KR20040106012A - 수냉식 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

물 탱크에 저수된 냉각수를 응축기에 공급하는 수냉식 공기조화기 및 그 제어방법을 개시한다. 물 탱크에 일정 수위를 유지하기 위한 수위조절기구를 구비하며, 이 물 탱크에 연결된 물 펌프의 작동에 따라 저수된 냉각수를 응축기에 공급한다. 증발기에 설치된 온도센서는 증발기의 배관온도를 감지하고, 컨트롤러는 감지된 증발기의 배관온도에 따라 물 펌프의 회전수를 제어한다. 본 발명은 설치 지역의 급수 환경에 의한 악영향을 배제시키고 아울러 공조 부하를 고려하여 냉각수를 공급함으로써 응축 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

수냉식 공기조화기 및 그 제어방법{Water Cooling Type Air Conditioner And Method Of Controlling The Same}

본 발명은 응축기에 일정량의 냉각수를 공급하기 위한 수냉식 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 압축기와 응축기, 그리고 냉매 팽창밸브와 증발기가 냉매관으로 연결되어 폐 회로를 이루는 냉동사이클에서 그 내부를 순환하는 냉매가 기화 또는 액화됨으로써 이루어지는 흡열 작용과 발열 작용을 이용하여 주위를 냉방 또는 난방시키는 장치이다.

이러한 공기조화기는 일반적으로 압축기와 응축기를 구비하며 실외에 설치되는 실외기와, 냉매 팽창밸브와 증발기를 구비하며 실내에 설치되는 실내기가 분리되어 구성되며, 응축기를 냉각시켜서 냉매를 응축시키기 위해 실외기에는 송풍팬이 설치되고 이 송풍팬의 작동에 의해 실외공기를 실외기로 유입시켜서 응축기를 통과하도록 함으로써 냉각시키게 된다.

그러나 상기와 같이 공기를 이용하여 응축기를 냉각시키는 공냉식 공기조화기는 열교환 효율이 떨어져서 요구되는 열교환능력을 얻기 위해서는 크기가 큰 응축기를 사용해야 하며, 또한 공기를 유동시키기 위한 송풍팬을 부가해서 설치해야 하므로 실외기의 크기가 커지게 되는 단점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 물과 냉매를 열교환시켜 응축기를 냉각하는 한편 그 응축기와 압축기를 본체 케이스에 마련하여 실외기를 별도로 구비하지 않도록 하는 수냉식 공기조화기가 개발되었다.

이러한 수냉식 공기조화기는 보통 주방, 화장실, 사무실, 그리고 음식점 등 물 공급은 가능하나 실외기를 설치하기 위한 설치공간이 협소한 지역에 적용한다.그런데 수냉식 공기조화기에서는 응축기의 입구에 수도 라인을 연결하여 외부로부터 냉각수를 공급받도록 하고 있다. 이에 따라 수냉식 공기조화기가 설치된 지역의 급수 환경에 따라 영향을 받으므로 수도 라인을 통해 공급되는 냉각수의 공급량이 일정하지 않게 된다. 즉, 수도 라인의 수압이 낮아 냉각수가 적게 공급되면 응축기에 대한 냉각 작용이 부족하여 응축 효율이 떨어지게 되고, 수도 라인의 수압이 높아 냉각수가 많이 공급되면 냉각수의 낭비를 초래한다.

또한 기존의 수냉식 공기조화기에서는 냉방 부하를 고려하여 응축기에 공급되는 냉각수의 양을 조절하지 않기 때문에 응축 효율이 떨어지는 요인이 되었다.

본 발명의 목적은 저수된 냉각수를 응축기에 공급함으로써 응축 효율을 향상시킬 수 있도록 한 수냉식 공기조화기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 증발기의 온도를 고려하여 응축기에 공급되는 냉각수의 공급량을 조절함으로써 응축 효율을 향상시킬 수 있도록 한 수냉식 공기조화기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수냉식 공기조화기에 적용된 냉각수 공급시스템을 보인 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 수냉식 공기조화기의 제어블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 수냉식 공기조화기의 냉방운전 제어 루틴의 순서도이다.

도 4는 본 발명에 따른 수위 조절기구의 동작 루틴의 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 압축기

12 : 응축기

20 : 냉각수 공급시스템

23 : 물 펌프

25 : 물 탱크

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수냉식 공기조화기는

압축기, 응축기, 증발기, 그리고 상기 응축기를 냉각하기 위하여 저수된 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각수 공급시스템은 냉각수를 저수하는 물 탱크, 상기 물 탱크에 저수된 냉각수의 수위를 조절하기 위한 수위조절기구, 및 상기 물 탱크에 저수된 냉각수를 상기 응축기에 공급하기 위한 물 펌프를 포함한다.

