KR20170041129A

KR20170041129A - 히트펌프식 열원 장치

Info

Publication number: KR20170041129A
Application number: KR1020160118199A
Authority: KR
Inventors: 케이이치 키무라; 미츠오 모리타
Original assignee: 키무라코우키 가부시키가이샤
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2017-04-14
Also published as: CN107014009A; JP6151409B2; JP2017072356A; CN107014009B; CN206563379U; KR102018749B1

Abstract

이니셜 코스트와 러닝 코스트를 줄일 수 있는 히트펌프식 열원 장치를 제공한다. 히트펌프식 열원 장치는 실내에 배치된 공조기(1)에 공급되는 열교환용 물의 온도를 조절하는 히트펌프(2)를 구비한다. 히트펌프(2)가 실외에 설치된 복수의 실외측 유닛(4)과, 실내에 설치된 하나의 실내측 유닛(5)을 구비한다. 실내측 유닛(5)이 냉매와 열교환용 물을 열교환하는 실내측 열교환기(6)와, 송수펌프(7)를 구비한다. 실외측 유닛(4)이 실외 공기와 냉매를 열교환하는 실외측 열교환기(8)와, 압축기(9)를 구비한다. 히트펌프식 열원 장치는 또한 실외측 열교환기(8)와 압축기(9)와 실내측 열교환기(6)에 냉매가 순환하도록 설치된 냉매배관(10)과, 실내측 열교환기(6)와 송수펌프(7)와 공조기(1)에 열교환용 물이 순환하도록 설치된 물 배관(11)을 구비한다.

Description

히트펌프식 열원 장치{HEAT PUMP TYPE HEAT SOURCE DEVICE}

본 발명은 히트펌프식 열원 장치에 관한 것이다.

공기조화시스템은 열교환용 물의 열에너지에 의해 공기를 냉각하거나 가열하여 공조하는 공조기와, 공조기에서 사용하여 설정 수온에서 벗어난 열교환용 물의 온도를 조절하는 히트펌프식 열원 장치를 구비하고 있다. 공조기는 실내에 설치되고, 히트펌프식 열원 장치는 실외에 설치된다. 히트펌프식 열원 장치는 실외 공기와 냉매를 열교환하는 공기-냉매 열교환기와, 냉매와 열교환용 물을 열교환하는 냉매-물 열교환기와, 냉매를 압축하여 공기-냉매 열교환기 및 냉매-물 열교환기에 순환시키는 압축기를 구비하고, 이것들을 케이스 내에 일체로 설치하고 있다. 열교환용 물은 물 배관과 송수펌프에 의해 히트 펌프식 열원 장치와 공조기를 순환한다.

일본특허출원공개 2007-205605호

고층 건축물이나 대형 건축물에서는 긴 물 배관이 필요하기 때문에 이니셜 코스트가 높아지고 송수펌프도 대능력이 필요하기 때문에 러닝 코스트가 높아지는 문제가 있었다.

또한, 히트펌프식 열원 장치의 압축기는 고장예방 등을 위해 소정 출력 이상이 아니면 운전할 수 없는 구조로 되어 있다. 이 소정 출력인 최소한계출력은 대능력의 압축기가 될수록 커진다. 따라서 중간기 등과 같이 공조부하가 작은 경우 압축기가 능력 과다가 되어 쓸데없이 에너지를 소비한다. 게다가 연간에 걸쳐 생각하면 공조부하가 최대가 아닌 시간이 대부분이기 때문에 열원 장치가 낭비하는 에너지 소비량이 매우 많아지는 문제가 있었다.

또한, 히트 펌프식 열원 장치의 공기-냉매 열교환기는 실외 공기가 유입되는 공기 입구가 있지만 이 공기 입구는 실외에서 노출된 상태 그대로이기 때문에 공기-냉매 열교환기에 대해 겨울철에는 결상되기 쉽고, 비바람의 직접 들이침이나 여름철의 직사 일광에 의해 열교환 능력이 감소하는 문제가 있었다.

