KR100812780B1 - 난방과부하 방지를 위한 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프및 그 제어방법 - Google Patents

난방과부하 방지를 위한 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 난방과부하를 방지할 수 있도록 하는 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프 및 그 제어방법에 관한 것으로, 인버터형 압축기, 4-웨이 밸브, 어큐뮬레이터, 실외열교환기, 실외열교환기의 온도를 검출하기 위한 실외코일센서, 실외열교환기의 열교환을 촉진시키는 실외팬, 및 실외열교환기와 실내기를 연결하는 배관의 한 지점과 4-웨이 밸브와 어큐뮬레이터를 연결하는 배관의 한 지점을 서로 연결하는 바이패스 배관 및 이 바이패스 배관 상에 설치되는 바이패스 밸브를 포함하는 실외기; 및 각각, 4-웨이 밸브와 연결되는 실내열교환기, 및 실내열교환기와 실외열교환기 사이에 배치되는 전자팽창밸브를 포함한 구성으로 이루어져, 실외기에 병렬로 연결되는 하나 이상의 실내기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방과부하 방지를 위한 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공함으로써, 난방운전시 실외팬을 정지시킬 필요 없이도 난방과부하 해소를 위한 최적의 사이클을 구현할 수 있도록 하며, 실외팬이 정지되지 않음에 따라 시스템의 급격한 부하변동이 발생하지 않는 가운데 압축기로 액상의 냉매가 유입될 가능성을 현저히 감소시켜 압축기의 신뢰성을 한층 증가시킬 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.
Figure R1020070002252
난방과부하, 인버터형 압축기, 바이패스 밸브, 풍량가변형 팬

Description

난방과부하 방지를 위한 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프 및 그 제어방법{HEAT-PUMP HAVING INVERTER-TYPE COMPRESSOR FOR PREVENTING HEATING OVERLOAD AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
도 1은 종래기술에 따른 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프의 일 예를 도시한 개략적 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프를 개략적으로 도시한 구성도,
*도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프를 제어하는 방법을 도시한 블럭도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 실외기 111: 인버터형 압축기
112: 어큐뮬레이터 113: 4-웨이 밸브
114: 실외열교환기 115: 전자팽창밸브
120: 실내열교환기 125: 실외코일센서
130: 실내기 133: 바이패스 배관
135: 바이패스 밸브
본 발명은 히트펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용량 변화가 가능한 인버터형 압축기를 구비하며 실외온도가 높은 난방과부하 조건에서 실외팬을 오프시키는 제어를 수행하지 않고도 난방과부하를 방지할 수 있도록 하는 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 쾌적한 생활환경을 조성하기 위해 널리 사용되고 있는 공기조화기는 기술의 발달과 더불어 그 성능을 향상시키기 위해 다양한 기술이 개발되어 점차 고성능화되어 가고 있는 추세이다.
그 일환으로, 서로 다른 용량을 갖는 둘 이상의 압축기를 갖거나 용량을 변화시킬 수 있는 인버터형 압축기를 구비한 공기조화기가 개발된 바 있으며, 이와 같은 공기조화기는 실내ㆍ외의 부하변동에 따라, 둘 이상의 압축기를 구비하는 경우에는 구비된 압축기를 동시에 운전하거나 어느 하나의 압축기만 선택적으로 운전할 수 있도록 구성되고, 인버터형 압축기를 구비하는 경우에는 용량을 적절하게 변화시킬 수 있도록 구성되어 있다.
그리고, 이와 같은 압축기 관련부분의 개선과 더불어, 하나의 실외기에 둘 이상의 실내기를 포함하는 멀티형 공기조화기가 개발된 바 있다.
한편, 4-웨이 밸브를 포함하도록 하여 냉매의 순환방향을 역전시킨 역사이클 을 구현함으로써 난방기능을 동시에 갖도록 한 공기조화기의 한 분류인 히트펌프가 개발되었으며, 이 히트펌프에 관하여 많은 연구가 진행되고 있는 실정이다.
도 1은 종래기술에 따른 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프의 일 예를 도시한 개략적 구성도이다.
종래기술에 따른 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프는, 도 1에 도시한 바와 같이, 용량을 연속적인 형태로 변화시킬 수 있는 인버터형 압축기(11), 압축기의 토출구 측에 배치되는 4-웨이 밸브(13), 압축기의 유입구 측에 배치되는 어큐뮬레이터(12) 및 4-웨이 밸브(13)와 연결되는 실외열교환기(14)를 포함하는 실외기(10)와, 이 실외기(10)에 서로 병렬로 연결되는 것으로서, 각각 실내열교환기(20), 전자팽창밸브(15), 및 실내열교환기(20)의 온도를 검출하기 위한 실내코일센서(25)를 포함하는 복수의 실내기(30)로 이루어져 있다. 그리고, 실외기(10)와 실내기(30)는 각각 실외열교환기(14)의 열교환을 촉진시키기 위한 실외팬(미도시)과 실내열교환기(20)의 열교환을 촉진시키기 위한 실내팬(미도시)을 구비한다.
