KR20050074066A

KR20050074066A - 냉난방시스템

Info

Publication number: KR20050074066A
Application number: KR1020040002288A
Authority: KR
Inventors: 서국정
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-07-18
Also published as: EP1555494A2; KR101034204B1; DE602004017112D1; CN1641294A; CN1311210C; EP1555494B1; EP1555494A3

Abstract

본 발명은 냉방운전효율을 상승시키기 위한 보조열교환기에 의해 난방운전효율 저하되는 것을 방지할 수 있는 냉난방시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 냉난방시스템은 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매가 실내공기와 열교환하게 하는 실내열교환기와, 냉매가 실외공기와 열교환하게 하는 실외열교환기와, 압축기의 토출측에 배치되며 냉난방운전에 따라 실내열교환기와 실외열교환기 중 어느 하나로 토출되게 하는 사방밸브와, 냉매를 감압팽창시키는 팽창밸브와, 냉방운전시에 압축기로 흡입되는 냉매와 실외열교환기에서 토출된 냉매가 서로 열교환되게 하는 보조열교환기를 구비하여, 난방운전시 압축기로 흡입되는 냉매와 실내열교환기에서 토출된 냉매가 서로 열교환할 경우 발생할 수 있는 난방운전효율의 저하를 방지할 수 있게 되는 작용효과가 있다.

Description

냉난방시스템{COOLING AND HEATING SYSTEM}

본 발명은 냉난방시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 난방운전효율의 저하를 방지할 수 있는 냉난방시스템에 관한 것이다.

일반적으로 냉난방시스템은 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기와, 실내에 배치되는 실내열교환기와, 실외에 배치되는 실외열교환기와, 냉매를 감압팽창시키는 팽창밸브와, 압축기의 토출측에 배치되어 냉매를 실내열교환기와 실외열교환기중 어느 하나로 안내하여 냉난방을 전환하게 하는 사방밸브를 구비한 것으로, 사방밸브에 의해 고온 고압의 냉매가 실내열교환기와 실외열교환기 중 어느 하나로 안내되게 함으로써 냉방 및 난방을 수행하도록 되어 있다.

또한, 이러한 냉난방시스템에는 냉방운전시 실외열교환기에서 토출된 냉매와 압축기로 흡입되는 냉매가 서로 열교환하게 함으로써 실내열교환기로 안내되는 냉매는 냉각되게 하고 압축기로 흡입되는 냉매는 가열되게 하여 냉방운전효율을 상승시키는 보조열교환기가 마련되어 있다.

