KR20040087670A - 다단압축 방식의 히트펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다단 압축 방식의 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 실외측에 가설되어 열을 흡수하도록 열교환하는 실외측 열교환기와, 상기 실외측 열교환기로부터 열을 흡수하여 유입된 냉매를 단계적으로 압축하도록 직렬 연결되는 복수개의 압축기와, 상기 압축기에 의해 냉매가 일정 단계로 압축되도록 배관을 개폐시키는 개폐밸브와, 상기 압축기로부터 일정 단계로 압축되어 유출된 냉매로부터 열이 방출되도록 열교환하는 실내측 열교환기와, 상기 실내측 열교환기로부터 유출된 냉매를 감압 팽창시켜 실내측 열교환기로 유출하는 전자팽창 밸브와, 상기 실내측 난방부하에 따라 각 압축기의 운전제어 및 개폐 밸브를 개폐제어 하기 위한 제어부를 포함하여 구성함으로써, 직렬 연결된 복수개의 압축기를 이용하여 실내측 난방부하에 따라 각각의 압력 범위로 히트펌프 시스템이 운전되도록 하여 발생하는 실내측 난방부하에 대응하도록 하는 효과를 갖는다.

Description

다단압축 방식의 히트펌프 시스템{MULTISTAGE COMPRESSION TYPE HEAT PUMP SYSTEM}

본 발명은 다단 압축 방식의 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수개의 압축기를 병렬로 연결하여 실내측의 난방부하에 대응하는 단계로 냉매를 압축시키기 위한 다단압축 방식의 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 히트펌프 시스템는 작동유체인 냉매가 상변화시 증발잠열을 흡열 또는 방열하는 것을 이용해 저온측에서 고온측으로 열을 펌핑하여 사용 목적에 따라 냉방 및 난방을 수행하도록 한다.

이하, 도 1은 종래의 한랭지역에서 난방용으로 사용되는 히트펌프 시스템을 개략화하여 도시한 것으로서, 히트펌프 시스템은 온도가 낮은 실외측(19)에 가설되어 저압의 액냉매가 증발하며 열을 흡수하도록 열교환하는 실외측 열교환기(11)와, 상기 실외측 열교환기(11)에서 흡입된 저압의 냉매 가스를 압축하는 압축기(12)와, 상기 압축기(12)에서 압축된 고온고압의 냉매 가스가 액화되며 열을 실내측에 방출하도록 하는 실내측 열교환기(13)와, 상기 실내측 열교환기(13)로부터 유입된 냉매를 기액 분리하는 리시버(15)와, 상기 리시버(15)에서 유입된 액 냉매를 저온 저압의 상태로 팽창시켜 실외측 열교환기(11)로 보내는 팽창밸브가 냉매 배관으로 연결되어져 사이클을 이루도록 시스템이 구성된다.

상기 리시버(15) 상측에 응축되지 않은 냉매 가스를 다시 압축기(12)로 재순환 시키기 위한 재 순환 배관이 구비되면, 상기 재 순환 배관을 개폐하기 위한 개폐밸브(16)가 구비된다.

도면중 미설명 부호 17은 실외기측 송풍팬이고, 18은 실내기측 송풍팬이다.

이와 같은 구성에 의하여, 종래 히트펌프 시스템의 동작은 압축기의 구동에 의해 냉매가 시스템 내부 사이클을 이루도록 유동하면서 실외측 열교환기(11)에서 열을 흡수하여, 실외측 열교환기(13)에서 열을 방출하도록 함으로써 난방이 이루어지도록 한다.

그러나, 한냉지역에서 난방용으로 사용되는 히트펌프 시스템의 경우 실외측(19) 온도가 -5℃∼-10℃이하인 경우가 대부분이어서 실외측 열교환기(11)에서 외기로부터 냉매의 상변화에 따른 증발잠열을 충분히 흡수하기 못하기 때문에 압축기로 유입되는 냉매 가스량이 감소하게되며, 이에 따라 실내측(20) 난방부하에 충분히 대응하지 못하게 되는 문제점이 발생한다.

