KR20120014685A - An apparatus for detecting steady-state operation of heat-pump system and the detection method - Google Patents

An apparatus for detecting steady-state operation of heat-pump system and the detection method Download PDF

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KR20120014685A
KR20120014685A KR1020100076803A KR20100076803A KR20120014685A KR 20120014685 A KR20120014685 A KR 20120014685A KR 1020100076803 A KR1020100076803 A KR 1020100076803A KR 20100076803 A KR20100076803 A KR 20100076803A KR 20120014685 A KR20120014685 A KR 20120014685A
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노철우
김민수
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서울대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A detecting device of steady-state operation for a heat pump system and a detecting method are provided to detect steady-state operation of the system rapidly and accurately. CONSTITUTION: A detecting method of steady-state operation for a heat pump system is as follows. Operation state of each device comprising the heat pump system is detected through multiple sensors in a detecting part(S100). A microprocessor reads the value of user assignment parameters, used for standard elements of steady state operation decision logic, from a memory part(S110). The microprocessor deducts each second variable formula which represents the operating state of each device comprising the heat pump system based on the value of the user assignment parameter reading from the memory part and operating state information of each device detecting from the detecting part(S120). Value of the second variable formula for each device is calculated according to the formula(S130). The calculated value of the second variable formula is check whether the value is included within the predetermined reference range or not. If the second variable formula is included in the reference range, the system checks whether the specific second variable value is continuously maintained within the reference range for predetermined time or not(S140). If the specific second variable is continuously maintained for the predetermined time in the reference range, the device represented by the specific second variable is check whether the device is operated in the steady state or not.

Description

히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치 및 감지방법{An apparatus for detecting steady-state operation of heat-pump system and the detection method} An apparatus for detecting steady-state operation of heat-pump system and the detection method}

본 발명은 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치 및 감지방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 히트펌프 시스템을 구성하는 각 세부장치에 감지센서를 구비하여, 시스템 운전시 각 장치의 온도 및 압력 등의 상태정보를 실시간으로 감지하고, 감지된 각 세부장치의 상태정보를 바탕으로 이동평균법(moving window, MW) 및 분해분석법(decomposition analysis, DA)에 기초하여 각 세부장치의 상태정보를 통합적으로 점검할 수 있는 2차 변수를 도출하고, 도출된 2차 변수의 거동을 실시간으로 파악하여, 상기 2차 변수의 거동 양태에 따라 히트펌프 시스템의 정상운전상태를 자동 판단함으로써, 시스템의 정상운전상태를 보다 정확하고 신속하게 감지함은 물론, 시스템의 운전상태 성능을 보다 용이하게 점검할 수 있는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치 및 감지방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a normal operation state detection device and a detection method of a heat pump system, and more particularly, the sensor provided in each detailed device constituting the heat pump system, such as the temperature and pressure of each device during system operation Status information can be detected in real time, and based on the detected state information of each detailed device, the status information of each detailed device can be comprehensively checked based on moving window (MW) and decomposition analysis (DA). By deriving the secondary variable that can be obtained, and grasping the behavior of the derived secondary variable in real time, by automatically determining the normal operating state of the heat pump system according to the behavior of the secondary variable, Accurate and rapid detection, as well as the normal operating state sensing device of the heat pump system to check the operating state performance of the system more easily And to a detection method.

일반적으로 히트펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 장치이다.In general, a heat pump is a device that transfers a low temperature heat source to a high temperature or a high temperature heat source to a low temperature by using heat of a refrigerant or heat of condensation.

히트펌프 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기(10), 냉매의 흐름 방향을 변환시키는 사방밸브(20), 냉매를 냉각하여 응축시키는 응축기(30), 냉매의 압력상태를 변환시키는 팽창밸브(40) 및 냉매에 열을 가하여 증발시키는 증발기(50)로 구성되며, 냉매의 흐름 방향을 사방밸브를 통해 선택적으로 제어하여, 이에 연결되는 냉방/난방 시스템을 통해 난방 또는 냉방운전을 수행하도록 구성된다.As shown in FIG. 1, the heat pump system includes a compressor 10 for compressing a refrigerant, a four-way valve 20 for changing a flow direction of the refrigerant, a condenser 30 for cooling and condensing the refrigerant, and a pressure state of the refrigerant. It consists of an expansion valve 40 for converting and an evaporator 50 for evaporating by applying heat to the refrigerant, by selectively controlling the flow direction of the refrigerant through the four-way valve, heating or cooling operation through a cooling / heating system connected thereto It is configured to perform.

한편, 난방 또는 냉방을 위해 히프펌프 시스템의 압축기(10)가 운전을 시작하면, 시스템 내부에 충전된 냉매가 압축되면서 고압과 저압의 압력구배를 형성시키고, 동시에 온도구배를 형성시킨다. Meanwhile, when the compressor 10 of the bottom pump system starts operation for heating or cooling, the refrigerant charged in the system is compressed to form a pressure gradient of high pressure and low pressure, and at the same time, to form a temperature gradient.

이때, 시스템의 냉방 또는 난방 용량과 시스템의 고저압 수치 등 각종 제어목표요소들을 제어하기 위해, 팽창밸브(40)와 압축기(10)는 히트펌프 메이커의 다양한 로직에 의해 제어되면서 히트펌프 시스템 전체의 압력구배와 온도구배에 변동을 초래한다. In this case, in order to control various control target elements such as cooling or heating capacity of the system and high and low pressure values of the system, the expansion valve 40 and the compressor 10 are controlled by various logics of the heat pump maker, It causes fluctuations in pressure and temperature gradients.

즉, 압축기(10)에서 토출된 고온의 냉매는 응축기(30)에서 냉각되는데, 이때, 고온의 냉매는 2차 열교환 유체(공기 또는 물, 브라인)와의 온도차이로 열평형(HEAT BALANCE)이 이루어지기 전까지 히트펌프 시스템 전체의 압력구배와 온도구배에 지속적으로 변동을 초래한다.That is, the high temperature refrigerant discharged from the compressor 10 is cooled in the condenser 30. At this time, the high temperature refrigerant has a heat balance due to a temperature difference from a secondary heat exchange fluid (air, water or brine). Until it loses, the pressure gradient and temperature gradient throughout the heat pump system will continue to fluctuate.

또한, 팽창밸브(40)를 거쳐 팽창된 저온 저압의 냉매는 증발기(50)에서 2차 열교환 유체와의 온도차이로 인한 열평형이 이루어지기 전까지 히트펌프 시스템 전체의 압력구배와 온도구배에 변동을 초래한다.In addition, the low-temperature low-pressure refrigerant expanded through the expansion valve 40 changes the pressure gradient and the temperature gradient of the entire heat pump system until the thermal equilibrium due to the temperature difference with the secondary heat exchange fluid in the evaporator 50 is achieved. Cause.

상기의 대표적인 시스템 변수 이외에도 히트펌프 시스템은 각 구성요소에서의 다양한 요인으로 인해, 히트펌프 시스템의 운전이 정상운전상태에 진입하기 전까지 온도구배 및 압력구배에 변동 양상이 나타난다. In addition to the representative system parameters described above, the heat pump system may exhibit variations in temperature and pressure gradients until the operation of the heat pump system enters the normal operation state due to various factors in each component.

일 예로, 전형적인 히트펌프 시스템의 압축기 토출 온도 변화 양상을 보여주는 도 2에서와 같이, 초기 가동이 시작되면 압출기의 토출 온도가 상승하기 시작하고, 가동 후 40 여분이 경과하면 토출 온도가 일정 범위 내로 안정되어 진다. For example, as shown in FIG. 2, which shows a change in compressor discharge temperature of a typical heat pump system, the discharge temperature of the extruder starts to increase when the initial operation is started, and the discharge temperature is stabilized within a certain range after 40 seconds after the operation. It is done.

즉, 히트펌프 시스템은 운전이 시작되면 시스템의 각 세부장치들의 운전 요인들로 인해 압력구배 및 온도구배가 일정 시간 동안 변동(A 구간)되는 비정상운전상태로 진행되고, 일정 시간이 경과된 이후에는 시스템의 온도 및 압력상태가 안정(C 구간)되는 정상운전상태에 진입되어 진다.That is, the heat pump system proceeds to an abnormal operation state in which the pressure gradient and the temperature gradient fluctuate (a section A) for a predetermined time due to the operation factors of the detailed devices of the system when the operation is started. The system enters the normal operating state where the temperature and pressure of the system are stable (C section).

한편, 상술한 바와 같은 시스템의 정상운전상태를 판단하는 데에는 상당히 애매한 부분이 있는데, 이를 테면, 도 2에서 나타나는 A 구간의 온도변화를 보았을 때에는 경험이 적은 엔지니어라도 시스템의 상태가 비정상운전상태(non steady state)임을 용이하게 판단할 수 있다. On the other hand, there is a fairly ambiguous part in determining the normal operating state of the system as described above, for example, when the temperature change of the A section shown in Figure 2, even inexperienced engineers even if the state of the system abnormal operation state (non steady state) can be easily determined.

