KR101989752B1 - 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템 및 안전운전제어방법 - Google Patents

준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템 및 안전운전제어방법 Download PDF

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이재웅
김기호
황병성
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대성히트펌프 주식회사
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Abstract

본 발명은 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명의 실시예에 따르면, 제품가동전 냉매 누설여부를 판독한 후, 운전 유/무를 판단하고, 이러한 제품가동전 냉매 누설 여부는 가동전 압력센서에서 측정된 압력값이 안전영역 범위에 존재하는지 여부로 판단하며, 안전영역 범위를 벗어하는 경우 누설로 판단하고 제품 케이스에 설치한 환기팬을 구동하여 제품내의 누설된 냉매 농도를 희석시키고, 알림수단에 의해 누설여부를 경보하고, 운전 중 실시간으로 고압측과 저압측에 압력을 모니터링하여, 압력값이 설계압력으로부터 특정 비율 이상 벗어나게 되는 경우 냉매누설로 판단하여 기계실 외벽에 설치된 환기팬을 구동하여 누설된 냉매 농도를 희석시키고, 알림수단에 의해 누설여부를 경보할 수 있는 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템에 관한 것이다.

Description

준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템 및 안전운전제어방법{Safety control system of heatpump using combustibility refrigerants}
본 발명은 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템 및 안전운전제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프는 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기로 이루어져 냉동 사이클을 통해 냉방, 축냉과 난방, 축열을 수행한다. 증발기에서 냉매가 비등하면서 열을 외부에서 흡수하고, 비등한 냉매가스는 압축기에서 고온 고압의 가스로 압축되어 응축기로 보내어진다. 응축기에서 외부로 열을 방출하여 고압의 냉매가스는 응축 액화되어 저온고압의 액체상태로 응축되며, 응축된 냉매는 팽창 밸브를 통하여 교축(Throttling) 팽창되면서 일부 냉매 액은 증발을 하고, 잠열의 흡수를 통하여 냉매 액은 더욱 차가워진 저온저압의 액상 및 기상이 공존하는 상태가 되어 증발기를 통하여 비등을 하게 된다. 이와 같이 냉동 사이클은 열을 흡수하는 부분과 방출하는 부분을 동시에 가지며, 열을 증발기에서 흡수하여 응축기로 열을 이송함으로써 냉난방을 동시에 수행할 수 있다.
이러한 저온 측과 고온 측을 이원으로 구성하여 냉난방 및 급탕용으로 활용한 장치가 바로 히트펌프이다. 히트펌프는 냉매의 증발열과 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치이다.
또한, 이러한 종래 히트펌프 시스템의 경우, 대부분 냉매 누설시 폭발위험을 방지하기 위하여 비가연성 냉매를 적용하고 있다
그러나 최근 환경적인 이유에서 low GWP 냉매를 적용하려는 시도가 활발하여, 이러한 low GWP 냉매는 준가연성으로 적용시 화재 등의 위험이 존재하게 된다.
현재 이러한 준가연성 냉매를 적용하게 되는 경우 냉매누설 정도를 파악하여 위험성을 방지할 수 있는 운전제어방법이 전무한 상태이다.
특히, 열원으로 공기열원이 아닌 수열원을 사용하게 되는 경우, 히트펌프시스템이 기계실 등의 밀폐된 실내에 설치되는 경우가 대부분으로, 냉매 누설시 밀폐된 공간하에서 장비운전, 용접작업 등 다소의 위험성이 존재하며, 냉매 준가연성 냉매의 적용시 화재에 특히 주의해야하는 문제가 존재한다.
