KR101758179B1 - 히트 펌프식 급탕장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는 냉동 사이클 회로와; 냉동 사이클 회로의 압축기에서 토출된 냉매가 급탕에 이용된 후 냉동 사이클 회로에서 응축, 팽창, 증발될 수 있게 냉동 사이클 회로에 급탕 유로로 연결된 제1열교환기와; 압축기에서 토출된 냉매가 제1열교환기를 통과하거나 바이패스하게 하는 냉매조절부와; 제1열교환기를 통과한 냉매를 실외 열교환기와 실내 열교환기 사이로 안내하게 연결된 열교환기 바이패스 유로를 포함하여, 급탕운전시 축열조의 온도를 신속하게 높일 수 있고, 급탕운전과 공조운전의 동시운전시 냉매의 열이 축열조의 온도를 상승시키는데 이용된 후 실내를 공조시키는데 이용될 수 있는 이점이 있다.

Description

히트 펌프식 급탕장치{Heat pump type speed heating apparatus}
본 발명은 히트펌프식 급탕장치에 관한 것으로서, 특히 압축기에서 압축된 냉매가 급탕과 공조 중 적어도 하나에 선택적으로 이용됨과 아울러, 축열조를 통하여 실내 바닥난방 모드 또는 급탕 모드를 선택적으로 구동시킬 수 있는 히트펌프식 급탕장치에 관한 것이다.
일반적으로 히트 펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치이다.
히트 펌프는 압축기와 응축기와 팽창기구와 증발기를 포함하고, 최근에는 화석 연료의 소비를 최소화하도록 냉매로 물을 가열하여 급탕에 이용할 수 있는 히트펌프식 급탕장치가 개발되는 추세이다.
JP 2001-263857 A (2001.9.26)
종래 기술에 따른 히트펌프식 급탕장치는 급탕 열교환기를 통과한 냉매가 실외 열교환기와 팽창기구와 실내 열교환기를 모두 통과하여 응축, 팽창, 증발되므로 급탕 성능이 저하될 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 급탕 열교환기를 통과한 냉매가 실외 열교환기와 실내 열교환기 중 하나를 바이패스 할 수 있어 급탕 성능을 높임과 아울러, 축열조를 통하여 실내 바닥난방 모드 또는 급탕 모드를 선택적으로 구동시킬 수 있는 히트펌프식 급탕장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 공간난방운전, 공간냉방운전, 급탕운전, 실내바닥난방운전, 축열운전 등 다양한 모드의 운전을 위해 하이드로킷 열전달부를 냉매가 통과 또는 바이패스 하도록 구성되되, 오로지 축열운전만을 수행하여 축열조를 이용하여 축열한 후 축열된 에너지를 OFF-PEAK 시간대에 활용할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트 펌프식 급탕장치는 급탕운전 또는 실내 바닥난방모드 운전시 하이드로킷 열전달부를 유동하는 냉매의 응축열을 이용하여 축열조에 축열시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 하이드로킷 열전달부를 통합적으로 실외기와 별도로 설치 운용함으로써 설치공간을 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 축열조에 축열된 에너지를 전기요금이 저렴한 시간대에 축열시킨 후 이용할 수 있으므로 소비자의 소비전력 부담을 경감시키는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 공간냉방운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도,
도 4는 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 공간냉방운전이면서 급탕운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도,
도 5는 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 공간난방운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도,
도 6은 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 공간난방운전이면서 급탕운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도,
도 7은 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 바닥난방운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도,
도 8은 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 바닥난방운전이면서 급탕운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도,
도 9는 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 급탕운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도,
도 10은 도 9에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 급탕운전의 도중에 제상운전될 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도,
도 11은 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 공간난방운전이고 바닥난방운전이면서 급탕운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 구성도이다.
본 실시예에 따른 히트펌프식 급탕장치는 냉동 사이클 회로(2)와, 급탕 열교환기(4)와, 냉매조절부(6)와, 열교환기 바이패스 유로(8)와, 보조 냉매 조절부(10)를 포함한다.
냉동 사이클 회로(2)는 압축기(12)와 실외 열교환기(14)와 팽창기구(16)(17)와 실내 열교환기(18)를 포함하여, 실내를 냉방 공조시키거나 난방공조시킬 수 있다.
냉동 사이클 회로(2)의 공조 운전은 실내의 공기를 흡입하여 난방 공조하는 공간난방운전 모드와 실내의 공기를 흡입하여 냉방 공조시키는 공간냉방운전 모드로 이루어질 수 있다.
냉동 사이클 회로(2)는 압축기(12)의 흡입유로(22)에 압축기(12)로 액냉매가 유입되는 것을 막는 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 증발하는 것으로서, 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 송풍하게 설치된다.
실외 열교환기(14)는 실내 열교환기(18)와 열교환기 연결배관(32)으로 연결된다.
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 냉방 시키거나 난방시키는 것으로서, 실내팬(39)이 실내 열교환기(18)로 실내 공기를 순환시키게 설치된다.
냉동 사이클 회로(2)는 압축기(12)에서 압축된 냉매가 실외 열교환기(14)와 팽창기구(16)(17)와 실내 열교환기(18)를 순차적으로 통과한 후 압축기(12)로 회수되게 연결되어 실내 열교환기(18)가 증발기로 기능하면서 실내 공기를 냉각하는 냉방용 공기조화기로 구성되는 것이 가능하다.
냉동 사이클 회로(2)는 압축기(12)에서 압축된 냉매가 실내 열교환기(18)와 팽창기구(16)(17)와 실외 열교환기(14)를 순차적으로 통과한 후 압축기(12)로 회수되게 연결되어 실내 열교환기(14)가 응축기로 기능하면서 실내 공기를 가열하는 난방용 공기조화기로 구성되는 것이 가능하다.
냉동 사이클 회로(2)는 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 것이 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 냉/난방 절환밸브(40)를 더 포함한다.
냉난방 절환밸브(40)는 압축기(12)와 압축기 흡입유로(22) 및 압축기 토출 유로(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 냉/난방 절환밸브(40)로 곧바로 유동하게 하지 않고, 냉동 사이클 회로(2)로부터 분지되어 급탕 또는 실내 바닥난방을 위하여 급탕 열교환기의 기능을 수행하는 제1열교환기(74) 및 수냉매 열교환기의 기능을 수행하는 제2열교환기(72)가 배치된 하이드로킷 열교환부(H) 측으로 유동하게 한 후, 보조 냉매 조절부(10)를 통하여 냉/난방 절환밸브(40) 또는 실외 열교환기(14)로 유동하게 구성될 수 있다.
여기서, 제1열교환기(74)는 급탕을 위한 온수를 생성하기 위한 열교환기로써 급탕 열교환기로서의 기능을 수행한다. 그리고, 제2열교환기(72)는 실내의 바닥난방을 위하여 수배관을 흐르는 물을 열교환시켜 온수를 생성하기 위한 열교환기로써 수냉매 열교환기로서의 기능을 수행한다.
제1열교환기(74)는 압축기(12)에서 토출된 냉매가 급탕에 이용된 후 냉동 사이클 회로(2)에서 응축, 팽창, 증발될 수 있게 냉동 사이클 회로(2)에 하이드로킷 열교환부 유로(50)로 연결된다.
