KR20190056057A - 공기조화기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기조화기의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공기조화기의 제어방법은 저단압축기와 고단압축기를 구비한 실외기와, 상기 실외기와 연결되고 현열을 제거하는 제1증발기와 잠열을 제거하는 제2증발기로 냉장 또는 냉동운전을 하는 적어도 하나의 쇼케이스를 포함하는 공기조화기를 제어하는 방법에 있어서, 기상정보를 수집하는 단계; 수집된 기상정보로 설정시간대의 외기온도를 파악하는 단계; 상기 설정시간대 외기온도의 평균과 단수변경 설정온도를 비교하여, 상기 설정시간대의 상기 저단압축기와 상기 고단압축기의 운전단수를 설정하는 단계를 포함한다.

Description

공기조화기의 제어방법{Control Method of Air Conditioner}

본 발명은 공기조화기 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기상정보를 활용하여 압축기나 증발기의 작동을 조절하는 공기조화기 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉장 및 냉동 공조 시스템는 압축기, 응축기, 팽창기 그리고 증발기로 이루어진 냉동사이클을 이용하여 냉장하고, 쇼케이스와 같은 냉장시스템의 고내 온도를 저온으로 유지시키는 장치이다.

냉장 및 냉동 공조 시스템은 상품을 보관하고 진열하는 냉장실내기 및 냉장실내기와 냉매배관으로 연결되는 실외기를 포함할 수 있다. 실외기 내부에 배치된 압축기는 실외온도의 부하에 따라 운전주파수를 조절할 수 있으며, 경우에 따라서는 압축기의 단수를 변경할 수 있다. 다만, 실외온도의 부하의 잦은 변화에 반복적으로 압축기의 단수를 변경하는 것은 불필요한 에너지가 과하게 소모되는 문제가 있다.

또한, 습도가 높은 환경에서는 개방된 쇼케이스 내로 유동하는 공기의 습도에 의해 쇼케이스 내부에 배치된 증발기에 착상량이 급증하는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기상정보를 바탕으로 압축기의 단수를 미리설정하여, 불필요한 압축기 단수가변을 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 쇼케이스나 실외온도에 의한 부하가 급증하는 시점을 미리 판단하여, 압축기의 목표저압을 미리 변경하여, 목표저압의 급변에 따른 에너지소비를 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 기상정보를 바탕으로 습도가 높은 환경에서 잠열을 제거하는 증발기를 작동시켜, 쇼케이스에 증발기 착상으로 인한 에너지 과소비를 방지하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 공기조화기는, 저단압축기와 고단압축기를 구비한 실외기와, 상기 실외기와 연결되고 현열을 제거하는 제1증발기와 잠열을 제거하는 제2증발기로 냉장 또는 냉동운전을 하는 적어도 하나의 쇼케이스를 포함하는 공기조화기를 제어하는 방법에 있어서, 기상정보를 수집하는 단계; 수집된 기상정보로 설정시간대의 외기온도를 파악하는 단계; 상기 설정시간대 외기온도의 평균과 단수변경 설정온도를 비교하여, 상기 설정시간대의 상기 저단압축기와 상기 고단압축기의 운전단수를 설정하는 단계를 포함하여, 기상조건에 따라 압축기의 단수를 고정할 수 있다.

상기 단수변경 설정온도는 공기조화기의 성능계수를 고려하여 설정되어, 공기조화기의 효율을 증가시킬 수 있다.

상기 설정시간대 외기온도의 평균이 단수변경 설정온도보다 높을 때, 상기 저단압축기와 상기 고단압축기를 운전하는 2단운전을 실시하고, 상기 설정시간대 외기온도의 평균이 단수변경 설정온도보다 낮을 때, 상기 저단압축기와 상기 고단압축기 중 어느 하나를 운전하는 1단운전을 실시하여, 공기조화기의 효율을 증가시킬 수 있다.

수신된 기상정보로 실외부하가 증가되는 시점을 판단하는 단계; 판단된 실외부하가 증가되는 시점에서 일정시간 이전에 압축기의 목표저압을 변경하는 단계를 더 포함하여, 부하가 발생되는 시점을 예측하여, 미리 압축기의 목표저압을 변경할 수 있다.

매장정보를 입력하는 단계; 입력된 매장정보를 바탕으로 쇼케이스부하가 증가하는 시점을 판단하는 단계; 및 상기 판단된 쇼케이스부하가 증가하는 시점에서 일정시간 이전에 상기 압축기의 목표저압을 변경하는 단계를 더 포함하여, 매장정보에 따른 쇼케이스부하가 증가하는 시점을 예측하여, 미리 압축기의 목표저압을 변경할 수 있다.

수집된 기상정보로 설정시간대의 외기습도를 파악하는 단계; 설정시간대 외기습도의 평균과 제2증발기 작동습도를 비교하여, 상기 제1증발기와 상기 제2증발기의 운전을 조절하여, 기상정보에 따른 실외부하가 증가하는 시점을 예측하여, 미리 압축기의 목표저압을 변경할 수 있다.

상기 설정시간대 외기습도의 평균이 상기 제2증발기 작동습도보다 높을 때, 상기 제1증발기와 상기 제2증발기를 모두 작동시켜, 습도가 높은환경에서 쇼케이스의 증발기에 착상을 방지할 수 있다.

상기 설정시간대 외기습도의 평균이 상기 제2증발기 작동습도보다 낮을 때, 상기 제1증발기만을 작동시켜, 습도가 낮은 환경에서는 불필요한 제2증발기의 작동을 중지할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 공기조화기에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 기상정보를 바탕으로 압축기의 단수를 고정하여, 불필요한 압축기의 단수변경을 방지하여, 공기조화기 효율을 증가시키는 장점이 있다.

