KR20240078850A - 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛 - Google Patents

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김준구
문창현
민경수
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린나이코리아 주식회사
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Abstract

히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛에 관하여 개시한다. 본 발명은, 히트펌프모듈;을 포함하며, 열원을 공급하는 열원공급유로, 난방수를 환수 열원으로 환수하는 난방환수유로, 열원을 상기 히트펌프모듈을 통해 분기시켜 급탕 온수와 난방공급유로를 통해 난방부하측으로 공급하는 통합배관유닛; 상기 열원공급유로와 난방공급유로에 연결되고 일측의 유로는 난방환수유로와 합류하도록 설치된 삼방변; 및 상기 삼방변의 일측 유로는 상기 히트펌프모듈측과 연결되어 상기 난방환수유로를 따라 유동하는 난방 환수를 상기 히트펌프모듈측에서 회수 열교환하도록 유도하는 합류 배관;을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛{Integrated piping unit having heat pump module}
본 발명은 히트펌프모듈을 통합배관유닛의 열교환기로 구비하여 공급되는 난방열원으로부터 히트펌프모듈을 통해 난방수의 온도를 높이고, 난방열원의 온수 전환율을 높여 개별 사용자가 원하는 만큼의 충분한 온수를 공급하되 환수되는 난방열원의 온도는 최저로 유지하여 버려지는 에너지를 최소화하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛에 관한 것이다.
최근에는 지역난방 또는 중앙난방 열원으로부터 공급되는 열원을 공동주택이나 기계실에서 공급받아 난방수를 입상관을 통해 개별 세대로 공급하고, 개별 세대에서는 난방과 온수를 동시에 공급받을 수 있도록 배관 시스템이 설계된 통합배관유닛이 알려져 있다. 통합배관유닛은 종전 4-파이프 배관의 급탕과 난방을 통합하고, 온수와 난방수의 공급에 있어서 계절 요인이나 예외적 운용에 따른 난방 불능의 문제점과 설치 및 유지보수 그리고 열관리 등의 효율을 증진시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 이처럼 지역난방 또는 중앙난방에서 공급하는 난방열원을 개별 세대에서 난방수와 온수로 나누어 동시 공급할 수 있는 장치로서 난방온수 통합배관유닛이 권장되고 있는 바, 통합배관유닛을 통해 지역난방의 열병합 발전소로부터 업무 및 상업용 건물, 공공건물 또는 아파트단지 등으로 전기와 난방열을 동시 공급하는 방법은 에너지효율, 온실가스 감소 측면에서 유리한 장점이 있고, 환경 및 에너지 정책적으로 필요성도 높은 것으로 알려져 있다.
한편, 국내 등록특허공보 제10-1081599호 및 등록특허공보 제10-1425870호에는 통합배관 시스템에 관하여 기재되어 있다. 통합배관 시스템의 운용에서는 그 형식에 관계없이 공통적으로 에너지 사용효율과 에너지 배분을 통한 급탕 온수 온도의 증대에 대한 요구가 증가하고 있다. 예를 들면, 대한민국 등록특허공보 제10-1425870호에는 2단 열교환기를 설치하여 난방 후의 열원을 급탕 예열에 사용하도록 하는 세대용 급탕 열교환 설비를 구비하는 공동주택용 난방급탕 통합시스템이 제안되어 있다. 그러나, 종래의 난방온수 통합배관유닛은 지역난방에서 공급하는 열원온도가 낮거나 열원공급량이 부족해지게 되면 난방능력과 개별사용자가 원하는 정도의 온수를 충분히 공급할 수 없다는 단점이 있다. 이것은 지역난방의 열병합 발전소에서 전기를 생산하고 남은 열의 생산량은 전기 생산량에 따라 달라질 수 있고, 지역난방에서 공급하는 난방열원이 부족해지는 경우 개별세대에서 난방열원을 난방수 또는 온수로 전환 할 수 있는 판형 열교환기를 갖춘 난방온수 통합배관유닛은 난방열원의 난방수 또는 온수로의 전환율이 100%가 넘지 못하는 한계가 있기 때문에 난방능력 또는 온수공급이 부족해지는 경우가 발생하고 있다.
