KR100289171B1 - 열 펌프 시스템에서 보충 가열을 제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 실내 코일에 의해 공급되는 열을 초기화시키기 위한 제1 설정점 및 보충 가열 수단에 의해 공급되는 추가 열을 초기화시키기 위한 제2 설정점을 갖는 실내 온도 조절 장치를 포함하는 종류인 열 펌프 시스템의 실내 코일로부터 공기 공급 덕트로 통과하는 공기 유동에 추가되는 보충 가열을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보충 가열 요소는 실내 코일로부터 공기 공급 덕트로 통과하는 공기를 가열시키기 위하여 출력 조절 가열 수단을 포함한다. 실내 코일에 의해 가열된 공기 유동의 코일 방출 온도는 실내 코일과 추가 가열 수단 사이의 위치에서 결정된다. 출력 조절 가열 요소는 실내 온도 조절 장치의 제2 설정점에 관계없이, 코일 방출 온도에 응답하여 선택적으로 통전된다.

Description

열 펌프 시스템에서 보충 가열을 제어하는 방법 및 장치{Method and apparatus for controlling supplemental heat in a heat pump system}

본 발명은, 제어 가능한 가열 요소가 공급 공기를 가열하기 위해 실내 팬 코일과 조합하여 사용되고, 또한 실내 온도 조절 장치에서 감지된 온도에 실질적으로 관계없이 실내 팬 코일을 떠나는 공기의 온도에 주로 근거하여 제어되는, 열 펌프에서 보충 가열을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 실내 팬 코일을 떠나는 공기의 온도는 직접 감지되거나 또는 감지된 외부 대기 온도에 근거하여 예측될 수 있다.

열 펌프 시스템은 압축기에 의한 냉매의 압축이 냉매의 온도를 상승시키는 순환 루프(loop)의 비교적 고온 측면으로부터 냉매가 팽창하도록 허용되어 온도 강하를 야기하는 루프의 비교적 저온 측면까지 열 에너지를 운반하는 냉매를 사용한다. 열 에너지는 냉매와 실내 및 실외 공기 간의 각각의 온도 차이로 인해 루프의 한 측면 상의 냉매에 추가되고 다른 측면 상의 냉매로부터 추출되어서, 실외 공기를 열 에너지 공급원으로 사용한다.

주거용 가열 및 냉각에 사용되는 열 펌프는, 실내 열 교환기가 가열을 위해 냉매 순환 루프의 고온 측면 상에 있고 냉각을 위해 저온 측면 상에 있도록, 적당한 밸브 및 제어 장치가 냉매를 실내 및 실외 열 교환기를 통해서 선택적으로 향하게 한다는 점에서 양방향형이다. 순환 팬은 실내 열 교환기의 실내 공기를 덕트를 통과시켜 실내 공간에 이르게 한다. 복귀 덕트는 실내 공간으로부터 공기를 추출하여 이 공기를 실내 열 교환기로 복귀시킨다. 또한, 팬은 실외 열 교환기 상으로 대기를 통과시켜 열을 실외로 방출하거나 또는 이로부터 확보 가능한 열을 추출한다.

이러한 형태의 열 펌프 시스템은 각각의 열 교환기에서 냉매와 공기 간에 적절한 온도 차이가 있을 때에만 작동하여 열 에너지의 전달을 유지시킬 수 있다. 가열에 있어서, 열 펌프 시스템은 공기와 냉매 간의 온도 차이가, 확보 가능한 열 에너지가 압축기와 각각의 팬을 작동시키는 데 필요한 전기 에너지보다 더 클 정도이면 효율적이다. 일반적으로, 이러한 온도 차이는 더운 날에도 효과적인 냉각에 충분하다. 그러나, 실외 공기 온도가 약 -3.89。C (25。F) 이하일 때의 가열에 있어서, 열 펌프 시스템은 이 구조체로부터 실외로의 열의 대류, 전도 및 복사로 인한 공간으로부터의 열 손실을 상쇄하는 데 충분한 열을 실외 공기로부터 추출할 수 없다.

