KR101527927B1 - 냉난방 시스템 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 히트펌프 유닛을 포함하고, 상기 히트펌프 유닛은, 제1 매체를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에 연결되고 상기 제1 매체 및 상기 제1 매체와 다른 제2 매체와 열교환하도록 구비된 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기에 연결되고 상기 제1 매체가 순환하여 외부와 열교환하는 제2 열교환기와, 상기 제1 열교환기와 제2 열교환기의 사이에 개재되는 제1 팽창밸브와, 일단이 상기 제1 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이 유로에 연결되고 타단이 상기 압축기에 연결된 제1 바이패스로와, 상기 제1 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이 유로와 상기 제1 바이패 스로에 연결된 제3 열교환기 및 상기 제1 바이패스로의 일단과 상기 제3 열교환기 사이에 배치되어 상기 압축기로 유입되는 제1 매체의 온도에 따라 선택적으로 개폐되는 제1 전자밸브를 포함하는 냉난방 시스템을 개시한다.

Description

냉난방 시스템 {Cooling and heating system}

냉난방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히는 히트펌프를 포함하는 냉난방 시스템에 관한 것이다.

히트펌프를 이용한 냉난방 시스템은 하나의 시스템으로 냉방과 난방 모두를 할 수 있다는 장점이 있어, 폭넓게 이용되고 있다.

그러나 종래의 히트펌프를 이용한 냉난방 시스템은 냉매 순환 회로를 갖는 히트펌프를 가동하여야만 냉난방을 이용할 수 있기 때문에 전력사용량이 많은 피크 시간대에 냉난방 시스템을 가동할 경우 전기 사용에 따른 비용 증대가 높은 한계가 있었다.

또한 실외기에 대한 제상 문제가 항상 과제로 남아 있는데, 이를 해소하기 위해 실외기에 전기 히터를 사용하거나 압축기를 2대 이용한 2원 사이클을 적용하는 방법 등이 사용되었다. 그러나 이러한 방법은 비용을 증대시키는 문제가 있었다.

그리고 냉난방기로 사용하는 열교환기가 시간이 지남에 따라 효율이 저하되는 한계가 있었다.

에너지 효율 및/또는 전력사용 효율이 높은 냉난방 시스템을 제공하고자 한다.

일 측면에 따르면, 적어도 하나의 히트펌프 유닛을 포함하고, 상기 히트펌프 유닛은, 제1 매체를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에 연결되고 상기 제1 매체 및 상기 제1 매체와 다른 제2 매체와 열교환하도록 구비된 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기에 연결되고 상기 제1 매체가 순환하여 외부와 열교환하는 제2 열교환기와, 상기 제1 열교환기와 제2 열교환기의 사이에 개재되는 제1 팽창밸브와, 일단이 상기 제1 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이 유로에 연결되고 타단이 상기 압축기에 연결된 제1 바이패스로와, 상기 제1 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이 유로와 상기 제1 바이패스로에 연결된 제3 열교환기 및 상기 제1 바이패스로의 일단과 상기 제3 열교환기 사이에 배치되어 상기 압축기로 유입되는 제1 매체의 온도에 따라 선택적으로 개폐되는 제1 전자밸브를 포함하는 냉난방 시스템을 제공한다.

또한, 상기 제1 전자밸브는 상기 압축기로 유입되는 제1 매체의 온도가 기설정된 온도보다 낮으면 개방될 수 있다.

또한, 일단이 상기 압축기에 연결되고 타단이 상기 제2 열교환기에 연결되어, 상기 압축기의 출구에서의 상기 제1 매체의 온도와 외부 대기의 온도의 차이가 기설정된 온도범위에 해당하면 상기 제1 매체가 상기 압축기의 출구에서 분지되어 상기 제2 열교환기로 유동하는 제2 바이패스로를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제3 열교환기와 상기 제1 전자밸브 사이에 배치되는 제2 팽창밸브 및 상기 제2 팽창밸브에서 분지되어 상기 제1 바이패스로의 타단과 상기 제3 열교환기의 사이 유로에 연결되는 제3 바이패스로를 더 포함할 수 있다.

또한, 일단이 제1 팽창밸브와 제2 열교환기 사이에서 분지되고 타단이 상기 압축기와 상기 제1 열교환기 사이 유로로 연결되는 제4 바이패스로를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 열교환기는 상기 압축기에서 토출되는 상기 제1 매체의 온도에 따라 회전량이 조절되는 순환팬을 구비할 수 있다.

실시예들에 따르면, 제1 저장조가 냉기 또는 열기를 저장하도록 구비됨으로, 전력수요가 낮은 시간대에 히트펌프를 가동하여 제1 저장조에 차가운 또는 뜨거운 제2 매체를 저장하고, 전력수요가 높은 시간대에 제1 저장조에 저장된 제2 매체를 이용할 수 있어 에너지를 효율적 관리 및 에너지를 절감할 수 있다.