특허문헌 1. 대한민국 등록특허공보 제10-1425870호(공고일2014년08월04일)
특허문헌 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1823956호(공고일2018년01월31일)
특허문헌 3. 대한민국 등록특허공보 제10-1425870호(공고일2014년08월04일)
본 발명의 기술적 과제 중 하나는, 히트펌프모듈을 통합배관유닛의 열교환기로 구비하여 공급되는 난방열원으로부터 히트펌프모듈을 통해 난방수의 온도를 높이는데 있다.
본 발명의 기술적 과제 중 하나는, 난방열원의 온수 전환율을 높여 개별 사용자가 원하는 만큼의 충분한 온수를 공급하되 환수되는 난방열원의 온도는 최저로 유지하여 버려지는 에너지를 최소화하는데 있다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 히트펌프모듈;을 포함하며, 열원을 공급하는 열원공급유로, 난방수를 환수 열원으로 환수하는 난방환수유로, 열원을 상기 히트펌프모듈을 통해 분기시켜 급탕 온수와 난방공급유로를 통해 난방부하측으로 공급하는 통합배관유닛; 상기 열원공급유로와 난방공급유로에 연결되고 일측의 유로는 난방환수유로와 합류하도록 설치된 삼방변; 및 상기 삼방변의 일측 유로는 상기 히트펌프모듈측과 연결되어 상기 난방환수유로를 따라 유동하는 난방 환수를 상기 히트펌프모듈측에서 회수 열교환하도록 유도하는 합류 배관;을 포함하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛으로부터 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 히트펌프모듈은 증발기, 압축기, 팽창기, 제1 응축기 및 제2 응축기로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 히트펌프모듈은 난방을 위한 제1 응축기; 및 상기 제1 응축기와 구분 독립되어 급탕 온수 공급을 위한 제2 응축기;로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 응축기는 난방용이고, 상기 제2 응축기는 온수용으로서 2개소에 배치되는 상기 제1,2 응축기에 난방수가 혼합되는 것을 방지하도록 상기 제1,2 응축기를 분리 배치하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1 응축기와 상기 제2 응축기는 온수용과 난방용에 관계없이 상호 교체하여 사용할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제2 응축기에는 온수공급라인이 연결되고, 상기 온수공급라인에는 유량센서를 구비하여 온수사용시 온수 유동 흐름을 감지하여 상기 히트펌프모듈의 압축기의 운전을 지시하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 증발기에는 열원환수라인을 연결하고, 상기 열원환수라인에는 유량센서와 유량변을 구비하여 상기 유량센서를 통해 유량을 검출하여 상기 히트펌프모듈의 압축기 운전을 지시하고 상기 유량변을 통해 온수의 온도조절 및 난방부하의 크기에 따라 난방수의 공급량을 조절하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 난방부하측으로부터 환수되는 난방환수는 상기 난방환수유로를 통해 히트펌프모듈의 증발기로 흐르도록 유도되고, 상기 삼방변의 합류 배관측 유로를 차단하여 난방환수만으로 히트펌프모듈의 증발기에서 다시 한번 열교환하여 버려지는 에너지를 최소화하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 통합배관유닛을 통한 온수운전시, 상기 삼방변으로부터 히트펌프모듈의 증발기로 연결되는 1차측 열원공급라인과 외부로부터 상기 히트펌프모듈의 제2 응축기로 연결되는 급수라인 및 상기 히트펌프모듈의 제2 응축기로부터 통합배관유닛의 외부로 온수가 공급되는 온수공급라인, 그리고 상기 히트펌프모듈의 증발기로부터 통합배관유닛의 외부로 열원이 환수되는 열원환수라인이 연결되도록 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 통합배관유닛을 통한 난방운전시, 상기 삼방변으로부터 난방부하측 방향으로 히트펌프모듈의 제1 응축기와 연결되는 난방공급유로와 상기 난방부하측으로부터 상기 삼방변에서 상기 히트펌프모듈의 증발기로 연결되는 1차측 열원공급라인의 한 측이 연결되는 난방환수유로 및 상기 히트펌프모듈의 증발기로부터 통합배관유닛의 외부로 열원이 환수되는 열원환수라인이 연결되도록 제어될 수 있다.
