KR101591188B1 - 축열식 공조장치 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 축열식 공조장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 축열식 공조장치에는, 압축기, 실외 열교환기, 실내 열교환기 및 열 저장조를 구비하는 축열식 공조장치에 있어서, 상기 압축기에서 압축된 냉매의 유동방향을 전환하는 제 1,2 밸브장치; 상기 압축기의 출구측에 배치되며, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 제 1,2 밸브장치 또는 상기 열 저장조로 분지하는 제 1 분지부; 상기 제 1 분지부로부터 상기 열 저장조로 연장되는 제 1 저장조 연결배관; 상기 실외 열교환기로부터 상기 실내 열교환기로 연장되는 응축 배관; 상기 열 저장조로부터 상기 응축 배관으로 연장되는 제 2 저장조 연결배관; 및 상기 제 1 저장조 연결배관에 설치되며, 상기 제 1 분지부로부터 상기 열 저장조로의 냉매 유동을 선택적으로 제한하는 제 1 팽창장치가 포함된다.
본 발명의 실시예에 따른 축열식 공조장치에는, 압축기, 실외 열교환기, 실내 열교환기 및 열 저장조를 구비하는 축열식 공조장치에 있어서, 상기 압축기에서 압축된 냉매의 유동방향을 전환하는 제 1,2 밸브장치; 상기 압축기의 출구측에 배치되며, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 제 1,2 밸브장치 또는 상기 열 저장조로 분지하는 제 1 분지부; 상기 제 1 분지부로부터 상기 열 저장조로 연장되는 제 1 저장조 연결배관; 상기 실외 열교환기로부터 상기 실내 열교환기로 연장되는 응축 배관; 상기 열 저장조로부터 상기 응축 배관으로 연장되는 제 2 저장조 연결배관; 및 상기 제 1 저장조 연결배관에 설치되며, 상기 제 1 분지부로부터 상기 열 저장조로의 냉매 유동을 선택적으로 제한하는 제 1 팽창장치가 포함된다.
Description
본 발명은 축열식 공조장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
공조장치란, 열교환사이클을 유동하는 냉매와 실내공기 및 실외공기와의 열교환에 의하여 실내공간을 냉난방하는 장치이다.
상세히, 상기 공조장치에는, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉매와 실외 공기간에 열교환이 이루어지도록 하는 실외 열교환기 및 냉매와 실내 공기간에 열교환이 이루어지도록 하는 실외 열교환기가 포함된다.
상기 공조장치에는, 축열조가 포함될 수 있으며, 이러한 공조장치를 "축열식 공조장치"라 이름한다. 상기 축열조에는, 외형을 형성하는 케이스 및 상기 케이스 내부에 채워지는 열저장 매체가 포함된다. 냉매는 상기 축열조를 통과할 때 상기 열저장 매체와 열교환 될 수 있으며, 이 과정에서 상기 열저장 매체에 축열이 되거나, 열저장 매체로부터 방열이 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 열저장 매체에는 냉기 또는 열이 저장될 수 있다.
일례로, 상기 공조장치는, 심야의 값싼 전력을 이용하여 상기 축열조에 냉기 또는 열을 저장한 후, 전력요금이 비싸거나 전력이 부족할 때 상기 축열조에 저장된 냉기 또는 열을 이용하여 냉방 또는 난방을 수행할 수 있다.
이러한 축열식 공조장치와 관련하여, 본 출원인은 종래 출원을 수행하여 특허등록을 받은 바 있다.
[선행 특허문헌]
발명의 명칭 : 축열식 냉난방 장치, 등록번호 : 10-1325319, 등록일자 : 2013년 10월 29일
선행 특허문헌에 의하면, 제어방식이 복잡하고 전력소비가 많은 문제점이 있다. 그리고, 선행 특허문헌에 따른 공조장에서는 난방시 제상운전 수행이 용이하지 않다는 단점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 축열조에 의한 이중 열원 및 이중 부하를 이용하여 구동될 수 있는 축열식 공조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 축열식 공조장치에는, 압축기, 실외 열교환기, 실내 열교환기 및 열 저장조를 구비하는 축열식 공조장치에 있어서, 상기 압축기에서 압축된 냉매의 유동방향을 전환하는 제 1,2 밸브장치; 상기 압축기의 출구측에 배치되며, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 제 1,2 밸브장치 또는 상기 열 저장조로 분지하는 제 1 분지부; 상기 제 1 분지부로부터 상기 열 저장조로 연장되는 제 1 저장조 연결배관; 상기 실외 열교환기로부터 상기 실내 열교환기로 연장되는 응축 배관; 상기 열 저장조로부터 상기 응축 배관으로 연장되는 제 2 저장조 연결배관; 및 상기 제 1 저장조 연결배관에 설치되며, 상기 제 1 분지부로부터 상기 열 저장조로의 냉매 유동을 선택적으로 제한하는 제 1 팽창장치가 포함된다.
또한, 상기 제 2 저장조 연결배관에 설치되며, 상기 열 저장조로의 냉매유동 또는 상기 열 저장조로부터 배출되는 냉매유동을 선택적으로 제한하는 제 2 팽창장치가 더 포함된다.
또한, 상기 제 1 저장조 연결배관으로부터 상기 압축기의 흡입측으로 연장되어, 증발된 냉매가 유동하는 저압 배관; 및 상기 저압 배관에 설치되며, 상기 저압 배관에서의 냉매유동을 선택적으로 제한하는 유량 조절밸브가 더 포함된다.
또한, 상기 열 저장조에는, 외형을 형성하는 케이스; 상기 케이스의 내부에 구비되며, 냉매가 유동하는 내부 배관; 및 상기 케이스의 내부에 채워지는 열저장 매체가 포함된다.
또한, 상기 열저장 매체에는, 물과 TBAB(Tetra n-butyl Ammonium Bromide, [(CH3(CH2)3]4NBr)의 혼합물인 TBAB 솔루션을 냉각하여 얻는 고체-액체 슬러리(slurry)가 포함된다.
또한, 상기 제 2 저장조 연결배관과 상기 응축배관이 합지되는 제 2 분지부가 더 포함된다.
또한, 상기 제 1 밸브장치 또는 제 2 밸브장치에는, 사방 밸브(four-way valve)가 포함된다.
또한, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 제 1 밸브장치로 가이드 하는 제 1 연결배관; 냉방운전시, 상기 제 1 연결배관을 통하여 제 1 밸브장치로 유입된 냉매를 상기 실외 열교환기로 가이드 하는 제 2 연결배관; 상기 제 1 밸브장치로부터 상기 저압 배관으로 연장되는 제 3 연결배관; 및 난방운전시, 상기 제 1 연결배관을 통하여 상기 제 1 밸브장치로 유입된 냉매를 상기 실내 열교환기로 가이드 하는 제 4 연결배관이 더 포함된다.
또한, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 제 2 밸브장치로 가이드 하는 제 5 연결배관; 냉방운전시, 상기 제 5 연결배관을 통하여 제 2 밸브장치로 유입된 냉매를 상기 실외 열교환기로 가이드 하는 제 6 연결배관; 상기 제 2 밸브장치로부터 상기 저압 배관으로 연장되는 제 7 연결배관; 및 난방운전시, 상기 제 5 연결배관을 통하여 상기 제 2 밸브장치로 유입된 냉매를 상기 실내 열교환기로 가이드 하는 제 8 연결배관이 더 포함된다.
또한, 상기 제 2 연결배관과, 상기 제 6 연결배관이 합지되는 제 3 분지부가 더 포함된다.
또한, 상기 제 4 연결배관의 일측부는 상기 제 8 연결배관의 일 지점에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 팽창장치 또는 제 2 팽창장치에는, 전자 팽창밸브(Electronic Expansion Valve)가 포함된다.
