KR20190059582A - 공기조화시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 사상에 따른 공기조화시스템의 제어방법에는 서로 다른 공간에 배치된 복수의 실내기 및 상기 복수의 실내기에 대응되도록 구비된 복수의 팽창밸브를 갖는 공기조화시스템의 제어방법에 있어서, 실내온도와 설정온도의 차이가 가장 큰 실내기를 통해 압축기를 운전하고, 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 온도가 미리 결정된 적절토출온도에 해당되기 위한 목표개도량을 계산하고, 각 실내기의 실내온도 및 설정온도 정보에 따라 각 팽창밸브의 개도량을 계산하고, 각 팽창밸브의 개도량을 개도량의 합으로 나누어 각 팽창밸브의 개도비를 연산하고, 상기 목표개도량에 상기 개도비를 곱하여 각 팽창밸브의 개별 목표개도량을 결정하여 그에 따라 복수의 팽창밸브를 제어한다.

Description

공기조화시스템 및 그 제어방법{AIR-CONDITIONING SYSTEM AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 공기조화시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
공기조화시스템은 소정공간의 공기를 용도, 목적에 따라 가장 적합한 상태로 유지하기 위한 시스템이다. 일반적으로, 공기조화시스템에는, 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기가 포함되며, 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 수행하는 냉매사이클이 구동되어, 상기 소정공간을 냉방 또는 난방할 수 있다.
이때, 상기 소정공간은 상기 공기조화시스템이 사용되는 장소에 따라, 다양하게 제안될 수 있다. 예를 들어, 상기 공기조화시스템이 가정이나 사무실에서 사용되는 경우, 상기 소정공간은 집 또는 건물의 실내 공간일 수 있다. 또한, 상기 공기조화시스템이 자동차에 사용되는 경우, 상기 소정공간은 사람이 탑승하는 탑승 공간일 수 있다.
상기 공기조화시스템에는 하나의 실외기 및 그와 연결되는 복수의 실내기가 포함될 수 있다. 각 실내기는 독립된 공간에 설치되어, 상기 공기조화시스템은 각 공간을 냉방 또는 난방할 수 있다. 종래에 이와 같이 구성된 공기조화시스템은 이하에 개시된 선행문헌과 같이 제어되었다.
(1) 선행문헌 1 : 등록특허 10-0468917호, 2005년 1월 20일 등록
상기 선행문헌 1은 하나의 실외기에 다수의 실내기를 연결하는 공기조화기에 있어서, 압축기의 토출온도에 따라 전동팽창밸브의 개도를 제어한다. 그에 따라, 상기 압축기의 흡입 과열도를 최적상태로 만족시키는 목표토출온도에 도달될 수 있다.
즉, 종래의 공기조화시스템에서는 상기 압축기의 토출온도를 맞추기 위해 각 팽챙밸브의 개도를 제어하였다. 자세하게는, 각 실내기가 설치된 공간의 설정온도차의 가중평균 합으로 상기 압축기를 제어하고, 그에 따른 상기 압축기의 토출온도를 맞추기 위해 팽창밸브의 개도를 각 실내기의 용량비율로 조절하였다.
이때, 각 실내기가 설치된 공간의 설정온도까지 만족시키는 것은 한계가 있었다. 따라서, 각 실내기가 설치된 공간 중 일부에서 냉방 또는 난방 약 현상이 발생되어 사용자의 편의를 충족시키지 못하는 문제점이 있었다.
또한, 비교적 오랜 시간 동안 실내온도가 설정온도에 도달되지 못하여 공기조화시스템이 비효율적으로 운전되며, 사용자의 신뢰를 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
본원발명은 실외기 및 그와 연결되는 복수의 실내기를 갖는 공기조화시스템에 있어서, 압축기의 토출온도 및 각 실내기가 설치된 공간의 설정온도를 만족시키는 공기조화시스템 및 그 제어방법을 제공한다.
특히, 각 실내기에서 측정되는 설정온도차에 따라서 상기 압축기의 토출온도 및 설정온도를 만족시키도록, 각 팽창밸브의 개도를 조절하는 공기조화시스템 및 그 제어방법을 제공한다.
또한, 각 팽창밸브 중 적어도 일부의 개도가 조절되지 않는 상태에 해당되는 경우, 이를 판단하고 다시 개도량을 조정하는 공기조화시스템 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 공기조화시스템의 제어방법에는 서로 다른 공간에 배치된 복수의 실내기 및 상기 복수의 실내기에 대응되도록 구비된 복수의 팽창밸브를 갖는 공기조화시스템의 제어방법에 있어서, 실내온도와 설정온도의 차이가 가장 큰 실내기를 통해 압축기를 운전하고, 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 온도가 미리 결정된 적절토출온도에 해당되기 위한 목표개도량을 계산하고, 각 실내기의 실내온도 및 설정온도 정보에 따라 각 팽창밸브의 개도량을 계산하고, 각 팽창밸브의 개도량을 개도량의 합으로 나누어 각 팽창밸브의 개도비를 연산하고, 상기 목표개도량에 상기 개도비를 곱하여 각 팽창밸브의 개별 목표개도량을 결정하여 그에 따라 복수의 팽창밸브를 제어한다.
공기조화시스템이 ON되고, 각 팽창밸브는 대응되는 각 실내기의 용량 비율로 초기개도량이 결정되고, 그에 따라 복수의 팽창밸브가 제어될 수 있다.
