KR101507454B1 - 히트펌프 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압축기, 제1열교환기를 가지는 실외기와, 제2열교환기 및 팽창밸브를 가지고 기류식 냉방 및 난방 운전을 수행하는 실내기와, 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 사이에 연결되고 냉수 및 온수 운전에 따라 냉매의 흐름 방향이 변경되는 하이드로 유닛을 가지는 히트펌프의 제어 방법에 있어서, 온수 운전 및 기류식 난방 운전이 함께 선택되는지 판단하고, 온수 운전 및 기류식 난방 운전이 함께 선택되면 하이드로 유닛에 마련된 밸브의 개도를 조절하여 압축기로부터 하이드로 유닛 및 실내기에 각각 공급되는 냉매량을 조절한다.
또한 온수 운전 및 기류식 냉방 운전이 함께 선택되는지 판단하고, 온수 운전 및 기류식 냉방 운전이 함께 선택되면 제1유량조절밸브의 개도를 조절하여 실내기로부터 하이드로 유닛 및 실외기의 제1열교환기에 각각 공급되는 냉매량을 제어한다.
본 발명은 기류식 냉난방 운전, 냉온수 운전이 하나의 제어기의 제어되기 때문에 히트펌프의 사용성을 향상시킬 수 있다. 또한 하나의 실외기에 실내기와 하이드로 유닛을 병렬로 연결하고 필요에 따라 기류식 냉난방 운전, 냉온수 운전 중 적어도 하나의 운전을 선택할 수 있어 범용성이 뛰어나다. 이에 따라 계절에 영향을 받지 않고 사용자의 의지대로 온수를 사용할 수 있어 매우 편리하다.

Description

히트펌프 및 그 제어 방법{Heat pump and method for controlling the same}
본 발명은 냉난방 및 온수 공급을 수행하는 히트펌프 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
히트펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치로, 구동 방식에 따라 전기식(EHP; Electric Heat Pump)과 엔진식(GHP; Gas Heat Pump), 열원에 따라 공기열원식, 수열원식(폐열원식), 지열원식(GSHPs; Ground Source Heat Pumps) 등으로 구분되고, 열 공급방식에 따라 온풍식, 냉풍식, 온수식, 냉수식, 펌프의 이용 범위에 따라 난방, 냉방, 제습 및 냉난방 겸용 등으로 구분된다. 이들은 모두 냉매의 냉동 사이클 순환을 이용하여 냉난방을 수행한다.
히트펌프는 제1 열교환기, 제2 열교환기, 압축기, 사방밸브, 팽창밸브, 실외팬, 실내팬을 가진다. 이러한 히트 펌프는 난방 운전을 수행하는 경우 압축기에서 보내 온 고온고압의 냉매를 제2 열교환기로 보내 높은 온도의 열을 온도가 낮은 바깥쪽으로 방출하도록 함으로써 난방을 수행하고, 냉방 운전을 수행하는 경우 냉매의 기화, 액화 시 생기는 상변화에 의한 증발잠열을 이용하여 열을 저온측에서 고온 측으로 전달함으로써 냉방을 수행한다.
이러한, 히트 펌프는 팬을 이용하여 열교환기 주변의 열을 교환함으로써 기류식으로 열을 흡수 또는 발산시키는 구조를 갖는다.
히트펌프는 실내에 대한 냉방이나 난방을 수행할 뿐 온수공급 기능을 갖지 못하여 그 범용성이 떨어지는 문제점을 가지고 있었다. 이에 따라 온수의 공급이 가능한 히트펌프가 개발되었다.
온수 공급이 가능한 히트 펌프는 물-냉매 열교환기를 통해 온수를 제조하고, 제조된 온수를 급탕하거나 난방수로 활용한다.
여기서 온수를 난방수로 활용하는 것은 온수를 바닥난방, 팬 코일 또는 라디에이터 등의 다양한 난방기기에 공급하여 일정 영역이 난방되도록 하는 것이다.
즉, 히트펌프는 실내 공기를 높게 하거나 낮게 하여 기류 냉난방을 수행할 뿐만 아니라 물의 온도를 높게 혹은 낮게 하여 온수와 냉수를 만들고 이렇게 만들어진 온수와 냉수를 이용하여 냉난방을 수행한다.
하지만 이러한 히트 펌프는 기류식 실내기를 이용하여 기류 난방을 수행하는 경우 실내 공기의 성층화가 발생되고, 이로 인해 사용자는 난방 운전 시 뜨거운 공기에 의해 불쾌감을 느끼게 되고 난방 운전 정지 시 추위를 빨리 느끼게 된다.
즉 이러한 히트 펌프는 체감 난방의 효율성이 낮은 문제가 있다.
또한 히트 펌프는 온수를 이용하여 바닥난방과 같은 복사 난방을 수행하는 경우 보일러와 동일한 복사 난방으로 체감 난방에 있어서 그 효과는 우수하지만 바닥난방이 되기까지 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
본 발명의 일 측면은 공기의 열교환을 이용한 기류 냉난방 운전, 물의 열교환을 이용한 냉온수 운전, 복합 운전(기류 냉난방 운전과 냉온수 운전) 중 어느 하나의 운전을 수행함으로써 기류 난방 및 복사 난방을 동시에 수행하고, 기류 냉방 및 온수를 동시에 공급하는 히트펌프 및 그 제어 방법을 제공한다.
다른 측면은 기류 난방 및 냉수를 동시에 공급하고, 기류 냉방 및 냉수를 동시에 공급하는 히트펌프 및 그 제어 방법을 제공한다.
또 다른 측면은 기류식 난방 운전 및 온수 운전 시 하이드로 유닛에 마련된 유량조절밸브의 개도를 조절하여 최대 용량 이하로 운전하는 히트펌프 및 그 제어 방법을 제공한다.
또 다른 측면은 기류식 냉방 운전 및 온수 운전 시 실외기에 마련된 유량조절밸브의 개도를 조절하여 온수의 온도를 유지하는 히트펌프 및 그 제어 방법을 제공한다.
또 다른 측면은 기류식 난방 운전 및 냉수 운전 시 실외기에 마련된 팽창밸브의 개도를 조절하여 과열도를 제어하는 히트펌프 및 그 제어 방법을 제공한다.
또 다른 측면은 기류식 냉방 운전 및 냉수 운전 시 하이드로 유닛에 마련된 팽창밸브의 개도를 조절하여 최대 용량 이하로 운전하는 히트펌프 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 측면에 따른 히트펌프의 제어 방법은 압축기, 제1열교환기를 가지는 실외기와, 제2열교환기 및 팽창밸브를 가지고 기류식 냉방 및 난방 운전을 수행하는 실내기와, 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 사이에 연결되고 냉수 및 온수 운전에 따라 냉매의 흐름 방향이 변경되는 하이드로 유닛을 가지는 히트펌프의 제어 방법에 있어서, 온수 운전 및 기류식 난방 운전이 함께 선택되는지 판단하고, 온수 운전 및 기류식 난방 운전이 함께 선택되면 하이드로 유닛에 마련된 밸브의 개도를 조절하여 압축기로부터 하이드로 유닛 및 실내기에 각각 공급되는 냉매량을 조절한다.
하이드로 유닛에 마련된 밸브의 개도를 제어하는 것은, 실내기의 용량을 확인하고, 실내기의 용량에 대응되는 하이드로 유닛의 밸브의 개도를 선택하고, 선택된 개도로 하이드로 유닛에 마련된 밸브의 개도를 조절하는 것을 포함한다.
히트펌프의 제어 방법은, 실외 온도를 검출하고, 실외 온도에 기초하여 선택된 개도를 보정하는 것을 더 포함한다.
히트펌프의 제어 방법은, 실내 온도를 검출하고, 실내기의 목표 온도를 확인하고, 실내 온도와 목표 온도의 온도차를 산출하고, 온도차에 기초하여 실내기의 용량을 보정하는 것을 더 포함한다.
하이드로 유닛의 밸브의 개도를 조절하는 것은, 실내기의 용량이 클 수록 하이드로 유닛의 밸브의 개도를 작게 조절하는 것을 포함한다.
히트펌프의 제어 방법은, 실내기를 통해 냉풍이 토출되는 냉풍 토출 조건인지 판단하고, 냉풍 토출 조건이면 하이드로 유닛의 밸브를 최소 개도로 조절하는 것을 더 포함한다.
냉풍 토출 조건인지 판단하는 것은, 실외기의 고압부의 압력을 검출하고, 검출된 압력이 설정 고압 미만이면 냉풍 토출 조건이라고 판단하는 것을 포함한다.
냉풍 토출 조건인지 판단하는 것은, 하이드로 유닛에서 유출되는 유출수의 온도를 검출하고, 유출수의 온도가 제1설정 온도 미만이면 냉풍 토출 조건이라고 판단하는 것을 포함한다.
히트펌프의 제어 방법은, 온수 운전만 선택되면 하이드로 유닛의 밸브의 개도를 최대 개도로 조절하여 실내기에 공급되는 냉매를 차단하는 것을 더 포함한다.
히트펌프의 제어 방법은, 기류식 냉방 운전과 냉수 운전이 함께 선택되는지 판단하고, 기류식 냉방 운전과 냉수 운전이 함께 선택되면 하이드로 유닛의 밸브의 개도를 조절하여 압축기 흡입 측의 저압을 제어하는 것을 더 포함한다.
히트펌프의 제어 방법은, 온수 운전이 선택되면 압축기의 토출 측과 하이드로 유닛 사이에 마련된 제1전자밸브를 개방 제어하고, 냉수 운전이 선택되면 압축기의 흡입 측과 하이드로 유닛 사이에 마련된 제2전자밸브를 개방 제어하고, 기류식 냉방 및 난방 운전 중 어느 하나의 운전이 선택되면 압축기와 실내기 사이에 마련된 제3전자밸브를 개방 제어하는 것을 더 포함한다.
히트펌프의 제어 방법은, 수 운전 및 기류식 난방 운전이 함께 선택되면 실외기에 마련된 밸브를 제어하여 제1열교환기에 공급되는 냉매의 압력을 강하시키는 것을 더 포함한다.
다른 측면에 따른 히트 펌프의 제어 방법은, 압축기, 제1열교환기를 가지는 실외기와, 제2열교환기 및 팽창밸브를 가지고 기류식 냉방 및 난방 운전을 수행하는 실내기와, 압축기, 제1열교환기 및 팽창밸브 사이에 연결되고 냉수 및 온수 운전에 따라 냉매의 흐름 방향이 변경되는 하이드로 유닛을 가지는 히트펌프의 제어 방법에 있어서, 온수 운전 및 기류식 냉방 운전이 함께 선택되는지 판단하고, 온수 운전 및 기류식 냉방 운전이 함께 선택되면 실외기에 마련된 밸브의 개도를 조절하여 실내기로부터 하이드로 유닛 및 실외기의 제1열교환기에 각각 공급되는 냉매량을 제어한다.
히트 펌프의 제어 방법은, 기류식 냉방 운전만 선택되면 실외기에 마련된 밸브의 개도를 최대 개도로 조절하여 하이드로 유닛에 공급되는 냉매를 차단하는 것을 더 포함한다.
실외기에 마련된 밸브의 개도를 조절하는 것은, 하이드로 유닛에 유입되는 유입수의 온도를 검출하고, 검출된 유입수의 온도와 미리 설정된 유입수의 온도를 비교하여 온도차를 산출하고, 온도차에 대응되는 개도를 선택하고, 선택된 개도로 실외기의 밸브의 개도를 조절하는 것을 포함한다.
실외기에 마련된 밸브의 개도를 조절하는 것은, 하이드로 유닛에서 유출되는 유출수의 온도를 검출하고, 검출된 유출수의 온도와 미리 설정된 유출수의 온도를 비교하여 온도차를 산출하고, 온도차에 대응되는 개도를 선택하고, 선택된 개도로 실외기의 밸브의 개도를 조절하는 것을 포함한다.
실외기의 밸브의 개도를 조절하는 것은, 온도차가 클수록 실외기의 밸브의 개도를 작게 조절한다.
실외기의 밸브의 개도를 조절하는 것은, 하이드로 유닛을 통해 토출되는 온수가 미리 설정된 기준 온도 미만의 온수 토출 조건인지 판단하고, 기준 온도 미만의 온수 토출 조건이면 실외기의 밸브를 최소 개도로 조절하는 것을 포함한다.
기준 온도 미만의 온수 토출 조건인지 판단하는 것은, 압축기의 토출 측의 압력을 검출하고, 검출된 압력이 설정 고압 미만이면 기준 온도 미만의 온수 토출 조건이라고 판단한다.
기준 온도 미만의 온수 토출 조건인지 판단하는 것은, 하이드로 유닛에서 유출되는 유출수의 온도를 검출하고, 유출수의 온도가 제2설정 온도 미만이면 기준 온도 미만의 온수 토출 조건이라고 판단하는 것을 포함한다.
히트펌프의 제어 방법은 기류식 난방 운전 및 냉수 운전이 함께 선택되는지 판단하고, 기류식 난방 운전 및 냉수 운전이 함께 선택되면 실외기에 마련된 밸브의 개도와 하이드로 유닛에 마련된 밸브의 개도를 조절하여 과열도를 제어하는 것을 더 포함한다.
