KR20090016098A - 멀티형 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티형 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 설치자가 실외기와 실내기 간의 배관 상태를 별도로 설정하지 않아도 자동으로 장배관 또는 단배관 조건을 판단하고 이에 따라 압축기의 용량을 제어함으로써 설치자의 편의를 도모하고 설치자의 과실로 인한 실사용자의 피해를 막을 수 있는 멀티형 공기조화기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 멀티형 공기조화기의 제어방법은 압축기의 흡입압력이 목표저압에 도달하도록 제어하는 단계; 상기 목표저압에 도달하면 운전 중인 모든 실내 열교환기의 평균 증발온도와 목표 증발온도를 비교하는 단계; 상기 비교결과에 따라 상기 목표저압을 수정하는 단계를 포함한다.
멀티형 공기조화기, 장배관, 압축기

Description

멀티형 공기조화기 및 그 제어방법{Multi-type air conditioner and control method thereof}
본 발명은 멀티형 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동으로 장배관 또는 단배관 조건을 판단하고 이에 따라 압축기의 용량을 제어하는 멀티형 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 멀티형 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동으로 장배관 또는 단배관 조건을 판단하고 이에 따라 압축기의 용량을 제어하는 멀티형 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 공기조화기는 실내의 냉방 또는 난방을 수행하기 위한 목적으로 사용되는 장치로, 실내기 및 실외기 상호간에 냉매를 순환시켜 액체상태의 냉매가 기화할 때 주위의 열을 흡수하며 액화할 때 그 열을 방출하는 특성에 의하여 냉방 또는 난방작용을 수행하게 되며, 공기조화기의 냉방 또는 난방작용은 그 냉매의 순환방향에 따라 결정된다.
통상의 공기조화기는 하나의 실외기에 하나의 실내기를 설치하는 것이 일반적이나 최근에는 적어도 한 대의 실외기에 다양한 형태와 용량을 갖는 복수의 실내 기를 연결하여 학교나 회사, 그리고 빌딩과 같이 분리된 공간이 다수개 존재하는 장소에 대하여 각각 냉방 또는 난방운전을 수행하는 멀티형 공기조화기(Multi-type air conditioner)에 대한 사용자의 요구가 증가 추세에 있다.
이러한 멀티형 공기조화기에서 실외기와 실내기를 연결하는 배관의 길이가 길어지면(장배관) 배관 내에서 압력손실이 발생하고 이에 따라 냉매 순환량의 감소되며, 증발압력과 압축기 흡입압력의 차이에 따른 증발온도의 상승 등으로 인하여 냉방성능이 저하되는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 대한민국 공개특허공보 제2000-0015027호(장배관 대응 공조기 및 그의 제어방법)에는 설치자가 장배관 선택스위치를 이용하여 장배관인지 단배관인지 여부를 설정하고 장배관으로 설정되었으면 장배관 정보에 따라 팽창밸브의 압력을 크게 하여 각 실내기를 운전하는 구성이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제2005-0075101호(멀티형 공기조화기의 장배관의 냉매량 조절방법)에는 설치자가 장배관인지 단배관인지 여부를 설정하고 장배관으로 설정되었으면 장배관과 연결된 실내기의 용량을 고려하여 압축기의 주파수를 보정하는 구성이 개시되어 있다.
그러나 상술한 바와 같이 종래기술에 의할 경우 설치자가 별도로 실외기 또는 실내기에 마련된 스위치 등을 사용하여 배관 상태(장배관/단배관)에 대한 설정과정을 수행하여야 하므로 불편한 점이 있고, 또한 설치자가 과실로 배관 상태에 관한 설정을 수행하지 않거나 잘못 설정한 경우에는 실사용자가 공기조화기의 운전으로 적절한 냉방효과를 누리지 못한다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 설치자가 실외기와 실내기간의 배관 상태를 별도로 설정하지 않아도 자동으로 장배관 또는 단배관 조건을 판단하고 이에 따라 압축기의 용량을 제어함으로써 설치자의 편의를 도모하고 설치자의 과실로 인한 실사용자의 피해를 막을 수 있는 멀티형 공기조화기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티형 공기조화기의 제어방법은 압축기의 흡입압력이 목표저압에 도달하도록 제어하는 단계; 상기 목표저압에 도달하면 운전 중인 모든 실내 열교환기의 평균 증발온도와 목표 증발온도를 비교하는 단계; 상기 비교결과에 따라 상기 목표저압을 수정하는 단계를 포함한다.
