KR100970875B1

KR100970875B1 - 히트 펌프 시스템

Info

Publication number: KR100970875B1
Application number: KR1020080089025A
Authority: KR
Inventors: 진금수
Original assignee: 진금수
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-07-16
Also published as: KR20100030203A

Abstract

본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프 시스템의 다기능화에 관한 것으로서, 1대의 시스템에서 온수, 온풍 또는 냉풍, 냉수를 선택적으로 생성하거나, 온수, 온풍 또는 냉풍, 냉수도 동시에 함께 생성할 수 있도록 기능을 다양화하여 편의성을 향상하고, 설치 및 운전 비용을 절감하며, 성적계수를 향상하고, 압축비의 조절을 양호하고 신속하게 하여 신뢰성을 확보할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 압축기(11)의 토출 도관(12)의 자유단에 제 1 도관(18a)과 제 2 도관(18b)을 대향되게 연결하여 상기 제 1 도관(18a) 및 제 2 도관(18b)의 각 연결부 타측에 실내 열교환기(13)와 실외 열교환기(15)를 각각 설치하고, 상기 실내 열교환기(13)와 실외 열교환기(15)에 제 3 도관(18c) 및 제 4 도관(18d)을 각각 연결하여 상기 제 3 및 제 4 도관(18c)(18d)을 수액기(14)에 연결함과 아울러 상기 제 3 도관(18c) 및 제 4 도관(18d)에 냉각용 팽창밸브(16)와 가열용 팽창밸브(17)를 각각 설치하며, 상기 제 1 도관(18a)과 제 2 도관(18b) 사이에 제 5 도관(18e)을 연결하며, 상기 제 5 도관(18e)과 압축기(11)에 흡입도관(19)을 연결한 기본 냉동회로(10)와; 상기 제 1 도관(18a)과 수액기(14) 사이를 연결한 제 6 도관(25)과; 상기 토출 도관(12)과 상기 제 6 도관(25)에 제 7 도관(21)을 연결하여 상기 제 7 도관(21)에 온수 열교환기(22)를 설치한 온수회로(20)와; 상기 수액기(14)와 제 5 도관(18e) 사이를 제 8 도관(31)으로 연결하여 상기 제 8 도관(31)에 냉수용 팽창 밸브(32)와 냉수 열교환기(33)를 설치한 냉수회로(30)와; 상기 제 7 도관(21)의 상기 온수 열교환기(22)의 출구 측과 상기 제 2 도관(18b)을 연결한 제 9 도관(26)과; 상기 제 7 도관(21)의 입구와, 상기 제 1 및 제 2 도관(18a)(18b)의 토출 도관 연결부와, 상기 제 6 도관(25)의 제 7 도관(21) 연결부 양측과, 상기 제 5 도관(18e)의 흡입도관(19) 연결부 양측과, 상기 제 3 도관(18c)의 냉각용 팽창밸브(16) 입구와, 상기 제 8 도관(31)의 냉수용 팽창밸브(32) 입구와, 상기 제 9 도관(26)에 각각 설치한 도관 개폐수단(40)을 포함하여 구성한 것이다.

기본 냉동회로, 실내 열교환기, 실외 열교환기, 온수회로, 냉수 회로, 냉수 열교환기, 제상장치, 재응축수단, 흡입 냉매가스 가열수단, 압축비 조절수단

Description

히트 펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM}

본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것이며, 상세하게는 히트 펌프 시스템의 다기능화에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 히트 펌프 시스템은 통상적으로 증기 압축식 냉동 사이클을 정(正)으로 운전하여 실내 열교환기에서 냉풍(냉수)을 얻고, 반대 방향으로 운전하여 실내 열교환기에서 온풍(온수)을 얻도록 되어 있어 그 기능이 단순함으로써 개선의 여지가 많았다.

본 발명의 발명자 및 출원인은 상기한 요망에 부응하기 위하여, 히트 펌프 시스템의 다기능화에 대하여 많은 노력을 하였으며, 그 노력의 결과 특허문헌 1의 히트 펌프식 냉·난방 장치와, 특허문헌 2의 히트 펌프 시스템 등을 제안한바 있다.

상기 특허문헌 1의 히트 펌프식 냉·난방 장치는, 압축기, 4 웨이 밸브, 실내 열교환기, 냉·난방용 감압기구, 실외 열교환기 및 상기 4 웨이 밸브를 냉매도관으로 순서대로 연결하고, 상기 압축기와 4 웨이 밸브를 냉매흡입도관으로 연결한 기본 냉동 사이클의 상기 냉매용 도관의 압축기와 4 웨이 밸브 사이에 온수 가열 회로를 구비하여서, 실내 열교환기에서 냉풍 또는 온풍을 선택적으로 생성함과 동시에 온수를 동시에 생성할 수 있도록 한 것이다.

상기 특허문헌 2의 히트 펌프 시스템은, 압축기, 4 웨이 밸브, 제 1 열교환기, 냉각용 및 가열용 팽창밸브, 제 2 열교환기 및 상기 4 웨이 밸브를 냉매도관(8a~8d)으로 순서대로 연결하고, 상기 4 웨이 밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 기본 냉동회로와; 상기 도관(8c)에 연결한 바이패스 도관과 상기 도관(8c)에 제 2 도관으로 설치한 제 3 열교환기와; 상기 도관(8b)과 제 2 도관에 연결되고 팽창밸브가 설치된 제 2 바이패스 도관에 설치한 제 4 열교환기와; 상기 도관(8d)과 제 2 바이패스 도관에 연결한 제 3 도관과; 상기 제 3 도관과 제 2 도관 및 제 2 바이패스 도관에 연결한 제 4 및 제 5 도관을 구비하여서, 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기에서 동시에 유체(물 또는 공기)를 가열하거나 냉각하도록 한 것이다.

