KR101450549B1 - 히트 펌프 급탕기 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기는 압축기와, 수냉매열교환기와, 팽창기구와, 증발기로 이루어진 히트펌프와; 상기 수냉매열교환기에서 냉매와 열교환된 물이 히터와 급탕 배관을 통과하여 상기 수냉매 열교환기로 순환되게 형성되고 상기 물을 순환시키는 펌프를 포함하는 물 순환 회로와; 상기 히터를 통과한 물의 온도를 감지하는 히터 출수온도센서와; 상기 히트 펌프 및 펌프가 구동이고 상기 히터가 온일때의 히터 출수온도센서에서 감지된 온도와, 상기 히트 펌프 및 펌프가 구동이고 상기 히터가 오프일때의 히터 출수온도센서에서 감지된 온도에 따라 상기 히터의 이상 여부를 판단하는 제어부를 포함하여, 히터를 통과한 물의 온도를 감지하는 하나의 온도센서에 의해 히터의 이상 여부를 판단할 수 있으므로, 구조가 간단하고 제조 비용이 저렴한 이점이 있다.

히트 펌프 급탁기, 히트 펌프, 물 순환 회로, 히터 출수온도센서, 제어부

Description

히트 펌프 급탕기 및 그 제어 방법{Heat pump heating apparatus and Control method of the same}

본 발명은 히트 펌프 회로의 냉매와 물 순환유로의 물이 열교환되는 수냉매열교환기를 갖는 히트 펌프 급탕기 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 수냉매열교환기와 물 순환유로의 급탕 배관의 사이에 물을 가열하는 히터를 설치한 경우 히터의 이상 유무를 감지할 수 있는 히트 펌프 급탕기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 히트 펌프 급탕기는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기로 이루어진 히트 펌프의 열을 실내의 바닥 난방 등에 이용하는 것으로서, 응축기가 고온고압의 가스 냉매가 응축되면서 물을 가열하는 수냉매 열교환기로 구성된다.

히트 펌프 급탕기는 수냉매 열교환기와 급탕 배관이 물 순환 배관으로 연결되고, 물 순환 배관에 물을 순환시키는 펌프가 설치되며, 펌프의 구동시 물이 급탕 배관과 수냉매 열교환기를 순환하면서 냉매의 열을 급탕 배관으로 전달하고, 실내는 급탕 배관에서 전달된 열에 의해 난방된다.

히트 펌프 급탕기는 수냉매 열교환기와 급탕 배관의 사이에 히터를 설치할 경우, 급탕 배관의 물이 수냉매 열교환기에서 가열된 후 히터에 의해 추가 가열될 수 있고, 상기와 같은 히터의 보조에 의해 급탕 배관이 설치된 플로워 등은 저온의 경우에도 충분한 난방될 수 있고 신속하게 난방될 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 히트 펌프 급탕기에 설치된 히터의 이상 유무를 최소한의 부품과 저비용으로 감지할 수 있는 히트 펌프 급탕기 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기는 압축기와, 수냉매열교환기와, 팽창기구와, 증발기를 포함하는 히트펌프와; 상기 수냉매열교환기에서 냉매와 열교환된 물이 히터와 급탕 배관을 통과하여 상기 수냉매 열교환기로 순환되게 형성되고 상기 물을 순환시키는 펌프를 포함하는 물 순환유로와; 상기 히터를 통과한 물의 온도를 감지하는 히터 출수온도센서와; 상기 히트 펌프 및 펌프가 구동이고 상기 히터가 온일때의 히터 출수온도센서에서 감지된 온도와, 상기 히트 펌프 및 펌프가 구동이고 상기 히터가 오프일때의 히터 출수온도센서에서 감지된 온도에 따라 상기 히터의 이상 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 상기 히터가 온일때의 히터 출수온도센서에서 감지된 온도와, 상기 히터가 오프일때의 히터 출수온도센서에서 감지된 온도가 저장되는 저장부와, 상기 저장부에 저장된 온도들의 차를 설정치와 비교하여 상기 히터의 이상 여부를 판단하는 판단부를 포함한다.

상기 제어부에 의해 제어되어 상기 히터의 오작동을 알리는 히터 오작동 알림수단을 더 포함한다.

본 발명에 따른 히트 펌프 급탁기의 제어 방법은, 히트 펌프 및 펌프가 구동이고, 수냉매 열교환기와 급탕 배관 사이의 히터가 오프일 때의 히터 출수온도를 감지하는 히터 오프 출수온도 감지단계와; 상기 히트 펌프 및 펌프가 구동이고, 상기 히터가 온일때의 히터 출수온도를 감지하는 히터 온 출수온도 감지단계와; 상기 히터 오프 출수온도 감지단계에서 감지된 히터 오프 출수온도와, 상기 히터 온 출수온도 감지단계에서 감지된 히터 온 출수온도를 이용하여 상기 히터의 이상 유무를 판단하는 히터 이상 판단 단계를 포함한다.

상기 히터 오프 출수온도 감지단계는 감지된 히터 오프 출수온도를 저장부에 저장하고, 상기 히터 온 출수온도 감지단계는 감지된 히터 온 출수온도를 저장부에 저장하며, 상기 히터 이상 판단 단계는 상기 저장부에 저장된 히터 온 출수온도가 상기 저장부에 저장된 히터 오프 출수온도 보다 설정치 이상 높으면 상기 히터를 정상으로 판단하고, 그렇지 않으면 상기 히터를 오작동으로 판단한다.

상기 히터 온 출수온도 감지단계는 상기 히터의 온 이후 설정시간이 경과되면 실시된다.

상기 히트 펌프 급탕기의 제어 방법은 상기 히터 이상 판단 단계의 판단 결 과를 외부로 알리는 알림 단계를 더 포함한다.

