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KR101823513B1 - 히트 펌프, 이를 구비한 공기 조화기, 및 온수 순환 시스템 - Google Patents

히트 펌프, 이를 구비한 공기 조화기, 및 온수 순환 시스템 Download PDF

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KR101823513B1
KR101823513B1 KR1020110095470A KR20110095470A KR101823513B1 KR 101823513 B1 KR101823513 B1 KR 101823513B1 KR 1020110095470 A KR1020110095470 A KR 1020110095470A KR 20110095470 A KR20110095470 A KR 20110095470A KR 101823513 B1 KR101823513 B1 KR 101823513B1
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electricity
unit
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sensing
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강병찬
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엘지전자 주식회사
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Abstract

히트 펌프, 이를 구비한 공기 조화기, 및 온수 순환 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예들은 전력 정보를 이용하여 접촉 감지하여 심야 전기의 공급 여부를 판단하고 이에 따라 구동되는 히트펌프를 구비하여 온수 또는 난방을 제공함으로써 축열식 보일러를 대체하거나 보완한다. 본 발명의 실시 예들은 히트 펌프를 구비한 공기 조화기를 이용하여 냉방 및 난방을 제공하고, 심야 전기를 이용하여 온수 및 난방을 제공함으로써 시스템의 효율을 극대화한다.

Description

히트 펌프, 이를 구비한 공기 조화기, 및 온수 순환 시스템{HEAT PUMP, AIR CONDITIONER HAVING THE SAME, AND HOT WATER HEATING SYSTEM}
본 발명은 히트 펌프 또는 이를 구비한 공기 조화기를 이용하여 온수, 난방을 공급할 수 있는 온수 순환 시스템에 관한 것이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 축열식 보일러를 이용한 온수 순환 시스템은 전력 사용량이 상대적으로 작은 심야 시간대인 밤 10시부터 다음날 오전 8시 또는 밤 11시부터 다음날 오전 9시까지의 전기를 사용한다. 이는 잉여 전력을 심야 시간에 공급함으로써 주간에 편중되는 전력 소비를 분산시키고 발전 설비의 효율을 극대화하기 위해 사용되고 있다.
도 10을 참조하면, 일반적인 축열식 보일러(20)는 대형의 온수 탱크를 구비하고, 온수 탱크의 내부에는 물을 가열하여 온수로 만드는 하나 이상의 전기 히터(21)를 내장한다. 이러한 전기 히터(21)는 심야 시간에 집중적으로 작동되어 온수 탱크 내부의 물 또는 잠열재를 가열하여 축열한다. 축열식 보일러(20)는 축열한 열을 주간에 배출관(22) 및 유입관(23)을 이용하여 난방 및 온수를 공급함으로써 저렴한 가격으로 에너지를 사용할 수 있게 한다.
그러나, 심야 전기를 이용하는 경우, 상기 축열식 보일러(20)는 심야에 전원이 공급된 후에 전기 히터가 물을 가열함으로써, 에너지 효율의 저하가 발생할 수 있고, 비용이 증대되어 공급자의 수익이 감소할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 축열식 보일러를 대체하거나 보완하는 효율적인 에너지 공급원을 제안하는 데에 일 목적이 있다.
본 발명의 실시 예들은 심야 전기를 이용하여 구동되는 히트 펌프와 이를 구비한 공기 조화기를 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
본 발명의 실시 예들은 심야 시간대에 히트 펌프와 이를 구비한 공기 조화기를 이용하여 온수를 공급할 수 있는 온수 순환 시스템을 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.
일 실시 예에 따른 히트 펌프는, 외부 전력 공급 장치와 연결되고, 수전한 전기를 공급하는 전원부와, 상기 외부 전력 공급 장치로부터 전력 정보를 수신하는 전력정보 수신부와, 상기 전력 정보를 근거로 공급 전기가 심야 전기임을 감지하여 감지 신호를 발생하는 감지부와, 상기 감지 신호에 따라 물을 가열하여 열원을 외부의 난방 시스템에 제공하도록 하는 제어부를 포함하여 구성된다.
