KR101334058B1

KR101334058B1 - 이원냉동사이클을 이용한 온수생산장치 및 실내난방장치

Info

Publication number: KR101334058B1
Application number: KR1020120007128A
Authority: KR
Inventors: 김봉석
Original assignee: 김봉석
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2013-11-28
Also published as: KR20130086404A

Abstract

본 발명은 이원냉동사이클을 이용한 온수생산 및 실내난방 장치에 관한 것으로, 기체냉매를 고온고압으로 압축하여 공급하는 압축기, 상기 압축기에서 공급되는 고온고압의 기체냉매를 액상냉매로 응축하여 공급하는 응축기, 상기 응축기에서 공급되는 고온고압의 액상냉매를 저장하는 수액기, 상기 수액기에서 공급되는 고온고압의 액상냉매를 급속 팽창시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브에서 급속 팽창되어 공급되는 안개상태를 냉매를 외기의 열교환매체와 열교환시키는 증발기, 상기 수액기의 내부에 이중관 구조로 설치되어 증발기에서 열교환작용으로 증발된 증발가스를 저장하고 그 증발가스를 수액기에 저장되는 고온고압의 액상냉매와 열교환시킨 후 압축기로 공급하는 액분리기를 구비하는 메인 냉동사이클과;
상기 메인 냉동사이클과 같은 압축기, 이중관 구조의 수액기 및 액분리기, 팽창밸브, 증발기를 구비하고 있는 보조 냉동사이클과;
상기 메인 냉동사이클의 증발기배관 및 상기 보조 냉동사이클의 응축기배관이 장착된 케스케이드 열교환기로 메인 냉동사이클과 보조 냉동사이클을 연결시키도록 구성되는 이원 냉동사이클을 이용한 실내난방 장치에 있어서,
상기 메인 냉동사이클에는 온수탱크 및 실내난방기가 구비되어 있으며,
상기 메인 냉동사이클의 압축기 출구라인에는 실내난방기의 응축기로 공급되는 고온고압의 기체냉매의 온도를 감지하는 온도감지기가 장설되어 있으며,
상기 보조 냉매사이클은 압축기에서 응축기로 공급되는 고온고압의 기체냉매 온도가 설정된 온도 이상일 때 구동하도록 구성되어 있으며,
상기 메인 냉매사이클의 수액기에서 공급되는 액상냉매를 급속 팽창시키는 팽창밸브의 출구라인은 상기 메인 냉동사이클의 증발기 입구라인 및 상기 케스케이드 열교환기의 입구라인 각각에 동시 연통하도록 연결되어 있으며,
상기 증발기의 입구라인에는 메인 냉동사이클의 압축기 출구라인으로 토출되는 기체냉매의 온도가 설정온도 이하일 때 폐쇄작동되는 전자밸브가 장설되어 있으며,
상기 케스케이드 열교환기에 장착된 증발기배관의 입구라인에는 메인 냉동사이클의 압축기 출구라인으로 토출되는 기체냉매의 온도가 설정온도 이상일 때 개방작동되는 전자밸브가 장설되어 있는 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

이원냉동사이클을 이용한 온수생산장치 및 실내난방장치{Apparatus of hot water supplying and heating room using two stage refrigerating cycle}

본 발명은 이원냉동사이클을 이용한 온수생산장치 및 실내난방장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 봄, 여름, 가을과 같이 외부 온도가 대체로 영상인 경우에는 메인 냉동사이클만을 선택 운전하여 온수를 생산할 수 있으며, 겨울과 같이 외부 온도가 영하인 경우에는 메인 냉동사이클 및 보조 냉동사이클을 동시 운전하여 온수를 생산할 수 있을 뿐 아니라 실내를 난방할 수 할 수 있도록 하는 이원냉동사이클을 이용한 온수생산장치 및 실내난방장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉매를 사용하여 공기를 가열하거나 또는 온수를 생산하는 장치로서는 히트펌프식 냉동장치가 사용되고 있다.

종래 기술의 히트펌프식 냉동장치는 증발기에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 외부 공기 또는 물과의 열교환작용으로 액상냉매가 되도록 응축시켜주는 응축기, 상기 응축기에서 고온고압으로 응축된 액상냉매를 일시 저장하는 액열기의 수액기, 상기 수액기에서 공급되는 고온고압의 액상냉매를 급속 팽창시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브에서 급속 팽창되어 안개상태로 공급되는 저온저압의 냉매를 외부의 공기 및 물 등 열교환매체와의 열교환작용으로 열을 빼앗아 증발하도록 하는 증발기, 상기한 수액기 내부에 삽입된 상태로 설치되어 상기 증발기에서 증발하지 못한 안개상태의 냉매를 수액기에 저장되는 고온고압의 액상냉매와 열교환하도록 하여 증발되게 하는 액열기의 액분리기를 구비하는 구조로 구성되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래 기술의 히트펌프식 냉동장치는 외부 온도가 -10℃ 이상일 때에는 온수생산 및 실내난방이 가능하였지만, 외부 온도가 -15℃ 이하의 날씨에서는 냉매의 증발온도가 낮아질 뿐 아니라 포화압력도 낮아지게 되므로 냉매가 하는 일인 난방능력이 감소하게 된다는 단점이 있으며, 또 압축기가 자주 고장을 일으키게 된다는 것이 문제점으로 지적되어 왔다.

