KR920000347B1 - 제상작업 사이의 시간을 결정하는 방법 및 제상 시스템 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

제상작업 사이의 시간을 결정하는 방법 및 제상 시스템
제1도는 본 발명의 열펌프 시스템의 개략도.
제2도는 본 발명의 유니트 제어기의 개략도.
제3도는 본 발명을 수행하는 순서를 나타내는 다이어그램.
제4도는 주위온도 및 모터속도의 함수로서 계산되는 최적 제상 온도차를 나타내는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 내부코일 12 : 외부코일
13 : 압축기 14 : 교환밸브
15 : 라인 16,17 : 팽창밸브
18 : 속도제어기 19,23,26,28,29 : 리이드
21 : 유니트 제어기 32 : 변환기
33 : 마이크로 프로세서 34 : 판독전용 기억장치
본 발명은 열펌프에 관한 것이고, 특히, 제상 공정이 개시되는 시기를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
가열모우드로 작동하는 공기 열펌프의 고유한 특성을 증발기 코일상에 서리가 형성된다는 데에 있으며 축적되는 서리는 시스템의 효율을 감소시킨다. 따라서, 일정한 시간동안 시스템을 역전시킴(즉, 냉각모우드로 작동시킴)으로써 제상 사이클을 주기적으로 작동시키는 것이 통상적인 관행이었다. 이상적으로는, 작업자는 서리 축적치가 에정의 수준에 도달된때에 또는 시스템 효율이 특정비율로 감소될때에만 작동되고 제상이 완료되는데에 필요한 시간동안만 제상 모우드를 유지하는 제상 시스템을 선호하게 된다. 그러므로, 상기 목적을 충족시키기 위한 다양한 제어방법 및 장치가 개발되어 왔다.
코일상의 서리 축적 정도를 결정하는 선행방법은 사진-광학기법을 사용하는 단계, 팬 날개의 속도를 감지하는 단계 및 내부 및 외부코일 사이의 냉매압력 차이를 측정하는 단계를 포함하며, 상기 단계들은 특정 결점을 갖게 된다. 소위 “요구 제상(demand defrost)” 시스템에서 사용되는 다른 접근은 코일과 주위공기 사이의 온도차를 감지하는 단계 및 상기 온도차가 예정수준에 도달될 때 제상 사이클을 개시하는 단계를 포함하였다. 상기 접근에 있어서, 두 개의 센서가 사용되어야 한다는 것을 알 수 있다.
이것은 순차적으로, 정확한 온도측정치를 얻기위해 상기 두 개의 센서를 검정해야 하기 때문에 방법을 복잡하게 한다. 즉, 현존 저항소자(thermistor)들은 고유한 내재적 차이를 가지고 있어서 한쌍이 사용될 경우에는 각각의 시스템에 대한 검정 공정(calibration process)를 수행하는 것이 필요하게 되며 이는 시간 및 비용상의 제약을 초래하게 된다. 검정공정을 수행하지 않고서도 매우 정확한 측정값을 얻을 수 있는 다른 형태의 센서들이 사용된다 할지라도, 제상 시스템에의 동 센서들의 사용은 경제적인 이유로 정당화되지 못하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 개선된 서리제거 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 전 작동주기에 걸쳐서 효율을 최대로 할 수 있는 열펌프의 제상 시스템을 제공함에 있다. 본 발명의 또다른 목적은 고가의 온도센서 또는 검정기법을 사용하지 않고서도 코일상의 서리 축적치를 측정하기 위한 제상 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 제작이 경제적으로 되고 사용시 효율이 높은 제상 시스템을 제공함에 있다.