이와 같은 종래기술에 따른 인버터 압축기를 갖는 히트펌프는 난방운전시 실외온도의 상승으로 인해 난방과부하 상태가 되었을 때, 실내코일센서(25)로 실내열교환기(20)의 온도를 감지하여, 감지된 온도 값에 근거하여 판단한 과부하 정도에 따라 실외팬을 온/오프 제어하는 방식으로 과부하 상태를 해소할 수 있도록 제어해왔다.
그러나 실외팬을 온/오프 제어할 경우, 시스템의 급격한 부하변동을 수반하게 되어 최적의 사이클을 구현하는데 장애요소로 작용하고, 실외팬이 오프상태로 지속되는 시간에 따라 압축기로 액상의 냉매가 유입될 수 있는 가능성이 존재하여 압축기의 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있는 문제점이 있는 실정이다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,
본 발명은 난방운전시 과부하상태가 되더라도 증발기 역할을 수행하는 실외열교환기의 열교환을 조절하는 실외팬을 정지시키는 제어를 수행하지 않는 가운데 과부하를 방지할 수 있도록 하여 압축기의 신뢰성을 증대할 수 있도록 하는 난방과부하 방지를 위한 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
용량을 연속적인 형태로 변화시킬 수 있는 인버터형 압축기, 상기 압축기의 토출구 측에 배치되는 4-웨이 밸브, 토출구는 상기 압축기의 유입구 측에 연결되고 유입구는 상기 4-웨이 밸브에 연결되는 어큐뮬레이터, 상기 4-웨이 밸브와 연결되는 실외열교환기, 상기 실외열교환기의 온도를 검출하기 위한 실외코일센서, 상기 실외열교환기의 열교환을 촉진시키는 실외팬, 및 상기 실외열교환기와 실내기를 연결하는 배관의 한 지점과 상기 4-웨이 밸브와 상기 어큐뮬레이터를 연결하는 배관의 한 지점을 서로 연결하는 바이패스 배관 및 이 바이패스 배관 상에 설치되는 바 이패스 밸브를 포함하는 실외기; 및
각각, 상기 4-웨이 밸브와 연결되는 실내열교환기, 및 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기 사이에 배치되는 전자팽창밸브를 포함한 구성으로 이루어져, 상기 실외기에 병렬로 연결되는 하나 이상의 실내기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방과부하 방지를 위한 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프를 제공한다.
그리고, 상기 실외팬은 다단 또는 선형으로 송풍량을 제어할 수 있는 풍량가변형 팬인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이패스 밸브는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은,
난방과부하 상태인 것으로 판단되면, 상기 바이패스 밸브를 개방하여 상기 실내열교환기로 유입되는 냉매의 양을 감소시키는 바이패스 밸브 개방단계; 및
상기 바이패스 밸브 개방단계 수행 후에도 난방과부하 상태인 것으로 판단되면, 상기 인버터형 압축기의 주파수를 단계별로 감소하도록 반복적으로 조정하는 압축기 주파수 감소조정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이상의 히트펌프를 제어하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
난방과부하 상태인 것으로 판단되면, 상기 실외팬의 송풍량을 감소시키는 송풍량 감소조정단계;
상기 송풍량 감소조정단계 수행 후에도 난방과부하 상태인 것으로 판단되면, 상기 바이패스 밸브를 개방하여 상기 실내열교환기로 유입되는 냉매의 양을 감소시 키는 바이패스 밸브 개방단계; 및
상기 바이패스 밸브 개방단계 수행 후에도 난방과부하 상태인 것으로 판단되면, 상기 인버터형 압축기의 주파수를 단계별로 감소하도록 반복적으로 조정하는 압축기 주파수 감소조정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이상의 히트펌프를 제어하는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프를 개략적으로 도시한 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프는, 도 2에 도시한 바와 같이, 하나의 실외기(100)와, 이 실외기(100)에 4개의 실내기(130)가 병렬로 연결되는 구성으로 이루어져 있다. 여기서, 실내기(130)의 수는 하나 이상의 다양한 수로 이루어질 수 있을 것이다.
