KR102110539B1

KR102110539B1 - 공조시스템

Info

Publication number: KR102110539B1
Application number: KR1020180012371A
Authority: KR
Inventors: 김주혁; 이정륜
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2020-05-13
Also published as: KR20190092989A

Abstract

본 발명에 따른 온수를 제공하는 급탕장치를 포함하는 공조시스템에 있어서, 상기 급탕장치는, 냉부에 열매체가 저장되는 급탕하우징; 상기 급탕하우징 내부 중 상측에 배치되고, 물이 순환되는 제 1 열교환부; 상기 급탕하우징 내부 중 하측에 배치되고, 냉매가 순환되는 제 2 열교환부;를 포함하고, 상기 제 1 열교환부 및 제 2 열교환부는 이격되어 배치되고, 상기 제 2 열교환부는 상기 냉매 및 액체상태의 열매체를 열교환시켜 액체상태의 열매체를 증발시키고, 상기 제 1 열교환부는 상기 물 및 기체상태의 열매체를 열교환시켜 기체상태의 열매체를 응축시킨다.
본 발명에 따른 공조시스템은 급탕열교환기의 열매체를 써모사이폰 방식으로 열매체를 순환시켜 물을 가열할 수 있는 장점이 있다.

Description

공조시스템{Air conditioning system}

본 발명은 공조시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온수를 제공하기 위해 열매체를 써모사이폰 방식으로 순환시키는 공조시스템에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기는 압축기, 응축기, 증발기, 팽창기로 구성되고, 공기조화 사이클을 이용하여 건물 또는 방에 냉기 또는 온기를 공급한다. 일반적으로 공기조화기는 냉매를 냉동사이클 또는 히트펌프사이클로 작동시킨다.

공기조화기는 구조적으로 압축기가 실외에 배치된 분리형과, 압축기가 일체로 제작된 일체형으로 구분된다.

분리형은 실내기에 실내 열교환기를 설치하고, 실외기에 실외 열교환기와 압축기를 설치하여 서로 분리된 두 장치를 냉매 배관으로 연결시킨다.

일체형은 실내 열교환기, 실외 열교환기 및 압축기를 하나의 케이스 안에 설치한 것이다.

일체형 공기조화기로는 창에 장치를 걸어서 직접 설치하는 창문형 공기조화기와, 흡입덕트와 토출덕트를 연결하여 실내 외측에 설치하는 덕트형 공기조화기 등이 있다.

상기 분리형 공기조화기로는 직립으로 설치하는 스탠드형 공기조화기, 벽에 걸어서 설치하는 벽걸이형 공기조화기 등이 있다.

특히 공기조화기 중에는 냉매의 순환과정에서 발생되는 열을 이용해, 물을 냉각하거나 가열하여 사용자에게 제공하는 시스템이 있다.

종래 급탕용 열교환기는 고온의 냉매와 저온의 물을 열교환시켜 저온의 물을 소정온도까지 상승시킨다.

대한민국 등록특허 10-1543750 B1에 기재된 것과 같이, 종래 급탕용 열교환기는 판형 열교환기가 사용되고, 열매체와 순환수가 판형열교환기에서 서로 열교환되는 구조이다. 그런데 판형열교환기에서 누설이 발생되는 경우, 사용자에게 제공되는 순환수가 오염되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 10-1543750 B1

본 발명의 해결하려고 하는 과제는, 온수를 제공할 때, 물과 냉매가 직접 접촉되지 않는 구조의 공조시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 급탕하우징 내의 냉매 또는 물의 누설을 감지할 수 있는 공조시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 온수를 제공하기 위해 열매체를 써모사이폰(Thermosiphon) 방식으로 순환시키는 공조시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 급탕장치를 가동할 때, 쇼케이스장치, 냉각탑장치, 또는 축냉장치를 통해 실외기의 폐열을 저장할 수 있는 공조시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 공조시스템은 급탕열교환기의 열매체를 써모사이폰 방식으로 열매체를 순환시켜 물을 가열할 수 있다.

본 발명에 따른 온수를 제공하는 급탕장치를 포함하는 공조시스템에 있어서, 상기 급탕장치는, 냉부에 열매체가 저장되는 급탕하우징; 상기 급탕하우징 내부 중 상측에 배치되고, 물이 순환되는 제 1 열교환부; 상기 급탕하우징 내부 중 하측에 배치되고, 냉매가 순환되는 제 2 열교환부;를 포함하고, 상기 제 1 열교환부 및 제 2 열교환부는 이격되어 배치되고, 상기 제 2 열교환부는 상기 냉매 및 액체상태의 열매체를 열교환시켜 액체상태의 열매체를 증발시키고, 상기 제 1 열교환부는 상기 물 및 기체상태의 열매체를 열교환시켜 기체상태의 열매체를 응축시킨다.

상기 급탕장치는, 냉매를 압축하는 급탕압축기; 상기 압축된 냉매를 응축시키는 제 1 급탕열교환기; 상기 제 1 급탕열교환기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 급탕팽창밸브; 상기 급탕팽창밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시키는 급탕열교환기; 상기 제 1 급탕열교환기와 연결되어 물을 순환시키고, 상기 제 1 급탕열교환기와 열교환되어 가열된 온수를 저장하는 급탕조; 상기 급탕조 및 제 1 급탕열교환기을 연결시키는 제 1급탕배관 및 제 2 급탕배관; 상기 급탕배관에 배치되고, 상기 급탕조 및 제 1 급탕열교환기 사이에서 물을 순환시키는 급탕펌프; 상기 급탕압축기 및 제 1 급탕열교환기를 연결하여 냉매를 유동시키는 제 1 냉매배관; 상기 제 1 급탕열교환기 및 급탕팽창밸브를 연결하여 냉매를 유동시키는 제 2 냉매배관;을 포함하고, 상기 제 1 급탕열교환기가 상기 급탕하우징, 제 1 열교환부, 제 2 열교환부 및 열매체를 포함하고, 상기 급탕조는 상기 제 1 열교환부와 연결되고, 상기 급탕압축기 및 급탕팽창밸브는 상기 제 2 열교환부와 연결될 수 있다.

