KR20220102923A - 온수기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 온수기는, 내부에 물을 수용하는 물탱크, 상기 물탱크로 물을 공급하는 입수부, 및, 상기 물탱크에 수용된 물을 배출하는 출수부를 포함하고, 상기 출수부는, 상기 물탱크의 내부로 연장되는 복수의 출수관, 상기 복수의 출수관을 개폐하는 복수의 밸브, 상기 복수의 출수관과 연결되어, 상기 복수의 출수관 중 하나로부터 상기 물이 유입되는 출수 유로, 및, 상기 출수 유로에 연결되어 상기 물이 유입되는 출수 배관을 포함할 수 있다.

Description

온수기{A Water Heater}

본 발명은 온수기 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 효율을 향상할 수 있는 온수기 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

온수기는, 유입된 냉수를 가열하여 온수 수요처로 공급하는 장치를 의미한다. 히트펌프 온수기(Heat pump water heater)는, 히트펌프를 이용한 급탕 장치로, 급탕을 위한 물탱크와 물탱크의 물을 데우기 위한 히트펌프 사이클로 구성되는 것이 일반적이다.

히트펌프 사이클은, 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매가 응축되는 응축기, 상기 응축기를 통과한 냉매가 팽창되는 팽창기, 및, 상기 팽창기에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기를 포함할 수 있다. 상기 히트펌프 사이클에서, 냉매는 상기 증발기에서 열을 흡수하여 상기 응축기에서 열을 방출하고, 물에 열이 전달됨으로써 온수가 제조될 수 있다.

히트펌프 온수기는, 히트펌프 사이클 운전을 통해 외부 열원에서 증발을 하고 차가워진 공기는 외부로 배출한다. 그리고 고온, 고압부의 응축 열교환기를 물탱크 외부와 접촉한 상태에서 물탱크 내부의 물을 가열하는 구조를 가질 수 있다.

이때 물탱크의 물은 채워져 있으며, 채워져 있는 물탱크 내부의 물은 물탱크 외부에 감겨져 있는 응축기를 통해 사용자가 지정한 온도로 상승된다. 온도가 사용자가 원하는 온도로 상승되면 히트펌프는 정지한다. 한편, 사용자가 물통의 물을 사용하게 되면 하단으로 새로운 물이 공급되며, 물통내부의 온도가 일정 온도 이상 떨어질 경우 히트펌프는 재기동된다. 따라서, 설정 온도에 맞는 온수 공급을 위하여 물탱크 전체를 가열하는 재기동을 최소화하여 에너지 낭비를 제거하기 위한 방법들이 제안되고 있다.

통상적으로 급탕탱크의 출수온도가 최상단의 가장 뜨거운 온도로 고정되어 물의 온도를 적절한 온도로 만들기 위해서는 차가운 냉수와 섞어 사용하는 불편함이 있었다. 또한, 축열탱크와 축냉탱크를 사용할 경우 구조가 거대해지고 복잡해져 가정에서 사용하는 용도로는 적절하지 못하다.

본 발명의 목적은, 설정 온도에 맞는 온수 공급을 위한 재기동을 최소화함으로써 에너지 낭비를 저감할 수 있는 온수기 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 설정 온도에 맞는 온수를 빠르게 공급할 수 있는 온수기 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 저비용으로 효율을 향상할 수 있는 온수기 및 그 동작 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 온수기는, 내부에 물을 수용하는 물탱크, 상기 물탱크로 물을 공급하는 입수부, 및, 상기 물탱크에 수용된 물을 배출하는 출수부를 포함하고, 상기 출수부는, 상기 물탱크의 내부로 연장되는 복수의 출수관, 상기 복수의 출수관을 개폐하는 복수의 밸브, 상기 복수의 출수관과 연결되어, 상기 복수의 출수관 중 하나로부터 상기 물이 유입되는 출수 유로, 및, 상기 출수 유로에 연결되어 상기 물이 유입되는 출수 배관을 포함할 수 있다.

