KR20180100750A - 히트 펌프 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR20180100750A KR1020170026912A KR20170026912A KR20180100750A KR 20180100750 A KR20180100750 A KR 20180100750A KR 1020170026912 A KR1020170026912 A KR 1020170026912A KR 20170026912 A KR20170026912 A KR 20170026912A KR 20180100750 A KR20180100750 A KR 20180100750A
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Abstract

워터 펌프를 이용하여 물을 순환시키는 히트 펌프 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 압축기가 구비되는 실외기와, 실외기에서 공급된 냉매와 물을 열교환시키기 위한 하이드로유닛과, 하이드로유닛으로부터 열교환된 물을 순환시키는 워터 펌프와, 워터 펌프를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교하고, 비교 결과를 토대로 워터 펌프의 구동 속도를 결정하며, 결정된 구동 속도에 따라 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킬 수 있다. 그리고, 히트 펌프는, 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도를 센싱하는 제1 센서와, 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 센싱하는 제2 센서를 더 포함하고, 제어부는 제1 센서로부터 센싱된 제1 센싱 신호와 제2 센서로부터 센싱된 제2 센싱 신호를 토대로 워터 펌프의 구동 속도를 결정할 수 있다.

Description

히트 펌프 및 그 제어 방법 {Heat pump and method for controlling the same}
본 발명은 히트 펌프에 관한 것으로 특히, 워터 펌프를 이용하여 물을 순환시키는 히트 펌프 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 히트 펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치를 의미한다.
여기서, 히트 펌프는 압축기 및 실외 열교환기를 포함하는 실외기와, 팽창밸브 및 실내 열교환기를 포함하는 실내기를 포함할 수 있다.
이러한 히트 펌프는 냉매로 물을 가열하여 난방 또는 급탕에 이용할 수 있으므로, 화석 연료의 사용을 대체할 수 있다.
히트 펌프는 적어도 하나의 워터 펌프를 구비하는데, 워터 펌프를 통해 물을 순환시킬 수 있다.
하지만, 기존의 히트 펌프는 물의 온도에 관계없이 단순히 정속 출력만으로 워터 펌프를 온/오프시키므로 불필요한 에너지 손실이 발생하고 고객이 요구하는 적정 온도에 쉽게 도달하지 못하는 문제가 있었다.
따라서, 향후 에너지를 절약하면서도 고객이 요구하는 온도로 쉽게 도달시킬 수 있는 히트 펌프의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 하이드로유닛에 입수되는 물의 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 온도를 비교하여 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킴으로써, 에너지 소모를 최소화하고, 난방 성능을 향상시키며, 고객이 요구하는 온도로 쉽게 도달시킬 수 있는 히트 펌프 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 히트 펌프는, 압축기가 구비되는 실외기와, 실외기에서 공급된 냉매와 물을 열교환시키기 위한 하이드로유닛과, 하이드로유닛으로부터 열교환된 물을 순환시키는 워터 펌프와, 워터 펌프를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교하고, 비교 결과를 토대로 워터 펌프의 구동 속도를 결정하며, 결정된 구동 속도에 따라 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킬 수 있다.
그리고, 히트 펌프는, 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도를 센싱하는 제1 센서와, 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 센싱하는 제2 센서를 더 포함하고, 제어부는 제1 센서로부터 센싱된 제1 센싱 신호와 제2 센서로부터 센싱된 제2 센싱 신호를 토대로 워터 펌프의 구동 속도를 결정할 수 있다.
여기서, 제어부는 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교하는 비교부와, 비교 결과를 토대로 워터 펌프의 구동 속도를 결정하여 결정된 구동 속도에 상응하는 구동 신호를 생성하는 구동부와, 구동부로부터 수신되는 구동 신호에 따라 스위칭되어 워터 모터의 속도를 가변하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
일 예로, 스위칭부는 다접점 릴레이 스위치일 수 있는데, 스위칭부는 워터 펌프의 모터 주변에 배치되는 구동 코일과, 구동 코일에 연결되는 다수의 스위치들을 포함할 수 있다.
여기서, 구동 코일은 전원에 연결되어 워터 펌프의 모터 일측에 배치되는 제1 코일과, 전원에 병렬 연결되어 워터 펌프의 모터 타측에 배치되는 제2 코일을 포함할 수 있다.
그리고, 다수의 스위치들은 제1 코일의 일측단에 연결되는 제1 스위치, 제2 코일의 일측단에 연결되는 제2 스위치, 제1 코일의 타측단에 연결되는 제3 스위치, 그리고 제2 코일의 타측단에 연결되는 제4 스위치를 포함할 수 있다.
여기서, 제1, 제2, 제3, 제4 스위치는 일측단이 서로 병렬 연결되어 그라운드될 수 있고, 제1, 제2, 제3, 제4 스위치는 구동부로부터 수신되는 구동 신호에 따라 스위칭될 수 있다.
그리고, 제어부는 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교할 때, 제2 온도가 제1 온도보다 더 낮거나 또는 동일하면, 워터 펌프의 구동 속도를 최대 속도로 가변시킬 수 있다.
또한, 제어부는 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교할 때, 제2 온도가 제1 온도보다 더 높으면, 워터 펌프의 구동 속도를 중간 속도로 가변시킬 수 있다.
경우에 따라, 히트 펌프는, 워터 펌프에 의해 순환되는 물의 온도를 센싱하는 제3 센서를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제어부는 제3 센서로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 시간 동안 유지되면, 워터 펌프의 구동 속도를 최저 속도로 가변시킬 수 있다.
다른 경우로서, 제어부는 제3 센서로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 온도인지를 확인하고, 기설정 온도이면 기설정 온도가 기설정 시간 동안 유지되는지를 확인하며, 기설정 온도가 기설정 시간 유지되면 워터 펌프의 구동 속도를 최저 속도로 가변시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 히트 펌프 제어 방법은, 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도를 센싱하는 단계와, 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 센싱하는 단계와, 센싱된 제1 온도와 제2 온도를 비교하는 단계와, 비교 결과를 토대로 워터 펌프의 구동 속도를 결정하는 단계와, 결정된 구동 속도에 따라 워터 펌프의 구동 속도를 가변시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 히트 펌프 및 그 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 하이드로유닛에 입수되는 물의 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 온도를 비교하여 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킴으로써, 에너지 소모를 최소화하고, 난방 성능을 향상시키며, 고객이 요구하는 온도로 쉽게 도달시킬 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프를 보여주는 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프를 보여주는 상세 구성도이다.
도 3은 워터 펌프 제어 과정을 설명하기 위한 블럭 구성도이다.
도 4는 워터 펌프 제어 과정을 설명하기 위한 상세 구성도이다.
도 5는 도 3의 제어부를 보여주는 상세 구성도이다.
