KR101298323B1

KR101298323B1 - 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법

Info

Publication number: KR101298323B1
Application number: KR1020080083313A
Authority: KR
Inventors: 조진우
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2013-08-20
Also published as: KR20100024646A

Abstract

본 발명은 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법에 관한 것으로서, 급탕 또는 난방 운전이 수행되면서 제상이 이루어지도록 함으로써, 난방 효율이 저하되는 현상이 개선되는 효과가 있다.

수냉매 열교환기, 급탕 유니트, 히트 펌프

Description

히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법{Method for controlling hot water circulation system associated with heat pump}

본 발명은 히트 펌프와 연동하여 온수 공급 및 난방 기능을 수행하는 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.

히트 펌프와 연동하는 온수 공급 및 난방 장치는, 히트 펌프 사이클과 온수 순환 유니트가 결합된 장치로서, 히트 펌프 냉매 회로를 구성하는 압축기로부터 토출되는 냉매와 물이 열교환하도록 하여 온수 공급 및 바닥 난방이 이루어지도록 하는 장치이다.

종래의 시스템에서는, 난방용 폐회로를 따라 흐르는 물과 온수 공급을 위한 물이 흐르는 배관이 따로 분리되고, 히트 펌프 냉매 회로의 압축기 출구측 배관의 각각 다른 지점에서 열교환하는 형태를 이룬다. 즉, 난방용 수냉매 열교환기(water-refrigerant heat exchanger for heating)와 급탕용 수냉매 열교환기(water-refrigerant heat exchanger for hot water supply)가 별도로 제공되는 구조를 이룬다.

또한, 종래의 시스템의 경우, 급탕을 위하여 공급되는 물은 상기 급탕용 수 냉매 열교환기를 통과하면서 냉매와 열교환한 다음 곧바로 출수되는 구조이다.

따라서, 상기와 같은 형태의 히트 펌프 연동 온수 공급 및 난방 장치는 다음과 같은 문제점이 존재한다.

첫째, 히트 펌프 냉매 회로를 구성하는 증발기 표면에 서리가 생성되어 제상 운전을 하여야 하는 경우, 제상 운전이 끝날 때까지 난방 기능과 급탕 기능이 완전히 정지되어야 한다. 따라서, 제상 운전 과정에서는 온수를 공급받을 수 없을 뿐 아니라 실내 온도도 감소하게 된다. 만일, 제상 운전이 수행되는 도중에도 난방 운전이 수행되는 경우, 수냉매 열교환기에서 열이 냉매쪽으로 전달되기 때문에 순환하는 물의 온도가 떨어지면서 실내 바닥의 온도가 하강하게 된다.

둘째, 제상 운전이 끝난 후 급탕과 난방이 재개되더라도, 난방 회로가 정상 수준에 도달하고, 공급 온수가 설정 온도까지 도달하는데에 시간이 걸리는 단점이 있다.

셋째, 난방용 수냉매 열교환기와 급탕용 수냉매 열교환기가 별도로 제공되어야 하므로, 설치 공정이 복잡할 뿐 아니라 제조 비용이 증가하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 설치 공정과 설치 비용이 절감되고, 제상 운전 중에도 온수 공급이 원활하게 이루어지도록 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 온수 공급이 정상적으로 이루어지면서 제상 운전이 수행되도록 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제상 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법에 관한 권리 범위는 다음과 같다.
압축기, 실외 열교환기, 상기 실외 열교환기측에 제공되는 실외팬 및 팽창부로 구성되어 히트 펌프 냉매 사이클을 수행하는 실외기; 상기 압축기로부터 토출되는 냉매와 물이 열교환되도록 하는 수냉매 열교환기와, 상기 수냉매 열교환기를 통과한 물이 저장되는 집수 탱크 및 상기 집수 탱크로부터 토출되는 물을 펌핑하는 워터 펌프가 포함되는 실내기; 상기 워터 펌프로부터 펌핑되는 물로부터 열을 전달받아 급탕 또는 난방을 수행하는 온수 순환 유니트; 및 상기 온수 순환 유니트를 순환하는 물을 가열하기 위한 보조 히터가 포함되는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 실외 열교환기의 냉매 온도(T1)와, 수배관 내의 물의 온도(T2)가 감지되는 단계; 상기 감지되는 냉매 온도(T1)에 따라 상기 압축기의 구동 속도, 실외팬의 구동 속도 및 팽창밸브의 개도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 단계; 및 상기 물의 온도(T2)에 따라 상기 보조히터의 작동 여부 및 워터 펌프의 구동 속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 단계가 포함되는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.

