KR100448542B1

KR100448542B1 - 냉난방시스템

Info

Publication number: KR100448542B1
Application number: KR10-2002-0059243A
Authority: KR
Inventors: 서국정; 김만회
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-09-13
Also published as: KR20040028135A

Abstract

본 발명은 냉난방시스템에 관한 것으로, 냉방운전과 난방운전의 전환이 가능하고, 냉방과 난방운전시 모두 급탕의 제조가 가능할 뿐 아니라, 시스템의 열교환 효율이 현저히 향상될 수 있도록 한 것이다.

본 발명에 따른 냉난방시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 냉매를 이용해 급탕을 하는 제1급탕열교환기와, 난방운전시 상기 제1급탕열교환기를 통과한 냉매가 흐르는 냉온수제조열교환기와, 냉방운전시 상기 제1급탕열교환기를 통과한 냉매가 흐르는 실외열교환기와, 냉매의 흐름방향을 상기 냉온수제조열교환기나 상기 실외열교환기 쪽으로 선택 전환시킬 수 있도록 상기 제1급탕열교환기의 출구 측에 마련된 사방밸브와, 상기 냉온수제조열교환기나 상기 실외열교환기를 통과한 냉매를 이용해 급탕을 하는 제2급탕열교환기와, 상기 제2급탕열교환기의 출구 측에 마련된 팽창밸브와, 상기 냉온수제조열교환기를 통해 제조되는 냉수나 온수를 이용해 실내공간의 냉방 또는 난방을 수행하는 실내열교환기를 포함한다.

Description

냉난방시스템{COOLING AND HEATING SYSTEM}

본 발명은 냉난방시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉방운전과 냉방운전이 가능하고, 냉방과 난방운전시 모두 뜨거운 물의 제조가 가능하며, 시스템의효율이 높은 냉난방시스템에 관한 것이다.

종래의 온수의 제조를 위한 히트펌프식 급탕시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 압축기(1), 응축기의 기능을 하는 온수열교환기(2), 감압 팽창장치(3), 증발기의 기능을 하는 공기열교환기(4)를 갖춘 냉매계통회로와, 온수열교환기(2)와 연계되는 수(水)계통회로를 구비한다. 수계통회로는 온수열교환기(2)를 통해 제조되는 온수를 저장하는 온수탱크(5)와, 이 온수탱크(5)로의 물 공급을 위한 급수배관(6) 및 온수를 이용할 수 있도록 온수탱크(5)로부터 뜨거운 물이 배출되는 급탕배관(7)을 구비한다.

그런데 이러한 종래의 히트펌프식 급탕시스템은 온수의 제조만을 위한 시스템이기 때문에 실내공간의 냉방 또는 난방을 위해서는 별도의 공조시스템을 구비해야 하는 결점이 있었다. 즉 종래의 시스템은 증발기의 기능을 하는 공기열교환기(4)를 통해 실내공간의 냉방을 위해 이용할 수는 있었으나 실내공간의 난방을 위해 이용할 수 없는 문제가 있었다. 만약 냉매계통회로의 냉매 순환방향 전환이 가능한 사방밸브(미도시)를 채용할 경우에는 공기열교환기(4)를 난방용으로 이용할 수 있으나 이럴 경우에는 급탕을 제조할 수 없게 된다.

본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점들을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 냉방운전과 난방운전의 전환이 가능하고, 냉방과 난방운전시 모두 급탕의 제조가 가능할 뿐 아니라, 시스템의 열교환 효율이 현저히 향상될 수 있도록 하는 냉난방시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 히트펌프식 급탕시스템의 사이클 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 냉난방시스템의 사이클 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 압축기, 11: 제1급탕열교환기,