압축기 입구에서의 온도가 낮으면 제3 바이패스로가 개방되어 압축기로 유입되는 제1 매체의 온도를 상승시킬수 있다. 압축기로 유입되는 제1 매체는 고온을 유지하므로 압축기의 부하를 줄여 압축기의 과열 및 과압을 최소화 할 수 있다.

압축기의 출구에서의 온도에 따라 송풍팬의 회전속도를 제어하여 열교환량을 조절할 수 있다. 압축기에서 토출되는 제1 매체의 온도에 따라 송풍팬의 가동시간을 관리하여 전기 사용량을 효율적으로 관리할 수 있다.

압축기 출구에서의 압력에 따라 순환펌프의 회전수를 제어하여 압축기의 과부하를 최소화 하고, 제1 열교환기의 열교환 효율을 향상시킬수 있다.

외부의 대기와 압축기의 입구온도에 따라 자동적으로 제상제어를 수행하여, 제2 열교환기가 제상이 되는 것을 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 히트펌프의 일 실시예의 구성을 보다 상세하게 도시한 구성도이다.
도 3은 도 1의 히트펌프를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 4는 히트펌프의 다른 일 실시예의 일부를 도시한 구성도이다.
도 5는 히트펌프의 또 다른 일 실시예의 일부를 도시한 구성도이다.

실시예들은 다양한 변환을 가할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 실시예들의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 내용들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 실시예들은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 이하의 실시예는 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1은 일 실시예에 따른 냉난방 시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 상기 실시예에 따른 냉난방 시스템은 적어도 하나 이상의 히트펌프 유닛(1)과, 호스트 유닛(2)과, 서버 유닛(3)을 포함할 수 있다.

히트펌프 유닛(1)은 복수 개 구비될 수 있으며, 각 히트펌프 유닛(1)은 히트펌프(11)를 구비할 수 있다. 히트펌프 유닛(1)은 각각 호스트 유닛(2)에 전기적으로 연결될 수 있다.

호스트 유닛(2)은 복수의 히트펌프 유닛(1)의 제어가 가능한 컴퓨터 장치가 사용될 수 있다. 호스트 유닛(2)을 통해 사용자가 복수의 히트펌프 유닛(1)의 운전을 제어할 수 있다.

호스트 유닛(2)은 제1통신부(21)를 포함하며, 이에 따라 서버 유닛(3)의 제2통신부(31)와 통신할 수 있다. 제1통신부(21)와 제2통신부(31)는 무선 통신 수단이 될 수 있다.

서버 유닛(3)은 도 1에서 볼 수 있듯이 상기 호스트 유닛(2)과 통신하여 히트펌프 유닛(1)의 운전상태, 에러상태 및/또는 전력상태 등을 관리할 수 있다.

도 1에 따른 일 실시예는 서버 유닛(3)이 하나의 호스트 유닛(2)과 통신하는 것을 나타내었으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 복수의 호스트 유닛과 이에 연결된 복수의 히트펌프 유닛의 관리를 하도록 할 수 있다.

도 2는 도 1의 히트펌프(11)의 일 실시예의 구성을 보다 상세하게 도시한 구성도이다.

도 2를 참조하면, 히트펌프(11)는 압축기(111), 제1 열교환기(121), 제2 열교환기(122), 제3 열교환기(123), 제1 저장조(131), 제1 팽창밸브(141), 제2 팽창밸브(142), 제1 전자밸브(151) 및 제2 전자밸브(152)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게, 압축기(111)는 제1 매체를 고온 고압의 핫가스로 압축한다. 제1 매체는 냉매가 될 수 있다. 압축기(111)로부터 전환밸브(161)까지 제1 매체가 흐르는 제1 유로(181)가 형성될 수 있다.

압축기(111)에 의해 압축된 제1 매체가 토출되는 출구에는 제1 매체의 온도를 측정하는 제1 온도센서(171)와 제1 매체의 압력을 측정하는 제1 압력센서(177)가 설치될 수 있다. 또한, 제1 매체가 압축기(111)로 유입되는 입구에서는 제1 매체의 온도를 측정하는 제2 온도센서(172)와 제1 매체의 압력을 측정하는 제2 압력센서(178)가 설치될 수 있다.

