KR102581328B1 - 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저단 사이클(10), 상기 저단 사이클(10)과 연결되는 고단 사이클(20), 상기 저단 사이클(10)에서 유입된 냉매를 공기열원과 열교환시키는 공기열 교환기(30), 상기 저단 사이클(10)에서 유입된 냉매를 지열원과 열교환시키는 지열 교환기(35) 및 상기 저단 사이클(10)과 연결되어, 상기 저단 사이클(10)에서 발생된 열을 이용하여, 급탕을 생성시키는 축열 시스템(40)을 포함하고, 상기 저단 사이클(10)은 냉매를 압축시키는 제1 압축기(11), 상기 제1 압축기(11)와 연결되어, 냉매의 이동 경로를 변경시키는 제1 사방변(12), 상기 제1 압축기(11)와 연결되어, 상기 저단 사이클(10)의 냉매를 상기 고단 사이클(20)의 냉매와 열교환시키는 제1 열교환기(13), 상기 제1 열교환기(13) 및 공기열 교환기(30)와 각각 연결되어, 축열 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 상기 공기열 교환기(30)로 공급하는 제1 팽창밸브(EV1), 상기 제1 열교환기(13) 및 지열 교환기(35)와 각각 연결되어, 축열 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 상기 지열 교환기(35)로 공급하는 제2 팽창밸브(EV2), 상기 공기열 교환기(30), 지열 교환기(35) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되어, 축냉 시, 상기 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 상기 제1 열교환기(13)로 공급하는 제3 팽창밸브(EV3) 및 상기 공기열 교환기(30), 지열 교환기(35) 및 제3 열교환기(41)와 각각 연결되어, 빙축 시, 상기 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 상기 제3 열교환기(41)로 공급하는 제4 팽창밸브(EV4)를 포함하고, 상기 고단 사이클(20)은 냉매를 압축시키는 제2 압축기(21), 상기 제2 압축기(21)와 연결되어, 냉매의 이동 경로를 변경시키는 제2 사방변(22), 상기 제2 압축기(21) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되어, 냉매를 부하펌프(24)에 의해 공급된 급수와 열교환시키는 제2 열교환기(23), 상기 제1 열교환기(13) 및 제2 열교환기(23)와 각각 연결되어, 축열 시, 상기 제2 열교환기(23)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 상기 제1 열교환기(13)로 공급하는 제5 팽창밸브(EV5), 상기 제2 열교환기(23)와 연결되어, 상기 제2 열교환기(23)로 급수를 유입시키는 부하펌프(24) 및 상기 제1 열교환기(13) 및 제2 열교환기(23)와 각각 연결되어, 축냉 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 유입된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 상기 제2 열교환기(23)로 공급하는 제6 팽창밸브(EV6)를 포함하고, 상기 축열 시스템(40)은 상기 저단 사이클(10) 및 축열조(42)와 각각 연결되어, 상기 저단 사이클(10)의 냉매를 상기 축열조(42)의 냉매와 열교환시키는 제3 열교환기(41) 및 상기 제3 열교환기(41)와 연결되어, 상기 저단 사이클(10)에서 발생된 열을 저장하는 축열조(42) 및 상기 축열조(42)와 연결되어, 외부로부터 공급받은 급수를 가열시켜, 급탕을 생성시키는 급탕탱크(43)를 포함하고, 상기 축열조(42)는 내측에 액체냉매가 이동하는 배관(42a)이 구비되고, 내측에 물이 수용되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 공기열원, 지열원 및 빙축열 단독 또는 다중 운전을 통해 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
히트펌프는 공기, 수열, 지열, 폐열 등 미활용 에너지의 열을 흡수하여, 냉난방 및 공정에 활용할 수 있는 기계장치로, 구동에 필요한 동력 에너지보다 훨씬 많은 에너지를 공급하는 고효율 열변환 장치를 의미한다.
신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법에 따르면, 1,000m3 이상의 공공 건축물을 신축 또는 증축 시, 예상에너지 사용량에 대한 공급의무비율 이상으로 신재생 에너지를 적용해야 한다.
그리고, 공공기관 에너지이용 합리화 추진에 관한 규정에 따르면, 에서는 1,000m3 이상의 공공 건축물 신축, 증축 또는 냉방설비 전면 개체 시, 냉방설비 용량의 60% 이상을 심야전기를 이용한 축냉식, 도시가스를 이용한 냉방방식 등 전기를 사용하지 아니한 냉방방식으로 냉방설비를 설치해야 한다.
그러나, 대부분의 공공 건축물에서는 지열, 태양에너지 등 신재생 에너지 중에서 지열을 이용하여 냉난방이 수행되고 있다.
그러나, 냉난방 부하에 지열만을 사용하는 경우, 지중열 교환기를 설치하기 위한 시설 투자비가 과대하게 소요될 뿐만 아니라, 지열을 이용한 냉난방 장치에는 넓은 부지면적이 확보되어야 하는 문제점이 있었다.
한편, 히트펌프 기술분야에서는 공기열원 칠러 및 빙축열 시스템을 병용한 혼합축열 기술이 개발 중이다.
그러나, 공기열원 칠러는 외기온도에 따라 성능(COP)이 불규칙적으로 가변될 수 있어, 사계절의 변화에 따라 일정한 성능을 유지하기 어려울 뿐만 아니라, 한랭지에서 성능이 급격히 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 공기열원만을 단독으로 이용한 칠러는 공공 건축물의 신재생 에너지 보급사업에 적용할 수 없다는 한계점이 있었다.
또한, 시중에 판매 중인 대부분의 히트펌프는 출수온도가 약 60℃인 중온수만을 공급할 수 있어, 급탕에 활용하기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공기열원, 지열원 및 빙축열을 복합적으로 활용한 단독 또는 다중 운전을 통해 최대 80℃의 고온수 및 냉난방을 공급할 수 있는 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 냉난방 부하에 공급의무 비율만큼 지열원을 사용하고, 나머지 비율만큼 공기열원 또는 빙축열을 사용하여, 시설 투자비가 획기적으로 감소할 뿐만 아니라, 축냉 설비를 활용하여, 심야 전력을 이용할 수 있어, 운영비가 대폭 절감된 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적인 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프는 저단 사이클(10), 상기 저단 사이클(10)과 연결되는 고단 사이클(20), 상기 저단 사이클(10)에서 유입된 냉매를 공기열원과 열교환시키는 공기열 교환기(30), 상기 저단 사이클(10)에서 유입된 냉매를 지열원과 열교환시키는 지열 교환기(35) 및 상기 저단 사이클(10)과 연결되어, 상기 저단 사이클(10)에서 발생된 열을 이용하여, 급탕을 생성시키는 축열 시스템(40)을 포함하고, 상기 저단 사이클(10)은 냉매를 압축시키는 제1 압축기(11), 상기 제1 압축기(11)와 연결되어, 냉매의 이동 경로를 변경시키는 제1 사방변(12), 상기 제1 압축기(11)와 연결되어, 상기 저단 사이클(10)의 냉매를 상기 고단 사이클(20)의 냉매와 열교환시키는 제1 열교환기(13), 상기 제1 열교환기(13) 및 공기열 교환기(30)와 각각 연결되어, 축열 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 상기 공기열 교환기(30)로 공급하는 제1 팽창밸브(EV1), 상기 제1 열교환기(13) 및 지열 교환기(35)와 각각 연결되어, 축열 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 상기 지열 교환기(35)로 공급하는 제2 팽창밸브(EV2), 상기 공기열 교환기(30), 지열 교환기(35) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되어, 축냉 시, 상기 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 상기 제1 열교환기(13)로 공급하는 제3 팽창밸브(EV3) 및 상기 공기열 교환기(30), 지열 교환기(35) 및 제3 열교환기(41)와 각각 연결되어, 빙축 시, 상기 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 상기 제3 열교환기(41)로 공급하는 제4 팽창밸브(EV4)를 포함하고, 상기 고단 사이클(20)은 냉매를 압축시키는 제2 압축기(21), 상기 제2 압축기(21)와 연결되어, 냉매의 이동 경로를 변경시키는 제2 사방변(22), 상기 제2 압축기(21) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되어, 냉매를 부하펌프(24)에 의해 공급된 급수와 열교환시키는 제2 열교환기(23), 상기 제1 열교환기(13) 및 제2 열교환기(23)와 각각 연결되어, 축열 시, 상기 제2 열교환기(23)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 상기 제1 열교환기(13)로 공급하는 제5 팽창밸브(EV5), 상기 제2 열교환기(23)와 연결되어, 상기 제2 열교환기(23)로 급수를 유입시키는 부하펌프(24) 및 상기 제1 열교환기(13) 및 제2 열교환기(23)와 각각 연결되어, 축냉 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 유입된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 상기 제2 열교환기(23)로 공급하는 제6 팽창밸브(EV6)를 포함하고, 상기 축열 시스템(40)은 상기 저단 사이클(10) 및 축열조(42)와 각각 연결되어, 상기 저단 사이클(10)의 냉매를 상기 축열조(42)의 냉매와 열교환시키는 제3 열교환기(41) 및 상기 제3 열교환기(41)와 연결되어, 상기 저단 사이클(10)에서 발생된 열을 저장하는 축열조(42) 및 상기 축열조(42)와 연결되어, 외부로부터 공급받은 급수를 가열시켜, 급탕을 생성시키는 급탕탱크(43)를 포함하고, 상기 축열조(42)는 내측에 액체냉매가 이동하는 배관(42a)이 구비되고, 내측에 물이 수용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저단 사이클(10)은 상기 공기열 교환기(30) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제1 볼밸브(BV1), 상기 지열 교환기(35) 및 제2 열교환기(23)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제2 볼밸브(BV2), 상기 공기열 교환기(30) 및 제1 압축기(11)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제1 밸브(V1), 상기 지열 교환기(35) 및 제1 압축기(11)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제2 밸브(V2), 상기 제1 압축기(11) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제3 밸브(V3), 상기 제1 압축기(11) 및 제3 열교환기(41)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제4 밸브(V4) 및 상기 지열 교환기(35) 및 제1 압축기(11)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제5 밸브(V5)를 포함하고, 압축기, 사방변, 팽창 밸브, 볼밸브 및 밸브를 각각 제어하는 컨트롤러(51)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프의 제어 방법은 이원 사이클 복합열원에 의한 축열운전을 제어하는 제 1단계, 저단 사이클(10) 복합열원에 의한 축열운전을 제어하는 제 2단계, 상기 이원 사이클 복합열원에 의한 축냉운전을 제어하는 제 3단계, 상기 저단 사이클(10) 복합열원에 의한 빙축운전을 제어하는 제 4단계, 상기 저단 사이클(10) 지열원에 의한 공기열 교환기(30)의 제상운전을 제어하는 제 5단계, 상기 이원 사이클 수열원에 의한 상기 공기열 교환기(30)의 제상운전을 제어하는 제 6단계 및 상기 저단 사이클(10) 수열원에 의한 상기 공기열 교환기(30)의 제상운전을 제어하는 제 7단계를 포함하고, 상기 제 1단계는 컨트롤러(51)가 축열 시, 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 1-1단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 제1 사방변(12)이 사전에 설정된 제1 경로를 유지하도록 제어하는 제 1-2단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 제1 열교환기(13)로 이동시키기 위해 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 1-3단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제1 팽창밸브(EV1)로 이동시키기 위해 제1 볼밸브(BV1), 제3 팽창밸브(EV3) 및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 1-4단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제2 팽창밸브(EV2)로 이동시키기 위해 제2 볼밸브(BV2) 및 제3 볼밸브(BV3)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 1-5단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제1 팽창밸브(EV1)및 제2 팽창밸브(EV2)의 용량을 각각 제어하는 제 1-6단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 제1 밸브(V1)가 개방되도록 제어하는 제 1-7단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 지열 교환기(35)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 제2 밸브(V2)가 개방되도록 제어하는 제 1-8단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 제2 압축기(21)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 1-9단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 제2 