일 실시 예에 따른 공기 조화기는, 냉매를 고온 고압으로 압축하여 제공하는 실외기와, 상기 냉매와 물을 열 교환하는 실내기와, 공급 전기가 심야 전기이면, 열원을 외부의 난방 시스템에 제공하도록 상기 실내기를 제어하는 제어기를 포함하여 구성된다.
일 실시 예에 따른 온수 순환 시스템은, 고온 고압의 냉매와 물을 열 교환하여 온수를 공급하는 공기 조화기와, 전기 히터를 이용하여 물을 가열하여 온수를 공급하는 보일러를 구비한 난방 장치를 포함하고, 상기 공기 조화기는 공급 전기가 심야 전기임을 감지하는 감지부를 구비하고, 상기 심야 전기의 공급 시에 운전되어 열원을 상기 보일러에 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들은 전력 정보를 이용하여 접촉 감지하여 심야 전기의 공급 여부를 판단하고 이에 따라 구동되는 히트펌프를 구비하여 온수 또는 난방을 제공함으로써 축열식 보일러를 대체하거나 보완한다.
본 발명의 실시 예들은 히트 펌프를 구비한 공기 조화기를 이용하여 냉방 및 난방을 제공하고, 심야 전기를 이용하여 온수 및 난방을 제공함으로써 시스템의 효율을 극대화한다.
본 발명의 실시 예들은 히트 펌프를 이용한 온수 순환 시스템을 제공함으로써 에너지 효율을 증대하고, 나아가 수익률을 제고한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 온수 순환 시스템을 개략적으로 보인 도;
도 2는 일 실시 예에 따른 공기 조화기의 제어기를 개략적으로 보인 블록도;
도 3은 일 실시 예에 따른 공기 조화기가 전력 공급 장치로부터 전력 정보를 수신하는 동작을 설명하기 위한 개념도;
도 4는 일 실시 예에 따른 히트 펌프를 개략적으로 보인 도;
도 5는 일 실시 예에 따른 공기 조화기가 열 교환하는 동작을 설명하기 위한 도;
도 6은 일 실시 예에 따른 공기 조화기의 실외기를 개략적으로 보인 도;
도 7 및 도 8은 실시 예들에 따른 공기 조화기의 제어 방법을 개략적으로 보인 흐름도들;
도 9는 종래 기술에 따른 온수 순환 시스템을 개략적으로 보인 도; 및
도 10은 도 9에서의 보일러의 일 예를 보인 도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 온수 순환 시스템은, 고온 고압의 냉매와 물을 열 교환하여 온수를 공급하는 공기 조화기(10)와, 전기 히터를 이용하여 물을 가열하여 온수를 공급하는 보일러(20)를 구비한 난방 장치(30)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 공기 조화기(10)는 공급 전기가 심야 전기임을 감지하는 감지부를 구비하고, 상기 심야 전기의 공급 시에 운전되어 열원을 상기 보일러에 제공하는 것을 특징으로 한다. 난방 장치는 보일러로부터 출수된 온수가 흐르도록 하는 펌프(21), 온수를 난방 장치에 공급하는 밸브(23), 난방 장치로부터 회수하는 수단(25)을 포함할 수 있다. 여기서, 미설명 부호 20a는 보일러를 제어하는 수단이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 공기 조화기(10)는, 냉매를 고온 고압으로 압축하여 제공하는 실외기(300)와, 상기 냉매와 물을 열 교환하는 실내기(200)와, 공급 전기가 심야 전기이면, 열원을 외부의 난방 시스템에 제공하도록 상기 실내기를 제어하는 제어기(100)를 포함하여 구성된다. 상기 공기 조화기(10)는 일반적으로 실내기와 RS-485 등의 유선 통신 방식으로 연결되어 실외기 또는/및 실내기를 제어하는 유선 제어기(400)를 더 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 히트 펌프는, 외부 전력 공급 장치와 연결되고, 수전한 전기를 공급하는 전원부(110)와, 상기 외부 전력 공급 장치로부터 전력 정보를 수신하는 전력정보 수신부(미도시)와, 상기 전력 정보를 근거로 공급 전기가 심야 전기임을 감지하여 감지 신호를 발생하는 감지부(120)와, 상기 감지 신호에 따라 물을 가열하여 열원을 외부의 난방 시스템에 제공하도록 하는 제어부(130)를 포함하여 구성된다. 상기 히트 펌프는 실내기와 제어기로 구성되거나, 실외기, 실내기 및 제어기가 하나의 본체에 포함되어 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 전력정보 수신부는 외부의 전력 장치로부터 전력 정보를 수신한다. 전력 정보는 시간대에 따른 전기요금 정보를 포함한다. 전력 정보는, 일반 시간대 및 심야 시간대를 포함하고, 피크 시간대에 관한 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 외부 전력 장치(40)는, 홈서버(Home Server), 스마트 미터(Smart Meter), 및 외부 발전 시스템 중 하나 이상의 장치이다. 또, 외부 전력 장치는 이들과 연결된 게이트웨이(43)를 포함할 수 있다.
