KR20220009052A

KR20220009052A - 칠러 시스템 및 그 동작 방법

Info

Publication number: KR20220009052A
Application number: KR1020200087275A
Authority: KR
Inventors: 이주경
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2022-01-24

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 칠러 시스템은, 냉매를 압축할 수 있게 회전 운전하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기, 상기 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기, 상기 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기, 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 배치되는 차압 센서를 포함하는 센서부, 및, 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 배치되고, 상기 차압 센서에서 센싱되는 상기 압축기와 상기 응축기의 압력 차이에 기초하여 동작하는 서지 방지 밸브를 포함할 수 있다.

Description

칠러 시스템 및 그 동작 방법{Chiller system and method for operating the same}

본 발명은 칠러 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 서지를 방지하고 안정적으로 동작할 수 있는 칠러 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

공기조화기는 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 실내로 냉온의 공기를 토출하는 장치이다. 이 공기조화기는 실내 온도를 조절하고, 정화하도록 함으로써 인간에게 보다 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위해 설치된다.

일반적으로, 공기조화기는 열교환기로 구성되어 실내에 설치되는 실내기와, 압축기 및 열교환기 등으로 구성되어 실내기로 냉매를 공급하는 실외기를 포함한다.

한편, 공기조화기 중, 가정보다 큰 사업장 또는 빌딩 등에 사용되는 칠러(chiller)는, 일반적으로 옥외 옥상에 설치되는 냉각탑과, 냉매를 순환시켜 냉각탑에서 보내어진 냉각수와 열교환하는 열교환 유닛을 포함한다. 나아가 열교환 유닛은 압축기, 응축기, 증발기를 포함해서 구성된다.

칠러는, 선행문헌(한국 등록특허공보 제10-1084477호)과 같이, 냉수를 냉수 수요처로 공급하는 것으로서, 냉동 시스템을 순환하는 냉매와, 냉수 수요처와 냉동 시스템의 사이를 순환하는 냉수 간에 열교환이 이루어져, 냉수를 냉각시키는 것을 특징으로 하며, 대용량 설비로서, 규모가 큰 건물 등에 설치될 수 있다.

칠러는 대용량 설비로 유지 보수 비용 및 수리 비용이 크다. 일반적으로 칠러의 상태와 무관하게 정해진 주기에 칠러의 유지 보수를 수행함으로써 불필요한 유지보수 비용이 발생할 수 있다. 또한, 칠러에 고장이 발생하면 수리 비용이 클 뿐만 아니라, 칠러를 가동하지 못함으로써 추가 손실이 발생할 수 있다.

따라서, 칠러를 효과적으로 모니터링하고 관리할 수 있는 방안이 요구된다.

한편, 칠러 시스템에서는, 회전 운동하는 압축기에서 야기되는 서지(Surge) 현상이 문제된다. 서지란 냉매의 유량과 대비하여 압축기의 압축비가 높을 때 일어나며, 압축기의 회전체가 공회전하게 되어 냉매 유동의 흐름이 불규칙하게 되는 현상을 말한다. 이러한 서지 현상 발생시, 압축기는 시스템의 압력 저항보다 큰 압력을 생산하지 못한다. 이에 따라, 서지 현상시, 냉매의 역류가 반복적으로 발생하여 압축기의 손상이 빈번하게 발생하게 되는 문제가 있다.

그러므로, 칠러 시스템에서 발생되는 서지 현상에 따른 압축기의 손상을 방지할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.

또한, 압축기에서 서지가 발생한 후에 서지를 없애기 위한 제어를 하는 경우, 이미 압축기에 손상이 생기는 문제점이 존재한다.

본 발명의 목적은, 서지 발생 및 고장을 방지할 수 있는 칠러 시스템 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 효과적으로 서지 발생을 예측할 수 있는 칠러 시스템 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 최적 운전 제어로 효율을 향상할 수 있는 칠러 시스템 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 칠러 시스템 및 그 동작 방법은, 압축기와 응축기의 압력에 기초하여 서지 발생을 방지함으로써, 정확하게 서지 발생을 예측하고 서지 발생을 방지할 수 있다.

한편, 상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 작으면, 상기 서지 방지 밸브가 동작하여 상기 냉매의 역류를 차단할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 칠러 시스템은, 상기 차압 센서에서 센싱되는 상기 압축기와 상기 응축기의 압력 차이에 기초하여, 상기 서지 방지 밸브 및 상기 압축기의 회전 속도를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어기는, 상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 작으면, 상기 서지 방지 밸브를 온(on)시키고, 목표온도에 도달할 때까지 상기 압축기의 회전 속도를 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 제어기는, 상기 압축기의 회전 속도 증가에 대응하여 상기 서지 방지 밸브를 오프(off)시킬 수 있다.

또한, 상기 제어기는, 상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력과 같으면, 목표온도 도달여부에 따라 다른 레벨로 상기 압축기의 회전 속도를 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 제어기는, 상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 크면, 목표온도 도달여부에 따라 상기 압축기의 회전 속도를 감소시키거나 증가시킬 수 있다.

한편, 상기 제어기는, 소정 시간 내에 목표온도에 도달하지 못하면, 상기 압축기와 상기 응축기의 압력을 비교하여 운전 상태를 진단할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 칠러 시스템은, 상기 소정 시간 내에 상기 목표온도에 도달하면, 현재의 상태 정보를 정상 상태 정보로 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 제어기는, 상기 압축기의 압력이 감소하여 상기 응축기의 압력과 같아지면, 고장 방지 로직을 수행할 수 있다.

한편,상기 제어기는, 상기 압축기의 압력과 상기 응축기의 압력 차이가 최소가 되도록 상기 압축기의 회전 속도를 제어할 수 있다.

한편, 상기 센서부는, 상기 냉매의 온도와 압력을 센싱하는 복수의 센서, 상기 압축기의 회전 속도를 센싱하는 속도 센서, 상기 압축기의 전류를 센싱하는 전류 센서를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 제어기는, 상기 센서부에서 감지되는 센싱 데이터에 기초한 운전 정보 데이터로 칠러 상태를 판단하도록 학습된 인공신경망을 포함할 수 있다.

한편, 상기 차압 센서는, 상기 압축기의 토출부에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 칠러 시스템의 동작 방법은, 냉방 운전을 수행하는 단계, 소정 시간 내에 목표온도에 도달하지 못하면, 압축기와 응축기의 압력을 비교하여 운전 상태를 진단하는 단계, 및, 상기 압축기와 상기 응축기의 압력 차이에 기초하여, 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 배치되는 서지 방지 밸브를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 상기 서지 방지 밸브 제어 단계는, 상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 작으면, 상기 서지 방지 밸브가 동작하여 냉매의 역류를 차단할 수 있다.

