KR20110018958A

KR20110018958A - 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR20110018958A
Application number: KR1020090076447A
Authority: KR
Inventors: 백현정
Original assignee: 백현정
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2011-02-25

Abstract

본 발명은 동시 냉, 난방 멀티(하나의 실외기에 여러 개의 실내기를 부착하여, 각각의 실내기 마다 독립적으로 냉, 난방을 할 수 있는 시스템, 이하 “동시 냉, 난방 멀티”라 한다) 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 하계에는 다수의 실내기로 냉방 또는 난방을 독립적으로 운전함과 함께 급탕을 동시에 공급 하며, 동계에는 다수의 실내기로 난방(온풍) 또는 냉방을 독립적으로 운전함과 함께 급탕, 난방 온수를 동시에 공급 하는 에너지 절약형 동시 냉난방 멀티 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 하계에는 냉동 사이클중 응축기의 폐열을 급탕수 가열 열원으로 사용함으로서 추가 적인 에너지의 공급 없이 급탕열원을 공급할 수 있으며, 동절기에는 열교환기(40, 41) 및 실내기 시스템(400)을 응축기로 사용 하고, 실내기 시스템(500)은 응축기 또는 증발기로 함으로서 급탕수, 난 방수, 온풍 및 냉풍을 동시에 공급 할 수 있도록 한다.

또한, 동절기의 실외기(2, 3)의 공기 코일의 제상을 핫 가스 제어변(31, 32)을 활용한 핫 가스 바이 패스 제상 방식으로 실외기(2, 3)를 순차 적으로 하나씩 제상함으로서 사방변의 절환 및 압축기의 정지 운전이 없고, 기존의 핫 가스 바이 패스 제상 방식 보다 빠른 제상 성능으로 고효율의 히트펌프 운전을 가능 하게 할 수 있다.

이를 위해, 핫 가스 바이 패스 제어변(31, 32, Hot gas bypass valve), 사 방변(63, 64, 4-way valve), 열교환기(40, 41), 물탱크(7, 8), 물 펌프(10, 11) 및 제어 변(30)을 동시 냉난방 멀티 히트펌프 시스템 사이클인 압축기 시스템(100), 실외기 시스템(200) 및 실내기 시스템(300)에 추가로 부착한 형태이다.

하절기에는 응축열을 열교환기(40, 41) 및 물 펌프(10, 11)를 이용하여 급탕 탱크(7), 온수 탱크(8)에 축열 저장하며, 동절기에는 열교환기(40, 41) 및 물 펌프(10, 11)를 이용하여 급탕 탱크(7), 온수 탱크(8)에 온수를 축열 하여서 급탕 및 바닥 난 방등에 공급하며 실내기 시스템(400)으로 온풍을 공급 하고, 실내기 시스템(500)은 온풍 또는 냉풍을 선택 적으로 동시에 공급함으로서 에너지를 절약하기 위한 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 열교환기(40, 41), 물탱크(7, 8), 물 펌프(10, 11)는 단순 응축열 회수뿐만 아니라, 기존 실내기 시스템(300)과 다단계로 응축 압력을 제어함으로 냉매의 과냉각 및 응축 압력 저하로 압축기(1)의 소요 동력을 절감 시키며, 냉각 열량을 증가 시키므로 에너지 절약뿐만 아니라 압축기(1)의 소손을 방지 하는 특징이 있다.

동시 냉, 난방 멀티 히트펌프 시스템, 제상, 핫 가스 제상, 사 방변, 급탕

Description

히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM}

본 발명은 동시 냉, 난방 멀티 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 하계에는 급탕 , 냉방 또는 난방을 동시에 공급 하며, 동계에는 급탕, 난방 온수, 냉방 또는 난방을 동시에 공급 하는 에너지 절약형 멀티 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 하계에는 냉동 사이클중 응축기의 폐열을 급탕수 가열 열원으로 사용함으로서 추가 적인 에너지의 공급 없이 급탕열원을 공급할 수 있으며, 동절기에는 수 열교환기(40, 41) 및 실내기를 응축기 또는 증발기로 사용함으로서 급탕수, 난 방수, 온풍 또는 냉풍을 을 동시에 공급 할 수 있고, 실외기(2, 3)를 핫 가스 제어변(31, 32)을 활용 하여 순차적으로 제상운전을 하도록 하여 압축기의 정지 운전 및 사방변의 전환 운전이 없는 연속 제상 운전을 하도록 하는 것 이다.

종래의 히트펌프 시스템으로는 다음과 같은 것 들이 있다.

<실예 1>

도13은 종래의 멀티 히트펌프 시스템으로 대한민국 특허 공개 번호 10-2006-0092016로 공고 개시된 것이다.

도면13은 상기 공개에 개시된 종래의 멀티 히트펌프 시스템의 사이클 도면 이다.

상기 멀티 히트 펌프 시스템은 압축기(11), 실외기(15), 팽창변(19), 다수의 실내기 유닛(30) 및 사방변(13)로 구성된 냉, 난방용 동시형 멀티 히트펌프 시스템으로서, 전체 냉방 운전 에서는 압축기(11)의 고온 고압의 냉매 가스를 사방변(13)거처 실외기(15)에서 외부 공기와 열교환후 액 냉매로 응축 되어 액 냉매 배관(43)을 거처 실내 유닛(30)의 팽창변(33)에서 감압팽창 하여 실내기 코일(31)에서 실내 공기와 열교환후 가스로 변환되어 복수의 제어변(46)을 통하여 압축기(11)의 입구 측으로 흡입되어 지며, 부분 냉방 운전에서는 상기 전체 냉방 운전에서 실내 유닛(30)중 일부가 난방운전을 하는 사이클로서, 압축기(11)의 출구의 고온 고압의 가스를 난방 적용 실내 유닛(30)의 제어변(42)을 통하여 실내 유닛(30)에서 응축 후 액 냉매 배관(43)에 인입 시키는 구조 이다.

또한, 전체 난방 운전 에서는 압축기(11)의 출구의 고온 고압의 가스를 복수의 제어변(42)을 통하여 실내 유닛(30)에서 응축된 후 액 냉매 배관(43)을 통해서 팽창변(19)에서 감압 팽창 후 실외기(15)에서 공기와 열교환후 냉매 가스 상태로 사방변(13)을 통하여 압축기(11)에 인입 되는 구조 이고, 부분 난방 운전에서는 전체 난방 운전 중에서 일부의 실내 유닛(30)이 증발기로 운전 되는 것으로서, 액 냉매 배관(43)에서 팽창변(33)에서 감압 팽창 후 제어변(46)을 통하여 실내에 인입 되어 지는 사이클이다.

그렇지만, 상기 종래의 사이클에 있어서는, 상기 사이클에서 하계에 는 압축기(11)의 응축열량을 응축기(15)에서 대기로 열 교환함으로서 에너지 효율이 낮고, 응축 압력이 외기 온도 상승시 과다 하게 상승 하며, 이로 인한 압축기(11)의 운전 전력의 상승 및 소손의 위험이 있으며, 부수적으로 급탕기를 추가설치 해야 하고, 동계에는 온풍 또는 냉풍만 공급 하므로 급탕 및 바닥 난방용 온수를 보일러를 추가 적으로 가동 하여야 하는 단점이 있다.

또한, 동계의 실외 유닛(15)의 제상운전은 역 사이클 방식으로서 간단히 서술 하면, 난방 운전 정지{압축기(11)정지} --> 사방변(13)의 절환 및 팬(17) 정지 --> 제상 운전 {압축기(11)운전} --> 제상 운전 완료 -- > 압축기(11)정지 --> 사방변(13) 절환 및 팬(17)운전 --> 난방 운전{압축기(11)운전}의 순서로 제어 되어 지므로 사방변(13)의 절 환시 액 냉매가 압축기(11) 흡입 측으로 유입되어 액 압축에 의한 압축기(11)의 소손의 위험이 있으며, 압축기(11)의 정지 후 재가동을 반복함으로서 압축기(11)의 소손의 위험이 있으며, 사방변(13)의 오작동의 위험이 있고, 실내 유닛(30)을 증발기로 사용함으로서 실 내측에 찬 공기가 토출 되어 불쾌감을 유발 할 수 있고, 제상 시간이 길어져서 난방 성능 저하의 원인이 된다.

