KR20060002360A - 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기존의 공랭식 열교환기에 물(=열교환수)을 이용한 수 열교환기가 추가 열교환 수단으로 직열 및 병열로 공랭식 열교환기와 같이 설치되어, 냉난방 효율 및 에너지 효율의 증가를 가능케 하는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 압축기(10), 공기 열교환기(30), 팽창밸브(40) 및 실내기(50)가 냉매 유로(L)로써 연결되는 한편, 그 냉매 유로(L) 상의 4웨이 밸브(20)가 냉매의 흐름을 냉방과 난방으로 선택적으로 절환하도록 구성되는 한편, 열교환수 공급원(s)과, 상기 열교환수 공급원(s)으로부터 열교환수를 공급받고 상기 냉매 유로(L)의 통과를 허용하여, 상기 공기 열교환기(30)와 함께 상기 냉매에 대해 열교환을 행하는 수 열교환기(60)와, 상기 냉매 유로(L) 또는 공기 열교환기(30) 상에 마련된 센서를 통해 냉매의 온도, 압력 또는 외기의 온도를 감지하는 감지부(70)와, 상기 감지부(70)로부터 받은 신호를 기초로 하여, 상기 냉매가 상기 공기 열교환기(30) 또는 상기 수 열교환기(60)를 선택적으로 흐르게 하는 제어부(80)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
열교환기, 공냉, 수냉, 감지부, 유로, 냉매, 제어부

Description

공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템 및 그 제어방법{HEAT PUMP SYSTEM FOR COOLING OR HEATING WITH AIR-WATER COMBINED EXCHANGER AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템을 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 도 1 시스템을 이용한 냉방 제어방법의 일 예를 도시한 플로우차트.
도 3은 도 1 시스템을 이용한 냉방 제어방법의 다른 예를 도시한 플로우차트.
도 4는 도 1 시스템을 이용한 난방 제어방법의 일 예를 도시한 플로우차트.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 종래 히트 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10: 압축기 20: 4웨이 밸브
s: 열교환수 공급원 30: 공기 열교환기
40: 팽창밸브 50: 실내기
60: 수 열교환기 70: 감지부
80: 제어부
본 발명은, 히트펌프 냉난방 시스템 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 통상 히트펌프 냉난방기가 실외의 공기 열교환기만으로 응축 및 증발을 하던 히트펌프 냉난방 시스템을 개량하여, 물(=열교환수)을 이용한 수 열교환기가 추가 열교환 수단으로 직열 및/또는 병열로 공랙식 열교환기(=공기 열교환기)와 같이 설치되어, 냉난방 효율 및 에너지 효율의 증가를 가능케 하는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것이다.
본 명세서에서, '히트펌프 냉난방 시스템'은, GHP(Gas Heat Pump) 또는 EHP(Electric Heat Pump)를 이용한 냉난방 시스템을 통칭하는 것이며, 이 GHP와 EHP는 모두 냉매의 히트펌프사이클 순환을 통해 냉난방을 하는 장비이다.
널리 알려진 바와 같이, 히트펌프 냉난방 시스템은, 한대의 실외 열원공급기에 다수의 실내기(냉난방 공기조화장치)가 연결되거나, 한대의 실내기에 다수의 실외 열원공급기가 연결되어 사용된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 히트펌프 냉난방 시스템(1)은, 압축기(10), 공기 열교환기(30), 팽창밸브(40) 및 실내기(50)가 냉매 유로(L)로써 연결되는 한편, 그 냉매 유로(L) 상의 4웨이 밸브(20)가 압축기(10)로부터 나온 냉매의 흐름을 냉방 시에 공기 열교환기(30), 난방 시에 압축기(10)를 향해 선택적으로 절 환하여 실내를 냉난방 하도록 되어 있었다. 이에 더하여, 상기한 히트펌프 냉난방 시스템(1)은, 냉매량의 변화에도 냉방운전이 원활하게 할 수 있도록, 하나의 수액기(11)를 압축기(10)의 입구와 4웨이 밸브(20) 사이의 냉매 유로(L) 상에 추가로 구비하는 한편, 냉매의 오일을 분리하기 위한 오일분리기(12)를 압축기(10)의 출구 상에 구비한다.