사방변(22)이 사전에 설정된 제2 경로를 유지하도록 제어하는 제 1-10단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 제2 열교환기(23)에서 응축된 중온고압의 액체를 제5 팽창밸브(EV5)로 이동시키기 위해 제6 팽창밸브(EV6)가 폐쇄되도록 제어하는 제 1-11단계 및 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제2 열교환기(23)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제5 팽창밸브(EV5)의 용량을 제어하는 제 1-12단계를 포함하고, 상기 제 1단계에서는 상기 제1 열교환기(13)가 축열 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 고단 사이클(20)에서 유입된 저온저압의 기체냉매와 열교환시켜, 중온고압의 액체냉매로 응축시키고, 상기 제1 열교환기(13)에서 축열 시, 상기 고단 사이클(20)에서 유입된 저온고압의 액체냉매가 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매와 열교환되어, 저온저압의 기체냉매로 변환되고, 상기 제2 열교환기(23)가 축열 시, 상기 제2 압축기(21)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 부하펌프(24)에 의해 공급된 저온의 급수와 열교환시켜, 중온고압의 액체냉매로 응축시키고, 상기 제5 팽창밸브(EV5)가 축열 시, 상기 제2 열교환기(23)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시켜, 상기 제1 열교환기(13)로 공급하고, 상기 제2 열교환기(23)에서 축열 시, 상기 부하펌프(24)에서 유입된 저온의 급수가 상기 제2 압축기(21)에서 압축된 고온고압의 기체냉매와 열교환되어, 고온의 급수로 변환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2단계는 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 2-1단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 사방변(12)이 사전에 설정된 상기 제1 경로를 유지하도록 제어하는 제 2-2단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 제3 열교환기(41)로 이동시키기 위해 상기 제4 밸브(V4) 및 제3 밸브(V3)이 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 2-3단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제3 열교환기(41)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제1 팽창밸브(EV1)로 이동시키기 위해 상기 제4 팽창밸브(EV4), 제3 팽창밸브(EV3) 및 제1 볼밸브(BV1)가 각각 폐쇄, 폐쇄 및 개방되도록 제어하는 제 2-4단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제3 열교환기(41)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제2 팽창밸브(EV2)로 이동시키기 위해 상기 제2 볼밸브(BV2) 및 제3 볼밸브(BV3)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 2-5단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제1 팽창밸브(EV1)및 제2 팽창밸브(EV2)의 용량을 각각 제어하는 제 2-6단계, 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1)가 개방되도록 제어하는 제 2-7단계 및 상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 지열 교환기(35)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제2 밸브(V2) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 2-8단계를 포함하고, 상기 제 2단계에서는 상기 제3 열교환기(41)가 축열 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 축열조(42)에서 유입된 저온의 냉매와 열교환시켜, 중온고압의 액체냉매로 응축시키고, 상기 제3 열교환기(41)에서 축열 시, 상기 축열조(42)에서 유입된 저온의 냉매가 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매와 열교환되어, 고온의 기체냉매로 변환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 3단계는 상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 3-1단계, 상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 사방변(12)이 제3 경로를 유지하도록 제어하는 제 3-2단계, 상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 공기열 교환기(30) 및 지열 교환기(35)로 각각 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방되도록 제어하는 제 3-3단계, 상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제3 팽창밸브(EV3)로 이동시키기 위해 상기 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1)및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 3-4단계, 상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제3 팽창밸브(EV3)로 이동시키기 위해 상기 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3) 및 제2 팽창밸브(EV2)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 3-5단계, 상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제3 팽창밸브(EV3)의 용량을 제어하는 제 3-6단계, 상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 3-7단계, 상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매를 상기 제6 팽창밸브(EV6)로 이동시키기 위해 상기 제5 팽창밸브(EV5)가 폐쇄되도록 제어하는 3-8단계, 상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제6 팽창밸브(EV6)의 용량을 제어하는 3-9단계, 상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제2 사방변(22)이 사전에 설정된 제4 경로를 유지하도록 제어하는 3-10단계 및 상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제2 압축기(21)가 상기 제2 열교환기(23)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 3-11단계를 포함하고, 상기 제 3단계에서는 상기 제1 열교환기(13)가 축냉 시, 상기 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 상기 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 기체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 상기 제1 압축기(11)로 공급하고, 상기 제1 열교환기(13)에서 축냉 시, 상기 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 액체냉매가 상기 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 중온고압의 액체냉매로 변환되고, 상기 제2 열교환기(23)가 축냉 시, 상기 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 상기 부하펌프(24)에서 유입된 고온의 급수와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 상기 제2 압축기(21)로 공급하고, 상기 제2 열교환기(23)에서 축냉 시, 상기 부하펌프(24)에서 유입된 고온의 급수가 상기 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 급수로 변환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 4단계는 상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 4-1단계, 상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 제1 사방변(12)이 제3 경로를 유지하도록 제어하는 제 4-2단계, 상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 공기열 교환기(30) 및 지열 교환기(35)로 각각 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방되도록 제어하는 제 4-3단계, 상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제4 팽창밸브(EV4)로 이동시키기 위해 상기 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1)및 제3 팽창밸브(EV3)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 4-4단계, 상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제4 팽창밸브(EV4)로 이동시키기 위해 상기 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3) 및 제2 팽창밸브(EV2)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 4-5단계, 상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제4 팽창밸브(EV4)의 용량을 제어하는 제 4-6단계, 상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 제3 열교환기(41)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제4 밸브(V4), 제3 밸브(V3) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 4-7단계를 포함하고, 상기 제 4-7단계에서는 상기 제3 열교환기(41)가 빙축 시, 상기 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 축열조(42)에서 유입된 저온의 액체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시키고, 상기 제3 열교환기(41)에서 빙축 시, 상기 축열조(42)에서 유입된 중온의 액체냉매가 상기 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 액체냉매로 변환되고, 상기 축열조(42)의 내측에서 빙축 시, 배관(42a)의 외측을 따라 이동하는 물이 상기 배관(42a)의 내측을 이동하는 저온의 액체냉매에 의해 얼음으로 변환되어, 상기 배관(42a)의 표면에 점차 축척되고, 상기 축열조(42)의 내측에서 빙축 시, 상기 배관(42a)의 내측을 이동하는 저온의 액체냉매가 물에 의해 중온의 액체냉매로 변환된 후, 상기 제3 열교환기(41)로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 5단계는 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 5-1단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 사방변(12)이 제3 경로를 유지하도록 제어하는 제 5-2단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 공기열 교환기(30)로 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 5-3단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제2 팽창밸브(EV2)로 이동시키기 위해 상기 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1), 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3), 제3 팽창밸브(EV3) 및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄, 폐쇄, 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 5-4단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제2 팽창밸브(EV2)가 사전에 설정된 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어하는 제 5-5단계 및 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 지열 교환기(35)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제5 밸브(V5), 제3 밸브(V3) 및 제4 밸브(V4)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 5-6단계를 포함하고, 상기 제 5단계에서는 상기 공기열 교환기(30)에서 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)의 표면에 부착된 서리가 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체와 열교환되어, 물로 변환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 6단계는 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 6-1단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 사방변(12)이 제3 경로를 유지하도록 제어하는 제 6-2단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 공기열 교환기(30)로 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 