KR101754685B1 - 히트펌프식 급탕장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트펌프식 급탕장치에 관한 것으로서, 특히, 압축기에 의하여 압축된 냉매와 이용수가 열교환되는 하이드로킷 열교환부를 순환하는 제1냉매회로와, 기 압축기에 의하여 압축된 냉매와 실내 공기가 열교환되는 실내 열교환부를 순환하는 제2냉매회로와, 상기 압축기에 의하여 압축된 냉매가 상기 제1냉매회로 및 상기 제2냉매회로 중 적어도 어느 하나의 냉매회로를 통하여 유동되도록 조절하는 냉매조절부를 포함하고, 상기 제1냉매회로에는, 하이드로킷 열교환부 유입유로에 배치되어 유입 냉매의 온도를 검지하는 온도 검지부와, 상기 하이드로킷 열교환부 유입유로 및 하이드로킷 열교환부 유출유로를 연결하도록 배치되어 상기 하이드로킷 열교환부로 유입되기 전 냉매를 바이패스시키는 냉매 바이패스 유로가 구비됨으로써, 실외 측 온도 강하된 냉매에 의하여 히트펌프식 급탕장치의 난방 능력이 저하되는 것을 방지하는 이점을 제공한다.

Description

히트펌프식 급탕장치{Heat pump type speed heating apparatus}
본 발명은 히트펌프식 급탕장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 실내기 제어부를 이용하여 실내기 외측에서 온도가 하강된 냉매가 실내기 측으로 유입되는 것을 방지함으로써, 급탕유닛 또는 난방유닛의 온도 저하를 막아 소비자로 하여금 난방 성능의 감성품질을 향상시키는 히트펌프식 급탕장치에 관한 것이다.
일반적으로 히트 펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치이다.
히트 펌프는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기구를 포함하고, 최근에는 화석 연료의 소비를 최소화하도록 냉매로 물을 가열하여 급탕에 이용할 수 있는 히트펌프식 급탕장치가 개발되는 추세이다.
그러나, 종래 기술에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 급탕 열교환기를 통과한 냉매가 실외 열교환기와 팽창기구와 실내 열교환기를 모두 통과하여 응축, 팽창, 증발되므로 급탕성능이 저하될 수 있는 문제점이 있었다.
한편, 종래 기술에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 실외기와 함께 실외에 배치되고, 상기 급탕 열교환기를 포함하는 하이드로킷 열전달부가 구비된다. 그런데, 냉매는 기구적으로 상기 하이드로킷 열전달부와 상기 실외기를 연결하는 냉매 배관을 통과하는데, 기구적으로 냉매가 냉매 배관을 통과하면서 소정의 열손실을 초래하고, 열손실된 냉매가 상기 하이드로킷 열전달부를 통하여 그대로 실내 측으로 전달됨으로써 난방시 온도대비 최소 성능을 보장받지 못하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 실내기 난방 제어를 통해서 상기 하이드로킷 열전달부를 통한 열전달을 강제적으로 막아주는 제어를 하지만, 상술한 열손실을 초래한 냉매가 기구적으로 침투하여 계속되는 실내 측 온도 저하를 초래하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실내기 제어부를 이용하여 실외로부터 하이드로킷 열전달부로 유입되는 냉매를 바이패스 유로를 이용하여 사전에 그 유입을 차단함으로써 온도 하강된 냉매가 유입되어 난방 능력이 감소되는 것을 방지할 수 있는 히트펌프식 급탕장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는,
본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 실내기 제어부를 이용하여 실외로부터 하이드로킷 열전달부로 온도 하강된 냉매가 유입되는 것을 사전에 차단함으로써 난방 능력이 감소되는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 실외 측에 배치되는 하이드로킷 열전달부의 결빙을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 일실시예를 나타낸 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 바람직한 일실시예를 나타낸 구성도이며,
도 3은 도 2의 구성 중 바이패스 유로가 배치된 하이드로킷 열전달부의 일부를 나타낸 개념도이고,
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 운전 모드 별 냉매의 흐름을 나타낸 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 일실시예를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 바람직한 일실시예를 나타낸 구성도이며, 도 3은 도 2의 구성 중 바이패스 유로가 배치된 하이드로킷 열전달부의 일부를 나타낸 개념도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 운전 모드 별 냉매의 흐름을 나타낸 구성도이다.
본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 바람직한 일실시예는, 도 1에 참조된 바와 같이, 냉동 사이클 회로(2)와, 급탕 열교환기(74)와, 냉매조절부(6)와, 열교환기 바이패스 유로(8)와, 보조 냉매 조절부(10)와, 냉매 바이패스 유로(200)를 포함한다.
냉동 사이클 회로(2)는 압축기(12)와 실외 열교환기(14)와 팽창기구(16)(17)와 실내 열교환기(18)을 포함하여, 실내를 냉방 공조시키거나 난방 공조시킬 수 있다.
