KR20110117974A

KR20110117974A - 히트펌프식 급탕장치

Info

Publication number: KR20110117974A
Application number: KR1020100037505A
Authority: KR
Inventors: 박희웅; 박노마; 최환종
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2011-10-28

Abstract

본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치는 압축기와 실외 열교환기와 팽창기구와 실내 열교환기를 갖고 공조운전을 할 수 있는 냉동 사이클 회로와; 압축기에서 압축된 냉매가 통과할 수 있게 배치된 급탕 열교환기와; 급탕 열교환기를 통과한 냉매가 통과할 수 있게 배치된 난방 열교환기와; 급탕 열교환기와 급탕 순환유로로 연결된 급탕조와; 급탕 순환유로에 유량 조절이 가능하게 설치된 급탕 유량 조절부와; 급탕 순환유로의 현재 급탕 유량과 목표 급탕 유량에 따라 급탕 유량 조절부를 조절하는 제어부를 포함하여, 소비 전력의 증가 및 COP의 감소 없이, 급탕 열교환기의 용량을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

히트펌프식 급탕장치{Heat pump type speed heating apparatus}

본 발명은 히트펌프식 급탕장치에 관한 것으로서, 특히 급탕조와 급탕 열교환기가 급탕 순환유로로 연결되고 급탕 순환유로를 순환하는 물의 급탕 유량이 가변될 수 있는 히트펌프식 급탕장치에 관한 것이다.

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 성능을 높이기 위해 압축기의 회전수를 높일 경우, 소비전력이 증대되고, 성적계수가 떨어지게 되는 문제점이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 압축기와 실외 열교환기와 팽창기구와 실내 열교환기를 갖고 공조운전을 할 수 있는 냉동 사이클 회로와; 상기 압축기에서 압축된 냉매가 통과할 수 있게 배치된 급탕 열교환기와; 상기 급탕 열교환기를 통과한 냉매가 통과할 수 있게 배치된 난방 열교환기와; 상기 급탕 열교환기와 급탕 순환유로로 연결된 급탕조와; 상기 급탕 순환유로에 유량 조절이 가능하게 설치된 급탕 유량 조절부와; 상기 급탕 순환유로의 현재 급탕 유량과 목표 급탕 유량에 따라 상기 급탕 유량 조절부를 조절하는 제어부를 포함한다.

상기 급탕 유량 조절부는 상기 급탕 순환유로에 설치된 급탕 펌프와; 상기 급탕 순환유로의 일부를 구성하고 직경이 서로 상이하며 병렬로 연결된 복수개의 배관과; 상기 복수개의 배관 각각에 설치된 온/오프 밸브를 포함할 수 있다.

상기 급탕 유량 조절부는 상기 급탕 순환유로에 설치되고 다단 펌핑이 가능한 다단 급탕 펌프를 포함할 수 있다.

상기 급탕 유량 조절부는 상기 급탕 순환유로에 설치된 급탕 펌프와,

상기 급탕 순환유로에 설치되고 개도가 가변되는 급탕 밸브를 포함할 수 있다.

상기 급탕 펌프는 정속 펌프일 수 있다.

상기 급탕 순환유로에는 유량을 감지하는 유량계가 설치되고, 상기 제어부는 상기 유량계에서 감지된 현재 급탕 유량과, 상기 목표 급탕 유량에 따라 상기 급탕 밸브를 조절할 수 있다.

상기 제어부는 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차에 따라 개도 보정값아 상이하게 상기 급탕 밸브를 조절할 수 있다.

상기 제어부는 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차가 클수록 보정값의 크기가 크게 상기 급탕 밸브를 조절할 수 있다.

상기 제어부는 급탕운전시, 상기 급탕조의 온도가 높으면, 상기 급탕 순환유로의 유량이 감소되게 상기 급탕 밸브의 개도를 낮추고, 상기 급탕조의 온도가 낮으면 상기 급탕 순환유로의 유량이 증가되게 상기 급탕 밸브의 개도를 높일 수 있다.

상기 제어부는 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전시, 상기 급탕조의 온도가 높으면, 상기 급탕 순환유로의 유량이 증대되게 상기 급탕 밸브의 개도를 높이고, 상기 급탕조의 온도가 낮으면 상기 급탕 순환유로의 유량이 감소되게 상기 급탕 밸브의 개도를 낮출 수 있다.

상기 냉동 사이클 회로는 냉방 운전과 난방 운전을 절환하는 냉/난방 절환밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 급탕 열교환기는 상기 압축기에서 압축된 냉매가 상기 급탕 열교환기를 통과한 후 상기 냉/난방 절환밸브로 유동될 수 있게 연결될 수 있다.

상기 난방 열교환기는 상기 급탕 열교환기를 통과한 냉매가 상기 난방 열교환기를 통과하거나 바이패스할 수 있게 연결될 수 있다.

상기 급탕 열교환기를 통과한 냉매가 상기 난방 열교환기를 통과하거나 바이패스하게 상기 급탕 열교환기를 통과한 냉매의 유동 방향으로 조절하는 난방 열교환기 냉매 조절부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 히트펌프식 급탕장치는 소비 전력의 증가 및 COP의 감소 없이, 급탕 열교환기의 용량을 증대시키는 것에 의해 급탕 성능을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 급탕 순환유로의 현재 급탕 유량이 급탕 목표 유량에 신속하게 도달될 수 있어 신속한 급탕이 가능한 이점이 있다.

