KR20130058918A

KR20130058918A - 캐스케이드 히트펌프 장치

Info

Publication number: KR20130058918A
Application number: KR1020110124915A
Authority: KR
Inventors: 박노마; 정승현; 염관호; 하태규; 박종호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-06-05
Also published as: KR101337712B1

Abstract

본 발명은 캐스케이드 히트펌프 장치에 관한 것이다.
일 측면에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치는, 제1 냉매를 사용하는 제1 냉매 사이클; 및 상기 제1 냉매와 열교환하는 제2 냉매를 사용하는 제2 냉매 사이클을 포함하고, 상기 제1 냉매 사이클 또는 제2 냉매 사이클은, 상기 제1 냉매와 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매로부터 열을 받아 저장하고, 저장된 열을 상기 제1 냉매와 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매에 공급하는 축열조를 포함한다.

Description

캐스케이드 히트펌프 장치{A cascade heat pump}

본 발명은 캐스케이드 히트펌프 장치에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프 장치는, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매가 응축되는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 팽창되는 팽창기와, 상기 팽창기에서 팽창된 냉매가 증발되는 증발기를 포함하여 냉매 사이클을 구성하며, 냉매 사이클을 순환하는 냉매를 이용하여 실내를 냉난방 하거나 물을 가열하는 장치이다.

최근에는 시스템의 효율을 높이기 위하여, 제1 냉매를 순환시키는 제1 냉매 사이클과, 제2 냉매를 순환시키는 제2 냉매 사이클을 포함하고, 열교환기를 통해 제1 냉매와 제2 냉매가 열교환되도록 하는 캐스케이드 히트펌프 장치가 개발되었다.

이 경우 실외기는 실외 압축기, 실외 열교환기, 실외 팽창기, 냉매 열교환기를 포함하여 제1 냉매 사이클을 구성하고, 실내기는 실내 압축기, 상기 냉매 열교환기, 실내 팽창기, 실내 열교환기를 포함하여 제2 냉매 사이클을 구성한다. 이때 냉매 열교환기는, 제1 냉매 사이클과 제2 냉매 사이클에서 모두 사용되며, 상기 냉매 열교환기에서 제1 냉매와 제2 냉매의 열교환이 이루어진다.

즉 냉매 열교환기가 실내기에서 응축기로 사용될 경우 실외기에서는 증발기로 사용되며, 상기 냉매 열교환기가 실내기에서 증발기로 사용될 경우 실외기에서는 응축기로 사용된다.

따라서 냉매 열교환기가 제1 냉매 사이클의 응축기로 사용된다면, 실외기를 순환하는 제1 냉매는 냉매 열교환기에서 열을 방출하여 응축된다. 이때 실내기의 제2 냉매 사이클을 순환하는 제2 냉매는, 냉매 열교환기를 통과하면서 제1 냉매가 방출한 열을 획득하여 증발된다. 반면 냉매 열교환기가 제1 냉매 사이클의 증발기로 사용될 경우에는, 일련의 과정이 반대로 이루어지게 된다.

그러나 종래의 캐스케이드 히트펌프 장치는, 제1 냉매가 냉매 열교환기에서 배출하는 열과, 제2 냉매가 냉매 열교환기로부터 획득하는 열이 매칭 되어야만, 두 냉매 사이클이 원활하게 구동될 수 있기 때문에, 배출 또는 획득되는 열의 양이 불일치할 경우, 시스템 전체 효율이 떨어질 수 있다는 문제점이 있다.

또한 종래의 캐스케이드 히트펌프 장치는, 제1 냉매와 제2 냉매의 열교환을 위해서 항상 두 냉매 사이클을 동시에 운전하여야만 하므로, 전력 소비가 크다는 문제점이 있다.

뿐만 아니라 종래의 캐스케이드 히트펌프 장치는, 실외기를 제상운전시킬 경우, 제1 냉매가 냉매 열교환기에서 열을 흡수하여야 하기 때문에, 실내기를 반드시 냉방 모드로 구동하여야 하므로 운전 모드가 제한된다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 냉매 열교환기 대신 축열조를 구비하여, 제1 냉매와 제2 냉매의 열이 원활하게 순환되도록 하고, 동시운전의 필요성을 제거하며, 실외기의 제상운전 시 실내기의 운전 모드를 자유롭게 선택할 수 있도록 하는 캐스케이드 히트펌프 장치를 제공하는 것이다.