그러나 도 2의 B 구간에서와 같이 약 1분에 0.5씩 10 여분에 걸쳐 온도가 상승하는 경우에는 경험이 많은 엔지니어라 할지라도 현재의 시스템의 운전이 정상운전상태임을 명확히 단정지을 수 없게 된다. However, when the temperature rises over 10 spares of 0.5 per minute, as shown in section B of FIG.

또한, 도 2의 C 구간에서와 같이, 압축기 토출 온도가 충분히 안정되었다고 판단되는 경우에 있어서도, 화살표 표시 부분의 D 구간과 같은 돌연(突然) 변동이 발생하는 경우에는 정상운전상태 구간인 C 구간에서 측정된 시스템의 성능지표를 무조건적으로 신뢰하기가 어렵다는 문제점이 있음은 물론, 수많은 실험 데이터를 단시간에 획득하고 분석해야 하는 실제 연구개발 상황에서 D와 같은 변동을 엔지니어가 용이하게 파악할 수 없다는 문제점도 있다. Also, even in the case where it is determined that the compressor discharge temperature is sufficiently stable as in the section C of FIG. 2, when sudden fluctuations, such as the section D of the arrow display portion, occur in the section C which is a normal operating state section Not only does it make it difficult to unconditionally trust the performance indicators of measured systems, but there is also a problem that engineers cannot easily identify variations, such as D, in actual research and development situations where a large number of experimental data must be acquired and analyzed in a short time. .

이에 따라, 현재에는 일정한 온습도 환경이 구비되는 환경챔버에서 히트펌프 시스템을 가동시켜 1~2시간 이상 방치해둔 다음, 히트펌프 시스템의 운전 상태를 엔지니어들이 실시간으로 모니터링하여, 시스템의 온도 및 압력의 변동폭이 일정 수치 이하가 되면 이를 시스템의 정상운전상태로 판단하고 있다.As a result, the heat pump system is operated in an environmental chamber with a constant temperature and humidity environment and left for 1 to 2 hours or longer, and engineers then monitor the operating state of the heat pump system in real time, thereby changing the temperature and pressure of the system. If it is below this certain value, it is regarded as the normal operation state of the system.

그러나, 실제 히트펌프 시스템은 그 모델별로 설계 인자들이 각각 다양함은 물론, 시스템 운전시 서로 다른 인자들 간에 주고받는 영향도 각각 다르기 때문에, 각 모델별 정상운전상태에서의 온도 및 압력 변화양상이 상이하다. However, the actual heat pump system has various design factors for each model, and the influence of different factors on the operation of the system is also different, so the temperature and pressure changes in the normal operation state of each model are different. Do.

따라서, 각 모델별 히트펌프 시스템의 정상운전상태를 명확한 수치로 정의하는데 어려움이 있어, 엔지니어가 각 시스템의 정상운전상태를 정확히 파악하는데에는 무리가 있다.Therefore, it is difficult to define the normal operation state of the heat pump system for each model with a clear numerical value, and it is difficult for an engineer to accurately grasp the normal operation state of each system.

또한, 실질적으로 상기 시스템은 1~2시간 동안 방치되는 도중에 이미 그 운전상태가 정상운전상태에 도달하는바, 이로 인해 상술한 바와 같이 히트펌프 시스템을 1~2시간 동안 가동시켜 방치해두는 경우, 불필요한 운전비용과 시간이 소모되는 문제점이 있다. In addition, the system substantially reaches the normal operating state while it is left for 1 to 2 hours, and as a result, when the heat pump system is left to operate for 1 to 2 hours as described above, There is a problem in that unnecessary operating costs and time are consumed.

또한, 이와 같은 기존의 감지 프로세서는 엔지니어가 직접 히트펌프 시스템의 운전상태를 1~2시간 동안 실시간으로 모니터링해야하기 때문에, 엔지니어의 업무 시간 활용에 있어서도 비효율적인 문제점이 있다. In addition, such a conventional sensing processor has an inefficient problem in utilizing the engineer's working hours because the engineer must monitor the operating state of the heat pump system in real time for 1-2 hours.

한편, 상술한 바와 같이 히트펌프 시스템의 비정상운전상태(non steady state) 및 정상운전상태(steady state)를 구분하는 이유는 히트펌프 시스템의 운전상태 점검 등을 수행하기 위해서는 시스템의 각종 성능 지표가 필요한데, 이러한 시스템의 각종 성능 지표를 측정하는데 있어서는 시스템의 운전상태가 정상운전상태인 경우에만 그 대표성을 갖는 성능 지표를 얻을 수 있기 때문이다. Meanwhile, as described above, the reason for distinguishing a non steady state and a steady state of the heat pump system is that various performance indicators of the system are required to perform an operation state check of the heat pump system. This is because, in measuring various performance indices of such a system, a performance index having representativeness can be obtained only when the operating state of the system is in a normal operating state.

즉, 시스템의 각종 성능은 제품의 매뉴얼, 정부 및 기관 제출 보고서, 마케팅 자료 등으로 활용되는데 이때의 성능 지표는 시스템이 안정적으로 운전되고 있을 때의 상황을 대표하는 수치이어야 한다. In other words, the performance of the system is used as product manuals, government and institution submission reports, marketing data, etc. The performance indicators should be representative of the situation when the system is operating stably.

따라서 정상운전상태에서의 시스템의 데이터만이 시스템의 성능 특성을 대변할 수 지표로 활용될 수 있는 것이다. Therefore, only the data of the system in the normal operation state can be used as an index that can represent the performance characteristics of the system.

또한, 최근에는 고장진단 및 감지 기술의 발전과 함께 정상운전상태 감지의 중요성이 더욱 크게 부각되고 있는데, 고장감지 진단 기술은 시스템의 현재 성능지표를 계산하여 기존 목표 수치와 비교 판단함으로써 시스템의 고장 여부를 감지하는바, 이 또한 정상운전상태에서의 성능 특성만이 시스템의 성능을 대표할 수 있기 때문이다.In addition, with the development of fault diagnosis and detection technology, the importance of detecting the normal operation condition has become more important, and the fault detection diagnosis technology calculates the current performance index of the system and compares it with the existing target value to determine whether the system has failed. This is because only the performance characteristics in the normal operation state can represent the performance of the system.

따라서, 상술한 바와 같은 히트펌프 시스템의 정상운전상태를 감지함에 있어, 히트펌프 시스템의 각 구성요소들의 운전상태정보를 실시간으로 감지하여 시스템의 비정상운전상태 및 정상운전상태를 즉각적으로 자동 판단함은 물론, 정상운전상태가 확인되는 경우, 이를 엔지니어에게 제공하여 엔지니어의 업무 효율을 높일 수 있는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지 기술이 요구되고 있다. Therefore, in detecting the normal operation state of the heat pump system as described above, by immediately detecting the operating state information of each component of the heat pump system in real time to automatically determine the abnormal operation state and normal operation state of the system Of course, when the normal operation state is confirmed, the normal operation state detection technology of the heat pump system that can provide to the engineer to increase the work efficiency of the engineer is required.

본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 히트펌프 시스템을 구성하는 각 세부장치에 감지센서를 구비하여, 시스템 운전시 각 장치의 온도 및 압력 등의 상태정보를 실시간으로 감지하고, 감지된 각 세부장치의 상태정보를 바탕으로 이동평균법(moving window, MW) 및 분해분석법(decomposition analysis, DA)에 기초하여 각 세부장치의 상태정보를 통합적으로 점검할 수 있는 2차 변수를 도출하고, 도출된 2차 변수의 거동을 실시간으로 파악하여, 상기 2차 변수의 거동 양태에 따라 히트펌프 시스템의 정상운전상태를 자동 판단함으로써, 시스템의 정상운전상태를 보다 정확하고 신속하게 감지함은 물론, 시스템의 운전상태 성능을 보다 용이하게 점검할 수 있는 데에 있다.
The present invention is to solve the above problems according to the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a sensor for each detailed device constituting the heat pump system, in real time to detect the status information such as the temperature and pressure of each device during system operation, the status information of each detected detailed device Based on the moving window method (MW) and decomposition analysis (DA), the secondary variables that can check the state information of each detailed device can be derived and the behavior of the derived secondary variables can be derived. By real time, and automatically determine the normal operating state of the heat pump system according to the behavior of the secondary variable, more accurately and quickly detect the normal operating state of the system, as well as the performance of the operating state of the system It is easy to check.

