KR20200013867A - 냉,온열 통합 축열시스템 - Google Patents

냉,온열 통합 축열시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 냉,온열 통합 축열시스템은 압축기와, 상기 압축기로부터 순환된 냉매가 다단계로 응축되고 각 단계별로 응축열이 축열되는 응축열 축열부와, 팽창부와, 상기 팽창부로부터 압축기로 순환되는 냉매가 동시에 상이한 증발압력상태에서 증발작용되어 냉열이 축열되는 냉열 축열부와, 상기 냉매의 순환경로에 따라 선택적으로 상기 냉매의 응축작용 또는 증발작용이 이루어지는 실외기와, 상기 냉매의 순환경로를 각각 선택적으로 개폐하여 설정된 냉온열 통합 축열모드 또는 설정된 온열 축열모드 또는 설정된 냉열 축열모드로 냉매가 순환되게 하는 냉매순환전환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉,온열 통합 축열시스템{Combined cold-hot heat storage system}
본 발명은 냉,온열 통합 축열시스템에 관한 것으로서, 특히 열교환 사이클의 폐열을 회수하여 냉열 및 온열로 축열할 수 있는 냉,온열 통합 축열시스템에 관한 것이다.
일반적으로 열교환 사이클은 압축기와 응축기 그리고 팽창기 및 증발기가 포함된 폐회로를 구동하기 위해서는 응축기에서 열에너지를 방출할 수 밖에 없다. 특히 식당이나 정육점 등에서 주로 사용하는 상업용 냉장고, 냉동고, 저온 저장고, 냉/난방시스템 등은 대용량으로 에너지 소비가 매우 높기 때문에 응축기에서 버려지는 폐열량도 상당히 크다.
대한민국 특허공개 제2010-0072926호에는 냉동시스템의 폐열회수 시스템이 개시되어 있다. 개시된 폐열회수 시스템은 고온고압의 냉매의 온도를 낮추기 위해 응축기 내부에 냉각수가 순환되는 순환관이 마련되고, 상기 순환관에 연결되어 상기 응축기를 통해 열교환된 냉각수가 토출되는 제1파이프가 연결되며, 상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 열교환시키는 냉각탑이 마련되고, 상기 냉각탑에서 열교환 된 냉각수를 상기 순환관으로 토출시키는 제2파이프로 이루어진 열교환시스템과, 상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 분기시키고, 분기된 냉각수의 열을 회수하여 난방이 가능하도록 한 난방기가 마련되며, 상기 난방기를 통해 열교환 된 냉각수를 다시 순환된다.
그러나 이러한 냉동 시스템은 폐열 회수 시스템은 온수를 생산하여 사용할 수 없으며, 냉기의 활용성이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다.
대한민국 특허공개 제2010-0072926호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉매 사이클의 폐열를 회수하여 온열과 냉열을 모두 선택적으로 축열함으로써 온수 및 난방, 냉장/냉동용으로 재사용할 수 있는 냉,온열 통합 축열시스템을 제공하는데 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 냉,온열 통합 축열시스템은 냉매가 압축되는 압축기와; 상기 압축기로부터 순환된 냉매가 다단계로 응축되고 각 단계별로 응축열이 축열될 수 있도록 상기 냉매가 순차적으로 순환되는 복수개의 응축열교환기를 포함하는 응축열 축열부와; 상기 응축된 냉매가 팽창되는 팽창부와; 상기 팽창부로부터 압축기로 순환되는 냉매가 동시에 상이한 증발압력상태에서 증발작용되어 냉열이 축열될 수 있도록 병렬 구조로 설치되는 복수개의 증발열교환기를 포함하는 냉열 축열부와; 상기 냉매의 순환경로에 따라 선택적으로 상기 냉매의 응축작용 또는 증발작용이 이루어지는 실외기와; 상기 냉매의 순환경로를 각각 선택적으로 개폐하여, 설정된 냉온열 통합 축열모드에서는 상기 냉매가 상기 압축기로부터 상기 응축열 축열부와 상기 팽창부 및 상기 냉열 축열부 순으로 순환되거나 상기 압축기로부터 상기 응축열 축열부와 상기 실외기, 그리고 팽창부 및 상기 냉열 축열부 순으로 순환되고, 설정된 온열 축열모드에서는 상기 냉매가 상기 압축기로부터 상기 응축열 축열부와 상기 팽창부 및 상기 실외기 순으로 순환되고, 설정된 냉열 축열모드에서는 상기 냉매가 상기 압축기로부터 상기 실외기와 상기 팽창부 및 상기 냉열 축열부 순으로 순환되게 하는 냉매순환전환부;를 포함한다.
