KR101617394B1 - 다중 열교환 냉동 사이클 시스템 - Google Patents

다중 열교환 냉동 사이클 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101617394B1
KR101617394B1 KR1020140186379A KR20140186379A KR101617394B1 KR 101617394 B1 KR101617394 B1 KR 101617394B1 KR 1020140186379 A KR1020140186379 A KR 1020140186379A KR 20140186379 A KR20140186379 A KR 20140186379A KR 101617394 B1 KR101617394 B1 KR 101617394B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
heat
flow path
heat exchange
Prior art date
Application number
KR1020140186379A
Other languages
English (en)
Inventor
이해열
이재국
Original Assignee
주식회사 대성마리프
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 대성마리프 filed Critical 주식회사 대성마리프
Priority to KR1020140186379A priority Critical patent/KR101617394B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101617394B1 publication Critical patent/KR101617394B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템은, 기체 상태의 냉매를 고온 고압으로 압축하여 토출하는 압축기; 상기 압축기와 냉매 유로로 연결된 사방밸브; 상기 사방밸브와 냉매 유로로 연결되며 외부의 열원과 냉매 간 열교환이 이루어지는 제1열교환기; 상기 제1열교환기 및 상기 사방밸브와 냉매 유로로 연결되며 외부의 열원과 냉매 간 열교환이 이루어지는 제2열교환기; 및 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기를 연결하는 냉매 유로 상에 배치되며 냉매 간 열교환이 복수 회 일어나는 다중 열교환 유닛;을 포함하며, 상기 다중 열교환 유닛은, 상기 제1열교환기로부터 상기 제2열교환기를 연결하는 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 제2열교환기로부터 토출된 냉매 간 열교환을 하며, 상기 제1열교환기로부터 상기 제2열교환기를 연결하는 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 제1열교환기와 상기 다중 열교환 유닛을 연결하는 냉매 유로가 분기 되어 형성된 에코 유로를 흐르는 냉매 간 열교환을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 열교환 냉동 사이클 시스템{Refrigeration cycle system with multi heat exchanger}
본 발명은 냉동 사이클 시스템에 관한 것으로서, 안정성과 효율이 혁신적으로 향상된 냉동 사이클 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프는 열을 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미하는데, 사이클의 구성과 작동방법은 냉동기와 같으며 단지 저온열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 냉동기가 되고, 고온열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 히트펌프가 되는 것이다.
히트펌프 사이클의 기본적인 구성요소는 압축기, 고온부 열 교환기인 제1열교환기, 팽창밸브, 저온부 열 교환기인 제2열교환기의 4개 요소로 구분되며 냉매는 압축, 응축, 팽창, 증발의 변화를 계속하면서 순환한다.
상기의 히트펌프의 원리를 이용하여 목욕탕이나 공장 등에서 사용하는 온수를 생성할 수 있는 히트펌프식 가열장치는 상기 고온부 열교환기에 외부로부터 유입된 물과 냉매를 열 교환시켜 온수를 얻을 수 있고 이를 이용하여 난방기능도 수행할 수 있다.
이와 같은 히트펌프 시스템의 일 예가 대한민국 등록특허 제0913575호에 개시되어 있다.
이와 같은 히트펌프를 운전하는 과정에서, 부하의 변동, 계절의 변동, 냉각관의 스케일(scale) 부착 등 여러 가지 요인에 의해, 냉매의 응축온도나 증발온도의 변화가 발생하고, 이로 인하여 압축기에서 냉매의 압축비가 증가하여 토출가스의 온도가 상승하고 냉동 효과가 감소하며 성능계수(COP) 값이 감소하거나, 냉매의 비체적 증대로 인한 냉매 순환량이 감소하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이와 같은 문제점은 전체적으로 히트펌프 시스템의 성능을 떨어뜨린다. 또한, 외기 온도의 저하로 인하여 제상 운전시간이 증가하면 히트펌프 시스템의 효율이 떨어지므로 제상 운전시간을 감소시킬 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 히트펌프 시스템의 냉매가 최적의 효율을 구현할 수 있도록 냉매 사이클을 개선함으로써 냉동 사이클 시스템을 구성하는 압축기, 증발기에 유입되는 냉매의 상태를 최적으로 유지하고 제상시간을 현저하게 감소할 수 있도록 구성된 다중 열교환 냉동 사이클 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템은, 기체 상태의 냉매를 고온 고압으로 압축하여 토출하는 압축기;
상기 압축기와 냉매 유로로 연결된 사방밸브;
상기 사방밸브와 냉매 유로로 연결되며 외부의 열원과 냉매 간 열교환이 이루어지는 제1열교환기;
상기 제1열교환기 및 상기 사방밸브와 냉매 유로로 연결되며 외부의 열원과 냉매 간 열교환이 이루어지는 제2열교환기; 및
상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기를 연결하는 냉매 유로 상에 배치되며 냉매 간 열교환이 복수 회 일어나는 다중 열교환 유닛;을 포함하며,
상기 다중 열교환 유닛은, 상기 제1열교환기로부터 상기 제2열교환기를 연결하는 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 제2열교환기로부터 토출된 냉매 간 열교환을 하며, 상기 제1열교환기로부터 상기 제2열교환기를 연결하는 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 제1열교환기와 상기 다중 열교환 유닛을 연결하는 냉매 유로가 분기 되어 형성된 에코 유로를 흐르는 냉매 간 열교환을 수행하는 점에 특징이 있다.
상기 제1열교환기 및 상기 제2열교환기는 공기와 냉매 간 열교환이 이루어지는 공랭식 열교환기일 수 있다.
상기 제1열교환기는 물과 냉매 간 열교환이 이루어지는 온수 열교환기이며,
상기 제2열교환기는 공기와 냉매 간 열교환이 이루어지는 공랭식 열교환기일 수 있다.
상기 압축기와 상기 사방밸브를 연결하는 냉매 유로 상에 설치된 온수 생성용 전자밸브; 및
상기 압축기로부터 상기 온수 생성용 전자밸브로 흐르는 냉매 유로에서 분기 되어 상기 온수 생성용 전자 밸브와 상기 사방밸브를 연결하는 유로로 합쳐지는 온수 생성 유로 상에 배치되며, 물과 냉매 간 열교환이 이루어지는 온수 생성 열교환기;를 포함할 수 있다.
상기 압축기로부터 상기 사방밸브로 흐르는 냉매 유로에서 분기 되어 상기 다중 열교환 유닛과 상기 제2열교환기를 연결하는 유로에 연결되는 핫 가스 바이패스 유로를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템은, 제1열교환기와 제2열교환기를 연결하는 유로 상에 배치된 다중 열교환 유닛에서 냉매 간 열교환이 최소 2회 이상 일어나도록 함으로써 제2열교환기로 유입되는 냉매의 과냉각도 또는 과열도를 최적으로 유지하며, 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 최적으로 유지함으로써 동력비를 절감하고, 안정된 사이클을 유지하며, 시스템의 수명을 현저하게 연장할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템은 상기 다중 열교환 유닛이 증발기 또는 재증발기로 사용될 경우 외기의 온도와 무관하게 안정적인 냉동 사이클을 구성할 수 있으므로 제상이 필요하지 않아 시스템의 효율이 현저하게 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예를 설명하기 위한 다중 열교환 냉동 사이클 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템에서 냉동 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 시스템에서 제상 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시 예를 설명하기 위한 다중 열교환 냉동 사이클 시스템의 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 시스템에서 난방 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 시스템에서 냉방 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3실시 예를 설명하기 위한 다중 열교환 냉동 사이클 시스템의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시 예를 설명하기 위한 다중 열교환 냉동 사이클 시스템의 구성도이다.
