KR20020032071A - 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치 및 그 제어방법 - Google Patents

히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉방작동과 난방작동을 이룰 수 있는 히트 펌프식 공기 조화기에 관한 것으로서, 특히 제상운전을 보강키 위해 설치되는 히트 펌프식 공기 조화기의 제상장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기 조화기의 제상장치는 압축기의 출구 쪽에 사방 밸브가 구비되어 냉방작동 시에는 압축기로부터 실외열교환기 방향으로 냉매를 순환시키고, 난방운전 시에는 압축기로부터 실내 열교환기 방향으로 냉매를 순환시킬 수 있도록 이루어진 히트 펌프식 공기 조화기에 있어서; 상기 압축기와 사방밸브 사이에 연결되는 배관과 상기 실외 열교환기 사이에 설치되는 제상용 배관과; 상기 제상용 배관의 일측에 설치되어 상기 실외 열교환기의 온도에 따라 상기 제상용 배관을 개폐시키는 개폐수단과; 상기 개폐수단의 개방 여부를 결정하는 제어수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치 및 그 제어방법 {A defroster and control method for the heat pump type air-conditioner}
본 발명은 난방작동과 냉방작동을 모두 이룰 수 있는 히트 펌프식 공기 조화기에 관한 것으로서, 특히 제상장치가 추가 설치됨으로써, 난방작동 시에 실외 열교환기에 성에가 누적되어 열교환 효율이 떨어지거나 동파되는 것을 방지토록 한 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 히트 펌프식 공기 조화기는 증발기 및 응축기 등이 구비되어 냉방 장치로 사용할 수 있는 동시에 냉동 사이클의 냉매 흐름을 반대로 하여 난방 장치로도 사용할 수 있도록 이루어진 장치이다.
도 1은 종래 기술에 의한 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치의 구성도이다.
종래 기술에 의한 히트 펌프식 공기 조화기는 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기(3)와; 냉매의 흐름을 정방향 또는 역방향으로 절환시키는 사방 밸브(5)와; 냉방운전 시에는 응축기로 난방운전 시에는 증발기로 사용되는 실외 열교환기(7)와; 상기 실외 열교환기(7)의 토출관에 설치되어 냉매를 감압시키는 다수개의 실외 팽창밸브(9)와; 상기 실외 팽창밸브(9)에 연결되어 냉매를 2차 팽창시키는 다수개의 실내 팽창밸브(13)와; 상기 실내 팽창밸브(13)와 연결되어 상기 실외 열교환기(7)와 반대로 냉방운전 시에는 증발기로 사용되고, 난방운전 시에는 응축기로 사용되는 실내 열교환기(15)와; 상기 실내 열교환기(15)와 실내 팽창밸브(13)사이에 설치되어 상기 실내 팽창밸브(13)로의 냉매 공급을 제한하는 제어용 배관(19)으로 구성된다.
상기 사방밸브(5)는 압축기(3)로부터 토출된 냉매가 냉방운전 시에는 실외 열교환기(7)쪽으로 순환할 수 있도록 절환되고, 난방운전 시에는 실내 열교환기(15) 쪽으로 순환할 수 있도록 절환되어 계절에 따라 용도에 맞는 공기 조화기의 역할을 이룰 수 있도록 한다.
상기 실내 열교환기(15)와 실내 팽창밸브(13) 사이엔 난방운전 시에 상기 실내 열교환기(15)에서 토출된 냉매가 상기 실내 팽창밸브(13)를 거치지 않고 상기 실외 팽창밸브(9)로 연결될 수 있도록 특정 방향으로만 냉매를 순환시키는 제어용 배관(19)과 체크밸브(17)가 설치된다.
상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 히트 펌프식 공기 조화기의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 냉방운전 시엔 상기 압축기(3)에서 고온, 고압으로 압축된 기체 상태의 냉매가 사방밸브(5)를 통해 실외 열교환기(7)로 유입되고, 이렇게 상기 실외 열교환기(7)로 들어간 냉매는 열교환을 통해 저온, 고압의 액체 상태로 변환된다.
이후, 상기 실외 열교환기(7)를 통해 저온, 고압의 액체 상태로 변화된 냉매는 실외 팽창밸브(9)를 거치면서 저온, 저압의 액체 상태로 변화되어 실내 팽창밸브(13) 측으로 이동되게 된다.