또 다른 측면에 따른 히트 펌프는, 압축기 및 제1열교환기를 가지는 실외기와, 제2열교환기 및 팽창밸브를 가지고 기류식 냉방 및 난방 운전을 수행하는 실내기와, 압축기, 제1열교환기 및 팽창밸브에 연결된 제3열교환기를 가지고 냉수 및 온수 운전을 수행하는 하이드로 유닛을 가지는 히트펌프에 있어서, 실외기에 마련된 제1유량조절밸브; 제1유량조절밸브와 팽창밸브 사이에 마련된 제1냉매관; 압축기와 하이드로 유닛 사이에 마련된 제2냉매관; 제1냉매관과 하이드로 유닛 사이에 마련된 제3냉매관; 제3냉매관에 마련된 제2유량조절밸브; 기류식 냉방 운전 및 온수 운전이 함께 선택되면 제1유량조절밸브의 개도를 조절하고, 기류식 난방 운전 및 온수 운전이 함께 선택되면 제2유량조절밸브의 개도를 조절하는 제어기를 포함한다.
히트펌프는 압축기의 토출 측과 하이드로 유닛 사이의 냉매관에 마련되고 온수 운전 시에만 개방되는 제1전자밸브; 압축기의 흡입 측과 하이드로 유닛 사이의 냉매관에 마련되고 냉수 운전 시에만 개방되는 제2전자밸브; 실내기와 실외기 사이의 냉매관에 마련되고 냉수 운전 또는 온수 운전만 수행 시에는 폐쇄되는 제3전자밸브를 더 포함한다.
실외기는, 기류식 냉방 운전 또는 냉수 운전 시 냉매의 흐름을 바이패스시키는 제4전자밸브를 더 포함한다.
제어기는, 기류식 난방 운전과 냉수 운전이 함께 선택되면 제4전자밸브를 폐쇄 제어하고, 제1유량조절밸브 및 제2유량조절밸브의 개도를 조절하여 과열도를 제어한다.
제어기는, 기류식 냉방 운전과 냉수 운전이 함께 선택되면 압축기의 흡입 측 압력에 기초하여 제2유량조절밸브의 개도를 조절한다.
제어기는, 압축기의 흡입 측 압력이 설정 저압 미만이면 제2유량조절밸브의 개도를 조절하여 과열도를 제어하고, 설정 저압 이상이면 제2유량조절밸브를 폐쇄 제어한다.
제어기는, 실내기의 용량을 확인하고, 실내기의 용량에 대응되는 제2유량조절밸브의 개도를 선택하고, 선택된 개도로 제2유량조절밸브의 개도를 조절한다.
제어기는, 기류식 난방 운전 시 미리 설정된 기준 고압이 유지되도록 선택된 제2유량조절밸브의 개도를 미세 조절한다.
제어기는, 하이드로 유닛 내의 물의 온도와 미리 설정된 물의 온도의 온도차를 산출하고 온도차에 대응되는 제1유량조절밸브의 개도를 선택하고, 선택된 개도로 제1유량조절밸브의 개도를 조절한다.
제어기는, 기류식 냉방 운전 시 미리 설정된 기준 저압이 유지되도록 선택된 제1유량조절밸브의 개도를 미세 조절한다.
제어기는, 온수 운전만 선택되면 제2유량조절밸브의 개도를 최대 개도로 조절하고, 기류식 냉방 운전만 선택되면 제1유량조절밸브의 개도를 최대 개도로 조절한다.
제1유량조절밸브는 기류식 난방 운전 시 제1열교환기에 공급되는 냉매의 압력을 강하시키고, 제2유량조절밸브는 냉수 운전 시 제3열교환기에 공급되는 냉매의 압력을 강하시키고, 팽창밸브는 기류식 냉방 운전 시 제2열교환기에 공급되는 냉매의 압력을 강하시킨다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기류식 냉난방 운전, 냉온수 운전이 하나의 제어기의 제어되기 때문에 히트펌프의 사용성을 향상시킬 수 있다.
하나의 실외기에 실내기와 하이드로 유닛을 병렬로 연결하고 필요에 따라 기류식 냉난방 운전, 냉온수 운전 중 적어도 하나의 운전을 선택할 수 있어 범용성이 뛰어나다. 이에 따라 계절에 영향을 받지 않고 사용자의 의지대로 기류의 냉난방과 냉온수를 사용할 수 있어 매우 편리하다.
또한 공기를 이용한 기류식 냉난방 운전을 수행함으로써 빠른 시간 내에 실내 공간의 공기를 변화시킬 수 있고, 난방 운전 시 기류식으로 난방운전을 수행한 후 복사식으로 난방 운전을 수행함으로써 더운 실내 공기로 인한 불쾌감을 없앨 수 있으며, 여름철에 기류 냉방을 하면서 온수 제공이 가능하도록 하여 폐열의 회수를 통한 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 저렴한 비용으로 기류식 냉난방의 히트펌프와 냉온수 히트펌프를 동시에 설치한 효과를 볼 수 있다.
또한 체감 냉난방의 불량이 발생하지 않도록 기류식 냉난방 운전을 제어하고 부가적인 열원을 활용하여 냉온수 운전을 수행함으로써 적은 설치비용 및 운전 비용으로 쾌적한 냉난방 및 온수 제공을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 제어 구성도이다.
도 4 및 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 제어 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 제어 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트펌프의 구성도이다..
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트펌프의 기류식 난방 운전 및 온수 운전 시 냉매 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히프펌프의 기류식 난방 운전 및 온수 운전 시 제어 순서도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히프펌프의 기류식 냉방 운전 및 온수 운전 시 냉매 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히프펌프의 기류식 냉방 운전 및 온수 운전 시 제어 순서도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히프펌프의 냉매 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 히트펌프의 구성도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 히트 펌프의 상세 구성도로, 히트펌프는 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(Hydro Unit: 300), 제어기(400)를 포함한다.
히트펌프는 실외에 설치된 실외기(100), 실내 공간에 설치되어 냉난방 운전을 수행하여 실내 공간의 공기를 기류식으로 냉난방하는 실내기(200)와, 냉온수 운전을 수행하여 냉온수를 생성하고 이 중 온수를 이용하여 실내 공간의 바닥을 복사식으로 난방하는 하이드로 유닛(300)과, 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(300)의 구동을 제어하는 제어기(400)를 포함한다.
히트펌프는 실외기(100)와 실내기(200) 사이에 설치되어 냉동 사이클에 따라 냉매가 순환되는 제1냉매관(p1, p1'), 실외기(100)와 하이드로 유닛(300) 사이에 설치되어 냉동 사이클에 따라 냉매가 순환되는 제2냉매관(p2), 실내기(200)와 하이드로 유닛(300) 사이에 설치되어 냉동 사이클에 따라 냉매가 순환되는 제3냉매관(p3)과, 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(300)과 제어기(400)를 전기적으로 연결하고 제어 신호를 전달하는 케이블(c)을 더 포함한다.
여기서 제3냉매관(p3)은 실외기(300)의 제1유량조절밸브(150)에 연결된 제1냉매관(p1')과도 연결되어 온수 운전 시 하이드로 유닛(300)으로부터 토출된 냉매를 실외기(100)로 안내하고 냉수 운전 시 실외기(100)로부터 공급된 냉매를 어큐뮬레이터(160)로 안내한다.
좀 더 구체적으로 실외기(100)는 제1냉매관(p1, p1')을 통해 실내기(200)와 연결되고, 제2냉매관(p2)을 통해 하이드로 유닛(300)과 연결되며, 케이블(c)을 통해 제어기(400)와 전기적으로 연결되어 실내기(200) 및 하이드로 유닛(300)을 순환하는 냉매의 흐름을 분배 및 제어한다.
이러한 실외기(100)는 저온저압의 냉매를 흡입 후 압축하여 고온 고압상태로 토출하는 압축기(110)와, 압축기(110)의 출구측에 설치되어 기류식 냉난방 운전에 따라 냉매의 흐름 방향을 전환시키는 사방밸브(120)와, 실외 공기와 열교환을 수행하는 제1 열교환기(130)와, 팬모터(미도시)에 의해 회전하고 제1 열교환기(130) 주변의 공기를 강제 송풍함으로써 열교환을 보조하는 실외팬(140)과, 제1 열교환기(130)와 실내기(200)를 연결하는 제1냉매관(p1) 사이에 배치되어 냉매의 증발에 의한 열 흡수 작용이 용이하게 일어나도록 냉매의 압력과 온도를 강하시키는 제1유량조절밸브(150)와, 사방밸브(120)와 압축기(110)의 흡입구 사이에 배치되고 사방밸브(120)를 통해 응축된 액냉매가 유입되면 오일과 냉매의 혼합물을 일시적으로 저장하고 기화되지 않은 액냉매를 분리하여 액냉매가 압축기(110)로 토출되는 것을 방지함으로써 압축기(110)의 손상을 방지하는 어큐뮬레이터(Accumulator: 160)를 포함한다.
여기서 사방밸브(120)는 기류식 난방 운전 시 압축기(110)에서 토출되는 고온 고압상태의 냉매를 실내기(300)로 안내하고 제1 열교환기(130)의 저온 저압의 냉매를 어큐뮬레이터(160)로 안내한다. 이때 제1 열교환기(130)는 증발기의 기능을 수행한다.
반면 사방밸브(120)는 기류식 냉방 운전 시 압축기(110)에서 토출되는 고온 고압상태의 냉매를 제1 열교환기(130)로 안내하고 실내기(200)의 저온 저압의 냉매를 어큐뮬레이터(160)로 안내한다. 이때 제1 열교환기(130)는 응축기의 기능을 수행한다. 즉 실외기의 제1열교환기(130)는 기류식 운전 모드에 따라 그 기능이 결정된다.
제1유량조절밸브(150)는 냉매의 유량을 조절하기 위해 개도 조절이 가능한 전자식 팽창 밸브(EEV)로, 기류식 난방 운전 시 제1열교환기에 공급되는 냉매의 압력 및 온도를 강하시킨다.
실외기(100)는 냉온수 생성을 제어하기 위한 냉온수 생성 제어용 전자밸브(170)를 더 포함한다.
냉온수 생성 제어용 전자밸브(170)는, 압축기(110)와 하이드로 유닛(300) 사이에 설치되어 온수 생성을 제어하기 위한 온수 운전용 제1전자밸브(171), 어큐뮬레이터(160)와 하이드로 유닛(300) 사이에 설치되어 냉수 생성을 제어하기 위한 냉수 운전용 제2전자밸브(172), 압축기(110)와 실내기(200) 사이에 설치되어 기류식 냉난방 비수행 상태에서 냉온수 생성을 제어하기 위한 단독 냉온수 운전용 제3전자밸브(173)를 포함한다.
실외기(100)는 제1유량조절밸브(150)와 병렬로 배치되고 단독 기류식 냉방 운전 또는 단독 냉수 운전 시 압력 저하를 방지하기 위한 바이패스용 밸브인 제4전자밸브(180)를 더 포함한다. 여기서 제4전자밸브(180)는 제거 가능하다.
실내기(200)는 냉매의 증발, 응축과정에서 생기는 열 교환을 이용하여 흡입 공기를 냉각하거나, 방열을 통해 실내 공기를 냉각, 가열 또는 정화시킨 후 토출시켜 특정 실내 공간을 기류식으로 냉방 또는 난방한다.
이러한 실내기(200)는 실내 공기와 열교환하는 제2 열교환기(210)와, 팬모터(미도시)에 의해 회전하여 열교환된 공기를 실내 공간으로 강제 송풍하는 실내팬(220)과, 냉매의 압력과 온도를 강하시키는 팽창밸브(230)를 포함한다.
여기서 팽창밸브(230)는 냉매의 유량을 조절하기 위해 개도 조절이 가능한 전자식 팽창밸브로, 기류식 냉방 운전 시 제2열교환기에 공급되는 냉매의 압력 및 온도를 강하시킨다.
즉 히트펌프는 기류식 난방 운전 시 제1유량조절밸브(150)에서 감압 팽창을 수행하고 기류식 냉방 운전 시 팽창밸브(230)에서 감압 팽창을 수행한다.
실내기(200)는 냉매관(p3)을 통해 하이드로 유닛(300)에 연결되고, 기류식 냉방 운전 시 하이드로 유닛(300)로부터 냉매를 공급받는다.
하이드로 유닛(300)은 급수기(330)로부터 물을 공급받고, 냉동 사이클의 응축 열을 이용하여 물을 가열하여 온수를 생성하거나, 냉동 사이클의 흡열을 이용하여 물을 냉각시켜 냉수를 생성한다.
이러한 하이드로 유닛(300)은 냉매관(p2)에 설치된 제1전자밸브(171) 및 제2전자밸브(172)의 개폐 제어에 따라 온수 또는 냉수를 생성한다.
좀 더 구체적으로, 제1전자밸브(171)가 개방되고 제2전자밸브(172)가 폐쇄되면 하이드로 유닛(300)은 압축기(110)로부터 고온 고압의 냉매를 공급받고 공급된 냉매를 응축 액화하는 응축기로 작동하여 온수를 생성하고, 제1전자밸브(171)가 폐쇄되고 제2전자밸브(172)가 개방되면 하이드로 유닛(300)은 냉매를 기화시켜 열을 흡수하는 증발기로 작동하여 냉수를 생성하고, 어큐뮬레이터(160)로 저압의 냉매를 공급한다.
이러한 하이드로 유닛(300)은 냉매를 응축 액화시켜 열을 외부로 방출하거나, 냉매를 기화시켜 흡열하는 제3 열교환기(310)와, 제3 열교환기(310)의 토출 측에 연결되어 기류 냉난방 운전과 온수 운전 사이의 냉매량을 조절하면서 냉매의 압력과 온도를 강하시키는 제2유량조절밸브(320)와, 제3 열교환기(310)에 물을 공급하는 급수기(330)와, 제3 열교환기(310)에서 열교환을 수행한 물을 저장하는 물탱크(340)를 포함한다. 여기서 물탱크(340)의 물은 제3열교환기(310)를 수용하는 하우징 내의 물과 순환 가능하다.
