KR20220009053A - 히트펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 히트펌프는, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 냉매와 실외 공기를 열교환하는 실외 열교환기를 포함하는 실외 유닛, 고압의 기체 냉매가 흐르는 고압기체배관, 저압의 기체 냉매가 흐르는 저압기체배관, 및, 액체 냉매가 흐르는 액체배관을 포함하는 복수의 냉매 배관, 상기 복수의 냉매 배관에 연결되어, 상기 실외 유닛으로부터 냉매를 공급받고, 상기 실외 유닛으로부터 공급되는 냉매와 물을 열교환시키는 수냉매 열교환기들을 포함하는 하이브리드 분배기 유닛, 상기 하이브리드 분배기 유닛으로부터 공급되는 물과 실내 공기를 열교환하는 실내 열교환기를 각각 구비하는 복수의 실내 유닛, 상기 복수의 냉매 배관에 배치되어 각 냉매 배관의 냉매누설 여부를 센싱하는 복수의 냉매누설 감지센서를 포함하는 센서부, 및, 상기 센서부에서 감지되는 냉매누설 발생 위치에 따라, 상기 복수의 수냉매 열교환기의 동작 모드, 및, 상기 복수의 수냉매 열교환기와 상기 복수의 실내 유닛간의 연결 관계를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

히트펌프{HEAT PUMP}

본 발명은, 히트펌프 및 그 동작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 냉매누설에 효과적으로 대응할 수 있는 히트펌프 및 그 동작방법에 관한 것이다.

히트펌프란, 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 장치를 의미하며, 일반적으로 압축기, 실외 열교환기 등을 구비하는 실외 유닛과, 실내 열교환기 등을 포함하는 실내 유닛을 포함한다. 또한, 히트펌프는, 냉매의 열교환을 통해 물을 가열하여, 실내의 온도를 높이는 난방 또는 사용자에게 온수를 제공하는 급탕에 이용할 수 있어, 화석 연료의 사용을 대체할 수 있다.

한편, 종래 히트펌프의 경우, 난방장치나 급탕장치에는 냉매와 열교환된 물이 공급되고, 실내 유닛에는 실외 유닛으로부터 토출되는 냉매 자체가 공급된다. 즉, 종래 히트펌프에서는, 냉방운전 시, 액체 냉매가 실외 유닛에서 실내 유닛으로 공급되고, 난방운전 시, 고온, 고압의 기체 냉매가 실외 유닛에서 실내 유닛으로 공급되며, 냉매와 실내 공기 간의 열교환이 실내 유닛의 열교환기에서 일어난다.

한편, 프레온 가스와 같이 오존층파괴지수(Ozone Depletion Potential, ODP)와 지구온난화지수(Global Warming Potential, GWP)가 높은 냉매를 대체하는 친환경 냉매들 중, 프로판(propane)이나 이소부탄(Isobutane) 등을 주성분으로 포함하는 냉매는 가연성이 높아, 냉매가 실내 공간으로 누설되는 경우 화재 발생의 가능성이 높은 문제점도 있다. 따라서, 냉매누설시 안전한 히트펌프가 제안되고 있다.

예를 들어, 선행기술 1(한국 등록특허공보 제10-1989752호)는, 준가연성 냉매를 적용한 히트펌프 안전운전제어시스템 및 안전운전제어방법에 관한 것으로, 운전 중 압력비를 모니터링하여, 설계압력으로부터 특정 비율 이상 벗어나는 경우 냉매누설로 판단하며, 제품 케이스 및 기계실 외벽에 설치된 환기 팬을 구동하여 누설된 냉매 농도를 희석시키고, 누설여부를 경고하고 있다. 압력비를 통한 냉매누설 감지 기법은 냉매누설 자체를 감지하고 경보할 수 있으나 냉매누설 발생 위치를 특정하기 어렵고, 즉시 운전을 정지해야 하는 단점이 있다.

또한, 선행기술 2(한국 공개특허공보 제10-2019-0005052호)는, 냉매누설이 검출되면 고압관 차단 밸브를 폐쇄하고 저압관 차단 밸브를 개방하여 실내기의 냉매를 실외기로 회수하고 있다. 하나의 실외기에 여러 대의 분배기가 설치되는 시스템에 동일하게 적용하는 경우, 실외기 측에서 고압 및 저압밸브의 개폐가 수행된 후에는 전체 시스템이 정지되는 단점이 있다.

본 발명의 목적은, 하이브리드 분배기 유닛이 냉매와 열교환된 물을 실내 유닛으로 공급하고, 실내 유닛에서의 물과 실내 공기 간의 열교환을 이용하여 냉난방 기능을 제공할 수 있는 히트펌프 및 그 동작방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 하이브리드 분배기 유닛을 이용하여 누설이 발생한 경우에도 연속 운전이 가능한 히트펌프 및 그 동작방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 냉매누설이 시작된 위치를 추정할 수 있으며, 해당 밸브를 잠금으로써 추가 누설을 차단할 수 있는 히트펌프 및 그 동작방법을 제공함에 있다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 히트펌프는, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 냉매와 실외 공기를 열교환하는 실외 열교환기를 포함하는 실외 유닛, 고압의 기체 냉매가 흐르는 고압기체배관, 저압의 기체 냉매가 흐르는 저압기체배관, 및, 액체 냉매가 흐르는 액체배관을 포함하는 복수의 냉매 배관, 상기 복수의 냉매 배관에 연결되어, 상기 실외 유닛으로부터 냉매를 공급받고, 상기 실외 유닛으로부터 공급되는 냉매와 물을 열교환시키는 수냉매 열교환기들을 포함하는 하이브리드 분배기 유닛, 상기 하이브리드 분배기 유닛으로부터 공급되는 물과 실내 공기를 열교환하는 실내 열교환기를 각각 구비하는 복수의 실내 유닛, 상기 복수의 냉매 배관에 배치되어 각 냉매 배관의 냉매누설 여부를 센싱하는 복수의 냉매누설 감지센서를 포함하는 센서부, 및, 상기 센서부에서 감지되는 냉매누설 발생 위치에 따라, 상기 복수의 수냉매 열교환기의 동작 모드, 및, 상기 복수의 수냉매 열교환기와 상기 복수의 실내 유닛간의 연결 관계를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 고압기체배관에서 냉매누설이 감지되고, 냉방 실내 유닛이 있으면, 상기 수냉매 열교환기들 중 일부 수냉매 열교환기를 냉방 모드로 제어하고 나머지 수냉매 열교환기는 정지 모드로 제어하며, 상기 냉방 실내 유닛이 상기 냉방 모드로 동작하는 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 밸브를 제어할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 저압기체배관에서 냉매누설이 감지되고, 난방 실내 유닛이 있으면, 상기 수냉매 열교환기들 중 일부 수냉매 열교환기를 난방 모드로 제어하고 나머지 수냉매 열교환기는 정지 모드로 제어하며, 상기 난방 실내 유닛이 상기 난방 모드로 동작하는 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 밸브를 제어할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 고압기체배관에서 냉매누설이 감지되고, 냉방 실내 유닛이 없는 경우, 또는, 상기 저압기체배관에서 냉매누설이 감지되고, 난방 실내 유닛이 없는 경우, 또는, 상기 액체배관에서 냉매누설이 감지되는 경우에, 모든 수냉매 열교환기들을 정지 모드로 제어할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 수냉매 열교환기들 중 일부 수냉매 열교환기의 입구 또는 출구에서 냉매누설이 감지되고, 냉방 또는 난방 실내 유닛이 있으면, 냉매누설이 감지된 수냉매 열교환기를 정지 모드로 제어하고, 나머지 수냉매 열교환기를 냉방 또는 난방 모드로 제어하며, 상기 냉방 또는 난방 실내 유닛이 상기 냉방 또는 난방 모드의 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 밸브를 제어할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 수냉매 열교환기들 중 일부 수냉매 열교환기의 입구 또는 출구에서 냉매누설이 감지되고, 냉방 유닛 및 난방 실내 유닛이 있으면, 냉매누설이 감지된 수냉매 열교환기를 정지 모드로 제어하고, 나머지 수냉매 열교환기를 난방 모드로 제어하며, 상기 난방 실내 유닛이 상기 난방 모드의 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 밸브를 제어할 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 센서부에서 냉매누설이 감지되면, 냉매누설이 감지된 위치에 대응하는 밸브를 동작시킬 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 액체배관에서 냉매누설이 감지되면, 상기 하이브리드 분배기 유닛의 냉매측에 배치된 밸브들이 모두 차단하도록 제어할 수 있다.

한편, 상기 하이브리드 분배기 유닛은, 상기 수냉매 열교환기에 흐르는 냉매의 양을 조절하는 냉매조절 밸브를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 복수의 실내 유닛의 운전 부하를 산출하고,상기 복수의 실내 유닛의 운전 부하에 기초하여, 상기 냉매조절 밸브의 개도를 제어할 수 있다.

한편, 상기 하이브리드 분배기 유닛은, 복수개의 상기 수냉매 열교환기와, 상기 복수의 수냉매 열교환기를 구비하고, 상기 복수의 실내 유닛 각각은, 상기 복수의 수냉매 열교환기 중 둘 이상에 연결되고, 상기 운전 모드에 따라, 상기 연결된 둘 이상의 수냉매 열교환기 중 어느 하나로부터 상기 물을 공급받을 수 있다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 하이브리드 분배기 유닛이 냉매와 열교환된 물을 실내 유닛으로 공급하고, 실내 유닛에서의 물과 실내 공기 간의 열교환을 이용하여 냉난방 기능을 제공할 수 있는 히트펌프 및 그 동작방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 하이브리드 분배기 유닛을 이용하여 누설이 발생한 경우에도 연속 운전이 가능한 히트펌프 및 그 동작방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 냉매누설이 시작된 위치를 추정할 수 있으며, 해당 밸브를 잠금으로써 추가 누설을 차단할 수 있다.

