KR20090067736A - 히트 펌프 공기조화기의 제어방법 - Google Patents

히트 펌프 공기조화기의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운전 모드가 설정되면, 압축기를 기동하는 기동단계와; 상기 압축기의 고압과 상기 압축기의 저압의 차이인 고저압차에 의해, 사방밸브가 설정된 운전 모드에 대응하여 절환되는 절환 단계와; 상기 압축기의 주파수가 기 설정된 사방 밸브 절환 실패 판단을 위한 주파수에 도달하면, 상기 고저압차에 따라 상기 사방 밸브의 절환 실패 여부를 판단하는 절환 판단 단계를 포함함으로써, 상기 사방 밸브의 절환 실패 여부를 신속하게 판단할 수 있는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법을 제공한다.
공기조화, 히트 펌프, 냉난방, 사방 밸브, 압축기, 복구 로직

Description

히트 펌프 공기조화기의 제어방법{Control method of heat-pump type air-conditioner}
본 발명은 냉,난방이 모두 가능한 히트 펌프 공기조화기의 제어방법에 관한 것으로서, 특히 사방 밸브의 절환시 사방 밸브의 절환 실패 여부를 신속하게 판단하고, 사방 밸브의 절환을 복구할 수 있는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술의 히트 펌프 시스템에서 실외기 측 냉동 사이클 구성도로서, 3 개의 실외기(A)(B)(C)로 구성된 멀티 에어컨 시스템을 도시하고 있다.
상기 각 실외기(A)(B)(C)에는 고온 고압의 기체 냉매를 공급하는 압축기(10), 냉방 또는 난방으로 사용할 수 있도록 냉매의 흐름을 절환하는 사방밸브(20), 실내 열교환기가 냉방기로 작용하는 경우 냉매가 응축되는 응축기로 작용하고 실내 열교환기가 난방기로 작용하는 경우 냉매가 증발되는 증발기로 작용하는 실외 열교환기(30), 냉매를 저온 저압으로 팽창시키는 팽창기(40)가 각각 구비되어 있다.
이와 같은 히트 펌프의 냉방 작동시에는 압축기(10)에서 압축된 가스가 오일 분리기 등의 부품을 통과하여 사방밸브(20)의 고압부(21)로 유입된 후, 연결부(22)를 통해 실외열교환기(30)로 유입된 가스냉매는 응축된 후 팽창밸브(40)를 지나 냉매관(41)을 통해 실내기로 공급된다.
실내 열교환기를 거치면서 증발된 가스는 실외기로 연결된 냉매관(45)을 통하여 사방밸브(20)의 연결부(23)와 저압부(24)를 통과한 다음 압축기(10)의 흡입부로 귀환하게 된다.
반대로, 난방 작동시에는 압축기(10)에서 토출된 가스가 고압부(21)를 지나 사방 밸브(20)의 연결부(23)를 경유한 다음 냉매관(45)을 통해 실내기로 공급된다. 실내 열교환기에서 응축된 액냉매는 냉매관(41)을 통해 실외기 측으로 유입되어 팽창밸브(40)를 지나면서 팽창된 다음, 실외열교환기(30)에서 증발되어 사방밸브(20)의 연결부(22)와 저압부(24)를 지나 압축기(10)의 흡입구로 유입된다.
이와 같은 동작 구조를 갖는 히트 펌프 시스템이 2 개 이상 구비된 멀티 히트펌프 에어컨에서 각 실외기의 사방밸브(20)는 냉방 또는 난방 운전시에 모두 동일한 유로 절환 상태가 유지되도록 제어된다.
즉 냉방 작동시에는 사방 밸브(20)가 도 1에 도시된 바와 같이 모두 냉방 위치에 있도록 절환되고, 난방 작동시에는 사방 밸브(20)가 도 1과 반대 방향으로 모두 난방 위치에 있도록 절환된다.
특히 상기 사방밸브(20)가 모두 냉방위치에 있는 상태에서 난방운전으로 전환하기 위해서는 각 실외기 내의 압축기(10)를 최소한 1 대 이상 구동하여 해당 실외기에서 고저압을 발생시킨 후, 이 압력차를 이용하여 각 실외기의 사방밸브(20) 를 절환하게 된다.