도 9는 도 8에 도시된 시스템에서 난방 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 시스템에서 냉방 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예를 설명하기 위한 다중 열교환 냉동 사이클 시스템의 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 시스템에서 냉동 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 시스템에서 제상 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명의 제2실시 예를 설명하기 위한 다중 열교환 냉동 사이클 시스템의 구성도이다. 도 5는 도 4에 도시된 시스템에서 난방 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다. 도 6은 도 4에 도시된 시스템에서 냉방 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다. 도 7은 본 발명의 제3실시 예를 설명하기 위한 다중 열교환 냉동 사이클 시스템의 구성도이다. 도 8은 본 발명의 제4실시 예를 설명하기 위한 다중 열교환 냉동 사이클 시스템의 구성도이다. 도 9는 도 8에 도시된 시스템에서 난방 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다. 도 10은 도 8에 도시된 시스템에서 냉방 사이클을 작동하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템(10)은 압축기(20)와, 오일 분리기(22)와, 사방밸브(30)와, 제1열교환기(40)와, 수액기(50)와, 다중 열교환 유닛(60)과, 제2열교환기(80)를 포함한다.
상기 압축기(20)는 기체 상태의 냉매를 고온 고압의 상태로 압축하는 장치이다. 상기 압축기(20)에는 기체 상태의 냉매만 유입되어야 하며, 액체 상태의 냉매가 유입되는 경우 압축기(20)의 구성요소가 손상될 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 상기 압축기(20)에서 토출되는 냉매 유로에는 오일 분리기(22)가 설치된다. 상기 오일 분리기(22)는 냉매 가스와 분리된 오일을 상기 압축기(20)로 회수한다. 상기 압축기(20)로는 에머슨 코플랜드(emerson-copeland)사의 ZF 또는 ZFI 압축기가 채용될 수 있다.
상기 사방밸브(30)는 상기 압축기(20)에서 토출된 냉매가 통과하는 유로 상에 배치된다. 즉, 상기 사방밸브(30)는 상기 압축기와 냉매 유로로 연결된다. 상기 사방밸브(30)는 냉매의 흐름을 3가지 방향으로 분기하는 밸브 장치이다. 상기 사방밸브(30)는 공지된 구조를 채용할 수 있으므로 사방밸브(30) 자체의 구체에 대한 상세한 서술은 생략하기로 한다.
상기 제1열교환기(40)는 상기 사방밸브(30)와 냉매 유로로 연결된다. 상기 제1열교환기(40)는 외부의 열원과 냉매 간 열교환이 이루어지는 구성요소이다. 상기 제1열교환기(40)로 제1실시 예에서는 공기와 냉매 간 열교환이 이루어지는 공랭식 열교환기를 채용한다.
상기 수액기(50)는 상기 제1열교환기(40)와 냉매 유로로 연결된다. 상기 수액기(50)는 상기 제1열교환기(40)에서 열교환 된 후 액체 상태로 변환된 냉매와 기체 상태의 냉매를 분리하여 액체 상태를 냉매를 후술하는 다중 열교환 유닛(60) 쪽으로 토출하는 기능을 수행한다.
상기 제1열교환기(40)와 상기 수액기(50)를 연결하는 유로 상에는 제1전자밸브(42)가 설치된다.
상기 제2열교환기(80)는 상기 제1열교환기(40) 및 상기 사방밸브(30)와 냉매 유로로 연결된다. 더 구체적으로 상기 제2열교환기(80)는 수액기(50)와 후술하는 다중 열교환 유닛(60)을 통과하는 냉매 유로에 의해 상기 제1열교환기(40)와 연결된다. 상기 제2열교환기(80)는 외부 열원과 냉매 간 열교환이 이루어지는 구성요소이다. 상기 제2열교환기(80)는 외부의 공기 열원과 냉매 간 열교환이 일어난다.
상기 다중 열교환 유닛(60)은 상기 제1열교환기(40)와 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 냉매 유로 상에 배치된다. 더 구체적으로 상기 다중 열교환 유닛(60)은 상기 수액기(50)와 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 냉매 유로 상에 배치된다. 상기 다중 열교환 유닛(60)에서는 냉매 간 열교환이 복수 회 일어난다. 상기 다중 열교환 유닛(60)은 본 발명에서 핵심적인 작용효과를 구현하는 구성요소이다. 상기 다중 열교환 유닛(60)은 냉매 간에 열교환이 일어나도록 함으로써 상기 제2열교환기(80)로 유입되는 냉매의 과열도 또는 과냉각도를 최적으로 유지하며, 상기 압축기(20)로 유입되는 냉매의 압력이 지나치게 높아지지 않도록 조절하는 역할을 수행한다.
상기 수액기(50)와 상기 다중 열교환 유닛(60)을 연결하는 냉매 유로 상에는 드라이어(51)와 사이트 글라스(52)가 설치될 있다. 상기 드라이어(51)는 냉매에 포함된 이물질을 걸러 주는 일종의 필터이다. 상기 사이트 글라스(52)는 냉매 유로에 흐르는 유체의 흐름을 관찰할 수 있도록 설치하는 구성요소이다.
상기 다중 열교환 유닛(60)과 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 냉매 유로 상에는 제1체크밸브(61)가 설치된다. 상기 제1체크밸브(61)는 냉매가 상기 다중 열교환 유닛(60)으로부터 상기 제2열교환기(80) 쪽으로만 흐르도록 허용한다. 또한, 상기 제1체크밸브(61)를 통과한 냉매는 제2전자밸브(62)와 제1팽창 밸브(63)를 거쳐 상기 제2열교환기(80)로 유입될 수 있다. 상기 제1팽창 밸브(63)는 액상의 냉매를 단열팽창시켜 기체 상태의 냉매로 변환하는 역할을 수행한다. 상기 제2열교환기(80)와 상기 제1체크밸브(61)를 연결하는 유로는 중간에서 분기 되어 상기 제2전자밸브(62)와 상기 제1팽창 밸브(63)를 우회하는 우회 유로를 구성하며, 그 우회 유로 상에는 제2체크밸브(64)가 설치된다. 상기 제2체크밸브(64)는 냉매가 상기 제2열교환기(80)에서 상기 제1체크밸브(61) 쪽으로만 흐르도록 허용한다.
상기 다중 열교환 유닛(60)과 상기 제1체크밸브(61)를 연결하는 냉매 유로는 분기하여 상기 제1열교환기(40)와 직접 연결되는 유로를 형성하며, 그 유로 상에는 제3전자밸브(65)와 제2팽창 밸브(66)가 설치된다.
