KR101979577B1 - 히트펌프 시스템 - Google Patents

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KR101979577B1
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valve
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condenser
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KR1020180117955A
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김원선
박범
박일용
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김원선
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    • F25B2313/02741—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means using one four-way valve

Abstract

본 발명은 동시 냉난방 운전 시 냉방(증발기) 측 또는 난방(응축기) 측에 부하가 발생하지 않더라도 운전을 멈추지 않게 하는 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 히트펌프 시스템은 압축기, 사방밸브, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하며, 또한 본 발명에 다른 히트펌프 시스템은, 응축기 및 증발기와 연결되어 개별 난방 및 개별 냉방이 가능하게 할 뿐만 아니라 동시 냉난방 시 응축기 또는 증발기에서 부하가 발생되지 않더라도 개별 냉방 또는 개별 난방 운전이 가능하게 하는 열교환기; 및 압축기, 사방밸브, 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 열교환기를 연결시키되, 동시 냉난방 운전 모드, 개별 냉방 운전 모드, 개별 난방 운전 모드 및 제상 운전 모드에 따라 냉매를 순환시키는 냉매순환라인;을 더 포함한다.

Description

히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM}
본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동시 냉난방 운전 시 냉방(증발기) 측 또는 난방(응축기) 측에 부하가 발생하지 않더라도 운전을 멈추지 않게 하는 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
히트펌프는 그 적용환경에 따라 다양한 구조로 응용되어 사용되고 있으나, 기본적으로 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기 등 냉동 사이클을 이루는 4개의 기본 요소들로 이루어져 있으며, 전술한 냉동 사이클의 구성에 냉매의 유동방향을 전환하여 냉방 또는 난방기기로의 선택적 활용이 가능하도록 사방밸브를 더 포함하고 있다.
이러한 히트펌프는 난방계절 동안에는 고압 측(응축기)에서의 방출열을 활용하여 난방 및 온수를 제공하고, 냉방계절 동안에는 저압 측(증발기)에서의 주변열 흡수를 활용하여 냉방 및 냉수를 제공한다.
한편, 최근 히트펌프는 냉방과 난방을 동시에 필요로 하는 시설들이 늘어나면서 난방 및 냉방을 동시에 제공하고 있는 실정이다.
그러나 종래의 히트펌프는 난방 및 냉방 동시 운전 시 다음과 같은 문제점이 있었다.
난방 및 냉방 동시 운전 시 난방 측과 냉방 측이 항상 부하가 발생하여야만 동시 운전이 가능하나, 난방 측 또는 냉방 측 중 어느 일측에서 부하가 발생하지 않으면 히트펌프가 운전을 멈추게 되는 문제점이 있었다.
다시 말해, 냉방 측에서 부하가 발생하지 않는다면 난방 측에서 얻은 열을 전달할 곳이 없게 되고, 반대로 난방 측에서 부하가 발생하지 않는다면 냉방 측에서 얻은 열을 전달할 곳이 없기 때문에 압축기가 과열되어 히트펌프가 멈추는 문제점이 있었다.
관련 선행기술로는 대한민국등록특허 제10-0648300호(등록일자: 2006. 11. 14), 대한민국등록특허 제10-1004635호(등록일자: 2010. 12. 22) 및 대한민국등록특허 제10-1336388호(등록일자: 2013. 11. 27) 등이 있다.
본 발명은 동시 냉난방 운전 시 냉방(증발기) 측 또는 난방(응축기) 측에 부하가 발생하지 않더라도 운전을 멈추지 않게 하는 히트펌프 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은 압축기, 사방밸브, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 동시 냉난방이 가능한 히트펌프 시스템에 있어서, 히트펌프 시스템은, 응축기 및 증발기와 연결되어 개별 난방 및 개별 냉방이 가능하게 할 뿐만 아니라 동시 냉난방 시 응축기 또는 증발기에서 부하가 발생되지 않더라도 개별 냉방 또는 개별 난방 운전이 가능하게 하는 열교환기; 및 압축기, 사방밸브, 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 열교환기를 연결시키되, 동시 냉난방 운전 모드, 개별 냉방 운전 모드, 개별 난방 운전 모드 및 제상 운전 모드에 따라 냉매를 순환시키는 냉매순환라인;을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 냉매순환라인은, 압축기의 배출포트와 사방밸브의 제 1 포트를 연결하되 사방밸브 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 