KR20140128695A - 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법 - Google Patents

이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용처의 설정된 온도에 따라 고온부 사이클의 냉매 대 저온부 사이클의 냉매 또는 저온부 사이클의 냉매 대 사용처의 온수가 캐스케이드 열교환기에 의해 선택적으로 상호 열교환됨으로써, 종래의 이원 냉동사이클에서 과열현상이 나타나 고압 상태가 되어 시스템이 다운되는 현상이 방지되고, 저온부 사이클의 냉매에서 직접 온수를 생산하여 냉동사이클의 효율이 증가하며, 제 1 판형 열교환기의 저온부 제 1 유입/배출구와 제 2 판형 열교환기의 저온부 제 2 유입/배출구가 하나의 관이 분기되어 각각 연결되고, 상기 분기된 관에 쓰리웨이 밸브가 설치됨으로써, 사용처의 설정된 온수온도에 따라 저온부 사이클의 냉매를 이송시켜 열교환의 효율이 증대되고, 다중관 열교환기의 열교환을 통해 냉매의 과냉도 증가와 압축기의 흡입 과열도가 증가되어 냉동사이클의 효율이 증가되고, 그로 인해 엔탈피가 증가하여 더 많은 열원을 흡수할 수 있는 특징이 있다.

Description

이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법{Duality Cold Cycle Heat pump system of Control method}
본 발명은 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용처의 설정된 온도에 따라 고온부 사이클의 냉매 대 저온부 사이클의 냉매 또는 저온부 사이클의 냉매 대 사용처의 온수가 캐스케이드 열교환기에 의해 선택적으로 상호 열교환됨으로써, 종래의 이원 냉동사이클에서 과열현상이 나타나 고압 상태가 되어 시스템이 다운되는 현상이 방지되고, 저온부 사이클의 냉매에서 직접 온수를 생산하여 냉동사이클의 효율이 증가하며, 제 1 판형 열교환기의 저온부 제 1 유입/배출구와 제 2 판형 열교환기의 저온부 제 2 유입/배출구가 하나의 관이 분기되어 각각 연결되고, 상기 분기된 관에 쓰리웨이 밸브가 설치됨으로써, 사용처의 설정된 온수온도에 따라 저온부 사이클의 냉매를 이송시켜 열교환의 효율이 증대되고, 다중관 열교환기의 열교환을 통해 냉매의 과냉도 증가와 압축기의 흡입 과열도가 증가되어 냉동사이클의 효율이 증가되고, 그로 인해 엔탈피가 증가하여 더 많은 열원을 흡수할 수 있는 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법에 관한 것이다.
히트 펌프는 압축기, 4방밸브, 실내 열교환기, 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4방밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결하여 구성되되, 난방운전시에는 4방밸브를 압축기에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매증기가 실내 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 고온ㆍ고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실내 열교환기에서 응축하여 그 응축열을 유체와 열교환시킴으로써 온수를 생성하거나 실내공기를 가열하여서 난방 또는 건조기능을 수행하고, 상기 실내 열교환기에서 응축된 고온ㆍ고압의 냉매를 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실외 열교환기에서 공기(외기)를 열원으로 하여 증발시켜 저온ㆍ저압의 냉매증기가 되게 한 후 압축기에 흡입되어 상기한 사이클을 반복하는 것이다.
그리고 냉방운전시에는 4방밸브를 압축기에서 압축된 고온ㆍ고압의 냉매증기가 실외 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 고온ㆍ고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실외 열교환기에서 공기를 열원으로 하여 응축시키고, 상기 실외 열교환기에서 응축된 고온ㆍ고압의 냉매를 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실내 열교환기에서 냉매를 증발시켜 유체에서 증발열을 흡수함으로써 냉수를 생성하거나 실내공기를 냉각하여 냉방 등을 하며, 실내 열교환기에서 증발된 저온ㆍ저압의 냉매증기는 압축기에 흡입되어 상기한 사이클을 반복하는 것이다.
상기 히트펌프방식을 이원 사이클에 적용하면, 난방운전모드에서 안정적이고 지속적인 성능을 나타내기 위해 채택한다.
