KR101570534B1 - 냉매사이클 연동 물 순환 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템에는, 가열탱크의 수위가 기준수위보다 낮아지는 경우에 물을 보충하기 위한 보조탱크가 포함되고, 상기 가열탱크 및 보조탱크의 물이 결빙되는 경우에 가열하기 위한 히터가 포함된다.

따라서, 물이 부족한 경우에는 물이 자동적으로 보충될 수 있고, 결빙에 의하여 발생되는 파손을 예방할 수 있는 이점이 있다.

냉매가열, 자동급수, 동파방지

Description

냉매사이클 연동 물 순환 시스템 및 제어 방법{Water circulation system associated with refrigerant cycle and method for controlling the same}

본 발명은 냉매사이클과 연동하여 온수 공급 및 냉난방 기능을 수행하는 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

종래에는 실내의 냉난방은 냉매사이클을 이용한 공기조화기에 의하여 수행되고, 온수 공급은 별도의 가열원을 구비하는 보일러에 의하여 수행되었다.

보다 상세히, 상기 공기조화기는 실외에 설치되는 실외기와, 실내에 설치되는 실내기를 포함한다. 상기 실외기에는, 냉매를 압축하는 압축기, 냉매와 실외 공기의 열교환을 위한 실외열교환기, 냉매가 팽창되는 감압장치가 구비되고, 상기 실내기에는 냉매와 실내 공기의 열교환을 위한 실내열교환기가 구비된다. 이때, 상기 실외열교환기 및 실내열교환기 중 어느 하나는 응축기, 다른 하나는 증발기로 작용하여, 상기 압축기, 실외열교환기, 감압장치, 실내열교환기는 냉매사이클을 수행하게 된다.

그리고, 상기 보일러는 오일, 가스 또는 전기 등을 이용하여 열을 발생시켜, 물을 가열함으로써 온수를 공급하거나 바닥난방을 수행한다.

본 발명은 물이 자동적으로 보충될 수 있는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 결빙에 의한 파손을 방지할 수 있는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기, 냉매와 실외 공기가 열교환되는 실외열교환기, 냉매가 팽창되는 감압장치가 구비되는 실외기; 상기 압축기 및 감압장치와 연결되어 냉매회로를 이루고 상기 냉매와 물이 열교환되는 실내열교환기를 포함하는 실내기; 상기 실내열교환기를 통과한 물이 순환하여 온수를 공급하는 급탕부; 상기 실내열교환기를 통과한 물이 순환하여 실내를 난방하는 난방부; 및 내부를 유동하는 물에 의하여 상기 냉매가 가열되기 위하여 상기 냉매회로 상의 일측에 연결되는 수냉매열교환기와, 상기 수냉매열교환기를 유동하는 물이 가열되기 위한 가열부와, 상기 가열된 물이 저장되기 위한 가열탱크와, 상기 가열탱크의 물을 보충하기 위한 보조탱크를 포함하는 수 회로가 제공되는 가열장치;를 포함하고, 상기 가열탱크의 수위가 기준수위보다 낮은 경우에는, 상기 보조탱크의 물이 상기 가열탱크로 유동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기, 냉매와 실외 공기가 열교환되는 실외열교환기, 냉매가 팽창되는 감압장치가 구비되는 실외기; 상기 압축기 및 감압장치와 연결되어 냉매회로를 이루고 상기 냉매와 물이 열교환되는 실내열교환기를 포함하는 실내기; 상기 실내열교환기를 통과한 물이 순환하여 온수를 공급하는 급탕부; 상기 실내열교환기를 통과한 물이 순환하여 실내를 난방하는 난방부; 및 내부를 유동하는 물에 의하여 상기 냉매가 가열되기 위하여 상기 냉매회로 상의 일측에 연결되는 수냉매열교환기와, 상기 수냉매열교환기를 유동하는 물이 가열되기 위한 가열부와, 상기 가열된 물이 저장되기 위한 가열탱크와, 상기 가열탱크의 물을 보충하기 위한 보조탱크로 이루어지는 수회로가 제공되는 가열장치; 저장된 물의 온도를 감지하기 위하여, 상기 가열탱크 및 보조탱크 중 적어도 하나에 구비되는 온도감지부; 및 상기 온도감지부가 구비되는 상기 가열탱크 및 보조탱크 중 적어도 하나에 설치되는 히터;를 포함하고, 상기 가열탱크 및 보조탱크 중 적어도 하나의 물 온도가 기준온도 이하에 해당하는 경우에는, 상기 히터가 작동되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 제어방법은, 물의 결빙에 의하여 수회로가 파손되는 현상을 방지하기 위한 동파방지과정이 수행되는 단계; 및 가열탱크의 물을 자동적으로 보충하기 위한 자동급수과정이 수행되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 이루는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템 및 제어 방법에 의하면, 가열탱크의 수위가 기준수위보다 낮아지는 경우에는, 자동적으로 보조탱크에 저장된 물이 상기 가열탱크로 유동하게 된다. 따라서, 상기 가열탱크 즉, 가열장치 내부를 유동하는 물이 부족한 경우에는 자동적으로 물이 보충 가능한 이점이 있다.

또한, 상기 가열탱크 및 보조탱크에 설치된 온도감지부에 의하여 감지된 온도가 기준온도 이하에 해당하는 경우에는, 상기 가열탱크 및 보조탱크에 설치된 히터가 작동되므로, 상기 가열탱크 및 보조탱크 즉, 가열장치 내부를 유동하는 물이 결빙됨으로써 발생되는 상기 시스템의 파손을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명의 사상이 구현되는 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템을 나타낸 구성도이다.

도시된 바와 같이, 냉매사이클 연동 물 순환 시스템은, 냉매와 실외 공기가 열교환되는 실외열교환기(180)가 구비되는 하나 이상의 실외기(100)와, 실내 난방을 위하여 상기 냉매와 실내 공기의 열교환이 이루어지는 실내열교환기(202)를 포함하는 다수의 공조실내기(200)와, 상기 냉매와 열교환하여 물이 가열되도록 하는 수열교환실내기(400)와, 상기 수열교환실내기(400)의 어느 부분에서 열교환 가능하게 연결되어 온수를 공급하는 급탕부(hot water supply part)(500)와, 상기 수열교환실내기(4)로부터 연장되는 수배관(water pipe)으로 구성되는 난방부(600)와, 상기 냉매를 가열하기 위한 가열장치(700)와, 그리고 상기 실외기(100), 공조실내기(200) 및 수열교환실내기(400) 사이에 설치되어 냉매의 유동을 제어하는 분배기(300)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 실외열교환기(180), 실내열교환기(202)는, 상기 냉매를 고온고압으로 압축하기 위한 압축기(120,120')와, 상기 냉매가 팽창되기 위한 감압장치와 더불어 냉매회로를 이룬다. 상기 감압장치는 냉방 모드 또는 난방 모드와 같은 상기 시스템의 작동 모드에 따라, 실외실외전자밸브(LEV)(102), 팽창밸브(204) 및 난방팽창밸브(152) 중 적어도 하나가 될 수 있다. 그리고, 상기 냉매는 상기 냉매회로를 따라 유동하면서 다양한 상태로 상변화하게 된다.

상기 냉매사이클 연동 물 순환 시스템은, 급탕 및 바닥 난방이 선택적 또는 동시적으로 운전 가능하며, 상기 분배기(300)의 냉매 흐름 제어를 통하여 다수 공조실내기(200)의 동시 냉/난방 및 일부 냉/난방이 가능하도록 구성된다.

또한 상기 가열장치(700)는 극한랭지에서 난방 모드로 운전시에 선택적으로 냉매를 가열함으로써 난방 효율을 높일 수 있도록 구성된다.