상기와 같이 실내 팽창밸브(13)를 향해 이동된 냉매는 보다 효율적인 열교환을 위해 상기 실내 팽창밸브(13)를 지나면서 2차 팽창을 이룬 후, 실내열교환기(15)를 통과하면서 그 온도가 상승하여 고온, 저압의 기체 상태로 변화된다.
상기와 같이 실내 열교환기(15)에 의해 고온, 저압의 기체 상태로 변환된 냉매는 다시 사방밸브(5)를 통해 압축기(3)로 유입되고, 이렇게 상기 압축기(3)로 들어간 냉매는 상기의 과정을 되풀이한다.
한편, 난방운전 시엔 상기한 사방밸브(5)에 의해 냉매의 흐름이 반대가 되어 상기 실내 열교환기(15)로 고온, 고압의 기체 상태의 냉매가 유입되어 흐르게 된다.
이후, 상기 실내 열교환기(15)를 통해 저온, 고압의 액체 상태로 변화된 냉매는 실내 팽창밸브(13)를 거치지 않고 상기 실외 열교환기(7)와 실외 팽창밸브(9) 사이의 제어용 배관(19)에 설치된 체크밸브(17)를 통해 바로 실외 팽창밸브(9) 측으로 이동되게 된다.
이후, 상기 실외 팽창밸브(9)로 유입된 냉매는 저온, 저압의 액체 상태로 변화되어 상기 실외 열교환기(15)로 이동되고, 상기 실외 열교환기(15)에서 실외 공기와 접촉됨으로써, 고온, 저압의 기체 상태로 기화되어 상기 사방밸브(5)를 지나 상기 압축기(3)로 유입되면서 순환된다.
한편, 난방작동 시엔 상기 실외 열교환기(7)에 성에가 생성되어 열교환 효율이 떨어지거나 동파되는 것을 방지하기 위해 난방운전 중일지라도 사방밸브(5)의 신호를 차단하여 냉방운전과 동일하게 냉매를 순환시킴으로써, 실외 열교환기(7)의 온도를 상승시켜 표면의 얼음을 녹이는 제상운전이 이루어진다.
그러나, 상기 히트 펌프식 공기 조화기는 공기 조화기의 용량이 커지거나 실외 온도가 매우 낮을 경우, 난방운전이 진행되면 실외 열교환기(7)의 온도 조건이 매우 낮아짐으로써, 일정 시간 동안 제상운전을 시행하여도 상기 실외 열교환기(7)에 생성된 성에가 해빙되지 않은 채로 다시 난방운전이 진행되어 실외 열교환기(7)의 열교환 효율이 급격히 저하되고, 실외 열교환기(7)의 냉매관이 동파될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 공기 조화기의 용량이 커지거나 실외 온도가 매우 낮은 상태에서도 효율적인 제상운전을 이룰 수 있도록 실외 열교환기에 추가 설치되는 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 의한 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 의한 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치의 제어수단을 나타낸 블럭도,
도 4는 본 발명에 의한 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
53 : 압축기 55 : 사방밸브
57 : 실외 열교환기 59 : 실외 팽창밸브
61 : 냉매배관 63 : 실내 팽창밸브
65 : 실내 열교환기 67 : 체크밸브
69 : 제어용 배관 80 : 제상용 배관
82 : 솔레노이드밸브 84 : 냉/난방운전 스위치
86 : 온도센서 88 : 제어부
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치는 압축기의 출구 쪽에 사방 밸브가 구비되어 냉방운전 시에는 압축기로부터 실외 열교환기 방향으로 냉매를 순환시키고, 난방운전 시에는 압축기로부터 실내 열교환기 방향으로 냉매를 순환시킬 수 있도록 이루어진 히트 펌프식 공기 조화기에 있어서; 상기 압축기와 사방밸브 사이에 연결되는 배관과 상기 실외 열교환기 사이에 설치되는 제상용 배관과; 상기 제상용 배관의 일측에 설치되어 상기 실외열교환기의 온도에 따라 상기 제상용 배관을 개폐시키는 개폐수단과; 상기 개폐수단의 개방 여부를 결정하는 제어수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치의 제어수단을 나타낸 블록도이다.
