KR101175451B1 - 히트펌프 연동 급탕장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 냉매사아클 상에서 증발기 및 압축기를 유동하는 냉매 모두 물과 열교환되는 히트펌프 연동 급탕장치에 관한 것이다. 따라서, 본 발명에서는, 제상 운전 필요없이 급탕 운전이 연속적으로 수행될 수 있는 이점이 있다.

Description

히트펌프 연동 급탕장치{Hot water supply device associated with heat pump}
본 발명은 히트펌프와 연동하여 온수를 공급하는 급탕장치에 관한 것이다.
일반적으로, 급탕장치는 가열원으로 물을 가열하여 사용자에게 온수를 제공하는 장치를 의미한다. 이때, 히트펌프에 의하여 물이 가열됨으로써, 사용자에게 온수를 제공하는 장치를 히트펌프 연동 급탕장치라고 칭할 수 있다.
상기 급탕장치는, 물이 공급되기 위한 급수 유로와, 상기 급수 유로를 통하여 공급된 물이 저장되기 위한 물 저장부와, 상기 공급되는 물을 가열하기 위한 가열원과, 상기 가열된 물을 사용자에게 제공하기 위한 출수 유로를 포함한다.
그리고, 상기 히트펌프는, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 팽창되는 팽창기와, 상기 팽창기에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기와, 상기 압축기, 응축기, 팽창기, 증발기를 연결하여 냉매사이클을 형성하는 냉매배관을 포함한다.
상기 히트펌프에서 냉매가 유동하는 과정에서, 냉매는 상기 증발기에서 열을 흡수하여 상기 응축기에서 열을 방출하게 된다. 냉매가 급탕장치의 물에 열을 전달하는 방식으로 상기 히트펌프 연동 급탕장치가 급탕을 수행할 수 있다.
본 발명은 설치성이 더욱 향상될 수 있는 히트펌프 연동 급탕장치를 제공하기 위한 것이다.
그리고, 본 발명은 실외 조건의 변화에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있는 히트펌프 연동 급탕장치을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 제상 운전 없이 연속 급탕 및 난방이 가능한 히트펌프 연동 급탕장치을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이 제안되는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 실시예는, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기로부터 토출된 냉매가 응축되는 응축기; 상기 응축기를 통과한 냉매가 팽창되는 팽창기; 상기 팽창기를 통과한 냉매가 증발되는 증발기; 및 상기 응축기를 이용하여 급탕을 수행하는 급탕부;를 포함하고, 제상 운전 필요없이 연속 급탕이 수행될 수 있도록, 상기 응축기 및 증발기의 냉매 모두 물과 열교환되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 제안되는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 다른 실시예는, 압축기, 냉매 및 실내 공기 간의 열교환이 이루어지는 공조 열교환기, 팽창기 및 냉매 및 열원 간의 열교환이 이루어지는 열원측 열교환기를 포함하여, 냉매사이클을 형성하는 메인 냉매회로; 및 상기 압축기로부터 토출되는 고온의 냉매를 이용하여 급탕을 수행할 수 있도록, 상기 메인 냉매회로에 연결되는 이용측 열교환기;를 포함하고, 급탕 성능을 향상시키기 위하여, 상기 이용측 열교환기는 상기 압축기의 토출측 냉매가 1차적으로 응축되는 1차 응축기로 사용되고, 상기 공조 열교환기 및 열원측 열교환기 중 어느 하나는 상기 압축기의 토출측 냉매가 2차적으로 응축되는 2차 응축기로 사용되며, 제상 운전 필요없이 연속 급탕이 수행될 수 있도록, 상기 이용측 열교환기 및 열원측 열교환기를 유동하는 냉매는 모두 물과 열교환되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치에 의하면, 예를 들면, 상수도와 같은 물공급원에서 공급되는 물의 열을 이용하여 실내 난방이 수행되고, 물로 열을 방출하여 실내 냉방이 수행된다. 따라서, 냉매사이클 상에서 응축기 및 증발기 역할을 하는 열교환기가 모두 실내에 설치될 수 있다. 즉, 상기 응축기 및 증발기 역할을 하는 열교환기가 모두 설치 장소에 구애받지 않는다. 또한, 상기 응축기 및 증발기 모두 물 및 냉매 간의 열교환이 이루어지므로, 응축기 및 증발기 중 적어도 하나에서 공기 및 냉매 간의 열교환이 이루어지는 경우에 비하여, 상기 응축기 및 증발기로 사용되는 열교환기의 부피가 감소될 수 있다. 따라서, 상기 히트펌프 연동 급탕장치의 설치 공간이 최소화될 수 있다. 그러므로, 상기 히트펌프 연동 급탕장치의 설치성이 향상될 수 있는 이점이 있다.
그리고, 일반적으로 물은 공기에 비하여 비열이 크기 때문에, 외기 온도에 따른 영향이 상대적으로 적다. 따라서, 외기 온도 즉, 실외 조건의 변화에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 응축기 및 증발기 모두 물 및 냉매 간의 열교환이 이루어지므로, 열교환기 표면에 성에가 발생할 염려가 없다. 따라서, 제상 운전이 수행될 필요가 없으므로, 연속 급탕 및 난방이 수행될 수 있는 이점이 있다.
더불어, 실외 공기를 강제 유동시키기 위한 팬이 필요 없으므로, 작동 중 소음이 더욱 저감될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 1 실시예를 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제어 신호 흐름을 보인 제어 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 동파 방지 운전시 제어 흐름을 보인 플로차트.
도 4는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치에서 열원측 물이 순환하는 모습을 보인 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 물절약 운전시 제어 흐름을 보인 플로차트.
도 6은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 2 실시예를 보인 구성도.
도 7은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 3 실시예를 보인 구성도.
도 8은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 4 실시예를 보인 구성도.
도 9는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 5 실시예를 보인 구성도.
도 10은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 6 실시예를 보인 구성도.
이하에서는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치를, 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 1 실시예를 보인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 히트펌프 연동 급탕장치(1)는, 냉매를 압축하는 압축기(111)와, 상기 압축기(111)로부터 토출되는 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 팽창되는 팽창기(113)와, 상기 팽창기(113)를 통과한 냉매가 증발되는 증발기를 포함한다.
다른 한편으로는, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)는, 상기 압축기(111)와, 냉매를 이용하여 급탕 및 실내의 냉난방을 수행하는 이용측 열교환기(12)와, 상기 팽창기(113)와, 열원에 대한 냉매의 열 흡수 또는 방출이 이루어지는 열원측 열교환기(14)를 포함한다. 여기서, 상기 열원은 냉매가 열을 흡수 또는 방출하기 위한 대상으로서 후술할 급수부의 물을 의미한다.
이때, 상기 이용측 열교환기(12) 및 열원측 열교환기(14)는, 운전 상태에 따라 응축기 또는 증발기 역할을 수행할 수 있다. 보다 상세히, 난방 운전 시에는 상기 이용측 열교환기(12)가 응축기로 사용되고 상기 열원측 열교환기(14)가 증발기로 사용될 수 있고, 냉방 운전 시에는 상기 이용측 열교환기(12)가 증발기로 사용되고 상기 열원측 열교환기(14)가 응축기로 사용될 수 있다.
그리고, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)는, 상기 압축기(111)로부터 토출된 냉매의 유동 방향을 상기 이용측 열교환기(12) 및 열원측 열교환기(14) 중 어느 하나를 향하도록 선택적으로 전환하는 유동전환부(115)와, 상기 압축기(111), 유동전환부(115), 이용측 열교환기(12), 팽창기(113), 열원측 열교환기(14)를 연결하여 냉매사이클을 형성하는 냉매배관(110)을 더 포함한다.
이때, 상기 응축기 및 증발기를 유동하는 냉매는 모두 물과 열교환된다. 다른 한편으로는, 상기 이용측 열교환기(12) 및 열원측 열교환기(14)에서, 냉매 및 물 간의 열교환이 이루어진다. 즉, 상기 이용측 열교환기(12) 및 열원측 열교환기(14)는, 냉매 및 물 간의 열교환이 이루어지는 수냉매열교환기로 구비되는 것이다. 따라서, 열교환기(12,14)의 제상 운전이 필요없으므로, 급탕 및 난방 운전이 연속적으로 수행될 수 있다.