둘째, 기상정보 및 매장정보를 바탕으로 부하가 발생하는 시점을 예측하고, 미리 압축기의 목표저압을 변경하여, 불필요한 에너지가 낭비되는 것을 방지하는 장점도 있다.

셋째, 기상정보를 바탕으로 습도에 따라 잠열을 제거하는 증발기를 작동시켜, 개방된 쇼케이스의 증발기에 발생하는 착상을 방지하여, 공기조화기의 효율을 높이는 장점도 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장 및 냉동 공조 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉장 및 냉동 공조 시스템의 작동예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발기의 구성도이다.
도 4는 압축기의 1단운전과 2단운전시의 온도변화에 따른 성능계수의 차이를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부 및 제어부와 관련된 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상정보에 따라 압축기의 운전방식을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상정보 및 매장정보에 따라 압축기의 목표저압을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상정보에 따라 증발기의 운전방식을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 제1증발기만 사용한 경우와, 제1증발기와 제2증발기를 모두 사용한 경우에서, 상대습도 변화에 따른 소비 에너지량의 변화를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상정보에 따라 조명/간판을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상정보를 활용하여, 중앙제어부에서 복수의 매장의 공기조화기 등을 각각 제어하는 구조의 블록도를 도시한 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 공기조화기 제어방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

<공기조화기 구성>

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장 및 냉동 공조 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 냉장 및 냉동 공조 시스템의 작동예시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발기의 구성도이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 따른 냉장 및 냉동 공조 시스템은 실외기(300), 냉동쇼케이스(100) 및 냉장쇼케이스(200)를 포함한다.

상기 냉동쇼케이스(100) 및 냉장쇼케이스(200)는 하나의 냉매가 순환될 수 있다. 상기 냉동쇼케이스(100) 및 냉장쇼케이스(200)는 서로 다른 증발온도를 형성한다.

본 실시예에 따른 실외기(300)는 애프터서비스 시 냉매를 신속하게 회수하여 서비스시간을 단축할 수 있는 구조를 가지고 있다.

<실외기의 구성>

상기 실외기(300)는 제 1 압축기(310), 제 2 압축기(320), 실외열교환기(330), 과냉각유닛 및 리시버(390)를 포함한다.

그리고 상기 실외기(300)는 냉매회수를 위해 상기 제 2 압축기(320) 및 중간열교환기(340) 사이에서 냉매를 회수할 수 있는 냉매회수밸브(392)(394)들이 배치된다.

상기 제 1 압축기(310) 및 제 2 압축기(320)는 직렬로 연결된다.

상기 제 1 압축기(310) 및 제 2 압축기(320)를 연결하는 토출배관(315)이 배치된다. 상기 제 1 압축기(310)에서 토출된 냉매는 상기 토출배관(315)을 통해 상기 제 2 압축기(320)의 흡입 측에 제공된다.

상기 제 1 압축기(310)에서 토출된 냉매가 상기 제 2 압축기(320)에서 다시 압축된다. 상기 제 1 압축기(310)는 저단압축을 수행하고, 상기 제 2 압축기(320)는 고단압축을 수행한다.

본 실시예에 따른 제 1 압축기(310) 및 제 2 압축기(320)를 포함하는 실외기(300)는 제 1 압축기(310) 또는 제 2 압축기(320) 중 하나의 압축기만으로 운전하는 1단운전과 제 1 압축기(310)와 제 2 압축기(320)를 모두 사용하는 2단운전을 수행할 수 있다. 인버터 압축기의 효율은 회전수(Hz)에 따라 가변될 수 있다.

도 4를 참조하면, 실외온도 A를 기준으로 1단운전과 2단운전에 따른 냉동장치의 성능계수가 달라진다. 따라서, 실외온도가 일정온도 이하에서는 1단운전을 수행하고, 실외온도가 일정온도 이상에서는 2단운전을 수행하는 것이 바람직하다.

도시되지 않았으나, 상기 제 1 압축기(310) 또는 제 2 압축기(320) 중 적어도 어느 하나의 흡입측에는 어큐뮬레이터가 배치될 수 있다. 상기 어큐뮬레이터는 냉매를 저장하고, 기체 냉매만을 상기 제 1 압축기(310) 또는 제 2 압축기(320)에 공급한다.

본 실시예에 따른 제1압축기(310) 또는 제2압축기(320)는 외부조건에 따라 운전주파수를 가변하는 인버터 압축기를 사용할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 제1압축기(310) 또는 제2압축기(320)는 직류전원을 압축기에 구비된 모터(미도시)의 구동을 위한 교류전원으로 변환하여 모터의 각 상으로 공급하는 인버터부(미도시), 모터의 회전자 위치를 검툴하여 생성된 펄스를 카운트 함으로써 모터의 회전수를 검출하는 회전수 검출부(미도시) 및 상기 회전수 검출부로부터 입력된 압축기의 회전수에 따라 인버터부를 제어하는 압축기제어부(미도시)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 인버터 압축기는 압축기 제어부에 의해, 기 설정된 기동 회전수로 회전수를 조절할 수 있고, 기동 회전수에 도달하면, 기동회전수를 유지할 수 있다.

상기 실외열교환기(330)는 압축된 냉매를 공기와 열교환시키고, 열교환된 냉매는 응축된다. 상기 실외열교환기(330)는 응축기로 작동된다.

상기 실외열교환기(330)에서 응축된 냉매는 과냉각유닛으로 유동된다.

