KR20050004290A - 냉각제 충전 처리부를 갖는 공조 시스템 - Google Patents

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Abstract

공조 시스템은 실외 유닛(24)과 다중 실내 유닛들(32, 34, 36, 38)을 포함한다. 각각의 실내 유닛(32, 34, 36, 38)들은 자체의 코일 조립체 및 팬을 갖고, 예로써 빌딩(22) 내에서의 특정 영역을 가열하도록 제공된다. 모든 실내 유닛(32, 34, 36, 38)들이 동시에 작동되는 것은 아니다. 상기 시스템의 작동 부분 내에서의 냉각제 충전 수준을 처리하는 방법에는 비작동 실내 유닛을 통과하는 냉각제 유동의 양을 제어하는 단계를 포함한다. 상기 시스템의 작동 부분에서 적당한 충전이 이루어지지 않은 경우, 비작동 실내 유닛으로부터 실외 유닛(24)으로의 증가된 복귀 유동은 충전을 증가시키는 기능을 한다.

Description

냉각제 충전 처리부를 갖는 공조 시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM WITH REFRIGERANT CHARGE MANAGEMENT}
공조 시스템을 다양한 형태로 조립된다. 대부분의 시스템은 압축기를 갖는 실외 유닛 및 코일 조립체를 갖는다. 실내 유닛은 팬 조립체 및 코일 조립체를 갖는 단일 유닛일 수 있다. 다른 시스템은 자체적으로 팬 및 코일 조립체를 각각 갖는 다중 실내 유닛을 갖는다.
몇몇 공조 시스템은 따뜻한 온도에서 냉각시키고 찬 실외 온도에서 가열할 수 있다. 다중 실내 유닛 시스템["복합 시스템(multiplex system)"]이 열 기능을 제공할 경우, 시스템 내에 냉각제 충전량을 제어하는 것이 바람직하다. 몇몇 환경에서, 실내 유닛은 빌딩의 다양한 부분을 적절하게 가열하기 위해 작동을 필요가 없으며, 따라서 전체 시스템의 부분은 작동하지 않는다. 몇몇 환경에서, 냉각제 충전의 수준이 시스템의 작동 부분에서 바람직하지 않게 높게 또는 바람직하지 않게 낮게 하는 것이 가능하다. 상기 시스템 작동은 시스템의 작동 부분 (즉, 일반적으로 가열하는 실내 유닛을 포함하는 시스템의 부분) 내에 너무 많은 또는 너무 적은 냉각제가 있는 경우 손상될 수 있다. 상기 시스템의 작동 부분에 너무 많은 냉각제가 있는 경우, 과도하게 높은 배출 압력이 발생할 수 있다. 상기 시스템의 작동 부분에 너무 적은 냉각제가 있는 경우에는 전형적으로 열 용량의 손실이 있게되고 시외 유닛의 코일에는 결빙이 증가될 가능성이 있다.
이러한 시스템의 작동 부분에서의 냉각제 충전을 처리하려는 시도에는 실내 유닛의 셧오프(shutoff)를 포함한다. 특정 실내 유닛이 작동될 필요가 없는 경우, 상기 셧오프 밸브는 작동 실외 유닛으로부터 비작동 실내 유닛 또는 유닛들로의 냉각제 유동을 차단한다. 이러한 접근법은 유용하지만, 가열에 궁극적으로 필요로 될 때에는 실내 유닛에서 부가적인 충전 시간을 필요로 하다는 결점을 포함한다. 이러한 장치의 다른 단점은 전체 시스템을 통한 감소된 유동이 작동 라인에 압력을 증가시키고 고온의 공기가 작동 실내 유닛에 의해 충전되어 빌딩 공간 내의 불균일한 가열 및 비효율적인 시스템 작동을 제공한다는 점이다.
빌딩 공간에 열을 제공하는 복합 공조 시스템에 보다 효율적인 충전 처리에 대한 필요성이 있다. 본 발명은 종래의 접근법의 결점 및 단점을 피하면서 필요로 하는 점에 대해 다룬다.
본 발명은 일반적으로 열 기능을 제공하는 공조 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 빌딩 내의 복수의 룸 또는 섹션에 열을 제공하기 위해 실외와 유체 연통하는 다중 실내 유닛을 갖는 공조 시스템에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따라 설계된 시스템의 개략적으로 도시한 도면이다.
도2는 도1의 실시예에서 선택된 부분을 다소 상세하게 설명하는 개략도이다.