본 발명은, 저온 저유량의 난방열원이 공급되는 경우에도 고온도의 난방수와 많은량의 온수를 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 개별난방의 난방환수를 히트펌프모듈을 통해 열교환하여 버려지는 에너지를 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 급탕과 난방을 위한 통합배관유닛을 계통도로 나타낸 예로서 급탕과 난방 유로가 통합배관유닛으로 통합되어 구성된 예시이다.
도 2는 종래 또 다른 급탕과 난방을 위한 통합배관유닛을 계통도로 나타낸 예로서 급탕과 난방 유로가 통합배관유닛으로 통합되어 구성된 예시이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛을 계통도로 나타낸 예시이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛을 계통도로 나타낸 예로서 온수운전 상태의 예시이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛을 계통도로 나타낸 예로서 난방운전 상태의 예시이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 '히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛'을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 설명에서 사용되는 용어에 있어서, '열원수'는 열원공급처로부터 공급되는 열원으로서 '난방수'로 혼용될 수 있다. '난방수'는 열교환기를 통해 난방부하로 유동하는 난방 유체로서 '난방환수'로 혼용될 수 있다. '난방환수'는 난방부하를 경유하여 환수되는 유체일 수 있다. '급수'는 외부로부터 공급되는 급탕 온수 생산용 유체이다. 본 발명의 설명에서 '난방수'와 '난방환수'는 일부 부분에서 혼용되어 사용될 수 있다. '급탕'은 '온수'로 혼용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 '히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛'에 대한 구체적인 구성을 설명하기에 앞서 먼저, 본 발명과 관련하여 기존의 관련 통합배관유닛을 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 종래의 급탕과 난방을 위한 통합배관유닛을 계통도로 나타낸 예로서 급탕과 난방 유로가 통합배관유닛으로 통합되어 구성된 예시이다.
도 1의 통합배관유닛(100)은 난방에서는 열원(A)으로부터 난방수의 공급이 열교환기(104)를 경유하여 On-Off 밸브(103)를 거쳐 분배기(102)를 통해 난방부하측(101)으로 공급되고 차압 밸브(105)가 설치된 환수 유로(106)를 통해 환수되도록 되어 있다. 난방부하측(101)에 공급되는 난방수는 분배기(102)에 구비되는 미세조절 밸브(108)의 조작을 통해 난방부하측(101)의 각 실(예를 들면 거실/주방/방1,2,3...N 등)로 공급될 수 있다. 급탕에서는 열교환기(104)를 경유하여 유량조절밸브(113)에 의해 환수 유량이 조절되어 환수되고 외부로부터 공급되는 급수(W1)는 열교환기(104)를 경유하면서 열교환되어 급탕(W2) 온수로 출수 되도록 되어 있다.
도 2는 종래의 급탕과 난방을 위한 또 다른 통합배관유닛을 계통도로 나타낸 예로서 급탕과 난방 유로가 통합배관유닛으로 통합되어 구성된 예시이다.
도 2의 통합배관유닛(100)은 난방과 급탕 유로가 분리된 형식으로서 난방에서는 난방열원(B)으로부터 난방수의 공급이 열교환기(104)를 경유하지 않고 On-Off 밸브(103)를 거쳐 직접 분배기(102)를 통해 난방부하측(101)으로 공급되고 차압 밸브(105)가 설치된 환수 유로(106)를 통해 환수되도록 되어 있다. 난방부하측(101)에 공급되는 난방수는 분배기(102)에 구비되는 미세조절 밸브(108)의 조작을 통해 난방부하측(101)의 각실(예를 들면 거실/주방/방1,2,3...N 등)로 공급될 수 있다. 급탕에서는 급탕열원(C)으로부터 열원수의 공급이 On-Off 밸브(103)를 거쳐 열교환기(104)를 경유하여 유량조절밸브(113)에 의해 환수 유량이 조절되어 환수 유로(106)를 통해 환수되도록 되어 있고 외부로부터 공급되는 급수(W1)는 열교환기(104)를 경유하면서 열교환되어 급탕(W2) 온수로 출수 되도록 되어 있다.