한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 히트펌프의 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 실외 유닛, 하이브리드 분배기 유닛 및 실내 유닛의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른, 실외 유닛, 하이브리드 분배기 유닛 및 실내 유닛의 개략도이다.
도 4a 내지 4c는 복수의 실내 유닛의 운전 상태에 따른, 히트펌프의 동작 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 히트펌프의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프의 동작방법을 도시한 순서도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프의 동작방법에 관한 설명에 참조되는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.

또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 히트펌프의 구성을 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 히트펌프(10)는, 실외 유닛(100), 하이브리드 분배기 유닛(200), 및/또는 실내 유닛(300)을 포함할 수 있다.

실외 유닛(100)은, 냉매를 압축할 수 있다. 실외 유닛(100)은, 냉매를 압축하여, 고온, 고압의 기체 냉매를 토출할 수도 있고, 액체 냉매를 토출할 수도 있다.

실외 유닛(100)은, 하이브리드 분배기 유닛(200)과 복수의 배관(63, 72, 75)을 통해 연결될 수 있다. 예를 들면, 실외 유닛(100)은, 고압기체배관(63)을 통해 고온, 고압의 기체 냉매를 하이브리드 분배기 유닛(200)으로 공급할 수 있고, 저압기체배관(75)을 통해 하이브리드 분배기 유닛(200)으로부터 저압의 기체 냉매를 공급받을 수 있다. 예를 들면, 실외 유닛(100)은, 액체배관(72)을 통해 액체 냉매를, 하이브리드 분배기 유닛(200)으로 공급할 수도 있고, 하이브리드 분배기 유닛(200)으로부터 공급받을 수도 있다.

하이브리드 분배기 유닛(200)은, 실외 유닛(100)으로부터 공급되는 냉매와, 실내 유닛(300)으로부터 공급되는 물 사이에서 열교환이 일어나도록 동작할 수 있다. 예를 들면, 하이브리드 분배기 유닛(200)은, 실외 유닛(100)으로부터 공급되는 고온, 고압의 냉매를 이용하여, 실내 유닛(300)으로부터 공급되는 물의 온도를 높일 수 있고, 온수를 실내 유닛(300)으로 전달할 수 있다. 예를 들면, 하이브리드 분배기 유닛(200)은, 실외 유닛(100)으로부터 공급되는 액체 냉매를 이용하여, 실내 유닛(300)으로부터 공급되는 물의 온도를 낮출 수 있고, 냉수를 실내 유닛(300)으로 전달할 수 있다.

실내 유닛(300)은, 하이브리드 분배기 유닛(200)과 복수의 배관(41, 51)을 통해 연결될 수 있다. 예를 들면, 실내 유닛(300)은, 물유입배관(41)을 통해 하이브리드 분배기 유닛(200)으로부터 물을 공급받을 수 있고, 물토출배관(51)을 통해 하이브리드 분배기 유닛(200)으로 물을 전달할 수 있다.

실내 유닛(300)은, 하이브리드 분배기 유닛(200)으로부터 공급되는 물과 실내 공기 사이에서 열교환이 일어나도록 동작할 수 있다. 예를 들면, 실내 유닛(300)은, 하이브리드 분배기 유닛으로부터 온수가 공급되는 경우, 온수와 열교환된 공기를 토출하여 난방기능을 제공할 수 있다. 예를 들면, 실내 유닛(300)은, 하이브리드 분배기 유닛으로부터 냉수가 공급되는 경우, 냉수와 열교환된 공기를 토출하여 냉방기능을 제공할 수 있다.

본 도면에서는, 실내 유닛(300)을 천장형 실내 유닛으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 스탠드형, 벽걸이형, 천장형 등 다양하게 적용 가능하다.

한편, 히트펌프(10)는, 복수의 실내 유닛(300a 내지 300n)을 포함할 수 있고, 복수의 실내 유닛(300a 내지 300n)은 하이브리드 분배기 유닛(200)에 연결될 수 있다. 본 도면에서는, 하이브리드 분배기 유닛(200)과 복수의 실내 유닛(300a 내지 300n)이 별개의 배관을 통해 각각 연결되는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 하이브리드 분배기 유닛(200)에 연결된 배관이 분기되어 복수의 실내 유닛(300a 내지 300n) 각각에 연결될 수도 있다.

한편, 실외 유닛(100), 하이브리드 분배기 유닛(200), 및/또는 실내 유닛(300)은, 통신선으로 연결되어 상호 데이터를 송수신할 수 있고, 중앙제어기(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 중앙제어기의 제어에 따라 동작할 수도 있다.

한편, 실내 유닛(300)은, 리모컨(미도시)와 연결될 수 있고, 리모컨을 통해 사용자의 제어명령을 수신할 수 있다. 예를 들면, 사용자는 리모컨을 사용하여, 실내 유닛(300)의 전원 온/오프(on/off)를 제어할 수도 있고, 실내 유닛(300)의 운전 모드나 설정 온도를 변경할 수도 있다. 이때, 실내 유닛(300)은, 연결 형태에 따라 유선 또는 무선으로 리모컨과 통신할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 도 1의 실외 유닛, 하이브리드 분배기 유닛 및 실내 유닛의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 실외 유닛(100)은, 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기(153, 154), 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외 열교환기(151a, 151b), 기체화된 냉매를 잠시 저장하여 수분과 이물질을 제거한 뒤 일정한 압력의 냉매를 압축기(153, 154)로 공급하는 어큐뮬레이터(152), 압축된 냉매의 유로를 바꾸는 냉/난방 절환밸브(162), 오일 분리기(158, 159), 실외 열교환기(151a, 151b)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 실외팬(161), 응축된 냉매를 팽창하는 적어도 하나의 팽창기구(예: 전자식 팽창 밸브(Electronic expansion valves; EEV)) 등을 포함할 수 있다.

압축기(153, 154)는, 인버터 압축기, 정속 압축기 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 압축기(153)는 냉매의 압축용량을 가변시킬 수 있는 인버터 압축기이고, 제2 압축기(154)는 냉매의 압축용량이 일정한 정속 압축기일 수 있다.

압축기(153, 154)의 토출부는 제1 및 제2 토출배관(155,156)에 각각 연결될 수 있고, 제1 및 제2 토출배관(155,156)은 합지부(157)에 연결될 수 있다. 제1 및 제2 토출배관(155,156)에는 압축기(155, 154)에서 토출된 냉매 중 오일을 회수하는 오일분리기(158, 159)가 각각 설치될 수 있고, 오일 분리기(158, 159)는 오일 분리기(158, 159)로부터 분리된 오일을 압축기(153, 154)의 흡입부로 안내하는, 오일 회수관(130, 131)에 각각 연결될 수 있다.

어큐뮬레이터(151)의 흡입부에는 흡입배관(164)이 연결될 수 있고, 흡입배관(164)에는 흡입압력센서(169)가 배치될 수 있다. 흡입압력센서(169)는, 압축기(153, 154)로 유입되는 냉매의 흡입압력을 감지할 수 있고, 흡입압력 값은 제어부(예: 도 5의 550)로 전달될 수 있다.

합지부(157)는, 압축기(153, 154)에서 토출된 냉매가 사방밸브(162)를 거치지 않고 바이패스되는 고압기체배관(63)에 연결될 수 있다. 합지부(157)는, 제3 토출배관(168)을 통해 사방밸브(162)에 연결될 수 있다.

실외 열교환기(151a, 151b)는 실외 공기와 냉매를 열교환시킬 수 있다. 실외 열교환기(151a, 151b)는, 냉방운전 시 응축기로 동작할 수 있고, 난방운전 시 증발기로 동작할 수 있다.

실외 열교환기(151a, 151b)는, 제1 연결배관(171)에 의하여 사방밸브(162)와 연결될 수 있다. 실외 열교환기(151a, 151b)에서의 열교환이 보다 원활하게 일어나도록 하기 위하여, 실외 열교환기(151a, 151b)의 일 측에 실외기 팬(161)이 배치될 수 있다.

제1 실외 열교환기(151a)는, 제1 바이패스 배관(191) 및 제1 분배 배관(193)에 연결될 수 있다. 제1 연결배관(171)과 제1 바이패스 배관(191)는, 제2 바이패스 배관(198)에 의해 연결될 수 있다.

제2 실외 열교환기(151b)는, 제1 바이패스 배관(191)과, 제1 분배배관(193)과 합지되는 제2 분배배관(194)에 연결될 수 있다.

제1 연결배관(171)의 일단은 사방밸브(162)에 연결될 수 있고, 제1 연결배관(171)의 타단은 제1 열교환부(151a) 및 제2 바이패스 배관(198)에 연결될 수 있다.

제 1 분배배관(193)에는, 제1 분배배관(193)의 개도를 조절하는 제1 실외 팽창밸브(165a)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 제어부(551)의 제어에 따라, 제1 실외 팽창밸브(165a)는 제1 분배배관(193)을 통과하는 냉매를 교축하거나, 바이패스하거나, 차단할 수 있다.

제1 바이패스 배관(191)에는, 개폐되어 냉매의 흐름을 조절하는 제1 단속밸브(197)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 단속밸브(197)가 개방되는 경우, 제1 실외 열교환기(151a)에서 제2 실외 열교환기(151b)로 냉매가 전달될 수 있다. 한편, 본 도면에서는, 제1 바이패스 배관(191)은 제1 분배배관(193)에서 분지되어, 제2 실외 열교환기(151b)에 연결되는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 바이패스 배관(198)에는 제1 체크밸브(192)가 배치될 수 있다. 제1 체크밸브(192)는, 냉매가 제1 연결배관(171)에서 제1 바이패스 배관(191)으로 유동하는 것은 방지할 수 있다.