냉동 사이클 회로(2)의 공조 운전은 실내의 공기를 흡입하여 난방 공조시키는 공간난방운전과 실내의 공기를 흡입하여 냉방 공조시키는 공간냉방운전으로 이루어질 수 있다.
냉동 사이클 회로(2)는 압축기(12)의 흡입유로(22)에 압축기(12)로 액냉매가 유입되는 것을 방지하는 어큐물레이터(24)가 설치되고, 압축기(12)의 토출유로(26)에 압축기(12)에서 토출된 냉매와 오일 중 오일을 분리하여 압축기(12)로 회수하는 오일분리기(28)가 설치된다.
실외 열교환기(14)는 냉매를 응축하거나 증발시키는 구성으로써, 실외 공기가 냉매와 열교환되는 공기냉매 열교환기로 구성되는 것도 가능하고, 냉각수가 냉매와 열교환되는 수냉매 열교환기로 구성되는 것도 가능하다.
실외 열교환기(14)는 공기냉매 열교환기로 구성될 경우, 실외팬(30)이 실외 열교환기(14)로 실외 공기를 송풍할 수 있도록 설치된다.
실외 열교환기(14)는 실내 열교환기(18)와 열교환기 연결배관(32)으로 연결된다.
그리고, 팽창기구(16)(17)는 열교환기 연결배관(32)에 설치된다. 팽창기구(16)(17)는 실외 열교환기(14)와 실내 열교환기(18) 중 실외 열교환기(14)에 근접하게 설치된 실외 팽창기구(16)와, 실외 열교환기(14)와 실내 열교환기(18) 중 실내 열교환기(18)에 근접하게 설치된 실내 팽창기구(17)를 포함한다.
열교환기 연결배관(32)은 실외 열교환기(14)와 실외 팽창기구(16)가 연결되는 실외 열교환기-실외 팽창기구 연결배관(34)과, 실외 팽창기구(16)와 실내 팽창기구(17)가 연결되는 팽창기구 연결배관(36)과, 실내 팽창기구(17)와 실내 열교환기(18)가 연결되는 실내 팽창기구-실내 열교환기 연결배관(38)을 포함한다.
실내 열교환기(18)는 실내 공기가 냉매와 열교환되면서 실내를 냉방시키거나 난방시키는 것으로써, 실내팬(39)이 실내 열교환기(18)로 실내 공기를 순환시키도록 설치된다.
냉동 사이클 회로(2)는 압축기(12)에서 압축된 냉매가 실외 열교환기(14)와 팽창기구(16)(18)와 실내 열교환기(18)를 순차적으로 통과한 후 압축기(12)로 회수되게 연결되어 실내 열교환기(18)가 증발기로 기능하면서 실내 공기를 냉각시키는 냉방용 공기조화기로 구성되는 것도 가능하고, 반대로, 압축기(12)에서 압축된 냉매가 실내 열교환기(18)와 팽창기구(16)(17)와 실외 팽창기구(14)를 순차적으로 기능하면서 실내 공기를 가열시키는 난방용 공기조화기로 구성되는 것도 가능하며, 압축기(12)에서 압축된 냉매가 난방 운전시 실외 열교환기(14)와 팽창기구(16)(17)와 실내 열교환기(18)를 순차적으로 통과한 후 압축기(12)로 회수되고 냉방 운전시 실내 열교환기(18)와 팽창기구(16)(17)와 실외 열교환기(14)를 순차적으로 통과한 후 압축기(12)로 회수되는 냉난방 겸용 공기조화기로 구성되는 것도 가능하다.
냉동 사이클 회로(2)는 실내 열교환기(18)가 실내를 냉방시키거나 난방시키게 설치되는 것이 바람직하고, 이하 냉,난방 운전을 절환할 수 있는 냉난방 겸용 공기조화기로 구성되는 것으로 설명한다.
냉동 사이클 회로(2)는 냉매가 압축기(12)와 실외 열교환기(14)와 팽창기구(16)(17)와 실내 열교환기(18) 순서로 유동되게 하거나, 압축기(12)와 실내 열교환기(18)와 팽창기구(16)(17)와 실외 열교환기(14) 순서로 유동되게 하는 냉난방 절환밸브(40)를 더 포함할 수 있다.
냉난방 절환밸브(40)는 압축기(12)와 압축기 흡입유로(22) 및 압축기 토출유로(26)로 연결되고, 실외 열교환기(14)와 실외 열교환기 연결배관(42)으로 연결되며, 실내 열교환기(18)와 실내 열교환기 연결배관(44)으로 연결된다.
한편, 냉동 사이클 회로(2)는 냉매가 냉매조절부(6)에 의하여 냉난방 절환밸브(40)로 곧바로 유동하게 하지 않고, 급탕 열교환기의 기능을 수행하는 하이드로킷 열교환부(H) 측으로 유동되게 한 후, 보조 냉매 조절부(10)를 통하여 냉난방 절환밸브(40) 또는 실외 열교환기(14)로 유동되게 구성될 수 있다.
