장치(66)에서 유입/토출되는 냉매의 온도를 감지하기 위하여, 과냉각기(30)의 토출 측 냉매배관(10)과, 바이패스 배관(66b)에서 전자팽창밸브(66c)의 토출 측에 설치된 바이패스 배관(86")과, 회수배관(66d)에서 과냉각기(66a)와 밸브(89) 사이에 설치된 배관(87)에는 냉매의 온도를 측정하기 위한 온도센서(101, 102, 103)가 각각 설치된다.
이와 함께, 제1, 제2 압축기(53, 54)의 토출 측 냉매배관에는 상기 제1, 제2 압축기(53, 54)에서 토출된 냉매의 온도를 감지하기 위한 온도 센서(104, 105)가 각각 설치되고, 어큐뮬레이터(52)의 입력 측 냉매배관에도 상기 어큐뮬레이터(52)로 유입되는 냉매의 온도를 감지하기 위한 온도센서(106)가 설치된다.
밸브(89)는 온도센서(103)에서 측정된 냉매의 온도에 따라, 과냉각기(66a) 내부에서 토출된 냉매의 유동 방향을 선택한다. 구체적으로, 과냉각기(66a) 내부에서 토출된 냉매의 온도가 정상적인 온도범위로 유지되는 경우, 밸브(89)는 냉매가 회수배관(66d)과 연결되는 유로를 개방하고 과열배관(88)과 연결되는 유로를 차단한다. 반면, 과냉각기(66a) 내부에서 토출된 냉매의 온도가 정상적인 온도범위 보다 높은 경우, 밸브(89)는 제1, 제2 압축기(53, 54)의 손상을 방지하기 위하여 회수배관(66d)과 연결되는 유로를 차단하고, 과열배관(88)과 연결되는 유로를 개방한다. 이 경우, 과열배관(88)에는 상기 제1, 제2 압축기(53, 54)에서 토출된 냉매가 과냉각기(66a) 측으로 역류되는 것을 방지하기 위한 체크밸브(85)가 설치된다.
한편, 냉매배관(10)에는 상기 냉매배관(10) 내부의 습기를 제거하기 위한 드라이어(110)가 설치되고, 상기 드라이어(110)를 통과하는 냉매는 상기 냉매배관(10)에서 바이패스 되어 실내 열교환기(11, 21, 31, 41) 측으로 유동된다.
이하, 도 1a 내지 도 1b에 도시된 공기조화기에서, 유량 센서가 측정한 열원수 유량 또는 온도 센서가 측정한 실외 열교환기의 입출구 온도차에 기초하여 변유량 밸브의 개도를 제어하는 실시 예들에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기(100)는 도 1a에 도시된 냉난방 동시형 멀티 공기조화기 또는 도 1b에 도시된 냉난방 절환형 멀티 공기조화기일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기(100)는 압축기(210), 실외 열교환기(220), 온도 센서(230), 유량 센서(240), 변유량 밸브(250), 펌프(260) 및 제어부(270)를 포함할 수 있다.
압축기(210)는 냉동 사이클의 목표 고압에 대응하는 운전 주파수(Hz)로 운전될 수 있다. 목표 고압은 냉방 운전, 난방 운전, 냉방 주체 동시 운전 및 난방 주체 동시 운전에 대응하여 다르게 설정될 수 있다.
실외 열교환기(220)는 수냉식 열교환을 수행할 수 있다. 이 경우, 실외 열교환기(220)는 유입된 냉매를 열원수와 열교환시켜 증발시키거나 응축시킬 수 있다. 열원수(heat source water)는 일정 수온을 갖는 액체 에너지원일 수 있다.
실외 열교환기(220)는 냉매 열교환 유로 및 열원수 열교환 유로와 연결될 수 있다. 냉매 열교환 유로는 냉매가 통과하면서 증발되거나 응축되는 유로일 수 있다. 열원수 열교환 유로는 열원수가 통과하면서 냉각되거나 가열되는 유로일 수 있다.
