KR20140133375A - 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치 - Google Patents

공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20140133375A
KR20140133375A KR1020130053480A KR20130053480A KR20140133375A KR 20140133375 A KR20140133375 A KR 20140133375A KR 1020130053480 A KR1020130053480 A KR 1020130053480A KR 20130053480 A KR20130053480 A KR 20130053480A KR 20140133375 A KR20140133375 A KR 20140133375A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
heat exchanger
cycle
heating
evaporator
Prior art date
Application number
KR1020130053480A
Other languages
English (en)
Inventor
이병길
김영선
Original Assignee
이병길
김영선
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 이병길, 김영선 filed Critical 이병길
Priority to KR1020130053480A priority Critical patent/KR20140133375A/ko
Publication of KR20140133375A publication Critical patent/KR20140133375A/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
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
    • 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
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/385—Dispositions with two or more expansion means arranged in parallel on a refrigerant line leading to the same evaporator
    • 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
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • 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
    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/027—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means
    • F25B2313/02732—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means using two three-way valves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)

Abstract

이 발명은 고온 사이클에서 고온 측 냉매의 열을, 저온 사이클에 전달하여 냉난방 효율을 높이거나 외기 증발기에 전달하여 난방 운전할 때 외기 증발기의 제상과 온수 사용 정도와 무관하게 냉방 운전을 할 수 있으며, 이로부터 냉방 용량과 난방 용량의 균형에 따른 전체 용량의 최적 설계가 가능하게, 제 1열 교환기(102)와 제 1팽창밸브(105) 사이에 일 측이 연결되는 제 4열 교환기(104)와; 제 2압축기(203) 입구 측에 일 측이 연결되는 제 5열 교환기(217); 및, 제 4열 교환기(104)의 타 측과 제 5열 교환기(217)의 타 측이 연결되면서 폐 루프를 형성하거나, 또는 제 4열 교환기(104)의 타 측과 연결되면서 외기 증발기(205)에 열을 전달하게 폐 루프를 형성하게 선택하고, 선택되는 폐 루프로 내부에 수용하는 열매체를 순환시키는 열매체 순환부는, 제 4열 교환기(104)를 통해 흡수한 고온 측 냉매의 열을, 난방 운전을 할 때에는 제 5열 교환기(217)를 통해 저온 사이클에 열을 전달하거나 또는 외기 증발기(205)를 가열하게 열을 전달하도록 선택되는 한편, 냉방 운전을 할 때에는 제 5열 교환기(217)를 통해 저온 사이클에 열을 전달하거나 또는 외기 증발기(205)를 작동시키고 이를 통해 외부로 신속하게 방출시키게 선택되는 것을 특징으로 하는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치를 제공한다.

Description

공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치 {Two stage heat pump cooling and heating apparatus using air heat source}
이 발명은 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 사이클의 고온 측 냉매 열을 저온 사이클이나 외기 증발기에 전달하여 효율을 높이면서 안정적인 운전을 할 수 있는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 관한 것이다.
계절에 구분 없이 온수나 냉난방을 동시에 또는 선택적으로 사용할 수 있어 다양한 열 부하에 부합되는 운전을 할 수 있는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치는, 공기 등의 열원으로부터 열을 취득하는 쪽은 저온 특성이 양호한 냉매를 사용한 저온 사이클로 운영하고, 온수 및 난방을 위한 고온의 열을 전달하는 쪽은 고온 특성이 양호한 냉매를 사용한 고온 사이클로 운영된다.
그러나 외부 공기로부터 열을 공급받는 방식의 공기열 히트펌프에서 최대 단점이 혹한기 외부 온도가 낮아지면서 외기 증발기가 얼어 외부 공기와의 열 교환이 되지 않는 것이고, 이는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에서도 같아 외기증발기를 제상하는 사이클을 운영하고 있었다.