상기 히터 오프 출수온도 감지단계와 그 이후의 단계들은 상기 히트 펌프 및 펌프가 구동된 후 설정시간 이내에 급탕 부하가 해소되지 못하면 실시된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기는 히터를 통과한 물의 온도를 감지하는 하나의 온도센서에 의해 히터의 이상 여부를 판단할 수 있으므로, 구조가 간단하고 제조 비용이 저렴한 이점이 있다.

본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기는, 히터의 오작동을 알리는 히터 오작동 알림수단을 포함하여, 사용자 등이 히터의 오작동을 쉽게 확인할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기의 제어방법은, 히트 펌프 및 펌프가 구동이고 히터가 오프일때의 히터 오프 출수온도와, 히트 펌프 및 펌프가 구동이고 히터가 온일때의 히터 온 출수온도를 이용하여 히터의 이상 여부를 판단하므로, 히트 펌프 급탕기의 구조를 간단하게 하면서 제조 비용을저렴하게 할 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기의 제어방법은, 히터를 온 시킨 이후 설정시간이 경과되면 히터 온 출수 온도를 감지하므로, 히터가 충분하게 히팅된 이후의 히터 출수 온도를 감지할 수 있어, 히터 이상 판단의 정확도가 높은 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 개략 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 상세 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 물 순환유로의 상세 구성도이다.

본 실시예에 따른 히트 펌프 급탕기는 도 1에 도시된 바와 같이, 히트 펌프(2)와, 히트 펌프(2)에서 발생된 열을 플로워 등의 열수요처로 전달하는 물 순환유로(4)를 포함한다.

히트 펌프(2)는 압축기(6)와, 수냉매열교환기(20)와, 팽창기구(30)와, 증발기(40)를 포함한다.

압축기(6)는 저온 저압의 기상 냉매를 고온 고압의 기상 냉매로 압축하는 것으로서, 급탕 부하에 따라 압축 용량이 가변될 수 있는 용량 가변 압축기로 이루어진다.

압축기(6)는 입력 주파수에 따라 압축 용량이 가변되는 하나의 인터버 압축기로 구성되는 것도 가능하고, 압축 용량이 일정한 복수개의 정속 압축기의 조합으로 구성되는 것도 가능하고, 이하 인버터 압축기(7)와 정속 압축기(8)가 병렬 연결된 것으로 설명한다.

압축기(6)는 냉매가 유입되는 입구 배관(11)(12) 즉, 인버터 압축기(7)로 냉매가 유입되는 입구배관(11)과, 정속 압축기(8)로 냉매가 유입되는 입구배관(12)이 냉매 중 액냉매가 축적되는 하나의 어큐물레이터(13)와 연결된다.

압축기(6)는 냉매가 유출되는 출구배관(14)(15) 즉, 인버터 압축기(7)에서 냉매가 유출되는 출구배관(14)과, 정속 압축기(8)에서 냉매가 유출되는 출구배관(15)이 합지구(16)와 연결된다.

수냉매열교환기(20)는 압축기(6)에서 압축된 고온 고압의 기상 냉매와 물 순환유로(4)의 물이 열교환되는 Air to Water 열교환기로서, 냉매가 통과하면서 응축되는 응축 유로(22)가 형성되고, 물 순환유로(4)의 일부가 응축 유로(22)와 열교환되게 형성된다.

수냉매열교환기(20)는 응축 유로(22)가 압축기(6)측과 냉매배관(23)으로 연결됨과 아울러 팽창기구(30)와 냉매배관(24)으로 연결된다.

팽창기구(30)는 수냉매열교환기(20)의 응축유로(22)와 증발기(40) 사이를 통과하는 냉매를 팽창하거나 차단하는 일종의 가변 팽창기구로서, 냉매량을 조절할 수 있도록 개도값이 가변되는 LEV 등의 전자팽창밸브로 이루어진다.

증발기(40)는 팽창기구(30)를 통과하면서 팽창된 냉매가 주변의 열을 흡수하면서 증발되는 것으로서, 팽창기구(30)와 냉매배관(41)으로 연결되고, 압축기(6)측과 냉매배관(42)으로 연결된다.

증발기(40)는 냉매가 물 등의 유체와 열교환되는 열교환기로 구성되는 것도 가능하고, 냉매가 실외의 공기와 열교환되는 열교환기로 구성되는 것도 가능하다.

증발기(40)는 냉매가 물 등의 유체와 열교환될 경우 증발기(40) 자체의 구성이 복잡하고 증발기(40)로 물 등을 공급하기 위한 별도의 급수기구가 필요한 반면에, 냉매가 실외의 공기와 열교환될 경우, 증발기(40)로 실외 공기를 송풍시키는 실외팬이 필요하게 되는 바, 이하 증발기(40)로 실외 공기를 송풍시키는 실외팬(46)이 설치된 것으로 설명한다.

히트 펌프(2)는 압축기(6)에서 압축된 냉매가 수냉매열교환기(20)와 팽창기구(30)와 증발기(40)와 압축기(6)의 순서로 순환되는 난방 순환 회로만을 갖는 것도 가능하고, 상기와 같은 난방 순환 회로 이외에 압축기(2)에서 압축된 냉매가 증발기(40)와 팽창기구(30)와 수냉매열교환기(20)와 압축기(2)의 순서로 순환되는 냉방/제상 순환 회로를 더 갖는 것도 가능하다.

이하, 히트 펌프(2)가 난방 순환 회로와 냉방/제상 회로를 함께 갖는 경우에 대해 상세히 설명한다.

히트 펌프(2)는 난방시 압축기(6)에서 압축된 냉매를 수냉매열교환기(20)로 보내고 증발기(40)에서 증발된 냉매를 압축기(6)로 보내고, 냉방/제상시 압축기(6)에서 압축된 냉매를 증발기(40)로 보내고 수냉매열교환기(20)를 통과한 냉매를 압축기(6)로 보내는 냉매절환 밸브(50) 즉, 사방밸브를 더 포함한다.