전력정보 수신부는 유무선 통신 방식을 통해 전력 장치와 연결되어 전력 정보를 수신하는데, 상기 유무선 통신 방식은 전력선 통신, 무선랜, 블루투스, Wi-Fi, 3G, 적외선 통신, 인터넷, Zigbee, 직렬 통신 등 데이터를 송수신할 수 있는 통신 방식 모두가 가능하다.
감지부(120)는 전력 정보를 이용하여 심야 전기를 감지하여 감지 신호를 발생할 수 있다. 또, 상기 전력 정보에 심야 전기의 온/오프 신호가 포함된 경우, 감지부(120)는 심야 전기의 온/오프 신호를 감지하여 감지 신호를 발생할 수 있다. 후자의 경우, 전력정보 수신부와 감지부가 하나로 통합되거나, 감지부가 제어부에 포함되어 구성될 수 있다.
상기 감지부(120)는, 상기 전원부(110)와 연결되고, 일반 전기가 상기 전원부에 공급되면 동작하지 아니하고, 상기 심야 전기가 상기 전원부에 공급되면 동작하여 상기 감지 신호를 발생하는 접촉 감지 장치(Dry Contact)일 수 있다. 접촉 감지 장치는 외부 전기가 연결됨으로써 스위치 역할을 수행한다. 제어부(130)는 감지 신호가 온이면 심야 전기가 ON 상태인 것으로 판단하고, 감지 신호가 오프이면 심야 전기가 OFF 상태인 것으로 판단한다.
또, 사용자 등은 접촉 감지 장치가 심야 전기를 감지하거나 감지하지 아니하도록 하여 심야 전기를 사용하거나 사용하지 아니하도록 사용 설정 또는 설정의 해제를 할 수 있다. 즉, 사용 설정이 된 경우에만, 외부 전기의 접촉을 감지하여 감지부(120)는 감지 신호를 발생한다.
히트 펌프는, 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 상기 냉매와 상기 물을 열 교환하는 열교환기와, 상기 열교환기를 통과한 상기 냉매를 저온 저압으로 팽창시키는 팽창밸브를 포함하여 구성된다. 도 4 이하를 참조하여 실외기, 실내기, 제어기를 포함하는 히트 펌프를 예로 들어 설명한다.
도 4 또는 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 실내기(200)는 상기 냉매와 실내기 냉매를 열 교환하는 제1 실내 열교환기(240)와, 상기 실내기 냉매와 상기 물을 열 교환하는 제2 실내 열교환기(220)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 실내기(200)는 상기 실내기 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 실내 압축기(210)와, 액체 상태의 상기 실내기 냉매를 여과하여 기체 상태의 상기 실내기 냉매를 상기 실내 압축기에 공급하는 실내 어큐뮬레이터(250)와, 상기 제2 실내 열교환기를 통과한 상기 실내기 냉매를 저온 저압으로 팽창시키는 팽창밸브(230)를 더 포함할 수 있다. 실내기는 제1 실내 열 교환기로부터 열 교환된 실내기 냉매의 압력을 감지하는 저압 센서(281)와, 실내 압축기(210)를 통해 압축되어 토출된 실내기 냉매의 압력을 감지하는 고압 센서(282)를 더 포함할 수 있다. 또, 각 냉매 배관에는 써모스태트(Thermostat) 등의 온도 센서들(TH1 내지 TH6)이 더 구비될 수 있다. 미설명 부호 290은 스트레이너(strainer)이다.