상기 응축열교환기는 난방열원이 축열될 수 있도록 상기 압축기로부터 냉매가 직접 순환되는 제1응축열교환기와, 상기 제1응축열교환기로부터 냉매가 순환되어 온수열원이 축열될 수 있도록 상기 제1응축열교환기와 직렬 구조로 연결되는 제2응축열교환기로 구성되며, 상기 제1응축열교환기는 상기 냉매가 동시에 병렬로 순환될 수 있도록 복수개의 유닛으로 분할된 구조이고, 상기 제1응축열교환기의 복수개의 유닛 중 적어도 일부에는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 축열용 전자변이 설치될 수 있다.
상기 증발열교환기는 냉장용 냉열과 냉동열 냉열이 각각 축열될 수 있도록 서로 병렬 구조로 연결되는 제1,제2증발열교환기로 구성되며, 상기 제1증발열교환기의 순환 경로에는 냉장용 냉열온도가 냉동용 냉열온도보다 높도록 증발압력조정 전자변이 설치될 수 있다.
상기 냉매순환전환부는 상기 압축기와 상기 응축열 축열부를 연결하는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 제1전환 전자변과, 상기 압축기 또는 상기 응축열 축열부로부터 상기 실외기로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 제2전환 전자변과, 상기 팽창부로부터 상기 실외기로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 제3전환 전자변과, 상기 실외기로부터 상기 압축기로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 제4전환 전자변과, 상기 응축열 축열부 또는 상기 실외기로부터 상기 냉열 축열부로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 제5전환 전자변을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 냉,온열 통합 축열시스템은 상업용 냉장고 등 대용량 냉매사이클에서 버려지는 폐열인 응축열 및 냉열을 모두 통합 회수하여 축열함으로써 난방,온수 또는 냉장,냉동용으로 재사용할 수 있기 때문에 에너지 소비를 줄일 수 있다.
또한 본 발명은 축열 사용 여부에 따라 응축열과 냉열을 선택적으로 회수할 수 있기 때문에 보다 효율적으로 축열 운전할 수 있다.
또한 본 발명은 복수개의 응축열교환기를 직렬 구조로 연결하여 축열 사용 용도별로 상이한 온도의 응축열을 축열할 수 있다.
또한 본 발명은 복수개의 증발열교환기를 병렬 구조로 연결하되, 증발압력조정 전자변에 의해 증발압력이 상이하도록 통제함으로써 냉장용, 냉동용 별로 냉열을 각각 축열할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉,온열 통합 축열시스템에 관한 것으로, 냉온열 통합 축열모드의 초기 운전시 냉매순환경로를 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 관한 것으로, 냉온열 통합 축열모드의 정상 운전시 냉매순환경로를 도시한 구성도이다.
도 3은 도 1에 관한 것으로, 냉온열 통합 축열모드의 과열 운전시 냉매순환경로를 도시한 구성도이다.
도 4는 도 1에 관한 것으로, 냉열 축열모드 운전시 냉매순환경로를 도시한 구성도이다.
