KR900000809B1

KR900000809B1 - 냉난방 · 급탕용(給湯用) 히트펌프장치

Info

Publication number: KR900000809B1
Application number: KR1019850000646A
Authority: KR
Inventors: 기스게 야마자끼; 미찌오 오오쓰보; 게이꼬 오오구마
Original assignee: 미쓰비시전기 주식회사; 카다야마히도하지로
Priority date: 1984-02-09
Filing date: 1985-02-01
Publication date: 1990-02-17
Also published as: KR850007688A; DE3562666D1; EP0151493B1; EP0151493A3; US4592206A; EP0151493A2

Abstract

내용 없음.

Description

냉난방·급탕용(給湯用) 히트 펌프장치

제1도는 종래의 냉난방 히트펌프장치의 한예를 나타낸 구성도.

제2도는 종래의 냉난방·급탕 히트펌프장치의 한예를 보인 구성도.

제3도는 본 발명에 의한 냉난방·급탕 히트펌프장치의 한실시예를 나타낸 구성도.

제4도는 본 발명에 의한 냉난방·급탕용 히트펌프장치의 제2실시예를 나타낸 구성도.

제5도는 본 발명에 의한 냉난방·급탕용 히트펌프장치의 제3실시예를 나타낸 구성도.

제6도는 본 발명에 의한 냉난방·급탕용 히트펌프장치의 제4실시예를 보인 구성도.

제7도는 그 제어장치부의 전기회로도.

제8도는 인버터의 전기회로도.

제9도는 각 절환밸브의 절환제어플로의 플로차트.

제10도는 본 발명의 냉난방·급탕 히트펌프장치의 제5실시예의 구성을 보인 도면.

제11도는 일반주택의 난방부하 발생패턴.

제12도는 본 발명의 냉난방·급탕 히트펌프장치에 있어서의 인버터 주파수가 정격(定格)가열능력의 관계도.

제13도는 본 발명에 의한 냉난방·급탕 히트펌프장치의 동작의 흐름을 나타낸 플로차트.

제14도는 본 발명의 제6실시예에 의한 냉난방·급탕 히트펌프장치를 보인 구성도.

제15도는 급탕가열 성능 곡선을 나타낸 설명도. (종축은 급탕가열 능력(kcal/h)횡축은 저탕조(貯湯槽)의 수온(℃)).

제16도는 본 발명의 한 실시예에 의한 냉난방·급탕 히트펌프장치의 각운전모드의 동작순서를 플로차트로 나타낸 설명도.

제17도는 본 발명에 의한 냉난방·급탕 히트펌프장치의 제어실시예를 나타낸 구성도.

제18도는 제17도에 보인 장치의 동작을 설명하기 위한 플로차트를 나타낸 도면.

제19도는 에너지 이용 효율과 인버터 주파수의 관계를 나타낸 도면.

제20도는 본 발명에 의한 냉난방·급탕 히트펌프장치의 제8실시예를 보인 구성도.

제21도는 잔탕(殘湯) 검지센서와 잔탕량과의 관계를 나타낸 특성도.

제22도는 잔탕량과 인버터 주파수와의 관계를 나타낸 특성도.

제23도는 인버터의 츨력주파수와 에너지 이용효율과의 관계를 나타낸 특성도.

제24도는 본발명의 냉난방·급탕 히트펌프장치의 제9실시예를 나타낸 구성도.

제25도는 본발명의 냉난방·급탕 히트펌프장치의 제10실시예를 보인 구성도.

본 발명은 냉난방과 저탕조의 물의 가열이 가능하도록한 냉난방·급탕 히트펌프장치에 관한 것이며, 특히 냉매배관의 구성을 개량한 히트 펌프에 관한 것이다.

종래, 냉난방 히트펌프장치로서 제1도에 나타낸 것이 있으며, 또 냉난방·급탕 히트펌프장치로서 제2도에 나타낸 것이 있었다.

제1도, 제2도에 나타낸 히트펌프장치의 냉매회로에는 압축기(1), 냉난방 절환용의 4방밸브(2), 실내열교환기(3), 팽창기구(4) 및 실외열 교환기(5(가 설치되어 있다.

제1도의 히트펌프장치에서는 냉매회로의 팽창기구(4)와 4방밸브 (2)의 사이에 병렬로 설치된 복수대의 실내열교환기(3)가 각기의 전자밸브(13)를 통해 4방밸브(2)에 접속되어 있다.

또 제2도에 있어서, 6은 저탕조, 8은 저탕조(6)내의 물을 가열하는 가열코일 ,14는 저탕조(6)으로의 수도물 취수구, 15는 급탕용의 수도꼭지이며, 제2도의 히트펌프장치에서는 냉매회로의 팽창기구(4)와 4방밸브(2) 사이에 실내열 교환기(3)와 상기 가열코일(8)이 병렬로 설치되고 이들이 각각의 전자밸브(13)을 통해 4방밸브(2)에 접속되어 있다.

다음에 제1도, 제2도의 히트펌프장치의 동작에 관하여 설명한다.

제1도의 히트펌프장치는 복수개의 방의 냉난방을 행하는 것이다. 냉방시에는 압축기(1)에서 토출(吐出)한 고온고압의 냉매가스가 도면의 실선 화살표와 같이 흘러서 4방밸브(2), 실외열 교환기(5)에 이르러 여기서 냉각되어 응축한다.

응축한 고압의 냉매액은 팽창기구(4)의 한쪽의 팽창밸브(4a)를 지나서 감압된다.

2대의 실내열 교환기(3), (3)의 전자밸브(13), (13)은 각각 부하가 발생한 때에 개로 되어서 냉매를 유통시킨다. 거기서 팽창밸브(4a)로부터의 저압냉매액이 실내열교환기(3), (3)에서 증발하여 실내에서 열을 빼앗아 가스화한다. 이 저압의 냉매가스는 4방밸브(2)를 지나 압축기(1)에 흡입되어서 압축되며, 이하 마찬가지 사이클이 반복된다.

난방시에는 압축기(1)에서 토출한 고온고압의 냉매가스가 도면의 파선화살표처럼 유통하며 4방 밸브(2), 실내열교환기(3), (3)에 이르러 여기서 방열하여 응축함으로써 난방을 행한다.

응축한 고압의 냉매액은 팽창기구(4)의 다른쪽 팽창밸브(4b)를 지나서 갑압된다.

감압된 냉매액은 실외열교환기(5)에 이르러 여기서 외기(外氣)에 의하여 가열되어 증발한다.이 저압의 냉매액은 4방밸브(2)를 지나 압축기(1)로 흡입되어서 압축되며 이하 같은 사이클을 반복한다.

제2도의 히트펌프장치는 실내열 교환기의 일부를 저탕조(6)의 가열코일(8)로 변경하고 급탕가열시에는 실내열 교환기(3)쪽의 전자밸브(13)을 닫고, 가열코일(8)쪽의 전자밸브(13)를 열고 4방밸브(2)를 난방쪽으로 하며 또 난방시 및 냉방시에는 실내열 교환기(3) 쪽의 전자밸브(13)를 열고, 가열코일(8) 쪽의 전자밸브(13)를 닫는다. 또 제2도의 히트펌프장치의 상기한 이외의 동작은 제1도의 히트펌프장치와 마찬가지이다.

그러나 제2도에 보인것 같은 종래의 히트펌프장치에서 저탕조(6)내의 물을 가열하려면 실내열 교환기(3)와 병열로 설치한 가열코일(8)을 저탕조(6)에 삽입하고 저탕조(6)내의 물을 가열코일(8)로 가열하도록 운전을 행하고 있으므로 냉방시의 폐열을 회수하여 저탕조(6)내의 물을 가열하는 운전이 불가능한 등의 결점이 있었다.