1 체크밸브가 장착된 제 1 순환라인; 사방밸브의 제 2 포트와 응축기의 흡입포트를 연결하는 제 2 순환라인; 응축기의 배출포트와 팽창밸브의 흡입포트를 연결하되 팽창밸브 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 2 체크밸브가 장착된 제 3 순환라인; 팽창밸브의 배출포트와 증발기의 흡입포트를 연결하되 냉매의 흐름을 단속하는 제 1 솔레노이드밸브가 장착된 제 4 순환라인; 증발기의 배출포트와 압축기의 흡입포트를 연결하는 제 5 순환라인; 팽창밸브의 배출포트와 제 1 솔레노이드밸브 사이의 제 4 순환라인에서 분기되어 제 4 순환라인과 열교환기의 제 1 흡입/배출포트를 연결하는 제 6 순환라인; 제 6 순환라인에서 분기되어 제 3 순환라인과 연결되되 제 2 체크밸브와 팽창밸브의 흡입포트 사이에 연결되는 제 7 순환라인; 열교환기의 제 2 흡입/배출포트와 사방밸브의 제 4 포트를 연결하는 제 8 순환라인; 제 5 순환라인에서 분기되어 사방밸브의 제 3 포트와 연결되는 제 9 순환라인; 및 응축기의 배출포트와 제 2 체크밸브 사이의 제 3 순환라인에서 분기되어 제 6 순환라인의 분기지점과 제 1 솔레노이드밸브 사이를 지나는 제 4 순환라인과 연결되는 제 10 순환라인;을 포함하되, 제 6 순환라인 상에는 제 6 순환라인의 분기지점부터 열교환기의 제 1 흡입/배출포트로 안내되는 냉매의 흐름을 단속하는 제 2 솔레노이드밸브 및 열교환기의 제 1 흡입/배출포트 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 3 체크밸브가 순차적으로 장착되고, 제 7 순환라인 상에는 열교환기의 제 1 흡입/배출포트에서 제 3 순환라인으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 4 체크밸브가 장착되며, 제 10 순환라인 상에는 제 3 순환라인과의 분기지점부터 제 4 순환라인 분기지점 사이로 안내되는 냉매의 흐름을 단속하는 제 3 솔레노이드밸브 및 제 10 순환라인을 따라 제 3 순환라인 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 5 체크밸브가 장착될 수 있다.
더 구체적으로, 제 5 순환라인 상에는 어큐뮬레이터가 장착되며, 제 3 순환라인의 제 2 체크밸브와 팽창밸브 사이에는 수액기가 장착될 수 있다.
구체적으로 냉매순환라인은, 열교환기의 제 1 흡입/배출포트와 제 4 체크밸브 사이의 제 7 순환라인에서 분기되어 제 8 순환라인과 연결되는 제 11 순환라인을 더 포함하되, 제 11 순환라인 상에는 냉매의 흐름을 단속하는 제 4 솔레노이드가 장착될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템은 동시 냉난방 운전 및 개별적인 냉방 또는 난방을 운전을 수행할 수 있게 하는 이점이 있다.
또한 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템은 동시 냉난방 중 증발기(냉방) 측 또는 응축기(난방) 측에 부하가 발생하지 않을 시 열교환기 측으로 냉매를 순환시킴으로써, 운전 중인 히트펌프 시스템이 멈추는 것을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 증발기(냉방) 측 또는 응축기(난방) 측에 부하가 발생하지 않더라도 증발기 또는 응축기와 연결된 축열조에서 축열이 이루어지게 하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템을 나타낸 도면이며,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 동시 냉난방 모드에서의 냉매 사이클을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 개별적인 난방 모드에서의 냉매 사이클을 나타낸 도면이며,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 개별적인 냉방 모드에서의 냉매 사이클을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 열교환기 제상 모드에서의 냉매 사이클을 나타낸 도면이며, 그리고
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템을 나타낸 도면으로, 본 발명에 따른 히트펌프 시스템(100)은 흡입포트(112)를 통해 흡입된 저온 저압의 냉매가스를 압축시켜 배출포트(114)를 통해 고온 고압의 냉매가스가 배출되게 하는 압축기(110)와, 압축기(110)의 배출포트(114) 측에서 배출되는 고온 고압의 냉매가스를 동시 냉난방 운전, 개별적인 난방 운전, 개별적인 냉방 운전 및 제상 운전 사이클에 따라 흐름을 전환시키는 사방밸브(120)와, 흡입포트(132)를 통해 흡입된 고온 고압의 냉매가스를 응축시켜 배출포트(134)를 통해 고온 고압의 액체냉매가 배출되게 하는 응축기(130)와, 흡입포트(142)를 통해 흡입된 고온 고압의 액체냉매를 단열 팽창시켜 배출포트(144)를 통해 저온 저압의 액체냉매가 배출되게 하는 팽창밸브(140)와, 흡입포트(152)를 통해 흡입된 저온 저압의 액체냉매가 증발 잠열을 흡수하게 하여 배출포트(154)를 통해 저온 저압의 냉매가스가 배출되게 하는 증발기(150)를 포함한다.
여기서, 응축기(130) 및 증발기(140)는 각각 축열조(136, 156)와의 열교환이 이루어지며, 이에 의해 응축기(130)와의 열교환이 이루어지는 축열조(136)에는 온기 또는 온수가 저장되고, 증발기(150)와의 열교환이 이루어지는 축열조(156)에는 냉기 및 냉수가 저장되어 선택적으로 사용된다.