도 5는 도 1에 관한 것으로, 온열 축열모드 운전시 냉매순환경로를 도시한 구성도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 냉,온열 통합 축열시스템은 압축기(10)와, 응축열 축열부(20)와, 팽창부와, 냉열 축열부(40)와, 실외기(50)와, 냉매순환전환부를 포함하여 냉매가 순환될 수 있도록 구성된다.
냉매 순환경로는 압축기(10)와 응축열 축열부(20)가 연결되는 압축경로(100)와, 응축열 축열부(20)와 냉열 축열부(40)가 연결되는 고온경로(102)와, 냉열 축열부(40)와 압축기(10)가 연결되는 저온경로(104)를 포함할 수 있다. 또한 냉매 순환경로는 냉매가 실외기(50)를 선택적으로 경유할 수 있도록, 압축경로(100)와 고온경로(102)의 입구 측이 연결되는 축열부 우회경로(110)와, 고온경로(102)와 실외기(50)의 입구가 연결되는 제1실외기 입구경로(120)와, 실외기(50) 출구와 고온경로(102)가 연결되는 제1실외기 출구경로(122)와, 고온경로(102)의 출구 측과 실외기(50)의 입구 측이 연결되는 제2실외기 입구경로(124)와, 실외기(50)의 출구 측과 저온 경로가 연결되는 제2실외기 출구경로(126)를 더 포함할 수 있다. 제1실외기 입구경로(120)는 냉매 순환경로를 따라 제1실외기 출구경로(122)보다 앞쪽에서 고온경로(102)와 연결된다.
압축기(10)는 냉매의 액화가 쉽도록 기상의 냉매를 고온, 고압의 냉매로 압축시키는 것으로, 필요에 따라 단일 구성 또는 다단 구성으로 이루어질 수 있다. 압축기(10)의 입구 측, 즉 압축경로(100)에는 액상의 냉매는 걸려내고 기상의 냉매만 압축기(10)로 순환될 수 있도록 기액분리기(2)가 구성될 수 있다. 압축기(10)의 출구 측, 즉 저온경로(104)에는 압축기(10)에서 압축된 기상의 냉매로 오일을 분리할 수 있는 유분리기(4)가 구성될 수 있다.
응축열 축열부(20)는 응축열교환기(22,24)와, 응축열탱크(26,28)를 포함할 수 있다.
응축열교환기(22.24)는 기상의 고온 냉매가 응축열탱크 내에서 열교환 작용에 의해 열을 방열하여 저온의 액상으로 응축될 수 있도록 응축열탱크 내부에 설치되며, 압축기(10)에서 압축된 냉매가 순환될 수 있도록 냉매의 순환경로와 연결될 수 있다.
특히 응축열교환기(22,24)는 복수개로 구성됨과 아울러 냉매가 순차적으로 순화될 수 있도록 복수개가 직렬 구조로 연결된다. 이에 따라 압축기(10)로부터 순환된 냉매가 다단계로 응축될 수 있고, 각 응축 단계별로 상이한 온도의 응축열이 축열될 수 있다. 이때 냉매가 다단 응축됨에 따라 응축열의 축열온도가 낮아지기 때문에 축열 사용 용도에 맞춰 별도로 축열 온도를 조절하는 중간과정없이 바로 각 응축 단계의 축열온도별로 축열 사용 용도를 결정하여 히트 펌프와 같이 직접 공급할 수 있다.
바람직하게는 복수개의 응축열교환기(22,24)는 냉매 순환경로를 따라 압축기(10)로부터 냉매가 바로 직접 순환되는 제1응축열교환기(22)와, 상기 제1응축열교환기(22)와 직렬 구조로 연결되어 제1응축열교환기(22)로부터 냉매가 순환되는 제2응축열교환기(24)로 구성될 수 있다. 따라서 제1응축열교환기(22)에 의해 상대적으로 고온의 응축열이 축열되는 바, 제1응축열교환기(22)에 의해 축열된 열원은 난방을 위한 난방열원(H1)으로 적합하게 사용될 수 있다. 제2응축열교환기(24)에 의해서는 상대적으로 중온의 응축열이 축열되는 바, 제2응축열교환기(24)에 의해 축열된 열원은 온수를 가열하기 위한 온수열원(H2)으로 적합하게 사용될 수 있다.
