KR20100116288A - 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20100116288A
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주식회사 제이앤지
한우용
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Abstract

히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법이 개시된다.
개시되는 히트 펌프 온수 장치는 온수 생성을 위한 열공급원이 되는 히트 펌프; 상기 히트 펌프로부터 공급된 열에 의해 형성된 온수를 수용하고, 그 수용된 온수를 수요처로 공급하는 급탕 탱크; 및 상기 급탕 탱크 내부로 물을 공급하는 배관과, 상기 급탕 탱크에서 상기 수요처로 온수를 공급하는 배관 중 적어도 하나에 적용되어, 상기 급탕 탱크 내부의 물이 그 온도에 따라 성층(成層)되도록 상기 급탕 탱크 내부로 물을 분사하거나 상기 급탕 탱크 내부의 물을 흡입하는 디퓨저;를 포함한다.
개시되는 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 상부 디퓨저, 중부 디퓨저 및 하부 디퓨저가 적용되고, 각각 프라우드수가 실질적으로 1이 되도록 형성됨에 따라, 상부 디퓨저, 중부 디퓨저 및 하부 디퓨저를 통해 유입 또는 유출되는 물이 급탕 탱크 내에서 균일한 온도의 수평층을 각각 이루게 되어, 급탕 탱크 내의 물이 그 온도에 따라 다수의 층을 이루어 적층된 형태를 이룰 수 있다. 따라서, 급탕 탱크 내 물의 재순환이 최소화될 수 있으므로, 히트 펌프 온수 장치의 작동 효율이 향상될 수 있고, 수요처에 온수의 연속적이고 즉각적인 공급이 가능할 수 있는 장점이 있다.

Description

히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법{Heat pump hot-water apparatus, controlling of the same}
본 발명은 히트 펌프 온수 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
온수 장치는 열공급원과, 열공급원으로부터 열을 공급받아 내부의 물을 온수로 전환하는 급탕 탱크로 구성되어, 급탕 탱크에서 형성된 온수를 수요처에 공급할 수 있는 장치이다.
종래의 온수 장치에서는, 열공급원으로 기름, 가스 등을 사용하는 보일러가 이용되었다. 그러나, 이러한 기름, 가스 등을 사용하는 보일러는 그 작동 중에 이산화탄소를 대량 발생시키는 등 환경을 오염시킬 수 있는 단점이 있다.
또한, 종래의 온수 장치에서는, 열공급원으로 전기를 사용하는 히터가 이용되기도 하였다. 그러나, 이러한 전기를 사용하는 히터는 그 작동 효율이 낮은 단점이 있다.
또한, 종래의 온수 장치에서는, 급탕 탱크에서 수요처로 온수를 공급하는 배관에서 분지되어 온수의 일부를 급탕 탱크의 중앙부로 환원시키는 환탕관과, 그러 한 환탕관 내의 물을 유동시키는 환탕 펌프와, 급탕 탱크의 하부로 외부의 수원에서 냉수를 공급하는 냉수 급수관과, 급탕 탱크 내부의 물 온도를 감지하는 온도 감지 센서가 구비되었다. 냉수 공급관을 통해 공급되는 냉수와 환탕관을 통해 공급되는 온수가 급탕 탱크로 지속적으로 유입되면서, 급탕 탱크 내부에서 물의 순환이 발생되어, 급탕 탱크 내부의 물의 온도가 평준화되도록 혼합된다. 그리고, 온도 감지 센서가 급탕 탱크의 중앙부에서 급탕 탱크 내부의 물의 평균 온도를 감지하여 보일러의 작동 여부를 제어하였다.
그러나, 이러한 종래 방식에 의하면, 급탕 탱크 내부의 물이 재순환되어 급탕 탱크 내부의 물 전체 온도가 평준화됨에 따라, 수요처로 온수가 일정량 공급되고 나면, 급탕 탱크 내부의 물의 온도가 요구되는 목표 온도, 즉 온수 온도가 될 때까지 가열되는 시간 동안 수요처에 온수가 제대로 공급되지 못할 수 있는 단점이 있다.
또한, 급탕 탱크 내부의 물 온도를 감지하는 온도 감지 센서가 급탕 탱크의 중앙부에서 급탕 탱크 내부의 물의 평균 온도를 감지하고, 그러한 평균 온도를 이용하여 보일러의 작동 여부를 제어함에 따라, 그러한 평균 온도가 수요처에서 요구되는 목표 온도인 온수 온도가 아니므로, 수요처에서 요구하는 온수의 연속적인 공급이 원활하게 이루어질 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 환경 오염이 감소될 수 있는 구조를 가진 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 작동 효율이 향상될 수 있는 구조를 가진 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수요처에 온수를 연속적으로 공급할 수 있는 구조를 가진 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 히트 펌프 온수 장치는 온수 생성을 위한 열공급원이 되는 히트 펌프; 상기 히트 펌프로부터 공급된 열에 의해 형성된 온수를 수용하고, 그 수용된 온수를 수요처로 공급하는 급탕 탱크; 및 상기 급탕 탱크 내부로 물을 공급하는 배관과, 상기 급탕 탱크에서 상기 수요처로 온수를 공급하는 배관 중 적어도 하나에 적용되어, 상기 급탕 탱크 내부의 물이 그 온도에 따라 성층(成層)되도록 상기 급탕 탱크 내부로 물을 분사하거나 상기 급탕 탱크 내부의 물을 흡입하는 디퓨저;를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 히트 펌프 온수 장치는 온수 생성을 위한 열공급원이 되는 히트 펌프; 상기 히트 펌프로부터 공급된 열에 의해 형성된 온수를 수용하고, 그 수용된 온수를 수요처로 공급하는 급탕 탱크; 상기 급탕 탱크에서 냉수가 유출되는 탱크 유출관; 상기 히트 펌프에서 형성된 온수가 상기 급탕 탱크로 유 입되는 탱크 유입관; 상기 히트 펌프의 유입 측에 연결되는 히트 펌프 유입관과, 상기 히트 펌프의 유출 측에서 연장되어 상기 탱크 유입관과 연결되는 히트 펌프 유출관과, 상기 탱크 유입관 말단에 배치되어 상기 탱크 유입관을 통해 유입된 온수를 상기 급탕 탱크 내부로 분사하는 디퓨저에 연결되는 재유입관을 포함하는 히트 펌프 순환 배관; 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물을 유동시키는 히트 펌프 순환 펌프; 상기 탱크 유출관, 상기 히트 펌프 유입관 및 상기 재유입관과 각각 연결되어, 상기 탱크 유출관, 상기 히트 펌프 유입관 및 상기 재유입관을 유동하는 물의 각 유동량을 조절하는 삼방 밸브; 및 상기 히트 펌프 유입관을 경유하여 상기 히트 펌프로 유입되는 물의 온도가 일정하게 유지되도록, 상기 삼방 밸브를 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 히트 펌프 온수 장치의 제어 방법은 상기 히트 펌프 온수 장치를 제어하는 제어 방법에 있어서,
