KR101533112B1 - Heat pump system and method for controlling the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트펌프 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 난방운전시 공조장치를 순환하는 냉매가 가열장치에 의하여 가열되는 작동유체와 열교환하여 가열되고, 상기 가열장치는 상기 작동유체의 온도에 따라서 동작이 제어된다. 따라서 본 발명에 의하면, 다양한 타입의 가열수단을 냉매를 가열하기 위한 가열장치로 용이하게 사용할 수 있는 이점이 있다. The present invention relates to a heat pump system and a control method thereof. In the present invention, the refrigerant circulating in the air conditioner during the heating operation is heat-exchanged with the working fluid heated by the heating device, and the operation of the heating device is controlled according to the temperature of the working fluid. Therefore, according to the present invention, there is an advantage that various types of heating means can be easily used as a heating device for heating a refrigerant.

히트펌프, 공조장치, 가열장치, 냉매, 작동유체 Heat pump, air conditioner, heating device, refrigerant, working fluid

Description

히트펌프 시스템 및 그 제어방법{Heat pump system and method for controlling the same}[0001] Heat pump system and method for controlling same [0002]

본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난방운전시 냉매를 가열하기 위한 가열장치를 포함하는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump system, and more particularly, to a heat pump system including a heating device for heating a refrigerant during a heating operation and a control method thereof.

일반적으로 히트펌프 시스템은, 실내를 냉방 또는 난방시키기 위하여 열교환사이클을 구성하는 압축기, 사방밸브, 실내열교환기 및 실외열교환기 등을 포함한다. 난방운전시에는, 상기 실외열교환기는 증발기로써 동작하고, 상기 실내열교환기는 팽창기로써 동작한다. 보다 상세하게는, 상기 실외열교환기에서 증발되면서 실외공기와 열교환한 냉매가 상기 압축기에서 고온, 고압으로 압축되어 상기 실내열교환기에서 팽창되면서 실내공기와 열교환됨으로써, 실내의 난방이 이루어진다.Generally, the heat pump system includes a compressor, a four-way valve, an indoor heat exchanger, and an outdoor heat exchanger that constitute a heat exchange cycle for cooling or heating the room. During the heating operation, the outdoor heat exchanger operates as an evaporator, and the indoor heat exchanger operates as an expander. More specifically, the refrigerant heat-exchanged with the outdoor air while being evaporated in the outdoor heat exchanger is compressed at a high temperature and a high pressure in the compressor, expanded in the indoor heat exchanger, and heat-exchanged with indoor air, thereby heating the room.

그러나 종래의 기술에 의한 히트펌프 시스템에서는, 실외온도가 현저히 낮은 경우에는, 증발기로 동작하는 상기 실외열교환기에서의 냉매의 효율적인 증발이 이루어지지 못하게 될 수 있다. 따라서 이와 같은 냉매의 비효율적인 증발에 의하여 난방효율이 저하되는 단점이 발생하게 된다.However, in the conventional heat pump system, when the outdoor temperature is extremely low, efficient evaporation of the refrigerant in the outdoor heat exchanger operating as an evaporator may not be achieved. Accordingly, there is a disadvantage that the heating efficiency is lowered due to ineffective evaporation of the refrigerant.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 보다 효율적인 난방이 가능하도록 구성되는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a heat pump system and a control method thereof that are configured to enable more efficient heating.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명은 순환하는 냉매와 실외공기 및 실내공기와의 열교환에 의하여 공간의 냉방 또는 난방을 위한 공조장치; 및 작동유체를 가열하는 가열부 및 상기 가열부에서 가열된 상기 작동유체와 냉매를 열교환시키는 열교환부를 포함하는 가열장치; 를 포함하고, 상기 가열부는 상기 작동유체의 온도가 기설정된 기준온도 이상이 되면 정지된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an air conditioner for cooling or heating a space by heat exchange between circulating refrigerant, outdoor air, and indoor air; A heating unit for heating the working fluid, and a heat exchanging unit for exchanging heat between the working fluid heated by the heating unit and the refrigerant; And the heating unit is stopped when the temperature of the working fluid reaches a predetermined reference temperature or more.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명은 (A) 공조장치가, 난방운전하는 단계; (B) 가열장치에 의하여 가열되는 작동유체가, 상기 공조장치를 순환하는 냉매와 열교환하는 단계; 및 (C) 상기 가열장치가, 상기 작동유체의 온도가 기설정된 기준온도 이상이 되면, 정지되는 단계; 를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of controlling an air conditioner, comprising the steps of: (A) (B) heat-exchanging a working fluid heated by the heating device with a refrigerant circulating through the air conditioner; And (C) stopping the heating device when the temperature of the working fluid reaches a predetermined reference temperature or more; .