상기 수위조절기구는 부유부재, 도어, 그리고 상기 부유부재 및 도어를 연결하는 연결부재를 포함한다.

상기 수위조절기구는 저수된 냉각수의 수위가 저수위이하이면 도어를 개방하여 냉각수가 물 탱크 내로 유입되게 하고 저수된 냉각수의 수위가 고수위이하이면 도어를 폐쇄하여 물 탱크 내로 유입되는 냉각수를 차단한다.

상기 냉각수 공급시스템은 상기 응축기에 냉각수를 공급하기 위한 물 펌프, 증발기의 배관온도를 감지하기 위한 증발기 온도센서, 및 상기 증발기 온도센서를 통해 감지되는 증발기 배관온도와 설정된 기준온도를 비교하고 비교 결과에 따라 상기 물 펌프의 회전수를 조절하여 상기 응축기에 공급되는 냉각수의 양을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

상기 컨트롤러는 증발기 배관온도가 기준온도보다 높으면 상기 응축기에 공급하는 냉각수의 양을 늘리기 위해 상기 물 펌프의 회전수를 증가시키고, 증발기 배관온도가 기준온도보다 높지 않으면 상기 응축기에 공급하는 냉각수의 양을 줄이기 위해 상기 물 펌프의 회전수를 감소한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수냉식 공기조화기의 제어방법은,

응축기를 냉각하기 위해 냉각수를 공급하는 물 펌프를 구비하는 수냉식 공기조화기의 제어방법에 있어서, 냉방 운전하기 위해 상기 응축기에 냉각수를 공급하고, 냉방 운전 시 변화하는 냉방 부하에 따라 상기 응축기에 공급하는 냉각수의 양을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉방 부하는 증발기의 배관온도에 의해 결정한다.

상기 냉각수의 양을 제어하는 경우 증발기의 배관온도와 설정된 기준 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 물 펌프의 회전수를 조절한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수냉식 공기조화기에 적용된 냉각수 공급시스템을 보인 도면이다.

수냉식 공기조화기는 압축기(11), 응축기(12), 증발기(13) 그리고 팽창장치(14)가 냉매관(15)로 연결되어 하나의 폐 회로를 형성하여 이루어진다. 증발기(13) 부근에는 송풍팬(16)이 마련된다. 증발기(13)의 상부에 실내온도를 감지하기 위한 실내온도센서(51)가 마련되며, 증발기(13)의 내부에 배관온도를 감지하기 위한 증발기 온도센서(53)가 설치된다. 상기 실내온도센서(51)는 공기 흡입구 또는 공기 토출구 부근에 설치할 수도 있다.

응축기(12)는 급수 라인(21)을 통하여 물(냉각수)을 공급받으며 응축기 내부를 통과하는 물은 냉매관을 통해 순환하는 냉매와 열교환하고, 열교환된 물은 배수 라인(12b)로 보내져 외부로 방출된다.

압축기(11)에서 압축되어 고온고압으로 변화된 기체냉매는 냉매관(15)을 통해 응축기(12)로 보내져서 냉각수에 의해 열교환되어 상온고압의 액체냉매로 변화된 후에, 팽창장치(14)를 거쳐 저온저압의 액체냉매로 변화된다. 이렇게 저온저압의 액체로 변화된 냉매는 다시 증발기(13)를 통과하면서 송풍팬(16)에 의해 증발기를 통과하는 공기로부터 열을 흡수하여 저압의 기체로 변화된 후에 다시 고온고압으로 변화되기 위해 압축기(11)로 유동하는 과정을 반복하게 되고, 이에 따라 증발기(13)를 통과하면서 냉각된 공기를 실내로 공급하여 냉방 운전을 수행하게 된다.

본 발명은 응축기에 저수된 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급시스템을 구비한다. 냉각수 공급 시스템(20)은 냉각수를 응축기(12)에 연결된 급수 라인(21)을 통해 냉각수(W)를 공급하기 위해 펌핑하는 물 펌프(23)와, 수도 라인(28)로부터 공급되는 냉각수를 저수하며 물 펌프(23)와 연결된 연결 라인(22)을 통해 저수된 냉각수(W)를 공급하기 위한 물 탱크(25), 그리고 물 탱크 내에 마련되어 냉각수(W)의 수위를 조절하는 수위조절기구(27)을 포함한다.

수위조절기구(27)는 연결부재(24a)에 의해 연결되는 부유부재(24) 및 도어(26)를 포함한다. 물 펌프(23)의 작동으로 저수된 냉각수의 수위가 기준수위(Wa)보다 낮아지면 부유부재(24)에 연결된 연결부재(24a)가 느슨해져 도어(26)가 개방되고 이에 따라 수도 라인(28)을 통해 냉각수가 유입되므로 냉각수의 수위가 높아진다. 이후 물 펌프 작동이 정지되거나 수도 라인(28)을 통한 냉각수 공급이 증가함에 따라 저수된 냉각수의 수위가 기준수위(Wa)보다 높아지면 부유부재(24)가 연결된 연결부재(24a)가 당겨지게 도어(26)가 폐쇄되고 이에 따라 수도 라인(28)로부터 냉각수 공급이 차단되므로 냉각수의 수위가 낮아진다.

