KR20170055678A

KR20170055678A - 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프의 제어방법

Info

Publication number: KR20170055678A
Application number: KR1020150158663A
Authority: KR
Inventors: 이다스리
Original assignee: (유) 우경
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2017-05-22

Abstract

본 발명은 열교환 방식과 제상조건이 개선되어 소비열량 감소 및 난방효율이 증대된 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프의 제어방법은, 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이하인지의 여부를 판단하는 탱크온도판단단계(S300)와; 상기 탱크온도판단단계(S300)의 판단결과, 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이하인 경우에는 온수펌프(220)를 온(ON)시켜 물배관(W)을 통해 물이 유동하도록 하는 물순환단계(S310)와; 압축기(100)의 토출압력이 설정고압 이하이고 압축기(100)의 흡입압력이 설정저압을 초과하는 한편, 플로우스위치(230)가 온(ON)되었는지의 여부를 판단하는 압력판단단계(S320)와; 상기 압력판단단계(S320)의 조건이 만족된 경우에는, 압축기(100)와 송풍팬(170)을 가동하는 압축단계(S330)와; 상기 압축단계(S330)가 진행되는 경우에는, 제상시작판단단계(S340)와 제상운전단계(S350) 및 제상종료판단단계(S360)가 더 수행된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 냉매 열손실이 방지되고 불필요한 제상운전이 감소되는 이점이 있다.

Description

태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프 및 그 제어방법 {Heating system and method thereof}

본 발명은 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열교환 방식과 제상조건이 개선되어 소비열량 감소 및 난방효율이 증대된 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 히트펌프를 이용한 난방장치(暖房裝置) 또는 난방시스템이라 함은, 건물이나 방 안의 온도를 따뜻하게 하는 장치를 일컫는 것으로, 여기에는 화로나 난로와 같이 직접 열을 가하는 직접 난방 장치와 보일러 등을 이용하여 간접적으로 방안을 데우는 간접 난방 장치가 있다.

건물의 내부를 전체적으로 가열하기 위해서는 통상적으로 히트펌프 등을 이용한 간접 난방 방식이 많이 사용되는데, 이는 열매체로 주로 온수를 사용하고, 바닥난방기 등의 난방 단말이 도중에 접속된 난방순환로 내를 순환하는 온수를 히트펌프에 의해 가열함으로써 난방을 실행하는 히트펌프 난방시스템이 주를 이루고 있다.

그러나, 이러한 종래의 히트펌프를 이용한 난방시스템에서는 4-Way 밸브가 사용되고 냉매의 흐름이 불필요하게 길어지므로 열 손실이 크다. 또한, 제상조건과 주기가 명확하지 않아 제상 부하가 증대되는 문제점이 있다.