12: 사방밸브, 13: 냉온수제조열교환기,

14: 실외열교환기, 15: 제2급탕열교환기,

16: 팽창밸브, 17: 제1유로전환밸브,

18: 제2유로전환밸브, 20: 실내열교환기,

21: 냉온수순환배관, 22: 순환펌프,

31: 제1급수관, 32: 제2급수관,

33: 제3급수관.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉난방시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 냉매를 이용해 급탕을 하는 제1급탕열교환기와, 난방운전시 상기 제1급탕열교환기를 통과한 냉매가 흐르는 냉온수제조열교환기와, 냉방운전시 상기 제1급탕열교환기를 통과한 냉매가 흐르는 실외열교환기와, 냉매의 흐름방향을 상기 냉온수제조열교환기나 상기 실외열교환기 쪽으로 선택 전환시킬 수 있도록 상기 제1급탕열교환기의 출구 측에 마련된 사방밸브와, 상기 냉온수제조열교환기나 상기 실외열교환기를 통과한 냉매를 이용해 급탕을 하는 제2급탕열교환기와, 상기 제2급탕열교환기의 출구 측에 마련된 팽창밸브와, 냉방운전 또는 난방운전의 선택에 따라 상기 냉온수제조열교환기나 상기 실외열교환기 중 어느 한쪽으로부터 고온의 냉매가 상기 제2급탕열교환기로 흐르도록 하는 제1유로전환밸브와, 상기 팽창밸브를 통과한 저압의 냉매가 상기 냉온수제조열교환기나 상기 실외열교환기 중 나머지 쪽으로 흐르도록 하는 제2유로전환밸브와, 상기 냉온수제조열교환기를 통해 제조되는 냉수나 온수를 이용해 실내공간의 냉방 또는 난방을 수행하는 실내열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 냉온수제조열교환기와 상기 실내열교환기 사이에 물의 순환이 이루어지도록 하는 냉온수순환배관과, 상기 냉온수순환배관의 중도에 설치되는 순환펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 외부의 물이 상기 제2급탕열교환기로 공급되도록 연결되는 제1급수관과, 상기 제2급탕열교환기를 거쳐 제조되는 온수가 상기 제1급탕열교환기쪽으로 흐르도록 연결되는 제2급수관과, 상기 제1급탕열교환기를 거쳐 제조된 온수가 외부로 공급되도록 하는 제3급수관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 냉난방시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(10)를 구비한다. 압축기(10)의 출구 측에는 압축기(10)를 통과한 냉매의 온도를 이용해 급탕을 할 수 있도록 제1급탕열교환기(11)가 설치되고, 제1급탕열교환기(11) 출구 측에는 냉매의 흐름방향을 선택적으로 전환시키는 사방밸브(12)가 설치된다.

또 본 발명은 제1급탕열교환기(11)를 통과한 냉매의 열교환을 위한 것으로 냉온수제조열교환기(13)와 실외열교환기(14)를 구비한다. 이때 냉매는 사방밸브(12)의 전환동작에 따라 냉온수제조열교환기(13) 또는 실외열교환기(14) 중 어느 한쪽으로 흐르는데, 냉매가 제1급탕열교환기(11)로부터 냉온수제조열교환기(13) 쪽으로 흐르면 난방운전이 되고, 실외열교환기(14) 쪽으로 흐르면 냉방운전이 된다.

또한 본 발명은 냉온수제조열교환기(13)나 실외열교환기(14)를 통과한 냉매를 이용해 재차 급탕을 할 수 있도록 하기 위해 제2급탕열교환기(15)를 구비하고, 제2급탕열교환기(15)의 출구 측에 냉매의 감압을 위한 팽창밸브(16)가 설치된다. 이때 제2급탕열교환기(15)의 입구 측에는 냉방운전 또는 난방운전의 선택에 따라 냉온수제조열교환기(13)나 실외열교환기(14) 중 어느 한쪽을 통과한 고온의 냉매가제2급탕열교환기(15)로 흐르도록 하는 제1유로전환밸브(17)가 설치되고, 팽창밸브(16)의 하류에는 팽창밸브(16)를 통과한 저압의 냉매가 냉온수제조열교환기(13)나 실외열교환기(14) 중 나머지 쪽으로 흐르도록 하는 제2유로전환밸브(18)가 설치된다. 제1, 제2유로전환밸브(17,18)는 통상의 삼방밸브로 구성된다.

또 냉온수제조열교환기(13) 쪽에는 냉온수제조열교환기(13)를 통해 제조되는 냉수나 온수를 이용해 실내공간의 냉방 또는 난방을 수행하는 실내열교환기(20)가 연결된다. 이때 실내열교환기(20)와 냉온수제조열교환기(13) 사이에는 물의 순환을 위한 냉온수순환배관(21)이 설치되고, 냉온수순환배관(21) 중도에 순환펌프(22)가 설치된다.

