KR102550363B1 - 하이브리드 히팅 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 히팅 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 히팅 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기를 통해 압축된 냉매와 열교환을 통해 난방수를 가열하는 실내열교환기, 실외공기와 열교환을 통해 냉매를 증발시키는 실외열교환기, 연소열을 통해 난방수를 가열하는 제1보일러열교환기, 및 상기 제1보일러열교환기에서 배출되는 배기가스와 상기 실외열교환기로 유입되는 냉매를 열교환하는 제2보일러열교환기를 포함한다.

Description

하이브리드 히팅 시스템{Hybrid Heating System}
본 발명은 하이브리드 히팅 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트펌프 및/또는 보일러로 난방수를 가열하는 하이브리드 히팅 시스템에 관한 것이다.
실내난방을 위한 수단으로 보일러를 사용하거나, 히트펌프를 사용할 수 있다.
보일러는 연료를 연소시킬 때 발생하는 연소열을 이용하여 물을 가열하고, 가열되어 축열된 물을 실내에 설치되어 있는 난방배관을 통해 난방수요처로 공급하여, 실내를 난방하게 되며, 아울러 데워진 물을 욕실과 부엌 등에 온수로 공급하는 기기이다.
히트펌프는 냉매의 상변화과정에서 발생하는 열을 이용하여, 난방수를 가열하고, 가열된 물을 난방수요처로 공급하여 실내를 난방할 수 있다.
상기의 보일러는 일시적으로 많은 난방열을 제공할 수 있는 장점이 있으나, 연료를 사용함에 따라 비용이 많이 드는 문제가 있고, 히트펌프는 압축기를 구동하여 냉매를 순환시킴에 따라 열을 발생시키므로, 보일러에 비해 비용이 적게 들수 있으나, 극저온의 온도에서는 충분한 난방열을 제공할 수 없는 단점이 있다.
따라서, 상기의 보일러와 히트펌프의 각 장단점을 보완하여, 히트펌프와 보일러를 각각 또는 함께 사용하는 하이브리드 히팅 시스템이 개발되고 있다.
국내특허 KR10-2013-0135022에서도 상기와 같이, 보일러와 히트펌프의 구성을 병합한 시스템을 개시하고 있다.
하이브리드 히팅 시스템의 경우, 히트펌프의 구동으로 실외열교환기에 발생할 수 있는 성에를 제거하기 위해서는 별도의 제상과정을 필요로 한다.
다만, 상기와 같은 구조에서는, 제상과정을 실행하기 위해서는 냉매의 유동방향을 조절하여, 압축기에서 토출된 냉매를 실외열교환기 방향으로 유동시키게 된다. 이 경우, 냉매의 유동방향이 달라져, 난방을 중지해야하는 문제가 있다. 따라서, 실내난방이 간헐적으로 중지될 수 있는 문제가 생기게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는 히트펌프의 냉매의 유동방향을 변경하지 않고, 제상과정을 진행할 수 있는 하이브리드 히팅 시스템을 제공하는 것이다.
상기 제1과제를 통해, 본 발명이 해결하고자하는 제2과제는 실외열교환기의 제상운전을 위해 별도의 난방운전을 중지하지 않는 하이브리드 히팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 제3과제는, 제상운전과 난방운전이 동시에 진행되더라도, 히트펌프와 보일러에 의한 하이브리드 난방효율이 유지될 수 있는 하이브리드 히팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 제4과제는 추가적인 열원을 도입하지 않고, 기존의 보일러에서 사용되는 열을 활용하여, 하이브리드 난방효율이 유지될 수 있는 하이브리드 히팅 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이브리드 히팅 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기를 통해 압축된 냉매와 열교환을 통해 난방수를 가열하는 실내열교환기, 실외공기와 열교환을 통해 냉매를 증발시키는 실외열교환기, 연소열을 통해 난방수를 가열하는 제1보일러열교환기, 및 상기 제1보일러열교환기에서 배출되는 배기가스와 상기 실외열교환기로 유입되는 냉매를 열교환하는 제2보일러열교환기를 포함하여, 실외열교환기로 유입되는 냉매를 가열하여 제상이 가능한다.
