KR20200123603A - Heat pump and it's Control method - Google Patents

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KR20200123603A KR1020190046676A KR20190046676A KR20200123603A KR 20200123603 A KR20200123603 A KR 20200123603A KR 1020190046676 A KR1020190046676 A KR 1020190046676A KR 20190046676 A KR20190046676 A KR 20190046676A KR 20200123603 A KR20200123603 A KR 20200123603A
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Abstract

The present invention relates to a heat pump control method. More specifically, a heat pump, in which a circuit including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator is connected through a sealed refrigerant line, comprises a condenser fan, an evaporator fan, and a refrigerant (charge amount) control means (having a refrigerant storage space) for charging refrigerant to or recovering refrigerant from the circuit. The heat pump control method includes: a control to increase the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature; a control to lower the condensation temperature; a control to increase the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature; and a control to lower the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature. The heat pump improves energy efficiency by minimizing a difference between high pressure and low pressure during operation of the heat pump.

Description

히트펌프 및 그 제어방법{Heat pump and it's Control method} Heat pump and it's Control method}

본 발명은 히트펌프 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump and a control method thereof.

히트펌프는 열원으로부터 "히터싱크"라 불리는 목적지로 열을 전달하는 장치이다. 히트펌프는 차가운 공간에서 열을 흡수하고, 따뜻한 공간에서 열을 방출한다. 즉, 히트펌프에서는 자연적인 열전달 방향의 반대방향으로 열에너지 전달이 이루어진다. 이를 위해 히트펌프는 소량의 외부에너지를 사용하여, 열원에서 히트싱크로 에너지를 전송하는 작업을 수행한다. A heat pump is a device that transfers heat from a heat source to a destination called a “heater sink”. Heat pumps absorb heat in cold spaces and dissipate heat in warm spaces. That is, in the heat pump, heat energy is transferred in a direction opposite to the natural heat transfer direction. To this end, the heat pump uses a small amount of external energy to transfer energy from the heat source to the heat sink.

에어컨, 냉장고 및 공조장치 (HVAC : Heating Ventialating and Air Conditioning)가 히트펌프의 대표적인 예이다. 그리고 히트펌프를 사용하는 기기로는 냉수/온수를 제공하는 정수기, 건조기, 세탁기, 자판기 등이 있다.Air conditioners, refrigerators and air conditioners (HVAC: Heating Ventialating and Air Conditioning) are representative examples of heat pumps. In addition, devices using a heat pump include water purifiers, dryers, washing machines, and vending machines that provide cold/hot water.

에어컨의 경우는, 최악의 고온에서도 냉방모드가 동작할 수 있도록 (응축온도가 높게) 냉매를 에어컨에 충전한다. 때문에 다른 조건(예, 저부하조건) 에서는 잉여냉매가 시스템 내부에 존재하여 히트펌프의 에너지 효율이 낮게 되는 문제점이 있다. In the case of an air conditioner, refrigerant is charged into the air conditioner so that the cooling mode operates even at the worst high temperature (the condensation temperature is high). Therefore, under other conditions (eg, low load conditions), there is a problem in that the energy efficiency of the heat pump is low because the excess refrigerant is present in the system.

그리고, 종래의 히트펌프에서, 인버터 압축기와 같은 가변용량 압축기의 단위시간당 냉매 압축량을 증가시키면, 고압과 저압의 사이가 더 커져서 효율이 낮아지는 문제점이 있다.In addition, in the conventional heat pump, if the amount of refrigerant compression per unit time of a variable capacity compressor such as an inverter compressor is increased, the gap between the high pressure and the low pressure becomes larger, thereby reducing the efficiency.

출원번호 KR 10-2013-0084665 (US 9,372,015 B2)Application number KR 10-2013-0084665 (US 9,372,015 B2) 출원번호 KR 10-2016-7026740 US 2016/0370044 A1)Application number KR 10-2016-7026740 US 2016/0370044 A1) 출원번호 KR 10-2007-0084960Application number KR 10-2007-0084960 US 2011/0041523 A1US 2011/0041523 A1 US 7,010,927 B2US 7,010,927 B2 US 9,738,138 B2US 9,738,138 B2 US 2017/0059219 A1US 2017/0059219 A1 US 2017/0115043 A1US 2017/0115043 A1 WO 2018/025900 A1WO 2018/025900 A1

본 발명의 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출한 것이다. 즉, 히트펌프 가동중에 고압과 저압의 사이를 최대한 낮추어서 에너지 효율을 개선하는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.It is derived in order to solve the problems of the prior art of the present invention. That is, it is intended to provide a heat pump and a control method thereof that improves energy efficiency by lowering the distance between high and low pressures while the heat pump is operating.

이를 위해 본발명에 따른 히트펌프 제어방법은, 압축기, 응축기, 팽창밸브(이하 "제1 팽창밸브") 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬 및 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단(이하 "제2 팽창밸브" )을 포함하는 히트펌프의 제어방법에 있어서, 상기 제2 팽창밸브는 상기 회로에서 냉매를 회수하는 회수밸브, 냉매를 저장하는 저장공간, 상기 회로로 냉매를 충전하는 충전밸브가 상기 순으로 직렬 연결된 것을 포함하여 구성되고, 상기 제2 팽창밸브는 상기 제1 팽창밸브 입구와 저압라인 사이에 설치되고, 목표 응축온도를 설정하는 단계; 응축온도가 상기 목표 응축온도보다 낮을 때는 상기 냉매 조절수단이 상기 회로에 냉매를 충전하는 단계; 응축온도가 상기 목표 응축온도보다 높을 때는 상기 냉매 냉매 조절수단이 상기 회로로부터 냉매를 회수하는 단계; 를 포함하고, 일상운전에서 상기 제2 팽창밸브로 일정량의 냉매가 통과; 하도록 하는 것을 특징으로 한다.To this end, in the heat pump control method according to the present invention, a circuit including a compressor, a condenser, an expansion valve (hereinafter "first expansion valve") and an evaporator is connected through a sealed refrigerant line, and the condenser fan, the evaporator fan, and the above A method for controlling a heat pump comprising a refrigerant (charge amount) adjusting means (hereinafter referred to as "second expansion valve") for charging a refrigerant in a circuit or recovering refrigerant from the circuit, wherein the second expansion valve A recovery valve for recovery, a storage space for storing the refrigerant, and a charging valve for charging the refrigerant to the circuit are connected in series in the order, and the second expansion valve is between the inlet of the first expansion valve and the low pressure line. Installed, setting a target condensation temperature; When the condensation temperature is lower than the target condensation temperature, the refrigerant control means charges the circuit with a refrigerant; When the condensation temperature is higher than the target condensation temperature, the refrigerant refrigerant control means recovers the refrigerant from the circuit; Including, in daily operation, a predetermined amount of refrigerant passes through the second expansion valve; It is characterized by that.

이때, 상기 제2 팽창밸브를 제어하는데 필요한 전원공급이 개시 되면, 회수밸브(vvd)의 개도를 충전밸브(vvc) 보다 작게 되도록 제어하여 상기 저장공간의 내부에 있는 냉매를 비우는 단계; 를 실시한 다음에, 설정된 초기화 단계 시간(s_init)이 경과 되거나, 고압이 목표고압 보다 높게 되면 충전밸브(vvc)의 개도를 줄이는 단계; 를 더 포함 하는 것이 바람직하다.At this time, when the supply of power required to control the second expansion valve is started, controlling the opening of the recovery valve (vvd) to be smaller than that of the charging valve (vvc) to empty the refrigerant in the storage space; After performing the operation, when the set initialization step time (s_init) elapses or the high pressure is higher than the target high pressure, reducing the opening degree of the charging valve vvc; It is preferable to further include.

또한, 상기 냉매 충전단계와 회수단계는 충전밸브(vvc)와 회수밸브(vvd) 중 어느 하나의 밸브는 개도를 고정하고, 다른 하나의 밸브를 조절하는 제어; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in the refrigerant charging step and the recovery step, one of the charging valve (vvc) and the recovery valve (vvd) may fix the opening degree and control the other valve; It is preferable to further include.

또한 상기 제1 팽창밸브는 모세관, 열감응식 팽창밸브(TXV), 압력감응식 팽창밸브(PXV) 또는 전자식 팽창밸브(EEV) 중 어느 하나; 인 것이 바람직하다.In addition, the first expansion valve may include any one of a capillary tube, a thermal expansion valve (TXV), a pressure-sensitive expansion valve (PXV), or an electronic expansion valve (EEV); It is preferable to be.

또한, 상기 충전밸브(vvc) 와 회수밸브(vvd)는 냉매를 바이패스 시키는 오리피스를 포함; 하는 것이 바람직하다.In addition, the charging valve (vvc) and the recovery valve (vvd) include an orifice for bypassing the refrigerant; It is desirable to do.

이를 위해 본발명에 따른 히트펌프 제어방법은, 이를 위해 본발명에 따른 히트펌프 제어방법은, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬 및 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단(냉매 저장공간을 구비)을 포함하는 히트펌프의 냉방모드 제어방법에 있어서, "증발온도를 유지하면서 응축온도를 높이는 제어"; "증발온도를 유지하면서 응축온도를 낮추는 제어"; 응축기의 열교환량 (Q = c·m·dT)은 동일하게 유지하면서, 상기 응축기 팬 소비전력은 높이고 (즉, 상기 m 을 크게 하고), 상기 압축기 소비전력을 낮추어서 [ 보다 상세하게는, 상기 응축기 내부의 압력(즉, 응축온도)을 낮추어서 상기 dT 는 작게 하고) ] 히트펌프 소비전력을 낮추는 계산 단계; 및 상기 응축기 팬이 최대정격 소비전력 이하로 구동되고 있으면 상기 계산을 하여서 히트펌프의 최소 소비전력을 찾는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.To this end, the heat pump control method according to the present invention is, for this purpose, the heat pump control method according to the present invention is connected through a closed refrigerant line to a circuit including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and a condenser fan, an evaporator. In the cooling mode control method of a heat pump comprising a fan and a refrigerant (charge amount) control means (having a refrigerant storage space) for charging a refrigerant into the circuit or recovering the refrigerant from the circuit, the method comprising: "condensation temperature while maintaining the evaporation temperature. To increase the control"; "Control to lower the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature"; While maintaining the same heat exchange amount (Q = c·m·dT) of the condenser, the condenser fan power consumption is increased (i.e., the m is increased), and the compressor power consumption is lowered [more specifically, the condenser A calculation step of lowering the internal pressure (ie, condensing temperature) to reduce the dT)] and lowering the power consumption of the heat pump; And determining the minimum power consumption of the heat pump by performing the calculation when the condenser fan is driven below the maximum rated power consumption. It characterized in that it comprises a.

이를 위해 본발명에 따른 히트펌프는, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬 및 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단(냉매 저장공간을 구비)을 포함하는 히트펌프에 있어서, "증발온도를 유지하면서 응축온도를 높이는 제어"; "증발온도를 유지하면서 응축온도를 낮추는 제어"; "응축온도를 유지하면서 증발온도를 높이는 제어"; 및 "응축온도를 유지하면서 증발온도를 낮추는 제어"; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.To this end, in the heat pump according to the present invention, a circuit including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator is connected through a sealed refrigerant line, and the condenser fan, the evaporator fan, and the circuit are charged with refrigerant or refrigerant from the circuit. A heat pump comprising a refrigerant (charge amount) control means (having a refrigerant storage space) to be recovered, comprising: "control for increasing a condensation temperature while maintaining an evaporation temperature"; "Control to lower the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature"; "Control to increase the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature"; And "control to lower the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature"; It characterized in that it comprises a.

이를 위해 본발명에 따른 히트펌프 제어방법은, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬 및 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단(냉매 저장공간을 구비)을 포함하는 히트펌프의 제어방법에 있어서, “열교환기”의 열교환량(Q = c·m·dT)은 동일하게 유지하면서, 상기 “열 교환기” 팬 소비전력은 높이고 (즉, 상기 m 을 크게 하고), 상기 압축기 소비전력 을 낮추어서 [ 보다 상세하게는, 상기 열교환기 내부의 압력(즉, 냉매가 끓는점)을 조절하여서 상기 dT 는 작게 하고) ] 히트펌프 소비전력을 낮추는 계산 있어서, 실 외 열교환기 팬의 소비전력 최대치는 상기 팬의 정격소비전력 최대값; 인 것을 특징으로 한다.To this end, in the heat pump control method according to the present invention, a circuit including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator is connected through a sealed refrigerant line, and the condenser fan, the evaporator fan, and the circuit are charged with refrigerant or from the circuit. In the control method of a heat pump including a refrigerant (charge amount) adjusting means (with a refrigerant storage space) for recovering the refrigerant, the heat exchange amount (Q = c·m·dT) of the “heat exchanger” is kept the same, The power consumption of the “heat exchanger” fan is increased (ie, the m is increased), and the power consumption of the compressor is decreased [more specifically, the pressure inside the heat exchanger (ie, the boiling point of the refrigerant) is adjusted, and the dT Is small)] In the calculation for lowering the power consumption of the heat pump, the maximum power consumption of the outdoor heat exchanger fan is the maximum rated power consumption of the fan; It is characterized by being.

이때, 목표 응축온도를 설정하는 단계; 및 목표 증발온도를 설정하는 단계;를 더 포함 하는 것이 바람직하다.In this case, setting a target condensation temperature; And setting a target evaporation temperature.

또한, 상기 냉매 저장공간에 저장되는 최대 냉매량은 상기 히트펌프 내부에 존재하는 총 냉매량의 1/2 이하인 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the maximum amount of refrigerant stored in the refrigerant storage space is less than 1/2 of the total amount of refrigerant present in the heat pump.

또한, 응축온도를 더 낮출 때는 먼저 상기 응축기 팬 소비전력을 더 높여서 과냉도를 더 크게 하고, 상기 조절수단이 상기 회로에서 냉매를 회수; 하고, 증발온도를 더 높일 때는 먼저 상기 증발기 팬 소비전력을 더 높여서 과열도를 더 크게 하고, 상기 조절수단이 상기 회로로 냉매를 충전; 것이 바람직하다.In addition, when lowering the condensing temperature further, first, the power consumption of the condenser fan is further increased to increase the degree of subcooling, and the control means recovers the refrigerant from the circuit; And, when the evaporation temperature is further increased, first, the power consumption of the evaporator fan is further increased to increase the superheat degree, and the control means charges the refrigerant into the circuit; It is desirable.

또한, 평상시 운전에서 상기 회로를 순환하는 냉매 중 일부는 상기 저장탱크를 통과하도록 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that some of the refrigerant circulating in the circuit in normal operation pass through the storage tank.

또한, 상기 냉매 조절수단은 기체냉매와 액체냉매를 분리하는 기능을 포함하고; 상기 분리된 기체냉매를 압축기로 공급 하는 것이 바람직하다.In addition, the refrigerant control means includes a function of separating the gas refrigerant and the liquid refrigerant; It is preferable to supply the separated gas refrigerant to a compressor.

또한, 상기 냉매 조절수단은 상기 회로에서 냉매를 회수하는 회부밸브, 냉매를 저장하는 저장공간, 상기 회로로 냉매를 충전하는 충전밸브가 상기 순으로 직렬 연결된 것을 포함하여 구성; 되고, 상기 냉매 조절수단은 상기 응축기 출구와 저압라인 사이에 설치; 하는 것이 바람직하다.In addition, the refrigerant control means comprises a return valve for recovering the refrigerant from the circuit, a storage space for storing the refrigerant, and a charging valve for charging the refrigerant to the circuit in series in the above order; And the refrigerant control means is installed between the outlet of the condenser and the low pressure line; It is desirable to do.

이를 위해 본발명에 따른 히트펌프는, 가변용량 압축기, 응축기, 전자식팽창밸브 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬, 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단 및 제어기를 포함하는 히트펌프에 있어서, 목표 고압(HP_t)를 설정하는 단계; 목표 저압(LP_t)를 설정하는 단계; 목표과냉도(SC_t)를 설정하는 단계; 및 목표과열도(SH_t)를 설정하는 단계;를 포함하고, 상기 제어기는, 부하의 크기에 대응하여서 냉매량을 단위시간당 압축하도록 상기 압축기를 조절(예, 인버터 압축기의 경우 부하의 크기에 대응하여 설정된 주파수로 가동)하고, 또한, 상기 제어기는 상기 응축기 출구에서 과냉도가 목표과냉도가 되도록 상기 응축기 팬의 속도를 조절 하고, 또한, 상기 제어기는, 상기 압축기 입구압력(증발기 출구압력)이 목표 저압(LP_t)이 되도록 하는 상기 팽창밸브를 조절하고, 또한, 상기 제어기는 증발기 출구에서 과열도가 목표과열도가 되도록 하는 상기 증발기 팬의 속도를 조절하고, 또한, 상기 제어기는 상기 압축기의 출구압력(응축기 입구압력)이 목표압력(HP_t)이 되도록 하는 상기 냉매(충전량) 조절수단을 조절하는 것을 특징으로 한다.To this end, in the heat pump according to the present invention, a circuit including a variable capacity compressor, a condenser, an electronic expansion valve, and an evaporator is connected through a sealed refrigerant line, and a condenser fan, an evaporator fan, and a refrigerant charge in the circuit or the circuit A heat pump comprising a refrigerant (charge amount) adjusting means and a controller for recovering a refrigerant from the heat pump, the method comprising: setting a target high pressure (HP_t); Setting a target low pressure (LP_t); Setting a target subcooling degree (SC_t); And setting a target superheat degree (SH_t); wherein the controller adjusts the compressor to compress the amount of refrigerant per unit time corresponding to the size of the load (eg, in the case of an inverter compressor, set in response to the size of the load) Frequency), and the controller adjusts the speed of the condenser fan so that the subcooling at the outlet of the condenser is the target subcooling, and the controller, the compressor inlet pressure (evaporator outlet pressure) is the target low pressure Controls the expansion valve to be (LP_t), and the controller adjusts the speed of the evaporator fan so that the superheat degree at the evaporator outlet becomes the target superheat degree, and the controller controls the outlet pressure of the compressor ( It is characterized in that the refrigerant (charge amount) control means is adjusted so that the condenser inlet pressure) becomes the target pressure (HP_t).

이를 위해 본발명에 따른 히트펌프는, 가변용량 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬, 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단 및 제어기를 포함하는 히트펌프에 있어서, 목표 고압[응축온도(HP_t)]를 설정하는 단계; 및 목표과냉도(SC_t)를 설정하는 단계; 를 포함하고, 상기 제어기는, 부하의 크기에 대응하여서 냉매량을 단위시간당 압축하도록 상기 압축기를 조절(예, 인버터 압축기의 경우 부하의 크기에 대응하여 설정된 주파수로 가동)하고, 또한, 상기 제어기는 상기 응축기 출구에서 과냉도가 목표과냉도가 되도록 상기 응축기 팬의 속도를 조절 하고, 또한, 상기 제어기는 상기 압축기의 출구압력(응축기 입구압력)이 목표압력(HP_t)이 되도록 하는 상기 냉매(충전량) 조절수단을 조절하는 것을 특징으로 한다.To this end, in the heat pump according to the present invention, a circuit including a variable displacement compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator is connected through a sealed refrigerant line, and a condenser fan, an evaporator fan, and a refrigerant are charged to the circuit or from the circuit. A heat pump comprising a refrigerant (charge amount) adjusting means for recovering refrigerant and a controller, the method comprising: setting a target high pressure (condensation temperature (HP_t)); And setting a target subcooling degree (SC_t). Including, wherein the controller controls the compressor to compress the amount of refrigerant per unit time in response to the size of the load (e.g., in the case of an inverter compressor, operates at a frequency set corresponding to the size of the load), and the controller The speed of the condenser fan is adjusted so that the subcooling is the target subcooling at the outlet of the condenser, and the controller adjusts the refrigerant (charge amount) so that the outlet pressure (condenser inlet pressure) of the compressor becomes the target pressure (HP_t). It is characterized by adjusting means.

이때, 목표 저압[증발온도(LP_t)]를 설정하는 단계; 및 목표과열도(SH_t)를 설정하는 단계; 를 더 포함하고, 상기 팽창밸브는 전자식 팽창밸브(EEV)이고; 상기 제어기는 압축기 입구압력(증발기 출구압력)이 목표 저압(LP_t)이 되도록 하는 상기 팽창밸브를 조절하고, 또한, 상기 제어기는 증발기 출구에서 과열도가 목표과열도가 되도록 하는 상기 증발기 팬 속도를 조절하는 것이 바람직하다.In this case, setting a target low pressure [evaporation temperature (LP_t)]; And setting a target superheat degree (SH_t). Further comprising, the expansion valve is an electronic expansion valve (EEV); The controller controls the expansion valve so that the compressor inlet pressure (evaporator outlet pressure) becomes the target low pressure (LP_t), and the controller controls the evaporator fan speed so that the superheat degree at the evaporator outlet becomes the target superheat degree. It is desirable to do.