전환밸브(161)로부터 수액기(133)까지 제1 매체가 흐르는 제2 유로(182)가 형성될 수 있다. 이 제2 유로(182) 중에는 제1 열교환기(121)와 체크밸브(162)가 더 배치될 수 있다. 즉, 제2 유로(182)는 제1 열교환기(121) 및 체크밸브(162)를 관통하도록 설치될 수 있다

한편, 제1 열교환기(121)와 이격되어 제1 저장조(131)가 위치하고, 제1 열교환기(121)와 제1 저장조(131)와의 사이에 상기 제1 매체와는 다른 제2 매체가 흐르는 제1 순환유로(191)가 형성될 수 있다. 제1 저장조(131)는 제2 매체를 저장하고, 외부로 토출되도록 구비될 수 있다. 제2 매체는 물이 될 수 있다. 제1 순환유로(191)에는 순환펌프(163)가 배치되어 제2 매체의 제1 순환유로(191) 내에서의 순환이 원활하게 이뤄지도록 할 수 있다.

제1 열교환기(121)는 제4 온도센서(174)를 구비할 수 있다. 제2 매체는 제1 열교환기(121)에서 열교환 되는바, 제1 열교환기(121)의 입구와 출구에서 제2 매체의 온도는 상이하다. 제4 온도센서(174)는 제2 매체의 온도를 측정하여 제1 열교환기(121)에서 제1 매체와 제2 매체가 열교환하는 열량을 측정할 수 있다. 측정된 열교환량으로부터 압축기(111) 또는 순환펌프(163)를 제어하여 사용자의 목적에 맞게 제2 매체를 이용할 수 있다.

제1 순환유로(191)는 제1 열교환기(121)를 관통하여, 제1 열교환기(121) 내에서 제2 유로(182)와 열교환 가능하도록 배치된다. 따라서 제1 열교환기(121) 내에서 제2 유로(182)의 고온 고압의 제1 매체와 제1 순환유로(191)의 제2 매체가 열교환되어 고온 또는 저온의 제2 매체가 제1 저장조(131)로 공급될 수 있도록 할 수 있다. 상기 제2 매체가 물일 경우, 제1 저장조(131)는 온수 또는 냉수 공급용 급탕 탱크가 될 수 있다. 따라서 사용자는 히트펌프(11)가 가동되는 한 어느 때라도 손쉽게 온수나 냉수를 사용할 수 있다.

또한, 제1 저장조(131)는 팬유닛(미도시)과 연결될 수 있다. 상기 팬 유닛을 가동함으로써 제1 저장조(131)의 제2 매체의 냉기 또는 열기를 실내로 공급할 수 있다. 제1 순환유로(191)에는 플로스우치(미도시)가 설치되어 제2 매체의 제1 순환유로(191) 내에서의 흐름을 조절하거나 확인할 수 있다.

상기 실시예는 이처럼 제1 열교환기(121)를 흐르는 제1 매체의 냉기 또는 열기를 그대로 실내로 전달하는 것이 아니라, 먼저 제2 매체와 열교환하고, 열교환된 제2 매체를 제1 저장조(131)에 저장하여 제2 매체를 사용하거나, 제2 매체의 냉기 또는 열기를 상기 팬유닛을 이용하여 실내로 전달한다. 따라서 상기 제1 저장조(131)는 히트펌프(11)의 냉기 또는 열기를 일정 시간 저장할 수 있도록 단열 처리되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 실시예는 이처럼 제1 저장조(131)가 냉기 또는 열기를 저장하도록 구비됨으로, 전력수요가 낮은 시간대에 히트펌프(11)를 가동하여 제1 저장조(131)에 차가운 또는 뜨거운 제2 매체를 저장하고, 전력수요가 높은 시간대에 저장된 제2 매체를 이용하여 에너지 효율을 높일 수 있다. 또한 각 개별장소의 냉난방 사용 전력량을 실시간 검침하여 각 장소의 에너지 사용량을 효율적으로 관리할 수 있으며, 개별 냉난방을 제2 매체의 유량공급을 효율적으로 관리하여, 에너지를 절감할 수 있다.

제2 유로(182)는 제1 열교환기(121)를 통과하여 수액기(133)까지 연장될 수 있다. 또한 제1 열교환기(121)와 수액기(133) 사이에 체크밸브(162)를 설치하여 열교환된 제1 매체가 다시 제1 열교환기(121)로 유입되는 것을 방지 할 수 있다.

수액기(133)에서 제1 팽창밸브(141)까지 제1 매체가 흐르는 제3 유로(183)가 형성된다. 도면에 도시하지는 않았지만 상기 제3 유로(183) 중에는 액라인필터 드라이어 및/또는 사이트그라스 등이 더 설치될 수 있다.

제1 팽창밸브(141)에서 제1매체는 감압된다. 또한 제1 팽창밸브(141)는 제1 매체의 유동방향을 선택할 수 있다. 상세히, 히트펌프(11)가 난방용으로 사용될 때에는 제3 유로(183)를 통과한 제1 매체가 제4 유로(184)로 유동할 수 있도록 유동방향을 변경할 수 있다. 히트펌프(11)가 냉방용으로 사용될 때에는 제3 유로(183)를 통과한 제1 매체가 제6 유로(187)로 유동할 수 있도록 유동방향을 변경할 수 있다.