상기 과냉각유닛은 중간열교환기(340), 과냉각밸브(350), 바이패스배관(380), 제 1 바이패스밸브(360), 제 2 바이패스밸브(370)를 포함한다.

상기 중간열교환기(340)는 공기와 냉매를 다시 열교환시킨다. 상기 중간열교환기(340)는 이중 열교환기로 구성된다.

상기 중간열교환기(340)에서 열교환된 냉매는 상기 냉동쇼케이스(100)로 유동된다.

상기 중간열교환기(340) 및 냉동쇼케이스(100)는 액체배관(301)과 연결된다. 그리고 상기 냉동쇼케이스(100) 및 제 1 압축기(310)는 기체배관(302)과 연결된다.

상기 액체배관(301)은 상기 중간열교환기(340) 및 실내열교환기(120)(220)를 연결하고, 상기 실내열교환기(120)(220)에 응축된 액체냉매를 제공한다. 상기 기체배관(302)은 상기 실내열교환기(120)(220)에서 증발된 기체냉매를 상기 제 1 압축기(310)에 제공한다.

상기 액체배관(301)은 실외기(300) 내부에 배치된 제 1 액체배관(301a)과, 실외기(300) 외부에 배치된 제 2 액체배관(301b)으로 구분된다.

마찬가지로 상기 기체배관(302)은 실외기(300) 내부에 배치된 제 1 기체배관(302a)과, 실외기(300) 외부에 배치된 제 2 기체배관(302b)으로 구분된다.

상기 제 1 액체배관(301a) 및 제 2 액체배관(301b) 사이에 서비스밸브(303)가 배치된다. 상기 제 1 기체배관(302a) 및 제 2 기체배관(302b) 사이에 서비스밸브(304)가 배치된다.

상기 실외기(300)는 상기 액체배관(301)에서 분기되고, 상기 중간열교환기(340)를 거쳐 제 1 압축기(310)에 연결되는 바이패스배관(380)을 포함한다.

상기 바이패스배관(380)의 일단(381)은 상기 액체배관(301)에 연결된다. 본 실시예에서 상기 바이패스배관(380)의 일단(381)은 상기 제 1 액체배관(301a)에 연결된다.

상기 바이패스배관(380)은 상기 중간열교환기(340)를 통과한 이후 구간에서 제 1 연결바이패스배관(384) 및 제 2 연결바이패스배관(386)으로 분지된다.

상기 제 1 연결바이패스배관(384)은 상기 제 1 압축기(310)의 흡입 측에 연결된다. 상기 제 2 연결바이패스배관(386)은 상기 제 2 압축기(320)의 흡입 측에 연결된다.

그래서 상기 제 1 연결바이패스배관(384)은 제 1 기체배관(302a)에 연결되고, 상기 제 2 연결바이패스배관(386)은 토출배관(315)에 연결된다.

상기 제 1 연결바이패스배관(384) 및 제 2 연결바이패스배관(386)에 각각 밸브(360)(370)가 배치된다. 상기 밸브(360)(370)는 개폐밸브 또는 전자팽창밸브가 사용될 수 있다.

상기 제 1 연결바이패스배관(384)에 배치된 밸브(360)를 제 1 바이패스밸브(360)로 정의하고, 상기 제 2 연결바이패스배관(386)에 배치된 밸브(370)를 제 2 바이패스밸브(370)로 정의한다.

상기 제 1 바이패스밸브(360)의 개폐에 따라 상기 제 1 압축기(310)의 흡입 측에 팽창된 냉매를 제공하고, 이를 통해 제 1 압축기(310)의 압력 또는 온도를 조절할 수 있다.

마찬가지로 상기 제 2 바이패스밸브(370)의 개폐에 따라 상기 제 2 압축기(320)의 흡입 측에 팽창된 냉매를 제공하고, 이를 통해 제 2 압축기(320)의 압력 또는 온도를 조절할 수 있다.

상기 과냉각밸브(350)는 전자팽창밸브가 사용된다. 상기 과냉각밸브(350)에서 팽창된 냉매는 상기 제 1 연결바이패스배관(384) 또는 제 2 연결바이패스배관(386) 중 적어도 어느 하나에 제공될 수 있다.

상기 제 1 바이패스밸브(360) 및 제 2 바이패스밸브(370)가 모두 닫힌 경우, 상기 과냉각밸브(350)에서 냉매가 팽창되더라도 팽창된 냉매가 압축기(310)(320)에 공급되지 않는다.

상기 과냉각밸브(350)는 상기 액체배관(301)의 액체냉매를 팽창시킨다. 상기 과냉각밸브(350)에서 팽창된 냉매는 상기 중간열교환기(340)에서 열교환되고, 증발될 수 있다. 상기 과냉각밸브(350)에서 팽창된 냉매에 의해 상기 중간열교환기(340)가 냉각될 수 있고, 이를 통해 상기 액체배관(301)으로 유동되는 냉매의 온도를 낮추고, 응축 냉매의 기화를 억제할 수 있다.

상기 과냉각밸브(350)는 개도량을 조절할 수 있고, 개도량에 따라 냉매를 팽창시키지 않고 그대로 통과시킬 수도 있다. 상기 과냉각밸브(350)에서 액냉매를 그대로 통과시킬 경우, 상기 중간열교환기(340)는 상기 바이패스배관(380)의 액냉매를 과냉시킬 수 있다.

상기 리시버(390)는 시스템을 순환하는 냉매 중 일부를 저장할 수 있다. 제어부는 시스템을 순환하는 냉매 중 일부를 저장하고, 저장된 냉매 중 일부를 시스템에 공급할 수 있다.

