KR101507438B1 - 히트 펌프 급탕기 및 그 제어 방법 - Google Patents

히트 펌프 급탕기 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기는 압축기와, 응축/증발기와, 팽창기구와, 증발/응축기와, 난방/제상 절환밸브를 포함하는 히트 펌프와; 물이 상기 응축/증발기와 열교환된 후 히터와 급탕 배관을 차례로 통과하여 상기 응축/증발기로 순환되게 형성되고 상기 물을 순환시키는 펌프를 포함하는 물 순환 회로와; 상기 히트펌프의 제상 운전시 상기 히터를 온시키는 제어부를 포함하여, 히트 펌프의 제상시 히터에 의해 가열된 물이 급탕 배관으로 공급되므로, 급탕 배관이 히트 펌프의 제상 도중에 플로워 등의 열수요처를 지속적으로 난방 시킬 수 있고, 히트 펌프의 제상시 히터에서 가열되고 급탕 배관을 통과한 물이 응축/증발기로 유입되어 응축/증발기의 열교환 성능을 높이므로, 증발/응축기의 제상이 신속하게 실시되는 이점이 있다.
히트 펌프 급탕기, 히트 펌프, 물 순환 회로, 히터, 급탕 배관

Description

히트 펌프 급탕기 및 그 제어 방법{Heat pump heating apparatus and Control method of the same}
본 발명은 히트 펌프와 히트 펌프의 열을 급탕 배관으로 전달하는 물 순환 회로를 갖는 히트 펌프 급탕기 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 히트 펌프의 제상시 물 순환 회로에 설치된 히터를 온시키는 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 펌프의 제상 운전시 히터를 온시켜 히트 펌프의 제상 도중에 급탕 배관이 지속적으로 플로워 등의 열수요처를 난방시킬 수 있는 히트 펌프 급탕기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 히트 펌프의 제상 운전시 히터에 의해 가열된 물이 수냉매 열교환기로 유입되어 수냉매 열교환기의 열교환 성능을 높이고 히트 펌프 급탕기의 공기냉매 열교환기 제상 시간을 최소화할 수 있는 히트 펌프 급탕기의 제어 방법을 제공하는데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기는 압축기와, 수냉매 열교환기와, 팽창기구와, 공기냉매 열교환기와, 사방밸브를 포함하는 히트 펌프와; 물이 상기 수냉매 열교환기와 열교환된 후 히터와 급탕 배관을 차례로 통과하여 상기 수냉매 열교환기로 순환되게 형성되고 상기 물을 순환시키는 펌프를 포함하는 물 순환 회로와; 상기 히트펌프의 제상 운전시 상기 히터를 온시키는 제어부를 포함한다.
상기 물 순환 회로는 물이 수냉매 열교환기와 히터와 펌프와 급탕 배관 순서로 흐르도록 구성되고, 상기 히트 펌프 급탕기는 상기 펌프를 통과한 물이 상기 급탕 배관을 바이패스 하여 상기 수냉매 열교환기로 유입될 수 있도록 설치된 급탕 배관 바이패스 수단을 더 포함한다.
상기 급탕 배관 바이패스 수단은 상기 펌프와 급탕 배관 사이에 설치되고 상기 제어부에 의해 제어되는 바이패스 밸브와, 상기 급탕 배관의 출구와 상기 수냉매 열교환기의 입구 사이를 연결하는 연결 배관과 상기 바이패스 밸브를 연결하는 바이패스 배관을 포함한다.
상기 제어부는 상기 히트펌프의 난방 운전시 상기 바이패스 밸브를 급탕 배관 공급 모드로 제어하고, 상기 히트펌프의 제상 운전시 상기 바이패스 밸브를 수냉매 열교환기 공급 모드로 제어한다.
상기 수냉매 열교환기로 유입되는 물의 온도를 감지하는 수냉매 열교환기 물입구 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 바이패스 밸브를 수냉매 열교환기 공급 모드로 제어한 후, 상기 물입구 온도 센서에서 감지된 물의 온도가 설정치 이상이면, 상기 바이패스 밸브를 급탕 배관 공급 모드로 제어한다.
본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기의 제어 방법은 급탕 배관의 부하에 따라 펌프를 구동시키고, 히트 펌프를 난방 운전시키는 히트 펌프 난방운전단계와; 상기 펌프의 구동 및 히트 펌프의 난방 운전 도중에 제상 조건이 만족하면, 히트 펌프의 수냉매 열교환기와 물 순환 회로의 급탕 배관 사이의 히터를 온시키고 상기 히트 펌프를 제상 운전시키는 히터 온 제상단계와; 상기 히터 온 제상단계 이후에 상기 히터를 오프시키고 상기 히트 펌프를 난방 운전시키는 제상 종료단계를 포함한다.
상기 제상 조건은 상기 히트 펌프의 난방 운전 적산 시간이 제상개시 설정시간에 도달된 조건이다.
상기 제상 종료단계는 상기 히터 온 제상단계 이후에 제상완료 설정시간에 도달되면 실시된다.
상기 제상 조건은 상기 공기냉매 열교환기의 온도를 감지하는 제상 센서의 감지 온도가 설정치 미만인 조건이다.
상기 제상 종료단계는 상기 히터 온 제상단계 이후에 상기 공기냉매 열교환기의 온도를 감지하는 제상 센서의 감지 온도가 설정치 이상이면 실시된다.
상기 히터 온 제상단계는 상기 히터와 급탕 배관 사이의 바이패스 밸브를 상기 수냉매 열교환기 공급 모드로 제어하고, 상기 바이패스 밸브는 상기 제상 종료단계 이후에 상기 수냉매 열교환기로 유입되는 물 온도가 설정치 이상이면, 급탕 배관 공급 모드로 제어된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기는 히트 펌프의 제상 사이클 회로에 의해 히트 펌프의 공기냉매 열교환기가 제상되므로, 간단한 회로 구성으로 히트 펌프의 공기냉매 열교환기를 제상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기는 히트 펌프의 제상시 히터가 온되어, 히 터에 의해 가열된 물이 급탕 배관으로 공급되므로, 히트 펌프의 제상 운전 도중에도 급탕 배관이 플로워 등의 열수요처를 계속하여 난방시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기는 히터에 의해 가열된 물이 급탕 배관을 통과한 후 수냉매 열교환기로 유입되어, 수냉매 열교환기의 열교환 성능이 향상되고, 공기냉매 열교환기의 제상 성능이 향상되는 이점이 있다.
