KR101590523B1

KR101590523B1 - 냉난방 시스템

Info

Publication number: KR101590523B1
Application number: KR1020150080518A
Authority: KR
Inventors: 배재영; 신석호
Original assignee: 주식회사 에이멕스
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2016-02-01

Abstract

제1 매체를 압축하는 제1 압축기와, 상기 제1 압축기에 연결되고 제1 저장조에 저장된 제1 저장 매체와 열교환하는 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기에 연결되고 상기 제1 매체 및 상기 제1 매체와 다른 제2 매체와 열교환 하는 제2 열교환기와, 상기 제2 열교환기에 연결되고 상기 제1 매체가 순환하여 외부와 열교환하는 제3 열교환기와, 상기 제2 열교환기와 상기 제3 열교환기 사이에 개재되는 제1 팽창 밸브와, 상기 제1 압축기와 분리되어 설치되고, 상기 제2 매체를 압축하는 제2 압축기 및 상기 제2 압축기와 연결되고 상기 제2 매체 및 상기 제1 저장 매체와 열교환하는 제4 열교환기를 포함하는, 냉난방 시스템을 제공한다.

Description

냉난방 시스템 {Cooling and heating system}

냉난방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히는 히트펌프를 포함하는 냉난방 시스템에 관한 것이다.

히트펌프를 이용한 냉난방 시스템은 하나의 시스템으로 냉방과 난방 모두를 할 수 있다는 장점이 있어, 폭넓게 이용되고 있다.

그러나 종래의 히트펌프를 이용한 냉난방 시스템은 냉매 순환 회로를 갖는 히트펌프를 가동하여야만 냉난방을 이용할 수 있기 때문에 전력사용량이 많은 피크 시간대에 냉난방 시스템을 가동할 경우 전기 사용에 따른 비용 증대가 높은 한계가 있었다.

또한 실외기에 대한 제상 문제가 항상 과제로 남아 있는데, 이를 해소하기 위해 실외기에 전기 히터를 사용하거나 압축기를 2대 이용한 2원 사이클을 적용하는 방법 등이 사용되었다. 그러나 이러한 방법은 비용을 증대시키는 문제가 있었다.

그리고 냉난방기로 사용하는 열교환기가 시간이 지남에 따라 효율이 저하되는 한계가 있었다.

에너지 효율 및/또는 전력사용 효율이 높은 냉난방 시스템을 제공하고자 한다.

일 측면에 따르면, 제1 매체를 압축하는 제1 압축기와, 상기 제1 압축기에 연결되고 제1 저장조에 저장된 제1 저장 매체와 열교환하는 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기에 연결되고 상기 제1 매체 및 상기 제1 매체와 다른 제2 매체와 열교환 하는 제2 열교환기와, 상기 제2 열교환기에 연결되고 상기 제1 매체가 순환하여 외부와 열교환하는 제3 열교환기와, 상기 제2 열교환기와 상기 제3 열교환기 사이에 개재되는 제1 팽창 밸브와, 상기 제1 압축기와 분리되어 설치되고, 상기 제2 매체를 압축하는 제2 압축기 및 상기 제2 압축기와 연결되고 상기 제2 매체 및 상기 제1 저장 매체와 열교환하는 제4 열교환기를 포함하는 냉난방 시스템을 제공 한다.

또한, 상기 제1 저장 매체는 제1 열교환기를 통과한 후에, 상기 제4 열교환기를 통과할 수 있다.

또한, 상기 제1 압축기는 복수개로 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1 압축기의 출구단에 설치되어 제2 저장조에 저장된 제2 저장 매체와 열교환 하는 제5 열교환기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 압축기의 입구단에 설치되어 상기 제1 압축기로 유입되는 상기 제1 매체의 일부를 상기 제1 팽창밸브로 분사시키는 제1 분지유로를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 압축기의 출구단에서 분지되어 상기 제1 팽창밸브와 상기 제3 열교환기 사이의 유로로 연결되는 제2 분지유로를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 압축기의 출구단과 연결되며 상기 제1 압축기에서 토출된 제1 매체의 순환방향을 조절하는 전환밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전환밸브는 상기 제1 압축기에서 토출된 상기 제1 매체의 일부를 상기 제3 열교환기로 보내수 있다.