상기 복수의 팽창밸브가 초기개도량으로 제어되고, 각 실내기에 구비된 실내온도센서 및 설정온도 수신부를 통해 실내온도와 설정온도의 차이 및 그 변화율에 관한 정보를 수신받을 수 있다.
수신받은 실내 정보를 통해, 상기 압축기의 운전주파수 및 상기 팽창밸브의 개도량을 제어할 수 있다.
소정의 제어주기로 실내 정보를 수신받아 상기 압축기의 운전주파수 및 상기 팽창밸브의 개도량을 변경할 수 있다.
실내온도와 설정온도의 차이가 가장 큰 실내기의 실내온도와 설정온도의 차이 및 그 변화율을 통해 상기 압축기의 운전주파수를 제어할 수 있다.
상기 팽창밸브의 개도량 및 개도비 계산에는 복수의 실내기 중 작동되는 실내기에 대응되는 팽창밸브만 포함될 수 있다.
상기 복수의 팽창밸브의 개도량 합이 상기 목표개도량이 되도록, 상기 개도비의 합은 1일 수 있다.
각 팽창밸브의 개별 목표개도량을 결정하여 그에 따라 복수의 팽창밸브를 제어하고, 각 팽창밸브의 입력 및 출력 펄스값을 측정하여 그 차이가 0인지 여부를 판단할 수 있다.
입력 및 출력 펄스값의 차이가 0인 팽창밸브는 제한되지 않는 팽창밸브로 분류하고, 입력 및 출력 펄스값의 차이가 0이 아닌 팽창밸브는 제한된 팽창밸브로 분류할 수 있다.
제한된 팽창밸브가 존재하는 경우, 상기 복수의 팽창밸브의 개도량 합과 상기 목표개도량의 차이로 추가개도량을 계산할 수 있다.
제한되지 않은 팽창밸브의 개도량을 제한되지 않은 팽창밸브의 개도량 합으로 나누어 제한되지 않은 팽창밸브의 개도비를 연산하고, 추가개도량에 개도비를 곱하여 각 팽창밸브의 개별 목표개도량에 더하여 계산된 수정된 개별 목표개도량을 결정하고, 그에 따라 복수의 팽창밸브를 제어할 수 있다.
상기 복수의 팽창밸브의 개도량은 소정의 범위 내에서 제어가능하게 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 공기조화시스템에는 압축기, 상기 압축기에 연결되는 복수의 실내 열교환기, 상기 복수의 실내 열교환기에 대응되는 개수로 마련되어, 각 실내 열교환기의 일 측에 배치되는 복수의 팽창밸브 및 상기 압축기 및 상기 복수의 팽창밸브를 제어하는 제어유닛이 포함되고, 상기 제어유닛에는, 상기 복수의 실내 열교환기가 설치된 공간의 실내온도 및 설정온도의 차이 및 그 변화율에 관한 정보를 수신하는 실내 정보 수신부, 실내온도 및 설정온도의 차이가 가장 큰 공간에 따라 상기 압축기의 운전주파수를 제어하는 압축기 제어부, 상기 압축기의 운전에 따라 적정토출온도를 유지하기 위해 상기 복수의 팽창밸브의 목표개도량을 계산하는 목표개도량 연산부, 각 공간의 실내온도 및 설정온도의 차이 및 그 변화율에 관한 정보에 따라 각 팽창밸브의 개도량 및 총 개도량에 따른 개도비를 계산하는 개도비 연산부 및 상기 목표개도량에 상기 개도비를 곱하여 각 팽창밸브의 목표개도량을 계산하여, 각 팽창밸브의 개도량을 제어하는 개별 목표개도량 연산부가 포함된다.
상기 제어유닛에는, 각 팽창밸브의 입력 및 출력 펄스값을 측정하는 펄스측정부, 상기 펄스측정부에서 측정된 입력 및 출력 펄스값이 0이 아닌 제한된 팽창밸브가 존재하는지 여부를 판단하는 제한 판단부 및 상기 제한 판단부에 의해 제한된 팽창밸브가 존재하는 경우, 상기 목표개도량과 실제 팽창밸브의 개도량 합의 차이를 계산하여 추가개도량을 결정하는 추가개도량 연산부가 더 포함되고, 상기 개별 목표개도량 연산부는, 상기 추가개도량을 상기 펄스측정부에서 측정된 입력 및 출력 펄스값이 0인 제한되지 않은 팽창밸브에 재분배하여 각 팽창밸브의 수정된 목표개도량을 계산하여, 각 팽창밸브의 개도량을 제어할 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면, 하나의 실외기 및 복수의 실내기가 구비된 공기조화시스템에서 압축기의 적정토출온도 및 각 실내기의 설정온도를 모두 만족시킬 수 있다는 장점이 있다.
특히, 압축기 1대만으로 각 실내기가 설치된 서로 다른 공간의 서로 다른 설정온도를 맞출 수 있다는 장점이 있다.
또한, 각 실내기 중 설정온도차가 가장 큰 실내기를 통하여 상기 압축기를 제어함에 따라 냉방 약 또는 난방 약이 발생되지 않으며, 사용자에게 쾌적함을 제공한다는 장점이 있다.
또한, 각 실내기가 설정온도차 및 그 변화율에 따라 운전됨에 따라, 비교적 효율적으로 운전될 수 있으며 모든 실내기가 설정온도를 만족할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 팽창밸브의 기구적 한계에 따른 문제점을 극복하고, 적합한 조치를 취함에 따라 사이클이 정상적으로 작동되며, 적정토출온도 및 각 실내기의 설정온도를 만족시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 제어구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 제어흐름을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 제어구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 제어흐름을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 공기조화시스템에는 복수의 실내기(10) 및 적어도 하나의 실외기(20)가 포함된다. 또한, 상기 실내기(10) 및 상기 실외기(20)를 제어하는 제어유닛(100)이 포함될 수 있다.
