KR20150092642A - 히트펌프 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 시스템에는, 냉매를 압축하는 복수의 압축기; 상기 복수의 압축기의 토출측에 제공되며, 상기 복수의 압축기에서 압축된 냉매에 혼합된 오일을 분리하기 위한 오일 분리기; 상기 오일 분리기로부터 연장되어, 상기 복수의 압축기로 오일을 회수하는 오일분리 배관; 및 상기 복수의 압축기 중 일 압축기로부터 연장되어, 상기 일 압축기에 저장된 오일을 상기 복수의 압축기 중 타 압축기로 회수하는 압축기 균유배관이 포함된다.

Description

히트펌프 시스템{A heat-pump system and a method controlling the same}
본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
히트펌프 시스템은 냉방 또는 난방운전을 수행할 수 있는 냉동 사이클이 구비되는 시스템으로서, 온수 공급장치 또는 냉난방 장치와 연동될 수 있다. 즉, 냉동 사이클의 냉매와 소정의 축열 매체가 열교환 하여 얻어진 열원을 이용하여 온수를 생산하거나, 냉난방을 위한 공기 조화를 수행할 수 있다.
상기 냉동 사이클에는, 냉매의 압축을 위한 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 감압하는 팽창장치 및 상기 감압된 냉매를 증발시키는 증발기가 포함된다.
상기 히트펌프 시스템에는, 전기 히트펌프 시스템 또는 가스 히트펌프 시스템이 포함된다.
상기 전기 히트펌프 시스템은 비교적 소용량 또는 중용량의 압축기가 구동되며, 상기 압축기는 전기 모터를 구동력으로 하여 운전될 수 있다.
반면에, 상기 가스 히트펌프 시스템은 가정용이 아닌, 산업용이나 큰 빌딩의 공기조화를 위하여 대용량의 압축기가 요구된다. 즉, 많은 양의 냉매를 고온 고압의 기체로 압축하기 위한 압축기를 구동하기 위하여 전기 모터가 아닌 가스 엔진을 이용하는 시스템으로서 가스 히트펌프 시스템이 사용될 수 있다.
상기 가스 히트펌프 시스템에는, 연료와 공기의 혼합물(이하, 혼합연료)을 이용하여 동력을 발생시키는 엔진이 포함된다. 일례로, 엔진에는, 상기 혼합연료가 공급되는 실린더와, 상기 실린더 내에서 운동 가능하게 제공되는 피스톤이 포함될 수 있다.
히트펌프 시스템 또는 가스 히트펌프 시스템에 관한 다수의 종래문헌이 존재한다. 일례로, 본 출원인은 아래와 같은 히트펌프 시스템에 관한 발명을 출원한 바 있다.
1. 출원번호 10-2012-0014758 (출원일 : 2012년 2월 14일), 발명의 명칭 : 가스 히트펌프 시스템
2. 출원번호 10-2012-0016202 (출원일 : 2012년 2월 17일), 발명의 명칭 : 가스 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법
이러한 종래의 히트펌프 시스템에 의하면, 냉동 사이클을 순환하는 냉매로부터 오일 분리가 원활하게 이루어지지 않아, 압축기에 오일이 부족한 문제점이 발생하였다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 오일 균유가 적절하게 이루어질 수 있는 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 시스템에는, 냉매를 압축하는 복수의 압축기; 상기 복수의 압축기의 토출측에 제공되며, 상기 복수의 압축기에서 압축된 냉매에 혼합된 오일을 분리하기 위한 오일 분리기; 상기 오일 분리기로부터 연장되어, 상기 복수의 압축기로 오일을 회수하는 오일분리 배관; 및 상기 복수의 압축기 중 일 압축기로부터 연장되어, 상기 일 압축기에 저장된 오일을 상기 복수의 압축기 중 타 압축기로 회수하는 압축기 균유배관이 포함된다.
또한, 상기 일 압축기는 전동 압축기이고, 상기 타 압축기는 가스엔진 압축기인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오일 분리기의 타측에 제공되며, 상기 오일 분리기에서 분리된 오일이 배출되는 오일분리 배관; 및 상기 오일 분리기의 일측에 제공되며, 상기 오일 분리기에서 오일이 분리된 냉매가 배출되는 오일분리기 토출배관이 더 포함된다.
또한, 상기 오일분리 배관은, 상기 복수의 압축기의 공통흡입 배관에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오일분리 배관에는, 상기 압축기 균유배관이 연결되는 합지부가 포함된다.
또한, 상기 압축기 균유배관에는, 상기 압축기 균유배관을 유동하는 오일의 유동량을 조절하기 위한 밸브장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 압축기의 입구측에 제공되며, 냉매 중 기상 냉매를 분리하여 상기 복수의 압축기에 공급하는 기액분리기; 및 상기 기액분리기로부터 상기 공통흡입 배관으로 연장되는 기액분리 균유배관이 더 포함된다.
또한, 상기 일 압축기에는 균유 홀을 가지는 케이스가 포함되며, 상기 압축기 균유배관의 일측 단부는 상기 균유 홀에 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 일 압축기가 구비되는 제 1 실외기; 및 상기 타 압축기가 구비되는 제 2 실외기가 포함된다.
또한, 상기 제 1 실외기에는, 상기 일 압축기로 냉매의 흡입을 가이드 하며, 상기 제 2 실외기로부터 오일을 회수하는 제 1 공통흡입 배관이 포함된다.
또한, 상기 제 2 실외기에는, 상기 타 압축기로 냉매의 흡입을 가이드 하며, 상기 제 1 실외기로부터 오일을 회수하는 제 2 공통흡입 배관이 포함된다.