또한, 급탕운전시 급탕조의 온도를 신속하게 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전시 급탕조의 온도가 낮으면 급탕 유량을 높여서 급탕조의 온도를 빠르게 상승시킬 수 있고, 급탕조의 온도가 낮으면, 급탕 유량을 낮춰서 난방에 이용되는 물과 냉매의 열교환을 촉진할 수 있고, 바닥난방 약을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 급탕운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 급탕운전과 바닥난방운전과 공조난방운전의 동시운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 압축기 회전수 변화에 따른 급탕 열교환기 용량과 소비전력과 COP 변화를 도시한 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 물 유량 변화에 따른 급탕 열교환기 용량과 소비전력과 COP 변화를 도시한 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 급탕밸브 제어 블럭도,
도 9는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 급탕 밸브 제어에 따른 유량의 변화를 도시한 그래프,
도 10은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 다른 실시예의 구성도,
도 11은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 또 다른 실시예의 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 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 냉동사이클 회로(2)와, 급탕 회로(4)와, 바닥난방 회로(6)를 포함한다.

냉동사이클 회로(2)는 압축기(12)와 실외 열교환기(14)와 팽창기구(16)(17)와 실내 열교환기(18)를 갖고 공조운전을 할 수 있게 구성된다.

냉동 사이클 회로(2)의 공조 운전은 실내의 공기를 흡입하여 난방 공조하는 공간난방운전과 실내의 공기를 흡입하여 냉방 공조시키는 공간냉방운전을 갖을 수 있다.

냉동 사이클 회로(2)는 압축기(12)의 흡입유로(22)에 압축기(12)로 액냉매가 유입되는 것을 막게 액냉매가 담겨지는 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 열교화되는 공기냉매 열교환기로 구성되는 것도 가능하고, 냉각수가 냉매와 열교환되는 난방 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)로 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 순환하게 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 냉방 시키거나 난방 시키게 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.

급탕 회로(4)는 압축기(2)에서 압축된 냉매의 열을 급탕에 이용하게 설치된다.

급탕 회로(4)는 압축기(12)에서 압축된 냉매가 통과할 수 있게 배치되는 급탕 열교환기(50)를 포함한다.

급탕 열교환기(50)는 압축기(12)에서 과열된 냉매가 급탕에 이용되는 물과 열교환되면서 응축되는 일종의 디슈퍼히터(desuperheater)이다.

급탕 열교환기(50)는 과열된 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 급탕에 이용되는 물이 통과하는 물 유로를 갖는다.

급탕 열교환기(50)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.

급탕 열교환기(50)는 압축기(12)에서 토출된 냉매가 급탕에 이용된 후 냉동 사이클 회로(2)에서 응축, 팽창, 증발될 수 있게 응축될 수 있게 냉동 사이클 회로(2)에 급탕 유로(51)로 연결된다.

급탕 유로(51)는 냉동 사이클 회로(2)의 냉매 특히, 압축기(12)에서 압축된 냉매가 급탕 열교환기(50)로 유동되는 급탕유입유로(52)와, 급탕 열교환기(50)에서 유출된 냉매가 냉동 사이클 회로(2) 특히 냉/난방 절환밸브(40)로 유동되는 급탕유출유로(54)를 포함한다.

급탕유입유로(52)와 급탕유출유로(54)는 그 각각이 압축기(12)와 냉/난방 절환밸브(40) 사이에 각각 연결된다.

급탕유입유로(52)는 일단이 압축기 토출유로(26)에 연결되고 타단이 급탕 열교환기(50)에 연결된다.

급탕유출유로(54)는 일단이 급탕 열교환기(50)에 연결되고 타단이 압축기 토출유로(26)에 연결된다.

급탕 회로(4)는 급탕 열교환기(50)와 급탕 순환유로(56)로 연결된 급탕조(58)와, 급탕 순환유로(56)에 유량 조절이 가능하게 설치된 급탕 유량 조절부(60)를 포함한다.

급탕조(58)에는 외부의 물이 급탕조(58)로 급수되는 급수부(62)와, 급탕조(58)의 물이 출수되는 출수부(64)가 연결된다.

급탕조(58)는 급탕 열교환기(50)에서 가열된 후 급탕조(58)로 유입된 물이 출수부(64)로 직접 출수되게 구성되는 것도 가능하다.

급탕조(58)는 내부에 급탕 순환유로(56)와 연결되는 급탕 코일이 설치되어, 급탕 열교환기(50)에서 가열된 물이 급탕 코일을 통과하면서 급탕조(58) 내부를 가열하고, 급수부(62)로 입수된 물이 급탕 코일에 의해 가열되어 출수부(64)로 출수되는 것도 가능함은 물론이다.

급탕 유량 조절부(60)는 급탕조(58)의 물이 급탕 열교환기(50)와 급탕조(50)를 순환하게 펌핑하면서 급탕 유량을 조절하는 것으로서, 급탕 순환유로(56)에 설치된 급탕 펌프(66)와, 급탕 순환유로(56)에 설치되고 개도가 가변되는 급탕 밸브(68)를 포함한다.

급탕 유량 조절부(60)는 급탕 펌프(66)와 급탕 밸브(68)가 용량 가변 펌프로 기능하면서, 급탕 순환유로(56)의 급탕 유량을 조절한다.

급탕 펌프(66)는 정속 펌프로 구성되는 것도 가능하고, 인버터 펌프로 구성되는 것도 가능하다.

급탕 펌프(66)는 급탕 밸브(68)의 개도 조절에 의해 급탕 순환유로(56)의 급탕 유량이 조절되므로, 인버터 펌프보다 저가인 정속 펌프로 구성되는 것이 바람직하다.

급탕 밸브(68)는 개도 조절이 가능한 전자팽창밸브로 이루어진다.

급탕 밸브(68)는 후술하는 바와 같이, 급탕 순환유로(56)의 현재 급탕 유량에 따라 개도가 조절될 수 있다.

급탕 회로(4)는 급탕 순환유로(56)의 유량을 감지하는 유량계(70)가 급탕 순환유로(56)에는 설치된다.

바닥난방 회로(6)는 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매의 열을 실내의 바닥난방에 이용하게 설치된다.

바닥난방 회로(6)는 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 통과할 수 있게 배치된 난방 열교환기(72)를 포함한다.

