KR100569930B1 - 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기조화기에 관한 것으로서, 특히 난방 운전이 연속적으로 이루어질 수 있도록 한 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어장치는, 압축기와; 난방 또는 냉방을 위해 절환하는 제 1사방밸브와; 실내 열교환기와; 난방운전모드에서의 제상 운전 여부에 따라 감압 팽창 여부가 결정되는 제 1팽창장치와; 난방운전모드에서의 제상 운전시 실외팬에 의해 열 교환하여 상기 제 1팽창장치로부터 토출된 냉매로 제상하고 및 저온저압의 기상냉매로 출력하는 실외 열교환기와; 상기 난방 운전 중 상기 실외 열교환기를 일정 부분씩 나누어 순서대로 제상시키고 제상에 사용된 냉매를 감압 팽창되도록 유로를 제어하는 제상 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
에어컨, 난방, 제상, 실외 열교환기

Description

히트펌프 시스템의 난방 운전 제어장치{Apparatus for driving control of heat pump system}
도 1은 종래 에어컨의 냉방 사이클을 나타낸 상태도.
도 2는 종래 에어컨의 난방 사이클을 나타낸 상태도.
도 3은 종래 난방 및 제상운전 사이클을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명 실시 예에 따른 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어장치를 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명 실시 예에 따른 히트펌프 시스템의 난방 운전시 제상운전 장치를 나타낸 구성도.
도 6은 본 발명 실시 예에 따른 난방 운전 상태에서의 실외 열교환기의 제상 순서 절환을 나타낸 구성도.
도 7은 본 발명 실시 예에 따른 난방 운전 상태에서의 실외 열 교환기의 제상 순서 절환을 나타낸 구성도.
도 8은 본 발명 실시 예에 따른 난방 운전 제어 장치를 나타낸 블록 구성도.
도 9는 본 발명 실시 예에 따른 난방 운전 제어 방법을 나타낸 플로우 챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110...압축기 120,160...사방밸브
130...실내 열교환기 131...실내팬
140,155...팽창장치 150...실외 열교환기
151...실외팬 152...전반부
153...후반부 154...이방밸브
200...제어부 212...실외 온도 감지부
본 발명은 공기 조화기에 있어서, 특히 난방 운전이 연속적으로 이루어질 수 있도록 한 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 공기 조화기는 냉매의 압축 및 응축, 팽창, 증발과정을 거쳐 생성된 냉기를 실내로 토출시켜 실내 온도를 저하시키는 기기로서, 실외측에 설치되는 실외기와, 실내측에 설치되는 실내기로 구분된다. 이러한 공기 조화기의 경우, 다수의 실내공간을 냉방 또는 난방시킬 수 있도록 하나의 실외기에 다수의 실내기를 연결한 멀티 형태로 구성하여 사용하기도 한다.
도 1은 일반적인 공기 조화기의 냉방 사이클을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공기 조화기는 압축기(10), 사방밸브(11), 실외 열교환기(12), 실외팬(13), 팽창밸브(14) 및 실내 열교환기(15), 실내팬(16)으로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 공기 조화기의 냉방과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 1 에 도시한 바와 같이, 실내 열교환기(15)로부터 압축기(10)로 유입된 저온 저압의 기상냉매는 압축기(10)의 가압작용을 통해 고온 고압의 기상상태로 가압됨과 동시에, 냉방 사이클이 이루어지도록 절환된 사방밸브(11)를 통해 실외 열교환기(12)로 토출된다.
상기 냉매는 실외 열교환기(12)의 내부를 유동하면서 실외팬(13) 구동을 통해 실외기 내로 흡입된 외부공기와 열 교환을 통해 상온 고압의 액상상태로 상 변화를 이루게 된다.
상기와 같이 상 변화된 냉매는 팽창밸브(14)로 토출됨과 동시에, 상기 팽창밸브(14)의 내부를 유동하면서 증발작용이 쉽게 이루어질 수 있도록 저온 저압의 액상상태로 감압되어 실내 열교환기(15)로 토출되고, 상기 실내 열교환기(15)로 토출된 냉매는 상기 실내 열교환기(15)의 주위 공기와 열 교환을 통해 저온 저압의 기상상태로 상 변화를 이룬 후, 사방밸브(11)를 통해 다시 압축기(10)로 유입되게 된다.
상기와 같이 실내 열교환기(15)에서 팽창밸브(14)를 통해 감압된 냉매와 열 교환된 주위 공기는 상기 냉매에 열을 빼앗기면서 차가운 냉기로 변화되고, 상기 냉기는 실내팬(16)을 통해 실내로 토출되면서 냉방과정이 종료되게 된다.