특허문헌 1; 특허 제 357988 호(KR B1)

특허문헌 2; 특허 제 357989 호(KR B1)

그러나 상기한 히트 펌프식 냉·난방 장치는 가열(온수 또는 온풍)과 냉각(냉수 또는 냉풍)의 어느 하나와 온수를 생성할 수 있음으로 예를 들어 온풍과 온수 또는 냉풍(냉수)과 온수를 생성할 수 있는 2개의 기능만을 달성할 수 있고, 또한 상기한 히트 펌프 시스템은 가열 및 냉각을 동시에 할 수 있음으로, 예를 들어 온수 또는 온풍과 냉수 또는 냉풍을 동시에 또는 선택적으로 생성할 수 있음으로 이 또한 최대 2개의 기능만을 달성할 수 있기 때문에 온수, 온풍 또는 냉풍, 냉수를 동시에 생성하기 위하여서는 2대의 시스템을 구비하여야 함으로써 설치면적을 많이 차지하고 비용이 많이 들 수밖에 없는 문제점이 있는 것이다.

그리고 상기한 히트 펌프식 냉·난방 장치 및 히트 펌프 시스템은 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매가스를 실내 및 실외 열교환기에 공급함과 아울러 상기 양 열교환기에서 증발된 저온·저압의 냉매가스를 압축기에 흡입시키기 위하여 4 웨이 밸브를 사용하고 있는바, 상기 4 웨이 밸브의 토출 및 흡입 포트는 통상적으로 도관보다 그 단면적이 작기 때문에 냉매가스가 4 웨이 밸브를 경유할 때 교축(throttling) 변화를 일으키고, 냉매가스가 교축 변화를 일으키면 팽창함으로 압력 및 온도가 낮아짐으로써 상기 압력 및 온도가 낮아진 냉매가스가 응축기로 작용하는 실내 열교환기에 공급되면 그 실내 열교환기의 방열량이 적어지기 때문에 성적계수가 저하되는 것이다.

또한 흡입도관의 단면적은 실외 또는 실내 열교환기에서 증발된 냉매가스의 밀도가 작기 때문에 압축기의 체적 효율을 증대하기 위하여, 통상적으로 각 구성요소 연결용 도관 및 4 웨이 밸브의 흡입 포트보다 그 단면적이 큰 파이프를 사용함으로 가열 또는 냉각 모드시에 실외 또는 실내 열교환기에서 증발된 저온·저압의 냉매가스가 4 웨이 밸브를 경유하여 압축기에 흡입될 때 그 토출 포트를 경유하는 고온·고압의 냉매가스에 의하여 가열되고 흡입도관에서 팽창함으로 압축기에 과열도가 큰 과열 증기가 흡입되는 경우가 발생하는 것이다.

상기와 같이 압축기에 과열도가 큰 과열 증기가 흡입되면 압축 후 냉매 증기의 온도가 더욱 높아짐으로써 응축기로 작용하는 실내 또는 실외 열교환기의 용량을 증대하여야 하고, 압축기가 과열됨으로 별도의 냉각 수단을 강구하여야할 뿐 아니라 성적계수가 저하되는 것이다.

그뿐 아니라 상기 4 웨이 밸브는 통상적으로 전기 제어식이 사용되며, 대용량의 것 즉 냉매 순환량이 큰 냉동 사이클에 사용되는 4 웨이 밸브(예: 1인치 이상)는 구입이 용이하지 않을 뿐 아니라 구입이 가능하다 하여도 고가이어서 생산 원가가 높아지는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여, 1 대의 시스템에서 온수, 온풍 또는 냉풍, 냉수를 선택적으로 생성하거나 온수, 온풍 또는 냉풍, 냉수를 동시에 함께 생성하여 기능을 다양화하여서 편의성을 향상하고, 설치 장소 및 운전 비용을 절감하며, 생산 원가를 절감할 수 있는 히트 펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 주목적 이외에 성적계수를 향상할 수 있도록 한 히트 펌프 시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 상기 주목적 이외에 압축비의 조절을 양호하고, 신속하게 하여 신뢰성을 확보할 수 있도록 한 히트 펌프 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 주목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기의 토출 도관의 자유단에 제 1 도관과 제 2 도관을 대향되게 연결하여 상기 제 1 도관 및 제 2 도관의 각 연결부 타측에 실내 열교환기와 실외 열교환기를 각각 설치하고, 상기 실내 열교환기와 실외 열교환기에 제 3 도관 및 제 4 도관을 각각 연결하여 상기 제 3 및 제 4 도관을 수액기에 연결함과 아울러 상기 제 3 도관 및 제 4 도관에 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브를 각각 설치하며, 상기 제 1 도관과 제 2 도관 사이에 제 5 도관을 연결하며, 상기 제 5 도관과 압축기에 흡입도관을 연결한 기본 냉동회로와; 상기 제 1 도관과 수액기 사이를 연결한 제 6 도관과; 상기 토출 도관과 상기 제 6 도관에 제 7 도관을 연결하여 상기 제 7 도관에 온수 열교환기를 설치한 온수회로와; 상기 수액기와 제 5 도관 사이를 제 8 도관으로 연결하여 상기 제 8 도관에 냉수용 팽창밸브와 냉수 열교환기를 설치한 냉수회로와; 상기 제 7 도관의 상기 온수 열교환기의 출구 측과 상기 제 2 도관을 연결한 제 9 도관과; 상기 제 7 도관의 입구와, 상기 제 1 및 제 2 도관의 토출 도관 연결부와, 상기 제 6 도관의 제 7 도관 연결부 양측과, 상기 제 5 도관의 흡입도관 연결부 양측과, 상기 제 3 도관의 냉각용 팽창밸브 입구와, 상기 제 8 도관의 냉수용 팽창밸브 입구와, 상기 제 9 도관에 각각 설치한 도관 개폐수단을 포함하여 구성한 것이다.