그런데, 이런 이원 사이클로 나타나는 두 냉매 간의 열전달 량의 차이에 의해 두 사이클의 용량이 상이하다는 단점이 발생하고, 이런 경우 단방향 운전 즉, 난방운전전용이나 냉방운전전용일 경우에는 두 사이클 간의 용량이 상이하여도 무방하지만, 히트펌프의 경우에는 상호 간의 부하가 단점으로 작용된다.
공개특허공보 제10-2011-0010048호 공개특허공보 제10-2012-0104505호 공개특허공보 제10-2010-0114909호 공개특허공보 제10-2011-0110722호
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
사용처의 설정된 온도에 따라 고온부 사이클의 냉매 대 저온부 사이클의 냉매 또는 저온부 사이클의 냉매 대 사용처의 온수가 캐스케이드 열교환기에 의해 선택적으로 상호 열교환됨으로써, 종래의 이원 냉동사이클에서 과열현상이 나타나 고압 상태가 되어 시스템이 다운되는 현상이 방지되고, 저온부 사이클의 냉매에서 직접 온수를 생산하여 냉동사이클의 효율이 증가하는 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 제 1 판형 열교환기의 저온부 제 1 유입/배출구와 제 2 판형 열교환기의 저온부 제 2 유입/배출구가 하나의 관이 분기되어 각각 연결되고, 상기 분기된 관에 쓰리웨이 밸브가 설치됨으로써, 사용처의 설정된 온수온도에 따라 저온부 사이클의 냉매를 이송시켜 열교환의 효율이 증대되는 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 다중관 열교환기의 열교환을 통해 냉매의 과냉도 증가와 압축기의 흡입 과열도가 증가되어 냉동사이클의 효율이 증가되고, 그로 인해 엔탈피가 증가하여 더 많은 열원을 흡수할 수 있는 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법에 있어서,
사용처에 설정된 열원수의 온도에 따라 고온부 사이클 및 저온부 사이클을 선택적으로 적용시키는 단계(S100);
사용처에 설정된 고온의 열원수가 필요시, 고온부 사이클이 작동되어 고온부 열교환기를 통해 사용처의 공급수와 열교환되어 고온열원을 공급하는 단계(S200);
사용처에 설정된 중온의 열원수가 필요시, 저온부 사이클이 작동되어 캐스케이드 열교환기를 통해 사용처의 공급수와 저온부 사이클의 냉매가 열교환되어 중온열원을 공급하는 단계(S300);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법은 사용처의 설정된 온도에 따라 고온부 사이클의 냉매 대 저온부 사이클의 냉매 또는 저온부 사이클의 냉매 대 사용처의 온수가 캐스케이드 열교환기에 의해 선택적으로 상호 열교환됨으로써, 종래의 이원 냉동사이클에서 과열현상이 나타나 고압 상태가 되어 시스템이 다운되는 현상이 방지되고, 저온부 사이클의 냉매에서 직접 온수를 생산하여 냉동사이클의 효율이 증가하는 효과가 있다.
또한, 제 1 판형 열교환기의 저온부 제 1 유입/배출구와 제 2 판형 열교환기의 저온부 제 2 유입/배출구가 하나의 관이 분기되어 각각 연결되고, 상기 분기된 관에 쓰리웨이 밸브가 설치됨으로써, 사용처의 설정된 온수온도에 따라 저온부 사이클의 냉매를 이송시켜 열교환의 효율이 증대되는 효과가 있다.
또한, 다중관 열교환기의 열교환을 통해 냉매의 과냉도 증가와 압축기의 흡입 과열도가 증가되어 냉동사이클의 효율이 증가되고, 그로 인해 엔탈피가 증가하여 더 많은 열원을 흡수할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이원 냉동사이클 히트펌프시스템을 나타낸 상세 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법를 나타낸 순서도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저온부용 다중관 열교환기의 제어방법를 나타낸 순서도이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법에 있어서,
사용처에 설정된 열원수의 온도에 따라 고온부 사이클 및 저온부 사이클을 선택적으로 적용시키는 단계(S100);
사용처에 설정된 고온의 열원수가 필요시, 고온부 사이클이 작동되어 고온부 열교환기를 통해 사용처의 공급수와 열교환되어 고온열원을 공급하는 단계(S200);
사용처에 설정된 중온의 열원수가 필요시, 저온부 사이클이 작동되어 캐스케이드 열교환기를 통해 사용처의 공급수와 저온부 사이클의 냉매가 열교환되어 중온열원을 공급하는 단계(S300);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이원 냉동사이클 히트펌프시스템을 나타낸 상세 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법를 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저온부용 다중관 열교환기의 제어방법를 나타낸 순서도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법은 사용처에 설정된 열원수의 온도에 따라 고온부 사이클(100) 및 저온부 사이클(200)을 선택적으로 적용시키는 것(S100)으로써, 우선, 원 냉동사이클 히트펌프시스템에 대해 이하에서 간략하게 설명한다.