본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기는 히터에 의해 가열된 물이 급탕 배관을 바이패스하여 급탕 배관과 열교환없이 수냉매 열교환기로 유입되므로, 수냉매 열교환기의 열교환성능이 극대화되고, 공기냉매 열교환기의 제상 성능이 보다 향상되는 이점이 있다.
본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기의 제어 방법은, 히트 펌프의 난방 운전 도중에 제상 조건이 만족하면, 히트 펌프를 제상 운전시킴과 아울러 히터를 온시켜, 히터에 의해 가열된 물이 히트 펌프의 제상 운전 도중에 급탕 배관을 가열되게 할 수 있어 히트 펌프 급탕기의 난방 성능을 높일 수 있고, 히터에 의해 가열된 물이 수냉매 열교환기의 열교환 성능을 높이게 할 수 있어 히트 펌프 급탕기의 제상 시간을 단축시킬 수 있는 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 난방 운전시 상세 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 제상 운전시 상세 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 물 순환 회로의 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 순환회로(4)를 포함한다.
히트 펌프(2)는 압축기(6)와, 수냉매 열교환기(20)와, 팽창기구(30)와, 공기냉매 열교환기(40)와, 사방밸브(50)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.
수냉매 열교환기(20)는 압축기(6)에서 압축된 고온 고압의 기상 냉매와 물 순환회로(4)의 물이 열교환되거나 팽창기구(30)에서 팽창된 저온 저압의 냉매가 물순환회로(4)의 물이 열교환되는 열교환기로서, 냉매가 통과하면서 응축되거나 증발되는 냉매 유로(22)가 형성되고, 물 순환회로(4)의 일부가 냉매 유로(22)와 열교환되게 형성된다.
수냉매 열교환기(20)는 냉매 유로(22)가 압축기(6)측과 냉매배관(23)으로 연결됨과 아울러 팽창기구(30)와 냉매배관(24)으로 연결된다.
팽창기구(30)는 수냉매 열교환기(20)의 응축유로(22)와 공기냉매 열교환기(40) 사이를 통과하는 냉매를 팽창하거나 차단하는 일종의 가변 팽창기구로서, 냉매량을 조절할 수 있도록 개도값이 가변되는 LEV 등의 전자팽창밸브로 이루어진다.
공기냉매 열교환기(40)는 팽창기구(30)를 통과하면서 팽창된 냉매가 주변의 열을 흡수하면서 증발되거나 압축기(6)에서 압축된 고온 고압의 기상 냉매가 응축되는 열교환기로서, 팽창기구(30)와 냉매배관(41)으로 연결되고, 압축기(6)측과 냉매배관(42)으로 연결된다.
공기냉매 열교환기(40)는 냉매가 물 등의 유체와 열교환되는 열교환기로 구성되는 것도 가능하고, 냉매가 실외의 공기와 열교환되는 열교환기로 구성되는 것도 가능하다.
공기냉매 열교환기(40)는 냉매가 물 등의 유체와 열교환될 경우 공기냉매 열교환기(40) 자체의 구성이 복잡하고 공기냉매 열교환기(40)로 물 등을 공급하기 위한 별도의 급수기구가 필요한 반면에, 냉매가 실외의 공기와 열교환될 경우, 공기냉매 열교환기(40)로 실외 공기를 송풍시키는 실외팬이 필요하게 되는 바, 이하 공기냉매 열교환기(40)로 실외 공기를 송풍시키는 실외팬(46)이 설치되고, 공기냉매 열교환기(40)가 공기냉매 열교환기로 이루어진 것으로 설명한다.
사방밸브(50)는 히트 펌프(2)의 난방시 압축기(6)에서 압축된 냉매를 수냉매 열교환기(20)로 보내고 공기냉매 열교환기(40)에서 증발된 냉매를 압축기(6)로 보내고, 히트 펌프(2)의 제상시 압축기(6)에서 압축된 냉매를 공기냉매 열교환기(40)로 보내고 수냉매 열교환기(20)를 통과한 냉매를 압축기(6)로 보낸다.
사방밸브(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 냉매 유로(22)와 수냉매 열교환기 연결배관인 냉매배관(23)으로 연결되고, 공기냉매 열교환기(40)와 공기냉매 열교환기 연결배관인 냉매배관(42)으로 연결된다.
즉, 히트 펌프(2)는 도 2에 도시된 바와 같이, 압축기(6)에서 압축된 냉매가 수냉매 열교환기(20)와 팽창기구(30)와 공기냉매 열교환기(40)와 압축기(6)의 순서로 순환되는 난방 사이클 회로와, 도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(2)에서 압축된 냉매가 공기냉매 열교환기(40)와 팽창기구(30)와 수냉매 열교환기(20)와 압축기(2)의 순서로 순환되는 제상 사이클 회로를 갖는다.
사방밸브(50)의 난방 운전시, 압축기(6)에서 압축된 냉매는 수냉매 열교환기(20)와 팽창기구(30)와 공기냉매 열교환기(40)를 통과한 후 압축기(6)로 순환되고, 이때, 수냉매 열교환기(20)는 냉매를 응축하는 응축부로 기능하며, 공기냉매 열교환기(40)는 냉매를 증발시키는 증발부로 기능한다.
반면에, 사방밸브(50)의 제상 운전시, 압축기(6)에서 압축된 냉매는 공기냉매 열교환기(40)와 팽창기구(30)와 수냉매 열교환기(20)를 통과한 후 압축기(6)로 순환되고, 이때 공기냉매 열교환기(40)는 냉매를 응축하는 응축부로 기능하고, 수냉매 열교환기(20)는 냉매를 증발시키는 증발부로 기능한다.
