KR20120006251A - 축열식 냉난방 및 급탕시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 냉매와 열교환하여 에너지를 저장 또는 방출하는 축열물질을 포함하는 축열유닛과, 운전 조건에 따라 실외유닛, 실내유닛 및 축열유닛 사이의 냉매 유동을 제어하는 기능유닛을 포함하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템에 관한 것이다. 따라서, 본 발명에서는, 히터펌프 및 축열 중 적어도 하나를 이용하여, 급탕 및 냉난방 중 적어도 하나를 선택적으로 수행할 수 있는 이점이 있다.

Description

축열식 냉난방 및 급탕시스템{Heat storage type heating, cooling and hot water supply system}
본 발명은 축열을 이용하여 냉난방 및 급탕을 수행하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템에 관한 것이다.
냉난방 및 급탕시스템은 가열원으로 물을 가열하여 사용자에게 공급하는 동시에 실내의 냉난방을 수행하는 장치를 의미한다. 이때, 축열을 이용하여, 물을 가열함으로써 온수를 공급함과 동시에, 실내의 냉난방을 수행하는 장치를 축열식 냉난방 및 급탕시스템이라 칭할 수 있다.
보다 상세히, 상기 냉난방 및 급탕시스템은, 실내의 냉난방을 위하여 실내 일측에 설치되는 실내열교환기와, 급탕을 위하여 물이 저장되고 가열되는 급탕탱크를 포함한다. 상기 실내열교환기에 의하여 실내 공기가 가열 또는 냉각되는 방식으로 난방 및 냉방이 수행될 수 있다. 그리고, 상기 급탕탱크에서 가열된 온수가 사용자에게 공급되는 방식으로 급탕이 수행될 수 있다.
이때, 상기 실내 공기 또는 물을 가열하기 위한 가열원으로는, 다양한 것이 사용될 수 있다. 예를 들면, 전기 히터를 이용하여 물이 가열될 수도 있고, 가스 연소열을 이용하여 물이 가열될 수도 있다.
본 발명은 축열을 이용하여 냉난방 및 급탕이 수행될 수 있는 축열식 냉난방 및 급탕시스템에 관한 것이다.
그리고, 본 발명은 운전 효율 및 성능이 향상될 수 있는 축열식 냉난방 및 급탕시스템에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이 제안되는 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템의 실시예는, 실외 공기 및 냉매 간의 열교환이 이루어지는 실외열교환기와, 상기 냉매를 압축하는 메인압축기를 포함하는 실외유닛; 상기 냉매가 유동하면서 증발 또는 응축되는 열교환기를 포함하는 실내유닛; 상기 냉매와 열교환하여 에너지를 저장 또는 방출하는 축열물질을 포함하는 축열유닛; 운전 조건에 따라, 상기 실외유닛, 실내유닛 및 축열유닛 사이의 냉매 유동을 제어하는 기능유닛; 및 상기 실내유닛의 열교환기는 상기 냉매 및 물 간의 열교환이 이루어지는 수냉매열교환기인 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템에 의하면, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템은 냉매사이클을 유동하는 냉매가 축열물질에 의하여 가열 또는 냉각되기 때문에, 축열을 이용하여 냉난방 및 급탕이 수행될 수 있는 이점이 있다.
그리고, 히트펌프 뿐만 아니라, 축열을 함께 이용하여 냉난방 및 급탕이 수행되기 때문에, 운전 효율 및 성능이 더욱 향상될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템은, 축열물질에 의하여 가열 또는 냉각된 냉매를 이용하여 냉난방부 및 급탕부를 유동하는 물을 가열 또는 냉각하는 방식으로 냉난방 및 급탕이 수행된다. 따라서, 예를 들면, 한랭지역과 같이 실외 온도가 비교적 저온인 환경에서도, 운전 성능이 유지될 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기 히트펌프 및 축열 중 적어도 하나가 선택적으로 사용될 수 있으므로, 사용편의성이 더욱 향상될 수 있다.
더불어, 상기 히트펌프가 일시적으로 고장나는 경우에는, 축열을 이용하여 급탕 및 냉난방 중 적어도 하나가 수행될 수 있다. 따라서, 더욱 안정적으로 운전될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축열 운전되는 모습을 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축열 및 냉방 운전되는 모습을 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 급탕 운전되는 모습을 보인 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축열된 열을 이용하여 급탕 및 난방 운전이 동시에 수행되는 모습을 보인 구성도.
도 5는 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축냉 운전되는 모습을 보인 구성도.
도 6은 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 냉방 및 축열이 동시에 수행되는 모습을 보인 구성도.
도 7은 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 급탕 및 축열을 이용한 급탕이 동시에 수행되는 모습을 보인 구성도.
이하에서는 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템을, 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축열 운전되는 모습을 보인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템은, 실외 공기 및 냉매 간의 열교환이 이루어지는 실외열교환기(12)를 포함하는 실외유닛(1)과, 상기 냉매가 물과 열교환하면서 증발 또는 응축되는 수냉매열교환기(21)를 포함하는 실내유닛(2)과, 급탕을 수행할 수 있도록 상기 실내유닛(2)에 연결되는 급탕부(3)와, 실내의 냉난방을 수행할 수 있도록 상기 실내유닛(2)에 연결되는 냉난방부(4)와, 상기 냉매와 열교환하여 에너지를 저장 또는 방출하는 축열물질(51)을 포함하는 축열유닛(5)과, 운전 조건에 따라 상기 실외유닛(1), 실내유닛(2) 및 축열유닛(5) 사이의 냉매 유동을 제어하는 기능유닛(6)을 포함한다.
상세히, 상기 실외유닛(1)은 실외 공기를 흡입하여 냉매와 열교환시킬 수 있도록 실외에 설치될 수 있다. 상기 실외유닛(1)는, 상기 실외열교환기(12)와, 상기 냉매를 압축하는 메인압축기(11)와, 상기 메인압축기(11)로 유입되는 냉매를 기상 및 액상으로 분리하여 액상의 냉매가 상기 메인압축기(11)로 유입되는 현상을 방지하는 어큐뮬레이터(13)와, 상기 냉매를 팽창시키는 실외측 팽창기(14)와, 운전 모드에 따라 상기 메인압축기(11)로부터 토출되는 냉매의 유동 방향을 전환하는 메인 유동전환부(15)를 포함한다. 상기 실외유닛(1) 특히, 상기 메인압축기(11), 실외열교환기(12), 실외측 팽창기(14)는 냉매사이클 상의 일부 기능을 수행함으로써, 예를 들면, 축열물질(51), 물, 실내 공기 등과 같은 대상을 가열하거나 냉각하는 히트펌프 역할을 한다.
그리고, 상기 실내유닛(2)은, 급탕 및 실내의 냉난방 중 적어도 하나를 수행할 수 있도록, 실내 일측에 설치될 수 있다. 보다 상세히, 상기 실내유닛(2)은, 상기 냉매와 물 간의 열교환이 이루어지는 수냉매열교환기(21)와, 상기 수냉매열교환기(21)를 통과한 물이 순환하기 위한 메인수배관(70)과, 상기 메인수배관(70)의 물 유동 여부를 감지하는 플로우 스위치(22)와, 상기 메인수배관(70)의 물의 부피 변화를 완충하기 위한 팽창탱크(23)와, 상기 메인수배관(70)의 물을 저장하는 집수탱크(24)와, 상기 집수탱크(24)의 물을 보조적으로 가열하기 위하여 상기 물탱크에 설치되는 실내측 보조 히터(25)와, 상기 메인수배관(70)의 물을 강제 유동시키기 위한 워터펌프(28)와, 상기 메인수배관(70)의 물을 배출하기 위한 릴리프 밸브(27)와, 상기 메인수배관(70)의 압력을 확인하기 위한 압력게이지(26)를 포함한다.
