KR940008431B1 - 가변 속도 열 펌프의 압축기 전류 제어 방법 - Google Patents

가변 속도 열 펌프의 압축기 전류 제어 방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

가변 속도 열 펌프의 압축기 전류 제어 방법
제1도는 본 발명의 원리를 구현하는 가변 속도 압축기 구동부를 갖는 복합 열 펌프 및 온수 시스템을 도시하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 복합 열 펌프 및 온수 시스템 12 : 압축기
18 : 온수탱크 24 : 외부 코일
26 : 내부 코일 30 : 제어기
36 : 내부 팬 43 : 외부 팬
본 발명은 공조 시스템, 열 펌프 시스템 및 급수 가열을 하는 복합 열 펌프 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 가변 속도 압축기를 갖는 시스템의 압축기 전류 제어에 관한 것이다.
복합 열 펌프는 종종 주거용 옥내공간, 복합 사무실, 병원 등과 같은 주거 또는 상업용 쾌적 공간을 난방하거나 또는 냉방하는데 사용된다. 복합 열 펌프는 또한 급수 가열을 하는데 사용된다. 공조, 쾌적 난방 및 급수 가열용 열 펌프는 케빈 에프, 더들리(Kevin F. Dudley)에게 허여된 발명의 명칭이 "온수 서리 제거 기능을 갖는 열 펌프(Heat Pump Systems with Hot Water Defrost)"인 미합중국 특허 제 4,766,734호에 공지되어 있다. 이 형태의 시스템은 일반적으로 공조 모드, 쾌적 난방 모드, 급수 가열을 포함하는 공조 모드 및 급수 가열을 포함한 쾌적 난방 모드와 같은 여러가지의 작동 모드를 갖는다.
이러한 시스템은 압축기를 구동하는 모터의 속도가 감지된 대기 및 시스템 조건에 반응한 제어기로부터의 속도 명령 신호에 의해 변화될 수 있는 가변 속도 압축기를 구비한다. 일반적으로, 모터의 속도는 고부하의 작동 상태에서는 증가하고 저부하의 작동 상태에서는 감소한다.
주어진 작동 속도에서 가변 속도 압축기의 부하가 증가될 때 압축기의 전류는 가변 속도 구동부의 한계전류에 이를 때까지 증가한다. 그러나, 한번 가변속도 구동부의 한계 전류에 이르면 압축기에 걸리는 부하가 보다 증가하는 경우, 압축기의 속도는 전류가 제한됨에 따라 감소한다. 이 상황은 속도가 0이 될때 압축기의 운전 정지를 가져온다.
본 발명은 한계 전류의 초과로 야기되는 압축기의 정지를 방지하기 위한 가변 속도 시스템의 압축기 전류를 제어하는 것이다. 그러한 제어는 원하는 쾌적공간 변수와 관련하여 소정 압축기 속도를 설정(requesting)하고 실제 압축기 속도를 감지하며 감지된 압축기 속도가 원하는 속도 이하로 떨어지면 내부팬 속도를 증가시킴으로써 열 펌프 시스템 내에서 이루어진다. 내부 팬 속도가 최대 값까지 증가한후 감지된 압축기 속도가 여전히 설정된 소정 속도 이하이면, 외부팬은 작동 중지된다. 외부 팬은 그후 압축기 흡입 압력이 하한 온도 이하로 떨어지는 것을 방지하기 위해 외부 코일 온도에 따라 교대로 작동되거나 작동 중지된다.
제1도에서는 쾌적 실내 공간의 공조 및 난방을 제공하고 급수를 가열하는 복합 열 펌프 및 온수 시스템은 도면 부호(10)으로 표시된다. 이 시스템에서 압축기(12)는 가변속도 형태의 전기 모터를 포함하는 가변속도 구동부(14)에 의해 구동된다. 압축기(12)는 이하에서 가변 속도 압축기를 나타내며 전술한 바에 따라 명백한 바와같이 가변속도는 이하에 기술된 제어기(30)에 의해 가변 속도 구동부에 전달되는 적절한 가변속도 구동 신호에 의해 달성된다.
가변 속도 압축기(12)는 흡입구(S)에서 저압 냉매 가스를 받아들이고 배출포트(D)에서 고압의 냉매 가스를 배출한다. 압축된 냉매는 온수 탱크(18)에서 급수를 가열하기 위해 급수 열 교환기(16)으로 유동한다. 탱크는 열 펌프 시스템에 의해 공급된 열에 보충이 필요할때 작동되는 보조 저항 가열기(20)을 갖는다.