상기 실외기(100)는 일반적으로 건물의 실외에 설치되는 것으로, 정속 운전을 하는 정속압축기(120) 및 가변속 열펌프(Variable Speed Heat Pump)인 인버터압축기(120'), 어큐뮬레이터(132) 그리고 실외열교환기(180)와 실외전자밸브(102, LEV:linear expansion valve, 이하 '실외LEV'라 한다.) 등으로 이루어진다.

그리고 상기 공조실내기(200)는 일반적으로 건물의 실내에 설치되어 공기조화를 위한 공간으로 직접 공기를 토출하는 것으로, 내부에는 실내열교환기(202), 팽창밸브(204) 등이 각각 구비된다.

상기 실외기(100)와 분배기(300) 사이에는 액체냉매가 흐르는 단일배관인 액관(210)과, 고압의 기체냉매가 흐르는 고압기관(214) 그리고 저압의 기체냉매가 흐르는 저압기관(212)이 연통되게 설치된다.

상기 공조실내기(200)에는 액체냉매가 흐르는 실내액관(210')과, 기체냉매가 흐르는 공조실내기관(212')이 각각 형성되며, 이러한 실내액관(210')과 공조실내기관(212')은 상기 액관(210)과 고압기관(214) 및 저압기관(212)과 연통되도록 설치된다.

그리고 상기와 같은 다수의 공조실내기(200)는 그 종류와 특성이 각각 다르게 설치하는 것이 가능하며, 따라서 실내액관(210')과 공조실내기관(212')은 연결되는 공조실내기(200)의 용량에 따라 그 직경이 각각 상이하게 된다.

즉 상기 공조실내기(200)는 제1공조실내기(200a), 제2공조실내기(200b), 제3공조실내기(200c) 그리고 제4공조실내기(200d)로 구성되며, 이러한 각각의 공조실내기(200)에는 제1공조실내기관(212'a), 제2공조실내기관(212'b),제3공조실내기관(212'c), 제4공조실내기관(212'd)과, 제1실내액관(210'a), 제2실내액관(210'b), 제3실내액관(210'c), 제4실내액관(210'd)이 각각 연결 설치되어 냉매의 흐름을 안내한다.

그리고, 각각의 공조실내기(200)와 실내액관(210') 및 공조실내기관(212')은 그 크기와 용량이 다르게 구성되는 것이 가능하다.

한편 상기 공조실내기(200)에 구비되는 각각의 팽창밸브(204)는 각각의 실내열교환기(202)로 유입되는 냉매를 제어하게 된다. 즉 상기 제1공조실내기(200a)에는 제1실내열교환기(202a)와 제1팽창밸브(204a)가 구비되고, 상기 제2공조실내기(200b)에는 제2실내열교환기(202b)와 제2팽창밸브(204b)가 구비되고, 상기 제3공조실내기(200c)에는 제3실내열교환기(202c)와 제3팽창밸브(204c)가 구비되고, 상기 제4공조실내기(200d)에는 제4실내열교환기(202d)와 제4팽창밸브(204d)가 구비된다. 따라서 이러한 각각의 팽창밸브(204)는 사용자의 선택에 따라 서로 다르게 제어되며, 실내열교환기(202)로 유입되는 냉매의 유량을 조절한다.

이하 첨부된 도 2를 참조하여 실외기의 구성을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 실외기를 나타낸 구성도이다.

상기 정속압축기(120)와 인버터압축기(120') 사이에는 균유관(121)이 설치되어 정속압축기(120)와 인버터압축기(120')가 서로 연통되도록 한다. 따라서 어느 일측의 압축기에서 급유부족이 발생하면, 다른 압축기로부터 보충되도록 하여 유량부족에 의한 압축기(120,120')의 소손을 방지한다.

상기 압축기(120,120')로는 소음이 작고 효율이 뛰어난 스크롤압축기가 사용되며, 특히 상기 인버터압축기(120')는 부하용량에 따라 회전수가 조절되는 인버터 스크롤 압축기이다. 따라서 소수의 공조실내기(200)가 사용되어 부하용량이 적은 경우에는 먼저 상기 인버터압축기(120')가 가동되며, 점차 부하용량이 증가하여 인버터압축기(120')만으로 감당할 수 없는 경우에 비로소 정속압축기(120)가 가동된다.

상기 정속압축기(120)와 인버터압축기(120')의 출구측에는 압축기(120,120')로부터 토출되는 냉매온도를 측정하는 압축기토출온도센서(120b,120'b) 및 오일분리기(122)가 각각 구비된다. 상기 오일분리기(122)는 압축기(120,120')로부터 배출되는 냉매 속에 섞인 오일을 걸러내어 압축기(120,120')로 회수되도록 한다.

즉 상기 압축기(120,120')의 구동시 발생되는 마찰열을 냉각시키기 위해 사용되는 오일(oil)이 냉매와 더불어 상기 압축기(120,120')의 출구로 배출되는데, 이러한 냉매 속의 오일을 상기 오일분리기(122)에서 분리하여 압축기(120,120')로 되돌려 보내는 것이다.

그리고 상기 오일분리기(122)의 출구측에는 역류방지밸브(122')가 더 설치되어 냉매의 역류를 방지한다. 즉 상기 정속압축기(120)나 인버터압축기(120') 중 어느 하나만 가동되는 경우에 정지중인 압축기(120/120') 내부로 압축냉매가 역류되지 않도록 하는 것이다.

상기 오일분리기(122)는 배관에 의해 사방밸브(124)와 연통되도록 구성된다. 상기 사방밸브(124)는 냉,난방 운전에 따라 냉매의 흐름 방향을 바꾸어 주도록 배설되는 것으로, 각각의 포트는 압축기(120,120')의 출구(또는 오일분리기), 압축기(120,120')의 입구(또는 어큐뮬레이터), 실외열교환기(180) 및 공조실내기(200)와 연결된다.

따라서 상기 정속압축기(120)와 인버터압축기(120')로부터 토출된 냉매는 한 곳으로 모아진 다음 상기 사방밸브(124)로 유입된다.

한편 상기 오일분리기(122)에서 상기 사방밸브(124)로 유입되는 냉매의 일부가 아래에서 설명할 어큐뮬레이터(132)로 바로 투입될 수 있도록 하는 핫가스(hot gas)관(125)이 상기 사방밸브(124)를 가로질러 설치된다.

상기 핫가스관(125)은 어큐뮬레이터(132)로 유입되는 저압의 냉매 압력을 높일 필요가 있는 경우에 압축기(120,120') 토출구측의 고압 냉매가 압축기(120,120') 입구측으로 직접 공급될 수 있도록 한다.

상기 핫가수관(125) 상측에는 고압센서(126)가 구비된다. 상기 고압센서(126)는 압축기(120,120')에서 압축된 냉매의 압력을 측정하기 위한 것으로, 히트펌프 냉매 사이클이 열교환 효율을 위해 미리 설정되어 있는 목표 고압과 비교하기 위한 구성이다.

따라서, 상기 고압센서(126)는 아래에서 설명하게 될 바이패스밸브(142)와 연동하게 된다. 즉, 상기 고압센서(126)에서 측정된 냉매의 압력이 난방을 위한 냉매 목표 고압에 미치지 못할 때 상기 바이패스밸브(142)를 개방시켜 냉매의 압력을 높일 수 있도록 제어된다.

상기 실외열교환기(180)의 출구측에는 실외과냉각기(130)가 구비된다. 상기 실외과냉각기(130)는 실외열교환기(180)에서 열교환된 냉매를 더욱 냉각되도록 하는 것으로, 상기 액관(210)의 임의 위치에 형성된다.

상기 실외과냉각기(130)는 이중관으로 형성된다. 즉 상기 액관(210)과 연통 되는 내측관(미도시)이 중앙에 형성되고, 이러한 내측관의 외측에는 아래에서 설명할 역이송관(130')과 연통되는 외측관(미도시)이 형성된다.