도 1에서는 상기 실내기(10), 상기 실외기(20) 및 상기 제어유닛(100)의 연결을 간략하게 도시하였다. 이때, 상기 제어유닛(100)은 상기 실내기(10) 또는 상기 실외기(20)의 일 구성으로 구비될 수 있으나, 설명의 편의상 별도의 구성으로 도시하였다.
상기 실내기(10)와 상기 실외기(20)는 냉매가 유동되며 하나의 냉매사이클을 형성하도록 냉매배관으로 연결될 수 있다. 또한, 하나의 실외기(20)에 복수의 실내기(10)가 연결되어 구동되도록 분배기가 마련될 수 있다. 이와 같은 구성은 일반적인 공기조화시스템에서 사용되는 것으로 자세한 설명한 생략한다.
상기 제어유닛(100)은 상기 실내기(10) 및 상기 실외기(20)와 통신선으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제어유닛(100)은 상기 실내기(10) 및 상기 실외기(20)의 구동정보를 수신하고, 상기 실내기(10) 및 상기 실외기(20)에 소정의 제어명령을 내릴 수 있다.
이때, 상기 제어유닛(100)은 상기 실내기(10) 및 상기 실외기(20)와 다양하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어유닛(100)은 상기 실내기(10) 및 상기 실외기(20)에 각각 연결될 수 있다. 또한, 상기 제어유닛(100)은 상기 실외기(20)와 연결되고, 상기 실외기(20)가 상기 실내기(10)에 연결되어 서로 연결될 수 있다.
도 1에서는 하나의 실외기(20)를 도시하였으나 이는 예시적인 것으로 실외기(20)도 복수 개로 마련될 수 있다. 또한, 도 1에서 실내기(10)의 형태를 천정형 실내기로 도시하였으나 이는 예시적인 것으로 본 발명의 실내기(10)는 스탠드형, 벽걸이형 등 다양한 형태로 마련될 수 있으며, 각각 서로 다른 형태로 마련될 수 있다.
이때, 본 발명의 사상에 따른 복수의 실내기(10)는 서로 다른 공간에 각각 배치된다. 서로 다른 공간이란, 물리적으로 분리된 공간뿐만 아니라 사용자에게 실내온도가 다르다고 생각되는 공간을 포함하고, 각 실내기가 서로 다른 설정온도로 제어되는 경우를 포함한다. 즉, 상기 복수의 실내기(10)는 서로 다른 실내온도 또는 설정온도를 가질 수 있도록 각각 배치된 것으로 이해될 수 있다.
이하, 하나의 냉매사이클을 형성하는 상기 실내기(10) 및 상기 실외기(20)의 각 구성을 간략하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 공기조화시스템에는 압축기(21), 실외 열교환기(22), 복수의 실내 열교환기(11, 14, 17) 및 복수의 팽창밸브(31, 34, 37)가 포함된다. 이때, 복수의 팽창밸브(31, 34, 37)는 각 실내 열교환기(11, 14, 17)의 일 측에 설치되도록 상기 실내 열교환기(11, 14, 17)의 개수와 대응되는 개수로 마련된다.
또한, 상기 공기조화시스템이 냉방 또는 난방모드로 구동될 수 있도록 사방밸브(23)가 구비된다.
상기 공기조화시스템이 냉방모드로 구동되는 경우, 상기 압축기(21)에서 토출된 냉매는 상기 사방밸브(23)에서 상기 실외 열교환기(22)로 유동된다. 그리고, 상기 실외 열교환기(22)에서 응축되고, 분지되어 상기 복수의 팽창밸브(31, 34, 37)에서 각각 팽창된다.
그리고, 각 팽창밸브(31, 34, 37)에서 팽창된 냉매는 각 실내 열교환기(11, 14, 17)에서 증발되며, 상기 실내 열교환기(11, 14, 17)가 설치된 공간을 냉방할 수 있다. 또한, 상기 실내 열교환기(11, 14, 17)에서 토출된 냉매는 합지되어 상기 압축기(21)로 다시 유입되어 위와 같은 과정을 반복할 수 있다.
한편, 상기 공기조화시스템이 난방모드로 구동되는 경우, 상기 압축기(21)에서 토출된 냉매는 상기 사방밸브(23)에서 상기 실내 열교환기(11, 14, 17)로 분지되어 유동된다. 그리고, 상기 실내 열교환기(11, 14, 17)에서 응축되며, 상기 실내 열교환기(11, 14, 17)가 설치된 공간을 난방할 수 있다.
또한, 각 실내 열교환기(11, 14, 17)에서 토출된 냉매는 각 팽창밸브(31, 34, 37)에서 팽창되어 상기 실외 열교환기(22)에서 증발된다. 그리고, 상기 사방밸브(23)를 통과하여 다시 상기 압축기(21)로 유동되어 위와 같은 과정을 반복할 수 있다.
이때, 상기 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도량을 제어함에 따라, 상기 압축기(21)의 토출온도 및 상기 실내 열교환기(11, 14, 17)의 열효율이 변경될 수 있다.