다른 측면에 따른 축열식 공조장치의 제어방법에는, 압축기, 제 1,2 밸브장치, 실외 열교환기, 실내 열교환기, 상기 실외 열교환기와 실내 열교환기 사이을 연결하는 응축배관 및 열 저장조가 포함되는 축열식 공조장치의 제어방법에 있어서, 상기 축열식 공조장치의 운전모드에 따라, 상기 제 1,2 밸브장치의 작동모드가 결정되는 단계; 상기 압축기로부터 상기 열 저장조로 연장되는 제 1 저장조 연결배관에 설치된 제 1 팽창장치를 이용하여, 냉매 유동을 선택적으로 제한하는 단계; 및 상기 열 저장조로부터 상기 응축배관으로 연장되는 제 2 저장조 연결배관에 설치된 제 2 팽창장치를 이용하여, 냉매 유동을 선택적으로 제한하는 단계가 포함되며, 상기 축열식 공조장치의 축열 또는 방열 난방운전 모드에서, 상기 실외 열교환기, 실내 열교환기 및 열 저장조 중 적어도 어느 하나는 응축기로 작용하고, 나머지는 증발기로 작용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축열식 공조장치의 축냉 또는 방냉 냉방운전 모드에서, 상기 실외 열교환기, 실내 열교환기 및 열 저장조 중 적어도 어느 하나는 응축기로 작용하고, 나머지는 증발기로 작용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 팽창장치가 개방되면, 상기 압축기에서 압축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 제 1 저장조 연결배관을 통하여 상기 열 저장조로 유입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축열식 공조장치의 축열 난방운전 모드 또는 방냉 냉방운전 모드에서, 상기 제 2 팽창장치가 개방되어, 상기 열 저장조에서 응축된 냉매가 상기 응축배관으로 유입되며, 상기 축열식 공조장치의 방열 난방운전 모드 또는 축냉 냉방운전 모드에서, 상기 제 2 팽창장치는 설정개도로 개방되어, 냉매를 감압하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1,2 밸브장치의 작동모드에는, 상기 축열식 공조장치가 냉방운전 모드를 수행하는 경우, 상기 제 1 밸브장치의 제 1 연결배관과 제 2 연결배관을 연통하고, 제 3 연결배관과 제 4 연결배관을 연통하고, 상기 제 2 밸브장치의 제 5 연결배관과 제 6 연결배관을 연통하고, 제 7 연결배관과 제 8 연결배관을 연통하는 제 1 작동모드가 포함된다.
또한, 상기 제 1,2 밸브장치의 작동모드에는, 상기 축열식 공조장치가 축열 또는 방열 난방운전 모드를 수행하는 경우, 상기 제 1 밸브장치의 제 1 연결배관과 제 4 연결배관을 연통하고, 제 2 연결배관과 제 3 연결배관을 연통하고, 상기 제 2 밸브장치의 제 5 연결배관과 제 8 연결배관을 연통하고, 제 6 연결배관과 제 7 연결배관을 연통하는 제 2 작동모드가 포함된다.
또한, 상기 제 1,2 밸브장치의 작동모드에는, 상기 축열식 공조장치가 제상 난방운전 모드를 수행하는 경우, 상기 제 1 밸브장치의 제 1 연결배관과 제 2 연결배관을 연통하고, 제 3 연결배관과 제 4 연결배관을 연통하고, 상기 제 2 밸브장치의 제 5 연결배관과 제 8 연결배관을 연통하고, 제 6 연결배관과 제 7 연결배관을 연통하는 제 3 작동모드가 포함된다.
이러한 본 발명에 의하면, 축열조(또는 축냉조)에 열(또는 냉기)을 저장하고 축열조에 저장된 열 또는 냉기를 이용하여 냉동 사이클을 구동할 수 있다. 특히, 축열조에 의한 이중 열원/이중 부하 방식의 공조장치를 구성하여,공조장치의 운전효율이 개선되고 소비전력이 저감될 수 있다.
상세히, 축열 난방운전시, 실내 열교환기와 축열조가 응축기로 기능함으로써, 이중 부하를 이용한 공조장치를 구성할 수 있으며, 방열 난방운전시, 실외 열교환기와 축열조가 증발기로 기능함으로서, 이중 열원을 이용한 공조장치를 구성할 수 있다. 그리고, 제상 난방운전시, 실외 열교환기와 실내 열교환기가 응축기로 기능함으로써, 실외 열교환기의 제상이 용이하게 이루어질 수 있다.
그리고, 축냉 냉방운전시, 실내 열교환기와 축냉조가 증발기로 기능함으로써, 이중 부하를 이용한 공조장치를 구성할 수 있으며, 방냉 냉방운전시, 실외 열교환기와 축냉조가 응축기로 기능함으로써, 이중 열원을 이용한 공조장치를 구성할 수 있다.
또한, 축열재로서 상변화 물질인, 슬러리 TBAB를 사용함으로써, 물보다 높은 상변화 온도를 구현할 수 있어 축열조의 기능이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 일반 냉방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 축냉 냉방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 방냉 냉방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 일반 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 축열 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 방열 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 제상 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 축열식 공조장치의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 일반 냉방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 축냉 냉방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 방냉 냉방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 일반 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 축열 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 방열 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 제상 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 축열식 공조장치의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
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 축열식 공조장치의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치(10, 이하 공조장치)에는, 냉매를 압축하는 압축기(110) 및 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매의 유동을 전환하는 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)가 포함된다. 상기 제 1 밸브장치(120)와 제 2 밸브장치(130)는, 상기 압축기(110)의 출구측에서, 병렬로 연결된다.
상기 압축기(110)의 흡입측에는, 냉매 중 기상 냉매를 분리하여 상기 압축기(110)로 공급하는 기액 분리기(185)가 제공된다.
상기 공조장치(10)에는, 상기 압축기(110)와, 상기 제 1,2 밸브장치(120,130)의 사이에는, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매를 상기 제 1,2 밸브장치(120,130) 또는 후술할 제 1 팽창장치(175)측으로 분지되도록 하는 제 1 분지부(115)가 포함된다.
상기 공조장치(10)에는, 상기 제 1 분지부(115)로부터 상기 제 1 밸브장치(120)로 연장되는 제 1 연결배관(121) 및 상기 제 1 분지부(115)로부터 상기 제 2 밸브장치(130)로 연장되는 제 5 연결배관(131)이 포함된다. 상기 제 1 연결배관(121)은 상기 제 1 밸브장치(120)의 유입배관, 상기 제 2 연결배관(131)은 상기 제 2 밸브장치(130)의 유출배관으로서 이해된다.
상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)에는, 하나의 유입부 및 3개의 유출부를 가지는 4방 밸브(four way valve)가 포함될 수 있다.
상기 공조장치(10)에는, 상기 제 1 밸브장치(120)에 연결되는 3개의 연결배관(122,123,124)가 더 포함된다. 상기 3개의 연결배관(122,123,124)에는, 제 2 연결배관(122), 제 3 연결배관(123) 및 제 4 연결배관(124)이 포함된다.
상기 제 1 밸브장치(120)는, 상기 제 1 연결배관(121)을 통하여 상기 제 1 밸브장치(120)로 유입되는 냉매는 상기 제 2 내지 제 4 연결배관(122,123,124) 중 어느 하나의 연결배관으로 배출될 수 있도록 작동될 수 있다.
상기 공조장치(10)에는, 상기 제 2 밸브장치(130)에 연결되는 3개의 연결배관(132,133,134)가 더 포함된다. 상기 3개의 연결배관(132,133,134)에는, 제 6 연결배관(132), 제 7 연결배관(133) 및 제 8 연결배관(134)이 포함된다.
상기 제 2 밸브장치(130)는, 상기 제 5 연결배관(131)을 통하여 상기 제 2 밸브장치(130)로 유입되는 냉매는 상기 제 6 내지 제 8 연결배관(132,133,134) 중 어느 하나의 연결배관으로 배출될 수 있도록 작동될 수 있다.
상기 공조장치(10)에는, 상기 제 2 연결배관(122)과 제 6 연결배관(132)이 연결되는 제 3 분지부(167)가 더 포함된다. 따라서, 상기 제 2 연결배관(122)의 냉매와, 상기 제 6 연결배관(132)의 냉매는 상기 제 3 분지부(167)에서 합지될 수 있다.
상기 제 6 연결배관(132)에는, 제 2 체크밸브(132a)가 설치될 수 있다. 상기 제 2 체크밸브(132a)는, 냉매가 상기 제 2 밸브장치(130)로부터 상기 제 3 분지부(167)로 유동하는 것을 가이드 하며, 그 반대의 유동, 즉 상기 제 3 분지부(167)로부터 상기 제 2 밸브장치(130)로의 유동을 제한한다.