6-3단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제3 팽창밸브(EV3)로 이동시키기 위해 상기 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1), 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3), 제2 팽창밸브(EV2) 및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 6-4단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제3 팽창밸브(EV3)가 사전에 설정된 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어하는 제 6-5단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 6-6단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매를 상기 제6 팽창밸브(EV6)로 이동시키기 위해 상기 제5 팽창밸브(EV5)가 폐쇄되도록 제어하는 제 6-7단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제6 팽창밸브(EV6)가 상기 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어하는 제 6-8단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제2 사방변(22)이 제4 경로를 유지하도록 제어하는 제 6-9단계 및 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제2 압축기(21)가 상기 제2 열교환기(23)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 6-10단계를 포함하고, 상기 제 6단계에서는 상기 제1 열교환기(13)가 제상 시, 상기 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 상기 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 기체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 상기 제1 압축기(11)로 공급하고, 상기 제1 열교환기(13)에서 제상 시, 상기 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 액체냉매가 상기 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 중온고압의 액체냉매로 변환되고, 상기 공기열 교환기(30)에서 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)의 표면에 부착된 서리가 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체와 열교환되어, 물로 변환되고, 상기 제2 열교환기(23)가 제상 시, 상기 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 상기 부하펌프(24)에서 유입된 고온의 급수와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 상기 제2 압축기(21)로 공급하고, 상기 제2 열교환기(23)에서 제상 시, 상기 부하펌프(24)에서 유입된 고온의 급수가 상기 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 급수로 변환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 7단계는 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 7-1단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 사방변(12)이 제3 경로를 유지하도록 제어하는 제 7-2단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 공기열 교환기(30)로 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 7-3단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제4 팽창밸브(EV4)로 이동시키기 위해 상기 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1), 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3), 제2 팽창밸브(EV2) 및 제3 팽창밸브(EV3)가 각각 개방, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 7-4단계, 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제4 팽창밸브(EV4)가 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어하는 제 7-5단계 및 상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 제3 열교환기(41)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 폐쇄, 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 7-6단계를 포함하고, 상기 제 7단계에서는 상기 제3 열교환기(41)가 제상 시, 상기 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 축열조(42)에서 유입된 저온의 액체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시키고, 상기 제3 열교환기(41)에서 제상 시, 상기 축열조(42)에서 유입된 중온의 액체냉매가 상기 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 액체냉매로 변환되고, 상기 공기열 교환기(30)에서, 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)의 표면에 부착된 서리가 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체와 열교환되어, 물로 변환되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프 및 그 제어 방법은 지열원, 공기열원 등 복합열원이 적용된 이원 냉동사이클 및 빙축열을 활용한 혼합 축열조를 구비하여, 기존의 히트펌프보다 설치 투자비가 낮을 뿐만 아니라, 에너지를 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프 및 그 제어 방법은 공기열원, 지열원, 빙축열 등 복합열원에 의한 이원 냉동사이클을 적용할 수 있어, 각각의 열원이 갖고 있는 단점을 극복하여 사계절에 맞게 운용 가능할 뿐만 아니라, 최대 80℃의 고온수 및 -5℃의 냉수를 생산할 수 있어, 급탕에도 충분히 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프 및 그 제어 방법은 냉방시 사용되는 기존의 냉동기, 난방 및 급탕 시 사용되는 화석연료 보일러 장치를 대체할 수 있어, 친환경적일 뿐만 아니라, 에너지를 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프 및 그 제어 방법은 관공서, 체육시설, 숙박시설, 병원, 호텔 등 냉난방 및 급탕 시스템이 필요한 냉동기 및 보일러 설치 현장에 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프 및 그 제어 방법은 유리온실, 비닐하우스 등 시설원예, 돈사, 양계장 등의 냉난방 및 환기 시스템 및 내부 온도 조절이 필요한 운송시설의 냉난방 및 온수 공급 시스템에 각각 적용 가능하여, 연료비를 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프의 계통도이다.
도 2는 이원 사이클 복합열원에 의한 축열운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 3은 저단 사이클 복합열원에 의한 축열운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 4는 이원 사이클 복합열원에 의한 축냉운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 5는 저단 사이클 복합열원에 의한 빙축운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 6은 저단 사이클 지열원에 의한 공기열 교환기의 제상운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 7은 이원 사이클 수열원에 의한 공기열 교환기의 제상운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 8은 저단 사이클 수열원에 의한 공기열 교환기의 제상운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 9는 컨트롤 모듈의 구성도이다.
도 10은 축열 또는 제상 시, 운전모드 자동전환에 대한 블록도이다.
도 11은 축냉 시, 운전모드 자동전환에 대한 블록도이다.
도 12는 빙축 시, 운전모드 자동전환에 대한 블록도이다.
도 13은 축열운전 전후에 가능한 제상운전에 대한 블록도이다.
도 2는 이원 사이클 복합열원에 의한 축열운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 3은 저단 사이클 복합열원에 의한 축열운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 4는 이원 사이클 복합열원에 의한 축냉운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 5는 저단 사이클 복합열원에 의한 빙축운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 6은 저단 사이클 지열원에 의한 공기열 교환기의 제상운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 7은 이원 사이클 수열원에 의한 공기열 교환기의 제상운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 8은 저단 사이클 수열원에 의한 공기열 교환기의 제상운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 9는 컨트롤 모듈의 구성도이다.
도 10은 축열 또는 제상 시, 운전모드 자동전환에 대한 블록도이다.
도 11은 축냉 시, 운전모드 자동전환에 대한 블록도이다.
도 12는 빙축 시, 운전모드 자동전환에 대한 블록도이다.
도 13은 축열운전 전후에 가능한 제상운전에 대한 블록도이다.
도 1은 본 발명에 의한 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프의 계통도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프는 저단 사이클(10), 고단 사이클(20), 공기열 교환기(30), 지열 교환기(35) 및 축열 시스템(40)을 함하여 구성된다.
먼저, 고단 사이클(20)은 저단 사이클(10)과 연결된다.
그리고, 공기열 교환기(30)는 저단 사이클(10)에서 유입된 냉매를 공기열원과 열교환시킨다.
그리고, 지열 교환기(35)는 저단 사이클(10)에서 유입된 냉매를 지열원과 열교환시킨다.
그리고, 축열 시스템(40)은 저단 사이클(10)과 연결되어, 저단 사이클(10)에서 발생된 열을 이용하여, 급탕을 생성시킨다.
한편, 저단 사이클(10)은 제1 압축기(11), 제1 사방변(12), 제1 열교환기(13), 제1 팽창밸브(EV1), 제2 팽창밸브(EV2), 제3 팽창밸브(EV3) 및 제4 팽창밸브(EV4)를 포함하여 구성된다.
먼저, 제1 압축기(11)는 냉매를 압축시킨다.
그리고, 제1 사방변(12)은 제1 압축기(11)와 연결되어, 냉매의 이동 경로를 변경시킨다.
그리고, 제1 열교환기(13)는 제1 압축기(11)와 연결되어, 저단 사이클(10)의 냉매를 고단 사이클(20)의 냉매와 열교환시킨다.
그리고, 제1 팽창밸브(EV1)는 제1 열교환기(13) 및 공기열 교환기(30)와 각각 연결되어, 축열 시, 제1 열교환기(13)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 공기열 교환기(30)로 공급한다.
그리고, 제2 팽창밸브(EV2)는 제1 열교환기(13) 및 지열 교환기(35)와 각각 연결되어, 축열 시, 제1 열교환기(13)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 지열 교환기(35)로 공급한다.
그리고, 제3 팽창밸브(EV3)는 공기열 교환기(30), 지열 교환기(35) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되어, 축냉 시, 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 제1 열교환기(13)로 공급한다.
그리고, 제4 팽창밸브(EV4)는 공기열 교환기(30), 지열 교환기(35) 및 제3 열교환기(41)와 각각 연결되어, 빙축 시, 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 제3 열교환기(41)로 공급한다.
한편, 고단 사이클(20)은 제2 압축기(21), 제2 사방변(22), 제2 열교환기(23), 제5 팽창밸브(EV5), 부하펌프(24) 및 제6 팽창밸브(EV6)를 포함하여 구성된다.
먼저, 제2 압축기(21)는 냉매를 압축시킨다.
그리고, 제2 사방변(22)은 제2 압축기(21)와 연결되어, 냉매의 이동 경로를 변경시킨다.
그리고, 제2 열교환기(23)는 제2 압축기(21) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되어, 냉매를 부하펌프(24)에 의해 공급된 급수와 열교환시킨다.
그리고, 제5 팽창밸브(EV5)는 제1 열교환기(13) 및 제2 열교환기(23)와 각각 연결되어, 축열 시, 제2 열교환기(23)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 제1 열교환기(13)로 공급한다.
그리고, 부하펌프(24)는 제2 열교환기(23)와 연결되어, 제2 열교환기(23)로 급수를 유입시킨다.
그리고, 제6 팽창밸브(EV6)는 제1 열교환기(13) 및 제2 열교환기(23)와 각각 연결되어, 축냉 시, 제1 열교환기(13)에서 유입된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 제2 열교환기(23)로 공급한다.
한편, 축열 시스템(40)은 제3 열교환기(41), 축열조(42) 및 급탕탱크(43)를 포함하여 구성된다.
먼저, 제3 열교환기(41)는 저단 사이클(10) 및 축열조(42)와 각각 연결되어, 저단 사이클(10)의 냉매를 축열조(42)의 냉매와 열교환시킨다.