그런데, 이때의 냉매 온도만으로는 급탕을 위한 최대출수온도가 낮아지게 되므로 축열조(56)에는 축열조(56)의 급탕수를 전기적으로 히팅시키는 전기구동식 히터(100)가 더 설치될 수 있다. 전기구동식 히터(100)는 소비전력을 상승시키는 것이기는 하지만, 간절기 냉/난방이 구태여 필요없는 경우로서, 상기한 바와 같이 축열운전 모드로만 운전될 때 한시적으로 사용되도록 제어하기 때문에 비교적으로 사용자에게 유리하다.
여기서, 제1열교환기(74)와 제2열교환기(72)를 연결하는 연결배관인 급탕유출유로(55)는, 제2열교환기(72)와 연결됨과 아울러 제1열교환기(74) 측의 열교환 후의 유출유로가 되는 동시에 제2열교환기(72) 측의 열교환을 위한 유입유로가 되기도 한다.
또한, 이와 같은 하이드로킷 열교환부(H)의 유입유로(52)와 유출유로(54)는 그 각각이 압축기(12)와 냉/난방 절환밸브(40) 사이에 각각 연결된다.
하이드로킷 열교환부 유입유로(52)는 그 일단이 압축기 토출유로(26)에 연결되고 그 타단이 제1열교환기(74)에 연결된다.
하이드로킷 열교환부 유출유로(54)는 그 일단이 급탕 열교환기 기능을 수행하는 제1열교환기(4)에 연결되고 그 타단이 수냉매 열교환기 기능을 수행하는 제2열교환기(72)에 연결된다.
제1열교환기(74)는 냉매 조절부(6)에 의하여 냉매가 유입될 경우, 압축기(12)에서 과열된 냉매를 급탕에 이용되는 물과 열교환시키면서 1차적으로 응축되게 하는 일종의 디슈퍼히터(desuperheater)이다.
또한, 제1열교환기(74)는 과열된 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 급탕에 이용되는 물이 통과하는 물 유로를 가질 수 있다.
여기서, 제1열교환기(74)는 냉매 유로와 물 유로가 열전달부재를 사이에 두고 내,외로 형성된 이중관 열교환기로 이루어지는 것도 가능하고, 냉매 유로와 물 유로가 열전달부재를 사이에 두고 교대로 형성된 판형 열교환기로 이루어지는 것도 가능하다.
제1열교환기(74)는 급탕에 필요한 급탕수를 포함하는 축열조(56)에 축열조 배관(58)으로 연결되고, 축열조 배관(58)에는 배관내 열전달 유체를 유동시키는 유동력을 생성하는 급탕 펌프(60)가 설치될 수 있다. 여기서, 설명의 편의를 위하여 이하에서는, 축열조 배관(58)을 통하여 축열조(56) 내부로 유입된 후 유출되어 다시 급탕 펌프(60)를 거쳐 제1열교환기(74) 측으로 순환 유동되는 물 유로를 제1축열 유로라 칭하기로 한다.
축열조(56)에는 외부의 물이 축열조(56)로 급수되는 급수부(62)와, 축열조(56)의 물이 출수되는 출수부(64)가 연결된다.
축열조(56)는 제1열교환기(74)에서 가열된 후 축열조(56)로 유입된 물이 출수부(64)로 직접 출수되게 구성되는 것이 가능하다.
또한, 축열조(56)는 내부에 축열조 배관(58)과 연결되는 급탕 코일이 설치되어, 제1열교환기(74)에서 가열된 물이 급탕 코일을 통과하면서 축열조(56) 내부를 가열하고, 급수부(62)로 입수된 물이 급탕 코일에 의해 가열되어 출수부(64)로 출수되는 것도 가능함은 물론이다.
히트 펌프식 급탕장치는 냉매조절부(6)에 의하여 냉/난방 절환밸브(40) 측으로 냉매가 곧바로 유동되어 실내를 공조 난방하는데 이용되거나, 냉동 사이클 회로(2)로부터 분지된 후 하이드로킷 열교환부(H)의 일 구성인 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 순차적으로 냉매가 유동되어 실내 바닥을 난방하거나 급탕 온수를 획득하는데 이용된 후 다시 냉동 사이클 회로(2)로 유동되는 것도 가능하다.
또한, 히트 펌프식 급탕장치는 제1열교환기(74)를 통과한 냉매가 물을 가열한 후 하이드로킷 열교환부 유로(50)로 유동되게 하이드로킷 열교환부 유로(50)와 급탕유출유로(55)로 연결된 수냉매 열교환기(72)를 더 포함할 수 있다.
급탕유출유로(55)는 제1열교환기(74)의 냉매가 곧바로 제2열교환기(72)로 유입되어 관통되도록 구성되어 있고, 제2열교환기(72)는 보조 냉매 조절부(10)와 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)에 의하여 연결된다.
제2열교환기(72)는 제1열교환기(74)에서 1차로 응축된 냉매가 물과 열교환되면서 2차적으로 응축되는 응축 열교환기이다.
또한, 제2열교환기(72)는 제1열교환기(74)를 통과한 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 바닥 난방이나 실내 공조 난방에 이용되는 물이 통과하는 물 유로를 가질 수 있다.
제2열교환기(72)는 냉매 유로와 물 유로가 열전달부재를 사이에 두고 내,외로 형성된 이중관 열교환기로 이루어지는 것도 가능하고, 냉매 유로와 물 유로가 열전달부재를 사이에 두고 교대로 형성된 판형 열교환기로 이루어지는 것도 가능하다.
히트펌프식 급탕장치는 제2열교환기(72)가 실내의 바닥에 설치된 바닥 난방 배관(80)과 난방수 배관(82)으로 연결되고, 난방수 배관(82)에 바닥난방펌프(84)가 설치될 경우, 제1열교환기(74)를 통과한 냉매의 열은 실내의 바닥 난방에 추가로 이용될 수 있게 된다. 여기서, 설명의 편의를 위하여 이하에서는, 난방수 배관(82)을 통하여 축열조(56) 내부를 통과하였다가 실내 바닥 난방 배관(80)으로 유입된 후 유출되어 바닥난방펌프(84)를 거쳐 다시 제2열교환기(72)를 순환하는 물 유로를 제2축열 물 유로라 칭하기로 한다.
본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는 제2열교환기(72)가 케이스 내부에 설치되고, 케이스 내부에 실내 공기를 제2열교환기(72)로 순환시키는 실내팬이 설치될 경우, 제2열교환기(72)와 케이스와 실내팬은 실내의 공기를 순환 난방시키는 팬 코일 유닛으로 구성되게 되고, 제1열교환기(74)를 통과한 냉매의 열은 실내의 공조 난방에 추가로 이용될 수 있게 된다.
이하, 설명의 편의를 위해, 바닥 난방 배관(80)이 난방수 배관(82)을 통해 제2열교환기(72)와 연결되고, 난방수 배관(82)에 바닥난방펌프(84)가 설치된 것으로 설명한다.
히트펌프식 급탕장치는 제1열교환기(74)를 통과한 냉매가 곧바로 제2열교환기(72)를 통과하도록 구성될 수 있고, 도면에 도시되지 않았지만, 제1열교환기(74)를 통과한 냉매가 제2열교환기(72)를 통과하지 않고 바이패스하게 냉매의 흐름을 조절하는 수냉매 열교환기 냉매조절부를 포함할 수 있다.
