KR20060108222A - 넓은 온도 범위를 가진 공조용 히트 펌프 - Google Patents

넓은 온도 범위를 가진 공조용 히트 펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교대 제상시스템을 가진 공조용 히트 펌프로서, a) 냉매를 메인 응축기(102)로 펌핑하는 하나의 압축기(101); b) 상기 메인 응축기(102)에 연결되는 적어도 두 개의 증발기(106 및 107); c) 상기 메인 응축기(102)와 상기 두 개의 증발기(106 및 107) 사이의 압력 강하를 조절하는 팽창밸브(103); d) 상기 증발기(106)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키도록 상기 증발기(106)와 연결된 하나의 솔레노이드 밸브(104); e) 상기 증발기(107)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키도록 상기 증발기(107)와 연결된 하나의 솔레노이드 밸브(105); f) 상기 압축기(101)의 배출단에 연결된 하나의 제상응축기(109); g) 상기 증발기(106)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(109)로의 냉매 유동을 허용하는 하나의 솔레노이드 밸브(108); h) 상기 압축기(101)의 배출단에 연결된 하나의 제상응축기(111); i) 상기 증발기(107)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(111)로의 냉매 유동을 허용하는 하나의 솔레노이드 밸브(110); j) 상기 두 개의 제상응축기(109 및 111)와 상기 압축기(101)의 흡입단 사이에서 냉매의 압력을 조절하는 적어도 하나의 압력조절기(112); 및 k) 제상과정 동안 상기 두 개의 제상응축기(109 및 111)와 상기 두 개의 증발기(106 및 107) 각각에 대한 열을 전달하는 열전달수단;을 포함하고, 제상과정이 필요치 않는 경우에는, 상기 두 개의 솔레노이드 밸브(108 및 109)가 폐쇄된 상태로 유지되고; 상기 증발기(106)의 제상과정 동안에는, 상기 솔레노이드 밸브(104)에 의해 상기 증발기(106)가 정지됨과 동시에, 상기 솔레노이드 밸 브(108)는 개방되어 상기 증발기(107)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제상응축기(109)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 증발기(106)의 성에를 제거하도록 하고; 상기 증발기(107)의 제상과정 동안에는, 상기 솔레노이드 밸브(105)에 의해 상기 증발기(107)가 정지됨과 동시에, 상기 솔레노이드 밸브(110)는 개방되어 상기 증발기(106)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제상응축기(111)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 증발기(107)의 성에를 제거하는 공조용 히트 펌프를 개시한다.
히트 펌프, 공조

Description

넓은 온도 범위를 가진 공조용 히트 펌프 {Wide temperature range air-condition heat pump}
본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 두 개의 제상응축기를 가진 공조용 히트 펌프의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 2차 압축기를 가지는 공조용 히트 펌프의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제상과정을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 넓은 온도 범위에서 동작하는 공조용 히트 펌프의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 극저온영역 승압 시스템을 가진 넓은 온도 범위의 공조용 히트 펌프의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 극저온영역 승압 시스템을 가진 넓은 온도 범위의 공조용 히트 펌프의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 압축기의 부하를 줄이기 위한 제상시스템을 구비한 공조용 히트 펌프의 구성을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 넓은 온도 범위에서 동작하는 공조용 히트 펌프의 구성을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 압축기의 부하를 줄이기 위한 제상시스템을 구비한 공조용 히트 펌프의 다른 예를 보여주는 도면이다.
본 발명은 공조용 히트 펌프에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 연속적인 동작이 가능하고 동작 온도 범위가 매우 넓은 공조용 히트 펌프에 관한 것이다. 본 발명은 주거용, 농업용, 운송용 및 공업적 용도로 적용될 수 있다. 특히, 본 발명은 공조 및 냉장에 사용될 수 있다.
최근에 보급되어 있는 히트 펌프는 동작 온도 범위가 서로 다른 별개 유형의 압축기들을 요구한다. 따라서, 사용자는 예를 들어 히트 펌프와 가스 히터의 조합으로 된 다중 공조 시스템을 서로 다른 온도범위에서 작동하도록 설치할 필요성을 가진다. 그러한 이유 중의 하나는, 낮은 동작 온도에서는 히트 펌프의 효율이 낮다는 점이며, 또 다른 이유는 성에 제거를 위해 동작 중단이 필요하다는 것이다.
전기적 제상(defrost)시스템 및 역순환 제상시스템과 같은 현재의 제상방법은 성에를 제거하는 동안 히트 펌프의 동작을 중단할 것을 요구한다.
또한, 종래의 히트 펌프는 압축기의 작동 효율과 한계로 인해 그 동작 온도 의 범위가 매우 제한적이다. 그러나, 많은 경우, 동작 온도 범위는 섭씨 영하 40도에서 10도까지 다양하게 변한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 본 발명의 제1 목적은 넓은 동작 온도범위에서도 높은 효율로 작동할 수 있는 공조용 히트 펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 성에 제거를 하는 동안 동작 중단이 필요없는 공조용 히트 펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 추가적인 에너지와 가열장치가 없이 성에를 제거할 수 있는 히트 펌프를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 교대 제상시스템을 가진 공조용 히트 펌프로서, a) 냉매를 메인 응축기(102)로 펌핑하는 하나의 압축기(101); b) 상기 메인 응축기(102)에 연결되는 적어도 두 개의 증발기(106 및 107); c) 상기 메인 응축기(102)와 상기 두 개의 증발기(106 및 107) 사이의 압력 강하를 조절하는 팽창밸브(103); d) 상기 증발기(106)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키도록 상기 증발기(106)와 연결된 하나의 솔레노이드 밸브(104); e) 상기 증발기(107)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키도록 상기 증발기(107)와 연결된 하나의 솔레노이드 밸브(105); f) 상기 압축기(101)의 배출단에 연결된 하나의 제상응축기(109); g) 상기 증발기(106)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(109)로의 냉매 유동을 허용하는 하나의 솔레노이드 밸브(108); h) 상기 압축 기(101)의 배출단에 연결된 하나의 제상응축기(111); i) 상기 증발기(107)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(111)로의 냉매 유동을 허용하는 하나의 솔레노이드 밸브(110); j) 상기 두 개의 제상응축기(109 및 111)와 상기 압축기(101)의 흡입단 사이에서 냉매의 압력을 조절하는 적어도 하나의 압력조절기(112); 및 k) 제상과정 동안 상기 두 개의 제상응축기(109 및 111)와 상기 두 개의 증발기(106 및 107) 각각에 대한 열을 전달하는 열전달수단;을 포함하고, 제상과정이 필요치 않는 경우에는, 상기 두 개의 솔레노이드 밸브(108 및 109)가 폐쇄된 상태로 유지되고; 상기 증발기(106)의 제상과정 동안에는, 상기 솔레노이드 밸브(104)에 