또한, 본 발명에 따른 히트펌프 시스템(100)은 개별 냉방, 개별 난방이 가능하게 할 뿐만 아니라 동시 냉난방 시 응축기(130) 또는 증발기(150) 중 어느 하나에서 부하가 발생되지 않더라도 개별 냉방 또는 개별 난방 운전이 가능하게 하는 열교환기(160)와, 동시 냉난방 운전, 개별 냉방 운전, 개별 난방 운전 및 제상 운전이 가능하게 냉매를 순환시키는 냉매순환라인(170)을 더 포함한다.
즉, 본 발명은 응축기(130)와 증발기(150)를 통한 동시 냉난방 운전, 응축기(130)와 열교환기(160)를 통한 개별 난방, 증발기(150)와 열교환기(160)를 통한 개별 냉방이 가능하게 하며, 동시 냉난방 시 응축기(130) 또는 증발기(150) 중 어느 하나에 부하가 발생하지 않더라도 운전 모드를 개별 냉방 또는 개별 난방 운전 모드로 전환시킬 수 있게 하여 히트펌프 시스템(110)의 운전이 멈추는 것을 미연에 방지할 수 있게 한다.
여기서, 열교환기(160)는 제 1 흡입/배출포트(162) 및 제 2 흡입/배출포트(164)를 가지는 통상의 판형 열교환기 일 수 있으나, 열교환기(160)를 판형 열교환기로 한정하는 것은 아니다.
한편, 냉매순환라인(170)은 압축기(110)의 배출포트(114)와 사방밸브(120)의 제 1 포트(122)를 연결하는 제 1 순환라인(172)과, 사방밸브(120)의 제 2 포트(124)와 응축기(130)의 흡입포트(132)를 연결하는 제 2 순환라인(174)과, 응축기(130)의 배출포트(134)와 팽창밸브(140)의 흡입포트(142)를 연결하는 제 3 순환라인(176)과, 팽창밸브(140)의 배출포트(144)와 증발기(150)의 흡입포트(152)를 연결하는 제 4 순환라인(178), 및 증발기(150)의 배출포트(154)와 압축기(110)의 흡입포트(112)를 연결하는 제 5 순환라인(180)을 포함한다.
이때, 제 1 순환라인(172) 상에는 사방밸브(120) 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 1 체크밸브(NRV1)가 장착되고, 제 3 순환라인(176) 상에는 팽창밸브(140) 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 2 체크밸브(NRV2)가 장착되며, 제 4 순환라인(178) 상에는 냉매의 흐름을 단속하는 제 1 솔레노이드밸브(SV1)가 장착된다.
그리고 제 5 순환라인(180) 상에는 어큐뮬레이터(ACC)가 장착되며, 제 3 순환라인(176)의 제 2 체크밸브(NRV2)와 팽창밸브(140) 사이에는 수액기(REV)가 장착될 수 도 있다. 여기서 에큐뮬레이터(ACC) 및 수액기(REV)는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 냉매순환라인(170)은 팽창밸브(140)의 배출포트(144)와 제 1 솔레노이드밸브(SV1) 사이의 제 4 순환라인(178)에서 분기되어 제 4 순환라인(178)과 열교환기(160)의 제 1 흡입/배출포트(162)를 연결하는 제 6 순환라인(182)과, 제 6 순환라인(182)에서 분기되어 제 3 순환라인(176)과 연결되되 제 2 체크밸브(NRV2)와 팽창밸브(140)의 흡입포트(142) 사이에 연결되는 제 7 순환라인(184)과, 열교환기(160)의 제 2 흡입/배출포트(164)와 사방밸브(120)의 제 4 포트(128)를 연결하는 제 8 순환라인(186)과, 증발기(150)의 배출포트(154)와 어큐뮬레이터(ACC) 사이의 제 5 순환라인(180)에서 분기되어 사방밸브(120)의 제 3 포트(126)와 연결되는 제 9 순환라인(188) 및 응축기(130)의 배출포트(134)와 제 2 체크밸브(NRV2) 사이의 제 3 순환라인(176)에서 분기되어 제 6 순환라인(182)의 분기지점과 제 1 솔레노이드밸브(SV1) 사이를 지나는 제 4 순환라인(178)과 연결되는 제 10 순환라인(190)을 더 포함한다.
여기서, 제 6 순환라인(182) 상에는 제 6 순환라인(182)의 분기지점부터 열교환기(160)의 제 1 흡입/배출포트(162)로 안내되는 냉매의 흐름을 단속하는 제 2 솔레노이드밸브(SV2) 및 열교환기(160)의 제 1 흡입/배출포트(162) 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 3 체크밸브(NRV3)가 순차적으로 장착된다.