또한 에어컨의 난방과정은 도 2에 도시된 바와 같다. 이러한 난방과정은 냉방과정과 반대의 사이클로 동작된다.
도 2 에 도시한 바와 같이, 실외 열교환기(12)로부터 압축기(10)로 유입된 저온 저압의 기상냉매는 압축기(10)의 가압작용을 통해 고온 고압의 기상상태로 가압됨과 동시에, 난방 사이클이 이루어지도록 절환된 사방밸브(11)를 통해 실내 열교환기(15)로 토출된다.
상기 실내 열교환기(15)로 유입된 냉매는 주위 공기와 열교환을 통해 상온 고압의 액상상태로 상변화를 이룬 후 팽창밸브(14)로 토출된다. 이때 고온 고압의 기상 냉매와 열교환된 주위 공기는 상기 냉매 열에 의해 더운 공기로 변화됨과 동시에, 실내팬(16)을 통해 실내로 토출되어 실내의 온도를 상승시키게 된다.
또한, 팽창밸브(14)로 토출된 냉매는 실외 열교환기(12)에서 증발작용이 원활히 이루어질 수 있도록 저온 저압의 액상상태로 감압된 다음 실외 열교환기(12)로 토출되고, 상기 실외 열교환기(12)로 토출된 냉매는 실외기 내로 유입된 외부공기와의 열교환을 통해 저온 저압의 기상상태로 상변화를 이룬 후, 사방밸브(11)를 통해 다시 압축기(10)로 유입되게 된다.
이러한 공기 조화기가 난방모드로 운전되면 실외 열교환기는 증발기로 기능하고 상기 실내 열교환기는 응축기로 기능하며, 상기 공기 조화기가 냉방모드로 운전되면 실외 열교환기는 응축기로 기능하고 실내 열교환기는 증발기로 기능한다.
상기 공기 조화기가 난방모드로 운전되면 상기 실외 열교환기 표면에는 서리가 결빙되며, 이러한 서리는 실외 열교환기의 열전달 성능을 현저히 저하시킨다. 열손실이 많아질 뿐만 아니라 소비 전력도 증대되는 문제점이 있다.
다시 말하면, 실외온도가 일정 이하(예를 들면, 4~4℃) 범위에서 실외 열교환기에 서리가 발생하면 열 전달을 방해하므로, 난방 사이클 운전이 지속되지 못하 기 때문에, 역 사이클(냉방 사이클)을 통하여 제상(Defrost) 운전을 수행하는 과정이 지속적으로 필요하게 된다. 이때 실내에는 난방운전이 불가능하므로 실온 제어가 문제가 발생하게 된다.
또한, 실외 열 교환기의 성능 저하를 방지하기 위해 도 3과 같이 일정한 시간 간격으로 서리를 제거하는 제상 운전을 수행하게 되는데, 상기 제상운전시 냉방 사이클 운전을 수행하면서, 사용자의 불쾌감 유발을 방지하기 위해 실내팬은 정지하고 실외 루버(louver)를 닿는 경우가 존재하게 된다. 그러나, 이 경우에도 난방운전이 단속적으로 이루어짐으로써, 사용자에게 불쾌감을 유발시키는 문제가 있다.
또한, 이러한 과정의 잦은 반복이 진행됨에 따라 압축기를 정지 및 가동하는 과정이 자주 반복되어 상기 압축기의 압축 손실을 발생시킬 수도 있다.
