KR100332764B1

KR100332764B1 - 인버터 열펌프의 기동 알고리즘

Info

Publication number: KR100332764B1
Application number: KR1019990019237A
Authority: KR
Inventors: 김철민; 황윤제; 김양규; 박종한
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2002-04-17
Also published as: KR20000074950A; ITMI20000068A0; JP2000337717A; IT1316288B1; ITMI20000068A1; CN100400974C; CN1275697A

Abstract

본 발명은 인버터 열펌프의 기동 알고리즘에 관한 것으로, 종래의 기술에 있어서는 기동시 압축기에 액냉매가 유입되어 압축기가 정지하거나 파손되는 것을 방지하기 위해 압축기의 운전주파수를 단계적으로 상승시킴에 따라 냉방운전 및 난방운전시에 사용자가 원하는 운전상태에 도달하는데 오랜 시간이 걸리는 문제점이 있었으며 불필요한 운전단계를 지난 후 설정주파수로 운전함에 따라 에너지 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 인버터 열펌프의 초기 기동시에 사용자가 설정한 주파수로 바로 운전시키게 하고, 상기 운전주파수의 빠른 상승에 따라 어큐뮬레이터를 통해 압축기에 액냉매가 유입되지 않도록, 팽창변의 개도를 외기온도 조건에 따라 다단계로 조절함으로써, 사용자의 온도설정에 따른 열펌프의 응답속도를 빠르게 하는 효과가 있다.

Description

인버터 열펌프의 기동 알고리즘{START-UP ALGORITHM FOR INVERTER DRIVING HEAT PUMP}

본 발명은 인버터 열펌프의 기동 알고리즘에 관한 것으로, 특히 인버터 열펌프의 초기 기동시에 압축기를 사용자가 설정한 주파수로 바로 운전시키게 하고, 상기 운전주파수의 빠른 상승에 따라 어큐뮬레이터를 통해 압축기에 액냉매가 유입되지 않도록 팽창변의 개도를 외기온도 조건에 따라 다단계로 조절함으로써, 사용자의 온도설정에 따른 열펌프의 응답속도를 빠르게 하는 인버터 열펌프의 기동 알고리즘에 관한 것이다.

도1은 일반적인 열펌프의 개략적인 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이 난방운전의 경우 압축기(1)에서 압축된 고온,고압의 냉매는 사방변(2)을 지나면서 실내열교환기(5)로 유입되어 응축 액화된 후 팽창변(4)을 지나면서 저온,저압의 액냉매로 된다.

그 후 실외열교환기(3)로 유입된 상기 액냉매는 상기 실외열교환기(3)를 통과하면서 기체상태로 증발된 후 상기 사방변(2)을 지나 어큐뮬레이터(6)에 유입되어 기체상태와 액체상태의 냉매로 분리된 후 기체상태의 냉매는 흡입배관(7)을 통해 상기 압축기(1)로 흡입된다.

한편, 냉방운전의 경우에는 상기 압축기(1)에서 압축된 고온,고압의 냉매가 상기 사방변(2)를 지나면서 상기 실외열교환기(3)로 유입되어 응축 액화된 후 상기 팽창변(4)을 지나면서 저온,저압의 액냉매로 된다.

그 후 상기 실내열교환기(5)에 유입된 액냉매는 주위의 열을 빼앗아서 증발하게 된후 다시 사방변(2)를 지나 상기 어큐뮬레이터(6)에 유입된 후 기체상태와 액체상태의 냉매로 분리된 후 기체상태의 냉매는 상기 흡입배관(7)을 통해 압축기(1)로 흡입되는 과정이 계속해서 반복되어 하나의 장치로 냉방과 난방을 겸하도록 구성되어 있다.

이와 같이 열펌프는 고온,고압의 기체냉매를 액화시키면서 열을 방출하므로써 난방장치로 사용하고, 다시 상기의 액화되어 생긴 액체냉매는 팽창변(4)를 통해 저온,저압으로 떨어지게 되고, 이 저온,저압의 액체냉매를 기화시키면서 주위의 열을 빼앗게 하므로서 냉방 또는 난방장치로 이용할 수 있도록 하는 것으로 사방변(2)을 사용하여 냉매의 흐름을 바꾸게 된다.

도2는 종래 인버터 열펌프의 기동 알고리즘에 의한 운전주파수 및 팽창변 개도의 상태를 나타낸 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 도2a에서 초기 기동시에 압축기(1)의 운전주파수와 팽창변(4)의 개도 조절 상태를 나타낸 것으로 기동시에 제1기동 주파수(A)와 제2기동 주파수(B)로 구분하여 운전시킨 후 사용자에 의해 설정된 소정온도의 설정주파수로 운전하도록 하는 것으로, 이와 같이 운전주파수를 단계적으로 올림으로써 기동시에 어큐뮬레이터(6)내에 액상태의 냉매가 유입되어 압축기로 흡입되는 것을 방지하여 압축기를 보호하게 된다.