제1 팽창밸브(141)에 이격되어 제2 열교환기(122)가 위치하고, 제1 팽창밸브(141)와 제2 열교환기(122)의 사이에는 제1 매체가 흐르는 제4 유로(184)가 형성된다. 제4 유로(184) 중에는 체크밸브(162)를 설치하여 제1 매체의 제4 유로(184) 내에서의 역류를 방지할 수 있다.

제2 열교환기(122)는 순환팬(122a)을 구비하여 제1 매체는 외기의 열교환을 효과적으로 할 수 있다. 제2 열교환기(122)는 실외기가 될 수 있고, 이에 따라 제1 매체가 외기와 열교환되도록 할 수 있다. 이 외에도 상기 제2 열교환기(122)는 지하에 매설되어 지열과 제1 매체가 열교환되도록 하거나, 폐열과 열교환되는 것일 수 있다.

제2 열교환기(122)는 제1 매체가 유입 또는 토출되는 입구 및 출구를 구비할 수 있으며, 입구 및 출구에는 제3 온도센서(173)를 설치하여 유입 또는 토출되는 제1 매체의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 외기의 온도를 측정하기 위해서 제5 온도센서(175)를 순환팬(122a)의 외측에 설치할 수 있다. 제2 열교환기(122) 내에는 차압센서(미도시)를 설치하여 제2 열교환기(122)로 유입 및 유출되는 제1 매체의 압력 차이를 체크할 수 있다.

제2 열교환기(122)에서 전환밸브(161)까지 제1 매체가 흐르는 제5 유로(185)가 형성되고, 전환밸브(161)에서 압축기(111)까지 제1 매체가 흐르는 제6 유로(186)가 형성될 수 있다. 제6 유로(186)는 액분리기(132)를 관통하도록 하여 압축기(111)로 유입되는 제1매체에 액체 성분이 포함되지 않도록 할 수 있다. 제6 유로(186)에는, 예컨대 액분리기(132)와 압축기(111)와의 사이에 석션 스트레이너가 더 설치되어 압축기(111)로 유입되는 제1매체 중의 불순물 등을 걸러 낼 수 있다.

제4 유로(184)에서 제7 유로(187)가 분기되어 제2 유로(182)에 연결될 수 있다. 즉, 제7 유로(187)의 일단이 제4 유로(184)의 제1 팽창밸브(141)와 체크밸브(162)의 사이에 연결되고, 제7 유로(187)의 타단이 제2 유로(182)의 제1 열교환기(121)와 체크밸브(162) 사이 위치에 연결 될 수 있다.

또, 제4 유로(184)에서 제8 유로(188)가 분기되어 제2 유로(182)에 연결될 수 있다. 즉, 제8 유로(188)의 일단이 제4 유로(184)의 체크밸브(162)와 제2 열교환기(122)의 사이에 연결되고, 제8 유로(188)의 타단이 제2 유로(182)의 체크밸브(162)와 수액기(133) 사이 위치에 연결 될 수 있다.

제7 유로(187) 중에 체크밸브(162)를 설치하여 제1 매체가 제1 열교환기(121)의 방향으로만 흐르도록 유도한다. 제8 유로(188) 중에 체크밸브(162)를 설치하여 제1 매체가 수액기(133)의 방향으로 흐르도록 유도한다. 제7 유로(187)와 제8 유로(188)는 난방 모드에서는 제1매체가 흐르지 않고, 냉방 모드에서만 제1매체가 흐르도록 할 수 있다.

히트펌프(11)는 제3 유로에서 분지되어 압축기(111)의 입구로 연결되는 제1 바이패스로(201)를 구비한다. 제1 바이패스로(201)는 일단이 제3 유로(183)에 연결되고, 타단이 제6 유로(186)의 압축기(111)에 인접한 위치(예컨대 제6 유로(186)의 압축기(111)와 액분리기(132) 사이 위치)에 연결될 수 있다.

제1 바이패스로(201)에는 제3 열교환기(123)가 설치된다. 제3 열교환기(123)에는 제3 유로(183)도 관통하도록 한다. 제3 유로(183)와 연결된 제1 바이패스로(201)의 일단과 상기 제3 열교환기(123)의 사이에는 제2 팽창밸브(142)가 설치된다.

따라서 제1 바이패스로(201)를 흐르는 제1 매체는 제2 팽창밸브(142)를 거쳐 제3 열교환기(123)에서 제3 유로(183)의 제1 매체와 서로 열교환 할 수 있다.

