KR100859311B1 - 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기 - Google Patents

케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기에 관한 것으로, 그 목적은 열전달 사이클에서 고온수 생성시 제1냉매액 응축온도가 높아지는 경우 증발효율의 개선을 위해 열취득사이클의 제2냉매액의 일부를 바이패스하여 효율을 향상시키도록 하는 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기를 제공함에 있다. 이는 온수를 생산하기 위한 열전달 사이클과, 냉수를 생산하기 위한 열취득 사이클과, 상기 열전달 사이클의 증발기임과 아울러 열취득 사이클의 응축기인 케스케이드 열교환기와, 상기 열전달 사이클에 의해 생산된 온수를 저장하는 온수탱크와, 상기 열취득 사이클에 의해 생산된 냉수를 저장하는 냉수탱크를 포함하는 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기에 있어서, 상기 열전달 사이클은, 제1냉매가 압축되는 고온측 압축기와, 상기 고온측 압축기의 출구에 일측이 연통되는 고온측 응축기와, 상기 고온측 응축기에 일측이 연통되어, 상기 고온측 응축기에서 토출된 제1냉매의 온도를 낮추도록 하는 보조열교환기와, 상기 보조열교환기를 통과한 제1냉매를 팽창시키는 고온측 팽창밸브와, 상기 고온측 팽창밸브의 출구와 상기 고온측 압축기 사이에 설치되어 상기 고온측 팽창밸브에서 팽창된 제1냉매를 증발시키도록 하는 케스케이드 열교환기를 포함하며, 상기 열취득 사이클은, 제2냉매를 압축시키는 저온측 압축기와, 상기 저온측 압축기에 연통되어 제2냉매를 응축시키는 상기 케스케이드 열교환기와, 상기 케스케이드 열교환기를 통과한 제2냉매를 팽창시키는 저온측 제1팽창밸브와, 상기 저온측 제1팽창밸브와 연통되고, 상기 냉수탱크의 냉수와 열교환되도록 하는 저온측 증발기와, 일측은 상기 저온측 압축기의 출구측에 배관 연결되고, 타측은 상기 저온측 압축기의 입구측 및 케스케이드 열교환기 입구측과 배관 연결되어 냉수를 생성시킬 때는 응축기로, 온수를 생성시킬 때는 증발기의 역할을 수행하는 저온측 증발/응축기와, 상기 저온측 증발/응축기의 입구측에 설치되어져 온수를 생성시킬때 제2냉매를 팽창시키는 저온측 제2팽창밸브를 포함하는 것이다.
Figure R1020080043963
열전달 사이클, 열취득 사이클, 케스케이드 열교환기, 온수탱크, 냉수탱크

Description

케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기{A heating and cooling system using a cascade heat exchanger}
본 발명은 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 열전달 사이클에서 고온수 생성시 제1냉매액 응축온도가 높아지는 경우 증발효율의 개선을 위해 열취득사이클의 제2냉매액의 일부를 바이패스하여 효율을 향상시키도록 하는 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기에 관한 것이다.
일반적으로 케스케이드 열교환기는 온수를 생산하기 위한 열전달 사이클과 냉수를 생산하기 위한 열취득 사이클에 공유되어 열전달 사이클에서는 증발기로 사용되고, 열취득 사이클에서는 응축기로 사용되는 것이다.
상기와 같이 케이스케이드 열교환기를 사용하는 냉난방기의 일예로서는 본 출원인이 선출원한 특허 출원번호 2007-0042436호 에서 찾아 볼 수 있다.
도 1은 종래에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기의 계통도이다.