특허 제10-1514896호

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 핫가스를 이용하는 2-Way 밸브방식을 채용하고 제상 제어 흐름을 변경함으로써 소비 열량이 감소되고 난방 효율이 증대되는 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프는, 냉매배관(R)을 따라 유동하는 냉매를 압축하는 압축기(100)와; 상기 압축기(100)의 일측에 구비되며, 상기 압축기(100)에서 압축되어 토출된 냉매와 물이 열교환을 하도록 하는 열교환기(110)와; 상기 열교환기(110)의 일측에 구비되며, 상기 열교환기(110)를 거쳐 이동하는 냉매가 감압되도록 하는 팽창밸브(120)와; 상기 팽창밸브(120)의 일측에 구비되며, 팽창밸브(120)를 통과한 냉매가 외부의 기체와 열교환하도록 하는 증발기(130)와; 상기 압축기(100)와 증발기(130) 사이를 연결하며, 상기 압축기(100)로부터 토출되는 냉매가 증발기(130)로 유입되도록 안내하는 핫가스관(140)과; 상기 열교환기(110)의 일측에 구비되며, 열교환기(110)를 거친 물이 일시적으로 저장되도록 하는 물탱크(200)와; 상기 물탱크(200)의 일측에 구비되며, 물탱크(200) 내부의 물을 가열하는 히터(210)와; 상기 열교환기(110)의 일측에 구비되며, 물배관(W)을 따라 물이 유동하도록 강제하는 온수펌프(220)와; 상기 온수펌프(220)의 일측에 구비되며, 이상 발생시 물배관(W)을 차단하여 물의 흐름을 제어하는 플로우스위치(230)와; 상기 물배관(W)과 연결되며, 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 건물의 내부로 유입되고 회수되도록 안내하는 공급관(240) 및 회수관(250)과; 상기 공급관(240)과 회수관(250) 사이를 연결하며, 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 상기 회수관(250)으로 바이패스되도록 안내하는 바이패스관(260)과; 상기 공급관(240)과 바이패스관(260)의 연결부위에 설치되어, 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 상기 공급관(240) 또는 바이패스관(260)을 통해 유동하도록 물의 흐름을 제어하는 3방향밸브(270);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 의한 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프의 제어방법은, 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이하인지의 여부를 판단하는 탱크온도판단단계(S300)와; 상기 탱크온도판단단계(S300)의 판단결과, 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이하인 경우에는 온수펌프(220)를 온(ON)시켜 물배관(W)을 통해 물이 유동하도록 하는 물순환단계(S310)와; 압축기(100)의 토출압력이 설정고압 이하이고 압축기(100)의 흡입압력이 설정저압을 초과하는 한편, 플로우스위치(230)가 온(ON)되었는지의 여부를 판단하는 압력판단단계(S320)와; 상기 압력판단단계(S320)의 조건이 만족된 경우에는, 압축기(100)와 송풍팬(170)을 가동하는 압축단계(S330)와; 상기 압축단계(S330)가 진행되는 경우에는, 제상진입조건을 만족하는지 여부를 판단하는 제상시작판단단계(S340)와; 상기 제상시작판단단계(S340)의 판단결과, 제상이 필요한 경우에는 제상운전을 수행하는 제상운전단계(S350)와; 상기 제상운전단계(S350)에 따라 제상이 이루어지는 경우, 제상종료조건을 만족하는지 여부를 판단하는 제상종료판단단계(S360);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 탱크온도판단단계(S300) 다음에는, 외부온도가 히터가동온도 이하인지의 여부를 판단하는 외기판단단계(S400)와; 상기 외기판단단계(S400)에서의 판단결과, 외부의 온도가 히터가동온도 이하인 경우에는 히터(210)를 온(ON)시키는 히터작동단계(S410)와; 상기 히터작동단계(S410)가 수행되는 경우, 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이상인지의 여부를 판단하는 히터오프판단단계(S420)와; 상기 히터오프판단단계(S420)의 판단결과, 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이상인 경우에는 히터(210)를 오프(OFF)시키는 히터오프단계(S430);가 더 수행됨을 특징으로 한다.

또한, 건물의 실내온도가 설정온도 이하인지의 여부를 판단하는 실내온도판단단계(S500)와; 상기 실내온도판단단계(S500)에서의 판단결과, 온수펌프(220)를 온(ON) 시키고 3방향밸브(270)의 실내방향을 온(ON) 시키는 온수공급단계(S510);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제상진입조건은, 증발온도가 제상진입 온도보다 낮고, 외기온도와 제상진입온도와의 일정한 온도편차가 유지된 상태에서, 외기온도가 기준외기온도 이하이며, 제상주기가 최소제상주기보다 더 큰 경우임을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프 및 그 제어방법은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에서는 4-Way 밸브방식 대신 핫가스관을 직접 제어하는 2-Way 밸브방식을 채용함으로써 전체적으로 콤팩트한 구조 및 배관의 감소로 인하여 냉매 열손실이 방지되는 효과가 있다.

또한 본 발명에서는 제상조건이 강화되어 불필요한 제상운전이 감소된다. 따라서, 과다하거나 잘못된 제상운전으로 인한 열량 감소 및 효율 감소가 방지되는 장점이 있다.

그리고, 본 발명에서는 태양광 발전장치가 구비되어 자체적으로 전기를 공급한다. 따라서, 외부로부터 전기의 공급이 없어도 자체적으로 전기를 생산하여 히트펌프가 가동되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프의 바람직한 실시예의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프 제어방법의 바람직한 실시예의 구성을 보인 플로우차트.