상기 제 4 연결배관(124)의 일측부는 상기 제 8 연결배관(134)의 일 지점에 연결될 수 있다. 상기 제 4 연결배관(124)의 냉매는, 상기 제 8 연결배관(134)의 냉매와 합지되어 실내 열교환기(140)로 유입될 수 있다.
상기 제 4 연결배관(124)에는, 제 1 체크밸브(124a)가 설치될 수 있다. 상기 제 1 체크밸브(124a)는, 냉매가 상기 제 1 밸브장치(120)로부터 상기 제 8 연결배관(134)으로 유동하는 것을 가이드 하며, 그 반대의 유동, 즉 상기 제 8 연결배관(134)으로부터 상기 제 1 밸브장치(120)로의 유동을 제한한다.
상기 제 3 연결배관(123)과 제 7 연결배관(133)은 후술할 저압배관(180)에 연결될 수 있다.
상기 공조장치(10)에는, 냉매와 실내 공기간에 열교환이 이루어지도록 하는 실내 열교환기(140) 및 상기 실내 열교환기(140)의 일측에 제공되어 공기 유동을 발생시키는 실내 팬(145)이 더 포함된다. 상기 실내 열교환기(140)는 상기 제 8 연결배관(134)에 연결될 수 있다.
상기 공조장치(10)에는, 냉매와 실외 공기간에 열교환이 이루어지도록 하는 실외 열교환기(160) 및 상기 실외 열교환기(160)의 일측에 제공되어 공기 유동을 발생시키는 실외 팬(165)이 더 포함된다. 상기 실외 열교환기(160)는, 상기 제 3 분지부(167)로부터 상기 실외 열교환기(160)로 연장되는 배관에 연결될 수 있다.
상기 공조장치(10)에는, 상기 실내 열교환기(140)로부터 실외 열교환기(160)로 연장되는 응축배관(150)이 더 포함된다. 상기 응축배관(150)은, 상기 실내 열교환기(140)와 실외 열교환기(160)의 사이에 배치된다. 상기 응축배관(150)에는, 실내 팽창장치(148) 및 메인 팽창장치(153)가 설치된다.
상기 실내 팽창장치(148)는 상기 실내 열교환기(140)와 함께 실내기의 내부에 설치될 수 있으며, 공조장치의 냉방운전시 냉매를 감압하는 기능을 수행할 수 있다. 그리고, 상기 메인 팽창장치(153)는 공조장치의 난방운전시 냉매를 감압하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 공조장치(10)에는, 상기 응축배관(150)에 연결되어, 상기 메인 팽창장치(153)를 바이패스 하는 바이패스 관(154) 및 상기 바이패스 관(154)에 설치되어 상기 바이패스 관(154)에서의 일방향 유동을 가이드 하는 바이패스 체크밸브(155)가 더 포함된다. 상기 바이패스 관(154)의 일측부는 상기 응축배관(150)의 일 지점에 연결되고, 타측부는 상기 응축배관(150)의 타 지점에 연결될 수 있다.
공조장치(10)의 냉방운전시, 상기 실외 열교환기(160)를 통과한 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 메인 팽창장치(153)을 바이패스 하여, 상기 바이패스 관(154)을 유동할 수 있다. 반면에, 공조장치(10)의 난방운전시, 냉매는 상기 바이패스 체크밸브(155)에 의하여, 상기 바이패스 관(154)으로 유동하는 것이 제한된다.
상기 공조장치(10)에는, 냉매의 열 또는 냉기를 저장하고, 저장된 열 또는 냉기를 방출하는 열 저장조(200)가 더 포함된다. 상기 열 저장조(200)는 공조장치의 운전모드에 따라 응축기 또는 증발기로서 기능할 수 있다.
상기 열 저장조(200)에는, 외관을 형성하는 케이스(201)와, 상기 케이스(201)의 내부에 채워지는 열저장 매체(210) 및 상기 케이스(201)의 내부에 구비되어 냉매가 유동하는 내부 배관(220)이 포함된다. 상기 내부 배관(220)은 상기 케이스(201)의 내부에서 수회 절곡되어 형성될 수 있다. 따라서, 상기 내부 배관(220)을 유동하는 냉매와 상기 열저장 매체(210)간에 열교환 할 수 있는 면적이 증대될 수 있다.
상기 열저장 매체(210)는 상기 내부 배관(220)을 유동하는 냉매와 열교환 되어, 냉기 또는 열을 저장할 수 있다. 상기 열 저장매체(210)가 열을 저장하는 경우, 상기 열 저장조(200)는 "축열조", 상기 열 저장매체(210)는 "축열재"라 이름할 수 있고, 냉기를 저장하는 경우, 상기 열 저장조(200)는 "축냉조", 상기 열 저장매체(210)는 "축냉제"라 이름할 수 있다.
상기 열저장 매체(210)에는, 열교환 과정에서 상변화 되어 열 또는 냉기를 저장할 수 있는 상변화 물질(Phase Change material, PCM)이 포함될 수 있다. 상기 상변화 물질에는, 슬러리 TBAB가 포함될 수 있다.
상기 슬러리 TBAB는, 물과 TBAB(Tetra n-butyl Ammonium Bromide, [(CH3(CH2)3]4NBr)의 혼합물인 TBAB 솔루션을 냉각하여 얻는 고체-액체 슬러리(slurry)로서, 상변화 온도는 대략 5~12℃을 형성한다.
상기 슬러리 TBAB는, 약 0℃의 상변화 온도를 가지는 물(water)에 비하여, 그 상변화 온도가 높게 형성되므로, 축열 또는 축냉의 기능이 향상될 수 있다.
상기 공조장치(10)에는, 상기 제 1 분지부(115)로부터 상기 열 저장조(200)로 연장되는 제 1 저장조 연결배관(170) 및 상기 열 저장조(200)로부터 상기 응축배관(150)으로 연장되는 제 2 저장조 연결배관(172)이 더 포함된다.
그리고, 상기 공조장치(10)에는, 상기 제 2 저장조 연결배관(172)과 상기 응축배관(150)이 연결되는 제 2 분지부(152)가 더 포함된다. 따라서, 상기 공조장치(10)의 운전모드에 따라, 상기 제 2 저장조 연결배관(172)의 냉매는 상기 제 2 분지부(152)를 통하여 상기 응축배관(150)으로 유동하거나, 상기 응축배관(150)의 냉매는 상기 제 2 분지부(152)를 통하여 상기 제 2 저장조 연결배관(172)으로 유동할 수 있다.
상기 제 1 저장조 연결배관(170)에는, 제 1 팽창장치(175)가 설치될 수 있다. 상기 제 1 팽창장치(175)에는, 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브(Electronic Exapansion Valve, EEV)가 포함될 수 있다. 일례로, 상기 제 1 팽창장치(175)는, 공조장치(10)의 운전모드에 따라 개방 또는 폐쇄되어, 냉매의 유동을 조절할 수 있다.
상기 제 2 저장조 연결배관(170)에는, 제 2 팽창장치(176)가 설치될 수 있다. 상기 제 2 팽창장치(176)에는, 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브(EEV)가 포함될 수 있다. 일례로, 상기 제 2 팽창장치(176)는, 공조장치(10)의 운전모드에 따라 개방 또는 폐쇄되어, 냉매의 유동을 조절하거나, 냉매를 감압시킬 수 있다.
상기 공조장치(10)에는, 상기 제 1 저장조 연결배관(170)으로부터 상기 압축기(110)의 흡입측, 상세하게는 상기 기액 분리기(185)의 입구측으로 연장되는 저압 배관(180)이 더 포함된다. 상기 저압 배관(180)은 냉동 사이클 기준으로 저압을 형성하는 냉매가 유동하는 배관으로서 이해되며, 상기 저압 배관(180)의 냉매는 상기 기액 분리기(185)로 유입되어 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다.
상기 저압 배관(180)에는, 상기 저압 배관(180)을 유동하는 냉매의 유량을 조절하는 유량조절 밸브(174)가 설치될 수 있다. 일례로, 상기 유량조절 밸브(174)에는, ON/OFF 제어가 가능한 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve) 또는 개도 조절이 가능한 전자 팽창밸브(EEV)가 포함될 수 있다.