한편, 상기 서지 방지 밸브 제어 단계는, 상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 작으면, 상기 서지 방지 밸브를 온(on)시켜 냉매 역류를 차단하고, 상기 목표온도에 도달할 때까지 상기 압축기의 회전 속도를 증가시킬 수 있다.

한편, 상기 압축기와 상기 응축기의 압력 차이에 기초한 제어 단계는, 상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 크면, 상기 압축기의 회전 속도를 증가시칼 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 칠러 시스템의 동작 방법은, 상기 소정 시간 내에 목표온도에 도달하면, 센서부에서 감지되는 상태 정보를 정상상태 정보로 저장부에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 칠러 시스템의 동작 방법은, 상기 냉방 운전 중에 상기 센서부에서 감지되는 센싱 데이터를 상기 저장부에 저장된 정상상태 정보와 비교하여 정상상태 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 서지 발생 및 고장을 방지하여 제품 신뢰성을 향상할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 효과적으로 서지 발생을 예측하고 방지함으로써, 부품 수명을 향상하고 부품 교체비를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 최적 운전 제어로 효율을 높일 수 있다.

한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 네트워크 시스템의 구성을 예시하는 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 서지 감지에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 서버의 간략한 내부 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 학습에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 동작 방법을 도시한 순서도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.

한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.

또한, 본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 네트워크 시스템의 구성을 예시하는 도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 네트워크 시스템은 하나 이상의 칠러(chiller) 시스템(10)과 서버(30)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 네트워크 시스템은, 복수의 칠러 시스템(10) 및 복수의 칠러 시스템(10)을 관리하고 제어할 수 있는 서버(30)를 포함할 수 있다.

칠러 시스템(10)은, 칠러(11), 및, 칠러(11)와 연결되어 서버(30)와 통신하는 통신 모듈(12)을 포함할 수 있다.

칠러 시스템(10)은, 통신 모듈(12) 및, 네트워크(20)를 통하여 인터넷에 접속할 수 있고, 서버(30)와 데이터를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈(12)은, 다수의 센서를 통해 획득된 칠러(11) 관련 센싱 데이터를 서버(30)로 송신하고, 서버(30)로부터 수신되는 데이터를 칠러(11)로 전달할 수 있다.

상기 서버(30)는 칠러(11)의 제조사 또는 제조사가 서비스를 위탁한 회사가 운영하는 서버일 수 있고, 일종의 클라우드(Cloud) 서버일 수 있다.

서버(30)는 원격에서 복수의 칠러(11)의 상태를 모니터링(monitoring)하고, 이상을 판단하여 동작을 제어할 수 있다.

복수의 칠러 시스템(10) 및 서버(30)는 하나 이상의 통신 규격을 지원하는 통신 수단(미도시)을 구비하여, 상호 통신할 수 있다. 또한, 복수의 칠러 시스템(10) 및 서버(30)는, PC, 이동 단말기를 포함하는 모니터링 단말(40) 및 외부의 다른 서버와 통신할 수 있다.

관리자, 고객 등 사용자는 PC, 이동 단말기 등의 모니터링 단말(40)을 통하여 칠러 네트워크 시스템 내의 칠러(11)에 관한 정보를 확인할 수 있다.

서버(30)는 클라우드(cloud) 서버로 구현되어, 칠러(11)에 클라우드 서버(30)가 연동되어 칠러(11)를 모니터링, 제어하고 다양한 솔루션을 원격으로 제공할 수 있다.

한편, 서버(30)는, 복수의 서버로 정보, 기능이 분산되어 구성될 수도 있고, 하나의 통합 서버로 구성될 수도 있을 것이다.

한편, 서버(30)는 칠러(11)의 제어 및 현재 상태 등에 대한 정보를 모니터링 단말(40)에 제공할 수 있으며, 이와 같은 칠러(11)의 제어 및 상태 모니터링을 위한 어플리케이션을 생성하여 배포가능하다.

이러한 어플리케이션은 모니터링 단말(40)로서 적용되는 PC용 어플리케이션또는 스마트폰용 어플리케이션일 수 있다.

서버(30)는 복수의 칠러 시스템(10)과 연결되어 그 동작을 모니터링하고 제어할 수 있다. 이때, 서버(30)는 복수의 칠러(11)에 대한 운전 설정, 잠금 설정, 스케줄제어, 그룹제어 및 이상 검진 등을 수행할 수 있다.

특히, 서버(30)는 복수의 칠러 시스템(10)으로부터 무선 통신을 통해 데이터를 수신하고, 이를 분석하여 각 칠러(11)에 이상이 발생하는지 여부를 검진할 수 있다.

한편, 서버(30)는, 통신 모듈(12), 사용자의 단말(40)을 인증하고, 데이터의 송수신 및 송수신되는 데이터 패킷에 대한 무결성 검증을 수행할 수 있다.

서버(30)는, 통신 모듈(12)로부터 상기 칠러(11)의 운전 정보에 기초하는 데이터를 수신할 수 있다.

통신 모듈(12)은, 유선 통신으로 상기 칠러(11)의 운전 정보를 수신하고, 무선 통신으로 상기 칠러(11)의 운전 정보에 기초하는 데이터를 서버(30)로 송신할 수 있다.

칠러(11)는, 냉동 사이클이 형성되는 공조 유닛과, 상기 공조 유닛에 냉각수를 공급하는 냉각탑 및 상기 공조 유닛과 열교환 되는 냉수가 순환하는 냉수 수요처를 포함할 수 있다.

냉수 수요처는 냉수를 이용하여 공기 조화를 수행하는 장치 또는 공간에 해당한다. 일례로, 냉수 수요처는 실내 공기와 실외 공기를 혼합한 후 혼합 공기를 냉수와 열교환시켜 실내로 유입시키는 에어 핸들링 유닛(AHU, Air Handling Unit), 실내에 설치되어 실내 공기를 냉수와 열교환 시킨 후 실내로 토출하는 팬 코일 유닛(FCU, Fan Coil Unit), 실내의 바닥에 매설된 바닥 배관유닛 중 적어도 하나의 유닛이 포함될 수 있다.

공조 유닛의 주요 구성은, 냉매를 압축하는 압축기, 압축기에서 압축된 고온 고압의 냉매가 유입되는 응축기, 응축기에서 응축된 냉매를 감압시키는 팽창기, 그리고 팽창기에서 감압된 냉매를 증발시키는 증발기를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 칠러(11)의 주요 구성은, 압축기(110), 응축기(120), 팽창기(130), 증발기(140)를 포함할 수 있다.

압축기(110)는, 공기나 냉매 가스 등의 기체를 압축하기 위한 기기로써, 냉매를 압축하여 응축기(120)로 제공하도록 형성된다. 압축기는 냉매를 압축하는 임펠러와, 임펠러에 연결된 회전축 및 회전축을 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.

응축기(120)는, 압축기(110)로부터 토출되어 응축기(120)를 통과하는 고온 고압의 냉매와 냉각수를 열교환시켜 냉매를 냉각하도록 형성된다.