또한 본 발명은 압축기의 토출 도관의 자유단에 제 1 도관과 제 2 도관을 대향되게 연결하여 상기 제 1 도관 및 제 2 도관의 각 연결부 타측에 실내 열교환기와 실외 열교환기를 각각 설치하고, 상기 실내 열교환기와 실외 열교환기에 제 3 도관 및 제 4 도관을 각각 연결하여 상기 제 3 및 제 4 도관을 수액기에 연결함과 아울러 상기 제 3 도관 및 제 4 도관에 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브를 각각 설치하며, 상기 제 1 도관과 제 2 도관 사이에 제 5 도관을 연결하며, 상기 제 5 도관과 압축기에 흡입도관을 연결한 기본 냉동회로와; 상기 제 1 도관과 수액기 사이를 연결한 제 6 도관과; 상기 토출 도관과 상기 제 6 도관에 제 7 도관을 연결하여 상기 제 7 도관에 온수 열교환기를 설치한 온수회로와; 상기 수액기와 제 5 도관 사이를 제 8 도관으로 연결하여 상기 제 8 도관에 냉수용 팽창밸브와 냉수 열교환기를 설치한 냉수회로와; 상기 제 7 도관의 상기 온수 열교환기의 출구 측과 상기 제 2 도관을 연결한 제 9 도관과; 상기 제 7 도관의 입구와, 상기 제 1 및 제 2 도관의 토출 도관 연결부와, 상기 제 6 도관의 제 7 도관 연결부 양측과, 상기 제 5 도관의 흡입도관 연결부 양측과, 상기 제 3 도관의 냉각용 팽창밸브 입구와, 상기 제 8 도관의 냉수용 팽창밸브 입구와, 상기 제 9 도관에 각각 설치한 도관 개폐수단과; 상기 제 4 도관에 가열 열교환기를 바이패스 시켜 연결하여 상기 가열 열교환기를 포위함과 아울러 브라인을 충진한 축열조를 설치하고, 상기 축열조에 브라인 순환 펌프를 부설한 브라인 공급관과 브라인 복귀관을 연결함과 아울러 상기 브라인 공급관 및 복귀관의 타측을 상기 실외 열교환기에 설치된 열교환기에 연결하며, 상기 제 4 도관의 상기 가열 열교환기의 연결부 후방 및 가열 열교환기의 입 구에 솔레노이드 밸브를 각각 설치하며, 상기 제 4 도관의 상기 가열 열교환기 연결부 전방과 상기 축열조 내에 온도센서를 설치한 제상장치를 포함하여 구성한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 1대의 시스템에서 온수, 온풍 또는 냉풍, 냉수를 단독(선택적)으로 생성하거나 동시에 함께 생성하여 기능을 다양화함으로써 편의성이 향상되고 설치 면적을 작게 차지함과 아울러 설치 및 운전 비용을 대폭 절감할 수 있는 것이다.

그리고 가격이 비싼 4 웨이 밸브를 사용하지 않음으로 원가를 대폭 절감하고, 냉매 유로 중에서 교축 변화가 발생하지 않음으로 성적계수의 저하가 없을 뿐만 아니라 압축기에 적정 과열도의 냉매가스가 흡입됨으로 별도의 압축기 냉각수단을 부설하지 않아서 이 또한 성적계수의 저하를 방지할 수 있는 것이다.

또한 가열 운전시 실외 열교환기의 제상을 운전 중단없이 양호하게 함으로써 성적계수를 향상하고, 압축비의 조절을 신속하고 양호하게 하여 체적 효율 및 압축 효율의 저하를 양호하게 방지함으로 이 또한 성적계수를 향상할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 구성도로서, 본 발명의 제 1 실시예는 기본 냉동회로(10), 온수회로(20), 제 6 도관(25), 제 9 도관(26), 냉수회로(30) 및 도관 개폐수단(40)으로 대별된다.

상기 기본 냉동회로(10)는 압축기(11)의 토출 도관(12)의 자유단에 제 1 도 관(18a)과 제 2 도관(18b)을 대향되게 연결하여 상기 제 1 도관(18a)의 연결부 타측 및 상기 제 2 도관(18b)의 연결부 타측에 실내 열교환기(13)와 실외 열교환기(15)를 각각 설치하고, 상기 실내 열교환기(13)와 실외 열교환기(15)에 제 3 도관(18c) 및 제 4 도관(18d)을 각각 연결하여 상기 제 3 및 제 4 도관(18c)(18d)의 타측에 수액기(14)를 연결함과 아울러 상기 제 3 도관(18c) 및 제 4 도관(18d)에 각각 냉각용 팽창밸브(16)와 가열용 팽창밸브(17)를 설치하며, 상기 제 1 도관(18a)과 제 2 도관(18b) 사이에 제 5 도관(18e)을 연결하며, 상기 제 5 도관(18e)과 압축기(11)에 흡입도관(19)을 연결한 것이다.