한편 상기 실외과냉각기(130)의 출구에 형성되는 액관(210)에는 역이송관(130')이 연통 형성된다. 상기 역이송관(130')은 상기 실외열교환기(180)로부터 토출되어 상기 액관(210)을 통해 유동하는 냉매가 상기 외측관(미도시)으로 유입되어 역류되도록 안내하는 역할을 한다.

상기 역이송관(130')에는 액체냉매를 팽창에 의해 저온의 기체 냉매로 변환시키는 과냉각팽창밸브(130'a)가 설치된다. 그리고 이러한 과냉각팽창밸브(130'a)는 상기 역이송관(130')을 통해 역류되는 냉매의 양을 조절할 수 있게 된다.

따라서 상기 실외과냉각기(130)를 통과한 냉매가 사용자가 원하는 온도가 되도록 한다. 즉 상기 역이송관(130')을 통해 역류하는 냉매의 양이 많아질수록 상기 실외과냉각기(130)를 통과한 냉매의 온도는 낮아지게 될 것이다.

상기와 같은 구성에 의해 상기 실외과냉각기(130)로부터 배출되는 냉매의 일부가 상기 역이송관(130')으로 유입되면, 상기 과냉각팽창밸브(130'a)를 거치면서 팽창되어 저온의 기체냉매가 되고, 이러한 저온의 기체냉매가 상기 실외과냉각기(130)의 외측관(도시되지 않음)을 통해 역류하면서 열교환을 통해 상기 내측관(도시되지 않음)을 흐르는 액냉매가 더욱 냉각되도록 한다.

이와 같이, 상기 실외열교환기(180)로부터 토출되는 액냉매는 상기 실외과냉각기(130)를 통과하면서 열전도에 의해 더욱 냉각되어 공조실내기(200)로 공급되며, 상기 실외과냉각기(130)의 외측관(도시되지 않음)으로부터 토출되는 역류냉매 는 어큐뮬레이터(132)를 거쳐 상기 압축기(120,120')로 다시 공급되어 순환된다.

상기 실외과냉각기(130)의 일측 즉, 실외열교환기(180)로부터 토출된 냉매가 공조실내기(200)로 안내되는 액관(210)의 일측에는 드라이어(131,Drier)가 설치된다. 상기 드라이어(131)는 상기 액관(210)을 흐르는 냉매속에 함유된 수분을 제거하는 역할을 한다.

상기 정속압축기(120)와 인버터압축기(120') 사이에는 어큐뮬레이터(132)가 설치된다. 상기 어큐뮬레이터(132)는 액냉매를 걸러내어 기체상태의 냉매만 상기 압축기(120,120')로 유입되도록 한다.

즉 상기 공조실내기(200)로부터 유입되는 냉매 중 기체로 증발되지 못하고 액상으로 남아있는 냉매가 상기 압축기(120,120')에 직접적으로 유입되면, 상기 압축기(120,120')에 부하가 증가되어 손상을 가져오게 된다.

따라서 상기 어큐뮬레이터(132) 내부로 유입된 냉매 중 미처 증발되지 못하고 액상으로 남아있는 냉매는 기상의 냉매보다 상대적으로 무겁기 때문에 어큐뮬레이터(132)의 하부에 저장되고, 상부의 기체상태 냉매만 상기 압축기(120,120')로 유입된다.

상기 실외기(100) 내부에는 실외열교환기(180)가 구비된다. 상기 실외열교환기(180)는 내부를 흐르는 냉매와 외부 공기와의 사이에 열교환이 일어나도록 하는 것으로 지면에 대하여 직립되게 설치된 수직부(182')와, 상기 수직부(182')의 하단으로부터 우측으로 소정 각도 경사지게 형성되는 경사부(182")로 구성된다.

상기 실외열교환기(180)의 하측에는 냉방전용배관(198)이 구비된다. 상기 냉 방전용배관(198)은 히트 펌프 냉매 사이클이 냉방모드로 운전시에 냉매 흐름을 안내하기 위한 구성으로, 상기 냉방전용배관(198) 일측에는 냉매의 역방향 유동을 제한하는 제1체크밸브(199)가 구비된다.

상기 실외열교환기(180)와 사방밸브(124) 사이에는 바이패스관(140)이 구비된다. 상기 바이패스관(140)은 실외열교환기(180) 내부에 고온 고압의 냉매를 선택적으로 공급하기 위한 구성으로, 상기 바이패스관(140)의 일측에는 바이패스관(140)을 선택적으로 차폐하기 위한 바이패스밸브(142)가 구비된다.

보다 상세하게는 상기 냉매사이클 연동 물 순환 시스템이 제상 운전 모드로 운전하거나, 운전이 정지된 상태로 오랜 시간 방치된 후 난방모드로 운전하게 되면, 상기 압축기(120,120')에서 압축되어 고압센서(126)에서 측정된 측정압력은 난방을 위한 충분한 목표고압에 못미치게 되므로, 상기 바이패스관(140)은 압축기(120,120')에서 압축된 냉매를 실외열교환기(180)의 하부로 바이패스하게 된다.

이때 기설정된 목표고압은 공조실내기(200), 급탕부(500), 난방부(600)의 실내난방부하, 실내냉방부하, 급탕부하에 따라 선택적으로 변경되어야 함이 바람직하다.

그리고, 상기 실외열교환기(180) 하측에는 개방된 바이패스관(140)을 통해 이동한 냉매가 실외열교환기(180) 내부로 안내되도록 냉매흐름 방향을 차폐하는 바이패스안내밸브(144)가 구비된다.

상기 바이패스안내밸브(144)는 바이패스관(140)과 연통되고, 난방 모드로 운전시에 실외열교환기(180)에서 토출된 냉매를 사방밸브로 안내하는 실외토출 관(148) 일측에 설치된다.

따라서, 상기 바이패스안내밸브(144)가 차폐되고, 상기 바이패스밸브(142)가 개방되어 압축기(120,120')에서 토출된 냉매 일부가 상기 바이패스관(140)을 통해 실외토출관(148) 내부로 유입되면, 냉매는 사방밸브(124)로 유동하지 못하고 상기 실외열교환기(180) 내부로 유입 가능하게 된다.

상기 실외기(100)와 가열장치(700) 사이에는 실외기(100)와 가열장치(700) 사이의 냉매 유동을 안내하기 위한 냉매가열용관(160)이 구비된다. 상기 냉매가열용관(160)은 실외전자밸브(102)와 실외과냉각기(130) 사이 및 실외토출관(148) 일측에 연통되게 연결된다.

즉, 상기 냉매가열용관(160)은 실외전자밸브(102)와 실외과냉각기(130) 사이의 냉매를 상기 가열장치(700)로 안내하는 제1냉매관(162)과, 상기 실외토출관(148) 내부의 냉매를 가열장치(700)로 안내하는 제2냉매관(164), 상기 가열장치(700)를 경유한 냉매를 상기 실외토출관(148) 내부로 안내하는 제3냉매관(166)을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 실외토출관(48)과 제3냉매관(166) 일측에는 냉매의 흐름 방향을 제어하기 위한 제2체크밸브(165) 및 제3체크밸브(167)가 각각 구비된다.

상기 제2체크밸브(165)와 제3체크밸브(167)는 히트 펌프 연동 온수 순환 시스템의 운전 모드에 따라 유동 방향이 바뀌는 냉매의 흐름 방향을 제어하기 위한 구성으로, 상기 제2냉배관(164)과 제3냉매관(166) 내부를 유동하는 냉매가 일정한 방향으로만 유동하도록 안내하게 된다.

이하에서는 상기 분배기를 첨부된 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 분배기를 나타낸 구성도이다.

도면과 같이, 상기 분배기(300)는 에이치알유니트(Heat Recovery Unit)라고도 불리는 것으로, 실외기(100)와 공조실내기(200) 사이 및 실외기(100)와 수열교환실내기(700) 사이에 각각 구비되며, 한 쌍의 분배기(300)는 서로 연통되게 연결된다.