본 발명의 히트펌프 제어방법에 의하면, 히트펌프 가동중에 고압과 저압의 사이를 최대한 낮추어서 에너지 효율을 개선하는 히트펌프 및 그 제어방법을 제공되는 효과가 있다.According to the heat pump control method of the present invention, there is an effect of providing a heat pump that improves energy efficiency by lowering the distance between high and low pressure as much as possible while the heat pump is operating, and a control method thereof.

도1 은 종래기술에 의한 p-h 선도의 일 예이다.
도2 는 본 발명의 제1 제어 내지 제4 제어의 이해를 돕는 도면이다.
도3 은 본 발명에 의한 p-h 선도의 일 예이다.
도4 는 본 발명의 제어순서 일 예이다.
도5 는 본 발명의 제어순서 종류를 나열한 일 예이다.
도6 은 본 발명에 적합한 히트펌프 회로의 일 예이다.
도7 은 본 발명에 적합한 히트펌프 회로의 또 다른 일 예이다.
도8 은 본 발명에 적합한 히트펌프 회로의 또 다른 일 예이다.
도9 은 본 발명에 적합한 히트펌프 회로의 또 다른 일 예이다.
도10 은 본 발명에의한 고압파형을 도시한 일 예이다.
도11 은 본 발명에 적합한 히트펌프 회로의 또 다른 일 예이다.
1 is an example of a pH diagram according to the prior art.
2 is a diagram for helping understanding of the first to fourth controls of the present invention.
3 is an example of a ph diagram according to the present invention.
4 is an example of a control procedure of the present invention.
5 is an example of listing the types of control procedures of the present invention.
6 is an example of a heat pump circuit suitable for the present invention.
7 is another example of a heat pump circuit suitable for the present invention.
8 is another example of a heat pump circuit suitable for the present invention.
9 is another example of a heat pump circuit suitable for the present invention.
10 is an example showing a high-pressure waveform according to the present invention.
11 is another example of a heat pump circuit suitable for the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등 은 도면에 도시되어있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서, 용어 "압력"은 "그 압력에서 냉매가 끓는 온도, 응축온도 또는 증발온도"로 해석 할 수도 있다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that the same components in the accompanying drawings are indicated by the same reference numerals as possible. Spatially relative terms "below", "beneath", "lower", "above", "upper", etc., as shown in the figure It can be used to easily describe the correlation between components and other components. In addition, in the present specification, the term "pressure" may be interpreted as "a temperature at which the refrigerant boils, condensation temperature, or evaporation temperature".

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” refers to the recited elements, steps and/or actions excluding the presence or addition of one or more other elements, steps and/or actions. I never do that.

또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석해서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지구성 및 기능에 대한 상세한 설명을 생략한다.In addition, terms or words used in the present specification and claims described below should not be interpreted as being limited to a conventional or dictionary meaning, but should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention. In addition, detailed descriptions of known configurations and functions that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

이하의 설명에서는 편의상 특별한 언급이 없는 한 이상적인 히트펌프를 사용하여 설명한다.In the following description, for convenience, an ideal heat pump will be used unless otherwise specified.

본 발명의 목표는 열교환기의 열교환량을 같게 하면서 히트펌프의 성능(COP)를 개선 하고자 하는 것이다. 이를 위해서는 응축기의 응축온도와 증발기의 증발온도를 개별적으로 제어할 수 있는 방법이 필요하다.An object of the present invention is to improve the performance (COP) of the heat pump while making the heat exchange amount of the heat exchanger the same. For this, there is a need for a method that can individually control the condensation temperature of the condenser and the evaporation temperature of the evaporator.

< 핵심개념 설명 ><Explanation of Core Concepts>

공기 열교환기는 열교환량을 Q = c·m·dT 로 계산할 수 있다. 여기서 Q 를 같게 하는 m 과 dT 의 조합은 많다. 위 수식에서 m 은 공기량, 공기무게, 바람속도, 열교환기 팬속도, 팬 소비전력 등으로 해석할 수 있다. 이때 c 는 공기비열 또는 비례계수가 될 것이다. 그리고 온도차 dT (열교환기 통과전 공기온도 - 통과후 공기온도) 는 열교환기 내부에서 냉매가 끓는 온도와 유입 공기의 온도차에 의하여 변할 수 있다. An air heat exchanger can calculate the heat exchange amount as Q = c·m·dT. Here, there are many combinations of m and dT that make Q equal. In the above equation, m can be interpreted as air volume, air weight, wind speed, heat exchanger fan speed, fan power consumption, etc. Here, c will be the air specific heat or proportionality coefficient. And the temperature difference dT (air temperature before passing through the heat exchanger-air temperature after passing through) can be changed by the difference between the temperature at which the refrigerant boils inside the heat exchanger and the temperature of the incoming air.

더욱 상세히 설명하면 열교환기 온도(열교환기에서 냉매가 끓는 온도)와 공기 온도가 같다면 열교환은 일어나지 않는다. 따라서, 상기 온도차 dT 를 줄이는 방법 중 하나는 열교환기에 유입되는 공기온도와 열교환기 내부에서 냉매 끓는 온도(이하, "열교환온도" ) 와의 차를 줄이는 것이다. 이를 위해서는 열교환기 내부 압력을 변경하여서 열교환온도를 조절하여야 하고, 이것은 압축기의 소비전력과 관계가 있음은 당연하다.In more detail, if the heat exchanger temperature (the temperature at which the refrigerant boils in the heat exchanger) and the air temperature are the same, heat exchange does not occur. Accordingly, one of the methods of reducing the temperature difference dT is to reduce the difference between the temperature of the air flowing into the heat exchanger and the boiling temperature of the refrigerant inside the heat exchanger (hereinafter, "heat exchange temperature"). For this, it is necessary to adjust the heat exchange temperature by changing the internal pressure of the heat exchanger, and it is natural that this has a relationship with the power consumption of the compressor.

승용차 에어컨의 경우 전기 압축기 용량은 는 3.5 kW 정도이고, 열교환기 팬은 150 W 정도이다. 따라서, 열교환기의 열교환량(Q = c·m·dT)을 같게 유지하면서, 팬 소비전력을 늘리고 압축기 소비전력을 줄이면 에어컨의 효율은 개선될 것이다. 이를 위해서는 응축온도와 증발온도를 개별적으로 조절하는 기술이 필요하다.For passenger car air conditioners, the electric compressor capacity is about 3.5 kW, and the heat exchanger fan is about 150 W. Accordingly, if the heat exchange amount (Q = c·m·dT) of the heat exchanger is kept the same, the fan power consumption is increased and the compressor power consumption is reduced, the efficiency of the air conditioner will be improved. For this, it is necessary to individually control the condensation temperature and the evaporation temperature.

< 요소 기술 설명><Element description>

이하 도1 및 도2를 참조하여서 응축온도와 증발온도를 개별적으로 조절하는 요소 기술에 대하여 설명한다.Hereinafter, an element technology for individually controlling the condensation temperature and the evaporation temperature will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

이하, 일반적인 에어컨 시스템에 냉매를 주입하는 과정에 대하여 설명한다. 에어컨 배관 설치가 완료되면, 진공펌프로 상기 배관 내부를 진공으로 만든다. 배관 내부가 진공이 되면, 에어컨 외부의 ( 전자저울 위에 있는 ) 냉매통과 저압라인을 연결하고 압축기를 가동하고, 외부 냉매통의 밸브를 열면 외부 냉매통에서 히트펌프로 냉매가 충전된다. 그리고, 설정된 무게의 냉매가 충전되면 냉매충전을 정지한다. 그러면, 고압과 저압이 적절히 형성된다. 예를 들면 제1 냉방사이클 (81)-(82)-(83)-(84) 과 같이 된다. 여기서, 냉매를 충전(이하, "제1 제어")하면 고압(HP)과 저압(LP)이 모두 ( 진공에서 저압, 진공에서 고압으로 ) 증가(1)함을 알 수 있다. 반대로, 냉매를 회수(이하, "제2 제어")하면 고압(HP)과 저압(LP)이 모두 ( 저압에서 진공, 고압에서 진공으로 ) 감소(2)함을 알 수 있다.Hereinafter, a process of injecting a refrigerant into a general air conditioner system will be described. When the installation of the air conditioner piping is completed, the inside of the piping is vacuumed with a vacuum pump. When the inside of the pipe becomes vacuum, the refrigerant box outside the air conditioner (on the electronic scale) and the low-pressure line are connected and the compressor is operated, and when the valve of the external refrigerant box is opened, the refrigerant is charged from the external refrigerant box to the heat pump. And, when the refrigerant of the set weight is charged, refrigerant charging is stopped. Then, high and low pressures are properly formed. For example, the first cooling cycle (81)-(82)-(83)-(84). Here, it can be seen that when the refrigerant is charged (hereinafter, "first control"), both high pressure (HP) and low pressure (LP) increase (1) (from vacuum to low pressure and from vacuum to high pressure). Conversely, when the refrigerant is recovered (hereinafter, "second control"), it can be seen that both the high pressure (HP) and the low pressure (LP) (from low pressure to vacuum and from high pressure to vacuum) decrease (2).

또 다르게 설명하면, 고압과 저압이 적절히 형성되어 있는 냉방회로에, 외부에서 상기 회로 저압에 냉매를 추가로 충전하면, 상기 추가된 냉매는 저압에만 전부 있지 않고 (고압·저압이 안정될 때까지) 고압으로 일부 이동하게 된다. 여기서, 냉매를 충전하면 고압(HP)과 저압(LP)이 모두 증가(1)함을 알 수 있다. 반대로, 냉매를 회수하면 고압(HP)과 저압(LP)이 모두 감소(2)함은 당연하다.In other words, if a refrigerant is additionally charged to the low pressure of the circuit in a cooling circuit in which high and low pressures are properly formed, the added refrigerant is not all at low pressure (until high and low pressures are stabilized). Part of it will move under high pressure. Here, it can be seen that when the refrigerant is charged, both the high pressure (HP) and the low pressure (LP) increase (1). Conversely, when the refrigerant is recovered, it is natural that both the high pressure (HP) and the low pressure (LP) decrease (2).

제1 냉방사이클 (81)-(82)-(83)-(84) 이 형성된 상태에서, 팽창밸브를 더 닫는 조작 또는 압축기의 단위시간당 냉매 압축량을 증가시키는 조작 (둘 중 하나 또는 둘 모두)를 하면(이하, 고압과 저압의 차가 증가하는 "제3 제어"), 고압(HP)은 증가하고 저압(LP)은 감소(3)하여서 제2 냉방사이클 (91)-(92)-(93)-(94) 와 같이 될 수 있다. 또한, 제2 냉방사이클 (91)-(92) -(93)-(94) 이 형성된 상태에서 팽창밸브를 더 열는 조작 또는 압축기의 단위시간당 냉매 압축량을 줄이는 조작 (둘 중 하나 또는 둘 모두)를 하면 (이하, 고압과 저압의 차가 감소하는 "제4 제어"), 고압(HP)은 감소하고 저압(LP)은 증가(4)하여서 제1 냉방사이클 (81)-(82)-(83)-(84) 와 같이 될 수 있다. 여기서 팽창밸브로 제3 및 제4 제어를 수행하는 경우는 전자식 팽창밸브(EEV)를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 압축기로 제3 및 제4 제어를 수행하는 경우는 운전주파수가 가변되는 인버터 압축기를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 1회 압축시 행정거리가 변하는 압축기를 사용하는 것도 바람직하다.When the first cooling cycle (81)-(82)-(83)-(84) is formed, the operation of closing the expansion valve further or increasing the amount of refrigerant compression per unit time of the compressor (either or both) (Hereinafter, "the third control" in which the difference between high and low pressure increases), the high pressure (HP) increases and the low pressure (LP) decreases (3), so that the second cooling cycle (91)-(92)-(93) )-(94) can be In addition, the operation of further opening the expansion valve while the second cooling cycle (91)-(92) -(93)-(94) is formed or reducing the amount of refrigerant compression per unit time of the compressor (either or both) (Hereinafter, "the fourth control" in which the difference between high and low pressure decreases), high pressure (HP) decreases and low pressure (LP) increases (4), so that the first cooling cycle (81)-(82)-(83) )-(84) can be Here, when performing the third and fourth control by the expansion valve, it is preferable to use an electronic expansion valve (EEV). And, when performing the third and fourth control by the compressor, it is preferable to use an inverter compressor having a variable operating frequency. It is also desirable to use a compressor whose stroke distance changes during one compression.

제1 제어(1) 또는 제2 제어(2)를 하면 고압과 저압은 모두 증가(UU)하거나 감소 (DD) 하고, 제3 제어(3) 또는 제4 제어(4)를 하면 고압이 증가(u)하면 저압은 감소(d)하고, 고압이 감소(d)하면 저압은 증가(u)한다. 따라서, 두 압력이 한쪽 방향으로 움직이는 제어와 반대 방향으로 움직이는 제어를 조합하면 일 측 압력을 유지하면서 타 측 압력을 조절할 수 있다.When the first control (1) or the second control (2) is performed, both the high and low pressures increase (UU) or decrease (DD), and the third control (3) or the fourth control (4) increases the high pressure ( When u), the low pressure decreases (d), and when the high pressure decreases (d), the low pressure increases (u). Accordingly, when a control in which the two pressures move in one direction and a control that moves in the opposite direction are combined, the pressure on the other side can be adjusted while maintaining the pressure on one side.

예를 들어서, 제1 제어(1) 과 제3 제어(3)를 동시에 또는 순차적으로 수행하면 고압은 증가하고, 저압은 상쇄 되어서 변동되지 않을 수 있다. (이하, "증발온도를 유지하면서 응축온도를 높이는 단계") 또한, 제1 제어(1) 과 제4 제어(4)를 동시에 또는 순차적으로 수행하면 저압은 증가하고, 고압은 상쇄되어서 변동되지 않을 수 있다. (이하, "응축온도를 유지하면서 증발온도를 높이는 단계") 또한, 제2 제어(2) 와 제3 제어(3)를 동시에 또는 순차적으로 수행하면 저압은 감소하고, 고압은 상쇄되어서 변동되지 않을 수 있다. (이하, "응축온도를 유지면서 증발온도를 낮추는 단계") 또한, 제2 제어(2) 와 제4 제어(4)를 동시에 또는 순차적으로 수행하면 고압은 감소하고, 저압은 상쇄되어서 변동되지 않을 수 있다. (이하, "증발온도를 유지하면서 응축온도를 낮추는 단계") 이때, 과냉도 및 과열도는 되도록이면 설계값으로 유지하는 것이 바람직하다.For example, if the first control (1) and the third control (3) are performed simultaneously or sequentially, the high pressure increases and the low pressure cancels out and thus may not fluctuate. (Hereinafter, "the step of increasing the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature") In addition, if the first control (1) and the fourth control (4) are performed simultaneously or sequentially, the low pressure increases and the high pressure is canceled and thus does not change. I can. (Hereinafter, "the step of increasing the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature") In addition, if the second control (2) and the third control (3) are performed simultaneously or sequentially, the low pressure decreases and the high pressure is canceled and thus does not change. I can. (Hereinafter, "the step of lowering the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature") In addition, if the second control (2) and the fourth control (4) are performed simultaneously or sequentially, the high pressure decreases and the low pressure is canceled and thus does not change. I can. (Hereinafter, "the step of lowering the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature") At this time, it is preferable to keep the degree of supercooling and the degree of superheat at the design values as much as possible.

제3 제어(3) 와 제4 제어(4)를 하면 고압과 저압을 변경하지 않으면서 단위 시간당 냉매 순환량을 조절할 수도 있다. 보다 상세하게는, 제3 제어에서는 압축기의 단위시간당 냉매 압축량을 더 늘려서 고압과 저압의 차을 더 늘리고, 제4 제어에서는 팽창밸브를 더 열어 고압과 저압의 차를 더 줄이면, 고압과 저압은 변동되지 않지만, 단위 시간당 회로를 순환하는 냉매량은 더 늘릴 수 있다. 한편, 제3 제어와 제4 제어의 목적물을 바꾸면 회로를 순환하는 냉매량은 더 줄일수 있음은 당연하다. (이하, "응축온도와 증발온도를 유지하면서 열교환량을 조절하는 단계")If the third control 3 and the fourth control 4 are performed, the amount of refrigerant circulation per unit time can be adjusted without changing the high and low pressures. More specifically, in the third control, the difference between high and low pressure is further increased by increasing the amount of refrigerant compression per unit time of the compressor, and in the fourth control, when the difference between high and low pressure is further reduced by opening the expansion valve further, the high and low pressure fluctuates. However, the amount of refrigerant circulating in the circuit per unit time can be further increased. On the other hand, it is natural that the amount of refrigerant circulating in the circuit can be further reduced by changing the object of the third control and the fourth control. (Hereinafter, "the step of controlling the amount of heat exchange while maintaining the condensation temperature and the evaporation temperature")

이상, 고압과 고압을 개별적으로 조절할 수 있는 방법에 대하여 설명하였다.In the above, a method of individually controlling high pressure and high pressure has been described.

이하 도2 내지 도4를 참고하여, 본 발명에 따른 히트펌프에서 증발온도를 더 높게 되도록 제어하는 일 실시예 (에어컨 냉방 모드)를 설명한다. 도4 는 증발기의 증발온도를 더 높게 되도록 제어하는 순서의 예이다. Hereinafter, an embodiment of controlling the evaporation temperature to be higher in the heat pump according to the present invention (air conditioner cooling mode) will be described with reference to FIGS. 2 to 4. 4 is an example of a procedure of controlling the evaporation temperature of the evaporator to be higher.

도4 에서 제어순서(100)은 제4 제어 및 제1 제어를 연속으로 2번 한 예이다. 초기상태 (L0) 에서 제4 제어를 수행하면 고압은 내려오고, 저압은 올라가서 상태 (L1)이 된다. 원하는 대로 저압이 올라가서 증발온도는 더 높게 되었지만, 고압이 내려와서 응축온도가 목표 응축온도(HP_t)보다 낮아졌다. 여기서 제1 제어를 수행하면, 냉매가 충전되어서 고압 및 저압이 모두 상승하여서 상태 (L2) 가 된다. 즉, 저압의 증발온도는 더욱 상승하여서 목표 증발온도(LP_t)에 더 가까워지고, 고압은 목표 응축온도(HP_t)를 유지하게 된다. 상태 (L3) 및 상태 (L4) 는 제4 제어 및 제1 제어를 순차적으로 한 번 더 반복 (다르게 표현하면, 응축온도를 유지하면서 증발온도를 높이는 단계를 한번 더 실행) 한 것을 도시한 것이다. 그러면, 저압은 (LP_rise)를 따라서 상승하여서 목표 저압(LP_t)에 도달하게 된다. 제어순서(100)에서 상기 제1 제어는 "냉매를 충전하는 단계", "증발온도를 높이는 단계" 및 "응축기 목표온도(HP_t)를 유지하도록 조절하는 단계" 라 칭할 수 있다. 그리고 제4 제어는 "증발온도를 높이는 단계"라 칭할 수 있다.In Fig. 4, the control procedure 100 is an example in which the fourth control and the first control are performed twice in succession. If the fourth control is performed in the initial state (L0), the high pressure decreases, and the low pressure rises to become the state (L1). The evaporation temperature became higher as the low pressure rose as desired, but the condensation temperature was lower than the target condensation temperature (HP_t) due to the high pressure drop. Here, when the first control is performed, the refrigerant is charged, so that both high and low pressures rise to enter the state L2. That is, the evaporation temperature of the low pressure rises further, so that the evaporation temperature becomes closer to the target evaporation temperature LP_t, and the high pressure maintains the target condensation temperature HP_t. State (L3) and state (L4) show that the fourth control and the first control are sequentially repeated one more time (in other words, the step of increasing the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature is performed once more). Then, the low pressure rises along the (LP_rise) to reach the target low pressure (LP_t). In the control sequence 100, the first control may be referred to as "the step of charging the refrigerant", "the step of increasing the evaporation temperature", and "the step of adjusting to maintain the condenser target temperature HP_t". In addition, the fourth control may be referred to as “a step of increasing the evaporation temperature”.