그리고, 상기 압력게이지(26)와 릴리프 밸브(27)는 상기 집수탱크(24)의 일측에 제공되고, 상기 집수탱크(24) 내부의 압력이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 압력게이지(26)를 통하여 표시되는 상기 집수탱크(24) 내부의 수압이 과도하게 높은 경우에는, 상기 릴리프 밸브(27)가 개방되도록 하여 상기 집수탱크(24) 내부 압력이 적절히 조절되도록 할 수 있다.
다음으로, 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4)는, 상기 실내유닛(2)에서 냉매와 열교환된 물이 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4) 중 적어도 하나로 선택적으로 유동 가능하도록, 상기 실내유닛(2)에 병렬로 연결된다.
보다 상세히, 상기 메인수배관(70)에는, 상기 실내유닛(2)으로부터 토출되는 물의 유동 방향을 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4) 중 적어도 하나로 전환하는 실내측 삼방밸브(71)가 설치된다. 상기 실내측 삼방밸브(71)는, 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4)가 분지되는 상기 메인수배관(70)의 일지점 즉, 후술할 급탕측 수배관(72) 및 냉난방측 수배관(73)이 분지되는 상기 메인수배관(70)의 일단에 설치된다.
이때, 상기 삼방밸브(71)는, 상기 운전 조건에 따라 상기 수냉매열교환기(21)에서 열교환된 물을 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4) 중 적어도 하나로 선택적으로 안내하는 역할을 한다. 보다 상세히, 상기 수냉매열교환기(21)의 물이 냉매에 의하여 가열되는 경우에는, 상기 실내측 삼방밸브(71)는 상기 수냉매열교환기(21)의 물을 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4) 중 적어도 하나로 안내함으로써, 급탕 및 난방 중 적어도 하나가 수행될 수 있다. 그리고, 상기 수냉매열교환기(21)의 물이 냉매에 의하여 냉각되는 경우에는, 상기 실내측 삼방밸브(71)는 상기 수냉매열교환기(21)의 물을 상기 냉난방부(4)만으로 안내함으로써, 냉방이 수행될 수 있다.
그리고, 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4)를 통과한 물이 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4)로 역류되는 현상을 방지하기 위하여, 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4)의 토출측에 해당하는 수배관(72,73)에는 각각 체크밸브(74,75)가 설치된다.
상기 급탕부(3)는, 상기 급탕측 수배관(72)을 유동하는 물이 저장되는 급탕탱크(31)와, 상기 상기 급탕탱크(31)의 물을 보조적으로 가열하기 위한 급탕측 보조 히터(32)와, 사용자에게 공급되기 위한 물이 상기 급탕탱크(31)로 공급되기 위한 급수유로(33)와, 상기 급탕탱크(31)에서 가열된 물이 사용자에게 공급되기 위한 출수유로(34)를 포함한다. 상기 급탕부(3)는, 상기 급탕탱크(31)를 물을 가열할 수 있도록 상기 급탕측 수배관(72)의 물이 유동하는 급탕열교환기(35)와, 상기 메인수배관(70)의 물을 상기 급탕열교환기(35)로 안내하는 상기 급탕측 수배관(72)을 더 포함한다. 상기 급탕열교환기(35)는 상기 급탕측 수배관(72)의 적어도 일부가 상기 급탕탱크(31)에 수용되는 방식으로 형성될 수도 있다.
상기 냉난방부(4)는, 상기 수냉매열교환기(21)의 물 및 실내 공기 간의 열교환이 이루어지는 수열교환기(41)와, 실내 바닥의 냉난방을 위하여 상기 수냉매열교환기(21)의 물을 실내 바닥으로 안내하는 바닥열교환기(42)를 포함한다. 물론, 상기 냉난방부(4)는, 상기 수열교환기(41) 및 바닥열교환기(42) 중 어느 하나만을 포함하는 방식으로 실내 냉난방을 수행할 수도 있다. 이때, 상기 수열교환기(41)는 실내 공기를 가열 또는 냉각하는 방식으로 실내의 냉난방을 수행하고, 상기 바닥열교환기(42)는 실내 바닥을 가열 또는 냉각하는 방식으로 실내의 냉난방을 수행할 수 있다. 상기 수열교환기(41) 및 바닥열교환기(42)는 서로 병렬로 연결된다.
그리고, 상기 냉난방부(4)는, 상기 메인수배관(70)의 물을 상기 수열교환기(41) 및 바닥열교환기(42)로 안내하는 냉난방측 수배관(73)을 더 포함한다. 상기 수열교환기(41) 및 바닥열교환기(42)가 분지되는 상기 냉난방측 수배관(73)의 일지점에는, 상기 메인수배관(70)의 물을 상기 수열교환기(41) 및 바닥열교환기(42) 중 적어도 하나를 향하여 선택적으로 안내하는 냉난방측 삼방밸브(43)가 설치된다.
그리고, 상기 축열유닛(5)은 상기 축열물질(51)과 냉매 간의 열교환이 이루어질 수 있도록, 기능유닛(6)과 냉매 배관으로 연결된다. 여기서, 상기 축열물질(51)은, 열에너지를 저장할 수 있는 다양한 물질이 될 수 있다. 상기 축열물질(51)에 열을 저장하는 방식은, 축열물질(51)의 상변화 또는 온도 변화를 이용하는 방식 등 다양한 방식이 될 수 있다. 그리고, 상기 열에너지를 저장한다는 것은, 예를 들면 물, 실내 공기 등을 가열할 수 있도록 열을 비교적 고온의 수준으로 저장하는 것과, 예를 들면 물, 실내 공기 등을 냉각시킬 수 있도록 열을 비교적 저온의 수준으로 저장하는 것을 포함한다.
상기 축열물질(51)은 상기 냉매로부터 열을 흡수하여 저장 즉, 비교적 고온의 상태를 유지하거나, 상기 냉매로 열을 방출하여 비교적 저온의 상태를 유지할 수 있다. 이때, 상기 축열물질(51)이 상기 냉매로부터 열을 흡수하는 것을 축열이라 칭할 수 있고, 반대로 상기 축열물질(51)이 상기 냉매로 열을 방출하는 것을 방열이라 칭할 수 있다. 다른 한편으로는, 상기 축열물질(51)이 상기 냉매로 열을 방출하여 냉각되는 것을 축냉이라 칭할 수 있고, 상기 축열물질(51)이 상기 냉매로부터 열을 흡수하여 가열되는 것을 상기 축열물질(51)에 의하여 상기 냉매가 냉각된다는 점에서 방냉이라 칭할 수도 있다.
상기 축열유닛(5)은, 상기 축열물질(51)이 저장되는 축열조(52)와, 상기 축열물질(51)과 냉매 간의 열교환이 이루어지기 위한 축열교환기(53)와, 상기 냉매를 팽창시키는 축열측 팽창기(54)를 더 포함한다.
상기 축열유닛(5) 내부의 냉매유로는 상기 축열물질(51)의 2부분을 독립적으로 유동하는 2개의 축열유로(55)로 분지될 수 있다. 보다 상세히, 상기 축열교환기(53)는, 상기 축열물질(51) 중 제 1 부분을 통과하는 제 1 축열교환기(531)와, 상기 축열물질(51) 중 제 2 부분을 통과하는 제 2 축열교환기(532)를 포함한다. 그리고, 상기 축열유로(55)는, 상기 제 1 축열교환기(531)에 연결되는 제 1 축열유로(551)와, 상기 제 2 축열교환기(532)와 연결되는 제 2 축열유로(552)를 포함한다. 또한, 상기 제 1 축열유로(551) 및 제 2 축열유로(552)에는, 상기 축열유닛(5)을 통과하는 냉매가 팽창될 수 있도록, 상기 축열측 팽창기(541,542)가 각각 설치된다. 상기 기능유닛(6)은, 상기 운전 조건에 따라 상기 실외유닛(1), 축열유닛(5) 및 실내유닛(2)을 통한 냉매의 유동을 제어할 수 있도록, 상기 실외유닛(1), 축열유닛(5) 및 실내유닛(2)에 냉매유로으로 동시에 연결된다. 상기 기능유닛(6)은, 상기 실외유닛(1), 축열유닛(5) 및 실내유닛(2)과 선택적으로 분리 가능하게 연결 설치된다. 기능유닛(6)에는 냉매를 안내하는 보조냉매유로(82)가 형성되며, 상기 보조냉매유로(82)에는 열교환이 일어나는 보조열교환기(62)와, 상기 보조열교환기(62)의 일측에 설치되어 냉매를 강제 유동시키는 보조압축기(61)가 구비된다.