상기 급탕하우징은, 상기 제 1 급탕배관 및 제 2 급탕배관과 각각 연결되는 제 1 급탕접속밸브 및 제 2 급탕접속밸브; 상기 제 1 냉매배관 및 제 2 냉매배관과 각각 연결되는 제 1 냉매접속밸브 및 제 2 냉매접속밸브;를 포함할 수 있다.

상기 제 1 열교환부는 파이프가 원통형으로 말려 형성될 수 있다.

상기 제 2 열교환부는 파이프가 원통형으로 말려 형성될 수 있다.

상기 제 1 열교환부의 파이프 길이방향은 중력방향으로 배치될 수 있다.

상기 열매체의 최소수위는 상기 제 2 열교환부의 적어도 일부가 잠기게 형성될 수 있다.

상기 제 1 열교환부는 상기 열매체의 수면 위에 위치되고, 상기 제 2 열교환부는 상기 열매체의 수면 아래에 위치될 수 있다.

상기 열매체가 최대수위를 형성할 때, 상기 열매체의 수면은 상기 제 1 열교환부와 이격되고, 상기 제 1 열교환부 하측에 위치될 수 있다.

상기 열매체가 최대수위를 형성할 때, 상기 열매체의 수면 위로 상기 제 2 열교환부의 일부가 노출될 수 있다.

본 발명에 따른 공조시스템의 급탕용 열교환기는 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 본 발명에 따른 공조시스템은 급탕열교환기의 열매체를 써모사이폰 방식으로 열매체를 순환시켜 물을 가열할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 본 발명에 따른 공조시스템은 열매체를 통해 급탕열교환기 내부에 열량을 저장할 수 있고, 이를 통해 물을 가열하기 위한 충분한 열량을 확보할 수 있으며, 폐열로 버려지는 에너지를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 본 발명에 따른 공조시스템의 급탕용 열교환기는 냉매배관과 급탕배관을 분리하기 때문에, 사용자에게 제공되는 온수에 냉매가 포함되는 것을 차단할 수 있는 장점이 있다.

넷째, 본 발명에 따른 공조시스템은 상기 제 1 급탕열교환기에 열매체를 가득 채우는 대신 제 2 열교환부만 잠기도록 채우기 때문에, 써모사이폰 방식으로 열을 전달할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉장 및 냉동 공조시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 급탕하우징의 내부가 도시된 일부절개 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 마트 운영 시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 4는 도 1에서 마트 미운영 및 급탕부하가 없을 때 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 5는 도 1에서 마트 미운영 및 급탕부하가 있을 때 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 급탕하우징의 내부가 도시된 일부절개 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉장 및 냉동 공조시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 급탕하우징의 내부가 도시된 일부절개 사시도이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 따른 냉장 및 냉동 공조시스템은 실외기(100), 급탕장치(200), 냉각탑장치(300), 축냉장치(400) 및 쇼케이스장치(500)를 포함한다.

<실외기의 구성>

상기 실외기(100)는 실외압축기(101), 제 1 실외열교환기(110), 제 2 실외열교환기(120), 제 1 삼방밸브(130), 제 2 삼방밸브(140), 제 2 실외팽창밸브(150), 제 1 실외팽창밸브(160)를 포함한다.

상기 실외압축기(101)는 제 1 냉매를 압축하고, 상기 압축된 제 1 냉매는 제 1 삼방밸브(130)으로 유동된다. 본 실시예에서 상기 제 1 냉매는 R143a가 사용된다.

상기 제 1 삼방밸브(130)은 상기 실외압축기(101)에서 압축된 제 1 냉매를 상기 제 1 실외열교환기(110) 또는 급탕장치(200) 중 어느 하나로 선택하여 유동시킬 수 있다. 이를 위해 상기 제 1 삼방밸브(130)은 상기 실외압축기(101), 제 1 실외열교환기(110) 및 급탕장치(200)와 냉매배관으로 연결된다.

상기 제 2 삼방밸브(140)은 상기 제 1 실외열교환기(110)를 통과한 제 1 냉매를 공급받고, 제 2 실외열교환기(120) 또는 쇼케이스장치(500) 중 어느 하나로 선택하여 유동시킬 수 있다. 이를 위해 상기 제 2 삼방밸브(140)은 제 1 실외열교환기(110), 제 2 실외열교환기(120) 및 쇼케이스장치(500)와 냉매배관으로 연결된다.

상기 제 1 실외열교환기(110)는 제 1 냉매를 응축시키는 응축기로 작동될 수 있고, 상기 제 2 실외열교환기(120)는 제 1 냉매를 증발시키는 증발기로 작동될 수 있다.

상기 제 2 실외팽창밸브(150)는 쇼케이스장치(500)에서 실외압축기(101)에 연결되는 배관에 설치되고, 제 1 실외팽창밸브(160)는 제 2 삼방밸브(140)에서 제 2 실외열교환기(120)로 연결되는 배관에 설치된다.

상기 실외기(100)의 배관에는 냉매의 유동방향을 제한하기 위한 체크밸브(103)(104)들이 배치될 수 있다.

<급탕장치의 구성>

상기 급탕장치(200)는 급탕압축기(201), 제 1 급탕열교환기(210), 제 2 급탕열교환기(220), 급탕팽창밸브(230), 급탕조(240), 급탕펌프(250)를 포함한다.