실시예들에 따르면, 제1 저장조가 냉기 또는 열기를 저장하도록 구비됨으로, 전력수요가 낮은 시간대에 히트펌프를 가동하여 제1 저장조에 차가운 또는 뜨거운 제1 저장 매체를 저장하고, 전력수요가 높은 시간대에 제1 저장조에 저장된 제1 저장 매체를 이용할 수 있어 에너지를 효율적 관리 및 에너지를 절감할 수 있다.

제1 저장 매체는 난방모드시에, 제1 매체 및 제2 매체로부터 열을 전달 받는바 난방 효율을 향상시킬 수 있다.

제1 매체는 난방모드시에, 제1 저장 매체 및 제2 매체로 열을 방출하는바, 외기로 전달받는 열량을 증가시켜 난방 효율을 향상시킬 수 있다.

제1 매체는 냉방모드시 제1 저장 매체로부터 열을 전달받을 수 있는바, 제1 저장매체가 방출하는 열량을 증가하여 냉방 효율을 향상시킬 수 있다.

냉난방 시스템 및 히트펌프는 제1 압축기의 과열을 방지하기 위해 제1 압축기에서 토출되는 제1 매체의 일부를 분사시켜서 시스템의 안정성을 향상할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 히트펌프 유닛의 일 실시예를 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 1의 히트펌프를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 3은 도1의 히트펌프의 일 실시예의 일부를 도시한 구성도이다.
도 4는 도 1의 히트펌프의 일 실시예의 구성을 보다 상세하게 도시한 구성도이다.
도 5 내지 도 7는 히트펌프의 다른 일 실시예의 일부를 도시한 구성도이다.

실시예들은 다양한 변환을 가할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 실시예들의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 내용들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 실시예들은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 이하의 실시예는 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1은 일 실시예에 따른 냉난방 시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 상기 실시예에 따른 냉난방 시스템은 적어도 하나 이상의 히트펌프 유닛(1)과, 호스트 유닛(2)과, 서버 유닛(3)을 포함할 수 있다.

히트펌프 유닛(1)은 복수 개 구비될 수 있으며, 각 히트펌프 유닛(1)은 히트펌프(11)를 구비할 수 있다. 히트펌프 유닛(1)은 각각 호스트 유닛(2)에 전기적으로 연결될 수 있다.

호스트 유닛(2)은 복수의 히트펌프 유닛(1)의 제어가 가능한 컴퓨터 장치가 사용될 수 있다. 호스트 유닛(2)을 통해 사용자가 복수의 히트펌프 유닛(1)의 운전을 제어할 수 있다.

호스트 유닛(2)은 제1 통신부(21)를 포함하며, 이에 따라 서버 유닛(3)의 제2 통신부(31)와 통신할 수 있다. 제1 통신부(21)와 제2 통신부(31)는 유선 또는 무선 통신 수단이 될 수 있다.

서버 유닛(3)은 도 1에서 볼 수 있듯이 호스트 유닛(2)과 통신하여 히트펌프 유닛(1)의 운전상태, 에러상태 및/또는 전력상태 등을 관리할 수 있다.

도 1에 따른 일 실시예는 서버 유닛(3)이 하나의 호스트 유닛(2)과 통신하는 것을 나타내었으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 복수의 호스트 유닛과 이에 연결된 복수의 히트펌프 유닛의 관리를 하도록 할 수 있다.

도 2는 히트펌프 유닛(1)의 일 실시예를 나타낸 구성도이다.

히트펌프 유닛(1)의 일 실시예는, 히트펌프(11)와, 히트펌프(11)에 연결된 제1 제어부(12)와, 제1 제어부(12)에 연결된 제2 제어부(13) 및 제2 제어부(13)에 연결된 조작부(14)를 포함할 수 있다. 히트펌프(11)의 보다 상세한 설명은 후술한다.

제1 제어부(12)는 히트펌프(11)의 다양한 구성요소, 예컨대 온도 센서, 압력 센서, 압축기, 펌프, 팬, 밸브 등과 전기적으로 연결되어 해당 구성요소를 제어할 수 있다.

제2 제어부(13)는 제1 제어부(12)와 전기적으로 연결된 것으로 제1 제어부(12)를 동작시키는 제어부의 기능을 할 수 있다. 제2 제어부(13)는 제1 제어부(12)를 스위칭할 수 있다.

조작부(14)는 제2 제어부(13)에 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 조작부(14)는 제1 제어부(12)에 직접 전기적으로 연결될 수 있다. 조작부(14)는 도면에 도시하지는 않았지만 디스플레이를 포함할 수 있으며, 상기 디스플레이는 냉매의 온도를 표시할 수 있다. 냉방운전, 난방운전, 제상 등의 동작을 스위칭하는 스위치를 포함할 수 있다.