한편, 상기 이용측 열교환기(12)를 유동하는 냉매와 열교환되는 물을 '제1교환수', 상기 열원측 열교환기(14)를 유동하는 냉매와 열교환되는 물을 '제2교환수'라고 할 수 있다. 만일 상기 이용측 열교환기(12)가 응축기로 사용되고, 상기 열원측 열교환기(14)가 증발기로 사용되는 경우, 상기 응축기를 유동하는 냉매와 열교환되는 물을 '제1교환수', 상기 증발기를 유동하는 냉매와 열교환되는 물을 '제2교환수'라고 할 수 있다. 상기 표현은 다른 정의가 없는 이상, 이하 다른 실시예에서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
한편, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)는, 상기 이용측 열교환기(12)에서 냉매와 열교환된 물이 유동하는 수배관(150)과, 상기 수배관(150)의 물을 강제 유동시키기 위한 이용측 펌프(151)와, 상기 이용측 열교환기(12)에서 냉매에 의하여 가열된 물을 이용하여 급탕을 수행하는 급탕부(16)와, 상기 이용측 열교환기(12)에서 냉매와 열교환된 물을 이용하여 냉난방을 수행하는 냉난방부(17)를 더 포함한다.
상세히, 상기 수배관(150)은, 상기 이용측 열교환기(12)에서 냉매와 열교환된 물이 유동할 수 있도록, 상기 이용측 열교환기(12)에 연결된다. 그리고, 상기 이용측 열교환기(12)에서 냉매와 열교환된 물이 상기 급탕부(16) 또는 냉난방부(17)를 거쳐 상기 이용측 열교환기(12)로 다시 유입될 수 있도록 폐루프 회로를 형성한다. 즉, 상기 이용측 열교환기(12)을 통과한 물은 상기 수배관(150)을 통하여 상기 급탕부(16) 또는 냉난방부(17)를 통과할 수 있도록 순환하게 된다. 그리고, 상기 이용측 펌프(151)는, 상기 수배관(150)의 물을 강제 순환시킬 수 있도록 상기 수배관(150)의 일측에 설치된다.
상기 급탕부(16)는, 예를 들면 세면 또는 설거지 등과 같이 사용자의 생활에 필요한 물을 데워서 공급하는 부분이다. 상세히, 상기 급탕부(16)는, 외부로부터 공급되는 물을 저장하고 저장된 물이 데워지도록 하는 급탕 탱크(161)와, 상기 이용측 열교환기(12)를 통과한 물과 상기 급탕 탱크(161)의 물 간의 열교환이 이루어지는 급탕 열교환기(162)와, 상기 급탕 탱크(161)의 내부에 제공되는 보조 히터(163)와, 상기 급탕 탱크(161)의 물이 온수 상태로 사용자에게 제공되기 위한 출수 유로(164)를 포함한다.
이때, 상기 급탕 열교환기(162)는, 예를 들면 상기 수배관(150)의 적어도 일부가 상기 급탕 탱크(161)의 내부에 수용되는 것과 같이 상기 수배관(150)을 유동하는 물에 의하여 상기 급탕 탱크(161)의 물이 가열될 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상기 냉난방부(17)는, 제 2 냉매 및 실내 간의 열교환이 이루어질 수 있도록 실내에 인접하게 설치되는 상기 실내 열교환기(170)를 포함한다. 보다 상세히, 상기 실내 열교환기(170)는, 실내 공기 및 제 2 냉매 간의 열교환이 이루어지는 공조 열교환기(171)와, 실내 바닥 및 제 2 냉매 간의 열교환이 이루어지는 바닥 열교환기(172)를 포함한다.
이때, 상기 공조 열교환기(171)는 예를 들면, 팬 코일 유닛 등과 같이 물과 실내 공기 간의 열교환이 이루어질 수 있는 다양한 장치가 될 수 있다. 그리고, 상기 바닥 열교환기(172)는 예를 들면, 상기 수배관(150)의 적어도 일부가 실내 바닥에 설치되는 것과 같이 물과 실내 바닥 간에 열교환이 이루어질 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
한편, 상기 급탕부(16) 및 냉난방부(17)는 상기 수배관(150) 상에서 병렬로 연결될 수 있다. 보다 상세히, 상기 수배관(150)은, 상기 이용측 열교환기(12)의 토출측 일지점에서 분지되어 상기 이용측 열교환기(12)의 유입측 타지점에서 합지되는 급탕 수배관(152) 및 냉난방 수배관(153)을 포함한다. 그리고, 상기 급탕부(16)는 상기 급탕 수배관(152)에 설치되고, 상기 냉난방부(17)는 상기 냉난방 수배관(153)에 설치된다. 이때, 상기 급탕 수배관(152) 및 냉난방 수배관(153)이 분지되는 상기 수배관(150)의 일지점에는, 상기 이용측 열교환기(12)을 통과한 물이 상기 급탕부(16) 및 냉난방부(17) 중 어느 하나를 향하여 선택적으로 유입될 수 있도록 물의 유동 방향을 전환하는 이용측 삼방밸브(155)가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 공조 열교환기(171) 및 바닥 열교환기(172)는 상기 난방 수배관(150) 상에서 서로 병렬로 연결될 수 있다. 보다 상세히, 상기 냉난방 수배관(153)은, 서로 분지되는 공조 수배관(174) 및 바닥 수배관(175)을 포함한다. 그리고, 상기 공조 열교환기(171)는 상기 공조 수배관(174)에 설치되고, 상기 바닥 열교환기(172)는 상기 바닥 수배관(175)에 설치된다. 또한, 상기 공조 수배관(174) 및 바닥 수배관(175)이 서로 분지되는 상기 냉난방 수배관(153)의 일지점에는, 상기 바닥 수배관(175)으로 유입되는 물이 상기 공조 열교환기(171) 및 바닥 열교환기(172) 중 어느 하나를 향하여 선택적으로 유입될 수 있도록 물의 유동 방향을 전환하는 냉난방측 삼방밸브(176)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)는, 상기 열원측 열교환기에서 냉매와 열교환하기 위한 물이 유동하는 급수부(18)를 더 포함한다. 상기 급수부(18)는, 물공급원에 연결되는 물 공급유로(181)와, 상기 열원측 열교환기에서 냉매와 열교환되기 위한 물이 순환하는 순환유로(182)와, 상기 순환유로(182)의 물을 강제 유동시키는 순환측 펌프(183)와, 상기 순환유로(182)를 향하여 물이 공급되기 위한 순환측 공급유로(184)와, 상기 순환측 공급유로(184)를 통한 물의 공급을 선택적으로 차단하는 급수조절부(185)와, 상기 순환유로(182)를 순환하는 물이 배출되기 위한 순환측 배출유로(186)와, 상기 순환측 배출유로(186)를 통한 물의 배출을 선택적으로 차단하는 배수조절부(187)를 포함한다.
이때, 상기 열원측 열교환기(14)가 상기 순환유로(182) 및 냉매배관(110)에 동시에 연결됨으로써, 상기 열원측 열교환기(14)에서는 상기 순환유로(182)를 유동하는 물과 상기 냉매배관(110)을 유동하는 냉매 간의 열교환이 이루어지게 된다.
상기 물 공급유로(181)는 예를 들면, 상수도와 같이 물을 지속적으로 공급할 수 있는 물공급원에 연결된다. 그리고, 상기 순환측 공급유로(184)는, 상기 물공급원의 물이 상기 순환유로(182)로 공급될 수 있도록 상기 물 공급유로(181) 및 순환유로(182)를 연결한다. 또한, 상기 급수조절부(185)는, 상기 순환유로(182)를 향한 물 공급을 선택적으로 차단할 수 있도록, 상기 순환측 공급유로(184)에 설치된다.
상기 순환측 배출유로(186)는, 상기 순환유로(182)를 유동하는 물을 외부로 안내할 수 있도록, 상기 순환유로(182)의 일측으로부터 분지된다. 그리고, 상기 배수조절부(187)는, 상기 순환유로(182)로부터 외부를 향한 물의 배출을 선택적으로 차단할 수 있도록, 상기 순환측 배출유로(186)에 설치된다.