이러한 종래의 히트펌프 냉난방 시스템(1)은 냉방 시에 외기의 온도가 높거나 압축기의 압력이 클 경우 공기 열교환기(30)에 과부하가 걸려 냉방 효율이 크게 떨어지는 한편 이에 따라 과도하게 전기가 소모되는 문제점을 보였다.
또한, 상기 종래의 히트펌프 냉난방 시스템은(1)은 난방 시에 압축기(10) 입구 측의 온도가 상대적으로 낮은 경우 및 외기의 온도가 예를 들면 빙점이하로 낮은 경우 공기 교환기(30)에 필요한 채열원의 부족으로 인하여 걸려 난방 효율이 크게 떨어지는 한편 이에 따라 과도하게 전기가 소모되는 문제점을 보였다.
따라서, 본 발명은, 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 외기 및 냉매의 상태 등 다양한 조건에 따라 공기 열 교환기와 수 열교환기를 선택적으로 이용하도록 되어 있어 냉난방 효율의 개선 및 이에 따른 에너지 효율의 개선을 가능케 하는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 압축기, 공기 열교환기, 팽창밸브 및 실내기가 냉매 유로로써 연결되는 한편, 그 냉매 유로 상의 4웨이 밸브가 냉매의 흐름을, 냉방 시에 공기 열교환기, 난방 시에 압축기를 향해 선택적으로 절환하여 실내를 냉난방하는 히트펌프 냉난방 시스템을 제공하되, 그 히트펌프 냉난방 시스템은, 열교환수 공급원과, 상기 열교환수 공급원으로부터 열교환수를 공급받고 상기 냉매 유로의 통과를 허용하여 상기 공기 열교환기와 함께 상기 냉매에 대해 열교환을 행하는 수 열교환기와, 상기 냉매 유로 또는 열교환기 상에 마련된 센서를 통해 냉매의 온도, 압력 또는 외기의 온도를 감지하는 감지부와, 상기 감지부로터 받은 신호를 기초로 하여 상기 냉매가 상기 공기 열교환기 또는 상기 수 열교환기를 선택적으로 흐르게 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 공기 열교환기가 상기 제어부에 의해 선택적으로 개폐되는 제 1 및 제 2 온/오프 밸브를 자체의 입구 및 출구측에 각각 구비하는 한편, 상기 수 열교환기가 상기 공기 열교환기의 입구 및 출구측의 냉매 유로로부터 분기된 냉매 유로를 통해 공기 열교환기에 병렬로 연결되되, 그 분기된 냉매 유로에는 상기 제어부에 의해 제어되는 제 3 및 제 4 온/오프 밸브가 설치되어, 상기 감지부로부터 신호를 받은 상기 제어부의 명령에 따라 상기 냉매가 공기 열교환기 및 상기 수 열교환기를 선택적으로 흐르도록 되어진 것이 바람직하다.
대안적으로, 상기 공기 열교환기와 상기 수 열교환기는 서로 직렬로 연결되어 단일의 냉매 유로가 연속되게 통과되는 것을 허용하며, 상기 제어부는 상기 감지부의 신호를 받아 상기 열교환수 공급원으로 하여금 상기 수 열교환기에 열교환수 공급을 선택적으로 하게 하는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 감지부는, 상기 압축기 출구측의 냉매 압력을 감지하는 제 1센서 및 외기의 온도를 감지하는 제 2 센서 중 적어도 하나를 구비하는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는, 상기 감지부는 수 열교환기의 출구 측에 설치되어 수 열교환기로로부터 나온 열교환수의 온도를 감지하는 제 3 센서를 더 구비한다.
보다 더 바람직하게는, 상기 감지부는, 난방 시에 압축기로 회귀되는 냉매 압력을 감지하는 제 4 센서를 상기 압축기의 입구측에 더 구비한다.