본 발명은 상기한 것과 같은 종래의 결점을 제거하려고 한 것이며 냉난방과 급탕을 동시에 행할 수가 있을 뿐 아니라 냉방시의 폐열을 회수하여 저탕조 안의 물을 가열할 수가 있고 경제적인 냉난방·급탕 히트펌프장치를 제공할 것을 목적으로 삼고 있다.

아래에 본 발명의 제1실시예를 제3도에 의하여 설명한다.

제3도에 있어서, 1은 압축기, 2는 냉난방 절환용의 4방밸브, 3은 실내열 교환기, 4는 팽창기구, 5는 실외열 교환기이며, 이들은 제1도에 보인 종래의 것과 마찬가지로 냉매 회로에 설치되어있다. 6은 저탕조, 7은 냉매절환용의 3방밸브다.

3방밸브(7)은 냉매회로의 압축기(1)의 토출쪽에 설치되고, 한쪽의 분기가 4방 밸브(2)에 접속되고 다른쪽 분기가 배관(17)에 의하여 저탕조(6)에 삽입한 이들 가열코일(8)에 접속되어 있다.

상기 배관(17)은 가열코일(8)의 출구쪽에서 분기하고 그 분기부(11)에서 제1전자밸브(9)를 통해 냉매회로의 팽창기구(4)와 실내열 교환기(3) 사이에 접속되어 있다.

분기부(11)에서 분기한 배관(18)은 제2전자밸브(10)를 통해 냉매회로의 팽창기구(4)와 실외열 교환기(5) 사이에 접속되어 있다. 또 12는 압축기(1)의 용량제어를 행하는 인버터, 13은 실내열 교환기(3)용의 전자밸브, 14는 저탕조(6)으로의 수돗물 취수구, 15는 급탕용 수도꼭지이며, 16은 3방밸브(7) 및 전자밸브(9)(10)을 제어하는 제어장치이다.

다음에 본 실시예의 히트펌프장치의 동작에 관하여 설명한다. 난방시에는 압축기(1)에서 토출한 냉매가스는 3방밸브(7)가 (7a)(7b)에 접속되어 있으므로 제1분기구(7b)로부터 4방밸브(2)의 파선을 경유하여 제3도의 파선 화살표처럼 흐르고 병렬로 설치한 복수대의 실내열 교환기(3)의 일부 또는 전부에 이르며, 여기서 응축하여 냉매액이 되고, 팽창기구(4)를 지나 실외열 교환기(5)에서 증발하고, 4방밸브(2)의 파선을 경유하여 압축기(1)로 되돌아온다.

난방급탕시에는 압축기(1)에서 토출한 냉매가스는 3방밸브(7)의 절환에 의하여 일부가 상술한 난방시와 마찬가지로 흐름과 더불어 냉매가스의 다른 일부는 3방밸브(7)가 (7a)(7c)에 접속도 되어 있으므로 제2분기구(7c)로부터 배관(17)을 지나 가열코일(8)에서 저탕조(6)내의 물을 가열하여 응축하고 냉매액이 되어 제1전자밸브(9)를 지나서 실내열 교환기(3)를 지나온 냉매회로의 냉매액과 합류하고 이후는 난방시와 마찬가지로 흐른다.

또 냉방 및 급탕시에는 3방밸브(7)를 난방시와 마찬가지로 입구(7a)와 제1분기구(7b)를 접속하고 서모스탯 같은 실내온도 검지기(도시생략)에서 실온이 설정치로 상승한 때에 3방밸브(7)를 절환하여 입구(7a)와 제2분기구(7c)를 접속으로 하고 가열코일(8)에 의하여 저탕조(6)내의 물을 가열하고 실온이 설정치 미만이되면 난방으로 되돌리는 난방과 급탕가열의 선택운전을 행하여도 좋다.

또 3방밸브(7)를 타이머 등으로 단시간마다 입구(7a)와 제1분기구(7b)의 접속과, 입구(7a)와 제2분기구(7c)의 접속으로 절환하여 난방과 급탕으로 시분할하여 냉매를 배분하여도 된다.

냉방시에는 압축기(1)에서 토출한 냉매가스는 3방밸브(7)가 입구(7a)와 제1분기구(7b)가 접속되어 있으므로 4방밸브(2)의 실선을 경유하여 제3도의 실선화살표쪽으로 흘러서 실외열 교환기(5)에 이르르고, 여기서 응축하여 냉매액이 되어 팽창기구(4)를 지나 복수대의 실내열 교환기(3)의 일부 또는 전부에 이르르며 여기서 증발하여 냉매가스가 되고 4방밸브(2)의 실선을 경유하여 압축기(1)로 되돌아간다.

냉방 및 급탕시에는 압축기(1)에서 토출한 냉매가스는 3방밸브(7)가 입구(7a)와 제2분기구(7c)에 접속되어 있기 때문에 가열코일(8)로 안내되어 여기서 저탕조(6)내의 물을 가열 응축하고 그 뒤 냉매액이 배관(18)에서 제2전자밸브(10)를 지나고 팽창기구(4)를 거쳐서 복수대의 실내열 교환기(3)의 일부 또는 전부에 이르며, 여기서 증발하여 냉매가스가 되어 4방밸브(2)의 실선을 경유하여 압축기(1) 복귀한다.

급탕가열시에는 냉매가스는 3방밸브(7)가 입구(7a)와 제2분기구(7c)에 접속되어 있기 때문에 가열코일(8)을 지나 여기에서 저탕조(6)내의 물을 가열하여 응축하고 그 뒤 제1전자밸브(9)을 거쳐서 팽창기구(4)를 지나 실외열 교환기(5)에 이르러 여기에서 증발하여 냉매가스가 되며 4방밸브(2)를 거쳐 압축기(1)로 되돌아간다.

또 상술한 난방, 난방과 급탕, 냉방, 난방과 급탕 및 급탕가열의 운전은 제어장치(16)에 의하여 3방밸브(7), 제1, 제2전자밸브(9), (10), 4방밸브(2) 및 전자밸브(13)을 제어함으로써 행해진다. 또 압축기(1)은 인버터(12)에서 압축기(1)의 구동전원의 주파수를 바꿈으로서 용량제어를 행한다.

위와 같이 제1실시예에서는 간단한 배관에 의하여 복수의 방의 냉난방과 급탕가열을 동시에 행할 수가 있고, 또 냉방시의 폐열로 저탕조내의 물을 가열할 수가 있어 경제적인 장치를 제공할 수가 있는 효과가 있다.

본 발명의 제2실시예를 제4도에 따라 설명한다.

도면의 동일 부호는 동일 또는 대용부분을 보인다.

가열코일(8)의 출구측을 배관은 분기(11)에 있어서 둘로 분기되고 그 한쪽 배관(17)은 제1전자밸브(9)를 거쳐서 냉매회로의 4방밸브(2)와 실내열 교환기(3) 사이에 접속되어 있다.

분기부(11)에서 분기한 다른 배관(18)은 제2전자밸브(10)를 거쳐서 냉매회로의 4방밸브(2)와 실외열 교환기(5) 사이에 접속되어 있다. 다음에 본 실시예의 히트펌프장치의 동작에 관하여 설명한다. 난방시 및 냉방시의 동작은 제3도에 보인 실시예와 마찬가지이다. 난방 및 급탕시에는 압축기(1)에서 토출한 냉매가스는 3방밸브(7)의 절환에 의하여 일부가 상술한 난방시와 동일하게 흐르는 동시에 냉매가스의 다른 일부는 3방 밸브(7)의 입구(7a)가 제2분기구(7c)와도 접속되어 있으므로 제2 분기구(7c)에서 배관을 지나 가열코일(8)에서 저탕조(6)내의 물을 가열하고, 일부는 응축하여 냉매액이 되지만, 다른 일부는 응축하지 않는 가스상태가 되어 있는 경우에 있으며, 이같은 냉매가 제1전자밸브(9)를 지나 실내열 교환기(3)를 거쳐온 냉매회로의 냉매액과 합류하고 이후는 난방시와 같이 흐른다.