일 측면에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치는, 제1 냉매를 사용하는 제1 냉매 사이클; 및 상기 제1 냉매와 열교환하는 제2 냉매를 사용하는 제2 냉매 사이클을 포함하고, 상기 제1 냉매 사이클 또는 제2 냉매 사이클은, 상기 제1 냉매와 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매로부터 열을 받아 저장하고, 저장된 열을 상기 제1 냉매와 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매에 공급하는 축열조를 포함한다.

본 발명에 의하면, 축열조를 이용하여 제1 냉매의 열을 저장해둔 뒤 제2 냉매에 열을 공급함으로써, 제1 냉매로부터 배출되는 열과 제2 냉매가 획득하는 열이 다르더라도, 두 냉매 사이클이 원활하게 구동되도록 할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 제1 냉매 사이클이 구동되지 않더라도 축열조에 저장된 열을 이용하여 제2 냉매 사이클을 구동할 수 있으므로, 두 냉매 사이클이 동시에 운전되어야 하는 필요성을 제거하여 전력 소비량을 절감할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 제상을 위하여 제1 냉매 사이클을 반대 방향으로 순환시킬 경우, 축열조에 저장되어 있던 열을 제1 냉매에 공급하면 되므로, 제2 냉매 사이클의 운전 모드와 상관없이 실외기의 제상운전이 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제1 냉매가 순환하는 모습을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제2 냉매가 순환하는 모습을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 물이 가열되는 모습을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제상 운전 시 냉매가 순환하는 모습을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치의 구성도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제1 냉매가 순환하는 모습을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제2 냉매가 순환하며 물이 가열되는 모습을 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 물이 가열되는 모습을 보여주는 도면.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제상 운전 시 냉매 및 물이 순환하는 모습을 보여주는 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치(1)는, 제1 냉매 사이클(10), 제2 냉매 사이클(20), 급탕 사이클(30), 온수난방 사이클(40)을 포함한다.

상기 제1 냉매 사이클(10)은, 제1 냉매를 사용하는 냉매 사이클이다. 상기 제1 냉매 사이클(10)은, 실외 압축기(12)와, 실외 열교환기(13)와, 실외 팽창기(14)와, 축열조(25)와, 실외 냉매 배관(15)을 포함하여 냉매 사이클을 구성한다. 상기 제1 냉매 사이클(10)은, 실외기(11)에 구성될 수 있다.

상기 실외 압축기(12)는 냉매를 압축하고, 상기 실외 열교환기(13)는 냉매를 응축 또는 증발시키며, 상기 실외 팽창기(14)는 냉매를 팽창시킨다. 또한 상기 실외 냉매 배관(15)은, 상기 실외 압축기(12), 실외 열교환기(13), 실외 팽창기(14), 축열조(25)를 연결하여 상기 제1 냉매가 순환되도록 한다.

상기 각 구성은 공지의 구성을 사용할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다. 다만 상기 축열조(25)는 제2 냉매 사이클(20)에서 자세히 설명하도록 한다.

상기 제2 냉매 사이클(20)은, 상기 제1 냉매와 열교환하는 제2 냉매를 사용하는 냉매 사이클이다. 상기 제2 냉매 사이클(20)은, 실내 압축기(22)와, 상기 축열조(25)와, 실내 팽창기(24)와, 고온 축열조(23)와, 실내 냉매 배관(26)을 포함하여 냉매 사이클을 구성할 수 있다. 상기 제2 냉매 사이클(20)은, 실내기(21)에 구성될 수 있다.

이때 상기 제1 냉매와 상기 제2 냉매는, 서로 상이한 종류의 냉매일 수 있다. 일례로, 상기 제1 냉매는 R410A 냉매를 포함하고, 상기 제2 냉매는 R134A 냉매를 포함할 수 있다.

상기 실내 압축기(22)와 상기 실내 팽창기(24) 및 상기 실내 냉매 배관(26)은, 공지의 구성을 사용할 수 있으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다. 다만 상기 실내 냉매 배관(26)은, 상기 실내 압축기(22), 축열조(25), 실내 팽창기(24), 고온 축열조(23)를 연결하여 상기 제2 냉매가 순환되도록 한다.