한국 등록특허 제859311호 한국 등록특허 제1383244호 한국 등록특허 제1350611호
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, low GWP 준가연성 냉매 적용시, 수열원 히트펌프의 안전 운전제어가 가능한 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 압력에 따른 냉매 누설 정도를 파악하여 위험성 정도를 사전에 감지하도록 하여 위험성을 해소시킬 수 있는 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 제품가동전 냉매 누설여부를 판독한 후, 운전 유/무를 판단하고, 이러한 제품가동전 냉매 누설 여부는 가동전 압력센서에서 측정된 압력값이 안전영역 범위에 존재하는지 여부로 판단하며, 안전영역 범위를 벗어나는 경우 누설로 판단하고 제품 케이스에 설치한 환기팬을 구동시켜 제품내부에 잔존하는 고농도 상태의 냉매를 제품 외부로 배출시켜 누설된 냉매 농도를 희석시키고, 알림수단에 의해 누설여부를 경보하고, 또한 운전 중에도 실시간으로 고압측과 저압측에 압력을 모니터링하여, 측정 압력값이 설계압력으로부터 특정 비율 이상 벗어나게 되는 경우 냉매누설로 판단하여 제품 케이스에 설치한 환기팬을 구동시켜 제품내부에 잔존하는 고농도 상태의 냉매를 제품 외부로 배출시켜 누설된 냉매 농도를 희석시키고, 알림수단에 의해 누설여부를 경보할 수 있는 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 준가연성 냉매를 적용하는 히트펌프의 안전운전을 제어하기 위한 시스템에 있어서, 히트펌프시스템은, 고온고압의 준 가연성 냉매를 토출하는 제1압축기와, 히팅모드시 상기 냉매가 유입되어 냉매를 응축시키고 쿨링모드시 상기 냉매를 증발시키는 제1열교환기와, 상기 냉매를 팽창시키는 팽창변과, 히팅모드시 상기 팽창변을 거친 냉매가 유입되어 열원에 의해 증발되고 쿨링모드시 상기 냉매가 응축되는 제2열교환기와, 히팅모드시 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 제1열교환기 측으로 유입시키고 쿨링모드시 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 제2열교환기 측으로 유입시키도록 하는 방향전환밸브를 포함하고, 냉매관 일측에 구비되어 압력을 실시간으로 측정하는 압력센서; 및 상기 압력센서에서 측정된 압력값이 운전안전범위를 벗어나는 경우 상기 냉매가 누설되었다고 판단하고 상기 히트펌프시스템의 운전을 정지하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템으로서 달성될 수 있다.
그리고 열원은 수열원이고, 히트펌프시스템은 건물 내부의 기계실 공간 내에 설치되며, 제품 내부에 누설되는 냉매를 제품 외부의 기계실로 배출시킬 수 있도록 환기팬을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 냉매가 누설되었다고 판단되면 상기 환기팬을 구동시켜 누설된 냉매를 희석하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 제어부는 상기 냉매가 누설되었다고 판단되면 알림신호를 송출하는 알림수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 표준압력을 설정하고, 상기 표준압력의 특정비율범위 내를 안전영역범위로 결정하고, 상기 히트펌프시스템의 가동전 압력센서에서 측정된 압력값이 상기 안전영역 범위 내인 경우 상기 히트펌프시스템을 가동하고, 상기 안전영역 범위를 벗어난 경우, 시스템을 가동하지 않고, 상기 환기팬와 상기 알림수단을 가동하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제어부는 운전 중 설계압력을 설정하고, 상기 설계압력의 특정비율범위 내를 운전안전영역범위로 결정하고, 상기 압축기의 가동중 압력센서에서 측정된 압력값이 상기 운전안전영역 범위를 벗어난 경우, 시스템 가동을 정지하고, 상기 환기팬와 상기 알림수단을 가동하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 압력센서는 상기 압축기의 고압측 출력단 일측에 구비되는 고압측 압력센서와, 상기 압축기의 저압측 유입단 일측에 구비되는 저압측 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제어부는 운전 중 고압측 설계압력와 저압측 설계압력을 설정하고, 상기 고압측 설계압력의 특정비율범위 내를 고압측 운전안전영역범위로 결정하고, 상기 저압측 설계압력의 특정비율범위 내를 저압측 운전안전영역범위로 결정하며, 상기 압축기의 가동중 고압측 압력센서에서 측정된 압력값이 상기 고압측 운전안전영역 범위를 벗어나거나, 저압측 압력센서에서 측정된 압력값이 상기 저압측 운전안전영역 범위를 벗어나는 경우, 시스템 가동을 정지하고, 상기 환기팬와 상기 알림수단을 가동하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 준가연성 냉매를 적용하는 히트펌프의 안전운전을 제어하기 위한 방법에 있어서, 