또한 상기 압축기의 흡입압력을 상기 수정된 목표저압에 도달하도록 제어하는 단계를 더 포함한다.
또한 상기 제어단계는 상기 압축기를 회전수 가변방식 또는 펄스폭 변조방식 으로 제어한다.
또한 상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도보다 높으면 장배관으로 판단하여 상기 목표저압을 낮춘다.
또한 상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도보다 낮으면 단배관으로 판단하여 상기 목표저압을 높인다.
또한 상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도와 동일하면 중간배관으로 판단하여 현재 목표저압을 유지한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티형 공기조화기는 냉매를 고온, 고압의 기체상태로 압축하는 압축기; 상기 압축기의 흡입압력이 목표저압에 도달하도록 제어하고, 상기 목표저압에 도달하면 운전 중인 실내 열교환기의 평균 증발온도와 목표 증발온도를 비교하고, 상기 비교결과에 따라 상기 목표저압을 수정하는 실외 제어부를 포함한다.
또한 상기 실외 제어부는 상기 압축기의 흡입압력을 상기 수정된 목표저압에 도달하도록 제어한다.
또한 상기 실외 제어부는 회전수 가변방식 또는 펄스폭 변조방식으로 상기 압축기의 흡입압력이 목표저압에 도달하도록 제어한다.
또한 상기 실외 제어부는 상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도보다 높으면 장배관으로 판단하여 상기 목표저압을 낮춘다.
또한 상기 실외 제어부는 상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도보다 낮으면 단배관으로 판단하여 상기 목표저압을 높인다.
또한 상기 실외 제어부는 상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도와 동일하면 중간배관으로 판단하여 현재 목표저압을 유지한다.
본 발명에 의할 경우 자동으로 장배관 또는 단배관 조건을 판단하고 이에 따라 압축기의 용량을 제어함으로써 설치자의 편의를 도모하고 설치자의 과실로 인한 실사용자의 피해를 막을 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의할 경우 장배관 연결에 따른 냉방성능의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 멀티형 공기조화기는 도 1에 도시한 바와 같이 크게 복수의 실내기(100a~100n)와 하나의 실외기(200)로 구성되며 다시 실내기(100a~100n)는 실내 열교환기(10a~10n), 실내 열교환기 입구온도센서(20a~20n) 및 실내 제어부(30a~30n)를 포함하여 이루어지고, 실외기(200)는 실외 제어부(110), 압축기 구동부(120), 압축기(130), 압축기 흡입압력센서(140) 및 메모리(150)를 포함하여 이루어진다.
본 실시예에서는 냉방운전의 경우만을 설명하고자 하는 바(난방운전시에는 장배관에 의한 압력손실이 거의 없다) 이하에서는 실내 열교환기(10a~10n)가 증발기의 역할을 수행하는 것을 전제로 하고 설명하도록 한다.
실내 열교환기(10a~10n)는 냉매팽창장치(미도시)를 통과하며 감압팽창된 냉매를 받아들인 후 실내 공기로부터 열을 흡수하여 저온저압의 기체 냉매로 변화(증발)시킨다.
실내 열교환기 입구온도센서(20a~20n)는 실내 열교환기(10a~10n)의 입구에 장착되어 실내 공기와 열교환하며 증발되는 냉매의 온도를 검출한다.