도시된 바와 같이 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기는, 열전달 사이클(1)과 열취득 사이클(2) 및 상기 열전달 사이클(1)과 열취득 사이클(2)에 공유되는 케스케이드 열교환기(3)로 이루어진 냉난방기에 있어서,
상기 열전달 사이클(1)은, 상기 케스케이드 열교환기(3)의 고온측 출구와 연통된 고온측 압축기(1a)와, 상기 고온측 압축기(1a)의 출구에 일측이 연통되는 고온측 응축기(1b)와, 상기 고온측 응축기(1b)의 수측 입구 및 출구에 각각 연통되는 온수탱크(1c) 및 상기 고온측 응축기(1b) 출구와 일측이 연통되고, 상기 케스케이드 열교환기(3)의 고온측 입구에 타측이 연통된 팽창밸브(1d)를 포함하고,
상기 열취득 사이클(2)은, 상기 케스케이드 열교환기(3)의 저온측 입구와 연통된 저온측 압축기(2a)와, 상기 케스케이드 열교환기(3)의 저온측 출구로 연통되는 제1팽창밸브(2b)와, 상기 제1팽창밸브(2b) 출구에 일측이 연통되며, 상기 저온측 압축기(2a) 입구에 타측이 연통되는 저온측 증발기(2c)와, 상기 저온측 증발기(2c)의 수측 입구 및 출구와 각각 연통되는 냉수탱크(2d)와, 상기 저온측 압축기(2a) 출구와 일측이 연통되고, 상기 저온측 압축기(2a) 입구 및 상기 제1팽창밸브(2b)의 입구에 타측이 연통된 증발/응축기(2d) 및 상기 케스케이드 열교환기(3)의 저온측 출구와 일측이 연통되고, 상기 증발/응축기(2d)의 입구에 타측이 연통되는 제2팽창밸브(2b)를 포함하는 것이다.
또한, 일측은 상기 케스케이드 열교환기(3)의 저온측 출구 및 상기 저온측 압축기(2a)의 입구에 각각 연통되고, 타측은 상기 제1팽창밸브(2b)의 입구 및 상기 증발/응축기(2e)의 출구에 타측이 각각 연통되는 과냉/과열 열교환기(2g)가 설치되며, 상기 과냉/과열 열교환기(2g)의 출구와 상기 제1팽창밸브(2b) 입구 사이에는 수액기(2h)가 설치되어 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기는, 냉수와 온수를 동시생산하기 위한 열전달 사이클(1)과 열취득 사이클(2) 모두 구동되며, 이때 열전달 사이클(1)은 냉매가 고온측 압축기(1a), 고온측 응축기(1b), 팽창밸브(1d), 케스케이드 열교환기(3)를 경유하여 고온측 압축기(1a)로 다시 유입하여 사이클을 반복하고, 열취득 사이클(2)에서는 저온측 압축기(2a), 케스케이드 열교환기(3), 과냉/과열 열교환기(2g), 수액기(2h), 제1팽창밸브(2b), 저온측 증발기(2c), 과냉/과열 열교환기(2g)를 경유하여 저온측 압축기(2a)로 다시 유입되어 사이클을 반복하게 되며, 상기 고온측 응축기(1b)에서는 온수탱크(1c)의 물과 열교환이 되면서 온수가 생산이 되며, 상기 저온측 증발기(2c)에서는 냉수탱크(2d)의 물과 열교환이 되면서 냉수가 생산이 되는 것이다.
또한, 온수을 생산하기 위해서는 열전달 사이클(1)은 상기와 동일한 사이클을 형성하고, 열취득 사이클(2)은 저온측 압축기(2a), 케스케이드 열교환기(3), 과냉/과열 열교환기(2g), 수액기(2h), 제2팽창밸브(2f), 증발/응축기(2e) 및 과냉/과열 열교환기(2g)를 경유하여 다시 저온측 압축기(2a)로 유입되어 사이클을 반복하여 고온측 응축기(1b)에서는 온수가 생산되는 것이다.
또한, 냉수을 생산하기 위해서는 열전달 사이클(1)은 운전이 불필요하고, 열취득 사이클(2)은 저온측 압축기(2a), 증발/응축기(2e), 수액기(2h), 제1팽창밸브(2b), 저온측 증발기(2c), 과냉/과열 열교환기(2g)를 경우하여 다시 저온측 압축기(2a)로 유입되어 사이클을 반복하며, 이때 저온측 증발기(2c)에서는 냉수생산이 이루어지게 된다.