도4 에서 제어순서(101)은 제어순서(100)과 동일하게 제4 제어와 제1 제어 를 사용하지만, 제1 제어를 먼저 수행하는 경우이다. 초기상태 (L0a) 에서 제1 제어를 수행하면, 냉매가 충전되어서 고압 및 저압이 모두 상승하여서 상태 (L1a) 이 된다. 원하는 대로 저압이 올라가서 증발온도는 더 높게 되었지만, 고압도 올라가서 응축온도가 목표 응축온도(HP_t) 보다 높아졌다. 여기서 제4 제어를 수행하면 고압은 내려오고, 저압은 올라가서 상태 (L2a)이 된다. 즉, 저압의 증발온도는 더욱 상승하여서 목표 증발온도(LP_t)에 더 가까워지고, 고압은 목표 응축온도(HP_t)를 유지하게 된다. 상태 (L3a) 및 상태 (L4a) 는 제1 제어 및 제4 제어를 순차적으로 한 번 더 반복(다르게 표현하면, 응축온도를 유지하면서 증발온도를 높이는 단계를 한번 더 실행) 한 것을 도시한 것이다. 그러면, 저압은 (LP_rise)를 따라서 상승하여서 목표 저압(LP_t)에 도달하게 된다. 제어순서(101)에서 상기 제1 제어는 "냉매를 충전하는 단계" 및 "증발온도를 높이는 단계" 칭할 수 있다. 그리고 제4 제어는 "응축기 목표온도(HP_t)를 유지하도록 조절하는 단계" 및 "증발온도를 높이는 단계"라 칭할 수 있다. In FIG. 4, the control procedure 101 uses the fourth control and the first control in the same manner as the control procedure 100, but is a case in which the first control is performed first. When the first control is performed in the initial state L0a, the refrigerant is charged, so that both the high and low pressures rise, and the state L1a is established. The evaporation temperature was higher because the low pressure was raised as desired, but the condensation temperature was higher than the target condensation temperature (HP_t) because the high pressure also rose. Here, when the fourth control is performed, the high pressure decreases and the low pressure rises, resulting in a state L2a. That is, the evaporation temperature of the low pressure rises further, so that the evaporation temperature becomes closer to the target evaporation temperature LP_t, and the high pressure maintains the target condensation temperature HP_t. State (L3a) and state (L4a) show that the first control and the fourth control are sequentially repeated one more time (in other words, the step of increasing the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature is performed once more). Then, the low pressure rises along the (LP_rise) to reach the target low pressure (LP_t). In the control procedure 101, the first control may be referred to as "the step of charging the refrigerant" and "the step of increasing the evaporation temperature". In addition, the fourth control may be referred to as "a step of adjusting to maintain the condenser target temperature HP_t" and "a step of increasing the evaporation temperature".

이상, 현재의 증발온도보다 더 높게 증발기의 목표 증발온도를 설정한 경우 응축기의 응축온도를 유지하면서 상기 목표 증발온도를 달성하는 방법에 대하여 상세히 설명하였다.In the above, when the target evaporation temperature of the evaporator is set higher than the current evaporation temperature, a method of achieving the target evaporation temperature while maintaining the condensation temperature of the condenser has been described in detail.

도5에서 제어순서(200)은 현재 응축온도(HP_0)보다 더 높게 응축기의 목표 응축온도(HP_t)를 설정하고, 증발기의 증발온도(LP_t)를 유지하면서 상기 목표 응축온도(HP_t)를 달성하는 것을 도시한 예이다. 여기서는 냉매를 충전하는 제1 제어 및 고압과 저압의 차가 증가하는 제3 제어를 사용(다르게 표현하면, 증발온도를 유지하면서 응축온도를 높이는 단계를 실행) 하였다. 제어순서(200)에서 상기 제1 제어는 "냉매를 충전하는 단계" 및 "응축온도를 높이는 단계"라 칭할 수 있다. 그리고 제3 제어는 "증발기 목표온도(LP_t)를 유지하도록 조절하는 단계" 및 "응축온도를 높이는 단계" 라 칭할 수 있다. In FIG. 5, the control sequence 200 sets a target condensation temperature (HP_t) of the condenser higher than the current condensation temperature (HP_0), and achieves the target condensation temperature (HP_t) while maintaining the evaporation temperature (LP_t) of the evaporator. This is an example showing that. Here, the first control for charging the refrigerant and the third control for increasing the difference between the high and low pressures are used (in other words, a step of increasing the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature is performed). In the control sequence 200, the first control may be referred to as "the step of charging the refrigerant" and "the step of increasing the condensation temperature". In addition, the third control may be referred to as "a step of adjusting to maintain the evaporator target temperature LP_t" and "a step of increasing the condensation temperature".

도5에서 제어순서(150)은 현재 증발온도(LP_0)보다 더 낮게 증발기의 목표 증발온도(LP_t)를 설정하고, 응축기의 응축온도(HP_t)를 유지하면서 상기 목표 증발온도(LP_t)를 달성하는 것을 도시한 예이다. 여기서는 냉매를 회수하는 제2 제어 및 고압과 저압의 차가 증가하는 제3 제어를 사용(다르게 표현하면, 응축온도를 유지하면서 증발온도를 낮추는 단계를 실행)하였다. 제어순서(150)에서 상기 제2 제어는 "냉매를 회수하는 단계", "증발온도를 낮추는 단계" 및 "응축기의 목표 응축온도(HP_t)를 유지하도록 조절하는 단계" 라 칭할 수 있다. 그리고 제3 제어는 "증발온도를 낮추는 단계"라 칭할 수 있다. In FIG. 5, the control procedure 150 sets the target evaporation temperature LP_t of the evaporator lower than the current evaporation temperature LP_0, and achieves the target evaporation temperature LP_t while maintaining the condensation temperature HP_t of the condenser. This is an example showing that. Here, a second control for recovering the refrigerant and a third control for increasing the difference between the high and low pressures are used (in other words, the step of lowering the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature is executed). In the control sequence 150, the second control may be referred to as "recovering the refrigerant", "lowering the evaporation temperature", and "adjusting the condenser to maintain the target condensation temperature HP_t". In addition, the third control may be referred to as “lowering the evaporation temperature”.

도5에서 제어순서(250)은 현재 응축온도(HP_0)보다 더 낮게 응축기의 목표 응축온도(HP_t)를 설정하고, 증발기의 증발온도(LP_t)를 유지하면서 상기 목표 응축온도(HP_t)를 달성하는 것을 도시한 예이다. 여기서는 냉매를 회수하는 제2 제어 및 고압과 저압의 차가 감소하는 제4 제어를 사용(다르게 표현하면, 증발온도를 유지하면서 응축온도를 낮추는 단계를 실행)하였다. 제어순서(250)에서 상기 제2 제어는 "냉매를 회수하는 단계" 및 "응축온도를 낮추는 단계" 라 칭할 수 있다. 그리고 제4 제어는 "증발기 목표온도(LP_t)를 유지하도록 조절하는 단계" 및 "응축온도를 낮추는 단계" 라 칭할 수 있다.In FIG. 5, the control sequence 250 sets the target condensation temperature HP_t of the condenser lower than the current condensation temperature HP_0, and achieves the target condensation temperature HP_t while maintaining the evaporation temperature LP_t of the evaporator. This is an example showing that. Here, a second control for recovering the refrigerant and a fourth control for reducing the difference between the high and low pressures are used (in other words, a step of lowering the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature is executed). In the control sequence 250, the second control may be referred to as "recovering the refrigerant" and "lowering the condensation temperature". In addition, the fourth control may be referred to as "adjusting to maintain the evaporator target temperature LP_t" and "lowering the condensation temperature".

종래의 에어컨은 어느 정도 가동되어서 냉방 부하량이 감소한 경우에는 실외기 및 실내기 팬이 최대속력 이하로 회전하게 된다. 그리고, 종래의 에어컨은 증발온도 및 응축온도를 개별적으로 조절할 수 없기 때문에 같은 부하(열교환량)을 유지하면서 효율(COP)을 높일 수가 없었다.When the conventional air conditioner is operated to some extent and the cooling load is reduced, the outdoor unit and the indoor unit fan rotate at a maximum speed or less. In addition, since the conventional air conditioner cannot individually adjust the evaporation temperature and the condensation temperature, the efficiency (COP) cannot be increased while maintaining the same load (heat exchange amount).

본 실시예에 의하면, 증발기의 증발온도는 변하지 않게 하면서, 응축기의 응축온도를 낮출 수 있다. 따라서, 냉방 부하량이 최대 정격보다 작은 경우는 실외 열교환기의 열교환량(Q = c·m·dT)을 동일하게 유지하면서, 압축기 소비전력을 줄이고 실외기 팬의 소비전력을 늘려서 에어컨의 성능(COP)을 높일 수 있다. 여기서, 실외기 팬의 소비전력을 늘린다는 것은 "실외기 팬의 회전 속도를 더 높인다." 또는 "단위 시간당 이송한 공기 무게를 더 늘린다."로 해석 할 수 있음은 당연하다. 또한 압축기 소비전력을 줄인다는 것은 압축기를 별도로 제어하지 않고도, 제어순서 (100) (250) 과 같이 고압과 저압의 차가 줄어들면 압축기 소비전력이 줄어듦을 포함하는 것은 당연하다.According to this embodiment, the condensation temperature of the condenser can be lowered while the evaporation temperature of the evaporator is not changed. Therefore, when the cooling load is less than the maximum rating, the air conditioner's performance (COP) is achieved by reducing the power consumption of the compressor and increasing the power consumption of the outdoor unit fan while maintaining the same heat exchange amount (Q = c·m·dT) of the outdoor heat exchanger. Can increase. Here, increasing the power consumption of the fan of the outdoor unit is "higher the rotational speed of the fan of the outdoor unit." It is natural that it can be interpreted as "more weight of air conveyed per unit time". In addition, it is natural that reducing the power consumption of the compressor includes reducing the power consumption of the compressor when the difference between the high pressure and the low pressure decreases as shown in the control procedures 100 and 250 without separately controlling the compressor.

또한, 종래의 냉매 (충전량) 조절수단이 없는 에어컨은 어느정도 가동되어서 냉방 부하량이 감소된 경우는 실내기 팬이 저속으로 회전하게 된다. 본 실시예에 의하면, 증발기의 증발온도를 변경하여도 응축기의 응축온도는 변하지 않는다. 따라서, 냉방 부하량이 최대 정격보다 작은 경우는 실내 열교환기의 열교환량 (Q = c·m·dT)을 동일하게 유지하면서, 압축기 소비전력을 줄이고 실내기 팬의 소비전력을 늘려서 에어컨의 성능(COP)를 높일 수 있다. 이때, 압축기의 초당 냉매 압축체적은 줄어든다. 하지만 저압이 상승하였기 때문에 1회 압축 냉매량은 증가하여서, 초당 냉매압축량은 압축체적이 줄어든 만큼 비례하여 줄지는 않는다.In addition, when a conventional air conditioner without a refrigerant (charge amount) control means is operated to some extent and the cooling load is reduced, the indoor unit fan rotates at a low speed. According to this embodiment, even if the evaporation temperature of the evaporator is changed, the condensation temperature of the condenser does not change. Therefore, when the cooling load is less than the maximum rating, the air conditioner's performance (COP) is achieved by reducing the power consumption of the compressor and increasing the power consumption of the indoor unit fan while maintaining the same heat exchange amount (Q = c·m·dT) of the indoor heat exchanger. Can increase. At this time, the compressed refrigerant volume per second of the compressor decreases. However, since the low pressure increases, the amount of refrigerant compressed once increases, and the amount of refrigerant compressed per second does not decrease proportionally as the compressed volume decreases.

본 발명에 의한 히트펌프는 효율을 높이기 위하여 압축기의 소비전력은 줄이고, 열교환기 팬의 소비전력을 늘려야 한다. 실내기 팬의 경우는 사람이 불쾌감을 느끼지 않을 정도로 높이는 것이 바람직하다. 반면에, 에너지 절감을 생각하면,상기 실내 열교환기 팬의 소비전력 최대치는 상기 팬의 최대정격 소비전력인 것이 바람직하다. 자동차의 경우 차량 운행에 의한 외부소음의 유입에 의하여 상기 팬의 소음을 사람이 느끼지 못할 수도 있다. 또한, 소음에 민감한 사람과 둔감한 사람이 있기 때문에 불쾌감을 느끼기 시작하는 팬의 소비전력을 꼭 찝어서 하나의 수치로 설정하기는 힘들다. 따라서, 차량이 정지하였을 때 사용자가 소정의 소비전력을 입력하면, 상기 입력값을 참고하여서 차량 운행 조건별로 불쾌감을 느끼기 시작하는 팬의 소비전력을 설정하는 것이 바람직하다. In the heat pump according to the present invention, the power consumption of the compressor should be reduced and the power consumption of the heat exchanger fan should be increased in order to increase efficiency. In the case of the indoor unit fan, it is desirable to increase it to the extent that people do not feel unpleasant. On the other hand, in consideration of energy saving, the maximum power consumption of the indoor heat exchanger fan is preferably the maximum rated power consumption of the fan. In the case of a vehicle, a person may not be able to feel the noise of the fan due to the inflow of external noise caused by vehicle operation. In addition, since there are people who are sensitive to noise and those who are insensitive, it is difficult to set the power consumption of the fan, which starts to feel unpleasant, as a single value. Accordingly, when the user inputs a predetermined power consumption when the vehicle is stopped, it is preferable to set the power consumption of the fan that starts feeling unpleasant for each vehicle driving condition by referring to the input value.

그리고, 실외기 팬의 경우는 실외기의 소음이 실내로 유입되어 사람이 불쾌감을 느끼지 않을 정도로 높이는 것이 바람직하다. 실내와 실외사이에 방음이 잘된 경우는 실외기 팬을 허용된 최대전력으로 구동할 수 있음은 당연하다. And, in the case of the outdoor unit fan, it is preferable to increase the noise of the outdoor unit to the extent that the noise of the outdoor unit does not flow into the room so that people do not feel uncomfortable. It is natural that the fan of the outdoor unit can be driven with the maximum power allowed in the case of good sound insulation between the indoor and the outdoor.

이상의 설명에서 본 발명에 의한 히트펌프는, 목표온도가 증가한 경우 (100)(200)는 냉방회로에 냉매를 충전하여야 함을 알 수 있다. 또한, 목표온도가 감소하는 경우(150)(250)는 냉방회로에서 냉매를 회수하여야 함을 알 수 있다.In the above description, it can be seen that in the heat pump according to the present invention, when the target temperature is increased, the refrigerant must be charged in the cooling circuit 100 and 200. In addition, it can be seen that when the target temperature decreases (150 and 250), the refrigerant must be recovered from the cooling circuit.

본 발명의 히트펌프 제어개념은 난방에도 적용할 수 있음은 당연하다. 따라서, 에어컨의 목표 증발온도를 설정하는 단계는, "실내 열교환기의 열교환 부하량을 참고하여 내부 열교환기의 열교환 온도를 설정하는 단계"로 해석하는 것이 바람직하다. 그리고, 에어컨의 목표 응축온도를 설정하는 단계는 "실외 열교환기의 열교환 부하량을 참고하여 외부 열교환기의 열교환 온도를 설정하는 단계"로 해석하는 것이 바람직하다.It is natural that the heat pump control concept of the present invention can also be applied to heating. Therefore, the step of setting the target evaporation temperature of the air conditioner is preferably interpreted as "setting the heat exchange temperature of the internal heat exchanger by referring to the heat exchange load of the indoor heat exchanger". In addition, the step of setting the target condensation temperature of the air conditioner is preferably interpreted as “a step of setting the heat exchange temperature of the external heat exchanger by referring to the heat exchange load of the outdoor heat exchanger”.

이하 도6 을 참조하여 본 발명에 적합한 히트펌프(600)의 일 예를 설명한다.Hereinafter, an example of a heat pump 600 suitable for the present invention will be described with reference to FIG. 6.

히트펌프(600)은 압축기(C), 응축기(HEX_C), 팽창밸브(EXV) 및 증발기(HEX_E)를 포함하는 "회로"가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결된다. 그리고, 상기 팽창밸브(EXV)와 병열로 냉매 저장탱크(RS1)가 설치된다. 상기 팽창밸브(EXV) 입구와 상기 탱크(RS1) 입구 사이에는 "회로"에서 냉매를 회수하는 회수밸브(vvd)가 설치된다. 그리고 상기 팽창밸브(EXV) 출구와 상기 탱크(RS1) 출구 사이에는 "회로"로 냉매를 충전하는 충전밸브(vvc)가 설치된다. The heat pump 600 is connected through a refrigerant line in which a "circuit" including a compressor (C), a condenser (HEX_C), an expansion valve (EXV), and an evaporator (HEX_E) is sealed. In addition, a refrigerant storage tank RS1 is installed in parallel with the expansion valve EXV. Between the inlet of the expansion valve (EXV) and the inlet of the tank (RS1), a recovery valve (vvd) for recovering the refrigerant from the "circuit" is installed. And between the outlet of the expansion valve (EXV) and the outlet of the tank (RS1), a charging valve (vvc) for charging the refrigerant with a "circuit" is installed.

여기서 상기 냉매 저장탱크(RS1), 상기 회수밸브(vvd) 및 상기 충전밸브(vvc)는 상기 "회로"에 냉매를 충전하거나, 상기 "회로"로부터 냉매를 회수 하는 역할(이하, "냉매 (충전량) 조절수단")을 한다.Here, the refrigerant storage tank RS1, the recovery valve vvd, and the charging valve vvc charge a refrigerant in the "circuit" or recover the refrigerant from the "circuit" (hereinafter, "refrigerant (charge amount) ) Adjustment means").

이하, 히트펌프(600) 설치 시 냉매를 충전하는 방법을 설명한다. 먼저, 히트펌프(600) 배관을 설치한 후 모든 밸브(EXV)(vvd)(vvc)를 열고, 진공펌프를 이용하여서 "회로" 와 냉매 저장탱크(RS1) 내부를 진공상태로 만든다. 그리고 회수밸브(vvd)를 완전히 닫는다. 히트펌프(600) 외부의 냉매통을 압축기(C) 입구와 연결하고, 압축기(C)를 가동하고, 외부 냉매통의 밸브를 열면 외부 냉매통에서 히트펌프(600)으로 냉매가 충전된다. 규정된 냉매량을 충전되면 외부 냉매통 밸브를 완전히 잠근다. 이상의 절차로 종래의 냉매 (충전량) 조절수단이 없는 히트펌프와 같은 응축온도와 증발온도를 구현 할 수 있다.Hereinafter, a method of charging the refrigerant when the heat pump 600 is installed will be described. First, after installing the heat pump 600 piping, all valves (EXV) (vvd) (vvc) are opened, and the "circuit" and the inside of the refrigerant storage tank RS1 are made into a vacuum state by using a vacuum pump. And completely close the return valve (vvd). When the refrigerant cylinder outside the heat pump 600 is connected to the inlet of the compressor C, the compressor C is operated, and the valve of the external refrigerant cylinder is opened, the refrigerant is charged from the external refrigerant cylinder to the heat pump 600. When the specified amount of refrigerant is charged, the external refrigerant cylinder valve is completely closed. Through the above procedure, it is possible to implement the condensation temperature and evaporation temperature as in a heat pump without a conventional refrigerant (charge amount) control means.

이하, 히트펌프(600)의 "회로"에서 냉매를 회수하여 냉매 저장탱크(RS1)에 저장하는 제2 제어에 대하여 설명한다. 먼저 냉매 회수밸브(vvd)를 열면, "회로"의 고압은 높고, 저장탱크(RS1) 내부는 진공이기 때문에 응축된 냉매가 "회로"에서 저장탱크(RS1)으로 회수되면서 팽창된다. 일정량의 냉매가 저장탱크(RS1)으로 회수되면 더 이상 냉매가 회수되지 않을 수 있다. 이때는 냉매충전밸브(vvc)를 조금 열어서 저장탱크(RS1) 내부의 기체를 배출하면 냉매회수가 계속된다. 한편, 냉매충전밸브(vvc)를 열 때는 팽창밸브(EXV)를 조금 닫아서 증발기(HEX_E) 내부로 유입되는 냉매량이 충전밸브(vvc)를 조작하기 이전과 동일하게 되도록 하는 것이 바람직하다.Hereinafter, a second control for recovering the refrigerant from the "circuit" of the heat pump 600 and storing it in the refrigerant storage tank RS1 will be described. First, when the refrigerant recovery valve vvd is opened, the high pressure in the "circuit" is high, and the inside of the storage tank RS1 is vacuum, so that the condensed refrigerant is recovered from the "circuit" to the storage tank RS1 and expands. When a certain amount of refrigerant is recovered to the storage tank RS1, the refrigerant may no longer be recovered. At this time, when the refrigerant charging valve (vvc) is slightly opened to discharge the gas inside the storage tank (RS1), refrigerant recovery continues. Meanwhile, when opening the refrigerant charging valve vvc, it is preferable to slightly close the expansion valve EXV so that the amount of refrigerant flowing into the evaporator HEX_E is the same as before the operation of the charging valve vvc.