특허 제0796452호(발명의 명칭 : 히트펌프 및 이를 이용한 제상 방법)에서는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 난방 운전할 때 열전달 사이클(1')에서 고온 측 압축기(10)에서 배출된 냉매가 고온 측 응축 열교환기(11)로 이동하며, 바이패스 제상라인(41)을 통해 저온 측 증발기(22)를 지나면서 응축열을 이용하여 저온 측 증발기(22)의 성에를 제거하고, 고온 측 팽창밸브(14)와 중간 열교환기(15)를 통과하여 고온 측 압축기(10)로 유입되게 하는 제상 방법을 제안하고 있다.
또한 특허 제0796452호에서는, 냉방 운전할 때 열전달 사이클(1')의 작동은 멈추고 열취득 사이클(2')만 작동하여 저온 측 압축기(20)에서 배출된 냉매는 저온 측 증발기(22)를 통과하고, 저온 측 팽창밸브(23)로 이동하여 저온 측 열교환기(24)를 통해 빙축을 이루고 증발압력 조절밸브(26)를 통해 저온 측 압축기(20)로 유입되는 내용도 개시되어 있다.
그러나 특허 제0796452호에서는 전체 구성이 복잡해져 제작 및 설치비용이 증가할 뿐만 아니라 고장 원인이 되기도 하며, 난방 운전할 때 제상라인(41)이 손상되는 경우에는 전체 작동이 정지될 수도 있는 문제점이 있었다.
그리고 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치는, 열전달 사이클(1') 및 열취득 사이클(2')이 전체로서 작동하면서 난방과 냉방을 모두 만족하도록 두 사이클 간의 압축기 용량을 조정하여 최적으로 설계하여야 하지만, 특허 제0796452호에서는 냉방 운전할 때 열전달 사이클(1')의 작동이 멈추고 열취득 사이클(2')만 작동하므로, 열전달 사이클(1')과 열취득 사이클(2)이 모두 작동하는 경우와 달리 냉방 용량과 난방 용량의 불균형에 따른 전체 용량의 최적 설계가 어려워지는 문제점도 있었다.
또한 열전달 사이클 및 열취득 사이클이 모두 작동하는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 냉방 운전할 때에도, 열전달 사이클과 열취득 사이클이 모두 작동하면서 냉수를 생산하는 것뿐만 아니라 여기서 발생하는 열을 온수 생산에 투입하지만, 열전달 사이클의 온수 탱크에 열전달이 필요 없어지게 되면 남은 열이 그대로 고온 측 냉매에 실려 순환하면서 열취득 사이클의 저온 측 냉매와의 열 교환이 제대로 이루어지지 않아 냉수 생산이 효율적이지 못하게 되는 문제점도 발생한다.
특허 제0796452호(발명의 명칭 : 히트펌프 및 이를 이용한 제상 방법)
이 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고온 사이클에서 고온 측 냉매의 열을, 저온 사이클에 전달하여 냉난방 효율을 높이거나 외기 증발기에 전달하여 난방 운전할 때 외기 증발기의 제상과 온수 사용 정도와 무관하게 냉방 운전을 할 수 있으며, 이로부터 냉방 용량과 난방 용량의 균형에 따른 전체 용량의 최적 설계가 가능하게 하는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 실현하기 위해 이 발명은, 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 1팽창밸브(105) 그리고 제 2열 교환기(106)로 폐 루프를 형성하여 고온 측 냉매가 순환하면서, 상기 제 2열 교환기(106)에서 흡수한 열을 상기 제 1열 교환기(102)를 통해 온수 탱크(103)로 전달하는 고온 사이클(100)과; 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에, 제 2팽창밸브(204)와 외기 증발기(205)로 폐 루프를 형성하여 저온 측 냉매가 순환하면서 난방 운전을 하거나, 또는 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에, 제 3팽창밸브(213)와 냉수 탱크(215)에 연결된 제 3열 교환기(214)로 폐 루프를 형성하여 저온 측 냉매가 순환하면서 냉방 운전을 하게 선택할 수 있으며, 선택에 의해 난방 또는 냉방 운전을 할 때 상기 외기 증발기(205) 또는 제 3열 교환기(214)에서 흡수한 