여기서, 하이드로킷 열교환부(H)는, 도면에 도시되지 않았으나, 급탕 기능을 수행하는 급탕유닛의 제1열교환기와 바닥난방 기능을 수행하는 바닥난방유닛의 제2열교환기로 나뉘어 구비될 수 있고, 도면에는 설명의 편의를 위하여 급탕유닛과 바닥난방유닛을 도면부호 100으로 지시하였다.
제1열교환기는 급탕을 위한 온수를 생성하기 위한 열교환기로써 급탕 열교환기로서의 기능을 수행하는 한편, 제2열교환기는 실내의 바닥난방 유닛을 위하여 수배관을 흐르는 물을 열교환시켜 온수를 생성하기 위한 열교환기로써 수냉매 열교환기로서의 기능을 수행하도록 구비되는 것도 가능하다.
하이드로킷 열교환부(H)는 압축기(12)에서 토출된 냉매가 유입되도록 하이드로킷 열교환부 유입유로(52)로 연결되고, 하이드로킷 열교환부(H)의 급탕 열교환기(74)(제1열교환기 및 제2열교환기)로부터 유출된 냉매가 냉난방 절환밸브(40)로 유동되도록 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)로 연결된다.
즉, 하이드로킷 열교환부(H)의 유입유로(52) 및 유출유로(54)는 그 각각이 압축기(12)와 냉난방 절환밸브(40) 사이에 각각 연결된다.
여기서, 제1열교환기는 냉매 조절부(6)에 의하여 냉매가 유입될 경우, 먼저 압축기(12)에서 과열된 냉매가 급탕에 이용되는 이용수와 열교환되면서 응축되게 하는 일종의 디슈퍼히터(desuperheater)로써의 역할을 한다.
하이드로킷 열교환부(H)는, 과열된 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 이용수가 급탕에 필요한 열을 과열된 냉매로부터 공급받기 위한 이용수 순환 회로(58a)(58b)를 가질 수 있다.
여기서, 급탕 열교환기(74)는 냉매 유로와 이용수 순환 회로(58a)(58b)가 열전달부재를 사이에 두고 내,외로 형성된 이중관 열교환기로 이루어지는 것도 가능하고, 냉매 유로와 이용수 순환 회로(58a)(58b)가 열전달부재를 사이에 두고 교대로 형성된 판형 열교환기로 이루어지는 것도 가능하다. 특히, 판형 열교환기로 이루어진 경우 실외 측에서 냉매의 기구적인 열 손실이 우려되고, 본 발명은 상술한 바와 같이 냉매의 기구적인 열 손실에 따른 난방 능력의 감소를 방지하고자 도출된 것인 바, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 급탕 열교환기(74)는 판형 열교환기임을 전제로 설명하기로 한다.
이용수 순환 회로(58a)(58b), 특히 이용수 순환 회로(58a)(58b) 중 하이드로킷 열교환부(H) 측으로 유입되는 물 배관인 이용수 순환 유입 회로(58b)에는 이용수의 순환을 위한 급탕 펌프(60)가 설치될 수 있다.
이처럼, 급탕 펌프(60)에 의하여 순환되는 이용수는, 하이드로킷 열교환부(H)를 통과하면서 과열된 냉매로부터 열을 공급받고, 공급받은 열은 이용수 순환 회로(58a)(58b) 중 이용수 순환 유출 회로(58a)를 따라 급탕조(또는 축열조)(56)를 통과하면서 급탕조 내의 이용수에 축열시킬 수 있다. 축열된 이용수는 상술한 바와 같이 바닥난방 유닛 및 급탕유닛(100) 중 적어도 어느 하나의 용도로 출수부(64)를 통해 사용자에 의하여 선택적으로 배출되게 된다. 미설명 도면부호 62는 급탕조(56)로 급탕 이용수를 공급하는 급수부(62)이다.
히트펌프식 급탕장치는, 냉매조절부(6)에 의하여 냉난방 절환밸브(40) 측으로 냉매가 곧바로 유동되어 실내를 공조 난방하는데 이용되거나(이를 설명의 편의를 위하여 실내 공조 냉/난방 운전 모드라고 칭하기로 함), 하이드로킷 열교환부(H)로 냉매가 유동되어 실내 바닥을 난방하거나(이를 설명의 편의를 위하여 실내 바닥난방 운전 모드라고 칭하기로 함), 급탕 온수를 획득하는데 이용(이를 설명의 편의를 위하여 급탕 운전 모드라고 칭하기로 함)된 후 다시 냉동 사이클 회로(2)로 유동되게 하는 것도 가능하다.
냉매조절부(6)는 히트펌프식 급탕장치의 운전모드에 따라 압축기(12)에서 토출된 냉매가 하이드로킷 열교환부(H)의 급탕 열교환기(74)를 통과하거나, 냉난방 절환밸브(40)를 통과하도록 냉매의 유동방향을 조절한다.
