KR20050048998A - 수냉식 공기 조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응축기를 냉각하기 위해 물을 공급하는 수냉식 공기 조화기에 관한 것이다. 본 발명은 증발기의 과열도를 검출하기 위한 온도센서, 상기 응축기에 냉각수를 공급하기 위한 급수 라인에 설치되어 냉각수의 유량을 조절하기 위한 급수 밸브, 그리고 증발기의 과열도에 따라 냉각수의 공급량을 조절하기 위해 급수 밸브의 개도를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

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

본 발명은 냉각수를 이용하여 응축기를 냉각하는 수냉식 공기 조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기 조화기는 압축기와 응축기를 갖추고 실외에 설치되는 실외기와, 냉매 팽창밸브와 증발기를 구비하고 실내에 설치되는 실내기가 분리되어 구성된다. 실외기에는 응축기를 냉각시켜서 냉매를 응축시키기 위해 송풍팬이 설치된다. 이 송풍팬의 작동에 의해 실외공기를 실외기로 유입하여 응축기를 통과하도록 함으로써 냉각시키게 된다.

상기한 공냉식 공기 조화기는 열 교환 효율이 떨어져서 요구되는 열 교환 능력을 얻기 위해서는 용량이 큰 응축기를 사용해야 하며, 또한 공기를 유입하기 위한 송풍팬을 설치해야 하므로 실외기의 크기가 커지게 된다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 물과 냉매를 열 교환시켜 응축기를 냉각하도록 된 수냉식 공기 조화기가 개발되었다. 수냉식 공기 조화기는 보통 주방, 화장실, 사무실, 그리고 음식점 등 물 공급은 가능하나 실외기를 설치하기 위한 설치공간이 협소한 지역에 적용할 수 있도록 그 응축기와 압축기를 본체 케이스에 마련하여 별도의 실외기를 구비하지 않는다.

종래의 수냉식 공기 조화기에서는 급수원과 응축기 사이에 급수 라인을 연결하고 그 급수 라인을 통해 냉각수를 공급하도록 되어 있지만, 단순히 응축기를 통과한 후 배출되었다. 이에 따라 수냉식 공기 조화기가 설치된 지역의 급수 환경(수압, 수온)에 영향을 받아 냉각수의 공급량이 일정하지 않게 되고, 응축기에 대한 냉각 작용이 떨어질 뿐만 아니라 냉각수의 낭비를 초래한다.

또한 물 탱크에 연결된 펌프를 작동하여 냉각수를 공급하는 시스템이 알려져 있지만, 냉각수를 보관하고 펌핑하기 위한 별도의 구성을 구비해야 하므로 경제적 부담이 따른다.

본 발명의 목적은 급수원으로부터 응축기에 공급하는 물의 유량을 제어할 수 있도록 한 수냉식 공기 조화기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압축기, 응축기, 증발기를 포함하는 냉방 운전 유니트; 상기 압축기를 구동하여 냉방 운전을 수행하는 경우 상기 냉방 운전 유니트의 냉방 부하를 검출하는 검출부; 및 상기 응축기를 냉각하기 위한 물을 공급하되, 상기 검출부에 의해 검출된 냉방 부하에 따라 상기 응축기에 공급하는 물의 유량을 제어하는 유량 제어 유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 유량 제어 유니트는 상기 응축기와 급수원 사이에 연결되는 급수 라인과, 상기 급수 라인의 중도에 설치된 급수 밸브, 그리고 상기 냉방 부하에 따라 상기 급수 밸브의 작동을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 급수 밸브는 전동 밸브이다.

본 발명에 따르면, 상기 검출부는 상기 냉방 부하에 대응하여 변화하는 상기 증발기의 과열도를 검출하기 위한 온도센서를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 온도센서는 상기 증발기의 입구측 및 출구측에 각각 설치된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하는 냉방 운전 유니트를 구비하는 수냉식 공기 조화기의 제어방법에 있어서, 상기 압축기를 구동하여 냉방 운전하고, 상기 냉방 운전하는 경우 상기 냉방 운전 유니트의 냉방 부하를 검출하며, 상기 검출된 냉방 부하와 설정된 기준값을 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 응축기에 공급하는 물의 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 냉방 부하는 상기 증발기의 과열도이다.