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상기와 같은 구성을 이루는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법에 의하면, 단일의 온수 순환 폐회로를 이용하여 급탕용 온수 공급과 바닥 난방이 선택적으로 이루어지는 효과가 있다.

상세히, 히트 펌프 냉매 사이클과 열교환하는 수냉매 열교환기가 하나만 제공되도록 함으로써, 시스템의 설치 공정과 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 제상 운전이 수행되는 과정에서도 급탕이 원활하게 이루어지는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 사상이 구현되는 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 연동 온수 순환 시스템을 보여주는 도면이고, 도 2는 상기 히트펌프 연동 온수 순환 시스템을 구성하는 실내기의 구성을 보여주는 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 연동 온수 순환 시스템(1)에는, 히트 펌프 냉매 사이클이 포함되는 실외기(2)와, 상기 히트 펌프 냉매 사이클을 따라 상변화되는 냉매와 열교환하여 물이 가열되도록 하는 실내기(3)와, 상기 실내기(3)의 어느 부분에서 열교환 가능하게 연결되어 온수를 공급 하는 급탕 유니트(hot water supply unit)(4)와, 상기 실내기(3)로부터 연장되는 수배관(water pipe)으로 구성되는 난방 유니트(5)가 포함된다.

상세히, 상기 히트펌프 냉매 사이클은, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(21)와, 상기 압축기(21)로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향을 조절하는 사방 밸브(four-way valve)(22)와, 상기 사방 밸브(22)를 통과한 고온 고압의 냉매가 상기 실내기(3)의 수배관을 따라 흐르는 물과 열교환하는 수냉매 열교환기(water-refrigerant heat exchanger)(31)와, 상기 수냉매 열교환기(31)를 통과한 냉매가 저온 저압으로 팽창되도록 하는 팽창부(expansion part)(24) 및 상기 팽창부(24)를 통과한 냉매가 실외 공기와 열교환하도록 하는 실외 열교환기(23)로 이루어진다. 그리고, 상기 실외 열교환기(23)에는 온도 센서(미도시)가 부착되어, 실외 열교환기(23)의 배관 표면 온도를 감지하도록 할 수 있다. 즉, 상기 온도 센서에 의하여 감지되는 배관 온도값에 따라 제상 동작이 필요한지 여부가 판단되도록 한다. 그리고, 상기 부품들은 냉매 배관(25)에 의하여 연결되어 폐회로를 구성한다. 그리고, 상기 실외기(2)에는, 상기 압축기(21), 사방 밸브(22), 팽창부(24) 및 실외 열교환기(23)가 포함된다. 그리고, 상기 실외기(2)가 냉방 모드로 운전되는 경우에는 상기 실외 열교환기(23)가 응축기의 기능을 수행하고, 난방 모드로 운전되는 경우에는 증발기의 기능을 수행하게 된다. 그리고, 상기 수냉매 열교환기(31)의 입구측 냉매 배관과 출구측 냉매 배관에는 각각 온도 센서(TH1,TH2)가 장착될 수 있다.

이하에서는, 제상 운전의 경우를 제외하고 난방 모드로 운전되는 것으로 한정하여 설명하도록 한다.

한편, 상기 실내기(3)에는, 상기 수냉매 열교환기(31)와, 상기 수냉매 열교환기(31)의 출구측에 연장되는 수배관에 장착되어, 물의 흐름을 감지하는 플로우 스위치(flow switch)(32)와, 상기 플로우 스위치(32)로부터 물이 흐르는 방향으로 이격된 어느 지점에서 분지되는 팽창 탱크(expansion tank)(33)와, 상기 수냉매 열교환기(31)의 출구측으로부터 연장되는 수배관의 단부가 삽입되며, 내부에 보조 히터(35)가 제공되는 집수 탱크(34)와, 상기 집수 탱크(34)의 출구측 수배관의 어느 지점에 제공되는 워터 펌프(water pump)(36)가 포함된다.

