KR960012739B1 - 다중 압축기 냉방 시스템의 압축기 정지시기 제어 방법 및 장치 - Google Patents

다중 압축기 냉방 시스템의 압축기 정지시기 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

요약없음.

Description

다중 압축기 냉방 시스템의 압축기 정지시기 제어 방법 및 장치
제1도는 본 발명의 원리들에 따라 각각의 작동 중인 압축기에 대한 상대적 적력 인입량의 균형을 맞추는 제어 시스템을 갖춘 다중 압축기 냉각수 냉방 시스템의 개략도.
제2도는 본 발명의 제어 시스템의 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 증기 압축 냉방 시스템11a : 내지 11n : 압축기 흡입 라인
12a 내지 12n : 원심 압축기14 : 응축기
15a 내지 15n : 증발기16 : 포핏 밸브
17a 내지 17n : 압축기 토출 라인18 : 배관
19 : 냉매20 : 제어 시스템
22a 내지 22n : 유입 안내 베인23a 내지 23n: 안내 베인 작동기
24a 내지 24n : 전기 모터27a 내지 27n : 국부 제어판
29a 내지 29n : 전선30 : 건물 슈퍼바이저.
본 발명은 공기 조화 시스템의 작동 방법 및 제어 시스템에 관한 것이며, 보다 상세히는, 가동중인 급냉기(chiller)들의 설정 부하 용량들을 초과함이 없이 나머지 건물 부하가 나머지 가동중인 급냉기들에 의해 취해질 수 있도록 급냉기들이 예정된 부하에서 정지될 수 있게 하는 다중 중기 압축 냉방 시스템(급냉기)의 제어 장치의 작동 방법 및 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 상업용 대형 공기 조화 시스템은 증발기, 압축기 및 응축기로 구성된 급냉기를 포함한다. 통상, 열전달 유체가 증발기 내의 배관을 통해 순환함으로써, 배관을 통해 유동하는 열전달 유체로부터 증발기 내의 냉매로 열을 전달하는 증발기의 열전달 코일을 형성한다. 증발기 내의 배관에서 급냉되는 열전달 유체는 통상물 또는 글리콜(glycol)이고, 그러한 열전달 유체는 냉각 부하를 만족시키기 위해 먼 거리를 순환한다. 증발기내의 냉매는 증발기의 배관을 통해 유동하는 열전달 유체로부터 열을 흡수할 때 증발하고, 압축기는 증발기로부터 그러한 냉매 증기를 추출하여, 그러한 냉매 증기를 압축하고, 압축된 증기를 응축기로 방출하도록 작동한다. 냉매 증기는 응축기에서 응축되어, 냉방 사이클이 다시 시작되는 증발기로 다시 보내진다.
급냉기 플랜트의 작동 효율을 극대화하기 위해, 압축기에 의해 행해진 일의 양를 공기 조화 시스템에 가해진 냉각 부하를 만족시키는데 필요한 일의 양과 부합시키는 것이 바람직하다. 통상적으로, 그러한 일은 압축기를 통해 유동하는 냉매 증기의 양을 조정하는 용량 제어 수단에 의해 행해진다. 용량 제어 수단은 증발기 내의 코일을 떠나는 급냉된 열전달 유체의 온도에 따라 냉매 유동을 조정하는 장치일 수 있다. 증발기 내의 급냉된 열전달 유체 온도가 감소하여, 냉방 시스템 상의 냉매 부하의 감소를 나타낼 때, 드로틀 장치 예컨대, 안내베인들이 폐쇄되어, 압축기 구동 모터를 통해 유동하는 증발 증기의 양을 감소시킨다. 이는 압축기에 의해 행해져야 하는 일의 양을 감소시켜 압축기의 전력 인입량(power draw, kW)을 감소시킨다. 그와 동시에, 이는 증발기는 떠나는 급냉된 열전달 유체의 온도를 증가시키는 효과를 갖는다. 이러한 방식으로, 압축기는 증발기를 떠나는 급냉된 열전달 유체의 온도를 설정 온도에서 또는 어떤 설정 온도 범위 내에서 유지시키도록 작동한다.
