KR101155006B1 - 히트펌프 및 히트펌프의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프 및 히트펌프의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 보일러를 구비하는 히트펌프 및 히트펌프의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 히트펌프 및 히트펌프의 제어방법에 의하면, 보일러를 구비하여, 실외 기온 또는 단위 열량당 전기요금 등에 따라 선택적으로 보일러와 연동 운전될 수 있으며, 실외 공기의 온도가 미리 결정된 온도 이하로 내려가는 경우, 보일러를 사용할 수 있으므로, 사용자에게 충분한 난방 또는 급탕 기능을 제공할 수 있다.

Description

히트펌프 및 히트펌프의 제어방법{HEAT PUMP AND CONTROL METHOD OF THE SAME}

본 발명은 히트펌프 및 히트펌프의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 본 발명은 보일러를 구비하는 히트펌프 및 히트펌프의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 히트 펌프란 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치를 의미한다.

히트펌프는 압축기 및 실외 열교환기를 구비하는 실외기 및 팽창밸브 및 실내 열교환기를 포함하는 실내기를 포함할 수 있다.

히트펌프를 난방 또는 급탕에 사용하는 경우, 화석연료의 사용을 대체할 수 있다. 그러나, 난방 또는 급탕의 열원으로서 히트펌프를 사용하는 경우, 실외 공기의 온도가 낮아지는 경우, 난방효율이 급격히 저하되거나 충분한 난방 또는 급탕 운전을 제공하지 못한다.

따라서, 히트펌프만으로 충분한 난방 또는 급탕을 제공할 수 없는 경우가 있다.

그리고, 히트펌프와 보일러 등이 함께 난방 또는 급탕을 위해 사용되는 경우, 단위 열량당 전기요금 또는 가스요금이 변동되는 경우, 난방 또는 급탕에 소요되는 총 요금을 최소화하는 방법이 요구된다.

본 발명은 보일러를 구비하여, 실외 기온 또는 단위 열량당 전기요금 등에 따라 선택적으로 보일러와 연동 운전되며, 방열 난방 또는 급탕 운전을 제공할 수 있는 히트펌프 및 히트펌프의 제어방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 냉매를 압축하는 실외기, 압축된 냉매와 물을 열교환시키기 위한 하이드로유닛, 상기 하이드로유닛을 순환하는 물을 선택적으로 가열하기 위한 보일러, 상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러에서 가열된 물에 의하여 난방하는 방열 난방부, 실외 공기의 온도 또는 단위 열량에 대한 요금에 따라 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러를 제어하는 제어부를 포함하는 히트펌프를 제공한다.

이 경우, 상기 제어부는 지능형 전력망의 에너지관리장치로부터 단위 열량에 따른 요금정보를 수신하고, 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교하여 상기 보일러 또는 상기 하이드로유닛을 선택적으로 운전시킬 수 있다.

또한, 지능형 전력망의 에너지관리장치는 단위 열량에 따른 요금정보를 수신하고, 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교하여, 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러의 제어신호를 상기 제어부로 전송할 수 있다.

그리고, 상기 단위 열량당 전기요금은 미리 결정된 간격으로 갱신될 수 있다.

여기서, 상기 단위 열량당 가스요금은 상기 에너지관리장치 또는 상기 제어부에 입력될 수 있다.

이 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 동일한 열량에 대한 요금이 최소화되도록 상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러를 선택적으로 운전시킬 수 있다.

또한, 상기 보일러 또는 상기 하이드로유닛 중 어느 하나의 운전 중 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금의 크기의 대소가 바뀌는 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 운전중인 어느 하나의 운전을 중단하고, 다른 하나를 운전시킬 수 있다.

그리고, 실외 공기의 온도가 미리 설정된 영하의 제 1온도 이하인 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 단위 열량당 전기요금이 저렴한 경우에도, 상기 보일러의 운전을 중단시키고, 상기 하이드로유닛을 운전시킬 수 있다.

여기서, 실외 공기의 온도가 미리 결정된 영하의 제1 온도 이하인 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 상기 하이드로유닛의 운전을 중단시키고 상기 보일러를 운전시키고, 실외 공기의 온도가 미리 결정된 영하의 제1 온도 이상인 경우, 상기 제어부는 상기 보일러의 운전을 중단시키고 상기 하이드로유닛을 운전시킬 수 있다.

이 경우, 사용자가 단위열량에 대한 최고요금을 설정한 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금과 비교하고, 상기 제어부는 상기 단위 열량당 전기요금이 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금보다 높은 구간에서만 상기 보일러를 운전시킬 수 있다.

또한, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금과 비교하고, 상기 단위 열량당 전기요금이 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금보다 낮더라도, 실외 공기의 온도가 미리 설정된 제1온도 이하인 경우, 상기 제어부는 하이드로유닛을 운전시킬 수 있다.

그리고, 상기 제어부는 지능형전력망의 에너지관리장치에 연결되고, 상기 제어부는 상기 하이드로유닛에 구비되며, 상기 하이드로유닛은 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러와 통신 가능하게 연결될 수 있다.

여기서, 상기 하이드로유닛에서 냉매와 열교환된 물에 의하여 상수도에서 공급된 물을 가열 및 저장하거나, 상수도에서 공급된 물을 상기 보일러에 의하여 가열 후 저장하기 위한 급탕탱크를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 실외 공기의 온도가 미리 결정된 영하의 제1 온도 이상 미리 결정된 영상의 제2 온도 이하인 경우, 상기 하이드로유닛에서 냉매와 열교환 후 상기 방열 난방부를 순환하는 물은 상기 보일러를 경유할 수 있다.

또한, 상기 보일러는 가스의 연소과정 없이 보일러 내부에 구비된 펌프만 운전될 수 있다.

그리고, 실외 공기의 온도가 미리 결정된 영상의 제2 온도 이상인 경우, 상기 하이드로유닛에서 냉매와 열교환 후 상기 방열 난방부를 순환하는 물은 상기 보일러를 경유하지 않을 수 있다.

여기서, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러 중 어느 하나가 고장이라고 판단되면, 실외 공기의 온도 또는 단위 열량에 대한 요금과 무관하게 운전 가능한 다른 하나를 운전시킬 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 물과 냉매의 열교환을 위한 하이드로유닛 및 보일러를 구비하는 히트펌프의 제어방법에 있어서, 히트펌프의 제어변수를 수집하는 제어변수 수집단계, 상기 제어변수 수집단계에서 수집된 제어정보를 근거로 히트펌프의 운전모드를 결정하는 운전모드 결정단계 및, 상기 운전모드 결정단계에서 결정된 운전모드에 따라 히트펌프를 운전하는 히트펌프 운전단계;를 포함하는 히트펌프의 제어방법을 제공한다.

그리고, 상기 제어변수 수집단계에서 수집되는 제어변수는 실외 공기의 온도, 단위 열량에 대한 전기요금, 단위 열량에 대한 가스요금 및 보일러 또는 하이드로유닛의 고장여부 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제어변수 수집단계에서 수집되는 제어변수 중 단위 열량에 대한 전기요금과 관련된 정보는 지능형전력망의 에너지관리장치로부터 제공될 수 있다.

이 경우, 상기 제어변수 수집단계는 미리 결정된 간격으로 반복될 수 있다.

또한, 상기 운전모드 결정단계는 동일한 열량에 대한 요금이 최소화되도록 상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러가 운전되도록 운전모드를 결정할 수 있다.

그리고, 상기 운전모드 결정단계는 상기 보일러 또는 상기 하이드로유닛 중 어느 하나의 운전 중 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금의 크기의 대소가 바뀌는 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 운전중인 어느 하나의 운전을 중단하고, 다른 하나가 운전되도록 운전모드를 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 히트펌프 및 히트펌프의 제어방법에 의하면, 본 발명은 보일러를 구비하여, 실외 기온 또는 단위 열량당 전기요금 등에 따라 선택적으로 보일러와 연동 운전될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 히트펌프 및 히트펌프의 제어방법에 의하면, 실외 공기의 온도가 미리 결정된 온도 이하로 내려가는 경우, 보일러를 사용할 수 있으므로, 사용자에게 충분한 난방 또는 급탕 기능을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 히트펌프 및 히트펌프의 제어방법에 의하면, 전력망이 지능형 전력망인 경우, 단위 열량당 전기요금 등에 따라 선택적으로 히트펌프를 구성하는 보일러 또는 하이드로유닛을 운전시킬 수 있으므로, 난방 또는 급탕에 소요되는 비용을 최소화할 수 있다.

도 1은 지능형 전력망에 대한 개략도이다.
도 2는 지능형 전력망의 주요 수요처인 가정에서의 전력공급네트워크 시스템을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 히트펌프의 상세한 구성도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 히트펌프의 하나의 운전모드에서의 물과 냉매의 흐름을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 히트펌프의 다른 운전모드에서의 물과 냉매의 흐름을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 히트펌프의 다른 운전모드에서의 물과 냉매의 흐름을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 히트펌프의 다른 운전모드에서의 물과 냉매의 흐름을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 히트펌프의 다른 실시예의 구성도를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 히트펌프의 급탕 운전과 바닥 난방운전을 사용하여, 급탕과 바닥 난방을 수행하는 운전모드의 급탕 온수 또는 바닥 난방온도에 따른 운전의 우선 순위와 관련된 블록선도를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 히트펌프의 제어방법의 하나의 실시예를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 히트펌프의 제어방법으로서 상한 요금제 운전모드의 블록선도를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 지능형 전력망 또는 차세대 전력망인 소위 '지능형 전력망(smart grid)'에 대한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 지능형 전력망은 화력발전, 원자력발전 또는 수력발전을 통하여 전력을 발생시키는 발전소와, 신?재생에너지에 속하는 태양광 또는 풍력을 이용한 태양광발전소와 풍력발전소를 포함할 수 있다.

상기 화력발전소, 원자력발전소 또는 수력발전소는 송전선을 통하여 전력소로 전력을 보내고, 전력소에서는 변전소 및 저장장치로 전기를 공급할 수 있다. 그리고, 태양광발전소와 풍력발전소에서 생산된 전기는 변전소로 공급될 수 있다. 한편, 변전소로 송전된 전기는 전력저장장치를 거쳐서 사무실이나 각 가정으로 분배될 수 있다.

한편, 일반 가정에서도 가정용 전력네트워크(HAN, Home Area Network, 도 2에서 상술)를 채용하는 경우에 일반 가정의 자가 태양광 발전시설, 또는 PHEV(하이브리드 전기자동차, Plug in Hybrid Electric Vehicle)에 장착된 연료전지를 통하여 전기를 자체공급할 수 있고, 여분의 전기는 외부에 되팔 수도 있다. 그리고, 사무실이나 가정에는 각 수요처에서 사용되는 전력 및 전기요금을 실시간으로 파악할 수 있는 소위 '스마트 계측장치'가 마련될 수 있다. 상기 스마트 계측장치를 통하여 사용자는 현재 사용되는 전력량 및 전기요금을 인지하여 상황에 따라 전력소모량이나 전기요금을 줄이는 방안을 강구할 수 있다.

