KR20130135022A

KR20130135022A - 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템

Info

Publication number: KR20130135022A
Application number: KR1020120143481A
Authority: KR
Inventors: 유풍상; 김수철; 이기순; 송낙영
Original assignee: 오텍캐리어 주식회사
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-12-10
Also published as: KR101380555B1

Abstract

본 발명은 하나의 시스템으로 공간 냉,난방, 바닥 난방, 사계절 급탕이 모두 가능하도록 한 다목적 고효율 시스템이 가능하도록 한 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 히트펌프를 이루도록 실내기(100)와 연계되는 실외기(200)와, 물탱크 유닛(300) 및 보일러 유닛(400)이 일체로 이루어진 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템으로서,
상기 실외기(200)는, 냉매를 고온,고압으로 압축하는 압축기(210)와; 상기 압축기(210)로부터 토출되는 냉매의 유로를 변경해주는 4방밸브(220)와; 상기 4방밸브(220)를 거친 냉매가 통과되면서 물탱크 유닛(300)의 물과 열교환하는 온수 열교환기(230)와; 상기 온수 열교환기(230)를 거친 냉매가 감압,감온되도록 하는 제 1,2팽창밸브(240)(280)와; 상기 제 1팽창밸브(240)를 거친 냉매가 통과하여 열교환이 이루어지도록 하는 팬코일 유닛부(250)와; 상기 보일러 유닛(400)으로부터 나오는 배기가스에 의한 폐열을 회수할 수 있도록 배기관(470)이 거치도록 하면서 팬코일 유닛부(250)의 열교환기(252)을 거치면서 순환되도록 하는 순환관(253)이 연결되는 폐열회수 열교환기(291)로 이루어지고,
상기 물탱크 유닛(300)은,
상기 실외기(200)의 온수 열교환기(230)를 거쳐서 물이 순환하도록 하는 순환배관(330)(340)이 구비되는 축열조(310)와; 난방이 이루어지도록 하는 연결배관(510)이 구비되고, 이 연결배관(510)과 연결되면서 난방수가 보일러 유닛(400)으로 환수되도록 하는 환수배관(520)과 연결되는 난방수 열교환기(320);로 이루어지는 구조이다.

Description

하이브리드 히트펌프 보일러 시스템{Hybrid Heat Pump Boiler System}

본 발명은 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 시스템으로 공간 냉,난방, 바닥 난방, 사계절 급탕이 모두 가능하도록 하면서 보일러 유닛의 폐열을 회수하여 동절기 실외기의 착상문제를 해결할 수 있도록 한 다목적 고효율 시스템이 가능하도록 한 것이다.

일반적으로, 히트펌프 시스템은 냉매의 발열 또는 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 또는 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉,난방 장치이다.

이러한 히트펌프 시스템은 압축기, 실외 열교환기를 구비하는 실외기 및 팽창밸브와 실내 열교환기를 가지는 실내기를 포함하여 구성된다.

그러나, 히트펌프 시스템은 난방에 사용하는 경우, 실외 공기의 온도가 낮아지는 동절기인 경우, 착상문제로 난방효율이 급격히 저하되거나 충분한 난방 또는 급탕 운전을 제공할 수 없는 경우가 대부분이다.

이러한 히트펌프 시스템의 문제점을 해결하기 위해서 급탕이 공급되는 냉난방 시스템이 제안되었다.

종래의 급탕이 공급되는 냉난방 히트펌프는 냉난방과 더불어 급탕을 추가적으로 공급하도록 함으로써 사용성이 크게 향상되도록 한 것이지만, 급탕의 공급이 원활하게 이루어지지 않고 급탕시에 냉방 효율이 저하되거나 또는 냉방시에 급탕효율이 저하되는 등의 문제점이 발생하였다.

대한민국 등록특허 제 10-877055호 대한민국 등록특허 제 10-877056호

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 히트펌프와 보일러 유닛 및 물탱크 유닛을 일체로 구성하여 보일러의 성능 한계와 히트펌프의 제상 및 저온에서의 성능저하의 기술적 한계를 극복하고, 보일러와 히트펌프의 장점을 조합하여 최적의 효율을 달성하도록 다양한 열원(실내/실외 공기열, 보일러 배기열)을 이용하여 바닥 난방 및 사계절 급탕을 제공할 수 있고, 공간 난방 및 바닥 난방을 선택적 또는 동시에 수행할 수 있으며, 보일러 유닛의 배기가스 폐열을 회수하여 동절기 실외기측의 팬코일 유닛부의 열교환기 착상문제를 해결할 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 히트펌프를 이루도록 실내기와 연계되는 실외기와, 물탱크 유닛 및 보일러 유닛이 일체로 이루어진 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템으로서,

상기 실외기는,

냉매를 고온,고압으로 압축하는 압축기와; 상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 유로를 변경해주는 4방밸브와; 상기 4방밸브를 거친 냉매가 통과되면서 물탱크 유닛의 물과 열교환하는 온수 열교환기)와; 상기 온수 열교환기를 거친 냉매가 감압,감온되도록 하는 제 1,2팽창밸브와; 상기 제 1팽창밸브를 거친 냉매가 통과하여 열교환이 이루어지도록 하는 팬코일 유닛부와; 상기 보일러 유닛으로부터 나오는 배기가스에 의한 폐열을 회수할 수 있도록 배기관이 거치도록 하면서 팬코일 유닛부의 열교환기를 거치면서 순환되도록 하는 순환관이 연결되는 폐열회수 열교환기로 이루어지고,

상기 물탱크 유닛은,

상기 실외기의 온수 열교환기를 거쳐서 물이 순환하도록 하는 순환배관이 구비되는 축열조와; 난방이 이루어지도록 하는 연결배관이 구비되고, 이 연결배관과 연결되면서 난방수가 보일러 유닛으로 환수되도록 하는 환수배관과 연결되는 난방수 열교환기로 이루어지는 것이다.

