KR100487030B1 - 서리 제거 종료 피드백을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

열펌프 시스템은 실내 유닛과, 압축기, 실외 팬 및 역전 밸브를 그 내에 모두 갖춘 실외 유닛을 포함한다. 서모스탯은 서모스탯의 일측이 압축기 또는 자기 접촉기 중 하나를 위한 고전압 라인에 연결되고 타측이 실외 팬 또는 역전 밸브 중 하나를 위한 고전압 라인에 연결된 상태로 실외 유닛에 부가된다. 실내 유닛 내의 신호 수집 회로는 서모스탯의 타측이 실외 팬에 연결될 때 실외 팬을 위한 고전압 라인에 연결되고 서모스탯의 타측이 역전 밸브에 연결될 때 역전 밸브를 위한 고전압 라인에 연결된다. 서모스탯은 서리 제거 작동이 종료되어야 할 때 전자 제어 보드에 신호를 보낸다.

Description

서리 제거 종료 피드백을 위한 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR DEFROST TERMINATION FEEDBACK}
본 발명은 일반적으로 열펌프의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 정속형 무덕트 분리형(fixed-speed duct-free) 열펌프 유닛에 관한 것이다.
열펌프 시스템은 순환 루프의 상대적으로 고온인 측과 순환 루프의 상대적으로 저온인 측 사이에서 열 에너지를 운반하기 위하여 냉매를 사용한다. 냉매의 압축은 루프의 고온 측에서 발생하며, 압축기가 냉매의 온도를 상승시킨다. 냉매의 증발은 루프의 저온 측에서 발생하며, 냉매가 팽창하는 것이 허용되어 온도 하강을 유발한다. 열 에너지 공급원(source) 또는 열 에너지 흡수부(sink)로서 실외 매체를 사용하기 위하여, 냉매와 실내 및 실외 매체 사이의 온도차에 각각 기인하여, 열 에너지가 루프의 일측 상에서 냉매에 부가되며, 타측 상에서는 냉매로부터 추출된다. 공기 대 물(air to water) 열펌프의 경우, 실외 공기가 열 에너지 공급원으로 사용되고 물이 열 에너지 흡수부로 사용된다.
과정은 가역적이며, 따라서 열펌프는 난방 및 냉방 중 하나를 위해 사용될 수 있다. 주거용 난방 및 냉방 유닛은 양지향성이기 때문에, 실내 열교환기가 난방을 위해 냉매 순환 루프의 고온측 상에 그리고 냉방을 위해 저온측 상에 있도록 적절한 밸브 및 제어 구성이 선택적으로 실내 및 실외 열교환기를 통해 냉매를 지향시킨다. 순환 팬은 실내 열교환기와 실내 공간으로 통하는 관통 덕트에 걸쳐서 실내 공기를 통과시킨다. 복귀 덕트는 실내 공간으로부터 공기를 추출하고 공기를 다시 실내 열교환기로 돌려보낸다. 팬도 마찬가지로 외부 열교환기를 통해 주변 공기를 통과시키고 열을 옥외로 방출하거나, 또는 옥외로부터 가용 열을 추출한다.
이러한 형태의 열펌프 시스템은 열 에너지의 전달을 유지하기 위해 개별 열교환기에서 냉매와 공기 사이에 적당한 온도차가 있는 경우에만 작동한다. 난방을 위해, 열펌프 시스템은 공기와 냉매 사이에 온도차가 압축기 및 개별 팬을 작동시키기 위해 필요한 전기 에너지보다 가용 열 에너지가 크도록 제공될 때 효율적이다. 냉방의 경우, 공기와 냉매 사이의 온도차는 일반적으로 비록 무더운 날에도 충분하다.
일부 작동 조건 하에서, 열펌프의 코일 상에서 서리가 축적된다. 서리 축적의 속도는 주위 온도 및 습도에 의해 크게 좌우된다. 코일 서리 축적(coil frosting)은 유닛의 전체 성능[난방 용량 및 성능 계수(COP)]에 영향을 끼치는 동시에 낮은 코일 효율을 초래한다. 때때로, 유닛 효율을 향상시키기 위해 코일은 반드시 서리 제거되어야 한다. 대부분의 경우, 코일 서리 제거(coil defrosting)는 냉매 사이클 역전을 통해 이뤄진다. 원하는 열을 제공하는 유닛 내의 고온 냉매가 코일 서리 제거 동안 실제로 냉각되기 때문에 코일 서리 제거가 일어나는 시간은 유닛의 전체 효율에 영향을 미친다.