이와 같은 사방밸브(20)의 절환 방식은 크게 2 가지가 있다. 첫 번째 절환방식은 저압 연결 방식으로 저압부(24)를 양쪽 압력전달구멍(25)(26)으로 연결하는 방식으로, 상기 저압부(24)와 좌측 압력전달구멍(25)이 연결되면 사방밸브(20) 내부의 슬라이더가 왼쪽으로 이동하면서 난방 위치에 전환하게 된다. 이와 다르게 상기 저압부(24)가 우측 압력전달구멍(26)에 연결되는 경우, 슬라이더가 우측으로 이동하여 도 1에 도시된 바와 같이 냉방위치로 전환하게 된다.
상기와 같이 상기 사방 밸브(20)의 슬라이더가 이동하기 위해서는 최소 작동차압이 필요하며 압축기(10)를 구동하여 이 작동차압을 만들게 된다.
두 번째 절환방식은 고저압 연결방식으로, 고압부(21)와 좌측 압력전달구멍(25)을 연결하고, 저압부(24)와 우측 압력전달구멍(26)을 연결하는 방식이다. 이 방식은 전술한 방식에 비하여 고저압을 반대방향에 형성하므로 사방밸브(20)의 슬라이더의 이동이 신속하고 빠르게 이루어진다.
따라서, 상기 각 실외기(A)(B)(C)의 사방밸브(20)를 절환하기 위하여 압축기(10)를 구동한 후, 일정 작동 차압이 형성될 때 사방밸브(20) 내부의 슬라이더가 이동하여 냉난방 위치로의 절환이 완료된다.
여기서, 실외기의 숫자가 2개 이상인 경우에 각 사방밸브(20)의 절환이 동시에 완료되지 않고 도 2에 도시된 바와 같이 2 개는 난방위치로 절환되지만 1 개는 냉방위치에서 난방 위치로 절환이 완료되지 않는 경우가 발생할 수 있으며, 이때에는 실외기B와 C의 고압부(21)에 연결된 고압 형성부분(23H)이 냉매관(45a)을 통해 실외기A의 저압 형성부분(23L)에 연결되므로 실외기 A의 저압 형성부분(23L)의 압력이 상승하여 실외기 A의 고압 형성부분(22H)과 동일한 상태가 된다.
반대로, 실외기 A의 고압 형성부분(22H)은 고저압 연결관(50)을 통해 실외기 B와 C에 연결되어 연결부인 저압 형성부분(22L)으로 흐르게 된다.
이와 같은 상태가 지속되면 통상의 사방밸브(20) 절환 방식으로는 오작동된 실외기 A측의 사방밸브(20)를 절환하는 것이 불가능해진다.
따라서, 상기와 같은 히트 펌프에서 어느 한쪽 실외기의 사방 밸브(20)가 절환 오류에 빠지게 되면, 냉난방 정상 작동이 불가능하게 되고, 이와 같은 상태를 계속하게 되면, 기기에 손상을 유발할 수 있는 문제점이 있다. 특히 상기와 같은 오작동 상태는 단순히 멀티 히트 펌프 기기의 재기동만으로는 해결할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사방 밸브 절환시에 사방 밸브의 절환 오류 여부를 판단함으로써 기기 손상을 방지할 수 있는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 사방 밸브의 절환 오류가 감지되고 나면, 사방 밸브의 정상적인 절환을 위해 복구 로직을 구현함으로써 신뢰성을 확보할 수 있는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은,운전 모드가 설정되면, 압축기를 기동하는 기동단계와; 상기 압축기의 고압과 상기 압축기의 저압의 차이인 고저압차에 의해, 사방밸브가 설정된 운전 모드에 대응하여 절환되는 절환 단계와; 상기 압축기의 주파수가 기 설정된 사방 밸브 절환 실패 판단을 위한 주파수에 도달하면, 상기 고저압차에 따라 상기 사방 밸브의 절환 실패 여부를 판단하는 절환 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법을 제공한다.
상기 기동 단계에서는, 인버터 압축기와 정속 압축기가 함께 구축된 경우, 인버터 압축기와 정속 압축기 중 인버터 압축기가 기동되고, 정속 압축기는 기동 대기될 수 있다.
상기 기동 단계에서는, 압축기가 복수 개인 경우, 일부 압축기가 기동되고, 그 나머지 압축기는 기동 대기할 수 있다.