실외 열교환기(220)는 판형 열교환기 또는 쉘튜브형 열교환기로 구성될 수 있다. 판형 열교환기로 구성되는 경우, 냉매 열교환 유로와 열원수 열교환 유로가 판형 열전달부재를 통해 구획되어, 판형 열전달부재를 통해 냉매와 열원수가 열교환될 수 있다. 쉘튜브형 열교환기로 구성되는 경우, 냉매 열교환 유로와 열원수 열교환 유로가 쉘 내부에 배치된 튜브에 의해 구획되어, 튜브를 통해 냉매와 열원수가 열교환될 수 있다.
온도 센서(230)는 온도를 측정할 수 있다. 이를 위해, 온도 센서(230)는 검출 소자를 이용하여 유체 또는 물체 표면 등의 온도를 측정하고, 측정한 온도를 전기신호로 변환하여 출력하거나 전송할 수 있다. 여기서, 검출 소자는 서미스터, 백금, 니켈 및 열전쌍 등을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 온도 센서(230)는 실외 열교환기(220)의 입구 온도 및 출구 온도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 온도 센서(230)는 실외 열교환기(220)로 열원수가 유입되는 입구 온도와, 실외 열교환기(220)로부터 열원수가 토출되는 출구 온도를 측정할 수 있다. 이를 위해, 복수개의 온도 센서(230)가 실외 열교환기(220)의 입구 및 출구에 각각 대응하여 배치될 수 있다.
유량 센서(240)는 유동하는 액체 또는 기체의 질량을 측정할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 유량 센서(240)는 변유량 밸브(250)의 출구 유량을 측정할 수 있다. 구체적으로, 유량 센서(240)는 변유량 밸브(250)로부터 열원수가 토출되는 출구 유량을 측정할 수 있다. 이를 위해, 유량 센서(240)는 변유량 밸브(250)의 출구 측에 설치될 수 있다.
변유량 밸브(250)는 실외 열교환기(220)로 유입되거나 해당 실외 열교환기(220)로부터 토출되는 열원수의 유량을 조절할 수 있다. 구체적으로, 변유량 밸브(250)는 개도를 조절함으로써, 열원수 열교환 유로를 순환하는 열원수의 유량을 가변시킬 수 있다. 이를 위해, 변유량 밸브(250)는 열원수 열교환 유로 상에 설치될 수 있다. 이 경우, 변유량 밸브(250)는 열원수 열교환 유로를 구성하는 입수유로와 출수유로 중 적어도 하나에 설치될 수 있다.
변유량 밸브(250)는 풀 오픈(full open)시 최대 개도로 개방되고, 풀 클로우즈(full close)시 폐쇄될 수 있다. 변유량 밸브(250)가 최대 개도로 개방되는 경우, 열원수 열교환 유로를 순환하는 열원수의 유량을 최대로 할 수 있다. 변유량 밸브(250)가 폐쇄되는 경우, 열원수 열교환 유로를 순환하는 열원수의 유량을 최소로 할 수 있다.
냉방 운전 또는 난방 운전 기동 시, 변유량 밸브(250)는 풀 오픈될 수 있다. 구체적으로, 변유량 밸브(250)는 최대 개도로 개방되어, 열원수 열교환 유로의 열원수 유량을 최대로 할 수 있다.
냉방 운전 또는 난방 운전의 기동이 완료되면, 변유량 밸브(250)의 개도가 조절될 수 있다. 이 경우, 풀 오픈되었던 변유량 밸브(250)의 개도는 소정 개도로 감소될 수 있다.
소정 운전 모드에 진입하여 정상 운전을 수행하는 경우, 변유량 밸브(250)는 유량 센서(240)가 측정한 열원수 유량에 대응하여 개도가 조절될 수 있다. 구체적으로, 변유량 밸브(250)는 현재 개도에서 소정 개도만큼 증가되거나 감소될 수 있다. 이를 위해, 변유량 밸브(250)의 개도를 위한 펄스값은 소정 펄스만큼 증가되거나 감소될 수 있다.