또 난방 및 급탕시에는 제1실시예에서 말했듯이 서머스탯과 같은 실내온도 검출기(도시생략)를 사용하여서 난방과 급탕가열의 선택운전을 행한다. 또 3방밸브(7)를 타이머등으로서 단시간마다 입구(7a)와 제1분기구(7b)의 접속 및 입구(7a)와 제2분기구(7c)의 접속을 절환하여 난방과 급탕으로 시분할하여 냉매를 배분하여도 된다.

냉방 및 급탕시에는 압축기(1)에서 토출한 냉매가스는 3방밸브(7)의 입구(7 a)와 제2분기구(7c)가 접속되어 있으므로 가열코일(8)로 안내되어 여기서 저탕조(6)내의 물을 가열하여 일부 또는 전부가 응축하고 배관(18)에서 제2전자밸브(10)을 지나 실외열 교환기(5)로 들어간다.

그리고 냉매는 팽창기구(4)를 지나서 실내열 교환기(3)에 유입되어 냉방을 행한다. 이 경우 실외열 교환기(5)의 송풍기는 흘러 들어오는 냉매의 액화상태에 따라서 정지 또는 회전수를 변환시킨다든지 가하여 열교환기 능력을 조정한다면 좀더 효과적인 운전이 가능하게 된다.

이같이하여 냉방시의 폐열이 저탕조내의 물을 가열원으로서 유효하게 회수된다. 급탕가열시에는 냉매가스는 3방밸브(7)가 입구(7a)와 제2분기구(7c)가 접속되어 있으므로 가열코일(8)을 지나 여기서 저탕조(6)내의 물을 가열하여 일부 또는 전부가 응축하며, 그 뒤 냉매의 응축상태 및 외기온도 상태에 따라서 경로를 선택할 수 가 있고, 외기 온도가 낮은 경우에는 난방·급탕시의 경로, 외기온도가 높은 경우에는 냉방·급탕시의 경로를 밟도록 할 수가 있다.

가령 외기 온도가 낮은 때에는 전자밸브(9)에서 실내열 교환기(3)을 거쳐 팽창기구(4)를 지나서 실외열 교환기(5)에 이르르고 여기에서 증발하여 냉매가스가 되어 4방 밸브(2)가 파선을 경유하여 압축기(1)로 되돌아온다.

상술한 제2실시예에 있어서, 난방, 난방과 급탕, 냉방, 냉방과 급탕 및 급탕가열의 운전은 제어장치(16)에 의하여 3방밸브(7), 제1, 제2전자밸브(9), (10), 4방밸브(2)를 제어함으로서 행해진다. 또 냉매회로의 압축기(1)은 인버터(12)에서 압축기(1)의 구동전원의 주파수를 바꿈으로써 용량제어를 행한다.

아래에 본 발명은 제3실시예를 제5도에 따라 설명한다.

도면중 동일부호는 동일 또는 대응부분을 나타낸다. 가열코일(8)의 출구쪽의 배관이 냉매절환용의 제2의 3방밸브(19)의 입구(19a)에 접속되며, 제2의 3방밸브(19)는 제1의 분기구(19b)가 4방밸브(2)와 실내열 교환기(30 사이에 냉매회로에 접속되고, 다른쪽 분기구(19c)가 4방밸브(2)와 실외열 교환기(5)의 사이에서 냉매회로에 접속되어 있다.

(16A)는 제1, 제2의 3방밸브(7)(9) 및 4방밸브(2)를 제어하기 위한 제어장치다.

상술한 제3실시예에 있어서 난방 및 기타의 동작은 제2실시예와 마찬가지지만, 제어장치(16A)에 의하여 제1의 3방밸브(7), 제2의 3방밸브(19), 4방밸브(2)를 제어하는 것으로 이루어진다. 또 압축기(1)는 인버터(12)에서 압축기(1)의 구동전원의 주파수를 바꿈으로써 용량제어를 행한다.

이하 본 발명의 제4실시예를 제6도를 따라 설명한다.

제6도에 있어서 제1-제5도와 동일부호는 동일 또는 대응부분을 나타내며 이들 부분의 거듭 설명은 생략한다.

제6도에 있어서 가열코일(8)의 출구쪽의 배관이 냉매절환용의 제2의 3방밸브(19)의 입구(19a)에 접속되어 있다. 제2의 3방밸브(19)는 제1분기구(19b)가 냉매절환용 제3의 3방밸브(20)이 입구(20a)에 접속되고, 제2분기구(19c)가 냉매절환용의 제4의 3방밸브(21)의 입구(21a)에 접속되어 있다.

제3의 3방밸브(20)의 제1분기구(20b)는 4방밸브(2)와 실내열 교환기(3)를 잇는 배관에 접속되고, 제2분기구(20c)는 실내열 교환기(3)과 팽창기구(4)를 잇는 배관에 접속되어 있다.

제4의 3방밸브(21)의 제1분기구(21b)는 4방밸브(2)와 실외열 교환기(5)를 잇는 배관에 접속되고, 제2분기구(21c)는 실외열 교환기(3)과 팽창기구(4)를 잇는 배관에 접속되어 있다.

(16B)는 제1에서 제4의 3방밸브(7)(19)(20)(21) 및 4방밸브(2)를 제어하기 위한 제어장치이다.

27은 실내온도를 검지하는 온도검지기이며, 난방용으로는 PTC 서미스터(27a)를 냉방용에는 NTC 서미스터(27b)를 사용하고 있다.

28은 외기온도를 검지하는 PTC 서미스터로된 온도검지기, 29는 저탕조의 탕온을 검출하는 서미스터로된 온도검지기이다. 제어장치(16B)는 제7도와 같이 구성되어있으며, 120은 제어장치(16B)안의 마이크로 컴퓨터이며, CPU(121), 메모리(122), 입력회로(123), 출력회로(124)를 지니고 있다. 125, 126, 127은 각 온도검출기(27)(28)(29)와 직렬의 저항, 128은 각 온도검출기(27),(28),(29)의 검출출력이 입력되는 아날로그 멀티플렉서(analog multiplexer), 129는 그 출력을 디지털로 변환하는 A/D변환기이며, 그 출력은 입력회로(128)에 주어진다.

130은 냉난방 스위치이며, 131은 급탕용 스위치이고, 이 신호도 입력회로(123)에 주어진다.

각 3방밸브(7), (19), (20), (21)은 각 모터(132), (133), (134), (135)에 의하여 동작되며 이 각 모터(132), (133), (134), (135)는 각기 각 릴레이(136), (137), (138), (139)에 의하여 동작된다.

이 각 릴레이(136), (137), (138), (139)는 출력회로(124)에 접속된다. 또 인버터(12)도 출력회로(124)에 접속되고, 4방 밸브(2)도 출력회로(124)에 접속된다. 인버터(12)는 제8도에 보이듯이 주회로(12a)와 제어회로(12b)로 구성되며, 주회로(12a)는 정류회로(12a₁), 전류검출회로(12a₂), 트랜지스터인버터(12a₃)으로 이루어진다.

