KR101204300B1 - 이원 사이클 히트펌프시스템 및 이에 따른 히트펌프시스템의 제상방법 - Google Patents

이원 사이클 히트펌프시스템 및 이에 따른 히트펌프시스템의 제상방법 Download PDF

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권영철
이상재
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Abstract

본 발명은 이원 사이클 히트펌프시스템 및 이에 따른 히트펌프시스템의 제상방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고온부 사이클에 상응하는 저온부 압축기의 용량을 정속형 제 1 저온부 압축기와 정속형 제 2 저온부 압축기로 이원화하고, 가변 제어를 통해 에너지소비효율이 증대되며, 그에 따라 안정적인 난방운전이 가능하고, 별도의 서리제거회로를 구성하지 않고 냉방모드에 사용되는 배관을 이용하여 전체적인 사이클이 간략화됐고, 기존에 별도의 제상운전에 필요한 시간 및 에너지가 절감되어 시스템의 성능이 증가하며, 냉,난방운전모드가 부하공간에 상응하여 압축기를 구동함에 따라 에너지 소비효율(COP)이 향상되는 특징이 있다.

Description

이원 사이클 히트펌프시스템 및 이에 따른 히트펌프시스템의 제상방법{Duality Cycle of Heat pump system and Defrosting a method for The Same}
본 발명은 이원 사이클 히트펌프시스템 및 이에 따른 히트펌프시스템의 제상방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고온부 사이클에 상응하는 저온부 압축기의 용량을 정속형 제 1 저온부 압축기와 정속형 제 2 저온부 압축기로 이원화하고, 가변 제어를 통해 에너지소비효율이 증대되며, 그에 따라 안정적인 난방운전이 가능하고, 별도의 서리제거회로를 구성하지 않고 냉방모드에 사용되는 배관을 이용하여 전체적인 사이클이 간략화됐고, 기존에 별도의 제상운전에 필요한 시간 및 에너지가 절감되어 시스템의 성능이 증가하며, 냉,난방운전모드가 부하공간에 상응하여 압축기를 구동함에 따라 에너지 소비효율(COP)이 향상되는 이원 사이클 히트펌프시스템 및 히트펌프시스템의 제상방법에 관한 것이다.
히트 펌프는 압축기, 4방밸브, 실내 열교환기, 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4방밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결하여 구성되되, 난방운전시에는 4방밸브를 압축기에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매증기가 실내 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 고온ㆍ고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실내 열교환기에서 응축하여 그 응축열을 유체와 열교환시킴으로써 온수를 생성하거나 실내공기를 가열하여서 난방 또는 건조기능을 수행하고, 상기 실내 열교환기에서 응축된 고온ㆍ고압의 냉매를 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실외 열교환기에서 공기(외기)를 열원으로 하여 증발시켜 저온ㆍ저압의 냉매증기가 되게 한 후 압축기에 흡입되어 상기한 사이클을 반복하는 것이다.
그리고 냉방운전시에는 4방밸브를 압축기에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매증기가 실외 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 고온ㆍ고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실외 열교환기에서 공기를 열원으로 하여 응축시키고, 상기 실외 열교환기에서 응축된 고온ㆍ고압의 냉매를 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실내 열교환기에서 냉매를 증발시켜 유체에서 증발열을 흡수함으로써 냉수를 생성하거나 실내공기를 냉각하여 냉방 등을 하며, 실내 열교환기에서 증발된 저온ㆍ저압의 냉매증기는 압축기에 흡입되어 상기한 사이클을 반복하는 것이다.
상기 히트펌프방식을 이원 사이클에 적용하면, 난방운전모드에서 안정적이고 지속적인 성능을 나타내기 위해 채택한다.