상기 축열조(25)는, 상기 제1 냉매와 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매로부터 열을 받아 저장하고, 저장된 열을 상기 제1 냉매와 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매에 공급한다. 즉 상기 축열조(25)는, 제1 냉매와 제2 냉매의 열교환을 담당하는 열교환기의 역할을 수행하는 동시에, 냉매로부터 배출되는 열을 저장해두는 역할을 한다.

구체적으로 상기 축열조(25)는, 상기 제1 냉매로부터 배출되는 열을 저장하여 상기 제1 냉매를 응축시키고, 저장된 열을 상기 제2 냉매에 공급하여 상기 제2 냉매를 증발시켜서, 상기 제1 냉매 사이클(10)에서의 응축기 및 상기 제2 냉매 사이클(20)에서의 증발기 역할을 수행할 수 있다.

또는 상기 축열조(25)는, 상기 제2 냉매로부터 배출되는 열을 저장하여 상기 제2 냉매를 응축시키고, 저장된 열을 상기 제1 냉매에 공급하여 상기 제1 냉매를 증발시켜서, 상기 제2 냉매 사이클(20)에서의 응축기 및 상기 제1 냉매 사이클(10)에서 증발기 역할을 수행할 수 있다.

이때 상기 축열조(25)는, 실시간으로 제1 냉매와 제2 냉매를 열교환 시키는 것이 아니라, 어느 하나의 냉매로부터 열을 저장한 뒤, 저장된 열을 다른 냉매에 공급하는 방식으로 냉매 간의 열교환을 수행한다. 즉 상기 축열조(25)는, 제1 냉매로부터 배출되는 열을 저장해둔 뒤 제2 냉매에 공급하거나, 또는 제2 냉매로부터 배출되는 열을 저장해둔 후 제1 냉매에 공급한다.

즉 상기 제1 냉매 및 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매로부터 상기 축열조(25)에 열이 저장되는 시간과, 저장된 열을 상기 제1 냉매 및 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매에 공급하는 시간은 이격될 수 있다.

이를 통해 본 실시예는, 제1 냉매 사이클(10)과 제2 냉매 사이클(20)을 동시에 구동할 필요가 없으므로 전력 소모를 절감할 수 있다. 또한 본 실시예는, 제1 냉매 사이클(10)을 순환하는 제1 냉매로부터 배출되는 열의 양이, 제2 냉매 사이클(20)을 순환하는 제2 냉매가 획득하여야 하는 열의 양과 동일할 필요가 없기 때문에, 시스템을 효율적으로 구동할 수 있다.

또한 상기 축열조(25)는, 미리 저장된 열을 상기 제1 냉매 및 제2 냉매에 각각 공급하여 상기 제1 냉매 및 제2 냉매를 증발시켜서, 상기 제1 냉매 사이클(10)에서의 증발기 및 상기 제2 냉매 사이클(20)에서의 증발기 역할을 수행할 수 있다.

종래의 캐스케이드 히트펌프 장치는, 제상을 위하여 어느 하나의 냉매 사이클을 반대로 순환시킬 경우, 냉매 간의 열교환을 위하여 다른 하나의 냉매 사이클의 운전 모드를 자동으로 결정할 수밖에 없다.

그러나 본 실시예의 경우, 일례로 제1 냉매 사이클(10)의 순환 방향을 반대로 전환시킬 시, 상기 축열조(25)는, 제1 냉매에 열을 공급하여 제1 냉매 사이클(10)이 원활하게 구동되도록 하는 동시에, 제2 냉매에 열을 공급하거나 또는 제2 냉매로부터 배출되는 열을 저장할 수 있다. 즉 제1 냉매 사이클(10)을 제상 운전하더라도, 제2 냉매 사이클(20)은 운전 모드가 구속되지 않고 자유롭게 구동될 수 있다.

상기 고온 축열조(23)는, 상기 제2 냉매로부터 배출되는 열을 저장한다. 상기 실내 압축기(22)를 통과한 고온고압의 냉매는, 상기 고온 축열조(23)에 열을 배출한 뒤 상기 실내 팽창기(24)에 유입된다. 즉 상기 고온 축열조(23)는, 응축기의 역할을 수행할 수 있다.

