KR100484869B1 - 히트펌프 시스템의 운전제어방법 - Google Patents

히트펌프 시스템의 운전제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히트펌프 시스템의 운전 상태에 따라 설정되는 최소 개도값과 최대 개도값 사이에서 전자팽창밸브의 개도값이 조절되도록 하여 히트펌프 시스템이 안정적으로 작동되도록 하는 히트펌프 시스템의 운전제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 운전제어방법은 냉/난방 부하에 따라 용량이 가변되도록 다수개의 압축기 중 적어도 하나 이상의 압축기가 작동되는 제1단계와, 상기 제1단계에서 냉방 또는 난방 운전시 작동되는 압축기의 용량에 따라 설정되는 최소 개도값과 최대 개도값 사이에서 전자 팽창밸브의 개도값이 조절되는 제2단계으로 이루어져 히트펌프 시스템이 비정상 상태에서 작동되는 것을 사전에 방지할 수 있기 때문에 전체적인 히트펌프 시스템이 안정적으로 작동되도록 함으로 압축기 측으로 액냉매가 유입되거나, 압축기가 과열되는 것을 방지할 수 한다.

Description

히트펌프 시스템의 운전제어방법 { Driving control method for a heat pump system }
본 발명은 히트펌프 시스템의 운전 상태에 따라 설정되는 최소 개도값과 최대 개도값 사이에서 전자팽창밸브의 개도값이 조절되도록 하여 히트펌프 시스템이 안정적으로 작동되도록 하는 히트펌프 시스템의 운전제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프 시스템은 냉매가 압축기와, 응축기와, 팽창장치와, 증발기를 따라 순환되며, 냉방시 실외 측과 실내 측에 각각 설치되는 실외 열교환기와 실내 열교환기는 각각 응축기와 증발기 역할을 수행하고, 난방시 상기 실외 열교환기와 실내 열교환기는 각각 증발기와 응축기 역할을 수행한다.
도 1은 종래 기술에 따른 히트펌프 시스템의 냉방 작동시 상태가 도시된 구성도이다.
종래의 히트펌프 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 냉방시를 기준으로 설명하면, 냉매를 고온 고압의 기체냉매로 압축시키는 압축기(2)와, 상기 압축기(2)에서 압축된 냉매를 중온 고압의 액체냉매로 응축시키는 실외 열교환기(4)와, 상기 실외 열교환기(4)에서 응축된 냉매를 저온 저압의 냉매로 감압시키는 전자 팽창밸브(6)와, 상기 전자 팽창밸브(6)에서 감압된 냉매를 저온 저압의 기체냉매로 증발시키는 실내 열교환기(8)와, 상기 압축기(2) 선단에 설치되어 액체냉매를 걸러주는 어큐뮬레이터(10) 및 상기 압축기(2) 후단에 설치되어 냉/난방시 냉매의 흐름을 절환시켜주는 사방밸브(12)로 구성되며, 이러한 히트펌프 시스템은 마이컴(미도시)에 의해 동작이 제어된다.
상기와 같이 히트펌프 시스템이 냉방 작동되는 경우, 냉매는 압축기(2), 실외 열교환기(4), 전자 팽창밸브(6), 실내 열교환기(8)를 따라 순환되며, 상기 실외 열교환기(4)와 실내 열교환기(8)는 각각 응축기와 증발기 역할을 수행한다.
하지만, 상기 사방밸브(12)에 의해 냉매 흐름이 절환되어 히트펌프 시스템이 난방 작동되는 경우, 냉매는 압축기(2), 실내 열교환기(8), 전자 팽창밸브(6), 실외 열교환기(4)를 따라 순환되며, 상기 실내 열교환기(8)와 실외 열교환기(4)는 각각 응축기와 증발기 역할을 수행한다.
이때, 상기 전자 팽창밸브(6)는 냉방 또는 난방 부하에 따라 냉매의 유량을 조절할 수 있도록 보통 0 ~ 500 pulse 또는 0 ~ 1000 pulse 범위에서 그 개도값이 조절된다.
그러나, 최근에는 히트펌프 시스템이 대형화됨에 따라 다수개의 압축기가 적용되고, 상기와 같은 다수개의 압축기가 냉방 또는 난방 부하에 따라 적어도 하나 이상의 압축기가 선택적으로 작동되는데, 작동되는 압축기의 용량은 가변되는 반면 순환되는 냉매의 유량은 일정하기 때문에 압축기가 과열되거나, 압축기 측으로 액냉매가 유입되는 문제점이 있을 뿐 아니라 전제적인 히트펌프 시스템이 비정상 상태에서 작동됨으로 히트펌프 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는데 한계가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉방 또는 난방 운전시 적어도 하나 이상의 압축기가 작동되는 경우 작동되는 압축기의 용량에 따라 설정 범위 내에서 전자 팽창밸브의 개도값을 조절함으로 히트펌프 시스템이 안정적으로 작동될 뿐 아니라 히트펌프 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 히트펌프 시스템의 운전제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 운전제어방법은 냉/난방 부하에 따라 용량이 가변되도록 다수개의 압축기 중 적어도 하나 이상의 압축기가 작동되는 제1단계와, 상기 제1단계에서 냉방 또는 난방 운전시 작동되는 압축기의 용량에 따라 설정되는 최소 개도값과 최대 개도값 사이에서 전자 팽창밸브의 개도값이 조절되는 제2단계로 이루어지고, 상기 제2단계는 용량이 서로 다른 제 1,2압축기의 작동여부가 결정되는 과정이 더 포함되고, 상기 제 1압축기는 제 2압축기보다 용량이 더 크도록 구성되며, 상기 제1단계는 냉방 운전되는 경우 냉방 부하에 따라 상기 제1,2압축기가 동시에 작동되거나 제 2압축기만 작동되고, 난방운전시 난방부하에 따라 상기 제 1,2압축기가 동시에 작동되거나 제 1압축기만 작동되고, 상기 제 2단계는 냉방 운전시 상기 제1,2압축기가 동시에 작동되는 경우 실외 온도가 설정치 이상인 경우 상기 전자팽창밸브의 유로가 46 - 64% 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정되고, 실외 온도가 설정치 미만인 경우 상기 전자팽창밸브의 유로가 32 - 64% 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 냉방 작동시 상태가 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 운전제어방법이 도시된 순서도이다.