나아가 제1응축열교환기(22)는 보다 세분되어 냉매가 동시에 병렬로 순환될 수 있도록 복수개의 유닛으로 구조적으로 분할될 수 있다. 예컨대 제1응축열교환기(22)는 제1,제2유닛(22a,22b)으로 구성될 수 있고, 제1,제2유닛(22a,22b)은 압축기(10)로부터 냉매가 바로 순환될 수 있도록 제1응축열교환기(22)의 입구 측이 제1,제2유닛(22a,22b) 측으로 둘로 분기될 수 있다. 제1응축열교환기(22)의 제1,제2유닛(22a,22b)의 출구 측은 통합되어 제2응축열교환기(24)로 연결될 수 있다. 제1응축열교환기(22)의 제1,제2유닛(22a,22b)은 도시된 바와 같이 냉매 순환경로에 대하여 병렬로 나란히 설치될 수도 있고, 또는 냉매 순환경로를 따라 일렬로 설치될 수도 있다. 이와 아울러 제1응축열교환기(22)의 복수개의 유닛 중 적어도 일부에는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 축열용 전자변(23)이 설치될 수 있다. 본 실시예의 경우 바람직하게는 냉매의 순환경로를 따라 압축기(10)의 출구에서 상대적으로 거리가 먼 축열용 전자변(23)은 제2유닛(22b)의 입구 측에 설치되어 냉매가 제2유닛(22b)을 선택적으로 순환될 수 있도록 냉매의 순환경로가 통제될 수 있다. 따라서 냉매가 제1응축열교환기(22)의 제1유닛(22a)으로만 순환되거나, 제1,제2유닛(22a,22b) 모두 순환될 수 있도록 냉매의 순환경로가 통제됨으로써 제1응축열교환기(22) 및 제2응축열교환기(24)의 축열량 내지 축열온도가 통제될 수 있다. 이때 압축기(10)로부터 순환되는 냉매의 온도는 압축기(10)로부터 토출된 직후가 가장 높은데, 냉매의 순환경로를 따라 압축기(10)에서 가장 가까운 제1유닛(22a)에는 항상 냉매가 순환되어 압축기(10) 토출 직후의 고온의 응축열이 축열될 수 있다.
응축열탱크(26,28)는 제1,제2응축열교환기(22,24) 별로 분리되어 축열과정이 진행될 수 있도록 제1응축열교환기(22)가 설치되는 제1응축열탱크(26)와, 제2응축열교환기(24)가 설치되는 제2응축열탱크(28)로 구성될 수 있다. 제1,제2응축열탱크(26,28)의 내부에는 상전이물질(PCM) 등의 축열매체가 채워질 수 있다. 제1응축열탱크(26)에는 상술한 바와 같이 난방열원(H1)공급이 용이하도록 난방용 기기와 브라인 펌프나 난방 사이클로 연결될 수 있다. 난방용 기기는 바닥난방이나 온풍난방기, 공조기, 가열용기기 등 다양하게 선택될 수 있다. 제2응축열탱크(28)에는 상술한 바와 같이 온수열원(H2)공급이 용이하도록 샤워기나 싱크대 등과 배수관 시스템으로 연결될 수 있다.
