KR101320189B1 - 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템 및 그 히트펌프 시스템의 작동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템 및 그 히트펌프의 작동방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는,히트펌프 시스템에 있어서, 제1냉매가 유입되어 고온고압의 제1냉매를 토출하는 제1압축기와, 제1압축기에서 토출된 제1냉매가 유입되는 제1응축기와 제1응축기와 제1압축기 사이에 구비된 사방밸브 및 제1응축기에서 응축된 제1냉매가 유입되는 제1증발기와 제1증발기와 제1응축기 사이에 구비된 팽창밸브를 포함하는 실외기; 제2냉매가 유입되어 제2냉매를 증발시키는 제2증발기와 제2증발기에서 토출된 제2냉매를 압축시키는 제2압축기 및 제2압축기에서 토출된 고온고압의 제2냉매의 열이 별도의 라인으로 유입된 저장수로 흡수되도록 구성된 제2응축기 및 제2응축기에서 토출된 저장수가 저장되는 축열조를 포함하는 실내기; 및 제1응축기에 순환수가 유입되어 제1냉매와 열교환되어 토출된 후 열교환된 순환수가 유입되어 실내를 냉/난방하는 팬코일유닛;을 포함하고 팬코일유닛에서 토출된 순환수는 제2증발기로 유입되어 제2냉매와 열교환되어 제1응축기로 다시 유입되는 순환라인을 구비하여 축열과 냉방 및 난방을 선택적으로 수행가능한 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

Description

보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템 및 그 히트펌프 시스템의 작동방법{Integrated heat pump system with boiler and air conditioner and its operating methodology for heat pump system}

본 발명은 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템 및 그 히트펌프의 작동방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 보일러와 공조기 즉, 축열기능과 냉난방 기능을 동시에 수행할 수 있는 히트펌프 시스템 및 그 히트펌프의 작동방법에 관한 것이다.

히트펌프 시스템은 기본적으로 압축기의 토출구, 응축기, 감압수단, 증발기 본체 및 압축기의 흡입부를 도관으로 순서대로 연결하여서, 압축기에서 압축된 고온, 고압의 냉매 기체를 응축기에서 응축시켜 그 응축열을 유체와 열교환시킴으로써 온수를 생성하거나 실내공기를 가열하여서 난방 등을 수행하고, 응축기에서 응축된 고온, 고압의 냉매액은 감압수단에서 팽창되어 저온, 저압의 냉매액으로 된 후 증발기 본체에 유입되어 열원에 의하여 증발되어 저온, 저압의 냉매 기체가 되며, 증발기 본체에서 증발된 저온, 저압의 냉매 기체는 압축기에 흡입되는 사이클을 기본으로 반복되는 것이다.

따라서, 이러한 히트펌프 시스템을 냉방운전으로 가동시켜 실내를 냉방하거나, 난방운전으로 작동시켜 실내를 난방하게 된다. 기본적으로 히트 펌프 시스템을 냉방운전으로 작동시키는 경우, 압축기를 통과하여 외부에 설치된 증발기에서 외부로부터 열을 방출하고, 감압수단을 거쳐 실내에 설치된 응축기에서 실내의 열을 흡수하여 기화되면서 실내를 냉방하게 된다. 또한, 난방운전을 하게 되는 경우, 외부에 설치된 증발기에서 증발된 냉매가 압축기를 통해 압축되고, 압축된 고온 고압의 냉매가 실내에 설치된 응축기에서 응축되면서 실내에 열을 방출하여 난방을 하게 된다

그러나 이러한 히트펌프 시스템을 난방운전하게 되는 경우 응축기에서 발생되는 열에 의해 실내를 난방하거나 축열조를 가열하여 온수를 생산하는 역할을 하게 된다. 따라서 보일러의 기능과 냉난방 기능을 동시에 수행하기 어려운 문제점이 존재하게 된다. 따라서 하나의 시스템에 의해 보다 효율적으로 냉난방과 동시에 축열기능을 수행할 수 있는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템이 요구되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 제1증발기, 제1압축기 및 제1응축기가 구비된 실외기에 의해 발생된 열을 팬코일 유닛을 통해 실내를 난방함과 동시에 제2증발기, 제2압축기 및 제2응축기를 갖는 실내기에 의해 축열조에 저장된 저장수를 가열하여 온수를 생산할 수 있는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템 및 작동방법을 제공하게 된다.