시스템상에 서리가 형성되면 포화된 증발기 온도의 감소를 초래하게 되며 이것은 또한 흡입압력의 저하 및 효율상의 손실을 가져온다는 것을 알게되었다. 또한, 청결한 코일로부터 서리가 낀 코일로 진행되는 과정에서의 포화온도의 변화는 서리 축적에 기인한 효율저하의 직접적인 측정치로서 사용될 수 있게 된다. 그러므로, 본 발명은 증발기의 온도강하 즉, 제상전과 제상후의 증발기 코일상의 특정점에서의 표면온도차에 감응하여 제상작업 사이의 시간(제상작업이 끝난후 다음 제상작업이 시작되기전까지의 시간)을 변화시킴으로써 서리 축적 기간중의 열펌프 시스템의 효율을 최적화 하는데에 관한 것이다.
따라서, 본 발명의 일면에 따라 제상작업 사이의 시간은 제상전의 포화 코일온도와 제상후의 포화 코일온도 사이의 차이를 응용함으로써 계산된다. 그러므로, 서리축적 정도를 측정하기 위해 단일센서가 사용되며 제상전 포화 코일온도 및 제상후 포화 코일온도 사이의 차이는 서리축적 정도에 비례한다. 다음 제상작업까지의 시간은 상기 온도차이의 함수로서 계산되며, 상기 다음 제상작업까지의 시간은 상기 온도차이에 역비례한다.
또한 제상작업의 개시시에 최적 증발기 온도강하를 유발하는 제상작업간 시간을 선택하는 것이 바람직하게 된다. 이러한 증발기 온도의 최적 강하는 열펌프의 물리적 특성에 의존하기 때문에, 경험적인 데이터를 이용하는 것이 필요하다. 또한, 상기 최적 온도 강하는 열펌프 성능에 영향을 미치는 다른 변수의 함수가 될 수 있다. 주위온도는 고려되어야 하는 주요한 상기 변수로 된다. 따라서, 본 발명의 다른 일면에 따라, 제상전 포화 코일온도 및 제상후 포화 코일온도 사이의 최적차이는 주위온도의 함수로서 계산된다. 특정 시간에 주어진 주위온도에 대응하는 상기 온도차이는 새로운 제상작업 사이의 시간을 계산하기 위해 현존 제상작업 사이 시간에 응용된다. 그러므로 새로운 제상작업 사이 시간은 현존 제상작업 사이 시간에 제상전 포화 코일온도 및 제상후 포화 코일온도 사이의 이론적인 차이와 실제 차이의 비를 곱함으로써 계산된다.
이하 도면을 참조로 하여 본 발명을 상술한다.
제1도를 참조하면, 내부코일(11), 외부코일(12), 압축기(13) 및 교환밸브(14)로 구성되는 열펌프 시스템을 도시한다. 내부코일(11) 및 외부코일(12) 사이의 라인(15)에는 팽창 장치로서 작용하지 않을때에 냉매를 바이패스(bypass)하기 위한 설비를 각각 갖는 팽창밸브(16 및 17)이 설치된다. 상기 모든 부품들은 통상적인 방식으로 작동하여 공기조화 모우드에 있을 때 냉각작용을 제공하며 열펌프 모우드에 있을 때 가열작용을 제공한다.
본 발명이 등속시스템 또는 변속시스템 모두에 동일하게 적용될 수 있지만, 본 실시예에서는 변속 시스템에 관하여 설명된다. 상기 변속시스템은 외부코일(12)내에 정상적으로 배치되는 압축기(13) 및 내부코일(11)용의 팬을 구도시키기 위해 예컨대, 전자적으로 정류된 모터(ECM) 또는 인버터로 구동되는 교류 유도모터와 같은 변속모터를 사용한다. 그러므로, 압축기 속도제어기(18)은 압축기 및 그에 접속된 장비와 연결되고 상기 압축기 및 그에 접속된 장비의 작동을 조화시키기 위해 제공된다.
제어기(18)은 리이드(lead)(19)에 의해 압축기(13)에, 리이드(22)에 의해 유니트 제어기(21)에 전기적으로 연결된다. 상기 유니트 제어기(21)는 순차적으로 릴레이(R1)과 리이드(23)에 의해 교환밸브(14)에, 릴레이(R2)와 리이드(26)에 의해 외부코일 팬(24)에, 그리고 릴레이(R3)와 리이드(28)에 의해 내부코일 팬(27)에 연결된다. 부가하여, 리이드 유니트 제어기는 리이드(29)에 의해 저항소자(T)에 전기적으로 연결된다.