도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 실외기(300)는 상기 냉매를 고온 고압으로 압축하는 실외 압축기(310)와, 상기 제1 압축기로부터 토출된 상기 냉매의 흐름 방향을 조절하는 냉매전환밸브(320)와, 상기 제1 실내 열교환기를 통과한 냉매를 저온 저압으로 팽창시키는 팽창기(340)와, 실외 공기와 상기 냉매를 열 교환하는 실외 열교환기(330)를 포함하여 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어기(100)는, 외부 전력 공급 장치와 연결되고, 수전한 전기를 공급하는 전원부(110)와, 공급 전기가 상기 심야 전기임을 감지하여 감지 신호를 발생하는 감지부(120)와, 상기 감지 신호에 따라 상기 실내기를 제어하는 제어부(130)를 포함하여 구성된다. 또, 제어기(100)는, 상기 외부 전력 공급 장치로부터 시간대에 따른 요금정보, 심야전기 온/오프 신호 등의 전력 정보를 수신하는 전력정보 수신부를 더 포함할 수 있다.
도 7 또는 도 8을 참조하여 히트 펌프 또는 이를 구비한 공기 조화기를 이용한 온수 순환 시스템의 동작을 설명한다.
도 7을 참조하면, 공기 조화기는 외부 전력 장치로부터 전기를 수전하고(S110), 접촉 감지 장치 등을 이용하여 수전한 전기가 심야 전기인지 여부를 판단한다(S120). 수전한 전기가 일반 전기이면, 공기 조화기는 설치된 영역에서 공기 조화를 수행할 수 있다(S10). 반면, 수전한 전기가 심야 전기로 판단되면, 공기 조화기는, 실외기 및 실내기를 운전하고(S130, S140), 물을 가열하여 온수를 난방 시스템에 열원으로 공급한다(S150). 이때, 히트 펌프 또는 이를 구비한 공기 조화기는 축열식 심야 전기 보일러가 설치된 경우의 보완이나 보일러의 대체로 사용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 공기 조화기는 외부 전력 장치로부터 전기를 수전함과 동시에(S210), 스마트 미터, 스마트 그리드 등을 통해 시간대별 요금정보, 심야 전기 온/오프 신호 등의 전력 정보를 수신한다(S220). 전력 정보를 통해 심야 전기임을 판단하면(S221), 공기 조화기는 실외 압축기를 이용하여 냉매를 압축하고(S231) 압축된 냉매와 실내기 냉매를 열 교환한다(S241). 열 교환된 실내기 냉매는 물과 열 교환된다(S244). 열 교환되어 가열된 물은 보일러 또는 난방 시스템에 제공된다(S250). 또, 공기 조화기는 실내기 냉매의 압축이 필요한지 여부를 판단하고(S242), 필요하면 실내 압축기를 이용하여 실내기 냉매를 압축할 수 있다(S243).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 히트 펌프, 이를 구비한 공기 조화기, 및 온수 순환 시스템은 전력 정보를 이용하여 접촉 감지하여 심야 전기의 공급 여부를 판단한다. 본 발명의 실시 예들은, 판단 결과에 따라 구동되는 히트펌프를 구비하여 온수 또는 난방을 제공함으로써 축열식 보일러를 대체하거나 보완한다. 본 발명의 실시 예들은 히트 펌프를 구비한 공기 조화기를 이용하여 냉방 및 난방을 제공하고, 심야 전기를 이용하여 온수 및 난방을 제공함으로써 시스템의 효율을 극대화한다.
