KR20030082822A - 냉,난방 겸용 빙축열 시스템 - Google Patents

냉,난방 겸용 빙축열 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심야전력을 이용하는 빙축열 냉방시스템에 역사이클에 의한 난방시스템을 포함시켜 냉,난방을 모두 수행할 수 있도록 한 빙축열 시스템에 관한 것이다.
난방사이클의 작동시, 공기조화기로부터 회수되는 물을 고온의 온수로 형성시키고 이를 공기조화기에 재 공급하여 난방을 수행하도록 하는 난방용 열교환기와; 상기 난방용 열교환기에 공급되는 고온 고압의 냉매가스가 회수된 물과 열교환을 마친 후 열교환기로 순환하는 난방시스템으로 구성되어 있다.
따라서, 일원화된 하나의 시스템을 통해 냉동사이클에 의한 빙축열 냉방시스템과 역사이클에 의한 난방시스템을 사용자의 선택적인 사용과 계절에 모두 수행할 수 있도록 한 것이다.

Description

냉,난방 겸용 빙축열 시스템{The Combined Cooling and Heating Ice Regenerative System}
본 발명은 냉동사이클에 의한 빙축열 냉방시스템에 역사이클에 의한 난방시스템을 하나의 시스템으로 결합시킨 냉,난방 겸용 빙축열 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빙축열 냉방시스템 및 난방시스템에 의해 각각 개별적인 설치없이 사용자의 선택사용과 계절에 따라 냉,난방 모두를 수행할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로, 빙축열시스템은 심야시간대의 잉여전기를 이용하여 냉동기를 가동시키고, 이로 인하여 생성된 얼음을 축열조에 저장해 두었다가 냉방에 대한 전력의 부하가 증대되는 시간대에 축열조의 얼음을 해빙시켜 냉방을 수행하기 위한 시스템이다.
이러한, 빙축열시스템의 구성요소를 살펴보면, 실외기, 축열 시스템, 실내기로 크게 나뉘어져 있고, 특히 빙축열시스템의 축열조 내부에는 순환수가 일정수위 만큼 수용되어 있는데 주로 물이 사용된다.
그리고, 전기료가 저렴한 심야시간대에 축열조 내에 설치된 열교환파이프로실외기에서 냉각된 냉매가 통과하면서 축냉시킴으로써, 순환수가 얼음으로 형성되고, 주간에 순환수의 얼음을 해빙시킨 냉수를 실내기로 보내어 실내에 대한 냉방을 실현하게 된다.
냉방의 수행을 마친 순환수는 회수관을 통해 축열조로 재 회수되고, 축열조 내부의 순환수를 냉각하는데 이용된 냉매는 회수 파이프를 통해 실외기로 회수되는 냉각과정을 반복적으로 수행하게 된다.
그러나, 이러한 빙축열시스템은 심야전력을 이용한 냉동사이클의 가동으로 심야에 축열조 내의 순환수를 결빙시킨 후, 주간에 이를 해빙시킨 냉수를 공급파이프를 통해 실내기에 공급함으로써 실내에 대한 냉방의 목적은 달성할 수는 있으나,사용자의 필요 및 동절기에는 실내의 난방을 위해 별도의 난방설비를 갖추어야 하는 불편함과 난방설비 추가에 따른 비용부담의 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 개선하기 위한 것으로, 심야전력을 사용하는 냉동사이클에 의한 빙축열 냉방시스템과 역사이클에 의한 난방시스템을 결합시켜 계절에 따라 냉방 또는 난방을 모두 수행할 수 있도록 한 냉,난방 겸용 빙축열 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 냉,난방 겸용 빙축열 시스템을 나타낸 계통도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 콘덴싱 유니트 12 : 축열조
14,16,66,68 : 배관 18 : 빙축열시스템
20 : 휀코일 유니트 22 : 공기조화기