한편, 본 발명은 압축기, 공기 열교환기, 팽창밸브 및 실내기가 냉매 유로로써 연결되는 한편, 그 냉매 유로 상의 4웨이 밸브가 압축기로부터 나온 냉매의 흐름을 냉방 시는 공기 열교환기로 난방 시는 압축기를 향해 선택적으로 절환하여 실내를 냉난방하고, 상기 공기 열교환기 및 이와 직렬 또는 병렬로 연결된 수 열교환기가 냉매를 선택적으로 열교환시키는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 시스템의 제어방법을 제공하는데, 이 제어방법은, 비교 데이터를 미리 설정하는 단계와, 공기 열교환기를 가동한 상태로 상기 압축기로부터 나온 고온 고압의 기체 냉매가 그 공기 열교환기를 흐르도록 하는 단계와, 상기 압축기 출구의 냉매 압력 및 외기의 온도를 감지하는 단계와, 그 냉매 압력 및 외기의 온도를 미리 설정된 데이터와 비교한 후, 상기 비교 결과에 따라 수 열교환기의 가동여부를 판단하는 1차 판단단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기의 제어방법은, 상기 1차 판단단계에 따라 상기 공기 열교환기와 상기 수 열교환기가 함께 가동될 때, 상기 열교환수의 온도와 상기 공기 열교환기 의 효율을 감지하는 단계와, 그 감지된 열교환수의 온도 및 공기 열교환기의 효율을 미리 설정된 데이터와 비교하여 공기 열교환기 및 상기 수 열교환기의 가동 중단 여부를 판단하는 2차 판단 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
대안적으로, 본 발명은, 압축기, 공기 열교환기, 팽창밸브 및 실내기가 냉매 유로로써 연결되는 한편, 그 냉매 유로 상의 4웨이 밸브가 압축기로부터 나온 냉매의 흐름을 냉방 시는 공기 열교환기로 난방 시는 압축기를 향해 선택적으로 절환하여 실내를 냉난방하고, 상기 공기 열교환기 및 이와 직렬 또는 병렬로 연결된 수 열교환기가 냉매를 선택적으로 열교환시키는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 시스템의 제어방법을 제공하는데, 이 제어방법은, 비교 데이터를 미리 설정하는 단계와, 상기 공기 열교환기를 가동한 상태로 상기 압축기로부터 나온 고온 고압의 기체 냉매가 실내기로 흐르게 하는 단계와, 상기 압축기 입구의 냉매 온도 및 외기의 온도를 감지하는 단계와, 그 냉매 온도 및 외기의 온도를 미리 설정된 데이터와 비교한 후, 상기 비교 결과에 따라 수 열교환기의 가동여부를 판단하는 판단단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
<실시예>
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 실시예의 냉난방 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이며, 도 2 및 도 3은 도 1 냉난방 시스템의 제어방법의 일 예들을 도시한 플로우차트이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 시스템(1)은, 압축기(10), 공기 열교환기 (30), 팽창밸브(40) 및 실내기(50)가 냉매 유로(L)로써 연결되어 있고, 그 냉매 유로(L) 상의 4웨이 밸브(20)가 냉매의 흐름을 공기 열교환기(30), 압축기(10) 또는 실내기(50)를 향해 선택적으로 절환하여 실내를 냉난방 시키는 구조를 이루고 있음을 알 수 있다. 특히, 본 실시예의 시스템(1)은 열교환수 공급원(s)에 연결된 수 열교환기(60)가 공기 열교환기(30)에 병렬로 연결되어 그 공기 열교환기(30)와 함께 냉매의 응축 또는 증발을 위한 열교환을 수행하는데, 이러한 구성은 이하의 명세서에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
한편, 본 실시예의 시스템(1)은 압축기(10)의 입구와 4웨이 밸브(20) 사이의 냉매 유로(L)에 수액기(11)를 구비하고 압축기(10)의 출구측 냉매 유로(L)에 오일분리기(12)를 구비하여, 그 수액기(11)로 하여금 냉매량의 변화에도 냉방운전이 원활히 이루어지도록 하고, 상기 오일분리기(12)로 하여금 냉매의 오일을 분리하게 한다. 이 때, 상기한 수액기(11)와 오일분리기(12)는 부가적인 구성요소로 당해 기술분야에서 자명하므로 그 구체적인 설명이 생략된다.
