KR101230957B1 - 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치 및 제상방법 - Google Patents

제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치 및 제상방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 케스케이드 열교환기를 이용하여 열전달 사이클과 열취득 사이클로 이루어진 듀얼타입 냉난방장치에 관한 것으로, 상세하게는 열전달 사이클이 난방시 열취득 사이클과 별도로 단독 구동할 수 있도록 하며, 열전달 사이클과 열취득 사이클의 구동시 증발기에서 발생하는 제상현상을 역사이클의 구동없이 제상현상이 발생할 수 있도록 하는 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치 및 제상방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명인 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치는, 온수를 생산을 위한 열전달 사이클과, 냉수를 생산을 위한 열취득 사이클과, 상기 열전달 사이클의 증발기이며 열취득 사이클의 응축기인 케스케이드 열교환기를 포함하는 듀얼타입 냉난방장치에 있어서, 상기 열전달 사이클은 고온측 응축기를 통과한 제1 열매체가 선택적으로 공급되도록 하는 제상코일과, 케스케이드 열교환기와 병렬형태로 설치되는 고온측 증발기를 포함하며, 상기 열전달 사이클의 고온측 증발기와 열취득 사이클의 저온측 증발/응축기는 공랭식 타입의 열교환기로 이루어지고, 상기 제상코일은 고온측 증발기와 저온측 증발/응축기의 제상현상을 방지하도록 함을 특징으로 한다.

Description

제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치 및 제상방법{Dual Type Cooling And Heating Equipment And Method}
본 발명은 케스케이드 열교환기를 이용하여 열전달 사이클과 열취득 사이클로 이루어진 듀얼타입 냉난방장치에 관한 것으로, 상세하게는 열전달 사이클이 난방시 열취득 사이클과 별도로 단독 구동할 수 있도록 하며, 열전달 사이클과 열취득 사이클의 구동시 증발기에서 발생하는 제상현상을 역사이클의 구동없이 제상현상이 발생할 수 있도록 하는 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치 및 제상방법에 관한 것이다.
일반적으로 케스케이드 열교환기는 온수를 생산하기 위한 열전달 사이클과 냉수를 생산하기 위한 열취득 사이클에서 공유되는 구성으로 열전달 사이클에서는 증발기로 사용되고, 열취득 사이클에서는 응축기로 사용되며, 보통 히트펌프로 이루어진다.
이러한 상기 케스케이드 열교환기를 이용한 온수를 생산하기 위한 열전달 사이클과 냉수를 생산하기 위한 열취득 사이클로 이루어진 듀얼타입 냉난방기에 관한 기술로는 특허문헌 1의 (KR) 등록특허 제0639104호인 케스케이드 열교환기를 갖는 이원냉동사이클을 이용한 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템과, 특허문헌 2의 (KR) 등록특허 제0859311호인 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기와, 특허문헌 3의 (KR) 공개특허 제10-2010-0096996호인 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방 시스템이 제공되어 있다.
상기 특허문헌 1과 특허문헌 2에 제공되어 있는 기술은 도 1과 같은 구성으로 이루어진다.