상기와 같은 히트펌프식 냉동장치에서 나타나는 문제점을 해결하기 위해 케스케이드 열교환기를 갖는 이원냉동사이클을 이용한 히트펌프식 시스템이 특허등록 제10-0639104호로 소개된 바 있는데, 이는 온수생산 및 실내난방을 하기 위해서는 열전달(고온측) 냉동사이클과 열취득(저온축) 냉동사이클을 동시에 운전해야 하는 구조로 되어 있으므로 요즈음과 같은 고유가 시대에 전력소비가 많다는 것이 문제점으로 지적되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같이 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 메인 냉동사이클 및 보조 냉동사이클로 구성되는 이원냉동사이클을 이용하여 온수생산 및 실내난방을 함에 있어 외기 온도조건 등에 따라 보조 냉동장치가 선택적으로 운전되도록 함으로써 소비전력을 줄일 수 있도록 하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 추구하기 위한 수단으로서,

본 발명의 이원 냉동사이클을 이용한 온수생산장치는,

기체냉매를 고온고압으로 압축하여 공급하는 압축기, 상기 압축기에서 공급되는 고온고압의 기체냉매를 액상냉매로 응축하여 공급하는 응축기, 상기 응축기에서 공급되는 고온고압의 액상냉매를 저장하는 수액기, 상기 수액기에서 공급되는 고온고압의 액상냉매를 급속 팽창시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브에서 급속 팽창되어 공급되는 안개상태를 냉매를 외기의 열교환매체와 열교환시키는 증발기, 상기 수액기의 내부에 이중관 구조로 설치되어 증발기에서 열교환작용으로 증발된 증발가스를 저장하고 그 증발가스를 수액기에 저장되는 고온고압의 액상냉매와 열교환시킨 후 압축기로 공급하는 액분리기를 구비하는 메인 냉동사이클과;

상기 메인 냉동사이클과 마찬가지로 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브, 증발기, 액분리기를 구비하고 있는 보조 냉동사이클과;

상기 메인 냉동사이클의 증발기와는 별도로 구성되는 증발기배관 및 상기 보조 냉동사이클의 응축기배관이 서로 열교환작용이 가능하도록 함께 장착된 케스케이드 열교환기로써 메인 냉동사이클과 보조 냉동사이클이 연결되도록 구성하여서 되는 이원냉동사이클을 이용한 온수생산장치에 있어서,

상기 메인 냉동사이클에는 응축기가 내설되는 온수탱크가 구비되어 있으며,

상기 메인 냉동사이클의 압축기 입구라인에는 액분리기에서 토출되어 압축기로 공급되는 고온고압의 기체냉매의 압력을 감지하는 압력스위치가 장설되어 있으며,

상기 메인 냉동사이클의 팽창밸브 출구라인은 전자밸브가 장설되어 있는 상기 메인 냉동사이클의 증발기 입구라인과 전자밸브가 장설되어 있는 증발기배관의 입구라인이 서로 연통하도록 연결되어 있으며,

상기 압력스위치는 액분리기에서 압축기로 공급되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이하로 감지될 때에는 상기 보조 냉동사이클을 온(on) 작동시킴과 동시에 상기한 증발기의 입구라인에 장설된 전자밸브는 폐쇄작동시키고 상기한 증발기배관의 입구라인에 장설된 전자밸브는 개방작동시키도록 구성하고, 상기 액분리기에서 압축기로 공급되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3Kg/cm²) 이상으로 감지될 때에는 상기한 증발기배관 입구라인에 장설되어 있는 전자밸브는 폐쇄작동시키고, 상기 증발기의 입구라인에 장설되어 있는 전자밸브는 개방작동시키도록 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 냉동사이클의 응축기는 온수탱크에 저장되는 온수에 침지된 상태로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 온수탱크에는 실내를 난방하기 위한 온수난방용 순환배관으로 온수를 공급하기 위한 온수공급라인 및 온수회수라인이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 온수탱크에는 온수를 공급하기 위한 온수공급배관이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이원 냉동사이클을 이용한 실내난방장치는,

상기 메인 냉동사이클과 마찬가지로 압축기, 응축기배관, 수액기, 팽창밸브, 증발기, 액분리기를 구비하고 있는 보조 냉동사이클과;