본 발명은 난방운전이 단속적으로 이루어지는 문제를 해결하여, 난방 운전이 연속적으로 이루어질 수 있도록 한 히트펌프시스템의 난방운전 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명은 실외 열교환기 내부에 이방 밸브 및 팽창장치를 추가하여 난방 사이클의 중단 없이 제상운전이 가능토록 한 히트펌프 시스템의 난방운전 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명은 실내 열교환기와 실외 열교환기 사이에 설치되는 팽창장치의 출력측 경로를 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로 차례로 절환해 줄 수 있도록 함으로써, 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부 제상이 소정의 주기에 따라 모두 이루어질 수 있도록 한 히트펌프 시스템의 난방운전 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부를 차례로 제상시켜 줄 수 있도록 함으로써, 연속적인 난방운전과 압축기의 중지 및 재기동 동작이 불필요한 히트펌프 시스템의 난방운전 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적 달성을 위한 본 발명 실시 예에 따른 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어장치는,
고온고압을 기상냉매로 압축하는 압축기와;
난방 또는 냉방 모드에 따라 경로를 절환하는 제 1사방밸브와;
실내팬에 의해 열 교환하여 상기 압축된 냉매를 상온고압의 액상 냉매로 출력하는 실내 열교환기와;
난방운전모드에서의 제상 운전 여부에 따라 상기 실내 열교환기의 액상냉매를 저온저압의 액상상태로 감압 팽창 또는 팽창과정 없이 통과시켜 주는 제 1팽창장치와;
상기 제 1팽창장치 및 압축기의 흡입측 사이에서 상기 제 1팽창장치로부터 토출된 냉매를 실외팬에 의해 열교환하여 최종 저온저압의 기상냉매로 출력하며, 내부에 난방 유로 또는 제상/난방 유로를 갖는 실외 열교환기와;
상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부 사이에 설치되어 난방 유로를 제공하는 제 1수단 및,
상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부 사이에 설치되어 제상/난방 유로를 제공하며 상기 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로부터 제상에 사용된 냉매에 대해 감압 팽창하여 저온저압의 기상냉매로 출력시키는 제 2수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 1수단은 난방운전모드시 실외 열교환기의 전반부 및 후반부를 연통시켜 주어 난방경로를 제공하는 이방밸브를 포함하며, 상기 제 2수단은 난방운전모드에서의 제상운전시 상기 제 1팽창장치로부터 팽창되지 않은 제상에 사용될 냉매가 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부를 통과하면 상기 제상에 사용된 냉매를 감압 팽창시켜 저온저압의 기상냉매로 변환하는 제 2팽창장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부 사이에 상기 제 2팽창장치 및 이방밸브가 서로 병렬로 연결된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부로 제상 및 감압팽창 동작에 대해 역 사이클로 구동되도록 경로를 절환하여 전반부 또는 후반부의 제상 순서를 변경해 주는 제 2사방밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 2사방밸브는 제 1팽창장치의 토출측을 기준으로 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로 절환되고, 상기 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로의 절환에 따라 압축기의 흡입측으로 연결시켜 주는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 히트펌프 시스템의 난방 운전제어 장치는,
고온고압을 기상냉매로 압축하는 압축기와;
난방 또는 냉방 모드에 따라 경로를 절환하는 제 1사방밸브와;
실내팬에 의해 열 교환하여 상기 압축된 냉매를 상온고압의 액상 냉매로 출력하는 실내 열교환기와;
난방 운전모드의 제상 운전 여부에 따라 상기 실내 열교환기의 액상냉매를 저온저압의 액상상태로 감압 팽창 또는 팽창과정 없이 통과시켜 주는 제 1팽창장치와;
난방 운전모드에서의 제상 운전시 실외팬에 의해 열 교환하여 상기 제 1팽창장치로부터 토출된 냉매로 제상하고 및 저온저압의 기상냉매로 출력하는 실외 열교환기와;
난방 운전모드에서의 제상운전시 상기 실외 열교환기의 일측에서의 제상과 타측에서의 상변화된 냉매가 소정 주기로 교반하여 흐르도록 상기 실외 열교환기의 일측 및 타측의 경로를 제어하기 위한 제상 제어수단과;