제2열교환기(72)는 급탕유출유로(55)와 직접 연결되어 제1열교환기(74)를 통과한 냉매가 항상 바닥 난방에 이용되게 하는 것도 가능하고, 사용자 등이 바닥난방운전을 선택적으로 실시할 수 있게 설치하는 것도 가능하다.
미도시 되었지만, 수냉매 열교환기 냉매조절부는 사용자 등이 바닥 난방을 선택하는 시기에 제2열교환기(72)로 냉매가 통과하게 하는 바닥난방밸브이다.
수냉매 열교환기 냉매조절부는 히트펌프식 급탕장치의 운전이 바닥난방운전을 포함할 경우, 냉매가 제1열교환기(74)로 유동되게 냉매의 유동 방향을 조절하고, 히트펌프식 급탕장치의 운전이 바닥난방운전을 포함하지 않을 경우, 냉매가 제1열교환기(74)를 바이패스하게 냉매의 유동 방향을 조절하는 역할을 한다.
그러나, 반드시 수냉매 열교환기 냉매조절부가 필요한 구성은 아니며, 히트펌프식 급탕장치의 운전이 바닥난방운전을 포함하지 않을 경우 바닥난방 펌프(84)의 작동을 불활성화시키거나, 축열조(56)로 연결되는 난방수 배관(82)에 축열조(56) 내부를 경유하지 않는 바이패스 유로(83)를 형성하고 각 단부에 바이패스 조절 밸브(81)를 구비함으로써 상술한 바닥난방운전을 포함하지 않는 냉매의 유동방향 조절이 가능함은 당연하다.
냉매 조절부(6)는 압축기(12)에서 토출된 냉매가 제1열교환기(74)를 통과하거나 바이패스하게 압축기(12)에서 토출된 냉매의 유동 방향을 조절한다.
냉매 조절부(6)는 히트펌프식 급탕장치의 운전이 급탕운전과 바닥난방운전 중 적어도 하나의 운전을 포함할 경우, 압축기(12)에서 압축된 냉매가 제1열교환기(74)로 유동되게 조절되고, 히트펌프식 급탕장치의 운전이 급탕운전과 바닥난방운전 모두를 포함하지 않을 경우, 압축기(12)에서 압축된 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 바이패스하게 조절된다.
냉매 조절부(6)는 급탕운전시 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)로 유동되게 조절된다.
냉매 조절부(6)는 급탕운전과 공조운전의 동시운전시 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)로 유동되게 조절된다.
냉매 조절부(6)는 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전시 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)로 유동되게 조절된다.
냉매 조절부(6)는 급탕운전과 바닥난방운전과 공조운전의 동시운전시 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)로 유동되게 조절된다.
냉매 조절부(6)는 바닥난방운전시 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)로 유동되게 조절된다.
냉매 조절부(6)는 공조운전시 냉매가 제1열교환기(74)를 바이패스하게 조절된다. 즉, 냉매 조절부(6)는 공간냉방운전시 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 바이패스하게 조절되고, 공간난방운전시 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 바이패스하게 조절된다.
냉매조절부(6)는 냉동 사이클 회로(2)에 설치되어 냉매 유출방향을 선택할 수 있는 하나의 삼방밸브로 구성되는 것도 가능하다.
냉매조절부(6)는 삼방밸브일 경우, 입구부와 제 1 출구부가 압축기 유출유로(26)와 연결되고, 제 2 출구부가 하이드로킷 열교환부 유입유로(52)에 연결된다.
냉매조절부(6)는 압축기 유출유로(26) 중 냉매조절부(6)와 냉/난방 절환밸브(40) 사이에 설치되어, 급탕운전과 바닥난방운전 중 적어도 하나를 포함하는 운전일 때 폐쇄되고, 공조운전일 때 개방되는 제 1 밸브와, 하이드로킷 열교환부 유입유로(52)에 설치되어 급탕운전과 바닥난방운전 중 적어도 하나를 포함하는 운전일 때 개방되고, 공조운전일 때 밀폐되는 제 2 밸브를 포함하는 것도 가능하다.
열교환기 바이패스 유로(8)는 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과한 냉매가 실외 열교환기(14)와 실내 열교환기(18) 중 하나를 바이패스 하도록 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과한 냉매를 실외 열교환기(14)와 실내 열교환기(18) 사이로 안내하게 연결된다.
열교환기 바이패스 유로(8)는 일단이 하이드로킷 열교환부 유로(50)에 연결되고 타단이 실내 팽창기구(17)와 실외 팽창기구(16) 사이에 연결된다.
열교환기 바이패스 유로(8)는 일단이 하이드로킷 열교환부 유로(50) 중 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, 실외팽창기구(16)에서 팽창된 후 실외 열교환기(14)에서 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, 제1열교환기(74)와 제2열교환기(72)의 열전달량은 증대되며, 급탕효율과 바닥난방효율은 상승된다.
보조 냉매조절부(10)는 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 통과하거나 바이패스하게 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과한 냉매의 유동 방향을 조절한다.
즉, 보조 냉매조절부(10)는 히트펌프식 급탕장치의 운전이 급탕운전과 공조운전의 두 운전을 포함할 경우, 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하게 조절한다.
즉, 보조 냉매조절부(10)는 급탕운전과 공조운전의 동시운전시 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하게 조절된다.
보조 냉매조절부(10)는 급탕운전과 바닥난방운전과 공조운전의 동시운전시 급탕 열교환기(74)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하게 조절된다.
보조 냉매조절부(10)는 공조운전시 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)로 유동되게 조절된다.
보조 냉매조절부(10)는 급탕운전시 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)로 유동되게 조절된다.
보조 냉매조절부(10)는 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전시 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)로 유동되게 조절된다.
보조 냉매조절부(10)는 바닥난방운전시 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)로 유동되게 조절된다.
보조 냉매조절부(10)는 급탕운전의 도중에 제상조건이 되면, 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하게 조절되고, 이때, 냉동 사이클 회로(2)는 실외 열교환기(14)의 제상을 위해 난방운전에서 냉방운전으로 절환되며, 실외 열교환기(14)는 제상된다. 실외 열교환기(14)의 제상에 대해서는 후술하여 상세히 설명한다.
보조 냉매조절부(10)는 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)에 설치되어 냉매 유출방향을 선택할 수 있는 하나의 삼방밸브로 구성되는 것도 가능하다.
보조 냉매조절부(10)는 삼방밸브일 경우, 입구부와 제 1 출구부가 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)와 연결되고, 제 2 출구부가 열교환기 바이패스 유로(8)에 연결된다.
보조 냉매조절부(10)는 하이드로킷 열교환부 유로(50) 중 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)와 냉/난방 절환밸브(40) 사이에 설치되어, 급탕운전과 공조운전을 포함하는 운전이거나, 바닥난방운전과 공조운전을 포함하는 운전일 때 개방되고, 바닥난방운전과 급탕운전 중 적어도 하나를 포함하고 공조운전을 포함하지 않는 운전일 때 밀폐되는 제 1 밸브와, 열교환기 바이패스 유로(8)에 설치되어 급탕운전과 공조운전을 포함하는 운전이거나, 바닥난방운전과 공조운전을 포함하는 운전일 때 밀폐되고, 바닥난방운전과 급탕운전 중 적어도 하나를 포함하고 공조운전을 포함하지 않는 운전일 때 개방되는 제 2 밸브를 포함하는 것도 가능하다.