도 6은 도 5의 스위칭부를 보여주는 회로도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 히트 펌프의 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프를 보여주는 블럭 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프(1000)는, 냉매를 압축하는 압축기가 구비된 실외기(10O), 냉매와 물을 열교환하는 하이드로유닛(500), 물을 선택적으로 가열하는 보일러(700), 난방수를 순환시켜 방열하는 방열 난방부(600), 급탕용 온수를 저장하는 급탕탱크(800)를 포함할 수 있다.
여기서, 실외기(100)는, 히트펌프(1000)가 난방용으로 사용되는 경우, 압축기에 의하여 압축된 냉매를 공급하며, 실내기(300)가 구비되는 경우에는 사용자의 요구에 따라 공조공간을 난방 또는 냉방할 수 있다.
그리고, 하이드로유닛(500)은, 실외기(100)에서 공급된 냉매와 급탕탱크(800) 또는 방열 난방부(600)를 순환하는 물을 열교환시킨다.
급탕탱크(800)에 저장된 온수는, 급탕유닛(900)을 통해 사용자에게 공급될 수 있다.
따라서, 냉매가 응축되는 과정에서 확보되는 열을 이용하여 급탕 운전 또는 난방 기능을 제공한다.
그러나, 실외 공기의 온도가 미리 결정된 온도 이하로 하강하는 경우, 냉매와 열교환에 의하여 얻을 수 있는 급탕 또는 난방 기능의 효율이 급격히 저하될 수 있으므로, 본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 보일러(700)를 추가적으로 구비할 수 있다.
보일러(700) 역시 하이드로유닛(500)과 마찬가지로 급탕 운전과 난방 기능을 제공할 수 있다.
보일러(700)와 하이드로유닛(500)은 실외 공기의 온도와 단위 열량당 가스 요금 또는 전기 요금에 따라 선택적으로 운전될 수 있다.
또한, 보일러(700)가 운전되지 않는 경우에도 실외 공기의 온도가 미리 결정된 온도 이하로 하강하는 경우에는 하이드로유닛(500)과 방열 난방부(600)를 순환하는 물은 보일러(700)의 동파 방지를 위하여 보일러(700)를 경유할 수 있다.
방열 난방부(600)는 가열된 물의 열을 방열하여 실내를 난방하는 것으로 바닥 난방배관(이하, 방열 난방부(600)라 칭함) 또는 라디에이터 등일 수 있다.
또한, 실외기(100)는 하이드로유닛(500)을 매개로 통신선(C)으로 연결될 수 있고, 실외기(100)와 하이드로유닛(500)은 냉매관(R)에 의하여 연결되며, 하이드로유닛(500), 급탕탱크(800), 방열 난방부(600) 및 보일러(700)는 각각 물이 유동될 수 있는 수배관(W)에 의하여 연결될 수 있다.
그리고, 본 발명의 히트 펌프는, 하이드로유닛(500)으로부터 열교환된 물을 순환시키는 워터 펌프(420)와, 워터 펌프(420)를 제어하는 제어부(400)를 포함할 수 있다.
여기서, 제어부(400)는, 하이드로유닛(500)에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛(500)으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교하고, 비교 결과를 토대로 워터 펌프(420)의 구동 속도를 결정하며, 결정된 구동 속도에 따라 워터 펌프(420)의 구동 속도를 가변시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 히트 펌프는, 하이드로유닛(500)에 입수되는 물의 제1 온도를 센싱하는 제1 센서와, 하이드로유닛(500)으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 센싱하는 제2 센서를 포함하는 센싱부(410)를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 제어부(400)는, 제1 센서로부터 센싱된 제1 센싱 신호와 제2 센서로부터 센싱된 제2 센싱 신호를 토대로 워터 펌프(420)의 구동 속도를 결정할 수 있다.
일 예로, 제어부(400)는, 하이드로유닛(500)에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛(500)으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교하는 비교부와, 비교 결과를 토대로 워터 펌프(420)의 구동 속도를 결정하여 결정된 구동 속도에 상응하는 구동 신호를 생성하는 구동부와, 구동부로부터 수신되는 구동 신호에 따라 스위칭되어 워터 펌프(420)의 속도를 가변하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
여기서, 스위칭부는, 다접점 릴레이 스위치일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
예를 들면, 스위칭부는, 워터 펌프의 모터 주변에 배치되는 구동 코일과, 구동 코일에 연결되는 다수의 스위치들을 포함할 수 있다.
그리고, 워터 펌프(420)의 모터는, 스텝 모터일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
이어, 구동 코일은, 전원에 연결되어 워터 펌프(420)의 모터 일측에 배치되는 제1 코일과, 전원에 병렬 연결되어 워터 펌프(420)의 모터 타측에 배치되는 제2 코일을 포함할 수 있다.
일 예로, 다수의 스위치들은, 제1 코일의 일측단에 연결되는 제1 스위치, 제2 코일의 일측단에 연결되는 제2 스위치, 제1 코일의 타측단에 연결되는 제3 스위치, 제2 코일의 타측단에 연결되는 제4 스위치를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
그리고, 제1, 제2, 제3, 제4 스위치는, 일측단이 서로 병렬 연결되어 그라운드될 수 있다.
또한, 제1, 제2, 제3, 제4 스위치는, 구동부로부터 수신되는 구동 신호에 따라 스위칭될 수 있다.
다음, 제어부(400)는, 하이드로유닛(500)에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛(500)으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교할 때, 제2 온도가 제1 온도보다 더 낮거나 또는 동일하면, 워터 펌프(420)의 구동 속도를 최대 속도로 가변시킬 수 있다.
그 이유는, 순환수의 온도를 사용자가 요구하는 온도로 신속하게 도달시키기 위함이다.
그리고, 제어부(400)는, 하이드로유닛(500)에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛(500)으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교할 때, 제2 온도가 제1 온도보다 더 높으면, 워터 펌프(420)의 구동 속도를 중간 속도로 가변시킬 수 있다.
그 이유는, 순환수의 온도가 사용자가 요구하는 온도로 도달하면 워터 펌프(420)의 구동 속도를 낮추어 에너지 소비를 절감시키기 위함이다.
여기서, 중간 속도는, 워터 펌프(420)의 구동 속도 중, 최대 속도와 최소 속도 사이의 속도일 수 있다.
경우에 따라, 본 발명의 히트 펌프에 포함되는 센싱부(410)는, 워터 펌프(420)에 의해 순환되는 물의 온도를 센싱하는 제3 센서를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 제어부(400)는, 제3 센서로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 시간 동안 유지되면, 워터 펌프(420)의 구동 속도를 최저 속도로 가변시킬 수 있다.
그 이유는, 순환수의 온도가 사용자가 요구하는 온도로 유지되면, 워터 펌프(420)의 구동 속도를 최저 속도로 낮추어 에너지 소비를 최소화시키기 위함이다.