도 1 및 도 2에서, 미설명 부호 T1 ~ T5는 온도 센서들로서, T1은 공급 열원의 온도, T2는 급탕환수의 온도, T3는 급수(W1)의 온도, T4는 급탕 온수(W1)의 출수 온도, T5는 환수 온도를 검출하는 온도 센서이다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 급탕과 난방이 통합된 형식의 통합배관유닛, 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 급탕과 난방이 분리된 형식의 통합배관유닛은 이들 형식에 관계없이 공통적으로 통합배관유닛을 운용하는데 있어서 에너지 사용효율과 에너지 분배를 통한 급탕 온수 온도 증대가 요구되고 있다. 이에 따라, 대한민국 등록특허공보 제10-1425870호에는 2단 열교환기를 설치하여 난방 후의 열원을 급탕 예열에 사용하도록 하는 세대용 급탕 열교환 설비를 구비하는 공동주택용 난방 급탕 통합시스템이 제안되어 있다.
그러나, 상기 기술은 메인 열교환기와 예열 열교환기로 구분되는 2단 열교환기를 사용하는 방식이기 때문에 예열 열교환기는 난방수 환수를 통해 예열되지만, 메인 열교환기는 예열이 불가능하여 예열 온수량이 적고, 초기 온수공급이 메인 열교환기에서 포함하고 있는 온수량 만큼 온수공급속도가 떨어지는 단점이 있다.
또한, 온수량의 증가가 필요한 경우, 난방 환수를 이용하지 않고 외부측 공급 열원을 메인 열교환기와 예열 열교환기로 공급하게 되므로 열교환 유로의 유로 길이가 길어지고, 동일용량의 1개의 열교환기에 비해 열원유체의 흐름 방향 수직단면적이 작아 압력손실이 커지는 문제가 있고, 이로 인해, 열원 공급량이 적어져 온수 공급량이 적어지는 한계가 있다.
즉, 2단 열교환기를 운용하는 기존의 통합배관유닛의 형식은 예열 열교환기의 난방 환수 예열 시스템이므로 온수 예열량이 적고, 다량의 온수 유량을 필요로하는 경우, 2단 열교환기에 직렬로 열원이 공급되어야 하기 때문에 배관 저항이 커져 동일설비 대비 총공급 열원 유량이 적어지는 한계가 따른다.
또한, 기존의 난방온수 통합배관유닛은 지역난방에서 공급하는 열원온도가 낮거나 열원공급량이 부족한 경우 난방능력과 개별사용자가 원하는 정도의 온수를 충분히 공급할 수 없다는 단점이 있다. 이는 지역난방의 열병합 발전소에서 전기를 생산하고 남은 열의 생산량은 전기 생산량에 따라 달라질 수 있고, 지역난방에서 공급하는 난방열원이 부족한 경우 개별세대에서 난방열원을 난방수 또는 온수로 전환 할 수 있는 판형 열교환기를 갖춘 난방온수 통합배관유닛은 난방열원의 난방수 또는 온수로의 전환율이 100%가 넘지 못하는 한계가 있기 때문에 난방능력 또는 온수공급이 부족해지는 경우가 발생하고 있다.
이에 따라, 본 발명에서는, 히트펌프모듈을 통합배관유닛의 열교환기로 구비하여 공급되는 난방열원으로부터 히트펌프모듈을 통해 난방수의 온도를 효과적으로 높일 수 있는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛을 제시한다.
또한, 본 발명에서는, 난방열원의 온수 전환율을 높여 개별 사용자가 원하는 만큼의 충분한 온수를 공급하되 환수되는 난방열원의 온도는 최저로 유지하여 버려지는 에너지를 최소화시키는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛을 제시한다.
본 발명의 실시예에 따른 '히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛'의 구체적인 구성을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛을 계통도로 나타낸 예시이다.