상기 제 6 도관(25)은 상기 제 1 도관(18a)과 수액기(14) 사이에 연결하고, 상기 제 9 도관(26)은 후술하는 제 7 도관(21)의 온수 열교환기(22)의 출구 측과 상기 제 2 도관(18b)을 연결한 것이다.

상기 온수회로(20)는 상기 토출 도관(12)과 제 6 도관(25)에 제 7 도관(21)을 연결하여 상기 제 7 도관(21)에 온수 열교환기(22)를 설치한 것이다.

상기 온수 열교환기(22)는 2개의 판형 열교환기(23a)(23b)를 직렬로 연결하고, 상기 각 판형 열교환기(23a)(23b)에 순환 펌프(49a)(49b)를 부설한 온수 순환관(48a)(48b)으로 저탕조(50)를 연결하며, 상기 제 7 도관(21)의 입구에 압력 스위치(51)를 설치하여 그 출력신호에 의하여 상기 순환 펌프(49a)(49b)를 구동하여 판형 열교환기(23a)(23b)에서 가열된 온수를 저탕조(50)에 저장하였다가 급탑용 등 필요한 용도로 사용하며, 상기 순환 펌프(49a)(49b)는 압력 스위치가 설정압력(예: 23 kgf/㎠) 이하 시에는 순환 펌프(49a)만 구동하여 판형 열교환기(23a)만으로 온 수를 가열하고, 설정압력 이상 시에는 순환 펌프(49b)도 구동하여 모든 판형 열교환기(23a)(23b)에서 온수를 가열하여 냉매액을 과냉함으로써 압축비를 신속하게 조절하였기 때문에 압축기의 과열 방지 등으로 신뢰성이 확보되고 체적 효율 및 압축 효율의 저하를 방지하여 성적계수의 감소를 방지한 것이다.

상기 냉수회로(30)는 상기 수액기(14)와 제 5 도관(18e)을 제 8 도관(31)으로 연결하여 상기 제 8 도관(31)에 냉수용 팽창밸브(32)와 냉수 열교환기(33)을 설치한 것이다.

상기 도관 개폐수단(40)은 상기 제 7 도관(21)의 입구에 밸브(41)를 설치하고, 상기 제 1 및 제 2 도관(18a)(18b)의 토출 도관(12) 연결부 인접위치에 밸브(42a)(42b)를 설치하며, 상기 제 6 도관(25)의 제 7 도관(21) 연결부 양측에 밸브(43a)(43b)를 설치하며, 상기 제 5 도관(18e)의 흡입도관(19) 연결부 양측에 밸브(44a)(44b)를 설치하며, 냉각용 팽창밸브(16) 입구에 밸브(45)를 상기 제 8 도관(31)의 냉수용 팽창밸브(32)의 입구에 밸브(46)를, 상기 제 9 도관(26)에 밸브(47)를 각각 설치하여서, 밸브(41)는 후술하는 온수 모드 또는 온수 혼용 모드를 포함한 모드시에 개방하고, 밸브(42a)(42b),(44a)(44b)는 후술하는 온풍 모드 또는 온풍 혼용 모드를 포함한 모드 시와 냉풍 모드 또는 냉풍 혼용 모드를 포함한 모드시에 선택적으로 개폐하며, 기타 밸브(43a)(43b) 등은 필요한 곳에서 그 개폐 설명을 한다.

미 설명부호 53a, 53b, 54는 체크 밸브이다.

이상과 같은 본 발명의 제 1 실시예는 온수 모드 등 11개의 모드로 운전되는 바, 이하 각 모드별로 그 작용을 설명한다.

① 온수 모드

밸브(41)(43a)(44b)를 개방하고 압축기(11)를 구동하면 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 제 7 도관(21)을 경유하면서 응축기로 작용하는 온수 열교환기(22)에서 응축되면서 그 응축열에 의하여 온수를 생성한 후 응축된 냉매액은 제 6 도관(25)을 거쳐 수액기(14)에 모였다가 제 4 도관(18d)을 경유하여 가열용 팽창밸브(17)에서 팽창되고 증발기로 작용하는 실외 열교환기(15)에서 증발된 저온·저압의 냉매가스는 제 5 도관(18e) 및 흡입도관(19)을 따라 압축기(11)에 흡입되는 사이클을 반복하면서 온수 열교환기(22)에서 온수를 계속 생산하는 것이다.

② 온풍 모드

밸브(42a)(44b)를 개방하고 압축기(11)를 구동하면 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 제 1 도관(18a)을 경유하여 응축기로 작용하는 실내 열교환기(13)에서 응축되면서 그 응축열에 의하여 온풍을 생성한 후 응축된 냉매액은 체크 밸브(53a)를 경유하여 수액기(14)에 모였다가 가열용 팽창밸브(17)에서 팽창되고 증발기로 작용하는 실외 열교환기(15)에서 증발된 저온·저압의 냉매가스는 제 5 도관(18e) 및 흡입도관(19)을 따라 압축기(11)에 흡입되는 사이클을 반복하면서 실내 열교환기(13)에서 온풍을 계속 생성하는 것이다.