난방 열교환기(72)는 급탕 열교환기(4)를 통과한 냉매가 물을 가열한 후 급탕 유로(50)로 유동되게 급탕 유로(50)와 난방 열교환기 연결 유로(73)로 연결된다,

난방 열교환기 연결 유로(73)는 급탕유출유로(54)의 냉매가 난방 열교환기(72)로 유입되는 바닥난방유입유로(74)와, 난방 열교환기(72)를 통과한 냉매가 급탕유출유로(54)로 유출되는 바닥난방유출유로(76)를 포함한다.

바닥난방유출유로(76)에는 급탕유출유로(54)의 냉매가 바닥난방유출유로(76)를 통해 난방 열교환기(72)로 역류되는 것을 막는 체크밸브(78)가 설치된다.

난방 열교환기(72)는 급탕 열교환기(50)에서 1차로 응축된 냉매가 물과 열교환되면서 추가로 응축되는 응축 열교환기이다.

난방 열교환기(72)는 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 바닥 난방이나 실내 공조 난방에 이용되는 물이 통과하는 물 유로를 갖는다.

난방 열교환기(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.

바닥난방 회로(6)는 난방 열교환기(72)가 실내의 바닥에 설치된 바닥 난방 배관(80)과 난방 순환유로(82)로 연결되고, 난방 순환유로(82)에 바닥난방펌프(84)가 설치될 경우, 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매의 열은 실내의 바닥 난방에 추가로 이용될 수 있게 된다.

바닥난방 회로(6)는 급탕 회로(4)와 같이, 난방 유량을 조절할 수 있는 난방 밸브(미도시)를 포함하는 것이 가능하다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 난방 열교환기(72)를 통과하거나 바이패스하게 냉매의 흐름을 조절하는 난방 열교환기 냉매조절부(86)를 포함한다.

난방 열교환기(72)는 급탕유출유로(54)와 직접 연결되어 급탕 열교환기(4)를 통과한 냉매가 항상 바닥 난방에 이용되게 하는 것도 가능하나, 사용자 등이 바닥난방운전을 선택적으로 실시할 수 있게 설치되는 것이 바람직하다.

난방 열교환기 냉매조절부(86)는 사용자 등이 바닥난방을 선택하는 시기에 난방 열교환기(72)로 냉매가 통과하게 하는 바닥난방밸브이다.

난방 열교환기 냉매조절부(86)는 히트펌프식 급탕장치의 운전이 바닥난방운전을 포함할 경우, 냉매가 난방 열교환기(72)로 유동되게 냉매의 유동 방향을 조절하고, 히트펌프식 급탕장치의 운전이 바닥난방운전을 포함하지 않을 경우, 냉매가 난방 열교환기(72)를 바이패스하게 냉매의 유동 방향을 조절한다.

난방 열교환기 냉매조절부(86)는 바닥난방운전시와, 바닥난방운전과 급탕운전의 동시운전시와, 바닥난방운전과 급탕운전과 공조운전의 동시운전시 냉매가 난방 열교환기(72)로 유동되게 조절된다.

난방 열교환기 냉매조절부(86)는 급탕유로(50) 특히 급탕유출유로(54)에 설치되어 냉매 유출방향을 선택할 수 있는 하나의 삼방밸브로 구성되는 것도 가능하다.

히트펌프식 급탕장치는 압축기(12)에서 토출된 냉매가 급탕 열교환기(50)를 통과하거나 바이패스하게 압축기(12)에서 토출된 냉매의 유동 방향을 조절하는 냉매조절부(90)를 더 포함할 수 있다.

냉매 조절부(90)는 히트펌프식 급탕장치의 운전이 급탕운전과 바닥난방운전 중 적어도 하나의 운전을 포함할 경우, 압축기(12)에서 압축된 냉매가 급탕 열교환기(50)로 유동되게 조절되고, 히트펌프식 급탕장치의 운전이 급탕운전과 바닥난방운전 모두를 포함하지 않을 경우, 압축기(12)에서 압축된 냉매가 급탕 열교환기(50)를 바이패스하게 조절된다.

즉, 냉매 조절부(90)는 급탕운전시 냉매가 급탕 열교환기(50)로 유동되게 조절되고, 급탕운전과 공조운전의 동시운전시 냉매가 급탕 열교환기(50)로 유동되게 조절되며, 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전시 냉매가 급탕 열교환기(50)로 유동되게 조절되고, 급탕운전과 바닥난방운전과 공조운전의 동시운전시 냉매가 급탕 열교환기(50)로 유동되게 조절되며, 바닥난방운전시 냉매가 급탕 열교환기(50)로 유동되게 조절된다.

냉매 조절부(90)는 공조운전시 냉매가 급탕 열교환기(50)를 바이패스하게 조절된다. 즉, 냉매 조절부(90)는 공간냉방운전시 냉매가 급탕 열교환기(50)를 바이패스하게 조절되고, 공간난방운전시 냉매가 급탕 열교환기(50)를 바이패스하게 조절된다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 실외 열교환기(14)와 실내 열교환기(18) 중 하나를 바이패스 하도록 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매를 실외 열교환기(14)와 실내 열교환기(18) 사이로 안내하게 연결되는 열교환기 바이패스 유로(92)를 포함할 수 있다.

열교환기 바이패스 유로(92)는 일단이 급탕 유로(50)에 연결되고 타단이 실내 팽창기구(17)와 실외 팽창기구(16) 사이에 연결된다.

열교환기 바이패스 유로(92)는 일단이 급탕 유로(50) 중 급탕유출유로(54)에 연결되고, 타단이 팽창기구 연결배관(36)에 연결되어, 급탕유출유로(54)의 냉매를 실내 팽창기구(17)와 실외 팽창기구(16) 사이로 안내한다.