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 동시운전이거나 바닥난방운전이거나 급탕운전일 경우 개방되고, 공조운전이거나 공조운전과 급탕운전의 동시운전이거나 공조운전과 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전일 경우 폐쇄된다.
액냉매 밸브(90)는 공조운전이거나 공조운전과 급탕운전의 동시운전이거나 공조운전과 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전일 경우 개방되고, 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전이거나 바닥난방운전이거나 급탕운전일 경우 폐쇄된다.
히트펌프식 급탕장치는 냉동 사이클 회로(2)가 실외기(O)와 실내기(I)를 갖는 분리형 공기조화기를 구성할 수 있고, 하이드로킷 열교환부(H)가 실외기(0)에 연결될 수 있다.
압축기(12)와 냉/난방 절환밸브(40)와 실외 열교환기(14)와 실외 팽창기구(16)와 실외팬(30)은 실외기(O)에 설치된다.
실내 팽창기구(17)와 실내 열교환기(18)과 실내팬(39)은 실내기(I)에 설치된다.
제1열교환기(74)와, 급탕 펌프(60)와, 제2열교환기(72)와, 바닥난방 펌프(84)와, 수냉매 열교환기 냉매조절부 또는 바이패스 유로(83) 중 어느 하나가 하이드로킷 열교환부(H)에 설치된다.
이처럼, 하이드로킷 열교환부(H)는 종래 축열조(56)의 축열을 위해서 제1열교환기(4)의 냉매만을 이용하던 별개의 구성을 제2열교환기(72)의 냉매도 함께 이용하는 동시에, 축열 후 급탕운전 또는 바닥난방 운전을 선택적으로 수행할 수 있도록 함으로써 소비자의 부담을 줄이는 이점을 갖는다.
또한, 하나의 축열조 내에 종래의 급탕조와 같은 기능을 수행하도록 구성함으로써 통합적인 하이드로킷 열교환부(H) 일구성만으로도 축열 및 급탕운전과 바닥난방 운전이 가능하기 때문에 설치공간을 줄일 수 있는 이점이 있다.
냉매조절부(6)와 열교환기 바이패스 유로(8)와 보조 냉매조절부(10)와 열교환기 바이패스 밸브(88)와 액냉매 밸브(90)는 실외기(O)에 설치되는 것이 바람직하다.
도 3은 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 공간냉방운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
히트펌프식 급탕장치는 공조운전 중 공간냉방운전일 경우 다음과 같이 운전된다. 압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(6)는 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)와 보조 냉매조절부(10)를 바이패스하면서 냉/난방 절환밸브(40)로 유동되게 조절되고, 실외팬(30)과 실내팬(39)은 회전되며, 냉/난방 절환밸브(40)는 냉방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(88)는 밀폐되며, 액냉매 밸브(90)는 개방되고, 급탕펌프(60)와 바닥난방펌프(84)는 구동되지 않는다.
압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(6)를 통과한 후 제1열교환기(74)와, 제2열교환기(72)를 바이패스하여 냉/난방 절환밸브(40)로 유동되고, 이후 실외 열교환기(14)에서 실외 공기와 열교환되면서 응축된다. 실외 열교환기(14)에서 응축된 냉매는 실외 팽창기구(16)와 실내 팽창기구(17) 중 적어도 하나에서 팽창되고, 실내 열교환기(18)에서 증발된다. 실내 열교환기(18)에서 증발된 냉매는 냉/난방 절환밸브(40)를 통과하여 압축기(12)로 회수된다.
즉, 압축기(12)에서 토출된 냉매는 냉/난방 절환밸브(40)와 실외 열교환기(14)와 실외 팽창기구(16)와 실내 팽창기구(17)와 실내 열교환기(18)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다.
히트펌프식 급탕장치는 실외 열교환기(14)가 냉매를 응축하고, 실내 열교환기(18)가 냉매를 증발시키며, 실내 공기는 실내 열교환기(18)와 열교환되면서 냉각된다.
히트펌프식 급탕장치는 공간냉방운전시 냉매가 실내 공기를 냉각시키는데 이용된다.
그러나, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 공간냉방운전과 더불어 축열조(56)를 통해 축열시킬 수 있는 장점이 있다.
도 4는 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 공간냉방운전이면서 급탕운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 4를 참조하면, 히트펌프식 급탕장치는 공조운전 중 공간냉방운전과 동시에 축열조(56)에 축열시키는 축열운전 모드일 경우 다음과 같이 운전된다.
즉, 압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(6)는 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과하도록 조절되고, 보조 냉매조절부(10)는 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)의 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)로 유동되지 않고 압축기 유출유로(26) 측으로 유동되게 조절되며, 실외팬(30)과 실내팬(39)은 회전되고, 냉/난방 절환밸브(40)는 냉방 모드로 구동되며, 열교환기 바이패스 밸브(88)는 밀폐되고, 액냉매 밸브(90)는 개방되며, 급탕펌프(60)는 구동되고, 바닥난방펌프(84)는 구동되지 않는다.
압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(6)를 통과한 후 제1열교환기(74)와, 제2열교환기(72)를 통과하면서 급탕 펌프(60)에 의해 유동되는 열전달 유체와 열교환하면서 응축한 후, 절환밸브(40)로 유동되고, 이후 실외 열교환기(14)에서 실외 공기와 열교환되면서 재응축된다.
이때, 축열조(56) 내부에서는 제1열교환기(74)와 열교환된 열전달 유체와 급수부(62)를 통하여 유입된 물을 이용하여 축열운전 모드로 운전되게 된다. 즉, 본 발명에서는, 축열조(56)에 축열시키는 축열운전 모드시, 제1열교환기(74)와 열교환된 열이 축열조(56)에 단독으로 축열될 수 있고, 제1열교환기(74)와 열교환된 열 및 제2열교환기(72)와 열교환된 열이 축열조(56)에 동시에 축열될 수 있다. 이처럼, 최대 전력 사용 시점에 축열조(56)에 축열된 에너지는 전기요금이 저렴한 심야시간대나 최대 전력 사용 지점을 벗어난 시점에 급탕운전 또는 실내바닥 난방운전을 수행하여 소비자의 부담을 줄일 수 있는 이점이 있다.
한편, 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)에서 순차적으로 응축된 냉매는 보조 냉매조절부(10)를 통과하여 냉/난방 절환밸브(40)를 유동되며, 이후 실외 열교환기(14)에서 응축된 냉매는 실외 팽창기구(16)와 실내 팽창기구(17) 중 적어도 하나에서 팽창되고, 실내 열교환기(18)에서 증발된다. 실내 열교환기(18)에서 증발된 냉매는 냉/난방 절환밸브(40)를 통과하여 압축기(12)로 회수된다.
즉, 압축기(12)에서 토출된 냉매는 제1열교환기(74)와 냉/난방 절환밸브(40)와 실외 열교환기(14)와 실외 팽창기구(16)와 실내 팽창기구(17)와 실내 열교환기(18)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다.