열을 상기 제 2열 교환기(106)를 통해 상기 고온 측 냉매로 전달하는 저온 사이클(200);로 이루어지는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 있어서, 상기 제 1열 교환기(102)와 제 1팽창밸브(105) 사이에 일 측이 연결되는 제 4열 교환기(104)와; 상기 제 2압축기(203) 입구 측에 일 측이 연결되는 제 5열 교환기(217); 및, 상기 제 4열 교환기(104)의 타 측과 제 5열 교환기(217)의 타 측이 연결되면서 폐 루프를 형성하거나, 또는 상기 제 4열 교환기(104)의 타 측과 연결되면서 상기 외기 증발기(205)에 열을 전달하게 폐 루프를 형성하게 선택하고, 선택되는 폐 루프로 내부에 수용하는 열매체를 순환시키는 열매체 순환부;를 더 포함하고, 상기 열매체 순환부는, 상기 제 4열 교환기(104)를 통해 흡수한 고온 측 냉매의 열을, 난방 운전을 할 때에는 상기 제 5열 교환기(217)를 통해 저온 사이클에 열을 전달하거나 또는 상기 외기 증발기(205)를 가열하게 열을 전달하도록 선택되는 한편, 냉방 운전을 할 때에는 상기 제 5열 교환기(217)를 통해 저온 사이클에 열을 전달하거나 또는 상기 외기 증발기(205)를 작동시키고 이를 통해 외부로 신속하게 방출시키게 선택되는 것을 특징으로 하는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 제 4열 교환기(104)를 통해 흡수한 고온 측 냉매의 열이, 상기 제 1열 교환기(102)에서 온수 탱크(103)로 전달되는 열의 조절을 통해 정해질 수 있다.
상기의 구성을 갖는 이 발명의 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 의하면, 제 4열 교환기를 통해 흡수한, 상기 제 1열 교환기에서 온수 탱크로 전달되는 열의 조절을 통해 정해지는 고온 측 냉매의 열을, 제 5열 교환기를 통해 저온 사이클로 전달하거나 또는 외기 증발기로 전달함으로써, 냉난방 효율을 높이고, 난방 운전할 때 외기 증발기의 제상 및 온수 사용 정도와 무관하게 냉방 운전을 할 수 있으며, 냉방 용량과 난방 용량의 균형을 통해 전체 용량의 최적 설계를 가능하게 하는 효과가 있게 된다.
도 1은 종래 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 이 발명의 실시 예에 따른 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 3a 및 3b는 도 2의 장치에서 난방 운전 과정을 나타낸 도면이고,
도 4a 및 4b는 도 2의 장치에서 냉방 운전 과정을 나타낸 도면이다.
이하에서는, 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부하는 도면들을 참조하여 상세하게 설명하는데, 이는 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 이 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 2는 이 발명의 실시 예에 따른 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
이 발명의 실시 예에 따른 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 기본적으로 고온 측 냉매가 순환하는 고온 사이클(100)과 저온 측 냉매가 순환하는 저온 사이클(200)에, 고온 사이클(100)의 제 1열 교환기(102)에서 온수 탱크(103)로 전달되는 열의 조절을 통해 정해지는 고온 측 냉매의 열을, 저온 사이클(200)과 외기증발기에 선택적으로 전달하는 구성이 추가된다.
고온 사이클(100)은, 고온 측 냉매가 순환하면서 압축, 응축, 팽창, 증발하는 과정으로 구성된다.
고온 측 압축기로서 제 1압축기(101)가 설치되고, 제 1압축기(101)의 출구에는 고온 측 응축 열교환기로서 제 1열 교환기(102) 타 측의 입구가 연결된다.
일 측에 온수 탱크(103)가 연결되는 제 1열 교환기(102)는, 고온 측 냉매의 열을 온수 탱크(103)에 저장된 물과 열 교환하여 온수 및 난방용수를 생산하게 한다.