(a) 상기 히트 펌프 온수 장치의 운전이 시작되면, 상기 히트 펌프 순환 배관에 냉수가 유입되지 아니하도록, 상기 제어부가 상기 삼방 밸브의 상기 탱크 유출관 연결 부분을 닫고, 상기 히트 펌프 순환 펌프를 작동시키는 단계; (b) 상기 히트 펌프 유출관 내의 물 온도에 따라 상기 제어부가 상기 삼방 밸브를 제어하여 상기 히트 펌프 순환 배관 내로의 상기 탱크 유출관을 통한 냉수 유입량을 조절하면서, 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물 온도가 소정 목표 온도에 도달되도록 운전하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물 온도가 상기 목표 온도에 도달되면, 상기 제어부가 상기 삼방 밸브를 제어하여, 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물 온도가 상기 목표 온도를 유지하도록 운전하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 상부 디퓨저, 중부 디퓨저 및 하부 디퓨저가 적용되고, 각각 프라우드수가 실질적으로 1이 되도록 형성됨에 따라, 상부 디퓨저, 중부 디퓨저 및 하부 디퓨저를 통해 유입 또는 유출되는 물이 급탕 탱크 내에서 균일한 온도의 수평층을 각각 이루게 되어, 급탕 탱크 내의 물이 그 온도에 따라 다수의 층을 이루어 적층된 형태를 이룰 수 있다. 따라서, 급탕 탱크 내 물의 재순환이 최소화될 수 있으므로, 히트 펌프 온수 장치의 작동 효율이 향상될 수 있고, 수요처에 온수의 연속적이고 즉각적인 공급이 가능할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 급탕 탱크에 수용되고, 수요처에 공급되는 온수를 형성하는 열공급원으로 히트 펌프가 적용됨에 따라, 이산화탄소 발생 등이 최소화되는 등 환경 오염이 감소될 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 급탕 탱크 상부 및 하부에 각각 온수 층 및 냉수 층이 형성되고, 그 각 온수 층 및 냉수 층, 그리고 중부의 변온 층의 온도를 상부 온도 감지 센서, 중부 온도 감지 센서 및 하부 온도 감지 센서가 각각 감지하고, 그 감지된 각 값이 제어부로 전달되어, 그 감지된 각 값에 따라 제어부가 급탕 탱크 상부에 온수가 항상 수용된 상태가 유지되도록 삼방 밸브, 히트 펌프 등을 제어함으로써, 온수 형성이 효율적으로 이루어질 수 있고, 급탕 탱크 상부에 항상 수용된 온수가 수요처에 즉각적이고 연속적으로 공급될 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 운전 초기에 히트 펌프 순환 배관 내의 온도 정보가 없는 경우에도 히트 펌프 온수 장치의 각 구성 요소에 무리가 가지 아니하도록 하면서, 운전 진행 과정에서 급탕 탱크 내의 온수가 설정 온도로 유지될 수 있으므로, 히트 펌프 온수 장치의 안정적인 운전이 가능하고, 수요처에 대한 안정적인 온수 공급이 가능할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치의 구성을 보이는 도면이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치에 적용되는 중부 디퓨저를 보이는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치에 적용되는 하부 디퓨저를 보이는 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치(100)는 급탕 탱크(110)와, 환탕 펌프(120)와, 탱크 온도 감지 센서부(130)와, 상부 디퓨저(140)와, 중부 디퓨저(150)와, 하부 디퓨저(160)와, 삼방 밸브(170)와, 배관 온도 감지 센서(180)와, 히트 펌프(190)와, 제어부(191)와, 히트 펌프 순환 펌프(200)를 포함한다.
도면 번호 101은 온수 급수관으로서, 상기 급탕 탱크(110) 상부에 그 일 측이 연결되고, 그 타 측이 수요처에 연결되어, 상기 급탕 탱크(110) 상부의 온수를 수요처로 공급한다.
도면 번호 102는 환탕관으로서, 상기 온수 급수관(101)에서 그 일 측이 분지되고, 그 타 측이 상기 급탕 탱크(110) 중부에 연결되어, 상기 온수 급수관(101) 내부의 온수 중 일부를 상기 급탕 탱크(110) 중부로 환수한다. 이러한 환탕관(102)에 의해, 상기 급탕 탱크(110)로부터 상기 환탕관(102)이 분지된 지점까지의 상기 온수 급수관(101) 내에는 항상 온수가 존재할 수 있으므로, 수요처에 신속하게 온수가 공급될 수 있다.
도면 번호 103은 냉수 급수관으로서, 그 일 측이 수원(水源)에서 연장되고, 그 타 측이 상기 급탕 탱크(110) 하부에 연결되어, 상기 급탕 탱크(110) 하부에 냉수를 공급한다.
도면 번호 107은 히트 펌프 유출관으로서, 상기 히트 펌프(190)의 유출측으로부터 그 일 측이 연장되어, 상기 히트 펌프(190)를 경유한 온수가 상기 히트 펌프(190)로부터 유출되는 관이다.
도면 번호 104는 탱크 유입관으로서, 그 일 측이 상기 히트 펌프 유출관(107)과 연결되고, 그 타 측이 상기 급탕 탱크(110) 상부에 연결되어, 상기 히트 펌프 유출관(107)을 경유한 온수를 상기 급탕 탱크(110) 상부에 공급한다.
도면 번호 106은 재유입관으로서, 그 일 측이 상기 상부 디퓨저(140)에 연결 되고, 그 타 측이 상기 삼방 밸브(170)에 연결되어, 상기 삼방 밸브(170)의 작동에 따라 상기 상부 디퓨저(140)를 통해 토출되는 온수 중의 적어도 일부를 상기 삼방 밸브(170)로 유입시킬 수 있다.
도면 번호 105는 탱크 유출관으로서, 그 일 측이 상기 급탕 탱크(110) 하부에서 연장되고, 그 타 측이 상기 삼방 밸브(170)에 연결되어, 상기 삼방 밸브(170)의 작동에 따라 상기 급탕 탱크(110) 하부의 냉수 중의 적어도 일부를 상기 삼방 밸브(170)로 유입시킬 수 있다.
