KR101464758B1 - 히트펌프 연동 온수 시스템의 제어 방법 - Google Patents

히트펌프 연동 온수 시스템의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법에 관한 것으로서, 냉매와 물이 열교환하는 수냉매 열교환기의 동파 방지 운전 기능이 부여됨으로써, 사용자의 거주 공간 밖에 설치된 수냉매 열교환기가 결빙에 의하여 파손되는 현상이 제거되는 효과가 있다.
Figure R1020080076018
수냉매 열교환기, 급탕 유니트, 히트 펌프

Description

히트펌프 연동 온수 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 동파 방지 운전 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.
종래의 히트 펌프 연동 온수 공급 및 난방 장치에는, 실내기에 구비되는 수냉매 열교환기의 동파 방지를 위한 안전 장치가 제공되지 못하다. 상기 수냉매 열교환기는 일반적으로 물과 냉매가 열교환하는 판형 열교환기를 사용하는데, 상기 판형 열교환기 내부를 따라 흐르는 물이 결빙되면 부피가 팽창하게 된다. 그리고, 결빙 과정에서 일어나는 부피 팽창으로 인하여 상기 판형 열교환기가 파손되는 현상이 발생할 수 있다. 상기 판형 열교환기가 파손되면 물과 냉매가 섞이게 되고, 물과 냉매의 혼합액이 실외기의 부품, 특히 압축기로 유입되어 압축기 파손을 가져올 수 있는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 상기 판형 열교환기는 제품 가격이 핀(fin)형 열교환기에 비하여 고가이기 때문에, 파손되면 고가의 교체 비용이 들어가게 되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 시스템의 구동이 중지된 상태 또는 외출 모드로 구동하는 도중에, 수냉매 열교환기 내부의 물이 결빙됨으로 인하여 상기 수냉매 열교환기가 파손되는 것을 방지하기 위한 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 연동 온수 순환 시스템은 다음과 같은 특징을 가진다.
즉, 압축기와, 실외 열교환기 및 팽창부로 구성되어 히트 펌프 냉매 사이클을 수행하는 실외기; 상기 압축기로부터 토출되는 냉매와 물이 열교환되도록 하는 수냉매 열교환기와, 강제로 물이 순환되도록 하는 워터 펌프가 포함되는 실내기; 및 상기 실내기로부터 토출되는 가열된 물로부터 열을 전달받아 급탕 또는 난방을 수행하는 온수 순환 유니트가 포함되는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 수냉매 열교환기의 결빙 상태 또는 결빙 직전 상태에 있는 경우, 동파 방지를 위한 운전이 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 이루는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법에 의하면, 겨울철 장기간 시스템이 구동 정지된 상태 또는 외출 모드 운전 중이어서 수냉매 열교환기 내부가 결빙된 경우에, 동파 방지 운전이 자동으로 수행되도록 함 으로써 수냉매 열교환기의 파손이 방지되는 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 공급하는 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 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 증발기의 기능을 수행하고, 난방 모드로 운전되는 경우에는 응축기의 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 미 지근하게 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 집수되는 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 수 배관을 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 한쪽으로 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 태양열을 이용한 축열조(43)가 사용되는 경우, 상기 축열조(43)로부터 연장되는 축열 배관(47)이 상기 급탕 탱크(41) 내부로 삽입될 수도 있을 것이다. 그리고, 상기 축열 배관(47) 상에는 축열 배관 폐회로 내부의 유속을 제어하는 보조 펌프(44)가 장착되고, 상기 축열 배관(47) 내부의 물의 흐름 방향을 제어하기 위한 방향 절환 밸브(VA)가 장착될 수 있다. 그리고, 상기 축열 배관(47)의 어느 일측에도 물의 온도를 측정하는 온도 센서(TH7)가 장착될 수 있다.
상기에서 제시된 태양열을 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 냉매 는 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 흐름에 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 열교환기(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.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 구성을 보여주는 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 연동 온수 순환 시스 템(1)은, 중앙 제어부(100)와, 상기 실내기(3)의 전면에 부착되는 컨트롤 패널부(110)와, 상기 실내기(3)의 컨트롤 패널부(110)로부터 유선으로 연장되어, 상기 실내기(3)가 설치되는 곳의 벽면 또는 사용자가 거주하는 실내에 부착되는 유선 리모트 컨트롤러(120)와, 상기 컨트롤 패널부(110) 또는 유선 리모트 컨트롤러(120)와 동일한 기능을 수행하는 무선 리모트 컨트롤러(130)와, 상기 중앙 제어부(100)의 제어 명령에 의하여 구동하는 구동부(150) 및 각종 데이터 및 운전 정보가 저장되는 메모리(140)가 포함된다.