따라서, 상기된 문제점을 해결하기 위해 재순환 배관의 개폐밸브(16)를 개방하여 리시버(15)의 상측에 응축되지 않은 냉매 가스를 압축기(12)로 재 순환시켜 난방 능력을 향상시키고 있으나, 리시버에서 재순환되는 냉매 가스의 양이 많지 않음으로 냉매 가스 재 순환 방식으로는 난방능력을 향상시키는데는 여전히 한계가 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명에 따르면 실외측 온도가 낮은 한냉지역에서 난방용으로 사용되는 히트펌프 시스템이 실내측 난방부하에 적절히 대응할 수 있도록 하는 다단압축 방식의 히트펌프 시스템의 제공을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래 히트펌프의 시스템 구성도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단압축 방식의 힌트 펌프 시스템 구성도,

도 3은 도 2의 1단 압축시 냉매 흐름도,

도 4는 도 2의 2단 압축시 냉매 흐름도,

*도면의 주요부분에 대한 설명*

1: 실외측 열교환기 2: 제 1 압축기

3: 개폐밸브 4: 제 2 압축기

5: 실내측 열교환기 6: 팽창밸브

9: 실외측 10: 실내측

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 실외측에 가설되어 열을 흡수하도록 열교환하는 실외측 열교환기와, 상기 실외측 열교환기로부터 열을 흡수하여 유입된 냉매를 단계적으로 압축하도록 직렬 연결되는 복수개의 압축기와, 상기 압축기에 의해 냉매가 일정 단계로 압축되도록 배관을 개폐시키는 개폐밸브와, 상기 압축기로부터 일정 단계로 압축되어 유출된 냉매로부터 열이 방출되도록 열교환하는 실내측 열교환기와, 상기 실내측 열교환기로부터 유출된 냉매를 감압 팽창시켜 실내측 열교환기로 유출하는 전자팽창 밸브와, 상기 실내측 난방부하에 따라 각 압축기의 운전제어 및 개폐 밸브를 개폐제어 하기 위한 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다단압축 방식의 히트펌프 시스템에 의해 달성된다.

이하, 본 발명의 다단압축 방식의 히프펌프 시스템을 첨부한 도면에 따라 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 압축 방식의 히트펌프 시스템를 도시화한 도면이고, 도 3은 도 2의 1단 압축시 냉매 흐름도이고, 도 4는 2단 압축시의 냉매 흐름도이다.

이에 도시한 바와 같이, 한냉지역에서 난방용으로 사용되는 2단 압축 방식의 히트펌프 시스템은 온도가 낮은 실외측(9)에 가설되어 저온 저압의 액냉매가 증발하며 열을 흡수하도록 열교환하는 실외측 열교환기(1)와, 상기 실외측 열교환기(1)로부터 유입된 저압의 냉매 가스를 1단 압축하는 제 1 압축기(2)와, 상기 제 1 압축기에서 압축된 냉매가스를 흡입하여 2단 압축하도록 직렬 연결되는 제 2 압축기(4)와, 제 1 또는 제 2 압축기(2)(4)에 의해 냉매가 일정 단계까지 순차적으로 압축되도록 배관을 개폐시키는 개폐밸브(3)와, 상기 제 1 또는 제 2 압축기(2)(4)에서 압축된 고온고압의 냉매 가스가 액화되며 열을 실내측(10)에 방출하도록 열교환하는 실내측 열교환기(5)와, 상기 실내측 열교환기(5)로부터 유출된 냉매를 감압 팽창시켜 실외측 열교환기(1)로 유출하는 팽창밸브(6)가 냉매 배관에 의해 사이클을 이루도록 시스템이 구성된다.

또한, 상기 실내측(10) 난방부하에 따라 제 1압축기(2) 및 제 2 압축기(4)의 운전을 제어함과 아울러 상기 제 1 압축기(2)에서 압축된 냉매 가스가 제 2압축기(4)로 유입되도록 냉매 배관을 개폐하는 개폐 밸브(3)를 제어하기 위한 제어부(미도시)가 포함되어진다.

그리고, 도면에 도시하지는 않았지만 실외측 열환기기(1)의 토출측 배관상에 냉매를 기액 분리하여 제 1압축기(2) 또는 제 2압축기(4)로 액냉매가 유입되는 것을 방지하기 위한 어큐뮬레이터가 가설됨이 바람직하다.

또한, 제 1 압축기(2) 또는 제 2압축기(4)는 실내측(10) 난방부하에 따라 시스템에서 사용되는 냉매의 사용 압력 범위를 가변 시키도록 서로 다른 압축용량을 갖도록 구성함이 바람직하며, 특히, 모든 난방부하 대응하여 지속적으로 가동되는 제 2압축기(4)의 경우 용량 가변이 가능한 인버터형 압축기를 사용함이 보다 바람직하다.