제2 분배배관(194)에는, 제2 분배배관(194)의 개도를 조절하는 제2 실외 팽창밸브(165b)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 실외 팽창밸브(165b)는, 제어부(551)의 제어에 따라, 제2 분배배관(194)을 통과하는 냉매를 교축하거나, 바이패스하거나, 차단할 수 있다.

과냉각장치(166)는 하이브리드 분배기 유닛(200)으로 전달되는 냉매를 냉각시킬 수 있다. 과냉각장치(166)는, 과냉각열교환기(166a), 액체배관(72)에서 바이패스되고, 과냉각열교환기(166a)와 연결되는 과냉각 바이패스배관(166b), 과냉각 바이패스배관(166b)에 배치되고, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 과냉각팽창밸브(166c), 및/또는 과냉각열교환기(166a)와 제3 토출배관(164)을 연결하는 회수배관(166d)을 포함할 수 있다.

하이브리드 분배기 유닛(200)은, 실외 유닛(100)에서 공급된 냉매와 물을 열교환하는 수냉매 열교환기(211)를 포함할 수 있다. 수냉매 열교환기(211)는, 냉매가 흐르는 냉매 유로(212)와 물이 흐르는 물 유로(213)가 열전달부재를 사이에 두고 내/외로 형성된 이중관 열교환기로 구성되는 것도 가능하고, 냉매 유로(212)와 물 유로(213)가 열전달부재를 사이에 두고 교대로 형성된 판형 열교환기로 구성되는 것도 가능하다. 이하에서는, 수냉매 열교환기(211)가, 판형 열교환기로 구성되는 경우를 예로 들어 설명한다.

수냉매 열교환기(211)의 냉매 유로(212)는, 고온, 고압의 기체 냉매가 흐르는 고압기체 냉매유로(263), 저압의 기체 냉매가 흐르는 저압기체 냉매유로(275) 및/또는 액체 냉매가 흐르는 액체 냉매유로(272)에 연결될 수 있다.

하이브리드 분배기 유닛(200)은, 고압기체 냉매유로(263)에 배치되어, 고압기체 냉매유로(263)의 개도를 조절하는 고압기체밸브(221)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 수냉매 열교환기(211)에 연결되는 실내 유닛(300)의 운전 모드가 난방 모드인 경우, 고압기체밸브(221)가 온(on)되어, 고압기체 냉매유로(263)에 흐르는 냉매가 냉매 유로(212)로 전달될 수 있다.

하이브리드 분배기 유닛(200)은, 저압기체 냉매유로(275)에 배치되어, 저압기체 냉매유로(275)의 개도를 조절하는 저압기체밸브(222)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 수냉매 열교환기(211)에 연결되는 실내 유닛(300)의 운전 모드가 냉방 모드인 경우, 저압기체 냉매유로(275)가 온(on)되어, 냉매 유로(212)로부터 토출되는 냉매가 저압기체 냉매유로(275)로 유동할 수 있다.

하이브리드 분배기 유닛(200)은, 액체 냉매유로(272)에 배치되어, 냉매 유로(212)에 흐르는 냉매의 양을 조절하는 냉매조절 밸브(231)를 포함할 수 있다. 냉매조절 밸브(231)는, 전자식 팽창밸브(EEV)로 구성될 수 있고, 입력되는 펄스 값에 따라 개도가 제어될 수 있다. 예를 들면, 냉매조절 밸브(231)에 입력되는 펄스가 50% 감소하는 경우, 냉매조절 밸브(231)의 개도량도 50% 감소될 수 있다.

하이브리드 분배기 유닛(200)은, 수냉매 열교환기(211)의 내부 압력이 평압을 이루도록 동작하는 평압밸브(223)를 더 포함할 수 있다. 평압밸브(223)의 일단은, 고압기체밸브(221), 저압기체밸브(222), 및, 수냉매 열교환기(211)의 사이(265)에 연결될 수 있다.

하이브리드 분배기 유닛(200)은, 물 유로(213)를 순환하는 물을 펌핑하는 펌프(251)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 펌프(251)는, 실내 유닛(300)으로부터 물이 공급되는 배관에 배치되어, 실내 유닛(300)에서 토출된 물이 수냉매 열교환기(211)로 유동하도록 동작할 수 있다.

하이브리드 분배기 유닛(200)은, 복수의 실내 유닛(300) 각각에 공급되는 물이 흐르는 물유입배관(41a, 41b)에 배치되어, 물유입배관(41a, 41b)의 개도를 조절하는 공급밸브(241a, 241b)를 포함할 수 있다.

하이브리드 분배기 유닛(200)은, 복수의 실내 유닛(300) 각각으로부터 공급되는 물이 흐르는 물토출배관(51a, 51b)에 배치되어, 물토출배관(51a, 51b)의 개도를 조절하는 토출밸브(242a, 242b)를 포함할 수 있다.

본 도면에서는, 공급밸브(241a, 241b)와 토출밸브(242a, 242b)가 하이브리드 분배기 유닛(200)에 구비되는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 실내 유닛(300)에 구비될 수도 있고, 하이브리드 분배기 유닛(200)과 실내 유닛(300) 사이에 별도로 배치될 수도 있다. 한편, 실시 예에 따라서, 공급밸브(241a, 241b)와 토출밸브(242a, 242b) 중 어느 하나가 생략될 수도 있다.

실내 유닛(300a, 300b)은, 실내 열교환기(310a, 310b), 실내팬(미도시), 다수의 센서(미도시) 등을 포함할 수 있다. 실내 열교환기(310a, 310b)는, 하이브리드 분배기 유닛(200)으로부터 공급되는 냉수 또는 온수와 공기를 열교환할 수 있다. 실내팬은, 회전을 통해, 실내 열교환기(310a, 310b)에서 열교환된 공기를 실내로 토출할 수 있다.

도 3은, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른, 도 1의 실외 유닛, 하이브리드 분배기 유닛 및 실내 유닛의 개략도이다. 도 2에서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

도 3을 참조하면, 하이브리드 분배기 유닛(200)은, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)를 구비할 수 있다. 본 도면에서는, 하이브리드 분배기 유닛(200)이 두 개의 수냉매 열교환기(211a, 211b)를 구비하는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 세 개 이상 구비할 수도 있다.

하이브리드 분배기 유닛(200)은, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)의 개수에 대응하여, 고압기체밸브(221a, 221b), 저압기체밸브(222a, 222b), 평압밸브(223a, 223b), 냉매조절 밸브(231a, 231b) 및/또는 펌프(251a, 251b)를 각각 복수개 구비할 수 있다.

하이브리드 분배기 유닛(200)은, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)의 개수와, 복수의 실내 유닛(300)의 개수에 대응하여, 공급밸브(241aa 내지 241db) 및 토출밸브(242a 내지 242d)를 복수개 구비할 수 있다. 본 도면에서는, 토출밸브(242a 내지 242d)가 삼방 밸브인 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

복수의 실내 유닛(300)은, 물유입배관(41a 내지 41d)과 물토출배관(51a 내지 51d)을 통해, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)에 각각 연결될 수 있고, 운전 모드에 따라 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b) 중 어느 하나로부터 물을 공급받을 수 있다. 이와 관련하여, 도 4a 내지 4c를 참조하여 설명하도록 한다.

도 4a 내지 4c는, 복수의 실내 유닛의 운전 상태에 따른, 히트펌프의 동작 상태를 나타내는 도면이다.

도 4a는, 복수의 실내 유닛(300) 중, 제1 및 제3 실내 유닛(300a, 300c)의 운전 모드가 난방 모드로 설정되고, 제2 및 제4 실내 유닛(300b, 300d)의 전원이 오프(off)되어, 히트 펌프(10)의 운전 모드가 난방 모드로 설정된 경우의 각 구성의 동작 상태를 도시한다.

도 4a를 참조하면, 히트펌프(10)는, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 부하를 고려하여, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b) 각각에 연결되는 실내 유닛(300)이 결정될 수 있다. 예를 들면, 복수의 실내 유닛(300) 중, 제1 및 제3 실내 유닛(300a, 300c)만 전원이 온(on)된 경우, 제1 수냉매 열교환기(211a)에는 제1 실내 유닛(300a)이 연결되고, 제2 수냉매 열교환기(211b)에는 제2 실내 유닛(300b)이 연결될 수 있다. 또한, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)와 복수의 실내 유닛(300) 간의 연결 관계에 따라, 공급밸브(241aa 내지 241db) 및 토출밸브(242a 내지 242d)의 개폐가 결정될 수 있다.

히트 펌프(10)의 운전 모드가 난방 모드로 설정되는 경우, 압축기(153, 154)에서 압축되어 토출된 고온, 고압의 기체 냉매는, 제1 및 제2 토출배관(155,156)과 합지부(157)를 거쳐 고압기체배관(63)으로 유동할 수 있고, 고압기체배관(63)를 통해 하이브리드 분배기 유닛(200)으로 공급될 수 있다.

또한, 하이브리드 분배기 유닛(200)의 고압기체밸브(221a, 221b)가 개방되어, 실외 유닛(100)으로부터 공급된 고온, 고압의 기체 냉매가 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)의 냉매 유로(212a, 212b)로 전달될 수 있다.