또한, 상기 순환측 펌프(183)는, 상기 순환유로(182)의 물을 강제 순환시킬 수 있도록, 상기 순환유로(182)의 일측에 설치된다.
한편, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)는, 상기 급탕부(16)로 물이 공급되기 위한 급탕측 공급유로(188)를 더 포함한다. 상기 급탕측 공급유로(188)는, 상기 물공급원의 물이 상기 급탕부(16)로 공급될 수 있도록, 상기 물 공급유로(181) 및 급탕부(16)를 연결한다. 보다 상세히, 상기 급탕측 공급유로(188)는, 상기 물 공급유로(181) 및 급탕 탱크(161)를 연결하여, 상기 물공급원의 물이 상기 물 공급유로(181), 급탕측 공급유로(188)를 통하여 상기 급탕 탱크(161)로 유입될 수 있도록 안내하는 역할을 한다.
이때, 상기 순환측 공급유로(184) 및 급탕측 공급유로(188)가 동시에 상기 물 공급유로(181) 및 물공급원에 연결되기 때문에, 상기 물공급원의 물은 상기 순환측 공급유로(184) 및 급탕측 공급유로(188)를 통하여 상기 순환유로(182) 및 급탕부(16)로 동시에 공급될 수 있다. 즉, 상기 순환유로(182)를 유동하는 물과 상기 급탕부(16)에 저장 및 가열되는 물은, 동일한 물공급원으로부터 공급된다.
이하에서는, 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 물 및 냉매의 유동에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)가 급탕 또는 난방 운전되는 경우에는, 먼저 냉매 유동을 설명하면, 상기 압축기(111)로부터 토출되는 냉매는 상기 이용측 열교환기(12)로 유입된다. 그리고, 냉매는 상기 이용측 열교환기(12)를 통과하면서 이용측 물을 가열하면서 응축된다. 상기 이용측 열교환기(12)를 통과한 냉매는, 상기 팽창기(113)를 통과하면서 팽창된 후 상기 열원측 열교환기(14)로 유입된다. 상기 열원측 열교환기(14)로 유입된 냉매는, 열원측 물로부터 열을 흡수하면서 증발된다. 그리고, 상기 열원측 열교환기(14)를 통과한 냉매는, 상기 압축기(111)로 다시 유입된다. 이때, 상기 유동전환부(115)는, 상기 압축기(111)의 토출측 냉매배관(110)과 상기 이용측 열교환기(12)의 유입측 냉매배관(110)을 연통시키고, 상기 열원측 열교환기(14)의 토출측 냉매배관(110)과 상기 압축기(111)의 유입측 냉매배관(110)을 연통시키는 상태를 유지한다.
다음으로, 이용측 물의 유동을 설명하면, 상기 이용측 펌프(151)로부터 토출되는 물은 상기 급탕부(16) 또는 냉난방부(17)로 유입될 수 있다. 이때, 상기 이용측 삼방밸브(155)에 의하여, 급탕 운전되는 경우에는 물이 상기 급탕부(16)로 유입되고, 난방 운전되는 경우에는 물이 상기 냉난방부(17)로 유입될 수 있다.
상기 급탕부(16)로 유입되는 물은 상기 급탕측 수배관(150)을 따라 상기 급탕 열교환기(162)를 유동하면서 상기 급탕 탱크(161)에 저장된 물을 가열한 후 상기 급탕부(16)로부터 토출된다. 그리고, 상기 급탕부(16)를 통과한 물은 상기 이용측 수배관(150)을 따라 상기 이용측 열교환기(12)를 통과하면서 냉매에 의하여 고온으로 가열된 후, 상기 이용측 펌프(151)로 다시 유입됨으로써 계속해서 순환할 수 있다.
그리고, 상기 냉난방부(17)로 유입되는 물은 상기 냉난방 수배관(153)을 따라 상기 실내 열교환기(170)로 유입된다. 보다 상세히, 상기 냉난방부(17)로 유입되는 물은, 상기 냉난방측 삼방밸브(176)에 의하여 상기 공조 열교환기(171) 및 바닥 열교환기(172) 중 어느 하나로 선택적으로 유입될 수 있다. 상기 공조 열교환기(171)로 유입되는 물은 실내 공기를 가열하게 되고, 상기 바닥 열교환기(172)로 유입되는 물은 실내 바닥을 가열하게 된다. 상기 공조 열교환기(171) 및 바닥 열교환기(172) 중 어느 하나를 통과한 물은, 상기 이용측 수배관(150)을 따라 상기 이용측 열교환기(12)로 유입된다. 물른 상기 이용측 열교환기(12)를 통과하면서 냉매에 의하여 가열된 후 상기 이용측 펌프(151)로 다시 유입됨으로써 계속해서 순환할 수 있다.
다음으로, 열원측 물의 유동을 설명하면, 상기 물공급원의 물이 상기 물 공급유로(181) 및 순환측 공급유로(184)를 통하여 상기 순환유로(182)로 유입된다. 이때, 상기 급수조절부(185)는 상기 순환측 공급유로(184)와 순환유로(182)를 연통시키는 상태를 유지한다. 그리고, 상기 순환유로(182)로 유입된 물은 상기 열원측 열교환기(12)를 통과하면서 냉매를 가열한 후, 상기 순환측 펌프(183)를 거쳐 상기 순환측 토출유로를 통하여 외부로 배출된다.
이때, 상기 열원측 물은 상기 순환측 펌프(183)의 작동에 의하여 강제 유동될 수 있다. 그러나, 예를 들면 상수도와 같이 상기 물공급원이 자체 압력을 가지는 경우에는, 상기 순환측 펌프(183)가 없이 상기 물공급원의 압력에 의하여 물이 상기 순환유로(182)를 유동할 수도 있을 것이다.
다만, 후술하는 바와 같이, 난방 또는 냉방 운전 중에도 동파 방지 운전 및 물절약 운전이 수행될 수 있는데, 동파 방지 운전 및 물절약 운전 중 적어도 하나가 수행되는 경우에는 상기 순환유로(182)의 물 공급 및 배출이 차단된 상태에서, 상기 순환유로(182)의 물이 상기 순환유로(182)를 따라 순환될 수도 있다. 이러한 경우에는, 상기 순환측 펌프(183)가 필수적으로 구비되어야 할 것이다.
한편, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)가 냉방 운전되는 경우에는, 냉매의 유동 방향이 전환된다. 보다 상세히, 상기 압축기(111)로부터 토출되는 냉매가 상기 열원측 열교환기(14), 팽창기(113), 이용측 열교환기(12) 순으로 유동한 후 상기 압축기(111)로 다시 유입된다. 그리고, 상기 열원측 물의 유동은 난방 운전되는 경우와 동일하고, 상기 이용측 물은 상기 냉난방부(17) 및 이용측 열교환기(12)를 순환하게 된다. 물론, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)는 급탕 및 난방 운전만 가능하도록 사용될 수도 있다.
상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)에 의하면, 상기 냉매사이클 상에서 응축기 및증발기를 통과하는 냉매가 모두 물과 열교환되기 때문에, 설치성이 향상될 수 있는 이점이 있다.
보다 상세히, 상기 응축기 및 증발기는 모두 물 및 냉매 간의 열교환이 이루어지는 수냉매열교환기로 구비될 수 있다. 일반적으로 물 및 냉매 간의 열교환 밀도가 공기 및 냉매 간의 열교환 밀도보다 높기 때문에, 동일한 열교환 용량을 기준으로 수냉매열교환기의 부피가 기냉매열교환기의 부피보다 적어질 수 있다. 따라서, 상기 수냉매열교환기는 비교적 설치 공간을 덜 차지하므로 비교적 좁은 공간에도 설치될 수 있다. 따라서, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)의 설치 공간이 최소화될 수 있다.
또한, 상기 수냉매열교환기는 실외 및 실내 어느 곳에도 설치될 수 있다. 따라서, 상기 응축기 및 증발기 역할을 하는 이용측 열교환기(12) 및 열원측 열교환기(14)가 모두 설치 장소에 구애받지 않고 설치될 수 있다.