상기 복수의 출수관은 상기 물탱크의 길이 방향으로 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 온수기는, 상기 복수의 출수관에 대응하여 설치되는 복수의 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 온수기는, 설정 온도 정보를 포함하는 출수 신호가 있으면, 상기 복수의 온도 센서에서 감지되는 온도 데이터와 상기 설정 온도를 비교하여, 상기 복수의 출수관 중 어느 하나가 열리도록 상기 복수의 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 설정 온도가 상기 복수의 온도 센서에서 감지되는 온도 데이터의 온도 범위 내에 있으면, 상기 설정 온도와 가장 유사한 온도가 센싱되는 온도 센서를 판별하고, 판별된 온도 센서에 대응하는 출수관을 열 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 설정 온도가 상기 복수의 온도 센서에서 감지되는 온도 데이터의 온도 범위보다 낮으면, 상기 복수의 출수관 중 최하단에 배치된 출수관에 대응하는 밸브를 열 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 설정 온도가 상기 복수의 온도 센서에서 감지되는 온도 데이터의 온도 범위보다 높으면, 상기 복수의 출수관 중 최상단에 배치된 출수관에 대응하는 밸브를 열 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 온수기는, 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 열교환시켜 상기 물탱크에 수용된 물에 열을 공급하는 응축기, 상기 열교환기들 중 적어도 하나를 통과한 냉매가 팽창되는 팽창기, 및, 상기 팽창기를 통과한 냉매가 증발되는 증발기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 냉매가 상기 압축기, 상기 응축기, 상기 팽창기, 및 상기 증발기를 순환하도록 히트펌프 사이클을 동작시킬 수 있다.

상기 복수의 밸브는, 각각 상기 복수의 출수관에 배치되거나, 상기 출수 유로와 상기 복수의 출수관 연결 부위에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 설정 온도에 맞는 온수 공급을 위한 재기동을 최소화함으로써 에너지 낭비를 저감할 수 있다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 저비용으로 효율을 향상할 수 있다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 설정 온도에 맞는 온수를 빠르게 공급할 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 온수기의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기 구성을 예시하는 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기 구성을 예시하는 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기 구성을 예시하는 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 출수부 구성을 예시하는 도이다.
도 6은 물탱크 내부 온도분포에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기의 주요 제어 구성을 예시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기의 동작 방법의 순서도이다.

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.

도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)", "전", "후" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기 구성을 예시하는 도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 온수기(1)는, 급탕을 위한 물탱크(11)를 포함하는 물탱크부(10), 및, 물탱크(11)의 물을 가열하기 위한 히트펌프 사이클(20)을 포함할 수 있다. 실시 예에 따라서, 본 발명의 실시 예들에 따른 온수기(1)는, 히트펌프 사이클(20)이 아닌 다른 가열 수단으로 물탱크(11)를 가열할 수도 있다.

물탱크부(10)는 내부에 물을 수용하는 물탱크(11), 물탱크(11)로 물을 공급하는 입수 배관(12a), 및, 물탱크(11)에서 가열된 물을 배출하는 출수 배관(12b)을 포함할 수 있다.

온수기(1)의 하부에는 물탱크(11)로 물을 공급하는 입수 배관(12a)이 형성될 수 있다. 입수 배관(12a)의 끝단부는 온수기(1)의 내부로 함몰되게 형성될 수 있고, 온수기(1)의 외부로 돌출되도록 형성될 수도 있다. 입수 배관(12a)은 호스와 같은 수공급원이 삽입되거나 결착될 수 있는 구조로 형성되어, 상기 수공급원과 연결되어 물탱크(11)의 내부로 물을 공급할 수 있다.

물탱크(11)의 상부에는 물탱크(11)에서 가열된 물을 배출하는 출수 배관(12b)이 형성될 수 있다. 실시 예에 따라서, 출수 배관(12b)의 끝단부는 온수기(1)의 내부로 함몰되게 형성될 수 있고, 온수기(1)의 외부로 돌출되도록 형성될 수도 있다.

출수 배관(12b)은 호스와 같은 수공급원이 삽입되거나 결착될 수 있는 구조로 형성되어, 상기 수공급원과 연결되어 물탱크(11)에서 가열된 물을 온수 수요처로 배출시킬 수 있다.