제3 유로(183)를 흐르는 제1 매체는 제3 열교환기(123)에서 열교환된 후, 제1 팽창밸브(141)로 유입된다. 제3 열교환기(123)는 이코노마이저의 기능을 하게 되는 데, 제1 팽창밸브(141)를 통과할 제1 매체에 대하여 미리 열교환을 시켜 줌으로써 냉난방효율을 약 20~30% 증가시킬 수 있다.

히트펌프(11)는 압축기(111)에서 분지되어 제4 유로(184)로 연결되는 제2 바이패스로(202)를 구비할 수 있다. 제2 바이패스로(202)는 일단이 제1 유로(181)에 연결되고, 타단이 제4 유로(184)에 연결될 수 있다. 제2 바이패스로(202)에는 제2 전자밸브(152) 가 설치되어 선택적으로 개폐될 수 있다. 제2 바이패스로(202)에는 체크밸브(162)를 설치하여 제1 매체의 역류를 방지할 수 있다.

제2 전자밸브(152)는 압축기(111)에서 나온 고온 고압의 제1매체를 선택적으로 제2 열교환기(122)로 공급함으로써, 제2 열교환기(122)에 서리 및 결빙 문제가 발생하는 것을 해소할 수 있다.

도 3은 도 3의 히트펌프(11)를 개략적으로 도시하는 블록도이다.

도 3을 참조하여, 제어부(110)로 압축기(111), 제1 열교환기(121), 제2 열교환기(122)를 통한 히트펌프(11)의 열교환량을 제어하는 방법을 설명하면 하기와 같다.

압축기(111)에서 토출되는 제1 매체의 온도를 관리하여 순환팬(122a)을 제어할 수 있다. 제어부(110)는 제1 온도센서(171)를 이용하여 측정된 제1 매체의 온도를 이용하여 순환팬(122a)의 회전속도를 변경할 수 있다.

압축기(111)에서 토출되는 제1 매체의 온도가 높으면, 제2 열교환기(122)를 통해서 유입되는 열 또는 배출되는 열이 증가한다. 제2 열교환기(122)의 부하가 증가하면 순환팬(122a)의 회전속도를 증가하여 제2 열교환기(122)에 의한 열교환량을 증대할 수 있다. 즉, 압축기(111)에서 토출되는 제1 매체의 온도가 상승하면, 순환팬(122a)의 회전속도를 증가시키고, 제1 매체의 온도가 하강하면, 순환팬(122a)의 회전속도를 감소시킨다.

또한, 압축기에서 토출되는 제1 매체의 온도가 기설정된 온도보다 높으면 순환팬(122a)이 작동되고, 기설정된 온도 이하인 경우에는 순환팬(122a)이 정지되도록 제어할 수 있다.

압축기(111)에서 토출되는 제1 매체의 압력을 관리하여 순환펌프(163)를 제어할 수 있다. 제어부(110)는 제1 압력센서(177)를 통해서 측정된 제1 매체의 압력을 이용하여 순환펌프(163)의 작동을 제어할 수 있다.

압축기(111)에서 토출되는 제1 매체의 압력이 높으면, 제1 열교환기(121)를 통해서 유입되는 열 또는 배출되는 열이 증가한다. 제1 열교환기(121)의 부하가 증가하면 제1 매체와 제2 매체의 열교환량이 증가하여 과부하의 위험이 발생한다. 제어부(110)는 순환펌프(163)의 회전수를 높여서 제2 매체를 유동속도를 증가하여 제1 열교환기(121)의 부하를 낮출수 있다. 즉, 압축기(111)에서 토출되는 제1 매체의 온도가 상승하면, 순환펌프(163)의 회전속도를 증가시키고, 제1 매체의 온도가 하강하면, 순환펌프(163)의 회전속도를 감소시킨다.

또한, 제1 열교환기(121)의 입구 및 출구의 온도를 측정하여 순환펌프(163)의 작동을 제어할 수 있다. 제4 온도센서(174)가 제1 열교환기(121)의 입구 및 출구의 온도를 측정하고, 제어부(110)는 측정된 온도 데이터를 토대로 사용자가 요구하는 온도 범위를 벗어나면 순환펌프(163)의 회전수를 조절할 수 있다.

외기의 온도와 압축기(111)의 출구에서의 제1 매체의 온도를 이용하여 제2 열교환기(122)를 제상 할 수 있다. 외기 온도가 이슬점 온도 이하로 낮아지면 제2 열교환기(122)에 제상이 발생한다. 제상은 제2 열교환기(122)의 열교환 효율을 하락시킨다.