그런데, 이런 이원 사이클로 나타나는 두 냉매 간의 열전달 량의 차이에 의해 두 사이클의 용량이 상이하다는 단점이 발생하고, 이런 경우 단방향 운전 즉, 난방운전전용이나 냉방운전전용일 경우에는 두 사이클 간의 용량이 상이하여도 무방하지만, 히트펌프의 경우에는 상호 간의 부하가 단점으로 작용된다.
즉, 난방 우선으로 설계된 이원 사이클은 냉방운전모드에서 공간부하에서 요구하는 냉방용량이 부족하며, 난방운전시에 실외 열교환기에서 외기를 열원으로 하여 냉매를 증발시킬 때 외기온도가 노점 이하로 하강하면 실외 열교환기의 표면에 서리가 맺힘으로써 냉매의 증발이 양호하지 못하여 가열능력이 현저하게 떨어지는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
고온부 사이클에 상응하는 저온부 압축기의 용량을 정속형 제 1 저온부 압축기와 정속형 제 2 저온부 압축기로 이원화하고, 가변 제어를 통해 에너지소비효율이 증대되며, 그에 따라 안정적인 난방운전이 가능한 이원 사이클 히트펌프시스템 및 이에 따른 히트펌프시스템의 제상방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 별도의 서리제거회로를 구성하지 않고 냉방모드에 사용되는 배관을 이용하여 전체적인 사이클이 간략화됐고, 기존에 별도의 제상운전에 필요한 시간 및 에너지가 절감되어 시스템의 성능이 증가하는 이원 사이클 히트펌프시스템 및 이에 따른 히트펌프시스템의 제상방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 냉,난방운전모드가 부하공간에 상응하여 압축기를 구동함에 따라 에너지 소비효율(COP)이 향상되는 이원 사이클 히트펌프시스템 및 이에 따른 히트펌프시스템의 제상방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 이원 사이클 히트펌프시스템에 있어서,
난방모드에 사용되는 고온부 사이클과;
냉,난방모드에 사용되고, 상기 난방모드시, 고온부 사이클에 고온의 열량 공급을 정속형 제 1 저온부 압축기와 정속형 제 2 저온부 압축기 중 어느 하나를 선택적으로 작동시켜 공급하는 저온부 사이클과;
상기 고온부 사이클과 저온부 사이클 사이에 연결되어 상기 저온부 사이클의 열량을 고온부 사이클에 전달하는 연결 열교환기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이원 사이클 히트펌프시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 난방모드에서 이중 분배구조의 실외 열교환기에 서리가 발생시, 이원 사이클 히트펌프시스템의 제상방법에 있어서,
정속형 제 1 저온부 압축기와 연결된 실외 열교환기에 서리가 발생시,
난방모드에 작동중인 정속형 제 1 저온부 압축기가 정지되고, 정속형 제 2 저온부 압축기가 작동되어 난방모드에 필요한 고온,고압의 증기냉매를 공급하는 단계(S100);
상기 정속형 제 2 저온부 압축기의 작동 후, 정지된 정속형 제 1 저온부 압축기가 설정시간이 지난 후 작동하는 단계(S200);
상기 정속형 제 1 저온부 압축기의 고온,고압 증기냉매가 제 1 쓰리웨이밸브의 제어에 의해 직접 실외 열교환기에 전달되어 서리를 제상하는 단계(S300);
정속형 제 2 저온부 압축기와 연결된 실외 열교환기에 서리가 발생시,
난방모드에 작동중인 정속형 제 2 저온부 압축기가 정지되고, 정속형 제 1 저온부 압축기가 작동되어 난방모드에 필요한 고온,고압의 증기냉매를 공급하는 단계(S400);
상기 정속형 제 1 저온부 압축기의 작동 후, 정지된 정속형 제 2 저온부 압축기가 설정시간이 지난 후 작동하는 단계(S500);
상기 정속형 제 2 저온부 압축기의 고온,고압 증기냉매가 제 2 쓰리웨이밸브의 제어에 의해 직접 실외 열교환기에 전달되어 서리를 제상하는 단계(S600);
로 이루어지며, 상기 정속형 제 1 저온부 압축기와 정속형 제 2 저온부 압축기를 서리발생 위치에 따라 번갈아가며 작동시켜 실외 열교환기의 서리를 제상하는 것을 특징으로 하는 이원 사이클 히트펌프시스템의 제상방법에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 이원 사이클 히트펌프시스템 및 이에 따른 히트펌프시스템의 제상방법은 고온부 사이클에 상응하는 저온부 압축기의 용량을 정속형 제 1 저온부 압축기와 정속형 제 2 저온부 압축기로 이원화하고, 가변 제어를 통해 에너지소비효율이 증대되며, 그에 따라 안정적인 난방운전이 가능한 효과가 있다.
