KR20070065824A - 다중 영역의 실내 냉난방 시스템 및 환기 제어 시스템과 그효율적인 에너지 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 -40℃에서 25℃로 변화하는 외부 온도에서 연속적인 난방 작동이 가능한 다중 영역의 실내 냉난방기 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 실내 난방을 위한 계속적인 작동 능력을 가진 응축기와 통상의 영역보다 낮은 작동 온도에서 성능을 유지하는 냉각 압축기를 이용하여 냉난방 장치의 사이즈와 가격을 최소화한다. 더불어, 본 발명의 범위 안에서 건강과 편의성을 위한 에너지 효율이 좋은 환기 및 습도 제어 시스템 작동이 가능하다. 상기 시스템을 제어하는 가장 에너지 효율적이고 가장 저렴한 제어 방법이 더 제공된다.
응축기, 실내 난방, 압축기, 환기, 습도, 제상 방법
Description
도 1A 내지 도 1I는 교차 역전 제상 난방 시스템을 보여주는 도면이며, 교차 역전 제상 시스템의 제어 로직 표가 도 1A 내지 도 1E의 참조로 제공된다.
도 1F 내지 도 1G는 로타리 밸브를 이용한 교차 역전 제상 난방 시스템을 예시하는 구조 설계안.
도 1H는 두 개 이상의 증발기를 이용한 교차 역전 제상 난방 시스템을 예시하는 구조 설계안.
도 1I는 교차 역전 제상 난방 시스템에 기초한 또 다른 가능한 변경 구조 설계안.
도 2A 내지 도 2E는 제상 응축기를 가진 교차 역전 제상 난방 시스템을 보여주는 도면이며, 교차 제상 열 펌프 시스템의 제어 로직 표가 도 2A 내지 도 2E의 참조로 제공된다.
도 2G는 증발기 부와 제상 응축기 부를 예시하는 실구조 도면.
도 3A 내지 도 3E는 본 발명의 교차 배기 제상 난방 시스템 및 환기 제어 시스템을 보여주는 도면이며, 제어 로직 표가 도 3A 내지 도 3E의 참조로 제공된다.
도 1J, 도 2F, 및 도 3F는 네 세트(set)의 작동 증발기를 가진 세 가지 모두의 주요 실시예를 예시하는 구조 설계안.
본 발명은 실내 냉난방기 시스템에 관한 것이다. 나아가, 냉매 순환과 압축기를 이용한 실내 냉난방기 시스템과 본 발명의 가장 저렴하고 가장 에너지 효율적인 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은 실내 냉난방기, 온수기, 및 환기 목적에 적용될 수 있다.
냉매 순환을 이용한 종래의 실내 냉난방기 시스템은 작동 시 많은 제약이 따른다. 제약 중 하나로 종래의 실내 냉난방기 시스템은 작동하는 외부 온도에 따라 다른 형식의 압축기를 필요로 한다. 높은 영역의 압축기는 5℃에서 30 ℃의 외부 온도에서 작동한다.
외부 온도가 약 5 ℃이하로 떨어지면 높은 온도 영역의 압축기를 이용하는 종래의 실내 냉난방기 시스템은 다음과 같은 이유로 압축기를 중지시켜야만 한다. 증발기 안의 기화하는 냉매와 외기 흐름 사이의 온도 차가 줄어들고 증발기를 통해 전도되는 열은 비례하여 감소한다. 따라서, 냉매 기화율은 감소한다. 냉매 기화율이 감소함에 따라 압축기의 흡입압력은 표준 지정 범위보다 훨씬 낮아지고 압축기는 그것의 흡입 행정에서 충분한 양의 냉매를 흡입하지 못하고, 따라서, 압축비는 현저히 감소하고, 그것이 압축기 행정의 성능이 되어 낮은 압축 성능과 에너지-가 격 비를 고려하여 높은 온도 영역의 압축기를 이용하는 종래의 실내 냉난방기 시스템은 일반적으로 약 5℃의 외부 온도 한계를 작동 조건으로 지정한다.
다시 말하면, 종래의 난방 시스템에서는 종래의 지정된 범위보다 낮은 외부 온도 하에서 압축기를 구동하는 고정된 전기량으로 그 전기량과 등가인 열에너지를 생성할 수 없다.
실제로, 0℃ 외부 온도 하에서 높은 온도 영역의 압축기는 20℃의 성능 조건과 비교했을 때, 3 분의 1 이하의 열에너지를 생성하고, 외부 온도가 계속해서 떨어지면 작동 효율은 보다 급격히 떨어지게 된다.
불가피하게, 외부 온도는 하루 동안 지속적으로 변화하는데 북반구의 많은 지역에서 15℃ 이상의 낮 온도와 -15℃ 이하의 밤 온도 분포를 보인다. 이를 해결하기 위해 하나 이상의 중간 또는 낮은 온도 영역의 압축기를 병렬로 연결하여 외부 온도가 5 ℃ 이하로 떨어졌을 때, 높은 온도 영역의 압축기를 정지시키고 다른 압축기를 작동시키는 해결책이 있었다. 그러나, 이러한 방법은 제조 가격과 전체 시스템의 작동 비용을 상당히 올리게 되므로 현재의 시장에서는 존재하지 않는 방법이다.
또 다른 가능한 과거의 해결책으로 낮은 외부 온도 하에서 회전 주기를 증가시킬 수 있는 압축기를 사용하는 방법이 있다. 그러나, 이것 또한 외부 온도가 떨어짐에 따라 냉매 기화율이 급격히 떨어질 것이기 때문에 문제를 완전히 해결할 수 는 없다. 다시 말해, 압축기가 회전주기를 증가시킬 수 있다 하더라도, 증발기의 열 흡수율은 낮은 외부 온도 하에서 여전히 크게 감소한다. 게다가, 회전속도를 증 가시킬 수 있는 여유가 압축기 기계 구조와 수명 및 장치 비용 상 한계가 있어 이것 또한 현 시장에서는 존재하지 않는 방법이다.
외부에 존재하는 무한히 많은 양의 습기는 냉매 순환을 이용한 종래의 냉난방 시스템의 또 다른 작동 한계이다. 외부 온도가 약 5℃ 이하로 떨어졌을 때, 증발기의 표면에는 성애가 생기기 시작한다. 성애는 좋은 단열재라 성애가 쌓이게 되면 종래의 냉난방기 시스템은 성애를 녹이기 위해 일정한 기간 동안 전체 시스템 작동을 중지하게 되고, 성애 제거 시간을 줄이기 위해 전기 히터를 사용하기도 한다.
이러한 종래의 성애 제거 과정 동안 압축기와 응축기는 작동을 멈추게 되고 증발기가 완전히 성애를 제거하는데 필요한 시간은 변화하는 날씨에 따라 다양할 수 있다. 0℃ 이하의 외부 온도 하에서 성애 제거 과정에 대해, 증발기는 쌓여 있는 성애를 녹일 수 있는 전기 히터나 가스 히터와 같은 다른 에너지원에 거의 완전히 의존해야만 한다. 따라서, 전체 난방 성능은 안정적이지 못하고 장치 유지 관리는 어려워질 것이다.
그러나, 북반구의 몇몇 지역에서는 난방 장치가 생명을 유지하는 요소이다. 난방 장치의 작동이 중지되면 주거 생활에 영향을 미치게 된다. 더욱이, 중지되지 않는 지속적인 난방 장치의 작동은 상업 지역에서는 필수적인 요소이다. 지속적으로 사용되는 전기 히터는 커다란 전원으로 인해 더욱 신중한 유지관리를 또한 요구할 것이다. 따라서, 불안정한 난방 성능과 잠재적인 장치의 위험요소로 인해, 냉매순환을 이용한 종래의 냉난방 시스템은 모든 난방 시스템 중 가장 안전한 사양과는 거리가 멀게 된다.
종래 성애 제거 방법의 또 다른 결점은 성애를 제거하는 동안 압축기와 응축기가 정지한다는 것이고 압축기와 응축기의 이용률이 낮다는 것이다. 5℃ 이하의 외부 온도에 대해서 압축기와 응축기의 이용률은 50 퍼센트 미만이다. 다시 말해, 성애를 제거하는 시간이 난방 시간보다 일반적으로 길다는 것이다. 따라서, 100 퍼센트 이용률로 작동되는 압축기와 응축기를 가진 냉난방 시스템을 공급하게 되면, 크기와 유지 관리 비용이 종래의 냉난방기 시스템과 비교했을 때 절반이 될 수 있는 것이다.
실내 냉난방 시스템을 이용한 종래의 실내 환기 시스템은 일반적으로 실내 열기 출구와 실외 냉기 입구 사이의 금속 분리기이다. 종래의 환기 방법으로 지속적으로 환기하기 위해서는 많은 양의 열을 내보내야 한다. 사실상, 사람의 건강이나 쾌적함과는 상관없이 에너지 비용을 최소화하기 위해 추운 계절 동안의 환기율은 최소로 유지된다. 따라서, 본 발명의 목적 중 하나는 실내에서의 열에너지를 유지하면서 환기율을 높일 수 있는 환기 제어시스템을 제공하는 데 있다.
일반적으로, 종래의 냉난방 시스템은 많은 제약 조건을 가지고 있고 요즘 가장 널리 사용되는 냉난방 시스템은 전체적인 사항을 고려하여 5℃에서 25℃의 제한된 작동 영역을 가지고 있다. 하지만, 본 발명에 따른 수년간의 연구 결과로 냉매순환을 이용한 실내 난방 시스템을 향상시키기 위한 여지가 있음을 알게 되었다. 본 발명은 또한 미국 출원 번호 11/103,221의 계속 출원(Continuous Patent Application)이며, 다양한 실험을 통해 최선의 지식으로 가장 실질적인 실시예와 제어 방법을 선별함으로써 개선되었다. 따라서, 개념은 다듬어지고 난방 성능은 생활 요구에 따라 더욱 신뢰할 만해졌으며 제조 가격은 최소화되어 본 발명의 궁극적인 목적인 일반 대중에게 실내 냉난방 시스템과 실내 난방 목적에 적합한 에너지 효율이 좋은 제어 방법을 제공할 수 있게 된다.