도 3은 도1의 히트펌프(11)의 일 실시예의 일부를 도시한 구성도이고, 도 4는 도 1의 히트펌프(11)의 일 실시예의 구성을 보다 상세하게 도시한 구성도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 히트펌프(11)는 제1 압축기(111), 제1 압축기(112), 제1 내지 4 열교환기(121~124), 제1 저장조(131), 제1 팽창밸브(141) 및 제2 팽창밸브(142)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게, 제1 압축기(111)는 제1 매체를 고온 고압의 핫가스로 압축한다. 제1 매체는 냉매가 될 수 있다. 제1 압축기(111)로부터 전환밸브(161)까지 제1 매체가 흐르는 제1 유로(101)가 형성될 수 있다.

제1 압축기(111)는 복수개로 배치될 수 있다. 제1 압축기(111)가 병렬로 배치되면, 제1 압축기(111)에서 토출되는 제1 매체의 유량을 증가하여 냉난방 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 압축기(111)가 직렬로 배치되면, 제1 압축기(111)에서 토출되는 제1 매체의 온도 또는 압력을 증가하여 냉난방 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 복수개의 제1 압축기(111)가 병렬로 연결된 경우를 중심으로 설명하기로 한다.

제1 압축기(111)에 의해 압축된 제1 매체가 토출되는 출구에는 제1 매체의 온도를 측정하는 제1 온도센서(181)와 제1 매체의 압력을 측정하는 제1 압력센서(1182)가 설치될 수 있다. 또한, 제1 매체가 제1 압축기(111)로 유입되는 입구에서는 제1 매체의 온도를 측정하는 제2 온도센서(183)와 제1 매체의 압력을 측정하는 제2 압력센서(184)가 설치될 수 있다.

전환밸브(161)로부터 제1 수액기(151)까지 제1 매체가 흐르는 제2 유로(102)가 형성될 수 있다. 제2 유로(102) 중에는 제1 열교환기(121), 제2 열교환기(122) 및 체크밸브(162)가 더 배치될 수 있다. 즉, 제2 유로(102)는 제1 열교환기(121), 제2 열교환기(122) 및 체크밸브(162)를 관통하도록 설치될 수 있다

제1 열교환기(121)는 제2 유로(102)와 제2 순환유로(202)가 각각 관통하여 흐르도록 설치될 수 있다. 제1 열교환기(121)를 통과하는 제1 매체는 제1 저장 매체와 열교환 할 수 있다.

제2 열교환기(122)는 제1 열교환기(121)와 이격되어 설치되고, 제2 유로(102) 및 제1 순환유로(201)가 각각 관통하여 흐르도록 설치될 수 있다. 제2 열교환기(122)를 통과하는 제1 매체는 제2 매체와 열교환 할 수 있다.

제2 열교환기(122)와 제1 수액기(151) 사이의 제2 유로(102) 중에는 체크밸브(162)를 설치하여 제1 매체의 제2 유로(102) 내에서의 역류를 방지할 수 있다.

제1 수액기(151)에서 제1 팽창밸브(141)까지 제1 매체가 흐르는 제3 유로(103)가 형성될 수 있다. 제3 유로(103) 중에는 필터드라이어(153)와 액면계(liquid-level meter, 156)가 설치될 수 있다. 제1 팽창밸브(141)는 유입되는 제1 매체를 감압할 수 있다.

제1 팽창밸브(141)와 제3 열교환기(123)까지 제1 매체가 흐르는 제4 유로(104)가 형성될 수 있다. 또한, 제4 유로(104) 중에 체크밸브(162)를 설치되어, 제1 매체가 제1 팽창밸브(141)에서 제3 열교환기(123)로 이동할 수 있다.

제3 열교환기(123)는 실외기가 될 수 있다. 제1 매체는 제3 열교환기(123)에서 외기와 열교환 할 수 있다. 또한, 제3 열교환기(123)는 지하에 매설되어 지열과 제1매체가 열교환되도록 하거나, 폐열과 열교환되는 것일 수 있다.

제3 열교환기(123)는 제1 매체가 유입 또는 토출되는 입구 및 출구를 구비할 수 있으며, 입구 및 출구에는 제3 온도센서(185)를 설치하여 유입 또는 토출되는 제1 매체의 온도를 측정할 수 있다.