이하에서는, 공조장치의 운전모드에 따른 냉매의 유동모습에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 일반 냉방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
상기 공조장치(10)가 냉방운전(일반냉방, 축냉 냉방 및 방냉 냉방) 모드를 수행하는 경우, 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)는 각각 "제 1 작동모드"로 작동될 수 있다.
상기 제 1 밸브장치(120)가 상기 제 1 작동모드로 작동되는 경우, 상기 제 1 연결배관(121)과 제 2 연결배관(122)이 서로 연통되며, 상기 제 3 연결배관(123)과 제 4 연결배관(124)이 연통된다.
그리고, 상기 제 2 밸브장치(130)가 상기 제 1 작동모드로 작동되는 경우, 상기 제 5 연결배관(131)과 제 6 연결배관(132)이 서로 연통되며, 상기 제 7 연결배관(133)과 제 8 연결배관(134)이 연통된다.
도 2를 참조하면, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매는 상기 제 1 분지부(115)에서 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)로 분지되어 유동한다. 이 때, 상기 제 1 팽창장치(175)는 폐쇄되어, 상기 제 1 분지부(115)로부터 상기 제 1 저장조 연결배관(170)으로의 냉매 유동은 제한된다.
즉, 상기 압축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 제 1 밸브장치(120)의 제 1 연결배관(121)로 유입되어, 상기 제 1 밸브장치(120)의 제 2 연결배관(122)으로 배출된다. 그리고, 상기 압축된 냉매 중 나머지 냉매는 상기 제 2 밸브장치(130)의 제 5 연결배관(131)으로 유입되어, 상기 제 2 밸브장치(130)의 제 6 연결배관(132)으로 배출된다.
상기 제 2 연결배관(122)의 냉매와, 상기 제 6 연결배관(132)의 냉매는 상기 제 3 분지부(167)에서 합지되어 상기 실외 열교환기(160)로 유입되며, 상기 실외 열교환기(160)에서 응축될 수 있다.
상기 실외 열교환기(160)에서 응축된 냉매는 상기 응축배관(150)을 유동한다. 이 때, 상기 메인 팽창장치(153)는 완전 개방되어 냉매가 통과될 수 있으며, 상기 응축배관(150)의 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 바이패스 관(154)을 유동하여, 상기 메인 팽창장치(153)를 바이패스 할 수 있다. 따라서, 상기 메인 팽창장치(153)에서의 압력 강하를 방지할 수 있다.
한편, 상기 제 2 팽창장치(176)는 폐쇄될 수 있다. 따라서, 상기 응축배관(150)의 냉매가 상기 제 2 저장조 연결배관(172)으로 유동하는 것이 제한되며, 상기 실내 열교환기(140)측으로 유동할 수 있다. 냉매는, 상기 실내 열교환기(140)로 유입하기 전에, 상기 실내 팽창장치(148)를 통과하면서 감압될 수 있다. 이 때, 상기 실내 팽창장치(148)는 냉매를 감압시킬 수 있는 정도의 소정 개도로 개방될 수 있다.
냉매는 상기 실내 열교환기(140)를 통과하는 과정에서 증발될 수 있으며, 증발된 냉매는 상기 제 2 밸브장치(130)의 제 8 연결배관(134)으로 유입되어 상기 제 7 연결배관(133)으로 배출된다. 상기 제 7 연결배관(133)의 냉매는 상기 저압 배관(180)을 유동하여 상기 기액 분리기(185)로 유입된다.
상기 기액 분리기(185)로 유입된 냉매 중 기상 냉매가 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. 그리고, 상기한 냉매 사이클이 반복하여 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 축냉 냉방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매는 상기 제 1 분지부(115)에서 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)로 분지되어 유동한다. 이 때, 상기 제 1 팽창장치(175)는 폐쇄되어, 상기 제 1 분지부(115)로부터 상기 제 1 저장조 연결배관(170)으로의 냉매 유동은 제한된다.
즉, 상기 압축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 제 1 밸브장치(120)의 제 1 연결배관(121)로 유입되어, 상기 제 1 밸브장치(120)의 제 2 연결배관(122)으로 배출된다. 그리고, 상기 압축된 냉매 중 나머지 냉매는 상기 제 2 밸브장치(130)의 제 5 연결배관(131)으로 유입되어, 상기 제 2 밸브장치(130)의 제 6 연결배관(132)으로 배출된다.
상기 제 2 연결배관(122)의 냉매와, 상기 제 6 연결배관(132)의 냉매는 상기 제 3 분지부(167)에서 합지되어 상기 실외 열교환기(160)로 유입되며, 상기 실외 열교환기(160)에서 응축될 수 있다.
상기 실외 열교환기(160)에서 응축된 냉매는 상기 응축배관(150)을 유동한다. 이 때, 상기 메인 팽창장치(153)는 완전 개방되어 냉매가 통과될 수 있으며, 상기 응축배관(150)의 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 바이패스 관(154)을 유동하여, 상기 메인 팽창장치(153)를 바이패스 할 수 있다.
한편, 상기 제 2 팽창장치(176)는 개방되어, 상기 응축배관(150)의 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 상기 제 2 저장조 연결배관(172)으로 유동하는 것을 가이드 한다. 이 때, 상기 제 2 팽창장치(176)는 냉매를 감압시킬 수 있는 정도의 소정 개도로 개방될 수 있다.
상기 제 2 팽창장치(176)에서 감압된 냉매는 상기 열 저장조(200)로 유입되며, 상기 열저장 매체(210)와 열교환 하는 과정에서 증발될 수 있다. 그리고, 상기 냉매가 증발되는 과정에서, 상기 열저장 매체(210)는 고체로 상변화 되면서 냉기가 저장될 수 있다.
상기 제 2 저장조 연결배관(172)으로 유동한 냉매를 제외한 응축배관(150)의 냉매는 상기 실내 팽창장치(148)에서 감압된 후 상기 실내 열교환기(140)에서 증발된다. 상기 실내 열교환기(140)에서 증발된 냉매는 상기 제 8 연결배관(134)으로 유동한다.
즉, 축냉 냉방운전시, 상기 실외 열교환기(160)는 응축기로서 기능하고, 상기 열 저장조(200) 및 실내 열교환기(140)는 증발기로서 기능한다. 따라서, 상기 공조장치(10)는 이중 부하를 이용하도록 작동된다.
상기 열 저장조(200)에서 증발된 냉매는 상기 저압 배관(180)을 경유하여 상기 기액 분리기(185)로 유입된다. 이 때, 상기 유량 조절밸브(174)는 ON 작동 또는 개방되어, 상기 저압 배관(180)으로의 냉매 유동을 가이드 한다.
상기 저압 배관(180)의 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 제 3 연결배관(123)을 통하여 상기 제 1 밸브장치(120)로 유입되며 상기 제 4 연결배관(124)을 통하여 배출된다. 그리고, 냉매는 상기 제 8 연결배관(134)으로 유동하여, 상기 실내 열교환기(140)를 통과한 냉매와 합지되고 상기 기액 분리기(185)로 유입된다.
상기 기액 분리기(185)로 유입된 냉매 중 기상 냉매가 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. 그리고, 상기한 냉매 사이클이 반복하여 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 방냉 냉방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매는 상기 제 1 분지부(115)에서 상기 제 1 저장조 연결배관(170)과, 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)로 분지되어 유동한다. 이 때, 상기 제 1 팽창장치(175)는 개방되어, 상기 제 1 분지부(115)로부터 상기 제 1 저장조 연결배관(170)으로의 냉매 유동을 가이드 한다.
상기 제 1 밸브장치(120)의 제 1 연결배관(121)로 유입된 냉매는 상기 제 1 밸브장치(120)의 제 2 연결배관(122)으로 배출되며,상기 제 2 밸브장치(130)의 제 5 연결배관(131)으로 유입된 냉매는 상기 제 2 밸브장치(130)의 제 6 연결배관(132)으로 배출된다.