또한, 상기 제 2 실외기에는, 상기 타 압축기에서 토출된 냉매가 유입되는 제 2 오일분리기; 및 상기 제 2 오일분리기로부터 연장되며, 상기 제 1 공통흡입 배관에 결합되는 오일분리기 균유배관이 포함된다.
다른 측면에 따른 히트펌프 시스템에는, 전동 압축기 및 제 1 오일분리기가 포함되는 제 1 실외기; 가스엔진 압축기 및 제 2 오일분리가 포함되는 제 2 실외기; 상기 전동 압축기에 결합되어 상기 제 2 실외기로 연장되며, 상기 전동 압축기의 오일을 상기 가스엔진 압축기로 회수하는 압축기 균유배관; 및 상기 제 2 오일분리기에 결합되어 상기 제 1 실외기로 연장되며, 상기 제 2 오일분리기의 오일을 상기 전동 압축기로 회수하는 오일분리기 균유배관이 포함된다.
또한, 상기 전동 압축기로 냉매의 흡입을 가이드 하는 제 1 공통흡입 배관이 더 포함되며, 상기 오일분리기 균유배관은 상기 제 1 공통흡입 배관에 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스엔진 압축기로 냉매의 흡입을 가이드 하는 제 2 공통흡입 배관이 더 포함되며, 상기 압축기 균유배관은 상기 제 2 공통흡입 배관에 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 시스템에 의하면, 오일 분리기 또는 압축기에서 분리된 오일을 압축기의 공통 흡입배관으로 공급하여, 압축기 운전시 오일이 용이하게 회수될 수 있다는 장점이 있다.
특히, 실외기에 전동 압축기와 가스엔진 압축기가 구비되는 경우, 압축기의 운전상태에 따라 오일이 상기 전동 압축기에는 과다하게 저장되고 가스엔진 압축기에는 오일이 부족하게 되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 전동 압축기에 균유 홀을 형성하고, 압축기 균유배관이 상기 균유 홀로부터 상기 압축기의 공통 흡입배관으로 연장되므로, 상기 전동 압축기에서 상기 균유 홀 이상의 수위를 형성하는 오일은 가스엔진 압축기로 효과적으로 분배될 수 있게 된다.
또한, 전동 압축기가 구비되는 제 1 실외기 및 가스엔진 압축기가 구비되는 제 2 실외기가 연계되어 오일의 분배가 이루어질 수 있으므로, 다수의 실외기간 오일의 불균형 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 오일회수 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 오일회수 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 사이클 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프 시스템(10)에는, 공기조화 시스템으로서 냉매 사이클을 구성하는 다수의 부품이 포함된다. 상세히, 상기 냉매 사이클에는, 냉매를 압축하는 제 1,2 압축기(110,112) 및 상기 제 1,2 압축기(110,112)에서 압축된 냉매의 방향을 전환하여 주는 유동전환 밸브(140)가 포함된다.
상기 가스 히트펌프 시스템(10)에는, 실외 열교환기(150) 및 실내 열교환기(210)가 더 포함된다. 상기 실외 열교환기(150)는 실외측에 배치되는 실외기의 내부에 배치되고, 상기 실내 열교환기(210)는 실내측에 배치되는 실내기(200)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 유동전환 밸브(140)를 통과한 냉매는 상기 실외 열교환기(150) 또는 실내 열교환기(210)로 유동한다.
한편, 도 1에 도시된 시스템의 구성들은 실내 열교환기(210) 및 실내 팽창장치(220)를 제외하고 실외측, 즉 실외기의 내부에 배치될 수 있다. 상기 실외기와 실내기(200)는 실내기 연결배관(250)에 의하여 연결될 수 있다.
상세히, 상기 시스템(10)이 냉방운전 모드로 운전될 경우, 상기 유동전환 밸브(140)를 통과한 냉매는 상기 실외 열교환기(150)에서 응축된 후 상기 실내 열교환기(210) 측으로 유동한다. 반면에, 상기 시스템(10)이 난방운전 모드로 운전될 경우, 상기 유동전환 밸브(140)를 통과한 냉매는 상기 실내 열교환기(210)에서 응축된 후 상기 실외 열교환기(150) 측으로 유동한다.
상기 실외 열교환기(150)의 일측에는, 냉매를 감압하기 위한 실외 팽창장치(155)가 배치된다. 상기 실외 팽창장치(155)에는, 전자 팽창밸브(Electronic expansion valve, EEV)가 포함된다. 상기 시스템(10)이 난방운전 모드로 운전될 경우, 상기 실내 열교환기(210)를 거친 냉매는 상기 실외 팽창장치(155)에서 감압된 후 상기 실외 열교환기(150)에서 증발될 수 있다.
상기 시스템(10)에는, 상기 압축기(110,112), 실외 열교환기(150) 및 실내 기(200)등을 연결하여 냉매의 유동을 가이드 하는 냉매배관(141)이 더 포함된다.
상기 시스템(10)의 구성에 대하여, 냉방운전 모드를 기준으로 설명한다.
상기 제 1,2 압축기(110,112)에서 압축된 냉매는 상기 실외 열교환기(150)로 유동하여 외기와 열교환(응축) 할 수 있다. 상기 실외 열교환기(150)의 일측에는 외기를 불어주는 실외 팬(152)이 제공된다.
상기 실외 열교환기(150)를 통과한 냉매는 실내기(200) 측으로 유동하며, 상기 실내 팽창장치(220)에서 감압된 후 상기 실내 열교환기(210)에서 증발된다. 상기 실내 팽창장치(220)는 상기 실내기(200)의 내부에 설치되며, 전자 팽창밸브(EEV)로 구성될 수 있다.
