WO2023177092A1 - 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2023177092A1
WO2023177092A1 PCT/KR2023/002123 KR2023002123W WO2023177092A1 WO 2023177092 A1 WO2023177092 A1 WO 2023177092A1 KR 2023002123 W KR2023002123 W KR 2023002123W WO 2023177092 A1 WO2023177092 A1 WO 2023177092A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature
refrigerant
water
expansion valve
pressure
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/002123
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김태일
이석호
장민
한상윤
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Publication of WO2023177092A1 publication Critical patent/WO2023177092A1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/10—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/006—Accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2513—Expansion valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2106—Temperatures of fresh outdoor air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21—Temperatures
    • F25B2700/2116—Temperatures of a condenser

Definitions

  • the disclosed invention relates to a heat pump system and a control method thereof, and relates to a heat pump-type system capable of supplying hot water through heat exchange and a control method thereof.
  • the control unit sets the higher value of the water intake temperature detected by the water temperature sensor plus the fourth constant and the minimum compression ratio plus the fifth constant multiplied by the low pressure absolute pressure as the lower limit of the target condensation temperature. You can set it.
  • the expansion valve can be controlled not to do this.
  • control unit may control the expansion valve so that the opening degree of the expansion valve does not decrease and perform low-pressure superheat control.
  • high-temperature water discharge can be achieved by performing expansion valve control according to the target condensation temperature, operation reliability in low/high temperature outdoor conditions can be improved, and heating operation can be performed with optimal efficiency. can do.
  • Figure 2 is a diagram showing the flow of refrigerant in a heat pump system according to one embodiment.
  • Figure 7 is a diagram showing a target condensation temperature according to one embodiment.
  • Figure 9 is a diagram showing a control block diagram of a heat pump system according to another embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a heat pump system according to an embodiment.
  • the flow path switching valve 106 may be configured as a four-way valve, and switches the flow of refrigerant discharged from the compressor 102 according to the operation mode (cooling or heating), thereby forming a refrigerant flow path necessary for operation in the corresponding mode.
  • the flow path switching valve 106 includes a first port 106a connected to the outlet side 102b of the compressor 100, a second port 106b connected to the outdoor heat exchanger 108, and a water heat exchanger ( It may have a third port 106c connected to the 112) side and a fourth port 106d connected to the accumulator 104, which is the inlet side 102a of the compressor 100.
  • the heat pump system (1) is compressor (102) ⁇ flow path switching valve (106) ⁇ water heat exchanger (112) ⁇ expansion valve (110) ⁇ outdoor heat exchanger (108) ⁇ flow path switching valve (106) ⁇ accumulator. Heating operation can be performed by configuring a refrigerant cycle that circulates in the order of (104) ⁇ compressor (102).
  • the processor 141 may include various logic circuits and operation circuits, process data according to a program provided from the memory 142, and generate control signals according to the processing results.
  • control unit 140 may control the expansion valve 110 so that the opening degree of the expansion valve 110 does not decrease.
  • the high pressure of the refrigerant passing through the compressor 102 may increase and the refrigerant may overheat, so do not reduce the opening degree of the expansion valve 110 to increase the flow rate of the refrigerant. You can control it.
  • control unit 140 operates the expansion valve ( 110) can be controlled.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

개시된 발명의 일 측면에 따른 히트 펌프 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축된 냉매와 입수된 물 사이의 열 교환이 이루어지는 물 열 교환기; 상기 물 열 교환기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브; 상기 팽창 밸브에서 팽창된 냉매와 실외 공기 사이의 열 교환이 이루어지는 실외 열 교환기; 상기 물 열 교환기에서 응축될 냉매의 온도를 감지하는 고압 압력 센서; 상기 물 열 교환기에서 열 교환이 이루어진 물의 온도를 감지하는 출수 온도 센서;및 상기 출수 온도 센서의 감지 결과에 기초하여 상기 냉매의 목표 응축 온도를 결정하고, 상기 목표 응축 온도와, 상기 고압 압력 센서에 의해 감지된 현재 응축 온도를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법
개시된 발명은 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 열 교환을 통해 온수를 공급할 수 있는 히트 펌프 방식의 시스템 및 그 제어 방법에 관한 발명이다.
일반적으로, 열은 고온 측에서 저온 측으로는 자연스럽게 이동하지만, 저온 측에서 고온 측으로 열을 이동시키려면 외부에서 어떤 작용을 가하여야 한다. 이것이 히트 펌프의 원리이다. 히트 펌프는 냉매의 압축과 응축 및 증발의 순환 과정에서 발생 및 회수되는 열을 이용하여 냉, 난방(Air to Air) 및 물 공급(Air to Water)을 수행한다.
히트 펌프 방식을 이용한 멀티형 냉난방 장치(이하, '공기 조화 시스템'이라 한다)는, 실외기(Outdoor Unit), 실내기(Indoor Unit), 하이드로 유닛(Hydro Unit), 물탱크 유닛(Water Tank Unit)으로 구성되어, 히트 펌프의 열을 실내의 바닥 난방이나 급탕, 실내 공기의 냉난방 등에 이용한다.
종래 에어컨의 히트 펌프 시스템은 난방운전 시 실외기는 증발기를 통해 공기와 열 교환하고 실내기의 응축기를 통해 내부 공기를 사용자의 요구에 맞게 온도를 조정하였다.
EHS(Eco Heating/cooling Solution) 시스템은, 실외기는 공기와 열 교환하는 것은 동일하나 실내기 또는 실외기 내부의 열 교환기를 통해 냉매와 물(water)을 열 교환하여 사용자 요구에 맞는 물(water)온도로 공급해준다.
EHS 시스템은 난방 운전을 기준으로, 실외기에 증발기와 응축기를 모두 가지는 Mono 시스템과 실외기에 증발기 실내쪽에 응축기를 가지는 Split 시스템으로 구분되며, 공급된 물(Water)은 바닥난방, 라디에이터, 급탕, Fan Coil Unit 등으로 사용된다.
냉매의 상변화를 통해 고압의 냉매를 저압의 냉매로 변화시키는 팽창밸브의 제어는 전자변 팽창 밸브(EEV)를 통해 이루어 지며 시스템에 압력센서가 없는 경우 온도 센서를 통한 압축기 토출 온도에 따른 팽창 밸브 제어를 하거나, 압력센서와 온도 센서가 모두 있는 경우 저압을 측정하고 저압 압축기 입구의 온도를 측정한 후 저압 과열도 제어를 하였다.