상기 본 발명에 따른 히트펌프 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 냉방시를 기준으로 설명하면, 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 다수개의 압축기(52a,52b)와, 실외 열교환기(54)와, 전자 팽창밸브(56)와, 실내 열교환기(58)와, 상기 다수개의 압축기(52a,52b) 선단에 설치되어 액체 냉매를 걸러주는 어큐뮬레이터(60) 및 상기 다수개의 압축기(52a,52b) 후단에 설치되어 냉방 또는 난방시 냉매의 흐름을 절환시켜 주는 사방밸브(62)가 서로 냉매배관에 의해 서로 연결되도록 설치되며, 이러한 히트펌프 시스템은 마이컴(미도시)에 의해 작동이 조절되되, 상기 마이컴은 냉방 또는 난방 운전시 작동되는 압축기의 용량에 따라 설정된 최소 개도값과 최대 개도값 사이에서 상기 전자 팽창밸브의 개도값을 조절한다.
상기와 같은 히트펌프 시스템이 냉방 작동되는 경우, 냉매는 다수개의 압축기(52a,52b), 실외 열교환기(54), 전자 팽창밸브(56), 실내 열교환기(58)를 따라 순환되며, 상기 실외 열교환기(54)와 실내 열교환기(58)는 각각 응축기와 증발기 역할을 수행하는 반면, 상기 사방밸브(62)에 의해 냉매 흐름이 절환되어 히트펌프 시스템이 난방 작동되는 경우, 냉매는 다수개의 압축기(52a,52b), 실내 열교환기(58), 전자 팽창밸브(56), 실외 열교환기(54)를 따라 순환되며, 상기 실내 열교환기(58)와 실외 열교환기(54)는 각각 응축기와 증발기 역할을 수행한다.
여기서, 상기 다수개의 압축기(52a,52b)는 서로 다른 용량을 가진 제1,2압축기(52a,52b)로 구성되는데, 상기 제1압축기(52a)가 상기 제2압축기(52b)보다 용량이 더 크도록 구성되어 냉방 또는 난방 부하가 비교적 큰 경우 상기 제1,2압축기(52a,52b)가 동시에 작동되고, 냉방 부하기 비교적 작은 경우 상기 제2압축기(52b)만 작동되며, 난방 부하가 비교적 작은 경우 상기 제1압축기(52a)만 작동된다.
이와 같이, 냉방 또는 난방 운전시 상기 제1,2압축기(52a,52b) 중 적어도 하나 이상의 압축기가 작동되는 경우 작동되는 압축기의 용량에 따라 설정된 최소 개도값과 최대 개도값이 미리 상기 마이컴에 내장되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 운전제어방법을 도 3을 참조로 하여 설명하면, 제1단계는 사용자에 의해 냉방 또는 난방 모드가 설정되고, 냉방 또는 난방 부하에 따라 적어도 하나 이상의 압축기가 작동된다.(S1,S2 참조)
제2단계는 상기 제1단계에서 작동되는 압축기 용량에 따라 최소 개도값과 최대 개도값이 설정된다.(S3 참조)
여기서, 냉방 운전시 상기 제1,2압축기(52a,52b)가 모두 작동되는 경우 실외 온도가 설정치 이상이면 상기 전자 팽창밸브(56)의 유로가 46 ~ 64 % 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정되는 반면, 실외 온도가 설정치 미만이면 상기 전자 팽창밸브(56)의 유로가 32 ~ 64 % 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정된다.
이때, 실외 온도가 설정 온도 이상인 경우 냉방 부하가 커짐에 따라 순환되는 냉매의 유량이 많아지도록 최소 개도값이 상향 설정된다.
그리고, 냉방 운전시 상기 제2압축기(52b)만 작동되는 경우 상기 전자 팽창밸브(56)의 유로가 18 ~ 38 % 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정된다.
그러나, 난방 운전시 상기 제1,2압축기(52a,52b)가 모두 작동되는 경우 상기 전자 팽창밸브(56)의 유로가 16 ~ 50 % 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정된다.
그리고, 난방 운전시 상기 제1압축기(52a)만 작동되는 경우 상기 전자 팽창밸브(56)의 유로가 16 ~ 50 % 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정된다.
구체적으로, 전체 압축기 용량의 60%, 40%를 차지하는 제1,2압축기와, 0 ~ 500 pulse 범위에서 개도값이 조절되는 전자 팽창밸브를 포함하여 구성된 히트펌프 시스템의 경우 상기 전자 팽창밸브의 개도값은 다음의 [표 1]에 따라 설정된 최소 개도값과 최대 개도값 사이에서 조절된다.
압축기 용량 최소 개도값 최대 개도값
냉 방 100 % 230pulse(실외온도≥40℃) 320pulse
160pulse(실외온도< 40℃)
40 % 90pulse 190pulse
난 방 100 % 80pulse 250pulse
60% 60pulse 220pulse
즉, 상기와 같이 최소 개도값과 최대 개도값은 냉/난방 운전 및 압축기 용량에 따라 다르게 설정되되, 이러한 최소 개도값과 최대 개도값은 냉방 운전시보다 난방 운전시 더 낮게 설정되며, 두 개의 압축기가 모두 작동되는 경우보다 하나의 압축기만 작동되는 경우 더 낮게 설정됨을 알 수 있다.
제3단계는 상기 제2단계에서 설정된 최소 개도값과 최대 개도값 범위에서 상기 전자 팽창밸브(56)의 개도값이 조절된다.(S4 참조)
만약, 상기 전자 팽창밸브(56)의 개도값이 최소 개도값보다 낮게 조절되면, 작동되는 압축기의 용량에 비해 순환되는 냉매의 유량이 적으므로 작동되는 압축기가 과열되고, 상기 전자 팽창밸브(56)의 개도값이 최대 개도값보다 높게 조절되면, 작동되는 압축기의 용량에 비해 순환되는 냉매의 유량이 많으므로 작동되는 압축기 측으로 액냉매가 유입됨으로 상기 전자 팽창밸브(56)의 개도값은 설정된 최소 개도값과 최대 개도값 범위에서 조절된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 운전제어방법은 냉방 또는 난방 운전시 적어도 하나 이상의 압축기가 작동되는 경우 작동되는 압축기의 용량에 따라 미리 설정된 최소 개도값과 최대 개도값 사이에서 전자 팽창밸브의 개도값을 조절함으로 히트펌프 시스템이 정상 상태에서 안정적으로 작동되도록 하기 때문에 압축기가 과열되거나, 압축기 측으로 액냉매가 유입되는 것을 사전에 방지할 수 있고, 히트펌프 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 히트펌프 시스템의 냉방 작동시 상태가 도시된 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 냉방 작동시 상태가 도시된 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 운전제어방법이 도시된 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
52a, 52b : 제1,2압축기 54 : 실외 열교환기
56 : 전자 팽창밸브 58 : 실내 열교환기
60 : 어큐뮬레이터 62 : 사방밸브