온수기(1)의 케이스 외벽에는 하나 이상의 정보를 표시하는 디스플레이(30)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 온수기(1)의 출수 배관(12b) 인근에는 온수기(1)로부터 배출되는 온수의 온도를 표시해주는 디스플레이(30)가 배치될 수 있다. 디스플레이(30)는 온수기(1)의 외벽에 부착되어 형성되거나, 외벽에 내장되어 온도를 표시할 수도 있다. 디스플레이(30)는 온수기(1)로부터 배출되는 온수의 온도 뿐만아니라, 온수 수요처에서 요구하는 기타 정보를 동시에 제공할 수도 있다.

물탱크(11)는 실내에 배치될 수 있고, 입수 배관(12a)을 통해 물탱크(11) 내부로 유입된 물은 히트펌프(20)와 히터(60)에 의해 가열되어 출수 배관(12b)을 통해 배출될 수 있다.

온수기(1)는, 냉매를 압축시키는 압축기(21), 압축기(21)로부터 토출된 고온고압상태의 냉매를 물탱크(11) 내부의 물과 열교환시켜 물에 열을 공급하는 응축기(22), 응축기(22)를 거쳐 응축된 냉매를 감압시키는 팽창기(23), 및, 팽창기(23)를 거쳐 감압된 저온저압상태의 냉매를 외부공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기(24)를 포함할 수 있다.

응축기(22)는, 실내에 배치된 물탱크(11)의 외벽에 배치될 수 있다. 응축기(22)는 물탱크(11) 내부의 물과 열교환하기 위한 최소 간격을 가지고 배치될 수 있고, 물탱크(11)의 외벽에 부착되게 배치될 수도 있다.

응축기(22)는, 물탱크(11)의 하부영역에 부착되게 배치될 수 있고, 물탱크(11) 내부에는 응축기(22)를 유동하는 냉매로부터 열을 공급받아 물이 가열되는 영역인 가열영역(H)이 형성될 수 있다.

가열영역(H)의 인근에는 가열영역(H)에 저장된 물의 온도를 측정하는 제1 온도 센서(51)가 배치될 수 있고, 물탱크(11)의 상부에는 물탱크(11)의 상부에 저장된 물의 온도를 측정하는 제2 온도 센서(52)가 배치될 수 있다.

제1 온도 센서(51)는 가열영역(H)에 저장된 물의 평균온도수치를 측정할 수 있고, 제2 온도 센서(52)는 출수 배관(12b)을 통해 배출되는 물의 평균온도수치를 측정할 수 있다.

제1 온도 센서(51)는 가열영역(H)의 중간 혹은 물탱크(11)에 부착된 응축기(22)의 중간지점에 배치될 수 있고, 물탱크(11)의 전체높이를 1로 보았을 때, 최하측으로부터 전체높이의 0.21비율의 높이지점에 배치될 수 있다.

제2 온도 센서(52)는 출수 배관(12b)과 동일한 높이에 배치될 수 있고, 물탱크(11)의 전체높이를 1로 보았을 때, 최하측으로부터 전체높이의 0.74비율의 높이지점에 배치될 수 있다.

제2 온도 센서(52)와 출수 배관(12b)은 응축기(22)와 가열영역(H)보다 높은 위치에 배치되고, 입수 배관(12a)은 응축기(22)의 하부에 배치되거나 응축기(22)보다 하측에 배치될 수 있다.

온수기(1)는 빠른 가열을 위해 보조 열원을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 가열영역(H)의 인근에는 히트펌프(20)와 더불어 가열영역(H)으로 추가적인 열을 공급하는 보조히터(60)가 배치될 수 있고, 보조히터(60)는 물탱크(11)의 하부에 배치될 수 있다.

히트펌프(20)는, 증발기(24)에서의 열교환을 돕기위해 외부공기 유동을 발생시키는 팬(25)을 더 포함할 수 있다.

온수기(1)는, 압축기(21)의 운전, 및, 온수기(1)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(40)를 포함할 수 있다. 제어부(40)는 압축기(21) 뿐만 아니라, 팬(25)과 히터(60)의 운전까지 제어할 수 있다.

제어부(40)는 제1 온도 센서(51) 및 제2 온도 센서(52)와 무선 또는 유선으로 연결되어, 제1 온도 센서(51) 및 제2 온도 센서(52)에서 송신한 신호를 수신받을 수 있다. 또한, 제어부(40)는 제1 온도 센서(51) 및 제2 온도 센서(52)에서 수신받은 신호를 기초로 하여, 압축기(21), 팬(25) 및 히터(60)의 운전을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(40)는, 제2 온도 센서(52)와 설정온도가 소정 온도차(예, 섭씨 2.5도) 이내 차이가 나면 압축기(21)를 끄고, 아니면, 압축기(21)를 구동할 수 있다.