본 발명에 따른 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛은, 도 3에 도시된 바와 같이, 히트펌프모듈(210)을 포함하며, 열원을 공급하는 열원공급유로(220), 난방수를 환수 열원으로 환수하는 난방환수유로(230), 열원을 상기 히트펌프모듈(210)을 통해 분기시켜 급탕 온수(W2)와 난방공급유로(240)를 통해 난방부하측(250)으로 공급하는 통합배관유닛(200)을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 열원공급유로(220)의 입구측에는 삼방변(260)을 설치하여 열원공급유로(220)를 통해 공급되는 열원의 공급 루트를 자유롭게 통제 제어하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 삼방변(260)의 일측 유로는 난방공급유로(240)와 연결되고 나머지 일측의 유로는 난방환수유로(230)와 합류하고, 히트펌프모듈(210)측과 연결되어 난방환수유로(230)를 따라 유동하는 난방 환수를 히트펌프모듈(210)측에서 회수 열교환하여 온수를 예열하도록 유도하는 합류 배관(270)을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 도 3에서, 미설명 부호 T1 ~ T6는 온도 센서로서, T1은 공급 열원의 온도, T2는 열원 환수 온도, T3는 급탕 온수(W2)의 출수 온도, T4는 급수(W1)의 온도, T5는 난방 공급 온도, T6는 난방 환수 온도를 각각 검출하는 온도 센서일 수 있다.
그리고, S1은 온수의 유량을 측정하는 '유량 센서'이고, S2는 히트펌프모듈(210)로부터 환수되는 환수 열원의 유량을 측정하는 '유량 센서'일 수 있으며, V1은 히트펌프모듈(210)로부터 환수되는 환수 열원의 유량을 제어하는 '유량변'일 수 있다.
여기서, 온도 센서들 및 유량 센서 그리고 삼방변(260)과 유량변(V1)들은 통합배관유닛(100)에 포함되거나 외부에 설치될 수 있으며, 검지 신호를 입력받아 제어 신호를 전송하여 제어부(미도시), 또는 제어기(미도시)를 통해 제어되거나 사용자에 조작에 따라 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛을 도 3 내지 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛을 구성하는 히트펌프모듈(210)은 증발기(213), 압축기(214), 팽창기(215), 제1 응축기(211) 및 제2 응축기(212)로 구성될 수 있다.
이렇게 증발기(213)-압축기(214)-팽창기(215)-제1 응축기(211) 및 제2 응축기(212)들로 이루어지는 히트펌프모듈은 열교환 성능을 가지며, 그 열교환 성능은 통상의 성능에 따른다.
또한, 히트펌프모듈(210)은 난방을 위한 제1 응축기(211) 및 상기 제1 응축기(211)과 구분 독립되어 급탕 온수 공급을 위한 제2 응축기(212)로 구성될 수 있다.
또한, 제1 응축기(211)는 난방용이고, 제2 응축기(212)는 온수용으로서 2개소에 배치되는 각각의 제1,2 응축기(211)(212)에 난방수가 혼합되는 것을 방지하도록 제1,2 응축기(211)(212)는 분리 배치하여 구성될 수 있다.
또한, 제1 응축기(211)와 제2 응축기(212)는 온수용과 난방용에 관계없이 상호 교체하여 사용할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 제2 응축기(212)에는 온수공급라인(241)이 연결되고, 온수공급라인(241)에는 유량센서(S1)를 구비하여 온수사용시 온수 유동 흐름을 감지하여 히트펌프모듈(210)의 압축기(214)의 운전을 제어부(미도시)를 통해 지시하도록 구성될 수 있다.
또한, 증발기(213)에는 열원환수라인(231)을 연결하고, 열원환수라인(231)에는 유량센서(S2)와 유량변(V1)을 구비하여 유량센서(S2)를 통해 유량을 검출하여 히트펌프모듈(210)의 압축기(214)의 운전을 지시하고 유량변(V1)를 통해 온수의 온도조절 및 난방부하의 크기에 따라 난방수의 공급량을 조절하도록 제어부를 통해 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 난방부하(250)측으로부터 환수되는 난방환수는 난방환수유로(230)를 통해 히트펌프모듈(210)의 증발기(213)로 흐르도록 유도되고, 삼방변(260)의 합류 배관(270)측 유로를 차단하여 난방환수만으로 히트펌프모듈(210)의 증발기(213)에서 다시 한번 열교환하여 버려지는 에너지를 최소화하도록 구성될 수 있다.