상기 제 2 연결배관(122)의 냉매와, 상기 제 6 연결배관(132)의 냉매는 상기 제 3 분지부(167)에서 합지되어 상기 실외 열교환기(160)로 유입되며, 상기 실외 열교환기(160)에서 응축될 수 있다.
상기 실외 열교환기(160)에서 응축된 냉매는 상기 응축배관(150)을 유동한다. 이 때, 상기 메인 팽창장치(153)는 완전 개방되어 냉매가 통과될 수 있으며, 상기 응축배관(150)의 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 바이패스 관(154)을 유동하여, 상기 메인 팽창장치(153)를 바이패스 할 수 있다.
한편, 상기 제 2 팽창장치(176)는 개방되며, 상기 유량 조절밸브(174)는 OFF 작동 또는 폐쇄될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 저장조 연결배관(170)의 냉매는 상기 저압 배관(180)으로 유동하는 것이 제한되며, 상기 열 저장조(200)로 유입될 수 있다.
상기 열 저장조(200)로 유입된 냉매는 상기 열저장 매체(210)와 열교환 하는 과정에서 응축될 수 있다. 그리고, 상기 냉매가 응축되는 과정에서, 상기 열저장 매체(210)는 액체로 상변화 되면서 냉기를 방출할 수 있다.
상기 열 저장조(200)에서 응축된 냉매는 상기 제 2 저장조 연결배관(172)을 유동하며, 상기 제 2 분지부(152)에서 상기 응축배관(150)의 냉매와 합지된다.
상기 제 2 분지부(152)에서 합지된 냉매는 상기 실내 팽창장치(148)에서 감압된 후 상기 실내 열교환기(140)에서 증발된다.
즉, 방냉 냉방운전시, 상기 실외 열교환기(160) 및 열 저장조(200)는 응축기로서 기능하고, 상기 실내 열교환기(140)는 증발기로서 기능한다. 따라서, 상기 공조장치(10)는 이중 열원을 이용하도록 작동된다.
상기 실내 열교환기(140)에서 증발된 냉매는 상기 제 8 연결배관(134)으로 유동하며, 상기 제 2 밸브장치(120)의 제 7 연결배관(133)을 통하여 상기 기액 분리기(185)로 유입된다. 그리고, 상기 기액 분리기(185)로 유입된 냉매 중 기상 냉매가 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. 그리고, 상기한 냉매 사이클이 반복하여 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 일반 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
상기 공조장치(10)가 일부 난방운전(일반난방, 축열 난방 및 방열 난방) 모드를 수행하는 경우, 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)는 각각 "제 2 작동모드"로 작동될 수 있다.
상기 제 1 밸브장치(120)가 상기 제 2 작동모드로 작동되는 경우, 상기 제 1 연결배관(121)과 제 4 연결배관(124)이 서로 연통되며, 상기 제 2 연결배관(122)과 제 3 연결배관(123)이 연통된다.
그리고, 상기 제 2 밸브장치(130)가 상기 제 2 작동모드로 작동되는 경우, 상기 제 5 연결배관(131)과 제 8 연결배관(134)이 서로 연통되며, 상기 제 6 연결배관(132)과 제 7 연결배관(133)이 연통된다.
반면에, 상기 공조장치(10)가 다른 난방운전, 즉 제상 난방운전을 수행하는 경우, 상기 제 1 밸브장치(120)는 상기 "제 1 작동모드"로 작동되며, 상기 제 2 밸브장치(130)는 상기 "제 2 작동모드"로 작동될 수 있다. 이를 통합하여, 상기 제 1,2 밸브장치(120,130)의 "제 3 작동모드"라 이름할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매는 상기 제 1 분지부(115)에서 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)로 분지되어 유동한다. 이 때, 상기 제 1 팽창장치(175)는 폐쇄되어, 상기 제 1 분지부(115)로부터 상기 제 1 저장조 연결배관(170)으로의 냉매 유동은 제한된다.
즉, 상기 압축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 제 1 밸브장치(120)의 제 1 연결배관(121)로 유입되어, 상기 제 1 밸브장치(120)의 제 4 연결배관(124)으로 배출된다. 그리고, 상기 압축된 냉매 중 나머지 냉매는 상기 제 2 밸브장치(130)의 제 5 연결배관(131)으로 유입되어, 상기 제 2 밸브장치(130)의 제 8 연결배관(134)으로 배출된다.
상기 제 4 연결배관(124)의 냉매와, 상기 제 8 연결배관(134)의 냉매는 합지되어 상기 실내 열교환기(140)로 유입되며, 상기 실내 열교환기(140)에서 응축될 수 있다.
상기 실내 열교환기(140)에서 응축된 냉매는 상기 응축배관(150)을 유동한다. 이 때, 상기 실내 팽창장치(148)는 완전 개방되어 냉매가 통과될 수 있다.
그리고, 상기 제 2 팽창장치(176)는 폐쇄되며, 이에 따라 상기 응축배관(150)의 냉매가 상기 제 2 저장조 연결배관(172)으로 유동하는 것이 제한된다.
상기 응축배관(150)의 냉매는 상기 메인 팽창장치(153)를 통과하여 상기 실외 열교환기(160)로 유입되어 증발된다. 이 때, 상기 메인 팽창장치(153)는, 냉매가 감압될 수 있는 정도의 소정 개도로 개방될 수 있다.
한편, 상기 응축배관(150)의 냉매는, 상기 바이패스 체크밸브(155)에 의하여, 상기 바이패스 관(154)으로 유동하는 것이 제한된다.
냉매는 상기 실외 열교환기(160)를 통과하는 과정에서 증발될 수 있으며, 증발된 냉매는 상기 제 3 분지부(167)를 경유하여 상기 제 1 밸브장치(120)의 제 2 연결배관(122)으로 유입되어 상기 제 3 연결배관(123)으로 배출된다. 이 때, 상기 제 2 체크밸브(132a)에 의하여, 냉매가 상기 제 6 연결배관(132)으로 유동하는 것이 제한된다.
상기 제 3 연결배관(123)으로 배출된 냉매는 상기 저압 배관(180)을 통하여 상기 기액 분리기(185)로 유입된다. 상기 기액 분리기(185)로 유입된 냉매 중 기상 냉매가 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. 그리고, 상기한 냉매 사이클이 반복하여 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 축열 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매는 상기 제 1 분지부(115)에서, 상기 제 1 저장조 연결배관(170)과, 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)로 분지되어 유동한다. 이 때, 상기 제 1 팽창장치(175)는 개방되어, 상기 제 1 분지부(115)로부터 상기 제 1 저장조 연결배관(170)으로의 냉매 유동을 가이드 한다.
상기 제 1 밸브장치(120)의 제 1 연결배관(121)로 유입된 냉매는 제 4 연결배관(124)으로 배출되며, 상기 제 2 밸브장치(130)의 제 5 연결배관(131)으로 유입된 냉매는 상기 제 8 연결배관(134)으로 배출된다.
상기 제 4 연결배관(124)의 냉매와, 상기 제 8 연결배관(134)의 냉매는 합지되어 상기 실내 열교환기(140)로 유입되며, 상기 실내 열교환기(140)에서 응축될 수 있다.
상기 실내 열교환기(140)에서 응축된 냉매는 상기 응축배관(150)을 유동한다. 이 때, 상기 실내 팽창장치(148)는 완전 개방되어 냉매가 통과될 수 있다.
한편, 상기 제 2 팽창장치(176)는 개방되며, 상기 유량 조절밸브(174)는 OFF 작동 또는 폐쇄될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 저장조 연결배관(170)의 냉매는 상기 저압 배관(180)으로 유동하는 것이 제한되며, 상기 열 저장조(200)로 유입될 수 있다.
상기 열 저장조(200)로 유입된 냉매는 상기 열저장 매체(210)와 열교환 하는 과정에서 응축될 수 있다. 그리고, 상기 냉매가 응축되는 과정에서, 상기 열저장 매체(210)는 액체로 상변화 되면서 열을 저장할 수 있다.
상기 열 저장조(200)에서 응축된 냉매는 상기 제 2 저장조 연결배관(172)을 유동하며, 상기 제 2 분지부(152)에서 상기 응축배관(150)의 냉매와 합지된다.