즉, 히트 펌프(2)는 압축기(6)가 구동되고, 사방밸브(50)가 난방 운전로 절환되며, 팽창기구(30)의 개도가 조절되면, 압축기(6)에서 냉매가 압축되고, 압축된 냉매가 수냉매 열교환기(20)의 응축유로(12)를 통과하면서 수냉매 열교환기(20)로 열을 방출하면서 응축되며, 응축된 냉매가 팽창기구(30)를 통과하면서 팽창되고, 팽창된 냉매가 공기냉매 열교환기(40)를 통과하면서 증발된 후 압축기(6)로 순환되는 난방 사이클 회로로 갖는다.
반면에, 히트 펌프(2)는 압축기(6)가 구동되고, 사방밸브(50)가 냉방/제상 운전로 절환되며, 팽창기구(30)의 개도가 조절되면, 압축기(6)에서 냉매가 압축되고, 압축된 냉매가 공기냉매 열교환기(40)를 통과하면서 열을 방출하면서 응축되며, 응축된 냉매가 팽창기구(30)를 통과하면서 팽창되고, 팽창된 냉매가 수냉매 열교환기(20)의 응축유로(12)를 통과하면서 증발된 후 압축기(6)로 순환되는 제상 사이클 회로로 갖는다.
물 순환회로(4)는 수냉매 열교환기(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 순환회로(4)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 수냉매 열교환기(20)에 형성된 열 전달유로(70)와; 급탕 배관(60)과 열 전달유로(70)를 연결하는 급탕 배관-열 전달유로 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 급탕조 가열 배관이거나 실내의 플로워에 매설된 난방 배관 등으로 이루어지고, 이하 플로워에 설치된 난방 배관인 것으로 설명한다.
열 전달유로(70)는 물이 통과하면서 수냉매 열교환기(20)의 열을 주고받는 일종의 물 통로로서, 히트 펌프(2)의 난방 운전시 냉매 유로(22)와 크로스 플로우가 되게 형성된다.
급탕 배관-열 전달유로 연결배관(80)은 열 전달유로(70)의 입구와 급탕 배관(60) 출구 사이의 열 전달유로 입구배관(82)과, 열 전달유로(70)의 출구와 급탕 배관(60) 입구 사이의 열 전달유로 출구배관(84)을 포함한다.
물 순환회로(4)는 수냉매 열교환기(20)에 형성된 열 전달유로(70)의 물이 열 전달유로 출구배관(84)과, 급탕 배관(60)과, 열 전달유로 입구배관(82)을 차례로 통과하여 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)로 순환되도록 물을 펌핑시키는 펌프(90)를 더 포함한다.
펌프(90)는 열 전달유로 입구배관(82)과 열 전달유로 출구배관(84) 중 하나에 설치되고, 이하 열 전달유로 출구배관(84)에 설치된 것으로 설명한다.
물 순환회로(4)는 히터(100)를 더 포함한다.
히터(100)는 수냉매 열교환기(20)의 열이 부족하거나 쾌속 급탕의 경우, 수냉매 열교환기(20)와 별도로 물을 가열하거나, 히트 펌프(2)의 제상모드시 물을 가열하는 것으로서, 열 전달유로 입구배관(82)과 열 전달유로 출구배관(84) 중 하나에 설치되고, 이하, 수냉매 열교환기(20)를 통과한 후 급탕배관(60)을 향해 흐르는 물을 가열할 수 있도록 열 전달유로 출구배관(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 순환회로(4)는 물 순환회로(4)의 물 흐름을 감지하는 플로우 센서(120)를 더 포함한다.
물 순환회로(4)는 물이 수냉매 열교환기(20)와, 플로우 센서(120)와, 히터(100)와, 펌프(90)와, 급탕 배관(60)을 차례로 통과하도록 구성된다.
즉, 열 전달유로 출구배관(84)은 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)와 플로우 센서(120) 사이의 열 전달유로-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 순환회로(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.
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 수냉매 열교환기(20)를 제외한 압축기(6)와 팽창기구(30)와 공기냉매 열교환기(40)와 사방밸브(50) 등은 압축기(6) 구동 소음이 실내로 전달되지 않게 하면서 공기냉매 열교환기(40)로 실외 공기를 송풍할 수 있도록 실외 유닛(O)에 설치된다.
히트 펌프(2) 중 수냉매 열교환기(20)는 물이 통과하는 열 전달유로(70)가 구비되어 있으므로, 물이 동결되지 않도록 실외가 아닌 실내에 설치되는 것이 바람직하고, 급탕 유닛(H)에 설치된다.
히트 펌프(2)는 수냉매 열교환기(20)가 급탕 유닛(H)에 설치되고, 수냉매 열교환기(20)와 압축기(6)측을 연결하는 냉매배관(23)과, 수냉매 열교환기(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 실외기 샤시와, 실외기 샤시에 내부에 설치된 압축기(6)와 팽창기구(30)와 공기냉매 열교환기(40)와 사방밸브(50) 등을 포함한다.
물 순환회로(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) 등이 수냉매 열교환기(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 순환 회로(4)는 급탕 배관(60)이 난방시키고자 하는 실내의 플로워에 매설되고, 급탕배관(60)의 출구와 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70) 입구를 연결하는 열 전달유로 입구배관(82)이 급탕 유닛(H)을 관통하여 급탕 유닛(H)과 급탕 배관(60) 사이에 배치되고, 열 전달유로 출구배관(84) 특히 펌프-급탕배관 연결배관(88)이 급탕 유닛(H)을 관통하여 급탕 유닛(H)과 급탕 배관(60) 사이에 배치된다.
도 5는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 제어 블록도이다.
본 실시예에 따른 히트 펌프 급탕기는 히터(100)의 오작동 유무를 감지할 수 있는 히터 센서를 더 포함한다.