히트펌프식 급탕장치는 제1열교환기(74)와 실외 열교환기(14)가 냉매를 응축시키고, 실내 열교환기(18)가 냉매를 증발시키며, 실내 공기는 실내 열교환기(18)와 열교환되면서 냉각되고, 제1열교환기(74)가 축열조(56)의 물을 가열하여 축열시키게 되는 것이다.
이처럼, 축열조(56)에 축열된 에너지는 사용자의 선택에 좇아 급탕운전이 가능하도록 함으로써, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는 공간냉방운전과 축열운전이 동시에 이루어질 수 있음은 물론, 사용자의 소비전력 부담이 심한 시간은 회피하면서 부담을 줄일 수 있는 시간대에 선택적으로 축열된 에너지를 사용할 수 있는 이점이 있다.
도 5는 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 공간난방운전 모드일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
히트펌프식 급탕장치는 공조운전 중 공간난방운전 모드로 운전될 경우 다음과 같이 운전된다. 압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(6)는 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)와 보조 냉매조절부(10)를 바이패스하면서 냉/난방 절환밸브(40)로 유동되게 조절되고, 실외팬(30)과 실내팬(39)은 회전되며, 냉/난방 절환밸브(40)는 난방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(88)는 밀폐되며, 액냉매 밸브(90)는 개방되고, 급탕펌프(60)와 바닥난방펌프(84)는 구동되지 않는다.
압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(6)를 통과한 후 제1열교환기(74)와 제2열교환기(72)를 바이패스하여 냉/난방 절환밸브(40)로 유동되고, 이후 실내 열교환기(18)에서 실외 공기와 열교환되면서 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 냉/난방 절환밸브(40)를 통과하여 압축기(12)로 회수된다.
즉, 압축기(12)에서 토출된 냉매는 냉/난방 절환밸브(40)와 실내 열교환기(18)와 실외 팽창기구(16)와 실내 팽창기구(17)와 실외 열교환기(14)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다.
히트펌프식 급탕장치는 실내 열교환기(18)가 냉매를 응축하고, 실외 열교환기(14)가 냉매를 증발시키며, 실내 공기는 실내 열교환기(18)와 열교환되면서 가열된다.
히트펌프식 급탕장치는 공간난방운전시 냉매가 실내 공기를 가열시키는데 이용된다.
그러나, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 공간난방운전과 더불어 축열조(56)를 통해 축열시킬 수 있는 장점이 있다.
도 6은 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 공간난방운전 모드로 운전되면서 축열운전 모드로 운전될 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
히트펌프식 급탕장치는 공간난방운전 모드와 축열운전 모드의 동시운전시, 다음과 같이 운전된다.
압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(6)는 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 향해 유동되게 조절되며, 보조 냉매조절부(10)는 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)의 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하게 조절되고, 실외팬(30)과 실내팬(39)은 회전되며, 냉/난방 절환밸브(40)는 난방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(88)는 밀폐되며, 액냉매 밸브(90)는 개방되고, 급탕펌프(60)는 구동되며, 바닥난방펌프(84)는 구동되지 않는다.
급탕 펌프(60)의 구동시 축열조(56)의 열전달 유체는 급탕수 배관(58)을 통해 제1열교환기(74)로 유동되어 제1열교환기(74)를 통과한 후 축열조(56)로 순환된다.
압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(6)와하이드로킷 열교환부 유입유로(52)를 통과한 후 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)로 유동되고, 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 통과하면서 압축기(12)에서 과열된 냉매가 물과 열교환되어 응축된다. 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)에서 응축된 냉매는 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)를 통과한 후, 보조 냉매조절부(10)를 통과하여 냉/난방절환밸브(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 냉/난방 절환밸브(40)를 통과하여 압축기(12)로 회수된다.
즉, 압축기(12)에서 토출된 냉매는 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)와 냉/난방 절환밸브(40)와 실내 열교환기(18)와 실외 팽창기구(16)와 실내 팽창기구(17)와 실외 열교환기(14)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다.
본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)와 실내 열교환기(18)가 냉매를 응축시키면서 실내 난방운전을 수행하고, 실외 열교환기(14)가 냉매를 증발시키며, 제1열교환기(74)가 축열조(56)의 물을 가열하면서 축열운전을 수행하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는 공간난방운전 모드와 축열운전 모드의 동시운전시 냉매가 축열조(56)의 물을 가열하는데 이용된 후 실내 공기를 가열시키는데 이용될 수 있는 장점이 있다.
한편, 도면에 도시되지 않았지만, 히트펌프식 급탕장치 다른 실시예는 축열운전만을 수행할 경우를 예상할 수 있다. 이와 같은 경우는 보통 냉/난방 운전이 필요없는 경우인 간절기의 경우인데, 실내바닥 난방이 필요없는 경우도 포함되며, 오로지 급탕만을 위한 축열운전만이 필요한 경우라고 볼 수 있다.
첨부된 도 4 및 도 6을 참조하면, 히트펌프식 급탕장치의 축열운전시 다음과 같이 운전된다.
압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(6)는 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 향해 유동되게 조절되며, 보조 냉매조절부(10)는 냉매가 바이패스 유로(8)를 바이패스 하도록 조절되고, 냉/난방 절환밸브(40)는 난방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(88)는 밀폐되되, 액냉매 밸브(90)는 개방되며, 실외팬(30)은 회전되되, 실내팬(39)은 회전되지 않으며, 급탕펌프(60)는 구동되되 바닥난방펌프(84)는 구동되지 않도록 운전된다.
여기서, 압축기(12)에서 토출된 냉매는 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)와 냉/난방 절환밸브(40)와 실내 열교환기(18)와 실외 팽창기구(16)와 실내 팽창기구(17)와 실외 열교환기(14)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다. 다만, 이때의 냉매는 공간난방운전을 위한 냉매가 아니라 축열운전 모드만을 위하여 축열조(6) 내를 유동하는 물과의 열교환을 위한 냉매로서의 역할만을 수행할 뿐이다.
그런데, 이때의 냉매 온도만으로는 급탕을 위한 최대출수온도가 낮아지게 되므로 축열조(56)에는 전기구동식 히터(100)가 더 설치될 수 있다. 전기구동식 히터(100)는 소비전력을 상승시키는 것이기는 하지만, 간절기 냉/난방이 구태여 필요없는 경우에 한시적으로 사용되도록 제어하기 때문에 비교적으로 사용자에게 유리하다.
도 7은 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 바닥난방운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
히트펌프식 급탕장치는 바닥난방운전시, 다음과 같이 운전된다.
압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(6)는 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 향해 유동되게 조절되며, 보조 냉매조절부(10)는 하이드로킷 열교환부 유출유로(54)의 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 통과하게 조절되고, 실외팬(30)은 회전되며, 실내팬(39)은 회전되지 않으며, 냉/난방 절환밸브(40)는 난방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(88)는 개방되며, 액냉매 밸브(90)는 밀폐되고, 급탕펌프(60)는 구동되지 않으며, 바닥난방펌프(84)는 구동된다.
바닥난방펌프(84)의 구동시 바닥 난방 배관(80)의 물은 난방수 배관(82)을 통해 제2열교환기(72)로 유동되어 제2열교환기(72)를 통과한 후 바닥 난방 배관(80)으로 순환된다.