또한, 제3 열교환기(123)의 외측에는 효과적으로 열을 전달하기 위해서 순환팬(123a)을 설치할 수 있으며, 외기의 온도를 측정하기 위해서 순환팬(123a)의 외측에 온도센서(미도시)를 설치할 수 있다. 제3 열교환기(123) 내에는 차압센서(미도시)를 설치하여 제3 열교환기(123)로 유입 및 유출되는 제1 매체의 압력 차이를 체크할 수 있다.

제3 열교환기(123)에서 전환밸브(161)까지 제1 매체가 흐르는 제5 유로(105)가 형성되고, 전환밸브(161)에서 제1 압축기(111)까지 제1 매체가 흐르는 제6 유로(106)가 형성될 수 있다.

제6 유로(106)는 액분리기(154)를 관통하도록 하여 제1 압축기(111)로 유입되는 제1 매체에 액체 성분이 포함되지 않도록 할 수 있다. 또한, 제6 유로(106)에는 액분리기(154)와 제1 압축기(111)와의 사이에 필터드라이어(153)가 설치되어 제1 압축기(111)로 유입되는 제1 매체 중의 불순물 등을 걸러 낼 수 있다.

제4 유로(104)에서 제7 유로(107)가 분기되어 제2 유로(102)에 연결될 수 있다. 즉, 제7 유로(107)의 일단이 제4 유로(104)의 제3 열교환기(123)와 체크밸브(162) 사이에 연결되고, 제7 유로(107)의 타단이 제2 유로(102)의 수액기()와 체크밸브(162) 사이 위치에 연결될 수 있다.

제4 유로(104)에서 제8 유로가 분기되어 제2 유로(102)에 연결될 수 있다. 즉, 제8 유로(108)의 일단이 제4 유로(104)의 체크밸브(162)와 제1 팽창밸브(141) 사이에 연결되고, 제8 유로(108)의 타단이 제2 유로(102)의 제2 열교환기(122)와 체크밸브(162) 사이 위치에 연결 될 수 있다.

제7 유로(107) 중에 체크밸브(162)를 설치하여 제1 매체가 제3 열교환기(123)의 방향으로만 흐르도록 유도한다. 제8 유로(108) 중에 체크밸브(162)를 설치하여 제1 매체가 제1 수액기(151)의 방향으로 흐르도록 유도한다. 제7 유로(107)와 제8 유로(108)는 난방 모드에서는 제1 매체가 흐르지 않고, 냉방 모드에서만 제1 매체가 흐르도록 할 수 있다.

제2 압축기(112)는 제1 압축기(111)와 이격되도록 설치된다. 제1 압축기(112)는 통과하는 제2 매체를 제1 순환유로(201)에 순환시킬 수 있다. 제1 압축기(112)의 개수는 제1 압축기(111)보다 적게 형성될 수 있다.

제1 순환유로(201) 상에는 제2 열교환기(122), 제4 열교환기(124), 제2 팽창밸브(142) 및 제2 수액기(152)가 설치될 수 있다.

제2 압축기(112)는 제4 열교환기(124)와 연결될 수 있다. 제4 열교환기(124)는 제1 순환유로(201)와 제2 순환유로(202)가 각각 관통하여 설치된다. 제4 열교환기(124)를 통과하는 제1 매체는 제1 저장조(131)에 저장된 제1 저장 매체와 열교환 할 수 있다.

제4 열교환기(124)는 제2 수액기(152)와 연결되고, 제2 수액기(152)는 제2 팽창밸브(142)와 연결된다. 제2 수액기(152)와 제2 팽창밸브(142) 사이에는 필터드라이어(153)와 액면계(156)가 설치될 수 있다.

제2 열교환기(122)를 통과한 제1 순환유로(201)는 제1 압축기(112)와 연결되는데, 제2 압축기(112)의 입구단에는 필터드라이어(153)가 설치되어 제2 압축기(112)로 유입되는 제1 매체 중의 불순물 등을 걸러 낼 수 있다.

제3 분지유로(173)는 제2 압축기(112)의 입구단에서 분지되어 필터드라이어(153)와 액면계(156) 사이의 제1 순환유로(201)와 연결될 수 있다. 제3 분지유로(173)에는 제4 팽창밸브(144)와, 제2 전자밸브(146)가 설치될 수 있다.

제3 분지유로(173)는 제2 수액기(152)를 통과한 제2 매체의 일부를 분지하여, 제1 압축기(112)로 유입시킬 수 있다. 제2 전자밸브(146)는 제3 분지유로(173)의 개폐를 조절하고, 제4 팽창밸브(144)는 통과하는 제2 매체의 압력을 강하할 수 있다.