Claims (8)

  1. 냉/난방 부하에 따라 용량이 가변되도록 다수개의 압축기 중 적어도 하나 이상의 압축기가 작동되는 제1단계와,
    상기 제1단계에서 냉방 또는 난방 운전시 작동되는 압축기의 용량에 따라 설정되는 최소 개도값과 최대 개도값 사이에서 전자 팽창밸브의 개도값이 조절되는 제2단계로 이루어지고,
    상기 제2단계는 용량이 서로 다른 제 1,2압축기의 작동여부가 결정되는 과정이 더 포함되고, 상기 제 1압축기는 제 2압축기보다 용량이 더 크도록 구성되며,
    상기 제1단계는 냉방 운전되는 경우 냉방 부하에 따라 상기 제1,2압축기가 동시에 작동되거나 제 2압축기만 작동되고, 난방운전시 난방부하에 따라 상기 제 1,2압축기가 동시에 작동되거나 제 1압축기만 작동되고,
    상기 제 2단계는 냉방 운전시 상기 제1,2압축기가 동시에 작동되는 경우 실외 온도가 설정치 이상인 경우 상기 전자팽창밸브의 유로가 46 - 64% 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정되고, 실외 온도가 설정치 미만인 경우 상기 전자팽창밸브의 유로가 32 - 64% 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 운전제어방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2단계는 냉방 운전시 상기 제2압축기만 작동되는 경우 상기 전자팽창밸브의 유로가 18 - 38 % 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 운전제어방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2단계는 난방 운전시 상기 제1,2압축기가 동시에 작동되는 경우 상기 전자팽창밸브의 유로가 16 - 50 % 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 운전제어방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2단계는 난방 운전시 상기 제1압축기만 작동되는 경우 상기 전자 팽창밸브의 유로가 12 - 44 % 범위에서 개방되도록 최소 개도값과 최대 개도값이 설정되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 운전제어방법.
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