KR100202613B1

KR100202613B1 - 멀티 히트펌프의 제상방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100202613B1
Application number: KR1019960077537A
Authority: KR
Inventors: 김경식
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR19980058225A

Abstract

본 발명은 인버터형 멀티 히트펌프(Multi Heat Pump)의 제상방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 외부 기온이 낮은 상태에서 히트펌프를 가동할 때, 실외기(O)에 서리가 맺히게 되므로써 난방효율이 저하되거나 압축기(C)에 소손이 발생되는 문제점을 해결하기 위해, 주파수 조절에 의한 용량제어가 가능한 인버터형 압축기(C)와, 상기 압축기(C)에 의해 토출되는 냉매로부터 윤활유를 분리시켜 단시간내에 그 윤활유를 상기 압축기(C)로 복귀시켜주는 윤활유 분리기(S)와, 상황에 따라 냉매의 유동방향을 절환시켜주는 사방향 밸브(FWV)와, 상기 윤활유 분리기(S)와 사방향 밸브(FWV) 사이에 부착된 압력센서(P)와, 냉매가 유출입되면서 열교환을 이루는 다수의 실내기(I)와, 상기 각 실내기(I)의 출구와 입구 및 실내기(I)내에 각각 부착되어 각부의 온도를 감지하기 위한 온도센서(TH₁)(TH₂)(TH₄)와, 상기 실내기(I)로부터 유출된 냉매의 압력을 강하(팽창)시켜 저온 저압의 액체냉매로 변화시키는 전자 팽창 밸브(LEV)와, 상기 전자 팽창밸브(LEV)를 통해 배출된 저온 저압의 냉매가 유출입되면서 열교환을 이루는 실외기(O)와, 상기 실외기(O)의 입구 및 실외기(O)내에 각각 부착되어 각부의 온도를 감지하기 위한 온도센서(TH₃)(TH₅)와, 미 기화된 액체 냉매가 상기 압축기(C)로 유입되지 않도록 차단시켜주는 어큐뮬레이터(A)와, 냉방 운전시 상기 어큐뮬레이터(A)의 증발온도를 감지하기 위한 증발온도 감지센서(TH₆)로 구성된 것으로서, 사방향 밸브(FWV)를 난방상태에서 제상상태로 절환하기 전에 압축기(C)의 운전 주파수를 최소화하므로써, 압력차가 감소하게 되어 사방향 밸브(FWV)의 성능 향상을 꾀할 수 있고, 제상운전 시작단계에 있어서는 실외기 배관온도(TH₃)가 일정치 이하에서의 연속시간 개념을 도입하므로써, 상기 실외기 배관온도(TH₃)가 잘못 입력되더라도 이에 대처할 수 있도록 하였으며, 제상운전 종료단계에 있어서는 제상운전과 더불어 배관온도 조건이 추가되므로써, 제상운전의 효율성을 높일 수 있도록 한 멀티 히트펌프의 제상방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

멀티 히트펌프의 제상방법 및 그 장치

본 발명은 인버터형 멀티 히트펌프(Multi Heat Pump)의 제상방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 외부 기온이 낮은 상태에서 히트펌프를 가동할 때, 실외기에 서리가 맺히게 되므로써 난방효율이 저하되거나 압축기에 소손이 발생되는 문제점을 해결하기 위한 멀티 히트펌프의 제상방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 종래 기술에 의한 인버터형 멀티 히트펌프는 주파수 조절에 의한 용량 제어가 가능한 인버터형 압축기(Compressor)와, 상기 압축기에 의해 토출되는 냉매로부터 윤활유를 분리시켜 단시간내에 그 윤활유를 상기 압축기로 복귀시켜주는 윤활유 분리기(Oil Separator)와, 상황에 따라 냉매의 유동방향을 절환시켜주는 사방향 밸브(4-Way Valve)와, 냉매가 유출입되면서 열교환을 이루는 다수의 실내기와, 상기 실내기로부터 유출된 냉매의 압력을 강화(팽창)시켜 저온 저압의 액체냉매로 변화시키는 전자 팽창밸브와, 상기 전자 팽창밸브를 통해 배출된 저온 저압의 냉매가 유출입되면서 열교환을 이루는 실외기와, 미 기화된 액체냉매가 상기 압축기로 유입되지 않도록 차단시켜주는 어큐뮬레이터(Accumulator)로 구성되어 있다.

이와 같은 종래의 멀티 히트펌프는 난방 운전시에 다음과 같은 냉매 순환과정을 거치게 된다.