또한 제 7 순환라인(182) 상에는 열교환기(160)의 제 1 흡입/배출포트(162)에서 제 3 순환라인(176)으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 4 체크밸브(NRV4)가 장착되며, 제 10 순환라인(190) 상에는 제 3 순환라인(176)과의 분기지점부터 제 4 순환라인(178) 분기지점 사이로 안내되는 냉매의 흐름을 단속하는 제 3 솔레노이드밸브(SV3) 및 제 10 순환라인(190)을 따라 제 3 순환라인(176) 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 5 체크밸브(NRV5)가 장착된다.
하기에는 도 2 내지 도 5를 참조하여, 도 1에 도시된 본 발명에 따른 히트펌프 시스템(100)의 동작 및 이에 따른 냉매의 유동을 설명한다.
도 2는 동시 냉난방 운전 모드의 동작 및 이에 따른 냉매의 유동을 나타낸 것으로, 압축기(110)의 배출포트(114)를 통해 배출되는 고온 고압의 냉매가스는 제 1 순환라인(172)을 통해 사방밸브(120)의 제 1 포트(122)로 유입되어 사방밸브(120)의 제 2 포트(124)를 통해 제 2 순환라인(174)을 따라 응축기(130)의 흡입포트(132)로 안내된 후, 응축기(130)를 거치면서 응축되어 고온 고압의 액체냉매로 응축기(130)의 배출포트(134)를 통해 제 3 순환라인(176)으로 안내된다.
여기서, 사방밸브(120)의 유로 전환은 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 그리고 냉매가 응축기(130)를 거치는 동안 축열조(136)와의 열 교환이 이루어지고, 이에 의해 축열조(136)에 저장된 열매체(공기 또는 물)는 온도가 상승하여 온기 및 온수 공급이 가능하게 한다.
그리고 제 3 순환라인(176)으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 2 체크밸브(NRV2), 수액기(REV)를 거쳐 팽창밸브(140)의 흡입포트(142)로 유입된 후, 팽창밸브(140)를 거치면서 단열 팽창되어 팽창밸브(140)의 배출포트(144)를 통해 저온 저압의 액체냉매로 제 4 순환라인(178)으로 안내된다.
이때, 제 3 순환라인(176)을 따라 안내되는 고온 고압의 액체냉매는 제 7 순환라인(184) 및 제 10 순환라인(190) 측으로 유입될 수 있으나 제 7 순환라인(184) 측으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 4 체크밸브(NRV4)에 의해 열교환기(160) 측으로 안내되지 못하고 또한 제 10 순환라인(190) 측으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 5 체크밸브(NRV5)에 의해 제 4 순환라인(178) 측으로 안내되지 못하고 팽창밸브(140) 측으로만 안내되며, 제 6 순환라인(182) 및 제 10 순환라인(190) 상에 장착된 제 2 솔레노이드밸브(SV2) 및 제 3 솔레노이드벨브(SV3)는 팽창밸브(140)의 배출포트(164)를 통해 배출되는 저온 저압의 액체냉매가 증발기(150) 측으로만 안내되게 제 6 순환라인(182) 및 제 10 순환라인(190)의 유로를 폐쇄시킨다.
그리고 제 4 순환라인(178) 측으로 안내된 저온 저압의 액체냉매는 제 1 솔레노이드밸브(SV1)를 거쳐 증발기(150)의 흡입포트(152)로 안내된 후, 증발기(150)를 거치면서 증발 잠열 흡수해 증발기(150)의 배출포트(154)를 통해 저온 저압의 냉매가스로 제 5 순환라인(180)으로 안내되고, 제 5 순환라인(180)으로 안내된 저온 저압의 냉매가스는 어큐뮬레이터(ACC)를 거쳐 압축기(110)의 흡입포트(112)를 통해 압축기(110)로 안내된다.
이때, 제 4 순환라인(178)의 제 1 솔레노이드밸브(SV1)는 팽창밸브(140)의 배출포트(144)를 통해 배출되는 저온 저압의 액체냉매가 증발기(150)로 안내될 수 있게 제 4 순환라인(178)의 유로를 개방시키며, 냉매는 증발기(150)를 거치는 동안 축열조(156)와의 열 교환이 이루어지고, 이에 의해 축열조(156)에 저장된 열매체(공기 또는 물)는 온도가 하강하여 냉기 및 냉수 공급이 가능하게 한다.
도 3은 개별 난방 운전 모드 동작 및 동시 냉난방 중 증발기(150)에서 부하가 발생하지 않을 시의 난방 운전 모도의 동작 및 이에 따른 냉매의 유동을 나타낸 것이다.
이를 설명하면, 압축기(110)의 배출포트(114)를 통해 배출되는 고온 고압의 냉매가스는 제 1 순환라인(172)을 통해 사방밸브(120)의 제 1 포트(122)로 유입되어 사방밸브(120)의 제 2 포트(124)를 통해 제 2 순환라인(174)을 따라 응축기(130)의 흡입포트(132)로 안내된 후, 응축기(130)를 거치면서 응축되어 고온 고압의 액체냉매로 응축기(130)의 배출포트(134)를 통해 제 3 순환라인(176)으로 안내된다.