제3 분지유로(173)는 제1 순환유로(201)를 순환하는 제2 매체의 유량을 조절할 수 있다. 또한, 제2 압축기(112)로 유입되는 제2 매체의 온도를 조절할 수 있다.

한편, 제1 열교환기(121)와 이격되어 제1 저장 매체가 저장되는 제1 저장조(131)가 위치할 수 있다. 제1 저장 매체는 제2 순환유로(202)를 따라 흐르면서 열교환 할 수 있다. 제1 순환유로(301)에는 순환펌프(미도시)가 배치되어 제1 저장 매체의 제2 순환유로(202) 내에서의 순환을 원활하게 하거나, 제1 저장 매체의 순환 방향을 변경할 수 있다.

제1 저장조(131)는 제1 저장 매체를 저장하고, 외부로 토출되도록 구비될 수 있다. 제1 저장 매체는 물이 될 수 있다.

제1 저장 매체는 제1 열교환기(121)에서 제1 매체와 열교환 할 수 있고, 제4 열교환기(124)에서 제2 매체와 열교환 할 수 있다.

다음으로는 상기 실시예에 따른 히트펌프(11)의 동작을 설명한다.

난방 모드에 대해서 설명한다.

제1 압축기(111)로부터 토출된 고온 고압의 기체인 제1 매체는 제1 유로(101)를 통해 제1 열교환기(121)로 흐르며, 제1 열교환기(121)에서 제1 저장 매체와 열교환하여 제1 저장 매체의 온도를 상승 시킨다. 제1 저장 매체는 제1 저장조(131)에 저장된 후, 사용자에 의해 사용된다.

제1 열교환기(121)에서 토출된 제1 매체는 제2 열교환기(122)로 유입된다. 제2 열교환기(122)를 통과하면서, 제1 매체는 제2 매체와 열교환 한다. 제2 매체는 제1 매체로부터 열을 받아 온도가 상승되고, 제1 매체의 온도는 하강한다. 이는, 제1 매체가 제3 열교환기(123)를 통해 외부로부터 전달받는 열량을 향상시켜 냉난방 시스템의 효율를 향상시킬 수 있다.

제2 열교환기(122)를 통과한 제1 매체는 제2 유로(102)의 체크밸브(162)를 통과하여 제1 수액기(151)로 유입되고, 이후 제3 유로(103)의 필터드라이어(153)와 액면계(156)를 통과하여 제1 팽창밸브(141)로 유입된다. 제1 팽창밸브(141)는 제1 매체의 압력을 하강시키고, 제1 매체는 제4 유로(104)의 체크밸브(162)를 따라 제3 열교환기(123)로 이동한다.

제3 열교환기(123)에서 제1 매체는 외부와 열교환을 한 후 제5 유로(105)를 통해 전환밸브(161)로 유입된다. 제1 매체는 전환밸브(161)로부터 제6 유로(106)의 액분리기(154) 필터드라이어(153)를 지나 다시 제1 압축기(111)로 유입된다.

제2 매체는 제2 압축기(112)에서 토출되어 제1 순환유로(201)를 이동한후 다시 제2 압축기(112)로 유입된다. 상세히, 제2 매체는 제2 압축기(112)에서 토출되어 제2 수액기(152), 필터드라이어(153), 액면계(156) 및 제2 팽창밸브(142)로 유입될 수 있다. 제2 팽창밸브(142)를 통과하면, 제2 매체의 압력은 강하될 수 있다.

이후, 제2 매체는 제2 열교환기(122)로 유입되어 제1 매체로부터 열을 전달받을 수 있다. 제2 매체는 제2 열교환기(122)에서 토출된 후에 필터드라이어(153)를 거쳐, 다시 제2 압축기(112)로 유입된다.

제1 저장 매체는 제1 저장조(131)에서 토출되어 제1 열교환기(121)로 유입된다. 제1 열교환기(121)에서 제1 매체에서 열을 전달 받아 제1 저장 매체의 온도가 상승할 수 있다.

제1 열교환기(121)를 통과한 제1 저장 매체는 제4 열교환기(124)로 유입된다. 제4 열교환기(124)에서 제1 저장 매체는 제2 매체로부터 열을 전달받는다. 이후, 제1 저장 매체는 다시 제1 저장조(131)로 유입된다.