본 발명의 제1 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는, 상기 과제를 해결하기 위해, 실외에 설치된 복수의 실외측 유닛과, 실내 또는 상기 실내 부근에 설치된 하나의 실내측 유닛을 갖고 있으며, 상기 실내측 유닛이 냉매와 열교환용 물을 열교환하는 실내측 열교환기와, 상기 열교환용 물을 상기 실내측 열교환기 및 상기 실내에 설치된 공조기에 이송하는 송수펌프를 갖고, 상기 실외측 유닛이 실외 공기와 상기 냉매를 열교환하는 실외측 열교환기와, 상기 냉매를 압축하여 상기 실외측 열교환기 및 상기 실내측 열교환기에 이송하는 압축기를 갖는, 상기 공조기에 공급되는 열교환용 물의 온도를 조절하는 히트펌프와, 상기 복수의 실외측 유닛의 실외측 열교환기 및 압축기와 상기 하나의 실내측 유닛의 실내측 열교환기에 상기 냉매가 순환하도록 설치된 냉매배관과, 상기 하나의 실내측 유닛의 실내측 열교환기 및 상기 송수펌프와 상기 공조기에 상기 열교환용 물이 순환하도록 설치된 물 배관을 구비하고 있는 것을 가장 주요한 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 실내측, 즉 실내측 유닛과 공조기 사이에만 물 배관을 설치하면 좋으므로 배관이 짧아도 되어 이니셜 코스트가 저렴해진다. 배관이 짧아지는 만큼 송수펌프의 능력이 작아져 러닝 코스트가 저렴해진다. 또한, 각 실외측 유닛이 압축기를 구비하는 구성이다. 따라서 한대의 압축기로 냉매를 한대의 실내측 유닛의 실내측 열교환기 각각에 이송하는 구성에 비해 한대 분의 압축기 능력을 복수의 압축기에 분담하여 부담하는 구성으로 할 수 있다. 그러므로 각 압축기의 최소한계출력이 작아도 된다. 따라서 공조부하가 작은 경우 압축기가 능력 과다해지지 않고 쓸데없는 에너지 소비가 없어져 에너지 절약성을 향상시킬 수 있다. 또한, 복수의 실외측 열교환기에서 하나의 실내측 열교환기를 공용하고 있으므로 부품수가 줄어들어 코스트가 저렴해진다. 따라서 본 발명의 제1 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는 이니셜 코스트 및 러닝 코스트를 줄일 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 제2 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는, 상기한 제1 예에 따른 구성에 있어서, 공조부하의 증감에 따라 복수의 실외측 유닛의 압축기의 시동과 정지를 전환하고 또한 출력을 증감 조절하는 제어 장치를 구비하며, 상기 제어 장치가, 상기 복수의 실외측 유닛의 상기 압축기를 순차적으로 시동시켜 출력을 증가 조절하는 경우, 시동이 앞선 상기 압축기의 출력을, 시동이 늦은 상기 압축기의 시동시에, 그 시동이 늦은 압축기의 시동시의 출력분만큼 낮추도록 제어하는 동시에, 상기 복수의 실외측 유닛의 상기 압축기를 순차적으로 정지시켜 출력을 감소 조절하는 경우, 정지가 늦은 상기 압축기의 출력을, 정지가 앞선 상기 압축기의 정지시에, 그 정지가 앞선 압축기의 정지시 직전의 출력분만큼 높이도록 제어하는 구성이어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 복수의 압축기의 출력 증감을 상쇄시켜 오버슈트와 언더슈트를 제거함으로써 열교환용 물의 온도 조절 과부족이 없어진다. 따라서 공조기에 온도 불균일이 없는 열교환용 물을 공급할 수 있어 쾌적 공조를 할 수 있다.

본 발명의 제3 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는 상기한 제1 예에 따른 구성에 있어서, 상기 실외측 유닛의 상기 압축기마다 최소한계출력을 다르게 하도록 구성되어 있어도 좋다.

또한, 본 발명의 제4 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는, 상기한 제2 예에 따른 구성에 있어서, 상기 실외측 유닛의 상기 압축기마다 최소한계출력을 다르게 하도록 구성되어 있어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 압축기마다 최소한계출력을 다르게 하도록 하고 있으므로(예를 들면 최소한계출력값 6과 4) 각 최소한계출력이 같은 구성의 경우(예를 들면 최소한계출력값 5와 5)에 비해 더 작은 최소한계출력의 제어(예를 들면 최소한계출력값 5보다 작은 4)가 가능해져 공조부하의 더욱더 넓은 변동폭에 대응하여 쾌적성과 에너지 절약성을 확실하게 보장할 수 있다.

본 발명의 제5 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는, 상기한 제2 예 내지 제4 예 중 한 예에 따른 구성에 있어서, 상기 제어 장치가 상기 복수의 실외측 유닛의 압축기의 시동 또는 정지 순서를 다르게 한 복수의 운전패턴으로 상기 복수의 실외측 유닛의 압축기를 시동 또는 정지시키도록 제어하는 구성이어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 복수의 압축기의 시동/정지 치우침을 줄여서 일부의 압축기만을 지나치게 사용하지 않도록 하여 공조기의 라이프 사이클 코스트(Life cycle cost)를 줄일 수 있다. 예를 들면, 제어 소프트웨어에 의해 운전패턴을 전환하기만 해도 좋으므로 용이하게 실시할 수 있으며 타이머 등 쓸데없는 기기가 불필요하고 코스트다운으로 이어진다.

본 발명의 제6 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는 상기한 제2 예 내지 제 4 예 중 한 예에 있어서, 상기 제어 장치가 상기 복수의 실외측 유닛의 압축기 각각의 합계시동회수 또는 합계작동시간의 크기를 비교하여 합계시동회수 또는 합계작동시간이 적은 상기 실외측 유닛의 압축기를 우선적으로 시동시키는 동시에 합계시동회수 또는 합계작동시간이 많은 상기 실외측 유닛의 압축기를 우선적으로 정지시키도록 제어하는 구성이어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 복수의 압축기의 합계시동회수 또는 합계작동시간 치우침을 제거하여 모든 압축기의 사용빈도 또는 사용시간을 균일화할 수 있으며 공조기의 라이프 사이클 코스트의 대폭적인 절감으로 이어진다.

본 발명의 제7 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는 상기한 제5 예에 따른 구성에 있어서, 상기 제어 장치가 상기 실외측 유닛의 실외측 열교환기의 디프로스트(defrost)가 필요할 때에는 상기 복수의 실외측 유닛의 압축기를 순차적으로 시동 또는 정지시키지 않도록 제어하는 구성이어도 좋다.