여기서 온수의 순환을 원활하게 하기 위해 제 1열 교환기(102)와 온수 탱크(103) 사이에 온수 순환펌프(107)를 설치할 수 있으며, 이 경우 온수 순환펌프(107)의 작동 주기를 조절함으로써 고온 사이클(100)의 제 1열 교환기(102)에서 온수 탱크(103)로 전달되는 열의 조절을 통해 제 4열 교환기를 통해 저온 사이클(200) 또는 외기 증발기로 전달되는 고온 측 냉매의 열을 정할 수 있게 된다.
제 1열 교환기(102) 타 측의 출구에는, 제 1열 교환기(102)에서 온수 탱크(103)로 전달되는 열의 조절을 통해 정해지는 고온 측 냉매의 열을 교환하는 열 교환기로서 제 4열 교환기(104) 일 측의 입구가 연결된다.
그리고 제 4열 교환기(104) 타 측에는 고온 측 냉매의 열을, 저온 사이클(200) 또는 외기 증발기(205)를 선택하고, 선택된 저온 사이클(200) 또는 외기 증발기(205)에 전달하기 위해 열매체를 순환시키는 열매체 순환부가 연결된다.
열매체 순환부는, 부동액, 식염수, 브라인과 같은 응고점이 낮은 열매체가 내부에 수용되어 순환하도록 열매체 순환관(111), 열매체 저장탱크(112), 열매체 순환펌프(113) 그리고 삼방밸브(114)(115)로 구성될 수 있다.
여기서 열매체 순환관(111)은, 관 형태로 개방된 양단이 제 4열 교환기(104)의 타 측에 연결되어 외기 증발기(205)에 열 전달하기 좋은 형태로 위치시키게 형성된 폐 루프나, 제 4열 교환기(104) 타 측과 제 5열 교환기(217)의 타 측이 연결되면서 형성된 폐 루프 중 하나가 삼방밸브(114)(115)의 조작에 의해 선택된다.
그리고 열매체 순환관(111)에는, 내부에 수용되어 순환하는 열매체를 저장하면서 외기 증발기(205)에 열을 전달할 때 완충 역할도 하는 열매체 저장탱크(112)와, 열매체의 순환이 원활하도록 하는 열매체 순환펌프(113)가 연결된다.
제 4열 교환기(104) 일 측의 출구에는 고온 측 팽창밸브로서 제 1팽창밸브(105)가 연결된다. 제 1팽창밸브(105)의 출구에는 제 2열 교환기(106) 일 측의 입구가 연결되며, 제 2열 교환기(106)는 일 측의 출구가 제 1압축기(101)의 입구와 연결된다.
제 2열 교환기(106)는 타 측이 저온 사이클(200)과 연결되면서, 고온 사이클(100)의 증발기 및 저온 사이클(200)의 응축기로 사용되는데, 저온 사이클(200)의 증발기에서 흡수한 열을 고온 사이클(100)에 전달하여, 고온 측 냉매와 저온 측 냉매 간 열 교환이 이루어지게 한다.
저온 사이클(200)은, 저온 측 냉매가 순환하면서 압축, 응축, 팽창, 증발하는 과정으로 구성된다.
저온 측 압축기로서 제 2압축기(203)가 설치되고, 제 2압축기(203)의 출구는 제 2열 교환기(106) 타 측의 입구와 연결되고, 제 2열 교환기(106) 타 측의 출구는 제 2팽창밸브(204)와 연결된다.
제 2팽창밸브(204)의 출구는 외기 증발기(205)의 입구에 연결되고, 외기 증발기(205)의 출구는, 전자밸브(201)를 통해 제 5열교환기(217) 일 측의 입구와 연결되며, 제 5열교환기(217) 일 측의 출구는 액 분리기(206)의 입구와 연결된다.
여기서 외기 증발기(205)에는, 삼방밸브(114)(115)의 조작을 통해 열매체 순환관(111)이 제 4열 교환기(104) 타 측과 연결되면서 폐 루프를 형성하고 고온 측 냉매의 열 전달하기 좋은 형태로 위치하며, 온도 센서(216)가 설치된다.