그런데, 난방운전시 압축기로 흡입되는 냉매는 실외열교환기를 통과하며 실외공기에 의해 증발 및 가열되므로, 실내열교환기에서 실외열교환기로 이동하는 냉매에 비하여 상대적으로 고온으로 유지되는데, 냉방운전시와 같이 냉매가 보조열교환기를 통과하면 실내열교환기에서 실외열교환기로 이동하는 냉매에 의해 냉각되어 액냉매가 발생하고 그에 의해 난방운전효율이 저하될 소지가 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 난방운전시 냉방운전효율을 상승시키기 위한 보조열교환기에 의한 난방운전효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 냉난방시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉난방시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매가 실내공기와 열교환하게 하는 실내열교환기와, 냉매가 실외공기와 열교환하게 하는 실외열교환기와, 냉매를 감압팽창시키는 팽창밸브와, 상기 압축기로 흡입되는 냉매를 안내하는 흡입냉매관과, 상기 흡입냉매관의 중도에 배치되어 상기 흡입냉매관을 통해 유동하는 냉매와 열교환하며 상기 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 제어하는 보조열교환기와, 상기 압축기로 흡입되는 냉매가 상기 보조열교환기를 우회하여 상기 압축기로 흡입되게 하는 바이패스냉매관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조열교환기에는 상기 실외열교환기와 상기 실내열교환기 사이의 냉매 이동을 안내하는 연결냉매관의 일부가 상기 흡입냉매관의 일부와 열교환 가능하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이패스냉매관은 양단이 상기 보조열교환기의 양측 상기 흡입냉매관과 연결되며, 상기 바이패스냉매관과 상기 흡입냉매관의 연결부에는 냉매가 상기 바이패스냉매관과 상기 보조열교환기 중 어느 하나로 유동하게 하는 바이패스밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축기에서 토출된 냉매를 안내하는 토출냉매관에는 온수공급을 위하여 상기 토출냉매관에 병렬로 연결되는 급탕열교환기와, 급탕이 필요할 경우에 상기 급탕열교환기에 냉매가 공급되게 하는 급탕밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 냉난방시스템은 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매가 실내공기와 열교환하게 하는 실내열교환기와, 냉매가 실외공기와 열교환하게 하는 실외열교환기와, 상기 압축기의 토출측에 배치되며 냉난방운전에 따라 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기 중 어느 하나로 토출되게 하는 사방밸브와, 냉매를 감압팽창시키는 팽창밸브와, 상기 압축기로 흡입되는 냉매를 안내하는 흡입냉매관과, 상기 흡입냉매관의 중도에 배치되어 냉방운전시에 상기 흡입냉매관을 통해 유동하는 냉매와 열교환하며 상기 압축기에 흡입되는 냉매를 가열하는 보조열교환기와, 난방운전시 상기 압축기로 흡입되는 냉매가 상기 보조열교환기를 우회하여 상기 압축기로 흡입되게 하는 바이패스냉매관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한. 상기 바이패스냉매관은 양단이 상기 보조열교환기의 양측 상기 흡입냉매관과 각각 연결되며, 상기 바이패스냉매관과 상기 흡입냉매관의 연결부에는 냉매가 상기 바이패스냉매관과 상기 보조열교환기 중 어느 하나로 유동하게 하는 바이패스밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 사방밸브로 안내하는 토출냉매관에는 온수공급을 위하여 상기 토출냉매관에 병렬로 연결되는 급탕열교환기와, 급탕이 필요할 경우에 상기 급탕열교환기에 냉매가 공급되게 하는 급탕밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이패스밸브는 난방운전시 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 온도가 일정이상일 때, 냉매를 상기 보조열교환기로 안내하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 냉난방시스템은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(1)와, 압축기(1)의 토출 측에 배치되어 냉난방운전에 따라 냉매의 흐름을 선택적으로 전환시키는 사방밸브(2)와, 실내에 배치되어 냉매가 실내공기와 열교환하게 하는 실내열교환기(4)와, 실외에 배치되어 냉매가 실외공기와 열교환하게 하는 실외열교환기(3)와, 냉매를 감압팽창시키기 위한 팽창밸브(5)를 구비한다. 본 실시예에서는 냉매로써 이산화탄소(CO₂)를 사용한다.

따라서, 압축기(1)로부터 토출된 고온 고압의 냉매가 사방밸브(2)의 전환동작에 따라 본 발명에 따른 냉난방시스템이 냉방과 난방중 어느 하나를 수행하게 된다. 즉, 사방밸브(2)에 의해 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 냉매가 실외열교환기(3)측으로 안내되면 실외열교환기(3)가 응축기의 역할을 수행하고 실내열교환기(4)가 증발기의 역할을 수행하여 본 발명의 냉난방시스템이 냉방운전을 수행하게 되고, 실내열교환기(4)측으로 흐르면 실내열교환기(4)가 응축기의 역할을 수행하고 실외열교환기(3)가 증발기의 역할을 수행하여 본 발명의 냉난방시스템이 난방운전을 수행하게 되는 것이다.

이와 같은 냉난방시스템의 구성요소들은 냉매관(6a, 6b, 6c)들을 통해 폐회로로 구성되며, 냉매관(6a, 6b, 6c) 중에는 압축기(1)에서 토출된 냉매를 사방밸브(2)로 안내하는 토출냉매관(6a)과, 냉매를 사방밸브(2)에서 압축기(1)로 안내하여 압축기(1)에 흡입되게 하는 흡입냉매관(6b)과, 실외열교환기(3)와 실내열교환기(4) 사이에 마련되어 어느 일측에서 토출된 냉매를 타측으로 안내하며 그 중도에 팽창밸브(5)가 배치되는 연결냉매관(6c)이 포함되어 있다.