냉방 시에, 냉매는 상기한 압축기(10)에서 고온 고압의 기체 냉매로 압축된 후 냉매 유로(L)를 통해 오일분리기(12)를 거쳐 그 오일분리기(12) 하류의 4웨이 밸브(20)로 흐르며, 상기한 4웨이 밸브(20)는 냉매 유로(L)를 통해 상기 기체 냉매를 실외의 공기 열교환기(30)로 절환하여 보낸다.
상기 공기 열교환기(30)는 자체에 마련된 실외팬(32)으로써 고온 고압의 기체 냉매를 중온 고압의 액체 냉매로 응축시키는 기능을 수행하는 것으로서, 본 실시예에서는, 자체 입, 출구측의 냉매 유로(L) 각각에 마련된 제 1 및 제 2 온/오프 밸브(34a, 34b)에 의해 냉매의 흐름이 단속되어지도록 되어 있다.
또한, 상기의 공기 열교환기(30)는, 본 발명의 최적 실시예에 따라, 수 열교환기(60)에 병렬로 연결되는데, 이는 제 1 및 제 2 온/오프 밸브(34a, 34b) 앞쪽에서 냉매 유로(L)로부터 분기된 분기 냉매 유로(L')가 수 열교환기(60)의 입, 출구 측에 각각 접속되고 그 분기된 냉매 유로(L') 상에 상기 수 열교환기(60)를 선택적으로 개폐하는 제 3 및 제 4 온/오프 밸브(64a, 64b)가 설치됨으로써 구현된다.
상기 수 열교환기(60)는, 열교환수 공급원(s)에서 공급된 대략 항온인 열교환수(물)를 이용하여 냉매에 대한 열교환을 행하는 것으로서, 상기한 제 1 및 제 2 온/오프 밸브(34a, 34b) 및 제 3 및 제 4 온/오프 밸브(64a, 64b)의 선택적인 개폐에 따라 공기 열교환기(30)를 보조하거나 대체하면서 냉매에 대한 열교환을 수행한다. 이 때, 상기한 온/오프 밸브(34a, 34b, 64a, 64b)를 개폐시키는 구성에 대해서는 추후에 보다 상세하게 설명될 것이다.
상기 공기 열교환기(30) 및/또는 수 열교환기(60)에 의해 중온 저압으로 응축된 액체 냉매는 다시 냉매 유로(L)를 통해 팽창밸브(40)를 통과하면서 저온 저압의 기체 냉매로 증발되며, 이 저온 저압의 기체 냉매는 실내기(50)로 흘러 실내에 대한 냉방을 수행케 된다.
한편, 본 발명의 냉난방 시스템(1)은 공기 열교환기(30) 및 수 열교환기(60)의 선택적인 가동을 위해 앞서 언급된 온/오프 밸브의 개폐를 제어하기 위한 감지부(70) 및 제어부(80)를 포함하고 있는데, 이 감지부(70) 및 제어부(80)는 이점쇄선으로 표시된 제어회로를 통해 상기의 온/오프 밸브의 개폐를 제어한다.
본 실시예에서, 감지부(70)는, 압축기(10)의 출구측에 마련되어 압축기(10)로부터 나온 냉매의 압력을 감지하는 제 1 센서(71)와, 공기 열교환기(30) 부근에 설치되어 외기의 온도를 감지하는 제 2 센서(72)를 구비한다.
이 때, 제 1 및 제 2 센서(71, 72)에 의해 감지되는 냉매 압력 및 외기 온도는 본 시스템의 냉난방 효율을 결정하는 중요한 인자이다. 다시 말해, 외기의 온도가 높으면 공기 열교환기(30)에 과부하가 걸리게 하며, 실내에서 규정이상의 부하를 사용할 경우, 압축기(10)의 냉매 토출 압력이 상승되는데, 이는 전체 시스템의 냉방효율을 크게 떨어뜨리고 전기의 소모량을 증가시킨다.
따라서, 본 실시예의 냉난방 시스템(1)은 제 1 센서(71)를 통해 감지된 압축기(10)의 토출 압력 및 제 2 센서(72)를 통해 감지된 외기 온도를 제어부(80)에서 미리 설정된 데이터와 비교한 후 수 열교환기(60)를 선택적으로 이용하여 공기 열교환기(30)에 대한 과부하 및 실내기(50)의 과부하에 대비하도록 되어 있으며, 그 구체적인 작용은 아래와 같다.