한편, 지능형 전력망에서 전술한 발전소, 전력소, 저장장치 및 전력을 사용하는 수요처는 양방향 통신이 가능하다. 따라서, 수요처에서 일방적으로 전기를 받도록 하는 것만을 떠나서, 수요처의 상황을 저장장치, 전력소, 발전소로 통지하여 수요처의 상황에 따라 전기 생산 및 전기분배를 할 수 있다. 따라서, 지능형 전력망에서는 수요처의 실시간 전력관리 및 소요전력의 실시간 예측을 담당하는 에너지관리장치(EMS, Energy Management System) 및 전력의 소모량을 실시간으로 계측하는 계측장치(AMI,Advanced Metering infrastructure)를 필요로 한다. 이러한 에너리관리장치 및 계측장치는 별개의 장치로 구성되거나, 또는 하나의 장치에 두 장치의 기능을 모두 수행하도록 구성될 수도 있다.

지능형 전력망 하에서의 계측장치는 '오픈 아키텍쳐(open architecture)'를 근거로 하여 소비자를 통합하려는 기반기술로서 소비자에게는 전기를 효율적으로 사용하도록 하고, 전력공급자에게는 시스템상의 문제를 탐지하여 시스템을 효율적으로 운영할 수 있는 능력을 제공할 수 있다. 여기서, '오픈 아키텍쳐'란 일반적인 통신망과는 달리 지능형 전력망 시스템에서 전기장치의 제조업체에 상관없이 모든 전기기구가 서로 연결될 수 있도록 하는 기준을 의미한다.

따라서, 지능형 전력망에서 사용되는 계측장치는 "가격 대 장치(Prices to Devices)" 와 같은 소비자 친화적인 효율성 개념을 가능케 한다. 즉, 전력시장의 실시간 가격정보가 각 가정에 설치된 에너지관리장치(EMS)를 통하여 전송될 수 있으며, 에너지관리장치(EMS)는 각 가정에 구비된 전기장치와 통신을 하며 제어할 수 있다.

물론, 에너지관리장치(EMS)가 각각의 전기장치를 직접 제어할 수도 있고, 각각의 전기제품에 전기 요금과 관련된 정보만 제공해 주는 것도 가능하다. 후자의 경우, 각각의 전기제품의 제어부는 제공된 요금정보에 따라 각각의 전기제품을 제어할 수도 있다.

본 발명은 뒤에서 자세히 후술하겠으나, 히트펌프에 관한 것으로, 히트펌프를 구성하는 실외기, 하이드로유닛 및 보일러 등을 포함하며, 실외기, 하이드로유닛 및 보일러는 히트펌프의 제어부에 의하여 제어될 수도 있고, 히트펌프 제어부와 통신가능하게 연결된 에너지관리장치(EMS)에 의하여 제어될 수도 있다.

이 경우, 상기 히트펌프의 제어부는 지능형전력망의 에너지관리장치에 연결되고, 상기 제어부는 상기 하이드로유닛에 구비되며, 상기 하이드로유닛은 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러와 통신 가능하게 연결될 수 있다.

따라서, 사용자는 에너지관리장치(EMS)에 의해 각 전기장치의 전력정보를 인식하고 이를 기초로 소모전력량이나 전기요금 한계설정 등과 같은 전력정보처리를 수행함으로써 에너지 및 비용을 절약할 수 있다. 전술한 에너지관리장치(EMS)는 사무실이나 가정에서 사용되는 로컬에너지관리장치(Local EMS)와, 상기 로컬에너지관리장치(EMS)와 양방향 통신을 하여 로컬에너지관리장치(Local EMS)에서 취합된 정보를 처리하는 중앙에너지관리장치(Central EMS)로 구성될 수 있다.

또한, 지능형 전력망에서는 전력 공급자와 수요자 간의 전력정보에 관한 실시간 통신이 가능하게 되기 때문에, 종래와 달리 전력공급에 따른 다양한 수요자의 반응, 즉 "실시간 전력망 반응"이 가능하다. 예를 들어, 시간대에 따라 전력의 가격이 달라지거나, 전력공급회사에 따라 전력의 가격이 달라지는 경우에 이에 따라 수용자가 전력을 사용하는 시간 및 사용량 등이 달라질 수 있다. 또한, 수요자의 반응에 따라 전력 공급자 측에서 전력 가격을 조정하거나, 전력 공급량 등을 조절할 수도 있다.

도 2는 지능형 전력망의 주요 수요처인 가정에서의 전력공급네트워크 시스템(10)을 도시한 개략도이다.

도 2를 참조하면, 전력공급네트워크 시스템(10)은 각 가정에 공급되는 전력 및/또는 전기요금을 실시간으로 측정할 수 있는 계측장치(스마트미터)(20), 계측장치(20) 및 가전장치와 같은 복수 개의 전기장치와 연결되고 이들의 동작을 제어하는 에너지관리장치(30)를 구비할 수 있다. 한편, 각 가정의 전기요금은 시간당 요금으로 과금되며, 전력소모량이 급격하게 증대되는 시간구간에서는 시간당 전기요금이 비싸지며, 전력소모량이 상대적으로 적은 심야시간과 같은 때에는 시간당 전기요금이 저렴해질 수 있다.

에너지관리장치(30)는 가정 내부의 네트워크망을 통하여 냉장고(101), 세탁기 및 건조기(102), 공기조화장치의 실내기(I), 하이드로유닛(H), TV(105) 또는 조리기기(104)와 같은 전기제품과 연결되어, 이들과 양방향 통신을 할 수 있다.

본 발명에 따른 히트펌프는 하이드로유닛을 포함하며, 히트펌프를 구성하는 실외기와 연결된 적어도 1개 이상의 실내기로 구성될 수 있다.

상기 에너지관리장치(30)는 전술한 바와 같이, 전기 요금 등에 관한 정보만을 전기제품의 제어부에 전달할 수도 있고, 직접 각각의 전기제품을 제어할 수도 있다.

그리고, 본 발명에 따른 히트펌프의 제어부는 히트펌프를 구성하는 하이드로유닛(H)에 구비될 수 있으며, 상기 에너지관리장치(30)는 상기 하이드로유닛과 통신 가능하게 연결될 수 있다.

그리고, 상기 하이드로유닛(H)은 히트펌프를 구성하는 보일러 또는 실내기와 통신가능하게 연결되어 히트펌프의 제어부 또는 에너지관리장치의 제어를 받을 수 있도록 구성될 수 있다. 물론, 도 2에 도시된 실내기 역시 상기 에너지관리장치(30)에 통신가능하게 연결되어 히트펌프의 제어부 또는 에너지관리장치의 제어를 받을 수 있도록 구성될 수 있으며, 후술하는 바와 같이 하이드로유닛을 매개로 제어될 수도 있다.

가정 내부에서의 통신은 무선 또는 PLC와 같은 유선을 통하여 이루어질 수 있다. 또한, 각 전기제품들도 다른 전기제품들과 연결되어 통신이 가능해지도록 배치될 수 있다.

이하 도 3 이하를 참조하여, 본 발명에 따른 히트펌프 및 히트펌프의 제어방법을 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 상세한 구성도를 도시한다.

본 발명의 하나의 실시예는 냉매를 압축하는 실외기(O), 압축된 냉매와 물을 열교환시키기 위한 하이드로유닛(H), 상기 하이드로유닛을 순환하는 물을 선택적으로 가열하기 위한 보일러(700), 상기 하이드로유닛(H) 또는 상기 보일러(700)에서 가열된 물에 의하여 난방하는 방열 난방부(600), 실외 공기의 온도 또는 단위 열량에 대한 요금에 따라 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러를 제어하는 제어부를 포함하는 히트펌프(1000)를 제공한다.

상기 제어부는 지능형 전력망의 에너지관리장치(30, 도 2)로부터 단위 열량에 따른 요금정보를 수신하고, 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교하여 상기 보일러(700) 또는 상기 하이드로유닛(H)을 선택적으로 운전시킬 수 있다.

히트펌프(1000)에 의한 공조 운전은 실내 공기를 흡입하여 공조공간을 난방 공조하는 난방운전과 실내 공기를 흡입하여 공조공간을 냉방 공조시키는 냉방운전으로 이루어질 수 있다.

실외기(O)는 압축기(120)의 흡입유로(22)에 압축기(120)로 액냉매가 유입되는 것을 막는 어큐물레이터(110)가 설치되고, 압축기 토출유로(26)에 압축기(120)에서 토출된 냉매와 오일 중 오일을 분리하여 압축기(120)로 회수하는 오일분리기(130)가 설치된다.

실외 열교환기(140)는 냉매가 실외공기와 열교환되면서 응축되거나 증발되는 장소로서, 실외 공기가 냉매와 열교환되는 공기냉매 열교환기로 구성되는 것도 가능하고, 냉각수가 냉매와 열교환되는 수냉매 열교환기로 구성되는 것도 가능하다.

이하, 설명의 편의를 위하여 실외 공기가 냉매와 열교환되는 공기냉매 열교환기로 구성되는 경우를 예로 들어 설명한다.

실외 열교환기(140)는 공기냉매 열교환기로 구성될 경우, 실외팬(150)이 실외 열교환기(140)로 실외 공기를 송풍하게 설치된다.

실외기(O)에 구비된 실외 열교환기(140)와 실내기(I)에 구비된 실내 열교환기(320)와 열교환기 연결배관(32)로 연결된다.

팽창기구(210)(310)는 열교환기 연결배관(32)에 구비될 수 있다.

팽창기구는 실외 열교환기(140)와 실내 열교환기(320) 중 실외 열교환기(140)에 근접하게 설치된 실외 팽창기구(210)와, 실외 열교환기(140)와 실내 열교환기(320) 중 실내 열교환기(320)에 근접하게 설치된 실내 팽창기구(310)를 포함한다.

열교환기 연결배관(32)은 실외 열교환기(140)와 실외 팽창기구(210)가 연결되는 실외 열교환기-실외 팽창기구 연결배관(34)과, 실외 팽창기구(210)와 실내 팽창기구(310)가 연결되는 팽창기구 연결배관(36)과, 실내 팽창기구(310)와 실내 열교환기(320)가 연결되는 실내 팽창기구-실내 열교환기 연결배관(38)을 포함한다.

실내 열교환기(320)는 실내 공기를 냉매와 열교환시켜 실내를 냉방 또는 난방시키는 열교환기로서, 실내팬(39)이 실내 열교환기(320)로 실내 공기를 송풍한다.