또한, 본 발명의 제8 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는 상기한 제6 예에 따른 구성에 있어서, 상기 제어 장치가 상기 실외측 유닛의 실외측 열교환기의 디프로스트가 필요할 때에는 상기 복수의 실외측 유닛의 압축기를 순차적으로 시동 또는 정지시키지 않도록 제어하는 구성이어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 상기 실외측 유닛의 실외측 열교환기의 디프로스트 때에는 복수의 압축기가 모두 동시에 정지되는 경우가 없으므로 난방운전이 중단되지 않고 불쾌하게 되지 않는다. 또한, 개별로 히터 등 쓸데없는 장치를 설치할 필요도 없어진다.

본 발명의 제9 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는 상기한 제1 예에 따른 구성에 있어서, 상기 실외측 열교환기는 면형의 공기 입구를 갖는 동시에 상기 히트펌프의 냉매와 상기 공기 입구에서 유입되는 실외 공기를 열교환하고 있으며, 상기 실외측 유닛은, 상기 공기 입구가 차단되도록 또한 상기 실외 공기를 상기 공기 입구로 유입시키도록 설치된 정류 부재를 더 구비하고, 상기 정류 부재가 상기 공기 입구에 대해 거리를 두고 대향하도록 설치된 플레이트를 구비하는 구성이어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 정류 부재의 플레이트에 의해 실외측 열교환기의 공기 입구가 실외에서 노출된 상태 그대로가 되지 않기 때문에 겨울철의 실외측 열교환기에 대한 결상을 억제하고 비바람의 직접 들이침이나 여름철의 직사일광에 의한 열교환능력 감소를 방지할 수 있다.

본 발명의 제10 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는 상기한 제1 예에 따른 구성에 있어서, 상기 실외측 열교환기는 면형의 공기 입구를 갖는 동시에 상기 히트펌프의 냉매와 상기 공기 입구에서 유입되는 실외 공기를 열교환하고 있으며, 상기 실외측 유닛은, 상기 공기 입구가 차단되도록 또한 상기 실외 공기를 분류시켜 상기 공기 입구의 전역으로 유입시키도록 설치된 정류 부재를 더 구비하고, 상기 정류 부재가 상기 공기 입구에 대해 거리를 두고 대향하고 또한 상기 공기 입구를 따라 인접하도록 설치된 복수의 플레이트를 구비하고, 상기 공기 입구와 상기 플레이트 사이에 형성된 간격부와, 서로 인접한 상기 플레이트 사이에 형성된 간격부를 통해서 상기 실외 공기가 상기 공기 입구로 유입되도록 상기 플레이트가 배치된 구성이어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 정류 부재의 플레이트에 의해 실외측 열교환기의 공기 입구를 차단하면서 실외 공기를 공기 입구의 전역으로 유입시키므로 실외측 열교환기에 대한 결상 억제와 열교환능력의 감소 방지효과가 유지되면서 열교환 불균일이 없어져 열교환효율이 향상된다. 게다가 플레이트를 설치할 뿐인 단순 구조이므로 제조 코스트가 저렴해진다.

본 발명의 제11 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는 상기한 제10 예에 따른 구성에 있어서, 상기 정류 부재를 구성하는 복수의 플레이트 중 한쪽 플레이트와 상기 실외측 열교환기의 공기 입구 사이에 형성된 간격부에, 다른 쪽 플레이트의, 그 한쪽 플레이트 측 단부가 상기 한쪽 플레이트 및 상기 공기 입구 각각에 대해 서로 거리를 두고 배치된 구성이어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 한쪽 플레이트의 단부와 공기 입구의 간격부를 통과한 실외 공기와, 한쪽 플레이트의 단부와 다른 쪽 플레이트의 단부의 간격부를 통과한 실외 공기가 합류하여 난류를 일으키면서 실외측 열교환기의 공기 입구로 유입되므로 실외측 열교환기를 바이패스하는 실외 공기가 감소하여 열교환 효율이 높아진다.

본 발명의 제12 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는 상기한 제10 예에 따른 구성에 있어서, 상기 실외 공기를 상기 실외측 열교환기의 상기 공기 입구로 유입시키는 팬을 구비하며, 상기 정류 부재가 제1 플레이트와 제2 플레이트로 구성되고, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트에서는 상기 제1 플레이트보다 상기 제2 플레이트가 상기 팬에서 멀리 떨어진 위치가 되도록 배치되고, 또한 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 면적비율이 상기 제1 플레이트: 상기 제2 플레이트 = 6:4 ~ 7:3이 되도록 구성되고, 상기 제2 플레이트가 상기 공기 입구와 상기 제2 플레이트 사이에 형성된 간격이 상기 팬에서 멀어짐에 따라 넓어지도록 배치된 구성이어도 좋다.