제1 온도센서(171)와 제5 온도센서(175)로부터 압축기(111)의 출구에서의 제1 매체의 온도와 외기의 온도를 측정하고 온도 데이터를 제어부(110)로 전송한다. 제어부(110)는 압축기(111)의 출구에서의 제1 매체의 온도와 외부 대기의 온도의 차이가 기설정된 온도 범위에 해당하면 제어부(110)는 제2 전자밸브(152)를 개방고, 제1 매체는 압축기(111)에서 분지되어 제2 바이패스로(202)를 통해서 제2 열교환기(122)로 유입될 수 있다.

상기 기설정된 온도 범위는 사용자에 의해서 선택될 수 있다. 예를 들어 외기 온도와 압축기(111)의 입구 온도차이가 7℃ 이상인 경우에는 제상기능이 작동하여 제2 바이패스로(202)를 따라 제1 매체가 제2 열교환기(122)로 이동할 수 있다.

제1 전자밸브(151)를 이용하여 압축기(111)의 과열을 방지할 수 있다. 압축기(111)의 유입되는 온도가 낮으면, 압축기(111)의 부하가 증가하여, 압축기(111)가 과열될 수 있다.

제1 전자밸브(151)는 압축기(111)의 입구에서의 제1 매체의 온도에 따라 개폐될 수 있다. 제2 온도센서(172)에서 측정된 온도가 기설정 범위 보다 낮으면, 제1 체크밸브(162)를 개방된다. 제1 매체는 제1 바이패스로(201)를 따라서 제3 열교환기(123)에 의해 열교환된다. 즉, 제1 매체는 제3 열교환기(123)를 통과하면서 온도가 상승하고, 온도가 상승된 제1 매체는 압축기(111)의 입구로 이동할 수 있다. 제1 매체는 액분리기(132)를 통과한 제1 매체에 합류되어, 압축기(111)의 입구에서의 제1 매체의 온도를 상승시킬 수 있다. 제1 전자밸브(151)의 개방에 의해서 압축기(111)의 입구에서의 제1 매체의 온도가 상승하여 압축기(111)의 과부하를 예방할 수 있다.

다음으로 상기 실시예에 따른 히트펌프의 동작을 설명한다.

먼저, 난방 모드를 설명한다.

압축기(111)로부터 토출된 고온고압의 기체인 제1매체는 제1 유로(181)를 통해 전환밸브(161)를 거쳐 제2 유로(182)로 유입된다. 제1 매체는 제2 유로(182)를 통해 제1 열교환기(121)로 흐른다. 제1 열교환기(121)에서 제1 저장조(131)에서 나온 제2매체와 열교환해 제2매체를 뜨겁게 만든다. 이 뜨거운 제2매체는 제1 저장조(131)에 저장되고 사용자에게 제공된다.

제1 열교환기(121)에서 나온 제1 매체는 제2 유로(182)의 체크밸브(162)를 거쳐 수액기(133)로 유입된다.

수액기(133)에서 나온 제 1매체 중 일부는 제3 유로(183)에서 분지되어 제1 바이패스로(201)로 유입된돠. 제3 유로(183)를 통과하는 제1 매체와 제1 바이패스로(201)를 통과하는 제1 매체는 제3 열교환기(123)에서 열교환된다.

이후 제3 유로(183)를 통과하는 제1 매체는 제1 팽창밸브(141)를 거친 후 제4 유로(184)의 체크밸브(162)를 지나 제2 열교환기(122)로 유입된다. 제1 바이패스로(201)를 통과하는 제1 매체는 압축기(111)와 액분리기(132) 사이의 제6 유로(186)로 유입된다.

제2 열교환기(122)에서 제1 매체는 외부와 열교환한 후 제5 유로(185)를 통해 전환밸브(161)로 유입되고, 전환밸브(161)로부터 제6 유로(186)의 액분리기(132)를 거쳐 다시 압축기(111)로 유입된다.

이러한 난방 모드 운전 시에, 실외기가 되는 제2 열교환기(122)의 제1 매체 입출구, 예컨대 제4 유로(184)와 제5 유로(185)의 온도차를 체크하고, 차압센서를 통해 제1 매체의 제2 열교환기(122)의 입출구에서의 압력차를 체크하고 제2 전자밸브를 이용하여 제2 열교환기(122)에 발생할 수 있는 서리 및 결빙 문제를 최소화 할 수 있다.

다음으로 냉방 모드를 설명한다.

압축기(111)로부터 토출된 고온고압의 기체인 제1 매체는 전환밸브(161)를 거쳐 제5 유로(185)를 통해 제2 열교환기(122)로 흐른다.

제2 열교환기(122)에서 제1매체는 외부로 열을 배출한 후 제4 유로(184)를 거쳐 제8 유로(188)로 유입된다. 제8 유로(188)의 체크밸브(162)를 거친 후 제2 유로(182)에 합류하여 수액기(133)를 통과한다.