이하 본 발명에 의한 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프 및 그 제어방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명에 의한 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프의 바람직한 실시예의 구성도가 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프는, 냉매배관(R)을 따라 유동하는 냉매를 압축하는 압축기(100)와, 상기 압축기(100)의 일측에 구비되어 압축기(100)에서 압축되어 토출된 냉매와 물이 열교환을 하도록 하는 열교환기(110)와, 상기 열교환기(110)의 일측에 구비되어 열교환기(110)를 거쳐 이동하는 냉매가 감압되도록 하는 팽창밸브(120)와, 상기 팽창밸브(120)의 일측에 구비되어 팽창밸브(120)를 통과한 냉매가 외부의 기체와 열교환하도록 하는 증발기(130)와, 상기 압축기(100)와 증발기(130) 사이를 연결하며 상기 압축기(100)로부터 토출되는 냉매가 증발기(130)로 유입되도록 안내하는 핫가스관(140)과, 상기 열교환기(110)의 일측에 구비되어 열교환기(110)를 거친 물이 일시적으로 저장되도록 하는 물탱크(200)와, 상기 물탱크(200)의 일측에 구비되어 물탱크(200) 내부의 물을 가열하는 히터(210)와, 상기 열교환기(110)의 일측에 구비되어 물배관(W)을 따라 물이 유동하도록 강제하는 온수펌프(220)와, 상기 온수펌프(220)의 일측에 구비되어 이상 발생시 물배관(W)을 차단하여 물의 흐름을 제어하는 플로우스위치(230)와, 상기 물배관(W)과 연결되며 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 건물의 내부로 유입되고 회수되도록 안내하는 공급관(240) 및 회수관(250)과, 상기 공급관(240)과 회수관(250) 사이를 연결하며 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 상기 회수관(250)으로 바이패스되도록 안내하는 바이패스관(260)과, 상기 공급관(240)과 바이패스관(260)의 연결부위에 설치되어 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 상기 공급관(240) 또는 바이패스관(260)을 통해 유동하도록 물의 흐름을 제어하는 3방향밸브(270) 등으로 구성된다.

구체적으로 살펴보면, 도시된 바와 같이 냉매배관(R)으로 연결된 다수의 장치들에 의해 폐회로가 형성되어 히트펌프를 구성한다. 그리고, 이러한 히트펌프를 구성하는 냉매배관(R)에는 냉매가 유동하면서 압축-응축-팽창-증발의 과정을 거치면서 건물 실내의 난방이나 온수공급을 하게 된다.

상기 압축기(100)는, 냉매배관(R)을 따라 유동하는 저온저압인 기체상태의 냉매를 압축하여 고온고압 상태의 기체상태의 냉매를 토출하는 기능을 한다. 그리고, 이러한 압축기(100)의 흡입압력과 토출압력 및 토출온도 등은 센서에 의해 측정되어 난방시스템의 제어에 사용된다.

상기 열교환기(110)는 냉매와 물이 서로 열교환이 일어나도록 하는 것으로, 고온고압 기체상태의 냉매를 상온(常溫)고압 액체상태로 응축시키는 응축기(condenser)의 역할을 하게 된다.

상기 팽창밸브(120)는, 상온고압 액체상태 냉매를 저온저압의 액체상태로 감압하는 작용을 한다.

그리고, 도시된 바와 같이, 상기 열교환기(110)와 팽창밸브(120) 사이에는 리시버(150)와 드라이어(160)가 더 구비된다.

상기 리시버(150)는 냉매배관(R)을 따라 유동하는 냉매의 순환사이클에서 냉매의 양을 보존해주는 장치로서 시스템의 버퍼(buffer) 역할을 한다.

상기 드라이어(160)는, 냉매에 포함된 불순물이나 수분을 제거하여 상기 팽창밸브(120)가 막히거나 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 증발기(130)는, 상기 팽창밸브(120)를 통과한 냉매가 외부의 기체와 열교환하도록 하는 것으로, 상기 열교환기(110)와 반대의 기능을 가지게 되어 주변공기와 열교환함으로써 냉매는 열을 흡수한다.

한편, 상기 압축기(100)와 증발기(130) 사이에는 핫가스관(140)이 연결된다. 상기 핫가스관(140)은 도시된 바와 같이, 상기 압축기(100)의 출구측과 증발기(130)의 입구측을 연결하여, 압축기(100)로부터 토출되는 고온고압 상태의 냉매가 바로 증발기(130)로 유입되도록 하는 역할을 한다.

이러한 핫가스관(140)은 핫가스밸브(142)에 의해 개폐되며, 아래에서 설명할 제상운전을 위해 사용된다. 즉, 증발기(130)의 제상이 필요한 경우에는 상기 핫가스관(140)을 통해 고온고압 상태의 냉매가 증발기(130)로 유입되어 제상운전을 하게 된다.

그리고, 상기 증발기(130)의 일측(도 1에서는 우측)에는 송풍팬(170)이 더 구비되며, 이러한 송풍팬(170)은 주변공기가 상기 증발기(130)로 유입되도록 강제하여 열교환 작용을 촉진시키는 역할을 하게 된다.

상기 증발기(130)의 일측에는 증발기(130)를 거친 냉매가 통과하는 어큐뮬레이터(180)가 구비된다. 상기 어큐뮬레이터(180)는 상기 압축기(100)로 유입되는 냉매 중에서 액체상태로 남아있는 냉매를 걸러줌과 동시에 냉매를 압축기(100) 측으로 공급하는 역할을 한다.