난방 운전모드 또는 난방 운전상태에서의 제상운전 모드에 따라 상기의 제 1팽창장치 및 제상 제어수단을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제상 제어수단은, 상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부 사이에 설치되고 순수 난방운전시 실외 열교환기의 전반부 및 후반부 상호간을 연통시켜 주어 난방 경로를 제공하는 이방밸브 및, 난방 운전 상태에서의 제상운전시 상기 제 1팽창장치로부터 팽창되지 않은 냉매에 의해 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부를 제상시키고 제상에 사용된 냉매를 감압 팽창시키는 제 2팽창장치와; 상기 제 1팽창장치로부터 토출된 냉매를 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로 절환해 주어 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부가 차폐대로 제상되도록 하는 제 2사방밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 2사방밸브는 상기 제 2팽창장치의 토출측과 상기 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로 경로와, 압축기의 흡입측과 상기 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로의 경로를 절환시켜 주는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제어수단은 난방 운전모드 또는 난방 운전 상태의 제상 운전모드의 주기와, 상기의 난방 운전 상태에서의 제상 운전모드를 상기 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부를 차례대로 제상하는 주기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부에는 각각의 배관 온도를 감지하여 제어부에 전달하는 실외배관온도 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
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이러한 본 발명에 의하면, 실외 열교환기에 제상운전시 제상 사이클로 동작하는 유로와 난방 사이클로 동작하는 유로를 제공하는 수단을 구비하고, 실외 열교환 내에서의 일측 및 타측의 제상 운전이 교반되어 수행될 수 있도록 하는 절환하는 수단을 구비함으로써, 연속적인 난방 사이클로 동작될 수 있도록 해 줄 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4 및 도 5는 본 발명 실시 예에 따른 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어 장치를 나타낸 구성도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 고온고압을 기상냉매로 압축하는 압축기(110)와, 난방 또는 냉방 모드에 따라 경로를 절환하는 제 1사방밸브(120)와, 실내팬(131)에 의해 열 교환하여 상기 압축된 냉매를 상온고압의 액상 냉매로 출력하는 실내 열교환기(130)와, 상기 실내 열 교환기(130)의 액상냉매를 저온저압의 액상상태로 감압 팽창시키는 제 1팽창장치(140)와, 실외팬(151)에 의해 열 교환하여 상기 저온저압의 액상냉매를 저온저압의 기상냉매로 출력하는 실외 열교환기(150)와, 상기 실외 열교환기(150)의 전반부 및 후반부 사이에 설치되어 난방운전시 정상적으로 냉매를 통과시키는 이방밸브(154) 및 제상운전시 전반부에서 후반부로 전달되는 냉매를 감압 팽창하여 저온저압의 기상냉매로 변환하는 제 2팽창장치(155)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 실외 열 교환기(150)에서의 제상 및 감압 팽창 사이클에 대한 역 사이클로 구동시켜 주기 위해 경로를 절환하는 제 2사방밸브(160)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명 실시 예에 따른 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 에어컨의 난방 과정이 연속적으로 이루어질 수 있도록 실외 열교환기(150)에는 전반부(152)와 후반부(153)로 냉매 튜브를 나누고, 전반부(152)와 후반부(153) 사이에 냉매의 통과를 제어하는 이방밸브(154), 냉매를 팽창시켜 주는 제 2팽창장치(154)가 병렬로 설치된다.
즉, 이방밸브(154) 및 제 2팽창장치(154)는 서로 병렬로 설치되며, 전반부(152)에서 후반부(153)로 흐르는 냉매가 이방밸브(154)로 통과하면 상 변화가 없이 통과되고, 제 2팽창장치(154)로 통과하면 저온저압으로 기상 상태의 상변화로 통과하게 된다.
여기서, 실외 열교환기(150)의 전반부(152) 및 후반부(153)를 나누는 기준은 튜브의 배열에 따라 임의로 나누고, 또는 이열로 배열되었을 경우 앞열은 전반부(152)로 하고, 뒷열은 후반부(153)로 나누어줄 수 있다.
이러한 에어컨의 난방과정은 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기(110)로 유입된 저온 저압의 기상냉매는 압축기(110)의 가압작용을 통해 고온 고압의 기상상태로 가압됨과 동시에, 난방 사이클이 이루어지도록 절환된 사방밸브(120)를 통해 실내 열교환기(130)로 토출된다.
상기 실내 열교환기(130)로 유입된 냉매는 주위 공기와 열교환을 통해 상온 고압의 액상상태로 상변화를 이룬 후 제 1팽창장치(140)로 토출된다. 이때 고온 고압의 기상 냉매와 열교환된 주위 공기는 상기 냉매 열에 의해 더운 공기로 변화됨과 동시에, 실내팬(131)을 통해 실내로 토출되어 실내의 온도를 상승시키게 된다.
또한, 제 1팽창장치(140)로 토출된 냉매는 실외 열교환기(150)에서 증발작용이 원활히 이루어질 수 있도록 저온 저압의 액상상태로 감압된 다음 실외 열교환기(150)로 토출되고, 상기 실외 열교환기(150)로 토출된 냉매는 실외팬(151)에 의해 실외기 내부로 유입된 외부공기와의 열교환을 통해 저온 저압의 기상상태로 상변화를 이룬 후, 제 1사방밸브(120)를 통해 다시 압축기(110)로 유입되게 된 다.
이러한 공기 조화기가 난방모드로 운전되면 실외 열교환기(150)는 증발기로 기능하고 상기 실내 열교환기(130)는 응축기로 동작하는 난방 경로를 제공해 된다.