실외기(100)는 용량을 연속적인 형태로 변화시킬 수 있는 인버터형 압축기(111)와, 이 압축기(111)의 토출구 측에 배치되는 4-웨이 밸브(113)와, 토출구는 압축기(111)의 유입구 측에 연결되고 유입구는 4-웨이 밸브(113)에 연결되는 어큐뮬레이터(112)와, 4-웨이 밸브(113)와 연결되는 실외열교환기(114), 실외열교환기(114)의 온도를 검출하기 위한 실외코일센서(125), 실외열교환기(114)의 열교환을 촉진시키는 실외팬(미도시)을 포함한다. 그리고, 실외열교환기(114)와 실내기(130) 를 연결하는 배관의 한 지점과 4-웨이 밸브(113)와 어큐뮬레이터(112)를 연결하는 배관의 한 지점을 서로 연결하는 바이패스 배관(133)과, 이 바이패스 배관(133) 상에 설치되는 바이패스 밸브(135)를 또한 포함한다.
그리고, 실내기(130)는, 각각, 4-웨이 밸브(113)와 연결되는 실내열교환기(120), 및 실내열교환기(120)와 실외열교환기(114) 사이에 배치되는 전자팽창밸브(115)를 포함한 구성으로 이루어진다.
실외기(100)에 포함되는 바이패스 배관(133) 및 바이패스 배관(133) 상에 배치되어 개폐제어되는 바이패스 밸브(135)는, 히트펌프가 난방운전시 과부하상태에 이르게 되면 응축기 역할을 수행하는 실내열교환기(120) 측으로부터 증발기 역할을 수행하는 실외열교환기(114)로 유입되는 냉매를 부분적으로 바이패스시켜 냉매의 일부가 실외열교환기(114)를 거치지 않고 바로 어큐뮬레이터(112)로 흐르도록 하기 위한 것으로서, 실외열교환기(114)에서의 증발량을 감소시켜 실외열교환기(114)의 온도를 낮추기 위한 방편으로 사용될 수 있다. 즉, 실내기측의 난방과부하를 해소할 수 있도록 하는 하나의 수단이 될 수 있는 것이다. 여기서, 바이패스 밸브(135)는 전기적 신호로 개폐제어될 수 있는 솔레노이드 밸브를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 실외열교환기(114)의 열교환을 촉진하기 위하여 구비되는 실외팬(미도시)은 단순히 온-오프제어되는 것이 아니라, 단계별로 또는 선형으로 송풍량을 제어할 수 있는 풍량가변형 팬인 것이 바람직하다. 이와 같은, 풍량가변형 팬은, 히트펌프가 난방운전시 과부하상태에 이르게 되면, 송풍량이 감소하도록 제어되어 열전달 효율이 저하되도록 하고, 따라서 실외열교환기(114)에서의 흡수되는 열량을 감소시킬 수 있도록 함으로써 실외열교환기(114)의 온도를 낮추기 위한 방편으로 사용될 수 있다. 즉, 이상의 바이패스 배관(133) 및 바이패스 밸브(135)와 더불어, 실내기측의 난방과부하를 해소할 수 있도록 하는 다른 하나의 수단이 될 수 있는 것이다.
한편, 인버터형 압축기(111)는 그 자체로 용량을 연속적인 형태로 변화시킬 수 있는 것으로서, 히트펌프가 난방운전시 과부하상태에 이르게 되면, 그 주파수를 점진적으로 또는 단계적으로 감소시키는 방법으로 실외열교환기(114)에서의 흡수되는 열량을 감소시킬 수 있도록 제어될 수 있다. 즉, 이상의 바이패스 배관(133)과 바이패스 밸브(135) 및, 풍량가변형 팬으로 이루어지는 실외팬과 더불어, 실내기측의 난방과부하를 해소할 수 있도록 하는 또 다른 하나의 수단이 될 수 있는 것이다.
이상과 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프를 제어하는 방법에 관하여 정리하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프를 제어하는 방법을 도시한 블럭도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 히트펌프의 운전이 시작되면, 우선 인버터형 압축기를 목표주파수로 조정하여 운전하는 가운데, 실외코일센서(125)를 통해 실외열교 환기온도(TO)를 감지한다. 감지된 온도(TO)를 난방과부하기준 설정온도(TS)와 비교하여 감지된 온도(TO)가 난방과부하기준 설정온도(TS) 이상인 경우에는 난방과부하 상태인 것으로 판단하게 된다.
이와 같이 난방과부하 상태인 것으로 판단되면, 1차적으로 풍량가변형인 실외팬의 송풍량을 감소시킨 상태에서 일정시간 동안 운전하게 되고, 일정시간이 경과하게 되면 다시 실외코일센서(125)를 통해 실외열교환기온도(TO)를 감지한다. 그리고, 다시 감지된 온도(TO)를 난방과부하기준 설정온도(TS)와 비교하여 감지된 온도(TO)가 여전히 난방과부하기준 설정온도(TS) 이상인 경우에는 난방과부하 상태인 것으로 판단하게 된다.