의해 상기 증발기(106)가 정지됨과 동시에, 상기 솔레노이드 밸브(108)는 개방되어 상기 증발기(107)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제상응축기(109)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 증발기(106)의 성에를 제거하도록 하고; 상기 증발기(107)의 제상과정 동안에는, 상기 솔레노이드 밸브(105)에 의해 상기 증발기(107)가 정지됨과 동시에, 상기 솔레노이드 밸브(110)는 개방되어 상기 증발기(106)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제상응축기(111)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 증발기(107)의 성에를 제거한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 교대 제상시스템을 가진 공조용 히트 펌프는, a) 냉매를 메인 응축기(702)로 펌핑하고 압축하는 하나의 압축기(701); b) 상기 메인 응축기(702)에 연결되는 적어도 두 개의 증발기(703 및 704); c) 상기 메인 응축기(702)와 상기 두 개의 증발기(703 및 704) 사이의 압력 강하를 조절하는 팽창밸브(707); d) 상기 증발기(703)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키도록 상기 증발기(703)와 연결된 하나의 제어밸브(712); e) 상기 증발기(704)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키도록 상기 증발기(704)와 연결된 하나의 제어밸브(711); f) 상기 압축기(701)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받고 배출된 냉매는 상기 증발기(704)로 가는 하나의 제상응축기(705); g) 상기 증발기(703)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(705)로의 냉매 유동을 허용하는 하나의 제어밸브(714); h) 상기 압축기(701)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받고 배출된 냉매는 상기 증발기(703)로 가는 하나의 제상응축기(706); i) 상기 증발기(704)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(706)로의 냉매 유동을 허용하는 하나의 제어밸브(713); j) 상기 제상응축기(705)와 상기 증발기(704) 사이에서 냉매의 압력을 제어하는 적어도 하나의 압력조절기(721), 및 상기 제상응축기(706)와 상기 증발기(703) 사이에서 냉매의 압력을 제어하는 적어도 하나의 압력조절기(722); 및 k) 제상과정 동안 상기 두 개의 제상응축기(705 및 706)와 상기 두 개의 증발기(703 및 704) 각각에 대한 열을 전달하는 열전달수단;을 포함하고, 제상과정이 필요치 않는 경우에는, 상기 두 개의 제어밸브(713 및 714)가 폐쇄된 상태로 유지되고; 상기 증발기(703)의 제상과정 동안에는, 상기 제어밸브(712)에 의해 상기 증발기(703)가 정지됨과 동시에, 상기 제어밸브(711)는 개방되어 상기 증발기(704)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제상응축기(705)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 증발기(703)의 성에를 제거하도록 하고; 상기 증발기(704)의 제상과정 동안에는, 상기 제어밸브(711)에 의해 상기 증발 기(704)가 정지됨과 동시에, 상기 제어밸브(712)는 개방되어 상기 증발기(703)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제상응축기(706)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 증발기(704)의 성에를 제거한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 넓은 온도 범위의 공조용 히트 펌프는, a) 응축기(402)로 냉매를 펌핑하는 하나의 압축기(401); b) 상기 응축기(402)의 출력단에 연결되는 적어도 하나의 증발기(404); c) 상기 응축기(402)와 상기 증발기(404) 사이의 압력 강하를 제어하는 팽창밸브(403); d) 상기 압축기(401)의 유입압력을 증대시키기 위해 상기 증발기(404)의 출력단과 상기 압축기(401)의 흡입단에 연결되는 압력 승압 제트 펌프(406); e) 상기 압축기(401)의 배출단에 연결되는 상기 압력 승압 제트 펌프(406)의 고압 유입단, 및 상기 증발기(404)에 연결되는 상기 압력 승압 제트 펌프(406)의 저압 유입단; 및 f) 상기 압력 승압 제트 펌프(406)의 고압 유입단에 연결되어 상기 압력 승압 제트 펌프로 유입되는 냉매의 유동과 압력을 제어하는 제어밸브(405);를 포함하고, 고온 범위에서의 동작 중에는, 상기 압축기(401)의 유입압력이 압력 승압없이도 동작되기에 충분하고, 따라서 상기 제어밸브(405)는 폐쇄되어 상기 압력 승압 제트 펌프가 상기 압축기(401)의 유입압력에 영향을 미치지 않고; 저온 범위의 동작 중에는, 상기 압축기(401)의 유입압력이 감소되어 동작되기에 불충분하고, 따라서 상기 제어밸브(405)가 개방되어 상기 압력 승압 제트 펌프(406)를 활성화시키고, 상기 압력 승압 제트 펌프(406)는 고압 측면 배관으로부터 가스상의 냉매를 받아 상기 압축기(401)의 유입압력을 증 가시키고, 그에 따라 상기 압축기(401)는 서로 다른 온도 범위에서 적정 부하로 동작을 유지한다.
바람직하게, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차 압축기를 구비한 공조용 히트 펌프는, a) 메인 응축기(202)로 냉매를 펌핑하는 하나의 압축기(201); b) 상기 메인 응축기(202)의 출력단에 메인 입력단이 연결되고, 메인 출력단은 팽창밸브(203)의 입력단과 연결되는 열교환기(215); c) 상기 팽창밸브(203)의 출력단과 연결되는 적어도 두 개의 증발기(206 및 207); d) 상기 증발기(206)와 연결되어 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 하나의 솔레노이드 밸브(204); e) 상기 증발기(207)와 연결되어 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 하나의 솔레노이드 밸브(205); f) 성에 제상동작을 위한 2차 압축기(214); g) 상기 2차 압축기(214)의 배출단에 연결된 하나의 제상응축기(209); h) 상기 증발기(206)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(209)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 하나의 솔레노이드 밸브(208); i) 상기 2차 압축기(214)의 배출단에 연결된 하나의 제상응축기(211); j) 상기 증발기(207)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(211)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 하나의 솔레노이드 밸브(210); k) 제상과정 동안 상기 두 개의 제상응축기(209 및 211)에서 상기 두 개의 증발기(206 및 207)로 열을 전달하는 열전달수단; l) 입력단이 상기 제상응축기(209 및 211)에 연결되고, 출력단이 상기 열교환기(215)의 2차 입력단에 연결됨으로써, 상기 열교환기의 2차 출력단이 상기 2차 압축기(214)의 흡입단에 연결되도록 된 팽창밸브(216);를 포함하고, 제상과정이 필요하지 않는 경우에는, 상기 2차 압축기(214)는 동작되지 않고, 상기 두 개의 솔레노 이드 밸브(204 및 205)는 개방된 상태로 유지되고; 상기 증발기(206)의 제상과정 동안에는, 상기 솔레노이드 밸브(204)에 의해 상기 증발기(206)가 정지됨과 동시에, 상기 솔레노이드 밸브(208)는 개방되어 상기 증발기(207)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 열교환기(215)의 2차 배출단 밖으로 유동하는 냉매가 상기 메인 입력단을 유동하는 냉매의 열을 흡수하여, 냉매가 상기 2차 압축기(214)로 들어가기 전에 가스상태로 증발되도록 하고, 그런 다음 