정상 운전을 수행하는 경우, 만일 유량 센서(240)가 정상적으로 동작하지 않으면, 변유량 밸브(250)는 온도 센서(230)가 측정한 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차에 대응하여 개도가 조절될 수 있다. 이 경우, 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차에 기초하여 열원수 유량을 예측할 수 있다. 이에 대해서는, 도 5에 대한 설명에서 후술한다.
변유량 밸브(250)는 펄스 신호에 의해 제어되는 스테핑 모터(stepping motor, 펄스 모터 라고도 함)로 구동되어, 그 조작량, 즉 개도가 변경될 수 있다. 여기서, 스테핑 모터는 스텝(step) 상태의 펄스에 순서를 부여함으로써, 주어진 펄스 수에 비례한 각도만큼 회전하는 모터일 수 있다. 따라서, 변유량 밸브(250)의 개도는 펄스 단위로 나타낼 수 있다.
펌프(260)는 열원수가 실외 열교환기(220)와 외부 열교환설비(미도시)를 순환하게 할 수 있다. 여기서, 외부 열교환설비(미도시)는 실외 열교환기(220)에서 냉매와 열교환된 열원수를 실외 공기나 지열 등과 열교환시킬 수 있다.
펌프(260)는 열원수가 실외 열교환기(220)와 열원수 열교환 유로 및 외부 열교환설비(미도시)를 순환하도록 펌핑시킬 수 있다. 이를 위해, 펌프(260)는 열원수 열교환 유로를 구성하는 입수유로와 출수유로 중 적어도 하나에 설치될 수 있다.
펌프(260)는 용량이 가변될 수 있는 용량 가변 펌프로 구성될 수 있다. 이 경우, 용량 가변 펌프는, 입력 주파수에 따라 용량이 가변되는 인버터 펌프이거나, 펌핑 용량을 가변할 수 있는 정속 펌프일 수 있다.
펌프(260)는 압력을 감지할 수 있는 압력 센서를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 펌프(260)는 압력 센서가 감지한 압력 변화에 대응하여 회전수를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
제어부(270)는 변유량 밸브(250)의 개도를 제어할 수 있다.
구체적으로, 냉방 운전 또는 난방 운전 기동 시, 제어부(270)는 변유량 밸브(250)를 풀 오픈시킬 수 있다. 이 경우, 변유량 밸브(250)는 최대 개도로 개방된다. 냉방 운전 또는 난방 운전의 기동이 완료되면, 제어부(270)는 변유량 밸브(250)의 개도를 조절할 수 있다, 이 경우, 풀 오픈되었던 변유량 밸브(250)의 개도는 소정 개도로 감소할 수 있다.
소정 운전 모드에 진입하여 정상 운전을 수행하는 경우, 제어부(270)는 유량 센서(240)가 측정한 열원수 유량에 대응하여 변유량 밸브(250)의 개도를 제어할 수 있다. 이 경우, 변유량 밸브(250)는 현재 개도에서 소정 개도만큼 증가되거나 감소될 수 있다.
실시 예에 따라, 제어부(270)는 실외기 및 적어도 하나의 실내기의 내부 또는 외부에 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기에서의 열원수의 흐름을 도시한 도면이다.
실외 열교환기(220)는 열원수 열교환 유로(310) 및 냉매 열교환 유로(미도시)와 연결된다. 냉매와 열원수 간에 열교환이 수행될 수 있도록, 열원수 열교환 유로(310)와 냉매 열교환 유로(미도시)는 대응되게 배치될 수 있다.
실외 열교환기(220)의 입구 및 출구 측에는 복수개의 온도 센서(230a, 230b)가 각각 대응하여 배치된다. 이 경우, 온도 센서(230)는 실외 열교환기(220)의 입구 온도 및 출구 온도를 측정할 수 있다.