그러므로, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)의 설치성이 향상될 수 있는 것이다.
또한, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)에 의하면, 실외 조건의 변화에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있는 이점이 있다. 보다 상세히, 일반적으로 물은 공기에 비하여 상대적으로 비열이 크기 때문에, 외기 온도에 따른 영향이 비교적 적다. 따라서, 열원측 물 즉, 순환수의 온도는 외기에 비하여 온도 변화가 적게 된다. 그러므로, 외기 온도와 같은 실외 조건의 변화에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있다.
또한, 응축기 및 증발기 모두 물 및 냉매 간의 열교환이 이루어지므로, 열교환기(12,14) 표면에 성에가 발생할 염려가 없다. 따라서, 제상 운전이 수행될 필요가 없으므로, 연속 급탕 및 난방이 수행될 수 있는 이점이 있다.
더불어, 실외 공기를 강제 유동시키기 위한 팬이 필요 없으므로, 작동 중 소음이 더욱 저감될 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치가 동파 방지 운전 또는 물절약 운전되는 경우에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제어 신호 흐름을 보인 제어 구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 동파 방지 운전시 제어 흐름을 보인 플로차트이다. 도 4는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치에서 열원측 물이 순환하는 모습을 보인 구성도이고, 도 5는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 물절약 운전시 제어 흐름을 보인 플로차트이다.
도 2를 참조하면, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)는, 열원측 물 즉, 순환수의 온도를 감지하기 위한 순환수 온도감지부(191)와, 작동 제어를 위한 다양한 신호가 입력되기 위한 입력부(192)와, 상기 순환수 온도감지부(191)로 감지되는 온도 또는 상기 입력부(192)로 입력되는 신호에 따라 상기 순환측 펌프(183), 순환측 급수조절부(185), 순환측 배수조절부(187)의 작동을 제어하는 제어부(195)를 더 포함한다. 이때, 상기 순환수 온도감지부(191), 입력부(192), 제어부(195), 순환측 펌프(183), 순환측 급수조절부(185), 순환측 배수조절부(187)는 제어 신호를 주고받을 수 있도록 전기적으로 서로 연결된다.
그리고, 상기 순환수 온도감지부(191)는, 상기 순환유로(182)를 유동하는 물의 온도를 감지할 수 있도록, 상기 순환유로(182) 상의 일측에 설치될 수 있다. 또한, 상기 입력부(192)는, 사용자가 신호를 용이하게 입력할 수 있도록, 예를 들면 냉난방부(17), 급탕부(16)의 일측 또는 리모콘 등에 구비될 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)가 동파 방지 운전되는 경우를 설명하면, 먼저 순환수의 온도가 감지된다(S11). 이때, 상기 순환수의 온도는 상기 순환수 온도감지부(191)에 의하여 감지될 수 있다.
다음으로, 상기 순환수 온도가 동파 기준온도 이하에 해당하지 않는 한(S12), 순환수의 온도를 감지하고 이를 동파 기준온도와 비교하는 과정이 반복된다(S11).
그러나, 상기 순환수 온도가 동파 기준온도를 이하에 해당하는 경우에는(S12), 순환수가 상기 순환유로(182)를 순환할 수 있도록 강제 유동된다(S13). 이때, 순환수는 상기 순환측 펌프(183)가 작동됨으로써, 강제 유동될 수 있다. 그리고, 상기 동파 기준온도는, 순환수가 결빙될 염려가 있는 경계 온도를 의미한다. 예를 들면, 상기 동파 기준온도는 0oC가 될 수 있다.
여기서, 도 4를 참조하여, 순환수가 상기 순환유로(182)를 순환하는 모습을 설명하면, 먼저 상기 순환측 펌프(183)로부터 토출되는 물은 상기 순환유로(182)를 따라 유동하여 상기 열원측 열교환기(14)로 유입된다. 그리고, 순환수는, 상기 열원측 열교환기(14)를 통과하면서 냉매를 가열한 후 상기 순환측 펌프(183)로 다시 유입됨으로써, 상기 순환유로(182)를 따라 계속해서 순환하게 된다.
이때, 상기 배수조절부(187)는 상기 순환측 토출유로를 차폐하여 상기 순환유로(182)의 물 배출이 차단되고, 상기 급수조절부(185)는 상기 순환측 공급유로(184)를 차폐하여 상기 순환유로(182)의 물 공급이 차단된다. 따라서, 순환수는 상기 순환유로(182)를 따라 폐루프 순환하게 된다. 따라서, 상기 순환수의 온도가 상기 동파 기준온도 이하에 해당하더라도, 순환수가 결빙되는 현상을 최소화 및 지연할 수 있게 된다.
다음으로, 상기 순환수의 온도가 다시 감지된다(S14). 그리고, 상기 순환수의 온도가 상기 동파 기준온도를 초과하지 않는 한(S15), 상기 순환수의 온도가 감지되고 상기 동파 기준온도와 비교되는 과정이 반복된다(S14).
그러나, 상기 순환수의 온도가 상기 동파 기준온도를 초과하는 경우에는(S15), 순환수가 순환되기 이전의 상태로 복귀된다(S16). 예를 들어, 동파 방지를 위하여 순환수가 순환되기 이전에 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)의 작동이 정지된 상태였다면, 순환수의 순환 이후에 순환수의 온도가 상기 동파 기준온도를 초과하는 경우에는, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)의 작동이 정지된 상태로 복귀될 수 있다.
그리고, 순환수의 순환 이전 상태로 복귀한 이후에는, 상기 동파 방지 운전을 정지하기 위한 신호가 입력되지 않는 한(S17), 다시 상기 순환수의 온도가 감지된다(S11).
도 5를 참조하여, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)가 물절약 운전되는 경우를 설명하면, 먼저 순환수의 온도가 감지된다(S21).
그리고, 상기 순환수의 온도가 상기 물절약 기준온도를 초과하는 경우에는(S22), 순환수의 공급 및 배출이 차단된 상태에서 순환수가 상기 순환유로(182)를 순환하도록 유동한다(S23).
이때, 상기 물절약 기준온도는, 급탕 성능 및 난방 성능이 만족될 수 있는 범위 내에서, 상기 순환수의 최저 온도값을 의미한다. 보다 상세히, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)가 급탕 및 난방 운전되는 경우에는, 상기 열원측 열교환기(14)를 통하여 순환수가 냉매를 가열하기 때문에, 순환수가 순환하게 되면 순환수의 온도가 지속적으로 감소하게 된다. 그러면, 상기 열원측 열교환기(14)를 통과하는 순환수 및 냉매 간의 온도차가 감소되므로, 급탕 성능 및 난방 성능은 저하될 염려가 있다. 이때, 사용자가 불편을 느끼지 않기 위하여 요구되는 최소한의 급탕 성능 및 난방 성능이 있을 수 있고, 급탕 성능 및 난방 성능이 상기 최소한의 급탕 성능 및 난방 성능 이상에 해당하기 위한 상기 순환수의 최저 온도값이 정해질 수 있다. 즉, 상기 순환수의 온도가 상기 물절약 기준온도를 초과하는 이상, 급탕 성능 및 난방 성능이 사용자에게 불편을 주지 않는 범위 내에서 유지될 수 있는 것이다.
그러나, 상기 순환수의 온도가 상기 물절약 기준온도 이하에 해당하는 경우에는(S22), 순환수가 공급 및 배출된다(S24). 즉, 상기 급수 조절부 및 배수 조절부에 의하여 상기 순환측 공급유로(184) 및 순환측 배출유로(186)가 개방됨으로써, 상기 물공급원의 물이 상기 순환유로(182)로 공급됨과 동시에, 상기 순환유로(182)의 순환수가 외부로 배출된다.
이때, 상기 순환유로(182)를 순환하던 순환수는 배출되고, 새로운 순환수가 상기 순환유로(182)를 따라 유동할 수 있다. 상기 순환유로(182)로 새로 유입되는 순환수의 온도는, 기존에 상기 순환유로(182)를 순환하다가 배출되는 순환수의 온도보다 상대적으로 높다. 따라서, 상기 순환수의 온도가 상기 물절약 기준온도를 초과할 수 있도록 유지될 수 있다. 즉, 급탕 성능 및 난방 성능이 사용자에게 불편을 주지 않도록 유지될 수 있다.