이때, 실내바닥 난방 운전이 필요없는 경우에는 바닥난방펌프(84)의 작동을 멈추는 것이 가장 바람직하지만, 제2열교환기(72)의 냉매로부터 전달받은 응축열을 축열조(56)로 축열시키는 운전도 가능하다.
도 7에 참조된 바와 같이, 바닥난방펌프(84)가 구동되면 난방수 배관(82) 내부의 물은 제2열교환기(72)의 냉매와 열교환한 후 바이패스 유로(83)를 경유하여 곧바로 바닥 난방 배관(80)으로 유동될 수 있다. 이 경우에는 축열운전이 아닌 단순한 바닥난방 운전의 경우이다.
그러나, 바닥난방펌프(84)가 구동되고, 난방수 배관(82) 내부의 물이 제2열교환기(72)의 냉매와 열교환한 후 바이패스 유로(83)를 바이패스하도록 함으로써 축열조(56) 내부에 축열시키는 운전은 바닥난방 운전이라기 보다는 축열운전 모드의 성격이 강하다.
이처럼, 축열조(56)에 축열된 에너지는 앞서 설명한 바와 같이, 사용자의 선택에 좇아 다양한 시간대와 다양한 조건에서 공간난방운전 또는 급탕운전 등과 같은 다양한 운전이 가능하게 해준다.
한편, 압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(6)와 하이드로킷 열전달부 유입유로(52)를 통과한 후 제1열교환기(74)로 유동되고, 제1열교환기(74)를 열교환 없이 통과한 후 제2열교환기(72)로 유입된다. 제2열교환기(72)로 유입된 냉매는 제2열교환기(72)를 통과하면서 물과 열교환되어 응축된다. 제2열교환기(72)에서 응축된 냉매는 이후 보조 냉매조절부(10)를 통과하여 열교환기 바이패스 유로(8)로 유동된다. 열교환기 바이패스 유로(8)로 유동된 냉매는 열교환기 바이패스 밸브(88)를 통과한 후 실외팽창기구(16)에서 팽창되고, 이후 실외 열교환기(14)에서 실외 공기와 열교환되어 증발된다. 실외 열교환기(14)에서 증발된 냉매는 냉/난방 절환밸브(40)를 통과하여 압축기(12)로 회수된다.
즉, 압축기(12)에서 토출된 냉매는 제1열교환기(74)와 제2열교환기(72)와 열교환기 바이패스 유로(8)와 실외 팽창기구(16)와 실외 열교환기(14)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다.
본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는 제2열교환기(72)가 냉매를 응축시키고, 실외 열교환기(14)가 냉매를 증발시키며, 제2열교환기(72)가 바닥 난방 배관(80)의 물을 가열한다.
본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는 바닥난방운전시 냉매가 바닥 난방 배관(80)의 물을 가열하는데 이용되고, 냉매가 실내 열교환기(18)를 통과하는 경우나 급탕 펌프(60)가 구동되는 경우보다 바닥 난방 배관(80)의 물 온도를 보다 신속하게 높일 수 있는 이점이 있다.
도 8은 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 바닥난방운전이면서 급탕운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
히트펌프식 급탕장치는 바닥난방운전과 급탕운전의 동시운전시, 다음과 같이 운전된다. 압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(6)는 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 향해 유동되게 조절되며, 보조 냉매조절부(10)는 급탕유출유로(54)의 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 통과하게 조절되고, 실외팬(30)은 회전되며, 실내팬(39)은 회전되지 않으며, 냉/난방 절환밸브(40)는 난방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(88)는 개방되며, 액냉매 밸브(90)는 밀폐되고, 급탕펌프(60)는 구동되고, 바닥난방펌프(84)는 구동된다.
급탕 펌프(60)의 구동시 축열조(56)의 물은 급탕수 배관(58)을 통해 제1열교환기(74)로 유동되어 제1열교환기(74)를 통과한 후 축열조(56)로 순환된다.
바닥난방펌프(84)의 구동시 바닥 난방 배관(80)의 물은 난방수 배관(82)을 통해 제2열교환기(72)로 유동되어 제2열교환기(72)를 통과한 후 바닥 난방 배관(80)으로 순환된다.
압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(6)와하이드로킷 열전달부 유입유로(52)를 통과한 후 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)로 유동되고, 이들을 통과하면서 압축기(12)에서 과열된 냉매가 물과 열교환되어 응축된다. 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)에서 응축된 냉매는 보조 냉매조절부(10)를 통과하여 열교환기 바이패스 유로(8)로 유동된다. 열교환기 바이패스 유로(8)로 유동된 냉매는 열교환기 바이패스 밸브(88)를 통과한 후 실외팽창기구(16)에서 팽창되고, 이후 실외 열교환기(14)에서 실외 공기와 열교환되어 증발된다. 실외 열교환기(14)에서 증발된 냉매는 냉/난방 절환밸브(40)를 통과하여 압축기(12)로 회수된다.
즉, 압축기(12)에서 토출된 냉매는 제1열교환기(74)와 제2열교환기(72)와 열교환기 바이패스 유로(8)와 실외 팽창기구(16)와 실외 열교환기(14)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다.
히트펌프식 급탕장치는 제1열교환기(74)와 제2열교환기(72)가 냉매를 순차적으로 응축시키고, 실외 열교환기(14)가 냉매를 증발시키며, 제1열교환기(74)가 급탕조(56)의 물을 가열하고, 제2열교환기(72)가 바닥 난방 배관(80)의 물을 가열한다.
히트펌프식 급탕장치는 바닥난방운전과 급탕운전의 동시운전시 냉매가 급탕조(56)의 물과 바닥 난방 배관(80)의 물을 함께 가열하는데 이용되고, 냉매가 실내 열교환기(18)를 통과하는 경우보다 급탕조(56)의 물 온도와 바닥 난방 배관(80)의 물 온도를 보다 신속하게 높일 수 있는 이점이 있다.
도 9는 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 급탕운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
히트펌프식 급탕장치는 급탕운전시, 다음과 같이 운전된다. 압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(6)는 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 향해 유동되게 조절되며, 보조 냉매조절부(10)는 하이드로킷 열전달부 유출유로(54)의 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 통과하게 조절되고, 실외팬(30)은 회전되며, 실내팬(39)은 회전되지 않으며, 냉/난방 절환밸브(40)는 난방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(88)는 개방되며, 액냉매 밸브(90)는 밀폐되고, 급탕펌프(60)는 구동되고, 바닥난방펌프(84)는 구동되지 않는다.
급탕 펌프(60)의 구동시 축열조(56)의 물은 급탕수 배관(58)을 통해 제1열교환기(74)로 유동되어 제1열교환기(74)를 통과한 후 축열조(56)로 순환된다.