도 1과 같이 듀얼타입 냉난방 시스템은 온수를 생산을 위하여 물에 열을 전달하는 열전달 사이클(100)과, 냉수를 생산을 위하여 물로부터 열을 취득하는 열취득 사이클(200)과, 상기 열전달 사이클(100)의 증발기이며 열취득 사이클(200)의 응축기인 케스케이드 열교환기(300)와, 상기 열전달 사이클(100)로 생산된 온수를 저장하는 온수탱크(400)와, 상기 열취득 사이클(200)로 생산된 냉수를 저장하는 냉수탱크(500)로 구성되며,
상기 열전달 사이클(100)은 제1 열매체가 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 제1 열매체의 온도를 낮추도록 하는 보조열교환기(130)와, 상기 보조열교환기(130)를 통과한 제1 열매체를 팽창시키는 고온측 팽창밸브(140)와, 상기 고온측 팽창밸브(140)의 출구와 상기 고온측 압축기(110) 사이에 설치되어 상기 고온측 팽창밸브(140)에서 팽창된 제1 열매체를 증발시키도록 하는 케스케이드 열교환기(300)를 포함하며,
상기 열취득 사이클(200)은, 제2 열매체를 압축시키는 저온측 압축기(210)와, 상기 저온측 압축기(210)에 연통되어 제2 열매체를 응축시키는 상기 케스케이드 열교환기(300)와, 상기 케스케이드 열교환기(300)를 통과한 제2 열매체를 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 생성시킬 때 제2 열매체를 팽창시키는 저온측 제2팽창밸브(250)와, 일측은 케스케이드 열교환기(300)의 출구측과 연결되고, 타측은 보조열교환기(130)에 설치된 제3팽창밸브(260)를 포함한다.
이와 같이 이루어진 듀얼타입 냉난방장치는 난방모드시 열전달 사이클(100)만이 단독으로 구동되지 못하고, 열취득 사이클(200)과 함께 구동됨으로써 열전달 사이클(100)의 고온측 압축기(110)와 열취득 사이클(200)의 저온측 압축기(210)가 함께 구동함으로써 열효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같이 난방모드시 열전달 사이클(100)와 열취득 사이클(200)가 항상 함께 구동함으로써 효율이 떨어지는 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 특허문헌 3 또한 이러한 문제점을 해결하기 위하여 난방모드시 열전달 사이클(100)만이 단독으로 구동되도록 하는 기술을 제공하고 있다.
특허문헌 3의 (KR) 공개특허 제10-2010-0096996호인 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방 시스템에서는 도 1에 제공되어 있는 듀얼타입 냉난방 시스템의 구성을 포함하되, 난방모드시 열전달 사이클(100)만이 단독으로 구동될 수 있도록 일측은 보조열교환기(130)의 출구측과 연결되고, 타측은 고온측 압축기(110)의 입구측과 연결되는 냉수를 이용한 고온측 증발기를 더 포함하도록 하고 있다.
상기와 같이 이루어진 특허문헌 3의 경우에는 난방모드시 고온측 증발기에 제상현상이 발생하기 쉬우며, 제상현상을 발생을 방지하기 위하여 역사이클 구동으로 인하여 효율이 떨어지는 단점이 있다.
(KR) 등록특허 제0639104호 (KR) 등록특허 제0859311호 (KR) 공개특허 제10-2010-0096996호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로,
본 발명은 온수를 생산을 위한 열전달 사이클과, 냉수를 생산을 위한 열취득 사이클과, 상기 열전달 사이클의 증발기이며 열취득 사이클의 응축기인 케스케이드 열교환기를 포함하는 이루어지는 듀얼타입 냉난방장치에 있어서, 난방모드시 열취득 사이클과 구별되어 별도로 열전달 사이클이 독립구동이 가능하게 이루어지도록 하며, 열전달 사이클과 열취득 사이클의 공랭식 타입의 증발기에서 제상발생으로 인한 효율 저하를 방지할 수 있도록 이루어진 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치 및 제상방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 발명된 본 발명인 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치는, 온수를 생산을 위한 열전달 사이클과, 냉수를 생산을 위한 열취득 사이클과, 상기 열전달 사이클의 증발기이며 열취득 사이클의 응축기인 케스케이드 열교환기를 포함하는 듀얼타입 냉난방장치에 있어서, 상기 열전달 사이클은 고온측 응축기를 통과한 제1 열매체가 선택적으로 공급되도록 하는 제상코일과, 케스케이드 열교환기와 병렬형태로 설치되는 고온측 증발기를 포함하며, 상기 열전달 사이클의 고온측 증발기와 열취득 사이클의 저온측 증발/응축기는 공랭식 타입의 열교환기로 이루어지고, 상기 제상코일은 고온측 증발기와 저온측 증발/응축기의 제상현상을 방지하도록 함을 특징으로 한다.