상기 이원 냉동사이클 히트펌프시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 고온부 사이클(100)과, 저온부 사이클(200)과, 캐스케이드 열교환기(300)로 구성된다.
상기 고온부 사이클(100)은 도 1에서처럼, 설정된 고온 즉, 80℃ 이상의 고온을 생성하도록 냉매를 고온,고압으로 압축시키는 고온부 압축기(10)와, 상기 고온부 압축기(10)의 증기냉매가 이송되어 사용처에 설정온도의 고온수가 필요시, 사용처의 공급수와 열교환되어 고온열원을 공급하는 고온부 열교환기(11)와, 상기 고온부 열교환기(11)를 통해 열교환된 냉매를 팽창시키는 고온부 팽창밸브(12)로 구성된다. 이때, 상기에서 기술한 모든 장치는 배관으로 연결되며, 이하의 장치들도 배관으로 연결되는 것이다.
여기서, 상기 고온부 사이클(100)은 도 1에서처럼, 상기 캐스케이드 열교환기(300)에 고온부 팽창밸브(12)에서 팽창된 냉매가 이송되어 저온부 사이클(200)의 냉매가 상호 열교환됨으써, 과열도와 과냉도가 조절되고, 그로 인해 엔탈피가 늘어서 더 많은 열원을 흡수할 수 있다.
그리고, 상기 캐스케이드 열교환기(300)에서 열교환된 냉매는 다시 고온부 압축기(10)로 이송된다.
이렇듯, 상기 사용처에 설정된 고온의 열원수가 필요시, 도 2에서처럼, 고온부 사이클(100)이 작동되어 고온부 열교환기(11)를 통해 사용처의 공급수와 열교환되어 고온열원을 공급하는 것(S200)으로, 본 발명에서는 사용처의 설정된 고온은 80℃ 이상의 온도이지만 외부 환경과 시스템의 조건에 따라 온도는 변경 가능하다.
또한, 상기 고온부 사이클(100)의 고온열원이 사용처에 공급시, 저온부 사이클(200)도 작동되어 저온부 사이클(200)의 냉매와 사용처의 공급수와 열교환된 고온부 사이클(100)의 냉매가 캐스케이드 열교환기(300)를 통해 열교환되어 저온부 사이클(200)의 냉매열원이 고온부 사이클(100)의 냉매에 공급된다.
한편, 상기 저온부 사이클(200)은 도 1에 도시한 바와 같이, 설정된 고온 즉, 35℃ 이하의 고온을 생성하도록 냉매를 고온,고압으로 압축시키는 저온부 압축기(20)와, 상기 저온부 압축기(20)의 증기냉매가 사방밸브(21)에 의해 캐스케이드 열교환기(300)에 이송되어 열교환된 냉매를 팽창시키는 저온부 팽창밸브(22)와, 상기 저온부 팽창밸브(22)에서 팽창된 냉매가 이송되어 외부의 공기와 열교환시키는 실외 열교환기(23)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기에서 기술한 모든 장치는 배관으로 연결되며, 이하의 장치들도 배관으로 연결되는 것이고, 상기 저온부 사이클(200)에 사방밸브(21)가 설치된 이유는 실외 열교환기(23)에 서리(결빙)가 발생시, 저온부 압축기(20)의 증기냉매를 실외 열교환기(23)에 이송시켜 제상 하기 위해 더 설치되는 것이다.