또한, 별도의 서리제거회로를 구성하지 않고 냉방모드에 사용되는 배관을 이용하여 전체적인 사이클이 간략화됐고, 기존에 별도의 제상운전에 필요한 시간 및 에너지가 절감되어 시스템의 성능이 증가하는 효과가 있다.
또한, 냉,난방운전모드가 부하공간에 상응하여 압축기를 구동함에 따라 에너지 소비효율(COP)이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이원 사이클 히트펌프시스템을 나타낸 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 난방모드용 히트펌프시스템을 나타낸 개략도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉방모드용 히트펌프시스템을 나타낸 개략도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제상모드용 히트펌프시스템을 나타낸 개략도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 난방시 제상모드용 히트펌프시스템을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이원 사이클 히트펌프시스템을 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 난방모드용 히트펌프시스템을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 냉방모드용 히트펌프시스템을 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이원 사이클 히트펌프시스템은 난방모드에 사용되는 고온부 사이클(100)과; 냉,난방모드에 사용되고, 상기 난방모드시, 고온부 사이클에 고온의 열량을 공급하는 저온부 사이클(200)과; 상기 고온부 사이클(100)과 저온부 사이클(200) 사이에 연결되어 상기 저온부 사이클(200)의 열량을 고온부 사이클(100)에 전달하는 연결 열교환기(300)로 구성된다.
상기 고온부 사이클(R-134a)은 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 난방모드의 효율을 최적화하기 위해 부가적으로 설치된 사이클로써, 상기 연결 열교환기(300)를 통해 이송된 증기냉매를 고온,고압으로 압축시키는 고온부 압축기(10)와, 상기 고온부 압축기(10)의 증기냉매가 전달되어 사용처의 공급수와 열교환시키는 고온부 열교환기(11)와, 상기 고온부 열교환기(11)를 통해 열교환된 냉매를 팽창시키는 고온부 팽창밸브(12)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 고온부 팽창밸브(12)를 통해 팽창된 저온,저압의 냉매가 연결 열교환기(300)에 전달되며, 상기 연결 열교환기(300)에서 저온부 사이클(200)의 고온,고압의 증기냉매와 열교환시켜 다시 고온부 압축기(10)에 전달되는 방식으로 상기에서 기술한 모든 장치는 배관으로 연결되며, 이하의 장치들도 배관으로 연결되는 것이다.
여기서, 상기 고온부 사이클(100)은 난방모드의 효율을 최적화하기 위해 부가적으로 설치된 사이클이기에 도 3에서처럼 냉방모드에서는 가동되지 않는다.