경우에 따라서, 응축기(22)는 실내에 배치된 물탱크(11)의 외벽에 배치되고, 압축기(21), 팽창기(23), 증발기(24), 팬(25)은 실외에 배치될 수 있다.

더 바람직하게는, 응축기(22)는 실내에 배치된 물탱크(11)의 외벽에 배치되고, 압축기(21), 팽창기(23), 증발기(24), 팬(25)은 실내에 배치된 물탱크(11)의 상부에 배치될 수 있다. 즉, 컴팩트(compact) 온수기(1) 제품 전체가 실내에 배치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기 구성을 예시하는 도이다.

도 1과 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기(1)는, 제품 하부에 급탕 물탱크(11)를 포함하는 물탱크부(10)가 배치되고, 제품 상부에 히트펌프 사이클(20)이 배치될 수 있다.

히트펌프 기계실(20a)은, 히트펌프 사이클(20) 중 상기 압축기(21), 상기 증발기(24), 및, 상기 팽창기(23)를 수용하고, 상기 물탱크부(10)와 분리된 구조를 가질 수 있다.

히트펌프 기계실(20a)에는 외부 공기 유입을 위한 흡입 덕트(27)와 내부 공기 배출을 위한 토출 덕트(28)가 형성될 수 있다. 상기 흡입 덕트(27)는, 상기 히트펌프 기계실(20a)의 상측에 연결되고, 상기 토출 덕트(28)는, 상기 히트펌프 기계실(20a)의 측면에 연결될 수 있다. 또한, 상기 물탱크는(11), 상기 히트펌프 기계실(20a)의 하측에 배치될 수 있다.

제품 하부의 물탱크부(10)는, 물탱크(11), 물탱크(11) 하부에 형성되는 입수 배관(12a), 및, 물탱크(11)의 상부에 형성되는 출수 배관(12b)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 물탱크부(10)는, 출수관 선택부(400)를 더 포함할 수 있다. 출수관 선택부(400)는 물탱크(11)의 상부에 형성될 수 있다.

히트펌프 사이클(20)은, 냉매를 압축시키는 압축기(21), 압축기(21)로부터 토출된 고온고압상태의 냉매를 물탱크(11) 내부의 물과 열교환시켜 물에 열을 공급하는 응축기(22), 응축기(22)를 거쳐 응축된 냉매를 감압시키는 팽창기(23), 및, 팽창기(23)를 거쳐 감압된 저온저압상태의 냉매를 외부공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기(24)를 포함할 수 있다. 히트펌프 사이클(20)을 순환하는 냉매는 열교환기인 응축기(22)와 증발기(24)에서 물, 공기와 열교환된다.

제품 상부의 히트펌프 사이클(20)에서는, 냉매가 압축기(21) 운전에 따라 냉매 순환 배관을 통해 순환하게 된다.

압축기(21)에서 토출된 고온 고압의 냉매는 물탱크(11)를 감싸고 있는 응축기(응축 열교환기)(22)를 지나면서 물탱크(11) 내부의 냉수와 열교환하게 된다.

열교환을 통해 물탱크(11) 내부 냉수의 수온이 상승하고, 응축 열교환기(22)의 냉매는 과냉 상태인 액체 냉매로 상부의 히트펌프 사이클(20)로 순환한다.

과냉 냉매는 다시 팽창기(23)를 통과하여 저온 저압 냉매 상태로 증발기(증발 열교환기)(24)로 순환된다. 이 때, 팬(25)과 팬 모터(25m)는, 외부 공기를 유동시켜 열교환을 도울 수 있다.

실시 예에 따라서, 팬 모터(25m) 및 팬(25)이, 회전하여, 흡입 덕트(27)를 통하여, 히트펌프 기계실(20a)로 외부 공기를 흡입하고, 증발 열교환기(24)에 외부 공기를 보내 냉매가 열을 흡수할 수 있게 한다. 한편, 차가워진 공기는 토출 덕트(28)를 통해서 히트펌프 기계실(20a) 외부로 배출될 수 있다.