상기 메인 냉동사이클에는 응축기가 내설되는 실내난방기가 구비되어 있으며,

상기 압력스위치는 액분리기에서 압축기로 공급되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이하로 감지될 때에는 상기 보조 냉동사이클을 온(on) 작동시킴과 동시에 상기한 증발기의 입구라인에 장설되어 있는 전자밸브는 폐쇄작동시키고 상기한 증발기배관의 입구라인에 장설되어 있는 전자밸브는 개방작동시키도록 구성하며, 상기 액분리기에서 압축기로 공급되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3Kg/cm²) 이상으로 감지될 때에는 상기 보조 냉동시이클은 오프(off) 작동시킴과 동시에 상기한 증발기배관의 입구라인에 장설된 전자밸브는 폐쇄작동시키고 상기한 메인 냉동사이클의 증발기 입구라인에 장설되어 있는 전자밸브를 개방작동시키도록 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 동절기에 이원 냉동사이클의 메인 냉동사이클을 구동시켜서 온수생산 및 실내난방을 하고자 할 때 외부의 온도변화에 따라 보조 냉동사이클을 선택적으로 간헐 구동시켜서 온수를 생산 및 실내를 난방할 수 있으므로 전력소비를 절감시킬 수 있도록 하는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 온수생산장치를 설명하기 위한 이원냉동사이클의 회로도
도 2는 본 발명의 실내난방장치를 설명하기 위한 이원냉동사이클의 회로도

본 발명에 의한 이원 냉동사이클을 이용한 온수생산장치 및 실내난방장치에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1의 도시는 온수생산장치에 대한 이원냉동사이클의 회로도로서, 도면부호 1 및 2는 메인 냉동사이클 및 보조 냉동사이클을 나타낸다.

상기 메인 냉동사이클(1)은 기체냉매를 고온고압으로 압축하여 출구라인(11)을 통해 공급하는 압축기(10), 상기 압축기의 출구라인으로 배출되는 고온고압의 기체냉매를 입구라인(21)으로부터 공급받아 액상냉매로 응축하는 응축기(20), 상기 응축기에서 공급되는 고온고압의 액상냉매를 일시 저장하기 위하여 응축기(20)의 출구라인(22)이 연결되는 입구(31)가 형성되어 있는 수액기(30), 상기 수액기(30)에서 토출되는 고온고압의 액상냉매를 급속 팽창시키기 위하여 수액기(30)의 출구(32)에 입구라인(41)이 연결되어 있는 팽창밸브(40), 상기 팽창밸브에서 급속 팽창되는 안개상태의 냉매를 공급받기 위해 팽창밸브(40)의 출구라인(42)에 입구라인(51)이 연결되어 있는 증발기(50), 상기 증발기(50)에서 외부의 열교환매체와의 열교환작용으로 증발된 증발가스를 공급받기 위해 증발기(50)의 출구라인(52)이 연결되는 입구(34)가 형성되어 있는 액분리기(33)를 구비하고 있으며, 상기 액분리기(33)의 출구(35)에 연결되는 압축기(10)의 입구라인(12)을 통해 배출되는 기체냉매를 압축기(10)로 공급하며, 상기 압축기(10)는 액분리기(33)로부터 공급된 기체냉매를 고온고압으로 압축하여 응축기(20)로 공급하는 작용을 반복 되풀이하게 되는 것이다.

상기 보조 냉동사이클(2) 역시 기체냉매를 고온고압으로 압축하여 출구라인(110)을 통해 공급하는 압축기(100), 상기 압축기(100)의 출구라인(110)으로 배출되는 고온고압의 기체냉매를 입구라인(210)으로부터 공급받아 액상냉매로 응축하는 응축기배관(200), 상기 응축기배관에서 공급되는 고온고압의 액상냉매를 일시 저장하기 위하여 응축기배관(200)의 출구라인(220)이 연결되는 입구(310)가 형성되어 있는 수액기(300), 상기 수액기(300)에서 토출되는 고온고압의 액상냉매를 급속 팽창시키기 위하여 수액기(300)의 출구(320)에 입구라인(410)이 연결되어 있는 팽창밸브(400), 상기 팽창밸브(400)에서 급속 팽창되는 안개상태의 냉매를 공급받기 위해 팽창밸브(400)의 출구라인(420)에 입구라인(510)이 연결되어 있는 증발기(500), 상기 증발기(500)에서 외부의 열교환매체와의 열교환작용으로 증발된 증발가스를 공급받기 위해 증발기(500)의 출구라인(520)이 연결되는 입구(340)가 형성되어 있는 액분리기(330)를 구비하고 있으며, 상기 액분리기(330)의 출구(350)로 배출되는 기체냉매를 입구라인(120)을 통해 공급받는 압축기(100)는 기체냉매를 고온고압으로 압축하여 응축기배관(200)으로 공급하는 작용을 반복 되풀이하게 되는 것이다.

상기 메인 냉동사이클(1)에는 실외에 설치되는 증발기(50)와는 별도로 추가 형성되는 증발기배관(60)과 상기 보조 냉동사이클(2)의 응축기배관(200)을 각각 순환하는 냉매끼리 서로 열교환하도록 구성되는 케스케이드 열교환기(70)를 구비하고 있다.

본 발명의 특징은, 메인 냉동사이클(1)의 액분리기(33)에서 토출되어 압축기(10)로 공급되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이상일 경우에는 메인 냉동사이클(2)의 팽창밸브(40)에서 급속 팽창되는 안개상태의 냉매가 증발기(50)로 공급되도록 상기 증발기(50)의 입구라인(51)에 장설되어 있는 전자밸브(53)가 개방작동되는 한편, 상기 액분리기(33)에서 압축기(10)로 공급되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이하일 경우에는 보조 냉동사이클(2)을 작동시킴과 동시 상기 메인 냉동사이클(1)의 팽창밸브(40)에서 급속 팽창되는 안개상태의 냉매가 케스케이드 열교환기(70)에 설치되어 있는 증발기배관(60)으로 공급되도록 상기 증발기배관(60)의 입구라인(61)에 장설되어 있는 전자밸브(63)를 개방작동시키도록 구성한 것에 있다.