열 펌프가 구조체에 충분한 열을 제공할 수 없으면(즉, 실외 온도가 건물 부하와 열 펌프 용량 간의 균형점 이하이면), 보충 가열 요소는 원하는 실내 공기 온도를 유지시키는 데 필요한 추가 열을 공급하기 위해 실내 열 교환기/코일로부터 하류의 공급 공기 덕트에 구비된다. 보충 가열 작동은 통상 실내 온도 조절 장치에 의해 제어되며, 이에 의해 사용자는 가열 시스템의 작동에 의해 공간 내에서 유지하고자 원하는 온도를 설정한다.

종래의 열 펌프 제어 시스템은 2단계 가열/1단계 냉각 실내 온도 조절 장치를 사용한다. 온도 조절 장치로부터의 제1 가열 요구 시에, 열 펌프 압축기 및 팬은 실외의 열을 추출하여 이 열을 실내로 방출하도록 작동된다. 열 펌프는 실내 온도가 온도 조절 장치의 설정점(즉, 제1 설정점)에 도달할 때까지 구조체에 공기를 공급[통상 약 26.67。C (80。F)로]한 다음 작동되지 않는다. 실외 온도가 강하할 때 발생하는 구조체의 열 손실이 열 펌프의 용량보다 더 크다면, 실내 공기 온도는 열 펌프에 의해 원하는 온도까지 상승될 수 없다. 그래서, 실내 온도는 계속 강하된다.

실내 온도 조절 장치는 제1 절환 수단이 작동되는 요구 온도보다 약간 더 낮은 온도에서 작동되는 제2 절환 수단을 구비한다. 통상적으로, 실내 온도가 온도 조절 장치에 의해 한정된 제2 설정점까지 내려가면, 보충 가열 요소에 전력이 공급된다. 보충 가열 요소는 실내 온도를 제2 설정점 온도까지 상승시키는 데 필요한 추가 열을 공급[통상 공급 공기는 약 51.67。C (125。F)임]하며, 이후에는 열 펌프는 제1 설정점 온도에 도달할 때까지 구조체에 열을 공급하도록 단독으로 작동한다.

그러나, 미국 특허 제5,367,601호에서 설명된 바와 같이, 종래의 2단계 가열 제어는 열 펌프 시스템에 의해 구조체 내로 방출된 공급 공기의 온도에 큰 변동을 야기한다. 이러한 큰 온도 변동(예를 들어, 26.67。C 내지 51.67。C (80。F 내지 125。F)은 사용자를 불편하게 하고 열 펌프 시스템에 악영향을 미친다. 사용자 편리성을 향상시키기 위한 시도로서, '601호 특허는 공급 공기의 온도를 감지한 다음 보충 가열의 온/오프(on/off) 상태를 연속적으로 제어함으로써 보충 가열의 작동에 대하여 더 정밀한 제어를 제공하는 제어 시스템을 제안하고 있다. 이러한 제안은 공급 공기 온도를 소정의 수준으로 유지시키는 방향으로 발전했으나, 적어도 2개의 심각한 결점을 갖는다.

첫째, 보충 가열은 실내 온도 조절 장치로부터의 제2 가열 요구가 있을 때에만 사용된다. 이것은 보충 가열이 제1 단계 가열 중에 가해지지 않기 때문에 공기 공급 온도를 일정한 소정의 수준으로 유지시키기가 곤란하다.

둘째, 온도 센서는 열 펌프를 설치하는 기술자에 의해서 건물 덕트 작업 중에 공기 공급 덕트 내에 위치되어야 한다. 센서의 위치 변동은 온도 감지 정확도의 변동을 야기하고, 이것은 또한 제어기에 의한 보충 가열의 제어 오류를 야기한다.

미국 특허 제4,141,408호도 또한 열 펌프 시스템에서 보충 가열 요소를 제어하는 제어 수단을 개시하고 있다. 이 특허는 실내 코일을 떠나는 공기의 온도를 측정하기 위해서 실내 코일에 위치된 센서를 사용하는 것을 제안하고 있다. 센서는 1개 또는 2개의 출력 고정 가열 요소를 작동시키도록 접속하는 릴레이(relay)에 연결된다. 이 시스템은 제1 단계 가열 중에 보충 가열 요소를 작동시키는 수단이 없으므로 공기 공급 온도의 큰 변동을 방지할 수 없다. 또한, 가열 요소가 센서에 의해 감지된 온도에 반응하여 단순히 가동 및 정지된다는 점에서 가열 요소의 작동을 정밀하게 제어하는 수단이 없다.