제1 압축기(112)는 사용자의 필요에 따라 선택적으로 가동될 수 있다. 예컨데, 난방량이 증가하면 제1 압축기(112)를 가동하여 제1 저장 매체를 고온으로 저장할 수 있다. 이러한, 제1 압축기(112)의 설정 및 관리는 제1 제어부(12)에서 자동으로 관리할 수 있다.

다음은 냉방 모드를 설명한다.

제1 압축기(111)에서 토출된 고온고압의 기체인 제1 매체는 제1 유로(101)를 통해 제3 열교환기(123)로 유입된다. 제3 열교환기(123)에서 외기와 열교환한 후, 제4 유로(104)를 거쳐 제7 유로(107)를 통과한다.

이후, 제1 매체는 제3 유로(103)의 제1 수액기(151)와 필터드라이어(153) 및 액면계(156)를 거쳐 제1 팽창밸브(141)에서 감압된다. 제1 팽창밸브(141)를 통과한 후, 제1 매체는 제8 유로(108)로 유입되어 체크밸브(162)에 의해 제2 열교환기(122)를 향해 이동한다.

이후, 제1 매체는 제2 유로(102)의 제2 열교환기(122) 및 제1 열교환기(121)를 통과한다. 이때, 제1 매체는 제1 열교환기(121)에서 제1 저장 매체와 열교환한다. 제1 매체는 제1 저장 매체에서 열을 전달받아 온도가 상승하고, 제1 저장 매체는 온도가 하강한다.

제1 열교환기(121)를 통과한 제1 매체는 전환밸브(161)를 거쳐 제6 유로(106) 상의 액분리기(154)와 필터드라이어(153)를 거쳐 다시 제1 압축기(111)로 유입된다.

제1 저장매체는 제1 저장조(131)에서 토출된 후, 제1 열교환기(121)에서 제1 매체와 열교환 할 수 있다. 제1 저장매체에서 제1 매체로 열이 전달되는바, 제1 저장조(131)로 다시 유입되는 제1 저장 매체는 온도가 낮아 질 수 있다. 즉, 냉방모드시에 제1 열교환기(121)를 통과한 제1 저장매체는 온도가 하강하여 사용자는 제1 저장조(131)를 통해 냉방을 할 수 있다.

제1 저장조(131)가 냉기 또는 열기를 저장하도록 구비됨으로, 전력수요가 낮은 시간대에 히트펌프를 가동하여 제1 저장조(131)에 차가운 또는 뜨거운 제1 저장 매체를 저장하고, 전력수요가 높은 시간대에 제1 저장조(131)에 저장된 제1 저장 매체를 이용할 수 있어 에너지를 효율적 관리 및 에너지를 절감할 수 있다.

히트펌프(11)는 복수개의 제1 압축기(111)를 사용하여 제1 매체의 유량을 증가하여 열전달량을 향상시킬 수 있다.

히트펌프(11)는 난방모드시 2단에 걸쳐 제1 저장매체가 다량의 열을 전달 받을 수 있다. 즉, 제1 저장매체는 제1 매체와 제2 매체로 각각 열을 전달 받아 냉난방 시스템()의 효율을 향상시킬 수 있다.

히트펌프(11)는 난방모드시 제1 매체가 복수개의 열교환기를 통과하여 열을 방출하는바 효율을 향상시킬 수 있다. 제1 매체는 제1 열교환기(121)와 제2 열교환기(122)에서 열을 배출하여, 제3 열교환기(123)에서 전달 받는 열량을 증대할 수 있다. 외부로부터 전달 받는 열량을 증대하여 냉난방 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.

히트펌프(11)는 냉방모드시 제1 열교환기(121)를 통해 제1 매체로 열을 방출하여 냉방효과를 향상시킬 수 있다. 냉방모드시 제1 매체는 제2 열교환기(122)를 통해 열을 전달 받지 않으므로, 제1 열교환기(121)를 통해 제1 저장 매체로부터 전달 받는 열량의 크기를 향상시킬 수 있다. 즉, 제1 저장매체가 방출하는 열량을 증가하여 냉난방 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 5 내지 도 7는 히트펌프(11)의 다른 일 실시예의 일부를 도시한 구성도이다.

도5를 참조하면, 히트펌프(11)는 가스 인젝션 기능을 구비하여 압축기의 과열을 방지할 수 있다.

제1 분지유로(171)는 제1 압축기(111)의 입구단에서 분지되어 제3 유로(103)와 연결된다. 제1 분지유로(171)는 제1 압축기(111)로 유입되는 제1 매체의 일부를 제1 팽창밸브(141)로 분사할 수 있다.