여기서, 사방밸브(120)의 유로 전환은 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 그리고 냉매가 응축기(130)를 거치는 동안 축열조(136)와의 열 교환이 이루어지고, 이에 의해 축열조(136)에 저장된 열매체(공기 또는 물)는 온도가 상승하여 온기 및 온수 공급이 가능하게 한다.
그리고 제 3 순환라인(176)으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 2 체크밸브(NRV2)를 거쳐 수액기(REV), 팽창밸브(140)의 흡입포트(142)로 유입된 후, 팽창밸브(140)를 거치면서 단열 팽창되어 팽창밸브(140)의 배출포트(144)를 통해 저온 저압의 액체냉매로 제 6 순환라인(182)으로 안내된다.
이때, 제 3 순환라인(176)을 따라 안내되는 고온 고압의 액체냉매는 제 7 순환라인(184) 및 제 10 순환라인(190) 측으로 유입될 수 있으나 제 7 순환라인(184) 측으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 4 체크밸브(NRV4)에 의해 열교환기(160) 측으로 안내되지 못하고 또한 제 10 순환라인(190) 측으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 5 체크밸브(NRV5)에 의해 제 4 순환라인(178) 측으로 안내되지 못하고 팽창밸브(140) 측으로만 안내되며, 제 4 순환라인(178) 및 제 10 순환라인(190) 상에 장착된 제 1 솔레노이드밸브(SV1) 및 제 3 솔레노이드벨브(SV3)는 팽창밸브(140)의 배출포트(164)를 통해 배출되는 저온 저압의 액체냉매가 열교환기(160) 측으로만 안내되게 제 4 순환라인(178) 및 제 10 순환라인(190)의 유로를 폐쇄시킨다.
그리고 제 6 순환라인(182) 측으로 안내된 저온 저압의 액체냉매는 제 2 솔레노이드밸브(SV2) 및 제 3 체크밸브(NRV3)를 거쳐 열교환기(160)의 제 1 흡입배출포트(162)로 안내된 후, 열교환기(160)를 거치면서 증발 잠열 흡수해 열교환기(160)의 제 2 흡입배출포트(164)를 통해 저온 저압의 냉매가스로 제 8 순환라인(186)으로 안내된다.
이때 제 6 순환라인(186)의 제 2 솔레노이드밸브(SV2)는 팽창밸브(140)의 배출포트(144)를 통해 배출되는 저온 저압의 액체냉매가 열교환기(160)로 안내될 수 있게 제 6 순환라인(178)의 유로를 개방시키며, 제 3 체크밸브(NRV3)를 거친 저온 저압의 액체냉매가 제 7 순환라인(184) 측으로 안내될 수 있으나 제 4 체크밸브(NRV4)의 출구 측이 제 3 순환라인(176)가 연결되어 있기 때문에, 즉 제 7 순환라인(184) 내의 냉매는 저온 저압의 액체냉매이고 제 3 순환라인(176) 내의 냉매는 고온 고압의 액체냉매이기 때문에 제 3 순환라인(176) 측의 압력이 높아 제 4 체크밸브(NRV4)는 개방되지 못하며, 이에 의해 제 3 체크밸브(NRV3)를 거친 저온 저압의 액체냉매는 열교환기(160)의 제 1 흡입배출포트(162)를 통해 열교환기(160)로 안내된다.
그리고 제 8 순환라인(186)으로 안내된 저온 저압의 냉매가스는 사방밸브(120)의 제 4 포트(128)로 유입되어 사방밸브(120)의 제 3 포트(126)을 통해 제 9 순환라인(188)을 따라 제 5 순환라인(180)으로 안내된 후 어큐뮬레이터(ACC)를 거쳐 압축기(110)의 흡입포트(112)를 통해 압축기(110)로 안내된다.
도 4는 개별 냉방 운전 모드 동작 및 동시 냉난방 중 응축기(130)에서 부하가 발생하지 않을 시의 냉방 운전 모도의 동작 및 이에 따른 냉매의 유동을 나타낸 것이다.
이를 설명하면, 압축기(110)의 배출포트(114)를 통해 배출되는 고온 고압의 냉매가스는 제 1 순환라인(172)을 통해 사방밸브(120)의 제 1 포트(122)로 유입되어 사방밸브(120)의 제 4 포트(128)를 통해 제 8 순환라인(186)을 따라 열교환기(160)의 제 2 흡입배출포트(164)로 안내된 후, 열교환기(160)를 거치면서 응축되어 고온 고압의 액체냉매로 열교환기(160)의 제 1 흡입배출포트(162)를 통해 제 7 순환라인(184)으로 안내된다.
이때, 열교환기(160)의 제 1 흡입배출포트(162)를 통해 안내되는 고온 고압의 액체냉매는 제 6 순환라인(182) 측으로 유입될 수 있으나 제 6 순환라인(182) 측으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 6 순환라인(182)에 장착된 제 3 체크밸브(NRV3)에 의해 안내되지 못하고 제 7 순환라인(184) 측으로만 안내된다.
