KR101852797B1 - A cascade heat pump - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐스케이드 히트펌프 장치에 관한 것이다.
일 측면에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치는, 제1 냉매를 사용하며 제1 압축기를 포함하는 제1 냉매 사이클; 및 상기 제1 냉매와 열교환하는 제2 냉매를 사용하는 제2 냉매 사이클을 포함하고, 상기 제1 냉매 사이클은, 상기 제1 압축기의 일단에 연결되는 제1 유량조절부와, 상기 제1 냉매와 상기 제2 냉매가 열교환되는 제2 실외 열교환기의 일단에 연결되는 제2 유량조절부와, 상기 제1 유량조절부와 상기 제2 유량조절부를 연결하는 복수의 연결배관을 포함한다.The present invention relates to a cascade heat pump apparatus.
A cascade heat pump apparatus according to one aspect, comprising: a first refrigerant cycle using a first refrigerant and including a first compressor; And a second refrigerant cycle using a second refrigerant that exchanges heat with the first refrigerant, wherein the first refrigerant cycle includes a first flow rate controller connected to one end of the first compressor, A second flow control unit connected to one end of the second outdoor heat exchanger through which the second refrigerant is heat-exchanged, and a plurality of connection pipes connecting the first flow control unit and the second flow control unit.
Description
본 발명은 캐스케이드 히트펌프 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cascade heat pump apparatus.
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, 냉장 또는 냉동을 수행하는 장치이다.Generally, the heat pump apparatus includes a compressor for compressing refrigerant, a condenser for condensing the refrigerant discharged from the compressor, an expander for expanding the refrigerant passing through the condenser, and an evaporator for evaporating the refrigerant expanded in the expander And constitutes a refrigerant cycle, and is a device for cooling / heating the room, performing refrigeration or freezing by using refrigerant circulating the refrigerant cycle.
최근에는 시스템의 효율을 높이기 위하여, 제1 냉매를 순환시키는 제1 냉매 사이클과, 제2 냉매를 순환시키는 제2 냉매 사이클을 포함하고, 냉매 열교환기를 통해 제1 냉매와 제2 냉매가 열교환되도록 하는 캐스케이드 히트펌프 장치가 개발되었다.Recently, in order to increase the efficiency of the system, a refrigerant cycle including a first refrigerant cycle for circulating the first refrigerant and a second refrigerant cycle for circulating the second refrigerant is provided, and the first refrigerant and the second refrigerant are heat-exchanged through the refrigerant heat exchanger A cascade heat pump device was developed.
이 경우 제1 냉매 사이클은 실내를 냉난방하는 사이클로 사용되고, 제2 냉매 사이클은 냉장 또는 냉동을 수행하는 사이클로 사용될 수 있다. 이때 냉매 열교환기에서 제1 냉매는 증발되고 제2 냉매는 응축되어 서로 열교환 될 수 있다.In this case, the first refrigerant cycle is used as a cycle for cooling and heating the room, and the second refrigerant cycle can be used as a cycle for performing refrigeration or freezing. At this time, in the refrigerant heat exchanger, the first refrigerant is evaporated and the second refrigerant is condensed and heat-exchanged with each other.
또한 제1 냉매 사이클에서 순환하는 제1 냉매는 냉난방 운전모드의 전환에 따라 유동 방향이 전환될 수 있으나, 제2 냉매 사이클에서 순환하는 제2 냉매는 항상 동일한 방향으로 순환될 수 있다.Also, the first refrigerant circulating in the first refrigerant cycle can be changed in flow direction in accordance with the switching of the cooling / heating operation mode, but the second refrigerant circulating in the second refrigerant cycle can always be circulated in the same direction.
그러나 냉난방과 냉장 또는 냉동을 구현하는 종래의 캐스케이드 히트펌프 장치는, 하나의 제1 냉매 사이클에 하나의 제2 냉매 사이클이 대응될 뿐이어서, 복수의 제1 냉매 사이클을 구비하여야 하는 경우 냉매 간 열교환을 통한 효율 상승을 누릴 수 없다는 문제점이 있다.However, in the conventional cascade heat pump apparatus for implementing cooling and heating and refrigeration or freezing, only one second refrigerant cycle corresponds to one first refrigerant cycle, so that when a plurality of first refrigerant cycles are to be provided, There is a problem in that the efficiency can not be increased.
본 발명의 목적은 제1 냉매 사이클에 복수의 유량조절부와 연결배관을 구비하여, 제1 냉매 사이클의 운전 모드 전환 시 제1 냉매가 원활하게 유동할 수 있도록 하는 캐스케이드 히트펌프 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a cascade heat pump apparatus having a plurality of flow rate control units and a connection pipe in a first refrigerant cycle to allow a first refrigerant to smoothly flow when a first mode of operation of a refrigerant cycle is switched .