한편, 상기 열교환기(110)의 우측(도 1에서)으로는 온수펌프(220) 등이 구비되어 물의 순환을 강제하게 된다. 즉, 상기 냉매배관(R)을 따라 유동하는 냉매와 열교환기(110)에서 열교환하여 열을 흡수한 물은 물배관(W)을 따라 유동하여 건물의 실내를 난방하거나 온수를 공급하는 역할을 하게 된다.

상기 열교환기(110)의 일측(도 1에서는 우측)에는 물탱크(200)가 구비되고, 이러한 물탱크(200)는 상기 열교환기(110)를 거친 물이 일시적으로 저장되는 장소이다.

상기 물탱크(200)의 내측에는 도시된 바와 같이 히터(210)가 구비된다. 상기 히터(210)는 상기 물탱크(200) 내부의 물을 가열하는 역할을 한다. 즉, 상기 물탱크(200) 내부의 물이 설정온도 이하이거나 급하게 물 온도를 상승시킬 필요가 있을 때는 상기 히터(210)가 외부로부터 공급되는 전기에 의해 물을 가열하게 된다.

상기 물탱크(200)에는 물 온도를 측정하는 센서 등이 구비된다.

상기 열교환기(110)와 물탱크(200) 사이에는 온수펌프(220)와 플로우스위치(230)가 더 설치된다.

상기 온수펌프(220)는, 물배관(W)을 따라 물이 유동하도록 강제하는 역할을 하는 펌프(pump)이다.

그리고, 상기 플로우스위치(230)는, 상기 온수펌프(220)의 일측(도 1에서는 우측)에 구비되어 이상 발생시 물배관(W)을 차단하여 물의 흐름을 제어하는 역할을 한다.

플로우스위치(flow-s/w)는 배관속에서 유체 흐름의 변동으로 압력차가 생길 때 전원을 차단하는 스위치(s/w)이다. 예를 들면, 공기압축기의 냉각수 공급이 부족하거나 중단되었을 때 전원을 차단시켜 압축기를 보호하는 역할을 한다. 따라서, 상기 플로우스위치(230)도 물배관(W) 내부에서 급격한 압력변동이 발생하는 등 이상이 생긴 경우에는 전원을 차단하여 상기 온수펌프(220) 등을 보호하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 물배관(W)은 건물의 내부 등에도 설치되어 물이 건물 내부를 순환하면서 난방을 하거나 온수를 공급하도록 한다. 여기에서는 건물에 설치되어 물의 공급과 회수를 안내하는 물배관(W)을 공급관(240) 및 회수관(250)이라 칭하기로 한다.

따라서, 상기 물배관(W)에는, 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 건물의 내부로 유입되고 회수되도록 안내하는 공급관(240) 및 회수관(250)관이 서로 연통되게 설치된다.

그리고, 상기 공급관(240)과 회수관(250) 사이에는, 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 상기 회수관(250)으로 바이패스(bypass)되도록 안내하는 바이패스관(260)이 연결 설치된다.

보다 구체적으로 살펴보면, 도시된 바와 같이 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물을 안내하는 물배관(W)은 상기 공급관(240)과 바이패스관(260)으로 분기되고, 이러한 공급관(240)과 바이패스관(260)의 연결부위에는 3방향밸브(270)가 설치된다.

상기 3방향밸브(270)는, 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 상기 공급관(240) 또는 바이패스관(260)을 통해 유동하도록 물의 흐름을 제어하는 역할을 한다. 따라서, 상기 3방향밸브(270)의 제어에 따라 상기 물탱크(200)로부터 토출된 물은 상기 공급관(240)으로 공급되지 않고, 상기 바이패스관(260)을 통해 바로 열교환기(110)로 유입될 수도 있다. 즉, 난방이나 온수공급이 불필요한 경우에는 뜨거운 물이 상기 공급관(240)을 통해 건물 내부로 유입될 필요가 없으므로, 이때에는 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 상기 바이패스관(260)을 통해 다시 열교환기(110)로 유입되어 순환되도록 할 수 있다.

또한, 상기 물탱크(200)의 외측에는 태양광 발전장치(280)가 더 구비된다. 상기 태양광 발전장치(280)는 태양광을 이용하여 발전을 하는 기기이다. 이러한 태양광을 이용한 발전장치의 구성과 작용은 널리 알려진 것이므로, 여기서는 상세한 구성 및 기능 설명은 생략한다.