또한 본 발명은 급탕의 제조를 위해 외부에서 공급되는 물이 제2급탕열교환기(15) 쪽으로 공급되도록 연결되는 제1급수관(31), 제2급탕열교환기(15)를 거친 물이 제1급탕열교환기(11) 쪽으로 흐르도록 제2급탕열교환기(15)와 제1급탕열교환기(11) 사이에 연결되는 제2급수관(32), 그리고 제1급탕열교환기(11)를 거쳐 제조된 온수를 사용자가 이용할 수 있도록 제1급탕열교환기(11)로부터 외부로 연결되는 제3급수관(33)을 포함한다. 이러한 구성은 외부에서 공급되는 냉수가 제2급탕열교환기(15)와 제1급탕열교환기(11)를 순차적으로 거치면서 온수가 될 수 있도록 한 것이다. 한편 이러한 급탕기능을 갖춘 냉난방시스템에 있어서 냉매는 이산화탄소(CO2)를 이용하는 것이 좋다.

다음은 이러한 구성의 본 발명에 따른 냉난방시스템의 동작을 설명한다. 도 2에서 실선으로 된 화살표는 냉방운전시의 냉매흐름을 보인 것이고, 파선으로 된화살표는 난방운전시의 냉매흐름을 보인 것이다.

냉방운전시에는 사방밸브(12)의 동작에 의해 제1급탕열교환기(11)를 통과한 냉매가 실외열교환기(14) 쪽으로 흐르도록 유로가 전환된다. 따라서 압축기(10)에서 토출되는 고온 고압의 냉매는 제1급탕열교환기(11)와 실외열교환기(14)를 차례로 흐르면서 냉각이 된다. 그리고 냉각된 냉매는 제1유로전환밸브(17)의 동작에 의해 실외열교환기로(14)부터 제2급탕열교환기(15)로 흐르면서 더욱 냉각이 되고, 팽창밸브(16)를 통해 저압으로 팽창된다. 또 팽창밸브(16)를 통과한 저압의 냉매는 제2유로전환밸브(18)에 의해 냉온수제조열교환기(13) 쪽으로 흐른다. 이때 냉온수제조열교환기(13)에서는 냉매의 증발이 이루어지며 냉수를 제조하게 되며, 이 냉수는 냉온수순환배관(21)을 통해 실내열교환기(20) 쪽으로 공급되어 실내공간의 냉방을 수행한다. 그리고 냉온수제조열교환기(13)를 거치면서 기화된 냉매는 사방밸브(12)를 통해 압축기(10)의 흡입 측으로 흐른다.

이러한 동작이 이루어질 때 제1급수관(31)을 통해 제2급탕열교환기(15)로 공급되는 외부의 냉수는 제2급탕열교환기(15)를 통과하는 고온의 냉매와 열교환을 하면서 온수가 되고, 이 물이 다시 제1급탕열교환기(11)를 통과하면서 재차 고온의 냉매와 열교환을 하게 되므로 제3급수관(33)을 통해 뜨거운 물을 공급할 수 있게 된다. 즉 본 발명은 냉방운전시 급탕이 가능할 뿐 아니라 제1, 제2급탕열교환기(11,15)를 통해 압축된 냉매를 2차에 걸쳐 열교환시키기 때문에 사이클의 운전효율을 더욱 높일 수 있게 된다. 특히 제2급탕열교환기(15)를 통과하는 냉매가 팽창밸브(16)로 흐르기에 앞서 외부에서 공급되는 차가운 물에 의해 열교환되기 때문에 사이클의 운전효율이 향상된다.

한편, 난방운전시에는 상술한 경우와 반대로 사방밸브(12)의 동작에 의해 제1급탕열교환기(11)를 통과한 냉매가 냉온수제조열교환기(13) 쪽으로 흐르도록 유로가 전환된다. 따라서 압축기(10)에서 토출되는 고온 고압의 냉매는 제1급탕열교환기(11)와 냉온수제조열교환기(13)를 차례로 흐르면서 열교환이 된다. 이때 냉온수제조열교환기(13)에서는 고온의 냉매가 냉온수순환배관(21)을 순환하는 물과 열교환을 하여 온수를 제조하게 되며, 이 온수는 냉온수순환배관(21)을 통해 실내열교환기 쪽으로 공급되어 실내공간의 난방을 수행한다.