또한, 상기 제1체크밸브(61)와 상기 제2체크밸브(64)를 연결하는 유로는 분기 되어 상기 제2전자밸브(62)와 상기 수액기(50)를 연결하는 냉매 유로에 연결되며 그 냉매 유로 상에 제5체크밸브(67)가 설치된다. 상기 제5체크밸브(67)는 상기 제2체크밸브(64)로부터 상기 제1열교환기(40) 쪽으로만 냉매가 흐르도록 허용한다. 상기 제5체크밸브(67)는 제상 사이클 작동시 열리며, 그 외의 사이클에서는 닫힌 상태로 유지된다.
상기 제2열교환기(80)로부터 토출된 냉매는 상기 다중 열교환 유닛(60)에서 냉매 간 열교환이 이루어진 후에 상기 사방밸브(30)를 통해 상기 압축기(20)로 유입된다. 상기 제2열교환기(80)로부터 토출되어 상기 다중 열교환 유닛(60)에서 열교환된 후 상기 사방밸브(30)로 유입되는 냉매 유로 상에는 제3체크밸브(82)가 설치된다. 상기 제3체크밸브(82)는 상기 다중 열교환 유닛(60)으로부터 상기 사방밸브(30) 쪽으로만 냉매가 흐르도록 허용한다. 상기 제3체크밸브(82)와 상기 사방밸브(30)를 연결하는 냉매 유로는 분기하여 상기 다중 열교환 유닛(60)을 우회하여 상기 제2열교환기(80)와 연결하는 유로를 형성하며, 그 유로 상에는 제4체크밸브(83)가 설치된다. 상기 제4체크밸브(83)는 상기 사방밸브(30)로부터 상기 제2열교환기(80) 쪽으로만 냉매가 흐르도록 허용한다.
상기 사이트 글라스(52)와 상기 다중 열교환 유닛(60)을 연결하는 유로에서 분기 된 냉매는 에코 유로(E1)를 형성한다. 상기 에코 유로(E1)를 흐르는 냉매는 제4전자밸브(106)를 통과한 후 제3팽창 밸브(105)에서 기화된 후, 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입되어 냉매 간 열교환에 의해 온도 및 압력이 낮아진 상태로 상기 압축기(20)의 중간압력으로 흡입된다. 상기 에코 유로(E1)를 흐르는 냉매는 상기 압축기(20)로 유입된 냉매의 압력이 지나치게 높아지는 것을 방지함으로써 최적의 압축기 성능을 유지하도록 하는 작용을 한다.
상기 오일 분리기(22)로부터 상기 사방밸브(30)로 유입되는 고온 고압의 냉매 가스는 상기 사방밸브(30) 전에 분기 되어 일부가 상기 제2팽창 밸브(66)와 상기 제3전자밸브(65)를 연결하는 유로에 공급되도록 핫 가스 바이패스 유로(B1)를 구성한다. 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1) 상에는 제5전자밸브(108)가 설치된다. 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1)는 상기 제2팽창 밸브(66)로 유입되는 냉매의 과열도를 조절함으로써 상기 제2팽창 밸브(66)에서 최적의 단열팽창이 일어나도록 하는 작용을 한다.
즉, 상기 다중 열교환 유닛(60)은, 상기 제1열교환기(40)로부터 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 제2열교환기(80)로부터 토출된 냉매 간 열교환을 하며, 상기 제1열교환기(40)로부터 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 제1열교환기(40)와 상기 다중 열교환 유닛(60)을 연결하는 냉매 유로가 분기 되어 형성된 에코 유로(E1)를 흐르는 냉매 간 열교환을 수행한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제1실시 예에 따른 시스템에서 냉동 사이클과 제상 사이클을 작동하는 경우를 예로 들어 냉매의 흐름을 살펴보기로 한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 시스템이 냉동 사이클로 작동되는 경우를 상세하게 설명한다.
상기 압축기(20)에서 고온 고압으로 압축된 냉매는 상기 오일 분리기(22)를 통과하여 상기 사방밸브(30)를 통과한 후 제1열교환기(40)로 유입된다. 상기 제1열교환기(40)에서 냉매는 외부의 공기 열원에 열교환을 함으로써 온도가 낮아지며 일부가 액체 상태로 변환된다. 이 경우 상기 제1열교환기(40)는 공랭식 응축기 역할을 수행한다. 상기 제1열교환기(40)를 통과한 냉매는 상기 제1전자밸브(42)를 통과한 후 상기 수액기(50)에 유입된다. 상기 수액기(50)에서는 사이클 내 순환량의 액 냉매만 상기 드라이어(51)와 상기 사이트 글라스(52)를 통해 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 보낸다. 상기 다중 열교환 유닛(60)을 통과(D2 --> H2)한 냉매는 상기 제1체크밸브(61)와, 상기 제2전자밸브(62)를 통과하여 상기 제1팽창 밸브(63)로 유입된다. 상기 제1팽창 밸브(63)에서 냉매는 단열팽창하여 기체 상태로 변환된다. 상기 제1팽창 밸브(63)에서 토출된 냉매는 상기 제2열교환기(80)로 유입된다. 상기 제2열교환기(80)에서 냉매는 외부의 공기 열원으로부터 열을 전달받아 온도와 압력이 상승한다. 이 과정에서 외부의 공기 열원은 냉매에 열을 빼앗기므로 온도가 낮아져서 특정한 공간의 냉각 효과가 구현된다. 상기 제2열교환기(80)는 실내 공간의 냉방이나 보관 공간의 냉장 작용을 하게 된다. 이 경우 상기 제2열교환기(80)는 유니트 쿨러(unit cooler)로 작용한다.
상기 제2열교환기(80)에서 토출된 냉매는 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입되어 냉매 간 열교환 된다. 이 과정에서 상기 수액기(50)로부터 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입된 액체 상태의 냉매는 온도가 낮아지며, 상기 제2열교환기(80)로부터 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입된(H4 --> H3) 기체 상태의 냉매는 온도가 높아진다. 이에 따라 상기 다중 열교환 유닛(60)으로부터 상기 제1팽창 밸브(63)로 유입되는 냉매의 과냉각도가 증가하여 효율이 향상된다. 또한, 상기 다중 열교환 유닛(60)으로부터 상기 사방밸브(30)를 거쳐 상기 압축기(20)로 회수되는 냉매는 과열도가 증가함으로써 압축기(20)의 성능이 향상될 수 있다. 이 과정에서 상기 수액기(50)로부터 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입되는 냉매의 일부가 분기 되어 상기 에코 유로(E1)를 통해 상기 다중 열교환 유닛(60)에서 냉매 간 열교환(D4 --> D3)을 한 후 상기 압축기(20)의 중간압력으로 흡입된다. 상기 에코 유로(E1)를 통과한 냉매는 상기 제3팽창 밸브(105)에서 기체 상태로 변환된 후 상기 다중 열교환 유닛(60)에서 액체-기체 간 냉매 열교환에 의해 과열도가 증가된 후 상기 압축기(20)로 직접 흡입된다. 상기 에코 유로(E1)를 통과하여 상기 압축기(20)에 흡입된 냉매는 압축기(20)에 유입된 냉매의 온도를 최적으로 유지함으로써 압축기(20)에 과부하가 걸리는 것을 방지한다.