이때, 에어컨이 난방 운전으로 동작되면, 제어부(미도시)는 실외 열교환기(150)의 전반부(152) 및 후반부(153)를 연결하는 이방밸브(154)를 오픈(OPEN)시키고, 제 2팽창장치(155)는 사용하지 않게 된다. 그러면, 실외 열교환기(150)에서는 이방밸브(154)를 통과하는 유로(P1)로 가지게 되므로 실외 열교환기(150)의 전/후반부(152,153)로 냉매가 흐르게 된다.
한편, 공기조화기가 난방운전을 수행할 때, 실외의 환경에 노출된 실외 열교환기(150)에는 이슬이 맺히면서 결빙으로 진전된다. 따라서 공기조화기가 난방운전을 지속하게 되면, 실외 열교환기(150)의 튜브가 결빙되는 문제가 발생된다. 이러한 결빙은 실내 열교환기(130)를 통한 취출공기의 온도를 떨어뜨려 난방 기능을 저하시키게 된다. 따라서 상기 결빙을 제거하여 난방운전이 지속되도록 하기 위해서 일정간격으로 제상운전의 수행이 필요하다.
본 발명의 제상운전은 난방 사이클 상에서의 제상이 이루어질 수 있도록 실외 열교환기에서 제상/난방 경로를 제공해 준다. 이러한 난방 사이클 상에서의 제상운전은 실외 배관 온도 등의 감지를 통해서 개시지점을 판단하게 된다.
상기 제상운전은 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(미도시)는 상기 실외 열교환기(150)의 전반부(152) 및 후반부(153) 사이를 연결하는 이방밸브(153)를 클로즈하고, 제 2팽창장치(155)를 오픈시켜 준다.
이때, 제 1팽창장치(140)는 풀 오픈(full open)시켜 주어 냉매의 팽창이 이루어지지 않도록 하여 단순히 통과시켜 주도록 함으로써, 중온 중압의 냉매가 실외 열교환기(150)의 전반부(153)에 그대로 전달되므로 전반부(152)의 제상동작이 이루어진다.
그리고, 실외 열교환기(150)의 전반부(152)에서 제상동작이 이루어지는 냉매는 제 2팽창장치(155)를 통과하는 유로(P2)를 지나게 됨으로써 제 2팽창장치(150)에 의해 감압 팽창되어 저온저압의 기상상태로 상변화시킨 후, 실외 열교환기(150)의 후반부(153)를 거치고 제 1사방밸브(120)를 통해 다시 압축기(110)로 유입되게 된다.
이때 실내 열교환기(130)는 압축기(110)에 의해 토출된 고온 고압의 기상 냉매와 열교환된 주위 공기는 상기 냉매 열에 의해 더운 공기로 변화됨과 동시에, 실내팬(131)을 통해 실내로 토출되어 실내의 온도를 상승시키게 된다. 즉, 난방 운전이 연속적으로 수행되고 있게 된다.
즉, 실외 열교환기(150)는 제 1팽창장치(140)와 제 2팽창장치(155) 사이의 냉매 배관 즉, 전반부(152)에서 제상이 이루어지도록 해 주고, 후반부(153)는 난방 사이클로 계속 운전된다.
이후, 제어부(도 8의 200)는 실외 열교환기(150)의 전반부(152)에 대한 제상이 충분히 이루어졌다고 판단되면 상기의 제상 및 난방 사이클의 역 사이클로 운전을 수행하게 된다. 이는 실외 열교환기(150)의 전반부(152)는 제상이 완료되었으므로 난방 사이클로 동작시키고, 후반부(153)는 제상운전시 난방사이클로 동작하였으 므로 제상 동작이 이루어지게 절환해 준다.
이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이 실외 열교환기(150)의 입구 및 출구측를 절환시켜 주는 제 2사방밸브(160)를 추가로 구비하게 된다.
제 2사방밸브(160)는 제 1팽창장치(140)의 토출측 냉매가 실외 열교환기(150)의 전반부(152) 또는 후반부(153)로 유동되도록 절환해 주고, 또 실외 열교환기(150)의 후반부(153) 또는 전반부(152)로 출력되는 냉매가 압축기(110)로 유동되도록 절환해 준다.
이러한 제 2사방밸브(160)는 실외 열교환기(150)의 전반부(152)의 제상을 위해 제 1팽창장치(140)를 거친 냉매를 실외 열교환기(150)의 전반부(152)로 연결시켜 주므로 상기 전반부(152)의 제상이 이루어지도록 한다.