상기 급탕장치(200)는 제 2 냉매를 순환시킨다. 본 실시예에서 상기 제 2 냉매는 R143a가 사용된다. 본 실시예와 달리 상기 제 2 냉매는 제 1 냉매와 다른 종류의 냉매가 사용되어도 무방하다. 예를 들어 상기 제 2 냉매는 R134a 또는 R410a 등이 사용될 수 있다.

상기 급탕장치(200)는 사용자에게 온수를 제공하기 위한 것이기 때문에, 응축시 높은 온도를 방출하는 냉매를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 급탕압축기(201)에서 압축된 제 2 냉매는 상기 제 1 급탕열교환기(210)에서 응축되고, 상기 급탕팽창밸브(230)에서 팽창된 후, 상기 제 2 급탕열교환기(220)에서 증발된다.

상기 제 2 급탕열교환기(220)에서 제 1 냉매 및 제 2 냉매가 열교환된다. 상기 제 2 급탕열교환기(220)는 상기 실외기(100)의 응축기로 작동될 뿐만 아니라 상기 급탕장치(200)의 증발기로 작동된다. 그래서 상기 제 1 냉매의 응축열에 의해 상기 제 2 냉매가 증발될 수 있다.

상기 급탕조(240) 및 제 1 급탕열교환기(210)을 연결시키는 급탕배관(241)(242)이 배치되고, 상기 급탕배관(241)(242) 중 어느 하나에 급탕펌프(250)가 배치된다. 상기 급탕펌프(250)는 급탕조(240)의 물의 순환시키고, 상기 제 1 급탕열교환기(210)는 순환되는 물과 열교환되고, 순환되는 물을 가열한다.

본 실시예에서는 상기 급탕조(240)가 배치되어 물을 저장하지만, 본 실시예와 달리 물을 저장하지 않을 수 있다. 즉, 상기 급탕배관(241)(242)에 온수밸브(245)가 직접 연결될 수 있다.

상기 급탕조(240)를 구비하는 경우, 내부에 저장된 물을 일정온도로 유지시키고, 사용자가 원할 때 온수밸브(245)를 통해 온수를 즉시 공급할 수 있다. 상기 급탕조(240)가 구비되지 않는 경우, 급탕배관(241)(242)을 통해 온수가 공급될 때까지 딜레이가 발생될 수 있다.

상기 제 1 급탕열교환기(210)는 외부와 밀폐되어 형성된 급탕하우징(212)과, 상기 급탕하우징(212) 내부에 저장되는 열매체(211)와, 상기 급탕배관(241)(242)과 연결되어 물을 순환시키는 제 1 열교환부(260)와, 상기 급탕압축기(201) 및 급탕팽창밸브(230)와 연결되어 제 2 냉매를 순환시키는 제 2 열교환부(270)를 포함한다.

상기 급탕하우징(212)은 상하 방향으로 세워져 배치되고, 내부(213)에 상기 열매체(211)가 저장되는 공간이 형성된다. 상기 급탕하우징(212)는 밀폐된 형태의 저장용기이다.

상기 급탕하우징(212)은 형태에 제약은 없지만, 중력 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 급탕하우징(212) 내부에 상기 제 1 열교환부(260) 및 제 2 열교환부(270)가 중력방향으로 이격되어 배치된다.

상기 제 1 열교환부(260) 및 제 2 열교환부(270)는 유체를 유동시킬 수 있는 구조로 제작되고, 본 실시예에서는 파이프를 성형하여 제작한다.

본 실시예에서 상기 제 1 열교환부(260) 및 제 2 열교환부(270)는 파이프를 원통형태로 말아서 제작한다. 상기 제 1 열교환부(260) 및 제 2 열교환부(270)의 형태는 다양하게 제작될 수 있다.

예를 들어 상기 제 1 열교환부(260) 및 제 2 열교환부(270)는 나선형, 지그재그 형태등으로 제작될 수 있다.

특히 제 1 열교환부는 파이프의 길이방향이 하측을 향하도록 함으로써 응축된 열매체가 하측단으로 용이하게 모일 수 있다. 또한, 열매체의 응축이 이루어지는 제 1 열교환부의 표면에 응축된 열매체의 액적을 신속하게 키울 수 있는 다수개의 돌기가 형성되거나 열매체의 표면장력을 낮추는 발수코팅이 실시될 수 있다.

본 실시예에서는 상기 제 1 열교환부(260)가 상측에 위치되고, 제 2 열교환부(270)가 하측에 위치된다. 이는 상기 제 1 열교환부(260)에서 열매체를 응축시키고, 상기 2 열교환부(270)에서 열매체를 증발시키기 위한 구조적 배치이다.

상기 열매체(211)는 상기 급탕하우징(212) 내부에서 증발 또는 응축될 수 있다. 액체상태의 상기 열매체(211)는 상기 제 2 열교환부(270)를 유동하는 냉매와 열교환되어 증발될 수 있다. 기체상태의 상기 열매체(211)는 상기 제 1 열교환부(260)와 열교환되어 응축될 수 있다. 상기 제 1 열교환부(260)에서 응축된 냉매는 급탕하우징(212)의 내부 하측으로 유동되어 액체상태로 저장된다.

상기 열매체(211)는 써모사이폰 방식으로 순환된다. 써모사이폰(Thermosiphon)은 기계적 펌프가 필요없이 유체 를 순환시키는 자연 대류를 기반으로 하는 수동 열교환 방식이다.

상기 제 1 급탕열교환기(212)에 열매체(211)를 가득 채우는것 보다 본 실시예와 같이 제 2 열교환부(270)만 잠기도록 채우고, 써모사이폰 방식으로 열을 전달하는 것이 보다 효율적이다.

본 실시예에서 상기 열매체(211)는 물이 사용된다. 본 실시예와 달리 상기 열매체(211)는 에탄올, 메탄올, 아세톤 등을 사용할 수 있다. 상기 열매체(211)의 종류는 상기 제 2 냉매 및 급탕조(240)에서 요구되는 물온도에 따라 선택될 수 있다.