일반적인 히트펌프 온수기는, 일정 온도 이하로 물탱크 내 물 온도가 내려가면, 히트펌프 사이클 운전을 통해 물탱크 내부 전체를 설정 온도까지 가열한다. 그러면, 물탱크 전체 물의 온도가 설정 온도에 대응하는 고온 상태까지 상승된다. 한편, 물탱크 내부 온수는 시간이 지남에 따라 전체적으로 온도가 하락한다.

물탱크는 온수의 사용 시, 시수(냉수)의 공급이 자동으로 이루어지며, 냉수는 일반적으로 온수보다 밀도가 커서 물탱크의 하단부에 위치하게 된다. 이로 인해 입수 배관은 물탱크의 하단부에 위치하며 출수 배관은 상단부에 위치하는 것이 일반적이다.

온수 저장 물탱크를 사용하는 제품의 온(On) 동작은 대부분 물탱크의 높이 중 특정 지점에 설치한 온도 센서를 기준으로 이루어진다. 온수를 사용하여 그 온도 센서가 설치된 지점을 성층화 현상이 일어난 온수/냉수의 경계(중간층)가 지나가게 되면, 온도 센서가 받아들이는 온도는 급격하게 냉수 온도에 가깝게 내려가며 제품이 설정한 온도보다 낮아지면 온 동작하게 되는 것이다.

통상적으로 급탕탱크의 출수온도가 최상단의 가장 뜨거운 온도로 고정되어 물의 온도를 적절한 온도로 만들기 위해서는 차가운 냉수와 섞어 사용하는 불편함이 있었다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기는 각각 물탱크의 다른 위치에 배치된 복수의 출수관을 이용하여, 대응 가능한 설정 온도는 재기동없이 대응함으로써, 온수를 빠르게 공급하고 에너지 낭비를 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기 구성을 예시하는 도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 출수부 구성을 예시하는 도이다.

도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기(1)는, 급탕을 위한 물탱크(11)를 포함하는 물탱크부(10)를 포함할 수 있다. 상기 물탱크(11)는, 내부에 물을 수용할 수 있다.

또한, 상기 물탱크부(10)는 상기 물탱크(11)로 물을 공급하는 입수부(12a) 및, 상기 물탱크(11)에 수용된 물을 배출하는 출수부(400)를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기(1)는, 상기 물탱크(11)의 물을 가열하기 위한 히트펌프 사이클(20)을 포함할 수 있다. 실시 예에 따라서, 온수기(1)는, 보조 히터 등 다른 가열 수단을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 입수부(12a)는, 새로운 용수가 공급되는 입구로, 외부 호스와 연결되어 냉수를 공급하는 입수 배관(12a)일 수 있다.

한편, 상기 출수부(400)는, 상기 물탱크(11)의 내부로 연장되는 복수의 출수관(440), 각각 상기 복수의 출수관(440)에 배치되어 상기 복수의 출수관(440)을 개폐하는 복수의 밸브(420)를 포함할 수 있다.

상기 복수의 출수관(440)은 상기 물탱크(11)의 길이 방향으로 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 출수관(440)은 각각 상기 물탱크(11)의 다른 높이(깊이)에서 출수할 수 있다.

상기 복수의 밸브(420)는 상기 복수의 출수관(440)를 개폐하기 위한 장치로, 예를 들어, 상기 복수의 밸브(420)는 솔레노이드 밸브(Solenoid valve)일 수 있다.

상기 복수의 밸브(420)는 제어부(40)와 신호선으로 연결될 수 있다. 상기 복수의 밸브(420)는 상기 제어부(40)의 제어에 따라 동작하며 각각 대응하는 출수관(440)을 개폐시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 밸브(420)는 복수의 출수관(440) 중 하나만 열리도록 동작할 수 있다.

한편, 상기 출수부(400)는, 상기 복수의 출수관(440)과 연결되는 출수 유로(410), 상기 복수의 출수관(440)과 연결되어, 상기 복수의 출수관(440) 중 하나로부터 상기 물이 유입되는 출수 유로(410), 및, 상기 출수 유로(410)에 연결되어 상기 물이 유입되는 출수 배관(12b)을 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 출수관(440)은 상기 물탱크(11)의 벽면(500)을 관통하여 상기 출수 유로(410)와 연결될 수 있다. 상기 물탱크(11)의 측면 벽면(500)에는 상기 복수의 출수관(440)이 통과할 수 있는 복수의 개구부가 형성될 수 있다.