팽창부는 응축열 축열부(20) 및/또는 실외기(50)에서 응축된 액상의 냉매가 증발이 용이하토록 팽창시키는 것으로, 팽창밸브 등으로 구성될 수 있다. 특히 팽창부는 냉매의 순환경로가 전환되더라도 냉매의 팽창과정이 언제나 가능토록, 냉열 축열부(40)의 입구 측에 설치되는 냉축열 팽창밸브(32,34)와, 제2실외기 입구경로(124) 상에 설치되는 온축열 팽창밸브(36)를 포함할 수 있다. 냉축열 팽창밸브(32,34)는 후술하는 바와 같이 냉열 축열부(40)의 증발열교환기(42,44)가 복수개 구성되는 것에 대응하여 복수개 구성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 냉축열 팽창밸브(32,34)는 제1증발열교환기(42)의 입구 측에 설치되는 제1냉축열 팽창밸브(32)와, 제2증발열교환기(44)의 입구 측에 설치되는 제2냉축열 팽창밸브(34)로 구성될 수 있다.
냉열 축열부(40)는 증발열교환기(42,44)와, 냉축열탱크(46,48)를 포함할 수 있다.
증발열교환기(42,44)는 액상의 냉매가 냉축열탱크(46,48) 내에서 열교환 작용에 의해 열을 흡수하여 기상으로 증발될 수 있도록 냉축열탱크(46,48) 내부에 설치되며, 냉매가 순환될 수 있도록 고온경로(102) 및 저온경로(104)에 연결될 수 있다.
특히 증발열교환기(42,44)는 복수개가 병렬 구조로 연결될 수 있다. 이에 따라 냉매의 증발작용이 여러 경로에서 동시에 병행될 수 있다. 이때 복수개의 증발열교환기(42,44)에서 냉매의 증발압력이 서로 다르게 설정함으로써 냉축열 온도를 조절할 수 있기 때문에 냉축열 사용 용도에 맞춰 별도로 냉축열 온도를 조절하는 중간과정없이 바로 냉축열 사용 용도별로 냉축열을 바로 직접 공급할 수 있다.
바람직하게는 복수개의 증발열교환기(42,44)는 냉장용 냉열 공급을 위한 제1증발열교환기(42)와, 냉동용 냉열 공급을 위한 제2증발열교환기(44)로 구성될 수 있다. 제1증발열교환기(42)의 순환 경로, 예컨대 제1증발열교환기(42)의 출구 측에는 냉장용 냉열온도가 냉동용 냉열온도보다 높도록 증발압력조정변(43; EPR)이 설치될 수 있다.
냉축열탱크(46,48)는 제1,제2증발열교환기(42,44) 별로 분리되어 냉축열과정이 진행될 수 있도록 제1증발열교환기(42)가 설치되는 제1냉축열탱크(46)와, 제2증발열교환기(44)가 설치되는 제2냉축열탱크(48)로 구성될 수 있다. 제1,제2냉축열탱크(46,48)의 내부에는 상전이물질(PCM) 등의 냉축열매체가 채워질 수 있다. 제1냉축열탱크(46)에는 상술한 바와 같이 냉장용에 적합한 온도의 냉열(또는 냉기) 공급이 용이하도록 냉장기기(C1)와 브라인 펌프나 냉장 시스템으로 연결될 수 있다. 냉장기기(C1)는 냉장고, 냉수기, 냉풍기, 냉방기기 등으로 다양하게 선택될 수 있다. 제2냉축열탱크(48)에는 상술한 바와 같이 냉동용에 적합한 온도의 냉열(또는 냉기) 공급이 용이하도록 냉동기기(C2)와 냉동시스템으로 연결될 수 있다. 냉동기기(C2)는 냉동고, 제빙기, 저온저장고, 동결건조기 등으로 다양하게 선택될 수 있다.
실외기(50)는 냉매의 열교환 작용이 실온 등에 의해 진행될 수 있도록 열교환기 등을 포함한다. 이때 실외기(50)는 냉매의 순환경로에 따라 냉매의 응축작용이 진행되는 응축기가 될 수도 있고, 또는 냉매의 증발작용이 진행되는 증발기가 될 수도 있다.
