KR101533112B1 - 히트펌프 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 난방운전시 공조장치를 순환하는 냉매가 가열장치에 의하여 가열되는 작동유체와 열교환하여 가열되고, 상기 가열장치는 상기 작동유체의 온도에 따라서 동작이 제어된다. 따라서 본 발명에 의하면, 다양한 타입의 가열수단을 냉매를 가열하기 위한 가열장치로 용이하게 사용할 수 있는 이점이 있다.

히트펌프, 공조장치, 가열장치, 냉매, 작동유체

Description

히트펌프 시스템 및 그 제어방법{Heat pump system and method for controlling the same}

본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난방운전시 냉매를 가열하기 위한 가열장치를 포함하는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프 시스템은, 실내를 냉방 또는 난방시키기 위하여 열교환사이클을 구성하는 압축기, 사방밸브, 실내열교환기 및 실외열교환기 등을 포함한다. 난방운전시에는, 상기 실외열교환기는 증발기로써 동작하고, 상기 실내열교환기는 팽창기로써 동작한다. 보다 상세하게는, 상기 실외열교환기에서 증발되면서 실외공기와 열교환한 냉매가 상기 압축기에서 고온, 고압으로 압축되어 상기 실내열교환기에서 팽창되면서 실내공기와 열교환됨으로써, 실내의 난방이 이루어진다.

그러나 종래의 기술에 의한 히트펌프 시스템에서는, 실외온도가 현저히 낮은 경우에는, 증발기로 동작하는 상기 실외열교환기에서의 냉매의 효율적인 증발이 이루어지지 못하게 될 수 있다. 따라서 이와 같은 냉매의 비효율적인 증발에 의하여 난방효율이 저하되는 단점이 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 보다 효율적인 난방이 가능하도록 구성되는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명은 순환하는 냉매와 실외공기 및 실내공기와의 열교환에 의하여 공간의 냉방 또는 난방을 위한 공조장치; 및 작동유체를 가열하는 가열부 및 상기 가열부에서 가열된 상기 작동유체와 냉매를 열교환시키는 열교환부를 포함하는 가열장치; 를 포함하고, 상기 가열부는 상기 작동유체의 온도가 기설정된 기준온도 이상이 되면 정지된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명은 (A) 공조장치가, 난방운전하는 단계; (B) 가열장치에 의하여 가열되는 작동유체가, 상기 공조장치를 순환하는 냉매와 열교환하는 단계; 및 (C) 상기 가열장치가, 상기 작동유체의 온도가 기설정된 기준온도 이상이 되면, 정지되는 단계; 를 포함한다.

본 발명에 의하면, 보다 효율적인 난방이 가능해지는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조 하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 히트펌프 시스템은, 공조장치(100) 및 가열장치(200)를 포함한다. 상기 공조장치(100)에는 냉방 또는 난방을 위한 각종 부품이 설치된다. 그리고 상기 가열장치(200)는, 난방운전시 상기 공조장치(100)를 순환하는 냉매를 가열하는 역할을 한다.

보다 상세하게는, 상기 공조장치(100)는 실외기(110) 및 실내기(120)를 포함한다. 상기 실외기(110)에는 실외열교환기(미도시) 및 압축기(미도시)를 포함하는 각종 부품이 설치된다. 상기 실내기(120)에는 실내열교환기(미도시)를 포함하는 각종 부품이 설치된다. 상기 실외열교환기는 냉방운전시에는 응축기로 동작되고, 난방운전시에는 증발기로 동작된다. 그리고 상기 실내열교환기는 냉방운전시에는 증발기로 동작되고, 난방운전시에는 응축기로 동작된다. 본 실시예에서는, 상기 실외기(110)는 1개로 구성되고, 상기 실내기(120)는 다수개로 구성되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말하면, 상기 실외기(110)가 다수개로 구성되거나, 상기 실내기(120)가 1개 또는 상기 실외기(110)에 대응되는 개수로 구성되어도 무방하다.