냉매절환 밸브(50)는 압축기(6)의 입구배관(11)(12)측인 어큐물레이터(13)와 어큐물레이터 연결배관(51)으로 연결되고, 압축기(6)의 출구배관(14)(15)측인 합지구(16)와 출구배관 연결배관(52)으로 연결되며, 수냉매 열교환기(20)의 응축 유로(22)와 수냉매 열교환기 연결배관인 냉매배관(23)으로 연결되고, 증발기(40)와 증발기 연결배관인 냉매배관(42)으로 연결된다.

냉매절환 밸브(50)의 난방 모드시, 압축기(6)에서 압축된 냉매는 수냉매 열교환기(20)와 팽창기구(30)와 증발기(40)를 통과한 후 압축기(6)로 순환되고, 이 때, 수냉매 열교환기(20)는 냉매를 응축하는 응축부로 기능하며, 증발기(40)는 냉매를 증발시키는 증발부로 기능한다.

반면에, 냉매절환 밸브(50)의 냉방/제상 모드시, 압축기(6)에서 압축된 냉매는 증발기(40)와 팽창기구(30)와 수냉매 열교환기(20)를 통과한 후 압축기(6)로 순환되고, 이때 증발기(40)는 냉매를 응축하는 응축부로 기능하고, 수냉매 열교환기(20)는 냉매를 증발시키는 증발부로 기능한다.

즉, 히트 펌프(2)는 압축기(6)가 구동되고, 냉매 절환 밸브(50)가 난방 모드로 절환되며, 팽창기구(30)의 개도가 조절되면, 압축기(6)에서 냉매가 압축되고, 압축된 냉매가 수냉매열교환기(20)의 응축유로(12)를 통과하면서 수냉매열교환기(20)로 열을 방출하면서 응축되며, 응축된 냉매가 팽창기구(30)를 통과하면서 팽창되고, 팽창된 냉매가 증발기(40)를 통과하면서 증발된 후 압축기(6)로 순환되는 난방 사이클 회로로 갖는다.

반면에, 히트 펌프(2)는 압축기(6)가 구동되고, 냉매 절환 밸브(50)가 냉방/제상 모드로 절환되며, 팽창기구(30)의 개도가 조절되면, 압축기(6)에서 냉매가 압축되고, 압축된 냉매가 증발기(40)를 통과하면서 열을 방출하면서 응축되며, 응축된 냉매가 팽창기구(30)를 통과하면서 팽창되고, 팽창된 냉매가 수냉매열교환기(20)의 응축유로(12)를 통과하면서 증발된 후 압축기(6)로 순환되는 냉방/제상 사이클 회로로 갖는다.

물 순환유로(4)는 수냉매열교환기(20)에서 냉매와 열교환된 물이 플로워 등의 열수요처를 가열하도록 하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 플로워 등에 매설된 급탕 배관(60)을 포함한다.

물 순환유로(4)는 도 2에 도시된 바와 같이, 수냉매열교환기(20)에 형성된 물 가열 유로(70)와; 급탕 배관(60)과 물 가열 유로(70)를 연결하는 급탕 배관-수냉매열교환기 연결배관(80)을 포함한다.

급탕 배관(60)은 히트 펌프(2)에서 전달된 열을 열수요처로 전달하는 일종의 열전달부 혹은 열교환부로서, 실내에 위치되어 실내로 열을 방출하는 라디에이터이거나 급탕에 쓰이는 물을 담겨지는 급탕조에 설치되어 급탕조 내의 물을 가열하는 급탕 가열 배관이거나 실내의 플로워에 매설된 난방 배관 등으로 이루어지고, 이하 플로워에 설치된 난방 배관인 것으로 설명한다.

물 가열 유로(70)는 물이 통과하면서 수냉매열교환기(20)의 열을 전달받는 일종의 물 통로로서, 응축 유로(22)와 크로스 플로우가 되게 형성된다.

급탕 배관-수냉매열교환기 연결배관(80)은 물 가열 유로(70)의 입구와 급탕 배관(60) 출구 사이의 수냉매 열교환기 입구 배관(82)과, 물 가열 유로(70)의 출구와 급탕 배관(60) 입구 사이의 수냉매 열교환기 출구 배관(84)을 포함한다.

물 순환유로(4)는 수냉매열교환기(20)에 형성된 물 가열 유로(70)의 물이 수냉매 열교환기 출구 배관(84)과, 급탕 배관(60)과, 수냉매 열교환기 입구 배관(82)을 차례로 통과하여 수냉매열교환기(20)의 물 가열 유로(70)로 순환되도록 물을 펌핑시키는 펌프(90)를 더 포함한다.

펌프(90)는 수냉매 열교환기 입구 배관(82)과 수냉매 열교환기 출구 배관(84) 중 하나에 설치되고, 이하 수냉매 열교환기 출구 배관(84)에 설치된 것으로 설명한다.

물 순환유로(4)는 수냉매열교환기(20)와 별도로 물을 가열하도록 설치된 히터(100)를 더 포함한다.

히터(100)는 수냉매 열교환기(20)의 열이 부족하거나 쾌속 급탕의 경우, 수냉매열교환기(20)와 별도로 물을 가열하는 것으로서, 수냉매 열교환기 입구 배관(82)과 수냉매 열교환기 출구 배관(84) 중 하나에 설치되고, 이하, 수냉매 열교환기(20)에서 가열된 물로 열을 재차 공급하도록 수냉매 열교환기 출구 배관(84)에 설치된 것으로 설명한다.

히터(100)는 물이 통과하도록 물 유입구와 물 배출구가 형성된 실린더와, 실린더 내부에 설치된 씨즈 히터 등의 발열부와, 발열부로 전원을 공급하는 히터열원부를 포함한다.