복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)는, 냉매 유로(212a, 212b)에서 유동하는 고온, 고압의 기체 냉매와, 물 유로(213a, 213b)에서 유동하는 물을 열교환시킬 수 있다. 이때, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)에서의 열교환에 의해, 냉매 유로(212a, 212b)에서 액체 냉매가 토출되어 액체 냉매유로(272)로 유동할 수 있다.

액체 냉매유로(272)에서 유동하는 액체 냉매는, 액체배관(72)을 통해 실외 유닛(100)으로 공급될 수 있다. 실외 유닛(100)으로 공급된 액체 냉매는, 실외 열교환기(151a, 151b)로 전달될 수 있고, 실외 열교환기(151a, 151b)는 액체 냉매와 실외 공기를 열교환시킬 수 있다. 이때, 실외 열교환기(151a, 151b)에서의 열교환에 의해, 실외 열교환기(151a, 151b)에서 제1 연결배관(171)으로 저압의 기체 냉매가 토출될 수 있고, 저압의 기체 냉매는 어큐뮬레이터(152)를 거쳐 압축기(153, 154)로 전달될 수 있다.

한편, 고온, 고압의 기체 냉매와 열교환된 고온의 물은, 제1 및 제3 실내 유닛(300a, 300c)으로 공급될 수 있고, 제1 및 제3 실내 유닛(300a, 300c)의 실내 열교환기(310a, 310c)에서 실내 공기와 열교환될 수 있다. 이때, 제1 및 제3 실내 유닛(300a, 300c)에 구비된 실내팬의 회전에 의해, 실내 열교환기(310a, 310c)에서 열교환된 공기가 실내로 토출될 수 있다.

도 4b는, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 모드가 모두 냉방 모드로 설정되어, 히트 펌프(10)의 운전 모드가 냉방 모드로 설정된 경우의 각 구성의 동작 상태를 도시한다.

도 4b를 참조하면, 히트펌프(10)는, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 부하를 고려하여, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b) 각각에 연결되는 실내 유닛(300)이 결정할 수 있다. 예를 들면, 복수의 실내 유닛(300) 중, 제1 수냉매 열교환기(211a)에는 제1 및 제2 실내 유닛(300a, 300b)이 연결되고, 제2 수냉매 열교환기(211b)에는 제3 및 제4 실내 유닛(300c, 300d)이 연결될 수 있다. 또한, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)와 복수의 실내 유닛(300) 간의 연결 관계에 따라, 공급밸브(241aa 내지 241db) 및 토출밸브(242a 내지 242d)의 개폐가 결정될 수 있다.

히트 펌프(10)의 운전 모드가 냉방 모드로 설정되는 경우, 압축기(153, 154)에서 압축되어 토출된 고온, 고압의 기체 냉매는, 제1 및 제2 토출배관(155,156), 합지부(157) 및 냉/난방 절환밸브(162)를 거쳐 제1 연결배관(171)으로 유동할 수 있고, 제1 연결배관(171)을 통해 실외 열교환기(151a, 151b)로 전달될 수 있다.

실외 열교환기(151a, 151b)는, 고온, 고압의 기체와 실외 공기를 열교환시킬 수 있다. 이때, 실외 열교환기(151a, 151b)에서의 열교환에 의해, 제2 분배배관(194)으로 액체 냉매가 토출되어, 액체배관(72)으로 유동할 수 있다.

액체배관(72)에서 유동하는 액체 냉매는 하이브리드 분배기 유닛(200)으로 공급될 수 있고, 하이브리드 분배기 유닛(200)으로 공급된 액체 냉매는 액체 냉매유로(272)를 통해 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)의 냉매 유로(212a, 212b)로 전달될 수 있다.

복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)는, 냉매 유로(212a, 212b)에서 유동하는 액체 냉매와, 물 유로(213a, 213b)에서 유동하는 물을 열교환시킬 수 있다. 이때, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)에서의 열교환에 의해, 냉매 유로(212a, 212b)에서 저압의 기체 냉매가 토출되어 저압기체 냉매유로(275)로 유동할 수 있다.

저압기체 냉매유로(275)에서 유동하는 저압의 기체 냉매는, 저압기체배관(75)을 통해 실외 유닛(100)으로 공급될 수 있다. 실외 유닛(100)으로 공급된 저압의 기체 냉매는, 어큐뮬레이터(152)를 거쳐 압축기(153, 154)로 전달될 수 있다.

한편, 액체 냉매와 열교환된 저온의 물은, 복수의 실내 유닛(300a 내지 300d)으로 공급될 수 있고, 복수의 실내 유닛(300a 내지 300d)의 실내 열교환기(310a 내지 310d)에서 실내 공기와 열교환될 수 있다. 이때, 복수의 실내 유닛(300a 내지 300d)에 구비된 실내팬의 회전에 의해, 실내 열교환기(310a 내지 310d)에서 열교환된 공기가 실내로 토출될 수 있다.

도 4c는, 복수의 실내 유닛(300) 중 일부의 운전 모드는 냉방 모드, 다른 일부의 운전 모드는 난방 모드로 설정되어, 히트 펌프(10)의 운전 모드가 냉난방 모드로 설정된 경우의 각 구성의 동작 상태를 도시한다.

도 4c를 참조하면, 히트펌프(10)는, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 모드를 고려하여, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b) 각각에 연결되는 실내 유닛(300)이 결정할 수 있다. 예를 들면, 복수의 실내 유닛(300) 중, 난방 모드로 설정된 제1 및 제3 실내 유닛(300a, 300c)은 제1 수냉매 열교환기(211a)에 연결되고, 냉방 모드로 설정된 제4 실내 유닛(300d)은 제2 수냉매 열교환기(211b)에 연결될 수 있다. 또한, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)와 복수의 실내 유닛(300) 간의 연결 관계에 따라, 공급밸브(241aa 내지 241db) 및 토출밸브(242a 내지 242d)의 개폐가 결정될 수 있다.

히트 펌프(10)의 운전 모드가 냉난방 모드로 설정되는 경우, 압축기(153, 154)에서 압축되어 토출된 고온, 고압의 기체 냉매는, 제1 및 제2 토출배관(155,156)을 거쳐 합지부(157)로 유동할 수 있다. 이때, 합지부(157)로 전달된 고온, 고압의 기체 냉매 중 적어도 일부는 고압기체배관(63)으로 유동할 수 있고, 고온, 고압의 기체 냉매 중 고압기체배관(63)으로 전달되지 않은 나머지 일부는 냉/난방 절환밸브(162)를 거쳐 제1 연결배관(171)으로 유동할 수 있다.

제1 연결배관(171)에서 유동하는 고온, 고압의 기체 냉매는, 실외 열교환기(151a, 151b)로 전달될 수 있고, 실외 열교환기(151a, 151b)에서 실외 공기와 열교환될 수 있다. 이때, 실외 열교환기(151a, 151b)에서의 열교환에 의해, 제2 분배배관(194)으로 액체 냉매가 토출되어, 액체배관(72)으로 유동할 수 있다.

한편, 하이브리드 분배기 유닛(200)의 제1 고압기체밸브(221a)는 개방되고, 제2 고압기체밸브(221b)는 폐쇄되어, 고압기체배관(63)을 통해 실외 유닛(100)으로부터 공급된 고온, 고압의 기체 냉매가 제1 수냉매 열교환기(211a)의 냉매 유로(212a)로 전달될 수 있다.

제1 수냉매 열교환기(211a)는, 냉매 유로(212a)에서 유동하는 고온, 고압의 기체 냉매와, 물 유로(213a)에서 유동하는 물을 열교환시킬 수 있다. 이때, 제1 수냉매 열교환기(211a)에서의 열교환에 의해, 냉매 유로(212a)에서 액체 냉매가 토출되어 액체 냉매유로(272)로 유동할 수 있다.

한편, 액체배관(72)을 통해 실외 유닛(100)으로부터 공급된 액체 냉매는, 액체 냉매유로(272)에서 유동하는 액체 냉매와 함께 제2 수냉매 열교환기(211b)의 냉매 유로(212b)로 전달될 수 있다.

제2 수냉매 열교환기(211b)는, 냉매 유로(212b)에서 유동하는 액체 냉매와, 물 유로(213b)에서 유동하는 물을 열교환시킬 수 있다. 이때, 제2 수냉매 열교환기(211b)에서의 열교환에 의해, 냉매 유로(212b)에서 저압의 기체 냉매가 토출되어 저압기체 냉매유로(275)로 유동할 수 있다.

저압기체 냉매유로(275)에서 유동하는 저압의 기체 냉매는, 저압기체배관(75)을 통해 실외 유닛(100)으로 공급될 수 있다. 실외 유닛(100)으로 공급된 저압의 기체 냉매는, 어큐뮬레이터(152)를 거쳐 압축기(153, 154)로 전달될 수 있다.

한편, 제1 수냉매 열교환기(211a)에서 열교환된 고온의 물은, 제1 및 제3 실내 유닛(300a, 300c)으로 공급될 수 있고, 제2 수냉매 열교환기(211b)에서 열교환된 저온의 물은 제4 실내 유닛(300d)으로 공급될 수 있다.

도 5는, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 히트펌프의 블록도이다.

도 5를 참조하면, 히트펌프(10)는, 팬 구동부(510), 압축기 구동부(520), 밸브부(530), 센서부(540) 및/또는 제어부(550)를 포함할 수 있다.

팬 구동부(510)는, 히트펌프(10)에 구비된 적어도 하나의 팬을 구동할 수 있다. 예를 들면, 팬 구동부(510)는, 실외 유닛(100)에 구비된 실외팬(161) 및/또는 복수의 실내 유닛(300)에 구비된 실내팬을 구동할 수 있다.