상기 온수 급수관(101), 상기 환탕관(102), 상기 냉수 급수관(103), 상기 탱크 유입관(104) 및 상기 탱크 유출관(105)의 각 말단은 상기 급탕 탱크(110) 내부까지 연장된 형태를 이룬다.
도면 번호 108은 히트 펌프 유입관으로서, 그 일 측이 상기 삼방 밸브(170)에서 연장되고, 그 타 측이 상기 히트 펌프(190)의 유입측에 연결되어, 상기 삼방 밸브(170)의 작동에 따라 상기 삼방 밸브(170)를 경유한 물을 상기 히트 펌프(190)로 유입시킬 수 있다.
상기 재유입관(106), 상기 히트 펌프 유출관(107) 및 상기 히트 펌프 유입관(108)은 상기 삼방 밸브(170)의 작동에 따라 상기 히트 펌프(190)와 상기 삼방 밸브(170) 사이에서 물을 순환시킬 수 있는 것으로서, 히트 펌프 순환 배관으로 정의될 수 있다.
상기 급탕 탱크(110)는 내부에 물을 수용할 수 있는 수용체로, 상기 히트 펌프(190)로부터 취득한 열에 의해 형성된 온수를 수용하고, 그 수용된 온수를 수요 처로 공급한다. 이러한 급탕 탱크(110)는 좌우 방향의 폭보다 상하 방향의 높이가 더 높은 형태로 이루어질 수 있다. 도면 번호 111은 지지대로서, 상기 급탕 탱크(110)의 하부에서 연장되어, 상기 급탕 탱크(110)가 그 설치된 장소의 지면에 안정적으로 설치되도록 한다.
상기 환탕 펌프(120)는 상기 환탕관(102) 상에 설치되어, 상기 환탕관(102) 상의 온수를 유동시켜, 상기 온수 급수관(101)의 온수가 상기 급탕 탱크(110)의 중부로 이동될 수 있도록 한다.
상기 탱크 온도 감지 센서부(130)는 하부 온도 감지 센서(131)와, 중부 온도 감지 센서(132)와, 상부 온도 감지 센서(133)로 구성된다. 여기서, 상기 상부 온도 감지 센서(133)는 생략될 수도 있다.
상기 하부 온도 감지 센서(131), 상기 중부 온도 감지 센서(132) 및 상기 상부 온도 감지 센서(133)는 각각 상기 급탕 탱크(110)의 하부, 중부 및 상부에 설치되어, 각각 상기 급탕 탱크(110)의 하부, 중부 및 상부 내의 물 온도를 감지한다.
상기 하부 온도 감지 센서(131), 상기 중부 온도 감지 센서(132) 및 상기 상부 온도 감지 센서(133)에 의해 감지된 상기 급탕 탱크(110)의 하부, 중부 및 상부 내의 각 물 온도 정보는 상기 제어부(191)로 전달된다.
상기 중부 디퓨저(150)는 상판(151)과, 하판(152)과, 연결 부재(154)로 구성된다.
상기 상판(151) 및 상기 하판(152)은 소정 직경(Da1)의 원판 형태로 이루어지고, 소정 간격(Ha1)으로 이격된 형태를 이루어, 그 사이에 유동 채널(153)이 형 성된다. 상기 상판(151) 및 상기 하판(152)은 상하 방향으로 적층되어, 상기 유동 채널(153)은 수평 방향으로 형성된다. 상기 상판(151)의 중앙부는 관통된 형태를 이루고, 그 관통된 부분에 상기 환탕관(102)이 연결된다. 그러면, 상기 환탕관(102)을 통해 상기 급탕 탱크(110)로 유입되는 온수는 상기 유동 채널(153)을 통해 상기 중부 디퓨저(150)의 사방으로 퍼져 나가게 된다. 따라서, 상기 중부 디퓨저(150)를 통해 분사된 온수는 균일한 온도의 층으로 성층(成層)되면서, 상기 급탕 탱크(110)의 내부에 퍼져 나가게 된다.
여기서, 상기 상판(151) 및 상기 하판(152)의 직경(Da1)과, 그 사이의 간격(Ha1)은 상기 환탕관(102)을 통해 상기 중부 디퓨저(150)로 유입되는 온수의 유량(Qa1)에 대해 프라우드수(Pr)가 실질적으로 1이 되도록 결정된다. 그러면, 온수의 부력과 관성력이 실질적으로 동일해져서, 상기 유동 채널(153)을 통해 유출되는 온수가 그 유출되는 수평 방향으로 퍼져 나가서, 상기 급탕 탱크(110) 중부에서 균일한 온도의 수평층을 이루게 된다. 따라서, 상기 급탕 탱크(110) 내 물의 재순환이 최소화될 수 있다.
상기 연결 부재(154)는 복수 개가 서로 이격되면서 상기 상판(151)과 상기 하판(152)을 연결하여, 상기 상판(151)과 상기 하판(152)을 결합시킨다.
상기 하부 디퓨저(160)는 상판(161)과, 중간판(162)과, 하판(163)과, 연결 부재(166)로 구성된다.
상기 상판(161), 상기 중간판(162) 및 상기 하판(163)은 소정 직경(Db1)의 원판 형태로 이루어진다. 상기 상판(161)과 상기 중간판(162) 사이는 소정 간 격(Hb2)으로 이격된 형태를 이루어, 그 사이에 상측 유동 채널(164)이 형성된다. 상기 중간판(162)과 상기 하판(163) 사이는 소정 간격(Hb1)으로 이격된 형태를 이루어, 그 사이에 하측 유동 채널(165)이 형성된다. 상기 상판(161), 상기 중간판(162) 및 상기 하판(163)은 상하 방향으로 적층되어, 상기 상측 유동 채널(164) 및 상기 하측 유동 채널(165)은 수평 방향으로 형성된다. 상기 상판(161)의 중앙부 및 상기 하판(163)의 중앙부는 각각 관통된 형태를 이루고, 그 관통된 각 부분에 상기 탱크 유출관(105) 및 상기 냉수 급수관(103)이 연결된다. 그러면, 상기 탱크 유출관(105)을 통해 상기 급탕 탱크(110)에서 유출되는 냉수와, 상기 냉수 급수관(103)을 통해 상기 급탕 탱크(110)로 유입되는 냉수가 상기 상측 유동 채널(164)과 상기 하측 유동 채널(165)을 통해 상기 하부 디퓨저(160)의 사방으로 퍼져 나가게 된다. 따라서, 상기 하부 디퓨저(160)를 통해 유출 또는 유입되는 냉수는 각각 균일한 온도의 층으로 성층되면서, 상기 급탕 탱크(110)의 내부에 퍼져 나가게 된다.