1. 본 발명의 제 1 목적은 -40℃에서 25℃의 온도 범위에서 지속적으로 변하는 실내 환경 하에서 신뢰할 만한 작동 능력을 가진 다중 범위 실내 냉난방 시스템을 제공하는 것이다.
2. 본 발명의 제 2 목적은 5℃ 이하의 실외 온도에서 냉매 기화율과 열흡수율 및 압축기 흡입 포트 압력을 조절함으로써 높은 온도 영역의 표준 압축기가 모든 가능한 실외 온도에서 작동하도록 하는 다중 범위 실내 냉난방 시스템을 제공하는 것이다.
3. 본 발명의 제 3 목적은 연속적인 난방 출력과 낮은 장치 비용을 위해 모든 가능한 실외 온도에서 전시간 연속적인 난방 작동을 가능하게 함으로써 주거 생활 요구에 더욱 적합하고 신뢰할 만한 다중 범위 실내 냉난방 시스템을 제공하는 것이다.
4. 본 발명의 제 4 목적은 압축기와 응축기의 이용률을 최대화하기 위해 전시간 연속적인 난방 작동을 위한 다양한 제상(defrosting) 구조 및 제어 방법을 제공하는 것이다. 교차 제상 방식, 교차 역전 제상 방식, 교차 배기 제상 방식의 세 가지 방식의 제상 구조가 있고, 각 방식에는 두 가지 종류의 제상 방법이 있다.
5. 본 발명의 다른 목적은 본 발명의 다중 작동 범위의 실내 냉난방 시스템을 조합하고 완전히 이용함으로써 사람의 건강과 쾌적함을 위한 실내에서의 열에너지와 신선한 공기 조건을 유지하는 환기 및 습도 제어 시스템을 제공하는 것이다.
6. 본 발명의 또 다른 목적은 다중 작동 범위의 실내 냉난방 시스템 및 환기 제어 시스템에 대한 가장 에너지 효율이 좋은 방법을 제공함으로써 전체 작동에 필요한 에너지를 최소화하는 것이다.
다중 작동 범위의 실내 냉난방 시스템은 세 가지 주요 실시예를 가지는 데, 그 첫 번째는 교차 역전 제상 방식이고 두 번째는 교차 제상 방식이며, 세 번째는 교차 배기 제상 방식이다. 이들 세 가지 방식은 -40℃ 내지 25 ℃의 온도 범위에서 작동할 수 있고 하기의 설명에서 쉬운 이해를 위해 단순히 난방 시스템으로 줄여쓴다. 하기의 실시예에서 사용되는 압축기는 별도의 언급이 없을 경우 높은 온도 영역의 압축기로 간주된다.
도 1A에 나타난 바와 같이, 교차 역전 제상 난방 시스템은 하기의 기본 요소를 포함한다: 주 압축기(101), 주 응축기(102), 제 1 증발기(121), 제 2 증발기(122), 주 팽창 밸브(103), 제 1 상측 흐름 제어 밸브(131), 제 2 상측 흐름 제어 밸브(132), 제 1 하측 흐름 제어 밸브(171), 제 2 하측 흐름 제어 밸브(172), 제 1 역전 흐름 제어 밸브(151), 제 2 역전 흐름 제어 밸브(152), 제 1 팽창 밸브(141), 제 2 팽창 밸브(142), 제 1 일방향 밸브(161), 제 2 일방향 밸브(162), 승압 터빈(199), 승압 제어 밸브(198), 제 1 증발기(121)에 실외 공기를 공급하는 제 1 환기 팬(도시되지 않음), 제 2 증발기(122)에 실외 공기를 공급하는 제 2 환기팬(도시되지 않음), 각 증발기가 서로 단열될 수 있도록 하는 분리 단열재(도시되지 않음), 및 온도와 압력 센서를 포함하는 로직 제어 회로(도시되지 않음). 승압 제어 밸브(198)는 서보(servo) 밸브가 바람직하다.
제 1 증발기(121)와 제 2 증발기(122)에서의 냉매 기화율은 10℃ 이상의 실외 온도 하에서 충분한 양의 기체 냉매를 주 압축기(101)에 공급하도록 설계된다. 10℃ 이상의 작동에 대해서, 주 압축기는 최적의 영역에서 기능할 수 있다. 승압 제어 밸브(198)는 닫힌 상태고, 승압 터빈(199)은 천천히 돌지만 승압 효과는 없을 것이다. 도 1A에 나타난 바와 같이, 제 1 증발기와 제 2 증발기가 10℃ 이상의 실외 온도 하에서 작동할 때, 제 1 환기팬과 제 2 환기팬이 작동하여 상기 두 증발기를 통해 실외 공기 흐름을 제공한다. 제 1 상측 흐름 제어 밸브(131)와 제 1 하측 흐름 제어 밸브(171) 및 제 2 상측 흐름 제어 밸브(132)와 제 2 하측 흐름 제어 밸브(172)는 열린다. 제 1 역전 흐름 제어 밸브(151)와 제 2 역전 흐름 제어 밸브(152)는 닫힌다. 상기 두 개의 증발기 안에 있는 냉매는 실외 공기 흐름으로부터 열을 흡수하고 주 압축기(101)에서 압축된 후 주 응축기(102)를 통해서 흘러 열을 방출한다. 주 팽창 밸브(103)는 주 응축기(102)와 상기 두 증발기 사이의 냉매 압력 차를 조절하는데 이용되어 진다. 냉매 기화율과 압축기 흡입 압력이 고온 영역 작동 표준 사이에 있어야 하므로 승압 제어 밸브(198)는 닫힌 상태다.
성애는 일반적인 습도 조건에서 실외 온도가 10 ℃ 이하로 떨어질 때 생성되기 시작한다. 제 1 증발기(121)와 제 2 증발기(122)는 성애가 완전히 덮여 상기 두 증발기를 단열시킬 때까지는 계속 작동하게 되지만, 모든 증발기들이 동시에 완전히 성애가 차 단열이 되는 것은 막아야 한다. 따라서, 30분 후에 모든 증발기들이 단열될 것으로 가정하는 제 1 단계 제상 과정에 대한 작동 과정을 예를 들어 설명한다. 제 1 증발기(121)와 제 2 증발기(122)가 10분 동안 작동한 후에, 제 1 증발기(121)는 제 1 단계 제상 과정을 5분 동안 수행하고, 그 동안 제 2 증발기(122)는 계속해서 작동하게 된다. 다음으로, 제 1 증발기(121)와 제 2 증발기(122)가 함께 5분 동안 작동하고 제 2 증발기(122)는 제 1 단계 제상 과정을 5분 동안 수행하면서 한 주기의 제상 과정을 마치게 된다. 제 1 단계 제상 과정 동안, 주 압축기(101) 및 주 응축기(102)는 연속적으로 작동하여 열을 생성한다. 난방작동은 중지되지 않고 작동하는 증발기는 압축기에 기체 냉매를 공급한다. 제 1 단계 제상 과정에서 증발기는 또한 실외 공기 흐름으로부터 열을 흡수한다. 모든 장치는 시간의 100 퍼센트 동안 작동되기 때문에 전 시간 사용률이 가능해진다.
제 1 단계 제상 방법의 자세한 작동을 하기와 같이 설명한다. 제 1 단계 제상 방법은 0℃에서 10℃ 사이의 실외 온도에서 사용될 수 있다. 제 1 단계 제상 방법 적용 시, 제 1 증발기(121)와 제 2 증발기(122)가 도 1A 에 도시된 바와 같이 5분 동안 작동한 후에, 도 1B 에 도시된 바와 같이 5분 동안 제 1 증발기(121)가 실외 공기 흐름에 의해 성애를 제거하기 시작하고 그 동안 제 1 상측 흐름 제어 밸브(131) 및 제 1 하측 제어 밸브(171)가 닫혀 제 1 증발기(121)에서의 냉매 흐름을 중지시킨다. 제 1 증발기(121)의 제상 과정이 종료된 후에, 제 1 증발기(121)와 제 2 증발기(122)는 도 1A 에 도시된 바와 같이 5분 동안 함께 작동한 다음, 도 1C 에 도시된 바와 같이 제 2 상측 흐름 제어 밸브(132) 및 제 2 하측 제어 밸브(172)가 5분 동안 닫혀 냉매 흐름을 중지시킴으로써 한 번의 작동 주기를 마치게 된다. 제 1 단계 제상 방법을 이용한 각각의 제상 과정 동안, 작동 증발기는 기체 냉매를 주 압축기(101)에 보내게 된다. 제 1 환기팬과 제 2 환기팬은 제 1 단계 제상 방법 내내 작동한다.