마지막으로, 상기 물절약 운전을 정지하기 위한 신호의 입력이 없는 한(S25), 상기 순환수의 온도가 다시 감지된다(S21).
상기 물절약 운전 과정에 의하면, 상기 순환유로(182)를 유동하는 물을 절약할 수 있는 이점이 있다. 보다 상세히, 상기 순환수의 온도가 상기 물절약 기준온도를 초과하는 한, 순환수의 공급 및 배출 없이 순환수가 상기 순환유로(182)를 순환하게 되므로, 시간당 소비되는 순환수 즉, 물의 양이 줄어들게 된다. 또한, 상기 순환수의 온도가 상기 물절약 기준온도 이하에 해당하는 경우에는, 순환수가 공급 및 배출됨으로써 상기 순환유로(182)를 유동하는 순환수의 온도가 상기 물절약 기준온도를 초과하는 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 상기 순환유로(182)를 유동하는 물의 양을 최소화할 수 있는 동시에, 급탕 성능 및 난방 성능을 유지할 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)가 냉방 운전되는 경우에는, 상기 순환수의 온도가 기준온도 이상에 도달하지 않는 이상 상기 순환유로(182)를 순환하도록 함으로써, 물을 절약할 수 있는 동시에 냉방 성능 유지할 수 있을 것이다. 이때, 기준온도는 요구되는 냉방 성능을 만족할 수 있는 범위 내에서, 순환수의 최고 온도값을 의미한다.
한편, 상기 동파 방지 운전은 상기 히트펌프 연동 급탕장치(1)의 작동이 정지된 상태에서 수행될 수 있다. 그리고, 상기 물절약 운전은, 급탕, 난방 또는 냉방 운전과 동시에 수행될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 2 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는, 제 1 실시예와 비교하여, 냉매가 과냉각될 수 있다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에 있어서, 제 1 실시예와 중첩되는 구성에 대한 설명은 제 1 실시예의 설명을 원용하기로 한다.
도 6은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 2 실시예를 보인 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에서는 과냉각기(23)가 더 구비된다.
상세히, 상기 과냉각기(23)는 냉매사이클 상에서 이용측 열교환기(22)와 팽창기(213) 사이에 설치된다. 다른 한편으로는, 순환유로(282) 상에서 열원측 열교환기(24)의 토출측에 해당하는 일지점에 설치된다. 상기 과냉각기(23)는, 물 및 냉매 간의 열교환이 이루어질 수 있도록 내부에 서로 인접하는 물 유로 및 냉매 유로가 형성되는 수냉매열교환기로 구비될 수 있다.
따라서, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(2)가 난방 운전되는 경우에, 상기 이용측 열교환기(22)를 통과하면서 이용측 물을 가열하고 응축된 냉매는, 상기 과냉각기(23)를 통과하면서 열원측 물 즉, 순환수를 가열하고 과냉각될 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기 열원측 열교환기(24)를 통과하면서 냉매를 가열하고 냉각된 물은 상기 과냉각기(23)를 통과하면서 냉매로부터 열을 흡수하여 가열될 수 있다. 따라서, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(2)가 물절약 운전되는 경우에, 순환수의 온도가 감소되는 속도가 감소될 수 있다. 즉, 상기 물절약 운전시, 순환수가 순환되는 시간이 더욱 증가될 수 있으므로, 전체적으로 절약되는 물의 양이 더욱 증가될 수 있고 물절약 효과가 더욱 향상될 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 과냉각기(23)와 이용측 열교환기(22)의 사이에 냉방용 팽창기(213)가 더 설치되어, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(2)가 냉방 운전되는 경우에는, 기존의 상기 팽창기(213)는 완전히 개방되고, 냉매가 상기 과냉각기(23)를 통과한 후 상기 냉방용 팽창기(213)에서 팽창됨으로써, 상기 열원측 열교환기(24)를 거치면서 응축된 냉매가 상기 과냉각기(23)에서 열원측 물로 열을 방출하여 과냉각될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 3 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는, 제 1 실시예와 비교하여, 공조 열교환기가 냉매배관 상에 연결된다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에 있어서, 제 1 실시예와 중첩되는 구성에 대한 설명은 제 1 실시예의 설명을 원용하기로 한다.
도 7은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 3 실시예를 보인 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에서는, 공조 열교환기(331)가 냉매배관(310) 상의 일측에 연결된다. 즉, 냉매가 상기 공조 열교환기(331)를 유동하면서 실내 공기를 가열 또는 냉각하는 방식으로 난방 또는 냉방이 수행된다.
보다 상세히, 상기 공조 열교환기(331)는 냉매사이클 상에서 이용측 열교환기(32)와 팽창기(313)의 사이에 설치된다. 따라서, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(3)가 난방 운전되는 경우에는, 상기 이용측 열교환기(32)를 통과한 냉매가 상기 공조 열교환기(331)를 유동하면서 실내 공기를 가열하여 실내 난방이 수행된다.
그리고, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(3)가 냉방 운전되는 경우에는, 상기 열원측 열교환기(34)를 통과한 냉매가 팽창기(313)를 거치면서 팽창된 후에 상기 공조 열교환기(331)를 통과하면서 실내 공기를 냉각하여 실내 냉방이 수행된다.
이때, 상기 공조 열교환기(331)는, 실내 공기에 노출될 수 있도록, 실내 공간의 일측에 위치되는 실내기에 수용되는 방식으로 설치될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 난방 및 냉방 성능이 향상될 수 있는 이점이 있다. 보다 상세히, 본 실시예에서는 냉매를 이용하여 실내 공기가 직접 가열 또는 냉각될 수 있으므로, 냉매에 의하여 가열 또는 냉각된 물을 이용하여 실내 공기를 가열 또는 냉각하는 방식에 비하여, 냉매 및 실내 공기 간의 열전달량이 증가할 수 있다. 따라서, 난방 및 냉방 성능이 향상될 수 있는 것이다.
이하에서는, 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 4 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는, 제 1 실시예와 비교하여, 급탕부 및 바닥 냉난방부가 디슈퍼히터(desuperheater) 방식으로 구비된다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에 있어서, 제 1 실시예와 중첩되는 구성에 대한 설명은 제 1 실시예의 설명을 원용하기로 한다.
도 8은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 4 실시예를 보인 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서는, 급탕부(46) 및 바닥 냉난방부(47)가 디슈퍼히터 방식으로 구비된다. 따라서, 이용측 열교환기는 압축기의 토출측 냉매가 1차적으로 응축되는 1차 응축기로 사용되고, 공조 열교환기 및 열원측 열교환기 중 어느 하나는 상기 압축기의 토출측 냉매가 2차적으로 사용되는 2차 응축기로 사용된다.
상세히, 본 실시예는, 압축기(411), 공조 열교환기(431), 팽창기(413), 열원측 열교환기(44)를 연결하여 냉매사이클을 형성하는 메인 냉매배관(410)과, 상기 압축기(411)로부터 토출되는 냉매를 이용측 열교환기(42)로 안내하는 이용측 냉매배관(435)과, 상기 압축기(411)로부터 토출되는 냉매가 상기 이용측 열교환기(42)를 우회하도록 안내하는 우회 냉매배관(436)을 포함한다.
그리고, 본 실시예는, 상기 압축기(411)로부터 토출되어 상기 이용측 열교환기(42)로 유입되는 냉매량과 상기 공조 열교환기(431)로 유입되는 냉매량을 조절하기 위한 유량조절부(43)를 더 포함한다. 보다 상세히, 상기 유량조절부(43)는, 상기 압축기(411)로부터 토출되어 상기 이용측 열교환기(42)로 유입되는 냉매량을 조절하는 이용측 유량조절부(431)와, 상기 압축기(411)로부터 토출되어 상기 이용측 열교환기(42)를 우회하는 냉매량을 조절하는 우회 유량조절부(432)를 포함한다. 상기 이용측 유량조절부(431)는 상기 이용측 냉매배관(435)의 일측에 설치되고, 상기 우회 유량조절부(432)는 상기 우회 냉매배관(436)의 일측에 설치된다.