또한, 본 발명의 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 작동방법에 의해 선택에 따라 바닥난방과 동시에 축열기능을 수행하거나 실내 난방만을 수행하거나 실내 냉방기능을 수행하거나 실내냉방을 하면서 동시에 축열기능을 수행할 수 있고, 주간에 실외기와 실내기를 작동시키지 않고 온수를 제공할 수 있는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템 및 작동방법을 제공하게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 실외기 측에 엔탈피추가용 판형열교환기를 구비하여 실내기의 제2응축기에서 저장수와 열교환하고 남은 제2냉매의 열원을 제1냉매와 열교환함으로써 효율이 보다 개선된 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템 및 작동방법을 제공하게 된다.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 목적은, 히트펌프 시스템에 있어서, 제1냉매가 유입되어 고온고압의 제1냉매를 토출하는 제1압축기와, 제1압축기에서 토출된 제1냉매가 유입되는 제1응축기와 제1응축기와 제1압축기 사이에 구비된 사방밸브 및 제1응축기에서 응축된 제1냉매가 유입되는 제1증발기와 제1증발기와 제1응축기 사이에 구비된 팽창밸브를 포함하는 실외기; 제2냉매가 유입되어 제2냉매를 증발시키는 제2증발기와 제2증발기에서 토출된 제2냉매를 압축시키는 제2압축기 및 제2압축기에서 토출된 고온고압의 제2냉매의 열이 별도의 라인으로 유입된 저장수로 흡수되도록 구성된 제2응축기 및 제2응축기에서 토출된 저장수가 저장되는 축열조를 포함하는 실내기; 및 제1응축기에 순환수가 유입되어 제1냉매와 열교환되어 토출된 후 열교환된 순환수가 유입되어 실내를 냉/난방하는 팬코일유닛;을 포함하고 팬코일유닛에서 토출된 순환수는 제2증발기로 유입되어 제2냉매와 열교환되어 제1응축기로 다시 유입되는 순환라인을 구비하여 축열과 냉방 및 난방을 선택적으로 수행가능한 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템으로서 달성될 수 있다.

제1압축기의 유입부와 사방밸브 사이에 구비된 액분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

제2증발기에서 토출된 순환수를 제1응축기 측으로 펌핑하는 열원펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

제1응축기와 제2증발기 사이에는 구비되어 순환수의 유량을 조절하는 제1밸브; 및 팬코일유닛의 유입부에 구비되는 유입밸브와 팬코일유닛의 토출부에 구비되는 토출밸브를 더 포함하여 팬코일유닛에 유입되는 순환수의 유량을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

축열조의 저장된 저장수를 외부로 토출시키는 부하펌프; 및 축열조의 토출부에 구비되어 축열조의 저장수를 제2응축기 측으로 펌핑하는 축열펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

축열조와 열교환기를 통과한 제2냉매와 제1응축기에서 토출된 제1냉매 일부가 열교환되는 엔탈피추가용 판형열교환기를 더 포함하고, 엔탈피추가용 판형열교환기를 통과한 제1냉매는 제1압축기로 유입되고, 엔탈피추가용 판형열교환기를 통과한 제2냉매는 제2증발기로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.

제1냉매는 R-410A이고, 제2냉매는 R-134a인 것을 특징으로 할 수 있다.

또 다른 카테고리로서 본 발명의 목적은 앞서 언급한 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템을 이용한 히트펌프 시스템 작동방법에 있어서, 히트펌프 시스템이 축열기능을 수행하도록 작동시키는 경우, 제1증발기에 유입된 제1냉매가 증발되어 사방밸브와 액분리기를 거쳐 제1압축기로 유입되고 제1압축기에서 압축되어 토출된 제1냉매가 제1응축기로 유입되어 제1냉매의 열을 순환수가 흡수하는 단계; 팬코일유닛의 유입밸브와 토출밸브를 폐쇄하고, 제1응축기와 실내기의 제2증발기 사이에 구비된 제1밸브를 개방하여 제2증발기에서 순환수의 열을 제2냉매가 흡수하는 단계; 제2냉매가 실내기의 제2압축기에 유입되어 고온고압의 제2냉매가 토출되는 단계; 제2냉매가 실내기의 제2응축기에 유입되어 축열조에서 토출된 저장수를 가열하는 단계; 및 제2응축기를 통과한 제2냉매가 엔탈피추가용 판형열교환기에 유입되어 제1냉매와 열교환된 후 다시 제2증발기로 유입되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 작동방법으로서 달성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 앞서 언급한 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템을 이용한 히트펌프 시스템 작동방법에 있어서, 히트펌프 시스템이 실내난방 운전을 수행하도록 작동시키는 경우, 실내기의 제2증발기와 제2압축기를 작동시키기 않고, 실외기의 제1증발기에 유입된 제1냉매가 증발되어 사방밸브와 액분리기를 거쳐 제1압축기로 유입되는 단계; 제1압축기에서 토출된 제1냉매가 제1응축기로 유입되어 제1냉매의 열을 순환수가 흡수하는 단계; 제1응축기에서 가열된 순환수가 팬코일유닛의 유입밸브를 통해 유입되어 실내에 열을 방출하여 난방하는 단계; 및 순환수가 팬코일유닛의 토출밸브를 통해 배출되고 열원펌프를 통해 다시 제1응축기로 유입되어 순환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 작동방법으로 달성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 앞서 언급한 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템을 이용한 히트펌프 시스템 작동방법에 있어서, 히트펌프 시스템이 실내냉방 운전을 수행하도록 작동시키는 경우, 실내기의 제2증발기와 제2압축기를 작동시키기 않고, 실외기의 액분리기를 거친 제1냉매가 제1압축기에 유입되어 토출된 후 사방밸브를 거쳐 제1증발기에 유입되어 외부에 열을 방출하고 응축된 제1냉매가 제1응축기로 유입되고, 제1응축기에서 순환수의 열을 흡수한 후 사방밸브를 거쳐 다시 액분리기를 거쳐 제1압축기로 유입되는 싸이클을 수행하여 실외기의 제1증발기는 응축작용을 하고 상기 제1응축기는 증발작용을 하는 단계; 제1응축기에서 열을 방출하여 냉각된 순환수가 팬코일유닛의 유입밸브를 통해 유입되어 실내에 열을 흡수하여 실내를 냉방하는 단계; 및 순환수가 팬코일유닛의 토출밸브를 통해 배출되고 열원펌프를 통해 다시 제1응축기로 유입되어 순환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 작동방법으로 달성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 앞서 언급한 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템을 이용한 히트펌프 시스템 작동방법에 있어서, 히트펌프 시스템이 실내냉방 및 온수 운전을 수행하도록 작동시키는 경우, 실외기의 제1압축기와 제1증발기 및 제1응축기를 작동시키지 않고, 실내기의 제2증발기로 제2냉매가 유입되어 순환수의 열을 흡수하고, 제2압축기로 유입되어, 제2압축기에 의해 압축된 제2냉매가 제2응축기를 통과하여 축열조에서 토출된 저장수를 가열하고, 다시 제2증발기로 유입되어 싸이클을 형성하고, 순환수는 유입밸브를 통해 팬코일유닛으로 유입되어 실내의 열을 흡수하여 토출밸브를 통해 제2증발기로 유입되고 열원밸브를 통해 순환하는 단계; 축열조에 저장된 저장수의 온도가 특정온도 이상이 되는 경우 실내기의 제2증발기 및 제2압축기를 정지시키고, 축열펌프를 정지시키는 단계; 실외기의 액분리기를 거친 제1냉매가 제1압축기에 유입되어 토출된 후 사방밸브를 거쳐 제1증발기에 유입되어 외부에 열을 방출하고 응축된 제1냉매가 제1응축기로 유입되고, 제1응축기에서 순환수의 열을 흡수한 후 사방밸브를 거쳐 다시 액분리기를 거쳐 제1압축기로 유입되는 싸이클을 수행하여 실외기의 제1증발기는 응축작용을 하고 응축기는 증발작용을 하는 단계; 제1응축기에서 열을 방출하여 냉각된 순환수가 팬코일유닛의 유입밸브를 통해 유입되어 실내에 열을 흡수하여 냉방하는 단계; 및 순환수가 팬코일유닛의 토출밸브를 통해 배출되고 열원밸브를 통해 다시 제1응축기로 유입되어 순환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 작동방법으로 달성될 수 있다.