10: 공기 조화기 20: 보일러
30: 난방 장치 40: 전력 공급 장치, 발전 시스템
100: 제어기 200: 히트 펌프, 실내기
300: 실외기

Claims (8)

  1. 외부 전력 공급 장치와 연결되고, 수전한 전기를 공급하는 전원부;
    상기 외부 전력 공급 장치로부터 전력 정보를 수신하는 전력정보 수신부;
    상기 전원부와 연결되고, 심야 전기 사용에 대한 사용 설정이 된 경우, 상기 전력 정보를 근거로 공급 전기가 심야 전기임을 감지하여 감지 신호를 발생하는 감지부; 및
    상기 감지 신호에 따라 물을 가열하여 열원을 외부의 난방 시스템에 제공하도록 하는 제어부;를 포함하고,
    상기 감지부는,
    상기 사용 설정이 되지 않거나 상기 사용 설정이 해제된 경우,
    상기 심야 전기를 미감지하고,
    상기 사용 설정이 된 경우,
    상기 전력 정보를 근거로 상기 공급 전기가 상기 심야 전기임을 감지한 결과, 일반 전기가 상기 전원부에 공급되면 동작하지 아니하고, 상기 심야 전기가 상기 전원부에 공급되면 동작하여 상기 감지 신호를 발생하는 접촉 감지 장치인 것을 특징으로 하는 히트 펌프.
  2. 삭제
  3. 냉매를 고온 고압으로 압축하여 제공하는 실외기;
    상기 냉매와 물을 열 교환하는 실내기; 및
    공급 전기가 심야 전기이면, 열원을 외부의 난방 시스템에 제공하도록 상기 실내기를 제어하는 제어기;를 포함하고,
    상기 제어기는,
    외부 전력 공급 장치와 연결되고, 수전한 전기를 공급하는 전원부;
    상기 외부 전력 공급 장치로부터 전력 정보를 수신하는 전력 정보 수신부;
    상기 전원부와 연결되어, 심야 전기 사용에 대한 사용 설정이 된 경우, 상기 전력 정보를 근거로 상기 공급 전기가 상기 심야 전기임을 감지하여 감지 신호를 발생하는 감지부; 및
    상기 감지 신호에 따라 상기 실내기를 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 감지부는,
    상기 사용 설정이 되지 않거나 상기 사용 설정이 해제된 경우,
    상기 심야 전기를 미감지하고,
    상기 사용 설정이 된 경우,
    상기 전력 정보를 근거로 상기 공급 전기가 상기 심야 전기임을 감지한 결과, 일반 전기가 상기 전원부에 공급되면 동작하지 아니하고, 상기 심야 전기가 상기 전원부에 공급되면 동작하여 상기 감지 신호를 발생하는 접촉 감지 장치인 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 고온 고압의 냉매와 물을 열 교환하여 온수를 공급하는 공기 조화기; 및
    전기 히터를 이용하여 물을 가열하여 온수를 공급하는 보일러를 구비한 난방 장치;를 포함하고,
    상기 공기 조화기는,
    전력 공급 장치로부터 전력 정보를 수신하는 전력 정보 수신부; 및
    심야 전기 사용에 대한 사용 설정이 된 경우, 상기 전력 정보를 근거로 공급 전기가 심야 전기임을 감지하는 감지부;를 포함하여,
    상기 감지부가 상기 사용 설정이 되지 않거나 상기 사용 설정이 해제된 경우는 상기 심야 전기를 미감지하고, 상기 사용 설정이 된 경우 기 전력 정보를 근거로 상기 심야 전기의 공급을 감지한 경우 운전되어 열원을 상기 보일러에 제공하는 것을 특징으로 하는 온수 순환 시스템.
  8. 삭제
KR1020110095470A 2011-09-21 2011-09-21 히트 펌프, 이를 구비한 공기 조화기, 및 온수 순환 시스템 Active KR101823513B1 (ko)

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