미국 특허 제5,332,028호도 또한 열 펌프가 제상(defrost) 모드에서 작동하는 중에 '냉풍' 상태를 회피하기 위하여 제상 작동 기간 중에 공급 공기에 보충 가열을 인가하는 열 펌프 시스템을 개시하고 있다. 이 특허는 제상 중에 감지된 공급 공기의 온도에 반응하여 보충 가열 요소를 가동시키고, 제상 중에 공급 공기의 온도 수준을 충분한 수준으로 유지시키는 것이 필요한 단계에서 반응적으로 추가 가열을 인가하는 것을 제안하고 있다. 그러나, 이 시스템도 또한 공기 공급 온도 센서를 설치하는 설치 기술자를 필요로 하므로 전술한 것과 동일한 결점을 갖는다. 또한, 전술한 공기 공급 온도의 큰 변동을 회피하도록 보충 가열 요소를 정밀하게 제어하는 수단이 없다. 더욱이, 보충 가열 요소는 항상 일정한 공기 공급 온도를 보장하기 위해서 제1 단계 가열 중에 작동되지 않는다.

따라서, 본 발명의 목적은 보충 가열 요소의 정밀한 제어를 제공함과 동시에 실내 코일의 하류의 온도 센서의 위치에 대한 설치 오류의 가능성을 제거함으로써 열 펌프 시스템으로부터 방출되는 공급 공기의 온도를 실질적으로 일정한 수준으로 유지시키는 것이다.

도1은 본 발명이 합체된 열 펌프 시스템의 실내 코일 부분의 사시도.

도2는 본 발명이 합체된 열 펌프 시스템의 전기 가열 모듈부의 사시도.

도3은 실외 온도 및 공급 공기 온도에 대한 열 펌프 용량과 건물 부하 요구량을 도시한 선도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 열 펌프 시스템

11 : 실내 코일부

12 : 복귀 공기 플리넘

13 : 공급 공기 플리넘

14 : 송풍기 모터 조립체

16 : 실내 코일

17 : 전기 가열 모듈

18 : 제어기

19 : 서미스터

21, 31 : 리드선

22 : 압축기

23 : 4방 밸브

24 : 실외 코일

26 : 팬

27, 28 : 팽창 밸브

29 : 가열 요소

본 발명은 열 펌프 시스템의 실내 코일로부터 공기 공급 덕트로 통과하는 공기에 공급되는 보충 가열의 정밀한 제어를 제공함으로써 열 펌프 시스템 내에 실질적으로 일정한 공급 공기 온도를 유지시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 열 펌프 시스템은 실내 코일에 의해 공급되는 열을 초기화시키기 위한 제1 설정점 및 보충 가열 수단에 의해 공급되는 추가 열을 초기화시키기 위한 제2 설정점을 갖는 실내 온도 조절 장치를 포함하는 형태이다. 상기 방법은 실내 코일로부터 공기 공급 덕트로 통과하는 공기를 가열시키기 위하여 실내 팬 코일의 하류에 보충 가열 수단을 구비하는 단계를 포함한다. 마이크로 프로세서에 의한 제어기는 실내 코일과 출력 조절 가열 요소 사이의 위치에서 실내 코일에 의해 가열된 공기 유동의 코일 방출 온도와 실외 공기 온도 중의 하나를 감지한 다음, 실내 온도 조절 장치의 제2 설정점에 관계없이, 감지된 온도에 응답하여 출력 조절 가열 요소에 선택적으로 통전시킨다. 출력 조절 가열 요소만이 공기 공급 온도를 소정의 기본 온도로 유지시키기 위하여 실내 코일을 보조한다면, 하나 이상의 출력 고정 가열 요소도 사용될 수 있다.

본 발명은 공기 공급 온도를 소정의 기본 온도, 즉 40.55。C (105。F)로 유지시키기 위해서는 열 펌프 시스템이 제1 단계에서만(즉, 실내 온도 조절 장치로부터의 제1 요구에 응답하여) 작동할 때 공급 공기에 보충 가열을 추가시키는 것이 종종 필요하게 된다는 본 발명자의 인식에서 비롯된다. 또한, 본 발명자는, 출력 고정 가열 요소의 사용이, 열 펌프 작동의 단계 중에 사용된다고 하더라고, 공급 공기에 너무 많은 열을 공급하여 종래 시스템에서 겪은 큰 온도 변동 문제를 야기한다는 것을 인식하였다.