상기 실내 열교환기(210)에서 증발된 냉매는 상기 유동전환 밸브(140)을 경유하여, 보조 열교환기(170)로 유동한다. 상기 보조 열교환기(170)는 증발된 저압의 냉매와 고온의 냉각수간에 열교환이 이루어질 수 있는 열교환기로서, 일례로 판형 열교환기가 포함될 수 있다.
상기 실내 열교환기(210)에서 증발된 냉매는 상기 보조 열교환기(170)를 통과하면서 흡열될 수 있으므로, 증발 효율이 개선될 수 있다. 상기 보조 열교환기(170)의 출구측에는, 증발된 냉매 중 기상 냉매를 분리하기 위한 기액분리기(145)가 제공된다.
상기 보조 열교환기(170)를 통과한 냉매는 상기 기액분리기(145)에서 기액 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 제 1,2 압축기(110,112)로 분지하여 흡입될 수 있다.
한편, 상기 히트펌프 시스템(10)에는, 냉각수의 유동을 가이드 하는 냉각수 유로(165)가 더 포함된다. 그리고, 상기 냉각수 유로(165)에는, 냉각수의 유동력을 발생시키는 냉각수 펌프(160)가 설치될 수 있다.
상기 냉각수 펌프(160)가 구동되면, 냉각수는 상기 냉각수 유로(165)를 유동하며, 상기 보조 열교환기(170)를 통과할 수 있다. 상기한 바와 같이, 냉각수는 상기 보조 열교환기(170)에서 냉매와 열교환 되어 냉각될 수 있다.
상기 히트펌프 시스템(10)에는, 상기 제 1 압축기(110)의 구동을 위한 동력을 발생시키는 엔진(120)이 포함될 수 있다. 상기 제 1 압축기(110)는 상기 엔진(120)의 구동력에 의하여 구동되는 가스엔진 압축기일 수 있다. 반면에, 상기 제 2 압축기(112)는 전기모터에 의하여 구동되는 전동 압축기일 수 있다.
상기 냉각수 유로(165)는 상기 엔진(120)을 경유한다. 냉각수는 상기 엔진(120)을 통과하면서 상기 엔진(120)을 냉각시킬 수 있다. 즉, 냉각수는 상기 냉각수 유로(165)를 유동하면서, 상기 엔진(120)을 냉각시키고 상기 보조 열교환기(170)에서 냉매를 가열할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 오일회수 구조를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템(10)에는, 증발된 냉매가 유입되는 기액 분리기(145)와, 상기 기액 분리기(145)에서 분리된 기상 냉매가 유입되는 제 1,2 압축기(110,112) 및 상기 제 1,2 압축기(110,112)의 토출측에 제공되어 압축된 냉매에 혼입된 오일을 분리하는 오일 분리기(130)가 포함된다.
상기 오일 분리기(130)의 일측에는, 상기 오일 분리기(130)에서 오일이 분리된 냉매가 배출되는 오일분리기 토출배관(119)가 연장된다.
상기 제 1 압축기(110)는 가스엔진 압축기로서, 엔진(120)에 결합될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 압축기(112)는 전동 압축기로서, 상기 제 1 압축기(110)와 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제 2 압축기(112)는 저부하 대응에 유리한 압축기로서 운전효율이 좋은 장점을 가진다. 그리고, 상기 제 1 압축기(110)는 설정부하 이상으로 부하가 커지면 사용될 수 있는 대용량 압축기로서 이해될 수 있다.
상기 기액 분리기(145)의 출구측에는, 공통흡입 배관(105)이 연장된다. 상기 공통흡입 배관(105)은 제 1 분지관(148) 및 제 2 분지관(149)으로 분지될 수 있다. 상기 제 1 분지관(148)은 상기 제 1 압축기(110)의 흡입측에 연결되며, 상기 제 2 분지관(149)은 상기 제 2 압축기(112)의 흡입측에 연결될 수 있다.
상기 기액 분리기(145)에서 배출된 기상 냉매는 상기 공통흡입 배관(105)을 유동하여 상기 제 1,2 분지관(148,149)으로 분지되며, 상기 제 1,2 압축기(110,112)로 흡입될 수 있다. 상기 공통흡입 배관(105) 및 제 1,2 분지관(148,149)은 상기 제 1,2 압축기(110,112)로 냉매를 흡입시키기 위한 "흡입유로"로서 이해될 수 있다.
상기 제 1 압축기(110) 및 제 2 압축기(112)에서 압축된 냉매는 제 1 합지부(113)에서 합지되어 상기 오일 분리기(130)로 유입될 수 있다. 상기 제 1 합지부(113)는 상기 제 1 압축기(110)의 토출측 배관과, 상기 제 2 압축기(112)의 토출측 배관이 합지되는 지점으로서 이해된다.
상기 오일 분리기(130)에 유입된 냉매에는, 상기 제 1,2 압축기(110,112)에 존재하는 오일이 포함될 수 있다. 상기 냉매에 혼합된 오일은 상기 오일 분리기(130)의 내부에서 분리되어 상기 제 1,2 압축기(110,112)로 회수될 수 있다.
그리고, 상기 오일이 분리된 냉매는 상기 오일분리기 토출배관(119)을 통하여, 상기 유동전환 밸브(140)로 유동한다. 도 2에서는, 냉매 유동이 점선 화살표로 표시되며, 오일 유동이 실선 화살표로 표시된다.