그러나, 통상적으로, 상업용 대형 공기 조화 시스템은 하나는 선발(Lead)급냉기(즉, 처음 시동되는 급냉기)로서 저장되고 다른 것들은 후발(Lag) 급냉기로서 지정되는 복수개의 급냉기들을 구비한다. 급냉기들의 지정은 가동 시간, 시동 등과 같은 것들에 따라 주기적 변화한다. 전체 급냉기 플랜트는 최대설계 부하를 공급하도록 치수 설정된다. 설계 부하보다 낮은 부하에 대해서는, 부하 조건에 부응하도록 적절한 수의 급냉기들을 선택하는 것은 전체 플랜트 효율 및 각각의 급냉기들의 신뢰성에 상당한 영향을 준다. 플랜트 효율 및 신뢰성을 극대화하기 위해, 낮은 부하 조건하에서는 선택된 급냉기들을 정지시키고 나머지 모든 급냉기들은 평형이 이루어진 부하를 갖도록 보잘할 필요가 있다. 요구되는 냉각량을 발생시키는 데 필요한 압축기 모터들에 대한 상대적 전기 에너지 입력량(%kW)은 복수개의 가동 중인 압축기의 부하 설정 및 평형 유지를 결정하는 하나의 수단이다. 그러나, 종래 기술의 경우, 건물 부하가 감소되고 급냉기들이 건물 부하에 따라 용량이 변경되었을 때, 시스템에 대해 조작자가 산정한 전체 부하가 정지될 급냉기의 산정된 용량과 동일한 양만큼 가동중인 급냉기들의 산정된 전체 용량 이하로 하강되는 경우 선택된 급냉기를 조작자가 수동으로 정지시켰다.
그러나, 건물 부하의 후속적인 약간의 증가는 앞서 정지된 급냉기들을 다시 가동시킬 것을 요구하게 된다. 급냉기들의 이러한 정지 및 시동은 급냉기들의 효율 및 신뢰성에 상당히 해로운 영향을 준다. 따라서 나머지 급냉기들이 나머지 건물 부하를 취할 수 있도록 급냉기들이 정지될 수 있는 시기를 결정하고 종래의 제어 방법들의 단점들을 최소화하는 방법 및 장치가 필요하게 된다.
본 발명은, 짧은 순환 주기를 방지하거나 직전에 정지된 급냉기의 재시동을 방지하도록, 부가적인 급냉기의 시동이 요구되는 %kW 설정값 이하인 목표 %kW 설정값을 초과함이 없이, 하나의 급냉기가 정지되고 나머지 부하가 나머지 급냉기들에 의해 취해질 수 있게 하는 %kW 설정값 신호를 발생시키는 수단을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 냉방 시스템용 급냉기 정지 제어 시스템을 포함한다.
가동중인 모든 압축기들의 (모터 전류에 의해 근사되는)평균 %kW 전력 인입량이 감소된 냉각 요구량에 부응하도록 산출된 %kW에 또는 그 이하에 있을 때 후발 압축기들은 정지될 수 있다. 이렇게 산출된 감소 냉각 요구량(Reduced Cooling Required, %kW) 설정값(setpoint)은, 부가적인 급냉기가 요구되는 %kW 설정값보다 낮은 목표 %kW 설정값을 초과함에 없이, 후발 압축기가 정지되고 건물부하가 나머지 급냉기들에 의해 취해질 수 있는 %kW 설정값이다. 감소 냉각 요구량(%kW) 설정값〔RCR(%kW)SP〕은 다음과 같이 결정된다.
여기서, 급냉기 용량(N-1)은 가동 중인 급냉기들의 용량에서 정지될 다음 급냉기의 용량을 뺀 값이고, 가동 중인 전체 급냉기 용량(N)은 가동 중인 급냉기들의 용량이고, ACR SP는 부가적인 급냉기가 요구되는 설정값이고, RCR 히스테리시스(Hysteresis)는 ACR 설정값보다 낮은 목표 설정값이다.