도 7을 참조하면 실외 열교환기(150)의 후반부(153)의 제상을 위해 제 2사방밸브(160)는 제 1팽창장치(140)를 거친 냉매를 실외 열교환기(150)의 후반부(152)로 절환되어 연결시켜 주므로, 제 1팽창장치(140)의 풀 오픈(full open)에 의해 통과하는 냉매가 중온 중압으로 실외 열교환기(150)의 후반부(152)로 유입되어 제상이 이루어진다.
상기 실외 열교환기(150)의 후반부(152)에서 제상을 수행하는 냉매는 유로(P4)를 따라 제 2팽창장치(140)를 거친 후 상기 제 2사방밸브(160)를 거치고, 제 1사방밸브(120)를 통과하여 압축기(110)로 재 유입된다.
이러한 제 2사방밸브(160)의 절환 동작은 압축기(110)의 정지 및 재기동 없이 동작이 이루어지게 된다. 즉, 기존에는 난방 모드에서 제상모드(냉방모드)로 절 환할 때에는 압축기(110)를 정지시킨 후 재 기동시키는 동작을 수행하고 있으나, 본 발명에서는 난방 사이클 내에서 난방을 계속 수행하면서 제상을 함께 수행할 수 있도록 함으로써, 압축기의 정지 및 재기동 등의 불필요한 동작을 하지 않아도 된다.
도 8은 히트펌프 시스템에서의 난방 운전 제어장치의 시스템 구성도이다.
도 8을 참조하면, 에어컨에 전원이 공급되면 신호 입력부(210)로부터 사용자의 동작 제어신호를 입력하게 된다. 이때 난방 운전을 개시하면 제어부(200)는 이를 인식하여 난방 운전 사이클을 운행하게 된다.
이러한 난방 운전은 도 6 및 도 8을 참조하면, 제어부(200)는 제 1팽창장치(140)에서 냉매가 감압 팽창되도록 하고 이방밸브(154)를 오픈하고, 제 2팽창장치(155)는 폐쇄하게 되므로, 실외 열교환기의 전반부, 이방밸브(154), 후반부를 통해서 냉매가 저온 저압의 기상 냉매로 압축기(110)로 이동된다.
이때의 제 1사방밸브(120)는 난방 모드로 절환되고, 제 2사방밸브(160)는 초기 상태인 실외 열교환기(150)의 전반부(152)로 절환된 상태이다.
한편, 제상운전 과정은 도 7 및 도 8을 참조하면, 제어부(200)는 실외 열교환기(150)의 온도를 감지하는 실외 배관 온도감지부(212)로부터 감지된 온도를 이용하여 공기 조화기의 제상 조건을 여부를 판단하게 된다.
이때, 상기 제어부(200)에는 실외 열교환기(150)에 결빙이 발생되었다고 판단할 수 있는 기준온도값이 기설정되어져 있다. 이에 따라 실외 배관 온도감지부(212)를 통해서 실외 열교환기(150)의 온도를 측정한 후, 측정된 값을 기준온도값과 비교하여 측정된 값이 더 낮으면, 제어부(200)는 실외 열교환기(150)에 결빙이 발생되었다고 판단한다. 이에 따라 제어부(150)는 난방 사이클에서 제상운전이 수행되도록 제어하게 된다.
상기 제어부(150)는 제 1팽창장치(140)를 제어하여 풀 오픈시키고, 제 2사방밸브(160)를 전반부 제상 상태인 초기 상태로 유지하고, 이방밸브(154)를 클로즈하고, 제 2팽창장치(155)를 동작시켜 주어 냉매의 감압팽창이 이루어지도록 제어한다.
이에 따라 냉방 사이클에서 실외 열교환기(150)의 전반부(152)의 제상이 이루어지고, 후반부는 제 2팽창장치(155)에 의해 감압팽창된 저온저압의 냉매가 이동하게 된다.
한편, 제어부(200)는 실외 열교환기(150)의 전반부 제상이 완료되었다고 판단되면 실외 열교환기(150)의 후반부 제상을 수행토록 제어하게 된다.
여기서, 제어부(200)는 실외 배관 온도감지부(212)에 의해 실외 열교환기(150)의 전반부(152) 및 후반부(154)의 온도를 각각 감지하여 각 부분의 제상 시점 및 제상이 완료된 시점을 각각 판단할 수 있게 된다.
그리고 제어부(200)는 제 2사방밸브(160)를 절환하여 제 1팽창장치(140)를 거친 냉매가 제 2사방밸브(160)를 거쳐서 실외 열교환기(150)의 후반부로 유동되도록 해 준다. 이에 따라 실외 열교환기(150)의 후반부(153)의 제상이 이루어지고, 제 2팽창장치(155)를 거친 후 감압 팽창되어 실외 열교환기(150)의 전반부(152)로 유동하여 저온저압의 기상냉매로 압축기(110)로 유입된다.