상세히, 상기 수냉매 열교환기(31)는 상기 히트 펌프 냉매 사이클을 따라 흐르는 냉매와 상기 수배관을 따라 흐르는 물이 열교환하는 부분으로서, 판형 열교환기가 적용 가능하다. 상기 수냉매 열교환기(31)에서는, 상기 압축기(21)를 통과한 고온 고압의 기체 냉매로부터 상기 수배관을 따라 흐르는 물로 열(QH)이 전달된다. 상기 수냉매 열교환기(31)로 유입되는 물은 급탕 과정 또는 난방 과정을 통하여 미지근하게 식은 상태이다. 그리고, 상기 수냉매 열교환기(31)의 입구측 수배관과 출구측 수배관에도 온도 센서(TH3,TH4)가 각각 장착될 수 있다.

또한, 상기 팽창 탱크(33)는, 상기 수냉매 열교환기(31)를 통과하면서 가열된 물의 부피가 적정 수준 이상으로 팽창될 때 이를 흡수하는 완충 기능을 수행한다. 상기 팽창 탱크(33) 내부에는 다이아프램이 들어 있어 수배관 내부의 물의 부피 변화에 대응하여 움직이게 된다. 그리고, 상기 팽창 탱크(33) 내부에는 질소 가스가 충전되어 있다.

또한, 상기 집수 탱크(34)는, 상기 수냉매 열교환기(31)를 통과한 물이 집수 되는 용기이다. 그리고, 상기 집수 탱크(34) 내부에는 보조 히터(35)가 장착되어, 제상 운전 과정 또는 수냉매 열교환기(31)를 통한 흡입 열량이 요구되는 열량에 미치지 못하는 경우 선택적으로 동작하게 된다. 그리고, 상기 집수 탱크(34)의 상측에는 에어 벤트(air vent)(343)가 형성되어, 상기 집수 탱크(34) 내에 존재하는 과열 상태의 공기가 배출되도록 한다. 그리고, 상기 집수 탱크(35)의 어느 일측에는 압력 게이지(341)와 릴리프 밸브(342)가 제공되어, 상기 집수 탱크(35) 내부의 압력이 적절하게 조절되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 압력 게이지(341)를 통해서 표시되는 상기 집수 탱크(35) 내부 수압이 과도하게 높을 때에는, 상기 릴리프 밸브(342)가 개방되도록 하여 탱크 내 압력이 적절하게 조절되도록 할 수 있다. 그리고, 상기 집수 탱크(34)의 일측에도 물의 온도를 측정하는 온도 센서(TH5)가 장착될 수 있다.

또한, 상기 워터 펌프(36)는, 상기 집수 탱크(34)의 출구측에서 연장되는 수배관을 통해서 토출되는 물을 펌핑하여, 급탕 유니트(4)와 난방 유니트(5)로 공급되도록 한다.

또한, 상기 실내기(3)의 내부 일측에는 각종 전장 부품이 저장되는 컨트롤 박스(38)가 장착되고, 상기 실내기(3)의 전면에는 컨트롤 패널(37)이 제공된다. 상세히, 상기 컨트롤 패널(37)에는 LCD 패널과 같은 디스플레이부와, 각종 입력 버튼이 구비될 수 있다. 그리고, 상기 디스플레이부를 통해서 상기 실내기(3)의 운전 상태 또는 실내기(3)를 통과하는 물의 온도 등과 같은 운전 정보와 기타 메뉴 등을 확인할 수 있다.

한편, 상기 급탕 유니트(4)는, 사용자가 세면 또는 설거지 등과 같은 작업에 필요한 물을 데워서 공급하는 부분이다.