상기 2차 압축기(214)가 작동을 시작하여 상기 제상응축기(209)를 가열하여 상기 증발기(206)의 성에를 제거하고; 상기 증발기(207)의 제상과정 동안에는, 상기 솔레노이드 밸브(205)에 의해 상기 증발기(207)가 정지됨과 동시에, 상기 솔레노이드 밸브(210)는 개방되어 상기 증발기(206)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 열교환기(215)의 2차 배출단 밖으로 유동하는 냉매가 상기 메인 입력단을 유동하는 냉매의 열을 흡수하여, 냉매가 상기 2차 압축기(214)로 들어가기 전에 가스상태로 증발되도록 하고, 그런 다음 상기 2차 압축기(214)가 작동을 시작하여 상기 제상응축기(211)를 가열하여 상기 증발기(207)의 성에를 제거한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 넓은 범위의 공조용 히트 펌프는, a) 응축기(503)로 냉매를 펌핑하는 하나의 압축기(501); b) 상기 응축기(503)의 배출단에 연결된 적어도 하나의 증발기(504); c) 상기 응축기(503)와 상기 증발기(504) 사이의 압력 강하를 제어하는 팽창밸브(509); d) 상기 증발기(504)의 출력단과 상기 압축기(501)의 흡입단에 연결되어 상기 압축기(501)의 입력압력을 승압시키는 압력 승압 제트 펌프(507); e) 상기 압축기(501)의 배출단에 연결되는 상기 압력 승압 제트 펌프(507)의 고압 유입단, 및 상기 증발기(504)에 연결되는 상기 압력 승압 제트 펌프(507)의 저압 유입단; f) 상기 압력 승압 제트 펌프(507)의 고압 유입단에 연결되어 상기 압축기(501)의 배출단으로부터 상기 압력 승압 제트 펌프(507)로 입력되는 냉매의 유동과 압력을 제어하는 제어밸브(508); 및 g) 2차 응축기(511), 팽창밸브(510), 흡입 냉각 열교환기(505) 및 액체 냉각 열교환기(506)와 연결되는 승압 압축기(502);를 포함하고, 공조용 히트 펌프가 고온 범위 작동 환경(대략 섭씨 0도 내지 10도)에서 동작할 때에는, 단지 압축기(501)만 작동하여 냉매를 응축기(503)로 펌핑하고, 냉매는 응축된 후 팽창밸브(509)를 통해 증발기(504)로 유동하고, 그런 다음 증발기(504)의 냉매는 압력 승압 제트 펌프(507)를 통해 유동하여 압축기(501)의 흡입측으로 복귀하고, 고온 동작에서는, 제어밸브(508)가 폐쇄되고, 압축기(501)의 유입압력이 시스템의 효율을 유지하기에 충분하기 때문에 승압 압축기(502)는 동작하지 않고, 공조용 히트 펌프가 극저온 작동 환경(대략 섭씨 10도 미만)에서 동작할 때에는, 제어밸브(508)가 개방되어 냉매가 압축기(501)의 출력측으로부터 압력 승압 제트 펌프(507)로 향하도록 함으로써, 압축기(501)의 유입압력을 증가시켜 시스템의 효율을 유지하고, 만약 제1 단계의 압력 승압이 충분치 않다면, 승압 압축기(502)가 작동되어 냉매를 2차 응축기(511)로 펌핑하고, 그런 다음, 냉매는 팽창밸브(510)를 거쳐 흡입 냉각 열교환기(505)와 액체 냉각 열교환기(506)로 유동하고, 흡입 냉각 열교환기(505)는 압력 승압 제트 펌프(507) 사이의 냉매의 온도를 냉각시키는데 사용되고, 액체 냉각 열교환기(506)는 응축기(503)로부터 팽 창밸브(509)로 향햐는 냉매로부터 열을 흡수하는데 사용된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 교대 제상시스템과 제상압축기를 구비한 공조용 히트 펌프는, a) 메인 응축기(902)로 냉매를 펌핑하고 압축하는 메인 압축기(901); b) 상기 메인 응축기(902)에 연결되며 냉매를 상기 메인 압축기(901)로 보내는 제1 증발기(903) 및 제2 증발기(904); c) 상기 메인 응축기(902)와 두 개의 증발기(903 및 904) 사이의 압력 강하를 조절하는 팽창밸브(907); d) 상기 제1 증발기(903)와 연결되어 상기 제1 증발기(903)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 제1 증발기 유동 제어밸브(912); e) 상기 제2 증발기(904)와 연결되어 상기 제2 증발기(904)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 제2 증발기 유동 제어밸브(911); f) 제상과정 동안 상기 제1 증발기(903) 및 제2 증발기(904)로부터 냉매를 공급받는 제상압축기(960); g) 상기 제상압축기(960)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받으며, 냉매가 상기 제2 증발기(904)로 배출되도록 된 제1 제상응축기(905); h) 상기 제1 증발기(903)의 제상 과정 동안 상기 제1 제상응축기(905)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 제1 제상제어밸브(914); i) 상기 제상압축기(960)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받으며, 냉매가 상기 제1 증발기(903)로 배출되도록 된 제2 제상응축기(906); j) 상기 제2 증발기(904)의 제상과정 동안 상기 제2 제상응축기(906)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 제2 제상제어밸브(913); k) 상기 제1 제상응축기(905)와 제2 증발기(904) 사이에 연결되어 냉매의 압력을 제어하는 적어도 하나의 압력조절기(921), 및 상기 제2 제상응축기(906)과 상기 제1 증발기(903) 사이에 연결되어 냉매의 압력을 조절하는 적어도 하나의 압력조절기(922); 및 l) 제상과정 동안 상기 두 개의 제상응축기(905 및 906)와 상기 두 개의 증발기(903 및 904) 각각에 대한 열을 전달하는 열전달수단;을 포함하고, 동작시에, 성에 제거가 필요하지 않으면, 제상압축기(960)는 작동되지 않고, 제1 제상제어밸브(914)와 제2 제상제어밸브(913)는 폐쇄되어 냉매가 상기 제1 제상응축기(905) 및 제2 제상응축기(906)로 유동하는 것을 막고, 냉매는 메인 압축기(901)에서 압축되어 메인 응축기(902)를 통해 유동하여 열을 방출하고, 그런 다음, 냉매는 팽창밸브(907)를 통해 상기 제1 증발기(903) 및 제2 증발기(904)로 유동한 후, 냉매는 증발되어 상기 메인 압축기(901)로 복귀하고, 시스템이 성에 제거로 설정되거나 또는 압력 센서가 증발기 상의 성에로 인해 압축기 부하가 높다고 감지하면, 시스템은 증발기 중의 어느 하나를 정지시키고, 제상압축기(960)가 기동을 시작하여 동작중인 증발기로부터 흡수되는 에너지를 성에 제거에 사용하며, 제1 증발기(903)가 성에 제거되는 경우에는, 제상압축기(960)가 동작하고, 제1 증발기 유동 제어밸브(912)가 폐쇄되어 냉매가 제1 증발기(903)로 유동하는 것을 막고, 제1 제상제어밸브(914)는 개방되어 압축된 냉매가 제1 제상응축기(905)로 유동하도록 해서 제1 증발기(903)의 성에를 제거하기 위한 열을 공급하고, 다음으로, 제1 제상응축기(905)의 냉매는 그것과 연결된 상기 압력조절기(921)를 거쳐 동작하는 제2 증발기(904)로 유동하고, 제2 증발기(904)가 성에 제거되는 경우에는, 제상압축기(960)가 동작하고, 제2 증발기 유동 제어밸브(911)가 폐쇄되어 냉매가 제2 증발기(904)로 유동하는 것을 막고, 제2 제상제어밸브(913)는 개방되어 압축된 냉매가 제2 제상응축기(906)로 유동하도록 해서 제2 증발기(904)의 성에를 제거하기 위한 열을 공급하고, 다음으로, 제2 제상응축기(906)의 냉매는 그것과 연결된 압력조절기(922)를 거쳐 동작하는 제1 증발기(903)로 유동한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 교대 제상시스템과 압력 승압 시스템을 구비한 공조용 히트 펌프는, a) 메인 응축기(802)로 냉매를 펌핑하고 압축하는 메인 압축기(801); b) 상기 메인 응축기(802)에 연결되는 제1 증발기(803) 및 제2 증발기(804); c) 상기 메인 응축기(802)와 두 개의 증발기(803 및 804) 사이의 압력 강하를 조절하는 팽창밸브(807); d) 상기 제1 증발기(803)와 연결되어 상기 제1 증발기(803)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 제1 증발기 유동 제어밸브(812); e) 상기 제2 증발기(804)와 연결되어 상기 제2 증발기(804)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 