③ 냉풍 모드

밸브(42b)(45)(44a)를 개방한 후 압축기(11)를 구동하면 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 제 2 도관(18b)을 경유하면서 응축기로 작용하는 실외 열교환기(15)에서 응축된 후 체크 밸브(53b)와 수액기(14) 및 제 3 도관(18c)을 경유하여 냉각용 팽창밸브(16)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 실내 열교환기(13)에서 증발되면서 그 증발열에 의하여 냉풍을 생성하고, 제 1 도관(18a), 제 5 도관(18e), 흡입도관(19)을 경유하여 압축기에 흡입되는 사이클을 반복하면서 실내 열교환기(13)에서 냉풍을 계속 생성하는 것이다.

④ 냉수 모드

밸브(42b)(46)를 개방한 후 압축기(11)를 구동하면 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 상기 냉풍 모드와 같이 작용하면서 응축되고 그 냉매액이 수액기(14)에 모였다가 제 8 도관(31)을 거쳐 냉수용 팽창밸브(32)에서 팽창된 후 냉수용 열교환기(33)에서 증발되면서 그 증발열에 의하여 냉수를 생성하고, 체크 밸브(54)와 제 5 도관(18e) 및 흡입도관(19)을 경유하여 압축기(11)에 흡입되는 사이클을 반복하면서 냉수 열교환기(33)에서 냉수를 계속 생성하는 것이다.

⑤ 온수 및 온풍 혼용 모드

밸브(41)(43a)(44b)를 개방한 후 압축기(11)를 구동하면 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 제 7 도관(21)을 경유하면서 응축기로 작용하는 온수 열교환기(22)에서 응축되면서 그 응축열에 의하여 온수를 생성하고, 응축된 냉매액은 제 6 도관(25)을 거쳐 과냉 응축기로 작용하는 실내 열교환기(13)[이 실내 열교환기(13)는 이후 온풍 생성시는 응축기로 작용함]에서 재응축되면서 그 재응축열에 의하여 온풍을 생성한 후 수액기(14)에 모였다가 상기 온수 모드와 같이 압축기(11)에 흡입되는 사이클을 반복하면서 온수 및 온풍을 동시에 생성하는 것이다.

⑥ 냉풍 및 냉수 혼용 모드

밸브(42b)(45)(46)를 개방한 후 압축기(11)를 구동하면 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 상기 냉풍 또는 냉수 모드와 같이 작용하면서 응축되고 그 응축액이 수액기(14)에 모였다가 제 3 도관(18c)과 제 8 도관(31)을 동시에 흐르면서 냉각용 팽창밸브(16)와 냉수용 팽창밸브(32)에서 팽창된 후 각 증발기로 작용하는 실내 열교환기(13) 및 냉수 열교환기(33)에서 증발되면서 그 증발열에 의하여 실내 열교환기(13)에서는 냉풍을, 냉수 열교환기(33)에서는 냉수를 생성한 후 압축기(11)에 흡입되는 사이클을 반복하면서 실내 열교환기(13)와 냉수 열교환기(33)에서 각각 냉풍과 냉수를 동시에 각각 생성하는 것이다.

⑦ 온수 및 냉수 혼용 모드

밸브(41)(47)(46)를 개방한 후 압축기(11)를 구동하면 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 상기 온수 모드와 같이 흐르면서 온수 열교환기(22)에서 온수를 생성하고, 제 9 도관(26) 및 제 2 도관(18b)을 경유하여 실외 열교환기(15)에서 과냉각[이 실외 열교환기(15)는 이후 냉수 생성시 응축기로 작용함]된 후 수액기(14)에 모이고 그 냉매액은 제 8 도관(31)을 거쳐 냉수용 팽창밸브(32)에서 팽창된 후 냉수 열교환기(33)에서 증발되면서 그 증발열에 의하여 냉수를 생성하고, 제 5 도관(18e) 및 흡입도관(19)을 경유하여 압축기(11)에 흡입되는 사이클을 반복하면서 온수회로(20)에서 온수를, 냉수회로(30)에서 냉수를 동시에 각각 생 성하는 것이다.

⑧ 온수 및 냉풍 혼용 모드

밸브(41)(47)(45)(44a)를 개방한 후 압축기(11)를 구동하면 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 상기 온수 및 냉수 혼용 모드와 동일하게 온수 열교환기(22)에서 온수를 생성하고, 제 9 및 제 2 도관(26)(18b)을 거쳐 과냉 응축기로 작용하는 실외 열교환기(15)[이 실외 열교환기(15)는 이후 냉풍 생성시는 응축기로 작용함]에서 재응축되고 체크 밸브(53b), 수액기(14), 제 3 도관(18c)를 경유하여 냉각용 팽창밸브(16)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 실내 열교환기(13)에 증발하면서 그 증발열에 의하여 냉풍을 생성하고, 제 1 및 제 5 도관(18a)(18e) 및 흡입도관(19)을 경유하여 압축기(11)에 흡입되는 사이클을 반복하면서 온수 열교환기(22)에서는 온수를, 실내 열교환기(13)에서는 냉풍을 동시에 각각 생성하는 것이다.