에어컨의 난방 운전 효율을 상승하고 운전 한계를 확장하기 위해 주요부품인 증발기, 응축기, 압축기, 팽창 밸브에 추가로 과냉각 열 교환기를 통한 인젝션 압축기를 적용하였으며 이 경우 압력센서와 온도 센서를 통한 저압 과열도 확보를 위한 EEV 제어를 하였다.
인젝션 압축기가 적용된 시스템에 저압 과열 확보 EEV 제어를 할경우 운전 조건(실외온도, Water온도)에 따른 필요 인젝션 조건이 달라지며 응축기, 증발기, 과냉각 열 교환기의 최적 냉매량이 달라져 단순한 석션 과열도 제어만으로는 최적 조건이상으로 고압이 상승하여 효율이 감소하거나 신뢰할 수 있는 고압을 초과할 수 있고, 반대로 인젝션 유량이 부족한 경우 압축기 토출 온도가 과열되어 압축기 신뢰성에 문제가 될 수 있다.
개시된 발명의 일 측면은 목표 응축 온도에 따른 팽창 밸브 제어를 수행하여 고온의 출수를 달성할 수 있고, 저온/고온의 실외 조건에서의 운전 신뢰성을 높일 수 있으며 최적의 효율로 난방 운전을 수행할 수 있는 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법을 제공한다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 히트 펌프 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축된 냉매의 압력을 감지하는 고압 압력 센서; 상기 압축된 냉매와 입수된 물 사이의 열 교환이 이루어지는 물 열 교환기; 상기 물 열 교환기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브; 상기 팽창 밸브에서 팽창된 냉매와 실외 공기 사이의 열 교환이 이루어지는 실외 열 교환기; 상기 물 열 교환기를 지나간 냉매의 온도를 감지하는 과냉 온도 센서; 상기 물 열 교환기에서 열 교환이 이루어진 물의 온도를 감지하는 출수 온도 센서;및 상기 출수 온도 센서와 감지 결과에 기초하여 상기 냉매의 목표 응축 온도를 결정하고, 상기 목표 응축 온도와, 상기 고압 압력 센서에 의해 감지된 압력을 포화 온도로 변환된 값은 응축 온도로 하여 현재 응축 온도를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
실외 온도를 감지하는 실외 온도 센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 실외 온도 센서에 의해 감지된 실외 온도에 따른 최대 출수 온도 및 목표 출수 온도에 기초하여 상기 목표 응축 온도의 상한 값을 설정할 수 있다.
입수 온도를 감지하는 입수 온도 센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 입수 온도 센서에 의해 감지된 입수 온도 및 최소 압축비에 기초하여 상기 목표 응축 온도의 하한 값을 설정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 결정된 목표 응축 온도보다 상기 고압 압력 센서에 의해 감지된 압력을 포화 온도로 변환된 값을 응축 온도로 하며 응축 온도의 감지 결과에 기초한 현재 응축 온도가 더 높으면, 상기 팽창 밸브의 개도가 증가하도록 상기 팽창 밸브를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 결정된 목표 응축 온도보다 상기 고압 압력 센서에 의해 감지된 압력을 포화 온도로 변환된 값을 응축 온도로 하며 응축 온도의 감지 결과에 기초한 현재 응축 온도가 더 낮으면, 상기 팽창 밸브의 개도가 감소하도록 상기 팽창 밸브를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 출수 온도 센서에 의해 감지된 현재 출수 온도에 제1 상수를 더한 값을 상기 목표 응축 온도로 설정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 실외 온도 센서에 의해 감지된 실외 온도에 따른 최대 출수 온도에 제2 상수를 더한 값 및 상기 목표 출수 온도에 제3 상수를 더한 값 중 낮은 값을 상기 목표 응축 온도의 상한 값으로 설정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 입수 온도 센서에 의해 감지된 입수 온도에 제4 상수를 더한 값 및 상기 최소 압축비에 제5상수를 더한 값에 저압 절대압을 곱한 값 중 높은 값을 상기 목표 응축 온도의 하한 값으로 설정할 수 있다.
상기 냉매를 일시적으로 저장하고, 기화되지 않은 액체 상태의 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 어큐물레이터에 냉매가 존재하지 않는 것으로 판단되면, 상기 팽창 밸브의 개도가 감소하지 않도록 상기 팽창 밸브를 제어할 수 있다.
상기 어큐뮬레이터에 들어가기 전의 냉매의 저압 온도 및 저압 압력을 감지하는 저압 온도 센서 및 저압 압력 센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 저압 온도 센서에 의해 감지된 저압 온도 및 상기 저압 압력 센서에 의해 감지된 압력에 기초한 저압 포화 온도의 차이를 기초로 상기 팽창 밸브의 개도를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 저압 온도가 상기 저압 포화 온도보다 높은 것으로 판단되면, 상기 팽창 밸브의 개도가 감소하지 않도록 상기 팽창 밸브를 제어하고, 저압 과열도 제어를 수행할 수 있다.
상기 압축기는, 상기 물 열 교환기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제1압축부와, 상기 제1압축부를 통과한 냉매와 상기 물 열 교환기와 상기 팽창 밸브 사이에 위치한 과냉각 열교환기에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 함께 유입되어 압축되는 제2압축부를 포함할 수 있다.
상기 제1상수 내지 제5 상수는, 실제 온도와 감지된 온도의 편차 및 최적 응축 온도에 기초하여 결정되는 상수일 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따른 히트 펌프 시스템의 제어 방법은, 압축기에 의해 압축된 냉매의 압력을 감지하고 압력을 포화 온도로 변환된 값을 응축 온도로 하며; 상기 물 열 교환기에서 열 교환이 이루어진 물의 온도를 감지하고; 상기 감지된 열 교환이 이루어진 물의 온도에 기초하여 냉매의 목표 응축 온도를 결정하고; 상기 목표 응축 온도와 상기 감지된 현재 고압 압력 센서의 응축 온도를 비교하고; 및 상기 비교 결과에 따라 팽창 밸브의 개도를 제어하는 것;을 포함할 수 있다.
실외 온도를 감지하는 것;을 더 포함하고, 상기 목표 응축 온도를 결정하는 것은, 상기 감지된 실외 온도에 따른 최대 출수 온도 및 목표 출수 온도에 기초하여 상기 목표 응축 온도의 상한 값을 설정하는 것을 포함할 수 있다.