상기 실내열교환기에서 배출된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브를 더 포함하고, 상기 제2보일러열교환기는 상기 팽창밸브와 상기 실외열교환기 사이에 배치되어, 제2보일러열교환기 및 실외열교환기로 유입되는 냉매를 조절할 수 있다.
상기 실외열교환기는 상기 제2보일러열교환기를 통해 유입되는 냉매온도를 감소시켜 압축기로 보내어, 제상운전으로 인해 압축기로 유입되는 냉매의 과열을 방지한다.
상기 팽창밸브는 상기 제2보일러열교환기를 통해 상기 실외열교환기로 유입되는 냉매의 과열도를 고려하여 개폐정도가 조절되어, 제상운전으로 인해 압축기로 유입되는 냉매의 과열을 방지한다.
상기 실내열교환기에서 유동하는 냉매를 상기 실외열교환기 또는 상기 제2보일러열교환기로 보내는 제상밸브를 더 포함하여, 제상모드시 제2보일러열교환기를 통과한 냉매를 실외열교환기로 보낼 수 있다.
상기 제상밸브는, 상기 제1보일러열교환기가 난방수를 가열할 때, 상기 실내열교환기에서 배출된 냉매를 상기 제2보일러열교환기로 보내어, 하이브리드 난방운전시 발생할 수 있는 실외열교환기의 착상에 대비할 수 있다.
상기 제상밸브를 조정하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 실내열교환기 및 상기 제1보일러열교환기를 통해 난방수를 가열하는 하이브리드 난방모드에서, 일정시간간격으로 상기 실내열교환기에서 배출된 냉매가 상기 제2보일러열교환기를 거쳐 상기 실외열교환기로 유동하도록 상기 제상밸브를 조절하여, 하이브리드 난방운전시 발생할 수 있는 실외열교환기의 착상에 대비할 수 있다.
실외온도를 파악하는 실외온도센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 실외온도센서로 파악되는 실외온도가 설정온도 이하에서, 상기 실내열교환기에서 배출된 냉매가 상기 제2보일러열교환기를 거쳐 상기 실외열교환기로 유동하도록 상기 제상밸브를 조절하여, 실외온도가 일정이하에서 발생할 수 있는 실외열교환기의 착상에 대비할 수 있다.
상기 실내열교환기를 통과한 난방수를 난방수요처 또는 상기 제1보일러열교환기로 보내는 제1모드변경밸브를 포함하여, 하이브리드 히팅 시스템의 운전모드를 변경할 수 있다.
가열된 난방수를 이용하여, 사용자에게 제공되는 온수를 가열하는 급탕열교환기; 및 상기 제1보일러열교환기에서 가열된 난방수의 일부를 상기 급탕열교환기로 공급하는 제2모드변경밸브를 더 포함하여, 하이브리드 히팅 시스템에서 급탕열교환기로 사용자에게 온수를 제공할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 하이브리드 히팅 시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 본 발명은 히트펌프 사이클의 유로방향을 변경하지 않고, 제상운전을 수행할 수 있다. 이로써, 별도의 절환밸브를 구비하지 않아도 되는 비용절감의 장점이 있다.
둘째, 본 발명은 난방운전시 제상운전으로 인한 중지과정이 없이, 계속적인 난방을 수행할 수 있어, 사용자에게 쾌적감을 제공할 수 있는 장점도 있다.
셋째, 본 발명은 제상운전시에도 히트펌프와 보일러에 의한 하이브리드 난방운전이 가능하여, 제상운전 시에도 난방효율이 유지될 수 있는 장점도 있다.