<실예 2>

도14는 종래의 멀티 히트펌프 시스템으로 대한민국 특허 공개 번호 10-2008-0011258로 공고 개시된 것이다.

도면14는 상기 공개에 개시된 종래의 멀티 히트펌프 시스템의 사이클 도면 이다.

상기 멀티 히트펌프 시스템은 압축기(110), 실외기(130a, 130b), 팽창변(176a, 176b), 사방변(120a, 120b), 절환 부(20) 및 실내 유닛(30)으로 구성된 냉, 난방용 동시형 멀티 히트펌프 시스템으로서, 전체 냉방 운전 에서는 압축기(110)의 고온 고압의 냉매 가스를 사방변(120)거처 실외기(130a, 130b)에서 외부 공기와 열교환 후 액 냉매로 응축 되어 액 냉매 배관(210)을 거처 실내 유닛(30)의 팽창변(321, 322, 323)에서 감압팽창 하여 실내기 코일(311, 312, 313)에서 실내 공기와 열교환후 가스로 변환되어 복수의 제어변(244, 245, 246)을 통하여 압축기(110)의 입구 측으로 흡입되어 지며, 부분 냉방 운전에서는 상기 전체 냉방 운전에서 실내 유닛(30)중 일부가 난방운전을 하는 사이클로서, 압축기(110)의 출구의 고온 고압의 가스를 난방 적용 실내 유닛(30)의 제어변(241 또는 242 또는 243)을 통하여 실내 유닛(30)에서 응축 후 액 냉매 배관(210)에 인입 시키는 구조 이다.

또한, 전체 난방 운전 에서는 압축기(110)의 출구의 고온 고압의 가스를 복수의 제어변(241, 242, 243)을 통하여 실내 유닛(30)에서 응축 후 액 냉매 배관(210)을 통해서 팽창변(176a, 176b)에서 감압 팽창 후 실외기(130a, 130b)에서 공기와 열교환후 냉매 가스 상태로 사방변(120a, 120b)을 통하여 압축기(110)에 인입 되는 구조 이고, 부분 난방 운전에서는 전체 난방 운전 준에서 일부의 실내 유닛(30)이 증발기로 운전 되는 것으로서, 액 냉매 배관(210)에서 팽창변(321 또는 322 또는 323)에서 감압 팽창 후 제어변(244 또는 245 또는 246)을 통하여 실내에 인입 되어 지는 사이클이다.

그렇지만, 상기 종래의 사이클에 있어서는, 상기 사이클에서 하계에는 압축기(110)의 응축열량을 실외기(130a, 130b)에서 대기로 열 교환함으로서 에너지 효율이 낮고, 응축 압력이 외기 온도 상승시 과다 하게 상승 하며, 이로 인한 압축기(110)의 운전 전력의 상승 및 소손의 위험이 있으며, 부수적으로 급탕 기를 추가설치 해야 하고, 동계에는 온풍 또는 냉풍만 공급 하므로 급탕 및 바닥 난방용 온수를 보일러를 추가 적으로 가동 하여야 하는 단점이 있다.

또한, 동계의 실외기(130a, 130b)의 제상운전 방식을 간단히 서술 하면, 난방 운전 정지{사방변(120a) 절환} --> 실외기(130a) 제상운전 --> 실외기(13a) 제상완료 --> 사방변(120a) 절환 --> 사방변(120a) 절환 --> 실외기(130b) 제상운전 --> 실외기(13b) 제상완료 --> 사방변(120b) 절환 --> 난방운전의 순서로 제어 되어 지므로 사방변(120a, 120b)의 절 환시 액 냉매가 압축기(110)의 흡입 측으로 유입되어 액 압축에 의한 압축기(110)의 소손의 위험이 있으며, 사방변(120a, 120b)의 오작동의 위험이 있고, 사방변(120a, 120b)을 최소 2개 이상으로 구성 되어 지므로 원가의 상승 및 제조 공정이 복잡 하여 지는 실정이다.

본 발명은 멀티 히트펌프 시스템을 이용 하여 하계에는 급탕 , 냉방 또는 난방을 동시에 공급 하며, 동계에는 급탕, 난방 온수, 냉방 또는 난방을 동시에 공급 하는 에너지 절약형 멀티 히트펌프 시스템으로서, 동계 실외기의 제상을 핫 가스를 활용 하여 순차적으로 제상운전을 하도록 하여 압축기의 정지 운전 및 사방변의 전환 운전이 없는 연속 제상 운전을 하도록 하는 시스템을 제공 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 압축기 시스템(100), 실외기 시스템(200), 고정 실내기 시스템(400), 가변 실내기 시스템(500), 열저장 시스템(600) 및 제어부(900)로 구성 되어진 형태에서, 급탕 및 온수를 공급하기 위하여 열교환기(40, 41), 물탱크(7, 8), 물 펌프(10, 11) 및 제어 변(30) 부착 하였고, 동시 냉, 난방을 위하여 사방변(63, 64)을 설치하였고, 동계 연속 순차 제상을 위해서 핫 가스 제어변(31, 32), 실외기(2, 3) 및 팽창변(20, 21)을 복수로 부착 하여서, 하계에는 급탕, 냉방 또는 난방을 동시에 공급하며, 동계에는 급탕, 난방온수, 온풍 또는 냉풍을 동시에 공급하고, 동계에 실외기를 연속 순차 제상 하며, 급탕 및 난방 온수를 고온으로 축열 하고, 하계에는 2단 응축으로 운전하고, 동계에는 급탕, 난방온수 및 실내기의 3단 응축으로 운전 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 멀티 히트펌프 시스템을 응용한 것으로, 그 목적은 하계에는 급탕, 냉방 또는 난방을 동시에 공급 하며, 동계에는 급탕, 난방 온수, 난방(온풍) 또는 냉방(냉풍)을 동시에 공급 하는 에너지 절약형 시스템에 관한 것으로, 하계에는 냉동 사이클중 응축기의 폐열을 급탕수 가열 열원으로 사용함으로서 추가 적인 에너지의 공급 없이 급탕 열원을 공급할 수 있으며, 동절기에는 열교환기 및 실내기를 응축기 또는 증발기로 사용함으로서 급탕, 난방 온수, 난방(온풍) 또는 냉방(냉풍)을 동시에 공급 할 수 있도록 하므로, 우리나라의 주택의 특징인 온돌 난방과 실내기(응축기)의 온풍 공급으로 최상의 주거 공간을 만들 수 있다.

그리고 동계 실외기의 제상을 핫 가스를 활용 하여 순차적으로 제상운전을 하여 압축기의 정지 운전 및 사방변의 전환 운전이 없는 연속 제상 운전을 함으로서 난방 운전 효율을 향상 시키고, 압축기의 소손의 주된 원인의 하나인 액 압축의 문제를 해결 할 수 있다.

또한, 지금까지의 히트펌프의 출수 온도가 낮아서 바닥 난방시 많은 문제가 발생하였으나 바닥 난방 + 온풍난방으로 이를 극복함으로서, 냉, 난방기의 단점인 온풍난방의 한계를 극복한 것으로 고효율 히트펌프를 겨울철 난방 열원으로서의 새로운 에너지원을 개척 하는 것이며 지구 온난화 가스 CO2의 발생을 억제하는 효과도 있으며, 압축기의 출구의 고온 고압의 압축 냉매 가스는 급탕 열교환기 온수 열교환기 및 응축기에서 순차적으로 다단 응축 되므로, 열교환기의 전열 면적을 증가 시켜서 고효율 열 교환으로 난방 열량을 증가 시키며, 응축 압력을 저하로 압축기의 소요 동력을 절감 시키고, 과부하로 인한 압축기의 소손을 방지 할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템은, 냉매 가스를 고온 고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 액상으로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 감압 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 피 냉각물체와 열 교환에 의하여 냉동효과를 달성하면서 증발하여 저온저압의 기상의 냉매 가스를 압축기로 복귀시키는 증발기, 냉, 난방 절환을 위한 사방 변 및 열저장 시스템을 포함하여 이루어지는 멀티 히트펌프 시스템에 있어서,

상기 압축기(1), 바이 패스 제어변(30) 및 사방변(60)로 이루어지는 압축기 시스템(100);

상기 실외기(2, 3), 팽창변(20, 21), 핫 가스 제어변(31, 32)로 이루어지는 실외기 시스템(200);

상기 실내기(50, 51), 팽창변(22, 23)으로 이루어진 고정 실내기 시스템(400) 및 실내기(52, 53), 팽창변(24, 25), 사방변(63, 64)으로 이루어진 가변 실내기 시스템(500)으로 이루어지는 실내기 시스템(300);

상기 급탕열교환기(40), 난방 온수 열교환기(41), 물 펌프(10, 11) 및 물탱 크(7, 8) 로 급탕 및 난방 온수를 축열 저장 하는 시스템으로, 필요시 선택적으로 운전 되어 지는 열저장 시스템(600);

상기 수 제어 장치(801), 실내 제어 장치(802, 803, 804, 805) 및 주제어 장치(800)로 이루어지는 제어부(900)를 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거하여 바람직한 실시 예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 본 발명에 의한 히트펌프의 실시 예를 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 계통도를 나타낸 사이클 도면 이다.