수액기(133)에서 나온 제1 매체 중 일부는 제3 유로(183)에서 분지되어 제1 바이패스로(201)로 유입된다. 제3 유로(183)를 통과하는 제1 매체와 제1 바이패스로(201)를 통과하는 제1 매체는 제3 열교환기(123)에서 열교환된다.

이후 제3 유로(183)를 통과하는 제1 매체는 제1 팽창밸브(141)를 거친후 제6 유로(187)의 체크밸브를 지나 제1 열교환기로 유입된다. 제1 바이패스로(201)를 통과하는 제1 매체는 압축기(111)와 액분리기(132) 사이의 제6 유로(186)로 유입된다.

제1 열교환기(121)에서 제1 저장조(131)에서 나온 제2매체와 열교환해 제2 매체를 차갑게 만든다. 이 차가운 제2 매체는 제1 저장조(131)에 저장되어 사용자에게 사용될 수 있다.

제1 열교환기(121)에서 나온 제1 매체는 제2 유로(182)를 거쳐 전환밸브(161)로 유입되고, 전환밸브(161)로부터 제6 유로(186)의 액분리기(132)를 거쳐 다시 압축기(111)로 유입된다.

냉난방 시스템 및 히트펌프(11)는 전자밸브가 개방으로 압축기(111)의 입구로 유입되는 제1 매체의 온도를 상승시켜 압축기(111)의 과부하 또는 과열을 방지할 수 있다.

냉난방 시스템 및 히트펌프(11)는 압축기 출구에서의 제1 매체의 온도에 따라 순환팬(122a)을 제어하여, 순환팬(122a)의 전기사용량을 최적화 하여 냉난방시스템 및 히트펌프(11)의 효율을 향상시킬 수 있다.

냉난방 시스템 및 히트펌프(11)는 외기의 온도 상태에 따라 사이클의 일부를 역순환 시켜서 제상기능을 수행할 수 있다.

도 4는 상기 히트펌프의 다른 일 실시예의 일부를 도시한 구성도이다.

도 4에 도시된 실시예는 제2 팽창밸브(142)에서 분지된 제3 바이패스로(203)를 더 포함한다.

제3 바이패스로(203)의 일단은 제2 팽창밸브(142)에서 분지되고, 타단은 제3 열교환기(123)와 압축기(111) 사이의 제1 바이패스로(201)와 연결된다. 제3 바이패스로(203)의 타단에는 제6 온도센서(176)가 설치될 수 있다. 제6 온도센서(176)는 압축기(111)로 유입되는 제1 매체의 온도를 측정할 수 있다.

제2 팽창밸브는 제6 온도센서(176)에 의해 측정된 제1 매체의 온도에 따라 개도량을 조절할 수 있다. 즉, 제2 팽창밸브(142) 제3 열교환기(123)로 유입되는 제1 매체의 유량을 조절하여, 제3 열교환기(123)에서의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 바이패스로(201)를 통해 압축기(111)로 유입되는 제1 매체의 온도를 조절할 수 있다.

도 5는 상기 히트펌프의 또 다른 일 실시예의 일부를 도시한 구성도이다.

도 5에 도시된 실시예는 제4 유로(184)에서 분지된 제4 바이패스로(204)를 포함할 수 있다.

제4 바이패스로(204)의 일단은 제4 유로(184)에서 분지되어, 제4 타단은 제1 유로(181)로 유입될 수 있다. 제4 유로(184)와 제4 바이패스로(204)는 분배기(155)를 통해서 연결될 수 있다. 분배기(155) 제1 매체는 고온의 기체 상태로 제1 유로(181)로 합류될 수 있다.

분배기(155)는 제4 유로를 통과하는 제1 매체 중 고온 기체상태의 일부가 제1 유로(181)로 토출되면, 제1 열교환기(121)를 통과하는 제1 매체의 유량이 증가하여 제1 매체와 제2 매체의 열교환량이 증대할 수 있다. 즉, 제1 유로(181)에서 토출된 고온의 제1 매체와 제4 바이패스로(204)를 통과하는 제1 매체는 제1 열교환기(121)로 유입되어 제2 매체와의 열교환량을 증대할 수 있다.