넷째, 본 발명은 보일러의 배기가스 열을 이용하여, 추가적인 난방과 동시에 제상을 진행할 수 있어, 별도의 열원을 사용으로 인한 요구되는 비용이 절감되는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부 및 그와 관련구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 하이브리드 히팅 시스템이 보일러 난방모드일 때의 난방수유동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 하이브리드 히팅 시스템이 히트펌프 난방모드일 때의 난방수유동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 하이브리드 히팅 시스템이 하이브리드 난방모드일 때의 난방수유동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 도 1의 하이브리드 히팅 시스템이 제습난방모드일 때의 난방수유동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의한 하이브리드 히팅 시스템을 이하 도면들을 참고하여 설명하도록 한다.
<전체구성>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하 도 1을 참조하여, 본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템의 구성을 설명한다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 냉매와 열교환으로 난방수를 가열하는 히트펌프(1)와, 연소열을 이용하여 난방수를 가열하는 보일러(2)를 포함한다. 여기서, 난방수란 난방이 이루어지는 대상으로 열을 공급하기 위한 매체의 일례로써 물을 의미하며, 물이 아닌 다른유체의 사용도 가능하다. 난방수는 보일러(2) 또는 히트펌프(1)를 유동하는 매체로써, 냉수나 온수를 구별하지 않는다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 히트펌프(1)를 작동시켜 난방수를 가열하거나, 보일러(2)를 작동시켜 난방수를 가열할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 히트펌프(1)와 보일러(2)를 함께 작동시켜 난방수를 가열할 수 있다.
본 실시예에 따른 히트펌프(1)는 냉매를 압축하는 압축기(10), 압축된 냉매를 응축하여 난방수를 가열하는 실내열교환기(14), 응축된 액상냉매를 팽창시키는 팽창밸브(16) 및 실외 공기와 열교환을 통해 팽창된 액상냉매를 증발시키는 실외열교환기(12)를 포함한다.
본 실시예에 따른 히트펌프(1)는 실외열교환기(12)로 공급되는 냉매를 가열하는 제2보일러열교환기(24)와, 팽창밸브(16)를 통해 유동하는 냉매를 실외열교환기(12) 또는 제2보일러열교환기(24)로 선택적으로 보내는 제상밸브(32)를 포함한다.
본 실시예에 따른 히트펌프(1)는 압축기(10)에서 압축된 냉매를 실내열교환기(14)로 보내고, 실외열교환기(12)에서 열교환된 냉매를 압축기(10)로 보내는 일방향의 사이클을 진행하는 시스템일 수 있다.
즉, 압축기(10)에서 배출된 냉매는 실내열교환기(14)와 실외열교환기(12)를 순차적으로 유동하여 다시 압축기(10)로 유동하는 시스템일 수 있다. 다만, 제상밸브(32)의 조절에 따라 팽창밸브(16)를 통과한 냉매는 제2보일러열교환기(24) 및 실외열교환기(12)를 거쳐 압축기(10)로 유동하거나, 제2보일러열교환기(24)를 거치지 않고, 실외열교환기(12)만을 거쳐 압축기로 유동할 수 있다.
본 실시예에 따른 압축기(10)는 냉매가스를 압축하여 고온 고압의 냉매를 토출하며, BLDC 모터를 사용할 수 있다.
본 실시예에 따른 실내열교환기(14)는 난방수와 냉매를 열교환하는 판형 열교환기를 사용할 수 있다. 본 실시예에 따른 실내열교환기(14)는 응축기로 사용되며, 냉매가 응축함에 따라 발생하는 열을 이용하여 난방수를 가열할 수 있다.
본 실시예에 따른 실외열교환기(12)는 실외공기와 냉매를 열교환한다. 본 실시예에 따른 실외열교환기(12)는 실외공기와 열교환으로 냉매를 증발시키는 증발기로 사용될 수 있다.