또한 본 발명의 목적은 복수의 제1 냉매 사이클을 사용할 경우, 연결배관 중 어느 하나에 다른 제1 냉매 사이클의 연결배관이 연통될 수 있도록 하여, 제1 압축기로부터 토출되는 제1 냉매 또는 제1 압축기로 유입되는 제1 냉매가 공유되도록 함으로써 시스템 효율을 상승시킬 수 있는 캐스케이드 히트펌프 장치를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a refrigerant cycle system in which when a plurality of first refrigerant cycles are used, a connection pipe of another first refrigerant cycle can be connected to any one of connection pipes, And the first refrigerant flowing into the first heat exchanger is shared, thereby improving the system efficiency.
일 측면에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치는, 제1 냉매를 사용하며 제1 압축기를 포함하는 제1 냉매 사이클; 및 상기 제1 냉매와 열교환하는 제2 냉매를 사용하는 제2 냉매 사이클을 포함하고, 상기 제1 냉매 사이클은, 상기 제1 압축기의 일단에 연결되는 제1 유량조절부와, 상기 제1 냉매와 상기 제2 냉매가 열교환되는 제2 실외 열교환기의 일단에 연결되는 제2 유량조절부와, 상기 제1 유량조절부와 상기 제2 유량조절부를 연결하는 복수의 연결배관을 포함한다.A cascade heat pump apparatus according to one aspect, comprising: a first refrigerant cycle using a first refrigerant and including a first compressor; And a second refrigerant cycle using a second refrigerant that exchanges heat with the first refrigerant, wherein the first refrigerant cycle includes a first flow rate controller connected to one end of the first compressor, A second flow control unit connected to one end of the second outdoor heat exchanger through which the second refrigerant is heat-exchanged, and a plurality of connection pipes connecting the first flow control unit and the second flow control unit.
본 발명에 의하면, 실내의 냉난방을 수행하는 제1 냉매 사이클의 제1 냉매와, 냉장 또는 냉동을 수행하는 제2 냉매 사이클의 제2 냉매가 서로 열교환되도록 하여, 시스템 전체 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, the first refrigerant of the first refrigerant cycle performing the cooling and heating of the room and the second refrigerant of the second refrigerant cycle performing the refrigerating or freezing are exchanged with each other, thereby improving the efficiency of the system as a whole.
또한 본 발명에 의하면, 제1 냉매 사이클에 구비되는 복수의 유량조절부와, 유량조절부를 연결하는 복수의 연결배관을 이용하여, 냉난방 운전모드 전환 시 제1 냉매가 원활하게 제1 냉매 사이클을 순환할 수 있도록 한다.According to the present invention, the first refrigerant circulates in the first refrigerant cycle smoothly when the cooling / heating operation mode is changed by using a plurality of flow rate control units provided in the first refrigerant cycle and a plurality of connection pipes connecting the flow rate control unit. .
또한 본 발명에 의하면, 복수의 제1 냉매 사이클을 구비하고, 어느 하나의 제1 냉매 사이클의 연결배관과, 다른 하나의 제1 냉매 사이클의 연결배관이 연통되도록 하여, 제2 냉매 사이클의 제2 냉매와 열교환된 제1 냉매를 복수의 제1 냉매 사이클에서 공유하도록 할 수 있다.According to the present invention, there is provided a refrigerant cycle comprising a plurality of first refrigerant cycles, in which a connection pipe of one of the first refrigerant cycles and a connection pipe of the other one of the first refrigerant cycles are communicated, And the first refrigerant heat-exchanged with the refrigerant may be shared by the plurality of first refrigerant cycles.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치의 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서의 냉매 흐름을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치의 구성도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서의 냉매 흐름을 나타내는 도면.1 is a configuration diagram of a cascade heat pump apparatus according to a first embodiment of the present invention;
2 and 3 are views showing refrigerant flow in a cascade heat pump apparatus according to a first embodiment of the present invention;
4 is a configuration diagram of a cascade heat pump apparatus according to a second embodiment of the present invention;
5 and 6 are views showing refrigerant flow in a cascade heat pump apparatus according to a second embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The same or similar reference numerals are used throughout the drawings for portions having similar functions and functions.