또한, 제4 바이패스로(204) 상에는 제3 전자밸브(153)를 설치될 수 있다. 제3 전자밸브(153)는 개도량을 조절하여 제4 바이패스로(204)를 통과하는 제1 매체의 양을 조절할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

1: 히트펌프 유닛 2: 호스트 유닛
3: 서버 유닛 11: 히트펌프
21: 제1통신부 31: 제2통신부
110: 제어부 111: 압축기
121: 제1 열교환기 122a: 순환팬
122: 제2 열교환기 123: 제3 열교환기
131: 제1 저장조 132: 액분리기
133: 수액기 141: 제1 팽창밸브
142: 제2 팽창밸브 151: 제1 전자밸브
152: 제2 전자밸브 153: 제3 전자밸브
155: 분배기 161: 전환밸브
162: 체크밸브 163: 순환펌프
171~176: 제1 온도센서~제6 온도센서
177, 178: 제1 압력센서, 제2 압력센서
181~188: 제1 유로~제8 유로
191: 제1 순환유로
201~204: 제1 바이패스로~제4 바이패스로

Claims (6)

1. 적어도 하나의 히트펌프 유닛을 포함하고, 상기 히트펌프 유닛은,
   제1 매체를 압축하는 압축기;
   상기 압축기에 연결되고 상기 제1 매체 및 상기 제1 매체와 다른 제2 매체와 열교환하도록 구비된 제1 열교환기;
   상기 제1 열교환기에 연결되고 상기 제1 매체가 순환하여 외부와 열교환하는 제2 열교환기;
   상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기의 사이에 개재되는 제1 팽창밸브;
   일단이 상기 제1 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이 유로에 연결되고 타단이 상기 압축기에 연결된 제1 바이패스로;
   상기 제1 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이 유로와 상기 제1 바이패스로에 연결된 제3 열교환기;
   상기 제1 바이패스로의 일단과 상기 제3 열교환기 사이에 배치되어 상기 압축기로 유입되는 제1 매체의 온도에 따라 선택적으로 개폐되는 제1 전자밸브; 및
   일단이 상기 압축기에 연결되고 타단이 상기 제2 열교환기에 연결되어, 상기 압축기의 출구에서의 상기 제1 매체의 온도와 외부 대기의 온도의 차이가 기설정된 온도범위에 해당하면 상기 제1 매체가 상기 압축기의 출구에서 분지되어 상기 제2 열교환기로 유동하는 제2 바이패스로;를 포함하는, 냉난방 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 전자밸브는 상기 압축기로 유입되는 제1 매체의 온도가 기설정된 온도보다 낮으면 개방되는, 냉난방 시스템.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제2 열교환기는 상기 압축기에서 토출되는 상기 제1 매체의 온도에 따라 회전량이 조절되는 순환팬을 더 포함하는, 냉난방 시스템
4. 적어도 하나의 히트펌프 유닛을 포함하고, 상기 히트펌프 유닛은,
   제1 매체를 압축하는 압축기;
   상기 압축기에 연결되고 상기 제1 매체 및 상기 제1 매체와 다른 제2 매체와 열교환하도록 구비된 제1 열교환기;
   상기 제1 열교환기에 연결되고 상기 제1 매체가 순환하여 외부와 열교환하는 제2 열교환기;
   상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기의 사이에 개재되는 제1 팽창밸브;
   일단이 상기 제1 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이 유로에 연결되고 타단이 상기 압축기에 연결된 제1 바이패스로;
   상기 제1 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이 유로와 상기 제1 바이패스로에 연결된 제3 열교환기;
   상기 제1 바이패스로의 일단과 상기 제3 열교환기 사이에 배치되어 상기 압축기로 유입되는 제1 매체의 온도에 따라 선택적으로 개폐되는 제1 전자밸브;
   상기 제3 열교환기와 상기 제1 전자밸브 사이에 배치되는 제2 팽창밸브; 및
   상기 제2 팽창밸브에서 분지되어 상기 제1 바이패스로의 타단과 상기 제3 열교환기의 사이 유로에 연결되는 제3 바이패스로;를 포함하는, 냉난방 시스템.
5. 적어도 하나의 히트펌프 유닛을 포함하고, 상기 히트펌프 유닛은,
   제1 매체를 압축하는 압축기;
   상기 압축기에 연결되고 상기 제1 매체 및 상기 제1 매체와 다른 제2 매체와 열교환하도록 구비된 제1 열교환기;
   상기 제1 열교환기에 연결되고 상기 제1 매체가 순환하여 외부와 열교환하는 제2 열교환기;
   상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기의 사이에 개재되는 제1 팽창밸브;
   일단이 상기 제1 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이 유로에 연결되고 타단이 상기 압축기에 연결된 제1 바이패스로;
   상기 제1 열교환기와 상기 제1 팽창밸브의 사이 유로와 상기 제1 바이패스로에 연결된 제3 열교환기;
   상기 제1 바이패스로의 일단과 상기 제3 열교환기 사이에 배치되어 상기 압축기로 유입되는 제1 매체의 온도에 따라 선택적으로 개폐되는 제1 전자밸브; 및
   일단이 상기 제1 팽창밸브와 상기 제2 열교환기의 사이에서 분지되고 타단이 상기 압축기와 상기 제1 열교환기 사이 유로로 연결되는 제4 바이패스로;를 포함하는, 냉난방 시스템.
6. 삭제

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