본 발명은 열 펌프 작동의 제1 단계 중에 실내 코일과 조합하여 출력 조절 가열 요소를 사용함으로써 이 문제를 극복한다. 출력 조절 가열 요소는, 출력 조절 가열 요소가 통전되기 전에 온도 조절 장치로부터 보충 가열에 대한 요구가 필요 없다는 점에서 실내 온도 조절 장치의 제2 설정점에 관계없이 통전된다. 이러한 방식으로, 출력 조절 가열 요소는 공급 공기를 실질적으로 일정한 소정의 기본 온도[예를 들어, 40.55。C (105。F)]로 유지시키기 위하여 실내 코일에 의해 공급되는 제1 단계 가열에 따라 통전될 수 있다. 출력 조절 가열 요소에 대한 요구가 출력 성능을 초과한다면, 출력 고정 가열 요소도 또한 건물 부하를 충족시키기 위하여 동시에 통전될 수 있다. 부하가 온도 조절 장치의 보충 가열 요구를 초래한다면, 출력 조절 가열 요소의 작동은 필요하다면 최대 전력이 온도 조절 장치로부터의 제2 요구를 충족시키는 데 필요한 만큼 보충 가열 요소(출력 조절 가열 요소를 포함함)에 공급될 수 있도록 설계될 수 있다.

또한, 본 발명은 실내 공기 코일의 하류 측에 위치된 공장 설치식 센서(factory-installed sensor)를 사용함으로써, 또는 다르게는 실외 센서를 사용함으로써 전술한 센서 설치 문제점들을 극복할 수 있다. 어느 경우에도, 가열될 건물의 공기 공급 덕트 작업에서 설치자가 센서를 정확한 위치에 설치할 필요가 없으므로 열 펌프 시스템으로 적용될 측정 오류가 없다.

본 발명의 상기 및 다른 목적은 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면과 조합하여 이하의 상세한 설명을 참조하면 보다 잘 이해하게 될 것이다.

도1을 참조하면, 본 발명은 복귀 공기 플리넘(plenum, 12), 공급 공기 플리넘(13), 및 공기를 복귀 공기 플리넘(12) 내로 흡입시켜 공급 공기 플리넘(13)에 의해 조절될 공간으로 다시 공급하는 송풍기 모터 조립체(14)를 구비한 실내 코일부(11)로 합체된 열 펌프 시스템(10)으로 도시되어 있다. 실내 코일(16)은 열 펌프 시스템 내에 배치되며, 냉매가 열 펌프 시스템을 통해서 순환됨에 따라 실내 코일(16)을 통과하는 공기를 냉각 및 가열하기 위해서 실내 코일(16)을 통해서 순환되는 냉매를 갖는다. 실내 코일(16)은 냉각 모드에서 실내 공기로부터 열을 제거하기 위한 증발기로서 작용하며, 가열 모드에서 실내 공기로 열을 제공하기 위한 응축기로서 작용한다. 제상 모드 중에, 열 펌프 시스템은 제상을 용이하게 하도록 냉매에 의해 열이 실내 공기로부터 실외 코일로 전달되게 하기 위하여 가열 모드로부터 냉각 모드로 절환한다.

전기 가열 모듈(17)은 송풍기 모터 조립체(14)의 바로 하류에 구비된다. 통상 전기 가열 모듈(17) 내의 전기 저항 가열 요소는 낮은[예를 들어, 0。C (32。F)보다 낮음) 실외 온도 상태 중에 열 펌프를 보충하기 위하여 통전된다. 이 모듈도 또한 제상 모드 중에 실외 코일의 제상을 위해 열이 복귀 공기로부터 제거되면서 조절 공간으로 공급되는 공기를 가열시키도록 사용된다. 본 발명에 의하면, 이 모듈은 열 펌프 작동의 제1 단계(예를 들어, 통상적으로 실내 코일이 가열된 공급 공기를 제공하기 위해 단독으로 작용할 때) 중에도 작동된다. 본 발명의 이러한 태양을 이하에 보다 상세하게 설명하기로 한다.