상기 보조열교환기(62)는 상기 실외열교환기(12)와 같이 냉매와 실외 공기 간의 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 장치이다. 상기 축열유닛(5)이 사용되는 경우에 선택적으로 사용된다. 즉, 상기 축열유닛(5)에 저장된 열에너지를 사용하여 급탕 및 냉난방 중 적어도 하나를 수행하는 경우에, 상기 실내유닛(2)의 용량 또는 요구온도에 따라 필요한 경우에만 사용된다. 상기 보조압축기(61)는 상기 보조냉매유로(82) 및 보조열교환기(62)로 냉매가 유입되도록 냉매를 강제 유동시키고, 냉매를 압축하는 역할을 한다. 그리고, 상기 보조압축기(61)의 토출측에 해당하는 보조냉매유로(82)에는, 상기 보조압축기(61)로부터 토출되는 냉매의 유동 방향을 상기 보조열교환기(62) 또는 냉매유로 중 어느 하나로 전환하는 보조측 유동전환부(63)가 설치된다.
그리고, 상기 보조냉매유로(82)의 양단에는, 제 1 밸브(91)와 제 2 밸브(92)가 각각 설치되어 상기 보조냉매유로(82)를 개폐한다. 보다 상세히, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템의 냉매유로는, 상기 메인압축기(11), 실외열교환기(12), 실외측 팽창기(14)를 연결하는 메인냉매유로(81)와, 상기 수냉매열교환기(21)을 상기 메인냉매유로(81)에 연결하는 실내측 냉매유로(83)와, 상기 보조압축기(61) 및 보조열교환기(62)를 연결하는 보조냉매유로(82)와, 후술할 액냉매펌프(64), 리시버(65), 드라이어(66)를 연결하는 액냉매유로(84)와, 상기 축열물질(51)과 열교환되기 위한 냉매를 안내하는 축열측 냉매유로(85)를 포함한다. 상기 보조냉매유로(82)의 양단은 상기 메인냉매유로(81)에 연결되는데, 상기 보조냉매유로(82) 및 메인냉매유로(81)의 연결 지점에는 상기 제 1 밸브(91)와 제 2 밸브(92)가 각각 설치되는 것이다. 상기 제 1 밸브(91) 및 제 2 밸브(92)는, 상기 메인 냉매유로(81), 보조 냉매유로(82) 및 축열측 냉매유로(85) 사이의 냉매 유동을 조절하는 역할을 한다. 또한, 상기 축열측 냉매유로(85)는, 상기 제 1 축열유로(551) 및 제 2 축열유로(552)를 포함한다.
한편, 상기 기능유닛(6)에는 액냉매유로(84)가 형성되며, 상기 액냉매유로(84)에는 상기 액냉매유로(84)의 냉매를 강제 유동시키는 액냉매펌프(64)와, 상기 액냉매유로(84)를 유동하는 냉매를 기상 및 액상으로 분리하는 리시버(65)와, 상기 액냉매유로(84)를 유동하는 냉매의 수분을 제거하기 위한 드라이어(66)가 설치된다.
보다 상세히, 상기 액냉매펌프(64)는, 상기 액냉매유로(84)의 냉매를 강제 유동시키는 역할을 하는 것으로서, 특히 상기 축열유닛(5)이 사용되는 경우에 냉매를 강제 유동시키게 된다. 그리고, 상기 리시버(65)는 상기 액냉매유로(84)를 통하여 유동하는 냉매 중 잉여 냉매를 저장함과 동시에 액상의 냉매만이 유동되도록 하는 역할을 하는 것으로서, 상기 액냉매펌프(64)의 상류측에 설치된다. 특히, 상기 리시버(65)는, 상기 축열유닛(5)이 사용되는 경우에 상기 축열유닛(5)으로 액냉매만이 전달되도록 한다. 또한, 상기 드라이어(66)는, 상기 액냉매유로(84)를 통하여 유동하는 냉매에 포함된 수분을 제거하는 역할을 하는 것으로서, 상기 액냉매펌프(64)의 하류측에 설치된다. 상기 드라이어(66)의 하류측에 해당하는 액냉매유로(84)에는, 상기 액냉매펌프(64) 및 드라이어(66)를 통과한 냉매의 유동 방향을 전환하기 위한 액냉매 유동전환부(67)가 설치된다.
그리고, 상기 액냉매유로(84)의 양단에는, 제 3 밸브(93)와 제 4 밸브(94)가 각각 설치되어, 상기 메인 냉매유로(81), 액냉매유로(84) 및 축열측 냉매유로(85) 사이의 냉매 유동을 제어하게 된다. 한편, 상기 실내측 냉매유로(83)의 양단에는, 제 5 밸브(95)와 제 6 밸브(96)가 각각 설치되어, 상기 실내유닛을 통과하는 냉매의 유동 즉, 상기 수냉매열교환기(21)를 통과하는 냉매 유동을 제어하게 된다.
한편, 상기 실외측 팽창기(14) 및 축열측 팽창기(54)는, 연속적인 개도 조절이 가능한 전자팽창장치(LEV)로 구비될 수 있다.
한편, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템은, 운전 조건에 따라 다양한 모드로 작동될 수 있다. 보다 상세히, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템은, 상기 히트펌프 및 축열 사용 여부에 따라 직접 운전 모드, 축열 이용 모드, 직접 및 축열 동시 운전 모드로 작동될 수 있고, 급탕 및 냉난방 중 적어도 하나를 수행하는 방식에 따라 급탕 운전 모드, 냉방 운전 모드, 난방 운전 모드, 급탕 및 난방 운전 모드로 작동될 수 있으며, 공기 난방 및 바닥 난방 여부에 따라 공기 난방 모드, 바닥 난방 모드로 작동될 수 있다.
상기 히트펌프 및 축열 사용 여부, 급탕 및 냉난방 중 적어도 하나를 수행하는 방식, 공기 난방 및 바닥 난방 여부에 따라, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템은 다양한 모드로 작동될 수 있다. 예를 들면, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템은, 상기 히트펌프를 이용하여 축열이 수행되는 직접 축열 모드, 축열 및 냉방이 동시에 수행되는 축열 및 냉방 모드, 상기 히트펌프를 이용하여 급탕이 수행되는 직접 급탕 모드, 축열을 이용하여 난방 및 급탕이 동시에 수행되는 축열 이용 난방 및 급탕 모드, 상기 히트펌프를 이용하여 축냉이 수행되는 직접 축냉 모드, 상기 히트펌프를 이용하여 냉방 및 축열이 동시에 수행되는 직접 냉방 및 축열 모드, 상기 히트펌프 및 축열을 동시에 이용하여 급탕이 수행되는 직접 및 축열 이용 급탕 모드 등으로 작동될 수 있다.
또한, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템에는, 상기 메인압축기(11), 보조압축기(61), 액냉매펌프(64), 워터펌프(28), 제 1 밸브(91), 제 2 밸브(92), 제 3 밸브(93), 제 4 밸브(94), 제 5 밸브(95), 제 6 밸브(96), 실내측 삼방밸브(71), 냉난방측 삼방밸브(43), 실외측 팽창기(14), 축열측 팽창기(54) 등과 제어 신호를 주고 받을 수 있도록 전기적으로 연결되는 제어부를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제어부에 의하여, 운전 조건에 따라 상기한 바와 같이 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 다양한 모드로 작동되도록 제어될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축열되는 경우 즉, 상기 직접 축열 모드로 작동되는 경우에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축열 운전되는 경우 특히, 상기 히트펌프를 이용하여 축열되는 경우에는, 상기 메인압축기(11)로부터 토출되는 냉매가 상기 축열유닛(5)으로 유입된다. 상기 축열유닛(5)으로 유입된 냉매는, 상기 축열교환기(53)를 통과하는 과정에서, 상기 축열물질(51)로 열을 방출하여 응축된 후, 상기 실외측 팽창기(14)를 통과하면서 팽창된다. 상기 실외측 팽창기(14)를 통과하면서 팽창된 냉매는, 상기 실외열교환기(12)를 통과하는 과정에서 실외 공기로부터 열을 흡수하여 증발된 후, 상기 어큐뮬레이터(13)를 거쳐 상기 메인압축기(11)로 다시 유입된다.