상기 기 설정된 사방 밸브 절환 실패 판단을 위한 주파수는 30 내지 50Hz 인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 사방 밸브의 절환이 실패하면, 상기 사방 밸브의 절환을 위해 상기 고저압차가 커지도록, 기동 대기 압축기가 추가 기동하는 절환 복구 단계를 더 포함할 수 있다,
상기 히트 펌프 공기조화기는, 실외기가 복수 개이고; 상기 사방 밸브의 절환이 실패하면, 상기 사방 밸브의 절환을 위해 상기 고저압차가 커지도록, 상기 복수 개의 실외기 중 가장 고저압차가 낮은 실외기의 기동 대기 압축기가 추가 기동하는 절환 복구 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 절환 복구 단계에서는, 상기 압축기에서 토출된 냉매 중 일부가 상기 압축기로 재흡입되게 하는 핫 가스 바이패스 유닛이 오프(OFF)로 설정될 수 있다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 히트 펌프 공기조화기의 제어방법은 사방 밸브의 절환시 신속하게 사방 밸브의 절환 실패 여부를 판단할 수 있기 때문에 기기 손상이 방지될 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 사방 밸브의 절환이 실패되면, 절환을 복구하는 동작이 진행됨으로써 보다 더 신뢰성 있는 공기 조화를 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은 절환 복구 동작시 핫 가스 바이패스 유닛을 오프(off)로 설 정함으로써 절환 복구가 보다 더 신속히 이루어질 수 있게 하는 이점이 있다.
도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프 공기조화기의 주요 제어 알고리즘에 따른 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 히트 펌프 공기조화기의 주요부 구성도이다.
본 발명에 따른 히트 펌프 공기조화기는 냉,난방 모드 간 절환될 때 다음과 같은 알고리즘에 의해 제어된다.
냉,난방 운전 모드 중 어느 한 운전 모드가 설정된 후 운전 시작되면, 먼저, 압축기(100)(102)가 기동된다(S2).
이때, 압축기(100)(102)가 복수 개인 경우, 최소한 하나가 기동되는데, 보편적으로 일부만 기동되고 나머지는 일단 기동 대기하고 있는 것이 바람직하다. 특히, 압축기(100)(102)가 압축용량이 가변되는 인버터압축기(100)와, 압축용량이 일정한 정속압축기(102)로 구성되는 경우, 보편적으로 인버터압축기(100)가 기동되고, 정속압축기(102)는 기동대기하는 것이 바람직하다.
그리고, 실외기는 하나로 구축될 수도 있고, 둘 이상의 복수 개로 구축될 수도 있는데, 복수 개로 구축되고 각각의 실외기에 사방밸브(110)가 구성되었다면, 모든 사방밸브(110)가 함께 절환될 수 있도록 각각의 실외기의 압축기(100)(102)가 기동되는 것이 바람직하다.
이와 같이 압축기(100)(102)가 기동되고 나면, 압축기(100)(102)의 고압과 압축기(100)(102)의 저압의 차이(이하, 설명의 편의를 위해 '고저압차'라 함)가 생 기고, 이 고저압차에 의해 사방밸브(110)가 설정된 운전 모드에 대응하여 절환된다(S4). 즉, 설정된 운전 모드가 냉방 모드이면 사방밸브(110)가 냉방 모드로 절환되고, 설정된 운전 모드가 난방 모드이면 사방밸브(110)가 난방 모드로 절환된다.
이때, 압축기(100)(102)의 고압은, 압축기(100)의 토출쪽과 사방밸브(110)의 입구쪽 사이에 설치되어 압축기(100)(102)에서 토출된 냉매의 압력을 측정하는 고압 센서(120)를 통해 획득될 수 있다. 압축기(100)(102)의 저압은, 압축기(100)(102)의 입구쪽에 설치되어 압축기(100)(102)로 유입되는 냉매의 압력을 측정하는 저압 센서(122)를 통해 획득될 수 있다. 저압 센서(122)는, 압축기(100)(102)의 입구쪽과 어큐뮬레이터(150)의 출구쪽 사이에 설치될 수도 있고, 아큐뮬레이터(150)의 입구쪽에 설치될 수도 있다.
다음, 압축기(100)(102) 기동 후, 압축기(100)(102)의 주파수가 기 설정된 사방 밸브 절환 실패 판단을 위한 주파수(A)에 도달하면(S6), 고저압차를 비교하여(S8), 고저압차에 따라 사방밸브(110)의 절환 실패 여부를 판단한다.