참조부호 (1)는 압축기로서, 냉매가스를 흡입하여 고온고압으로 압축하여 배출하기 위한 것으로서, 그 사용목적에 따라 왕복동식, 크랭크식, 사판식, 워블 플레이트식, 로터리식, 스크롤식 등 다양한 형태의 압축기가 적용될 수 있다.

이 압축기(1)의 토출라인은 급탕 열교환기(40), 온수 열교환기(41)를 거처서 사방변(5)으로 연결 되어 있으며, 제어변(30)이 압축기(1)의 출구에서 열교환기(40, 41)와 병렬로 사방변(5)에 연결되어지며, 사방변(5, a → b)은 실외 기(2, 3)와 연결된다.

이 급탕 열교환기(40), 온수 열교환기(41) 및 실외기(2, 3)는 냉방 운전시 응축기로서 상기 압축기(1)에서 압축되어 배출되는 냉매가스를 방열시킴으로써 고온고압의 액상 냉매로 응축하도록 되어 있다. 여기서는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 응축기는 공기 열교환기인 경우에는 인입 헤더 및 출구헤더, 상기 인입/출구 헤더들을 연결하여 이들이 서로 통하도록 함으로써 소정의 유로를 형성하는 다수의 튜브와, 그리고 상기 튜브들 사이에 적층되는 코르게이트형 전열 핀을 가진 통상적인 형태의 것이 적용될 수 있다. 따라서 냉각 팬에 의하여 송풍되는 공기는 튜브들 사이의 전열 핀들을 거치게 되고 이 과정에서 응축기 내부를 유동하는 냉매가 송풍 공기에 열량을 빼앗겨 냉매의 응축작용이 수행된다.

또한, 상기 응축기가 물 열교환기인 경우에는 판형 열교환기(Plate heat exchanger), 셀 앤 튜브 열교환기(Shell and tube), 나관식(Bare tube) 및 이중관식 열교환기(Tube in tube) 형태로서 열교환기 내부의 물에 열량을 빼앗겨 열량을 빼앗겨 냉매의 응축작용이 수행된다.

한편, 압축기(1)의 입구 라인 쪽에는 후술하는 팽창밸브(22, 23, 24, 25로 이하 22→25라 표기 한다)로부터 유입되는 냉매를 증발시킴으로써 이때의 증발잠열을 이용하여 피 냉각물체 와 냉매를 열 교환시켜 냉동효과를 달성하는 여러 개의 실내기(50, 51, 52, 53로 이하 50→53라 표기 한다)가 연결된다. 상기 실내기(50→53, 증발기)는 인입 헤더 및 출구헤더, 상기 인입/출구 헤더들을 연결하여 이들이 서로 통하도록 함으로써 소정의 유로를 형성하는 다수의 튜브와, 그리고 상기 튜브들 사이에 적층되는 코르게이트형 전열 핀을 가진 통상적인 형태의 것이 적용될 수 있다. 따라서 냉각 팬에 의하여 송풍되는 공기는 튜브들 사이의 전열 핀들을 거치게 되고 이 과정에서 증발기 내부를 유동하는 냉매가 송풍공기의 온도(열량)를 빼앗아 냉매의 증발 작용이 수행된다.

그리고 증발기(50→53, 실내기)의 입구 단에는 공급되는 고온고압 상태의 액상 냉매를 교축작용에 의하여 저압상태의 냉매로 팽창시켜 증발작용이 용이하게 수행되도록 증발기(50→53, 실내기)로 공급하기 위한 팽창밸브(22→25)가 설치된다. 이 팽창밸브(22→25)는, 여기서는 구체적으로 도시되지는 않았으나, 감온실 내부의 온도에 따른 다이어프램의 팽창변위에 의하여 압력전달로드를 통하여 고압냉매유로의 궤도를 조절하는 내부균압식, 캐필러리 튜브를 통한 다이어프램의 팽창변위에 의하여 고압냉매유로의 괘도를 조절하는 외부 균압식 등 일반적으로 TEV라하는 감온식 팽창변, 모세관 형태 및 전자식 팽창변(EEV)등을 사용하며 다양한 형태의 것이 사용될 수 있다.

상기, 실내기(50, 51)는 고정형 실내기 시스템(400)으로서 사방변(60)에 의해 히트펌프 시스템의 사이클이 결정 되면 종속적으로 증발기 또는 응축기로 결정되는 고정 실내기 시스템(400)이고, 실내기(52, 53)는 사방변(60)의 작동에 상관없이 사방변(63, 64)의 독립된 운전으로 냉방 또는 난방 운전을 할 수 있는 가변 실내기 시스템(500) 이다.

본 발명의 구성을 첨부 도면을 참조하면서 설명 하면, 도1에서 압축기 시스템(100)은 압축기(1)의 출구는 배관(70)에 의해 사방변(60)에 연결되고, 배관(70) 과 배관(71) 및 배관(73)의 연결 접속 지점 사이에 바이 패스 제어변(30)에 위치하고, 사방변(60, c)은 배관(74)로 압축기(1)의 흡입 측에 연결 되는 것으로 구성 되어 지고, 열저장 시스템(600)은 배관(70)에서 분기한 배관(71)은 급탕 열교환기(40)에 연결되고, 급탕열교환기(40)의 출구 냉매 배관(72)은 온수 열교환기(41)연결 되고, 온수 열교환기(41)의 출구의 냉매 배관(73)은 배관(70)에 연결 되고, 수 배관(91)은 급탕 탱크(7)와 급탕 열교환기(40)의 입구를 연결 하고, 수 배관(91) 중에 급탕 펌프(10)가 연결 되어 있고, 수 배관(92)은 급탕 탱크(7)와 급탕 열교환기(40)의 출구를 연결 하고, 수 배관(93)은 온수 탱크(8)와 온수 열교환기(41)의 출구를 연결 하고, 수 배관(93) 중에 온수 펌프(11)가 연결 되어 있고, 수 배관(90)은 온수 탱크(7)와 온수 열교환기(41)의 출구를 연결 하는 것으로 구성 되어 지고, 실외기 시스템(200)은 배관(75)로 사방변(60, b)에서 실외기(2, 3)에 연결 되고, 실외기(2)의 출구는 배관(95)에 의해 배관(80)과 연결 되고, 배관(95)상에 팽창변(20) 있고, 실외기(3)의 출구는 배관(96)에 의해 배관(80)과 연결 되고, 배관(96)상에 팽창변(21) 있고, 배관(86)은 배관(71)에서 분기 하여서 핫 가스 제어변(31, 32)에 각각 접속 되고, 핫 가스 제어변(31)의 출구 배관(97)은 팽창변(20)과 실외기(2) 사이의 배관(95)에 연결 되고, 핫 가스 제어변(32)의 출구 배관(98)은 팽창변(21)과 실외기(3) 사이의 배관(96)에 연결 하는 것으로 구성 되어 지고, 고정 실내기 시스템(400)은 배관(80)에 의해 실내기(50, 51)에 각각 연결 되고, 실내기(50, 51)에 연결 되는 각각의 배관(80)의 상에 팽창변(22, 23)이 있고, 실내기(50)의 출구는 배관(110)으로 배관(99)에 연결 되고, 실내기(51)의 출 구는 배관(111)으로 배관(99)에 연결 되고, 배관(99)은 사방변(60, d)에 연결 하는 것으로 구성 되어 지고, 가변 실내기 시스템(500)은 배관(80)에 의해 실내기(52, 53)에 각각 연결 되고, 실내기(52, 53)에 연결 되는 각각의 배관(80)의 상에 팽창변(24, 25)이 있고, 실내기(52)의 출구는 배관(82)로 사방변(63, b)에 연결 되고, 사방변(63, c)은 배관(85)에 연결되고, 사방변(63, a)은 배관(84)에 연결 되고, 실내기(53)의 출구는 배관(83)로 사방변(64, b)에 연결 되고, 사방변(64, c)은 배관(85)에 연결되고, 사방변(64, a)은 배관(84)에 연결 되고, 사방변(63, 64, d)의 포트 d의 배관은 사용 하지 않으므로 막힌 구조로 사용 하고, 배관(84)은 배관(73)에 연결 되고, 배관(85)은 배관(74)에 연결 하는 것으로 구성 되어 지고, 제어부(900)는 급탕 온수 온도 센서(711), 온수 온도 센서(710), 온수 열교환기 출구 냉매 온도 센서(709) 및 고압 압력 센서(720)로 구성 되어진 수 제어 장치(801), 실내 온도 센서(705, 706, 707, 708)로 이루어진 실내 제어 장치(802, 803, 804, 805), 온도 센서(700, 701, 702, 703, 704)로 구성 되어진 주제어 장치(800)로 구성 되는 구조 이다.