즉, 압축기에서 토출된 고온 고압의 가스냉매가 윤활유 분리기와 사방향 밸브를 통해 실내기에 유입되고, 상기 가스냉매는 상기 실내기에서 실내공기와 열교환을 이루어 고압의 과냉액이 되며, 이 액체냉매는 전자 팽창밸브를 통과하면서 감압되어 저건성의 저온 저압 액체냉매로 변화된 후, 실외기로 유입되어 실외공기와 열교환을 이루게 된다. 열교환이 이루어진 상기 냉매는 저온의 가스상태로 되어 상기 사방향 밸브 및 어큐뮬레이터를 통해 상기 압축기로 재유입되므로써 순환계를 형성하게 된다.

이때, 압축기에서 토출된 냉매는 윤활유를 다량(0.2~0.3%) 함유하고 있으므로 윤활유 분리기를 통해 상기 윤활유를 분리한 후 순수한 냉매만을 상기 압축기로 유입시키므로써, 압축기의 성능을 향상시킬 수 있도록 되어 있다.

그러나, 외부 기온이 낮은 상태에서 히트펌프를 가동하게 되면 상기 실외기에 서리가 맺혀 난방효율이 저하되거나 압축기에 소손이 발생되는 문제점이 발생하므로, 외부 환경의 조건에 따라 적절한 제상 운전이 이루어져야 한다.

종래의 일반적인 제상운전 방식은 제1도에 제시한 흐름도에서와 같이, 난방운전중에 압축기의 운전 적산시간(TL)이 50분 이상 경과하고 실외기 배관온도(TH₃)가 -4이하가 되면, 제상운전 신호를 실내기부에 발송하여 사방향 밸브를 제상운전 상태로 절환시키므로 역순환이 이루어져 실외기에 착상된 서리를 녹여주게 되고, 제상운전이 10분 이상 지속되면 무조건적으로제상운전이 정지되며, 이후에는 난방운전이 재개되도록 되어 있었다.

이러한 재상운전시의 냉매 순환과정은 다음과 같다. 즉, 압축기에서 토출된 고온 고압의 가스냉매는 윤활유 분리기와 사방향 밸브를 통해 실외기에 유입되고, 이 고온 고압의 가스냉매가 실외기 표면에 맺힌 서리를 녹인 후 과냉 고압의 액체냉매로 상기 실외기를 빠져나와 전자 팽창밸브를 통과하게 되며, 상기 전자 팽창밸브를 통해 감압된 저온 저압의 저건성 액체냉매는 실내기에 유입되어 실내공기와 열교환을 한 후, 저온의 과열가스가 되어 상기 사방향 밸브와 어큐뮬레이터를 통해 상기 압축기로 재유입되는 순환계를 이룬다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 멀티 히트펌프는 고속 난방운전을 실행한 후 곧바로 제상운전 상태로 절환되는 경우, 기기간의 큰 압력차로 인해 상기 사방향 밸브에 무리를 주게 되어 상기 밸브의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 절환과정에서 압축기내에 액체가 유입될 가능성이 매우 높으므로 압축기의 성능이나 수명에 치명적인 소손을 가하게 되는 문제점도 있었다.

한편, 종래의 멀티 히트펌프는 압축기 운전 적산시간과 실외기 배관온도센서가 일정값에 이르렀을 때 무조건적으로 제상운전을 시작하므로, 실외기 배관온도센서에 연속시간 개념이 포함되어 있지않아 잘못된 데이터가 입력되는 경우에는 제상운전에 착오가 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 멀티 히트펌프는 일정시간 만큼만 일률적으로 제상운전을 실시한 후 종료되므로, 실외기가 주변 환경간의 온도차가 비교적 작아서 서리가 조속히 제거된 경우에도 잔여 시간동안 계속 제상운전이 이루어지도록 되어 있어 경제적 손실이 따르는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고속 난방운전이 이루어진 직후에도 무리없이 제상운전이 가능하고, 주변 환경조건에 따라 능동적인 제상운전이 보장되어 최상의 난방효율을 발휘할 수 있으며, 압축기에 소손이 발생되지 않으므로 장치의 수명을 연장할 수 있도록 된 멀티 히트펌프의 제상방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 종래 기술에 의한 인버터형 멀티 히트펌프의 제상 알고리즘을 나타낸 흐름도.

제2도는 본 발명에 따른 인버터형 멀티 히트펌프의 구성을 보인 회로도.