한편 제 5열교환기(217) 일 측의 입구와 제 2열 교환기(106) 타 측의 출구 사이에는, 전자밸브(211)(212)를 통해 제 3열 교환기(214) 일 측과 제 3팽창밸브(213)가 연결된다. 제 3열 교환기(214)의 타 측에는 냉수 탱크(215)가 연결된다.
제 5열교환기(217) 타 측은, 삼방밸브(114)(115)의 조작을 통해 열매체 순환관(111)이 제 4열 교환기(104) 타 측과 연결되면서 폐 루프를 형성한다.
상기와 같은 이 발명의 실시 예에 따른 공기열 이원 히트펌프 냉난방 장치의 작동 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3a 및 3b는 도 2의 장치에서 난방 운전 과정을 나타낸 도면이다.
먼저 컨트롤러(도면에 도시하지 않음)에서 온도 센서(216)의 검출에 의해 외기 증발기(205)의 결빙이 발생하지 않는 정도의 온도인 경우에는 열매체 순환부가 삼방밸브(114)(115)를 조작하여 제 4열 교환기(104) 타 측과 제 5열 교환기(217)의 타 측이 연결되면서 폐 루프를 형성하여 열매체를 순환시키고, 제 2압축기(203)와 제 2열 교환기(106)에 전자밸브(202), 제 2팽창밸브(204), 외기 증발기(205), 전자밸브(201), 제 5열 교환기(217) 그리고 액 분리기(206)로 폐 루프를 형성하여 저온 측 냉매가 순환하면서 외기 증발기(205)와 제 5열 교환기(217)에서 흡수한 열을 제 2열 교환기(106)를 통해 고온 측 냉매로 전달하는 난방 운전을 하게 제어하는 과정을 도 3a를 참조하여 설명한다.
저온 사이클(200)의 전자밸브(201)(202)는 열리고, 전자밸브(211)(212)는 닫히면서 고온 사이클(100)과 저온 사이클(200)이 작동한다.
고온 사이클(100)에서는, 제 1압축기(101)에서 배출된 고온 측 냉매는 제 1열 교환기(102)에서 응축되고, 여기서 남은 열은 제 4열 교환기(104)를 통해 열매체를 매개로 고온 사이클(100)로부터 배출시킨다.
여기서, 제 1열 교환기(102)에는 온수 탱크(103)의 물이 순환하게 되며, 제 1열 교환기(102)를 통해 고온 측 냉매로부터 열을 취득한 물은 온수가 되어 온수 탱크(103)에 저장되는데, 온수 자체로도 사용되고 공조 설비 파이프를 통해 순환하면서 난방을 하게 된다.
그리고 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열을 전부 배출시킨 고온 측 냉매는 제 1팽창밸브(105)를 거친 후, 제 2열 교환기(106)를 통과하면서 저온 사이클(200)의 저온 측 냉매 열을 최대한 교환받아 다시 제 1압축기(101)로 유입된다.
한편, 저온 사이클(200)에서는 제 2압축기(203)에서 배출된 저온 측 냉매가 제 2열 교환기(106)를 통해 전자밸브(202)를 거쳐 제 2팽창밸브(204)로 이동하고, 그 후 외기 증발기(205)를 지나 전자밸브(201)와 제 5열 교환기(217)를 통과하여 액 분리기(206)를 거친 후 다시 제 2압축기(203)로 유입된다.
이때, 제 2열 교환기(106)에서는 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열을 전부 배출시킨 고온 측 냉매와, 외기 증발기(205)의 공기 열과 제 5열 교환기(217)의 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열을 흡수한 저온 측 냉매가 열 교환을 최대로 하므로 난방 효율이 높아지게 된다.
다음으로 컨트롤러에서 온도 센서(216)의 검출에 의해 외기 증발기(205)의 결빙이 발생하는 정도의 온도인 경우에는 열매체 순환부가 삼방밸브(114)(115)를 조작하여 제 4열 교환기(104)의 타 측과 연결되면서 폐 루프를 형성하여 열매체를 순환시키는데, 이를 통해 외기 증발기(205)로 열을 전달하여 제상하면서 난방 운전을 하도록 제어하는 과정을 도 3b를 참조하여 설명한다.
