KR20030042833A - 히트펌프식 공기조화기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제상운전에 의해 녹은 제상수가 실외열교환기에 남지 않도록 실외팬을 제어하는 히트펌프식 공기조화기에 관한 것이다. 본 발명은 실외제어부의 제어 하에 제상 운전을 수행하는 도중 실외팬을 정해진 온/오프 주기에 따라 회전시켜 강한 바람을 불어주어 실외열교환기에 녹은 제상수가 잔류하지 않도록 함으로써 실외열교환기의 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

히트펌프식 공기조화기 및 그 제어방법{HEAT-PUMP AIR CONDITIONER AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 히트펌프식 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 제상운전에 의해 녹은 제상수가 실외열교환기에 남지 않도록 실외팬을 운전하여 실외열교환기의 효율저하를 방지할 수 있도록 한 히트펌프식 공기조화기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

히트펌프식 공기조화기는 사방밸브의 전화 동작에 따라 냉방과 난방을 수행하며, 난방운전을 일정 시간 수행한 후 실외열교환기에 착상된 성애를 제거하기 위한 제상운전을 수행시에는 냉매사이클을 역으로 전환하여 즉 냉방 싸이클로 바꾸어 압축기의 고온 고압의 냉매를 실외열교환기로 공급하는 것이 일반적이다.

종래 기술의 따른 히트펌프식 공기조화기에서는 난방운전을 수행시 실외열교환기가 증발기의 역할을 수행하는 관계로 일정 시간이 경과함에 따라 실외열교환기의 배관에 착상된 성애를 제거해 주어야 난방운전으로 복귀시 양호한 열교환 효율을 발휘할 수 있다.

그런데, 종래기술에서 냉방 싸이클로 전환하여 제상운전을 수행시 실내 공간으로 냉풍이 토출되는 것을 방지할 목적으로 실외팬을 정지시킨 상태에서 압축기의 고온 고압의 냉매를 실외열교환기로 공급하여 제상운전을 수행하게 된다.

이렇게 제상 운전을 수행하는 경우 실외열교환기에 착상된 성애가 녹게 되는데 일정 시간이 경과되어 제상운전이 종료되면 실외열교환기에 녹은 제상수가 남아 있게 되고 이 상태에서 난방 운전을 수행하면 증발 작용에 의해 녹은 제상수가 동결되어 실내열교환기의 열교환 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 기술 배경 하에서 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 제상운전 모드에서 실외팬을 운전하여 녹은 제상수가 실외열교환기에 남아 있지 않도록 하여 실외열교환기의 열교환 효율을 높일 수 있도록 한 히트펌프식 공기조화기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

도 1a는 본 발명에 따른 히트펌프식 공기조화기의 난방 운전시의 냉매싸이클이고, 도 1b는 본 발명에 따른 히트펌프식 공기조화기의 제상 운전시의 냉매싸이클이다.

도 2a는 본 발명의 공기조화기에 적용된 가변능력 압축기의 로딩 상태를 도시한 것이고, 도 2b는 언로딩 상태를 도시한 것이다.

도 3은 압축기의 운전 중에 로딩 및 언로딩과 냉매 토출량과의 관계를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 적용되는 히트펌프식 공기조화기의 전체 블록도이다.

도 5는 본 발명에 따른 히트펌프식 공기조화기의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

3 : 실외열교환기 8 : 실외기

9 : 실내기 29 : 실외팬

상기와 같은 본 발명의 목적은 하나의 실외기에 다수의 실내기가 연결되어 냉방 또는 난방을 수행하는 히트펌프식 공기조화기에 있어서, 운전 중에 냉매의 토출량이 가변될 수 있는 압축기; 상기 압축기와 연결된 실외열교환기; 상기 실외열교환기의 부근에 설치된 실외팬; 및 제상운전 모드에서 상기 실외열교환기에 제상수가 맺히지 않도록 정해진 온/오프 주기에 따라 상기 실외팬의 운전을 제어하는 제어부에 의하여 달성된다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 하나의 실외기에 다수의 실내기가 연결되어 냉방 또는 난방을 수행하는 히트펌프식 공기조화기의 제어방법에 있어서, 상기 실외기에 설치된 실외열교환기를 제상하기 위한 제상운전 모드인가를 판단하는 단계; 제상운전 모드에서 정해진 온/오프 주기에 따라 상기 실외열교환기 부근에 설치된 실외팬을 운전하는 단계에 의하여 달성된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시례를 상세히 설명한다.