제2 증발기 유동 제어밸브(811); f) 상기 메인 압축기(801)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받으며, 냉매가 상기 제2 증발기(804)로 배출되도록 된 제1 제상응축기(805); g) 상기 제1 증발기(803)의 제상과정 동안 상기 제1 제상응축기(805)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 제1 제상제어밸브(814); h) 상기 메인 압축기(801)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받으며, 냉매가 상기 제1 증발기(803)로 배출되도록 된 제2 제상응축기(806); i) 상기 제2 증발기(804)의 제상과정 동안 상기 제2 제상응축기(806)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 제2 제상제어밸브(813); j) 상기 제1 제상응축기(805)와 제2 증발기(804) 사이에 연결되어 냉매의 압력을 제어하는 적어도 하나의 압력조절기(821), 및 상기 제2 제상응축기(806)과 상기 제1 증발기(803) 사이에 연결되어 냉매의 압력을 조절하는 적어도 하나의 압력조절기(822); k) 제상과정 동안 상기 두 개의 제상응축기(805 및 806)와 상기 두 개의 증발기(803 및 804) 각각에 대한 열을 전달하는 열전달수단; 및 l) 상기 메인 압축기(801)의 배출단과 연결되는 고압 유입단을 가지는 압력 승압 제트 펌프(850)로서, 상기 압력 승압 제트 펌프(850)의 메인 유입단은 상기 두 개의 증발기(803 및 804)으로부터 냉매를 공급받고, 상기 압력 승압 제트 펌프(850)의 배출단은 냉매를 상기 메인 압축기(801)의 유입단으로 보내도록 구성된 압력 승압 제트 펌프(850); 및 m) 상기 압력 승압 제트 펌프(850)의 고압 유입단에 연결되어 상기 메인 압축기(801)의 배출단으로부터 상기 압력 승압 제트 펌프(850)로 유입되는 냉매의 유동과 압력을 제어하는 압력 승압 제어밸브(851)로서, 상기 압력 승압 제트 펌프(850)는 상기 메인 압축기(801)로부터 배출되는 압축된 냉매의 일부를 상기 두 개의 증발기(803 및 804)로부터 나온 냉매의 압력을 승압시키는데 사용하도록 구성된 압력 승압 제어밸브(851);를 포함하고, 성에 제거가 필요하지 않으면, 제2 제상제어밸브(813)와 제1 제상제어밸브(814)는 폐쇄되고, 상기 제1 증발기(803)가 성에 제거되는 경우에는, 제1 증발기 유동 제어밸브(812)로 인해 제1 증발기(803)가 정지됨과 동시에, 상기 제2 증발기 유동 제어밸브(811)는 개방되어 상기 제2 증발기(804)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제1 제상응축기(805)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 제1 증발기(803)의 성에를 제거하도록 하고; 상기 제2 증발기(804)의 제상과정 동안에는, 상기 제2 증발기 유동 제어밸브(811)에 의해 상기 제2 증발기(804)가 정지됨과 동시에, 상기 제1 증발기 유동 제어밸브(812)는 개방되어 상기 제1 증발기(803)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되 지 않고, 상기 제2 제상응축기(806)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 제2 증발기(804)의 성에를 제거하고; 상기 메인 압축기(801)의 동작 부하가 허용범위 이내이며, 상기 압력 승압 제어밸브가 폐쇄되고, 만약 동작 온도가 내려가 상기 메인 압축기(801)에 과부하가 걸리면, 상기 압력 승압 제어밸브가 개방되면서 상기 메인 압축기(801)의 유입압력을 승압시킴으로써 메인 압축기(801)의 과부하와 손상을 방지한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 도 1을 참조하면, 공조용 히트 펌프가 작동을 시작하면, 압축기(101)는 냉매를 응축기(102)를 펌핑한다. 냉매는 응축된 후에, 팽창밸브(103)를 통해 유동하여 두 개의 솔레노이드 밸브(104 및 105)로 향한다. 이때, 두 개의 솔레노이드 밸브(104 및 105)는 개방된다. 냉매는 솔레노이드 밸브(104 및 105)를 통해 유동하면서 증발기(106 및 107)로 각각 향한다. 그런 다음, 증발기(106 및 107) 내의 냉매는 압축기(101)로 복귀한다. 압력조절기(112)는 제상(defrost)응축기(109 및 111)의 냉매 압력을 제어하는데 사용된다.
일측 증발기(106)의 제상동작 중에, 솔레노이드 밸브(104)는 폐쇄되고, 솔레노이드 밸브(108)은 개방된다. 상기 압축기는 가열된 냉매를 솔레노이드 밸브(108)을 통해 제상응축기(109)로 보낸다. 그런 다음, 제상응축기(109)로부터의 열은 팬 또는 직접 접촉과 같은 열전달수단에 의해 증발기(106)를 가열하는데 사용된다.
타측 증발기(107)의 제상동작 중에, 솔레노이드 밸브(105)는 폐쇄되고, 솔레노이드 밸브(110)은 개방된다. 상기 압축기는 가열된 냉매를 솔레노이드 밸브(110)을 통해 제상응축기(111)로 보낸다. 그런 다음, 제상응축기(111)로부터의 열은 팬 또는 직접 접촉과 같은 열전달수단에 의해 증발기(107)를 가열하는데 사용된다.
압축기의 부하를 줄이기 위한 또 다른 제상시스템의 예가 도 7에 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 동작시에, 제상(defrost)이 필요하지 않다면, 제어밸브(714 및 713)는 폐쇄되어 제상응축기(705 및 706)을 향한 냉매의 유동이 정지되고, 냉매는 응축기(701)에서 압축되어 응축기(702)를 통해 유동하여 열을 방출한다. 그런 다음, 냉매는 팽창밸브(707)를 통해 증발기(703 및 704)로 유동한다. 그리고 냉매는 증발되어 압축기(701)로 복귀된다.
시스템이 제상모드로 설정되거나 또는 압력센서가 어느 증발기에서의 성에 제거로 인해 압축기의 부하가 높은 것을 감지하게 되면, 시스템은 증발기 중 어느 하나의 동작을 정지시키고, 동작하는 증발기로부터의 에너지는 성에 제거를 위해 사용한다. 일측 증발기(703)가 제상되는 경우에는 제어밸브(712)는 폐쇄되어 증발기(703)로 향하는 냉매의 유동은 중단되고, 제어밸브(714)는 개방되어 압축된 냉매가 제상응축기(705)로 유동하도록 함으로써 증발기(703)의 성에 제거를 위한 열을 공급한다. 그런 다음, 제상응축기(705)의 냉매는 그것과 연결된 압력조절기(721)를 거쳐 동작하는 증발기(704)로 유동한다.
타측 증발기(704)가 제상되는 경우에는, 제어밸브(711)가 폐쇄되어 증발 기(704)로 향하는 냉매의 유동은 중단되고, 제어밸브(713)는 개방되어 압축된 냉매가 제상응축기(706)로 유동하도록 함으로써 증발기(704)의 제상을 위한 열을 공급한다. 그런 다음, 제상응축기의 냉매는 그것과 연결된 압력조절기(722)를 거쳐 동작하는 증발기(703)로 유동한다. 이렇게 상호 교대로 성에를 제거하는 시스템(이하 '교대 제상시스템'이라 함)은 이하에서 설명하는 넓은 범위의 압력 승압 수단(pressure boosting means)에 적용되어 결합될 수 있다.
도 2에는 2차 압축기를 가지는 공조용 히트 펌프가 개시되어 있다. 메인 히트 펌프가 동작을 시작하면, 압축기(201)는 냉매를 응축기(202)로 펌핑한다. 냉매는 응축된 후에, 팽창밸브(203)를 통해 유동하여 두 개의 솔레노이드 밸브(204 및 205)로 향한다. 이때, 두 개의 솔레노이드 밸브(204 및 205)는 개방된다. 냉매는 솔레노이드 밸브(204 및 205)를 통해 유동하면서 증발기(206 및 207)로 각각 향한다. 그런 다음, 증발기(206 및 207) 내의 냉매는 압축기(201)로 복귀한다.
일측 증발기(206)의 제상동작 중에, 솔레노이드 밸브(204)는 폐쇄되고, 솔레노이드 밸브(208)은 개방되어 냉매의 통과하도록 한다. 그러면, 2차 응축기(214)가 작동을 시작하면서 가열된 냉매를 솔레노이드 밸브(210)를 통해 제상응축기(209)로 보낸다. 그런 다음, 제상응축기(209)로부터의 열은 팬 또는 직접 접촉과 같은 열전달수단에 의해 증발기(206)를 가열하는데 사용된다. 제상응축기(209)의 냉매는 팽창밸브(216)를 통해 유동한다. 그리고, 냉매는 팽창밸브(216)로부터 열교환기(215)로 들어가 메인 히트 펌프에서 냉매로부터 열을 흡수한다. 이어서, 냉매는 2차 압축기(214)로 복귀한다.