상세히, 상기 워터 펌프(36)로부터 물의 흐름 방향으로 이격된 어느 지점에는 물의 흐름 방향을 제어하는 유로 전환 밸브(71)가 제공된다. 상기 유로 전환 밸브(71)는, 상기 워터 펌프(36)에 의하여 펌핑된 물이 상기 급탕 유니트(4) 또는 상기 난방 유니트(5)로 흐르도록 하는 삼방 밸브(three-way valve)일 수 있다. 따라서, 상기 유로 전환 밸브(71)의 출구측에는 급탕 유니트로 연장되는 급탕 배관(48)과, 상기 난방 유니트(5)로 연장되는 난방 배관(53)이 각각 연결된다. 그리고, 상기 워터 펌프(36)에 의하여 펌핑되는 물은 상기 유로 전환 밸브(71)의 제어에 따라 상기 급탕 배관(48) 또는 난방 배관(53) 중 어느 한 쪽으로 선택적으로 흐르게 된다.

상기 급탕 유니트(4)에는, 외부로부터 공급되는 물을 저장하고, 저장된 물이 데워지도록 하는 급탕 탱크(41)와, 상기 급탕 탱크(41)의 내부에 제공되는 보조 히터(42)가 포함된다. 그리고, 설치 형태에 따라 상기 급탕 탱크(41)에 열을 공급하는 보조 열원이 더 추가될 수 있다. 그리고, 제시 가능한 보조 열원으로서는 태양전지 패널을 이용한 축열조(43)가 가능하다. 그리고, 상기 급탕 유니트(4)의 일측면에는 냉수가 유입되기 위한 입수부(411)와, 가열된 물이 토출되는 출수부(412)가 구비된다.

상세히, 상기 유로 전환 밸브(71)로부터 연장되는 급탕 배관의 일부는 상기 급탕 탱크(41)로 인입되어, 상기 급탕 탱크(41) 내부에 저장된 물을 가열한다. 즉, 상기 급탕 배관(48) 내부를 따라 흐르는 고온의 물로부터 상기 급탕 탱크(41)에 저장된 물로 열이 전달된다. 그리고, 특정한 경우에는 상기 보조 히터(42)와 상기 보조 열원이 동작하여 추가적인 열을 더 공급할 수도 있다. 예를 들어, 사용자가 목욕을 하기 위하여 온수를 많이 필요로 하는 경우와 같이, 단시간에 물이 데워져야 하는 경우에 동작할 수 있다. 그리고, 상기 급탕 탱크(41)의 일측에는 물의 온도를 감지하는 온도 센서(TH6)가 장착될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 출수부(412)에는 샤워기(45)와 같은 온수 토출 장치 또는 가습기(46)와 같은 가전 장치가 연결될 수도 있을 것이다. 그리고, 상기 보조 열원으로서 태양 전지 패널을 이용한 축열조(43)가 사용되는 경우, 상기 축열조(43)로부터 연장되는 보조 배관(47)이 상기 급탕 탱크(41) 내부로 삽입될 수도 있을 것이다. 그리고, 상기 보조 배관(47) 상에는 보조 배관 폐회로 내부의 유속을 제어하는 보조 펌프(44)가 장착되고, 상기 보조 배관(47) 내부의 물의 흐름 방향을 제어하기 위한 방향 절환 밸브(VA)가 장착될 수 있다. 그리고, 상기 보조 배관(47)의 어느 일측에도 물의 온도를 측정하는 온도 센서(TH7)가 장착될 수 있다.

상기에서 제시된 태양 전지 패널을 이용한 축열부와 같은 보조 열원 구조는 제시된 실시예에 제한되지 아니하고, 다양한 형태를 가지고 다른 위치에 장착 가능함을 밝혀 둔다.

한편, 상기 난방 유니트(5)에는, 상기 난방 배관(53)의 일부가 실내 바닥에 매설되어 형성되는 바닥 난방 유니트(51)와, 상기 난방 배관(53)의 어느 지점으로부터 분지되어 상기 바닥 난방 유니트(51)와 병렬 연결되는 공기 난방 유니트(52) 가 포함된다.