팬 구동부(510)는, 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 출력하는 정류부(미도시), 정류부로부터의 맥동 전압을 저장하는 dc 단 커패시터, 복수의 스위칭 소자를 구비하여, 평활된 직류 전원을 소정 주파수의 3상 교류 전원으로 변환 및 출력하는 인버터(미도시) 및/또는 인버터로부터 출력되는 3상 교류 전원에 따라 팬을 구동하는 모터(미도시)를 포함할 수 있다.

압축기 구동부(520)는, 압축기(153, 154)를 구동할 수 있다. 압축기 구동부(520)는, 교류 전원을 직류 전원으로 정류하여 출력하는 정류부(미도시), dc 단 커패시터(미도시), 인버터(미도시) 및/또는 인버터로부터 출력되는 3상 교류 전원에 따라, 압축기(153, 154)를 구동하는 압축기용 모터(미도시)를 포함할 수 있다. 압축기 구동부(520)는, 실외 유닛(200)이 복수의 압축기(153, 154)를 구비하는 경우, 복수의 압축기(153, 154)에 각각 대응하는 압축기용 모터를 구비할 수 있다.

밸브부(530)는, 히트펌프(10)에 구비되는 다양한 밸브를 포함할 수 있다. 밸브부(530)에 포함된 밸브는, 제어부(550)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 예를 들면, 밸브부(530)는, 실외 유닛(200)에 구비되는 냉/난방 절환밸브(162), 팽창밸브 및 단속밸브와, 하이브리드 분배기 유닛(200)에 구비되는 고압기체밸브(221), 저압기체밸브(222), 평압밸브(223), 냉매조절 밸브(231) 등을 포함할 수 있다.

센서부(540)는, 적어도 하나의 센서를 구비할 수 있고, 적어도 하나의 센서를 통해 감지된 센싱 값에 대한 데이터를 제어부(550)로 전송할 수 있다.

센서부(540)에 구비된 적어도 하나의 센서는, 실외 유닛(100), 하이브리드 분배기 유닛(200) 및/또는 실내 유닛(300)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다. 예를 들면, 센서부(540)는, 실외 열교환기(151a, 151b)에 배치되는 열교환기 온도센서, 각 배관을 통해 유동하는 냉매의 압력을 검출하는 적어도 하나의 압력센서, 각 배관을 통해 유동하는 유체의 온도를 검출하는 적어도 하나의 배관 온도센서 등을 포함할 수 있다.

센서부(540)는, 실내의 온도를 검출하는 실내 온도센서 및/또는 실외의 온도를 검출하는 실외 온도센서를 구비할 수 있다. 예를 들면, 실외 온도센서는 실외 유닛(100)에 배치될 수 있고, 실내 온도센서는 실내 유닛(300)에 배치될 수 있다.

센서부(540)는, 복수의 냉매 배관(63, 72, 75)에 배치되어 각 냉매 배관(63, 72, 75)의 냉매누설 여부를 센싱하는 복수의 냉매누설 감지센서(미도시)를 구비할 수 있다.

예를 들어, 센서부(540)는, 고압기체 냉매유로(263)에 배치되어 고압기체배관(63)의 냉매누설을 감지하는 고압기체배관 냉매누설 감지센서, 저압기체 냉매유로(275)에 배치되어 저압기체배관(75)의 냉매누설을 감지하는 저압기체배관 냉매누설 감지센서, 액체 냉매유로(272)에 배치되어 액체배관(72)의 냉매누설을 감지하는 액체배관 냉매누설 감지센서를 포함할 수 있다.

또한, 센서부(540)는, 수냉매 열교환기(211)의 입/출구에 배치되는 냉매누설 감지센서를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 고압기체밸브(221), 저압기체밸브(222), 냉매조절 밸브(231) 등 밸브와 수냉매 열교환기(211) 사이에서 발생하는 냉매누설을 더 정확하게 감지할 수 있다.

제어부(550)는, 히트펌프(10)에 구비된 각 구성과 연결될 수 있고, 각 구성의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(550)는, 히트펌프(10)에 구비된 각 구성과 상호 간에 데이터를 송수신할 수 있다.

제어부(550)는, 실외 유닛(100) 뿐만 아니라, 하이브리드 분배기 유닛(200), 실내 유닛(300), 히트펌프(10)의 동작을 원격 제어하는 원격제어장치(미도시) 등에 구비될 수 있다.

제어부(550)는, 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있고, 이에 포함된 프로세서를 이용하여, 히트펌프(10)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 여기서, 프로세서는 CPU(central processing unit)과 같은 일반적인 프로세서일 수 있다. 물론, 프로세서는 ASIC과 같은 전용 장치(dedicated device)이거나 다른 하드웨어 기반의 프로세서일 수 있다.

제어부(550)는, 팬 구동부(510)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(550)는, 팬 구동부(510)의 동작 제어를 통해, 실외팬(161)을 회전시키는 모터로 출력되는 3상 교류 전원의 주파수를 변경하여, 실외팬(161)의 회전수를 변경할 수 있다.

제어부(550)는, 압축기 구동부(520)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(550)는, 압축기 구동부(520)의 동작 제어를 통해, 압축기(153, 154)를 구동하는 압축기용 모터로 출력되는 3상 교류 전원의 주파수를 변경하여, 압축기(153, 154)의 운전 주파수를 변경할 수 있다.

제어부(550)는, 밸브부(530)에 포함된 적어도 하나의 밸브의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(550)는, 히트펌프(10)의 운전 모드가 난방 모드, 냉방 모드 및 냉난방 모드 중 어느 하나로 설정되는 경우, 각 모드에 대응하여 합지부(157), 사방밸브(162), 고압기체밸브(221), 저압기체밸브(222) 등의 동작을 제어할 수 있다.

제어부(550)는, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 부하를 산출할 수 있다. 제어부(550)는, 복수의 실내 유닛(300)의 전원 온/오프(on/off), 설정 온도, 실내 온도, 운전 모드 및 소비전력 중 적어도 하나에 기초하여, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 부하를 산출할 수 있다. 예를 들면, 복수의 실내 유닛(300) 중 전원이 오프(off)된 실내 유닛의 운전 부하는 0으로 산출될 수 있다. 예를 들면, 복수의 실내 유닛(300) 각각에 설정된 설정 온도와, 실내 온도 간의 차이에 따라, 운전 부하를 산출할 수 있고, 설정 온도와 실내 온도 간의 차이가 클수록 큰 운전 부하가 산출될 수 있다.

제어부(550)는, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 부하에 기초하여, 복수의 실내 유닛(300) 전체에 관한 전체 운전 부하 변화량을 산출할 수 있고, 산출된 전체 운전 부하 변화량에 기초하여, 압축기(153, 154)의 운전 주파수를 결정할 수 있다.

예를 들면, 복수의 실내 유닛(300)의 전원이 모두 온(on)인 상태에서 동일한 설정에 따라 동작하던 중에, 복수의 실내 유닛(300) 중 절반의 전원이 오프(off)되는 경우, 제어부(550)는, 전체 운전 부하 변화량을 -50%로 산출할 수 있고, 전체 운전 부하 변화량에 따라 압축기(153, 154)의 운전 주파수도 50% 감소되도록, 압축기 구동부(520)을 제어할 수 있다. 이때, 제어부(550)는, 전체 운전 부하 변화량이 -50%로 산출된 경우, 압축기(153, 154) 중 제1 압축기(153)의 운전 주파수는 유지하고, 제2 압축기(154)의 동작은 정지되도록, 압축기 구동부(520)을 제어할 수도 있다.

제어부(550)는, 히트펌프(10)가 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)를 구비하는 경우, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)와 복수의 실내 유닛(300) 간의 연결 관계를 결정할 수 있다.

제어부(550)는, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 부하에 기초하여, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)와 복수의 실내 유닛(300) 간의 연결 관계를 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(550)는, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 부하가 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)의 개수에 따라 분산되도록, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)와 복수의 실내 유닛(300) 간의 연결 관계를 결정할 수 있다.

제어부(550)는, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 모드에 기초하여, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)와 복수의 실내 유닛(300) 간의 연결 관계를 결정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(550)는, 복수의 실내 유닛(300) 중, 냉방 모드로 설정된 실내 유닛은 제1 수냉매 열교환기(211a)에 연결되고, 난방 모드로 설정된 실내 유닛은 제2 수냉매 열교환기(211b)에 연결되도록, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)와 복수의 실내 유닛(300) 간의 연결 관계를 결정할 수 있다.

제어부(550)는, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 부하에 기초하여, 냉매조절 밸브(231)의 개도를 제어할 수 있다.

제어부(550)는, 복수의 실내 유닛(300)의 운전 부하에 기초하여, 수냉매 열교환기(211)에 연결된 실내 유닛(300)에 관한 운전 부하 변화량을 산출할 수 있고, 산출된 운전 부하 변화량에 기초하여, 냉매조절 밸브(231)의 개도량을 결정할 수 있다. 예를 들면, 수냉매 열교환기(211)에 연결된 실내 유닛(300)의 운전 부하가 20kBTU(kilo British thermal unit)에서 15kBTU로 감소한 경우, 제어부(550)는 운전 부하 변화량을 -25%로 산출할 수 있고, 냉매조절 밸브(231)의 개도량이 25% 감소되도록 제어할 수 있다.

제어부(550)는, 냉매조절 밸브(231)의 개도량을 결정함에 있어서, 수냉매 열교환기(211)에 연결된 실내 유닛(300)의 운전 모드에 따라, 운전 부하 변화량의 적용 비율을 상이하게 설정할 수도 있다. 이때, 적용 비율은, 수냉매 열교환기(211)에 연결된 실내 유닛(300)의 운전 모드와 관련하여, 압축기(153, 154), 냉매조절 밸브(231) 등이 운전 효율에 미치는 영향 정도를 고려하여 결정될 수 있다.