여기서, 상기 저온부 사이클(200)은 도 1에서처럼, 상기 캐스케이드 열교환기(300)에 저온부 압축기(20)의 증기냉매가 사방밸브(21)를 통해 이송되어 고온부 사이클(100)의 냉매와 상호 열교환됨으로써, 과열도와 과냉도가 조절되고, 그로 인해 엔탈피가 늘어서 더 많은 열원을 흡수할 수 있다. 이때,
또한, 상기 캐스케이드 열교환기(300)와 저온부 팽창밸브(22) 사이에는 도 1에서처럼, 이송되는 냉매의 용량 및 과열을 조절하도록 저온부용 다중관 열교환기(24)가 더 설치된다.
그리고, 상기 캐스케이드 열교환기(300)에서 열교환된 냉매는 팽창변을 거치고 실외 열교환기(23)에서 열교환된 뒤 사방밸브(21)를 통해 다시 저온부 압축기(20)로 이송된다.
한편, 상기 저온부용 다중관 열교환기(24)는 양측으로 관이 연결되는 케이스(미도시)로 형성되고, 상기 케이스 내에 양측 관과 연결되는 다수개의 삽입관(미도시)이 형성되어 캐스케이드 열교환기(300)에서 열교환되어 이송되는 냉매가 다수개의 삽입관을 관통하여 저온부 팽창밸브(22)에 전달된다.
여기서, 상기 저온부용 다중관 열교환기(24)는 도 1에서처럼, 저온부용 다중관 열교환기의 케이스와 연결된 바이패스 관(25)이 형성되어 캐스케이드 열교환기(300)에서 열교환되어 이송되는 냉매가 바이패스 관(25)을 통과하여 케이스 내부에 유입되어 삽입관의 냉매와 열교환된다.
그런데 이때, 상기 바이패스 관(25)에는 별도의 팽창밸브(26)가 더 설치되어 팽창된 냉매가 케이스 내부에 유입되고, 그로 인해 삽입관의 냉매와 상호 열교환되며, 상기 열교환된 케이스 내의 냉매는 저온부용 다중관 열교환기(24)의 일단부에 연통된 관을 따라 저온부 압축기(20)에 전달 이송되어 어느 정도 가열된 냉매를 저온부 압축기(20)에서 고온,고압의 증기냉매로 변화하기에 저온부 압축기(20)의 효율이 증가한다.
즉, 다시 한번 다중관 열교환기(24)의 열교환을 도 1를 참고하여 설명하면,
응축기인 캐스케이드 열교환기(300)를 통과한 냉매는 전자팽창변(22) 전단에 설치된 다중관 열교환기(24)를 향하는 냉매(70~95%) 중 일부(5~30%)의 냉매를 바이패스하여 팽창시킨 후 다중관 열교환기(24)에 상대 열교환 매체로 통과시킨다.
여기서, 팽창이 되지 않은 냉매 즉, 캐스케이드 열교환기(300)를 통과한 냉매는 팽창이 된 저온냉매와 열교환이 이루어지게 되어 온도가 떨어지므로 이는 과냉도 증가의 효과로 되고, 일부의 냉매(5~30%) 즉, 팽창된 냉매는 다중열 교환기(24)를 거치면서 팽창 후의 온도보다 높아진 온도가 되어, 관을 통해 압축기(20)에 전달되며, 상기 압축기(20)에 전달된 냉매는 압축기(20) 내의 스크롤(미도시)에 직접 분사하도록 하면, 압축기(20) 흡입 측의 냉매와 압축 스크롤에서 만나게 되는데, 결국 흡입 과열도의 개선(향상)이 가능한 결과를 가지게 된다.
이렇듯, 상기 사용처에 설정된 중온의 열원수가 필요시, 도 2에서처럼, 저온부 사이클(200)이 작동되어 캐스케이드 열교환기(300)를 통해 사용처의 공급수와 저온부 사이클(200)의 냉매가 열교환되어 중온열원을 공급하는 것(S300)으로써, 본 발명에서는 사용처의 설정된 중온은 50℃ 이상의 온도이지만 외부 환경과 시스템의 조건에 따라 온도는 변경 가능하다.