본 발명에 따르면, 상기 증발기의 과열도는 상기 증발기의 입구온도와 출구온도의 차에 따라 계산된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 수냉식 공기 조화기는, 도 1에 도시한 바와 같이, 냉매관(15)으로 연결되는 압축기(11), 응축기(12), 증발기(13) 그리고 팽창장치(14)가 하나의 폐 회로를 형성한다. 증발기(13) 부근에는 송풍팬(16)을 마련하고, 증발기(13)의 일측에 실내온도를 감지하기 위한 실내 온도센서(51)를 마련하며, 증발기(13)의 과열도를 계산하기 위해 증발기(13)의 입구측과 출구측에는 증발기 입구온도센서(52a)와 증발기 출구온도센서(52b)를 마련한다.

본 발명은 응축기에 공급하는 물의 유량을 제어하기 위한 유량제어 유니트(50)를 구비한다. 유량제어 유니트(50)는 응축기(12)와 급수원(21) 사이에 연결되어 응축기에 물을 공급하기 위한 급수 라인(23)과, 급수 라인의 중도에 설치된 급수 밸브(22), 그리고 급수 밸브(22)의 작동을 제어하기 위한 컨트롤러(53)를 포함한다. 급수 밸브(22)는 개도 조절이 용이한 전동밸브로 구현하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 수냉식 공기 조화기의 제어 블럭도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명은 공기 조화기의 전반적인 동작을 제어하는 컨트롤러(53)를 구비한다. 컨트롤러(53)의 입력측에 실내 온도센서(51)와 과열도 검출부(52)가 연결된다. 컨트롤러의 출력측에 압축기(11)를 구동하기 위한 압축기구동부(54)와, 송풍팬(16)을 구동하기 위한 팬 구동부(55)와, 급수 밸브(22)를 구동하기 위한 밸브구동부(56)가 연결된다.

과열도 검출부(52)는 증발기 입구 온도센서(52a)와 증발기 출구온도센서(52b)를 포함하고, 각 온도센서(52a)(52b)에 의해 감지된 증발기 입구온도와 증발기 출구온도에 대한 정보를 컨트롤러(53)에 제공한다.

컨트롤러(53)는 압축기(11)와 송풍팬(16)을 구동하여 냉방 운전을 수행한다.

냉방 운전을 수행하는 동안 냉방 부하가 변화하게 되는데, 이러한 냉방 부하의 변화에 따라 응축기에 적절한 양의 냉각수를 공급하여야 응축 효율을 최적화할 수 있게 된다. 이를 위해 본 발명은 증발기의 과열도를 감지하기 위한 과열도 계산부(52)를 구비하며, 컨트롤러(53)는 증발기 입구 온도센서(52a)와 증발기 출구온도센서(52b)로부터 감지된 증발기 입구온도와 증발기 출구온도의 차에 따라 증발기의 과열도를 계산하고, 계산된 증발기 과열도에 따라 응축 효율이 최적화될 수 있도록 급수 밸브(22)의 개도를 조절하여 응축기에 공급되는 물의 양을 제어한다. 즉, 계산된 증발기의 과열도와 미리 설정된 기준 과열도를 비교한 결과 응축기에 공급하는 냉각수의 양을 증가할 필요가 있는 경우 컨트롤러는 급수 밸브(22)의 개도를 크게 하고, 응축기에 공급하는 냉각수의 양을 감소할 경우 컨트롤러는 급수 밸브의 개도를 작게 한다.

이에 따라 급수 라인(23)을 통해 응축기에 적정 양의 물이 공급되어 응축 효율을 최적화할 수 있으며, 물의 낭비를 억제할 수 있다.

상기한 구성을 갖는 본 발명에 따른 수냉식 공기 조화기의 제어방법을 첨부 도면에 따라 설명한다.

냉방 운전하는 경우, 컨트롤러(53)는 실내 온도센서(51)로부터 실내 온도감지신호를 입력받고(61), 감지한 실내온도(Tr)가 사용자에 의해 미리 설정된 설정온도 이상인지 판단한다(63). 그 판단 결과 실내온도가 설정온도이상이 아니면 동작 61로 진행한다. 그 판단 결과 실내온도가 설정온도이상이면 냉각수를 응축기에 공급하기 위해 컨트롤러(53)는 밸브구동부(56)를 제어하여 급수 밸브(22)를 개방한다. 이때 급수 밸브(22)의 개도는 초기값으로 설정한다(65). 이와 함께 컨트롤러(53)는 압축기구동부(54)와 팬구동부(55)를 제어하여 압축기(11)와 송풍팬(16)을 구동한다(67)(69). 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매는 냉매관(15)을 통해 응축기(12)로 보내져서 급수라인(23)을 통해 공급되는 냉각수와 열 교환되어 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.