이 때, 토출냉매관(6a)에는 온수가 필요할 경우 본 발명에 따른 냉난방시스템을 통해 온수를 공급할 수 있도록 토출냉매관(6a)에 병렬로 연결되어 물과 열교환하는 급탕열교환기(7)와, 급탕여부에 따라 냉매가 급탕열교환기(7)측으로 안내되게 하는 급탕밸브(7a)가 마련된다.

또한, 본 발명에 따른 냉난방시스템에는 냉방운전시 압축기(1)로 흡입되는 냉매와 열교환하며 압축기(1)로 흡입되는 냉매를 가열하여 냉방운전효율을 향상시키는 보조열교환기(8)가 마련된다.

본 실시예에서 보조열교환기(8)는 내부에 흡입냉매관(6b)의 일부와 연결냉매관(6c)의 일부가 서로 열교환 가능하게 배치되어 냉방운전시 연결냉매관(6c)을 통과하는 냉매에 의해 흡입냉매관(6b)을 통과하는 냉매가 가열되도록 되어 있다. 이 때, 보조열교환기(8)는 냉방운전시 연결냉매관(6c)을 통과하는 냉매가 팽창밸브(5)에 의해 감압팽창되기 이전에 흡입냉매관(6b)을 통과하는 냉매와 열교환할 수 있도록 팽창밸브(5)를 기준으로 실외열교환기(3)측 연결냉매관(6c)의 일부가 내부에 배치되도록 되어있다.

또한, 본 발명에 따른 냉난방시스템에는 냉방운전시에는 보조열교환기(8)에서 열교환이 이루어지게 하다가, 난방운전시에는 보조열교환기(8)에서 열교환이 이루어지지 않도록 하기 위해 양단이 보조열교환기(8) 양측의 흡입냉매관(6b)에 각각 설치되어 냉매가 보조열교환기(8)를 우회하여 유동할 수 있게 하는 바이패스냉매관(9)과, 흡입냉매관(6b)과 바이패스냉매관(9)이 서로 연결되어 있는 연결부에 마련되어 냉방 및 난방에 따라 보조열교환기(8)와 바이패스냉매관(9)중 어느 하나로 냉매를 안내하는 바이패스밸브(9a)가 구비된다.

따라서, 난방운전시에는 바이패스밸브(9a)에 의해 압축기(1)로 흡입되는 냉매가 보조열교환기(8)를 통과하지 않고 바이패스냉매관(9)을 통해 곧장 압축기(1)로 유입되게 되어 있는데, 이는 난방운전시 연결냉매관(6c)을 통해 실외열교환기(3)에 공급되는 냉매는 팽창밸브(5)에 의해 팽창되어 실외공기에 비하여 상대적으로 낮은 온도를 가지므로 실외열교환기(3)를 통과하는 과정에서 실외공기에 의해 가열되어 증발될 뿐만 아니라 그 온도가 상승하게 되는데, 이와 같이 실외공기에 의해 가열된 냉매가 흡입냉매관(6b)을 따라 보조열교환기(8)를 통과하면 연결냉매관(6c)을 통과하는 냉매에 의해 다시 냉각되어 액냉매가 발생할 소지가 있으므로 이를 방지하기 위한 것이다.

또한, 본 발명에 따른 냉난방시스템에 있어서 바이패스밸브(9a)는 난방운전시 압축기(1)로 흡입되는 냉매의 온도가 일정이상일 경우 냉매를 보조열교환기(8)로 안내하도록 되어 있는데, 이는 압축기(1)로 흡입되는 냉매의 온도가 일정이상일 경우 작용하는 압력이 높아져 압축기(1)에 과도한 부하가 작용하므로, 압축기(1)로 흡입되는 냉매가 보조열교환기(8)를 통과하며 연결냉매관(6c)을 통과하는 냉매에 의해 냉각되게 함으로써 이를 예방하기 위한 것이다.

다음은 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉난방시스템의 동작 및 작용효과를 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 냉난방시스템이 냉방운전할 경우를 살펴보면, 냉방운전시 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 냉매는 사방밸브(2)에 의해 실외열교환기(3)로 안내된다. 따라서 냉방운전시 실외열교환기(3)는 응축기의 역할을 수행하고 실내열교환기(4)는 증발기의 역할을 수행한다.