본 실시예에 따른 제 1 급탕열교환기(210)는 내부에 열매체(211)가 저장되기 때문에 제 2 냉매에서 공급된 많은 열량을 저장할 수 있다. 상기 열매체(211)를 통해 제 1 급탕열교환기(210) 내부에 많은 열량이 저장될 경우, 상기 제 1 열교환부(260)에 충분한 열량을 제공할 수 있고, 폐열로 버려지는 에너지를 최소화할 수 있다.

상기 응축된 열매체(211)는 파이프 형태의 제 1 열교환부(260) 표면을 따라 흘러내려 열매체(211)의 수면으로 낙하될 수 있다.

상기 제 1 열교환부(260)를 고정하기 위해 브래킷(214)이 배치될 수 있다. 상기 브래킷(214)은 상기 급탕하우징(212)에 일단이 고정되고 상기 제 1 열교환부(260)에 타단이 고정된다.

또한, 상기 제 2 열교환부(270)를 고정하기 위해 브래킷(214)(215)이 배치될 수 있다. 상기 브래킷(214)(215)은 상기 급탕하우징(212)에 일단이 고정되고 상기 제 2 열교환부(270)에 타단이 고정된다.

상기 제 1 열교환부(260)를 고정하기 위해 2개의 브래킷(214)(215)이 사용된다. 하나는 상기 제 1 열교환부(260)의 상측에 결합되고, 다른 하나는 상기 제 1 열교환부(260)의 하측에 결합된다.

상기 제 2 열교환부(270)도 상기 제 1 열교환부(260)와 마찬가지로 2개의 브래킷(214)(215)에 의해 급탕하우징(212)에 고정된다.

상기 제 1 열교환부(260)는 급탕배관(241)(242)과 연결되는 제 1 열교환부 입구관(261)과, 제 1 열교환부 출구관(262)을 포함한다.

상기 급탕배관을 제 1 급탕배관(241) 및 제 2 급탕배관(242)으로 정의하고, 상기 제 1 급탕배관(241)은 상기 제 1 열교환부(260)에 물을 공급하고, 상기 제 2 급탕배관(242)은 상기 제 1 열교환부(260)의 물을 급탕조(240)에 제공한다.

상기 제 2 열교환부(270)는 냉매배관(202)(204)과 연결되는 제 2 열교환부 입구관(271)과, 제 2 열교환부 출구관(272)을 포함한다.

상기 냉매배관을 제 1 냉매배관(202) 및 제 2 냉매배관(204)으로 정의하고, 상기 제 1 냉매배관(202)은 상기 제 2 열교환부(270)에 냉매를 공급하고, 상기 제 2 냉매배관(204)은 상기 제 2 열교환부(270)의 냉매를 급탕팽창밸브(230)에 제공한다.

상기 급탕하우징(212)은 내부의 배관과 외부의 배관을 연결하기 위한 접속밸브(216)(217)(218)(219)가 배치된다.

상기 접속밸브(216)(217)(218)(219)는 제 1 열교환부 입구관(261) 및 제 1 급탕배관(241)을 연결시키는 제 1 급탕접속밸브(216)와, 제 1 열교환부 출구관(262) 및 제 2 급탕배관(242)을 연결시키는 제 2 급탕접속밸브(217)와, 제 2 열교환부 입구관(271) 및 제 1 냉매배관(202)을 연결시키는 제 1 냉매접속밸브(218)와, 제 2 열교환부 출구관(272) 및 제 2 냉매배관(204)을 연결시키는 제 2 냉매접속밸브(219)를 포함한다.

한편, 상기 제 1 급탕열교환기(210)는 내부에 저장된 열매체(211)의 수위를 감지하기 위한 수위센서(280)가 배치될 수 있다. 상기 제 1 급탕열교환기(210)가 밀폐구조임을 감안할 때, 상기 수위센서(280)는 정전용량 방식을 통해 열매체(211)의 수위를 감지하는 매커니즘이 바람직하다.

본 실시예와 달리 플로트 방식의 수위센서가 사용되어도 무방하다.

정전용량 방식의 수위센서(280)가 사용되는 경우, 열매체의 수위변화를 미세하게 감지할 수 있고, 이를 통해 증발된 열매체(211)의 양을 계산할 수 있다.

예를 들어 상기 급탕하우징(212)은 밀폐된 상태이고, 정해진 양의 열매체가 저장되는 바, "최대수위-감지된 수위=증발된 열매체"로 판단될 수 있다.

그래서 외부기온이 낮을 경우, 상기 제 2 열교환부(270)에서 열량을 공급하여도 상기 증발된 열매체의 양이 부족할 수 있다. 이때, 상기 열매체의 감지된 수위를 통해 상기 제 2 열교환부(270)에 공급되는 열량을 얼만큼 증가시켜야 할지 계산할 수 있다.

즉, 상기 열매체의 수위가 목표값 이하일 경우, 상기 급탕압축기(201)의 운전주파수를 증가시켜 더 많은 제 2 냉매를 공급하고, 상기 급탕하우징(212)의 수위를 목표수위로 낮추도록 제어할 수 있다. 상기 낮아진 수위만큼 증발된 열매체가 증가하고, 상기 제 1 열교환부(260)에 충분한 열량을 제공할 수 있다.

또한, 정전용량 방식의 수위센서(280)가 사용되는 경우, 열매체의 수위변화를 미세하게 감지할 수 있고, 이를 통해 급탕하우징(212)의 밀폐여부를 판단할 수 있다.

상기 급탕장치(200)가 소정시간 동안 작동되지 않을 경우, 상기 급탕하우징(212) 내부는 안정화된다. 이때, 감지된 열매체의 수위가 누설판단기준값 보다 낮은 경우, 급탕하우징(212)의 누설을 의심할 수 있고, 이에 따라 에러코드를 발생시킬 수 있다.