상세히, 상기 중앙 제어부(100)는 상기 실내기(3)의 내부에 장착되는 컨트롤 박스(38)에 제공될 수 있다. 그리고, 상기 컨트롤 패널부(110)는 상기 실내기(3)의 전면에 장착되는 컨트롤 패널(37)이 해당될 수 있다. 그리고, 상기 구동부(150)는 상기 중앙 제어부(100)의 제어를 받는 실내기 부품 및/또는 상기 실외기 부품일 수 있다. 예컨대, 상기 실내기(3)에 제공되는 워터 펌프(36), 보조 히터(35)가 구동부(150)에 해당할 수 있고, 상기 실외기(2)를 구성하는 압축기(21), 팽창부(24) 및 사방 밸브(22) 등이 이에 해당할 수 있다.
한편, 상기 컨트롤 패널부(110)와, 유선 리모트 컨트롤러(120) 및 무선 리모트 컨트롤러(130)에는, 상기 실내기(3)가 설치되는 공간, 또는 유선 리모트 컨트롤러(120) 및 무선 리모트 컨트롤러(130)가 놓이는 공간의 공기 온도를 감지하기 위한 온도 센서(111,121,131)가 각각 장착될 수 있다.
또한, 상기 중앙 제어부(100)에 직접 유선으로 연결되어, 사용자가 거주하는 실내에 장착되는 유선 리모트 온도 센서(101)가 더 제공될 수 있다.
이하에서는, 상기와 같이 공기의 온도를 감지하는 온도 센서(101,111,121,131) 중 적어도 하나 또는 상기 실내기(3)와 온수 순환 유니트를 구성하는 수배관에 제공되어 물의 온도를 감지하는 온도 센서(TH1 ~ TH6) 중 적어도 하나를 이용한 동파 방지 운전 제어 방법에 대하여 설명하도록 한다. 여기서, 상기 온수 순환 유니트는 상기 급탕 유니트(4)와 난방 유니트(5)를 지칭한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프 겸용 온수 순환 시스템에서, 동파 방지 운전이 수행되도록 하기 위한 동파방지 운전 조건 설정 방법을 보여주는 플로차트이다.
도 4를 참조하면, 상기 동파방지 운전 조건은 제품이 출시되는 과정에서 제조자가, 또는 제품이 설치된 후 설치자가 조작하도록 하는 과정으로 볼 수 있다. 이는, 물의 어는점은 설치 지역에 관계없이 거의 동일하기 때문에, 굳이 사용자가 개별적으로 설정하지 않아도 무방하기 때문이다. 그러나, 이에 제한되지 않고 사용자도 상기 조건 설정을 할 수 있음은 물론이다.
먼저, 제조자, 설치자 또는 사용자는 상기 컨트롤 패널부(110), 유선 리모트 컨트롤러(120) 또는 무선 리모트 컨트롤러(130)를 이용하여 동파 방지 운전 조건 설정 모드를 선택하게 된다. 그러면, 상기 중앙 제어부(100)는 동파 방지 운전 조건 설정 모드에 대한 신호를 입력받아서 설정 모드로 진입하게 된다(110). 그리고, 사용자에 의하여, 수냉매 열교환기(31)의 결빙 여부를 판단하기 위한 기준이 되는 대상이 선택되고, 선택 신호가 중앙 제어부(100)로 입력된다(120).
상세히, 상기 수냉매 열교환기(31)의 결빙 여부를 판단하기 위한 기준이 되는 대상 은 공기 또는 물이 된다. 즉, 상기 실내기(3)가 설치되는 공간, 사용자가 거주하는 공간 중 어느 한 곳의 실내 온도 또는 수냉매 열교환기(31) 내부의 물 중 어느 하나를 선택하여 수냉매 열교환기(31)의 결빙 여부를 판단하게 된다.