여기서, 히터 센서는 히터(100)를 통과한 물의 온도 즉, 히터(100)에서 급탕배관(40)으로 유출되는 물의 온도를 감지하는 히터출수온도센서(140)를 포함하여, 히트 펌프(2)의 구동 및 펌프(90)가 구동이고 히터(100) 가 온일 때 히터출수온도센서(140)의 감지 온도가 히트 펌프(2)의 구동 및 펌프(90)가 구동이고 히터(100) 오프일 때 히터출수온도센서(140)의 감지 온도 보다 설정치(예를 들면, 3℃) 이상 높으면 히터(100)가 정상인 것으로 판단하고, 그렇지 않으면 히터(100)가 오작동인 것으로 판단된다.
본 실시예에 따른 히트 펌프 급탕기는 열수요처 특히 급탕 배관(60)의 부하를 판단하기 위한 부하 감지센서를 더 포함한다.
부하 감지센서는 물 순환회로(4)를 통과하는 물 온도를 감지하는 온도센서로서, 급탕 배관(60)을 통과한 후 수냉매 열교환기(20)로 유입되는 물 즉, 급탕 배관(60)에서 수냉매 열교환기(20)로 이동되는 물의 온도를 감지하는 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)로 이루어진다.
수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)는 급탕 배관-열 전달유로 연결배관(80) 중 열 전달유로 입구배관(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, 열 전달유로 입구배관(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), 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142), 실내온도센서(160) 등의 감지에 따라 히트 펌프(2)와 물 순환회로(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 수냉매 열교환기 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 전기부품 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, 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)와 제어부(170) 사이의 전선 등의 케이블 길이가 최소화되도록 급탕유닛(H)에 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 제어부(170)는 히트 펌프(2)의 난방 운전 도중에 온도조절부(150)를 통해 제상 명령이 입력되거나, 공기냉매 열교환기(40)의 제상 여부를 판단하기 위해 공기냉매 열교환기(40)의 온도를 감지하는 제상 센서(미도시)의 온도가 설정치 미만이거나, 제상/응축기(40)를 주기적으로 제상시키기 위해 난방 운전의 적산 시간 등을 측정하는 타이머(180)의 측정 시간이 설정시간(예를 들면, 1시간)이 경과될 경우와 같이, 히트 펌프(2)의 난방 운전이 제상 조건이 만족하면, 히트 펌프(2)를 제상 운전로 구동한다.
그리고, 제어부(170)는 히트 펌프(2)의 제상 운전시, 히터(100)가 오프이면, 급탕 배관(60)을 통과한 물이 수냉매 열교환기(20)의 냉매 유로(22)를 통과하면서 수냉매 열교환기로 열을 빼앗긴 후 급탕 배관(60)으로 유입되어 플로워 등을 냉각시킬 수 있으므로, 수냉매 열교환기(20)의 냉매 유로(22)를 통과한 물이 히터(100)를 통과하면서 가열된 후 급탕 배관(60)으로 유입되어 플로워 등을 난방시킬 수 있도록 히터(100)를 온시킨다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 6은 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 순환회로(4)를 제어한다. 즉, 제어부(170)는 물 순환회로(4)로 물이 순환되게 펌프(90)를 구동시킨다. (S1)(S2)
펌프(90)의 구동시, 급탕 배관(60)의 물은 열 전달유로 입구배관(82)을 통과한 후 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)를 통과하고, 이후 열 전달유로 출구배관(84)을 통과하여 급탕 배관(60)으로 순환된다.
그리고, 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)는 물 순환회로(4) 특히, 급탕 배관(60)을 통과한 후 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)로 유입되는 물의 온도를 감지한다.
수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)는 감지된 온도를 제어부(170)로 출력하고, 제어부(170)는 감지된 온도에 따라 열수요처 특히 급탕 배관(60)의 급탕 부하를 판단한다.
여기서, 제어부(170)는 급탕 부하의 판단이 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)에서 감지된 물 온도와 실내 온도에 의해 이루어지는 바, 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)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 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)에서 감지된 물 온도와 온도조절부(150)의 실내 온도의 차가 큰 경우, 급탕 부하가 큰 것으로 판단하고, 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)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 사방밸브(50)를 난방 운전로 하고, 급탕 부하의 크기에 따라 히트 펌프(2) 특히 압축기(6) 및 팽창기구(30)를 구동한다.(S3)
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 제어시, 냉매는 압축기(6)와 수냉매 열교환기(20)와 팽창기구(30)와 공기냉매 열교환기(40)와 압축기(6)의 순서로 순환되는 난방 사이클 회로로 순환되고, 물 순환회로(4)의 물은 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)를 통과하면서 가열된 후 히터(100)와 펌프(90)를 차례로 통과하여 급탕 배관(60)으로 유입되고, 급탕 배관(60)을 통과하면서 주변으로 열을 방출한 후 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)로 순환된다.
한편, 제어부(170)는 상기와 같은 히트 펌프(2)의 난방 운전과 함께 히트 펌프(2)의 난방 운전 개시 이후에 히터(100)를 제어한다.
제어부(170)는 물이 초기에 신속하게 가열되도록 히트 펌프(2)의 구동과 함께 히터(100)를 온시키는 것도 가능하고, 히트 펌프(2)의 난방 운전에도 불구하고 물 온도가 설정시간(예를 들면, 10분) 이내에 급탕 부하에 대응하지 못할 경우이거나, 히트 펌프(2)의 난방 운전에 따른 물 온도의 상승 속도가 설정 속도 미만으로 늦을 경우 히터(100)를 온시키는 것도 가능하다.
제어부(170)는 상기와 같은 히터(100)의 온 이후에, 히터 오프 설정시간에 도달되거나 히트 펌프(2)의 난방 운전과 히터(100)의 온에 의해 급탕 부하가 해소되거나, 히트 펌프(2)의 난방 운전에 따른 물 온도의 상승 속도가 설정 속도 이상으로 빨라진 경우 히터(100)를 오프시킨다.