그리고 도1에서의 실내기(50, 51, 52, 53)는 본 명세서에서 임으로 고정 실내기 시스템(400)에 2대 및 가변 실내기 시스템(500)에 2대 도시 한 것으로, 실제의 제품에서는 2대 또는 3대 또는 10대 또는 20대의 다양한 형태로 제작 되며 이는 멀티 히트 펌프의 용량과 고정(여름 -냉방, 겨울 -난방) 및 가변(난방 또는 냉방 능동 선택형) 열 부하에 의해서 실내기의 수량이 결정 되어 지는 것이다.

본 발명의 작동을 설명하면, 압축기 시스템(100), 실외기 시스템(200), 고정 실내기 시스템(400), 가변 실내기 시스템(500) 및 열저장 시스템(600)의 운전 조합 형태에 따라 분류 하면, 1) 하절기 전체 냉방 모드, 2) 하절기 부분 냉방 모드, 3) 동절기 전체 난방 모드, 4) 동절기 부분 난방 모드, 5) 동절기 제상 모드 및 6) 급탕 및 온수 모드로 대분류 할 수 있다.

먼저 1) 하절기 전체 냉방 모드는 도1의 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스를 배관(70) 및 사방변(5, a→b)을 거처서 실외기(2, 3, 응축기)에 인입 된다.

실외기(2, 3, 응축기)에 인입되는 실외의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 및 과냉각 되고, 실외기(2, 3)의 출구의 고압의 액상 냉매는 배관(95, 96, 80)을 지나 팽창변(22 → 25)을 통과 하면서 감압 되어 실내기(50→53, 증발기)에서 실내 공기와 열교환 후 액상에서 가스 상으로 변환 하고, 고정 실내기 시스템(400)의 실내기(50, 51)에서는 배관(110, 111), 배관(99) 및 사방변(60, d→c)을 지나 압축기(1)에 흡입 되어 지고, 가변 실내기 시스템(500)의 실내기(52)는 배관(82) 및 사방변(63, b→c)을 지나 배관(85) 및 배관(74)로 압축기(1)에 흡입 되어 지고, 실내기(53)는 배관(83) 및 사방변(64, b→c)을 지나 배관(85) 및 배관(74)로 압축기(1)에 흡입 되어 진다.

본 모드의 제어 로직은 도5에서 주제어 장치(800) 및 실내 제어 장치(802, 803, 804, 805로 이하 802→805로 표기 한다)의 작동으로 설명 되어 지며, 실내 제어 장치(802→805)는 실내기(50→53)에 각각 부착된 형태 또는 독립 형태로서 각각의 실내 사용자의 운전 신호(On)에 의하여 실내 사용자의 설정 실내온도와 실내 온도 센서(705, 706, 707, 708)의 온도를 비교 하여서 설정치 보다 크면 해당 실내기(50→53)의 작동을 지시하여 해당 실내기 팬 모터(750, 751, 752, 753이하 750→753로 표기)를 작동(On) 시키며, 실내 제어 장치(802, 803)는 팽창 변(22, 23)을 제어 하고, 실내 제어 장치(804, 805)는 팽창변(24, 25) 및 사방변(63, 64)을 각각 제어 하는 하고, 실내기(50→53)의 작동 유무를 주제어 장치(800)에 전달하고, 설정치 이하에서는 실내기를 정지 시킨다.

이때, 실내기(50→53)는 1대 또는 일부 또는 전부가 운전되어지는 형태로서 이는 각각의 실내의 사용자의 온도 설정치 와 작동 신호에 의해서 결정 되어 지는 것이다.

주제어 장치(800)는 실내 제어 장치(802→805)의 운전 요청 신호에 의해서 운전 되어 지며, 작동 요청이 있으면 실내 제어 장치(802→805)의 운전 요청 대수(실내 냉방 부하)에 대응하여서 압축기(1)의 운전을 지시하고, 사방변(60), 제어변(30)을 제어 하고, 수 제어 장치(801)의 응축온도 센서(709) 및 응축 압력 센서(720)의 값을 수신하여서 주제어 장치(800)의 내부의 설정치 와 비교 하여서 실외기 팬 모터(본도면 에서는 미 도시)를 제어 한다.

다음으로 2) 하절기 부분 냉방 모드는 도2의 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스를 배관(70) 및 사방변(5, a→b)을 거처서 실외기(2, 3, 응축기)에 인입 되어 실외의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 및 과냉각 되고, 실외기(2, 3)의 출구의 고압의 액상 냉매는 배관(95, 96, 80)을 실내기 시스템(300)으로 인입된다.

여기서, 고정 실내기 시스템(400)은 상기 1) 전체 냉방모드와 동일하게 운전 되나, 가변 실내기 시스템(500)은 실내기(52, 53)의 사용자의 냉방 또는 난방 선택 에 따라 전체 시스템의 운전에 상관없이 독립적으로 냉방 또는 난방으로 운전 되는 형태로서, 봄, 가을 또는 지하 구조물 등에서 나타나는 냉방 부하와 난방 부하가 공존 하는 상황에 대처 하기위한 것으로서, 도2에서 실내기(52)는 냉방을 실내기(53)는 난방을 선택한 경우를 가정 하여 설명 하겠다.

먼저 고정 실내기 시스템(400)은 실외기(2, 3)의 출구의 고압의 액상 냉매는 배관(95, 96, 80)을 지나 팽창변(22 → 23)을 통과 하면서 감압 되어 실내기(50→51, 증발기)에서 실내 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 후 배관(110, 111), 배관(99) 및 사방변(60, d→c)을 지나 압축기(1)에 흡입 되어 진다.

다음으로 가변 실내기 시스템(500)의 실내기(52)는 냉방 모드로서, 실외기(2, 3)의 출구의 고압의 액상 냉매는 배관(80)을 지나 팽창변(24)을 통과 하면서 감압 되어 실내기(52, 증발기)에서 실내 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 후 배관(82) 및 사방변(63, b→c)을 지나 배관(85) 및 배관(74)로 압축기(1)에 흡입 되어 지고,

실내기(53)는 난방 모드로서, 압축기(1)의 출구의 고온 고압의 냉매 가스를 배관(70, 73, 84)을 거처 사방변(64, a→b)을 지나 배관(83)으로 실내기(53)에 인입 되어 실내의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 및 과냉각 되어 배관(80)에 인입 되는 구조로서, 실내기(53)는 응축기로서 운전되므로 실내는 가열 되어 지게 된다.

본 모드의 제어 로직은 도5에서 주제어 장치(800) 및 실내 제어 장치(802, 803, 804, 805로 이하 802→805로 표기 한다)의 작동으로 설명 되어 지며, 실내 제 어 장치(802→805)는 실내기(50→53)에 각각 부착된 형태 또는 독립 형태로서 각각의 실내 사용자의 운전 신호(On)에 의하여 실내 사용자의 설정 실내온도와 실내 온도 센서(705, 706, 707, 708)의 온도를 비교 하여서 제어 한다.

