KR102043215B1 - 히트펌프 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압축기, 실내열교환기, 팽창밸브 및 실외열교환기를 포함하는 히트펌프 및 그 제어방법으로서, 상기 실내열교환기를 통과하는 수배관; 상기 수배관의 출구측에 구비되어 상기 수배관을 흐르는 물의 출수온도를 감지하는 온도센서; 및 시동운전 시에 상기 압축기를 기설정된 시동 주파수로 운전시키고, 시동운전 이후에 냉매 사이클의 목표압력에 기초하여 압축기의 주파수를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 입력된 설정온도와 상기 온도센서에서 감지된 출수온도 사이의 차이인 설정온도차에 기초하여 상기 목표압력을 결정하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공한다.

Description

히트펌프 및 그 제어방법{Heat pump and Method for controlling the same}
본 발명은 냉매 사이클의 목표압력 변경을 통해 압축기의 반복적인 온오프 작동을 방지할 수 있는 히트펌프 및 그 제업방법에 관한 것이다.
히트펌프는 냉매를 압축하는 압축기, 실내열교환기, 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 실외열교환기를 포함한다.
상기 실내열교환기가 실내공기와 열교환할 경우, 상기 실내공기는 냉매와의 열교환을 통해 가열 또는 냉각될 수 있다. 실내열교환기가 증발기로 작동할 경우, 실내열교환기를 통과하는 실내공기는 냉매와 열교환하여 냉각될 수 있다. 이와 달리, 실내열교환기가 응축기로 작동할 경우, 실내열교환기를 통과하는 실내공기는 냉매와 열교환하여 가열될 수 있다.
또한, 상기 실내열교환기와 급수원으로부터 공급되는 상온수가 열교환할 경우, 상기 상온수는 냉매와의 열교환을 통해 가열 또는 냉각될수 있다. 실내열교환기가 증발기로 작동할 경우, 실내열교환기를 통과하는 상온수는 냉매와 열교환하여 냉각될 수 있다. 이와 달리, 실내열교환기가 응축기로 작동할 경우, 실내열교환기를 통과하는 상온수는 냉매와 열교환하여 가열될 수 있다.
상기 압축기는 주파수 가변 압축기(즉, 인버터 압축기)로 형성될 수 있다. 상기 압축기의 주파수는 사용자에 의한 설정온도에 기초하여 제어될 수 있다.
예를 들어, 설정온도에 따라서 사이클의 목표압력(난방의 경우 고압, 냉방의 경우 저압)이 결정될 수 있다.
도 1은 종래의 히트펌프 제어방법(한국공개특허 제10-2007-0031655호)을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 실내외 온도변화에 따라 목표압력을 계산하여 압축기를 제어한다.
이러한 종래의 히트펌프는 사이클의 현재압력(고압 또는 저압)을 고려하지 않고 목표압력을 계산 및 설정한다. 그리고, 실내외 온도변화에 따른 목표압력은 테이블의 형태로 마련될 수 있다. 이때, 상기 테이블에 기재된 목표압력은 특정 조건의 실험을 통해 결정된 최적값이 될 수 있다. 따라서, 테이블에 설정된 목표압력은 히트펌프가 설치되는 환경 및 히트펌프의 구동횟수 등에 따라서 최적 효율을 달성할 수 없는 값이 될 수 있다.
예를 들어, 히트펌프의 설치 환경에 따라서, 테이블에 설정된 목표압력과 현재압력 사이에 차이가 발생될 수 있다.
목표압력과 사이클의 현재압력 사이에 차이가 클 경우, 압축기가 상대적으로 높은 주파수로 운전될 수 있다. 이 경우, 실내온도가 설정온도를 초과함에 따라서 압축기의 구동이 정지되고 다시 실내온도가 설정온도 미만이 됨에 따라서 압축기의 구동이 개시될 수 있다.
즉, 종래의 히트펌프의 제어방법에 따르면, 냉매 사이클의 현재 압력이 고려되지 않으므로, 압축기의 온오프가 빈번하게 발생되는 문제가 있다.
또한, 압축기의 온오프가 빈번하게 발생될 경우, 전력의 소모가 클 뿐만 아니라 실내공간으로 토출되는 공기의 온도가 급변하게 되는(즉, 실내 토출공기 온도의 헌팅이 발생되는) 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 냉매 사이클의 현재 압력을 고려한 목표압력의 설정을 통해 압축기의 잦은 온오프 작동을 방지할 수 있는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 압축기의 잦은 온오프 작동의 방지를 통하여, 전력소모를 줄일 수 있는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 압축기의 잦은 온오프 작동의 방지를 통하여, 출수온도(또는 실내 토출공기의 온도)가 급변하는 헌팅현상을 방지할 수 있는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위한 것으로서, 압축기, 실내열교환기, 팽창밸브 및 실외열교환기를 포함하는 히트펌프로서, 상기 실내열교환기를 통과하는 수배관; 상기 수배관의 출구측에 구비되어 상기 수배관을 흐르는 물의 출수온도를 감지하는 온도센서; 및 시동운전 시에 상기 압축기를 기설정된 시동 주파수로 운전시키고, 시동운전 이후에 냉매 사이클의 목표압력에 기초하여 압축기의 주파수를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 입력된 설정온도와 상기 온도센서에서 감지된 출수온도 사이의 차이인 설정온도차에 기초하여 상기 목표압력을 결정하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 제공한다.