한편, 제어부(170)는 상기와 같은 히트 펌프(2)의 난방 운전 중 제상 조건이 만족되면, 히터(100)를 온시킴과 아울러 히트 펌프(2)를 제상 운전시킨다. 예를 들어, 타이머(180)에 적산된 히트 펌프(2)의 난방 운전 시간이 제상 개시 설정시간(예를 들면, 1시간)에 이르면, 제어부(170)는 히터(100)를 온시킴과 아울러 상기와 같은 히트 펌프(2)의 난방 운전을 정지하고, 제상 완료 설정시간(예를 들면, 10분) 동안 히터(100)를 온시킴과 아울러 히트 펌프(2)를 제상 운전시킨다.(S4)(S5)(S6)
즉, 제어부(170)는 히트 펌프(2)의 난방 운전 중에 구동 중이던 압축기(6)를 정지하고, 압축기 재구동 설정시간이 경과되면, 사방밸브(50)를 제상 운전로 절환함과 아울러 압축기(6)를 재구동한다.
상기와 같은 제어시, 냉매는 압축기(6)와 공기냉매 열교환기(40)와 팽창기구(30)와 수냉매 열교환기(20)와 압축기(6)의 순서로 순환되는 제상 사이클 회로로 순환되고, 물 순환회로(4)의 물은 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)를 통과하면서 수냉매 열교환기(20)로 열을 빼앗기고, 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)를 통과한 후 히터(100)를 통과하면서 히터(100)에 의해 가열된다.
히터(100)에 의해 가열된 물은 펌프(90)를 통과하여 급탕 배관(60)으로 유입 되고, 급탕 배관(60)을 통과하면서 주변으로 열을 방출하여 플로워 등의 열수요처를 난방시킨다. 즉, 급탕 배관(60)은 히트 펌프(2)의 제상 운전시에도 계속하여 플로워 등의 열수요처를 난방시킨다.
한편, 급탕 배관(60)을 통과한 물은 히터(100)에 의해 가열된 상태에서 플로워 등의 열수요처를 난방 시켰으므로, 급탕 배관(60)을 통과한 이후에도 적정 온도 범위를 유지하고 있고, 이후 수냉매 열교환기(20)의 열전달 유로(70)를 통과하면서 수냉매 열교환기(20)의 냉매 유로(22)를 통과하는 냉매로 열을 빼앗기는데, 이때, 물이 적정 온도 범위를 유지하고 있어 수냉매 열교환기(20)의 열교환 성능이 높기 때문에 수냉매 열교환기(20)의 증발 효율이 높고, 공기냉매 열교환기(40)의 열교환 성능도 높아 공기냉매 열교환기(40)의 응축 효율이 높기 때문에, 제상 시간이 단축된다.
반대로, 히트 펌프(2)의 제상 운전시 히터(100)가 오프이면, 수냉매 열교환기(20)의 열 전달 유로(70)를 통과한 물은 저온의 상태로 급탕 배관(60)으로 유입되어 급탕 배관(60) 및 플로워 등의 열수요처를 냉각시키므로 플로워 등의 열수요처의 열 손실이 상대적으로 크고, 이후 히터(100) 온의 경우 보다 저온의 상태로 수냉매 열교환기(20)의 열전달 유로(70)를 통과하면서 냉매로 열을 빼앗기는데, 이때 물이 히터(100) 온의 경우 보다 저온의 상태이므로 상대적으로 수냉매 열교환기(20)의 열교환 성능이 낮기 때문에 수냉매 열교환기(20)의 증발 효율이 낮고, 공기냉매 열교환기(40)의 열교환 성능도 낮아 공기냉매 열교환기(40)의 응축 효율이 낮기 때문에, 제상 시간이 장시간 소요된다.
한편, 상기와 같이, 히트 펌프(2)의 난방 운전과 히터(100)의 온 이후에 제 상 종료 조건이 만족되면, 히터(100)를 오프시키고, 히트 펌프(2)를 다시 난방 운전시킨다. 예를 들어, 타이머(180)에 적산된 제상 시간이 제상완료 설정시간(예를 들면, 10분)에 도달되면, 히터(100)를 오프시키고, 상기와 같은 히트 펌프(2)의 제상 운전을 정지하고, 히트 펌프(2)를 다시 난방 운전시킨다.(S7)(S8)(S9)
즉, 제어부(170)는 히트 펌프(2)의 제상 운전 중에 구동 중이던 압축기(6)를 정지하고, 압축기 재구동 설정시간이 경과되면, 사방밸브(50)를 난방 운전로 절환함과 아울러 압축기(6)를 재구동한다.
상기와 같은 히트 펌프(2)의 난방 운전 복귀시, 냉매는 압축기(6)와 수냉매 열교환기(20)와 팽창기구(30)와 공기냉매 열교환기(40)와 압축기(6)의 순서로 순환되는 난방 사이클 회로로 다시 순환되고, 물 순환회로(4)의 물은 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)를 통과하면서 가열된 후 히터(100)와 펌프(90)를 차례로 통과하여 급탕 배관(60)으로 유입되고, 급탕 배관(60)을 통과하면서 주변으로 열을 방출한 후 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)로 순환된다.
한편, 제어부(170)는 상기와 같은 구동 이후에 급탕 부하의 변동에 따라 압축기(6)와 팽창기구(30)와 펌프(90)를 제어한다.
제어부(170)는 압축기(6)와 팽창기구(30)의 구동 중 후술하는 바와 같이 급탕 부하가 해소되면, 수냉매 열교환기(20)로 냉매가 순환되지 않게 히트 펌프(2)를 정지한다. 즉, 제어부(170)는 압축기(6)를 오프하고, 팽창기구(30)가 폐쇄되도록 팽창기구(30)를 제어한다.(S10)(S11)
여기서, 급탕 부하는, 실내온도센서(160)에서 감지된 실내온도가 온도조절부(150)에 설정된 실내 온도 이상인 경우, 해소된 것으로 판단되는 것도 가능하고, 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)에서 감지된 물 온도와 온도조절부(150)의 실내 온도의 차가 설정차 이내의 범위(즉, 실내의 실제 온도와 수냉매 열교환기(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 설정시간이 경과되면, 수냉매 열교환기(20)로 물이 순환되지 않게 물 순환회로(4)를 제어한다.