실내 제어부(30a~30n)는 실내기(100a~100n)의 전반적인 동작을 제어하는 것으로, 실내 열교환기 입구온도센서(20a~20n)로부터 냉매의 증발온도를 입력받아 실외 제어부(110)로 전달한다.
실외 제어부(110)는 실외기(200)의 전반적인 동작을 제어하는 것으로, 압축기(130)의 흡입압력이 목표저압에 도달하도록 압축기의 용량(능력)을 제어하고, 압축기(130)의 흡입압력이 목표저압에 도달하면 운전 중인 모든 실내 열교환기(10a~10n)의 평균 증발온도값을 산출한 뒤 산출된 평균 증발온도와 기설정된 목표 증발온도를 비교하여, 비교결과에 따라 목표저압값을 수정한다.
이 때 실내 제어부(30a~30n)와 실외 제어부(110)는 통신(RS485 등)으로 연결되어 있어 실외 제어부(110)는 실시간으로 운전 중인 각 실내 열교환기(10a~10n)의 증발온도를 입력받을 수 있게 된다.
압축기 구동부(120)는 실외 제어부(110)의 제어신호에 따라 압축기(130)를 구동시킨다.
압축기(130)는 실내 열교환기(10a~10n)에서 증발한 저온 저압의 기체냉매를 흡입하여 고온 고압의 기체상태로 압축한다.
압축기 흡입압력센서(140)는 압축기(130)의 흡입구에 장착되어 실내 열교환기(10a~10n)를 통과한 후 압축기(130)로 유입되는 냉매의 (흡입)압력을 검출한다.
메모리(150)는 압축기 흡입압력의 목표저압값 및 실내 열교환기의 목표 증발온도 등을 저장한다.
이하에서는 도 2를 참조하여 장배관에 의한 압력손실과 증발온도의 변화를 설명하도록 한다.
멀티형 공기조화기는 한 대 또는 그 이상의 실외기(200)에 다수의 실내기(100a~100n)가 연결되며 각각의 실내기(100a~100n)가 서로 다른 열부하 상태에 있으므로 압축기(130)의 용량을 고정하여 정의할 수 없게 된다. 이에 따라 압축기(130)의 용량을 가변시키기 위하여 일반적으로 압축기(130)의 흡입압력이 목표저압을 추종하도록 제어하는 방식인 저압제어방식을 사용하는데, 이러한 (목표)저압은 실내 열교환기(10a~10n)에서의 냉매의 증발온도와 직접적인 연관관계가 있으므로 압축기(130)의 흡입압력이 일정한 목표저압을 유지하도록 제어함으로써 실내 열교환기(100a~100n)에서의 냉매의 증발온도 역시 일정한 목표 증발온도(일정한 냉방성능)를 유지할 수 있도록 하는 것이다.
그러나 압축기(130)의 흡입압력이 일정한 목표저압에 도달하더라도 실내기와 실외기 간의 장배관에 따른 압력손실에 의해 목표 증발온도와 다른 증발온도가 형성될 수 있다.
즉, 도 2에 도시한 바와 같이 실내기(100)와 실외기(200) 간의 배관(40)의 길이가 긴 경우(장배관) 실내기(좀 더 엄밀히 표현하면 실내 열교환기)와 실외기 (좀 더 엄밀히 표현하면 압축기) 간에는 압력손실 ΔP가 발생한다.
압축기(130)의 흡입압력이 목표저압 P에 도달하였다고 가정하면 실내 열교환기(10a~10n)에서의 증발압력은 P+ΔP가 되고 실내 열교환기(10a~10n)에서의 냉매의 증발온도는 증발압력 P+ΔP에 해당하는 포화온도가 된다. 따라서 ΔP가 커질수록 즉, 배관의 길이가 길어질수록 실내 열교환기(10a~10n)에서의 증발온도는 상승하므로 그에 따라 냉방능력은 더욱 감소하게 된다. 따라서 압축기(130)의 흡입압력이 목표로 하는 저압 P를 ΔP만큼 낮춰주게 되면(P′=P-ΔP) 실내 열교환기(10a~10n)에서의 증발압력은 P′+ΔP=P-ΔP+ΔP=P가 되어 장배관에 따른 압력손실이 발생하지 않았을 때와 동일한 냉방성능을 얻을 수 있게 된다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 멀티형 공기조화기의 제어방법을 설명하도록 한다.