24 : 가스압축기 26 : 4방밸브
28,64 : 열교환기 30 : 저압스위치
32 : 고압스위치 34 : 어큐뮤레이터
36 : 소음기 38 : 이중관
40,60 : 분배기 42 : 스트레이너
44 : 첵크밸브 46 : 냉각휀 어셈블리
48 : 휀속도 제어기 50 : 이중압력제어기
52 : 열교환파이프 54 : 순환펌프
56 : 팽창밸브 58 : 필터·건조기
62 : 3방밸브
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 난방사이클의 작동시 공기조화기로부터 회수되는 물을 고온의 온수로 형성시키고 이를 공기조화기에 재 공급하여난방을 수행하도록 하는 난방용 열교환기와; 상기 난방용 열교환기에 공급되는 고온 고압의 냉매가스가 회수된 물과 열교환을 마친 후 콘덴싱 유니트의 열교환기로 순환되는 난방시스템으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 콘덴싱 유니트가 냉동사이클 또는 난방사이클로 작동시 각 사이클에 따라 냉매의 흐름방향을 제어하고자 열교환기와 축열조를 연결하는 배관상에 4방밸브와 3방밸브가 각각 구비된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 냉,난방 겸용 빙축열 시스템의 계통도를 도시한 것으로, 냉동사이클과 그 역사이클을 모두 실현할 수 있는 콘덴싱 유니트(10)인 실외기와, 축열조(12) 및 배관(14)(16)들로 이루어진 빙축열시스템(18)과, 실내에 설치되어 열교환 작용에 의해 냉,난방을 모두 도모하도록 휀코일 유니트(20)를 포함한 공기조화기(22)인 실내기로 구성되어 있다.
우선, 실외기의 구성요소를 살펴보면, 증발된 기체냉매를 압축하기 위한 가스압축기(24)와, 냉동사이클 또는 난방사이클의 작동시, 가스압축기(24)로에서 각 사이클에 따라 축열조(12)로 회수되는 냉매 또는 축열조(12)로 공급되는 냉매의 유동방향을 제어하기 위한 4방밸브(26)와, 축열조(12)로부터 회수되는 냉매를 열교환시키는 열교환기(28)로 구성된다.
상기 가스압축기(24)의 좌측에 냉매가스의 하한 압력을 제어하기 위한 저압스위치(30)와, 가스압축기(24)의 우측에 냉매가스의 상한 압력을 제어하기 위한 고압스위치(32)와, 저압스위치(30)의 좌측에 냉매액이 가스압축기(24) 속으로 들어가지 않도록 걸러주는 어큐뮤레이터(34)와, 그리고 고압스위치(32)의 좌측에 소음기(36)가 구비된다.
상기 축열조(12)와 열교환기(28)를 연결하는 배관(14)에는 이중관(38)이 구비되고, 이 이중관(38)의 일측 배관에는 축열조(510)에서 회수된 냉매액을 분배하기 위한 분배기(40)와, 이 냉매액에 포함된 불순물을 여과하기 위한 스트레이너(42)가 구비된다.
다른 일측배관에는 상기 열교환기(28)로부터 공급되는 냉매액의 역류를 방지하기 위한 첵크밸브(44)가 구비되며, 열교환기(28)와 대향하여 냉각휀 어셈블리(46), 냉각휀의 속도를 제어하기 위한 휀속도 제어기(48), 및 이중압력제어기(50)가 구비된다.
상기 축열시스템(18)은 내부에 일정수위로 물이 채워져 있고 냉매가스가 유동하도록 다수의 열교환 파이프(52)가 내장된 축열조(12)와, 순환수를 실내기로 보내기 위한 순환펌프(54)로 구성되며, 상기 축열조(12)에 냉매를 공급하기 위한 배관(14)상에는 팽창밸브(56)와 필터·건조기(58)가 각각 구비된다.
상기 실내기는 실내에 설치되어 열교환 작용에 의한 실질적인 냉,난방이 이루어지도록 휀코일 유니트(20)를 구비한 공기조화기(22)로서, 축열조(12)로부터 토출된 냉방 또는 난방용 순환수가 분배기(60)를 통해 실내기에 유입된다.