제3도는 본 발명에 따른 인버터형 멀티 히트펌프의 구성을 보인 흐름도.

제4도는 본 발명 및 종래 기술에 따른 히트펌프의 특성을 대비하여 나타낸 입력-엔탈피 선도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

IU : 실내기부 I : 실내기

OU : 실외기부 O : 실외기

A : 어큐뮬레이터 C : 압축기

FWV : 사방향 밸브 LEV : 전자 팽창밸브

P : 압력 센서(고압측) S : 윤활유 분리기

TH1 : 실내기 출구 온도센서(난방시)

TH2 : 실내기 입구 온도센서(난방시)

TH3 : 실외기 입구 온도센서(난방시)

TH4 : 실내기 흡입공기 온도센서

TH5 : 실외기 흡입공기 온도센서

TH6 : 증발온도 감지센서(냉방시)

상기와 같은 목적을 위한 본 발명에 따른 멀티 히트펌프의 제상방법은 압축기 운전 적산시간이 일정치 이상이고, 실외기 배관온도가 소정 시간동안 일정치 이하를 유지할 경우 제상운전을 개시하는 제상운전 시작단계와; 제상운전 신호를 실내기부에 발송하여 압축기 운전 주파수를 최소화한 후, 사방향 밸브를 제상상태로 절환하고, 실외기 팬을 정지시킨 후, 난방 운전중이던 상기 실내기부의 전자 팽창밸브를 완전 개방시키며, 제상운전 주파수로 변경하여 압축기의 운전을 실행하는 제상운전 실행단계와; 제상운전이 소정시간 이상 지속되거나, 또는 실외기 입구의 냉매 배관온도가 일정치 이상이면, 제상운전을 종료한 후 난방운전 상태로 절환되는 제상운전 종료단계로 구성된다.

또한, 상기와 같은 제상방법을 실현하기 위한 멀티 히트펌프의 제상장치는 주파수 조절에 의한 용량제어가 가능한 인버터형 압축기와, 상기 압축기에 의해 토출되는 냉매로부터 윤활유를 분리시켜 단시간내에 그 윤활유를 상기 압축기로 복귀시켜주는 윤활유 분리기와, 상황에 따라 냉매의 유동방향을 절환시켜주는 사방향 밸브와, 상기 윤활유 분리기와 사방향 밸브 사이에 부착된 압력센서와, 냉매가 유출입되면서 열교환을 이루는 다수의 실내기와, 상기 각 실내기의 출구와 입구 및 실내기내에 각각 부착되어 각부의 온도를 감지하기 위한 온도센서와, 상기 실내기로부터 유출된 냉매의 압력을 강하(팽창)시켜 저온 저압의 액체냉매로 변화시키는 전자 팽창밸브와, 상기 전자 팽창밸브를 통해 배출된 저온 저압의 냉매가 유출입되면서 열교환을 이루는 실외기와, 상기 실외기의 입구 및 실외기내에 각각 부착되어 각부의 온도를 감지하기 위한 온도센서와, 미 기화된 액체냉매가 상기 압축기로 유입되지 않도록 차단시켜주는 어큐뮬레이터와, 냉방운전시 상기 어큐뮬레이터의 증발온도를 감지하기 위한 증발온도 감지센서로 구성된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세시 설명한다.

제2도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 멀티 히트펌프의 제상장치는 주파수 조절에 의한 용량제어가 가능한 인버터형 압축기(C)와, 상기 압축기(C)에 의해 토출되는 냉매로부터 윤활유를 분리시켜 단시간내에 그 윤활유를 상기 압축기(C)로 복귀시켜주는 윤활유 분리기(S)와, 상항에 따라 냉매의 유동방향을 절환시켜주는 사방향 밸브(FWV)와, 상기 윤활유 분리기(S)와 사방향 밸브(FWV) 사이에 부착된 압력센서(P)와, 냉매가 유출입되면서 열교환을 이루는 다수의 실내기(I)와, 상기 각 실내기(I)의 출구와 입구 및 실내기(I)내에 각각 부착되어 각부의 온도를 감지하는기 위한 온도센서(TH₁)(TH₂)(TH₄)와, 상기 실내기(I)로부터 유출된 냉매의 압력을 강하(팽창)시켜 저온 저압의 액체냉매로 변화시키는 전자 팽창밸브(LEV)와, 상기 전자 팽창밸브(LEV)를 통해 배출된 저온 저압의 냉매가 유출입되면서 열교환을 이루는 실외기(O)와, 상기 실외기(O)의 입구 및 실외기(O)내에 각각 부착되어 각부의 온도를 감지하기 위한 온도센서(TH₃)(TH₅)와, 미 기환된 액체냉매가 상기 압축기(C)로 유입되지 않도록 차단시켜주는 어큐뮬레이터(A)와, 냉방운전시 상기 어큐뮬레이터(A)의 증발온도를 감지하기 위한 증발온도 감지센서(TH₆)로 구성된 것이다. 여기서 미설명 부호 IU는 실내기부(Indoor Unit), OU는 실외기부(Outdoor Unit)를 나타낸다.