이제 도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 시스템이 제상 사이클로 작동하는 경우를 상세하게 설명하기로 한다.
상기 압축기(20)에서 고온 고압으로 압축된 냉매는 상기 오일 분리기(22)를 통과하여 상기 사방밸브(30)를 통과한 후 상기 제4체크밸브(83)를 통해 제2열교환기(80)로 유입된다. 상기 제2열교환기(80)는 유니트 쿨러로 사용될 때 성에가 발생한 경우에 상기 압축기(20)로부터 유입된 고온 고압의 냉매 가스가 성에와 열교환하여 그 성에를 제거(제상)한다. 상기 제2열교환기(80)를 통과한 냉매는 상기 제2체크밸브(64) 및 상기 제5체크밸브(67)를 순차적으로 통과하여 상기 수액기(50)로 유입된다. 상기 수액기(50)에서는 사이클 내 순환량의 액 냉매만 상기 드라이어(51)와 상기 사이트 글라스(52)를 통해 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 보낸다. 상기 다중 열교환 유닛(60)을 통과한 냉매는 상기 제3전자밸브(65)를 통해 상기 제2팽창 밸브(66)에서 단열팽창하여 기체 상태로 변환된다. 상기 제2팽창 밸브(66)를 통과한 냉매는 상기 제1열교환기(40)로 유입된다. 상기 제1열교환기(40)에서 외부의 공기 열원과 냉매는 열교환이 이루어져서, 냉매는 온도가 상승한다. 이 경우 상기 제1열교환기(40)는 재증발기 역할을 수행한다. 상기 제1열교환기(40)에서 토출된 냉매는 상기 사방밸브(30)를 거쳐 상기 압축기(20)로 회수된다. 이 과정에서 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1)를 통해 상기 압축기(20)로부터 유입된 일부 고온 고압의 냉매 가스가 상기 제2팽창 밸브(66)로 유입되는 액상의 냉매와 혼합됨으로써 제상 과정에서 지나치게 온도가 낮아진 냉매의 온도를 적절한 상태로 높여준다. 이와 같이 핫 가스 바이패스 유로(B1)를 통해 상기 제2팽창 밸브(66)에 유입되는 냉매의 온도를 적절하게 유지함으로써 단열팽창이 원활하게 일어날 수 있다. 이에 따라 상기 압축기(20)에 과부하가 걸리는 것을 방지하는 작용을 한다.
이와 같이 상기 다중 열교환 유닛(60)과 상기 에코 유로(E1) 또는 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1)를 통해 압축기(20)에 과부하가 걸리는 것을 방지하는 동시에 최상의 냉동 사이클 또는 제상 사이클을 구현할 수 있는 효과가 있다.
이제, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제2실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템(10)을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템(10)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 서술한 제1실시 예와 매우 유사하게 구성된다. 이에 따라 이하에서는 제2실시 예가 제1실시 예와 다른 구성 부분에 대해서만 서술하기로 하고 동일한 구성에 대해서는 제1실시 예에 대한 서술을 참조하기로 한다.
제2실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템(10)은 제1실시 예와 동일한 압축기(20), 오일 분리기(22), 사방밸브(30), 제1열교환기(40)와, 수액기(50)와, 다중 열교환 유닛(60)과, 제2열교환기(80)를 포함한다. 상기 압축기(20)와 상기 제1열교환기(40)간 냉매 회로 구성도 제1실시 예와 제2실시 예가 동일하다. 다만, 제2실시 예에서는 상기 제1열교환기(40)는 물과 냉매 간 열교환이 이루어지는 온수 열교환기이며, 상기 제2열교환기(80)는 공기와 냉매 간 열교환이 이루어지는 공랭식 열교환기로 구성된다. 상기 제1열교환기(40)로는 예컨대 판형 열교환기가 채용될 수 있다.
상기 제1열교환기(40)와 상기 수액기(50)를 연결하는 유로의 구성도 제1실시 예와 동일하다. 또한, 상기 수액기(50)와 상기 다중 열교환 유닛(60)을 연결하는 유로 구성도 제1실시 예와 동일하다.
상기 다중 열교환 유닛(60)과 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 회로 구성은 제1실시 예와 차이가 있다.
즉, 상기 다중 열교환 유닛(60)과 상기 제2열교환기(80)을 연결하는 유로 상에 제1체크밸브(61)가 설치되어 있으며, 제1실시 예와 동일한 작용을 한다. 한편, 상기 제1체크밸브(61)와 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 유로 상에는 제1실시 예와 달리 제6체크밸브(71)가 설치된다. 상기 제6체크밸브(71)는 냉매가 상기 제1체크밸브(61)로부터 상기 제2열교환기(80) 쪽으로만 흐르도록 허용한다. 한편, 상기 제2열교환기(80)와 상기 제1체크밸브(61)를 연결하는 유로로서 상기 제6체크밸브(71)를 우회하는 유로 상에 제2체크밸브(64)가 설치된다.
상기 다중 열교환 유닛(60)과 상기 제1체크밸브(61)를 연결하는 냉매 유로는 분기하여 상기 제1열교환기(40)와 직접 연결되는 유로를 형성하며, 그 유로 상에는 제3전자밸브(65)와 제2팽창 밸브(66)가 설치된다.
또한, 상기 제1체크밸브(61)와 상기 제2체크밸브(64)를 연결하는 유로는 분기 되어 상기 제2전자밸브(62)와 상기 수액기(50)를 연결하는 냉매 유로에 연결되며 그 냉매 유로 상에 제5체크밸브(67)가 설치된다. 상기 제5체크밸브(67)는 상기 제2체크밸브(64)로부터 상기 제1열교환기(40) 쪽으로만 냉매가 흐르도록 허용한다.
상기 제2열교환기(80)로부터 토출된 냉매는 제2전자밸브(62)와 제1팽창 밸브(63)를 통해 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입된다. 상기 제1팽창 밸브(63)와 상기 다중 열교환 유닛(60)을 순차적으로 통과한 냉매는 상기 사방밸브(30)로 흐른다. 상기 사방밸브(30)를 통과한 냉매는 상기 압축기(20)로 회수된다.
상기 사방밸브(30)와 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 유로는 상기 다중 열교환 유닛(60)을 우회하는 분기 된 유로를 구비하여, 그 유로 상에는 제4체크밸브(83)가 설치된다. 상기 제4체크밸브(83)는 상기 사방밸브(30)로부터 상기 제2열교환기(80) 쪽으로만 냉매가 흐르도록 허용한다.