도 1a는 본 발명에 따른 히트펌프식 공기조화기의 난방 운전시의 냉매싸이클이고, 도 1b는 본 발명에 따른 히트펌프식 공기조화기의 제상 운전시의 냉매싸이클이다.

본 발명의 히트펌프식 공기조화기(1)는 하나의 실외기(8)와 다수의 실내기(9)를 포함하며, 압축기(2), 실외열교환기(3), 전동팽창밸브(4), 그리고 실내열교환기(5)는 냉매관에 의해 순차적으로 연결되어 폐회로를 구성한다.

상기 공기조화기(1)는 실외기(8)에 설치된 사방밸브(33)를 제어하여 냉매 흐름을 바꾸어 난방운전 또는 냉방운전을 수행할 수 있으며, 도 1a와 같이 난방운전시 상기 실외열교환기(3)는 증발기의 역할을 수행하고 상기 실내열교환기(5)는 응축기의 역할을 수행하며 냉매는 점선 화살표 방향으로 흐르게 되며, 도 1b와 같이 냉방운전시 상기 실외열교환기(3)는 응축기의 역할을 수행하고 상기 실내열교환기(5)는 증발기의 역할을 수행하며 냉매는 실선 화살표 방향으로 흐르게 된다.

상기 실외기(8)는 압축기(2)와 실외열교환기(3)를 포함하며, 압축기(2)에 연결된 어큐뮬레이터(10)와 실외열교환기(3)에 연결된 리시버(11)를 포함한다.

리시버(11) 내부의 기체 상태의 냉매를 바이패싱하기 위해 리시버(11)와 어큐뮬레이터(10) 상류를 연결시키는 벤트바이패스관(12)이 마련된다. 벤트바이패스관(12)의 입구단은 리시버(11)의 상측에 마련되어 기상의 냉매만이 유입되게 하며 중도에는 벤트밸브(13)가 마련되어 바이패싱되는 가스 냉매의 유량을 조절한다.

또한 실외기(8)는 압축기(2)에서 실외열교환기(3)에 이르는 냉매관(6)과 어큐뮬레이터(10)를 연결하는 핫가스바이패스관(14)과 리시버(11)의 하류와 어큐뮬레이터(10)의 상류를 연결하는 리퀴드바이패스관(15)을 포함한다.핫가스바이패스관(14)의 중도에는 핫가스밸브(16)가 설치되어 바이패스되는 핫가스의 유량을 조절하고 리퀴드바이패스관(15)의 중도에는 리퀴드밸브(17)가 설치되어 바이패스되는 액냉매의 유량을 조절한다.

실내기(9)는 여러 개가 병렬로 배치되며, 각 실내기(9)는 전동팽창밸브(4)와 실내열교환기(5)를 포함한다. 따라서 하나의 실외기(8)에 여러 개의 실내기(9)가 연결된 형태를 취한다. 그리고 각 실내기(9)의 용량과 형태는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

한편, 실외기(8)는 실외열교환기(3) 부근에 설치된 실외팬(29)을 포함한다. 실외팬(29)은 외부공기가 실외열교환기(3)를 통과하게 함으로써 실외열교환기(3)에서 열교환이 가능하게 한다.