열원수 열교환 유로(310)는 열원수가 통과하면서 냉각되거나 가열되는 유로일 수 있다. 열원수 열교환 유로(310)는 외부 열교환설비(미도시)에 연결된다. 구체적으로, 열원수 열교환 유로(310)는 입수 유로(312)와 출수 유로(314)를 포함할 수 있다. 입수유로(312)는 외부 열교환설비(미도시)를 통과한 열원수가 실외 열교환기(220)로 입수되는 유로일 수 있다. 출수유로(314)는 실외 열교환기(220)에서 냉매와 열교환된 열원수가 외부 열교환설비(미도시)로 출수되는 유로일 수 있다.
외부 열교환설비(미도시)는 실외 열교환기(220)에서 냉매와 열교환된 열원수를 실외 공기나 지열 등과 열교환시킬 수 있다. 이 경우, 외부 열교환설비(미도시)는, 출수유로(314)를 통해 출수된 열원수를 실외 공기에 의해 냉각시키는 냉각탑, 출수유로(314)를 통해 출수된 열원수를 지열과 열교환시키는 지열 열교환기, 출수유로(314)를 통해 출수된 열원수를 가열하는 보일러 등을 포함하여 구성될 수 있다.
열원수 열교환 유로(310)를 구성하는 입수유로(312)와 출수유로(314) 중 적어도 하나에는, 변유량 밸브(250)가 설치될 수 있다. 변유량 밸브(250)는 입수유로(312)를 통해 실외 열교환기(220)로 유입되거나, 출수유로(314)를 통해 실외 열교환기(220)로부터 토출되는 열원수의 유량을 조절할 수 있다. 구체적으로, 변유량 밸브(250)는 개도를 조절함으로써, 열원수 열교환 유로(310)를 순환하는 열원수의 유량을 가변시킬 수 있다.
변유량 밸브(250)의 출구 측에는 유량 센서(240)가 설치된다. 유량 센서(240)는 변유량 밸브(250)의 출구 유량을 측정할 수 있다. 이에 의해, 변유량 밸브(250)로부터 토출되는 열원수 유량이 측정된다.
열원수 열교환 유로(310)를 구성하는 입수유로(312)와 출수유로(314) 중 적어도 하나에는, 펌프(260)가 설치될 수 있다.
펌프(260)는 열원수가 실외 열교환기(220)와 외부 열교환설비(미도시)를 순환하게 할 수 있다. 구체적으로, 펌프(260)는, 열원수가 입수유로(312), 실외 열교환기(220), 출수유로(314) 및 외부 열교환설비(미도시)를 순차적으로 순환하도록 펌핑시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 외부 열교환설비(미도시)로부터 유입된 열원수가 입수유로(312)를 통해 실외 열교환기(220)로 유입된다. 열원수는 실외 열교환기(220)에서 냉매와 열교환되고, 출수유로(314)를 통해 변유량 밸브(250)를 통과하여 외부 열교환설비(미도시)로 유입된다.
이 경우, 유량 센서(240)는 변유량 밸브(250)로부터 토출되는 열원수 유량을 측정하고, 측정된 열원수 유량에 대응하여 변유량 밸브(250)의 개도가 조정된다.
또한, 온도 센서(230)는 실외 열교환기(220)의 입구와 출구간의 온도차를 측정하고, 측정된 입구와 출구간의 온도차에 대응하여 변유량 밸브(250)의 개도가 조정된다. 구체적으로, 실외 열교환기(220)의 입구와 출구간의 온도차에 기초하여 열원수 유량을 예측하고, 예측된 열원수 유량에 대응하여 변유량 밸브(250)의 개도가 조절된다. 이에 대해서는, 도 5에 대한 설명에서 후술한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기의 제어 과정을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기(100)의 제어 방법에 의하면, 수냉식 열교환을 수행하는 실외기를 포함하는 공기조화기(100)는, 유량 센서(240)가 측정한 열원수 유량에 대응하여 변유량 밸브(250)의 개도를 자동으로 제어할 수 있다. 또한, 유량 센서(240)가 정상적으로 동작하지 않는 경우, 온도 센서(230)가 측정한 실외 열교환기(220)의 입출구 간의 온도차에 기초하여 변유량 밸브(250)의 개도를 제어할 수 있다.