그러나, 상기와 같은 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기의 열전달 사이클(1)의 고온측 응축기(1b)에서 토출된 응축냉매액의 온도가 높아 케스케이드 열교환기(3)에서 열교환이 되더라도 고온측 압축기(1a)로 유입되는 냉매의 온도가 높아 냉매의 압축효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 케스케이드 열교환기(3)를 이용한 냉난방기에 설치된 과냉/과열 열교환기(2g)와 같이 불필요한 구성요소가 설치되어 제품원가의 상승되는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 목적은 열전달 사이클에서 고온수 생성시 제1냉매액 응축온도가 높아지는 경우 증발효율의 개선을 위해 열취득 사이클의 제2냉매액의 일부를 바이패스하여 효율을 향상시키도록 하는 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 종래의 불필요한 구성요소를 삭제하도록 하여 제품원가를 절감시키도록 하는 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기를 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 온수를 생산하기 위한 열전달 사이클과, 냉수를 생산하기 위한 열취득 사이클과, 상기 열전달 사이클의 증발기임과 아울러 열취득 사이클의 응축기인 케스케이드 열교환기와, 상기 열전달 사이클에 의해 생산된 온수를 저장하는 온수탱크와, 상기 열취득 사이클에 의해 생산된 냉수를 저장하는 냉수탱크를 포함하는 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기에 있어서, 상기 열전달 사이클은, 제1냉매가 압축되는 고온측 압축기와, 상기 고온측 압축기의 출구에 일측이 연통되는 고온측 응축기와, 상기 고온측 응축기에 일측이 연통되어, 상기 고온측 응축기에서 토출된 제1냉매의 온도를 낮추도록 하는 보조열교환기와, 상기 보조열교환기를 통과한 제1냉매를 팽창시키는 고온측 팽창밸브와, 상기 고온측 팽창밸브의 출구와 상기 고온측 압축기 사이에 설치되어 상기 고온측 팽창밸브에서 팽창된 제1냉매를 증발시키도록 하는 케스케이드 열교환기를 포함하며, 상기 열취득 사이클은, 제2냉매를 압축시키는 저온측 압축기와, 상기 저온측 압축기에 연통되어 제2냉매를 응축시키는 상기 케스케이드 열교환기와, 상기 케스케이드 열교환기를 통과한 제2냉매를 팽창시키는 저온측 제1팽창밸브와, 상기 저온측 제1팽창밸브와 연통되고, 상기 냉수탱크의 냉수와 열교환되도록 하는 저온측 증발기와, 일측은 상기 저온측 압축기의 출구측에 배관 연결되고, 타측은 상기 저온측 압축기의 입구측 및 케스케이드 열교환기 입구측과 배관 연결되어 냉수를 생성시킬 때는 응축기로, 온수를 생성시킬 때는 증발기의 역할을 수행하는 저온측 증발/응축기와, 상기 저온측 증발/응축기의 입구측에 설치되어져 온수를 생성시킬때 제2냉매를 팽창시키는 저온측 제2팽창밸브를 포함하는 것이다.
또한, 상기 케스케이드 열교환기의 출구와 저온측 제1팽창밸브의 입구 사이에서 분기하여 상기 저온측 압축기 입구에 연결된 저온측 제2냉매라인을 설치하되, 상기 저온측 제2냉매라인이 상기 보조열교환기를 통과하도록 하는 것이다.
또한, 상기 보조열교환기와 고온측 응축기 사이의 배관라인 상에 센서를 설치하고, 상기 센서에 의해 일정온도 이상이 감지되면 상기 저온측 제2냉매라인상에 설치된 제2냉매라인용 전자밸브를 개방시키도록 하여 상기 보조열교환기에서 열교환이 이루어지도록 하는 것이다.
상기 보조열교환기와 고온측 응축기 사이의 배관라인 상에 센서를 설치하고, 상기 저온측 제2냉매라인 상에 유로를 개폐시키는 제2냉매라인용 전자밸브를 설치하여 상기 센서에 의해 일정온도 이상이 감지되면 상기 전자밸브를 개방시키도록 하여 상기 보조열교화기에서 열교환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 케스 케이드 열교환기를 이용한 냉난방기.
이상 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기는, 온수를 생산시키는 열전달 사이클에서 고온측 응축기를 통과한 고온고압 상태의 액냉매를 보조열교환기에 별도로 통과하도록 함으로서, 일정치 과냉돤 냉매액이 케스케이드 열교환기에 유입되어 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기는, 종래의 열취득 사이클에 설치되어진 과냉/과열 열교환기를 삭제하도록 함으로서, 제품원가를 절감시킬 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기를 나타낸 도면이다. 설명에 앞서 본 발명의 열전달(고온측) 사이클의 냉매는 제1냉매로 표현하고, 열취득(저온측) 사이클의 냉매는 제2냉매로 표현한다.