입수 온도를 감지하는 것;을 더 포함하고, 상기 목표 응축 온도를 결정하는 것은, 상기 감지된 입수 온도 및 최소 압축비에 기초하여 상기 목표 응축 온도의 하한 값을 설정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 것은, 상기 결정된 목표 응축 온도보다 상기 감지된 현재 고압 압력 센서의 응축 온도가 더 높으면, 상기 팽창 밸브의 개도가 증가하도록 상기 팽창 밸브를 제어하는 것을 포함할 수 있다.
상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 것은, 상기 결정된 목표 응축 온도보다 상기 감지된 현재 고압 압력 센서의 응축 온도가 더 낮으면, 상기 팽창 밸브의 개도가 감소하도록 상기 팽창 밸브를 제어하는 것을 포함할 수 있다.
상기 목표 응축 온도를 결정하는 것은, 상기 감지된 현재 출수 온도에 제1 상수를 더한 값을 상기 목표 응축 온도로 설정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 목표 응축온도의 상한 값을 설정하는 것은, 상기 감지된 실외 온도에 따른 최대 출수 온도에 제2 상수를 더한 값 및 상기 목표 출수 온도에 제3 상수를 더한 값 중 낮은 값을 상기 목표 응축 온도의 상한 값으로 설정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 목표 응축온도의 하한 값을 설정하는 것은 상기 감지된 입수 온도에 제4 상수를 더한 값 및 상기 최소 압축비에 제5상수를 더한 값에 저압 절대압을 곱한 값 중 높은 값을 상기 목표 응축 온도의 하한 값으로 설정하는 것을 포함할 수 있다.
냉매를 일시적으로 저장하는 어큐물레이터에 냉매가 존재하지 않는 것으로 판단되면, 상기 팽창 밸브의 개도가 감소하지 않도록 상기 팽창 밸브를 제어하는 것;을 더 포함할 수 있다.
상기 어큐뮬레이터에 들어가기 전의 냉매의 저압 온도 및 저압 압력을 감지하는 것;을 더 포함하고, 상기 팽창 밸브를 제어하는 것은, 상기 감지된 저압 온도 및 상기 감지된 압력에 기초한 저압 포화 온도의 차이를 기초로 상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 것을 포함할 수 있다.
상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 것은, 상기 저압 온도가 상기 저압 포화 온도보다 높은 것으로 판단되면, 상기 팽창 밸브의 개도가 감소하지 않도록 상기 팽창 밸브를 제어하고, 저압 과열도 제어를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
상기 냉매를 압축하는 것;을 더 포함하고, 상기 냉매를 압축하는 것은, 상기 물 열 교환기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제1압축 과정과, 상기 제1압축 과정을 통과한 냉매와 상기 물 열 교환기와 상기 팽창 밸브 사이에 위치한 과냉각 열교환기에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 함께 유입되어 압축되는 제2압축 과정을 포함할 수 있다.
상기 제1상수 내지 제5 상수는, 실제 온도와 감지된 온도의 편차 및 최적 응축 온도에 기초하여 결정되는 상수일 수 있다.
개시된 발명의 일 측면에 따르면, 목표 응축 온도에 따른 팽창 밸브 제어를 수행하여 고온의 출수를 달성할 수 있고, 저온/고온의 실외 조건에서의 운전 신뢰성을 높일 수 있으며 최적의 효율로 난방 운전을 수행할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 구성도를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 제어 블록도를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템에 포함된 복수의 센서를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 제어부가 목표 응축 온도를 설정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 제어부가 목표 응축 온도의 상한 값 및 하한 값을 설정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 목표 응축 온도를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 응축 온도에 따라 팽창 밸브의 개도가 제어되는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 제어 블록도를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결" 또는 "결합"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결 또는 결합되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결 또는 결합되어 있는 경우를 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 구성도를 나타내는 도면이다.
히트 펌프 시스템(1)은, 압축기(102), 물 열 교환기(112), 팽창 밸브(110), 실외 열 교환기(108), 유로 전환 밸브(106) 및 어큐뮬레이터(104)를 포함할 수 있다.
압축기(102)는 입구측(102a)를 통해 흡입되는 저온 저압의 냉매를 압축하여 고온 고압의 냉매를 형성한 후, 고온 고압의 냉매를 출구측(102b)을 통해 토출한다. 압축기(102)는 입력 주파수에 따라 압축 용량이 가변되는 인버터 압축기로 구성할 수도 있고, 압축 용량이 일정한 복수의 정속 압축기의 조합으로 구성할 수도 있다. 압축기(102)의 입구측(102a)은 어큐뮬레이터(104)에 연결되고, 압축기(102)의 출구측(102b)은 유로 전환 밸브(106)와 연결된다. 유로 전환 밸브(106)는 어큐뮬레이터(104)에도 연결된다.
어큐뮬레이터(104)는 압축기(102)의 입구측(102a)과 유로 전환 밸브(106) 사이에 설치될 수 있다. 어큐뮬레이터(104)는 유로 전환 밸브(106)를 통해 응축된 액냉매가 유입되면 오일과 냉매의 혼합물을 일시적으로 저장하고, 기화되지 않은 액냉매를 분리하여 액냉매가 압축기(102)로 흡입되는 것을 방지함으로써 압축기(102)의 손상을 방지할 수 있다. 어큐뮬레이터(104)에서 분리된 가스 냉매는 압축기(102)의 입구측(102a)으로 흡입된다.
유로 전환 밸브(106)는 사방 밸브로 구성될 수 있으며, 압축기(102)에서 토출되는 냉매의 흐름을 운전 모드(냉방 또는 난방)에 따라 전환함으로써, 해당 모드의 운전에 필요한 냉매 유로가 형성되도록 한다. 유로 전환 밸브(106)는 압축기(100)의 출구측(102b)에 연결되는 제1포트(106a)와, 실외 열교환기(108)측에 연결되는 제2포트(106b)와, 물 열 교환기(112)측에 연결되는 제3포트(106c)와, 압축기(100)의 입구측(102a)인 어큐뮬레이터(104)에 연결되는 제4포트(106d)를 가질 수 있다.
실외 열교환기(108)는 냉방 모드에서는 응축기로 동작하고, 난방 모드에서는 증발기로 동작한다. 실외 열교환기(108)의 일 측에는 제1팽창 밸브(110)가 연결된다. 실외 열교환기(108)에는 냉매와 실외 공기 사이의 열교환 효율을 높이기 위한 실외 팬(109)이 설치될 수 있다.