자세하게는, 상기 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도량에 따라 사이클을 유동하는 냉매의 유량을 제어할 수 있다. 또한, 냉매의 유량에 따라 상기 압축기(21)를 통과한 냉매의 토출온도, 즉, 압축기(21)의 토출온도가 달라진다. 이와 같은 압축기(21)의 토출온도는 상기 압축기(21)의 능력 및 시스템 전체의 능력을 결정하는 것으로 적절한 온도값(이하, 적정토출온도)으로 유지되어야 한다.
즉, 상기 팽창밸브(31, 34, 37)는 적정토출온도를 만족하도록 제어될 수 있다. 이때, 상기 공기조화시스템에는 상기 압축기(21)의 토출온도를 측정하기 위한 토출온도센서(24)가 구비된다. 이때, 적정토출온도를 만족시키기 위한 상기 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도량은 모든 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도량을 합한 총 개도량에 해당된다.
또한, 상기 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도량에 따라 상기 실내 열교환기(11, 14, 17)내의 기체냉매와 액체냉매의 비율이 제어될 수 있다. 그에 따라 상기 실내 열교환기(11, 14, 17)와 공기의 열교환율이 변화되며, 각 실내 열교환기(11, 14, 17)가 설치된 공간의 냉방효율 또는 난방효율이 달라질 수 있다. 이때, 상기 실내기 열교환기(11, 14, 17)의 열효율을 조절시키기 위한 상기 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도량은 각 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도량에 해당된다.
정리하자면, 복수의 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도량 합에 의해 상기 압축기(21)의 토출온도가 조절될 수 있고, 각 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도량에 의해 각 실내 열교환기(11, 14, 17)의 열효율이 조절될 수 있다.
이하, 상기 팽창밸브(31, 34, 37)의 제어에 대하여 자세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 제어구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어유닛(100)에는 다양한 구성이 포함된다. 이는 설명의 편의상 구분된 것으로, 각 구성은 보다 다양한 기능을 수행하도록 구비될 수 있다. 또한, 각 구성의 명칭은 이해를 쉽게 하기 위해 붙여진 것에 불과하다.
자세하게는, 상기 제어유닛(100)에는 상기 실내기(10)의 정보를 수신하는 실내 정보 수신부(110)가 구비된다.
상기 실내기(10)는 복수 개로 마련될 수 있으며, 도 3에서는 제 1 실내기(10a), 제 2 실내기(10b) 및 제 3 실내기(c)를 예시적으로 도시하였다. 각 실내기(10)에는 앞서 설명한 실내 열교환기(11, 14, 17)가 각각 설치된다. 이때, 각 실내기(10)에는 하나의 실내 열교환기(11, 14, 17)가 설치되는 것으로 가정한다.
따라서, 제 1 실내 열교환기(11), 제 2 실내 열교환기(14) 및 제 3 실내 열교환기(17)가 구비될 수 있다. 또한, 그에 대응하여 제 1 팽창밸브(31), 제 2 팽창밸브(34) 및 제 3 팽창밸브(37)가 구비된다.
또한, 각 실내기(10)에는 실내온도센서(12) 및 설정온도수신부(13)가 구비된다.
상기 실내온도센서(12)는 상기 실내기(10)가 설치된 공간의 온도를 측정하도록 마련된다. 예를 들어, 상기 실내온도센서(12)는 상기 실내기(10)에 설치된 실내 열교환기(11, 14, 17)와 열교환되기 전 공기의 온도를 측정하도록 설치된다.
또한, 상기 설정온도수신부(13)는 사용자가 필요로 하는 실내온도(이하, 설정온도)를 수신받도록 마련된다. 예를 들어, 사용자는 리모컨과 같은 통신장치를 이용하여 설정온도를 입력하고, 상기 설정온도수신부(13)는 해당 온도값을 저장 및 전달할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 각 실내기(10)는 서로 다른 실내온도 및 설정온도를 갖도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 실내기(10a)가 설치된 공간의 실내온도는 20도이고, 상기 제 2 실내기(10b)가 설치된 공간의 실내온도는 22도 일 수 있다. 또한, 상기 제 1 실내기(10a) 및 상기 제 2 실내기(10b)가 동일한 실내온도를 갖을 수도 있다.
상기 실내 정보 수신부(110)는 각 실내기(10)의 설정온도 및 실내온도에 관한 정보를 전달받을 수 있다. 예를 들어, 상기 실내 정보 수신부(110)에는 상기 제 1 실내기(10a)의 설정온도 및 실내온도가 입력되며, 이와 같은 온도값은 시간에 따라 변화될 수 있다.
즉, 상기 실내 정보 수신부(110)는 각 실내기의 설정온도와 실내온도의 차이(이하, 설정온도차) 및 그 변화율에 관한 정보를 수신할 수 있다.
이때, 상기 실내 정보 수신부(110)는 설정온도차가 가장 큰 실내기에 관한 정보를 상기 압축기 제어부(120)에 전달할 수 있다. 상기 설정온도차는 상기 실내 정보 수신부(110)가 실내 정보를 수신받는 어느 일 시점의 온도값에 해당될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 실내기(10a)의 설정온도차가 3, 상기 제 2 실내기(10b)의 설정온도차가 1, 상기 제 3 실내기(10c)의 설정온도차가 2인 경우, 상기 실내 정보 수신부(110)는 상기 제 1 실내기(10a)에 관한 정보를 상기 압축기 제어부(120)에 전달한다. 이때, 상기 제 1 실내기(10a)에 관한 정보에는 설정온도차 및 그 변화율에 관한 정보에 해당된다.
그에 따라, 상기 압축기 제어부(120)는 해당 실내기의 정보를 통해 상기 압축기(21)를 제어한다. 자세하게는 해당 실내기의 설정온도차 및 그 변화율을 통해 상기 압축기(21)에 주파수(Hz)를 제어할 수 있다.