한편, 도 3에서처럼, 상기 캐스케이드 열교환기(300)에서 열교환된 냉매가 저온부용 다중관 열교환기(24)를 관통하고(S310), 상기 저온부용 다중관 열교환기(24)를 관통하는 냉매 중 일부의 냉매가 저온부용 다중관 열교환기(24) 전에서 바이패스 관(25)을 통해 팽창된 상태로 저온부용 다중관 열교환기(24)의 내부에 유입된다.(S320)
여기서, 상기 저온부용 다중관 열교환기(24)에서 관통되는 냉매와 팽창된 냉매가 상호 열교환되고, 상기 저온부용 다중관 열교환기(24)를 관통하는 냉매가 열교환 전의 온도보다 낮아져 과냉도를 조절하는 것이다.(S330)
그리고, 상기 열교환 후, 팽창된 냉매가 열교환 전의 온도보다 높아진 상태에서 관을 통해 저온부 압축기(20)의 내부에 전달되어 저온부 압축기(20)의 스크롤에 직접 분사되고(S340), 상기 저온부 압축기(20)의 스크롤에 직접 분사된 냉매와 저온부 압축기(20)의 흡입구로 유입된 냉매가 상호 혼합되어 과열도를 조절하는 것이다.(S350)
한편, 상기 캐스케이드 열교환기(300)는 도 1에 도시한 바와 같이, 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 고온부 사이클(100)과 저온부 사이클(200) 사이에 연결되고, 사용처와도 연결되어 상기 사용처의 설정된 온도(고온, 중온 등)에 따라 상기 저온부 사이클(200)의 열원이 고온부 사이클(100)에 전달되도록 열교환되거나, 상기 저온부 사이클(200)의 열원이 사용처에 직접적으로 전달되도록 열교환되는 판형 열교환기로써, 제 1 판형 열교환기(310)와 제 2 판형 열교환기(320)로 구성된다.
상기 제 1 판형 열교환기(310)는 도 1에 도시한 바와 같이, 저온부 사이클(200)의 냉매와 고온부 사이클(100)의 냉매가 상호 열교환되도록 일측면에 고온부 사이클(100)과 연결되는 고온부 유입/배출구(30,31)와, 상기 저온부 사이클(200)과 연결되는 저온부 제 1 유입/배출구(40,41)가 각각 형성된다.
여기서, 상기 고온부 유입구(30)는 도 1에서처럼, 제 1 판형 열교환기(310)의 하단부에 형성되어 고온부 사이클(100)의 응축기와 연결되고, 상기 고온부 배출구(31)는 고온부 유입구(30)의 상측인 제 1 판형 열교환기(310)의 상단부에 형성되어 고온부 유입구(30)를 통해 유입된 고온부 사이클(100)의 냉매가 고온부 사이클(100)의 압축기(10)에 전달된다. 이때, 고온부 사이클(100)의 냉매는 저온부 사이클(200)의 냉매와 제 1 판형 열교환기(310)를 통해 열교환된다.
그리고, 상기 저온부 제 1 유입구(40)는 도 1에서처럼, 제 1 판형 열교환기(310)의 상단부에 형성되어 저온부 사이클(200)의 압축기와 연결되고, 상기 저온부 제 1 배출구(41)는 저온부 제 1 유입구(40)의 하측인 제 1 판형 열교환기(310)의 하단부에 형성되어 저온부 제 1 유입구(40)를 통해 저온부 사이클(200)의 냉매가 유입된 뒤, 고온부 사이클(100)의 냉매와 제 1 판형 열교환기(310)를 통해 열교환한 뒤, 저온부 제 1 배출구(41)를 통해 배출된다.
또한, 상기 저온부 제 1 유입구(40)는 제 1 판형 열교환기(310)의 상단부에 형성되는데, 고온부 배출구(31)와 동일 선상에 형성되고, 상기 저온부 제 1 배출구(41)는 제 1 판형 열교환기(310)의 하단부에 형성되는데, 고온부 유입구(30)와 동일 선상에 형성된다.
상기 제 2 판형 열교환기(320)는 도 1에 도시한 바와 같이, 저온부 사이클(200)의 냉매와 사용처의 온수가 상호 열교환 되도록 일측면에 저온부 사이클(200)과 연결되는 저온부 제 2 유입/배출구(50,51)가 형성되고, 상기 제 2 판형 열교환기(320)의 타측면에는 사용처와 직접 연결되는 사용처 유입/배출구(60,61)가 형성된다.