그리고, 이와 같이 송풍량 감소조정을 수행한 후에도 난방과부하 상태인 것으로 판단되면, 2차적으로 바이패스 밸브(135)를 개방하여 실외열교환기(114)로 유입되는 냉매의 양을 감소시킨 상태에서 일정시간 동안 운전하게 되고, 일정시간이 경과하게 되면 또 다시 실외코일센서(125)를 통해 실외열교환기온도(TO)를 감지한다. 그리고, 또다시 감지된 온도(TO)를 난방과부하기준 설정온도(TS)와 비교하여 감지된 온도(TO)가 여전히 난방과부하기준 설정온도(TS) 이상인 경우에는 난방과부하 상태인 것으로 판단하게 된다.
또한, 이와 같이 바이패스 밸브 개방을 수행한 후에도 여전히 난방과부하 상태인 것으로 판단되면, 마지막으로 인버터형 압축기(111)의 주파수를 일정시간 간 격으로 단계적으로 감소하도록 반복적으로 조정하는 제어를 수행하게 된다. 구체적으로, 인버터형 압축기(111)의 주파수를 감소조정하는 과정에서 각 주파수 단계에 한번 씩 실외열교환기온도(TO)를 감지하여 난방과부하기준 설정온도(TS)와 비교하면서 실외열교환기온도(TO)가 난방과부하기준 설정온도(TS)보다 낮아질 때까지 인버터형 압축기(111)의 주파수를 단계적으로 감소시키는 제어를 수행하는 것이다.
이상과 같은 실시예에서, 송풍량을 감소하도록 조정하는 제어는 실외팬이 풍량가변형 팬인 경우에만 가능한 것으로서, 히트펌프가 풍량가변형 팬을 실외팬으로 사용하지 않는 경우에는, 바이패스 밸브(135)를 개방하는 제어와 인버터형 압축기(111)의 주파수를 단계적으로 감소시키는 제어를 포함하는 제어방법으로 난방과부하를 해소하도록 할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 난방과부하 방지를 위한 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공함으로써, 본 발명은 난방운전시 실외팬을 정지시킬 필요없이도 난방과부하 해소를 위한 최적의 사이클을 구현할 수 있도록 하며, 실외팬이 정지되지 않음에 따라 시스템의 급격한 부하변동이 발생하지 않는 가운데 압축기로 액상의 냉매가 유입될 가능성을 현저히 감소시켜 압축기의 신뢰성을 한층 증가시킬 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있도록 한다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 용량을 연속적인 형태로 변화시킬 수 있는 인버터형 압축기, 상기 압축기의 토출구 측에 배치되는 4-웨이 밸브, 토출구는 상기 압축기의 유입구 측에 연결되고 유입구는 상기 4-웨이 밸브에 연결되는 어큐뮬레이터, 상기 4-웨이 밸브와 연결되는 실외열교환기, 상기 실외열교환기의 온도를 검출하기 위한 실외코일센서, 상기 실외열교환기의 열교환을 촉진시키고 다단 또는 선형으로 송풍량을 제어할 수 있는 풍량가변형 실외팬, 및 상기 실외열교환기와 실내기를 연결하는 배관의 한 지점과 상기 4-웨이 밸브와 상기 어큐뮬레이터를 연결하는 배관의 한 지점을 서로 연결하는 바이패스 배관 및 이 바이패스 배관 상에 설치되는 바이패스 밸브를 포함하는 실외기와; 각각 상기 4-웨이 밸브와 연결되는 실내열교환기, 및 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기 사이에 배치되는 전자팽창밸브를 포함한 구성으로 이루어져, 상기 실외기에 병렬로 연결되는 하나 이상의 실내기;를 포함하는 히트펌프를 제어하는 방법에 있어서,
    난방과부하 상태인 것으로 판단되면, 상기 실외팬의 송풍량을 감소시키는 송풍량 감소조정단계;
    상기 송풍량 감소조정단계 수행 후에도 난방과부하 상태인 것으로 판단되면, 상기 바이패스 밸브를 개방하여 상기 실내열교환기로 유입되는 냉매의 양을 감소시키는 바이패스 밸브 개방단계; 및
    상기 바이패스 밸브 개방단계 수행 후에도 난방과부하 상태인 것으로 판단되면, 상기 인버터형 압축기의 주파수를 단계별로 감소하도록 반복적으로 조정하는 압축기 주파수 감소조정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방과부하 방지를 위한 인버터형 압축기를 갖는 히트펌프 제어방법.
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