팽창기(130)는, 액상 냉매를 증발기(140)로 보내고, 고압의 냉매는 팽창 밸브를 통과하면서 저온 저압으로 변화하도록 형성된다. 팽창기(130)는, 상기 응축기(120)를 거쳐 온 냉매를 팽창시킬 수 있다

증발기(140)는, 냉매가 증발하면서 냉수를 냉각시키도록 형성된다. 상기 증발기(140)는 상기 수요처와 연결되어 냉수를 순환시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러(11)는, 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120) 사이에 배치되는 차압 센서(165) 및 서지 방지 밸브(180)를 더 포함할 수 있다.

서지 방지 밸브(180)는, 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120) 사이에 배치되어 상기 응축기(120)로부터 상기 압축기(110)를 향한 냉매의 역류를 방지할 수 있다.

차압 센서(165)는, 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120) 사이에 배치되어 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120)의 압력 차이를 센싱할 수 있다.

서지 방지 밸브(180)는, 차압 센서(165)에서 감지되는 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120)의 압력 차이에 기초하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 작으면, 상기 서지 방지 밸브(180)가 동작하여 상기 냉매의 역류를 차단할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러(11)는, 냉매를 압축할 수 있게 회전 운전하는 압축기(110), 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(120),상기 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기(130), 상기 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(140), 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120) 사이에 배치되는 차압 센서(165), 및, 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120) 사이에 배치되고, 상기 차압 센서(165)에서 센싱되는 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120)의 압력 차이에 기초하여 동작하는 서지 방지 밸브(180)를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 구성도이다. 도 3은, 도 2의 예시에서 압축기(110)의 내부 구성 예시, 및, 제어기(50)가 추가 도시된 것으로, 주요 구성은 동일하다.

도 3을 참조하면, 칠러(11)의 주요 구성은, 압축기(110), 응축기(120), 팽창기(130), 증발기(140), 및 제어기(50)를 포함할 수 있다. 또한, 칠러(11)는 냉매 유로(A)를 포함할 수 있다.

압축기(110)는, 공기나 냉매 가스 등의 기체를 압축하기 위한 기기로써, 냉매를 압축하여 응축기(120)로 제공하도록 형성된다. 압축기(110)는 냉매를 압축하는 임펠러(111), 임펠러(111)에 연결된 회전축(113) 및 회전축(113)을 회전시키는 모터(112A, 112B)를 포함할 수 있다.

또한, 압축기(110)는, 회전축(113)에 수직 방향으로 형성되는 트러스트 날개(114), 트러스트 날개(114)를 축 방향으로 지지하는 트러스트 베어링(115), 회전축(113)을 지지하는 저널 베어링(116), 및 갭센서(117, 118) 등을 포함할 수 있다.

냉매 유로(A)는, 압축기(110)에서 압축된 냉매가 압축기(110)로부터 응축기(120)까지 유동하는 유로, 응축기(120)에서 응축된 냉매가 응축기(120)로부터 팽창기(130)까지 유동하는 유로, 팽창기(130)에서 팽창된 냉매가 팽창기(130)로부터 증발기(140)까지 유동하는 유로 및 증발기(140)에서 증발된 냉매가 증발기(140)로부터 압축기(110)까지 유동하는 유로로 이루어진다.

압축기(110)의 갭센서(17, 18)는 회전축(113) 및 트러스트 날개(114)의 위치를 감지하는 센서이다. 갭센서(17, 18)가 측정한 위치 정보에 따라 제어기(50)는 트러스트 베어링(115)과 저널 베어링(116)의 전류를 제어하여 회전축(113)의 위치를 제어할 수 있다.

회전축(113)의 위치 제어를 위해 트러스트 베어링(115)은 일반적으로 1개 이상, 저널 베어링(116)은 일반적으로 2개 이상이 구비될 수 있다.

칠러(11)는, 제어기(150)를 더 포함할 수 있다. 제어기(150)는 압축기(110), 응축기(120), 팽창기(130), 증발기(140) 등 칠러(11)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

제어기(150)는, 압축기(110), 응축기(120), 증발기(140)의 냉매 상태의 변환을 제어할 수 있다.

또한, 제어기(150)는, 서지 발생을 방지하기 위하여, 압축기(110)와 응축기(120) 사이에 배치된 서지 방지 밸브(180)를 동작시켜 냉매의 흐름을 차단할 수 있다.

제어기(150)는. 압축기(110)와 응축기(120)의 압력 차이에 기초하여 서지 방지 밸브(180)를 제어할 수 있다. 이를 위해 제어기(150)는 압축기(110)와 응축기(120) 사이에 배치된 차압 센서(165)로부터 센싱 데이터를 수신할 수 있다.

또한, 칠러(11)는 냉매의 온도, 압력을 센싱하는 복수의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공조 유닛의 주요 구성의 입력 측과 출력 측에 다수의 센서가 배치되어 온도, 압력 등을 센싱할 수 있다. 또한, 칠러(11)는, 다른 종류의 센서를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 칠러(11)는 진동 센서, 습도 센서 등을 구비할 수 있다.

센서부(160)는, 상술한 차압 센서(165) 및 다수의 센서를 포함할 수 있고, 센서들의 센싱 데이터를 제어기(150)로 송신할 수 있다. 예를 들어, 상기 센서부(160)는, 차압 센서(165), 냉매의 온도와 압력을 센싱하는 복수의 센서, 상기 압축기(110)의 회전 속도를 센싱하는 속도 센서, 상기 압축기(110)의 전류를 센싱하는 전류 센서를 포함할 수 있다.

실시 예에 따라서, 칠러(11) 및/또는 칠러(11)가 배치된 공간에, 사물인터넷 센서가 배치되어 칠러(11)의 상태와 관련된 데이터를 센싱할 수 있다. 또한, 사물인터넷 센서는 센싱된 데이터를 칠러(11) 및/또는 통신 모듈(12)로 송신할 수 있다. 예를 들어, 사물인터넷 센서는 칠러(11)가 배치된 공간의 온도, 습도를 센싱하여, 칠러(11) 및/또는 통신 모듈(12)로 송신할 수 있다.

칠러(11)에서 발생하는 고장 중 압축기(110) 파손에 의한 고장은 칠러(11)의 제품 성능상 중요한 문제로, 안정적인 운전을 하기 위해서는 압축기(11)의 고장을 예방하고 최적 운전을 하여야 한다.

칠러(11)는 단일 제어가 아닌 건물 단위 제어가 이루어 지기 때문에 건물 내 부하의 변동에 민감하며, 급격한 부하 변동 발생 시 압축기(110)가 손상을 받을 수 있고, 고장의 원인이 된다. 특히, 칠러(11)의 이상 동작 발생시 내부의 냉매가 압축기(110)로 역류하는 서지가 발생할 수 있다.