본 발명에 의한 히트 펌프식 공기 조화기는 냉방(또는 난방)운전에 따라서 냉매를 응축(또는 증발)시키는 실외 열교환기(57) 및 냉매를 증발(또는 응축)시키는 실내 열교환기(65)와; 상기 실외 열교환기(57)(또는 실내 열교환기(65))로 유입되는 냉매를 압축시키는 압축기(53)와; 상기 압축기(53)와 실외 열교환기(57) 및 실내 열교환기(65) 사이의 냉매 흐름 방향을 결정하는 사방밸브(55)와; 공기 조화기의 냉방운전 시에 상기 실외 열교환기(57)를 거친 냉매를 팽창시켜 상기 실내 열교환기(65)로 유입시키는 실내 팽창밸브(63)와; 공기 조화기의 난방운전 시에 상기 실내 열교환기(65)를 거친 냉매를 팽창시켜 상기 실외 열교환기(57)로 유입시키는 실외 팽창밸브(59)로 구성된다.
아울러, 히트 펌프식 공기 조화기는 난방운전 시에 상기 실내 열교환기(65)를 통과한 냉매가 실내 팽창밸브(63)를 거치지 않고 바로 상기 실외 팽창밸브(59) 측으로 이동되도록 상기 실내 열교환기(65)와 다수개의 실내 팽창밸브(63)들 사이의 배관들을 연결하는 제어용 배관(69)과; 상기 제어용 배관(69)의 일측에 설치되어 냉매를 일 방향으로만 흐르게 하는 체크밸브(67)가 설치된다.
또한, 상기 압축기(53)와 사방밸브(55)를 연결하는 배관과 상기 실외 열교환기(57) 사이에 고온, 고압의 냉매를 분기할 수 있도록 제상용 배관(80)이 설치되고, 상기 제상용 배관(80) 일측에 개폐를 이룰 수 있는 개폐수단으로서, 솔레노이드밸브(82)가 설치되며, 상기 솔레노이드밸브(82)의 개폐를 판단하는 제어수단이 설치된다.
상기 제어수단은 상기 실외 열교환기(57)의 표면 일측에 설치되어 온도를 감지하여 전기적 신호를 송출하는 온도센서(86)와; 상기 온도센서(86)로부터 입력된 신호에 따라 상기 솔레노이드밸브(82)의 개방 여부를 판단하는 제어부(88)로 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성된 제상장치의 운전방법을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 의한 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명에 의한 히트 펌프식 공기 조화기용 장치의 운전방법은 냉방운전과 난방운전과 제상운전 중 현 운전상태를 감지하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 난방운전으로 판단되면 상기 실외 열교환기(57)의 온도가 설정치 이하인지를 판단하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 상기 실외 열교환기(57)의 온도가 설정치 이하이면 상기 솔레노이드밸브(82)가 개방되는 제 3 단계로 구성된다.
아울러, 상기 제 1 단계에선 현 운전상태가 제상운전으로 판단되면 상기 솔레노이드밸브(82)가 개방되고, 냉방운전으로 판단되면 상기 솔레노이드밸브(82)가폐쇄된다.
상기와 같이 구성되고, 운전되는 본 발명에 따른 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 냉방운전 시엔 상기 압축기(53)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매는 상기 사방밸브(55)를 지나 상기 실외 열교환기(57)로 이동되고, 여기서 실외 공기와 접촉되어 열이 방출되어 저온, 고압의 액체상태로 변화된다.
이후, 냉매는 다수개의 실외 팽창밸브(59)를 거치면서 저온, 저압의 액체상태로 변화되고, 상기 실내 팽창밸브(63)로 이동되어 효과적인 열의 흡수를 위해 2차 팽창을 이룬 후, 상기 실내 열교환기(65)를 지나면서 증발되어 실내 공기로부터 열을 흡수한다.
이와 같이 열을 흡수한 냉매는 고온, 저압의 기체상태로 변화되어 상기 사방밸브(55)를 지나고, 상기 압축기(53)로 유입되면서 순환하게 된다.