따라서, 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의하면, 제1증발기, 제1압축기 및 제1응축기가 구비된 실외기에 의해 발생된 열을 팬코일 유닛을 통해 실내를 난방함과 동시에 제2증발기, 제2압축기 및 제2응축기를 갖는 실내기에 의해 축열조에 저장된 저장수를 가열하여 온수를 생산할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 작동방법에 의해 선택에 따라 바닥난방과 동시에 축열기능을 수행하거나 실내 난방만을 수행하거나 실내 냉방기능을 수행하거나 실내냉방을 하면서 동시에 축열기능을 수행할 수 있고, 주간에 실외기와 실내기를 작동시키지 않고 온수를 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 실외기 측에 엔탈피추가용 판형열교환기를 구비하여 실내기의 제2응축기에서 저장수와 열교환하고 남은 제2냉매의 열원을 제1냉매와 열교환함으로써 효율이 보다 개선된다는 장점을 갖는다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실외기가 난방운전으로 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실외기가 냉방운전으로 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 축열기능을 수행하도록 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 실내난방을 수행하도록 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 구성도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 실내냉방을 수행하도록 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 구성도,
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 실내냉방과 축열기능을 수행하도록 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 구성도,
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 바닥난방 기능을 수행하도록 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 구성도를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)이 구성에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실외기(100)가 난방운전으로 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)의 구성도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)은 실외기(100)와 팬코일유닛(200) 및 실내기(300) 그리고 축열조(400) 등으로 구성됨을 알 수 있다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 실외기(100)는 제1증발기(110), 사방밸브(120), 액분리기(130), 제1압축기(140), 제1응축기(150), 팽창밸브(160), 실외기 필터(170), 제2밸브(180), 제3밸브(190) 및 엔탈피추가용 판형열교환기(340) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다. 실외기(100)에 사용되는 제1냉매는 구체적 실시예에서 R-410A를 사용하였다. 실외기(100)가 난방운전을 하는 경우, 액분리기(130)를 통과한 제1냉매는 제1압축기(140)로 유입되어 고온고압의 기체인 제1냉매가 토출되게 된다. 그리고, 제1냉매는 사방밸브(120)를 통해 제1응축기(150)로 유입되게 된다.