즉, 제어부(170)는 펌프(90)를 오프시킨다.(S12) 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.
도 7은 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 다른 실시예의 물 순환회로가 도시된 상세 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 다른 실시예의 제어 블록도이다.
본 실시예에 따른 히트 펌프 급탕기는, 펌프(90)를 통과한 물이 급탕 배관(60)을 바이패스 하여 수냉매 열교환기(20)의 열 전달 유로(22)로 유입될 수 있도록 설치된 급탕 배관 바이패스 수단(190)을 더 포함하고, 바이패스 수단(190) 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 일실시예와 동일하거나 유사하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
급탕 배관 바이패스 수단(190)은 펌프(90)와 급탕 배관(60) 사이에 설치되고 제어부(170)에 의해 제어되는 바이패스 밸브(192)와, 바이패스 밸브(90)과 수냉매 열교환기(20) 열전달 유로(22) 입구를 연결하는 바이패스 배관(194)을 포함한다.
바이패스 밸브(192)는 펌프-급탕배관 연결배관(88)에 설치되고, 바이패스 배관(194)이 연결된 삼방밸브로 이루어진다.
바이패스 배관(194)은 일단이 바이패스 밸브(192)에 연결되고 타단이 열 전달유로 입구배관(82)에 연결되되, 바이패스 배관(194)을 통과한 물의 온도가 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)에서 감지될 수 있도록 열 전달유로 입구배관(82) 중 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)와 급탕 배관(40) 사이에 연결된다.
제어부(170)는 히트펌프(2)의 난방 운전시 바이패스 밸브(192)를 급탕 배관 공급 모드로 제어하고, 히트펌프(2)의 제상 운전시 바이패스 밸브(192)를 수냉매 열교환기 공급 모드로 제어한다.
제어부(170)는 히트펌프(2)의 제상 운전 개시시, 바이패스 밸브(192)를 수냉매 열교환기 공급 모드로 제어하고, 히트 펌프(2)의 제상 운전 완료와 동시에 바이패스 밸브(192)를 급탕 배관 공급 모드로 제어하는 것도 가능하고 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)에서 감지된 물 온도가 설정 온도 이상이면 바이패스 밸브(192)를 급탕 배관 공급 모드로 제어하는 것도 가능하다.
여기서, 설정 온도는, 바이패스 밸브(192) 및 바이패스 배관(194)을 통해 급탕 배관(60)을 바이패스 하는 물이, 급탕 배관(60)을 가열하기 충분한 온도인지를 판단하기 위한 기준 온도이다.
도 9는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기의 제어 방법 다른 실시예의 순서도이다.
본 실시예에 따른 히트 펌프 급탕기의 제어 방법은, 도 9에 도시된 바와 같이, 사용자 등이 온도조절부(150)를 조작하여 급탕 명령을 입력함과 아울러 희망 실내온도 등을 입력하면, 제어부(170)는 온도조절부(150)의 조작에 따라 물 순환회로(4)를 제어한다. 즉, 제어부(170)는 물 순환회로(4)로 물이 순환되게 펌프(90)를 구동시키고, 바이패스 밸브(192)를 급탕 배관 공급 모드로 제어한다.(S1)(S2)
펌프(90)의 구동시, 급탕 배관(60)의 물은 열 전달유로 입구배관(82)을 통과한 후 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)를 통과하고, 이후 열 전달유로 출구배관(84) 특히 바이패스 밸브(192)를 통과하여 급탕 배관(60)으로 순환된다.
그리고, 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)는 물 순환회로(4) 특히, 급탕 배관(60)을 통과한 후 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)로 유입되는 물의 온도를 감지한다.
수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)는 감지된 온도를 제어부(170)로 출력하고, 제어부(170)는 감지된 온도에 따라 열수요처 특히 급탕 배관(60)의 급탕 부하를 판단하며, 이하, 급탕 부하의 판단과 그에 따른 히트 펌프(2)의 난방 운전은 본 발명 일실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
즉, 제어부(170)는 사방밸브(50)를 난방 운전로 하고, 급탕 부하의 크기에 따라 히트 펌프(2) 특히 압축기(6) 및 팽창기구(30)를 구동한다.(S3)
상기와 같은 제어시, 냉매는 압축기(6)와 수냉매 열교환기(20)와 팽창기구(30)와 공기냉매 열교환기(40)와 압축기(6)의 순서로 순환되는 난방 사이클 회로로 순환되고, 물 순환회로(4)의 물은 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)를 통과하면서 가열된 후 히터(100)와 펌프(90)와 바이패스 밸브(192)를 차례로 통과하여 급탕 배관(60)으로 유입되고, 급탕 배관(60)을 통과하면서 주변으로 열을 방출한 후 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)로 순환된다.
한편, 제어부(170)는 상기와 같은 히트 펌프(2)의 난방 운전과 함께 히트 펌프(2)의 난방 운전 개시 이후에 히터(100)를 제어할 수 있고, 히트 펌프(2)의 난방 운전 도중에 히터(100)를 온/오프시키는 제어는 본 발명 일실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 제어부(170)는 상기와 같은 히트 펌프(2)의 난방 운전 중 제상 조건이 만족되면, 히터(100)를 온시킴과 아울러 히트 펌프(2)를 제상 운전시킨다. 예를 들어, 타이머(180)에 적산된 히트 펌프(2)의 난방 운전 시간이 제상 개시 설정시간(예를 들면, 1시간)에 이르면, 제어부(170)는 히터(100)를 온시킴과 아울러 상기와 같은 히트 펌프(2)의 난방 운전을 정지하고, 히터(100)를 온시키고, 바이패스 밸브(192)를 수냉매 열교환기 공급 모드로 제어하며, 히트 펌프(2)를 제상 운전시킨다.(S4)(S5′)(S6)
즉, 제어부(170)는 히트 펌프(2)의 난방 운전 중에 구동 중이던 압축기(6)를 정지하고, 압축기 재구동 설정시간이 경과되면, 사방밸브(50)를 제상 운전로 절환함과 아울러 압축기(6)를 재구동한다.