압축기(110)와 응축기(120) 사이의 상태를 파악하기 위해 압력 값을 데이터로 이용할 수 있다. 차압 센서(165)는 압축기(110)와 응축기(120) 사이에 배치될 수 있다. 더욱 바람직하게, 차압 센서(165)는 압축기(110)의 토출부에 배치되어 압축기(110)의 이상증상을 효과적으로 감지할 수 있다. 이에 따라, 압축기(110) 내부의 압력이 아닌 압축기(110) 출구의 압력을 측정하여 운전 판단 제어에 적용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 서지 감지에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 압축기(110)와 응축기(120)의 압력 차를 표시한 것이다.

도 4를 참조하면, 정상상태의 경우 압축기(110)의 압력이 응축기(120)의 압력보다 높기 때문에, 차압 센서(165)에서는 압력차가 0이상으로 출력된다.

압축기(120)의 압력이 압축기(110)보다 높을 경우 냉매가 역류 하면서 압축기(120)에 진동과 소음을 동반한 서지 현상이 발생하며, 고장의 원인이 된다.

응축기(120)의 압력이 압축기(110)보다 높을 경우 압력차가 반전되어 차압 센서(165)에서 0이하의 값이 출력된다.

따라서, 제어기(150)가 차압 센서(165)로부터 전달받은 압력 차이 센싱 데이터를 모니터링하면서 서지 발생을 감지할 수 있다. 또한, 제어기(150)는, 압력차가 역전되는 것을 방지하여 서지 발생을 예방할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 서지에 따른 칠러 고장을 방지함으로써, 압축기(110) 수명을 향상하고, 부품 교체 비용을 절약하며 제품 신뢰성을 향상할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제어기(150)가 차압 센서(165)로부터 전달받은 센싱 데이터로 칠러 상태를 모니터링하고 최적 운전 제어할 수 있다.

제어기(150)는, 상기 압축기(120)의 압력이 감소하여 상기 응축기(110)의 압력과 같아지면, 고장 방지 로직을 수행할 수 있다. 상기 고장 방지 로직은, 압축기(120)의 회전 속도(분당 회전수, RPM)를 가변하는 것을 포함할 수 있다.

한편, 운전 중에, 상기 제어기(150)는, 상기 압축기(120)의 압력과 상기 응축기(110)의 압력 차이가 최소가 되도록 상기 압축기(120)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 이에 따라, 압축기(!20)가 너무 빨리 회전하여 과냉각 상태에 도달하고 에너지가 낭비되는 것을 방지하면서도 서지 발생도 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 압축기(110)의 이상증상을 감지하고, 사전에 서지 발생을 예방 가능하며, 부가적으로 칠러의 진동 문제를 개선하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

제어기(150)는, 상기 차압 센서(165)에서 센싱되는 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120)의 압력 차이에 기초하여, 상기 서지 방지 밸브(180)를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(150)는, 상기 차압 센서(165)에서 센싱되는 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120)의 압력 차이에 기초하여, 상기 압축기(110)의 회전 속도를 제어할 수 있다.

상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 작으면, 냉매 역류 가능성이 있으므로, 상기 제어기(150)는, 상기 서지 방지 밸브(180)를 온(on)시켜 냉매 역류를 차단할 수 있다.

.실시 예에 따라서, 상기 제어기(150)는, 서지 방지 밸브(180)가 온된 상태에서, 목표온도에 도달하지 못했으면, 압축기(110) 회전 속도를 증가시키고, 목표온도에 도달하면 압축기(110)의 회전을 정지할 수 있다. 즉, 상기 제어기(150)는, 서지 방지 밸브(180)가 온된 상태에서, 목표온도에 도달할 때까지 상기 압축기(110)의 회전 속도를 증가시킬 수 있다.

본 명세서에서 목표온도는 일정한 마진(margin)을 포함할 수 있다. 따라서, 목표온도에 도달했다는 것은 목표온도-a(마진) 내지 목표온도+a 범위 내 어느 값에 도달한 것을 의미할 수 있다.

실시 예에 따라서, 상기 제어기(150)는, 상기 압축기(110)의 회전 속도 증가에 대응하여 상기 서지 방지 밸브(180)를 오프(off)시킬 수 있다. 상기 제어기(150)는, 상기 압축기(110)의 회전 속도를 증가시키면서, 상기 서지 방지 밸브(180)를 완전 오프 상태로 전환하거나, 속도 증가에 비례하여 조금씩 점진적으로 오프시킬 수 있다.

한편, 상기 제어기(150)는, 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력과 같으면, 목표온도 도달여부에 따라 다른 레벨로 상기 압축기(110)의 회전 속도를 증가시킬 수 있다. 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력과 같으면, 압력 차이를 잘 관리하여 서지 발생을 예방하는 것이 중요하다. 따라서, 제어기(150)는, 목표온도에 도달한 경우에는 그렇지 않은 경우에 비하여 압축기(110)의 회전 속도를 소량 증가시킬 수 있다.

한편, 상기 제어기(150)는, 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 크면, 목표온도 도달여부에 따라 상기 압축기의 회전 속도를 감소시키거나 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제어기(150)는, 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 크고, 목표온도에 도달했으면, 상기 압축기(110)의 회전 속도를 감소시킬 수 있다. 상기 제어기(150)는, 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 크고, 목표온도에 도달하지 못했으면, 상기 압축기(110)의 회전 속도를 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 제어기(150)는, 소정 시간 내에 목표온도에 도달하지 못하면, 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120)의 압력을 비교하여 운전 상태를 진단하고, 그 압력 차이에 따라 서지 방지 밸브(180), 압축기(110) 등을 제어할 수 있다.

상기 제어기(150)는, 상기 소정 시간 내에 상기 목표온도에 도달하면, 현재의 상태 정보를 정상 상태 정보로 저장부(미도시)에 저장할 수 있다. 여기서 현재의 상태 정보는 센서부(160)가 구비하는 복수의 센서의 센싱 데이터를 포함할 수 있다. 상기 제어기(150)는, 저장된 데이터와 센서부(160)의 센싱 데이터를 비교하면서, 이상 상태를 효과적으로 감지할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예는 칠러 시스템의 상태 감지를 위해 실내 부하를 판단하여 제어함으로써 고장을 예방할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시 예는 압축기(110)와 응축기(120) 사이의 압력비를 분석하여 운전 상태를 분석하고, 압력차로 발생하는 역류 현상을 기계 학습으로 예측하여 고장을 예방할 수 있다.

이러한 기계 학습은 칠러(11)에서 수행될 수 있다. 제어기(150)는, 상기 센서부(160)에서 감지되는 센싱 데이터에 기초한 운전 정보 데이터로 칠러 상태를 판단하도록 학습된 인공신경망을 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는 기계 학습은 서버(30) 상에서 수행될 수 있다. 이 경우에, 칠러(11)는 서버(30)로부터 인식 결과를 수신하거나, 학습된 인공신경망 데이터 중 적어도 일부를 수신할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 서버의 간략한 내부 블록도이다.