또한, 상기 제 1팽창밸브는 4방밸브로부터 온수 열교환기를 거쳐서 팬코일 유닛부와 연결되는 연결배관에 구비되고, 제 2팽창밸브는 실내기와 연결되는 연결배관상에 구비되는 구조이다.

또한, 상기 4방밸브와 온수 열교환기 사이의 연결배관상에는 2개의 3방밸브가 갖추어지고, 이중 하나의 3방밸브에는 실내기의 실내 열교환기를 거치는 연결배관과 연결되고, 다른 하나의 3방밸브는 연결배관으로부터 바이패스되어 4방밸브와 연결되는 바이패스 배관과 연결되는 구조이다.

또한, 상기 연결배관에는 바이패스되어 팬코일 유닛부와 연결되는 연결배관과 연결되는 바이패스 배관이 형성되는 구조이다.

또한, 상기 바이패스 배관에는 팬코일 유닛부의 선단에 위치하는 3방밸브가 갖추어지고, 이 3방밸브에는 실내기를 거치는 연결배관과 온수 열교환기를 거치는 연결배관이 분지관을 통해 합해져서 팬코일 유닛부를 통과하여 연결되는 구조이다.

또한, 상기 연결배관으로부터 바이패스되어 4방밸브와 연결되는 바이패스 배관과, 상기 연결배관으로부터 바이패스되어 팬코일 유닛부와 연결되는 연결배관과 연결되는 바이패스 배관은, 연결배관을 통해 서로 연결되어 난방모드시 냉매가 압축기로 이동하도록 되는 구조이다.

또한, 보일러 유닛은 난방수가 순환하여 바닥 난방이 이루어지도록 하는 바닥 난방부와 연결되는 구조이다.

또한, 순환배관상에는 3방밸브가 구비되고, 상기 3방밸브에는 순환배관으로부터 바이패스되어 난방수 열교환기를 거쳐서 연결되는 바이패스 배관이 구비되는 구조이다.

순환배관과 바이패스 배관으로 가는 분기점 위치에는 축열조로부터 나온 물이 온수 열교환기를 거친 다음 난방수 열교환기 또는 축열조로 유입되는 것을 선택적 또는 동시에 이루어지도록 하는 3방밸브를 구비하는 구조이다.

또한, 환수배관상에는 3방밸브가 갖추어지고, 상기 3방밸브와 연결되면서 바닥 난방부에 난방수를 공급하도록 연결되는 바이패스 배관이 구비되는 구조이다.

또한, 상기 보일러 유닛에는 축열조와 연결되면서 보일러 유닛내의 제 2열교환기를 거쳐서 배출되도록 하는 유입배관과 배출배관이 연결되는 구조이다.

또한, 상기 유입배관상에는 배출배관과 연결되는 3방밸브가 구비되어 축열조의 물을 보일러 유닛을 거치지 않고 바로 온수로 빼내어 사용할 수 있도록 되는 구조이다.

또한, 상기 폐열회수 열교환기는 보일러 유닛으로부터 나오는 난방수의 일부가 바이패스되어 통과되어 다시 환수배관을 통해 보일러 유닛으로 재유입되도록 하는 연결배관이 더 연결되는 구조이다.

상기 순환관에는 유체가 저장되는 저장탱크와, 유체가 순환관내를 이동하도록 해주는 순환펌프가 갖추어지는 구조이다.

또한, 상기 저장탱크에는 유체로서 부동액이 저장되어 순환관내를 순환하도록 되는 구조이다.

이와 같이, 본 발명은 히트펌프와 보일러 유닛 및 물탱크 유닛을 일체로 구성하여 소형화가 가능하여 공간활용을 할 수 있고, 기존 주택에 설치가 용이하며, 보일러 유닛과 히트펌프를 별도로 설치하는 번거로움을 피할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 공간 냉,난방, 바닥 난방 및 사계절 급탕을 제공할 수 있고, 외기 온도에 따른 히트펌프와 보일러의 최적 운전 조합으로 최적의 종합효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 공간 난방 및 바닥 난방을 선택적 또는 동시에 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 보일러부터 발생하는 배기가스에 의한 폐열을 회수하여 히트펌프의 성능을 극대화하고, 동절기 착상문제를 해결함으로써, 종래의 화석연료만 사용하는 보일러의 가동시간을 줄일 수 있으며, 그에 따라 이산화탄소 배출량도 줄일 수 있어 친환경 시스템으로서 제공이 가능한 것이다.

또한, 본 발명은 냉방모드시 응축열을 회수하여 온수로서 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템에 병렬 모듈 타입으로 구성하여 대용량에도 충분히 활용가능한 것이다.