열교환기 바이패스 유로(92)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(92)를 통해 실내 팽창기구(17)와 실외 팽창기구(16) 사이로 안내될 경우, 냉동 사이클 회로(2)에서는 응축과정이 발생되지 않고 팽창과정과 증발과정만이 발생되게 되고, 급탕 열교환기(50)와 난방 열교환기(72)의 열전달량은 증대되며, 급탕효율과 바닥난방효율은 상승된다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)를 통과하거나 바이패스하게 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매의 유동 방향을 조절하는 보조 냉매조절부(94)를 포함할 수 있다.

보조 냉매조절부(94)는 히트펌프식 급탕장치의 운전이 급탕운전과 공조운전의 두 운전을 포함할 경우, 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)를 바이패스하게 조절한다.

보조 냉매조절부(94)는 급탕운전과 공조운전의 동시운전시 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)를 바이패스하게 조절되고, 급탕운전과 바닥난방운전과 공조운전의 동시운전시 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)를 바이패스하게 조절된다.

보조 냉매조절부(94)는 공조운전시 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)로 유동되게 조절되고, 급탕운전시 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)로 유동되게 조절되며, 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전시 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)로 유동되게 조절되고, 바닥난방운전시 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)로 유동되게 조절된다.

보조 냉매조절부(94)는 급탕운전의 도중에 제상조건이 되면, 급탕 열교환기(50)를 통과한 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)를 바이패스하게 조절되고, 이때, 냉동 사이클 회로(2)는 실외 열교환기(14)의 제상을 위해 난방운전에서 냉방운전으로 절환되면, 실외 열교환기(14)로는 급탕 열교환기(50)를 통과한 고온의 냉매가 유입되고, 실외 열교환기(14)는 제상된다.

히트펌프식 급탕장치는 열교환기 바이패스 유로(92)에 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 열교환기 바이패스 밸브(96)와, 열교환기 바이패스 유로(92)와 실내 팽창기구(17) 사이에 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 액냉매 밸브(98)를 더 포함한다.

열교환기 바이패스 밸브(96)는 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전이거나 바닥난방운전이거나 급탕운전일 경우 개방되고, 공조운전이거나 공조운전과 급탕운전의 동시운전이거나 공조운전과 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전일 경우 폐쇄된다.

액냉매 밸브(98)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, 급탕유닛(H)이 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)는 실내기(I)에 설치된다.

급탕 열교환기(50)와 급탕 펌프(66)와 급탕 밸브(68)는 급탕유닛(H)에 설치된다.

난방 열교환기(72)와 바닥난방 펌프(84)와 난방 열교환기 냉매조절부(86)는 급탕유닛(H)에 설치된다.

냉매조절부(90)와 열교환기 바이패스 유로(92)와 보조 냉매조절부(94)와 열교환기 바이패스 밸브(96)와 액냉매 밸브(98)는 실외기(O)에 설치되는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 급탕운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕운전시, 다음과 같이 운전된다.

압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(90)는 냉매가 급탕열교환기(50)를 향해 유동되게 조절되며, 난방 열교환기 냉매조절부(86)는 급탕유출유로(54)의 냉매가 난방 열교환기(72)를 바이패스하게 조절되고, 보조 냉매조절부(94)는 급탕유출유로(54)의 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)를 통과하게 조절되고, 실외팬(30)은 회전되며, 실내팬(39)은 회전되지 않으며, 냉/난방 절환밸브(40)는 난방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(96)는 개방되며, 액냉매 밸브(98)는 밀폐되고, 급탕펌프(66)는 구동되고, 바닥난방펌프(84)는 구동되지 않는다.

급탕 펌프(66)의 구동시 급탕조(58)의 물은 급탕 순환유로(56)를 통해 급탕 열교환기(50)로 유동되어 급탕 열교환기(50)와 급탕 밸브(68)를 통과한 후 급탕조(58)로 순환된다.

압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(90)와 급탕유입유로(52)를 통과한 후 급탕 열교환기(50)로 유동되고, 급탕 열교환기(50)를 통과하면서 압축기(12)에서 과열된 냉매가 물과 열교환되어 응축된다. 급탕 열교환기(50)에서 응축된 냉매는 난방 열교환기 냉매조절부(86)로 유입되고, 난방 열교환기(72)를 바이패스하여 보조 냉매조절부(94)로 유입된다. 보조 냉매조절부(94)로 유입된 냉매는 열교환기 바이패스 유로(92)로 유동되고, 열교환기 바이패스 밸브(96)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 급탕 열교환기(50)와 열교환기 바이패스 유로(92)와 실외 팽창기구(16)와 실외 열교환기(14)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕 열교환기(50)가 냉매를 응축시키고, 실외 열교환기(14)가 냉매를 증발시키며, 급탕 열교환기(50)가 급탕조(58)의 물을 가열한다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕운전시 냉매가 급탕조(58)의 물을 가열하는데 이용되고, 냉매가 실내 열교환기(18)를 통과하는 경우 보다 급탕조(58)의 물 온도를 보다 신속하게 높일 수 있는 이점이 있다.

한편, 히트펌프식 급탕장치는 급탕조(58)의 온도가 높으면, 급탕 순환유로(56)의 유량이 감소되게 급탕 밸브(68)의 개도를 낮춰서 급탕조(58)의 온도가 너무 높지 않게 관리하고, 급탕조(58)의 온도가 낮으면 급탕 순환유로(56)의 유량이 증가되게 급탕 밸브(68)의 개도를 높여서 급탕조(58의 물이 신속하게 가열되게 한다.

도 4는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전시, 다음과 같이 운전된다.

압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(90)는 냉매가 급탕열교환기(50)를 향해 유동되게 조절되며, 난방 열교환기 냉매조절부(86)는 급탕유출유로(54)의 냉매가 난방 열교환기(72)를 통과하게 조절되고, 보조 냉매조절부(94)는 급탕유출유로(54)의 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)를 통과하게 조절되고, 실외팬(30)은 회전되며, 실내팬(39)은 회전되지 않으며, 냉/난방 절환밸브(40)는 난방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(96)는 개방되며, 액냉매 밸브(98)는 밀폐되고, 급탕펌프(66)는 구동되고, 바닥난방펌프(84)는 구동된다.