또한, 통합배관유닛(200)을 통한 온수운전시, 삼방변(260)으로부터 히트펌프모듈(210)의 증발기(213)로 연결되는 1차측 열원공급라인(271)과 외부로부터 히트펌프모듈(210)의 제2 응축기(212)로 연결되는 급수라인(280) 및 히트펌프모듈(210)의 제2 응축기(212)로부터 통합배관유닛(200)의 외부로 온수가 공급되는 온수공급라인(241), 그리고 히트펌프모듈(210)의 증발기(213)로부터 통합배관유닛(200)의 외부로 열원이 환수되는 열원환수라인(231)이 각각 연결되도록 제어될 수 있다.
또한, 통합배관유닛(200)을 통한 난방운전시, 삼방변(260)으로부터 난방부하(250)측 방향으로 히트펌프모듈(210)의 제1 응축기(211)와 연결되는 난방공급유로(240)와 상기 난방부하(250)측으로부터 삼방변(260)에서 히트펌프모듈(210)의 증발기(213)로 연결되는 1차측 열원공급라인(271)의 한 측이 연결되는 난방환수유로(230) 및 상기 히트펌프모듈(210)의 증발기(213)로부터 통합배관유닛(200)의 외부로 열원이 환수되는 열원환수라인(231)이 연결되도록 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 히트펌프모듈(210)을 구비하는 통합배관유닛(200)은 열교환기로서 기존의 판형 열교환기를 히트펌프모듈(210)로 대체하여 통상의 판형 열교환기의 적용 구조와 비교하는 경우, 저온 저유량의 난방열원이 공급되는 경우에도 고온도의 난방수와 많은량의 온수를 충분히 공급할 수 있게 되고, 개별 난방의 난방환수를 히트펌프모듈(210)을 통해 열교환하여 버려지는 에너지를 최소화 할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 히트펌프모듈(210)을 구비하는 통합배관유닛(200)을 온수운전과 난방운전 모드로 구분하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛을 계통도로 나타낸 예로서 온수운전 상태의 예시이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 온수운전시 유량 센서(S1)에서 유량이 감지되면, 1차측 온수열원공급라인(271) 열원으로부터 삼방변(260)의 'B'방향이 열리고, 유량변(V1)이 ON으로 개방되어 히트펌프모듈(210)의 증발기(213)-유량변(V1)-유량 센서(S2)-온도센서(T2)-열원환수 순으로 열원이 유동된다.
여기서, 온수공급은 급수(W1)-히트펌프모듈의 제2 응축기(212)-유량센서(S1)-온도센서(T3)를 차례로 경유하여 온수로 출수되는 유동 흐름으로 제어된다.
이때, 설정온도와 온도센서(T3)의 검출온도 측정값을 검출하고 연산하여 유량조절밸브의 개도량을 조정하고 온수의 온도를 조정한다. 이 경우 제1 응축기(211)는 난방라인을 따라 유동하는 열원의 흐름이 없기 때문에 열교환하지 않거나 대기 상태로 유지되도록 제어된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛을 계통도로 나타낸 예로서 난방운전 상태의 예시이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 난방운전시 온도 센서(T1)에서 검출되는 온도 측정값이 제어부에 설정된 기준값과 비교하여 그 이하이거나 감지되지 않는 경우, 삼방변(260)은 'A'방향으로 열린다.
이어서, 유량 센서(S2)에서 유량이 감지되는 경우 히트펌프모듈(210)의 운전이 시작된다.
이때, 열원은 히트펌프모듈(210)의 제1 응축기(211)-난방공급-난방환수-히트펌프모듈(210)의 증발기(213)-유량조절밸브-유량센서(S2)-온도센서(T2)-열원환수 순으로의 유동 흐름을 유지하게 된다.
그리고, 유량조절밸브를 통해 난방부하의 크기에 따라 난방수량을 제한한다. 그리고, 난방부하(250)측의 각방 시스템이나 난방 설정온도 도달에 따라 유량조절밸브를 차단하고 유량센서를 통해 유량이 검출되지 않을 경우 히트펌프모듈(210)의 운전을 정지하도록 제어된다.