여기서, 사방밸브(120)의 유로 전환은 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
그리고 제 7 순환라인(184)으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 4 체크밸브(NRV4), 수액기(REV)를 거쳐 팽창밸브(140)의 흡입포트(142)로 유입된 후, 팽창밸브(140)를 거치면서 단열 팽창되어 팽창밸브(140)의 배출포트(144)를 통해 저온 저압의 액체냉매로 제 4 순환라인(178)으로 안내된다.
이때, 제 7 순환라인(184)을 따라 안내되는 고온 고압의 액체냉매는 제 3 순환라인(176) 측으로 유입될 수 있으나 제 7 순환라인(184) 측으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 2 체크밸브(NRV2)에 의해 안내되지 못하고 팽창밸브(140) 측으로만 안내되며, 제 6 순환라인(182) 및 제 10 순환라인(190) 상에 장착된 제 2 솔레노이드밸브(SV2) 및 제 3 솔레노이드벨브(SV3)는 팽창밸브(140)의 배출포트(164)를 통해 배출되는 저온 저압의 액체냉매가 증발기(150) 측으로만 안내되게 제 6 순환라인(182) 및 제 10 순환라인(190)의 유로를 폐쇄시킨다.
그리고 제 4 순환라인(178) 측으로 안내된 저온 저압의 액체냉매는 제 1 솔레노이드밸브(SV1)를 거쳐 증발기(150)의 흡입포트(152)로 안내된 후, 증발기(150)를 거치면서 증발 잠열 흡수해 증발기(150)의 배출포트(154)를 통해 저온 저압의 냉매가스로 제 5 순환라인(180)으로 안내되고, 제 5 순환라인(180)으로 안내된 저온 저압의 냉매가스는 어큐뮬레이터(ACC)를 거쳐 압축기(110)의 흡입포트(112)를 통해 압축기(110)로 안내된다.
이때, 제 4 순환라인(178)의 제 1 솔레노이드밸브(SV1)는 팽창밸브(140)의 배출포트(144)를 통해 배출되는 저온 저압의 액체냉매가 증발기(150)로 안내될 수 있게 제 4 순환라인(178)의 유로를 개방시키며, 냉매는 증발기(150)를 거치는 동안 축열조(156)와의 열 교환이 이루어지고, 이에 의해 축열조(156)에 저장된 열매체(공기 또는 물)는 온도가 하강하여 냉기 및 냉수 공급이 가능하게 한다.
도 5는 열교환기 제상 운전 모드의 동작 및 이에 따른 냉매의 유동을 나타낸 것으로, 압축기(110)의 배출포트(114)를 통해 배출되는 고온 고압의 냉매가스는 제 1 순환라인(172)을 통해 사방밸브(120)의 제 1 포트(122)로 유입되어 사방밸브(120)의 제 4 포트(128)를 통해 제 8 순환라인(186)을 따라 열교환기(160)의 제 2 흡입/배출포트(164)로 안내된 후, 열교환기(160)를 거치면서 응축되어 고온 고압의 액체냉매로 열교환기(160)의 제 1 흡입/배출포트(162)를 통해 제 7 순환라인(184)으로 안내된다.
이때, 열교환기(160)의 제 1 흡입배출포트(162)를 통해 안내되는 고온 고압의 액체냉매는 제 6 순환라인(182) 측으로 유입될 수 있으나 제 6 순환라인(182) 측으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 6 순환라인(182)에 장착된 제 3 체크밸브(NRV3)에 의해 안내되지 못하고 제 7 순환라인(184) 측으로만 안내된다.
여기서, 사방밸브(120)의 유로 전환은 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
그리고 제 7 순환라인(184)으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 4 체크밸브(NRV4), 수액기(REV)를 거쳐 팽창밸브(140)의 흡입포트(142)로 유입되고 팽창밸브(140)를 거치면서 단열 팽창되어 팽창밸브(140)의 배출포트(144)를 통해 저온 저압의 액체냉매로 제 4 순환라인(178)으로 안내된 후 제 10 순환라인(190)으로 안내된다.
이때, 제 7 순환라인(184)을 따라 안내되는 고온 고압의 액체냉매는 제 3 순환라인(176) 측으로 유입될 수 있으나 제 7 순환라인(184) 측으로 유입된 고온 고압의 액체냉매는 제 2 체크밸브(NRV2)에 의해 안내되지 못하고 팽창밸브(140) 측으로만 안내되며, 제 6 순환라인(182) 및 제 4 순환라인(178) 상에 장착된 제 2 솔레노이드밸브(SV2) 및 제 1 솔레노이드벨브(SV1)는 팽창밸브(140)의 배출포트(164)를 통해 배출되는 저온 저압의 액체냉매가 제 10 순환라인(190) 측으로만 안내되게 제 6 순환라인(182) 및 제 4 순환라인(178)의 유로를 폐쇄시킨다.