이하, 히트펌프(600)의 "회로"에 냉매를 충전하는 제1 제어에 대하여 설명한다. 회수밸브(vvd)는 닫혀있는 상태에서 충전밸브(vvc)를 (조금) 열면 압축기의 흡입력에 의하여 냉매 저장탱크(RS1) 내부의 기체냉매가 이동하여서 "회로"에 충전된다. 최종적으로는 저압라인의 압력과 냉매 저장탱크(RS1) 내부 압력이 같아질 때까지 냉매가 "회로"로 충전된다. Hereinafter, a first control for charging a refrigerant in the "circuit" of the heat pump 600 will be described. When the recharge valve (vbc) is opened (slightly) while the recovery valve (vvd) is closed, the gas refrigerant inside the refrigerant storage tank (RS1) is moved by the suction power of the compressor and is charged into the "circuit". Finally, the refrigerant is charged in the "circuit" until the pressure of the low pressure line and the internal pressure of the refrigerant storage tank RS1 become the same.

제3 제어 및 제4 제어는 실시예 1과 동일 하므로 상세한 설명은 생략한다.Since the third control and the fourth control are the same as those of the first embodiment, detailed descriptions are omitted.

이상의 설명으로 제1 제어 내지 제4 제어가 히트펌프(600)에서 가능하다. 따라서 본 실시예 에서 설명된 절차를 사용하여서 히트펌프(600)을 구동하면 응축온도와 증발온도를 개별적으로 조절할 수 있음은 당연하다.As described above, the first to fourth controls are possible in the heat pump 600. Therefore, it is natural that the condensation temperature and the evaporation temperature can be individually adjusted when the heat pump 600 is driven by using the procedure described in this embodiment.

한편, 냉매 충전밸브(vvc)와 회수밸브(vvd)을 모두 잠그고 장시간이 지나면, 냉매 저장탱크(RS1) 내부의 냉매가 기화를 하여서 저장탱크(RS1)압력이 응축기 내부압력보다 더 높아질 수도 있다. 그러면, 냉매를 회수할 때 냉매 회수 시간이 평소보다 더 많이 걸릴 수 있다. 따라서, 평상시에는 상기 냉매 충전밸브 (vvc) 및 회수밸브(vvd)를 모두 잠그고 있기보다는, "회로"를 순환하는 냉매 대부분(예, 98% 냉매 순환량)은 팽창밸브(EXV)를 통하여 순환하고, 순환하는 냉매 일부(예 2% 냉매 순환량)은 항상 상기 저장탱크(RS1)을 통과할 수 있도록 하여서, 상기 저장탱크(RS1)내부 압력이 고압과 저압 사이의 압력이 되도록 하는 것이 바람직하다.On the other hand, after a long time elapses after both the refrigerant charging valve (vvc) and the recovery valve (vvd) are closed, the refrigerant inside the refrigerant storage tank RS1 vaporizes, so that the pressure of the storage tank RS1 may be higher than the internal pressure of the condenser. Then, when recovering the refrigerant, it may take longer than usual to recover the refrigerant. Therefore, rather than normally locking both the refrigerant charging valve (vvc) and the recovery valve (vvd), most of the refrigerant circulating in the "circuit" (eg, 98% refrigerant circulation amount) circulates through the expansion valve (EXV), It is preferable that a part of the circulating refrigerant (e.g. 2% refrigerant circulation amount) always passes through the storage tank RS1 so that the pressure inside the storage tank RS1 is between high and low pressures.

도7의 히트펌프(700)은 냉매 충전밸브(vvc)가 저장탱크(RS2)와 압축기(C) 입구 사이에 설치된 경우를 예시한 것이다. 히트펌프(700)의 저장탱크(RS2)는 실외기에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고 히트펌프(600)에는 냉매 저장탱크(RS1)가 팽창밸브 (EXV)와 병열로 설치되었기 때문에 실내기에 상기 저장탱크(RS1)이 설치되는 것이 바람직하다. 자동차와 같이 실내기 공간이 협소한 경우는 히트펌프(700)이 바람직할 수도 있다.The heat pump 700 of FIG. 7 illustrates a case in which a refrigerant charging valve vvc is installed between the storage tank RS2 and the inlet of the compressor C. The storage tank RS2 of the heat pump 700 is preferably installed in an outdoor unit. In addition, since the refrigerant storage tank RS1 is installed in parallel with the expansion valve EXV in the heat pump 600, the storage tank RS1 is preferably installed in the indoor unit. When the indoor unit space is narrow, such as in an automobile, the heat pump 700 may be preferable.

이하 도8 을 참조하여 본 발명에 적합한 히트펌프(800)의 일 예를 설명한다.Hereinafter, an example of a heat pump 800 suitable for the present invention will be described with reference to FIG. 8.

히트펌프(800)은 압축기(C), 응축기(HXE_C), 기계식 제1 팽창밸브(EXV1) 및 증발기(HEX_E)가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결어 히트펌프 "회로"를 구성한다. 그리고, 상기 팽창밸브(EXV1)와 병열로 전자식 제2 팽창밸브(EXV2)가 설치된다. 상기 증발기(HEX_E)에 공급되는 냉매량은 상기 제1 팽창밸브(EXV1) 및 상기 제2 팽창밸브(EXV2)로 조절된다. 여기서, 상기 제2 팽창밸브는 냉매를 회수하는 회수밸브(vvd), 냉매 저장탱크(RS3) 및 냉매를 충전하는 충전밸브(vvc)가 직렬로 연결된 것이다. 상기 제2 팽창밸브(EXV2)는 하나의 몸체로 형성되거나 상기 부품들이 조립되어 형성된 것 일 수도 있다. The heat pump 800 constitutes a heat pump "circuit" by connecting the compressor C, the condenser HXE_C, the mechanical first expansion valve EXV1, and the evaporator HEX_E through a sealed refrigerant line. In addition, a second electronic expansion valve EXV2 is installed in parallel with the expansion valve EXV1. The amount of refrigerant supplied to the evaporator HEX_E is controlled by the first expansion valve EXV1 and the second expansion valve EXV2. Here, the second expansion valve is a recovery valve (vvd) for recovering the refrigerant, a refrigerant storage tank (RS3), and a charging valve (vvc) for charging the refrigerant are connected in series. The second expansion valve EXV2 may be formed as a single body or may be formed by assembling the parts.

상기 제2 팽창밸브(EXV2)는 냉매를 팽창시키는 역할과, "회로"에 냉매를 충전하거나, "회로"에서 냉매를 회수 하는 역할(이하, "냉매 (충전량) 조절수단")을 한다. 이때, 상기 저장탱크 (RS3)에 저장될 수 있는 최대 냉매량은 히트펌프(800) 내부에 존재하는 총 냉매량의 1/2 이하인 것이 바람직하다. 여기서 상기 기계식 제1 팽창밸브(EXV1)은 모세관 일수도 있고, 열감응식 팽창밸브(TXV) 일 수도 있다.The second expansion valve EXV2 serves to expand the refrigerant, and to charge the refrigerant in the “circuit” or to recover the refrigerant from the “circuit” (hereinafter, “refrigerant (charge amount) control means”). In this case, it is preferable that the maximum amount of refrigerant that can be stored in the storage tank RS3 is 1/2 or less of the total amount of refrigerant present in the heat pump 800. Here, the mechanical first expansion valve EXV1 may be a capillary tube or a thermal expansion valve TXV.

이하, 히트펌프(800)의 바람직한 일 구동예를 설명한다.Hereinafter, a preferred driving example of the heat pump 800 will be described.

먼저 제2 팽창밸브(EXV2) 내부의 냉매 회수밸브(vvd)를 완전히 잠그고, 냉매 충전밸브(vvc)를 완전히 개방한다. 그리고 압축기를 최대 설계 소비전력으로 구동한다. 그러면 고압과 저압의 차가 최대가 되는 설계압력이 형성된다. 이때 상기 증발기 (HEX_E)에 공급되는 냉매는 모두 제1 팽창밸브(EXV1)를 통하여 흐르게 된다. First, the refrigerant recovery valve (vvd) inside the second expansion valve (EXV2) is completely closed, and the refrigerant charging valve (vvc) is completely opened. And it drives the compressor at the maximum design power consumption. Then, a design pressure that maximizes the difference between high and low pressure is formed. At this time, all of the refrigerant supplied to the evaporator HEX_E flows through the first expansion valve EXV1.

이하 냉매를 회수하는 방법에 대하여 설명한다. 제2 팽창밸브 내부의 회수밸브 (vvd)를 통하여 냉매 저장탱크(RS3)로 유입되는 냉매량이 충전밸브(vvc)를 통하여 유출되는 냉매량 보다 많게 되도록 상기 회수밸브(vvd) 와 충전밸브(vvc)의 개도를 조정한다. 그러면, 상기 저장탱크(RS3)에는 저장되는 냉매량이 증가하게 되고, 상기 증발기(HEX_E)에 공급되는 냉매량은 줄어들게 된다. (회로에서 냉매를 회수하는 방법)Hereinafter, a method of recovering the refrigerant will be described. The recovery valve (vvd) and the charging valve (vvc) so that the amount of refrigerant flowing into the refrigerant storage tank (RS3) through the recovery valve (vvd) inside the second expansion valve is greater than the amount of refrigerant flowing out through the charging valve (vvc). Adjust the opening degree. Then, the amount of refrigerant stored in the storage tank RS3 increases, and the amount of refrigerant supplied to the evaporator HEX_E decreases. (How to recover refrigerant from circuit)

이하 냉매를 충전하는 방법에 대하여 설명한다. 제2 팽창밸브 내부의 회수밸브 (vvd)를 통하여 냉매 저장탱크(RS3)로 유입되는 냉매량이 충전밸브(vvc)를 통하여 유출되는 냉매량이 적게 되도록 상기 회수밸브(vvd) 와 충전밸브(vvc)의 개도를 조정한다. 그러면, 상기 저장탱크(RS3)에 저장되어 있는 냉매량이 감소하게 되고, 상기 증발기(HEX_E)에 공급되는 냉매량은 증가하게 된다. (회로에 냉매를 충전하는 방법)Hereinafter, a method of charging the refrigerant will be described. The recovery valve (vvd) and the charging valve (vvc) so that the amount of refrigerant flowing into the refrigerant storage tank (RS3) through the recovery valve (vvd) inside the second expansion valve is reduced so that the amount of refrigerant flowing through the charging valve (vvc) is reduced. Adjust the opening degree. Then, the amount of refrigerant stored in the storage tank RS3 decreases, and the amount of refrigerant supplied to the evaporator HEX_E increases. (How to charge the refrigerant in the circuit)

열교환기에서 열교환량(Q = c·m·dt)을 같게 유지 하면서 고압과 저압의 압력차를 줄이는 것은 상기 제2 팽창밸브(EXV2) 내부에 저장되는 냉매량을 조절 [ 냉매 (충전량) 조절기능 ] 하여서 수행 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 회수밸브(vvd) 상기 저장탱크(RS3) 와 충전밸브(vvc)를 통과하는 냉매량으로 증발기(HEX_E)에 공급되는 냉매량을 조절( 팽창밸브 기능 ) 하는 것이 바람직하다.Reducing the pressure difference between high and low pressure while maintaining the same heat exchange amount (Q = c·m·dt) in the heat exchanger controls the amount of refrigerant stored in the second expansion valve EXV2 [Refrigerant (charge amount) control function] It is desirable to do so. In addition, it is preferable to control (expansion valve function) the amount of refrigerant supplied to the evaporator (HEX_E) by the amount of refrigerant passing through the recovery valve (vvd) the storage tank (RS3) and the charging valve (vvc).

고압을 낮추는 경우는, 예 도1 에서 (92)-(93) 을 (82)-(83) 으로 낮추는 경우, 먼저 응축기 팬의 소비전력을 더 높여서 과냉도를 더 크게 하고 ( "더 크게 하면서"를 포함하는 개념 ), 상기 냉매(충전량) 조절수단으로 냉매를 회수하여 달성하는 것이 바람직하다. 이것은 냉매를 회수하면 응축온도가 낮아지면서 과냉도가 낮아지기 때문 [ 도1 (92)-(93) 및 (82)-(83) 참고 ] 이다.In the case of lowering the high pressure, for example, in the case of lowering (92)-(93) to (82)-(83) in Fig. 1, first increase the power consumption of the condenser fan to increase the subcooling degree ("while increasing" Concept including), it is preferable to achieve by recovering the refrigerant with the refrigerant (charge amount) control means. This is because when the refrigerant is recovered, the condensation temperature decreases and the degree of subcooling decreases [see Figs. 1 (92)-(93) and (82)-(83)].

저압을 높이는 경우는, 예 도3 에서 (14)-(11) 을 (14b)-(11b) 로 높이는 경우, 먼저 증발기 팬의 소비전력을 더 높여서 과열도를 더 크게 하고 ( "더 크게 하면서"를 포함하는 개념 ), 상기 냉매(충전량) 조절수단으로 냉매를 충전하여 달성하는 것이 바람직하다. 이것은 저압이 변하는 도중에 압축기에서 액압축이 발생하는 것을 방지하기를 바라기 때문이다.In the case of increasing the low pressure, example In the case of increasing the (14)-(11) to (14b)-(11b) in Fig. 3, first increase the power consumption of the evaporator fan to increase the superheat degree ("while increasing" Concept including), it is preferable to achieve by charging the refrigerant with the refrigerant (charge amount) control means. This is because it is desired to prevent hydraulic compression from occurring in the compressor while the low pressure is changing.

종래의 냉매 (충전량) 조절수단이 없는 에어컨은 어느 정도 가동되어서 냉방 부하량이 감소된 경우는 실내기 팬이 저속으로 회전하게 된다. 그리고 이때, 응축기의 응축온도 및 증발기의 증발온도를 조절할 수 없었다. When the conventional air conditioner without a refrigerant (charge amount) control means is operated to some extent and the cooling load is reduced, the indoor unit fan rotates at a low speed. And at this time, the condensation temperature of the condenser and the evaporation temperature of the evaporator could not be adjusted.

본 실시예에 의하면, 응축기의 응축온도를 유지하면서 증발기의 증발온도를 높일 수 있다. 따라서, 냉방 부하량이 최대 정격보다 작은 경우는 실내 열교환기의 열교환량 (Q = c·m·dT)을 동일하게 유지하면서, 압축기 소비전력을 줄이고 실내기 팬의 소비전력을 늘려서 에어컨의 성능(COP)를 높일 수 있다. 여기서, 실외기 팬의 소비전력을 늘린다는 것은 "실외기 팬의 회전 속도를 더 높인다" 또는 "단위 시간당 이송한 공기 무게를 더 늘린다"로 해석 할 수 있음은 당연하다. 또한 압축기 소비전력을 줄인다는 것은 압축기를 별도로 제어하지 않고도, 제어순서 (100) (250) 과 같이 고압과 저압의 차가 줄어들면 압축기 소비전력이 줄어듬을 포함하는 것은 당연하다.According to this embodiment, it is possible to increase the evaporation temperature of the evaporator while maintaining the condensation temperature of the condenser. Therefore, when the cooling load is less than the maximum rating, the air conditioner's performance (COP) is achieved by reducing the power consumption of the compressor and increasing the power consumption of the indoor unit fan while maintaining the same heat exchange amount (Q = c·m·dT) of the indoor heat exchanger. Can increase. Here, it is natural that increasing the power consumption of the outdoor unit fan can be interpreted as “more increasing the rotational speed of the outdoor unit fan” or “more increasing the weight of air transferred per unit time”. In addition, it is natural that reducing the power consumption of the compressor includes reducing the power consumption of the compressor when the difference between the high pressure and the low pressure decreases as shown in the control procedures 100 and 250 without separately controlling the compressor.

본 발명을 실시함에 있어서 주의해야 할 사항들 중에서, 첫 번째는 냉매 (충전량) 조절수단에 단열시공을 잘 하는 것이다. 냉매 조절수단 내부의 저장공간에는 고압과 저압의 중간압력이 형성된다. 액체 냉매가 회수밸브(vvd)를 통하여 상기 저장공간으로 유입되면 일부는 기체로 상이 변하고, 이때 액체·기체 의 비율은 상기 저장공간 압력에 따라 다르다. [ 도1, (93)-(94) 참고 ] 만약 단열이 잘 되지 않아서, 외부에서 열이 침투하거나 외부로 열이 유출되면 액체 기체의 비율이 달라져서, 원하지 않는 액체·기체 비율을 형성할 수 있기 때문이다. 그리고 두 번째는, 회부밸브(vvd) 와 충전밸브(vvc)가 상기 저장공간에 연결되는 물리적 위치 선정에 주의하여야 한다. 이 위치 선정이 잘못되면, 상기 저장공간에서 냉매가 유출되도록 조작을 하였지만 냉매가 유출되지 않고 상기 저장공간에 계속 뭉쳐 있을 수도 있기 때문이다.Among the matters to be noted in carrying out the present invention, the first is to perform heat insulation construction on the refrigerant (charge amount) control means. An intermediate pressure between high and low pressure is formed in the storage space inside the refrigerant control means. When a liquid refrigerant flows into the storage space through a recovery valve (vvd), some of the phases change to gas, and the ratio of liquid/gas varies depending on the storage space pressure. [Refer to Fig. 1, (93)-(94)] If heat insulates from outside or leaks out due to poor insulation, the ratio of liquid gas changes, which can form unwanted liquid-gas ratio. Because. And secondly, attention should be paid to the selection of the physical location where the return valve (vvd) and the filling valve (vvc) are connected to the storage space. This is because if the location is incorrectly selected, the refrigerant is operated so that the refrigerant flows out of the storage space, but the refrigerant does not flow out and may continue to lump in the storage space.

도9 히트펌프(900)은, 도8 히트펌프(800)에서 제1 팽창밸브(EXV1)을 제거하고, 냉매 저장탱크(RS3)을 기액분리가 가능한 저장탱크(RS4)로 변경하고, 상기 기액분리기 (RS4) 내부의 기체를 압축기(C)로 인젝션( 보다 넓은 의미의 용어는 "공급") 할 수 있도록 변경한 것이다. 냉매를 충전 및 회수하는 방법은 히트펌프(800)과 동일한 원리로 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.9 heat pump 900 removes the first expansion valve EXV1 from FIG. 8 heat pump 800, changes the refrigerant storage tank RS3 to a storage tank RS4 capable of gas-liquid separation, and The gas inside the separator (RS4) is injected into the compressor (C) (the broader term is "supply"). Since the method of charging and recovering the refrigerant can be performed on the same principle as the heat pump 800, a detailed description will be omitted.

이하 도8 과 도10 을 참조하여 본 발명에 적합한 히트펌프(800)을 제어하는 방법의 일 예를 설명한다.Hereinafter, an example of a method of controlling the heat pump 800 suitable for the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 10.

도8 히트펌프(800)의 구성은 앞선 설명에서 상세히 하였으므로 생략한다. 다만 본 실시예에서, 제1 팽창밸브(EXV1)는 모세관, 온도 감응식(이하, ““TXV””), 압력 감응식(이하, ““PXV””), 전자식(이하, ““EEV””) 등의 팽창밸브를 사용하여도 된다. The configuration of the heat pump 800 in FIG. 8 is omitted since it has been described in detail in the preceding description. However, in this embodiment, the first expansion valve EXV1 is a capillary tube, a temperature sensitive type (hereinafter, ““TXV””), a pressure sensitive type (hereinafter, ““PXV””), an electronic type (hereinafter, ““EEV”) Expansion valves such as ”) may be used.

본 실시예에서는 TXV 를 제1 팽창밸브(EXV1)으로 하여서 설명한다. 제2 팽창밸브(EXV2)를 제외한 나머지 부품 제어는 독립적으로 실시한다. 더욱 상세하게는, 압축기(C), 응축기 팬(FN_C), 과냉도 등의 제어는 독립된 제어기가 관리한다. 그리고, 제2 팽창밸브(EXV2)는 응축온도 (고압에서 냉매가 끓는 온도, 이하 ““고압”” 이라고도 표현할 수 있음) 를 참조하여 또 다른 독립된 제어기가 관리한다. (물론 하나의 제어기가, 독립적인 두 개의 제어루틴으로 동시제어를 할 수도 있다.)In this embodiment, TXV will be described as the first expansion valve EXV1. Except for the second expansion valve (EXV2), the rest of the parts are controlled independently. More specifically, the control of the compressor (C), the condenser fan (FN_C), and the degree of subcooling is managed by an independent controller. In addition, the second expansion valve EXV2 is managed by another independent controller with reference to the condensation temperature (the temperature at which the refrigerant boils at high pressure, hereinafter may also be referred to as “high pressure”). (Of course, one controller can control simultaneously with two independent control routines.)