본 실시예가 상기 고온 축열조(23)를 구비하여 열을 이중으로 저장하여 두는 것은, 고온수를 효과적으로 생성하기 위함이다. 이는 이하 급탕 사이클(30)을 통하여 설명하도록 한다.

상기 급탕 사이클(30)은, 상기 축열조(25)에 저장된 열 또는 상기 고온 축열조(23)에 저장된 열을 이용하여 물을 가열한다. 상기 급탕 사이클(30)은, 물이 상기 축열조(25)에서 1차로 가열된 후 상기 고온 축열조(23)에서 2차로 가열되도록, 상기 물을 가이드 할 수 있다.

이는 상기 축열조(25)의 경우, 상기 제1 냉매로부터 배출되는 열 중에서 일부가 상기 제2 냉매에 공급될 수 있는 반면, 상기 고온 축열조(23)의 경우, 상기 제2 냉매로부터 배출되는 열을 그대로 저장해 둘 수 있기 때문이다. 즉 상기 물은 상기 축열조(25)를 통과하면서 중온수로 변화하고, 상기 고온 축열조(23)를 통과하면서 고온수로 변화할 수 있다.

물론 상기 급탕 사이클(30)은, 상기 물이 상기 축열조(25)만을 통과한 뒤 중온수 상태로 사용자에게 공급되도록 할 수 있으며, 또는 상기 물이 상기 고온 축열조(23)만을 통과한 뒤 상기 고온 축열조(23)에 저장된 열에 의해서 가열된 상태로 사용자에게 공급되도록 할 수 있다.

상기 급탕 사이클(30)은, 급수 배관(31), 출수 배관(32), 물 저장부(33), 가열 배관(34)을 포함할 수 있다.

상기 급수 배관(31)은, 상수도 등으로부터 물을 공급받아 상기 물 저장부(33)에 전달하고, 상기 출수 배관(32)은, 상기 물 저장부(33)에 저장된 물을 사용자에게 공급한다. 상기 급수 배관(31)과 상기 출수 배관(32)은 공지의 구성을 사용할 수 있다.

상기 물 저장부(33)는, 상기 급수 배관(31)으로부터 공급된 물을 저장하고, 상기 축열조(25) 또는 상기 고온 축열조(23)를 통해 가열된 물을 저장한다. 이때 상기 물 저장부(33)의 내부는 단열 구획되어, 상기 급수 배관(31)으로부터 공급된 물과, 상기 축열조(25) 등을 통해 가열된 물이 서로 열교환되지 않도록 할 수 있다.

상기 가열 배관(34)은, 상기 물 저장부(33)에 저장된 물을 상기 축열조(25) 또는 상기 고온 축열조(23)로 가이드 한다. 상기 가열 배관(34)은, 상기 물이 상기 축열조(25)를 통과한 뒤 상기 고온 축열조(23)를 통과하도록 상기 물을 가이드 할 수 있다.

즉 상기 급수 배관(31)을 통해 상기 물 저장부(33)에 유입된 물은, 상기 가열 배관(34)을 따라서 상기 축열조(25)에서 1차로 가열된다. 이후 가열된 물은 상기 고온 축열조(23)를 통과하면서 2차로 가열되어 고온수가 되고, 상기 가열 배관(34)을 따라 상기 물 저장부(33)에 다시 유입되어 저장된다. 이때 상기 고온수는, 상기 출수 배관(32)을 통하여 사용자에게 공급될 수 있다. 따라서 본 실시예는, 상기 물을 2중으로 가열함으로써 효과적으로 고온수를 획득할 수 있다.

상기 온수난방 사이클(40)은, 상기 고온 축열조(23)에 저장된 열을 이용하여 물을 가열하고, 상기 가열된 물을 이용하여 실내를 난방할 수 있다. 즉 상기 온수난방 사이클(40)은, 실내 공간을 순환하는 물에, 상기 고온 축열조(23)에 저장된 열을 공급함으로써, 실내가 난방되도록 할 수 있다.