본 실시예에서 상기 리시버(390)는 상기 실외열교환기(330) 및 중간열교환기(340) 사이에 배치되고, 상기 실외열교환기(330)에서 상기 중간열교환기(340)로 유동되는 냉매 중 일부를 저장할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 애프터서비스 시, 냉매 회수를 신속하게 수행하기 위해 냉매회수밸브(392)(394)들이 설치될 수 있다.

상기 제 2 압축기(320) 및 실외열교환기(330) 사이에 제 1 냉매회수밸브(392)가 배치되고, 상기 리시버(390) 및 중간열교환기(340) 사이에 제 2 냉매회수밸브(394)가 배치된다.

상기 제 1 냉매회수밸브(392) 및 제 2 냉매회수밸브(394)는 볼밸브가 사용될 수 있다.

상기 제 2 냉매회수밸브(394)에 냉매회수기(400)이 연결될 수 있다. 상기 애프터서비스 시, 상기 냉매회수기(400)를 상기 제 2 냉매회수밸브(394)에 연결하고, 상기 리시버(390) 및 실외열교환기(330)에 모인 냉매를 신속하게 회수할 수 있다.

상기 제 2 냉매회수밸브(394)에는 냉매회수기(400)가 연결되기 때문에, 연결과정에서 휨이나 변형이 발생될 가능성이 있다. 이를 방지하기 위해 상기 제 2 냉매회수밸브(394)는 실외기(300)의 구조물에 고정되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 상기 제 2 냉매회수밸브(394)는 어큐뮬레이터, 실외기케이스, 제 1 압축기, 제 2 압축기 중 어느 하나에 고정되는 것이 바람직하다.

<냉동 쇼케이스의 구성>

상기 냉동쇼케이스(100)는 일반적으로 영업장소에 배치된다. 상기 영업장소는 소비자에게 냉동식품을 판매하는 마트, 편의점 등을 예로 들 수 있다.

상기 냉동쇼케이스(100)는 영업시간이 종료되어도 일정량 이상의 냉기를 공급하여 냉동식품의 신선도를 유지시켜야 하고, 이를 위해 상기 냉동쇼케이스(100)는 24시간 계속해서 구동되는 것이 일반적이다.

상기 냉동쇼케이스(100)는 상기 액체배관(301)에 연결되고, 응축된 냉매를 팽창시키는 냉동팽창밸브(110)와, 상기 냉동팽창밸브(110)에서 팽창된 냉매를 전달받아 증발시키고, 상기 기체배관(302)과 연결되는 냉동증발기(120)를 포함한다.

상기 액체배관(301)은 상기 중간열교환기(340) 및 냉동팽창밸브(110)를 연결한다. 상기 기체배관(302)은 상기 냉동증발기(120) 및 제 1 압축기(310)를 연결한다.

<냉장 쇼케이스의 구성>

상기 냉장쇼케이스(200)는 식품 등을 신선하게 보관하기 위한 장치다.

상기 냉장쇼케이스(200)는 일반적으로 영업장소에 배치된다. 상기 영업장소는 소비자에게 신선식품을 판매하는 마트, 편의점 등을 예로 들 수 있다.

상기 냉장쇼케이스(200)는 영업시간이 종료되어도 일정량 이상의 냉기를 공급하여 제품의 신선도를 유지시켜야 하고, 이를 위해 상기 냉장쇼케이스(200)는 24시간 계속해서 구동되는 것이 일반적이다.

상기 냉장쇼케이스(200)는 냉장팽창밸브(210)와, 상기 냉장팽창밸브(210)에서 팽창된 냉매를 전달받아 증발시키는 냉장증발기(220)를 포함한다.

상기 액체배관(301)은 상기 중간열교환기(340) 및 냉장팽창밸브(210)를 연결한다. 상기 기체배관(302)은 상기 냉장증발기(220) 및 제 1 압축기(310)를 연결한다.

<증발기>

본 실시예에 따른 냉동쇼케이스(100) 또는 냉장쇼케이스(200)는 제1증발기(410)와 제2증발기(420)를 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 냉동쇼케이스(100)에 사용되는 냉동증발기(120), 냉장쇼케이스(200)에 사용되는 냉장증발기(220)는 구체적으로, 도 3과 같은 제1증발기(410)와 제2증발기(420)로 구분될 수 있다.

개방형 쇼케이스의 경우, 습도가 일정기준 이상에서, 증발기로 혼입되는 공기의 증발기 착상량의 급증으로 인한 송풍 전력량 증가와 더불어 소비 에너지 입력값이 급상승하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 개방형 쇼케이스 내부에 배치된 증발기에서의 착상량이 급증하는 것을 방지하기 위한, 제1증발기(410)와 제2증발기(420)를 포함할 수 있다.

도 3에서 설명하는 쇼케이스의 증발기(410, 412) 및 팽창밸브(420, 422)는 도 1 내지 도 2의 냉동쇼케이스(100) 및/또는 냉장쇼케이스(200)에 적용될 수 있으며, 설명의 편의상 다른 식별번호를 이용하여 설명한다.

본 실시예에 따른 쇼케이스는 유동하는 공기의 잠열을 제거하는 제2증발기(420), 제2증발기(420)를 통과한 공기의 현열을 교환하는 제1증발기(410), 쇼케이스로 유입되는 냉매를 팽창하는 제1팽창밸브(420), 및 제1팽창밸브(420)를 통과하여, 제2증발기(420)로 유동하는 냉매를 한번더 팽창하는 제2팽창밸브(422)를 포함한다. 또한, 쇼케이스 내부의 공기를 유동시키는 쇼케이스송풍팬(430)을 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 쇼케이스는 쇼케이스 내부로 유입되는 냉매를 제1증발기(410)로 안내하고, 제1팽창밸브(420)가 배치된 제1증발기유입배관(440)과, 제1증발기유입배관(440)에서 분지되어 제2증발기(420)로 연결되며, 제2팽창밸브(422)가 배치되는 제2증발기유입배관(442)을 포함할 수 있다.