제1응축기(150)에서는 다른 라인을 통해 유입된 순환수와 제1냉매 사이에 열교환이 발생되게 된다. 즉, 고온고압의 제1냉매의 열이 순환수로 이동되어 순환수가 가열되게 된다. 제1응축기(150)를 통과한 저온고압의 제1냉매는 실외기 필터(170)를 통과하여(난방운전시 팽창밸브(160)은 닫혀 있게 된다.) 일부는 제2밸브( 180)를 통해 제1증발기(110) 측으로 유입되고, 나머지는 제3밸브(190)를 통해 엔탈피추가용 판형열교환기 (340) 측으로 유입되게 된다.

제2밸브(180)를 통해 제1증발기(110)로 유입된 제1냉매는 열원(외부공기, 폐수, 지하수 등)에 의해 증발되어 토출되게 되며, 토출된 제1냉매는 사방밸브(120)와 액분리기(130)를 거쳐 다시 제1압축기(140)로 유입되게 된다. 반면, 제3밸브( 190)를 통해 엔탈피추가용 판형열교환기(340)로 유입된 제1냉매는 별도의 라인을 통해 유입된 후에 상세히 설명되는 실내기(300)에 쓰이는 제2냉매와 열교환을 하게 된다. 제2냉매와 열교환된 제1냉매는 다시 제1압축기(140)로 유입되어 실외기(100)의 제1냉매 순환라인을 완료하게 된다. 즉, 난방운전으로 작동되는 실외기(100)의 핵심 기능은 제1응축기(150)에서 제1냉매로 순환수를 가열하는 것이다.

그리고, 실외기(100)의 제1응축기(150)를 통해 가열된 순환수는 제1응축기(150)에서 토출되어 유입밸브(210)를 통해 팬코일유닛(200)을 통과하면서 실내에 열을 방출하여 난방하게 되고, 토출밸브(220)를 통해 실내기(300)의 제2증발기(310)로 유입되게 된다. 그리고, 다시 열원펌프(250)를 통해 실외기(100)의 제1응축기(150)로 유입되어 순환라인을 형성하게 된다. 순환수가 순환되는 동력은 열원펌프(250)가 공급하고, 후에 설명되는 바와 같이 작동모드에 따라 유입밸브(210)와 토출밸브(220)를 차단하고, 제1밸브(230)를 개방함으로써 실외기(100)에서 얻은 열을 실내기(300)의 제2증발기(310)에서 제2냉매로 발열시키도록 구성될 수 있다. 또한, 순환수 라인에는 보충용 탱크(240)를 더 포함하여 순환수를 저장할 수 있다. 즉, 순환수는 실내기(300)로부터 열을 공급받아 팬코일유닛(200)에 의해 실내를 난방하거나 실내기(300)의 제2냉매로 열을 전달하는 기능을 수행하게 된다.

그리고, 실내기(300)는 제2냉매를 구체적 실시예에서는 R134a를 사용하였고, 실내기(300)의 제2증발기(310)에서 제2냉매는 순환수로부터 열을 공급받아 증발되게 된다. 증발된 제2냉매는 제2압축기(320)로 유입되어 고온 고압의 기체인 제2냉매가 토출되게 된다. 제2압축기(320)를 통과한 고온 고압의 제2냉매는 제2응축기(330)를 통과하여 별도의 라인으로 제2응축기(330)에 유입된 저장수를 가열하게 된다. 저장수에 의해 냉각된 제2냉매는 실외기(100)에 설치된 엔탈피추가용 판형열교환기(340)로 이동되어 제1냉매와 열교환을 한 후 실내기 필터(350)를 거쳐 다시 제2증발기(310)로 유입되게 된다.

그리고, 제2응축기(330)에서 제2냉매로부터 열을 흡수한 저장수는 축열조(400)에 저장되거나 축열펌프(410)에 의해 축열조(400)를 거쳐 다시 제2응축기(330)로 유입되게 된다. 저장수가 제2응축기(330)를 통해 순환되면서 저장수가 가열되게 된다. 따라서 제2응축기(330)에 의해 가열된 저장수는 부하펌프(420)에 의해 외부로 온수를 공급하게 된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실외기(100)가 냉방운전으로 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)의 구성도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실외기(100)가 냉방운전으로 작동되는 경우 실외기(100)의 구성은 동일하나 제1증발기(110)는 응축작용을 수행하고, 제1응축기(150)는 증발작용을 수행하게 된다. 실외기(100)가 냉방운전으로 작동되는 경우, 제1냉매의 순환 라인을 설명하면, 액분리기(130)를 거친 제1냉매는 제1압축기(140)에 유입되어 고온고압 기체의 제1냉매가 토출되게 된다. 그리고, 고온고압의 제1냉매는 사방밸브(120)를 거쳐 제1증발기(110)로 유입되게 된다.