따라서, 상기 분배기(300)는 냉매 흐름 방향을 제어함으로써 상기 수열교환실내기(400) 및 공조실내기(200)로 냉매 유동이 제어 가능하며, 공조실내기(200)의 경우 선택적인 난방 및 냉방이 가능하게 된다. 즉, 상기 분배기(300)에 의하여 냉매가 분지되어 상기 수열교환실내기(400) 및 공조실내기(200) 중 적어도 하나로 유동할 수 있다.

상기 분배기(300) 일측에는, 상기 액관(210)과 고압기관(214) 및 저압기관(212)과 각각 체결되는 액연결관(320), 고압연결관(322) 및 저압연결관(324)이 구비된다.

즉, 상기 액관(210)에는 액연결관(320)이 체결되고, 상기 고압기관(214)에는 고압연결관(322) 그리고 상기 저압기관(212)에는 저압연결관(324)이 각각 체결되어 냉매를 안내하게 된다.

또한 상기 분배기(300)에는 상기 공조실내기관(212') 및 실내액관(210')과 체결되는 실내연결기관(212") 및 실내연결액관(210")이 구비된다. 즉, 상기 공조실 내기관(212')에는 실내연결기관(212")이 체결되고, 상기 실내액관(210')에는 실내연결액관(210")이 체결되어 냉매의 흐름을 안내하게 된다.

상기 실내연결기관(212")에는 바이패스 밸브로 이루어지는 다수의 주밸브(330)와 보조밸브(332)가 설치된다. 즉 도시된 바와 같이 상기 제1공조실내기(200a)의 제1공조실내기관(212'a)과 체결되는 제1실내연결기관(212"a)에는 제1주밸브(330a)가 설치되고, 상기 제2공조실내기(200b)의 제2공조실내기관(212'b)과 체결되는 제2실내연결기관(212"b)에는 제2주밸브(330b)가 설치된다.

그리고 상기 제3공조실내기(200c)의 제3공조실내기관(212'c)과 체결되는 제3실내연결기관(212"c)에는 제3주밸브(330c)가 설치되고, 상기 제4공조실내기(200d)의 제4공조실내기관(212'd)과 연결되는 제4실내연결기관(212"d)에는 제4주밸브(330d)가 설치되어 냉매를 선택적으로 통과시키게 된다.

따라서, 상기 냉매사이클 연동 물 순환 시스템이 냉방 또는 난방 모드로 운전시에 상기 주밸브(330a, 330b, 330c, 330d)와 보조밸브(332a, 332b, 332c, 332d)는 선택적으로 개방되며, 냉/난방 절환시에는 상기 주밸브(330a, 330b, 330c, 330d)와 보조밸브(332a, 332b, 332c, 332d) 모두 일정시간, 보다 정확하게는 2분 내지 3분 정도 차폐된다.

이것은 냉/난방 운전 모드를 절환시에 발생되는 냉매의 유동방향이 바뀜으로써 발생되는 고압냉매와 저압냉매의 충격량을 감소시키기 위함이다.

한편 상기 실내연결기관(212")은 상기 분배기(300) 내부에서 분지되어 분지관(340)을 형성한다. 즉 상기 제1실내연결기관(212"a)으로부터는 제1분지관(340a) 이 분지되고, 이러한 제1분지관(340a)에는 제1보조밸브(332a)가 설치되어 제1분지관(340a)을 통과하는 냉매를 선택적으로 제어한다.

그리고 상기 제2실내연결기관(212"b)과 제3실내연결기관(212"c) 및 제4실내연결기관(212"d)에도 각각 제2분지관(340b)과 제3분지관(340c) 및 제4분지관(340d)이 분지되고, 이러한 각각의 분지관(340)에도 상기 제1보조밸브(332a)와 같은 기능을 가지는 제2보조밸브(332b)와 제3보조밸브(332c) 및 제4보조밸브(332d)가 각각 구비된다.

상기 분지관(340)은 상기 고압연결관(322)과 연통된다. 즉 상기 각각의 분지관(340)은 일단이 상기 실내연결기관(212")에 각각 연결되고, 다른 일단은 상기 고압기관(214)에 각각 연결된다. 따라서 상기의 보조밸브(332)가 개방되면, 상기 공조실내기관(212')과 고압기관(214)이 서로 연통되는 것이다.

상기 분배기(300)에는 동시과냉각기(350)가 더 구비된다. 상기 동시과냉각기(350)는 난방과 냉방이 동시에 수행되는 경우에 작동되어 냉방효율을 향상시키는 역할을 하게 된다. 상기 동시과냉각기(350)는 액관(210)과 연결되며, 상기 실외과냉각기(130)와 같이 이중관으로 구성되어 액관(210)을 흐르는 냉매가 더욱 냉각되도록 한다.

그리고 도시되지는 않았지만, 상기 동시과냉각기(350)의 내부에 구비되는 액관(210)은 나선형 관으로 이루어짐이 바람직하다. 이러한 나선형 관에 의해 냉각속도 및 냉각효율이 향상된다.

상기 동시과냉각기(350)의 하측에는 액관(210)으로부터 분지된 우회관(352) 이 더 형성되며, 이러한 우회관(352)에는 과냉각조절밸브(354)가 구비된다. 상기 과냉각조절밸브(354)는 냉/난방 동시운전시 개방되어 액관(210)을 흐르는 냉매가 더욱 냉각되도록 한다. 즉 상기 액관(210)을 흐르는 2상(기체+액체)의 냉매가 상기 동시과냉각기(350)에서 냉각되어 완전한 액상으로 바뀌게 되는 것이다.

상기 분배기(300) 내부에는 응축액제거수단(360)이 더 구비된다. 상기 응축액제거수단(360)은 고압기관(214)과 저압기관(212)이 서로 연통되도록 하는 냉매연결관(362)과, 상기 냉매연결관(362)을 통한 냉매의 흐름을 제어하는 연결관개폐밸브(364)와, 상기 냉매연결관(362)을 통해 유동하는 냉매를 팽창시키는 모세관(366)을 포함하는 구성을 가진다.

상기 연결관개폐밸브(364)는 냉방전실(모든 공조실내기가 냉방 모드로 운전)로 운전되는 경우에 상기 냉매연결관(362)을 개방시키며, 이러한 냉매연결관(362)을 통해 유동하는 냉매는 상기 모세관(366)에서 팽창하게 된다. 따라서 냉방전실운전시 상기 고압기관(214)에 응축된 냉매의 응축액이 팽창하여 상기 저압기관(212)으로 회수된다.

한편, 상기 분배기(300) 내부에는 냉매우회수단(370)이 더 구비된다. 상기 냉매우회수단(370)은 공조실내기(200)의 냉/난방 절환 전에 정지되어 있던 냉매와, 냉/난방 절환 후에 유동하는 냉매가 서로 충돌시에 냉매를 우회시켜 충격량이 줄어들도록 하는 역할을 수행한다.

즉, 상기 냉매우회수단(370)은 고압의 냉매와 저압의 냉매가 서로 충돌시에 냉매를 우회시켜 냉매의 압력차이를 보정(補整)함으로써 냉/난방 절환시에 발생하 는 소음을 저감시키는 역할을 수행한다.

이를 위해 상기 냉매우회수단(370)은 일단부가 저압연결관(324)과 연통되고 타단부가 상기 실내연결기관(212")과 연통되도록 설치된 냉매우회관(372)과, 상기 냉매우회관(372)의 내부를 선택적으로 개폐하는 냉매우회밸브(374)를 포함하여 구성된다.

보다 상세하게는, 상기 냉매우회관(372a, 372b, 372c, 372d)과 냉매우회밸브(374a, 374b, 374c, 374d)는 제1실내연결기관(212"a) 내지 제4실내연결기관(212"d)에 각각 한 개씩 구비된다.

그리고, 상기 냉매우회밸브(374a, 374b, 374c, 374d)는 냉방전실로 운전되다가 어느 1실이 난방 모드로 운전시에 개방되면 상기 보조밸브(332a, 332b, 332c, 332d)와 동일하게 개폐된다.