한편, 난방운전 시엔 상기 압축기(53)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매는 상기 사방밸브(55)를 지나 상기 실내 열교환기(65)로 이동되어 실내 공기와 접촉됨으로써, 열을 방출하여 저온, 고압의 액체상태로 변화되고, 상기 실내 열교환기(65)를 통해 저온, 고압의 액체 상태로 변화된 냉매는 실내 팽창밸브(63)를 거치지 않고 상기 실내 열교환기(65)와 실내 팽창밸브(63) 사이의 제어용 배관(69)에 설치된 체크밸브(67)를 통해 바로 실외 팽창밸브(59) 측으로 이동되게 된다.
이후, 상기 실외 팽창밸브(59)로 유입된 냉매는 저온, 저압의 액체 상태로 변화되어 상기 실외 열교환기(57)로 이동되고, 상기 실외 열교환기(57)에서 실외공기와 접촉됨으로써, 고온, 저압의 기체 상태로 기화되어 상기 사방밸브(55)를 지나 상기 압축기(53)로 유입되면서 순환된다.
아울러, 난방운전 시엔 상기 온도센서(86)에서 검출된 온도가 상기 제어부(88)로 송출되고, 상기 제어부(88)는 검출된 온도와 설정된 온도를 비교 판단하여 온도가 설정치 보다 낮으면 상기 사방밸브(55)를 냉방운전 시와 동일하게 개방시켜 상기 압축기에서 토출된 고온, 고압의 냉매를 상기 실외 열교환기(57)로 공급함으로써, 실외 열교환기(57)의 온도를 상승시켜 표면에 생성된 성에를 녹이는 제상운전이 일정 시간 동안 이루어진다.
이와 같은 제상운전이 이루어짐과 동시에 상기 제어부(88)는 상기 솔레노이드밸브(82)도 개방시켜 상기 압축기(53)에서 토출된 냉매가 상기 사방밸브(55)를 거치지 않고 상기 실외 열교환기(57)로 직접 공급되도록 한다.
여기서, 상기 솔레노이드밸브(82)는 일정 시간 경과 후에 상기 사방밸브(55)가 난방운전 상태로 전환되어도 상기 온도센서(86)에서 검출된 온도가 설정치 보다 낮으면 개방상태를 유지하여 상기 실외 열교환기(57)에 생성된 성에를 제거하여 결빙의 누적을 방지한다.
아울러, 상기 온도센서(86)에서 검출된 온도가 설정된 온도 보다 높게 검출되면 상기 제어부(88)는 이를 판단하여 상기 솔레노이드밸브(82)를 폐쇄시켜 난방운전만이 진행된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치는 실외 열교환기에 온도센서가 설치되고, 고온, 고압의 냉매가 실외 열교환기로 공급되도록 제상용 배관과 솔레노이드밸브가 설치됨으로써, 제상운전을 마친 후에도 상기 실외 열교환기로 고온, 고압의 냉매가 공급될 수 있어 공기 조화기의 용량이 커지거나 실외 온도가 매우 낮은 경우에도 결빙의 누적을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 압축기의 출구 쪽에 사방 밸브가 구비되어 냉방운전 시에는 압축기로부터 실외열교환기 방향으로 냉매를 순환시키고, 난방운전 시에는 압축기로부터 실내 열교환기 방향으로 냉매를 순환시킬 수 있도록 이루어진 히트 펌프식 공기 조화기에 있어서;
    상기 압축기와 사방밸브 사이에 연결되는 배관과 상기 실외 열교환기 사이에 설치되는 제상용 배관과; 상기 제상용 배관의 일측에 설치되어 상기 실외 열교환기의 온도에 따라 상기 제상용 배관을 개폐시키는 개폐수단과; 상기 개폐수단의 개방 여부를 결정하는 제어수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 실외 열교환기의 일측에 설치되어 온도를 감지하여 전기적 신호를 송출하는 온도감지센서와; 상기 온도감지센서로부터 입력된 신호에 의해 상기 개폐수단의 개방 여부를 결정하는 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기 조화기용 제상장치.
  3. 냉방운전과 난방운전과 제상운전 중 현 운전 상태를 감지하는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 난방운전인 것으로 판단되면 실외 열교환기의 온도가 설정치 이하인지를 판단하는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 실외 열교환기의 온도가 설정치 이하이면 개폐수단이 개방되어 제상운전을 이루는 제 3 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기 조화기의 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 단계에서 제상운전인 것으로 판단되면 상기 개폐수단이 개방되어 제상운전이 보강되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프식 공기 조화기의 제어방법.
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