상기와 같은 제어시, 냉매는 압축기(6)와 공기냉매 열교환기(40)와 팽창기구(30)와 수냉매 열교환기(20)와 압축기(6)의 순서로 순환되는 제상 사이클 회로로 순환되고, 물 순환회로(4)의 물은 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)를 통과하면서 수냉매 열교환기(20)로 열을 빼앗기고, 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)를 통과한 후 히터(100)를 통과하면서 히터(100)에 의해 가열된다.
히터(100)에 의해 가열된 물은 펌프(90)를 통과한 바이패스 밸브(192)에 의해 바이패스 배관(194)으로 이동되어 급탕 배관(60)을 바이패스 하고, 즉, 급탕 배관(60)은 히트 펌프(2)의 제상 운전시 수냉매 열교환기를 통과하면서 열을 빼앗긴 저온의 물이 유입되지 않는다.
한편, 바이패스 배관(194)을 통과한 물은 히터(100)에 의해 가열된 상태에서 수냉매 열교환기(20)의 열전달 유로(70)를 통과하면서 수냉매 열교환기(20)의 냉매 유로(22)를 통과하는 냉매로 열을 빼앗기는데, 이때, 물이 히터(100)에 의해 가열된 고온의 상태이므로, 수냉매 열교환기(20)의 열교환 성능이 높을 뿐만 아니라 수냉매 열교환기(20)의 증발 효율이 높고, 공기냉매 열교환기(40)의 열교환 성능도 높아 공기냉매 열교환기(40)의 응축 효율이 높기 때문에, 제상 시간이 단축된다.
한편, 상기와 같이, 히트 펌프(2)의 난방 운전과 히터(100)의 온 이후에 제상 종료 조건이 만족되면, 히터(100)를 오프시키고, 히트 펌프(2)를 다시 난방 운전시킨다. 예를 들어, 타이머(180)에 적산된 제상 시간이 제상완료 설정시간(예를 들면, 10분)에 도달되면, 히터(100)를 오프시키고, 상기와 같은 히트 펌프(2)의 제 상 운전을 정지하고, 히트 펌프(2)를 다시 난방 운전시킨다.(S7)(S8)(S9)
즉, 제어부(170)는 히트 펌프(2)의 제상 운전 중에 구동 중이던 압축기(6)를 정지하고, 압축기 재구동 설정시간이 경과되면, 사방밸브(50)를 난방 운전로 절환함과 아울러 압축기(6)를 재구동한다.
상기와 같은 히트 펌프(2)의 난방 운전 복귀시, 냉매는 압축기(6)와 수냉매 열교환기(20)와 팽창기구(30)와 공기냉매 열교환기(40)와 압축기(6)의 순서로 순환되는 난방 사이클 회로로 다시 순환되고, 물 순환회로(4)의 물은 수냉매 열교환기(20)의 열 전달유로(70)를 통과하면서 가열되고, 이후 히터(100)와 펌프(90)를 차례로 통과한 후 바이패스 밸브(192) 및 바이패스 배관(194)를 통과하면서 급탕 배관(60)을 바이패스하고, 수냉매 열교환기(2)의 열 전달유로(70)로 순환된다.
상기와 같은 순환시, 물 순환회로(4)의 물은 수냉매 열교환기(20)와의 열교환으로 온도가 상승되고, 제어부(170)는 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)에서 감지된 온도가 설정치 이상이면, 물이 충분히 가열된 것으로 판단하고 바이패스 밸브(192)를 급탕 배관 공급 모드로 절환한다.(S10′)(S11′)
여기서, 바이패스 밸브(192)가 물 온도와 무관하게 급탕 배관 공급 모드로 절환되게 되면, 급탕 배관(60)으로 저온의 물이 유입될 수 있고, 저온의 물이 급탕 배관(60)으로 유입될 경우 플로워 등의 열수요처 온도가 하강되어 난방 성능이 저하될 수 있는 바, 상기와 같이 수냉매 열교환기 물입구온도센서(142)에서 감지된 온도가 설정치 이상일 경우 바이패스 밸브(192)를 급탕 배관 공급 모드로 절환하면, 상기와 같은 난방 성능 저하를 방지할 수 있게 된다.
상기와 같은 바이패스 밸브(192)를 급탕 배관 공급 모드시, 수냉매 열교환기(20)의 열전달 유로(70)를 통과한 물은 히터(100)과 펌프(90)와 바이패스 밸브(192)를 차례로 통과하여 급탕 배관(60)으로 유입되고, 급탕 배관(60)으로 수냉매 열교환기(20)의 열을 전달한다. 급탕 배관(60)을 통과하면서 급탕 배관(60)으로 열을 빼앗긴 물은 이후 수냉매 열교환기(20)의 순환되고, 상기와 같은 물의 순환시 급탕 배관(60)은 승온된다.
한편, 제어부(170)는 상기와 같은 구동 이후에 급탕 부하의 변동에 따라 압축기(6)와 팽창기구(30)와 펌프(90)를 제어한다.
제어부(170)는 압축기(6)와 팽창기구(30)의 구동 중 후술하는 바와 같이 급탕 부하가 해소되면, 수냉매 열교환기(20)로 냉매가 순환되지 않게 히트 펌프(2)를 정지한다. 즉, 제어부(170)는 압축기(6)를 오프하고, 팽창기구(30)가 폐쇄되도록 팽창기구(30)를 제어한다.(S12′)(S13′)
이하, 급탕 부하의 해소와 그에 따른 압축기(6)의 오프 및 팽창기구(30)의 폐쇄는 본 발명 일실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
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 설정시간이 경과되면, 수냉매 열교환기(20)로 물이 순환되지 않게 물 순환회로(4)를 제어한다.