상기 제상코일과 고온측 증발기와 저온측 증발/응축기를 하나의 실외기 내에 설치하며, 상기 제상코일을 통과한 예열된 공기가 고온측 증발기와 저온측 증발/응축기 쪽으로 공급되도록 하며, 상기 고온측 증발기와 저온측 증발/응축기 중 어느 하나에 제상현상의 발생시 제상코일에 제1 열매체가 공급되도록 하거나, 또는 상기 실외기에 내의 온도가 노점온도에 도달하는 경우 제상코일에 제1 열매체가 공급하여 제상현상을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 듀얼타입 냉난방장치의 제상코일을 이용한 제상방법은 온수를 생산을 위한 열전달 사이클과, 냉수를 생산을 위한 열취득 사이클과, 상기 열전달 사이클의 증발기이며 열취득 사이클의 응축기인 케스케이드 열교환기를 포함하는 듀얼타입 냉난방장치의 제상방법에 있어서, 상기 열전달 사이클은 고온측 응축기를 통과한 제1 열매체가 선택적으로 공급되도록 하는 제상코일과, 케스케이드 열교환기와 병렬형태로 설치되는 고온측 증발기를 포함하며, 상기 제상코일과 고온측 증발기와 저온측 증발/응축기를 하나의 실외기 내에 설치하며, 상기 온수의 생산시 열전달 사이클의 제상코일에 고온측 응축기를 통과한 제1 열매체를 공급하여 상기 제상코일를 통과한 공기를 이용하여 고온측 증발기와 저온측 증발/응축기의 제상을 방지함을 특징으로 한다.
또는 상기 온수의 생산시 열전달 사이클의 제상코일에 고온측 응축기를 통과한 제1 열매체를 고온측 증발기 또는 저온측 증발/응축기에 제상발생시 공급하여 제상코일을 통과하여 예열된 공기를 이용하여 고온측 증발기와 저온측 증발/응축기의 제상을 방지함을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명인 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치 및 제상방법에서는 제1 열매체를 이용한 제상코일로 열전달 사이클과 열취득 사이클의 증발기에서 발생하는 제상현상을 방지할 수 있으며, 제상현상의 발생시 역사이클로 구동하지 않고 제상현상을 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제1 열매체를 이용한 제상코일은 열전달 사이클과 열취득 사이클의 증발기에 증발에 필요한 열원을 공급할 수 있어 증발효율을 높일 수 있음으로 냉난방장치의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래에 실시중에 있는 듀얼타입 냉난방장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 도시한 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예를 도시한 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치의 열전달 사이클과 열취득 사이클이 함께 구동하여난방을 하는 난방 모드를 도시한 것으로, (a)는 일반 모드이며, (b)는 제상 모드.
도 4는 본 발명의 일 실시 예를 도시한 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치의 열전달 사이클을 단독으로 구동하여 난방을 하는 난방 모드를 도시한 것으로, (a)는 일반 모드이며, (b)는 제상 모드.
도 5는 본 발명의 일 실시 예를 도시한 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치의 냉방모드시를 도시한 것으로, 열취득 사이클이 단독으로 구동하는 상태이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예를 도시한 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치의 냉난방모드시 열전달 사이클과 열취득 사이클의 구동하는 상태이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예를 도시한 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치에서 하나의 실외기에 제상코일과 고온측 증발기 및 저온측 증발/응축기가 설치된 상태를 도시한 개략도.
첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 실시 예를 도시한 도 2 내지 도 7에 나타나 있는 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치의 구성은 종래 기술을 도시한 도 1과 동일한 구성에 대하여 이해하기 용이하도록 동일한 부호를 사용한다.