또 제어회로(12b)는 제어장치(16B)로부터의 신호를 입력하는 지령회로(12b₁), 이 출력신호를 입력하는 전압제어회로(12b₂)와, 주파수 제어회로(12b₃), 전류검출회로(12b₄) 및 이들 신호를 입력하는 트랜지스터인버터(12a₃)을 제어하는 트랜지스터 구동회로(12b₅)로 이루어진다.

다음에 이 실시예의 히트펌프장치의 동작에 관하여 설명한다.

난방시 및 냉방시의 동작은 상술한 실시예와 동일하다.

난방 및 급탕시에는 상술한대로 제1의 3방밸브(7)의 절환에 의하여 냉매가스의 일부가 제2분기구(7c)에서 가열코일(8)에 이르르고 가열코일(8)에서 저탕조(6)내의 물을 가열한다. 이 경우 저탕조(6)내의 수온이 낮아서 여기를 지나는 냉매가 액화하여 있는 경우에는 제3의 3방밸브(20)의 입구(20a)가 제2의 분기구(20c)와 연통하도록 제어되어 있으며, 냉매액은 제2의 분기구(20c)를 지나서 실내열 교환기(3)를 지나온 냉매회로액과 합류한다.

저탕조(6)내의 수온이 높아서 여기를 지나는 냉매가 충분히 액화되지 않을 경우에는 제2의 3방밸브(20)의 입구(20a)가 제1분기구(20b)와 연통하도록 되어 있으며, 제1분기구(20b)를 지나서 압축기(1)에서 토출되는 고온 고압 냉매가스와 합류하여 실내열 교환기(3)으로 흐른다. 이후는 난방시와 마찬가지로 흘러서 팽창기구(4), 실외열교환기(5), 4방밸브(2)의 파선을 경유하여 압축기로 되돌아온다.

이때 제3의 3방밸브(20)을 제어하기 위한 신호는 본 실시예에 있어서는 저탕조(6)내의 수온에 의존하지만, 제2의 3방밸브(19)와 제3의 3방밸브(20)를 잇는 배관내를 흐르는 냉매의 온도를 사용하여도 된다. 또 난방급탕시에는 제1의 3방밸브(7)을 난방때와 마찬가지로 입구(7a)와 제1분기구(7b)를 접속하여 놓고 M미스터 같은 실내온도검출기(27)로 실온이 설정치 이상으로 상승하였을 때, 제1의 3방밸브(7)를 절환하여 입구(7a)와 제2분기구(7c)이 접속으로 하고, 난방을 정지시킴과 아울러 가열코일(8)에 의하여 저xkd조(6)내의 물을 가열하여 실온이 설정치 미만이되면 저탕조(6)내의 물의 가열을 그치고 난방으로 되돌리는 난방과 급탕가열의 선택운전을 행한다.

또 제1의 3방밸브(7)을 타이머 등으로 단시간(短時間) 마다 입구(7a)와 제1분기구(7b)의 접속 및 입구(7a)와 제2분기구(7c)의 접속으로 절환하여서 난방과 급탕에 시분할을 하여 냉매를 배분하여도 된다. 이때 제3의 3방밸브(20)은 냉매의 액화상황에 따라서 제어하는 것은 상술한 대로다.

냉방 급탕시에는 압축기(1)에서 토출한 냉매가스는 제1의 3방밸브(7)의 제2분기(7c)가 접속되어 있기 때문에, 저탕조(6)안의 물을 가열하여 일부 또는 전부가 응축하고,제2의 3방밸브(19)의 입구(19a)와 제2의 분기(19c)를 지나서 제4의 3방밸브(21)의 입구(21a)에 이르른다. 저탕조(6)안의 수온이 높아서 냉매가 충분히 응축되지 않을때는 제4의 3방밸브 (21)의 입구(21a)와 제1의 분기(21b)가 접속되어 있으며,4방밸브(2)를 지나온 고온, 고압의 냉매가스와 합류하여 실외열 교환기(5)으로 흘러서 여기서 전부가 응축액화되어서 팽창기구(4)에 이르른다.

저탕조(6)안의 수온이 낮아서 냉매가스가 충분히 액화되면 제4의 3방밸브 (21)의 입구(21a)와 제2의 분기(21c)가 접속되어 있으며, 실외열 교환기(5)를 지나서 응축된 냉매와 합류하여 팽창기구(4)에 다다른다.

그 이후의 동작은 상술한 상태에 있어서의 냉방시의 동작과 마찬가지다.

이 경우에는 실외열 교환기(5)의 송풍기는 흘러드는 냉매의 액화상태에 따라서 정지 또는 회전수를 바꾸든지 하여 열교환 능력을 조정하면 좀더 효과적인 운전이 가능하게 된다.

이같이 하여 상술과 같은 냉매의 흐름이 형성함에 따라서 냉방시의 폐열이 저탕조 안의 물의 가열원으로서의 유효하게 회수된다. 급탕가열시의 동작도 상술한 실시예와 마찬가지지만, 이 경우 냉매의 응축상태 및 외기온 상태에 따라서 제2의 3방 밸브(9)의 접속경로를 선택할 수 가 있으며, 저탕조(6)내의 수온 레벨을 따라서 외기온도가 낮은 때에는 난방, 급탕시의 경로, 그리고 외기온도가 높은 경우에는 냉방, 급탕시의 경로를 밟도록 할 수가 있다.

가령 저탕조(6)내의 수온이 낮고, 냉매가 충분히 응축하는 경우에 외기온도가 낮은때에는 제2의 3방밸브(9)의 제1분기구(9b)를 통하고 제3의 3방밸브(20)의 입구(20a)에서 제2의 분기구(20c)를 거쳐서 실내열 교환기(3)와 팽창기구(4)를 잇는 배관중에 들어가 팽창기구(4)를 지나서 실외열 교환기(5)에 이르르며, 여기에서 증발하여 냉매가스가 되고 4방밸브(2)0의 파선을 경우하여 압축기(1)로 되돌아온다.

또 제3의 3방밸브(20)의 절환제어는 저탕조(6)내의 수온이 아니라 가열코일(8)을 나오는 냉매의 응축상태를 검지하여 제어하여도 되고 이렇게 하는 편이 직접적이다.

이상 각 운전모드의 경우의 각 절환밸브의 제어상황의 흐름을 제9도에 나타내었다.

실외열 교환기(5)에 착상(着霜)이 쌓여서 제상(除霜)할 경우에는 4방밸브(2)를 냉방때와 같이 절환하고, 실외열 교환기(5)에 고온 고압의 냉매가스가 흘르는 소위 역사이클 운전을 행하여도 좋지만 이제상을 급속히 끝내고 싶을 경우, 혹은 저탕조(6)내의 온수의 열도 부가(附加)시켜 행할 경우에는 제1의 3방밸브(7)의 입구(7a)와 제2분기구(7c)를 연통하고 압축기(1)에서 나오는 냉매가스를 가열코일(8)로 통하여 저탕조(6)내의 물로 이 냉매를 가열하고, 제2의 3방밸브(19)의 통로를 입구(19a)에서 제2 분기구(19c)로 하고, 다시 제4의 3방밸브(21)의 통로를 입구(21a)에서 제2분기구(21c)로 하여 냉매가스를 실외열 교환기(5)로 안내하여 여기서 실외열 교환기(5)에 적층된 서리를 녹여서 냉매를 4방밸브(2)를 지나서 압축기(1)로 되돌려 보내는 경로를 형성함으로써 제상(除霜)을 시킬 수가 있다.

이때 팽창기구(4)를 사용하는 팽창밸브를 닫은 상태로 해두면 효율좋게 제상이 된다.