상기의 냉난방 시스템(1)은, 정상 상태의 경우, 제 1 및 제 2 온/오프 밸브(34a, 34b)를 열고 제 3 및 제 4 온/오프 밸브(64a, 64b)를 닫아 냉매가 냉매 유로(L)를 통해 공기 열교환기(30)만으로 흐르게 하면서 통상의 냉난방 시스템과 마찬가지로 냉매에 대한 열교환을 수행케 한다.
반면, 상기의 냉난방 시스템(1)은, 압축기(10)의 토출압력이 미리 설정된 기준 압력보다 높거나 외기의 온도가 높은 경우에, 제 1 및 제 2 온/오프 밸브(34a, 34b)가 열려진 상태로 제 3 및 제 4 온/오프 밸브(64a, 64b) 마저 열어, 냉매가 상 기한 냉매 유로(L) 및 그 냉매 유로(L)로부터 분기된 다른 냉매 유로(L')를 통해 공기 열교환기(30) 및 수 열교환기(60)로 분기되어 흐르게 하며, 이는 냉방 시에 높은 온도의 외기 등에 의해 공기 열교환기(30) 및 실내기(50)에 과부하 걸리는 것을 막아준다.
공기 열교환기(30)와 수 열교환기(40)가 동시에 가동되는 경우에, 외기온도가 떨어지거나 수 열교환기(60)의 출구 온도가 높아지면, 다시 제 3 및 제 4 온/오프 밸브(64a, 64b)를 닫음으로써, 공기 열교환기(30)만으로 냉매에 대한 응축이 이루어질 수 있다.
또한, 공기 열교환기(30)의 기능(=효율)이 핀 막힘 또는 실외팬(32)의 고장으로 인해 현저히 떨어진 경우, 온/오프밸브(34a, 34b)를 닫아, 수 열교환기(60)만으로 상기한 냉난방 시스템(1)의 냉방운전을 알 수 있으며, 이 때, 상기 공기 열교환기(30)의 기능 저하 또한 앞서 언급된 감지부(70)에 의해 감지되어질 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 상기한 냉난방 시스템(1)은 냉방 시에 아래의 단계들을 거쳐 제어됨을 알 수 있다.
상기 냉난방 시스템(1)의 제어를 위해, 압축기(10) 출구의 기준 냉매 압력(Pd), 외기의 기준 온도(Td1), 그리고 열교환수의 기준 온도(Td2)와 같은 비교 데이터를 미리 설정한다(S11).
그 후, 제 1 및 제 2 온/오프 밸브(34a, 34b)를 개방하여 공기 열교환기를 가동시킨 채 상기한 냉난방 시스템(1)을 운전하여 상기 압축기(10)로부터 나온 고온 고압의 기체 냉매가 공기 열교환기(30)를 흐르도록 한다(S12).
그 후, 감지부(70)의 제 1 센서(71)가 압축기(10) 출구의 실제 냉매 압력(=토출압력; Pr)을 감지하는 한편 그 감지부(70)의 제 2 센서(72)가 외기의 실제 온도(Tr1)를 감지한다(S13).
그 후, 제어부(80)는 감지된 냉매의 토출압력(Pr) 및 외기의 온도(Tr1)를 미리 설정된 데이터와 비교한 후, 상기 비교 결과에 따라 수 열교환기(60)의 가동여부를 판단하게 된다(S14).
즉, 실제 냉매의 토출압력(Pr)이 미리 설정된 기준 압력(Pd)보다 크거나 실제 외기의 온도(Tr1)가 기준 외기온도(Td1)보다 높은 경우, 제어부(80)는 제 3 및 제 4 온/오프 밸브(64a, 64b)를 열어 공기 열교환기(30)와 함께 수 열교환기(60)도 가동되게 한다.
그 후, 감지부(70)의 제 3 센서(73)는 수 열교환기(60)의 출구측에서 열교환수의 실제 온도(Tr2)를 감지한다(S16).