그러면, 상기 중앙 제어부(100)에서는 판단 대상이 공기 온도인지 여부를 판단(130)하고, 공기 온도로 선택되었다고 판단되면, 동파 방지 운전 시작 온도(Tsa)와 동파 방지 운전 중단 온도(Tea)의 입력을 기다리는 신호가 디스플레이부에 표시되도록 한다. 그 다음 단계로, 입력자에 의하여 상기 동파방지 운전 시작 온도(Tsa)와 중단 온도(Tea)가 차례로 입력된다(140).
반대로, 판단 대상이 공기 온도가 아니라고 판단되면, 판단 대상이 시스템 내부의 물의 온도로 자동 결정되도록 할 수 있다(131). 이어서, 디스플레이부에 동파 방지 운전 시작 온도(Tsw)와 중단 온도(Tew)의 입력을 기다리는 신호가 표시된다. 그리고, 입력자에 의하여 동파 방지 운전 시작 온도(Tsw)와 중단 온도(Tew)가 차례로 입력된다(132).
한편, 사용자에 의하여 온도 입력이 완료되면 입력된 온도로 설정이 완료되도록 하는 셋팅 신호가 입력된다(150). 상기 셋팅 신호 입력에 의하여 동파 방지 운전 조건 설정 과정이 종료하게 된다. 상기 셋팅 신호 입력 방법은 사용자가 컨트롤 패널에 구비되는 별도의 셋팅 버튼을 설정 시간 누르는 동작일 수도 있고, 상기 동파방지 운전 조건 설정 모드를 나타내는 버튼을 한번 더 누르는 동작일 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 동파방지 운전 방법을 보여주는 플로 차트이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에서는 본 발명의 시스템이 구동 중지 상태에서 난방 운전 명령이 입력될 때의 동파방지 운전 방법에 대해서 설명한다. 이하에서는 수냉매 열교환기(31)의 결빙 여부를 판단하기 위한 기준이 되는 대상이 수배관 내의 물의 온도인 것으로 한정하여 설명한다. 실내 온도인 경우에도 동일한 제어방법이 적용되므로 중복 설명은 생략한다.
상세히, 시스템의 구동 정지 상태가 유지되다가 사용자에 의하여 난방 운전 명령이 입력(210)되면, 시스템의 구동이 시작된다.
시스템의 구동이 시작되기에 앞서 온도 센서에 의하여 수배관 내의 물의 온도(Tw)가 감지된다(220). 여기서, 상기 물의 온도(Tw)는 수냉매 열교환기(31)의 입구측 또는 출구측에 장착된 온도 센서(TH1 또는 TH2)에 의하여 감지되는 온도일 수 있다. 그리고, 상기 중앙 제어부(220)로 감지 온도가 전송되고, 상기 중앙 제어부(220)에서는 감지 온도(Tw)가 동파방지 운전 시작 온도(Tsw)보다 낮은지 여부를 판단하게 된다. 상기 동파방지 운전 시작 온도(Tsw)는 물이 결빙되기 시작하는 온도 또는 그보다 약간 높은 온도일 수 있다.
한편, 감지 온도가 결빙 온도 이하라고 판단되면 동파 방지 운전이 수행되고(240), 결빙 온도보다 높다고 판단되면 난방 운전이 바로 수행된다(250).
여기서, 상기 동파 방지 운전이라 함은, 상기 실외기(2)가 히트펌프 냉매 사이클로 구동하고, 상기 실내기(3)의 집수 탱크(34)에 장착된 보조 히터(35)가 선택적으로 동작하도록 하는 것이다. 그리고, 상기 워터 펌프(36)는 구동하지 않도록 하여, 물의 순환이 이루어지지 않도록 한다.
다시 말하면, 압축기를 통과한 고온 고압의 냉매로부터 열이 수냉매 열교환기(31)로 전달되도록 하여, 상기 수냉매 열교환기(31) 내에 고여있는 물이 해빙되도록 한다. 이와 함께, 상기 보조 히터(35)가 동작하도록 하여, 워터 펌프(36)가 구동하기 전에 예열되도록 할 수도 있다. 그러면, 난방 운전이 수행된 후 수배관 내부가 정상적인 난방 운전을 위한 온도에 도달하는데 걸리는 시간이 단축될 수 있다.