본 발명은 계산되는 제상작업까지의 시간에 따라 제상 사이클을 개시함으로써 제상 사이클의 효율을 최적화하는데에 관한 것이며, 상기 제상작업까지의 시간은 각각의 제상 사이클이 종료된 후에 현존하는 작동 매개변수의 함수로서 조절되어 최적 제상 사이클 길이를 유지하게 된다.
상기와 같이함에 있어서, 측정된 작동매개 변수는 포화증발기 코일온도(SCT)이며, 상기 온도(SCT)는 제상 사이클의 개시전 및 완료후에 저항소자(T)에 의해 측정되어 서리축적에 따른 시스템 성능 강하치를 제공한다. 단일 저항소재가 두 개의 측정에 사용되기 때문에, 온도차이 측정값은 고가의 센서 및 검정을 필요로 하지 않으면서 정확하게 얻어질 수 있다.
제2도에는 제상 제어기능에 사용되는 유니트 제어부품을 도시한다. 제3도에는 본 발명에 따라 제상까지의 대기시간을 결정하기 위해 취해지는 더욱 중요한 각 단계의 순서를 도시한다. 저항소자(T)에서의 온도는 분압기 네트워크(voltage divider ntework)(31), 및 마이크로 프로세서(33)에 연결된 아날로그 디지털 변환기(32)를 통해 해석된다. (이하에 후술되는 방식으로 측정되는) 주위조건이 증발기 코일(12)의 능동적인 제상작업을 필요로 하는 것을 나타낸 후에 마이크로 프로세서(33)이 처음으로 제상체류 모우드를 시작할 때, 마이크로 프로세서(33)내의 제상체류 타이머는 판독 전용 기억장치(34)에 저장된 초기 대기상수로 장하된다(loaded).
상기 상수는, 후속적인 제상 사이클이 이하의 방정식(1)을 적용함으로써 얻어지는 시간을 사용하는 한, 주위온도가 더 이상 제상작업을 필요로 하지 않을 정도로 상승될때까지 초기의 제상 사이클에서만 사용된다.
타이머가 종료되면, 마이크로 프로세서(33)은 외부코일 저항소자(T)의 온도를 판독하고 이것을 제상전 증발기 코일온도로서 저장한다. 압축기 속도(S1)도 변속유니트의 경우에는 저장되게 된다. 그리고나서 유니트는(릴레이(R2)를 오프시킴에 의해) 외부 팬(24)를 오프시키고 (릴레이(R1)을 온시킴에 의해) 교환밸브(14)를 충전시키고 압축기(13)을 최대속도로 가동시킴으로써 능동적인 제상 사이클을 시작한다.
제상작업의 종료는 유니트가 제상 모우드에 있을 때 외부코일(12)를 나가는 액체냉매의 온도에 근거하여 결정된다. 저항소자(T)에 의해 측정된 액체의 온도가 예정값에 도달하면, 코일(12)에는 서리가 없다는 것을 알 수 있게 된다. 만일 액체온도가 최대 제상시간이 종료되기 전에 제상작업의 종료값에 도달되지 않으면, 제상 사이클은 시간에 맞추어 종결되며, 이 경우 정상적인 조절작업이 사용되지 않게된다.
제상 타이머는 최대로 허용가능한 제상 시간으로 장하되며, 마이크로 프로세서(33)은 외부코일 저항소자(T)의 온도를 점검하기 시작한다. 상기 저항 소자에서의 온도가 판독 전용 기억장치(메모리)내에 저장된 종료값에 도달되거나 또는 제상 타이머가 종료되면 제상 사이클은 종결된다. 제상작업이 상기한 온도도달에 의해 종료되면 제상 타이머는 정지되고 온도측정값은 허용범위내에 있는가를 점검하기 위해 체킹된다. 제상작업이 시간의 종료에 의해 종결되면 외부코일 저항소자(T)에서의 온도는 타임아웃시에 체킹된다.
