KR20120124798A - 칠러 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칠러 및 그 제어방법에 관한 것으로, 칠러에서 서지 발생을 방지하기 위한 고온가스 바이패스 밸브를 제어하는데 있어서 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간 또는 동작횟수에 대응하여 서지영역을 확장 또는 축소하고, 그에 따라 고온가스 바이패스 밸브가 동작되도록 함으로써 서지 발생이 감소하고, 고온가스 바이패스 밸브의 동작 횟수가 최소화 됨에 따라 칠러의 동작 효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

칠러 및 그 제어방법{Chiller and method for controlling the chiller}

본 발명은 칠러 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 칠러에서 발생되는 서지를 방지하고, 동작의 효율을 향상시키는 칠러 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 칠러는 냉수를 공조기나 냉동기 등의 냉수 수요처로 공급하는 것으로서, 냉매가 순환되는 압축기와, 응축기와, 팽창기와, 증발기를 포함한다.

칠러는 증발기가 수냉매 열교환기로 이루어져 냉매와 물을 열교환시키고, 냉수 수요처와 수배관으로 연결되어 냉매에 의해 냉각된 물을 냉수 수요처로 순환 공급한다.

칠러는 압축기의 구동시 오일이 냉매와 함께 토출되고, 오일은 냉매와 함께 응축기와 팽창기를 순차적으로 통과하고 증발기를 유동되어 증발기 내에 쌓인다.

이러한 칠러는 압축기에서의 서지 발생을 제어하기 위해 고온가스 바이패스 밸브가 구비된다.

그러나 종래의 경우 고온가스 바이패스 밸브를 동작시키기 위한 설정이 고정되어 있어, 그 설정값에 따라 압축기의 서지가 빈번히 발생하여 압축기가 손상되거나 또는 칠러가 동작정지하게 되거나, 또는 고온가스 바이패스 밸브가 너무 자주 온오프 됨에 따라 압축기의 성능이 크게 감소하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 칠러에서 서지 발생을 방지하기 위한 고온가스 바이패스 밸브를 제어하는데 있어서 서지영역을 제어하여 고온가스 바이패스 밸브의 동작횟수를 최소화함으로써, 서지의 발생을 최소화하고 칠러의 동작에 따른 효율은 향상시키는 칠러 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 칠러는 압축기, 응축기, 증발기를 포함하는 칠러에 있어서,

상기 압축기로부터 토출되는 고온고압의 냉매를 상기 압축기의 흡입 측으로 바이패스 시키는 고온가스 바이패스 밸브; 및 상기 압축기의 서지 발생에 대한 서지영역을 설정하고, 상기 서지영역 내에서 상기 고온가스 바이패스 밸브의 동작 및 해제를 제어하기 위한 기준데이터를 설정하며, 상기 기준데이터에 따라 상기 고온가스 바이패스 밸브를 제어하여 상기 압축기의 압축비를 제어하고, 상기 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간 또는 동작횟수에 대응하여 상기 서지영역을 확장 또는 축소하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 칠러의 제어방법은 압축기의 서지 발생에 대한 기준인 서지영역과 상기 서지영역을 기준으로 고온가스 바이패스 밸브 제어를 위한 기준데이터를 설정하는 단계; 측정되는 현재의 부하 및 압축기의 헤드값이 상기 서지영역 내에 포함되는 경우, 상기 기준데이터와 비교하여 상기 고온가스 바이패스 밸브의 개폐를 제어하는 단계; 상기 고온가스 바이패스 밸브의 개폐에 따른 동작시간 및 동작횟수를 측정하는 단계; 및 상기 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간 또는 동작횟수에 대응하여 상기 서지영역을 확장하는 단계를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 칠러 및 그 제어방법은 서지 발생을 방지하기 위해 고온가스 바이패스 밸브를 제어하는데 있어서, 서지 영역을 확장 또는 축소하여 그에 따라 고온가스 바이패스 밸브가 동작되도록 함으로써 서지 발생이 감소하고, 고온가스 바이패스 밸브의 동작 횟수가 최소화 됨에 따라 칠러의 동작 효율이 향상되는 효과가 있다. 또한, 서지 발생이 감소함에 따라 칠러 동작에 따른 안정성이 향상된다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 칠러의 구성이 간략하게 도시된 도이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 칠러의 제어구성이 도시된 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 칠러 동작에 따른 서지 영역 및 고온가스 바이패스 밸브의 동작에 대한 선도의 예가 도시된 도이다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 칠러의 고온가스 바이패스 밸브 제어방법을 설명하는데 참조되는 순서도이다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 칠러의 서지영역 제어방법을 설명하는데 참조되는 순서도이다.
도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 칠러의 서지영역 변경을 설명하는데 참조되는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 칠러의 구성이 간략하게 도시된 도이다.