여기서, 고정 실내기 시스템(400)의 실내 제어 장치(802, 803)는 냉방모드와 동일하게 운전 되나, 가변 실내기 시스템(500)의 실내 제어 장치(804, 805)는 실내기(52, 53)의 사용자의 냉방 또는 난방 선택에 따라 사방변(63, 64)을 각각 제어 하여 전체 시스템의 운전에 상관없이 독립적으로 냉방 또는 난방으로 운전을 제어 하게 되고, 도2에서 실내 제어 장치(804)는 냉방 제어를, 실내 제어 장치(805)는 난방 제어를 선택한 경우를 가정 하여 설명 하겠다.

먼저 고정 실내기 시스템(400)의 실내 제어 장치(802, 803)는 실내 온도가 설정치 보다 크면 해당 실내기(50→51)의 작동을 지시하여 해당 실내기 팬 모터(750, 751) 및 팽창 변(22, 23)을 제어 하고, 설정치 보다 작으면 실내기 팬 모터(750, 751) 및 팽창 변(22, 23) 정지 시킨다.

다음으로 가변 실내기 시스템(500)의 실내 제어 장치(804)는 냉방 운전 모드로서, 실내 온도가 설정치 보다 크면 실내기(52)의 작동을 지시하여 해당 실내기 팬 모터(752), 팽창 변(24) 및 사방변(63, b→c)을 제어 하고, 설정치 보다 작으면 실내기 팬 모터(750, 751) 및 팽창 변(22, 23) 정지 시키고, 사방변(63, b→c)은 유지 하도록 제어 하고, 실내 제어 장치(805)는 난방 운전 모드로서, 실내 온도가 설정치 보다 적으면 실내기(53)의 작동을 지시하여 해당 실내기 팬 모터(753), 팽창 변(25, Full open) 및 사방변(63, a→b)을 제어 하고, 설정치 보다 크면 실내기 팬 모터(750, 751) 및 팽창 변(22, 23) 정지 시키고, 사방변(63, a→b)은 유지 한다.

주제어 장치(800)는 실내 제어 장치(802→805)의 운전 요청 신호에 의해서 운전 되어 지며, 작동 요청이 있으면 실내 제어 장치(802→805)의 운전 요청 대수(실내 냉방 또는 난방 부하)에 대응하여서 압축기(1)의 운전을 지시하고, 사방변(60), 제어변(30)을 제어 하고, 수 제어 장치(801)의 응축온도 센서(709) 및 응축 압력 센서(720)의 값을 수신하여서 주제어 장치(800)의 내부의 설정치 와 비교 하여서 실외기 팬 모터(본도면 에서는 미 도시)를 제어 한다.

다음으로 3) 동절기 전체 난방 모드는 고정 실내기 시스템(400)과 가변 실내기 시스템(500)의 냉매의 흐름이 다르므로 각각의 시스템 별로 설명 하겠다.

먼저 고정 실내기 시스템(400)은 도3의 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스를 배관(70) 및 사방변(5, a→d)을 배관(99)로 실내기(50, 51)에 인입 되어 실내의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 및 과냉각 되고, 실내기(50, 51)의 출구의 고압의 액상 냉매는 팽창변(22, 23, Full open)을 지나 배관(80)에 인입 되어 진다.

다음으로 가변 실내기 시스템(500)은 도3의 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스를 배관(70, 73) 및 배관(84)을 통화여 사방변(63, 64, a→b)을 지나 배관(82, 83)로 실내기(52, 53)에 인입 되어 실내의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 및 과냉각 되고, 실내기(52, 53)의 출구의 고압의 액상 냉매는 팽창변(24, 25, Full open)을 지나 배관(80)에 인입 되어 진다.

상기 고정 실내기 시스템(400) 및 가변 실내기 시스템(500)의 고압 액 냉매는 배관(80)에서 혼합 된 후 팽창변(20, 21)을 통과 하면서 감압 되어 배관(95, 96)을 지나 실외기(2, 3, 증발기)에서 실외 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 후 배관(75), 사방변(60, b→c) 및 배관(74)을 지나 압축기(1)에 흡입 되어 진다.

본 모드의 제어 로직은 도 5에서 주제어 장치(800) 및 실내 제어 장치(802→805)의 작동으로 설명 되어 지며, 실내 제어 장치(802→805)는 실내기(50→53)에 각각 부착된 형태 또는 독립 형태로서 각각의 실내 사용자의 운전 신호(On)에 의하여 실내 사용자의 설정 실내온도와 실내 온도 센서(705, 706, 707, 708)의 온도를 비교 하여서 제어 한다.

여기서, 고정 실내기 시스템(400)의 실내 제어 장치(802, 803)는 난방 모드로 운전 하고, 가변 실내기 시스템(500)의 실내 제어 장치(804, 805)는 실내기(52, 53)의 사용자의 냉방 또는 난방 선택에 따라 사방변(63, 64)을 각각 제어 하여 전체 시스템의 운전에 상관없이 독립적으로 냉방 또는 난방으로 운전을 제어 하게 되고, 도3에서는 실내 제어 장치(804) 및 실내 제어 장치(805)는 난방 제어를 선택한 경우를 가정 하여 설명 하겠다.

먼저 고정 실내기 시스템(400)의 실내 제어 장치(802, 803)는 실내 온도가 설정치 보다 적으면 해당 실내기(50→51)의 작동을 지시하여 해당 실내기 팬 모터(750, 751) 및 팽창 변(22, 23, Full open)을 제어 하고, 설정치 보다 크면 실내기 팬 모터(750, 751) 및 팽창 변(22, 23, Full close) 정지 시킨다.

다음으로 가변 실내기 시스템(500)의 실내 제어 장치(804)는 난방 운전 모드로서, 실내 온도가 설정치 보다 적으면 실내기(52)의 작동을 지시하여 해당 실내기 팬 모터(752), 팽창 변(24, Full open) 및 사방변(63, a→b)을 제어 하고, 설정치 보다 크면 실내기 팬 모터(750, 751) 및 팽창 변(22, 23) 정지 시키고, 사방변(63, a→b)은 유지 하도록 제어 하고, 실내 제어 장치(805)는 난방 운전 모드로서, 실내 온도가 설정치 보다 적으면 실내기(53)의 작동을 지시하여 해당 실내기 팬 모터(753), 팽창 변(25, Full open) 및 사방변(63, a→b)을 제어 하고, 설정치 보다 크면 실내기 팬 모터(750, 751) 및 팽창 변(22, 23) 정지 시키고, 사방변(63, a→b)은 유지 한다.

주제어 장치(800)는 실내 제어 장치(802→805)의 운전 요청 신호에 의해서 운전 되어 지며, 작동 요청이 있으면 실내 제어 장치(802→805)의 운전 요청 대수(실내 냉방 또는 난방 부하)에 대응하여서 압축기(1)의 운전을 지시하고, 사방변(60), 제어변(30)을 제어 하고, 수 제어 장치(801)의 응축온도 센서(709) 및 응축 압력 센서(720)의 값을 수신하여서 주제어 장치(800)의 내부의 설정치 와 비교 하여서 실내기 팬(750, 751, 752, 753), 급탕 펌프(10) 및 온수 펌프(11)를 제어 한다.

다음으로 4) 동절기 부분 난방 모드는, 고정 실내기 시스템(400)은 상기 3) 전체 난방모드와 동일하게 운전 되나, 가변 실내기 시스템(500)은 실내기(52, 53)의 사용자의 냉방 또는 난방 선택에 따라 전체 시스템의 운전에 상관없이 독립적으로 냉방 또는 난방으로 운전 되는 형태로서, 도4에서 실내기(52)는 난방을 실내기(53)는 냉방을 선택한 경우를 가정 하여 설명 하겠다.

먼저 고정 실내기 시스템(400)은 도4의 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스를 배관(70) 및 사방변(5, a→d)을 배관(99)로 실내기(50, 51)에 인입 되어 실내의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 및 과냉각 되고, 실내기(50, 51)의 출구의 고압의 액상 냉매는 팽창변(22, 23, Full open)을 지나 배관(80)에 인입 되어 진다.