급탕 펌프(60)의 구동시 급탕조(58)의 물은 급탕 순환유로(56)을 통해 급탕 열교환기(50)로 유동되어 급탕 열교환기(50)와 급탕 밸브(68)를 통과한 후 급탕조(58)로 순환된다.

바닥난방펌프(84)의 구동시 바닥 난방 배관(80)의 물은 난방 순환유로(82)를 통해 난방 열교환기(72)로 유동되어 난방 열교환기(72)를 통과한 후 바닥 난방 배관(80)으로 순환된다.

압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(90)와 급탕유입유로(52)를 통과한 후 급탕 열교환기(50)로 유동되고, 급탕 열교환기(50)를 통과하면서 압축기(12)에서 과열된 냉매가 물과 열교환되어 응축된다. 급탕 열교환기(50)에서 응축된 냉매는 난방 열교환기 냉매조절부(86)로 유입되고, 바닥난방유입유로(74)를 통해 난방 열교환기(72)로 유입되며, 난방 열교환기(72)를 통과하면서 물과 열교환되어 재차 응축된다. 난방 열교환기(72)에서 응축된 냉매는 바닥난방유입유로(76)를 통해 급탕유출유로(54)로 유출되고, 이후 보조 냉매조절부(94)를 통과하여 열교환기 바이패스 유로(92)로 유동된다. 열교환기 바이패스 유로(92)로 유동된 냉매는 열교환기 바이패스 밸브(96)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 급탕 열교환기(50)와 난방 열교환기(72)와 열교환기 바이패스 유로(92)와 실외 팽창기구(16)와 실외 열교환기(14)와 냉/난방 절환밸브(40)를 차례로 통과한 후 압축기(12)로 회수된다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕 열교환기(50)와 난방 열교환기(72)가 냉매를 순차적으로 응축시키고, 실외 열교환기(14)가 냉매를 증발시키며, 급탕 열교환기(50)가 급탕조(58)의 물을 가열하고, 난방 열교환기(72)가 바닥 난방 배관(80)의 물을 가열한다.

히트펌프식 급탕장치는 바닥난방운전과 급탕운전의 동시운전시 냉매가 급탕조(58)의 물과 바닥 난방 배관(80)의 물을 함께 가열하는데 이용되고, 냉매가 실내 열교환기(18)를 통과하는 경우 보다 급탕조(58)의 물 온도와 바닥 난방 배관(80)의 물 온도를 보다 신속하게 높일 수 있는 이점이 있다.

한편, 히트펌프식 급탕장치는 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전시, 실외 열교환기(14)에서 흡수한 열이 급탕 열교환기(50)에서 1차적으로 방열되고, 난방 열교환기(72)에서 2차적으로 방열되는데, 냉매가 급탕 열교환기(50)를 통과하는 도중에 방열량이 증가하면, 난방 열교환기(72)를 통과하는 도중에 방열량이 감소된다. 반대로 냉매가 급탕 열교환기(50)를 통과하는 도중에 방열량이 감소하면, 난방 열교환기(72)를 통과하는 도중에 방열량이 증가된다.

즉, 급탕 밸브(68)의 개도가 높으면, 급탕에 이용되는 물 온도가 상승되는 반면에, 바닥난방에 이용되는 물 온도의 상승이 지연되거나 물 온도 가 하강되고, 급탕 밸브(68)의 개도가 낮으면 급탕에 이용되는 물 온도 상승이 지연되거나 하강되고, 바닥난방에 이용되는 물 온도가 상승된다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕조(58)의 온도가 높으면, 급탕 순환유로(56)의 유량이 증대되게 급탕 밸브(68)의 개도를 높인다. 급탕조(58)의 온도가 높을 경우, 바닥난방에 이용되는 물 온도도 충분히 높아 바닥 난방 약을 크게 고려하지 않아도 되고, 급탕 열교환기(50)를 통과하는 물의 온도와 냉매의 온도 차가 크지 않기 때문에, 급탕 유량을 높여서 급탕조(58)의 온도가 빠르게 상승되게 하기 위함이다.

반면에, 급탕조(58)의 온도가 낮으면, 급탕 순환유로(56)의 유량이 감소되게 급탕 밸브(68)의 개도를 낮춘다. 급탕조(58)의 온도가 낮을 경우, 바닥난방에 이용되는 물 온도도 낮아 바닥난방 약이 발생될 수 있기 때문에 급탕 순환유로(56)의 급탕 유량을 낮춰서 난방에 이용되는 물과 냉매의 열교환을 촉진하기 위함이다.

도 5는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예가 급탕운전과 바닥난방운전과 공조난방운전의 동시운전일 때의 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕운전과 바닥난방운전과 공조운전의 동시운전시, 다음과 같이 운전된다.

압축기(12)는 구동되고, 냉매조절부(90)는 냉매가 급탕열교환기(50)를 향해 유동되게 조절되며, 난방 열교환기 냉매조절부(86)는 급탕유출유로(54)의 냉매가 난방 열교환기(72)를 통과하게 조절되고, 보조 냉매조절부(94)는 급탕유출유로(54)의 냉매가 열교환기 바이패스 유로(92)를 바이패스하게 조절되고, 실외팬(30)은 회전되며, 실내팬(39)은 회전되고, 냉/난방 절환밸브(40)는 난방 모드로 구동되고, 열교환기 바이패스 밸브(96)는 밀폐되며, 액냉매 밸브(98)는 개방되고, 급탕펌프(66)는 구동되고, 바닥난방펌프(84)는 구동된다.

급탕 펌프(66)의 구동시 급탕조(58)의 물은 급탕 순환유로(56)을 통해 급탕 열교환기(50)로 유동되어 급탕 열교환기(50)와 급탕 밸브(68)를 통과한 후 급탕조(58)로 순환된다.