팽창 밸브(110)는 전자 팽창 밸브(Electronic Expansion Valve)로 구성될 수 있으며, 냉매를 팽창시키고 냉매의 유량을 조절하며 필요한 경우 냉매의 유동을 차단할 수 있다. 팽창 밸브(110)는 이러한 기능을 수행하는 다른 구조의 팽창 장치로 대체될 수도 있다.
물 열교환기(112) 내부에는 냉매가 통과하는 열 교환 판과 물이 통과하는 열 교환 판이 서로 교대로 다수 설치되며, 냉매가 통과하는 열 교환 판과 물이 통과하는 열 교환 판 사이의 열 교환을 통해 냉수/온수가 생성된다. 물 열 교환기(112)에는 압축기(102)에서 압축된 냉매가 전달될 수 있다. 물 열 교환기(112)에서 생성된 냉수/온수는 급수 탱크와, 팬 코일 유닛(fan coil unit), 바닥 냉방/난방 장치 등에 제공되어 냉수/온수 공급과 냉방/난방에 사용된다
도 2는 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.
본 발명의 경우 냉매와 물을 열 교환하여 온수를 공급하는 데 주 목적이 있으므로 난방 모드로 동작할 때의 냉매 사이클을 중점적으로 설명한다.
제어부(140)는 유로 전환 밸브(106)를 동작시켜 제1포트(106a)와 제3포트(106c)가 연결되고, 제2포트(106b)와 제4포트(106d)가 연결되는 냉매 유로를 형성할 수 있다.
이에 따라, 압축기(102)에서 토출된 냉매는 유로 전환 밸브(106)를 거쳐 물 열 교환기(112)로 흐를 수 있다.
물 열 교환기(112)로 유입된 냉매는 물 열교환기(112)를 거쳐 실외 열교환기(108)로 흐른다. 실외 열교환기(108)를 통과한 냉매는 다시 유로 전환 밸브(106)를 거쳐 압축기(102)로 흡입될 수 있다.
이에 따라, 히트 펌프 시스템(1)은 압축기(102)→ 유로 전환 밸브(106)→ 물 열교환기(112)→ 팽창 밸브(110)→ 실외 열교환기(108)→ 유로 전환 밸브(106)→ 어큐뮬레이터(104)→ 압축기(102) 순으로 순환되는 냉매 사이클을 구성하여 난방 운전을 수행할 수 있다.
본 발명의 히트 펌프 시스템(1)은, 과냉각 열 교환기(114)를 더 포함할 수 있다.
과냉각 열 교환기(114)는, 물 열 교환기(112)와 팽창 밸브(110) 사이에 위치하여 압축기(102)로 냉매를 흐르게 할 수 있다.
즉, 이 경우 압축기(102)는 2단의 냉매 압축을 수행할 수 있다.
압축기(102)는 물 열 교환기(112)를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제1압축부(102-1)와, 제1압축부(102-1)를 통과한 냉매와 물 열 교환기(112)와 상기 팽창 밸브(110) 사이에 위치한 과냉각 열 교환기(114)에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 함께 유입되어 압축되는 제2압축부(102-2)를 포함할 수 있다.
즉, 과냉각 열 교환기(114)에 따른 압축기(102)로의 냉매 인젝션은, 물 열 교환기(112)를 통과한 냉매를 뽑아내어 증기 또는 이상[Two Phase] 냉매(만)를 압축기(102)의 인젝션 포트에 주입하여 이루어질 수 있다.
이에 따라 압축기(102)는 기존의 사이클대로 물 열 교환기(112)를 통과한 냉매뿐만 아니라 과냉각 열 교환기(114)에서 분기되어 인젝션되는 냉매도 추가적으로 압축할 수 있다.
이에 따라 증기 냉매를 압축기(102)의 인젝션 포트에 공급함으로써 압축기(102)의 효율이 향상될 수 있고, 응축기 측 냉매의 유량을 증가시킴으로써 응축기의 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 물 열 교환기(112, 내부 열 교환기)에서 토출 측 냉매의 과냉도를 더욱 확보함으로써 효율적인 운전을 수행할 수 있다. 또한 압축기(102)의 토출온도를 감소 할 수 있어 운전 범위를 증가시킬 수 있다.
이상은 히트 펌프 시스템(1)의 기본 구성과 냉매의 흐름을 설명하였다. 아래에서는 이러한 냉매의 흐름에 기초하여, 목표 응축 온도를 설정하고 이에 기초하여 팽창 밸브(110)를 제어하는 과정에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 제어 블록도를 나타내는 도면이다.
히트 펌프 시스템(1)은 팽창 밸브(110)에 더하여 과냉 온도 센서(120), 고압 압력 센서(127), 출수 온도 센서(122) 및 제어부(140)를 더 포함할 수 있고, 제어부(140)는 프로세서(141)와 메모리(142)를 포함할 수 있다.
고압 압력 센서(127)는, 압축기(102)에 의해 토출된 냉매의 압력을 감지할 수 있으며 압력의 포화 온도 계산으로 응축 온도를 알수 있다.
과냉 온도 센서(120)는, 물 열 교환기(112)를 통과하는 과정에서 물과 열을 교환하면서 과냉 된 냉매의 온도를 감지할 수 있다.
출수 온도 센서(122)는, 물 열 교환기(112)를 통과하는 과정에서 열 교환된 물의 온도를 감지할 수 있다.
팽창 밸브(110)는 전술한 바와 같이, 물 열 교환기(112)를 통과하여 응축된 냉매를 팽창시킬 수 있다.
제어부(140)는, 팽창 밸브(110)를 제어하기 위한 제어 프로그램 및 제어 데이터를 기억하는 메모리(142)와 메모리(142)에 저장된 제어 프로그램 및 제어 데이터에 따라 제어 신호를 생성하는 프로세서(141)를 포함할 수 있다. 메모리(142)와 프로세서(141)는 일체로 마련되거나, 별도로 마련될 수 있다.
메모리(142)는 각종 센서에 의해 감지된 온도와 압력 후술할 제1 상수 내지 제5 상수 등을 저장할 수 있고, 팽창 밸브(110)를 제어하기 위한 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있다.