그리고, 축열조(42)는 제3 열교환기(41)와 연결되어, 저단 사이클(10)에서 발생된 열을 저장한다.
그리고, 급탕탱크(43)는 축열조(42)와 연결되어, 외부로부터 공급받은 급수를 가열시켜, 급탕을 생성시킨다.
한편, 제3 열교환기(41)는 저단 축열운전 시, 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 저온저압의 기체냉매와 열교환시켜, 중온고압의 액체냉매로 응축시킨다.
그리고, 축열조(42)의 내측에는 액체냉매가 이동하는 배관(42a)이 구비된다. 그리고, 축열조(42)의 내측에는 물이 수용된다.
한편, 저단 사이클(10)은 제1 볼밸브(BV1), 제2 볼밸브(BV2), 제1 밸브(V1), 제2 밸브(V2), 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)를 더 포함하여 구성된다.
먼저, 제1 볼밸브(BV1)는 공기열 교환기(30) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성된다. 여기서, 제1 볼밸브(BV1)는 공기열원에 의한 축열 또는 축냉 시, 개방된다.
그리고, 제2 볼밸브(BV2)는 지열 교환기(35) 및 제2 열교환기(23)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성된다. 여기서, 제2 볼밸브(BV2)는 지열원에 의한 축열 또는 축냉운전 시, 개방된다.
그리고, 제1 밸브(V1)는 공기열 교환기(30) 및 제1 압축기(11)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성된다. 여기서, 제1 밸브(V1)는 공기열원에 의한 축열 또는 축냉운전 시, 개방된다.
그리고, 제2 밸브(V2)는 지열 교환기(35) 및 제1 압축기(11)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성된다. 여기서, 제2 밸브(V2)는 지열원에 의한 축열 또는 축냉운전 시, 개방된다.
그리고, 제3 밸브(V3)는 제1 압축기(11) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성된다. 여기서, 제3 밸브(V3)는 이원 사이클을 이용한 축열 또는 축냉운전 시, 개방된다.
그리고, 제4 밸브(V4)는 제1 압축기(11) 및 제3 열교환기(41)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성된다. 여기서, 제4 밸브(V4)는 저단 사이클(10)을 이용한 축열 또는 축냉운전 시, 개방된다.
그리고, 제5 밸브(V5)는 지열 교환기(35) 및 제1 압축기(11)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성된다. 여기서, 제5 밸브(V5)는 저단 사이클(10)을 이용한 공기열원 또는 판형 제상 시, 개방된다.
한편, 본 발명에 의한 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프는 컨트롤 모듈(50)을 더 포함하여 구성된다.
먼저, 컨트롤 모듈(50)은 제어, 운전모드 선택, 제상운전 설정, 운전모드 전환 기능을 각각 수행한다.
컨트롤 모듈(50)은 컨트롤러(51)를 포함하여 구성된다.
먼저, 컨트롤러(51)는 압축기, 사방변, 팽창 밸브, 볼밸브 및 밸브를 각각 제어한다.
1.이원 사이클 복합열원에 의한 축열운전
1) 저단 사이클(10)
도 2는 이원 사이클 복합열원에 의한 축열운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 2를 참조하면, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어한다.(S101)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제1 사방변(12)이 사전에 설정된 제1 경로를 유지하도록 제어한다.(S102)
이때, 제1 경로는 제1 압축기(11)에서 제1 열교환기(13)까지의 경로 및 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 제1 압축기(11)까지의 경로를 의미한다.
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 제1 열교환기(13)로 이동시키기 위해 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S103)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제1 열교환기(13)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제1 팽창밸브(EV1)로 이동시키기 위해 제1 볼밸브(BV1), 제3 팽창밸브(EV3) 및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S104)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제1 열교환기(13)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제2 팽창밸브(EV2)로 이동시키기 위해 제2 볼밸브(BV2) 및 제3 볼밸브(BV3)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어한다.(S105)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 제1 팽창밸브(EV1)및 제2 팽창밸브(EV2)의 용량을 각각 제어한다.(S106)
그리고, 컨트롤러(51)는 공기열 교환기(30)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 제1 밸브(V1)가 개방되도록 제어한다.(S107)
그리고, 컨트롤러(51)는 지열 교환기(35)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 제2 밸브(V2)가 개방되도록 제어한다.(S108)
한편, 제1 열교환기(13)는 축열 시, 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 고단 사이클(20)에서 유입된 저온저압의 기체냉매와 열교환시켜, 중온고압의 액체냉매로 응축시킨다.
그리고, 제1 열교환기(13)에서는 축열 시, 고단 사이클(20)에서 유입된 저온고압의 액체냉매가 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매와 열교환되어, 저온저압의 기체냉매로 변환된다.
2) 고단 사이클(20)
먼저, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제2 압축기(21)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어한다.(S109)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제2 사방변(22)이 사전에 설정된 제2 경로를 유지하도록 제어한다.(S110)
이때, 제2 경로는 제2 압축기(21)에서 제2 열교환기(23)까지의 경로 및 제1 열교환기(13) 에서 제2 압축기(21)까지의 경로를 의미한다.
그리고, 제2 열교환기(23)는 축열 시, 제2 압축기(21)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 부하펌프(24)에 의해 공급된 저온의 급수와 열교환시켜, 중온고압의 액체냉매로 응축시킨다.
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제2 열교환기(23)에서 응축된 중온고압의 액체를 제5 팽창밸브(EV5)로 이동시키기 위해 제6 팽창밸브(EV6)가 폐쇄되도록 제어한다.(S111)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제2 열교환기(23)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 제5 팽창밸브(EV5)의 용량을 제어한다.(S112)
한편, 제5 팽창밸브(EV5)는 축열 시, 제2 열교환기(23)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시켜, 제1 열교환기(13)로 공급한다.
그리고, 부하펌프(24)는 축열 시, 제2 열교환기(23)로 저온의 급수를 유입시킨다.
그리고, 제2 열교환기(23)에서는 축열 시, 부하펌프(24)에서 유입된 저온의 급수가 제2 압축기(21)에서 압축된 고온고압의 기체냉매와 열교환되어, 고온의 급수로 변환된다.
2. 저단 사이클(10) 복합열원에 의한 축열운전
1) 저단 사이클(10)
도 3은 저단 사이클(10) 복합열원에 의한 축열운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 3을 참조하면, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어한다.(S201)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제1 사방변(12)이 사전에 설정된 제1 경로를 유지하도록 제어한다.(S202)
이때, 제1 경로는 제1 압축기(11)에서 제1 열교환기(13)까지의 경로 및 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 제1 압축기(11)까지의 경로를 의미한다.
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 제3 열교환기(41)로 이동시키기 위해 제4 밸브(V4) 및 제3 밸브(V3)이 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어한다.(S203)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제3 열교환기(41)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제1 팽창밸브(EV1)로 이동시키기 위해 제4 팽창밸브(EV4), 제3 팽창밸브(EV3) 및 제1 볼밸브(BV1)가 각각 폐쇄, 폐쇄 및 개방되도록 제어한다.(S204)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 제3 열교환기(41)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제2 팽창밸브(EV2)로 이동시키기 위해 제2 볼밸브(BV2) 및 제3 볼밸브(BV3)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어한다.(S205)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 제1 팽창밸브(EV1)및 제2 팽창밸브(EV2)의 용량을 각각 제어한다.(S206)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 공기열 교환기(30)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 제1 밸브(V1)가 개방되도록 제어한다.(S207)
그리고, 컨트롤러(51)는 축열 시, 지열 교환기(35)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 제2 밸브(V2) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어한다.(S208)
한편, 제3 열교환기(41)는 축열 시, 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 축열조(42)에서 유입된 저온의 냉매와 열교환시켜, 중온고압의 액체냉매로 응축시킨다.
그리고, 제3 열교환기(41)에서는 축열 시, 축열조(42)에서 유입된 저온의 냉매가 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매와 열교환되어, 고온의 기체냉매로 변환된다.
3. 이원 사이클 복합열원에 의한 축냉운전
1) 저단 사이클(10)
도 4는 이원 사이클 복합열원에 의한 축냉운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 4를 참조하면, 컨트롤러(51)는 축냉 시, 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어한다.(S301)
그리고, 컨트롤러(51)는 축냉 시, 제1 사방변(12)이 사전에 설정된 제3 경로를 유지하도록 제어한다.(S302)
이때, 제3 경로는 제1 압축기(11)에서 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)까지의 경로 및 제1 열교환기(13)에서 제1 압축기(11)까지의 경로를 의미한다.
그리고, 컨트롤러(51)는 축냉 시, 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 공기열 교환기(30) 및 지열 교환기(35)로 각각 이동시키기 위해 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방되도록 제어한다.(S303)
그리고, 컨트롤러(51)는 축냉 시, 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제3 팽창밸브(EV3)로 이동시키기 위해 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1)및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S304)
그리고, 컨트롤러(51)는 축냉 시, 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제3 팽창밸브(EV3)로 이동시키기 위해 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3) 및 제2 팽창밸브(EV2)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S305)
그리고, 컨트롤러(51)는 축냉 시, 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 제3 팽창밸브(EV3)의 용량을 제어한다.(S306)
그리고, 컨트롤러(51)는 축냉 시, 제1 열교환기(13)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S307)
한편, 제1 열교환기(13)는 축냉 시, 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 기체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 제1 압축기(11)로 공급한다.
그리고, 제1 열교환기(13)에서는 축냉 시, 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 액체냉매가 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 중온고압의 액체냉매로 변환된다.