이때, 상기 메인 유동전환부(15)는, 상기 메인압축기(11)로부터 토출되는 냉매를 상기 축열유닛(5)으로 안내하는 상태를 유지한다. 그리고, 제 1 밸브(91), 제 2 밸브(92), 제 3 밸브(93), 제 4 밸브(94), 제 5 밸브(95) 및 제 6 밸브(96)는 상기 메인냉매유로(81)와 축열측 냉매유로(85)가 서로 연통되는 상태를 유지하고 보조냉매유로(82) 및 실내측 냉매유로(83)를 통한 냉매의 유동은 차단되도록 한다.
한편, 상기 실내유닛(2), 급탕부(3), 냉난방부(4)는 물이 유동하지 않도록, 상기 워터펌프(28)의 작동은 정지된 상태를 유지할 수 있다. 또한, 상기 보조압축기(61) 및 액냉매펌프(64)는 작동이 정지된 상태로 유지된다.
이러한 과정으로, 상기 실외유닛(1) 즉, 상기 히트펌프에 의하여 상기 실외 공기로부터 흡수된 열이 상기 축열물질(51)에 저장될 수 있다. 보다 상세히, 상기 급탕 및 냉난방이 필요치 않은 경우에는, 상기 급탕 및 냉난방이 중단된 상태에서, 급탕 및 냉난방시 사용될 것을 대비하여 상기 축열유닛(5)에 축열을 해놓을 필요가 있을 수 있다. 이러한 경우에는, 상기 히트펌프를 이용한 축열이 이루어질 수 있도록, 상기 제어부에 의하여 상기 메인압축기(11), 및 각종 밸브(91,92,93,94,95,96) 등이 제어될 수 있다.
즉, 상기 급탕 및 냉난방이 중단되는 경우에는 즉, 상기 워터펌프(28)의 작동이 정지되는 경우에는, 상기 제어부에 의하여 상기 메인압축기(11)가 작동되고 상기 메인압축기(11)로부터 토출되는 냉매가 실외열교환기(12), 축열교환기(53) 순으로 순환되도록 상기 메인 유동전환부(15), 각종 밸브(91,92,93,94,95,96)가 제어됨으로써, 자동적으로 상기 축열물질(51)의 축열이 수행될 수 있다.
그리고, 상기 축열물질(51)의 온도가 기준온도에 도달하면 즉, 상기 축열물질(51)의 온도가 기준온도 이상에 해당하면, 상기 제어부에 의하여 상기 메인압축기(11)의 작동이 정지됨으로써, 상기 축열물질(51)에 대한 축열이 중단될 수 있다.
더불어, 상기 워터펌프(28)의 작동이 정지된 경우에는, 상기 축열물질(51)에 대한 축열 또는 축냉이 수행될 수 있도록, 상기 제어부에 의하여 상기 실내유닛(2)을 통한 냉매 유동이 차단된 상태에서 상기 실외유닛(1) 및 축열유닛(5) 사이에서 냉매가 순환되도록 제어될 수 있다. 따라서, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 일시적으로 사용되지 않는 시기를 이용하여 자동적으로 축열 또는 축냉이 수행될 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축열 및 냉방 운전되는 경우 즉, 상기 축열 및 냉방 모드로 작동되는 경우에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축열 및 냉방 운전되는 모습을 보인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템은 축열 및 냉방 운전이 수행될 수도 있다. 이러한 경우에는, 상기 메인압축기(11)는 작동이 정지된 상태를 유지하고, 상기 보조압축기(61)가 작동되게 된다. 상기 보조압축기(61)로부터 토출되는 냉매는, 상기 보조열교환기(62)를 거치면서 1차적으로 응축된 후, 상기 축열유닛(5)으로 유입된다. 상기 축열유닛(5)으로 유입된 냉매는 상기 축열교환기(53)를 통과하면서, 상기 축열물질(51)로 열을 방출하여 2차적으로 응축된다.
상기 축열교환기(53)를 통과한 냉매는, 상기 축열측 팽창기(54)를 거치면서 저온저압의 냉매로 팽창된다. 그리고, 상기 축열측 팽창기(54)를 통과한 냉매는, 상기 리시버(65)를 통과하면서 기상의 냉매는 걸러지고 액상의 냉매만이 상기 액냉매펌프(64)로 유입된다. 상기 액냉매펌프(64)를 통과한 냉매가 드라이어(66)를 거치는 과정에서, 냉매에 포함된 수분이 제거된다. 그리고, 상기 드라이어(66)를 통과한 냉매는, 상기 실내유닛(2)으로 유입된다. 상기 실내유닛(2)으로 유입된 냉매는, 상기 수냉매열교환기(21)를 거치면서 물로부터 열을 흡수하여 증발되게 된다. 상기 수냉매열교환기(21)를 통과한 냉매는, 상기 기능유닛(6)으로 다시 유입된다. 상기 기능유닛(6)으로 유입된 냉매는, 상기 보조압축기(61)로 다시 유입되어, 상기한 과정을 반복하게 된다.
이때, 상기 보조 유동전환부(63)는 상기 보조압축기(61)의 토출측 보조냉매유로(82)와 상기 보조열교환기(62)의 유입측 보조냉매유로(82)를 연통시키는 상태를 유지한다. 그리고, 상기 액냉매 유동전환부(67)는, 상기 축열유닛(5)의 토출측에 해당하는 축열측 냉매유로(85)와 상기 리시버(65)의 유입측에 해당하는 상기 액냉매유로(84)를 연통시키고, 상기 드라이어(66)의 토출측에 해당하는 액냉매유로(84)와 상기 실내측 냉매유로(83)를 연통시키는 상태를 유지한다.
그리고, 상기 수냉매열교환기(21)에서 냉매에 의하여 냉각된 물은, 상기 집수탱크(24)를 지나 워터펌프(28)를 통과한다. 상기 워터펌프(28)를 통과한 물은, 상기 냉난방유닛(4)으로 유입된다. 상기 냉난방유닛(4)으로 유입된 냉매는, 상기 수열교환기(41)를 통과하면서, 실내 공기로부터 열을 흡수하여 상기 증발되게 된다. 상기 수열교환기(41)를 통과한 냉매는, 상기 실외유닛(1) 즉, 상기 수냉매열교환기(21)로 다시 유입된다.
이러한 과정으로, 상기 축열물질(51)이 가열됨으로써 열이 저장됨과 동시에, 실내측 열이 흡수됨으로써 실내의 냉방이 수행될 수 있다. 보다 상세히, 일교차가 심한 지역에서는 주간에는 냉방이 필요하고 야간에는 난방이 필요할 수 있다. 이러한 경우에, 주간에는 실내의 열이 축열물질(51)로 전달되어 실내 냉방 및 축열이 동시에 수행될 수 있도록 제어되고, 야간에는 축열물질(51)의 열이 실내로 전달되어 실내 난방 및 축냉이 동시에 수행될 수 있도록 제어될 수 있다. 따라서, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 환경에 최적화되도록 작동될 수 있고, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템의 운전 효율이 더욱 향상될 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 급탕 운전되는 경우 즉, 상기 직접 급탕 모드로 작동되는 경우에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 급탕 운전되는 모습을 보인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 급탕 운전되는 경우에는, 상기 메인압축기(11)로부터 토출되는 냉매가 상기 실내유닛(2)으로 유입된다. 보다 상세히, 상기 메인압축기(11)로부터 토출되는 냉매는, 상기 메인냉매유로(81) 및 실내측 냉매유로(83)를 따라 상기 수냉매열교환기(21)로 유입된다. 상기 수냉매열교환기(21)로 유입된 냉매는 상기 수냉매열교환기(21)를 통과하는 과정에서 물로 열을 방출하여 응축된다. 그리고, 상기 수냉매열교환기(21)를 통과한 냉매는, 상기 실내측 냉매유로(83) 및 메인냉매유로(81)를 따라 상기 실외측 팽창기(14)를 거치게 되고, 상기 실외측 팽창기(14)를 통과하면서 팽창된다. 상기 실외측 팽창기(14)를 지난 냉매는, 상기 실외열교환기(12)를 통과하면서 실외 공기로부터 열을 흡수하여 증발된 후, 상기 어큐뮬레이터(13)를 지나 상기 메인압축기(11)로 다시 유입된다.