제3 열교환기(310)는 급수기(330)로부터 공급된 물을 보관하기 위한 하우징 내에 위치한다. 여기서 하우징은, 냉매관이 인입되는 인입구, 냉매관이 인출되는 인출구, 외부의 물이 하우징 내로 공급되는 급수구, 물 탱크로(340)로 물이 배출되는 유출구, 물탱크(340) 내의 물이 유입되는 유입구를 갖는다.
이러한 제3 열교환기(310)에 의해 열교환된 하우징 내 물이 배수구를 통해 배출되어 물탱크(340)에 저장되며, 물탱크(340)에 저장된 물은 세척수 및 난방수로 이용된다. 여기서 물탱크(340)는 세척수를 배출하는 냉온수용 배관, 난방수를 순환시켜 복사식 난방을 수행하는 바닥 배관과 연결되어 냉온수용 배관 및 바닥 배관 중 적어도 하나의 배관으로 물을 배출한다.
제2유량조절밸브(320)는 냉매의 유량을 조절하기 위해 개도 조절이 가능한 전자식 팽창 밸브(EEV)로 냉수 운전 시 제3열교환기(310)에 공급되는 냉매의 압력 및 온도를 강하시킨다.
히트펌프는 실외기(100)와 실내기(200) 사이의 제1냉매관(p1)을 연결하는 밸브(v1), 실외기(100)와 실내기(200) 사이의 제1냉매관(p1')을 연결하는 밸브(v2), 실외기(100)와 하이드로 유닛(300) 사이의 제2냉매관(p2)을 연결하는 밸브(v3)을 더 포함한다.
제어기(400)는 케이블(c)을 통해 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(300)과 각각 유/무선으로 연결되고 사용자에 의해 입력된 운전 모드 및 목표 온도에 기초하여 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(300)의 구동을 제어한다.
사용자는 기류식 냉난방, 복사식 냉난방, 냉온수를 선택할 수 있으며, 이를 위한 운전 모드는 기류식으로 냉난방을 수행하는 기류식 냉난방(ATA: Air-to-Air) 운전, 냉온수를 생성하고 이를 이용하여 복사식 냉난방을 수행하는 냉온수(ATW: Air-to-Water) 운전, 기류식 냉난방 운전과 냉온수 운전을 선택적으로 수행하는 복합(Air-to-Air + Air-to-Water) 운전이 있다.
복합 운전은 기류식 난방 운전과 온수 운전을 수행하는 제1복합운전, 기류식 냉방 운전과 온수 운전을 수행하는 제2복합 운전, 기류식 난방 운전과 냉수 운전을 수행하는 제3복합 운전, 기류식 냉방 운전과 냉수 운전을 수행하는 제4복합 운전을 포함한다.
냉온수 운전 및 복합 운전에서, 냉온수 제공을 제어하거나 복사식 냉난방 수행을 제어하는 것은, 냉온수 배관과 바닥 배관에 마련된 밸브(미도시) 제어에 의해 가능하다.
도 3은 일 실시예에 따른 히트펌프의 제어 구성도이다.
실외기(100)는 압력 검출부(191), 실외 온도 검출부(192), 제1제어부(193), 제1구동부(194), 제1통신부(195)를 포함한다.
압력 검출부(191)는 압축기(110)의 흡입구 및 토출구 측에 각각 마련되어 고압 상태에서의 압력 및 저압 상태에서 압력을 검출하여 제1제어부(193)에 전송한다.
여기서 압력 검출부(191)는 압력계를 이용하여 압력을 직접 검출하는 것도 가능하고, 응축온도와 증발온도를 이용하여 간접적으로 압력을 검출하는 것도 가능하다.
여기서 압축기(110)의 흡입구 측은 저압 상태를 유지하는 저압부로 압력 검출부(191)를 이용하여 저압부의 압력을 검출하고, 토출구 측은 고압 상태를 유지하는 고압부로 압력 검출부(191)를 이용하여 고압부의 압력을 검출한다.
아울러 실외기(100)에서 형성되는 냉동 사이클 중 고압, 저압이 형성되는 임의의 부분에 압력 검출부를 설치하는 것도 가능하다.
실외 온도 검출부(192)는 실외기(100)가 설치된 실외의 온도를 검출하여 제1제어부(193)에 전송한다.
제1제어부(193)는 제1통신부(195)의 구동을 제어하여 실외 온도, 저압부의 압력, 고압부의 압력이 제어기(400)에 전송되도록 한다.
제1제어부(193)는 제1통신부(195)를 통해 제어기(400)로부터 제어 명령이 전송되면 제어 명령에 대응되는 구동 제어 신호를 여 제1구동부(194)에 전송한다.
제1구동부(194)는 제1제어부(193)의 제어 명령에 대응하여 제1, 2, 3전자밸브(171, 172, 173), 제4전자밸브(180), 제1유량조절밸브(150), 사방밸브(120), 압축기(110), 실외팬(140) 등을 구동시킨다.
제1통신부(195)는 제1제어부(193)의 명령에 대응하여 제어기(400)와 통신을 수행한다. 여기서 제1통신부(195)는 실내기(200) 및 하이드로 유닛(300)과 직접 통신을 수행하는 것도 가능하다.
실내기(200)는 실내 온도 검출부(241), 제2제어부(242), 제2통신부(243), 제2구동부(244)를 포함한다.
실내 온도 검출부(241)는 실내기(200)가 설치된 실내의 온도를 검출하여 제2제어부(242)에 전송한다.
제2제어부(242)는 제2통신부(243)의 구동을 제어하여 실내 온도가 제어기(400)에 전송되도록 한다.
제2제어부(242)는 제2통신부(243)를 통해 제어기(400)로부터 제어 명령이 전송되면 제어 명령에 대응되는 구동 제어 신호를 제2구동부(244)에 전송한다.
제2통신부(243)는 제2제어부(242)의 명령에 대응하여 제어기(400)와 통신을 수행한다. 여기서 제2통신부(243)는 실외기(100) 및 하이드로 유닛(300)과 직접 통신을 수행하는 것도 가능하다.
제2구동부(244)는 제2제어부(242)의 제어 명령에 대응하여 팽창밸브(230), 실외팬(140) 등을 구동시킨다.
하이드로 유닛(300)은 수온 검출부(351), 제3제어부(352), 제3통신부(353), 제3구동부(354)를 포함한다.
수온 검출부(351)는 물탱크(340)에 연결되는 제3열교환기(310)의 하우징 유입구와 유출구 사이에 각각 마련되어 제3열교환기(310)의 하우징 유입구와 유출구에 흐르는 유입수의 온도 및 유출수의 온도를 각각 검출한다.
제3제어부(352)는 제3통신부(353)의 구동을 제어하여 유입수의 온도 및 유출수의 온도가 제어기(400)에 전송되도록 한다.
제3제어부(352)는 제3통신부(353)를 통해 제어기(400)로부터 제어 명령이 전송되면 전송된 제어 명령에 대응되는 구동 제어 신호를 제3구동부(354)에 전송한다.
제3통신부(353)는 제3제어부(352)의 명령에 대응하여 제어기(400)와 통신을 수행한다. 여기서 제3통신부(353)는 실외기(100) 및 실내기(200)과 직접 통신을 수행하는 것도 가능하다.
제3구동부(354)는 제3제어부(352)의 제어 명령에 대응하여 제2유량조절밸브(320) 등을 구동시킨다.
제어기(400)는 입력부(410), 제4제어부(420), 표시부(430), 저장부(440), 제4통신부(450)를 포함한다.
입력부(410)는 사용자에 의해 실내 목표 온도 및 운전 모드를 입력받고, 입력된 정보를 제4제어부(420)에 전송한다.
제4제어부(420)는 입력부(410)를 통해 입력된 운전 모드에 대응되는 운전이 수행되도록 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(300)의 구동 제어 신호를 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(300)에 전송한다.
여기서 구동 제어 신호는, 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(300)의 각 검출부에서 검출된 정보에 기초하여 조정된다.
좀 더 구체적으로, 제4제어부(420)에서 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(300)으로 전송하는 신호는 다음과 같다.
제4제어부(420)는 기류식 난방 운전인지 냉방 운전인지 판단하고, 판단결과에 따라 사방밸브(120)의 개폐 방향 제어 신호를 실외기(100)에 전송하고, 기류식 냉난방 운전과 냉온수 운전 시 실내기와 하이드로 유닛의 용량을 확인하고 확인 결과에 따라 압축기(110), 어큐뮬레이터(160), 실외팬(140)의 구동 제어 신호를 실외기(100)에 전송하고 실내기(200)에 실내팬(220)의 구동 제어 신호도 전송한다.
제4제어부(420)는 냉온수 운전과 무관하게 기류식 난방 시 제4전자밸브(180)를 폐쇄 제어 신호를 실외기(100)에 전송하고 냉방 시 제4전자밸브(180)를 개방 제어 신호를 실외기(100)에 전송한다.
제4제어부(420)는 기류식 냉난방만이 선택된 경우 기류식 냉난방 운전만을 수행하기 위한 제1, 2 전자밸브(171, 172)의 폐쇄 제어 신호와, 제3전자밸브(173)의 개방 제어 신호를 전송하며, 온수 또는 복사식 난방만이 선택된 경우 온수 운전만을 수행하기 위한 제2, 3전자밸브(172, 173)의 폐쇄 제어 신호와 제1 전자밸브(171)의 개방 제어 신호를 전송한다.
또한 제4제어부(420)는 복합 운전(ATA+ATW) 중 기류식 냉난방 운전 및 온수 운전이 선택된 경우 제1, 3전자밸브(171, 173)의 개방 제어 신호와 제2전자밸브(172)의 폐쇄 제어 신호를 전송하고, 기류식 냉난방 운전 및 냉수 운전이 선택된 경우 제2, 3전자밸브(172, 173)의 개방 제어 신호와 제1전자밸브(171)의 폐쇄 제어 신호를 전송한다.
제4제어부(420)는 기류식 냉난방 운전 시 제1유량조절밸브(150)의 개방 제어 신호를 실외기(100)에 전송하고, 팽창밸브(230)의 개방 제어 신호를 실내기(200)에 전송하며, 기류식 냉난방 비운전 시 제1유량조절밸브(150)의 폐쇄 제어 신호를 실외기(100)에 전송하고, 팽창밸브(230)의 폐쇄 제어 신호를 실내기(200)에 전송한다.
제4제어부(420)는 기류식 난방 운전을 비수행하는 상태에서 온수 운전 시에는 제2유량조절밸브(320)의 개도를 최대 개도로 제어하고, 기류식 냉방 운전을 수행하는 상태에서 온수 운전 비수행 시에는 제1유량조절밸브(150)의 개도를 최대 개도로 제어한다.
제4제어부(420)는 기류식 난방 운전 및 온수 운전 시 제2유량조절밸브(320)의 개도 제어 신호를 하이드로 유닛(300)에 전송하고, 기류식 냉방 운전 및 온수 운전 시 제1유량조절밸브(150)의 개도 제어 신호를 실외기(100)에 전송한다.
여기서 제2유량조절밸브(320)의 개도 조절 시 실외 온도에 대응되는 보정 개도를 적용하여 개도를 보정한다.
아울러 제4제어부(420)는 기류식 난방 운전 및 온수 운전 시 실외기(100) 고압부의 압력이 설정 고압 미만이거나 유출수의 온도가 제 1 설정 온도보다 낮으면 제2유량조절밸브(320)의 개도를 최소 개도로 제어하고, 기류식 냉방 운전 및 온수 운전 시 실외기(100) 고압부의 압력이 설정 고압 미만이거나 유출수의 온도가 제 2 설정 온도보다 낮으면 제1유량조절밸브(150)의 개도를 최소 개도로 제어한다.
제4제어부(420)는 기류식 난방 운전 및 냉수 운전 시 제1유량조절밸브(150)의 개도 제어 신호를 실외기(100)에 전송하여 과열도가 제어되도록 한다.
제4제어부(420)는 기류식 냉방 운전 및 냉수 운전 시 제2유량조절밸브(320)의 폐쇄 제어 신호를 하이드로 유닛(300)에 전송하고 일정 시간 후 제2유량조절밸브(320)의 개도 제어 신호를 하이드로 유닛(300)에 전송하여 냉방 불량이 방지되도록 한다.
여기서 제2유량조절밸브(320)의 개도 제어 신호는 기준 저압이 유지되는 개도이다.
표시부(430)는 실내 온도, 실내 습도, 목표 온도, 운전 모드 등을 표시한다.
저장부(440)는 실내기 용량에 대응되는 제2유량조절밸브(320)의 개도 및 온도차에 대응되는 제1유량조절밸브(150)의 개도를 저장하고, 실외 온도에 대응되는 제2유량조절밸브(320)의 보정 개도를 저장한다.
저장부(440)는 냉풍 토출 조건 및 기준 온도 미만의 온수 토출 조건을 판단하기 위한 설정 고압, 기류 난방의 체감 불량을 방지하기 위한 기준 고압, 기류 냉방의 체감 불량을 방지하기 위한 기준 저압, 냉풍 토출 조건을 판단하기 위한 제1설정 온도, 기준 온도 미만의 온수 토출 조건을 판단하기 위한 제2설정온도 등을 저장한다.
여기서 온도차는 물탱크(340)에서 제3열교환기(310)의 하우징에 유입되는 유입수의 온도와 미리 설정된 유입수의 온도의 온도 차이와, 제3열교환기(310)의 하우징에서 물탱크(340)로 유출되는 유출수의 온도와 미리 설정된 유출수의 온도의 온도 차이 중 적어도 하나이다.
제4통신부(450)는 제4제어부(420)의 제어 명령에 따라 실외기의 제1통신부와, 실내기의 제2통신부, 하이드로 유닛의 제3통신부와 통신을 수행하여 실외기, 실내기, 하이드로 유닛에 제어 신호를 전송한다. 이러한 제4통신부(450)는 유선 및 무선 중 적어도 하나의 통신 방식을 이용한다.