상기 저온부 사이클(R-410a)은 도 1에 도시한 바와 같이, 증기냉매를 고온,고압으로 압축시키는 정속형 제 1,2 저온부 압축기(20,30)와; 상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30) 및 연결 열교환기(300)와 각각 연결되어 전달된 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 난방시에는 증발기로, 냉방시에는 응축기로 사용되고, 상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30)의 냉매가 내부에 각각 유입되도록 이중 분배구조로 형성되는 실외 열교환기(40)와; 상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30)의 출구 측에 각각 연결되어 증기냉매를 냉,난방에 맞춰 연결 열교환기(300) 및/또는 실외 열교환기(40)에 선택적으로 분배하는 제 1,2 쓰리웨이밸브(21,31)와; 상기 이중 분배구조로 된 실외 열교환기(40)의 출구 측에 각각 연결되어 냉방시에 실외 열교환기(40)에서 이송된 냉매와 사용처의 공급수와 열교환시키는 제 1,2 수열교환기(25,35)와; 상기 이중 분배구조로 된 실외 열교환기(40)의 출구 측에 각각 연결되어 냉,난방시에 맞춰 냉매를 제 1,2 수열교환기(25,35) 및/또는 정속형 제 1,2 저온부 압축기(20,30)에 선택적으로 분배하는 제 3,4 쓰리웨이밸브(23,33)로 구성된다.
여기서, 상기 정속형 제 1,2 저온부 압축기(20,30)는 제어부(400)에 의해 사용환경 변화에 따라 능력 조절이 가능하다. 필요로 하는 능력이 제 1,2 저온부 압축기(20,30)의 능력을 초과하였을 경우 제 1,2 저온부 압축기(20,30)의 입력 Hz를 높여 제 1,2 저온부 압축기(20,30)에 과부하 조건을 부여함으로써 압축능력을 향상시킨다. 반대로 필요능력이 제 1,2 저온부 압축기(20,30)의 능력에 미치지 못하는 경우 정속형 제 1,2 저온부 압축기(20,30)는 필요 이상으로 작동하고 있는 것이다. 이때 입력 Hz를 낮추어주면 적정능력과 함께 제 1,2 저온부 압축기(20,30)에 사용되는 소비전력이 감소한다. 그리고, 상기 제 1,2 저온부 압축기(20,30)의 능력범위는 정격출력의 70 ~ 130%에서 조절한다.
그런데, 상기의 제 1,2 저온부 압축기(20,30) 제어방식은 단지 압축기의 능력제어만 이루어지는데, 상기 제 1,2 저온부 압축기(20,30)의 능력을 증가시켰을 경우 시스템의 열교환기 능력을 초과하여 불안정한 운전이 된다. 또한, 상기 제 1,2 저온부 압축기(20,30)의 능력을 감소시켰을 경우 시스템의 열교환기에서 불필요한 에너지 소모가 발생한다.
그렇기에, 본 발명에서는 제어부(400)에 의해 정속형 제 1,2 저온부 압축기(20,30)와 열교환기(25,35,40)의 능력을 함께 제어할 수 있다.
여기서, 상기 열교환기(25,35,40)의 능력 제어는 송풍기(또는 펌프)의 출력을 제어함으로써 가능하다. 즉, 열교환기(25,35,40)의 능력 실험 결과로부터 판단하면 송풍기(또는 펌프)의 출력이 증가하면 열교환기(25,35,40)의 능력이 증가하고, 송풍기(또는 펌프)의 출력이 감소하면 열교환기(25,35,40)의 능력이 감소한다.
따라서 정속형 제 1,2 저온부 압축기(20,30)의 능력을 증가시켰을 경우 열교환기(25,35,40)의 능력이 증가되도록 송풍기(또는 펌프)의 출력을 증가시키고, 정속형 제 1,2 저온부 압축기(20,30)의 능력을 감소시켰을 경우 열교환기(25,35,40)의 능력이 감소되도록 송풍기(또는 펌프)의 출력을 감소시킴으로 변화된 압축기의 능력에 맞추어 안정적으로 저온부 사이클(R-410a)이 운전될 수 있다.
한편, 상기 실외 열교환기(40)의 이중 분배구조는 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30)가 각각 연결되도록 내부가 구획되고, 일측에 팬에 의해 외부 공기와 열교환하는 것이다.