또한, 상기 난방 운전 수행(250) 과정이 시작되면, 실외기 구동과 함께 상기 워터 펌프(36)가 동작하여, 물이 상기 난방부(5)로 흐르게 된다. 그리고, 수배관 내부의 물은 상기 실내기(3)와 난방부(5)를 연결하는 폐회로를 따라 순환하면서, 상기 수냉매 열교환기(31)에서 열을 전달받아 가열된다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 동파 방지 운전 제어 방법을 보여주는 플로차트이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에서는 시스템이 장기간 구동 정지 상태이거나, 사용자가 외출 모드로 설정한 상태에서 자동으로 동파 방지 운전이 수행되는 것을 특징으로 한다. 전제 조건으로서, 본 발명 시스템의 전원은 온 상태로 유지되고, 실외기와 실내기의 구동만 정지된 것으로 본다. 그리고, 이하에서는 도 5에서와 같이 수배관 내의 물의 온도를 판단 대상으로 하여 설명하도록 한다.
상세히, 상기 중앙 제어부(100)에서는 일정 시간 간격으로 온도 센서(TH)가 작동하여 물의 온도를 감지하도록 한다(310). 그리고, 주기적으로 시스템의 구동 상태를 확인하도록 중앙 제어부(100)에서 제어된다(320). 여기서, 시스템의 구동 상태는, 실외기(2)와 실내기(3)의 구동이 모두 정지된 상태와, 사용자에 의하여 외출 모드로 운전 중인 상태 또는 정상 난방 운전이 수행되는 상태 중의 어느 하나일 수 있다.
한편, 상기 중앙 제어부(100)에서는 온도 센서에 의하여 감지된 물의 온도(Tw)가 동파방지운전 시작 온도(Tsw), 즉 결빙 온도보다 낮은지 여부를 판단하게 된다(330). 그리고, 감지 온도(Tw)가 동파방지 운전 시작 온도에 도달하였다고 판단되면 동파 방지 운전이 수행되도록 한다(340). 상기 동파 방지 운전은 도 5에서 설명한 바와 같으므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 그리고, 동파 방지 운전이 수행되는 도중에 실시간으로 물의 온도가 감지되도록 한다. 그리고, 감지되는 물의 온도(Tw)가 동파방지 운전 중단 온도(Tew)에 도달하였는지 여부를 판단하게 된다(350).
상세히, 동파 방지 운전 중에 감지된 물의 온도(Tw)가 동파방지 운전 중단 온도(Tew)에 도달하였거나 더 높다고 판단되면 이전 시스템 구동 상태로 복귀하게 된다(360).
반면, 감지 온도(Ta)가 동파 방지 운전 시작 온도보다 높은 경우에는, 별도의 구동 명령이 전송되지 않고 실내 온도를 감지하는 단계(310)가 반복 수행되도록 한다.
본 실시예의 경우, 수배관 내의 물의 온도가 동파방지 운전 시작 온도를 초과하면 바로 난방 운전이 수행되는 제 1 실시예와 달리, 동파 방지 운전이 시작되 고, 소정의 동파방지 운전 중단 온도에 도달할 때까지 계속해서 동파방지 운전이 지속되도록 한다.
상세히, 제 1 실시예의 경우, 난방 운전 명령이 입력되는 경우로서, 수냉매 열교환기의 결빙 상태가 해제된 이후 난방 운전이 계속해서 수행되므로, 수냉매 열교환기가 다시 결빙되는 현상이 발생하지 않을 가능성이 높다.
그러나, 제 2 실시예의 경우, 동파 방지 운전이 끝나면 다시 이전 운전 모드로 복귀되므로, 단시간 내에 상기 수냉매 열교환기가 다시 결빙될 가능성이 높다. 예를 들어, 이전 운전 모드가 구동 정지 또는 외출 운전 모드인 경우, 제 1 실시예와 같이 결빙 상태가 해제된 후 곧바로 이전 운전 모드로 복귀하게 되면, 상기 수냉매 열교환기가 다시 결빙될 가능성이 높다. 따라서, 본 실시예에 의하면 동파 방지 운전이 시작되고, 수배관 내의 물의 온도가 설정 온도에 도달할 때까지 지속되도록 하여, 수냉매 열교환기의 결빙 현상 재발 가능성을 최소화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 동파 방지를 위한 히트펌프 연동 온수 순환 시스템을 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에서는 수냉매 열교환기(31)의 동파를 방지하기 위하여, 사용자가 장기간 외출 중이거나 장기간 난방 운전이 정지된 상태에서 수배관 내의 물을 배수시키는 것을 특징으로 한다.