제1 분지유로(171)는 복수개의 제1 압축기(111) 각각에서 분지될 수 있으며, 복수개의 제1 압축기(111) 중 어느 하나의 압축기에서 분지 될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 복수개의 제1 압축기(111) 각 입구단에서 분지된 경우를 중심으로 설명하기로 한다.

제1 분지유로(171)에는 제3 팽창밸브(143)와 제1 전자밸브(145)가 설치될 수 있다. 제3 팽창밸브(143)는 제1 분지유로(171)로 유입되는 제1 매체의 압력을 강하할 수 있으며, 제1 전자밸브(145)는 제1 분지유로(171)의 개폐를 조절할 수 있다.

제1 압축기(111)의 입구단에 설치된 제2 온도센서(183)와 제2 압력센서(184)는 제1 압축기(111)로 유입되는 제1 매체의 온도와 압력을 측정할 수 있다. 난방량이 증가하는 혹한기에는 장시간 가동으로 인해 제1 매체가 과열 또는 과압될 수 있다. 제2 온도센서(183)와 제2 압력센서(184)에서 측정된 제1 매체의 온도와 압력을 토대로, 제1 전자밸브(145)의 개폐과 조절될 수 있다. 이로인해, 제1 압축기의 과열 또는 과압을 방지하여 냉난방 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다. 온도 및 압력 설정 및 제1 전자밸브(145) 조절은 제1 제어부(12)에서 자동으로 관리할 수 있다.

도 6을 참조하면, 히트펌프(11)는 제1 유로(101)상에 제5 열교환기(125)를 설치하여 제2 저장조(132)를 통해 급탕기능을 수행할 수 있다.

제5 열교환기(125)는 제1 압축기(111)와 전환밸브(161) 사이에 설치될 수 있다. 제5 열교환기(125)는 제1 유로(101)와 제3 순환유로(203)가 각각 관통하도록 형성될 수 있다. 제5 열교환기(125)에서 제1 매체는 제2 저장 매체로 열을 전달할 수 있다.

제3 순환유로(203)에는 순환펌프(미도시)가 배치되어 제2 저장 매체의 제3 순환유로(203) 내에서의 순환을 원활하게 하거나, 제2 저장 매체의 순환 방향을 변경할 수 있다.

제2 저장조(132)는 제1 압축기(111)와 이격되도록 설치되고, 입구단 및 출구단에 제3 순환유로(203)가 설치된다. 제2 저장조(132)는 제2 저장 매체가 저장될 수 있으며, 제2 저장 매체는 물이 될 수 있다.

제1 압축기(111)에서 토출된 제1 매체는 고온 및 고압의 기체이다. 따라서, 제5 열교환기(125)에서 제1 매체는 제2 저장 매체와 급속히 열교환을 하게 되고, 제2 저장조(132)에 저장된다. 사용자는 급탕된 제2 저장매체를 제2 저장조(132)로부터 이용할 수 있다.

도7을 참조하면, 히트펌프(11)의 제상기능을 설명할 수 있다.

제1 유로(101) 분지된 제2 분지유로(172)는 제4 유로(104)와 연결된다. 제1 유로(101) 중 제1 압축기(111)와 전환밸브(161) 사이에서 분지된 제2 분지유로(172)는 제1 팽창밸브(141)와 제4 유로(104)의 체크밸브(162) 사이로 연결된다. 제2 분지유로(172) 상에는 제3 전자밸브(147)가 설치되어, 제2 분지유로(172)의 개폐를 조절할 수 있다.

외기 온도가 이슬점 온도 이하로 낮아지면 제3 열교환기(123)는 대기 중의 수증기가 서리로 동결된다. 이러한, 석상은 제3 열교환기(123)의 열교환 효율을 하락시킨다.

제2 분지유로(172)는 제1 압축기(111)에서 토출된 고온의 제1 매체를 제3 열교환기(123)로 이동시켜서, 제상 할 수 있다. 상세히, 제3 열교환기(123)의 입구단, 출구단에 설치된 제3 온도센서(185)를 통해서 석상여부를 판단하고, 제3 열교환기(123)에 서리가 생성되면, 제3 전자밸브(147)가 개방되어 제1 압축기(111) 토출된 제1 매체 중 일부는 제3 열교환기(123)로 이동한다.