도3은 도2에 도시된 것과는 상이한 배치를 도시한 도면이다.
일반적인 용어로, 본 발명은 실외 유닛 및 다중 실내 유닛을 갖는 공조 시스템에서 냉각제 충전 수준을 제어하기 위한 방법 및 시스템으로, 상기 실내 유닛들은 그들 모두가 반드시 동시에 작동되지 않도록 개별적으로 제어 가능하다.
본 발명에 따라 설계된 시스템은 압축기 및 코일 조립체를 갖는 실외 유닛을 포함한다. 복수의 실내 유닛은 빌딩 내에 위치되며, 그들 각각은 자체의 팬 및 코일 조립체를 구비한다. 공급 및 복귀 라인은 실외 유닛으로부터 실내 유닛을 연결시킨다. 유동 제어 장치는 실내 유닛으로부터 실외 유닛으로 복귀 유체 유동량을 제어한다. 제어기는 상기 시스템의 작동부에서의 전체 냉각 충전 수준이 바람직한 수준으로 제어되도록 임의의 비작동 실내 유닛으로부터의 하류의 냉각제 유동량을 선택적으로 변경하기 위해 유동 제어 장치를 제어한다.
일 예에서, 실내 유닛으로부터의 각각의 복귀 라인은 조정식 팽창 밸브를 포함한다. 제어기는 실내 유닛으로부터 실외 유닛 및 시스템의 작동 부분으로 복귀하는 냉각제 유체의 양을 제어하도록 밸브들 각각을 제어한다.
본 발명의 방법은 상기 시스템의 작동 부분에서의 냉각제 충전 수준이 언제 양호한 범위 밖인지를 결정하는 단계를 포함한다. 냉각 유체는 소정의 시간에서 비작동이더라도 실내 유닛들 모두로의 유동이 허용된다. 비작동 유닛으로부터 복귀하는 유체 유동의 양은 제어되어 시스템의 작동 부분에서의 냉각제 충전 수준의 양을 제어한다.
상기 시스템의 작동 부분에서의 냉각제 충전이 너무 낮을 경우, 비작동 유닛으로부터 복귀하는 유동은 증가된다. 상기 시스템의 작동 부분에서의 냉각제 충전 수준 너무 높을 경우, 냉각 유체는 적어도 몇몇 주기 동안 비작동 유닛 내에 효율적으로 저장된다.
이 기술 분야의 숙련자들은 하기의 양호한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 본 발명의 다양한 특성 및 이점을 알 수 있다. 상세한 설명과 한께 수반된 도면은 간단하게 다음과 같이 설명한다.
공조 시스템(20)은 빌딩(22)에서의 온도 제어를 제공한다. 실외 유닛(24)은 코일 조립체(26) 및 압축기(28)를 포함한다. 제어기(30)는 실외 유닛의 작동을 제어하고 전체 시스템(20)의 상태에 따른 데이터를 모니터링 한다. 설명에 편의를 도모하기 위해, 제어기(20)는 실외 유닛(24)의 일부로써 개략적으로 도시하였지만, 제어기는 적절한 신호 및 전력이 시스템(20)의 대응부로 전송되어 유용하도록 제공된 빌딩(22) 내에 적절한 위치에 위치될 수 있다.
복수의 실내 유닛(32, 34, 36, 38)들 각각은 자체의 팬 및 코일 조립체를 포함한다. 실내 유닛들은 각각 빌딩(22)의 특정 룸 또는 섹션 내의 온도를 맞추는 것을 담당한다. 각각의 실내 유닛은 유체 공급 라인(40) 및 복귀 라인(42)을 통해 실외 유닛과 연통한다.
시스템(20)은 바람직하게는 빌딩(22) 내의 영역을 냉각 또는 가열할 수 있다. 이후의 설명은 가열 모드에서의 시스템(20) 작동에 초점을 맞춘다.
복수의 실내 유닛의 일 예로써 실내 유닛(32, 38)을 도시하고 있는 도2에서알 수 있는 바와 같이, 냉각제는 압축기(28)로부터 공급 라인(40)을 통해 실내 유닛으로 유동한다. 이러한 예에서, 각각의 실내 유닛들은 각각 전용 복귀 라인(42)을 갖는다. 조정식 팽창 밸브(50A)는 실내 유닛(32)으로부터 실외 유닛(24)의 하류로 복귀하는 냉각제 유동량을 선택적으로 제어하도록 복귀 라인(42A)에 구비된다. 유사하게, 조정식 팽창 밸브(50B)는 복귀 라인(42B)에 구비된다. 조정식 팽창 밸브가 본 일 예에서 사용되었지만, 선택적 유동 제어부를 포함하는 상업적으로 유용한 다른 밸브 장치가 본 발명에 따라 설계된 시스템과의 연결에 사용될 수 있다.