제1도를 참조하면, 본 발명의 원리들에 따라 증기 압축 냉방 시스템(10)의 용량을 변화시키고 원심 압축기들을 정지시키는 제어 시스템(20)을 갖춘 복수개의 원심 압축기(12a 내지 12n)들을 구비한 증기 압축 냉방 시스템(10)이 도시되어 있다. 제1도에 도시된 것처럼, 냉방 시스템(10)은 응축기(14), 복수개의 증발기(15a 내지 15n)들 및 포핏 밸브(16)를 포함한다. 작동시에, 압축 기체 냉매는 하나 또는 복수개의 압축기(12a 내지 12n)들로부터 압축기 토출 라인(17a 내지 17n)들을 거쳐 응축기로 토출되고, 응축기에서 기체 냉매는 응축기(14)의 배관(18)을 통해 유동하는 비교적 찬 응축수에 의해 응축된다. 응축기(14)로부터의 응축된 액체 냉매는 냉매 라인(19) 내의 포핏 밸브(16)를 통과하게 되는데, 포핏 밸브는 응축기 증기가 증발기로 들어가는 것을 방지하고 응축기와 증발기 사이의 압력차를 유지하는 액체 밀봉부를 형성한다. 증발기(15a 내지 15n)내의 액체 냉매는 증발되어, 증발기(15a 내지 15n) 내의 배관(13a 내지 13n)을 통해 유동하는 물 또는 글리콜과 같은 열전달 유체를 냉각한다. 이러한 급냉된 열전달 유체는 건물 또는 공간을 냉각하기 위해, 또는 공정 또는 다른 이러한 대상들을 냉각하기 위해 사용된다. 증발기(15a 내지 15n)으로부터의 기체 냉매는 압축기 유입 안내베인(22a 내지 22n)들의 제어 하에 압축기 흡입 라인(11a 내지 11n)들을 거쳐 압축기(12a 내지 12n)들도 다시 유동한다. 안내 베인(22a 내지 22n)들을 통해 압축기(12a 내지 12n)로 들어가는 기체 냉매는 압축기(12a 내지 12n)에 의해 압축되어 압축기 토출 라인(17a 내지 17n)을 거쳐 냉방 사이클을 완성한다. 이러한 냉방 사이클은 냉방 시스템(10)의 정상 작동 중에 연속적으로 반복된다.
각각의 압축기는 전기 모터(24a 내지 24n)와, 안내 베인 작동기(23a 내지 23n)에 의해 개폐되는 유입 안내 베인(22a 내지 22n)들을 가지며, 이들은 작동 제어 시스템(20)에 의해 제어된다. 작동 제어 시스템(20)은 급냉기 시스템 관리기(26), 각각의 급냉기를 위한 국부 제어판(27a 내지 27n), 그리고 건물 내의 여러 기능들 및 시스템들을 감지 및 제어하는 건물 슈퍼바이저(Building Supervisor, 30)를 포함할 수 있다. 국부 제어판(27a 내지 27n)은 건물로의 냉각수 공급 온도로서 배관(13a 내지 13n)을 통해 증발기(15a 내지 15n)들을 출발하는 열전달 유체의 온도에 대응하는 온도 센서(25a 내지 25n)로부터의 신호를 전선(29a 내지 29n)들을 통해 받는다. 이러한 출발 냉각수 온도는 요구되는 출발 냉각수 온도 설정값과 급냉기 시스템 관리기(26)에 의해 비교되고, 급냉기 시스템 관리기(26)는 출발 냉각수 온도 설정값을 발생시켜 국부 제어판(27a 내지 27n)을 통해 압축기(12a 내지 12b)들로 보낸다. 양호하게는, 온도 센서(25a 내지 25n)는 출발 냉각수 공급 라인(13a 내지 13n)내의 열전달 유체 내에 센서 부분이 위치해 있는 서미스터(thermistor)와 같은 온도 감응식 저항 장치들이다. 물론, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게는 명백한 것처럼, 온도 센서는 냉각수 공급 라인 내의 열전달 유체의 온도를 표시하는 신호를 발생시키는데 적합한 어떤 다른 온도 센서들일 수 있다.