상기 오일 분리기(130)에는, 상기 오일 분리기(130)에서 분리된 오일이 배출되는 오일분리 배관(131)이 결합된다. 일례로, 상기 오일분리기 토출배관(119)은 상기 오일분리기(130)의 상부에 결합되고, 상기 오일분리 배관(131)은 상기 오일분리기(130)의 하부에 결합될 수 있다.
상기 오일분리 배관(131)에는, 상기 오일분리 배관(131)을 유동하는 오일의 유량을 조절하기 위한 제 1 유량조절부(132)가 설치된다. 일례로, 상기 제 1 유량조절부(132)에는 모세관(capillary tube)이 포함될 수 있다.
상기 오일분리 배관(131)은 상기 공통흡입 배관(105)에 결합될 수 있다. 따라서, 상기 오일분리 배관(131)의 오일은 상기 공통흡입 배관(105)으로 유동하며, 상기 제 1,2 분지관(148,149)을 경유하여 상기 제 1,2 압축기(110,112)로 각각 흡입될 수 있다.
상기 제 2 압축기(112)에는, 상기 제 2 압축기(112)에 저장된 오일을 배출하기 위한 압축기 균유배관(114)이 결합된다.
상세히, 상기 제 2 압축기(112)에는, 케이스(112a) 및 상기 케이스(112a)에 형성되는 균유홀(112b)이 포함된다. 상기 균유홀(112b)은 상기 케이스(112b)의 하단부로부터 설정높이에 형성될 수 있다. 상기 설정높이는, 오일의 최적유면 높이에 대응하는 높이일 수 있다.
상기 압축기 균유배관(114)은 상기 균유홀(112b)에 결합되어, 상기 오일분리 배관(131)으로 연장된다. 즉, 상기 압축기 균유배관(114)의 일측 단부는 상기 균유홀(112b)에 결합되며, 타측 단부는 상기 오일분리 배관(131)에 결합될 수 있다.
상기 압축기 균유배관(114)에는, 상기 압축기 균유배관(114)을 유동하는 오일의 유동량을 조절하기 위한 제 1 밸브(115) 및 제 2 유량조절부(116)가 설치될 수 있다. 상기 제 2 유량조절부(116)는 상기 제 1 밸브(115)의 일측에 설치될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 밸브(115)에는, 온/오프 조절 가능한 솔레노이드 밸브가 포함되며, 상기 제 2 유량조절부(116)에는 모세관(capillary tube)이 포함될 수 있다. 다른 예로서, 상기 제 1 밸브(115)에는, 개도 조절이 가능한 전자팽창 밸브(Electronic Expansion Valve)가 포함될 수 있다.
상기 압축기 균유배관(114)은 상기 오일분리 배관(131)의 제 2 합지부(117)에 결합된다. 상기 제 2 합지부(117)는 상기 오일분리 배관(131)의 일 부분으로서 상기 압축기 균유배관(114)이 연결되는 지점으로서 이해된다.
상기 제 2 압축기(112)에 저장된 오일의 유면 높이가 상기 균유홀(112b)의 높이 이상인 상태에서, 상기 제 1 밸브(115)가 온 개방되면, 상기 제 2 압축기(112)의 오일은 상기 압축기 균유배관(114)으로 배출된다. 그리고, 상기 압축기 균유배관(114)의 오일은 상기 제 2 유량조절부(116)를 통과하면서 유량 조절되어 상기 오일분리 배관(131)의 오일과 합쳐진다.
그리고, 합쳐진 오일은 상기 공통흡입 배관(105)으로 유입되어, 상기 기액 분리기(145)에서 배출된 냉매와 혼합된다. 그리고, 혼합된 냉매 및 오일은 상기 제 1,2 분지관(148,149)으로 분지되어, 상기 제 1 압축기(110) 및 제 2 압축기(112)로 흡입될 수 있다.
상기 기액 분리기(145)에는, 상기 기액 분리기(145)에 저장된 오일을 상기 공통흡입 배관(105)으로 가이드 하는 기액분리 균유배관(180)이 결합된다. 일례로, 상기 기액분리 균유배관(180)은 상기 기액 분리기(145)의 하부에 결합될 수 있다. 반면에, 상기 기액 분리기(145)에서 분리된 기상 냉매가 배출되는 배관은 상기 기액 분리기(145)의 상부에 결합될 수 있다.
상기 기액분리 균유배관(180)에는, 오일의 유동량을 조절하기 위한 제 2 밸브(185)가 설치된다. 일례로, 상기 제 2 밸브(185)에는 온/오프 조절이 가능한 솔레노이드 밸브가 포함된다. 다른 예로서, 상기 제 2 밸브(185)에는, 개도 조절이 가능한 전자팽창 밸브(Electronic Expansion Valve)가 포함될 수 있다.
상기 기액분리 균유배관(180)은 상기 공통흡입 배관(105)에 결합된다. 따라서, 상기 제 2 밸브(185)가 온 개방되면, 상기 기액 분리기(145)의 하부에 저장된 오일은 상기 기액분리 균유배관(180)으로 배출되어, 상기 공통흡입 배관(105)으로 유입될 수 있다.
한편, 제 1 압축기(110)가 가스엔진 압축기이고 제 2 압축기(112)가 전동 압축기일 때, 상기 제 1 압축기(110)의 내부에는 오일을 저장할 수 있는 공간(저장소)이 작고, 상기 제 2 압축기(112)의 내부에는 오일을 저장할 수 있는 공간이 상대적으로 크게 형성된다.