냉매순환전환부는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하여 냉매의 순환경로를 설정된 모드에 따라 전환할 수 있도록 제1 내지 제5전환 전자변(61~65)을 포함할 수 있다. 제1전환 전자변(61)은 압축기(10)와 응축열 축열부(20)를 연결하는 냉매의 순환경로, 즉 압축경로(100)를 선택적으로 개폐할 수 있다. 보다 상세하게는 제1전환 전자변(61)은 제1응축열교환기(22)의 제1유닛(22a)의 입구 측에 구성될 수 있다. 제2전환 전자변(62)은 압축기(10) 또는 응축열 축열부(20)로부터 실외기(50)로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐할 수 있도록 제1실외기 입구경로(120) 상에 구성될 수 있다. 제3전환 전자변(63)은 팽창부로부터 실외기(50)로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐할 수 있도록 제2실외기 입구경로(124) 상에 구성될 수 있다. 제4전환 전자변(64)은 실외기(50)로부터 압축기(10)로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐할 수 있도록 제2실외기 출구경로(126) 상에 구성될 수 있다. 제5전환 전자변(65)은 응축열 축열부(20) 또는 실외기(50)로부터 냉열 축열부(40)로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐할 수 있도록 저온경로(104) 상에 구성될 수 있다. 보다 상세하게는 제5전환 전자변(65)은 냉매의 순환경로를 따라 제1,제2냉축열 팽창밸브(34) 바로 앞에 하나씩 구성될 수 있다. 이에 따라 냉매순환전환부는 냉매의 순환경로를 설정된 냉온열 통합 축열모드와 온열 축열모드, 그리고 냉열 축열모드 중 어느 하나의 모드로 전환할 수 있다.
한편 고온경로(102) 상에는 수액기(6)와 필터 드라이어(8)가 냉매 순환경로를 따라 순차적으로 구성될 수 있다. 수액기(6)는 응축열 축열부(20) 및/또는 실외기(50)에서의 냉매의 응축량 부하 변동을 흡수하여 원활한 운전이 가능토록 액화된 냉매가 일시 저장된다. 필터 드라이어(8)는 냉매의 순환을 저해하는 수분을 흡수한다. 따라서 보다 상세하게는 수액기(6)와 필터 드라이어(8)는 냉매의 순환경로를 따라 고온경로(102) 중 제1실외기 출구경로(122) 연결지점과 제2실외기 입구경로(124) 연결지점 사이에서 냉매가 순환될 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 냉,온열 통합 축열시스템의 작동과정을 상세히 설명하면, 다음과 같다.
먼저 냉온열 통합 축열모드는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 진행되도록 기 설정될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 초기 운전시에는 압축기(10)에서 압축된 냉매는 유분리기(4)->응축열 축열부(20)->수액기(6)->필터 드라이어(8)->제1,제2냉축열 팽창밸브(34)->냉축열 축열부->기액분리기(2) 순으로 순환된 다음 다시 압축기(10)로 순환된다. 이때 초기 운전시에는 냉매의 응축온도가 낮기 때문에 제1응축열교환기(22)의 제1,제2유닛(22a,22b)으로 모두 냉매가 순환되도록 축열용 전자변(23)을 열림 상태로 제어함으로써 제1축열탱크의 축열량이 많아질 수 있다.
냉매의 응축압력(또는 응축온도)가 기 설정된 제1응축압력(또는 제1응축온도) 이상으로 어느 정도 상승되면 즉 정상 운전 상태에 도달하면, 도 2에 도시된 바와 같이 축열용 전자변(23)이 닫히면서 냉매가 제1응축열교환기(22)의 제1유닛(22a)만 통과하여 제2응축열교환기(24)로 순환될 수 있다.