이를 위해, 상기 메인 냉동사이클(1)의 액분리기(33)의 출구(35)에 연결되는 압축기(10)의 입구라인(12)에 압력스위치(P)를 장설하였으며, 상기 압력스위치(P)는 상기 액분리기(33)의 출구(35)로 토출되는 기체냉매의 압력을 감지하여 메인 냉매사이클(1)의 증발기(50) 입구라인(51)에 장설되어 있는 전자밸브(53)와 증발기배관(60)의 입구라인(61)에 장설되어 있는 전자밸브(63) 중 어느 하나의 전자밸브를 선택적으로 개방작동 또는 폐쇄작동시킴과 동시에 상기 보조 냉동사이클(2)도 온(on), 오프(off)시키도록 구성되어 있다.

예를 들면, 외기 온도가 영하 10℃ 이상일 때에는 실외에 설치되어 있는 메인 냉동사이클(1)의 증발기(50)에서 외기와 열교환하는 냉매의 증발온도 및 포화압력이 정상수치를 유지하게 되므로, 이때에는 메인 냉동사이클(1)의 액분리기(33)에서 압축기(10)로 공급되는 기체냉매의 압력은 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이상이 된다. 따라서 메인 냉동사이클(1)의 압축기(10)의 입구라인(12)에 설치되어 있는 압력스위치(P)에는 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이상의 압력으로 감지되며, 이에 따라 상기 압력스위치(P)는 메인 냉동사이클(1)의 증발기 입구라인(51)에 장설되어 있는 전자밸브(53)를 개방작동시키게 되므로 팽창밸브(40)에서 급속 팽창되는 안개상태의 냉매는 증발기(5)로 공급되는 것이다.

이와는 달리 외기 온도가 영하 15℃ 이하일 경우에는 상기 메인 냉동사이클(1)의 증발기(50)에서 외기와 열교환작용을 하는 냉매의 증발온도는 낮아지고 또 냉매의 포화압력도 낮아지게 되는데, 이와 같이 상기한 증발기(50)에서 외기와 열교환하는 냉매의 증발온도 및 포화압력이 낮은 상태로 냉매가스가 액분리기(33)로 공급될 때에는 상기 액분리기(33)에서 토출되는 기체냉매의 압력은 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이하로 낮아지는 상태가 되므로, 이때에는 압력스위치(P)가 액분리기(33)에서 토출되는 기체냉매의 압력이 설정압력 이하임을 감지하고 보조 냉매사이클(2)을 온(on)작동시킴과 동시 증발기배관(60)의 입구라인(61)에 장설되어 있는 전자밸브(63)를 개방작동시키는 반면, 증발기 입구라인(51)에 장설되어 있는 전자밸브(53)는 폐쇄작동시키게 되므로 팽창밸브(40)에서 급속 팽창되는 안개상태의 냉매는 케스케이드 열교환기(70)에 설치되어 있는 증발기배관(60)으로 공급되는 것이며, 상기 증발기배관(60)으로 공급되는 안개상태의 냉매는 상기 케스케이드 열교환기(70)에 함께 설치되어 있는 보조 냉동사이클(2)의 응축기배관(200)을 순환하는 고온고압의 액상냉매와 열교환하게 되므로, 상기 증발기배관(60)을 순환하는 안개상태의 냉매는 증발온도 및 포화압력이 높아진 상태로 증발되어 출구라인(62)으로 토출되어 액분리기(33)로 공급되는 것이다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 메인 냉동사이클(1)에는 온수를 생산하기 위한 온수탱크(80)를 구비한 것에 있다.

이를 위해, 온수탱크(80) 내부에 저장되어 있는 온수에 응축기(20)가 침지된 상태로 설치되어 있으며, 또한 상기 온수탱크(80) 내부에는 온수공급배관(81)이 내설되어 있다.

또한 상기 온수탱크(80)에는 실내의 온돌바닥(82)에 배관되어 있는 온수난방용 순환배관(83)을 통해 온수를 순환시키기 위하여 상기 온수난방용 순환배관(83)으로 온수를 공급 및 회수하기 위한 온수공급라인(84)과 온수회수라인(85)이 연결되어 있다.

또한 상기 온수공급배관(81)에는 물을 공급하기 위한 급수관(86)과 주방이나 욕실 등에 온수를 공급하기 위한 온수공급관(87)이 연결되어 있으며, 상기한 급수관(86)은 온수공급배관(81)으로 물을 공급할 뿐 아니라 온수탱크(80)에도 물을 보충할 수 있도록 구성되어 있다.(도 1 참조)

또한 상기 온수탱크(80) 내부에는 메인 냉동사이클(1)이 작동되지 아니할 때 온수탱크(80)에 저장된 물의 온도를 감지하는 온도센서(88) 및 상기 온도센서(88)에 감지되는 온도가 0℃ 이하일 때에는 가열작동되어 물이 얼지 않도록 하는 전기히터(89)가 장착되어 있다.