이와 같이, 본 발명은, 히트펌프모듈을 통합배관유닛의 열교환기로 구비하여 공급되는 난방열원으로부터 히트펌프모듈을 통해 난방수의 온도를 효과적으로 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은, 난방열원의 온수 전환율을 높여 사용자가 원하는 만큼의 충분한 온수를 공급하되 환수되는 난방열원의 온도는 최저로 유지하여 버려지는 에너지를 최소화시키는 이점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면으로 나타낸 실시예를 참고로 설명되었으나 실시예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
S1.S2: 유량 센서 V1: 유량변
200: 통합배관유닛 210: 히트펌프모듈
211: 제1 응축기 212: 제2 응축기
213: 증발기 214: 압축기
215: 팽창기 220: 열원공급유로
230: 난방환수유로 231: 열원환수라인
240: 난방공급유로 241: 온수공급라인
250: 난방부하(측) 260: 삼방변
270: 합류 배관 271: 1차측 열원공급라인
280: 급수라인

Claims (10)

  1. 히트펌프모듈;을 포함하며, 열원을 공급하는 열원공급유로, 난방수를 환수 열원으로 환수하는 난방환수유로, 열원을 상기 히트펌프모듈을 통해 분기시켜 급탕 온수와 난방공급유로를 통해 난방부하측으로 공급하는 통합배관유닛;
    상기 열원공급유로와 난방공급유로에 연결되고 일측의 유로는 난방환수유로와 합류하도록 설치된 삼방변; 및
    상기 삼방변의 일측 유로는 상기 히트펌프모듈측과 연결되어 상기 난방환수유로를 따라 유동하는 난방 환수를 상기 히트펌프모듈측에서 회수 열교환하도록 유도하는 합류 배관;을 포함하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트펌프모듈은 증발기, 압축기, 팽창기, 제1 응축기 및 제2 응축기로 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 히트펌프모듈은 난방을 위한 제1 응축기; 및 상기 제1 응축기와 구분 독립되어 급탕 온수 공급을 위한 제2 응축기;로 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 응축기는 난방용이고, 상기 제2 응축기는 온수용으로서 2개소에 배치되는 상기 제1,2 응축기에 난방수가 혼합되는 것을 방지하도록 상기 제1,2 응축기를 분리 배치하여 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 응축기와 상기 제2 응축기는 온수용과 난방용에 관계없이 상호 교체하여 사용할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 응축기에는 온수공급라인이 연결되고, 상기 온수공급라인에는 유량센서를 구비하여 온수사용시 온수 유동 흐름을 감지하여 상기 히트펌프모듈의 압축기의 운전을 지시하도록 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 증발기에는 열원환수라인을 연결하고, 상기 열원환수라인에는 유량센서와 유량변을 구비하여 상기 유량센서를 통해 유량을 검출하여 상기 히트펌프모듈의 압축기 운전을 지시하고 상기 유량변을 통해 온수의 온도조절 및 난방부하의 크기에 따라 난방수의 공급량을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 난방부하측으로부터 환수되는 난방환수는 상기 난방환수유로를 통해 히트펌프모듈의 증발기로 흐르도록 유도되고, 상기 삼방변의 합류 배관측 유로를 차단하여 난방환수만으로 히트펌프모듈의 증발기에서 다시 한번 열교환하여 버려지는 에너지를 최소화하도록 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합배관유닛을 통한 온수운전시, 상기 삼방변으로부터 히트펌프모듈의 증발기로 연결되는 1차측 열원공급라인과 외부로부터 상기 히트펌프모듈의 제2 응축기로 연결되는 급수라인 및 상기 히트펌프모듈의 제2 응축기로부터 통합배관유닛의 외부로 온수가 공급되는 온수공급라인, 그리고 상기 히트펌프모듈의 증발기로부터 통합배관유닛의 외부로 열원이 환수되는 열원환수라인이 연결되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합배관유닛을 통한 난방운전시, 상기 삼방변으로부터 난방부하측 방향으로 히트펌프모듈의 제1 응축기와 연결되는 난방공급유로와 상기 난방부하측으로부터 상기 삼방변에서 상기 히트펌프모듈의 증발기로 연결되는 1차측 열원공급라인의 한 측이 연결되는 난방환수유로 및 상기 히트펌프모듈의 증발기로부터 통합배관유닛의 외부로 열원이 환수되는 열원환수라인이 연결되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 히트펌프모듈을 구비하는 통합배관유닛.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101823956B1 (ko) 2016-11-30 2018-01-31 린나이코리아 주식회사 정유량 난방 공급 기능을 포함하는 통합배관 시스템

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