실외 온도가 5 ℃ 이하로 계속해서 떨어지면, 종래의 난방 시스템에는 두 가지의 심각한 문제가 발생한다. 증발기에서 기화하는 냉매와 실외 공기와의 온도 차가 감소하고, 이에 따라 열 흡수율이 떨어지는 문제가 발생한다. 두 번째 문제는 성애 생성 속도가 증가하고 축적된 성애가 증발기의 표면을 단열하는 것이다. 간단히 말해서, 열 흡수율과 작동 증발기의 냉매 기화율이 감소한다. 본 발명에서, 실외 온도가 5 ℃ 이하로 떨어지면, 제어 로직 회로는 교차 역전 제상 단계라고도 불리는 제 2 단계 제상 단계로 전환하게 된다. 이 단계에서, 동력원이 터빈 회전 속도를 높임에 따라 승압 제어 밸브(198)는 주 압축기(101)로부터 승압 터빈(199)으로 압축된 냉매를 보내기 시작한다. 승압 터빈(199)은 속도가 증가함에 따라 작동 증발기에서부터 주 압축기(101)의 흡입 포트로의 흡입력을 생성한다. 이것은 증발기 내에서의 기체 냉매의 압력을 감소시키고, 화학적 평형을 야기해 냉매 기화율을 변화하고 증가시킨다. 그 결과로 충분한 양의 기체 냉매가 작동 증발기에서 생성되고 작동 증발기의 열 흡수율 또한 증가할 것이며 따라서, 작동 흡입 압력 영역 안에 있는 주 압축기(101)의 흡입 압력을 유지하게 되는 것이다. 다시 말해, 주 압축기(101)가 10 ℃ 이상으로 작동하면서 주 압축기(101)의 흡입 압력이 거의 같은 수 준으로 유지된다. 주 압축기(101)의 토출 포트로부터 나온 토출 흐름의 10분의 1을 승압 터빈(199)을 돌리는 데 쓰도록 승압 터빈(199)을 설계하는 것이 바람직하다. 이렇게 압축된 냉매가 작동 증발기로부터 나온 냉매와 섞여 주 압축기(101)의 흡입 포트로 보내진다. 따라서, 주 압축기(101)는 낮은 실외 온도나 작동 증발기가 적을 때도 동일한 출력을 내게 된다.
제 2 단계 제상 과정 동안, 주 압축기(101) 및 주 응축기(102)는 역시 전 시간 작동을 하게 되는데, 이에 대응하는 환기팬은 성애를 제거하는 증발기의 단열 측면에서 열 에너지를 유지하기 위해 중지된다. 성애를 제거하는 증발기는 성애를 제거하기 위해 작동 증발기로부터 나온 열 에너지를 이용한다. 작동 증발기는 실외 공기 흐름으로부터 계속해서 열을 흡수한다. 제상 과정 동안, 전체 열 흡수율은 성애를 제거하는 데 참여하는 증발기의 수에 비례하여 감소한다. 따라서, 제 2 단계 제상 과정이 시작될 때 감소하는 열 흡수율을 보상하기 위해 승압 터빈으로 들어가는 압축 냉매를 증가시키는 승압 제어 밸브가 필요하다.
제 2 단계 제상 방법은 실외 온도가 -40℃에서 10℃ 일 때 적용가능하고 제 2 단계 제상 방법에 필요한 시간은 제 1 단계 제상 방법보다는 비교적 짧다. 30분 후에 모든 증발기들이 단열될 것으로 가정하는 제 2 단계 제상 과정에 대한 작동 과정을 예를 들어 설명한다. 제 1 증발기(121)와 제 2 증발기(122)가 10분 동안 작동한 후에, 제 1 증발기(121)는 제 1 단계 제상 과정을 2분 동안 수행하고, 그 동안 제 2 증발기(122)는 계속해서 작동하게 된다. 다음으로, 제 1 증발기(121)와 제 2 증발기(122)가 함께 5분 동안 작동하고 제 2 증발기(122)는 제 1 단계 제상 과정 을 2분 동안 수행하면서 한 주기의 제상 과정을 마치게 된다.
제 2 단계 제상 방법의 자세한 작동을 하기와 같이 설명한다. 도 1D 에 도시된 바와 같이, 제 1 증발기(121)가 교차 역전 제상 과정을 시작할 때, 제 1 상측 흐름 제어 밸브(131) 및 제 1 하측 흐름 제어 밸브(171)는 닫히고 제 1 역전 흐름 제어 밸브(151)는 열림으로써, 주 압축기(101)로부터 나온 압축 냉매 중 일부가 제 1 증발기(121)로 바로 유입되고, 제 1 증발기의 성애를 제거하기 위한 가열 작용이 시작되고 그 동안 제 1 환기팬은 열이 빠져 나가는 것을 막기 위해 중지한다. 제 1 증발기(121)의 냉매는 제 1 팽창 밸브(141) 및 제 1 일방향 밸브(161)를 통해 빠져 나가, 제 2 증발기(122)의 입구 쪽으로 감으로써, 제 2 증발기(122)로부터 흡수된 열 에너지 및 주 압축기(101)에서 생성된 열 에너지에 의해 제 1 증발기(121)의 성애가 제거된다. 제 2 일방향 밸브(162)는 제 1 증발기(121) 안의 냉매가 제 2 증발기(122)의 토출부로 유입되는 것을 막는다.
도 1E 에 도시된 바와 같이, 제 2 증발기(122)가 교차 역전 제상 과정을 시작할 때, 제 2 상측 흐름 제어 밸브(132) 및 제 2 하측 흐름 제어 밸브(172)는 닫히고 제 2 역전 흐름 제어 밸브(152)는 열림으로써, 주 압축기(101)로부터 나온 압축 냉매 중 일부가 제 2 증발기(122)로 바로 유입되고, 제 2 증발기(122)의 성애를 제거하기 위한 가열 작용이 시작되고 그 동안 제 2 환기팬은 열이 빠져 나가는 것을 막기 위해 중지한다. 제 2 증발기(122)의 냉매는 제 2 팽창 밸브(142) 및 제 2 일방향 밸브(162)를 통해 빠져 나가, 제 1 증발기(121)의 입구 쪽으로 감으로써, 제 1 증발기(121)로부터 흡수된 열 에너지 및 주 압축기(101)에서 생성된 열 에너 지에 의해 제 2 증발기(122)의 성애가 제거된다. 제 1 일방향 밸브(161)는 제 2 증발기(122) 안의 냉매가 제 1 증발기(121)의 토출부로 유입되는 것을 막는다.
제 1 단계 제상 방법은 실외 온도가 0℃에서 10℃ 일 때 적용가능하고, 제 2 단계 제상 방법은 실외 온도가 -40℃에서 10℃ 일 때 적용가능 하다. 그러나, 가장 에너지 효율이 좋은 제어 방법으로, 로직 제어 회로는 실외 온도가 5℃에서 10 ℃ 일 때 제 1 단계 제상 방법을 사용하고 실외 온도가 5 ℃ 이하 일 때 제 2 단계 제상 방법을 사용한다. 5℃에서 10℃ 사이에서는 제 1 단계 제상 방법이 에너지 단위 비용이 적게 들지만, 가장 좋은 열 출력 성능을 위해 약간 높은 에너지 단위 비용으로 -40℃에서 10℃의 제 2 단계 제상 방법만을 이용하는 것도 또한 가능하다. 주목할 것은 일반적인 습도 조건에서 입구 쪽 온도가 측정되었고 제어 로직은 가장 에너지 효율이 좋은 작동을 위해 특정한 영역의 습도 레벨에 따라 조정되어야만 한다.
실외 온도가 변하면, 로직 제어 회로는 각각의 제상 과정에 있어서 시간 간격을 자동으로 조절한다. 습도가 온도에 따라 변하므로 주거 생활 요구에 적합한 신뢰할 수 있는 설계를 하기 위해 보다 신중한 로직이 시험되고 실험되어야 한다. 예를 들어, 실외 온도가 -25℃ 정도로 낮게 내려가면 습도 레벨은 매우 낮아야 하고 성애 형성률은 비교적 느리나 진행되는 제상 과정의 시간 간격이 길 때에라도 모든 증발기들이 동시에 심한 성애가 끼는 현상을 막기 위한 주의 깊은 해결방법이 이루어져야 한다. 하나의 가능한 방법은 도 1H 와 같은 별도의 증발기들을 더 포함한다.
도 1H 에 대해서 하기와 같이 간단히 설명한다. 각 증발기는 제 1 단계 제상 방법을 이용해 성애를 제거한다. 증발기는 증발기와 관련한 상측 흐름 제어 밸브 및 하측 흐름 제어 밸브를 닫음으로써 작동을 중지하고 관련한 환기팬은 작동되어 실외 공기 흐름을 이용해 성애를 제거한다. 각 증발기가 제 2 단계 제상 방법을 이용해 성애를 제거할 때, 증발기와 관련한 상측 제어 흐름 밸브와 하측 제어 흐름 밸브는 닫히고 관련한 역전 흐름 제어 밸브가 열려 압축 냉매의 일부를 증발기로 바로 보낼 수 있는 통로를 형성한다. 이것과 관련한 환기팬은 작동을 중지하고 증발기의 단열 공간 내에 열을 보존한다. 제 2 단계 제상 방법은 성애를 제거하는 증발기 상의 성애를 녹이기 위해 작동하는 증발기로부터 흡수된 열과 주 압축기(101)로부터 생성된 열을 이용한다. 세 개의 증발기를 이용한 교차 역전 제상 열 펌프에 대한 작동 과정을 예를 들어 설명한다. 모든 증발기들은 5분 동안 최대 출력으로 작동한 다음, 제 1 증발기(121)가 5분 동안 성애를 제거하고 제 2 증발기(122)가 5 분 동안 성애를 제거한 다음, 제 3 증발기(123)가 또 5 분 동안 성애를 제거하면서 한 번의 작동 주기를 마치게 된다. 승압 제어 밸브(198)가 작동되어 주 압축기(101)의 흡입 압력을 유지하고 요구되는 조건에서 열 흡수율과 냉매 기화율을 증가한다. 이러한 구조하에서, 로직 제어 회로가 최대 출력 작동과 제상 과정 작동을 번갈아 작동시킬 때, 압축기 흡입 압력은 두 증발기 방식처럼 빠르게 변화되지 않는다. 각 작동 증발기로부터 성애를 제거하기 위해 흡수할 열은 제 2 단계 제상 단계 동안 크게 줄어들어, 열 에너지의 더 많은 부분이 주 응축기(102)에 의한 가열에 사용되어질 수 있다. 모든 증발기들이 동시에 심하게 성애가 끼거나 오작동될 가능성은 최소화될 것이며 주거 요구에 더욱 적합하게 될 것이다. 평균 실외 온도가 -20 ℃ 이하인 매우 추운 지역에서는 모든 증발기가 어는 것에 대비해서 전기 히터에 비상 제상 수단을 장착하는 것이 바람직하다.