일 실시 예를 도시한 도 2와 같이 본 발명인 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치는 제1 열매체(제1 냉매)를 이용하여 온수를 생산하는 열전달 사이클(100)과, 제2 열매체(제2 냉매)를 이용하여 냉수를 생산하는 열취득 사이클(200)과, 상기 열전달 사이클(100)의 증발기이며 열취득 사이클(200)의 응축기인 케스케이드 열교환기(300)와, 상기 열전달 사이클(100)로 생산된 온수를 저장하는 온수탱크(400)와, 상기 열취득 사이클(200)로 생산된 냉수를 저장하는 냉수탱크(500)와 미도시된 제어부의 구성을 포함하여 이루어지며, 상기 열전달 사이클(100)과 열취득 사이클(200)은 동시에 또는 선택적으로 구동(사용)되고, 상기 온수탱크(400)에 저장되는 온수는 난방 및 급탕으로 이용되고, 상기 냉수탱크(500)에 저장되는 냉수는 냉방으로 이용된다.
상기 열전달 사이클(100)은 제1 열매체를 압축하는 고온측 압축기(110)와, 상기 고온측 압축기(110)에서 압축된 제1 열매체를 이용하여 온수탱크(400)에 열전달을 수행하는 고온측 응축기(120)와, 상기 고온측 응축기(120)에서 응축된 제1 열매체가 전자밸브로 이루어진 보조열교환기용 공급밸브(130v)로 제어되어 공급되는 보조열교환기(130)와, 상기 고온측 응축기(120)에서 응축된 제1 열매체가 전자밸브로 이루어진 제상코일용 공급밸브(150v)로 제어되어 공급되는 제상코일(150)과, 상기 고온측 응축기(120) 또는 제상코일(150)을 통과한 제1 열매체를 팽창시키는 고온측 팽창밸브(140)와, 상기 고온측 팽창밸브(140)에서 팽창된 제1 열매체를 증발시키는 케이케이스 열교환기(400)와, 상기 고온측 팽창밸브(140)에서 팽창된 제1 열매체를 증발시키는 고온측 증발기(160)로 구성된다.
상기 고온측 팽창밸브(140)는 제1 고온측 팽창밸브(141)과, 제2 고온측 팽창밸브(142)과, 제3 고온측 팽창밸브(143)로 구성되며, 상기 각각의 팽창밸브의 전방에는 제1 열매체의 공급을 제어하는 전자밸브로 이루어진 다수개의 공급용 밸브(141v, 142v, 143v)가 설치되고, 상기 공급용 밸브(141v, 142v, 143v)는 제어부의 전기적 신호에 의하여 조작된다.
상기 제상코일(150)은 고온측 응축기(120)에서도 배출되는 고온고압의 액체 상태의 제1 열매체를 이용하여 고온의 공기를 도 7과 같이 고온측 증발기(160)와 열취득 사이클(200)의 저온측 증발/응축기(240)에 공급하여 제상현상을 방지하고, 증발효율을 높이도록 한다.
상기 열취득 사이클(200)은, 제2 열매체를 압축시키는 저온측 압축기(210)와, 상기 저온측 압축기(210)에 연통되어 제2 열매체를 응축시키는 케스케이드 열교환기(300)와, 상기 케스케이드 열교환기(300)를 통과한 제2 열매체를 팽창시키는 저온측 제1 팽창밸브(220)와, 상기 저온측 제1 팽창밸브(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 생성시킬 때 제2 열매체를 팽창시키는 저온측 제 2팽창밸브(250)와, 일측은 케스케이드 열교환기(300)의 출구측과 연결되고, 타측은 보조열교환기(130)에 설치된 저온측 제 3팽창밸브(260)로 구성된다.
상기 저온측 증발/응축기(240)는 도 7과 같이 하나의 실외기(600) 내에 제상코일(150)과 고온측 증발기(160)과 직렬형태로 설치되어 제상현상의 발생을 억제한다.
상기 열전달 사이클(100)과 열취득 사이클(200)에서는 제1 열매체와 제2 열매체를 안내하는 각각의 배관에는 각각의 열매체의 역류를 방지하기 위하여 다수개의 체크밸브가 구비된다.