도 2a와 2b에 도시된 바와 같이, 압축기로는 펄스폭 변조방식으로 제어되는 능력가변형 압축기(2)가 사용된다. 압축기(2)는 흡입구(18)와 토출구(19)가 마련된 케이싱(20)과, 이 케이싱(20) 내부에 설치된 모터(21)와, 이 모터(21)의 회전력을 받아 회전하는 선회스크롤(22)과, 선회스크롤(22)과의 사이에 압축실(23)을 형성하는 고정스크롤(24)을 포함한다. 케이싱(20)에는 고정스크롤(24)의 상측과 흡입구(18)를 연결하는 바이패스관(25)이 설치되고, 이 바이패스관(25)에는 솔레노이드 밸브 형태의 PWM밸브(Pulse Width Modulated Valve; 26))가 설치된다. 도 2a는 PWM밸브(26)가 오프되어 바이패스관(25)을 막고 있는 상태를 도시한 것으로, 이 상태에서는 압축기(2)는 압축된 냉매를 토출한다. 이러한 상태를 로딩(loading)이라 하고 이때 압축기(2)는 100%의 용량으로 운전한다. 도 2b는 PWM밸브(26)가 온되어 바이패스관(25)을 열고 있는 상태를 도시한 것으로, 이때 냉매는 압축기(2)에서 토출되지 않는다. 이러한 상태를 언로딩(unloading)이라 하고 압축기(2)는 0%의 용량으로 운전하게 된다. 로딩 상태이든 언로딩 상태이든 압축기(2)에는 전원이 공급되고 모터(21)는 일정한 속도로 회전한다. 압축기(2)에 전원공급이 차단되면 모터(21)는 회전하지 않고 압축기(2)의 운전은 정지된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(2)는 운전하는 동안에 일정한 주기로 로딩과 언로딩을 반복한다. 그리고 각 주기에서 로딩 타임과 언로딩 타임은 냉방요구능력에 따라 변한다. 도 3에서 빗금친 부분의 면적은 냉매 토출량을 나타낸다. 로딩 타임과 언로딩 타임을 제어하는 신호를 듀티제어신호라 한다. 본 발명의 실시례에서 주기는 일정하게 정해 놓고 로딩 타임과 언로딩 타임을 변화시켜 압축기(2)의 능력을 가변시키는 방식을 취한다.

도 4는 본 발명에 적용되는 히트펌프식 공기조화기의 전체 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실외기(8)는 압축기(2) 및 PWM밸브(26)와 신호의 전달이 가능하게 연결된 실외제어부(27)를 포함한다. 실외제어부(27)는 실외 통신회로부(28)와 연결되어 데이터를 송수신한다. 또한 실외제어부(27)에는 실외팬(29)과 핫가스밸브(16)와 리퀴드밸브(17)와 벤트밸브(13) 및 사방밸브(33)가 연결된다.

실외제어부(27)는 도 1a와 같이 냉매 싸이클로 냉매를 순환시켜서 난방운전을 수행하는 도중 제상운전 조건이 만족되면 사방밸브(33)를 도 1b와 같이 전환하여 냉방운전시와 같은 냉매 싸이클로 냉매를 순환시켜 실외열교환기(3)에 착상된 성애를 제거하는 제상운전 모드로 전환한다.

각 실내기(9)는 실내제어부(30)와 실외기(8)와의 데이터 송수신이 가능하게 연결된 실내 통신회로부(34)를 포함한다. 실외 통신회로부(28)와 실내 통신회로부는(34) 유선 또는 무선으로 데이터 송수신이 가능하게 설치되어 있다. 실내제어부(30)의 입력포트에는 온도감지부(31)와 온도설정부(32)가 연결되고, 출력포트에는 전동팽창밸브(4)가 연결된다. 온도감지부(31)는 조화공간인 실내의 온도를 센싱하는 온도센서이다. 실내제어부(30)는 온도감지부(31) 및 온도설정부(32)로부터 신호를 받아 실내온도와 설정온도의 차에 기초하여 실내기(9)의 냉방요구능력을 산출한다. 이렇게 산출된 냉방요구능력에 따라 압축기(2)의 로딩 타임이 결정된다.

제상운전 모드에서 실외제어부(27)는 압축기(2)를 100%로 운전하고 핫가스밸브(16)와 리퀴드밸브(17)와 벤트밸브(13)를 필요에 따라 제어하면서 실외팬(29)를 정해진 온/오프 주기로 구동한다. 여기서, 실외팬(29)을 구동하는 것은 제상운전에 의해 실외열교환기(3)에 착상된 성애가 녹은 제상수를 강한 바람을 불어주어 제거함으로써 제상운전이 종료된 이후에 녹은 제상수가 동결되는 것을 방지하기 위한 것이다.