제상 사이클이 종결된 후에, 유니트는 가열 모우드로 복귀된다. 변속 유니트의 경우에, 압축기는 제상 사이클의 개시전에 기억된 속도(S1)으로 복귀된다. 그리고나서, 유니트는 제상작업에 이어지는 지연시간(delay period)동안 상기 속도에서 운전되어 외부코일 온도가 안정되도록 한다. 상기 지연시간의 말기에, 외부코일 저항소자(T)에서의 온도는 다시 판독되며 제상후 증발기 코일온도로서 저장된다. 제상전 증발기 코일온도 및 제상후 증발기 코일온도 사이의 차이는 계산되고 측정된 증발기 온도강하값(측정값 △SCT)로서 저장된다.
그리고나서, 외부의 건구온도는 제상후 코일온도를 사용하여 산정되고, 증발기 코일온도 저하에 대한 최적값(요구되는 △SCT)은 판독전용 기억장치에 저장된 테이블을 사용하여 외부온도의 함수로서 산정된다. 최적 증발기 온도저하에 대한 예시적인 데이터 세트는 제4도에 도시한다.
그리고나서, 차기 제상작업을 위해 기다려야 하는 대기시간은 이하의 식을 이용하여 계산된다.
Figure kpo00001
조절에 연관된 이득(gain)을 제어하고 요구되는 안정성을 제공하기 위해, 상기 배율은 0.5-2.0 범위내로 한정된다.
제상작업이 온도에 따라 종결되고 제상 타이머가 판독전용 기억장치(34)에 저장된 최소 제상길이 이상의 값을 나타내면, 차기 제상작업까지의 대기시간은 지나간 제상작업까지의 대기시간 및 증발기 온도 저하값 △SCT에 근거하여 결정된다. 제상작업이 온도에 의해 종결되지만 제상 타이머가 최소의 허용가능한 제상길이에 대응하는 값 미만으로 산정되지 않으면, 차기 제상작업까지의 대기시간은 지나간 제상작업까지의 대기시간에 판독전용 기억장치에 저장된 상수를 더한 시간이 된다.
제상작업이 시간에 의해 종결되고, 종결시의 외부코일 저항소자에서의 온도가 종결온도 보다는 0℃에 가까우면, 차기 제상작업까지의 대기시간은 판독전용 기억장치(34)에 저장된 최소 제상 시간이 된다. 제상작업이 시간에 의해 종결되나 외부코일 온도가 종결온도에 근접하면, 차기 제상작업까지의 대기시간은 지나간 제상작업까지의 대기시간에서 판독전용 기억장치에 저장된 상수를 뺀값이 된다.
제상작업 체류 타이머는 새로운 제상작업까지의 대기시간 값으로 세팅되며, 상기 값은 다음의 제상간격 계산에 사용되기 위해 기억위치에 저장된다. 유니트가 제상체류 모우드에서 운전되는 동안 외부코일온도는 연속적으로 점검된다. 주위조건이 제상작업을 필요로 하는 범주내에 있는한, 유니트는 전기한 방식으로 제상 대기시간을 조절하게 된다. 그러나, 만약 외부코일(12)가 그 상부에 서리가 더 이상 형성되지 않을 정도로 덥혀지면, 제어에 의해 제상작업 체류 모우드는 취소된다. 그리고나서, (주위조건이 다시 제상작업을 필요로 하게되면) 특정의 미래의 제상작업은 기억장치내에 저장된 초기의 대기시간으로 시작된다.