상기 본 발명인 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치에는 냉난방장치를 제어(컨트롤)하기 위한 다수의 온도센서와 상기 온도센서의 정보를 이용하여 듀얼타입 고효율 냉난방 시스템을 제어(컨트롤)하는 제어부(700)를 포함한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치의 동작상태를 설명한다.
이하에서 본 발명의 다양한 작동 모드로 구분하여 설명한다.
[온수생산 모드 1]
도 3과 같이 케스케이드 열교환기(300)를 이용한 열전달 사이클(100)과 열취득 사이클(200)이 동시에 구동되는 상태이며, 동절기에 사용되는 모드로서, 온수를 생산하여 난방과 급탕에 사용된다.
열전달 사이클(100)은, 도 3의 (a)와 같이 기상으로 이루어진 제1 열매체가 고온측 압축기(110)에서 고온고압의 기체로 압축된 후 고온측 응축기(120)로 공급되고, 상기 고온측 응축기(120)에서 제1 열매체는 응축되어 고온고압의 액상으로 상변화 됨으로써 온수탱크(400)에 열을 전달하여 온수를 생산하도록 하고, 상기 고온고압의 액상의 제1 열매체는 보조열교환기(130)를 통해 제1 고온측 팽창밸브(141)에 안내되어 팽창한다. 상기 팽창된 제1 열매체는 케이케이스 열교환기(400)에서 증발하고, 증발된 제1 열매체는 고온측 압축기(110)로 공급되어 다시 압축되는 사이클로 순환하여 온수탱크(400)에 열을 전달하여 온수를 생산함으로써 난방과 급탕을 제공하도록 한다.
열취득 사이클(200)은, 기상으로 이루어진 제2 열매체가 저온측 압축기(210)에서 압축되어 저온측 3방(WAY) 전자밸브(270)의 안내로 케스케이드 열교환기(300)에 공급되어 응축되고, 상기 케스케이드 열교환기(300)에 응축된 제2 열매체는 저온측 제2 팽창밸브(250)로 공급되어 팽창되고, 상기 팽창된 제2 열매체는 저온측 증발/응축기(240)에 공급되어 증발된 후 저온측 압축기(210)로 공급되어 다시 압축되는 사이클로 순환한다.
작동모드 중 상기 열취득 사이클(200)의 저온측 증발/응축기(240) 온도가 노점온도 이하로 떨어져 제상현상이 발생하거나, 노점온도에 도달하는 경우에는 도 3의 (b)와 같이 열전달 사이클(100)의 고온측 응축기(120)에서 배출되는 고온고압인 액체상태의 제1 열매체를 제상코일(150)에 공급하여 저온측 증발/응축기(240)의 제상현상을 방지하도록 제어부(700)는 밸브를 조작하여 제상모드로 전환한다.
즉, 제어부(700)는 저온측 증발/응축기(240)의 온도를 측정하는 온도센서(240c)의 신호에 의하여 저온측 증발/응축기(240)의 온도가 노점온도에 도달하는 경우 보조열교환기(130)의 보조열교환기용 공급밸브(130v)를 폐쇄하고, 제상코일용 공급밸브(150v)를 개폐하여 고온측 응축기(120)에서 배출되는 고온고압인 액체상태의 제1 열매체가 제상코일(150)에 공급되도록 하여 도 7과 같이 제상코일(150)를 통과함으로써 예열된 가열공기가 저온측 증발/응축기(240)에 공급되도록 하여 저온측 증발/응축기(240)의 제상을 방지한다.
상기와 같이 제상모드인 경우 제상코일(150)를 통과함으로써 예열된 가열공기로부터 공급되는 열은 제상방지 및 증발열로 이용됨으로써 증발효율을 높여 열취득 사이클(200)의 효율을 높일 수도 있다.
이와 같이 역사이클의 구동없이 제상현상을 방지할 수 있다.