상기 목표개도량 연산부는 이와 같이 제어되는 압축기(21)를 통해 적정토출온도를 계산한다. 상기 적정토출온도는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 압축기(21)의 능력 및 시스템 전체의 능력이 최적화되는 온도값에 해당된다. 이와 같은 적정토출온도의 계산은 일반적으로 사용되는 것으로 자세한 수식은 생략한다.
또한, 상기 목표개도량 연산부는 상기 적정토출온도에 도달되기 위한 목표개도량을 계산한다. 이때, 상기 목표개도량은 냉매가 유동되는 팽창밸브의 개도량의 총 합에 해당된다.
한편, 상기 실내 정보 수신부(110)는 상기 개도비 연산부(140)에 각 실내기(10)에 관한 정보를 전달한다. 그리고, 상기 개도비 연산부(140)는 각 실내기(10) 별로 필요로 하는 팽창밸브의 개도량을 계산한다. 예를 들어, 상기 제 1 실내기(10a)의 설정온도차 및 그 변화율을 통해 상기 제 1 팽창밸브(31)의 개도량을 계산하고, 상기 제 2 실내기(10b)의 설정온도차 및 그 변화율을 통해 상기 제 2 팽창밸브(34)의 개도량을 계산한다.
그리고, 이와 같이 계산된 개도량을 모두 더한 값으로 각 개도량을 나누어 개도비를 계산한다. 이때, 개도비는 각 팽창밸브가 각각 갖는 값으로, 서로 다른 값을 가질 수 있다.
이와 같이 상기 목표개도량 연산부(130) 및 상기 개도비 연산부(140)에서 계산된 값을 이용하여 상기 개별 목표개도량 연산부(150)에서 각각의 팽창밸브의 개도량을 계산한다. 또한, 이와 같이 계산된 값을 통해 각 팽창밸브를 제어한다.
이해를 위하여, 수치적인 예시와 함께, 도 4에서 공기조화시스템의 제어에 대하여 자세하게 설명한다. 또한, 도 3에 도시된 구성과 같이 제 1 내지 3 실내기(10a, 10b, 10c) 및 제 1 내지 3 팽창밸브(31, 34, 37)를 구비한 경우로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 제어흐름을 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공기조화시스템이 ON된다(S10). 이때, 공기조화시스템이 ON되는 것은 복수의 실내기 중 적어도 어느 하나가 ON되는 경우로 이해된다. 이하의 제어는 ON된 실내기 및 그에 대응되는 팽창밸브에 대한 제어에 해당된다. 이하, 상기 제 1 내지 3 실내기(10a, 10b, 10c) 모두 ON된 것으로 가정한다.
공기조화시스템이 ON된 후, 초기 개도량으로 제어된다.(S20) 이때, 초기 개도량은 실내기의 용량 비율과 동일하게 결정될 수 있다. 이는 일반적인 제어로 자세한 설명은 생략하며, 상기 제 1 내지 3 실내기(10a, 10b, 10c)은 동일한 용량으로 구비되는 것으로 가정한다. 즉, 상기 제 1 내지 3 팽창밸브(31, 34, 37)의 초기 개도량은 동일한 것으로 가정한다.
그리고, 각 실내기의 정보가 수신된다(S30). 실내 정보는 앞서 설명한 바와 같이, 각 실내기가 설치된 공간의 설정온도차 및 그 변화율에 해당된다. 즉, 상기 제 1 내지 3 실내기(10a, 10b, 10c)의 설정온도차 및 그 변화율이 상기 실내 정보 수신부(110)로 전달된다.
그리고, 상기 실내 정보 수신부(110)에 수신된 정보를 바탕으로, 설정온도차가 가장 큰 실내기를 추출한다(S40). 즉, 상기 제 1 내지 3 실내기(10a, 10b, 10c)의 설정온도차를 비교하여 가장 큰 값을 갖는 실내기를 하나 선택한다. 만약 가장 큰 값을 갖는 실내기가 복수 개인 경우, 미리 정해진 순서에 따라 하나의 실내기가 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 실내기(10a)가 가장 큰 설정온도차를 갖는 것으로 가정한다.
이와 같이 설정온도차가 가장 큰 실내 정보를 통해 상기 압축기(21)를 운전한다(S42). 즉, 상기 압축기제어부(120)는 상기 제 1 실내기(10a)의 설정온도차 및 그 변화율을 통해 상기 압축기(21)의 운전주파수(Hz)를 결정하고 제어한다.
그리고, 상기 압축기(21)의 운전에 따른 적정토출온도를 위한 목표개도량을 계산한다(S44). 앞서 설명한 바와 같이, 목표개도량은 각 팽창밸브의 개도량 총합을 의미한다.
이때, 각 팽창밸브는 0에서 10의 개도량을 가지며, 목표개도량은 10인 것을 가정한다. 따라서, 제 1 내지 3 팽창밸브의 개도량을 합한 값이 목표개도량인 10이 되도록 운전되어야 적정토출온도에 도달될 수 있다. 이때, 적정토출온도 및 목표개도량은 소정의 범위로 결정될 수 있으나, 이해를 위하여 일정 수치로 가정한다.
한편, 상기 실내 정보 수신부(110)에 수신된 정보를 바탕으로, 각 팽창밸브의 개도량을 계산한다(S50). 즉, 상기 제 1 실내기(10a)의 설정온도차 및 그 변화율을 바탕으로 상기 제 1 팽창밸브(31)의 개도량을 계산한다. 예를 들어, 상기 제 1 팽창밸브(31)의 개도량이 2, 상기 제 2 팽창밸브(34)의 개도량이 2, 상기 제 3 팽창밸브(37)의 개도량이 1로 계산되었다고 가정한다.