운전 중 냉매의 응축압력(또는 응축온도)가 상술한 제1응축압력보다 높게 설정된 제2응축압력(또는 제2응축온도) 이상으로 상승되면 즉 과열 운전되면, 도 3에 도시된 바와 같이 냉매가 응축열 축열부(20)에서 1차 응축된 다음 실외기(50)를 경유하여 2차 응축될 수 있다. 즉 냉매는 유분리기(4)->응축열 축열부(20)->실외기(50)->수액기(6)->필터 드라이어(8)->제1,제2냉축열 팽창밸브(34)->냉축열 축열부->기액분리기(2) 순으로 순환된 다음 다시 압축기(10)로 순환된다. 따라서 운전 중 응축열 축열부(20)에서 냉매 응축압력이 높더라도 실외기(50)에서 2차 응축이 진행되어 최종적으로 냉매의 응축압력(또는 응축온도)가 최대한 낮아진 상태에서 냉열 축열부(40)에서 증발 작용이 진행될 수 있기 때문에 성능이 향상될 수 있다.
이와 같이 냉매가 순환되면서 제1,제2응축열탱크(26,28)에 축열된 열에너지는 각각 난방열원(H1), 온수열원(H2)으로 공급되고, 동시에 제1,제2냉축열탱크(46,48)에 축열된 냉열에너지는 각각 냉장열원, 냉동열원으로 공급될 수 있다. 따라서 폐열인 응축열 및 증발잠열을 모두 회수하여 재사용함으로써 에너지 소비를 줄일 수 있으며, 식당이나 정육점 등에서 함께 사용하는 일련의 시스템들을 일원화할 수 있다.
냉열 축열모드는 응축열 축열은 생략하고 냉열만 축열할 수 있도록 도 4에 도시된 바와 같이 진행되도록 기 설정될 수 있다.
압축기(10)에서 압축된 냉매는 유분리기(4)->실외기(50)->수액기(6)->필터 드라이어(8)->제1,제2냉축열 팽창밸브(34)->냉열 축열부(40)->기액분리기(2) 순으로 순환된 다음, 다시 압축기(10)로 순환된다. 즉 압축기(10)로부터 순환된 냉매가 응축열 축열부(20)를 우회하여 바로 실외기(50)에서 응축되기 때문에 응축열 축열부(20)에 의한 축열과정이 진행되지 않는다. 따라서 난방기기 및 온수를 사용하지 않고 냉장기기(C1) 및 냉동기기(C2)만 사용하는 경우, 냉매의 순환경로에서 응축부 축열부에 의한 축열과정이 생략될 수 있어 보다 효율적으로 냉열 축열이 진행될 수 있다.
온열 축열모드는 응축열만 축열하고 냉열 축열은 생략할 수 있도록 도 5에 도시된 바와 같이 진행되도록 기 설정될 수 있다.
압축기(10)에서 압축된 냉매는 유분리기(4)->응축열 축열부(20)->수액기(6)->필터 드라이어(8)->온축열 팽창밸브(36)->실외기(50)->기액분리기(2) 순으로 순환된 다음, 다시 압축기(10)로 순환된다. 즉 응축열 축열부(20)로부터 순환된 냉매가 냉열 축열부(40)를 우회하여 바로 실외기(50)로 순환되어 실외기(50)에서 냉매의 증발작용이 진행되며, 따라서 냉열 축열부(40)에 의한 냉축열 과정이 진행되지 않는다. 따라서 냉장기기(C1) 및 냉동기기(C2)를 사용하지 않고 난방기기 및 온수만 사용하는 경우, 냉매의 순환경로에서 냉열 축열부(40)에 의한 축열과정이 생략될 수 있어 보다 효율적으로 응축열 축열이 진행될 수 있다. 온열 축열모드의 경우도 상술한 냉,온열 통합 축열모드와 마찬가지로, 냉매가 초기 운전시 제1응축열교환기(22)의 제1,제2유닛(22a,22b) 둘 다 순환되다가 정상 운전시에는 제1유닛(22a)만 순환될 수 있다. 다만 온열 축열모드에서는 실외기(50)가 증발기로 작용되기 때문에 상술한 냉,온열 통합 축열모드와 달리 실외기(50)에서의 2차 응축작용은 진행되지 않는다.