일 예로, 기설정 시간은, 약 30분 이상일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
다른 경우로서, 제어부(400)는, 제3 센서로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 온도인지를 확인하고, 기설정 온도이면 기설정 온도가 기설정 시간 동안 유지되는지를 확인하며, 기설정 온도가 기설정 시간 유지되면 워터 펌프(420)의 구동 속도를 최저 속도로 가변시킬 수도 있다.
여기서, 기설정 온도는, 외부에서 입력된 희망 온도일 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 하이드로유닛에 입수되는 물의 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 온도를 비교하여 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킴으로써, 에너지 소모를 최소화하고, 난방 성능을 향상시키며, 고객이 요구하는 온도로 쉽게 도달시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프를 보여주는 상세 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프(1000)는, 압축기가 구비되는 실외기(O), 실외기(O)에서 공급된 냉매와 물을 열교환시키기 위한 하이드로유닛(H), 하이드로유닛(H)을 순환하는 물을 선택적으로 가열하기 위한 보일러(700), 하이드로유닛(H)에서 냉매와 열교환된 물에 의하여 상수도에서 공급된 물을 가열 및 저장하거나 상수도에서 공급된 물을 보일러(700)에 의하여 가열 후 저장하기 위한 급탕탱크(800), 하이드로유닛(H)으로부터 열교환된 물을 순환시키는 워터 펌프(520, 550, 730)와, 워터 펌프(520, 550, 730), 실외기(O), 하이드로유닛(H) 및 보일러(700)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
히트펌프(1000)에 의한 공조 운전은 실내 공기를 흡입하여 공조공간을 난방 공조하는 난방운전과 실내 공기를 흡입하여 공조공간을 냉방 공조시키는 냉방운전으로 이루어질 수 있다.
실외기(O)는 압축기(120)의 흡입유로(22)에 압축기(120)로 액냉매가 유입되는 것을 막는 어큐물레이터(24)가 설치되고, 압축기 토출유로(26)에 압축기(120)에서 토출된 냉매와 오일 중 오일을 분리하여 압축기(120)로 회수하는 오일분리기(130)가 설치된다.
실외 열교환기(140)는 냉매가 실외공기와 열교환되면서 응축되거나 증발되는 장소로서, 실외 공기가 냉매와 열교환되는 공기냉매 열교환기로 구성되는 것도 가능하고, 냉각수가 냉매와 열교환되는 수냉매 열교환기로 구성되는 것도 가능하다.
이하, 설명의 편의를 위하여 실외 공기가 냉매와 열교환되는 공기냉매 열교환기로 구성되는 경우를 예로 들어 설명한다.
실외 열교환기(140)는 공기냉매 열교환기로 구성될 경우, 실외팬(150)이 실외 열교환기(140)로 실외 공기를 송풍하게 설치된다.
실외기(O)에 구비된 실외 열교환기(140)와 실내기(I)에 구비된 실내 열교환기(320)와 열교환기 연결배관(32)로 연결된다.
팽창기구(210)(310)는 열교환기 연결배관(32)에 구비될 수 있다.
팽창기구는 실외 열교환기(140)와 실내 열교환기(320) 중 실외 열교환기(140)에 근접하게 설치된 실외 팽창기구(210)와, 실외 열교환기(140)와 실내 열교환기(320) 중 실내 열교환기(320)에 근접하게 설치된 실내 팽창기구(310)를 포함한다.
열교환기 연결배관(32)은 실외 열교환기(140)와 실외 팽창기구(210)가 연결되는 실외 열교환기-실외 팽창기구 연결배관(34)과, 실외 팽창기구(210)와 실내 팽창기구(310)가 연결되는 팽창기구 연결배관(36)과, 실내 팽창기구(310)와 실내 열교환기(320)가 연결되는 실내 팽창기구-실내 열교환기 연결배관(38)을 포함한다.
실내 열교환기(320)는 실내 공기를 냉매와 열교환시켜 실내를 냉방 또는 난방시키는 열교환기로서, 실내팬(39)이 실내 열교환기(320)로 실내 공기를 송풍한다.
따라서, 히트펌프(1000)가 실내기(I)를 통해 실내를 냉방하는 냉방모드의 경우, 실외기(O)는 압축기(120)에서 압축된 냉매가 실외 열교환기(140)와 팽창기구(210)(310)와 실내 열교환기(320)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되어 실내 열교환기(320)가 증발기로 기능한다.
그리고, 히트펌프(1000)가 실내기(I)를 통해 실내를 난방하는 난방모드의 경우, 실외기(O)는 압축기(120)에서 압축된 냉매가 실내 열교환기(320)와 팽창기구(210)(310)와 실외 열교환기(140)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되게 연결되어 실내 열교환기(14)가 응축기로 기능한다.
실외기(O)는 압축기(120)에서 압축된 냉매가 난방 운전시 실외 열교환기(140)와 팽창기구(210)(310)와 실내 열교환기(320)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되고 냉방 운전시 실내 열교환기(320)와 팽창기구(210)(310)와 실외 열교환기(140)를 순차적으로 통과한 후 압축기(120)로 회수되는 냉난방 겸용 공기조화기로 구성되는 것이 가능하다.
실외기(O)는 냉매가 압축기(120)와 실외 열교환기(140)와 팽창기구(210)(310)와 실내 열교환기(320) 순서로 유동되게 하거나, 압축기(120)와 실내 열교환기(320)와 팽창기구(210)(310)와 실외 열교환기(140) 순서로 유동되게 하는 냉난방 절환밸브(190)를 더 포함할 수 있다.
냉난방 절환밸브(190)는 압축기(120)와 압축기 흡입유로(22) 및 압축기 토출 유로(26)로 연결되고, 실외 열교환기(140)와 실외 열교환기 연결배관(42)으로 연결되며, 실내 열교환기(320)와 실내 열교환기 연결배관(44)으로 연결된다.
그리고, 실외기(O)는 상기 압축기 토출 유로(26)에서 공급되는 냉매를 하이드로유닛(H) 또는 냉난방 절환밸브(190) 측으로 선택적으로 공급할 수 있는 냉매 조절밸브(170)를 구비한다.
냉매 조절밸브(170)는 삼방 밸브 형태로 구비될 수 있으며, 냉매 조절밸브(170)는 삼방 밸브로 구비되는 경우, 냉매 조절밸브(170)는 압축기 토출 유로(26) 상에 구비되고, 하이드로유닛(H)로 냉매를 공급하는 하이드로유닛 공급유로(52)가 분지될 수 있다.
그리고, 실외기(O)에는 보조 냉매 조절밸브(180)를 구비할 수 있다. 보조 냉매 조절밸브(180)는 후술하는 하이드로유닛(H)에서 공급되는 냉매가 열교환기 바이패스 유로(8)로 공급되거나, 냉난방 절환밸브(190) 측으로 냉매가 공급되도록 한다.