여기서, 상기 상판(161), 상기 중간판(162) 및 상기 하판(163)의 직경(Db1)과, 각 판 사이의 간격(Hb2, Hb1)은 상기 탱크 유출관(105)을 통해 상기 하부 디퓨저(160)에서 유출되는 냉수의 유량(Qb2)과, 상기 냉수 급수관(103)을 통해 상기 하부 디퓨저(160)로 유입되는 냉수의 유량(Qb1)에 대해 각각 프라우드수가 실질적으로 1이 되도록 결정된다. 그러면, 냉수의 부력과 관성력이 실질적으로 동일해져서, 상기 상측 유동 채널(164)을 통해 상기 하부 디퓨저(160)로 유입되는 냉수와, 상기 하측 유동 채널(165)을 통해 상기 하부 디퓨저(160)에서 유출되는 냉수가 각각 그 유출되는 수평 방향으로 퍼져 나가서, 상기 급탕 탱크(110) 하부에서 균일한 온도의 수평층을 이루게 된다. 따라서, 상기 급탕 탱크(110) 내 물의 재순환이 최소화될 수 있다.
상기 연결 부재(166)는 복수 개가 서로 이격되면서 상기 상판(161), 상기 중간판(162) 및 상기 하판(163)을 연결하여, 상기 상판(161), 상기 중간판(162) 및 상기 하판(163)을 결합시킨다.
상기 상부 디퓨저(140)는 상기 하부 디퓨저(160)와 동일한 구성으로 이루어져서, 그 상판에 상기 온수 급수관(101)이 연결되고, 그 하판에 상기 탱크 유입관(104)이 연결된다. 물론 상기 상부 디퓨저(140)의 상판, 중간판 및 하판의 직경과, 각 판 사이의 간격은 상기 온수 급수관(101)을 통해 상기 상부 디퓨저(140)에서 유출되는 온수의 유량과, 상기 탱크 유입관(104)을 통해 상기 상부 디퓨저(140)로 유입되는 온수의 유량에 대해 각각 프라우드수가 실질적으로 1이 되도록 결정된다. 그러면, 온수의 부력과 관성력이 실질적으로 동일해져서, 상판과 중간판 사이의 상측 유동 채널을 통해 상기 상부 디퓨저(140)로 유입되는 온수와, 중간판과 하판 사이의 하측 유동 채널을 통해 상기 상부 디퓨저(140)에서 유출되는 온수가 각각 그 유출되는 수평 방향으로 퍼져 나가서, 상기 급탕 탱크(110) 상부에서 균일한 온도의 수평층을 이루게 된다. 따라서, 상기 급탕 탱크(110) 내 물의 재순환이 최소화될 수 있다.
상기와 같이, 상기 상부 디퓨저(140), 상기 중부 디퓨저(150) 및 상기 하부 디퓨저(160)가 적용되고, 각각 프라우드수가 실질적으로 1이 되도록 형성됨에 따 라, 상기 상부 디퓨저(140), 상기 중부 디퓨저(150) 및 상기 하부 디퓨저(160)를 통해 유입 또는 유출되는 물이 상기 급탕 탱크(110) 내에서 균일한 온도의 수평층을 각각 이루게 되어, 상기 급탕 탱크(100) 내의 물이 하부의 저온수와 상부의 고온수 및 중간의 변온수가 층을 이루어 적층된 형태를 이룰 수 있다. 따라서, 상기 급탕 탱크(110) 내 물의 재순환이 최소화될 수 있으므로, 상기 히트 펌프 온수 장치(100)의 작동 효율이 향상될 수 있고, 수요처에 온수의 연속적이고 즉각적인 공급이 가능할 수 있다.
여기서, 상기 상부 디퓨저(140), 상기 중부 디퓨저(150) 및 상기 하부 디퓨저(160)가 모두 적용되는 것으로 제시되나, 이는 상기 히트 펌프 온수 장치(100)의 효율적인 운전을 위한 것이고, 다른 갯수의 디퓨저가 적용될 수도 있다.
상기 삼방 밸브(170)는 상기 제어부(191)의 명령에 따라, 상기 탱크 유출관(105), 상기 재유입관(106) 및 상기 히트 펌프 유입관(108) 각각의 열림 정도를 조절하여, 각 관에서의 물의 각 유동량을 조절한다.
상기 배관 온도 감지 센서(180)는 상기 히트 펌프 유출관(107) 내의 물 온도를 측정하여, 그 측정값을 상기 제어부(191)로 전달한다.
상기 히트 펌프(190)는 온수 생성을 위한 열공급원으로 기능한다. 이러한 히트 펌프(190)로는 공기 중의 열을 이용하는 공기열 히트 펌프, 지중(地中)의 열을 이용하는 지열 히트 펌프, 폐열(廢熱)을 이용하는 폐열 히트 펌프 등이 적용될 수 있다.
상기와 같이, 상기 급탕 탱크(110)에 수용되고, 수요처에 공급되는 온수를 형성하는 열공급원으로 상기 히트 펌프(190)가 적용됨에 따라, 이산화탄소 발생 등이 최소화되는 등 환경 오염이 감소될 수 있다.
상기 히트 펌프 순환 펌프(200)는 상기 히트 펌프 유입관(108) 상에 설치되어, 상기 히트 펌프 순환 배관에서 물이 유동될 수 있도록 한다.
상기 제어부(191)는 상기 히트 펌프 유입관(108)을 경유하여 상기 히트 펌프(190)로 유입되는 물의 온도가 일정하게 유지되도록, 상기 히트 펌프 순환 펌프(200)와 상기 삼방 밸브(170)의 작동을 제어한다.
상기 히트 펌프 유입관(108)을 통해 상기 히트 펌프(190)로 유입되는 물은 상기 히트 펌프(190)를 경유하면서 일정한 온도로 승온된다. 따라서, 상기 제어부(191)는 상기 히트 펌프(190)로 유입되는 물의 온도, 즉 상기 히트 펌프 유입관(108) 내를 유동하는 물의 온도가 상기 수요처로 공급되는 온수의 온도에서 상기 히트 펌프(190)에 의해 승온되는 온도를 차감한 온도가 되도록, 상기 삼방 밸브(170)가 상기 탱크 유출관(105), 상기 히트 펌프 유입관(108) 및 상기 재유입관(106)을 유동하는 물의 각 유동량을 조절하도록 제어함으로써, 상기 히트 펌프(190)를 경유하여 상기 히트 펌프 유출관(107)을 통해 유출되는 물이 요구되는 목표 온도, 즉 수요처에서 요구하는 온수의 목표 온도에 도달되도록 한다.
예를 들어, 상기 히트 펌프(190)에 의해 물이 5℃ 승온되고, 상기 수요처에서 요구되는 온수의 목표 온도가 60℃라면, 상기 제어부(191)는 상기 히트 펌프 유입관(108)을 통해 상기 히트 펌프(190)로 유입되는 물의 온도가 55℃가 될 수 있도록 제어한다. 이러한 제어의 정확도가 향상되도록, 상기 제어부(191)는 상기 탱크 온도 감지 센서부(130)의 감지값과 상기 배관 온도 감지 센서(180)의 감지값에 따라 상기 삼방 밸브(170)를 제어한다.
이하에서, 상기 히트 펌프 온수 장치(100)의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 냉수 급수관(103)을 통해 상기 급탕 탱크(110) 하부로 냉수가 공급된다. 이 때, 상기 냉수 급수관(103)의 말단에 설치된 상기 하부 디퓨저(160)를 통해 공급된 냉수가 상기 급탕 탱크(110) 내부로 성층되면서 퍼져 나간다.
상기 급탕 탱크(110) 하부에 수용된 냉수 중 일부는 상기 탱크 유출관(105)을 통해 상기 삼방 밸브(170)로 공급된다. 그러면, 상기 배관 온도 감지 센서(180) 및 상기 탱크 온도 감지 센서부(130)에서 감지된 온도값에 따라 상기 제어부(191)가 내린 명령에 따라, 상기 삼방 밸브(170)는 상기 탱크 유출관(105)을 통한 냉수 유입량과, 상기 재유입관(106)을 통한 온수 유입량을 조절하여, 상기 히트 펌프 유입관(108)으로 일정한 승온 전 온도의 물이 유동되도록 한다.
상기와 같이 온도가 조절되어 상기 히트 펌프 유입관(108)을 통해 상기 히트 펌프(190)로 유입되는 물은 상기 히트 펌프(190)를 경유하면서 승온되어, 요구되는 목표 온도의 온수가 된다. 이러한 온수는 상기 히트 펌프 유출관(107)과 상기 탱크 유입관(104)을 경유하여 상기 상부 디퓨저(140)를 통해 상기 급탕 탱크(110) 상부로 성층되면서 퍼져 나간다.
상기 급탕 탱크(110) 상부에 수용된 온수는 상기 온수 급수관(101)을 통해 수요처로 공급된다. 수요처에서 지속적으로 온수를 사용하지 않는 경우 등에는 상기 온수 급수관(101) 내의 온수가 상기 환탕관(102)을 경유하여 상기 중부 디퓨 저(150)를 통해 상기 급탕 탱크(110) 중부로 성층되면서 퍼져 나간다.
상기와 같이, 상기 급탕 탱크(110) 상부 및 하부에 각각 온수 층 및 냉수 층이 형성되고, 그 각 온수 층 및 냉수 층, 그리고 중부의 변온 층의 온도를 상기 상부 온도 감지 센서(133), 상기 중부 온도 감지 센서(132) 및 상기 하부 온도 감지 센서(131)가 각각 감지하고, 그 감지된 각 값이 상기 제어부(191)로 전달되어, 그 감지된 각 값에 따라 상기 제어부(191)가 상기 급탕 탱크(110) 상부에 온수가 항상 수용된 상태가 유지되도록 상기 삼방 밸브(170), 상기 히트 펌프(190) 등을 제어함으로써, 온수 형성이 효율적으로 이루어질 수 있고, 상기 급탕 탱크(110) 상부에 항상 수용된 온수가 수요처에 즉각적이고 연속적으로 공급될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치의 제어 방법을 보이는 순서도이다.
본 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치(100)의 제어 방법은 (a) 상기 히트 펌프 온수 장치(100)의 운전이 시작되면, 상기 히트 펌프 순환 배관에 냉수가 유입되지 아니하도록, 상기 제어부(191)가 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 닫고, 상기 히트 펌프 순환 펌프(200)를 작동시키는 단계; (b) 상기 히트 펌프 유출관(107) 내의 물 온도에 따라 상기 제어부(191)가 상기 삼방 밸브(170)를 제어하여 상기 히트 펌프 순환 배관 내로의 상기 탱크 유출관(105)을 통한 냉수 유입량을 조절하면서, 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물 온도가 소정 목표 온도에 도달되도록 운전하는 단계; 및 상기 (b) 단계에서 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물 온도가 상기 목표 온도에 도달되면, 상기 제어부(191)가 상기 삼방 밸브(170)를 제어하여, 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물 온도가 상기 목표 온도를 유지하도록 운전하는 단계;를 포함한다.
상기 (b) 단계는 상기 히트 펌프 유출관(107) 내의 물 온도가 상기 목표 온도 이상으로 과열될 수 있는 온도인 경우, 상기 제어부(191)가 상기 히트 펌프 순환 배관 내로의 상기 탱크 유출관(105)을 통한 냉수 유입량을 증가시키고, 상기 히트 펌프 유출관(107) 내의 물 온도가 상기 목표 온도와 소정 크기만큼 저온인 경우, 상기 히트 펌프 순환 배관에 냉수가 유입되지 아니하도록, 상기 제어부(191)가 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 닫고, 상기 히트 펌프 순환 배관 내에서 물을 순환시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 히트 펌프 온수 장치(100)의 구체적인 제어 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 하부 온도 감지 센서(131)가 상기 급탕 탱크(110)의 하부 온도를 측정한다(S100). 상기 측정된 상기 급탕 탱크(110)의 하부 온도 정보는 상기 제어부(191)로 전달되고, 상기 제어부(191)는 상기 하부 온도가 상기 측정된 상기 급탕 탱크(110)의 하부 온도 정보가 설정 온도, 즉 수요처에서 요구되는 온수의 목표 온도 미만인지 여부를 판단한다(S110).
상기 판단(S110) 결과, 상기 측정된 상기 급탕 탱크(110)의 하부 온도 정보가 설정 온도 미만인 경우, 상기 중부 온도 감지 센서(132)가 상기 급탕 탱크(110)의 중부 온도를 측정한다(S120).
상기 판단(S110) 결과, 상기 측정된 상기 급탕 탱크(110)의 하부 온도 정보가 설정 온도 이상인 경우, 상기 히트 펌프 온수 장치(100)의 디스플레이부(미도 시)에 운전이 불가능함을 표시하고(S170), 운전을 종료한다.
한편, 상기 측정된 상기 급탕 탱크(110)의 중부 온도 정보는 상기 제어부(191)로 전달되고, 상기 제어부(191)는 상기 측정된 상기 급탕 탱크(110)의 중부 온도 정보가 상기 설정 온도 미만인지 여부를 판단한다(S130).
상기 판단(S130) 결과, 상기 측정된 상기 급탕 탱크(110)의 중부 온도 정보가 설정 온도 미만인 경우, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 측을 닫고(S140), 상기 히트 펌프 순환 펌프(160)를 구동시킨다(S160). 그러면, 상기 탱크 유출관(105)이 닫힌 상태이므로, 상기 히트 펌프 순환 배관 내로 냉수가 유입되지 아니한 상태에서 상기 삼방 밸브(170), 상기 히트 펌프(190) 및 상기 히트 펌프 순환 배관 상에서 물이 순환된다. 이러한 물 순환 과정에서 상기 히트 펌프(190)의 승온 작용에 의해 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물의 온도가 승온된다.
상기 판단(S130) 결과, 상기 측정된 상기 급탕 탱크(110)의 중부 온도 정보가 상기 설정 온도 이상인 경우, 사용자가 미리 상기 히트 펌프 온수 장치(100)의 강제 운전을 선택하였는지 여부를 판단한다(S150).
상기 판단(S150) 결과, 사용자가 미리 상기 히트 펌프 온수 장치(100)의 강제 운전을 선택한 경우, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 측을 닫고(S140), 상기 히트 펌프 순환 펌프(160)를 구동시킨다(S160).
상기 판단(S150) 결과, 사용자가 미리 상기 히트 펌프 온수 장치(100)의 강제 운전을 선택하지 아니한 경우, 상기 히트 펌프 온수 장치(100)의 디스플레이부에 운전이 불가능함을 표시하고(S170), 운전을 종료한다.
한편, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 측을 닫고(S140), 상기 히트 펌프 순환 펌프(160)를 구동시킨(S160) 후, 상기 배관 온도 감지 센서(180)에서 상기 히트 펌프 순환 배관, 상세히는 상기 히트 펌프 유출관(107) 내의 배관 온도를 측정한다(S180).
상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도는 상기 제어부(191)로 전달되고, 상기 제어부(191)는 상기 배관 온도가 상기 설정 온도보다 소정 크기만큼 낮은 온도, 예를 들어 상기 설정 온도에서 10℃ 차감된 온도보다 낮은지 여부를 판단한다(S190).
상기 판단(S190) 결과, 상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도가 상기 설정 온도에서 10℃ 차감된 온도보다 낮은 경우, 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도가 과열 가능성이 낮은 저온 상태이므로, 상기 히트 펌프 순환 배관에 냉수가 유입되지 아니하도록, 상기 제어부(191)가 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 닫고, 상기 히트 펌프(190)를 소정 시간 동안 구동시켜서 상기 히트 펌프 순환 배관 내에서 물을 순환시킨다(S200). 그러면, 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도가 상기 히트 펌프(190)의 승온 작용에 의해 승온된다.
상기 판단(S190) 결과, 상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도가 상기 설정 온도에서 10℃ 차감된 온도 이상인 경우, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 25%만큼 연 상태로 소정 시간 동안 상기 히트 펌프(190)를 구동시킨다(S220). 그러면, 상기 삼방 밸브(170)로 상기 탱크 유출 관(105)을 통해 냉수 25%와 상기 재유입관(106)을 통해 온수 75%가 유입되어 혼합되면서, 상기 히트 펌프 유입관(108)을 통해 상기 히트 펌프(190)로 유입된다.
상기 히트 펌프의 구동(S200, S220) 후, 상기 배관 온도 감지 센서(180)에서 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 배관 온도를 측정한다(S210).
상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도는 상기 제어부(191)로 전달되고, 상기 제어부(191)는 상기 배관 온도가 상기 설정 온도보다 소정 크기만큼 낮은 온도, 예를 들어 상기 설정 온도에서 5℃ 차감된 온도보다 낮은지 여부를 판단한다(S230).
상기 판단(S230) 결과, 상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도가 상기 설정 온도에서 5℃ 차감된 온도 미만인 경우, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 50%만큼 연 상태로 소정 시간 동안 상기 히트 펌프(190)를 구동시킨다(S250). 그러면, 상기 삼방 밸브(170)로 상기 탱크 유출관(105)을 통해 냉수 50%와 상기 재유입관(106)을 통해 온수 50%가 유입되어 혼합되면서, 상기 히트 펌프 유입관(108)을 통해 상기 히트 펌프(190)로 유입된다.
상기 판단(S230) 결과, 상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도가 상기 설정 온도에서 5℃ 차감된 온도 이상인 경우, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 75%만큼 연 상태로 소정 시간 동안 상기 히트 펌프(190)를 구동시킨다(S240). 그러면, 상기 삼방 밸브(170)로 상기 탱크 유출관(105)을 통해 냉수 75%와 상기 재유입관(106)을 통해 온수 25%가 유입되어 혼합되면서, 상기 히트 펌프 유입관(108)을 통해 상기 히트 펌프(190)로 유입된다.
상기 히트 펌프의 구동(S240, S250) 후, 상기 배관 온도 감지 센서(180)에서 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 배관 온도를 측정한다(S260).
상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도는 상기 제어부(191)로 전달되고, 상기 제어부(191)는 상기 배관 온도가 상기 설정 온도보다 소정 크기만큼 낮은 온도, 예를 들어 상기 설정 온도에서 2.5℃ 차감된 온도보다 낮은지 여부를 판단한다(S270).
여기서, 상기 판단(S270) 단계에서, 상기 배관 온도가 상기 설정 온도보다 소정 크기만큼 낮은 온도보다 낮은지 여부를 판단하는 이유는 상기 배관 온도가 상기 설정 온도와 순간적으로 동일하다고 하더라도 상기 급탕 탱크(110) 하부의 온도는 여전히 상기 설정 온도보다 5℃ 정도 낮은 상태이므로, 상기 판단(S270) 시 대략 2.5℃ 정도의 편차를 인가하여 상기 급탕 탱크(110) 하부의 상대적인 저온의 물을 충분히 상대적인 고온의 물로 가열하기 위해서이다.
상기 판단(S270) 결과, 상기 배관 온도가 상기 설정 온도에서 2.5℃ 차감된 온도 이상인 경우, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 100%만큼 연 상태로 소정 시간 동안 상기 히트 펌프(190)를 구동시킨다(S290). 그러면, 상기 삼방 밸브(170)로 상기 탱크 유출관(105)을 통해 냉수 100%가 유입되어, 상기 히트 펌프 유입관(108)을 통해 상기 히트 펌프(190)로 유입된다.