상기 태양광 발전장치(280)는 상기 히터(210)와 연결되어, 히터(210)에 전기를 공급하게 된다. 즉, 상기 히터(210)는 태양광 발전장치(280)에서 생성된 전기를 이용하여 가열된다.

물론, 상기 태양광 발전장치(280)에서 생성된 전기는 상기 히터(210) 외에도 전기를 필요로 하는 다양한 부분에 공급 가능하다. 즉, 상기 압축기(100)나 온수펌프(220) 등에도 공급 가능할 것이다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 난방 시스템의 제어방법에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에는 본 발명에 의한 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프의 제어방법의 바람직한 실시예가 플로우차트로 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프의 제어방법은, 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이하인지의 여부를 판단하는 탱크온도판단단계(S300)와, 상기 탱크온도판단단계(S300)의 판단결과 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이하인 경우에는 온수펌프(220)를 온(ON)시켜 물배관(W)을 통해 물이 유동하도록 하는 물순환단계(S310)와, 압축기(100)의 토출압력이 설정고압 이하이고 압축기(100)의 흡입압력이 설정저압을 초과하는 한편 플로우스위치(230)가 온(ON)되었는지의 여부를 판단하는 압력판단단계(S320)와, 상기 압력판단단계(S320)의 조건이 만족된 경우에는 압축기(100)와 송풍팬(170)을 가동하는 압축단계(S330)와, 상기 압축단계(S330)가 진행되는 경우에는 제상진입조건을 만족하는지 여부를 판단하는 제상시작판단단계(S340)와, 상기 제상시작판단단계(S340)의 판단결과 제상이 필요한 경우에는 제상운전을 수행하는 제상운전단계(S350)와, 상기 제상운전단계(S350)에 따라 제상이 이루어지는 경우 제상종료조건을 만족하는지 여부를 판단하는 제상종료판단단계(S360) 등으로 이루어진다.

상기 탱크온도판단단계(S300)는, 상기 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이하인지의 여부를 판단하는 단계이다. 즉, 상기 물탱크(200)의 물이 실내로 공급되어 난방을 하게 되므로, 이러한 물탱크(200)에 저장된 물의 온도가 설정온도 이하인 경우에는 난방이 이루어지지 않게 된다. 따라서, 물탱크(200)의 물온도를 먼저 측정하여 물온도가 낮은 경우에는 열교환을 하여 물탱크(200)의 물온도를 높일 필요가 있는 것이다.

여기서 물탱크(200) 내부의 물온도는 약 50℃ 전후가 바람직하며, 물탱크(200) 내부의 물온도를 정확히 측정하기 어려운 경우에는 물탱크(200) 자체의 온도를 측정하여 ±5℃의 편차를 두는 것도 가능할 것이다.

상기 물순환단계(S310)는, 상기 탱크온도판단단계(S300)의 판단결과 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이하인 경우에는 온수펌프(220)를 온(ON)시켜 물배관(W)을 통해 물이 유동하도록 하는 단계이다. 이는 상기 열교환기(110)를 통과하면서 가열된 물이 상기 물탱크(200)로 유입되도록 하기 위한 것이다.

상기 압력판단단계(S320)는, 상기 압축기(100)의 토출압력이 설정고압 이하인 동시에 압축기(100)의 흡입압력이 설정저압을 초과하게 되고, 상기 플로우스위치(230)가 온(ON)되어 이상이 없는지의 여부를 판단하는 과정이다.

여기서 설정고압은 약 27kgf/㎠, 설정저압은 약 2kgf/㎠가 됨이 바람직하다. 즉, 장치의 원활한 운전을 위해 일정범위 압력 내에서 작동이 되어야 하므로 압력 상태를 체크할 필요가 있는데, 냉매로 'R407'를 사용하는 경우에는 냉매의 특성상 약 2kgf/㎠ ~ 27kgf/㎠ 정도가 적당하기 때문이다.

그리고, 플로우스위치(230)가 온(ON)되지 않은 경우에는 온수펌프(220)가 정상적으로 작동되지 않거나 물배관(W)이 막히는 등의 이상이 발생한 것이므로, 상기 플로우스위치(230)가 온(ON) 상태로 확인이 필요하게 된다.

상기 압력판단단계(S320)의 조건이 만족된 경우에는, 압축기(100)와 송풍팬(170)을 가동하여 열교환이 일어나도록 한다.

한편, 상기 압축단계(S330)가 진행되어 열교환이 정상적으로 이루어지는 경우에는, 제상진입조건을 만족하는지 여부를 판단하는 제상시작판단단계(S340)와 제상운전단계(S350) 및 제상종료판단단계(S360) 등이 수행된다.

