KR20050080601A - 멀티공기조화기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멀티공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실내기에 유입되는 냉매의 과냉도를 확보하고, 소음 감소, 습압축 및 결빙을 방지하고, 압축기의 과열도를 확보할 수 있는 멀티공기조화기의 제어방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 압축기(11)와 실내기(30a,30b,30c)가 가동되는 단계; 상기 압축기에 유입되는 냉매의 온도인 흡입과열도(SH)와, 토출되는 냉매의 온도인 토출과열도(DH)와, 상기 실내기에 유입되는 냉매의 온도인 과냉각도(SC)와, 실내기의 냉매 압력인 냉방능력도(LP)를 측정하는 단계; 제어부에 기 설정된 멤버쉽 함수인 f(SH,DH,SC,LP)=δ*{α*SH + (1-α)*DH} + (1-δ)*{β*SC + (1-β)*LP}의 값을 판단하는 단계; 그리고, 상기 멤버쉽 함수의 값에 따라 실외기에 설치된 실외팬(13)의 회전수를 조절하여, 상기 냉매관의 냉매 압력을 제어하는 단계:를 포함하여 구성되는 멀티공기조화기의 제어방법을 제공한다.

여기서, 상기 δ, α, β는 0<δ<1, 0<α<1, 0<β<1 이다.

Description

멀티공기조화기의 제어방법{controling method in the multi-airconditioner system}

본 발명은 멀티공기조화기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 멀티공기조화기의 제어방법에 관한 것이다.

공기조화기는 1개의 실외기에 1개의 실내기가 연결되는 일반적인 공기조화기와, 1개의 실외기에 다수개의 실내기가 연결되는 멀티공기조화기로 구분된다.

상기 멀티공기조화기는 냉각시스템의 구조 및 가동방식에 따라, 모든 실내기를 냉방전용모드 또는 난방전용모드로만 운전시키는 절환형 공기조화기와, 일부의 실내기를 냉방모드로 운전시킴과 함께 일부의 실내기를 난방모드로 운전시키는 동시형 공기조화기로 구분된다.

이하, 종래 멀티공기조화기에 관해 첨부된 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래 멀티공기조화기의 작용을 나타낸 P-h선도이다.

이러한 멀티공기조화기는 냉방운전시에 실내기의 전자팽창밸브의 개도를 조절하여 실내기에 유입되는 냉매유량을 제어한다. 이러한 냉매유량제어로 실내기의 증발온도 및 과열도를 제어한다. 또한, 난방운전시에는 실내기의 전자팽창밸브의 개도를 완전히 개방시키고 실외기의 전자팽창밸브 개도를 조절하여 실외기에 유입되는 냉매유량을 제어한다.

이러한 멀티공기조화기는 실외온도가 너무 덥거나 또는 실내온도를 외부보다 많이 낮추어야 하는 경우에 냉매유량을 증가시키는 냉방고온조건으로 운전된다. 실외온도가 상온과 비슷하거나 또는 실내온도를 약간만 낮춰도 되는 경우에 냉매유량을 감소시키는 냉방저온조건으로 운전된다.

그러나, 이와 같은 멀티공기조화기의 제어방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 상기 멀티공기조화기가 냉방저온조건으로 운전되는 경우, 상기 압축기에서 토출된 냉매의 유량이 감소됨과 아울러 실외팬은 동일한 회전수(rpm)로 운전된다. 따라서, 실외열교환기와 분배기를 연결하는 냉매배관에는 요구되는 것보다 저압 상태의 냉매가 유동되는 문제점이 있다.

둘째, 이러한 저압 냉매는 냉매배관을 흐르는 동안 압력강하에 현상에 의해 팽창되어, 상기 실내기에는 도 1의 B-C구간과 같이 2상 상태의 냉매가 유입된다. 따라서, 상기 실내기의 전자팽창밸브에서 냉매가 재팽창됨에 따라 냉매팽창소음이 발생되는 문제점이 있다.

셋째, 상기 냉매의 재팽창으로 인하여 냉매의 팽창효율이 감소되므로, 상기 실내기의 냉방효율이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

넷째, 상기 실내기와 압축기을 연결하는 냉매배관에는 냉방저온의 냉매로 인하여 공기 중에 있는 습기가 결빙되는 문제점이 있다. 이러한 서리가 다시 녹으면서 배관에서 물이 떨어진다.