상세히, 상기 바닥 난방 유니트(51)는 도시된 바와 같이 실내 바닥에 미앤더 라인(meander line) 형태로 매설될 수 있다. 그리고, 상기 공기 난방 유니트(52)는 팬 코일 유닛(Fan Coil Unit) 또는 라디에이터(Radiator)등이 될 수 있다. 그리고, 상기 공기 난방 유니트(52)에는 상기 난방 배관(53)으로부터 분지되는 공기 난방 배관(54) 일부가 열교환 수단으로 제공된다. 그리고, 상기 공기 난방 배관(54)이 분지되는 지점에는 삼방 밸브와 같은 유로 전환 밸브(55,56)가 설치되어, 상기 난방 배관(53)을 따라 흐르는 냉매가 상기 바닥 난방 유니트(51)와 공기 난방 유니트(52)로 나뉘어 흐르거나 어느 한 쪽으로만 흐르도록 할 수 있다.

또한, 상기 유로 전환 밸브(71)로부터 연장되는 상기 급탕 배관(48)의 단부는 상기 공기 난방 배관(54)의 출구단으로부터 물의 흐름 방향으로 이격되는 지점에서 합지된다. 따라서, 급탕 모드에서는 상기 급탕 배관(48)을 따라 흐르는 냉매는 상기 난방 배관(53)으로 다시 합쳐진 후에 상기 수냉매 열교환기(31)로 유입된다.

여기서, 상기 급탕 배관(48)이 상기 난방 배관(53)과 합쳐지는 지점과 같이, 역류 차단을 필요로 하는 지점에는 역지 밸브(V)가 설치되어, 물의 역류가 방지되도록 할 수 있다. 같은 맥락으로, 상기 유로 전환 밸브(56)가 설치되는 방법 외에, 상기 공기 난방 배관(54)의 출구단과 상기 바닥 난방 유니트(51)의 출구단에 역지 밸브가 각각 설치되는 것도 가능할 것이다.

이하에서는 상기 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템에서 일어나는 물의 흐름 에 대하여 운전 모드 별로 나누어 설명하도록 한다.

먼저 급탕 모드가 선택되는 경우에는, 상기 유로 전환 밸브(71)에 의하여 물의 흐름이 상기 급탕 배관(48)으로 흐르도록 제어된다. 따라서, 수냉매 열교환기(31), 집수 탱크(34), 워터 펌프(36), 유로 전환 밸브(71) 및 급탕 배관(48)을 연결하는 폐회로(B)를 따라서 물이 순환하게 된다. 이러한 순환 과정에서 상기 급탕 탱크(41)의 입수부(411)로 유입되는 냉수가 가열된 다음 상기 출수부(412)를 통하여 외부로 토출되어 사용자에게 공급된다.

또한, 난방 모드에서는, 상기 유로 전환 밸브(71)에 의하여 물의 흐름이 상기 난방 배관(53)으로 흐르도록 제어된다. 따라서, 수냉매 열교환기(31), 집수 탱크(34), 워터 펌프(36), 유로 전환 밸브(71) 및 난방 배관(53)을 연결하는 폐회로(A)를 따라서 물이 순환하게 된다. 그리고, 상기 난방 배관(53)을 따라 흐르는 물은 상기 공기 난방 유니트(52) 또는 바닥 난방 유니트(51)로 흐르게 된다.

상기와 같은 구성을 이루는 시스템에서, 상기 실외기(2)가 장시간 히트 펌프 냉매 사이클을 수행하게 되면, 상기 실외 열교환기(23)의 표면이 결빙되어 외부 공기와의 열교환이 원활하게 이루어지지 못하게 된다. 따라서, 상기 실외 열교환기(23)의 온도가 설정 온도 이하로 되면 제상 운전이 수행되도록 하여, 실외 열교환기(23) 표면에 생성된 얼음이 제거되도록 하여야 한다.