이하, 냉매조절부(6)의 조절 과정을 운전 모드 별로 상세하게 설명한다.
즉, 냉매조절부(6)는 히트펌프식 급탕장치의 운전이 급탕 운전 모드 또는 바닥난방 운전 모드 중 적어도 어느 하나의 운전을 포함할 경우, 압축기(12)에서 압축된 냉매가 하이드로킷 열교환부(H)로 유동되게 조절되고, 히트펌프식 급탕장치의 운전이 급탕 운전 모드 및 바닥난방 운전 모드 모두를 포함하지 않을 경우, 압축기(12)에서 압축된 냉매가 곧바로 냉난방 절환밸브(40) 측으로 유동되게 조절된다.
또한, 냉매조절부(6)는 급탕 운전 모드와 바닥난방 운전 모드 중 적어도 어느 하나 및 실내 공조 난방 운전 모드의 동시 운전 시 냉매가 하이드로킷 열교환부(H)로 유동되게 조절된다.
냉매조절부(6)는 냉동 사이클 회로(2)에 설치되어 냉매 유출방향을 선택할 수 있는 하나의 삼방밸브로 구비되는 것도 가능하다.
냉매조절부(6)는 삼방밸브로 구비될 경우, 입구부와 제1출구부가 압축기 유출유로(26)와 연결되고, 제2출구부가 하이드로킷 열교환부 유입유로(52)에 연결된다.
이와 같은 냉매조절부(6)는 압축기 유출유로(26) 중 압축기(12)와 냉난방 절환밸브(40) 사이에 설치되어, 히트펌프식 급탕장치의 급탕 운전과 바닥난방 운전 중 적어도 어느 하나를 포함하는 운전일 때 폐쇄되고, 실내 공조 운전일 때 개방되는 제1밸브(미도시)와, 하이드로킷 열교환부 유입유로(52)에 설치되어 히트펌프식 급탕장치의 급탕 운전과 바닥난방 운전 중 적어도 어느 하나를 포함하는 운전일 때 개방되고, 공조 운전일 때 폐쇄되는 제2밸브를 포함하도록 구비되는 것도 가능하다.
한편, 열교환기 바이패스 유로(8)는 하이드로킷 열교환부(H)를 통과한 냉매가 실외 열교환기(14)와 실내 열교환기(18) 중 하나를 바이패스 하도록 급탕 열교환기(74)를 통과한 냉매를 실외 열교환기(14)와 실내 열교환기(18) 사이로 안내하게 연결된다.
열교환기 바이패스 유로(8)는 일단이 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)에 연결되고 타단이 실내 팽창기구(17)와 실외 팽창기구(16) 사이에 연결된다.
보다 상세하게는, 열교환기 바이패스 유로(8)는 일단이 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)에 연결되고, 타단이 팽창기구 연결배관(36)에 연결되어, 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)의 냉매를 실내 팽창기구(17)와 실외 팽창기구(16) 사이로 안내한다.
열교환기 바이패스 유로(8)로 안내된 냉매는 실내 팽창기구(17)에서 팽창된 후 실내 열교환기(18)에서 증발되어 압축기(12)로 회수되거나, 실외 팽창기구(16)에서 팽창된 후 실외 열교환기(14)로 증발되어 압축기(12)로 회수된다.
즉, 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 통해 실내 팽창기구(17)와 실외 팽창기구(16) 사이로 안내될 경우, 냉동 사이클 회로(2)에서는 응축과정이 발생되지 않고 팽창과정과 증발과정만이 발생되게 되고, 하이드로킷 열교환부(H)의 열전달량은 증대되며, 급탕효율과 바닥난방효율을 상승된다.
보조 냉매조절부(10)는 하이드로킷 열교환부(H)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 통과하거나 바이패스하게 하이드로킷 열교환부(H)를 통과한 냉매의 유동방향을 조절한다.
즉, 보조 냉매조절부(10)는 히트펌프식 급탕장치의 운전이 급탕운전과 실내 공조운전의 두 운전을 포함할 경우, 하이드로킷 열교환부(H)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하게 조절한다.
또한, 보조 냉매조절부(10)는 히트펌프식 급탕장치의 운전이 급탕운전과 바닥난방운전과 공조운전의 동시 운전 시 하이드로킷 열교환부(H)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하게 조절된다.
그러나, 보조 냉매조절부(10)는 히트펌프식 급탕장치의 운전이 급탕운전과 바닥난방운전 중 어느 하나의 운전을 포함하고, 실내 공조운전을 포함하지 않는 경우 하이드로킷 열교환부(H)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)로 유동되게 조절된다.