본 실시예에 따른 칠러는 냉매를 압축하는 압축기(1), 압축기(1)에서 토출된 냉매와 오일을 분리하는 오일분리기(미도시), 오일분리기를 통과한 냉매가 응축되는 응축기(4), 응축기(4)에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창기(6), 팽창기(6)에서 팽창된 냉매가 냉수를 냉각시키고 냉수 수요처와 냉수배관으로 연결된 증발기(8), 그리고 고온가스를 바이패스 시키는 고온가스 바이패스 밸브(50)를 포함한다.

압축기(1)는 증발기(8)에서 증발된 냉매가 압축되는 것으로서, 로터리 압축기와, 스크롤 압축기와, 스크류 압축기의 하나로 구성될 수 있고, 운전 용량이 가변되게 구성될 수 있으며, 냉매를 다단으로 압축하게 구성될 수 있다.

압축기(1)는 냉매가 압축되는 압축실을 갖는 압축부(미도시)와, 압축부가 냉매를 압축하는 구동력을 제공하는 모터부(미도시)를 포함한다. 압축기(1)는 내부에 모터부와 압축부의 손상을 방지하기 위한 오일이 담겨지며, 오일은 냉매의 토출시 냉매와 함께 토출된다.

압축기(1)는 흡입배관이 증발기(8)와 연결되어 증발기(8)에서 증발된 냉매가 흡입배관을 통해 압축기(1)로 흡입되고, 토출배관(12)이 오일 분리기(미도시)와 연결되어 압축기(1)에서 토출된 냉매가 통과하는 토출배관(12)을 통해 오일분리기로 유동된다. 오일분리기는 내부에 냉매와 오일이 통과하면서 분리되는 오일 걸름부재나 사이클론이 구비될 수 있다.

오일분리기에는 오일분리기에서 유출된 냉매가 응축기(4)로 유동되게 하는 오일분리기-응축기 연결배관(14)이 연결되고, 오일분리기에서 유출된 오일이 통과한 후 압축기(1)로 회수되게 하는 오일분리기 오일회수 유로가 연결된다.

응축기(4)는 압축기(1)에서 압축된 냉매가 응축되는 것으로서, 쉘-튜부 타입의 열교환기로 구성되는 것도 가능하고, 핀-튜브 타입의 열교환기로 구성되는 것도 가능하다.

응축기(4)는 쉘-튜브 타입의 열교환기로 구성될 경우, 쉘의 내부에 냉매가 응축될 수 있는 응축공간이 형성되고, 응축공간에 냉각수가 통과하는 냉각수 튜브가 배치되며, 냉각수 튜브가 냉각탑 등의 냉각수 공급처(30)와 냉각수 배관(18)(20)으로 연결되어, 냉매가 쉘을 통과하면서 냉각수와 열교환되어 응축된다.

응축기(4)는 핀-튜브 타입의 열교환기로 구성될 경우, 응축기(4) 주변에 설치된 응축팬이 응축기(4)로 실외 공기 등의 찬 공기를 공급하고, 튜브를 통과하는 냉매가 실외 공기 등의 찬 공기와 열교환되어 응축된다.

응축기(4)는 팽창기(6)와 응축기-팽창기 연결배관(22)으로 연결된다.

팽창기(6)는 응축기(4)에서 응축된 냉매가 팽창되는 것으로서, 캐필러리 튜브 또는 전자팽창밸브(EEV, electronic expansion valves)로 구성될 수 있다.

증발기(8)는 팽창기(6)에서 팽창된 냉매가 증발되는 것으로서, 팽창기(6)와 팽창기-증발기 연결배관(24)으로 연결된다. 증발기(8)는 쉘-튜브형 열교환기로 구성되고, 증발기(8)로 유입된 냉매는 증발기(8)의 내부에서 증발된 후 흡입배관으로 흡인된다.

증발기(8)는 냉각 코일 등의 냉수 수요처(40)와 냉수 배관(26)(28)으로 연결되고, 냉수는 냉수 배관(26)과 증발기(8)와 냉수 배관(28)과 냉수 수요처(40)를 순환하면서 냉수 수요처(40)를 냉각시킨다.

증발기(8)는 쉘과, 쉘 내부에 배치된 이너 튜브를 포함한다. 쉘에는 팽창기(6)에서 팽창된 냉매가 흡입되는 냉매 흡입구와 증발된 냉매가 흡입배관으로 토출되는 냉매 유출구가 형성된다. 이너 튜브는 냉수가 흐르도록 냉수 배관(26)(28)이 연결되고 쉘 내부에 배치된다.

증발기(8)는 칠러의 운전시 오일분리기에서 분리되지 못한 오일이 냉매와 함께 응축기(4)와 팽창기(6)를 차례로 통과한 증발기(8)로 유입되고, 증발기(8)로 유입된 오일은 증발기(8) 내부에서 액냉매의 상측에 위치하거나 증발기(8) 내부에 증발공간과 별도로 구획 형성된 오일 통로에 위치한다.