이러한 목적 하에서, 상기 실외기(2))에서 제상 운전이 시작되면, 상기 유로 전환 밸브(71)가 동작하여, 상기 워터 펌프(36)를 통과한 물이 상기 급탕 배관(48) 쪽으로 흐르도록 하여, 상기 난방 유니트(5)를 통과하지 않고 상기 수냉매 열교환 기(31)로 돌아가도록 할 수 있다. 즉, 수냉매 열교환기(31), 집수 탱크(34), 워터 펌프(36) 및 급탕 배관(48)으로 이어지는 폐회로(B)를 따라 물이 흐르게 된다. 그러면, 적어도 상기 난방 유니트(5) 쪽으로는 물이 흐르지 않게 되므로, 바닥 난방 효율이 급격히 감소하는 현상이 제거되는 장점이 있다. 물론, 제상 운전이 수행되는 과정에서 사용자가 온수를 사용하고자 하면, 상기 급탕 탱크(41)에 설치된 보조 히터(42)가 동작하도록 할 수 있다.

또한, 제상 운전 시간을 최소화하기 위해서 상기 집수 탱크(34)에 설치된 보조 히터(35)가 작동하여, 상기 수냉매 열교환기(31)에서 냉매와 물의 열교환량이 증가되도록 할 수 있다.

이하에서는, 상기 실외기(2)가 난방 모드로 운전되는 과정에서 상기 실외 열교환기(23)의 제상이 필요한 경우 운전 제어 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템(1)은, 제어부(100)와, 상기 제어부(100)로 명령을 입력하기 위한 입력부(101)와, 상기 실외 열교환기(23)의 배관 온도를 감지하기 위한 실외 열교환기 온도 감지부(102)와, 상기 수냉매 열교환기의 출구측 온도를 감지하기 위한 수냉매 열교환기 온도 감지부(103) 및 상기 온도 감지부들(102,103)에 의하여 감지되는 온도값에 따라 작동하는 구동부(104) 및 상기 온도 감지부들(102,103)로부터 감지되는 온도값과 비교되는 기준값들 및 시스템 구동에 필요한 각종 정보가 저장되는 메모 리(105)가 포함된다.

상세히, 상기 입력부(101)에는 상기 실내기(3)의 컨트롤 패널(37)에 제공되는 각종 입력 버튼이 포함된다. 그리고, 상기 실외 열교환기 온도 감지부(102)에는, 상기 실외 열교환기(23)에 부착되는 온도 센서(미도시)가 포함된다. 그리고, 상기 수냉매 열교환기 온도 감지부(103)에는, 상기 실내기의 수배관에 장착되는 온도 센서들이 포함되며, 본 실시예에서는 상기 수냉매 열교환기(31)의 출구측에 제공되는 온도 센서(TH3)가 포함된다. 그리고, 상기 구동부(104)에는, 상기 압축기(21), 워터 펌프(36), 보조 히터(35,42) 및 상기 실외 열교환기(23)측에 장착되는 실외팬(미도시)이 포함된다.

상기와 같은 제어 구성에 의하면, 상기 실외 열교환기 온도 감지부(102) 및 수냉매 열교환기 온도 감지부(103)에 의하여 감지되는 온도값이 상기 제어부(100)로 전송된다. 그리고, 상기 제어부(100)에서는 상기 전송되는 온도 값과 메모리(105)에 저장된 기준값을 비교 판단하고, 그 결과에 따라 상기 구동부(104)를 통하여 제상 동작이 수행되도록 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제상을 위한 제어 방법을 보여주는 플로차트이다.

도 4를 참조하면, 상기 시스템(1)이 구동하고 있는 상태에서, 상기 실외 열교환기 온도 감지부(102) 및 수냉매 열교환기 온도 감지부(103)를 통하여 냉매 배관 온도(T1) 및 수냉매 열교환기(31)를 통과하는 물의 온도가 감지된다(S10). 그리고, 제어부(100)에서는 상기 냉매 배관 온도(T1)가 제상 필요 온도(Ta)로 낮아졌는 지 여부를 판단한다(S20).