도시된 바와 같이 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기는, 온수를 생산하기 위한 열전달 사이클(100)과, 냉수를 생산하기 위한 열취득 사이클(200)과, 상기 열전달 사이클(100)의 증발기임과 아울러 열취득 사이클의 응축기인 케스케이드 열교환기(300)와, 상기 열전달 사이클(100)에 의해 생산된 온수를 저장하는 온수탱크(400)와, 상기 열취득 사이클(200)에 의해 생산된 냉수를 저장하는 냉수탱 크(500)를 포함한다.
상기 열전달 사이클(100)은, 제1냉매가 압축되는 고온측 압축기(110)와, 상기 고온측 압축기(110)의 출구에 일측이 연통되는 고온측 응축기(120)와, 상기 고온측 응축기(120)에 일측이 연통되어, 상기 고온측 응축기(120)에서 토출된 제1냉매의 온도를 낮추도록 하는 보조열교환기(130)와, 상기 보조열교환기(130)를 통과한 제1냉매를 팽창시키는 고온측 팽창밸브(140)와, 상기 고온측 팽창밸브(140)의 출구와 상기 고온측 압축기(110) 사이에 설치되어 상기 고온측 팽창밸브(140)에서 팽창된 제1냉매를 증발시키도록 하는 케스케이드 열교환기(300)를 포함한다.
상기 열취득 사이클(200)은, 제2냉매를 압축시키는 저온측 압축기(210)와, 상기 저온측 압축기(210)에 연통되어 제2냉매를 응축시키는 상기 케스케이드 열교환기(300)와, 상기 케스케이드 열교환기(300)를 통과한 제2냉매를 팽창시키는 저온측 제1팽창밸브(220)와, 상기 저온측 제1팽창밸브(220)와 연통되고, 상기 냉수탱크(500)의 냉수와 열교환되도록 하는 저온측 증발기(230)와, 일측은 상기 저온측 압축기(210)의 출구측에 배관 연결되고, 타측은 상기 저온측 압축기(210)의 입구측 및 케스케이드 열교환기(300) 입구측과 배관 연결되어 냉수를 생성시킬 때는 응축기로, 온수를 생성시킬 때는 증발기의 역할을 수행하는 저온측 증발/응축기(240)와, 상기 저온측 증발/응축기(240)의 입구측에 설치되어져 온수를 생성시킬때 제2냉매를 팽창시키는 저온측 제2팽창밸브(250)를 포함한다.
또한, 상기 케스케이드 열교환기(300)의 출구와 저온측 제1팽창밸브(220)의 입구 사이에서 분기하여 상기 저온측 압축기(210) 입구에 연결된 저온측 제2냉매라인(260)을 설치하되, 상기 저온측 제2냉매라인(260)이 상기 보조열교환기(130)를 통과하도록 하여 제1냉매와 제2냉매를 상호 열교환시켜 상기 보조열교환기(130)를 통과한 제1냉매의 온도는 낮추도록 하여 열전달 사이클(100)의 증발기 역활을 하는 케스케이드 열교환기(300)에서 증발효율이 용이하게 이루어지게 하고, 열취득 사이클은 제1냉매의 냉각된 열량만큼을 냉매가 흡수하여 열효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 보조열교환기(130)와 고온측 응축기(120) 사이의 배관라인 상에 센서(270)를 설치하고, 상기 저온측 제2냉매라인(260) 상에 유로를 개폐시키는 제2냉매라인용 전자밸브(280)를 설치하여 상기 센서(270)에 의해 일정온도 이상이 감지되면 상기 제2냉매라인용 전자밸브(280)를 개방시키도록 하여 상기 보조열교환기(130)에서 열교환이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 열전달 사이클(100)의 보조열교환기(130)와 고온측 응축기(120) 사이의 배관라인 온도에 따라 제2냉매라인용 전자밸브(280)를 개폐하도록 하여 일정온도의 이하에서는 상기 저온측 제2냉매라인(260)을 개방시키지 않도록 하는 것이다.
또한, 상기 저온측 제2냉매라인(260) 상에 저온측 제3팽창밸브(290)를 더 설치하도록 하여 저온측 제2냉매라인(260)으로 유동되는 제2냉매을 저온저압의 냉매 상태로 상변화시켜 보조열교환기(130)의 열교환 효율을 향상시키도록 하는 것이 더 바람직하다.
한편, 미설명 부호 281은 제1전자밸브, 282는 제2전자밸브, 283은 제3전자밸브, 284는 제4전자밸브, 285는 제5전자밸브. 286는 제6전자밸브이다.