이 경우, 상기 제 1,2 압축기(110,112)가 동시에 운전되면, 오일은 상대적으로 제 2 압축기(112)에 편중되어 저장되는 경향이 나타날 수 있다. 일례로, 상기 제 2 압축기(112)에서의 오일 유면의 높이는 상기 균유홀(112b) 이상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 압축기(112)에서는 오일이 과다하게 저장되고, 상기 제 1 압축기(110)에서는 오일이 부족하게 되는 문제점이 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 상기 제 2 압축기(112)에 균유홀(112b)을 마련하고 상기 균유홀(112b)로부터 상기 오일분리 배관(131)으로 압축기 균유배관(114)을 연장함으로써, 상기 제 2 압축기(112)에 저장된 오일이 상기 제 1,2 압축기(110,112)로 나뉘어져 회수될 수 있게 된다.
결국, 상기 제 2 압축기(112)의 오일 유면은 점차 균유홀(112b)에 대응하는 높이까지 낮아지고, 상기 제 1 압축기(110)에서의 오일부족 현상도 해결될 수 있다. 이하에서는, 본 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 제어방법에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트펌프 시스템(10)이 가동되면, 제 1 압축기(110) 또는 제 2 압축기(112)의 운전여부가 인식될 수 있다. 상기한 바와 같이, 상기 제 1 압축기(110) 및 제 2 압축기(112)는 운전부하에 따라서 선택적으로 운전될 수 있다.
일례로, 요구되는 운전부하가 설정부하 이하일 경우에는, 제 2 압축기(112)만 운전되고, 설정부하 이상이 되면 상기 제 1,2 압축기(110,112)가 함께 운전될 수 있다.
상기 제 2 압축기(112)만 운전되는 경우, 상기 기액 분리기(145)에서 배출된 기상 냉매는 상기 제 2 분지관(149)을 경유하여 상기 제 2 압축기(112)로 유입된다. 그리고, 오일은 상기 오일분리 배관(131) 및 압축기 균유배관(114)을 거쳐 상기 공통흡입 배관(105)으로 유동하고, 상기 제 2 분지관(149)을 거쳐 상기 제 2 압축기(112)로 회수될 수 있다.
반면에, 상기 제 1,2 압축기(110,112)가 함께 운전되는 경우, 상기 기액 분리기(145)에서 배출된 기상 냉매는 상기 제 1,2 분지관(148,149)을 경유하여 상기 제 1,2 압축기(112)로 분지하여 유입된다. 그리고, 오일은 상기 오일분리 배관(131) 및 압축기 균유배관(114)을 거쳐 상기 공통흡입 배관(105)으로 유동하고, 상기 제 1,2 분지관(148,149)을 거쳐 상기 제 1,2 압축기(112)로 나뉘어져 회수될 수 있다(S11,S12).
상세히, 상기 제 1,2 압축기(110,112)가 모두 운전중인 경우, 상기 제 1 밸브(115)는 설정시간 동안 개방될 수 있다. 상기 제 1 밸브(115)가 개방되면, 오일은 상기 압축기 균유배관(114) 및 오일분리 배관(131)을 거쳐 상기 공통흡입 배관(105)으로 유입되며, 상기 제 1,2 분지관(148,149)을 거쳐 상기 제 1,2 압축기(112)로 나뉘어져 회수될 수 있다.
이 때, 상기 제 2 밸브(185)도 개방되어, 상기 기액 분리기(145)에 저장된 오일은 상기 공통흡입 배관(105)으로 회수될 수 있다.
상기 설정시간이 경과되면, 상기 제 1 밸브(115)는 오프(폐쇄)되며, 이에 따라 상기 압축기 균유배관(114)을 통한 오일 유동이 제한된다. 상기 설정시간은 상기 제 2 압축기(112)에 저장된 오일의 유면 높이가 상기 균유홀(112b) 이하로 낮춰지기에 충분한 시간값으로 결정될 수 있다(S13,S14).
반면에, 상기 제 1,2 압축기(110,112)가 모두 운전되지 않는 경우, 일례로 상기 제 2 압축기(112)만이 운전되는 경우에는, 상기 제 1 밸브(115)는 닫힘상태를 유지하며 이에 따라 상기 제 2 압축기(112)에 저장된 오일이 상기 제 1 압축기(110)로 회수되는 작용은 제한된다(S15).
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 오일회수 구조를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템(10)에는 복수의 실외기(300,400)가 포함된다.
상기 복수의 실외기(300,400)에는, 전동 압축기(310)가 구동되어 냉동 사이클(Electronic heat pump cycle)이 구동되는 제 1 실외기(300) 및 가스엔진 압축기(410,412)가 구동되어 냉동 사이클(Gas heat pump cycle)이 구동되는 제 2 실외(400)가 포함된다.
상기 제 1 실외기(300)에는, 전동 압축기(310), 제 1 오일 분리기(320), 유동전환 밸브(330), 제 1 실외 열교환기(340), 제 1 실외 팽창장치(350) 및 제 1 기액 분리기(360)가 포함된다. 이들 구성의 기능에 대하여는, 제 1 실시예의 설명을 원용한다.
상기 제 1 실외기(300)에는, 상기 제 1 기액 분리기(360)의 출구측으로부터 상기 전동 압축기(310)로 연장되어, 상기 전동 압축기(310)로 기상 냉매의 흡입을 가이드 하는 제 1 공통 흡입배관(305)이 포함된다.
상기 제 1 실외기(300)에는, 상기 제 1 기액 분리기(360)의 하부로부터 연장되어 상기 제 1 공통 흡입배관(305)으로 연장되며, 상기 제 1 기액 분리기(360)에 저장된 오일을 상기 전동 압축기(310)로 회수하기 위한 제 1 기액분리 균유배관(365)이 포함된다.