고온가스 바이패스 밸브(50)는 압축기(1)로부터 토출되어 오일회수기를 거친 냉매를 압축기(1) 흡입측으로 바이패스시킨다. 이때, 압축기(1)에는 어큐뮬레이터가 더 연결될 수 있으며, 고온가스 바이패스 밸브(50)는 어큐뮬레이터의 흡입측에 연결된다.

고온가스 바이패스 밸브(50)는 압축기(1)의 토출배관(12)과 흡입배관을 연결하는 배관 상에 구성되어, 후술하는 제어부에 의해 개폐가 제어된다.

고온가스 바이패스 밸브(50)가 오픈되면, 압축기(1)에서 토출되는 고온고압의 기체냉매는 일부가 압축기(1)의 흡입측으로 일부 바이패스 되므로, 압축기(1)에서 토출되는 기체냉매의 압력은 감소하고, 압축기(1)로 흡입되는 냉매의 압력은 상승하게 된다.

압축기가 낮은 부하에서 높은 압력비로 작동하는 경우, 압축기에서 서지(surge)가 발생하게 된다. 압축기의 압력비가 상승 시 고온가스 바이패스 밸브(50)를 개방하면, 앞서 설명한 바와 같이 토출 압력은 감소하고, 흡입압력은 증가함으로써 압력비가 감소하게 되어 서지를 방지할 수 있다.

이러한 칠러의 압축기 구동, 밸브의 개폐, 냉매의 유동이 다음과 같은 제어구성에 의해 제어된다. 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 칠러의 제어구성이 도시된 블록이다.

도 2를 참조하면, 칠러는 전술한 도1의 구성 뿐 아니라, 입력부(190), 출력부(180), 감지부(120), 밸브제어부(140), 압축기제어부(160), 데이터부(130), 그리고 칠러의 동작 전반을 제어하는 제어부(110)를 더 포함한다.

입력부(190)는 버튼, 스위치 및 터치패드와 같은 입력수단을 적어도 하나 포함하여, 칠러 동작에 대한 설정이 입력된다. 입력부(190)는 구비되는 입력수단이 조작됨에 따라, 그에 대응하는 신호를 제어부(110)로 입력한다.

출력부(180)는 디스플레이, 램프, 스피커와 같은 출력수단을 적어도 하나 포함하여 칠러의 동작상태를 출력한다. 출력부(180)는 칠러의 각 구성에 대한 동작상태, 감지부(120)를 통해 측정되는 데이터가 디스플레이를 통해 화면에 출력하고, 경고음 또는 효과음을 스피커로 출력하며, 전원입력, 운전상태를 램프로 출력한다.

데이터부(130)에는 감지부(120)로부터 측정되는 데이터 및 칠러 동작 제어에 따른 제어데이터가 저장된다. 또한, 데이터부(130)에는 서지 발생에 관련한 서지영역에 대한 설정데이터와 고온가스 바이패스 밸브(50)의 개폐제어에 따른 기준데이터가 저장된다.

감지부(120)는 칠러의 내부 또는 외부에 설치되는 복수의 센서를 포함하여, 칠러 동작에 따른 온도, 압력, 위치, 속도 그리고 회전을 감지한다. 감지부(120)는 각 센서의 측정데이터를 제어부(110)로 입력한다. 예를 들어 감지부(120)는 압력센서(121), 유량센서(122), 인넷가이드베인센서(123) 및 온도센서를 포함 할 수 있다.

압축기제어부(160)는 제어부(110)의 제어명령에 대응하여, 압축기(1)의 모터의 구동 및 회전을 제어하여, 압축기(1)를 제어한다.

밸브제어부(140)는 제어부(110)의 제어명령에 대응하여, 고온가스 바이패스 밸브(50)의 개폐 및 개도를 제어한다.

제어부(110)는 부하의 정도에 따라 압축기가 동작하도록 제어하고, 감지부(120)의 복수의 센서로부터 측정되는 데이터에 따라 칠러의 동작 상태를 판단하압축기 및 밸브를 제어하고, 냉매의 유동을 제어한다.

제어부(110)는 부하와 압축기 헤드에 따른 서지가 발생에 대한 서지영역을 변경하고, 그에 따라 고온가스 바이패스 밸브(50)가 동작하도록 제어한다.

또한, 제어부(110)는 서지 영역 내에서 고온가스 바이패스 밸브(50)가 동작하도록 하되, 고온가스 바이패스 밸브(50) 제어에 따른 칠러 상태 변화에 대응하여 서지영역을 변경한다.

제어부(110)는 데이터부(130)의 서지영역에 대한 설정데이터를 바탕으로, 서지영역에 대해 일정값의 마진(margin)을 두고 고온가스 바이패스 밸브의 동작 및 해제에 대한 선도를 설정한다.

제어부(110)는 부하 및 헤드값이 고온가스 바이패스 밸브의 동작선도 이상이면, 고온가스 바이패스 밸브가 열리도록 제어명령을 밸브제어부(140)로 인가하고, 고온가스 바이패스 밸브의 해제선도 이하인 경우 고온가스 바이패스 밸브가 닫히도록 제어명령을 밸브제어부(140)로 인가한다.