또한, 상기 제1기동주파수(A)로 운전시에는 도2b와 같이 팽창변(4) 개도를 제1기동시 팽창변 개도(a)로 열고, 제1기동운전시간(가)으로 운전하고, 제2기동주파수(B)로 운전시에는 제2기동시 팽창변 개도(b)로 열고 제2기동운전시간(나)으로 운전시킨 후에 사용자에 의해 설정된 소정온도에 따른 설정주파수 및 설정개도로 운전시켰다.

그러나, 상기 종래의 기술에 있어서는 기동시 압축기에 액냉매가 유입되어 압축기가 정지하거나 파손되는 것을 방지하기 위해 압축기의 운전주파수를 단계적으로 상승시킴에 따라 냉방운전 및 난방운전시에 사용자가 원하는 운전상태에 도달하는데 오랜 시간이 걸리는 문제점이 있었으며 불필요한 운전단계를 지난 후 설정주파수로 운전함에 따라 에너지 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 초기 기동시에 사용자가 원하는 운전상태에 빠르게 도달할 수 있도록 압축기 운전주파수를 설정주파수로 바로 운전시키게 하고, 상기 운전주파수의 빠른 상승에 따라 어큐뮬레이터를 통해 압축기에 액냉매가 유입되지 않도록 팽창변의 개도를 외기온도 조건에 따라 다단계로 조절함으로써, 사용자의 온도설정에 따른 장치의 응답속도를 빠르게 하는 인버터 열펌프의 기동 알고리즘을 제공 하는데 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 열펌프의 개략적인 구성도.

도2는 종래 인버터 열펌프의 기동 알고리즘에 의한 운전주파수 및 팽창변 개도의 상태를 나타낸 예시도.

도3a와 도3b는 본 발명 인버터 열펌프의 기동 알고리즘에 의한 운전주파수 및 팽창변 개도의 상태를 나타낸 예시도.

도4는 종래와 본 발명에 의한 기동 알고리즘을 적용한 후의 흡입압력 비교도.

도5는 종래와 본 발명에 의한 기동 알고리즘을 적용한 후의 토출압력 비교도.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인버터 열펌프의 초기 기동시에 압축기는 사용자가 설정한 온도에 따른 주파수로 바로 상승시켜 운전시키고, 팽창변의 개도는 상기 사용자가 설정한 온도에 부합하는 설정주파수에 따른 적절한 설정개도에 도달하기 까지의 총시간을 액냉매가 압축기에 유입되지 않을 만큼의 최소의 개도유지시간으로 나누고, 상기와 같이 나누어진 개도 유지시간에 따라 단계적으로 외기온도 조건에 따라 개도를 조절하여 설정개도에 도달하도록 이루어져 달성되는 것으로, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도3a와 도3b는 본 발명 인버터 열펌프의 기동 알고리즘에 의한 운전주파수 및 팽창변 개도의 상태를 나타낸 예시도이다.도3a는 인버터 열펌프의 기동과 동시에 운전주파수를 최고 운전주파수로 변경하는 과정을 보인 예시도로서, 원하는 최고 설정주파수에 이르기 위해서는 소정의 기울기를 가지고 가속이 이루어진다.이때, 팽창변(4)의 개도는 도3b에 도시한 바와 같이, 상기 설정주파수에 따른 설정개도에 도달하기 까지의 액냉매가 압축기(1)에 유입되지 않는 최소의 개도유지시간(가∼마)으로 나누고, 그 시간마다 외기온도 조건에 따라 다단계(a∼e)로 개도를 조절하여, 최종적으로 상기 설정주파수에 적합한 설정개도로 운전되게 한다.즉, 종래에 열펌프를 빠르게 동작시킬 수 없었던 이유중의 하나는, 갑자기 설정주파수가 높아질 경우 액냉매가 유입되는 문제점이 있기 때문인데, 본 발명에서는 외기온도 조건에 따라서 팽창변 개도를 일정하게 유지하는 것이 아니고, 외기온도를 보면서 가변적으로 조절하게 함으로써, 액냉매의 유입을 차단하는 것이다.다시 말해, 각 구간(가~마)에서 외기온도를 측정하여 A℃이상인 경우에는 최하 단계로 개도를 유지하고, 외기온도가 A℃~B℃ 인 경우에는 중간 단계로 개도를 유지하고, 외기온도가 B℃이상인 경우에는 최고 단계로 개도를 유지하는 것이다.