급냉기 시스템 관리기(26)는, 본 발명의 원리에 따른 방식으로, 복수개의 입력 신호들을 수신하고, 수신된 입력 신호들을 미리 프로그램된 절차들에 따라 처리하고, 수신 및 처리된 입력 신호들에 따라 요구되는 출력 제어 신호들을 발생할 수 있는 어떤 장치 또는 장치들의 조합체일 수 있다.
또한, 바람직하게는, 건물 슈퍼바이저(30)는 전체 냉방 시스템을 배치하고 시스템의 각 부분들 및 변수들의 현 상태를 디스플레이하기 위해, 데이타 입력 포트뿐만 아니라 프로그래밍 도구로서 역할하는 개인용 컴퓨터(personal computer)를 구비한다.
또한, 국부 제어판(27a 내지 27n)은 각각의 압축기를 위한 유입 안내 베인들을 제어하는 수단을 포함한다. 유입 안내 베인들을 급냉기 시스템 관리기에 의해 보내진 제어 신호들에 따라 제어된다. 유입 안내 베인들을 제어하는 것은 압축기(12)들의 전기 모터(24)들의 kW 요규량을 제어한다. 또한, 국부 제어판들은 모터들에 의해 사용되는 전체 부하의 퍼센트 킬로와트(%kW)로서 (모터 전류에 의해 근사되는) 전력 인입량에 대응하는 전기모터(24)들로부터의 신호들을 전선(28a 내지 28n)을 통해 수신한다.
이제, 제어 시스템의 작동을 상세히 설명하기 위해 제2도를 참조하면, 제2도에는 본 발명에 따라 후발 압축기를 정지시키는 시기를 결정하기 위해 사용되는 논리 조작의 흐름도가 도시되어 있다. 흐름도는 정지 순서에 있어서 정지될 다음 후발 급냉기의 용량을 결정하는 단계(32)를 포함하고, 이 단계로부터 논리 조작은 가동중인 모든 급냉기들의 평균%kW(AVGKW)를 산출하는 단계(34)로 진행한다. 그 다음에, 논리 조작은 하기식에 따라 감소 냉각 요구량 설정값(RCR 설정값)을 산출하는 단계(36)로 진행한다.
여기서, 급냉기 용량(N-1)은 현재 가동 중인 급냉기들의 용량들의 합에서 정지 순서에 있어서 정지될 다음 급냉기의 용량을 뺀 값이고, ACR은 다음 급냉기가 시동되기 전에 AVGKW가 높아야 하는 프로그램 가능한 %kW값인 부가적인 냉각 요구량이고, HYS는 다음 급냉기가 정지된 후에 AVGKW의 목표를 결정하기 위해 ACR로부터 감해지는 프로그램 가능한 %kW값인 히스테리시스이고, 가동 중인 전체 급냉기 용량은 현재 가동 중인 모든 급냉기들의 용량의 합이다.
단계(38)에서, AVGKW은 RCR 설정값과 비교되어, AVGKW가 RCR 설정값보다 작지 않으면 정지 순서에 있어서 정지될 다음 급냉기가 단계(42)에서 가동을 계속하게 된다. 만일, 단계(38)에서의 답이 예이면, 논리 조작은 단계(44)로 진행되어 다음 급냉기를 정지시킨다.
본 발명은 본 명세서에 개시된 특정 실시예를 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 본 명세서에 설정된 상세히 설명으로 한정되지 않으며, 본 발명의 범주 내에 들게 될 어떠한 수정 또는 변경들도 포함한다.