히트펌프시스템의 가동 중 압력센서가 압력을 실시간으로 측정하는 단계; 제어부가 측정된 압력값이 운전안전영역 범위내에 있는지 모니터링 하는 단계; 및 상기 압력값이 운전안전영역 범위를 벗어나는 경우, 상기 히트펌프시스템의 가동을 중단하고, 환기팬와 알림수단이 가동되도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 실시간으로 측정하는 단계 전에, 히트펌프시스템의 가동 전에, 압력센서를 통해 압력을 측정하는 단계; 및 가동전 압력값이 안전범위 내에 있는 경우 히트펌프시스템 가동을 시작하고, 안전범위 밖인 경우 히트펌프시스템을 가동하지 않고, 상기 환기팬과 알림수단을 구동시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 환기팬와 알림수단이 가동되도록 제어하는 단계는, 제어부가 상기 압축기의 가동중 고압측 압력센서에서 측정된 압력값이 고압측 운전안전영역 범위를 벗어나거나, 저압측 압력센서에서 측정된 압력값이 저압측 운전안전영역 범위를 벗어나는 경우, 시스템 가동을 정지하고, 상기 환기팬와 상기 알림수단을 가동하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템에 따르면, low GWP 준가연성 냉매 적용시, 수열원 히트펌프의 안전 운전제어가 가능한 효과를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 압력에 따른 냉매 누설 정도를 파악하여 위험성 정도를 사전에 감지하도록 하여 위험성을 해소시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 제품가동전 냉매 누설여부를 판독한 후, 운전 유/무를 판단하고, 이러한 제품가동전 냉매 누설 여부는 가동전 압력센서에서 측정된 압력값이 안전영역 범위에 존재하는지 여부로 판단하며, 안전영역 범위를 벗어나는 경우 누설로 판단하고 기계실내의 제품 케이스에 설치한 환기팬을 구동시켜 누설된 냉매 농도를 희석시키고, 알림수단에 의해 누설여부를 경보하고, 운전 중에도 실시간으로 고압측과 저압측에 압력을 모니터링하여, 압력값이 설계압력으로부터 특정 비율 이상 벗어나게 되는 경우 냉매누설로 판단하여 제품 케이스에 설치한 환기팬을 구동시켜 제품내의 누설된 냉매 농도를 희석시키고, 알림수단에 의해 누설여부를 경보할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안전운전제어시스템이 적용되는 히트펌프시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 히팅모드로 작동되는 히트펌프시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 쿨링모드로 작동되는 히트펌프시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템의 제어부의 블록도,
도 5는 본 발명명의 실시예에 따른 제어부의 정면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어방법의 흐름도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다.
먼저 본 발명의 실시예에 따른 안전운전제어시스템이 적용되는 히트펌프시스템의 구성에 대해 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안전운전제어시스템이 적용되는 히트펌프시스템의 구성도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에서는 2개의 압축기를 갖는 히트펌프시스템을 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 안전운전제어시스템은 low GWP 준가연성 냉매를 적용하는 히트펌프시스템에 대한 것이라면, 1개의 압축기를 사용하거나, 다단 압축 등 모든 히트펌프시스템에 적용가능하며 이하에서 언급하는 실시예로 권리범위를 한정하여 해석하여서는 아니될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안전운전제어시스템이 적용되는 수열원 히트펌프시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 사이클을 적용하는 2개의 압축기가 적용되게 됨을 알 수 있다. 또한, 제1압축기(10)에 의한 제1사이클과 제2압축기(70)에 의한 제2사이클은 제1열교환기(30)와 제2열교환기(50)를 공유하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 히팅모드로 작동되는 히트펌프시스템의 구성도를 도시한 것이다. 히팅모드시에는, 제1압축기(10)에서 토출된 고온고압의 제1냉매는 제1방향전환밸브(20)를 거쳐 제1열교환기(30)를 통과하게 된다. 제1냉매가 제1열교환기(30)를 통과하면서, 별도의 유로에 의해 유입된 급수에 열을 전달하여 급수는 가열되고, 제1냉매는 응축되게 된다. 제1열교환기(30)에서 응축된 제1냉매는 제1팽창밸브(40)를 거쳐 제2열교환기(50)를 통과하게 되면서 열원을 공급받아 증발된 후, 제1방향전환밸브(20)를 거쳐 제1압축기(10)로 유입되어 순환되게 된다.