따라서, 히트펌프(1000)가 실내기(I)를 통해 실내를 냉방하는 냉방모드의 경우, 실외기(O)는 압축기(120)에서 압축된 냉매가 실외 열교환기(140)와 팽창기구(210)(310)와 실내 열교환기(320)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되어 실내 열교환기(320)가 증발기로 기능한다.

그리고, 히트펌프(1000)가 실내기(I)를 통해 실내를 난방하는 난방모드의 경우, 실외기(O)는 압축기(120)에서 압축된 냉매가 실내 열교환기(320)와 팽창기구(210)(310)와 실외 열교환기(140)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되게 연결되어 실내 열교환기(14)가 응축기로 기능한다.

실외기(O)는 압축기(120)에서 압축된 냉매가 난방 운전시 실외 열교환기(140)와 팽창기구(210)(310)와 실내 열교환기(320)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되고 냉방 운전시 실내 열교환기(320)와 팽창기구(210)(310)와 실외 열교환기(140)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되는 냉난방 겸용 공기조화기로 구성되는 것이 가능하다.

실외기(O)는 냉매가 압축기(120)와 실외 열교환기(140)와 팽창기구(210)(310)와 실내 열교환기(320) 순서로 유동되게 하거나, 압축기(120)와 실내 열교환기(320)와 팽창기구(210)(310)와 실외 열교환기(140) 순서로 유동되게 하는 냉난방 절환밸브(190)를 더 포함할 수 있다.

냉난방 절환밸브(190)는 압축기(120)와 압축기 흡입유로(22) 및 압축기 토출 유로(26)로 연결되고, 실외 열교환기(140)와 실외 열교환기 연결배관(42)으로 연결되며, 실내 열교환기(320)와 실내 열교환기 연결배관(44)으로 연결된다.

그리고, 상기 실외기(O)는 상기 압축기 토출 유로(26)에서 공급되는 냉매를 하이드로유닛(H) 또는 상기 냉난방 절환밸브(190) 측으로 선택적으로 공급할 수 있는 냉매 조절밸브(170)를 구비한다.

상기 냉매 조절밸브(170)는 삼방 밸브 형태로 구비될 수 있으며, 상기 냉매 조절밸브(170)는 삼방 밸브로 구비되는 경우, 상기 냉매 조절밸브(170)는 압축기 토출 유로(26) 상에 구비되고, 하이드로유닛(H)로 냉매를 공급하는 하이드로유닛 공급유로(52)가 분지될 수 있다.

그리고, 상기 실외기(O)에는 보조 냉매 조절밸브(180)를 구비할 수 있다. 상기 보조 냉매 조절밸브(180)는 후술하는 하이드로유닛(H)에서 공급되는 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)로 공급되거나, 냉난방 절환밸브(190) 측으로 냉매가 공급되도록 한다.

상기 보조 냉매 조절밸브(180)는 삼방 밸브로 구성될 수 있으며, 상기 보조 냉매 조절밸브(180)가 삼방 밸브로 구성되는 경우, 상기 보조 냉매 조절밸브(180)는 상기 하이드로유닛(H)에서 냉매가 회수되며, 상기 압축기 토출 유로(26)로 연결되는 하이드로유닛 회수유로(54) 상에 설치되고, 열교환기 바이패스 유로(8)가 분지될 수 있다.

본 발명에 따른 열교환기는 열교환기 바이패스 유로(8)에 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 열교환기 바이패스 밸브(230)와, 열교환기 바이패스 유로(8)와 실내 팽창기구(310) 사이에 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 액냉매 밸브(240)를 더 포함할 수 있다.

열교환기 바이패스 밸브(230)는 후술하는 급탕운전 및/또는 방열 난방운전일 경우 개방되고, 공조운전, 공조운전과 급탕운전의 동시운전 또는 공조운전과 급탕운전과 방열 난방운전의 동시운전일 경우 폐쇄된다.

액냉매 밸브(240)는 공조운전이거나 공조운전과 급탕운전의 동시운전이거나 공조운전과 급탕운전과 방열 난방운전의 동시운전일 경우 개방되고, 급탕운전과 방열 난방운전의 동시운전이거나 방열 난방운전이거나 급탕운전일 경우 폐쇄된다.

본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 난방 또는 급탕을 위하여 상기 실외기(O)에서 공급된 냉매와 물을 열교환하는 하이드로유닛(H)을 구비한다.

상기 하이드로유닛(H)은 그 내부에 급탕 또는 난방을 위하여, 냉매와 물을 열교환시키는 제1 열교환기(510) 및 제2 열교환기(530)를 구비할 수 있다.

상기 제1 열교환기(510) 및 제2 열교환기(530)은 상기 실외기(O)에서 공급된 냉매가 순차적으로 흐르도록 구성될 수 있으며, 필요에 따라 제2 열교환기(530)는 우회하도록 구성될 수 있다.

제1 열교환기(510)는 압축기(120)에서 토출된 냉매가 급탕에 이용된 후 실외기(O)에서 팽창, 증발, 압축될 수 있게 실외기(O)에 하이드로유닛 순환유로(50) 상에 구비된다.

상기 하이드로유닛 순환유로(50)는 실외기(O)의 냉매 특히, 압축기(120)에서 압축된 냉매가 제1 열교환기(510)로 유동되는 하이드로유닛 공급유로(52)와, 제1 열교환기(510)에서 유출된 냉매가 실외기(O) 특히 냉/난방 절환밸브(190)로 유동되는 하이드로유닛 회수유로(54)를 포함한다.

상기 하이드로유닛 공급유로(52)는 일단이 압축기 토출유로(26)에 구비된 냉매 조절밸브(170)에 연결되고 타단이 제1 열교환기(510)에 연결된다.

상기 하이드로유닛 회수유로(54)는 일단이 제1 열교환기(510)에 연결되고 타단이 압축기 토출유로(26)에 연결된다.

제1 열교환기(510)는 냉매 조절밸브(170)가 냉매를 제1 열교환기(510)로 유동되게 할 경우, 압축기(120)에서 과열된 냉매가 급탕에 이용되는 물과 열교환되면서 응축되게 하는 일종의 디슈퍼히터(desuperheater)이다. 따라서, 제1 열교환기(510)는 신속하게 급탕에 공급되는 물을 가열할 수 있다.

제1 열교환기(510)는 과열된 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 급탕에 이용되는 물이 통과하는 유로를 갖는다.

제1 열교환기(510)는 냉매 유로와 물 유로가 열전달부재를 사이에 두고 내,외로 형성된 이중관 열교환기로 이루어지는 것도 가능하고, 냉매 유로와 물 유로가 열전달부재를 사이에 두고 교대로 형성된 판형 열교환기로 이루어지는 것도 가능하다. 설명의 편의를 위하여, 제1 열교환기(510)는 이중관 구조의 열교환기로 구비되고, 제2 열교환기(530)는 판형 열교환기로 구성되는 경우로 설명한다.

제1 열교환기(510)는 급탕탱크(800)와 온수 공급배관(58) 및 온수 회수배관(59)(59)으로 연결되고, 온수 회수배관(59)에는 급탕 펌프(60)가 설치된다.

본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 하이드로유닛(H)은 제1 열교환기(510)를 통과한 냉매가 제2 열교환기(530)를 통과하거나 바이패스 하도록 냉매의 흐름을 조절하는 제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)를 포함한다.

제2 열교환기(530)는 하이드로유닛 회수유로(54) 상에 구비되고 제1 열교환기(510)를 통과한 냉매가 항상 바닥 난방 등의 방열난방에 이용되게 하는 것도 가능하나, 사용자 등이 방열 난방을 선택적으로 실시할 수 있게 설치될 수 있다.

제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 사용자 등이 바닥난방을 선택하는 시기에 제2 열교환기(530)로 냉매가 통과하게 할 수 있다.

제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 바닥 난방운전으로서 방열 난방운전을 포함할 경우, 냉매가 제2 열교환기(530)로 유동되게 냉매의 유동 방향을 조절하고, 방열 난방운전을 포함하지 않을 경우, 냉매가 제2 열교환기(530)를 바이패스하게 냉매의 유동 방향을 조절한다.

제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 방열 난방운전시, 방열 난방운전과 급탕운전의 동시운전시, 방열 난방운전과 급탕운전과 공조운전의 동시운전시 냉매가 제2 열교환기(530)로 유동되게 조절된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 급탕유로(50) 특히 하이드로유닛 회수유로(54)에 설치되어 냉매 유출방향을 선택할 수 있는 하나의 삼방밸브로 구성될 수 있다.

제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 삼방밸브일 경우, 입구부와 제 1 출구부가 하이드로유닛 회수유로(54)와 연결되고, 제 2 출구부가 난방유입유로(74)에 연결된다.

제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 난방유입유로(74)에 설치되어 방열 난방운전시 개방되고 방열 난방운전이 실시되지 않을 때 밀폐되는 제 1 밸브와, 하이드로유닛 회수유로(54)에 설치되어 방열 난방운전시 밀폐되고 방열 난방운전이 실시되지 않을 때 개방되는 제 2 밸브를 포함하는 것도 가능하다.

난방유출유로(76)에는 하이드로유닛 회수유로(54)의 냉매가 난방유출유로(76)를 통해 제2 열교환기(530)로 역류되는 것을 막는 체크밸브(560)가 설치된다.

본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 제1 열교환기(510)를 통과하는 냉매가 물을 가열한 후 하이드로유닛 순환유로(50)로 유동되게 하이드로유닛 순환유로(50)와 수냉매 열교환기 연결 유로(70)로 연결된 제2 열교환기(530)를 더 포함할 수 있다.

수냉매 열교환기 연결 유로(70)는 하이드로유닛 회수유로(54)의 냉매가 제2 열교환기(530)로 유입되는 난방유입유로(74)와, 제2 열교환기(530)를 통과한 냉매가 하이드로유닛 회수유로(54)로 유출되는 난방유출유로(76)를 포함한다.

제2 열교환기(530)는 제1 열교환기(510)에서 1차로 응축된 냉매가 물과 열교환되면서 추가로 응축되는 응축 열교환기이다.

제2 열교환기(530)는 제1 열교환기(510)를 통과한 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 바닥 난방이나 라디에이터 난방에 이용되는 물이 통과하는 유로를 갖는다.

제2 열교환기(530)에서 냉매와 열교환된 물은 방열 과정을 통해 난방을 하기 위한 방열 난방부(600)에서 난방에 사용된다.

설명의 편의상 도 3에서는 방열 난방부(600)는 바닥을 난방하기 위한 방열 난방배관(610)을 포함하는 바닥 난방부를 도시하였다. 따라서, 이하에서 방열 난방부는 바닥 난방부를 포함하는 개념으로 사용된다.