이를 위하여, 상기 실내기(3) 내부에 제공되는 수배관의 어느 지점으로부터 배수관(302)이 분지되고, 상기 배수관(302)의 분지 지점에 삼방 밸브와 같은 절환 밸브(301)가 장착될 수 있다. 그리고, 상기 배수관(302)의 어느 지점에는 배수 펌 프(360)가 장착될 수 있다.
또한, 상기 수냉매 열교환기(31)의 입구측 어느 지점에는 개폐 밸브(303)가 장착되고, 상기 집수 탱크(34)의 어느 지점에는 물보충을 위한 급수구(344)가 형성될 수 있다.
상기에서 언급한 배수를 위한 구조를 제외하고는 상기 도 1에서 제시된 시스템의 구성과 동일하므로, 공통되는 구성 요소에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
상세히, 상기 급수구(344)는 상기 집수 탱크(34)의 상부면에 형성되고, 옥내로 들어오는 수도 배관이 직접 연결되는 수도 직결식 또는 사용자가 직접 물을 보충하는 사용자 보충 방식이 적용될 수 있을 것이다.
예컨대, 수도 직결식이 적용되는 경우, 수배관 내의 물이 제거된 후 난방 운전 명령이 입려r되면, 상기 제어부(100)에 의하여 상기 급수구(344)를 통하여 물보충이 자동으로 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 상기 실내기(3)의 컨트롤 패널(37), 유/무선 리모트 컨트롤 중 적어도 일측에는 상기 수배관 내의 물을 제거하도록 하는 메뉴 버튼이 제공될 수 있다.
이하에서는 상기 배수를 위한 메뉴를 "동파방지 배수 모드"라고 칭한다.
상세히, 사용자가 버튼 입력을 통하여 동파방지 배수모드 명령을 입력하면, 상기 개페 밸브(303), 절환 밸브(301) 및 상기 배수 펌프(360)의 동작이 제어부(100)에 의하여 제어되도록 할 수 있다.
또한, 상기 수배관 내부의 물을 배수시키는 방법으로는 다음과 같은 두가지 방식이 적용될 수 있을 것이다. 즉, 수냉매 열교환기(31) 내부의 물만 배수시키는 방식과, 상기 워터 펌프(36) 출구에서부터 상기 급탕부(4)와 난방부(5) 및 상기 집수 탱크(34)의 입구로 연결되는 수배관 내부의 물을 전부 배수하는 방식이 적용될 수 있다. 따라서, 상기 동파방지 배수 모드에는 배수 방식을 선택할 수 있는 메뉴를 포함한다.
예를 들면, 입력 버튼을 누르는 횟수 또는 누른 상태로 유지되는 시간 등을 이용하여, 동파방지 배수 모드 선택과, 그에 따라 제시되는 배수 방식이 함께 선택되도록 프로그램될 수 있다. 또는 배수 방식 선택을 위한 별도의 버튼이 제공될 수도 있다.
이하에서는, 동파방지 배수 모드가 선택되었다는 전제하에, 사용자에 의하여 선택되는 배수 방식에 따라 이루어지는 제어 방법에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 수냉매 열교환기(31) 내부의 물만 배수시키는 방식이 선택된 경우에 대하여 설명한다.
수냉매 열교환기(31) 내부의 물만 배수시키는 방식이 선택되면, 상기 개폐 밸브(303)가 폐쇄되고, 상기 절환 밸브(301)가 조절되어 상기 배수관(302) 쪽으로 개방되도록 한다. 그리고, 상기 배수 펌프(360)가 동작하면, 상기 개폐 밸브(303)의 출구측으로부터 상기 수냉매 열교환기(31)를 통과하여 상기 절환 밸브(301)의 입구측에 이르는 수배관 내부의 물이 상기 배수관(302)을 따라 외부로 배수된다. 그리고, 배수 과정에서 상기 플로우 스위치(32)에 의하여 물의 흐름이 감지된다. 따라서, 상기 플로우 스위치(32)가 온 상태를 유지하는 동안 상기 배수 펌프(360) 가 구동하도록 한다. 그리고, 상기 플로우 스위치(32)가 오프되는 순간, 또는 오프되는 순간부터 소정 시간이 경과된 뒤에, 상기 배수 펌프(360)의 구동이 중지되도록 한다. 그러면, 상기 수냉매 열교환기(31) 내부에는 물이 더 이상 존재하지 않게 되고, 상기 플로우 스위치(32)의 출구측에 제공되는 역지 밸브(도면 참조)에 의하여 상기 수냉매 열교환기(31)로 물이 역류하는 현상이 방지된다.