즉, 사방밸브(110)가 고저압차에 의해 절환되는바 고저압차가 크지 않으면 사방밸브(110)의 절환이 실패하기 때문에, 고저압차를 비교함으로써 사방밸브(101)의 절환 실패 여부를 판단할 수 있다.
이때, 시스템이 안정화되려면 압축기(100)(102)의 주파수가 대략 80Hz까지 상승하고, 압축기(100)(102) 기동 후 대략 3분 정도의 시간이 소요되는 것이 일반적이다. 그런데, 시스템 안정화를 위해서는 사방밸브(110)가 성공적으로 절환되어 있어야 하는바, 사방밸브(110)는 시스템 안정화 전에 절환 성공되어 있어야 바람직 하다. 따라서, 기 설정된 사방 밸브 절환 실패 판단을 위한 주파수는 30 내지 50Hz로 설정됨으로써, 사방밸브(110)의 절환 실패를 신속히 판단할 수 있는 이점을 갖게 된다.
고저압차 비교는, 현재 고저압차를 기 설정된 사방밸브 절환 실패 판단을 위한 기준 고저압차(B)와의 비교 과정이다. 즉, 현재 고저압차가 기 설정된 사방밸브 절환 실패 판단을 위한 기준 고저압차(B) 이하이면, 사방밸브(110)의 절환이 실패한 것으로 판단된다(S10). 반면, 현재 고저압차가 기 설정된 사방밸브 절환 실패 판단을 위한 기준 고저압차(B)를 초과했으면, 사방밸브(110)의 절환이 정상적으로 이루어진 것으로 판단된다(S14).
여기서 기 설정된 사방밸브 절환 실패 판단을 위한 기준 고저압차(B)는 냉매의 종류나 시스템의 용량, 냉,난방 모드 등에 따라 가변될 수 있는데, 예를 들어 냉매의 종류가 R410A이면 대략 380KPa로 설정되고, 냉매의 종류가 R22이면 대략 350KPa로 설정될 수 있다.
한편, 실외기가 복수 개인 경우에는, 복수 개의 실외기 중 어느 하나라도 고저압차가 기 설정된 사방밸브 절환 실패 판단을 위한 기준 고저압차 이하가 되면 사방밸브(110)의 절환 동작이 실패한 것으로 판단된다.
다음, 상기 사방밸브(110)의 절환 실패 여부 판단 결과, 사방밸브(110)의 절환이 실패한 것으로 판단되면, 사방밸브(110)의 재 절환이 가능토록 절환 복구 단계가 실시될 수 있다(S12).
상기 절환 복구 단계는, 상술한 바와 같이 사방밸브(110)의 절환이 고저압차 가 충분치 않아서 실패한 것이기 때문에, 고저압차를 신속히 높여주면 된다. 따라서, 각 실외기의 압축기(100)(102)가 복수 개인 경우에는, 사방밸브(110)의 재 절활을 위해 고저압차가 신속히 커지도록, 압축기(100)(102) 중 기동 대기 상태의 압축기(100)(102)를 추가 기동함으로써, 간소하게 구현될 수 있다.
이때, 실외기가 복수 개인 경우에는, 모든 실외기의 압축기(100)(102)를 추가 기동하면, 고저압차가 너무 과다해짐으로써 오히려 시스템을 악화시킬 수 있는바, 복수 개의 실외기 중 가장 고저압차가 낮은 실외기의 압축기(100)(102)가 추가 기동토록 제어함이 바람직하다.
나아가, 핫 가스 바이패스 유닛(130)이 설치된 경우, 핫 가스 바이패스 유닛(130)은 오프(OFF)로 설정됨이 바람직하다.
즉, 핫 가스 바이패스 유닛(130)은, 압축기(100)(102)에서 토출된 고온, 고압의 기상 냉매 중 일부가 압축기(100)(102)로 재흡입되게 하는 것으로서, 냉매를 바이패스 유도하는 핫가스(Hot gas)관(132)과, 핫가스 관(132)을 개폐하는 핫가스 밸브(134)를 포함한다. 핫가스 관(132)은 핫가스의 손실 최소화를 위해 압축기(100)(102)의 출구쪽과 오일 분리기(140)의 입구쪽 사이에서 핫가스 상태의 냉매가 유입될 수 있도록 설치됨이 바람직하다. 또한, 핫가스 관(132)은, 핫가스의 손실 최소화를 위해 압축기(100)(102)의 입구쪽과 어큐뮬레이터(150)의 출구쪽 사이에서 핫가스 상태의 냉매가 토출될 수 있도록 설치됨이 바람직하다.