본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 제2 열교환기(530)가 실내의 바닥에 설치된 방열 난방부(600)는 바닥 공급관(82) 및 바닥 회수관(83)으로 연결되고, 바닥 회수관(83)에 바닥난방펌프(550)가 설치된다.

제1 열교환기(510)를 통과한 냉매는 제2 열교환기(530)를 경유하여, 실내의 바닥 난방에 추가로 이용될 수 있게 된다.

본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 난방 또는 급탕에 사용되는 열원을 제공하기 위한 수단으로서, 전술한 히트펌프(1000) 이외에도 보일러(700)가 더 구비될 수 있다.

실외의 온도가 미리 결정된 온도 이하인 경우, 냉매를 사용하는 하이드로유닛을 통한 난방의 효율이 급격히 떨어질 수 있다. 따라서, 미리 결정된 온도 이하로 실외 공기가 하강하는 경우, 난방을 위한 열원을 히트펌프(1000)에서 보일러(700)로 선택적으로 운전시킬 수 있다.

상기 보일러(700)는 화석 연료를 연소하는 연소 가열부(720)와 상기 연소 가열부(720)에서 가열된 물을 이용하여 열교환 방식으로 가열하는 열교환 가열부(710)를 구비할 수 있으며, 상기 연소 가열부(720)는 상기 바닥 공급관(82)을 통해 공급되는 물을 가열하며, 상기 열교환 가열부(710)는 후술하는 급탕탱크(800) 측에서 공급되는 물을 상기 연소 가열부(720)에서 가열된 물과 열교환하여 가열할 수 있다.

상기 바닥 공급관(82)에는 각각 제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)가 구비된다. 상기 제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)는 상기 바닥 공급관(82)에 구비되고, 상기 보일러(700)를 경유하는 배관인 보일러 공급관(82) 및 보일러 회수관(83)이 각각 연결된다.

상기 보일러 공급관(82) 및 보일러 회수관(83)은 상기 하이드로유닛(H)을 순환하는 물을 보일러(700)에 구비된 연소가열부로 공급한다.

상기 제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)는 상기 하이드로유닛(H)에서 공급된 물을 상기 방열 난방부(600)로 직접 공급하거나, 상기 보일러(700)의 연소 가열부(720)를 경유하여 공급되도록 유로를 선택적으로 차단한다.

뒤에서 자세히 기술하겠으나, 상기 하이드로유닛(H)에서 공급된 물이 상기 보일러(700)를 경유하는 경우는, 보일러(700)가 운전되지 않는 경우의 보일러(700)의 동파를 방지하기 위한 경우이거나, 보일러(700)가 운전되는 경우일 수 있다.

상기 보일러(700)는 상기 보일러 회수관(83) 상에 보일러 펌프(730)를 더 구비할 수 있다. 상기 급탕탱크(800) 측에서 공급되는 물이 경유되는 배관으로 보일러(700)가 운전되면, 급탕에 사용되는 물을 가열할 수 있다.

상기 보일러 공급관(82)은 보일러(700) 내부에서 분지되어 상기 연소 가열부(720)에서 가열된 물의 일부가 상기 열교환 가열부(710)로 공급되는 구조를 갖을 수 있다. 상기 연소 가열부(720)에서 가열된 물의 일부가 상기 열교관 가열부(710)로 공급되는 방법은 상기 연소 가열부(720)를 경유하는 배관에서 분지되어 상기 열교환 가열부(710)를 경유하는 경유관(715)에 의한다.

상기 경유관(715)에 의하여, 상기 연소 가열부(720)에서 연소열에 의하여 가열된 물이 열교환 가열부(710) 측으로 공급되어 상수도에서 공급된 물을 가열하여 급탕탱크 측으로 공급할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 뒤로 미룬다.

본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 급탕 운전을 제공하기 위하여 급탕탱크(800)를 포함할 수 있다.

상기 급탕탱크(800)는 급탕에 사용되는 물을 저장하기 위한 저장공간(S)과 그 내부에 상기 하이드로유닛(H)에서 냉매와 열교환된 물을 사용하여 저장공간(S) 내부의 물을 열교환하기 위한 급탕탱크 열교환기(810)를 구비한다.

상기 급탕탱크 열교환기(810)는 상기 온수 공급배관(58)에서 분지된 온수 공급 분지관(86)을 통해 상기 하이드로유닛(H)을 경유한 물이 공급되고, 상기 급탕탱크(800) 내부에 저장된 물과 열교환된 뒤, 상기 온수 회수 분지관(87)을 통해 상기 온수 회수배관(59)으로 회수된다.

상기 온수 공급배관(58) 및 상기 온수 회수배관(59)의 단부에 각각 제1 급탕밸브(920) 및 제2 급탕밸브(930)가 구비되고, 각각의 제1 급탕밸브(920) 및 제2 급탕밸브(930)에서 상기 온수 공급 분지관(86) 및 상기 온수 회수 분지관(87)이 분지될 수 있다.

상기 온수 회수배관(59)은 상기 제2 급탕밸브(930)를 통해 상수도를 연결하는 상수도 연결관(91)과 연결되어 선택적으로 상수가 상기 온수 회수배관(59)을 통해 보일러(700)로 공급될 수 있다.

그리고, 상기 상수도 연결관(91)에서 분지되어 상기 급탕탱크(800)의 저장공간(S)으로 직접 상수를 공급하기 위한 상수 공급관(90)이 구비되며, 상기 상수 공급관(90)에 상수도 밸브(940)가 구비되고, 상기 제1 급탕밸브(920)와 상기 상수도 밸브(940)를 연결하는 급탕탱크 열교환기 우회관(89)이 구비된다.

상기 제1 급탕밸브(920), 제2 급탕밸브(930) 및 상기 상수도 밸브(940)는 삼방밸브로 구비될 수 있다.

상기 제1 급탕밸브(920), 제2 급탕밸브(930) 및 상기 상수도 밸브(940)의 운전과 관련된 자세한 설명은 후술한다.

상기 급탕탱크(800)는 그 내부에 저장된 온수 등을 사용자의 요구에 따라 급탕유닛(900)으로 공급한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 급탕 운전을 제공하기 위하여, 하이드로유닛(H)에서 냉매와 열교환된 물을 사용하여 급탕탱크(800) 내부에 저장된 물을 가열하거나, 상수도에서 공급된 물을 보일러(700)에서 가열한 뒤 급탕탱크(800)로 공급하는 방법을 사용할 수 있다.

급탕 운전에 사용되는 열원으로서 하이드로유닛(H) 및 보일러(700)를 선택적으로 운전시키는 구체적인 조건 및 운전과 관련된 자세한 설명은 뒤로 미룬다.

도 4는 본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 하나의 운전모드에서의 물과 냉매의 흐름을 도시한다.

도 4는 히트펌프(1000)를 이용하여 급탕 운전 및 바닥 난방운전을 동시에 수행하는 운전모드를 도시한다. 그리고, 설명의 편의를 위하여 실내기(I)는 운전되지 않는 경우를 도시한다.

설명의 편의상 본 발명에 따른 히트펌프의 운전모드가 구분되는 온도를 영하의 온도 중 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1) 및 영상의 온도 중 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)를 규정한다.

실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2) 이상인 경우, 본 발명에 따른 히트펌프(1000)를 사용하여 급탕 운전과 바닥난방 기능을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 보일러(700)를 구비하지만, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 온도, 예를 들면 영상의 제2 온도(T2) 이상인 경우, 보일러(700)가 운전될 필요가 없다.

상기 실외기(O)로 공급된 냉매는 실외 열교환기(140) 측으로 공급되며, 실외 팽창기구(210)에서 팽창과정을 거치고, 실외 열교환기(14)에서 증발과정을 거친다. 상기 실외 열교환기(140)에서 증발된 냉매는 상기 압축기(120) 측으로 공급된다.

상기 냉난방 절환밸브(190)는 상기 실외 열교환기(140)에서 증발된 냉매를 상기 압축기(120) 전단의 어큐뮬레이터(110)를 경유하여, 상기 압축기(120)로 공급하고 상기 압축기(120)에서 압축된 냉매는 오일 분리기(130)를 통해 상기 압축기 토출유로(26)로 공급된다.

상기 압축기(120)에서 압축된 냉매는 상기 압축기 토출유로(26)를 통해 하이드로유닛(H)으로 공급된다. 구체적으로 상기 압축기 토출유로(26)에 구비된 상기 냉매 조절밸브(170)에서 분지된 하이드로유닛 공급유로(52)를 통해 하이드로유닛(H)으로 공급된 냉매는 제1 열교환기(510) 및 제2 열교환기(530)를 순차적으로 공급된다.

상기 제1 열교환기(510) 통과하는 냉매는 상기 급탕탱크(800)의 급탕탱크 열교환기(810) 및 상기 제1 열교환기(510)를 순환하는 물을 가열하며, 상기 제2 열교환기(530) 통과하는 냉매는 상기 방열 난방부(600) 및 상기 제2 열교환기(510)를 순환하는 물을 가열한다.

따라서, 상기 제1 열교환기(510)에서 냉매와 열교환된 물은 상기 급탕탱크(800) 내부의 저장공간(S)에 저장된 물을 가열하여 급탕 기능을 제공할 수 있다.

상기 급탕탱크(800) 내부의 저장공간(S)에 저장되는 물은 상수 공급관(90)을 통해 상수도로부터 제공된다.

도 4에 도시된 운전모드에서는 각각 하이드로유닛(H)의 제1 열교환기(510)에서 냉매와 열교환된 물은 상기 급탕탱크(800)의 급탕탱크 열교환기(810)를 순환한다. 즉, 상기 하이드로유닛(H)의 제1 열교환기(510) 및 상기 급탕탱크(800)의 급탕탱크 열교환기(810)를 순환하는 물은 상기 제1 열교환기(510)에서 흡열하고 상기 급탕탱크(800)의 급탕탱크 열교환기(810)에서 방열하는 과정을 반복한다.

그리고, 상기 하이드로유닛(H)의 제1 열교환기(510) 및 상기 급탕탱크(800)의 급탕탱크 열교환기(810)를 순환하는 물은 상기 온수 회수배관(59)에서 분지된 보일러 경유관(60)을 통해 보일러(700)의 열교환 가열부(710)를 경유하지만, 보일러(700)가 운전되지 않으므로, 급탕용수를 가열하는 열원은 제1 열교환기(510)에서만 제공될 수 있다.

이 경우, 상기 제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)는 상기 제2 열교환기(530)에서 냉매와 열교환된 물이 보일러(700)를 경유하지 않도록 제어되어야 한다.