상기 사이트 글라스(52)와 상기 다중 열교환 유닛(60)을 연결하는 유로에서 분기 된 냉매는 에코 유로(E1)를 형성한다. 상기 에코 유로(E1)를 흐르는 냉매는 제4전자밸브(106)를 통과한 후 제3팽창 밸브(105)에서 기화된 후, 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입되어 냉매 간 열교환에 의해 온도 및 압력이 낮아진 상태로 상기 압축기(20)의 중간압력으로 흡입된다. 상기 에코 유로(E1)를 흐르는 냉매는 상기 압축기(20)로 유입된 냉매의 압력이 지나치게 높아지는 것을 방지함으로써 최적의 압축기 성능을 유지하도록 하는 작용을 한다.
상기 오일 분리기(22)로부터 상기 사방밸브(30)로 유입되는 고온 고압의 냉매 가스는 상기 사방밸브(30) 전에 분기 되어 일부가 상기 제2팽창 밸브(66)와 상기 제3전자밸브(65)를 연결하는 유로에 공급되도록 핫 가스 바이패스 유로(B1)를 구성한다. 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1) 상에는 제5전자밸브(108)가 설치된다. 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1)는 상기 제2팽창 밸브(66)로 유입되는 냉매의 과열도를 조절함으로써 상기 제2팽창 밸브(66)에서 최적의 단열팽창이 일어나도록 하는 작용을 한다.
즉, 상기 다중 열교환 유닛(60)은, 상기 제1열교환기(40)로부터 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 제2열교환기(80)로부터 토출된 냉매 간 열교환을 하며, 상기 제1열교환기(40)로부터 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 제1열교환기(40)와 상기 다중 열교환 유닛(60)을 연결하는 냉매 유로가 분기 되어 형성된 에코 유로(E1)를 흐르는 냉매 간 열교환을 수행한다.
한편, 상기 오일 분리기(22)로부터 상기 사방밸브(30)로 유입되는 고온 고압의 냉매 가스는 상기 사방밸브(30) 전에 분기 되어 일부가 상기 제1팽창 밸브(63)와 상기 제2전자밸브(62)를 연결하는 유로에 공급되도록 핫 가스 바이패스 유로(B1)를 구성한다. 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1) 상에는 제5전자밸브(108)가 설치된다. 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1)는 상기 제1팽창 밸브(63)로 유입되는 냉매의 과열도를 조절함으로써 상기 제1팽창 밸브(63)에서 최적의 단열팽창이 일어나도록 하는 작용을 한다.
이와 같이 구성된 제2실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템(10)에서 난방 사이클과 냉방 사이클이 작동할 경우 냉매의 흐름을 서술하면서 본 발명의 작용 효과를 살펴 보기로 한다.
도 5를 참조하여 본 발명의 제2실시 예에 따른 시스템이 난방 사이클로 작동되는 경우를 상세하게 설명한다.
상기 압축기(20)에서 고온 고압으로 압축된 냉매는 상기 오일 분리기(22)를 통과하여 상기 사방밸브(30)를 통과한 후 제1열교환기(40)로 유입된다. 상기 제1열교환기(40)에서 냉매는 외부의 물과 열교환을 함으로써 온도가 낮아지며 일부가 액체 상태로 변환된다. 이 경우 상기 제1열교환기(40)는 난방용 온수를 생성하는 보일러 역할을 수행한다. 상기 제1열교환기(40)를 통과한 냉매는 상기 제1전자밸브(42)를 통과한 후 상기 수액기(50)에 유입된다. 상기 수액기(50)에서는 사이클 내 순환량의 액 냉매만 상기 드라이어(51)와 상기 사이트 글라스(52)를 통해 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 보낸다. 상기 다중 열교환 유닛(60)을 D2 --> H2 방향으로 통과한 냉매는 상기 제1체크밸브(61)와, 상기 제6체크밸브(71)를 통과하여 상기 제2열교환기(80)로 유입된다. 상기 제2열교환기(80)에서 냉매는 외부의 공기 열원으로부터 열을 전달받아 온도와 압력이 상승한다. 이 사이클에서 상기 제2열교환기(80)는 실외기로서 증발기와 같은 작용을 하게 된다.
상기 제2열교환기(80)에서 토출된 냉매는 상기 제2전자밸브(62)를 거쳐 상기 제1팽창 밸브(63)로 유입된다. 상기 제1팽창 밸브(63)에서 냉매는 단열팽창하여 기체 상태로 변환된다. 상기 제1팽창 밸브(63)에서 토출된 냉매는 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입되어 냉매 간 열교환 된다. 이 과정에서 상기 수액기(50)로부터 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입된 액체 상태의 냉매는 온도가 낮아지며, 상기 제2열교환기(80)로부터 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입된 기체 상태의 냉매는 온도와 압력이 높아진다. 이 과정((H4 --> H3))에서 상기 다중 열교환 유닛(60)은 재증발기 역할을 수행한다. 이에 따라 상기 다중 열교환 유닛(60)으로부터 상기 사방밸브(30)를 통해 상기 압축기(20)로 회수되는 냉매의 과열도가 증가하여 상기 압축기(20)의 성능이 향상될 수 있다. 이 과정에서 상기 수액기(50)로부터 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입되는 냉매의 일부가 분기 되어 상기 에코 유로(E1)를 통해 상기 압축기(20)의 중간압력으로 흡입된다. 상기 에코 유로(E1)를 통과한 냉매는 상기 제3팽창 밸브(105)에서 기체 상태로 변환된 후 상기 다중 열교환 유닛(60)에서 액체-기체 간 냉매 열교환에 의해 과열도가 증가된 후 상기 압축기(20)로 직접 흡입된다. 상기 에코 유로(E1)를 통과하여 상기 압축기(20)에 흡입된 냉매는 압축기(20)에 유입된 냉매의 온도를 최적으로 유지함으로써 압축기(20)에 과부하가 걸리는 것을 방지한다. 한편 선택적으로, 상기 제1팽창 밸브(63)에 유입되는 냉매는 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1)을 통해 고온 고압의 냉매 가스가 혼합되어 상기 제1팽창 밸브(63)에서 단열팽창이 원활하게 일어나도록 할 수 있다.
이제, 도 6을 참조하여 본 발명의 제2실시 예에 따른 시스템이 냉방 사이클로 작동하는 경우를 상세하게 설명하기로 한다.