2) 고단 사이클(20)
먼저, 컨트롤러(51)는 축냉 시, 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매를 제6 팽창밸브(EV6)로 이동시키기 위해 제5 팽창밸브(EV5)가 폐쇄되도록 제어한다.(S308)
그리고, 컨트롤러(51)는 축냉 시, 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 제6 팽창밸브(EV6)의 용량을 제어한다.(S309)
그리고, 컨트롤러(51)는 축냉 시, 제2 사방변(22)이 사전에 설정된 제4 경로를 유지하도록 제어한다.(S310)
이때, 제4 경로는 제2 압축기(21)에서 제1 열교환기(13)까지의 경로 및 제2 열교환기(23)에서 제2 압축기(21)까지의 경로를 의미한다.
그리고, 컨트롤러(51)는 축냉 시, 제2 압축기(21)가 제2 열교환기(23)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어한다.(S311)
한편, 제2 열교환기(23)는 축냉 시, 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 부하펌프(24)에서 유입된 고온의 급수와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 제2 압축기(21)로 공급한다.
한편, 제2 열교환기(23)에서는 축냉 시, 부하펌프(24)에서 유입된 고온의 급수가 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 급수로 변환된다.
4. 저단 사이클(10) 복합열원에 의한 빙축운전
1) 저단 사이클(10)
도 5는 저단 사이클(10) 복합열원에 의한 빙축운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 5를 참조하면, 컨트롤러(51)는 빙축 시, 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어한다.(S401)
그리고, 컨트롤러(51)는 빙축 시, 제1 사방변(12)이 사전에 설정된 제3 경로를 유지하도록 제어한다.(S402)
그리고, 컨트롤러(51)는 빙축 시, 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 공기열 교환기(30) 및 지열 교환기(35)로 각각 이동시키기 위해 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방되도록 제어한다.(S403)
그리고, 컨트롤러(51)는 빙축 시, 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제4 팽창밸브(EV4)로 이동시키기 위해 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1)및 제3 팽창밸브(EV3)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S404)
그리고, 컨트롤러(51)는 빙축 시, 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제4 팽창밸브(EV4)로 이동시키기 위해 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3) 및 제2 팽창밸브(EV2)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S405)
그리고, 컨트롤러(51)는 빙축 시, 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 제4 팽창밸브(EV4)의 용량을 제어한다.(S406)
그리고, 컨트롤러(51)는 빙축 시, 제3 열교환기(41)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 제4 밸브(V4), 제3 밸브(V3) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S407)
한편, 제3 열교환기(41)는 빙축 시, 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 축열조(42)에서 유입된 저온의 액체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨다.
그리고, 제3 열교환기(41)에서는 빙축 시, 축열조(42)에서 유입된 중온의 액체냉매가 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 액체냉매로 변환된다.
2) 축열조(42)
그리고, 축열조(42)의 내측에서는 빙축 시, 배관(42a)의 외측을 따라 이동하는 물이 배관(42a)의 내측을 이동하는 저온의 액체냉매에 의해 얼음으로 변환되어, 배관(42a)의 표면에 점차 축척된다.
한편, 축열조(42)의 내측에서는 빙축 시, 배관(42a)의 내측을 이동하는 저온의 액체냉매는 물에 의해 중온의 액체냉매로 변환된 후, 제3 열교환기(41)로 공급된다.
5. 저단 사이클(10) 지열원에 의한 공기열 교환기(30) 제상운전
도 6은 저단 사이클(10) 지열원에 의한 공기열 교환기(30)의 제상운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 6을 참조하면, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어한다.(S501)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 사방변(12)이 사전에 설정된 제3 경로를 유지하도록 제어한다.(S502)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 공기열 교환기(30)로 각각 이동시키기 위해 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어한다.(S503)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제2 팽창밸브(EV2)로 이동시키기 위해 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1), 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3), 제3 팽창밸브(EV3) 및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄, 폐쇄, 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S504)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 제2 팽창밸브(EV2)가 사전에 설정된 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어한다.(S505)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 지열 교환기(35)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 제5 밸브(V5), 제3 밸브(V3) 및 제4 밸브(V4)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S506)
한편, 공기열 교환기(30)에서는 공기열 교환기(30)의 표면에 부착된 서리가 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체와 열교환되어, 물로 변환된다.
6. 이원 사이클 수열원에 의한 공기열 교환기(30) 제상운전
1) 저단 사이클(10)
도 7은 이원 사이클 수열원에 의한 공기열 교환기(30)의 제상운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 7을 참조하면, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어한다.(S601)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 사방변(12)이 사전에 설정된 제3 경로를 유지하도록 제어한다.(S602)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 공기열 교환기(30)로 이동시키기 위해 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어한다.(S603)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제3 팽창밸브(EV3)로 이동시키기 위해 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1), 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3), 제2 팽창밸브(EV2) 및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S604)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 제3 팽창밸브(EV3)가 사전에 설정된 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어한다.(S605)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 열교환기(13)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S606)
한편, 제1 열교환기(13)는 제상 시, 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 기체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 제1 압축기(11)로 공급한다.
그리고, 제1 열교환기(13)에서는 제상 시, 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 액체냉매가 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 중온고압의 액체냉매로 변환된다.
그리고, 공기열 교환기(30)에서는 공기열 교환기(30)의 표면에 부착된 서리가 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체와 열교환되어, 물로 변환된다.
2) 고단 사이클(20)
먼저, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매를 제6 팽창밸브(EV6)로 이동시키기 위해 제5 팽창밸브(EV5)가 폐쇄되도록 제어한다.(S607)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 제6 팽창밸브(EV6)가 사전에 설정된 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어한다.(S608)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제2 사방변(22)이 사전에 설정된 제4 경로를 유지하도록 제어한다.(S609)
이때, 제4 경로는 제2 압축기(21)에서 제1 열교환기(13)까지의 경로 및 제2 열교환기(23)에서 제2 압축기(21)까지의 경로를 의미한다.
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제2 압축기(21)가 제2 열교환기(23)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어한다.(S610)
한편, 제2 열교환기(23)는 제상 시, 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 부하펌프(24)에서 유입된 고온의 급수와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 제2 압축기(21)로 공급한다.
그리고, 제2 열교환기(23)에서는 제상 시, 부하펌프(24)에 의해 유입된 고온의 급수가 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 급수로 변환된다.
이때, 수열원은 부하펌프(24)에 의해 유입된 고온의 급수일 수 있다.
7. 저단 사이클(10) 수열원에 의한 공기열 교환기(30) 제상운전
도 8은 저단 사이클(10) 수열원에 의한 공기열 교환기(30)의 제상운전에 대한 히트펌프의 계통도이다.
도 8을 참조하면, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어한다.(S701)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 사방변(12)이 사전에 설정된 제3 경로를 유지하도록 제어한다.(S702)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 공기열 교환기(30)로 이동시키기 위해 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어한다.(S703)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 제4 팽창밸브(EV4)로 이동시키기 위해 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1), 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3), 제2 팽창밸브(EV2) 및 제3 팽창밸브(EV3)가 각각 개방, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어한다.(S704)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 제4 팽창밸브(EV4)가 사전에 설정된 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어한다.(S705)
그리고, 컨트롤러(51)는 제상 시, 제3 열교환기(41)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 폐쇄, 개방 및 폐쇄되도록 제어한다.(S706)
한편, 제3 열교환기(41)는 제상 시, 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 축열조(42)에서 유입된 저온의 액체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨다.
그리고, 제3 열교환기(41)에서는 제상 시, 축열조(42)에서 유입된 중온의 액체냉매가 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 액체냉매로 변환된다.
그리고, 공기열 교환기(30)에서는 공기열 교환기(30)의 표면에 부착된 서리가 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체와 열교환되어, 물로 변환된다.
이때, 수열원은 축열조(42)의 내부에 수용된 물일 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프는제상운전 설정부(53)부하입수 온도센서(T1) 및 빙축입수 온도센서(T2)를 더 포함하여 구성된다.
먼저, 부하입수 온도센서(T1)는 제2 열교환기(23)로 유입되는 급수의 입수 온도를 측정한다.
그리고, 빙축입수 온도센서(T2)는 축열조(42)에서 제3 열교환기(41)로 유입되는 냉매의 입수 온도를 측정한다.
도 9는 컨트롤 모듈(50)의 구성도이다.
도 9를 참조하면, 컨트롤 모듈(50)은 자동운전 전환부(52), 제상운전 설정부(53) 및 운전모드 선택부(54)를 더 포함하여 구성된다.
먼저, 자동운전 전환부(52)는 부하입수 온도센서(T1)에 의해 측정된 급수의 입수 온도 및 빙축온도 센서에 의해 측정된 냉매의 입수 온도를 바탕으로 운전모드를 전환한다.
그리고, 제상운전 설정부(53)는 축열운전 전후에 가능한 제상운전을 설정한다.
그리고, 운전모드 선택부(54)에서는 열원 및 세부운전의 유형을 각각 선택하여, 축열, 축냉, 빙축, 자동제상 및 수동제상 모드를 각각 선택할 수 있다.
도 10은 축열 또는 제상 시, 운전모드 자동전환에 대한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 자동운전 전환부(52)는 축열 시, 부하입수 온도센서(T1)에 의해 측정된 입수 온도 및 사전에 설정된 제1 기준온도를 비교하여, 축열 및 제상운전을 전환한다.