그리고, 도 4에 도시된 운전모드에서는 각각 하이드로유닛(H)의 제2 열교환기(530)에서 냉매와 열교환된 물은 상기 방열 난방부(600)의 난방배관(610)을 순환한다. 즉, 상기 하이드로유닛(H)의 제2 열교환기(530) 및 상기 방열 난방부(600)의 열교환기(610)를 순환하는 물은 상기 제2 열교환기(530)에서 흡열하고 상기 방열 난방부(600)의 열교환기(610)에서 방열하는 과정을 반복한다.

그리고, 상기 하이드로유닛(H)의 제2 열교환기(530) 및 상기 방열 난방부(600)의 열교환기(610)를 순환하는 물은 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2) 이상인 경우 보일러(700)의 동파 가능성이 낮으므로 보일러(700)를 경유할 필요가 없다.

여기서, 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)는 대략 영상 3도 이상 영상 7도 이하의 온도일 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)는 영상 5도일 수 있다. 상기 제2 온도(T2) 이상의 온도범위는 히트펌프에 의한 난방 기능이 사용되는 온도 범위 중 가장 높은 온도 범위일 수 있다.

도 4에 도시된 운전모드에서, 하이드로유닛(H)을 순환하는 물을 펌핑하기 위한 급탕펌프(520) 및 바닥난방 펌프(550)가 운전될 수 있다.

상기 하이드로유닛(H)에 구비된 제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 상기 제1 열교환기(510) 통과한 냉매가 상기 제2 열교환기(530)를 경유할 수 있도록 냉매의 방향을 제어한다.

도 5는 본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 다른 운전모드에서의 물과 냉매의 흐름을 도시한다.

도 4을 참조한 설명과 중복된 설명은 일부 생략한다. 마찬가지로, 실내기(I)는 운전되지 않는 경우를 가정하며, 히트펌프(1000)를 통해 바닥 난방과 급탕 운전이 제공되는 경우를 가정하여 설명한다.

도 5에 도시된 실시예는 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)보다 낮고 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)보다 높은 경우의 운전모드를 도시한다. 도 4에 도시된 운전모드는 각각 하이드로유닛(H)의 제2 열교환기(530)에서 냉매와 열교환된 물을 상기 방열 난방부(600)의 열교환기(610)를 순환시켜 바닥을 난방한다는 점에서는 도 4에 도시된 운전모드와 동일하다.

그러나, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2) 이하이므로 상기 보일러(700) 내부의 배관에 잔류하는 물에 의하여 보일러(700) 등의 동파 위험성이 있다.

전술한 바와 같이, 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)는 대략 영상 3도 이상 영상 7도이며, 실외 공기의 온도(To)가상기 제2 온도(T2) 이하인 경우, 순환하지 않는 보일러(700) 배관 내부의 물은 동결이 진행될 가능성이 있다. 따라서, 보일러(700)의 동파를 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1) 이하인 경우, 보일러(700)의 운전 여부와 상관없이 상기 방열 난방부(600)로 공급되는 물이 상기 보일러(700)를 경유하도록 할 수 있다.

여기서, 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)는 영하 7도 이상 영하 3도 이하일 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)가 영하 5도이며, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1) 이상인 경우, 바닥 난방 또는 급탕을 위하여 보일러(700)가 필수적으로 운전되어야 하는 것은 아니므로, 하이드로유닛(H)에 의한 열교환만으로 급탕과 바닥 난방이 가능하다.

그러나, 전술한 바와 같이, 보일러(700)의 동파 예방차원에서 바닥 난방부로 공급되는 물이 상기 보일러(700)를 경유하도록 할 수 있다.

이 경우, 상기 제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)는 상기 제2 열교환기(530)에서 냉매와 열교환된 물이 보일러(700)를 경유하도록 제어할 수 있고, 하이드로유닛(H)을 순환하는 물을 펌핑하기 위한 급탕펌프(520) 및 바닥난방 펌프(550)가 운전된다.

도 6은 본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 다른 운전모드에서의 물과 냉매의 흐름을 도시한다.

도 4 및 도 5를 참조한 설명과 중복된 설명은 일부 생략한다.

마찬가지로, 실내기(I)는 운전되지 않는 경우를 가정하며, 난방 또는 급탕 운전을 제공하기 위하여, 히트펌프(1000) 대신 보일러(700)가 운전되는 경우를 가정하여 설명한다.

예를 들어 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)가 영하 7도 내지 영하 3도 내의 온도이며, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1) 이하인 경우, 추운 동절기의 날씨를 가정하는 것이므로, 냉매를 이용한 히트펌프(1000)의 효율이 급격히 저하되고, 만족스러운 급탕 온도에 도달하지 못할 수 있다.

따라서, 실외 공기의 온도(To)가 아주 낮은 경우에는 하이드로유닛(H)의 운전은 중단시키고, 보일러(700)를 운전시킬 수 있다.

우선 급탕 운전에 관하여 먼저 설명한다. 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1) 이상인 경우에 급탕 운전을 제공하기 위하여, 본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 상기 급탕탱크(800) 내부에 구비된 급탕탱크 열교환기(810)를 통해 급탕탱크(800) 내부에 저장된 물을 가열하는 방식을 취하는 것이 아니라, 상수도에서 공급된 상수를 보일러(700)로 가열하고, 가열된 물을 직접 급탕탱크(800) 내부로 공급하는 방법을 사용할 수 있다.

따라서, 상기 상수도 연결관(91)을 통해 유입된 상수는 상기 온수 회수배관(59)을 따라 상기 보일러 경유관(60)을 통해 보일러(700)의 열교환 가열부(710)를 경유한다. 상기 보일러(700)가 운전중이므로 상기 보일러(700)의 열교환 가열부(710)에서 열교환에 의하여 가열된 상수는 상기 하이드로유닛(H)을 경유하고, 상기 온수 공급배관(58)을 통해 상기 급탕탱크(800) 측으로 공급된다.

그리고, 상기 온수 공급배관(58)을 통해 공급되는 가열된 상수는 상기 제1 급탕밸브(920)에서 온수 공급 분지관(86)으로 공급되지 않고, 상기 제1 급탕밸브(920)에 연결된 급탕탱크 열교환기 우회관(89)으로 공급되며 상기 급탕탱크 열교환기 우회관(89)으로 공급된 물은 상수 공급관(90)을 통해 상기 급탕탱크(800) 내부의 저장공간(S)으로 공급된다.

이와 같은 방법에 의하여, 상수도에서 공급된 물이 보일러(700)에서 가열되어 상기 급탕탱크(800) 내부로 직접 공급될 수 있다.

이 경우, 상기 제2 급탕밸브(930)는 상기 상수도 연결관(91)에서 공급되는 물이 온수 회수배관(59)으로 유입되도록 제어하며, 제1 급탕밸브(920)는 온수 공급배관(58)에서 공급되는 물이 온수 공급 분지관(86)이 아닌 급탕탱크 열교환기 우회관(89)으로 공급되도록 제어하며, 상수도 밸브(940)도 상수도에서 공급되는 물이 상수 공급관(90)으로 공급되는 것을 차단하며, 상기 급탕탱크 열교환기 우회관(89)에서 공급되는 물만이 상기 상수 공급관(90)을 통해 상기 급탕탱크(800)의 저장공간(S) 내부로 공급되도록 제어한다.

여기서, 상기 온수 회수배관(59)에 구비된 급탕펌프는 하이드로유닛(H)이 운전되지 않더라도 운전될 수 있다.

그리고, 바닥 난방의 경우에는 도 5에 도시된 바닥 난방시와 동일한 유로로 물이 순환된다.

즉, 하이드로유닛(H)의 제2 열교환기(530)를 순환한 물이 상기 보일러(700)의 연소 가열부(720)를 경유하여 바닥 난방부로 공급됨이 도시된다.

다만, 바닥 난방을 위한 열원이 하이드로유닛(H)이 아닌 보일러(700)라는 점에서 차이가 있다. 그리고, 상기 하이드로유닛(H)이 운전되지 않아도 바닥 난방 펌프(550) 역시 물의 순환을 휘아여 운전될 수 있으며, 상기 보일러(700)에 구비된 상기 보일러 펌프(730) 역시 운전될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 다른 운전모드에서의 물과 냉매의 흐름을 도시한다.

도 7에 도시된 운전모드는 도 3에 도시된 운전모드와 마찬가지로, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)보다 높고 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)보다 낮은 경우의 운전모드를 도시한다.

도 5에 도시된 운전모드는 각각 하이드로유닛(H)의 제2 열교환기(530)에서 냉매와 열교환된 물을 상기 방열 난방부(600)의 난방배관(610)을 순환시켜 바닥을 난방하지만, 도 7에 도시된 운전모드는 바닥 난방부를 통한 바닥 난방은 생략되고, 실내기(I)를 통해 난방기능을 제공한다.

본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 방열 과정에 의한 바닥 난방과 실내기(I)를 통한 난방이 가능하지만, 압축기 등의 용량에 따라 두 가지 난방을 동시에 수행하는 것은 실외기(O) 용량 등을 고려하였을 경우, 충분하지 않을 수 있다. 따라서, 도 7에 도시된 운전모드는 바닥 난방은 제외하고, 실내기(I)를 통한 난방만을 제공하는 것을 가정한다.

바닥 난방과 실내기(I)를 통한 실내 공기의 난방은 냉각 싸이클에서 중복 범위의 냉매의 상변화를 사용하는 것이므로, 급탕 운전은 별론으로 바닥 난방운전과 실외기를 통한 난방은 동시에 운전되지 않도록 구성될 수 있다.

따라서, 도 7에 도시된 운전모드는 바닥 난방은 중단된 상태에서, 급탕 운전을 제공함과 동시에 실내기(I)를 통해 실내를 난방하는 경우를 도시한다.

따라서, 상기 실외기(O)에서 압축되어 상기 하이드로유닛(H)의 제1 열교환기(510)를 경유한 냉매가 상기 하이드로유닛(H)의 제2 열교환기(530)를 경유할 필요가 없으므로, 상기 하이드로유닛(H)에 구비된 제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 상기 하이드로유닛(H)의 제1 열교환기(510)를 경유한 냉매를 냉난방 절환밸브(190) 측으로 안내되도록 한다.

상기 냉난방 절환밸브(190)는 상기 하이드로유닛(H)에서 공급된 냉매가 실내 열교환기 연결배관(44)으로 안내하여, 상기 실내 열교환기(320)에서 공급될 수 있도록 한다.

상기 실내 열교환기(320)에서 냉매의 응축과정에서 획득된 열에 의한 실내공기의 난방이 수행되고, 응축된 냉매는 실외기(O)에 구비된 실외 열교환기(140)와 실내기(I)에 구비된 실내 열교환기(320)를 연결하는 열교환기 연결배관(32)를 통해 실외 열교환기(140)로 공급되며, 열교환기 연결배관(32)에 구비된 팽창기구(210)(310)에서 팽창되고, 상기 실외 열교환기(140)에서 증발과정을 거치고, 상기 냉난방 절환밸브(190)에 의하여, 상기 압축기(210) 측으로 안내된다.