본 실시예에서는 운전초기에는 기설정된 목표저압을 추종하도록 일정시간 운전한 후 실내 열교환기(10a~10n)의 증발온도를 근거로 배관(길이)의 상태(장배관/중간배관/단배관인지 여부)를 간접적으로 판단하게 된다.
먼저, 사용자가 입력부(미도시)를 통하여 냉방운전명령을 입력하면 공기조화기는 냉방운전을 시작한다(310).
이후 실외 제어부(110)는 압축기(130)의 흡입압력이 초기 설정된 목표저압에 도달하도록 제어한다(320). 이 때 압축기의 용량을 제어하는 방법으로는 회전수 가변방식(인버터 제어를 통해 압축기에 인가되는 전류의 주파수를 변화시켜 모터의 회전수를 제어함으로써 압축기의 용량(능력)을 가변시키는 방식) 또는 펄스폭 변조 방식(냉매를 토출하는 로딩 시간과 냉매를 토출하지 않는 언로딩 시간을 결정하는 듀티제어신호에 따라 압축기의 능력을 가변시키는 방식) 등 선형적 제어가 가능한 것이라면 어떠한 방식을 사용하여도 무방하다.
다음으로 실외 제어부(110)는 압축기 흡입압력센서(140)에 의해 검출된 압축기(130)의 흡입압력이 목표저압에 도달했는가를 판단하여(330) 목표저압에 도달하지 못했으면(단계 330에서의 '아니오') 단계 320으로 돌아가 계속 압축기(130)의 흡입압력이 목표저압을 추종하도록 제어하고, 목표저압에 도달했으면(단계 330에서의 '예') 각 실내 열교환기 입구온도센서(20a~20n)로부터 검출된 냉매의 증발온도를 입력 받아 운전 중인 모든 실내 열교환기(10a~10n)의 평균증발온도값을 산출한다(340).
이후 실외 제어부(110)는 단계 340에서 산출한 운전 중인 모든 실내 열교환기(10a~10n)의 평균증발온도와 기설정된 목표증발온도를 비교하여(350) 평균증발온도가 목표증발온도보다 높으면(단계 350에서의 'A') 배관상태를 장배관으로 판단하여 증발온도를 낮추기 위해 목표저압을 현재 목표저압에서 일정값만큼 낮추게 된다(360).
반대로 평균증발온도가 목표증발온도보다 낮으면(단계 350에서의 'C') 실외 제어부(110)는 실외기(200)와 실내기(100a~100n)를 연결하는 배관의 길이가 매우 짧은 것으로 판단하고(단배관) 목표저압을 현재 목표저압에서 일정값만큼 높여주게 된다(380).
또한 평균증발온도가 목표증발온도와 같으면(단계 350에서의 'B') 실외 제어 부(110)는 실외기(200)와 실내기(100a~100n)를 연결하는 배관의 길이가 중간정도인(적절한 길이인) 것으로 판단하여 현재 목표저압을 그대로 유지시킨다(370).
이후 단계 320으로 돌아가 실외 제어부(110)는 압축기(130)의 흡입압력이 수정된 목표저압에 도달하도록 압축기의 용량을 제어하게 된다.