상기한 바와 같이 본 발명의 축열시스템은 폐열인 응축열 및 증발 잠열 모두를 회수하여 재사용할 수 있기 때문에 폐열량이 상대적으로 많이 발생되는 대용량의 냉장고나 저온 저장고, 냉방 시스템 등을 사용하는 식당이나 정육점 등에서 보다 효과적으로 사용될 수 있다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10; 압축기 20; 응축열 축열부
40; 냉열 축열부 50; 실외기
61; 제1전환 전자변 62; 제2전환 전자변
63; 제3전환 전자변 64; 제4전환 전자변
65; 제5전환 전자변

Claims (4)

  1. 냉매가 압축되는 압축기와;
    상기 압축기로부터 순환된 냉매가 다단계로 응축되고 각 단계별로 응축열이 축열될 수 있도록 상기 냉매가 순차적으로 순환되는 복수개의 응축열교환기를 포함하는 응축열 축열부와;
    상기 응축된 냉매가 팽창되는 팽창부와;
    상기 팽창부로부터 압축기로 순환되는 냉매가 동시에 상이한 증발압력상태에서 증발작용되어 냉열이 축열될 수 있도록 병렬 구조로 설치되는 복수개의 증발열교환기를 포함하는 냉열 축열부와;
    상기 냉매의 순환경로에 따라 선택적으로 상기 냉매의 응축작용 또는 증발작용이 이루어지는 실외기와;
    상기 냉매의 순환경로를 각각 선택적으로 개폐하여, 설정된 냉온열 통합 축열모드에서는 상기 냉매가 상기 압축기로부터 상기 응축열 축열부와 상기 팽창부 및 상기 냉열 축열부 순으로 순환되거나 상기 압축기로부터 상기 응축열 축열부와 상기 실외기, 그리고 팽창부 및 상기 냉열 축열부 순으로 순환되고, 설정된 온열 축열모드에서는 상기 냉매가 상기 압축기로부터 상기 응축열 축열부와 상기 팽창부 및 상기 실외기 순으로 순환되고, 설정된 냉열 축열모드에서는 상기 냉매가 상기 압축기로부터 상기 실외기와 상기 팽창부 및 상기 냉열 축열부 순으로 순환되게 하는 냉매순환전환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉,온열 통합 축열시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축열교환기는 난방열원이 축열될 수 있도록 상기 압축기로부터 냉매가 직접 순환되는 제1응축열교환기와, 상기 제1응축열교환기로부터 냉매가 순환되어 온수열원이 축열될 수 있도록 상기 제1응축열교환기와 직렬 구조로 연결되는 제2응축열교환기로 구성되며,
    상기 제1응축열교환기는 상기 냉매가 동시에 병렬로 순환될 수 있도록 복수개의 유닛으로 분할된 구조이고,
    상기 제1응축열교환기의 복수개의 유닛 중 적어도 일부에는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 축열용 전자변이 설치된 것을 특징으로 하는 냉,온열 통합 축열시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 증발열교환기는 냉장용 냉열과 냉동열 냉열이 각각 축열될 수 있도록 서로 병렬 구조로 연결되는 제1,제2증발열교환기로 구성되며,
    상기 제1증발열교환기의 순환 경로에는 냉장용 냉열온도가 냉동용 냉열온도보다 높도록 증발압력조정 전자변이 설치된 것을 특징으로 하는 냉,온열 통합 축열시스템.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매순환전환부는
    상기 압축기와 상기 응축열 축열부를 연결하는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 제1전환 전자변과,
    상기 압축기 또는 상기 응축열 축열부로부터 상기 실외기로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 제2전환 전자변과,
    상기 팽창부로부터 상기 실외기로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 제3전환 전자변과,
    상기 실외기로부터 상기 압축기로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 제4전환 전자변과,
    상기 응축열 축열부 또는 상기 실외기로부터 상기 냉열 축열부로 연결되는 냉매의 순환경로를 선택적으로 개폐하는 제5전환 전자변을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉,온열 통합 축열시스템.
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