상기 판단(S270) 결과, 상기 배관 온도가 상기 설정 온도에서 2.5℃ 차감된 온도 미만인 경우, 일정한 개도율 범위 내에서 상기 삼방 밸브(170)에 대해 PID 제어를 실시한다(S280). 상기 일정한 개도율 범위는 상기 PID 제어에 의해 상기 배관 온도가 설정 온도를 유지할 수 있도록 결정된다.
한편, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 100%만큼 연 상태로 소정 시간 동안 상기 히트 펌프(190)를 구동시킨(S290) 후, 상기 하부 온도 감지 센서(131)가 상기 급탕 탱크(110)의 하부 온도를 측정한다(S300).
상기 측정된 상기 급탕 탱크(110)의 하부 온도는 상기 제어부(191)로 전달되고, 상기 제어부(191)는 상기 하부 온도가 상기 설정 온도를 초과하였는지 여부를 판단한다(S310).
상기 판단(S310) 결과, 상기 급탕 탱크(110)의 하부 온도가 상기 설정 온도를 초과한 경우, 소정 시간 동안 상기 히트 펌프(190)를 정지시키고(S320), 상기 히트 펌프 순환 펌프(200)를 정지시키며(S330), 상기 삼방 밸브(170)를 닫고(S340) 운전을 정지한다.
상기 판단(S310) 결과, 상기 급탕 탱크(110)의 하부 온도가 상기 설정 온도이하인 경우, 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 배관 온도 측정(S260) 내지 상기 급탕 탱크의 측정된 하부 온도와 설정 온도 비교(S310) 단계를 반복한다.
상기와 같은 제어 방법에 의하면, 운전 초기에 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 온도 정보가 없는 경우에도 상기 히트 펌프 온수 장치(100)의 각 구성 요소에 무리가 가지 아니하도록 하면서, 운전 진행 과정에서 상기 급탕 탱크(110) 내의 온수가 설정 온도로 유지될 수 있으므로, 상기 히트 펌프 온수 장치(100)의 안정적인 운전이 가능하고, 수요처에 대한 안정적인 온수 공급이 가능할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치의 제어 방법을 보이는 순서도이다.
이하에서 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치의 제어 방법에 대하여 설명한다.
본 실시예는 도 5에 도시된 제 1 실시예에서의 도면 번호 S180 내지 S250에 해당되는 단계들에 대한 변형예이고, 그 외의 단계들은 도 4에 도시된 제 1 실시예에서의 도면 번호 S100 내지 S170과, 도 6에 도시된 제 1 실시예에서의 도면 번호 S260 내지 S340에 해당되는 단계들과 동일하므로, 그에 갈음하고 여기서는 중복 설명을 생략한다.
먼저, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 측을 닫고(S140), 상기 히트 펌프 순환 펌프(160)를 구동시킨(S160) 후, 상기 배관 온도 감지 센서(180)에서 상기 히트 펌프 순환 배관, 상세히는 상기 히트 펌프 유출관(107) 내의 배관 온도를 측정한다(S500).
상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도는 상기 제어부(191)로 전달되고, 상기 제어부(191)는 상기 배관 온도가 상기 설정 온도보다 소정 크기만큼 낮은 온도, 예를 들어 상기 설정 온도에서 10℃ 차감된 온도보다 낮은지 여부를 판단한다(S510).
상기 판단(S510) 결과, 상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도가 상기 설정 온도에서 10℃ 차감된 온도보다 낮은 경우, 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도가 과열 가능성이 낮은 저온 상태이므로, 상기 히트 펌프 순환 배관에 냉수가 유입되지 아니하도록, 상기 제어부(191)가 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 닫고, 상기 히트 펌프(190)를 소정 시간 동안 구동시켜서 상기 히트 펌프 순환 배관 내에서 물을 순환시킨다(S520). 그러면, 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도가 상기 히트 펌프(190)의 승온 작용에 의해 승온된다.
상기 히트 펌프(190) 구동 단계(S520) 후, 상기 배관 온도 측정 단계(S260) 내지 상기 삼방 밸브(170)를 닫는 단계(S340)를 수행한다.
상기 판단(S510) 결과, 상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도가 상기 설정 온도에서 10℃ 차감된 온도 이상인 경우, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 25%만큼 연 상태로 소정 시간 동안 상기 히트 펌프(190)를 구동시킨다(S530). 그러면, 상기 삼방 밸브(170)로 상기 탱크 유출관(105)을 통해 냉수 25%와 상기 재유입관(106)을 통해 온수 75%가 유입되어 혼합되면서, 상기 히트 펌프 유입관(108)을 통해 상기 히트 펌프(190)로 유입된다.
상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 25%만큼 연 상태로 소정 시간 동안 상기 히트 펌프(190)를 구동시킨(S530) 후, 상기 배관 온도 감지 센서(180)에서 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 배관 온도를 측정한다(S540).
상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도는 상기 제어부(191)로 전달되고, 상기 제어부(191)는 상기 배관 온도가 상기 설정 온도보다 소정 크기만큼 낮은 온도, 예를 들어 상기 설정 온도에서 5℃ 차감된 온도보다 낮은지 여부를 판단한다(S550).
상기 판단(S550) 결과, 상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도 가 상기 설정 온도에서 5℃ 차감된 온도 미만인 경우, 상기 배관 온도 측정 단계(S260) 내지 상기 삼방 밸브(170)를 닫는 단계(S340)를 수행한다.
상기 판단(S550) 결과, 상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도가 상기 설정 온도에서 5℃ 차감된 온도 이상인 경우, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 50%만큼 연 상태로 소정 시간 동안 상기 히트 펌프(190)를 구동시킨다(S560). 그러면, 상기 삼방 밸브(170)로 상기 탱크 유출관(105)을 통해 냉수 50%와 상기 재유입관(106)을 통해 온수 50%가 유입되어 혼합되면서, 상기 히트 펌프 유입관(108)을 통해 상기 히트 펌프(190)로 유입된다.
상기 히트 펌프의 구동(S560) 후, 상기 배관 온도 감지 센서(180)에서 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 배관 온도를 측정한다(S570).
상기 측정된 상기 히트 펌프 순환 배관의 배관 온도는 상기 제어부(191)로 전달되고, 상기 제어부(191)는 상기 배관 온도가 상기 설정 온도에서 2℃ 차감된 온도보다 낮은지 여부를 판단한다(S580).
상기 판단(S580) 결과, 상기 배관 온도가 상기 설정 온도에서 2℃ 차감된 온도 미만인 경우, 상기 배관 온도 측정 단계(S260) 내지 상기 삼방 밸브(170)를 닫는 단계(S340)를 수행한다.