또한, 본 발명의 제13 예에 따른 히트펌프식 열원 장치는 상기한 제11 예에 따른 구성에 있어서, 상기 실외 공기를 상기 실외측 열교환기의 상기 공기 입구로 유입시키는 팬을 구비하며, 상기 정류 부재가 제1 플레이트와 제2 플레이트로 구성되고, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트에서는 상기 제1 플레이트보다 상기 제2 플레이트가 상기 팬에서 멀리 떨어진 위치가 되도록 배치되고, 또한 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 면적비율이 상기 제1 플레이트: 상기 제2 플레이트 = 6:4 ~ 7:3이 되도록 구성되고, 상기 제2 플레이트가 상기 공기 입구와 상기 제2 플레이트 사이에 형성된 간격이 상기 팬에서 멀어짐에 따라 넓어지도록 배치된 구성이어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 제1 플레이트와 제2 플레이트의 면적비율이 6:4 ~ 7:3이기 때문에 팬에서 멀리 떨어진 곳에서도 공기 입구의 중앙부로 실외 공기가 유입되기 쉽다. 또한, 플레이트와 실외측 열교환기의 공기 입구의 간격이 팬에서 멀어짐에 따라 넓어지므로 공기 입구의 중앙부에 실외 공기가 유입되기 쉽다. 이러한 상승효과로 실외측 열교환기의 공기 입구 전역의 풍량 분포가 균등화되어 열교환 효율 및 능력이 확실하게 향상된다.

본 발명은 이상으로 설명한 바와 같이 구성되어 이니셜 코스트 및 러닝 코스트를 줄일 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 빌딩 공조에 본 발명을 사용한 예를 나타내는 개략 설명도이다.
도 2는 본 발명의 전체 구성을 나타내는 개략 설명도이다.
도 3은 실외측 열교환기의 개략 설명도이다.
도 4는 실내측 열교환기의 단면도이다.
도 5는 공조용 열교환기의 개략 설명도이다.
도 6a는 압축기의 제어 예를 나타내는 설명도이다.
도 6b는 압축기의 제어 예를 나타내는 설명도이다.
도 7은 실외측 유닛의 종단면도이다.
도 8은 도 7의 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 9는 정류 부재의 구성을 변경한 실시예의 종단면도이다.
도 10은 도 9의 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 9의 정류 부재와 실외측 열교환기의 요부 종단면도이다.
도 12는 정류 부재의 구성을 변경한 다른 실시예의 사시도이다.
도 13은 정류 부재의 구성을 변경한 다른 실시예의 사시도이다.

도 1과 도 2는 본 발명의 히트펌프식 열원 장치의 일 실시예를 나타내고 있다. 이 히트펌프식 열원 장치는 실내에 설치된 공조기(1)에 공급되는 열교환용 물의 온도를 조절하는 히트펌프(2)와, 냉매공급관 및 냉매복귀관을 갖는 냉매배관(10)과, 물공급관 및 물복귀관을 갖는 물 배관(11), 제어 장치(3)를 구비하고 있다. 히트펌프(2)는 실외에 설치된 복수의 실외측 유닛(4)과, 실내 또는 실내 부근에 설치된 하나의 실내측 유닛(5)을 구비하고 있다. 도 1은 하나의 실내측 유닛(5)과 두 개의 실외측 유닛(4)을 세트로 하며, 3층 빌딩의 각 층마다 실내측 유닛(5)을 설치하고 옥상에 실외측 유닛(4)을 설치한 예를 나타내고 있다. 실내측 유닛(5)은 실내의 기계실이나 베란다나 발코니 등 실내 부근에 설치된다.

실내측 유닛(5)은 히트펌프(2)의 냉매와 열교환용 물을 열교환하는 실내측 열교환기(6)와, 열교환용 물을 실내측 열교환기(6) 및 공조기(1)에 이송하는 송수펌프(7)를 구비하고 있다. 실외측 유닛(4)은 실외 공기와 히트펌프(2)의 냉매를 열교환하는 실외측 열교환기(8)와, 냉매를 압축하여 실외측 열교환기(8) 및 실내측 열교환기(6)에 이송하는 압축기(9)와, 팬(16)을 구비하고 있다. 공조기(1)는 공조용 공기와 열교환용 물을 열교환하는 공조용 열교환기(18)와, 팬(21)을 구비하고 있다.

냉매배관(10)은 복수의 실외측 유닛(4)의 실외측 열교환기(8) 및 압축기(9)와 하나의 실내측 열교환기(6)에 냉매가 순환하도록 설치된다. 물 배관(11)은 하나의 실내측 유닛(5)의 실내측 열교환기(6) 및 송수펌프(7)와 공조기(1)의 공조용 열교환기(18)에 열교환용 물이 순환하도록 설치된다. 냉매배관(10)과 물 배관(11)과 실내측 열교환기(6)는 하나의 실내측 유닛(5)의 실내측 열교환기(6)의 내부에서 열교환용 물과 복수의 실내측 유닛(4)의 냉매가 서로 열교환하도록 구성된다.

히트펌프(2)는 순환냉매에 대해 압축/응축/팽창/증발의 공정 순서를 반복하고, 이 순환냉매와 열교환하는 공기나 물 등에 대해 냉매증발공정에서 흡열을 냉매응축공정에서 방열을 각각 하는 것이다. 히트펌프(2)는 순환냉매의 증발공정 및 응축공정인 서로 다른 공정을 담당하는 실외측 열교환기(8) 및 실내측 열교환기(6)와, 압축기(9)와, 순환냉매를 팽창시키는 팽창밸브 등의 감압기구(12)와, 실외측 열교환기(8) 및 실내측 열교환기(6)의 증발공정과 응축공정을 전환하기 위해 예를 들어 밸브 등으로 구성되는 전환 기구(13)를 적어도 구비하며, 이들 각부를 냉매가 순환하도록 배관 연결하여 구성된다.