따라서, 냉방모드로 운전시에 상기 보조밸브(332a, 332b, 332c, 332d)와 냉매우회밸브(374a, 374b, 374c, 374d)가 차폐된 상태에서 상기 분지관(340a, 340b, 340c, 340d)에 머물러 있던 냉매는, 난방모드로 절환시에 상기 보조밸브(332a, 332b, 332c, 332d)와 냉매우회밸브(374a, 374b, 374c, 374d)가 개방됨에 따라 실외기(100)로부터 분지관(340a, 340b, 340c, 340d)에 유입된 냉매와 접촉하게 되더라도, 일부가 상기 냉매우회관(372a, 372b, 372c, 372d)으로 유입되어 우회하게 됨으로써 충격이 감소될 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되는 분배기(300)는 도 1에 도시된 한 쌍의 분배기 모두 동일하게 적용된다. 다만, 상측에 위치한 분배기(300)는 수열교환실내기(400) 1개와 연결되므로, 다수의 공조실내기관(212')과 실내액관(210') 중 하나만 선택적으로 연결될 수 있다.

물론 나머지 공조실내기관(212')과 실내액관(210')에는 공조실내기(200) 및 수열교환실내기(400)가 더 연결되어질 수도 있다.

상기 분배기(300)의 우측에는 수열교환실내기(400)와, 급탕부(500)(hot water supply part) 및 난방부(600)가 구비된다.

이하에서는, 상기 수열교환실내기(400), 급탕부(500) 및 난방부(600)의 구성을 첨부된 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 급탕부 및 난방부를 나타낸 구성도이다.

먼저 상기 수열교환실내기(400)의 구성을 살펴보면, 상기 수열교환실내기(400)는 분배기(300)로부터 토출되는 냉매가 수열교환실내기(400)를 경유하여 돌아오도록 안내하는 냉매배관(402)과 연결되며, 상기 냉매배관(402)은 물과 냉매가 열교환하도록 구성된 수냉매열교환기(410)을 경유하게 된다.

즉, 상기 냉매배관(402)은 상기 공조실내기관(212')과 실내액관(210')이 서로 연통되도록 연결되어 폐회로를 구성한다.

그리고, 상기 냉매배관(402)에는 온도센서(TH1,TH2)가 구비된다. 즉, 상기 수냉매열교환기(410)의 입구측 및 출구측에는 각각 온도센서(TH1,TH2)가 하나씩 구비된다.

상기 수냉매열교환기(410)는 히트 펌프 냉매 사이클을 따라 흐르는 냉매와 수배관을 따라 흐르는 물이 열교환하는 부분으로서, 판형 열교환기가 적용 가능하다.

상기 수냉매열교환기(410)는 분배기(300)로부터 유입된 냉매로부터 열을 전달받아 물을 가열하는 구성이다.

보다 상세하게는 상기 급탕부(500) 및 난방부(600)를 경유한 물은 미지근하게 식은 상태인데, 이러한 물은 수냉매열교환기(410)를 경유하면서 냉매로부터 열을 전달받아 가열된다.

따라서, 상기 수냉매열교환기(410)의 우측 즉, 입구측 수배관과 출구측 수배관에는 냉매와 열교환 전/후의 수온을 측정하기 위한 온도센서(TH3,TH4)가 각각 장착될 수 있다.

상기 온도센서(TH3,TH4) 상측에는 물의 흐름을 감지하는 플로우스위치(flow swich)(420)가 구비되며, 상기 플로우스위치(420) 상측에는 팽창탱크(430)가 분지되게 연결된다.

또한, 상기 팽창탱크(430)는, 상기 수냉매열교환기(410)를 통과하면서 가열된 물의 부피가 적정 수준 이상으로 팽창될 때 이를 흡수하는 완충 기능을 수행한다. 상기 팽창탱크(430) 내부에는 다이아프램이 들어 있어 수배관 내부의 물의 부피 변화에 대응하여 움직이게 된다. 그리고, 상기 팽창탱크(430) 내부에는 질소 가스가 충전되어 있다.

상기 팽창탱크(430) 상측에는 히터조립체(440)가 구비된다. 또한, 상기 히터조립체(440)는 상기 수냉매열교환기(410)를 통과한 물이 보조히터(444)에 의해 가 열되도록 하는 구성으로서, 수냉매열교환기(410)를 통한 흡입 열량이 요구되는 열량에 미치지 못하는 경우 상기 보조히터(444)는 선택적으로 동작하게 된다.

그리고, 상기 히터조립체(440)의 상측에는 에어벤트(air vent)(443)가 형성되어, 상기 히터조립체(440) 내에 존재하는 과열 상태의 공기가 배출되도록 한다. 그리고, 상기 히터조립체(440)의 어느 일측에는 압력게이지(445)와 릴리프밸브(446)가 제공되어, 상기 히터조립체(440) 내부의 압력이 적절하게 조절되도록 할 수 있다.

예를 들어, 상기 압력게이지(445)를 통해서 표시되는 수압이 과도하게 높을 때에는, 상기 릴리프 밸브(446)가 개방되도록 하여 수열교환실내기(400) 내부의 압력이 적절하게 조절되도록 한다.

그리고, 상기 보조히터(444)의 우측에는 보조히터를 경유한 물의 온도를 측정하기 위한 온도센서(TH5)가 구비된다.

상기 온도센서(TH5) 우측에는 워터펌프(460)가 구비된다. 상기 워터펌프(46)는, 히터조립체(440)의 출구측에서 연장되는 수배관을 통해서 토출되는 물을 펌핑하여, 급탕부(500)와 난방부(600)로 공급되도록 한다.

한편, 상기 급탕부(500)는, 사용자가 세면 또는 설거지 등과 같은 작업에 필요한 물을 데워서 공급하는 부분이다.

상기 워터펌프(460)로부터 물의 흐름 방향으로 이격된 어느 지점에는 물을 분지하기 위한 분지관(470)가 제공된다. 상기 분지관(470)은 워터펌프(460)에 의하여 펌핑된 물이 상기 급탕부(500) 및 난방부(600)로 흐르도록 분지하게 된다.

따라서, 상기 분지관(470)의 상측으로는 급탕부로 물의 유동방향을 안내하는 급탕배관(580)이 연결되고, 우측으로는 물의 유동방향을 난방부(600)로 안내하는 난방배관(630)이 각각 연결된다.

그리고, 상기 난방배관(630)과 급탕배관(580)에는 난방밸브(632)와 급탕밸브(582)가 각각 구비된다. 즉, 상기 난방배관(630)에는 난방밸브(632)가 구비되고, 상기 급탕배관(580)에는 급탕밸브(582)가 구비된다.

따라서, 상기 급탕밸브(582)와 난방밸브(632)의 작동 상태에 따라 상기 난방부(600)와 급탕부(500)는 선택적으로 동작하게 된다.

상기 급탕부(500), 외부로부터 공급되는 물을 저장하고, 저장된 물이 데워지도록 하는 급탕탱크(510)와, 상기 급탕탱크(510)의 내부에 제공되는 보조히터(520)가 포함된다.

그리고, 설치 형태에 따라 상기 급탕탱크(510)에 열을 공급하는 보조 열원이 더 추가될 수 있고, 제시 가능한 보조 열원으로서는 태양열을 이용한 축열조(530)가 가능하다. 그리고, 상기 급탕부(500)의 일측면에는 냉수가 유입되기 위한 입수부(511)와, 가열된 물이 토출되는 출수부(512)가 구비된다.

보다 상세히, 상기 분지관(470)으로부터 연장되는 급탕 배관의 일부는 상기 급탕탱크(510)로 인입되어, 상기 급탕탱크(510) 내부에 저장된 물을 가열한다. 즉, 상기 급탕배관(580) 내부를 따라 흐르는 고온의 물로부터 상기 급탕탱크(510)에 저장된 물로 열이 전달된다.