상기와 같이 구성된 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기는, 냉,온수 동 시 생산, 온수 생산 및 냉수 생산 등의 모드로 구분해 볼 수 있다.
[냉,온수 동시 생산모드]
도 3은 본 발명에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기를 나타낸 계통도로서, 냉,온수 동시 생산모드를 나타낸 계통도이다.
냉,온수 동시 생산 모드는, 춘추(봄, 가을)절기에 사용되는 모드로서, 냉방 또는 난방 및 급탕을 필요에 따라 사용가능하도록 하는 것이다.
이때에는 열전달 사이클(100)과 열취득 사이클(200)이 모두 운전이 되는 경우로, 상기 열전달 사이클(100)은, 기상으로 이루어진 제1냉매가 고온측 압축기(110)에서 고온고압으로 압축되어 고온측 응축기(120)로 이송되고, 상기 고온측 응축기(120)의 제1냉매는 고온고압의 액상의 냉매로 상변화되어 온수탱크(400)의 온수와 상호 열교환되어 온수를 생산하게 되며, 상기 고온측 응축기(120)를 통과한 제1냉매는 보조열교환기(130)를 통과하면서 열취득사이클의 제 2냉매에 의해 다시 열교환이 이루어지게 된다.
즉, 종래와는 달리 고온측 응축기(120)를 통과한 제1냉매를 다시 보조열교환기(130)로 열교환 시킴으로서, 고온측 팽창밸브(140)에서 팽창시키기 전에 제1냉매의 온도를 낮출 수 있는 것이다.
또한, 상기 보조열교환기(130)를 통과한 제1냉매는 고온측 팽창밸브(140)에서 급속으로 팽창시켜 저온저압의 냉매가 되도록 하고, 상기 고온측 팽창밸브(140)를 통과한 제1냉매는 케스케이드 열교환기(300)에서 증발이 이루어지게 되며, 이때 케스케이드 열교환기(300)의 반대측에서는 열취득 사이클(200)이 운전되면서 열전 달 사이클(100)의 증발이 용이하게 이루어지게 된다.
상기 케스케이드 열교환기(300)를 통과한 저온 저압의 기상의 냉매는 다시 고온측 압축기(110)로 유입되어 고온 고압의 기상 냉매로 상변화되도록 압축되는 것이다.
한편, 열취득 사이클(200)은, 기상으로 이루어진 제2냉매가 저온측 압축기(210)에 고온고압으로 압축되어 케스케이드 열교환기(300)에서 고온고압의 액상의 냉매로 상변화가 용이하게 이루어지게 되는데, 이는 상기 케스케이드 열교환기(300)가 상기 열전달 사이클(100)의 증발기의 역활을 동시에 수행하기 때문이다.
이때 배관라인 상의 제1전자밸브(281)는 개방되고, 제2전자밸브(282)는 폐쇄되어진다.
또한, 상기 케스케이드 열교환기(300)를 통과한 제2냉매는 저온측 제1팽창밸브(220)에서 팽창되어 저온저압의 냉매 상태로 상변화되어 저온측 증발기(230)로 유입되어 냉수탱크(500)의 냉수와 상호 열교환되어 냉수를 생산하게 된다.
또한, 상기 저온측 증발기(230)를 통과한 저온저압의 기상의 냉매는 다시 저온측 압축기(210)로 유입되어 냉매를 고압고압의 기상의 냉매로 상변화시키게 된다.
이때 열취득 사이클(100)에 설치된 센서(270)의 온도가 일정온도 이상인 경우에 제2냉매라인용 전자밸브(280)을 개방하여 저온측 제2냉매라인(260)으로 제2냉매를 유동시켜 보조열교환기(130)에서 열교환이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 저온측 제2냉매라인(260) 상에 저온측 제3팽창밸브(290)에 의해 제2냉매을 저온저압의 냉매 상태로 상변화시켜 보조열교환기(130)의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
[온수 생산모드]
도 4는 본 발명에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기를 나타낸 계통도서, 온수 생산모드를 나타낸 계통도이다.
온수 생산 모드는, 동절기에 사용되는 모드로서, 난방과 급탕이 필요한 것이다.