한편, 상기 수냉매열교환기(21)에서 냉매에 의하여 가열된 물은, 상기 집수탱크(24) 및 워터펌프(28)를 지나 상기 급탕부(3)로 유입된다. 보다 상세히, 상기 수냉매열교환기(21)에서 냉매에 의하여 가열된 물은, 상기 메인수배관(70) 및 급탕측 수배관(72)을 따라 상기 급탕열교환기(35)로 유입된다. 그리고, 상기 급탕열교환기(35)를 통과한 물은, 상기 메인수배관(70)을 따라 상기 수냉매열교환기(21)로 다시 유입된다.
이때, 상기 보조압축기(61) 및 액냉매펌프(64)는 작동이 정지된 상태를 유지한다. 또한, 상기 실내측 삼방밸브(71)는, 상기 냉난방부(4)를 향한 물의 유동이 차단된 상태를 유지한다.
다만, 상기 실내측 삼방밸브(71)가, 상기 수냉매열교환기(21)를 통과한 물이 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4) 모두를 향하여 유동하도록 개방됨으로써 히트펌프에 의한 급탕 및 난방이 동시에 수행될 수도 있다. 또한, 상기 실내측 삼방밸브(71)가, 상기 급탕부(3)를 향한 물의 유동은 차단되고 상기 수냉매열교환기(21)를 통과한 물이 상기 냉난방부(4)를 향하여 유동하도록 개방됨으로써 히트펌프에 의한 직접 난방이 수행될 수도 있다.
이러한 과정으로, 상기 히트펌프에 의한 직접 급탕이 수행될 수 있다. 즉, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 급탕 운전되는 경우에는, 상기 히트펌프만을 이용하여 급탕이 수행되는 것이다.
보다 상세히, 상기 축열물질(51)의 온도가 실외 온도보다 낮아지는 경우에는, 상기 축열물질(51)을 이용한 급탕보다는 상기 히트펌프를 이용하여 실외 공기로부터 열을 전달받아 급탕을 수행하는 것이 더욱 효과적일 수 있다. 즉, 상기 축열물질(51)의 온도가 실외 온도보다 높은 경우에는 상기 축열물질(51)을 이용하여 급탕을 수행하다가, 상기 축열물질(51)의 온도가 실외 온도보다 낮아지는 경우에는 상기 히트펌프가 작동함으로써 실외 공기로부터 열을 받아 급탕이 수행되도록 제어될 수 있다.
따라서, 상기 히트펌프를 이용하는 경우와, 축열을 이용하는 경우를 비교하여, 효율이 더 높은 경우에 맞추어 급탕이 수행될 수 있으므로, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템의 운전 효율이 더욱 높아질 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축열된 열을 이용하여 급탕 및 난방 운전이 동시에 수행되는 경우 즉, 상기 축열 이용 난방 및 급탕 모드로 작동되는 경우에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축열된 열을 이용하여 급탕 및 난방 운전이 동시에 수행되는 모습을 보인 구성도이다.
도 4를 참조하면, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축열된 열을 이용하여 급탕 및 난방 운전이 동시에 수행되는 경우에는, 상기 메인압축기(11)는 작동이 정지된 상태를 유지하고, 상기 보조압축기(61) 및 액냉매펌프(64)가 작동된다.
먼저, 상기 보조압축기(61)로부터 토출되는 냉매는, 상기 보조 유동전환부(63)를 지나 상기 실내유닛(2)으로 유입된다. 보다 상세히, 상기 보조압축기(61)로부터 토출되는 냉매는, 상기 보조 유동전환부(63)에 의하여 상기 실내유닛(2)으로 유동되도록 안내되고, 상기 실내측 냉매유로(83)를 통하여 상기 수냉매열교환기(21)로 유입된다.
상기 수냉매열교환기(21)로 유입된 냉매는, 상기 수냉매열교환기(21)를 통과하면서 물로 열을 방출하여 응축되고, 상기 실내측 냉매유로(83) 및 액냉매유로(84)를 따라 상기 리시버(65)로 유입된다. 상기 리시버(65)를 통과하는 과정에서, 기상 냉매가 걸러지고 액상 냉매만이 상기 액냉매펌프(64)로 유입된다. 상기 액냉매펌프(64)를 통과한 냉매는 상기 드라이어(66)를 통과하면서, 포함된 수분이 제거된 후, 상기 액냉매유로(84) 및 축열측 냉매유로(85)를 따라 상기 축열유닛(5)으로 유입된다.
상기 축열유닛(5)으로 유입된 냉매는, 상기 축열측 팽창기(54)에서 저온 저압으로 팽창된 후 상기 축열교환기(53)를 통과하면서 상기 축열물질(51)로부터 열을 흡수하여 1차적으로 증발된다. 상기 축열교환기(53)를 통과한 냉매는, 상기 축열측 냉매유로(85) 및 보조냉매유로(82)를 따라 상기 보조열교환기(62)로 유입된다. 상기 보조열교환기(62)로 유입된 냉매는, 상기 보조열교환기(62)를 통과하는 과정에서 2차적으로 증발된 후 상기 보조압축기(61)로 다시 유입된다.
이때, 상기 제 1 밸브(91)는 상기 메인냉매유로(81)를 차단한 상태에서 상기 실내측 냉매유로(83) 및 보조냉매유로(82)를 연통시키는 상태를 유지하고, 상기 제 2 밸브(92)는 상기 메인냉매유로(81)를 향한 냉매 유동을 차단한 상태에서 상기 축열측 냉매유로(85) 및 보조냉매유로(82)를 연통시키는 상태를 유지한다. 그리고, 상기 제 3 밸브(93)는 상기 메인냉매유로(81)를 차단한 상태에서 상기 실내측 냉매유로(83) 및 액냉매유로(84)를 연통시키는 상태를 유지하고, 제 4 밸브(94)는 상기 메인냉매유로(81)를 향한 냉매 유동을 차단한 상태에서 상기 축열측 냉매유로(85) 및 액냉매유로(84)를 연통시키는 상태를 유지한다. 제 5 밸브(95)는 상기 실내측 냉매유로(83) 및 보조냉매유로(82)가 연통될 수 있도록 개방되고, 제 6 밸브(96)는 상기 실내측 냉매유로(83)와 상기 축열측 냉매유로(85)가 직접 연통되지 않도록 차단하고 상기 실내측 냉매유로(83) 및 액냉매유로(84)가 연통될 수 있도록 개방된 상태를 유지한다.
한편, 상기 수냉매열교환기(21)에서 냉매에 의하여 가열된 물은, 상기 집수탱크(24) 및 워터펌프(28)를 통과한 후, 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4)로 동시에 유입된다. 보다 상세히, 상기 실내측 삼방밸브(71)는 상기 수냉매열교환기(21)를 통과한 물이 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4)로 동시에 안내하는 상태를 유지한다. 그리고, 상기 수냉매열교환기(21)를 통과한 물은, 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4)로 분지되어 유동하게 된다. 상기 급탕부(3)로 유입된 물은 상기 급탕열교환기(35)를 통과하면서, 상기 급탕탱크(31)의 물을 가열한 후 상기 급탕부(3)로부터 토출된다. 그리고, 상기 냉난방부(4)로 유입된 물은, 상기 바닥열교환기(42)를 통과하면서 실내 바닥을 가열한 후 상기 냉난방부(4)로부터 토출된다. 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4)를 통과한 물은, 상기 실내유닛(2) 즉, 상기 수냉매열교환기(21)로 다시 유입된다.