또한, 난방 운전 및 냉방 운전 전환에 관계없이 상기 이용측 열교환기(42)가 1차 응축기로 사용될 수 있도록, 상기 이용측 열교환기(42)는 상기 냉매사이클 상에서 상기 압축기(411)와 유동전환부(415)의 사이에 설치된다. 따라서, 상기 냉매사이클 상에서 가장 높은 온도를 가지는 상기 압축기(411)의 토출측 냉매가 상기 이용측 열교환기(42)로 곧장 유입될 수 있기 때문에, 급탕 성능이 더욱 향상될 수 있다.
보다 상세히, 상기 압축기(411)로부터 토출되는 냉매는, 먼저 상기 이용측 열교환기(42)로 곧장 유입될 수 있다. 물론, 이러한 경우에는, 상기 이용측 유량조절부(431)가 적어도 일부 개방되어 있어야 한다. 그리고, 상기 이용측 열교환기(42)를 통과하면서 상기 이용측 물을 가열하여 1차적으로 응축된 냉매는, 상기 공조 열교환기(431) 또는 열원측 열교환기(44)로 유입될 수 있다. 난방 운전 시에는 상기 이용측 열교환기(42)를 통과한 냉매가 상기 공조 열교환기(431)로 유입되고, 냉방 운전 시에는 상기 이용측 열교환기(42)를 통과한 냉매가 상기 열원측 열교환기(44)로 유입된다. 따라서, 난방 운전 시에는 상기 이용측 열교환기(42)에서 1차적으로 응축된 냉매가 상기 공조 열교환기(431)에서 2차적으로 응축되고, 냉방 운전 시에는 상기 이용측 열교환기(42)에서 1차적으로 응축된 냉매가 상기 열원측 열교환기(44)에서 2차적으로 응축된다. 즉, 난방 운전 시에는 상기 이용측 열교환기(42)가 1차 응축기, 상기 공조 열교환기(431)가 2차 응축기로 사용되고, 냉방 운전 시에는 상기 이용측 열교환기(42)가 1차 응축기, 상기 열원측 열교환기(44)가 2차 응축기로 사용된다. 난방 운전 및 냉방 운전의 전환에 관계없이, 상기 냉매사이클 상에서 최고의 온도 상태인 상기 압축기(411)의 토출측 냉매가 상기 이용측 열교환기(42)로 곧장 유입될 수 있으므로, 급탕 성능이 더축 향상되는 것이다.
한편, 바닥 열교환기(472)와 공조 열교환기(431)는 별개로 설치될 수 있다. 상세히, 상기 바닥 열교환기(472)는 상기 이용측 열교환기(42)를 통과한 이용측 물이 유동할 수 있도록 상기 이용측 열교환기(42)에 연결되고, 상기 공조 열교환기(431)는 상기 압축기(411)로부터 토출되는 냉매를 이용하여 실내 공기를 가열 또는 냉각할 수 있도록 상기 메인 냉매배관(410)에 연결된다.
이때, 상기 급탕 열교환기(462)로 유입되는 냉매량과 상기 급탕 열교환기(462)를 우회하는 냉매량은 급탕 부하 및 냉난방 부하에 따라 조절될 수도 있다. 예를 들면, 급탕 부하가 냉난방 부하에 비하여 상대적으로 큰 경우에는, 상기 이용측 열교환기(42)로 유입되는 냉매량이 증가되고, 상기 이용측 열교환기(42)를 우회하는 냉매량이 감소되도록 제어될 수 있다. 또한, 냉난방 부하가 급탕 부하에 비하여 상대적으로 큰 경우에는, 상기 이용측 열교환기(42)로 유입되는 냉매량이 감소되고, 상기 이용측 열교환기(42)를 우회하는 냉매량이 증가되도록 제어될 수 있다.
여기서, 상기 급탕 부하 및 냉난방 부하는 각각, 상기 급탕부(46)의 출수 온도와 목표 온도의 차이 및 상기 공조 열교환기(431)의 냉난방 대상이 되는 실내의 온도 및 목표 온도의 차이가 될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 상기 실내 공간의 냉방 또는 난방에 관계없이, 급탕이 연속적으로 수행될 수 있는 이점이 있다. 상기 이용측 열교환기(42)는 상기 냉매사이클 상에서 상기 압축기(411) 및 유동전환부(415)의 사이에 설치된다. 따라서, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(4)가 난방 운전되는 경우에는, 상기 압축기(411)로부터 토출되는 냉매가 상기 이용측 열교환기(42) 및 공조 열교환기(431)를 동시에 통과하는 방식으로, 급탕 및 실내 공간의 난방이 동시에 수행될 수 있다. 또한, 상기 히트펌프 연동 급탕장치(4)가 냉방 운전되는 경우에는, 상기 압축기(411)로부터 토출되는 냉매가 상기 이용측 열교환기(42), 열원측 열교환기(44) 및 공조 열교환기(431) 순으로 통과하는 방식으로, 급탕 및 실내 공간의 냉방이 동시에 수행될 수 있다. 그러므로, 난방 운전 및 냉방 운전 전환에 관계없이, 급탕이 연속적으로 수행될 수 있는 것이다. 물론, 이러한 경우에 상기 이용측 물은 상기 급탕 열교환기(462) 및 이용측 열교환기(42)를 순환한다.
그리고, 본 실시예에 의하면, 급탕 및 냉난방 운전이 동시에 수행될 수 있는 이점이 있다. 보다 상세히, 상기 압축기(411)로부터 토출되는 냉매가 상기 이용측 열교환기(42)를 통과한 후, 상기 공조 열교환기(431), 팽창기(413), 열원측 열교환기(44)를 순차적으로 통과함으로써, 급탕 및 난방 운전이 동시에 수행될 수 있다. 그리고, 상기 압축기(411)로부터 토출되는 냉매가 상기 이용측 열교환기(42)를 통과한 후, 상기 열원측 열교환기(44), 팽창기(413), 공조열교환기를 순차적으로 통과함으로써, 급탕 및 냉방 운전이 동시에 수행될 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 급탕 부하 및 냉난방 부하에 따라 상기 히트펌프 연동 급탕장치(4)의 운전 상태가 최적화될 수 있는 이점이 있다. 상세히, 급탕 및 냉난방 동시 운전시에는, 급탕 부하 및 냉난방 부하에 따라 상기 이용측 열교환기를 유동하는 급탕측 냉매량 및 상기 이용측 열교환기를 우회하여 상기 공조 열교환기 또는 열원측 열교환기로 곧장 유동하는 냉난방측 냉매량이 조절될 수 있다.
보다 상세히, 상기 급탕 부하가 냉난방 부하에 비하여 상대적으로 큰 경우에는, 상기 이용측 열교환기(42)를 통과하는 냉매량이 증가되므로 즉, 상기 급탕 열교환기(462)를 통하여 급탕 탱크(462)의 물로 전달되는 열량이 증가되므로, 급탕 목표 조건에 더욱 신속하게 도달할 수 있다. 또한, 상기 냉난방 부하가 상기 급탕 부하에 비하여 상대적으로 큰 경우에는, 상기 이용측 열교환기(42)를 우회하는 냉매량이 증가되므로, 난방 운전인 경우에는 상기 압축기(411)로부터 토출되어 상기 공조 열교환기(431)로 곧장 유입되는 냉매량이 증가하게 된다. 따라서, 상기 공조 열교환기(431)를 통하여 실내 공간으로 전달되는 열량이 증가되므로, 난방 성능이 더욱 향상될 수 있다. 그러므로, 급탕 부하 즉, 운전 조건에 따라 상기 히트펌프 연동 급탕장치(4)의 운전 상태가 최적화될 수 있는 것이다.
이하에서는, 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 5 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는, 제 1 실시예와 비교하여, 냉매사이클 상에서 응축된 냉매 중 기상의 냉매가 압축기로 인젝션된다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에 있어서, 제 1 실시예와 중첩되는 구성에 대한 설명은 제 1 실시예의 설명을 원용하기로 한다.