다음으로 가변 실내기 시스템(500)은 도4의 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스를 배관(70, 73) 및 배관(84)을 통화여 사방변(63, a→b)을 지나 배관(82)로 실내기(52)에 인입 되어 실내의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 및 과냉각 되고, 실내기(52)의 출구의 고압의 액상 냉매는 팽창변(24, Full open)을 지나 배관(80)에 인입 되어 지고, 실내기(53)는 냉방운전 모드로서 고압의 액상 냉매는 배관(80)을 지나 팽창변(25)을 통과 하면서 감압 되어 실내기(53, 증발기)에서 실내 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 후 배관(83) 및 사방변(64, b→c)을 지나 배관(85) 및 배관(74)로 압축기(1)에 흡입 되어 진다.

상기 고정 실내기(50, 51, 52)의 고압 액 냉매는 배관(80)에서 혼합 된 후 팽창변(20, 21)을 통과 하면서 감압 되어 배관(95, 96)을 지나 실외기(2, 3, 증발기)에서 실외 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 후 배관(75), 사방변(60, b→c) 및 배관(74)을 지나 압축기(1)에 흡입 되어 진다.

본 모드의 제어 로직은 도5에서 주제어 장치(800) 및 실내 제어 장치(802→805)의 작동으로 설명 되어 지며, 실내 제어 장치(802→805)는 실내기(50→53)에 각각 부착된 형태 또는 독립 형태로서 각각의 실내 사용자의 운전 신호(On)에 의하여 실내 사용자의 설정 실내온도와 실내 온도 센서(705, 706, 707, 708)의 온도를 비교 하여서 제어 한다.

여기서, 고정 실내기 시스템(400)의 실내 제어 장치(802, 803)는 난방 모드로 운전 하고, 가변 실내기 시스템(500)의 실내 제어 장치(804, 805)는 실내기(52, 53)의 사용자의 냉방 또는 난방 선택에 따라 사방변(63, 64)을 각각 제어 하여 전체 시스템의 운전에 상관없이 독립적으로 냉방 또는 난방으로 운전을 제어 하게 되고, 도43에서는 실내 제어 장치(804)는 난방 제어 및 실내 제어 장치(805)는 냉방 제어를 선택한 경우를 가정 하여 설명 하겠다.

다음으로 가변 실내기 시스템(500)의 실내 제어 장치(804)는 난방 운전 모드로서, 실내 온도가 설정치 보다 적으면 실내기(52)의 작동을 지시하여 해당 실내기 팬 모터(752), 팽창 변(24, Full open) 및 사방변(63, a→b)을 제어 하고, 설정치 보다 크면 실내기 팬 모터(750, 751) 및 팽창 변(22, 23) 정지 시키고, 사방변(63, a→b)은 유지 하도록 제어 하고, 실내 제어 장치(805)는 냉방 운전 모드로서, 실내 온도가 설정치 보다 크면 실내기(53)의 작동을 지시하여 해당 실내기 팬 모터(753), 팽창 변(25) 및 사방변(63, b→c)을 제어 하고, 설정치 보다 적으면 실내기 팬 모터(750, 751) 및 팽창 변(22, 23) 정지 시키고, 사방변(63, b→c)은 유지 한다.

다음으로 5) 동절기 제상 모드는, 도3, 4의 실외기(2, 3)의 공기 코일(도면 미 도시)의 제상 운전은 주제어 장치(800)에서 제상 운전 지시가 수 제어 장치(801) 및 실내 제어 장치(802, 803, 804, 805)에 하달되면 실내기 시스템(300) 및 열저장 시스템(600)은 즉시 운전 정지를 하고, 실외기(2, 3)의 팽창변(20, 21)은 닫힘(Close)을 상태에서, 핫 가스 제어변(31)을 개방(Open) 하여 압축기(1)의 고온 고압의 가스를 배관(70, 71, 86) 및 배관(97, 95)로 실외기(2)의 공기 코일에 인입 시켜 코일 표면의 서리를 제거 제상 운전을 하고, 주제어 장치(800)에서 온도 센서(703) 및 고압 압력센서(720)가 설정치( 예, 고압 : 15 bar, 온도 : 30℃)에 도달 하면 실외기(2)의 제상운전을 종료 하고, 실외기(3)의 제상운전을 위하여 핫 가스 제어변(32)을 개방(Open) 하고 핫 가스 제어변(31) 닫힘(Close) 상태로 운전 하여, 압축기(1)의 고온 고압의 가스를 배관(70, 71, 86) 및 배관(98, 96)로 실외기(3)의 공기 코일에 인입 시켜 코일 표면의 서리를 제거 제상 운전을 하고, 주제어 장치(800)에서 온도 센서(704) 및 고압 압력센서(720)가 설정치( 예, 고압 : 15 bar, 온도 : 30℃)에 도달 하면 실외기(3)의 제상운전을 종료 함으로서 실외기 시스템(200)의 제상운전을 종료 하고, 주제어 장치(800)에서 제상 운전 종료 지시가 수 제어 장치(801) 및 실내 제어 장치(802, 803, 804, 805)에 하달되면, 실내기 시스템(300) 및 열저장 시스템(600)은 즉시 정상 운전을 하게 된다.

본 발명의 제상 시스템의 특징을 도 11의 기존 역 사이클 방식과 도 12의 본 발명의 순차 적 핫 가스 방식을 비교 설명 하면, 도 11, 12의 세로축은 난방 능력, 사방변의 운전 및 압축기(1) 운전을 표시 하고, 가로 축은 운전 시간을 나타내는 타임 차트(Time chart)이다.

상기 도11에서의 기존 제상 운전은 난방 운전 정지{압축기(1)정지} --> 사방변(60)절환 및 팬 정지 --> 제상 운전 {압축기(1)운전} --> 제상 운전 완료 -- > 압축기(1)정지 --> 사방변(60) 절환 및 팬 운전 -->난방 운전{압축기(1)운전}의 순서로 제어 되어 지고, 도12에서의 본 발명의 제상 운전은 난방 운전 정지{실내 시스템(300) 및 열저장 시스템(600) 운전 정지} --> 핫 가스 제어변(31) 열림(Open) --> 실외기(2) 제상 운전 --> 실외기(2) 제상 운전 완료 -- > 핫 가스 밸브(32) 열림(Open) 및 핫 가스 밸브(31) 닫힘(Close) --> 실외기(3) 제상운전 --> 실외기(2) 제상 완료 --> 난방 운전의 순서로 제어 되어 진다.

따라서 제상 운전 시간 기존 제상 운전 시간(T2) ＞ 본 발명 제상 시간(T＇2) 로서 본 발명의 제상 시간이 더 짧고, 기존 제상 시스템이 사방변(60)의 절 환시 액 냉매가 압축기(1) 흡입 측으로 유입되어 액 압축에 의한 압축기(1)의 소손의 위험이 있으며, 압축기(1)의 정지 후 재가동을 반복함으로서 압축기(1)의 소손의 위험이 있으며, 사방변(60)의 오작동의 위험이 있고, 실내기 시스템(300)을 증발기로 사용함으로서 실 내측에 찬 공기가 토출 되어 불쾌감을 유발 하는 단점이 있으나, 본 발명의 제상 시스템은 사방변(60)의 절환 작업이 없고, 압축기의 운전 정지가 없는 연속 제상 시스템이고, 기존의 핫 가스 제상 시스템의 낮은 제상 열량에 따른 제상 지연 시간의 문제를 다수의 실외기(2, 3)로 분할함으로서 실외기(2, 3)의 공기 코일 표면적당 보다 높은 열량(kw/m2)에 의한 순차적 제상으로 해결 하였다.