실외 유닛 상에 전자 제어 장치 기판을 갖지 않는 정속형 무덕트 분리형 열펌프 유닛에서, 난방 작동 동안 실외 열교환기 상에 축적된 서리를 제거하는 서리 제거 작업은 서리 제거 작업을 종료시키기 위해 실외 유닛으로부터 실내 유닛으로의 피드백이 요구된다.
도1을 참조하면, 종래 기술의 서리 제거 종료 검출 피드백에서는 실외 열교환기 온도 검출을 위해 저전압 센서(10)가 필요하다. 이는 센서(10)와 실내 전자 제어부(12)를 연결하기 위한 2개의 저전압 라인인 상호 연결 와이어(14, 16)를 필요로 한다.
도2를 참조하면, 고전압 서모스탯(18)이 실외 열교환기 온도를 검출하기 위해 사용될 때, 부가적인 고전압 상호 연결 와이어(20)가 실내 전자 제어부(12)로의 피드백을 위해 필요하다.
도3을 참조하면, 실외 무센서 서리 제거 알고리듬을 이용하는 시스템은 서리 제거 종료점을 검출하기 위해 압축기(24)를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위해 실내 전자 제어부(12) 상에 전류 변압기(22)를 포함한다. 열펌프 유닛이 너무 커서 실내 전자 제어부(12) 상의 전력 릴레이를 사용할 수 없을 때, 자기 접촉기(26)가 압축기(24)를 켜고 끄기 위해 사용된다. 그러면, 실내 전자 제어부(12) 상에 전류 변압기 루프를 통해 압축기 전류가 흐르도록 부가적인 고전압 상호 연결 와이어(28)에 대한 필요가 있다.
요약하면, 열펌프 시스템은 실내 유닛과, 압축기, 실외 팬 및 역전 밸브 모두를 갖춘 실외 유닛을 포함한다. 서모스탯은 서모스탯의 일측이 압축기 및 자기 접촉기 중의 하나를 위한 고전압 라인에 연결되고 타측이 실외 팬 및 역전 밸브 중 하나를 위한 고전압 라인에 연결된 상태로 실외 유닛에 부가된다. 실내 유닛의 신호 수집 회로는 서모스탯의 타측이 실외 팬에 연결될 때 실외 팬을 위한 고전압 라인에 연결되고, 서모스탯의 타측이 역전 밸브에 연결될 때 역전 밸브용 고전압 라인에 연결된다. 서모스탯은 서리 제거 작업이 종료되어야할 때 전자 제어 보드에 신호를 보낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열펌프 시스템은 실내 유닛과, 압축기, 실외 팬 및 역전 밸브를 모두 갖춘 실외 유닛과, 실외 유닛 내의 서모스탯과 실내 유닛 내의 신호 수집 회로를 포함하고, 서모스탯의 제1 측은 압축기 및 자기 접촉기 중의 하나를 위한 고전압 라인에 연결되고 서모스탯의 제2 측은 실외 팬과 역전 밸브 중 하나를 위한 고전압 라인에 연결되고, 신호 수집 회로는 서모스탯의 제2 측이 실외 팬에 연결될 때 실외 팬을 위한 고전압 라인에 연결되고 서모스탯의 제2 측이 역전 밸브에 연결될 때 역전 밸브를 위한 고전압 라인에 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실내 유닛 및 실외 유닛을 갖춘 열펌프 시스템의 서리 제거 작업을 종료시키는 방법은 압축기 및 자기 접촉기 중 하나를 위한 고전압 라인에 서모스탯의 제1 측을 연결하고 실외 팬 및 역전 밸브 중 하나를 위한 고전압 라인에 서모스탯의 제2 측을 연결하는 단계와, 실내 유닛에서 신호 수집 회로를 서모스탯의 제2 측이 실외 팬에 연결된 때 실외 팬을 위한 고전압 라인에 연결하고 그리고 서모스탯의 제2 측이 역전 밸브에 연결될 때 역전 밸브를 위한 고전압 라인에 연결하는 단계와, 소정의 온도에 도달하여 서모스탯이 활성화될 때 서리 제거 작업을 종료시키는 단계를 포함한다.