그리고, 유입된 순환수는 휀코일 유니트(20)에 의해 열교환이 이루어지고 이로인해 냉,난방이 실현된 후, 축열조(12)로 회수되는 순환경로를 거친다.
전체 사이클이 냉동사이클로 작동될 때에는 콘덴싱 유니트(10)의 열교환기(28)는 가스압축기(24)에서 토출된 고온 고압의 기체냉매를 상온하의 물이나 공기로 열교환시켜 응축 액화시키는 응축코일로서 사용된다.
축열조(12)의 열교환 파이프(52)는 콘덴싱 유니트(10)의 열교환기(28)에서 응축된 저온 저압의 냉매액이 피냉각 물체로부터 열을 흡수하여 저온 저압의 기체냉매로 변화시킴으로써 직접적으로 냉동을 실현하는 증발기로서 사용된다.
화살표(→)로 도시된 바와 같이, 가스압축기(24)에 의해 압축된 기체냉매는 분자간의 거리가 가깝게 되므로 냉동사이클 작동시, 응축기에서 조금만 열을 빼앗아도 쉽게 응축액화가 가능하게 되고 기체의 압력과 온도가 동시에 상승하게 된다.
먼저, 콘덴싱 유니트(10)가 냉동사이클로 작동할 경우, 가스압축기(24)에서 압축된 고온 고압의 냉매가스는 4방밸브(26)를 통해 응축코일의 기능을 하는 열교환기(28)에 도달하게 된다.
그리고, 열교환기(28)에 의해 냉각되어 저온 저압의 냉매액으로 전환된 냉매액은 첵크밸브(44)를 통과한 후, 증발기로서의 기능을 하는 축열조(12) 내부의 열교환 파이프(52)안으로 유입되면서 피냉각 물체로부터 열을 흡수하여 저온 저압의 기체냉매로 변화되고, 축열조(12) 내부에 저장된 물은 열교환 파이프(52) 주변부터 서서히 결빙된다.
따라서, 온도가 올라가는 주간에 더운 실내 공기를 축열조(12) 내의 얼음과열교환시켜 수로를 형성시키며, 화살표(⇒)로 도시된 바와 같이, 해빙된 찬물은 순환펌프(54)에 의해 펌핑되어 이미 형성된 수로를 통하여 순환하게 되고 실내에 설치된 공기조화기(22) 각각의 휀코일 유니트(20)에 의해 열교환되어 냉방효과를 실현한 후 축열조(12)로 다시 귀환하게 된다.
동시에 축열조(12) 내의 물을 결빙시키는데 사용된 냉매가스는 4방밸브(26)를 통과한 후 어큐뮤레이터(34)에서 냉매액이 걸러진 다음, 다시 가스압축기(24)로 유입된다.
한편, 난방을 수행하고자 전체 사이클이 화살표(…>)와 같이 난방사이클로서 운전시, 축열조(12)로부터 나온 냉매액은 분배기(40)에서 분배되고, 스트레이너(42)에 의해 불순물이 여과된 후, 콘덴싱 유니트(10) 내의 열교환기(28)에 도달하게 된다.
그리고, 증발기로서의 작용을 하는 이 열교환기(28)에 의해 냉각되어 저온 저압의 냉매액으로 바뀐 다음, 4방밸브(26)에 의해 유동방향이 제어되어 어큐뮤레이터(34)를 통과하게 된다.
상기 어큐뮤레이터(34)에서 냉매액이 걸러지고 기체냉매만 가스압축기(24) 내로 유입되는데, 이때 가스압축기(24)에 의해 압축된 기체냉매는 분자간의 거리가 가깝게 되므로 역사이클 작동시 응축기에서 조금만 열을 빼앗아도 쉽게 응축액화가 가능하게 되고 기체의 온도와 압력이 동시에 상승하게 되는 점을 이용하여, 콘덴싱 유니트(10)가 역사이클로 작동할 때, 가스압축기(24)를 통과한 고온 고압의냉매가스는 4방밸브(26)를 거쳐 배관(16)을 따라 3방밸브(62)에 도달된다.