마지막으로 6) 급탕 및 온수 모드는 도1, 2, 3, 4를 참고 하여 설명 하면, 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스를 배관(70, 71)로 급탕 열교환기(40)에 인입 시키고, 배관(72)로 온수 열교환기(41)에 연결 되고, 온수 열교환기(41)의 출구는 배관(73, 70)으로 사방변(60)에 연결 되는 구조로서, 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스는 급탕 열교환기(40) 및 온수 열교환기(41)에서 기체 상태에서 열교환기(40, 41)의 내부의 물과 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 되어 지고, 급탕 펌프(10) 및 온수 펌프(11)로 급탕 탱크(7)와 온수 탱크(8)에 순환 구조로 열을 공급 하는 구조로서, 상기 1) 하절기 전체 냉방 모드, 2) 하절기 부분 냉방 모드, 3) 동절기 전체 난방 모드 및 4) 동절기 부분 난방 모드와 조합 운전 또는 단독 운전 되어 지고, 별도의 급탕 열원(보일러)이 필요 없으며, 온수 탱크(8)는 동절기에는 바닥 난방 또는 난방 기구의 수열 원으로 공급함으로서, 우리나라의 주택의 특징인 온돌 난방과 실내기 시스템(300)의 온풍 공급으로 최상의 주거 공간을 만들 수 있다.

또한, 지금까지의 히트펌프의 출수 온도가 낮아서 바닥 난방시 많은 문제가 발생하였으나 바닥 난방 + 온풍난방으로 이를 극복할 함으로서, 냉, 난방기의 단점인 온풍난방의 한계를 극복한 것으로 고효율 히트펌프를 겨울철 난방 열원으로서의 새로운 에너지원을 개척 하는 것이며 지구 온난화 가스 CO2의 발생을 억제하는 효과가 있고, 하절기 전체 냉방 모드 및 하절기 부분 냉방 모드에서 압축기(1)의 출구의 고온 고압의 압축 냉매 가스는 급탕 열교환기(40), 온수 열교환기(41) 및 실내기 시스템(300, 응축기)에서 순차적으로 다단 응축 되므로, 열교환기의 전열 면적을 증가 시켜서 고효율 열 교환으로 난방 열량을 증가 시키며, 응축 압력을 저하로 압축기(1)의 소요 동력을 절감(도.8에서 추가 설명) 시키고, 과부하로 인한 압축기의 소손을 방지 할 수 있고, 증발기에 인입되는 냉매를 과냉각(도.8 설명) 시켜서 냉동 효과를 증가 시켜 준다.

본 모드의 제어 로직은 사용자의 급탕 또는 온수 또는 급탕 및 온수 운전 선택으로 작동 되고, 도5를 기준으로 설명 하면 수 제어 장치(801)는 응축 압력 센서(720) 및 응축 온도 센서(709)의 압력과 온도를 수신 하여서 수 제어 장치(801)의 설정치 와 비교하여 설정치 보다 적으면 펌프(10, 11)를 정지 하고 설 정치 보다 크면 펌프를 작동(On-Off 제어) 시키며, 펌프 제어가 인버터 제어 일 때는 응축 압력 센서(720) 및 응축 온도 센서(709)의 압력과 온도가 수 제어 장치(801)의 설정치 와 비교하여 설정치 보다 적으면 펌프(10, 11)의 주파수와 전압을 감소시키고, 설정치 보다 크면 펌프(10, 11)의 주파수와 전압을 증가함으로서 급격한 응축압력의 변동을 방지함으로서 원 할한 운전을 하도록 하며, 온도 센서(710, 711)의 온도를 수신하여 수 제어 장치(801)의 설정치 이상 일 때는 펌프(10, 11)의 작동을 정지 하고, 주제어 장치(800)에 펌프(10, 11)의 작동 유무, 응축온도 센서(709) 및 응축 압력 센서(720)의 값을 전달하고, 주제어 장치(800)에 운전 신호를 송신한다.

본 발명의 또 다른 실시 예 도 6, 7은 도 1의 본 발명의 멀티 히트펌프 시스템과 압축기 시스템(100), 실외기 시스템(200), 실내기 시스템(300) 및 제어 시스템(900)은 동일하므로, 운전 형태인 1) 하절기 전체 냉방 모드, 2) 하절기 부분 냉방 모드, 3) 동절기 전체 난방 모드, 4) 동절기 부분 난방 모드, 5) 동절기 제상 모드는 동일하나, 열저장 시스템(600) 다르므로 6) 급탕 및 온수 모드만 설명 하겠다.

도 6에서 급탕 및 온수 모드는 압축기(1)의 출구의 배관(70) 및 배관(71)로 급탕 열교환기(40)에 연결되고, 급탕 열교환기(40)의 출구 배관(72)은 온수 열교환기(46)에 연결 되고, 온수 열교환기(46)의 출구의 배관(73)은 배관(70)에 연결되는 구조에서, 압축기(1)의 출구의 고온 고압의 냉매 가스는 급탕 열교환기(40) 및 온수 열교환기(41)에서 기체 상태에서 열교환기(40, 41)의 내부의 물과 열교환후 액 체 상태의 냉매로 응축 되어서 사방변(60)에 인입 되고, 급탕 열교환기(40) 및 온수 열교환기(41)는 급탕 탱크(7) 및 온수 탱크(8)의 내부에 장착된 구조로서 이다. 본 모드의 제어 로직은 사용자의 급탕 또는 온수 또는 급탕 및 온수 운전 선택으로 작동 되고, 도5를 기준으로 설명 하면 수 제어 장치(801)는 응축 압력 센서(720) 및 응축 온도 센서(709)의 압력과 온도를 수신 하여서 수 제어 장치(801)의 설정치 와 비교하여 설정치 보다 적으면 제어변(30)을 닫게(Close) 하고, 설정치 보다 크면 제어변(30)을 열게(Open) 한다.

상기 도1의 실내기 시스템(300)의 고정 실내기 시스템(400)과 가변 실내기 시스템(500)의 실내기(50, 51, 52, 53)는 수요자의 요구에 따라 수량이 결정 되는 것으로서, 고정 실내기 시스템(400) 또는 가변 실내기 시스템(500)의 실내기(50, 51, 52, 53)의 수량이 하나도 없을 수 있고, 가변 실내기 시스템(500)은 실내 재실자의 냉방 또는 난방 선택에 따라 전체 시스템의 운전에 상관없이 독립적으로 냉방 또는 난방으로 운전 되는 형태로서, 봄, 가을 또는 지하 구조물 등에서 나타나는 냉방 부하와 난방 부하가 공존 하는 상황에 대처 하기위한 것이나, 사방변(63, 64) 및 배관(85, 84)을 별도로 구성 하여야 하므로 원가가 상승 및 유지 보수의 문제가 있으므로, 고정 실내기 시스템(400)과 가변 실내기 시스템(500)의 조합 구성이 바람직하다고, 압축기(1)는 복수로 제작 가능 하고 필요 따라서는 인버터를 부착 하는 형태로도 제작 할 수 있다.

또한, 실외기(2, 3)는 복수 개의 실외기로 구성 되고, 각각의 실외기는 공기 코일을 구비 하고, 단독 또는 공통으로 공기 팬으로 구성 되고, 복수의 실외기로 구성하여 선택 적으로 조합을 구성 할 수 있고, 복수의 핫 가스 제어변의 출구 배관을 각각의 실외기에 연결 하도록 구성 또는 실외기의 조합 형태에 연결 하는 구조로 구성 되고, 복수의 실외기의 조합의 일예를 들면 4개의 실외기를 2대 2대씩 A, B 조합으로 하여 팽창 변을 A, B 조합에 각각 하나씩 부착 할 수 있고, 4대에 각각 하나씩 부착 할 수 있으며, 핫 가스 제어 변 역시 A, B에 하나씩 부착 하거나 각각 부착 하는 방식으로 이는 필요에 따라 다양한 형태로 제작 될 수 있으며, 하나의 케이싱에 조합 형태 또는 복수개의 케이싱으로 제작 될 수 있고, 가변 실내기 시스템(500)의 사방변(63, 64)의 고압측(a)은 압축기의 출구 측의 배관(84)에 연결 되어 지고, 저압측(c)은 압축기의 흡입 측의 배관(85)에 연결 되고, 다른 하나의 배관은 막힌 구조로 구성 되어진 형태이고, 사방 변은 삼방 변으로 변경 될 수 있다.