그리고, 상기 제 1 기액분리 균유배관(365)에는, 오일의 유량을 조절하기 위하여 온/오프 조절이 가능한 밸브장치(366)가 설치될 수 있다. 상기 밸브장치(366)에는, 솔레노이드 밸브 또는 전자팽창 밸브가 포함될 수 있다.
상기 제 1 실외기(300)에는, 상기 제 1 오일분리기(320)로부터 상기 전동 압축기(310)로 연장되는 제 1 오일분리 배관(325)이 포함된다. 상기 제 1 오일분리기(320)에 저장된 오일은 상기 제 1 오일분리 배관(325)을 통하여 상기 전동 압축기(310)로 회수될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 오일분리 배관(325)에는, 오일의 유동량을 조절하기 위한 밸브장치(미도시)가 설치될 수 있다.
상기 제 1 실외기(300)에는, 상기 전동 압축기(310)로부터 상기 제 2 실외기(400)로 연장되는 압축기 균유배관(370)이 포함된다.
상세히, 상기 전동 압축기(310)에는 케이스(311)에 형성되는 제 1 균유홀(312)이 포함되며, 상기 압축기 균유배관(370)의 일측 단부는 상기 제 1 균유홀(312)에 결합된다. 그리고, 상기 압축기 균유배관(370)의 타측 단부는 상기 제 2 실외기(400)에 구비되는 제 2 공통흡입 배관(405)에 연결될 수 있다.
따라서, 상기 전동 압축기(310)에 저장된 오일 중, 상기 제 1 균유홀(312)의 높이 이상으로 저장된 오일은 상기 압축기 균유배관(370)을 통하여 상기 제 2 실외기(300)로 회수될 수 있다.
그리고, 상기 압축기 균유배관(370)에는, 오일의 유동량을 조절하기 위한 제 1 실외기 밸브(375) 및 제 1 실외기 유량조절부(376)가 설치될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 실외기 밸브(375)에는, 온/오프 조절 가능한 솔레노이드 밸브가 포함되며, 상기 제 1 실외기 유량조절부(376)에는 모세관(capillary tube)이 포함될 수 있다.
상기 제 2 실외기(400)에는, 복수의 가스엔진 압축기(410,412), 제 2 오일 분리기(430), 유동전환 밸브(440), 제 2 실외 열교환기(450), 제 2 실외 팽창장치(460) 및 제 2 기액 분리기(470)가 포함된다. 이들 구성의 기능에 대하여는, 제 1 실시예의 설명을 원용한다.
상기 복수의 가스엔진 압축기(410,412)는 각각 엔진(420,422)에 결합되어, 구동력을 전달받을 수 있다.
상기 제 2 실외기(400)에는, 상기 제 2 기액 분리기(470)의 출구측으로부터 연장되는 제 2 공통 흡입배관(405) 및 상기 제 2 공통 흡입배관(405)으로부터 분지되어 상기 복수의 가스엔진 압축기(410,412)로 연장되는 제 1,2 분지관(406,407)이 포함된다.
상기 제 1 분지관(406)은 상기 복수의 가스엔진 압축기(410,412) 중 제 1 가스엔진 압축기(410)의 흡입측에 연결되며, 상기 제 2 분지관(407)은 제 2 가스엔진 압축기(412)의 흡입측에 연결될 수 있다.
상기 제 2 실외기(400)에는, 상기 제 2 기액 분리기(470)의 하부로부터 연장되어 상기 제 2 공통 흡입배관(405)으로 연장되며, 상기 제 2 기액 분리기(470)에 저장된 오일을 상기 제 1,2 가스엔진 압축기(410,412)로 회수하기 위한 제 2 기액분리 균유배관(475)이 포함된다.
그리고, 상기 제 2 기액분리 균유배관(475)에는, 오일의 유량을 조절하기 위하여 온/오프 조절이 가능한 밸브장치(476)가 설치될 수 있다. 상기 밸브장치(476)에는, 솔레노이드 밸브 또는 전자팽창 밸브가 포함될 수 있다. 상기 밸브장치(366)를 "제 1 기액분리 밸브"라 하고, 상기 밸브장치(476)를 "제 2 기액분리 밸브"라 이름할 수 있다.
상기 제 2 실외기(400)에는, 상기 제 2 오일분리기(430)로부터 상기 제 1 실외기(300)로 연장되는 오일분리 균유배관(433)이 포함된다. 상기 오일분리 균유배관(433)은 상기 제 1 실외기(300)의 제 1 공통흡입 배관(305)에 연결된다.
상세히, 상기 제 2 오일분리기(430)에는, 오일분리 케이스(431) 및 상기 오일분리 케이스(431)의 하단부로부터 설정높이에 형성되는 제 2 균유홀(432)이 포함된다.
상기 오일분리 균유배관(433)의 일측 단부는 상기 제 2 균유홀(432)에 결합되며, 타측 단부는 상기 제 1 공통흡입 배관(305)에 결합된다. 따라서, 상기 제 2 오일분리기(430)에 저장된 오일 중, 상기 제 2 균유홀(432)의 높이 이상으로 저장된 오일은 상기 오일분리 균유배관(433)을 통하여 상기 제 1 실외기(300)로 회수될 수 있다.
그리고, 상기 오일분리 균유배관(433)에는, 오일의 유동량을 조절하기 위한 제 2 실외기 밸브(434) 및 제 2 실외기 유량조절부(435)가 설치될 수 있다. 일례로, 상기 제 2 실외기 밸브(434)에는, 온/오프 조절 가능한 솔레노이드 밸브가 포함되며, 상기 제 2 실외기 유량조절부(435)에는 모세관(capillary tube)이 포함될 수 있다.