히터(100)에는 실린더 내부의 공기를 배출하는 공기 배출유로(102)가 연결되고, 공기 배출유로(102)에는 공기 배출유로(102)를 개폐하는 공기 밸브(104)가 설치된다.

물 순환유로(4)는 물 순환유로(4)의 물 흐름을 감지하는 플로우 센서(120)를 더 포함한다.

물 순환유로(4)는 물이 수냉매열교환기(20)와, 플로우 센서(120)와 히터(100)와, 펌프(90)와, 급탕 배관(60)을 차례로 통과하도록 구성된다.

즉, 수냉매 열교환기 출구배관(84)은 수냉매열교환기(20)의 물 가열 유로(70)과 플로우 센서(120) 사이의 수냉매열교환기-플로우 센서 연결배관(85)과, 플로우 센서(120)와 히터(100) 사이의 플로우 센서-히터 연결배관(86)과, 히터(100)와 펌프(90) 사이의 히터-펌프 연결배관(87)과, 펌프(90)와 급탕 배관(60) 사이의 펌프-급탕배관 연결배관(88)을 포함한다.

물 순환유로(4)는 물이 팽창되는 팽창 탱크(130)를 더 포함한다.

팽창탱크(130)는 물 흐름 순서로 플로우 센서(120)의 이후이면서 히터(100)의 이전인 플로우 센서-히터 연결배관(86)과 팽창탱크 연결관(89)으로 연결된다.

한편, 물 순환유로(4)는 히터(100)의 오작동 유무를 감지할 수 있는 히터 센서를 더 포함한다.

히터 센서는 히터(100)로 유입되는 물의 온도 즉, 수냉매열교환기(20)에서 히터(100)로 유입되는 물의 온도를 감지하는 히터입수온도센서와, 히터(100)를 통과한 물의 온도 즉, 히터(100)에서 급탕배관(40)으로 유출되는 물의 온도를 감지하는 히터출수온도센서를 포함하여, 히터(100) 온시의 히터출수온도센서의 감지 온도가 히터(100) 온시의 히터입수온도센서의 감지 온도보다 설정치(예를 들면, 3℃) 이상 높으면 히터(100)가 정상인 것으로 판단하고, 히터(100) 온시의 히터출수온도센서의 감지 온도가 히터(100) 온시의 히터입수온도센서의 감지 온도보다 설정치(예를 들면, 3℃) 이상 높지 않으면, 히터(100)가 오작동인 것으로 판단되는 것도 가능하다.

반면에, 히터 센서는 히터(100)를 통과한 물의 온도 즉, 히터(100)에서 급탕배관(40)으로 유출되는 물의 온도를 감지하는 히터출수온도센서(140)를 포함하여, 히터(100) 온시의 히터출수온도센서(140)의 감지 온도가 히터(100) 오프시의 히터 출수온도센서(140)의 감지 온도 보다 설정치(예를 들면, 3℃) 이상 높으면 히터(100)가 정상인 것으로 판단하고, 히터(100) 온시의 히터출수온도센서(140)의 감지 온도가 히터(100) 오프시의 히터출수온도센서(140)의 감지 온도 보다 설정치(예를 들면, 3℃) 이상 높지 않으면, 히터(100)가 오작동인 것으로 판단되는 것도 가능하고, 부품수를 최소화하고 저비용을 위해서 히터입수온도센서 없이 히터출수온도센서(140)만을 포함하는 것이 바람직하고, 후술하여 상세히 설명한다.

여기서, 히터출수온도센서(140)는 히터(100)와 급탕배관(60) 사이를 통과하는 물의 온도를 감지하는 것으로서, 히터-펌프 연결배관(87)과, 펌프-급탕배관 연결배관(88) 중 하나에 설치되고, 이하 펌프-급탕배관 연결배관(88)에 설치된 것으로 설명한다.

본 실시예에 따른 히트 펌프 급탕기는 급탕 배관(60) 이외의 구성이 하나의 섀시 내에 설치되어 하나의 히트펌프 급탕유닛으로 구성되는 것도 가능하고, 실외유닛(O: Out Door Unit)과 급탕유닛(H: Hydro kit)의 복수개 유닛으로 나뉘어져 구성되는 것도 가능하고, 이하 실외유닛(O: Out Door Unit)과 급탕유닛(H: Hydro kit)을 포함하는 것으로 설명한다.

실외유닛(O)은 실외에 설치되고, 급탕유닛(H)은 실내에 설치된다.

히트 펌프(2) 중 수냉매열교환기(20)를 제외한 압축기(6)와 팽창기구(30)와 증발기(40)와 냉매절환 밸브(50) 등은 압축기(6) 구동 소음이 실내로 전달되지 않게 하면서 증발기(40)로 실외 공기를 송풍할 수 있도록 실외 유닛(O)에 설치된다.

히트 펌프(2) 중 수냉매열교환기(20)는 물이 통과하는 물 가열 유로(22)가 구비되어 있으므로, 물이 동결되지 않도록 실외가 아닌 실내에 설치되는 것이 바람직하고, 급탕 유닛(H)에 설치된다.

히트 펌프(2)는 수냉매열교환기(20)가 급탕 유닛(H)에 설치되고, 수냉매열교환기(20)와 압축기(6)측을 연결하는 냉매배관(23)과, 수냉매열교환기(20)와 팽창기구(30)를 연결하는 냉매배관(24)은 급탕 유닛(H)과 실외 유닛(O)을 관통하여 배치된다.

즉, 실외유닛(O)은 실외 공기가 흡입된 후 토출되도록 공기 흡입구 및 공기 토출구가 형성된 실외 샤시와, 실외 샤시에 내부에 설치된 압축기(6)와 팽창기구(30)와 증발기(40)와 냉매절환 밸브(50) 등을 포함한다.