상기 냉매 배관의 온도(T1)가 제상 필요 온도(Ta)이하로 낮아진 경우에는, 압축기의 운전율이 감소되도록 한다(S30). 그리고, 실외팬 속도도 감소되도록 하고, 팽창부(24)의 개도 조절을 통하여, 상기 실외 열교환기(23) 온도가 증가하도록 한다(S40). 여기서, 상기 팽창부(24)는 개도 조절이 가능한 전자 팽창 밸브(EEV)일 수 있으며, 이하에서는 팽창부는 전자 팽창 밸브인 것을 실시예로 하여 설명하도록 한다.

상세히, 상기 압축기(21)의 운전율이 감소되고, 감소된 운전율에 따라 상기 팽창부(24)의 개도가 조절되면, 상기 실외 열교환기(23) 입구 온도가 증가하게 된다. 이 상태에서, 상기 실외팬의 속도가 감소되도록 하여, 외부 공기로의 열방출을 줄이고, 대신 그 열이 상기 실외 열교환기(23)의 표면에 형성된 성에를 녹이는데 사용되도록 한다.

한편, 상기 실외기(2)의 운전 조건이 변경된 후, 상기 수냉매 열교환기(31) 온도(T2)가 설정 온도(Tb)보다 낮은지 여부를 판단하는 단계(S50)를 수행하게 된다. 뿐만 아니라, 상기 냉매 배관의 온도(T1)가 제상 필요 온도(Ta)보다 높은 상태로 유지되어, 실외 열교환기(23) 표면이 응결되지 않았거나 제상 운전이 필요한 수준까지 응결이 진행되지 않았다고 판단되는 경우에도, 상기 단계(S50)가 수행된다.

상세히, 상기 제어부(100)에서는 상기 수냉매 열교환기의 온도(T2)가 설정 온도(Tb)보다 낮은지 여부를 판단하게 된다. 여기서, 상기 설정 온도(Tb)는, 상기 실내기(3)의 운전 상태를 변경하기 위한 기준 온도값이다. 예를 들어, 상기 수냉매 열교환기(23)의 출구측 물의 온도가 설정 온도(Tb)보다 낮은 경우에는, 급탕 기능 또는 난방 기능이 원활하게 수행되지 못할 수 있다. 이 경우, 상기 집수 탱크(34)에 장착된 보조 히터(35) 또는 상기 급탕 탱크(41)에 장착된 보조 히터(42)가 선택적으로 작동되도록 하거나, 상기 워터 펌프(36)의 출력이 조절되도록 할 필요가 있다. 이와 같이, 상기 설정 온도(Tb)는 상기 실내기(3)에 제공되는 구동부(104)의 작동 여부를 결정하거나, 구동부(104)의 작동 상태를 조절하기 위한 기준이 되는 온도라고 할 수 있다.

더욱 상세히, 상기 수냉매 열교환기 온도(T2)가 상기 설정 온도(Tb) 이하로 낮아진 경우에는, 상기 보조 히터(35,42)가 작동하도록 하여 수배관을 따라 순환하는 물의 온도가 정상 운전 상태일 때의 온도로 유지되도록 한다(S60). 그리고, 상기 보조 히터(35,42)의 작동과 동시에, 또는 선택적으로 상기 워터 펌프(36)의 출력이 감소되도록 하여, 상기 수냉매 열교환기(31)를 통과하는 물의 유속이 감소되도록 한다(S60). 그러면, 상기 수냉매 열교환기(31)를 통과하는 물의 유속이 감소되어 열교환 시간이 길어지게 된다. 따라서, 상기 수냉매 열교환기(31) 출구측의 물의 온도가 증가하게 된다.

여기서, 상기 보조 히터(35,42)의 구동 과정과 워터 펌프의 출력을 감소하는 과정은 선택적으로 이루어질 수도 있으며, 동시에 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 두 과정이 순차적으로 이루어지도록 할 수도 있을 것이다. 이는, 상기 시스템(1)의 설치 과정에서 설치자가 구동 조건을 설정하거나, 제어부에 미리 프로그램화될 수 있다.