상술한 예에서 난방, 난방과 급탕, 냉방, 냉방과 급탕 및 급탕가열의 운전은 제어장치(16)에 의하여 제1-제4의 3방밸브(7)(19)(20)(21) 및 4방밸브(2)를 제어함으로서 행해진다. 또 압축기(1)는 인버터(12)에서 압축기(1)의 구동전원의 주파수를 바꿈으로서 용량제어를 한다.

이상 설명한대로 이 실시예에서는 제1에서 제4의 절환밸브의 절환제어를 각 운점모드에 따라서 행하는 제어장치를 갖추고 있으므로 냉난방과 급탕가열을 동시에 행할 수가 있으며, 또 냉방시의 폐열로 저탕조내의 물을 가열하는 것, 실외열 교환기에 적층한 서리를 효과적으로 제거할 수가 있으며, 경제적인 장치를 제공할 수가 있는 효과가 있다.

아래에 본 발명의 냉, 난방·급탕히트펌프장치의 제5실시예에 관하여 설명한다.

제10도는 그 한실시예의 구성도이다.

이 제10도에 있어서 제1도 및 제9도와 동일부분에는 동일부호를 붙여서 설명하기로 한다.

이 제5실시예는 특히 난방시에는 난방운전을 제1우선모드로 하면서 어느 시간대(帶)를 설정하여 급탕가열을 하며, 그때의 인버터 주파수를 연산에 의하여 구한 저주파수로 운전함으로서 효율이 좋아질 뿐 아니라, 급탕가열 운전으로 생기는 전력부하의 피크(Peak)값을 억제할 수 있는 냉난방·급탕히트펌프장치를 제공하는 것이다.

제10도에 있어서, 2개의 실내열 교환기(3a), (3b)에 각각 전자밸브(13a), (13b)가 결합되어 있다. 그 도면중 저탕조(6)의 탕의 온도는 온도검지기(38)로 검출되게 되어 있으며, 이 온도검지기(38)의 출력은 타이머가 달린 제어장치(16c)로 송출되도록 되어 있다.

수돗물 취수구(14)의 온도도 수돗물 온도검지기(37)에 의하여 검지되도록 되어 있으며, 그 출력은 타이머가 달린 제어장치(16c)에 입력되도록 되어 있다. 이 타이머 달린 제어장치(16c)는 3방밸브(7)의 절환 제어를 행하도록 되어 있다.

다음에는 이상과 같이 구성된 본 발명의 냉난방·급탕히트펌프장치[난방시], [냉방시], [냉방과 급탕시], [급탕가열시]의 동작은 제3도에 보인 제1실시예와 마찬가지다. 난방시기에 있어서는 통상 난방우선이 되고, 난방부하에 따라서 난방운전이 행해진다.

일반적으로 주택의 난방부하는 제11도에 보이듯이 아침 6-9시경까지의 제1의 피크가 있으며 대낮에는 그날의 기후에 따라서 약간의 부하가 있으며, 저녁-야간에 결쳐서 피크가 있으며 24시경 까지에 부하는 없게 된다.

본 발명의 장치에서는 급탕가열 운전을 하는 시간대를 가령 대낮으로 설정하면, 4-5시간쯤 급탕가열을 하는 시간을 뺄수가 있게 된다. 여기서 제13도의 플로챠트를 병용하여 설명한다. 스텝 S₁에서 모드 선택을 행하여 냉방모드이면, 스텝 S₂로 냉방운전을 하며, 또 난방모드, 급탕모드이면 스텝 S₃에로 가서 난방부하가 있으면 스텝 S₄로 난방운전을 행한다.

스텝(S₃)에서 난방부하가 없으면 스텝(S₅)로 가서 거기서 미리 입력되어 저탕조 용적 V1과 비등량은 TH℃ 및 수도물 온도검지기(37)에서 입력된 온도(또는 설정치)에 추가하여 스텝(S₆)에서 급탕가열 가능시간 tp를 가열 5시간이라고 설정함으로서 필요급탕 가열능력(Qd Kca/h)이 아래식으로 구해진다. (스텝 S₇).

Qd=V×(T_H-T_C)/tp·················(1)

다음에 이 능력을 출력할 수 있는 주파수(freq)와 정격급탕능력(Qd) 의 관계는 제12도와 같으며 이 관계는 미리 장치의 성능(performance)으로 주어져 있으므로 (1)식에서 구한 Qd를 사용하여 스텝(S₈)에서 다음식으로 인버터(12)의 주파수를 결정하여 스텝(S₉)에서 급탕가열 운전을 한다.

freq =f₁(Qd)····················(2)

이같이하여 저탕조(6)가 비등하기까지 가급적 장시간에 걸쳐 효율이 높은 저주파수로 운전을 한다.

이 급탕가열시간중에 난방부하가 발생하면 일시적으로 급탕 가열운전을 중지하여 난방운전을 하지만, 난방부하가 없는 시간에는 재차 급탕 가열운전(스텝 S₉)을 하여 전체적으로 급탕가열 가능시간(tp)에 이르게 한다.

아래 본 발명의 제6실시예를 제14도에 따라 설명한다.

제14도중의 제1도 및 제13도와 동일부호는 동일 또는 상당부분을 나타내며 그 설명을 생략한다.

도면에서, 3a, 3b는 제1 및 제2의 실내열 교환기, 13a, 13b는 제1 및 제2의 전자밸브를 나타낸다.

(16D)는 3방밸브(11) 및 제1, 제2전자밸브(9)(10)를 제어하는 타이머가 붙은 장치이며, 저탕조(7)에 설치한 저탕조 아래의 수온검지기(39)와 저탕조 위의 수온검지기(40), 실외열 교환기(5)에 설치한 외기온도검지기(41)에서 각각 검출온도가 입력된다.

이 실시예의 냉난방·급탕히트펌프장치의 동작은 제5실시예의 동작과 같다. 그런데 일반적으로 주택에 있어서의 난방부하는 제11도에 표시한 바와 같은 경향이 있다.

급탕가열 운전을 하는 시간대를 가령 대낮으로 설정하면, 4-5시간쯤의 급탕가열을 하는 시간을 뺄 수가 있다

여기서 미리 입력되는 저탕조(7)(V1)과 비등량은 TH℃ 온도검지기(39)보다 위에 있는 것으로 정의되는 저탕조 상부의 용량 V1과 더불어 각 온도검지기(39)(40)에서 검출되는 저탕조의 하부수온 T₂℃, 저탕조 상부수온 T₁℃로부터 다음의 (3)식을 써서 저탕조 수온 T₃℃를 구한다.

T₃={T₁×V₁+T₂×(V-V₁)}/V···········(3)

다음에 비등수온 T_H까지의 평균수온 T₄C는 다음의 (4)식으로 결정된다.

T₄=(T₃+T_H)/2 ··················(4)

그리고 다음에 저탕조 수온과 외기온도검지기(41)로 검지한 외기온도 T₀℃에서 구해지는 제15도에 보인 성능 곡선을 식(式)화한 식(5)를 사용하여 급탕가열 필요능력 Qd를 구한다.

3Qd=f₁(T₄, T₀)···················(5)

다음에 이 Qd와 인버터 주파수와의 관계를 나타낸 식(4)를 사용하여,

freq=f₂(Qd)·····················(6)

인버터의 운전주파수를 결정한다.(제12도 참조)

이같이하여 가급적 장시간에 걸쳐서 효율을 높은 저주파수로 운전을 한다. 또 이 급탕 가열시간중에 난방부하가 발생하면 일시적으로 급탕가열 운전을 중지하여 난방운전을하지만 난방부하가 없는 시간에는 재차 급탕가열운전을 하고 합계로서는 급탕 가열가능시간 tp에 이르러, 저탕조(7)가 끓어 오른다.