제2팽창밸브(422)가 폐쇄되면, 제1증발기(410)로만 냉매가 공급되어, 제1증발기(410)에서만 열교환이 이루어진다. 제2팽창밸브(422)가 개방되면, 제2증발기(420)로 냉매가 공급되어, 제2증발기(420)에서도 열교환이 이루어진다. 제2증발기(420)는 유입되는 공기의 잠열을 제거하여, 제1증발기(410)에서의 응축 및 착상을 방지한다.

본 실시예에 따른 제2증발기(420)는 제습조건에서 쉽게 성능을 발휘하도록, 열교환기와 팬풍량 변경을 통해 쉽게 노점온도에 도달될 수 있도록 설계될 수 있다. 또한, 제2증발기에서 발생되는 응축수는 배수가 용이할 수 있도록 친수성능 강화나 발수상태의 코팅성능이 포함될 수 있다.

이하 냉장 및 냉동 공조 시스템의 제어방법에 대해 도면을 참고하여 살펴보면 다음과 같다.

<냉동쇼케이스 및 냉장쇼케이스 작동>

도 2를 참조하여 냉동쇼케이스(100) 및 냉장쇼케이스(200)의 작동에 대해 설명한다.

상기 냉동쇼케이스(100) 및 냉장쇼케이스(200)를 작동시키기 위해, 상기 제 1 압축기(310) 및 제 2 압축기(320)가 작동되어 냉매를 압축시킨 후, 압축된 냉매는 상기 실외열교환기(330)에서 응축된다.

상기 응축된 냉매는 중간열교환기(340)를 통과하며 다시 한번 냉각된 후, 냉동쇼케이스(100) 및/또는 냉장쇼케이스(200)에 제공된다.

상기 냉동쇼케이스(100)에서 냉동팽창밸브(110)는 제공받은 응축된 냉매를 팽창시킨 후, 냉동증발기(120)에 제공하고, 상기 냉동증발기(120)는 팽창된 냉매를 증발시켜 냉동쇼케이스(100)의 고내온도를 냉동 목표온도로 유지시킨다.

상기 냉동증발기(120)는 섭씨 -40도 내외의 증발온도를 제공할 수 있고, 고내온도는 섭씨 -25도 내지 -20도의 온도를 형성시킬 수 있다.

상기 냉동증발기(120)에서 증발된 냉매는 상기 제 1 압축기(310)로 회수된 후 다시 상술한 과정을 반복하게 된다.

상기 냉장쇼케이스(200)에서 냉장팽창밸브(210)는 제공받은 응축된 냉매를 팽창시킨 후, 냉장증발기(220)에 제공하고, 상기 냉장증발기(220)는 팽창된 냉매를 증발시켜 냉장쇼케이스(200)의 고내온도를 냉장 목표온도로 유지시킨다.

상기 냉장증발기(220)는 섭씨 -10도 내외의 증발온도를 제공할 수 있고, 고내온도는 섭씨 0도 내지 10도의 온도를 형성시킬 수 있다.

상기 냉장증발기(220)에서 증발된 냉매는 상기 제 1 압축기(310)로 회수된 후 다시 상술한 과정을 반복하게 된다.

한편, 과냉각밸브(350)가 개방된 경우, 상기 중간열교환기(340)를 통과한 냉매 중 일부는 상기 액체배관(301)에서 분기되어 상기 중간열교환기(340)로 다시 진입하게 된다.

상기 과냉각밸브(350)의 개도량에 따라 응축된 냉매 중 일부를 팽창시킬 수도 있고, 그냥 통과시킬 수도 있다. 상기 과냉각밸브(350)가 풀오픈 상태여도 상기 중간열교환기(340)에서 응축된 냉매가 공기와 다시 열교환되기 때문에, 응축된 냉매를 과냉상태로 형성시킬 수 있다.

상기 중간열교환기(340)를 통과한 과냉 냉매는 상기 제 1 바이패스배관(380)을 따라 유동된다.

상기 제 1 바이패스밸브(360)의 개폐에 따라 상기 제 1 압축기(310)의 흡입 측에 팽창된 냉매를 제공하고, 이를 통해 제 1 압축기(310)의 압력 또는 온도를 조절할 수 있다.

마찬가지로 상기 제 2 바이패스밸브(370)의 개폐에 따라 상기 제 2 압축기(320)의 흡입 측에 팽창된 냉매를 제공하고, 이를 통해 제 2 압축기(320)의 압력 또는 온도를 조절할 수 있다.

<압축기 및 증발기의 제어>

본 실시예에 따른 압축기(310, 320)는 저단압축기만을 사용하는 1단운전 또는 저단압축기와 고단압축기를 모두 사용하는 2단운전을 실시할 수 있다. 본 실시예에 따른 압축기는 실외온도가 설정온도 이하에서는 1단운전을 실시하고, 실외온도가 설정온도를 초과하는 경우, 2단운전을 실시한다.

예를 들면, 도 4에서와 같이, 실외온도가 A온도 이하에서는 저단압축기를 120Hz로 운전하는 1단운전을 실시하고, A온도를 초과흐는 경우, 저단압축기를 40Hz, 고단압축기를 90Hz로 운전하는 2단운전을 실시할 수 있다. 도 4를 참조하면, A온도 이하에서는 1단운전을 하는 것이 성능계수(COP: Coefficient of performance)에 유리하고, A온도 이상에서는 2단운전을 하는 것이 성능계수에 유리하므로, 전체 공기조화기의 효율을 높일 수 있다.