이때, 상기 냉난방측 삼방밸브(43)의 작동에 따라, 상기 냉난방부(4)로 유입되는 물은, 상기 바닥열교환기(42) 및 수열교환기(41)를 동시에 유동하거나, 상기 바닥열교환기(42)의 유동은 차단한 상태에서 상기 수열교환기(41)를 통하여 유동할 수도 있다.
이러한 과정으로, 상기 축열을 이용하여 상기 급탕 및 난방이 동시에 수행될 수 있다. 보다 상세히, 한랭지역에서 실외 온도가 과도하게 저온으로 내려가는 경우에는, 상기 히트펌프를 이용하여 급탕 및 난방을 수행하면 전체적인 운전 효율이 급격히 떨어질 염려가 있다. 이러한 경우에는, 축열물질(51)에 저장된 열에너지를 이용하여, 급탕 및 난방을 동시에 수행할 수 있다.
예를 들면, 실외 온도가 기준온도보다 떨어지는 경우에는, 상기 히트펌프의 작동이 정지되고, 상기 보조압축기(61) 및 액냉매펌프(64)의 작동이 시작되도록 제어됨으로써, 축열을 이용한 급탕 및 난방이 수행될 수 있다. 따라서, 한랭지역에서도 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템의 운전 성능이 보장될 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 히트펌프를 이용한 급탕 및 난방 운전 중에, 상기 메인압축기(11)의 고장이 발생하는 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에는 즉, 상기 메인압축기(11)의 고장이 감지되는 경우에는, 상기 제어부에 의하여 자동적으로 상기 보조압축기(61) 및 액냉매펌프(64)의 작동이 시작되도록 제어됨으로써, 급탕 및 난방이 연속적으로 수행될 수도 있다. 따라서, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템 특히, 상기 메인압축기(11)의 고장에 관계없이, 급탕 및 난방 운전이 연속적으로 수행될 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축냉 운전되는 경우 즉, 상기 직접 축냉 모드로 작동되는 경우에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축냉 운전되는 모습을 보인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 축냉 운전되는 경우에는, 상기 메인압축기(11)로부터 토출되는 냉매는, 상기 실외열교환기(12)를 통과하면서 실외 공기로 열을 방출하여 응축된다. 상기 실외열교환기(12)를 통과한 냉매는 상기 축열유닛(5)으로 유입된다. 보다 상세히, 상기 실외열교환기(12)를 통과한 냉매는 상기 기능유닛(6)을 거쳐 상기 축열유닛(5)으로 유입된다. 다른 한편으로는, 상기 메인냉매유로(81) 및 축열측 냉매유로(85)를 따라 상기 축열유닛(5)으로 유입된다. 이때, 상기 실외측 팽창기(14)를 통과하는 과정에서 상기 냉매의 상태 변화가 없도록, 상기 실외측 팽창기(14)는 완전히 개방된 상태를 유지할 수 있다.
상기 축열유닛(5)으로 유입된 냉매는 상기 축열측 팽창기(54)를 통과하면서 저온저압으로 팽창된 후, 상기 축열교환기(53)로 유입된다. 상기 축열교환기(53)로 유입된 냉매는, 상기 축열교환기(53)를 통과하면서 상기 축열물질(51)을 냉각시킨 후 상기 기능유닛(6)을 통하여 상기 실외유닛(1)으로 유입된다. 다른 한편으로는, 상기 축열측 냉매유로(85) 및 메인냉매유로(81)를 따라 상기 어큐뮬레이터(13)를 거쳐 상기 메인압축기(11)로 다시 유입된다.
이때, 상기 보조압축기(61) 및 액냉매펌프(64)는 작동이 정지된 상태를 유지하고, 상기 워터펌프(28)도 작동이 정지된 상태를 유지한다. 그리고, 상기 제 1 밸브(91), 제 2 밸브(92), 제 3 밸브(93), 제 4 밸브(94), 제 5 밸브(95) 및 제 6 밸브(96)는, 상기 메인냉매유로(81) 및 축열측 냉매유로(85)가 서로 연통되고, 상기 실내측 냉매유로(83)를 통한 냉매 유동을 차단하는 상태를 유지한다.
이러한 과정으로, 상기 축열물질(51)이 더욱 저온 상태로 냉각될 수 있다. 즉, 상기 축열물질(51)이 예를 들면, 냉매, 물, 실내 공기 등과 같은 다른 대상을 냉각할 수 있도록 저온의 상태를 유지할 수 있다.
보다 상세히, 예를 들어 하절기의 야간에는 냉방이 일시적으로 필요없는 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에는, 상기 제어부에 의하여 자동적으로 상기 히트펌프를 이용하여 상기 축열물질(51)의 열을 실외 공기로 방출 즉, 상기 축열물질(51)이 냉각되도록 제어될 수 있다. 상기 축열물질(51)이 냉각되는 것은 축열과는 반대되는 현상으로써, 축냉이라 칭할 수 있다. 즉, 하절기의 야간에 일시적으로 냉방이 필요없는 시간대에 상기 히트펌프을 이용하여 축냉해 놓았다가, 하절기의 주간이 되면 축열물질(51)을 이용하여 냉방을 수행함으로써, 전체적인 운전 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 냉방 및 축열이 동시에 수행되는 경우 즉, 상기 직접 냉방 및 축열 모드에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 냉방 및 축열이 동시에 수행되는 모습을 보인 구성도이다.
도 6을 참조하면, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 냉방 및 축열이 동시에 수행되는 경우에는, 상기 메인압축기(11)로부터 토출되는 냉매가 상기 실외열교환기(12)를 거치면서 응축되고, 상기 실외측 팽창기(14)를 거치면서 저온 저압으로 팽창된 후, 상기 실내유닛(2)으로 유입된다.
한편, 상기 보조압축기(61) 및 액냉매펌프(64)도 함께 작동되는데, 상기 보조압축기(61)로부터 토출되는 냉매는 상기 보조열교환기(62)를 거치면서, 1차적으로 응축된 후, 상기 축열유닛(5)으로 유입된다. 상기 축열유닛(5)으로 유입된 냉매는, 상기 축열교환기(53)를 거치면서 상기 축열물질(51)을 가열하여 응축된 후, 상기 축열측 팽창기(54)로 유입된다. 상기 축열측 팽창기(54)를 거치면서, 상기 냉매는 저온저압으로 팽창된 후, 상기 기능유닛(6)으로 유입된다. 상기 기능유닛(6)으로 유입된 냉매는, 상기 액냉매유로(84)를 따라 리시버(65), 액냉매펌프(64) 및 드라이어(66)를 거친 후, 상기 실외유닛(1)으로부터 유동되는 냉매와 함께 상기 실내유닛(2)으로 유입된다.
상기 실내유닛(2)으로 유입된 냉매는, 상기 수냉매열교환기(21)를 거치면서 물을 냉각시키면서 증발된 후, 상기 실내측 냉매유로(83)를 따라 상기 기능유닛(6)으로 유입된다. 상기 기능유닛(6)으로 유입된 냉매는, 상기 메인냉매유로(81) 및 보조냉매유로(82)로 분지되어 유입된다. 상기 메인냉매유로(81)로 유입되는 냉매는, 상기 어큐뮬레이터(13)를 거쳐 상기 메인압축기(11)로 다시 유입된다. 그리고, 상기 보조냉매유로(82)로 유입되는 냉매는, 상기 보조압축기(61)로 다시 유입된다.