Claims (5)

  1. 각각의 압축기를 구동하는 모터를 포함하는 다중 압축기 냉방 시스템의 압축기를 정지시키는 시기를 제어하는 방법에 있어서, 정지될 다음 압축기의 용량을 결정하는 단계와, 현재 가동 중인 모든 압축기들의 용량을 결정하는 단계와, 정지될 다음 압축기의 결정된 용량과 현재 가동 중인 모든 압축기들의 용량에 따라 상기 압축기를 정지시키기 위한 감소 냉각 요구량(RCR) 설정값을 결정하는 단계와, 현재 가동 중인 모든 압축기들의 평균 전력 인입량(AVGKW)을 상기 감소 냉각 요구량 설정값과 비교하는 단계와, 비교 결과, 상기 감소 냉각 요구량 설정값이 상기 현재 가동 중인 모든 압축기들의 평균 전력 인입량보다 큰 경우 상기 다음 압축기를 정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 압축기 냉방 시스템의 압축기 정지 시기 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감소 냉각 요구량 설정값을 결정하는 단계는 다음 식,
    에 의해 산출되고, 상기 식에서, 급냉기 용량(N-1)이 현재 가동 중인 급냉기들의 용량들의 합에서 정지될 다음 급냉기의 용량을 뺀 값이고, ACR이 다음 급냉기가 시동되기 전에 AVGKW가 높아야 하는 프로그램 가능한 값인 부가적인 냉각 요구량이고, HYS가 다음 급냉기가 정지된 후에 AVGKW의 목표를 결정하기 위해 ACR로부터 감해지는 프로그램 가능한 값인 히스테리시스이고, 가동 중인 전체 급냉기 용량은 현재 가동 중인 모든 급냉기들의 용량들의 합인 것을 특징으로 하는 다중 압축기 냉방 시스템의 압축기 정지 시기 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, ACR, AVGKW 및 HYS는 각각의 압축기 모터들의 전력인입량(kW)인 것을 특징으로 하는 다중 압축기 냉방 시스템의 압축기 정지 시기 제어 방법.
  4. 각각의 압축기를 구동하는 모터를 포함하는 다중 압축기 냉방 시스템의 압축기를 정지시키는 시기를 제어하는 제어 장치에 있어서, 정지될 다음 압축기의 용량을 결정하는 용량 결정 수단과, 현재 가동 중인 압축기들의 출력을 측정하는 용량 측정 수단과, 상기 다음 압축기를 정지시킬 때 공간 부하를 만족시키게 되는 감소 냉각 요구량(RCR) 설정값을 결정하기 위해, 상기 용량 결정 수단과 상기 용량 측정 수단에 응답하는 감소 냉각 요구량 설정값 산출 수단과, 현재 가동 중인 압축기들의 평균 전력 인입량(AVGKW)을 상기 감소 냉각 요구량(RCR) 설정값과 비교하여, 상기 현재 가동 중인 압축기들의 평균 전력 인입량이 상기 감소 냉각 요구량 설정값보다 작거나 같은 경우 상기 다음 압축기를 정지시키는 비교 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 압축기 냉방 시스템의 압축기 정지 시기 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 감소 냉각 요구량 설정값 산출 수단은 다음 식,
    에 따라 감소 냉각 요구량(RCR) 설정값을 산출하고, 상기 식에서, 급냉기 용량(N-1)은 현재 가동 중인 급냉기들의 용량들의 합에서 정지될 다음 급냉기의 용량을 뺀 값이고, ACR이 다음 급냉기가 시동되기 전에 AVGKW가 높아야 하는 프로그램 가능한 값인 부가적인 냉각 요구량이고, HYS가 다음 급냉기가 정지된 후에 AVGKW의 목표를 결정하기 위해 ACR로부터 감해지는 프로그램 가능한 값인 히스테리시스이고, 가동 중인 전체 급냉기 용량이 현재 가동 중인 모든 급냉기들의 용량들의 합인 것을 특징으로 하는 다중 압축기 냉방 시스템의 압축기 정지 시기 제어 장치.
KR1019930000478A 1992-01-17 1993-01-15 다중 압축기 냉방 시스템의 압축기 정지시기 제어 방법 및 장치 KR960012739B1 (ko)

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