제어기(400)의 제4제어부(420)의 제어 동작은 실외기의 제1제어부, 실내기의 제2제어부, 하이드로 유닛의 제3제어부 중 적어도 하나의 제어부에서 수행 가능하다.
도 4는 일 실시예에 따른 히트 펌프의 운전 제어 순서도로, 도 4는 기류식 난방 운전 및 온수 운전의 제어 순서도이다.
히트펌프는 사용자에 의해 온수가 선택(501)되면, 기류식 난방이 함께 선택되었는지 판단(502)한다. 즉 기류식 난방 및 온수 운전의 동시 운전 여부를 판단한다.
히트펌프는 온수가 선택된 상태에서 기류식 난방이 비선택되었다고 판단되면 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도를 최대 개도로 조절(503)함으로써 제2유량조절밸브(320)을 통해 흐르는 냉매의 양이 최대가 되도록 한다.
이때 응축기의 기능을 수행하는 하이드로 유닛(300)에는 많은 양의 냉매가 흐르게 되고, 이로 인해 고열의 응축열이 발생되고 이 응축열에 의해 많은 양의 온수가 생성된다.
즉, 히트 펌프는 온수 운전만을 수행하기 때문에 하이드로 유닛(300)만이 응축기의 기능을 수행하고 실외기의 제1열교환기는 증발기의 기능을 수행하는 것이다.
여기서 생성된 온수는 온수용 배관에 마련된 밸브를 개방하여 세척수로 사용하거나, 바닥 배관에 마련된 밸브를 개방하여 바닥 배관에 난방수로 공급한다. 즉 온수를 복사식 난방에 이용한다.
히트펌프는 온수가 선택된 상태에서 기류식 난방이 선택되었다고 판단되면 실내기(200)를 통해 냉풍이 토출되는 냉풍 토출 조건의 만족 여부를 판단(504)한다.
여기서 냉풍 토출 조건은 실외기(100)의 고압부의 압력이 설정 고압 미만인 조건과, 하이드로 유닛(300)의 유출수의 온도가 제2설정 온도 미만인 조건 중 적어도 하나의 조건이다.
히트펌프는 실내기(200)의 냉풍 토출 조건을 만족한다고 판단되면, 기류식 난방 초기 실내기를 통해 냉풍이 토출되는 것을 방지하기 위해 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도를 최소 개도로 조절(505)함으로써 실외기(100) 고압부의 압력이 설정 고압 이상이 되도록 한다.
이에 의해 기류식 난방 초기 냉풍에 의해 사용자가 느끼는 불쾌감을 감소시킬 수 있다.
히트펌프는 실내기(200)의 냉풍 토출 조건을 만족하지 않는다고 판단되면, 기류식 난방 초기부터 온풍이 토출될 것이라고 판단하고 실내기(200)의 난방 운전을 제어한다.
이때 히트펌프는 미리 정해진 실내기(200)의 용량 및 하이드로 유닛(300)의 용량을 확인(506)한다.
히트 펌프는 실내기(200)의 용량 및 하이드로 유닛(300)의 용량을 합산하고 합산된 용량에 대응되는 실외기의 용량을 산출하여 실외기의 구동을 제어한다.
여기서 합산된 용량은 응축기의 용량에 대응되고, 실외기의 용량은 증발기의 용량에 대응되며, 이를 이용하여 압축기의 운전율을 설정하는 것이 가능하다.
아울러 히트펌프는 실내기(200)의 목표 온도와 실내 온도를 비교하여 공기 온도차를 산출하고 산출된 공기 온도차를 고려하여 미리 정해진 실내기(200)의 용량을 보정하고, 하이드로 유닛(300)의 유출수의 온도와 유입수의 온도를 비교하여 물 온도차를 산출하고 산출된 물 온도차를 고려하여 미리 정해진 하이드로 유닛(300)의 용량을 보정한 후 보정된 두 용량을 합산하여 실외기의 용량을 산출하고, 산출된 용량이 되도록 실외기의 구동을 제어하는 것도 가능하다.
또한 히트펌프는 확인된 실내기(200)의 용량에 대응되는 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도를 선택(507)한다.
여기서 실내기(200)의 용량에 대응되는 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도는 미리 저장되어 있다. 아울러 개도는 실내기에서 요청한 용량과 실외기가 공급할 수 있는 최대 용량을 비교한 결과에 기초하여 정해진 것으로, 기류 난방 시 체감 난방에 문제가 발생되지 않도록 하는 개도이다. 즉, 실외기의 고압부에 기준 고압이 형성되는 개도이다.
아울러, 실외 온도에 따라 미리 저장된 제2유량조절밸브(310)의 개도를 보정하는 것도 가능하다. 여기서 실외 온도에 따라 보정된 제2유량조절밸브(310)의 개도도 미리 저장 가능하다. 이를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 실외 온도에 기초한 제2유량조절밸브의 개도 변화 그래프로, 실외 온도가 낮을 수록 팽창밸브의 개도를 미리 저장된 개도(제1개도>제2개도>제3개도)에서 더 작은 개도로 조절한다.
그 이유는 실외 온도가 낮으면 실외기(100)의 제1열교환기의 압력이 미리 정해진 저압력보다 낮아지고, 제1열교환기(130)로부터 냉매가 공급된 압축기(110)의 토출 압력도 미리 정해진 고압보다 낮게 형성되며 실내기(200)의 제2열교환기(210)에서도 미리 정해진 압력보다 낮은 압력이 형성되어 목표 온도 보다 낮은 온풍이 발생되기 때문이다.
이에 따라 실내기의 제2열교환기(210)에 공급되는 냉매량을 증가시켜야 하고 이를 위해 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도를 미리 저장된 개도보다 감소시켜야 한다.
이와 같이 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 제1개도, 제2개도, 제3개도를 실외온도에 따라 보정함으로써 실외 온도가 낮음으로 인해 발생되는 체감난방의 문제를 해결할 수 있다.
다음 히트펌프는 하이드로 유닛의 제2유량조절밸브의 개도를 조절(508)한다.
실내기(200)의 용량이 클수록 제2유량조절밸브(320)의 개도를 작게 조절한다.
즉, 실내기(200)의 용량이 크면 제2유량조절밸브(320)의 개도를 작게 조절하여 실내기의 제2열교환기로 냉매가 더 공급되도록 하고, 실내기의 용량이 작으면 제2유량조절밸브(320)의 개도를 크게 조절하여 실내기(200)의 제2열교환기(210)로 냉매가 덜 공급되도록 함으로써 실내기(200)의 요구 용량을 충족시켜 기류 난방의 체감 난방 문제 발생을 방지한다.
다음 히트펌프는 조절된 개도를 미세하게 증감시킴으로써 실외기(100)의 고압부의 고압이 기준 고압으로 유지되도록 제어(509)한다.
다음 히트펌프는 기류식 난방의 종료 여부를 판단(510)하고, 기류식 난방이 종료되었다고 판단되면 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도를 최대 개도로 조절(511)한다.
이때 히트 펌프는 온수 운전만을 수행한다. 즉 하이드로 유닛(300)은 응축기로서의 기능을 수행하고, 응축 열 발생에 의해 하이드로 유닛(300) 내에는 온수가 생성된다.
여기서 생성된 온수는 세척수로 사용하거나, 바닥 배관에 난방수로 공급한다. 이에 의해 복사식 난방이 수행된다.
기류식 난방의 종료는 기류식 난방 후 목표 온도로 유지된 시간이 설정시간을 초과하거나, 사용자에 의해 실내기의 운전이 오프 입력된 경우 중 어느 하나이다.
히트펌프는 기류식 난방이 수행 중이라고 판단되면 실내기(100)의 용량을 다시 확인하고, 확인된 용량에 대응되는 제2유량조절밸브의 개도로 제2유량조절밸브의 개도를 조절한 후 기준 고압이 유지되도록 조절된 제2유량조절밸브(320)의 개도를 미세 제어한다.
여기서 기류식 난방을 위한 히트펌프의 기류식 난방 운전은 다음과 같다.
히트 펌프는 실외기의 압축기에서 토출되는 고압냉매가 실내기의 제2열교환기로 직접 전해지도록 사방밸브(120)를 전환시킴과 동시에 실외팬(140)를 구동시킨다.
즉 압축기가 구동되면 압축기에서 토출된 고온고압의 냉매는 사방밸브를 통해 응축기 기능을 수행하는 실내기의 제2 열교환기(210)로 보내지고, 냉매는 제2 열교환기를 지나는 도중 실내팬(220)의 회전으로 실내 공기와 열교환을 수행하면서 실내 공간은 난방이 이루어진다.
그리고 실내공기와 열교환되면서 응축된 냉매는 실외기의 제1유량조절밸브(150)를 지나면서 감압되며, 증발기 기능을 수행하는 실외기의 제1 열교환기(130)에서 증발한다. 그리고 증발된 냉매가 압축기(110)로 귀환된다.
이와 같이 난방운전 중 실내기(200)의 제2 열교환기(210)에서는 온풍이 토출되고, 실외기(100)의 제1열교환기(130)에서 열교환 효율을 높이기 위해 실외팬(140)을 회전시켜 실외팬(140)이 구동되면 실외 공기가 강제 대류되어 내부의 열이 흡입된다.
그리고 온수 운전은 다음과 같다.
압축기(110)의 구동에 의해 토출된 냉매가 응축기 기능을 수행하는 하이드로 유닛(300)의 제3 열교환기(310)로 보내지고, 제3열교환기(310)의 냉매는 제2유량조절밸브(320) 및 실외기의 제1유량조절밸브(150)를 통해 제1열교환기(130)로 전달되고, 제1열교환기(130)에서 열교환된 냉매는 사방밸브(120)를 통해 어큐뮬레이터(160)로 전달되며 어큐뮬레이터(160)에서 액 분리된 냉매는 다시 압축기(110)에 보내진다.
아울러 냉매는 하이드로 유닛의 제3 열교환기(310)를 지나는 도중 물과 열교환을 수행하고, 이에 의해 하이드로 유닛(300) 내에는 온수가 생성된다. 이때 온수 생성은 제2유량조절밸브(320)의 개도에 따라 생성 온도 및 생성 시간이 상이할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 히트 펌프의 운전 제어 순서도로, 도 6은 기류식 냉방 운전 및 온수 운전의 제어 순서도이다.
히트펌프는 사용자에 의해 기류식 냉방이 선택(601)되면, 온수의 선택 여부를 판단(602)한다. 즉 히트펌프는 기류식 냉방 및 온수 운전이 함께 선택되었는지 판단한다.
히트펌프는 기류식 냉방이 선택된 상태에서 온수가 비선택되었다고 판단되면 실외기(100)의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 최대 개도로 조절(603)함으로써 제1유량조절밸브(150)을 통해 흐르는 냉매의 양이 최대가 되도록 한다.
이때 실내기의 제2열교환기(210)만이 증발기의 기능을 수행하기 때문에 실내기(200)는 최대 용량으로 작동 가능하고, 실외기의 제1열교환기(130)만이 응축기의 기능을 수행하기 때문에 실외기는 최대 용량으로 작동 가능하다.
즉 실내기의 최대 용량에 대응하여 실외기가 최대 용량으로 작동 가능하도록 실외기의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 최대로 하여 실외기(100)에 공급되는 냉매가 최대가 되게 한다.
히트펌프는 기류식 냉방이 선택된 상태에서 온수가 함께 선택되었다고 판단되면 하이드로 유닛(300)을 통해 토출되는 온수가 미리 설정된 기준 온도 미만의 온수 토출 조건을 만족하는지 판단(604)한다.
즉, 토출되는 온수의 온도가 기준 온도 미만인지 판단하는 것이다.
여기서 기준 온도 미만의 온수 토출 조건은 실외기(100)의 고압부의 압력이 설정 고압 미만인 조건과, 하이드로 유닛(300)의 유출수의 온도가 제2설정 온도 미만인 조건 중 적어도 하나의 조건이다.
히트펌프는 하이드로 유닛을 통해 토출되는 온수의 온도가 기준 온도 미만이라고 판단되면, 온수 운전 초기 하이드로 유닛(300)에 고온고압의 냉매를 많이 보내기 위해 실외기(100)의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 최소 개도로 조절(605)함으로써 실외기(100) 고압부의 압력이 설정 고압 이상이 되도록 한다. 이에 의해 하이드로 유닛(300) 내 물이 빠른 시간 내에 데워지도록 한다.
여기서 최소 개도는 냉매가 정체하지 않고 흐를 정도의 개도이다.
히트펌프는 하이드로 유닛(300)의 기준 온도 미만의 온수 토출 조건을 만족하지 않는다고 판단되면, 온수 운전 초기부터 기준 온도 이상의 온수가 토출될 것이라고 판단하고 하이드로 유닛(300)의 온수 운전을 제어한다.
히트펌프는 실외기(100)의 제4전자밸브(180)를 폐쇄하여 제4전자밸브(180)에 흐르는 냉매를 차단함으로써 하이드로 유닛(300)과 실외기(100)의 제1열교환기(130)로의 냉매 분배제어를 한다.
히트 펌프는 하이드로 유닛(300) 내의 물의 온도를 검출하고, 검출된 물의 온도와 미리 설정된 물의 온도를 비교하여 온도차를 산출(606)한다. 이때 하이드로 유닛(300) 내의 물의 온도는, 하이드로 유닛(300)에 유입되는 유입수 또는 하이드로 유닛(300)에서 유출되는 유출수 중 적어도 하나의 물의 온도이다.