도 2와 도 3에 나타낸 바와 같이, 실외측 열교환기(8)는 일반적인 플레이트 핀 코일처럼 전열판(14)에 전열관(15)을 삽입 고정하여 구성된다. 압축기(9)에서 전열관(15)의 내부로 냉매를 흐르게 하고, 팬(16)으로 전열관(15) 및 전열판(14)에 실외 공기를 접촉시킴으로써 전열관(15) 및 전열판(14)을 통해 실외 공기와 냉매를 열교환한다.

도 2와 도 4에 나타낸 바와 같이, 실내측 열교환기(6)는 일반적인 플레이트식 열교환기처럼 내부를 복수의 전열판(17)으로 구획하여 구성된다. 요컨대 압축기(9)와 송수펌프(7)에서 송출된, 열교환용 물과 냉매의 흐름이 교호하도록 전열판(17)을 배치하여 유로를 형성하고, 이 전열판(17)을 통해 열교환용 물과 냉매 사이에서 열교환한다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 예에서는 실내측 열교환기(6)는 열교환용 물이 흐르는 유로를 냉매가 흐르는 유로에 의해 끼워 넣도록 구성되어 있다.

도 2와 도 5에 나타낸 바와 같이, 공조용 열교환기(18)는 일반적인 플레이트 핀 코일처럼 전열판(19)에 전열관(20)을 삽입 고정하여 구성된다. 송수펌프(17)에서 전열관(20)의 내부로 열교환용 물을 흐르게 하고, 팬(21)으로 전열관(20) 및 전열판(19)에 공조용 공기를 접촉시킴으로써 전열관(20) 및 전열판(19)을 통해 공조용 공기와 열교환용 물을 열교환한다. 공조기(1)에 받아들인 공조용 공기는 공조용 열교환기(18)에서 냉풍 또는 온풍이 되어 피공조 공간으로 급기된다.

제어 장치(3)는 공조부하의 증감에 따라 복수의 실외측 유닛(4)의 압축기(9)의 시동과 정지를 전환하고 또한 출력을 증감 조절한다. 또한, 본 명세서에서는 복수의 압축기(9) 중 앞서 시동하거나 정지하는 압축기(9)를 압축기(9a)라고 칭하고, 시동 또는 정지가 압축기(9a)보다 늦은 압축기(9)를 압축기(9b)라고 칭하며 양자를 구별한다. 도 6a에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(3)는 복수의 실외측 유닛(4)의 압축기(9)를 순차적으로 시동시켜 출력을 증가 조절하는 경우, 시동이 앞선 압축기(9a)의 출력을, 시동이 늦은 압축기(9b)의 시동시에, 그 압축기(9b)의 시동시의 출력분만큼 낮추도록 제어한다.

또한, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(3)는 복수의 실외측 유닛(4)의 압축기(9)를 순차적으로 정지시켜 출력을 감소 조절하는 경우, 정지가 늦은 압축기(9b)의 압축기(9b)의 출력을, 정지가 앞선 압축기(9a)의 정지시에, 그 압축기(9a)의 정지직전시의 출력분만큼 높이도록 제어한다. 또한, 제어 장치(3)는 마이크로프로세서나 각종 센서 등으로 구성하여도 좋다. 압축기(9)는 고장예방 등을 위해 소정 출력 이상이 아니면 시동할 수 없는 구조로 되어 있다. 이 소정 출력인 최소한계출력은 실외측 유닛(4)의 압축기(9)마다 다르게 하거나 같게 설정하거나 할 수 있다. 예를 들면, 압축기(9)마다 최소한계출력을 다르게 한 구성의 경우(예를 들어 제1 압축기의 최소한계출력값을 6으로 하고 제2 압축기의 최소한계출력값을 4로 했을 경우), 각 압축기(9)의 최소한계출력이 같을 경우(예를 들어 제1 압축기 및 제2 압축기의 최소한계출력값을 다같이 5로 했을 경우)에 비해 더 작은 최소한계출력으로 제어하는 것이 가능해진다. 요컨대 전자의 경우는 최소한계출력값 5보다 작은 최소한계출력값 4에 의한 출력 제어가 가능해진다. 따라서 공조부하의 더욱더 넓은 변동폭에 대응하여 쾌적성과 에너지 절약성을 확실하게 보장할 수 있다.