이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 실시예에서의 냉매 또는 물의 흐름에 대하여 자세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제1 냉매가 순환하는 모습을 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제2 냉매가 순환하는 모습을 보여주는 도면이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 물이 가열되는 모습을 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제상 운전 시 냉매가 순환하는 모습을 보여주는 도면이다.

이때 제1 냉매의 흐름은 실선, 제2 냉매의 흐름은 일정한 점선, 물의 흐름은 불규칙한 점선으로 표시하였다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치(1)에서, 상기 제1 냉매는 실외 압축기(12), 실외 열교환기(13), 실외 팽창기(14), 축열조(25)를 따라 순환하게 된다. 이때 제1 냉매는 축열조(25)에서 응축하게 되며, 제1 냉매로부터 배출되는 열은 상기 축열조(25)에 저장될 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 제2 냉매는, 실내 압축기(22), 고온 축열조(23), 실내 팽창기(24), 축열조(25)를 따라 순환하게 된다. 이 경우 제2 냉매는 축열조(25)에 저장된 열을 공급받아 증발하고, 고온 축열조(23)에서 응축한다. 상기 제2 냉매가 응축하는 과정에서 배출되는 열은, 상기 고온 축열조(23)에 저장된다.

즉 도 2 및 도 3에서, 상기 축열조(25)는, 상기 제1 냉매 사이클(10)의 응축기 및 상기 제2 냉매 사이클(20)의 증발기의 역할을 수행할 수 있다. 또한 상기 축열조(25)는, 제1 냉매로부터 배출되는 열을 저장해 둔 후 제2 냉매에 공급하여, 제1 냉매와 제2 냉매가 열교환되도록 함으로써, 냉매 사이클을 원활하게 구동시킬 수 있다.

따라서 본 실시예는, 제1 냉매 사이클(10)과 제2 냉매 사이클(20)을 동시에 구동할 필요가 없으며, 제1 냉매로부터 배출되는 열의 양이 제2 냉매의 증발에 필요한 열의 양과 다르더라도, 냉매 사이클의 효율을 최적으로 유지할 수 있다.

도 4를 참조하면, 급탕 사이클(30)을 따라 순환하는 물은, 급수 배관(31), 물 저장부(33), 가열 배관(34), 물 저장부(33), 출수 배관(32)을 따라 유동할 수 있다. 이때 상기 물은, 상기 축열조(25)에 저장된 열을 공급받아 중온수로 변화한 뒤, 상기 고온 축열조(23)에 저장된 열을 공급받아 고온수로 변화한다. 이후 상기 고온수는 상기 물 저장부(33)에 저장된 뒤, 상기 출수 배관(32)을 따라서 사용자에게 공급될 수 있다.

온수난방 사이클(40)을 순환하는 물은, 고온 축열조(23)에 저장된 열을 통해 가열되어, 실내를 난방할 수 있다. 즉 본 실시예는, 제1 냉매 및 제2 냉매를 순환시키지 않고, 축열조(25)와 고온 축열조(23)에 저장된 열만을 사용하여, 원활하게 물을 가열할 수 있다.

도 5를 참조하면, 제1 냉매 사이클(10)을 제상 운전할 경우, 제1 냉매는 실외 압축기(12), 실외 열교환기(13), 실외 팽창기(14), 축열조(25)를 따라 순환한다. 이때 제상을 위하여 제1 냉매는 축열조(25)에서 열을 공급받아야 하는데, 만약 축열조(25)가 아닌 열교환기를 사용하여 제1 냉매와 제2 냉매를 열교환시킬 경우, 제2 냉매는 반드시 축열조(25)에서 응축되어야 한다. 즉 제2 냉매 사이클(20)의 운전 모드가 제한될 수밖에 없다.

그러나 본 실시예는, 제1 냉매 또는 제2 냉매로부터 제공받은 열을 축열조(25)가 미리 저장해둘 수 있고, 제2 냉매의 순환과는 상관없이, 축열조(25)에 저장되어 있던 열이 제1 냉매에 공급될 수 있다. 따라서 본 실시예는 제2 냉매의 운전 모드를 제한하지 않고 제1 냉매 사이클(10)의 제상 운전을 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치의 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치(1)는, 제1 실시예와 대비할 때, 고온 축열조(23) 대신 실내 열교환기(27)를 사용할 수 있다. 이때 실내 열교환기(27)에서는, 제2 냉매 사이클(20)을 순환하는 제2 냉매와, 온수난방 사이클(40)을 순환하는 물이 열교환하게 된다. 따라서 상기 실내 열교환기(27)는, 상기 제2 냉매를 응축 또는 증발시킬 수 있다.