한편, 상기 제 1 밸브(91)는 상기 실내측 냉매유로(83), 메인냉매유로(81) 및 보조냉매유로(82)가 모두 연통되도록 개방된 상태를 유지하고, 상기 제 2 밸브(92)는 상기 메인냉매유로(81)를 향한 냉매 유동은 차단되고 상기 보조냉매유로(82) 및 축열측 냉매유로(85)가 연통되는 상태를 유지한다. 상기 제 3 밸브(93)는 상기 실내측 냉매유로(83), 메인냉매유로(81) 및 액냉매유로(84)가 모두 연통되도록 개방된 상태를 유지하고, 상기 제 4 밸브(94)는 상기 메인냉매유로(81)를 향한 냉매 유동이 차단된 상태에서 상기 액냉매유로(84) 및 축열측 냉매유로(85)가 서로 연통되는 상태를 유지한다. 제 5 밸브(95)는 상기 실내측 냉매유로(83)를 통한 냉매 유동이 가능하도록 개방된 상태를 유지하고, 제 6 밸브(96)는 상기 축열측 냉매유로(85)를 향한 냉매 유동이 차단된 상태에서 상기 실내측 냉매유로(83) 및 메인냉매유로(81)를 향한 냉매 유동이 가능하도록 연통되는 상태를 유지한다.
한편, 상기 수냉매열교환기(21)를 통과한 물은 상기 집수탱크(24) 및 워터펌프(28)를 거쳐, 상기 냉난방부(4)로 유입된다. 이때, 상기 실내측 삼방밸브(71)는, 상기 급탕측 수배관(72)이 차단된 상태에서 상기 메인수배관(70) 및 냉난방측 수배관(73)이 서로 연통되는 상태를 유지한다. 상기 냉난방부(4)로 유입된 물은, 상기 수열교환기(41) 및 바닥열교환기(42)로 분지되어 유입된다. 이때, 상기 냉난방측 삼방밸브(43)는 상기 냉난방측 수배관(73)의 물이 상기 수열교환기(41) 및 바닥열교환기(42)로 동시에 유입되도록 안내하는 상태를 유지한다.
그리고, 상기 냉난방부(4)를 통과한 물은, 상기 실내유닛(2)으로 유입된다. 상기 실내유닛(2)으로 유입된 물은, 상기 수냉매열교환기(21)로 다시 유입된다.
이러한 과정으로, 상기 히트펌프 및 축열을 동시에 이용하여 냉방이 수행될 수 있다. 물론, 상기 수냉매열교환기(21)의 물이 상기 급탕부(3) 및 냉난방부(4)로 동시에 유입되도록 상기 실내측 삼방밸브(71)가 개방됨으로써, 상기 히트펌프 및 축열을 동시에 이용하여 냉방이 수행될 수도 있다.
보다 상세히, 예를 들면 하절기의 주간에는 실외 온도가 급격히 올라감으로써, 전체적인 냉방 효율 및 성능이 급격히 떨어질 염려가 있다. 이러한 경우에는, 상기 제어부에 의하여 상대적으로 실외 온도가 낮은 하절기의 야간에 축냉시켜 놓았다가, 주간이 되면 상기 히트 펌프 및 축열물질(51)을 동시에 이용하여 냉방이 수행되도록 제어될 수 있다. 따라서, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템의 운전 효율 및 성능이 더욱 향상될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 급탕 및 축열을 이용한 급탕이 동시에 수행되는 경우 즉, 상기 직접 및 축열 이용 급탕 모드로 작동되는 경우에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명에 의한 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 급탕 및 축열을 이용한 급탕이 동시에 수행되는 모습을 보인 구성도이다.
도 7을 참조하면, 상기 축열식 냉난방 및 급탕시스템이 직접 급탕 및 축열을 이용한 급탕이 동시에 수행되는 경우에는, 상기 메인압축기(11)로부터 토출되는 냉매가 상기 실내유닛(2)으로 유입된다.
한편, 상기 보조압축기(61) 및 액냉매펌프(64)도 함께 작동된다. 상기 보조압축기(61)로부터 토출되는 냉매는, 상기 실외유닛(1)으로부터 유동되는 냉매와 함께 상기 실내유닛(2)으로 유입된다. 그리고, 상기 실내유닛(2)으로 유입된 냉매는, 상기 수냉매열교환기(21)를 통과하는 과정에서 물을 가열하면서 응축된 후, 상기 실내측 냉매유로(83)를 통하여 상기 기능유닛(6)으로 유입된다.
상기 기능유닛(6)으로 유입된 냉매는, 상기 메인냉매유로(81) 및 액냉매유로(84)로 분지되어 유동한다. 상기 메인냉매유로(81)로 유입되는 냉매는, 상기 실외측 팽창기(14)를 통과하면서 저온 저압으로 팽창된 후, 상기 실외열교환기(12)를 통과하면서 증발된다. 상기 실외열교환기(12)를 통과한 냉매는 상기 어큐뮬레이터(13)를 거쳐 상기 메인압축기(11)로 다시 유입된다.
한편, 상기 액냉매유로(84)로 유입되는 냉매는, 상기 리시버(65), 액냉매펌프(64) 및 드라이어(66)를 통과한 후, 상기 축열유닛(5)으로 유입된다. 상기 축열유닛(5)으로 유입되는 냉매는, 상기 축열측 팽창기(54)를 통과하면서 저온 저압으로 팽창된 후, 상기 축열교환기(53)로 유입된다. 상기 축열교환기(53)로 유입되는 냉매는, 상기 축열교환기(53)를 통과하는 과정에서, 상기 축열물질(51)을 냉각하면서 1차적으로 증발된 후, 상기 보조열교환기(62)로 유입된다. 상기 보조열교환기(62)로 유입된 냉매는, 상기 보조열교환기(62)를 통과하면서 실외 공기로부터 열을 흡수하여 2차적으로 증발된 후, 상기 보조압축기(61)로 다시 유입된다.
상기 제 1 밸브(91)는 상기 메인냉매유로(81), 보조냉매유로(82) 및 실내측 냉매유로(83)가 동시에 연통되는 상태를 유지하고, 상기 제 2 밸브(92)는 상기 메인냉매유로(81)를 향한 냉매 유동이 차단된 상태에서 상기 보조냉매유로(82) 및 축열측 냉매유로(85)가 서로 연통되는 상태를 유지한다. 그리고, 상기 제 3 밸브(93)는 상기 메인냉매유로(81), 액냉매유로(84) 및 실내측 냉매유로(83)가 동시에 연통되는 상태를 유지하고, 상기 제 4 밸브(94)는 상기 메인냉매유로(81)를 향한 냉매 유동이 차단된 상태에서 상기 액냉매유로(84) 및 축열측 냉매유로(85)가 서로 연통되는 상태를 유지한다. 또한, 상기 제 5 밸브(95)는 상기 실내측 냉매유로(83)를 통한 냉매 유동이 가능하도록 개방된 상태를 유지하고, 상기 제 6 밸브(96)는 상기 축열측 냉매유로(85)를 향한 냉매 유동이 차단된 상태에서 상기 메인냉매유로(81) 및 실내측 냉매유로(83)가 서로 연통되는 상태를 유지한다.
한편, 상기 수냉매열교환기(21)를 통과한 물은, 상기 집수탱크(24) 및 워터펌프(28)를 거쳐 상기 급탕부(3)로 유입된다. 이때, 상기 실내측 삼방밸브(71)는 상기 냉난방 수배관을 통한 물 유동이 차단된 상태에서, 상기 메인수배관(70)과 급탕 수배관이 서로 연통되도록 하는 상태를 유지한다. 상기 급탕부(3)로 유입된 물은 상기 급탕열교환기(35)를 통과하면서 상기 급탕탱크(31)의 물을 가열한 후, 상기 급탕부(3)로부터 토출된다. 상기 급탕부(3)로부터 토출되는 물은 상기 실내유닛(2)으로 유입된다. 상기 실내유닛(2)으로 유입되는 물은, 상기 수냉매열교환기(21)로 다시 유입되어 냉매에 의하여 가열되게 된다.