또한, 본 발명은 종합 에너지 우선 운전, 이산화탄소 배출량 우선운전, 에너지 비용 우선운전, 전력피크 회피운전 등과 같은 스마트 운전기능이 가능한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템의 구성도로서, 난방모드인 경우를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 상태에서 냉방모드일 경우를 나타낸 구성도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

본 발명의 구체적인 내용을 설명함에 있어서, 사용되는 시스템은 방법이 아닌 장치를 나타내는 용어임을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템의 구성도로서, 난방모드 및 온수사용시(급탕)인 경우를 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템(1)은, 히트펌프를 이루는 실내기(100)와 연계되는 실외기(200)와, 물탱크 유닛(300) 및 보일러 유닛(400)으로 구성된다.

상기 실내기(100)는 실내 열교환기(110)와 송풍기(120)가 구비되어 있다.

또한, 상기 실외기(200)는 냉매를 고온,고압으로 압축하는 압축기(210)와, 상기 압축기(210)로부터 토출되는 냉매의 유로를 변경해주는 4방밸브(220)와, 상기 4방밸브(220)를 거친 냉매가 통과되면서 물탱크 유닛(300)의 물과 열교환하는 온수 열교환기(230)와, 상기 온수 열교환기(230)를 거친 냉매가 감압,감온되도록 하는 제 1팽창밸브(240)와, 상기 제 1팽창밸브(240)를 거친 냉매가 통과하여 열교환이 이루어지도록 하는 팬코일 유닛부(250)로 이루어진다.

상기 팬코일 유닛부(250)를 통과한 냉매가 다시 4방밸브(220)를 거쳐서 압축기(210)로 유입되도록 하면서 하나의 사이클을 이룬다.

상기 팬코일 유닛부(250)는 송풍기(251)와 열교환기(252)로 이루어지고, 제 1팽창밸브(240)를 거친 냉매가 통과하면서 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기이다.

상기 실내기(100)의 실내 열교환기(110)는 연결배관(111)(112)을 통해 실외기(200)와 연결되어서 실내 냉,난방이 이루어지도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 4방밸브(220)로부터 온수 열교환기(230)를 거쳐서 팬코일 유닛부(250)와 연결배관(260)(270)으로 연결되고, 4방밸브(220)와 온수 열교환기(230) 사이의 연결배관(260)상에는 2개의 3방밸브(261)(262)가 갖추어지는데, 하나의 3방밸브(261)에는 실내기(100)의 실내 열교환기(110)를 거치는 연결배관(111)과 연결되고, 다른 하나의 3방밸브(262)는 연결배관(260)으로부터 바이패스되어 4방밸브(220)와 연결되는 바이패스 배관(263)과 연결된다.

상기 3방밸브(262)는 온수 열교환기(230)쪽과 4방밸브(220)쪽으로 모드(냉,난방 모드)에 따라 선택적으로 냉매의 흐름경로를 변경해주도록 한다.

또한, 상기 연결배관(270)에는 바이패스되어 팬코일 유닛부(250)와 연결되는 연결배관(112)과 연결되는 바이패스 배관(271)이 형성된다.

상기 바이패스 배관(271)에는 팬코일 유닛부(250)의 선단에 위치하는 3방밸브(272)가 갖추어지고, 이 3방밸브(272)에는 실내기(100)를 거치는 연결배관(112)과 온수 열교환기(230)를 거치는 연결배관(270)이 분지관(273)을 통해 합해져서 팬코일 유닛부(250)를 통과하여 연결된다.

또한, 상기 바이패스 배관(271)에는 냉매의 이동경로를 제어하는 밸브(271a)가 갖추어진다.

또한, 상기 연결배관(270)에는 제 1팽창밸브(240)의 다음위치에 체크밸브(274)가 구비된다.

또한, 상기 바이패스 배관(271)의 3방밸브(272)와 연결되면서 실내기(100)와 연결되는 연결배관(111)과 연결되는 바이패스 배관(277)이 구비된 구조를 가진다.

또한, 바이패스 배관(263)과 바이패스 배관(271)은 연결배관(275)을 통해 서로 연결된다. 상기 연결배관(275)상에는 체크밸브(276)가 갖추어져서 냉매의 통과여부를 조절한다.

또한, 상기 실내기(100)의 실내 열교환기(110)를 거치는 연결배관(112)은 실외기(200)의 팬코일 유닛부(250)와 연결되는데, 이 연결배관(112)상에 제 2팽창밸브(280)가 갖추어진다.

또한, 4방밸브(220)와 압축기(210)의 사이에는 어큐뮬레이터(290)가 갖추어진다.

또한, 상기 물탱크 유닛(300)은 축열조(310)와 난방수 열교환기(320)로 이루어진 구조이다.

또한, 상기 보일러 유닛(400)은 버너(410)와, 제 1,2열교환기(420)(430)와 팽창탱크(440)로 이루어진다.

또한, 본 발명은 보일러 유닛(400)으로부터 나온 난방수가 순환하여 바닥 난방이 이루어지도록 하는 바닥 난방부(500)가 갖추어진다.