보다 쉬운 유지관리를 위해 대부분의 제어 밸브를 하나의 로타리 밸브나 다른 다중 포트 제어 밸브 수단에 일체형으로 만들 수 있다. 도 1F는 로타리를 포함한 교차 역전 제상 난방 시스템의 제어 밸브 구조 설계안이다. 여기서, 제 1 역전 흐름 제어 밸브(151) 및 제 1 상측 흐름 제어 밸브(131)는 같은 기능을 가진 제 1 로타리 상측 흐름 제어 밸브(131)로 대체할 수 있고, 제 1 하측 흐름 제어 밸브(171) 및 제 1 일방향 흐름 제어 밸브(161)는 같은 기능을 가진 제 1 로타리 하측 흐름 제어 밸브(171)로 대체할 수 있다. 도 1I는 또 다른 구조 설계안이다. 여기서, 압축 냉매는 교차 역전 제상 과정 동안 제상 증발기의 토출부로부터 제상 증발기로 들어간다. 본 발명에 기초한 같은 일을 할 수 있는 다른 많은 구조 설계안과 제어 밸브 수단이 가능하며 이것들 또한 본 발명의 범위 안에 포함되는 것으로 간주해야 한다.
이제 도 2A를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 교차 제상 난방 시스템을 설명한다. 기본 작동 개념과 난방 성능은 제 1 실시예와 같으므로 이해의 편의를 위해 줄여서 설명한다. 로직 제어 회로와 제 1 환기팬 및 제 2 환기팬과 각 증발기에 대한 단열재는 명확한 설명을 위해 도시되지 않는다. 단열재는 제 1 단계 제상 과정 동안 열 에너지가 빠져나가는 것을 막으며 각 증발기의 열 에너지를 그것의 단열 범위 안에서 저장한다. 제 1 단계 제상 방법은 0℃에서 10℃ 사이의 실 외 온도에서 사용될 수 있고, 제 2 단계 제상 방법은 -40℃에서 10℃ 사이의 실외 온도에서 사용될 수 있다. 그러나, 기본 개념을 이해하기 위해 로직 제어 회로는 일반적으로 에너지 효율이 좋은 방법을 이용할 것이다. 5℃에서 10℃ 사이의 실외 온도에서는 제 1 단계 제상 방법이 사용되고, -40℃에서 5℃ 사이의 실외 온도에서는 제 2 단계 제상 방법이 사용된다. 제 2 실시예에서 주요한 구조상 차이점은 증발기와 제상 응축기가 도 2G 에 도시된 바와 같이 일체형으로 되어있다는 것인데, 제상 응축기는 공용 알루미늄 핀을 증발기와 공유하고 있다. 증발기의 냉매 순환과 제상 응축기의 냉매 순환은 혼합되지 않는다. 제 2 단계 제상 과정 동안, 제상 응축기 안의 냉매 순환에 의해 상기 공용 알루미늄 핀을 통해 열 에너지가 전달됨으로 해서 성애가 녹는다. 증발기 순환 파이프는 제상 응축기 순환 파이프보다 상대적으로 위에 위치하여 가열된 공기가 공용 알루미늄 핀을 통해 고르게 퍼질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 2A에 도시된 바와 같이, 교차 제상 난방 시스템이 10℃ 이상의 실외 온도에서 작동할 때, 모든 증발기 안에서는 냉매가 순환하고 제상 응축기를 통해서는 냉매가 순환하지 않는다. 제 1 제상 제어 밸브(214) 및 제 2 제상 제어 밸브(213)는 닫혀서 냉매가 제 1 제상 응축기(205) 및 제 2 제상 응축기로 흘러 들어가는 것을 중지시키고, 냉매는 주 압축기(201)에서 압축되어 주 응축기(202)를 통해 열을 방출한 다음, 팽창 밸브(207)을 통해 제 1 증발기(203) 및 제 2 증발기(204)로 흘러간다. 그리고 상기 냉매는 기화하여 주 압축기(201)로 되돌아 간다. 승압 제어 밸브(298)는 주 압축기(201)의 흡입 압력과 각 증발기의 냉매 기화율이 최적의 성 능 영역에서 주 압축기(201)를 작동시키기에 충분하기 때문에 닫히게 된다.
실외 온도가 5℃에서 10℃ 사이로 떨어지면, 로직 제어 회로는 제 1 단계 제상 과정을 이용한다. 작동 과정의 기본적인 개념은 제 1 실시예와 동일하다. 제 1 단계 제상 과정이 수행되는 동안, 성애를 제거하는 증발기 안에서는 냉매 순환이 멎게 되고, 이에 대응하는 환기팬은 실외 공기를 성애를 제거하고 있는 상기 증발기를 통해 공급할 것이고, 주 압축기(201) 및 주 응축기(202)는 계속해서 작동하며 열을 생성한다. 제 1 단계 제상 방법에서 모든 제상 응축기 안에는 냉매가 순환하지 않는다.
제 1 단계 제상 방법에 대한 상세한 작동이 하기와 같이 설명된다. 도 2B에 도시된 바와 같이, 제 1 증발기(203)가 제 1 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 제 1 제어 밸브(212)가 닫힘으로써 냉매가 제 1 증발기(203)로 흘러 들어가는 것을 중지시키고, 제 1 환기팬은 최대 출력으로 작동되어 실외 공기 흐름을 이용해 제 2 증발기(204)의 성애를 제거한다. 제 1 제상 제어 밸브(214) 및 제 2 제상 제어 밸브(213)는 닫히게 된다. 모든 환기팬은 최대 출력으로 작동된다. 제 2 증발기(204)는 연속적으로 작동하여 실외 공기 흐름으로부터 열을 흡수하고, 주 응축기(202) 및 주 압축기(201)는 모두 연속적으로 작동한다. 승압 제어 밸브(298)는 닫히고, 승압 터빈은 회전하지만 승압 효과는 없다.
도 2C에 도시된 바와 같이, 제 2 증발기(204)가 제 1 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 제 2 제어 밸브(211)가 닫힘으로써 냉매가 제 2 증발기(204)로 흘러 들어가는 것을 중지시키고, 제 2 환기팬은 최대 출력으로 작동되어 실외 공기 흐름을 이용해 제 2 증발기(204)의 성애를 제거한다. 모든 환기팬은 최대 출력으로 작동된다. 제 1 증발기(203)는 연속적으로 작동하여 실외 공기 흐름으로부터 열을 흡수하고, 주 응축기(202) 및 주 압축기(201)는 모두 연속적으로 작동한다. 승압 제어 밸브(298)는 닫히고, 승압 터빈은 회전하지만 승압 효과는 없다.
실외 온도가 계속해서 떨어져 5℃ 이하가 되면, 로직 제어 회로는 제 2 단계 제상 과정을 이용하고, 냉매 기화율과 열 흡수율의 평형에 대한 이동을 보상하기 위해 승압 단계를 필요로 한다. 작동 과정의 기본 개념은 제 1 실시예와 동일하다. 제 2 단계 제상 과정이 진행되는 동안, 성애를 제거하는 증발기 안에서는 냉매 순환이 멎게 되고, 이에 대응하는 환기팬은 작동이 중지되어 성애를 제거하고 있는 상기 증발기의 단열 공간으로부터 열이 빠져 나가는 것을 막게 된다. 주 압축기(201) 및 주 응축기(202)는 계속해서 작동하여 열을 생성하고, 열 에너지의 일부는 성애를 제거하는 증발기에 대응하는 제상 응축기에 사용된다. 제상 응축기 안에는 압축 냉매가 순환하고, 이것과 대응하는 증발기는 제 2 단계 제상 단계를 이용하여 성애를 제거한다. 작동하는 증발기는 실외 공기 흐름으로부터 계속해서 열을 흡수한다. 승압 제어 밸브가 열려 주 압축기(201)의 토출 포트로부터 제어된 양의 압축된 냉매를 허용하여 동력원이 승압 터빈(299)을 돌리고, 승압 터빈(299)의 속도가 증가하여 흡입력을 발생시키면, 작동 증발기의 기체 압력은 감소한다. 이러한 평형의 이동은 더 많은 냉매가 기화하도록 한다. 결과적으로, 작동 증발기에서 기화하는 냉매와 실외 공기 흐름 사이의 온도 차가 떨어지는 것을 보상하고, 주 압축기(201)는 최적의 출력으로 작동하게 된다. 개념은 제 1 실시예와 동일하고, 승압 제어 밸브는 승압 터빈(299)을 돌릴 수 있는 압축된 냉매의 양을 조절할 수 있는 서보 밸브가 바람직하다. 실외 온도가 계속해서 떨어지면, 승압 터빈(299)을 돌리기 위해 더 압축된 냉매가 필요해진다.
제 2 단계 제상 방법의 상세한 작동을 하기와 같이 설명한다. 제 2 단계 제상 단계는 또한 교차 제상 단계라고도 한다. 도 2D에서 도시된 바와 같이, 제 1 증발기(203)가 제 2 단계 제상 방법을 이용해 성애를 제거할 때, 제 1 증발기 제어 밸브(212)는 닫혀서 냉매가 제 1 증발기(203)로 흘러 들어가는 것을 중지시키고, 제 1 제상 제어 밸브(214)는 열려서 압축된 냉매가 제 1 제상 응축기(205)로 흘러 들어감으로써 제 1 증발기(203)의 성애를 제거하기 위한 열을 공급하게 된다. 그 다음으로, 제 1 제상 응축기(205)에 있는 냉매가 관련된 흐름 조절기(221)를 통해 제 2 증발기(204)의 입구로 흘러 들어가게 된다. 제 1 환기팬은 작동을 멈추고 제 1 증발기(203)의 단열 공간으로부터 열이 빠져나가는 것을 막는다. 주 압축기(201) 및 주 응축기(202)는 연속적으로 작동하여 열을 생성한다. 제 2 환기팬은 최대 출력으로 작동하고, 제 2 증발기(204)는 또한 실외 공기 흐름으로부터 연속적으로 열을 흡수한다.