도 9는 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 5 실시예를 보인 구성도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예는 냉매사이클 상에서 응축된 냉매 중 기상의 냉매를 압축기(53)로 인젝션하기 위한 구성이 추가된다.
상세히, 본 실시예에서는, 압축기(53)가, 냉매를 1차적으로 압축하는 저단 압축부(532)와, 상기 저단 압축부(532)에서 압축된 냉매를 2차적으로 압축하는 중간 압축부(531)를 포함하는 다단압축기(53)로 구비된다.
그리고, 본 실시예는, 상기 냉매사이클 상에서 이용측 열교환기(52) 또는 열원측 열교환기(54)에서 응축된 냉매를 기상 및 액상으로 분리하는 상분리기(533)와, 상기 상분리기(533)에서 분리된 기상의 냉매를 상기 압축기(53)의 중간 압축부(531)로 인젝션하기 위한 인젝션 배관(534)을 포함한다.
한편, 상기 냉매사이클 상에서 상기 상분리기(533)를 중심으로 양측에 해당하는 지점에는 각각 제 1 팽창기(513) 및 제 2 팽창기(514)가 구비된다.
본 실시예에 의하면, 난방 운전 시에 상기 이용측 열교환기(52) 및 열원측 열교환기(54) 사이를 유동하는 냉매가 상기 압축기(53)로 인젝션될 수 있으므로, 상기 이용측 열교환기(52)를 유동하는 냉매량이 증가되어 급탕 및 난방 능력이 향상될 수 있는 이점이 있다. 특히, 상기 열원측 물의 온도가 비교적 낮은 경우에는, 상기 열원측 열교환기(54)에서 냉매의 증발 열량이 감소됨으로써 전체적인 난방 능력이 저하될 염려가 있는데, 상기한 바와 같이 냉매가 인젝션됨으로써 난방 능력을 보상할 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 인젝션 배관(534)을 선택적으로 차폐하는 인젝션 밸브(535)가 더 설치됨으로써, 외기 온도에 따라 상기 압축기(53)를 향한 냉매의 인젝션이 선택적으로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 상기 열원측 물 즉, 순환수의 온도가 기준 온도 이상에 해당하는 경우에는 상기 인젝션 밸브(535)가 폐쇄된 상태를 유지하고, 상기 열원측 물의 온도가 기준 온도 미만에 해당하는 경우에는 상기 인젝션 밸브(535)가 개방된 상태를 유지하는 방식으로 제어될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 6 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예는, 제 1 실시예와 비교하여, 히트펌프 연동 급탕장치가 복수개의 급탕부 및 냉난방부를 포함하는 멀티 시스템으로 구비된다는 점에서 차이가 있다. 본 실시예에 있어서, 제 1 실시예와 중첩되는 구성에 대한 설명은 제 1 실시예의 설명을 원용하기로 한다.
도 10은 본 발명에 의한 히트펌프 연동 급탕장치의 제 6 실시예를 보인 구성도.
도 10을 참조하면, 본 실시예는, 복수개의 급탕부(63,66) 및 냉난방부(67,69)를 포함하는 멀티 시스템으로 구비된다. 즉, 단일 히트펌프(100)를 이용하여 복수개의 급탕부(63,66) 및 냉난방부(67,69)의 급탕 및 냉난방이 수행될 수 있다.
상세히, 본 실시예는, 열원측 물과 냉매 간의 열교환이 이루어지는 히트펌프(100)와, 상기 히트펌프(100)로부터 토출되는 냉매와 이용측 물 간의 열교환이 이루어지는 중계기(101)와, 상기 중계기(101)로부터 토출되는 물을 이용하여 급탕이 수행되는 제 1 급탕부(66)와, 상기 중계기(101)로부터 토출되는 물을 이용하여 실내의 냉난방이 수행되는 제 1 냉난방부(67)와, 상기 히트펌프(100)로부터 토출되는 냉매를 이용하여 급탕이 수행되는 제 2 급탕부(63)와, 상기 히트펌프(100)로부터 토출되는 냉매를 이용하여 실내의 냉난방이 수행되는 제 2 냉난방부(69)를 포함한다.
상기 히트펌프(100) 및 중계기(101)는 냉매 배관(610)으로 연결되고, 상기 제 1 급탕부(66) 및 제 1 냉난방부(67)는 상기 중계기(101)에 수배관(650)으로 연결된다. 즉, 상기 제 1 급탕부(66) 및 제 1 냉난방부(67)는 상기 중계기(101)를 통하여 상기 히트펌프(100)에 간접적으로 연결된다. 한편, 상기 제 2 급탕부(63) 및 제 2 냉난방부(69)는 상기 히트펌프(100)에 냉매 배관(610)으로 직접 연결된다. 이때, 상기 중계기(101), 제 2 급탕부(63) 및 제 2 냉난방부(69)는 상기 히트펌프(100)에 병렬로 연결된다. 즉, 상기 히트펌프(100)로부터 토출되는 냉매가 싱기 중계기(101), 제 2 급탕부(63) 및 제 2 냉난방부(69)로 분배되어 유동될 수 있다.
그리고, 상기 제 1 급탕부(66)의 급탕 열교환기(662)에서는 이용측 물과 급탕 탱크(661)의 물 간의 열교환이 이루어지고, 상기 제 2 급탕부(63)의 급탕 열교환기(632)에서는 냉매와 급탕 탱크(631)의 물 간의 열교환이 이루어진다.
따라서, 상기 제 1 급탕부(66) 및 제 1 냉난방부(67)는 상기 열원측 물에 의하여 가열된 냉매의 열을 이용측 물을 통하여 간접적으로 전달받고, 상기 제 2 급탕부(63) 및 제 2 냉난방부(69)는 상기 열원측 물에 의하여 가열된 냉매의 열을 직접적으로 전달받게 된다.
한편, 상기 급탕측 공급유로(688)는 상기 제 1 급탕부(66)의 급탕 탱크(661)와, 상기 제 2 급탕부(63)의 급탕 탱크(631)에 연결됨으로써, 상기 제 1 급탕부(66) 및 제 2 급탕부(63)의 급탕 탱브(631,661) 각각에 물이 지속적으로 공급될 수 있다.
그리고, 상기 중계기(101), 제 2 급탕부(63) 및 제 2 냉난방부(69)에 연결되는 냉매 배관(610)에는 상기 중계기(101), 제 2 급탕부(63) 및 제 2 냉난방부(69)에 각각 대응되는 유량조절부(102,103,104)가 구비됨으로써, 상기 중계기(101), 제 2 급탕부(63) 및 제 2 냉난방부(69)로 유입되는 냉매량이 조절될 수 있다. 물론, 상기 중계기(101), 제 2 급탕부(63) 및 제 2 냉난방부(69)로 유입되는 냉매량은, 상기 제 1 급탕부(66), 제 1 냉난방부(67), 제 2 급탕부(63) 및 제 2 냉난방부(69)의 급탕 부하 및 냉난방 부하에 따라 조절될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 단일 히트펌프(100)을 이용하여 복수개의 사용처의 급탕 및 냉난방이 수행될 수 있는 이점이 있다. 예를 들어, 상기 제 1 급탕부(66) 및 제 1 냉난방부(67)는 제 1 사용처에 설치되고 상기 제 2 급탕부(63) 및 제 2 냉난방부(69)는 제 2 사용처에 설치됨으로써, 상기 제 1 사용처 및 제 2 사용처의 급탕 및 냉난방이 동시에 또는 선택적으로 수행될 수 있는 이점이 있다.