물 순환유로(20)는 급탕 배관(60)이 열수요처인 플로워 등에 매설되고, 급탕배관(60) 이외의 구성인 펌프(90)와 히터(100)와 플로우 센서(120)와 팽창탱크(130)와 히터출수온도센서(140) 등이 수냉매열교환기(20)와 함께 급탕 유닛(H)에 설치된다.

여기서, 급탕유닛(H)은 난방시키고자 하는 실내 자체에 설치되는 것도 가능하고, 난방시키는 실내 이외의 다른 실내인 다용도실이나 베란다나 지하실 등에 설치되는 것도 가능하다.

물 순환유로(4)는 급탕 배관(60)이 난방시키고자 하는 실내의 플로워에 매설되고, 급탕배관(60)의 출구와 수냉매열교환기(20)의 물 가열 유로(22) 입구를 연결하는 수냉매 열교환기 입구 배관(82)이 급탕 유닛(H)을 관통하여 급탕 유닛(H)과 급탕 배관(60) 사이에 배치되고, 수냉매 열교환기 출구 배관(84) 특히 펌프-급탕배관 연결배관(88)이 급탕 유닛(H)을 관통하여 급탕 유닛(H)과 급탕 배관(60) 사이에 배치된다.

히터 출수온도센서(140)는 수냉매 열교환기 출구 배관(82) 특히 펌프-급탕배관 연결배관(88) 중 급탕 유닛(H) 내에 위치하는 부분에 설치된다.

도 4는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 제어 블록도이다.

본 실시예에 따른 히트 펌프 급탕기는, 열수요처 특히 급탕 배관(60)의 부하를 판단하기 위한 부하 감지센서를 더 포함한다.

부하 감지센서는 물 순환유로(4)를 통과하는 물 온도를 감지하는 온도센서로서, 급탕 배관(60)을 통과한 후 수냉매열교환기(20)로 유입되는 물 즉, 급탕 배관(60)에서 수냉매열교환기(20)로 이동되는 물의 온도를 감지하는 수냉매열교환기 물입구온도센서(142)로 이루어진다.

여기서, 부하 감지센서는 수냉매열교환기(20)의 출수 온도를 감지하도록 설치될 경우, 급탕 배관(60)에 의한 열손실이 발생되어 수냉매열교환기(20)로 유입되는 물의 급수 온도가 상대적으로 낮게 되고 사용자 등이 희망하는 온도를 얻기 위해서 상당 시간이 소요되는 반면에, 수냉매열교환기(20)의 출수 온도를 감지하도록 설치될 경우, 급탕 배관(60)을 통과한 후 수냉매열교환기(20)로 유입되는 물의 급수 온도를 감지하므로, 급탕 배관(60)의 열손실을 고려한 부하, 즉 실질 부하를 감지할 수 있으므로, 단시간내에 사용자 등이 희망하는 온도를 얻을 수 있게 된다.

수냉매열교환기 물입구온도센서(142)는 급탕 배관-수냉매열교환기 연결배 관(80) 중 수냉매 열교환기 입구 배관(82) 상에 설치되고, 급탕 배관(60)을 통과한 물이 수냉매 열교환기(20)로 유입되기 직전의 온도를 감지하는 것이 실질적인 부하를 가장 정확하게 감지할 수 있으며, 수냉매 열교환기 입구 배관(82) 중 급탕 유닛(H) 내에 위치하는 부분에 설치된다.

한편, 히트 펌프 급탕기는, 급탕 명령이나 희망온도 등을 입력하는 온도조절부(150)와, 실내 온도를 감지하는 실내온도센서(160)와, 온도조절부(150)의 입력과 플로우 센서(120), 수냉매열교환기 물입구온도센서(142), 실내온도센서(160) 등의 감지에 따라 히트 펌프(2)와 물 순환유로(4)를 제어하는 제어부(170)를 더 포함한다.

온도조절부(150)는 실내에서 급탕 온도 등을 조절할 수 있도록 실내에 설치되는 것이 바람직하다.

실내온도센서(160)는 온도조절부(150)와 별도로 설치되는 것도 가능하고, 온도조절부(150)에 설치되어 온도조절부(150)의 일부를 구성하는 것도 가능하다.

제어부(170)는 실외유닛(O)에 설치되고 급탕유닛(H)의 각종 전기부품 예를 들면, 펌프(90)와 히터(100)와 플로우 센서(120)와 히터 출수온도센서(140)와 수냉매열교환기 물입구온도센서(142) 등과 전선 등의 케이블로 연결됨과 아울러 온도조절부(150)와 전선 등의 케이블로 연결되는 것도 가능하고, 급탕유닛(H)에 설치되고 실외유닛(O)의 각종 전기부품 예를 들면, 압축기(6)와 팽창기구(30)와 실외팬(46) 등과 전선 등의 케이블로 연결됨과 아울러 온도조절부(150)와 전선 등의 케이블로 연결되는 것도 가능하고, 온도조절부(150)에 설치되고, 급탕유닛(H)의 각종 전기부 품 및 실외유닛(O)의 각종 전기부품과 전선 등의 케이블로 연결되는 것도 가능하다.

제어부(170)는 회로기판 상에 각종 전장부품이 실장되므로, 수명이나 신뢰성과 서비스 편의성 등을 고려할 경우, 급탕유닛(H)이나 온도조절부(150)에 설치되는 것이 바람직하고, 제어부(170)가 온도조절부(150)에 설치될 경우, 온도조절부(150)의 크기가 크게 되어 실내 공간이 협소해질 수 있고, 온도조절부(150)와 급탕 유닛(H) 사이의 전선 등의 케이블이 두꺼워지게 되며, 히터 출수온도센서(140)와 수냉매열교환기 물입구온도센서(142) 등과 제어부(70) 사이의 전선 등의 케이블 길이가 최소화되도록 급탕유닛(H)에 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 제어부(170)는 수냉매열교환기(20)로 유입되는 물의 온도와 실내 온도에 따라 히트 펌프(2)를 제어함과 아울러 히터(100)를 제어한다. 여기서, 제어부(170)는 수냉매열교환기(20)로 유입되는 물의 온도와, 실내 온도에 따라 히트 펌프(2)를 구동함과 아울러 히터(100)를 온시키는 것도 가능하고, 수냉매열교환기(20)로 유입되는 물의 온도와 실내 온도에 따라 히트 펌프(2)를 구동한 이후에 수냉매열교환기(20)로 유입되는 물의 온도와 실내 온도에 따라 히터(100)를 추가적으로 온/오프시키는 것도 가능하며, 수냉매열교환기(20)로 유입되는 물의 온도와, 실내 온도에 따른 히트 펌프(2)의 구동과 히터(100)의 온/오프는 후술하여 상세히 설명한다.