또한, 바닥 난방부(500)외에 라디에이터(도시되지 않음)와 연결하여 난방수가 순환되도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 물탱크 유닛(300)의 축열조(310)는 실외기(200)의 온수 열교환기(230)를 거쳐서 다시 축열조(310)와 연결되어 물이 순환하도록 하는 순환배관(330)(340)이 구비된다.

또한, 상기 순환배관(330)상에는 3방밸브(331)가 구비되고, 이 3방밸브(331)에는 순환배관(340)으로부터 바이패스되어 난방수 열교환기(320)를 거쳐서 연결되는 바이패스 배관(341)(342)이 구비된다.

또한, 상기 순환배관(340)과 바이패스 배관(341)의 분기점에는 3방밸브(343)가 구비된다.

상기 3방밸브(343)는 순환배관(340)를 이동하는 물을 난방수 열교환기(320)쪽으만 보내거나, 또는 물의 일부는 난방수 열교환기(320)쪽으로 보내고, 나머지 물의 일부는 다시 축열조(310)로 유입되도록 할 수 있다.

다시 말해서, 3방밸브(343)에서 온수 열교환기(230)를 거친 온수가 난방수와 난방수 열교환기(320)에서 열교환되어 환수되는 난방수를 가열하거나 또는 축열조(310)로 유입되어 온수 축열을 하는 동작을 동시에 진행하거나 또는 선택적으로 진행할 수 있는 것이다.

또한, 도면상 축열조(310)의 상부에는 릴리프 밸브(344)를 두어서 축열조(310) 내부에 고압이 형성되는 경우, 압력 배출이 가능하도록 한다.

또한, 축열조(310)의 하부에는 물공급 배관(311)이 연결되고, 상기 물공급 배관(311)상에는 감압밸브(312)가 갖추어지며, 축열조(310)안의 물을 드레인하기 위한 드레인 배관(313)이 연결된다.

또한, 상기 순환배관(330)상에는 축열조(310)안의 물을 순환되도록 하는 순환펌프(332)가 구비된다.

또한, 상기 난방수 열교환기(320)에는 상기 바닥 난방부(500)와 연결되는 연결배관(510)이 구비되고, 이 연결배관(510)은 난방수 열교환기(320)를 거쳐서 보일러 유닛(400)으로 난방수가 환수되도록 하는 환수배관(520)과 연결된다.

또한, 상기 연결배관(510)상에는 펌프(512)가 구비된 구조를 가진다.

또한, 상기 환수배관(520)상에는 3방밸브(521)가 갖추어지고, 이 3방밸브(521)에는 바닥 난방부(500)와 연결되는 바이패스 배관(522)이 구비된다.

또한, 상기 보일러 유닛(400)에는 축열조(310)와 연결되면서 보일러 유닛(400)내의 제 2열교환기(430)를 거쳐서 배출되도록 하는 유입배관(450)과 배출배관(460)이 연결된다.

상기 유입배관(450)상에는 3방밸브(451)가 구비되고, 이 3방밸브(451)에는 배출배관(460)의 일부가 바이패스되어 연결된다.

또한, 상기 보일러 유닛(400)내의 팽창탱크(440)는 환수배관(520)을 통해 난방수가 환수되도록 하는 난방수 유입배관(441)이 연결되고, 제 1열교환기(420)를 거쳐서 공급배관(523) 및 바이패스 배관(522)을 통해 바닥 난방부(500)로 난방수를 공급하도록 하는 공급배관(442)(443)이 연결된다.

상기 한쪽 공급배관(442)상에는 난방수의 순환,공급을 위한 펌프(444)가 갖추어진다.

또한, 상기 공급배관(443)에는 3방밸브(445)가 갖추어지고, 이 3방밸브(445)는 제 2열교환기(430)를 거쳐서 환수배관(520)과 연결되는 바이패스 배관(446)이 구비된다.

또한, 상기 환수배관(520)과 바이패스 배관(446)이 만나는 지점에는 분지관(447)을 두어서 합류되도록 한다.

여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 보일러 유닛(400)으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하여 활용할 수 있는데, 보일러 유닛(400)에 상부(또는 측면 등에 설치가능하고 위치에 한정되지 않음)에 형성된 배기구(401)와 연결되어서 배기구(401)로부터 나오는 배기가스가 실외기(200)에 구비된 폐열회수 열교환기(291)를 거쳐서 배출되도록 하는 배기관(470)이 연결된다.

또한, 상기 폐열회수 열교환기(291)는 환수배관(520)으로부터 바이패스되는 연결배관(524)이 통과(B 방향)하여 다시 환수배관(520)과 연결되어 난방수가 합류되는 구조를 가진다.

또한, 실외기(200)측의 팬코일 유닛부(250)를 구성하는 열교환기(252)를 통과함과 동시에, 폐열회수 열교환기(291)를 통과하여 순환하는 순환관(253)이 갖추어진다.

상기 순환관(253)상에는 유체가 저장되는 저장탱크(254)와, 유체가 순환관(253)내를 이동하도록 해주는 순환펌프(254)가 구비된다.

본 실시 예에 있어서, 상기 유체는 부동액으로서 순환관(253)내를 순환하도록 한다.

도 1 및 도 2에서 폐열회수 열교환기(291)에 도시된 숫자 1,2,3,4는 순환관(253)의 연결상태를 나타낸 것으로서, 도면의 편의상 1번과 4번 부분이 연결되고, 2번과 3번이 연결됨을 의미한다. 즉, 1→2→3→4→1의 순서로 순환관(253)이연결된 것이다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템의 동작설명을 난방 및 냉방모드별로 하면 다음과 같다.