상기 제어부는 상기 시동운전 중간에 상기 설정온도차가 기설정된 제1값 미만인 것으로 판단되면, 작동모드에 기초하여 상기 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 시동운전을 기설정된 시동운전 시간의 종료 전에 중단하고, 변경된 목표압력에 기초하여 상기 압축기의 주파수를 기설정된 정상운전 시간 동안 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 정상운전 시간 경과 후에 상기 설정온도차가 상기 제1값 이상인 경우, 상기 목표압력을 설정온도에 따라 결정되는 압력으로 설정하여 상기 압축기의 주파수를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 정상운전 시간 경과 후에 상기 설정온도차가 상기 제1값 미만인 것으로 판단되면, 작동모드에 기초하여 상기 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 다시 변경할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 다시 변경한 후에, 설정온도차 및 시간에 따른 설정온도차 변화율에 기초하여 상기 변경된 목표압력을 보정하고 보정된 목표압력에 기초하여 정상운전 시간동안 압축기를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 정상운전 시간 경과 후에, 설정온도차가 기설정된 제2값 이하인 것으로 판단되면, 설정온도차 및 시간에 따른 설정온도차 변화율에 기초하여 상기 목표압력을 보정할 수 있다. 그리고, 상기 제어부는 설정온도차가 상기 제2값을 초과한 것으로 판단되면, 상기 목표압력을 설정온도에 따라 결정되는 압력으로 설정하여 상기 압축기의 주파수를 제어할 수 있다. 한편, 상기 제2값은 상기 제1값보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 압축기가 기설정된 시동 주파수로 운전되는 시동운전단계; 냉매 사이클의 목표압력에 기초하여 압축기를 기설정된 정상운전 시간 동안 제어하는 정상운전 개시단계; 및 입력된 설정온도와 상기 온도센서에서 감지된 출수온도 사이의 차이인 설정온도차에 기초하여 상기 목표압력이 재설정되고, 설정된 목표압력에 기초하여 압축기가 상기 정상운전 시간 동안 제어되는 정상운전 반복단계;를 포함하는 히트펌프의 제어방법을 제공한다.
상기 시동운전단계는, 제1시간동안 시동 주파수로 압축기가 운전되는 제1시동운전단계 및 상기 설정온도차가 기설정된 제1값 미만인지 여부를 판단하는 시동운전종료 판단단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 정상운전 개시단계는 상기 시동운전종료 판단단계에서 설정온도차가 상기 제1값 미만으로 판단되면, 작동모드에 기초하여 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경하는 제1목표압력변경단계를 포함할 수 있다.
상기 시동운전단계는 상기 시동운전종료 판단단계에서 설정온도차가 상기 제1값 이상으로 판단되면, 제2시간동안 시동 주파수로 압축기가 운전되는 제2시동운전단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 정상운전 개시단계는 상기 제2시동운전단계 이후에 상기 목표압력이 설정온도에 따라 결정되는 압력으로 설정되는 제1목표압력결정단계를 더 포함할 수 있다.
상기 정상운전 반복단계는, 상기 설정온도차가 기설정된 제1값 미만인지 여부를 판단하는 제1판단단계; 및 상기 제1판단단계에서 상기 설정온도차가 상기 제1값 미만인 것으로 판단되면 작동모드에 기초하여 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경하는 제2목표압력변경단계를 포함할 수 있다.
상기 정상운전 반복단계는 상기 제2목표압력변경단계 이후에, 설정온도차 및 시간에 따른 설정온도차 변화율에 기초하여 상기 변경된 목표압력을 보정하고 보정된 목표압력에 기초하여 정상운전 시간 동안 압축기를 제어하는 목표압력보정단계를 더 포함할 수 있다.
상기 정상운전 반복단계는 상기 목표압력보정단계 이후에, 상기 설정온도차가 상기 제1값보다 큰 기설정된 제2값을 초과하는지 판단하는 제2판단단계를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제2판단단계에서 상기 설정온도차가 상기 제2값 이하인 것으로 판단되면, 상기 목표압력보정단계로 복귀할 수 있다.
상기 정상운전 반복단계는, 상기 제1판단단계에서 설정온도차가 상기 제1값 이상인 것으로 판단되거나 또는 상기 제2판단단계에서 설정온도차가 상기 제2값을 초과한 것으로 판단되면, 상기 목표압력이 설정온도에 따라 결정되는 압력으로 설정되는 제2목표압력결정단계를 더 포함할 수 있다.
제1목표압력결정단계 및 제2목표압력결정단계에서 목표압력은 각각의 설정온도에 대응하는 압력을 매칭시킨 기설정된 제1테이블을 기준으로 설정될 수 있다.
상기 목표압력보정단계에서 목표압력은 설정온도차 및 설정온도차 변화율에 대응하는 보정값을 매칭시킨 기설정된 제2테이블을 기준으로 설정될 수 있다.
상기 제1시간 및 상기 제2시간은 각각 110초 내지 130초가 될 수 있으며, 바람직하게는 120초가 될 수 있다. 또한, 상기 정상운전 시간은 80초 내지 100초가 될 수 있으며, 바람직하게는 90초가 될 수 있다.
상기 제1목표압력변경단계 및 상기 제2목표압력변경단계에서, 히트펌프가 난방모드로 작동될 때 목표압력은 냉매 사이클의 현재 고압으로 변경되고, 히트펌프가 냉방모드로 작동될 때 목표압력은 냉매 사이클의 현재 저압으로 변경될 수 있다.
상기 히트펌프의 제어방법은 상기 제2목표압력결정단계 이후에, 히트펌프의 정시신호가 입력되었는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 히트펌프의 정지신호가 입력될 때까지 상기 정상운전 반복단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 냉매 사이클의 현재 압력을 고려한 목표압력의 설정을 통해 압축기의 잦은 온오프 작동을 방지할 수 있는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공할수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 압축기의 잦은 온오프 작동의 방지를 통하여, 전력소모를 줄일 수 있는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 압축기의 잦은(반복적인) 온오프 작동의 방지를 통하여, 출수온도(또는 실내 토출공기의 온도)가 급변하는 헌팅현상을 방지할 수 있는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 히트펌프 제어방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프에 포함된 주요 구성들의 연결관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 공기조화기 및 그 제어방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프를 나타내는 도면이다. 이하, 편의를 위하여, 실내열교환기에서 냉매가 상온수와 열교환하는 경우로 한정하여 설명하나, 실내열교환기에서 냉매와 실내공기가 열교환하는 경우에도 동일한 원리가 적용될 수 있음은 자명하다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프(10)는 압축기(100), 실내열교환기(200), 상기 실내열교환기(200)에 연결된 수배관(250), 팽창밸브(300), 실외열교환기(400)를 포함한다. 도시된 실시예에서, "I"는 실내기를 나타내고 "O"는 실외기를 나타낼 수 있다. 도 2에서, 상기 팽창밸브(300)는 실내기(I) 내에 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 상기 팽창밸브(300)는 실외기(O)에 구비되는 것도 가능하다.
압축기(100)는 냉매를 압축하도록 형성된다. 즉, 상기 압축기(100)는 저온 저아의 냉매를 가압하여 고온 고압의 냉매로 만들도록 형성될 수 있다. 상기 압축기(100)는 히트펌프(10) 내에 하나 이상이 구비될 수 있다.
상기 압축기(100)가 히트펌프(10) 내에 복수 개 구비되는 경우, 복수 개의 압축기는 냉매의 유동방향을 따라서 직렬 및/또는 병렬로 마련될 수 있다.
상기 압축기(100)는 주파수 가변 주파수로 형성될 수 있다. 즉, 상기 압축기(100)는 인버터 압축기가 될 수 있다.
상기 실내열교환기(200)는 냉매와 실내공기를 열교환시키도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 실내열교환기(200)에서 냉매와 실내공기는 서로 열교환할 수 있다.
예를 들어, 상기 실내열교환기(200)는 히트펌프(10)의 냉방 모드에서 증발기의 기능을 수행하고, 난방 모드에서 응축기의 기능을 수행할 수 있다.
팽창밸브(300)는 냉매를 감압하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 팽창밸브(300)는 상기 실내열교환기(200)와 상기 실외열교환기(400) 사이에 구비될 수 있다.
상기 팽창밸브(300)는 실내열교환기(200)와 실외열교환기(400) 중 응축기로 작동하는 열교환기를 통과한 냉매를 팽창시키도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 팽창밸브(300)는 응축기로 작동하는 열교환기를 통과한 냉매를 팽창시켜서 증발기로 작동하는 열교환기를 향해 안내하도록 형성될 수 있다.
실외열교환기(400)는 냉매와 실외공기를 열교환시키도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 실외열교환기(400)에서 냉매와 실외공기는 서로 열교환할 수 있다.
예를 들어, 상기 실외열교환기(400)는 히트펌프(10)의 냉방 모드에서 응축기의 기능을 수행하고, 난방 모드에서 증발기의 기능을 수행할 수 있다.
상기 수배관(250)에는 급수원으로부터 공급되는 상온수가 일방향으로 흐를 수 있다. 상기 수배관(250)을 흐르는 물은 상기 실내열교환기(200)에서 냉매와 열교환할 수 있다.
상기 실외열교환기(400)는 외부 공기와 열교환하는거나 또는 냉각수와 열교환하도록 형성 수 있다. 상기 실외열교환기(400)가 외부 공기와 열교환하도록 형성된 경우 상기 실외열교환기(400)의 일 측에는 실외 팬(미도시)이 마련될 수 있다.
상기 히트펌프(10)는 압축기(100)로 유입되는 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하여 기상 냉매만 압축기(100)로 공급하는 어큐뮬레이터(500)를 포함할 수 있다.
상기 어큐뮬레이터(500)는 압축기(100) 전단에 구비될 수 있다. 상기 어큐뮬레이터(500)는 실내열교환기(200) 또는 실외열교환기(400)에서 증발되어 압축기(100)를 향하는 이상냉매에서 기상 냉매만을 분리하여 압축기(100)로 안내하도록 형성될 수 있다.
상기 히트펌프(10)는 냉방 모드와 난방 모드가 전환될 때, 냉매의 순환방향을 전환시키기 위한 유로전환밸브(600)를 포함할 수 있다. 상기 유로전환밸브(600)는 4방 밸브(four-way valve)로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 유로전환밸브(600)는 냉방모드에서 압축기(100)로부터 토출된 냉매를 실외기로 안내하고, 난방모드에서 압축기(100)로부터 토출된 냉매를 실내기로 안내하도록 형성될 수 있다.