상기의 구조로 된 본 발명에 따른 멀티 히트펌프는 난방 운전시에 다음과 같은 냉매 순화과정을 거치게 되며, 이를 제2도를 참조하여 설명한다.

압축기(C)에서 토출된 고온 고압의 가스냉매가 윤활유 분리기(S)와 사방향 밸브(FWV)를 통해 실내기(I)에 유입되고, 상기 가스냉매는 상기 실내기(I)에서 실내공기와 열교환을 이루어 고압의 과냉액이 되며, 이 액체냉매는 전자 팽창밸브(LEV)를 통과하면서 감압되어 저건성의 저온 저압 액체냉매로 변화된 후, 실외기(O)로 유입되어 실외공기와 열교환을 이루게 된다. 열교환이 이루어진 상기 냉매는 저온의 가스상태로 되어 상기 사방향 밸브(FWV) 및 어큐뮬레이터(A)를 통해 상기 압축기(C)로 재유입되므로써 순환계를 형성하는 되는 것으로, 이는 종래 히트펌프의 난방운전시와 동일하다.

또한, 본 발명에 따른 멀티 히트펌프에 의한 제상운전 방식은 제3도의 흐름도로 제시한 일실시예에서 잘 나타나 있다.

우선, 난방운전중에 압축기(C)와 운전 적산시간(TL)이 50분 이상 경과하고 실외기 배관온도(TH₃)가 -4이하인 상태로 그 연속운전시간(TC)이 10분 이상 지속적으로 유지되면 제상운전을 개시한다.(제상운전 시작단계)

그 다음에는, 제상운전 신호를 실내기부(IU)에 발송하여 압축기(C) 운전 주파수를 30Hz로 최소화한 후, 사방향 밸브(FWV)를 제상상태로 절환하고, 실외기 팬을 정지시킨 후, 난방 운전중이던 상기 실내기부(IU)의 전자 팽창밸브(LEV)를 완전 개방시키며, 제상운전 주파수(65Hz)로 변경하여 압축기(C)의 운전을 실행하게 되므로써, 히트펌프내의 냉매는 역순환이 이루어져 실외기(O)에 착상된 서리를 녹여주게 된다.(제상운전 실행단계)

또한, 제상운전시간(TI)이 10분 이상 지속되거나, 또는 실외기(O) 입구의 냉매 배관온도(TH₃)가 10이상이면, 제상운전을 종료한 후 난방운전 상태로 절환되면서 정상 작동을 시작하게 된다.(제상운전 종료단계)

이러한 제상운전시의 냉매 순환과정은 다음과 같다. 즉, 압축기(C)에서 토출된 고온 고압의 가스냉매를 윤활유 분리기(S)와 사방향 밸브(FWV)를 통해 실외기(O)에 유입되고, 이 고온 고압의 가스냉매가 실외기(O) 표면에 맺힌 서리를 녹인 후 과냉고압의 액체냉매로 상기 실외기(O)를 빠져나와 전자 팽창밸브(LEV)를 통과하게 되며, 상기 전자 팽창밸브(LEV)를 통해 감압된 저온 저압의 저건성 액체냉매는 실내기(I)에 유입되어 실내공기와 열교환을 한 후, 저온의 과열가스가 되어 상기 사방향 밸브(FWV)와 어큐뮬레이터(A)를 통해 상기 압축기(C)로 재유입되는 순환계를 이룬다.

본 발명에 의하면 제상운전중에는 냉매가 실외기(O) 부분에 고온의 가스영역으로만 존재하게 되므로, 제상운전 시간을 단축할 수 있고, 또한 실내기(I) 부분에서도 높은 온도의 과열 냉매만이 존재하게 되어 사용자가 불편함을 느끼지 않도록 설계되어 있다.