다섯째, 상기 압축기에는 도 1의 D-A구간과 같이 액냉매가 유입되어, 상기 압축기의 수명이 단축되고, 나아가 파손되거나 손상될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 압축기의 압축효율 역시 현저히 감소되어 압축기에서 토출되는 냉매의 과열도를 확보하기 곤란하다.

상기한 제반 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 실내기에 유입되는 냉매의 과냉도를 확보하고, 소음 감소, 습압축 및 결빙을 방지하고, 압축기의 과열도를 확보할 수 있는 멀티형 공기조화기의 제어방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 압축기와 실내기가 가동되는 단계; 상기 압축기에 유입되는 냉매의 온도인 흡입과열도(SH)와, 토출되는 냉매의 온도인 토출과열도(DH)와, 상기 실내기에 유입되는 냉매의 온도인 과냉각도(SC)와, 실내기의 냉매 압력인 냉방능력도(LP)를 측정하는 단계; 제어부에 기 설정된 멤버쉽 함수인 f(SH,DH,SC,LP)=δ*{α*SH + (1-α)*DH} + (1-δ)*{β*SC + (1-β)*LP}의 값을 판단하는 단계; 그리고, 상기 멤버쉽 함수의 값에 따라 실외기에 설치된 실외팬의 회전수를 조절하여, 상기 냉매관의 냉매 압력을 제어하는 단계:를 포함하여 구성되는 멀티공기조화기의 제어방법을 제공한다.

여기서, 상기 δ, α, β는 0<δ<1, 0<α<1, 0<β<1 이다.

상기 흡입과열도(SH), 토출과열도(DH), 과냉각도(SC) 및 냉방능력도(LP)에는 상한치와 하한치를 각각 적용하여 멤버쉽 함수에 적용한다.

이때, 상기 흡입과열도(SH)는 압축기에 유입된 냉매가 상태 변화를 일으킬 때의 포화온도 편차(Ts-Tlv)이고, 상기 토출과열도(DH)는 압축기에서 토출되는 냉매가 상태 변화를 일으킬 때의 포화온도 편차(Td-Thv)이며, 상기 과냉각도(SC)는 실내기에 유입되는 냉매가 상태 변화를 일으킬 때의 포화온도 편차(Tin-Thl)이고, 상기 냉방능력도(LP)는 냉매의 실제 압력과 제어부에 기 설정된 설정 압력의 편차(Ps-Pa)이다.

이하, 본 발명에 따른 제어방법이 적용되는 멀티공기조화기의 일예에 관해 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 멀티공기조화기의 일예를 나타낸 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 멀티공기조화기는 크게 실외기(10), 분배기(20) 및 적어도 2개 이상의 실내기(30a,30b,30c)로 구성된다.

상기 실외기(10)에는 압축기(11), 실외열교환기(12), 실외팬(13) 및 어큐뮬레이터(14)가 설치된다. 이때, 상기 실외열교환기(12)는 제1냉매관(21)에 의해 분배기(20)에 연결되고, 상기 압축기(11)는 제2냉매관(22)에 의해 분배기(20)에 연결된다.

상기 제1냉매관(21)은 실내기의 개수만큼 분지되어 각 실내기(30a,30b,30c)에 연결된다. 또, 상기 제2냉매관(22)은 분배기(20) 내에서 제1분지관(23)과 제2분지관(24)으로 분지된다. 이때, 제2분지관(24)은 다시 분지되어 각 실내기(30a,30b,30c)에 각각 연결되고, 상기 제1분지관(23)은 다시 분지되어 제2분지관(24)에서 분지된 배관에 각각 연결된다. 또한, 상기 제2분지관(24)에는 팽창장치(25)가 설치되고, 상기 제1,2분지관(23,24)의 분지된 배관에는 개폐장치(26a,26b,26c)가 각각 설치된다.

이때, 상기 분배기(20)에서 제1냉매관(21)에는 이중관 구조의 과냉확보장치(27)가 설치될 수 있다. 이러한 과냉확보장치는 냉매 사이의 열교환작용을 통해 실내열교환기(31a,31b,31c)에 유입되는 냉매의 과냉도를 확보하는 기능을 수행한다.