또한, 히트펌프(11)는 외기의 온도 상태에 따라 사이클의 일부를 역순환 시켜서 제상기능을 수행할 수 있다. 상세히, 제3 온도센서(185)를 통해서 석상이 확인되면, 전환밸브(161)는 제1 매체의 순환방향을 변경할 수 있다.

난방모드시에 전환밸브(161)는 제1 압축기(111)서 토출된 제1 매체가 제1 열교환기(121)로 이동하도록 방향을 설정하지만, 제상이 필요하면, 전환밸브(161)는 제1 매체가 제3 열교환기(123)로 이동하도록 방향을 변경할 수 있다.

히트펌프(11)는 제상이 필요하면 제1 매체가 정방향 또는 역방향으로 순환하여 제3 열교환기(123)을 제상할 수 있다. 제3 열교환기(123)의 온도 설정이나 석상여부 확인, 제3 전자밸브(147) 조절, 전환밸브(161) 조절은 제1 제어부()에서 자동으로 관리할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

101~108: 제1 유로~제8 유로 111: 제1 압축기
112: 제2 압축기 121~125: 제1 내지 제5 열교환기
131: 제1 저장조 132: 제2 저장조
141: 제1 팽창밸브 142: 제2 팽창밸브
151: 제1 수액기 152: 제2 수액기
153: 필터드라이어 154: 액분리기
156: 액면계 161: 전환밸브
162: 체크밸브 171: 제1 분지유로
172: 제2 분지유로 173: 제3 분지유로
201: 제1 순환유로 202: 제2 순환유로
203: 제3 순환유로

Claims

복수개로 구비되고, 제1 매체를 압축하는 제1 압축기;
상기 제1 압축기에 연결되고 상기 제1 압축기에서 토출된 상기 제1 매체가 제1 저장조에 저장된 제1 저장 매체와 열교환하는 제1 열교환기;
상기 제1 열교환기에 연결되고 상기 제1 열교환기를 통과한 상기 제1 매체가 상기 제1 매체와 다른 제2 매체와 열교환 하는 제2 열교환기;
상기 제2 열교환기에 연결되고 상기 제2 열교환기를 통과한 상기 제1 매체가 순환하여 외부와 열교환하는 제3 열교환기;
상기 제2 열교환기와 상기 제3 열교환기 사이에 개재되는 제1 팽창 밸브;
상기 제1 압축기와 분리되어 설치되고, 상기 제2 매체를 압축하는 제2 압축기;
상기 제2 압축기와 연결되고 상기 제2 압축기에서 토출된 상기 제2 매체가 상기 제1 열교환기를 통과한 상기 제1 저장 매체와 열교환하는 제4 열교환기;
상기 제1 압축기의 입구단에 설치되어 상기 제1 압축기로 유입되는 상기 제1 매체의 일부를 상기 제1 팽창 밸브로 분사시키는 제1 분지유로; 및
일단이 상기 제2 압축기의 입구단과 연결되고, 타단이 상기 제2 열교환기와 상기 제4 열교환기 사이로 연결되는 제3 분지유로;를 포함하고,
난방 모드시 상기 제1 매체는 상기 제1 열교환기에 상기 제1 저장 매체에 열을 방출한 후에, 상기 제2 열교환기에서 상기 제2 매체에 열을 방출하도록 순환하고,
상기 제2 매체는 상기 제4 열교환기에서 상기 제1 저장 매체에 열을 방출한 후에, 상기 제2 열교환기에서 상기 제1 매체로부터 열을 전달받도록 순환하고,
상기 제1 저장 매체는 상기 제1 열교환기에서 상기 제1 매체로부터 열을 전달받은 후에, 상기 제4 열교환기에서 상기 제2 매체로부터 열을 전달 받는, 냉난방 시스템.
삭제
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제1 항에 있어서,
상기 제1 압축기의 출구단에 설치되어 제2 저장조에 저장된 제2 저장 매체와 열교환 하는 제5 열교환기;를 더 포함하는, 냉난방 시스템.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1 압축기의 출구단에서 분지되어 상기 제1 팽창밸브와 상기 제3 열교환기 사이의 유로로 연결되는 제2 분지유로;를 더 포함하는, 냉난방 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제1 압축기의 출구단과 연결되며 상기 제1 압축기에서 토출된 제1 매체의 순환방향을 조절하는 전환밸브;를 더 포함하는, 냉난방 시스템.
제7 항에 있어서,
상기 전환밸브는 상기 제1 압축기에서 토출된 상기 제1 매체의 일부를 상기 제3 열교환기로 보내는, 냉난방 시스템.