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 감지부 및 메모리부에 연결된 마이크로프로세서를 이용하여 히트펌프 시스템의 정상운전상태 진입 여부를 감지하기 위한 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지방법에 있어서, 감지부에 구비된 다수개의 감지센서를 통해 상기 히트펌프 시스템을 구성하는 각 세부장치의 운전 상태를 감지하는 제1 단계, 마이크로프로세서가 정상운전상태 판단로직의 기준요소로 사용될 사용자 지정 변수값을 메모리부로부터 읽어들이는 제2 단계, 마이크로프로세서가 상기 감지부로부터 감지된 상기 각 세부장치의 운전상태정보와 상기 메모리부로부터 읽어들인 상기 사용자 지정 변수값에 근거하여, 상기 히트펌프 시스템을 구성하는 각 세부장치의 운전상태를 대표하는 각 세부장치별 2차 변수의 산출식을 도출하는 제3 단계, 상기 도출된 각 세부장치별 2차 변수의 산출식에 따라 각 세부장치별 2차 변수값을 산출하는 제4 단계, 상기 산출된 각 세부장치별 2차 변수값이 미리 설정된 기준 범위 이내에 포함되는 지를 확인하는 제5 단계, 상기 제5 단계에서 특정 2차 변수가 기준 범위 이내에 포함되면, 상기 특정 2차 변수가 미리 설정된 일정시간 동안 기준 범위 이내에서 계속 유지되는지를 확인하는 제6 단계, 상기 제6 단계에서 상기 특정 2차 변수가 일정시간 이상 계속하여 기준범위 이내에서 유지되면, 상기 특정 2차 변수로 대표되는 세부장치가 정상상태로 운전되고 있음을 확인하는 제7 단계, 모든 2차 변수에 대해 상기 제5 단계 내지 제7 단계를 반복 수행하여, 모든 2차 변수가 일정시간 동안 기준 범위 이내에서 계속 유지되는지를 확인하는 제8 단계 및 모든 2차 변수가 일정시간 이상 계속하여 기준범위 이내에서 유지되면, 시스템 전체가 정상운전상태에 진입하였음을 판단하는 제9 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
The present invention as a technical idea for achieving the above object, in the normal operating state detection method of the heat pump system for detecting whether the normal operation state of the heat pump system using a microprocessor connected to the sensing unit and the memory unit The first step of detecting the operating state of each detailed device constituting the heat pump system through a plurality of sensing sensors provided in the sensing unit, the user-defined variable value to be used as a reference element of the normal operation state determination logic In a second step of reading from a memory unit, the microprocessor configures the heat pump system based on the operation state information of each of the sub-devices detected by the sensing unit and the user-specified variable value read from the memory unit. Calculation of secondary variables for each detailed device representing the operation status of each detailed device A third step of deriving the second step of calculating a secondary variable value for each sub-device according to the derived formula of the secondary variable for each sub-device, and the calculated secondary variable value for each sub-device in advance. A fifth step of confirming whether the reference is within the set reference range, and if the specific secondary variable is included within the reference range in the fifth step, checking whether the specific secondary variable is kept within the reference range for a predetermined time. A sixth step, in the sixth step, when the specific secondary variable is maintained within a reference range for a predetermined time or more, a seventh step of confirming that the detailed apparatus represented by the specific secondary variable is operating in a normal state. An eighth step of repeating the fifth to seventh steps with respect to all the secondary variables to confirm whether all the secondary variables remain within the reference range for a predetermined time; And a ninth step of determining that the entire system has entered the normal operation state when all the secondary variables are maintained within the reference range for a predetermined time or more.

본 발명에서는 히트펌프 시스템을 구성하는 각 세부장치에 감지센서를 구비하여, 시스템 운전시 각 장치의 온도 및 압력 등의 상태정보를 실시간으로 감지하고, 감지된 각 세부장치의 상태정보를 바탕으로 이동평균법(moving window, MW) 및 분해분석법(decomposition analysis, DA)에 기초하여 각 세부장치의 상태정보를 통합적으로 점검할 수 있는 2차 변수를 도출하고, 도출된 2차 변수의 거동을 실시간으로 파악하여, 상기 2차 변수의 거동 양태에 따라 히트펌프 시스템의 정상운전상태를 자동 판단함으로써, 시스템의 정상운전상태를 보다 정확하고 신속하게 감지함은 물론, 시스템의 운전상태 성능을 보다 용이하게 점검할 수 있는 효과가 있다.In the present invention, a sensor is provided in each detailed device constituting the heat pump system, real-time detection of status information such as temperature and pressure of each device during system operation, and moving based on the detected state information of each detailed device. Based on the moving window (MW) and decomposition analysis (DA), we derive secondary variables that can collectively check the state information of each detailed device, and identify the behavior of the derived secondary variables in real time. By automatically determining the normal operating state of the heat pump system according to the behavior of the secondary variable, it is possible to detect the normal operating state of the system more accurately and quickly, and also to check the operating state performance of the system more easily. It can be effective.

또한, 히트펌프 시스템의 운전상태를 자동적으로 실시간 점검함으로써, 시스템 운전상태를 점검하기 위해 소모되었던 불필요한 운전비용 및 운전시간을 경감시킴은 물론, 시스템의 운전상태를 주기적으로 모니터링해야 하는 엔지니어의 비생산적 업무를 절감시켜 업무 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by automatically checking the operating state of the heat pump system in real time, the unproductive work of engineers who need to periodically monitor the operating state of the system, as well as reduce unnecessary operating costs and operating time that were consumed to check the system operating state. It can reduce the cost and improve the work efficiency.

도 1은 일반적인 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 시간에 따른 히트펌프 시스템의 압축기 토출 온도 변화 양상을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치의 구성을 보여주는 시스템도.
도 4는 정상운전상태에 진입한 각 세부장치에 대한 2차 변수의 거동을 보여주고 있는 그래프.
도 5는 기준 범위에 따른 시스템의 정상운전상태를 판단하는 과정을 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 히트펌프 시스템의 정상운전상태를 감지하는 방법을 순차적으로 보여주고 있는 순서도.1 is a view showing the configuration of a typical heat pump system.
2 is a view showing a change in compressor discharge temperature of the heat pump system over time.
3 is a system diagram showing a configuration of an apparatus for detecting a normal operating state of a heat pump system according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the behavior of secondary variables for each detailed device entering the normal operating state.
5 is a graph showing a process of determining the normal operating state of the system according to the reference range.
Figure 6 is a flow chart showing a method for sequentially detecting a normal operating state of the heat pump system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치의 구성을 보여주는 시스템도이다.3 is a system diagram showing a configuration of an apparatus for detecting a normal operating state of a heat pump system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치는, 사용자로부터 마이크로 프로세서(400)에 내장된 판단 로직의 기준요소로 사용될 사용자 지정 변수값을 입력받는 입력부(100), 히트펌프 시스템에 연결되어 감지센서를 통해 각 세부장치의 운전상태를 감지하는 감지부(200), 상기 입력부(100)를 통해 입력받은 사용자 지정 변수값을 저장하고, 상기 감지부(200)에서 감지된 각 세부장치들의 운전상태 정보를 저장하며, 마이크로 프로세서(400)에서 처리되는 각종 데이터를 저장하는 메모리부(300), 상기 입력부(100)와 감지부(200)를 통해 전송받은 각종 데이터를 기반으로 판단 로직을 통해 시스템 운전에 대한 정상운전상태 진입 여부를 판단하는 마이크로 프로세서(400) 및 마이크로 프로세서(400)에서 도출된 시스템 운전상태의 판단 결과를 출력하는 출력부(500)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the apparatus for detecting a normal operation state of a heat pump system according to an exemplary embodiment of the present invention inputs a user-specified variable value to be used as a reference element of decision logic built into the microprocessor 400 from a user. Receiving input unit 100 is connected to the heat pump system, the sensing unit 200 for detecting the operation state of each detailed device through a detection sensor, and stores the user-specified variable value received through the input unit 100, the detection It stores the operation state information of each of the detailed devices detected by the unit 200, and through the memory unit 300, the input unit 100 and the sensing unit 200 for storing various data processed by the microprocessor 400 The system derived from the microprocessor 400 and the microprocessor 400 for determining whether to enter the normal operation state for the system operation through the determination logic based on the various data received It is configured to include an output unit 500 for outputting a judgment result of the operating state.

입력부(100)는 마이크로 프로세서(400)에 연결되며, 사용자로부터 마이크로 프로세서(400)에 내장된 판단 로직의 기준요소로 사용될 사용자 지정 변수값을 선택적으로 입력받는다.The input unit 100 is connected to the microprocessor 400 and selectively receives a user-specified variable value to be used as a reference element of decision logic embedded in the microprocessor 400 from the user.

이때, 사용자 지정 변수값은 상기 마이크로 프로세서(400)에 구비된 판단 로직의 모델식에 적용되는 기준 인자값으로서, 이동평균법에 적용하는 이동평균창(moving window)의 시간구간[0, t]의 크기, 감지부로부터 운전상태정보를 전달받는 시간간격 및 상기 각 2차 변수의 정상운전상태 판단을 위한 기준범위 및 유지시간 등을 들 수 있다.In this case, the user-specified variable value is a reference factor value applied to the model equation of the decision logic included in the microprocessor 400, and is a time interval [0, t] of the moving average window applied to the moving average method. Sizes, time intervals for receiving driving state information from the sensing unit, and reference ranges and holding times for determining the normal operating state of each secondary variable may be included.