상기 제 2 분지부(152)에서 합지된 냉매는 상기 메인 팽창장치(153)에서 감압된 후 상기 실외 열교환기(160)에서 증발된다. 이 때, 상기 바이패스 체크밸브(155)에 의하여, 상기 바이패스 관(154)으로의 냉매 유동은 제한된다.
즉, 축열 난방운전시, 상기 실내 열교환기(140) 및 열 저장조(200)는 응축기로서 기능하고, 상기 실외 열교환기(160)는 증발기로서 기능한다. 따라서, 상기 공조장치(10)는 이중 부하를 이용하도록 작동된다.
상기 실외 열교환기(160)에서 증발된 냉매는 상기 제 3 분지부(167)를 경유하여 상기 제 1 밸브장치(120)의 제 2 연결배관(122)으로 유입되어 상기 제 3 연결배관(123)으로 배출된다. 이 때, 상기 제 2 체크밸브(132a)에 의하여, 냉매가 상기 제 6 연결배관(132)으로 유동하는 것이 제한된다.
상기 제 3 연결배관(123)으로 배출된 냉매는 상기 저압 배관(180)을 통하여 상기 기액 분리기(185)로 유입된다. 상기 기액 분리기(185)로 유입된 냉매 중 기상 냉매가 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. 그리고, 상기한 냉매 사이클이 반복하여 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 방열 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매는 상기 제 1 분지부(115)에서, 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)로 분지되어 유동한다. 이 때, 상기 제 1 팽창장치(175)는 폐쇄되어, 상기 제 1 분지부(115)로부터 상기 제 1 저장조 연결배관(170)으로의 냉매 유동을 제한한다.
상기 제 1 밸브장치(120)의 제 1 연결배관(121)로 유입된 냉매는 제 4 연결배관(124)으로 배출되며, 상기 제 2 밸브장치(130)의 제 5 연결배관(131)으로 유입된 냉매는 상기 제 8 연결배관(134)으로 배출된다.
상기 제 4 연결배관(124)의 냉매와, 상기 제 8 연결배관(134)의 냉매는 합지되어 상기 실내 열교환기(140)로 유입되며, 상기 실내 열교환기(140)에서 응축될 수 있다.
상기 실내 열교환기(140)에서 응축된 냉매는 상기 응축배관(150)을 유동한다. 이 때, 상기 실내 팽창장치(148)는 완전 개방되어 냉매가 통과될 수 있다.
한편, 상기 제 2 팽창장치(176)는 개방되어, 상기 응축배관(150)의 냉매 중 적어도 일부의 냉매가 상기 제 2 저장조 연결배관(172)으로 유동하는 것을 가이드 한다. 이 때, 상기 제 2 팽창장치(176)는 냉매를 감압시킬 수 있는 정도의 소정 개도로 개방될 수 있다.
상기 제 2 팽창장치(176)에서 감압된 냉매는 상기 열 저장조(200)로 유입되며, 상기 열저장 매체(210)와 열교환 하는 과정에서 증발될 수 있다. 그리고, 상기 냉매가 증발되는 과정에서, 상기 열저장 매체(210)는 고체로 상변화 되면서 열을 방출할 수 있다.
상기 제 2 저장조 연결배관(172)으로 유동한 냉매를 제외한 응축배관(150)의 냉매는 상기 메인 팽창장치(153)에서 감압된 후 상기 실외 열교환기(160)에서 증발된다. 이 때, 상기 바이패스 체크밸브(155)에 의하여, 냉매가 상기 바이패스 관(154)으로 유동하는 것이 제한된다.
즉, 방열 난방운전시, 상기 실내 열교환기(140)는 응축기로서 기능하고, 상기 열 저장조(200) 및 실외 열교환기(160)는 증발기로서 기능한다. 따라서, 상기 공조장치(10)는 이중 열원을 이용하도록 작동된다.
상기 열 저장조(200)에서 증발된 냉매는 상기 저압 배관(180)을 경유하여 상기 기액 분리기(185)로 유입된다. 이 때, 상기 유량 조절밸브(174)는 ON 작동 또는 개방되어, 상기 저압 배관(180)으로의 냉매 유동을 가이드 한다.
상기 실외 열교환기(160)에서 증발된 냉매는 상기 제 3 분지부(167)를 경유하여 상기 제 1 밸브장치(120)의 제 2 연결배관(122)으로 유입되어 상기 제 3 연결배관(123)으로 배출된다. 이 때, 상기 제 2 체크밸브(132a)에 의하여, 냉매가 상기 제 6 연결배관(132)으로 유동하는 것이 제한된다.
상기 제 3 연결배관(123)으로 배출된 냉매는 상기 저압 배관(180)을 통하여 상기 기액 분리기(185)로 유입된다. 상기 기액 분리기(185)로 유입된 냉매 중 기상 냉매가 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. 그리고, 상기한 냉매 사이클이 반복하여 이루어질 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 제상 난방운전시 냉매의 유동모습을 보여주는 시스템 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매는 상기 제 1 분지부(115)에서, 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)로 분지되어 유동한다. 이 때, 상기 제 1 팽창장치(175)는 폐쇄되어, 상기 제 1 분지부(115)로부터 상기 제 1 저장조 연결배관(170)으로의 냉매 유동을 제한한다.
상기 제 1 밸브장치(120)의 제 1 연결배관(121)로 유입된 냉매는 제 2 연결배관(122)으로 배출되며, 상기 제 2 밸브장치(130)의 제 5 연결배관(131)으로 유입된 냉매는 상기 제 8 연결배관(134)으로 배출된다.
상기 제 2 연결배관(122)의 냉매는 상기 제 3 분지부(167)를 경유하여 상기 실외 열교환기(160)로 유입되며, 상기 실외 열교환기(160)에서 응축될 수 있다. 그리고, 상기 제 8 연결배관(134)의 냉매는 상기 실내 열교환기(140)로 유입되며, 상기 실내 열교환기(140)에서 응축될 수 있다.
상기 실외 열교환기(160)에서 냉매가 응축되는 과정에서, 상기 실외 열교환기(160)에서 착상된 서리가 제거되는 효과를 얻을 수 있다. 상기 실외 열교환기(160)에서 응축된 냉매는 상기 응축배관(150)을 유동한다. 이 때, 상기 메인 팽창장치(153)는 완전 개방되어 냉매를 통과시키며, 상기 응축배관(150)의 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 바이패스 관(154)으로 유동할 수 있다.
상기 실내 열교환기(140)에서 응축된 냉매는 상기 응축배관(150)을 유동한다. 이 때, 상기 실내 팽창장치(148)는 완전 개방되어 냉매가 통과될 수 있다.
상기 실외 열교환기(160) 및 실내 열교환기(140)에서 응축된 냉매는 상기 제 2 분지부(152)에서 합지되어, 상기 열 저장조(200)로 유입된다. 이 때, 상기 제 2 팽창장치(176)는 냉매를 감압시킬 수 있는 정도의 소정 개도로 개방되며, 이에 따라 냉매는 상기 제 2 팽창장치(176)에서 감압되어 상기 열 저장조(200)로 유입된다.
상기 열 저장조(200)로 유입된 냉매는 상기 열저장 매체(210)와 열교환 하는 과정에서 증발될 수 있다. 그리고, 상기 냉매가 증발되는 과정에서, 상기 열저장 매체(210)는 고체로 상변화 되면서 열을 방출할 수 있다.
즉, 제상 난방운전시, 상기 실내 열교환기(140) 및 실외 열교환기(160)는 응축기로서 기능하고, 상기 열 저장조(200)는 증발기로서 기능한다. 따라서, 상기 공조기(10)는, 상기 실외 열교환기(160)의 제상운전이 이루어질 수 있도록 작동한다.
상기 열 저장조(200)에서 증발된 냉매는 상기 저압 배관(180)을 경유하여 상기 기액 분리기(185)로 유입된다. 이 때, 상기 유량 조절밸브(174)는 ON 작동 또는 개방되어, 상기 저압 배관(180)으로의 냉매 유동을 가이드 한다.