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.Incidentally, in the entire specification, when a part is connected to another part, it includes not only a direct connection but also a case where the other part is indirectly connected with another part in between. Also, to include an element means that it may include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a cascade heat pump apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치는, 제1 냉매 사이클(10), 제2 냉매 사이클(20)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a cascade heat pump apparatus according to a first embodiment of the present invention includes a
상기 제1 냉매 사이클(10)은, 제1 냉매를 사용하며, 제1 압축기(11), 제1 실외 열교환기(12), 제1 실내 열교환기(13), 제1 팽창기(14), 제1 냉매가 순환되는 제1 냉매배관(19)을 포함한다. The
상기 제1 냉매 사이클(10)을 순환하는 제1 냉매는, 제1 압축기(11)에서 압축되고, 제1 실외 열교환기(12) 또는 제1 실내 열교환기(13)에서 응축되며, 제1 팽창기(14)에서 팽창되고, 제1 실내 열교환기(13) 또는 제1 실외 열교환기(12)에서 증발된다. 이때 제1 팽창기(14)는, 복수 개로 구성되어 상기 제1 실외 열교환기(12)의 일단 및 상기 제2 실외 열교환기(22)의 일단에 각각 연결될 수 있다.The first refrigerant circulating in the
상기 제1 냉매 사이클(10)은, 실내를 냉난방하는 사이클일 수 있다. 즉 상기 제1 실내 열교환기(13)는, 제1 냉매와 실내 공기를 열교환시켜서, 실내를 사용자가 원하는 환경으로 조성할 수 있다.The first refrigerant cycle (10) may be a cycle for cooling and heating the room. That is, the first
따라서 제1 냉매 사이클(10)은, 냉방 모드 또는 난방 모드로 운영될 수 있다. 냉방 모드인 경우 상기 제1 냉매는 상기 제1 실외 열교환기(12)에서 응축되고 상기 제1 실내 열교환기(13)에서 증발되며, 난방 모드인 경우 상기 제1 냉매는 상기 제1 실내 열교환기(13)에서 응축되고 상기 제1 실외 열교환기(12)에서 증발된다.Thus, the
상기 제1 냉매 사이클(10)은, 복수 개일 수 있다. 즉 본 실시예는, 복수 개의 제1 실내 열교환기(13)와 제1 실외 열교환기(12)를 포함하여, 넓은 지역에 대한 냉난방을 수행할 수 있다. 이때 상기 복수의 제1 냉매 사이클(10)에 포함된 후술할 연결배관(18)은, 제1 냉매의 공유를 위하여 서로 연결되어 있을 수 있다.The first refrigerant cycle (10) may be plural. That is, the present embodiment includes a plurality of first
상기 제1 냉매 사이클(10)을 순환하는 상기 제1 냉매는, 후술할 제2 냉매 사이클(20)의 제2 냉매와 열 교환한다. 이때 상기 제1 냉매는 상기 제1 실외 열교환기(12)를 통과한 뒤 상기 제2 냉매 사이클(20)의 제2 실외 열교환기(22)에 유입되거나, 또는 상기 제1 실내 열교환기(13)를 통과한 뒤 상기 제2 실외 열교환기(22)에 유입된다.The first refrigerant circulating in the first refrigerant cycle (10) exchanges heat with a second refrigerant in a second refrigerant cycle (20) to be described later. The first refrigerant passes through the first
상기 제2 냉매 사이클(20)이 냉장 또는 냉동 사이클일 경우, 상기 제2 냉매는 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 응축되기 때문에, 상기 제1 냉매 사이클(10)의 제1 냉매는, 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 열을 흡수하여 증발하게 된다.The second refrigerant is condensed in the second
즉 상기 제1 압축기(11)에서 토출된 상기 제1 냉매는, 냉방 모드일 경우 상기 제1 실외 열교환기(12)를 통과한 뒤 상기 제1 실내 열교환기(13) 또는 상기 제2 실외 열교환기(22)로 유입되어 증발하게 된다.That is, in the cooling mode, the first refrigerant discharged from the first compressor (11) passes through the first outdoor heat exchanger (12) and then flows into the first indoor heat exchanger (13) or the second outdoor heat exchanger (22) and evaporates.