이때, 상기 액냉매가 압축기(1)에 유입되지 않는 최소의 개도유지시간은 실험에 의해 측정이 가능하다.다음, 상기 방법을 적용했을 경우의 효과를 도4와 도5의 흡입압력과 토출압력을 비교한 그래프를 참조로 설명하면 다음과 같다.

일단, 도4의 흡입압력 비교도에서 보인 바와 같이 종래에는 압축기(1)의 초기 기동시에 수초에서 수십초후에 흡입압력이 비정상적으로 저하하는 문제가 발생한다.

이 이유는 초기 기동시에 응축기 및 압축기 등의 토출 계통의 온도가 낮을 뿐 아니라 압축기 및 응축기 자체의 열용량이 커서 응축온도의 상승(=토출압력의 상승)에 시간이 걸리며 팽창변을 통하는 냉매유량은 토출압력과 흡입압력의 차에 비례(정비례는 아님)하므로 초기 기동후 잠깐 동안은 증발기에 유입되는 냉매량이 작으며, 응축기 출구의 냉매가 가스상태로 있으면 팽창변(4)을 통해 증발기에 유입하는 냉매량이 다시 작아지기 때문이다.

또한, 증발기, 흡입배관, 어큐뮬레이터 등 흡입 계통중에 냉매액이 남아있는 사이에는 그 냉매액이 부근을 냉각시켜 증발해서 냉매가스를 발생하지만, 냉매액이 없게되면 냉매가스의 공급은 팽창변(4)을 통해서 증발기로 들어가는 냉매뿐이며 이로 인해 흡입측은 진공펌프로 흡입되는 상태에 가까워져 급격한 압력저하가 발생하고 흡입압력이 낮아지면 압축기(1)의 흡입냉매의 질량유량이 다시 줄어들어 응축온도(토출압력)의 상승에 시간이 걸리게 된다.

따라서, 도4에 도시된 바와 같이 운전주파수를 32Hz, 52Hz로 운전시킨 후 설정주파수인 82Hz로 운전시킨 결과 흡입 압력의 강하가 크게 발생하며 약 3분동안 흡입압력의 저하가 발생하고 있음을 알 수 있다.

그런데, 본 발명에서는 초기 기동시에 팽창변(4)의 개도를 최소로 하여 증발기에 남아있는 냉매가 압축기에 흡입됨과 동시에 가능한 어큐뮬레이터(6)내에서 증발된 후 압축기에 유입될 수 있는 팽창변의 개도로 운전시킨 후 운전주파수가 점차 상승함에 따라 팽창변(4)의 개도를 조금씩 늘려 응축기에서 냉매가 조금씩 증발기로 유입될 수 있도록 하여서 흡입압력의 저하가 크게 발생하지 않도록 함과 동시에 토출압력의 상승이 빠르게 되도록 운전시켰다.

그 결과 흡입압력의 강하가 거의 없었으며 설정주파수 운전시 적당한 흡입압력으로 유지되고 있음을 알 수 있다.

다음 도5의 토출압력을 비교한 그래프에서도 본 발명의 기동 알고리즘을 적용한 결과 토출압력은 약2분이내에 적정 토출압력에 도달함을 알 수 있으나 종래의 방법에서는 토출압력의 상승에 상당한 시간이 지연되고 있으며 이 결과로서 난방운전시 실내 토출공기의 온도 상승에 상당한 시간이 걸림을 알 수 있다.이와 같이

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 인버터 열펌프의 기동 알고리즘은 인버터 열펌프의 초기 기동시에 사용자가 설정한 주파수로 바로 운전시키게 하고, 상기 운전주파수의 빠른 상승에 따라 어큐뮬레이터를 통해 압축기에 액냉매가 유입되지 않도록 팽창변의 개도를 외기온도 조건에 따라 다단계로 조절함으로써, 사용자의 온도설정에 따른 열펌프의 응답속도를 빠르게 하는 효과가 있다.

Claims

인버터 열펌프의 초기 기동시에 압축기는 사용자가 설정한 온도에 따른 주파수로 바로 상승시켜 운전시키고, 팽창변의 개도는 상기 사용자가 설정한 온도에 부합하는 설정주파수에 따른 적절한 설정개도에 도달하기 까지의 총시간을 액냉매가 압축기에 유입되지 않을 만큼의 최소의 개도유지시간으로 나누고, 상기와 같이 나누어진 개도 유지시간에 따라 단계적으로 외기온도 조건에 따라 개도를 조절하여, 설정주파수에 따른 최종 설정개도에 도달하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 인버터 열펌프의 기동 알고리즘.