실내 유닛(32)이 작동할 경우 또는 빌딩의 조합 부분에 열을 제공할 경우, 실내 유닛(32), 실외 유닛(24) 및 그들 사이의 모든 유체 연통 라인을 포함하는 시스템의 적어도 일부는 시스템의 "작동(active)" 부분으로 고려될 수 있다. 실내 유닛(38)에 의해 가열된 빌딩(22)의 일부가 이미 (예로써, 자동 온도 조절 장치에 의해 제어된) 소정의 온도로 되어 있다고 가정하면, 실내 유닛(38)은 오프 또는 비작동 (즉, 팬이 오프)된다. 따라서, 실외 유닛(24)과 실내 유닛(38) 사이의 유체 연통 라인 및 실내 유닛(38)은 시스템(20)의 "비작동(inactive)" 부분이 될 수 있다.
실내 유닛(38)이 오프이더라도, 일부 냉각제는 유닛(38)으로 유동되는 것이 바람직하다. 따라서, 일부 작은 소정량의 냉각제는 비작동 유닛(38)에서 응축된다. 따라서, 조정식 팽창 밸브(50B)는 비작동 유닛(38)에서 응축되는 냉각제의 동일량이 시스템(20)의 작동부로 복귀하도록 설정되는 것이 바람직하다.
상기 시스템의 작동부에서 너무 많은 냉각제가 있을 때에는, 많은 냉각제를 비작동 유닛(38)에 저장하는 것이 바람직하다. 이것은 조정식 팽창 밸브(50B)를 통과하는 것이 허용되는 유동을 감소시킴으로써 달성된다. 이러한 환경에서, 많은 냉각제는 비작동 유닛(38)에 남겨지거나 또는 저장되는 것이 허용되고, 비작동 유닛(38)에서의 유체 온도는 압축기(28; 또는 작동 시스템)의 포화 배출 온도 아래 인 것이 바람직하다. 이러한 작동 조건은 시스템의 작동부의 충전 수준이 수용할 수 있는 범위 내가 될 때까지 유지되는 것이 바람직하다.
제어기(30)가 시스템의 작동 부분에서 너무 적은 냉각제가 있다는 것을 결정할 경우, 조정식 팽창 밸브(50B)는 비작동 유닛(38)으로부터 시스템의 작동 부분으로 복귀하는 냉각제 유동량을 증가시키도록 개방되는 것이 바람직하다.
도2에는 단지 두 개의 실내 유닛을 도시하였지만, 복수의 비작동 유닛으로부터의 냉각제 유동은 비작동 유닛으로부터 시스템의 작동 부분으로 냉각제의 양호한 복귀율을 달성하기 위해 다양한 순서 또는 방식으로 선택적으로 제어될 수 있다. 팽창 밸브(50)를 제어하기 위한 특정한 방법은 주어진 상황에서의 특수한 요구를 맞추기 위해 조정될 수 있다. 본 설명으로 유익한 이 기술분야의 숙련자들은 무엇이 특정 시스템에서 있을 수 있는 최고의 작동인지를 깨달을 수 있다.
도3의 일 예에서, 도2와 비교하여 변형이 이루어진다. 도3에서, 솔레노이드 밸브(52A, 52B)는 각각 공급 라인(40A, 40B)에 구비된다. 솔레노이드 밸브는 비작용 유닛으로 유동하는 유체의 양을 조절하도록 제어될 수 있다. 예로써, 비작동 유닛들 중 하나는 포화 온도에 있고 다른 비작동 유닛은 필요에 따라 시스템의 작동 부분으로부터 과도한 냉각제를 저장할 수 있는 경우에 유용할 수 있다.