이와 같은 운전모드에 의하여 상기 실내기(I)에 의한 공조공간의 난방과 급탕이 동시에 제공될 수 있다.

물론, 바닥 난방부에서도 난방을 원하는 경우, 상기 제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 제1 열교환기(510)를 경유한 냉매가 제2 열교환기(530)을 경유하도록 하여, 바닥 난방 기능을 제공할 수 있으나, 압축기 등의 용량 등을 고려해야 한다.

그리고, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)보다 낮고 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)보다 높은 경우이므로, 동파를 방지하기 위하여 바닥 난방을 제공하지 않더라도, 하이드로유닛(H) 및 방열 난방부(600)을 순환하기 위한 물을 계속 순환시킬 필요가 있다. 또한, 하이드로유닛(H) 및 방열 난방부(600)을 순환하기 위한 물은 보일러를 경유하도록 할 수 있으며, 상기 보일러 공급관(82)에 구비된 상기 제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)는 하이드로유닛(H) 및 방열 난방부(600)을 순환하기 위한 물이 보일러(700)를 경유하도록 제어할 수 있고, 하이드로유닛(H)을 순환하는 물을 펌핑하기 위한 보일러 펌프(730) 및/또는 바닥난방 펌프(550)가 운전될 수 있다.

또한, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)보다 높은 경우, 실내기(I)에 의한 난방과 바닥 난방이 병행되는 경우, 보일러(700) 등의 동파 방지 위험이 없으므로, 하이드로유닛(H) 및 방열 난방부(600)을 순환하기 위한 물을 보일러(700)로 경유시킬 필요가 없다.

또한, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)보다 높고, 실내기(I)에 의한 난방만 수행되고 바닥 난방운전이 생략된 경우에는 바닥 난방을 위하여 순환되던 물의 순환을 중단시킬 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 다른 실시예의 구성도를 도시한다.

도 4 내지 도 7을 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 방열난방을 위하여 상기 실외기(O)에서 공급된 냉매와 물을 열교환하는 하이드로유닛(H)을 구비하는 점에서 전술한 실시예와 공통된다. 그러나, 후술하는 바와 같이 급탕기능을 제공하기 위한 급탕탱크를 구비하지 않는다는 점에서 차이가 있다.

상기 하이드로유닛(H)은 냉매와 물을 열교환시키는 하이드로유닛 열교환기(530)를 구비할 수 있다. 즉, 하이드로유닛(H)에는 하나의 하이드로유닛 열교환기(530)만을 구비하여 바닥 난방만을 수행할 수 있다.

상기 하이드로유닛 열교환기(530)는 압축기(120)에서 토출된 냉매가 급탕에 이용된 후 실외기(O)에서 응축, 팽창, 증발될 수 있게 실외기(O)에 하이드로유닛 순환유로(50) 상에 구비된다.

상기 하이드로유닛 순환유로(50)는 실외기(O)의 냉매 특히, 압축기(120)에서 압축된 냉매가 하이드로유닛 열교환기(530)로 유동되는 하이드로유닛 공급유로(52)와, 하이드로유닛 열교환기(530)에서 유출된 냉매가 실외기(O) 특히 냉/난방 절환밸브(40)로 유동되는 하이드로유닛 회수유로(54)를 포함한다.

상기 하이드로유닛 공급유로(52)는 일단이 압축기 토출유로(26)에 구비된 냉매 조절밸브(170)에 연결되고 타단이 하이드로유닛 열교환기(530)에 연결된다.

상기 하이드로유닛 회수유로(54)는 일단이 하이드로유닛 열교환기(530)에 연결되고 타단이 압축기 토출유로(26)에 연결된다.

하이드로유닛 열교환기(530)는 냉매 조절밸브(170)가 냉매를 하이드로유닛 열교환기(530)로 유동되게 할 경우, 압축기(120)에서 과열된 냉매가 방열 난방에 이용되는 물과 열교환되면서 응축되게 하는 일종의 디슈퍼히터(desuperheater)이다.

하이드로유닛 열교환기(530)는 과열된 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 방열 난방에 이용되는 물이 통과하는 유로를 갖는다.

하이드로유닛 열교환기(530)는 냉매 유로와 물 유로가 열전달부재를 사이에 두고 내,외로 형성된 이중관 열교환기로 이루어지는 것도 가능하고, 냉매 유로와 물 유로가 열전달부재를 사이에 두고 교대로 형성된 판형 열교환기로 이루어지는 것도 가능하다.

상기 방열 난방부(600)는 실내에 설치된 라디에이터 또는 바닥을 난방하기 위한 바닥 난방배관 등일 수 있다.

본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 하이드로유닛 열교환기(530)와 실내의 바닥에 설치된 방열 난방부(600)는 바닥 공급관(82) 및 바닥 회수관(83)으로 연결되고, 바닥 회수관(83)에 바닥난방펌프(520)가 설치된다.

이하, 설명의 편의를 위해, 실내의 바닥에 설치된 방열 난방부(600)는 하이드로유닛 열교환기(530)와 바닥 공급관(82) 및 바닥 회수관(83)으로 연결되고, 바닥 회수관(83)에 바닥난방펌프(520)가 설치되는 것으로 설명한다.

본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 난방 또는 급탕에 사용되는 열원을 제공하기 위한 수단으로서, 전술한 히트펌프(1000) 이외에도 보일러(700)가 더 구비될 수 있다.

실외의 온도가 미리 결정된 온도 이하인 경우, 냉매를 사용하는 난방의 효율이 급격히 떨어질 수 있다. 따라서, 미리 결정된 온도 이하로 실외 공기가 하강하는 경우, 난방을 위한 열원을 히트펌프(1000)에서 보일러(700)로 선택적으로 운전시킬 수 있다.

상기 보일러(700)는 화석 연료를 연소하는 연소 가열부(720)와 상기 연소 가열부(720)에서 가열된 물을 이용하여 열교환 방식으로 가열하는 열교환 가열부(730)를 구비할 수 있으며, 상기 연소 가열부(720)는 상기 바닥 공급관을 통해 공급되는 물을 가열하며, 상기 열교환 가열부(730)는 후술하는 급탕탱크 측에서 공급되는 물을 상기 연소 가열부(720)에서 가열된 물과 열교환하여 가열할 수 있다.

상기 바닥 공급관에는 각각 제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)가 구비된다. 상기 제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)는 상기 바닥 공급관에 구비되고, 상기 보일러(700)를 경유하는 배관인 보일러 공급관(82) 및 보일러 회수관(83)이 각각 연결된다.

상기 보일러 공급관(82) 및 보일러 회수관(83)은 상기 하이드로유닛(H)을 순환하는 물을 보일러(700)에 구비된 연소 가열부(720)를 경유하도록 안내한다.

상기 제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)는 상기 하이드로유닛(H)에서 공급된 물을 상기 방열 난방부로 직접 공급하거나, 상기 보일러(700)의 연소 가열부(720)를 경유하여 공급되도록 유로를 선택적으로 차단한다.

뒤에서 자세히 기술하겠으나, 상기 하이드로유닛(H)에서 공급된 물이 상기 보일러(700)를 경유하는 경우는, 보일러(700)가 운전되지 않는 경우의 보일러(700)의 동파를 방지하기 위한 경우이거나, 보일러(700)가 운전되는 경우일 수 있다.

상수도(CW)에서 공급되는 물은 보일러 경유관(60)을 경유하여, 보일러의 열교환 가열부(730)를 경유하며, 보일러의 운전여부에 따라서 선택적으로 가열될 수 있다.

도 8에 도시된 히트펌프는 도 3 내지 도 7에 도시된 실시예와 달리, 급탕탱크가 구비되지 않으므로, 상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러는 실외 공기의 온도 또는 전기요금(가스요금)에 따라 방열 난방부로서 바닥 난방배관에 온수를 공급할 수 있다.

그리고, 상기 보일러(700)는 상수도에서 공급되어 보일러를 경유하는 물을 선택적으로 가열하여 급탕기능을 제공할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 급탕 운전과 바닥 난방운전을 사용하여, 급탕과 바닥 난방을 수행하는 운전모드의 급탕 온수 또는 바닥 난방온도에 따른 운전의 우선 순위와 관련된 블록선도를 도시한다.

도 9와 관련된 제어방법은 도 3 내지 도 7에 도시된 급탕탱크를 구비하는 히트펌프의 하이드로유닛을 사용하여, 방열 난방운전과 급탕 운전을 동시에 수행하는 경우를 가정한다.

도 9에 도시된 운전모드는 히트펌프(1000)를 사용하여, 급탕 운전과 바닥 난방운전을 수행하는 경우를 도시한다.

그리고, 히트펌프(1000)를 구성하는 하이드로유닛(H)에 의한 급탕 운전과 바닥 난방기능의 사용시, 급탕 온수의 온도가 바닥 난방온도보다 더 빨리 증가되는 것을 가정한다. 압축기에서 압축된 냉매는 하이드로유닛(H)의 급탕을 위한 제1 열교환기에 먼저 공급되며, 제1 열교환기를 경유한 냉매가 바닥 난방을 위한 제2 열교환기로 공급되기 때문이다.

급탕 운전과 바닥 난방운전은 압축된 냉매의 응축과정에서 제공되는 열을 사용하지만, 급탕 운전과 바닥 난방운전을 동시에 운전되도록 한 사용자는 급탕 온수의 온도와 바닥 난방 온도 중 급탕 온수의 온도가 미리 결정된 온도에 신속히 도달되는 것을 기대할 수 있다.

그리고, 사용자가 급탕 운전과 바닥 난방운전을 동시에 운전(S10)시킨 경우, 상기 하이드로유닛(H)을 통해 급탕 온수의 온도와 바닥 난방 온도가 함께 상승될 수 있다.

미리 결정된 시간이 경과(S20)하여도 급탕 온수의 온도가 미리 결정된 급탕온도(Tm)에 도달되지 못하는 것으로 판단(S30)되면, 급탕 온수의 온도가 서서히 상승되는 것을 기다릴 것이 아니라, 바닥 난방운전은 잠시 중단시키고, 하이드로유닛(H)이 가열 능력을 급탕 온수의 온도를 높이는데 집중할 수 있다. 따라서, 급탕 운전만 활성화시키고 바닥 난방운전은 잠시 중지(S40)시킨다.

만일 미리 결정된 시간이 경과(S20)한 후 급탕 온수의 온도가 미리 결정된 급탕온도(Tm)에 도달하는 것으로 판단(S50)되면, 급탕 운전과 바닥 난방운전이 다시 개시(S60)될 수 있다.