제1증발기(110)로 유입된 제1냉매는 외부로 열을 방출하게 된다. 외부로 열을 방출시키고 응축된다. 냉방시 제2밸브(180)는 닫혀있고, 제1증발기(110)를 통과한 제1냉매 일부는 실외기 필터(170)를 거쳐 제1응축기(150)로 유입되게 된다. 나머지 제1냉매는 제3밸브(190)을 거쳐 엔탈피추가용 판형열교환기(340)를 거쳐 다른 라인을 통해 유입된 제2냉매와 열교환을 한 후 제1압축기(140)로 유입되게 된다. 그리고 실외기 필터(170)를 거쳐 제1응축기(150)로 유입된 제1냉매는 제1응축기(150)에서 순환수로부터 열을 흡수하여 증발(기화)되게 된다. 즉, 순환수를 냉각하게 된다. 제1응축기(150)를 통과한 제1냉매는 사방밸브(120)와 액분리기(130)를 거쳐 다시 제1압축기(140)로 유입되게 된다. 따라서 냉방운전으로 작동되는 실외기(100)는 제1응축기(150)에서 순환수를 냉각하게 된다. 그리고, 냉각된 순환수는 제1응축기(150)에서 토출되어 유입밸브(210)를 통해 팬코일유닛(200)을 거치면서 실내를 냉방하고, 토출밸브(220)를 통해 실내기(300)의 제2증발기(310)로 유입되게 된다.

이하에서는 앞서 설명한 보일러 및 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)의 각 작동모드에 따른 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 축열기능을 수행하도록 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)의 구성도를 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 축열조(400)의 저장수를 가열하여 온수를 공급하기 위해서 본 발명의 일실시예에 따른 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)은 실외기(100)를 난방운전시키고, 실내기(300) 역시 작동을 시키게 된다. 그러나, 순환수는 팬코일유닛(200)에 유입되지 않도록 작동시킨다. 즉, 순환수 라인에서 열원펌프(250)는 작동시키고, 제1밸브(230)를 개방하여 순환수가 실외기(100)와 제1응축기(150)와 실내기(300)의 제2증발기(310) 사이를 순환하나 유입밸브(210)와 토출밸브(220)를 닫아 순환수가 팬코일유닛(200)에는 유입되지 않도록 작동시킨다. 따라서 실외기(100)에서 가열된 제1냉매의 열을 순환수가 흡수하게 되고, 가열된 순환수의 열은 실내기(300)의 제2증발기(310)에서 제2냉매가 흡수하게 된다.

또한, 제1실시예에서 실내기(300) 역시 작동되게 되므로 순환수로부터 열을 흡수한 제2냉매는 실내기(300)의 제2압축기(320)를 거쳐 고온고압의 기체 형태가 되고, 제2응축기(330)에서 제2냉매의 열을 저장수로 전달하여 저장수를 가열하게 된다. 이렇게 가열된 저장수는 축열조(400)에 저장되고, 축열펌프(410)를 가동하여 저장수가 계속적으로 제2응축기(330)에서 제2냉매의 열을 받으면서 가열되게 된다. 또한, 이렇게 가열된 저장수는 축열조(400)의 부하펌프(420)를 통하여 사용자의 필요에 따라 공급받을 수 있게 된다(즉, 제1실시예에서는, 제1밸브(230)=on, 유입밸브(210) 및 토출밸브(220)=off, 열원펌프(250)=on, 축열펌프(410)=on,, 부하펌프(420)=사용자 필요에 따라 가동, 실외기(100)=난방운전, 실내기(300)=on, 팬코일유닛(200)=off가 된다.).

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 실내난방을 수행하도록 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)의 구성도를 도시한 것이다. 제2실시예는 축열조(400)에 저장수는 가열하지 않고(축열기능은 수행하지 않는다), 실내난방만을 수행하기 위한 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)의 작동방법에 대한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 실외기(100)는 난방운전을 하고, 실내기(300)는 작동되지 않는다(즉, 실내기(300)를 구성하는 제2증발기(310), 제2압축기(320), 제2응축기(330)는 작동되지 않는다). 따라서, 실외기(100)를 순환하는 제2냉매와 순환수와의 열교환 및 순환수와 저장수 간의 열교환은 제2실시예에서는 발생되지 않는다.

실외기(100)는 난방운전을 하게 되므로, 제1증발기(110)와 액분리기(130) 및 제1압축기(140)를 거친 고압고온의 제1냉매가 제1응축기(150)에서 응축되면서 열을 순환수로 공급하게 된다. 그리고, 제2실시예에서 열원펌프(250)는 작동되므로 순환수는 제1응축기(150)와 실내기(300)의 제2증발기(310) 사이에서 순환하게 되고(단, 제2증발기(310)에서 순환수와 제2냉매의 열교환이 발생되는 것은 아니다), 순환수는 제1응축기(150)에서 제1냉매의 열을 흡수하여 가열되게 된다.

그리고, 가열된 순환수는 유입밸브(210)를 통해 팬코일유닛(200)으로 유입되어 실내를 난방하게 된다. 실내로 열을 공급한 순환수는 토출밸브(220)를 통해 토출되어 다시 제1응축기(150)에서 제1냉매에 의해 열을 공급받게 된다(즉, 제2실시예에서는, 제1밸브(230)=off, 유입밸브(210) 및 토출밸브(220)=on, 열원펌프(250)=on, 축열펌프(410)=off, 실외기(100)=난방운전, 실내기(300)=off, 팬코일유닛(200)=on이 된다.).