압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(6)와 하이드로킷 열전달부 유입유로(52)를 통과한 후 제1열교환기(74)로 유동되고, 제1열교환기(74)를 통과하면서 압축기(12)에서 과열된 냉매가 물과 열교환되어 응축된다. 제1열교환기(74)에서 응축된 냉매는 제2열교환기(72)를 경유하여 보조 냉매조절부(10)로 유입된다. 보조 냉매조절부(10)로 유입된 냉매는 열교환기 바이패스 유로(8)로 유동되고, 열교환기 바이패스 밸브(88)를 통과한 후 실외팽창기구(16)에서 팽창된다. 실외팽창기구(16)에서 팽창된 냉매는 실외 열교환기(14)에서 실외 공기와 열교환되어 증발되고, 냉/난방 절환밸브(40)를 통과하여 압축기(12)로 회수된다.
즉, 압축기(12)에서 토출된 냉매는 제1열교환기(74)와 열교환기 바이패스 유로(8)와 실외 팽창기구(16)와 실외 열교환기(14)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다.
히트펌프식 급탕장치는 제1열교환기(74)가 냉매를 응축시키고, 실외 열교환기(14)가 냉매를 증발시키며, 제1열교환기(74)가 축열조(56)의 물을 가열한다.
히트펌프식 급탕장치는 급탕운전시 냉매가 축열조(56)의 물을 가열하는데 이용되고, 냉매가 실내 열교환기(18)를 통과하는 경우보다 축열조(56)의 물 온도를 보다 신속하게 높일 수 있는 이점이 있다.
도 10은 도 9에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 급탕운전의 도중에 제상운전될 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
히트펌프식 급탕장치는 급탕운전시 실외 열교환기(14)가 증발기로 기능하므로, 실외 열교환기(14)에 서리가 착상될 수 있고, 실외 열교환기(14)를 제상시켜야 하는 제상조건이 되면, 급탕운전을 계속하면서 실외 열교환기(14)를 제상하도록 전환된다.
히트펌프식 급탕장치는 제1열교환기(74)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하게 보조 냉매조절부(10)를 조절하고, 냉동 사이클 회로(2)를 난방 운전에서 냉방 운전으로 절환한다.
여기서, 제상조건은 급탕운전의 적산시간이 설정시간 이상인 조건과, 실외 열교환기(14)의 온도가 설정시간 이상 설정 온도 이하인 조건 등이 만족하는 조건이다.
히트펌프식 급탕장치는 급탕운전의 도중에 보조 냉매조절부(10)가 냉매를 냉/난방 절환밸브(40)로 유동시키게 조절되고, 냉/난방 절환밸브(40)가 냉방 모드로 구동되며, 액냉매 밸브(90)가 개방되고, 열교환기 바이패스 밸브(88)가 폐쇄된다.
압축기(12)에서 압축된 후 제1열교환기(74)를 통과하면서 응축된 냉매는 보조 냉매조절부(10)를 통과하면서 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하여 냉/난방 절환밸브(40)로 유입된다. 냉/난방 절환밸브(40)를 통과한 냉매는 실외 열교환기(14)로 유동되어 실외 열교환기(14)를 제상시키면서 재차 응축되고, 이후 실외 팽창기구(16)과 실내 팽창기구(17) 중 적어도 하나를 통과하면서 팽창되며, 실내 열교환기(18)을 통과하면서 증발된다. 실내 열교환기(18)에서 증발된 냉매는 냉/난방 절환밸브(40)를 통과하여 압축기(12)로 회수된다.
즉, 압축기(12)에서 토출된 냉매는 제1열교환기(74)와 냉/난방 절환밸브(40)와 실외 열교환기(14)와 실외 팽창기구(16)와 실내 팽창기구(17)와 실내 열교환기(18)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다.
히트펌프식 급탕장치는 제1열교환기(74)가 냉매를 응축시키고, 실외 열교환기(14)가 냉매를 재차 응축시키면서 제상되며, 제1열교환기(74)가 축열조(56)의 물을 가열한다.
히트펌프식 급탕장치는 급탕운전시 냉매가 축열조(56)의 물을 계속하여 가열하면서 실외 열교환기(14)를 제상시키므로, 축열조(56)의 물 온도를 보다 신속하게 높일 수 있고 급탕 효율은 높아진다.
도 11은 도 2에 도시된 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 공간난방운전이고 바닥난방운전이면서 급탕운전 모드일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
히트펌프식 급탕장치는 바닥난방운전과 급탕운전과 공간난방운전 모드의 동시운전시, 다음과 같이 운전된다.
압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(6)는 냉매가 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)를 향해 유동되게 조절되며, 보조 냉매조절부(10)는 하이드로킷 열전달부 유출유로(54)의 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하게 조절되고, 실외팬(30)은 회전되며, 실내팬(39)은 회전되고, 냉/난방 절환밸브(40)는 난방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(88)는 밀폐되며, 액냉매 밸브(90)는 개방되고, 급탕펌프(60)는 구동되고, 바닥난방펌프(84)는 구동된다.
급탕 펌프(60)의 구동시 축열조(56)의 물은 급탕수 배관(58)을 통해 제1열교환기(74)로 유동되어 제1열교환기(74)를 통과한 후 축열조(56)로 순환된다.
바닥난방펌프(84)의 구동시 바닥 난방 배관(80)의 물은 난방수 배관(82)을 통해 제2열교환기(72)로 유동되어 제2열교환기(72)를 통과한 후 바닥 난방 배관(80)으로 순환된다.
압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(6)와
하이드로킷 열전달부 유입유로(52)를 통과한 후 제1열교환기(74)로 유동되고, 제1열교환기(74)를 통과하면서 압축기(12)에서 과열된 냉매가 물과 열교환되어 응축된다. 제1열교환기(74)에서 응축된 냉매는 제2열교환기(72)로 유입되며, 제2열교환기(72)를 통과하면서 물과 열교환되어 재차 응축된다. 제2열교환기(72)에서 응축된 냉매는 난방유입유로(76)를 통해 하이드로킷 열전달부 유출유로(54)로 유출되고, 이후 보조 냉매조절부(10)를 통과하여 열교환기 바이패스 유로(8)를 바이패스하면서 냉/난방 절환밸브(40)로 유동된다. 냉/난방 절환밸브(40)로 유동된 냉매는 실내 열교환기(18)로 유동되어 추가로 응축되고, 실내 팽창기구(17)와 실외팽창기구(16) 중 적어도 하나에서 팽창되며, 이후 실외 열교환기(14)에서 실외 공기와 열교환되어 증발된다. 실외 열교환기(14)에서 증발된 냉매는 냉/난방 절환밸브(40)를 통과하여 압축기(12)로 회수된다.
즉, 압축기(12)에서 토출된 냉매는 제1열교환기(74)와 제2열교환기(72)와 냉/난방 절환밸브(40)와 실내 열교환기(18)와 실내 팽창기구(17)와 실외 팽창기구(16)와 실외 열교환기(14)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다.
히트펌프식 급탕장치는 냉매가 제1열교환기(74)와 제2열교환기(72)와 실내 열교환기(18)가 냉매를 순차적으로 응축시키면서 총 3회에 걸쳐 응축시키고, 실외 열교환기(14)가 냉매를 증발시키며, 제1열교환기(74)가 축열조(56)의 물을 가열하고, 제2열교환기(72)가 바닥 난방 배관(80)의 물을 가열한다.