그리고, 각 팽창밸브의 개도비를 계산한다(S55). 개도비는 각 팽창밸브의 개도량 합으로 각 개도량을 나눈 값에 해당된다. 상기의 예와 같이, 각 팽챙밸브의 개도량 합은 5에 해당되며, 상기 제 1 팽창밸브(31)의 개도비는 2/5로 0.4로 계산된다. 또한, 상기 제 2 팽창밸브(34)의 개도비는 0.4, 상기 제 3 팽창밸브(37)의 개도비는 0.2로 계산된다.
이와 같이 계산된 목표개도량과 개도비를 곱하여 개별 목표개도량을 결정한다(S60). 상기의 예와 같이, 목표개도량 10에서 상기 제 1 팽창밸브(31)의 개도비 0.4를 곱하여 상기 제 1 팽창밸브(31)의 목표개도량이 4로 결정된다. 또한, 상기 제 2 팽창밸브(34)의 목표개도량은 4, 상기 제 3 팽창밸브(37)의 목표개도량은 2로 결정된다.
이와 같이 결정된 개별 목표개도량으로 각 팽창밸브를 제어한다(S70). 결과적으로 각 팽창밸브의 총 합이 목표개도량에 해당되어 적정토출온도로 제어될 수 있다. 또한, 각 팽창밸브의 개도비가 각 실내기의 정보를 반영함에 따라 효율적으로 냉방 또는 난방이 이루어질 수 있다.
이와 같은 제어는 공기조화시스템이 OFF(S80)되기 전까지 소정의 제어주기를 통해 반복될 수 있다. 상기에서 기재된 수치값은 설명의 편의를 위해 임의로 정해진 값으로 실제값과는 무관하다. 또한, 각 팽창밸브의 개도량 변화값을 통해 동일하게 제어될 수 있다.
다만, 이와 같이 제어되는 경우, 상기 팽창밸브의 개도값이 한계를 벗어나는 경우가 발생될 수 있다. 예를 들어, 목표개도량이 20이고 상기 제 1 팽창밸브(31)의 개도비가 0.6인 경우, 상기 제 1 팽창밸브(31)의 목표개도량은 12가 된다. 상기 제 1 팽창밸브(31)의 개도량은 10이 한계로 10으로 제어될 수 밖에 없다.
그에 따라, 목표개도량이 충족되지 못하여 적정토출온도에 도달될 수 없다는 문제점이 발생된다. 이하, 이와 같은 문제점을 극복하기 위한 방안을 구비한 공기조화시스템 및 그 제어방법에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 제어구성을 도시한 도면이다. 도 5에서는 도 3에 도시된 제어구성에 관한 설명을 인용하고, 설명의 편의상 일부 구성만을 도시하였다. 또한, 팽창밸브는 복수 개로 구비되며 제 1 내지 3 팽창밸브(31, 34, 37)가 구비된 것을 예로 들어 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어유닛(100)에는 펄스 측정부(160)가 구비된다. 상기 펄스 측정부(160)는 각 팽창밸브(31, 34, 37)의 양 측 펄스값을 측정하도록 마련된다. 즉, 상기 팽창밸브(31, 34, 37)에 입력되는 값과 출력되는 값을 측정할 수 있다.
자세하게는, 상기 팽창밸브(31, 34, 37)는 입력되는 펄스값에 따라 개도량이 제어된다. 설명의 편의상 펄스값과 개도량을 동일한 수치로 가정한다. 예를 들어, 2pulse가 입력되는 경우 상기 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도량이 2로 제어될 수 있다.
또한, 상기 팽창밸브(31, 34, 37)에서 출력되는 펄스값은 실제 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도량에 해당될 수 있다. 예를 들어, 개도량이 2이면 2pulse가 출력될 수 있다.
즉, 상기 팽창밸브(31, 34, 37)의 입력 및 출력 펄스값은 동일하다. 그에 따라, 펄스값의 차이가 0이 되면 상기 팽창밸브(31, 34, 37)가 정상적으로 동작된 것으로 판단할 수 있다.
이때, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 팽창밸브(31)의 목표개도량은 12이나, 상기 제 1 팽창밸브(31)의 개도량은 10이 한계로 10으로 제어되는 경우가 있다. 그에 따라 상기 제 1 팽창밸브(31)의 입력 펄스값은 12에 해당되는 12pulse이나, 상기 제 1 팽창밸브(31)의 출력 펄스값은 10에 해당되는 10pulse일 수 있다.
따라서, 상기 제 1 팽창밸브(31) 펄스값의 차이가 0이 아니며, 상기 제 1 팽창밸브(31)가 비정상적으로 동작된 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어유닛(100)에는, 상기 펄스측정부(160)에서 측정된 펄스값의 차이가 0인지 아닌지 여부를 판단하는 제한판단부(170)가 구비된다. 상기 제한판단부(170)는 측정된 펄스값의 차이가 0인 팽창밸브를 '제한되지 않은 팽창밸브'로 구분하고, 측정된 펄스값의 차이가 0이 아닌 팽창밸브를 '제한된 팽창밸브'로 구분된다.
이때, 제한된다는 것은 입력된 목표개도량이 팽창밸브의 기구적 한계에 의해 제한된다는 의미로 이해될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제한판단부(170)는 팽창밸브 중 제한된 팽창밸브가 존재하는지 여부를 판단한다.