여기서, 상기 연결 열교환기(300)와 제 1,2 쓰리웨이밸브(21,31) 사이에는 정속형 제 1,2 저온부 압축기(20,30)의 증기냉매가 연결 열교환기에 이송시, 선택적으로 원활하게 이송되도록 제 1 방향전환밸브(50)가 설치되고, 상기 제 1 방향전환밸브(50)는 제 1,2 쓰리웨이밸브(21,31)의 배관을 모아서 일측으로 연결 열교환기(300)와 연결되는 방식이다.
또한, 상기 연결 열교환기(300)와 실외 열교환기(40) 사이에는 연결 열교환기(300)에서 열교환 된 냉매가 이중 분배구조로 된 실외 열교환기에 이송시, 선택적으로 원활하게 이송되도록 제 2 방향전환밸브(60)가 설치되고, 상기 제 2 방향전환밸브(60)는 연결 열교환기(300)의 배관이 내부에 연결되어 두 개의 배관으로 분기시켜 실외 열교환기(40)에 각각 연결되는 방식이다.
그리고, 상기 연결 열교환기(300)와 실외 열교환기(40) 입구 측 사이 즉, 제 2 방향전환밸브(60)에서 실외 열교환기(40)에 각각 연결되는 두 개의 배관에 난방시, 연결 열교환기(300)에서 열교환 된 냉매를 팽창시키도록 제 1,2 저온부 팽창밸브(22,32)가 각각 설치되고, 상기 실외 열교환기(40)의 출구 측과 제 1,2 수열교환기(25,35) 사이 즉, 제 3,4 쓰리웨이밸브(23,33)와 제 1,2 수열교환기(25,35) 사이를 연결하는 배관에는 냉방시, 실외 열교환기(40)에서 열교환 된 냉매를 팽창시키도록 제 3,4 저온부 팽창밸브(24,34)가 각각 설치된다.
상기에서 기술된 고온부 사이클(100)과 저온부 사이클(200)은 외부에 설치된 제어부(400)에 의해 모든 장치가 제어된다.
이하에서는 상기에 기술된 저온부 사이클(200)의 냉,난방모드를 도 2와 도 3을 참고하여 설명한다.
난방모드시,
도 2에 도시한 바와 같이, 우선, 정속형 제 1 저온부 압축기(20)가 작동하여 고온,고압의 증기냉매가 발생되어 이송되고, 상기 제 1 쓰리웨이밸브(21)의 제어에 의해 제 1 방향전환밸브(50)에 이송되며, 상기 제 1 방향전환밸브(50)의 제어에 의해 연결 열교환기(300)에 이송되어 고온부 사이클(100)의 냉매와 열교환된다.
그런 다음, 상기 연결 열교환기(300)에서 열교환 된 냉매는 제 2 방향전환밸브(60)에 이송되어 제 2 방향전환밸브(60)의 제어에 의해 실외 열교환기(40)로 이송되는데, 상기 실외 열교환기(40)에 이송되기 전에 제 1 저온부 팽창밸브(22)에서 팽창된 뒤, 실외 열교환기(40)에서 외부 공기와 열교환되어 증발되며, 상기 제 3 쓰리웨이밸브(23)의 제어에 의해 다시 정속형 제 1 저온부 압축기(20)로 되돌아오는 방식으로 순환한다.
또한, 상기 정속형 제 2 저온부 압축기(30)가 작동되면 고온,고압의 증기냉매가 발생되어 이송되고, 상기 제 2 쓰리웨이밸브(31)의 제어에 의해 제 1 방향전환밸브(50)에 이송되며, 상기 제 1 방향전환밸브(50)의 제어에 의해 연결 열교환기(300)에 이송되어 고온부 사이클(100)의 냉매와 열교환된다.