본 발명에 의하면, 보다 효율적인 난방이 가능해지는 이점이 있다.According to the present invention, there is an advantage that more efficient heating is possible.

이하에서는 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조 하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of a heat pump system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도이다.FIG. 1 is a view showing an embodiment of a heat pump system according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 히트펌프 시스템은, 공조장치(100) 및 가열장치(200)를 포함한다. 상기 공조장치(100)에는 냉방 또는 난방을 위한 각종 부품이 설치된다. 그리고 상기 가열장치(200)는, 난방운전시 상기 공조장치(100)를 순환하는 냉매를 가열하는 역할을 한다. Referring to FIG. 1, the heat pump system according to the present invention includes an air conditioning apparatus 100 and a heating apparatus 200. The air conditioner 100 is provided with various components for cooling or heating. The heating device 200 serves to heat a refrigerant circulating through the air conditioner 100 during a heating operation.

보다 상세하게는, 상기 공조장치(100)는 실외기(110) 및 실내기(120)를 포함한다. 상기 실외기(110)에는 실외열교환기(미도시) 및 압축기(미도시)를 포함하는 각종 부품이 설치된다. 상기 실내기(120)에는 실내열교환기(미도시)를 포함하는 각종 부품이 설치된다. 상기 실외열교환기는 냉방운전시에는 응축기로 동작되고, 난방운전시에는 증발기로 동작된다. 그리고 상기 실내열교환기는 냉방운전시에는 증발기로 동작되고, 난방운전시에는 응축기로 동작된다. 본 실시예에서는, 상기 실외기(110)는 1개로 구성되고, 상기 실내기(120)는 다수개로 구성되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말하면, 상기 실외기(110)가 다수개로 구성되거나, 상기 실내기(120)가 1개 또는 상기 실외기(110)에 대응되는 개수로 구성되어도 무방하다.More specifically, the air conditioner 100 includes an outdoor unit 110 and an indoor unit 120. The outdoor unit 110 is provided with various components including an outdoor heat exchanger (not shown) and a compressor (not shown). The indoor unit 120 is provided with various components including an indoor heat exchanger (not shown). The outdoor heat exchanger is operated as a condenser during cooling operation and as an evaporator during heating operation. The indoor heat exchanger is operated as an evaporator during cooling operation and as a condenser during heating operation. In the present embodiment, the number of the outdoor units 110 is one, and the number of the indoor units 120 is plural, but it is not limited thereto. In other words, the number of the outdoor units 110 may be plural, or the number of the indoor units 120 may correspond to one or the number of the outdoor units 110.

상기 실외기(110) 및 실내기(120)는 냉매관(130)으로 연결된다. 상기 냉매관(130)은 상기 실외기(110) 및 실내기(120)를 순환하는 냉매가 유동되는 곳이다. 또한 도시되지는 않았으나, 상기 실외기(110) 및 실내기(120)는, 양자 사이의 전원의 전달 및 통신을 위한 전원선 및 통신선으로 연결된다.The outdoor unit (110) and the indoor unit (120) are connected to the refrigerant pipe (130). The refrigerant pipe 130 is a place where the refrigerant circulating through the outdoor unit 110 and the indoor unit 120 flows. Although not shown, the outdoor unit 110 and the indoor unit 120 are connected by a power line and a communication line for transmission and communication of power between the outdoor unit 110 and the indoor unit 120.

한편 상기 실외기(110)에는 바이패스관(111)이 구비된다. 상기 바이패스관(111)은 상기 공조장치(100)를 순환하는 냉매를 후술할 열교환부(230)로 바이패스시키는 역할을 한다. 상기 바이패스관(111)에는 밸브(113)가 설치된다. 상기 밸브(113)는, 상기 가열장치(200)의 사용여부, 즉 상기 가열장치(200)에 의한 상기 냉매의 가열여부에 따라서 상기 냉매관(130)을 순환하는 냉매가 상기 바이패스관(111)으로 선택적으로 바이패스되도록 한다. Meanwhile, the outdoor unit 110 is provided with a bypass pipe 111. The bypass pipe 111 serves to bypass the refrigerant circulating in the air conditioning apparatus 100 to the heat exchanging unit 230 to be described later. A valve 113 is installed in the bypass pipe 111. The valve 113 is opened when the refrigerant circulating in the refrigerant pipe 130 is circulated through the bypass pipe 111 or the bypass pipe 111 depending on whether the heating device 200 is used or whether the heating device 200 heats the refrigerant. ). ≪ / RTI >