[온수생산 모드 2]
도 4와 같이 케스케이드 열교환기(300)를 이용하지 않고, 열전달 사이클(100)이 단독으로 구동되는 상태이며, 동절기에 사용되는 모드로서, 온수를 생산하여 난방과 급탕에 사용된다.
열전달 사이클(100)은, 도 4의 (a)와 같이 기상으로 이루어진 제1 열매체가 고온측 압축기(110)에서 고온고압의 기체로 압축된 후 고온측 응축기(120)로 공급되고, 상기 고온측 응축기(120)에서 제1 열매체는 응축되어 고온고압의 액상으로 상변화 됨으로써 온수탱크(400)에 열을 전달하고, 상기 고온고압의 액상의 제1 열매체는 보조열교환기(130)을 통과한 후 제3 고온측 팽창밸브(143)에 안내되어 팽창하고, 상기 팽창된 제1 열매체는 고온측 증발기(160)에서 증발하고, 증발된 제1 열매체는 고온측 압축기(110)로 공급되어 다시 압축되는 사이클로 순환하여 온수탱크(400)에 열을 전달하여 온수를 생산하도록 한다.
작동모드 중 상기 열전달 사이클(100)의 고온측 증발기(160) 온도가 노점온도 이하로 떨어져 제상현상이 발생하거나, 노점온도에 도달하는 경우에는 도 4의 (b)와 같이 열전달 사이클(100)의 고온측 응축기(120)에서 배출되는 고온고압인 액체상태의 제1 열매체를 제상코일(150)에 공급하여 고온측 증발기(160)의 제상현상을 방지하도록 제어부(700)는 밸브를 조작하여 제상모드로 전환한다.
즉, 제어부(700)는 고온측 증발기(160)의 온도를 측정하는 온도센서(160c)의 신호에 의하여 고온측 증발기(160)의 온도가 노점온도에 도달하는 경우 보조열교환기(130)의 보조열교환기용 공급밸브(130v)를 폐쇄하고, 제상코일용 공급밸브(150v)를 개폐하여 고온측 응축기(120)에서 배출되는 고온고압인 액체상태의 제1 열매체가 제상코일(150)에 공급되도록 하여 도 7과 같이 제상코일(150)를 통과함으로써 예열된 가열공기가 고온측 증발기(160)에 공급되도록 하여 고온측 증발기(160)의 제상을 방지한다.
상기와 같이 제상모드인 경우 제상코일(150)를 통과함으로써 예열된 가열공기로부터 공급되는 열은 제상방지 및 고온측 증발기(160)의 증발열로 이용됨으로써 증발효율을 높여 열전달 사이클(100)의 효율을 높일 수도 있다.
이와 같이 역사이클의 구동없이 제상현상을 방지할 수 있다.
[냉수생산 모드 ]
도 5와 같이 케스케이드 열교환기(300)를 이용하되, 열전달 사이클(100)은 구동하지 않고, 열취득 사이클(200)이 단독으로 구동되는 상태이며, 하절기에 사용되는 모드로서, 냉수를 생산하여 냉탕에 사용된다.
열취득 사이클(200)은, 기상으로 이루어진 제2 열매체가 저온측 압축기(210)에서 압축되어 저온측 3방(WAY) 전자밸브(270)의 안내로 저온측 증발/응축기(240)와 케스케이드 열교환기(300)에 순차적으로 공급되어 응축되고, 상기 응축된 제2 열매체는 저온측 제1 팽창밸브(220)로 공급되어 팽창되고, 상기 팽창된 제2 열매체는 저온측 증발기(230)에 공급되어 냉수탱크(500)의 냉수와 열교환하여 냉수를 생산하고, 상기 냉수와 열교환한 제2 열매체는 저온측 압축기(210)로 공급되어 다시 압축되는 사이클로 순환한다.