보조 냉매 조절밸브(180)는 삼방 밸브로 구성될 수 있으며, 보조 냉매 조절밸브(180)가 삼방 밸브로 구성되는 경우, 보조 냉매 조절밸브(180)는 하이드로유닛(H)에서 냉매가 회수되며, 압축기 토출 유로(26)로 연결되는 하이드로유닛 회수유로(54) 상에 설치되고, 열교환기 바이패스 유로(8)가 분지될 수 있다.
이어, 열교환기는 열교환기 바이패스 유로(8)에 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 열교환기 바이패스 밸브(230)와, 열교환기 바이패스 유로(8)와 실내 팽창기구(310) 사이에 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 액냉매 밸브(240)를 더 포함할 수 있다.
열교환기 바이패스 밸브(230)는 후술하는 급탕운전 및/또는 방열 난방운전일 경우 개방되고, 공조운전, 공조운전과 급탕운전의 동시운전 또는 공조운전과 급탕운전과 방열 난방운전의 동시운전일 경우 폐쇄된다.
액냉매 밸브(240)는 공조운전이거나 공조운전과 급탕운전의 동시운전이거나 공조운전과 급탕운전과 방열 난방운전의 동시운전일 경우 개방되고, 급탕운전과 방열 난방운전의 동시운전이거나 방열 난방운전이거나 급탕운전일 경우 폐쇄된다.
본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 난방 또는 급탕을 위하여 실외기(O)에서 공급된 냉매와 물을 열교환하는 하이드로유닛(H)을 구비한다.
하이드로유닛(H)은 그 내부에 급탕 또는 난방을 위하여, 냉매와 물을 열교환시키는 제1 열교환기(510) 및 제2 열교환기(530)를 구비할 수 있다.
제1 열교환기(510) 및 제2 열교환기(530)은 실외기(O)에서 공급된 냉매가 순차적으로 흐르도록 구성될 수 있으며, 필요에 따라 제2 열교환기(530)는 우회하도록 구성될 수 있다.
제1 열교환기(510)는 압축기(120)에서 토출된 냉매가 급탕에 이용된 후 실외기(O)에서 팽창, 증발, 압축될 수 있게 실외기(O)에 하이드로유닛 순환유로(50) 상에 구비된다.
하이드로유닛 순환유로(50)는 실외기(O)의 냉매 특히, 압축기(120)에서 압축된 냉매가 제1 열교환기(510)로 유동되는 하이드로유닛 공급유로(52)와, 제1 열교환기(510)에서 유출된 냉매가 실외기(O) 특히 냉/난방 절환밸브(40)로 유동되는 하이드로유닛 회수유로(54)를 포함한다.
하이드로유닛 공급유로(52)는 일단이 압축기 토출유로(26)에 구비된 냉매 조절밸브(170)에 연결되고 타단이 제1 열교환기(510)에 연결된다.
하이드로유닛 회수유로(54)는 일단이 제1 열교환기(510)에 연결되고 타단이 압축기 토출유로(26)에 연결된다.
제1 열교환기(510)는 냉매 조절부(6)가 냉매를 제1 열교환기(510)로 유동되게 할 경우, 압축기(120)에서 과열된 냉매가 급탕에 이용되는 물과 열교환되면서 응축되게 하는 일종의 디슈퍼히터(desuperheater)이다. 따라서, 제1 열교환기(510)는 신속하게 급탕에 공급되는 물을 가열할 수 있다.
제1 열교환기(510)는 과열된 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 급탕에 이용되는 물이 통과하는 유로를 갖는다.
제1 열교환기(510)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. 설명의 편의를 위하여, 제1 열교환기(510)는 이중관 구조의 열교환기로 구비되고, 제2 열교환기(530)는 판형 열교환기로 구성되는 경우로 설명한다.
제1 열교환기(510)는 급탕탱크(800)와 온수 공급배관(58) 및 온수 회수배관(59)(59)으로 연결되고, 온수 회수배관(59)에는 급탕 펌프(60)가 설치된다.
본 발명에 따른 히트펌프(1000)의 하이드로유닛(H)은 제1 열교환기(510)를 통과한 냉매가 제2 열교환기(530)를 통과하거나 바이패스 하도록 냉매의 흐름을 조절하는 제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)를 포함한다.
제2 열교환기(530)는 하이드로유닛 회수유로(54) 상에 구비되고 제1 열교환기(510)를 통과한 냉매가 항상 바닥 난방 등의 방열난방에 이용되게 하는 것도 가능하나, 사용자 등이 방열 난방을 선택적으로 실시할 수 있게 설치될 수 있다.
제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 사용자 등이 바닥난방을 선택하는 시기에 제2 열교환기(530)로 냉매가 통과하게 할 수 있다.
제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 바닥 난방운전으로서 방열 난방운전을 포함할 경우, 냉매가 제2 열교환기(530)로 유동되게 냉매의 유동 방향을 조절하고, 방열 난방운전을 포함하지 않을 경우, 냉매가 제2 열교환기(530)를 바이패스하게 냉매의 유동 방향을 조절한다.
제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 방열 난방운전시, 방열 난방운전과 급탕운전의 동시운전시, 방열 난방운전과 급탕운전과 공조운전의 동시운전시 냉매가 제2 열교환기(530)로 유동되게 조절된다.
여기서, 제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 급탕유로(50) 특히 하이드로유닛 회수유로(54)에 설치되어 냉매 유출방향을 선택할 수 있는 하나의 삼방밸브로 구성될 수 있다.
제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 삼방밸브일 경우, 입구부와 제1 출구부가 하이드로유닛 회수유로(54)와 연결되고, 제2 출구부가 난방유입유로(74)에 연결된다.
제2 열교환기 냉매조절 밸브(540)는 난방유입유로(74)에 설치되어 방열 난방운전시 개방되고 방열 난방운전이 실시되지 않을 때 밀폐되는 제1 밸브와, 하이드로유닛 회수유로(54)에 설치되어 방열 난방운전시 밀폐되고 방열 난방운전이 실시되지 않을 때 개방되는 제2 밸브를 포함하는 것도 가능하다.
난방유출유로(76)에는 하이드로유닛 회수유로(54)의 냉매가 난방유출유로(76)를 통해 제2 열교환기(530)로 역류되는 것을 막는 체크밸브(560)가 설치된다.
본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 제1 열교환기(510)를 통과하는 냉매가 물을 가열한 후 하이드로유닛 순환유로(50)로 유동되게 하이드로유닛 순환유로(50)와 수냉매 열교환기 연결 유로(70)로 연결된 제2 열교환기(530)를 더 포함할 수 있다.
수냉매 열교환기 연결 유로(70)는 하이드로유닛 회수유로(54)의 냉매가 제2 열교환기(530)로 유입되는 난방유입유로(74)와, 제2 열교환기(530)를 통과한 냉매가 하이드로유닛 회수유로(54)로 유출되는 난방유출유로(76)를 포함한다.
제2 열교환기(530)는 제1 열교환기(510)에서 1차로 응축된 냉매가 물과 열교환되면서 추가로 응축되는 응축 열교환기이다.