상기 제 2 실외기(400)에는, 상기 제 2 오일분리기(430)로부터 연장되어, 오일이 분리된 냉매가 토출되는 오일분리 토출배관(439)이 포함된다. 상기 오일분리 토출배관(439)은 상기 유동전환 밸브(440)에 연결된다.
상기 제 2 실외기(400)에는, 상기 제 2 오일분리기(430)의 하부로부터 연장되어 오일의 배출을 가이드 하는 제 2 오일분리 배관(436) 및 상기 제 2 오일분리 배관(436)으로부터 분지되는 제 1,2 오일분지관(441,442)가 포함된다.
상기 제 2 오일분리 배관(436)은 상기 제 2 균유홀(432)보다 낮은 위치에서, 상기 제 2 오일분리기(430)에 결합될 수 있다.
제 1 오일분지관(441)은 상기 제 1 가스엔진 압축기(410)에 결합되어 오일의 회수를 가이드 하며, 제 2 오일분지관(442)은 상기 제 2 가스엔진 압축기(412)에 결합되어 오일의 회수를 가이드 한다.
그리고, 상기 제 1,2 오일분지관(441,442)에는, 오일의 유동량을 조절하기 위한 오일분지 밸브(443) 및 오일분지 유량조절부(444)가 설치될 수 있다. 일례로, 상기 오일분지 밸브(443)에는, 온/오프 조절 가능한 솔레노이드 밸브가 포함되며, 상기 오일분지 유량조절부(444)에는 모세관(capillary tube)이 포함될 수 있다.
이와 같은 구성에 따른 오일의 유동에 대하여 간단히 설명한다.
상기 제 1 실외기(300)가 구동되는 상태, 즉 상기 전동 압축기(310)가 운전되는 상태에서, 상기 제 1 실외기 밸브(375)가 개방되면, 상기 전동 압축기(310)에 저장된 오일은 상기 제 1 실외기 유량조절부(376)에서 유량 조절되어, 상기 제 2 실외기(400)의 제 2 공통흡입 배관(405)으로 유입된다.
그리고, 상기 제 2 공통흡입 배관(405)으로 유입된 오일은 상기 제 1,2 분지관(406,407)을 경유하여 상기 제 1,2 가스엔진 압축기(410,412)로 회수될 수 있다.
물론, 상기 제 1 기액분리 밸브(366)도 개방되어, 상기 제 1 기액 분리기(360)에 저장된 오일이 상기 전동 압축기(310)로 회수될 수 있다.
한편, 상기 제 2 실외기(400)가 구동되는 상태, 즉 상기 제 1,2 가스엔진 압축기(410,412)가 운전되는 상태에서, 상기 제 2 실외기 밸브(434)가 개방되면, 상기 제 2 오일분리기(430)에 저장된 오일은 상기 제 2 실외기 유량조절부(435)에서 유량 조절되어, 상기 제 1 실외기(300)의 제 1 공통흡입 배관(305)으로 유입된다.
그리고, 상기 제 1 공통흡입 배관(305)으로 유입된 오일은 상기 전동 압축기(310)로 회수될 수 있다.
물론, 상기 제 2 기액분리 밸브(476) 및 오일분지 밸브(443)도 개방되어, 상기 제 2 기액 분리기(470) 및 제 2 오일 분리기(430)에 저장된 오일이 상기 전동 압축기(310)로 회수될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 제 1,2 실외기(300,400)간 오일 불균형이 발생한 경우, 오일이 부족한 실외기로 오일의 회수가 이루어질 수 있다는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트펌프 시스템(10)이 가동되면, 제 1 실외기(300) 또는 제 2 실외기(400)의 운전여부가 인식될 수 있다. 상기 제 1 실외기(300) 또는 제 2 실외기(400)는 운전부하에 따라서 선택적으로 운전될 수 있다.
일례로, 요구되는 운전부하가 설정부하 이하일 경우에는, 제 1 실외기(300)만 운전되고, 설정부하 이상이 되면 상기 제 1,2 실외기(300,400)가 함께 운전될 수 있다(S21,S22).
상세히, 상기 제 1,2 실외기(300,400)가 모두 운전중인 경우, 상기 제 1,2 실외기(300,400)의 운전시간이 적산될 수 있다.
상기 적산된 시간이 설정시간 경과하면, 상기 제 1 실외기 밸브(375) 및 제 2 실외기 밸브(434)가 개방될 수 있다.
상기 제 1 실외기 밸브(375)가 개방됨에 따라, 상기 전동 압축기(310)에 저장된 오일 중, 상기 제 1 균유홀(312) 높이 이상으로 저장된 오일은 상기 압축기 균유배관(370)을 경유하여 상기 제 2 실외기(400)의 제 2 공통흡입 배관(405)으로 유동한다. 그리고, 오일은 상기 제 1,2 가스엔진 압축기(410,412)로 분지하여 흡입된다.
그리고, 상기 제 2 실외기 밸브(434)가 개방됨에 따라, 상기 제 2 오일분리기(430)에 저장된 오일 중, 상기 제 2 균유홀(432) 높이 이상으로 저장된 오일은 상기 오일분리기 균유배관(433)을 경유하여 상기 제 1 실외기(300)의 제 1 공통흡입 배관(305)으로 유동한다. 그리고, 오일은 상기 전동 압축기(310)로 흡입된다.