냉방 운전을 수행하는 동안, 과열도검출부(52)는 증발기 출구온도와 입구온도에 대한 정보를 컨트롤러(53)에 제공한다(71). 컨트롤러(53)는 증발기 출구온도와 입구온도의 차에 따라 과열도를 계산하고(73), 계산된 증발기의 과열도가 설정된 기준 과열도를 만족하는 지를 판단한다(75). 그 판단 결과 기준 과열도를 만족하는 경우 동작 63으로 진행하고, 그 판단 결과 기준 과열도를 만족하는 않는 경우 밸브 구동부(56)를 제어하여 급수밸브(22)의 개도를 조절한다(77). 예를 들여, 계산된 증발기의 과열도와 기준 과열도를 비교한 결과 응축기에 더 많은 양의 냉각수를 공급할 필요가 있는 경우 컨트롤러는 급수 밸브(22)의 개도를 크게 하거나 이와 반대로 응축기에 공급하는 냉각수 를 감소할 필요가 있는 경우 급수 밸브의 개도를 작게 한다.

컨트롤러(53)는 냉방 운전을 정지하기 위한 운전 정지인 지를 판단하고(79), 그 판단 결과 운전 정지가 아니면 동작 63으로 진행한다.

동작 79의 판단 결과 운전 정지이면, 컨트롤러(53)는 압축기 및 송풍팬의 구동을 정지하고, 급수밸브를 폐쇄한다(81).

이상과 같이 본 발명은 냉방 운전하는 냉방 사이클의 냉방 부하를 고려하여 급수 라인을 통해 응축기에 공급하는 물의 유량을 제어함으로써 응축기에 대한 냉각 효율을 최적화할 수 있으며, 물 낭비를 억제하며 간소하게 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 수냉식 공기 조화기의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 수냉식 공기 조화기의 제어 블록도이다.

도 3은 본 발명의 수냉식 공기 조화기의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

11 : 압축기

12 : 응축기

13 : 증발기

50 : 유량제어 유니트

Claims (8)

1. 압축기, 응축기, 증발기를 포함하는 냉방 운전 유니트;

   상기 압축기를 구동하여 냉방 운전을 수행하는 경우 상기 냉방 운전 유니트의 냉방 부하를 검출하는 검출부; 및

   상기 응축기를 냉각하기 위한 물을 공급하되, 상기 검출부에 의해 검출된 냉방 부하에 따라 상기 응축기에 공급하는 물의 유량을 제어하는 유량 제어 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기 조화기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유량 제어 유니트는 상기 응축기와 급수원 사이에 연결되는 급수 라인과, 상기 급수 라인의 중도에 설치된 급수 밸브, 그리고 상기 냉방 부하에 따라 상기 급수 밸브의 작동을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기 조화기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 급수 밸브는 전동 밸브인 것을 특징으로 하는 수냉식 공기 조화기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 검출부는 상기 냉방 부하에 대응하여 변화하는 상기 증발기의 과열도를 검출하기 위한 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기 조화기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 온도센서는 상기 증발기의 입구측 및 출구측에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기 조화기.
6. 압축기, 응축기 및 증발기를 포함하는 냉방 운전 유니트를 구비하는 수냉식 공기 조화기의 제어방법에 있어서,

   상기 압축기를 구동하여 냉방 운전하고, 상기 냉방 운전하는 경우 상기 냉방 운전 유니트의 냉방 부하를 검출하며, 상기 검출된 냉방 부하와 설정된 기준값을 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 응축기에 공급하는 물의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기 조화기의 제어방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 냉방 부하는 상기 증발기의 과열도인 것을 특징으로 하는 수냉식 공기 조화기의 제어방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 증발기의 과열도는 상기 증발기의 입구온도와 출구온도의 차에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 수냉식 공기 조화기.