[난방모드]

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 선택적으로 공간 난방과 바닥 난방을 수행할 수 있는데, 바닥 난방시 실내기(100)는 가동하지 않은 상태에서 실외기(200)와 물탱크 유닛(300) 및 보일러 유닛(400)이 가동하게 된다.

실외기(200)의 가동시, 압축기(210)로부터 토출되는 고온,고압의 냉매는 4방밸브(220)를 통해 연결배관(260)을 거쳐서 온수 열교환기(230)로 이동한다.

상기 온수 열교환기(230)를 거치면서 연결배관(270)을 통해 제 1팽창밸브(240)를 통과하고, 팬코일 유닛부(250) 및 3방밸브(272)를 지나 연결배관(275) 및 4방밸브(220)를 통과한 다음, 어큐뮬레이터(290)를 경유하여 다시 압축기(210)로 유입되면서 하나의 사이클을 형성하게 된다.

이때, 상기 바이패스 배관(271)상에 구비된 밸브(271a)는 폐쇄된 상태이다.

여기서, 상기 온수 열교환기(230)에는 물탱크 유닛(300)의 축열조(310)로부터 나온 물이 순환배관(330)(340)을 통해 순환하면서 열교환이 이루어지도록 한다.

다시 말해서, 실외기(200)의 가동으로 고온,고압의 냉매가 연결배관(260)을 통해 온수 열교환기(230)를 거치게 되기 때문에, 축열조(310)로부터 나온 물과 열교환이 되어서 순환배관(330)을 지나가는 물의 온도가 순환배관(340)을 지나면서 승온되고, 이 상태의 물(온수)은 3방밸브(343)를 거쳐서 바이패스 배관(341)을 통해 난방수 열교환기(320)를 거친 다음, 바이패스 배관(342)을 통해 다시 3방밸브(331)를 지나서 순환배관(330)으로 이동하는 순환동작을 수행한다.

또한, 보일러 유닛(400)의 팽창탱크(440)로부터 제 1열교환기(420)를 거친 다음 나오는 난방수는 공급배관(523), 바이패스 배관(522)을 거쳐서 바닥 난방부(500)로 공급되어 바닥 난방이 이루어지도록 하는데, 이 바닥 난방부(500)를 거친 난방수는 펌프(512)에 의해 연결배관(510)을 거쳐서 난방수 열교환기(320)를 통과한 다음, 환수배관(520)을 통해 다시 보일러 유닛(400)의 팽창탱크(440)로 재유입된다.

이때, 바닥 난방부(500)를 거친 난방수는 온도가 떨어져 있는데, 난방수 열교환기(320)를 거치면서 승온이 이루어진다.

다시 말해서, 축열조(310)로부터 나온 물은 실외기(200)의 온수 열교환기(230)를 거치면서 열원을 얻어서 승온된 상태로 난방수 열교환기(320)를 통과하므로, 바닥 난방부(500)를 거친 난방수와 열교환되어 저온의 난방수가 승온된 상태로 환수배관(520)을 통해 보일러 유닛(400)안으로 유입된다.

또한, 히트펌프를 이루는 실외기(200)측의 온수 열교환기(230)를 거친 온수는 난방수 열교환기(320)에서 열교환되는데, 온수의 열량이 충분한 상태에서는 연결배관(510)을 흐르는 난방수가 보일러 유닛(400)안으로 유입되지 않고, 3방밸브(521)를 통해 바로 바이패스 배관(522)을 통해 바닥 난방부(500)로 이동하여 바닥 난방이 이루어지도록 한다.

또한, 온수 열교환기(230)를 거친 온수가 난방수 열교환기(320)에서 열교환되는 과정에서 열량이 충분하지 못한 경우에는, 연결배관(510)을 흐르는 난방수는 보일러 유닛(400)의 내부로 유입되어 가열된 다음, 다시 나오도록 하여 공급 배관(523)을 통해 다시 바닥 난방부(500)를 통과하여 바닥 난방이 이루어지도록 한다.

따라서, 바닥난방 또는 급탕을 위해 보일러 유닛(400)에 의해 물을 가열하는데 소비되는 가스 소모량을 줄일 수 있다.

한편, 온수를 사용하고자 하는 경우에는 축열조(310)로부터 물을 유입배관(450)을 통해 보일러 유닛(400)의 내부로 유입시키고, 제 2열교환기(430)를 거친 다음, 다시 보일러 유닛(400)의 외부로 연결된 배출배관(460)을 통해 고온의 온수가 배출되어 온수 사용이 가능하게 된다.

축열조(310)의 온수 온도가 충분한 경우에는 축열조(310)안의 물을 보일러 유닛(400)을 거치지 않고, 3방밸브(451)를 통해 유입배관(450)으로부터 바로 배출배관(460)으로 바이패스되게 하여 온수로서 사용하면 된다.