⑨ 온수, 냉풍 및 냉수 혼용 모드

밸브(41)(47)(45)(44a)는 상기 온수 및 냉풍 혼용 모드(⑧)와 동일하게 조작하고, 밸브(46)만을 추가 개방하면 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 상기 온수 및 냉풍 혼용 모드와 동일하게 흐르면서 온수회로(20)에서 온수를, 실내 열교환기(13)에서 냉풍을, 냉수 모드(30)에서 냉수를 동시에 각각 생성하는 것이다.

⑩ 온수, 온풍 및 냉수 혼용 모드

밸브(41)(43a)(44b)는 상기 온수 및 온풍 혼용 모드(⑤)와 동일하게 조작 하고, 밸브(46)만을 추가 개방하면 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 상기 온수 및 온풍 혼용 모드와 동일하게 흐르면서 온수회로(20)에서 온수를, 실내 열교환기(13)에서 온풍을, 냉수회로(30)에서 냉수를 동시에 각각 생성하는 것이다.

⑪ 온풍 및 냉수 혼용 모드

밸브(42a)(46)를 개방한 후 압축기(11)를 구동하면 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 제 1 도관(18a)을 경유하여 응축기로 작용하는 실내 열교환기(13)에서 응축되면서 그 응축열에 의하여 온풍을 생성하고, 냉매액은 체크 밸브(53a)를 경유하여 수액기(14)에 모이면서 제 8 도관(31)을 거쳐 냉수용 팽창밸브(32)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 냉수 열교환기(33)에 증발되면서 그 증발열에 의하여 냉수를 생성한 후 제 5 도관(18e)를 경유하여 압축기(11)에 흡입되는 사이클을 반복하면서 온풍 및 냉수를 동시에 각각 생성하는 것이다.

상기한 모든 모드에서 아무런 개시가 없는 밸브는 폐쇄된 상태를 유지하는 것이다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 구성도로서, 상기 제 1 실시예에 안전 장치를 부설한 것으로서, 상기 안전 장치들은 제상장치(60)와, 재응축수단(80)과, 흡입 냉매가스 가열수단(90)과, 압축비 조절수단(110) 등이며, 상기 제 1 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 부여하고 구체적인 설명을 생략한다.

상기 제상장치(60)는 제 4 도관(18d)[수액기(14)와 실외 열교환기(15) 사이의 도관]에 가열 열교환기(62)를 바이패스 시켜 연결하여 상기 가열 열교환기(62) 를 포위함과 아울러 브라인(63)을 충진한 축열조(61)를 설치하고, 상기 축열조(61)에 브라인 순환 펌프(65)를 부설한 브라인 공급관(64)과 브라인 복귀관(66)을 연결하여 그 타측을 상기 실외 열교환기(15)에 설치된 열교환기(67)에 연결하며, 상기 제 4 도관(18d)의 상기 가열 열교환기(62)의 연결부 후방 및 상기 가열 열교환기(62) 입구에 솔레노이드 밸브(72a)(72b)를 각각 설치하며, 상기 제 4 도관(18d)의 상기 가열 열교환기(62) 연결부 전방과 상기 축열조(61) 내에 온도센서(73a)(73b)를 설치하여서, 상기 실외 열교환기(15)가 증발기로 작용할 때 즉 온수 모드 및 온수 혼용 모드시 등에 수액기(14)에 모였던 냉매액이 실외 열교환기(15)에 공급될 때 제 4 도관(18d)에 설치한 온도센서(73a)의 출력신호에 의하여 실외 열교환기(15)에 공급되는 냉매액의 온도가 설정온도(예: 35℃)이상일 때 솔레노이드 밸브(72b)는 개방되고, 솔레노이드 밸브(72a)는 폐쇄되어 고온·고압의 냉매액이 가열 열교환기(62)를 경유하면서 상기 브라인(63)의 온도가 설정온도(예: 40℃)가 될 때까지 브라인(63)을 가열하여 저장하고, 축열조(61)에 설치한 온도센서(73b)의 출력치가 설정온도(예: 40℃) 이상이면 솔레노이드 밸브(72b)는 폐쇄되어 브라인(63)의 가열은 중단되고 솔레노이드 밸브(72a)는 개방되는 것이다.

한편 외기온도가 노점 이하로 하강하여 실외 열교환기(15)에 서리가 맺히면 실외 열교환기(15)에 설치한 압력 센서, 결로 센서 등의 서리 감지수단(72)의 출력신호에 의하여 브라인 순환 펌프(65)가 구동되어 브라인(63)이 실내 열교환기(15)에 설치한 열교환기(67)를 순환함으로써 맺힌 서리를 제상하는 것이다.

그리고 상기 저탕조(50)에 연결한 온수 순환관(48b)에 브라인 가열관(69)과 순환 펌프(70) 및 솔레노이드 밸브(71)를 부설한 온수 인출관(68)을 연결하여 상기 브라인 가열관(69)을 축열조(61)에 내장하여서, 축열조(61) 내의 브라인(63)의 온도가 설정온도 이하로 하강하면 온도센서(73b)의 출력신호에 의하여 솔레노이드 밸브(71)가 개방되어 순환 펌프(70)가 구동되면서 자탕조(50)에 저장된 온수를 브라인 가열관(69)에 순환시켜 브라인(63)을 계속적으로 보조 가열하여 축열조(61)를 일정온도로 유지함으로써 실외 열교환기(15)의 제상이 양호함으로 성적계수를 항항 양호하게 유지할 수 있는 것이다.