또 냉온수열교환기(13)를 통과하면서 냉각된 냉매는 제1유로전환밸브(17)의 동작에 의해 제2급탕열교환기(15)로 흐르면서 더욱 냉각이 되고, 팽창밸브(16)를 통해 저압으로 팽창된다. 그리고 팽창밸브(16)를 통과한 저압의 냉매는 제2유로전환밸브(18)에 의해 실외열교환기(14) 쪽으로 흐른다. 이때 실외열교환기(14)는 상대적으로 높은 온도인 외기로부터 열을 흡수하면서 냉매의 증발이 이루어지도록 하고, 실외열교환기(14)를 거치면서 기화된 냉매는 사방밸브(12)를 통해 압축기(10)의 흡입 측으로 흐르게 된다.

이러한 난방동작이 이루어질 때 제1급수관(31)을 통해 제2급탕열교환기(15)로 공급되는 외부의 냉수는 제2급탕열교환기(15)를 통과하는 고온의 냉매와 열교환을 하면서 온수가 되고, 이 물이 다시 제1급탕열교환기(11)를 통과하면서 고온의 냉매와 열교환을 하게 되므로 뜨거운 물이 된다. 이처럼 본 발명은 냉방운전 뿐 아니라 난방운전시에도 급탕이 가능하고, 제1 및 제2급탕열교환기(11,15)를 통해 압축된 냉매를 2차에 걸쳐 열교환시키기 때문에 사이클의 운전효율을 더욱 높일 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉난방시스템은 사방밸브의 전환을 통해 냉방운전과 난방운전의 전환이 가능할 뿐 아니라 냉방과 난방운전시 모두 급탕의 제조가 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 압축된 고온 냉매가 팽창밸브로 흐르기에 앞서 제1급탕열교환기와 제2급탕열교환기를 통해 열교환되기 때문에 시스템의 열교환 효율이 현저히 향상되는 효과가 있다.

Claims

냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 냉매를 이용해 급탕을 하는 제1급탕열교환기와, 난방운전시 상기 제1급탕열교환기를 통과한 냉매가 흐르는 냉온수제조열교환기와, 냉방운전시 상기 제1급탕열교환기를 통과한 냉매가 흐르는 실외열교환기와, 냉매의 흐름방향을 상기 냉온수제조열교환기나 상기 실외열교환기 쪽으로 선택 전환시킬 수 있도록 상기 제1급탕열교환기의 출구 측에 마련된 사방밸브와, 상기 냉온수제조열교환기나 상기 실외열교환기를 통과한 냉매를 이용해 급탕을 하는 제2급탕열교환기와, 상기 제2급탕열교환기의 출구 측에 마련된 팽창밸브와, 상기 냉온수제조열교환기를 통해 제조되는 냉수나 온수를 이용해 실내공간의 냉방 또는 난방을 수행하는 실내열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.
제1항에 있어서,

상기 냉온수제조열교환기와 상기 실내열교환기 사이에 물의 순환이 이루어지도록 하는 냉온수순환배관과, 상기 냉온수순환배관의 중도에 설치되는 순환펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.
제1항에 있어서,

외부의 물이 상기 제2급탕열교환기로 공급되도록 연결되는 제1급수관과, 상기 제2급탕열교환기를 거쳐 제조되는 온수가 상기 제1급탕열교환기 쪽으로 흐르도록 연결되는 제2급수관과, 상기 제1급탕열교환기를 거쳐 제조된 온수가 외부로 공급되도록 하는 제3급수관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.
제1항에 있어서,

냉방운전 또는 난방운전의 선택에 따라 상기 냉온수제조열교환기나 상기 실외열교환기 중 어느 한쪽으로부터 고온의 냉매가 상기 제2급탕열교환기로 흐르도록 하는 제1유로전환밸브와, 상기 팽창밸브를 통과한 저압의 냉매가 상기 냉온수제조열교환기나 상기 실외열교환기 중 나머지 쪽으로 흐르도록 하는 제2유로전환밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.