이하, 히트펌프(800)에서 바람직한 제2 팽창밸브(EXV2)의 제어순서 일 예를 설명한다. 설명의 편의상, 회수밸브(vvd)와 충전밸브(vvc)의 개도가 같으면 같은 양의 냉매가 두 밸브를 통과하고, 개도가 한쪽이 크면 그쪽에 더 많은 냉매가 통과한다고 가정하고 설명한다. 실제에서는 각 밸브 양단 압력 차에 의해 위의 가정과 다를 수 있음은 당연하다.Hereinafter, an example of a preferred control procedure of the second expansion valve EXV2 in the heat pump 800 will be described. For convenience of explanation, it is assumed that the same amount of refrigerant passes through the two valves when the opening degrees of the recovery valve vvd and the charging valve vvc are the same, and more refrigerant passes through the two valves when the opening degree is larger. In practice, it is natural that the pressure difference at both ends of each valve may differ from the above assumption.

< 초기화 단계 (s_init) ><Initialization step (s_init)>

제2 팽창밸브(EXV2)를 제어하는데 필요한 전원이 공급 개시되면, 회수밸브(vvd)의 개도를 충전밸브(vvc) 보다 작게 되도록 제어하여서 상기 저장공간의 내부에 있는 냉매를 비우는 단계(s_init)를 실시한다. 구체적인 수치로 일 예를 들면, 회수밸브(vvd) 개도는 2%, 충전밸브(vvc) 개도는 100% 로 설정한다. 압축기(C)가 동작을 개시하면, 응축온도(cv_2)는 상승하게 된다.When the supply of power required to control the second expansion valve EXV2 is started, a step (s_init) of emptying the refrigerant in the storage space by controlling the opening degree of the recovery valve vvd to be smaller than the charging valve vvc is performed. Conduct. As a specific value, for example, the opening degree of the recovery valve (vvd) is set to 2%, and the opening degree of the filling valve (vvc) is set to 100%. When the compressor (C) starts to operate, the condensation temperature (cv_2) rises.

설정된 초기화 단계(s_init) 시간이 경과 되거나, 고압이 목표고압 보다 높게 되면, 충전밸브(vvc)의 개도를 ( 100% 에서 2% 로) 줄여서 초기화 단계를 종료한다. 목표고압의 설정은 응축온도에서 응축기와 열교환을 하는 공기의 온도와의 차가 일정한 값이 되도록 하여 구할 수 있다. When the set initialization step (s_init) time elapses or the high pressure becomes higher than the target high pressure, the opening degree of the charging valve vvc is reduced (from 100% to 2%) and the initialization step is terminated. The target high pressure can be determined by making the difference between the condensing temperature and the temperature of the air exchanging heat with the condenser be a constant value.

< 고압제어 단계 (hp_ctrl) ><High pressure control stage (hp_ctrl)>

충전밸브(vvc) 개도는 고정하고, 회수밸브(vvd)를 제어하여서 목표고압을 달성한다. 회수밸브(vvd) 개도가 충전밸브(vvc)보다 더 크면, 회로에서 냉매가 회수되어서 팽창밸브(EXV2) 내부의 저장공간(RS3)에 저장(이하, ““냉매 회수단계””)된다. 반대로 개도가 더 작으면, 상기 저장공간(RS3)에서 회로로 냉매가 충전(이하, ““냉매 충전단계””) 된다. 고압을 측정하여서 목표고압과 비교하고, 상기 회수밸브(vvd)를 제어하여 목표고압은 달성할 수 있다. 산업에서 많이 사용하고 있는 PID, PI, Fuzzy 제어 등으로 구현할 수 있음은 당연하다. The opening degree of the filling valve (vvc) is fixed, and the target high pressure is achieved by controlling the recovery valve (vvd). If the opening degree of the recovery valve vvd is larger than that of the charging valve vvc, the refrigerant is recovered from the circuit and stored in the storage space RS3 inside the expansion valve EXV2 (hereinafter, “refrigerant recovery step”). Conversely, when the opening degree is smaller, the refrigerant is charged from the storage space RS3 to the circuit (hereinafter, “refrigerant charging step”). The high pressure is measured and compared with the target high pressure, and the target high pressure can be achieved by controlling the recovery valve vvd. It is natural that it can be implemented with PID, PI, and fuzzy control, which are widely used in the industry.

회수밸브(vvd)를 고정하고, 충전밸브(vvc)를 제어하여서 목표고압을 달성할 수도 있다. 이것은 상기 두 밸브의 상대적인 개도가 냉매의 충전과 회수를 결정하기 때문이다. 여기서, 고정되는 밸브의 개도는 ““냉매 배분을 일상 운전에서 제1 팽창밸브(EXV1)와 제2 팽창밸브(EXV2)의 어떻게 할 것인가””에 의하여 결정된다.It is also possible to achieve the target high pressure by fixing the recovery valve (vvd) and controlling the filling valve (vvc). This is because the relative opening degrees of the two valves determine charging and recovery of the refrigerant. Here, the opening degree of the fixed valve is determined by “how to distribute the refrigerant to the first expansion valve EXV1 and the second expansion valve EXV2 in daily operation””.

냉매의 충전·회수에 의하여 고압이 목표고압 부근에서 조금씩 변동할 경우, TXV 는 냉매의 충전·회수가 없는 때와 같이 잘 동작할 것이다. 이때, 상기 TXV 개도는 냉방부하의 크기에 비례함은 당연하다. 그리고, 통상 과열도 제어에 많이 사용하는 EEV 를 제1 팽창밸브(EXV1)로 사용할 경우에도 잘 동작함은 당연하다.If the high pressure fluctuates little by little in the vicinity of the target high pressure due to refrigerant charging/recovery, TXV will work as well as when refrigerant is not recharged/recovered. In this case, it is natural that the TXV opening is proportional to the size of the cooling load. And, it is natural that the EEV, which is commonly used for superheat control, works well even when the first expansion valve EXV1 is used.

회로에 충전된 총 냉매량과 고압과 저압의 차는 비례한다. 하지만, 회로에 냉매를 저장할 수 있는 부품 (예, 리시버, 어큐뮬레이터…… ) 이 있으면 비례하지 않을 수도 있음에 주의하여야 한다. 한편, 제2 팽창밸브(EXV2) 내부에 저장되는 최대 냉매량은 리시버 드라이어의 선정 기준을 사용하여 구하는 것이 바람직하다.The total amount of refrigerant charged in the circuit and the difference between the high and low pressures are proportional. However, it should be noted that if there are components in the circuit that can store the refrigerant (eg receiver, accumulator……), they may not be proportional. Meanwhile, it is preferable to obtain the maximum amount of refrigerant stored in the second expansion valve EXV2 using the selection criteria of the receiver dryer.

충전밸브(vvc) 와 회수밸브(vvd) 내부에 냉매를 바이패스 시키는 오리피스를 추가하여서, 상기 오리피스를 제2 팽창밸브(EXV2)를 바이패스하는 모세관 즉 제1 팽창밸브(EXV1) 역할을 수행하게 할 수 있다.By adding an orifice for bypassing the refrigerant inside the charging valve vvc and the recovery valve vvd, the orifice serves as a capillary tube that bypasses the second expansion valve EXV2, that is, the first expansion valve EXV1. can do.

그리고, 앞서 설명한 제어방법은 도9 히트펌프(900)에도 적용할 수 있음은 당연하다. 이때, 충전밸브(vvc) 와 회수밸브(vvd)에는 상기 밸브들을 바이패스하는 오리피스가 상기 밸브들 내부에 있는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 밸브들은 최소 개방 개도가 설정되어서 그 이하로는 설정을 할 수 없도록 하는 것도 바람직하다. 여기서, 상기 오리피스 및 상기 최소 개방 개도는 제1 팽창밸브 (EXV1) 역할을 수행한다. 즉, 상기 제2 팽창밸브(EXV1) 은 제1 팽창밸브(EXV1) 역할도 수행한다. 상기 제2 팽창밸브(EXV2)로 과열도를 제어하고자 할 때는, 제1 팽창밸브와 제2 팽창밸브의 개도를 동시에 줄이고, 동시에 늘려서 수행하는 것이 바람직하다. And, it is natural that the control method described above can also be applied to the heat pump 900 of FIG. 9. At this time, it is preferable that the filling valve (vvc) and the recovery valve (vvd) have orifices that bypass the valves inside the valves. In addition, it is preferable that the valves have a minimum opening degree so that they cannot be set below that. Here, the orifice and the minimum opening degree serve as the first expansion valve EXV1. That is, the second expansion valve EXV1 also serves as the first expansion valve EXV1. When controlling the superheat degree by the second expansion valve EXV2, it is preferable to simultaneously reduce and increase the opening degrees of the first expansion valve and the second expansion valve.

히트펌프(900)에서 제2 팽창밸브(EXV2)의 개도에 근거하여서 상기 목표 응축온도를 조절할 수 있다. 더욱 상세하게는, 개도가 크면 냉매량이 많이 통과하는 것이므로, 응축기에서 열교환을 많이 하여야 한다. 이 경우 응축온도를 높이면 열교환기의 열교환 능력이 높아지기 때문이다. 반대로 개도가 작으면 목표 응축온도를 낮출 수 있다.In the heat pump 900, the target condensation temperature may be adjusted based on the opening degree of the second expansion valve EXV2. More specifically, a large opening degree means that a large amount of refrigerant passes through, and thus a large amount of heat exchange is required in the condenser. In this case, increasing the condensation temperature increases the heat exchange capacity of the heat exchanger. Conversely, if the opening degree is small, the target condensation temperature can be lowered.

제2 팽창밸브(EXV2)를 통과한 냉매가 압축기 입구로 바로 공급되어서 압축기를 냉각하는 용도(인젝션 기능 포함)로 사용될 수도 있다. 이때는, 상기 제2 팽창밸브(EXV2)를 통과하는 유량이 너무 많으면 효율이 낮아지므로 적정량의 냉매가 흐르도록 제어를 하는 것이 요구된다. The refrigerant that has passed through the second expansion valve EXV2 is directly supplied to the inlet of the compressor and may be used for cooling the compressor (including an injection function). In this case, if the flow rate passing through the second expansion valve EXV2 is too large, the efficiency is lowered, so it is required to control the flow of an appropriate amount of refrigerant.

이하 도6 을 참조하여 본 발명에 적합한 히트펌프(600)의 냉방모드 제어방법의 일 예를 설명한다. 히트펌프(600)의 회로구성은 앞서 설명하였으므로 생략한다.Hereinafter, an example of a method for controlling a cooling mode of the heat pump 600 suitable for the present invention will be described with reference to FIG. 6. The circuit configuration of the heat pump 600 has been described above and thus will be omitted.

본 실시예에서는 제어기가 아래와 같이 제어를 수행한다.In this embodiment, the controller performs control as follows.

1) 가변용량 압축기: 압축기(C)는 설정된 냉매량을 단위시간당 압축한다. 예를 들어서, 인버터 압축기(C)인 경우는 부하의 크기에 대응하여서 설정된 주파수로 가동한다. 다르게 표현하면, 상기 설정된 주파수는 냉방을 하고자 하는 공간 내부의 실제온도와 목표온도의 차이 값으로부터 계산하여 구한다. 저압 및 과열도가 일정하게 유지가 된다면, 상기 인버터 압축기(C)가 단위시간당 압축하는 냉매량은 주파수별로 일정할 것이다. 이하, 설명의 편의를 위하여 인버터 압축기(C)를 사용하여서 설명한다. 이때, 인버터 압축기 주파수는 단위시간당 냉매압축량을 대표함에 유의하여야 한다. (이하, “단위시간당 냉매 압축량 제어”) 1) Variable capacity compressor: Compressor C compresses the set amount of refrigerant per unit time. For example, in the case of the inverter compressor C, it operates at a set frequency corresponding to the size of the load. In other words, the set frequency is calculated and calculated from the difference between the actual temperature and the target temperature inside the space to be cooled. If the low pressure and superheat degree are kept constant, the amount of refrigerant compressed by the inverter compressor C per unit time will be constant for each frequency. Hereinafter, for convenience of explanation, it will be described using an inverter compressor (C). At this time, it should be noted that the frequency of the inverter compressor represents the amount of refrigerant compression per unit time. (Hereinafter, “refrigerant compression amount control per unit time”)

2) 응축기: 응축기 팬(FN_C)는 응축기(HEX_C) 출구에서 측정된 냉매의 과냉도(SC)가 목표과냉도(SC_t)가 되도록 가동한다. (이하, “응축기 팬으로 과냉도제어”)2) Condenser: The condenser fan (FN_C) operates so that the subcooling degree (SC) of the refrigerant measured at the outlet of the condenser (HEX_C) becomes the target subcooling degree (SC_t). (Hereinafter, “subcooling control with a condenser fan”)

3) 팽창밸브: 팽창밸브(EXV)는 압축기(C) 입구압력(증발기 출구압력)이 목표압력(LP_t)이 되도록 가동한다. 보다 상세하게는, 제어기(미도시)는 팽창밸브(EXV) 개도를 조정하여서 압축기(C) 입구압력(증발기 출구압력)을 제어한다. 이를 위하여, 상기 팽창밸브(EXV)는 전자식 팽창밸브(EEV) 인 것이 바람직하다. 팽창밸브(EEV)를 현재보다 더 열면, 현재보다 더 많은 냉매가 저압으로 내려가서 저압이 올라간다. 반대로 팽창밸브(EEV)를 현재보다 더 닫으면, 현재보다 더 적은 냉매가 저압으로 내려가서 저압이 내려간다. (이하 “팽창밸브로 저압제어”)3) Expansion valve: The expansion valve (EXV) is operated so that the inlet pressure (evaporator outlet pressure) of the compressor (C) becomes the target pressure (LP_t). More specifically, a controller (not shown) controls the inlet pressure of the compressor C (evaporator outlet pressure) by adjusting the opening degree of the expansion valve EXV. To this end, the expansion valve EXV is preferably an electronic expansion valve EEV. When the expansion valve (EEV) is opened more than the current one, more refrigerant than the current one goes down to the low pressure and the low pressure rises. On the contrary, if the expansion valve (EEV) is closed more than the present, less refrigerant than the present goes down to the low pressure and the low pressure goes down. (Hereinafter “low pressure control with expansion valve”)

4) 증발기: 증발기 팬(FN_E)는 증발기(HEX_E) 출구에서 측정된 냉매의 과열도(SH)가 목표과열도(SH_t)가 되도록 가동한다. (이하, “증발기 팬으로 과열도제어”)4) Evaporator: The evaporator fan (FN_E) operates so that the superheat (SH) of the refrigerant measured at the outlet of the evaporator (HEX_E) becomes the target superheat (SH_t). (Hereinafter, “superheat control with an evaporator fan”)

5) 냉매 (충전량) 조절수단: [ 저장탱크(RS1), 회수밸브(vvd) 및 충전밸브(vvc)로 구성되는 ] 냉매(충전량) 조절수단은 압축기(C)의 출구압력(응축기 입구압력)이 목표압력(HP_t)이 되도록 가동한다. 실시예 4에서 냉매 (충전량) 조절수단 (제2 팽창밸브) 의 작동방법에 대하여 도8 내지 도10 을 참조하여서 상세히 설명하였으므로 설명은 생략한다. [ 이하, “냉매 (충전량) 조절수단으로 고압제어” ]5) Refrigerant (charging amount) control means: [Consisting of storage tank (RS1), recovery valve (vvd) and charging valve (vvc)] Refrigerant (charging amount) control means is the outlet pressure (condenser inlet pressure) of the compressor (C) It operates so that it becomes this target pressure (HP_t). The operation method of the refrigerant (charge amount) control means (second expansion valve) in the fourth embodiment has been described in detail with reference to FIGS. 8 to 10, and thus description thereof will be omitted. [Hereinafter, “high pressure control with refrigerant (charge amount) control means”]

6) 목표 응축온도 설정 : 목표고압(HP_t) [ 응축온도(Tc) ] 는 외기온도(Ta)를 참조하여서 외기온도보다 소정의 값(c1)만큼 높은 것이 바람직하다. 그리고 외기온도 및 부하 크기를 참조하여서 설정하는 것도 바람직하다. 이것을 공식으로 표현하면 아래와 같이 예를 들 수 있다. 6) Target condensation temperature setting: It is preferable that the target high pressure (HP_t) [condensation temperature (Tc)] is higher than the outside air temperature by a predetermined value (c1) by referring to the outside air temperature (Ta). It is also desirable to set it with reference to the outside temperature and the load size. If this is expressed as a formula, an example can be given as follows.

Tc = Ta + c1 Tc = Ta + c1

예) c1=10.0, 부하의 크기에 관계없이 Tc = Ta + 10.0Example) c1=10.0, Tc = Ta + 10.0 regardless of the load size

Tc = Ta + c1 + c2 x 부하 / 정격부하Tc = Ta + c1 + c2 x load / rated load

예) c1=10.0, c2=1.0, 정격부하=10.0 kW, 부하= 2kW 이면 Tc=Ta + 10.2 ℃부하= 4kW 이면 Tc=Ta + 10.4 ℃Example) If c1=10.0, c2=1.0, rated load=10.0 kW, load= 2kW, then Tc=Ta + 10.2 ℃, if load= 4kW, Tc=Ta + 10.4℃

한편, 다양한 환경(예, 외기온도, 부하, 저압…)에서 다수의 선행실험으로 목표응축온도를 구할 수 있고, 상기 구해진 값을 제어기가 사용할 수 있음은 당연하다.On the other hand, it is natural that the target condensation temperature can be obtained through a number of preceding experiments in various environments (eg, outside air temperature, load, low pressure...), and that the obtained value can be used by the controller.

7) 목표 증발온도 설정 : 에어컨의 경우 0 ~ 15 ℃사이의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 내기온도(Tin)를 참조하여서 내기온도보다 소정의 값(e1)만큼 높은 것이 바람직하다. 그리고 내기온도(Tin) 및 부하 크기를 참조하여서 설정하는 것도 바람직하다. 이것을 공식으로 표현하면 아래와 같이 예를 들 수 있다. 냉방 부하가 크면 목표증발온도가 낮아지는 것이 바람직함은 당연하다. 7) Target evaporation temperature setting: For air conditioners, it is desirable to set the value between 0 and 15 ℃. It is preferable that the betting temperature is higher by a predetermined value e1 than the betting temperature, referring to the betting temperature Tin. It is also desirable to set with reference to the inner air temperature (Tin) and the load size. If this is expressed as a formula, an example can be given as follows. It is natural that it is desirable to lower the target evaporation temperature when the cooling load is large.

Te = Tin - e1 Te = Tin-e1

예) e1=15.0, 부하의 크기에 관계없이 Te = Tin - 15.0Example) e1=15.0, Te = Tin-15.0 regardless of the load size

Te = Tin - (e1 + e2 x 부하 / 정격부하)Te = Tin-(e1 + e2 x load / rated load)

예) e1=10.0, e2=10.0, 정격부하=10.0 kWExample) e1=10.0, e2=10.0, rated load=10.0 kW

부하= 3kW 이면 Te=Tin - 13.0 ℃If load= 3kW, Te=Tin-13.0 ℃

부하= 9kW 이면 Te=Tin - 19.0 ℃If load= 9kW, Te=Tin-19.0 ℃

한편, 다양한 환경(예, 내기온도, 부하, 고압…)에서 다수의 선행실험으로 목표증발온도를 구할 수 있고, 상기 구해진 값을 제어기가 사용할 수 있음은 당연하다On the other hand, it is natural that the target evaporation temperature can be obtained through a number of preceding experiments in various environments (eg, internal air temperature, load, high pressure...), and that the obtained value can be used by the controller.