상기 압축기(20)에서 고온 고압으로 압축된 냉매는 상기 오일 분리기(22)를 통과하여 상기 사방밸브(30)를 통과한 후 상기 제4체크밸브(83)를 통해 제2열교환기(80)로 유입된다. 상기 제2열교환기(80)는 낮은 외부 공기와 냉매 간 열교환을 수행한다. 상기 제2열교환기(80)에서 냉매는 외부 공기 열원과 열교환하여 온도가 낮아지며 액체 상태로 변환된다. 상기 제2열교환기(80)를 통과한 냉매는 상기 제2체크밸브(64) 및 상기 제5체크밸브(67)를 순차적으로 통과하여 상기 수액기(50)로 유입된다. 상기 수액기(50)에서는 사이클 내 순환량의 액 냉매만 상기 드라이어(51)와 상기 사이트 글라스(52)를 통해 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 보낸다. 상기 다중 열교환 유닛(60)을 통과(D2 --> H2)한 냉매는 상기 제3전자밸브(65)를 통해 상기 제2팽창 밸브(66)에서 단열팽창하여 기체 상태로 변환된다. 상기 제2팽창 밸브(66)를 통과한 냉매는 상기 제1열교환기(40)로 유입된다. 상기 제1열교환기(40)에서 물과 열교환이 이루어져서 냉매의 온도가 상승한다. 이 경우 상기 제1열교환기(40)는 증발기 역할을 수행한다. 또한, 상기 제1열교환기(40)에서 토출된 물은 냉매에 열을 빼앗겨 냉수가 생성된다. 이 냉수를 특정한 공간에 순환시켜 냉방을 할 수 있다. 상기 제1열교환기(40)에서 토출된 냉매는 상기 사방밸브(30)를 거쳐 상기 압축기(20)로 회수된다. 이 과정에서 선택적으로, 상기 제1팽창 밸브(63)에 유입되는 냉매는 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1)을 통해 고온 고압의 냉매 가스가 혼합되어 상기 제1팽창 밸브(63)에서 단열팽창이 원활하게 일어나도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템의 구성도이다. 도 7에 도시된 시스템은 도 4에 도시된 제2실시 예와 동일한 구성을 가지며, 이에 부가하여 온수 생성용 전자밸브(92)와 온수 생성 열교환기(90)를 더 구비한 점에서 차이가 있다. 도 7을 참조하면, 상기 온수 생성용 전자밸브(92)는 압축기(20)와 사방밸브(30)를 연결하는 냉매 유로 상에 설치된다. 상기 온수 생성 열교환기(90)는 상기 압축기(20)로부터 상기 온수 생성용 전자밸브(92)로 흐르는 냉매 유로에서 분기 되어 상기 온수 생성용 전자밸브(92)와 상기 사방밸브(30)를 연결하는 유로로 합쳐지는 온수 생성 유로(W1) 상에 배치된다. 도 7에서 상기 온수 생성용 전자밸브(92)가 잠김으로써, 온수 생성을 위한 냉매는 상기 압축기(20)로부터 상기 오일 분리기(22)를 거쳐 상기 온수 생성 유로(W1) 상에 배치된 상기 온수 생성 열교환기(90)로 유입된다. 상기 온수 생성 열교환기(90)에서 물과 냉매 간 열교환이 일어난 후 상기 제1열교환기(40)로 유입된다. 상기 온수 생성 유로(W1) 상에는 제7체크밸브(94)가 설치되는 것이 바람직하다. 상기 제7체크밸브(94)는 냉매가 상기 온수 생성 열교환기(90)로부터 상기 사방밸브(30) 쪽으로만 흐르도록 허용한다. 이 후의 냉매의 흐름은 도 5를 참조하여 설명한 난방 사이클과 대동소이하게 구성할 수 있다.
이제, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 제4실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템(10)을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 제4실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템(10)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 서술한 제1실시 예에서 변형된 것이다. 이에 따라 이하에서는 제4실시 예가 제1실시 예와 다른 구성 부분에 대해서만 서술하기로 하고 동일한 구성에 대해서는 제1실시 예에 대한 서술을 참조하기로 한다.
상기 제4실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템(10)은 제1실시 예와 동일한 압축기(20), 오일 분리기(22), 사방밸브(30), 제1열교환기(40) 및 다중 열교환 유닛(60)과, 제2열교환기(80)를 포함한다. 상기 압축기(20)와 상기 제1열교환기(40)간 냉매 회로 구성도 제1실시 예와 제4실시 예가 동일하다. 제4실시 예에서 제1열교환기(40)와 제2열교환기(80)는 모두 실내에 배치된다. 즉, 제4실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템(10)은 이동식 히트 펌프 시스템에 적용될 수 있다. 상기 제1열교환기(40)는 흡입측 열교환기로서 작용할 수 있다.
상기 제1열교환기(40)와 상기 다중 열교환 유닛(60)을 연결하는 냉매 유로의 구성은 제1실시 예와 차이가 있다. 즉, 상기 제1열교환기(40)와 상기 다중 열교환 유닛(60)을 연결하는 유로는 중간에서 2개로 분기 된 후 다시 결합된 유로이다. 분기 된 하나의 유로에는 제1체크밸브(61)가 구비된다. 상기 제1체크밸브(61)는 상기 제1열교환기(40)로부터 상기 다중 열교환 유닛(60) 쪽으로만 냉매가 흐르도록 허용한다. 한편, 분기 된 다른 유로 상에는 제1팽창 밸브(63)와 제2전자밸브(62)가 순차적으로 설치된다.
상기 제1체크밸브(61)와 상기 다중 열교환 유닛(60)을 연결하는 냉매 유로는 분기하여 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입된 후 상기 압축기(20)의 중간 압력으로 입력되는 에코 유로(E1)를 형성한다. 상기 에코 유로(E1)는 액체 상태의 냉매를 기체로 변환하는 팽창 밸브(미도시)를 포함한다. 상기 에코 유로(E1)를 흐르는 냉매는 상기 압축기(20)로 유입된 냉매의 압력이 지나치게 높아지는 것을 방지함으로써 최적의 압축기 성능을 유지하도록 하는 작용을 한다.
또한, 상기 제1열교환기(40)로부터 상기 다중 열교환 유닛(60)을 통과한 냉매 유로는 상기 제2열교환기(80)에 연결된다. 상기 다중 열교환 유닛(60)과 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 유로 상에는 드라이어(51)와 사이트 글라스(52)가 설치될 수 있다.
상기 제2열교환기(80)에서는 공기와 냉매 간 열교환이 일어나서 냉매의 온도가 상승한다. 이 경우 상기 제2열교환기(80)는 토출측 열교환기로서 작용할 수 있다. 상기 제2열교환기(80)에서 토출된 냉매는 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입되는 냉매 유로를 따라 흐른다. 상기 제2열교환기(80)에서 토출된 냉매가 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입되는 냉매 유로 상에는 제3전자밸브(65)와 제2팽창 밸브(66)가 순차적으로 설치된다. 상기 제2팽창 밸브(66)로부터 상기 다중 열교환 유닛(60)을 통과한 냉매 유로는 상기 사방밸브(30)를 거쳐 상기 압축기(20)에 연결된다. 또한, 상기 사방밸브(30)와 상기 제2열교환기(80)를 연결하는 유로는 상기 다중 열교환 유닛(60)과, 제2팽창 밸브(66)와 제3전자밸브(65)를 우회하는 분기 된 유로를 구비하여, 그 유로 상에는 제4체크밸브(83)가 설치된다. 상기 제4체크밸브(83)는 상기 사방밸브(30)로부터 상기 제2열교환기(80) 쪽으로만 냉매가 흐르도록 허용한다.
상기 오일 분리기(22)로부터 상기 사방밸브(30)로 유입되는 고온 고압의 냉매 가스는 상기 사방밸브(30) 전에 분기 되어 일부가 상기 제2팽창 밸브(66)와 상기 제3전자밸브(65)를 연결하는 유로에 공급되도록 핫 가스 바이패스 유로(B1)를 구성한다. 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1) 상에는 제5전자밸브(108)가 설치된다. 상기 핫 가스 바이패스 유로(B1)는 상기 제2팽창 밸브(66)로 유입되는 냉매의 과열도를 조절함으로써 상기 제2팽창 밸브(66)에서 최적의 단열팽창이 일어나도록 하는 작용을 한다.