상기 재응축 수단(80)은 상기 제 4 도관(18d)의 가열용 팽창밸브(17)의 입구 측에 제 2 바이패스 도관(81)을 연결하여 상기 바이패스 도관(81)에 상기 실외 열교환기(15)의 측면에 위치되는 재응축 열교환기(82)를 설치하고, 상기 가열용 팽창밸브(17) 및 상기 제 2 바이패스 도관(81)의 입구 측에 솔레노이드 밸브(83a)(83b)를 설치하여서, 바이패스 도관(21)의 온수 열교환기(22)의 입구 측에 설치한 압력센서(51)의 출력치가 설정압력(예: 23kgf/㎠) 이상일 때 솔레노이드 밸브(83b)는 개방하고 솔레노이드 밸브(83a)는 폐쇄하여서, 실외 열교환기(15)가 증발기로 작용하여 수액기(14)에서 실외 열교환기(15)에 냉매액이 공급될 때 제 2 바이패스 도관(81)을 경유하여 재응축 열교환기(82)에서 재응축시켜 압력을 저하한 후 가열용 팽창밸브(17)에서 감압하고 실외 열교환기(15)에서 증발시킴으로 증발 효율을 양호하게 유지하고, 제상 효율을 증대할 수 있는 것이다.

상기 흡입 냉매가스 가열수단(90)은 상기 흡입도관(19)에 흡열 열교환기(91)를 바이패스 시켜 연결하여 상기 흡열 열교환기(91)를 상기 축열조(61)에 내장시키 고, 상기 흡입도관(19)의 상기 흡열 열교환기(91) 연결부 후방 및 상기 흡열 열교환기(91)의 입구에 각각 솔레노이드 밸브(92a)(92b)를 설치하며, 상기 흡입도관(19)에 온도센서(93)를 설치하여서, 상기 온도센서(93)의 출력신호에 의하여 압축기(11)에 흡입되는 냉매가스가 설정온도(예: 18℃) 이하시에는 솔레노이드 밸브(92b)는 개방하고 솔레노이드 밸브(92a)는 폐쇄하여 흡입도관(19)을 경유하여 압축기(11)에 흡입되는 습포화 증기를 축열조(61)에 저장된 브라인으로 가열하여 압축기(11)에 건포화 또는 과열증기가 흡입되게 함으로써 압축기의 액백 및 액격을 방지하여 압축기(11)의 신뢰성을 향상한 것이다.

그리고 상기 흡입도관(19)은 수액기(14)를 액분리기(95) 내장형으로 형성하여 상기 액분리기(95)를 경유시킴으로써 압축기(11)에 흡입되는 냉매가스의 과열 증기화를 촉진함으로써 압축기(11)의 신뢰성을 더욱 향상할 수 있는 것이다.

상기 압축비 조절수단(110)은 상기 수액기(14)와 흡입도관(19)에 냉매액 바이패스 도관(111)을 연결하여 상기 냉매액 바이패스 도관(111)에 솔레노이드 밸브(112)와 감압기구(113)를 순서대로 설치하고, 상기 제 1 도관(18a)의 압축기 토출구에 온도센서(114)를 설치하여서, 상기 온도센서(114)가 소정 온도(예: 110℃) 이상일 때 그 출력신호에 의하여 솔레노이드 밸브(112)를 개방하면 수액기(14)에 모였던 냉매액은 감압기구(113)에서 감압 팽창된 후 압축기(11)에 흡입됨으로써 실외 열교환기(15)가 증발기로 작용할 때 수열량이 적거나. 응축기로 작용할 때 냉매액의 응축이 불완전할 경우 압축기(11)의 압축비를 신속하게 감소시킴으로써 압축기의 신뢰성을 증진할 수 있는 것이다.

미 설명부호 116c 내지 116e는 체크 밸브이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 구성도