이상의 각 운전모드를 플로차트로 보이면 제16도와 같이 되며, 스텝 S₁에서 모드선택을 하여 냉방모드이면, 스텝 S₂에서 냉방운전을 하며, 또 난방모드, 급탕모드이면 스텝 S₃으로 가고, 난방부하가 있으면 스텝(S₄)에서 난방운전을 한다.

스텝 S₃에서 난방부하가 없으면 스텝 S로 가서 거기서 미리 입력되어 있는 저탕조 용량(V₁), 저탕조의 상부용량(V₁), 저탕조의 상부수온(T₁), 저탕조의 하부수온 (T₂)에 추가하여 스텝 S₆에서 급탕가열시간을 설정함으로서 다음의 (3)식에서 저탕조 수온 (T₃)가 구해진다. (스텝S₇)

T₃= {t₁×V₁+ T₂(V-V₁)}/ V ············(3)

다음에 비등하는 수온 (T_H)까지의 평균 수온(T₄)은 다음의 (4)식으로 구할 수가 있다 (스텝 S₃)

T₄=(T₃+T_H)/2···················(4)

그리고 다음에 저탕조의 수온(T₃)와 외기온도(T_C)에서 구할 수 있는 제15도에 보인 퍼포오먼스곡선을 사용하여 급탕가열 필요능력(Qd)을 다음의 (3)식으로 구할 수가 있다.(스텝 S₉)

Qd=f₁(T₄,T₀)···················(5)

이 Qd를 사용하여 인버터의 운전주파수가 결정되어서(스텝 S₁₀)

freq=f₂(Qd)··················· (6)

가급적 긴 시간에 걸쳐서 효율이 높은 저주파수 운전이 행해진다. 제19도는 본 발명에 의한 냉난방, 급탕히트펌프의 제7실시예를 나타낸 구성도이며, 제1도 내지 제16도와 동일부분을 동일 기호를 사용하여 나타내 있다.

이 도면중, 16E는 압축기(1)의 용량제어용 인버터, 15는 상기 3방밸브(7), 전자밸브(9)(10) 및 인버터(12)을 제어하는 타이머가 붙은 제어장치이며, 이 타이머가 붙은 제어장치(16E)에는 저탕조의 상부 물온도검지기(46) 및 저탕조(6)의 하부 물온도를 검지하는 검지기(47)로부터의 검지신호가 입력되도록 되어 있다.

상기처럼 구성된 제7실시예의 동작은 제1실시예 및 제5실시예와 거의 마찬가지이다.

그런데 일반적으로 주택의 난방부하는 제11도에 나타낸 것 같은 조건이 있다.

이 제7실시예의 장치에 있어서는 인버터에 의하여 압축기의 회전수 제어가 행해지므로 급탕기 열모드를 몇가지 설정하고 부하조건에 따라 모드선택을 행함으로서 경제성을 높일 수가 있다.

제9실시예의 경우를 제18도에 보인 운전플로차트를 참조하면서 설명한다. 또 제18도의 제어순서의 프로그램은 제어장치(16E)의 내부 메모리에 기억되어 있는 것으로 한다.

제18도에 있어서 스텝 S₁은 수동에 의하여 운전모드 선택을 행하는 것이다 그리고 스텝 S이 냉방모드라고 판정된 때는 스텝 S₂로 이행하여 냉매회로가 냉방운전이 되도록 3방밸브(7), 전자밸브(9)(10)를 제어한다. 또 스텝 Sx 냉방이외의 모드인 경우에는 스텝 S₃로 진행하며 난방부하가 있을 경우에는 스텝 S₄로 진행하여 난방운전을 한다.

한편 스텝 S₄에서 난방부하가 없을때는 스텝 S₅로 이행하고 시간대에 따라서 조건의 A에서 G중 어느 한 쪽으로 진행한다. 조건 A, C스텝(86)의 경우에는 저탕조 아래에 설치된 온도검지기(47)에 의하여 저탕조 물온도를 검지하며, 만일 저탕조 물온도가 설정온도 이하이면 능력우선모드(스텝 S₇)에 의한 급탕가열 운전을 한다.

또 저탕조의 물온도가 설정온도 이상이면 스텝 S₃로 되돌아 간다. 능력 우선 모드란 통상 인버터의 회전수를 능력이 높은 고속회전으로 운전을 하는 것을 말한다. 그리고 이경우에 있어서 인버터 주파수와 정격급탕능력과의 관계는 제12도와 같이 된다.

조건 A의 시간대는 통상 큰 급탕부하가 발생하는 시각의 수시간전부터 큰급탕부하의 발생이 끝나기까지의 시간을 말한다.

조건 B(스텝 S₈)의 경우에는 저탕조의 상부에 설치한 온도 감지기(46)에 의하여 저탕조의 물온도를 검지하고, 만일 저탕조의 물온도가 설정온도 이하이면 입력우선모드(스텝S₉)에 의하여 급탕가열운전을 한다.

또 저탕조의 물온도가 설정온도 이상이면, 스텝 S₃로 되돌아간다. 저탕조 상부의 수온을 사용하는 것에는 최저 필요량의 온수를 확보하는데 그치도록 하기 위한 것이다.

입력우선모드란 입력을 어느 설정치 이하로 억제하여 운전하는 것을 말하며 시간대는 전력부하 피크가 나타나는 시간대를 말한다.

조건 C(스텝S₁₀)의 경우에는 저탕조 하부에 설치한 온도검지기(47)에 의하여 저탕조물의 온도를 검지하며 만일 저탕조의 물온도가 설정온도 이하이면 에너지이용효율(COP) 우선모드 (스텝 S₁₁) 에 의하여 급탕가열운전을 한다.

또 저탕조의 물온도가 설정온도 이상이면 스텝(S₃)로 복귀한다. 에너지이용효율 (COP) 우선모드란 제9도에 보이듯이 통상 인버터의 회전수를 에너지이용효율이 높은 저속회전으로 운전함을 말한다.

조건 C의 시간대는 조건 A 및 B 이외의 시간대로 한다.

이상 설명한대로 이 실시예에 의한 냉난방, 급탕히트펌프장치는 급탄 가열모드를 시간대에 따라서 3개 모드로 나누어서 제어함으로 각 시간대마다 최적한 운전을 할 수 가 있다.

즉 전력부하피크가 발생하는 것 같은 시간대에서는 소비전력을 억제할 수 있는 운전을 하고, 또 큰급탕부하가 발생하기 조금전의 시간대에서는 고능력으로 운전을 하여 저탕조의 물을 완전히 끓인다.

그것 이외의 시간대에서는 경제성을 높이기 위하여 높은 에너지 이용 효율(COP)로 운전하여 저탕조의 물을 서서히 끓일 수가 있는 뛰어난 효과가 있다.

제20도는 본 발명에 의한 냉난방·급탕히트펌프의 제8실시예를 나타낸 구성도이며, 제1도 내지 제19도와 동일부분을 동일기호를 써서 나타내었다.

이 실시예는 특히 인버터를 써서 압축기의 회전수를 잔탄량에 관련하여 제어하도록 구성한 것이다.

도면중, 12는 압축기(1)의 용량제어용 인버터, 16F는 상기 3방밸브(7), 전자밸브(9)(10) 및 인버터(12)를 제어하는 타이머가 붙은 제어장치이며, 이 타이머가 붙은 제어장치(16F)에는 저탕조의 상부의 물온도검지기(56) 및 저탕조(6)의 하부수온을 검지기(57a)-(57e)로부터의 검지신호가 입력되도록 되어 있다.