실외열교환기(3)에 전달된 냉매는 열을 방출하며 냉각된 후 연결냉매관(6c)에 마련된 팽창밸브(5)를 통과하며 감압팽창되고 실내열교환기(4)로 전달되어 실내공기와 열교환하며 열을 흡수하여 실내를 냉방한다. 냉매는 계속해서 사방밸브(2)와 흡입냉매관(6b)을 통해 다시 압축기(1)로 흡입된다.

이와 같이 냉방운전이 수행될 때 바이패스밸브(9a)는 냉매를 보조열교환기(8)로 안내하므로 연결냉매관(6c)을 통과하는 냉매와 흡입냉매관(6b)을 통과하는 냉매는 보조열교환기(8)에서 서로 열교환한다. 이에 따라 연결냉매관(6c)을 통해 실내열교환기(4)로 안내되는 냉매는 냉각되고 흡입냉매관(6b)을 통해 압축기(1)로 안내되는 냉매는 가열되어 냉난방시스템의 냉방운전효율은 증가한다.

다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 냉난방시스템이 난방운전할 경우를 살펴보면, 난방운전시 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 냉매가 사방밸브(2)에 의해 실내열교환기(4)로 안내된다. 따라서 난방운전시 실내열교환기(4)는 응축기의 역할을 수행하고 실외열교환기(3)는 증발기의 역할을 수행한다.

실내열교환기(4)에 전달된 냉매는 실내공기와 열교환하며 열을 방출하여 실내를 난방한다. 냉매는 계속해서 팽창밸브(5)에 전달되어 감압팽창된 후 연결냉매관(6c)을 통해 실외열교환기(3)로 전달되어 실외열교환기(3)에서 실외공기와 열교환하며 열을 흡수하여 가열된 후 다시 사방밸브(2)와 흡입냉매관(6b)을 통해 압축기(1)로 흡입된다.

이와 같이 난방운전이 수행될 때 바이패스밸브(9a)는 냉매를 바이패스냉매관(9)으로 안내하여 냉매가 보조열교환기(8)를 통과하지 않고 바이패스냉매관(9)을 통해 우회하여 압축기(1)에 곧바로 흡입되므로 연결냉매관(6c)을 통과하는 냉매와 압축기(1)로 흡입되는 냉매 사이의 열교환은 발생하지 않는다.

또한, 난방운전시, 압축기(1)로 흡입되는 냉매의 온도가 일정이상인 것이 체크되면, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 바이패스밸브(9a)에 의해 흡입냉매관(6b)을 통과하는 냉매는 보조열교환기(8)로 안내된다. 이에 따라 흡입냉매관(6b)을 통과하여 압축기(1)로 흡입되는 냉매는 연결냉매관(6c)을 통과하는 냉매와 열교환하며 냉각되고 그에 따라 압축기(1)로 흡입되는 냉매의 온도는 낮아진다.

또한, 본 발명에 따른 냉난방시스템에는 토출냉매관(6a)에 급탕열교환기(7)가 병렬로 연결되어 있으므로 급탕이 필요할 경우 압축기(1)에서 토출된 고온 고압의 냉매가 급탕열교환기(7)에 공급되어 물을 가열하여 온수를 발생시킨다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉난방시스템은 난방운전시에 냉매가 보조열교환기를 우회할 수 있게 하는 바이패스냉매관과 바이패스밸브가 마련되어 있으므로, 난방운전시 보조열교환기에서 발생할 수 있는 난방운전효율의 저하를 방지할 수 있게 되는 작용효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 냉난방시스템은 압축기로 유입되는 냉매의 온도가 일정 이상일 경우 흡입냉매관을 통과하는 냉매는 보조열교환기로 안내되어 연결냉매관을 통과하는 냉매에 의해 냉각되므로 압축기에 과도한 부하가 작용하는 것을 방지할 수 있게 되는 작용효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 냉난방시스템에 있어서 냉방운전시의 냉매흐름을 보인 구성도이다.