상기 실외기(110) 및 실내기(120)는 냉매관(130)으로 연결된다. 상기 냉매관(130)은 상기 실외기(110) 및 실내기(120)를 순환하는 냉매가 유동되는 곳이다. 또한 도시되지는 않았으나, 상기 실외기(110) 및 실내기(120)는, 양자 사이의 전원의 전달 및 통신을 위한 전원선 및 통신선으로 연결된다.

한편 상기 실외기(110)에는 바이패스관(111)이 구비된다. 상기 바이패스관(111)은 상기 공조장치(100)를 순환하는 냉매를 후술할 열교환부(230)로 바이패스시키는 역할을 한다. 상기 바이패스관(111)에는 밸브(113)가 설치된다. 상기 밸브(113)는, 상기 가열장치(200)의 사용여부, 즉 상기 가열장치(200)에 의한 상기 냉매의 가열여부에 따라서 상기 냉매관(130)을 순환하는 냉매가 상기 바이패스관(111)으로 선택적으로 바이패스되도록 한다.

그리고 상기 가열장치(200)는, 유체관(210), 가열부(220), 열교환부(230), 펌프(240) 및 센서(250)를 포함한다. 상기 유체관(210)은 상기 작동유체가 유동하는 곳이다. 그리고 상기 가열부(220)는 실질적으로 상기 유체관(210)을 유동하는 작동유체를 가열하여 열을 발생시키는 부분이다. 상기 가열부(220)로는, 예를 들면, 일반적인 보일러가 사용될 수도 있다. 그리고 상기 열교환부(230)는, 상기 가열부(220)에서 발생된 열을 상기 냉매에 전달시키는 역할을 한다. 보다 상세하게는, 상기 열교환부(230)는, 상기 가열부(220)에 의하여 가열된 작동유체와 상기 공조장치(100)를 순환하는 냉매를 열교환시킴으로써 상기 냉매를 가열한다. 이를 위하여 상기 유체관(210)를 유동하는 작동유체 및 상기 바이패스관(111)을 유동하는 냉매는 상기 열교환부(230)를 통과하면서 서로 열교환한다. 물론 상기 열교환부(230)의 내부에 상기 바이패스관(111)을 유동하는 냉매와 상기 유체관(210)을 유동하는 작동유체 사이의 열교환을 위한 열전달매체가 구비될 수 있다. 그리고 상기 펌프(240)는, 상기 작동유체가 상기 유체관(210)을 순환하도록 압송하는 역할을 한다. 상기 센서(250)는 상기 유체관(210)을 유동하는 상기 작동유체의 온도를 감 지한다. 바람직하게는, 상기 센서(250)는 상기 가열부(220)에서 가열되어 상기 열교환부(230)로 유동되는 상기 작동유체의 온도를 감지할 수 있도록 상기 유체관(210)의 일측에 설치될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 제어방법의 실시예를 보인 제어흐름도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 공조장치(100)가 난방운전된다.(S11) 이때 상기 공조장치(100)의 실외열교환기와 실내열교환기는 각각 증발기와 응축기로 동작된다.

상기 공조장치(100)가 난방운전되면, 상기 공조장치(100)를 순환하는 냉매의 가열이 필요한지 여부를 판단한다.(S13) 상기 냉매의 가열이 필요한지 여부는, 예를 들면, 실외공기의 온도가 기설정된 온도 이하, 즉 상기 실외열교환기에서 상기 냉매의 충분한 증발이 이루어지지는 않지 여부에 따라서 판단한다.

그리고 상기 S13단계에서 상기 냉매의 가열이 필요한 것으로 판단된 경우에는, 가열장치(200)가 동작된다.(S15) 보다 상세하게는, 가열부(220)가 온동작되어 작동유체가 가열된다. 그리고 가열된 상기 작동유체는 유체관(210)을 유동하여 열교환부(230)를 통과한다. 또한 상기 공조장치(100)를 순환하는 냉매, 보다 상세하게는, 상기 실외열교환에서 증발되어 압축기로 전달되는 냉매는, 밸브(113)의 개방에 의하여 바이패스관(111)을 유동하여 상기 열교환부(230)를 통과한다. 따라서 상기 냉매와 작동유체 사이의 열교환이 이루어짐으로써, 상기 작동유체가 가열된 다.