상기 복수의 밸브(420)는, 각각 상기 복수의 출수관(440)에 배치되거나, 상기 출수 유로(710)와 상기 복수의 출수관(440) 연결 부위에 배치될 수 있다. 밸브(420)는, 각각 상기 복수의 출수관(440)에 배치되어 배치된 출수관(440)을 개폐할 수 있다. 또는 밸브(420)는, 상기 출수 유로(710)의 각 출수관(440) 측 입구에 배치되어 대응하는 출수관(440)을 개폐할 수 있다.

상기 복수의 밸브(420)가 동작하여 상기 복수의 출수관(440) 중 어느 하나가 열리면, 물탱크(11) 내부의 물은 열린 출수관(440) - 출수 유로(410) - 출수 배관(12b)을 순차적으로 통과하며 외부로 토출된다.

상기 출수 유로(710)와 상기 복수의 출수관(440)는 단일 어셈블리(assembly)로 구성되며 물탱크(11) 외부에 부착하는 형태로 구성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 출수부(400)는 출수관(440), 출수 유로(410), 밸브(420), 출수 배관(12b)이 하나의 출수부 어셈블리(assembly)로 제작되어, 조립과 설치가 용이할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기(1)는, 상기 복수의 출수관(440)에 대응하여 설치되는 복수의 온도 센서(430)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 복수의 온도 센서(430)도 길이 방향으로 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수의 온도 센서(430)는 각각 상기 물탱크(11)의 다른 높이(깊이)에서 온도를 센싱할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 출수부(400)는 복수의 온도 센서(430)를 포함할 수 있고, 상기 출수부(400)는 출수관(440), 출수 유로(410), 밸브(420), 출수 배관(12b), 온도 센서(430)가 하나의 출수부 어셈블리(assembly)로 제작될 수 있다.

상기 출수부(400)는 가열된 용수가 사용자에게 공급되는 출구이다. 물탱크(11) 내부에는 특정한 위치마다 복수의 온도 센서(430)가 배치되며 이를 통해 각 위치에서의 물의 온도를 센싱할 수 있다.

도 6은 물탱크 내부 온도분포에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 히트펌프가 재가동 하기 전 물탱크(11) 내부의 온도 분포는 도 6과 같다.

도 6을 참조하면, 물탱크(11) 내부의 온도분포는 리니어(linear)하게 구성되며, 최상단의 55℃ 내지 최하단 10℃까지 분포하게 된다.

각 출수관(440)과 온도 센서(430) 같은 위상에 설치되어 있으며, 출수관(440) 끝에는 솔레노이드 밸브(420)가 연결되어 각 출수관(440)의 사용여부를 조절할 수 있다. 제어부(40)는, 밸브(420)의 개폐만으로 출수온도를 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 히트펌프 기동전 형성되어 있는 다양한 온도의 물을 사용자에게 직접 공급하여 히트펌프 재기동 횟수를 줄여 에너지의 소비를 감소시킬 수 있다.

제어부(40)는, 설정 온도 정보를 포함하는 출수 신호가 있으면, 상기 복수의 온도 센서(430)에서 감지되는 온도 데이터와 상기 설정 온도를 비교하여, 상기 복수의 출수관(440) 중 어느 하나가 열리도록 상기 복수의 밸브(420)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 상기 제어부(40)는, 상기 설정 온도가 상기 복수의 온도 센서(430)에서 감지되는 온도 데이터의 온도 범위 내에 있으면, 상기 설정 온도와 가장 유사한 온도가 센싱되는 온도 센서(430)를 판별하고, 판별된 온도 센서에 대응하는 출수관(440)을 열 수 있다.

또한, 상기 제어부(40)는, 상기 설정 온도가 상기 복수의 온도 센서(430)에서 감지되는 온도 데이터의 온도 범위보다 낮으면, 상기 복수의 출수관(440) 중 최하단에 배치된 출수관(440)에 대응하는 밸브(420)를 열 수 있다.