도 5를 참조하면, 서버(30)는, 프로세서(210), 통신부(220), 메모리(230)를 포함할 수 있다.

프로세서(210)는, 서버(30)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

실시 예에 따라서, 상기 프로세서(210)에는 머신 러닝(machine learning)으로 기학습된 인공신경망(Artificial Neural Networks: ANN)이 탑재되어, 칠러(11)의 이상 진단 등을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세서(210)는 딥러닝(Deep Learning)으로 학습된 CNN(Convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), DBN(Deep Belief Network) 등 심층신경망(Deep Neural Network: DNN)을 포함할 수 있다.

한편, 서버(30)는, 칠러(11) 제조사가 운영하는 서버 또는 서비스 제공자가 운영하는 서버일 수 있고, 일종의 클라우드(Cloud) 서버일 수 있다.

통신부(220)는, 칠러(11), 통신 모듈(12), 게이트웨이, 다른 전자기기 등으로부터 상태 정보, 동작 정보, 조작 정보 등 각종 데이터를 수신할 수 있다.

그리고, 통신부(220)는 수신되는 각종 정보에 대응하는 데이터를 칠러(11), 통신 모듈(12), 게이트웨이, 다른 전자기기 등으로 송신할 수 있다.

이를 위해, 통신부(220)는 인터넷 모듈, 이동 통신 모듈 등 하나 이상의 통신 모듈을 구비할 수 있다.

메모리(230)는, 수신되는 정보를 저장하고, 이에 대응하는 결과 정보 생성을 위한 데이터를 구비할 수 있다.

또한, 메모리(230)는, 머신 러닝에 사용되는 데이터, 결과 데이터 등을 저장할 수 있다.

메모리(230)는, 서버(30) 동작에 필요한 데이터를 저장할 수 있다

예를 들어, 메모리(230)는, 서버(30)에서 수행하기 위한 학습 알고리즘을 저장할 수 있다.

프로세서(210)는, 머신 러닝(Machine Learning)의 일종인 딥러닝(Deep Learning) 기술은 데이터를 기반으로 다단계로 깊은 수준까지 내려가 학습을 수행할 수 있다.

딥러닝(Deep learning)은 히든 레이어들을 차례로 거치면서 복수의 데이터들로부터 핵심적인 데이터를 추출하는 머신 러닝(Machine Learning) 알고리즘의 집합을 나타낼 수 있다.

딥러닝 구조는, CNN, RNN, DBN 등 심층신경망(DNN)으로 구성될 수 있다.

심층신경망(DNN)은 입력 레이어(Input Layer), 히든 레이어(Hiddent Layer) 및 출력 레이어(Output Layer)를 포함할 수 있다.

한편, 다중의 히든 레이어(hidden layer)를 갖는 것을 DNN(Deep Neural Network)이라헐 수 있다.

각 레이어는 복수의 노드들을 포함하고, 각 레이어는 다음 레이어와 연관되어 있다. 노드들은 웨이트(weight)를 가지고 서로 연결될 수 있다.

제1 히든 레이어(Hidden Layer 1)에 속한 임의 노드로부터의 출력은, 제2 히든 레이어(Hidden Layer 2)에 속하는 적어도 하나의 노드의 입력이 된다. 이때 각 노드의 입력은 이전 레이어의 노드의 출력에 웨이트(weight)가 적용된 값일 수 있다. 웨이트(weight)는 노드간의 연결 강도를 의미할 수 있다. 딥러닝 과정은 적절한 웨이트(weight)를 찾아내는 과정으로도 볼 수 있다.

한편, 인공신경망의 학습은 주어진 입력에 대하여 원하는 출력이 나오도록 노드간 연결선의 웨이트(weight)를 조정(필요한 경우 바이어스(bias) 값도 조정)함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 인공신경망은 학습에 의해 웨이트(weight) 값을 지속적으로 업데이트시킬 수 있다.

서버(30)는, 통신 모듈(12)로부터 전달받은 데이터를 배치 및 데이터베이스(database, DB)화하여 사용자가 접근 가능하도록 처리할 수 있다.

통신 모듈(12)이 연결된 칠러(11) 관련 각종 데이터를 내부 메모리(140)에 저장하고 기지국으로 전송하게 되면, 전송된 데이터는 서버(30)에서 신호처리 된다.

서버(30)는, 상기 칠러(11)의 제어 정보 및 Id, Time, Site, Date정보 등을 포함하고 있는 데이터를, 일자별, 시간별로 분류하고, 분류된 데이터를 일자별로 통합할 수 있다. 또한, 통합된 데이터는 데이터베이스화 될 수 있다.

서버(30)는, 데이터에 대해 무결성 검증(칠러(11)의 운전 사이클)을 수행하고, 저장된 데이터에 이상이 없을시 압축 및/또는 데이터베이스(database)화 과정을 수행할 수 있다.

서버(30)는, 수신되는 데이터를, 장치별, 일자별로 분류하여 데이터베이스에 저장할 수 있다.

서버(30)는, 상기 칠러(11)의 상태 정보, 제어에 대응하는 동작 정보 등을 모니터링 단말(40)에 전송한다. 또한, 서버(30)는, 상기 칠러(11)의 이상 상태가 감지되는 경우에, 상기 모니터링 단말(40)에 알림 메시지를 송신할 수 있다.

상기 모니터링 단말(40)은, 스마트 폰(smart phone), PDA(Personal Digital Assistants) 등의 이동 단말기일 수 있고, 노트북 컴퓨터(laptop computer), PC 등의 인터넷 접속이 가능한 단말 장치일 수 있다.

상기 모니터링 단말(40)은, 상기 서버(30)로 소정 서비스를 요청하고, 상시 서버(30)로부터 수신되는 데이터에 기초하여 상기 칠러(11)의 상태 정보를 포함하는 유저 인터페이스 화면을 제공할 수 있다.

상기 모니터링 단말(40)은, 서버(30) DB의 데이터를 사용자가 이용할 수 있도록 시각화하여 제공할 수 있다.

사용자는 상기 모니터링 단말(40)을 이용하여 칠러(11) 관련 데이터를 실시간으로 확인할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 학습에 관한 설명에 참조되는 도면이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템(10)은, 칠러(11) 측에 배치된 복수의 센서를 통하여 칠러(11))의 제어에 필요한 센싱 데이터(610)를 획득할 수 있다. 센서부(160)는, 차압 센서(165), 냉매의 온도와 압력을 센싱하는 복수의 센서, 상기 압축기(110)의 회전 속도를 센싱하는 속도 센서, 상기 압축기(110)의 전류를 센싱하는 전류 센서를 포함할 수 있다. 센서부(160)는, 구비하는 복수의 센서를 통하여 온도(611), 압력(612), RPM(613), 전류(614) data 등 센싱 데이터(610)를 획득할 수 있다.