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 실내냉방을 수행하도록 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)의 구성도를 도시한 것이다. 본 발명의 제3실시예는 실외기(100)가 냉방운전을 한다는 것을 제외하고는 앞서 설명한 제2실시예와 작동방법이 동일하다. (즉, 실내기(300)를 구성하는 제2증발기(310), 제2압축기(320), 제2응축기(330)는 작동되지 않는다). 따라서, 실외기(100)를 순환하는 제2냉매와 순환수와의 열교환 및 순환수와 저장수 간의 열교환은 제3실시예에서는 발생되지 않는다.

즉, 실외기(100)는 냉방운전을 하게 되므로, 액분리기(130) 및 제1압축기(140)를 거친 고압고온의 제1냉매가 제1증발기(110)에서 응축되고, 제1응축기(150)에서 제1냉매가 순환수의 열을 흡수하여 증발하게 된다. 따라서 제1응축기(150)에서 순환수가 냉각되게 된다. 그리고, 제3실시예에서 열원펌프(250)는 작동되므로 순환수는 제1응축기(150)와 실내기(300)의 제2증발기(310) 사이에서 순환하게 되고(단, 제2증발기(310)에서 순환수와 제2냉매의 열교환이 발생되는 것은 아니다), 순환수는 제1응축기(150)에서 제1냉매로 열을 방출하면서 냉각되게 된다.

그리고, 냉각된 순환수는 유입밸브(210)를 통해 팬코일유닛(200)으로 유입되어 실내를 냉방하게 된다. 실내를 냉방한 순환수는 토출밸브(220)를 통해 토출되어 다시 제1응축기(150)에서 제1냉매에 열을 방출하게 된다(즉, 제3실시예에서는, 제1밸브(230)=off, 유입밸브(210) 및 토출밸브(220)=on, 열원펌프(250)=on, 축열펌프(410)=off, 실외기(100)=냉방운전, 실내기(300)=off, 팬코일유닛(200)=on이 된다.).

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 실내냉방과 축열기능을 수행하도록 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)의 구성도를 도시한 것이다. 본 발명의 제4실시예에서는 초기운전단계와 축열완료 후 운전단계로 나뉘어지게 된다. 초기 운전단계에서는 실외기(100)를 작동시키지 않고(즉, 실외기(100)를 구성하는 제1증발기(110), 제1압축기(140), 제1응축기(150) 등을 작동시키기 않는다.), 팬코일유닛(200)과 실내기(300)가 작동되게 된다.

실외기(100)는 작동되지 않으므로 제1응축기(150) 내에서의 제1냉매와 순환수 간의 열교환은 발생되지 않고, 순환수는 열원펌프(250)에 의해 제1응축기(150)와 제2증발기(310) 사이에서 순환되게 된다. 그리고, 순환수는 유입밸브(210)를 통해 팬코일유닛(200)으로 유입되어 실내 공기의 열을 순환수가 흡수하게 된다. 그리고, 토출밸브(220)를 통해 순환수가 실내기(300)의 제1증발기(110)로 유입되게 되고, 제2증발기(310)에서 제2냉매는 순환수로부터 열을 흡수하게 된다. 순환수가 제1응축기(150)와 제2증발기(310) 사이를 순환하여 팬코일유닛(200)에서 흡수한 열을 실내기(300)의 제2증발기(310)에서 제2냉매에 공급하게 된다.

그리고, 실내기(300)의 제2증발기(310)에서 토출된 제2냉매는 제2압축기(320)를 거쳐 고온 고압의 기제가 되고, 제2응축기(330)에서 제2냉매의 열은 저장수로 전달되어 가열되게 된다. 실내기(300)의 작동에 의해 축열조(400)에 저장되는 저장수가 가열되게 된다. 또한, 축열펌프(410)에 의해 저장수가 제2응축기(330)와 축열조(400) 사이에서 순환되게 되고, 부하펌프(420)를 작동시켜 축열조(400)에 저장된 저장수를 사용자가 배출시켜 사용할 수 있게 된다(즉, 제4실시예의 초기운전 단계에서는, 제1밸브(230)=off, 유입밸브(210) 및 토출밸브(220)=on, 열원펌프(250)=on, 축열펌프(410)=off, 실외기(100)=냉방운전, 실내기(300)=off, 팬코일유닛(200)=on이 된다.).

그리고 초기 운전단계 후에는 축열 완료 후 운전단계가 수행되게 된다. 초기 운전단계에서는 주로 축열기능을 수행하고, 축열완료 후 운전단계에서는 냉방기능을 수행하게 된다. 축열완료 후 운전단계에서는 초기운전단계와 달리 실내기(300)의 작동이 정지되고, 실외기(100)가 냉방운전을 하게 된다. 실외기(100)는 냉방운전을 하게되므로, 액분리기(130) 및 제1압축기(140)를 거친 고압고온의 제1냉매가 제1증발기(110)에서 응축되고, 제1응축기(150)에서 제1냉매가 순환수의 열을 흡수하여 증발하게 된다. 따라서 제1응축기(150)에서 순환수가 냉각되게 된다. 그리고, 축열완료 후 운전단계에서 열원펌프(250)는 작동되므로 순환수는 제1응축기(150)와 실내기(300)의 제2증발기(310) 사이에서 순환하게 되고(단, 제2증발기(310)에서 순환수와 제2냉매의 열교환이 발생되는 것은 아니다), 순환수는 제1응축기(150)에서 제1냉매로 열을 방출하면서 냉각되게 된다.