도4를 참조하면, 열펌프 시스템(30)은 실외 유닛(32)과 실내 유닛(34)을 포함한다. 서리 제거 작업의 개시는 통상적인 입력에 기초한 온도 델타 연산 방정식에 의해 결정된다. 일단 보통의 서리 제거 사이클이 개시되면, 역전 밸브(36)는 이의 상태를 OFF로 변경하고, 실외 팬(38)은 OFF되고, 그리고 압축기(40)가 작동한다. 그런 후, 실외 코일은 실외 코일 상에 축적된 서리가 녹아서 배수되도록 점점 온도가 높아진다. 그러나, 서리가 완전히 녹은 후에 실외 코일 온도가 너무 높으면, 압축기(40)의 과부하 방지기(OLP)가 활성화되어 압축기 모터로의 전원을 차단한다. 일단 OLP가 활성화되면, 압축기(40)가 다시 켜질 때까지 수십분이 소요된다. 서모스탯이 소정의 온도, 바람직하게는 약 15 내지 40 ℃ 사이의 실외 코일 온도를 가리킬 때 압축기(40)의 전원을 차단하도록 실내 전자 제어부(42)에 신호를 보내는 서모스탯을 사용함으로써, 본 발명은 압축기(40)의 OLP의 활성화를 방지한다.
릴레이(K1)는 압축기(40)를 제어하고, 릴레이(K2)는 실외 팬(38)을 제어하고, 릴레이(K3)는 역전 밸브(36)를 제어한다. 변압기(54)는 실내 전자 제어부(42)를 위한 저전압 전원 공급용 강압 변압기이다.
실외 유닛(32) 내의 저항기(46)와 고전압 서모스탯(44)은 압축기(40) 및 외부 팬(38)을 위한 고전압 라인들 사이에, 또는 다르게는 연결부(49)로 도시된 바와 같이 압축기(40) 및 역전 밸브(36)를 위한 고전압 라인들 사이에서 직렬로 연결된다. 서모스탯(44)은 실외 열교환기에서 온도를 검출한다. 그런 후, 서모스탯(44)으로부터 신호는 신호 수집 회로(48)에 의해 실외 팬(38)용 고전압 라인으로부터 수신되거나, 또는 다르게는 신호 수집 회로(48')에 의해 역전 밸브(36)를 위한 고전압 라인으로부터 수신된다. 신호 수집 회로(48)는 바람직하게는 포토-커플러(52)를 실외 팬(38)을 위한 고전압 라인에 연결하는 저항기(50)를 포함한다. 입력 신호는 포토-커플러(52)로부터 유도되고, 이 신호는 실내 전자 제어부(42)로의 입력이다. 포토-커플러(52)는 신호를 고전압 신호에서 저전압 신호로 변환시킨다. 신호 수집 회로(48)와 동일한 신호 수집 회로(48')는 서모스탯(44)이 연결부(49)를 사용하여 연결될 때 신호 수집 회로(48) 대신에 사용된다. 따라서, 신호 수집 회로(48')는 실외 팬(38)용 고전압 라인 대신에 역전 밸브(36)용 고전압 라인에 연결된다.
따라서, 실내 유닛(34)과 실외 유닛(32) 사이에 압축기(40) 및 실외 팬(38)(또는 역전 밸브(36)) 라인 연결부를 위해 기존에 있는 와이어가 피드백 루프를 완성하기 위해 사용되고, 동시에 신호 수집 회로(48)는 신호를 고전압에서 전자 제어부(42)에 의해 사용되는 저전압으로 변환한다. 따라서, 이 피드백을 위한 부가적인 상호 연결 와이어에 대한 필요는 없다.
저항기(46, 50)는 바람직하게는 5 W 정격의 30 K 저항기이다. 저항기(46)의 값이 수십킬로 오옴이기 때문에 전원이 압축기(40) 및 실외 팬(38)은 이 저항기(46)를 통해 압축기(40)와 실외 팬(38)에 공급되는 경우에도 압축기(40) 및 실외 팬(38)은 작동될 수 없다.
도5를 참조하면, 도3의 종래 기술의 시스템과 유사한 열펌프 시스템(30')이 도시되어 있다. 서모스탯(44)이 자기 접촉기(56)를 위한 고전압 라인과 실외 팬(38)을 위한 고전압 라인 사이에 연결된 때, 신호 수집 회로(48)가 사용된다. 서모스탯(44)이 자기 접촉기(56)를 위한 고전압 라인과 역전 밸브(36)를 위한 고전압 라인 사이에 연결된 때, 신호 수집 회로(48')가 사용된다.