이때 제1압축기(10)의 제1고압측 출력단(11) 일측에 제1고압측 압력센서(12)가 구비되어 압력을 측정할 수 있고, 제1저압측 유입단(13) 일측에 제1저압측 압력센서(14)가 구비되어 압력을 측정하도록 구성된다.
제2압축기(70)에서 토출된 고온고압의 제2냉매 역시 제2방향전환밸브(60)를 거쳐 제1열교환기(30)를 통과하게 된다. 제2냉매가 제1열교환기(30)를 통과하면서, 별도의 유로에 의해 유입된 급수에 열을 전달하여 급수는 가열되고, 제2냉매는 응축되게 된다. 제1열교환기(30)에서 응축된 제2냉매는 제2팽창밸브(40)를 거쳐 제2열교환기(50)를 통과하게 되면서 열원을 공급받아 증발된 후, 제2방향전환밸브(90)를 거쳐 제2압축기(70)로 유입되어 순환되게 된다.
이때 제2압축기(70)의 제2고압측 출력단(71) 일측에 제2고압측 압력센서(72)가 구비되어 압력을 측정할 수 있고, 제2저압측 유입단(73) 일측에 제2저압측 압력센서(14)가 구비되어 압력을 측정하도록 구성된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 쿨링모드로 작동되는 히트펌프시스템의 구성도를 도시한 것이다. 또한, 쿨링모드시에는, 제1압축기(10)에서 토출된 고온고압의 제1냉매는 제1방향전환밸브(20)를 거쳐 제2열교환기(30)를 통과하게 된다. 제1냉매가 제2열교환기(50)를 통과하면서, 외부 열원으로 열을 전달하여 응축되고, 제2열교환기(50)에서 응축된 제1냉매는 제1팽창밸브(40)를 거쳐 제1열교환기(30)를 통과하게 되면서 별도의 유로에 의해 유입된 급수의 열을 흡수하여 증발되고 급수는 냉각되게 된다. 제1열교환기(30)에서 증발된 제1냉매는 제1방향전환밸브(20)를 거쳐 제1압축기(10)로 유입되어 순환되게 된다.
제2압축기(70)에서 토출된 고온고압의 제2냉매는 제2방향전환밸브(90)를 거쳐 제2열교환기(50)를 통과하게 된다. 제2냉매가 제2열교환기(50)를 통과하면서, 외부 열원으로 열을 전달하여 응축되고, 제2열교환기(50)에서 응축된 제2냉매는 제2팽창밸브(60)를 거쳐 제1열교환기(30)를 통과하게 되면서 별도의 유로에 의해 유입된 급수의 열을 흡수하여 증발되고 급수는 냉각되게 된다. 제1열교환기(30)에서 증발된 제2냉매는 제2방향전환밸브(90)를 거쳐 제2압축기(70)로 유입되어 순환되게 된다.
이하에서는 이러한 히트펌프시스템에서 준가연성 냉매를 적용할 경우의 안전운전 제어시스템의 구성, 기능 및 안전운전 제어방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템의 제어부(80)의 블록도를 도시한 것이다. 그리고 도 6은 본 발명명의 실시예에 따른 제어부(80)의 정면도를 도시한 것이다. 또한, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어방법의 흐름도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템은 냉매관 일측에 구비되어 압력을 실시간으로 측정하는 압력센서(12, 14, 72, 74)와, 압력센서(12, 14, 72, 74)에서 측정된 압력값이 운전안전범위를 벗어나는 경우 상기 냉매가 누설되었다고 판단하고 상기 히트펌프시스템의 운전을 정지하는 제어부(80)를 포함하여 구성된다.