도 2은 본 발명의 제 2 실시예의 구성도

<도면 중 주요부호에 대한 설명>

10: 기본 냉동회로 13: 실내 열교환기 15: 실외 열교환기

20: 온수회로 30: 냉수 회로 33: 냉수 열교환기 60: 제상장치

80: 재응축수단 90: 흡입 냉매가스 가열수단 110: 압축비 조절수단

Claims

압축기의 토출 도관의 자유단에 제 1 도관과 제 2 도관을 대향되게 연결하여 상기 제 1 도관 및 제 2 도관의 각 연결부 타측에 실내 열교환기와 실외 열교환기를 각각 설치하고, 상기 실내 열교환기와 실외 열교환기에 제 3 도관 및 제 4 도관을 각각 연결하여 상기 제 3 및 제 4 도관을 수액기에 연결함과 아울러 상기 제 3 도관 및 제 4 도관에 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브를 각각 설치하며, 상기 제 1 도관과 제 2 도관 사이에 제 5 도관을 연결하며, 상기 제 5 도관과 압축기에 흡입도관을 연결한 기본 냉동회로와; 상기 제 1 도관과 수액기 사이를 연결한 제 6 도관과; 상기 토출 도관과 상기 제 6 도관에 제 7 도관을 연결하여 상기 제 7 도관에 온수 열교환기를 설치한 온수회로와; 상기 수액기와 제 5 도관 사이를 제 8 도관으로 연결하여 상기 제 8 도관에 냉수용 팽창밸브와 냉수 열교환기를 설치한 냉수회로와; 상기 제 7 도관의 상기 온수 열교환기의 출구 측과 상기 제 2 도관을 연결한 제 9 도관과; 상기 제 7 도관의 입구와, 상기 제 1 및 제 2 도관의 토출 도관 연결부와, 상기 제 6 도관의 제 7 도관 연결부 양측과, 상기 제 5 도관의 흡입도관 연결부 양측과, 상기 제 3 도관의 냉각용 팽창밸브 입구와, 상기 제 8 도관의 냉수용 팽창밸브 입구와, 상기 제 9 도관에 각각 설치한 도관 개폐수단을 포함하여 구성한 히트 펌프 시스템
압축기의 토출 도관의 자유단에 제 1 도관과 제 2 도관을 대향되게 연결하여 상기 제 1 도관 및 제 2 도관의 각 연결부 타측에 실내 열교환기와 실외 열교환기를 각각 설치하고, 상기 실내 열교환기와 실외 열교환기에 제 3 도관 및 제 4 도관을 각각 연결하여 상기 제 3 및 제 4 도관을 수액기에 연결함과 아울러 상기 제 3 도관 및 제 4 도관에 냉각용 팽창밸브와 가열용 팽창밸브를 각각 설치하며, 상기 제 1 도관과 제 2 도관 사이에 제 5 도관을 연결하며, 상기 제 5 도관과 압축기에 흡입도관을 연결한 기본 냉동회로와; 상기 제 1 도관과 수액기 사이를 연결한 제 6 도관과; 상기 토출 도관과 상기 제 6 도관에 제 7 도관을 연결하여 상기 제 7 도관에 온수 열교환기를 설치한 온수회로와; 상기 수액기와 제 5 도관 사이를 제 8 도관으로 연결하여 상기 제 8 도관에 냉수용 팽창밸브와 냉수 열교환기를 설치한 냉수회로와; 상기 제 7 도관의 상기 온수 열교환기의 출구 측과 상기 제 2 도관을 연결한 제 9 도관과; 상기 제 7 도관의 입구와, 상기 제 1 및 제 2 도관의 토출 도관 연결부와, 상기 제 6 도관의 제 7 도관 연결부 양측과, 상기 제 5 도관의 흡입도관 연결부 양측과, 상기 제 3 도관의 냉각용 팽창밸브 입구와, 상기 제 8 도관의 냉수용 팽창밸브 입구와, 상기 제 9 도관에 각각 설치한 도관 개폐수단과; 상기 제 4 도관에 가열 열교환기를 바이패스 시켜 연결하여 상기 가열 열교환기를 포위함과 아울러 브라인을 충진한 축열조를 설치하고, 상기 축열조에 브라인 순환 펌프를 부설한 브라인 공급관과 브라인 복귀관을 연결함과 아울러 상기 브라인 공급관 및 복귀관의 타측을 상기 실외 열교환기에 설치된 열교환기에 연결하며, 상기 제 4 도관의 상기 가열 열교환기의 연결부 후방 및 가열 열교환기의 입구에 솔레노이드 밸브를 각각 설치하며, 상기 제 4 도관의 상기 가열 열교환기 연결부 전방과 상기 축열 조 내에 온도센서를 설치한 제상장치를 포함하여 구성한 히트 펌프 시스템
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 제 4 도관의 가열용 팽창밸브의 입구 측에 제 2 바이패스 도관을 연결하여 상기 제 2 바이패스 도관에 상기 실외 열교환기의 측면에 위치되는 재응축 열교환기를 설치하고, 상기 가열용 팽창밸브 및 상기 제 2 바이패스 도관의 입구 측에 솔레노이드 밸브를 설치한 재응축 수단을 부설한 히트 펌프 시스템
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 온수 열교환기는 2개의 판형 열교환기를 직렬로 연결하고, 상기 각 판형 열교환기에 순환 펌프를 부설한 온수 순환관으로 저탕조를 연결하며, 제 7 도관의 입구에 압력 스위치를 설치한 히트 펌프 시스템
제 2항에 있어서, 저탕조에 연결한 온수 순환관에 브라인 가열관과 순환 펌프 및 솔레노이드 밸브를 부설한 온수 인출관을 연결하여 상기 브라인 가열관을 축열조에 내장한 히트 펌프 시스템
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 도관 개폐수단은 솔레노이드 밸브로 형성하고, 상기 솔레노이드 밸브는 각 모드 조작 스위치의 신호를 제어부에 입력하여 설정된 프로그램에 따라 개폐하는 히트 펌프 시스템
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 흡입도관에 흡열 열교환기를 바이패스 시켜 연결하여 상기 흡열 열교환기를 축열조에 내장시키고, 상기 흡입도관의 상기 흡열 열교환기 연결부 후방 및 상기 흡열 열교환기의 입구에 각각 솔레노이드 밸브를 설치하며, 상기 흡입도관에 온도센서를 설치한 흡입 냉매가스 가열수단을 부설한 히트 펌프 시스템
제 7항에 있어서, 흡입도관은 수액기를 액분리기 내장형으로 형성하여 상기 액분리기를 경유시키는 히트 펌프 시스템
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 수액기와 흡입도관에 냉매액 바이패스 도관을 연결하여 상기 냉매액 바이패스 도관에 솔레노이드 밸브와 감압기구를 순서대로 설치하고, 제 1 도관의 압축기 토출구에 온도센서를 설치한 압축비 조절수단을 부설한 히트 펌프 시스템