도면중 미설명 부호 7은 실외측 송풍팬이고, 8은 실내측 송풍팬이다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일실시예에 따른 2단 압축 방식의 히프펌프 시스템은 도 3에서 도시한 바와 같이, 실내측(10) 난방부하가 크지 않을 경우 개폐밸브(3)를 개방하여 실외측 열교환기(1)에서 토출된 냉매 가스가 제 2 압축기로 유입된 후 1단 압축된 상태로 실내측 열교환기(5)에 유출되어 실내기와 열교환하여 난방을 수행하도록 한다.

그리고, 실내측 열교환기(5)에서 열을 방출한 후 응축된 고압의 액 냉매가팽창밸브(6)를 통해 감압되어 저온 저압 상태로 실외측 열교환기(1)로 유입되도록 사이클을 이룬다.

또한, 도 4에서 도시한 바와 같이, 실내측 난방부하가 커지는 경우 개폐밸브(3)를 폐쇄함으로써 실외측 열교환기(1)에서 유출되는 냉매가스를 제 1 압축기(2)에서 1단 압축을 실시하고, 상기 제 1 압축기(2)에서 1단 압축되어 토출된 냉매 가스는 다시 제 2 압축기(4)에서 2단 압축되어 보다 고온 고압의 상태로 실내기와 열교환하는 실내측 열교환기(5)로 유입되어 실내측(10)과 열교환 함으로서 실내측(10) 난방부하에 대응하도록 한다.

그리고, 실내측 열교환기(5)에서 실내측1(0)으로 열을 방출하여 응축된 고압의 액 냉매가 팽창밸브(6)를 통고하면서 감압되어 실외측 열교환기(1)로 유입되고, 다시 실외측 열교환기(1)에서 열을 흡수하도록 열교환 후 증발된 냉매 가스가 제 1압축기(2)로 유입되며, 이때 유입되는 냉매가스의 압력이 2∼3bar인 상태가 되도록 히트펌프 시스템의 운전을 제어한다.

이와 같이, 한냉지역에서 난방용으로 사용되는 다단압축 방식의 히트펌프 시스템은 실내측(10) 난방부하의 증감에 따라 직렬 연결된 각 압축기의 가동수를 제어하여 시스템 내부를 순환하는 냉매의 사용 압력 범위를 조절함으로써 실내측 난방부하에 대응하도록 한다.

또한, 히트펌프 시스템에 직렬 연결되어 사용되는 압축기 개수 및 용량이 한정되어 사용되는 것은 아니며 필요에 다라 압축기의 개수 및 압축용량을 증가시켜 실내측 난방부하에 적절히 대응하도록 함을 바람직하게 고려해 볼 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 복수개의 압축기를 직렬 연결하여 실내측 난방부하에 따라 각각의 압력 범위로 히트펌프 시스템이 운전되도록 하여 발생하는 실내측 난방부하에 대응하도록 하는 효과를 갖는다.

Claims (3)

1. 실외측에 가설되어 열을 흡수하도록 열교환하는 실외측 열교환기와,

   상기 실외측 열교환기로부터 열을 흡수하여 유입된 냉매를 단계적으로 압축하도록 직렬 연결되는 복수개의 압축기와,

   상기 압축기에 의해 냉매가 일정 단계로 압축되도록 배관을 개폐시키는 개폐밸브와,

   상기 압축기로부터 일정 단계로 압축되어 유출된 냉매로부터 열이 방출되도록 열교환하는 실내측 열교환기와,

   상기 실내측 열교환기로부터 유출된 냉매를 감압 팽창시켜 실내측 열교환기로 유출하는 팽창 밸브와,

   상기 실내측 난방부하에 따라 각 압축기의 운전제어 및 개폐 밸브를 개폐제어 하기 위한 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다단압축 방식의 히트펌프 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 압축기는 실내측 난방부하에 따라 압축기 개수(個數) 및 용량을 증감시키도록 함을 특징으로 하는 다단압축 방식의 히트펌프 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 압축기는 적어도 하나 이상의 인버터형 압축기가 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 다단압축 방식의 히트펌프 시스템.