좀 더 구체적으로 하이드로 유닛(300)의 유입수와 유출수의 온도를 검출하고, 검출된 유입수와 미리 설정된 유입수 온도와의 온도차를 산출하거나, 유출수의 온도와 미리 설정된 유출수 온도와 온도차를 산출한다. 여기서, 미리 설정된 유입수 온도와 미리 설정된 유출수 온도는 서로 다르다.
다음 온도차에 대응되는 실외기(100)의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 선택(607)하고, 선택된 개도로 실외기(100)의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 조절(608)한다.
여기서 온도차에 대응되는 실외기의 제1유량조절밸브(150)의 개도는 미리 저장되어 있다. 제1유량조절밸브(150)의 개도는 온도차가 클수록 작은 값을 갖는다.
즉 온도차가 크면 제1유량조절밸브(150)의 개도를 작게 조절하여 하이드로 유닛의 제3열교환기(310)로 냉매가 더 공급되도록 하고, 온도차가 작으면 제1유량조절밸브(150)의 개도를 크게 하여 하이드로 유닛의 제3열교환기(310)로 냉매가 덜 공급되도록 함으로써 하이드로 유닛에 공급되는 냉매의 양을 조절하여 하이드로 유닛의 제3열교환기의 응축 열 발생이 조절되도록 한다.
즉 실내기(200)만이 증발기의 기능을 수행하고, 실외기(100)와 하이드로 유닛(300)이 응축기의 기능을 함께 수행하기 때문에, 기류식 냉방 운전 및 온수 운전 시 실외기와 하이드로 유닛은 응축 운전의 용량을 나누어 작동 가능하다.
하이드로 유닛의 제2유량조절밸브(320)는 최대 개도로 개방된 상태이고, 실외기의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 조절함으로써 하이드로 유닛에 공급되는 냉매의 양을 조절하는 것이다. 이에 의해 하이드로 유닛(300)에 발생되는 응축 열을 조절할 수 있다.
여기서 생성된 온수는 온수용 배관에 마련된 밸브를 개방하여 세척수로 사용한다.
히트펌프의 기류식 냉방 운전 및 온수 운전은 다음과 같다.
히트 펌프는 실외기(100)의 압축기(110)에서 토출되는 고압냉매가 실외기의 제1열교환기(130)로 직접 전해지도록 사방밸브(120)를 전환시킴과 동시에 실외팬(140)를 구동시킨다.
즉 압축기(110)가 구동되면 압축기(110)에서 토출된 고온고압의 냉매는 사방밸브(120)를 통해 응축기 기능을 수행하는 실외기의 제1 열교환기(130)로 보내진다.
그리고 냉매는 실외기의 제1 열교환기(130)를 지나는 도중 실외팬(140)의 회전으로 실외 공기와 열교환을 수행하면서 실외 공간으로 열풍을 보낸다.
그리고 실외기의 제1열교환기(130)에서 응축된 냉매는 실내기(200)의 팽창밸브(230)를 지나면서 감압되며, 증발기 기능을 수행하는 실내기의 제 2 열교환기(230)에서 열을 흡수한다.
그리고 열을 흡수한 냉매는 사방밸브(120) 및 어큐뮬레이터(160)를 거쳐 압축기(110)로 전달된다.
이와 같이 기류식 냉방 운전 중 실외기의 제1 열교환기(130)에서는 온풍이 토출되고, 실내기(200)의 제 2 열교환기(210)에서 열교환된 찬 공기가 실내팬(220)에 의해 강제 송풍되어 실내로 토출된다.
압축기(110)의 구동에 의해 토출된 냉매가 응축기의 기능을 수행하는 하이드로 유닛(300)의 제3 열교환기(310)로 보내지고, 제3열교환기(310)의 냉매는 제2유량조절밸브(320) 및 실내기(200)의 팽창밸브(230)를 통해 제2열교환기(210)로 전달된다.
즉 하이드로 유닛의 제3 열교환기(310)에 냉매가 지나면서 하이드로 유닛 내의 물과 열교환을 수행하고, 이에 의해 하이드로 유닛(300) 내에는 온수가 생성된다. 이때 온수 생성은 제1유량조절밸브의 개도에 따라 생성 온도 및 생성 시간이 상이할 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 히트펌프의 구성도이고, 도 8은 다른 실시예에 따른 히트 펌프의 상세 구성도로, 히트펌프는 실외기(100), 복수의 실내기(200-1, 200-2, 200-3), 하이드로 유닛(Hydro Unit: 300), 제어기(400)를 포함한다.
히트펌프는 실외에 설치된 실외기(100), 복수의 실내 공간에 각각 설치되어 각 실내 공간의 냉난방을 수행하는 실내기(200-1, 200-2, 200-3)와, 냉온수 운전을 수행하여 냉온수를 생성하고 이 중 온수를 이용하여 실내 공간의 바닥을 복사식으로 난방하는 하이드로 유닛(300)과, 실외기(100), 복수의 실내기(200-1, 200-2, 200-3), 하이드로 유닛(300)의 구동을 제어하는 제어기(400)를 포함한다.
히트펌프는 실외기(100)와 실내기(200) 사이에 설치되어 냉동 사이클에 따라 냉매가 순환되는 제1냉매관(p1, p1'), 실외기(100)와 하이드로 유닛(300) 사이에 설치되어 냉동 사이클에 따라 냉매가 순환되는 제2냉매관(p2), 실내기(200)와 하이드로 유닛(300) 사이에 설치되어 냉동 사이클에 따라 냉매가 순환되는 제3냉매관(p3)과, 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(300)과 제어기(400)를 전기적으로 연결하고 제어 신호를 전달하는 케이블(c)을 더 포함한다.
여기서 냉매관(p3)은 실외기(300)의 제1유량조절밸브(150)에 연결된 제1냉매관(p1')과도 연결되어 온수 운전 시 하이드로 유닛(300)으로부터 토출된 냉매를 실외기(100)로 안내하고 냉수 운전 시 실외기(100)로부터 공급된 냉매를 어큐뮬레이터(160)로 안내한다.
복수의 실내기는 제1냉매관(p1, p1') 사이에 병렬로 설치되어 있으며, 각 실내기는 열교환기, 실내팬 및 팽창밸브를 가지며 냉매운전 비수행 시 팽창밸브를 폐쇄하고, 난방운전 비수행 시 팽창밸브를 폐쇄하되 실내기에 냉매가 정체되는 것을 방지하기 위해 주기적으로 개방한다.
그 외, 실외기(100)와, 하이드로 유닛(300)의 구성은, 일 실시예와 동일하여 설명을 생략한다.
또한 각 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 구성 또한 일 실시예의 실내기(200)와 동일하여 설명을 생략한다.
제어기(400)는 실외기(100), 복수의 실내기(200-1, 200-2, 200-3), 하이드로 유닛(300)과 각각 유/무선으로 연결되고 사용자에 의해 입력된 운전 모드 및 목표 온도에 기초하여 실외기(100), 복수의 실내기(200-1, 200-2, 200-3), 하이드로 유닛(300)의 구동을 제어한다.
여기서 제어기(400)는 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(300)의 구동 제어 시, 실외기(100), 실내기(200), 하이드로 유닛(300)의 각 검출부에서 검출된 정보에 기초한다.
아울러 제어기(400)는 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 식별번호를 저장하고, 이 식별 번호에 기초하여 각 실내기의 구동을 제어한다.
사용자는 기류식 냉난방, 복사식 냉난방, 냉온수를 선택할 수 있으며, 이를 위한 운전 모드는 기류식으로 냉난방을 수행하는 기류식 냉난방(ATA: Air-to-Air) 운전, 냉온수를 생성하고 이를 이용하여 복사식 냉난방을 수행하는 냉온수(ATW: Air-to-Water) 운전, 기류식 냉난방 운전과 냉온수 운전을 선택적으로 수행하는 복합(Air-to-Air + Air-to-Water) 운전이 있다.
복합 운전은 기류식 난방 운전과 온수 운전을 수행하는 제1복합운전, 기류식 냉방 운전과 온수 운전을 수행하는 제2복합 운전, 기류식 난방 운전과 냉수 운전을 수행하는 제3복합 운전, 기류식 냉방 운전과 냉수 운전을 수행하는 제4복합 운전을 포함한다.
냉온수 운전 및 복합 운전에서, 냉온수 제공을 제어하거나 복사식 냉난방 수행을 제어하는 것은, 냉온수 배관과 바닥 배관에 마련된 밸브(미도시) 제어에 의해 가능하다.
제어기(400)는 난방 운전 시 미리 저장된 복수의 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 용량을 합산하고, 합산된 실내기 용량에 대응되는 실외기(100)의 용량으로 압축기의 구동이 제어되도록 한다.
제어기(400)는 각 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 용량을 각 실내기가 설치된 설치 공간의 실내 온도와, 각 실내기의 목표 온도의 차이에 따라 보정하고, 보정된 실내기 용량에 대응되는 실외기(100)의 용량으로 압축기의 구동이 제어되도록 한다.
또한 제어기(400)는 난방 운전 및 온수 운전 수행 시 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 용량에 하이드로 유닛(300)의 용량을 합산하고 합산된 용량에 대응되는 실외기(100)의 용량으로 압축기의 구동이 제어되도록 하고, 하이드로 유닛(300)에 마련된 제2유량조절밸브(320)의 개도가 제어되도록 한다.
여기서 복수 실내기의 용량에 하이드로 유닛의 용량을 합산하는 것은, 복수의 실내기와 하이드로 유닛이 모두 응축기로 작동하기 때문이다.
이와 같이 실외기의 용량을 100으로 할 경우 실내기에는 최대용량을 100까지 설정 가능하고 하이드로 유닛의 최대용량도 100까지 설정 가능하다.
또한 제어기(400)는 제2유량조절밸브(320)의 개도 제어 시 실외 온도에 대응되는 보정 개도를 적용하여 개도를 보정 제어한다.
제어기(400)는 난방 운전 및 온수 운전 시 실외기(100) 고압부의 압력이 설정 고압 미만이거나 유출수의 온도가 제1설정 온도보다 낮으면 제2유량조절밸브(320)의 개도를 최소 개도로 제어하고, 기류식 냉방 운전 및 온수 운전 시 실외기(100) 고압부의 압력이 설정 고압 미만이거나 유출수의 온도가 제2설정 온도보다 낮으면 제1유량조절밸브(150)의 개도를 최소 개도로 제어한다.
제어기(400)는 냉방 운전 및 온수 운전 수행 시 하이드로 유닛(300) 내의 유입수의 온도와 미리 설정된 유입수의 온도를 비교하고 온도차에 따라 실외기에 마련된 제1유량조절밸브(150)의 개도가 제어되도록 한다.
또는 하이드로 유닛(300) 내의 유출수의 온도와 미리 설정된 유출수 온도를 비교하고 온도차에 따라 실외기에 마련된 제1유량조절밸브(150)의 개도가 제어되도록 하는 것도 가능하다.
냉방 운전 및 온수 운전을 수행하는 경우, 실외기(100)의 제1열교환기(130)와 하이드로 유닛(300)의 제3열교환기(310)는 모두 응축기의 기능을 수행하고, 이에 따라 실외기(100)의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 조절함으로써 하이드로 유닛(300)의 제3열교환기(310)의 응축 능력을 조절하는 것이다.
좀 더 구체적으로 온도차가 클 경우 제1유량조절밸브(150)의 개도를 작게 하여 실외기(100)의 제1열교환기(130)에 공급되는 냉매량을 감소시킴으로써 하이드로 유닛(300) 내의 제3열교환기(310)에 공급되는 냉매량을 늘여 응축열을 증가시키고, 온도차가 작을 경우 제1유량조절밸브(150)의 개도를 크게 하여 실외기(100)의 제1열교환기(130)에 공급되는 냉매량을 증가시킴으로써 하이드로 유닛(300) 내의 제3열교환기(310)에 공급되는 냉매량을 감소시켜 응축열을 낮춘다.
제어기(400)는 난방 운전 및 냉수 운전 시 제1유량조절밸브(150)의 개도 제어 신호를 실외기(100)에 전송하여 과열도가 제어되도록 한다.
제어기(400)는 냉방 운전 및 냉수 운전 시 제2유량조절밸브(320)의 폐쇄 제어 신호를 하이드로 유닛(300)에 전송하고 일정 시간 후 제2유량조절밸브(320)의 개도 제어 신호를 하이드로 유닛(300)에 전송하여 냉방 불량이 방지되도록 한다.
이로써 하나의 실외기로 재실자의 쾌적감을 높일 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 히트펌프의 기류식 난방 운전 및 온수 운전 시 냉매 흐름도이다.
복수의 실내기는 냉난방 운전 모두 수행하지 않을 경우 자신의 팽창밸브를 폐쇄시키고, 냉난방 운전 중 어느 하나의 운전을 수행할 경우 자신의 팽창밸브를 개방시킨다.
이하 복수의 실내기는 모두 난방운전을 수행한다고 가정하여 설명한다.
히트 펌프는 압축기(110)에서 토출되는 고압냉매가 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 제2열교환기(210-1, 210-2, 210-3)로 전해지도록 사방밸브(120)를 전환시키고 실외팬(140)를 구동시킨다.
즉 압축기(110)에서 토출된 냉매는 사방밸브(120) 및 제3전자밸브(173)를 거쳐 복수 실내기(200)의 제2 열교환기(210)로 보내지고, 냉매는 복수의 제2 열교환기(210-1, 210-2, 210-3)를 지나면서 실내 공기와 열교환을 수행한다. 이때 복수의 실내팬(220-1, 220-2, 220-3)의 회전에 열교환된 온기가 복수의 실내 공간(ROOM1, ROOM2, ROOM3)으로 송풍되고 복수의 실내 공간(ROOM1, ROOM2, ROOM3)의 난방이 이루어진다.