또한, 정전용량 방식의 수위센서(280)가 사용되는 경우, 열매체의 수위변화를 미세하게 감지할 수 있고, 이를 통해 제 1 열교환부(260) 또는 제 2 열교환부(270)에서의 누설여부도 판단할 수 있다.

상술한 것과 반대로 상기 급탕장치(200)가 소정시간 동안 작동되지 않을 경우, 상기 급탕하우징(212) 내부는 안정화된다. 이때, 감지된 열매체의 수위가 최대수위 보다 높은 경우, 제 1 열교환부(260) 또는 제 2 열교환부(270)에서의 누설을 의심할 수 있고, 이에 따라 에러코드를 발생시킬 수 있다.

본 실시예에서 상기 제 2 열교환부(270) 전체는 상기 열매체에 잠기도록 배치된다. 특히, 상기 열매체가 증발되어 최소수위를 형성하더라도 상기 제 2 열교환부(270)의 상단은 수면 위로 노출되지 않는다.

이와 더불어 상기 열매체(211)가 최대수위를 형성할 때, 상기 열매체(211)의 최대수위는 상기 제 1 열교환부(260)의 하단과 이격된다. 즉, 상기 제 1 열교환부(260)는 액체상태의 열매체에 잠기지 않는다.

<냉각탑장치의 구성>

상기 냉각탑장치(300)는 물이 저장되는 냉각탑(340)과, 상기 제 1 실외열교환기(110) 및 상기 냉각탑(340)을 연결하고 물을 순환시키는 냉각탑배관(341)(342)과, 상기 냉각탑배관(341)(342)에 설치되어 물을 순환시키는 냉각탑펌프(350)를 포함한다.

상기 냉각탑장치(300)를 통해 순환되는 물은 응축기로 작동되는 제 1 실외열교환기(110)와 열교환되고, 상기 제 1 실외열교환기(110)를 냉각시킬 수 있다.

상기 냉각탑(340)의 물은 상기 제 1 실외열교환기(110)와 열교환될 수 있다.

<축냉장치의 구성>

상기 축냉장치(400)는 물이 저장되는 축냉조(440)와, 상기 제 2 실외열교환기(120) 및 상기 축냉조(440)를 연결하고 물을 순환시키는 축냉조배관(441)(442)과, 상기 축냉조배관(441)(442)에 설치되어 물을 순환시키는 축냉조펌프(450)를 포함한다.

상기 축냉장치(400)를 통해 순환되는 물은 증발기로 작동되는 제 2 실외열교환기(120)와 열교환되고, 순환되는 물은 상기 제 2 실외열교환기(120)에 의해 냉각될 수 있다. 냉각된 물은 상기 축냉조(440)에 저장된다.

<쇼케이스장치의 구성>

상기 쇼케이스장치(500)는 마트 또는 편의점 등에서 냉기를 제공하는 용도로 사용된다. 상기 쇼케이스장치(500)에서 제공되는 냉기는 신선식품의 선도를 유지하거나 진열물품을 차갑게 유지하는 용도로 사용된다.

상기 쇼케이스장치(500)는 쇼케이스열교환기(510), 쇼케이스팽창밸브(560) 및 송풍팬(520)을 포함한다. 상기 쇼케이스장치(500)는 냉기를 제공할 수 있다.

상기 쇼케이스열교환기(510)는 증발기로 작동된다.

상기 쇼케이스열교환기(510)는 제 2 삼방밸브(140)와 연결되어 제 1 냉매를 제공받고, 열교환된 제 1 냉매는 상기 실외압축기(101)에 제공된다.

이를 위해 상기 제 2 삼방밸브(140) 및 쇼케이스열교환기(510)를 연결하는 고압냉매배관(541)와, 상기 쇼케이스열교환기(510) 및 실외압축기(101)를 연결하는 저압냉매배관(542)이 배치된다.

상기 고압냉매배관(541)에 상기 쇼케이스팽창밸브(560)가 배치된다. 상기 저압냉매배관(542)은 제 2 실외팽창밸브(150)와 연결된다.

도 3은 도 1에 도시된 마트 운영 시 냉매 흐름이 도시된 구성도이고, 도 4는 도 1에서 마트 미운영 및 급탕부하가 없을 때 냉매 흐름이 도시된 구성도이고, 도 5는 도 1에서 마트 미운영 및 급탕부하가 있을 때 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.

이하 본 실시예에 따른 냉장 및 냉동 공조시스템의 제어방법을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3을 참조하여 일반적인 운전(마트 또는 편의점의 운영시간 대)의 경우를 설명한다.

일반운전 시, 실외기(100)의 실외압축기(101)에서 토출된 제 1 냉매는 제 1 삼방밸브(130)에서 급탕장치(200) 측으로 유동되고, 응축된 제 1 냉매는 제 2 삼방밸브(140)에 쇼케이스장치(500) 측으로 유동된다.

상기 제 1 삼방밸브(130)는 제 1 냉매가 제 1 실외열교환기(110)로 유동되는 것을 차단하고, 급탕장치(200)의 제 2 급탕열교환기(220)로 제 1 냉매를 유동시킨다.

또한, 상기 제 2 삼방밸브(140)는 응축된 냉매가 제 2 실외열교환기(120)로 유동되는 것을 차단하고, 상기 쇼케이스장치(500)의 쇼케이스열교환기(510)로 제 1 냉매를 유동시킨다.

그래서 상기 제 1 냉매의 순환 시, 상기 급탕장치(200)의 제 2 급탕열교환기(220)에서 제 1 냉매가 응축되고, 상기 쇼케이스장치(500)의 쇼케이스열교환기(510)에서 제 1 냉매가 증발된다.