한편, 보조 냉매조절부(10)는 히트펌프식 급탕장치의 운전이 실외 열교환기(14)의 제상운전인 경우, 급탕 모드 운전에서 제상 모드 운전으로 변환되고, 하이드로킷 열교환부(H)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스 하게 조절되며, 이때, 냉동 사이클 회로(2)는 실외 열교환기(14)의 제상을 위해 난방운전 모드에서 냉방운전 모드로 절환되며, 실외 열교환기(14)는 제상되게 된다. 특히, 이 경우, 하이드로킷 열교환부(H)를 통과한 냉매는 이미 이용수 순환 회로(58a)(58b)의 이용수와 열교환하여 1차 응축된 상태이므로, 1차 응축된 상태의 냉매를 이용하여 실외 열교환기(14)를 제상하면 제상 효율이 일시적으로 저하되는 문제점이 예상된다.
이와 같은 보조 냉매조절부(10) 또한 삼방밸브로 구성되는 것도 가능하고, 삼방밸브로 구비될 경우, 입구부와 제1출구부가 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)와 연결되고, 제2출구부는 열교환기 바이패스 유로(8)와 연결된다.
그러나, 보조 냉매조절부(10)가 반드시 삼방밸브로 구비되어야 하는 것은 아니고, 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)와 냉난방 절환밸브(40) 사이에 설치되어, 급탕운전과 실내 공조운전을 포함하는 운전이거나, 바닥난방운전과 실내 공조운전을 포함하는 운전일 때 개방되고, 바닥난방운전과 급탕운전 중 적어도 하나를 포함하고 실내 공조운전을 포함하지 않는 운전일 때 밀폐되는 제1밸브와, 열교환기 바이패스 유로(8)에 설치되어 급탕운전과 실내 공조운전을 포함하는 운전이거나, 바닥난방운전과 실내 공조운전을 포함하는 운전일 때 밀폐되고, 바닥난방운전과 급탕운전 중 적어도 하나를 포함하고 실내 공조운전을 포함하지 않는 운전일 때 개방되는 제2밸브를 포함하는 것도 가능함은 당연하다.
본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는 열교환기 바이패스 유로(8)에 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 열교환기 바이패스 밸브(88)와, 열교환기 바이패스 유로(8)와 실내 팽창기구(17) 사이에 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 액냉매 밸브(90)를 더 포함한다.
열교환기 바이패스 밸브(88)는 급탕운전과 바닥난방운전의 동시 운전이거나 바닥난방운전이거나 급탕운전일 경우 개방되고, 실내 공조운전이거나 실내 공조운전과 급탕운전의 동시 운전이거나 실내 공조운전과 급탕운전과 바닥난방운전의 동시 운전일 경우 폐쇄된다.
액냉매 밸브(90)는 실내 공조운전이거나 실내 공조운전과 급탕운전의 동시 운전이거나 실내 공조운전과 급탕운전과 바닥난방운전의 동시 운전일 경우 개방되고, 급탕운전과 바닥난방운전의 동시 운전이거나 바닥난방운전이거나 급탕운전일 경우 폐쇄된다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 압축기(12)에 의하여 압축된 냉매가 하이드로킷 열교환부(H)를 통과한 후 다시 압축기(12)로 회수되는 냉매의 흐름을 제1냉매회로라 칭하기로 하고, 압축기(12)에 의하여 압축된 냉매와 실내 공기가 열교환되는 실내 열교환기(18)를 순환하는 냉매의 흐름을 제2냉매회로라 칭하기로 한다.
냉매조절부(6)는 압축기(12)에 의하여 압축된 냉매가 제1냉매회로 및 제2냉매회로 중 적어도 어느 하나의 냉매회로를 통하여 유동되도록 조절하는 역할을 한다.
제1냉매회로에는 도 2 및 도 3에 참조된 바와 같이, 하이드로킷 열교환부 유입유로(52)에 배치되어 유입되는 냉매의 온도를 검지하는 온도 검지부(200a)와, 하이드로킷 열교환부 유입유로(52) 및 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)를 연결하도록 배치되어 하이드로킷 열교환부(H)로 냉매가 유입되기 전 냉매를 바이패스시키는 냉매 바이패스 유로(200)가 구비된다.
냉매 바이패스 유로(200)는 대략 하이드로킷 열교환부(H)의 구성을 이루도록 하이드로킷 열교환부 내에 구비됨이 바람직하고, 급탕 열교환기(74)의 외측에 구비되어 냉매가 급탕 열교환기(74)의 내부로 유입되기 전 실질적으로 온도 강하된 냉매가 이용수와 열교환되지 않도록 하는 역할을 한다.
온도 검지부(200a)는, 상술한 바와 같이 하이드로킷 열교환부 유입유로(52)에만 구비되는 것도 가능하고, 도 2에 참조된 바와 같이, 급탕 열교환기(74) 내부로 유입되기 전의 냉매 온도 및 급탕 열교환기로부터 유출되는 냉매 온도 차를 이용하여 냉매 온도 강하를 확인할 수 있도록 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)에도 적어도 하나의 온도 검지부(200b)를 더 구비할 수 있다.