또한, 상기 제어부(40)는, 상기 설정 온도가 상기 복수의 온도 센서(430)에서 감지되는 온도 데이터의 온도 범위보다 높으면, 상기 복수의 출수관(440) 중 최상단에 배치된 출수관(440)에 대응하는 밸브(420)를 열 수 있다. 이 경우에, 상기 제어부(40)는, 히트펌프 사이클(20)을 재기동할 수 있다.

히트펌프 사이클(20)은, 냉매를 압축시키는 압축기(21), 압축기(21)로부터 토출된 고온고압상태의 냉매를 물탱크(11) 내부의 물과 열교환시켜 물에 열을 공급하는 응축기(22), 응축기(22)를 거쳐 응축된 냉매를 감압시키는 팽창기(23), 및, 팽창기(23)를 거쳐 감압된 저온저압상태의 냉매를 외부공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기(24)를 포함할 수 있다. 히트펌프 사이클(20)을 순환하는 냉매는 열교환기인 응축기(22)와 증발기(24)에서 물, 공기와 열교환된다.

상기 제어부(40)는, 냉매가 상기 압축기(21), 상기 응축기(22), 상기 팽창기(23), 및 상기 증발기(24)를 순환하도록 히트펌프 사이클을 동작시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복수의 출수관(440)과 온도 센서(430)를 이용하여, 사용자가 원하는 물의 온도를 바로 출수하여 사용할 수 있고, 히트펌프 사이클 재기동 횟수를 최소화하여 에너지 사용량을 줄일 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기의 주요 제어 구성을 예시하는 블록도이다.

도 7을 참조하면, 온수기(1)는, 물탱크(11)에 수용된 물을 가열하는 히트펌프 사이클(20), 밸브부(520), 센서부(510), 및 제어부(40)를 포함할 수 있다.

밸브부(520)는, 온수기(1)에 구비되는 다양한 밸브를 포함할 수 있다. 밸브부(520)에 포함된 밸브는, 제어부(40)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 예를 들면, 밸브부(520)는, 팽창밸브(23) 및 복수의 출수관(440)을 개폐하는 복수의 솔레노이드 밸브(420) 등을 포함할 수 있다.

센서부(510)는, 복수의 센서를 구비할 수 있고, 센서를 통해 감지된 센싱 값에 대한 데이터를 제어부(40)로 전송할 수 있다.

센서부(510)에 구비된 센서는, 온수기(1)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다. 예를 들면, 센서부(510)는, 물탱크(11) 내부의 온도를 센싱하는 복수의 온도 센서(430)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 물탱크(11)의 다양한 위치에 출수관(440)을 가지고, 복수의 온도 센서(430)로 물탱크(11) 내부의 온도를 센싱할 수 있다.

제어부(40)는, 온수기(1)에 구비된 각 구성과 연결될 수 있고, 각 구성의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(40)는, 온수기(1)에 구비된 각 구성과 상호 간에 데이터를 송수신할 수 있다.

제어부(40)는, 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있고, 이에 포함된 프로세서를 이용하여, 온수기(1)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(40)는, 밸브부(520)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(40)는, 설정 온도와 물탱크 내부 각 위치의 현재 온도 데이터에 기초하여, 상기 밸브부(520)에 포함되는 복수의 밸브(440)의 동작 제어를 통해, 사용하는 출수관(440)을 선택할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 설정 온도에 맞는 온수 공급을 위한 재기동을 최소화함으로써 에너지 낭비를 저감할 수 있다. 또한, 저비용으로 효율을 향상할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 설정 온도에 맞는 온수를 빠르게 공급할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온수기의 동작 방법의 순서도이다.

도 8을 참조하면, 온수기(1)가 동작하는 중에 사용자 설정 온도가 지정되고 출수 신호가 들어오면(S810), 온도 센서(430)로 각 위치의 온도를 측정할 수 있다(S820).

만약, 사용자가 원하는 설정 온도가 모든 온도 센서(430)의 측정 온도 데이터보다 높을 경우(S830), 제어부(40)는, 최상단 출수관(440)의 솔레노이드 밸브(420)에 신호를 전달하여 해당 솔레노이드 밸브(420)를 오픈(Open)할 수 있다(S840). 이때 동시에 히트펌프 사이클(20)을 재가동하여 물탱크(11) 내부의 온도를 상승시킬 수 있다(S850).