메모리(142)는 데이터를 일시적으로 기억하기 위한 S램(Static Random Access Memory, S-RAM), D랩(Dynamic Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리(142)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(142)는 데이터를 장기간 저장하기 위한 롬(Read Only Memory), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM), 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory: EEPROM) 등의 비휘발성 메모리(142)를 포함할 수 있다.
프로세서(141)는 각종 논리 회로와 연산 회로를 포함할 수 있으며, 메모리(142)로부터 제공된 프로그램에 따라 데이터를 처리하고, 처리 결과에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다.
제어부(140)는 물 열 교환기(112)에서 열 교환이 이루어진 물의 온도를 감지하는 출수 온도 센서(122)로부터 감지된 출수 온도에 관한 정보를 수신할 수 있다.
제어부(140)는 이러한 출수 온도에 관한 정보에 기초하여 냉매의 목표 응축 온도를 결정할 수 있다.
이 경우, 제어부(140)는 목표 응축 온도를 결정함에 있어서 현재 출수 온도에 제1 상수를 더한 값을 목표 응축 온도로 설정할 수 있다. 제1 상수에 관한 내용은 후술한다.
제어부(140)는 결정한 목표 응축 온도를 고압 센서(127)에 의해 감지된 현재 냉매의 응축 온도와 비교할 수 있고, 비교 결과에 따라 팽창 밸브(110)의 개도를 제어함으로써 냉매의 압을 제어할 수 있다.
제어부(140)는, 목표 응축 온도를 설정함에 있어서 각종 센서에서 감지된 정보를 이용하는데, 팽창 밸브(110)의 제어 과정을 설명하기에 앞서 히트 펌프 시스템(1)에 포함된 복수의 센서에 관한 내용을 우선적으로 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템에 포함된 복수의 센서를 나타내는 도면이다.
히트 펌프 시스템(1)은, 전술한 고압 압력 센서(127) 및 출수 온도 센서(122) 외에 실외 온도 센서(124), 입수 온도 센서(126), 저압 온도 센서(128) 및 저압 압력 센서(130), 과냉 온도 센서(120)를 더 포함할 수 있다.
실외 온도 센서(124)는 실외 공기의 온도를 감지할 수 있고, 입수 온도 센서(126)는 물 열 교환기(112)에서 냉매와 열 교환 되기 전 물 열 교환기(112)로 유입되는 물의 온도를 감지할 수 있다.
저압 온도 센서(128) 및 저압 압력 센서(130)는 실외 열 교환기(108)를 통과한 냉매가 압축기(102)에서 압축되기 전, 저압 상태인 냉매의 온도와 압력을 감지할 수 있다.
이러한 복수의 센서에 의해 감지된 각종 정보는 후술할 제어부(140)의 제어 과정에서 이용될 수 있으며 이에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따른 제어부가 목표 응축 온도를 설정하는 것을 나타내는 도면이고, 도 6은 일 실시예에 따른 제어부가 목표 응축 온도의 상한 값 및 하한 값을 설정하는 것을 나타내는 도면이다. 또한 도 7은 일 실시예에 따른 목표 응축 온도를 나타내는 도면이다
전술한 바와 같이, 제어부(140)는 출수 온도 센서(122)로부터 감지된 출수 온도에 관한 정보를 수신하고 이에 기초하여 목표 응축 온도를 결정할 수 있다. 구체적으로 출수 온도 센서(122)에 의해 감지된 현재 출수 온도에 제1 상수를 더한 값을 목표 응축 온도로 설정할 수 있다.
이 때, 입/출수 온도, 최저 압축비 및 압축기(102)의 운전 영역 등에 따라 목표 응축 온도의 제한이 생길 수 있는데 제어부(140)는 이러한 요소들을 고려하여 목표 응축 온도의 상한 값 및 하한 값을 설정할 수 있다.
제어부(140)는, 실외 온도 센서(124)에 의해 감지된 실외 온도에 관한 정보를 수신하고, 이러한 실외 온도에 기초하여 물 열 교환기(112)로부터 열 교환된 물의 최대 온도인 최대 출수 온도를 결정할 수 있다.
제어부(140)는 결정된 최대 출수 온도 및 목표 출수 온도에 기초하여 목표 응축 온도의 상한 값을 설정할 수 있다.
구체적으로 제어부(140)는 실외 온도 센서(124)에 의해 감지된 실외 온도에 따른 최대 출수 온도에 제2 상수를 더한 값 및 목표 출수 온도에 제3 상수를 더한 값 중 낮은 값을 목표 응축 온도의 상한 값으로 설정할 수 있다.
제어부(140)는, 입수 온도 센서(126)에 의해 감지된 입수 온도에 관한 정보를 수신할 수 있다. 이러한 입수 온도와 압축기(102)의 최소 압축비에 기초하여 목표 응축 온도의 하한 값을 설정할 수 있다.
구체적으로 제어부(140)는 입수 온도 센서(126)에 의해 감지된 입수 온도에 제4 상수를 더한 값 및 최소 압축비에 제5상수를 더한 값에 저압 절대압을 곱한 값 중 높은 값을 상기 목표 응축 온도의 하한 값으로 설정할 수 있다.
전술한 제1 상수 내지 제5 상수는 도 7에서 A1 내지 A5로 나타내고 있으며 실제 온도와 감지된 온도의 편차 및 최적 응축 온도에 기초하여 결정되는 상수 값일 수 있다. 또한 그 값은 -5 내지 +5 사이의 값일 수 있다.
이렇게 제어부(140)는 복수의 센서 각각이 감지한 정보에 기초하여 물 열 교환기(112)에서 열 교환을 통해 응축되는 냉매의 목표 응축 온도를 결정할 수 있고, 이러한 목표 응축 온도의 상한 값 및 하한 값을 설정할 수 있다.
이하에서는 결정된 목표 응축 온도와 현재 고압 압력 센서(127)의 응축 온도에 따라 팽창 밸브(110)의 개도가 제어되는 과정을 설명한다.
도 8은 일 실시예에 따른 응축 온도에 따라 팽창 밸브의 개도가 제어되는 것을 나타내는 도면이다.
팽창 밸브(110)는 물 열 교환기(112)를 통과한 냉매를 팽창시키고 냉매의 유량을 조절하며 필요한 경우 냉매의 유동을 차단할 수 있다.
제어부(140)는 이러한 팽창 밸브(110)의 개도를 조절하여 냉매의 팽창 정도를 조절함으로써 냉매의 압을 조절할 수 있다.