본 발명의 또다른 특징은, 실내를 난방하기 위하여 도 2의 도시와 같이 상기 메인 냉동사이클(1)에는 실내를 난방하기 위한 실내난방기(90)를 구비한 것에 있다.

도 2의 도시는 실내난방장치에 대한 이원 냉동사이클의 회로도로서, 이 실시예에서는 전술한 온수생산장치의 각 구성요소와 동일한 구성에 대해서는 같은 명칭 같은 부호를 사용하여 설명하기로 한다.

상기 실내난방기(90) 내부에는 응축기(20)가 장설되어 있으며, 상기 실내난방기(90)에 형성되어 있는 입구라인(91) 및 출구라인(92) 각각은 응축기(20)에 연결되어 있으며, 또한 상기한 입구라인(91)은 압축기(10)의 출구라인(11)에 연결되어 있고, 상기한 출구라인(92)은 수액기(30)의 입구(31)에 연결되어 있다.

한편, 상기 메인 냉동사이클(1) 및 보조 냉동사이클(2)은 압축기(10)(100)의 출구라인(11)(110) 각각에 오일을 회수하기 위한 유분리기와 냉매의 역류를 제어하기 위한 체크밸브(부호 생략)가 장설되어 있다.

또한 상기 메인 냉동사이클(1)에는 증발기(50)에 부착되어 있는 서리를 탈락시키기 위해 상기 압축기(10)의 출구라인(11)과 증발기(50)의 입구라인(51)은 전자밸브(13)가 장설되어 있는 바이패스라인(14)으로 연결되게 하는 구조로서, 상기 압축기(10)에서 고온고압으로 압축된 기체냉매를 증발기(50)에 공급할 수 있도록 함으로써 상기 증발기(50)에 부착되어 있는 서리를 탈락시킬 수 있도록 하였으며, 상기 보조 냉동사이클(2)의 증발기(500)에도 부착된 서리를 제거하기 위해 압축기(100)의 출구라인(110)과 증발기(500)의 입구라인(510)에도 전자밸브(130)가 장설되어 있는 바이패스라인(140)을 연결하는 구조로서, 상기 압축기(100)에서 고온고압으로 압축된 기체냉매를 증발기(500)로 공급하여 상기 증발기(500)에 부착되어 있는 서리를 탈락시킬 수 있도록 하였다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명한다.

도 1의 도시는 온수생산장치에 대한 실시예로서, 메인 냉동사이클(1)의 증발기(50)에 공급되는 안개상태의 냉매가 외기의 온도(예를 들면, 영하 10℃ 이상)와의 열교환작용이 활발하게 이루어져 냉매의 증발온도 및 포화압력이 정상적일 때에는 상기 메인 냉동사이클(1)은 작동되고 보조 냉동사이클(2)은 정지된다.

상기 메인 냉동사이클(1)의 증발기(50)에 공급되는 안개상태의 냉매가 외기와의 열교환작용으로 증발온도 및 포화압력이 높은 상태로 증발되어 액분리기(33)로 유입되어 출구(35)로 토출될 때의 기체냉매의 압력은 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이상의 압력를 유지하게 되며, 이때에는 압력스위치(P)에 감지되는 압력이 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이상이므로 증발기(50)의 입구라인(51)에 장설되어 있는 전자밸브(53)가 개방작동되는 것이다.

따라서 상기 메인 냉동사이클(1)의 압축기(10)에서 고온고압으로 압축된 기체냉매는 온수탱크(80)에 설치되어 있는 응축기(20)→수액기(30)→팽창밸브(40)→증발기(50)→액분리기(33)를 거쳐 압축기(10)로 순환하는 작동을 반복 되풀이하게 되는 것이며, 이와 같이 메인 냉동사이클(1)의 전자밸브(53)가 개방 작동되어 팽창밸브(40)에서 급속히 팽창되는 안개상태의 냉매가 증발기(50)로 공급될 때에는 보조 냉동사이클(2)은 작동하지 아니하는 상태이다.

상기와 같이 메인 냉동사이클(1)이 작동될 때에는 압축기(10)에서 고온고압으로 압출된 기체냉매가 온수탱크(80)에 배설되어 있는 응축기(20)를 순환하는 동안 온수탱크에 저장되어 있는 온수와의 열교환작용으로 온수를 뜨겁게 가열하면서 액상으로 응축되어 출구라인(22)으로 토출되는 것이다.

따라서 상기 온수탱크(80)에 저장되어 있는 온수는 응축기(20)에 의해 뜨겁게 가열되어 온돌바닥(82)에 배관되어 있는 온수난방용 순환배관(83)으로 공급되어 온돌바닥(82)을 난방하게 되며, 또한 상기 온수탱크(80)에 저장되어 응축기(20)에 의해 뜨겁게 가열되는 온수는 온수탱크(80) 내부에 배관되어 있는 온수공급배관(81)을 간접적으로 가열하게 되므로 상기 온수공급배관(81)으로 공급되는 물은 뜨겁게 가열되어 온수공급관(87)을 통해 욕조 및 주방으로 온수를 공급할 수 있게 되는 것이다.