한편, 상기 급탕장치(200)는 제 2 냉매를 순환시켜 제 1 급탕열교환기(210)에서 제 2 냉매를 응축시키고, 상기 제 2 급탕열교환기(220)에서 제 2 냉매를 증발시킨다.

상기 제 2 급탕열교환기(220)는 이중열교환기로서 제 1 냉매 및 제 2 냉매룰 열교환시킨다. 상기 제 2 급탕열교환기(220)는 제 1 냉매에 대하여 응축기로 작동되고, 제 2 냉매에 대해서는 증발기로 작동된다.

상기 제 1 급탕열교환기(210)는 제 2 냉매 및 물을 열교환시킨다.

상기 급탕하우징(212) 내부의 제 2 열교환부(270)로는 제 2 냉매가 유동되고, 제 1 열교환부(260)로는 물이 유동된다.

상기 제 2 열교환부(270)의 내부로 유동되는 상기 제 2 냉매는 상기 제 2 열교환부(270) 외부에 배치된 열매체에 열을 방출하고 응축된다. 상기 급탕하우징(212)에 액체상태로 저장된 열매체(211)는 상기 제 2 냉매의 응축열에 의해 증발될 수 있다.

상기 증발된 기체상태의 열매체(211)는 급탕하우징(212)의 상측공간으로 유동된 후, 제 1 열교환부(260)와 열교환된다.

상기 제 1 열교환부(260)의 내부를 유동하는 물은 증발된 열매체(211) 보다 낮은 온도이기 때문에, 증발된 기체상태의 열매체(211)는 제 1 열교환부(260) 표면에서 응축된다.

상기 제 1 열교환부(260)의 내부를 유동하는 물은 기체상태의 열매체로부터 열을 전달받아 가열된다. 상기 제 1 열교환부(260)의 외부에는 물에 열을 빼앗긴 열매체가 응축되어 맺히고, 맺힌 열매체는 하측으로 낙하될 수 있다.

상기 열매체(211)는 상기 급탕하우징(212) 내부에서 증발 및 응축의 과정을 거치면서 대류될 수 있다. 상기 열매체(211)에 대하여 상기 제 1 열교환부(260)는 응축기로 기능하고, 상기 제 2 열교환부(270)는 증발기로 기능한다.

밀폐된 상기 급탕하우징(212) 내부에서 증발된 열매체의 양에 따라 액체 열매체(211)의 수위는 변화한다. 증발된 열매체의 양이 증가할수록 상기 급탕하우징(212) 내부의 압력은 증가한다.

그래서 상기 급탕조(240)의 물은 상기 제 1 급탕열교환기(210)의 제 1 열교환부(260)를 통과하면서 가열되고, 가열된 물은 상기 급탕조(240)에 저장된다.

제어부는 상기 급탕조(240)의 물온도에 따라 상기 급탕압축기(201)의 가동여부 또는 운전주파수를 제어할 수 있다.

상기 급탕유닛(200)은 상기 실외기(100)의 작동과 관계없이 독립적으로 작동될 수 있다. 상기 실외기(100)가 작동되는 경우, 제 2 급탕열교환기(220)에서 상기 제 1 냉매 및 제 2 냉매가 열교환되기 때문에, 효율이 더 높고 소비전력을 더욱 감소시킬 수 있다.

특히 본 실시예와 같이 영업매장에서 사용되는 쇼케이스장치(500)는 24시간 가동되기 때문에, 상기 급탕유닛(200)을 단독으로 가동시키는 빈도는 극히 낮다.

또한, 급탕온수를 필요로 하는 시기는 외부기온이 낮은 때이기 때문에, 외부기온이 낮을 때 실외기(100)만 단독운전할 때보다 상기 급탕유닛(200)과 상호작용하여 작동시키는 것이 소비전력 측면에서 보다 유리하다.

한편, 상기 쇼케이스장치(500)는 응축된 제 1 냉매를 상기 쇼케이스팽창밸브(560)에서 팽창시키고, 팽창된 제 1 냉매는 상기 쇼케이스열교환기(510)에서 증발된다. 상기 제 1 냉매의 증발열에 의해 공기가 냉각되고, 송풍팬(520)은 이 냉기를 쇼케이스(미도시)로 토출시킨다. 토출된 냉매는 쇼케이스에 진열된 식품 또는 상품을 냉각시켜 신선도를 유지한다.

상기 쇼케이스열교환기(510)에서 증발된 냉매는 상기 실외압축기(101)로 회수된 후, 다시 압축되어 토출된다.

본 실시예와 같은 일반운전 시, 상기 쇼케이스장치(500)에서 증발된 제 1 냉매가 상기 실외압축기(101)로 유동되도록, 제 2 실외팽창밸브(150)는 풀 오픈상태로 유지된다.

일반운전 시, 상기 냉각탑장치(300) 및 축냉조(400)는 작동되지 않는다.

다음으로, 도 4를 참조하여 마트 미운영 시 급탕부하가 없을 때의 운전과정을 설명한다.

마트 폐점 이후라도 상기 쇼케이스(500)는 최소한으로 작동되어야 한다. 그러나 마트 폐점 이후에는 급탕장치(200)의 급탕부하가 없을 수 있다.

이 경우, 급탕부하가 없는 상태에서 급탕장치(200)를 운영하는 경우, 에너지 낭비된다. 이를 방지하기 위해, 축냉장치(400)의 물을 냉각시켜 폐열을 회수한다.

이를 위해, 상기 제 1 삼방밸브(130)는 제 1 냉매를 제 1 실외열교환기(110)로 유동시켜 상기 제 1 실외열교환기(110)를 응축기로 작동시킨다.

상기 제 1 실외열교환기(110)는 이중열교환기로서, 제 1 냉매 및 냉각탑장치(300)의 물을 열교환시킬 수 있다. 상기 냉각탑장치(300)는 물을 순환시켜 상기 제 1 냉매를 응축시킨다.