다만, 이하에서 설명할 제상난방모드에서는 제2보일러열교환기(24)를 통과한 냉매가 실외열교환기(12)로 공급될 수 있다. 실외열교환기(12)로 유입되는 냉매는 제2보일러열교환기(24)를 통해 가열된 냉매로써, 실외열교환기(12)의 제상운전이 가능하다. 실외열교환기(12)의 성에를 제거하기 위한 제상난방모드에서, 실외열교환기(12)는 압축기(10)로 유입되는 냉매의 과열도가 조절될 수 있다. 실외열교환기(12)는 과열된 냉매의 온도를 감소시킬 수 있으며, 팽창밸브(16)를 조절하여, 과열도를 조절할 수 있다. 팽창밸브(16)는 제2보일러열교환기(24)를 통해 실외열교환기(12)로 유입되는 냉매의 과열도를 고려하여 개폐정도가 조절될 수 있다.
본 실시예에 따른 보일러(2)는 연소열을 이용하여 난방수요처(38)로 공급되는 난방수를 가열할 수 있다. 연소열이란, 연료를 연소함에 따라 발생하는 열을 의미하며, 보일러에 사용되는 연료는 가스 등의 화석연료를 포함할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 보일러(2)는 보일러(2)로 공급되는 연료를 가열하여 발생하는 연소열을 이용하여 난방수를 가열할 수 있다.
본 실시예에 따른 보일러(2)는 연소열을 이용하여 난방수를 가열하는 제1보일러열교환기(22)와, 제1보일러열교환기(22)에서 배출되는 배기가스와 히트펌프(1)를 유동하는 냉매를 열교환하는 제2보일러열교환기(24)를 포함할 수 있다.
제1보일러열교환기(22)는 연소열을 이용하여 난방수를 가열한다. 즉, 연료의 연소로 발생하는 열을 난방수에 공급한다.
제2보일러열교환기(24)는 제1보일러열교환기(22)에서 배출되는 배기가스와 냉매를 열교환한다. 제2보일러열교환기(24)는 제1보일러열교환기(22)에서 배기되는 배기가스의 열을 이용하여 냉매를 증발시키는 증발기로 사용될 수 있다. 제2보일러열교환기(24)에서 배출되는 고온의 냉매는 실외열교환기(12)로 유입되어 실외열교환기(12)를 제상할 수 있다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 사용자에게 공급되는 온수를 가열하는 급탕열교환기(26)를 더 포함할 수 있다. 급탕열교환기(26)는 보일러(2)에서 가열된 난방수와 온수를 열교환하여 온수를 가열할 수 있다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 시스템의 작동모드를 조절하는 모드변경밸브(30a, 30b)를 포함한다.
모드변경밸브(30a, 30b)는 실내열교환기(14)를 통과한 난방수를 난방수요처(38) 또는 보일러(2)로 선택적으로 보내는 제1모드변경밸브(30a)를 포함한다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 보일러만을 작동하여 난방수를 가열하는 보일러 난방모드, 히트펌프(1)만을 작동하여 난방수를 가열하는 히트펌프 난방모드, 및 히트펌프(1)와 보일러(2)를 모두 작동하여 난방수를 가열하는 하이브리드 난방모드로 작동될 수 있다.
제1모드변경밸브(30a)는 보일러 난방모드와 하이브리드 난방모드에서 난방수요처에서 배출된 난방수를 보일러(2)로 공급한다. 제1모드변경밸브(30a)는 히트펌프 난방모드에서 실내열교환기(14)를 거친 난방수를 난방수요처(38)로 공급할 수 있다.
제1모드변경밸브(30a)는 하나의 유입구와 두개의 배출구를 가지며, 하나의 유입구로 유입된 난방수를 두개의 배출구 중 적어도 하나로 배출하는 삼방밸브를 사용할 수 있다.