이 실시예의 동작은 제1실시예와 마찬가지로 설명을 생략한다. 그런데 일반적으로 주택의 난방부하는 제11도에 보인 것 같은 경향이 있다. 이 실시예에 있어서는 제어장치(16F)는 각 저탕온도 검지기(57a)-(57e)로부터의 온도신호를 입력하여 저탕조내의 전탕량을 검지한다.

이 경우 통상의 저탕조내에 있어서의 물의 흐름은 급탕부하를 뺀 경우에는 피스톤류가 되고 상부의 고온층과 하부의 저온층은 명확히 분리하고 있으며, 온도가스 10 ℃나 상이하다. 이 때문에 저탕조내에 수개소에 설치된 온도센서에 의하여 검지한 온도가 설정온도 이상의 경우 미리 센서의 위치를 알고 있으므로 저탕조내의 잔탕량이 판명되게 된다. 저탕조내의 잔탕량은 제21도에 보이듯이(57a)에 의하여 검지한 온도가 설정온도 이상의 경우, 센서(57a)의 위치보다 상부에 잔탕이 있는 것으로 간주한다(도면중의 1).

마찬가지로 센서(57b)에 의하여 검지한 온도가 설정온도 이상의 경우 센서(57b)의 위치보다 상부에 잔탕이 있는 것으로 간주한다(도면중 2).

즉 설정온도 이상이 되어 있는 가장 아래의 센서위치에 의하여 잔탕량을 결정한다. 다음에 제어장치(16F)의 내부에 설치되어 있는 마이크로 컴퓨터에 기억된 다음식에 의하여 급탕가열시의 인버터주파수가 결정된다.

f=fMAX-(fMAX-fMIN)/VMAX ×VX

단, f는 운전 주파수. f MAX는 최대주파수, f MIN는 최저주파수, VMAX는 저탕조의 용량, VX는 잔탕량이다.

여기에서 VX의 값은 불연속적으로 변화하지만, 그 값에 의하여 인버터의 출력주파수가 제22도처럼 변화한다. 즉 인버터의 주파수의 저하에 따라서 제12도에 보인 것 같이 급탕가열능력은 저하하지만, 에너지이용효율(COP)는 제23도에 보인대로 점차로 상승해간다. 이리하여 잔탕량이 적은 때에는 능력을 우선시키고 잔탕량이 많을 때에는 에너지이용효율을 우선시키도록 제어한다. 여기에서 에너지이용효율을 우선하는 것은 제23도에 보이듯이 인버터의 주파수를 에너지이용효율이 높게 되는 저주파수 또는 최저주파수에 의하여 운전하는 것을 말한다.

이상 설명한 대로 이 실시예에 의한 냉난방·급탕히트펌프장치는 저장탱크내의 잔탕량을 검출함으로써 이 잔탕량에 따라서 압축기를 구동시키는 인버터의 출력주파수의 제어가 가능하므로 경제적인 운전이 가능하게 된다.

본 발명의 제9실시예를 제24도에 의하여 설명하겠다.

제24도에 있어서 제1도 내지 제23도와 동일부분에는 제1도와 동일의 부호를 붙여서 그 구성설명을 생략하고 이것들과 다른 부분을 중점적으로 설명한다.

즉 본 실시예에 있어서 히트펌프장치는 특히 급수전에서의 급탕온도를 보증하도록 한 냉난방·급탕히트펌프장치에 관한 것이다. 이 때문에 급수전에서의 급탕온도를 보증하기 위한 가열코일(8b)을 새로 설치한 것이 있으며, 이 가열코일(8b)는 저탕조(6)내의 상부에 배치되어 있다.

또 64, 65는 각기 상기 상부 가열코일(8b)과 하부코일(8a)을 압축기(1)쪽에 3방밸브(7)로 절환하기 위한 전자밸브인 3방밸브이며, 이들 3방밸브는 상기 3방밸브(7)의 제2분기구(67C)와 전자밸브(9)(10)의 접속점을 잇는 통로에 직렬로 설치되고, 그리고 상기 가열코일(8b)의 일단은 상기 3방밸브(64)의 한쪽 토출구(64b)에, 그리고 타단은 3방밸브(64)의 다른쪽 토출구(64C)쪽에 접속되어 있는 동시에 하부가열코일(8a)의 한쪽은 상기 3방밸브(65)의 한쪽 토출구(65b)에, 또한 다른쪽 끝은 3방밸브(65)의 다른쪽의 토출구(65C)에 접속되어 있다.

또 66은 상기 저탕조(6)내의 상부의 물온도를 검출하는 온도센서이며, 67은 상기 온도센서(66)에 의한 검지온도를 기준으로 하여 상기 3방밸브(64)(65)를 절환 제어하는 제어장치이다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 히트펌프장치의 동작에 관하여 설명한다. 급탕가열시에 저탕조(6)내의 설정용량의 탕온이 설정온도보다 저하한 경우에는, 이들을 검지하는 온도센서(66)에서 제어장치(67)로 신호가 송출되고, 이에 의하여 제어장치(67)은 3방밸브(64)를 그 유입구(64a)와 토출구(64b)가 연통하도록 절환하고 또 3방밸브(65)를 그 유입구(65a)와 토출구 (65b)가 연동되도록 절환제어한다.

이로 인하여 압축기(1)에서 토출되는 고온고압의 냉매는 3방밸브(7)의 유입 및 토출구(7a)(7c)에 3방밸브(64)의 유압 및 토출구(64a)(64b)를 거쳐 상부 가열코일(8b)에 이르르며, 여기에서 응축하여 저탕조(6)내의 상부의 물을 가열한다.

그 뒤 응축한 냉매는 3방밸브(65)의 유입 및 토출구(65a)(65c)를 거쳐서 전자밸브(9) 또는 (10)을 지나 실내 또는 실외열 교환기(3) 또는 (5) 및 4방밸브(2)를 거쳐서 압축기(1)로 돌아간다.

또 저탕조(6)내의 설정용량의 탕온이 설정온도 이상이된 경우에는 이것을 검지하는 온도센서(66)에서 제어장치(67) 로 신호가 송출되고, 이 신호를 입력하면, 제어장치(67)은 3방밸브(64)를 그 유입구(64a)와 토출구(64c)가 연통되도록 절환하고, 또 3방밸브(65)를 그 유입구(65a)와 토출구(65b)가 연통되도록 절환제어한다.

그 후의 냉매의 흐름은 3방밸브(65)의 유입 및 토출구(65a)(65b)를 거쳐서 저탕조(6)내의 하부가열코일(8a)에 이르는 이외는 상술한 제1실시상태와 마찬가지다.

상기와 같은 본 실시예에 있어서는 저탕조(6)내의 상부에는 고온의 탕이 저장되게 되며, 저탕조(6)안의 저탕량이 끓고 있지 않더라도 급수전으로부터의 급탕온도를 보증할 수 있다.

본 발명의 제10실시예에 의하여 냉난방·급탕히트펌프장치의 실시예에 관해 제25도에 의하여 설명한다.

그림 중 제1도 및 제24도와 동일부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

제25도에 있어서 저탕조(6)는 나선형 가열코일(8)을 지닌다.

또 상기 3방밸브(7)의 제2분기구(7C)는 가열코일(8)의 한끝에 접속되고 가열코일(8)의 다른끝의 각각의 전자밸브(9)(10)을 거쳐 팽창기구(4)의 양단측에 접속되어 있다. 타이머가 붙은 제어장치(16H)에는 수도물온도검지기(76) 및 저탕조(6)의 하부수온을 검지하는 검지기(77)로부터의 검지신호가 되어 있다.

다음에 제어에 관하여 풀이한다.