그리고, 자동운전 전환부(52)는 축열 또는 제상 시, 복합열원 축열운전이 공기열원 축열운전, 지열원 축열운전, 공기열원 제상운전 및 지열원 제상운전과 각각 상호 전환 가능하도록 설정한다.
그리고, 자동운전 전환부(52)는 축열 또는 제상 시, 공기열원 축열운전 및 공기열 교환기(30) 제상운전이 상호 전환 가능하도록 설정한다.
그리고, 자동운전 전환부(52)는 축열 또는 제상 시, 지열원 축열운전 및 지열 교환기(35) 제상운전이 상호 전환 가능하도록 설정한다.
도 11은 축냉 시, 운전모드 자동전환에 대한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 자동운전 전환부(52)는 축냉 시, 부하입수 온도센서(T1)에 의해 측정된 입수 온도 및 사전에 설정된 제2 기준온도를 비교하여, 운전모드를 전환한다.
구체적으로, 자동운전 전환부(52)는 축냉 시, 복합열원 축냉운전이 공기열원 축냉운전 및 지열원 축냉운전과 각각 상호 전환 가능하도록 설정한다.
도 12는 빙축 시, 운전모드 자동전환에 대한 블록도이다.
도 12를 참조하면, 자동운전 전환부(52)는 빙축 시, 부하입수 온도센서(T1)에 의해 측정된 입수 온도 및 사전에 설정된 제3 기준온도를 비교하여, 운전모드를 전환한다.
구체적으로, 자동운전 전환부(52)는 복합열원 빙축운전이 공기열원 빙축운전및 지열원 빙축운전과 각각 상호 전환 가능하도록 설정한다.
도 13은 축열운전 전후에 가능한 제상운전에 대한 블록도이다.
도 13을 참조하면, 제상운전 설정부(53)는 이원 사이클 축열운전 전후에 이원 사이클 및 저단 사이클(10) 제상운전이 가능하도록 설정한다.
그리고, 제상운전 설정부(53)는 저단 사이클(10) 축열운전 전후에 저단 사이클(10) 제상운전이 가능하도록 설정한다.
그리고, 제상운전 설정부(53)는 복합열원 축열운전 전후에 공기열원, 지열원 및 수열원에 의한 제상운전이 가능하도록 설정한다.
그리고, 제상운전 설정부(53)는 공기열원 축열운전 전후에 지열원 및 수열원에 의한 공기열 교환기(30) 제상운전이 가능하도록 설정한다.
그리고, 제상운전 설정부(53)는 지열원 축열운전 전후에 공기열원 및 수열원에 의한 지열 교환기(35) 제상운전이 가능하도록 설정한다.
한편, 제상운전 설정부(53)는 이원 사이클 복합열원 축열운전 전후에 저단 사이클(10) 지열원 공기열 교환기(30) 제상운전, 이원 사이클 수열원 공기열 교환기(30) 제상운전, 저단 사이클(10) 수열원 공기열 교환기(30) 제상운전, 저단 사이클(10) 공기열원 지열 교환기(35) 제상운전, 이원 사이클 수열원 지열 교환기(35) 제상운전, 저단 사이클(10) 수열원 지열 교환기(35) 제상운전이 가능하도록 설정할 수 있다.
그리고, 제상운전 설정부(53)는 이원 사이클 공기열원 축열운전 전후에 저단 사이클(10) 지열원 공기열 교환기(30) 제상운전, 이원 사이클 수열원 공기열 교환기(30) 제상운전, 저단 사이클(10) 수열원 공기열 교환기(30) 제상운전이 가능하도록 설정할 수 있다.
그리고, 제상운전 설정부(53)는 이원 사이클 지열원 축열운전 전후에 저단 사이클(10) 공기열원 지열 교환기(35) 제상운전, 이원 사이클 수열원 지열 교환기(35) 제상운전, 저단 사이클(10) 수열원 지열 교환기(35) 제상운전이 가능하도록 설정할 수 있다.
그리고, 제상운전 설정부(53)는 저단 사이클(10) 복합열원 축열운전 전후에 저단 사이클(10) 지열원 공기열 교환기(30) 제상운전, 저단 사이클(10) 수열원 공기열 교환기(30) 제상운전, 저단 사이클(10) 공기열원 지열 교환기(35) 제상운전, 저단 사이클(10) 수열원 지열 교환기(35) 제상운전이 가능하도록 설정할 수 있다.
그리고, 제상운전 설정부(53)는 저단 사이클(10) 공기열원 축열운전 전후에 저단 사이클(10) 지열원 공기열 교환기(30) 제상운전, 저단 사이클(10) 수열원 공기열 교환기(30) 제상운전이 가능하도록 설정할 수 있다.
그리고, 제상운전 설정부(53)는 저단 사이클(10) 지열원 축열운전 전후에 저단 사이클(10) 공기열원 지열 교환기(35) 제상운전, 저단 사이클(10) 수열원 지열 교환기(35) 제상운전이 가능하도록 설정할 수 있다.
한편, 운전모드 선택부(54)는 열원 선택부(54a) 및 세부운전 선택부(54b)를 포함하여 구성된다.
먼저, 열원 선택부(54a)에서는 복합열원, 공기열원. 지열원 및 수열원 중에서 하나를 선택할 수 있다.
이때, 복합열원은 공기열원 및 지열원이 동시에 적용된 열원을 의미한다.
그리고, 세부운전 선택부(54b)에서는 축열, 빙축, 축냉, 공기열 교환기(30) 제상, 지열 교환기(35) 제상운전 중에서 하나를 선택할 수 있다.
따라서, 운전모드 선택부(54)에서는 다음과 같이 운전모드가 선택될 수 있다.
먼저, 축열 운전모드는 복합열원 축열운전, 공기열원 축열운전, 지열원 축열운전 중에서 선택된 1개의 운전모드일 수 있다.
이때, 사이클에 따른 축열 운전모드는 이원 사이클 복합열원 축열운전, 이원 사이클 공기열원 축열운전, 이원 사이클 지열원 축열운전, 저단 사이클(10) 복합열원 축열운전, 저단 사이클(10) 공기열원 축열운전 및 저단 사이클(10) 지열원 축열운전 중에서 선택된 1개의 운전모드일 수 있다.
그리고, 축냉 운전모드는 복합열원 축냉운전, 공기열원 축냉운전, 지열원 축냉운전 중에서 선택된 1개의 운전모드일 수 있다.
이때, 사이클에 따른 축냉 운전모드는 이원 사이클 복합열원 축냉운전, 이원 사이클 공기열원 축냉운전, 이원 사이클 지열원 축냉운전 중에서 선택된 1개의 운전모드일 수 있다.
그리고, 빙축 운전모드는 복합열원 빙축운전, 공기열원 빙축운전, 지열원 빙축운전 중에서 선택된 1개의 운전모드일 수 있다.
이때, 사이클에 따른 빙축 운전모드는 저단 사이클(10) 복합열원 빙축운전, 저단 사이클(10) 공기열원 빙축운전, 저단 사이클(10) 지열원 빙축운전 중에서 선택된 1개의 운전모드일 수 있다.
그리고, 공기열 교환기(30) 제상 운전모드는 지열원 공기열 교환기(30) 제상, 수열원 공기열 교환기(30) 제상 중에서 선택된 1개의 운전모드일 수 있다.
그리고, 사이클에 따른 공기열 교환기(30) 제상 운전모드는 저단 사이클(10) 지열원 공기열 교환기(30) 제상, 이원 사이클 수열원 공기열 교환기(30) 제상, 저단 사이클(10) 수열원 공기열 교환기(30) 제상 중에서 중에서 선택된 1개의 운전모드일 수 있다.
그리고, 지열 교환기(35) 제상 운전모드는 공기열원 지열 교환기(35) 제상, 수열원 지열 교환기(35) 제상 중에서 선택된 1개의 운전모드일 수 있다.
그리고, 사이클에 따른 지열 교환기(35) 제상 운전모드는 저단 사이클(10) 공기열원 지열 교환기(35) 제상, 이원 사이클 수열원 지열 교환기(35) 제상, 저단 사이클(10) 수열원 지열 교환기(35) 제상 중에서 선택된 1개의 운전모드일 수 있다.