냉매 바이패스 유로(200)는, 히트펌프식 급탕장치의 난방 모드 운전 시, 제1냉매회로가 활성화되고, 온도 검지부(200a)(200b)에 의해 검지된 냉매의 온도가 설정치 이하인 경우, 응축 냉매와 이용수가 하이드로킷 열교환부에서 열교환되지 않도록 냉매를 바이패스시키게 활성화될 수 있다.
본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 상술한 바와 같이, 실외 측에 해당하는 제1냉매회로 상에 배치된 온도 검지부(200a)(200b)를 이용하여 실제로 온도 강하가 이루어진 냉매와 이용수의 하이드로킷 열교환부에서의 열교환을 사전에 차단함으로써, 소비자가 원하는 난방 능력 이하로 성능이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 냉매 바이패스 유로(200)는, 히트펌프식 급탕장치의 실외 열교환기(14) 제상 모드 운전 또는 압축기(12)의 오일회수 모드 운전 시 응축 냉매와 이용수가 하이드로킷 열교환부(H)에서 열교환되지 않도록 냉매를 하이드로킷 열교환부(H)를 바이패스시키게 활성화될 수 있다.
또한, 냉매 바이패스 유로(200)는, 히트펌프식 급탕장치의 실외 열교환기(14)의 제상 모드 운전 및 압축기(12)의 오일회수 모드 운전이 해제될 때 응축 냉매와 이용수가 하이드로킷 열교환부(H)에서 열교환되도록 냉매를 냉매 바이패스 유로(200)를 바이패스시키게 유동되게 불활성화될 수 있다.
본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 기존에 난방 모드 운전으로 가동되다가 제상 모드 운전이 필요하면 냉방 모드로 절환될 때 하이드로킷 열교환부(H)에서 이용수와 1차 응축된 냉매를 이용하여 잠시 동안 실외 열교환기(14)를 제상하게 됨으로써 제상 시간이 길어지는 문제점을, 제상 모드 운전으로 전환 시, 즉시 냉매 바이패스 유로(200)를 통하여 냉매를 하이드로킷 열교환부(H)를 바이패스 하도록 유동시킴으로써 해소할 수 있는 장점이 있다.
한편, 냉매 바이패스 유로(200)가 활성화되는 기준은, 상술한 바와 같이, 하이드로킷 열교환부(H)의 전후 냉매 온도를 검지한 값에 근거하거나, 히트펌프식 급탕장치의 운전 모드 별 가동되는 운전 모드에 따라 결정되는 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아님에 주의하여야 한다.
도 3을 참조하여 그 예를 설명하면, 하이드로킷 열교환부(H)로 이용수가 유입되는 이용수 순환 유입회로(58a) 및 하이드로킷 열교환부(H)로부터 이용수가 유출되는 이용수 순환 유출회로(58b)(즉, 입수 배관과 출수 배관)에 각각 입수온도 센서(미도시)와 출수온도 센서(미도시)를 구비하고, 냉매 바이패스 유로(200)는, 입수온도 센서 또는 출수온도 센서에 의하여 감지된 이용수의 입수온도 및 출수온도에 따라 활성화 여부가 결정되는 것도 가능하다.
보다 상세하게는, 입수온도 센서 및 출수온도 센서 중 적어도 어느 하나가 제1설정온도 이하(바람직하게는 섭씨 5℃ 이하)인 경우 냉매 바이패스 유로(200)를 활성화시키고, 입수온도 센서 및 출수온도 센서 모두가 제2설정온도 이상(바람직하게는 섭씨 8℃ 이상)인 경우 냉매 바이패스 유로(200)를 불활성화시키도록 구성되는 것도 가능하다.
한편, 냉매 바이패스 유로(200)와 하이드로킷 열교환부(H) 사이에 해당하는 하이드로킷 열교환부 유입유로(52)에는 냉매의 팽창을 조절하는 팽창 밸브(53)가 더 구비될 수 있고, 팽창 밸브(53)는 냉매 바이패스 유로(200)의 활성화 시 폐쇄되도록 제어됨으로써, 개폐밸브로써의 역할을 수행할 수 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 냉동 사이클 회로(2)가 실외기(O)와 실내기(I)를 갖는 분리형 공기조화기를 구성할 수 있고, 하이드로킷 열교환부(H)가 실외기(O)에 연결되도록 실외기(O)와는 독자적으로 구비될 수 있으며, 냉매 바이패스 유로(200)는 실외기(O)와 독자적으로 구비되는 하이드로킷 열교환부(H)의 내부에 일 구성으로 구비되는 것도 가능하다.
한편, 압축기(12)와 냉난방 절환밸브(40)와 실외 열교환기(14)와 실외 팽창기구(16) 및 실외팬(30)은 실외기(O)에 설치된다.
그리고, 실내 팽창기구(17)와 실내 열교환기(18) 및 실내팬(39)은 실내기(I)에 설치된다.
급탕 열교환기(74)와 급탕 펌프(60)와 냉매 바이패스 유로(200)는 하이드로킷 열교환부(H)에 설치될 수 있음은 당연하다.