본 실시예에 따른 증발기는 제2증발기(420)를 통과한 공기의 현열을 교환하는 제1증발기(410)와 유동하는 공기의 잠열을 제거하는 제2증발기(420)를 포함한다. 일반운전시에는, 제1증발기(410)만을 사용하여, 냉매를 증발시킨다. 따라서, 일반운전시에는, 제2팽창밸브(422)가 닫힌 상태로, 제1증발기유입배관(440)을 유동하는 냉매는 제1증발기(410)로만 유입된다.

다만, 습도가 일정 수준이상 증가한 상태에서는, 증발기로 유입되는 공기에 의헤 증발기 외둘레에서 착상량의 급증으로 인한 송풍전력량이 증가함에 따라 이를 방지하기 위한, 제2증발기(420)를 함께 운전한다. 이 경우, 제2팽창밸브(422)를 열어 제2증발기(420) 냉매를 유동시킨다. 제2증발기(420)로 유입되는 냉매는 제2팽창밸브(422)에 의해 한번 더 압력이 낮아져 유동하는 공기의 잠열을 제거할 수 있다.

<제어부>

본 실시예에 따른 공기조화기는 실외기, 냉장쇼케이스 및 냉동쇼케이스의 내부구성을 제어하는 제어부를 더 포함한다. 본 실시예에 따른 제어부(500)는 기상서버로부터 기상정보를 수신하는 기상데이터 수신부(520)로 기상정보를 수신하여, 실외기, 냉장쇼케이스 및 냉동쇼케이스의 내부구성을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(500)는 기상데이터 수신부(520)로부터 설정시간 동안의 실외온도 평균온도의 정보를 받아, 압축기를 1단운전 또는 2단운전하게 할 수 있다. 제어부(500)는 기상데이터 수신부(520)로부터 설정시간동안의 실외습도의 정보를 받아 제2증발기(420)를 작동하게 할 수 있다.

기상정보는 각 지역별 날씨, 온도, 습도 및 일출/일몰 시간 등의 기상서버에서 관측 및 예측하는 데이터를 모두 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 공기조화기는, 실외기, 냉장쇼케이스 및 냉동쇼케이스는 내부의 온도, 습도, 냉매의 압력 등을 측정하기 위한 감지부(510)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 공기조화기는, 냉장쇼케이스 또는 냉동쇼케이스에 설치되는 간판이나 조명등을 포함할 수 있고, 제어부는 상기의 간판이나 조명 등을 제어할 수 있다.

본 실시예에 따른 공기조화기는 별도의 중앙제어부(600) 또는 사용자(점주) 등의 명령에 의해 제어될 수 있다. 중앙제어부(600)나 사용자의 명령이 입력되면, 제어부(500)는 상기의 입력을 바탕으로 실외기(300), 냉장쇼케이스(200) 및 냉동쇼케이스(100)를 제어할 수 있다.

<기상정보 연동 압축기 운전제어>

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상정보에 따라 압축기의 운전방식을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다. 이하에서는, 도 5를 참조하여, 기상정보를 바탕으로 압축기의 운전방식을 제어하는 내용을 설명한다.

본 실시예에 따른 공기조화기는 기상정보를 수집하는 단계(S100)를 거친다. 기상정보는 공기조화기가 설치된 해당지역의 일일 예상 최고/최저 온도 및 습도를 포함한다. 기상정보는 공기조화기가 설치된 해당지역의 현재기상정보 및 예측기상정보를 포함한다.

설정시간대의 외기온도를 파악하는 단계(S110)를 거친다. 설정시간대란 공기조화기가 운전하는 시간의 구간으로, 매장이 운영되는 시간 또는 매장이 운영되는 시간을 분할한 시간을 포함한다. 또한, 쇼케이스의 경우, 매장의 운영시간 이외에도 작동되는 점을 고려하여, 매장의 운영이 종료된 이후의 시간을 포함할 수 있다.

설정시간대는 매장의 운영방식이나, 계절이나 시간대의 조건에 따라 다르게 설정될 수 있다. 따라서, 설정시간대는 하루 중 매장이 운영되는 전체의 시간이나, 오전, 오후, 저녁, 새벽 등으로 분할하여 구분된 시간 또는 시간단위로 분할된 시간의 개념을 포함할 수 있다.

설정시간대의 외기온도는 설정시간 범위에서의 외기의 평균온도를 의미한다. 따라서, 설정시간대가 일일전체로 설정되는 경우, 일일평균예상온도가 설정시간대의 외기온도로 될 수 있다.

이후, 제어부(500)는 설정시간대 외기온도와 압축기의 단수변경 설정온도를 비교하는 단계(S120)를 거친다. 단수변경 설정온도는 압축기의 효율을 고려하여 설정될 수 있다. 즉, 1단운전의 효율이 증가하는 구간과 2단운전의 효율이 증가하는 교차점에서 단수변경 설정온도가 설정될 수 있다.

제어부(500)는 설정시간대의 외기온도가 단수변경 설정온도보다 큰 경우, 압축기(310, 320) 2단운전을 실시한다(S140). 다만, 압축기의 운전방법을 설정하기 이전에, 현재시간대가 설정시간대에 해당하는 지를 먼저 판단할 수 있다(S130).

제어부(500)는 설정시간대의 외기온도가 단수변경 설정온도보다 작은 경우, 압축기(310, 320) 1단운전을 실시한다(S160). 다만, 압축기의 운전방법을 설정하기 이전에, 현재시간대가 설정시간대에 해당하는 지를 먼저 판단할 수 있다(S150).