이때, 제어부(110)는 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간 또는 동작 횟수, 그리고 서지발생 여부에 따라 서지영역을 변경한다. 이때 서지영역이 변경되면, 그에 대응하여 바이패스 밸브의 동작 및 해제에 대한 선도 또한 변경된다.

그에 따라 제어부(110)는 압축기의 압력비를 제어하여 서지 발생을 제어한다.

도 3 은 본 발명의 칠러 동작에 따른 서지 영역 및 고온가스 바이패스 밸브의 동작에 대한 선도의 예가 도시된 도이다.

도 3을 참조하면, 서지 발생에 대한 기준인 제 1 서지선도(210)가 도시된 바와 같이 설정되며, 제 1 서지선도(210)의 우하향의 영역이 서지가 발생하지 않는 서지영역이다.

서지는 낮은 부하에서 높은 압력비를 갖는 경우 발생하게 되므로, 서지선도의 좌상향의 영역이 서지가 발생하는 영역으로, 부하 및 헤드값이 서지선도보다 높아지면 서지가 발생하는 것으로 판단할 수 있다.

이때, 서지선도 및 서지영역은 칠러의 서지발생 시의 부하 및 헤드값에 대한 데이터를 바탕으로 설정되며, 사전에 미리 설정되어 데이터부에 저장되거나, 또는 데이터에 저장된 데이터를 바탕으로 제어부에 의해 설정될 수 있다. 또한, 경우에 따라 입력부(190)를 통한 입력데이터에 따라 서지영역이 설정될 수 있다.

제 1 서지선도(210)는 초기 설정된 서지영역에 대한 설정값이다. 제어부(110)에 의해 서지영역이 변경되는 경우 그에 따라 제 2, 3 및 4의 서지선도(211, 212, 213)로 변경될 수 있다.

고온가스 바이패스 밸브 동작선도는 서지선도를 기준으로 일정크기의 마진(margin)을 갖도록 제어부(110)에 의해 설정된다. 이때 마진의 크기는 설정에 따라 가변될 수 있다.

고온가스 바이패스 밸브 해제선도 또한 서지선도를 기준으로 설정되며, 서지선도와 고온가스 바이패스 밸브 동작선도에 대하여 각각 일정크기의 마진(margin)을 갖도록 제어부(110)에 의해 설정된다.

고온가스 바이패스 밸브 동작 및 해제 선도는 서지영역 내에 설정되고, 동작해제선도가 동작선도보다 낮게 설정된다. 고온가스 바이패스 밸브 동작선도와 해제선도에 마진을 설정하는 것은 고온가스 바이패스 밸브가 자주 온오프되는 것을 방지하기 위함이다.

예를 들어 도 3의 제 1 서지선도(210)가 설정되면, 1 서지선도(210)에 대해 일정 마진을 갖는 제 1 고온가스 바이패스 밸브 동작선도(220)와, 제 1 서지선도(210)와 제 1 고온가스 바이패스 밸브 동작선도(220)에 각각 일정 마진을 갖는 제 1 고온가스 바이패스 밸브 해제선도(230)가 설정된다.

제어부(110)는 제 1 고온가스 바이패스 밸브 동작선도(220)와 해제선도(230)를 설정한 후, 측정되는 부하 및 헤드값에 따라 고온가스 바이패스 밸브(50)를 제어한다. 이때 헤드값은 압축기의 압력비 또는 압력차 이고, 부하는 온도차, 냉매유량 및 IGV(inlet gaide vein)의 개도량 중 적어도 하나에 의해 설정된다.

제어부(110)는 측정되는 부하 및 해드값이 제 1 서지선도(210)에 따른 서지영역에 포함되고, 제 1 고온가스 바이패스 밸브 동작선도(220) 이상이면 고온가스 바이패스 밸브(50)가 동작하도록 제어한다.

예를 들어, 부하가 i이고 헤드값이 j인 경우(P1) 제어부(110)는 고온가스 바이패스 밸브(50)를 동작시켜 고온의 기체 냉매가 바이패스되도록 한다. 이때, 고온가스 바이패스 밸브(50)의 동작으로 인하여 압력비, 즉 헤드값이 감소한다.

또한, 제어부(110)는 부하 및 헤드값이 제 1 고온가스 바이패스 밸브 해제선도(230) 이하이면 고온가스 바이패스 밸브(50)가 닫히도록 제어한다. 이때, 부하 및 헤드값이 고온가스 바이패스 밸브 동작선도와 해제선도의 중간인 경우에는 고온가스 바이패스 밸브가 열린상태로 유지되도록 한다.

제어부(110)는 고온가스 바이패스 밸브(50)가 동작하면, 즉 온(ON)상태가 되되면 온(ON)상태를 유지하는 시간인 동작시간을 측정한다. 또한, 제어부(110)는 고온가스 바이패스 밸브(50)가 동작 후 해제되어 닫히면, 동작 횟수를 카운트한다.