바닥난방펌프(84)의 구동시 바닥 난방 배관(80)의 물은 난방 순환유로(82)을 통해 난방 열교환기(72)로 유동되어 난방 열교환기(72)를 통과한 후 바닥 난방 배관(80)으로 순환된다.

압축기(12)의 구동시 압축기(12)에서 압축된 냉매는 냉매조절부(90)와 급탕유입유로(52)를 통과한 후 급탕 열교환기(50)로 유동되고, 급탕 열교환기(50)를 통과하면서 압축기(12)에서 과열된 냉매가 물과 열교환되어 응축된다. 급탕 열교환기(50)에서 응축된 냉매는 난방 열교환기 냉매조절부(86)로 유입되고, 바닥난방유입유로(74)를 통해 난방 열교환기(72)로 유입되며, 난방 열교환기(72)를 통과하면서 물과 열교환되어 재차 응축된다. 난방 열교환기(72)에서 응축된 냉매는 바닥난방유입유로(76)를 통해 급탕유출유로(54)로 유출되고, 이후 보조 냉매조절부(94)를 통과하여 열교환기 바이패스 유로(92)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 급탕 열교환기(50)와 난방 열교환기(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 급탕 열교환기(50)와 난방 열교환기(72)와 실내 열교환기(18)가 냉매를 순차적으로 응축시키면서 총 3회에 걸쳐 응축시키고, 실외 열교환기(14)가 냉매를 증발시키며, 급탕 열교환기(50)가 급탕조(58)의 물을 가열하고, 난방 열교환기(72)가 바닥 난방 배관(80)의 물을 가열한다.

히트펌프식 급탕장치는 바닥난방운전과 급탕운전과 공간난방운전의 동시운전시 냉매가 급탕조(58)의 물과 바닥 난방 배관(80)의 물과 실내의 공기를 함께 가열하는데 이용되고, 히트펌프식 급탕장치는 급탕과 바닥난방과 공간난방을 효율적으로 실시할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 압축기 회전수 변화에 따른 급탕 열교환기 용량과 소비전력과 COP 변화를 도시한 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 물 유량 변화에 따른 급탕 열교환기 용량과 소비전력과 COP 변화를 도시한 그래프이다.

히트펌프시 급탕장치는, 급탕 열교환기(50)의 열전달계수를 높이기 위해서 도 6에 도시된 바와 같이, 냉매의 유량(Ref mass flow rate)을 늘리거나 도 7에 도시된 바와 같이, 급탕 유량(Water mass flow rate)을 늘릴 수 있다.

히트펌프시 급탕장치는 냉매의 유량을 늘리기 위해 압축기(2)의 회전수를 높일 수 있고, 도 6은 급탕 순환유로(56)의 급탕 유량을 일정하게 고정하고, 압축기(12)의 회전수만을 높여갈 때의 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 압축기(12)이 회전수를 높일 경우, 급탕 열교환기(50)의 용량(Capacity)은 증가되나, 압축기(2)의 소비전력(Power input)이 급격하게 증가되고, COP(Coefficient of performance : 성적계수)가 낮아지게 된다.

히트펌프시 급탕장치는 급탕 유량을 늘리기 위해 급탕 밸브(68)의 개도를 높일 수 있고, 도 7은 압축기(2)의 회전수를 일정하게 고정하고, 급탕 밸브(68)의 개도만을 높여갈 때의 그래프이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 급탕 유량을 늘리기 위해 급탕 밸브(68)의 개도를 높일 경우, 급탕 펌프(66)의 소비전력을 일정 범위 내에서 일정하고, COP가 높아지게 된다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕밸브(68)의 개도조절에 의해 급탕 유량을 조절하는 것이 바람직하고, 이하 급탕밸브(68)의 개도조절에 대해 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 급탕밸브 제어 블럭도이다.

히트펌프식 급탕장치는 급탕조(58)와 바닥난방 배관(80)과 실내기(I)의 부하에 따라, 압축기(12)와 급탕 유량 조절부(60)와 바닥 난방 펌프(84) 등을 제어하는 제어부(100)를 포함한다.

제어부(100)는 급탕 순환유로(56)의 현재 급탕 유량과 목표 급탕 유량에 따라 급탕 유량 조절부(60)를 조절한다.

제어부(100)는 급탕조(58)나 급탕 순환유로(56)에 설치된 급탕 온도 센서(102)로부터 급탕 부하를 판단하여 급탕 부하에 따른 목표 급탕 용량을 선정하고, 목표 급탕 용량에 따른 목표 급탕 유량을 선정한다.

유량계(70)는 급탕 순환유로(56)의 현재 급탕 유량을 감지하여 제어부(100)로 출력하고, 제어부(100)는 목표 급탕 유량과 현재 급탕 유량에 따라 급탕 밸브(68)의 개도를 조절한다.

한편, 제어부(100)는 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전시와, 급탕운전단독운전시 급탕밸브(68)의 개도를 상이하게 조절한다.

제어부(100)는 도 3에 도시된 급탕운전시, 급탕조(58)의 온도가 높으면, 급탕 순환유로(56)의 유량이 감소되게 급탕 밸브(68)의 개도를 낮추고, 급탕조(58)의 온도가 낮으면 급탕 순환유로(56)의 유량이 증가되게 급탕 밸브(68)의 개도를 높인다.

제어부(100)는 도 4에 도시된 급탕 운전시 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전시, 급탕조(58)의 온도가 높으면, 급탕 순환유로(56)의 유량이 증대되게 급탕 밸브(68)의 개도를 높이고, 급탕조(58)의 온도가 낮으면 급탕 순환유로(56)의 유량이 감소되게 급탕 밸브(68)의 개도를 낮춘다.

도 9는 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 일실시예의 급탕 밸브 제어에 따른 유량의 변화를 도시한 그래프이다.