그리고, 특정한 경우에는 상기 보조히터(520)와 상기 보조 열원이 동작하여 추가적인 열을 더 공급할 수도 있다. 예를 들어, 사용자가 목욕을 하기 위하여 온수를 많이 필요로 하는 경우와 같이, 단시간에 물이 데워져야 하는 경우에 동작할 수 있다. 그리고, 상기 급탕탱크(510)의 일측에는 물의 온도를 감지하는 온도 센서(TH6)가 장착될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 출수부(512)에는 샤워기(550)와 같은 온수 토출 장치 또는 가습기(560)와 같은 가전 장치가 연결될 수도 있을 것이다. 그리고, 상기 보조 열원으로서 태양열을 이용한 축열조(530)가 사용되는 경우, 상기 축열조(530)로부터 연장되는 축열배관(570)이 상기 급탕탱크(510) 내부로 삽입될 수도 있을 것이다. 그리고, 상기 축열배관(570) 상에는 축열 배관 폐회로 내부의 유속을 제어하는 보조펌프(540)가 장착되고, 상기 축열배관(570) 내부의 물의 흐름 방향을 제어하기 위한 방향 절환밸브(VA)가 장착될 수 있다. 그리고, 상기 축열배관(57)의 어느 일측에도 물의 온도를 측정하는 온도센서(TH7)가 장착될 수 있다.

상기에서 제시된 태양열을 이용한 축열부와 같은 보조 열원 구조는 제시된 실시예에 제한되지 아니하고, 다양한 형태를 가지고 다른 위치에 장착 가능함을 밝혀 둔다.

한편, 상기 난방부(600)에는, 상기 난방배관(630)의 일부가 실내 바닥에 매설되어 형성되는 바닥난방수단(610)과, 상기 난방배관(630)의 어느 지점으로부터 분지되어 상기 바닥난방수단(610)과 병렬 연결되는 공기난방수단(620)이 포함된다.

상세히, 상기 바닥난방수단(610)은 도시된 바와 같이 실내 바닥에 미앤더 라인(meander line) 형태로 매설될 수 있다. 그리고, 상기 공기난방수단(620)은 팬 코일 유닛(Fan Coil Unit) 또는 라디에이터(Radiator)등이 될 수 있다. 그리고, 상기 공기난방수단(620)에는 상기 난방배관(630)으로부터 분지되는 공기난방배관(640) 일부가 열교환 수단으로 제공된다. 그리고, 상기 공기난방배관(640)이 분지되는 지점에는 삼방 밸브와 같은 유로전환밸브(650,660)가 설치되어, 상기 난방 배관(630)을 따라 흐르는 냉매가 상기 바닥난방수단(610)과 공기난방수단(620)으로 나뉘어 흐르거나 어느 한 쪽으로만 흐르도록 할 수 있다.

또한, 상기 분지관(470)로부터 연장되는 상기 급탕배관(580)의 단부는 상기 공기난방배관(640)의 출구단으로부터 물의 흐름 방향으로 이격되는 지점에서 합지된다. 따라서, 급탕 모드에서는 상기 급탕배관(580)을 따라 흐르는 냉매는 난방배관(630)으로 다시 합쳐진 후에 상기 수냉매열교환기(410)로 유입된다.

여기서, 상기 급탕배관(580)이 난방배관(630)과 합쳐지는 지점과 같이, 역류 차단을 필요로 하는 지점에는 역지밸브(V)가 설치되어, 물의 역류가 방지되도록 할 수 있다. 같은 맥락으로, 상기 유로전환밸브(660)가 설치되는 방법 외에, 상기 공기난방배관(640)의 출구단과 상기 바닥난방수단(610)의 출구단에 역지 밸브가 각각 설치되는 것도 가능할 것이다.

이하에서는, 도 5를 참조하여 가열장치(700)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 가열장치를 나타낸 구성도이다.

도면과 같이, 상기 가열장치(700)는 상기 냉매회로의 일측과 연결되어 냉매를 선택적으로 가열하는 것으로, 상기 가열장치(700)의 내부에는 냉매순환용 관(710)이 구비된다.

상기 냉매순환용관(710)은 히트펌프 냉매 사이클과 연통되어 실외기(100) 내부의 냉매가 가열장치(700) 내부를 순환할 수 있도록 하는 구성이다.

즉, 상기 냉매순환용관(710)은 상기 제1냉매관(162)과 연결되는 제1순환관(712)과, 제2냉매관(164)과 연결되는 제2순환관(714)과, 상기 제3냉매관(166)과 연결되는 제3순환관(715)을 포함하여 구성된다.

상기 제2순환관(714)은 가열장치(700) 내부에서 제1순환관(712)과 합지되며, 상기 제1순환관(712)과 제3순환관(716)은 서로 연통된다.

따라서, 상기 제1순환관(712) 또는 제2순환관(714)으로 유입된 냉매는 상기 제3순환관(716)을 통해 다시 실외기 내부로 복귀된다.

상기 제1순환관(712) 일측에는 과열방지관(720)이 구비된다. 상기 과열방지관(720)은 제1순환관(712)과 제3순환관(716)이 연통되도록 구성된 것으로, 상기 과열방지관(720) 일측에는 과열차단밸브(722)이 구비된다.

상기 과열차단밸브(722)는 과열차단관(720)을 선택적으로 개방시켜 상기 제1순환관(712)을 통해 유입되는 냉매 일부를 제3순환관(716)으로 분지함으로써 냉매의 가열을 미연에 차단하고, 이로써 냉매의 과열을 방지할 수 있게 된다.

상기 제1순환관(712) 일측에는 회유관(730)이 구비된다. 상기 회유관(730)에는 개폐밸브(732)가 구비되어 선택적으로 냉매 유동이 허용된다.

즉, 상기 회유관(730) 하측에는 난방팽창밸브(740)가 구비되고, 상기 난방팽창밸브(740)는 아래에서 설명할 수냉매열교환기(750)이 증발기로 사용될 때 냉매를 팽창시키게 된다.

따라서, 상기 개폐밸브(732)가 회유관(730)을 차폐한 상태에서 상기 제1순환관(712)을 통해 냉매가 유입되면, 냉매는 난방팽창밸브(740)를 통해 팽창이 가능하게 된다.

상기 가열장치(700) 내부에는 수냉매열교환기(750)이 구비된다. 상기 수냉매열교환기(750)은 냉매순환용관(710)을 통해 순환하는 냉매와 물을 열교환하기 위한 구성으로 판형열교환기가 적용된다.

즉, 상기 수냉매열교환기(750)에는 물이 유동하는 가열수로(752)가 연결되고, 상기 가열수로(752)는 물가열수단(760)을 통해 가열된 물이 순환하게 되며, 상기 수냉매열교환기(750) 내부를 경유하는 냉매와 물은 서로 분리된 상태로 유동하여 열교환함으로써 냉매를 가열할 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 가열장치(700) 내부에는 물가열수단(760)이 구비된다. 상기 물가열수단(760)은 가열수로(752)가 내부로 경유하는 물가열부(762)와, 상기 물가열부에 열을 제공하는 가열원(764)을 포함하여 구성된다.

상기 가열원(764)은 물가열부를 가열할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경 실시가 가능하며, 예컨대 가스, 오일(Oil), 전열(Heater), 태양열 등이 적용 가능하다.

그리고, 상기 가열원(764) 일측에는 가열수로(752) 내부의 물이 순환할 수 있도록 강제하는 제1워터펌프(770)가 구비되며, 상기 가열수로(752)의 양단부는 가열탱크(780) 내부와 연통되도록 구성된다.

상기 가열탱크(780) 내부에는 일정 수위의 물이 저장되며, 상기 가열탱크(780) 내부의 물은 가열수로(752)를 따라 순환하게 된다. 따라서, 상기 가열수로(752)를 따라 이동하면서 물가열수단(760)에 의해 가열된 물이 상기 가열탱크(780)에 저장됨으로써, 상기 냉매를 가열하기 위한 열이 비축된다.