외부 온도가 낮아짐에 따라 성에가 발생하므로 외기 증발기(214)의 원활한 작동을 위한 제상이 필요하게 되는데, 이 경우 온수 순환펌프(107)를 정지시키는 제어를 통해 고온 측 냉매 열이 열매체 순환부의 열매체를 통해 외기증발기(16)에 모두 전달되게 함으로써 외기증발기(205)의 제상을 신속하게 할 수 있도록 하여, 외부 온도가 낮아 외기 증발기(214)에 성에가 끼면서 작동이 멈추거나 원활하지 못한 상황이 발생하지 않도록 한다.
도 4a 및 4b는 도 2의 장치에서 냉방 운전 과정을 나타낸 도면이다.
먼저 컨트롤러(도면에 도시하지 않음)에서 온도 센서(108)의 검출에 의해 온수 탱크(103)의 온수 사용이 계속되고 있는 경우에는 열매체 순환부가 삼방밸브(114)(115)를 조작하여 제 4열 교환기(104) 타 측과 제 5열 교환기(217)의 타 측이 연결되면서 폐 루프를 형성하여 열매체를 순환시키고, 제 2압축기(203)와 제 2열 교환기(106)에 전자밸브(212), 제 3팽창밸브(213), 냉수 탱크(215)에 연결된 제 3열 교환기(214), 전자밸브(211), 제 5열 교환기(217) 그리고 액 분리기(206)로 폐 루프를 형성하여, 저온 측 냉매가 순환하면서 제 3열 교환기(214)와 제 5열 교환기(217)에서 흡수한 열을 제 2열 교환기(106)를 통해 고온 측 냉매로 전달하는 냉방 운전을 하게 제어하는 과정을 도 4a를 참조하여 설명한다.
저온 사이클(200)의 전자밸브(211)(212)는 열리고, 전자밸브(201)(202)는 닫히면서 고온 사이클(100)과 저온 사이클(200)이 작동한다.
저온 사이클(100)에서는, 제 2압축기(203)에서 배출된 저온 측 냉매가 제 2열 교환기(106)와 전자밸브(212)를 지나 제 3팽창밸브(213)로 이동하고, 그 후 제 3열 교환기(214)를 통해 냉수 탱크(215)의 열과 제 5열 교환기(217)를 통해 열매체의 열을 전달받아 액 분리기(206)를 거쳐 제 2압축기(203)로 유입하게 된다.
여기서, 제 3열 교환기(214)를 순환하도록 설치된 냉수 탱크(215)에 저장된 물은, 제 3열 교환기(214)를 통해 열을 전달하고 냉수 탱크(20)로 복귀하면서 저장되는데, 냉수 탱크(20)에 저장되는 냉수는 공조 설비 파이프를 통해 순환하면서 냉방을 하게 된다.
고온 사이클(100)에서는, 제 1압축기(101)에서 배출된 고온 측 냉매가 제 1열 교환기(102)에서 응축되고, 여기서 남은 열은 제 4열 교환기(104)를 통해 열매체 순환부의 열매체를 매개로 고온 사이클(100)로부터 배출시킨다.
그리고 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열을 전부 배출시킨 고온 측 냉매는 제 1팽창밸브(105)를 거친 후, 제 2열 교환기(106)를 통과하면서 저온 사이클(200)의 저온 측 냉매 열을 최대한 교환받아 다시 제 1압축기(101)로 유입된다.
여기서, 제 1열 교환기(102)에는 온수 탱크(103)의 물이 순환하게 되며, 제 1열 교환기(102)를 통해 고온 측 냉매로부터 열을 취득한 물은 온수가 되어 온수 탱크(103)에 저장되면서 온수 사용이 가능하게 된다.
제 2열 교환기(106)에서는, 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열을 전부 배출시킨 고온 측 냉매와, 제 3열 교환기(214)를 통해 얻은 냉수 탱크(215)의 열과 제 5열 교환기(217)를 통해 얻은 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열을 흡수한 저온 측 냉매가 열 교환을 최대로 하므로 냉방 효율이 높아지게 된다.