칠러 시스템(10)은, 온도(611), 압력(612), RPM(613), 전류(614) data 등을 실시간 감지하여 칠러(11)의 운전 정보 및 제어에 이용할 수 있다.

온도 data(611)는 칠러(11)의 운전능력 판단 및 부하 측정을 위해 사용한다. 또한, 온도 data(611)는 목표 온도의 도달 유무 및 장비의 정상 유무 판단에 사용될 수 있다.

압력 data(612)는 서지 발생 판단 등의 핵심 변수로 칠러(11)의 정상운전 상태를 예측하고 판단하는데 사용하게 된다.

RPM data(613)는 칠러(11)의 압축기(110) 운전 상태 판단 및 제어에 사용하게 된다. 서지 발생시 칠러(11)의 서지 대응 방법으로 밸브를 제어하여 냉매 역류를 방지하거나 압축기 운전(회전 속도)을 증가시켜 압력을 높이는 방법이 있다. 따라서, 현재 압축기(110)의 회전 속도(RPM) 상태를 분석하여 제어에 이용할 수 있다.

전류 data(614)는 온도 data(611), 압력 data(612)와 유사한 기능을 한다. 전류 data(614)는 칠러(11)의 이상 유무 판단, 및 과부하 상태일때 전류값의 변화를 제어에 이용하며, 에너지 효율 향상을 위해 항상 최적 전류 값으로 운전이 가능하도록 제어하게 된다.

한편, 센서부(160)로부터 입력받은 data(610)는, 운전정보(620)에 사용되며, 상태 예측을 위한 학습 모델링(640) 이전 data 전처리(630)로 data를 최적화하게 된다. 칠러 시스템(10) 및/또는 서버(30)는, 입력받은 data(610)를 대상으로 머신러닝 모델에 맞는 전처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, data 전처리(630) 과정은 칠러(11)가 설치된 다양한 환경에서 발생되는 필연적인 잡음 등을 최대한 배제하여 더욱 명확한 패턴을 분석할 수 있도록 도움을 준다. 또한, 각 센서 데이터들에 대한 정규화(Normalization) 작업을 수행하여 각 인자별 스케일이 일정해 지도록 조정하여(예. 0~1사이) 각 인자별 스케일 차이에 따른 영향도를 제거하여 예측 성능을 향상시킬 수 있다.

센서들로부터 들어오는 센싱 데이터들(610)은 각 인자 별 단위 및 범위가 서로 다르므로, 이를 일정 범위로 정규화해주는 작업이 필요하다. 이렇게 서로 다른 범위를 가진 인자들의 정규화 처리를 하지 않을 경우 서로 다른 스케일로 인해 비용 함수가 왜곡되어 경우에 따라서는 학습 속도가 느리고 지역 최적의 상태(local minima)에 빠지는 등 머신러닝 모델의 학습이 효율적으로 이루어지지 않을 수 있다. 정규화에 보편적으로 사용되는 최소-최대 정규화 (Min-max Normalization) 수식은 다음과 같다.

만약 입력 데이터가 기존 학습 데이터의 최소, 최대값을 벗어날 경우 최소-최대 정규화 적용 시 정규화 범위를 벗어날 수 있기 때문에 입력 데이터를 기존 학습 데이터의 최소/최대 값으로 자동 조정해주며, 다음 수식을 따른다.

칠러 시스템(10) 및/또는 서버(30)는, 학습 모델링(640) 과정에서는 입력받은 data(610) 기반으로 칠러(11)의 상태를 예측 및 분석한다.

칠러 시스템(10) 및/또는 서버(30)는, 칠러(11)의 상태를 파악하고 설계뙨 제어 모델링(650)의 제어 절차에 따라 칠러(11)를 제어할 수 있다.

칠러 시스템(10) 및/또는 서버(30)는, 데이터 전처리 과정(630)이 끝나게 되면 칠러(11)의 상태 판단 및 제어를 위한 머신러닝 모델 연산이 이루어진다.

고성능 연산이 요구되는 머신러닝 모델들을 기존 칠러에도 적용하고자 서버(30)의 리소스를 활용하는 것이 바람직할 수 있다.

만약 칠러(11)가 강력한 연산 성능을 가진 하드웨어 자원을 가지고 있다면 임베디드 형태로 데이터 수신부터 전처리, 머신러닝 모델 연산 및 예측 결과 도출까지 모든 과정을 제어기 내부의 자원을 이용하여 구현할 수도 있다.

칠러 시스템(10) 및/또는 서버(30)는, 운전 정보(620)를 머신러닝 모델에 따라 학습하고 처리(640)할 수 있다. 또한, 칠러 시스템(10)은 머신러닝 모델의 판단/예측에 기초하는 제어 운전을 수행할 수 있다(650).

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 칠러 운전 상태를 복수의 구간으로 구분하고, 제어기(150)는 판단된 현재의 칠러 운전 상태 구간에 따라 압축기(110) 등을 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 동작에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 칠러 운전 상태 판단 구간을 도시한 것이다.

도 7의 예시에서는, 압축기(110) 측 압력과 응축기(120) 측 압력 차이를 기준으로 5단계로 운전 상태를 구분하였으나, 실시 예에 따라서 운전 상태 구간의 수는 다르게 설정될 수 있다.

도 7을 참조하면, 압축기(110) 측 압력이 응축기(120) 측 압력보다 큰 제1 레벨 구간(L1)은, 실내 부하에 비해 과냉방인 과냉방 상태 구간이다. 제1 레벨 구간(L1)은, 목표 온도에 도달한 상태에서 압축기(110)가 과다하게 운전하므로 비효율적이다.

제2 레벨 구간(L2)은, 압축기(110) 측 압력이 응축기(120) 측 압력보다 크지만, 압축기(110) 측 압력과 응축기(120) 측 압력의 차이(a)가 제1 레벨 구간(L1)보다는 작은 구간이다.

제2 레벨 구간(L2)은, 압축기(110) 측 압력이 응축기(120) 측 압력보다 커서, 서지 발생 위험이 없는 정상 상태 구간으로, 일정한 성능으로 목표 온도를 달성할 수 있다. 다만, 압축기(110) 측 압력과 응축기(120) 측 압력의 차이(a)의 크기에 따라 최적 성능을 만족할 수 있다.

제3 레벨 구간(L3)은, 압축기(110) 측 압력이 응축기(120) 측 압력보다 크지만, 압축기(110) 측 압력과 응축기(120) 측 압력의 차이(a)가 제2 레벨 구간(L2)보다는 작은 구간이다. 압축기(110) 측 압력과 응축기(120) 측 압력의 차이(a)의 크기를 최소화하여 최적 운전을 하기 위한 제어를 수행하는 구간이다. 압축기(110) 측 압력과 응축기(120) 측 압력의 차이(a)의 크기가 최소화될 때, 칠러(11)는 에너지 효율 최적화된 운전을 하게 되므로, 해당 구간에서 정밀 제어 한다.