도 2E에 도시된 바와 같이, 제 2 증발기(204)가 제 2 단계 제상 방법을 이용해 성애를 제거할 때, 제 2 증발기 제어 밸브(211)는 닫혀서 냉매가 제 2 증발기(204)로 흘러 들어가는 것을 중지시키고, 제 2 제상 제어 밸브(213)는 열려서 압축된 냉매가 제 2 제상 응축기(206)로 흘러 들어감으로써 제 2 증발기(204)의 성애를 제거하기 위한 열을 공급하게 된다. 그 다음으로, 제 2 제상 응축기(206)에 있 는 냉매가 관련된 흐름 조절기(222)를 통해 제 1 증발기(203)의 입구로 흘러 들어가게 된다. 제 2 환기팬은 작동을 멈추고 제 2 증발기(204)의 단열 공간으로부터 열이 빠져나가는 것을 막는다. 주 압축기(201) 및 주 응축기(202)는 연속적으로 작동하여 열을 생성한다. 제 1 환기팬은 최대 출력으로 작동하고, 제 1 증발기(203)는 또한 실외 공기 흐름으로부터 연속적으로 열을 흡수한다.
상기 제 2 실시예는 각 부품의 작동 시간을 최대화한다. 주 압축기(201) 및 주 응축기(202)는 항상 열을 생성하나, 주거 생활 용도로 신뢰하고 쓸 수 있기 위해서는 난방 시스템의 용량에 대응하는 적어도 세 개 이상의 증발기를 갖추도록 하는 것이 좋다. 도 2F는 하나의 예를 도시한 것이다.
본 발명의 제 3 실시예는 교차 배기 제상 난방 및 환기 제어 시스템이다. 하기에서 설명되는 교차 배기 제상 난방 및 환기 시스템은 또한 다양한 실내 난방의 필요성 및 적용과 관련해서 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 조합할 수 있다. 그러나, 상기 시스템 단독으로도 두 가지 다른 제상 방법들 및 실내 열 손실을 최소화하면서 환기 가능한 강제 환기 방법을 수행할 수 있다. 기본적인 개념은 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 유사하므로, 이해의 편의를 위해 설명은 간략히 하도록 한다.
도 3A에 도시된 바와 같이, 상기 시스템은 주 압축기(301), 주 응축기(302), 팽창 밸브(303), 제 1 증발기(311), 제 2 증발기(312), 제 1 제어 밸브(321), 제 2 제어 밸브(322), 제 1 환기팬(341), 제 2 환기팬(342), 제 1 온도 센서(331), 제 2 온도 센서(332), 실외 온도 센서(397), 실외 공기 흡입 덕트(390), 냉기 방출 덕 트(392), 제 1 실외 공기 흡입 제어 밸브(371), 제 2 실외 공기 흡입 제어 밸브(372), 제 1 실내 공기 흡입 제어 밸브(361), 제 2 실외 공기 흡입 제어 밸브(362), 제 1 실내 공기 흡입팬(351), 제 2 실내 공기 흡입팬(352), 승압 터빈(399), 승압 제어 밸브(398), 각 증발기에 대한 단열 수단, 및 제어 로직 회로(도시되지 않음)를 포함한다. 제 1 증발기(311) 및 제 2 증발기(312)는 적당한 단열 수단을 이용해 실내 공간에 장착할 수 있다.
도 3A에 도시된 바와 같이, 주 압축기(301) 및 증발기는 10 ℃ 이상의 실외 온도에서 연속적인 작동을 하기에 충분한 용량을 가지도록 설계된다. 주 압축기(301)는 높은 온도 영역의 표준 압축기이며, 제 1 증발기(311) 및 제 2 증발기(312)는 실외 공기 흐름으로부터 열 에너지를 흡수하지만 성애는 상기 높은 온도 영역에서 생성되거나 쌓이지 않을 것이다. 따라서, 이 시점에서는 승압 단계가 필요하지 않다. 상기 시스템은 성애를 제거하는 단계 없이 연속적인 작동을 할 수 있다. 제 1 실외 공기 흡입 제어 밸브(371) 및 제 2 실외 공기 흡입 제어 밸브(372)가 열려, 제 1 증발기 및 제 2 증발기(312)를 통한 실외 공기 흐름 통로를 제공한다. 제 1 실외 공기 흡입 제어 밸브(361) 및 제 2 실내 공기 흡입 제어 밸브(362)는 닫혀서 실내 온도를 유지한다. 제 1 환기팬(341) 및 제 2 환기팬(342)은 냉기 방출 덕트(392)를 통해 냉기를 방출한다.
본 발명에서 설명한 모든 실시예들에 대해, 제 1 단계 제상 방법은 0℃ 에서 10℃ 사이의 실외 온도에서 가능하다. 왜냐하면 성애는 0℃ 이하의 실외 온도에서 녹지 않기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 일반적인 습도 하에서 0℃ 에서 5℃의 실 외 공기 흐름으로 성애를 제거하기 위해서는 매우 많은 시간을 필요로 한다. 처음에 언급되었던 것처럼 본 발명의 목적 중 하나는 일정한 난방 출력을 가진 에너지 효율과 가격 효율이 좋은 난방기를 제공하는 것이다. 성애를 제거하는 시간이 길거나 일정하지 않은 것은 바람직하지 않으므로, 제 2 단계 제상 방법은 가장 좋은 에너지 효율을 위해 5℃에서부터 작동한다. 그러나, 제 3 실시예에 대해, 교차 배기 제상 난방 및 환기 제어 시스템은 많은 다양한 제어 로직을 개발할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 두 개의 제상방법들을 번갈아 작동 시키는 입구의 온도는 환기의 필요 또는 에너지-가격의 고려에 따라 다양할 수 있다. 그러나, 이해의 편의를 위해, 기본적으로 5 ℃의 두 가지 제상 방법들에 대해 하기를 참조로 하여 설명한다.
도 3B 및 도 3C에 도시된 바와 같이, 제 1 단계 제상 방법의 상세한 작동이 하기와 같이 설명된다. 성애가 5℃에서 10℃ 사이의 실외 온도 하에서 양 증발기에 쌓이기 시작하면, 제어 로직 회로는 하기에 예를 든 작동 과정을 이용한다. 제 1 증발기(311) 및 제 2 증발기(312)는 10분 동안 작동한 다음, 제 1 증발기(311)는 도 3B에 도시된 바와 같이 5분 동안 실외 공기 흐름을 이용해 성애를 제거한다. 그리고 다음으로, 제 1 증발기(311) 및 제 2 증발기(312)는 다시 5분 동안 작동을 한 다음, 제 2 증발기(312)가 도 3C에 도시된 바와 같이 5분 동안 실외 공기 흐름을 이용해 성애를 제거함으로써 한 번의 작동 주기를 마치게 된다. 제 1 환기팬(341) 및 제 2 환기팬(342)은 제 1 단계 제상 방법이 적용될 때 최대 용량으로 작동된다. 각 증발기가 성애를 제거하는 동안, 제상 증발기안의 냉매는 관련 제어 밸브를 닫음으로써 순환이 중지되고, 제상 증발기 상의 성애는 실외 공기 흡입 덕트(390)로 부터 흘러 나온 외부 공기에 의해 열을 흡수함으로써 제거된다. 승압 단계는 이 시점에서 아직 필요하지 않다. 그러나, 승압 제어 로직은 제상 방법 제어 로직과는 관계가 없고, 실외 온도가 입구 온도에 가까워질 때 승압 단계가 시작될 수 있다. 실외 공기 흐름 온도가 감소하면서 열 흡수율 또한 감소한다. 그리고, 몇몇 증발기가 제 1 단계 제상 방법을 이용해 성애를 제거할 때, 기화되는 냉매의 양은 작용하지 않는 증발기의 수에 비례해서 다시 감소한다. 따라서, 승압 제어 밸브(398)는 주 제상 방법 사이의 입구 온도에 가까워질 때, 주 압축기(301)의 흡입 압력을 유지하도록 승압 단계를 시작하고 냉매 기화 평형 이동을 보상하는 것이 가능하다.
도 3D 및 도 3E에 도시된 바와 같이, 제 2 단계 제상 방법의 상세한 작동이 하기와 같이 설명된다. 상기 제 2 단계 제상 방법은 또한 교차 배기 제상 단계로도 불릴 수 있다. 실외 온도가 5℃ 이하가 되면, 제어 로직은 제 2 단계 제상 방법을 이용할 것이다. 제 2 단계 제상 방법의 작동 과정의 유사한 예를 하기와 같이 설명한다. 제 1 증발기(311) 및 제 2 증발기(312)가 10분 동안 작동한 다음, 제 1 증발기(311)는 5분 동안 실내 공기 흐름을 이용해 성애를 제거한다. 그리고 다음으로, 제 1 증발기(311) 및 제 2 증발기(312)는 5분 동안 작동을 한 다음, 제 2 증발기(312)가 5분 동안 실내 공기 흐름을 이용해 성애를 제거하면서 한 번의 작동 주기를 마치게 된다. 제 2 단계 제상 방법이 사용되는 일반적인 조건 하에서, 승압 단계는 냉매 기화 평형 이동을 보상하여 주 압축기(301)로 들어가는 충분한 흡입량을 유지하기 위해 필요하다. 승압 제어 밸브(398)가 열려, 압축된 냉매의 제어된 양이 승압 터빈(399)으로 들어가도록 함으로써, 작동하는 증발기로부터 기체 냉매 를 끌어내는 흡입력을 생성한다. 작동하는 증발기의 기체 압력은 감소할 것이고, 따라서, 화학적 평형 이동으로 냉매 기화율은 증가하고 기화하는 냉매의 온도는 낮아져 주 압축기(301)는 지정된 영역 내의 흡입 압력으로 작동할 수 있다.