만약, 사용자가 원하는 설정 온도가 모든 온도 센서(430)의 측정 온도 데이터보다 낮을 경우(S830), 상기 제어부(40)는, 최하단 출수관(440)의 솔레노이드 밸브(420)에 신호를 전달하여 오픈(Open)할 수 있다(S860).

상기 제어부(40)는, 최상단의 온도 데이터와 최하단의 온도 데이터 사이에 사용자가 원하는 설정 온도가 있을 경우(S830), 상기 설정 온도와 가장 가까운 온도가 센싱된 온도 센서(430)를 판별할 수 있다(S870). 상기 제어부(40)는, 상기 판별된 온도 센서(430)에 대응하는 출수관(440)의 솔레노이브 밸브(420)에 신호를 전달하여 오픈(Open)할 수 있다(S880).

본 발명의 실시 예에 따르면, 물탱크(11) 내부의 복수의 출수관(440) 중 사용하는 출수관(400) 위치를 조절하여 물탱크(11)에 형성되어 있는 다양한 온도의 물을 사용할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 사용자가 설정한 온도를 바탕으로 온도 센서를 사용하여 물탱크(11) 내부의 온도를 감지하고, 설정 온도와 가장 유사한 온도가 감지된 센서의 위치의 출수관을 선정할 수 있다.

본 발명에 따른 온수기 및 그 동작 방법은 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.

압축기: 21
응축기: 22
증발기: 24
제어부: 40

Claims (10)

1. 내부에 물을 수용하는 물탱크;
   상기 물탱크로 물을 공급하는 입수부; 및,
   상기 물탱크에 수용된 물을 배출하는 출수부;를 포함하고,
   상기 출수부는,
   상기 물탱크의 내부로 연장되는 복수의 출수관,
   상기 복수의 출수관을 개폐하는 복수의 밸브,
   상기 복수의 출수관과 연결되어, 상기 복수의 출수관 중 하나로부터 상기 물이 유입되는 출수 유로, 및,
   상기 출수 유로에 연결되어 상기 물이 유입되는 출수 배관을 포함하는 온수기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 출수관은 상기 물탱크의 길이 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 온수기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 출수관에 대응하여 설치되는 복수의 온도 센서;를 더 포함하는 온수기.
4. 제3항에 있어서,
   설정 온도 정보를 포함하는 출수 신호가 있으면, 상기 복수의 온도 센서에서 감지되는 온도 데이터와 상기 설정 온도를 비교하여, 상기 복수의 출수관 중 어느 하나가 열리도록 상기 복수의 밸브를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 온수기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 설정 온도가 상기 복수의 온도 센서에서 감지되는 온도 데이터의 온도 범위 내에 있으면, 상기 설정 온도와 가장 유사한 온도가 센싱되는 온도 센서를 판별하고, 판별된 온도 센서에 대응하는 출수관을 여는 것을 특징으로 하는 온수기.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 설정 온도가 상기 복수의 온도 센서에서 감지되는 온도 데이터의 온도 범위보다 낮으면, 상기 복수의 출수관 중 최하단에 배치된 출수관에 대응하는 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 온수기.
7. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 설정 온도가 상기 복수의 온도 센서에서 감지되는 온도 데이터의 온도 범위보다 높으면, 상기 복수의 출수관 중 최상단에 배치된 출수관에 대응하는 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 온수기.
8. 제7항에 있어서,
   냉매를 압축하는 압축기;
   상기 압축기로부터 토출된 냉매를 열교환시켜 상기 물탱크에 수용된 물에 열을 공급하는 응축기;
   상기 열교환기들 중 적어도 하나를 통과한 냉매가 팽창되는 팽창기; 및,
   상기 팽창기를 통과한 냉매가 증발되는 증발기;를 더 포함하는 온수기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 냉매가 상기 압축기, 상기 응축기, 상기 팽창기, 및 상기 증발기를 순환하도록 히트펌프 사이클을 동작시키는 것을 특징으로 하는 온수기.
10. 제1항에 있어서,
    복수의 온도 센서는, 각각 상기 복수의 출수관에 배치되거나, 상기 출수 유로와 상기 복수의 출수관 연결 부위에 배치되는 온수기.
    

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