<기상정보 연동 목표저압 변경>

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상정보 및 매장정보에 따라 압축기의 목표저압을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다. 이하에서는 도 7을 참조하여, 기상정보 및 매장정보를 바탕으로 압축기의 운전방식을 제어하는 내용을 설명한다.

매장의 오픈 전이나 특정 시간의 냉장/냉동 부하의 급격한 상승이 예상되는 시점에서는 실외기 용량확대 제어를 통해 냉장/냉동 속도를 증가시켜 예상되는 부하에 능동적으로 압축기를 제어하도록 하는 것이다. 이를 위해, 압축기를 인버터제어할 수 있다.

본 실시예에 따른 공기조화기는 기상정보를 수집하는 단계(S200)와, 매장정보를 입력하는 단계(S210)를 거친다. 매장정보는 매장의 위치, 매장의 오픈 또는 마감시간일 수 있다.

이후, 공기조화기는 기상정보 및/또는 매장정보를 이용하여, 부하가 증가되는 시점을 판단하는 단계(S220)를 거친다. 부하가 증가하는 시점은 실외온도의 변화나, 매장정보에 따라 파악될 수 있다. 여기서 증감되는 부하는 실외온도의 변화에 의해 발생되는 실외부하와, 쇼케이스 내부의 물품을 냉장 또는 냉동하기 위한 쇼케이스 부하를 포함한다.

즉, 매장의 오픈 전 또는 마감 이후에 쇼케이스 내부의 물건을 정리하는 상활에서 쇼케이스의 부하가 급격히 상승하는 것이 예상되는 시점일 수 있다. 예를 들면, 대형 슈퍼마켓은 일일 영업전(통상 오전 8시)에 데일리 제품 교체를 포함한 쇼케이스의 부하 급상승이 발생될 수 있고, 또한, 개방형 쇼케이스 사용이 빈번하여 발생되는 제어운전으로 제어가 완료되는 다음 운전시에는 쇼케이스의 부하 상승이 발생될 수 있다. 또는, 실외의 온도가 급격히 높아지거나, 급격히 낮아지는 경우, 실외 부하가 급격히 변동하는 시점으로 판단할 수 있다.

이후, 판단된 부하증가시점에서 일정시간 이전으로 판단되면(S230), 목표저압을 변경하는 단계(S240)를 거친다. 본 발명에 따른 제어방법은 부하의 증가가 예상되는 시점을 미리판단하여, 일정시간 이전에 동적으로 목표저압을 변경하여, 부하증가시점에서 압축기에 걸리는 과부하에 미리 대응할 수 있다.

본 실시예에 따른 공기조화기의 제어방법은 부하증가예상시점을 미리 판단하여, 해당시점 이전에 미리 목표저압을 조절하여, 부하증가시점에 압축기의 운전주파수가 과도하게 변동되는 것을 방지할 수 있다. 상기 부하증가시점에서 일정시간 이전에서의, 일정시간은 목표저압 변경에 따른 압축기의 운전주파수 변경의 기울기와 시간등을 고려하여 결정될 수 있다.

이후, 부하증가시점이 도과되면(S250), 제어부(500)는 변경된 목표저압을 해제하는 단계(S260)를 거칠 수 있다.

<기상정보 연동 증발기 운전제어>

도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상정보에 따라 증발기의 운전방식을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 9는 제1증발기만 사용한 경우와, 제1증발기와 제2증발기를 모두 사용한 경우에서, 상대습도 변화에 따른 소비 에너지량의 변화를 나타낸 것이다.

이하에서는, 도 8을 참조하여, 기상정보를 바탕으로 증발기의 운전방식을 제어하는 내용을 설명한다. 개방형 쇼케이스의 경우, 실외습도가 증가하는 경우, 혼입 공기량에 의한 증발기 착상량이 급증하여 이로 인한 송풍 전력량이 증가되거나, 소비 에너지 입력값이 급상승할 수 있다. 따라서, 실외습도가 증가하는 경우, 잠열이 제거된 공기를 주입하여, 쇼케이스에서 발생할 수 있는 부하를 제거할 수 있다.

본 실시예에 따른 공기조화기는 기상정보를 수집하고(S300), 설정시간대의 외기습도를 파악하는 단계(S310)를 거친다. 이후, 제어부(500)는 설정시간대 외기평균습도와 제2증발기 작동습도를 비교하는 단계(S320)를 거친다. 제2증발기 작동습도는 혼입 공기량에 의한 증발기의 착상량이 급증하는 범위에서 설정될 수 있다. 증발기의 착상량이 급증하는 범위에서 증발기에 착상량의 증가로 에너지 소비량이 늘어날 수 있다. 제2증발기 작동습도는 에너지소비량이 일정범위 이상으로 증가하는 범위에서 설정될 수 있다. 도 9를 참조하면, 에너지 소비량이 50 이상으로 증가하는 범위에서 제2증발기를 작동하지 않는 경우와 제2증발기를 작동하는 경우의 소비에너지량의 차이가 나타나는 바, 에너지 소비량이 50인 순간에서의 상대습도 B를 제2증발기 작동습도로 정할 수 있다. 또는 압축기로 유입되는 냉매의 목표저압이 일정 이하로 낮아지는 범위에서의 상대습도를 제2증발기 작동습도로 하는 것도 가능하다.