상술한 과정을 예를 들어 설명해 보면 초기 설정된 목표저압이 7.5kg/㎠ 라고 할 때, 일정시간 운전 후 압축기(130)의 흡입압력이 7.5kg/㎠ 에 도달하게 되면 운전 중인 실내 열교환기(10a~10n)의 평균 증발온도와 목표 증발온도를 비교하여 평균 증발온도가 목표 증발온도보다 높으면 목표저압을 현재 목표저압에서 일정값만큼(예: 0.5kg/㎠) 낮춰준다. 즉, 목표저압은 7.5-0.5=7.0kg/㎠ 로 수정된다. 반대로 평균 증발온도가 목표 증발온도보다 낮으면 목표저압을 현재 목표저압에서 일정값만큼(예: 0.5kg/㎠) 높여준다. 즉, 목표저압은 7.5+0.5=8.0kg/㎠ 로 수정된다.
이러한 과정을 반복하여 운전 중인 실내 열교환기(10a~10n)의 평균 증발온도가 목표 증발온도에 도달할 때까지 계속적으로 목표저압을 조절(일정량의 압력값을 가산 또는 감산)하게 되면 별도의 배관 상태 설정 없이도 장배관에 의한 냉방능력의 저하없이 일정한 냉방성능을 구현하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티형 공기조화기의 제어 블록도이다.
도 2는 장배관에 의한 압력손실과 증발온도의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티형 공기조화기의 제어방법을 도시한 흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
10a~10n : 실내 열교환기 20a~20n : 실내 열교환기 입구온도센서
30a~30n : 실내 제어부 40a~40n : (냉매) 배관
100a~100n : 실내기 110 : 실외 제어부
120 : 압축기 구동부 130 : 압축기
140 : 압축기 흡입압력센서 150 : 메모리
200 : 실외기

Claims (12)

  1. 압축기의 흡입압력이 목표저압에 도달하도록 제어하는 단계;
    상기 목표저압에 도달하면 운전 중인 모든 실내 열교환기의 평균 증발온도와 목표 증발온도를 비교하는 단계;
    상기 비교결과에 따라 상기 목표저압을 수정하는 단계를 포함하는 멀티형 공기조화기의 제어방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기의 흡입압력을 상기 수정된 목표저압에 도달하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 멀티형 공기조화기의 제어방법
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어단계는 상기 압축기를 회전수 가변방식 또는 펄스폭 변조방식으로 제어하는 멀티형 공기조화기의 제어방법
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도보다 높으면 장배관으로 판단하여 상기 목표저압을 낮추는 멀티형 공기조화기의 제어방법
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도보다 낮으면 단배관으로 판단하여 상기 목표저압을 높이는 멀티형 공기조화기의 제어방법
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도와 동일하면 중간배관으로 판단하여 현재 목표저압을 유지하는 멀티형 공기조화기의 제어방법
  7. 냉매를 고온, 고압의 기체상태로 압축하는 압축기;
    상기 압축기의 흡입압력이 목표저압에 도달하도록 제어하고, 상기 목표저압에 도달하면 운전 중인 실내 열교환기의 평균 증발온도와 목표 증발온도를 비교하고, 상기 비교결과에 따라 상기 목표저압을 수정하는 실외 제어부를 포함하는 멀티형 공기조화기
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 실외 제어부는 상기 압축기의 흡입압력을 상기 수정된 목표저압에 도달하도록 제어하는 멀티형 공기조화기
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 실외 제어부는 회전수 가변방식 또는 펄스폭 변조방식으로 상기 압축기 의 흡입압력이 목표저압에 도달하도록 제어하는 멀티형 공기조화기
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 실외 제어부는 상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도보다 높으면 장배관으로 판단하여 상기 목표저압을 낮추는 멀티형 공기조화기
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 실외 제어부는 상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도보다 낮으면 단배관으로 판단하여 상기 목표저압을 높이는 멀티형 공기조화기
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 실외 제어부는 상기 평균 증발온도가 상기 목표 증발온도와 동일하면 중간배관으로 판단하여 현재 목표저압을 유지하는 멀티형 공기조화기
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