타측 증발기(207)의 제상동작 중에, 솔레노이드 밸브(205)는 폐쇄되고, 솔레노이드 밸브(210)는 개방되어 냉매의 통과하도록 한다. 그러면, 2차 응축기(214)가 작동을 시작하면서 가열된 냉매를 솔레노이드 밸브(210)를 통해 제상응축기(211)로 보낸다. 그런 다음, 제상응축기(211)로부터의 열은 팬 또는 직접 접촉과 같은 열전달수단에 의해 증발기(207)를 가열하는데 사용된다. 제상응축기(211)의 냉매는 팽창밸브(216)를 통해 유동한다. 그리고, 냉매는 팽창밸브(216)로부터 열교환기(215)로 들어가 메인 히트 펌프에서 냉매로부터 열을 흡수한다. 이어서, 냉매는 2차 압축기(214)로 복귀한다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서 제상이 필요한 경우의 동작 과정을 보여주는 도면이다. 일측 증발기(107)가 제상이 필요할 경우, 증발기(107)는 작동을 중지하고, 증발기(106)는 계속 작동하여 제상응축기(111)가 증발기(107)의 성에를 제거하는데 필요한 열에너지를 공급한다. 미리 설정된 시간이 경과한 후에 또는 센서(미도시)가 더 이상의 성에 제거가 필요없음을 감지하면, 제상응축기(111)는 제상동작을 중단하고, 증발기(107)는 동작을 시작한다.
다른 증발기(106)에서 제상이 필요할 경우, 증발기(106)는 작동을 중지하고 증발기(107)는 계속 작동하여 제상응축기(109)가 증발기(106)의 성에를 제거하는데 필요한 열에너지를 공급한다. 미리 설정된 시간이 경과한 후에 또는 센서(미도시)가 더 이상의 제상이 필요없음을 감지하면, 제상응축기(109)는 제상동작을 중단하고, 증발기(106)는 동작을 시작한다. 증발기(106) 및 (107)는 성에없이 동작될 수 있으며, 둘 모두의 동작을 중단시키지 않아도 된다.
도 4는 넓은 온도 범위를 가진 공조용 히트 펌프에 대한 도면이다. 넓은 온도 범위를 가진 공조용 히트 펌프가 고온(대략 섭씨 0도 내지 10도) 동작 환경에서 작동을 시작하면, 압축기(401)는 냉매를 응축기(402)로 펌핑한다. 냉매는 응축된 후에 팽창밸브(403)를 통해 증발기(404)로 유동한다. 그런 다음 증발기(404)의 냉매는 압력 승압 제트 펌프(406)로 유동한다. 이때, 솔레노이드 밸브(405)는 폐쇄되고, 냉매는 압력이 승압되지 않은 채로 압력 승압 제트 펌프(406)를 통해 압축기(401)로 유동한다.
넓은 온도 범위를 가진 공조용 히트 펌프가 저온(대략 섭씨 0도 미만) 동작 환경에서 작동을 하면, 솔레노이드 밸브(405)가 개방되고, 냉매의 압력이 압력 승압 제트 펌프(406)에 의해 승압된다. 그리고 압축기(401)의 과부하를 방지하기 위해 압축기(401)의 유입압력은 허용가능한 범위로 유지된다. 따라서, 작동효율이 유지되고 시스템은 저온 동작 환경에도 적응될 수 있다.
나아가, 넓은 온도 범위의 공조용 히트 펌프의 또 다른 실시예는 전술한 제1 실시예에서 설명된 두 개의 제상응축기로 하여금 시스템 효율을 유지하도록 할 수 있다. 또한, 넓은 온도 범위의 공조용 히트 펌프는 가혹한 동작 환경에서 동작하기 위해서 다중 압력 승압 제트 펌프를 구비할 수 있다. 본 발명이 다중 압력 승압 제트 펌프를 구비할 경우, 바이패스 밸브와 원웨이 밸브 등이 압축기의 유입압력을 조절하기 위해 사용될 수 있다.
도 5는 극저온영역 승압 시스템을 가진 넓은 온도 범위의 공조용 히트 펌프에 대한 도면이다. 넓은 온도 범위의 공조용 히트 펌프가 고온(대략 섭씨 0도 내지 10도) 동작 환경에서 동작할 경우, 단지 압축기(501)만이 동작하여 냉매를 응축기(503)로 펌핑한다. 냉매는 응축된 후 팽창밸브(509)를 통해 증발기(504)로 유동한다. 그런 다음, 증발기(504)의 냉매는 압력 승압 제트 펌프(507)를 통해 유동하여 압축기(501)의 흡입측으로 복귀한다. 고온 동작에서는, 제어밸브(508)가 폐쇄되고, 압축기(501)의 유입압력이 시스템의 효율을 유지하기에 충분하기 때문에 승압 압축기(502)는 동작하지 않는다.
극저온(대략 섭씨 10도 미만) 동작 환경에서는, 제어밸브(508)가 개방되어 냉매가 압축기(501)의 출력측으로부터 압력 승압 제트 펌프(507)로 향하도록 함으로써, 압축기(501)의 유입압력을 증가시켜 시스템의 효율을 유지하도록 한다. 만약 제1 단계의 압력 승압이 충분치 않다면, 승압 압축기(502)가 작동되어 냉매를 2차 응축기(511)로 펌핑한다. 그런 다음, 냉매는 팽창밸브(510)를 거쳐 흡입 냉각 열교환기(505)와 액체 냉각 열교환기(506)로 유동한다. 흡입 냉각 열교환기(505)는 압력 승압 제트 펌프(507) 사이에 냉각된 냉매 온도를 흡수하는데 사용되고, 액체 냉각 열교환기(506)는 응축기(503)로부터 팽창밸브(509)로 향햐는 냉매로부터 열을 흡수한다. 이렇게 함으로써, 시스템 효율을 유지하기 위한 제2 단계 압력 승압이 이루어질 수 있다.
도 6은 도 5에서 설명한 극저온영역 승압 시스템을 가진 넓은 범위의 공조용 히트 펌프의 또 다른 실시예를 나타낸다. 승압 압축기(602)의 배출단은 압축기(601)의 배출단과 3가지 경로로 연결되고, 팽창밸브(610)의 입력측은 응축기(603)의 배출측과 3가지 경로로 연결됨으로써, 공통 응축기(604)를 공유할 수 있 다.
도 5 및 도 6에 개시된 실시예들은 모두 도 1에서 설명한 교대 제상시스템과 결합될 수 있고, 그러한 구성은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
도 8은 도 4 및 도 7에 도시된 실시예에 대한 또 다른 실시예이다. 압축기(801)의 유입압력이 충분하여 동작 부하가 압축기(801)의 허용 범위 이내일 경우에, 압력 승압 제트 펌프(850)는 제어밸브(851)에 의해 차단된다. 본 시스템은 압축기(801)에 대한 압력 보호와 함께 교대 제상능력을 동시에 제공한다.
도 9는 제상과정을 보다 효과적으로 제어하기 위해 도 7에 도시된 교대 제상시스템의 또 다른 실시예를 나타낸다. 본 장치의 동작에 있어서, 제상이 필요하지 않으면, 제상압축기(960)는 작동되지 않고, 제어밸브(914 및 913)이 폐쇄되어 냉매가 제상응축기(905 및 906)로 유동하는 것을 막는다. 냉매는 메인 압축기(901)에서 압축되어 응축기(902)를 통해 유동하여 열을 방출한다. 그런 다음, 냉매는 팽창밸브(907)를 통해 증발기(903 및 904)로 유동한다. 그리고 냉매는 증발되어 메인 압축기(901)로 복귀한다.
시스템이 제상모드로 설정되거나 또는 압력 센서가 증발기 상의 성에로 인해 압축기 부하가 높다고 감지하면, 시스템은 증발기 중의 어느 하나를 정지시키고, 제상압축기(960)가 기동을 시작하여 동작중인 증발기로부터 흡수되는 에너지를 사용한다. 일측 증발기(903)가 제상되는 경우에는, 제상압축기(960)가 동작하고, 제어밸브(912)가 폐쇄되어 냉매가 증발기(903)로 유동하는 것을 막는다. 제어밸 브(914)는 개방되어 압축된 냉매가 제상응축기(905)로 유동하도록 해서 증발기(903)를 성에 제거하기 위한 열을 공급한다. 다음으로, 제상응축기(905)의 냉매는 그것과 연결된 압력조절기(921)를 거쳐 동작하는 증발기(904)로 유동한다.