[온수와 냉수 생산 모드 ]
도 6과 같이 케스케이드 열교환기(300)를 이용한 열전달 사이클(100)과 열취득 사이클(200)이 동시에 구동되는 상태이며, 봄과 가을에 사용되는 모드로서, 온수와 냉수를 생산하여 난방과 급탕 및 냉방에 사용된다.
열전달 사이클(100)은, 기상으로 이루어진 제1 열매체가 고온측 압축기(110)에서 고온고압의 기체로 압축된 후 고온측 응축기(120)로 공급되고, 상기 고온측 응축기(120)에서 제1 열매체는 응축되어 고온고압의 액상으로 상변화 됨으로써 온수탱크(400)에 열을 전달하여 온수를 생산하도록 하고, 상기 고온고압의 액상의 제1 열매체는 보조열교환기(130)에 공급된다.
상기 제1 열매체는 보조열교환기(130)를 통과한 후 제1 고온측 팽창밸브(141)에 안내되어 팽창한다.
상기 팽창된 제1 열매체는 케이케이스 열교환기(400)에서 증발하고, 증발된 제1 열매체는 고온측 압축기(110)로 공급되어 다시 압축되는 사이클로 순환하여 온수탱크(400)에 열을 전달하여 온수를 생산함으로써 난방과 급탕을 제공하도록 한다.
열취득 사이클(200)은, 기상으로 이루어진 제2 열매체가 저온측 압축기(210)에서 압축되어 저온측 3방(WAY) 전자밸브(270)의 안내로 저온측 증발/응축기(240)와 케스케이드 열교환기(300)에 순차적으로 공급되어 응축되고, 상기 응축된 제2 열매체는 저온측 제1 팽창밸브(220)로 공급되어 팽창되고, 상기 팽창된 제2 열매체는 저온측 증발기(230)에 공급되어 냉수탱크(500)의 냉수와 열교환하여 냉수를 생산하고, 상기 냉수와 열교환한 제2 열매체는 저온측 압축기(210)로 공급되어 다시 압축되는 사이클로 순환한다.
상기 열취득 사이클(200)은 저온측 증발/응축기(240)에서 응축된 제2 열매체를 저온측 제1 팽창밸브(220)로 공급하지 않고, 제3 팽창밸브(260)로 공급되도록 하여 제2 열매체가 제3 팽창밸브(260)에서 팽창하고, 보조열교환기(130)에서 증발되도록 한 후 저온측 압축기(210)로 리턴되도록 하여 냉수를 생산하지 않을 수도 있다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치 및 제상방법은 다양한 모드로 운전이 가능한 동시에 제상현상을 방지함으로써 주변환경 및 조건에 따라 다양한 형태로 운전이 가능하여 냉난방에 대한 효율을 높일 수 있으며, 특히 우리나라와 같이 사계절을 가지며, 지역별 온도편차가 심한 지역에 아주 적합하게 사용될 수 있어 산업상 널리 이용이 가능할 것이다.