한편, 제어부(170)는 상기와 같은 제어 이외에 히터 출수온도센서(140)의 감 지에 따라 히터(100)의 이상 여부를 판단한다.

제어부(170)는 히터 출수온도센서(140)의 감지 온도만으로 히터(100)의 이상 여부를 판단할 수 있도록 히트 펌프(2) 및 펌프(90)가 구동이고 히터(100)가 온일때의 히터 출수온도센서(140)에서 감지된 온도과, 히트 펌프(2) 및 펌프(90)가 구동이고 히터(100)가 오프일때의 히터 출수온도센서(140)에서 감지된 온도를 이용하여 히터(100)의 이상 여부를 판단한다.

제어부(170)는 히터(100)가 온일때의 히터 출수온도센서(140)에서 감지된 온도와, 히터(100)가 오프일때의 히터 출수온도센서(140)에서 감지된 온도가 저장되는 저장부와, 저장부에 저장된 온도들의 차를 설정치와 비교하여 히터(100)의 정상 작동을 판단하는 판단부를 포함한다.

한편, 본 실시예에 따른 히트 펌프 급탕기는 제어부(170)에 의해 제어되어 히터(100)의 오작동을 알리는 히터 오작동 알림수단(180)을 더 포함한다.

히터 오작동 알림수단(180)은 급탕 유닛(H)이나 온도 조절부(150)에 설치된 부져나 스피커 등의 발성기구이거나, 88세그먼트나 엘이디 에섬블리나 엘시디 어셈블리 등이 디스플레이로 구성된다.

도 5는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기의 제어 방법 일실시예가 도시된 순서도이다.

먼저, 사용자 등이 온도조절부(150)를 조작하여 급탕 명령을 입력함과 아울러 희망 실내온도 등을 입력하면, 제어부(170)는 온도조절부(150)의 조작에 따라 물 순환유로(4)를 제어한다. 즉, 제어부(170)는 물 순환유로(4)로 물이 순환되게 펌프(90)를 구동시킨다.(S1)(S2)

펌프(90)의 구동시, 급탕 배관(60)의 물은 수냉매 열교환기 입구 배관(82)을 통과한 후 수냉매열교환기(20)의 물 가열유로(70)를 통과하고, 이후

수냉매 열교환기 출구 배관(84)을 통과하여 급탕 배관(60)으로 순환된다.

그리고, 수냉매열교환기 물입구온도센서(140)는 물 순환유로(4) 특히, 급탕 배관(60)을 통과한 후 수냉매열교환기(20)의 물 가열유로(70)로 유입되는 물의 온도를 감지한다.(S3)

수냉매열교환기 물입구온도센서(140)는 감지된 온도를 제어부(170)로 출력하고, 제어부(170)는 감지된 온도에 따라 열수요처 특히 급탕 배관(60)의 실질적인 급탕 부하를 판단한다.(S4)

여기서, 제어부(170)는 급탕 부하의 판단이 냉매열교환기 물입구온도센서(140)에서 감지된 물 온도와 실내 온도에 의해 이루어지는 바, 수냉매열교환기 물입구온도센서(140)에서 감지된 물 온도와 온도조절부(150)에 입력된 희망 실내 온도(이하, 실내 온도라 칭함)의 차를 이용하여 급탕 부하를 판단한다.

즉, 제어부(170)는 냉매열교환기 물입구온도센서(140)에서 감지된 물 온도와 온도조절부(150)의 실내 온도의 차가 큰 경우, 급탕 부하가 큰 것으로 판단하고, 냉매열교환기 물입구온도센서(140)에서 감지된 물 온도와 온도조절부(150)의 실내 온도의 차가 작은 경우, 급탕 부하가 작은 것으로 판단하며, 급탕 부하를 상기 차의 대소에 따라 다단계로 판단한다.

제어부(170)는 급탕 부하의 크기에 따라 히트 펌프(2) 특히 압축기(6) 및 팽창기구(30)를 구동한다.(S5)

제어부(170)는 급탕 부하가 큰 경우, 압축기(6)의 압축 용량이 크도록 압축기(6)를 기동하고, 팽창기구(30)의 개도값이 크도록 팽창기구(30)를 제어한다. 반면에, 제어부(170)는 급탕 부하가 작은 경우, 압축기(6)의 압축 용량이 작도록 압축기(6)를 기동하고, 팽창기구(30)의 개도값이 작도록 팽창기구(30)를 제어한다.

상기와 같은 히트 펌프(2)의 구동시, 수냉매열교환기(20)에는 압축기(6)의 압축 용량과 팽창기구(30)의 개도값에 따른 열이 발생되고, 펌프(90)의 펌핑에 의해 급탕 배관(30)에서 수냉매열교환기(20)로 유입된 물은 물 가열 유로(22)를 통과하면서 실내의 실질적인 부하에 대응되는 열을 전달받고, 이후 급탕 배관(30)을 통과하면서 급탕 배관(30)으로 열을 전달한다.

제어부(170)는 상기와 같은 히트 펌프(2)의 구동과 함께 히트 펌프(2)의 구동 이후에 히터(100)를 제어한다.