도 3D에 도시된 바와 같이 제 2 단계 제상 방법을 이용해 제 1 증발기(311)가 성애를 제거할 때, 제 1 증발기(311) 안에서의 냉매 순환은 제 1 제어 밸브(321)를 닫음으로써 중지된다. 제 1 실외 공기 흡입 제어 밸브(371)는 닫히고 제 1 실내 공기 흡입 제어 밸브(361)는 열려서, 제 1 증발기(311) 상의 성애는 실내 공기 흐름으로부터 열을 흡수함으로써 녹게 된다. 제 1 실내 공기 흡입팬(351)이 제어된 속도로 작동하여 실내 공기를 제 1 증발기(311)의 단열 공간으로 흘려 보낸다. 제 1 환기팬(341)은 실외 온도 센서(397) 및 제 1 온도 센서(331)에 의해 측정된 온도 차를 기초로 한 속도로 작동한다. 제어 로직 회로는 실외 온도와 제 1 증발기(311)의 단열 공간 내 온도를 비교한다. 제 1 온도 센서(331)에 의해 측정된 온도가 실외 온도보다 높을 때, 제 1 환기팬(341)은 천천히 작동하거나 작동이 정지되어 냉기 방출 덕트(392)를 통해 열이 빠져 나가는 것을 막는다. 제 1 증발기(311)의 제상 과정 동안, 제 2 증발기(312)는 계속해서 작동하며 실외 공기 흐름으로부터 열을 흡수하여 주 압축기(301) 및 주 응축기(302)가 난방 작용을 계속하여 실내 공간의 온도를 유지하도록 한다.
도 3E에 도시된 바와 같이 제 2 단계 제상 방법을 이용해 제 2 증발기(312)가 성애를 제거할 때, 제 2 증발기(312) 안에서의 냉매 순환은 제 2 제어 밸브(322)를 닫음으로써 중지된다. 제 2 실외 공기 흡입 제어 밸브(372)는 닫히고 제 2 실내 공기 흡입 제어 밸브(362)는 열려서, 제 2 증발기(312) 상의 성애는 실내 공기 흐름으로부터 열을 흡수함으로써 녹게 된다. 제 2 실내 공기 흡입팬(352)이 제어된 속도로 작동하여 실내 공기를 제 2 증발기(312)의 단열 공간으로 흘려 보낸다. 제 2 환기팬(342)은 실외 온도 센서(397) 및 제 2 온도 센서(332)에 의해 측정된 온도 차를 기초로 한 속도로 작동한다. 제어 로직 회로는 실외 온도와 제 2 증발기(312)의 단열 공간 내 온도를 비교한다. 제 2 온도 센서(332)에 의해 측정된 온도가 실외 온도보다 높을 때, 제 2 환기팬(342)은 천천히 작동하거나 작동이 정지되어 냉기 방출 덕트(392)를 통해 열이 빠져 나가는 것을 막는다. 제 2 증발기(312)의 제상 과정 동안, 제 1 증발기(311)는 계속해서 작동하며 실외 공기 흐름으로부터 열을 흡수하여 주 압축기(301) 및 주 응축기(302)가 난방 작용을 계속하여 실내 공간의 온도를 유지하도록 한다.
간단히 말해서, 각 증발기의 제 2 단계 제상 작동 동안, 각 실내 공기 흡입팬은 실내 공기를 흡입하여 관련된 증발기로 보내고, 실외 공기는 환기를 목적으로 한 다른 환기 덕트를 통해 실내로 들어오거나, 실내 환기팬이 이 시스템과 함께 작동하여 외부 공기를 각 증발기의 제 2 단계 제상 작동 동안 실내로 흡입할 수 있다. 각 증발기의 제 2 단계 제상 과정 동안, 관련된 실내 공기 흡입 제어 밸브는 환기를 목적으로 열리게 된다.
교차 배기 제상 방법은 -40℃에서 10℃의 실외 온도에서 사용될 수 있지만, 에너지 소비 측면에서 봤을 때, 외부 온도가 5℃ 이상이 되면, 제어 로직은 제 1 단계 제상 방법을 이용하게 된다. 대부분의 열에너지 출력이 바람직한 경우에, 제 어 로직은 제 2 단계 제상 방법만을 10℃부터 사용하게 될 것이다.
일반적인 조건 하에서, 교차 배기 난방 및 환기 제어 시스템은 습도 조건을 자동으로 조절할 수 있다. 제상 과정 센서가 장착되어 증발기가 제상 단계를 더 필요로 하는 지를 감지하면, 시스템은 자동적으로 환기 시간을 조절한다. 왜냐하면, 습도가 높아지게 되면 실내 공간은 일반적으로 더 많은 환기 시간을 필요로 하기 때문이다. 증발기의 제상 조건 또한 습도에 영향을 받으므로, 습도가 낮다면, 증발기 상에 있는 성애는 짧은 시간 안에 제거되고 작동 과정의 다음 단계로 재설정된다. 한편, 환기 시간은 제상 과정의 지속 시간에 영향을 받는다. 따라서, 제상 과정을 자동적으로 재설정함으로써, 가장 편안한 생활 조건을 위한 습도 조절 기능을 추가적으로 가지게 된다.
제 2 제상 방법의 열 에너지 효율을 증가시키는 더 추가적인 제어 로직이 사용될 수 있지만, 기본 개념은 실내 공기 흐름에서의 열 에너지를 충분히 이용하자는 것이다. 이러한 제 2 단계 제상 방법에 대한 가능한 추가적인 제어 로직이 하기에 설명된다.
제상 과정이 시작될 때, 제상 증발기와 관련된 환기팬이 천천히 작동되어 차가운 공기를 환기시키고, 실내 공기를 상기 제상 증발기의 단열 공간으로 공급한다.
제상 증발기의 단열 공간과 관련한 온도 센서 값이 실내 온도 센서 값과 거의 같은 경우에는 제상 증발기와 관련한 실내 공기 흡입팬은 천천히 속도를 줄여나갈 것이다.
증발기가 제상 과정을 마치고 관련된 제어 밸브가 열리며 냉매 순환이 재개되고 관련된 온도 센서는 실외 온도보다 높은 값을 나타낼 경우, 관련 환기팬은 작동을 시작하지 않고, 관련 온도 센서가 실외 온도보다 낮은 값을 나타내어 남아있는 열이 완전히 이용된 이후에 작동을 시작한다.
대부분의 경우에서, 제 1 환기팬(341) 및 제 2 환기팬(342)은 바깥으로 방출되기 전 남아있는 열 에너지를 완전히 사용하기 위해 관련 온도 센서가 실외 온도보다 낮을 때에 작동한다. 그러나, 다른 제어 로직을 요구하는 다른 작동 모드가 존재한다. 다음 제어 로직 중 몇몇은 제 1 실시예와 제 2 실시예에 또한 사용될 수 있다.
제 1 형식의 작동 제어 로직은 예정된 성애 제거 형식이다. 여기서, 각 증발기는 정해진 시간대 별로 교대로 성애를 제거하고, 실외 온도에 따라 적당한 제상 방법을 자동적으로 선택한다. 이 제어 로직 형식은 제상 과정 센서 도구를 더 이용하여 증발기가 증발기 상에 있는 성애를 녹였는 지 여부를 알아낸다. 더 이상의 성애 제거 단계가 필요하지 않으면, 제어 로직은 재설정되어 다음 작동 과정 단계로 넘어간다. 재상 과정 센서 도구는 증발기 상의 압력 센서나 온도 센서일 수 있다.
제 2 형식의 제어 로직은 자동 재상 모드이다. 여기서, 증발기들은 제상 과정이 필요하기 전 매우 시간이 많이 걸리는 주위 조건 하에서 작동된다. 제상 과정 센서는 시스템이 제상 과정을 언제 필요로 하는 지를 결정하는 데 사용되어진다. 시스템이 제상 과정을 필요로 하면, 더 이상의 제상 과정이 필요 없을 때까지 제상 모드로 변경된다.
제 3 형식의 제어 로직은 강제 환기 모드이다. 이것은 본 발명의 제 3 실시예에만 적용된다. 본 발명의 목적은 실내에서의 과다한 열 에너지 손실 없이 일시적으로 빠른 환기를 제공하는 것이다. 이 모드에 대해서, 관련된 증발기가 작동하는 동안, 각 실내 공기 흡입 제어 밸브는 열리고 관련된 실내 공기 흡입팬은 제어된 속도로 작동되어 환기를 위해 실내 공기를 흡입한다. 실외 공기는 각 실내 공기 흡입 제어 밸브를 통해 실내 공기와 섞이게 된다. 이 혼합된 공기 흐름의 온도를 제어함으로써, 각 제상 과정을 위해 요구되는 시간은 크게 줄어들 수 있거나, 또는, 어떤 조건 하에서는, 시스템이 제상 과정 없이도 계속해서 작동할 수 있다. 예를 들어, 실외 온도가 5℃에서 10℃일 경우에 혼합된 공기의 온도는 10℃ 이상으로 올라가고 시스템은 제 1 단계 제상 과정이 요구되기 전에 증발기의 작동 시간을 크게 증가시킬 수 있게 된다. 혼합 공기 흐름의 온도가 10℃ 이상으로 올라가면, 시스템은 제상 단계 없이 작동할 수 있다. 실외 온도가 5℃ 이하가 되면 혼합 공기 흐름의 온도를 높임으로써 제 2 단계 제상 과정 전에 증발기의 작동 시간을 또한 크게 증가시킬 수 있게 된다. 환기팬의 제어 로직은 시스템이 강제 환기 모드 상태에 있을 때 달라진다는 것을 주목할 필요가 있다. 여기서, 각 환기팬은 실외 온도와 각 증발기와 관련된 단열 공간 사이의 온도 간의 온도 차에 기초한 속도로 작동하지 않는다. 환기팬들은 요구되는 환기율이나 요구되는 혼합 공기 흐름의 온도에 기초한 속도로 작동한다.