다음으로 컨트롤러에서 온도 센서(108)의 검출에 의해 온수 탱크(103)의 온수 사용이 되지 않고 있는 경우에는 열매체 순환부가 삼방밸브(114)(115)를 조작하여 제 4열 교환기(104)의 타 측과 연결되면서 폐 루프를 형성하여 열매체를 순환시키고, 난방 운전할 때 증발기로 작동하던 외기 증발기(205)를 별도로 작동시키며, 제 2압축기(203)와 제 2열 교환기(106)에 전자밸브(212), 제 3팽창밸브(213), 냉수 탱크(215)에 연결된 제 3열 교환기(214), 전자밸브(211) 그리고 액 분리기(206)로 폐 루프를 형성하여, 저온 측 냉매가 순환하면서 제 3열 교환기(214)에서 흡수한 저온 측 냉매의 열을 제 2열 교환기(106)를 통해 고온 측 냉매로 전달하는 냉방 운전을 하게 제어하는 과정을 도 4b를 참조하여 설명한다.
고온 사이클(100)과 저온 사이클(200)의 작동은 도 4a와 동일하고, 다만 냉방에 따라 발생되는 열을 온수 탱크(103)로 공급하는데 있어서 온수를 사용하지 않아 온수 탱크(103)로의 열 공급이 되지 않으므로, 제 1열 교환기(102)를 거치면서 응축되고 남은 고온 측 냉매 열은, 열매체 순환부를 통해, 제 5열 교환기(217)를 통해 저온 사이클(200)로 전달하지 않고, 작동중인 외기 증발기(205)로 전달하여 신속하게 외부로 방출시키는 것에 차이가 있게 된다.
이로부터 온수를 사용하지 않아 냉방에 따라 발생되는 열이 온수 탱크(103)로의 열 공급이 되지 않더라도, 항상 최적의 냉방 상태를 유지하게 할 수 있으며, 고온 사이클(100)의 작동을 멈추지 않고 두 사이클을 모두 사용하여 난방 용량과의 균형을 고려한 최적의 용량 설계를 할 수 있게 된다.
이 발명은 상기의 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재되는 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하고, 이러한 변형도 이 발명의 범위 내에 포함된다.
100 : 고온 사이클 101 : 제 1압축기
102 : 제 1열 교환기 103 : 온수 탱크
104 : 제 4열 교환기 105 : 제 1팽창밸브
106 : 제 2열 교환기 107 : 온수 순환펌프
108, 216 : 온도 센서 111 : 열매체 순환관
112 : 열매체 저장탱크 113 : 열매체 순환펌프
114, 115 : 삼방밸브 200 : 저온 사이클
201, 202, 211, 212 : 전자밸브 203 : 제 2압축기
204 : 제 2팽창밸브 205 : 외기 증발기
206 : 액 분리기 213 : 제 3팽창밸브
214 : 제 3열 교환기 215 : 냉수 탱크
217 : 제 5열 교환기

Claims (2)

  1. 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 1팽창밸브(105) 그리고 제 2열 교환기(106)로 폐 루프를 형성하여 고온 측 냉매가 순환하면서, 상기 제 2열 교환기(106)에서 흡수한 열을 상기 제 1열 교환기(102)를 통해 온수 탱크(103)로 전달하는 고온 사이클(100)과; 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에, 제 2팽창밸브(204)와 외기 증발기(205)로 폐 루프를 형성하여 저온 측 냉매가 순환하면서 난방 운전을 하거나, 또는 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에, 제 3팽창밸브(213)와 냉수 탱크(215)에 연결된 제 3열 교환기(214)로 폐 루프를 형성하여 저온 측 냉매가 순환하면서 냉방 운전을 하게 선택할 수 있으며, 선택에 의해 난방 또는 냉방 운전을 할 때 상기 외기 증발기(205) 또는 제 3열 교환기(214)에서 흡수한 열을 상기 제 2열 교환기(106)를 통해 상기 고온 측 냉매로 전달하는 저온 사이클(200);로 이루어지는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 있어서,
    상기 제 1열 교환기(102)와 제 1팽창밸브(105) 사이에 일 측이 연결되는 제 4열 교환기(104)와; 상기 제 2압축기(203) 입구 측에 일 측이 연결되는 제 5열 교환기(217); 및, 상기 제 4열 교환기(104)의 타 측과 제 5열 교환기(217)의 타 측이 연결되면서 폐 루프를 형성하거나, 또는 상기 제 4열 교환기(104)의 타 측과 연결되면서 상기 외기 증발기(205)에 열을 전달하게 폐 루프를 형성하게 선택하고, 선택되는 폐 루프로 내부에 수용하는 열매체를 순환시키는 열매체 순환부;를 더 포함하고,