상기 각 실내기(30a,30b,30c)에는 실내열교환기(31a,31b,31c), 실내팬(미도시) 및 팽창장치(32a,32b,32c)가 설치된다. 이때, 상기 팽창장치는 제1냉매관(21)에서 분지된 배관상에 각각 설치된다.

이와 같은 멀티공기조화기의 제어방법에 관해 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

도 3은 도 2의 멀티공기조화기의 제어방법을 나타낸 플로우 차트이고, 도 4는 도 2의 멀티공기조화기의 작용을 나타낸 P-h선도이다.

상기 압축기(11)가 소정 주파수로 가동됨에 따라 실내기(30a,30b,30c)가 가동된다(S1,S2).

여기서, 상기 압축기는 실내기의 냉방능력 또는 실내기의 가동수에 따라 다른 주파수로 가변 운전되거나 혹은 정속으로 운전될 수 있다.

이어, 상기 압축기(11)에 설치된 온도센서(미도시)에서는 압축기에 유입되는 냉매의 온도인 흡입과열도(SH)와, 토출되는 냉매의 온도인 토출과열도(DH)를 측정한다. 또한, 상기 실내기(30a,30b,30c)에 설치된 온도센서에서는 실내기에 유입되는 냉매의 온도인 과냉각도(SC)를 측정하고, 상기 실내기에 설치되는 압력센서에서는 냉매 압력인 냉방능력도(LP)를 측정한다(S3).

예컨데, 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 흡입과열도(SH)는 압축기에 유입된 냉매가 상태 변화를 일으킬 때의 포화온도 편차(Ts-Tlv)이고, 상기 토출과열도(DH)는 압축기에서 토출되는 냉매가 상태 변화를 일으킬 때의 포화온도 편차(Td-Thv)이다. 또, 상기 과냉각도(SC)는 실내기에 유입되는 냉매가 상태 변화를 일으킬 때의 포화온도 편차(Tin-Thl)이고, 상기 냉방능력도(LP)는 냉매의 실제 압력과 제어부에 기 설정된 설정 압력의 편차(Ps-Pa)이다.

물론, 상기 흡입과열도, 토출과열도, 과냉각도 및 냉방능력도는 제어부에 냉매 상태변화 전의 온도를 기 설정하고, 상기 설정 온도와 냉매의 상태변화 전의 포화온도와의 편차, 또는 이 설정 온도와 냉매의 상태변화 후의 포화온도와 편차를 적용할 수 있음도 이해 가능하다.

여기서, 상기 포화온도는 냉매가 액상일 때의 포화온도와 기상일 때의 포화온도이다.

이렇게 결정된 흡입과열도(SH), 토출과열도(DH), 과냉각도(SC) 및 냉방능력도(LP)에는 상한치와 하한치를 각각 적용하여 멤버쉽 함수에 적용한다(S4).

이어, 제어부에 기 설정된 멤버쉽 함수인 f(SH,DH,SC,LP)=δ*{α*SH + (1-α)*DH} + (1-δ)*{β*SC + (1-β)*LP}의 값을 판단한다(S5). 여기서, 상기 δ, α, β는 0<δ<1, 0<α<1, 0<β<1 이다.

이러한 멤버쉽 함수의 값에 따라 실외기에 설치된 실외팬(13)의 회전수를 조절하여, 상기 냉매관(21,22)의 냉매 압력을 제어한다(S6).

예컨데, 상기 멤버쉽 함수에 의해 실내기의 과냉도가 확보되지 않았다고 판단되면, 상기 실외팬(11)의 회전수를 감소시켜 실내기(30a,30b,30c)와 실외열교환기(12)를 연결하는 냉매배관의 냉매 압력을 상승시킨다. 이에 따라, 실내기의 과냉각도를 확보할 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 멀티공기조화기가 냉방모드로 운전되는 경우에 관해서 설명하기로 한다.

상기 압축기(11)에서 압축된 냉매는 실외열교환기(12)에 유입된다. 또한, 상기 실외팬(13)이 회전됨에 의해 외기와 열교환된 냉매가 응축된다.