상기 메인 냉동사이클(1)의 응축기(20)의 출구라인(22)으로 토출되는 고온고압의 액상냉매는 수액기(30)에 저장되었다가 출구(32)를 통해 토출되어 팽창밸브(40)로 공급되며, 상기 팽창밸브로 공급되는 액상냉매는 안개상태로 급속 팽창되면서 출구라인(42)으로 토출되는데, 상기 팽창밸브(4)의 출구라인(42)으로 토출되는 안개상태의 냉매는 개방 작동된 전자밸브(53)를 통과하여 증발기(50)의 입구라인(51)을 통해 상기 증발기(50)로 공급되는 것이다.

상기 증발기(50)로 공급된 안개상태의 냉매는 외기와의 열교환작용으로 증발되는데, 이때 외기 온도가 영하 10℃ 이상일 때에는 증발기(50)로 공급된 안개상태의 냉매는 증발온도가 높아지고 또 포화압력도 높아진 상태에서 출구라인(52)으로 토출되어 액분리기(33)에 공급되는 것이며, 상기 액분리기(33)에 공급 저장되는 증발가스는 수액기(30)에 저장되는 고온고압의 액상냉매와의 열교환작용으로 상기 증발기(50)에서 미쳐 증발하지 못한 상태에서 증발가스에 혼입되어 있는 안개상태의 냉매는 상기 액분리기(33) 내에서 증발하게 되므로 상기 액분리기(33)의 출구(35)로는 기체냉매만 토출되는데, 이때 상기 액분리기(33)의 출구(35)를 통해 토출되는 기체냉매의 압력은 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이상이며, 이에 따라 외기 온도가 영하 10℃ 이상일 때에는 메인 냉동사이클(1)만 작동하면서 온수를 생산하게 되는 것이다.

상기 메인 냉동사이클(1)의 증발기(50)에 안개상태로 공급되는 냉매가 열교환하는 외기의 온도가 영하 15℃ 이하일 때에는 냉매의 증발온도가 낮아지고 또 포화압력도 낮아지게 되며, 이러한 조건에서 증발된 냉매가 액분리기(33)에 공급될 때에는 출구(35)로 토출되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이하로 낮아지게 되는데, 이때에는 상기 메인 냉동사이클(1)의 압축기(10) 입구라인(12)에 장설되어 있는 압력스위치(P)가 액분리기(33)의 출구(35)로 토출되는 기체냉매의 압력을 감지하여 그 감지된 압력이 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이하일 경우에는 보조 냉동사이클(2)를 작동시킴과 동시 케스케이드 열교환기(70)에 설치되어 있는 증발기배관(60)의 입구라인(61)에 장설되어 있는 전자밸브(63)는 개방작동시키는 반면, 증발기(50)의 입구라인(51)에 장설되어 있는 전자밸브(53)는 폐쇄작동시킨다.

따라서 상기 보조 냉동사이클(2)이 작동하게 되면, 이와 동시에 메인 냉동사이클(1)의 팽창밸브(40)에서 급속 팽창되어 출구라인(42)으로 토출되는 안개상태의 냉매는 실외에 설치된 증발기(50)로 공급되지 않고 케스케이드 열교환기(70)에 설치되어 있는 증발기배관(60)으로 공급되는 것인데, 이때 상기 보조 냉동사이클(2)의 압축기(100)에서 압축되는 고온고압의 기체냉매는 상기 증발기배관(60)과 함께 케스케이드 열교환기(70)에 설치되어 있는 응축기배관(200)으로 공급되는 것이며, 상기 케스케이드 열교환기(70)에 함께 설치되어 있는 증발기배관(60)으로 공급되는 기체냉매와 응축기배관(200)으로 공급되는 고온고압의 기체냉매가 서로 열교환하게 되므로 상기한 응축기배관(200)으로 공급되는 기체냉매는 고온고압의 액상냉매로 응축되고 상기한 증발기배관(60)로 공급되는 기체냉매는 증발온도 및 포화압력이 높아진 상태로 액분리기(33)로 공급됨으로써 상기 메인 냉동사이클(1)의 액분리기(33)에서 토출되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이상으로 압축기(10)에 공급되는 것이며, 이에 따라 상기 메인 냉동사이클(1)은 정상적으로 작동하면서 온수를 생산 공급하게 되는 것이다.

상기와 같이 외기의 온도(예를 들면, 영하 15℃ 이하)가 너무 낮을 때에는 메인 냉동사이클(1)과 보조 냉동사이클(2)이 동시 작동하면서 온수를 생산하다가 외기의 온도가 차츰 높아져 그 이상의 온도(예를 들면, 영하 10℃ 이상)이 되면 상기 보조 냉동사이클(2)은 정지하고 메인 냉동사이클(1)만 작동하면서 온수를 생산하는 것이다.