이때에는 열전달 사이클(100)과 열취득 사이클(200)이 모두 운전이 되는 경우로, 상기 열전달 사이클(100)은, 기상으로 이루어진 제1냉매가 고온측 압축기에서 고온고압으로 압축되어 고온측 응축기(120)로 이송되고, 상기 고온측 응축기(120)의 제1냉매는 고온고압의 액상의 냉매로 상변화되어 온수탱크(400)의 온수와 상호 열교환되어 온수를 생산하게 되며, 상기 고온측 응축기(120)를 통과한 제1냉매는 보조열교환기(130)를 통과하면서 열취득사이클의 제 2냉매에 의해 다시 열교환이 이루어지게 된다.
즉, 종래와는 달리 고온측 응축기(120)를 통과한 제1냉매를 다시 보조열교환기(130)로 열교환 시킴으로서, 고온측 팽창밸브(140)에서 팽창시키기 전에 제1냉매의 온도를 낮출 수 있는 것이다.
또한, 상기 보조열교환기(130)를 통과한 제1냉매는 고온측 팽창밸브(140)에서 급속으로 팽창시켜 저온저압의 액상냉매가 되도록 하고, 상기 고온측 팽창밸브(140)를 통과한 제1냉매는 케스케이드 열교환기(300)에서 증발이 이루어지게 되 며, 이때 케스케이드 열교환기(300)의 반대측에서는 열취득 사이클(200)이 운전되면서 열전달 사이클(100)의 증발이 용이하게 이루어지게 된다.
상기 케스케이드 열교환기(300)를 통과한 저온 저압의 기상의 냉매는 다시 고온측 압축기(110)로 유입되어 고온고압의 기상 냉매로 상변화 되도록 압축되는 것이다.
한편, 열취득 사이클(200)은, 기상으로 이루어진 제2냉매가 저온측 압축기(210)에 고온고압으로 압축되어 케스케이드 열교환기(300)에서 고온고압의 액상의 냉매로 상변화가 용이하게 이루어진다.
이때 배관라인 상의 제1전자밸브(281)는 개방되고, 제2전자밸브(282)는 폐쇄되어진다.
또한, 상기 케스케이드 열교환기(300)를 통과한 제2냉매는 저온측 제2팽창밸브(250)에서 팽창되어 저온저압의 상태로 상변화되어 저온측 증발/응축기(240)에서 증발이 이루어진 후 다시 저온측 압축기(210)로 유입되어 냉매를 고압고압의 기상의 냉매로 상변화시키게 된다.
이때 배관라인 상의 제3전자밸브(283)는 폐쇄되고, 제4전자밸브(284)는 개방되어지며, 상기 저온측 증발/응축기(240)의 냉매는 개방된 제5전자밸브(285)통해 저온측 압축기로 유입됨과 아울러 제6전자밸(286)은 폐쇄되는 것이다.
이때 열취득 사이클(100)에 설치된 센서(270)의 온도가 일정온도 이상인 경우에 제2냉매라인용 전자밸브(280)을 개방하여 저온측 제2냉매라인(260)으로 제2냉매를 유동시켜 보조열교환기(130)에서 열교환이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 저온측 제2냉매라인(260) 상에 저온측 제3팽창밸브(290)에 의해 제2냉매을 저온저압의 냉매 상태로 상변화시켜 보조열교환기(130)의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
[냉수 생산모드]
도 5는 본 발명에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기를 나타낸 계통도서, 냉수 생산모드를 나타낸 계통도이다.
냉수 생산 모드는, 하절기에 사용되는 모드로서, 냉방만이 필요한 것이다.
이때는 열전달 사이클(100)은 구동되지 않게 되고, 열취득 사이클(200)만 구동된다.
열취득 사이클(200)은 기상으로 이루어진 제2냉매가 저온측 압축기(210)에 고온고압으로 압축되어 저온측 증발/응축기(240)로 이송되어 고온고압의 액상의 냉매로 상변화된다.
이때 제1전자밸브(281)는 폐쇄되고, 제2전자밸브(282)는 개방되어진다.
상기 저온측 증발/응축기(240)에서 액상의 냉매로 유입된 냉매는 케스케이드 열교환기(300)를 통과하여 저온측 제1팽창밸브(220)로 유입되어 저온저압의 냉매로 상변화되어 저온측 증발기(230)에서 냉수탱크(500)의 냉수와 열교환되어 냉수를 생산하게 된다.
이때 저온측 증발/응축기를 통과한 냉매는 개방된 제6전자밸브(286)을 통해 유동되고, 제5전자밸브(285)는 폐쇄되는 것이다.