수위조절기구(27)에 의해 도어(26)를 개방 또는 폐쇄함으로써 저수된 냉각수를 기준수위로 유지하게 된다.

이와 같이 냉각수 공급시스템(20)은 물 탱크(25)에 냉각수를 기준수위(Wa)로 유지할 수 있기 때문에 물 펌프(23) 작동 시 일정량의 냉각수를 안정되게 공급할 수 있다. 즉, 설치 지역에서의 수도 라인(28)의 수압이 낮거나 높은 경우에도 물 탱크(25)에 저수된 냉각수를 일정하게 공급하는데 지장이 없다.

도 2는 본 발명에 따른 수냉식 공기조화기에 적용되는 제어블록도이다.

본 발명은 응축기를 냉각하기 위한 냉각수를 공급하기 위한 동작을 전반적으로 제어하는 컨트롤러(50)를 구비한다. 컨트롤러(50)의 입력단에는 실내 온도를 감지하기 위한 실내온도센서(51)가 연결되며, 컨트롤러(50)의 출력단에는 컨트롤러의 제어에 의하여 압축기(11)를 구동 제어하는 압축기구동부(55), 컨트롤러의 제어에 의하여 송풍팬(16)을 구동 제어하는 팬 구동부(57), 컨트롤러의 제어에 의하여 물 펌프(23)을 구동하는 펌프구동부(59)가 연결된다.

냉방 운전 시 컨트롤러(50)는 냉방 부하를 고려하여 응축기(12)에 공급하는 냉각수의 양이 적정한지 판단한다. 여기서 냉방 부하는 증발기 온도센서(53)를 통해 감지되는 증발기 배관온도에 기초하여 산출한다. 증발기 배관온도가 기준온도보다 낮으면 냉방 부하가 줄어들어 과냉 상태에 해당하므로 응축기에 공급하는 냉각수의 양을 줄이기 위해 컨트롤러(50)는 펌프구동부(59)를 제어하여 물 펌프(23)의 회전수를 감소시킨다. 증발기 배관온도가 기준온도보다 높으면 냉방 부하가 증가된 상태에 해당하므로 응축기에 공급하는 냉각수의 양을 늘리기 위해 컨트롤러(50)는 펌프구동부(59)를 제어하여 물 펌프(23)의 회전수를 증가시킨다. 이와 같이 컨트롤러(50)의 제어에 의하여 응축기에 공급되는 냉각수의 양을 적정하게 조절하며, 이에 따라 응축기에서의 응축 효율이 최적화된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 수냉식 공기조화기의 제어방법을 첨부도면에 따라 설명한다.

도 3을 참고하여, 냉방 운전 시 컨트롤러(50)는 실내온도센서(51)로부터 제공되는 감지신호에 따라 실내온도(Tr)를 감지한다(60).

컨트롤러(50)는 감지된 실내온도(Tr)가 미리 설정된 설정온도(Ts)이상인지 판단하고(62), 그 판단 결과 실내온도(Tr)가 설정온도(Ts)이상이 아니면 동작 60으로 돌아간다.

동작 62의 판단 결과 실내온도(Tr)가 설정온도(Ts)이상이면 컨트롤러(50)는 응축기(12)에 냉각수를 공급하기 위해 펌프구동부(59)를 제어하여 물 펌프(23)를 설정된 회전수로 구동한다(64). 아울러 컨트롤러(50)는 압축기구동부(55) 및 팬구동부(57)를 제어하여 압축기(11) 및 송풍팬(16)을 구동한다(66)(68). 이에 따라 증발기(13)를 통과하면서 냉각된 공기는 실내로 공급된다.

이와 같이 냉방 운전하는 도중 컨트롤러(50)는 증발기 온도센서(53)로부터 제공되는 감지신호에 따라 증발기 배관온도를 감지한다(70). 컨트롤러(50)는 감지되는 증발기 배관온도에 기초하여 응축기(12)에 공급하는 냉각수의 양이 적정한지 판단한다(72).

동작 72의 판단 결과 냉각수의 양이 적정하지 않지 않으면 예를 들어 증발기 배관온도가 기준온도보다 낮으면 증발기의 과냉 상태이므로 물 펌프(23)의 회전수를 감소시켜 응축기에 공급하는 냉각수의 양을 줄이는 한편, 증발기 배관온도가 기준온도보다 높으면 냉방 부하가 증가된 상태이므로 펌프구동부(59)를 제어하여 물 펌프(23)의 회전수를 증가시켜서 응축기에 공급되는 냉각수의 양을 늘린다(73).