그런 다음, 상기 연결 열교환기(300)에서 열교환 된 냉매는 제 2 방향전환밸브(60)에 이송되어 제 2 방향전환밸브(60)의 제어에 의해 실외 열교환기(40)로 이송되는데, 상기 실외 열교환기(40)에 이송되기 전에 제 2 저온부 팽창밸브(32)에서 팽창된 뒤, 실외 열교환기(40)에서 외부 공기와 열교환되어 증발되며, 상기 제 4 쓰리웨이밸브(33)의 제어에 의해 다시 정속형 제 2 저온부 압축기(30)로 되돌아오는 방식으로 순환한다.
냉방모드시,
도 3에 도시한 바와 같이, 우선, 정속형 제 1 저온부 압축기(20)가 작동하여 고온,고압의 증기냉매가 발생되어 제 1 쓰리웨이밸브(21)에 이송되고, 상기 제 1 쓰리웨이밸브(21)의 제어에 의해 실외 열교환기(40)에 이송된다.
그런 다음, 상기 냉매는 실외 열교환기(40)에서 외부 공기와 열교환되어 응축되고, 상기 제 3 쓰리웨이밸브(23)의 제어에 의해 제 1 수열교환기(25)에 이송되는데, 상기 제 1 수열교환기(25)에 이송되기 전에 제 3 저온부 팽창밸브(24)에 의해 팽창된 뒤, 제 1 수열교환기(25)에서 사용처의 공급수와 열교환되고, 다시 정속형 제 1 저온부 압축기(20)로 되돌아오는 방식으로 순환한다.
또한, 상기 정속형 제 2 저온부 압축기(30)가 작동되면 고온,고압의 증기냉매가 발생되어 제 2 쓰리웨이밸브(31)에 이송되고, 상기 제 2 쓰리웨이밸브(31)의 제어에 의해 실외 열교환기(40)에 이송된다.
그런 다음, 상기 냉매는 실외 열교환기(40)에서 외부 공기와 열교환되어 응축되고, 상기 제 4 쓰리웨이밸브(33)의 제어에 의해 제 2 수열교환기(35)에 이송되는데, 상기 제 2 수열교환기(35)에 이송되기 전에 제 4 저온부 팽창밸브(34)에 의해 팽창된 뒤, 제 2 수열교환기(35)에서 사용처의 공급수와 열교환되고, 다시 정속형 제 2 저온부 압축기(30)로 되돌아오는 방식으로 순환한다.
상기에서 기술한 정속형 제 1 저온부 압축기(20)의 작동에 의해 순환하는 것이 제 1 저온부 사이클(미도시)이고, 정속형 제 2 저온부 압축기(30)의 작동에 의해 순환하는 것이 제 2 저온부 사이클(미도시)인 것이다.
이처럼 상기 제 1 저온부 사이클과 제 2 저온부 사이클은 환경과 사용목적에 따라 이원화되어 2개의 사이클을 반복적으로 번갈아가며 사용할 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제상모드용 히트펌프시스템을 나타낸 개략도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 난방시 제상모드용 히트펌프시스템을 나타낸 순서도이다.
도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 이원 사이클 히트펌프시스템의 제상방법은 도 2의 난방모드시에 적용되는 것으로, 외부 공기를 열원으로 사용하는 실외 열교환기(40)에 서리가 착상시, 제어부(400)가 감지하여 제상모드로 작동하는 것이다.
여기서, 상기 실외 열교환기(40)는 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30)가 각각 연결되도록 이중 분배구조로 형성되는데, 난방모드는 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30) 중 어느 하나만 구동되는 것으로 본 발명에서는 처음 난방모드시, 정속형 제 1 저온부 압축기(20)가 사용된다.
이렇듯, 상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 연결된 실외 열교환기(40)에 서리가 발생시, 상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)가 정지되고, 상기 정속형 제 2 저온부 압축기(30)가 작동되어 난방모드에 필요한 고온,고압의 증기냉매를 공급한다.(S100)
그리고, 상기 정속형 제 2 저온부 압축기(30)의 작동 후, 정지된 정속형 제 1 저온부 압축기(20)가 설정시간이 지난 후 작동하고(S200), 상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)의 고온,고압 증기냉매가 제 1 쓰리웨이밸브(21)의 제어에 의해 직접 실외 열교환기(40)에 전달되어 서리를 제상한다.(S300) 이때, 설정시간은 본 발명에서는 30초로 설정한다.