    상기 열매체 순환부는, 상기 제 4열 교환기(104)를 통해 흡수한 고온 측 냉매의 열을, 난방 운전을 할 때에는 상기 제 5열 교환기(217)를 통해 저온 사이클에 열을 전달하거나 또는 상기 외기 증발기(205)를 가열하게 열을 전달하도록 선택되는 한편, 냉방 운전을 할 때에는 상기 제 5열 교환기(217)를 통해 저온 사이클에 열을 전달하거나 또는 상기 외기 증발기(205)를 작동시키고 이를 통해 외부로 신속하게 방출시키게 선택되는 것을 특징으로 하는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4열 교환기(104)를 통해 흡수한 고온 측 냉매의 열은, 상기 제 1열 교환기(102)에서 온수 탱크(103)로 전달되는 열의 조절을 통해 정해지는 것을 특징으로 하는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치.
KR1020130053480A 2013-05-11 2013-05-11 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치 KR20140133375A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130053480A KR20140133375A (ko) 2013-05-11 2013-05-11 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130053480A KR20140133375A (ko) 2013-05-11 2013-05-11 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140133375A true KR20140133375A (ko) 2014-11-19

Family

ID=52454055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130053480A KR20140133375A (ko) 2013-05-11 2013-05-11 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140133375A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108592296A (zh) * 2018-06-01 2018-09-28 青岛海尔空调器有限总公司 空调器除霜控制方法
CN109579339A (zh) * 2019-01-21 2019-04-05 天津商业大学 一种改进的单、双级混合热泵***

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108592296A (zh) * 2018-06-01 2018-09-28 青岛海尔空调器有限总公司 空调器除霜控制方法
CN108592296B (zh) * 2018-06-01 2021-03-16 青岛海尔空调器有限总公司 空调器除霜控制方法
CN109579339A (zh) * 2019-01-21 2019-04-05 天津商业大学 一种改进的单、双级混合热泵***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100810870B1 (ko) 급탕장치
US11629891B2 (en) Heat pump system
CN102297487B (zh) 空调热管一体机
WO2014101225A1 (en) Heat pump water heater
KR100734904B1 (ko) 냉난방 겸용 히트펌프 시스템
JP2004003801A (ja) 二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置
KR200411589Y1 (ko) 냉난방 겸용 히트펌프 시스템
KR101754685B1 (ko) 히트펌프식 급탕장치
KR20140123384A (ko) 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치
CN104813112A (zh) 空调装置
JP2013083439A5 (ko)
CN114046612A (zh) 具有双蒸发温度的空调\地暖\地冷多联***
KR100945452B1 (ko) 히트펌프장치
KR101653567B1 (ko) 열회수가 가능한 이원냉동사이클 히트펌프 시스템
KR20140133375A (ko) 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치
CN214371045U (zh) 一种双水温出水的变频空气源热泵***
CN212362185U (zh) 自除霜式空气源热泵机组
KR20140112928A (ko) 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치
CN113883599A (zh) 空调器
KR101649447B1 (ko) 도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템
KR20140089278A (ko) 공기 수열 복합 열원 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치
KR20140089271A (ko) 공기 지열 복합 열원 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치
CN109869942B (zh) 一种扁管套管式热回收型热泵空调***及其工作方法
CN109724286B (zh) 空调***和空调器
KR101272021B1 (ko) 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination