KR19990047293A - 히트펌프의 제상 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프의 제상 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 히트펌프의 난방운전시 제상운전이 반드시 필요한 상황인지를 정확히 판단하여 제상운전을 수행하여 불필요한 제상운전으로 인해 발생되는 사용자의 난방 불쾌감을 없애고, 에너지 손실을 방지하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 난방운전 개시로부터 일정 시간 경과 후 센서에 의해 실외배관온도(T_e) 및 실내/외 온도(T_i/T_o)를 측정하는 단계와, 센서로부터 실외배관온도 및 실내/외 온도가 입력되면 이 실내/외 온도를 바탕으로 증발온도(T_ce)를 계산하는 단계와, 증발온도(T_ce)와 실외배관온도(T_e)의 차이를 판단하여 일정 온도 이상이 되면 제상운전을 수행하고, 일정 온도 이하이면 계속 난방운전을 수행하는 단계로 이루어진 것이다.

Description

히트펌프의 제상 장치 및 방법

본 발명은 히트펌프에 관한 것으로서, 특히 착상시 적절한 제상을 실시하기 위한 히트펌프의 제상 장치 및 방법에 관한 것이다.

히트펌프는 일반적으로 냉/난방을 동시에 수행하는 기기로서, 그 구조는 도 1 에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기(1)와, 상기 압축기(1)로부터 압축된 고온고압의 냉매를 액냉매상태로 응축시키는 실내열교환기(2) 및 실내팬(3)과, 상기 실내열교환기(2)로부터 응축된 액냉매를 팽창시켜 2상상태(액상+기상)의 냉매로 변화시키는 팽창밸브(4)와, 상기 팽창밸브(4)를 통과하면서 압력과 온도가 떨어져 2상상태로 변한 냉매를 기상상태의 냉매로 증발시키는 실외열교환기(5) 및 실외팬(6)과, 냉방 또는 난방 모드 선택에 따라 냉매의 유로를 변경하는 사방변(7)으로 구성된다.

또한, 상기 실내열교환기(2)의 공기 흡입측에는 흡입공기의 온도를 감지하는 실내흡입공기 온도센서(8)와, 실내배관측에는 실내배관을 통해 유입되는 냉매의 온도를 감지하기 위한 실내배관 온도센서(9)와, 실외열교환기(2)에는 온도를 운전시간에 따라 감지하는 실외배관 온도센서(10)가 부착되어 진다.

이와 같이 구성된 종래 히트펌프의 난방운전에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 전원이 인가되면 압축기(1)로 냉매가 유입되어 압축되고, 상기 압축기(1)로부터 압축된 고온고압의 냉매는 실내열교환기(2)로 유입되어 액상 및 기상의 2상상태로 변하게 되고, 계속적인 열교환에 의해서 실내열교환기(2) 출구에서는 액상으로 변하게 된다.

이때, 실내공기는 실내팬(3)의 회전에 의해 실내열교환기(2)로 유입되어 고온고압의 냉매와 열교환을 하고, 온도가 올라간 상태에서 실내로 토출되어 난방을 실시하게 된다.

상기 실내열교환기(2)로부터 응축된 액냉매는 팽창밸브(4)를 통과하면서 압력과 온도가 급격히 떨어져 2상상태의 냉매로 변해 실외열교환기(5)로 유입된다.

상기 실외열교환기(5)로 유입된 2상상태의 냉매는 실외공기와의 열교환을 실시하면서 기상상태의 냉매가스로 증발되고, 다시 압축기(1)로 유입되어 사이클이 반복된다.

이와 같이 히트펌프의 난방운전시는 압축기(1)로부터 나온 냉매가 실내열교환기(2)로 유입되지만 냉방운전시는 4방변(7)에 의해 냉매의 유로가 변하여 반대로 압축기(1)로부터 나온 냉매가 실외열교환기(5)로 먼저 유입된다.

이때, 상기 실외열교환기(5)에서의 열교환작용은 흡입된 실외공기로부터 열을 흡수하는 것으로, 도 2 와 같이(도면중 실선은 실외온도 7^oC이상시, 점선은 실외온도 5℃이하시) 실외공기의 온도가 약 7℃라면 실외열교환기(5)의 온도는 약 1 ∼ 2℃인 상태에서 사이클이 형성되고, 실외공기가 더 내려가서 4 ∼ 5℃이하가 되면 실외열교환기(5)의 온도도 실외공기를 따라 내려가면서 사이클이 형성되므로 실외열교환기(5)의 온도는 0℃ 이하로 내려가게 된다.

이에 따라, 실외공기의 온도가 4 ∼ 5℃ 이하(이를 착상조건이라 함)가 되면 실외열교환기(5)의 외벽 위에는 착상이 발생하고, 이 서리층은 공기와 냉매 사이에서 열전달을 방해하는 열저항체로 작용할 뿐만 아니라 실외열교환기(5)를 통과하는 실외공기의 유로를 가로막아 공기의 시스템 저항을 증가시키므로 실외열교환기(5) 내로 유입되는 풍량을 감소시켜 실외열교환기(5)의 공기측 열전달 계수가 감소하고, 실외열교환기(5)에서의 열전달량의 감소로 이어지게 된다.

상기한 문제를 해결하기 위한 방법으로 냉매를 난방운전시와 반대방향으로 유동하게 하는 제상운전을 실시하게 된다.

종래품에 있어서 제상운전은 도 3 과 같이, 실외열교환기(5) 온도를 운전시간에 따라 감지하여 제상운전 시점을 결정하게 되는데, 난방운전 시간이 특정시간(예를 들어 40분) 경과후 특정온도(예를 들어 -9℃) 이하이면 제상운전을 수행하고, 그 온도 이하가 아니면 계속 난방운전을 수행하게 되는 것이다.

그러나 이러한 종래의 히트펌프는 외기온이 낮은 경우는 증발온도가 -10℃ 이하로 내려갈 수 있기 때문에 실외열교환기에 착상이 발생되지 않더라고 불필요한 제상운전을 수행하게 되고, 또한 난방운전중 실내를 환기시키기 위해 창문을 열어 놓으면 실내열교환기의 응축온도가 저하되어 증발온도도 저하하게 된다. 이때도 역시 증발온도가 특정온도 보다 낮아지게 되면 필요없는 제상운전을 하게 된다.

이와 같이, 실외열교환기에 서리가 어느 정도 있는지를 정확하게 판단할 수 없기 때문에 불필요한 제상운전을 하게 되어 난방 쾌적감을 떨어뜨리고(제상운전 동안은 역사이클 운전을 하게 되어 난방이 안됨), 에너지 손실이 유발되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 히트펌프의 난방운전시 제상운전이 반드시 필요한 상황인지를 정확히 판단하여 제상운전을 수행함으로써 불필요한 제상운전으로 인하여 발생되는 사용자의 난방 불쾌감을 없애고, 에너지 손실을 방지하는 데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래 히트펌프의 사이클 구성도.

도 2 는 종래 히트펌프의 착상시 증발 온도에 따른 사이클 변화도.

도 3 은 종래 히트펌프의 제상운전 순서도.

도 4 는 본 발명에 의한 히트펌프의 사이클 구성도.

도 5 는 히트펌프의 난방운전시 실외열교환기에 착상이 발생되지 않을 때의 실내/외 온도변화에 따른 증발온도 변화를 나타낸 그래프.

도 6 은 본 발명에 의한 히트펌프의 제상운전 순서도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

101 : 압축기 102 : 실내열교환기

103 : 실내팬 104 : 팽창밸브

105 : 실외열교환기 106 : 실외팬

107 : 4방변 108 : 실내 흡입공기 온도센서

109 : 실외 흡입공기 온도센서 110 : 실내배관 온도센서

111 : 실외배관 온도센서

이하, 본 발명에 의한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 는 본 발명에 의한 히트펌프의 구성도로서, 냉매를 압축하는 압축기(101)와, 상기 압축기(101)로부터 압축된 냉매를 액냉매로 응축하는 실내열교환기(102) 및 실내팬(103)과, 상기 실내 열교환기(102)로부터 응축된 액냉매를 2상의 냉매로 팽창시키는 팽창밸브(104)와, 상기 팽창밸브(104)로부터 팽창된 2상의 냉매를 기상으로 비등시키는 실외열교환기(105) 및 실외팬(106)과, 운전모드에 따라 냉매의 유로를 변경하는 4방변(107)으로 구성된다.

또한, 상기 실내/외 열교환기(102)(105)의 공기 흡입측에는 흡입 공기의 온도를 감지하기 위한 실내/외 흡입공기 온도센서(108)(109)와, 실내/외 배관측에는 실내/외 배관을 통해 유입되는 냉매의 온도를 감지하기 위한 실내/외 배관 온도센서(110)(111)가 부착된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 도 6 에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 히트 펌프의 냉/난방 사이클은 종래와 동일하므로 생략하고, 제상운전에 대해서만 서술하기로 한다.

제상운전은 실외열교환기(105)에 발생된 서리를 제거하기 위한 운전으로서, 먼저 난방운전 개시 후 5분이 경과될 때 실외배관 온도센서(111)로부터 실외배관온도(T_e)를 측정하고, 실내/외 흡입공기 온도센서(108)(109)로부터 실내/외 온도(T_i/T_o)를 측정하고, 이 실내/외 온도를 아래의 수학식 1에 대입하여 증발온도(T_ce)를 측정하게 된다.

T_ce= a + b*T_o+ c*T_i

a, b, c : 상수

상기의 수학식 1이 가능한 것은 도 5 에 도시된 바와 같이, 실내/외 온도(T_i/T_o) 변화에 따라 증발온도(T_ce)가 변하는 점을 이용한 것으로, 난방운전시 서리성장으로 실외열교환기(105)가 완전히 막혔을 때의 실제 증발온도(T_ce)가 착상직전의 온도(T_e)와는 일정한 온도차를 보이기 때문이다.

실제 증발온도(T_ce)(실외배관온도)는 착상되지 않은 경우 수학식 1에 의해 계산된 증발온도(T_ce)와 동일하며, 착상이 100%인 경우는 실외배관 온도센서(111)에 의해 측정된 실외배관온도(T_e)와 약 20℃ 차이가 나고, 착상이 50%인 경우는 실외배관 온도센서(111)에 의해 측정된 실외배관온도(T_e)와 약 10℃ 차이를 보이게 된다.

상기의 결과에 의해 착상의 정도와 증발온도의 변화가 선형적으로 변화됨을 알 수 있고, 이에 의해 증발온도(T_ce)와 실외배관 온도센서(111)에 의해 측정된 실외배관온도(T_e)의 차에 의해 착상의 정도를 알 수 있게 된다.

이에 따라, 착상의 정도가 적은 경우에는 불핀요한 제상운전으로 인한 에너지 손실을 유발하게 되고, 착상의 정도가 너무 많으면 풍량감소, 효율감소 등의 문제가 수반되므로 증발온도(T_ce)와 실외배관온도(T_e)의 차이가 15℃이상(T_e＜T_ce-15℃)이면 제상운전을 행하고, 그렇지 않으면 계속 난방운전을 수행하도록 한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 실외열교환기에 서리가 어느 정도 있는지를 정확하게 판단할 수 있으므로 불필요한 제상운전을 하지 않게 되어 난방 쾌적감이 향상되고, 에너지 손실이 방지되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 냉매를 압축하는 압축기와,

   상기 압축기로부터 압축된 냉매를 액냉매로 응축하는 실내 열교환기와,

   상기 실내 열교환기로부터 응축된 액냉매를 2상의 냉매로 팽창시키는 팽창밸브와,

   상기 팽창밸브로부터 팽창된 2상의 냉매를 기상으로 비등시키는 실외 열교환기와,

   실내/외 열교환기의 공기흡입측에 장착되어 히트펌프의 난방운전 개시 후 일정시간이 되면 실내/외 온도를 측정하는 온도센서와,

   상기 온도센서로부터 입력된 실내/외 온도를 바탕으로 증발온도를 계산하고, 이 증발온도와 기입력된 실내배관온도와의 차를 계산하여 제상운전 개시점을 판단하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제상 장치.
2. 난방운전 개시로부터 일정 시간 경과 후 센서에 의해 실외배관온도(T_e) 및 실내/외 온도(T_i/T_o)를 측정하는 단계와,

   센서로부터 실외배관온도 및 실내/외 온도가 입력되면 이 실내/외 온도를 바탕으로 증발온도(T_ce)를 계산하는 단계와,

   증발온도(T_ce)와 실외배관온도(T_e)의 차이를 판단하여 일정 온도 이상이 되면 제상운전을 수행하고, 일정 온도 이하이면 계속 난방운전을 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제상 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 증발온도(T_ce)는 관계식 T_ce= a + b * T_o+ c * T_i, (a b c : 상수)에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제상 방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 일정 시간은 5분인 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제상 방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 일정 온도는 15℃인 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제상 방법.