상기 저압 배관(180)의 냉매는 상기 기액 분리기(185)로 유입되어 기상 냉매가 분리되며, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(110)로 흡입될 수 있다. 그리고, 상기한 냉매 사이클이 반복하여 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 공조장치의 운전모드에 따라, 축열조에 의한 이중부하 또는 이중열원을 이용한 운전이 가능하고, 난방운전시 제상운전이 수행될 수 있다는 효과가 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여, 본 실시예에 따른 공조장치의 제어방법을 설명한다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 축열식 공조장치의 제어방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 공조장치(10)의 운전이 시작되어 압축기(110)가 구동하면, 상기 공조장치(10)의 운전모드가 인식된다(S11,S12).
상기 공조장치(10)의 운전모드가 냉방운전 인 경우, 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)는 제 1 작동모드로 전환된다. 그리고, 상기 공조장치(10)의 운전모드가 일반 냉방운전 모드인지 여부가 인식된다. (S13,S14).
상기 공조장치(10)가 일반 냉방운전 모드를 수행하는 경우, 상기 제 1 팽창장치(175) 및 제 2 팽창장치(176)는 폐쇄된다.
따라서, 상기 제 1 저장조 연결배관(170) 및 제 2 저장조 연결배관(172)의 냉매 유동은 제한되며, 상기 열 저장조(200)로의 냉매 유입은 발생되지 않는다(S15,S16).
그리고, 상기 유량조절 밸브(174)는 OFF 작동하여, 상기 저압 배관(180)으로의 냉매 유동은 발생되지 않는다(S17).
반면에, S15 단계에서, 축냉 냉방운전으로 인식되는 경우, 상기 제 1 팽창장치(175)는 폐쇄되어, 상기 제 1 저장조 연결배관(170)에서의 냉매 유동은 제한된다(S18,S19).
그리고, 상기 제 2 팽창장치(176)는 냉매를 감압할 수 있는 정도의 소정 개도로 개방되어, 냉매를 감압한 후 열 저장조(200)로 유입시키며, 상기 유량조절 밸브(174)는 ON 작동하여, 상기 열 저장조(200)에서 증발된 냉매는 상기 저압 배관(180)으로 유동하게 된다(S20,S21).
S15 단계에서, 방냉 냉방운전으로 인식되는 경우, 상기 제 1 팽창장치(175) 및 제 2 팽창장치(176)는 개방되어, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 제 1 저장조 연결배관(170) 및 제 2 저장조 연결배관(172)을 유동하게 된다. 이 과정에서, 냉매는 상기 열 저장조(200) 내에서 응축될 수 있다(S22,S23,S24).
그리고, 상기 유량조절 밸브(174)는 OFF 작동하여, 상기 제 1 저장조 연결배관(170)의 냉매가 상기 저압 배관(180)으로 유동하는 것이 제한된다(S25).
한편, S13 단계에서 상기 공조장치(10)가 난방운전 모드를 수행하는 것으로 인식되면, 운전모드가 일반 난방운전인지 여부가 인식된다(S31,S32).
상기 일반 난방운전 모드를 수행하는 경우, 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)는 제 2 작동모드로 전환된다(S33). 그리고, 상기 제 1 팽창장치(175) 및 제 2 팽창장치(176)는 폐쇄된다. 따라서, 상기 제 1 저장조 연결배관(170) 및 제 2 저장조 연결배관(172)의 냉매 유동은 제한되며, 상기 열 저장조(200)로의 냉매 유입은 발생되지 않는다(S34).
그리고, 상기 유량조절 밸브(174)는 OFF 작동하여, 상기 저압 배관(180)으로의 냉매 유동은 발생되지 않는다(S35).
S32 단계에서 상기 공조장치(10)가 축열 난방운전 모드를 수행하는 것으로 인식되면, 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)는 제 2 작동모드로 전환된다(S36,S37). 그리고, 상기 제 1 팽창장치(175) 및 제 2 팽창장치(176)는 개방되어, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 제 1 저장조 연결배관(170) 및 제 2 저장조 연결배관(172)을 유동하게 된다. 이 과정에서, 냉매는 상기 열 저장조(200) 내에서 응축될 수 있다(S38,S39).
그리고, 상기 유량조절 밸브(174)는 OFF 작동하여, 상기 저압 배관(180)으로의 냉매 유동은 발생되지 않는다(S39).
S36 단계에서 상기 공조장치(10)가 방열 난방운전 모드를 수행하는 것으로 인식되면, 상기 제 1 밸브장치(120) 및 제 2 밸브장치(130)는 제 2 작동모드로 전환된다(S40,S41).
상기 제 1 팽창장치(175)는 폐쇄되어, 상기 제 1 저장조 연결배관(170)에서의 냉매 유동은 제한된다(S42).
그리고, 상기 제 2 팽창장치(176)는 냉매를 감압할 수 있는 정도의 소정 개도로 개방되어, 냉매를 감압한 후 열 저장조(200)로 유입시키며, 상기 유량조절 밸브(174)는 ON 작동하여, 상기 열 저장조(200)에서 증발된 냉매는 상기 저압 배관(180)으로 유동하게 된다(S43,S44).
S40 단계에서, 상기 공조장치(10)가 제상 난방운전 모드를 수행하는 것으로 인식되면, 상기 제 1 밸브장치(120)는 제 1 작동모드로, 상기 제 2 밸브장치(130)는 제 2 작동모드로 전환된다(S45,S46).
상기 제 1 팽창장치(175)는 폐쇄되어, 상기 제 1 저장조 연결배관(170)에서의 냉매 유동은 제한된다(S47).
그리고, 상기 제 2 팽창장치(176)는 냉매를 감압할 수 있는 정도의 소정 개도로 개방되어, 냉매를 감압한 후 열 저장조(200)로 유입시키며, 상기 유량조절 밸브(174)는 ON 작동하여, 상기 열 저장조(200)에서 증발된 냉매는 상기 저압 배관(180)으로 유동하게 된다(S48,S49).
이하에서는 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제 1 실시예와 비교하여, 일부 구성에 있어서만 차이가 있으므로 차이점을 위주로 설명하며, 제 1 실시예와 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면부호를 원용한다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 축열식 공조장치의 구성을 보여주는 시스템 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 축열식 공조장치(10')에는, 상기 제 4 연결배관(124)에 설치되는 제 1 캐필러리(capillary, 224a) 및 상기 제 6 연결배관(132)에 설치되는 제 2 캐필러리(232a)가 포함된다.
상기 제 1 캐필러리(224a)는, 상기 제 4 연결배관(124)에서의 일방향 유동, 즉 상기 제 1 밸브장치(120)로부터 상기 제 8 연결배관(134)으로의 유동을 가이드 하며, 그 반대의 유동, 즉 상기 제 8 연결배관(134)으로부터 상기 제 2 밸브장치(130)로의 유동을 제한할 수 있다.
상기 제 2 캐필러리(232a)는, 상기 제 6 연결배관(132)에서의 일방향 유동, 즉 상기 제 2 밸브장치(130)로부터 상기 제 3 분지부(167)로의 유동을 가이드 하며, 그 반대의 유동, 즉 상기 제 3 분지부(167)로부터 상기 제 2 밸브장치(130)로의 유동을 제한할 수 있다.
제 1 실시예의 체크밸브(124a,132a)와, 제 2 실시예의 캐필러리(224a,232a)는 냉매의 일방향 유동을 가이드 하고, 역류를 방지하는 점에서 "역류방지 장치"라 이름할 수 있다.