구체적으로,압력센서는 제1압축기(10)의 제1고압측 출력단(11) 일측에 구비되는 제1고압측 압력센서(12)와, 제1압축기(10)의 제1저압측 유입단(13) 일측에 구비되는 제1저압측 압력센서(14), 및 제2압축기(70)의 제2고압측 출력단(71) 일측에 구비되는 제2고압측 압력센서(72)와, 제2압축기(70)의 제2저압측 유입단(73) 일측에 구비되는 제2저압측 압력센서(74)를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 열원은 수열원이고, 히트펌프시스템은 기계실 내에 설치되며, 기계실 내부공기를 환기시키기 위한 환기팬(81)을 포함하여 구성된다.
따라서 제어부(80)는 냉매가 누설되었다고 판단되면 환기팬(81)을 구동시켜 누설된 냉매를 희석하도록 구성된다. 또한, 제어부(80)는 냉매가 누설되었다고 판단되면 부저, 경보음 등의 알림신호를 송출하는 알림수단(82)을 포함하여 구성된다.
그리고 제어부(80)는 표준압력(예를 들어 10bar)을 설정하고, 표준압력의 특정비율범위 내(예를 들어 8bar 이하:표준압력의 20%이하)를 안전영역범위로 결정하고, 히트펌프시스템의 가동전 압력센서(12, 14, 72, 74)에서 측정된 압력값이 안전영역 범위 내인 경우 히트펌프시스템를 가동하고, 안전영역 범위를 벗어난 경우, 시스템을 가동하지 않고, 환기팬(81)와 알림수단(82)을 가동하도록 제어하게 된다.
시스템 가동 전, 제1압축기(10), 제2압축기(70)의 고압, 저압 단은 동일한 압력에 해당하며, 제1고압측 압력센서(12), 제1저압측 압력센서(14), 제2고압측 압력센서(72), 제2저압측 압력센서(74)에서 측정된 압력값 중 어느 하나라도 안전영역 범위에서 벗어난 경우 냉매 누설도 판단하게 된다.
또한, 제어부(80)는 운전 중 설계압력을 설정하고, 상기 설계압력의 특정비율범위 내를 운전안전영역범위로 결정하고, 상기 압축기의 가동중 압력센서(12, 14, 72, 74)에서 측정된 압력값이 운전안전영역 범위를 벗어난 경우, 시스템 가동을 정지하고, 상기 환기팬(81)와 상기 알림수단(82)을 가동하도록 제어하게 된다.
보다 구체적으로 제어부(80)는 운전 중 제1압축기(10)에 대한 제1고압측 설계압력와 제1저압측 설계압력을 설정하고, 제1고압측 설계압력의 특정비율범위 내를 제1고압측 운전안전영역범위로 결정하고, 제1저압측 설계압력의 특정비율범위 내를 제1저압측 운전안전영역범위로 결정하게 된다.
또한, 제어부(80)는 제2압축기(70)에 대한 제2고압측 설계압력와 제2저압측 설계압력을 설정하고, 제2고압측 설계압력의 특정비율범위 내를 제2고압측 운전안전영역범위로 결정하고, 제2저압측 설계압력의 특정비율범위 내를 제2저압측 운전안전영역범위로 결정하게 된다.
그리고 제어부(80)는 제1압축기(10)의 가동중 제1고압측 압력센서(12)에서 측정된 압력값이 제1고압측 운전안전영역 범위를 벗어나거나, 제1저압측 압력센서(14)에서 측정된 압력값이 제1저압측 운전안전영역 범위를 벗어나는 경우, 시스템 가동을 정지하고, 환기팬(81)와 알림수단(82)을 가동하도록 제어하게 된다.
또한, 제어부(80)는 제2압축기(70)의 가동중 제2고압측 압력센서(72)에서 측정된 압력값이 제2고압측 운전안전영역 범위를 벗어나거나, 제2저압측 압력센서(74)에서 측정된 압력값이 제2저압측 운전안전영역 범위를 벗어나는 경우, 시스템 가동을 정지하고, 환기팬(81)와 알림수단(82)을 가동하도록 제어하게 된다.