즉, 팽창 밸브(110)의 개도가 감소하면, 냉매의 압은 상승하고 이에 따라 냉매의 응축 온도도 상승한다. 팽창 밸브(110)의 개도가 증가하면 냉매의 압은 하강하고 이에 따라 냉매의 응축 온도는 하강하기 때문에, 목표 응축 온도와 현재 응축 온도를 비교하여 비교 결과에 따라 팽창 밸브(110)의 개도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
구체적으로 제어부(140)는 목표 응축 온도와 현재 고압 압력 센서(127)의 응축 온도를 비교하여 목표 응축 온도보다 고압 압력 센서(127)의 감지 결과에 기초한 현재 응축 온도가 더 높으면 팽창 밸브(110)의 개도가 증가하도록 팽창 밸브(110)를 제어할 수 있다. 즉 팽창 밸브(110)의 개도를 증가시킴으로서 냉매가 더 팽창하도록 하여 냉매의 응축 온도를 감소시킬 수 있다.
또한, 제어부(140)는 목표 응축 온도와 현재 응축 온도를 비교하여 목표 응축 온도보다 고압 압력 센서(127)의 응축 온도의 감지 결과에 기초한 현재 응축 온도가 더 낮으면 팽창 밸브(110)의 개도가 감소하도록 팽창 밸브(110)를 제어할 수 있다. 즉 팽창 밸브(110)의 개도를 감소시킴으로써 냉매가 덜 팽창하도록 하여 냉매의 응축 온도를 증가시킬 수 있다.
또한, 제어부(140)는 목표 응축 온도와 현재 응축 온도를 비교하여 목표 응축 온도와 고압 압력 센서(127)의 응축 온도의 감지 결과에 기초한 현재 응축 온도가 같다면 팽창 밸브(110)가 현재의 개도를 유지하도록 제어할 수 있다.
이렇게 목표 응축 온도를 설정하고 이에 따라 팽창 밸브(110)를 제어함으로써 한계 운전 범위 이상의 고압 상승을 억제하고 이에 따라 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 할 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 제어 블록도를 나타내는 도면이다.
전술한 바와 같이 히트 펌프 시스템(1)은 냉매를 일시적으로 저장하고 기화되지 않은 액체 상태의 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터(104)를 더 포함할 수 있다.
제어부(140)는 어큐뮬레이터(104)에 냉매가 존재하지 않는 것으로 판단되면 팽창 밸브(110)의 개도가 감소하지 않도록 팽창 밸브(110)를 제어할 수 있다.
즉, 어큐뮬레이터(104)에 냉매가 존재하지 않는다면 압축기(102)를 통과한 냉매의 고압 압력이 높아져 냉매가 과열될 수 있기 때문에 냉매의 유량을 증가시키기 위해 팽창 밸브(110)의 개도를 감소하지 않도록 제어할 수 있다.
이를 위해 전술한 저압 온도 센서(128) 및 저압 압력 센서(130)가 압축기(102)를 통과하기 전의 냉매의 온도 및 압력을 감지하고 감지된 정보를 제어부(140)가 수신할 수 있다. 제어부(140)는 저압 온도 센서(128)에 의해 감지된 저압 온도 및 저압 압력 센서(130)에 의해 감지된 압력에 기초한 저압 포화 온도의 차이를 기초로 팽창 밸브(110)의 개도를 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는 저압 온도가 저압 포화 온도보다 높은 것으로 판단되면, 냉매가 과열된 것으로 판단하고 이를 보정하기 위하여 팽창 밸브(110)의 개도가 더 감소하지 못하도록 팽창 밸브(110)를 제어할 수 있고 저압 과열도 제어를 수행할 수 있다. 이에 따라 냉매가 과열되는 것을 방지할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
고압 압력 센서(127)가 물 열 교환기(112)에서 응축될 냉매의 온도를 감지하고(1101), 출수 온도 센서(122)가 물 열 교환기(112)에서 열 교환이 이루어진 물의 온도를 감지할 수 있다(1103).
제어부(140)는 상기 출수 온도 센서(122)에 의해 감지된 열 교환이 이루어진 물의 온도에 기초하여 냉매의 목표 응축 온도를 결정할 수 있다(1105).
제어부(140)는 결정된 목표 응축 온도와 고압 압력 센서(127)에 의해 감지된 응축된 냉매의 온도를 비교하고(1107), 비교 결과에 따라 팽창 밸브(110)의 개도를 제어할 수 있다(1109).
목표 응축 온도와 관련하여 전술한 바와 같이 출수 온도 센서(122)에 의해 감지된 현재 출수 온도에 제1 상수를 더한 값을 목표 응축 온도로 설정할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 결정된 최대 출수 온도 및 목표 출수 온도에 기초하여 목표 응축 온도의 상한 값을 설정할 수 있다.
구체적으로 제어부(140)는 실외 온도 센서(124)에 의해 감지된 실외 온도에 따른 최대 출수 온도에 제2 상수를 더한 값 및 목표 출수 온도에 제3 상수를 더한 값 중 낮은 값을 목표 응축 온도의 상한 값으로 설정할 수 있다.
제어부(140)는, 입수 온도 센서(126)에 의해 감지된 입수 온도에 관한 정보를 수신할 수 있다. 이러한 입수 온도와 압축기(102)의 최소 압축비에 기초하여 목표 응축 온도의 하한 값을 설정할 수 있다.
구체적으로 제어부(140)는 입수 온도 센서(126)에 의해 감지된 입수 온도에 제4 상수를 더한 값 및 최소 압축비에 제5상수를 더한 값에 저압 절대압을 곱한 값 중 높은 값을 상기 목표 응축 온도의 하한 값으로 설정할 수 있다.
전술한 제1 상수 내지 제5 상수는 도 7에서 A1 내지 A5로 나타내고 있으며 실제 온도와 감지된 온도의 편차 및 최적 응축 온도에 기초하여 결정되는 상수 값일 수 있다. 또한 그 값은 -5 내지 +5 사이의 값일 수 있다.
이렇게 제어부(140)는 복수의 센서 각각이 감지한 정보에 기초하여 물 열 교환기(112)에서 열 교환을 통해 응축되는 냉매의 목표 응축 온도를 결정할 수 있고, 이러한 목표 응축 온도의 상한 값 및 하한 값을 설정할 수 있으며 목표 응축 온도와 현재 응축 온도를 비교하여 이에 따라 팽창 밸브(110)의 개도를 제어할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
제어부(140)는 목표 응축 온도와 현재 응축 온도를 비교하여 이에 따라 팽창 밸브(110)의 개도를 제어할 수 있다.