이는 실외기(O) 팬을 정지시키는 단계가 마련되므로써 가능한 것이며, 제4도의 P-H(압력-엔탈피) 선도를 대비 분석해 보면 쉽게 알 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 상기의 각 데이터, 즉, 운전 주파수와 운전 적산시간(TL)(TI) 및 사방향 밸브(FWV) 개폐정도 등은 변형이 가능함을 밝혀둔다.

또한, 본 발명에서는 실내기부(IU)는 3개의 실내기(I)를 적용하였으나, 상기 실내기(I)의 갯수도 증감이 가능하다.

상기와 같은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는 다음과 같다.

본 발명에 따른 멀티 히트펌프의 제상방법 및 그 장치에 의하면, 사방향 밸브(FWV)를 난방상태에서 제상상태로 절환하기 전에 압축기(C)의 운전 주파수를 최소화하므로써, 압력차가 감소하게 되어 사방향 밸브(FWV)의 성능 향상을 꾀할 수 있고, 제상운전 시작단계에 있어서는 실외기 배관온도(TH₃)가 일정치 이하에서의 연속시간 개념을 도입하므로써, 상기 실외기 배관온도(TH₃)가 잘못 입력되더라도 이에 대처할 수 있도록 하였으며, 제상운전 종료단계에 있어서는 제상운전 시간과 더불어 배관온도 조건이 추가되므로써, 제상운전의 효율성을 높일 수 있는 발명인 것이다.

Claims

압축기 운전 적산시간이 일정치 이상이고, 실외기 배관온도가 소정 시간동안 일정치 이하를 유지할 경우 제상운전을 개시하는 제상운전 시작단계와; 제상운전 신호를 실내기부에 발송하여 압축기 운전 주파수를 최소화한 후, 사방향 밸브를 제상상태로 절환하고, 실외기 팬을 정지시킨 후, 난방 운전중이던 상기 실내기부의 전자 팽창밸브를 완전 개방시키며, 제상운전 주파수로 변경하여 압축기의 운전을 실행하는 제상운전 실행단계와; 제상운전이 소정시간 이상 지속되거나, 또는 실외기 입구의 냉매 배관온도가 일정치 이상이면, 제상운전을 종료한 후 난방운전 상태로 절환되는 제상운전 종료단계로 구성된 멀티 히트펌프의 제상방법.
제1항에 있어서, 상기 압축기의 난방운전 적산시간은 50분 이상이고, 상기 실외기 배관온도는 -4이하이며, 상기 압축기의 연속운전 시간은 10분 이상일 때 제상운전이 시작됨을 특징으로 하는 멀티 히트펌프의 제상방법.
제1항에 있어서, 상기 압축기의 운전 주파수는 30Hz이고, 상기 제상운전 주파수는 65Hz임을 특징으로 하는 멀티 히트펌프의 제상방법.
제1항에 있어서, 상기 제상 운전시간이 10분 이상이거나, 또는 상기 실외기 입구의 냉매 배관온도가 10이상일 때 제상운전을 종료함을 특징으로 하는 멀티 히트펌프의 제상방법.
주파수 조절에 의한 용량제어가 가능한 인버터형 압축기와, 상기 압축기에 의해 토출되는 냉매로부터 윤활유를 분리시켜 단시간내에 그 윤활유를 상기 압축기로 복귀시켜주는 윤활유 분리기와, 상황에 따라 냉매의 유동방향을 절환시켜주는 사방향 밸브와, 상기 윤활유 분리기와 사방향 밸브 사이에 부착된 압력센서와, 냉매가 유출입되면서 열교환을 이루는 다수의 실내기와, 상기 각 실내기의 출구와 입구 및 실내기내에 각각 부착되어 각부의 온도를 감지하기 위한 온도센서와, 상기 실내기로부터 유출된 냉매의 압력을 강하(팽창)시켜 저온 저압의 액체냉매로 변화시키는 전자 팽창밸브와, 상기 전자 팽창밸브를 통해 배출된 저온 저압의 냉매가 유출입되면서 열교환을 이루는 실외기와, 상기 실외기의 입구 및 실외기내에 각각 부착되어 각부의 온도를 감지하기 위한 온도센서와, 미 기화된 액체냉매가 상기 압축기로 유입되지 않도록 차단시켜주는 어큐뮬레이터와, 냉방운전시 상기 어큐뮬레이터의 증발온도를 감지하기 위한 증발온도 감지센서로 구성된 멀티 히트펌프의 제상장치.