축열조(25) 등을 포함하는 다른 구성의 경우, 제1 실시예와 동일하게 사용할 수 있으므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

이하에서는 도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 실시예에서의 냉매 또는 물의 흐름에 대하여 자세히 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제1 냉매가 순환하는 모습을 보여주는 도면이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제2 냉매가 순환하며 물이 가열되는 모습을 보여주는 도면이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 물이 가열되는 모습을 보여주는 도면이고, 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서 제상 운전 시 냉매 및 물이 순환하는 모습을 보여주는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치(1)에서, 상기 제1 냉매는, 제1 실시예와 마찬가지로 실외 압축기(12), 실외 열교환기(13), 실외 팽창기(14), 축열조(25)를 따라 순환하게 된다. 이때 제1 냉매가 응축하는 과정에서 제1 냉매로부터 배출되는 열은 상기 축열조(25)에 저장될 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 제2 냉매는, 실내 압축기(22), 실내 열교환기(27), 실내 팽창기(24), 축열조(25)를 따라 순환하게 된다. 이 경우 제2 냉매는 축열조(25)에 저장된 열을 공급받아 증발하고, 실내 열교환기(27)에서 응축한다. 상기 제2 냉매가 응축하는 과정에서 배출된 열은, 상기 온수난방 사이클(40)을 통해 상기 실내 열교환기(27)에 유입된 물에 공급될 수 있다.

또한 상기 실내 열교환기(27)에서 상기 제2 냉매로부터 배출된 열은, 급탕 사이클(30)을 순환하는 물에 공급될 수도 있다. 즉 상기 제2 냉매가 순환할 시, 급탕 사이클(30)을 따라 유동하는 물과, 온수난방 사이클(40)을 따라 유동하는 물이 각각 실내 열교환기(27)에서 가열될 수 있다.

도 9를 참조하면, 상기 축열조(25)에는 상기 제1 냉매 또는 제2 냉매가 응축하면서 배출된 열이 저장되어 있기 때문에, 본 실시예는 제1 냉매 또는 제2 냉매를 순환시키지 않더라도, 물을 가열할 수 있다. 다만 상기 축열조(25)에는 급탕 사이클(30)만 연결될 수 있으므로, 제2 냉매를 순환시키지 않을 경우 온수난방 사이클(40)은 구동되지 않을 수 있으며, 급탕 사이클(30)을 순환하는 물은 제1 실시예에서 가열된 물에 비해, 낮은 온도의 물로 변화할 수 있다.

도 10을 참조하면, 제1 냉매 사이클(10)을 제상 운전할 경우, 제1 냉매는 제1 실시예와 같이, 실외 압축기(12), 실외 열교환기(13), 실외 팽창기(14), 축열조(25)를 따라 순환한다. 이때 제1 냉매는, 축열조(25)에 저장되어 있던 열을 공급받기 때문에, 제2 냉매 사이클(20)의 구동과는 무관하게 제1 냉매 사이클(10)의 제상 운전이 가능할 수 있다.

즉 상기 제2 냉매는, 제1 냉매 사이클(10)을 제상 운전하더라도, 축열조(25)에서 응축 또는 증발이 모두 가능하다. 다만 제1 냉매 사이클(10)의 제상 운전 시 제2 냉매가 상기 축열조(25)에서 증발할 경우, 상기 축열조(25)에 저장되어 있는 열의 양에 따라서, 각 냉매 사이클을 순환하는 제1 냉매 또는 2 냉매의 양을 제어할 필요가 있을 것이다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 캐스케이드 히트펌프 장치 10: 제1 냉매 사이클
11: 실외기 12: 실외 압축기
13: 실외 열교환기 14: 실외 팽창기
15: 실외 냉매 배관 20: 제2 냉매 사이클
21: 실내기 22: 실내 압축기
23: 고온 축열조 24: 실내 팽창기
25: 축열조 26: 실내 냉매 배관
27: 실내 열교환기 30: 급탕 사이클
31: 급수 배관 32: 출수 배관
33: 물 저장부 34: 가열 배관
40: 온수난방 사이클