마이크로 프로세서에 의한 제어기(18)는 서미스터(thermistor) 등의 온도 센서(19)와 실내 온도 조절 장치(도시되지 않음)로부터 수신한 신호에 응답하여 전체 열 펌프 시스템을 제어하도록 구비된다. 서미스터(19)는 실내 코일을 떠나는 공기의 온도를 감지하도록 기능한다. 또한, 서미스터(19)는 실외 공기의 온도를 감지하는 데에도 사용될 수 있으며, 이 2 가지 경우 모두에서 온도 신호는 열 펌프의 작동 중에 리드선(21)에 의해 제어기(18)에 제공된다.

실내 코일(16)은 압축기(22), 4방 밸브(23), 팬(26)을 갖춘 실외 코일(24), 및 팽창 밸브(27, 28)를 포함하는 표준 폐쇄형 루프 냉매 회로에 연결된다. 4방 밸브(23)는, 팽창 밸브(28)가 실내 코일(16)로의 유동을 측정하도록 기능하거나 또는 팽창 밸브(27)가 실외 코일(24)로의 냉매 유동을 측정하도록 기능하면서, 각각의 냉각, 가열, 또는 제상 모드에서 기능하도록 제어기(18)에 의해 선택적으로 작동된다. 제어기(18)는 압축기(22)와 팬(26)도 선택적으로 작동시키도록 적용될 수 있다.

전기 가열 모듈(17)은 제어기(18)에 의해 제어되는 릴레이(도시되지 않음)에 의해 한 쌍의 전력 리드선(31)에 연결된 다수개의 전기 저항 가열 요소(29)를 포함하는 것으로 도2에 보다 상세하게 도시되어 있다. 가열 요소(29)는 공급 공기 플리넘(13) 내로 후방으로 연장되며, 도시된 바와 같이 다수개의 지지 로드(32)에 의해 수직으로 지지된다. 가열 요소의 각각은 정격 전력이 5kW인 것이 바람직하지만, 다른 정격 전력의 가열 요소도 사용될 수 있다. 가열 요소들 중 하나는 0 kW에서 5kW까지 100W 씩의 낮은 증가량으로 조절 가능하다. 양호하게는 3개까지의 나머지 가열 요소들은 동일한 출력 정격 수준에 모두 고정되는 것이 바람직하다. 도2는 2개의 가열 요소의 구성을 도시한다.

도3은 실외 온도 대 공기 공급 온도의 선도를 도시하며, 열 펌프 용량(열 펌프 시스템 자체의 변수에 의해 결정됨)을 나타내는 그래프 선 HPC와 건물 가열 요구량(건물 부하)을 나타내는 그래프 선 BL을 포함한다. 도3은 실외 온도가 감소함에 따라 열 펌프 용량 및 건물 부하 모두가 실질적으로 선형으로 감소 및 증가하는 것을 도시한다. 균형점은 2개의 선이 교차하는 점이다. 종래에, 열 펌프 시스템의 제1 단계는 통상 균형점 이상의 실외 온도에서 부하의 부족을 채우는 데 사용되는 반면에, 제2 단계 가열(보충 가열)은 균형점 이하의 실외 온도에서 열 펌프 시스템의 공기 공급에 추가된다. 도3에 선도로 도시된 열 펌프 시스템의 균형점은 약 1.11。C (34。F) 이다.

기본 공기 공급 온도(도3에서 수평의 BT선), 즉 40.55。C (105。F)를 유지시키기 위해, 본 발명은 이하의 수식에 근거하여 출력 조절 가열 요소에 공급되는 전력을 선택적으로 제어한다.

kW = 상수 × CFM × (T2 - T1)

여기에서, T2는 목표 기본 공급 공기 온도(BT)이고,

T1은 실내 코일을 떠나는 공기의 온도이고,

CFM은 열 펌프 시스템을 통과하는 공기 유동(이것은 몇몇 팬 모델에 대해 알려져 있으며 다른 팬 모델에 대해 근사 추정됨).

(상수는 단순히 여러 유닛 사이의 조정을 보장한다.) T1이 실내 코일의 출력부에서 감지되면, 이 판독은 상기 수식에 직접 사용된다. 그러나, 실외 온도를 감지하면, T1은 도3에 도시된 선도로부터의 추정에 의해 예측된다. 이것은 공지의 룩업(look up) 기술을 사용하여 제어기(18) 내에서 전체적으로 행해질 수 있다.