한편, 상술한 바와 같이, 사용자로부터 사용자 지정 변수값을 입력받아, 이를 바탕으로 시스템의 정상운전상태를 감지하는 과정은 정상운전상태 감지판단로직의 최적화를 위해 시스템 엔지니어가 시스템의 성능을 점검하는 과정에서 적용되는 단계로서, 이러한 과정을 통해 다양한 사용자 지정 변수값에 의한 시스템의 성능 검사가 완료되면, 상기 과정에서 축적된 각종 테스트 결과를 바탕으로 최적화된 사용자 지정 변수값을 도출할 수 있게 된다.On the other hand, as described above, the process of receiving the user-specified variable value from the user, based on this to detect the normal operating state of the system is a process that the system engineer checks the performance of the system to optimize the normal operating state detection logic As a step applied in, when the performance test of the system by the various user-specified variable value is completed through this process, it is possible to derive the optimized user-specified variable value based on various test results accumulated in the process.

즉, 실제 제품의 출하시에는 상술한 테스트의 결과로부터 도출된 시스템의 정상운전상태 판단에 필요한 각종 사용자 지정 변수값을 미리 메모리부(300)에 저장하여, 시스템의 정상운전상태 판단시, 별도의 사용자 지정 변수값의 입력 없이도 메모리부(300)에 저장된 각종 변수값을 이용하여 시스템의 정상운전상태를 판단하게 된다.That is, when the actual product is shipped, various user-specified variable values necessary for the determination of the normal operation state of the system derived from the test results described above are stored in advance in the memory unit 300, and when the normal operation state of the system is determined, It is possible to determine the normal operating state of the system by using various variable values stored in the memory unit 300 without inputting a user-specified variable value.

감지부(200)는 히트펌프 시스템에 연결되어, 히트펌프 시스템을 구성하는 압축기, 열교환기, 실외기, 팽창밸브 등의 각 세부장치에 구비되는 감지센서들을 통해 시스템 운전시, 각 세부장치의 온도 및 압력 등의 운전상태를 감지하는 역할을 수행한다.The sensing unit 200 is connected to a heat pump system, and when operating the system through the detection sensors provided in each detailed device such as a compressor, a heat exchanger, an outdoor unit, an expansion valve, etc. constituting the heat pump system, the temperature of each detailed device and It detects the operation status such as pressure.

메모리부(300)는 상술한 바와 같은 입력부(100) 및 감지부(200)를 통해 획득되는 사용자의 지정 변수값과 시스템의 각 세부장치들의 운전상태정보를 저장한다.The memory unit 300 stores the user-specified variable values obtained through the input unit 100 and the sensing unit 200 as described above, and operation state information of each detailed device of the system.

또한, 마이크로 프로세서(400)의 판단 로직을 통해 처리되는 각종 데이터를 임시 저장하며, 시스템의 운전상태에 대한 판단 결과 정보를 저장한다.In addition, it temporarily stores various data processed through the determination logic of the microprocessor 400, and stores the determination result information on the operation state of the system.

즉, 마이크로 프로세서(400)에서 도출되는 시스템의 운전상태 결과정보를 전송받아, 시스템의 운전상태에 따른 각 세부장치들의 운전상태정보를 선택적으로 자동 저장하는 성능 지표 데이터 로거(logger)의 역할도 수행할 수 있다.That is, it receives the operation state result information of the system derived from the microprocessor 400, and also performs the role of a performance indicator data logger for selectively storing the operation state information of each detailed device according to the operation state of the system. can do.

마이크로 프로세서(400)는 이동평균법(moving window, MW), 분해분석법(decomposition analysis, DA)에 기초한 판단 로직을 구비하여, 상기 입력부(100)와 감지부(200)를 통해 획득한 사용자의 지정 변수값 및 각 세부장치의 운전상태정보를 바탕으로 시스템 운전의 정상운전상태 여부를 판단한다.The microprocessor 400 includes decision logic based on a moving window (MW) and a decomposition analysis (DA), and the user-specified variables obtained through the input unit 100 and the sensing unit 200. Based on the values and the operation status information of each detailed device, it is determined whether the system operation is in normal operation status.

여기서, 이동평균법(moving window, MW)은 특정 파라미터를 미리 지정된 시간 간격을 두고 정기적으로 샘플링하면서 상기 지정된 시간 간격 내의 이동평균과 분산 및 표준편차를 정기적으로 계산해 나가는 방법으로, 지정된 시간 간격이 마치 크기가 일정한 창문(window)이 이동하는 것과 비슷하다고 하여 이동평균법(moving window)이라고 불리운다.Here, the moving average method (MW) is a method of periodically calculating a moving average, a variance, and a standard deviation within the specified time interval while periodically sampling a specific parameter at a predetermined time interval. This is called moving window because it is similar to moving constant window.

분해분석법(decomposition analysis, DA)은 각 세부 구성요소가 밀접하게 연관되어 한 구성요소의 변화가 다른 구성요소로 전달되어 전체 시스템에 영향을 미치는 구조에 있어서, 전체 시스템 및 각 세부 구성요소의 변화를 특정 기간 동안 분석하여, 변화의 주요 원인인 해당 구성요소를 파악/선별하는 데이터 처리 기법이다. Decomposition analysis (DA) is a structure in which each detailed component is closely related so that the change of one component is transferred to another component and affects the entire system. It is a data processing technique that analyzes for a certain period of time and identifies / selects the component that is the main cause of change.

이때, 분해분석법은 완전분해분석법(complete decomposition analysis), 로그분해분석법(log-decomposition analysis) 등 그 데이터 처리 기법에 있어 다양한 수학적 접근 방법이 있으며, 본 실시예에서는 가장 일반적인 완전분해분석법을 사용하기로 한다.In this case, there are various mathematical approaches to the data processing techniques such as complete decomposition analysis and log-decomposition analysis. In this embodiment, the most general full decomposition analysis method is used. do.

한편, 이동평균법은 분해분석법에서 계산 기간 [0, t]을 결정하고, 2차 변수의 평균 및 표준편차를 산출하는 데에 사용되는바, 이러한 이동평균법과 분해분석법은 서로 긴밀히 조합되어 판단로직을 구성하게 된다.On the other hand, the moving average method is used to determine the calculation period [0, t] in the decomposition analysis method and to calculate the mean and standard deviation of the secondary variables. The moving average method and the decomposition analysis method are closely combined with each other to form a judgment logic. Will be constructed.

마이크로 프로세서(400)에서는 상술한 바와 같은 이동평균법과 분해분석법에 기초하여 시스템의 운전상태를 대표할 수 있는 2차 변수를 도출하고, 도출된 2차 변수가 미리 설정된 기준 영역 내에 포함되는지를 확인함으로써 시스템의 비정상운전상태 및 정상운전상태를 판단한다. The microprocessor 400 derives a secondary variable that can represent the operating state of the system based on the moving average method and the decomposition analysis method as described above, and checks whether the derived secondary variable is included in a preset reference region. Determine abnormal operation status and normal operation status of system.

여기서, 2차 변수의 생성은 시스템의 온도, 압력 및 전력소모 데이터 등의 다양한 상태정보에 근거하여 도출할 수 있으며, 이하의 실시예에서는 히트펌프 시스템의 각 세부장치의 온도 데이터를 바탕으로 2차 변수를 도출하고, 이를 이용하여 시스템의 정상운전상태 여부를 판단하는 과정에 대해서 설명하기로 한다.Here, the generation of the secondary variable may be derived based on various state information such as temperature, pressure, and power consumption data of the system, and in the following embodiment, the secondary variable is based on temperature data of each detailed device of the heat pump system. The process of deriving the variables and using them to determine the normal operating state of the system will be described.

상술한 바와 같이, 시스템의 운전상태를 대표하기 위한 2차 변수를 생성하기 위해서는, 먼저, 하기의 [수학식1]과 같이, 특정 인자(여기서는 시스템 구성요소의 온도)와 관련하여 시스템을 표현할 수 있도록 시스템의 모델식을 구현한다.As described above, in order to generate a secondary variable to represent the operating state of the system, first, as shown in Equation 1 below, the system may be expressed in relation to a specific factor (here, the temperature of the system component). Implement the model expression of the system so that

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, TE ,t는 시간 t에서의 열교환기 출구온도, TX ,t는 시간 t에서의 팽창밸브 출구온도, TG ,t는 시간 t에서의 실외기 출구온도, TC ,t는 시간 t에서의 압축기 출구온도이다.Where T E , t is the heat exchanger outlet temperature at time t, T X , t is the expansion valve outlet temperature at time t, T G , t is the outdoor unit outlet temperature at time t, and T C , t is time t Compressor outlet temperature at.