상기 판단(S580) 결과, 상기 배관 온도가 상기 설정 온도에서 2℃ 차감된 온도 이상인 경우, 상기 삼방 밸브(170)의 상기 탱크 유출관(105) 연결 부분을 75%만큼 연 상태로 소정 시간 동안 상기 히트 펌프(190)를 구동시킨다(S590). 그러면, 상기 삼방 밸브(170)로 상기 탱크 유출관(105)을 통해 냉수 75%와 상기 재유입 관(106)을 통해 온수 25%가 유입되어 혼합되면서, 상기 히트 펌프 유입관(108)을 통해 상기 히트 펌프(190)로 유입된다.
상기 히트 펌프의 구동(S590) 후, 상기 배관 온도 측정 단계(S260) 내지 상기 삼방 밸브(170)를 닫는 단계(S340)를 수행한다.
상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 히트 펌프 온수 장치 및 그 제어 방법에 의하면, 환경 오염이 감소될 수 있고, 작동 효율이 향상될 수 있으며, 수요처에 온수를 연속적으로 공급할 수 있으므로, 그 산업상 이용 가능성이 높다고 하겠다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치의 구성을 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치에 적용되는 중부 디퓨저를 보이는 사시도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치에 적용되는 하부 디퓨저를 보이는 사시도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치의 제어 방법을 보이는 순서도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트 펌프 온수 장치의 제어 방법을 보이는 순서도.

Claims (7)

  1. 온수 생성을 위한 열공급원이 되는 히트 펌프;
    상기 히트 펌프로부터 공급된 열에 의해 형성된 온수를 수용하고, 그 수용된 온수를 수요처로 공급하는 급탕 탱크; 및
    상기 급탕 탱크 내부로 물을 공급하는 배관과, 상기 급탕 탱크에서 상기 수요처로 온수를 공급하는 배관 중 적어도 하나에 적용되어, 상기 급탕 탱크 내부의 물이 그 온도에 따라 성층(成層)되도록 상기 급탕 탱크 내부로 물을 분사하거나 상기 급탕 탱크 내부의 물을 흡입하는 디퓨저;를 포함하는 히트 펌프 온수 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디퓨저는 그 사이에 물이 유입 또는 유출될 수 있는 유동 채널이 형성되는 복수 개의 원판을 포함하고, 상기 디퓨저로 유입 또는 유출되는 유량(Q)에 대해 프라우드수(Pr)가 실질적으로 1이 되도록, 상기 복수 개의 원판의 직경(D)과 상기 복수 개의 원판 사이의 간격(H)이 결정되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 온수 장치.
  3. 온수 생성을 위한 열공급원이 되는 히트 펌프;
    상기 히트 펌프로부터 공급된 열에 의해 형성된 온수를 수용하고, 그 수용된 온수를 수요처로 공급하는 급탕 탱크;
    상기 급탕 탱크에서 냉수가 유출되는 탱크 유출관;
    상기 히트 펌프에서 형성된 온수가 상기 급탕 탱크로 유입되는 탱크 유입관;
    상기 히트 펌프의 유입 측에 연결되는 히트 펌프 유입관과, 상기 히트 펌프의 유출 측에서 연장되어 상기 탱크 유입관과 연결되는 히트 펌프 유출관과, 상기 탱크 유입관 말단에 배치되어 상기 탱크 유입관을 통해 유입된 온수를 상기 급탕 탱크 내부로 분사하는 디퓨저에 연결되는 재유입관을 포함하는 히트 펌프 순환 배관;
    상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물을 유동시키는 히트 펌프 순환 펌프;
    상기 탱크 유출관, 상기 히트 펌프 유입관 및 상기 재유입관과 각각 연결되어, 상기 탱크 유출관, 상기 히트 펌프 유입관 및 상기 재유입관을 유동하는 물의 각 유동량을 조절하는 삼방 밸브; 및
    상기 히트 펌프 유입관을 경유하여 상기 히트 펌프로 유입되는 물의 온도가 일정하게 유지되도록, 상기 삼방 밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는 히트 펌프 온수 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 히트 펌프 유입관 내를 유동하는 물의 온도가 상기 수요처로 공급되는 온수의 온도에서 상기 히트 펌프에 의해 승온되는 온도를 차감한 온도가 되도록, 상기 삼방 밸브가 상기 탱크 유출관, 상기 히트 펌프 유입관 및 상기 재유입관을 유동하는 물의 각 유동량을 조절하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 온수 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 히트 펌프 온수 장치는 상기 급탕 탱크의 적어도 하부와 중부 내의 물 온도를 측정하는 탱크 온도 감지 센서부; 및 상기 히트 펌프 유출관 내의 물 온도를 측정하는 배관 온도 감지 센서;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 탱크 온도 감지 센서부의 감지값과 상기 배관 온도 감지 센서의 감지값에 따라 상기 삼방 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 온수 장치.
  6. 제 3 항의 히트 펌프 온수 장치를 제어하는 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 히트 펌프 온수 장치의 운전이 시작되면, 상기 히트 펌프 순환 배관에 냉수가 유입되지 아니하도록, 상기 제어부가 상기 삼방 밸브의 상기 탱크 유출관 연결 부분을 닫고, 상기 히트 펌프 순환 펌프를 작동시키는 단계;
    (b) 상기 히트 펌프 유출관 내의 물 온도에 따라 상기 제어부가 상기 삼방 밸브를 제어하여 상기 히트 펌프 순환 배관 내로의 상기 탱크 유출관을 통한 냉수 유입량을 조절하면서, 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물 온도가 소정 목표 온도에 도달되도록 운전하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계에서 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물 온도가 상기 목표 온도에 도달되면, 상기 제어부가 상기 삼방 밸브를 제어하여, 상기 히트 펌프 순환 배관 내의 물 온도가 상기 목표 온도를 유지하도록 운전하는 단계;를 포함하는 히트 펌프 온수 장치의 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는
    상기 히트 펌프 유출관 내의 물 온도가 상기 목표 온도 이상으로 과열될 수 있는 온도인 경우, 상기 제어부가 상기 히트 펌프 순환 배관 내로의 상기 탱크 유출관을 통한 냉수 유입량이 증가되도록 상기 삼방 밸브를 제어하고,
    상기 히트 펌프 유출관 내의 물 온도가 상기 목표 온도와 소정 크기만큼 차이나는 저온인 경우, 상기 히트 펌프 순환 배관에 냉수가 유입되지 아니하도록, 상기 제어부가 상기 삼방 밸브의 상기 탱크 유출관 연결 부분을 닫고, 상기 히트 펌프 순환 배관 내에서 물을 순환시키는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 온수 장치의 제어 방법.
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