시스템(20)에서의 냉각제 충전 수준을 결정하기 위한 하나의 방법에는 실외 유닛(24)의 압축기 흡입 과열을 모니터링하는 단계를 포함한다. 이러한 접근법은 실내 유닛으로부터 실외 유닛으로의 복귀 유동 경로에서의 조정식 팽창 밸브가 시스템이 가열 모드일 때 고정 위치로 개방될 때, 실내 유닛은 증발기로써 작동하는 실외 코일 조립체와 같이 용이하게 조작될 수 있는 것보다 많은 냉각제를 실외 코일로 복귀시키는 경향을 갖는다는 점을 인지한다. 따라서, 실외 코일을 떠나 압축기로 유입되는 과열은 이러한 환경에서 0일 수 있다. 제어기(30)는 이러한 상황을 확인하기 위한 온도, 압력 또는 양자 모두를 나타내는 센서 출력(도시 생략)을 인지하도록 프로그램되는 것이 바람직하다.
이와 달리, 시스템의 작동 부분이 충분히 충전되지 않는 경우, 팽창 장치는 시스템(20)이 가열 모두일 때 증발시킬 수 있는 것보다 적은 냉각제를 실외 코일 조립체로 공급하는 경향이 있다. 이러한 환경에서, 실외 코일 조립체를 벗어나는 과열은 너무 높을 수 있다. 따라서, 압축기 흡입 과열은 시스템에서의 충전량의 표시를 제공한다. 수용 가능한 압축기 흡입 과열 수준을 인지하기 위해 제어기(30)를 적절하게 프로그램 함으로써, 제어기(30)는 시스템의 작동 부분에서의 냉각제의 양을 증가 또는 감소시키기 위해 하나 이상의 팽창 장치(50)를 조절할 필요가 있을 때를 결정할 수 있다.
상기 시스템의 작동 부분에서의 냉각제 충전 수준을 모니터링하기 위한 다른 접근법에는 실내 유닛의 공기 온도 센서로부터 습득될 수 있는 실내 주변 온도에상응하는 냉각제 포화 압력과 압축기 배출 압력을 비교하는 단계를 포함한다. 이러한 일 예의 접근법에서, 제어기(30)는 압축기로부터의 배출 압력이 포화 압력보다 과도하게 높을 때 과잉 배출 조건을 결정하도록 프로그램 된다.
이전 문장에서 설명한 접근법의 일 태양은 불충분한 충전 상황일 때 시스템의 작동 부분에 냉각제의 양을 증가시키는 것을 포함한다. 부가적인 냉각제는 실제 압축기 배출 압력과 냉각제 포화 압력사이에서 소정의 최소 차이가 형성될 때까지 부가될 수 있다. 이러한 압력들 사이의 양호한 최소 차이는 실험 또는 시스템 시뮬레이션을 사용하여 다양한 시스템에 대해 결정될 수 있다. 상기 설명으로, 이 기술 분야의 숙련자는 특정 시스템 구성에 대한 적절한 최소 차이를 결정할 수 있다.
일반적으로 가장 바람직한 접근법인 다른 접근법은 실외 유닛(24)의 압축기를 벗어나는 과열을 모니터링 한다. 이러한 접근법에서, 압축기를 벗어나는 실제 온도가 측정되며, 압축기를 벗어나는 압력이 결정된다. 압축기를 벗어나는 압력을 결정하기 위한 하나의 접근은 실내 유닛의 코일 온도로부터 정보를 습득함으로써 압력을 추론하는 것이다. 다른 접근으로는 압력 변환기를 사용하여 압력을 직접 측정하는 것이다.
압축기 배출 과열이 너무 높을 경우, 시스템의 작동 부분은 충분하게 충전되지 않는다. 이와 달리, 시스템의 작동 부분에서의 충전 수준이 너무 높을 경우 배출 과열은 너무 낮게 된다. 이러한 접근에서, 배출 과열은 0이 아니다. 배출 과열이 시스템에서 수용 가능한 배출 수준에 대한 "추론(inferred)" 방법을 통해 얻을 수 있는 수용가능 범위는 특정 시스템의 특정 구성에 대해 결정될 필요가 있다. 전형적인 수용가능 범위는 30 ℉와 80 ℉ 사이이다. 대략적으로 50 ℉는 일 예의 시스템에서 (모니터링된 지점에서) 최적 배출 과열로 믿어진다. 상기 설명으로, 이 기술 분야의 숙련자는 특정 시스템 구성에 대한 수용 가능한 범위를 발견할 수 있다.
상기 시스템의 작동 부분 내에서의 충전 수준을 모니터링하기 위한 상기의 접근법들 중 하나를 사용할 때, 온도 센서가 압력 센서보다 저렴하기 때문에 몇몇 환경에서는 압력 결정보다 온도 결정을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명은 다양한 방법들이 시스템의 작동 부분 내에서의 냉각제 충전 수준을 모니터링하고 비작동 실내 유닛을 통해 냉각제 유동을 제어함으로써 충전 수준을 제어할 수 있게 허용한다.