본 발명에 의하면, 도3에서 제어기는 센서(19)의 온도 판독(T1)을 주기적으로 요구한다. 다음, 제어기는 출력 조절 가열 요소에 의해 공급되어야 하는 전력량(kW)을 계산한다. 제1 단계 가열을 위한 실내 온도 조절 장치로부터의 요구가 있다면, T1은 T2와 동일하지만, 열 펌프(HP) 시스템은 도3의 선도의 HP만의 구간에 의해 도시된 바와 같이, 제1 단계 가열만으로 사이클을 이룰 것이다. 그러나, T1이 T2보다 작다면, 제어기는 출력 조절 가열 요소에 공급될 전력량을 상기 수식을 사용하여 계산한 다음, 출력 조절 가열 요소에 공급되는 전력을 반도체식 릴레이를 사용하여 제어할 것이다.

출력 조절 가열 요소에 전력을 공급하는 바람직한 방법을 예로써 설명하기로 한다. 즉, 출력 조절 가열 요소에 대하여 계산된 전력 필요량은 2kW이고, 출력 조절 가열 요소의 정격 최대 전력은 5kW이다. 이것은 출력 조절 가열 요소의 최대 전력의 40%가 T1을 기본 온도[T2(BT)]까지 상승시키는 데 필요함을 의미한다. 전력은 고정된 개수의 라인 사이클(line cycle), 즉 예를 들어 100 라인 사이클에 걸쳐 출력 조절 가열 요소에 공급된다. 40%의 전력이 출력 조절 가열 요소에 대하여 필요하다는 것이 계산되면, 전력은 출력 조절 가열 요소에서 40 라인 사이클에 대해 스위치 온(switch on)되고 60 라인 사이클에 대해서는 스위치 오프(switch off)될 것이다. 이것은 출력 조절 가열 요소로부터 필요한 2kW 출력을 발생시킨다. 출력 조절 가열 요소로의 전력의 이러한 주기적 인가는 제어기가 T1이 T2보다 작다는 것을 [센서(19)에 의해] 감지하는 한 연속적으로 반복된다.

양호하게는, 출력 조절 가열 요소로의 전력은 공기 공급 온도를 정밀하게 제어하기 위하여 점증적으로, 즉 최대 전력의 2% 씩의 낮은 증가량으로 변화된다. 따라서, 40%의 전력이 T1이 감지되는 초기에 요구된다면, T1은 다음의 판독 사이클에서 감소되었지만 제어기가 45%의 전력(즉, 2.25kW)이 T1을 T2까지 상승시키는 데 필요하다는 것을 계산하므로, 출력 조절 가열 요소로의 전력은 T1이 T2로 될 때까지 약 5% 씩 증가된다(즉, 45 및 55 라인 사이클의 각각에 대하여 연속적으로 온 및 오프된다). 2%의 증가량이 본 발명을 사용하여 실현될 수 있지만, 최대 전력의 5%의 증가량은 T1의 변동을 처리하는 데 필요한 정도로 될 것이다.

계산된 전력이 출력 조절 가열 요소(예를 들어, 5kW)의 정격 출력을 초과하면, 추가의 출력 고정 가열 요소들(예를 들어, 각각 5kW) 중의 하나는 제어기에 의해 통전된 다음, 출력 조절 가열 요소로의 전력은 5kW를 초과하는 전력 요구를 충족시키기 위하여 연속적으로 변화될 것이다.

출력 조절 가열 요소는 반도체식 릴레이에 의해 스위치 온 및 오프되는 것이 바람직하며, 나머지 요소는 전자 기계식 릴레이를 사용하여 스위치 온 및 오프된다. 반도체식 릴레이는 제어기(18) 내에 합체된 릴레이 구동 회로에 의해 구동된다. 반도체식 릴레이는 라인 사이클이 0 볼트로 교차할 때에만 출력 조절 가열 요소를 스위치 온 및 오프시키는 0 교차 회로를 갖는다. 그래서, 1/2 라인 사이클의 온/오프 지연은 2 라인 사이클로의 가열 요소에 대한 시간을 최소로 제한한다. 정격 5kW 및 100 라인 사이클 기본 시간에서 작동하는 가열 요소의 경우에, 따라서 최저 전력 출력은 100W가 될 것이다.