따라서, 상기 수식에 표현된 Et는 열교환기 출구온도와 팽창밸브 출구온도(열교환기 입구 온도)의 비(比)로 표현되는 열교환기 운전상태 관련 무차원 계수(coefficient)임을 확인할 수 있고, 마찬가지로 Xt, Gt, Ct는 각각 팽창밸브 운전상태 관련 무차원 계수, 응축기 운전상태 관련 무차원 계수 및 압축기 운전상태 관련 무차원 계수이다.Therefore, it can be confirmed that E t expressed in the above formula is a dimensionless coefficient related to the heat exchanger operating state expressed as a ratio of the heat exchanger outlet temperature and the expansion valve outlet temperature (heat exchanger inlet temperature). X t , G t , and C t are dimensionless coefficients related to the expansion valve operation state, dimensionless coefficients related to the condenser operation state, and dimensionless coefficients related to the compressor operation state, respectively.

이와 같이, 시스템의 개략적인 모델링 과정을 통해, 시스템을 구성하는 각 세부장치의 운전상태 관련 무차원 계수(Et, Xt, Gt, Ct)들을 도출할 수 있으며, 이렇게 도출된 변수들을 시스템의 거동상태 파악을 위한 2차 변수로 사용한다.As such, through the modeling process of the system, the dimensionless coefficients (E t , X t , G t , C t ) related to the operating state of each detailed device constituting the system can be derived. It is used as a secondary variable to identify the behavior of the system.

상술한 바와 같이, 각 세부장치의 운전상태를 대표하는 2차 변수(Et, Xt, Gt, Ct)가 도출되면, 마이크로 프로세서(400)에서는 분해분석법 및 이동평균법을 적용하여 각 2차 변수들의 특정 시간구간 [0, t]에서의 거동 상태를 실시간으로 산출하여 시스템의 운전상태를 모니터링한다.As described above, when the secondary variables (E t , X t , G t , C t ) representing the operation state of each sub-device are derived, the microprocessor 400 applies the decomposition analysis method and the moving average method to each 2. The operating state of the system is monitored by calculating the behavior state in a certain time interval [0, t] of the differential variables in real time.

즉, 시스템 구성요소의 온도변화에 기초하여 파악되는 시스템의 상태변화는 다음의 [수학식 2]로 대표될 수 있으며,That is, the state change of the system that is grasped based on the temperature change of the system component may be represented by the following [Equation 2],

Figure pat00002
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여기서, 4개의 2차 변수(Eeffect, Xeffect, Geffect, Ceffect)는 해당 시간구간 [0, t]에서의 전체 시스템의 운전상태변화(△TP)에 대한 각 세부장치의 운전상태 계수의 영향정도를 나타낸다.Here, the four secondary variables (E effect , X effect , G effect , and C effect ) are the operating state coefficients of each sub-device with respect to the change of operating state (ΔTP) of the entire system over the corresponding time interval [0, t]. Indicates the degree of influence.

즉, Eeffect, Xeffect , Geffect, Ceffect는 각각 열교환기의 온도 안정성, 팽창밸브의 온도 안정성, 실외기의 온도 안정성 및 압축기의 온도 안정성을 나타내는 2차 변수이고, 상술한 각 2차 변수(Eeffect, Xeffect, Geffect, Ceffect)는, 전술한 모델식에서 나타난 각 세부장치의 운전상태 관련 무차원 계수(Et, Xt, Gt, Ct)에 완전분해분석법(complete decomposition analysis)을 적용하여, 시간구간[0, t]에서의 각 무차원 계수의 변화량을 이용하여 계산될 수 있다.That is, E effect , X effect , G effect , and C effect are secondary variables representing the temperature stability of the heat exchanger, the temperature stability of the expansion valve, the temperature stability of the outdoor unit, and the temperature stability of the compressor, respectively. E effect , X effect , G effect , and C effect ) are obtained by applying a complete decomposition analysis to the dimensionless coefficients (Et, Xt, Gt, Ct) related to the operating state of each detailed apparatus represented by the above-described model equation. It can be calculated using the amount of change of each dimensionless coefficient in the time interval [0, t].

하기의 [수학식 3]은 상술한 과정을 통해 얻어진 각 2차 변수의 계산식을 보여주고 있다. Equation 3 below shows a calculation formula of each secondary variable obtained through the above-described process.

Figure pat00003
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Figure pat00004
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Figure pat00005
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Figure pat00007
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Figure pat00009
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Figure pat00010
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상기 [수학식 3]에서 나타나듯이, 본 발명에 따라 도출된 2차 변수들은 시스템을 구성하는 각 세부장치들의 운전상태에 복합적으로 영향을 받게 되는데, 한 예로, Eeffect의 경우 해당 시간 구간에서의 열교환기의 입출구 온도에 주로 영향을 받기는 하나, 이외에도 팽창밸브, 실외기, 압축기들의 입출구 온도의 변화에도 영향을 받고 있음을 확인할 수 있다.As shown in [Equation 3], the secondary variables derived according to the present invention are complexly influenced by the operating state of each detailed device constituting the system. For example, in the case of E effect , Although it is mainly influenced by the inlet and outlet temperature of the heat exchanger, it can be confirmed that the inlet and outlet temperature of the expansion valve, the outdoor unit, and the compressors are also affected.

따라서, 상기 열교환기의 온도 안정성을 나타내는 Eeffect가 0에 근접하여 안정적인 변동양상을 보인다면, 열교환기의 온도 변화뿐만 아니라 다른 세부장치들의 온도 변화도 안정된 상태에 있을 확률이 대단히 높다고 인정될 수 있다.Therefore, if the E effect indicating the temperature stability of the heat exchanger shows a stable fluctuation near to zero, it can be recognized that the probability of not only the temperature change of the heat exchanger but also the temperature change of other detailed apparatuses is in a stable state. .

이와 반대로, 열교환기의 온도 안정성에 불안정적인 변동 양상이 보이면, 열교환기의 온도 변화뿐만 아니라, 이의 영향을 받는 다른 세부장치들의 온도 변화도 불안정하게 될 요인이 매우 크다고 할 수 있다.On the contrary, if there is an unstable variation in the temperature stability of the heat exchanger, not only the temperature change of the heat exchanger but also the temperature change of other detailed devices affected by it may be very unstable.

결과적으로, 각 세부 장치(열교환기, 팽창밸브, 실외기, 압축기)들은 자신의 변동으로 인해 다른 세부장치에 영향을 줄 수 있는 유기적인 관계를 형성하고 있기 때문에, 히트펌프를 구성하는 각 세부장치의 운전상태가 모두 정상운전상태인 경우에, 시스템 전체의 운전상태가 정상운전상태에 진입한 것으로 보는 것이 타당하다 할 것이다.As a result, each sub-device (heat exchanger, expansion valve, outdoor unit, compressor) forms an organic relationship that can affect other sub-units due to its fluctuations. If the operating states are all in normal operation, it would be reasonable to assume that the operating state of the entire system has entered the normal operating state.

상술한 바와 같이, 마이크로 프로세서는 이동평균법을 통해서 각 시간 구간별로 이러한 2차 변수의 거동을 모니터링하여, 이러한 2차 변수가 미리 설정된 기준범위, 즉, 예로서 m=±3σ(m,σ는 각각 2차 변수의 평균값 및 표준 편차)내에 포함되고, 또한 그 상태가 일정 시간 이상 지속되는 경우, 정상운전상태로 판단하게 된다.As described above, the microprocessor monitors the behavior of these secondary variables for each time interval through a moving average method, so that these secondary variables are preset reference ranges, i.e., m = ± 3σ (m, σ respectively). The average value and the standard deviation of the secondary variable), and if the state persists for a predetermined time or more, it is determined as a normal operation state.

이때, 정상운전상태 판단을 위한 기준범위는 반복적인 사전 실험을 통해 설정될 수 있으며, 도 4에서는 이와 같은 정상운전상태 판단의 기준값을 설정하기 위해 미국냉동공조협회의 정상운전상태 판단 매뉴얼에 기재된 AHRI37-2005 규격에 의거하여, 히트펌프 시스템을 최소 1시간 이상 연속 운전시키고, 각종 온도 및 압력 데이터가 충분히 안정되었을 때, 각 2차 변수의 변동 양상과 3σ 한계영역을 지정하기 위한 한계값을 설정한 결과를 보여주고 있는 도면이다.At this time, the reference range for the determination of the normal operating state may be set through repeated prior experiments, in Figure 4 AHRI37 described in the normal operation state determination manual of the American Refrigeration and Air Conditioning Association to set the reference value of such a normal operating state determination According to the -2005 standard, the heat pump system is continuously operated for at least 1 hour, and when various temperature and pressure data are sufficiently stabilized, the limit value for designating the variation pattern of each secondary variable and the 3σ limit region is set. The figure shows the result.

도시된 그래프를 보면, 정상운전상태임에도 불구하고 2차 변수의 값들은 약간의 요동을 치고 있는 것을 볼 수 있는데, 이는 그래프 자체가 확대되어 상대적으로 크게 보이기도 하지만, 기계 시스템의 특성상 충분히 정상운전상태로 판단할 수 있는 상황에서도 센서 오차범위 내의 변화나 데이터 노이즈가 존재하는 것에 기인한다.In the graph shown, the values of the secondary variables are slightly fluctuating in spite of the normal operation state, which is relatively large due to the enlargement of the graph itself. Even in the situation where it can be judged, it is due to the change in the sensor error range and the presence of data noise.