그리고, 냉각된 순환수는 유입밸브(210)를 통해 팬코일유닛(200)으로 유입되어 실내를 냉방하게 된다. 실내를 냉방한 순환수는 토출밸브(220)를 통해 토출되어 다시 제1응축기(150)에서 제1냉매에 열을 방출하게 된다(즉, 축열완료 후 운전단계에서는, 제1밸브(230)=off, 유입밸브(210) 및 토출밸브(220)=on, 열원펌프(250)=on, 축열펌프(410)=off, 실외기(100)=냉방운전, 실내기(300)=off, 팬코일유닛(200)=on이 된다.).

도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 바닥난방 기능을 수행하도록 작동되는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템(10)의 구성도를 도시한 것이다. 이러한 본 발명의 제5실시예에서는 제1실시예 또는 제4실시예의 초기운전 단계에 의해 축열기능을 수행하여 온수가 축열조(400)에 저장된 경우, 주간에 실내기(300)와 실외기(100)를 작동시키지 않은 상태에서 부하펌프(420)만을 가동시켜, 저장수로 바닥을 난방하거나 온수를 사용할 수 있다.

10:보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템
100:실외기
110:제1증발기
120:사방밸브
130:액분리기
140:제1압축기
150:제1응축기
160:팽창밸브
170:실외기 필터
180:제2밸브
190:제3밸브
200:팬코일유닛
210:유입밸브
220:토출밸브
230:제1밸브
240:보충용 탱크
250:열원펌프
300:실내기
310:제2증발기
320:제2압축기
330:제2응축기
340:엔탈피추가용 판형열교환기
350:실내기 필터
400:축열조
410:축열펌프
420:부하펌프

Claims (11)

1. 히트펌프 시스템에 있어서,
   제1냉매가 유입되어 고온고압의 제1냉매를 토출하는 제1압축기와, 상기 제1압축기에서 토출된 제1냉매가 유입되는 제1응축기와 상기 제1응축기와 상기 제1압축기 사이에 구비된 사방밸브 및 상기 제1응축기에서 응축된 제1냉매가 유입되는 제1증발기와 상기 제1증발기와 상기 제1응축기 사이에 구비된 팽창밸브를 포함하는 실외기;
   제2냉매가 유입되어 제2냉매를 증발시키는 제2증발기와 상기 제2증발기에서 토출된 제2냉매를 압축시키는 제2압축기 및 상기 제2압축기에서 토출된 고온고압의 제2냉매의 열이 별도의 라인으로 유입된 저장수로 흡수되도록 구성된 제2응축기 및 상기 제2응축기에서 토출된 저장수가 저장되는 축열조를 포함하는 실내기; 및
   상기 제1응축기에 순환수가 유입되어 상기 제1냉매와 열교환되어 토출된 후 열교환된 상기 순환수가 유입되어 실내를 냉/난방하는 팬코일유닛;을 포함하고 상기 팬코일유닛에서 토출된 순환수는 상기 제2증발기로 유입되어 상기 제2냉매와 열교환되어 상기 제1응축기로 다시 유입되는 순환라인을 구비하여 축열과 냉방 및 난방을 선택적으로 수행가능하고,
   상기 제1압축기의 유입부와 상기 사방밸브 사이에 구비된 액분리기를 포함하며,
   상기 제2증발기에서 토출된 순환수를 상기 제1응축기 측으로 펌핑하는 열원펌프; 상기 제1응축기와 상기 제2증발기 사이에는 구비되어 상기 순환수의 유량을 조절하는 제1밸브; 및 상기 팬코일유닛의 유입부에 구비되는 유입밸브와 상기 팬코일유닛의 토출부에 구비되는 토출밸브를 포함하여 상기 팬코일유닛에 유입되는 상기 순환수의 유량을 조절하고,
   상기 축열조의 저장된 저장수를 외부로 토출시키는 부하펌프; 상기 축열조의 토출부에 구비되어 상기 축열조의 저장수를 상기 제2응축기 측으로 펌핑하는 축열펌프; 및 상기 제2응축기를 통과한 상기 제2냉매와 상기 제1응축기에서 토출된 상기 제1냉매 일부가 열교환되는 엔탈피추가용 판형열교환기를 포함하고, 상기 엔탈피추가용 판형열교환기를 통과한 상기 제1냉매는 상기 제1압축기로 유입되고, 상기 엔탈피추가용 판형열교환기를 통과한 상기 제2냉매는 상기 제2증발기로 유입되는 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1냉매는 R-410A이고, 상기 제2냉매는 R-134a인 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템.
   