상기 제 1 실외열교환기(110)에서 응축된 냉매는 상기 제 2 삼방밸브(140)에 의해 상기 제 2 실외열교환기(120) 또는 쇼케이스열교환기(510) 중 어느 하나에 제공될 수 있다.

제 1 냉매가 상기 제 2 실외열교환기(120)에 제공되는 경우, 축냉장치(400)의 물을 냉각시킬 수 있다. 제 1 냉매가 쇼케이스열교환기(510)에 제공되는 경우, 쇼케이스에 냉기를 제공할 수 있다.

제 1 냉매가 상기 제 2 실외열교환기(120)에 제공되는 경우, 상기 제 2 실외팽창밸브(150)는 폐쇄되어 제 1 냉매가 쇼케이스장치(500) 측으로 유동되는 것을 차단한다.

다음으로, 도 5를 참조하여 마트 미운영 시 급탕부하 또는 쇼케이스부하가 있을 때의 운전과정을 설명한다.

마트 미운영 시, 쇼케이스장치(500)의 작동을 최소화하도록 실외기(100)가 구동된다. 마트 미운영 시라도 사용자에 의해 급탕부하가 발생될 수 있다.

이 경우, 제어부는 상기 제 1 삼방밸브(130)를 제어하여 제 2 급탕열교환기(220) 및 제 1 실외열교환기(110) 중 적어도 어느 하나에 제 1 냉매를 제공할 수 있다.

예를 들어 상기 제 2 급탕열교환기(220)에만 제 1 냉매를 제공하여 급탕조(240)의 물을 가열시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 제 1 실외열교환기(110)에만 제 1 냉매를 제공하여 축냉장치(400)의 물을 냉각시켜 저장할 수 있다.

예를 들어 상기 제 2 급탕열교환기(220) 및 제 1 실외열교환기(110) 모두에 제 1 냉매를 제공하여, 급탕장치(240)의 물을 가열하고, 축냉장치(400)의 물을 냉각시킬 수 있다. 상기 제 2 급탕열교환기(220) 및 제 1 실외열교환기(110) 모두에 제 1 냉매를 제공하는 경우, 상기 제 1 삼방밸브(130)는 상기 제 2 급탕열교환기(220) 측 및 제 1 실외열교환기(110) 측 배관을 모두 오픈한다.

예를 들어, 상기 제어부는 상기 제 2 급탕열교환기(220) 및 제 1 실외열교환기(110)에 교대로 제 1 냉매를 제공할 수 있다.

제어부는 상기 급탕부하의 크기에 따라 상기 제 1 삼방밸브(130)를 다양한 방식으로 제어할 수 있다.

상기 급탕장치(200)에서 급탕부하가 있더라도 실외기(100)의 남는 에너지는 상기 축냉장치(400)에 저장될 수 있다.

제 1 냉매는 상기 제 2 급탕열교환기(220) 및 제 1 실외열교환기(110) 중 적어도 어느 하나를 경유하여 응축되고, 응축된 제 1 냉매는 제 2 실외열교환기(120)에서 축냉장치(400)를 순환하는 물과 열교환되어 증발될 수 있다.

이를 통해 상기 실외기(100)의 폐열은 상기 제 2 실외열교환기(120)를 통해 축냉장치(400)로 회수된다.

한편, 상기 쇼케이스장치(500)의 부하가 있는 경우, 상기 응축된 제 1 냉매는 상기 쇼케이스열교환기(510)에서 증발되고, 쇼케이스에 냉기를 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 급탕하우징의 내부가 도시된 일부절개 사시도이다.

본 실시예에 따른 제 1 급탕열교환기(210')는 제 1 열교환부(260')의 파이프 및 제 2 열교환부(270')의 파이프가 중력방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 열교환부(260')는 제 1 실시예와 같이 원통형으로 말려 형성되지만, 파이프의 길이 방향이 중력방향으로 배치된다. 이와 같이 배치될 경우, 제 1 열교환부(260')에 맺힌 열매체(211)가 파이프의 외측면을 따라 하측으로 용이하게 흘러내릴 수 있고, 응축된 열매체(211)의 액적은 상기 파이프를 따라 이동되면서 보다 신속하게 성장한 후, 하측으로 드랍될 수 있다.

상기 제 1 실시예에서는 열매체(211)는 상기 제 2 열교환부(270) 전체가 잠길 수 있는 양이 주입된다. 그러나 본 실시예에 따른 열매체(211)는 상기 제 2 열교환부(270')의 상측 일부가 수면 위에 노출되도록 배치된다.

즉, 상기 열매체(211)의 최대수위는 상기 제 2 열교환부(270')의 상측단 보다 낮게 배치된다. 이렇게 최대수위가 낮을 경우, 수면위로 노출된 제 2 열교환부(270')는 기체상태로 존재하는 열매체(211)를 가열할 수 있고, 상기 급탕하우징(212) 내부 공간의 압력을 보다 용이하게 제어할 수 있다.

제 2 열교환부(270') 전체가 잠기는 경우, 열매체 전체를 가열해야만 기체상태의 열매체 압력을 조절할 수 있지만, 제 2 열교환부(270')가 일부만 잠기는 경우, 노출된 부분을 통해 기체상태의 열매체에 직접적으로 열을 공급할 수 있다.