상기 3방밸브(62)에 도달된 고온 고압의 냉매가스는 이와 연결된 난방용 열교환기(64)로 공급되는데, 이때 공기조화기(22) 측으로부터 난방을 마치고 배관(66)을 따라 난방용 열교환기(64)로 회수되는 물과 직접 열교된 다음, 배관(14)을 통하여 열교환기(28)로 도달된다.
그와 동시에 상기 열교환된 고온의 온수는 배관(68)을 따라 공기조화기(22)측으로 공급되어 난방을 수행하게 하고, 상기 난방용 열교환기(64)로 회수되는 일련의 과정을 반복적으로 수행하게 된다.
상기 축열조(12) 내의 물은 최초 화살표(⇒)로 도시된 바와 같이 축열 시스템 일측에 설치된 순환펌프(54)에 의해 펌핑되어 공급파이프(70)를 통해 순환하는 동안 실내에 설치된 공기조화기(22)의 각각의 휀코일 유니트(20)에 의해 열교환되어 난방효과를 실현한 후, 회수파이프(72)를 통해 회수되는 순환수가 난방용 열교환기(64)에 회수된다.
그리고, 상기 난방용 열교환기(64)에 회수된 물은 공급되는 고온 고압의 냉매가스에 의해 고온의 온수로 형성되며, 이 고온의 온수가 화살표(▶)와 같이 공급파이프(70)를 통해 공기조화기(22)를 재 공급되면서 난방을 반복적으로 수행하게 된다.
즉, 실외기의 콘덴싱 유니트(10)가 냉동사이클로 작동될 때, 화살표(→)로 도시된 바와 같이, 냉매액은 냉매공급 파이프를 통해 필터·건조기(58) 및 팽창밸브(56)를 거쳐 축열조(12) 내의 각 열교환파이프(52)에 공급된 후 배관(16)를 통해 회수되고, 실외기의 콘덴싱 유니트(10)가 역사이클로 작동될 때, 화살표(…>)로 도시된 바와 같이 냉매액은 배관(16)를 따라 열교환기(28)로 회수되는 것이다.
본 발명의 소형 축냉·축열식 복합 열펌프 시스템을 이용함으로써 여름철 냉방 및 겨울철 난방이 하나의 시스템으로 가능해지는 효과가 있어 사용이 편리해지고 설비투자 비용도 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 냉동사이클 및 난방사이클이 모두 가능한 가스압축기(24)와 열교환기(28)로 구성되는 콘덴싱 유니트(10)인 실외기와; 실내에 설치되어 열교환 작용에 의해 냉,난방을 수행하도록 휀코일 유니트(20)로 구성되는 공기조화기(22)인 실내기와; 상기 냉동사이클 작동시 축열조(12) 내부에 결빙 저장된 물을 해빙시켜 이를 냉방에 이용하는 축열시스템(18)으로 이루어진 빙축열시스템에 있어서,
    상기 난방사이클의 작동시 공기조화기(22)로부터 회수되는 물을 고온의 온수로 형성시키고 이를 공기조화기(22)에 재 공급하여 난방을 수행하도록 하는 난방용 열교환기(64)와;
    상기 난방용 열교환기(64)에 공급되는 고온 고압의 냉매가스가 회수된 물과 열교환을 마친 후 열교환기(28)로 순환되는 난방시스템으로 구성된 것을 특징으로 하는 냉,난방 겸용 빙축열 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 콘덴싱 유니트(10)가 냉동사이클 또는 난방사이클로 작동시 각 사이클에 따라 냉매의 흐름방향을 제어하고자 열교환기(28)와 축열조(12)를 연결하는 배관(16)상에 4방밸브(26) 및 3방밸브(62)가 각각 구비된 것을 특징으로 하는 냉,난방 겸용 빙축열 시스템.
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