이와 같이 구성된 제4실시 예에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템(10)에서 난방 사이클과 냉방 사이클이 작동할 경우 냉매의 흐름을 서술하면서 본 발명의 작용 효과를 살펴 보기로 한다.
도 9를 참조하여 본 발명의 제4실시 예에 따른 시스템이 난방 사이클로 작동되는 경우를 상세하게 설명한다.
상기 압축기(20)에서 고온 고압으로 압축된 냉매는 상기 오일 분리기(22)를 통과하여 상기 사방밸브(30)를 통과한 후 제1열교환기(40)로 유입된다. 상기 제1열교환기(40)에서 냉매는 공기와 열교환을 함으로써 온도가 낮아지며 일부가 액체 상태로 변환된다. 상기 제1열교환기(40)를 통과한 냉매는 상기 제1체크밸브(61)를 통과한 후 상기 다중 열교환 유닛(60)에 유입된다. 상기 다중 열교환 유닛(60)을 H2 --> D2 방향으로 통과한 냉매는 드라이어(51)와 사이트 글라스(52)를 지나 상기 제2열교환기(80)로 유입된다. 상기 제2열교환기(80)에서 냉매는 실내 특정 공간의 공기 열원으로부터 열을 전달받아 온도와 압력이 상승한다. 이 과정에서 공기 열원은 냉매에 열을 빼앗기므로 온도가 낮아져서 특정한 공간의 냉각 효과가 구현된다. 상기 제2열교환기(80)는 실내 공간의 냉방이나 보관 공간의 냉장 작용을 하게 된다.
상기 제2열교환기(80)에서 토출된 냉매는 상기 제3전자밸브(65)를 거쳐 상기 제2팽창 밸브(66)로 유입된다. 상기 제2팽창 밸브(66)에서 냉매는 단열팽창하여 기체 상태로 변환된다. 상기 제2팽창 밸브(66)에서 토출된 냉매는 D4 --> D3 방향으로 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입되어 냉매 간 열교환 된다. 이 과정에서 상기 제2열교환기(80)로부터 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입된 기체 상태의 냉매는 온도가 높아진다. 이 과정((H4 --> D3))에서 상기 다중 열교환 유닛(60)은 증발기 역할을 수행한다. 이에 따라 증발기 역할을 수행하는 상기 다중 열교환 유닛(60)은 외기 온도와 무관하게 증발기 역할을 수행한다. 즉, 제4실시 예에서 상기 다중 열교환 유닛(60)은 외기와 열교환을 하지 않으므로 성능상 항상성을 유지할 수 있다. 상기 제2팽창 밸브(66)에서 상기 다중 열교환 유닛(60)을 통과한 냉매는 상기 사방밸브(30)를 거쳐 상기 압축기(20)로 회수된다. 이 과정에서 상기 다중 열교환 유닛(60)은 액체와 기체 상태의 냉매 간 열교환이 일어남으로써 외기 환경과 무관하게 안정된 난방 사이클을 가능하게 한다.
한편, 필요에 따라 상기 제1열교환기(40)로부터 토출된 냉매는 상기 제1체크밸브(61)를 지나 분기 된 후 상기 에코 유로(E1)를 통해 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입되어 냉매 간 열교환을 하여 과열도가 증가된 후 상기 압축기(20)로 직접 흡입될 수 있다.
이제, 도 10을 참조하여 본 발명의 제4실시 예에 따른 시스템이 냉방 사이클로 작동하는 경우를 상세하게 설명하기로 한다.
상기 압축기(20)에서 고온 고압으로 압축된 냉매는 상기 오일 분리기(22)를 통과하여 상기 사방밸브(30)를 통과한 후 상기 제4체크밸브(83)를 통해 제2열교환기(80)로 유입된다. 상기 제2열교환기(80)는 공기와 냉매 간 열교환을 수행한다. 상기 제2열교환기(80)에서 냉매는 공기 열원과 열교환 하여 온도가 낮아지며 액체 상태로 변환된다. 상기 제2열교환기(80)를 통과한 냉매는 사이트 글라스(52) 및 드라이어(51)를 통과하여 상기 다중 열교환 유닛(60)으로 유입된다. 상기 다중 열교환 유닛(60)을 통과(D2 --> H2)한 냉매는 상기 제2전자밸브(62)를 통해 상기 제1팽창 밸브(63)에서 단열팽창하여 기체 상태로 변환된다. 상기 제1팽창 밸브(63)를 통과한 냉매는 상기 제1열교환기(40)로 유입된다. 상기 제1열교환기(40)에서 공기와 냉매 간 열교환이 이루어져서 냉매의 온도가 상승한다. 이 경우 상기 제1열교환기(40)는 증발기 역할을 수행한다. 또한, 상기 제1열교환기(40)에서 열교환된 공기는 냉매에 열을 빼앗겨 특정 공간을 냉방 하게 된다. 상기 제1열교환기(40)에서 토출된 냉매는 상기 사방밸브(30)를 거쳐 상기 압축기(20)로 회수된다.
이와 같이 본 발명에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템은, 제1열교환기와 제2열교환기를 연결하는 유로 상에 배치된 다중 열교환 유닛에서 냉매 간 열교환이 최소 2회 이상 일어나도록 함으로써 제2열교환기로 유입되는 냉매의 과냉각도 또는 과열도를 최적으로 유지함으로써 냉동효과를 증대시키며, 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 최적으로 유지함으로써 동력비를 절감하고, 안정된 사이클을 유지하며, 시스템의 수명을 현저하게 연장할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템은 상기 다중 열교환 유닛이 증발기 또는 재증발기로 사용될 경우 외기의 온도와 무관하게 안정적인 냉동 사이클을 구성할 수 있으므로 제상이 필요하지 않아 시스템의 효율이 현저하게 향상되는 효과가 있다.
