KR20040045090A - 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기제어방법 - Google Patents

다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법에 관한 것으로서, 특히 난방 운전시 난방 부하를 정확하게 판단하여 다수개의 압축기를 적절하게 작동시키는 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법은 난방 부하에 따라 다수개의 압축기의 작동/정지가 반복되는 제1단계와, 상기 제1단계에서 다수개의 압축기가 설정횟수 동안 작동/정지되는데 소요되는 시간이 감지되는 제2단계와, 상기 제2단계에서 감지된 시간에 따라 난방 부하의 해소 여부가 판단되는 제3단계와, 상기 제3단계의 판단결과 난방 부하가 해소된 경우 상기 다수개의 압축기 중 일부개의 압축기가 선택적으로 작동되는 제4단계로 이루어져 난방 부하를 정확하게 판단할 수 있을 뿐 아니라 난방 부하에 대해 효과적으로 대응할 수 있다.

Description

다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법 {Compressor control method for air-conditioner using multi compressors}
본 발명은 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법에 관한 것으로서, 특히 난방 운전시 난방 부하를 정확하게 판단하여 다수개의 압축기를 적절하게 작동시키는 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프 시스템은 냉매가 따라 흐르는 압축기와, 실외 열교환기와, 팽창장치와, 실내 열교환기 및 냉/난방에 따라 냉매의 흐름을 절환해주는 사방밸브로 구성되며, 냉방시 상기 실외 열교환기와 실내 열교환기는 각각 응축기와 증발기 역할을 하는 반면, 냉방시 상기 실외 열교환기와 실내 열교환기는 각각 증발기와 응축기 역할을 한다.
또한, 최근에는 서로 다른 용량을 가지는 다수개의 압축기를 적용함으로써 냉방 또는 난방 부하에 따라 가동되는 압축기의 용량을 가변시킬 수 있도록 하여 냉방 또는 난방 부하에 적절하게 대응할 수 있을 뿐 아니라 냉방 또는 난방 효율을최적화할 수 있도록 하고 있다.
도 1은 일반적인 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템이 도시된 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템에서 실내온도 변화에 따른 압축기의 동작이 도시된 도면이다.
일반적으로 히트펌프 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 난방시를 기준으로 설명하면, 냉매를 고온 고압의 기체냉매로 압축시키는 제1,2압축기(2,4)와, 상기 제1,2압축기에서 압축된 냉매를 실내 공기와 열교환하여 중온 고압의 액체냉매로 응축시키는 실내 열교환기(6)와, 상기 실내 열교환기(6)에서 응축된 냉매를 저온 저압의 냉매로 감압시키는 팽창밸브(8)와, 상기 팽창밸브(8)에서 감압된 냉매를 저온 저압의 기체냉매로 증발시키는 실외 열교환기(10)와, 냉/난방에 따라 냉매의 유동 방향을 절환해 주는 사방밸브(12)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 실내 열교환기(6)와 실외 열교환기(10)는 난방시에는 각각 응축기와 증발기 역할을 수행하는 반면, 냉방시에는 각각 증발기와 응축기 역할을 수행한다.
그리고, 상기 제1,2압축기(2,4)의 선단에는 흡입되는 냉매로부터 액체 냉매를 걸러내주는 어큐뮬레이터(14)가 설치되고, 상기 제1,2압축기(2,4)의 후단에는 토출된 냉매가 역류되는 것을 방지하는 제1,2체크밸브(2a,4a)가 설치된다.
상기와 같이 구성된 용량가변 히트펌프 시스템은 사방밸브(12)에 의해 냉매의 유로가 절환되어 냉방사이클 또는 난방사이클을 구성할 수 있고, 냉방 또는 난방 부하에 따라 상기 제1,2압축기(2,4)가 모두 작동되거나, 선택적으로 작동되면서 용량을 가변시킬 수 있다.
여기서, 난방시를 기준으로 살펴보면, 상기 난방 부하는 실내온도와 사용자가 설정한 희망온도 사이의 오차에 의해 결정되되, 상기 희망온도는 미리 입력된 설정치에 의해 일정 범위를 가지도록 정해지며, 상기 제1,2압축기(2,4)는 도 2에 도시된 바와 같이 실내온도가 희망온도의 범위를 벗어나면 동시에 작동 또는 정지된다.
하지만, 실질적인 난방 부하는 실내온도를 1℃ 높이기 위하여 실내공기 중의 잠열 등과 같이 여러 요소에 의해 영향을 받고 있으므로 정확하게 판단하기 어려운 문제점이 있다.