또한, 제어유닛(100)에는 상기 목표개도량 연산부(130)에서 연산된 개도량과 현재 개도량을 비교하여 추가개도량을 연산하는 추가개도량 연산부(180)가 구비된다. 상기 추가개도량 연산부(180)는 상기 제한 판단부(170)에 의해 제한된 팽창밸브가 존재하는 것으로 판단된 경우에만 추가개도량을 연산할 수 있다.
이와 같이 계산된 추가개도량은 상기 개별 목표개도량 연산부(150)에 전달되어 다시 분배될 수 있다. 이때, 분배는 개도비에 의하나, 제한된 팽창밸브를 제외한다. 즉, 제한되지 않은 팽창밸브간의 개도비에 따라 다시 분배될 수 있다. 또한, 이와 같이 계산된 값을 통해 각 팽창밸브를 제어한다.
이해를 위하여, 수치적인 예시와 함께, 도 6에서 공기조화시스템의 제어에 대하여 자세하게 설명한다. 또한, 도 3 및 도 5에 도시된 구성과 같이 제 1 내지 3 실내기(10a, 10b, 10c) 및 제 1 내지 3 팽창밸브(31, 34, 37)를 구비한 경우로 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 공기조화시스템의 제어흐름을 도시한 도면이다. 또한, 도 6은 도 4에 이어지는 제어로 이해될 수 있다. 그에 따라, 도 4와 같이 개별 목표개도량으로 각 팽창밸브를 제어한다(S80).
수치적으로 예를 들면, 목표 개도량이 20이고 상기 제 1 내지 3 팽창밸브(31, 34, 37)의 개도비가 0.6 : 0.2 : 0.2인 것으로 가정한다. 그에 따라, 개별 목표개도량은 12, 4, 4에 해당된다. 이와 같은 수치값은 설명의 편의상 임의로 결정된 것으로 실제값과는 무관하다.
그리고, 각 팽창밸브의 펄스값을 측정한다(S90). 이때, 펄스값은 각 팽창밸브에 입력된 펄스값 및 출력된 펄스값을 의미한다. 자세하게는 입력 및 출력된 펄스값의 차이를 각 팽창밸브 별로 측정할 수 있다.
그에 따라, 제한된 팽창밸브가 존재하는지 여부를 판단한다(S100). 앞서 설명한 바와 같이, 펄스값의 차이가 0이 아닌 경우 제한된 팽창밸브로 분류되고, 이와 같은 팽창밸브가 하나라도 존재하는 경우 제한된 팽창밸브가 존재한다고 판단한다.
제한된 팽창밸브가 존재하지 않는 경우, 제어를 종료한다. 이는 모든 팽창밸브가 정상적으로 동작하여 목표 개도량이 충족된 경우로 팽창밸브의 개도를 조정할 필요가 없다.
한편, 제한된 팽창밸브가 존재하는 경우, 추가개도량을 계산한다(S110). 추가개도량은 목표개도량에서 실제개도량을 뺀 값으로 구하거나, 제한된 팽창밸브가 충족시키지 못한 값으로 계산할 수 있다.
앞의 예와 같이, 상기 제 1 팽창밸브(31)의 목표개도량은 12이나 상기 제 1 팽창밸브(31)의 한계는 10으로 실제개도량은 10이 된다. 그에 따라, 펄스값의 차이가 0이 아닌 것으로 측정되며 제한된 팽창밸브가 존재하는 것으로 판단된다. 따라서, 추가개도량을 계산하면, 상기 제 1 팽창밸브(31)가 2만큼 충족시키지 못하여 추가개도량은 2가 된다.
또한, 제한되지 않은 것으로 판단되는 팽창밸브의 개도비를 연산한다(S120). 이때, 앞서 판단된 개도비에서 제한된 팽창밸브를 빼고 개도비를 연산한다. 앞의 예와 같이, 개도비는 0.6 : 0.2 : 0.2이나, 상기 제 1 팽창밸브(31)는 제한된 팽창밸브로 이를 제외한다. 그에 따라, 제한되지 않은 상기 제 2, 3 팽창밸브(34, 37)의 개도비는 0.5 : 0.5가 된다.
또한, 추가개도량에 제한되지 않은 팽창밸브의 개도비를 곱하여 각 팽창밸브의 개도에 더하여 개별 목표개도량을 수정한다. 그리고, 수정된 개별 목표개도량으로 각 팽창밸브를 제어한다(S130).
앞의 예와 같이, 추가개도량 2에 상기 제 2, 3 팽창밸브(34, 37)의 개도비 0.5를 곱한 1을 상기 제 2, 3 팽창밸브(34, 37)에 각각 더해준다. 그에 따라. 상기 제 2, 3 팽창밸브(34, 37)의 개도는 4+1로 5가 된다. 결과적으로, 상기 제 1 내지 3 팽창배르(31, 34, 37)의 개도는 10, 5, 5에 해당되어 목표개도량을 만족시킨다.
이와 같이 팽창밸브의 구조적 한계에 의한 문제점을 극복하며 목표개도량을 만족하고, 그와 동시에 각 실내기의 효율을 극대화할 수 있다.