상기 제상시작판단단계(S340)는, 상기 압축단계(S330)가 진행되는 경우에 제상진입조건을 만족하는지 여부를 판단하는 과정이다. 즉, 상기 증발기(130)의 제상이 필요한 경우를 판단하여 제상작업을 수행하게 되며, 이때의 제상조건은 총 4가지를 만족하는 경우에 수행한다. 즉, 제상진입조건은, 증발온도가 제상진입 온도보다 낮고, 외기온도와 제상진입온도와의 일정한 온도편차가 유지된 상태에서, 외기온도가 기준외기온도 이하이며, 제상주기가 최소제상주기보다 더 큰 경우이다.

구체적으로 살펴보면, 제상진입조건의 첫째는 상기 증발기(130)의 증발온도가 설정된 제상진입온도보다 낮은 경우이다. 바람직하게는 제상진입온도는 -10℃이며, 따라서, 증발온도가 -10℃보다 낮은 경우에는 첫번째 제상 조건을 만족하게 된다.

둘째는 외기온도가 설정된 제상진입외기온도보다 낮은 경우이다. 여기서 설정된 제상진입외기온도는 18℃이다. 따라서, 외부의 온도가 18℃보다 낮은 경우에는 제상운전을 위한 두번째 조건을 만족한다.

셋째는 증발온도와 외기온도의 차이가 설정온도차이보다 더 큰 경우이다. 여기서 설정온도차이는 8℃이다. 따라서, 외기온도에서 증발기(130)의 증발온도를 뺀 값이 8℃보다 큰 경우에는 제상운전을 위한 세번째 조건을 만족한다.

넷째는 미(未)제상시간(제상이 이루어지지 않는 시간 즉, 제상주기)이 최소제상주기보다 더 큰 경우이다. 즉, 앞서 수행된 제상운전이 종료된 시점으로부터 지금까지의 경과시간이, 최소제상주기를 지난 경우이다. 여기서 최소제상주기는 50시간이다. 따라서, 앞서 제상운전이 수행된 때로부터 50시간이 경과하지 않은 경우는 다시 재차 제상운전을 수행하지 않게 되고, 앞서 수행된 제상운전 종료시부터 50시간이 경과 한 경우에는 제상운전을 위한 네번째 조건을 만족하게 된다.

상기와 같은 제상시작판단단계(S340)에 의해 제상진입조건이 모두 만족된 경우에는 상기 제상운전단계(S350)가 수행되고, 이러한 제상운전단계(S350)는 상기 핫가스관(140)을 통해 압축기(100)로부터 토출된 냉매가 바로 증발기(130)로 유입되면서 수행된다.

이와 같은 제상운전은 상기 제상종료판단단계(S360)가 만족되면 종료된다. 즉, 상기 제상운전단계(S350)에 의해 수행되는 제상운전은 제상종료조건을 만족하는 경우에는 종료된다.

제상종료조건은 2가지의 조건으로 이루어진다.

첫번째 조건은 증발기(130)의 증발온도가 제상종료온도 이하인 경우를 만족하는 것이다. 여기서 제상종료온도는 10℃이다. 따라서, 증발온도가 10℃이상이 되면 제상종료를 위한 첫번째 조건이 만족된다.

두번째 조건은 제상운전시간이 최대제상시간 이상인 경우이다. 여기서 최대제상시간은 10분이다. 따라서, 제상운전이 시작된 시점으로부터 10분이 경과된 경우에는 제상종료를 위한 두번째 조건이 만족된다.

이와 같이 상기 제상종료판단단계(S360)에서 상기와 같은 제상종료조건이 만족되면 다시 상기 탱크온도판단단계(S300)로 되돌아 간다.

한편, 상기 탱크온도판단단계(S300) 다음에는, 외부온도가 히터가동온도 이하인지의 여부를 판단하는 외기판단단계(S400)와, 상기 외기판단단계(S400)에서의 판단결과 외부의 온도가 히터가동온도 이하인 경우에는 히터(210)를 온(ON)시키는 히터작동단계(S410)와, 상기 히터작동단계(S410)가 수행되는 경우 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이상인지의 여부를 판단하는 히터오프판단단계(S420)와, 상기 히터오프판단단계(S420)의 판단결과 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이상인 경우에는 히터(210)를 오프(OFF)시키는 히터오프단계(S430) 등이 더 진행되기도 한다.