그리고, 급탕 운전과 바닥 난방운전이 모두 수행되는 상태에서, 급탕 온수의 온도가 미리 결정된 온도(Ta)에 도달(S70)되면, 급탕 운전을 정지(S80)시키고, 바닥 난방온도가 미리 결정된 온도(Tb)에 도달되면, 바닥 난방운전의 운전을 중단(S100)시킨다.

그리고, 미리 결정된 시간이 경과(S110)되면, 급탕 온수의 온도와 바닥 난방온도가 낮아질 것이므로, 다시 급탕 운전과 바닥 난방운전을 다시 개시하도록 S10단계로 복귀될 수 있다.

따라서, 사용자는 본 발명에 따른 히트펌프(1000)를 사용하여, 급탕 운전과 바닥 난방운전을 동시에 사용할 수 있으며, 급탕 온수의 온도를 사용자의 요구에 부응하여 신속하게 상승시킬 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 제어방법의 하나의 실시예를 도시한다.

본 발명에 따른 히트펌프(1000)가 사용되는 환경은 지능형 전력망을 사용할 수 있음을 전제로 한다.

본 발명은 물과 냉매의 열교환을 위한 하이드로유닛 및 보일러를 구비하는 히트펌프의 제어방법에 있어서, 히트펌프의 제어변수를 수집하는 제어변수 수집단계, 상기 제어변수 수집단계에서 수집된 제어정보를 근거로 히트펌프의 운전모드를 결정하는 운전모드 결정단계 및, 상기 운전모드 결정단계에서 결정된 운전모드에 따라 히트펌프를 운전하는 히트펌프 운전단계를 포함하는 히트펌프의 제어방법을 제공한다.

상기 제어변수 수집단계에서 수집되는 제어변수는 실외 공기의 온도, 단위 열량에 대한 전기요금, 단위 열량에 대한 가스요금 및 보일러 또는 하이드로유닛의 고장여부 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 제어변수 수집단계에서 수집되는 제어변수 중 단위 열량에 대한 전기요금과 관련된 정보는 지능형전력망의 에너지관리장치로부터 제공될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 히트펌프의 제어방법을 자세히 설명한다.

전술한 바와 같이, 에너지관리장치(EMS)가 각각의 전기장치를 직접 제어할 수도 있고, 각각의 전기제품에 전기 요금과 관련된 정보만 제공해 주는 것도 가능하며, 각각의 전기제품의 제어부는 제공된 요금정보에 따라 각각의 전기제품을 제어할 수도 있다.

그러므로, 지능형 전력망의 에너지관리장치(30, 도 2)는 단위 열량에 따른 요금정보를 수신하고, 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교하여, 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러의 제어신호를 상기 제어부로 전송할 수 있으며, 상기 단위 열량당 가스요금은 상기 에너지관리장치 또는 상기 제어부에 입력되어 저장될 수 있다.

이와 같은 방법에 의하여, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 동일한 열량에 대한 요금이 최소화되도록 상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러를 선택적으로 운전시킬 수 있다.

각각의 가정에 구비된 에너지관리장치(E)는 지능형전력망에서 시간별 전기요금 정보 및/또는 가스요금과 관련된 정보를 수신하고, 이를 단위 열량당 전기요금 및/또는 가스요금에 관련된 정보를 본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 제어부에 제공하거나, 본 발명에 따른 히트펌프(1000)를 직접 제어할 수 있다.

에너지관리장치(E)는 전력정보 및/또는 외부의 환경정보 등을 표시하는 표시부, 사용자의 조작이 가능한 입력부, 외부 장치와 정보를 송수신하는 통신부, 시계 제어부를 구비할 수 있으며, 상기 제어부 등에는 사용자가 선택적으로 입력한 운전모드 또는 요금과 관련된 정보를 저장할 수 있다.

따라서, 단위 열량당 가스 요금이 가변되는 가격이 아니라 고정 요금인 경우에는 사용자가 직접 에너지관리장치(E)의 입력부를 통해 가스요금을 직접 입력하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 히트펌프 또는 하이드로유닛의 제어부는 복수 개의 운전모드가 저장되어 사용자로 하여금 복수 개의 운전모드 중 어느 하나의 운전모드로 운전되도록 제어할 수 있다.

복수 개의 운전모드는 최소 요금제 운전모드를 포함할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 사용자가 급탕 운전 및/또는 바닥 난방기능의 운전을 개시(S100)하는 경우, 제어변수 수집단계에서 수집된 실외 공기의 온도, 단위 열량에 대한 전기요금, 단위 열량에 대한 가스요금 및 보일러 또는 하이드로유닛의 고장여부 등에 관한 정보를 사용하여, 에너지관리장치의 제어부 또는 히트펌프의 제어부는 사용자의 선택 또는 설정에 따라 최소 요금제 운전모드로 히트펌프(1000)가 운전될 것인지를 결정(S200)한다.

만일, 히트펌프(1000)의 운전모드가 최소요금제 운전모드라고 판단되면, 에너지관리장치의 제어부 또는 히트펌프의 제어부는 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교(S300)할 수 있다.

만일 단위 열량당 전기요금이 단위 열량당 가스요금 보다 저렴하다고 판단(S400)되어, 운전모드 결정단계가 완료되면, 아래와 같이 세분화된 운전모드 결정단계가 수행된다.

에너지관리장치의 제어부 또는 히트펌프의 제어부는 보일러를 운전시키지 않고, 히트펌프(1000)를 구성하는 하이드로유닛(H)을 통해 급탕 또는 난방기능을 제공(S500)한다.

이 경우, 단위 열량당 가스요금이 단위 열량당 전기요금 보다 저렴하다고 판단(S400)되면, 에너지관리장치(E)의 제어부는 하이드로유닛(H)의 운전을 중단하고, 보일러(700)를 운전시켜 통해 급탕 또는 난방기능을 제공(S600)한다.

그리고, 사용자가 최소 요금제 운전모드를 선택하지 않은 경우에는 사용자의 선택 또는 설정에 따라 하이드로유닛(H) 또는 보일러(700)를 운전시켜 난방 또는 급탕 운전을 제공(S700)한다.

상기 제어변수 수집단계는 미리 결정된 간격으로 반복될 수 있다. 그러므로, 사용자가 최소 요금제 운전모드를 선택한 경우에는 단위 열량당 전기요금이 일정 시간 간격으로 가변될 수 있으므로, 미리 결정된 시간이 경과(S900)하면 복귀하여, 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교(S300)하는 과정을 반복할 수 있다.

만일, 보일러(700) 또는 상기 하이드로유닛(H) 중 어느 하나의 운전 중 단위열량에 대한 전기요금 및 단위열량에 대한 가스요금의 크기의 대소가 바뀌는 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 운전중인 어느 하나의 운전을 중단하고, 다른 하나를 운전시킬 수 있다.

상기 운전모드 결정단계는 동일한 열량에 대한 요금이 최소화되도록 상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러가 운전되도록 운전모드를 결정할 수 있으며, 상기 운전모드 결정단계는 상기 보일러 또는 상기 하이드로유닛 중 어느 하나의 운전 중 단위열량에 대한 전기요금 및 단위열량에 대한 가스요금의 크기의 대소가 바뀌는 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 운전중인 어느 하나의 운전을 중단하고, 다른 하나가 운전되도록 운전모드를 결정할 수 있다.

이와 같은 방법에 의하여 최소 요금제 운전모드로 본 발명에 따른 히트펌프를 운전시킬 수 있다.

사용자가 최소 요금제 운전모드를 선택하지 않은 경우에는 사용자의 선택 또는 설정에 따라 하이드로유닛(H) 또는 보일러(700)를 운전시켜 난방 또는 급탕 운전을 제공(S700)하는 경우, 에너지관리장치 또는 히트펌프의 제어부는 전술한 바와 같이, 실외 공기의 온도(To) 범위에 따라 하이드로유닛(H) 또는 히트펌프(1000)를 운전시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 히트펌프를 구성하는 하이드로유닛(H)은 실외 공기의 온도(To)가 낮아짐에 따라 효율이 급격히 저하되는 특징을 갖는다.

따라서, 사용자가 난방 및/또는 급탕 운전을 선택하는 경우, 히트펌프(1000)를 구성하는 하이드로유닛(H) 또는 보일러(700) 중 어느 것을 운전시킬 것인지 여부는 단위 열량당 요금 이외에도 실외 공기의 온도(To)가 판단 변수로 사용될 수 있다. 예를 들면, 실외 공기의 온도가 미리 설정된 영하의 제1 온도 이하인 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 단위열량에 대한 전기요금이 저렴한 경우에도, 상기 하이드로유닛의 운전을 중단시키고, 상기 보일러를 운전시키는 것이 유리한 경우가 있다.

또한, 사용자는 난방 또는 급탕 운전을 원하고, 하이드로유닛(H) 등의 효율을 고려하여도, 난방 또는 급탕 운전에 소요되는 비용이 지나치게 증가되는 것을 원하지 않을 수 있다.

따라서, 도 10에 도시된 운전모드와 관련된 최소 요금제 제어와 구별되는 상한 요금제 운전모드를 선택할 수 있다.

즉, 상한 요금제 운전모드는 단위 열량당 가스요금 또는 단위 열량당 전기요금 및 하이드로유닛(H)의 효율 등과 함께 사용자가 정한 요금의 상한선을 넘지 않도록 하는 운전모드를 의미한다.

도 11은 본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 제어방법으로서 상한 요금제 운전모드의 블록선도를 도시한다.

사용자가 급탕 운전 및/또는 바닥 난방기능의 운전을 개시(S1000)하는 경우, 에너지관리장치(E)의 제어부는 사용자의 선택 또는 설정에 따라 상한 요금제 운전모드로 히트펌프(1000)가 운전될 것인지를 결정(S2000)한다.

만일, 히트펌프(1000)의 운전모드가 상한 요금제 운전모드라고 판단되면, 우선 에너지관리장치 또는 히트펌프의 제어부는 단위 열량당 전기요금이 사용자 설정 최고요금을 초과하는지를 판단(S3200)한다. 이 경우, 단위 열량당 가스요금은 사용자 설정 최고요금보다 낮은 값으로 일정하거나, 가변되더라도 사용자 설정 최고요금보다는 낮은 것으로 가정한다.

단위 열량당 전기요금이 사용자 설정 최고요금보다 비싸다고 판단되는 경우, 난방 또는 급탕을 위하여 하이드로유닛의 운전을 중단시킨 상태로 보일러를 운전(S4200)시킨다.

즉, 사용자가 단위열량에 대한 최고요금을 설정한 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 단위열량에 대한 전기요금 및 단위열량에 대한 가스요금을 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금과 비교하고, 상기 제어부는 상기 단위열량에 대한 전기요금이 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금보다 높은 구간에서만 상기 보일러를 운전시킬 수 있다.