그리고 실내 공기와 열교환되면서 응축된 냉매는 실외기(100)의 제1유량조절밸브(150)를 지나면서 감압되고, 실외기(100)의 제1 열교환기(130)를 지나면서 실외 공기와 열교환을 수행하며 열교환이 수행된 냉매는 압축기(110)로 귀환된다.
제1열교환기를 통해 열교환 시 실외팬(140)을 회전시켜 열기환된 냉기가 실외로 강제 송풍되도록 한다.
또한 압축기(110)의 구동에 의해 토출된 일부의 냉매는 제1전자밸브(171)를 거쳐 응축기 기능을 수행하는 하이드로 유닛(300)의 제3 열교환기(310)로 보내지고, 제3열교환기(310)의 냉매는 제2유량조절밸브(320) 및 실외기의 제1유량조절밸브(150)를 통해 제1열교환기(130)로 전달되고, 제1열교환기(130)에서 열교환된 냉매는 사방밸브(120)를 통해 어큐뮬레이터(160)로 전달되며 어큐뮬레이터(160)에서 액 분리된 냉매는 다시 압축기(110)에 보내진다.
냉매는 하이드로 유닛의 제3 열교환기(310)를 지나는 도중 물과 열교환을 수행하고, 이에 의해 하이드로 유닛(300) 내에서 온수가 생성된다.
도 9a는 다른 실시예에 따른 히프펌프의 기류식 난방 운전 및 온수 운전 시 제어 순서도이다.
히트펌프는 사용자에 의해 온수가 선택(701)되면, 기류식 난방의 선택 여부를 판단(702)한다. 즉 기류식 난방 및 온수 운전의 동시 운전 여부를 판단한다.
히트펌프는 온수가 선택된 상태에서 기류식 난방이 비선택되었다고 판단되면 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도를 최대 개도로 조절(703)함으로써 제2유량조절밸브(320)을 통해 흐르는 냉매의 양이 최대가 되도록 한다.
기류식 난방 운전 및 온수 운전 시, 복수의 실내기와 하이드로 유닛은 응축기의 기능을 수행하나, 기류 난방이 비선택되었다는 것은 복수 실내기가 모두 오프된 상태이거나 모든 실내 온도가 목표 온도 이상으로 잠시 구동 정지 상태로 하이드로 유닛만이 응축기의 기능을 수행하는 것이다.
즉 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도를 최대 개도로 조절함으로써 응축 열이 많이 발생되어 높은 온도의 온수를 생성하는 것이 가능하다.
반면 히트펌프는 온수가 선택된 상태에서 기류식 난방이 선택되었다고 판단되면 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)를 통해 냉풍이 토출되는 냉풍 토출 조건의 만족 여부를 판단(704)한다.
여기서 냉풍 토출 조건은 실외기(100)의 고압부의 압력이 설정 고압 미만인 조건과, 하이드로 유닛(300)의 유출수의 온도가 설정 온도 미만인 조건 중 적어도 하나의 조건이다.
히트펌프는 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 냉풍 토출 조건을 만족한다고 판단되면, 기류식 난방 초기 실내기를 통해 냉풍이 토출되는 것을 방지하기 위해 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도를 최소 개도로 조절(705)함으로써 실외기(100) 고압부의 압력이 설정 고압 이상이 되도록 한다.
이에 의해 기류식 난방 초기 냉풍에 의해 사용자가 느끼는 불쾌감을 감소시킬 수 있다.
반면 히트펌프는 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 냉풍 토출 조건을 만족하지 않는다고 판단되면, 기류식 난방 초기부터 온풍이 토출될 것이라고 판단하고, 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 용량에 기초하여 하이드로 유닛의 제2유량조절밸브의 개도를 조절하면서 난방 운전을 제어한다.
이를 좀 더 구체적으로 설명한다.
이때 히트펌프는 미리 정해진 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 용량 및 하이드로 유닛(300)의 용량을 확인한다.
히트 펌프는 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 용량 및 하이드로 유닛(300)의 용량을 합산(706)하고 합산된 총 용량에 대응되는 실외기(100)의 용량을 산출하여 실외기(100)의 구동을 제어한다.
여기서 합산된 실내기의 총 용량은 응축기의 총 운전 용량에 대응되고, 실외기(100)의 용량은 증발기의 운전 용량에 대응되고, 이에 의해 압축기의 운전율을 설정하는 것이 가능하다.
아울러 히트펌프는 각 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 목표 온도와 실내 온도를 비교하여 공기 온도차를 산출하고 산출된 공기 온도차를 고려하여 미리 정해진 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 용량을 보정한 후 복수 실내기의 용량을 합산하는 것도 가능하다.
또한 하이드로 유닛(300)의 유출수의 온도와 유입수의 온도를 비교하여 온도차를 산출하고 산출된 온도차를 고려하여 미리 정해진 하이드로 유닛(300)의 용량을 보정한 후 복수 실내기의 총 용량을 합산하는 것도 가능하다.
다음 히트펌프는 합산된 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 총 용량에 대응되는 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도를 선택(707)한다.
여기서 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 총 용량에 대응되는 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도는 미리 저장되어 있다. 이를 도 9b를 참조하여 설명한다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 총 용량이 산출되면 산출된 총 용량과 제1용량을 비교(707-1)하고, 비교 결과 총용량이 제1용량 이하이면 제2유량조절밸브(320)의 개도를 제1개도로 선택(707-2)한다.
반면 비교 결과 총용량이 제1용량을 초과하면 총용량과 제2용량을 비교(707-3)하고 비교 결과 총용량이 제1용량을 초과하고 제2용량 이하이면 제2유량조절밸브(320)의 개도를 제2개도로 선택(707-4)하고, 비교 결과 총용량이 제2용량을 초과하면 총 용량과 제3용량을 비교(707-5)한다.
이때 총용량이 제2용량을 초과하고 제3용량 이하이면 제2유량조절밸브(320)의 개도를 제3개도로 선택(707-6)하고, 반면 총용량이 제3용량을 초과하면 최소 개도를 선택(707-7)한다.
여기서 제1용량, 제2용량, 제3용량은 미리 저장된 용량으로, 제1용량은 0보다 크고 제2용량은 제1용량보다 크며 제3용량은 제2용량보다 크다(0 < 제1용량 < 제2용량 < 제3용량 < 100).
제1개도는 최대 개도보다 작고 제2개도보다 크며, 제2개도는 제3개도보다 크고, 제3개도는 최소 개도보다 크다(최대 개도> 제1개도 > 제2개도 > 제3개도 > 최소 개도).
즉, 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 용량이 크면 제2유량조절밸브(320)의 개도를 작게 하여 복수 실내기의 제2열교환기(210-1, 210-2, 210-3)로 냉매가 더 공급되도록 하고, 실내기의 용량이 작으면 제2유량조절밸브(320)의 개도를 크게 하여 실내기의 제2열교환기(210-1, 210-2, 210-3)로 냉매가 덜 공급되도록 한다.
아울러, 실외 온도에 따라 미리 저장된 제2유량조절밸브(310)의 개도를 보정(도 5 참조)하는 것도 가능하다. 여기서 실외 온도에 따라 보정된 제2유량조절밸브(310)의 개도도 미리 저장 가능하다.
이와 같이 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 제1개도, 제2개도, 제3개도를 실외온도에 따라 보정함으로써 실외 온도가 낮음으로 인해 발생되는 체감난방의 문제를 해결할 수 있다.
다음 히트펌프는 하이드로 유닛의 제2유량조절밸브의 개도를 조절(708)하고, 조절된 개도를 미세 증감 제어함으로써 실외기의 고압부의 고압이 기준 고압으로 유지되도록 제어(709)한다
이와 같이 히트펌프는 복합 운전(ATA, ATW)을 통해 실내기의 용량에 따라 열회수(Heat Recovery) 및 시분할 다중(TDM:Time division multi) 운전을 수행할 수 있어 실내기의 용량을 만족시키며 쾌적한 난방 운전을 수행할 수 있다.
다음 히트펌프는 기류식 난방의 종료 여부를 판단(710)하고, 기류식 난방이 종료되었다고 판단되면 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)의 개도를 최대 개도로 조절(711)한다. 이때 히트 펌프는 온수 운전만을 수행하기 때문에 하이드로 유닛(300)은 응축기로서의 기능을 수행하고, 응축 열 발생에 의해 하이드로 유닛(300) 내에 온수가 생성된다.
여기서 생성된 온수는 온수용 배관에 마련된 밸브를 개방하여 세척수로 사용하거나, 바닥 배관에 마련된 밸브를 개방하여 바닥 배관으로 공급함으로써 복사식 난방에 이용한다.
기류식 난방의 종료는 기류식 난방 후 목표 온도로 유지된 시간이 설정시간을 초과하거나, 사용자에 의해 복수 실내기의 운전이 모듀 오프 입력된 경우 중 어느 하나이다.
히트펌프는 기류식 난방이 수행 중이라고 판단되면 복수 실내기의 총 용량을 다시 산출하고, 산출된 총 용량에 대응되는 제2유량조절밸브의 개도로 제2유량조절밸브의 개도를 조절한 후 기준 고압이 유지되도록 조절된 제2유량조절밸브의 개도를 미세 제어한다.
도 10은 다른 실시예에 따른 히프펌프의 기류식 냉방 운전 및 온수 운전 시 냉매 흐름도이다.
히트 펌프는 압축기(110)에서 토출되는 고압냉매가 실외기(100)의 제1열교환기(130)로 직접 전해지도록 사방밸브(120)를 전환시킴과 동시에 실외팬(140)를 구동시킨다.
즉 압축기(110)에서 토출된 고온고압의 냉매는 사방밸브(120)를 통해 응축기 기능을 수행하는 실외기(100)의 제1 열교환기(130)로 보내진다.
그리고 냉매는 실외기의 제1 열교환기(130)를 지나면서 실외팬(140)의 회전으로 실외 공기와 열교환을 수행하고, 이때 열교환된 열풍은 실외 공간으로 보내진다.
그리고 실외기의 제1열교환기(130)에서 응축된 냉매는 복수 실내기(200)의 팽창밸브(230-1, 230-2, 230-3)를 지나면서 감압되고, 증발기 기능을 수행하는 복수 실내기의 제 2 열교환기(210-1, 210-2, 210-3)는 실내 공기와 열교환을 수행하고 실내팬(220-1, 220-2, 220-3)의 회전에 의해 실내 공간으로 냉기가 송풍된다.
그리고 열을 흡수한 냉매는 제3전자밸브(173), 사방밸브(120) 및 어큐뮬레이터(160)를 거쳐 압축기(110)로 전달된다.
그리고 압축기(110)의 구동에 의해 토출된 일부의 냉매는 제1전자밸브(171)를 거쳐 응축기의 기능을 수행하는 하이드로 유닛(300)의 제3 열교환기(310)로 보내지고, 제3열교환기(310)의 냉매는 제2유량조절밸브(320) 및 복수 실내기의 팽창밸브(230-1, 230-2, 230-3)를 거쳐 제2열교환기(210-1, 210-2, 210-3)로 전달된다.
즉 하이드로 유닛의 제3 열교환기(310)에 냉매가 지나면서 하이드로 유닛 내의 물과 열교환을 수행하고, 이에 의해 하이드로 유닛(300) 내에는 온수가 생성된다.
도 11a는 다른 실시예에 따른 히프펌프의 기류식 냉방 운전 및 온수 운전 시 제어 순서도이다.
히트펌프는 사용자에 의해 복수의 실내기 중 적어도 하나의 실내기에 기류식 냉방이 선택(801)되면, 온수의 선택 여부를 판단(802)한다. 즉 기류식 냉방 및 온수 운전의 동시 운전 여부를 판단한다.
히트펌프는 기류식 냉방이 선택된 상태에서 온수가 비선택되었다고 판단되면 실외기(100)의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 최대 개도로 조절(803)함으로써 제1유량조절밸브(150)을 통해 흐르는 냉매의 양이 최대가 되도록 한다.
이때 실외기만이 응축기의 기능을 수행하기 때문에, 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 총 용량에 대응하여 운전하기 위해 실외기의 제1유량조절밸브(150)를 최대 개도로 조절하여 실외기에 공급되는 냉매가 최대가 되게 한다.
히트펌프는 기류식 냉방이 선택된 상태에서 온수가 선택되었다고 판단되면 하이드로 유닛(300)을 통해 기준 온도 미만의 온수가 토출되는 온수 토출 조건의 만족 여부를 판단(804)한다.
여기서 기준 온도 미만의 온수 토출 조건은 실외기(100)의 고압부의 압력이 설정 고압 미만인 조건과, 하이드로 유닛(300)의 유출수의 온도가 제2설정 온도 미만인 조건 중 적어도 하나의 조건이다.
히트펌프는 하이드로 유닛(300)의 기준 온도 미만의 온수 토출 조건을 만족한다고 판단되면, 온수 운전 초기 하이드로 유닛(300)을 통해 고온고압의 냉매를 많이 보내기 위해 실외기(100)의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 최소 개도로 조절(805)함으로써 실외기(100) 고압부의 압력이 설정 고압 이상이 되도록 한다. 이에 의해 하이드로 유닛(300) 내 물이 빠른 시간 내에 데워지도록 하여 냉수가 토출되지 않도록 한다.
여기서 최소 개도는 냉매가 정체하지 않고 흐를 정도의 개도이다.
히트펌프는 하이드로 유닛(300)의 기준 온도 미만의 온수 토출 조건을 만족하지 않는다고 판단되면, 온수 운전 초기부터 온수가 토출될 것이라고 판단하고 하이드로 유닛(300)의 온수 운전을 제어한다.
기류식 냉방 운전 및 온수 운전 시 복수의 실내기(200-1, 200-2, 200-3)만이 증발기의 기능을 수행하고, 실외기(100)와 하이드로 유닛(300)이 응축기의 기능을 함께 수행하기 때문에, 응축기의 기능을 수행하는 실외기와 하이드로 유닛은 응축 운전의 용량을 나누어 작동 가능하다.
