KR100519313B1 - 실외 열교환기의 제상 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실외 열교환기의 최적 제상조건을 선택하여 제상되도록 함으로써 불필요한 전력의 소모를 방지하고 난방효율을 최대화할 수 있는 실외열교환기의 제상 제어방법을 제공한다.

이를 위하여 본 발명은, 난방운전을 시작하는 제1단계; 소정시간 운전하여 시스템을 안정화시키는 제2단계; 실외온도와 실외열교환기의 배관온도를 측정하고, 측정된 배관온도가 실외온도에 따라 설정된 제상필요 배관온도 영역에 해당되었을 때 적합하도록 하는 제1제상조건을 판단하는 제3단계; 제1제상조건 적합시 난방운전을 수행하면서 설정된 난방시간이 초과되거나 배관온도가 설정 온도 이하로 하강되었을 때 적합하도록 하는 제2제상조건을 판단하는 제4단계; 제2제상조건에 적합시 제상운전하는 제5단계; 제상운전이 끝난 후 소정시간 난방운전하는 제6단계를 포함하여 이루어지고, 제6단계 이후 제3단계로 이동하는 것을 특징으로 하는 실외열교환기의 제상 제어방법을 제공한다.

Description

실외 열교환기의 제상 제어방법{Defrosting control method for heat exchanger in outer unit of airconditioner}

본 발명은 열교환기의 제상 제어방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 겨울철 난방운전시 공기조화기의 실외 열교환기에 발생하는 서리를 제거하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기(이하 에어컨이라 함)는 공기를 순환시키면서 냉동사이클과 연동되어 실내공기를 냉방 또는 난방하는 것으로, 그 구성은 크게 실내기와 실외기로 나누어진다. 상기 실내기와 실외기가 한 몸체에 설치되어 구성되는 것을 일체형 에어컨이라 하며, 각각 별도로 분리되어 설치되는 것을 분리형 에어컨이라 한다.

전자인 일체형 에어컨의 대표적인 것으로 창문형 에어컨이 있으며, 후자인 분리형 에어컨의 대표적인 것으로 천장형과 패키지형이 있다.

이러한 에어컨은 저온/저압의 가스 냉매를 고온/고압의 가스 냉매로 승온/승압하는 압축기와, 상기 압축기로부터 유입된 냉매를 외기에 의해 응축시키는 응축기와, 다른 부분의 직경에 비해 협소한 직경으로 이루어져 상기 응축기로부터 유입된 냉매를 감압시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통과한 냉매가 저압상태에서 증발됨에 따라 고내의 열을 흡수하는 증발기를 기본 부품으로 하여 구성된다.

따라서, 에어컨은 냉매가 냉동사이클을 순환하는 과정에서 증발기의 흡열작용과 응축기의 방열작용에 의해 실내를 냉방 혹은 난방하게 되는 것이다.

이러한 냉방기능과 난방기능을 동시에 갖추고 있는 에어컨을 통상 히트 펌프(Heat pump)라 한다. 상기 히트 펌프는 전환밸브를 사용하여 냉매의 이동방향을 바꾸어 줌으로써, 여름철에는 냉방기능으로 사용하고 겨울철에는 난방기능으로 사용한다.

에어컨이 난방기능으로 사용될 때는 실외기에 구성된 열교환기가 증발기의 역할을 하게 되어 증발기의 냉매가 실외 공기의 열을 흡수하여 실내기에 구성된 열교환기에서 냉매가 열을 방출하여 실내를 난방하게 된다.

이와 같은 과정에서 겨울철 실외기의 열교환기에는 서리가 발생되는바, 이를 착상이라고 한다. 이와 같은 착상은 여러조건하에서 이루어진다. 일례로, 배관온도가 0도 이하로 떨어지거나, 실외온도가 0도 이하인 경우, 또는 상대습도가 상당히 높은 경우 등 착상이 이루어지는 조건이 있다.

그러나, 종래에는 단순히 난방운전시간이 일정시간을 경과하거나, 실외배관온도가 설정온도 이하로 떨어졌을 때 제상운전(서리를 제거하는 운전)을 실시하므로 착상되지 않은 상태에서 제상운전이 실행되거나, 덜 착상된 상태에서 제상운전이 실행되는 경우가 많았다. 뿐만 아니라 착상이 많이 발생했음에도 불구하고 제상운전이 늦게 이루어지는 경우도 있었다.

이로 인해 불필요한 전력의 소모가 발생하고, 열교환 효율이 떨어지는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로써, 실외 열교환기의 최적 제상조건을 선택하여 제상되도록 함으로써 불필요한 전력의 소모를 방지하고 난방효율을 최대화할 수 있는 실외열교환기의 제상 제어방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 난방운전을 시작하는 제1단계; 소정시간 운전하여 시스템을 안정화시키는 제2단계; 실외온도와 실외열교환기의 배관온도를 측정하고, 측정된 배관온도가 실외온도에 따라 설정된 제상필요 배관온도 영역에 해당되었을 때 적합하도록 하는 제1제상조건을 판단하는 제3단계; 제1제상조건 적합시 난방운전을 수행하면서 설정된 난방시간이 초과되거나 배관온도가 설정 온도 이하로 하강되었을 때 적합하도록 하는 제2제상조건을 판단하는 제4단계; 제2제상조건에 적합시 제상운전하는 제5단계; 제상운전이 끝난 후 소정시간 난방운전하는 제6단계를 포함하여 이루어지고, 제6단계 이후 제3단계로 이동하는 것을 특징으로 하는 실외열교환기의 제상 제어방법을 제공한다.