이처럼, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 하이드로킷 열교환부(H)에 냉매 바이패스 유로(200)를 별도로 구비함으로써, 실외 측에서 하이드로킷 열교환부 유입유로(또는 냉매 배관)를 따라 유동되는 냉매의 기구적인 열 손실에 대응하여 급격한 온도 강하가 있거나, 소비자가 기대하는 난방 능력의 손실이 우려될 때, 냉매 바이패스 유로(200)를 활성화시킴으로써 실외 측의 냉매와 이용수가 열교환되는 것을 사전에 차단할 수 있기 때문에 히트펌프식 급탕장치의 난방 능력 저하를 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 운전 모드 별 작동과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4에 참조된 바와 같이, 히트펌프식 급탕장치의 일반적인 바닥난방 운전 모드 또는 급탕 운전 모드이거나 실내 공조난방운전 모드인 경우, 압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(6)는 냉매가 하이드로킷 열교환부(H)를 향해 유동되게 조절되며, 냉매 바이패스 유로(200)가 활성화되지 않도록 팽창 밸브(53)는 폐쇄 제어되며, 보조 냉매조절부(10)는 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)의 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스 하게 조절되고, 실외팬(30)과 실내팬(39)은 회전되며, 냉난방 절환밸브(40)는 난방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(88)는 밀폐되며, 액냉매 밸브(90)는 개방되고, 급탕펌프(60)는 구동된다.
급탕펌프(60)가 구동되면 이용수 순환 회로(58a)(58b)는 활성화되어 이용수는 하이드로킷 열교환부(H)에서 냉매와 열교환하여 열을 획득한 후 급탕조(56) 내부에 축열시키게 된다.
압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(6)와 하이드로킷 열교환부 유입유로(52)를 통과한 후 급탕 열교환기(74)로 유동되고, 급탕 열교환기(74)를 통과하면서 압축기(12)에서 과열된 냉매가 이용수와 열교환되어 응축된다.
급탕 열교환기(74)에서 응축된 냉매는 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)를 통과한 후, 보조 냉매조절부(10)를 통과하여 냉난방 절환밸브(40)로 유동되며, 이후 실내 열교환기(18)에서 실내 공기와 열교환되면서 재차 응축된다.
실내 열교환기(18)에서 응축된 냉매는 실외 팽창기구(16)와 실내 팽창기구(17) 중 적어도 하나에서 팽창되고, 실외 열교환기(14)에서 증발된다. 실외 열교환기(14)에서 증발된 냉매는 냉난방 절환밸브(40)를 통과하여 압축기(12)로 회수되게 된다.
이 경우는, 실외 측 냉매의 온도 강하가 없는 정상적인 경우로써 냉매 바이패스 유로(200)를 구태여 활성화시킬 필요가 없다.
그러나, 도 5에 참조된 바와 같이, 온도 검지부(200a)(200b)에 의하여 검지된 실외 측 냉매(보다 상세하게는, 하이드로킷 열교환부 유입유로(52) 또는 유출유로(54)의 냉매)의 온도가 설정치 이하인 경우에는 냉매 바이패스 유로는 응축 냉매와 이용수가 하이드로킷 열교환부(H)에서 열교환이 일어나지 않도록 활성화되도록 제어된다.
이때, 실내기(I) 제어 및 실외기(O) 제어는 냉매 바이패스 유로(200)의 활성화 여부를 제외하고는 도 4에 참조된 바와 동일하다.
이처럼, 냉매 바이패스 유로(200)를 활성화하여 실질적으로 온도 강하된 냉매를 통하여 이용수가 열교환됨으로써 히트펌프식 급탕장치의 난방 능력이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 6에 참조된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 운전이 난방 운전 모드였다가 실외기(O)의 실외 열교환기(14)의 제상을 위하여 또는 압축기(12)의 오일을 회수하기 위하여 제상 운전 모드 또는 오일 회수 운전 모드로 전환된 경우, 압축기(12)에 의하여 압축된 냉매는 하이드로킷 열교환부(H)를 통과하기 전 활성화되는 냉매 바이패스 유로(200)를 통과하고, 냉매 바이패스 유로(200)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하게 보조 냉매조절부(10)를 조절하며, 냉동 사이클 회로(2)를 난방운전 모드에서 냉방운전 모드로 절환한다.
여기서, 제상 운전 모드로 절환되는 제상조건은 급탕운전의 적산시간이 설정시간 이상이거나, 실외 열교환기(14)의 온도가 설정시간 이상 설정 온도 이하인 조건 등이 만족하는 경우에 해당할 것이다.
본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 제상운전 모드 또는 오일회수 운전 모드의 경우 실질적으로 제상에 필요한 냉매는 고온일수록 보다 빠른 제상을 할 수 있는 바, 냉매가 하이드로킷 열교환부(H)에서 이용수와 열교환하지 않도록 냉매 바이패스 유로(200)를 활성화하여 냉매 바이패스 유로(200)를 통과하도록 함으로써 1차적으로 실외 열교환기(14)에서 제상을 하도록 함과 아울러 응축되도록 구성함으로써 제상 시간을 다소 단축할 수 있는 효과를 가진다.