상기 외기판단단계(S400)는, 외부온도가 히터가동온도 이하인지를 판단하는 단계이며, 여기서 히터가동온도는 -20℃이다. 따라서, 외부의 온도가 -20℃ 이하가 되면 히터(210)가 가동될 요건을 만족하게 되는 것이다.

상기 외기판단단계(S400)에서의 판단결과, 외부온도가 히터가동온도 이하인 경우에는 상기 히터작동단계(S410)가 수행되어 상기 히터(210)가 온(ON)된다. 따라서, 외부로부터 공급되는 전기에 의해 상기 히터(210)가 가열되어 물탱크(200) 내부의 물을 데우게 된다.

이와 같은 히터(210)의 작동은 상기 물탱크(200) 내부의 물 온도를 급속으로 높이는 효과가 있다. 즉, 상기 열교환기(110)를 통한 간접 가열보다 직접적으로 히터(210)를 이용하여 물탱크(200)의 물을 가열하므로 가열 효과가 크게 된다.

상기와 같은 과정에 의해 히터(210)가 작동되면, 다음으로는 히터오프판단단계(S420)가 수행되어 히터(210)를 오프(OFF)할 시점이 되었는지의 여부를 판단한다. 이러한 히터(210)의 오프(OFF)는 상기 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이상인 경우에 수행되며, 여기서 설정된 물 온도는 50℃이다. 따라서, 상기 히터(210)는 물탱크(200)의 물온도가 50℃에 도달하면 오프(OFF)된다. 물론, 물탱크(200) 내부의 물온도를 정확히 측정하기 어려운 경우에는 물탱크(200) 자체의 온도를 측정하여 물온도를 계산하는 것도 가능하며, 이때에는 물탱크(200) 자체의 온도와 물탱크(200) 내부의 물온도의 편차는 약 5℃로 예측한다.

또한, 본 발명에서는, 건물의 실내온도가 설정온도 이하인지의 여부를 판단하는 실내온도판단단계(S500)와, 상기 실내온도판단단계(S500)에서의 판단결과 온수펌프(220)를 온(ON) 시키고 3방향밸브(270)의 실내방향을 온(ON) 시키는 온수공급단계(S510) 등이 더 구비된다.

상기 실내온도판단단계(S500)는, 건물 내부의 실내온도가 설정온도 이하인지의 여부를 판단하는 과정이며, 여기서 설정온도값이 약 20℃인 경우에는 실내온도가 20℃ 이하인 경우가 해당된다. 그리고, 이때 온도편차는 ±3℃를 고려함이 바람직하다.

상기 실내온도판단단계(S500)에서의 판단결과 실내 난방이 필요하다고 판단되면, 상기 온수공급단계(S510)가 수행된다. 이러한 온수공급단계(S510)에서는 상기 온수펌프(220)를 온(ON) 시키는 한편, 상기 3방향밸브(270)의 실내방향을 온(ON) 시킨다. 즉, 상기 온수펌프(220)를 가동시켜 물배관(W)을 통해 물이 유동하도록 하는 한편, 상기 3방향밸브(270)를 제어하여 상기 공급관(240)을 개방함으로써, 'B'방향(실내 방향)으로 물이 유동하여 실내 난방이 이루어지도록 한다.

이와 같이 상기 3방향밸브(270)에 의해 'B'방향으로 밸브가 개방되면 상기 공급관(240)을 통해 고온의 물이 건물 내부로 유동하여 난방이 이루어지고, 'B'방향의 밸브가 차단되고 'A'방향의 밸브만 개방되는 경우에는 상기 바이패스관(260)을 통한 물의 유동만 일어나므로 상기 물탱크(200)의 물은 실내를 순환하지 않게 된다.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

100. 압축기 110. 열교환기
120. 팽창밸브 130. 증발기
140. 핫가스관 150. 리시버
160. 드라이어 200. 물탱크
210. 히터 220. 온수펌프
230. 플로우스위치 260. 바이패스관
270. 3방향밸브 S300. 탱크온도판단단계
S310. 물순환단계 S320. 압력판단단계
S330. 압축단계 S340. 제상시작판단단계
S350. 제상운전단계 S360. 제상종료판단단계
S400. 외기판단단계 S410. 히터작동단계
S420. 히터오프판단단계 S430. 히터오프단계
S500. 실내온도판단단계 S510. 온수공급단계
R. 냉매배관 W. 물배관