상기 보일러 유닛(400) 내부의 제 2열교환기(430)에서는 제 1열교환기(420)를 거치면서 고온화된 물(버너(410)에 의한 가열로 인해 고온화됨)이 공급배관(443)을 통해 바닥 난방부(500)로 공급됨과 동시에, 3방밸브(445)를 통해 분기되어서 바이패스 배관(446)을 통해 제 2열교환기(430)를 거쳐서 분지관(447)을 경유하면서 다시 난방수 유입배관(441)과 합류하여 팽창탱크(440)로 유입되는데, 이 과정에서 제 2열교환기(430)를 통해 축열조(310)에서 나온 물이 승온되어 온수가 되는 것이다.

여기서, 본 발명은 보일러 유닛(400)의 가동시 발생하는 배기가스의 폐열을 회수하여 이용할 수 있는데, 보일러 유닛(400)의 배기구(401)를 통해 나온 배기가스는 배기관(470)내를 흐르게 되면서 실외기(200)내의 폐열회수 열교환기(291)를 거쳐서 배기된다.

이때, 보일러 유닛(400)으로부터 나오는 물이 연결배관(524)을 통해 이동하여 폐열회수 열교환기(291)를 거쳐서 다시 환수배관(520)을 통해 합류되어 보일러 유닛(400)의 내부로 재유입되는데, 상기 폐열회수 열교환기(291)에서 보일러 유닛(400)의 배기구(401)로부터 나오는 배기가스의 폐열과 보일러 유닛(400)으로부터 나오는 물이 열교환되어 승온된 상태로 환수배관(520)을 통해 재유입됨으로써, 보일러 유닛(400)의 가스 소비를 줄일 수 있다.

더욱이, 동절기에 외기 흡입 공기 온도가 영하로 떨어져서 열교환기(252)의 핀에 착상이 되는 경우, 순환관(253)의 내부로 흐르는 부동액이 폐열회수 열교환기(291)를 거치면서 보일러 유닛(400)의 배기가스에 의한 폐열에 의해 승온된 상태로 팬코일 유닛부(250)의 열교환기(252)를 거치도록 함으로써, 열교환기(252)의 무착상(제상기능)이 가능한 것이다.

만일, 보일러 유닛(400)으로부터 나오는 배기가스에 의한 폐열온도가 제상기능을 발휘하기 어려울 정도로 낮아서 폐열회수 열교환기(291)를 거치는 연결배관(265)내를 흐르는 냉매에 충분한 열원을 제공하지 못하는 경우, 보일러 유닛(400)으로부터 공급배관(523)을 통해 나오는 난방수의 일부가 바이패스되어 연결배관(524)을 통해(도면상 B 방향) 폐열회수 열교환기(291)를 거치게 되기 때문에, 순환관(253)을 흐르는 부동액은 난방수에 의한 열원과 보일러 유닛(400)의 폐열의 열원을 제공받아 충분히 온도가 상승된 상태로 팬코일 유닛부(250)의 열교환기(252)를 거치게 되기 때문에, 동절기 실외기(200)측의 팬코일 유닛부(250)을 구성하는 열교환기(252)의 착상이 발생하지 않도록 하는 제상기능을 충분히 발휘할 수 있는 것이다.

한편, 공간 난방을 하고자 하는 경우에는, 연결배관(260)상의 3방밸브(261)의 유로를 변경하여 실내기(100)측의 연결배관(111)으로 냉매가 보내지도록 함으로써, 실내기(100)에 포함되는 실내 열교환기(110)로부터 온기를 제공하여 공간 난방을 할 수 있고, 연결배관(112)을 통해 실외기(200)의 팬 코일 유닛부(250)의 열교환기(252)를 거쳐서 4방밸브(220)를 통해 다시 압축기(210)로 유입된다.

[냉방모드]

한편, 냉방모드인 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 실외기(200)에서 압축기(210)로부터 토출되는 고온,고압의 냉매는 4방밸브(220)를 거치면서 바이패스 배관(263)쪽으로 이동하여 3방밸브(262)에 의해 온수 열교환기(230)를 거치게 된다.

온수 열교환기(230)를 거친 냉매는 바이패스 배관(271)을 통해 3방밸브(272)를 거치면서 팬코일 유닛부(250)의 열교환기(252)를 통과하여 제 2팽창밸브(280)를 거쳐서 연결배관(112)을 통해 실내기(100)의 실내 열교환기(110)를 거치게 된다.

이때, 팬코일 유닛부(250)의 열교환기(252)와 제 2팽창밸브(280)를 거치는 고온,고압의 냉매는 저온,저압의 냉매로 전환되어 실내기(100)의 실내 열교환기(110)를 거치면서 실내에 냉기를 제공하고, 이런 다음 냉매는 연결배관(111)을 통해 3방밸브(261)를 거쳐서 연결배관(260)을 지나 4방밸브(220) 및 어큐뮬레이터(290)를 거쳐 다시 압축기(21)로 유입되는 과정을 이룬다.

냉방모드인 경우에는 주로 하절기인 경우로서, 보일러 유닛(400)은 가동하지않는 상태이다.

그러나, 물탱크 유닛(300)의 축열조(310)에 실외기(200)의 냉매 열원의 일부를 제공받아서 온수로서 활용가능하다.