상기 설명으로, 이 기술분야의 숙련자는, 본 설명에서의 다양한 기능을 제공하고 본 발명에 의해 제안된 결과를 실현하는 데 상업적으로 유용한 구성요소들로부터 선택할 수 있다. 예로써, 제어기(30)는 상기 설명과 일치하는 시스템의 작동 부분에서의 냉각제의 충전 수준을 처리하는 데 필요한 다양한 제어 기능을 제공하고 다양한 온도 및 압력을 모니터링 하도록 적절하게 프로그램된 상업적으로 입수 가능한 마이크로프로세서일 수 있다.
상기 설명은 본질을 제한하는 것은 아니고 일 예를 설명한 것이다. 이 기술분야의 숙련자는 본 발명의 기술 사상 내에서 상기 설명한 일 예에 대한 다양한 변경이 가능하다는 것을 알 수 있다. 본 발명에 주어진 법적 보호의 범위는 다음의청구범위를 연구함으로써만이 결정될 수 있다.

Claims (12)

  1. 실외 코일 조립체를 갖는 적어도 하나의 실외 유닛과 각각이 실내 코일 조립체를 갖는 복수의 실내 유닛을 포함하고, 냉각 유체는 실외 유닛과 각각의 실내 유닛들 사이에서 선택적으로 유동하는 공조 시스템 제어 방법이며.
    실외 유닛을 작동시키는 단계와,
    적어도 하나의 실내 유닛을 작동시키는 단계와,
    작동식 실내 유닛을 포함하는 시스템의 일부에서의 냉각 유체의 배출 수준이 양호한 수준인지를 결정하는 단계와,
    상기 배출 수준이 양호한 수준에 근접하도록 실외 유닛과 적어도 하나의 비작동 실내 유닛 사이에서의 냉각 유체 유동량을 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배출 수준이 양호한 수준보다 높을 때 적어도 하나의 비작동 유닛으로부터 실외 유닛으로의 복귀 유동량을 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 배출 수준이 양호한 수준보다 낮을 때 적어도 하나의 비작동 유닛으로부터 실외 유닛으로의 복귀 유동량을 증가시키는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 실외 유닛의 흡입 과열의 양을 결정함으로써 배출 수준을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 실외 유닛의 배출 과열량을 결정하고, 배출 과열이 소정의 수용가능 범위 내에 있는 지를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 실외 유닛을 벗어날 때 냉각제의 온도를 결정하고, 실외 유닛을 벗어날 때 냉각제의 압력을 결정함으로써 배출 과열을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 실내 유닛에서의 코일 온도를 결정함으로써 실외 유닛을 벗어나는 냉각제의 압력을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 작동 실내 유닛의 포화 온도 또는 압력을 결정하고, 실외 유닛의 온도 또는 압력이 포화 온도 또는 압력으로부터 수용 가능한 범위 내에 있는 지를 결정함으로써 충전 수준을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 코일 조립체 및 압축기를 갖는 실외 유닛과,
    상기 실외 유닛과 유체 연통하고 각각이 코일 조립체를 갖는 복수의 실내 유닛과,
    실내 유닛으로부터 실외 유닛으로 냉각 유체 유동량을 제어하는 적어도 하나의 가변식 유동 제어 장치와,
    적어도 하나의 작동 실내 유닛을 구비한 시스템의 일부에서의 냉각제 충전 수준을 처리하도록 적어도 하나의 실내 유닛이 비작동일 때 적어도 하나의 실내 유닛으로부터 냉각제 유동량을 조절하기 위해 유동 제어 장치를 제어하는 제어기를 포함하는 공조 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유동 제어 장치는 조정식 팽창 밸브를 포함하는 공조 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 실내 유닛과 실외 유닛 사이에서 각각의 실내 유닛의 하류에 유체 도관을 포함하며, 상기 유동 제어 장치는 각각의 유체 도관과 합체된 조정식 팽창 밸브를 포함하는 공조 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 실내 유닛과 실외 유닛 사이에서 각각의 실내 유닛의 상류에 유체 도관을 포함하며, 상기 유동 제어 장치는 각각의 실내 유닛의 상류에 선택적으로 유체 유동을 제어하는 각각의 상류 도관에 합체된 적어도 하나의 밸브를 포함하는 공조 시스템.
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