모드변경밸브(30a, 30b)는 보일러(2)에서 가열된 난방수의 일부를 급탕열교환기(26)로 공급하는 제2모드변경밸브(30b)를 포함한다. 제2모드변경밸브(30b)는 사용자에게 온수를 제공하는 급탕모드에서, 보일러(2)에서 가열된 난방수의 일부를 급탕열교환기(26)로 보낼 수 있다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 실외열교환기(12)가 실외의 차가운 공기에 의해 착상될 때, 실외열교환기(12)로 공급되는 냉매가 제2보일러열교환기(24)를 거치도록 유로를 조절하는 제상밸브(32)를 포함한다.
본 실시예에 따른 제상밸브(32)는 실내열교환기(12)에서 배출된 냉매를 실외열교환기(14)로 보내거나, 제2보일러열교환기(24)를 통해 실외열교환기(14)로 보낼 수 있다. 본 실시예에 따른 제상밸브(32)는 실외온도가 설정온도 이하에서, 실내열교환기(12)에서 배출된 냉매를 제2보일러열교환기(24)로 보낸다.
본 실시예에 따른 제상밸브(32)는 보일러(2)가 작동할 때, 실내열교환기(12)에서 배출된 냉매를 제2보일러열교환기(24)로 보낸다. 즉, 제상밸브(32)는 제1보일러열교환기(22)가 난방수를 가열할 때, 실내열교환기(12)에서 배출된 냉매를 제2보일러열교환기(24)로 보낸다.
본 실시예에 따른 제상밸브(32)는 유입구가 하나이고, 배출구가 두개이며, 하나의 유입구를 두개의 배출구 중 하나와 선택적으로 연결시키는 삼방밸브일 수 있다. 본 실시예에 따른 제상밸브(32)는 착상된 실외열교환기(12)를 제상하는 제상난방모드에서 냉매를 제2보일러열교환기(24)로 보낸다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 히트펌프(1) 또는 보일러(2)를 유동하는 난방수의 유동을 형성하는 펌프(34a, 34b)를 포함한다. 본 실시예에 따른 펌프(34a, 34b)는 실내열교환기(14)로 유동하는 난방수의 유동을 형성하도록, 실내열교환기(14)의 상류에 배치되는 제1펌프(34a)와, 급탕열교환기(26)로 난방수가 공급될 때, 난방수의 유동을 형성하는 제2펌프(34b)를 포함할 수 있다.
<제어부 관련>
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부 및 그와 관련구성을 도시한 블록도이다. 이하에서는 도 2를 참조하여, 본 실시예에 따른 제어부 및 그와 관련된 구성을 설명한다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 운전모드에 따라 모드변경밸브(30a, 30b)를 조절하거나, 히트펌프(1)와 보일러(2)의 작동을 제어하는 제어부(36)를 포함한다.
본 실시예에 따른 제어부(36)는 하이브리드 히팅 시스템의 작동모드에 따라, 제1모드변경밸브(30a)를 조절할 수 있다. 본 실시예에 따른 제어부(36)는 하이브리드 히팅 시스템의 작동모드에 따라, 보일러(2)와 압축기(10)의 작동을 조절할 수 있다. 본 실시예에 따른 제어부(36)는 하이브리드 히팅 시스템의 작동모드에 따라, 제2모드변경밸브(30b)를 조절할 수 있다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 실외온도를 파악하는 실외온도센서(40)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 제어부(36)는 실외온도센서(40)로 파악되는 실외온도에 따라, 제1모드변경밸브(30a), 보일러(2) 및 압축기(10)를 조절할 수 있다.
본 실시예에 따른 제어부(36)는 제상밸브(32)를 조절할 수 있다. 제어부(36)는 실외온도센서(40)를 바탕으로 파악되는 실외온도를 기준으로 제상밸브(32)를 조절할 수 있다.
본 실시예에 따른 제어부(36)는 일정온도 이하에서 히트펌프(1)와 보일러(2)를 동시에 작동시키는 하이브리드 난방모드에서, 일정한 시간간격으로 제상난방모드를 작동할 수 있다. 즉, 실내열교환기(14)에서 배출된 냉매가 실외열교환기(12)로 유동하는 하이브리드 난방모드에서, 제어부(36)는 일정한 시간간격으로 제상밸브(32)를 조절하여, 실내열교환기(14)에서 배출된 냉매가 제2보일러열교환기(24)를 거쳐 실외열교환기(12)로 유동하도록 할 수 있다.