또한, 상기 가열탱크(780)에는, 상기 가열탱크(780)에 저장된 물의 수위를 감지하기 위한 수위감지부(810)과, 상기 가열탱크(780)에 저장된 물의 온도를 감지하기 위한 제1온도감지부와, 상기 가열탱크(780)에 저장된 물을 가열하기 위한 제1히터(858)가 구비된다.

한편, 상기 가열장치(700)에는 상기 수냉매열교환기(750), 가열탱크(780), 제1워터펌프(770), 물가열수단(760) 및 이를 연결하는 가열수로(752)에 보충하기 위한 물을 저장하는 보조탱크(743)가 구비된다. 이때, 상기 보조탱크(743)는, 내부와 외부가 연통되는 개방 구조로써, 물을 보충하는 작업이 용이하다.

다만, 상기 가열장치(700)는 상기 냉매를 가열 가능한 범위 내에서 상기 냉매회로 상의 다양한 지점에 연결될 수 있고, 동시에 연결되는 지점에 따라서 상기 실외기(100), 공조실내기(200), 수열교환실내기(400) 중 적어도 하나에 결합될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 보조탱크(743)도 상기 가열수로(752) 상의 일측에 연결되어 상기 가열탱크(780)와 연통 가능한 범위 내에서, 상기 가열장치(700), 실외기(100), 공조실내기(200) 또는 수열교환실내기(400)에 선택적으로 분리 가능하게 결합될 수 있다.

그리고, 상기 보조탱크(743)에는, 상기 보조탱크(743)에 저장되는 물의 온도 를 감지하기 위한 제2온도감지부(824)와, 상기 보조탱크(743)에 저장되는 물을 가열하기 위한 제2히터(854)가 구비된다.

그리고, 상기 가열수로(752) 일측에는, 상기 보조탱브(743)으로부터 상기 가열수로(752) 쪽으로 보충되는 물을 안내하기 위한 보충수로(740)가 연결된다. 상기 보충수로(740)는, 상기 보조탱크(743)으로부터 상기 가열수로(752) 쪽으로 보충되는 물을 안내하기 위한 공급로(742)와, 상기 가열수로(752)로부터 상기 보조탱크(743) 쪽으로 회수되는 물을 안내하기 위한 회수로(741)로 분지된다. 상기 공급로(742) 및 회수로(741)는 각각 상기 보조탱크(743)에 연결된다.

또한, 상기 보충수로(740) 상의 일측에는, 보충되는 물의 양을 조절하기 위한 보충밸브(748)이 설치된다. 그리고, 상기 공급로(742) 상의 일측에는, 상기 보조탱크(743)로부터 상기 가열수로(752) 쪽으로 물을 강제 유동시키기 위한 제2워터펌프(741)와, 상기 공급로(742) 상의 물의 유동 방향을 상기 보조탱크(743)에서 상기 가열수로(752) 쪽으로만 가능하도록 제한하기 위한 제4체크밸브(747)가 설치된다.

여기서, 상기 보조탱크(743)는 상기 수냉매열교환기(750), 가열탱크(780), 제1워터펌프(770), 물가열수단(760), 가열수로(752), 보충수로(740), 공급로(742), 회수로(741), 제2워터펌프(741) 및 보조탱크(743)로 이루어지는 수회로 상에서 최하방에 위치된다. 따라서, 상기 시스템의 작동이 종료되면 상기 제1워터펌프 및 제2워터펌프의 작동이 정지되므로, 상기 보충밸브(740)가 개방된 상태에서 상기 수회로 상의 물은 모두 상기 보조탱크(743)로 유입될 수 있다.

이러한 경우에, 상기 가열장치(700) 내부에서 상기 수회로 상의 물이 상기 보조탱크(743)로 유동하는 모습은 도 5에 도시된 바와 같다. 즉, 상기 수회로 상의 가열탱크(780), 물가열수단(760), 워터펌프(770,746), 가열수로(752)를 유동하던 물이 상기 보충수로(740), 회수로(741)를 따라 상기 보조탱크(743)로 집수되게 된다. 이때, 상기 제4체크밸브(747)에 의하여 상기 공급로(742) 상의 유동 방향이 제한되므로, 상기 보충수로(740)를 유동하는 물은 상기 공급로(742) 쪽으로는 유동하지 못한다.

상기 시스템이 작동되지 않는 경우에는, 상기 가열장치(700) 내부의 물이 상기 보조탱크(743)에 집수된 상태로 저장될 수 있으므로, 상기 가열장치(700) 내부의 물이 결빙됨으로써 상기 수회로 상의 각종 장치 및 배관이 파손되는 현상이 최소화될 수 있다.

또한, 상기 시스템의 작동되지 않는 상태에서, 상기 보조탱크(743)에 집수된 물이 결빙되더라도, 상기 보조탱크(743)는 내부와 외부가 연통되는 개방 구조로 형성되므로, 상기 집수된 물의 부피 변화에 따른 상기 보조탱크(743)의 파손을 예방할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템에서 자동급수 및 동파방지를 위한 제어방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 가열장치에서, 자동급수가 수행되는 경우의 물 흐름을 나타낸 흐름도이고, 도 7은 본 발 명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 제어 구성도이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 제어방법을 보인 플로차트이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 동파방지 과정을 보인 플로차트이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 자동 급수 과정을 보인 플로차트이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 시스템은 상기 수위감지부(810)에 의하여 감지되는 상기 가열탱크(780)의 수위와, 상기 온도감지부(820)에 의하여 감지되는 상기 가열탱크(780) 및 보조탱크(743)의 온도에 따라, 상기 펌프(746), 상기 보충밸브(748) 및 히터(850)의 작동을 제어하기 위한 제어부(830)을 포함한다.

그리고, 상기 시스템은 상기 시스템의 운전에 관련된 신호가 입력되기 위한 입력부(870)와, 상기 제어부(830)의 제어 수행에 필요한 정보를 저장하는 메모리부(860)와, 상기 냉매와 물의 순환을 위한 순환구동부(880)를 포함한다. 이때, 상기 순환구동부(880)는 상기 냉매와 물을 순환시키기 위하여 구비되는 압축기(120,120') 및 펌프(460,540,770)를 의미한다. 즉, 상기 순환구동부(880)의 작동 정지는 상기 시스템의 운전 정지와 동일하다.

여기서, 상기 온도감지부(820)는 상기 제1온도감지부(828)과 제2온도감지부(824)를 포함하고, 상기 히터(850)는 상기 제1히터(858)와 제2히터(854)를 포함한다. 그리고, 상기 수위감지부(810), 온도감지부(820), 펌프(840), 히터(850), 메모리부(860)는, 상기 제어부(830) 제어 신호가 전달 가능하도록 전기적으로 연결된다.

상기 시스템의 제어 방법을 살펴보기 위하여 도 8을 참조하면, 상기 시스템의 운전이 시작되면,(S10) 상기 입력부(870)를 통하여 상기 시스템 운전 정지 신호가 입력되지 않는 한, 상기 동파 방지 과정(S20) 및 자동 급수 과정(S30)이 반복적으로 수행된다.(S40) 그러나, 상기 시스템 운전 정지 신호가 입력되는 경우에는, 상기 시스템의 운전이 정지하게 된다.(S50)

여기서, 상기 동파방지과정이 상기 자동급수과정보다 앞서 수행되기 때문에, 극한랭지역에서 상기 시스템의 방치 후 운전 초기에 상기 보조탱크(743) 내부의 물이 결빙된 경우에는, 상기 동파방지과정에 의하여 상기 결빙이 제거된 후에 상기 제2워터펌프(746)가 작동되게 된다. 따라서, 상기 보조탱크(743) 내부의 물이 결빙된 상태에서 상기 제2워터펌프(746)가 작동하여 발생되는 상기 제2워터펌프(746)의 파손이 예방될 수 있다.