제어 장치(3)는 복수의 실외측 유닛(4)의 압축기(9)의 시동 또는 정지의 순서를 다르게 한 복수의 운전 패턴에 의해 복수의 실외측 유닛(4)의 압축기(9)를 시동시키거나 정지시키도록 제어하는 구성이어도 좋다. 이와 같이 구성했을 경우, 복수의 압축기(9)의 시동/정지의 치우침을 줄이고 일부의 압축기만을 지나치게 사용하지 않도록 하여 공조기(1)의 라이프 사이클 코스트(Life cycle cost)를 줄일 수 있다. 예를 들면, 운전패턴의 전환은 제어 장치(3)가 운전패턴을 규정한 제어 소프트웨어의 프로그램을 읽어내어 실행함으로써 용이하게 실시할 수 있으며 타이머 등 쓸데없는 기기가 불필요하고 코스트다운으로 이어진다. 또는 제어 장치(3)는 복수의 실외측 유닛(4)의 압축기(9) 각각의 합계시동회수 또는 합계작동시간의 크기를 비교하여 합계시동회수 또는 합계작동시간이 적은 실외측 유닛(4)의 압축기(9)를 우선적으로 시동시키는 동시에 합계시동회수 또는 합계작동시간이 많은 실외측 유닛(4)의 압축기(9)를 우선적으로 정지시키도록 제어하는 구성이어도 좋다. 이와 같이 구성했을 경우, 복수의 압축기(9)의 합계시동회수 또는 합계작동시간의 치우침을 제거하여 모든 압축기(9)의 사용빈도 또는 사용시간을 균일화할 수 있으며 공조기(1)의 라이프 사이클 코스트의 대폭 절감으로 이어진다. 또한, 제어 장치(3)는 실외측 유닛(4)의 실외측 열교환기(8)의 디프로스트가 필요할 때에는 복수의 실외측 유닛(4)의 압축기(9)를 순차적으로 시동 또는 정지시키지 않도록 제어하는 구성이어도 좋다. 이와 같이 구성했을 경우, 예를 들면 실외측 유닛(4)의 실외측 열교환기(9)의 디프로스트시에 있어서 복수의 압축기(9)가 모두 동시에 정지하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 히트펌프식 열원 장치에서는 예를 들어 난방운전이 중단되어 실내에 있는 사람이 불쾌하게 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 난방운전 정지시에 작동시키는 히터 등 쓸데없는 장치를 별도로 설치할 필요도 없다.

도 7과 도 8은 실외측 유닛(4)의 상세한 구조를 나타내고 있다. 실외측 유닛(4)은 케이스(35), 히트펌프(2)의 일부를 구성하는 기기, 팬(16), 및 정류 부재(31)를 구비하여 이루어지는 구성이다. 그리고 케이스(35) 내에는 히트펌프(2)의 일부를 구성하는 기기인 실외측 열교환기(8), 압축기(9), 감압 기구(12) 및 전환 기구(13)가 설치된다. 정류 부재(31)는 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32)가 차단되도록 또한, 실외 공기를 공기 입구(32)로 유입시키도록 설치된다. 정류 부재(31)는 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32)에 대해 거리를 두고 대향하도록 설치된 평판형 플레이트(33)를 구비한다. 따라서 정류 부재(31)의 플레이트(33)에 의해 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32)가 실외에서 노출된 상태 그대로가 되지 않기 때문에 겨울철의 실외측 열교환기(8)에 대한 결상을 억제하여 비바람의 직접 들이침이나 여름철의 직사 일광에 의한 열교환능력 감소를 방지할 수 있다. 또한, 도 7 이후의 각 도면에 있어서, 플레이트(33)와 실외측 열교환기(8)를 지나가는 파선 화살표는 공기가 흐르는 방향을 나타낸다.

도 9 내지 도 11은 도 7의 실시예에 있어서 정류 부재(31)의 구성을 변경시킨 일례를 나타내고 있다. 이 정류 부재(31)는 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32)가 차단되도록 또한 실외 공기를 분류시켜 공기 입구(32)의 외부에서 중앙부에 이르는 전역으로 유입시키도록 설치된다. 정류 부재(31)는 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32)에 대해 거리를 두고 대향하고 또한 공기 입구(32)를 따라, 인접하도록 설치된 복수의 평판형 플레이트(33)를 구비한다. 각 플레이트(33)는 공기 입구(32)와 플레이트(33) 사이에 형성된 간격부와, 서로 인접한 플레이트(33) 사이에 형성된 간격부를 통해서 실외 공기가 공기 입구(32)로 유입되도록 배치된다. 따라서 정류 부재(31)의 플레이트(33)에 의해 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32)를 차단하면서 실외 공기를 공기 입구의 전역으로 유입시킬 수 있다. 그러므로 실외측 열교환기(8)의 결상억제와 열교환능력의 감소방지 효과를 유지할 수 있다. 또한, 열교환 불균일이 없어지기 때문에 실외측 열교환기(8)의 열교환능력을 향상시킬 수 있다. 게다가 정류 부재(31)는 플레이트(33)를 설치할 뿐인 단순 구조이기 때문에 제조 코스트가 저렴하다.

도 9 내지 도 11에 나타낸 바와 같이, 복수의 플레이트(33)(제1 플레이트(33a),제2 플레이트(33b)) 중 제1 플레이트(33a)와 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32) 사이에 형성된 간격부에, 제2 플레이트(33b)의 제1 플레이트(33a) 측 단부가 제1 플레이트(33a) 및 공기 입구(32) 각각에 대해 서로 거리를 두고 배치되어 있다. 그리고 도 11에 나타낸 바와 같이, 이 제1 플레이트(33a)와 공기 입구(32) 사이에 형성된 간격부를 통과한 실외 공기와, 제1 플레이트(33a)와 제2 플레이트(33b) 사이의 간격부 또는 제2 플레이트(33b)와 공기 입구(32) 사이의 간격부를 통과한 실외 공기가 합류하여 난류를 일으키면서 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32)로 유입된다. 따라서 실외측 열교환기(8)를 바이패스(우회)하는 실외 공기가 감소하여 열교환능률이 높아진다.