<운전모드>
도 3은 도 1의 하이브리드 히팅 시스템이 보일러 난방모드일 때의 난방수유동을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 도 1의 하이브리드 히팅 시스템이 히트펌프 난방모드일 때의 난방수유동을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 1의 하이브리드 히팅 시스템이 하이브리드 난방모드일 때의 난방수유동을 설명하기 위한 도면이다. 도 6는 도 1의 하이브리드 히팅 시스템이 제습난방모드일 때의 난방수유동을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템의 운전모드를 설명한다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 운전모드에 따라 보일러만을 작동하여 난방수를 가열하거나, 히트펌프(1)만을 작동하여 난방수를 가열하거나, 히트펌프(1)와 보일러(2)를 모두 작동하여 난방수를 가열할 수 있다.
이러한 운전모드는 실외온도에 따라 변경될 수 있다. 즉, 실외온도센서(40)로 측정되는 제1설정온도 이상에서는 히트펌프만을 작동하여 난방수를 가열하는 히트펌프 난방모드가 작동될 수 있다. 또한, 실외온도가 제1설정온도 미만이고, 제2설정온도 이상에서는 히트펌프(1)와 보일러(2)를 함께 가열하는 하이브리드 난방모드가 작동될 수 있다. 또한, 실외온도가 제2설정온도 미만에서는 보일러만을 작동하여 난방수를 가열하는 보일러 난방모드가 작동될 수 있다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 급탕모드를 실시하여 사용자에게 온수를 제공할 수 있다. 급탕모드는 각각의 모드에서 별도로 실시될 수 있다. 급탕모드가 작동되면, 가열된 난방수의 일부를 급탕열교환기(26)로 보낼 수 있다. 또한, 급탕모드가 작동되면, 보일러를 작동하여, 난방수를 가열할 수 있다. 이경우, 보일러(2)가 작동되지 않는 모드에서는 보일러(2)를 추가로 작동시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 제상난방모드를 실시하여, 증발기로 사용되어, 착상된 실외열교환기를 제상할 수 있다. 본 실시예에 따른 하이드리드 히팅 시스템은 제상난방모드에서 히트펌프(1)를 유동하는 냉매의 방향이 반대방향으로 변경되지 않는다.
<보일러 난방모드>
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템의 보일러 난방모드에서는, 히트펌프(1)가 작동되지 않을 수 있다.
보일러 난방모드에서는 보일러(2)를 작동하여 난방수를 가열한다. 보일러(2)에 의해 가열된 난방수는 난방수요처(38)로 공급될 수 있다.
보일러 난방모드에서는 압축기가 별도로 작동되지 않는다. 보일러 난방모드에서는 제1모드변경밸브(30a)가 난방수요처를 거쳐 유동하는 난방수를 보일러(2)로 공급한다. 보일러 난방모드에서는 실내열교환기(14)를 거친 난방수가 보일러(2)로 공급될 수 있다. 다만, 보일러 난방모드에서는 압축기(10)가 작동하지 않으므로, 난방수가 실내열교환기(14)를 통과하더라도, 별도의 열교환이 이루어지지 않는다.
보일러 난방모드에서도, 급탕모드가 작동될 수 있다. 급탕모드가 작동되는 경우, 제2모드변경밸브(30b)를 조절하여, 보일러에서 가열된 난방수의 일부가 급탕열교환기(26)로 공급될 수 있다.
<히트펌프 난방모드>
히트펌프 난방모드에서는 압축기가 작동되어 냉매가 유동하면서, 난방수 또는 실외공기와 열교환한다. 즉, 히트펌프 난방모드에서는 실내열교환기가 응축기로 사용된다. 난방수요처를 거쳐 실내열교환기(14)로 유입되는 난방수는 응축기로 사용되는 실내열교환기(14)를 통해 냉매와 열교환되어 가열될 수 있다.