그리고 제 10 순환라인(190) 측으로 안내된 저온 저압의 액체냉매는 제 3 솔레노이드밸브(SV3) 및 제 5 체크밸브(NRV5)를 거쳐 응축기(130)의 배출포트(134)로 안내된 후, 응축기(130)를 거치면서 증발 잠열을 흡수하여 응축기(130)의 흡입포트(132)를 통해 저온 저압의 냉매가스로 제 2 순환라인(174)으로 안내된다.
이때 제 10 순환라인(190)의 제 3 솔레노이드밸브(SV3)는 팽창밸브(140)의 배출포트(144)를 통해 배출되는 저온 저압의 액체냉매가 응축기(130)로 안내될 수 있게 제 10 순환라인(190)의 유로를 개방시키며, 제 5 체크밸브(NRV5)를 거친 저온 저압의 액체냉매가 제 3 순환라인(184) 측으로 안내될 수 있으나 제 2 체크밸브(NRV4)의 출구 측이 제 7 순환라인(176)가 연결되어 있기 때문에, 즉 제 7 순환라인(184) 내의 냉매는 고온 고압의 액체냉매이고 제 3 순환라인(176) 내의 냉매는 저온 저압의 액체냉매이기 때문에 제 7 순환라인(176) 측의 압력이 높아 제 2 체크밸브(NRV4)는 개방되지 못하며, 이에 의해 제 5 체크밸브(NRV5)를 거친 저온 저압의 액체냉매는 응축기(130)의 배출포트(132)를 통해 응축기(130)로 안내된다.
그리고 제 2 순환라인(174)으로 안내된 저온 저압의 냉매가스는 사방밸브(120)의 제 2 포트(124)로 유입되어 사방밸브(120)의 제 3 포트(126)을 통해 제 9 순환라인(188)을 따라 제 5 순환라인(180)으로 안내된 후 어큐뮬레이터(ACC)를 거쳐 압축기(110)의 흡입포트(112)를 통해 압축기(110)로 안내된다.
한편, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템을 나타낸 도면으로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템은 제 1 실시예와 동일한 압축기(110), 사방밸브(120), 응축기(130), 팽장밸브(140), 증발기(150), 열교환기(160) 및 냉매순환라인(170)을 포함하되, 냉매순환라인(170)은 열교환기(160)의 제 1 흡입/배출포트(162)와 제 4 체크밸브(NRV4) 사이의 제 7 순환라인(184)에서 분기되어 제 8 순환라인(186)과 연결되는 제 11 순환라인(192)을 더 포함하는데, 제 11 순환라인(192) 상에는 냉매의 흐름을 단속하는 제 4 솔레노이드(SV4)가 장착된다.
즉, 제 4 솔레노이드밸브(SV4)는 평상 시 제 11 순환라인(192)을 폐쇄한 상태를 유지하다가 열교환기(160) 제상 시 제 11 순환라인(192)을 개방시키는데, 이에 의해 압축기(110)의 배출포트(114)를 통해 배출되는 고온 고압의 냉매가스의 일부는 열교환기(160)의 제 2 흡입/배출포트(164)로 흡입되어 열교환기(160)를 제상시킨 후 제 1 흡입/배출포트(162)를 통해 제 7 순환라인(184) 측으로 안내되고, 나머지 고온 고압의 냉매가스는 제 11 순환라인(192) 및 제 4 솔레이노드밸브(SV4)를 통해 제 7 순환라인(184)으로 안내된다.
이렇게 열교환기(160) 제상 시 제 11 순환라인(192) 및 제 4 솔레노이드밸브(SV4)를 통해 고온 고압의 냉매가스를 순환시킴으로써, 압축기(110)의 배출포트(114)를 통해 배출되는 고온 고압의 냉매가스의 온도가 급격하게 냉각되는 것을 막아 냉매가 원활하게 흐를 수 있게 함과 동시에 급격하게 냉각된 냉매가 압축기(110)로 흡입되는 것을 미연에 방지시킬 수 있게 한다.
이와 같이 형성된 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템(100)은 응축기(130)와 증발기(150)를 통한 동시 냉난방 운전, 응축기(130)와 열교환기(160)를 통한 개별 난방, 증발기(150)와 열교환기(160)를 통한 개별 냉방이 가능하게 한다.
또한 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템(100)은 동시 냉난방 시 응축기(130) 또는 증발기(150) 중 어느 하나에 부하가 발생하지 않더라도 운전 모드를 개별 냉방 또는 개별 난방 운전 모드로 전환시킬 수 있게 하여 히트펌프 시스템(110)의 운전이 멈추는 것을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 증발기(150) 또는 응축기(130)와 연결된 축열조(156, 136)에서 축열이 이루어지게 한다.