즉 폐열을 이용하여 온수 생성을 위해 하이드로 유닛의 제2유량조절밸브(320)는 최대 개도로 개방하고, 하이드로 유닛 내의 부하량(즉 온도차)에 따라 실외기의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 조절하면서 기류식 냉방 운전 및 온수 운전을 제어한다.
아울러 히트펌프는 실외기(100)의 제4전자밸브(180)를 폐쇄하여 제4전자밸브(180)에 흐르는 냉매를 차단함으로써 하이드로 유닛(300)과 실외기(100)의 제1열교환기(130)로의 냉매 분배제어를 한다.
실외기의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 조절하면서 기류식 냉방 운전 및 온수 운전을 제어하는 구성을 좀 더 구체적으로 설명한다.
히트 펌프는 하이드로 유닛(300) 내의 물의 온도를 검출하고, 검출된 물의 온도와 미리 설정된 물의 온도를 비교하여 온도차를 산출(806)한다. 이때 하이드로 유닛(300) 내의 물의 온도는, 하이드로 유닛(300)에 유입되는 유입수 또는 하이드로 유닛(300)에서 유출되는 유출수 중 적어도 하나의 물의 온도이다.
즉, 히트 펌프는 하이드로 유닛(300)의 유입수와 유출수의 온도를 검출하고 검출된 유입수와 미리 설정된 유입수 온도와의 온도차를 산출하거나, 유출수의 온도와 미리 설정된 유출수 온도와 온도차를 산출한다.
다음 온도차에 대응되는 실외기(100)의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 선택(807)한다. 여기서 온도차에 대응되는 실외기의 제1유량조절밸브(150)의 개도는 미리 저장되어 있다.
좀 더 구체적으로 도 11b에 도시된 바와 같이, 온도차가 산출되면 산출된 온도차와 제1온도를 비교(807-1)하고, 비교 결과 온도차가 제1온도 이하이면 제1유량조절밸브(150)의 개도를 제1개도로 선택(807-2)한다.
반면 비교 결과 온도차가 제1온도를 초과하면 온도차와 제2온도를 비교(807-3)하고 비교 결과 온도차가 제1온도를 초과하고 제2온도 이하이면 제1유량조절밸브(150)의 개도를 제2개도로 선택(807-4)하고, 비교 결과 온도차가 제2온도를 초과하면 온도차와 제3온도를 비교(807-5)한다.
이때 온도차가 제2온도를 초과하고 제3온도 이하이면 제1유량조절밸브(150)의 개도를 제3개도로 선택(807-6)하고, 반면 온도차가 제3온도를 초과하면 최소 개도를 선택(807-7)한다.
여기서 제1온도, 제2온도, 제3온도는 미리 저장된 온도로, 제1온도는 제2온도 보다 작고 제2온도는 제3온도보다 작다(제1온도 < 제2온도 < 제3온도).
그리고 제1개도는 최대 개도보다 작고 제2개도보다 크며, 제2개도는 제3개도보다 크고, 제3개도는 최소 개도보다 크다(최대 개도> 제1개도 > 제2개도 > 제3개도 > 최소 개도).
다음 히트 펌프는 선택된 개도로 실외기(100)의 제1유량조절밸브(150)의 개도를 조절(808)한다.
이에 따라 하이드로 유닛에 공급되는 냉매의 양이 조절되고 이에 의해 하이드로 유닛(300)에 발생되는 응축 열을 조절할 수 있다.
즉 온도차가 클수록 제1유량조절밸브(150)의 개도를 작게 하여 하이드로 유닛의 제3열교환기(310)로 냉매가 더 공급되도록 하고, 온도차가 작으면 제1유량조절밸브(150)의 개도를 크게 하여 하이드로 유닛의 제3열교환기(310)로 냉매가 덜 공급되도록 함으로써 하이드로 유닛에 공급되는 냉매의 양을 조절하여 하이드로 유닛의 제3열교환기의 응축 열 발생이 조절되도록 한다.
여기서 생성된 온수는 온수용 배관에 마련된 밸브를 개방하여 세척수로 사용한다.
다음 히트펌프는 기류 냉방 운전을 수행하면서 실외기(100)의 제1유량조절밸브의 개도를 미세 조절함으로써 실외기의 저압부의 압력이 기준 저압으로 유지되도록 한다.
이와 같이 하나의 실외기를 이용하여 재실자의 쾌적감을 높일 수 있다.
또한 체감 냉난방의 불량이 발생하지 않도록 기류 냉난방의 부하를 만족하도록 제어를 하고 부가적인 열원을 활용한 온수 공급도 가능하도록 구성하여 적은 설치비용 및 운전비용으로 쾌적한 냉난방 및 온수를 제공할 수 있다.
도 12는 다른 실시예에 따른 히트펌프의 기류식 난방 운전 및 냉수 운전의 냉매 흐름도이다.
복수의 실내기는 모두 난방운전을 수행한다고 가정하고 설명한다.
히트 펌프는 압축기(110)에서 토출되는 고압냉매가 복수 실내기(200-1, 200-2, 200-3)의 제2열교환기(210-1, 210-2, 210-3)로 전해지도록 사방밸브(120)를 전환시키고 실외팬(140)를 구동시킨다.
즉 압축기(110)에서 토출된 냉매는 사방밸브(120) 및 제3전자밸브(173)를 거쳐 복수 실내기(200)의 제2 열교환기(210)로 보내지고, 냉매는 복수의 제2 열교환기(210-1, 210-2, 210-3)를 지나면서 실내 공기와 열교환을 수행한다.
이때 복수의 실내팬(220-1, 220-2, 220-3)의 회전에 열교환된 온기가 복수의 실내 공간(ROOM1, ROOM2, ROOM3)으로 송풍되고 복수의 실내 공간(ROOM1, ROOM2, ROOM3)의 난방이 이루어진다.
그리고 실내기의 제2열교환기에서 응축된 냉매의 일부는 실외기(100)의 제1유량조절밸브(150)를 지나면서 감압되고, 실외기(100)의 제1 열교환기(130)를 지나면서 실외 공기와 열교환을 수행하며 열교환이 수행된 냉매는 사방밸브(120)를 거쳐 압축기(110)로 귀환된다.
제1열교환기를 통해 열교환 시 실외팬(140)을 회전시켜 열기환된 냉기가 실외로 강제 송풍되도록 한다.
그리고 복수 실내기의 제2열교환기에서 응축된 냉매의 일부는 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)를 지나면서 감압되고, 하이드로 유닛(300)의 제3 열교환기(310)를 지나면서 하이드로 유닛(300) 내의 물과 열교환을 수행하며 열교환이 수행된 냉매는 제2전자밸브(172) 및 어큐뮬레이터(160)를 거쳐 압축기(110)로 귀환된다.
냉매는 증발기의 기능을 수행하는 하이드로 유닛의 제3 열교환기(310)를 지나는 도중 물과 열교환을 수행하고, 이에 의해 하이드로 유닛(300) 내에서 냉수가 생성된다.
이때 복수의 실내기(200-1, 200-2, 200-3)는 응축기의 기능을 수행하고, 실외기(100)와 하이드로 유닛(300)은 증발기의 기능을 수행한다.
이에 이때 기류 난방과 냉수 생성의 부하를 고려하여 냉매의 분배를 조절하기 위하여 제4전자밸브(180)를 폐쇄하고 제1유량조절밸브(150)의 개도를 제어하여 실외기(100)의 과열도를 제어하고, 제2유량조절밸브(320)의 개도를 제어하여 하이드로 유닛(300)의 과열도를 제어한다.
이때 제1열교환기(150)의 입출구 온도를 검출하고, 검출된 입출구 온도의 온도차를 산출하고, 산출된 온도차에 대응되는 개도로 조절한다. 여기서 제1열교환기(150)의 입출구 온도차에 대응되는 개도는 미리 저장되어 있다.
또한 제3열교환기(320)의 입출구 온도차를 검출하고, 검출된 입출구 온도의 온도차를 산출하고, 산출된 온도차에 대응되는 개도로 조절한다. 여기서 제3열교환기(320)의 입출구 온도차에 대응되는 개도는 미리 저장되어 있다.
이에 따라 급격한 실내의 부하 변동에도 액체 상태의 냉매가 압축기로 들어가는 것을 방지할 수 있다.
도 13은 다른 실시예에 따른 히트펌프의 기류식 냉방 운전 및 냉수 운전의 냉매 흐름도이다.
히트 펌프는 압축기(110)에서 토출되는 고압냉매가 실외기(100)의 제1열교환기(130)로 직접 전해지도록 사방밸브(120)를 전환시킴과 동시에 실외팬(140)를 구동시킨다.
즉 압축기(110)에서 토출된 고온고압의 냉매는 사방밸브(120)를 통해 응축기 기능을 수행하는 실외기(100)의 제1 열교환기(130)로 보내진다.
그리고 냉매는 실외기의 제1 열교환기(130)를 지나면서 실외팬(140)의 회전으로 실외 공기와 열교환을 수행하고, 이때 열교환된 열풍은 실외 공간으로 보내진다.
그리고 실외기의 제1열교환기(130)에서 응축된 냉매는 제4전자밸브(180)를 거쳐 복수 실내기(200)의 팽창밸브(230-1, 230-2, 230-3)를 지나면서 감압된다.
아울러 제4전자밸브(180)가 비설치된 경우 제1유량조절밸브(150)를 거쳐 냉매가 실내기로 전달되는 것도 가능하다. 이때 제1유량조절밸브(150)는 저항을 없애기 위해 팽창 기능을 수행하지 않는다.
증발기 기능을 수행하는 복수 실내기의 제 2 열교환기(210-1, 210-2, 210-3)는 실내 공기와 열교환을 수행하고 실내팬(220-1, 220-2, 220-3)의 회전에 의해 실내 공간으로 냉기가 송풍된다.
그리고 열을 흡수한 냉매는 제3전자밸브(173), 사방밸브(120) 및 어큐뮬레이터(160)를 거쳐 압축기(110)로 전달된다.
그리고 실외기의 제1열교환기(130)에서 응축된 냉매의 일부는 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)를 지나면서 감압되고, 하이드로 유닛(300)의 제3 열교환기(310)를 지나면서 하이드로 유닛(300) 내의 물과 열교환을 수행하며 열교환이 수행된 냉매는 제2전자밸브(172) 및 어큐뮬레이터(160)를 거쳐 압축기(110)로 귀환된다.
냉매는 증발기의 기능을 수행하는 하이드로 유닛의 제3 열교환기(310)를 지나는 도중 물과 열교환을 수행하고, 이에 의해 하이드로 유닛(300) 내에서 냉수가 생성된다.
이때 복수의 실내기와 하이드로 유닛은 증발기의 기능을 수행하고, 실외기는 응축기의 기능을 수행한다. 즉 하나의 실외기를 이용하여 하이드로 유닛과 복수 실내기를 운전시키기 때문에 실외기가 처리해야 하는 운전 용량이 최대 용량을 넘길 수 있다.
이에 따라 기류식 냉방에 있어 체감 냉방불량이 발생될 수 있고 이를 방지하기 위해 실외기의 저압부의 압력을 검출하고 검출된 저압부의 압력과 미리 설정된 설정 저압을 비교하여 저압부의 압력이 미리 설정된 설정 저압 이상이면 하이드로 유닛의 제2유량조절밸브(320)를 폐쇄 제어하여 냉수 공급이 중지되도록 한다.
반면 실외기의 저압부의 압력이 미리 설정된 설정 저압 미만이면 과열도를 제어함으로써 기류 냉방 운전의 용량에 맞추어 운전하고 체감 냉방에 문제가 없도록 한다.
또한, 실내기의 팽창밸브(230-1, 230-2, 230-3)의 개도가 일정 개도 이상이고 실내기의 과열도가 미리 설정된 일정 값 이상인 경우에도 하이드로 유닛의 제2유량조절밸브(320)를 폐쇄 제어하여 냉수 공급이 중지되도록 한다.
도 14는 다른 실시예에 따른 히트펌프의 온수 운전의 냉매 흐름도이다.
기류식 냉방 및 기류식 난방이 비수행되는 것으로, 복수 실내기의 팽창밸브(230-1, 230-2, 230-3)를 폐쇄 제어하고 제3전자밸브(173)을 폐쇄 제어하며, 냉수 운전 정지를 위해 제2전자밸브(172)도 폐쇄 제어한다.
압축기(110)의 구동에 의해 토출된 냉매는 제1전자밸브(171)를 거쳐 응축기 기능을 수행하는 하이드로 유닛(300)의 제3 열교환기(310)로 보내지고, 제3열교환기(310)의 냉매는 제2유량조절밸브(320) 및 실외기의 제1유량조절밸브(150)를 통해 제1열교환기(130)로 전달되고, 제1열교환기(130)에서 열교환된 냉매는 사방밸브(120)를 통해 어큐뮬레이터(160)로 전달되며 어큐뮬레이터(160)에서 액 분리된 냉매는 다시 압축기(110)에 보내진다.
즉 냉매는 하이드로 유닛의 제3 열교환기(310)를 지나는 도중 물과 열교환을 수행하고, 이에 의해 하이드로 유닛(300) 내에서 온수가 생성된다.
도 15는 다른 실시예에 따른 히트펌프의 냉수 운전의 냉매 흐름도이다.
기류식 냉방 및 기류식 난방이 비수행되는 것으로, 복수 실내기의 팽창밸브(230-1, 230-2, 230-3) 및 제3전자밸브(173)를 폐쇄 제어하고, 온수 운전 정지를 위해 제1전자밸브(171)도 폐쇄 제어한다.