전술한 압축기(100)의 주파수는 사용자에 의해 입력되는 설정온도에 기초하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 설정온도가 입력되면, 설정온도에 대응하는 냉매 사이클의 목표압력이 결정될 수 있으며, 상기 목표압력에 기초하여 압축기(100)의 주파수가 제어될 수 있다.
상기 설정온도에 대응하는 목표압력은 실험을 통하여 테이블의 형태로 미리 마련될 수 있다.
한편, 히트펌프(10)의 설치환경이나 히트펌프(10)의 사용연한에 따라서 상기 테이블로 마련된 설정온도에 대응하는 목표압력이 최적 효율을 달성하지 못할 수 있다.
또한, 수배관(250)을 흐르는 상온수의 온도가 상기 설정온도 이상이 되면 압축기(100)의 구동이 정지될 수 있다. 그리고, 다시 상온수의 온도가 일정 수준 이상 떨어지면 압축기(100)의 구동이 재개될 수 있다. 즉, 테이블로 마련된 설정온도에 대응하는 목표압력이 히트펌프(10)의 설치환경이나 사용연한을 반영할 수 없는 경우, 압축기(100)가 자주 온오프되는 문제가 발생될 수 있다.
본 발명은 이러한 압축기(100)의 잦은 온오프 문제를 해결하고, 상온수의 온도를 설정온도에 근접하게 유지하면서 압축기(100)의 구동을 계속할 수 있는 히트펌프(10)를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 히트펌프(10)는 상온수의 출수온도를 감지하는 온도센서(710), 냉매 사이클의 저압을 감지하는 제1압력센서(720) 및 냉매 사이클의 고압을 감지하는 제2압력센서(730)를 포함할 수 있다.
상기 온도센서(710)는 수배관(250)의 출구측에 구비될 수 있다. 즉, 상기 온도센서(710)는 상온수가 실내열교환기(200)를 통과한 후의 온도인 출수온도를 감지하도록 수배관(250) 상에 배치될 수 있다.
상기 제1압력센서(720)는 냉매 사이클의 저압을 감지하도록 압축기(100)의 입구측에 구비될 수 있다. 또한, 상기 제2압력센서(730)는 냉매 사이클의 고압을 감지하도록 압축기(100)의 출구측에 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 히트펌프(10)는 전술한 압축기(100)를 제어하는 후술할 제어부(C)를 더 포함할 수 있다. 이하, 설정온도 및 출수온도에 기초한 압축기(100)의 제어에 대하여 다른 도면을 더 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프에 포함된 주요 구성들의 연결관계를 나타내는 도면이다.
도 2 및 3을 함께 참조하면, 제어부(C)는 전술한 압축기(100) 및 팽창밸브(300)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(C)는 사용자에 의해 제어 명령이 입력되는 명령 입력부(800), 상기 온도센서(710), 상기 제1압력센서(720) 및 상기 제2압력센서(730)에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제어부(C)는 설정온도에 대응하는 목표압력의 고정값을 테이블의 형태로 저장하고, 설정온도와 출수온도 사이의 차이인 설정온도차에 따른 목표압력의 보정값을 테이블의 형태로 저장하는 메모리(M)에 전기적으로 연결될 수 있다.
구분을 위하여, 설정온도에 대응하는 목표압력의 고정값의 테이블은 제1테이블이라고 나타내고, 설정온도와 출수온도 사이의 차이인 설정온도차에 따른 목표압력의 보정값의 테이블은 제2테이블이라고 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 제1테이블에는 설정온도와 그에 대응하는 고정된 목표압력이 1:1 대응이 되도록 마련될 수 있다. 또한, 상기 제2테이블에는 상기 설정온도차 및 설정온도차 변화율에 따른 목표압력의 보정값이 마련될 수 있다.
히트펌프(10)는 시동운전, 정상운전 및 반복정상운전의 순서로 구동될 수 있다. 시동운전에서 압축기(100)는 기설정된 시동 주파수로 운전될 수 있다. 시동운전은 냉매 사이클을 정상상태로 운전시키기 위한 준비단계의 운전을 의미할 수 있다.
정상운전 시 및 반복정상운전 시에는 압축기(100)의 주파수가 목표압력에 기초하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 목표압력이 높을수록 압축기(100)의 주파수가 커질 수 있다.
즉, 상기 제어부(C)는 시동운전 시에 상기 압축기(100)를 기설정된 시동 주파수로 운전시킬 수 있다. 그리고, 상기 제어부(C)는 시동운전 이후에 냉매 사이클의 목표압력에 기초하여 상기 압축기(100)의 주파수를 제어할 수 있다.
이때, 상기 목표압력은 설정온도와 출수온도 사이의 차이인 설정온도차에 기초하여 결정될 수 있다.
구체적으로, 시동운전 중에 상기 설정온도차가 기설정된 제1값 미만이면, 상기 목표압력은 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경될 수 있다. 상기 제1값은 0이 될 수 있다.
즉, 설정온도차가 제1값 미만인 경우 설정온도와 관계 없이 현재 냉매 사이클의 고압 또는 저압을 목표압력으로 하더라도 출수온도를 원하는 온도로 맞출 수 있다.