이하 도5의 제어순서 (100) 을 참조하여서, 저압을 올리고자 하는 경우 (고압은 유지) 바람직한 제어순서에 대하여 설명한다. 현재보다 저압을 올리고자 하기 때문에, 목표저압(LP_t)를 현재 저압보다 높게 설정한다. 그러면, 현재 저압과 목표저압이 다르기 때문에 “팽창밸브로 저압제어”가 작동하여서, 팽창밸브를 현재보다 더 개방(제4 제어)한다. 그러면 초기상태 (L0) 에서, 상기 조작으로 고압은 내려오고 저압은 올라가서, 상태 (L1)이 된다. 원하는 대로 저압이 더 높게 되었지만, 고압이 내려와서 응축온도가 목표 응축온도(HP_t)보다 낮아졌다. 즉 고압이 목표값(HP_t)를 벗어났다.Hereinafter, with reference to the control procedure 100 of FIG. 5, a preferred control procedure in the case of increasing the low pressure (maintaining the high pressure) will be described. To raise the lower pressure than the current, the target low pressure LP_t is set higher than the current low pressure. Then, because the current low pressure and the target low pressure are different, the “low pressure control with the expansion valve” is operated, and the expansion valve is opened more than the present (the fourth control). Then, in the initial state (L0), by the above operation, the high pressure is lowered and the low pressure is raised, and the state (L1) is obtained. The low pressure was higher as desired, but the condensation temperature was lower than the target condensation temperature (HP_t) due to the high pressure drop. That is, the high pressure deviated from the target value (HP_t).

따라서, 목표고압(HP_t)을 유지(달성)하기 위하여 “냉매 (충전량) 조절수단으로 고압제어”가 동작하게 된다. 즉, 낮아진 고압을 목표고압(HP_t)으로 올려야 하기 때문에 냉매를 회로에 충전(제1 제어)한다. 그러면 상태 (L1) 에서, 상기 조작으로 고압 및 저압이 모두 상승하여서, 상태 (L2) 가 된다. 그 결과 고압은 초기상태 (L0) 와 같은 값으로 유지하게 되고, 저압은 목표저압(LP_t)에 더 가까이 가게 된다. Therefore, in order to maintain (achieve) the target high pressure (HP_t), the “high pressure control with the refrigerant (charge amount) control means” is operated. That is, since the lowered high pressure must be raised to the target high pressure HP_t, the refrigerant is charged in the circuit (first control). Then, in the state L1, both the high pressure and the low pressure rise by the above operation, and the state L2 is established. As a result, the high pressure is maintained at the same value as the initial state (L0), and the low pressure is brought closer to the target low pressure (LP_t).

제어순서 (100) 을 제1 실시예에서는 제1 제어 (1) 과 제4 제어 (4) 를 사용하면, “응축온도를 유지하면서 증발온도를 높일 수 있다”는 것을 설명하였다. 그리고 제5 실시예에서는 목표 저압(LP_t)을 현재 저압보다 높게 설정하면, 팽창밸브가 더 개방 되는 제4 제어(4) 가 작동하고, 냉매를 회로에 충전하는 제1 제어 (1) 이 동작하게 된다는 것을 설명하였다. 따라서, 제어순서 (100) 을 본 발명에서는 “응축온도를 유지하면서 증발온도를 높이는 제어” 라고 칭할 수 있다.It has been described that the control procedure 100 is "the evaporation temperature can be increased while maintaining the condensation temperature" by using the first control (1) and the fourth control (4) in the first embodiment. And in the fifth embodiment, if the target low pressure LP_t is set higher than the current low pressure, the fourth control 4 to open the expansion valve further operates, and the first control 1 for charging the refrigerant to the circuit operates. I explained that it is possible. Accordingly, the control procedure 100 may be referred to as “control for increasing the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature” in the present invention.

이하 도5의 제어순서 (150) 을 참조하여서, 저압을 낮추고자 하는 경우 (고압은 유지) 바람직한 제어순서에 대하여 설명한다. 현재보다 저압을 내리고자 하기 때문에, 목표저압(LP_t)를 현재 저압보다 낮게 설정한다. 그러면, 현재 저압과 목표저압이 다르기 때문에 “팽창밸브로 저압제어”가 작동하여서, 팽창밸브를 현재보다 더 닫는다(제3제어). 그러면 초기상태 (L5) 에서, 상기 조작으로 고압은 올라가고 저압은 내려가서, 상태 (L6)이 된다. 원하는 대로 저압이 더 낮게 되었지만, 고압이 올라가서 응축온도가 목표 응축온도(HP_t)보다 높아졌다. 즉 고압이 목표값(HP_t)를 벗어났다.Hereinafter, with reference to the control procedure 150 of FIG. 5, a preferred control procedure in the case of lowering the low pressure (maintaining the high pressure) will be described. To lower the pressure lower than the current, the target low pressure LP_t is set lower than the current low pressure. Then, because the current low pressure and the target low pressure are different, the “low pressure control with the expansion valve” is operated, and the expansion valve is closed more than the current (third control). Then, in the initial state (L5), by the above operation, the high pressure rises and the low pressure falls, and the state becomes the state L6. As desired, the low pressure was lowered, but the high pressure increased and the condensing temperature was higher than the target condensing temperature (HP_t). That is, the high pressure deviated from the target value (HP_t).

따라서, 목표고압을 유지(달성)하기 위하여 “냉매 (충전량) 조절수단으로 고압제어”가 동작하게 된다. 즉, 높아진 고압을 목표고압(HP_t)으로 내려야 하기 때문에 냉매가 회로에서 회수(제2 제어)된다. 그러면 상태 (L6)에서, 상기 조작으로 고압 및 저압이 모두 낮아져서, 상태 (L7)이 된다. 그래서, 고압은 초기상태 (L5) 와 같은 값으로 유지하게 되고, 저압은 목표저압(LP_t)에 더 가까이 가게 된다. Therefore, in order to maintain (achieve) the target high pressure, the “high pressure control with the refrigerant (charge amount) control means” is operated. That is, the refrigerant is recovered from the circuit (second control) because the increased high pressure must be lowered to the target high pressure HP_t. Then, in the state L6, both the high pressure and the low pressure are lowered by the above operation, and the state L7 is reached. Thus, the high pressure is maintained at the same value as the initial state (L5), and the low pressure is brought closer to the target low pressure (LP_t).

제어순서 (150) 을 제1 실시예에서는 제2 제어 (2) 와 제3 제어 (3) 를 사용하면, “응축온도를 유지하면서 증발온도를 낮출 수 있다”는 것을 설명하였다. 그리고 제5 실시예에서는 목표 저압(LP_t)을 현재 저압보다 낮게 설정하면 팽창밸브가 더 닫히는 제3 제어 (3) 이 작동하고, 냉매를 회로에서 회수하는 제2 제어 (2) 가 동작하게 된다는 것을 설명하였다. 따라서, 제어순서 (150) 을 본 발명에서는 “응축온도를 유지하면서 증발온도를 낮추는 제어” 라고 칭할 수 있다.It has been described that the control procedure 150 is "the evaporation temperature can be lowered while maintaining the condensation temperature" by using the second control (2) and the third control (3) in the first embodiment. And in the fifth embodiment, if the target low pressure (LP_t) is set lower than the current low pressure, the third control (3) in which the expansion valve is further closed is operated, and the second control (2) for recovering the refrigerant from the circuit is operated. Explained. Accordingly, the control procedure 150 may be referred to as “control to lower the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature” in the present invention.

이하 도5의 제어순서 (200) 을 참조하여서, 고압을 높이자 하는 경우 (저압은 유지) 바람직한 제어순서에 대하여 설명한다. 현재보다 고압을 높이고자 하기 때문에, 목표고압(HP_t)를 현재 고압보다 높게 설정한다. 그러면, 현재 고압과 목표고압(HP_t)이 다르기 때문에 목표고압(HP_t)를 달성하기 위하여 “냉매 (충전량) 조절수단으로 고압제어”가 동작하여 냉매를 회로에 충전(제1 제어)하게 된다. 그러면 초기상태 (H0) 에서, 상기 조작으로 고압 및 저압이 모두 올라가서, 상태 (H1) 이 된다. 원하는 대로 고압이 더 높게 되었지만, 저압이 올라가서 증발온도가 목표 증발온도(LP_t)보다 높아졌다. 즉 저압이 목표값(LP_t)를 벗어났다.Hereinafter, with reference to the control procedure 200 of FIG. 5, a preferred control procedure in the case of increasing the high pressure (maintaining the low pressure) will be described. To increase the high pressure than the current one, the target high pressure HP_t is set higher than the current high pressure. Then, since the current high pressure and the target high pressure HP_t are different, in order to achieve the target high pressure HP_t, the “high pressure control with the refrigerant (charge amount) control means” is operated, and the refrigerant is charged in the circuit (first control). Then, in the initial state H0, both high and low pressures are raised by the above operation, and the state H1 is obtained. The high pressure became higher as desired, but the low pressure increased, so the evaporation temperature became higher than the target evaporation temperature (LP_t). That is, the low pressure deviated from the target value LP_t.

따라서, 목표저압을 유지(달성)하기 위하여 “팽창밸브로 저압제어”가 동작하게 된다. 즉, 높아진 저압을 목표저압(LP_t)으로 내려야 하기 때문에 팽창밸브를 더 닫게(제3 제어) 된다. 그러면 상태 (H1) 에서, 상기 조작으로 고압은 올라가고 저압은 내려와서, 상태 (H2)가 된다. 즉, 저압은 초기상태 (H0) 와 같은 값으로 유지하게 되고, 고압은 목표고압(HP_t)에 더 가까이 가게 된다. Therefore, in order to maintain (achieve) the target low pressure, the “low pressure control with the expansion valve” is operated. In other words, since the increased low pressure must be lowered to the target low pressure LP_t, the expansion valve is further closed (third control). Then, in the state H1, by the above operation, the high pressure rises and the low pressure falls, and the state H2 becomes. That is, the low pressure is maintained at the same value as the initial state (H0), and the high pressure is brought closer to the target high pressure (HP_t).

제어순서 (200) 을 제1 실시예에서는 제1 제어 (1) 과 제3 제어 (3) 를 사용하면, “증발온도를 유지하면서 응축온도를 높일 수 있다”는 것을 설명하였다. 그리고 제5 실시예에서는 목표 고압(HP_t)을 현재 고압보다 높게 설정하면, 냉매를 회로에 충전하는 제1 제어 (1) 가 작동하고, 팽창밸브가 더 닫히는 제3 제어 (3) 이 동작하게 된다는 것을 설명하였다. 따라서, 제어순서 (200) 을 본 발명에서는 “증발온도를 유지하면서 응축온도를 높이는 제어” 라고 칭할 수 있다.It has been described that the control procedure 200 is "the condensation temperature can be increased while maintaining the evaporation temperature" by using the first control (1) and the third control (3) in the first embodiment. And in the fifth embodiment, if the target high pressure (HP_t) is set higher than the current high pressure, the first control (1) for charging the refrigerant into the circuit operates, and the third control (3) in which the expansion valve is further closed is operated. Explained. Accordingly, the control procedure 200 may be referred to as “control for increasing the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature” in the present invention.

이하 도5의 제어순서 (250) 을 참조하여서, 고압을 낮추고자 하는 경우 (저압은 유지) 바람직한 제어순서에 대하여 설명한다. 현재보다 고압을 내리고자 하기 때문에, 목표고압(HP_t)를 현재 고압보다 낮게 설정한다. 그러면, 현재 고압과 목표고압(HP_t)이 다르기 때문에 목표고압(HP_t)를 달성하기 위하여 “냉매 (충전량) 조절수단으로 고압제어”가 동작하여 냉매를 회로에서 회수(제2 제어)하게 된다. 그러면 초기상태 (H5) 에서, 상기 조작으로 고압 및 저압이 모두 내려가서, 상태 (H6) 이 된다. 원하는 대로 고압이 더 낮게 되었지만, 저압도 내려가서 증발온도가 목표 증발온도(LP_t)보다 낮아졌다. 즉 저압이 목표값(LP_t)를 벗어났다.Hereinafter, with reference to the control procedure 250 of FIG. 5, a preferred control procedure in the case of lowering the high pressure (maintaining the low pressure) will be described. To lower the high pressure than the current one, the target high pressure HP_t is set lower than the current high pressure. Then, since the current high pressure and the target high pressure (HP_t) are different, in order to achieve the target high pressure (HP_t), the “high pressure control with the refrigerant (charge amount) control means” is operated to recover the refrigerant from the circuit (second control). Then, in the initial state H5, both the high and low pressures are lowered by the above operation, and the state H6 is obtained. The high pressure became lower as desired, but the low pressure also went down, so the evaporation temperature was lower than the target evaporation temperature (LP_t). That is, the low pressure deviated from the target value LP_t.

따라서, 목표저압을 유지(달성)하기 위하여 “팽창밸브로 저압제어”가 동작하게 된다. 즉, 낮아진 저압을 목표저압(LP_t)으로 높여야 하기 때문에 팽창밸브를 더 열게(제4 제어) 된다. 그러면 상태 (H6) 에서, 상기 조작으로 고압은 내려오고 저압은 올라가서, 상태 (H7) 이 된다. 즉, 저압은 초기상태 (H5) 와 같은 값으로 유지하게 되고, 고압은 목표고압(HP_t)에 더 가까이 가게 된다. Therefore, in order to maintain (achieve) the target low pressure, the “low pressure control with the expansion valve” is operated. That is, since the lowered low pressure must be raised to the target low pressure LP_t, the expansion valve is further opened (the fourth control). Then, in the state H6, by the above operation, the high pressure decreases and the low pressure rises, resulting in a state H7. That is, the low pressure is maintained at the same value as the initial state (H5), and the high pressure is brought closer to the target high pressure (HP_t).

제어순서 (250) 을 제1 실시예에서는 제2 제어 (2) 와 제4 제어 (4) 를 사용하면, “증발온도를 유지하면서 응축온도를 낮출 수 있다”는 것을 설명하였다. 그리고 제5 실시예에서는 목표 고압(HP_t)을 현재 고압보다 낮게 설정하면, 냉매를 회로에서 회수하는 제2 제어 (2) 가 작동하고, 팽창밸브를 더 여는 제4 제어 (4) 가 동작하게 된다는 것을 설명하였다. 따라서, 제어순서 (250) 을 본 발명에서는 “증발온도를 유지하면서 응축온도를 낮추는 제어”라고 칭할 수 있다.It has been described that the control procedure 250 is "the condensation temperature can be lowered while maintaining the evaporation temperature" by using the second control (2) and the fourth control (4) in the first embodiment. And in the fifth embodiment, if the target high pressure HP_t is set lower than the current high pressure, the second control 2 for recovering the refrigerant from the circuit operates, and the fourth control 4 for further opening the expansion valve is operated. Explained. Accordingly, the control procedure 250 may be referred to as “control to lower the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature” in the present invention.

이하 도11 을 참조하여 본 발명에 적합한 히트펌프(1100)의 냉방모드 제어방법의 일 예를 설명한다. 도11 에서, 히트펌프(1100)은 압축기(C), 응축기 (HEX_C), 액체냉매 저장공간(RS11), 팽창밸브 (EXV) 및 증발기(HEX_E) 가 상기 설명된 순으로 연결되어 냉매 순환 회로를 이룬다. 상기 히트펌프(1100)은 응축기(HEX_C)의 출구부에서 온도와 압력을 측정하는 센서(PT), 응축기 팬(FN_C) 과 증발기 팬 (FN_E)를 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 히트펌프(1100)은 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 부품들을 제어하여서 각 부품들의 성능을 조절하는 것이 바람직하다. 이하의 설명에서 “조절하여”, “제어하여”, “제어되는” 등의 서술이 있으면, “제어기가 상기 서술이 이루어지도록 제어값을 제공함”에 유의하여야 한다. Hereinafter, an example of a method for controlling the cooling mode of the heat pump 1100 suitable for the present invention will be described with reference to FIG. 11. 11, the heat pump 1100 includes a compressor (C), a condenser (HEX_C), a liquid refrigerant storage space (RS11), an expansion valve (EXV), and an evaporator (HEX_E) connected in the order described above to form a refrigerant circulation circuit. Achieve. It is preferable that the heat pump 1100 further includes a sensor PT for measuring temperature and pressure at the outlet of the condenser HEX_C, a condenser fan FN_C, and an evaporator fan FN_E. Further, it is preferable that the heat pump 1100 further includes a controller, and the controller controls the components to adjust the performance of each component. In the following description, if there are descriptions such as "controlled", "controlled", and "controlled", it should be noted that "controller provides control values so that the above description is made".

최악의 고온에서도 냉방모드가 동작할 수 있도록 (응축온도가 높게) 냉매를 히트펌프에 충전한다. 때문에 다른 조건(예, 저부하조건) 에서는 잉여냉매가 시스템 내부에 존재하여 히트펌프의 효율이 낮아진다. 이를 해결하는 방법 중 하나는 잉여냉매를 기체가 아닌 액체로 만들어서, 잉여냉매가 압력에 영향을 주는 것을 최소화 하는 것이다. Refrigerant is charged into the heat pump (high condensation temperature) so that the cooling mode operates even at the worst high temperature. Therefore, under other conditions (eg, low load condition), excess refrigerant is present in the system, which lowers the efficiency of the heat pump. One of the ways to solve this is to make the excess refrigerant into a liquid rather than a gas, thereby minimizing the effect of the excess refrigerant on the pressure.

예를 들어서 열감응식 팽창밸브(TXV)를 사용하는 히트펌프에서, 특정부하에서 시스템이 안정되면 저압부에 있는 냉매량은 거의 일정할 것이다. (전자식 팽창밸브를 사용하여서 저압 및 냉매유량을 제어할 수 있음은 당연하다.) 그리고, 충전된 냉매 중 나머지는 모두 고압부에 존재하게 된다. 고압부에 일정량의 냉매가 기체와 액체로 공존하는 경우, 기체량에 따라서 압력이 변한다. 즉 고압을 현재보다 더 낮추고 싶으면, 고압의 기체냉매가 액체냉매로 되어서 현재보다 기체냉매가 더 적게 되도록 제어를 하면 된다. 본 실시예에서는 상기 액체냉매를 냉매저장공간(RS11) 에 보관한다. 참고로, 상기 냉매 저장공간(RS11)는 응축기(HEX_C)와 일체형으로 구현될 수도 있다. 또한, 선행 특허문헌에 예시된 냉매저장공간에 상기 액체냉매가 저장될 수도 있음은 당연하다.For example, in a heat pump using a thermal expansion valve (TXV), if the system is stabilized under a specific load, the amount of refrigerant in the low pressure section will be almost constant. (It is natural that the electronic expansion valve can be used to control the low pressure and the refrigerant flow rate.) And, the rest of the charged refrigerant are all present in the high-pressure section. When a certain amount of refrigerant coexists as a gas and a liquid in the high-pressure part, the pressure changes according to the amount of gas. That is, if you want to lower the high pressure more than the present, the high-pressure gas refrigerant becomes a liquid refrigerant, so that the gas refrigerant is less than the present. In this embodiment, the liquid refrigerant is stored in the refrigerant storage space RS11. For reference, the refrigerant storage space RS11 may be implemented integrally with the condenser HEX_C. In addition, it is natural that the liquid refrigerant may be stored in the refrigerant storage space illustrated in the prior patent document.

본 실시예에서는 아래와 같이 동작하도록 제어기가 제어를 수행한다.In this embodiment, the controller performs control to operate as follows.