여기서, 상기 저온부 제 2 유입구(50)는 도 1에서처럼, 제 2 판형 열교환기(320)의 상단부에 형성되어 저온부 사이클(200)의 압축기(20)와 연결되고, 상기 저온부 제 2 배출구(51)는 저온부 제 2 유입구(50)의 하측인 제 2 판형 열교환기(320)의 하단부에 형성되어 저온부 제 2 유입구(50)를 통해 저온부 사이클(200)의 냉매가 유입된 뒤, 사용처의 온수와 제 2 판형 열교환기(320)를 통해 열교환한 뒤, 저온부 제 2 배출구(51)를 통해 배출된다.
그리고, 상기 사용처 유입구(60)는 도 1에서처럼, 제 2 판형 열교환기(320)의 후면 즉, 저온부 제 2 유입/배출구(50,51)의 반대측에 형성되는데, 상기 제 2 판형 열교환기(320)의 하단부에 형성되고, 상기 사용처 배출구(61)는 사용처 유입구(60)의 상부인 제 2 판형 열교환기(320)의 상단부에 형성된다. 이때, 상기 사용처 유입구(60)를 통해 사용처의 온수가 유입되어 저온부 사이클(200)의 냉매와 제 2 판형 열교환기(320)를 통해 열교환된 뒤, 사용처 배출구(61)를 통해 배출된다.
또한, 상기 사용처 유입/배출구(60,61)는 사용처와 배관으로 연결되는데, 도 1에서처럼, 사용처의 배관이 고온부 사이클(100)의 응축기와 동시에 연결되도록 하나의 배관이 분기되어 사용처 유입/배출구(60,61)와 응축기(11, 고온부 열교환기, 이하 응축기라 칭함.)의 유입/배출구에 각각 연결된다.
그리고, 상기 사용처의 배관이 분기되는 부위에는 쓰리웨이 밸브(70)가 설치되어 사용처의 설정된 온수온도에 따라 제어부(미도시)의 제어에 의해 사용처의 온수가 고온부 사이클(100)의 응축기(11) 또는 제 2 판형 열교환기(320)에 선택적으로 이송된다.
한편, 상기 제 1 판형 열교환기(310)의 저온부 제 1 유입구(40)와 제 2 판형 열교환기(320)의 저온부 제 2 유입구(50)는 도 1에서처럼, 하나의 관이 분기되어 각각 동시에 연결되고, 상기 제 1 판형 열교환기(310)의 저온부 제 1 배출구(41)와 제 2 판형 열교환기(320)의 저온부 제 2 배출구(51)는 하나의 관이 분기되어 각각 동시에 연결된다.
그런데, 상기 하나의 관이 분기되는 부위에는 도 1에서처럼, 쓰리웨이 밸브(70)가 설치되어 사용처의 설정된 온수온도에 따라 저온부 제 1 유입구(40) 또는 저온부 제 2 유입구(50) 및 저온부 제 1 배출구(41) 또는 저온부 제 2 배출구(51)에 저온부 사이클(200)의 냉매를 선택적으로 이송시킴으로써, 사용처의 미온수시, 저온부 제 2 유입/배출구(50,51)를 통해 저온부 사이클(200)의 냉매가 이송되면서 사용처의 온수와 열교환된다.
또한, 사용처의 고온수시에는 고온부 사이클(100)의 응축기(11)를 통해 사용처의 온수가 고온부 사이클(100)의 냉매와 열교환되어 고온수가 되고, 상기 저온부 제 1 유입/배출구(40,41)를 통해 저온부 사이클(200)의 냉매가 이송되어 제 1 판형 열교환기(310)를 통해 고온부 사이클(100)의 냉매와 열교환된다.
한편, 본 발명의 캐스케이드 열교환기(300)는 제 1 판형 열교환기(310)와, 제 2 판형 열교환기(320)로 구성되되, 상기 제 1 판형 열교환기(310)와 제 2 판형 열교환기(320)가 하나의 열교환기 케이스 내에 일체형으로 형성되어 하나의 유닛화된다. 이때, 상기 열교환기 케이스(미도시)의 일면에는 고온부 유입/배출구(30,31)와 저온부 제 1 유입/배출구(40,41) 및 저온부 제 2 유입/배출구(50,51)가 각각 형성되고, 타측면에는 사용처 유입/배출구(60,61)가 형성된다.