열 펌프 용량 선에 평행한 도3의 부분 선(F1, F2, F3)들은 5kW 고정 가열 요소에 통전시킨 효과를 나타낸다. 삼각형의 빗금친 부분(R1)은 전술한 바와 같이 출력 조절 가열 요소에 통전시킨 결과 증가된 용량을 나타낸다. 삼각형의 빗금친 부분(R2)은 제1 추가의 5kW 고정 가열 요소에 제어기에 의해 통전되면서 출력 조절 가열 요소에 통전시킨 결과 증가된 용량을 나타낸다. 이들 부분(R1, R2)은 BT 온도 선[도3에서 40.55。C (105。F)]에 의해 한정된다. BT선과 BL선과 HPC선과의 교차 부분은 출력 조절 가열 요소[부분(R1)], 및 필요하다면, 추가의 출력 고정 가열 요소[부분(R2)] 중의 일부가 실내 코일에 의해 공급되는 제1 단계 가열로 주기적으로 통전되는 실외 온도 범위를 나타낸다. BT선과 BL선의 교차점의 좌측에서, 열 펌프 용량이 너무 낮으므로 열 펌프 시스템은 건물의 부하 요구를 충족시키기 위하여 실내 코일을 연속적으로 가동시키고 다수개의 가열 요소[빗금친 부분(R3, R4, R5)으로 도시된 출력 조절 가열 요소를 포함함]를 순환시킨다.

본 발명에 의하면, 공기 공급 온도는 추가의 출력 고정 가열 요소와 조합하여 출력 조절 가열 요소의 사용에 의해 제1 및 제2 단계 가열 중에 모두 실질적으로 일정한 온도로 유지될 수 있다.

또한, 설치자에 의한 오류 가능성은 실내 코일의 하류 측의 공장 설치식 온도 센서 또는 규격품의 실외 온도 센서를 사용함으로써 회피될 수 있다.

상술한 본원 발명의 열 펌프 시스템에서 보충 가열을 제어하는 방법 및 장치에 의하면, 보충 가열 요소의 정밀한 제어를 제공함과 동시에 실내 코일의 하류의 온도 센서의 위치에 대한 설치 오류의 가능성을 제거함으로써 열 펌프 시스템으로부터 방출되는 공급 공기의 온도를 실질적으로 일정한 수준으로 유지시킨다.

Claims (17)

1. 실내 코일에 의해 공급되는 열을 초기화시키기 위한 제1 설정점 및 보충 가열 수단에 의해 공급되는 추가 열을 초기화시키기 위한 제2 설정점을 갖는 실내 온도 조절 장치를 포함하는 종류인 열 펌프 시스템의 실내 코일로부터 공기 공급 덕트로 통과하는 공기 유동에 공급되는 보충 가열을 제어하는 방법에 있어서,

   실내 코일로부터 공기 공급 덕트로 통과하는 공기를 가열시키기 위하여 실내 코일의 하류에 보충 가열 수단을 구비하는 단계-상기 보충 가열 수단은 출력 조절 가열 요소를 포함함-와,

   실내 코일과 출력 조절 가열 요소 사이의 위치에서 실내 코일에 의해 가열된 공기 유동의 코일 방출 온도를 결정하는 단계와,

   실내 온도 조절 장치의 제2 설정점에 관계없이, 코일 방출 온도에 응답하여 출력 조절 가열 요소가 선택적으로 통전되는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 보충 가열 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 코일 방출 온도는 실내 코일과 출력 조절 가열 요소 사이에 위치된 온도 감지 수단에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 보충 가열 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 코일 방출 온도는 실외 온도 감지 수단으로부터의 판독에 근거한 예측에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 보충 가열 제어 방법.
4. 제1항에 있어서, 출력 조절 가열 요소는 코일 방출 온도가 공급 공기에 대한 소정의 기본 온도 이하로 감소되면 통전되는 것을 특징으로 하는 보충 가열 제어 방법.
5. 제4항에 있어서, 코일 방출 온도에 근거하여 출력 조절 가열 요소에 공급될 전력량을 계산하는 단계와, 공기 공급 온도를 기본 온도까지 상승시키기 위해 출력 조절 가열 요소가 선택적으로 통전되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보충 가열 제어 방법.
6. 제5항에 있어서, 출력 조절 가열 요소는 최대 출력을 가지며, 출력 조절 가열 요소에 공급될 전력량은 최대량의 제1 비율로서 계산되며, 전력은 제1 비율과 크기가 동일한 시간 기준 비율로 출력 조절 가열 요소에 주기적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 보충 가열 제어 방법.
7. 제5항에 있어서, 출력 조절 가열 요소는 최대 출력을 가지며, 출력 조절 가열 요소에 공급될 전력량은 계산 단계 중에 계산된 전력량에 근거하여 점증적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 보충 가열 제어 방법.
8. 제5항에 있어서, 보충 가열 수단은 계산 단계 중에 계산된 전력량이 소정의 수준을 초과하면 출력 조절 가열 요소 외에도 통전되는 적어도 하나의 출력 고정 가열 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보충 가열 제어 방법.
9. 열 펌프 시스템에 있어서,