공기조화기(100)는 냉방 운전 또는 난방 운전 기동 시, 압축기(210)의 목표 운전 주파수를 설정한다(S401).
냉방 운전 또는 난방 운전이 기동하여 압축기(210)에 전원이 인가되면, 공기조화기(100)의 제어부(270)는 압축기(210)의 목표 운전 주파수(Hz)를 설정할 수 있다.
공기조화기(100)는 변유량 밸브(250)를 최대로 개방하도록 제어한다(S402).
공기조화기(100)의 제어부(270)는 기동 전 완전히 폐쇄(full close)되어 있던 변유량 밸브(250)를 최대로 개방(full open)시킬 수 있다.
공기조화기(100)는 유량 센서(240)를 통해 유량을 측정한다(S403).
구체적으로, 유량 센서(240)는 변유량 밸브(250)의 출구 측에 설치되어, 변유량 밸브(250)로부터 토출되는 열원수의 유량을 측정할 수 있다. 이 경우, 유량 센서(240)는 운전 기동 후 초기에 소정 시간 동안 유량을 측정할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 초기 유량 측정 시간은 운전 기동 후 1분 동안일 수 있다.
공기조화기(100)는 변유량 밸브(250)가 제어신호에 맞게 개방되었는지 판단한다(S404).
공기조화기(100)의 제어부(270)는 변유량 밸브(250)가 최대로 개방될 때까지 대기하고, 변유량 밸브(250)가 최대로 개방된 후 운전 기동을 종료하고 정상 운전을 시작할 수 있다.
따라서, S404 단계에서 변유량 밸브(250)가 제어신호에 맞게 개방되었으면(S404-Yes), 공기조화기(100)는 정상 운전을 수행한다(S405).
정상 운전을 수행하는 경우, 제어부(270)는 유량 센서(240)가 측정한 열원수 유량에 대응하여 변유량 밸브(250)의 개도를 조절할 수 있다. 이 경우, 제어부(270)는 개도를 위한 펄스값을 제어함으로써, 변유량 밸브(250)의 개도를 현재 개도에서 소정 개도만큼 증가되거나 감소시킬 수 있다. 이와 같은 공기조화기(100)의 정상 운전은 소정 시간 동안 계속될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 소정 시간은 30초일 수 있다.
반면, S404 단계에서 변유량 밸브(250)가 제어신호에 맞게 개방되지 않았으면(S404-No), 공기조화기(100)는 제어신호에 맞게 변유량 밸브(250)를 개방한다(S406).
공기조화기(100)의 제어부(270)는 변유량 밸브(250)가 제대로 동작하지 않아 최대로 개방되지 않은 경우, 변유량 밸브(250)가 제대로 동작할 때까지 대기한다. 구체적으로, 제어부(270)는 변유량 밸브(250)의 개도가 최대로 개방될 때까지 대기한다. S406 단계를 수행하면, S403 단계로 되돌아가 유량을 측정한다.
공기조화기(100)는 정상 운전 후 30초가 경과하였는지 판단한다(S407).
만일, 정상 운전 후 30초가 경과하였으면(S407-Yes), 공기조화기(100)는 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차가 기준값에 해당하는지 판단한다(S408).