상기 동파 방지 과정을 보다 상세히 살펴보기 위하여 도 9를 참조하면, 먼저 상기 온도감지부(820)에 의하여 상기 가열탱크(780) 및 보조탱크(743)에 저장된 물의 현재 온도가 감지된다.(S21) 그리고, 제어부(830)는 상기 감지된 현재 온도가 기준 온도 이상에 해당하는지 여부를 판단한다.(S22)

상기 현재 온도가 상기 기준 온도 이상이 아닌 경우에는, 상기 히터(850)가 작동된다.(S23) 그리고, 상기 온도감지부(820)에 의하여 상기 가열탱크(780) 및 보조탱크(743)에 저장된 물의 현재 온도가 다시 감지된다.(S24) 다음으로, 상기 제어부(830)는 상기 감지된 현재 온도가 상기 기준 온도 이상에 해당하는지 여부를 다시 판단하여,(S25) 상기 현재 온도가 상기 기준 온도 이상이 아닌 한 상기 현재 온 도가 다시 감지되는 단계(S24)와 상기 현재 온도가 상기 기준 온도 이상에 해당하는지 여부를 판단하는 단계(S25)가 반복된다.

상기 현재 온도가 상기 기준 온도 이상에 해당하는 경우에는, 상기 히터(850)의 작동이 정지된다.(S26)

다만, 상기 기준 온도는 상기 가열장치(700) 내부를 유동하는 물의 결빙을 방지하기에 적절한 온도로써, 예를 들면 물이 결빙되기 시작하는 섭씨 0도가 될 수 있다. 그리고, 상기 온도감지부(820)에 의하여 감지되는 온도는 가열탱크(780) 및 보조탱크(743)에 저장된 물의 온도로써 2개인데, 상기 2개의 온도 중 적어도 하나가 상기 기준온도 이상이 아닌 경우에는 상기 히터(850)가 작동되는 과정이 수행될 수 있다. 이때, 상기 히터(854,858) 중, 상기 2개의 온도 중 상기 기준온도 이상이 아닌 것에 해당하는 온도가 감지된 탱크에 대응되는 히터만 작동되도록 제어하는 방법도 가능할 것이다.

한편, 상기 자동 급수 과정을 살펴보기 위하여 도 10을 참조하면, 먼저 상기 수위감지부(810)에 의하여 상기 가열탱크(780)의 현재 수위가 감지된다.(S31) 그리고, 상기 제어부(830)는 상기 감지된 현재 수위가 기준 수위 이상에 해당하는지 여부를 판단한다.(S32)

상기 현재 온도가 상기 기준 온도 이상이 아닌 경우에는, 상기 보충 밸브(748)가 개방되고 상기 제2워터펌프(746)가 작동된다.(S33) 다음으로, 상기 수위감지부(810)에 의하여 상기 가열탱크(780)의 현재 수위가 다시 감지된다.(S34) 상기 현재 수위가 상기 기준 수위 이상에 해당하지 않는 한,(S35) 상기 현재 수위가 감지되는 단계(S34) 및 상기 현재 수위가 상기 기준 수위 이상에 해당하는지 여부를 판단하는 단계(S35)가 반복된다.

그러나, 상기 재감지된 현재 수위가 상기 기준수위 이상에 해당하는 경우에는, 상기 보충밸브(748)가 폐쇄되고 상기 제2워터펌프(746)의 작동이 정지된다.

상기 기준수위는, 물이 상기 수회로를 따라 유동하면서 상기 물가열수단(760)에서 가열되고 상기 수냉매열교환기(750)에서 상기 냉매를 가열하기에 충분한 범위 내에서, 다양한 값이 될 수 있다.

본 발명의 사상이 제시되는 실시예에 제한된다고 할 수 없으며, 또다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제등에 의해서, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 실외기를 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 분배기를 나타낸 구성도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 급탕부 및 난방부를 나타낸 구성도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 가열장치를 나타낸 구성도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 가열장치에서, 자동급수가 수행되는 경우의 물 흐름을 나타낸 흐름도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 제어 구성도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 제어방법을 보인 플로차트.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 동파방지 과정을 보인 플로차트.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 냉매사이클 연동 물 순환 시스템의 자동 급수 과정을 보인 플로차트.

Claims (16)

1. 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매와 실외 공기가 열교환되는 실외열교환기, 상기 실외열교환기에서 상기 냉매를 토출하는 실외토출관, 토출된 상기 냉매가 팽창되는 감압장치, 상기 팽창된 냉매와 실외 공기가 열교환되는 실외과냉각기가 구비되는 실외기;

   상기 압축기 및 감압장치와 연결되어 냉매회로를 이루고 상기 냉매와 물이 열교환되는 실내열교환기를 포함하는 실내기; 및

   내부를 유동하는 물에 의하여 상기 냉매가 가열되기 위하여 상기 냉매회로 상의 일측에 연결되는 수냉매열교환기와, 상기 냉매가 상기 수냉매열교환기에 인출입되는 냉매순환용관과, 상기 수냉매열교환기를 유동하는 물이 가열되기 위한 가열부와, 상기 가열된 물이 저장되기 위한 가열탱크와, 상기 가열탱크의 물을 보충하기 위한 보조탱크를 포함하는 수회로가 제공되는 가열장치;를 포함하고,

   상기 냉매순환용관은, 상기 감압장치와 실외과냉각기 사이의 냉매가 상기 가열장치로 인입되는 제 1 관; 상기 실외토출관 내부의 냉매가 상기 가열장치로 인입되는 제 2 관; 및 상기 가열장치를 경유한 냉매가 상기 실외기로 인출되는 제 3 관을 포함하고,

   상기 제 1 관 또는 제 2 관으로 유입된 냉매가 상기 수냉매열교환기와 열교환 후, 상기 제 3 관을 통해 다시 실외기로 유출되는 것을 특징으로 하는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조탱크의 물을 상기 가열탱크로 강제 유동시키기 위한 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열탱크 및 보조탱크 사이에 위치하여, 상기 가열탱크의 수위가 기준수위보다 낮은 경우에는 개방되고, 상기 가열탱크의 수위가 기준수위 이상인 경우에는 폐쇄되는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조탱크는, 상기 수회로 상에서 최하방에 위치되는 것을 특징으로 하는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조탱크의 내부는 외부와 연통되는 것을 특징으로 하는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조탱크의 물이 상기 가열탱크로 유동하여, 상기 가열탱크의 수위가 기준수위에 도달하는 경우에는, 상기 보조탱크로부터 상기 가열탱크로의 물 유동이 정지되는 것을 특징으로 하는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조탱크는, 상기 실외기, 실내기 또는 가열장치에 선택적으로 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열장치에는

   저장된 물의 온도를 감지하기 위하여, 상기 가열탱크 및 보조탱크 중 적어도 하나에 구비되는 온도감지부; 및

   상기 온도감지부가 구비되는 상기 가열탱크 및 보조탱크 중 적어도 하나에 설치되는 히터;를 더 포함하고,

   상기 가열탱크 및 보조탱크 중 적어도 하나의 물 온도가 기준온도 이하에 해당하는 경우에는, 상기 히터가 작동되는 것을 특징으로 하는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 보조탱크의 물을 상기 가열탱크로 강제 유동시키기 위한 펌프;를 더 포함하고,

   운전 초기에는, 상기 가열탱크 및 보조탱크 중 적어도 하나의 물 온도가 기준온도보다 높은 경우에만, 상기 펌프가 작동되는 것을 특징으로 하는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 히터의 작동에 의하여, 상기 가열탱크 및 보조탱크 중 적어도 하나의 물 온도가 기준온도에 도달하는 경우에는, 상기 히터의 작동이 정지되는 것을 특징으로 하는 냉매사이클 연동 물 순환 시스템.
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