도 5는 상술한 바와 같이 설정된 기준 범위에 기초하여 시스템의 정상운전상태를 판단하는 과정을 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing a process of determining the normal operating state of the system based on the reference range set as described above.

도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로 프로세서는 감지부에서 전달되는 각 세부장치의 온도변화에 따른 2차 변수의 거동 양태를 실시간으로 모니터링하여, 2차 변수의 측정값이 정상운전상태 판단의 기준범위(점선부분) 이내에 진입하는지를 먼저 감지한다.As shown in Figure 5, the microprocessor monitors the behavior of the secondary variable according to the temperature change of each sub-device delivered from the sensing unit in real time, the measured value of the secondary variable is the reference range of the normal operation state judgment It detects if it is within (dotted line) first.

이후, 2차 변수가 기준범위 이내에 진입하면, 미리 정해진 일정시간(여기서, 판단 기준이 되는 시간구간은 전술한 바와 같이, 사용자로부터 직접 입력받은 사용자 지정 변수값 또는 메모리부에 미리 저장된 지정 변수값이 적용된다.)동안 상기 2차 변수가 기준 범위 이내에 계속 포함되고 있는지를 모니터링한다.After that, when the secondary variable enters within the reference range, a predetermined predetermined time (in this case, the time interval serving as the determination criterion is a user-specified variable value directly input from the user or a predetermined variable value previously stored in the memory unit as described above. The secondary variable continues to fall within the reference range.

그 결과, 상기 2차 변수가 일정 시간 이상 기준 범위 이내에서 계속 유지되고 있는 경우, 상기 2차 변수와 관련된 세부장치가 정상상태로 운전되고 있음을 확인하게 되고, 이와 같은 과정을 거쳐 모든 2차 변수가 정상운전상태로 판별되는 27~28분 경과 시점에서 시스템 전체가 정상운전상태에 진입하였음을 판단하게 된다.As a result, when the secondary variable is continuously maintained within the reference range for a predetermined time or more, it is confirmed that the detailed apparatus related to the secondary variable is operating in a normal state. It is judged that the whole system enters the normal operation state after 27-28 minutes that is determined to be the normal operation state.

한편, 상술한 바와 같이 마이크로 프로세서를 통해 시스템의 운전상태 정보가 도출되면, 도출된 시스템의 운전상태 정보는 출력부(500)를 통해 사용자에게 제공될 수 있다.On the other hand, as described above, when the driving state information of the system is derived through the microprocessor, the derived driving state information of the system may be provided to the user through the output unit 500.

이때, 마이크로 프로세서(400)에는 출력부(500) 이외에도 히트펌프 시스템의 고장여부를 진단하는 고장감지/진단모듈(미도시)가 구비될 수 있다.In this case, the microprocessor 400 may be provided with a failure detection / diagnosis module (not shown) for diagnosing a failure of the heat pump system in addition to the output unit 500.

고장감지/진단모듈은 사전 실험을 통해 시스템의 정상운전상태에 대한 온도 및 압력 등의 각종 운전 정보를 기준값으로 미리 저장하고, 마이크로 프로세서(400)를 통해 실시간으로 도출되는 현재 시스템의 정상운전상태에 대한 운전 정보를 상기 기준값과 비교 판단함으로써 시스템의 고장 여부를 감지 및 진단하는 역할을 수행한다. The failure detection / diagnosis module stores various operation information such as temperature and pressure for the normal operation state of the system in advance as a reference value through preliminary experiments, and stores the operation information of the current system derived in real time through the microprocessor 400. It detects and diagnoses a failure of a system by comparing the driving information with the reference value.

한편, 마이크로 프로세서(400)에는 상술한 바와 같은 고장감지/진단모듈 이외에도 히트펌프 시스템의 비정상운전상태 및/또는 정상운전상태 여부를 이용하는 다양한 장치들이 연결될 수 있음은 물론이다.
On the other hand, the microprocessor 400 may be connected to various devices using the abnormal operation state and / or normal operation state of the heat pump system in addition to the failure detection / diagnosis module as described above.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 히트펌프 시스템의 정상운전상태를 감지하는 방법을 순차적으로 보여주고 있는 순서도이다.6 is a flowchart sequentially showing a method of detecting a normal operation state of a heat pump system according to an embodiment of the present invention.

도 6에서 설명하고 있는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지방법에서는, 이미 앞에서 미리 설명한 바와 같이, 반복적인 사전 실험을 통해 최적화되어 정상운전상태 감지장치에 구비된 메모리부에 미리 저장된 지정 변수값들을 독출하여 이용함으로써 시스템의 정상운전상태를 판단한다.In the method for detecting the normal operating state of the heat pump system described in FIG. 6, as described above, the predetermined variable values which are optimized through repeated preliminary experiments and stored in the memory unit included in the normal operating state sensing device are read out. To determine the normal operating status of the system.

히트펌프 시스템의 정상운전상태를 감지하기 위해서는, 먼저 감지부의 감지센서들을 통해 시스템을 구성하는 각 세부장치들의 온도 및 압력 데이터 등의 운전상태정보를 감지(S100)하고, 감지한 각종 데이터들을 메모리부에 저장한다.In order to detect the normal operation state of the heat pump system, first, through the detection sensors of the detection unit, the operation state information such as temperature and pressure data of each detailed device constituting the system is detected (S100), and the detected various data are stored in the memory unit. Store in

이후, 정상운전상태 판단에 요구되는 사용자 지정 변수값과 각 세부장치의 운전상태정보를 메모리부에서 독출(S110)하고, 독출한 각종 정보를 바탕으로 이동평균법과 분해분석법에 기초하여 시스템의 운전상태를 대표할 수 있는 2차 변수를 산출(S120)한다.Thereafter, the user-specified variable value required for the normal operation state determination and the operation state information of each detailed device are read from the memory unit (S110), and the operation state of the system based on the moving average method and the decomposition analysis method based on the various information read out. Compute a secondary variable that can represent (S120).

이때, 상기 2차 변수는 전술한 바와 같이 시스템 구성요소의 온도, 압력 또는 전력 데이터 등의 특정 인자와 관련하여 시스템을 표현할 수 있는 시스템 모델식의 구현을 통해 도출할 수 있다.In this case, the secondary variable may be derived through the implementation of a system model that can express the system in relation to a specific factor such as temperature, pressure or power data of the system component as described above.

상술한 바와 같은 모델링 과정을 통해 2차 변수를 도출하면, 분해분석법 및 이동평균법을 적용하여 각 2차 변수들의 특정 시간구간 [0, t]에서의 거동 상태를 실시간으로 산출하여, 2차 변수의 산출값이 미리 설정된 정상운전상태 판단의 기준범위 이내에 포함되고 있는지를 확인(S130)한다.Deriving the secondary variables through the modeling process as described above, by applying the decomposition analysis and the moving average method to calculate the behavior state of each secondary variable in a specific time interval [0, t] in real time, It is checked whether the calculated value is within the reference range of the predetermined normal operation state determination (S130).

상술한 2차 변수의 거동에 대한 모니터링은 해당 2차 변수가 미리 설정된 정상운전상태 판단의 기준 범위 이내에 들어오게 될 때까지 지속되며, 해당 2차 변수가 기준범위 이내에 진입하면, 상기 2차 변수가 미리 정해진 일정시간 동안 기준범위 이내에서 계속 유지되고 있는지를 확인(S140)한다.The monitoring of the behavior of the secondary variable described above is continued until the secondary variable falls within a reference range of a predetermined normal operating state judgment, and when the secondary variable enters the reference range, the secondary variable is It is checked whether it is kept within the reference range for a predetermined time (S140).

그 결과, 상기 2차 변수가 일정시간 이상 계속하여 기준범위 이내에서 유지되면, 해당 2차 변수와 관련된 세부장치가 정상상태로 운전되고 있음을 확인하고, 이에 반해, 상기 2차 변수가 기준범위 이내에 진입은 하되, 일정시간 동안 기준범위 이내에서 계속 유지되지 못하고 다시 기준범위 밖으로 벗어나게 되는 경우, 다시 2차 변수의 거동상태를 모니터링하는 단계로 복귀하여 2차 변수의 거동을 모니터링 한다.As a result, when the secondary variable is maintained within the reference range for a predetermined time or more, it is confirmed that the detailed apparatus related to the secondary variable is operating in a normal state, whereas the secondary variable is within the reference range. If the entry is made, but it is not maintained within the reference range for a certain time, and then it is out of the reference range again, it returns to the step of monitoring the behavior of the secondary variable and monitors the behavior of the secondary variable.