상기 보조 냉동사이클(2)은 압축기(100)에서 고온고압으로 압축된 기체냉매는 케스케이드 열교환기(70)에 설치된 응축기배관(200)을 흐르는 동안 고온고압의 액상냉매로 응축되어 수액기(300)→증발기(500)→액분리기(330)를 거쳐 압축기(100)를 공급되는 순환작동이 반복 되풀이되는 것이다.

한편, 상기 메인 냉동사이클(1)이 작동하지 아니할 때 외기 온도가 영하로 떨어져 온수탱크(80)에 저장되어 있는 온수가 0℃가 될 때에는 이를 온도센서(88)가 감지하고 전기히터(89)를 작동시키게 됨으로써 온수탱크(80)에 저장된 온수가 얼지 않도록 하여 온수탱크(80)가 동파되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

도 2의 도시는 실내난방장치에 대한 실시예로서, 이 실시예는 전술한 온수생상장치의 실시예와 마찬가지로 메인 냉동사이클(1)은 실외에 설치되어 있는 증발기(50)에서 냉매의 증발온도 및 포화압력에 따라 메인 냉동사이클(1)만 작동하여 실내를 난방하거나 또는 상기 메인 냉동사이클(1)과 보조 냉동사이클(2)이 동시에 작동하면서 실내를 난방하는 것이다.

따라서 상기한 실시예의 실내난방기(90)는 외기의 온도 변화 예를 들면, 외기 온도가 영하 10℃ 이상일 때에는 메인 냉동사이클(1)만 작동되어 실내를 난방하는 것이며, 외기 온도가 영하 15℃ 이하일 때에는 메인 냉동사이클(1)과 보조 냉동사이클(2)이 동시에 작동되면서 실내를 난방하는 것이며, 이에 대한 메인 냉동사이클(1) 및 보조 냉동사이클(2)의 작동상태는 전술한 온수생산장치의 실시예와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

다만, 실내난방장치에서는 메인 냉동사이클(1)의 압축기(100)에서 고온고압으로 압축된 기체냉매가 실내난방기(90)에 설치된 응축기(20)에 공급되어 순환하는 동안 실내의 공기와의 열교환작용으로 따뜻한 공기를 실내로 공급하는 것이며, 상기 실내난방기(90)의 응축기(20)로 공급되는 기체냉매는 고온고압의 액상냉매로 응축되어 수액기(30)로 공급되는 것이다.

1 : 메인 냉동사이클 2 : 보조 냉동사이클
10,100 : 압축기 20,200 : 응축기 및 응축기배관
30,300 : 수액기 33,330 : 액분리기
40,400 : 팽창밸브 50,500 : 증발기
60 : 증발기배관 53 : 전자밸브
63 : 전자밸브 70 : 케스케이드 열교환기
80 : 온수탱크 81 : 온수공급배관
82 : 온돌바닥 83 : 온수난방용 순환배관
84 : 온수공급라인 85 : 온수회수라인
86 : 급수관 87 : 온수공급관
88 : 온도센서 89 : 전기히터
90 : 실내난방기 P : 압력스위치