상기와 같은 히트펌프 시스템(100)은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100 : 히트펌프 시스템 110 : 압축기
120 : 사방밸브 130 : 응축기
140 : 팽창밸브 150 : 증발기
160 : 열교환기 170 : 냉매순환라인
172 : 제 1 순환라인 174 : 제 2 순환라인
176 : 제 3 순환라인 178 : 제 4 순환라인
180 : 제 5 순환라인 182 : 제 6 순환라인
184 : 제 7 순환라인 186 : 제 8 순환라인
188 : 제 9 순환라인 190 : 제 10 순환라인

Claims (4)

  1. 압축기, 사방밸브, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 동시 냉난방이 가능한 히트펌프 시스템에 있어서,
    상기 히트펌프 시스템은,
    상기 응축기 및 상기 증발기와 연결되어 개별 난방 및 개별 냉방이 가능하게 할 뿐만 아니라 동시 냉난방 시 상기 응축기 또는 상기 증발기에서 부하가 발생되지 않더라도 개별 냉방 또는 개별 난방 운전이 가능하게 하는 열교환기; 및
    상기 압축기, 상기 사방밸브, 상기 응축기, 상기 팽창밸브, 상기 증발기 및 상기 열교환기를 연결시키되, 동시 냉난방 운전 모드, 개별 냉방 운전 모드, 개별 난방 운전 모드 및 제상 운전 모드에 따라 냉매를 순환시키는 냉매순환라인;을 더 포함하며,
    상기 냉매순환라인은,
    상기 압축기의 배출포트와 상기 사방밸브의 제 1 포트를 연결하되 상기 사방밸브 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 1 체크밸브가 장착된 제 1 순환라인;
    상기 사방밸브의 제 2 포트와 상기 응축기의 흡입포트를 연결하는 제 2 순환라인;
    상기 응축기의 배출포트와 상기 팽창밸브의 흡입포트를 연결하되 상기 팽창밸브 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 2 체크밸브가 장착된 제 3 순환라인;
    상기 팽창밸브의 배출포트와 상기 증발기의 흡입포트를 연결하되 냉매의 흐름을 단속하는 제 1 솔레노이드밸브가 장착된 제 4 순환라인;
    상기 증발기의 배출포트와 상기 압축기의 흡입포트를 연결하는 제 5 순환라인;
    상기 팽창밸브의 배출포트와 상기 제 1 솔레노이드밸브 사이의 상기 제 4 순환라인에서 분기되어 상기 제 4 순환라인과 상기 열교환기의 제 1 흡입/배출포트를 연결하는 제 6 순환라인;
    상기 제 6 순환라인에서 분기되어 상기 제 3 순환라인과 연결되되 상기 제 2 체크밸브와 상기 팽창밸브의 흡입포트 사이에 연결되는 제 7 순환라인;
    상기 열교환기의 제 2 흡입/배출포트와 상기 사방밸브의 제 4 포트를 연결하는 제 8 순환라인;
    상기 제 5 순환라인에서 분기되어 상기 사방밸브의 제 3 포트와 연결되는 제 9 순환라인; 및
    상기 응축기의 배출포트와 상기 제 2 체크밸브 사이의 상기 제 3 순환라인에서 분기되어 상기 제 6 순환라인의 분기지점과 상기 제 1 솔레노이드밸브 사이를 지나는 상기 제 4 순환라인과 연결되는 제 10 순환라인;을 포함하되,
    상기 제 6 순환라인 상에는 상기 제 6 순환라인의 분기지점부터 상기 열교환기의 제 1 흡입/배출포트로 안내되는 냉매의 흐름을 단속하는 제 2 솔레노이드밸브 및 상기 열교환기의 제 1 흡입/배출포트 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 3 체크밸브가 순차적으로 장착되고,
    상기 제 7 순환라인 상에는 상기 열교환기의 제 1 흡입/배출포트에서 상기 제 3 순환라인으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 4 체크밸브가 장착되며,
    상기 제 10 순환라인 상에는 상기 제 3 순환라인과의 분기지점부터 상기 제 4 순환라인 분기지점 사이로 안내되는 냉매의 흐름을 단속하는 제 3 솔레노이드밸브 및 상기 제 10 순환라인을 따라 상기 제 3 순환라인 측으로 안내되는 냉매의 역류를 방지하는 제 5 체크밸브가 장착되는 히트펌프 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 5 순환라인 상에는 어큐뮬레이터가 장착되며,
    상기 제 3 순환라인의 상기 제 2 체크밸브와 상기 팽창밸브 사이에는 수액기가 장착되는 히트펌프 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉매순환라인은,
    상기 열교환기의 제 1 흡입/배출포트와 상기 제 4 체크밸브 사이의 상기 제 7 순환라인에서 분기되어 상기 제 8 순환라인과 연결되는 제 11 순환라인을 더 포함하되,
    상기 제 11 순환라인 상에는 냉매의 흐름을 단속하는 제 4 솔레노이드가 장착되는 히트펌프 시스템.









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JP2011255689A (ja) * 2010-06-04 2011-12-22 Tgk Co Ltd 車両用冷暖房装置および制御弁

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