본 발명에 의하면, 공기조화기(100)는 정상 운전 시 유량 센서(240)가 측정한 열원수 유량에 대응하여 변유량 밸브(250)의 개도를 제어한다. 따라서, 유량 센서(240)가 제대로 동작하지 않으면, 변유량 밸브(250)의 개도를 제대로 제어할 수 없게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 유량 센서(240)가 정상적으로 동작하지 않는 경우, 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차에 기초하여 변유량 밸브(250)의 개도를 제어할 수 있다. 이를 위해, 공기조화기(100)의 제어부(270)는 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차가 기준치에 적정한지 판단하고, 이에 기초하여 변유량 밸브(250)의 개도를 제어한다. 즉, S408 단계에서, 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차가 기준값에 해당한다고 판단하면(S408-Yes), 제어부(270)는 정상 운전을 계속한다. 반면, 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차가 기준값에 해당하지 않는다고 판단하면(S408-No), 제어부(270)는 유량 센서(240)가 정상적으로 동작하지 않아 변유량 밸브(250)의 개도가 제대로 제어되지 않는 것으로 판단한다. 이 경우, 제어부(270)는 유량 센서(240)가 에러임을 출력한다(S409).
공기조화기(100)는 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차가 기준값 이상인지 판단한다(S410). 만일, 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차가 기준값 이상이면(S410-Yes), 제어부(270)는 변유량 밸브(250)를 개방한다(S411). 반면, 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차가 기준값 미만이면(S410-No), 제어부(270)는 변유량 밸브(250)를 닫는다(S412). 즉, 공기조화기(100)는 유량 센서(240)가 정상적으로 동작하지 않는 경우, 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차와 기준값을 비교하고, 온도차에 따라 변유량 밸브(250)의 개도를 제어한다, 구체적으로, 입출구 온도차가 높다면 변유량 밸브(250)를 개방하고, 입출구 온도차가 낮으면 변유량 밸브(250)를 폐쇄한다. 이는 실외 열교환기(220)의 입출구 온도차와 열원수 유량이 반비례하기 때문인데, 이에 대해서는 도 5에 대한 설명에서 후술한다.
이후, 공기조화기(100)는 S403 단계로 되돌아가 정상 운전을 계속한다.
기존에는, 공기조화기(100)의 운전 시 냉난방 성능을 높이고 소비전력 및 효율을 선택적으로 조절하기 위하여, 공기조화기(100)가 설치된 곳의 기후 조건을 고려하여 사용자나 설치자가 열원수의 최소 유량을 조작하였다. 이 경우, 만일 변유량 밸브(250)가 원하는 개도로 개방되지 않으면, 고압이 높게 형성되어 운전 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 유량 센서(240)가 측정한 열원수 유량에 대응하여 변유량 밸브(250)의 개도를 조절한다. 따라서, 사용자나 설치자가 변유량 밸브(250)의 최소 유량을 설정하지 않아도, 운전 상황에 맞게 변유량 밸브(250)의 개도가 자동으로 조절될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 공기조화기에서의 변유량 밸브 제어를 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 5는 열원수로 물을 사용하는 경우이다. 물과 냉매 간에는 열교환이 이루어질 수 있다. 냉매와 열교환하기 전의 물의 온도는 T1이고, 냉매와 열교환한 후의 물의 온도는 T2이다. 이 경우, 물의 온도 변화량 △T = T2 - T1 이다.
질량 보존의 법칙에 의하여, 물의 열량 변화량(Q1)과 냉매의 열량 변화량(Q2)은 동일하다. 따라서, 다음과 같은 관계가 성립한다.
물의 열량 변화량(Q1)=냉매의 열량 변화량(Q2)
여기서, Q1 = Cp ⅹ w ⅹ ΔT (Cp: 물 비열, w: 물 질량 유량, ΔT: 온도 변화량)이다.
또한, Q2 = r * Δh (r: 냉매 질량 유량, Δh: 냉매의 엔탈피) 이다. 이 경우, Q2는 고정되어 있다고 가정한다.
물이 적게 흐르면 w 값은 작아진다. 이 경우, Cp 값은 1이므로, ΔT는 증가한다. 따라서, 물이 적게 흐르게 되면, 열원수의 온도 변화는 증가한다.
물이 많이 흐르면 w 값은 커진다. 이 경우, Cp 값은 1이므로, ΔT는 감소하게 된다. 따라서, 물이 많이 흐르게 되면, 열원수의 온도 변화는 감소한다.