이와 같이 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
1 : 히트펌프 연동 급탕장치 11 : 이용측 열교환기
14: 열원측 열교환기 16 : 급탕부
17 : 냉난방부 18 : 급수부
181 : 물 공급유로 182 : 순환유로
184 : 순환측 공급유로 186 : 순환측 배출유로
188 : 급탕측 공급유로

Claims (29)

  1. 히트펌프를 이용하여 급탕을 수행하는 히트펌프 연동 급탕장치에 있어서,
    냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기로부터 토출된 냉매와, 급탕을 수행하는 제1교환수의 열교환이 이루어지는 응축기;
    상기 응축기를 통과한 냉매가 팽창되는 팽창기;
    상기 팽창기를 통과한 냉매와, 외부에서 공급되는 제2교환수의 열교환이 이루어지는 증발기;
    상기 제1교환수가 순환하는 통로가 되는 수배관;
    상기 제2교환수를 공급하는 급수부;
    상기 수배관과 연결되며, 상기 제1교환수와 열교환되어 급탕으로 이용되는 물을 저장하는 급탕부; 및
    상기 수배관과 연결되며, 상기 제1교환수와 실내공기의 열교환이 이루어지는 실내열교환기가 포함되는 냉난방부를 포함하고,
    상기 응축기 및 증발기의 냉매가 각각 상기 제1교환수 및 제2교환수와 열교환되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 급수부는,
    상기 제2교환수가 순환하는 순환유로; 및
    상기 제2교환수를 강제 유동시키는 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 급수부의 동파 방지를 위하여, 상기 제2교환수의 온도가 동파 기준온도 이하에 해당하는 경우에는 상기 제2교환수가 상기 순환유로를 순환하고,
    상기 제2교환수의 온도가 동파 기준온도를 초과하는 경우에는 상기 제2교환수가 상기 순환유로를 순환하기 이전의 운전 상태로 복귀하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 순환유로를 향하여 상기 제2교환수가 공급되기 위한 순환측 공급유로;
    상기 순환측 공급유로를 통한 상기 제2교환수의 공급을 선택적으로 차단하는 급수조절부;
    상기 순환유로를 순환하는 상기 제2교환수가 배출되기 위한 순환측 배출유로; 및
    상기 순환측 배출유로를 통한 상기 제2교환수의 배출을 선택적으로 차단하는 배수조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 순환유로를 순환하는 상기 제2교환수를 절약하기 위하여, 상기 제2교환수 온도가 순환 기준온도를 초과하는 경우에는, 상기 순환유로의 상기 제2교환수 공급 및 배출이 차단되고,
    상기 순환유로의 상기 제2교환수 온도가 순환 기준온도 이하에 해당하는 경우에는, 상기 순환유로의 상기 제2교환수가 공급 및 배출되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 급수부의 상기 제2교환수는, 상기 급탕으로 이용되는 물과 동일한 물공급원으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 급수부는,
    상기 제2교환수가 순환하는 순환유로;
    상기 순환유로를 향하여 상기 제2교환수가 공급되기 위한 순환측 공급유로; 및
    상기 급탕부를 향하여 상기 급탕으로 이용되는 물이 공급되기 위한 급탕측 공급유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발기를 통과한 상기 제2교환수가, 상기 응축기를 통과한 냉매와 열교환하면서 상기 응축기를 통과한 냉매를 과냉각하여 응축시키는 과냉각기; 및
    상기 제2교환수가 상기 증발기 및 과냉각기를 순환할 수 있도록 상기 증발기 및 과냉각기를 연결하는 순환유로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 급탕부는,
    온수로 공급되기 위한 물이 저장되는 급탕 탱크;
    상기 급탕 탱크의 물을 선택적으로 가열하는 보조 히터; 및
    상기 급탕 탱크의 물이 온수 상태로 제공되기 위한 출수 유로;를 포함하고,
    상기 급탕 탱크에 저장되는 물은, 상기 제2교환수와 동일한 물공급원으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 압축기, 냉매 및 실내 공기 간의 열교환이 이루어지는 공조 열교환기, 팽창기 및 냉매와 제2교환수 간의 열교환이 이루어지는 열원측 열교환기를 포함하여, 냉매사이클을 형성하는 메인 냉매회로;
    상기 메인 냉매회로에 구비되며, 상기 압축기로부터 토출되는 고온의 냉매와 제1교환수가 열교환되는 이용측 열교환기;
    상기 제1교환수와의 열교환을 통해 급탕을 수행하는 급탕부; 및
    상기 제1교환수와의 열교환을 통해 실내냉난방을 수행하는 실내열교환기가 포함되는 냉난방부;를 포함하고,
    상기 급탕 성능을 향상시키기 위하여, 상기 이용측 열교환기는 상기 압축기의 토출측 냉매가 1차적으로 응축되는 1차 응축기로 사용되고, 상기 공조 열교환기 및 열원측 열교환기 중 어느 하나는 상기 압축기의 토출측 냉매가 2차적으로 응축되는 2차 응축기로 사용되며,
    상기 이용측 열교환기 및 열원측 열교환기를 유동하는 냉매는 각각 상기 제1교환수 및 제2교환수와 열교환되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 메인 냉매회로는 냉난방 운전 전환에 따라 위하여 냉매의 유동 방향을 전환하는 유동전환부를 더 포함하고,
    상기 냉난방 운전 전환에 관계없이 급탕이 연속적으로 수행될 수 있도록, 상기 이용측 열교환기는 상기 냉매사이클 상에서 상기 압축기 및 유동전환부의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    급탕 및 냉난방 동시 운전 시에는, 급탕 부하 및 냉난방 부하에 따라 상기 이용측 열교환기를 유동하는 급탕측 냉매량 및 상기 이용측 열교환기를 우회하여 상기 공조 열교환기 또는 열원측 열교환기로 곧장 유동하는 냉난방측 냉매량이 조절되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 압축기는, 저단 압축부 및 상기 저단 압축부를 통과한 냉매가 압축되는 중간 압축부를 포함하는 다단 압축기로 구비되고,
    급탕 성능을 향상시키기 위하여, 상기 메인 냉매회로 상에서 응축된 냉매 중 기상의 냉매를 상기 압축기로 인젝션하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 메인 냉매회로 상에서 응축된 냉매를 기상 및 액상으로 분리하는 상분리기; 및
    상기 상분리기에서 분리된 기상의 냉매를 상기 중간 압축부로 안내하는 인젝션 배관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  21. 제 16 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 제2교환수가 유동하는 급수부를 더 포함하고,
    상기 급수부는,
    상기 제2교환수가 순환하는 순환유로; 및
    상기 제2교환수를 강제 유동시키는 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  22. 삭제
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 급수부의 동파 방지를 위하여, 상기 순환유로를 순환하는 상기 제2교환수의 온도가 동파 기준온도 이하에 해당하는 경우에는 상기 제2교환수가 상기 순환유로를 순환하고,
    상기 순환유로를 순환하는 상기 제2교환수의 온도가 동파 기준온도를 초과하는 경우에는 상기 제2교환수가 상기 순환유로를 순환하기 이전의 운전 상태로 복귀하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 순환유로를 향하여 상기 제2교환수가 공급되기 위한 순환측 공급유로;
    상기 순환측 공급유로를 통한 상기 제2교환수의 공급을 선택적으로 차단하는 급수조절부;
    상기 순환유로를 순환하는 상기 제2교환수가 배출되기 위한 순환측 배출유로; 및
    상기 순환측 배출유로를 통한 상기 제2교환수의 배출을 선택적으로 차단하는 배수조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 순환유로를 순환하는 상기 제2교환수를 절약하기 위하여, 상기 순환유로의 상기 제2교환수 온도가 순환 기준온도를 초과하는 경우에는, 상기 제2교환수의 공급 및 배출이 차단되고,
    상기 순환유로의 상기 제2교환수 온도가 순환 기준온도 이하에 해당하는 경우에는, 상기 제2교환수가 공급 및 배출되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 급탕부는,
    온수로 제공되기 위한 물이 저장되는 급탕 탱크와, 상기 급탕 탱크의 물과 상기 제1교환수의 열교환이 이루어지는 급탕 열교환기와, 상기 급탕 탱크의 물이 온수 상태로 제공되기 위한 출수유로를 포함하고,
    상기 급탕 탱크에 저장된 물은 상기 제1교환수와 동일한 물공급원으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  27. 제 16 항 또는 제 19 항에 있어서,
    급탕 운전 시에, 상기 열원측 열교환기를 통과하여 저온상태가 된 상기 제2교환수가, 상기 이용측 열교환기를 통과한 냉매와 열교환되는 수냉매열교환기를 더 포함하고,
    상기 이용측 열교환기를 통과한 냉매가 과냉각되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 급탕장치.
  28. 삭제
  29. 삭제
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