실외팬(29)의 온시간에 비하여 오프시간이 길게 설정되며, 실시예에서는 실외팬(29)의 온시간과 오프시간은 1:4로 설정한다. 이는 난방운전에서 제상운전으로 바뀐 직후 사방밸브(33)의 전환으로 압축기(2) 토출측에 실외열교환기(3)가 연결되므로 고압 형성을 돕기 위해 실외팬(29)을 오프시키는 점을 고려하여 녹은 제상수를 강한 바람으로 불어주기 위하여 실외팬(29)을 온시키는 동작은 상대적으로 짧게수행하기 위함이다.

도 5를 참조하여, 실외팬(29)의 제어 동작을 설명한다.

실외제어부(27)는 난방운전을 수행하는 중 제상조건인가를 판단하고(S10), 그 판단결과 제상조건이 아니면 그대로 대기한다. 그 판단결과 제상조건이면 압축기(2)를 오프시킨다(S20).

사방밸브(33)를 전환하여 냉방운전시의 냉매싸이클에 따라 냉매가 흐를 수 있도록 압축기(2)의 토출측을 실외열교환기(3)에 연결한다(S30). 이어 실외제어부(27)는 압축기(2)의 로딩 상태를 지속하는 100% 운전을 수행하고 핫가스밸브(16)와 벤트밸브(13)를 개방시킨다(S40).

이어 실외제어부(27)는 실외팬(29)를 온시키고(S50), 실외팬 온시간이 설정된 시간(1분)이 되었는가를 판단한다(S60). 그 판단결과 실외팬 온시간이 설정시간에 도달하지 않으면 계속 실외팬(29)을 회전하기 위해 단계 S50로 돌아간다. 그 판단결과 실외팬 온시간이 설정시간에 도달하면 실외팬을 오프시키고(S70), 실외팬 오프시간이 설정된 시간(4분)이 되었는가를 판단한다(S80). 그 판단결과 실외팬 오프시간이 설정시간에 도달하지 않으면 계속 실외팬(29)을 정지하기 위해 단계 S70로 돌아간다. 그 판단결과 실외팬 오프시간이 설정시간에 도달하면 제상을 종료할것인지를 판단하는데, 설정된 제상시간에 도달하였는가에 따라 제상운전의 종료여부를 판단한다(S90).

단계 S90의 판단결과 제상운전이 종료되지 않은 경우에는 단계 S40로 돌아가고, 그 판단결과 제상운전이 종료된 경우에는 압축기(2)를 오프하고(S100), 난방운전을 수행하기 위해 사방밸브(33)를 전환하여 난방운전시의 냉매싸이클에 따라 냉매가 흐를 수 있도록 한 다음 리턴한다(S110).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 제상 운전을 수행하는 도중 실외팬을 정해진 온/오프 주기에 따라 회전시켜 강한 바람을 불어주어 실외열교환기에 녹은 제상수가 잔류하지 않도록 함으로써 실외열교환기의 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 하나의 실외기에 다수의 실내기가 연결되어 냉방 또는 난방을 수행하는 히트펌프식 공기조화기에 있어서,

   운전 중에 냉매의 토출량이 가변될 수 있는 압축기;

   상기 압축기와 연결된 실외열교환기;

   상기 실외열교환기의 부근에 설치된 실외팬; 및

   제상운전 모드에서 상기 실외열교환기에 제상수가 맺히지 않도록 정해진 온/오프 주기에 따라 상기 실외팬의 운전을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공기조화기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 실외팬이 온 시간보다 오프 시간을 길게 설정하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공기조화기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 실외팬의 온 시간과 오프 시간은 1 : 4인 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공기조화기.
4. 하나의 실외기에 다수의 실내기가 연결되어 냉방 또는 난방을 수행하는 히트펌프식 공기조화기의 제어방법에 있어서,

   상기 실외기에 설치된 실외열교환기를 제상하기 위한 제상운전 모드인가를 판단하는 단계; 및

   제상운전 모드에서 정해진 온/오프 주기에 따라 상기 실외열교환기 부근에 설치된 실외팬을 운전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공기조화기의 제어방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 실외팬 운전단계는 상기 실외팬의 온시간 보다 오프시간을 길게 설정하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공기조화기의 제어방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 실외팬의 온 시간과 오프 시간은 1 : 4인 것을 특징으로 하는 히트펌프식 공기조화기의 제어방법.