그리고 상기 가열장치(200)는, 유체관(210), 가열부(220), 열교환부(230), 펌프(240) 및 센서(250)를 포함한다. 상기 유체관(210)은 상기 작동유체가 유동하는 곳이다. 그리고 상기 가열부(220)는 실질적으로 상기 유체관(210)을 유동하는 작동유체를 가열하여 열을 발생시키는 부분이다. 상기 가열부(220)로는, 예를 들면, 일반적인 보일러가 사용될 수도 있다. 그리고 상기 열교환부(230)는, 상기 가열부(220)에서 발생된 열을 상기 냉매에 전달시키는 역할을 한다. 보다 상세하게는, 상기 열교환부(230)는, 상기 가열부(220)에 의하여 가열된 작동유체와 상기 공조장치(100)를 순환하는 냉매를 열교환시킴으로써 상기 냉매를 가열한다. 이를 위하여 상기 유체관(210)를 유동하는 작동유체 및 상기 바이패스관(111)을 유동하는 냉매는 상기 열교환부(230)를 통과하면서 서로 열교환한다. 물론 상기 열교환부(230)의 내부에 상기 바이패스관(111)을 유동하는 냉매와 상기 유체관(210)을 유동하는 작동유체 사이의 열교환을 위한 열전달매체가 구비될 수 있다. 그리고 상기 펌프(240)는, 상기 작동유체가 상기 유체관(210)을 순환하도록 압송하는 역할을 한다. 상기 센서(250)는 상기 유체관(210)을 유동하는 상기 작동유체의 온도를 감 지한다. 바람직하게는, 상기 센서(250)는 상기 가열부(220)에서 가열되어 상기 열교환부(230)로 유동되는 상기 작동유체의 온도를 감지할 수 있도록 상기 유체관(210)의 일측에 설치될 수 있다.The heating device 200 includes a fluid pipe 210, a heating unit 220, a heat exchanging unit 230, a pump 240, and a sensor 250. The fluid tube 210 is where the working fluid flows. The heating unit 220 substantially heats the working fluid flowing through the fluid pipe 210 to generate heat. As the heating unit 220, for example, a common boiler may be used. The heat exchanger 230 transfers heat generated in the heating unit 220 to the refrigerant. More specifically, the heat exchanging unit 230 heats the refrigerant by exchanging heat between the working fluid heated by the heating unit 220 and the refrigerant circulating through the air conditioning unit 100. For this, the working fluid flowing through the fluid pipe 210 and the refrigerant flowing through the bypass pipe 111 heat-exchange with each other while passing through the heat exchanging part 230. A heat transfer medium for heat exchange between a refrigerant flowing through the bypass pipe 111 and a working fluid flowing through the fluid pipe 210 may be provided in the heat exchanging unit 230. The pump 240 functions to pump the working fluid to circulate the fluid tube 210. The sensor 250 senses the temperature of the working fluid flowing through the fluid tube 210. The sensor 250 may be installed at one side of the fluid pipe 210 to sense the temperature of the working fluid heated by the heating unit 220 and flowing to the heat exchanging unit 230. have.

이하에서는 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of controlling a heat pump system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 제어방법의 실시예를 보인 제어흐름도이다. 2 is a control flowchart showing an embodiment of a control method of a heat pump system according to the present invention.

도 2를 참조하면, 먼저 공조장치(100)가 난방운전된다.(S11) 이때 상기 공조장치(100)의 실외열교환기와 실내열교환기는 각각 증발기와 응축기로 동작된다.2, first, the air conditioner 100 is heated (S11). At this time, the outdoor heat exchanger and the indoor heat exchanger of the air conditioner 100 are operated as an evaporator and a condenser, respectively.

상기 공조장치(100)가 난방운전되면, 상기 공조장치(100)를 순환하는 냉매의 가열이 필요한지 여부를 판단한다.(S13) 상기 냉매의 가열이 필요한지 여부는, 예를 들면, 실외공기의 온도가 기설정된 온도 이하, 즉 상기 실외열교환기에서 상기 냉매의 충분한 증발이 이루어지지는 않지 여부에 따라서 판단한다.When the air conditioner 100 operates in the heating mode, it is determined whether or not the refrigerant circulating in the air conditioner 100 needs to be heated. (S13) Whether the heating of the refrigerant is necessary may be determined, for example, Is determined to be equal to or less than a predetermined temperature, that is, whether or not sufficient evaporation of the refrigerant is not performed in the outdoor heat exchanger.