다시 말해서, 상기 제어부(C)는 시동운전 중간에 상기 설정온도차가 상기 제1값 미만인 것으로 판단되면, 작동모드에 기초하여 상기 목표압력을 설정온도에 따라 결정되는 압력이 아닌 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 난방모드에서 상기 목표압력은 현재 고압으로 변경되고, 냉방모드에서 상기 목표압력은 현재 저압으로 변경될 수 있다. 이때, 현재 저압 및 현재 고압은 전술한 제1 및 제2 압력센서(720, 730)로부터 감지될 수 있다.
또한, 상기 제어부(C)는 시동운전 중에 상기 설정온도차가 상기 제1값 미만인 것으로 판단되면, 상기 시동운전을 기설정된 시동운전 시간의 종료 전에 중단시킬 수 있다. 그리고, 상기 제어부(C)는 변경된 목표압력에 기초하여 상기 압축기(100)의 주파수를 기설정된 정상운전 시간 동안 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 압축기(100) 주파수의 불필요한 상승을 방지함과 동시에, 시동운전 시간의 단축을 통해 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 압축기(100) 주파수의 급상승으로 인해 발생되는 압축기(100)의 빈번한 온오프 문제가 방지될 수 있다.
한편, 상기 제어부(C)는 상기 정상운전 시간 경과 후에, 상기 설정온도차와 상기 제1값을 다시 비교할 수 있다. 이때, 상기 제어부(C)는 상기 설정온도차가 상기 제1값 미만인 것으로 판단되면, 작동모드에 기초하여 상기 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 다시 변경할 수 있다.
즉, 상기 정상운전 시간 경과 후에, 상기 설정온도차가 상기 제1값 미만인 것으로 제어부(C)에 의해 판단되면, 다시 변경된 상기 목표압력에 기초하여 압축기(100)의 주파수가 정상운전 시간 동안 제어될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 설정온도에 기초한 목표압력이 테이블의 형태로 기본적으로 마련되어 있더라도, 히트펌프(10)의 설치환경이나 사용연한에 따라서 냉매 사이클의 목표압력을 능동적으로 조절할 수 있다.
상기 목표압력이 다시 변경된 후에, 설정온도차 및 시간에 따른 설정온도차 변화율에 기초하여 상기 변경된 목표압력이 제어부(C)에 의해 보정될 수 있다. 그리고, 보정된 목표압력에 기초하여 정상운전 시간동안 압축기(100)가 제어부(C)에 의해 제어될 수 있다. 여기서, 상기 시간에 따른 설정온도차 변화율은 상기 정상운전 시간 전후의 설정온도차의 변화율을 의미할 수 있다.
또한, 상기 정상운전 시간이 다시 경과한 후에, 설정온도차가 상기 제1값보다 큰 기설정된 제2값 이하이면 설정온도차 및 시간에 따른 설정온도차 변화율에 기초하여 목표압력이 다시 보정되고 보정된 목표압력에 기초하여 압축기(100)가 제어될 수 있다. 이때, 상기 제2값은 1.5 내지 3이 될 수 있으며, 바람직하게는 2가 될 수 있다.
이와 달리, 설정온도차가 상기 제2값을 초과한 경우, 상기 목표압력은 설정온도에 따라 결정되는 압력으로 설정되고, 이렇게 설정된 목표압력에 기초하여 압축기(100)의 주파수가 제어부(C)에 의해 제어될 수 있다.
이는, 설정온도차가 제2값을 초과하여 벌어진 경우, 목표압력을 설정온도에 기초하여 높여서 설정온도차를 비교적 빠른 속도로 감소시키기 위함이다.
이하, 다른 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프의 제어방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프의 제어방법을 나타내는 흐름도이다. 이하, 히트펌프의 제어방법을 설명함에 있어서, 전술한 히트펌프의 구성이 히트펌프의 제어방법에 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프의 제어방법은 냉매 사이클을 통한 냉매의 순환이 시작되는 시동운전단계(S10), 냉매가 정상상태로 냉매 사이클을 순환하기 시작하는 정상운전 개시단계(S20), 및 정상상태의 냉매 순환이 반복되는 정상운전 반복단계(S30)를 포함할 수 있다.
상기 시동운전단계(S10)에서는 압축기(100)가 기설정된 시동 주파수로 운전될 수 있다.
상기 정상운전 개시단계(S20)에서는 냉매 사이클의 목표압력에 기초하여 압축기가 기설정된 정상운전 시간동안 제어될 수 있다. 상기 정상운전 시간은 80초 내지 100초가 될 수 있으며, 바람직하게는 90초가 될 수 있다.
상기 정상운전 반복단계(S30)에서는 사용자에 의해 입력된 설정온도와 온도센서(710)에서 감지된 출수온도 사이의 차이인 설정온도차에 기초하여 목표압력이 재설정되고, 설정된 목표압력에 기초하여 압축기(100)가 정상운전 시간 동안 제어될 수 있다. 즉, 상기 정상운전 개시단계(S20)에서 결정된 목표압력은 상기 정상운전 반복단계(S30)에서 설정온도차에 기초하여 재설정될 수 있다.