동작 72의 판단 결과 냉각수의 양이 적정하면 컨트롤러(50)는 공기조화기의 냉방 운전을 정지하기 위한 정지명령이 입력되는 지를 판단하고(74), 그 판단결과 운전 정지가 아니면 계속해서 냉방 운전을 수행하기 위해 동작 70으로 돌아간다. 그 판단결과 운전 정지이면 컨트롤러(70)는 압축기구동부(55) 및 팬구동부(57)를 제어하여 압축기(11) 및 송풍팬(16)을 정지시키며 아울러 펌프구동부(59)를 제어하여 물 펌프(23)를 정지시킨다(76).

도 4를 참고하여 수위조절기구의 동작을 설명한다.

물 탱크(25)에 저수된 냉각수의 수위(W)와 설정된 저수위(WL)를 비교한(80) 결과 냉각수의 수위가 저수위이하이면 수위조절기구(27)는 도어(26)를 개방하고, 이에 따라 수도 라인(28)를 통해 냉각수가 물 탱크(25)로 유입되며(82), 물 탱크(25)에 저수된 냉각수의 수위(W)와 설정된 고수위(WH)를 비교한(84) 결과 냉각수의 수위가 고수위이하이면 수위조절기구(27)는 도어(26)를 폐쇄한다(86). 동작 80에서 냉각수의 수위가 저수위(WL)이하가 아니면 동작 86로 진행한다. 동작 84에서 냉각수의 수위가 고수위(WH)이하가 아니면 동작 82로 진행한다. 상기 저수위(WL)는 기준 수위(Wa)보다 낮고, 고수위(WH)는 기준 수위(Wa)보다 높다.

이상과 같이 본 발명에 따르면 물 탱크에 저수된 냉각수를 응축기에 공급하기 때문에 기존과 같이 설치 지역의 급수 환경에 영향받지 않고 적량의 냉각수를 공급하여 응축기를 냉각시킬 수 있으므로 응축 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 공조 부하를 고려하기 위해 증발기의 온도를 감지하고 감지된 증발기의 배관온도에 대응하여 물 펌프의 회전수를 조절하여 응축기에 냉각수를 공급함으로써 응축 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 압축기, 응축기, 증발기, 그리고 상기 응축기를 냉각하기 위하여 저수된 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
2. 제1항에 있어서, 상기 냉각수 공급시스템은 냉각수를 저수하는 물 탱크, 상기 물 탱크에 저수된 냉각수의 수위를 조절하기 위한 수위조절기구, 및 상기 물 탱크에 저수된 냉각수를 상기 응축기에 공급하기 위한 물 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
3. 제1항에 있어서, 상기 수위조절기구는 부유부재, 도어, 그리고 상기 부유부재 및 도어를 연결하는 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
4. 제3항에 있어서, 상기 수위조절기구는 저수된 냉각수의 수위가 저수위이하이면 도어를 개방하여 냉각수가 물 탱크 내로 유입되게 하고 저수된 냉각수의 수위가 고수위이하이면 도어를 폐쇄하여 물 탱크 내로 유입되는 냉각수를 차단하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
5. 제1항에 있어서, 상기 냉각수 공급시스템은 상기 응축기에 냉각수를 공급하기 위한 물 펌프, 증발기의 배관온도를 감지하기 위한 증발기 온도센서, 및 상기 증발기 온도센서를 통해 감지되는 증발기 배관온도와 설정된 기준온도를 비교하고 비교 결과에 따라 상기 물 펌프의 회전수를 조절하여 상기 응축기에 공급되는 냉각수의 양을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
6. 제5항에 있어서, 상기 컨트롤러는 증발기 배관온도가 기준온도보다 높으면 상기 응축기에 공급하는 냉각수의 양을 늘리기 위해 상기 물 펌프의 회전수를 증가시키고, 증발기 배관온도가 기준온도보다 높지 않으면 상기 응축기에 공급하는 냉각수의 양을 줄이기 위해 상기 물 펌프의 회전수를 감소하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기.
7. 응축기를 냉각하기 위해 냉각수를 공급하는 물 펌프를 구비하는 수냉식 공기조화기의 제어방법에 있어서,

   냉방 운전하기 위해 상기 응축기에 냉각수를 공급하고, 냉방 운전 시 변화하는 냉방 부하에 따라 상기 응축기에 공급하는 냉각수의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기의 제어방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 냉방 부하는 증발기의 배관온도에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기의 제어방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 냉각수의 양을 제어하는 경우 증발기의 배관온도와 설정된 기준 온도를 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 물 펌프의 회전수를 조절하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기조화기의 제어방법.