예를 들면, 수냉매 열교환기(211)에 연결된 실내 유닛(300)의 운전 모드가 냉방 모드이고, 운전 부하 변화량이 -50%인 경우, 제어부(550)는 산출된 운전 부하 변화량을 제1 비율(예: 100%)만큼 적용하여, 냉매조절 밸브(231)의 개도량이 50% 감소되도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 수냉매 열교환기(211)에 연결된 실내 유닛(300)의 운전 모드가 난방 모드이고, 운전 부하 변화량이 -50%인 경우, 제어부(550)는 산출된 운전 부하 변화량을 제2 비율(예: 60%)만큼 적용하여, 냉매조절 밸브(231)의 개도량이 30% 감소되도록 제어할 수 있다.

한편, 제어부(550)는, 히트펌프(10)가 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)를 구비하는 경우, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)에 각각 연결되는 실내 유닛의 운전 부하에 기초하여, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)에 대응하는 냉매조절 밸브(231a, 231b)의 개도를 각각 제어할 수 있다.

제어부(550)는, 히트펌프(10)가 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)를 구비하는 경우, 센서부(540)에서 감지되는 냉매누설 발생 위치에 따라, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)의 동작 모드, 및, 복수의 수냉매 열교환기(211a, 211b)와 상기 복수의 실내 유닛(300)간의 연결 관계를 제어할 수 있다. 냉매누설에 따른 제어에 관해서는 도 6 내지 도 11을 참조하여 상세히 후술한다.

한편, 히트펌프(10)는, 출력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 출력부는, 디스플레이, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 등의 표시 장치를 구비할 수 있고, 표시 장치를 통해 히트펌프(10)의 동작에 관한 메시지를 표시할 수 있다. 출력부는, 스피커, 버저 등의 오디오 장치를 구비할 수 있고, 오디오 장치를 통해 경고음 등을 출력할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프의 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프(10)는, 하나 이상의 실외 유닛(100), 하나 이상의 분배기 유닛(200), 및 복수의 실내 유닛(300)을 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 것과 같이, 실외 유닛(100)은, 냉매를 압축하는 압축기(153, 154)와 냉매와 실외 공기를 열교환하는 실외 열교환기(151a, 151b)를 포함할 수 있다. 실외 유닛(100)은, 분배기 유닛(200)과 복수의 냉매 배관(63, 72, 75)으로 연결될 수 있다.

복수의 냉매 배관(63, 72, 75)은, 고압의 기체 냉매가 흐르는 고압기체배관(63), 저압의 기체 냉매가 흐르는 저압기체배관(75), 및, 액체 냉매가 흐르는 액체배관(72)을 포함할 수 있다.

센서부(540)는, 복수의 냉매 배관(63, 72, 75)에 배치되어 각 냉매 배관(63, 72, 75)의 냉매누설 여부를 센싱하는 복수의 냉매누설 감지센서(미도시)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 분배기 유닛(200a, 200b)은, 다중 열교환기를 구비할 수 있다. 즉, 분배기 유닛(200a, 200b)은, 각각 적어도 2이상의 열교환기(200a1, 200a2)(200b1, 200b2)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 분배기 유닛(200a, 200b)은, 다중 열교환기를 각각 독립적으로 제어할 수 있다.

예를 들어, 제1 분배기 유닛(200a)에 연결된 실내 유닛(300)이 냉방 모드로 동작하면, 제1 분배기 유닛(200a)의 제1,2 열교환기(200a1, 200a2)도 냉방 모드로 동작할 수 있다. 제2 분배기 유닛(200b)에 연결된 실내 유닛(300)이 난방 모드로 동작하면, 제2 분배기 유닛(200b)의 제1,2 열교환기(200b1, 200b2)도 난방 모드로 동작할 수 있다. 본 예에서 제1 분배기 유닛(200a)의 제1,2 열교환기(200a1, 200a2)는 냉방 모드로 증발기로 제2 분배기 유닛(200b)의 제1,2 열교환기(200b1, 200b2)는 난방 모드로 응축기로 동작하고 할 수 있다.

또 다른 예에서, 각 분배기 유닛(200a, 200b)은 제1 열교환기(200a1, 200b1)는 응축기 또는 증발기로 동작시키고, 제2 열교환기(200a2, 200b2)는 증발기 또는 응축기로 동작시킬 수 있다.

제어부(550)는, 열교환기(200a1, 200a2, 200b1, 200b2)의 동작 모드를 제어할 수 있고, 부하에 따라 열교환기(200a1, 200a2, 200b1, 200b2)와 실내 유닛(300)의 연결 관계도 제어할 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프(10)가 구비하는 분배기 유닛(200)은 하이브리드 분배기 유닛일 수 있다. 또한, 분배기 유닛(200)이 구비하는 복수의 열교환기(200a1, 200a2)(200b1, 200b2)는 수냉매 열교환기(211)일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 분배기 유닛(200)은, 각각 복수의 냉매 배관(63, 72, 75)에 연결되어, 실외 유닛(100)으로부터 냉매를 공급받고, 실외 유닛(100)으로부터 공급되는 냉매와 물을 열교환시키는 수냉매 열교환기들(211a, 211b)을 포함할 수 있다.

또한, 실내 유닛(300)은, 상기 하이브리드 분배기 유닛(200)과 복수의 배관(41, 51)을 통해 연결되어 물을 공급받고, 실내 공기를 열교환하는 실내 열교환기(310)를 포함할 수 있다.

환경에 대한 관심과 강화되고 있는 환경 규제들에 따라 공조 분야에서 low GWP 냉매 적용 필요성이 커지고 있다. R32와 같은 대부분의 친환경 냉매들은 미연성을 가지고 있어 안전성 확보 및 사고 예방 시스템이 요구된다.

또한, 냉매누설 즉시 누설 차단, 경보 등의 안전을 위한 조치가 취해져야 하며, 동시에 차단된 범위 이외의 영역에서는 연속운전이 가능하도록 하여 사용자들의 불편을 최소화하는 방안이 필요하다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프(10)는, 친환경 냉매와 물이 열교환하여 실내에 냉/난방을 공급하는 하이브리드 분배기 유닛(200)을 이용함으로써, 사람이 많이 머무는 실내 유닛(300)이 배치된 공간에 냉매가 유출되는 것을 최소화하여 안정성을 향상할 수 있다.

또한, 하이브리드 분배기 유닛(200)이 복수개 구비되는 경우에, 냉매누설이 발생하면, 냉매가 누설된 배관과 연결된 하이브리드 분배기 유닛(200)만 냉매누설에 따른 동작을 수행하고, 나머지 하이브리드 분배기 유닛(200)은 정상적으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 냉매누설 시에도 부분적인 연속 운전이 가능하다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 분배기 유닛(200)은, 복수의 열교환기를 포함하는 다중 열교환기 시스템으로 제작되고, 교환기를 기준으로 냉매 배관(63, 72, 75)과 물 배관(41, 51)이 물리적으로 분리되어 있으므로, 일부 냉매측 설비 및 물측 설비가 독립적으로 작동할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프(10)에서는, 실외 유닛(100)과 하이브리드 분배기 유닛(200) 사이의 배관(63, 72, 75)에서만 냉매가 흐른다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 하이브리드 분배기 유닛(200)에 연결된 배관별로 냉매누설 감지센서를 장착하여, 냉매누설이 감지되면 해당 파이프의 밸브를 차단하고 에러를 발생시킬 수 있다.

제어부(550)는, 냉매누설 감지센서로 냉매누설을 감지하여 에러를 발생시키고, 즉시 누설이 발생한 냉매 배관만을 차단시켜, 해당 배관과 무관한 운전은 지속하여 수행할 수 있다. 제어부(550)는, 냉매누설 감지센서에서 감지되는 냉매누설 발생 위치에 따라, 복수의 수냉매 열교환기(211)의 동작 모드, 및, 상기 복수의 수냉매 열교환기(211)와 상기 복수의 실내 유닛(300)간의 연결 관계를 제어함으로써, 낸매 누설이 발생한 배관과 무관한 운전은 지속하여 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 냉매누설 발생 이후에도, 하이브리드 분배기 유닛(200)의 모든 밸브가 닫히지 않은 상태에서 열교환기의 동작 모드를 확인하여 실외 유닛(100)이 운전을 지속할 수 있다. 제어부(550)는, 냉/난방 부하에 따라 수냉매 열교환기(211)의 동작 모드를 제어(증발기→응축기, 응축기→증발기, 증발기→정지, 응축기→정지 등)하고, 냉/난방 부하에 맞게 수냉매 열교환기(211)와 실내 유닛(300)을 연결시킬 수 있다. 이에 따라, 물-냉배 하이브리드 분배기 유닛의 안전성 및 사용자 편의성을 확보할 수 있다.

제어부(550)는, 센서부(540)에서 냉매누설이 감지되면, 냉매누설이 감지된 위치에 대응하는 밸브를 동작시킬 수 있다.

제어부(550)는, 냉매누설 위치에 따라, 기체배관 별로, 셧다운(SHUTDOWN)시킬 수 있다. 제어부(550)는, 냉매누설이 발생한 기체배관의 밸브를 닫아 해당 기체배관을 셧다운시킬 수 있다.

예를 들어, 고압기체배관(63)에서 냉매 누설이 발생하면, 고압기체배관(63)에 배치된 고압기체배관 냉매누설 감지센서의 센싱값이 크게 변하고, 제어부(550)는, 고압기체배관(63)에서 냉매누설이 발생한 것으로 판별할 수 있다. 제어부(550)는, 고압기체배관(63)의 고압기체밸브(221)를 동작시켜 고압기체배관(63)을 차단함으로써 추가적인 냉매누설을 방지할 수 있다.