제어부(100)는 현재 급탕 유량이 목표 급탕 유량에 도달될 때까지 급탕 밸브(68)의 개도를 다단계(X)(Y)(Z)로 가변되는데, 현재 급탕 유량이 목표 급탕 유량 보다 클 경우, 급탕 밸브(68)의 개도가 단계적으로 감소되게 조절되고, 현재 급탕 유량이 목표 급탕 유량 보다 작을 경우, 급탕 밸브(68)의 개도가 단계적으로 증가되게 조절된다.

제어부(100)는 개도의 증가나 감소시, 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차가 크면, 급탕 밸브(68)의 개도를 크게 변화시키고, 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차가 작으면, 급탕 밸브(68)의 개도를 작게 변화시킨다.

급탕 밸브(68)는 개도 증가의 경우, 증가되는 새로운 개도(A)가 하기의 식 1과 같이 정의 될 수 있다.

[식 1]

A = B + C

여기서, B는 개도 변경되기 이전의 개도이고, C는 개도 보정값이다.

개도 보정값(C)은 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차에 따라 상이하게 결정되고, 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차가 클수록 그 크기가 크게 결정되며, 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차가 작을수록 그 크기가 작게 결정된다.

개도 보정값(C)은 하기의 식 2와 같이 정의될 수 있다.

[식 2]

C = D x E

여기서, D는 급탕 밸브(68)의 특정 개도로서, 최소 개도로 설정될 수 있다.

그리고, E는 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차에 따른 상이하게 결정되되는 보정계수이다.

예를 들어, 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차가 0 lpm 초과 5 lpm 미만일 경우, E는 작은 값(예를 들면, 0)으로 결정될 수 있고, 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차가 10 lpm 이상일 경우, E는 큰 값(예를 들면 10)으로 결정될 수 있으며, 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차가 5 lpm 이상 10 lpm 미만일 경우, E는 큰 값과 작은 값 사이의 중간 값(예를 들면 5)로 결정될 수 있다.

즉, 급탕 밸브(68)는 개도의 증가시, 개도가 큰 폭으로 증가(X)했다가 이후 상대적으로 작게 증가(Y)되고, 현재 급탕 유량이 목표 급탕 유량의 차가 오차범위에 도달되기 전에 가장 작게 증가(Z)된다.

여기서, 오차범위는 목표 급탕 유량의 오차범위로서, 목표 급탕유량보다 1 lpm 작은 유량에서부터 목표 급탕 유량 보다 1 lpm 큰 유량으로 설정될 수 있다.

한편, 급탕 밸브(68)는 개도 감소의 경우, 새로운 개도(A)가 식 3과 같이 정의 될 수 있다.

[식 3]

A = B - C

여기서, B는 개도 변경되기 이전의 개도이고, C는 개도 보정값이다. 개도 보정값(C)은 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차에 따라 상이하게 결정되고, 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차가 클수록 그 크기가 크게 결정되며, 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차가 작을수록 그 크기가 작게 결정된다.

개도 보정값(C)은 식 2와 같이 정의될 수 있고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

급탕 밸브(68)는 개도의 감소시, 개도가 큰 폭으로 감소(X)했다가 이후 상대적으로 작게 감소(Y)되고, 현재 급탕 유량이 목표 급탕 유량의 차가 오차범위에 도달되기 전에 가장 작게 감소(Z)된다.

제어부(100)는 도 9에 도시된 바와 같이, 현재 급탕 유량이 목표 급탕 유량의 오차범위에 도달되면, 급탕 밸브(68)의 개도가 설정 개도만큼 증가/감소되고, 현재 급탕 유량은 목표 급탕 유량의 오차범위 내를 조절된다.

도 10은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 다른 실시예의 구성도이다.

본 실시예에 따른 히트펌프식 급탕장치는 급탕 유량 조절부(60′)가 급탕 순환유로(56)에 설치된 급탕 펌프(110)와, 급탕 순환유로(56)의 일부를 구성하고 직경이 서로 상이하며 병렬로 연결된 복수개의 배관(112)(114)과, 복수개의 배관(112)(114) 각각에 설치된 온/오프 밸브(116)(118)를 포함하고, 급탕 유량 조절부(60′) 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 일실시예와 동일하거나 유사하므로 그에 대한 설명은 생략한다.

복수개의 배관(112)(114)은 직경이 작은 제 1 배관(112)과, 직경이 제 1 배관(112) 보다 큰 제 2 배관(114)을 포함하고, 온/오프 밸브(116)(118)은 제 1 배관(112)에 설치된 제 1 온/오프 밸브(116)와, 제 2 배관(114)에 설치된 제 2 온/오프 밸브(118)를 포함할 수 있다.

제 1 온/오프 밸브(116)가 밀폐되고, 제 2 온/오프 밸브(118)가 밀폐될 경우, 급탕 순환유로(56)에는 물이 순환되지 않는다.

제 1 온/오프 밸브(116)가 개방되고, 제 2 온/오프 밸브(118)가 밀폐될 경우, 급탕 순환유로(56)에는 제 1 급탕 유량이 순환된다.

제 1 온/오프 밸브(116)가 밀폐되고, 제 2 온/오프 밸브(118)가 개방될 경우, 급탕 순환유로(56)에는 제 1 급탕 유량 보다 많은 제 2 급탕 유량이 순환된다.

제 1 온/오프 밸브(116)가 개방되고, 제 2 온/오프 밸브(118)가 개방될 경우, 급탕 순환유로(56)에는 제 2 급탕 유량 보다 많은 제 3 급탕 유량이 순환된다.

즉, 급탕 유량 조절부(60′)는 급탕 순환유로(56)를 순환하는 물의 급탕 유량을 다단으로 조절할 수 있게 된다.

도 11은 본 발명에 따른 히트펌프식 급탕장치 또 다른 실시예의 구성도이다.

본 실시예에 따른 히트펌프식 급탕장치는 급탕 유량 조절부(60″)가 급탕 순환유로(56)에 설치되고 다단 펌핑이 가능한 다단 급탕 펌프를 포함하고, 급탕 유량 조절부(60″) 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명 일실시예와 동일하거나 유사하므로 그에 대한 설명은 생략한다.