본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하기로 한다. 참고로, 본 발명의 구성을 설명하기에 앞서 설명의 중복을 피하기 위하여 종래 기술과 일치하는 부분에 대해서는 종래 도면부호를 그대로 인용하기로 한다.

도 1 은 실외열교환기의 배관에 서리가 착상되는 조건을 도시한 그래프이고, 도 2 는 본 발명에 의한 실외열교환기의 제상 제어방법에 관한 바람직한 일실시예를 도시한 순서도이다.

먼저 도 1을 참조하면, 실외기에 설치된 열교환기의 배관에 서리가 착상되기 위해서는 외기온도와 상대습도가 소정의 조건을 갖추어야 한다. 열교환기의 배관에 서리가 착상되기 위해서는 최소한 실외 온도가 5℃ 이하여야 되고, 상대습도는 적어도 75%이상이 되어야 함을 알 수 있다.

도 1 의 상측 빗금친 영역이 상기 조건을 만족하는 착상영역이다. 이 조건과 함께 적어도 실외 열교환기의 배관온도가 0℃이하일때 배관에 서리가 착상될 수 있다. 만일 배관온도가 0℃이상인 경우에는 상대습도나 실외온도에 상관없이 서리가 착상되는 것이 불가능하다.

도 1의 각 점(정격조건)은 난방기간 동안 일정시간 단위로 측정한 실외환경조건을 표시한 것으로, 실제 사용환경에서 착상 조건이 어느 정도 비율로 나타나는가를 보여준다. 도 1에 의하면 실제 난방운전 기간에 착상이 이루어짐에 따라 제상운전이 필요한 경우는 한정되어 있음을 알 수 있다.

결국, 종래 일정시간 경과후 항상 제상운전이 이루어지도록 한 방식은 착상조건을 과다하게 예측한 것이라 볼 수 있다.

이와 같이, 실외 열교환기의 배관에 서리가 착상되기 위해서는 최소한 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 실외온도가 5℃이하, 상대습도가 75% 이상, 배관온도가 0℃이하 등의 조건을 만족해야 한다.

표 1 은 상기 도 1 의 조건에 따라 실외온도를 기준으로 제상이 필요한 실외배관온도의 영역(이하 제1제상조건이라 함)을 조사한 표이다. 상기 표 1에서는 상대습도 조건은 고려하지 않고 실외온도와 열교환기의 배관온도 조건과의 관계를 표시하였다.

표 1 을 참조하면, 실외온도는 5℃이하에서 제1제상조건이 표시된다. 전술한 바와 같이, 실외온도가 5℃를 넘는 경우에는 도 1에서와 같이 착상이 이루어지지 않으므로 실외온도의 상한선을 5℃로 하여 제1제상조건에 해당하는지를 검사하게 된다.

실외온도가 5℃이하일때, 상기 실외온도마다 제상이 필요한 실외배관온도의 영역이 결정된다. 표 1에서 실외온도가 5℃일때는 실외열교환기의 배관온도가 0℃~-3℃가 제1제상조건에 부합하는 배관온도영역이고, 실외온도가 2℃일때는 실외열교환기의 배관온도가 0℃~-6℃가 제1제상조건에 부합하는 배관온도영역이며, 실외온도가 -4℃일때는 실외열교환기의 배관온도가 -6℃~-12℃일때가 제1제상조건에 부합하는 배관온도영역이다.

이와 같이, 실외온도가 5℃ 이하 -4℃ 이상일 때 제상이 필요한 배관의 온도는 0℃ 내지 -12℃에서 결정되며, 설명되지 않은 실외온도 조건(4℃,3℃...)에서는 제상필요 배관온도영역이 설명된 온도영역에 포함되도록 선형적으로 변동된다.

이하 도 2를 참조하여, 본 발명에 의한 실외열교환기의 제상 제어방법에 관한 일실시예를 보다 상세하게 설명한다.

히트 펌프 에어컨이 난방운전 모드로 작동되기 시작하면(S1), 소정시간 초기 난방운전을 지속하게 된다. 상기 초기 난방운전은 에어컨의 용량 및 외부환경 등에 따라 변경설정이 가능하며, 본 실시예에서는 15분 동안 초기 난방운전을 하는 것으로 설정하였다.(S2)

15분간의 초기 난방운전을 마치면, 제1제상조건을 판단하는 단계(S3)로 넘어간다. 본 발명의 제1제상조건은 표 1에 도시된 바와 같이, 실외온도와 제상이 필요한 배관온도의 영역으로 이루어진다.