히트펌프 난방모드에서, 제1모드변경밸브(30a)는 실내열교환기(14)를 통과한 난방수가 난방수요처(38)로 공급되도록 배치될 수 있다. 히트펌프 난방모드에서, 제상밸브(32)는 실내열교환기(14)에서 배출되어 유동하는 냉매가 실외열교환기(12)로 공급되도록 배치될 수 있다. 즉, 실내열교환기(14)에서 배출된 냉매가 별도록 제2보일러열교환기(24)를 거치지 않고, 실외열교환기(12)로 공급되게 할 수 있다.
히트펌프 난방모드에서는 보일러(2)가 작동되지 않는다. 다만, 이 경우에도 급탕모드가 실시되면, 보일러(2)가 작동하여 일부 난방수를 가열하여 급탕열교환기(26)로 공급할 수 있다.
<하이브리드 난방모드>
하이브리드 난방모드에서는 히트펌프(1)의 실내열교환기(14)에서 1차적으로 난방수를 가열하고, 보일러(2)에서 2차적으로 난방수를 가열할 수 있다. 하이브리드 난방모드에서는, 압축기(10)를 포함한 히트펌프(1)가 작동하고, 보일러(2)가 작동하여 난방수를 가열한다.
하이브리드 난방모드에서, 제어부(36)는 실내열교환기(14)를 통과한 난방수가 보일러(2)로 공급되도록 제1모드변경밸브(30a)를 조절할 수 있다. 따라서, 실내열교환기(14)를 통해 1차적으로 가열된 난방수가 보일러(2)를 거쳐 2차적으로 가열될 수 있다.
하이브리드 난방모드에서, 실외열교환기(12)는 증발기로써의 기능을 수행한다. 이때, 실외온도가 일정온도 이하에서는 실외열교환기(12)에서 착상이 일어날 수 있다.
<제상난방모드>
본 실시예에 따른 제상난방모드에서는 히트펌프(1)를 유동하는 냉매가 역방향으로 유동하지 않는다. 따라서, 본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템에서는 제상난방모드에서도 히트펌프(1)의 작동으로도 난방수를 가열할 수 있다.
본 실시예에 따른 제상난방모드에서, 제상밸브(32)는 팽창밸브(16)를 통과한 냉매가 제2보일러열교환기(24)를 거쳐 실외열교환기(12)로 유동하도록 조절된다. 즉, 제상밸브(32)는 제2보일러열교환기(24)와 실외열교환기(12)를 연결한다.
제상난방모드에서, 제2보일러열교환기(24)를 통해 가열된 냉매가 실외열교환기(12)로 공급되어, 실외열교환기(12)가 제상될 수 있다.
제상난방모드에서, 실외열교환기(12)는 제2보일러열교환기(24)를 통해 과열된 냉매의 온도를 감소시킨다. 제상난방모드에서, 제어부(36)는 팽창밸브(16)를 조절하여, 실외열교환기(12)로 유입되는 냉매의 과열도를 조절할 수 있다.
<제 2 실시예>
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하에서는 도 7를 참조하여, 도 1에 따른 하이브리드 히팅 시스템과의 차이점을 위주로, 본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템을 설명한다.
본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 냉매와 열교환으로 난방수를 가열하는 히트펌프(1)와, 연소열을 이용하여 난방수를 가열하는 보일러(2)를 포함한다.
본 실시예에 따른 히트펌프(1)는 냉매를 압축하는 압축기(10), 압축된 냉매를 응축하여 난방수를 가열하는 실내열교환기(14), 응축된 액상냉매를 팽창시키는 팽창밸브(16), 실외 공기와 열교환을 통해 팽창된 액상냉매를 증발시키는 실외열교환기(12) 및 실외열교환기(12)로 공급되는 냉매를 가열하는 제2보일러열교환기(24)를 포함한다.