1) 가변용량 압축기: 압축기(C)는 설정된 냉매량을 단위시간당 압축한다. 예를 들어서, 인버터 압축기(C)인 경우는 부하의 크기에 대응하여서 설정된 주파수로 가동한다. 다르게 표현하면, 상기 설정된 주파수는 냉방을 하고자 하는 공간 내부의 실제온도와 목표온도의 차이 값으로부터 계산하여 구한다. 저압 및 과열도가 일정하게 유지가 된다면, 상기 인버터 압축기(C)가 단위시간당 압축하는 냉매량은 주파수별로 일정할 것이다. 이하, 설명의 편의를 위하여 인버터 압축기(C)를 사용하여서 설명한다. 이때, 인버터 압축기 주파수는 단위시간당 냉매압축량을 대표함에 유의하여야 한다. (이하, “단위시간당 냉매 압축량 제어”) 1) Variable capacity compressor: Compressor C compresses the set amount of refrigerant per unit time. For example, in the case of the inverter compressor C, it operates at a set frequency corresponding to the size of the load. In other words, the set frequency is calculated and calculated from the difference between the actual temperature and the target temperature inside the space to be cooled. If the low pressure and superheat degree are kept constant, the amount of refrigerant compressed by the inverter compressor C per unit time will be constant for each frequency. Hereinafter, for convenience of explanation, it will be described using an inverter compressor (C). At this time, it should be noted that the frequency of the inverter compressor represents the amount of refrigerant compression per unit time. (Hereinafter, “refrigerant compression amount control per unit time”)

2) 응축기: 응축기 팬(FN_C)는 응축기(HEX_C) 출구에서 측정된 냉매의 과냉도(SC)가 목표과냉도(SC_t)가 되도록 가동한다. (이하, “응축기 팬으로 과냉도제어”)2) Condenser: The condenser fan (FN_C) operates so that the subcooling degree (SC) of the refrigerant measured at the outlet of the condenser (HEX_C) becomes the target subcooling degree (SC_t). (Hereinafter, “subcooling control with a condenser fan”)

3) 팽창밸브: 팽창밸브(EXV)는 압축기(C) 입구압력(증발기 출구압력)이 목표압력(LP_t)이 되도록 가동한다. 보다 상세하게는, 제어기(미도시)는 팽창밸브(EXV) 개도를 조정하여서 압축기(C) 입구압력(증발기 출구압력)을 제어한다. 이를 위하여, 상기 팽창밸브(EXV)는 전자식 팽창밸브(EEV) 인 것이 바람직하다. 팽창밸브(EEV)를 현재보다 더 열면, 현재보다 더 많은 냉매가 저압으로 내려가서 저압이 올라간다. 반대로 팽창밸브(EEV)를 현재보다 더 닫으면, 현재보다 더 적은 냉매가 저압으로 내려가서 저압이 내려간다. (이하 “팽창밸브로 저압제어”) 3) Expansion valve: The expansion valve (EXV) is operated so that the inlet pressure (evaporator outlet pressure) of the compressor (C) becomes the target pressure (LP_t). More specifically, a controller (not shown) controls the inlet pressure of the compressor C (evaporator outlet pressure) by adjusting the opening degree of the expansion valve EXV. To this end, the expansion valve EXV is preferably an electronic expansion valve EEV. When the expansion valve (EEV) is opened more than the current one, more refrigerant than the current one goes down to the low pressure and the low pressure rises. On the contrary, if the expansion valve (EEV) is closed more than the present, less refrigerant than the present goes down to the low pressure and the low pressure goes down. (Hereinafter “low pressure control with expansion valve”)

열감응식 팽창밸브(TXV)에서 냉매 충전과 회수에 따른, 고압의 변동과 저압의 변동을 살펴 보면, 고압변동이 저압변동보다 훨씬 크다. 만약, 고압이 바람직한 값 이상이 생성될 수 있도록 냉매량이 충전되어 있다면, 그리고 고압과 과열도가 적절한 어떤 값으로 제어되면, 부하 크기별로 저압은 거의 일정한 값(설계 목표 저압)을 가질 것이다. 따라서 이 경우는 “팽창밸브로 저압 제어”라고 칭할 수 있음은 당연하다. When looking at the fluctuation of high pressure and low pressure according to refrigerant charging and recovery in the thermal responsive expansion valve (TXV), the high pressure fluctuation is much larger than the low pressure fluctuation. If the amount of refrigerant is charged so that the high pressure can generate more than a desirable value, and if the high pressure and superheat are controlled to an appropriate value, the low pressure for each load size will have an almost constant value (design target low pressure). Therefore, it is natural that this case can be referred to as “low pressure control with an expansion valve”.

4) 증발기: 전자식 팽창밸브(EEV)인 경우, 증발기 팬(FN_E)는 증발기(HEX_E) 출구에서 측정된 냉매의 과열도(SH)가 목표과열도(SH_t)가 되도록 가동한다. (이하, “증발기 팬으로 과열도제어”)4) Evaporator: In the case of the electronic expansion valve (EEV), the evaporator fan (FN_E) operates so that the superheat (SH) of the refrigerant measured at the outlet of the evaporator (HEX_E) becomes the target superheat (SH_t). (Hereinafter, “superheat control with an evaporator fan”)

팽창밸브가 열감응식(TXV)인 경우는 종래기술과 같이 부하크기에 대응하여 증발기 팬의 속도를 제어하도록 한다.(이하, “부하크기로 증발기 팬 속도 제어”)When the expansion valve is thermally responsive (TXV), the speed of the evaporator fan is controlled in response to the load size as in the prior art (hereinafter, “controlling the evaporator fan speed by the load size”).

5) 고압 조절: 냉매(충전량) 조절수단은 압축기(C)의 출구압력(응축기 입구압력)이 목표압력(HP_t)이 되도록 가동한다. 이를 달성하기 위해 고압에 있는 기체상태의 냉매를 액체냉매로 만드는 량을 조절하고, 액체상태로 된 냉매를 저장공간(RS11)에 저장한다. 5) High pressure control: The refrigerant (charge amount) control means is operated so that the outlet pressure (condenser inlet pressure) of the compressor C becomes the target pressure (HP_t). To achieve this, the amount of refrigerant in the gaseous state at high pressure is adjusted to be a liquid refrigerant, and the refrigerant in the liquid state is stored in the storage space RS11.

고압을 낮추기 위해서는, 고압에 있는 기체냉매를 현재보다 더 줄여야 한다. 이를 위해 응축기 팬(FN_C)는 현재보다 더 따른 속도로 가동하는 것이 바람직하다. 그러면, 기체에서 액체로 변환되는 냉매량이 증가하고 (보다 상세하게는, 압축기가 압축하는 냉매량 보다 더 많이 액체로 변환하고), 과냉도도 증가한다. 그리고, 상기 액체냉매는 응축기 출구와 팽창밸브 중간에 존재하는 액체냉매 저장공간(RS11)에 (바람직하게) 저장(즉, 저장공간으로 회수)될 것이다. 다르게 표현하면 상기 회로에서 저장공간(RS11)으로 냉매가 회수되어서 고압이 낮아진다.In order to lower the high pressure, the gas refrigerant at the high pressure must be reduced more than the present. For this purpose, it is desirable to operate the condenser fan (FN_C) at a higher speed than the current one. Then, the amount of refrigerant converted from gas to liquid is increased (more specifically, the amount of refrigerant compressed by the compressor is converted to liquid more than that), and the degree of subcooling is also increased. In addition, the liquid refrigerant will be (preferably) stored (ie, recovered to the storage space) in the liquid refrigerant storage space RS11 existing between the condenser outlet and the expansion valve. In other words, the refrigerant is recovered from the circuit to the storage space RS11, thereby lowering the high pressure.

한편, 목표과냉도를 현재보다 더 크게 설정하면, 응축기 팬(FN_C)는 현재보다 더 빠른 속도로 가동하고, 기체에서 액체로 변환되는 냉매량이 증가한다. 상기 변환된 액체냉매는 저장공간(RS11)에 (바람직하게) 저장(즉, 저장공간으로 회수)되고, 고압은 낮아질 것이다. 이하, 저장공간으로 냉매를 회수하여서 고압을 낮출 때 목표과냉도를 “회수 목표과냉도(SC_tr)”라고 칭한다.On the other hand, when the target subcooling degree is set to be larger than the present, the condenser fan FN_C operates at a faster speed than the present, and the amount of refrigerant converted from gas to liquid increases. The converted liquid refrigerant is (preferably) stored in the storage space RS11 (ie, recovered to the storage space), and the high pressure will be lowered. Hereinafter, when the refrigerant is recovered to the storage space and the high pressure is lowered, the target subcooling level is referred to as “recovery target subcooling level (SC_tr)”.

고압을 높이기 위해서는, 고압에 있는 기체냉매를 현재보다 더 증가시켜야 한다. 이를 위해 응축기 팬(FN_C)는 현재보다 더 느린 속도로 가동하는 것이 바람직하다. 그러면, 기체에서 액체로 변환되는 냉매량이 감소하고 (보다 상세하게는, 압축기가 압축하는 냉매량 보다 더 적게 액체로 변환하고), 과냉도도 감소한다. 그리고, 액체로 변화되는 냉매량이 상기 팬 속도(FN_C)를 조절하기 이전보다 적어졌으므로, 상기 액체냉매 저장공간(RS11)에 저장되는 냉매량도 적어진다. 다르게 표현하면, 상기 저장공간(RS11)에서 회로로 냉매가 충전되어서 고압이 높아진다. 한편, 목표과냉도를 현재보다 더 작게 설정하면, 응축기 팬(FN_C)는 현재보다 더 느린 속도로 가동하고, 기체에서 액체로 변환되는 냉매량이 감소하여서 고압은 높아질 것이다. 그리고, 액체로 변화되는 냉매량이 상기 팬 속도(FN_C)를 조절하기 전보다 적어 졌으므로, 상기 액체냉매 저장공간(RS11)에 저장되는 냉매량도 적어진다. 이하, 저장공간에서 회로로 냉매를 충전하여서 고압을 높일 때 목표과냉도를 “충전 목표과냉도(SC_tc)”라고 칭한다.In order to increase the high pressure, the gas refrigerant at the high pressure must be increased more than the present. For this purpose, it is desirable to operate the condenser fan (FN_C) at a slower speed than it is today. Then, the amount of refrigerant converted from gas to liquid is reduced (more specifically, the amount of refrigerant compressed by the compressor is converted to liquid less than that), and the degree of subcooling is also reduced. In addition, since the amount of refrigerant changed to liquid is smaller than before the fan speed FN_C was adjusted, the amount of refrigerant stored in the liquid refrigerant storage space RS11 is also reduced. In other words, the refrigerant is charged into the circuit in the storage space RS11, so that the high pressure increases. On the other hand, if the target subcooling degree is set to be smaller than the present, the condenser fan FN_C operates at a slower speed than the present, and the amount of refrigerant converted from gas to liquid decreases, thereby increasing the high pressure. In addition, since the amount of refrigerant changed to liquid is smaller than before the fan speed FN_C is adjusted, the amount of refrigerant stored in the liquid refrigerant storage space RS11 is also reduced. Hereinafter, when the high pressure is increased by charging the refrigerant from the storage space to the circuit, the target subcooling level is referred to as “charging target subcooling level (SC_tc)”.

요약하면, 고압을 높이고자 할 때는 과냉도를 “충전 목표과냉도(SC_tc)로 설정하는 것이 바람직하다. 그리고 고압을 낮추고자 할 때는 과냉도를 “회수 목표과냉도(SC_tr)로 설정하는 것이 바람직하다. 다르게 표현하면, 현재 고압이 목표고압보다 높으면 목표과냉도(SC_t)를 현재보다 더 크게 하고, 현재 고압이 목표고압보다 낮으면 목표과냉도(SC_t)를 현재보다 더 낮게하는 것이 바람직하다. 다양한 환경(예, 외기온도, 부하, 고압, 저압…)에서 다수의 선행실험으로 목표고압을 달성하는데 사용되는 상기 충전 목표과냉도(SC_tc), 회수 목표과냉도(SC_tr) 및 목표과냉도(SC_t)를 구할 수 있고, 상기 구해진 값을 제어기가 사용할 수 있음은 당연하다. [ 이하, “냉매 (충전량) 조절수단으로 고압제어” ]In summary, when you want to increase the high pressure, it is desirable to set the degree of subcooling to “target charge level of subcooling (SC_tc). And when you want to lower the high pressure, it is desirable to set the subcooling degree as “recovery target subcooling degree (SC_tr). In other words, if the current high pressure is higher than the target high pressure, it is preferable to make the target subcooling degree (SC_t) larger than the present, and if the current high pressure is lower than the target high pressure, it is preferable to make the target subcooling degree (SC_t) lower than the current one. The charging target subcooling level (SC_tc), recovery target subcooling level (SC_tr) and target subcooling level (SC_t) are used to achieve the target high pressure through a number of preceding experiments in various environments (eg, outside temperature, load, high pressure, low pressure...) ) Can be obtained, and it is natural that the controller can use the obtained value. [Hereinafter, “high pressure control with refrigerant (charge amount) control means”]

6) 목표 응축온도 설정 : 목표고압(HP_t) [ 응축온도(Tc) ] 는 외기온도(Ta)를 참조하여서 외기온도보다 소정의 값(c1)만큼 높은 것이 바람직하다. 그리고 외기온도 및 부하 크기를 참조하여서 설정하는 것도 바람직하다. 이것을 공식으로 표현하면 아래와 같이 예를 들 수 있다. 6) Target condensation temperature setting: It is preferable that the target high pressure (HP_t) [condensation temperature (Tc)] is higher than the outside air temperature by a predetermined value (c1) by referring to the outside air temperature (Ta). It is also desirable to set it with reference to the outside temperature and the load size. If this is expressed as a formula, an example can be given as follows.

Tc = Ta + c1 Tc = Ta + c1

예) c1=10.0, 부하의 크기에 관계없이 Tc = Ta + 10.0Example) c1=10.0, Tc = Ta + 10.0 regardless of the load size

Tc = Ta + c1 + c2 x 부하 / 정격부하Tc = Ta + c1 + c2 x load / rated load

예) c1=10.0, c2=1.0, 정격부하=10.0 kW, 부하= 2kW 이면 Tc=Ta + 10.2 ℃부하= 4kW 이면 Tc=Ta + 10.4 ℃Example) If c1=10.0, c2=1.0, rated load=10.0 kW, load= 2kW, then Tc=Ta + 10.2 ℃, if load= 4kW, Tc=Ta + 10.4℃

한편, 다양한 환경(예, 외기온도, 부하, 저압…)에서 다수의 선행실험으로 목표응축온도를 구할 수 있고, 상기 구해진 값을 제어기가 사용할 수 있음은 당연하다.On the other hand, it is natural that the target condensation temperature can be obtained through a number of preceding experiments in various environments (eg, outside air temperature, load, low pressure...), and that the obtained value can be used by the controller.

7) 목표 증발온도 설정 : 에어컨의 경우 0 ~ 15 ℃사이의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 내기온도(Tin)를 참조하여서 내기온도보다 소정의 값(e1)만큼 높은 것이 바람직하다. 그리고 내기온도(Tin) 및 부하 크기를 참조하여서 설정하는 것도 바람직하다. 이것을 공식으로 표현하면 아래와 같이 예를 들 수 있다. 냉방 부하가 크면 목표증발온도가 낮아지는 것이 바람직함은 당연하다. 7) Target evaporation temperature setting: For air conditioners, it is desirable to set the value between 0 and 15 ℃. It is preferable that the betting temperature is higher by a predetermined value e1 than the betting temperature, referring to the betting temperature Tin. It is also desirable to set with reference to the inner air temperature (Tin) and the load size. If this is expressed as a formula, an example can be given as follows. It is natural that it is desirable to lower the target evaporation temperature when the cooling load is large.

Te = Tin - e1 Te = Tin-e1

예) e1=15.0, 부하의 크기에 관계없이 Te = Tin - 15.0Example) e1=15.0, Te = Tin-15.0 regardless of the load size

Te = Tin - (e1 + e2 x 부하 / 정격부하)Te = Tin-(e1 + e2 x load / rated load)

예) e1=10.0, e2=10.0, 정격부하=10.0 kWExample) e1=10.0, e2=10.0, rated load=10.0 kW

부하= 3kW 이면 Te=Tin - 13.0 ℃If load= 3kW, Te=Tin-13.0 ℃

부하= 9kW 이면 Te=Tin - 19.0 ℃If load= 9kW, Te=Tin-19.0 ℃

한편, 다양한 환경(예, 내기온도, 부하, 고압…)에서 다수의 선행실험으로 목표증발온도를 구할 수 있고, 상기 구해진 값을 제어기가 사용할 수 있음은 당연하다On the other hand, it is natural that the target evaporation temperature can be obtained through a number of preceding experiments in various environments (eg, internal air temperature, load, high pressure...), and that the obtained value can be used by the controller.

도5의 제어순서 (100), (150), (200) 및 (250)를 본 실시예에서 설명한 제어기의 동작으로 수행 가능함은 당연하다. 실시예5에서 상기 제어순서들에 대한 상세한 설명을 하였으므로 편의상 설명을 생략한다.It is natural that the control procedures (100), (150), (200) and (250) of Fig. 5 can be performed by the operation of the controller described in this embodiment. Since the detailed description of the control procedures has been made in Embodiment 5, the description is omitted for convenience.

한편, 열감응식 팽창밸브(TXV)인 경우는, 저압을 가변하여서 조절은 못하지만, 고압은 제어순서(200) 및 (250)로 가변하여서 조절할 수 있음은 당연하다. 이때, 팽창밸브(TXV)는 제어기가 직접적으로 제어를 할 수 없으므로, 상기 제어절차 (200) 및 (250) 에서 제어기가 직접적으로 제어할 수 있는 것은 냉매의 충전과 회수만 남게 됨은 당연하다. 그러므로 본 명세서에서는 별도의 설명이 없어도, 열감응식 팽창밸브(TXV)인 경우에는, 제어순서 (200)은 냉매의 충전, 제어순서 (250) 냉매의 회수로 해석하여야 한다. 이때, 증발기 팬(FN_E)의 속도는 부하의 크기에 대응하여서 조절되는 것이 바람직하다. On the other hand, in the case of a thermal expansion valve (TXV), it is not possible to adjust the low pressure by varying the low pressure, but it is natural that the high pressure can be adjusted by varying the control sequence 200 and 250. At this time, since the expansion valve TXV cannot be directly controlled by the controller, it is natural that only the charging and recovery of the refrigerant remain in the control procedures 200 and 250 that the controller can directly control. Therefore, in the present specification, even if there is no separate description, in the case of the thermal expansion valve (TXV), the control procedure 200 should be interpreted as charging of the refrigerant and the recovery of the refrigerant in the control procedure 250. At this time, it is preferable that the speed of the evaporator fan FN_E is adjusted according to the size of the load.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였다.The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above.

본 발명에서는, 히트펌프를 냉방 모드로 운전하는 경우에 대하여 상세히 설명하였으나, 난방 모드에서도 본 발명의 개념을 사용할 수 있음은 당연하다. 본 발명의 실시예에서는 각각 하나의 압축기, 실외 열교환기 및 실내 열교환기로 설명하였으나 복수개로 본 발명이 구현될 수 있음은 당업자에게는 당연하다.In the present invention, the case of operating the heat pump in the cooling mode has been described in detail, but it is natural that the concept of the present invention can be used even in the heating mode. In the embodiment of the present invention, it is described as one compressor, an outdoor heat exchanger, and an indoor heat exchanger, respectively, but it is natural to those skilled in the art that the present invention may be implemented in a plurality.

본 명세서에서는 공기와 열교환 하는 것으로 설명하였는데, 액체와 열교환 할 수 있음은 당업자에게는 당연하다. 따라서 본 발명에서, 공기는 물을 포함하는 "유체" 로 해석하여야 한다. 또한, 열교환기에 유체를 공급하는 팬은 열교환기에 액체를 흐르게 하는 펌프를 포함함은 당연하다.In this specification, it has been described that heat exchange with air is performed, but it is natural for those skilled in the art that heat exchange with liquid can be performed. Therefore, in the present invention, air should be interpreted as a "fluid" containing water. In addition, it is natural that the fan for supplying the fluid to the heat exchanger includes a pump for flowing the liquid to the heat exchanger.

자동차에서는 외기 온도가 낮은데도 ( 창문을 닫아서 온실효과로 실내 온도가 높아서, 또는 비가 와서 창에 이슬이 맺혀서.. ) 에어컨을 구동해야 할 경우가 많다. 그리고, 인버터 압축기(일명, 가변용량 압축기)는 높은 부하일 때의 고·저압과 낮은 부하일 때의 고·저압은 약간 다르다. 본 발명에 따른 히트펌프 열교환기는 어떠한 경우에도 최소 소비전력으로 열교환을 할 수 있음은 당연하다. In a car, even though the outside temperature is low (the indoor temperature is high due to the greenhouse effect by closing the window, or because dew has formed on the window due to rain..), there are many cases where the air conditioner needs to be operated. And, the inverter compressor (also known as variable capacity compressor) has a slightly different high/low pressure when it is a high load and a high/low pressure when it is a low load. It is natural that the heat pump heat exchanger according to the present invention can perform heat exchange with minimum power consumption in any case.

종래의 냉매 (충전량) 조절수단이 없는 에어컨은 외기온도가 35℃ 인 경우 응축기 온도는 대략 60℃ 이고, 외기온도가 25℃ 인 경우 응축기 온도는 대략 50℃ 이다. 그리고 냉방 부하량이 결정되면, 응축기의 응축온도 및 증발기의 증발온도를 조절할 수 없었다. 본 발명의 히트펌프로, 차량용 에어컨에서 증발기 온도를 0℃ 설정하고, 과열도 과냉도를 각각 5℃ 로 설정하고, 응축기 온도를 60℃ 에서 50℃ 로 낮추면 성능 (COP) 는 약 30% 개선 된다. 이것은 미국의 자동차 에어컨 연비 측정조건인 SC03 모드 (외기 35℃)에서 에어컨 효율이 약 30% 개선될 수 있음을 의미한다. 그리고, 응축기 온도를 50℃ 에서 40℃ 로 낮추면 성능 (COP)는 약 33% 개선된다. 이것은 미국의 자동차 에어컨에 의한 CO2 발생량 측정조건인 AC17 모드 (외기 25℃)에서 에어컨 효율이 약 33% 개선될 수 있음을 의미한다.In a conventional air conditioner without a refrigerant (charging amount) control means, when the outside air temperature is 35°C, the condenser temperature is approximately 60°C, and when the outside air temperature is 25°C, the condenser temperature is approximately 50°C. And when the cooling load amount was determined, the condensation temperature of the condenser and the evaporation temperature of the evaporator could not be adjusted. With the heat pump of the present invention, performance (COP) is improved by about 30% when the evaporator temperature is set to 0℃ in the vehicle air conditioner, the superheat and subcooling degrees are set to 5℃, and the condenser temperature is lowered from 60℃ to 50℃. . This means that the air conditioner efficiency can be improved by about 30% in the SC03 mode (outside air 35℃), which is a measurement condition for fuel efficiency of automobile air conditioners in the US. And, when the condenser temperature is lowered from 50℃ to 40℃, the performance (COP) is improved by about 33%. This means that the air conditioner efficiency can be improved by about 33% in AC17 mode (25℃ outside air), which is the measurement condition of CO2 generation by automobile air conditioners in the United States.