Claims

기체냉매를 고온고압으로 압축하여 공급하는 압축기(10), 상기 압축기에서 공급되는 고온고압의 기체냉매를 액상냉매로 응축하여 공급하는 응축기(20), 상기 응축기에서 공급되는 고온고압의 액상냉매를 저장하는 수액기(30), 상기 수액기에서 공급되는 고온고압의 액상냉매를 급속 팽창시키는 팽창밸브(40), 상기 팽창밸브에서 급속 팽창되어 공급되는 안개상태를 냉매를 외기의 열교환매체와 열교환시키는 증발기(50), 상기 수액기의 내부에 이중관 구조로 설치되어 증발기에서 열교환작용으로 증발된 증발가스를 저장하고 그 증발가스를 수액기에 저장되는 고온고압의 액상냉매와 열교환시킨 후 압축기로 공급하는 액분리기(33)를 구비하는 메인 냉동사이클(1)과;
상기 메인 냉동사이클과 마찬가지로 압축기(100), 응축기배관(200), 수액기(300), 팽창밸브(400), 증발기(500), 액분리기(330)를 구비하고 있는 보조 냉동사이클(2)과;
상기 메인 냉동사이클(1)의 증발기(50)와는 별도로 구성되는 증발기배관(60)과 상기 보조 냉동사이클(2)의 응축기배관(200)이 서로 열교환작용이 가능하도록 함께 장착되어 있는 케스케이드 열교환기(70)를 이용하여 상기 메인 냉동사이클과 보조 냉동사이클이 연결되는 구조로 구성하여서 되는 이원냉동사이클을 이용한 온수생산장치에 있어서,
상기 메인 냉동사이클(1)에는 응축기(20)가 온수에 침지된 상태로 설치되어 있는 온수탱크(80)가 구비되어 있으며,
상기 메인 냉동사이클(1)의 압축기 입구라인(11)에는 액분리기(33)에서 토출되어 압축기(10)로 공급되는 고온고압의 기체냉매의 압력을 감지하는 압력스위치(P)가 장설되어 있으며,
상기 메인 냉동사이클(1)의 팽창밸브 출구라인(42)은 전자밸브(53)가 장설되어 있는 상기 메인 냉동사이클의 증발기 입구라인(51)과 전자밸브(63)가 장설되어 있는 케스케이드 열교환기(70)에 장착된 증발기배관(60)의 입구라인(61)이 서로 연통하도록 연결되어 있으며,
상기 압력스위치(P)는 액분리기(33)에서 압축기(10)로 공급되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이상으로 감지될 때에는 메인 냉동사이클(1)의 증발기 입구라인(51)에 장설되어 있는 전자밸브(53)을 개방작동시키며, 상기 액분리기(33)에서 압축기(10)로 공급되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3Kg/cm²) 이하로 감지될 때에는 상기 보조 냉동사이클을 온(on) 작동시킴과 동시에 상기한 증발기배관(60)의 입구라인(61)에 장설되어 있는 전자밸브(63)는 개방작동시키고 상기한 증발기(50)의 입구라인(51)에 장설되어 있는 전자밸브(53)는 폐쇄작동시키도록 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 이원냉동사이클을 이용한 온수생산장치.
제 1 항에 있어서,
상기 온수탱크(80)에는 실내를 난방하기 위한 온수난방용 순환배관(83)으로 온수를 공급하기 위한 온수공급라인(84) 및 온수회수라인(85)이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이원냉동사이클을 이용한 온수생산장치.
제 1 항에 있어서,
상기 온수탱크(80)에는 온수를 공급하기 위한 온수공급배관(81)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이원냉동사이클을 이용한 온수생산장치.
제 1 항에 있어서,
상기 온수탱크(80)에는 온수의 온도를 감지하는 온도센서(88)와 상기 온도센서에 의하여 가열작동되어 온수가 얼지 않도록 하는 전기히터(89)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 이원냉동사이클을 이용한 온수생산장치.
기체냉매를 고온고압으로 압축하여 공급하는 압축기(10), 상기 압축기에서 공급되는 고온고압의 기체냉매를 액상냉매로 응축하여 공급하는 응축기(20), 상기 응축기에서 공급되는 고온고압의 액상냉매를 저장하는 수액기(30), 상기 수액기에서 공급되는 고온고압의 액상냉매를 급속 팽창시키는 팽창밸브(40), 상기 팽창밸브에서 급속 팽창되어 공급되는 안개상태를 냉매를 외기의 열교환매체와 열교환시키는 증발기(50), 상기 수액기의 내부에 이중관 구조로 설치되어 증발기에서 열교환작용으로 증발된 증발가스를 저장하고 그 증발가스를 수액기에 저장되는 고온고압의 액상냉매와 열교환시킨 후 압축기로 공급하는 액분리기(33)를 구비하는 메인 냉동사이클(1)과;
상기 메인 냉동사이클과 마찬가지로 압축기(100), 응축기배관(200), 수액기(300), 팽창밸브(400), 증발기(500), 액분리기(330)를 구비하고 있는 보조 냉동사이클(2)과;
상기 메인 냉동사이클의 증발기(50)와는 별도로 구성되는 증발기배관(60)과 상기 보조 냉동사이클의 응축기배관(200)이 서로 열교환작용이 가능하도록 함께 장착된 케스케이드 열교환기(70)를 이용하여 상기 메인 냉동사이클과 보조 냉동사이클이 연결되는 구조로 구성하여서 되는 이원냉동사이클을 이용한 실내난방장치에 있어서,
상기 메인 냉동사이클에는 응축기(20)가 내설되어 있으며, 실내의 공기를 응측기와 열교환시켜서 따뜻한 공기를 실내에 송풍하도록 구성되어 있는 실내난방기가 구비되어 있으며,
상기 메인 냉동사이클의 압축기 입구라인(12)에는 액분리기에서 토출되어 압축기로 공급되는 고온고압의 기체냉매의 압력을 감지하는 압력스위치(P)가 장설되어 있으며,
상기 메인 냉동사이클의 팽창밸브 출구라인(42)은 전자밸브(53)가 장설되어 있는 상기 메인 냉동사이클(1)의 증발기 입구라인(53)과 전자밸브(63)가 장설되어 있는 케스케이드 열교환기(70)에 장착된 증발기배관(60)의 입구라인(61)이 서로 연통하도록 연결되어 있으며,
상기 압력스위치(P)는 액분리기(33)에서 압축기(10)로 공급되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3㎏/㎠) 이상으로 감지될 때에는 메인 냉동사이클(1)의 증발기 입구라인(51)에 장설되어 있는 전자밸브(53)을 개방작동시키며, 상기 액분리기(33)에서 압축기(10)로 공급되는 기체냉매의 압력이 설정압력(대략 3Kg/cm²) 이하로 감지될 때에는 상기 보조 냉동사이클을 온(on) 작동시킴과 동시에 상기한 증발기배관(60)의 입구라인(61)에 장설되어 있는 전자밸브(63)는 개방작동시키고 상기한 증발기(50)의 입구라인(51)에 장설되어 있는 전자밸브(53)는 폐쇄작동시키도록 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 이원냉동사이클을 이용한 실내난방장치.