제상 체류타이머는 압축기가 운전될때에만 감소된다. 만약 압축기는 “온”과 “오프”로 순환되지만 주위조건은 외부코일(12)의 온도가 제상체류 모우드를 취소하기 위한 온도값 이상으로 올라가지 않도록 유지되면, 마이크로 프로세서(33)은 압축기(13)의 운전이 개시되는 매 순간마다 제상 작업 체류 타이머를 작동시키고, 압축기의 운전이 정지되는 매 순간마다 상기 타이머를 정지시킨다. 제상 작업 사이의 대기시간은 압축기의 운전을 필요로 하게되는 코일상에의 서리의 축적시간에 따라 결정되며 지나간 제상작업 후에 결과된 실제시간에는 관계하지 않는다.
본 발명이 바람직한 실시예에 관하여서만 설명되었지만, 본 발명의 정신 및 분야를 이탈하지 않는 한도내에서 변화될 수 있다.

Claims (14)

  1. 외부코일과 내부코일, 압축기 및 교환밸브를 갖는 열펌프 시스템에서 제상작업까지의 시간을 결정하는 방법에 있어서, 제상 전 포화 외부코일 온도를 감지하고 기록하는 단계, 제상 사이클을 개시하고 특정이 예정된 작동매개변수값에 도달하면 상기 제상 사이클을 종료시키는 단계, 제상 후 포화외부코일온도를 감지하고 기록하는 단계, 제상전과 제상후의 포화 외부코일 온도 사이의 실제적인 온도 차이를 결정하는 단계, 및 상기 실제적인 온도차이를 제상작업까지의 시간을 계산하는데 사용하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 제상작업까지의 시간을 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제상작업까지의 시간이 상기 실제 온도차에 역비례하는 것을 특징으로 하는 제상작업까지의 시간을 결정하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 주위온도를 기초로 하여 요구되는 온도차를 결정하는 단계 및 상기 요구되는 온도차를 제상작업까지의 시간을 계산하는데 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제상작업까지의 시간을 결정하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제상작업까지의 시간이 상기 요구되는 온도차에 정비례하는 것을 특징으로 하는 제상작업까지의 시간을 결정하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제상작업까지의 시간이 전기 제상작업까지의 시간의 함수로서 계산되는 것을 특징으로 하는 제상작업까지의 시간을 결정하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제상작업까지의 시간이 전기 제상작업까지의 시간에 상기 요구되는 온도차와 상기 실제적인 온도차의 비를 곱함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 제상작업까지의 시간을 결정하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제상 사이클의 종료 단계가 외부코일내의 액체 냉매의 온도가 예정된 수준에 도달될 때 그 값을 감지하는 단계가 실시된 후에 실시되는 것을 특징으로 하는 제상작업까지의 시간을 결정하는 방법.
  8. 내부코일, 외부코일, 압축기 및 교환밸브를 갖는 개선된 제상 시스템에 있어서, 제상 사이클을 개시하기 직전에 포화 외부코일 온도를 감지하기 위한 센서, 제상 사이클이 종료되자마자 포화 외부코일 온도를 감지하기 위한 센서, 및 상기 두 개의 감지된 포화 코일온도들 사이의 실제온도차를 얻고, 그 함수로써 제상작업까지의 시간을 계산하기 위한 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 제상 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 제상전 포화 외부코일 온도를 감지하기 위한 상기 센서가 제상후 포화 외부코일 온도를 감지하기 위한 센서와 동일한 센서로 되는 것을 특징으로 하는 제상 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 센서가 외부코일과 내부코일 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 제상 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 외부코일이 그 상부에 서리가 충분히 형성될 정도로 냉각될 때를 감지하기 위한 센서 및 상기 상태를 감지한 후 예정된 시간이 경과된 후에 제상 사이클을 개시하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제상 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 센서가 제상 전 포화 외부코일 온도를 감지하기 위한 센서와 동일한 센서인 것을 특징으로 하는 제상 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 주위온도의 함수로서 상기 두 개의 감지된 포화코일 온도들 사이의 요구되는 차이를 결정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제상 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 계산수단이 상기 요구되는 온도차이의 함수로서 제상작업까지의 시간을 계산하게되는 것을 특징으로 하는 제상 시스템.
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