여기서, 제어부(170)는 물이 초기에 신속하게 가열되도록 히트 펌프(2)의 구동과 함께 히터(100)를 온시키는 것도 가능하고, 히트 펌프(2)의 구동에도 불구하고 물 온도가 설정시간 이내에 급탕 부하에 대응하지 못할 경우이거나, 히트 펌프(2)의 구동에 따른 물 온도의 상승 속도가 설정 속도 미만으로 늦을 경우 히터(100)를 온시키는 것도 가능하다.

이하, 설명의 편의를 위해 제어부(170)는 히트 펌프(2)의 구동 후 설정시간(예를 들면, 10분) 경과된 후에도 물 온도가 급탕 부하에 대응하지 못할 경우 즉, 히트 펌프(2)의 구동후 설정시간(예를 들면, 10분) 이내에 급탕 부하가 해소되지 못하는 경우, 히터(100)를 온시키는 것으로 설명한다.

제어부(170)는 상기와 같은 히트 펌프(2)의 구동 이후에 설정시간(예를 들면, 10분) 이내에 급탕 부하가 해소되면, 수냉매 열교환기(20)로 냉매가 순환되지 않게 히트 펌프(2)를 정지한다.(S6)(S7) 즉, 제어부(170)는 압축기(6)를 오프하고, 팽창기구(30)가 폐쇄되도록 팽창기구(30)를 제어한다.

여기서, 급탕 부하는, 실내온도센서(160)에서 감지된 실내온도가 온도조절부(150)에 설정된 실내 온도 이상인 경우, 해소된 것으로 판단되는 것도 가능하고, 냉매열교환기 물입구온도센서(140)에서 감지된 물 온도와 온도조절부(150)의 실내 온도의 차가 설정차 이내의 범위(즉, 실내의 실제 온도와 수냉매열교환기(20)의 온도가 근접한 범위)인 경우, 해소된 것으로 판단되는 것도 가능함은 물론이다.

한편, 제어부(170)는 상기와 같은 압축기(6)의 오프 및 팽창기구(30)의 폐쇄와 동시에 혹은 압축기(6)의 오프 및 팽창기구(30)의 폐쇄 이후에 설정시간(예를 들면, 1분 : 펌프 오프설정시간)이 경과되면, 수냉매 열교환기(20)로 물이 순환되지 않게 물 순환유로(4)를 제어한다.

즉, 제어부(170)는 펌프(90)를 오프시킨다.(S8)

여기서, 제어부(170)는 수냉매 열교환기(20)의 열이 최대한 급탕 배관(60)으로 전달되도록 압축기(6)의 오프 및 팽창기구(30)의 폐쇄 이후에 설정시간이 경과된 후 펌프(90)를 오프시키는 것이 바람직하다.

한편, 제어부(170)는 상기와 같은 히트 펌프(2)의 구동 이후에 설정시간(예 를 들면, 10분) 이내에 급탕 부하가 해소되지 못하면, 히터 온 부하가 발생된 것으로 판단한다.

여기서, 설정시간은 히터 온 여부를 결정하기 위한 히터 온 설정시간이다.

제어부(170)는 히트 펌프(2)의 구동 이후에 설정시간(예를 들면, 10분) 이내에 급탕 부하가 해소되지 못한 경우, 히터(100)의 온 이전에 히터 출수온도센서(140)에서 감지된 히터 출수온도를 저장부에 저장하는 히터 오프 출수온도 감지단계를 실시하고, 이후에 히터(100)를 온시시키는 히터 온 단계를 실시한다.(S9)(S10)

제어부(170)는 히터(100)로 전원을 공급하고, 급탕 배관(60)의 물은 수냉매 열교환기 입구 배관(82)을 통과한 후 수냉매열교환기(20)의 물 가열유로(70)를 통과하면서 가열되고, 히터(100)를 통과하면서 재차 가열된 후, 급탕 배관(60)으로 순환된다.

이때, 급탕 배관(60)으로 유입된 물은 히터(100)가 정상이면, 히터(100)의 온 이전보다 고온의 물이 유입되고, 급탕 배관(60)을 통과한 후 수냉매 열교환기(20)로 유입되는 물도 히터(100)의 온 이전보다 고온인 상태로 유입된다.

한편, 제어부(170)는 상기와 같은 히터(100)의 온 이후에 설정시간(예를 들면, 2분)이 경과되면, 히터 출수온도센서(140)에서 감지된 히터 출수온도를 저장부에 저장하는 히터 온 출수온도 감지단계를 실시한다. (S11)

여기서, 설정시간은 히터(100)의 정상 작동시 히터(100)가 수냉매열교환기(20)에서 가열된 물을 재차 가열할 수 있을 정도로 히터(100)가 가열되는 시간이 다.

그리고, 제어부(170)는 히트 펌프(2) 및 펌프(90)가 구동중이고 히터(100)가 오프일 때 감지된 히터 오프 출수온도와, 히트 펌프(2) 및 펌프(90)가 구동중이고 히터(100)가 온일 때 감지된 히터 온 출수온도를 이용하여 히터(100)의 이상 유무를 판단하는 히터 이상 판단 단계를 실시한다.(S12)

제어부(170)는 저장부에 저장된 히터 오프 출수온도와 히터 온 출수온도의 차를 설정치와 비교하여 히터의 이상 유무를 판단하는 바, 히터 온 출수온도가 히터 오프 출수온도 보다 설정치(예를 들면, 2℃) 이상 높지 않으면, 히터(100)를 오작동으로 판단한다.(S12)(S13)

여기서, 설정치는 히터(100)의 오작동을 판단하기 위한 기준 온도이다.