도6을 참조하면, 상기 장치를 사용하여 서리 제거 작업을 종결시키는 방법은 다음과 같다. 서리 제거 작업이 단계(60)에서 시작된다. 서리 제거 작업 동안, 실외 팬(38)은 단계(62)에서 릴레이(K2)를 통해 오프(OFF)되고, 역전 밸브(36)는 단계(64)에서 오프되고 즉, 역전 밸브(36)는 릴레이(K3)를 오프시킴으로써 통상적으로 수행되는 냉방 위치에 있게 된다. 단계(66)에서 도시된 것과 같이, 오직 압축기(40) 만이 작동하고, 즉 릴레이(K1) 만이 온(ON) 상태이다. 압축기(40)가 작동하는 동안, 서모스탯(44)은 실내 열교환기의 온도 변화에 따라 활성화된다. 단계(68)에서 만일 입력 신호가 서모스탯(44)으로부터 수신되지 않으면, 압축기는 단계(66)에서 유지된다. 입력 신호가 서모스탯(44)으로 수신된 때 즉, 서모스탯(44)이 활성화된 때, 이 활성화는 전술된 바와 같이 실내 전자 제어부(42)에 입력 신호로서 전달된다. 단계(70)에서 실내 전자 제어부(42)는 이 피드백 신호에 따라 서리 제거 작업을 종료시킨다.
본 발명이 특정한 바람직한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 바람직한 실시예에 제한되지 않으며 다양한 변경 등이 다음의 청구범위에서 한정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 달성될 수 있다는 것이 기술 분야의 숙련자에게 이해될 것이다.
본 발명에 의해, 실내 유닛과 실외 유닛을 연결하는 부가적인 와이어를 제공함이 없이, 또한 서리 제거 작업의 완료 후 과부하 방지기의 활성화를 방지할 수 있는 서리 제거 종료 피드백을 위한 시스템 및 방법이 제공된다.
도1은 종래 기술에 따른 서리 제거 종료 검출 피드백을 장착한 시스템을 도시하는 도면.
도2는 종래 기술에 따른 서리 제거 종료 검출 피드백을 장착한 시스템을 도시하는 도면.
도3은 종래 기술에 따른 서리 제거 종료 검출 피드백을 장착한 시스템을 도시하는 도면.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 제거 종료 피드백을 장착한 시스템을 도시한 도면.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서리 제거 종료 피드백을 장착한 시스템을 도시한 도면.
도6은 도4 및 도5의 실시예에 사용되는 서리 제거 종료의 방법을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30 : 열펌프 시스템
32 : 실외 유닛
34 : 실내 유닛
36 : 역전 밸브
38 : 실외 팬
40 : 압축기
42 : 저전압 전원 공급용 강압 변압기
44 : 서모스탯
46, 50 : 저항기
48, 48' : 신호 수집 회로

Claims (3)

  1. 실내 유닛과 실외 유닛을 포함하는 열펌프 시스템이며,
    상기 실외 유닛 내에 압축기, 실외 팬 및 역전 밸브와,
    상기 실외 유닛 내에 서모스탯과,
    상기 실내 유닛 내에 신호 수집 회로를 포함하며,
    상기 서모스탯의 제1 측은 압축기 및 자기 접촉기 중 하나를 위한 고전압 라인에 연결되고, 상기 서모스탯의 제2 측은 실외 팬 및 역전 밸브 중 하나를 위한 고전압 라인에 연결되고,
    상기 신호 수집 회로는 상기 서모스탯의 제2 측이 상기 실외 팬에 연결될 때 상기 실외 팬을 위한 고전압 라인에 연결되고 상기 서모스탯의 제2 측이 상기 역전 밸브에 연결될 때 상기 역전 밸브를 위한 고전압 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실외 유닛의 서리 제거 작업을 종료시키기 위한 종료 수단을 더 포함하고, 상기 서모스탯은 소정의 온도에 도달할 때 활성화되어 상기 종료 수단에 상기 서리 제거 작업을 종료하라는 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 열펌프 시스템.
  3. 실내 유닛과 실외 유닛을 갖는 열펌프 시스템의 서리 제거 작업을 종료시키기 위한 방법이며,
    상기 실외 유닛에서 압축기 및 자기 접촉기 중 하나를 위한 고전압 라인에 서모스탯의 제1 측을 연결하고, 실외 팬과 역전 밸브 중 하나를 위한 고전압 라인에 상기 서모스탯의 제2 측을 연결하는 단계와,
    상기 실내 유닛에서 상기 서모스탯의 제2 측이 상기 실외 팬에 연결될 때 상기 실외 팬을 위한 고전압 라인에 신호 수집 회로를 연결하고, 상기 서모스탯의 제2 측이 상기 역전 밸브에 연결될 때 상기 역전 밸브를 위한 고전압 라인에 신호 수집 회로를 연결하는 단계와,
    소정의 온도에 도달할 때 상기 서모스탯이 활성화되어 상기 서리 제거 작업을 종료시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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