실외온도와 배관온도를 모두 조사하여 실외온도가 2℃로 감지되었을 때, 실제 배관온도가 상기 실외온도 2℃에 해당하는 제상필요 배관온도 영역 0℃~-6℃에 포함되는 지를 체크하게 된다. 만일 제1제상조건에 부적합하게 되면, 즉 실제 배관온도가 제상필요 배관온도 영역의 범위에 해당하지 않게 되면, 다시 난방운전으로 복귀하여 일정시간 난방운전을 다시 수행하게 된다.

만일 제1제상조건에 적합하게 판정되면, 난방운전을 행함과 동시에 제2제상조건을 검사하게 된다(S4). 상기 제2제상조건은 종래 제상여부를 판단하던 것과 마찬가지로 에어컨의 난방운전시간이 일정시간이 경과한 경우 또는 실외배관온도가 설정온도 이하로 낮아진 경우 등을 체크하는 것이다.

본 실시예에서는 표 2에 명시된 바와 같이, 상기 제1제상조건을 만족한 후 50분을 경과하였는가, 또는 제1제상조건을 만족한 후 실외 배관온도가 -8℃이하로 낮아졌는가를 판단하게 된다.

상기 제2제상조건을 만족하게 되면, 에어컨은 곧바로 제상운전으로 돌입하게 된다(S5). 소정시간 제상운전을 실시하여 실외 열교환기의 배관에 착상된 서리가 모두 제거되면 다시 난방운전으로 복귀(S6)하여 설정된 시간만큼 난방운전을 수행하고 다시 제1제상조건을 판단하는 단계(S3)로 넘어가 상기 과정을 수행하게 된다.

상기 본 발명의 실외 열교환기의 제상 제어방법을 정리하면 다음과 같다.

제1단계(S1)에서는 난방운전을 시작한다.

제2단계(S2)에서는 소정시간 초기 난방운전을 수행하여 시스템을 안정화시킨다.

제3단계(S3)에서는 설정된 제1제상조건에 부합하는지 실외온도와, 실외열교환기의 배관온도를 측정하고, 제1제상조건에 부적합하면 소정시간 난방운전으로 복귀(S6)하며, 제1제상조건에 적합하면 다음 단계로 이동한다.

제4단계(S4)에서는 제1제상조건에 적합시, 난방운전을 수행하는 동시에 제2제상조건 적합 여부를 판단하게 된다.

제5단계(S5)에서는 제2제상조건에 적합시 제상운전을 수행한다.

제6단계(S6)에서는 제상운전이 끝난 후 난방운전으로 복귀하여 소정시간 동안 난방운전을 수행한 후 다시 제3단계의 제1제상조건 판단단계로 이동하여 전과정을 수행하게 된다.

본 발명에 의한 실외 열교환기의 제상 제어방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 착상이 이루어질 가능성이 있는지를 먼저 판단하여 제상여부를 결정하므로, 전혀 착상이 이루어질 가능성이 없음에도 불구하고 단순히 난방운전시간이나 배관온도를 체크하여 제상운전을 수행하던 종래 방식에 비해 불필요한 전력소모를 방지할 수 있다.

둘째, 실외열교환기의 배관에 착상이 이루어지는 시점을 보다 정확하게 판단할 수 있으므로 실제 착상이 이루어진 후부터 제상운전을 수행하기 까지의 시간을 단축하여 에어컨의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1 은 일반적인 실외열교환기의 배관에 서리가 착상되는 조건을 도시한 그래프

도 2 는 본 발명에 의한 실외열교환기의 제상 제어방법에 관한 바람직한 일실시예를 도시한 순서도

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

S1: 난방운전 시작단계 S2: 초기운전단계

S3: 제1제상조건 판단단계 S2: 제2제상조건 판단단계

S5: 제상운전단계 S6: 난방운전 복귀단계

Claims (7)

1. 난방운전을 시작하는 제1단계;

   소정시간 운전하여 시스템을 안정화시키는 제2단계;

   실외온도와 실외열교환기의 배관온도를 측정하고, 측정된 배관온도가 실외온도에 따라 설정된 제상필요 배관온도 영역에 해당되었을 때 적합하도록 하는 제1제상조건을 판단하는 제3단계;

   제1제상조건 적합시 난방운전을 수행하면서 설정된 난방시간이 초과되거나 배관온도가 설정 온도 이하로 하강되었을 때 적합하도록 하는 제2제상조건을 판단하는 제4단계;

   제2제상조건에 적합시 제상운전하는 제5단계;

   제상운전이 끝난 후 소정시간 난방운전하는 제6단계를 포함하여 이루어지고, 제6단계 이후 제3단계로 이동하는 것을 특징으로 하는 실외열교환기의 제상 제어방법
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제3단계에서 제1제상조건에 부적합시 제6단계로 이동하는 것을 특징으로 하는 실외열교환기의 제상 제어방법
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1제상조건은,

   실외온도 5도이하, 배관온도 0도 이하일 때 적합한 것을 특징으로 하는 실외열교환기의 제상 제어방법
4. 삭제
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 실외온도가 -4도 내지 5도 사이일때, 제상필요 배관온도영역은 -12도 내지 0도 이하에서 결정됨을 특징으로 하는 실외열교환기의 제상 제어방법
6. 삭제
7. 삭제