10 : 고온부 압축기 11 : 고온부 열교환기
12 : 고온부 팽창밸브 20 : 저온부 압축기
21 : 사방밸브 22 : 저온부 팽창밸브
23 : 실외 열교환기 24 : 저온부용 다중관 열교환기
25 : 바이패스 관 26 : 팽창밸브
30 : 고온부 유입구 31 : 고온부 배출구
40 : 저온부 제 1 유입구 41 : 저온부 제 1 배출구
50 : 저온부 제 2 유입구 51 : 저온부 제 2 배출구
60 : 사용처 유입구 61 : 사용처 배출구
70 : 쓰리웨이 밸브 100 : 고온부 사이클
200 : 저온부 사이클 300 : 캐스케이드 열교환기
310 : 제 1 판형 열교환기 320 : 제 2 판형 열교환기

Claims (4)

  1. 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법에 있어서,
    사용처에 설정된 열원수의 온도에 따라 고온부 사이클(100) 및 저온부 사이클(200)을 선택적으로 적용시키는 단계(S100);
    사용처에 설정된 고온의 열원수가 필요시, 고온부 사이클(100)이 작동되어 고온부 열교환기(11)를 통해 사용처의 공급수와 열교환되어 고온열원을 공급하는 단계(S200);
    사용처에 설정된 중온의 열원수가 필요시, 저온부 사이클(200)이 작동되어 캐스케이드 열교환기(300)를 통해 사용처의 공급수와 저온부 사이클(200)의 냉매가 열교환되어 중온열원을 공급하는 단계(S300);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캐스케이드 열교환기(300)는 사용처의 설정된 온도에 따라 고온부 사이클(100)의 냉매와 저온부 사이클(200)의 냉매를 상호 열교환 하거나 상기 저온부 사이클(200)의 냉매와 사용처의 온수를 상호 열교환 하는 것을 특징으로 하는 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 캐스케이드 열교환기(300)는,
    상기 저온부 사이클(200)의 냉매와 고온부 사이클(100)의 냉매가 상호 열교환시, 일측면에 형성된 고온부 유입/배출구(30,31)를 통해 고온부 사이클(100)의 냉매가 이송되고, 일측면에 형성된 저온부 제 1 유입/배출구(40,41)를 통해 저온부 사이클(200)의 냉매가 이송되어 상호 열교환 되는 제 1 판형 열교환기(310)와;
    상기 저온부 사이클(200)의 냉매와 사용처의 온수가 상호 열교환시, 일측면에 형성된 저온부 제 2 유입/배출구(50,51)를 통해 저온부 사이클(200)의 냉매가 이송되고, 타측면에 형성된 사용처 유입/배출구(60,61)를 통해 사용처의 열원수가 이송되어 상호 열교환 되는 제 2 판형 열교환기(320);
    를 포함하여 구성되고, 상기 제 1 판형 열교환기(310)와 제 2 판형 열교환기(320)는 하나의 케이스 내에 구비되어 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    저온부 사이클(200)의 냉매가 열교환되어 중온 열원을 공급하는 단계(S300)에서,
    상기 캐스케이드 열교환기(300)에서 열교환된 냉매가 저온부용 다중관 열교환기(24)를 관통하는 단계(S310);
    상기 저온부용 다중관 열교환기(24)를 관통하는 냉매 중 일부의 냉매가 저온부용 다중관 열교환기(24) 전에서 바이패스 관(25)을 통해 팽창된 상태로 저온부용 다중관 열교환기(24)의 내부에 유입되는 단계(S320);
    상기 저온부용 다중관 열교환기(24)에서 관통되는 냉매와 팽창된 냉매가 상호 열교환되고, 상기 저온부용 다중관 열교환기(24)를 관통하는 냉매가 열교환 전의 온도보다 낮아져 과냉도를 조절하는 단계(S330);
    상기 열교환 후, 팽창된 냉매가 열교환 전의 온도보다 높아진 상태에서 관을 통해 저온부 압축기(20)의 내부에 전달되어 저온부 압축기(20)의 스크롤에 직접 분사되는 단계(S340);
    상기 저온부 압축기(20)의 스크롤에 직접 분사된 냉매와 저온부 압축기(20)의 흡입구로 유입된 냉매가 상호 혼합되어 과열도를 조절하는 단계(S350);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이원 냉동사이클 히트펌프시스템의 제어방법.
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