또한, 상기 저온측 증발기(230)를 통과한 저온저압의 기상의 냉매는 다시 저온측 압축기(210)로 유입되어 냉매를 고온고압의 기상의 냉매로 상변화시키게 된 다.
도 1은 종래에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기의 계통도.
도 2는 본 발명에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기를 나타낸 계통도.
도 3은 본 발명에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기를 나타낸 계통도서, 냉,온수 동시 생산모드를 나타낸 계통도.
도 4는 본 발명에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기를 나타낸 계통도서, 온수 생산모드를 나타낸 계통도.
도 5는 본 발명에 따른 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기를 나타낸 계통도서, 냉수 생산모드를 나타낸 계통도.
(도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명)
100: 열전달 사이클 110: 고온측 압축기
120: 고온측 응축기 130: 보조열교환기
140: 고온측 팽창밸브 200: 열취득 사이클
210: 저온측 압축기 220: 저온측 제1팽창밸브
230: 저온측 증발기 240: 저온측 증발/응축기
250: 저온측 제2팽창밸브 260: 저온측 제2냉매라인
270: 센서 280: 제2냉매라인용 전자밸브
290: 저온측 제3팽창밸브 300: 케스케이드 열교환기
400: 온수탱크 500: 냉수탱크

Claims (4)

  1. 온수를 생산하기 위한 열전달 사이클과, 냉수를 생산하기 위한 열취득 사이클과, 상기 열전달 사이클의 증발기임과 아울러 열취득 사이클의 응축기인 케스케이드 열교환기와, 상기 열전달 사이클에 의해 생산된 온수를 저장하는 온수탱크와, 상기 열취득 사이클에 의해 생산된 냉수를 저장하는 냉수탱크를 포함하는 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기에 있어서,
    상기 열전달 사이클은, 제1냉매가 압축되는 고온측 압축기와, 상기 고온측 압축기의 출구에 일측이 연통되는 고온측 응축기와, 상기 고온측 응축기에 일측이 연통되어, 상기 고온측 응축기에서 토출된 제1냉매의 온도를 낮추도록 하는 보조열교환기와, 상기 보조열교환기를 통과한 제1냉매를 팽창시키는 고온측 팽창밸브와, 상기 고온측 팽창밸브의 출구와 상기 고온측 압축기 사이에 설치되어 상기 고온측 팽창밸브에서 팽창된 제1냉매를 증발시키도록 하는 케스케이드 열교환기를 포함하며,
    상기 열취득 사이클은, 제2냉매를 압축시키는 저온측 압축기와, 상기 저온측 압축기에 연통되어 제2냉매를 응축시키는 상기 케스케이드 열교환기와, 상기 케스케이드 열교환기를 통과한 제2냉매를 팽창시키는 저온측 제1팽창밸브와, 상기 저온측 제1팽창밸브와 연통되고, 상기 냉수탱크의 냉수와 열교환되도록 하는 저온측 증발기와, 일측은 상기 저온측 압축기의 출구측에 배관 연결되고, 타측은 상기 저온측 압축기의 입구측 및 케스케이드 열교환기 입구측과 배관 연결되어 냉수를 생성시킬 때는 응축기로, 온수를 생성시킬 때는 증발기의 역할을 수행하는 저온측 증발/응축기와, 상기 저온측 증발/응축기의 입구측에 설치되어져 온수를 생성시킬때 제2냉매를 팽창시키는 저온측 제2팽창밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 케스케이드 열교환기의 출구와 저온측 제1팽창밸브의 입구 사이에서 분기하여 상기 저온측 압축기 입구에 연결된 저온측 제2냉매라인을 설치하되, 상기 저온측 제2냉매라인이 상기 보조열교환기를 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기.
  3. 청구항 2항에 있어서,
    상기 보조열교환기와 고온측 응축기 사이의 배관라인 상에 센서를 설치하고, 상기 센서에 의해 일정온도 이상이 감지되면 상기 저온측 제2냉매라인 상에 설치된 제2냉매라인용 전자밸브를 개방시키도록 하여 상기 보조열교환기에서 열교환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기.
  4. 청구항 2항에 있어서,
    상기 저온측 제2냉매라인 상에 저온측 제3팽창밸브를 더 설치한 것을 특징으로 하는 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기.
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