제어부(110)는 특정된 동작시간과, 동작횟수에 대응하여, 서지영역을 변경한다. 이때, 제어부(110)는 일정시간 내에서의 고온가스 바이패스 밸브(50)의 동작시간과 동작횟수에 따라 서지영역을 변경한다.

제어부(110)는 서지영역을 확장한 후 서지발생 여부를 판단하여 확장 영역 내에서 서지가 발생하지 않는 경우 확장 영역을 새로운 서지영역으로 설정하고, 확장 후 서지가 발생하면 다시 확장전의 영역으로 복귀하도록 한다.

서지영역에 변경되면, 고온가스 바이패스 밸브의 동작선도 및 해제선도 또한 변경된다.

예를 들어, 부하가 i 이고, 헤드값이 j+1인 경우(P2), 제 1 고온가스 바이패스 밸브 동작선도(210) 이상이므로 고온가스 바이패스 밸브(50)를 동작시켜 고온의 기체 냉매가 바이패스되도록 한다.

이때, 고온가스 바이패스 밸브(50)의 동작으로 인하여 헤드값이 감소되어도 제 1 고온가스 바이패스 밸브 해제선도(230) 이하로 감소하지 않아 고온가스 바이패스 밸브(50)가 온(ON)상태를 유지하는 경우, 고온가스 바이패스 밸브(50)의 동작시간이 기준시간 이상이 되면, 서지영역을 확장한다.

또한, 고온가스 바이패스 밸브 해제선도(230)로 감소되어 고온가스 바이패스 밸브(50)가 오프(OFF)된 이후, 다시 헤드값이 제 1 고온가스 바이패스 밸브 동작선도(210) 이상으로 상승하면, 고온가스 바이패스 밸브(50)가 온(ON)상태가 되는데, 이러한 현상이 반복되어, 고온가스 바이패스 밸브(50)의 동작횟수가 기준횟수 이상이 되면, 제어부는 서지영역을 확장한다.

이때 제어부(11)는 부하가 i , 헤드값 j+1 (P2)에서 서지가 발생되지 않음에 따라 이를 기준으로 서지영역, 고온가스 바이패스 밸브 동작선도 및 해제선도를 제 2 서지영역(211)에 따른 제 2 서지영역, 제 2 고온가스 바이패스 밸브 동작선도(221) 및 해제선도(231)로 변경한다.

확장된 서지영역인 제 2 서지영역을 기준으로, 동작을 제어하되 일정시간 이상 서지가 발생하지 않는 경우, 즉 부하 및 헤드값이 제 2 서지선도(211) 이하로 유지되면 서지가 발생하지 않는 것으로 판단하여 확장된 영역인 제 2 서지영역을 새로운 서지영역으로 설정한다.

이때, 제 2 서지영역으로의 변경이 확정되면, 제 2 서지영역, 제 2 고온가스 바이패스 밸브 동작선도(221) 및 해제선도(231)를 기준으로 고온가스 바이패스 밸브(50)를 제어한다.

서지영역 확장으로 제 2 서지영역이 새로운 서지영역으로 설정된 후, 부하 i이고 헤드값이 j+2인 경우(P3), 제 2 고온가스 바이패스 밸브 동작선도(211) 이상이므로 고온가스 바이패스 밸브(50)를 동작시켜 고온의 기체 냉매가 바이패스되도록 한다.

이후 일정 시간 내에서의 고온가스 바이패스 밸브(50)의 동작시간이 기준시간 이상이거나, 또는 동작횟수가 기준횟수 이상이 되면, 제어부(110)는 부하 i, 헤드값 j+2 (P3)를 기준으로 다시 서지영역을 확장한다.

그에 따라 제 3 서지선도(212)에 대한 제 3 서지영역으로 확장되고 고온가스 바이패스 밸브(50)는 제 3 고온가스 바이패스 밸브 동작선도(222) 및 해제선도(232)에 의해 동작이 제어된다. 일정 시간 이상 서지가 발생되지 않으면 제 3 서지영역을 새로운 서지영역으로 설정한다.

부하 및 헤드값이 P4인 경우에도 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간 및 동작횟수에 따라 서지영역을 다시 확장할 수 있다.

한편, 제어부(110)는 서지영역 확장 후 일정 시간 내에서 서지가 발생하면 다시 확장전의 서지영역으로 변경하고, 그에 맞춰 고온가스 바이패스 밸브 동작선도 및 해제선도 또한 변경하고, 더 이상 서지영역을 확장하지 않고 현재의 서지 영역을 유지하도록 한다.

서지 발생 시, 제어부(110)는 칠러의 동작을 정지시키고, 일정 시간 후 재 구동하도록 한다. 재구동 후에는 확장전의 서지영역으로 복귀된 서지영역에 따라 제어한다. 경우에 따라 서지 발생 후 동작을 정지하기 전 제어부(110)는 고온가스 바이패스 밸브를 동작시켜 압력비를 감소시킨 후 동작 정지하도록 할 수 있다.