이하에서는 준가연성 냉매를 적용하는 히트펌프의 안전운전을 제어하기 위한 방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 제어시스템을 on한 후, 히트펌프시스템의 가동 전에, 압력센서(12, 14, 72, 74)를 통해 압력을 측정한다(S2). 가동전 압력값이 안전범위 내(S3)에 있는 경우 히트펌프시스템 가동을 시작하고, 안전범위 밖인 경우 히트펌프시스템을 가동하지 않고, 상기 환기팬(81)과 알림수단(82)을 구동시키게 된다(S4).
냉매 누출을 해결하여 압력값이 안전범위 내에 있게 되는 경우 히트펌프시스템의 가동하기 시작한다.
먼저 열원펌프를 가동하여 제2열교환기 측으로 열원수를 공급하고(S5), 급수펌프를 가동하여 급수를 제1열교환기로 공급하게 된다(S6). 그리고 제1, 제2압축기(70)를 가동시키게 된다(S7).
가동 중 실시간으로 압력을 측정, 모니터링하게 된다(S8). 즉 제1고압측 압력센서(12), 제1저압측 압력센서(14), 제2고압측 압력센서(72), 제2저압측 압력센서(74)에서 압력값을 실시간으로 측정하여 제어부(80)로 전송하게 된다.
이러한 압력값이 운전안정영역범위(S9)를 벗어나게 되는 경우, 히트펌프시스템의 가동을 중단하고, 환기팬(81)와 알림수단(82)이 가동되도록 제어하게 된다(S10).
그리고 제1열교환기를 거친 급수가 설정된 온도에 도달(S11)하게 되면 시스템을 정지하게 된다.
구체적으로 제어부(80)는 운전 중 제1압축기(10)에 대한 제1고압측 설계압력와 제1저압측 설계압력을 설정하고, 제1고압측 설계압력의 특정비율범위 내를 제1고압측 운전안전영역범위로 결정하고, 제1저압측 설계압력의 특정비율범위 내를 제1저압측 운전안전영역범위로 결정하게 된다.
또한, 제어부(80)는 제2압축기(70)에 대한 제2고압측 설계압력와 제2저압측 설계압력을 설정하고, 제2고압측 설계압력의 특정비율범위 내를 제2고압측 운전안전영역범위로 결정하고, 제2저압측 설계압력의 특정비율범위 내를 제2저압측 운전안전영역범위로 결정하게 된다.
그리고 제어부(80)는 제1압축기(10)의 가동중 제1고압측 압력센서(12)에서 측정된 압력값이 제1고압측 운전안전영역 범위를 벗어나거나, 제1저압측 압력센서(14)에서 측정된 압력값이 제1저압측 운전안전영역 범위를 벗어나는 경우, 시스템 가동을 정지하고, 환기팬(81)와 알림수단(82)을 가동하도록 제어하게 된다.
또한, 제어부(80)는 제2압축기(70)의 가동중 제2고압측 압력센서(72)에서 측정된 압력값이 제2고압측 운전안전영역 범위를 벗어나거나, 제2저압측 압력센서(74)에서 측정된 압력값이 제2저압측 운전안전영역 범위를 벗어나는 경우, 시스템 가동을 정지하고, 환기팬(81)와 알림수단(82)을 가동하도록 제어하게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10:제1압축기
11:제1고압측 출력단
12:제1고압측 압력센서
13:제1저압측유입단
13:제1저압측 압력센서
20:제1방향전환밸브
30:제1열교환기
31:급수공급관
32:급수펌프
40:제1팽창밸브
50:제2열교환기
51:열원공급관
52:열원펌프
60:제2팽창밸브
70:제2압축기
71:제2고압측 출력단
72:제2고압측 압력센서
73:제2저압측 유입단
74:제2저압측 압력센서
80:제어부
81:환기팬
82:알림수단
90:제2방향전환밸브

Claims (10)

  1. 준가연성 냉매를 적용하는 히트펌프의 안전운전을 제어하기 위한 시스템에 있어서,
    히트펌프시스템은, 고온고압의 준 가연성 냉매를 토출하는 압축기와, 히팅모드시 상기 냉매가 유입되어 냉매를 응축시키고 쿨링모드시 상기 냉매를 증발시키는 제1열교환기와, 상기 냉매를 팽창시키는 팽창변과, 히팅모드시 상기 팽창변을 거친 냉매가 유입되어 열원에 의해 증발되고 쿨링모드시 상기 냉매가 응축되는 제2열교환기와, 히팅모드시 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 제1열교환기 측으로 유입시키고 쿨링모드시 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 제2열교환기 측으로 유입시키도록 하는 방향전환밸브를 포함하고,