제2 열교환기(530)는 제1 열교환기(510)를 통과한 냉매가 통과하는 냉매 유로와, 바닥 난방이나 라디에이터 난방에 이용되는 물이 통과하는 유로를 갖는다.
제2 열교환기(530)에서 냉매와 열교환된 물은 방열 과정을 통해 난방을 하기 위한 방열 난방부(600)에서 난방에 사용된다.
본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 제2 열교환기(530)가 실내의 바닥에 설치된 방열 난방부(600)는 바닥 공급관(82) 및 바닥 회수관(83)으로 연결되고, 바닥 회수관(83)에 바닥난방펌프(550)가 설치된다.
제1 열교환기(510)를 통과한 냉매는 제2 열교환기(530)를 경유하여, 실내의 바닥 난방에 추가로 이용될 수 있게 된다.
본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 난방 또는 급탕에 사용되는 열원을 제공하기 위한 수단으로서, 전술한 히트펌프(1000) 이외에도 보일러(700)가 더 구비될 수 있다.
실외의 온도가 미리 결정된 온도 이하인 경우, 냉매를 사용하는 하이드로유닛을 통한 난방의 효율이 급격히 떨어질 수 있다. 따라서, 미리 결정된 온도 이하로 실외 공기가 하강하는 경우, 난방을 위한 열원을 히트펌프(1000)에서 보일러(700)로 선택적으로 운전시킬 수 있다.
보일러(700)는 화석 연료를 연소하는 연소 가열부(720)와 연소 가열부(720)에서 가열된 물을 이용하여 열교환 방식으로 가열하는 열교환 가열부(710)를 구비할 수 있으며, 연소 가열부(720)는 상기 바닥 공급관(82)을 통해 공급되는 물을 가열하며, 열교환 가열부(710)는 후술하는 급탕탱크(800) 측에서 공급되는 물을 연소 가열부(720)에서 가열된 물과 열교환하여 가열할 수 있다.
바닥 공급관(82)에는 각각 제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)가 구비된다. 제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)는 바닥 공급관(82)에 구비되고, 보일러(700)를 경유하는 배관인 보일러 공급관(82) 및 보일러 회수관(83)이 각각 연결된다.
보일러 공급관(82) 및 보일러 회수관(83)은 하이드로유닛(H)을 순환하는 물을 보일러(700)에 구비된 연소가열부로 공급한다.
제1 보일러 밸브(740) 및 제2 보일러 밸브(750)는 하이드로유닛(H)에서 공급된 물을 방열 난방부(600)로 직접 공급하거나, 보일러(700)의 연소 가열부(720)를 경유하여 공급되도록 유로를 선택적으로 차단한다.
하이드로유닛(H)에서 공급된 물이 보일러(700)를 경유하는 경우는, 보일러(700)가 운전되지 않는 경우의 보일러(700)의 동파를 방지하기 위한 경우이거나, 보일러(700)가 운전되는 경우일 수 있다.
보일러(700)는 보일러 회수관(83) 상에 보일러 펌프(730)를 더 구비할 수 있다. 급탕탱크(800) 측에서 공급되는 물이 경유되는 배관으로 보일러(700)가 운전되면, 급탕에 사용되는 물을 가열할 수 있다.
보일러 공급관(82)은 보일러(700) 내부에서 분지되어 연소 가열부(720)에서 가열된 물의 일부가 열교관 가열부(710)로 공급되는 구조를 갖을 수 있다. 연소 가열부(720)에서 가열된 물의 일부가 열교관 가열부(710)로 공급되는 방법은 연소 가열부(720)를 경유하는 배관에서 분지되어 열교환 가열부(710)를 경유하는 경유관(715)에 의한다.
경유관(715)에 의하여, 연소 가열부(720)에서 연소열에 의하여 가열된 물이 열교환 가열부(710) 측으로 공급되어 상수도에서 공급된 물을 가열하여 급탕탱크 측으로 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 급탕 운전을 제공하기 위하여 급탕탱크(800)를 포함할 수 있다.
급탕탱크(800)는 급탕에 사용되는 물을 저장하기 위한 저장공간(S)과 그 내부에 하이드로유닛(H)에서 냉매와 열교환된 물을 사용하여 저장공간(S) 내부의 물을 열교환하기 위한 급탕탱크 열교환기(810)를 구비한다.
급탕탱크 열교환기(810)는 온수 공급배관(58)에서 분지된 온수 공급 분지관(86)을 통해 하이드로유닛(H)을 경유한 물이 공급되고, 급탕탱크(800) 내부에 저장된 물과 열교환된 뒤, 온수 회수 분지관(87)을 통해 상기 온수 회수배관(59)으로 회수된다.
온수 공급배관(58) 및 온수 회수배관(59)의 단부에 각각 제1 급탕밸브(920) 및 제2 급탕밸브(930)가 구비되고, 각각의 제1 급탕밸브(920) 및 제2 급탕밸브(930)에서 온수 공급 분지관(86) 및 온수 회수 분지관(87)이 분지될 수 있다.
온수 회수배관(59)은 제2 급탕밸브(930)를 통해 상수도를 연결하는 상수도 연결관(91)과 연결되어 선택적으로 상수가 온수 회수배관(59)을 통해 보일러(700)로 공급될 수 있다.
그리고, 상수도 연결관(91)에서 분지되어 급탕탱크(800)의 저장공간(S)으로 직접 상수를 공급하기 위한 상수 공급관(90)이 구비되며, 상수 공급관(90)에 상수도 밸브(940)가 구비되고, 제1 급탕밸브(920)와 상수도 밸브(940)를 연결하는 급탕탱크 열교환기 우회관(89)이 구비된다.
제1 급탕밸브(920), 제2 급탕밸브(930) 및 상수도 밸브(940)는 삼방밸브로 구비될 수 있다.
급탕탱크(800)는 그 내부에 저장된 온수 등을 사용자의 요구에 따라 급탕유닛(900)으로 공급한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프(1000)는 급탕 운전을 제공하기 위하여, 하이드로유닛(H)에서 냉매와 열교환된 물을 사용하여 급탕탱크(800) 내부에 저장된 물을 가열하거나, 상수도에서 공급된 물을 보일러(700)에서 가열한 뒤 급탕탱크(800)로 공급하는 방법을 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명의 히트 펌프(1000)는, 다수의 워터 펌프(520, 550, 730)들을 포함할 수 있는데, 제어부를 통해 적어도 하나의 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킬 수 있다.
제어부는, 하이드로유닛(H)에 입수되는 물의 온도와 하이드로유닛(H)으로부터 출수되는 물의 온도를 비교하고, 비교 결과를 토대로 워터 펌프의 구동 속도를 결정하며, 결정된 구동 속도에 따라 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킬 수 있다.
그 이유는, 현재 물의 온도에 따라 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킴으로써, 에너지 소모를 최소화하고, 난방 성능을 향상시키며, 고객이 요구하는 온도로 쉽게 도달시킬 수 있기 때문이다.