제어부(170)는 상기와 같은 히터(100)의 오작동 판단시, 히터 오작동 알림수단(180)을 제어하여, 히터 오작동 알림수단(180)을 통해 히터 오작동을 알린다.(S14)

반면에, 제어부(17)는 히터 온 출수온도가 히터 오프 출수온도 보다 설정치(예를 들면, 2℃) 이상 높으면, 히터(100)를 정상으로 판단한다.(S15)

그리고, 제어부(17)는 히터(100)가 온 된 이후에 물의 온도가 히터 오프 부하인지를 판단하고 발생되면, 히터(100)를 오프시킨다.(S16)(S17)

여기서, 히터 오프 부하는 상기한 급탕 부하 해소와 동일 조건으로 판단되는 것도 가능하고, 급탕 부하 해소와 상위한 조건으로 판단되는 것도 가능하며, 이하 급탕 부하 해소와 동일한 조건인 것으로 설명한다.

즉, 제어부(17)는 히터(100)가 온되고, 히터(100)가 정상 작동인 상태에서, 실내온도센서(160)에서 감지된 실내온도가 온도조절부(150)에 설정된 실내 온도 이상이거나, 냉매열교환기 물입구온도센서(140)에서 감지된 물 온도와 온도조절부(150)의 실내 온도의 차가 설정차 이내의 범위(즉, 실내의 실제 온도와 수냉매열교환기(20)의 온도가 근접한 범위)이면, 급탕 부하가 해소, 즉, 히터 오프 부하인 것으로 판단하여 히터(100)를 오프시킨다.(S17)

이후, 제어부(17)는 급탕 부하가 해소되었으므로, 히트 펌프(2)를 정지시킨다.

즉, 제어부(17)는 압축기(6)를 정지시키고, 팽창기구(30)를 폐쇄한다.(S7)

그리고, 제어부(17)는 펌프(90)를 정지시킨다.(S8)

한편, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않고, 히터 출수온도센서(140)가 히터-펌프 연결배관(87)에 설치되는 것도 가능하고, 히터(100)의 온/오프 조건이 상기의 실시예와 다른 조건에 의해 결정되는 것도 가능하며, 이 발명이 속하는 기술적 범주 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 개략 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 상세 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 물 순환유로의 상세 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 제어 블록도,

도 5는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기의 제어 방법 일실시예가 도시된 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

2: 히트 펌프 4: 물 순환유로

6: 압축기 20: 수냉매 열교환기

30: 팽창기구 40: 증발기

60: 급탕배관 70: 물 가열 유로

80: 수냉매열교환기-급탕배관 연결배관

82: 수냉매열교환기 입구배관 84: 수냉매열교환기 출구배관

90: 펌프 100: 히터

140: 히터 출수온도센서

142: 수냉매열교환기 물입구온도센서

150: 온도조절부 170: 제어부

Claims (8)

1. 삭제
2. 압축기와, 수냉매열교환기와, 팽창기구와, 증발기로 이루어진 히트펌프와;

   상기 수냉매열교환기에서 냉매와 열교환된 물이 히터와 급탕 배관을 통과하여 상기 수냉매 열교환기로 순환되게 형성되고 상기 물을 순환시키는 펌프를 포함하는 물 순환유로와;

   상기 히터를 통과한 물의 온도를 감지하는 히터 출수온도센서와;

   상기 히트 펌프 및 펌프가 구동이고 상기 히터가 온일때의 히터 출수온도센서에서 감지된 온도와, 상기 히트 펌프 및 펌프가 구동이고 상기 히터가 오프일때의 히터 출수온도센서에서 감지된 온도에 따라 상기 히터의 이상 여부를 판단하는 제어부를 포함하고,

   상기 제어부는 상기 히터가 온일때의 히터 출수온도센서에서 감지된 온도와, 상기 히터가 오프일때의 히터 출수온도센서에서 감지된 온도가 저장되는 저장부와,

   상기 저장부에 저장된 온도들의 차를 설정치와 비교하여 상기 히터의 이상 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 히트 펌프 급탕기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제어부에 의해 제어되어 상기 히터의 오작동을 알리는 히터 오작동 알림수단을 더 포함하는 히트 펌프 급탕기.
4. 삭제
5. 히트 펌프 및 펌프가 구동이고, 수냉매 열교환기와 급탕 배관 사이의 히터가 오프일 때의 히터 출수온도를 감지하는 히터 오프 출수온도 감지단계와;

   상기 히트 펌프 및 펌프가 구동이고, 상기 히터가 온일때의 히터 출수온도를 감지하는 히터 온 출수온도 감지단계와;

   상기 히터 오프 출수온도 감지단계에서 감지된 히터 오프 출수온도와, 상기 히터 온 출수온도 감지단계에서 감지된 히터 온 출수온도를 이용하여 상기 히터의 이상 유무를 판단하는 히터 이상 판단 단계를 포함하고,

   상기 히터 오프 출수온도 감지단계는 감지된 히터 오프 출수온도를 저장부에 저장하고,

   상기 히터 온 출수온도 감지단계는 감지된 히터 온 출수온도를 저장부에 저장하며,

   상기 히터 이상 판단 단계는 상기 저장부에 저장된 히터 온 출수온도가 상기 저장부에 저장된 히터 오프 출수온도 보다 설정치 이상 높으면 상기 히터를 정상으로 판단하고, 그렇지 않으면 상기 히터를 오작동으로 판단하는 히트 펌프 급탕기의 제어 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 히터 온 출수온도 감지단계는 상기 히터의 온 이후 설정시간이 경과되면 실시되는 히트 펌프 급탕기의 제어 방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 히트 펌프 급탕기의 제어 방법은 상기 히터 이상 판단 단계의 판단 결과를 외부로 알리는 알림 단계를 더 포함하는 히트 펌프 급탕기의 제어 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 히터 오프 출수온도 감지단계와 그 이후의 단계들은 상기 히트 펌프 및 펌프가 구동된 후 설정시간 이내에 급탕 부하가 해소되지 못하면 실시되는 히트 펌프 급탕기의 제어 방법.

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