따라서, 핫 가스 바이패스 유닛(130)이 온(ON) 설정되면, 핫가스 밸브(134)에 의해 핫가스 관(132)이 개방되어, 압축기(100)(102)에서 토출된 핫가스 상태의 냉매가 압축기(100)(102)로 재흡입되어, 압축기(100)(102)의 흡입 압력이 높아지도록 할 수 있다. 그리고, 핫 가스 바이패스 유닛(130)이 오프(OFF)로 설정되면, 압축기(100)(102)에서 토출된 냉매가 모두 사방밸브(110)로 유동딘다. 이러한 핫 가스 바이패스 유닛(130)은 압축기(100)(102) 기동시에는 압축기(100)(102)의 흡입 압력이 너무 낮는바, 신속한 시스템 안정화를 위해 기동단계에서 주로 온(ON) 설정된다.
따라서, 절환복구단계에서 핫 가스 바이패스 유닛(130)이 오프(OFF) 설정되어 있다면, 사방밸브(110)의 절환을 위한 고압이 신속히 상승되어 사방밸브(110)가 절환될 수 있게 된다.
이후, 상기 사방밸브(110)의 절환이 정상적으로 이루어지면, 압축기(100)(102)는 시스템의 운전 상황에 따라 선택적으로 구동된다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 히트 펌프 공기조화기의 실외기 측 냉동 사이클 구성도,
도 2는 종래 기술에 따른 히트 펌프 공기조화기의 실외기 측 냉동 사이클 구성도로서, 사방 밸브 절환 오류 상태를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프 공기조화기의 주요 제어 알고리즘에 따른 순서도이고,
도 4는 본 발명에 따른 히트 펌프 공기조화기의 주요부 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,102; 압축기 110; 사방밸브
120; 고압 센서 122; 저압센서
130; 핫 가스 바이패스 유닛 132; 핫가스 관
134; 핫가스 밸브 140; 오일 분리기
150; 어큐뮬레이터

Claims (7)

  1. 운전 모드가 설정되면, 압축기를 기동하는 기동단계와;
    상기 압축기의 고압과 상기 압축기의 저압의 차이인 고저압차에 의해, 사방밸브가 설정된 운전 모드에 대응하여 절환되는 절환 단계와;
    상기 압축기의 주파수가 기 설정된 사방 밸브 절환 실패 판단을 위한 주파수에 도달하면, 상기 고저압차에 따라 상기 사방 밸브의 절환 실패 여부를 판단하는 절환 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기동 단계에서는, 인버터 압축기와 정속 압축기가 함께 구축된 경우, 인버터 압축기와 정속 압축기 중 인버터 압축기가 기동되고, 정속 압축기는 기동 대기하는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기동 단계에서는, 압축기가 복수 개인 경우, 일부 압축기가 기동되고, 그 나머지 압축기는 기동 대기하는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기 설정된 사방 밸브 절환 실패 판단을 위한 주파수는 30 내지 50Hz 인 것을 특징으로 하는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 사방 밸브의 절환이 실패하면, 상기 사방 밸브의 절환을 위해 상기 고저압차가 커지도록, 기동 대기 압축기가 추가 기동하는 절환 복구 단계를 더 포함하는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트 펌프 공기조화기는, 실외기가 복수 개이고;
    상기 사방 밸브의 절환이 실패하면, 상기 사방 밸브의 절환을 위해 상기 고저압차가 커지도록, 상기 복수 개의 실외기 중 가장 고저압차가 낮은 실외기의 기동 대기 압축기가 추가 기동하는 절환 복구 단계를 더 포함하는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 절환 복구 단계에서는, 상기 압축기에서 토출된 냉매 중 일부가 상기 압축기로 재흡입되게 하는 핫 가스 바이패스 유닛이 오프(OFF)로 설정되는 히트 펌프 공기조화기의 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104676993A (zh) * 2015-02-13 2015-06-03 广东芬尼克兹节能设备有限公司 一种待机防冻控制方法

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