Claims

냉매배관(R)을 따라 유동하는 냉매를 압축하는 압축기(100)와;
상기 압축기(100)의 일측에 구비되며, 상기 압축기(100)에서 압축되어 토출된 냉매와 물이 열교환을 하도록 하는 열교환기(110)와;
상기 열교환기(110)의 일측에 구비되며, 상기 열교환기(110)를 거쳐 이동하는 냉매가 감압되도록 하는 팽창밸브(120)와;
상기 팽창밸브(120)의 일측에 구비되며, 팽창밸브(120)를 통과한 냉매가 외부의 기체와 열교환하도록 하는 증발기(130)와;
상기 압축기(100)와 증발기(130) 사이를 연결하며, 상기 압축기(100)로부터 토출되는 냉매가 증발기(130)로 유입되도록 안내하는 핫가스관(140)과;
상기 열교환기(110)의 일측에 구비되며, 열교환기(110)를 거친 물이 일시적으로 저장되도록 하는 물탱크(200)와;
상기 물탱크(200)의 일측에 구비되며, 물탱크(200) 내부의 물을 가열하는 히터(210)와;
상기 열교환기(110)의 일측에 구비되며, 물배관(W)을 따라 물이 유동하도록 강제하는 온수펌프(220)와;
상기 온수펌프(220)의 일측에 구비되며, 이상 발생시 물배관(W)을 차단하여 물의 흐름을 제어하는 플로우스위치(230)와;
상기 물배관(W)과 연결되며, 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 건물의 내부로 유입되고 회수되도록 안내하는 공급관(240) 및 회수관(250)과;
상기 공급관(240)과 회수관(250) 사이를 연결하며, 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 상기 회수관(250)으로 바이패스되도록 안내하는 바이패스관(260)과;
상기 공급관(240)과 바이패스관(260)의 연결부위에 설치되어, 상기 물탱크(200)로부터 토출되는 물이 상기 공급관(240) 또는 바이패스관(260)을 통해 유동하도록 물의 흐름을 제어하는 3방향밸브(270);를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프.
제 1 항에 있어서,
물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이하인지의 여부를 판단하는 탱크온도판단단계(S300)와;
상기 탱크온도판단단계(S300)의 판단결과, 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이하인 경우에는 온수펌프(220)를 온(ON)시켜 물배관(W)을 통해 물이 유동하도록 하는 물순환단계(S310)와;
압축기(100)의 토출압력이 설정고압 이하이고 압축기(100)의 흡입압력이 설정저압을 초과하는 한편, 플로우스위치(230)가 온(ON)되었는지의 여부를 판단하는 압력판단단계(S320)와;
상기 압력판단단계(S320)의 조건이 만족된 경우에는, 압축기(100)와 송풍팬(170)을 가동하는 압축단계(S330)와;
상기 압축단계(S330)가 진행되는 경우에는, 제상진입조건을 만족하는지 여부를 판단하는 제상시작판단단계(S340)와;
상기 제상시작판단단계(S340)의 판단결과, 제상이 필요한 경우에는 제상운전을 수행하는 제상운전단계(S350)와;
상기 제상운전단계(S350)에 따라 제상이 이루어지는 경우, 제상종료조건을 만족하는지 여부를 판단하는 제상종료판단단계(S360);를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프의 제어방법.
제 2 항에 있어서, 상기 탱크온도판단단계(S300) 다음에는,
외부온도가 히터가동온도 이하인지의 여부를 판단하는 외기판단단계(S400)와;
상기 외기판단단계(S400)에서의 판단결과, 외부의 온도가 히터가동온도 이하인 경우에는 히터(210)를 온(ON)시키는 히터작동단계(S410)와;
상기 히터작동단계(S410)가 수행되는 경우, 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이상인지의 여부를 판단하는 히터오프판단단계(S420)와;
상기 히터오프판단단계(S420)의 판단결과, 물탱크(200)의 물온도가 설정온도 이상인 경우에는 히터(210)를 오프(OFF)시키는 히터오프단계(S430);가 더 수행됨을 특징으로 하는 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프의 제어방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 건물의 실내온도가 설정온도 이하인지의 여부를 판단하는 실내온도판단단계(S500)와;
상기 실내온도판단단계(S500)에서의 판단결과, 온수펌프(220)를 온(ON) 시키고 3방향밸브(270)의 실내방향을 온(ON) 시키는 온수공급단계(S510);를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프의 제어방법.
제 4 항에 있어서, 상기 제상진입조건은,
증발온도가 제상진입 온도보다 낮고, 외기온도와 제상진입온도와의 일정한 온도편차가 유지된 상태에서, 외기온도가 기준외기온도 이하이며, 제상주기가 최소제상주기보다 더 큰 경우 작동함을 특징으로 하는 태양광 전기를 이용한 공기열 히트펌프의 제어방법.