제 1항에 있어서, 실내기 시스템은 고정 실내기 시스템과 가변 실내기 시스템으로 구성 되어 지고, 고정 실내기 시스템은 전체 사이클에 종속 적으로 운전 되어진 형태이고, 가변 실내기 시스템은 전체 사이클에 대해 독립 적으로 운전되어 지는 형태이고, 가변 실내기 시스템의 실내기의 출구는 사방 변에 연결 되어 지고, 사방변의 고압축은 압축기의 출구 측에 연결 되어 지고, 저압측은 압축기의 흡입 측 배관에 연결 되고, 다른 하나의 배관은 막힌 구조로 구성 되어진 형태이고, 사방 변(63, 64)의 a, b, c 포트를 삼벙변(3 Way valve)로 대처 하는 것으로도 제작 가능 하다.

상기 도1의 열저장 시스템(600)은 열교환기(40), 물 펌프(10) 및 물탱크(7) 는 선택적으로 한 개만 부착한 형태로 급탕 또는 온수 난 방등으로 제작 가능 하고, 실외기 시스템(200) 및 열저장 시스템(600)은 하나의 시스템으로 제작 될 수 있으며, 제어변(30은 제작 형태에 따라서는 생략 가능 하고, 압축기(1)를 기준으로 급탕 열교환기(40)와 온수 열교환기(41)의 순서가 바꾼 압축기(1) → 온수열교환기(41) → 급탕열교환기(40) → 사방변(60)로도 제작 할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 사이클을 나타낸 선도(P-i)로서 종래의 멀티 히트펌프 사이클(i1', i2', i3)은 고압(P2‘) 및 저압(P1’)으로 작동하고, 본 발명의 사이클(i1, i2, i3)은 고압(P2) 및 저압(P1)으로 작동하는 시스템에서 토출 온도는 i2'가 i2보다 크므로 i2'가 고온 이 되고, 일량 (i2'-i1')이 일량(i2-i1)보다 크므로 종래의 사이클이 더 많은 일 량과 높은 토출온도로 압축기(1)의 과부하로 인한 소손의 원인이 되며, 단위 냉각 능력(i1-i3)이 (i1'-i3')보다 커서 증발기(50→55)의 냉각능력을 향상 시켜서 증발기의 출구의 공기를 더욱더 저온으로의 냉각 할 수 있다.

도 9, 10은 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 하절기 급탕 + 냉방 모드로 운전 되었을 때의 시간 - 압력선도 및 압력 - 동력 선도로서 종래의 사이클(A-B-C')은 고압(P2‘)으로 작동하고, 본 발명의 사이클(A-B-C)은 고압(P2)으로서, 이때의 동력 소비는 P2에서 W1을, P2’에서 W2를 소비 하므로 W2 > W1 이므로 본 발명의 사이클이 기존의 멀티 히트펌프 시스템 보다 저에너지 소비의 고효율 사이클이다.

또한, 하계에는 냉방과 급탕을 동시에 하므로 냉방 에너지 효율(에너지 효 율 = 냉각 능력/ 총에너지 투입량) 2.5 및 난방 에너지 효율 3.5의 합산의 총에너지 효율 = 2.5 + 3.5 = 6.0의 고효율 운전이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 하계 전체 냉방 계통도를 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 하계 부분 냉방 계통도를 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 동계 전체 난방 계통도를 나타낸 도면

도 4는 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 동계 부분 난방 계통도를 나타낸 도면

도 5는 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 제어 작동 계통도를 나타낸 도면

도 6은 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 또 다른 작동 계통도를 나타낸 도면

도 7은 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 또 다른 작동 계통도를 나타낸 도면

도 8은 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 사이클 선도를 나타낸 도면

도 9는 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 시간-압력 선도를 나타낸 도면

도 10은 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 압력-소비 동력을 나타낸 도면

도 11은 종래의 멀티 히트펌프 시스템의 시간-난방 능력 선도를 나타낸 도면

도 12는 본 발명에 따른 멀티 히트펌프 시스템의 시간-난방 능력 선도를 나타낸 도면

도 13은 종래의 시스템의 실례(1)의 계통도를 나타낸 도면

도 14는 종래의 시스템의 실례(2)의 계통도를 나타낸 도면

Claims

냉매 가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 액상으로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 감압 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 피 냉각물체와 열 교환에 의하여 냉동효과를 달성하면서 증발하여 저온저압의 기상의 냉매 가스를 압축기로 복귀시키는 증발기, 냉, 난방 절환을 위한 사방 변 및 열저장 시스템을 포함하여 이루어지는 멀티 히트펌프 시스템에 있어서,

상기 압축기, 바이 패스 제어변 및 사방 변으로 이루어지는 압축기 시스템;

상기 실외기, 팽창변, 핫 가스 제어변로 이루어지는 실외기 시스템;

상기 실내기, 팽창 변으로 이루어진 고정 실내기 시스템 및 실내기, 팽창변, 사방 변으로 이루어진 가변 실내기 시스템으로 이루어지는 실내기 시스템;

상기 급탕열교환기, 난방 온수 열교환기, 물 펌프 및 물탱크로 급탕 및 난방 온수를 축열 저장 하는 시스템으로, 필요시 선택적으로 운전 되어 지는 열저장 시스템;

상기 수 제어 장치, 실내 제어 장치 및 주제어 장치로 이루어지는 제어 부을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
제 1항에 있어서, 압축기 시스템은 압축기의 출구와 사방변의 연결 배관에 열저장 시스템의 냉매 입, 출 배관이 있고, 압축기의 출구와 사방변의 연결 배관 또는 열저장 시스템으로의 분기 배관에서 핫 가스 바이 패스 제어 변을 연결 하는 배관이 있으며, 압축기의 출구와 사방변의 연결 배관의 열저장 시스템의 냉매 입, 출 배관 분기 사이에 제어변이 이는 구조 또는 제어변이 생략한 형태의 멀티 히트펌프 시스템.
제 1항에 있어서, 실외기 시스템은 복수 개의 실외기로 구성 되고, 각각의 실외기는 공기 코일을 구비 하고, 단독 또는 공통으로 공기 팬으로 구성 되고, 하나의 케이싱에 조합 형태 또는 복수개의 케이싱으로 제작 되고, 복수의 핫 가스 제어변의 출구 배관을 각각의 실외기에 연결 하도록 구성 또는 실외기의 조합 형태에 연결 하는 구조로 구성 되고는 형태의 멀티 히트펌프 시스템.
제 1항에 있어서, 실내기 시스템은 고정 실내기 시스템과 가변 실내기 시스템으로 구성 되어 지고, 고정 실내기 시스템은 전체 사이클에 종속 적으로 운전 되어진 형태이고, 가변 실내기 시스템은 전체 사이클에 대해 독립 적으로 운전되어 지는 형태이고, 가변 실내기 시스템의 실내기의 출구는 사방 변에 연결 되어 지고, 사방변의 고압측은 압축기의 출구 측에 연결 되어 지고, 저압측은 압축기의 흡입 측에 연결 되고, 다른 하나의 배관은 막힌 구조로 구성 되어진 형태 또는 사방 변을 삼방 변으로 변경된 것을 특징으로 하는 멀티 히트펌프 시스템.
제 1항에 있어서, 열저장 시스템은 급탕 열교환기, 온수 열교환기, 급탕 펌프, 온수 펌프, 급탕 탱크 및 온수 탱크로 구성된 형태 또는 열교환기, 펌프 및 탱크의 형태로 하나씩만 부착된 형태이고, 실외기 시스템 및 열저장 시스템을 단독 또는 하나의 시스템으로 제작 되어진 형태를 특징으로 하는 멀티 히트펌프 시스템.
제 5항에 있어서, 열저장 시스템은 급탕 열교환기, 온수 열교환기, 급탕 탱크 및 온수 탱크로 구성된 형태 또는 열교환기 및 탱크의 형태로 하나씩만 부착된 형태로 변경된 시스템이고, 급탕열교환기 및 온수 열교환기는 급탕 탱크 및 온수 탱크 내부에 위치하여 직접 열 교환 하는 구조로 제작 되어 진 것을 특징으로 하는 멀티 히트펌프 시스템.
제 5항에 있어서 급탕 탱크 또는 온수 탱크를 생략한 시스템 이거나, 급탕 탱크 및 온수 탱크를 생략한 멀티 히트펌프 시스템.
제 1항에 있어서, 제어 부는 수 제어 장치, 실내 제어 장치로 구성 되어 지는 것을 특징으로 하는 멀티 히트펌프 시스템.