이와 같이 제어부(200)는 난방 운전 동작 중에 실외 열교환기(150)의 제상이 필요할 경우 실외 열교환기(150)의 일정 부분씩 번갈아 가면서 제상시키고 최종 출력 부분은 원 상태의 난방 사이클로 동작시켜 줄 수 있도록 함으로써, 연속적인 난방 중에도 실외 교환기(150)의 전체에 대해 제상이 완료될 수 있다.
한편, 본 발명은 실외 열교환기(150)의 크게 2부분으로 나누었으나, 이방밸브, 팽창장치 등의 추기를 통해서 3개의 부분 이상으로 나누어 제상 동작을 번갈아 수행할 수도 있다.
도 9는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템에서의 난방운전 제어방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 9를 참조하면, 난방 운전이 개시되면(S101), 제 1사방밸브를 난방모드로 절환하고 이방밸브를 오픈하여 난방 사이클이 정상적으로 이루어지도록 한다(S101).
이후, 제상운전 모드인지를 판단하고(S105), 판단결과 제상운전 모드이면 상기 이방밸브를 클로즈하고 제 1팽창장치를 풀 오픈하여 감압 팽창없이 냉매를 통과시켜 주도록 해 준다(S107).
이에 따라 실내 열교환기로부터 토출되는 냉매는 제 1팽창장치, 실외 열교환기의 전반부를 지나면서 제상이 이루어지고, 제상을 수행하는 냉매가 제 2팽창장치를 거쳐 팽창되므로 실외 열교환기의 후반부를 통해 압축기로 전달되므로 난방 사이클로 동작된다(S109).
이후, 실외 열교환기의 전반부 제상이 완료되었는지를 판단하고(S111), 상기 실외 열교환기의 전반부 제상이 완료되면 후반부 제상을 위해 제 2사방밸브를 후반부 제상 유로로 절환시켜 준다(S113). 여기서 실외 열 교환기의 전반부 제상이 완료되지 않았으면 S109단계로 진행하여 계속 전반부 제상을 수행하게 된다.
그러면, 실내 열교환기-제 1팽창장치-제 2사방밸브를 경유하는 냉매는 실외 열교환기의 후반부를 제상시키고, 제상에 사용된 냉매는 제 2팽창장치를 경유하여 팽창되어 실외 열교환기의 전반부를 통해 압축기로 전달되므로 난방 사이클로 동작된다(S115).
이후 제상운전이 완료되었는가를 판단하고, 제상운전이 완료되면 순수한 난방 운전만을 수행하고, 제상운전이 완료되지 않았으면 S115 단계로 진행하여 실외 열교환기의 후반부 제상을 계속 수행하게 된다.
이와 같이 난방 운전을 계속 수행하면서 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부를 차례대로 제상을 수행함으로써, 연속적인 난방 운전이 가능하고, 압축기를 정지할 필요가 없다.
또한 실외 열교환기의 제상 운전시, 실외 열교환기의 전반부 제상과 후반부 제상이 각 부분의 제상이 완료된 시점이 아닌 일정한 주기에 의해 자동으로 번갈아 수행될 수 있도록 함으로써 제상을 수행할 수도 있다. 또한 반드시 제상운전시가 아닌, 실내의 온도가 설정온도 이상이 되면 자동으로 일부분의 제상 동작을 동시에 수행케 할 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 실외 열교환기(150)의 일부분의 온도가 일정 이하일 경우에 난방운전과 동시에 제상운전을 수행함으로서, 실외 열교환기(150)에 결빙이 발생되지 않도록 하면서, 난방 능력을 향상시켜 줄 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시 예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어장치는, 난방 운전과 동시에 실외 열교환기를 소정 부분씩 나누어 차례대로 제상이 이루어질 수 있도록 함으로써, 난방 능력을 향상시켜 주고 압축기의 정지 및 재기동과 같은 불필요한 동작을 수행하지 않아도 되는 효과가 있다.