다단 급탕 펌프는 하나의 축에 복수개의 임페러를 부착하여 순차적으로 압력을 증가시키는 펌프로서, 임펠러의 작동 개수 또는 단수를 조정할 경우 급탕 유량의 조절이 가능하게 된다.

한편, 본 발명은 상기의 실시예들에 한정되지 않고, 급탕 회로(4)에 급탕 유량 조절부(60)(60′)(60″)가 설치되지 않고, 난방 회로(6)에 난방 순환유로(82)를 통과하는 물의 난방 유량을 조절하는 난방 유량 조절부(미도시)가 급탕 유량 조절부(60)(60′)(60″)와 같은 구성으로 설치되어 난방 순환유로(82)의 난방 유량을 조절하는 것이 가능하다.

또한, 급탕 회로(4)에 급탕 유량 조절부(60)(60′)(60″)가 설치되고, 난방 회로(6)에 난방 유량 조절부가 설치되어, 급탕 유량과 난방 유량이 함께 조절되는 것도 가능함은 물론이다.

2: 냉동 사이클 회로 4: 급탕 회로
6: 난방 회로 12: 압축기
14: 실외 열교환기 16: 실외 팽창기구
17: 실내 팽창기구 18: 실내 열교환기
40: 냉/난방 절환밸브 50: 급탕 열교환기
56: 난방 순환유로 58: 급탕조
60,60′,60″:급탕 유량 조절부 66: 급탕 펌프
68: 급탕 밸브 80: 바닥 난방 배관
82: 난방 순환유로 84: 바닥 난방 펌프
100: 제어부

Claims

압축기와 실외 열교환기와 팽창기구와 실내 열교환기를 갖고 공조운전을 할 수 있는 냉동 사이클 회로와;
상기 압축기에서 압축된 냉매가 통과할 수 있게 배치된 급탕 열교환기와;
상기 급탕 열교환기를 통과한 냉매가 통과할 수 있게 배치된 난방 열교환기와;
상기 급탕 열교환기와 급탕 순환유로로 연결된 급탕조와;
상기 급탕 순환유로에 유량 조절이 가능하게 설치된 급탕 유량 조절부와;
상기 급탕 순환유로의 현재 급탕 유량과 목표 급탕 유량에 따라 상기 급탕 유량 조절부를 조절하는 제어부를 포함하는 히트펌프식 급탕장치.
제 1 항에 있어서,
상기 급탕 유량 조절부는 상기 급탕 순환유로에 설치된 급탕 펌프와;
상기 급탕 순환유로의 일부를 구성하고 직경이 서로 상이하며 병렬로 연결된 복수개의 배관과;
상기 복수개의 배관 각각에 설치된 온/오프 밸브를 포함하는 히트펌프식 급탕장치.
제 1 항에 있어서,
상기 급탕 유량 조절부는 상기 급탕 순환유로에 설치되고 다단 펌핑이 가능한 다단 급탕 펌프를 포함하는 히트펌프식 급탕장치.
제 1 항에 있어서,
상기 급탕 유량 조절부는 상기 급탕 순환유로에 설치된 급탕 펌프와,
상기 급탕 순환유로에 설치되고 개도가 가변되는 급탕 밸브를 포함하는 히트펌프식 급탕장치.
제 4 항에 있어서,
상기 급탕 펌프는 정속 펌프인 히트펌프식 급탕장치.
제 1 항에 있어서,
상기 급탕 순환유로에는 유량을 감지하는 유량계가 설치되고,
상기 제어부는 상기 유량계에서 감지된 현재 급탕 유량과, 상기 목표 급탕 유량에 따라 상기 급탕 밸브를 조절하는 히트펌프식 급탕장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부는 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차에 따라 개도 보정값아 상이하게 상기 급탕 밸브를 조절하는 히트펌프식 급탕장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제어부는 현재 급탕 유량과 급탕 목표 유량의 차가 클수록 보정값의 크기가 크게 상기 급탕 밸브를 조절하는 히트펌프식 급탕장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부는 급탕운전시, 상기 급탕조의 온도가 높으면, 상기 급탕 순환유로의 유량이 감소되게 상기 급탕 밸브의 개도를 낮추고, 상기 급탕조의 온도가 낮으면 상기 급탕 순환유로의 유량이 증가되게 상기 급탕 밸브의 개도를 높이는 히트펌프식 급탕장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부는 급탕운전과 바닥난방운전의 동시운전시, 상기 급탕조의 온도가 높으면, 상기 급탕 순환유로의 유량이 증대되게 상기 급탕 밸브의 개도를 높이고, 상기 급탕조의 온도가 낮으면 상기 급탕 순환유로의 유량이 감소되게 상기 급탕 밸브의 개도를 낮추는 히트펌프식 급탕장치.
제 1 항에 있어서,
상기 냉동 사이클 회로는 냉방 운전과 난방 운전을 절환하는 냉/난방 절환밸브를 더 포함하는 히트펌프식 급탕장치.
제 11 항에 있어서,
상기 급탕 열교환기는 상기 압축기에서 압축된 냉매가 상기 급탕 열교환기를 통과한 후 상기 냉/난방 절환밸브로 유동될 수 있게 연결된 히트펌프식 급탕장치.
제 12 항에 있어서,
상기 난방 열교환기는 상기 급탕 열교환기를 통과한 냉매가 상기 난방 열교환기를 통과하거나 바이패스할 수 있게 연결된 히트펌프식 급탕장치.
제 13 항에 있어서,
상기 급탕 열교환기를 통과한 냉매가 상기 난방 열교환기를 통과하거나 바이패스하게 상기 급탕 열교환기를 통과한 냉매의 유동 방향으로 조절하는 난방 열교환기 냉매 조절부를 더 포함하는 히트펌프식 급탕장치.