본 실시예에 따른 히트펌프(1)는 별도의 제상밸브(32)를 포함하지 않는다. 따라서, 압축기(10)의 구동으로 냉매가 히트펌프(1)를 유동할 때, 반드시 제2보일러열교환기(24)를 거친다.
제1설정온도 미만이고, 제2설정온도 이상에서 작동되는 하이브리드 난방모드에서, 본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 제2보일러열교환기(24)를 통과한 가열된 냉매가 실외열교환기(12)로 공급된다. 본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은, 하이브리드 난방모드에서, 실외열교환기(12)가 착상되지 않는다. 따라서, 본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 별도의 제상난방모드를 필요로 하지 않는다.
하이브리드 난방모드에서, 본 실시예에 따른 하이브리드 히팅 시스템은 팽창밸브(16)를 조절하여, 실외열교환기(12)로 유입되는 과열된 냉매의 온도를 감소시킨다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
1 : 히트펌프 2 : 보일러
10 : 압축기 12 : 실외열교환기
14 : 판형열교환기 16 : 팽창밸브
22 : 제1보일러열교환기 24 : 제2보일러열교환기
26 : 급탕열교환기 30a : 제1모드변경밸브
30b : 제2모드변경밸브 32 : 제상밸브
36 : 제어부

Claims (10)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기를 통해 압축된 냉매와 열교환을 통해 난방수를 가열하는 실내열교환기;
    실외공기와 열교환을 통해 냉매를 증발시키는 실외열교환기;
    연소열을 통해 난방수를 가열하는 제1보일러열교환기;
    상기 제1보일러열교환기에서 배출되는 배기가스와 상기 실외열교환기로 유입되는 냉매를 열교환하는 제2보일러열교환기;
    상기 실내열교환기에서 유동하는 냉매를 상기 실외열교환기 또는 상기 제2보일러열교환기로 보내는 제상밸브; 및
    상기 제상밸브를 조정하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 실내열교환기 및 상기 제1보일러열교환기를 통해 난방수를 가열하는 하이브리드 난방모드에서, 일정시간간격으로 상기 실내열교환기에서 배출된 냉매가 상기 제2보일러열교환기를 거쳐 상기 실외열교환기로 유동하도록 상기 제상밸브를 조절하는 하이브리드 히팅 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내열교환기에서 배출된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브를 더 포함하고,
    상기 제2보일러열교환기는 상기 팽창밸브와 상기 실외열교환기 사이에 배치되는 하이브리드 히팅 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실외열교환기는 상기 제2보일러열교환기를 통해 유입되는 냉매온도를 감소시켜 압축기로 보내는 하이브리드 히팅 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 팽창밸브는 상기 제2보일러열교환기를 통해 상기 실외열교환기로 유입되는 냉매의 과열도를 고려하여 개폐정도가 조절되는 하이브리드 히팅 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제상밸브는, 상기 제1보일러열교환기가 난방수를 가열할 때, 상기 실내열교환기에서 배출된 냉매를 상기 제2보일러열교환기로 보내는 하이브리드 히팅 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    실외온도를 파악하는 실외온도센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 실외온도센서로 파악되는 실외온도가 설정온도 이하에서, 상기 실내열교환기에서 배출된 냉매가 상기 제2보일러열교환기를 거쳐 상기 실외열교환기로 유동하도록 상기 제상밸브를 조절하는 하이브리드 히팅 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내열교환기를 통과한 난방수를 난방수요처 또는 상기 제1보일러열교환기로 보내는 제1모드변경밸브를 포함하는 하이브리드 히팅 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    가열된 난방수를 이용하여, 사용자에게 제공되는 온수를 가열하는 급탕열교환기; 및
    상기 제1보일러열교환기에서 가열된 난방수의 일부를 상기 급탕열교환기로 공급하는 제2모드변경밸브를 더 포함하는 하이브리드 히팅 시스템.
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