상기 시동운전단계(S10)는 제1시간 동안 시동 주파수로 압축기가 운전되는 제1시동운전단계(S110) 및 설정온도차가 기설정된 제1값(A) 미만인지 여부를 판단하는 시동운전종료 판단단계(S120)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1시간은 110초 내지 130초가 될 수 있으며, 바람직하게는 120초가 될 수 있다.
상기 제1시동운전단계(S110)에서는 히트펌프(10)에 전원이 입력되고, 압축기(100)의 구동이 개시될 수 있다. 상기 시동운전종료 판단단계(S120)에서는 설정온도차가 기설정된 제1값(A) 미만인지 여부가 제어부(C)에 의해 판단될 수 있다.
상기 정상운전 개시단계(S20)는 작동모드에 기초하여 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 저압으로 변경하는 제1목표압력변경단계(210)를 포함할 수 있다. 상기 제1목표압력변경단계(S210)는 상기 시동운전종료 판단단계(S120)에서 설정온도차가 기설정된 제1값(A) 미만이라고 판단될 때 진행될 수 있다.
즉, 상기 시동운전종료 판단단계(S120)에서 설정온도차가 상기 제1값(A) 미만으로 판단되면, 상기 제1목표압력변경단계(S210)에서는 작동모드에 기초하여 목표압력이 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 난방모드의 경우 목표압력은 냉매 사이클의 현재 고압으로 변경되고, 냉방모드의 경우 목표압력은 냉매 사이클의 현재 저압으로 변경될 수 있다. 그리고, 냉매 사이클의 현재 저압 및 현재 고압은 전술한 제1 및 제2 압력센서(720, 730)에 의해 감지될 수 있다.
따라서, 제1시동운전단계(S110) 이후에 설정온도차가 상기 제1값(A) 미만일 경우, 시동운전단계(S10)가 바로 종료되고 정상운전 개시단계(S20) 진행되므로, 시동운전에 따른 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있다.
또한, 제1시동운전단계(S110) 이후에 설정온도차가 상기 제1값(A) 미만일 경우에 목표압력을 설정온도에 따라 결정하지 않고, 현재 고압 또는 저압에 맞추어 목표온도를 결정 또는 변경하므로, 불필요한 압축기(100)의 주파수 상승 및 압축기(100)의 반복적인 온오프 구동을 방지할 수 있다.
한편, 상기 시동운전단계(S10)는 상기 시동운전종료 판단단계(S120) 이후에 제2시동운전단계(S130)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2시동운전단계(S130)에서는 제2시간동안 시동 주파수로 압축기(100)가 운전될 수 있다. 이때, 상기 제2시간은 전술한 제1시간과 동일할 수 있다.
즉, 상기 시동운전단계(S10)는 상기 시동운전종료판단단계(S120)에서 설정온도차가 상기 제1값(A) 이상으로 판단되면, 제2시간동안 시동 주파수로 압축기(100)가 운전되는 상기 제2시동운전단계(S130)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 정상운전 개시단계(S20)는 상기 제2시동운전단계(S130) 이후에 상기 목표압력이 설정온도에 따라 결정되는 압력으로 설정되는 제1목표압력결정단계(S220)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 제1목표압력결정단계(S220)에서는 냉매 사이클의 목표 압력이 설정온도와 목표압력을 대응시키도록 마련된 제1테이블을 기준으로 결정될 수 있다. 상기 제1테이블은 설정온도에 대응하는 압력을 매칭시키도록 메모리(M)에 미리 마련될 수 있다. 제1테이블은 설정온도가 높을수록 목표압력이 커지도록 마련될 수 있다.
한편, 전술한 정상운전 반복단계(S30)는 설정온도차가 상기 제1값(A) 미만인지 여부를 판단하는 제1판단단계(S310), 및 설정온도차가 상기 제1값(A) 미만이면 작동모드에 기초하여 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경하는 제2목표압력변경단계(S330)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 정상운전 반복단계(S30)에서도 설정온도차가 상기 제1값(A) 미만인 경우에 목표압력을 설정온도에 따라 결정하지 않고, 현재 고압 또는 저압에 맞추어 목표온도를 결정 또는 변경하므로, 불필요한 압축기(100)의 주파수 상승 및 압축기(100)의 반복적인 온오프 구동을 방지할 수 있다.
상기 정상운전 반복단계(S30)는 상기 제2목표압력변경단계(S320) 이후에, 목표압력보정단계(S330)를 더 포함할 수 있다. 제2목표압력변경단계(S320)를 통해 변경된 목표압력은 목표압력보정단계(S330)에서 설정온도차 및 시간에 따른 설정온도차 변화율에 기초하여 보정될 수 있다.
그리고, 보정된 목표압력에 기초하여 정상운전 시간 동안 압축기(100)가 제어될 수 있다. 상기 시간에 따른 설정온도차 변화율은 상기 정상운전 시간 전과 후의 설정온도차의 변화율을 의미할 수 있다. 상기 정상운전 시간은 80초 내지 100초가 될 수 있으며, 바람직하게는 90초가 될 수 있다.
상기 목표압력보정단계(S330)에서는 냉매 사이클의 목표 압력이 설정온도차 및 설정온도차 변화율에 대응하는 보정값이 마련된 제2테이블을 기준으로 보정될 수 있다. 상기 제2테이블은 설정온도차 및 설정온도차 변화율에 대응하는 보정값을 매칭시키도록 메모리(M)에 미리 마련될 수 있다.