이 때, 상기 제 1,2 기액분리 밸브(366,476)가 개방되며, 상기 제 1,2 기액분리기(360,470)에 저장된 오일은 각 실외기의 압축기로 회수될 수 있다.
그리고, 상기 오일분지 밸브(443)가 개방되며, 상기 제 2 오일분리기(430)에 저장된 오일은 상기 제 1,2 가스엔진 압축기(410,412)로 분지하여 회수될 수 있다(S23).
이와 같은 작용에 의하여, 각 실외기의 내부에 존재하는 오일은 압축기로 용이하게 회수될 수 있을 뿐만 아니라, 제 1,2 실외기(300,400)간 오일 불균형이 발생되는 경우, 오일이 부족한 실외기측으로 오일의 회수가 이루어질 수 있다는 장점이 있다.
한편, S23 단계에서, 상기 제 1 실외기(300) 및 제 2 실외기(400)가 모두 운전되는 경우가 아니라면, 상기 제 1 실외기 밸브(375) 및 제 2 실외기 밸브(434)는 닫힘상태를 유지할 수 있다.
10 : 히트펌프 시스템 110,112 : 제 1,2 압축기
112b : 균유홀 114 : 압축기 균유배관
115 : 제 1 밸브 116 : 제 2 유량조절부
120 : 엔진 131 : 오일분리 배관
132 : 제 1 유량조절부 145 : 기액 분리기
150 : 실외 열교환기 165 : 냉각수 유로
170 : 보조 열교환기 210 : 실내 열교환기
300 : 제 1 실외기 310 : 전동 압축기
325 : 제 1 오일분리 배관 370 : 압축기 균유배관
400 : 제 2 실외기 410 : 제 1 가스엔진 압축기
412 : 제 2 가스엔진 압축기 433 : 오일분리기 균유배관

Claims (15)

  1. 냉매를 압축하는 복수의 압축기;
    상기 복수의 압축기의 토출측에 제공되며, 상기 복수의 압축기에서 압축된 냉매에 혼합된 오일을 분리하기 위한 오일 분리기;
    상기 오일 분리기로부터 연장되어, 상기 복수의 압축기로 오일을 회수하는 오일분리 배관; 및
    상기 복수의 압축기 중 일 압축기로부터 연장되어, 상기 일 압축기에 저장된 오일을 상기 복수의 압축기 중 타 압축기로 회수하는 압축기 균유배관이 포함되는 히트펌프 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일 압축기는 전동 압축기이고, 상기 타 압축기는 가스엔진 압축기인 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일 분리기의 타측에 제공되며, 상기 오일 분리기에서 분리된 오일이 배출되는 오일분리 배관; 및
    상기 오일 분리기의 일측에 제공되며, 상기 오일 분리기에서 오일이 분리된 냉매가 배출되는 오일분리기 토출배관이 더 포함되는 히트펌프 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 오일분리 배관은,
    상기 복수의 압축기의 공통흡입 배관에 연결되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 오일분리 배관에는,
    상기 압축기 균유배관이 연결되는 합지부가 포함되는 히트펌프 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기 균유배관에는,
    상기 압축기 균유배관을 유동하는 오일의 유동량을 조절하기 위한 밸브장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 압축기의 입구측에 제공되며, 냉매 중 기상 냉매를 분리하여 상기 복수의 압축기에 공급하는 기액분리기; 및
    상기 기액분리기로부터 상기 공통흡입 배관으로 연장되는 기액분리 균유배관이 더 포함되는 히트펌프 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 일 압축기에는 균유 홀을 가지는 케이스가 포함되며, 상기 압축기 균유배관의 일측 단부는 상기 균유 홀에 결합되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 일 압축기가 구비되는 제 1 실외기; 및
    상기 타 압축기가 구비되는 제 2 실외기가 포함되는 히트펌프 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 실외기에는,
    상기 일 압축기로 냉매의 흡입을 가이드 하며, 상기 제 2 실외기로부터 오일을 회수하는 제 1 공통흡입 배관이 포함되는 히트펌프 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 실외기에는,
    상기 타 압축기로 냉매의 흡입을 가이드 하며, 상기 제 1 실외기로부터 오일을 회수하는 제 2 공통흡입 배관이 포함되는 히트펌프 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 실외기에는,
    상기 타 압축기에서 토출된 냉매가 유입되는 제 2 오일분리기; 및
    상기 제 2 오일분리기로부터 연장되며, 상기 제 1 공통흡입 배관에 결합되는 오일분리기 균유배관이 포함되는 히트펌프 시스템.
  13. 전동 압축기 및 제 1 오일분리기가 포함되는 제 1 실외기;
    가스엔진 압축기 및 제 2 오일분리가 포함되는 제 2 실외기;
    상기 전동 압축기에 결합되어 상기 제 2 실외기로 연장되며, 상기 전동 압축기의 오일을 상기 가스엔진 압축기로 회수하는 압축기 균유배관; 및
    상기 제 2 오일분리기에 결합되어 상기 제 1 실외기로 연장되며, 상기 제 2 오일분리기의 오일을 상기 전동 압축기로 회수하는 오일분리기 균유배관이 포함되는 히트펌프 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전동 압축기로 냉매의 흡입을 가이드 하는 제 1 공통흡입 배관이 더 포함되며,
    상기 오일분리기 균유배관은 상기 제 1 공통흡입 배관에 결합되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스엔진 압축기로 냉매의 흡입을 가이드 하는 제 2 공통흡입 배관이 더 포함되며,
    상기 압축기 균유배관은 상기 제 2 공통흡입 배관에 결합되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
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