만일, 현재 물의 온도에 상관없이 워터 펌프의 속도를 일정하게 유지할 경우, 목표 온도에 도달하였음에도 불구하고 워터 펌프에 일정한 구동 전압을 인가하므로, 불필한 에너지 낭비를 초래할 수 있다.
따라서, 본 발명의 히트 펌프(1000)는, 현재 물의 온도를 센싱하는 다수의 센서를 포함할 수 있다.
일 예로, 다수의 센서는, 하이드로유닛(H)에 입수되는 물의 온도를 센싱하는 제1 센서(412)와, 하이드로유닛(H)으로부터 출수되는 물의 온도를 센싱하는 제2 센서(414)를 포함할 수 있다.
경우에 따라, 다수의 센서는, 워터 펌프에 의해 순환되는 물의 온도를 센싱하는 제3 센서(416)를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 제어부는, 제1 센서(412)로부터 센싱된 제1 센싱 신호와 제2 센서(414)로부터 센싱된 제2 센싱 신호를 토대로 워터 펌프의 구동 속도를 결정할 수 있다.
제어부는, 하이드로유닛(H)에 입수되는 물의 온도와 하이드로유닛(H)으로부터 출수되는 물의 온도를 비교할 때, 제2 온도가 제1 온도보다 더 낮거나 또는 동일하면, 워터 펌프(520, 550)의 구동 속도를 최대 속도로 가변시킬 수 있다.
그 이유는, 순환수의 온도를 사용자가 요구하는 온도로 신속하게 도달시키기 위함이다.
그리고, 제어부는, 하이드로유닛(H)에 입수되는 물의 온도와 하이드로유닛(H)으로부터 출수되는 물의 온도를 비교할 때, 제2 온도가 제1 온도보다 더 높으면, 워터 펌프(520, 550)의 구동 속도를 중간 속도로 가변시킬 수 있다.
그 이유는, 순환수의 온도가 사용자가 요구하는 온도로 도달하면 워터 펌프의 구동 속도를 낮추어 에너지 소비를 절감시키기 위함이다.
여기서, 중간 속도는, 워터 펌프의 구동 속도 중, 최대 속도와 최소 속도 사이의 속도일 수 있다.
또한, 제어부는, 제3 센서(416)로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 시간 동안 유지되면, 워터 펌프(520, 550)의 구동 속도를 최저 속도로 가변시킬 수 있다.
그 이유는, 순환수의 온도가 사용자가 요구하는 온도로 유지되면, 워터 펌프의 구동 속도를 최저 속도로 낮추어 에너지 소비를 최소화시키기 위함이다.
일 예로, 기설정 시간은, 약 30분 이상일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
다른 경우로서, 제어부는, 제3 센서(416)로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 온도인지를 확인하고, 기설정 온도이면 기설정 온도가 기설정 시간 동안 유지되는지를 확인하며, 기설정 온도가 기설정 시간 유지되면 워터 펌프(520, 550)의 구동 속도를 최저 속도로 가변시킬 수도 있다.
여기서, 기설정 온도는, 외부에서 입력된 희망 온도일 수 있다.
도 3은 워터 펌프 제어 과정을 설명하기 위한 블럭 구성도이고, 도 4는 워터 펌프 제어 과정을 설명하기 위한 상세 구성도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 히트 펌프는, 압축기가 구비되는 실외기(100), 실외기(100)에서 공급된 냉매와 물을 열교환시키기 위한 하이드로유닛(500), 하이드로유닛(500)으로부터 열교환된 물을 순환시키는 워터 펌프(420), 물의 온도를 센싱하는 센싱부(410), 그리고 워터 펌프(420)를 제어하는 제어부(400)를 포함할 수 있다.
여기서, 제어부(400)는, 하이드로유닛(500)에 입수되는 물의 온도와 하이드로유닛(500)으로부터 출수되는 물의 온도를 비교하고, 비교 결과를 토대로 워터 펌프(420)의 구동 속도를 결정하며, 결정된 구동 속도에 따라 워터 펌프(420)의 구동 속도를 가변시킬 수 있다.
그리고, 센싱부(410)는, 제1, 제2, 제3 센서(412, 414, 416)를 포함할 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
여기서, 제1 센서(412)는, 하이드로유닛(500)에 입수되는 물의 제1 온도를 센싱하고, 제2 센서(414)는, 하이드로유닛(500)으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 센싱할 수 있다.
일 예로, 제1 센서(412)는, 하이드로유닛(500)의 입수관(411)에 위치하여 입수되는 물의 온도를 센싱하고, 제2 센서(414)는, 하이드로유닛(500)의 출수관(413)에 위치하여 출수되는 물의 온도를 센싱할 수 있다.
여기서, 제어부(400)는, 제1 센서(412)로부터 센싱된 제1 센싱 신호와 제2 센서(414)로부터 센싱된 제2 센싱 신호를 토대로 워터 펌프(420)의 구동 속도를 결정할 수 있다.
다음, 제어부(400)는, 하이드로유닛(500)에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛(500)으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교할 때, 제2 온도가 제1 온도보다 더 낮거나 또는 동일하면, 워터 펌프(420)의 구동 속도를 최대 속도로 가변시킬 수 있다.
그 이유는, 순환수의 온도를 사용자가 요구하는 온도로 신속하게 도달시키기 위함이다.
그리고, 제어부(400)는, 하이드로유닛(500)에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛(500)으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교할 때, 제2 온도가 제1 온도보다 더 높으면, 워터 펌프(420)의 구동 속도를 중간 속도로 가변시킬 수 있다.
그 이유는, 순환수의 온도가 사용자가 요구하는 온도로 도달하면 워터 펌프(420)의 구동 속도를 낮추어 에너지 소비를 절감시키기 위함이다.
여기서, 중간 속도는, 워터 펌프(420)의 구동 속도 중, 최대 속도와 최소 속도 사이의 속도일 수 있다.
또한, 제3 센서(416)는, 워터 펌프(420)에 의해 순환되는 물의 온도를 센싱할 수 있다.
여기서, 제3 센서(416)는, 순환관(415)을 통해, 순환되는 물의 온도를 센싱하기 위하여 방열 난방부(600) 주변에 위치할 수 있다.
제어부(400)는, 제3 센서(416)로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 시간 동안 유지되면, 워터 펌프(420)의 구동 속도를 최저 속도로 가변시킬 수 있다.
그 이유는, 순환수의 온도가 사용자가 요구하는 온도로 유지되면, 워터 펌프(420)의 구동 속도를 최저 속도로 낮추어 에너지 소비를 최소화시키기 위함이다.
일 예로, 기설정 시간은, 약 30분 이상일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
다른 경우로서, 제어부(400)는, 제3 센서(416)로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 온도인지를 확인하고, 기설정 온도이면 기설정 온도가 기설정 시간 동안 유지되는지를 확인하며, 기설정 온도가 기설정 시간 유지되면 워터 펌프(420)의 구동 속도를 최저 속도로 가변시킬 수도 있다.