한편, 상기 급탕부(4)와 난방부(5) 및 상기 수냉매 열교환기(31)를 연결하는 수배관 내부의 물을 완전히 배수하는 방식이 선택되는 경우에는 상기 개폐 밸브(303)는 개방된다. 그리고, 상기 절환 밸브(301)가 조절되어 상기 배수관(302) 쪽으로 개방된다. 그리고, 상기 배수 펌프(360)의 구동이 시작되면, 상기 워터 펌프(36) 출구측으로부터 상기 절환 밸브(301)의 입구측에 이르는 배관 내부의 물이 배수된다. 상세히, 상기 배수 펌프(360)가 구동하면, 상기 급탕 배관(48) 및 상기 난방 배관(53)을 따라 흐르는 물과, 상기 수냉매 열교환기(31) 내부의 물이 전부 외부로 배수된다.
상기에서 설명된 바와 같이, 배수 방식에 따라 수냉매 열교환기(31) 내부의 물만 배수되도록 하거나, 시스템 내부의 물이 전부 배수되도록 할 수 있으므로, 본 발명에 따른 시스템의 구동이 장시간 중지되거나 사용자가 장기간 외출 중인 겨우에도, 수냉매 열교화기(31)가 동파에 의하여 파손되는 위험성이 저감되는 장점이 있다.
한편, 동파방지를 위한 배수 과정이 수행되어 수배관 내부 또는 수냉매 열교환기(31) 내부의 물이 완전히 제거된 상태에서, 난방 운전 구동 명령이 입력되는 경우에 대하여 설명한다.
난방 운전 구동 명령이 입력되면, 상기 제어부(100)에서 물보충 명령이 디스플레이되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 수도 직결식인 경우, 상기 제어부(100)에서는 상기 급수구(344)를 개폐하는 개폐 밸브가 개방되도록 하여, 자동으로 배수된 물에 대응하는 양의 물이 급수되도록 할 수 있다.
반대로, 사용자가 직접 급수하고자 하는 경우에는, 상기 급수구(344)의 마개를 열어서 직접 급수할 수도 있을 것이다.
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 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 구성을 보여주는 블럭도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프 겸용 온수 순환 시스템에서, 동파 방지 운전이 수행되도록 하기 위한 동파방지 운전 조건 설정 방법을 보여주는 플로차트.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 동파방지 운전 방법을 보여주는 플로차트.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 동파 방지 운전 제어 방법을 보여주는 플로차트.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 동파 방지를 위한 히트펌프 연동 온수 순환 시스템을 보여주는 도면.