10 : 실내기 31, 34, 37 : 팽창밸브
100 : 제어유닛 130 : 목표개도량 연산부
140 : 개도비 연산부 150 : 개별 목표개도량 연산부
160 : 펄스측정부 170 : 제한판단부
180 : 추가개도량 연산부

Claims (15)

  1. 서로 다른 공간에 배치된 복수의 실내기 및 상기 복수의 실내기에 대응되도록 구비된 복수의 팽창밸브를 갖는 공기조화시스템의 제어방법에 있어서,
    실내온도와 설정온도의 차이가 가장 큰 실내기를 통해 압축기를 운전하고,
    상기 압축기에서 토출되는 냉매의 온도가 미리 결정된 적절토출온도에 해당되기 위한 목표개도량을 계산하고,
    각 실내기의 실내온도 및 설정온도 정보에 따라 각 팽창밸브의 개도량을 계산하고,
    각 팽창밸브의 개도량을 개도량의 합으로 나누어 각 팽창밸브의 개도비를 연산하고,
    상기 목표개도량에 상기 개도비를 곱하여 각 팽창밸브의 개별 목표개도량을 결정하여 그에 따라 복수의 팽창밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    공기조화시스템이 ON되고,
    각 팽창밸브는 대응되는 각 실내기의 용량 비율로 초기개도량이 결정되고, 그에 따라 복수의 팽창밸브가 제어되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 팽창밸브가 초기개도량으로 제어되고,
    각 실내기에 구비된 실내온도센서 및 설정온도수신부를 통해 실내온도와 설정온도의 차이 및 그 변화율에 관한 정보를 수신받는 것을 포함하는 공기조화시스템의 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    수신받은 실내 정보를 통해, 상기 압축기의 운전주파수 및 상기 팽창밸브의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    소정의 제어주기로 실내 정보를 수신받아 상기 압축기의 운전주파수 및 상기 팽창밸브의 개도량을 변경하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    실내온도와 설정온도의 차이가 가장 큰 실내기의 실내온도와 설정온도의 차이 및 그 변화율을 통해 상기 압축기의 운전주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창밸브의 개도량 및 개도비 계산에는 복수의 실내기 중 작동되는 실내기에 대응되는 팽창밸브만 포함되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 팽창밸브의 개도량 합이 상기 목표개도량이 되도록, 상기 개도비의 합은 1인 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    각 팽창밸브의 개별 목표개도량을 결정하여 그에 따라 복수의 팽창밸브를 제어하고,
    각 팽창밸브의 입력 및 출력 펄스값을 측정하여 그 차이가 0인지 여부를 판단하는 공기조화시스템의 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    입력 및 출력 펄스값의 차이가 0인 팽창밸브는 제한되지 않는 팽창밸브로 분류하고,
    입력 및 출력 펄스값의 차이가 0이 아닌 팽창밸브는 제한된 팽창밸브로 분류하는 공기조화시스템의 제어방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제한된 팽창밸브가 존재하는 경우, 상기 복수의 팽창밸브의 개도량 합과 상기 목표개도량의 차이로 추가개도량을 계산하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제한되지 않은 팽창밸브의 개도량을 제한되지 않은 팽창밸브의 개도량 합으로 나누어 제한되지 않은 팽창밸브의 개도비를 연산하고,
    추가개도량에 개도비를 곱하여 각 팽창밸브의 개별 목표개도량에 더하여 계산된 수정된 개별 목표개도량을 결정하고, 그에 따라 복수의 팽창밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 팽창밸브의 개도량은 소정의 범위 내에서 제어가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템의 제어방법.
  14. 압축기;
    상기 압축기에 연결되는 복수의 실내 열교환기;
    상기 복수의 실내 열교환기에 대응되는 개수로 마련되어, 각 실내 열교환기의 일 측에 배치되는 복수의 팽창밸브; 및
    상기 압축기 및 상기 복수의 팽창밸브를 제어하는 제어유닛;이 포함되고,
    상기 제어유닛에는,
    상기 복수의 실내 열교환기가 설치된 공간의 실내온도 및 설정온도의 차이 및 그 변화율에 관한 정보를 수신하는 실내 정보 수신부;
    실내온도 및 설정온도의 차이가 가장 큰 공간에 따라 상기 압축기의 운전주파수를 제어하는 압축기 제어부;
    상기 압축기의 운전에 따라 적정토출온도를 유지하기 위해 상기 복수의 팽창밸브의 목표개도량을 계산하는 목표개도량 연산부;
    각 공간의 실내온도 및 설정온도의 차이 및 그 변화율에 관한 정보에 따라 각 팽창밸브의 개도량 및 총 개도량에 따른 개도비를 계산하는 개도비 연산부; 및
    상기 목표개도량에 상기 개도비를 곱하여 각 팽창밸브의 목표개도량을 계산하여, 각 팽창밸브의 개도량을 제어하는 개별 목표개도량 연산부;가 포함되는 것을 특징을 하는 공기조화시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어유닛에는,
    각 팽창밸브의 입력 및 출력 펄스값을 측정하는 펄스측정부;
    상기 펄스측정부에서 측정된 입력 및 출력 펄스값이 0이 아닌 제한된 팽창밸브가 존재하는지 여부를 판단하는 제한 판단부; 및
    상기 제한 판단부에 의해 제한된 팽창밸브가 존재하는 경우, 상기 목표개도량과 실제 팽창밸브의 개도량 합의 차이를 계산하여 추가개도량을 결정하는 추가개도량 연산부;가 더 포함되고,
    상기 개별 목표개도량 연산부는, 상기 추가개도량을 상기 펄스측정부에서 측정된 입력 및 출력 펄스값이 0인 제한되지 않은 팽창밸브에 재분배하여 각 팽창밸브의 수정된 목표개도량을 계산하여, 각 팽창밸브의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
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