그리고 상기 S13단계에서 상기 냉매의 가열이 필요한 것으로 판단된 경우에는, 가열장치(200)가 동작된다.(S15) 보다 상세하게는, 가열부(220)가 온동작되어 작동유체가 가열된다. 그리고 가열된 상기 작동유체는 유체관(210)을 유동하여 열교환부(230)를 통과한다. 또한 상기 공조장치(100)를 순환하는 냉매, 보다 상세하게는, 상기 실외열교환에서 증발되어 압축기로 전달되는 냉매는, 밸브(113)의 개방에 의하여 바이패스관(111)을 유동하여 상기 열교환부(230)를 통과한다. 따라서 상기 냉매와 작동유체 사이의 열교환이 이루어짐으로써, 상기 작동유체가 가열된 다.When it is determined in step S13 that the refrigerant needs to be heated, the heating apparatus 200 is operated. (S15) In more detail, the heating unit 220 is turned on to heat the working fluid. The heated working fluid flows through the fluid pipe 210 and passes through the heat exchanging part 230. The refrigerant circulating in the air conditioning apparatus 100, more specifically, the refrigerant evaporated in the outdoor heat exchange and transferred to the compressor flows through the bypass pipe 111 by opening the valve 113, (230). Thus, heat exchange is performed between the refrigerant and the working fluid, thereby heating the working fluid.

한편 상기 가열장치(200)가 동작되는 상태에서, 상기 센서(250)는 상기 작동유체의 온도를 감지한다. 그리고 상기 작동유체의 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는지 여부를 판단한다.(S17)  Meanwhile, in a state where the heating device 200 is operated, the sensor 250 senses the temperature of the working fluid. Then, it is determined whether or not the temperature of the working fluid exceeds a preset reference temperature (S17)

상기 S17단계에서, 상기 작동유체의 온도가 상기 기준온도를 초과한 것으로 판단된 경우에는, 상기 가열장치(200)가 정지된다. 이는 상기 공조장치(100)에서 필요로 하는 열량과 무관하게 상기 가열장치(200)에 의하여 상기 작동유체가 가열됨으로써, 실질적으로 상기 냉매가 과열되는 현상을 방지하기 위함이다. 또한 상기 가열장치(200)가 정지되면, 상기 밸브(113)가 닫혀서 상기 바이패스관(111)을 통한 상기 냉매의 바이패스가 중지될 것이다.If it is determined in step S17 that the temperature of the working fluid exceeds the reference temperature, the heating apparatus 200 is stopped. This is to prevent the refrigerant from being overheated by heating the working fluid by the heating device 200 irrespective of the amount of heat required by the air conditioning system 100. Also, when the heating device 200 is stopped, the valve 113 is closed and the bypass of the refrigerant through the bypass pipe 111 is stopped.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims and their equivalents. .

이상에서 설명한 바와 같이 구성되는 본 발명에 의한 히트펌프 시스템 및 그 제어방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있게 된다.According to the heat pump system and control method of the present invention configured as described above, the following effects can be expected.

먼저 본 발명에서는, 실외열교환기에서 증발된 냉매가 가열장치에 의하여 가열된다. 따라서 난방운전시 압축기로 전달되는 냉매의 온도가 증가됨으로써, 난방이 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.First, in the present invention, the refrigerant evaporated in the outdoor heat exchanger is heated by the heating device. Accordingly, the temperature of the refrigerant transferred to the compressor during the heating operation is increased, so that the heating can be efficiently performed.

그리고 본 발명에서는, 상기 가열장치를 유동하는 작동유체의 온도에 따라서 상기 가열장치를 온/오프동작시킨다. 따라서 상기 가열장치에 의하여 상기 냉매가 과열되는 현상이 방지됨으로써, 히트펌프 시스템이 손상되는 현상이 방지될 수 있다.In the present invention, the heating device is turned on / off according to the temperature of the working fluid flowing through the heating device. Accordingly, the refrigerant is prevented from being overheated by the heating device, thereby preventing damage to the heat pump system.