제어부(500)는 설정시간대의 외기습도가 제2증발기 작동습도보다 큰 경우, 제1증발기(410)와 제2증발기(420)를 모두 작동시킨다(S340). 도 3을 참조하면, 제2팽창밸브(422)를 개방하여, 일부 냉매를 제2증발기로 보낼 수 있다. 다만, 제2증발기를 작동하기 이전에, 현재시간대가 설정시간대에 해당하는 지를 먼저 판단할 수 있다(S330).

제어부(500)는 설정시간대의 외기습도가 제2증발기 작동습도보다 작은 경우, 제1증발기(410)만을 작동시킨다(S360). 도 3을 참조하면, 제2팽창밸브(422)를 폐쇄하여, 냉매를 제1증발기로만 보낼 수 있다. 다만, 제1증발기를 작동하기 이전에, 현재시간대가 설정시간대에 해당하는 지를 먼저 판단할 수 있다(S350).

<기상정보 연동 조명/간판 제어>

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상정보에 따라 조명/간판을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다. 이하에서는, 도 10을 참조하여, 기상정보를 바탕으로 간판/조명의 제어방식을 설명한다.

본 실시예에 따른 공기조화기는 기상정보를 수집하는 단계(S400)를 거친다. 공기조화기는 기상정보로부터 일출시간과 일몰시간을 파악할 수 있다.

제어부(500)는 일출시간의 도과여부를 판단하여(S410), 일출시간이 도과한 경우, 조명/간판을 오프(OFF)하는 단계(S420)를 거친다. 같은 방식으로 일몰시간의 도과여부를 판단하여(S430), 일몰시간이 도과한 경우, 조명/간판을 온(ON)하는 단계(S440)를 거친다.

상기의 조명/간판의 온(ON), 오프(OFF)는 매장의 오픈상태에 따라 다르게 설정될 수 있다. 따라서, 매장의 정보와 기상정보를 종합하여, 조명이나 간판의 온(ON), 오프(OFF)상태나, 조명이나 간판의 밝기정도를 조절하도록 제어하는 것도 가능하다.

<복수의 매장을 중앙제어>

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상정보를 활용하여, 중앙제어부에서 복수의 매장의 공기조화기 등을 각각 제어하는 구조의 블록도를 도시한 것이다.

중앙제어부(600)에서는 기상서버로부터 기상정보를 수신하는 기상데이터 수신부와 연결된다. 중앙제어부(600)는 기상데이터 수신부(610)로부터 전송받은 각 매장별 기상정보를 활용하여, 각 매장별로 설정시간별로 압축기의 단수를 조절하여 운전하거나, 제1증발기와 제2증발기를 모두 운전하여 잠열을 제거하는 운전을 실시할 수 있다.

따라서, 하나의 중앙제어부(600)를 통해 복수의 매장(M1, M2, M3, M4)을 기상정보를 활용하여 운영하는 것이 가능해질 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

100 : 냉동쇼케이스 110 : 냉동팽창밸브
120 : 냉동증발기 200 : 냉장쇼케이스
210 : 냉장팽창밸브 220 : 냉장증발기
300 : 실외기 310 : 제1압축기
320 : 제 2 압축기 330 : 실외열교환기
340 : 중간열교환기 410 : 제1증발기
412 : 제2증발기 420 : 제1팽창밸브
422 : 제2팽창밸브 500 : 제어부
600 : 중앙제어부

Claims (9)

1. 저단압축기와 고단압축기를 구비한 실외기와, 상기 실외기와 연결되고 현열을 제거하는 제1증발기와 잠열을 제거하는 제2증발기로 냉장 또는 냉동운전을 하는 적어도 하나의 쇼케이스를 포함하는 공기조화기를 제어하는 방법에 있어서,
   기상정보를 수집하는 단계;
   수집된 기상정보로 설정시간대의 외기온도를 파악하는 단계;
   상기 설정시간대 외기온도의 평균과 단수변경 설정온도를 비교하여, 상기 설정시간대의 상기 저단압축기와 상기 고단압축기의 운전단수를 설정하는 단계를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 단수변경 설정온도는 공기조화기의 성능계수를 고려하여 설정되는 공기조화기의 제어방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 설정시간대 외기온도의 평균이 단수변경 설정온도보다 높을 때,
   상기 저단압축기와 상기 고단압축기를 운전하는 2단운전을 실시하는 공기조화기 제어방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 설정시간대 외기온도의 평균이 단수변경 설정온도보다 낮을 때,
   상기 저단압축기와 상기 고단압축기 중 어느 하나를 운전하는 1단운전을 실시하는 공기조화기 제어방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   수신된 기상정보로 실외부하가 증가되는 시점을 판단하는 단계;
   판단된 실외부하가 증가되는 시점에서 일정시간 이전에 압축기의 목표저압을 변경하는 단계를 더 포함하는 공기조화기의 제어방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   매장정보를 입력하는 단계;
   입력된 매장정보를 바탕으로 쇼케이스부하가 증가하는 시점을 판단하는 단계; 및
   상기 판단된 쇼케이스부하가 증가하는 시점에서 일정시간 이전에 상기 압축기의 목표저압을 변경하는 단계를 포함하는 공기조화기의 제어방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   수집된 기상정보로 설정시간대의 외기습도를 파악하는 단계;
   설정시간대 외기습도의 평균과 제2증발기 작동습도를 비교하여, 상기 제1증발기와 상기 제2증발기의 운전을 조절하는 공기조화기의 제어방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 설정시간대 외기습도의 평균이 상기 제2증발기 작동습도보다 높을 때,
   상기 제1증발기와 상기 제2증발기를 모두 작동시키는 공기조화기의 제어방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 설정시간대 외기습도의 평균이 상기 제2증발기 작동습도보다 낮을 때,
   상기 제1증발기만을 작동시키는 공기조화기의 제어방법.
   

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