이 환기 시스템은 본 발명의 다른 실시예에서 언급되었던 것처럼 다른 교차 제상 열 펌프 시스템과 조합할 수 있다. 본 발명에서 개시된 기술 사상으로 교차 역전 제상 난방 시스템이나 교차 제상 난방 시스템(제상 응축기를 가진)은 교차 배기 제상 난방 방법과 쉽게 조합될 수 있다는 것이 종래 기술 분야의 당업자에게는 명백하므로 필요한 것 이상으로 논의하지는 않는다.
승압 터빈은 또한 주 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력을 이용하는 터보, 로타리 펌프, 또는 기계 펌프로 대체되어 기화율, 열 흡수율, 및 주 압축기의 흡입 압력을 유지할 수 있다. 로타리 펌프나 터보 타입의 승압의 경우 일방향 바이패스(by-pass)통로가 요구될 수 있다.
터보식 승압 방법에서 주 압축기 토출부는 터보의 터빈 하우징을 포함하고, 주 압축기의 흡입부는 압축기 하우징을 포함한다. 본 발명에 따른 승압 단계는, 압축된 냉매가 터빈 핀을 밀어 압축기 핀의 공용 축을 통해 기계적 에너지를 전달하게 되고, 압축기 측은 평형을 보상하기 위해 증발기를 작동함에 있어 가스 냉매에 대해 흡입력을 생성한다. 그러나, 이 형식은 더욱 완벽한 설계와, 냉매 순환을 위한 바이패스 통로를 주 압축기의 입구와 출구에 필요로 한다. 이 형식에 대해 동력원으로 이용되는 압축된 냉매는 역류하지 않고 냉매와 섞여 주 압축기의 입구로 들어가게 된다.
도 1J, 도 2F, 및 도 3F는 네 셋트의 작동 증발기를 가진 다중 영역 교차 제상 열 펌프 시스템의 구조 설계안을 예시한 도면이다.
1. 본 발명에 따른 다중 범위 실내 냉난방 시스템은 -40℃에서 25℃의 온도 범위에서 지속적으로 변하는 실내 환경 하에서 신뢰할 만한 작동 능력을 가지는 효 과가 있다.
2. 본 발명에 따른 다중 범위 실내 냉난방 시스템은 5℃ 이하의 실외 온도에서 냉매 기화율과 열흡수율 및 압축기 흡입 포트 압력을 조절함으로써 높은 온도 영역의 표준 압축기가 모든 가능한 실외 온도에서 작동하는 효과가 있다.
3. 본 발명에 따른 다중 범위 실내 냉난방 시스템은 연속적인 난방 출력과 낮은 장치 비용을 위해 모든 가능한 실외 온도에서 전시간 연속적인 난방 작동을 가능하게 함으로써 주거 생활 요구에 더욱 적합한 효과가 있다.
4. 본 발명에 따른 다중 범위 실내 냉난방 시스템은 압축기와 응축기의 이용률을 최대화하는 효과가 있다.
5. 본 발명에 따른 다중 범위 실내 냉난방 시스템은 본 발명의 다중 작동 범위의 실내 냉난방 시스템을 조합하고 완전히 이용함으로써 사람의 건강과 쾌적함을 위한 실내에서의 열에너지와 신선한 공기 조건을 유지하는 효과가 있다.
6. 본 발명에 따른 다중 범위 실내 냉난방 시스템은 다중 작동 범위의 실내 냉난방 시스템 및 환기 제어 시스템에 대한 가장 에너지 효율이 좋은 방법을 제공함으로써 전체 작동에 필요한 에너지를 최소화하는 효과가 있다.
Claims (3)
- 교차 배기 제상 난방 및 환기 제어 시스템에 있어서,a) 냉매를 압축하는 주 압축기;b) 상기 주 압축기를 따르는 주 응축기;c) 상기 주 응축기를 따르는 주 팽창 밸브;d) 상기 주 팽창 밸브를 따르고 그 토출부가 상기 주 압축기에 연결되는 제 1 증발기;e) 상기 주 팽창 밸브를 따르고 그 토출부가 상기 주 압축기에 연결되는 제 2 증발기;f) 상기 제 1 증발기가 성애를 제거할 때 그 안에 든 냉매의 흐름을 중지시키기 위하여 상기 제 1 증발기와 관련된 제 1 제어 밸브;g) 상기 제 2 증발기가 성애를 제거할 때 그 안에 든 냉매의 흐름을 중지시키기 위하여 상기 제 2 증발기와 관련된 제 2 제어 밸브;h)상기 각 증발기에 대한 단열 도구;i) 실내 온도 센서;j) 상기 제 1 증발기와 관련된 단열 공간과 관련된 제 1 온도 센서;k) 상기 제 2 증발기와 관련된 단열 공간과 관련된 제 2 온도 센서;l) 실외 온도 센서;m) 상기 제 1 증발기와 관련된 단열 공간으로 가는 실내 공기 흐름을 제어하 는 제 1 실내 공기 흡입 제어 밸브 및 제 1 실내 공기 흡입팬;n) 상기 제 2 증발기와 관련된 단열 공간으로 가는 실내 공기 흐름을 제어하는 제 2 실내 공기 흡입 제어 밸브 및 제 2 실내 공기 흡입팬;o)실외로부터 각 증발기의 단열 공간으로 공기 흐름 통로를 제공하는 실외 공기 흡입 덕트;p) 각 증발기의 단열 공간으로부터 실외로 공기 흐름 통로를 제공하는 냉기 출구 덕트;q) 제 1 증발기의 단열 공간으로부터 상기 냉기 출구 덕트로 가는 공기 흐름을 제어하고 환기하는 제 1 환기팬;r) 제 2 증발기의 단열 공간으로부터 상기 냉기 출구 덕트로 가는 공기 흐름을 제어하고 환기하는 제 2 환기팬; 및s) 작동 중 기화율 및 열 흡수율의 감소를 보상해주는 승압 제어 밸브 및 승압 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 교차 배기 제상 난방 및 환기 제어 시스템을 포함하며,상기 제 1 증발기가 제 1 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 1 증발기는 상기 제 1 제어 밸브를 닫음으로써 냉매의 흐름을 중지시키고 제 1 실외 공기 흡입 제어 밸브가 열리고 상기 제 1 환기팬이 최대 속도로 작동하여 외부 공기 흐름을 이용해 상기 제 1 증발기의 성애를 제거하며;상기 제 2 증발기가 제 2 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 2 증발기는 상기 제 2 제어 밸브를 닫음으로써 냉매의 흐름을 중지시키고 제 2 실외 공기 흡입 제어 밸브가 열리고 상기 제 2 환기팬이 최대 속도로 작동하여 외부 공기 흐름을 이용해 상기 제 2 증발기의 성애를 제거하며;상기 제 1 증발기가 제 2 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 1 증발기는 상기 제 1 제어 밸브를 닫음으로써 냉매의 흐름을 중지시키고, 상기 제 1 실외 공기 흡입 제어 밸브는 닫히고 상기 제 1 실내 공기 흡입 제어 밸브가 열려서 실내 공기 흐름으로부터 열을 흡수함으로써 상기 제 1 증발기 상에 있는 성애가 녹게 되고: 상기 제 1 실내 공기 흡입팬은 작동하여 상기 제 1 증발기의 단열 공간으로 들어가는 실내 공기 흐름을 제어하며: 상기 제 1 온도 센서에 의해 측정된 온도가 실외 온도보다 높으면, 상기 제 1 환기팬은 천천히 돌거나 작동이 중지되어 상기 냉기 출구 덕트를 통해 열이 빠져나가는 것을 막아주며:상기 제 2 증발기가 제 2 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 2 증발기는 상기 제 2 제어 밸브를 닫음으로써 냉매의 흐름을 중지시키고 상기 제 2 실외 공기 흡입 제어 밸브가 닫히고 상기 제 2 실내 공기 흡입 제어 밸브는 열려서 실내 공기 흐름으로부터 열을 흡수함으로써 상기 제 2 증발기 상에 있는 성애가 녹게 되고: 상기 제 2 온도 센서에 의해 측정된 온도가 실외 온도보다 높으면, 상기 제 2 환기팬은 천천히 돌거나 작동이 중지되어 상기 냉기 출구 덕트를 통해 열이 빠져나가는 것을 막아주며;각 증발기의 제 2 단계 제상 과정 동안, 각 실내 공기 흡입팬은 실내 공기를 흡입해 각각의 관련 증발기로 보내고, 실외 공기는 환기를 목적으로 다른 환기 덕트를 통해 실내 공간으로 유입되거나, 실내 환기팬이 각 증발기의 제 2 단계 제상 과정 동안 이 시스템과 함께 작동되어 실외 공기를 유입해 실내 공간으로 보낼 수 있으며;제 1 단계 제상 방법은 0℃에서 10℃ 사이에서 사용할 수 있고, 제 2 단계 제상 방법은 -40℃에서 10℃ 사이에서 사용할 수 있으며, 상기 시스템은 관련된 제상 수단을 가진 더 추가적인 증발기를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 교차 배기 제상 난방 및 환기 제어 시스템.