또한 본 발명에 의하면, 상기 가열장치의 동작, 실질적으로 가열부의 동작이 상기 가열부에 의하여 가열되는 작동유체의 온도에 따라서 제어된다. 따라서 상기 가열부로 다양한 타입의 가열수단, 예를 들면, 보일러를 가열부로 사용하더라도, 용이하게 제어할 수 있게 된다.Further, according to the present invention, the operation of the heating device, substantially the operation of the heating part is controlled in accordance with the temperature of the working fluid heated by the heating part. Therefore, even if various kinds of heating means, for example, a boiler, are used as the heating portion, the heating portion can be easily controlled.

도 1은 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도.1 is a view showing an embodiment of a heat pump system according to the present invention;

도 2는 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 제어방법의 실시예를 보인 제어흐름도.2 is a control flowchart showing an embodiment of a control method of a heat pump system according to the present invention.

Claims (8)

순환하는 냉매와 실외공기 및 실내공기와의 열교환에 의하여 공간의 냉방 또는 난방을 위한 공조장치;An air conditioning device for cooling or heating the space by heat exchange between circulating refrigerant, outdoor air, and indoor air; 난방운전시 상기 냉매를 가열하기 위해 상기 공조장치를 순환하는 냉매와 열교환하는 작동유체를 가열하고, 상기 작동유체의 온도에 따라서 동작이 제어되는 가열장치; 및A heating device for heating a working fluid for heat-exchanging with a refrigerant circulating in the air conditioning device to heat the refrigerant in a heating operation, the operation being controlled according to a temperature of the working fluid; And 상기 냉매를 상기 작동유체와 열교환하기 위해 선택적으로 바이패스하는 바이패스관을 포함하고,And a bypass pipe selectively bypassing the refrigerant for heat exchange with the working fluid, 상기 작동유체의 온도가 기설정된 기준온도 이상이 되면, 상기 가열장치는 정지되고, 상기 바이패스관은 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.Wherein when the temperature of the working fluid exceeds a predetermined reference temperature, the heating device is stopped and the bypass pipe is closed. 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 공조장치는, The air- 실외열교환기 및 압축기가 설치되는 적어도 1개의 실외기; 및 At least one outdoor unit in which an outdoor heat exchanger and a compressor are installed; And 실내열교환기가 설치되는 적어도 1개의 실내기; 를 포함하는 히트펌프 시스템. At least one indoor unit in which an indoor heat exchanger is installed; . ≪ / RTI > 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 가열장치는, The heating device includes: 상기 작동유체를 가열하는 가열부; 및 A heating unit for heating the working fluid; And 상기 가열부에서 가열된 상기 작동유체와 냉매를 열교환시키는 열교환부; 를 포함하는 히트펌프 시스템.A heat exchange unit for exchanging heat between the working fluid heated by the heating unit and the refrigerant; . ≪ / RTI > 삭제delete (A) 공조장치가, 난방운전하는 단계; (A) the air conditioning apparatus performs heating operation; (B) 가열장치에 의하여 가열되는 작동유체가, 상기 공조장치를 순환하는 냉매와 열교환함으로써 상기 냉매를 가열하는 단계; (B) heating the refrigerant by heat exchange with a refrigerant circulating through the air conditioner, the working fluid heated by the heating device; (C) 상기 가열장치가, 상기 작동유체의 온도가 기설정된 기준온도 이상이 되면, 정지되는 단계; 및(C) stopping the heating device when the temperature of the working fluid reaches a predetermined reference temperature or more; And (D) 상기 냉매를 상기 가열장치로 바이패스 하기 위한 바이패스밸브가 폐쇄되는 단계를 포함하는 히트펌프 시스템의 제어방법.(D) closing the bypass valve for bypassing the refrigerant to the heating device. 제 6 항에 있어서, The method according to claim 6, 상기 (B) 단계에서, In the step (B) 상기 가열장치는, 상기 냉매의 가열이 필요한 경우에만 동작하는 히트펌프 시스템의 제어방법.Wherein the heating device is operated only when heating of the refrigerant is required. 제 7 항에 있어서, 8. The method of claim 7, 상기 (B) 단계에서, In the step (B) 상기 냉매의 가열의 필요여부는, 적어도 상기 공기장치를 순환하는 냉매와 실외온도의 차이를 고려하여 결정되는 히트펌프 시스템의 제어방법. Wherein the necessity of heating the refrigerant is determined in consideration of a difference between a refrigerant circulating through the air device and an outdoor temperature.
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