다른 증발기(904)가 제상되는 경우에는, 제상압축기(960)가 동작하고, 제어밸브(911)가 폐쇄되어 냉매가 증발기(904)로 유동하는 것을 막는다. 제어밸브(913)는 개방되어 압축된 냉매가 제상응축기(906)로 유동하도록 해서 증발기(904)를 성에 제거하기 위한 열을 공급한다. 다음으로, 제상응축기(906)의 냉매는 그것과 연결된 압력조절기(922)를 거쳐 동작하는 증발기(903)로 유동한다. 이러한 교대 제상시스템은 도 4에서 설명한 압력 승압 수단에 적용하여 결합될 수 있다.
이상과 같이 설명된 교대 제상시스템은 2단계 제상과정으로 더욱 개선될 수 있는데, 그 제1 단계 제상과정은 제상이 필요한 증발기 중 어느 하나의 전환과, 동작하는 다른 하나의 증발기는 계속해서 메인 응축기와 메인 압축기가 제상과정 동안 정지하지 않고 구동하도록 열을 흡수하는 것에 의해 달성되고; 제2 단계 제상은 전술한 실시예에서와 마찬가지로 제상응축기와 함께 교대로 제상하는 방법이다.
전술한 바와 같이 교대 제상수단과 결합된 모든 실시예는 제3, 제4의 증발기 및 제상응축기를 더 포함할 수 있으며 이 때에도 본 발명의 기본적인 기술적 사상은 동일하다. 제3 또는 제4 세트의 증발기가 구동할 경우에는, 하나 이상의 증발기가 제상되고, 그 외 다른 모든 증발기는 메인 응축기 및 메인 압축기와 함께 상호 동작을 계속함으로써, 히트 펌프 시스템이 연속적으로 기능을 수행하는 동시에 증 발기를 함께 제상할 수 있도록 한다. 또한, 제상응축기는 그 대응하는 증발기와 함께 단일 피스로 제조될 수 있으며, 따라서 제상응축기로부터의 열은 제상이 요구되는 증발기로 직접 전달될 수 있다.

Claims (7)

  1. 교대 제상시스템을 가진 공조용 히트 펌프로서,
    a) 냉매를 메인 응축기(102)로 펌핑하는 하나의 압축기(101);
    b) 상기 메인 응축기(102)에 연결되는 적어도 두 개의 증발기(106 및 107);
    c) 상기 메인 응축기(102)와 상기 두 개의 증발기(106 및 107) 사이의 압력 강하를 조절하는 팽창밸브(103);
    d) 상기 증발기(106)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키도록 상기 증발기(106)와 연결된 하나의 솔레노이드 밸브(104);
    e) 상기 증발기(107)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키도록 상기 증발기(107)와 연결된 하나의 솔레노이드 밸브(105);
    f) 상기 압축기(101)의 배출단에 연결된 하나의 제상응축기(109);
    g) 상기 증발기(106)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(109)로의 냉매 유동을 허용하는 하나의 솔레노이드 밸브(108);
    h) 상기 압축기(101)의 배출단에 연결된 하나의 제상응축기(111);
    i) 상기 증발기(107)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(111)로의 냉매 유동을 허용하는 하나의 솔레노이드 밸브(110);
    j) 상기 두 개의 제상응축기(109 및 111)와 상기 압축기(101)의 흡입단 사이에서 냉매의 압력을 조절하는 적어도 하나의 압력조절기(112); 및
    k) 제상과정 동안 상기 두 개의 제상응축기(109 및 111)와 상기 두 개의 증 발기(106 및 107) 각각에 대한 열을 전달하는 열전달수단;을 포함하고,
    제상이 필요하지 않는 경우에는, 상기 두 개의 솔레노이드 밸브(108 및 109)가 폐쇄된 상태로 유지되고;
    상기 증발기(106)의 제상과정 동안에는, 상기 솔레노이드 밸브(104)에 의해 상기 증발기(106)가 정지됨과 동시에, 상기 솔레노이드 밸브(108)는 개방되어 상기 증발기(107)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제상응축기(109)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 증발기(106)를 제상하도록 하고;
    상기 증발기(107)의 제상과정 동안에는, 상기 솔레노이드 밸브(105)에 의해 상기 증발기(107)가 정지됨과 동시에, 상기 솔레노이드 밸브(110)는 개방되어 상기 증발기(106)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제상응축기(111)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 증발기(107)를 제상하는 것을 특징으로 하는 공조용 히트 펌프.
  2. 교대 제상시스템을 가진 공조용 히트 펌프로서,
    a) 냉매를 메인 응축기(702)로 펌핑하고 압축하는 하나의 압축기(701);
    b) 상기 메인 응축기(702)에 연결되는 적어도 두 개의 증발기(703 및 704);
    c) 상기 메인 응축기(702)와 상기 두 개의 증발기(703 및 704) 사이의 압력 강하를 조절하는 팽창밸브(707);
    d) 상기 증발기(703)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키도록 상기 증발기(703)와 연결된 하나의 제어밸브(712);
    e) 상기 증발기(704)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키도록 상기 증발기(704)와 연결된 하나의 제어밸브(711);
    f) 상기 압축기(701)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받고 배출된 냉매는 상기 증발기(704)로 가는 하나의 제상응축기(705);
    g) 상기 증발기(703)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(705)로의 냉매 유동을 허용하는 하나의 제어밸브(714);
    h) 상기 압축기(701)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받고 배출된 냉매는 상기 증발기(703)로 가는 하나의 제상응축기(706);
    i) 상기 증발기(704)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(706)로의 냉매 유동을 허용하는 하나의 제어밸브(713);
    j) 상기 제상응축기(705)와 상기 증발기(704) 사이에서 냉매의 압력을 제어하는 적어도 하나의 압력조절기(721), 및 상기 제상응축기(706)와 상기 증발기(703) 사이에서 냉매의 압력을 제어하는 적어도 하나의 압력조절기(722); 및
    k) 제상과정 동안 상기 두 개의 제상응축기(705 및 706)와 상기 두 개의 증발기(703 및 704) 각각에 대한 열을 전달하는 열전달수단;을 포함하고,
    제상이 필요하지 않는 경우에는, 상기 두 개의 제어밸브(713 및 714)가 폐쇄된 상태로 유지되고;
    상기 증발기(703)의 제상과정 동안에는, 상기 제어밸브(712)에 의해 상기 증발기(703)가 정지됨과 동시에, 상기 제어밸브(711)는 개방되어 상기 증발기(704)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제상응축기(705)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 증발기(703)를 제상하도록 하고;
    상기 증발기(704)의 제상과정 동안에는, 상기 제어밸브(711)에 의해 상기 증발기(704)가 정지됨과 동시에, 상기 제어밸브(712)는 개방되어 상기 증발기(703)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제상응축기(706)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 증발기(704)를 제상하는 것을 특징으로 하는 공조용 히트 펌프.
  3. 넓은 온도 범위의 공조용 히트 펌프로서,
    a) 응축기(402)로 냉매를 펌핑하는 하나의 압축기(401);
    b) 상기 응축기(402)의 출력단에 연결되는 적어도 하나의 증발기(404);
    c) 상기 응축기(402)와 상기 증발기(404) 사이의 압력 강하를 제어하는 팽창밸브(403);
    d) 상기 압축기(401)의 유입압력을 증대시키기 위해 상기 증발기(404)의 출력단과 상기 압축기(401)의 흡입단에 연결되는 압력 승압 제트 펌프(406);
    e) 상기 압축기(401)의 배출단에 연결되는 상기 압력 승압 제트 펌프(406)의 고압 유입단, 및 상기 증발기(404)에 연결되는 상기 압력 승압 제트 펌프(406)의 저압 유입단; 및
    f) 상기 압력 승압 제트 펌프(406)의 고압 유입단에 연결되어 상기 압력 승압 제트 펌프로 유입되는 냉매의 유동과 압력을 제어하는 제어밸브(405);를 포함하고,
    고온 범위에서의 동작 중에는, 상기 압축기(401)의 유입압력이 압력 승압없이도 동작되기에 충분하고, 따라서 상기 제어밸브(405)는 폐쇄되어 상기 압력 승압 제트 펌프가 상기 압축기(401)의 유입압력에 영향을 미치지 않고;
    저온 범위에서의 동작 중에는, 상기 압축기(401)의 유입압력이 감소되어 동작되기에 불충분하고, 따라서 상기 제어밸브(405)가 개방되어 상기 압력 승압 제트 펌프(406)를 활성화시키고, 상기 압력 승압 제트 펌프(406)는 고압 측면 배관으로부터 가스상의 냉매를 받아 상기 압축기(401)의 유입압력을 증가시키고, 그에 따라 상기 압축기(401)는 서로 다른 온도 범위에서 적정 부하로 동작을 유지하는 것을 특징으로 하는 공조용 히트 펌프.