이상, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 바람직한 일실시예 및 다양한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형 또는 다른 실시예의 구현이 가능함은 당연하다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
2: 냉동 사이클 회로 6: 냉매조절부
8: 열교환기 바이패스 유로 10: 보조 냉매조절부
12: 압축기 14: 실외 열교환기
16: 실외 팽창기구 17: 실내 팽창기구
18: 실내 열교환기 40: 냉난방 절환밸브
52: 하이드로킷 열교환부 유입유로 54: 하이드로킷 열교환부 유출유로
60: 급탕펌프 74: 급탕 열교환기
200: 냉매 바이패스 유로 200a,200b: 온도 검지부

Claims (8)

  1. 압축기에 의하여 압축된 냉매가 이용수가 열교환되는 하이드로킷 열교환부를 순환하는 제1냉매회로와;
    상기 압축기에 의하여 압축된 냉매가 실내 공기가 열교환되는 실내 열교환부를 순환하는 제2냉매회로와;
    상기 압축기에 의하여 압축된 냉매가 상기 제1냉매회로 및 상기 제2냉매회로 중 적어도 어느 하나의 냉매회로를 통하여 유동되도록 조절하는 냉매조절부를 포함하고,
    상기 제1냉매회로에는, 하이드로킷 열교환부 유입유로에 배치되어 유입 냉매의 온도를 검지하는 온도 검지부와, 상기 하이드로킷 열교환부 유입유로 및 하이드로킷 열교환부 유출유로를 연결하도록 배치되어 상기 하이드로킷 열교환부로 유입되기 전 냉매를 바이패스시키는 냉매 바이패스 유로가 구비되며,
    상기 제1냉매회로 및 상기 제2냉매회로에는, 일단이 상기 하이드로킷 열교환부 유출유로에 연결되고 타단이 실내 팽창기구와 실외 팽창기구 사이의 팽창기구 연결배관에 연결된 열교환기 바이패스 유로가 구비되며,
    난방 운전 모드 시,
    상기 냉매 바이패스 유로는, 상기 제1냉매회로가 활성화되되, 상기 온도 검지부에 의해 검지된 냉매의 온도가 설정치 이하인 경우, 응축 냉매와 이용수가 상기 하이드로킷 열교환부에서 열교환되지 않도록 활성화되고, 상기 열교환기 바이패스 유로는, 상기 하이드로킷 열교환부 유출유로의 냉매가 바이패스되게 불활성화되며,
    제상 운전 모드 또는 오일 회수 운전 모드 시,
    상기 냉매 바이패스 유로는, 응축 냉매와 이용수가 상기 하이드로킷 열교환부에서 열교환되지 않도록 활성화되고, 상기 열교환기 바이패스 유로는, 상기 하이드로킷 열교환부 유출유로의 냉매가 바이패스되게 불활성화되는 히트펌프식 급탕장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    난방 모드 운전시, 냉매를 증발시키는 실외 열교환부를 더 포함하고,
    상기 냉매 바이패스 유로는,
    상기 제1냉매회로가 활성화되고, 상기 실외 열교환부의 제상 운전 모드 또는 상기 압축기의 오일회수 운전 모드로 운전되는 경우 활성화되는 히트펌프식 급탕장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 냉매 바이패스 유로는,
    상기 제1냉매회로가 활성화되고, 상기 실외 열교환부의 제상 운전 모드 또는 상기 압축기의 오일회수 운전 모드가 해제될 때 불활성화되는 히트펌프식 급탕장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이용수가 순환되는 이용수 회로를 더 포함하고,
    상기 이용수 회로는, 상기 이용수 회로 유입유로에 배치된 입수온도 센서와, 상기 이용수 회로 유출유로에 배치된 출수온도 센서를 포함하며,
    상기 냉매 바이패스 유로는,
    상기 입수온도 센서 또는 상기 출수온도 센서에 의하여 감지된 이용수의 입수온도 및 이용수의 출수온도에 따라 활성화 여부가 결정되는 히트펌프식 급탕장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 냉매 바이패스 유로는,
    상기 입수온도 센서 및 상기 출수온도 센서 중 적어도 어느 하나가 제1설정 이용수 온도 이하인 경우 활성화되는 히트펌프식 급탕장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 냉매 바이패스 유로는,
    상기 입수온도 센서 및 상기 출수온도 센서가 제2설정 이용수 온도 이상인 경우 불활성화되는 히트펌프식 급탕장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉매 바이패스 유로와 상기 하이드로킷 열교환부 사이에 해당하는 상기 하이드로킷 열교환부 유입유로에는 냉매의 팽창을 조절하는 팽창 밸브가 구비되고,
    상기 팽창 밸브는, 상기 냉매 바이패스 유로 활성화시 폐쇄되는 히트펌프식 급탕장치.
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