이렇게 상기와 같이 작동되어 제상이 완료되면 정속형 제 1 저온부 압축기(20)는 정지되고, 상기 정속형 제 2 저온부 압축기(30)는 계속 작동되어 난방모드를 유지하며, 일정시간 사용되면서 정속형 제 2 저온부 압축기(30)와 연결된 실외 열교환기(40)에 서리가 발생시, 반대로 정속형 제 2 저온부 압축기(30)를 정지시키고, 정속형 제 1 저온부 압축기(20)가 작동되어 난방모드에 필요한 고온,고압의 증기냉매를 공급한다.(S400)
그런 다음, 상기 정지된 정속형 제 2 저온부 압축기(30)가 설정시간이 지난 후 작동하고(S500), 상기 정속형 제 2 저온부 압축기(30)의 고온,고압 증기냉매가 제 2 쓰리웨이밸브(31)의 제어에 의해 직접 실외 열교환기(40)에 전달되어 서리를 제상한다.(S600) 이때의 상기 설정시간도 30초로 설정한다.
이렇게, 상기 실외 열교환기(40)의 서리발생 위치에 따라 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30)를 번갈아가며 작동시켜 실외 열교환기(40)의 서리를 제상하고, 동시에 난방모드가 지속되어 안정적이고 전체적인 난방 효율이 증가한다.
10 : 고온부 압축기 11 : 고온부 열교환기
12 : 고온부 팽창밸브 20 : 정속형 제 1 저온부 압축기
21 : 제 1 쓰리웨이밸브 22 : 제 1 저온부 팽창밸브
23 : 제 3 쓰리웨이밸브 24 : 제 3 저온부 팽창밸브
25 : 제 1 수열교환기 30 : 정속형 제 2 저온부 압축기
31 : 제 2 쓰리웨이밸브 32 : 제 2 저온부 팽창밸브
33 : 제 4 쓰리웨이밸브 34 : 제 4 저온부 팽창밸브
35 : 제 2 수열교환기 40 : 실외 열교환기
50 : 제 1 방향전환밸브 60 : 제 2 방향전환밸브
100 : 고온부 사이클 200 : 저온부 사이클
300 : 연결 열교환기 400 ; 제어부

Claims (3)

  1. 이원 사이클 히트펌프시스템에 있어서,
    연결 열교환기(300)를 통해 이송된 증기냉매를 고온,고압으로 압축시키는 고온부 압축기(10)와, 상기 고온부 압축기(10)의 증기냉매가 전달되어 사용처의 공급수와 열교환시키는 고온부 열교환기(11)와, 상기 고온부 열교환기(11)를 통해 열교환된 냉매를 팽창시키는 고온부 팽창밸브(12)를 포함하여 난방모드로 구성되는 고온부 사이클(100)과;
    냉,난방모드에 사용되고, 상기 난방모드시, 고온부 사이클(100)에 고온의 열량 공급을 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30) 중 어느 하나를 선택적으로 작동시켜 공급하는 저온부 사이클(200)과;
    상기 고온부 사이클(100)과 저온부 사이클(200) 사이에 연결되어 상기 저온부 사이클(200)의 열량을 고온부 사이클(100)에 전달하는 연결 열교환기(300);를 포함하여 구성되고,
    상기 저온부 사이클(200)은, 증기냉매를 고온,고압으로 압축시키는 정속형 제 1,2 저온부 압축기(20,30)와;
    상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30) 및 연결 열교환기(300)와 각각 연결되어 전달된 냉매를 실외 공기와 열교환시켜 난방시에는 증발기로, 냉방시에는 응축기로 사용되고, 상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30)의 냉매가 내부에 각각 유입되도록 이중 분배구조로 형성되는 실외 열교환기(40)와;