이하 나머지 구성은 상기 제 1 실시예와 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100 : 실외기 200 : 급탕장치
210 : 제 1 급탕열교환기 211 : 열매체
212 : 급탕하우징 220 : 제 2 급탕열교환기
230 : 급탕팽창밸브 240 : 급탕조
241 : 제 1 급탕배관 242 : 제 2 급탕배관
250 : 급탕펌프 260 : 제 1 열교환부
270 : 제 2 열교환부 300 : 냉각탑장치
400 : 축냉장치 500 : 쇼케이스장치

Claims

제 1 냉매를 냉방사이클로 순환시키고, 제 1 냉매가 순환되는 제 1 실외열교환기 및 제 2 실외열교환기를 포함하는 실외기; 제 2 냉매를 냉방사이클로 순환시키고, 상기 실외기의 상기 제 1 냉매 및 제 2 냉매가 열교환되는 제 2 급탕열교환기를 포함하는 급탕장치; 상기 제 1 실외열교환기를 거치도록 물을 순환시키는 냉각탑장치; 상기 제 2 실외열교환기를 거치도록 물을 순환시키는 축냉장치;를 포함하고,
상기 실외기는,
상기 제 1 냉매를 압축하는 실외압축기; 압축된 상기 제 1 냉매를 상기 제 1 실외열교환기 또는 상기 제 2 급탕열교환기 중 어느 하나로 선택하여 유동시키는 제 1 삼방밸브; 상기 제 1 삼방밸브에서 공급된 제 1 냉매 및 상기 냉각탑장치의 물을 열교환시키는 상기 제 1 실외열교환기; 상기 제 1 실외열교환기를 통과한 상기 제 1 냉매를 팽창시키는 제 1 실외팽창밸브; 상기 제 1 실외팽창밸브에서 팽창된 상기 제 1 냉매 및 상기 축냉장치의 물을 열교환시키는 제 2 실외열교환기;를 포함하고,
상기 냉각탑장치는,
물이 저장되는 냉각탑; 상기 제 1 실외열교환기 및 상기 냉각탑을 연결하고 물을 순환시키는 냉각탑배관; 상기 냉각탑배관에 설치되어 물을 순환시키는 냉각탑펌프;를 포함하고,
상기 축냉장치는,
물이 저장되는 축냉조; 상기 제 2 실외열교환기 및 상기 축냉조를 연결하고 물을 순환시키는 축냉조배관; 상기 축냉조배관에 설치되어 물을 순환시키는 축냉조펌프;를 포함하고,
상기 급탕장치는,
내부에 열매체가 저장되는 급탕하우징; 상기 급탕하우징 내부 중 상측에 배치되고, 물이 순환되는 제 1 열교환부; 상기 급탕하우징 내부 중 하측에 배치되고, 냉매가 순환되는 제 2 열교환부;를 포함하고,
상기 제 1 열교환부 및 제 2 열교환부는 이격되어 배치되고,
상기 제 1 열교환부는 상기 제 2 열교환부 보다 상측에 배치되며,
상기 제 2 열교환부의 적어도 일부는 상기 열매체에 잠기게 배치되고,
상기 제 1 열교환부는 상기 열매체의 수면 위에 배치되며,
상기 제 2 열교환부는 상기 냉매 및 액체상태의 열매체를 열교환시켜 액체상태의 열매체를 증발시키고,
상기 제 1 열교환부는 상기 물 및 기체상태의 열매체를 열교환시켜 기체상태의 열매체를 응축시키며, 상기 응축된 열매체는 하측에 저장된 상기 열매체의 수면으로 낙하되는 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 급탕장치는,
상기 제 2 냉매를 압축하는 급탕압축기;
상기 급탕압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 제 1 급탕열교환기;
상기 제 1 급탕열교환기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 급탕팽창밸브;
상기 급탕팽창밸브에 의해 팽창된 냉매를 증발시키고, 상기 제 1 냉매 및 제 2 냉매를 열교환시키는 상기 제 2 급탕열교환기;
상기 제 1 급탕열교환기와 연결되어 물을 순환시키고, 상기 제 1 급탕열교환기와 열교환되어 가열된 온수를 저장하는 급탕조;
상기 급탕조 및 제 1 급탕열교환기을 연결시키는 제 1 급탕배관 및 제 2 급탕배관;
상기 급탕배관에 배치되고, 상기 급탕조 및 제 1 급탕열교환기 사이에서 물을 순환시키는 급탕펌프;
상기 급탕압축기 및 제 1 급탕열교환기를 연결하여 냉매를 유동시키는 제 1 냉매배관;
상기 제 1 급탕열교환기 및 급탕팽창밸브를 연결하여 냉매를 유동시키는 제 2 냉매배관;을 포함하고,
상기 제 1 급탕열교환기는 상기 급탕하우징, 제 1 열교환부, 제 2 열교환부 및 열매체를 포함하고,
상기 급탕조는 상기 제 1 열교환부와 연결되어 물을 순환시키고, 상기 순환되는 물이 상기 급탕하우징 내부의 열매체를 응축시키며,
상기 급탕압축기 및 급탕팽창밸브는 상기 제 2 열교환부와 연결되어 상기 제 2 냉매를 순환시키는 공조시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 급탕하우징은,
상기 제 1 급탕배관 및 제 2 급탕배관과 각각 연결되는 제 1 급탕접속밸브 및 제 2 급탕접속밸브;
상기 제 1 냉매배관 및 제 2 냉매배관과 각각 연결되는 제 1 냉매접속밸브 및 제 2 냉매접속밸브;를 포함하는 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 열교환부는 파이프가 원통형으로 말려 형성된 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제 2 열교환부는 파이프가 원통형으로 말려 형성된 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 열교환부의 파이프 길이방향은 중력방향으로 배치된 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 열매체의 최소수위는 상기 제 2 열교환부의 적어도 일부가 잠기게 형성되는 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제 2 열교환부는 상기 열매체의 수면 아래에 위치되는 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 열매체가 최대수위를 형성할 때, 상기 열매체의 수면은 상기 제 1 열교환부와 이격되고, 상기 제 1 열교환부 하측에 위치되는 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 열매체가 최대수위를 형성할 때, 상기 열매체의 수면 위로 상기 제 2 열교환부의 일부가 노출되는 공조시스템.