  4. 2차 압축기를 구비한 공조용 히트 펌프로서,
    a) 메인 응축기(202)로 냉매를 펌핑하는 하나의 압축기(201);
    b) 상기 메인 응축기(202)의 출력단에 메인 입력단이 연결되고, 메인 출력단은 팽창밸브(203)의 입력단과 연결되는 열교환기(215);
    c) 상기 팽창밸브(203)의 출력단과 연결되는 적어도 두 개의 증발기(206 및 207);
    d) 상기 증발기(206)와 연결되어 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 하나의 솔레노이드 밸브(204);
    e) 상기 증발기(207)와 연결되어 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 하나의 솔레노이드 밸브(205);
    f) 제상 동작을 위한 2차 압축기(214);
    g) 상기 2차 압축기(214)의 배출단에 연결된 하나의 제상응축기(209);
    h) 상기 증발기(206)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(209)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 하나의 솔레노이드 밸브(208);
    i) 상기 2차 압축기(214)의 배출단에 연결된 하나의 제상응축기(211);
    j) 상기 증발기(207)의 제상과정 동안 상기 제상응축기(211)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 하나의 솔레노이드 밸브(210);
    k) 제상과정 동안 상기 두 개의 제상응축기(209 및 211)에서 상기 두 개의 증발기(206 및 207)로 열을 전달하는 열전달수단;
    l) 입력단이 상기 제상응축기(209 및 211)에 연결되고, 출력단이 상기 열교환기(215)의 2차 입력단에 연결됨으로써, 상기 열교환기의 2차 출력단이 상기 2차 압축기(214)의 흡입단에 연결되도록 된 팽창밸브(216);를 포함하고,
    제상이 필요하지 않는 경우에는, 상기 2차 압축기(214)는 동작되지 않고, 상기 두 개의 솔레노이드 밸브(204 및 205)는 개방된 상태로 유지되고;
    상기 증발기(206)의 제상과정 동안에는, 상기 솔레노이드 밸브(204)에 의해 상기 증발기(206)가 정지됨과 동시에, 상기 솔레노이드 밸브(208)는 개방되어 상기 증발기(207)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 열교환기(215)의 2차 배출단 밖으로 유동하는 냉매가 상기 메인 입력단을 유동하는 냉매의 열을 흡수하여, 냉매가 상기 2차 압축기(214)로 들어가기 전에 가스상태로 증발되도록 하고, 그런 다음 상기 2차 압축기(214)가 작동을 시작하여 상기 제상응축기(209)를 가열하여 상기 증발기(206)를 제상하고;
    상기 증발기(207)의 제상과정 동안에는, 상기 솔레노이드 밸브(205)에 의해 상기 증발기(207)가 정지됨과 동시에, 상기 솔레노이드 밸브(210)는 개방되어 상기 증발기(206)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 열교환기(215)의 2차 배출단 밖으로 유동하는 냉매가 상기 메인 입력단을 유동하는 냉매의 열을 흡수하여, 냉매가 상기 2차 압축기(214)로 들어가기 전에 가스상태로 증발되도록 하고, 그런 다음 상기 2차 압축기(214)가 작동을 시작하여 상기 제상응축기(211)를 가열하여 상기 증발기(207)를 제상하는 것을 특징으로 하는 공조용 히트 펌프.
  5. 넓은 범위의 공조용 히트 펌프로서,
    a) 응축기(503)로 냉매를 펌핑하는 하나의 압축기(501);
    b) 상기 응축기(503)의 배출단에 연결된 적어도 하나의 증발기(504);
    c) 상기 응축기(503)와 상기 증발기(504) 사이의 압력 강하를 제어하는 팽창밸브(509);
    d) 상기 증발기(504)의 출력단과 상기 압축기(501)의 흡입단에 연결되어 상기 압축기(501)의 유입압력을 승압시키는 압력 승압 제트 펌프(507);
    e) 상기 압축기(501)의 배출단에 연결되는 상기 압력 승압 제트 펌프(507)의 고압 유입단, 및 상기 증발기(504)에 연결되는 상기 압력 승압 제트 펌프(507)의 저압 유입단;
    f) 상기 압력 승압 제트 펌프(507)의 고압 유입단에 연결되어 상기 압축기(501)의 배출단으로부터 상기 압력 승압 제트 펌프(507)로 입력되는 냉매의 유동과 압력을 제어하는 제어밸브(508); 및
    g) 2차 응축기(511), 팽창밸브(510), 흡입 냉각 열교환기(505) 및 액체 냉각 열교환기(506)와 연결되는 승압 압축기(502);를 포함하고,
    공조용 히트 펌프가 고온 범위 작동 환경(대략 섭씨 0도 내지 10도)에서 동작할 때에는, 단지 압축기(501)만 작동하여 냉매를 응축기(503)로 펌핑하고, 냉매는 응축된 후 팽창밸브(509)를 통해 증발기(504)로 유동하고, 그런 다음 증발기(504)의 냉매는 압력 승압 제트 펌프(507)를 통해 유동하여 압축기(501)의 흡입측으로 복귀하고, 고온 동작에서는, 제어밸브(508)가 폐쇄되고, 압축기(501)의 유입압력이 시스템의 효율을 유지하기에 충분하기 때문에 승압 압축기(502)는 동작하지 않고,
    공조용 히트 펌프가 극저온 작동 환경(대략 섭씨 10도 미만)에서 동작할 때에는, 제어밸브(508)가 개방되어 냉매가 압축기(501)의 출력측으로부터 압력 승압 제트 펌프(507)로 향하도록 함으로써, 압축기(501)의 유입압력을 증가시켜 시스템의 효율을 유지하고, 만약 제1 단계의 압력 승압이 충분치 않다면, 승압 압축기(502)가 작동되어 냉매를 2차 응축기(511)로 펌핑하고, 그런 다음, 냉매는 팽창밸브(510)를 거쳐 흡입 냉각 열교환기(505)와 액체 냉각 열교환기(506)로 유동하고, 흡입 냉각 열교환기(505)는 압력 승압 제트 펌프(507) 사이의 냉매의 온도를 냉각시키는데 사용되고, 액체 냉각 열교환기(506)는 응축기(503)로부터 팽창밸브(509)로 향햐는 냉매로부터 열을 흡수하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 공조 용 히트 펌프.