특히, 본원 발명에 따른 다중 열교환 냉동 사이클 시스템은 슈퍼마켓 등 저온용 쇼케이스의 냉동 및 냉장 시스템에 유효하며 냉매의 증발온도가 -15℃ 이하이고 외기 온도가 -15℃ 이하인 경우에 매우 이상적으로 적용될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 몇 가지 실시 예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
10 : 다중 열교환 냉동 사이클 시스템
20 : 압축기
22 : 오일 분리기
30 : 사방밸브
40 : 제1열교환기
42 : 제1전자밸브
50 : 수액기
51 : 드라이어
52 : 사이트 글라스
60 : 다중 열교환 유닛
61 : 제1체크밸브
62 : 제2전자밸브
63 : 제1팽창 밸브
65 : 제3전자밸브
66 : 제2팽창 밸브
64 : 제2체크밸브
67 : 제5체크밸브
71 : 제6체크밸브
80 : 제2열교환기
82 : 제3체크밸브
83 : 제4체크밸브
90 : 온수 생성 열교환기
92 : 온수 생성용 전자밸브
94 : 제7체크밸브
105 : 제3팽창 밸브
106 : 제4전자밸브
108 : 제5전자밸브
B1 : 핫 가스 바이패스 유로
E1 : 에코 유로
W1 :온수 생성 유로

Claims (5)

  1. 기체 상태의 냉매를 고온 고압으로 압축하여 토출하는 압축기;
    상기 압축기와 냉매 유로로 연결된 사방밸브;
    상기 사방밸브와 냉매 유로로 연결되며 외부의 열원과 냉매 간 열교환이 이루어지는 제1열교환기;
    상기 제1열교환기 및 상기 사방밸브와 냉매 유로로 연결되며 외부의 열원과 냉매 간 열교환이 이루어지는 제2열교환기; 및
    상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기를 연결하는 냉매 유로 상에 배치되며 냉매 간 열교환이 복수 회 일어나는 다중 열교환 유닛;을 포함하며,
    상기 다중 열교환 유닛은, 상기 제1열교환기로부터 상기 제2열교환기를 연결하는 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 제2열교환기로부터 토출된 냉매 간 열교환을 하며, 상기 제1열교환기로부터 상기 제2열교환기를 연결하는 냉매 유로를 흐르는 냉매와 상기 제1열교환기와 상기 다중 열교환 유닛을 연결하는 냉매 유로가 분기 되어 형성된 에코 유로를 흐르는 냉매 간 열교환을 수행하며,
    상기 제2열교환기로부터 토출되어 상기 다중 열교환 유닛에서 열교환된 후 상기 사방밸브로 유입되는 냉매 유로 상에는 제3체크밸브가 설치되며,
    상기 제3체크밸브는 상기 다중 열교환 유닛으로부터 상기 사방밸브 쪽으로만 냉매가 흐르도록 허용하며,
    상기 제3체크밸브와 상기 사방밸브를 연결하는 냉매 유로는 분기하여 상기 다중 열교환 유닛을 우회하여 상기 제2열교환기와 연결하는 유로를 형성하며, 그 유로 상에는 제4체크밸브가 설치되고,
    상기 제4체크밸브는 상기 사방밸브로부터 상기 제2열교환기 쪽으로만 냉매가 흐르도록 허용하는 것을 특징으로 하는 다중 열교환 냉동 사이클 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환기 및 상기 제2열교환기는 공기와 냉매 간 열교환이 이루어지는 공랭식 열교환기인 것을 특징으로 하는 다중 열교환 냉동 사이클 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환기는 물과 냉매 간 열교환이 이루어지는 온수 열교환기이며,
    상기 제2열교환기는 공기와 냉매 간 열교환이 이루어지는 공랭식 열교환기인 것을 특징으로 하는 다중 열교환 냉동 사이클 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압축기와 상기 사방밸브를 연결하는 냉매 유로 상에 설치된 온수 생성용 전자밸브; 및
    상기 압축기로부터 상기 온수 생성용 전자밸브로 흐르는 냉매 유로에서 분기 되어 상기 온수 생성용 전자 밸브와 상기 사방밸브를 연결하는 유로로 합쳐지는 온수 생성 유로 상에 배치되며, 물과 냉매 간 열교환이 이루어지는 온수 생성 열교환기;를 포함한 것을 특징으로 하는 다중 열교환 냉동 사이클 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압축기로부터 상기 사방밸브로 흐르는 냉매 유로에서 분기 되어 상기 다중 열교환 유닛과 상기 제2열교환기를 연결하는 유로에 연결되는 핫 가스 바이패스 유로를 구비한 것을 특징으로 하는 다중 열교환 냉동 사이클 시스템.
KR1020140186379A 2014-12-22 2014-12-22 다중 열교환 냉동 사이클 시스템 KR101617394B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140186379A KR101617394B1 (ko) 2014-12-22 2014-12-22 다중 열교환 냉동 사이클 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140186379A KR101617394B1 (ko) 2014-12-22 2014-12-22 다중 열교환 냉동 사이클 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101617394B1 true KR101617394B1 (ko) 2016-05-02

Family

ID=56021773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140186379A KR101617394B1 (ko) 2014-12-22 2014-12-22 다중 열교환 냉동 사이클 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101617394B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101856738B1 (ko) 2018-01-31 2018-05-10 이기승 차압 댐퍼 제어 신호에 따른 핫가스 제상 사이클 및 균온 방지 온수 생성 사이클이 구비된 냉동 냉장 시스템
KR102173814B1 (ko) * 2020-08-25 2020-11-04 (주)대성마리프 다단 히트펌프 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010014351A (ja) * 2008-07-04 2010-01-21 Fujitsu General Ltd 冷凍空調装置
JP2011242048A (ja) * 2010-05-18 2011-12-01 Mitsubishi Electric Corp 冷凍サイクル装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010014351A (ja) * 2008-07-04 2010-01-21 Fujitsu General Ltd 冷凍空調装置
JP2011242048A (ja) * 2010-05-18 2011-12-01 Mitsubishi Electric Corp 冷凍サイクル装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101856738B1 (ko) 2018-01-31 2018-05-10 이기승 차압 댐퍼 제어 신호에 따른 핫가스 제상 사이클 및 균온 방지 온수 생성 사이클이 구비된 냉동 냉장 시스템
KR102173814B1 (ko) * 2020-08-25 2020-11-04 (주)대성마리프 다단 히트펌프 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5871959B2 (ja) 空気調和装置
JP5991989B2 (ja) 冷凍空調装置
US9683768B2 (en) Air-conditioning apparatus
JP5332604B2 (ja) 冷暖同時運転型空気調和装置
CN107860151B (zh) 热泵***及具有其的空调器
US20120204596A1 (en) Heat pump
WO2014141375A1 (ja) 空気調和装置
JP4804396B2 (ja) 冷凍空調装置
US10928105B2 (en) Air conditioner
JP5963971B2 (ja) 空気調和装置
WO2014141373A1 (ja) 空気調和装置
WO2013171783A1 (ja) 多室型空気調和装置
WO2018008139A1 (ja) 冷凍サイクル装置およびそれを備えた空気調和装置
GB2566381A (en) Refrigeration cycle system
EP2584285B1 (en) Refrigerating air-conditioning device
WO2013146415A1 (ja) ヒートポンプ式加熱装置
KR101978751B1 (ko) 한랭지용 이원냉동사이클을 이용한 히트펌프 시스템
KR101617394B1 (ko) 다중 열교환 냉동 사이클 시스템
JP6042037B2 (ja) 冷凍サイクル装置
JP5826722B2 (ja) 二元冷凍装置
KR102014457B1 (ko) 공조 냉장 복합 시스템
CN108007010B (zh) 一种热泵***
KR20090010398U (ko) 병렬 다중 압축기용 냉.난방 시스템
US20230392829A1 (en) Refrigerant circuit for a refrigeration apparatus with a thermal storage and method for controlling a refrigerant circuit
KR102080053B1 (ko) 제상기능을 갖는 히트펌프 공기조화기

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190422

Year of fee payment: 4