즉, 상기 제2목표압력변경단계(S320)에서 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경된 목표압력은 상기 목표압력보정단계(S330)를 통해 미세하게 보정될 수 있다. 따라서, 실내열교환기에서 냉매와 열교환한 물의 출수온도의 헌팅을 방지할 수 있다.
상기 정상운전 반복단계(S30)는 상기 목표압력보정단계(S330) 이후에, 설정온도차가 상기 제1값(A)보다 큰 기설정된 제2값(B)을 초과하는지 판단하는 제2판단단계(S340)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1값(A)은 0이 될 수 있고, 상기 제2값(B)은 1.5 내지 3이 될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2값(B)은 2가 될 수 있다.
상기 제2판단단계(S340)에서 상기 설정온도차가 상기 제2값(B) 이하인 것으로 판단되면, 전술한 목표압력보정단계(S330)로 복귀할 수 있다. 즉, 상기 제2판단단계(S340)에서 상기 설정온도차가 상기 제2값(B) 이하인 것으로 판단되면, 상기 목표압력보정단계(S330)를 통해 목표압력 설정온도차 및 시간에 따른 설정온도차 변화율에 기초하여 보정될 수 있다. 그리고, 보정된 목표압력에 기초하여 압축기(100)이 주파수가 정상운전 시간 동안 제어될 수 있다.
한편, 상기 정상운전 반복단계(S30)는 목표압력이 설정온도에 따라 결정되는 압력으로 설정되는 제2목표압력결정단계(S350)를 더 포함할 수 있다.
전술한 제1판단단계(S310)에서 설정온도차가 제1값(A) 이상인 것으로 판단되거나 또는 상기 제2판단단계(S340)에서 설정온도차가 제2값(B)을 초과한 것으로 판단되면, 상기 제2목표압력결정단계(S350)가 수행될 수 있다.
제2목표압력결정단계(S350)에서는 제1목표압력결정단계(S220)와 마찬가지로, 냉매 사이클의 목표 압력이 설정온도와 목표압력을 대응시키도록 마련된 제1테이블을 기준으로 결정될 수 있다.
상기 제2판단단계(S340) 이전에 제2목표압력변경단계(S320)를 통해 목표압력이 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경되었으므로, 상기 제1판단단계(S310)에서 설정온도차와 비교되는 제1값(A)보다 제2판단단계(S340)에서 설정온도차와 비교되는 제2값(B)이 더 큰 것이 바람직하다.
이는, 제2목표압력변경단계(S320)를 통해 목표압력이 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경된 후에는 가능한 한 목표압력보정단계(S330)를 통해 목표압력을 미세하게 보정하여 출수온도의 헌팅 및 압축기의 반복적인 구동정지를 방지하는 것이 바람직하기 때문이다.
그럼에도 불구하고, 제2판단단계(S340)에서 설정온도차가 상기 제2값(B)을 초과할 정도로 큰 경우, 설정온도차를 비교적 빠르게 줄이기 위하여, 상기 제2목표압력결정단계(S350)를 통해 설정온도와 목표압력을 매칭시킨 제1테이블을 기준으로 목표압력이 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 히트펌프의 제어방법은 상기 제2목표압력결정단계(S350) 이후에, 히트펌프의 정시신호가 입력되었는지 여부를 판단하는 단계(S360)를 더 포함할 수 있다. 이때, 히트펌프의 정지신호가 입력될 때까지 상기 정상운전 반복단계(S30)가 반복적으로 수행될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면, 냉매 사이클의 현재 압력을 고려한 목표압력의 설정을 통해 압축기의 빈번한 온오프 작동 및 출수온도(또는 실내 토출공기의 온도)의 헌팅현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 현재 압력을 고려한 목표압력의 설정을 통해 전력소모를 줄일 수 있다.
특히, 히트펌프의 시동운전단계에서 설정온도차에 기초하여 현재 고압 또는 현재 저압이 목표압력으로 설정되므로, 시동운전단계의 불필요한 시동운전시간을 줄일 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 압축기 200 실내열교환기
250 수배관 300 팽창밸브
400 실외열교환기 500 어큐뮬레이터
600 유로전환밸브 710 온도센서
720 제1압력센서 730 제2압력센서

Claims (20)

  1. 압축기, 실내열교환기, 팽창밸브 및 실외열교환기를 포함하는 히트펌프로서,
    상기 실내열교환기를 통과하는 수배관;
    상기 수배관의 출구측에 구비되어 상기 수배관을 흐르는 물의 출수온도를 감지하는 온도센서; 및
    시동운전 시에 상기 압축기를 기설정된 시동 주파수로 운전시키고, 시동운전 이후에 냉매 사이클의 목표압력에 기초하여 압축기의 주파수를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    입력된 설정온도와 상기 온도센서에서 감지된 출수온도 사이의 차이인 설정온도차에 기초하여 상기 목표압력을 결정하되, 상기 시동운전 중간에 상기 설정온도차가 기설정된 제1값 미만인 것으로 판단되면, 작동모드에 기초하여 상기 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 시동운전을 기설정된 시동운전 시간의 종료 전에 중단하고, 변경된 목표압력에 기초하여 상기 압축기의 주파수를 기설정된 정상운전 시간 동안 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 정상운전 시간 경과 후에 상기 설정온도차가 상기 제1값 이상인 경우, 상기 목표압력을 설정온도에 따라 결정되는 압력으로 설정하여 상기 압축기의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 정상운전 시간 경과 후에 상기 설정온도차가 상기 제1값 미만인 것으로 판단되면, 작동모드에 기초하여 상기 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 다시 변경하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 다시 변경한 후에,
    설정온도차 및 시간에 따른 설정온도차 변화율에 기초하여 상기 변경된 목표압력을 보정하고 보정된 목표압력에 기초하여 정상운전 시간동안 압축기를 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
  7. 제6항에 있어서.