한편 상기 가열장치(200)가 동작되는 상태에서, 상기 센서(250)는 상기 작동유체의 온도를 감지한다. 그리고 상기 작동유체의 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는지 여부를 판단한다.(S17)

상기 S17단계에서, 상기 작동유체의 온도가 상기 기준온도를 초과한 것으로 판단된 경우에는, 상기 가열장치(200)가 정지된다. 이는 상기 공조장치(100)에서 필요로 하는 열량과 무관하게 상기 가열장치(200)에 의하여 상기 작동유체가 가열됨으로써, 실질적으로 상기 냉매가 과열되는 현상을 방지하기 위함이다. 또한 상기 가열장치(200)가 정지되면, 상기 밸브(113)가 닫혀서 상기 바이패스관(111)을 통한 상기 냉매의 바이패스가 중지될 것이다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 구성되는 본 발명에 의한 히트펌프 시스템 및 그 제어방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있게 된다.

먼저 본 발명에서는, 실외열교환기에서 증발된 냉매가 가열장치에 의하여 가열된다. 따라서 난방운전시 압축기로 전달되는 냉매의 온도가 증가됨으로써, 난방이 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.

그리고 본 발명에서는, 상기 가열장치를 유동하는 작동유체의 온도에 따라서 상기 가열장치를 온/오프동작시킨다. 따라서 상기 가열장치에 의하여 상기 냉매가 과열되는 현상이 방지됨으로써, 히트펌프 시스템이 손상되는 현상이 방지될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 상기 가열장치의 동작, 실질적으로 가열부의 동작이 상기 가열부에 의하여 가열되는 작동유체의 온도에 따라서 제어된다. 따라서 상기 가열부로 다양한 타입의 가열수단, 예를 들면, 보일러를 가열부로 사용하더라도, 용이하게 제어할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 히트펌프 시스템의 제어방법의 실시예를 보인 제어흐름도.

Claims (8)

1. 순환하는 냉매와 실외공기 및 실내공기와의 열교환에 의하여 공간의 냉방 또는 난방을 위한 공조장치;

   난방운전시 상기 냉매를 가열하기 위해 상기 공조장치를 순환하는 냉매와 열교환하는 작동유체를 가열하고, 상기 작동유체의 온도에 따라서 동작이 제어되는 가열장치; 및

   상기 냉매를 상기 작동유체와 열교환하기 위해 선택적으로 바이패스하는 바이패스관을 포함하고,

   상기 작동유체의 온도가 기설정된 기준온도 이상이 되면, 상기 가열장치는 정지되고, 상기 바이패스관은 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 공조장치는,

   실외열교환기 및 압축기가 설치되는 적어도 1개의 실외기; 및

   실내열교환기가 설치되는 적어도 1개의 실내기; 를 포함하는 히트펌프 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열장치는,

   상기 작동유체를 가열하는 가열부; 및

   상기 가열부에서 가열된 상기 작동유체와 냉매를 열교환시키는 열교환부; 를 포함하는 히트펌프 시스템.
5. 삭제
6. (A) 공조장치가, 난방운전하는 단계;

   (B) 가열장치에 의하여 가열되는 작동유체가, 상기 공조장치를 순환하는 냉매와 열교환함으로써 상기 냉매를 가열하는 단계;

   (C) 상기 가열장치가, 상기 작동유체의 온도가 기설정된 기준온도 이상이 되면, 정지되는 단계; 및

   (D) 상기 냉매를 상기 가열장치로 바이패스 하기 위한 바이패스밸브가 폐쇄되는 단계를 포함하는 히트펌프 시스템의 제어방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 (B) 단계에서,

   상기 가열장치는, 상기 냉매의 가열이 필요한 경우에만 동작하는 히트펌프 시스템의 제어방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 (B) 단계에서,

   상기 냉매의 가열의 필요여부는, 적어도 상기 공기장치를 순환하는 냉매와 실외온도의 차이를 고려하여 결정되는 히트펌프 시스템의 제어방법.

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