이렇게 응축된 냉매는 제1냉매관(21)을 통해 분배기(20)에 유입된다. 이때, 상기 응축 냉매는 고압의 액상 상태로 분배기(20)에 유입된다. 또, 상기 제1냉매관에는 시스템 전체적으로 볼 때에 상대적으로 고압이 형성된다.

상기 분배기(20)는 냉매를 분배시켜 실내기(30a,30b,30c)에 유입시킨다. 상기 실내기(30a,30b,30c)에 유입된 냉매는 팽창장치(32a,32b,32c)를 통해 팽창된 후 실내기에 유입된다. 이때, 상기 실내팬이 회전됨에 의해 실내 공간을 냉방시킨다.

상기 실내기(30a,30b,30c)에서 토출된 냉매는 다시 분배기(20)에 유입되고, 상기 분배기(20)의 냉매는 제2냉매관(22)을 통해 어큐뮬레이터(14)에 유입된다. 이때, 상기 제2냉매관에는 시스템 전체적으로 볼 때에 상대적으로 저압이 형성된다.

상기 어큐뮬레이터에 유입된 냉매는 압축기(11)에 유입된다. 이때, 상기 압축기에는 기체상태의 냉매가 유입된다.

이러한 멀티공기조화기에서 일부의 실내기가 난방운전되는 경우, 상기 압축기(11)의 토출 냉매 중 일부분은 실외열교환기(12)를 거치지 않고 분배기(20)에 직접 유입되고, 상기 분배기(20)는 제1분지관(23)을 통해 난방운전되는 실내기에 고온 냉매를 분배한다. 이때, 상기 실내팬이 회전됨에 의해 소정의 실내 공간을 난방시키게 된다. 상기 실내기에서 토출된 냉매는 분배기(20)의 제1냉매관(21)으로 유입된 후 냉방운전되는 실내기에 재유입된다.

이렇게 멀티공기조화기가 냉방운전되는 경우, 상기 센서들은 흡입과열도(SH), 토출과열도(DH), 과냉각도(SC) 및 냉방능력도(LP)를 실시간으로 측정한다.

이때, 상기 제어부에서는 멤버쉽 함수값, 즉, f(SH,DH,SC,LP)=δ*{α*SH + (1-α)*DH} + (1-δ)*{β*SC + (1-β)*LP}에 의해 실내기(30a,30b,30c)의 과냉각도가 확보되지 않는다고 판단되면, 상기 실외팬(13)을 보다 저속으로 회전시킨다.

이에 따라, 상기 제1냉매관(21)과 분배기(20)에서 냉매 압력이 도 4의 Pd만큼 상승된다. 이렇게 멀티공기조화기의 설정 고압을 상승시킨다.

이러한 설정 고압의 상승에 의해, 상기 실내기에 유입되는 냉매는 제1냉매관(21)을 유동하는 동안 거의 팽창되지 않는다. 또한, 상기 실내기의 과냉각도(Tin-Thl구간)가 확보된다. 이는 냉매의 팽창효율이 현저히 상승되기 때문이다.

이에 따라, 상기 실내기에는 액상 냉매가 공급되므로, 상기 팽창장치(32a,32b,32c)에서 냉매가 팽창될 때에 발생되는 냉매팽창소음이 현저히 감소된다.

이러한 작용에 의해, 상기 실내기(30a,30b,30c)와 압축기(11)를 연결하는 제2냉매관(22)에는 도 4의 Ps와 같이 저압이 상승된다.

이에 따라, 제2냉매관(22)에는 공기 중의 습기가 결빙되는 것을 방지할 수 있게된다. 또한, 상기 압축기(11)에 액냉매가 유입되어 압축되는 습압축을 방지하고, 상기 압축기에는 흡입되는 냉매의 과열도를 확보하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 실내기에 유입되는 냉매의 과열도를 확보함에 따라 상기 압축기에 유입되는 냉매의 과열도까지 확보할 수 있도록 하였다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 멀티공기조화기의 제어방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상기 멀티공기조화기가 냉방저온조건으로 운전되는 경우, 상기 멤버쉽 함수값에 따라 실외팬의 회전수(rpm)를 조절한다. 따라서, 실외열교환기와 분배기를 연결하는 제1냉매관에는 냉매의 고압이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 이처럼 제1냉매관의 고압이 저하되는 것을 방지함에 따라 상기 제1냉매관에서 냉매가 팽창되는 것을 방지함으로써, 상기 실내기의 전자팽창밸브에 액상의 냉매가 공급되도록 한다. 따라서, 상기 전자팽창밸브에서 냉매가 팽창될 때에 발생되는 소음을 현저하 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

셋째, 상기 냉매의 재팽창을 방지함으로써, 상기 실내기의 냉방효율을 현저히 상승시킬 수 있다.