이러한 과정으로, 히트펌프 및 축열을 동시에 이용하여 급탕이 수행될 수 있다. 보다 상세히, 예를 들면 동절기 또는 한랭지역에서는 지속적인 난방이 필요할 수 있다. 다만, 동절기 또는 한랭지역이라 하더라도, 주야간에 따라 실외 온도가 급격히 내려가는 극저온 시간대와 상대적으로 높은 온도를 유지하는 저온 시간대가 있을 수 있다. 이러한 경우에, 상기 제어부에 의하여 저온 시간대에는 상기 히트펌프에 의하여 실외 공기로부터 전달받은 열 중 일부를 축열시켜 놓고 있다가, 극저온 시간대에는 축열을 이용하여 난방을 수행함으로써 전체적인 운전 효율 및 성능이 더욱 향상될 수 있다.
따라서, 상기 히터펌프만으로 급탕을 수행하는 경우에 비하여, 운전 효율 및 성능이 향상될 수 있는 이점이 있다.
이와 같이 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
1 : 실외유닛 2 : 실내유닛
3 : 급탕부 4 : 냉난방부
5 : 축열유닛 6 : 기능유닛
21 : 수냉매열교환기 28 : 워터펌프
51 : 축열물질 52 : 축열조
53 : 축열교환기 54 : 축열측 팽창기
61 : 보조압축기 62 : 보조열교환기
64 : 액냉매펌프

Claims (15)

  1. 실외 공기 및 냉매 간의 열교환이 이루어지는 실외열교환기와, 상기 냉매를 압축하는 메인압축기를 포함하는 실외유닛;
    상기 냉매가 유동하면서 증발 또는 응축되는 열교환기를 포함하는 실내유닛;
    상기 냉매와 열교환하여 에너지를 저장 또는 방출하는 축열물질을 포함하는 축열유닛;
    운전 조건에 따라, 상기 실외유닛, 실내유닛 및 축열유닛 사이의 냉매 유동을 제어하는 기능유닛; 및
    상기 실내유닛의 열교환기는 상기 냉매 및 물 간의 열교환이 이루어지는 수냉매열교환기인 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수냉매열교환기에서 냉매에 의하여 가열된 물을 이용하여 급탕을 수행할 수 있도록, 상기 실내유닛에 연결되는 급탕부; 및
    상기 수냉매열교환기의 물을 이용하여 실내의 냉난방을 수행할 수 있도록, 상기 실내유닛에 연결되는 냉난방부;를 더 포함하고,
    상기 수냉매열교환기의 물이 상기 급탕부 및 냉난방부 중 적어도 하나로 선택적으로 유동할 수 있도록, 상기 급탕부 및 냉난방부는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수냉매열교환기의 물이 냉매에 의하여 가열되는 경우에는, 상기 실내측 삼방밸브는 상기 수냉매열교환기의 물을 상기 급탕부 및 냉난방부 중 적어도 하나로 안내하고,
    상기 수냉매열교환기의 물이 냉매에 의하여 냉각되는 경우에는, 상기 실내측 삼방밸브는 상기 수냉매열교환기의 물을 상기 냉난방부만으로 안내하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 급탕부는, 온수로 공급되기 위한 물을 가열하기 위하여 상기 수냉매열교환기에서 가열된 물이 유동하는 급탕열교환기를 포함하고,
    상기 냉난방부는,
    상기 수냉매열교환기를 통과한 물과 실내 공기 간의 열교환이 이루어지는 수열교환기; 및
    실내 바닥을 가열 또는 냉각하기 위하여, 상기 수냉매열교환기를 통과한 물을 실내 바닥으로 안내하는 바닥열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수냉매열교환기의 물을 이용하여 급탕 및 냉난방 중 적어도 하나가 수행될 수 있도록, 상기 수냉매열교환기의 물을 강제 유동시키는 워터펌프를 더 포함하고,
    상기 워터펌프의 작동이 정지된 경우에는, 상기 축열물질에 대한 축열 또는 축냉이 수행될 수 있도록, 상기 실내유닛을 향한 냉매 유동이 차단된 상태에서 상기 실외유닛 및 축열유닛 사이에서 냉매가 순환되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능유닛은,
    상기 냉매 및 실외 공기 간의 열교환이 이루어지는 보조열교환기;
    상기 냉매를 강제 유동시키는 보조압축기;
    상기 냉매 중 액상의 냉매만을 통과시키는 리시버;
    상기 액상의 냉매를 강제 유동시키는 액냉매펌프; 및
    상기 냉매의 수분을 제거하는 드라이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 축열물질만을 이용하여 실내의 냉난방이 수행되는 경우에는, 상기 메인압축기의 작동이 정지되고 상기 보조압축기 및 액냉매펌프가 작동되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인압축기 및 실외열교환기를 연결하는 메인 냉매유로;
    냉매를 상기 축열유닛으로 안내할 수 있도록, 상기 메인 냉매유로에 연결되는 축열측 냉매유로;
    상기 축열물질을 이용하여 급탕 및 냉난방 중 적어도 하나가 수행되는 경우에 선택적으로 냉매가 유동할 수 있도록, 양단이 상기 메인 냉매유로에 연결되는 보조 냉매유로 및 액냉매유로; 및
    냉매를 상기 실내유닛으로 안내하기 위하여, 양단이 상기 메인 냉매유로에 연결된는 실내측 냉매유로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 메인 냉매유로, 보조 냉매유로 및 축열측 냉매유로 사이의 냉매 유동을 조절할 수 있도록, 상기 보조 냉맹유로의 양단에 설치되는 제 1 밸브 및 제 2 밸브;
    상기 메인 냉매유로, 액냉매유로 및 축열측 냉매유로 사이의 냉매 유동을 조절할 수 있도록, 상기 액냉매유로의 양단에 설치되는 제 3 밸브 및 제 4 밸브; 및
    상기 실내유닛을 통과하는 냉매의 유동을 조절할 수 있도록, 상기 실내측 냉매유로의 양단에 설치되는 제 5 밸브 및 제 6 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    직접 축열 모드로 작동하는 경우에는,
    상기 실내유닛을 통한 냉매의 유동이 차단된 상태에서, 상기 메인압축기로부터 토출되는 냉매가 상기 축열유닛 및 실외열교환기 순으로 순환하고,
    상기 실내유닛의 물 유동이 정지되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    직접 축냉 모드로 작동하는 경우에는,
    상기 실내유닛을 통한 냉매 유동이 차단된 상태에서, 상기 메인압축기로부터 토출되는 냉매가 상기 실외열교환기 및 축열유닛 순으로 순환하고,
    상기 실내유닛의 물 유동이 정지되는 것을 특징으로 하는 냉매시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    직접 급탕 모드 또는 직접 냉난방 모드로 작동하는 경우에는,
    상기 축열유닛을 통한 냉매 유동이 차단된 상태에서, 냉매가 상기 실외유닛 및 실내유닛을 순환하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능유닛은,
    상기 냉매를 강제 유동시키는 보조압축기;
    액상의 냉매를 강제 유동시키는 액냉매펌프;
    상기 보조압축기를 통과하는 냉매를 안내하는 보조 냉매유로; 및
    상기 액냉매펌프를 통과하는 냉매를 안내하는 액냉매유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    축열 및 냉방 모드로 작동하는 경우에는,
    상기 실외유닛을 통한 냉매 유동이 차단된 상태에서, 상기 보조압축기로부터 토출되는 냉매가 상기 보조 냉매유로, 축열유닛, 액냉매유로 및 수냉매열교환기 순으로 유동하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉난방 및 급탕시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    축열 이용 급탕 모드 또는 축열 이용 냉난방 모드로 작동하는 경우에는,
    상기 실외유닛을 통한 냉매 유동이 차단된 상태에서, 상기 보조압축기로부터 토출되는 냉매가 상기 보조 냉매유로, 수냉매열교환기, 액냉매유로 및 축열유닛 순으로 유동하는 것을 특징으로 하는 냉매시스템.
KR1020100066880A 2010-07-12 2010-07-12 축열식 냉난방 및 급탕시스템 KR101136664B1 (ko)

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