한편, 상술한 바와 같이, 상기 2차 변수와 관련된 세부장치가 정상운전상태로 확인되면, 다른 세부장치들을 대표하는 나머지 2차 변수들의 거동에 대한 모니터링을 순차적으로 수행하며, 최종적으로 모든 2차 변수의 운전상태가 정상운전상태로 확인(S150)되면, 시스템 전체가 정상운전상태에 진입하였음을 판단(S160)하여, 현재 시스템의 정상운전상태에 대한 운전 정보를 메모리부에 저장한다.Meanwhile, as described above, when the detailed device related to the secondary variable is confirmed to be in a normal operating state, monitoring of the behavior of the remaining secondary variables representing other detailed devices is sequentially performed, and finally, all secondary variables. When the operation state is determined as the normal operation state (S150), it is determined that the entire system has entered the normal operation state (S160), and stores the operation information on the normal operation state of the current system in the memory unit.

이때, 상술한 바와 같은 과정을 통해 획득한 시스템의 정상운전상태 정보는 히트펌프 시스템의 운전상태정보를 이용하는 다양한 장치에 제공되어 다양한 목적을 수행하는데에 이용될 수 있다.In this case, the normal operating state information of the system obtained through the above-described process may be provided to various devices using the operating state information of the heat pump system and used to perform various purposes.

한 예로, 히트펌프 시스템의 정상운전상태 정보를 히프펌프 시스템의 고장여부를 진단하는 고장감지/진단모듈에 제공하는 경우, 고장감지/진단모듈에서는 실시간으로 제공되는 현재 시스템의 정상운전상태에 대한 운전 정보를 미리 설정한 기준값과 비교 판단함으로써, 히트펌프 시스템 전체의 고장 여부를 감지 및 진단할 수 있음은 물론, 시스템의 각 세부장치별 이상 여부도 진단할 수 있게 된다.For example, when the normal operation state information of the heat pump system is provided to the fault detection / diagnosis module for diagnosing the failure of the bottom pump system, the fault detection / diagnosis module provides an operation for the normal operation state of the current system provided in real time. By comparing and determining the information with a preset reference value, it is possible not only to detect and diagnose the failure of the entire heat pump system, but also to diagnose the abnormality of each detailed device of the system.

이와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치는 히트펌프 시스템의 정상운전상태에 대한 각종 운전정보를 다양한 시스템 점검/진단 장치에 제공해줌으로써, 히트펌프 시스템의 운전상태 성능을 보다 효율적으로 점검할 수 있다.As described above, the apparatus for detecting the normal operating state of the heat pump system according to the present invention provides various system information for the normal operation state of the heat pump system to various system check / diagnostic apparatuses, thereby providing more efficient operation state performance of the heat pump system. You can check with

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치는 히트펌프 시스템을 구성하는 각 세부장치에 감지센서를 구비하여, 시스템 운전시 각 장치의 온도 및 압력 등의 상태정보를 실시간으로 감지하고, 감지된 각 세부장치의 상태정보를 바탕으로 이동평균법(moving window, MW) 및 분해분석법(decomposition analysis, DA)에 기초하여 각 세부장치의 상태정보를 통합적으로 점검할 수 있는 2차 변수를 도출하고, 도출된 2차 변수의 거동을 실시간으로 파악하여, 상기 2차 변수의 거동 양태에 따라 히트펌프 시스템의 정상운전상태를 자동 판단함으로써, 시스템의 정상운전상태를 보다 정확하고 신속하게 감지함은 물론, 시스템의 운전상태 성능을 보다 용이하게 점검할 수 있다.As described above, the normal operating state detection apparatus of the heat pump system according to the present invention is provided with a sensing sensor in each detailed device constituting the heat pump system, real-time state information such as temperature and pressure of each device during system operation 2nd order which can check the status information of each detail device based on moving window (MW) and decomposition analysis (DA) based on the detected state information of each detail device. By deriving the variable, grasping the behavior of the derived secondary variable in real time, and automatically determining the normal operating state of the heat pump system according to the behavior of the secondary variable, thereby more accurately and quickly determining the normal operating state of the system. In addition to detecting, it is easier to check the operating performance of the system.

또한, 히트펌프 시스템의 운전상태를 자동적으로 실시간 점검함으로써, 시스템 운전상태를 점검하기 위해 소모되었던 불필요한 운전비용 및 운전시간을 경감시킴은 물론, 시스템의 운전상태를 주기적으로 모니터링해야 하는 엔지니어의 비생산적 업무를 절감시켜 업무 효율을 향상시킬 수 있다.
In addition, by automatically checking the operating state of the heat pump system in real time, the unproductive work of engineers who need to periodically monitor the operating state of the system, as well as reduce unnecessary operating costs and operating time that were consumed to check the system operating state. Can improve work efficiency.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have knowledge of God.

100 : 입력부 200 : 감지부
300 : 메모리부 400 : 마이크로 프로세서
500 : 출력부100 input unit 200 detection unit
300: memory 400: microprocessor
500: output unit

Claims (12)

감지부 및 메모리부에 연결된 마이크로프로세서를 이용하여 히트펌프 시스템의 정상운전상태 진입 여부를 감지하기 위한 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지방법에 있어서,
감지부에 구비된 다수개의 감지센서를 통해 상기 히트펌프 시스템을 구성하는 각 세부장치의 운전 상태를 감지하는 제1 단계;
마이크로프로세서가 정상운전상태 판단로직의 기준요소로 사용될 사용자 지정 변수값을 메모리부로부터 읽어들이는 제2 단계;
마이크로프로세서가 상기 감지부로부터 감지된 상기 각 세부장치의 운전상태정보와 상기 메모리부로부터 읽어들인 상기 사용자 지정 변수값에 근거하여, 상기 히트펌프 시스템을 구성하는 각 세부장치의 운전상태를 대표하는 각 세부장치별 2차 변수의 산출식을 도출하는 제3 단계;
상기 도출된 각 세부장치별 2차 변수의 산출식에 따라 각 세부장치별 2차 변수값을 산출하는 제4 단계;
상기 산출된 각 세부장치별 2차 변수값이 미리 설정된 기준 범위 이내에 포함되는 지를 확인하는 제5 단계;
상기 제5 단계에서 특정 2차 변수가 기준 범위 이내에 포함되면, 상기 특정 2차 변수가 미리 설정된 일정시간 동안 기준 범위 이내에서 계속 유지되는지를 확인하는 제6 단계;
상기 제6 단계에서 상기 특정 2차 변수가 일정시간 이상 계속하여 기준범위 이내에서 유지되면, 상기 특정 2차 변수로 대표되는 세부장치가 정상상태로 운전되고 있음을 확인하는 제7 단계;
모든 2차 변수에 대해 상기 제5 단계 내지 제7 단계를 반복 수행하여, 모든 2차 변수가 일정시간 동안 기준 범위 이내에서 계속 유지되는지를 확인하는 제8 단계; 및
모든 2차 변수가 일정시간 이상 계속하여 기준범위 이내에서 유지되면, 시스템 전체가 정상운전상태에 진입하였음을 판단하는 제9 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지방법.In the normal operation state detection method of the heat pump system for detecting whether the heat pump system enters the normal operation state using a microprocessor connected to the sensing unit and the memory unit,
A first step of detecting an operating state of each detailed device constituting the heat pump system through a plurality of detection sensors provided in a detection unit;
A second step of the microprocessor reading a user-specified variable value to be used as a reference element of the normal operation state determination logic from the memory unit;
A microprocessor representing an operation state of each sub-device constituting the heat pump system based on the operation state information of each sub-device detected by the detection unit and the user-specified variable value read from the memory unit. A third step of deriving a calculation formula of the secondary variable for each detailed apparatus;
A fourth step of calculating a secondary variable value for each detailed device according to the derived equation for the secondary variable for each detailed device;
A fifth step of checking whether the calculated secondary variable value for each detailed apparatus is included within a preset reference range;
A sixth step of checking whether the specific secondary variable is continuously maintained within the reference range for a predetermined time when the specific secondary variable is included in the reference range in the fifth step;
A seventh step of confirming that the detailed device represented by the specific secondary variable is operating in a normal state when the specific secondary variable is maintained within a reference range for a predetermined time or more in the sixth step;
An eighth step of repeating the fifth to seventh steps for all secondary variables to confirm whether all secondary variables remain within a reference range for a predetermined time; And
A ninth step of determining that the entire system enters a normal operation state when all secondary variables are maintained within a reference range for a predetermined time or more;
Method for detecting the normal operating state of the heat pump system, characterized in that comprises a. 제 1항에 있어서,
상기 각 세부장치별 2차 변수의 산출식은,
상기 각 세부장치의 운전상태정보 및 상기 사용자 지정 변수값을 기초 인자로 사용하며, 이동평균법 및 분해분석법을 적용한 정상운전상태 판단로직에 의해 도출되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지방법.The method of claim 1,
The formula for calculating the secondary variable for each sub-device,
Method for detecting the normal operation state of the heat pump system, characterized in that derived from the normal operation state determination logic applying the moving average method and decomposition analysis method using the operation state information and the user-specified variable value of each detailed device as a basic factor. . 제 2항에 있어서,
상기 사용자 지정 변수값에는
이동평균법에 적용하는 이동평균창의 시간구간[0, t]의 크기, 감지부로부터 운전상태정보를 전달받는 시간간격 및 상기 각 2차 변수의 정상운전상태 판단을 위한 기준범위 및 유지시간이 포함되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지방법.The method of claim 2,
The user specified variable value
Includes the size of the time interval [0, t] of the moving average window applied to the moving average method, the time interval for receiving operation status information from the sensing unit, and the reference range and holding time for determining the normal operation state of each secondary variable. Method for detecting the normal operating state of the heat pump system, characterized in that. 제 3항에 있어서,
상기 사용자 지정 변수값은 시스템 엔지니어의 사전 실험을 통해 도출되어 메모리부에 저장되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지방법.The method of claim 3,
The user-specified variable value is derived through a pre-test of the system engineer is stored in the memory unit, characterized in that the normal operating state of the heat pump system. 제 1항에 있어서,
상기 2차 변수에 의해 운전상태가 대표되는 세부장치에는 열교환기, 팽창밸브, 실외기 및 압축기가 포함되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치의 감지방법. The method of claim 1,
The detailed apparatus in which the operation state is represented by the secondary variable includes a heat exchanger, an expansion valve, an outdoor unit, and a compressor. 제 5항에 있어서,
상기 세부장치의 운전상태정보에는 각 세부장치의 입구온도, 출구온도, 입구압력, 출구압력 및 전력소모 데이터 중 적어도 하나 이상이 포함되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치의 감지방법. 6. The method of claim 5,
The operation state information of the detailed apparatus includes at least one or more of inlet temperature, outlet temperature, inlet pressure, outlet pressure and power consumption data of each detailed apparatus. . 제 6항에 있어서,
상기 운전상태정보는 각 세부장치의 입구온도 및 출구온도인 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치의 감지방법. The method of claim 6,
The operation state information detection method of the normal operation state detection device of the heat pump system, characterized in that the inlet temperature and the outlet temperature of each detailed device. 제 7항에 있어서,
상기 각 세부장치의 운전상태를 대표하는 2차 변수는 하나의 [수학식 3]을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치의 감지방법.
[수학식 3]
Figure pat00011