    냉매관 일측에 구비되어 압력을 실시간으로 측정하는 압력센서;
    상기 압력센서에서 측정된 압력값이 운전안전범위를 벗어나는 경우 상기 냉매가 누설되었다고 판단하고 상기 히트펌프시스템의 운전을 정지하는 제어부; 및
    상기 히트펌프시스템은 건물 내부의 기계실에 설치되며, 누설되는 냉매를 제품 외부의 기계실로 배출시킬 수 있도록 환기팬;을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 냉매가 제품내의 누설되었다고 판단되면 상기 환기팬을 구동시켜 누설된 냉매를 희석하며,
    상기 제어부는 상기 냉매가 누설되었다고 판단되면 알림신호를 송출하는 알림수단을 포함하고,
    상기 제어부는,
    표준압력을 설정하고, 상기 표준압력의 특정비율범위 내를 안전영역범위로 결정하고, 상기 히트펌프시스템의 가동전 압력센서에서 측정된 압력값이 상기 안전영역 범위 내인 경우 상기 히트펌프시스템을 가동하고, 상기 안전영역 범위를 벗어난 경우, 시스템을 가동하지 않고, 상기 환기팬와 상기 알림수단을 가동하도록 제어하며,
    상기 압력센서는 상기 압축기의 고압측 출력단 일측에 구비되는 고압측 압력센서와, 상기 압축기의 저압측 유입단 일측에 구비되는 저압측 압력센서를 포함하고,
    상기 제어부는
    운전 중 고압측 설계압력와 저압측 설계압력을 설정하고, 상기 고압측 설계압력의 특정비율범위 내를 고압측 운전안전영역범위로 결정하고, 상기 저압측 설계압력의 특정비율범위 내를 저압측 운전안전영역범위로 결정하며, 상기 압축기의 가동중 고압측 압력센서에서 측정된 압력값이 상기 고압측 운전안전영역 범위를 벗어나거나, 저압측 압력센서에서 측정된 압력값이 상기 저압측 운전안전영역 범위를 벗어나는 경우, 시스템 가동을 정지하고, 상기 환기팬와 상기 알림수단을 가동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열원은 수열원인 것을 특징으로 하는 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 따른 준가연성 냉매를 적용하는 히트펌프의 안전운전제어시스템을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    히트펌프시스템의 가동 중 압력센서가 압력을 실시간으로 측정하는 단계;
    제어부가 측정된 압력값이 운전안전영역 범위내에 있는지 모니터링 하는 단계; 및
    상기 압력값이 운전안전영역 범위를 벗어나는 경우, 상기 히트펌프시스템의 가동을 중단하고, 환기팬와 알림수단이 가동되도록 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 실시간으로 측정하는 단계 전에,
    상기 히트펌프시스템의 가동 전에, 압력센서를 통해 압력을 측정하는 단계; 및
    가동전 압력값이 안전범위 내에 있는 경우 히트펌프시스템 가동을 시작하고, 안전범위 밖인 경우 히트펌프시스템을 가동하지 않고, 상기 환기팬과 알림수단을 구동시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 환기팬와 알림수단이 가동되도록 제어하는 단계는,
    제어부가 상기 압축기의 가동중 고압측 압력센서에서 측정된 압력값이 고압측 운전안전영역 범위를 벗어나거나, 저압측 압력센서에서 측정된 압력값이 저압측 운전안전영역 범위를 벗어나는 경우, 시스템 가동을 정지하고, 상기 환기팬와 상기 알림수단을 가동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어방법.
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