그에 따라 제어부(110)는 서지영역을 최적화하여 최종 설정할 수 있으며, 최적화된 서지영역을 바탕으로 칠러 제어를 수행한다.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 칠러의 고온가스 바이패스 밸브 제어방법을 설명하는데 참조되는 순서도이다.

도 4를 참조하면, 제어부(110)는 칠러 동작 시 발생할 수 있는 서지에 대한 서지영역을 설정한다(S310).

제어부(110)는 서지영역에 있어서 데이터부(130)에 저장된 데이터를 바탕으로 설정되거나, 기 설정되어 저장된 데이터를 이용할 수 있다. 이때 서지영역은 서지가 발생하지 않는 범위에 대한 것이고, 서지영역을 벗어나는 경우 서지가 발생한다.

제어부(110)는 서지영역을 기준으로 고온가스 바이패스 밸브의 동작 및 해제에 대한 선도를 설정한다(S320). 이때 제어부(110)는 고온가스 바이패스 밸브의 동작선도 및 해제선도에 대하여, 서지영역을 기준으로 각각 일정 마진을 갖도록 설정한다.

앞서 도3에서 설명한 바와 같이, 부하 및 헤드값이 서지영역을 벗어나 서지가 발생하는 것을 방지하기 위해 서지영역에 대하여 일정 마진을 갖도록 고온가스 바이패스 밸브 동작선도를 설정한다. 서지영역과 고온가스 바이패스 밸브의 동작선도 간의 마진과, 고온가스 바이패스 밸브 동작선도와 해제선도 간의 마진은 상이할 수 있다. 고온가스 바이패스 밸브 동작선도와 해제선도에 마진을 설정하는 것은 고온가스 바이패스 밸브가 자주 온오프되는 것을 방지하기 위함이다.

제어부(110)는 감지부(120)의 센서를 통해 입력되는 값에 대응하여, 압축기 헤드값과 부하값을 측정한다(S330). 이때 헤드값은 압축기의 압력비 또는 압력차 이고, 부하는 온도차, 냉매유량 및 IGV(inlet gaide vein)의 개도량 중 적어도 하나에 의해 설정된다.

제어부(110)는 측정된 부하 및 헤드값에 대하여, 측정값이 서지영역에 포함되는지 여부를 판단한다(S340).

측정값이 서지영역에 포함되는 경우, 제어부는 측정값이 서지영역을 기준으로 설정된 고온가스 바이패스 밸브 동작선도 이상인지 여부를 판단한다(S350).

측정값이 고온가스 바이패스 밸브 동작선도 이상이면, 제어부(110)는 고온가스 바이패스 밸브(50)가 동작하도록 제어명령을 생성하여 밸브제어부(140)로 인가하고, 밸브제어부(140)는 고온가스 바이패스 밸브(50)가 열리도록 제어한다(S360).

제어부(110)는 고온가스 바이패스 밸브(50)가 온(ON) 상태를 유지하는 시간을 동작시간으로써 카운트 한다(S370). 이때 일정시간 내에서의 동작시간을 카운트 한다. 예를 들어 4시간 동안 고온가스 바이패스 밸브(50)가 오픈상태를 유지하는 시간이 어느 정도인지 카운트할 수 있다.

제어부(110)는 고온가스 바이패스 밸브(50)가 열리면 압축기(1)에서 토출된 고온고압의 기체냉매가 바이패스 됨에 따라 압축기의 압력비가 감솟하게 되므려, 현재의 헤드값 및 부하값을 다시 측정한다(S380).

측정값이 서지영역에 포함되고(S340), 고온가스 바이패스 밸브 동작선도 미만이고 고온가스 바이패스 밸브 해제선도 이하이면(S390), 제어부(110)는 고온가스 바이패스 밸브(50)가 닫히도록 제어한다(S395).

이때 제어부(110)는 고온가스 바이패스 밸브(50)가 닫히면 동작시간 카운트는 정지하고, 고온가스 바이패스 밸브의 동작횟수를 카운트한다(S400).

한편, 측정값이 서지영역에 포함되고(S340), 고온가스 바이패스 밸브 동작선도 미만이고 고온가스 바이패스 밸브 해제선도를 초과하는 경우(S390), 고온가스 바이패스 밸브가 온(ON)상태를 유지하도록 한다(S360).

상기와 같이 제어부(110)는 측정되는 부하 및 헤드값에 따라 고온가스 바이패스 밸브를 제어하여 압축기의 압력비를 조절함으로써 서지 발생을 방지한다.

한편, 측정값이 서지영역을 벗어나는 경우, 제어부(110)는 서지 발생으로 판단하고(S410), 칠러가 동작 정지되도록 한다(S420). 이때 제어부(110)는 칠러 동작 정지 전 고온가스 바이패스 밸브(50)를 동작시켜 압력비를 낮춘 후 칠러가 동작 정지되도록 할 수 있다.