    상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30)의 출구 측에 각각 연결되어 증기냉매를 냉,난방에 맞춰 연결 열교환기(300) 또는 실외 열교환기(40)에 선택적으로 분배하는 제 1,2 쓰리웨이밸브(21,31)와;
    상기 이중 분배구조로 된 실외 열교환기(40)의 출구 측에 각각 연결되어 냉방시에 실외 열교환기(40)에서 이송된 냉매와 사용처의 공급수와 열교환시키는 제 1,2 수열교환기(25,35)와;
    상기 이중 분배구조로 된 실외 열교환기(40)의 출구 측에 각각 연결되어 냉,난방시에 맞춰 냉매를 제 1,2 수열교환기(25,35) 또는 정속형 제 1,2 저온부 압축기(20,30)에 선택적으로 분배하는 제 3,4 쓰리웨이밸브(23,33);를 포함하여 구성되며,
    상기 실외 열교환기(40)에 서리가 발생시, 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30)를 번갈아가며 작동시켜 실외 열교환기(40)에 발생된 서리를 제상하고, 상기 연결 열교환기(300)와 제 1,2 쓰리웨이밸브(21,31) 사이에는 정속형 제 1,2 저온부 압축기(20,30)의 증기냉매가 연결 열교환기(300)에 이송시, 선택적으로 원활하게 이송되도록 제 1 방향전환밸브(50)가 설치되고, 상기 연결 열교환기(300)와 실외 열교환기(40) 사이에는 연결 열교환기(300)에서 열교환 된 냉매가 이중 분배구조로 된 실외 열교환기(40)에 이송시, 선택적으로 원활하게 이송되도록 제 2 방향전환밸브(60)가 설치되는 것을 특징으로 하는 이원 사이클 히트펌프시스템.
  2. 난방모드에서 이중 분배구조의 실외 열교환기(40)에 서리가 발생시, 이원 사이클 히트펌프시스템의 제상방법에 있어서,
    정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 연결된 실외 열교환기(40)에 서리가 발생시,
    난방모드에 작동중인 정속형 제 1 저온부 압축기(20)가 정지되고, 정속형 제 2 저온부 압축기(30)가 작동되어 난방모드에 필요한 고온,고압의 증기냉매를 공급하는 단계(S100);
    상기 정속형 제 2 저온부 압축기(30)의 작동 후, 정지된 정속형 제 1 저온부 압축기(20)가 설정시간이 지난 후 작동하는 단계(S200);
    상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)의 고온,고압 증기냉매가 제 1 쓰리웨이밸브(21)의 제어에 의해 직접 실외 열교환기(40)에 전달되어 서리를 제상하는 단계(S300);
    정속형 제 2 저온부 압축기(30)와 연결된 실외 열교환기(40)에 서리가 발생시,
    난방모드에 작동중인 정속형 제 2 저온부 압축기(30)가 정지되고, 정속형 제 1 저온부 압축기(20)가 작동되어 난방모드에 필요한 고온,고압의 증기냉매를 공급하는 단계(S400);
    상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)의 작동 후, 정지된 정속형 제 2 저온부 압축기(30)가 설정시간이 지난 후 작동하는 단계(S500);
    상기 정속형 제 2 저온부 압축기(30)의 고온,고압 증기냉매가 제 2 쓰리웨이밸브(31)의 제어에 의해 직접 실외 열교환기(40)에 전달되어 서리를 제상하는 단계(S600);
    로 이루어지며, 상기 정속형 제 1 저온부 압축기(20)와 정속형 제 2 저온부 압축기(30)를 실외 열교환기(40)의 서리발생 위치에 따라 번갈아가며 작동시켜 서리를 제상하는 것을 특징으로 하는 이원 사이클 히트펌프시스템의 제상방법.
  3. 삭제
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