8. 제1항의 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템을 이용한 히트펌프 시스템 작동방법에 있어서,
   상기 히트펌프 시스템이 축열기능을 수행하도록 작동시키는 경우, 제1증발기에 유입된 제1냉매가 증발되어 사방밸브와 액분리기를 거쳐 제1압축기로 유입되고 상기 제1압축기에서 압축되어 토출된 상기 제1냉매가 제1응축기로 유입되어 상기 제1냉매의 열을 순환수가 흡수하는 단계;
   팬코일유닛의 유입밸브와 토출밸브를 폐쇄하고, 상기 제1응축기와 실내기의 제2증발기 사이에 구비된 제1밸브를 개방하여 상기 제2증발기에서 상기 순환수의 열을 제2냉매가 흡수하는 단계;
   상기 제2냉매가 실내기의 제2압축기에 유입되어 고온고압의 제2냉매가 토출되는 단계;
   상기 제2냉매가 실내기의 제2응축기에 유입되어 상기 축열조에서 토출된 상기 저장수를 가열하는 단계; 및
   상기 제2응축기를 통과한 상기 제2냉매가 엔탈피추가용 판형열교환기에 유입되어 상기 제1냉매와 열교환된 후 다시 상기 제2증발기로 유입되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 작동방법.
   
9. 제1항의 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템을 이용한 히트펌프 시스템 작동방법에 있어서,
   상기 히트펌프 시스템이 실내난방 운전을 수행하도록 작동시키는 경우,
   실내기의 제2증발기와 제2압축기를 작동시키기 않고, 실외기의 제1증발기에 유입된 제1냉매가 증발되어 사방밸브와 액분리기를 거쳐 제1압축기로 유입되는 단계;
   상기 제1압축기에서 토출된 상기 제1냉매가 제1응축기로 유입되어 상기 제1냉매의 열을 순환수가 흡수하는 단계;
   상기 제1응축기에서 가열된 상기 순환수가 팬코일유닛의 유입밸브를 통해 유입되어 실내에 열을 방출하여 난방하는 단계; 및
   상기 순환수가 상기 팬코일유닛의 토출밸브를 통해 배출되고 열원펌프를 통해 다시 제1응축기로 유입되어 순환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 작동방법.
   
10. 제1항의 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템을 이용한 히트펌프 시스템 작동방법에 있어서,
    상기 히트펌프 시스템이 실내냉방 운전을 수행하도록 작동시키는 경우,
    실내기의 제2증발기와 제2압축기를 작동시키기 않고, 실외기의 액분리기를 거친 제1냉매가 제1압축기에 유입되어 토출된 후 사방밸브를 거쳐 제1증발기에 유입되어 외부에 열을 방출하고 응축된 제1냉매가 제1응축기로 유입되고, 상기 제1응축기에서 순환수의 열을 흡수한 후 상기 사방밸브를 거쳐 다시 상기 액분리기를 거쳐 상기 제1압축기로 유입되는 싸이클을 수행하여 상기 실외기의 제1증발기는 응축작용을 하고 상기 제1응축기는 증발작용을 하는 단계;
    제1응축기에서 열을 방출하여 냉각된 상기 순환수가 팬코일유닛의 유입밸브를 통해 유입되어 실내에 열을 흡수하여 실내를 냉방하는 단계; 및
    상기 순환수가 상기 팬코일유닛의 토출밸브를 통해 배출되고 열원펌프를 통해 다시 제1응축기로 유입되어 순환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 작동방법.
    
11. 제1항의 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템을 이용한 히트펌프 시스템 작동방법에 있어서,
    상기 히트펌프 시스템이 실내냉방 및 온수 운전을 수행하도록 작동시키는 경우,
    실외기의 제1압축기와 제1증발기 및 제1응축기를 작동시키지 않고, 실내기의 제2증발기로 제2냉매가 유입되어 순환수의 열을 흡수하고, 제2압축기로 유입되어, 상기 제2압축기에 의해 압축된 제2냉매가 제2응축기를 통과하여 축열조에서 토출된 저장수를 가열하고, 다시 제2증발기로 유입되어 싸이클을 형성하고, 상기 순환수는 유입밸브를 통해 팬코일유닛으로 유입되어 실내의 열을 흡수하여 토출밸브를 통해 제2증발기로 유입되고 열원밸브를 통해 순환하는 단계;
    상기 축열조에 저장된 저장수의 온도가 특정온도 이상이 되는 경우 상기 실내기의 제2증발기 및 제2압축기를 정지시키고, 축열펌프를 정지시키는 단계;
    실외기의 액분리기를 거친 제1냉매가 제1압축기에 유입되어 토출된 후 사방밸브를 거쳐 제1증발기에 유입되어 외부에 열을 방출하고 응축된 제1냉매가 제1응축기로 유입되고, 상기 제1응축기에서 순환수의 열을 흡수한 후 상기 사방밸브를 거쳐 다시 상기 액분리기를 거쳐 상기 제1압축기로 유입되는 싸이클을 수행하여 상기 실외기의 제1증발기는 응축작용을 하고 상기 응축기는 증발작용을 하는 단계;
    제1응축기에서 열을 방출하여 냉각된 상기 순환수가 팬코일유닛의 유입밸브를 통해 유입되어 실내에 열을 흡수하여 냉방하는 단계; 및
    상기 순환수가 상기 팬코일유닛의 토출밸브를 통해 배출되고 열원밸브를 통해 다시 제1응축기로 유입되어 순환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러와 공조기 일체형 히트펌프 시스템의 작동방법.

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