도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 칠러의 서지영역 제어방법을 설명하는데 참조되는 순서도이다.

앞서 설명한 바와 같이 고온가스 바이패스 밸브(50)를 제어하면서 제어부(110)는 일정시간 내의 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간과 동작횟수를 측정한다.

도 5를 참조하면, 측정된 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간이 기 설정된 기준시간 이상인지 여부를 판단한다(S450).

고온가스 바이패스 밸브의 동작시간이 기준시간 미만이면, 고온가스 바이패스 밸브의 동작횟수가 기준횟수 이상인지 여부를 판단한다. 이때, 기준횟수 미만이면 서지영역을 유지하고 고온가스 바이패스 밸브제어에 따른 동작시간 및 동작횟수를 측정한다.

고온가스 바이패스 밸브의 동작시간이 기준시간 이상이거나 또는 고온가스 바이패스 밸브의 동작횟수가 기준횟수 이상인 경우, 제어부는 서지영역을 확장하고, 그에 대응하여 고온가스 바이패스 밸브 동작선도 및 해제선도를 변경한다(S470).

즉 일정 시간 내에 기준시간 이상 고온가스 바이패스 밸브가 동작하거나 기준횟수 이상 동작 및 해제를 반복한 경우, 고온가스 바이패스 밸브 동작으로 인하여 압축기 성능이 감소하였으므로, 서지영역을 확장하여 고온가스 바이패스 밸브의 동작이 감소하도록 한다.

서지영역 확장 후, 확장된 서지영역에 대하여 고온가스 바이패스 밸브(50)를 제어하되, 확장된 서지영역에서 서지가 발생하는지 여부를 판단한다(S480).

일정 시간 이상 확장된 서지영역에서 서지가 발생하지 않으면, 제어부(110)는 확장된 서지영역을 새로운 서지영역으로 확정하여(S490), 데이터부(130)에 저장하고 새로운 서지영역으로 고온가스 바이패스 밸브(50)를 제어한다.

한편, 서지가 발생한 경우, 제어부(110)는 서지영역을 확장전으로 다시 변경한다(S500).

이때 서지의 발생은 측정된 부하 및 헤드값이 서지영역을 벗어나는 경우 서지 발생으로 판단할 수 있다. 고온가스 바이패스 밸브는 서지 발생 전에 동작하므로, 고온가스 바이패스 밸브가 동작했음에도 불구하고 부하 및 헤드값이 서지영역을 벗어나 서지가 발생하는 것이므로 서지영역을 확장전으로 복귀시킨다.

또한, 제어부(110)는 서지영역을 복구한 후, 더 이상 서지영역이 확장되지 않도록 확장을 종료한다(S510). 서지영역 확장 후 서지가 발생하였으므로 이후 서지영역에 대한 확장 조건이 만족하더라도 이를 무시하고 더이상 확장하지 않는다.

제어부(110)는 서지가 발생함에 따라 경고를 출력한다(S520). 경고는 경고메시지, 경고음, 경고등 중 적어도 하나의 형태로 출력부(180)를 통해 출력된다. 0

제어부(110)는 서지 발생으로 칠러가 동작 정지되도록 한다(S530). 이때 제어부(110)는 칠러 동작 정지 전 고온가스 바이패스 밸브(50)를 동작시켜 압력비를 낮춘 후 칠러가 동작 정지되도록 할 수 있다. 경우에 따라 압축기만 재구동할 수도 있다.

소정 시간 후 칠러를 재구동하고(S540), 확정된 서지영역 및 그에 따른 고온가스 바이패스 밸브의 동작 및 해제선도에 따라 고온가스 바이패스 밸브(50)를 제어하고 칠러의 운전을 제어한다(S550).

도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 칠러의 서지영역 변경을 설명하는데 참조되는 순서도이다.

도 6을 참조하면, 출력부(180)에 구비되는 디스플레이 수단을 통해 서지영역을 수동으로 설정할 수 있다.

입력부(190)의 메뉴 설정을 통해 디스플레이 수단에 서지영역 설정 화면(60)이 표시되면, 서지영역을 설정하거나 변경할 수 있다.

이때, 디스플레이 수단이 터치스크린인 경우, 터치 입력을 통해 서지영역을 설정할 수 있다.

서지영역 설정화면(60)에서 터치 입력을 통해 기존 서지영역(61)을 설정하고, 설정된 서지영역에 대하여 터치 입력에 따라 제 1 블록(62), 제 2 블록(63), 제 3 블록(64)으로 확장할 수 있다. 확장된 영역을 다시 터치하는 경우 영역을 축소할 수도 있다.

이렇게 설정된 서지영역은 도 5에서 설명한 바와 같이, 확장되거나 축소될 수 있다.