제4 레벨 구간(L4)은, 압축기(110) 측 압력이 응축기(120) 측 압력이 같아지는 구간으로 압력 차 역전 가능성이 있다. 따라서, 제4 레벨 구간(L4)은, 성능 정체 구간 및 칠러 이상 발생 직전의 상태에 해당하는 경고 및 이상 감지 구간이다. 제4 레벨 구간(L4)에 도달하면, 고장을 예측하고 고장 방지 로직을 실행하게 된다.

제5 레벨 구간(L5)은, 압축기(110) 측 압력이 응축기(120) 측 압력보다 작은 구간으로 실내 부하 상승, 장비 용량 부족으로 인해 목표 온도에 도달하지 못하는 영역이다. 제5 레벨 구간(L5)은, 냉매의 역류 현상이 발생하여 서지가 발생하는 구간으로 압축기(110) 고장의 원인이 된다. 따라서, 제4 레벨 구간(L4)에서 경고 및 고장 예측을 진행하는 것이 고장을 사전에 방지할 수 있어 바람직하다.

또한, 제어기(150)는, 압축기(110) 측 압력과 응축기(120) 측 압력의 차이(a)의 크기가 최소화하여 제3 레벨 구간(L3)에서 운전되도록 제어하다가, 압축기(110) 측 압력이 응축기(120) 측 압력이 같아지면 압축기(110)를 더 빨리 회전시켜 압력 차이 반전을 방지할 수 있다.

도 8은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 동작 방법을 도시한 순서도

도 8을 참조하면, 먼저, 칠러 시스템(10)은, 냉방 운전을 수행하다가(S810), 소정 시간 내에 목표온도에 도달하지 못하면(S840), 압축기와 응축기의 압력을 비교하여 운전 상태를 진단할 수 있다(S860).

또한, 칠러 시스템(10)은, 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120)의 압력 차이에 기초하여 진단된 운전 상태에 따라 대응 제어를 수행할 수 있다(S870). 예를 들어, 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120)의 압력 차이에 기초하여, 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120) 사이에 배치되는 서지 방지 밸브(180)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120)의 압력 차이에 기초하여, 상기 압축기(110)를 제어할 수 있다.

한편, 상기 소정 시간 내에 목표온도에 도달하면(S840), 센서부(160)에서 감지되는 상태 정보를 정상상태 정보로 저장부에 저장할 수 있다(S850).

이후에는, 상기 냉방 운전 중에 상기 센서부(160)에서 감지되는 센싱 데이터를 상기 저장부에 저장된 정상상태 정보와 비교하여 정상상태 여부를 판단할 수 있다(S820). 제어기(150)는, 저장부에 저장된 데이터와 센서부(160)에서 현재 센싱되고 있는 센싱 데이터를 비교하면서, 이상 상태를 실시간으로 감지할 수 있다.

경우에 따라서, 제어기(150)는, 정상상태 여부를 판단하면서(S820), 온도, 압력 RPM, 전류 데이터 등 각 인자에 대해 분석할 수 있다(S830), 인자별로 분석된 데이터를 분류하여 저장부에 저장할 수 있다.

또는, 제어기(150)는, 온도, 압력, RPM, 전류 데이터 등 각 인자에 대해 분석하여(S830), 정상상태 여부를 판단할 수 있다(S820).

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 칠러(11)의 실시간 정보를 저장하고, 온도, 압력, RPM, 전류 데이터 등 인자를 이용하여 상태를 판단함으로써, 고장이 발생하기 전에 고장 방지를 위한 운전이 가능하다.

한편, 칠러(11)가 목표 온도에 도달하게 되면 정상상태로 정보를 저장하게 되며, 지속적으로 정보를 저장하여 비교하게 된다.

만약 칠러(11)가 목표 온도에 도달하지 못하면 운전 상태를 파악하여 칠러의 운전을 제어하게 된다. 예를 들어, 목표 온도 미달시에는 압축기 RPM 증가, 냉각탑 운전 상향 등의 제어를 수행할 수 있고, 목표 온도 초과시에는 밸브 off, 압축기 회전 정지, 냉각탑 운전 정지 등의 제어를 수행할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 칠러 시스템의 동작 방법을 도시한 순서도로도, 도 8의 운전 상태 판단 단계와 제어 단계를 상세히 도시한 것이다.

도 9를 참조하면, 운전 상태 판단 로직이 시작되면(S900), 칠러(11)는 압축기(110)와 응축기(120)의 압력을 비교하여, 운전 상태를 판단할 수 있다(S910). 제어기(150)는 압축기(110)와 응축기(120)의 압력차 비교를 기반으로 칠러의 상태를 판단하게 된다. 즉, 제어기(150)는 차압 센서(165)에서 센싱되는 압축기(110)와 응축기(120)의 압력 차에 기초하여 운전 상태를 판단할 수 있다(S910).

또한, 제어기(150)는, 판단된 운전 상태에 따라 서지 방지 밸브(180), 압축기(110) 등을 제어할 수 있다.

또한, 제어기(150)는, 판단된 운전 상태 정보를 저장부에 저장하도록 제어할 수 있다(S940)

상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 크면(S911), 상기 제어기(150)는, 목표 온도 정보를 기반으로 압축기(110)의 회전 속도(RPM)을 제어할 수 있다. 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 크면(S911), 상기 제어기(150)는, 목표온도 도달여부에 따라(S920), 상기 압축기(110)의 회전 속도를 감소시키거나 증가시킬 수 있다(S925, S930).

상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 크고(S911), 목표온도에 도달했으면(S920), 상기 제어기(150)는, 상기 압축기(110)와 상기 응축기(120)의 압력차(a)가 감소하도록 상기 압축기(110)의 회전 속도를 감소시킬 수 있다(S925). 이에 따라 효율을 향상할 수 있다.

상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 크고(S911), 목표온도에 도달하지 못했으면(S920), 상기 제어기(150)는, 상기 압축기(110)의 회전 속도를 증가시켜(S925), 빠르게 목표온도에 도달하게 제어할 수 있다.

한편, 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력과 같으면(S913), 제4 레벨 구간(L4)으로 경고 및 고장 방지를 위한 정밀 제어가 필요하다.

상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력과 같으면(S913), 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 큰 경우(S911)와 유사하나 목표 온도 도달 유무에 따라 RPM을 미세 제어할 수 있다. 또한, 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력과 같은 경우(S913)는, 에너지 효율 최적화 및 고장 예지 로직의 근거 규칙이다.

따라서, 상기 제어기(150)는, 목표온도 도달여부에 따라(S950), 다른 레벨로 상기 압축기(110)의 회전 속도를 증가시킬 수 있다(S955, S930).