열 교환기(16)으로부터 압축된 냉매 가스는 적절한 도관을 통해 외부 열 교환기 코일(24)에 그리고 내부 열 교환기(28)에 감싸인 내부 열 교환기 코일(26)에 접속되는 사방 밸브(22)로 유동한다. 코일(24, 26)은 또한 적절한 구조의 팽창 밸브(34)가 위치하는 도관(32)에 의해 서로 접속된다. 또한 가변 속도 팬(36)이 내부 열 교환기(28)내에 위치하고 팬(36)의 배출측에 보조 저항 가열 부재(38)이 위치한다. 내부 열교환기(28)은 가정이나 사무실과 같은 내부 쾌적 공간(42)내에 위치되고 항온기(44)가 내부 쾌적 공간(42)내에 위치된다 .외부 코일(24)는 외부 공간(46)에 위치되고 그것에 인접하여 외부코일 온도 감지기(48)이 위치된다. 외부 팬(43)이 외부 코일(24)위로 외부 공기를 이동시킨다.
제어기(30)은 가변 속도 구동기(14), 가변 속도 팬(36), 외부 팬(43) 및 사방 밸브(22)를 제어할 수 있도록 마이크로 프로그램 가능한 기억 저장 용량을 갖는 마이크로프로세서로 이루어진다. 제어기는 또한 외부 코일 온도 감지기(48)과 황온기(44)에 접속된 입력을 갖는다.
사방 밸브(22)는 압축 증기가 두개의 코일(24, 26)을 통하여 유동하는 순서를 바꿈으로써 난방 또는 냉방모드로 될 수 있다. 가열을 위해서는, 압축 냉매 가스는 먼저 응축기로 작용하는 내부 코일(26)으로 유동한다. 응축된 냉매 유체는 그후 도관(32) 및 팽창 밸브(34)를 통하여 증발기로서 작용하는 외부 코일(24)로 유동한다. 저압 가스는 이어서 사방 밸브(22)를 통하여 압축기(12)의 흡입구(S)로 되돌아 온다.
쾌적 공간(42)의 냉방을 위하여, 사방 밸브(22)는 압축 냉매 가스를 압축기에서 응축기로 작동하는 외부코일(24)로, 그리고 그 후에는 도관(32) 및 팽창 밸브(34)를 통하여 증발기로 작동하는 내부 코일(26)으로 유동하도록 세트된다. 저압 냉마 가스는 내부 코일(26)에서 사방 밸브(22)로, 이어서 압축기(12)의 흡입구(S)로 되돌아 간다.급수 열 교환기(16)은 탱크(18)에서 급수를 가열하기 위하여 난방 또는 냉방 모드에서 작동한다.
전술한 제어기의 작동을 요약하면, 제어기는 항온기(44), 가변속도 압축 구동기(14) 및 외부 공기 온도감지기(48)로부터 입력을 수신한다. 제어기의 프로그램화된 마이크로프로세서는 이 입력들을 이용하여 가변속도 구동기(14), 외부 팬(43) 및 내부 팬(36)을 제어한다.
모든 작동 모드에서 제어기(30)는 감지된 실제 압축기 속도와 제어기에 의해 설정된 압축기 속도를 비교함으로써 압축기 과전류 상태 존재 여부를 판단한다. 제어기(30)은 가변 속도 구동기(14)로부터 실제 압축기 속도 신호를 수신한다. 실제 압축기 속도는 제어기에서 설정된 압축기 속도와 비교되는데, 실제 압축기 속도가 소정치 만큼 제어기에 의해 설정된 속도 미만으로 떨어지면 과전류 상태가 존재하는 것이다.
제어기(30)이 과전류 상태를 탐지했을 때, 제어기는 압축기의 부하를 감소시켜 압축기 전류를 허용 작동 수준으로 되돌아 가도록 확실한 조치를 취하도록 프로그램된다. 제어기에 의해 이루어지는 작용은 과전류 상태가 감지 되었을 때 복합 시스템(10)의 작동 모드에 의존하게 된다.
시스템이 냉방 모드에서 작동하고 제어기가 실제 압축기 속도가 소정치 만큼 설정된 속도 미만으로 떨어졌음을 결정하면, 제어기(30)은 압축기(12)의 흡입 압력을 감소시켜 흡입 가스 밀도를 감소시키고 압축기의 부하를 감소시키도록 내부팬(36) 속도를 줄이도록 프로그램된다. 이 작용의 결과로서, 압축기 전류는 강하한다. 제어기는 압축기의 필요한 부하 감소가 일어날 수 있도록 압축기 속도가 감소함에 따라 내부 팬 속도를 선형으로 감소되도록 프로그램된다.
시스템이 난방 모드에서 작동되고, 설정 속도와 실제 속도의 비교가 과전류 상태를 표시할 때, 제어기는, 내부 팬(36)을 최대 속도에 이르게 하고 그것에 의해 압축기 방출 압력과 압축기 토오크 필요량을 감소시키도록 프로그램 된다. 내부 팬을 최대 속도로 이르게 한 후 과전류 상태가 지속되면, 외부 팬(43)은 제2조정단계로서 작동을 정지한다. 외부 팬의 정지는 냉방 모드 작동과 관련하여 전술한 바와같이 압축기 흡입 압력과 압축기 전류를 감소시킨다.