압축기(110)의 구동에 의해 토출된 냉매는 실외기의 제1열교환기(130)에서 열교환되고 열교환된 냉매는 제4전자밸브(180)를 거쳐 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)에 전달된다. 이때 실외기의 제1유량조절밸브(150)는 폐쇄된다.
아울러 제4전자밸브(180)가 비설치된 경우 제1유량조절밸브(150)를 거쳐 냉매가 실내기로 전달되는 것도 가능하다. 이때 제1유량조절밸브(150)는 저항을 없애기 위해 팽창 기능을 수행하지 않는다.
냉매는 하이드로 유닛(300)의 제2유량조절밸브(320)를 지나면서 감압되고, 하이드로 유닛(300)의 제3 열교환기(310)를 지나면서 하이드로 유닛(300) 내의 물과 열교환을 수행하며 열교환이 수행된 냉매는 제2전자밸브(172) 및 어큐뮬레이터(160)를 거쳐 압축기(110)로 귀환된다.
냉매는 증발기의 기능을 수행하는 하이드로 유닛의 제3 열교환기(310)를 지나는 도중 물과 열교환을 수행하고, 이에 의해 하이드로 유닛(300) 내에서 냉수가 생성된다.
아울러, 다른 실시예에 따른 히트펌프는 기류식 냉난방만을 수행(ATA 운전)할 때, 제1, 2전자밸브(171, 172)를 폐쇄 제어하고 제3전자밸브(173)만을 개방하고, 하이드로 유닛의 제2유량조절밸브를 폐쇄 제어한다.
100: 실외기 110: 압축기
120: 사방밸브 130: 제1열교환기
140: 실외팬 150: 제1유량조절밸브
160: 어큐뮬레이터 171, 172, 173: 제 1내지 3 전자밸브
180: 제4전자밸브 200, 200-1, 200-2, 200-3: 실내기
210, 210-1, 210-2, 210-3: 제2열교환기
220, 220-1, 220-2, 220-3: 실내팬
230, 230-1, 230-2, 230-3: 팽창밸브
300: 하이드로 유닛 310: 제3열교환기
320: 제2유량조절밸브 330: 급수기
340: 물탱크 341, 342, 343: 바닥배관
400: 제어기

Claims (33)

  1. 압축기, 제1열교환기를 가지는 실외기와, 제2열교환기 및 팽창밸브를 가지고 기류식 냉방 및 난방 운전을 수행하는 실내기와, 압축기, 제1열교환기, 팽창밸브 사이에 연결되고 냉수 및 온수 운전에 따라 냉매의 흐름 방향이 변경되는 하이드로 유닛을 가지는 히트펌프의 제어 방법에 있어서,
    상기 온수 운전 및 기류식 난방 운전이 함께 선택되는지 판단하고,
    상기 온수 운전 및 기류식 난방 운전이 함께 선택되면 상기 하이드로 유닛에 마련된 밸브의 개도를 조절하여 상기 압축기로부터 상기 하이드로 유닛 및 상기 실내기의 제2열교환기에 각각 공급되는 냉매량을 조절하고,
    상기 하이드로 유닛에 마련된 밸브의 개도를 조절하는 것은,
    상기 실내기의 용량을 확인하고, 상기 실내기의 용량에 대응되는 상기 하이드로 유닛의 밸브의 개도를 선택하고, 상기 선택된 개도로 상기 하이드로 유닛에 마련된 밸브의 개도를 조절하는 것을 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    실외 온도를 검출하고,
    상기 실외 온도에 기초하여 상기 선택된 개도를 보정하는 것을 더 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    실내 온도를 검출하고,
    상기 실내기의 목표 온도를 확인하고,
    상기 실내 온도와 목표 온도의 온도차를 산출하고,
    상기 온도차에 기초하여 상기 실내기의 용량을 보정하는 것을 더 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 하이드로 유닛의 밸브의 개도를 조절하는 것은,
    상기 실내기의 용량이 클 수록 상기 하이드로 유닛의 밸브의 개도를 작게 조절하는 것을 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내기를 통해 냉풍이 토출되는 냉풍 토출 조건인지 판단하고,
    상기 냉풍 토출 조건이면 상기 하이드로 유닛의 밸브를 최소 개도로 조절하는 것을 더 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 냉풍 토출 조건인지 판단하는 것은,
    상기 실외기의 고압부의 압력을 검출하고,
    상기 검출된 압력이 설정 고압 미만이면 상기 냉풍 토출 조건이라고 판단하는 것을 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 냉풍 토출 조건인지 판단하는 것은,
    상기 하이드로 유닛에서 유출되는 유출수의 온도를 검출하고,
    상기 유출수의 온도가 제1설정 온도 미만이면 상기 냉풍 토출 조건이라고 판단하는 것을 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 온수 운전만 선택되면 상기 하이드로 유닛의 밸브의 개도를 최대 개도로 조절하여 상기 실내기에 공급되는 냉매를 차단하는 것을 더 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기류식 냉방 운전과 상기 냉수 운전이 함께 선택되는지 판단하고,
    상기 기류식 냉방 운전과 상기 냉수 운전이 함께 선택되면 상기 하이드로 유닛의 밸브의 개도를 조절하여 상기 압축기 흡입 측의 저압을 제어하는 것을 더 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 온수 운전이 선택되면 상기 압축기의 토출 측과 상기 하이드로 유닛 사이에 마련된 제1전자밸브를 개방 제어하고,
    상기 냉수 운전이 선택되면 상기 압축기의 흡입 측과 상기 하이드로 유닛 사이에 마련된 제2전자밸브를 개방 제어하고,
    상기 기류식 냉방 및 난방 운전 중 어느 하나의 운전이 선택되면 상기 압축기와 상기 실내기 사이에 마련된 제3전자밸브를 개방 제어하는 것을 더 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 온수 운전 및 기류식 난방 운전이 함께 선택되면 상기 실외기에 마련된 밸브를 제어하여 상기 제1열교환기에 공급되는 냉매의 압력을 강하시키는 것을 더 포함하는 히트 펌프의 제어 방법.
  13. 압축기, 제1열교환기를 가지는 실외기와, 제2열교환기 및 팽창밸브를 가지고 기류식 냉방 및 난방 운전을 수행하는 실내기와, 압축기, 제1열교환기 및 팽창밸브 사이에 연결되고 냉수 및 온수 운전에 따라 냉매의 흐름 방향이 변경되는 하이드로 유닛을 가지는 히트펌프의 제어 방법에 있어서,
    상기 온수 운전 및 상기 기류식 냉방 운전이 함께 선택되는지 판단하고,
    상기 온수 운전 및 상기 기류식 냉방 운전이 함께 선택되면 상기 실외기에 마련된 밸브의 개도를 조절하여 상기 압축기로부터 상기 하이드로 유닛 및 상기 실외기의 제1열교환기에 각각 공급되는 냉매량을 제어하는 히트펌프의 제어 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기류식 냉방 운전만 선택되면 상기 실외기에 마련된 밸브의 개도를 최대 개도로 조절하여 상기 하이드로 유닛에 공급되는 냉매를 차단하는 것을 더 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 실외기에 마련된 밸브의 개도를 조절하는 것은,
    상기 하이드로 유닛에 유입되는 유입수의 온도를 검출하고,
    상기 검출된 유입수의 온도와 미리 설정된 유입수의 온도를 비교하여 온도차를 산출하고,
    상기 온도차에 대응되는 개도를 선택하고,
    상기 선택된 개도로 상기 실외기의 밸브의 개도를 조절하는 것을 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 실외기에 마련된 밸브의 개도를 조절하는 것은,
    상기 하이드로 유닛에서 유출되는 유출수의 온도를 검출하고,
    상기 검출된 유출수의 온도와 미리 설정된 유출수의 온도를 비교하여 온도차를 산출하고,
    상기 온도차에 대응되는 개도를 선택하고,
    상기 선택된 개도로 상기 실외기의 밸브의 개도를 조절하는 것을 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16에 있어서, 상기 실외기의 밸브의 개도를 조절하는 것은,
    상기 온도차가 클수록 상기 실외기의 밸브의 개도를 작게 조절하는 히트펌프의 제어 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 실외기의 밸브의 개도를 조절하는 것은,
    상기 하이드로 유닛을 통해 토출되는 온수가 미리 설정된 기준 온도 미만의 온수 토출 조건인지 판단하고, 상기 기준 온도 미만의 온수 토출 조건이면 상기 실외기의 밸브를 최소 개도로 조절하는 것을 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 기준 온도 미만의 온수 토출 조건인지 판단하는 것은,
    상기 압축기의 토출 측의 압력을 검출하고,
    상기 검출된 압력이 설정 고압 미만이면 상기 기준 온도 미만의 온수 토출 조건이라고 판단하는 것을 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 기준 온도 미만의 온수 토출 조건인지 판단하는 것은,
    상기 하이드로 유닛에서 유출되는 유출수의 온도를 검출하고,
    상기 유출수의 온도가 제2설정 온도 미만이면 상기 기준 온도 미만의 온수 토출 조건이라고 판단하는 것을 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 기류식 난방 운전 및 냉수 운전이 함께 선택되는지 판단하고,
    상기 기류식 난방 운전 및 냉수 운전이 함께 선택되면 상기 실외기에 마련된 밸브의 개도와 상기 하이드로 유닛에 마련된 밸브의 개도를 조절하여 과열도를 제어하는 것을 더 포함하는 히트펌프의 제어 방법.
  22. 압축기 및 제1열교환기를 가지는 실외기와, 제2열교환기 및 팽창밸브를 가지고 기류식 냉방 및 난방 운전을 수행하는 실내기와, 압축기, 제1열교환기 및 팽창밸브에 연결된 제3열교환기를 가지고 냉수 및 온수 운전을 수행하는 하이드로 유닛을 가지는 히트펌프에 있어서,
    상기 실외기에 마련된 제1유량조절밸브;
    상기 제1유량조절밸브와 팽창밸브 사이에 마련된 제1냉매관;
    상기 압축기와 상기 하이드로 유닛 사이에 마련된 제2냉매관;
    상기 제1냉매관과 상기 하이드로 유닛 사이에 마련된 제3냉매관;
    상기 제3냉매관에 마련된 제2유량조절밸브;
    상기 기류식 냉방 운전 및 온수 운전이 함께 선택되면 상기 제1유량조절밸브의 개도를 조절하고, 상기 기류식 난방 운전 및 온수 운전이 함께 선택되면 상기 제2유량조절밸브의 개도를 조절하는 제어기를 포함하는 히트펌프.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 압축기의 토출 측과 상기 하이드로 유닛 사이의 냉매관에 마련되고 상기 온수 운전 시에만 개방되는 제1전자밸브;
    상기 압축기의 흡입 측과 상기 하이드로 유닛 사이의 냉매관에 마련되고 상기 냉수 운전 시에만 개방되는 제2전자밸브;
    상기 실내기와 실외기 사이의 냉매관에 마련되고 상기 냉수 운전 또는 온수 운전만 수행 시에는 폐쇄되는 제3전자밸브를 더 포함하는 히트펌프.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 실외기는,
    상기 기류식 냉방 운전 또는 냉수 운전 시 냉매의 흐름을 바이패스시키는 제4전자밸브를 더 포함하는 히트펌프.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 기류식 난방 운전과 냉수 운전이 함께 선택되면 상기 제4전자밸브를 폐쇄 제어하고, 상기 제1유량조절밸브 및 제2유량조절밸브의 개도를 조절하여 과열도를 제어하는 히트 펌프.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 기류식 냉방 운전과 냉수 운전이 함께 선택되면 상기 압축기의 흡입 측 압력에 기초하여 상기 제2유량조절밸브의 개도를 조절하는 히트 펌프.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 압축기의 흡입 측 압력이 설정 저압 미만이면 상기 제2유량조절밸브의 개도를 조절하여 과열도를 제어하고, 상기 설정 저압 이상이면 상기 제2유량조절밸브를 폐쇄 제어하는 히트 펌프.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 실내기의 용량을 확인하고, 상기 실내기의 용량에 대응되는 상기 제2유량조절밸브의 개도를 선택하고, 상기 선택된 개도로 상기 제2유량조절밸브의 개도를 조절하는 히트 펌프.
  29. 제 22 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 기류식 난방 운전 시 미리 설정된 기준 고압이 유지되도록 상기 선택된 제2유량조절밸브의 개도를 미세 조절하는 히트 펌프.
  30. 제 22 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 하이드로 유닛 내의 물의 온도와 미리 설정된 물의 온도의 온도차를 산출하고 상기 온도차에 대응되는 상기 제1유량조절밸브의 개도를 선택하고, 상기 선택된 개도로 상기 제1유량조절밸브의 개도를 조절하는 히트 펌프.
  31. 제 22 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 기류식 냉방 운전 시 미리 설정된 기준 저압이 유지되도록 상기 선택된 제1유량조절밸브의 개도를 미세 조절하는 히트 펌프.
  32. 제 22 항에 있어서, 상기 제어기는,
    상기 온수 운전만 선택되면 상기 제2유량조절밸브의 개도를 최대 개도로 조절하고, 상기 기류식 냉방 운전만 선택되면 상기 제1유량조절밸브의 개도를 최대 개도로 조절하는 히트 펌프.
  33. 제 22 항에 있어서,
    상기 제1유량조절밸브는, 상기 기류식 난방 운전 시 상기 제1열교환기에 공급되는 냉매의 압력을 강하시키고,
    상기 제2유량조절밸브는, 상기 냉수 운전 시 상기 제3열교환기에 공급되는 냉매의 압력을 강하시키고,
    상기 팽창밸브는, 상기 기류식 냉방 운전 시 상기 제2열교환기에 공급되는 냉매의 압력을 강하시키는 히트 펌프.
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