예를 들어, 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력과 같고(S913), 목표온도에 도달하지 못했으면(S950), 상기 제어기(150)는, 상기 압축기(110)의 회전 속도를 증가시켜(S930), 빠르게 목표온도에 도달하게 제어할 수 있다.

또한, 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력과 같고(S913), 목표온도에 도달했으면(S950), 상기 제어기(150)는, 상기 압축기(110)의 회전 속도를 상대적으로 소량 증가시켜(S955), 과냉각을 방지하면서도 서지가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 작으면(S915), 제5 레벨 구간(L5)으로 즉시 조치가 필요하다.

따라서, 상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 작으면(S915), 상기 제어기(150)는, 상기 서지 방지 밸브(180)를 온(on)시켜 냉매 역류를 차단할 수 있다(S960).

또한, 상기 제어기(150)는, 목표온도 도달여부에 따라(S970), 상기 압축기(110)의 회전 속도를 증가시키거나 정지시킬 수 있다(S980, S990).

제5 레벨 구간(L5)에서는 제품 파손을 방지 하기 위한 로직을 수행하게 된다. 따라서, 제5 레벨 구간(L5)에서는 냉매의 역류를 방지하기 위한 서지 방지 밸브(180)를 구동하고, 압축기(110)를 제어할 수 있다.

상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 작고(S915), 목표온도에 도달하했으면(S970), 상기 제어기(150)는, 압축기(110)를 정지시켜, 비상상황에서의 동작을 최소화할 수 있다.

상기 압축기(110)의 압력이 상기 응축기(120)의 압력보다 작고(S915), 목표온도에 도달하지 못했으면(S970), 상기 제어기(150)는, 압축기(110) 회전 속도를 증가시킬 수 있다(S980). 상기 제어기(150)는, 서지 방지 밸브(180)가 온된 상태에서, 목표온도에 도달할 때까지 증가된 상기 압축기(110)의 회전 속도를 유지할 수 있다.

한편, 칠러(11)는, 냉매 역류가 발생했거나 임박하는 등 긴급 상황시 차단을 위한 긴급 밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 긴급 밸브는 기본적으로 온(ON)상태로 잠겨 있다가 긴급시 긴급 밸브가 오프(OFF) 되면서 열리며, 유량 및 압력이 조정될 수 있다. 긴급 상황 종료 후, 긴급 밸브는 다시 온(ON) 면서 잠금 상태로 전환할 수 있다. 실시 예에 따라서, 긴급 밸브는 팽창 밸브(Expansion valve)일 수 있다. 긴급 밸브는

본 발명에 따른 칠러 시스템 및 그 동작 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

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

압축기: 110
응축기: 120
증발기: 140
제어기: 150
센서부: 160

Claims

냉매를 압축할 수 있게 회전 운전하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기;
상기 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창기;
상기 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기;
상기 압축기와 상기 응축기 사이에 배치되는 차압 센서를 포함하는 센서부; 및,
상기 압축기와 상기 응축기 사이에 배치되고, 상기 차압 센서에서 센싱되는 상기 압축기와 상기 응축기의 압력 차이에 기초하여 동작하는 서지 방지 밸브;를 포함하는 칠러 시스템.
제1항에 있어서,
상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 작으면, 상기 서지 방지 밸브가 동작하여 상기 냉매의 역류를 차단하는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템.
제1항에 있어서,
상기 차압 센서에서 센싱되는 상기 압축기와 상기 응축기의 압력 차이에 기초하여, 상기 서지 방지 밸브 및 상기 압축기의 회전 속도를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 칠러 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 작으면, 상기 서지 방지 밸브를 온(on)시키고, 목표온도에 도달할 때까지 상기 압축기의 회전 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템.
제4항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 압축기의 회전 속도 증가에 대응하여 상기 서지 방지 밸브를 오프(off)시키는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력과 같으면, 목표온도 도달여부에 따라 다른 레벨로 상기 압축기의 회전 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 크면, 목표온도 도달여부에 따라 상기 압축기의 회전 속도를 감소시키거나 증가시키는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어기는, 소정 시간 내에 목표온도에 도달하지 못하면, 상기 압축기와 상기 응축기의 압력을 비교하여 운전 상태를 진단하는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템.
제8항에 있어서,
상기 소정 시간 내에 상기 목표온도에 도달하면, 현재의 상태 정보를 정상 상태 정보로 저장하는 저장부;를 더 포함하는 칠러 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 압축기의 압력이 감소하여 상기 응축기의 압력과 같아지면, 고장 방지 로직을 수행하는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 압축기의 압력과 상기 응축기의 압력 차이가 최소가 되도록 상기 압축기의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템.
제1항에 있어서,
상기 센서부는, 상기 냉매의 온도와 압력을 센싱하는 복수의 센서, 상기 압축기의 회전 속도를 센싱하는 속도 센서, 상기 압축기의 전류를 센싱하는 전류 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 센서부에서 감지되는 센싱 데이터에 기초한 운전 정보 데이터로 칠러 상태를 판단하도록 학습된 인공신경망을 포함하는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템.
제1항에 있어서,
상기 차압 센서는, 상기 압축기의 토출부에 배치되는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템.
냉방 운전을 수행하는 단계;
소정 시간 내에 목표온도에 도달하지 못하면, 압축기와 응축기의 압력을 비교하여 운전 상태를 진단하는 단계; 및,
상기 압축기와 상기 응축기의 압력 차이에 기초하여, 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 배치되는 서지 방지 밸브를 제어하는 단계;를 포함하는 칠러 시스템의 동작 방법.
제15항에 있어서,
상기 서지 방지 밸브 제어 단계는,
상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 작으면, 상기 서지 방지 밸브가 동작하여 냉매의 역류를 차단하는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템의 동작 방법.
제15항에 있어서,
상기 서지 방지 밸브 제어 단계는,
상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 작으면, 상기 서지 방지 밸브를 온(on)시켜 냉매 역류를 차단하고, 상기 목표온도에 도달할 때까지 상기 압축기의 회전 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템의 동작 방법.
제15항에 있어서,
상기 압축기와 상기 응축기의 압력 차이에 기초한 제어 단계는,
상기 압축기의 압력이 상기 응축기의 압력보다 크면, 상기 압축기의 회전 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 칠러 시스템의 동작 방법.
제15항에 있어서,
상기 소정 시간 내에 목표온도에 도달하면, 센서부에서 감지되는 상태 정보를 정상상태 정보로 저장부에 저장하는 단계;를 더 포함하는 칠러 시스템의 동작 방법.
제19항에 있어서,
상기 냉방 운전 중에 상기 센서부에서 감지되는 센싱 데이터를 상기 저장부에 저장된 정상상태 정보와 비교하여 정상상태 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 칠러 시스템의 동작 방법.