110 : 압축기 115 : 제 1 분지부
120 : 제 1 밸브장치 130 : 제 2 밸브장치
140 : 실내 열교환기 148 : 실내 팽창장치
150 : 응축배관 152 : 제 2 분지부
153 : 메인 팽창장치 160 : 실외 열교환기
167 : 제 3 분지부 170 : 제 1 저장조 연결배관
172 : 제 2 저장조 연결배관 174 : 유량 조절밸브
175 : 제 1 팽창장치 176 : 제 2 팽창장치
200 : 열 저장조 201 : 케이스
210 : 열저장 매체 220 : 내부 배관
120 : 제 1 밸브장치 130 : 제 2 밸브장치
140 : 실내 열교환기 148 : 실내 팽창장치
150 : 응축배관 152 : 제 2 분지부
153 : 메인 팽창장치 160 : 실외 열교환기
167 : 제 3 분지부 170 : 제 1 저장조 연결배관
172 : 제 2 저장조 연결배관 174 : 유량 조절밸브
175 : 제 1 팽창장치 176 : 제 2 팽창장치
200 : 열 저장조 201 : 케이스
210 : 열저장 매체 220 : 내부 배관
Claims (19)
- 열저장 매체를 포함하는 열 저장조, 압축기, 실외 열교환기 및 실내 열교환기를 구비하는 축열식 공조장치에 있어서,
상기 압축기에서 압축된 냉매의 유동방향을 전환하는 제 1,2 밸브장치;
상기 압축기의 출구측에 배치되며, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 제 1,2 밸브장치 또는 상기 열 저장조로 분지하는 제 1 분지부;
상기 제 1 분지부로부터 상기 제 1, 2 밸브장치로 가이드 하는 제 1,5 연결배관;
상기 제 1 분지부로부터 상기 열 저장조로 연장되는 제 1 저장조 연결배관;
상기 실외 열교환기로부터 상기 실내 열교환기로 연장되는 응축 배관;
상기 열 저장조로부터 상기 응축 배관으로 연장되는 제 2 저장조 연결배관;
상기 제 1 저장조 연결배관으로부터 상기 압축기의 흡입측으로 연장되어, 증발된 냉매가 유동하는 저압 배관;
상기 제 1 저장조 연결배관에 설치되며, 상기 제 1 분지부로부터 상기 열 저장조로의 냉매 유동을 선택적으로 제한하는 제 1 팽창장치; 및
상기 제 2 저장조 연결배관에 설치되며, 상기 열 저장조로의 냉매유동 또는 상기 열 저장조로부터 배출되는 냉매유동을 선택적으로 제한하는 제 2 팽창장치가 포함되는 축열식 공조장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 저압 배관에 설치되며, 상기 저압 배관에서의 냉매유동을 선택적으로 제한하는 유량 조절밸브가 더 포함되는 축열식 공조장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 저장조에는,
외형을 형성하는 케이스; 및
상기 케이스의 내부에 구비되며, 냉매가 유동하는 내부 배관이 포함되는 축열식 공조장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 열저장 매체에는,
물과 TBAB(Tetra n-butyl Ammonium Bromide, [(CH3(CH2)3]4NBr)의 혼합물인 TBAB 솔루션을 냉각하여 얻는 고체-액체 슬러리(slurry)가 포함되는 축열식 공조장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 저장조 연결배관과 상기 응축배관이 합지되는 제 2 분지부가 더 포함되는 축열식 공조장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 밸브장치 또는 제 2 밸브장치에는, 사방 밸브(four-way valve)가 포함되는 축열식 공조장치. - 제 3 항에 있어서,
냉방운전시, 상기 제 1 연결배관을 통하여 제 1 밸브장치로 유입된 냉매를 상기 실외 열교환기로 가이드 하는 제 2 연결배관;
상기 제 1 밸브장치로부터 상기 저압 배관으로 연장되는 제 3 연결배관; 및
난방운전시, 상기 제 1 연결배관을 통하여 상기 제 1 밸브장치로 유입된 냉매를 상기 실내 열교환기로 가이드 하는 제 4 연결배관이 더 포함되는 축열식 공조장치. - 제 8 항에 있어서,
냉방운전시, 상기 제 5 연결배관을 통하여 제 2 밸브장치로 유입된 냉매를 상기 실외 열교환기로 가이드 하는 제 6 연결배관;
상기 제 2 밸브장치로부터 상기 저압 배관으로 연장되는 제 7 연결배관; 및
난방운전시, 상기 제 5 연결배관을 통하여 상기 제 2 밸브장치로 유입된 냉매를 상기 실내 열교환기로 가이드 하는 제 8 연결배관이 더 포함되는 축열식 공조장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 연결배관과, 상기 제 6 연결배관이 합지되는 제 3 분지부가 더 포함되는 축열식 공조장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 4 연결배관의 일측부는 상기 제 8 연결배관의 일 지점에 연결되는 것을 특징으로 하는 축열식 공조장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 팽창장치 또는 제 2 팽창장치에는, 전자 팽창밸브(Electronic Expansion Valve)가 포함되는 축열식 공조장치. - 압축기, 제 1,2 밸브장치, 실외 열교환기, 실내 열교환기, 상기 실외 열교환기와 실내 열교환기 사이을 연결하는 응축배관 및 열 저장조가 포함되는 축열식 공조장치의 제어방법에 있어서,
상기 축열식 공조장치의 운전모드에 따라, 상기 제 1,2 밸브장치의 작동모드가 결정되는 단계;
상기 압축기의 출력측로부터 상기 열 저장조로 연장되는 제 1 저장조 연결배관에 설치된 제 1 팽창장치를 이용하여, 냉매 유동을 선택적으로 제한하는 단계;
상기 열 저장조로부터 상기 응축배관으로 연장되는 제 2 저장조 연결배관에 설치된 제 2 팽창장치를 이용하여, 냉매 유동을 선택적으로 제한하는 단계; 및
상기 열 저장조로부터 상기 압축기의 입력측로 연장되는 저압기관에 설치된 유량조절밸브를 이용하여, 냉매 유동을 선택적으로 제한하는 단계; 가 포함되며,
상기 축열식 공조장치의 축열 또는 방열 난방운전 모드에서, 상기 실외 열교환기, 실내 열교환기 및 열 저장조 중 적어도 어느 하나는 응축기로 작용하고, 나머지는 증발기로 작용하는 것을 특징으로 하는 축열식 공조장치의 제어방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 축열식 공조장치의 축냉 또는 방냉 냉방운전 모드에서, 상기 실외 열교환기, 실내 열교환기 및 열 저장조 중 적어도 어느 하나는 응축기로 작용하고, 나머지는 증발기로 작용하는 것을 특징으로 하는 축열식 공조장치의 제어방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 팽창장치가 개방되면, 상기 압축기에서 압축된 냉매 중 적어도 일부의 냉매는 상기 제 1 저장조 연결배관을 통하여 상기 열 저장조로 유입되는 것을 특징으로 하는 축열식 공조장치의 제어방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 축열식 공조장치의 축열 난방운전 모드 또는 방냉 냉방운전 모드에서, 상기 제 2 팽창장치가 개방되어, 상기 열 저장조에서 응축된 냉매가 상기 응축배관으로 유입되며,
상기 축열식 공조장치의 방열 난방운전 모드 또는 축냉 냉방운전 모드에서, 상기 제 2 팽창장치는 설정개도로 개방되어, 냉매를 감압하는 것을 특징으로 하는 축열식 공조장치의 제어방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1,2 밸브장치의 작동모드에는,
상기 축열식 공조장치가 냉방운전 모드를 수행하는 경우,
상기 제 1 밸브장치의 제 1 연결배관과 제 2 연결배관을 연통하고, 제 3 연결배관과 제 4 연결배관을 연통하고,
상기 제 2 밸브장치의 제 5 연결배관과 제 6 연결배관을 연통하고, 제 7 연결배관과 제 8 연결배관을 연통하는 제 1 작동모드가 포함되는 축열식 공조장치의 제어방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1,2 밸브장치의 작동모드에는,
상기 축열식 공조장치가 축열 또는 방열 난방운전 모드를 수행하는 경우,
상기 제 1 밸브장치의 제 1 연결배관과 제 4 연결배관을 연통하고, 제 2 연결배관과 제 3 연결배관을 연통하고,
상기 제 2 밸브장치의 제 5 연결배관과 제 8 연결배관을 연통하고, 제 6 연결배관과 제 7 연결배관을 연통하는 제 2 작동모드가 포함되는 축열식 공조장치의 제어방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1,2 밸브장치의 작동모드에는,
상기 축열식 공조장치가 제상 난방운전 모드를 수행하는 경우,
상기 제 1 밸브장치의 제 1 연결배관과 제 2 연결배관을 연통하고, 제 3 연결배관과 제 4 연결배관을 연통하고,
상기 제 2 밸브장치의 제 5 연결배관과 제 8 연결배관을 연통하고, 제 6 연결배관과 제 7 연결배관을 연통하는 제 3 작동모드가 포함되는 축열식 공조장치의 제어방법.
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