팽창 밸브(110)의 개도가 감소하면, 냉매의 압은 상승하고 이에 따라 냉매의 응축 온도도 상승한다. 팽창 밸브(110)의 개도가 증가하면 냉매의 압은 하강하고 이에 따라 냉매의 응축 온도는 하강하기 때문에, 목표 응축 온도와 현재 응축 온도를 비교하여 비교 결과에 따라 팽창 밸브(110)의 개도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
구체적으로 제어부(140)는 목표 응축 온도와 현재 응축 온도를 비교하여(1201) 목표 응축 온도보다 고압 압력 센서(127)의 감지 결과에 기초한 현재 응축 온도가 더 높으면(1203의 예) 팽창 밸브(110)의 개도가 증가하도록 팽창 밸브(110)를 제어할 수 있다. 즉 팽창 밸브(110)의 개도를 증가시킴으로서 냉매가 더 팽창하도록 하여 냉매의 응축 온도를 감소시킬 수 있다.
또한, 제어부(140)는 목표 응축 온도와 현재 응축 온도를 비교하여(1201) 목표 응축 온도보다 현재 응축 온도가 높지 않은 경우(1203의 아니오), 목표 응축 온도보다 고압 압력 센서(127)의 감지 결과에 기초한 현재 응축 온도가 더 낮으면(1205의 예) 팽창 밸브(110)의 개도가 감소하도록 팽창 밸브(110)를 제어할 수 있다. 즉 팽창 밸브(110)의 개도를 감소시킴으로써 냉매가 덜 팽창하도록 하여 냉매의 응축 온도를 증가시킬 수 있다.
또한 제어부(140)는, 현재 응축 온도가 목표 응축 온도보다 낮지 않은 경우(1205의 아니오), 즉 목표 응축 온도와 현채 응축 온도가 같은 경우 팽창 밸브(110)의 현재의 개도를 유지하도록 팽창 밸브(110)를 제어할 수 있다.
이렇게 목표 응축 온도를 설정하고 이에 따라 팽창 밸브(110)를 제어함으로써 한계 운전 범위 이상의 고압 상승을 억제하고 이에 따라 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 할 수 있다
도 12는 다른 실시예에 따른 히트 펌프 시스템의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
제어부(140)는 어큐뮬레이터(104)에 냉매가 존재하지 않는다면 압축기(102)를 통과한 냉매의 고압 압력이 높아져 냉매가 과열될 수 있기 때문에 냉매의 유량을 증가시키기 위해 팽창 밸브(110)의 개도를 감소하지 않도록 제어할 수 있다.
이 경우, 저압 온도 센서(128)와 저압 압력 센서(130)가 압축기(102)를 통과하기 전 저압 상태인 냉매의 온도 및 압력을 감지할 수 있다(1301).
제어부(140)는 저압 온도 센서(128)에 의해 감지된 저압 온도와, 저압 압력 센서(130)에 의해 감지된 저압 압력에 기초한 저압 포화 온도를 비교할 수 있다(1303).
비교 결과, 저압 온도가 저압 포화 온도보다 높다면(1305의 예), 냉매가 과열된 것으로 판단하여 이를 보정하기 위해 팽창 밸브(110)의 개도가 감소하지 않도록 팽창 밸브(110)를 제어하고 저압 과열도 제어를 수행할 수 있다(1307).
비교 결과, 저압 온도가 저압 포화 온도보다 높지 않다면(1305의 아니오), 제어부(140)는 기존의 제어를 유지할 수 있다(1309).
개시된 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법에 따르면, 목표 응축 온도에 따른 팽창 밸브 제어를 수행하여 고온의 출수를 달성할 수 있고, 저온/고온의 실외 조건에서의 운전 신뢰성을 높일 수 있으며 최적의 효율로 난방 운전을 수행할 수 있다.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축된 냉매와 입수된 물 사이의 열 교환이 이루어지는 물 열 교환기;
    상기 물 열 교환기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브;
    상기 팽창 밸브에서 팽창된 냉매와 실외 공기 사이의 열 교환이 이루어지는 실외 열 교환기;
    상기 물 열 교환기에서 응축된 냉매의 온도를 감지하는 고압 압력 센서;
    상기 물 열 교환기에서 열 교환이 이루어진 물의 온도를 감지하는 출수 온도 센서;및
    상기 출수 온도 센서의 감지 결과에 기초하여 상기 냉매의 목표 응축 온도를 결정하고,
    상기 목표 응축 온도와, 상기 고압 압력 센서에 의해 감지된 현재 응축 온도를 비교하고,
    상기 비교 결과에 따라 상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 제어부;를 포함하는 히트 펌프 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압축기는,
    상기 물 열 교환기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제1압축부와, 상기 제1압축부를 통과한 냉매와 상기 물 열 교환기와 상기 팽창 밸브 사이에 위치한 과냉각 열 교환기에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 함께 유입되어 압축되는 제2압축부를 포함하는 히트 펌프 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    실외 온도를 감지하는 실외 온도 센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 실외 온도 센서에 의해 감지된 실외 온도에 따른 최대 출수 온도 및 목표 출수 온도에 기초하여 상기 목표 응축 온도의 상한 값을 설정하는 히트 펌프 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    입수 온도를 감지하는 입수 온도 센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 입수 온도 센서에 의해 감지된 입수 온도 및 최소 압축비에 기초하여 상기 목표 응축 온도의 하한 값을 설정하는 히트 펌프 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 목표 응축 온도보다 상기 고압 압력 센서의 감지 결과에 기초한 현재 응축 온도가 더 높으면,
    상기 팽창 밸브의 개도가 증가하도록 상기 팽창 밸브를 제어하는 히트 펌프 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 목표 응축 온도보다 상기 고압 압력 센서의 감지 결과에 기초한 현재 응축 온도가 더 낮으면,
    상기 팽창 밸브의 개도가 감소하도록 상기 팽창 밸브를 제어하는 히트 펌프 시스템.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 출수 온도 센서에 의해 감지된 현재 출수 온도에 제1 상수를 더한 값을 상기 목표 응축 온도로 설정하는 히트 펌프 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 실외 온도 센서에 의해 감지된 실외 온도에 따른 최대 출수 온도에 제2 상수를 더한 값 및 상기 목표 출수 온도에 제3 상수를 더한 값 중 낮은 값을 상기 목표 응축 온도의 상한 값으로 설정하는 히트 펌프 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 입수 온도 센서에 의해 감지된 입수 온도에 제4 상수를 더한 값 및 상기 최소 압축비에 제5상수를 더한 값에 저압 절대압을 곱한 값 중 높은 값을 상기 목표 응축 온도의 하한 값으로 설정하는 히트 펌프 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매를 일시적으로 저장하고, 기화되지 않은 액체 상태의 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 어큐물레이터에 냉매가 존재하지 않는 것으로 판단되면,
    상기 팽창 밸브의 개도가 감소하지 않도록 상기 팽창 밸브를 제어하는 히트 펌프 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터에 들어가기 전의 냉매의 저압 온도 및 저압 압력을 감지하는 저압 온도 센서 및 저압 압력 센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 저압 온도 센서에 의해 감지된 저압 온도 및 상기 저압 압력 센서에 의해 감지된 압력에 기초한 저압 포화 온도의 차이를 기초로 상기 팽창 밸브의 개도를 제어하는 히트 펌프 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 저압 온도가 상기 저압 포화 온도보다 높은 것으로 판단되면,
    상기 팽창 밸브의 개도가 감소하지 않도록 상기 팽창 밸브를 제어하고, 저압 과열도 제어를 수행하는 히트 펌프 시스템.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 제1상수 내지 제5 상수는,
    실제 온도와 감지된 온도의 편차 및 최적 응축 온도에 기초하여 결정되는 상수인 히트 펌프 시스템.