반면, 단위 열량당 전기요금이 사용자 설정 최고요금보다 싸다고 판단되는 경우에는 실외 공기의 온도(To)를 미리 결정된 영상의 제1 온도(T1)와 비교(S4300)한다.

또한, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 단위열량에 대한 전기요금 및 단위열량에 대한 가스요금을 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금과 비교하고, 상기 단위열량에 대한 전기요금이 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금보다 낮더라도, 실외 공기의 온도가 미리 설정된 제1 온도(T1) 이하인 경우, 상기 제어부는 보일러를 운전시킬 수 있다.

이 경우, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)보다 낮은 경우에는 단위 열량당 전기요금이 사용자 설정 최고요금보다 싸더라도, 하이드로유닛(H)의 효율이 급격이 떨어지므로 하이드로유닛(H)의 운전을 중지시키고 보일러(700)를 운전(S4200)시킨다. 보일러(700)를 운전시키는 경우에는 바닥 난방을 위한 난방용수는 보일러(700)를 당연히 경유(S7300)하게 된다.

반면, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)보다 높고, 단위 열량당 전기요금이 사용자 설정 최고요금보다 싼 경우에는 하이드로유닛(H)을 사용하여 난방 및 급탕 운전을 수행하며, 보일러(700)의 운전은 중단(S5300)할 수 있다.

이 경우 에너지관리장치 또는 히트펌프의 제어부는 실외 공기의 온도(To)를 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)와 비교(S6200)하고 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)보다 낮은 경우에는 보일러(700)를 운전시키지 않더라도 보일러(700)의 동파를 방지하기 위하여 바닥 난방을 위하여 하이드로유닛(H) 및 바닥 난방부를 순환하는 물('바닥 난방용수'라 칭함)을 보일러(700)를 경유(S7500)시킨다.

그러나, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)보다 높은 경우에는 보일러(700)의 동파 위험이 없으므로, 바닥 난방을 위하여 하이드로유닛(H) 및 바닥 난방부를 순환하는 바닥 난방용는 보일러(700)를 경유하지 않아도 된다(S7400).

그리고, 에너지관리장치 또는 히트펌프의 제어부는 사용자의 선택 또는 설정이 상한 요금제 운전모드를 선택하지 않은 경우(S2000)에는 에너지관리장치(E)의 제어부는 단위 열량당 가스요금과 단위 열량당 전기요금을 비교(S3100)하여, 단위 열량당 가스요금이 단위 열량당 전기요금보다 비싸고, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)를 비교(S4100)하여 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)보다 높은 경우에는 보일러(700)의 운전을 중단시키고 하이드로유닛(H)을 운전(S5100)시킨다.

반면, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)를 비교(S4100)하여 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영하의 제1 온도(T1)보다 낮은 경우에는 단위 열량당 가스요금이 전기요금보다 비싸더라도 하이드로유닛(H)의 효율이 저하되므로, 하이드로유닛(H)의 운전을 중단하고 보일러(700)를 운전(S4200)시킨다.

그리고, 실외 공기의 온도(To)를 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)와 비교(S6100)하여, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)보다 낮은 경우에는 보일러(700)를 운전시키지 않더라도 보일러(700)의 동파를 방지하기 위하여 바닥 난방을 위하여 하이드로유닛(H) 및 바닥 난방부를 순환하는 물을 보일러(700)를 경유(S7100)시킨다. 그러나, 실외 공기의 온도(To)가 미리 결정된 영상의 제2 온도(T2)보다 높은 경우에는 보일러(700)의 동파 위험이 없으므로, 바닥 난방을 위하여 하이드로유닛(H) 및 바닥 난방부를 순환하는 물을 보일러(700)를 경유하지 않아도 된다(S7200). 그리고, 도시되지 않았으나, 여기서, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러 중 어느 하나가 고장이라고 판단되면, 실외 공기의 온도 또는 단위 열량에 대한 요금과 무관하게 운전 가능한 다른 하나를 운전시킬 수 있다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

히트펌프 : 1000 하이드로유닛 : H
실외기 : O 보일러 : 700
방열 난방부 : 600

Claims (25)

1. 냉매를 압축하는 실외기;
   압축된 냉매와 물을 열교환시키기 위한 하이드로유닛;
   상기 하이드로유닛을 순환하는 물을 선택적으로 가열하기 위한 보일러;
   상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러에서 가열된 물에 의하여 난방하는 방열 난방부; 및
   실외 공기의 온도 또는 단위 열량에 대한 요금에 따라 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는 전력을 공급하는 지능형 전력망의 에너지관리장치로부터 단위 열량에 따른 요금정보를 수신하고, 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교하여 상기 보일러 또는 상기 하이드로유닛을 선택적으로 운전시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
2. 냉매를 압축하는 실외기;
   압축된 냉매와 물을 열교환시키기 위한 하이드로유닛;
   상기 하이드로유닛을 순환하는 물을 선택적으로 가열하기 위한 보일러;
   상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러에서 가열된 물에 의하여 난방하는 방열 난방부; 및
   실외 공기의 온도 또는 단위 열량에 대한 요금에 따라 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러를 제어하는 제어부를 포함하고,
   전력을 공급하는 지능형 전력망의 에너지관리장치는 단위 열량에 따른 요금정보를 수신하고, 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 비교하여, 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러의 제어신호를 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 단위 열량당 전기요금은 미리 결정된 간격으로 갱신되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 단위 열량당 가스요금은 상기 에너지관리장치 또는 상기 제어부에 입력되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 동일한 열량에 대한 요금이 최소화되도록 상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러를 선택적으로 운전시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
7. 제6항에 있어서,
   상기 보일러 또는 상기 하이드로유닛 중 어느 하나의 운전 중 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금의 크기의 대소가 바뀌는 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 운전중인 어느 하나의 운전을 중단하고, 다른 하나를 운전시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
8. 제7항에 있어서,
   실외 공기의 온도가 미리 설정된 영하의 제 1온도 이하인 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 단위 열량당 전기요금이 저렴한 경우에도, 상기 보일러의 운전을 중단시키고, 상기 하이드로유닛을 운전시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   실외 공기의 온도가 미리 결정된 영하의 제1 온도 이하인 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 상기 하이드로유닛의 운전을 중단시키고 상기 보일러를 운전시키고, 실외 공기의 온도가 미리 결정된 영하의 제1 온도 이상인 경우, 상기 보일러의 운전을 중단시키고 상기 하이드로유닛을 운전시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    사용자가 단위열량에 대한 최고요금을 설정한 경우, 상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금과 비교하고, 상기 제어부는 상기 단위 열량당 전기요금이 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금보다 높은 구간에서만 상기 보일러를 운전시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금을 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금과 비교하고, 상기 단위 열량당 전기요금이 사용자가 설정한 단위열량에 대한 최고요금보다 낮더라도, 실외 공기의 온도가 미리 설정된 제1온도 이하인 경우, 상기 제어부는 하이드로유닛을 운전시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 지능형전력망의 에너지관리장치에 연결되고, 상기 제어부는 상기 하이드로유닛에 구비되며, 상기 하이드로유닛은 상기 실외기, 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러와 통신 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하이드로유닛에서 냉매와 열교환된 물에 의하여 상수도에서 공급된 물을 가열 및 저장하거나, 상수도에서 공급된 물을 상기 보일러에 의하여 가열 후 저장하기 위한 급탕탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
14. 제6항에 있어서,
    실외 공기의 온도가 미리 결정된 영하의 제1 온도 이상 미리 결정된 영상의 제2 온도 이하인 경우, 상기 하이드로유닛에서 냉매와 열교환 후 상기 방열 난방부를 순환하는 물은 상기 보일러를 경유하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
15. 제14항에 있어서,
    상기 보일러는 가스의 연소과정 없이 보일러 내부에 구비된 펌프만 운전되는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
16. 제6항에 있어서,
    실외 공기의 온도가 미리 결정된 영상의 제2 온도 이상인 경우, 상기 하이드로유닛에서 냉매와 열교환 후 상기 방열 난방부를 순환하는 물은 상기 보일러를 경유하지 않는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부 또는 상기 에너지관리장치는 상기 하이드로유닛 및 상기 보일러 중 어느 하나가 고장이라고 판단되면, 실외 공기의 온도 또는 단위 열량에 대한 요금과 무관하게 운전 가능한 다른 하나를 운전시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
18. 물과 냉매의 열교환을 위한 하이드로유닛 및 보일러를 구비하는 히트펌프의 제어방법에 있어서,
    히트펌프의 제어변수를 수집하는 제어변수 수집단계;
    상기 제어변수 수집단계에서 수집된 제어정보를 근거로 히트펌프의 운전모드를 결정하는 운전모드 결정단계; 및,
    상기 운전모드 결정단계에서 결정된 운전모드에 따라 히트펌프를 운전하는 히트펌프 운전단계;를 포함하며,
    상기 제어변수 수집단계에서 수집되는 제어변수 중 단위 열량에 대한 전기요금과 관련된 정보는 지능형 전력망의 에너지관리장치로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
19. 제18항에 있어서,
    상기 제어변수 수집단계에서 수집되는 제어변수는 실외 공기의 온도, 단위 열량에 대한 전기요금, 단위 열량에 대한 가스요금 및 보일러 또는 하이드로유닛의 고장여부 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
20. 삭제
21. 제18항에 있어서,
    상기 제어변수 수집단계는 미리 결정된 간격으로 반복되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
22. 제18항에 있어서,
    상기 운전모드 결정단계는 동일한 열량에 대한 요금이 최소화되도록 상기 하이드로유닛 또는 상기 보일러가 운전되도록 운전모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
23. 제22항에 있어서,
    상기 운전모드 결정단계는 상기 보일러 또는 상기 하이드로유닛 중 어느 하나의 운전 중 단위 열량당 전기요금 및 단위 열량당 가스요금의 크기의 대소가 바뀌는 경우, 운전중인 어느 하나의 운전을 중단하고, 다른 하나가 운전되도록 운전모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
24. 제18항에 있어서,
    상기 운전모드 결정단계는 기설정된 단위열량에 대한 최고요금과 단위 열량당 전기요금을 비교하여, 상기 단위 열량당 전기요금이 기설정된 최고요금보다 높은 경우에는 상기 보일러가 운전되고, 상기 단위 열량당 전기요금이 기설정된 최고요금보다 낮은 경우에는 상기 하이드로유닛이 운전되도록 운전모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.
25. 제24항에 있어서,
    상기 운전모드 결정단계는 상기 단위 열량당 전기요금이 기설정된 최고요금보다 낮은 경우에도 실외 공기의 온도가 미리 결정된 영하의 제1 온도 이하인 경우에는 상기 보일러가 운전되도록 운전모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 제어방법.

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