구체적으로, 실내온도와 희망온도의 오차가 동일하더라도 실질적인 난방 부하가 비교적 큰 경우 난방을 하더라도 실내온도의 변화가 비교적 느린 반면, 실질적인 난방 부하가 비교적 작은 경우 난방을 하면 실내온도의 변화가 비교적 빠르다.
즉, 종래 기술에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템은 난방시 실질적인 난방 부하와 상관없이 실내온도가 희망온도의 범위를 벗어날 경우 다수개의 압축기가 동시에 작동 또는 정지되기 때문에 다수개의 압축기가 반복적으로 작동/정지됨에 따라 실질적인 난방 부하가 줄어들더라도 실내온도 변화 속도가 빨라질 뿐 다수개의 압축기가 동시에 작동/정지를 반복하게 됨으로 난방 부하에 비해불필요하게 다수개의 압축기가 작동되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 난방시 실내온도와 희망온도 범위 사이의 오차에 의해 난방 부하를 판단할 뿐 아니라 실내온도의 변화 속도에 의해 난방 부하를 판단함으로 난방 부하를 정확하게 판단하여 난방 부하에 따라 다수개의 압축기를 적절하게 작동시킬 수 있는 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템이 도시된 구성도,
도 2는 종래 기술에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템에서 실내온도 변화에 따른 압축기의 동작이 도시된 도면,
도 3은 본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법이 도시된 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템에서 실내온도 변화에 따른 압축기의 동작이 도시된 도면이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2,4 : 제1,2압축기 6 : 실내 열교환기
8 : 팽창밸브 10 : 실외 열교환기
12 : 사방밸브 n : 설정횟수
T : 실내온도 T0: 희망온도
t : 압축기 작동/정지시간 t0 :설정시간
t1: 압축기의 압력 평형 시간
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법은 난방 부하에 따라 다수개의 압축기의 작동/정지가 반복되는 제1단계와, 상기 제1단계에서 다수개의 압축기가 설정횟수 동안 작동/정지되는데 소요되는 시간이 감지되는 제2단계와, 상기 제2단계에서 감지된 시간에 따라 난방 부하의 해소 여부가 판단되는 제3단계와, 상기 제3단계의 판단결과 난방 부하가 해소된 경우 상기 다수개의 압축기 중 일부개의 압축기가 선택적으로 작동되는 제4단계로 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법이 도시된 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템에서 실내온도 변화에 따른 압축기의 동작이 도시된 도면이다.
상기 본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 제1단계는 사용자의 조작에 의해 난방 모드 및 희망온도(T0)가 설정된다.(S1 참조)
이때, 상기 희망온도(T0)는 미리 입력된 설정치에 의해 희망온도(T0) 범위의 최대값과 최소값이 결정된다.
제2단계는 상기 제1단계에서 설정된 희망온도(T0)가 실내온도(T)보다 높은 경우 다수개의 압축기가 작동된다.(S2 참조)
물론, 상기 희망온도(T0)는 상기 다수개의 압축기가 작동될 수 있도록 실내온도(T)보다 더 설정된다.
제3단계는 상기 실내온도(T)가 상기 희망온도(T0) 범위의 최대값에 도달하는지를 판단하여 상기 실내온도가 상기 희망온도(T0) 범위의 최대값에 도달하면 다수개의 압축기는 정지된다.(S3,S4 참조)
하지만, 상기 실내온도(T)가 상기 희망온도(T0) 범위의 최대값에 도달하지 않으면 상기 다수개의 압축기는 작동 상태를 그대로 유지한다.
제4단계는 상기 압축기가 작동 및 정지한 횟수가 설정횟수(n) 이상인지 판단하게 된다.(S5 참조)
즉, 상기 압축기는 설정횟수(n) 동안 작동 및 정지를 반복하게 되는데, 보통 상기 압축기의 작동 및 정지가 2회 반복되도록 한다.
제5단계는 상기 설정횟수(n) 동안 상기 압축기의 작동/정지 시간을 감지하게 된다.(S6 참조)
물론, 상기 압축기는 작동/정지 시간(t)이 지속적으로 감지되며, 상기 설정횟수(n) 동안 상기 압축기의 작동/정지 시간(t)이 합산된다.
제6단계는 상기 압축기의 작동/정지시간(t)이 설정시간(t0)과 비교하여 상기 압축기의 작동/정지시간(t)이 상기 설정시간(t0) 미만인 경우 상기 다수개의 압축기 중 일부개의 압축기가 선택적으로 작동된다.(S7,S8 참조)
이때, 난방 부하는 상기 다수개의 압축기 중 일부개의 압축기만 작동되더라도 해소될 수 있다고 판단된다.