흡입 압력이 하한 압력 미만으로 하강하는 것을(이에 의해 하한 입력 안전장치에 의한 압축기의 완전한 운전 정지를)방지하기 위하여, 외부 팬(43)은 소정 외부 코일 온도에서 사이클을 시작하여 작동을 시작하고 정지한다. 따라서, 외부 팬이 난방 모드에서 정지되고 외부 코일 온도 감지기(48)이 외부 코일 온도가 소정의 최소값 이하로 떨어졌음을 표시할 때, 제어기(30)은 외부 코일 온도 감지기(48)가 온도가 최소값 이상의 소정치로 상승했음을 표시할 때까지 외부 팬(43)을 다시 회전시킨다. 외부 팬의 작동 및 정지는 이러한 방법으로 과전류 조건이 더 이상 존재하지 않을 때까지 교대로 지석된다.
복합 열 펌프 시스템(10)이 냉방 및 온수를 제공하는 작동 모드에 있을때, 냉방 작동 모드만의 보정값은 과전류 상태를 보정하기 위해 사용된다. 이와 유사하게 복합 시스템이 난방 모드에서 작동할 때 및 온수 급수를 할때, 난방 모드의 보정값이 사용될 것이다.
복합 시스템이 예를들어 쾌적 공간을 난방 또는 냉방시키지 않고 급수 가열 모드로만 작동되고 과전류 상태를 감지하는 경우, 제어기(30)은 시스템(10)이 열원으로서 외부 공기를 사용하여 급수를 가열 한다면 외부 팬(43)을 정지 시키도록 프로그램 된다. 이 작용은 압축기의 흡입 압력을 감소시키고, 따라서 압축기 전류를 감소시킨다.
따라서, 전류 한계값을 갖는 가변 속도 압축기가 압축기의 부하를 감소시키도록 설계된 작용에 의해 소정 전류 한계값을 초과하는 것을 방지하도록 제어되는 공조/열 펌프/복합 열 펌프 시스템을 작동시키는 방법이 제공된다.

Claims (5)

  1. 가변 속도 내부 팬(36), 소정 전류 한계값을 갖는 가변 속도 압축기(12)를 구비한 쾌적 공간 냉방을 위한 공조 시스템에서의 소정 전류 한계값의 초과를 방지하기 위한 압축기 전류 제어 방법에 있어서, 원하는 쾌적 공간 온도와 관련하여 소정 압축기 속도를 설정하는 단계와, 압축기 속도를 감지하는 단계와, 감지된 압축기 속도가 상기 설정된 소정 속도 아래로 소정량만큼 하강하면 내부 팬 속도를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 전류 제어 방법.
  2. 가변 속도 내부 팬(36), 외부 팬(43), 내부코일(26) 및 외부 코일(24)와, 소정 전류 한계값을 갖는 가변 속도 압축기(12)를 구비한 쾌적 공간을 난방 또는 냉방을 위한 열 펌프 시스템에서의 난방 작동 동안 소정 전류 한계값의 초과를 방지하기 위한 압축기 전류 제어 방법에 있어서, 원하는 쾌적 공간 온도와 관련하여 소정 압축기 속도를 설정하는 단계와, 압축기 속도를 감지하는 단계와, 감지된 압축기 속도가 상기 설정된 소정 속도 아래로 하강하면 내부 팬 속도를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 전류 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 내부 팬 속도가 최대 값까지 증가된 후 다시 압축기 속도를 감지하는 단계와, 감지된 압축기 속도가 여전히 상기 설정된 속도 미만인 경우 외부 팬(43)을 작동 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 전류 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 외부 코일(24) 온도를 감지하는 단계와, 감지된 외부 코일 온도가 소정 최소값 아래로 하강할때 외부 팬(43)을 재작동화 시키는 단계와, 외부 코일 온도 감지를 연속적으로 하는 단계를 포함하고, 교대로 수행되는 감지된 외부 코일 온도가 상기 소정 최소값 이상으로 소정량 만큼 상승할때 외부 팬을 작동시키는 단계와, 감지된 외부 코일 온도가 상기 소정 최소값을 아래로 하강할 때 외부 팬을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 전류 제어 방법.
  5. 내부 팬(36), 외부 팬(43), 내부코일(26), 외부 코일(24) 및 소정 전류 한계값을 갖는 가변 속도 압축기(12)를 구비한, 주위 쾌적 공간을 난방 또는 냉방시킬 수 있는 복합 열 펌프 및 온수 시스템의 작동 방법에서, 시스템이 열원으로서 외부 공기를 사용하여 급수를 가열할 때 소정 전류 한계값의 초과를 방지하기 위한 압축기 전류 제어 방법에 있어서, 원하는 쾌적 공간 온도와 관련하여 소정의 압축기 속도를 설정하는 단계와, 압축기 속도를 감지하는 단계와, 감지된 압축기 속도가 설정된 소정 속도 아래로 하강하면 외부 팬(43)을 정지시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 압축기 전류 제어 방법.
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