   팬을 합체한 실외 및 실내 열 교환기 코일과,

   압축기와,

   팽창 장치와,

   가열, 냉각, 및 제상 작동 모드 사이에서 선택하기 위해 냉매의 유동을 역류시키는 수단과,

   실내 코일로부터 공기 공급 덕트로 통과하는 공기 유동을 가열하는 보충 가열 수단-상기 보충 가열 수단은 출력 조절 가열 요소를 포함함-과,

   실내 코일에 의해 공급되는 열을 초기화시키기 위한 제1 설정점과 보충 가열 수단에 의해 공급되는 추가 열을 초기화시키기 위한 제2 설정점을 갖는 실내 온도 조절 장치와,

   실내 코일과 보충 가열 수단 사이의 위치에서 실내 코일에 의해 가열된 공기 유동의 코일 방출 온도를 결정하는 수단과,

   실내 온도 조절 장치의 제2 설정점에 관계없이, 코일 방출 온도에 응답하여 출력 조절 가열 요소에 선택적으로 통전시키는 제어 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 펌프 시스템.
10. 제9항에 있어서, 코일 방출 온도를 결정하는 상기 수단은 실내 코일과 출력 조절 가열 요소 사이에 위치된 온도 감지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 펌프 시스템.
11. 제9항에 있어서, 코일 방출 온도를 결정하는 상기 수단은 실외 온도 감지 수단을 포함하며, 코일 방출 온도는 실외 온도 감지 수단으로부터의 판독에 근거하여 예측되는 것을 특징으로 하는 열 펌프 시스템.
12. 제9항에 있어서, 상기 출력 조절 가열 요소는 코일 방출 온도가 공급 공기에 대한 소정의 기본 온도 이하로 감소되면 통전되는 것을 특징으로 하는 열 펌프 시스템.
13. 제12항에 있어서, 코일 방출 온도에 근거한 출력 조절 가열 요소에 공급될 전력량을 계산하는 수단을 더 포함하고, 상기 제어 수단은 공기 공급 온도를 기본 온도까지 상승시키기 위해 상기 출력 조절 가열 요소에 선택적으로 통전시키는 것을 특징으로 하는 열 펌프 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 출력 조절 가열 요소는 최대 출력을 가지며, 상기 계산 수단은 상기 출력 조절 가열 요소에 공급될 전력량을 최대량의 제1 비율로서 계산하며, 상기 제어 수단은 제1 비율과 크기가 동일한 시간 기준 비율로 상기 출력 조절 가열 요소에 전력을 주기적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 열 펌프 시스템.
15. 제13항에 있어서, 상기 출력 조절 가열 요소는 최대 출력을 가지며, 상기 제어 수단은 상기 계산 수단에 의해 계산된 전력량에 근거하여 상기 출력 조절 가열 요소에 공급되는 전력량을 점증적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 열 펌프 시스템.
16. 제13항에 있어서, 상기 보충 가열 수단은 적어도 하나의 출력 고정 가열 요소를 더 포함하며, 상기 제어 수단은 상기 계산 수단에 의해 계산된 전력량이 소정의 수준을 초과하면 상기 출력 조절 가열 요소 외에도 상기 출력 고정 가열 요소에 통전시키는 것을 특징으로 하는 열 펌프 시스템.
17. 제10항에 있어서, 상기 온도 감지 수단은 상기 실내 코일과 합체된 상기 팬에 인접하게 위치된 서미스터인 것을 특징으로 하는 열 펌프 시스템.