  14. 물 열 교환기에서 응축된 냉매의 온도를 감지하고;
    상기 물 열 교환기에서 열 교환이 이루어진 물의 온도를 감지하고;
    상기 감지된 열 교환이 이루어진 물의 온도에 기초하여 냉매의 목표 응축 온도를 결정하고;
    상기 목표 응축 온도와 상기 감지된 현재 응축된 냉매의 온도를 비교하고; 및
    상기 비교 결과에 따라 팽창 밸브의 개도를 제어하는 것;을 포함하는 히트 펌프 시스템의 제어 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 냉매를 압축하는 것;을 더 포함하고,
    상기 냉매를 압축하는 것은,
    상기 물 열 교환기를 통과한 냉매가 유입되어 압축되는 제1압축 과정과, 상기 제1압축 과정을 통과한 냉매와 상기 물 열 교환기와 상기 팽창 밸브 사이에 위치한 과냉각 열 교환기에서 분기되어 인젝션되는 냉매가 함께 유입되어 압축되는 제2압축 과정을 포함하는 히트 펌프 시스템의 제어 방법.
PCT/KR2023/002123 2022-03-15 2023-02-14 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법 WO2023177092A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0031863 2022-03-15
KR1020220031863A KR20230134730A (ko) 2022-03-15 2022-03-15 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023177092A1 true WO2023177092A1 (ko) 2023-09-21

Family

ID=88023600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/002123 WO2023177092A1 (ko) 2022-03-15 2023-02-14 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20230134730A (ko)
WO (1) WO2023177092A1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980035253A (ko) * 1996-11-12 1998-08-05 김광호 자동차 자동온도 제어 시스템 및 방법
JP2008157550A (ja) * 2006-12-25 2008-07-10 Samsung Electronics Co Ltd 空気調和機
JP2008232508A (ja) * 2007-03-19 2008-10-02 Mitsubishi Electric Corp 給湯器
KR101591191B1 (ko) * 2014-08-14 2016-02-02 엘지전자 주식회사 공기 조화기 및 그 제어방법
US20200191423A1 (en) * 2017-04-25 2020-06-18 Samsung Electronics Co., Ltd Air conditioning system and method of controlling the same
KR20210026645A (ko) * 2019-08-30 2021-03-10 삼성전자주식회사 공기 조화기 및 그 제어 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980035253A (ko) * 1996-11-12 1998-08-05 김광호 자동차 자동온도 제어 시스템 및 방법
JP2008157550A (ja) * 2006-12-25 2008-07-10 Samsung Electronics Co Ltd 空気調和機
JP2008232508A (ja) * 2007-03-19 2008-10-02 Mitsubishi Electric Corp 給湯器
KR101591191B1 (ko) * 2014-08-14 2016-02-02 엘지전자 주식회사 공기 조화기 및 그 제어방법
US20200191423A1 (en) * 2017-04-25 2020-06-18 Samsung Electronics Co., Ltd Air conditioning system and method of controlling the same
KR20210026645A (ko) * 2019-08-30 2021-03-10 삼성전자주식회사 공기 조화기 및 그 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230134730A (ko) 2023-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011062348A1 (en) Heat pump
WO2011031014A2 (en) Air conditioner and method for controlling the same
WO2019147085A1 (ko) 공기 조화기 및 그 제어 방법
EP3667204B1 (en) Refrigeration cycle device
US10837685B2 (en) HVAC refrigerant charging and relieving systems and methods
WO2020101176A1 (ko) 효율이 개선된 히트펌프
WO2015076509A1 (en) Air conditioner and method of controlling the same
WO2017023127A1 (ko) 공기조화기의 제어방법
WO2019151815A1 (ko) 공기조화기
WO2019194371A1 (ko) 공기조화시스템의 제어방법
WO2018147675A1 (ko) 냉동시스템
WO2018221875A1 (en) Air conditioner and method for controlling the same
WO2020209474A1 (en) Air conditioning apparatus
WO2023177092A1 (ko) 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법
US6755034B2 (en) Apparatus for preventing overload of air conditioner and method thereof
WO2011062349A1 (ko) 히트 펌프
WO2018199474A1 (ko) 공기 조화 시스템 및 그 제어 방법
WO2024048995A1 (ko) 히트 펌프 시스템 및 그 제어 방법
WO2020122615A1 (ko) 공기조화기
CN113418328A (zh) 用于冷藏冷冻机组的控制方法及冷藏冷冻机组
WO2020013612A1 (ko) 공기 조화 시스템
JP3348465B2 (ja) 二元冷凍装置
WO2024085443A1 (ko) 공기조화기 및 그 제어 방법
WO2023120960A1 (ko) 히트펌프
JPH06159869A (ja) 空気調和機

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23770972

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1