100 : 열전달 사이클 110 : 고온측 압축기
120 : 고온측 응축기 130 : 보조열교환기
140 : 고온측 팽창밸브 150 : 제상코일
160 : 고온측 증발기
200 : 열취득 사이클 210 : 고온측 압축기
220, 250, 260 : 저온측 팽창밸브 240 : 저온측 증발/응축기
270 : 3방 밸브
300 : 케스케이드 열교환기
400 : 온수탱크
500 : 냉수탱크
600 : 실외기 610 : 팬
700 : 제어부 P : 펌프

Claims (5)

  1. 온수를 생산을 위한 열전달 사이클과, 냉수를 생산을 위한 열취득 사이클과, 상기 열전달 사이클의 증발기이며 열취득 사이클의 응축기인 케스케이드 열교환기를 포함하는 듀얼타입 냉난방장치에 있어서,
    상기 열전달 사이클(100)은 고온측 응축기(120)를 통과한 제1 열매체가 선택적으로 공급되도록 하는 제상코일(150)과, 케스케이드 열교환기(300)와 병렬형태로 설치되는 고온측 증발기(160)를 포함하며,
    상기 제상코일(150)과 고온측 증발기(160)와 저온측 증발/응축기(240)를 하나의 실외기(600) 내에 설치하며,
    상기 제상코일(150)은 고온측 증발기(160)와 저온측 증발/응축기(240)의 제상현상을 방지하도록 함을 특징으로 하는 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열전달 사이클(100)의 고온측 증발기(160)와 열취득 사이클(200)의 저온측 증발/응축기(240)는 공랭식 타입의 열교환기로 이루어지고,
    상기 제상코일(150)을 통과한 공기가 고온측 증발기(160)와 저온측 증발/응축기(240) 쪽으로 공급되도록 하며,
    상기 고온측 증발기(160)와 저온측 증발/응축기(240) 중 어느 하나에 제상현상의 발생시 제상코일(150)에 제1 열매체가 공급되도록 함을 특징으로 하는 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열전달 사이클(100)의 고온측 증발기(160)와 열취득 사이클(200)의 저온측 증발/응축기(240)는 공랭식 타입의 열교환기로 이루어지고,
    상기 제상코일(150)을 통과한 공기가 고온측 증발기(160)와 저온측 증발/응축기(240) 쪽으로 공급되도록 하며,
    상기 실외기(600)에 내의 온도가 노점온도에 도달하는 경우 제상코일(150)에 제1 열매체가 공급하여 제상현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 제상코일을 이용하여 제상현상을 방지하는 듀얼타입 냉난방장치.
  4. 온수를 생산을 위한 열전달 사이클과, 냉수를 생산을 위한 열취득 사이클과, 상기 열전달 사이클의 증발기이며 열취득 사이클의 응축기인 케스케이드 열교환기를 포함하는 듀얼타입 냉난방장치의 제상방법에 있어서,
    상기 열전달 사이클(100)은 고온측 응축기(120)를 통과한 제1 열매체가 선택적으로 공급되도록 하는 제상코일(150)과, 케스케이드 열교환기(300)와 병렬형태로 설치되는 고온측 증발기(160)를 포함하며,
    상기 제상코일(150)과 고온측 증발기(160)와 저온측 증발/응축기(240)를 하나의 실외기(600)에 내에 설치하며,
    상기 온수의 생산시 열전달 사이클(100)의 제상코일(150)에 고온측 응축기(120)를 통과한 제1 열매체를 공급하여 상기 제상코일(150)를 통과한 공기를 이용하여 고온측 증발기(160)와 저온측 증발/응축기(240)의 제상을 방지함을 특징으로 하는 듀얼타입 냉난방장치의 제상코일을 이용한 제상방법.
  5. 온수를 생산을 위한 열전달 사이클과, 냉수를 생산을 위한 열취득 사이클과, 상기 열전달 사이클의 증발기이며 열취득 사이클의 응축기인 케스케이드 열교환기를 포함하는 듀얼타입 냉난방장치의 제상방법에 있어서,
    상기 열전달 사이클(100)은 고온측 응축기(120)를 통과한 제1 열매체가 선택적으로 공급되도록 하는 제상코일(150)과, 케스케이드 열교환기(300)와 병렬형태로 설치되는 고온측 증발기(160)를 포함하며,
    상기 제상코일(150)과 고온측 증발기(160)와 저온측 증발/응축기(240)를 하나의 실외기(600) 내에 설치하며,
    상기 온수의 생산시 열전달 사이클(100)의 제상코일(150)에 고온측 응축기(120)를 통과한 제1 열매체를 고온측 증발기(160) 또는 저온측 증발/응축기(240)에 제상발생시 공급하여 제상코일(150)을 통과한 공기를 이용하여 고온측 증발기(160)와 저온측 증발/응축기(240)의 제상을 방지함을 특징으로 하는 듀얼타입 냉난방장치의 제상코일을 이용한 제상방법.
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