Claims (20)

  1. 압축기와, 실외 열교환기 및 팽창부로 구성되어 히트 펌프 냉매 사이클을 수행하는 실외기;
    상기 압축기로부터 토출되는 냉매와 물이 열교환되도록 하는 수냉매 열교환기와, 강제로 물이 순환되도록 하는 워터 펌프가 포함되는 실내기; 및
    상기 실내기로부터 토출되는 가열된 물로부터 열을 전달받아 급탕 또는 난방을 수행하는 온수 순환 유니트가 포함되는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 수냉매 열교환기의 결빙 상태 또는 결빙 직전 상태에 있는 경우, 동파 방지 운전이 수행되며,
    상기 수냉매 열교환기의 결빙 상태는, 상기 수냉매 열교환기 내부의 물의 온도 또는 상기 시스템이 설치된 공간의 공기 온도 중 어느 하나를 선택하여 판단하고,
    상기 물의 온도 또는 상기 공기 온도 중 어느 하나의 온도로 선택되면, 동파 방지 운전 시작 온도 또는 동파 방지 운전 중단 온도가 각각 설정되며,
    상기 동파 방지 운전은, 상기 실외기가 히트펌프 냉매 사이클을 수행하고 상기 워터 펌프는 구동 중지 상태를 유지하는 과정인 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 물의 온도는 상기 수냉매 열교환기의 입구 또는 출구에 장착된 온도 센서에 의하여 감지되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 온도는, 상기 실내기에 부착된 온도 센서와, 상기 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어가 가능한 유선 또는 무선 리모트 컨트롤러에 부착된 온도 센서 및 상기 실내기로부터 연장되는 유선 리모트 온도 센서 중의 어느 하나에 의하여 감지되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 동파 방지 운전은,
    난방 운전 명령이 입력되는 단계와,
    상기 시스템이 설치된 공간의 공기 온도 또는 상기 시스템 내부의 물의 온도가 감지되는 단계; 및
    상기 온도가 설정 온도 이하인 경우, 제어부에 의하여 상기 동파 방지 운전의 수행 명령이 상기 실내기 또는 상기 실외기로 전송되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 온도가 설정 온도보다 높은 경우, 난방 운전이 바로 수행되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 동파 방지 운전 과정에서, 상기 실내기에 제공되는 보조 히터가 선택적으로 구동 가능하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  11. 압축기와, 실외 열교환기 및 팽창부로 구성되어 히트 펌프 냉매 사이클을 수행하는 실외기;
    상기 압축기로부터 토출되는 냉매와 물이 열교환되도록 하는 수냉매 열교환기와, 강제로 물이 순환되도록 하는 워터 펌프가 포함되는 실내기;
    상기 실내기가 설치되는 공간의 온도 또는 상기 수냉매 열교환기 내부의 물온도를 감지하는 적어도 하나의 온도 센서;및
    상기 실내기로부터 토출되는 가열된 물로부터 열을 전달받아 급탕 또는 난방을 수행하는 온수 순환 유니트가 포함되는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 온도 센서에 의하여 실내 온도 또는 물 온도가 감지되는 단계;
    제어부에 의하여 상기 시스템의 구동 상태가 확인되는 단계;
    상기 온도 센서에 의하여 감지되는 온도가 동파 방지 운전을 위한 설정 온도 이하인 경우, 상기 제어부의 제어 명령에 따라 동파 방지 운전을 수행하는 단계가 포함되며,
    상기 동파 방지 운전이 수행되면, 적어도 상기 수냉매 열교환기 내부의 물이 배수되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 동파 방지 운전이 시작되고, 상기 온도 센서에 의하여 감지되는 온도가 상기 동파 방지 운전 중단을 위한 설정 온도에 도달하면 동파방지 운전이 중단되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 동파방지 운전이 중단되면 이전 시스템 구동 상태로 복귀하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 이전 시스템 구동 상태는, 시스템 중단 상태, 외출 모드, 및 난방 운전 모드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 동파 방지 운전 중단을 위한 설정 온도에 도달할 때까지, 상기 실외기만 구동하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  16. 삭제
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 수냉매 열교환기의 출구측에 제공되는 플로우 스위치에 의하여, 상기 수냉매 열교환기 내부의 물이 완전히 배수되었는지 여부가 판단되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 히트펌프 연동 온수 순환 시스템에는,
    상기 수냉매 열교환기의 입구측에 제공되는 개폐 밸브와,
    상기 수냉매 열교환기 출구측에 제공되는 절환 밸브와,
    상기 절환 밸브에 연결되는 배수관 및
    상기 배수관의 일 지점에 제공되는 배수 펌프가 포함되고,
    상기 동파 방지 운전이 수행되면,
    상기 제어부에 의하여 상기 개폐 밸브가 개방 또는 폐쇄되고, 상기 절환 밸브가 배수관 쪽으로 개방되며, 상기 배수 펌프가 구동하는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 개폐 밸브가 폐쇄되면, 상기 수냉매 열교환기 내부의 물만 배수되고,
    상기 개폐 밸브가 개방되면, 상기 수냉매 열교환기 및 상기 온수 순환 유니트 내부의 물이 전부 배수되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    동파 방지 운전 후 난방 운전 명령이 입력되면, 제어부에 의하여 자동으로 물보충 과정이 수행되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 연동 온수 순환 시스템의 제어 방법.
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