- 교차 역전 제상 난방 시스템에 있어서,a) 냉매를 압축하는 주 압축기;b) 난방을 목적으로 상기 주 압축기를 따르는 주 응축기;c) 상기 주 응축기를 따르는 주 팽창 밸브;d) 상기 주 팽창 밸브를 통해 냉매를 받는 제 1 증발기 및 제 2 증발기;e) 제 1 증발기 입구로 들어가는 냉매를 제어하는 제 1 상측 흐름 제어 밸브 및 제 1 증발기 출구에서 상기 주 압축기의 흡입 포트로 들어가는 냉매를 제어하는 제 1 하측 흐름 제어 밸브;g) 제 2 증발기 입구로 들어가는 냉매를 제어하는 제 2 상측 흐름 제어 밸브 및 제 2 증발기 출구에서 상기 주 압축기의 흡입 포트로 들어가는 냉매를 제어하는 제 2 하측 흐름 제어 밸브;h) 주 압축기에서 바로 제 1 증발기 입구로 들어가는 냉매를 제어하는 제 1 역전 흐름 제어 밸브;i) 주 압축기에서 바로 제 2 증발기 입구로 들어가는 냉매를 제어하는 제 2 역전 흐름 제어 밸브;j) 상기 제 1 증발기 출구와 상기 제 2 증발기 입구 사이에 존재하는 냉매 전달 파이프와 관련된 제 1 팽창 밸브 및 제 1 일방향 밸브;k) 상기 제 2 증발기 출구와 상기 제 1 증발기 입구 사이에 존재하는 냉매 전달 파이프와 관련된 제 2 팽창 밸브 및 제 2 일방향 밸브;l) 상기 제 1 증발기와 관련된 단열 공간으로부터 공기를 환기하는 제 1 환기팬;m) 상기 제 2 증발기와 관련된 단열 공간으로부터 공기를 환기하는 제 2 환기팬; 및n) 작동 중 기화율 및 열 흡수율의 감소를 보상해주는 승압 제어 밸브 및 승압 수단을 포함하며,상기 시스템은 두 개의 방법을 사용할 수 있는데, 여기서, 제 1 방법 및 제 2 방법은 제상 과정이 필요할 때까지 함께 사용되고; 상기 제상 과정이 필요하고 실외 온도가 실외 공기 흐름을 이용해서 성애를 제거하기 충분할 때에, 상기 제 1 증발기와 상기 제 2 증발기는 교대로 성애를 제거하고 그 동안 적어도 하나의 작동 증발기는 계속해서 작동하여 실내 난방에 필요한 열 에너지를 흡수하며;상기 제 1 증발기가 실외 공기 흐름을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 1 상측 흐름 제어 밸브는 닫히고 상기 제1 하측 흐름 밸브도 닫혀 상기 주 팽창 밸브로부터 나오는 냉매 흐름을 중지시키고, 상기 제 1 환기팬은 최대 용량으로 작동 되어 상기 제 1 증발기를 통해 실외 공기 흐름을 증가시키며;상기 제 2 증발기가 실외 공기 흐름을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 2 상측 흐름 제어 밸브는 닫히고 상기 제 2 하측 흐름 밸브도 닫혀 상기 주 팽창 밸브로부터 나오는 냉매 흐름을 중지시키고, 상기 제 2 환기팬은 최대 용량으로 작동되어 상기 제 2 증발기를 통해 실외 공기 흐름을 증가시키며;상기 제 1 증발기가 제 2 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 1 상측 흐름 제어 밸브는 닫히고 상기 제 1 하측 흐름 제어 밸브도 닫혀서 상기 주 팽창 밸브로부터 나오는 냉매 흐름을 중지시킬 때, 상기 제 1 역전 흐름 제어 밸브는 열려서 상기 주 압축기로부터 상기 제 1 증발기 상에 있는 성애를 녹이는 상기 제 1 증발기로 가는 압축된 냉매를 위한 통로를 제공하고, 상기 제 1 환기팬은 작동을 중지하여 열이 빠져나가는 것을 막으며 그 동안 압축된 냉매는 상기 제 1 증발기를 가열하고 상기 냉매 전달 파이프와 상기 제 2 증발기 입구로 가며;상기 제 2 증발기가 제 2 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 2 상측 흐름 제어 밸브는 닫히고 상기 제 2 하측 흐름 제어 밸브도 닫혀서 상기 주 팽창 밸브로부터 나오는 냉매 흐름을 중지시킬 때, 상기 제 2 역전 흐름 제어 밸브는 열려서 상기 주 압축기로부터 상기 제 2 증발기 상에 있는 성애를 녹이는 상기 제 2 증발기로 가는 압축된 냉매를 위한 통로를 제공하고, 상기 제 2 환기팬은 작동을 중지하여 열이 빠져나가는 것을 막으며 그 동안 압축된 냉매는 상기 제 2 증발기를 가열하고 상기 냉매 전달 파이프와 상기 제 1 증발기 입구로 가며;제 1 단계 제상 방법은 0℃에서 10℃ 사이에서 사용할 수 있고, 제 2 단계 제상 방법은 -40℃에서 10℃ 사이에서 사용할 수 있으며, 상기 시스템은 관련된 제상 수단을 가진 더 추가적인 증발기를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 교차 역전 제상 난방 시스템.
- 교차 제상 난방 시스템에 있어서,a) 주 응축기로 들어가는 냉매를 펌프하고 압축하는 주 압축기;b) 상기 주 응축기를 따르는 제 1 증발기 및 제 2 증발기;c) 상기 주 응축기 및 상기 두 증발기 사이에서의 압력 차를 조절하는 팽창 밸브;d) 상기 제 1 증발기가 성애를 제거하는 동안 상기 제 1 증발기 안에 들어있는 냉매 순환을 정지시키기 위하여 상기 제 1 증발기와 관련된 제 1 증발기 제어 밸브;e) 상기 제 2 증발기가 성애를 제거하는 동안 상기 제 2 증발기 안에 들어있는 냉매 순환을 정지시키기 위하여 상기 제 2 증발기와 관련된 제 2 증발기 제어 밸브;f) 상기 주 압축기의 토출 포트로부터 냉매를 연결하여 받고, 그 안에 든 냉매는 상기 제 2 증발기로 나가는 제 1 제상 응축기;g) 상기 제 1 증발기가 성애를 제거하는 동안 상기 제 1 제상 응축기로 가는 냉매를 제어하고 허용하는 제 1 제상 제어 밸브;i) 상기 주 압축기의 토출 포트로부터 냉매를 연결하여 받고, 그 안에 든 냉 매는 상기 제 1 증발기로 나가는 제 2 제상 응축기;j) 상기 제 2 증발기가 성애를 제거하는 동안 상기 제 2 제상 응축기로 가는 냉매를 제어하고 허용하는 제 2 제상 제어 밸브;k) 상기 제 1 제상 응축기 및 상기 제 2 증발기 사이에 연결되어 냉매 흐름과 제상 과정 동안 필요로 하는 열 에너지를 제어하는 제 1 흐름 제어기 및 상기 제 2 제상 응축기 및 상기 제 1 증발기 사이에 연결되어 냉매 흐름과 제상 과정 동안 필요로 하는 열 에너지를 제어하는 제 2 흐름 제어기;l) 성애를 제거하는 동안 상기 두 개의 제상 응축기들로부터 그에 대응하는 증발기로 열 에너지를 보내는 공용 라디에이터 핀; 및m) 작동 중 기화율 및 열 흡수율의 감소를 보상해주는 승압 제어 밸브 및 승압 수단을 포함하며,제상 과정이 필요하지 않을 때, 상기 제 1 제어 밸브 및 상기 제 2 제어 밸브는 닫힌 채로 상기 제 1 제상 응축기 및 상기 제 2 제상 응축기로 가는 냉매를 중지시키며;상기 제 1 증발기가 제 1 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 1 증발기 제어 밸브는 닫혀서 상기 제 1 증발기로 가는 냉매 흐름을 중지시키고, 제 1 환기팬은 최대 용량으로 작동하여 실외 공기 흐름을 이용해 상기 제 1 증발기의 성애를 제거하며;상기 제 2 증발기가 제 1 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 2 증발기 제어 밸브는 닫혀서 상기 제 2 증발기로 가는 냉매 흐름을 중지시 키고, 제 2 환기팬은 최대 용량으로 작동하여 실외 공기 흐름을 이용해 상기 제 2 증발기의 성애를 제거하며;상기 제 1 증발기가 제 2 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 1 증발기 제어 밸브는 닫혀서 상기 제 1 증발기로 가는 냉매 흐름을 중지시키고, 상기 제 1 제상 제어 밸브는 열려서 압축된 냉매를 제 1 제상 응축기로 가도록 하여 상기 제 1 증발기의 성애를 제거하기 위한 열을 제공한 다음, 상기 제 1 제상 응축기안의 냉매는 관련된 흐름 조절기를 통해 상기 제 2 증발기의 흡입구로 들어가고, 상기 제 1 환기팬은 작동이 정지되어 상기 제 1 증발기의 단열 공간으로 열이 빠져나가는 것을 막으며;상기 제 2 증발기가 제 2 단계 제상 방법을 이용하여 성애를 제거할 때, 상기 제 2 증발기 제어 밸브는 닫혀서 상기 제 2 증발기로 가는 냉매 흐름을 중지시키고, 상기 제 2 제상 제어 밸브는 열려서 압축된 냉매를 제 2 제상 응축기로 가도록 하여 상기 제 2 증발기의 성애를 제거하기 위한 열을 제공한 다음, 상기 제 2 제상 응축기안의 냉매는 관련된 흐름 조절기를 통해 상기 제 1 증발기의 흡입구로 들어가고, 상기 제 2 환기팬은 작동이 정지되어 상기 제 1 증발기의 단열 공간으로 열이 빠져나가는 것을 막으며;제 2 단계 제상 과정 동안 제상 증발기는 작동 증발기에 의해 흡수되고 압축기에 의해 생성된 열로 가열되어 상기 시스템은 연속적으로 열 출력을 공급할 수 있으며;제 1 단계 제상 방법은 0℃에서 10℃ 사이에서 사용할 수 있고, 제 2 단계 제상 방법은 -40℃에서 10℃ 사이에서 사용할 수 있으며, 상기 시스템은 관련된 제상 수단을 가진 더 추가적인 증발기를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 교차 제상 난방 시스템.
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