여기서, 기설정 온도는, 외부에서 입력된 희망 온도일 수 있다.
도 5는 도 3의 제어부를 보여주는 상세 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(400)는, 하이드로유닛에 입수되는 물의 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 온도를 비교하고, 비교 결과를 토대로 워터 펌프의 구동 속도를 결정하며, 결정된 구동 속도에 따라 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킬 수 있다.
일 예로, 제어부(400)는, 비교부(420), 구동부(430), 그리고 스위칭부(440)를 포함할 수 있다.
여기서, 비교부(420)는, 하이드로유닛에 입수되는 물의 온도를 센싱하는 제1 센서의 센싱 신호와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 온도를 센싱하는 제2 센서의 센싱 신호를 비교하여, 하이 신호 또는 로우 신호를 출력할 수 있다.
예를 들면, 비교부(420)는, 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교할 때, 제2 온도가 제1 온도보다 더 낮거나 또는 동일하면, 하이 신호를 출력할 수 있다.
또한, 비교부(420)는, 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교할 때, 제2 온도가 제1 온도보다 더 높으면, 로우 신호를 출력할 수 있다.
다음, 구동부(430)는, 비교부(420)로부터 하이 신호를 수신하면, 워터 펌프의 구동 속도를 최대 속도로 결정하고 워터 펌프가 최대 속도로 구동되도록 스위칭부(440)를 제어할 수 있다.
또한, 구동부(430)는, 비교부(420)로부터 로우 신호를 수신하면, 워터 펌프의 구동 속도를 중간 속도로 결정하고 워터 펌프가 중간 속도로 구동되도록 스위칭부(440)를 제어할 수 있다.
또한, 구동부(430)는, 워터 펌프에 의해 순환되는 물의 온도를 센싱하는 제3 센서로부터 센싱 신호를 수신하고, 제3 센서로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 시간 동안 유지되면, 워터 펌프의 구동 속도를 최저 속도로 결정하고, 워터 펌프가 최저 속도로 구동되도록 스위칭부(440)를 제어할 수 있다.
또한, 구동부(430)는, 워터 펌프에 의해 순환되는 물의 온도를 센싱하는 제3 센서로부터 센싱 신호를 수신하고, 제3 센서로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 온도인지를 확인하고, 기설정 온도이면 기설정 온도가 기설정 시간 동안 유지되는지를 확인하며, 기설정 시간 동안 유지되면, 워터 펌프의 구동 속도를 최저 속도로 결정하고, 워터 펌프가 최저 속도로 구동되도록 스위칭부(440)를 제어할 수 있다.
다음, 스위칭부(440)는, 구동부(430)로부터 수신되는 구동 제어 신호에 따라 스위칭되어 워터 펌프의 모터 속도가 가변시킬 수 있다.
여기서, 스위칭부(440)는, 다접점 릴레이 스위치일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
그리고, 워터 펌프의 모터는, 스텝 모터일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
도 6은 도 5의 스위칭부를 보여주는 회로도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭부는, 구동부로부터 수신되는 구동 신호에 따라 스위칭되어 워터 펌프의 속도를 가변시킬 수 있다.
여기서, 스위칭부는, 다접점 릴레이 스위치일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
예를 들면, 스위칭부는, 워터 펌프의 모터(422)배치되는 구동 코일과, 구동 코일에 연결되는 다수의 스위치들을 포함할 수 있다.
그리고, 워터 펌프의 모터(422) 모터일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
이어, 구동 코일은, 전원(Vcc)에 연결되어 워터 펌프의 모터(422) 일측에 배치되는 제1 코일(441)과, 전원에 병렬 연결되어 워터 펌프의 모터(422) 타측에 배치되는 제2 코일(443)을 포함할 수 있다.
또한, 다수의 스위치들은, 제1 코일(441)의 일측단에 연결되는 제1 스위치(442), 제2 코일(443)의 일측단에 연결되는 제2 스위치(446), 제1 코일(441)의 타측단에 연결되는 제3 스위치(444), 제2 코일(443)의 타측단에 연결되는 제4 스위치(447)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
그리고, 제1, 제2, 제3, 제4 스위치(442, 446, 444, 447)는, 일측단이 서로 병렬 연결되어 그라운드될 수 있다.
또한, 제1, 제2, 제3, 제4 스위치(442, 446, 444, 447)는, 구동부로부터 수신되는 구동 신호에 따라 스위칭될 수 있다.
이와 같이, 스위칭부는, 구동부로부터 최대 구동 속도 관련 구동 신호가 수신되면, 수신된 구동 신호에 따라 수신되어 워터 펌프의 모터를 최대 속도로 가변시킬 수 있다.
따라서, 워터 펌프는, 최대 속도로 구동되어, 순환수의 온도를 사용자가 요구하는 온도로 신속하게 도달시킬 수 있다.
또한, 스위칭부는, 구동부로부터 중간 구동 속도 관련 구동 신호가 수신되면, 수신된 구동 신호에 따라 수신되어 워터 펌프의 모터를 중간 속도로 가변시킬 수 있다.
따라서, 워터 펌프는, 중간 속도로 구동되어, 에너지 소비를 절감시킬 수 있다.
또한, 스위칭부는, 구동부로부터 최저 구동 속도 관련 구동 신호가 수신되면, 수신된 구동 신호에 따라 수신되어 워터 펌프의 모터를 최저 속도로 가변시킬 수 있다.
따라서, 워터 펌프는, 최저 속도로 구동되어, 에너지 소비를 최소화시킬 수 있다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 히트 펌프의 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 히트 펌프는, 제1 센서를 통해, 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도를 센싱한다.(S10)
그리고, 히트 펌프는, 제2 센서를 통해, 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 센싱한다.(S20)
다음, 히트 펌프는, 제어부를 통해, 센싱된 제1 온도와 제2 온도를 비교한다.(S30)
이어, 히트 펌프는, 제어부를 통해, 비교 결과를 토대로 워터 펌프의 구동 속도를 결정한다.(S40)
그리고, 히트 펌프는, 제어부를 통해, 결정된 구동 속도에 따라 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킬 수 있다.(S50)
다음, 히트 펌프는, 제어부를 통해, 동작 종료 명령 신호가 수신되는지를 확인하고(S60), 동작 종료 명령 신호가 수신되면, 모든 동작 수행을 종료할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 히트 펌프는, 센싱된 제1 온도와 제2 온도의 비교 결과를 토대로 워터 펌프의 구동 속도를 결정할 수 있다.