마찬가지로, 저압기체배관(75)에서 냉매 누설이 발생하면, 제어부(550)는, 저압기체배관(75)의 저압기체밸브(222)를 동작시켜 저압기체배관(75)을 차단할 수 있다.

한편, 냉매누설이 발생하여 일부 배관이 차단된 상태에서도 운전 가능한 부하가 있으면, 히트펌프(10)는 해당 부하에 따라 운전할 수 있다.

제어부(550)는, 기체배관의 냉매누설에도 불구하고 열교환기의 동작모드가 생성 가능하고, 열교환기의 동작 모드를 생상하고, 생성한 모드의 실내 유닛과 열교환기를 연결시킬 수 있다. 또한, 제어부(550)는, 기체배관의 냉매누설로 인해 생성 불가능한 열교환기 모드와 동일한 모드를 가진 실내 유닛은 정지 모드의 열교환기에 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 생성 불가능한 열교환기 모드와 동일한 모드를 가진 실내 유닛에 연결되는 물측 삼방(3way) 밸브(242a 내지 242d)를 정지 모드의 열교환기에 할당할 수 있다.

예를 들어, 고압기체배관(63)에서 냉매누설이 감지되고, 냉방 실내 유닛이 있으면, 제어부(550)는, 수냉매 열교환기들(211a, 211b) 중 일부 수냉매 열교환기를 냉방 모드로 제어하고 나머지 수냉매 열교환기는 정지 모드로 제어할 수 있다. 또한, 제어부(550)는, 상기 냉방 실내 유닛이 상기 냉방 모드로 동작하는 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 공급밸브(241aa 내지 241db) 및 토출밸브(242a 내지 242d)를 제어할 수 있다. 한편, 상기 고압기체배관(63)에서 냉매누설이 감지되고, 냉방 실내 유닛이 없는 경우, 제어부(550)는, 모든 수냉매 열교환기들(211a, 211b)을 정지 모드로 제어할 수 있다.

마찬가지로, 상기 제어부(550)는, 저압기체배관(75)에서 냉매누설이 감지되고, 난방 실내 유닛이 있으면, 상기 수냉매 열교환기들(211a, 211b) 중 일부 수냉매 열교환기를 난방 모드로 제어하고 나머지 수냉매 열교환기는 정지 모드로 제어하며, 상기 난방 실내 유닛이 상기 난방 모드로 동작하는 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 공급밸브(241aa 내지 241db) 및 토출밸브(242a 내지 242d)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 저압기체배관(75)에서 냉매누설이 감지되고, 난방 실내 유닛이 없는 경우, 제어부(550)는, 모든 수냉매 열교환기들(211a, 211b)을 정지 모드로 제어할 수 있다.

즉, 고압기체배관(63)에서 냉매누설이 발생되면, 우선적으로 고압기체밸브(221)가 오프(off)된다. 만약 냉방 부하가 없다면, 제1,2 수냉매 열교환기들(211a, 211b)은 모두 정지 모드로 생성될 수 있다. 만약 냉방 부하가 존재한다면, 제1 수냉매 열교환기(211a)의 동작 모드는 증발기 모드로 생성되고, 제2 수냉매 열교환기(211b)의 동작 모드는 정지 모드로 생성될 수 있다. 이때 제어부(550)는 냉방 부하인 실내 유닛을 제1 수냉매 열교환기(211a)에 연결시킨다.

또한, 저압기체배관(75)에서 냉매누설이 발생되면, 우선적으로 저압기체밸브(222)가 오프(off)된다. 만약 난방 부하가 없다면, 제1,2 수냉매 열교환기들(211a, 211b)은 모두 정지 모드로 생성될 수 있다. 만약 난방 부하가 존재한다면, 제1 수냉매 열교환기(211a)의 동작 모드는 응축기 모드로 생성되고, 제2 수냉매 열교환기(211b)의 동작 모드는 정지 모드로 생성될 수 있다. 이때 제어부(550)는 난방 부하인 실내 유닛을 제1 수냉매 열교환기(211a)에 연결시킨다.

한편, 액체배관(72)은 냉/난방 구분없이 사용된다. 따라서, 제어부(550)는, 액체배관(72)에서 냉매누설이 감지되는 경우에, 고압기체밸브(221a, 221b), 저압기체밸브(222a, 222b), 및, 냉매조절 밸브(231a, 231b)를 오프시키고, 모든 수냉매 열교환기들(211a, 211b)을 정지 모드로 제어할 수 있다.

액체배관(72)에서 냉매누설이 감지되는 경우에, 제어부(550)는, 상기 하이브리드 분배기 유닛(200)의 냉매측에 배치된 밸브들이 모두 차단하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 액체배관(72)에서 냉매누설이 감지되면, 제어부(550)는, 고압기체밸브(221a, 221b), 저압기체밸브(222a, 222b), 평압밸브(223a, 223b), 냉방 운전시 고압기체배관 액고임 방지용 솔레노이드 밸브, 냉매조절 밸브(231a, 231b) 등을 오프시킬 수 있다.

한편, 제어부(550)는, 수냉매 열교환기들(211a, 211b) 중 일부 수냉매 열교환기의 입구 또는 출구에서 냉매누설이 감지되면, 적어도 냉매누설이 감지된 수냉매 열교환기를 정지 모드로 제어할 수 있다. 만약, 냉방 또는 난방 실내 유닛이 있으면, 제어부(550)는 냉매누설이 감지되지 않은 수냉매 열교환기를 냉방 또는 난방 모드로 제어하며, 상기 냉방 또는 난방 실내 유닛이 상기 냉방 또는 난방 모드의 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 밸브를 제어할 수 있다.

예를 들어, 제1 수냉매 열교환기(211a)의 입/출구 배관에 냉매누설이 발생하면, 제1 수냉매 열교환기(211a)에 연결된 고압기체밸브(221a), 저압기체밸브(222a), 및, 냉매조절 밸브(231a)를 차단할 수 있다. 또한, 제어부(550)는 제1 수냉매 열교환기(211a)는 정지 모드로 제어하고, 제2 수냉매 열교환기(211b)의 동작 모드는 냉/난방 부하에 따라 결정할 수 있다.

이때, 제2 수냉매 열교환기(211b)의 동작 모드와 동일한 모드의 실내 유닛(300) 측 3방 밸브는 제2 수냉매 열교환기(211b)로부터 물을 공급받도록 움직이고, 다른 모드의 실내 유닛(300) 측 3방 밸브는 제1 수냉매 열교환기(211a)에 연결되도록 움직일 수 있다.

물측 밸브로 물 유량 밸런싱 제어를 위한 이방(2way) 밸브와 물 흐름 방향 제어를 위한 삼방(3way) 밸브를 구비하는 경우를 예로 들면, 삼방(3way) 밸브를 소정 열교환기에 대응하여 제어함으로써 열교환기와 실내 유닛의 연결 관계를 제어할 수 있다.

또한, 제2 수냉매 열교환기(211b)의 입/출구 배관에 냉매누설이 발생하면, 제2 수냉매 열교환기(211b)에 연결된 고압기체밸브(221b), 저압기체밸브(222b), 및, 냉매조절 밸브(231b)를 차단할 수 있다. 또한, 제어부(550)는 제2 수냉매 열교환기(211b)는 정지 모드로 제어하고, 제1 수냉매 열교환기(211a)의 동작 모드는 냉/난방 부하에 따라 결정할 수 있다.

이때, 제1 수냉매 열교환기(211a)의 동작 모드와 동일한 모드의 실내 유닛(300) 측 3방 밸브는 제1 수냉매 열교환기(211a)로부터 물을 공급받도록 움직이고, 다른 모드의 실내 유닛(300) 측 3방 밸브는 제2 수냉매 열교환기(211b)에 연결되도록 움직일 수 있다.

한편, 제어부(550)는, 수냉매 열교환기들(211a, 211b) 중 일부 수냉매 열교환기의 입구 또는 출구에서 냉매누설이 감지되고, 상기 수냉매 열교환기들(211a, 211b) 중 일부 수냉매 열교환기의 입구 또는 출구에서 냉매누설이 감지되고, 냉방 유닛 및 난방 실내 유닛이 모두 있으면, 특정 부하에 우선 순위를 두고 처리할 수 있다.

예를 들어, 제어부(550)는, 냉매누설이 감지된 수냉매 열교환기를 정지 모드로 제어하고, 나머지 수냉매 열교환기를 난방 모드로 제어하며, 상기 난방 실내 유닛이 상기 난방 모드의 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 밸브를 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프의 동작방법을 도시한 순서도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프(10)는, 물-냉매 하이브리드형 분배기 유닛(200)의 냉매측 배관(고압기체배관, 저압기기체배관, 액체배관, 열교환기 입구 배관, 열교환기 출구 배관)에 냉매누설 감지센서를 부착하여 냉매누설 발생 여부를 모니터링할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제어부(550)는 냉매누설 감지센서로부터 센싱 데이터를 수신할 수 있다(S710). 제어부(S710)는, 센싱 데이터가 기설정된 기준치를 초과하면(S720), 냉매누설로 판단하고, 해당 냉매누설 감지센서가 배치된 위치로 냉매누설 위치를 특정할 수 있다(S735).

한편, 냉매누설 감지센서의 센싱 데이터가 기설정된 기준치를 초과하지 않으면(S720), 현재 운전을 지속할 수 있다(S725).