다시 말해서, 실외기(200)측에 구비된 온수 열교환기(230)는 압축기(210)로부터 토출되는 고온,고압의 냉매가 통과하게 되고, 이때, 축열조(310)로부터 물이 순환펌프(332)의 작동으로 순환배관(330)을 통해 온수 열교환기(230)를 거치면서 고온,고압의 냉매로부터 열원을 빼앗아 승온된 상태로 순환배관(340)을 거쳐서 다시 축열조(310)로 재공급됨으로써 온수로 활용가능하다.

즉, 온수는 사계절 내내 사용할 수 있는 시스템을 제공할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉방모드시, 온수 열교환기(230)에서 냉매의 응축이 충분히 이루어진 경우에는, 냉매를 3방밸브(272)에서 팬코일 유닛부(250)의 열교환기(252)로 보내지 않고 바이패스 시켜서 바이패스 배관(277)을 통해 제 2팽창밸브(280)를 거쳐서 연결배관(112)을 통해 실내기(100)의 실내 열교환기(110)를 통과하도록 하여 냉방이 이루어지도록 할 수 있다.

한편, 본 발명은 외기온도에 따라 히트펌프와 보일러 유닛을 최적운전 상태로 할 수 있는데, 예를 들어 외기온도가 3℃ 이상인 경우에는 히트펌프 단독운전을 하고, 외기온도 -12℃ ~ 2℃ 까지는 병합운전을 하며, 외기온도 -13℃ 이하에서는 보일러 단독운전을 하는 것이다.

이러한 외기온도별 운전조건은 이에 한정되지 않고 상황에 따라 외기온도 조건을 달리할 수 있다.

또한, 본 발명은 스마트 운전기능이 가능한바. 종합에너지 우선운전, 이산화탄소 배출량 우선 운전, 에너지 비용 우선 운전, 전력피크 회피 운전 등을 할 수 있다.

다시 말해서, 종합에너지 우선 운전은 외기온도에 따라 히트펌프와 보일러 유닛의 운전효율을 비교하여 예를 들어 외기온도가 3℃ 이상인 경우에는 히트펌프 단독운전을 하고, 외기온도 -12℃ ~ 2℃ 까지는 히트펌프를 우선 운전시키고, 부족한 부하가 발생하는 경우에는 보일러 유닛을 보조적으로 운전시키는 병합운전을 한다.

또한, 외기온도 -13℃ 이하에서는 보일러 단독운전을 수행하는 것이다.

또한, 이산화탄소 배출량 우선 운전은 이산화탄소 발생을 규제하는 지역에서 이산화탄소가 적게 나오는 히트펌프를 우선 운전하는 것이다.

또한, 에너지 비용 우선 운전은 단위 열량당 전기요금과 가스요금을 비교하여 열량당 비용이 최소화되도록 보일러 및 히트펌프를 선택적으로 운전하는 것이다.

또한, 전력피크 회피 운전은 전력피크 제한이 있을 경우에, 보일러 우선 운전을 실시하여 전력피크를 회피하도록 하는 것이다.

다시 말해서, 온수는 사계절 내내 사용할 수 있는 시스템을 제공할 수 있는 것이다.

본 발명은 히트펌프와 보일러 유닛 및 물탱크 유닛을 일체로 구성하여 소형화가 가능하여 공간활용을 할 수 있는데, 만일 설치공간에 제약을 받는 경우에는 물탱크 유닛의 축열조는 별도로 분리하여 설치할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의거 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템
100 : 실내기
110 : 실내 열교환기
111,112 : 연결배관
120 : 송풍기
200 : 실외기
210 : 압축기
220 : 4방밸브
230 : 온수 열교환기
240 : 제 1팽창밸브
250 : 팬코일 유닛부
251 : 송풍기
252 : 열교환기
253 : 순환관
254 : 저장탱크
255 : 순환펌프
260 : 연결배관
261,262 : 3방밸브
263 : 바이패스 배관
264 : 분지관
270 : 연결배관
271 : 바이패스 배관
271a : 밸브
272 : 3방밸브
273 : 분지관
274 : 체크밸브
275 : 연결배관
276 : 체크밸브
277 : 바이패스 배관
280 : 제 2팽창밸브
290 : 어큐뮬레이터
291 : 폐열회수 열교환기
300 : 물탱크 유닛
310 : 축열조
311 : 물공급 배관
312 : 감압밸브
313 : 드레인 배관
320 : 난방수 열교환기
330 : 순환배관
331 : 3방밸브
332 : 순환펌프
340 : 순환배관
341,342 : 바이패스 배관
343 : 3방밸브
400 : 보일러 유닛
401 : 배기구
410 : 버너
420 : 제 1열교환기
430 : 제 2열교환기
440 : 팽창탱크
441 : 난방수 유입배관
442,443 : 공급배관
444 : 펌프
445 : 3방밸브
446 : 바이패스 배관
447 : 분지관
450 : 유입배관
451 : 3방밸브
460 : 배출배관
470 : 배기관
500 : 바닥 난방부
510 : 연결배관
512 : 펌프
520 : 환수배관
521 : 3방밸브
522 : 바이패스 배관
523 : 공급배관
524 : 연결배관