Figure pat00012
,
Figure pat00013

Figure pat00014
,
Figure pat00015

Figure pat00016
,
Figure pat00017

Figure pat00018
,
(Eeffect, Xeffect, Geffect, Ceffect는 각각 열교환기, 팽창밸브, 실외기 및 압축기의 온도 안정성을 나타내는 2차 변수, E0, X0, G0, C0는 각각 시간 t=0에서의 열교환기, 팽창밸브, 실외기 및 압축기의 출구온도와 입구온도의 비(比)를 나타내는 무차원 계수, △E, △X, △G, △C는 열교환기, 팽창밸브, 실외기 및 압축기의 시간구간 [0, t]에서의 해당 무차원 계수의 변화량).The method of claim 7, wherein
The secondary variable representing the operating state of each of the detailed apparatus is a detection method of the normal operating state detection apparatus of the heat pump system, characterized in that calculated through one [Equation 3].
[Equation 3]
Figure pat00011

Figure pat00012
,
Figure pat00013

Figure pat00014
,
Figure pat00015

Figure pat00016
,
Figure pat00017

Figure pat00018
,
(E effect , X effect , G effect and C effect are secondary variables representing temperature stability of heat exchanger, expansion valve, outdoor unit and compressor, respectively, E 0 , X 0 , G 0 , C 0 at time t = 0 Is a dimensionless coefficient representing the ratio of the outlet temperature and the inlet temperature of the heat exchanger, expansion valve, outdoor unit and compressor, and ΔE, ΔX, ΔG, ΔC are the time of the heat exchanger, expansion valve, outdoor unit and compressor. The amount of change in the corresponding dimensionless coefficient in the interval [0, t]). 히트펌프 시스템의 정상운전상태 진입 여부를 감지하기 위한 히트펌프 시스템의 운전상태 감지장치에 있어서,
사용자로부터 마이크로 프로세서에 내장된 정상운전상태 판단 로직의 기준요소로 사용될 사용자 지정 변수값을 입력받는 입력부;
히트펌프 시스템을 구성하는 각 세부장치에 연결되어 감지센서를 통해 각 세부장치의 운전상태를 감지하는 감지부;
상기 입력부를 통해 입력받은 사용자 지정 변수값을 저장하고, 상기 감지부에서 감지된 각 세부장치들의 운전상태 정보를 저장하며, 마이크로 프로세서에서 처리되는 각종 데이터를 저장하는 메모리부;
상기 감지부를 통해 전송받은 운전상태정보와 메모리에 저장된 사용자 지정 변수값에 기초하여, 내장된 정상운전상태 판단 로직에 따라 시스템의 정상운전상태 진입 여부를 판단하는 마이크로 프로세서; 및
상기 마이크로 프로세서에서 판단된 시스템 운전상태의 판단 결과를 출력하는 출력부;를 포함하여 구성되되,
상기 마이크로프로세서에 내장된 정상운전상태 판단로직은, 상기 감지부를 통해 전송받은 운전상태정보와 메모리에 저장된 사용자 지정 변수값에 기초하여, 이동평균법 및 분해분석법을 이용하여 히트펌프 시스템을 구성하는 각 세부장치의 운전상태를 대표하는 2차 변수를 산출하고, 산출된 모든 2차 변수가 미리 설정된 기준 영역 내에서 일정 시간 동안 유지되는지를 확인함으로써 시스템의 정상운전상태 진입 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치.In the operating state detection device of the heat pump system for detecting whether the heat pump system enters the normal operation state,
An input unit for receiving a user-specified variable value to be used as a reference element of the normal operation state determination logic built in the microprocessor from a user;
A detection unit connected to each detailed device constituting the heat pump system and detecting an operation state of each detailed device through a detection sensor;
A memory unit for storing a user-specified variable value received through the input unit, storing operation state information of each of the detailed devices detected by the detection unit, and storing various data processed by a microprocessor;
A microprocessor that determines whether the system enters the normal operation state according to the built-in normal operation state determination logic based on the operation state information received through the detection unit and the user-specified variable value stored in the memory; And
And an output unit for outputting a determination result of the system operating state determined by the microprocessor.
The normal operation state determination logic built into the microprocessor is configured to configure the heat pump system using a moving average method and a decomposition analysis method based on the operation state information received through the detection unit and a user-specified variable value stored in the memory. Calculating a secondary variable representative of the operating state of the device, and determining whether the calculated secondary variable is maintained within a predetermined reference region for a predetermined time to determine whether the system enters the normal operating state. Normal operating state sensing device of pump system. 제 9항에 있어서,
상기 메모리부에는 시스템 엔지니어의 사전 실험을 통해 도출된 사용자 지정 변수값이 미리 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치.The method of claim 9,
The memory unit is a normal operating state detection device of the heat pump system, characterized in that the user-specified variable value derived through a pre-test of the system engineer is stored in advance. 제 9항에 있어서,
상기 감지부는 히트펌프 시스템을 구성하는 열교환기, 팽창밸브, 실외기 및 압축기에 각각 연결되어, 연결된 상기 열교환기, 팽창밸브, 실외기 및 압축기의 입구온도, 출구온도, 입구압력, 출구압력 및 전력소모 데이터 중 적어도 하나 이상의 운전상태정보를 감지하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치.The method of claim 9,
The sensing unit is connected to a heat exchanger, an expansion valve, an outdoor unit, and a compressor constituting the heat pump system, respectively, inlet temperature, outlet temperature, inlet pressure, outlet pressure, and power consumption data of the connected heat exchanger, expansion valve, outdoor unit, and compressor. Apparatus for detecting a normal operating state of the heat pump system, characterized in that for detecting at least one of the operating state information. 제 9항에 있어서,
상기 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치에는,
시스템이 정상운전상태에 진입하였다고 판단되는 경우, 정상운전상태에서의 시스템의 각 세부장치의 운전상태정보를 전송받아, 미리 저장된 각 세부장치의 정상운전상태에 따른 기준값과 상기 전송된 각 세부장치의 운전상태정보를 비교함으로써 시스템의 고장 여부를 감지하는 고장감지/진단모듈이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 정상운전상태 감지장치.
The method of claim 9,
In the normal operating state detection device of the heat pump system,
If it is determined that the system has entered the normal operation state, the operation state information of each detailed device of the system is received in the normal operation state, and the reference value according to the normal operation state of each detailed device stored in advance and the transmission of each detailed device Device for detecting the normal operation state of the heat pump system, characterized in that the failure detection / diagnosis module for detecting the failure of the system by comparing the operation status information is further provided.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230066874A (en) * 2021-11-08 2023-05-16 중앙대학교 산학협력단 Real-time self-adaptive steady state diagnosis method of heat pump system, recording medium and steady state diagnosis device for performing the same

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