따라서, 서지영역을 확장하거나 축소하여 변경함으로써, 서지의 발생은 최소화하면서 고온가스 바이패스 밸브의 동작 횟수는 감소시켜 칠러 동작에 따른 성능과 효율이 향상된다.

이상과 같이 본 발명에 의한 칠러 및 그 제어방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.

1: 압축기 4: 응축기
6: 팽창기 8: 증발기
50: 고온가스 바이패스 밸브
110: 제어부 120: 감지부
140: 밸브제어부

Claims (12)

1. 압축기, 응축기, 증발기를 포함하는 칠러에 있어서,
   상기 압축기로부터 토출되는 고온고압의 냉매를 상기 압축기의 흡입 측으로 바이패스 시키는 고온가스 바이패스 밸브; 및
   상기 압축기의 서지 발생에 대한 서지영역을 설정하고, 상기 서지영역 내에서 상기 고온가스 바이패스 밸브의 동작 및 해제를 제어하기 위한 기준데이터를 설정하며,
   상기 기준데이터에 따라 상기 고온가스 바이패스 밸브를 제어하여 상기 압축기의 압축비를 제어하고, 상기 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간 또는 동작횟수에 대응하여 상기 서지영역을 확장 또는 축소하는 제어부를 포함하는 칠러.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 기준데이터가 상기 서지영역을 기준으로 일정 크기의 마진을 가지고 상기 서지영역에 연동하여 확장 또는 축소 되도록 하는 것을 특징으로 하는 칠러.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 고온가스 바이패스 밸브가 열리도록 제어하기 위한 고온가스 바이패스 밸브 동작선도와, 상기 고온가스 바이패스 밸브가 닫히도록 제어하기 위한 고온가스 바이패스 밸브 해제선도를 상기 기준데이터로 설정하고,
   상기 고온가스 바이패스 밸브 동작선도와 상기 고온가스 바이패스 밸브 해제선도가 일정 크기의 마진을 가지도록 설정하는 것을 특징으로 하는 칠러.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 일정 시간 내에서 상기 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간이 기준시간 이상이거나 또는 상기 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간이 기준횟수 이상이면,
   측정된 부하 및 상기 압축기의 헤드값을 기준으로 상기 서지영역을 확장하는 것을 특징으로 하는 칠러.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 서지영역 확장 시, 확장된 영역에서 일정시간 동안 서지가 발생하지 않는 경우 상기 확장된 영역을 새로운 서지영역으로 설정하고,
   상기 확장된 영역에서 서지가 발생하면 확장 전의 서지영역으로 복귀시키고 이후 상기 서지영역이 변경되지 않도록 설정하는 것을 특징으로 하는 칠러.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어부는 냉매의 온도차, 냉매의 유량 및 IGV의 개도량 중 적어도 하나를 기준으로 상기 부하를 산출하고, 상기 압축기의 흡입 및 토출에 따른 압력비 또는 압력차를 상기 압축기 헤드값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 칠러.
7. 압축기의 서지 발생에 대한 기준인 서지영역과 상기 서지영역을 기준으로 고온가스 바이패스 밸브 제어를 위한 기준데이터를 설정하는 단계;
   측정되는 현재의 부하 및 압축기의 헤드값이 상기 서지영역 내에 포함되는 경우, 상기 기준데이터와 비교하여 상기 고온가스 바이패스 밸브의 개폐를 제어하는 단계;
   상기 고온가스 바이패스 밸브의 개폐에 따른 동작시간 및 동작횟수를 측정하는 단계; 및
   상기 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간 또는 동작횟수에 대응하여 상기 서지영역을 확장하는 단계를 포함하는 칠러의 제어방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 서지영역 확장 시,
   일정 시간 내에 상기 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간이 기준시간 이상이거나 또는 상기 고온가스 바이패스 밸브의 동작시간이 기준횟수 이상이면, 상기 부하 및 상기 압축기의 헤드값을 기준으로 상기 서지영역을 확장하는 것을 특징으로 하는 칠러의 제어방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 서지영역 확장 후, 확장된 영역에서 일정시간 동안 서지가 발생하지 않는 경우 상기 확장된 영역을 새로운 서지영역으로 설정하는 단계를 더 포함하는 칠러의 제어방법.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 서지영역 확장 후, 상기 확장된 영역에서 서지가 발생하면 확장 전의 서지영역으로 복귀시키고, 상기 서지영역이 변경되지 않도록 설정하는 단계를 더 포함하는 칠러의 제어방법.
11. 제 7 항에 있어서,
    서지 발생 시, 칠러의 동작을 정지시키고, 일정 시간 후 재구동하는 단계를 더 포함하는 칠러의 동작방법.
12. 제 7항에 있어서,
    상기 기준데이터는 상기 서지영역을 기준으로 일정 크기의 마진을 갖도록 설정되고, 상기 서지영역의 확장 또는 축소에 연동하여 변경되는 것을 특징으로 하는 칠러의 동작방법.
    

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