Claims

히트펌프를 이루도록 실내기(100)와 연계되는 실외기(200)와, 물탱크 유닛(300) 및 보일러 유닛(400)이 일체로 이루어진 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템으로서,
상기 실외기(200)는,
냉매를 고온,고압으로 압축하는 압축기(210)와;
상기 압축기(210)로부터 토출되는 냉매의 유로를 변경해주는 4방밸브(220)와;
상기 4방밸브(220)를 거친 냉매가 통과되면서 물탱크 유닛(300)의 물과 열교환하는 온수 열교환기(230)와;
상기 온수 열교환기(230)를 거친 냉매가 감압,감온되도록 하는 제 1,2팽창밸브(240)(280)와;
상기 제 1팽창밸브(240)를 거친 냉매가 통과하여 열교환이 이루어지도록 하는 팬코일 유닛부(250)와;
상기 보일러 유닛(400)으로부터 나오는 배기가스에 의한 폐열을 회수할 수 있도록 하는 배기관(470)이 거치도록 하면서 팬코일 유닛부(250)의 열교환기(252)을 거치면서 유체가 순환되도록 하는 순환관(253)이 연결되는 폐열회수 열교환기(291)로 이루어지고,
상기 물탱크 유닛(300)은,
상기 실외기(200)의 온수 열교환기(230)를 거쳐서 물이 순환하도록 하는 순환배관(330)(340)이 구비되는 축열조(310)와;
난방이 이루어지도록 하는 연결배관(510)이 구비되고, 이 연결배관(510)과 연결되면서 난방수가 보일러 유닛(400)으로 환수되도록 하는 환수배관(520)과 연결되는 난방수 열교환기(320);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1팽창밸브(240)는 4방밸브(220)로부터 온수 열교환기(230)를 거쳐서 팬코일 유닛부(250)와 연결되는 연결배관(270)에 구비되고, 제 2팽창밸브(280)는 실내기(100)와 연결되는 연결배관(112)상에 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 4방밸브(220)와 온수 열교환기(230) 사이의 연결배관(260)상에는 2개의 3방밸브(261)(262)가 갖추어지고, 이중 하나의 3방밸브(261)에는 실내기(100)의 실내 열교환기(110)를 거치는 연결배관(111)과 연결되고, 다른 하나의 3방밸브(262)는 연결배관(260)으로부터 바이패스 되어 4방밸브(220)와 연결되는 바이패스 배관(263)과 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 연결배관(270)에는 바이패스되어 팬코일 유닛부(250)와 연결되는 연결배관(112)과 연결되는 바이패스 배관(271)이 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 바이패스 배관(271)에는 팬코일 유닛부(250)의 선단에 위치하는 3방밸브(272)가 갖추어지고, 이 3방밸브(272)에는 실내기(100)를 거치는 연결배관(112)과 온수 열교환기(230)를 거치는 연결배관(270)이 분지관(273)을 통해 합해져서 팬코일 유닛부(250)를 통과하여 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 연결배관(260)으로부터 바이패스 되어 4방밸브(220)와 연결되는 바이패스 배관(263)과, 상기 연결배관(270)으로부터 바이패스되어 팬코일 유닛부(250)와 연결되는 연결배관(112)과 연결되는 바이패스 배관(271)은,
연결배관(275)을 통해 서로 연결되어 난방모드시 냉매가 압축기(210)로 이동하도록 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 6에 있어서,
바이패스 배관(271)의 3방밸브(272)와 연결되면서 실내기(100)와 연결되는 연결배관(111)과의 사이에는 바이패스 배관(277)이 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 7에 있어서,
보일러 유닛(400)은 난방수가 순환하여 바닥 난방이 이루어지도록 하는 바닥 난방부(500)와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 8에 있어서,
순환배관(330)상에는 3방밸브(331)가 구비되고, 상기 3방밸브(331)에는 순환배관(340)으로부터 바이패스되어 난방수 열교환기(320)를 거쳐서 연결되는 바이패스 배관(341)(342)이 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 9에 있어서.
순환배관(340)과 바이패스 배관(341)로 가는 분기점 위치에는 축열조(310)로부터 나온 물이 온수 열교환기(230)를 거친 다음 난방수 열교환기(320) 또는 축열조(310)로 유입되는 것을 선택적 또는 동시에 이루어지도록 하는 3방밸브(343)를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 10에 있어서,
환수배관(520)상에는 3방밸브(521)가 갖추어지고, 상기 3방밸브(521)와 연결되면서 바닥 난방부(500)에 난방수를 공급하도록 연결되는 바이패스 배관(522)이 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 보일러 유닛(400)에는 축열조(310)와 연결되면서 보일러 유닛(400)내의 제 2열교환기(430)를 거쳐서 배출되도록 하는 유입배관(450)과 배출배관(460)이 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 유입배관(450)상에는 배출배관(460)과 연결되는 3방밸브(451)가 구비되어 축열조(310)의 물을 보일러 유닛(400)을 거치지 않고 바로 온수로 빼내어 사용할 수 있도록 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 폐열회수 열교환기(291)는 보일러 유닛(400)으로부터 나오는 난방수의 일부가 바이패스되어 통과되어 다시 환수배관(520)을 통해 보일러 유닛(400)으로 재유입되도록 하는 연결배관(524)이 더 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 순환관(253)에는 유체가 저장되는 저장탱크(254)와, 유체가 순환관(253)내를 이동하도록 해주는 순환펌프(255)가 갖추어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 저장탱크(254)에는 유체로서 부동액이 저장되어 순환관(253)내를 순환하도록 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템.