또한, 상기 보조 히터(35,42)는 상기 수배관 내의 물의 온도에 따라 다단 제어가 가능하도록 할 수 있다. 상세히, 상기 수배관 내의 물의 온도에 따라 상기 보조 히터(35,42)로 공급되는 전류량이 단계적으로 증가되도록 하여, 히터의 온도가 단계적으로 증가되도록 할 수 있다. 또는, 상기 집수 탱크(34) 또는 급탕 탱크(41)에 다수 개의 보조 히터가 장착되도록 하여, 물의 온도에 따라 작동 히터의 개수가 가변되도록 할 수도 있을 것이다.

한편, 상기 수냉매 열교환기 온도(T2)가 설정 온도(Tb)보다 높다고 판단되는 경우, 상기 제어부(100)에서는 시스템 정지 명령이 입력되었는지 여부를 판단(S51)하여, 시스템 정지 명령이 입력될 때까지 상기 실외 열교환기 온도(T1)및 수냉매 열교환기 온도(T2)에 따라 구동부의 동작을 제어하는 과정(S10 이하)이 반복하여 수행되도록 한다.

상기와 같은 시스템의 제어 방법에 의하면, 상기 실외 열교환기(23)의 표면 온도가 제상 필요 온도까지 내려가기 전에 제상 운전이 수행되도록 함으로써, 급탕 또는 난방 운전이 중단없이 유지되는 효과가 있다. 즉, 실외기가 난방 사이클에서 냉방 사이클로 운전 조건이 전환되는 것과 같은 별도의 제상 운전을 수행하지 않고도 제상 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 온수 순환 시스템의 작동이 중단되지 않아도 되므로, 사용자에게 온수 공급이 지속적으로 이루어질 수 있으며, 바닥 난방이 설정 수준으로 유지되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 연동 온수 순환 시스템을 보여주는 도면.

도 2는 상기 히트펌프 연동 온수 순환 시스템을 구성하는 실내기의 구성을 보여주는 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제상을 위한 제어 방법을 보여주는 플로차트.

Claims

압축기, 실외 열교환기, 상기 실외 열교환기측에 제공되는 실외팬 및 팽창부로 구성되어 히트 펌프 냉매 사이클을 수행하는 실외기;

상기 압축기로부터 토출되는 냉매와 물이 열교환되도록 하는 수냉매 열교환기와, 상기 수냉매 열교환기를 통과한 물이 저장되는 집수 탱크 및 상기 집수 탱크로부터 토출되는 물을 펌핑하는 워터 펌프가 포함되는 실내기;

상기 워터 펌프로부터 펌핑되는 물로부터 열을 전달받아 급탕 또는 난방을 수행하는 온수 순환 유니트; 및

상기 온수 순환 유니트를 순환하는 물을 가열하기 위한 보조 히터가 포함되는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어방법에 있어서,

상기 실외 열교환기의 냉매 온도(T1)와, 수배관 내의 물의 온도(T2)가 감지되는 단계;

상기 감지되는 냉매 온도(T1)에 따라 상기 압축기의 구동 속도, 실외팬의 구동 속도 및 팽창밸브의 개도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 단계; 및

상기 물의 온도(T2)에 따라 상기 보조히터의 작동 여부 및 워터 펌프의 구동 속도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 단계가 포함되는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 냉매 온도(T1)가 제상 필요 온도(Ta) 이하이면, 상기 압축기의 구동 속도가 감소하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 압축기의 구동 속도가 감소되는 것과 함께, 상기 팽창부의 개도가 조절되어, 상기 실외 열교환기의 온도가 증가하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 팽창부의 개도 조절과 함께 또는 독립적으로 상기 실외팬의 속도가 감소하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 물의 온도(T2)가 설정 온도(Tb) 이하이면,

상기 보조 히터의 구동과, 상기 워터 펌프의 출력 감소가 선택적으로, 또는 동시에, 또는 순차적으로 이루어지도록 제어되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 보조 히터는 다단 제어 가능한 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온 수 순환 시스템의 제어 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 보조 히터는 복수 개가 제공되고, 물의 온도에 따라 작동하는 히터의 개수가 조절되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 물의 온도(T2)는, 상기 수냉매 열교환기의 출구측 온도인 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.