Claims

제1 냉매를 사용하는 제1 냉매 사이클; 및
상기 제1 냉매와 열교환하는 제2 냉매를 사용하는 제2 냉매 사이클을 포함하고,
상기 제1 냉매 사이클 또는 제2 냉매 사이클은,
상기 제1 냉매와 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매로부터 열을 받아 저장하고, 저장된 열을 상기 제1 냉매와 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매에 공급하는 축열조를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 냉매 및 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매로부터 상기 축열조에 열이 저장되는 시간과, 저장된 열을 상기 제1 냉매 및 제2 냉매 중 어느 하나의 냉매에 공급하는 시간은 이격되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 축열조는,
상기 제1 냉매로부터 배출되는 열을 저장하여 상기 제1 냉매를 응축시키고, 저장된 열을 상기 제2 냉매에 공급하여 상기 제2 냉매를 증발시켜서, 상기 제1 냉매 사이클에서의 응축기 및 상기 제2 냉매 사이클에서 증발기 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 축열조는,
상기 제2 냉매로부터 배출되는 열을 저장하여 상기 제2 냉매를 응축시키고, 저장된 열을 상기 제1 냉매에 공급하여 상기 제1 냉매를 증발시켜서, 상기 제2 냉매 사이클에서의 응축기 및 상기 제1 냉매 사이클에서 증발기 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 축열조는,
미리 저장된 열을 상기 제1 냉매 및 제2 냉매에 각각 공급하여 상기 제1 냉매 및 제2 냉매를 증발시켜서, 상기 제1 냉매 사이클에서의 증발기 및 상기 제2 냉매 사이클에서의 증발기 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 냉매 사이클은,
상기 축열조와, 상기 제1 냉매를 가이드 하는 실외 냉매 배관을 포함하여 냉매 사이클을 구성하고,
상기 제2 냉매 사이클은,
상기 축열조와, 상기 제2 냉매로부터 배출되는 열을 저장하는 고온 축열조와, 상기 제2 냉매를 가이드 하는 실내 냉매 배관을 포함하여 냉매 사이클을 구성하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 축열조에 저장된 열 또는 상기 고온 축열조에 저장된 열을 이용하여 물을 가열하는 급탕 사이클을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 급탕 사이클은,
물이 상기 축열조에서 1차로 가열된 후 상기 고온 축열조에서 2차로 가열되도록, 상기 물을 가이드 하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 급탕 사이클은,
물을 공급받는 급수 배관;
상기 급수 배관으로부터 공급된 물을 저장하고, 상기 축열조 또는 상기 고온 축열조를 통해 가열된 물을 저장하는 물 저장부;
상기 물 저장부에 저장된 물을 사용자에게 공급하는 출수 배관; 및
상기 물 저장부에 저장된 물을 상기 축열조 또는 상기 고온 축열조로 가이드 하는 가열 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 고온 축열조에 저장된 열을 이용하여 물을 가열하고, 상기 가열된 물을 이용하여 실내를 난방하는 난방 사이클을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 냉매 사이클은,
상기 축열조와, 상기 제1 냉매를 가이드 하는 실외 냉매 배관을 포함하여 냉매 사이클을 구성하고,
상기 제2 냉매 사이클은,
상기 축열조와, 상기 제2 냉매를 응축 또는 증발시키는 실내 열교환기와, 상기 제2 냉매를 가이드 하는 실내 냉매 배관을 포함하여 냉매 사이클을 구성하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 축열조에 저장된 열 또는 상기 실내 열교환기를 통과하는 냉매에 포함된 열을 이용하여 물을 가열하는 급탕 사이클을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 급탕 사이클은,
물이 상기 축열조에서 1차로 가열된 후 상기 실내 열교환기에서 2차로 가열되도록, 상기 물을 가이드 하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 실내 열교환기를 통과하는 냉매로부터 열을 공급받아 물을 가열하고, 상기 가열된 물을 이용하여 실내를 난방하는 난방 사이클을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.