이상, 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 살펴보았으나 이는 예시에 불과하며, 본 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형된 실시예가 가능함을 이해하여야 할 것이다. 그러므로, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술내용을 쉽게 설명하고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described, but these are only examples, and those of ordinary skill in the art will understand that various modified embodiments are possible therefrom. Therefore, the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely provided for specific examples to easily explain the technical content of the present invention and to aid understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention.

이상과 같은 본 발명의 히트펌프 제어방법에 의하면, 히트펌프 가동중에 고압과 저압의 사이가 더 커지는 것을 방지하여서 히트펌프의 성능(COP)를 높일 수 있으므로, 산업상 이용 가능성이 매우 높다. According to the heat pump control method of the present invention as described above, since it is possible to increase the performance (COP) of the heat pump by preventing the gap between the high pressure and the low pressure from increasing during the operation of the heat pump, industrial use is very high.

그리고, 단순한 개념으로 압력은 "얼마나 많은 것이 들어 있느냐" 로 해석할 수 있다. 에어컨은 최악조건(예, 45 ℃ )에서도 가동이 되어야 한다. 그래서 최악조건을 기준으로 히트펌프에 냉매를 충전을 한다. 그러면, 표준 부하조건(예, 25 ℃ ), 저 부하조건(예, 21 ℃ )에서는 냉매가 과충전된 상태로 운전을 하게 되어, 에너지 효율이 낮게 된다. 본 발명이 제시한 방법으로 (냉매량을 조절하여서) 응축온도를 조절하면 효율이 종래보다 높은 히트펌프가 제공됩니다.And, in a simple concept, pressure can be interpreted as "how many things are there". The air conditioner must be operated even in the worst conditions (eg 45 ℃). So, refrigerant is charged to the heat pump based on the worst condition. Then, in a standard load condition (eg, 25° C.) and a low load condition (eg, 21° C.), the refrigerant is operated in an overcharged state, resulting in low energy efficiency. If the condensation temperature is controlled (by adjusting the amount of refrigerant) in the method suggested by the present invention, a heat pump with higher efficiency than before can be provided.

특히 자동차의 경우 에어컨 가동 차량연비가 개선되고, 에어컨에 의한 온실가스(CO2) 발생량이 감소하므로 산업상 이용 가능성이 매우 높다. In particular, in the case of automobiles, the fuel economy of the air conditioner operating vehicle is improved, and the amount of greenhouse gas (CO 2 ) generated by the air conditioner is reduced, so the possibility of industrial use is very high.

HEX_C 응축기
HEX_E 증발기
EXV, EXV1, EXV2 팽창밸브
C 압축기
RS1, RS2, RS3 냉매 저장탱크
FN_C 응축기 팬
FN_E 증발기 팬
vvc 냉매 충전밸브
vvd 냉매 회수밸브
HEX_C condenser
HEX_E evaporator
EXV, EXV1, EXV2 expansion valve
C compressor
RS1, RS2, RS3 refrigerant storage tank
FN_C condenser fan
FN_E evaporator fan
vvc refrigerant charging valve
vvd refrigerant recovery valve

Claims (17)

압축기, 응축기, 팽창밸브(이하 "제1 팽창밸브") 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬 및 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단(이하 "제2 팽창밸브" )을 포함하는 히트펌프의 제어방법에 있어서,
상기 제2 팽창밸브는 상기 회로에서 냉매를 회수하는 회수밸브, 냉매를 저장하는 저장공간, 상기 회로로 냉매를 충전하는 충전밸브가 상기 순으로 직렬 연결된 것을 포함하여 구성되고,
상기 제2 팽창밸브는 상기 제1 팽창밸브 입구와 저압라인 사이에 설치되고,
목표 응축온도를 설정하는 단계;
응축온도가 상기 목표 응축온도보다 낮을 때는 상기 냉매 조절수단이 상기 회로에 냉매를 충전하는 단계;
응축온도가 상기 목표 응축온도보다 높을 때는 상기 냉매 냉매 조절수단이 상기 회로로부터 냉매를 회수하는 단계; 를 포함하고,
일상운전에서 상기 제2 팽창밸브로 일정량의 냉매가 통과; 하도록 하는 히트펌프 제어방법.
A circuit including a compressor, a condenser, an expansion valve (hereinafter, "first expansion valve") and an evaporator is connected through a sealed refrigerant line, and the condenser fan, the evaporator fan, and the circuit are charged with refrigerant or refrigerant is recovered from the circuit. In the control method of a heat pump comprising a refrigerant (charge amount) control means (hereinafter, "second expansion valve"),
The second expansion valve comprises a recovery valve for recovering the refrigerant from the circuit, a storage space for storing the refrigerant, and a charging valve for charging the refrigerant to the circuit in series in the order,
The second expansion valve is installed between the inlet of the first expansion valve and the low pressure line,
Setting a target condensation temperature;
When the condensation temperature is lower than the target condensation temperature, the refrigerant control means charges the circuit with a refrigerant;
When the condensation temperature is higher than the target condensation temperature, the refrigerant refrigerant control means recovers the refrigerant from the circuit; Including,
A certain amount of refrigerant passes through the second expansion valve in daily operation; Heat pump control method
제1항에 있어서,
상기 제2 팽창밸브를 제어하는데 필요한 전원공급이 개시 되면,
회수밸브(vvd)의 개도를 충전밸브(vvc) 보다 작게 되도록 제어하여 상기 저장공간의 내부에 있는 냉매를 비우는 단계; 를 실시한 다음에,
설정된 초기화 단계 시간(s_init)이 경과 되거나, 고압이 목표고압 보다 높게 되면 충전밸브(vvc)의 개도를 줄이는 단계; 를 더 포함 하는 히트펌프 제어방법.
The method of claim 1,
When the power required to control the second expansion valve is started,
Emptying the refrigerant in the storage space by controlling the opening degree of the recovery valve (vvd) to be smaller than that of the charging valve (vvc); After performing
Reducing the opening degree of the charging valve vvc when the set initialization step time (s_init) elapses or the high pressure is higher than the target high pressure; Heat pump control method further comprising a.
제1항에 있어서,
상기 냉매 충전단계와 회수단계는 충전밸브(vvc)와 회수밸브(vvd) 중 어느 하나의 밸브는 개도를 고정하고, 다른 하나의 밸브를 조절하는 제어; 를 더 포함하는 히트펌프 제어방법.
The method of claim 1,
In the refrigerant charging step and the recovery step, one of the charging valve (vvc) and the recovery valve (vvd) is a control for fixing the opening degree and adjusting the other valve; Heat pump control method further comprising a.
제1항에 있어서,
상기 제1 팽창밸브는 모세관, 열감응식 팽창밸브(TXV), 압력감응식 팽창밸브(PXV) 또는 전자식 팽창밸브(EEV) 중 어느 하나; 인 히트펌프 제어방법.
The method of claim 1,
The first expansion valve may be any one of a capillary tube, a thermal expansion valve (TXV), a pressure sensitive expansion valve (PXV), or an electronic expansion valve (EEV); In heat pump control method.
제1항에 있어서,
상기 충전밸브(vvc) 와 회수밸브(vvd)는 냉매를 바이패스 시키는 오리피스를 포함; 하는 히트펌프 제어방법.
The method of claim 1,
The charging valve (vvc) and the recovery valve (vvd) include an orifice for bypassing the refrigerant; Heat pump control method.
압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을
통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬 및 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로
로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단(냉매 저장공간을 구비)을 포함하
는 히트펌프의 냉방모드 제어방법에 있어서,
"증발온도를 유지하면서 응축온도를 높이는 제어";
"증발온도를 유지하면서 응축온도를 낮추는 제어";
응축기의 열교환량 (Q = c·m·dT)은 동일하게 유지하면서, 상기 응축기 팬 소비전력은 높이고 (즉, 상기 m 을 크게 하고), 상기 압축기 소비전력을 낮추어서 [ 보다 상세하게는, 상기 응축기 내부의 압력(즉, 응축온도)을 낮추어서 상기 dT 는 작게 하고) ] 히트펌프 소비전력을 낮추는 계산 단계; 및
상기 응축기 팬이 최대정격 소비전력 이하로 구동되고 있으면 상기 계산을 하여서 히트펌프의 최소 소비전력을 찾는 단계; 를 포함하는 히트펌프 제어방법.
A refrigerant line with a closed circuit including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator.
Is connected through a condenser fan, an evaporator fan, and a refrigerant in the circuit or the circuit
Including a refrigerant (charge amount) control means (with a refrigerant storage space) for recovering the refrigerant from
In the cooling mode control method of the heat pump,
"Control to increase the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature";
"Control to lower the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature";
While maintaining the same heat exchange amount (Q = c·m·dT) of the condenser, the condenser fan power consumption is increased (i.e., the m is increased), and the compressor power consumption is decreased [more specifically, the condenser A calculation step of lowering the internal pressure (ie, condensing temperature) to reduce the dT)] and lowering power consumption of the heat pump; And
Determining the minimum power consumption of the heat pump by performing the calculation if the condenser fan is driven below the maximum rated power consumption; Heat pump control method comprising a.
압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을
통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬 및 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로
로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단(냉매 저장공간을 구비)을 포함하
는 히트펌프에 있어서,
"증발온도를 유지하면서 응축온도를 높이는 제어";
"증발온도를 유지하면서 응축온도를 낮추는 제어";
"응축온도를 유지하면서 증발온도를 높이는 제어"; 및
"응축온도를 유지하면서 증발온도를 낮추는 제어";
를 포함하는 히트펌프.
A refrigerant line with a closed circuit including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator.
Is connected through a condenser fan, an evaporator fan, and a refrigerant charge in the circuit or the circuit
Including a refrigerant (charge amount) control means (with a refrigerant storage space) for recovering the refrigerant from
Is in the heat pump,
"Control to increase the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature";
"Control to lower the condensation temperature while maintaining the evaporation temperature";
"Control to increase the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature"; And
"Control to lower the evaporation temperature while maintaining the condensation temperature";
Heat pump comprising a.
압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을
통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬 및 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로
로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단(냉매 저장공간을 구비)을 포함하
는 히트펌프의 제어방법에 있어서,
“열교환기”의 열교환량(Q = c·m·dT)은 동일하게 유지하면서, 상기 “열 교환기” 팬 소비전력은 높이고 (즉, 상기 m 을 크게 하고), 상기 압축기 소비전력 을 낮추어서 [ 보다 상세하게는, 상기 열교환기 내부의 압력(즉, 냉매가 끓는점)을 조절하여서 상기 dT 는 작게 하고) ] 히트펌프 소비전력을 낮추는 계산 있어서, 실 외 열교환기 팬의 소비전력 최대치는 상기 팬의 정격소비전력 최대값인 히트펌프 제어방법.
A refrigerant line with a closed circuit including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator.
Is connected through a condenser fan, an evaporator fan, and a refrigerant charge in the circuit or the circuit
Including a refrigerant (charge amount) control means (with a refrigerant storage space) for recovering the refrigerant from
In the control method of the heat pump,
While maintaining the same amount of heat exchange (Q = c·m·dT) of the “heat exchanger”, the “heat exchanger” fan power consumption is increased (ie, m is increased), and the compressor power consumption is lowered to [more] Specifically, the dT is reduced by adjusting the pressure inside the heat exchanger (ie, the boiling point of the refrigerant)]] In the calculation of lowering the power consumption of the heat pump, the maximum power consumption of the outdoor heat exchanger fan is the rated fan Heat pump control method, which is the maximum power consumption.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
목표 응축온도를 설정하는 단계; 및
목표 증발온도를 설정하는 단계; 를 더 포함하는 히트펌프 제어방법.
The method according to any one of claims 6 to 8,
Setting a target condensation temperature; And
Setting a target evaporation temperature; Heat pump control method further comprising a.
제6항에 있어서,
상기 냉매 저장공간에 저장되는 최대 냉매량은 상기 히트펌프 내부에 존재하는 총 냉매량의 1/2 이하인 히트펌프 제어방법.
The method of claim 6,
The heat pump control method in which the maximum amount of refrigerant stored in the refrigerant storage space is less than 1/2 of the total amount of refrigerant present in the heat pump.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
응축온도를 더 낮출 때는 먼저 상기 응축기 팬 소비전력을 더 높여서 과냉도를 더 크게 하고, 상기 조절수단이 상기 회로에서 냉매를 회수; 하고,
증발온도를 더 높일 때는 먼저 상기 증발기 팬 소비전력을 더 높여서 과열도를 더 크게 하고, 상기 조절수단이 상기 회로로 냉매를 충전; 하는 히트펌프 제어방법.
The method according to any one of claims 6 to 8,
When lowering the condensing temperature further, first, the power consumption of the condenser fan is further increased to increase the degree of subcooling, and the control means recovers the refrigerant from the circuit; and,
When the evaporation temperature is further increased, first, the power consumption of the evaporator fan is further increased to increase the superheat degree, and the control means charges the refrigerant into the circuit; Heat pump control method.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
평상시 운전에서 상기 회로를 순환하는 냉매 중 일부는 상기 저장탱크를 통과하도록 하는 히트펌프 제어방법.
The method according to any one of claims 6 to 8,
A heat pump control method in which some of the refrigerant circulating in the circuit passes through the storage tank in normal operation.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉매 조절수단은 기체냉매와 액체냉매를 분리하는 기능을 포함하고;
상기 분리된 기체냉매를 압축기로 공급 하는 히트펌프 제어방법.
The method according to any one of claims 6 to 8,
The refrigerant control means includes a function of separating a gas refrigerant from a liquid refrigerant;
Heat pump control method for supplying the separated gas refrigerant to a compressor.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉매 조절수단은 상기 회로에서 냉매를 회수하는 회부밸브, 냉매를 저장하는 저장공간, 상기 회로로 냉매를 충전하는 충전밸브가 상기 순으로 직렬 연결된 것을 포함하여 구성; 되고,
상기 냉매 조절수단은 상기 응축기 출구와 저압라인 사이에 설치; 하는 히트펌프 제어방법.
The method according to any one of claims 6 to 8,
The refrigerant control means comprises a return valve for recovering the refrigerant from the circuit, a storage space for storing the refrigerant, and a charging valve for charging the refrigerant to the circuit in series in the order; Become,
The refrigerant control means is installed between the outlet of the condenser and the low pressure line; Heat pump control method.
가변용량 압축기, 응축기, 전자식팽창밸브 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬, 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단 및 제어기를 포함하는 히트펌프에 있어서,
목표 고압(HP_t)를 설정하는 단계;
목표 저압(LP_t)를 설정하는 단계;
목표과냉도(SC_t)를 설정하는 단계; 및
목표과열도(SH_t)를 설정하는 단계;를 포함하고,
상기 제어기는, 부하의 크기에 대응하여서 냉매량을 단위시간당 압축하도록 상기 압축기를 조절(예, 인버터 압축기의 경우 부하의 크기에 대응하여 설정된 주파수로 가동)하고,
또한, 상기 제어기는 상기 응축기 출구에서 과냉도가 목표과냉도가 되도록 상기 응축기 팬의 속도를 조절 하고,
또한, 상기 제어기는, 상기 압축기 입구압력(증발기 출구압력)이 목표 저압(LP_t)이 되도록 하는 상기 팽창밸브를 조절하고,
또한, 상기 제어기는 증발기 출구에서 과열도가 목표과열도가 되도록 하는 상기 증발기 팬의 속도를 조절하고,
또한, 상기 제어기는 상기 압축기의 출구압력(응축기 입구압력)이 목표압력(HP_t)이 되도록 하는 상기 냉매(충전량) 조절수단을 조절하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
A circuit including a variable capacity compressor, a condenser, an electronic expansion valve, and an evaporator is connected through a sealed refrigerant line, and a condenser fan, an evaporator fan, and a refrigerant (charging amount) for charging refrigerant to the circuit or recovering refrigerant from the circuit are adjusted. In the heat pump comprising a means and a controller,
Setting a target high pressure (HP_t);
Setting a target low pressure (LP_t);
Setting a target subcooling degree (SC_t); And
Including; setting a target superheat degree (SH_t)
The controller controls the compressor to compress the amount of refrigerant per unit time in response to the size of the load (e.g., in the case of an inverter compressor, it operates at a frequency set corresponding to the size of the load),
In addition, the controller controls the speed of the condenser fan so that the degree of subcooling at the outlet of the condenser is the target subcooling,
In addition, the controller controls the expansion valve to make the compressor inlet pressure (evaporator outlet pressure) a target low pressure (LP_t),
In addition, the controller controls the speed of the evaporator fan so that the superheat degree at the evaporator outlet makes the target superheat degree,
In addition, the controller is a heat pump, characterized in that for adjusting the refrigerant (charging amount) adjusting means for causing the outlet pressure (condenser inlet pressure) of the compressor to become a target pressure (HP_t).
가변용량 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 회로가 밀폐된 냉매라인을 통해 연결되며, 응축기 팬, 증발기 팬, 상기 회로에 냉매를 충전 또는 상기 회로로부터 냉매를 회수하는 냉매 (충전량) 조절수단 및 제어기를 포함하는 히트펌프에 있어서,
목표 고압[응축온도(HP_t)]를 설정하는 단계; 및
목표과냉도(SC_t)를 설정하는 단계; 를 포함하고,
상기 제어기는, 부하의 크기에 대응하여서 냉매량을 단위시간당 압축하도록 상기 압축기를 조절(예, 인버터 압축기의 경우 부하의 크기에 대응하여 설정된 주파수로 가동)하고,
또한, 상기 제어기는 상기 응축기 출구에서 과냉도가 목표과냉도가 되도록 상기 응축기 팬의 속도를 조절 하고,
또한, 상기 제어기는 상기 압축기의 출구압력(응축기 입구압력)이 목표압력(HP_t)이 되도록 하는 상기 냉매(충전량) 조절수단을 조절하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
A circuit including a variable-capacity compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator is connected through a sealed refrigerant line, and a condenser fan, an evaporator fan, a refrigerant (charge amount) control means for charging the refrigerant to the circuit or recovering the refrigerant from the circuit. And in the heat pump comprising a controller,
Setting a target high pressure [condensation temperature (HP_t)]; And
Setting a target subcooling degree (SC_t); Including,
The controller controls the compressor to compress the amount of refrigerant per unit time in response to the size of the load (e.g., in the case of an inverter compressor, it operates at a frequency set corresponding to the size of the load),
In addition, the controller controls the speed of the condenser fan so that the degree of subcooling at the outlet of the condenser is the target subcooling,
In addition, the controller is a heat pump, characterized in that for adjusting the refrigerant (charging amount) adjusting means for causing the outlet pressure (condenser inlet pressure) of the compressor to become a target pressure (HP_t).
제16항에 있어서,
목표 저압[증발온도(LP_t)]를 설정하는 단계; 및
목표과열도(SH_t)를 설정하는 단계; 를 더 포함하고,
상기 팽창밸브는 전자식 팽창밸브(EEV)이고;
상기 제어기는 압축기 입구압력(증발기 출구압력)이 목표 저압(LP_t)이 되도록 하는 상기 팽창밸브를 조절하고,
또한, 상기 제어기는 증발기 출구에서 과열도가 목표과열도가 되도록 하는 상기 증발기 팬 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
The method of claim 16,
Setting a target low pressure [evaporation temperature (LP_t)]; And
Setting a target superheat degree (SH_t); Including more,
The expansion valve is an electronic expansion valve (EEV);
The controller controls the expansion valve to make the compressor inlet pressure (evaporator outlet pressure) a target low pressure (LP_t),
In addition, the controller is a heat pump, characterized in that for controlling the evaporator fan speed so that the superheat degree at the evaporator outlet makes the target superheat degree.
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