마지막으로, 제어부(80)는 감지된 열교환수의 온도(Tr2)를 미리 설정된 데이터, 즉 기준 열교환수 온도(Td2)와 비교하여 상기 수 열교환기(60)의 가동 중단 여부를 판단하게 된다(S17).
한편, 도 3은, 앞선 제어방식과 다른 방식으로 상기한 냉난방 시스템(1)을 제어하는 각 단계들을 설명하고 있다.
본 실시예에서는, 냉난방 시스템(1)의 제어를 위해, 압축기(10) 출구의 기준 냉매 압력(Pd), 외기의 기준 온도(Td1), 그리고 공기 열교환기의 기준 효율(Cd)과 같은 비교 데이터를 미리 설정한다(S21).
그 후, 제 1 및 제 2 온/오프 밸브(34a, 34b)를 개방하여 공기 열교환기(30)를 가동시킨 채 상기한 냉난방 시스템(1)을 운전하여 상기 압축기(10)로부터 나온 고온 고압의 기체 냉매가 공기 열교환기(30)를 흐르도록 한다(S22).
그 후, 감지부(70)의 제 1 센서(71)가 압축기(10) 출구의 실제 냉매 압력(=토출압력; Pr)을 감지하는 한편 그 감지부(70)의 제 2 센서(72)가 외기의 실제 온도(Tr1)를 감지한다.
그 후, 제어부(80)는 감지된 냉매의 토출압력(Pr) 및 외기의 온도(Tr1)를 미리 설정된 데이터와 비교한 후, 상기 비교 결과에 따라 수 열교환기(60)의 가동여부를 판단하게 된다(S24).
즉, 실제 냉매의 토출압력(Pr)이 미리 설정된 기준 압력(Pd)보다 크거나 실제 외기의 온도(Tr1)가 기준 외기 온도(Td1)보다 높은 경우, 제어부(80)는 제 3 및 제 4 온/오프 밸브(64a, 64b)를 열어 공기 열교환기(30)와 함께 수 열교환기(60)도 가동되게 한다.
그 후, 감지부(70)는 공기 열교환기(30)의 실제 효율(Cr)을 감지한다. 이 때, 상기 공기 열교환기(30)의 실제 효율(Cr)은 실외팬(32)의 고장 또는 외부의 먼지로 인한 핀 막힘 등에 의해 좌우되는 것으로서 그 감지방법은 다양한 방식으로 채택되어 사용될 수 있다.
마지막으로, 제어부(80)는 공기 열교환기(30)의 실제 효율(Cr)을 미리 설정된 기준 효율(Cr)과 비교한 후 공기 열교환기(30)의 기능이 기준치에 비해 떨어지는 경우, 그 공기 열교환기(30)의 가동 중지를 판단하게 되며(S27), 이 때에는, 수 열교환기(60)만으로 본 실시예의 냉난방 시스템(1)이 운전된다.
앞선 도 2 및 도 3은 본 실시예의 냉난방 시스템(1)이 냉방 운전될 때 그 시스템(1)을 제어하는 예를 도시한 것이었다.
반면, 도 4는 난방 운전시에 본 실시예에 따른 냉난방 시스템(1)을 제어하는 각 단계를 예시한다.
도 4에 예시된 바와 같이, 데이터 설정 단계(S31)에서는, 앞선 실시예와 달리, 외기의 기준 온도(Td1) 및 열교환수의 기준 온도(Td2) 외에 압축기(10) 입구의 기준 냉매 온도(Pd4)를 더 설정한다.
그 후, 공기 열교환기(30)를 가동한 상태로 상기한 냉난방 시스템(1)을 운전하여 압축기(10)로부터 나온 고온 고압의 기체 냉매가 실내기로 흐르게 하면서 실내에 대한 난방을 수행한다(32).
그 후, 감지부(70)의 제 4 센서(74)가 압축기(10) 입구의 냉매 온도(Tr4) 및 외기의 온도(Tr1)를 감지한 후, 제어부(80)가 감지된 냉매 온도(Tr4) 및 외기 온도(Tr1)를 미리 설정된 기준 냉매 온도(Td4) 및 기준 외기 온도(Td1)와 비교하여 실제의 냉매 온도(Tr4) 및/또는 외기 온도(Tr1)가 상대적으로 낮은 경우, 상대적으로 고온인 수 열교환기(60)의 열교환수(64)로써 공기 열교환기(30)를 도와 열교환을 하게끔 해준다.
도 5는 본 고안의 다른 실시예에 따른 공-냉 겸용의 냉난방 시스템을 예시한다.
도 5 실시예를 설명함에 있어서, 앞선 실시예에서 설명된 내용은 중복을 피 하기 위해 생략되었으며, 앞선 실시예와 같은 기능을 하는 구성요소는 본 실시예에서도 같은 부재번호가 사용되었다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 냉난방 시스템(1)은, 앞선 실시예의 냉난방 시스템과 달리, 공기 열교환기(30)와 수 열교환기(60)가 직렬로 연결되어 단일 냉매 유로(L)의 통과를 연속적으로 허용하는 구조를 이루고 있다.
따라서, 본 실시예의 경우, 수 열교환기(60)는 제어부(80)가 감지부(70)로부터 신호를 받아 열교환수 공급원(S)을 선택적으로 작동시킴으로써 공냉과 수냉을 선택적으로 할 수 있다.
본 발명이 그 주요 특징을 이루는 사상을 벗어나지 않으면서 다양한 다른 형태로 실시될 수 있음은 물론이다. 따라서, 이상의 예와 실시예는 어느 경우에서든 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 고려되어야 하며, 본 발명이 이상의 상세한 설명으로 한정되어서는 안 된다.
본 발명은, 외기 온도 또는 냉매의 조건 등 다양한 환경 변화에 의해서도 원하는 온도로 균일하게 실내를 냉난방할 수 있게 해주며, 또한, 상기 환경 변화에 의해 야기되는 공기 열교환기 및 실내기의 과부하 및 이에 따른 에너지 소모를 크게 감소시켜 주는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 공기 열교환기의 고장시에도 지속적인 냉난방 운전이 가능하여 안정된 냉난방 시스템의 운전이 가능하다는 효과를 추가로 갖는다.
또한, 본 발명은 유무선 제어가 쉽고 기존 시스템의 큰 설계변경 없이도 가 능하여 경제적으로도 매우 유리하다는 효과를 추가로 제공한다.

Claims (9)

  1. 압축기(10), 공기 열교환기(30), 팽창밸브(40) 및 실내기(50)가 냉매 유로(L)로써 연결되는 한편, 그 냉매 유로(L) 상의 4웨이 밸브(20)가 냉매의 흐름을 선택적으로 절환하여 실내를 냉난방하는 히트펌프 냉난방 시스템(1)에 있어서,
    열교환수 공급원(s)과;
    상기 열교환수 공급원(s)으로부터 열교환수를 공급받고 상기 냉매 유로(L)의 통과를 허용하여, 상기 공기 열교환기(30)와 함께 상기 냉매에 대해 열교환을 행하는 수 열교환기(60)와;
    상기 냉매 유로(L) 또는 공기 열교환기(30) 상에 마련된 센서를 통해 냉매의 온도, 압력 또는 외기의 온도를 감지하는 감지부(70)와;
    상기 감지부(70)로부터 받은 신호를 기초로 하여, 상기 냉매가 상기 공기 열교환기(30) 또는 상기 수 열교환기(60)를 선택적으로 흐르게 하는 제어부(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공기 열교환기(30)가 상기 제어부(80)에 의해 선택적으로 개폐되는 제 1 및 제 2 온/오프 밸브(34a, 34b)를 자체의 입구 및 출구측에 각각 구비하는 한편,
    상기 수 열교환기(60)가 상기 공기 열교환기(30)의 입구 및 출구측의 냉매 유로(L)로부터 분기된 냉매 유로를 통해 공기 열교환기(30)에 병렬로 연결되되, 그 분기된 냉매 유로(L')에는 상기 제어부(80)에 의해 제어되는 제 3 및 제 4 온/오프 밸브(64a, 64b)가 설치되어,
    상기 감지부(70)로부터 신호를 받은 상기 제어부(80)의 명령에 따라 상기 냉매가 공기 열교환기(30) 및 상기 수 열교환기(60)를 선택적으로 흐르도록 되어진 것을 특징으로 하는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 공기 열교환기(30)와 상기 수 열교환기(60)는 서로 직렬로 연결되어 단일의 냉매 유로(L)가 연속되게 통과되는 것을 허용하며,
    상기 제어부(80)는 상기 감지부(70)의 신호를 받아 상기 열교환수 공급원(S)으로 하여금 상기 수 열교환기(60)에 열교환수 공급을 선택적으로 하게 하는 것을 특징으로 하는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지부(70)는, 상기 압축기(10) 출구측의 냉매 압력을 감지하는 제 1센서(71) 및 외기의 온도를 감지하는 제 2 센서(72) 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 감지부(70)는 수 열교환기(60)의 출구 측에 설치되어 수 열교환기(60)로부터 나온 열교환수의 온도를 감지하는 제 3 센서(73)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 감지부(70)는, 난방 시에 압축기(10)로 회귀되는 냉매 압력을 감지하는 제 4 센서(74)를 상기 압축기(10)의 입구측에 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템.
  7. 압축기(10), 공기 열교환기(30), 팽창밸브(40) 및 실내기(50)가 냉매 유로(L)로써 연결되는 한편, 그 냉매 유로(L) 상의 4웨이 밸브(20)가 냉매의 흐름을 선택적으로 절환하여 실내를 냉난방하고, 상기 공기 열교환기(30) 및 이와 직렬 또는 병렬로 연결된 수 열교환기(60)가 냉매를 선택적으로 열교환시키는 공냉-수냉 겸용 히트펌프 냉난방 시스템의 제어방법에 있어서,
    비교 데이터를 미리 설정하는 단계와(S11 또는 S21)와;
    공기 열교환기(30)를 가동한 상태로 상기 압축기(10)로부터 나온 고온 고압의 기체 냉매가 그 공기 열교환기(30)를 흐르도록 하는 단계(S12 또는 S22)와;
    상기 압축기(10) 출구의 냉매 압력 및 외기의 온도를 감지하는 단계(S13 또는 S23)와;
    그 냉매 압력 및 외기의 온도를 미리 설정된 데이터와 비교한 후, 상기 비교 결과에 따라 수 열교환기(60)의 가동여부를 판단하는 1차 판단단계(S14 또는 S24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공냉-수냉 겸용 히트펌프 냉난방 시스템의 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 1차 판단단계(S14 또는 S24)에 따라 상기 공기 열교환기(30)와 상기 수 열교환기(60)가 함께 가동될 때, 상기 열교환수의 온도와 상기 공기 열교환기(30)의 효율을 감지하는 단계(S16, S26)
    그 감지된 열교환수의 온도 및 공기 열교환기(30)의 효율을 미리 설정된 데이터와 비교하여 공기 열교환기(30) 및 상기 수 열교환기(60)의 가동 중단 여부를 판단하는 2차 판단단계(S17, 27)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공냉-수냉 겸용 히트펌프 냉난방 시스템의 제어방법.
  9. 압축기(10), 공기 열교환기(30), 팽창밸브(40) 및 실내기(50)가 냉매 유로로(L)써 연결되는 한편, 그 냉매 유로(L) 상의 4웨이 밸브(20)가 냉매의 흐름을 선택적으로 절환하여 실내를 냉난방하고, 상기 공기 열교환기(30) 및 이와 직렬 또는 병렬로 연결된 수 열교환기(60)가 냉매를 선택적으로 열교환시키는 공냉-수냉 겸용의 히트펌프 냉난방 시스템의 제어방법에 있어서,
    비교 데이터를 미리 설정하는 단계와(S31)와;
    공기 열교환기(30)를 가동한 상태로 상기 압축기(10)로부터 나온 고온 고압 의 기체 냉매가 실내기(50)로 흐르게 하는 단계(S32)와;
    상기 압축기(10) 입구의 냉매 온도 및 외기의 온도를 감지하는 단계(S33)와;
    그 냉매 온도 및 외기의 온도를 미리 설정된 데이터와 비교한 후, 상기 비교 결과에 따라 수 열교환기(60)의 가동여부를 판단하는 판단단계(S34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공냉-수냉 겸용 히트펌프 냉난방 시스템의 제어방법.
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