여기서, 히트 펌프는, 제어부를 통해, 제2 온도가 제1 온도보다 더 낮거나 또는 동일한지를 확인한다.(S42)
그리고, 히트 펌프는, 제어부를 통해, 제2 온도가 제1 온도보다 더 낮거나 또는 동일하면, 워터 펌프의 구동 속도를 최대 속도로 결정할 수 있다.(S43)
따라서, 워터 펌프는, 최대 속도로 구동되어, 순환수의 온도를 사용자가 요구하는 온도로 신속하게 도달시킬 수 있다.
하지만, 히트 펌프는, 제어부를 통해, 제2 온도가 제1 온도보다 더 높으면, 워터 펌프의 구동 속도를 중간 속도로 결정할 수 있다.(S44)
따라서, 워터 펌프는, 중간 속도로 구동되어, 에너지 소비를 절감시킬 수 있다.
경우에 따라, 히트 펌프는, 제1, 제2 센서를 통해, 압력 밸브가 오버하는 것을 막기 위하여, 제1 온도와 제2 온도를 계속적으로 센싱할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 히트 펌프는, 결정된 구동 속도에 따라 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킬 수 있다.
이어, 히트 펌프는, 제3 센서를 통해, 워터 펌프에 의해 순환되는 물의 온도를 센싱할 수 있다.(S52)
그리고, 히트 펌프는, 제어부를 통해, 센싱한 물의 온도가 기설정 온도인지를 확인할 수 있다.(S54)
다음, 히트 펌프는, 제어부를 통해, 확인 결과, 센싱한 물의 온도가 기설정 온도이면, 기설정 온도가 기설정 시간 동안 유지되는지를 확인할 수 있다.(S56)
이어, 히트 펌프는, 제어부를 통해, 확인 결과, 기설정 온도가 기설정 시간 유지되면, 워터 펌프의 구동 속도를 최저 속도로 결정할 수 있다.(S58)
그리고, 히트 펌프는, 제어부를 통해, 결정된 구동 속도에 따라 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킬 수 있다.(S59)
여기서, 기설정 시간은, 약 30분 이상일 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
그리고, 기설정 온도는, 외부에서 입력된 희망 온도일 수 있다.
따라서, 워터 펌프는, 최저 속도로 구동되어, 에너지 소비를 최소화시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 히트 펌프는, 하이드로유닛에 입수되는 물의 온도와 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 온도를 비교하여 워터 펌프의 구동 속도를 가변시킴으로써, 에너지 소모를 최소화하고, 난방 성능을 향상시키며, 고객이 요구하는 온도로 쉽게 도달시킬 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000: 히트펌프
100: 실외기
400: 제어부
410: 센싱부
420: 워터 펌프
500: 하이드로유닛

Claims (13)

  1. 압축기가 구비되는 실외기;
    상기 실외기에서 공급된 냉매와 물을 열교환시키기 위한 하이드로유닛;
    상기 하이드로유닛으로부터 열교환된 물을 순환시키는 워터 펌프; 그리고,
    상기 워터 펌프를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도와 상기 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교하고, 상기 비교 결과를 토대로 상기 워터 펌프의 구동 속도를 결정하며, 상기 결정된 구동 속도에 따라 상기 워터 펌프의 구동 속도를 가변시키는 것을 특징으로 하는 히트 펌프.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도를 센싱하는 제1 센서;
    상기 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 센싱하는 제2 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 센서로부터 센싱된 제1 센싱 신호와 상기 제2 센서로부터 센싱된 제2 센싱 신호를 토대로 상기 워터 펌프의 구동 속도를 결정하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도와 상기 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교하는 비교부;
    상기 비교 결과를 토대로 상기 워터 펌프의 구동 속도를 결정하여 상기 결정된 구동 속도에 상응하는 구동 신호를 생성하는 구동부; 그리고,
    상기 구동부로부터 수신되는 구동 신호에 따라 스위칭되어 상기 워터 펌프의 속도를 가변하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 스위칭부는,
    상기 워터 펌프의 모터 주변에 배치되는 구동 코일; 그리고,
    상기 구동 코일에 연결되는 다수의 스위치들을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도와 상기 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교할 때, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도보다 더 낮거나 또는 동일하면, 상기 워터 펌프의 구동 속도를 최대 속도로 가변시키는 것을 특징으로 하는 히트 펌프.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도와 상기 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 비교할 때, 상기 제2 온도가 상기 제1 온도보다 더 높으면, 상기 워터 펌프의 구동 속도를 중간 속도로 가변시키는 것을 특징으로 하는 히트 펌프.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 워터 펌프에 의해 순환되는 물의 온도를 센싱하는 제3 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제3 센서로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 시간 동안 유지되면, 상기 워터 펌프의 구동 속도를 최저 속도로 가변시키는 것을 특징으로 하는 히트 펌프.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제3 센서로부터 센싱한 물의 온도가 기설정 온도인지를 확인하고, 상기 기설정 온도이면, 상기 기설정 온도가 기설정 시간 동안 유지되는지를 확인하며, 상기 기설정 온도가 기설정 시간 유지되면, 상기 워터 펌프의 구동 속도를 최저 속도로 가변시키는 것을 특징으로 하는 히트 펌프.
  10. 하이드로유닛으로부터 열교환된 물을 순환시키는 워터 펌프를 포함하는 히트 펌프의 제어 방법에 있어서,
    상기 하이드로유닛에 입수되는 물의 제1 온도를 센싱하는 단계;
    상기 하이드로유닛으로부터 출수되는 물의 제2 온도를 센싱하는 단계;
    상기 센싱된 제1 온도와 제2 온도를 비교하는 단계;
    상기 비교 결과를 토대로 상기 워터 펌프의 구동 속도를 결정하는 단계; 그리고,
    상기 결정된 구동 속도에 따라 상기 워터 펌프의 구동 속도를 가변시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 제어 방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 비교 결과를 토대로 상기 워터 펌프의 구동 속도를 결정하는 단계에서,
    상기 제2 온도가 상기 제1 온도보다 더 낮거나 또는 동일하면, 상기 워터 펌프의 구동 속도를 최대 속도로 결정하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 제어 방법.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 비교 결과를 토대로 상기 워터 펌프의 구동 속도를 결정하는 단계에서,
    상기 제2 온도가 상기 제1 온도보다 더 높으면, 상기 워터 펌프의 구동 속도를 중간 속도로 결정하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 제어 방법.
  13. 제10 항에 있어서, 상기 결정된 구동 속도에 따라 상기 워터 펌프의 구동 속도를 가변시키는 단계 이후,
    상기 워터 펌프에 의해 순환되는 물의 온도를 센싱하는 단계;
    상기 센싱한 물의 온도가 기설정 온도인지를 확인하는 단계;
    상기 확인 결과, 상기 센싱한 물의 온도가 기설정 온도이면, 상기 기설정 온도가 기설정 시간 동안 유지되는지를 확인하는 단계;
    상기 확인 결과, 상기 기설정 온도가 기설정 시간 유지되면, 상기 워터 펌프의 구동 속도를 최저 속도로 가변시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 제어 방법.
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