팬(16)은 실외 공기를 플레이트(33) 측에서 실외측 열교환기(8)로 유입시키도록 실외 공기의 흐름에 있어서 실외측 열교환기(8)의 공기 출구(34)보다 하류 영역이며 공기 출구(34)의 바깥쪽(도 9 또는 도 10의 예에서는 실외측 유닛(4)의 위쪽)에 설치된다. 정류 부재(31)는 상기한 바와 같이, 제1 플레이트(33a)와 제2 플레이트(33b)로 이루어진다. 그리고 이들 제1 플레이트(33a)와 제2 플레이트(33b)에서는 제1 플레이트(33a)보다 제2 플레이트(33b)가 팬(16)에서 멀리 떨어진 위치가 되도록 배치되고 또한 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32)와 대향하는 제1 플레이트(33a)와 제2 플레이트(33b)의 면적비율이 제1 플레이트(33a): 제2 플레이트(33b) = 6:4 내지 7:3이 되도록 구성된다. 또한, 제2 플레이트(33b)는 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32)와 제2 플레이트(33b) 사이에 형성된 간격이 팬(16)에서 멀어짐에 따라 넓어지도록 구성된다. 이와 같이 제1 플레이트(33a)와 제2 플레이트(33b)의 면적비율이 6:4 내지 7:3이 되기 때문에 팬(16)에서 멀리 떨어진 곳에서도 공기 입구(32)의 중앙부로 실외 공기가 유입되기 쉬워진다. 요컨대 제1 플레이트(33a)와 제2 플레이트(33b)의 면적비율을 예를 들어 5:5로 하면 공기 입구(32)에 있어서 팬(16)에 가까운 측의 영역 부분으로 더 많은 용량의 공기가 흘러가버린다. 따라서 공기 입구(32)에서는 장소에 따라 유입되는 공기량에 치우침이 발생한다. 하지만, 제1 플레이트(33a)와 제2 플레이트(33b)의 면적비율을 6:4 ~ 7:3으로 하면 공기 입구(32) 전체에 걸쳐 균등화된 유량으로 공기를 유입시킬 수 있다. 또한, 제2 플레이트(33b)와 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32) 사이에 형성된 간격이 팬(16)에서 멀어짐에 따라 넓어진 구성으로 되어 있기 때문에 공기 입구(32)의 중앙부에 실외 공기가 유입되기 쉬워진다. 이러한 상승효과로 실외측 열교환기(8)의 공기 입구(32)의 풍량 분포가 균등화되어 열교환 효율 및 능력을 확실하게 향상시킬 수 있다.

또한, 도 12와 도 13에 나타낸 바와 같이, 정류 부재(31)를 3개 이상의 플레이트(33)로 구성하거나 플레이트(33)의 길이방향이 배치되는 방향을 변경하고 인접하여 구성하거나 하여도 좋다. 요컨대 복수의 플레이트(33)의 길이방향이 도 12에 나타낸 바와 같이 각각 수평방향이 되는 배치(가로 쪼갬 배치)로 해도 좋다. 또는 복수의 플레이트(33)의 길이방향이 도 13에 나타낸 바와 같이 각각 수직방향이 되는 배치(세로 쪼갬 배치)로 해도 좋다. 그 밖의 구성은 앞서 언급한 실시예와 동일하므로 생략한다.

또한, 본 발명은 앞서 언급한 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 2의 실시예에서는 실외측 유닛(4)이 두 개인 경우를 나타내고 있지만 3개 이상 구비해도 좋다. 또한, 도 7, 도 9, 도 12 및 도 13의 실시예에서는 실외측 열교환기(8)와 정류 부재(31)를 쌍으로 한 것을 두 세트 설치하고 있지만 세트 수의 증감은 자유롭다.

1: 공조기 2: 히트펌프
3: 제어 장치 4: 실외측 유닛
5: 실내측 유닛 6: 실내측 열교환기
7: 송수펌프 8: 실외측 열교환기
9: 압축기 10: 냉매배관
11: 물 배관 31: 정류 부재
32: 공기 입구 33: 플레이트