도 2은 본 발명에 따른 냉난방시스템에 있어서 난방운전시의 냉매흐름을 보인 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 냉난방시스템에 있어서 난방운전시의 구성도로써 보조열교환기에서 열교환이 이루어질 경우가 도시되어 있다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 압축기 2: 사방밸브

3: 실외열교환기 4: 실내열교환기

5: 팽창밸브 6a: 토출냉매관

6b: 흡입냉매관 6c: 연결냉매관

7: 급탕열교환기 7c: 급탕밸브

8: 보조열교환기 9: 바이패스냉매관

Claims

냉매를 압축하는 압축기와, 냉매가 실내공기와 열교환하게 하는 실내열교환기와, 냉매가 실외공기와 열교환하게 하는 실외열교환기와, 냉매를 감압팽창시키는 팽창밸브와, 상기 압축기로 흡입되는 냉매를 안내하는 흡입냉매관과, 상기 흡입냉매관의 중도에 배치되어 상기 흡입냉매관을 통해 유동하는 냉매와 열교환하며 상기 압축기에 흡입되는 냉매의 온도를 제어하는 보조열교환기와, 상기 압축기로 흡입되는 냉매가 상기 보조열교환기를 우회하여 상기 압축기로 흡입되게 하는 바이패스냉매관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.
제 1항에 있어서,

상기 보조열교환기에는 상기 실외열교환기와 상기 실내열교환기 사이의 냉매 이동을 안내하는 연결냉매관의 일부가 상기 흡입냉매관의 일부와 열교환 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.
제 1항에 있어서,

상기 바이패스냉매관은 양단이 상기 보조열교환기의 양측 상기 흡입냉매관과 연결되며, 상기 바이패스냉매관과 상기 흡입냉매관의 연결부에는 냉매가 상기 바이패스냉매관과 상기 보조열교환기 중 어느 하나로 유동하게 하는 바이패스밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.
제 1항에 있어서,

상기 압축기에서 토출된 냉매를 안내하는 토출냉매관에는 온수공급을 위하여 상기 토출냉매관에 병렬로 연결되는 급탕열교환기와, 급탕이 필요할 경우에 상기 급탕열교환기에 냉매가 공급되게 하는 급탕밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 냉방시스템.
냉매를 압축하는 압축기와, 냉매가 실내공기와 열교환하게 하는 실내열교환기와, 냉매가 실외공기와 열교환하게 하는 실외열교환기와, 상기 압축기의 토출측에 배치되며 냉난방운전에 따라 상기 실내열교환기와 상기 실외열교환기 중 어느 하나로 토출되게 하는 사방밸브와, 냉매를 감압팽창시키는 팽창밸브와, 상기 압축기로 흡입되는 냉매를 안내하는 흡입냉매관과, 상기 흡입냉매관의 중도에 배치되어 냉방운전시에 상기 흡입냉매관을 통해 유동하는 냉매와 열교환하며 상기 압축기에 흡입되는 냉매를 가열하는 보조열교환기와, 난방운전시 상기 압축기로 흡입되는 냉매가 상기 보조열교환기를 우회하여 상기 압축기로 흡입되게 하는 바이패스냉매관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.
제 5항에 있어서,

상기 보조열교환기에는 상기 실외열교환기와 상기 실내열교환기 사이의 냉매 이동을 안내하는 연결냉매관의 일부가 상기 흡입냉매관의 일부와 열교환 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.
제 5항에 있어서,

상기 바이패스냉매관은 양단이 상기 보조열교환기의 양측 상기 흡입냉매관과 각각 연결되며, 상기 바이패스냉매관과 상기 흡입냉매관의 연결부에는 냉매가 상기 바이패스냉매관과 상기 보조열교환기 중 어느 하나로 유동하게 하는 바이패스밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.
제 5항에 있어서,

상기 압축기에서 토출된 냉매를 상기 사방밸브로 안내하는 토출냉매관에는 온수공급을 위하여 상기 토출냉매관에 병렬로 연결되는 급탕열교환기와, 급탕이 필요할 경우에 상기 급탕열교환기에 냉매가 공급되게 하는 급탕밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.
제 5항에 있어서,

상기 바이패스밸브는 난방운전시 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 온도가 일정이상일 때, 냉매를 상기 보조열교환기로 안내하는 것을 특징으로 하는 냉난방시스템.