5: 히트펌프 10: 저단 사이클
11: 제1 압축기 12: 제1 사방변
13: 제1 열교환기 EV1: 제1 팽창밸브
EV2: 제2 팽창밸브 EV3: 제3 팽창밸브
EV4: 제4 팽창밸브 BV1: 제1 볼밸브
BV2: 제2 볼밸브 BV3: 제3 볼밸브
V1: 제1 밸브(V1) V2: 제2 밸브
V3: 제3 밸브 V4: 제4 밸브
V5: 제5 밸브 14: 서브 열교환기
20: 고단 사이클 21 제2 압축기
22: 제2 사방변 23: 제2 열교환기
EV5: 제5 팽창밸브 24: 부하펌프
EV6: 제6 팽창밸브 30: 공기열 교환기
35: 지열 교환기 36: 지열 펌프
40: 축열 시스템 41: 제3 열교환기
42: 축열조 42a: 배관
43: 급탕탱크 45: 빙축펌프
50: 컨트롤 모듈 51: 컨트롤러
52: 자동운전 전환부 53: 제상운전 설정부
54: 운전모드 선택부 54a: 열원 선택부
54b: 세부운전 선택부 T1: 부하입수 온도센서
T2: 빙축입수 온도센서
11: 제1 압축기 12: 제1 사방변
13: 제1 열교환기 EV1: 제1 팽창밸브
EV2: 제2 팽창밸브 EV3: 제3 팽창밸브
EV4: 제4 팽창밸브 BV1: 제1 볼밸브
BV2: 제2 볼밸브 BV3: 제3 볼밸브
V1: 제1 밸브(V1) V2: 제2 밸브
V3: 제3 밸브 V4: 제4 밸브
V5: 제5 밸브 14: 서브 열교환기
20: 고단 사이클 21 제2 압축기
22: 제2 사방변 23: 제2 열교환기
EV5: 제5 팽창밸브 24: 부하펌프
EV6: 제6 팽창밸브 30: 공기열 교환기
35: 지열 교환기 36: 지열 펌프
40: 축열 시스템 41: 제3 열교환기
42: 축열조 42a: 배관
43: 급탕탱크 45: 빙축펌프
50: 컨트롤 모듈 51: 컨트롤러
52: 자동운전 전환부 53: 제상운전 설정부
54: 운전모드 선택부 54a: 열원 선택부
54b: 세부운전 선택부 T1: 부하입수 온도센서
T2: 빙축입수 온도센서
Claims (9)
- 삭제
- 삭제
- 저단 사이클(10), 상기 저단 사이클(10)과 연결되는 고단 사이클(20), 상기 저단 사이클(10)에서 유입된 냉매를 공기열원과 열교환시키는 공기열 교환기(30), 상기 저단 사이클(10)에서 유입된 냉매를 지열원과 열교환시키는 지열 교환기(35), 상기 저단 사이클(10)과 연결되어, 상기 저단 사이클(10)에서 발생된 열을 이용하여, 급탕을 생성시키는 축열 시스템(40) 및 압축기, 사방변, 팽창 밸브, 볼밸브 및 밸브를 각각 제어하는 컨트롤러(51)를 포함하는 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프의 제어 방법에 있어서,
이원 사이클 복합열원에 의한 축열운전을 제어하는 제 1단계;
저단 사이클(10) 복합열원에 의한 축열운전을 제어하는 제 2단계;
상기 이원 사이클 복합열원에 의한 축냉운전을 제어하는 제 3단계;
상기 저단 사이클(10) 복합열원에 의한 빙축운전을 제어하는 제 4단계;
상기 저단 사이클(10)과 지열원에 의한 공기열 교환기(30)의 제상운전을 제어하는 제 5단계;
상기 이원 사이클과 부하펌프(24)에서 유입된 급수에 의한 상기 공기열 교환기(30)의 제상운전을 제어하는 제 6단계; 및
상기 저단 사이클(10)과 축열조(42)에서 유입된 액체냉매에 의한 상기 공기열 교환기(30)의 제상운전을 제어하는 제 7단계;를 포함하고,
상기 이원 사이클은
상기 저단 사이클(10) 및 고단 사이클(20)을 포함하고,
상기 저단 사이클(10)은
냉매를 압축시키는 제1 압축기(11);
상기 제1 압축기(11)와 연결되어, 냉매의 이동 경로를 변경시키는 제1 사방변(12);
상기 제1 압축기(11)와 연결되어, 상기 저단 사이클(10)의 냉매를 상기 고단 사이클(20)의 냉매와 열교환시키는 제1 열교환기(13);
상기 제1 열교환기(13) 및 공기열 교환기(30)와 각각 연결되어, 축열 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 상기 공기열 교환기(30)로 공급하는 제1 팽창밸브(EV1);
상기 제1 열교환기(13) 및 지열 교환기(35)와 각각 연결되어, 축열 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 상기 지열 교환기(35)로 공급하는 제2 팽창밸브(EV2);
상기 공기열 교환기(30), 지열 교환기(35) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되어, 축냉 시, 상기 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 상기 제1 열교환기(13)로 공급하는 제3 팽창밸브(EV3); 및
상기 공기열 교환기(30), 지열 교환기(35) 및 제3 열교환기(41)와 각각 연결되어, 빙축 시, 상기 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 상기 제3 열교환기(41)로 공급하는 제4 팽창밸브(EV4);를 포함하고,
상기 고단 사이클(20)은
냉매를 압축시키는 제2 압축기(21);
상기 제2 압축기(21)와 연결되어, 냉매의 이동 경로를 변경시키는 제2 사방변(22);
상기 제2 압축기(21) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되어, 냉매를 부하펌프(24)에 의해 공급된 급수와 열교환시키는 제2 열교환기(23);
상기 제1 열교환기(13) 및 제2 열교환기(23)와 각각 연결되어, 축열 시, 상기 제2 열교환기(23)에서 유입된 냉매를 팽창시킨 후, 상기 제1 열교환기(13)로 공급하는 제5 팽창밸브(EV5);
상기 제2 열교환기(23)와 연결되어, 상기 제2 열교환기(23)로 급수를 유입시키는 부하펌프(24); 및
상기 제1 열교환기(13) 및 제2 열교환기(23)와 각각 연결되어, 축냉 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 유입된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시킨 후, 상기 제2 열교환기(23)로 공급하는 제6 팽창밸브(EV6);를 포함하고,
상기 축열 시스템(40)은
상기 저단 사이클(10) 및 축열조(42)와 각각 연결되어, 상기 저단 사이클(10)의 냉매를 상기 축열조(42)의 냉매와 열교환시키는 제3 열교환기(41); 및
상기 제3 열교환기(41)와 연결되어, 상기 저단 사이클(10)에서 발생된 열을 저장하는 축열조(42); 및
상기 축열조(42)와 연결되어, 외부로부터 공급받은 급수를 가열시켜, 급탕을 생성시키는 급탕탱크(43);를 포함하고,
상기 축열조(42)는
내측에 액체냉매가 이동하는 배관(42a)이 구비되고, 내측에 물이 수용되고,
상기 저단 사이클(10)은
상기 공기열 교환기(30) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제1 볼밸브(BV1);
상기 지열 교환기(35) 및 제2 열교환기(23)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제2 볼밸브(BV2);
상기 공기열 교환기(30) 및 제1 압축기(11)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제1 밸브(V1);
상기 지열 교환기(35) 및 제1 압축기(11)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제2 밸브(V2);
상기 제1 압축기(11) 및 제1 열교환기(13)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제3 밸브(V3);
상기 제1 압축기(11) 및 제3 열교환기(41)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제4 밸브(V4); 및
상기 지열 교환기(35) 및 제1 압축기(11)와 각각 연결되고, 개폐 가능하게 형성되는 제5 밸브(V5);를 더 포함하고,
상기 제 1단계는
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 1-1단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 사방변(12)이 사전에 설정된 제1 경로를 유지하도록 제어하는 제 1-2단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 제1 열교환기(13)로 이동시키기 위해 상기 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 1-3단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제1 팽창밸브(EV1)로 이동시키기 위해 상기 제1 볼밸브(BV1), 제3 팽창밸브(EV3) 및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 1-4단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제2 팽창밸브(EV2)로 이동시키기 위해 상기 제2 볼밸브(BV2) 및 제3 볼밸브(BV3)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 1-5단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제1 팽창밸브(EV1)및 제2 팽창밸브(EV2)의 용량을 각각 제어하는 제 1-6단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1)가 개방되도록 제어하는 제 1-7단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 지열 교환기(35)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제2 밸브(V2)가 개방되도록 제어하는 제 1-8단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제2 압축기(21)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 1-9단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제2 사방변(22)이 사전에 설정된 제2 경로를 유지하도록 제어하는 제 1-10단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제2 열교환기(23)에서 응축된 중온고압의 액체를 상기 제5 팽창밸브(EV5)로 이동시키기 위해 상기 제6 팽창밸브(EV6)가 폐쇄되도록 제어하는 제 1-11단계; 및
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제2 열교환기(23)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제5 팽창밸브(EV5)의 용량을 제어하는 제 1-12단계;를 포함하고,
상기 제 1단계에서는
상기 제1 열교환기(13)가 축열 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 고단 사이클(20)에서 유입된 저온저압의 기체냉매와 열교환시켜, 중온고압의 액체냉매로 응축시키고,
상기 제1 열교환기(13)에서 축열 시, 상기 고단 사이클(20)에서 유입된 저온고압의 액체냉매가 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매와 열교환되어, 저온저압의 기체냉매로 변환되고,
상기 제2 열교환기(23)가 축열 시, 상기 제2 압축기(21)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 부하펌프(24)에 의해 공급된 저온의 급수와 열교환시켜, 중온고압의 액체냉매로 응축시키고,
상기 제5 팽창밸브(EV5)가 축열 시, 상기 제2 열교환기(23)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 팽창시켜, 상기 제1 열교환기(13)로 공급하고,
상기 제2 열교환기(23)에서 축열 시, 상기 부하펌프(24)에서 유입된 저온의 급수가 상기 제2 압축기(21)에서 압축된 고온고압의 기체냉매와 열교환되어, 고온의 급수로 변환되는 것을 특징으로 하는 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프의 제어 방법.