Claims

실외에 설치된 복수의 실외측 유닛과, 실내 또는 상기 실내 부근에 설치된 하나의 실내측 유닛을 갖고 있으며,
상기 실내측 유닛이, 냉매와 열교환용 물을 열교환하는 실내측 열교환기와, 상기 열교환용 물을 상기 실내측 열교환기 및 상기 실내에 설치된 공조기에 이송하는 송수펌프를 갖고,
상기 실외측 유닛이, 실외 공기와 상기 냉매를 열교환하는 실외측 열교환기와, 상기 냉매를 압축하여 상기 실외측 열교환기 및 상기 실내측 열교환기에 이송하는 압축기를 갖는, 상기 공조기에 공급되는 열교환용 물의 온도를 조절하는 히트펌프와,
상기 복수의 실외측 유닛의 실외측 열교환기 및 압축기와 상기 하나의 실내측 유닛의 실내측 열교환기에 상기 냉매가 순환하도록 설치된 냉매배관과,
상기 하나의 실내측 유닛의 실내측 열교환기 및 상기 송수펌프와 상기 공조기에 상기 열교환용 물이 순환하도록 설치된 물 배관을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 1 항에 있어서,
공조부하의 증감에 따라 복수의 실외측 유닛의 압축기의 시동과 정지를 전환하고, 출력을 증감 조절하는 제어 장치를 구비하며,
상기 제어 장치는,
상기 복수의 실외측 유닛의 상기 압축기를 순차적으로 시동시켜 출력을 증가 조절하는 경우, 시동이 앞선 상기 압축기의 출력을, 시동이 늦은 상기 압축기의 시동시에 상기 시동이 늦은 압축기의 시동시의 출력분만큼 낮추도록 제어하는 동시에,
상기 복수의 실외측 유닛의 상기 압축기를 순차적으로 정지시켜 출력을 감소 조절하는 경우, 정지가 늦은 상기 압축기의 출력을, 정지가 앞선 상기 압축기의 정지시에 상기 정지가 앞선 압축기의 정지시 직전의 출력분만큼 높이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 실외측 유닛의 상기 압축기마다 최소한계출력을 다르게 하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 실외측 유닛의 상기 압축기마다 최소한계출력을 다르게 하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 복수의 실외측 유닛의 압축기의 시동 또는 정지 순서를 다르게 하는 복수의 운전패턴으로 상기 복수의 실외측 유닛의 압축기를 시동 또는 정지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 복수의 실외측 유닛의 압축기 각각의 합계시동회수 또는 합계작동시간의 크기를 비교하여, 합계시동회수 또는 합계작동시간이 적은 상기 실외측 유닛의 압축기를 우선적으로 시동시키는 동시에 합계시동회수 또는 합계작동시간이 많은 상기 실외측 유닛의 압축기를 우선적으로 정지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 실외측 유닛의 실외측 열교환기의 디프로스트가 필요할 때에는 상기 복수의 실외측 유닛의 압축기를 순차적으로 시동 또는 정지시키지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 실외측 유닛의 실외측 열교환기의 디프로스트가 필요할 때에는 상기 복수의 실외측 유닛의 압축기를 순차적으로 시동 또는 정지시키지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 실외측 열교환기는, 면형의 공기 입구를 갖는 동시에 상기 히트펌프의 냉매와 상기 공기 입구로부터 유입되는 실외 공기를 열교환하고 있으며,
상기 실외측 유닛은,
상기 공기 입구가 차단되도록 또한 상기 실외 공기를 상기 공기 입구로 유입시키도록 설치된 정류 부재를 더 구비하고,
상기 정류 부재는, 상기 공기 입구에 대해 거리를 두고 대면하도록 설치된 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 실외측 열교환기는, 면형의 공기 입구를 갖는 동시에 상기 히트펌프의 냉매와 상기 공기 입구로부터 유입되는 실외 공기를 열교환하고 있으며,
상기 실외측 유닛은,
상기 공기 입구가 차단되도록 또한 상기 실외 공기를 분류시켜 상기 공기 입구의 전역으로 유입시키도록 설치된 정류 부재를 더 구비하고,
상기 정류 부재는, 상기 공기 입구에 대해 거리를 두고 대면하고 상기 공기 입구를 따라 인접하도록 설치된 복수의 플레이트를 구비하고,
상기 공기 입구와 상기 플레이트 사이에 형성된 간격부와, 서로 인접한 상기 플레이트 사이에 형성된 간격부를 통해서 상기 실외 공기가 상기 공기 입구로 유입되도록 상기 플레이트가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 정류 부재를 구성하는 복수의 플레이트 중 한쪽 플레이트와 상기 실외측 열교환기의 공기 입구 사이에 형성된 간격부에, 다른쪽 플레이트의 상기 한쪽 플레이트측 단부가, 상기 한쪽 플레이트 및 상기 공기 입구 각각에 대해 서로 거리를 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 실외 공기를 상기 실외측 열교환기의 상기 공기 입구로 유입시키는 팬을 구비하며,
상기 정류 부재는 제1 플레이트와 제2 플레이트로 구성되고,
상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트에서는, 상기 제1 플레이트보다 상기 제2 플레이트가 상기 팬으로부터 멀리 떨어진 위치가 되도록 배치되고,
상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 면적비율이 상기 제1 플레이트: 상기 제2 플레이트 = 6:4 내지 7:3이 되도록 구성되며,
상기 제2 플레이트가 상기 공기 입구와 상기 제2 플레이트 사이에 형성된 간격이 상기 팬으로부터 멀어짐에 따라 넓어지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 실외 공기를 상기 실외측 열교환기의 상기 공기 입구로 유입시키는 팬을 구비하며,
상기 정류 부재는 제1 플레이트와 제2 플레이트로 구성되고,
상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트에서는, 상기 제1 플레이트보다 상기 제2 플레이트가 상기 팬으로부터 멀리 떨어진 위치가 되도록 배치되고,
상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 면적비율이 상기 제1 플레이트: 상기 제2 플레이트 = 6:4 내지 7:3이 되도록 구성되며,
상기 제2 플레이트가 상기 공기 입구와 상기 제2 플레이트 사이에 형성된 간격이 상기 팬에서 멀어짐에 따라 넓어지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 열원 장치.