히트펌프식 급탕장치는 바닥난방운전과 급탕운전과 공간난방운전의 동시운전시 냉매가 축열조(56)의 물과 바닥 난방 배관(80)의 물과 실내의 공기를 함께 가열하는데 이용되고, 히트펌프식 급탕장치는 급탕과 바닥난방과 공간난방을 효율적으로 실시할 수 있게 된다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 제1열교환기(74)를 축열운전 모드를 포함하는 다른 운전 모드시 열교환된 열을 축열조(56)에 축열시키는 축열전용 열교환기의 성격이 매우 강하다.
그리고, 제2열교환기(72)는 바닥난방운전 모드시 실내의 바닥난방을 위한 난방수와 냉매를 열교환시키고, 축열운전 모드를 포함하는 다른 운전 모드시 열교환된 열을 축열조(56)에 축열시키는 바닥난방/축열 겸용 열교환기의 성격이 매우 강하다.
정리하면, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는, 축열운전 모드시, 축열조(56)를 관통하는 제1축열 물 유로를 통하여 제1열교환기(74)와 열교환된 열이 급탕수인 축열수에 축열되거나, 축열조(56)를 관통하는 제2축열 물 유로를 통하여 제2열교환기(72)와 열교환된 열이 급탕수인 축열수에 축열되거나, 축열조(56)를 관통하는 제1축열 물 유로 및 제2축열 물 유로를 통하여 제1열교환기(74) 및 제2열교환기(72)와 순차적으로 열교환된 열이 급탕수인 축열수에 동시에 축열될 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치의 바람직한 일실시예 및 다양한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 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 4: 제1열교환기
6: 냉매조절부 8: 열교환기 바이패스 유로
10: 보조 냉매조절부 12: 압축기
14: 실외 열교환기 16: 실외 팽창기구
17: 실내 팽창기구 18: 실내 열교환기
40: 냉/난방 절환밸브 50: 급탕 유로
52: 하이드로킷 열전달부 유입유로 54: 하이드로킷 열전달부 유출유로
60: 급탕 펌프 72: 제2열교환기
84: 바닥난방펌프 88: 열교환기 바이패스 밸브
90: 액냉매 밸브

Claims (15)

  1. 압축기, 실내 열교환기, 팽창기구 및 실외 열교환기를 냉매가 유동되도록 구성된 냉동 사이클 회로와;
    상기 냉동 사이클 회로로부터 분지되어 유동되는 냉매와 열교환된 열을 축열시키는 축열조와;
    상기 압축기에 의해 압축된 냉매를 1차적으로 응축시키고, 응축시 열교환된 열이 상기 축열조에 축열되는 제1열교환기와, 상기 제1열교환기에 응축된 냉매를 2차적으로 응축시키고, 응축시 열교환된 열이 상기 축열조에 축열되거나 바닥 난방수로 이용되는 제2열교환기를 포함하고, 상기 냉동 사이클 회로와 연결된 하이드로킷 열교환부와,
    상기 제1열교환기 및 상기 제2열교환기를 통과한 냉매가 실외 열교환기 및 실내 열교환기 중 하나를 바이패스하도록 상기 실외 열교환기 및 상기 실내 열교환기 사이로 안내되게 연결된 열교환기 바이패스 유로를 포함하고,
    상기 축열조에 축열시키는 축열운전 모드시,
    상기 제1열교환기와 열교환된 열이 상기 축열조에 축열되거나, 상기 제1열교환기와 열교환된 열 및 상기 제2열교환기와 열교환된 열이 상기 축열조에 동시에 축열되는 히트펌프식 급탕장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1열교환기는, 상기 축열운전 모드를 포함하는 다른 운전 모드시 열교환된 열을 상기 축열조에 축열시키는 축열전용 열교환기인 히트펌프식 급탕장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2열교환기는 바닥난방운전 모드시 실내의 바닥난방을 위한 난방수와 상기 냉매를 열교환시키고, 축열운전 모드를 포함하는 다른 운전 모드시 열교환된 열을 상기 축열조에 축열시키는 바닥난방/축열 겸용 열교환기인 히트펌프식 급탕장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 다른 운전 모드는,
    실내 공간을 냉방시키는 공간냉방운전 모드와, 실내 공간을 난방시키는 공간난방운전 모드와, 상기 축열조의 축열수를 급탕수로 이용하는 급탕운전 모드를 포함하고,
    상기 축열운전 모드로만 운전되거나 상기 축열운전 모드 및 상기 다른 운전 모드 중 어느 하나와 동시에 운전되는 히트펌프식 급탕장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 축열운전 모드시,
    상기 축열조를 관통하는 제1축열 물 유로를 통하여 상기 제1열교환기와 열교환된 열이 상기 축열수에 축열되거나,
    상기 축열조를 관통하는 제2축열 물 유로를 통하여 상기 제2열교환기와 열교환된 열이 상기 축열수에 축열되거나,
    상기 축열조를 관통하는 제1축열 물 유로 및 제2축열 물 유로를 통하여 상기 제1열교환기 및 상기 제2열교환기와 열교환된 열이 상기 축열수에 동시에 축열되는 히트펌프식 급탕장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 냉동 사이클 회로에 설치되고, 상기 하이드로킷 열교환부로 냉매를 선택적으로 유동시키는 냉매 조절부를 더 포함하는 히트펌프식 급탕장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 냉매 조절부는, 급탕운전 모드, 바닥난방운전 모드 및 축열운전 모드 운전 중 적어도 어느 하나의 모드로 운전될 경우 냉매가 상기 하이드로킷 열교환부로 유동되게 조절되는 히트펌프식 급탕장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 냉매 조절부는 실내의 상기 공간난방운전 모드 및 상기 공간냉방운전 모드 중 적어도 어느 하나의 모드만으로 운전될 경우 냉매가 상기 하이드로킷 열교환부를 바이패스하게 조절되는 히트펌프식 급탕장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 냉매 조절부는, 상기 냉동 사이클 회로 또는 상기 하이드로킷 열교환부 중 적어도 어느 하나로 냉매를 선택적으로 유동시키는 삼방밸브인 히트펌프식 급탕장치.
  10. 삭제
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 열교환기 바이패스 유로는,
    상기 열교환기 바이패스 유로 및 상기 하이드로킷 열교환부 사이에 설치된 보조 냉매조절부에 의하여 냉매가 선택적으로 유동되는 히트펌프식 급탕장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 보조 냉매조절부는,
    상기 축열운전 모드, 상기 급탕운전 모드 및 상기 바닥난방운전 모드 중 어느 하나의 운전 모드로만 운전될 때 냉매가 상기 열교환기 바이패스 유로를 유동되게 조절되는 히트펌프식 급탕장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 보조 냉매조절부는,
    상기 축열운전 모드, 상기 급탕운전 모드 및 상기 바닥난방운전 모드 중 어느 하나의 운전 모드와 상기 공간냉방운전 모드 또는 상기 공간난방운전 모드 중 어느 하나의 운전 모드와 동시운전시 냉매가 상기 열교환기 바이패스 유로를 바이패스하게 조절되는 히트펌프식 급탕장치.
  14. 청구항 6에 있어서,
    상기 축열조의 급탕수를 전기적으로 히팅시키는 전기구동식 히터를 더 포함하고,
    상기 전기구동식 히터는, 상기 축열조의 급탕수를 축열시키는 축열운전 모드로만 운전될 때 작동되는 히트펌프식 급탕장치.
  15. 삭제
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