제어부(550)는, 냉매누설이 감지된 배관의 종류에 따라 열교환기 모드, 냉매측 밸브, 물측 삼방(3way) 밸브의 위치(설정)를 제어할 수 있다.

제어부(550)는, 냉매누설이 감지된 배관에 공급되는 냉매를 차단하기 위해 해당 배관의 밸브를 차단하여 추가 누설을 방지할 수 있다.

예를 들어, 열교환기 입/출구 배관에서 누설이 발생한 경우(S740), 열교환기 입출구측 냉매 밸브를 차단하고, 해당 열교환기의 모드를 정지 모드로 하고 나머지 열교환기의 운전만 허용할 수 있다(S745). 이에 따라, 냉매누설 에러의 발생 시에도 누설과 무관한 배관들을 활용하여 공조 시스템의 연속운전이 가능하다.

또한, 기체배관에서 누설이 발생한 경우(S750), 해당 기체배관의 밸브를 차단하고, 연관된 열교환기 모드를 생성하지 않으며, 해당 모드의 배관은 삼방(3way) 밸브를 제어하여 정지 판형에 할당할 수 있다(S755).

액체배관에서 누설이 발생한 경우(S760), 해당 분배기 유닛의 모든 냉매측 밸브 및 열교환기 모드를 정지하여 운전을 정지할 수 있다(S765). 이때, 다른 분배기 유닛이 있다면, 다른 분배기 유닛의 운전은 유지할 수 있다,

도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트펌프의 동작방법에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 상황별 밸브, 열교환기, 실내 유닛의 동작 상태를 예시한 것이다. 도 8 내지 도 11에서는, 히트펌프가 물측 밸브로 물 유량 밸런싱 제어를 위한 이방(2way) 밸브와 물 흐름 방향 제어를 위한 삼방(3way) 밸브를 구비하는 경우를 예시한다. 또한, 도 8 내지 도 11에서는, 히트펌프가 상측의 1번 판형 열교환기와 하측의 2번 판형 열교환기를 구비하는 경우를 예시한다.

도 8은 정상 운전시의 밸브, 열교환기, 실내 유닛의 동작 상태를 예시한 것이다.

도 8을 참조하면, 정상 운전중인 경우, 냉방 모드인 실내 유닛이 증발기 열교환기에 연결되기 위하여, 1번 열교환기에 증발기 모드를 생성하고, 냉방 실내 유닛과 연결된 배관의 삼방(3way) 밸브를 1번 열교환기 위치로, 1번 이방(2way) 밸브를 오픈(open)하도록 제어하여 수로를 형성한다.

또한, 난방 모드인 실내 유닛이 응축기 판형에 연결되기 위하여, 2번 열교환기에 응축기 모드를 생성하고, 난방 실내 유닛과 연결된 배관의 삼방(3way) 밸브를 2번 열교환기 위치로, 2번 이방(2way) 밸브를 오픈(open)하도록 제어하여 수로를 형성한다.

정지 모드인 실내 유닛이 각 열교환기에 할당된 용량이 더 적은 쪽에 할당되도록 하기 위하여 정지 실내 유닛과 연결된 배관의 삼방(3way) 밸브를 2번 열교환기 위치로, 1번과 2번 이방(2way) 밸브를 모두 클로즈(close)하도록 제어할 수 있다.

도 9는 고압기체배관에서 냉매누설이 발생한 경우를 예시한다.

도 9를 참조하면, 난방 모드인 실내 유닛이 응축기 판형에 연결되어야 하나, 고압기체배관의 폐쇄로 정지 판형에 연결되어야 한다. 따라서, 2번 판형을 정지 모드로 설정하여 난방 실내 유닛과 연결된 배관의 삼방 밸브를 2번 판형 위치로, 1번과 2번 이방 밸브를 모두 클로즈(close)하도록 제어한다. 냉방 모드 및 정지 모드의 실내 유닛 관련 제어는 정상 운전 시와 같다.

도 10은 1번 판형 열교환기의 입/출구 배관에서 냉매누설이 발생하고 냉/난방 부하가 모두 존재할 경우를 예시한다.

도 10을 참조하면, 난방 부하 우선순위를 냉방보다 높게 설정하여 냉매누설이 발생하지 않은 2번 판형에 응축기 모드를 생성할 수 있다. 난방 실내 유닛을 2번 판형에 연결하기 위하여 난방 실내 유닛이 연결된 배관의 삼방 밸브를 2번 위치로 제어하고, 2번 이방 밸브를 오픈(open)한다. 냉방 실내 유닛은 정지된 1번 판형에 할당한다.

도 11은 1번 판형 열교환기의 입구 배관에서 냉매누설 발생하고 냉방 부하만 존재할 경우를 예시한다.

도 11을 참조하면, 냉매누설이 발생하지 않은 2번 판형에 증발기 모드를 생성한다. 냉방 실내 유닛이 연결된 배관들의 삼방 밸브를 2번 판형으로 위치시키고, 2번째 이방 밸브를 오픈(open)하여 냉수를 공급한다. 정지 실내 유닛들은 냉매누설이 발생하여 정지한 1번 판형에 할당하였다가, 운전 모드가 생성되면 로직에 의해 밸브를 제어할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 히트펌프 및 그 동작방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

히트펌프: 10
실외 유닛: 100
하이브리드 분배기 유닛: 200
실내 유닛: 300

Claims (10)

1. 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 냉매와 실외 공기를 열교환하는 실외 열교환기를 포함하는 실외 유닛;
   고압의 기체 냉매가 흐르는 고압기체배관, 저압의 기체 냉매가 흐르는 저압기체배관, 및, 액체 냉매가 흐르는 액체배관을 포함하는 복수의 냉매 배관;
   상기 복수의 냉매 배관에 연결되어, 상기 실외 유닛으로부터 냉매를 공급받고, 상기 실외 유닛으로부터 공급되는 냉매와 물을 열교환시키는 수냉매 열교환기들을 포함하는 하이브리드 분배기 유닛;
   상기 하이브리드 분배기 유닛으로부터 공급되는 물과 실내 공기를 열교환하는 실내 열교환기를 각각 구비하는 복수의 실내 유닛;
   상기 복수의 냉매 배관에 배치되어 각 냉매 배관의 냉매누설 여부를 센싱하는 복수의 냉매누설 감지센서를 포함하는 센서부; 및,
   상기 센서부에서 감지되는 냉매누설 발생 위치에 따라, 상기 복수의 수냉매 열교환기의 동작 모드, 및, 상기 복수의 수냉매 열교환기와 상기 복수의 실내 유닛간의 연결 관계를 제어하는 제어부;를 포함하는 히트펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 고압기체배관에서 냉매누설이 감지되고, 냉방 실내 유닛이 있으면,
   상기 수냉매 열교환기들 중 일부 수냉매 열교환기를 냉방 모드로 제어하고 나머지 수냉매 열교환기는 정지 모드로 제어하며,
   상기 냉방 실내 유닛이 상기 냉방 모드로 동작하는 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 저압기체배관에서 냉매누설이 감지되고, 난방 실내 유닛이 있으면,
   상기 수냉매 열교환기들 중 일부 수냉매 열교환기를 난방 모드로 제어하고 나머지 수냉매 열교환기는 정지 모드로 제어하며,
   상기 난방 실내 유닛이 상기 난방 모드로 동작하는 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 고압기체배관에서 냉매누설이 감지되고, 냉방 실내 유닛이 없는 경우, 또는, 상기 저압기체배관에서 냉매누설이 감지되고, 난방 실내 유닛이 없는 경우, 또는, 상기 액체배관에서 냉매누설이 감지되는 경우에,
   모든 수냉매 열교환기들을 정지 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 수냉매 열교환기들 중 일부 수냉매 열교환기의 입구 또는 출구에서 냉매누설이 감지되고, 냉방 또는 난방 실내 유닛이 있으면,
   냉매누설이 감지된 수냉매 열교환기를 정지 모드로 제어하고,
   나머지 수냉매 열교환기를 냉방 또는 난방 모드로 제어하며,
   상기 냉방 또는 난방 실내 유닛이 상기 냉방 또는 난방 모드의 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 수냉매 열교환기들 중 일부 수냉매 열교환기의 입구 또는 출구에서 냉매누설이 감지되고, 냉방 유닛 및 난방 실내 유닛이 있으면,
   냉매누설이 감지된 수냉매 열교환기를 정지 모드로 제어하고,
   나머지 수냉매 열교환기를 난방 모드로 제어하며,
   상기 난방 실내 유닛이 상기 난방 모드의 수냉매 열교환기로부터 물을 공급받도록 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 센서부에서 냉매누설이 감지되면, 냉매누설이 감지된 위치에 대응하는 밸브를 동작시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 액체배관에서 냉매누설이 감지되면, 상기 하이브리드 분배기 유닛의 냉매측에 배치된 밸브들이 모두 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
9. 제1항에 있어서,
   상기 하이브리드 분배기 유닛은, 상기 수냉매 열교환기에 흐르는 냉매의 양을 조절하는 냉매조절 밸브를 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 복수의 실내 유닛의 운전 부하를 산출하고, 상기 복수의 실내 유닛의 운전 부하에 기초하여, 상기 냉매조절 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
10. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 분배기 유닛은, 복수개의 상기 수냉매 열교환기와, 상기 복수의 수냉매 열교환기를 구비하고,
    상기 복수의 실내 유닛 각각은,
    상기 복수의 수냉매 열교환기 중 둘 이상에 연결되고,
    상기 운전 모드에 따라, 상기 연결된 둘 이상의 수냉매 열교환기 중 어느 하나로부터 상기 물을 공급받는 것을 특징으로 하는 히트펌프.
    
    

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