즉, 물의 유량과 온도 변화는 반비례 관계에 있다. 따라서, 온도 변화로부터 물(열원수)의 유량을 예측할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 실외 열교환기(220)의 온도 변화를 통해 열원수의 유량을 추적하여 조절할 수 있다. 이에 의하면, 유량 센서(240)가 정상적으로 동작하지 않는 경우에도, 온도 센서(230)가 측정한 온도 변화값에 기초하여 변유량 밸브(250)의 개도를 조절할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 송신)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부(180)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 공기조화기 210: 압축기
220: 실외 열교환기 230: 온도 센서
240: 유량 센서 250: 변유량 밸브
260: 펌프 270: 제어부

Claims (11)

  1. 공기조화기에 있어서,
    열원수와 냉매를 열교환시키는 실외 열교환기;
    개도가 조절되어 상기 실외 열교환기로 유입되는 상기 열원수의 유량을 가변시키는 변유량 밸브;
    상기 실외 열교환기의 입구 및 출구간 온도 변화량을 측정하는 온도 센서; 및
    상기 공기조화기의 기동 시 소정 시간 동안 상기 변유량 밸브의 개도를 최대로 증가시키고, 상기 소정 시간이 경과한 후 상기 열원수의 유량에 대응하여 상기 변유량 밸브의 개도를 제어하되, 상기 실외 열교환기의 입구 및 출구간 온도 변화량이 기준값에 해당하지 않아 상기 유량 센서가 정상적으로 동작하지 않는 경우, 상기 실외 열교환기의 상기 입구 및 출구간 상기 온도 센서에서 측정된 온도 변화량의 상기 기준값 초과 여부에 기초하여 상기 열원수의 유량을 예측하고, 예측된 상기 열원수의 유량에 대응하여 상기 변유량 밸브의 개도를 자동으로 제어하는 제어부;를 포함하는 공기조화기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입구 및 출구간 온도 변화량이 증가하는 경우 상기 열원수의 유량이 감소되는 공기조화기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온도 센서는, 상기 실외 열교환기의 입구 및 출구에 각각 대응하여 설치되는 공기조화기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유량 센서는, 상기 변유량 밸브의 출구 측에 설치되는 공기조화기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변유량 밸브는,
    상기 실외 열교환기로 상기 열원수가 유입되는 입수 유로 및 상기 실외 열교환기로부터 상기 열원수가 출수되는 출수 유로 중 적어도 하나에 설치되는 공기조화기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열원수가 상기 변유량 밸브와 상기 실외 열교환기를 순환하도록 제어하는 펌프를 더 포함하는 공기조화기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 펌프는,
    상기 실외 열교환기로 상기 열원수가 유입되는 입수 유로 및 상기 실외 열교환기로부터 상기 열원수가 출수되는 출수 유로 중 적어도 하나에 설치되는 공기조화기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 소정 시간은 30초인 공기조화기.
  10. 공기조화기의 제어 방법에 있어서,
    상기 공기조화기의 기동 시, 소정 시간 동안 변유량 밸브의 개도를 최대로 개방하는 단계;
    실외 열교환기의 출구를 거쳐 상기 변유량 밸브로부터 토출되는 열원수의 유량을 측정하는 단계; 및
    상기 소정 시간이 경과한 후, 상기 열원수의 유량에 대응하여 상기 변유량 밸브의 상기 개도를 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 실외 열교환기의 입구 및 출구간 온도 변화량이 기준값에 해당하지 않아 상기 열원수의 유량을 측정하는 유량 센서가 정상적으로 동작하지 않는 경우, 상기 실외 열교환기의 입구 및 출구간 온도 변화량을 측정하는 단계; 및
    상기 실외 열교환기의 상기 입구 및 상기 출구간 온도 변화량의 상기 기준값 초과 여부에 기초하여 상기 열원수의 유량을 예측하고, 예측된 상기 열원수의 유량에 대응하여 상기 변유량 밸브의 개도를 자동으로 제어하는 단계;를 포함하는 공기조화기의 제어 방법.
  11. 삭제
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