    상기 제어부는 정상운전 시간 경과 후에,
    설정온도차가 기설정된 제2값 이하인 것으로 판단되면, 설정온도차 및 시간에 따른 설정온도차 변화율에 기초하여 상기 목표압력을 보정하고,
    설정온도차가 상기 제2값을 초과한 것으로 판단되면, 상기 목표압력을 설정온도에 따라 결정되는 압력으로 설정하여 상기 압축기의 주파수를 제어하며,
    상기 제2값은 상기 제1값보다 큰 것을 특징으로 하는 히트펌프.
  8. 압축기가 기설정된 시동 주파수로 운전되는 시동운전단계;
    냉매 사이클의 목표압력에 기초하여 압축기를 기설정된 정상운전 시간 동안 제어하는 정상운전 개시단계; 및
    입력된 설정온도와, 실내열교환기를 통과하는 수배관의 출구측에 설치되는 온도센서에서 감지된 출수온도 사이의 차이인 설정온도차에 기초하여 상기 목표압력이 재설정되고, 설정된 목표압력에 기초하여 압축기가 상기 정상운전 시간 동안 제어되는 정상운전 반복단계;를 포함하고,
    상기 시동운전단계는, 제1시간동안 시동 주파수로 압축기가 운전되는 제1시동운전단계 및 상기 설정온도차가 기설정된 제1값 미만인지 여부를 판단하는 시동운전종료 판단단계를 포함하고,
    상기 정상운전 개시단계는 상기 시동운전종료 판단단계에서 설정온도차가 상기 제1값 미만으로 판단되면, 작동모드에 기초하여 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경하는 제1목표압력변경단계를 포함하는, 히트펌프의 제어방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 시동운전단계는 상기 시동운전종료 판단단계에서 설정온도차가 상기 제1값 이상으로 판단되면, 제2시간동안 시동 주파수로 압축기가 운전되는 제2시동운전단계를 더 포함하고,
    상기 정상운전 개시단계는 상기 제2시동운전단계 이후에 상기 목표압력이 설정온도에 따라 결정되는 압력으로 설정되는 제1목표압력결정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 정상운전 반복단계는,
    상기 설정온도차가 기설정된 제1값 미만인지 여부를 판단하는 제1판단단계; 및
    상기 제1판단단계에서 상기 설정온도차가 상기 제1값 미만인 것으로 판단되면 작동모드에 기초하여 목표압력을 냉매 사이클의 현재 고압 또는 현재 저압으로 변경하는 제2목표압력변경단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 정상운전 반복단계는 상기 제2목표압력변경단계 이후에,
    설정온도차 및 시간에 따른 설정온도차 변화율에 기초하여 상기 변경된 목표압력을 보정하고 보정된 목표압력에 기초하여 정상운전 시간 동안 압축기를 제어하는 목표압력보정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 정상운전 반복단계는 상기 목표압력보정단계 이후에,
    상기 설정온도차가 상기 제1값보다 큰 기설정된 제2값을 초과하는지 판단하는 제2판단단계를 더 포함하고,
    상기 제2판단단계에서 상기 설정온도차가 상기 제2값 이하인 것으로 판단되면, 상기 목표압력보정단계로 복귀하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 정상운전 반복단계는,
    상기 제1판단단계에서 설정온도차가 상기 제1값 이상인 것으로 판단되거나 또는 상기 제2판단단계에서 설정온도차가 상기 제2값을 초과한 것으로 판단되면, 상기 목표압력이 설정온도에 따라 결정되는 압력으로 설정되는 제2목표압력결정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
  15. 제14항에 있어서,
    제1목표압력결정단계 및 제2목표압력결정단계에서 목표압력은 각각의 설정온도에 대응하는 압력을 매칭시킨 기설정된 제1테이블을 기준으로 설정되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 목표압력보정단계에서 목표압력은 설정온도차 및 설정온도차 변화율에 대응하는 보정값을 매칭시킨 기설정된 제2테이블을 기준으로 설정되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1시간 및 상기 제2시간은 각각 110초 내지 130초인 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
  18. 제8항에 있어서,
    상기 정상운전 시간은 80초 내지 100초인 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제1목표압력변경단계 및 상기 제2목표압력변경단계에서,
    히트펌프가 난방모드로 작동될 때 목표압력은 냉매 사이클의 현재 고압으로 변경되고, 히트펌프가 냉방모드로 작동될 때 목표압력은 냉매 사이클의 현재 저압으로 변경되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 제2목표압력결정단계 이후에,
    히트펌프의 정시신호가 입력되었는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고,
    히트펌프의 정지신호가 입력될 때까지 상기 정상운전 반복단계가 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
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