제7단계는 상기 압축기의 작동/정지시간(t)이 상기 설정시간(t0) 이상인 경우 상기 다수개의 압축기가 작동/정지한 횟수가 0으로 다시 카운트되는 동시에 정지된 압축기의 흡입부와 토출부 사이의 압력이 평형에 도달하는 시간(t1)동안 상기 압축기가 작동 대기된다.(S9,S10 참조)
이때, 난방 부하는 상기 다수개의 압축기가 작동되어야 해소될 수 있다고 판단됨으로 다시 상기 다수개의 압축기가 작동/정지를 설정횟수 반복하게 된다.
상기와 같이 작동되는 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법에 있어서 실내온도에 따른 압축기의 작동 상태를 도 4를 참조로 하여 설명하면, 먼저 제1구간에서 다수개의 압축기는 상기 실내온도(T)가 상기 희망온도(T0) 범위의 최대값에 도달할 때까지 작동되고, 상기 실내온도(T)가 상기 희망온도(T0) 범위의 최소값으로 떨어지면 정지된다.
따라서, 상기 다수개의 압축기가 작동 또는 정지됨에 따라 실내온도(T)가 상승 또는 하강하게 되며, 다시 상기 다수개의 압축기는 상기 실내온도(T)의 변화에 따라 작동/정지를 반복하게 된다.
이때, 초기 상기 다수개의 압축기가 작동/정지를 2회 반복한 제1구간에서 걸린 시간(t)이 측정되고, 이러한 시간(t)이 설정시간(t0) 이상인 경우 난방 부하는 다수개의 압축기가 작동되어야 해소될 수 있는 것으로 판단되어 상기 다수개의 압축기가 작동된다.
다음, 제2구간에서 상기 다수개의 압축기는 상기 실내온도(T)의 변화에 따라 작동/정지를 반복하게 된다.
이때, 상기 다수개의 압축기가 작동/정지를 2회 반복한 제2구간에서 걸린 시간(t)이 측정되고, 이러한 시간(t)이 설정시간(t0) 미만인 경우 난방 부하는 다수개의 압축기 중 일부개의 압축기만 작동되더라도 해소될 수 있는 것으로 판단되어 상기 다수개의 압축기 중 일부개의 압축기만 작동된다.
다음, 제3구간에서 상기 다수개의 압축기 중 일부개의 압축기만 작동되더라도 난방 부하를 해소할 수 있다.
구체적으로, 상기 실내온도(T)는 상기 다수개의 압축기가 작동되는 경우보다 시간이 비교적 많이 걸리더라도 상기 희망온도(T0) 범위의 최대값에 도달하게 된다.
즉, 실내온도(t)와 희망온도(T0) 사이의 오차뿐 아니라 상기 다수개의 압축기가 작동/정지됨에 따라 상기 실내온도(T)의 변화 속도를 감지하여 난방 부하를 정확하게 판단하고, 그 결과에 따라 상기 다수개의 압축기를 적절하게 작동시킴으로 효율적인 난방을 수행할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법은 난방시 실내온도와 희망온도 범위 사이의 오차에 의해 난방 부하를 판단할 뿐 아니라 다수개의 압축기가 설정횟수 동안 작동/정지되는 시간을 측정하여 설정시간과 비교함으로써 실내온도의 변화 속도에 의해 난방 부하를 판단하기 때문에 난방 부하를 정확하게 판단하고, 이에 따라 다수개의 압축기를 적절하게 작동시킴으로 압축기의 작동 신뢰도를 높일 수 있고, 난방 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 난방 부하에 따라 다수개의 압축기의 작동/정지가 반복되는 제1단계와,
    상기 제1단계에서 다수개의 압축기가 설정횟수(n) 동안 작동/정지되는데 소요되는 시간(t)이 감지되는 제2단계와,
    상기 제2단계에서 감지된 시간(t)에 따라 난방 부하의 해소 여부가 판단되는 제3단계와,
    상기 제3단계의 판단결과 난방 부하가 해소된 경우 상기 다수개의 압축기 중 일부개의 압축기가 선택적으로 작동되는 제4단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2단계의 감지된 시간(t)은 상기 다수개의 압축기가 2회 동안 작동/정지되는데 소요되는 시간인 것을 특징으로 하는 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3단계는 상기 감지된 시간(t)이 설정시간(t0) 미만인 경우 난방 부하가 해소된 것으로 판단되는 제1과정과, 상기 감지된 시간(t)이 설정시간(t0) 이상인경우 난방 부하가 해소되지 않은 것으로 판단되는 제2과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제4단계는 상기 제3단계에서 난방 부하가 해소되지 않은 것으로 판단된 경우 다수개의 압축기가 상기 제2단계의 설정횟수(n) 동안 작동/정지되는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다수개의 압축기를 적용한 히트펌프 시스템의 압축기 제어방법.
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