상부의 온도센서(76)에서는 저탕조(6)내의 온수가 어느 설정량 이상인지를 검지하고, 하부의 온도센서(77)에서는 저탕조 전부가 끓었는지의 여부를 검지한다. 즉 저녁 또는 밤에 목욕하기 위해 대량의 온수를 필요로 하는 경우에는 하부의 온도센서(77)에 의하여 조내가열운전을 제어하고, 심야 또는 아침에 소량의 온수가 소요되는 경우에는 상부의 온도센서(76) 에 의하여 조내가열운전을 제어한다.

본 발명에서는 야간에 목욕 등으로 대량의 탕을 사용한 나머지 탕이 필요설정량 이하인 경우에는, 급탕가열운전을 개시하고 가열된 온수가 저탕조의 상부부터 차례로 저탕되어 간다. 또 상부의 온도센서(76)에서 설정 온수온도가 된 때를 검지하였을 때 급탕가열운전을 정지한다. 이 제10실시예에는 이상 설명한대로 저탕조내에 가열코일을 설치하고 저탕조내에 상하 2개소에 설치한 온도센서와 타이머에 의하여 필요한 양만큼 저탕하게끔 제어하도록 하였으므로 저탕조내의 상부만을 가열할 수가 있음과 아울러 저탕조내의 대부분의 물을 외기온도가 높은 낮에 끓이도록 하고 있음으로 에너지 이용효율도 높일 수가 있다.

또 야간의 목욕탕 등에 쓰는 대량의 급탕부하의 직전에 승온하므로 저탕조로부터의 열손실도 최소한으로 줄일 수가 있다. 또 상술한 실시예에서는 실내열 교환기(3)을 한대 또는 두대로 제한하였지만, 이 발명은 실내열 교환기(3)을 3대 이상으로 잡아도 좋다.

또 실시예에서는 절환밸브로서 3방밸브(7)을 설치하였는데, 본 발명은 절환밸브로서 2개의 2방밸브와 같은 동작을 시켜도 좋으며, 3방밸브와 같은 절환밸브는 유동조정이 가능한 전동밸브로 하여도 된다.

또 실시예에서는 실내, 실외열 교환기를 공기식으로 하고 있으나 본 발명은 수식(水式)의 실내, 실외열 교환기에도 적용할 수가 있다.

상기예에서는 압축기의 용량제어를 인버터에 의하여 행하고 있지만, 본 발명은 압축기를 복수대로 분할하고 필요대수만을 제어장치에 의하여 운전하고 용량제어를 행하도록 하여도 된다.

Claims

압축기, 냉난방 절환용의 4방밸브, 실외열 교환기, 냉매 가열류식의 팽창기구 및 실외열 교환기를 갖춘 냉매회로를 구비한 냉난방·급탕히트펌프장치에 있어서 상기 냉매회로의 압축기 토출축을 제1절화수단을 통하여 분기시키고, 그 절환수단의 제1분기구를 상기 4방밸브에 접속시킴과 동시에 그 절환밸브의 제2분기구는 저탕조내에 설치된 가열코일의 한끝에 접속시키고, 그 가열코일의 다른끝은 상기 저탕조의 외부에서 분기부에 접속시키며, 이 분기부를 포함한 배관은 상기 팽창기구의 양측에서 상기 냉매회로에 접속되고, 상기 분기부를 포함한 배관에 적어도 1개의 밸브기구가 설치되며 상기 절환수단 및 밸브기구를 제어장치에 의하여 제어하는 것을 특징으로 하는 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제1항에 있어서, 상기 제1절환수단은 3방밸브인 것을 특징으로 하는 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제1항에 있어서, 상기 분기부를 포함한 배관의 일단은, 제1전자밸브를 통하여 상기 팽창기구와 상기 실내교환기의 사이의 상기 냉매회로에 접속되고, 상기 배관의 타단은 제2전자밸브를 통하여 상기 팽창기구와 상기 실외교환기 사이의 상기 냉매회로에 접속되는것을 특징으로 하는 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제1항에 있어서, 상기 분기부를 포함한 배관의 일단은 제1전자밸브를 통하여 상기 실외교환기와 상기 4방밸브 사이의 상기 냉매회로에 접속되고, 상기 배관의 타단은 제2전자밸브를 통하여 상기 실외교환기와 상기 4방밸브 사이의 상기 냉매회로에 접속되는 것을 특징으로 하는 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제 1항에 있어서, 상기 밸브기구가 분기부에 설치되어 있는 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제5항에 있어서, 상기 밸브기구가 3방밸브이며, 제2의 3방밸브에 의한 제1분기구를 실내열 교환기와 4방밸브를 잇는 배관에 접속시키고 제2의 3방밸브의 제2분기구를 실외열 교환기의 4방밸브를 잇는 배관에 접속시킨 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제1항에 있어서, 상기 분기부에 제2의 3방밸브가 설치되고, 제2의 3방밸브의 제1분기부를 제2의 3방밸브의 입구에 접속하고, 이 제3의 3방밸브의 제1분기구를 실내열 교환기의 4방밸브를 잇는 배관을 접속시키며 제2분기구를 실내열 교환기와 팽창기구를 잇는 배관에 잡속시키고, 제2의 3방밸브의 제2분기구를 제4의 3방밸브입구에 접속하고, 이 제4의 3방밸브의 제1분기구를 실외열 교환기와 4방밸브를 잇는 배관에 접속시키며 제2분기구를 실외열 교환기와 팽창기구를 잇는 배관에 접속하여서된 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제1항에 있어서, 압축기는, 소용량의 복수대로 분할하고 필요대수만을 상기 제어장치로 운전하며 용이하게 제어하도록한 냉난방·급탕용 히트펌프 장치.
제1항에 있어서, 난방시에 난방운전을 제1우선모드로 하면서 소정의 설정 기간동안 상기 압축기의 회전수를 바꾸어 저주파수로 운전하는 인버터를 구비하고 있는 냉난방·급탕용 히트펌프 장치.
제9항에 있어서, 저탕조는 수도물 온도검지기와 탕온도검지기를 보유하고 있는 냉난방·급탕용 히트펌프 장치.
제9항에 있어서, 저탕조는 저탕조의 하부수온 검지기 및 저탕조 상부수온 검지기를 갖추고 있는 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제9항에 있어서, 실외열 교환기는 외기 온도 검지기를 갖추고 있는 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제1항에 있어서, 급탕가열 모드가 조건 A(능력우선모드)로 된때에는 인버터의 주파수를 고주파수 또는 최고주파수를 운전하며, 조건 B(입력우선모드)가 된 때는, 입력을 검지하여 입력을 설정치 이하로 억제하고, 조건 C(에너지이용효율우선모드)가 된 때는 인버터의 주파수를 저주파수 또는 최저주파수로 운전함으로써 높은 에너지이용효율운전을 하도록 제어하는 타이머가 붙은 제어수단을 설치한 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제1항에 있어서, 운전개시할때에는 검출한 잔탕량에 따라서 상기 인버터의 출력주파수를 가변시킴으로서 압축기의 회전수를 제어하는 제어장치를 설치한 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제1항에 있어서, 상기 급수전으로부터의 급탕온도를 보증하는 상부가열코일을 상기 저탕조내의 상부에 설치하고 상기 압축기에서 토출되는 냉매를 상기의 가열코일 및 상기 저탕조 가열코일에 선택적으로 절환하여 공급하는 절환수단을 설치한 냉난방·급탕용 히트펌프장치.
제1항에 있어서, 저탕조의 상부 및 하부에 설치된 온도센서와, 이들 온도센서로부터의 신호에 의하여 밸브기구의 개폐를 지지하는 타이머가 붙은 제어수단을 설치한 냉난방·급탕용 히트펌프장치.