또한 연속적인 난방 운전을 통해서 제상운전이 이루어지므로 난방 공급의 중단됨이 없이 제상 운전이 가능한 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 고온 고압의 기상 냉매로 압축하는 압축기:
    난방 또는 냉방 모드에 따라 경로를 절환하는 제 1사방밸브와;
    실내팬에 의해 열 교환하여 상기 압축된 냉매를 상온고압의 액상 냉매로 출력하는 실내 열교환기와;
    난방운전모드에서 제상 운전 여부에 따라 상기 실내 열교환기의 액상냉매를 저온저압의 액상상태로 감압 패창 또는 팽창과정 없이 통과시켜 주는 제 1팽창장치와;
    상기 제 1팽창장치 및 압축기의 흡입측 사이에서 상기 제 1팽창장치로부터 토출된 냉매를 실외팬에 의해 열교환하여 최종 저온저압의 기상냉매로 출력하며, 내부에 난방 유로 또는 제상/난방 유로를 갖는 실외 열교환기와;
    상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부 사이에 설치되어 난방 유로를 제공하는 제1수단;
    상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부 사이에 설치되어 제상/난방 유로를 제공하며 상기 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로부터 제상에 사용된 냉매에 대해 감압 팽창하여 저온 저압의 기상냉매로 출력시키는 제 2수단 및
    상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부로 제상 및 감압 팽창 동작에 대해 역 사이클로 구동되도록 난방/제상 경로를 절환하여 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부의 제상 순서를 변경해 주는 제 2사방밸브를 포함하는 히트펌프 시스템의 난방운전 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1수단은 난방운전모드시 실외 열교환기의 전반부 및 후반부를 연통시켜 주어 난방경로를 제공하는 이방밸브를 포함하며,
    상기 제 2수단은 난방운전모드에서의 제상운전시 상기 제 1팽창장치로부터 팽창되지 않은 제상에 사용될 냉매가 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부를 통과하면서 상기 제상에 사용된 냉매를 감압 팽창시켜 저온저압의 기상냉매로 변환하는 제 2팽창장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부 사이에 상기 제 2팽창장치 및 이방밸브가 서로 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 난방운전 제어장치.
  4. 삭제
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2사방밸브는 상기 제 1팽창장치의 출력단을 기준으로 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로 절환되고, 상기 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로의 절환에 따라 압축기의 흡입측으로 연결시켜 주는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 난방운전 제어장치.
  6. 고온고압의 기상냉매로 압축하는 압축기와;
    난방 또는 냉방 모드에 따라 경로를 절환하는 제 1사방밸브와;
    실내팬에 의해 열 교환하여 상기 압축된 냉매를 상온고압의 액상 냉매로 출력하는 실내 열교환기와;
    난방 운전모드의 제상 운전 여부에 따라 상기 실내 열교환기의 액상냉매를 저온저압의 액상상태로 감압 팽창 또는 팽창과정 없이 통과시켜 주는 제 1팽창장치와;
    난방 운전모드에서의 제상 운전시 실외팬에 의해 열 교환하여 상기 제 1팽창장치로부터 토출된 냉매로 제상하고 및 저온저압의 기상냉매로 출력하는 실외 열교환기와;
    난방 운전모드에서의 제상운전시 상기 실외 열교환기의 일측에서의 제상과 타측에서의 상변화된 냉매가 소정 주기로 교반하여 흐르도록 상기 실외 열교환기의 일측 및 타측의 경로를 제어하기 위한 제상 제어수단과;
    난방 운전모드 또는 난방 운전상태에서의 제상운전 모드에 따라 상기의 제 1팽창장치 및 제상 제어수단을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제상 제어수단은,
    상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부 사이에 설치되고 순수 난방운전시 실외 열교환기의 전반부 및 후반부 상호간을 연통시켜 주어 난방 경로를 제공하는 이방밸브 및, 난방 운전 상태에서의 제상운전시 상기 제 1팽창장치로부터 팽창되지 않은 냉매에 의해 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부를 제상시키고 제상에 사용된 냉매를 감압 팽창시키는 제 2팽창장치와;
    상기 제 1팽창장치로부터 토출된 냉매를 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로 절환해 주어 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부가 차례대로 제상되도록 하는 제 2사방밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 난방 운전 제어장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2사방밸브는 상기 제 2팽창장치의 토출측과 상기 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로 경로와, 압축기의 흡입측과 상기 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부로의 경로를 절환시켜 주는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 난방장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제어수단은 난방 운전모드 또는 난방 운전 상태의 제상 운전모드의 주기와, 상기의 난방 운전 상태에서의 제상 운전모드를 상기 실외 열교환기의 전반부 또는 후반부를 차례대로 제상하는 주기를 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 난방운전 제어장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 실외 열교환기의 전반부 및 후반부에는 각각의 배관 온도를 감지하여 제어부에 전달하는 실외배관온도 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 난방운전 제어장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
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