- 제 3항에 있어서,
상기 제 2단계는
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 2-1단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 사방변(12)이 사전에 설정된 상기 제1 경로를 유지하도록 제어하는 제 2-2단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 제3 열교환기(41)로 이동시키기 위해 상기 제4 밸브(V4) 및 제3 밸브(V3)이 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 2-3단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제3 열교환기(41)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제1 팽창밸브(EV1)로 이동시키기 위해 상기 제4 팽창밸브(EV4), 제3 팽창밸브(EV3) 및 제1 볼밸브(BV1)가 각각 폐쇄, 폐쇄 및 개방되도록 제어하는 제 2-4단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 제3 열교환기(41)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제2 팽창밸브(EV2)로 이동시키기 위해 상기 제2 볼밸브(BV2) 및 제3 볼밸브(BV3)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 2-5단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제1 팽창밸브(EV1)및 제2 팽창밸브(EV2)의 용량을 각각 제어하는 제 2-6단계;
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1)가 개방되도록 제어하는 제 2-7단계; 및
상기 컨트롤러(51)가 축열 시, 상기 지열 교환기(35)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제2 밸브(V2) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 2-8단계;를 포함하고,
상기 제 2단계에서는
상기 제3 열교환기(41)가 축열 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 축열조(42)에서 유입된 저온의 냉매와 열교환시켜, 중온고압의 액체냉매로 응축시키고,
상기 제3 열교환기(41)에서 축열 시, 상기 축열조(42)에서 유입된 저온의 냉매가 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매와 열교환되어, 고온의 기체냉매로 변환되는 것을 특징으로 하는 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프의 제어 방법. - 제 3항에 있어서,
상기 제 3단계는
상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 3-1단계;
상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 사방변(12)이 제3 경로를 유지하도록 제어하는 제 3-2단계;
상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 공기열 교환기(30) 및 지열 교환기(35)로 각각 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방되도록 제어하는 제 3-3단계;
상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제3 팽창밸브(EV3)로 이동시키기 위해 상기 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1)및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 3-4단계;
상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제3 팽창밸브(EV3)로 이동시키기 위해 상기 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3) 및 제2 팽창밸브(EV2)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 3-5단계;
상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제3 팽창밸브(EV3)의 용량을 제어하는 제 3-6단계;
상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 3-7단계;
상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매를 상기 제6 팽창밸브(EV6)로 이동시키기 위해 상기 제5 팽창밸브(EV5)가 폐쇄되도록 제어하는 3-8단계;
상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제6 팽창밸브(EV6)의 용량을 제어하는 3-9단계;
상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제2 사방변(22)이 사전에 설정된 제4 경로를 유지하도록 제어하는 3-10단계; 및
상기 컨트롤러(51)가 축냉 시, 상기 제2 압축기(21)가 상기 제2 열교환기(23)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 3-11단계;를 포함하고,
상기 제 3단계에서는
상기 제1 열교환기(13)가 축냉 시, 상기 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 상기 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 기체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 상기 제1 압축기(11)로 공급하고,
상기 제1 열교환기(13)에서 축냉 시, 상기 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 액체냉매가 상기 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 중온고압의 액체냉매로 변환되고,
상기 제2 열교환기(23)가 축냉 시, 상기 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 상기 부하펌프(24)에서 유입된 고온의 급수와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 상기 제2 압축기(21)로 공급하고,
상기 제2 열교환기(23)에서 축냉 시, 상기 부하펌프(24)에서 유입된 고온의 급수가 상기 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 급수로 변환되는 것을 특징으로 하는 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프의 제어 방법. - 제 3항에 있어서,
제 4단계는
상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 4-1단계;
상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 제1 사방변(12)이 제3 경로를 유지하도록 제어하는 제 4-2단계;
상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 공기열 교환기(30) 및 지열 교환기(35)로 각각 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방되도록 제어하는 제 4-3단계;
상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제4 팽창밸브(EV4)로 이동시키기 위해 상기 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1)및 제3 팽창밸브(EV3)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 4-4단계;
상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제4 팽창밸브(EV4)로 이동시키기 위해 상기 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3) 및 제2 팽창밸브(EV2)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 4-5단계;
상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 상기 공기열 교환기(30) 또는 지열 교환기(35)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제4 팽창밸브(EV4)의 용량을 제어하는 제 4-6단계;
상기 컨트롤러(51)가 빙축 시, 제3 열교환기(41)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제4 밸브(V4), 제3 밸브(V3) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 4-7단계;를 포함하고,
상기 제 4-7단계에서는
상기 제3 열교환기(41)가 빙축 시, 상기 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 축열조(42)에서 유입된 저온의 액체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시키고,
상기 제3 열교환기(41)에서 빙축 시, 상기 축열조(42)에서 유입된 중온의 액체냉매가 상기 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 액체냉매로 변환되고,
상기 축열조(42)의 내측에서 빙축 시, 상기 배관(42a)의 외측을 따라 이동하는 물이 상기 배관(42a)의 내측을 이동하는 저온의 액체냉매에 의해 얼음으로 변환되어, 상기 배관(42a)의 표면에 점차 축척되고,
상기 축열조(42)의 내측에서 빙축 시, 상기 배관(42a)의 내측을 이동하는 저온의 액체냉매가 물에 의해 중온의 액체냉매로 변환된 후, 상기 제3 열교환기(41)로 공급되는 것을 특징으로 하는 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프의 제어 방법. - 제 3항에 있어서,
상기 제 5단계는
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 5-1단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 사방변(12)이 제3 경로를 유지하도록 제어하는 제 5-2단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 공기열 교환기(30)로 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 5-3단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제2 팽창밸브(EV2)로 이동시키기 위해 상기 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1), 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3), 제3 팽창밸브(EV3) 및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄, 폐쇄, 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 5-4단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제2 팽창밸브(EV2)가 사전에 설정된 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어하는 제 5-5단계; 및
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 지열 교환기(35)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제5 밸브(V5), 제3 밸브(V3) 및 제4 밸브(V4)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 5-6단계;를 포함하고,
상기 제 5단계에서는
상기 공기열 교환기(30)에서 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)의 표면에 부착된 서리가 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체와 열교환되어, 물로 변환되는 것을 특징으로 하는 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프의 제어 방법. - 제 3항에 있어서,
상기 제 6단계는
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 6-1단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 사방변(12)이 제3 경로를 유지하도록 제어하는 제 6-2단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 공기열 교환기(30)로 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 6-3단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제3 팽창밸브(EV3)로 이동시키기 위해 상기 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1), 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3), 제2 팽창밸브(EV2) 및 제4 팽창밸브(EV4)가 각각 개방, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 6-4단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제3 팽창밸브(EV3)가 사전에 설정된 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어하는 제 6-5단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 개방, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 6-6단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매를 상기 제6 팽창밸브(EV6)로 이동시키기 위해 상기 제5 팽창밸브(EV5)가 폐쇄되도록 제어하는 제 6-7단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 열교환기(13)에서 변환된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제6 팽창밸브(EV6)가 상기 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어하는 제 6-8단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제2 사방변(22)이 제4 경로를 유지하도록 제어하는 제 6-9단계; 및
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제2 압축기(21)가 상기 제2 열교환기(23)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 6-10단계;를 포함하고,
상기 제 6단계에서는
상기 제1 열교환기(13)가 제상 시, 상기 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 상기 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 기체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 상기 제1 압축기(11)로 공급하고,
상기 제1 열교환기(13)에서 제상 시, 상기 고단 사이클(20)에서 유입된 고온고압의 액체냉매가 상기 제3 팽창밸브(EV3)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 중온고압의 액체냉매로 변환되고,
상기 공기열 교환기(30)에서 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)의 표면에 부착된 서리가 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체와 열교환되어, 물로 변환되고,
상기 제2 열교환기(23)가 제상 시, 상기 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 상기 부하펌프(24)에서 유입된 고온의 급수와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시킨 후, 상기 제2 압축기(21)로 공급하고,
상기 제2 열교환기(23)에서 제상 시, 상기 부하펌프(24)에서 유입된 고온의 급수가 상기 제6 팽창밸브(EV6)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 급수로 변환되는 것을 특징으로 하는 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프의 제어 방법. - 제 3항에 있어서,
상기 제 7단계는
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)가 저온저압의 기체냉매를 고온고압의 기체냉매로 압축시키도록 제어하는 제 7-1단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 사방변(12)이 제3 경로를 유지하도록 제어하는 제 7-2단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 상기 공기열 교환기(30)로 이동시키기 위해 상기 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)가 각각 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 7-3단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매를 상기 제4 팽창밸브(EV4)로 이동시키기 위해 상기 제1 볼밸브(BV1), 제1 팽창밸브(EV1), 제2 볼밸브(BV2), 제3 볼밸브(BV3), 제2 팽창밸브(EV2) 및 제3 팽창밸브(EV3)가 각각 개방, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄, 폐쇄 및 폐쇄되도록 제어하는 제 7-4단계;
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)에서 응축된 중온고압의 액체냉매가 저온저압의 액체냉매로 팽창되도록 상기 제4 팽창밸브(EV4)가 기준 냉매토출량을 유지하도록 제어하는 제 7-5단계; 및
상기 컨트롤러(51)가 제상 시, 제3 열교환기(41)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 상기 제1 압축기(11)로 이동시키기 위해 상기 제3 밸브(V3), 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 각각 폐쇄, 개방 및 폐쇄되도록 제어하는 제 7-6단계;를 포함하고,
상기 제 7단계에서는
상기 제3 열교환기(41)가 제상 시, 상기 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매를 축열조(42)에서 유입된 저온의 액체냉매와 열교환시켜, 저온저압의 기체냉매로 증발시키고,
상기 제3 열교환기(41)에서 제상 시, 상기 축열조(42)에서 유입된 중온의 액체냉매가 상기 제4 팽창밸브(EV4)에서 팽창된 저온저압의 액체냉매와 열교환되어, 저온의 액체냉매로 변환되고,
상기 공기열 교환기(30)에서, 제상 시, 상기 공기열 교환기(30)의 표면에 부착된 서리가 상기 제1 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 기체와 열교환되어, 물로 변환되는 것을 특징으로 하는 고온수의 생산 및 냉난방이 가능한 이원 사이클 복합열원에 의한 멀티 히트펌프의 제어 방법.
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