넷째, 상기 실내기와 압축기을 연결하는 제2냉매관에는 냉매의 저압을 상승시킴으로써, 상기 제2냉매관에 공기중의 습기가 결빙되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 서리가 다시 녹으면서 배관에서 물이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

다섯째, 상기 압축기에는 제2냉매관의 저압을 상승시킴에 따라 압축기의 과열도를 확보함으로써, 상기 압축기에 액냉매가 유입되어 습압축되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 상기 압축기가 손상 또는 파손되는 것을 방지함과 아울러 압축기의 수명을 연장시킬 수 있다.

여섯째, 상기 실외팬의 회전수를 조절하는 간단한 조작으로써, 상기 고압을 상승시키는 조작키는 조작만으로 당연히 압축기의 과열도를 확보할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래 멀티공기조화기의 작용을 나타낸 P-h선도.

도 2는 본 발명에 따른 멀티공기조화기의 일예를 나타낸 구성도.

도 3은 도 2의 멀티공기조화기의 제어방법을 나타낸 플로우 차트.

도 4는 도 2의 멀티공기조화기의 작용을 나타낸 P-h선도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 실외기 11 : 압축기

12 : 실외열교환기 13 : 실외팬

14 : 어큐뮬레이터 20 : 분배기

21 : 제1냉매관 22 : 제2냉매관

23 : 제1분지관 24 : 제2분지관

25 : 팽창장치 26a,26b,26c : 개폐장치

30a,30b,30c : 실내기 31a,31b,31c : 실내열교환기

32a,32b,32c : 팽창장치

Claims (3)

1. 압축기와 실내기가 가동되는 단계;

   상기 압축기에 유입되는 냉매의 온도인 흡입과열도(SH)와, 토출되는 냉매의 온도인 토출과열도(DH)와, 상기 실내기에 유입되는 냉매의 온도인 과냉각도(SC)와, 실내기의 냉매 압력인 냉방능력도(LP)를 측정하는 단계;

   제어부에 기 설정된 멤버쉽 함수인 f(SH,DH,SC,LP)=δ*{α*SH + (1-α)*DH} + (1-δ)*{β*SC + (1-β)*LP}의 값을 판단하는 단계; 그리고,

   상기 멤버쉽 함수의 값에 따라 실외기에 설치된 실외팬의 회전수를 조절하여, 상기 냉매관의 냉매 압력을 제어하는 단계:를 포함하여 구성되는 멀티공기조화기의 제어방법.

   여기서, 상기 δ, α, β는 0<δ<1, 0<α<1, 0<β<1 이다.
2. 제1항에 있어서,

   상기 흡입과열도(SH), 토출과열도(DH), 과냉각도(SC) 및 냉방능력도(LP)에는 상한치와 하한치를 각각 적용하여 멤버쉽 함수에 적용하는 것을 특징으로 하는 멀티공기조화기의 제어방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 흡입과열도(SH)는 압축기에 유입된 냉매가 상태 변화를 일으킬 때의 포화온도 편차(Ts-Tlv)이고,

   상기 토출과열도(DH)는 압축기에서 토출되는 냉매가 상태 변화를 일으킬 때의 포화온도 편차(Td-Thv)이며,

   상기 과냉각도(SC)는 실내기에 유입되는 냉매가 상태 변화를 일으킬 때의 포화온도 편차(Tin-Thl)이고,

   상기 냉방능력도(LP)는 냉매의 실제 압력과 제어부에 기 설정된 설정 압력의 편차(Ps-Pa)인 것을 특징으로 하는 멀티공기조화기의 제어방법.