즉, 제어부(170)는 펌프(90)를 오프시킨다.(S14′)
한편, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않고, 제상 조건 및 제상종료 조건이 공기냉매 열교환기(40)에 설치된 제상 센서의 온도값에 따라 결정되어, 공기냉매 열교환기의 온도를 감지하는 제상 센서의 감지 온도가 설정치 미만 이면, 제상 운전을 실시하고, 제상 운전 실시 도중에 제상 센서의 감지 온도가 설정치 이상이면 제상 운전을 종료하는 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 난방 운전시 상세 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 제상 운전시 상세 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 물 순환 회로의 상세 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 일실시예의 제어 블록도,
도 6은 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기의 제어 방법 일실시예가 도시된 순서도,
도 7은 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 다른 실시예의 물 순환회로가 도시된 상세 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기 다른 실시예의 제어 블록도,
도 9는 본 발명에 따른 히트 펌프 급탕기의 제어 방법 다른 실시예의 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2: 히트 펌프 4: 물 순환회로
6: 압축기 20: 수냉매 열교환기
30: 팽창기구 40: 증발기
60: 급탕배관 70: 물 가열 유로
80: 열전달 유로-급탕배관 연결배관
82: 열전달 유로 입구배관 84: 열전달 유로 출구배관
90: 펌프 100: 히터
140: 히터 출수온도센서 142: 응축기/증발기 물입구센서
150: 온도조절부 170: 제어부
180: 타이머 190: 바이패스 수단
192: 바이패스 밸브 194: 바이패스 배관

Claims (11)

  1. 삭제
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 압축기와, 수냉매 열교환기와, 팽창기구와, 공기냉매 열교환기와, 사방밸브를 포함하는 히트 펌프와;
    물이 상기 수냉매 열교환기와 열교환된 후 히터와 급탕 배관을 차례로 통과하여 상기 수냉매 열교환기로 순환되게 형성되고 상기 물을 순환시키는 펌프를 포함하고, 물이 수냉매 열교환기와 히터와 펌프와 급탕 배관 순서로 흐르도록 구성된 물 순환 회로와;
    상기 히트 펌프의 제상 운전시 상기 히터를 온시키는 제어부를 포함하고,
    상기 펌프를 통과한 물이 상기 급탕 배관을 바이패스 하여 상기 수냉매 열교환기로 유입될 수 있도록 설치된 급탕 배관 바이패스 수단과;
    상기 수냉매 열교환기로 유입되는 물의 온도를 감지하는 수냉매 열교환기 물입구 온도 센서를 더 포함하며,
    상기 급탕 배관 바이패스 수단은 상기 펌프와 급탕 배관 사이에 설치되고 상기 제어부에 의해 제어되는 바이패스 밸브와, 상기 급탕 배관의 출구와 상기 수냉매 열교환기의 입구 사이를 연결하는 연결 배관과 상기 바이패스 밸브를 연결하는 바이패스 배관을 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 히트펌프의 난방 운전시 상기 바이패스 밸브를 급탕 배관 공급 모드로 제어하고,
    상기 히트펌프의 제상 운전시 상기 바이패스 밸브를 수냉매 열교환기 공급 모드로 제어하며,
    상기 제어부는 상기 바이패스 밸브를 수냉매 열교환기 공급 모드로 제어한 후, 상기 물입구 온도 센서에서 감지된 물의 온도가 설정치 이상이면, 상기 바이패스 밸브를 급탕 배관 공급 모드로 제어하는 히트 펌프 급탕기.
  6. 급탕 배관의 부하에 따라 펌프를 구동시키고, 히트 펌프를 난방 운전시키는 히트 펌프 난방운전단계와;
    상기 펌프의 구동 및 히트 펌프의 난방 운전 도중에 제상 조건이 만족하면, 히트 펌프의 수냉매 열교환기와 물 순환 회로의 급탕 배관 사이의 히터를 온시키고 상기 히트 펌프를 제상 운전시키는 히터 온 제상단계와;
    상기 히터 온 제상단계 이후에 상기 히터를 오프시키고 상기 히트 펌프를 난방 운전시키는 제상 종료단계를 포함하고,
    상기 히터 온 제상단계는 상기 히터와 급탕 배관 사이의 바이패스 밸브를 상기 수냉매 열교환기 공급 모드로 제어하고,
    상기 바이패스 밸브는 상기 제상 종료단계 이후에 상기 수냉매 열교환기로 유입되는 물 온도가 설정치 이상이면, 급탕 배관 공급 모드로 제어되는 히트 펌프 급탕기의 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제상 조건은 상기 히트 펌프의 난방 운전 적산 시간이 제상개시 설정시간에 도달된 조건인 히트 펌프 급탕기의 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제상 종료단계는 상기 히터 온 제상단계 이후에 제상완료 설정시간에 도달되면 실시되는 히트 펌프 급탕기의 제어 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 히트 펌프는 냉매를 압축하는 압축기와; 냉매가 실외의 공기와 열교환되는 공기냉매 열교환기와; 상기 수냉매 열교환기와 공기냉매 열교환기의 사이를 통과하는 냉매를 팽창시키는 팽창기구와; 상기 히트 펌프의 난방 운전과 제상 운전을 절환하는 사방밸브를 더 포함하고,
    상기 제상 조건은 상기 공기냉매 열교환기의 온도를 감지하는 제상 센서의 감지 온도가 설정치 미만인 조건인 히트 펌프 급탕기의 제어 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 히트 펌프는 냉매를 압축하는 압축기와; 냉매가 실외의 공기와 열교환되는 공기냉매 열교환기와; 상기 수냉매 열교환기와 공기냉매 열교환기의 사이를 통과하는 냉매를 팽창시키는 팽창기구와; 상기 히트 펌프의 난방 운전과 제상 운전을 절환하는 사방밸브를 더 포함하고,
    상기 제상 종료단계는 상기 히터 온 제상단계 이후에 상기 공기냉매 열교환기의 온도를 감지하는 제상 센서의 감지 온도가 설정치 이상이면 실시되는 히트 펌프 급탕기의 제어 방법.
  11. 삭제
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