  6. 교대 제상시스템과 제상압축기를 구비한 공조용 히트 펌프로서,
    a) 메인 응축기(902)로 냉매를 펌핑하고 압축하는 메인 압축기(901);
    b) 상기 메인 응축기(902)에 연결되며 냉매를 상기 메인 압축기(901)로 보내는 제1 증발기(903) 및 제2 증발기(904);
    c) 상기 메인 응축기(902)와 두 개의 증발기(903 및 904) 사이의 압력 강하를 조절하는 팽창밸브(907);
    d) 상기 제1 증발기(903)와 연결되어 상기 제1 증발기(903)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 제1 증발기 유동 제어밸브(912);
    e) 상기 제2 증발기(904)와 연결되어 상기 제2 증발기(904)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 제2 증발기 유동 제어밸브(911);
    f) 제상과정 동안 상기 제1 증발기(903) 및 제2 증발기(904)로부터 냉매를 공급받는 제상압축기(960);
    g) 상기 제상압축기(960)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받으며, 냉매가 상기 제2 증발기(904)로 배출되도록 된 제1 제상응축기(905);
    h) 상기 제1 증발기(903)의 제상과정 동안 상기 제1 제상응축기(905)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 제1 제상제어밸브(914);
    i) 상기 제상압축기(960)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받으며, 냉매가 상기 제1 증발기(903)로 배출되도록 된 제2 제상응축기(906);
    j) 상기 제2 증발기(904)의 제상과정 동안 상기 제2 제상응축기(906)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 제2 제상제어밸브(913);
    k) 상기 제1 제상응축기(905)와 제2 증발기(904) 사이에 연결되어 냉매의 압력을 제어하는 적어도 하나의 압력조절기(921), 및 상기 제2 제상응축기(906)과 상기 제1 증발기(903) 사이에 연결되어 냉매의 압력을 조절하는 적어도 하나의 압력조절기(922); 및
    l) 제상과정 동안 상기 두 개의 제상응축기(905 및 906)와 상기 두 개의 증발기(903 및 904) 각각에 대한 열을 전달하는 열전달수단;을 포함하고,
    동작시에, 제상이 필요하지 않으면, 제상압축기(960)는 작동되지 않고, 제1 제상제어밸브(914)와 제2 제상제어밸브(913)는 폐쇄되어 냉매가 상기 제1 제상응축기(905) 및 제2 제상응축기(906)로 유동하는 것을 막고, 냉매는 메인 압축기(901)에서 압축되어 메인 응축기(902)를 통해 유동하여 열을 방출하고, 그런 다음, 냉매는 팽창밸브(907)를 통해 상기 제1 증발기(903) 및 제2 증발기(904)로 유동한 후, 냉매는 증발되어 상기 메인 압축기(901)로 복귀하고,
    시스템이 제상모드로 설정되거나 또는 압력 센서가 증발기 상의 성에로 인해 압축기 부하가 높다고 감지하면, 시스템은 증발기 중의 어느 하나를 정지시키고, 제상압축기(960)가 기동을 시작하여 동작중인 증발기로부터 흡수되는 에너지를 제 상에 사용하며,
    제1 증발기(903)가 제상되는 경우에는, 제상압축기(960)가 동작하고, 제1 증발기 유동 제어밸브(912)가 폐쇄되어 냉매가 제1 증발기(903)로 유동하는 것을 막고, 제1 제상제어밸브(914)는 개방되어 압축된 냉매가 제1 제상응축기(905)로 유동하도록 해서 제1 증발기(903)를 제상하기 위한 열을 공급하고, 다음으로, 제1 제상응축기(905)의 냉매는 그것과 연결된 상기 압력조절기(921)를 거쳐 동작하는 제2 증발기(904)로 유동하고,
    제2 증발기(904)가 제상되는 경우에는, 제상압축기(960)가 동작하고, 제2 증발기 유동 제어밸브(911)가 폐쇄되어 냉매가 제2 증발기(904)로 유동하는 것을 막고, 제2 제상제어밸브(913)는 개방되어 압축된 냉매가 제2 제상응축기(906)로 유동하도록 해서 제2 증발기(904)를 제상하기 위한 열을 공급하고, 다음으로, 제2 제상응축기(906)의 냉매는 그것과 연결된 압력조절기(922)를 거쳐 동작하는 제1 증발기(903)로 유동하는 것을 특징으로 하는 공조용 히트 펌프.
  7. 교대 제상시스템과 압력 승압 시스템을 구비한 공조용 히트 펌프로서,
    a) 메인 응축기(802)로 냉매를 펌핑하고 압축하는 메인 압축기(801);
    b) 상기 메인 응축기(802)에 연결되는 제1 증발기(803) 및 제2 증발기(804);
    c) 상기 메인 응축기(802)와 두 개의 증발기(803 및 804) 사이의 압력 강하를 조절하는 팽창밸브(807);
    d) 상기 제1 증발기(803)와 연결되어 상기 제1 증발기(803)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 제1 증발기 유동 제어밸브(812);
    e) 상기 제2 증발기(804)와 연결되어 상기 제2 증발기(804)의 제상과정 동안 냉매의 유동을 정지시키는 제2 증발기 유동 제어밸브(811);
    f) 상기 메인 압축기(801)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받으며, 냉매가 상기 제2 증발기(804)로 배출되도록 된 제1 제상응축기(805);
    g) 상기 제1 증발기(803)의 제상과정 동안 상기 제1 제상응축기(805)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 제1 제상제어밸브(814);
    h) 상기 메인 압축기(801)의 배출단에 연결되어 냉매를 공급받으며, 냉매가 상기 제1 증발기(803)로 배출되도록 된 제2 제상응축기(806);
    i) 상기 제2 증발기(804)의 제상과정 동안 상기 제2 제상응축기(806)로 가는 냉매의 유동을 허용하는 제2 제상제어밸브(813);
    j) 상기 제1 제상응축기(805)와 제2 증발기(804) 사이에 연결되어 냉매의 압력을 제어하는 적어도 하나의 압력조절기(821), 및 상기 제2 제상응축기(806)과 상기 제1 증발기(803) 사이에 연결되어 냉매의 압력을 조절하는 적어도 하나의 압력조절기(822);
    k) 제상과정 동안 상기 두 개의 제상응축기(805 및 806)와 상기 두 개의 증발기(803 및 804) 각각에 대한 열을 전달하는 열전달수단; 및
    l) 상기 메인 압축기(801)의 배출단과 연결되는 고압 유입단을 가지는 압력 승압 제트 펌프(850)로서, 상기 압력 승압 제트 펌프(850)의 메인 유입단은 상기 두 개의 증발기(803 및 804)으로부터 냉매를 공급받고, 상기 압력 승압 제트 펌프(850)의 배출단은 냉매를 상기 메인 압축기(801)의 유입단으로 보내도록 구성된 압력 승압 제트 펌프(850); 및
    m) 상기 압력 승압 제트 펌프(850)의 고압 유입단에 연결되어 상기 메인 압축기(801)의 배출단으로부터 상기 압력 승압 제트 펌프(850)로 유입되는 냉매의 유동과 압력을 제어하는 압력 승압 제어밸브(851)로서, 상기 압력 승압 제트 펌프(850)는 상기 메인 압축기(801)로부터 배출되는 압축된 냉매의 일부를 상기 두 개의 증발기(803 및 804)로부터 나온 냉매의 압력을 승압시키는데 사용하도록 구성된 압력 승압 제어밸브(851);를 포함하고,
    제상이 필요하지 않으면, 제2 제상제어밸브(813)와 제1 제상제어밸브(814)는 폐쇄되고,
    상기 제1 증발기(803)가 제상되는 경우에는, 제1 증발기 유동 제어밸브(812)로 인해 제1 증발기(803)가 정지됨과 동시에, 상기 제2 증발기 유동 제어밸브(811)는 개방되어 상기 제2 증발기(804)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제1 제상응축기(805)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 제1 증발기(803)를 제상하도록 하고;
    상기 제2 증발기(804)의 제상과정 동안에는, 상기 제2 증발기 유동 제어밸 브(811)에 의해 상기 제2 증발기(804)가 정지됨과 동시에, 상기 제1 증발기 유동 제어밸브(812)는 개방되어 상기 제1 증발기(803)는 계속해서 동작함으로써 상기 공조용 히트 펌프의 동작이 중단되지 않고, 상기 제2 제상응축기(806)에 열에너지를 제공하여 상기 열전달수단에 의해 상기 제2 증발기(804)를 제상하고;
    상기 메인 압축기(801)의 동작 부하가 허용범위 이내이며, 상기 압력 승압 제어밸브가 폐쇄되고,
    만약 동작 온도가 내려가 상기 메인 압축기(801)에 과부하가 걸리면, 상기 압력 승압 제어밸브가 개방되면서 상기 메인 압축기(801)의 유입압력을 승압시킴으로써 메인 압축기(801)의 과부하와 손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 공조용 히트 펌프.
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