반면 난방 모드일 경우, 상기 제1 압축기(11)에서 토출된 상기 제1 냉매는, 상기 제1 실내 열교환기(13)를 통과한 뒤 상기 제1 실외 열교환기(12) 또는 상기 제2 실외 열교환기(22)로 유입되어 증발하게 된다.On the other hand, in the heating mode, the first refrigerant discharged from the first compressor (11) flows through the first indoor heat exchanger (13) and then flows into the first outdoor heat exchanger (12) And flows into the
따라서 본 실시예는 상기 제1 냉매의 일부가 상기 제2 냉매 사이클(20)을 순환하는 상기 제2 냉매로부터 열을 흡수하여 증발할 수 있도록 함으로써, 제1 냉매 사이클(10)의 증발 효율을 향상시킬 수 있다.Accordingly, in this embodiment, a part of the first refrigerant absorbs heat and can evaporate from the second refrigerant circulating in the
상기 제1 냉매 사이클(10)은, 제1 유량조절부(15), 제2 유량조절부(16), 복수의 연결배관(17,18)을 더 포함한다.The
상기 제1 유량조절부(15)는, 상기 제1 압축기(11)의 일단에 연결되어 상기 제1 냉매의 흐름을 제어한다. 상기 제1 유량조절부(15)는, 상기 제1 압축기(11)의 토출단 및 유입단에 연결될 수 있다.The first
상기 제1 유량조절부(15)는, 상기 제1 압축기(11)로부터 토출되는 제1 냉매가 상기 제1 실내 열교환기(13) 또는 상기 제1 실외 열교환기(12)에 유입되도록 제어하며, 또한 상기 제1 실내 열교환기(13), 상기 제1 실외 열교환기(12) 또는 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 증발된 제1 냉매가 상기 제1 압축기(11)에 유입되도록 제어한다.The first flow
즉 실내 냉방 모드 시, 상기 제1 유량조절부(15)는 상기 제1 압축기(11)로부터 토출된 제1 냉매를 상기 제1 실외 열교환기(12)로 유입시키며, 상기 제1 실내 열교환기(13)에서 증발된 제1 냉매와 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 증발된 제1 냉매를 상기 제1 압축기(11)에 유입시킨다.That is, in the indoor cooling mode, the first
반면 실내 난방 모드 시, 상기 제1 유량조절부(15)는 상기 제1 압축기(11)로부터 토출된 제1 냉매를 상기 제1 실내 열교환기(13)로 유입시키며, 상기 제1 실외 열교환기(12)에서 증발된 제1 냉매와 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 증발된 제1 냉매를 상기 제1 압축기(11)에 유입시킨다.On the other hand, in the indoor heating mode, the first
상기 제1 유량조절부(15)는 사방밸브일 수 있다. 이때 상기 제1 유량조절부(15)의 각 단은, 상기 제1 압축기(11)의 유입단, 토출단에 연결되고, 상기 제1 실외 열교환기(12)와 상기 제2 유량조절부(16)에 일단이 연결되며, 상기 제1 실내 열교환기(13)에도 일단이 연결된다.The first
상기 제2 유량조절부(16)는, 상기 제1 냉매와 상기 제2 냉매가 열교환되는 상기 제2 실외 열교환기(22)의 일단에 연결되어 상기 제1 냉매의 흐름을 제어한다.The second
상기 제2 유량조절부(16)는, 상기 제2 실외 열교환기(22)의 토출단에 연결될 수 있다. 상기 제2 유량조절부(16)는, 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 상기 제2 냉매와 열교환한 상기 제1 냉매가 상기 제1 압축기(11)로 유입되도록 제어한다. 다만 이때 상기 제1 냉매는 상기 연결배관(17,18) 중 어느 하나의 연결배관(17,18)을 따라 상기 제1 압축기(11)에 유입될 수 있다.The second flow rate regulator (16) may be connected to the discharge end of the second outdoor heat exchanger (22). The second flow
즉 상기 제2 유량조절부(16)는, 상기 제1 냉매 사이클(10)의 운전 모드에 따라, 상기 복수의 연결배관(17,18) 중 적어도 어느 하나의 연결배관(17,18)에는 상기 제1 냉매가 유입되지 않도록 제어할 수 있다.That is, the second
구체적으로, 실내 냉방 모드인 경우, 상기 제2 유량조절부(16)는, 상기 제2 실외 열교환기(22)를 통과한 상기 제1 냉매가, 상기 제1 실내 열교환기(13)로부터 토출된 상기 제1 냉매와 합쳐지도록, 상기 제1 냉매의 흐름을 제어할 수 있다. Specifically, in the indoor cooling mode, the second flow
즉 냉방 모드 시 상기 제2 실외 열교환기(22)를 통과한 상기 제1 냉매는, 도면을 기준으로 좌측에 위치한 연결배관(17)을 따라 상기 제1 압축기(11)의 유입단으로 흐르게 된다. 이때 도면을 기준으로 우측에 위치한 연결배관(18)에는 제1 냉매의 흐름이 차단된다.That is, in the cooling mode, the first refrigerant having passed through the second
반면 실내 난방 모드인 경우, 상기 제2 유량조절부(16)는, 상기 제2 실외 열교환기(22)를 통과한 상기 제1 냉매가, 상기 제1 실외 열교환기(12)로부터 토출된 상기 제1 냉매와 합쳐지도록, 상기 제1 냉매의 흐름을 제어할 수 있다. 이때 상기 제2 유량조절부(16)는, 도면을 기준으로 우측에 위치한 연결배관(18)을 따라 상기 제1 냉매가 순환하도록 제어할 수 있다. 이때 도면을 기준으로 좌측에 위치한 연결배관(17)에는 제1 냉매가 흐르지 않게 된다.On the other hand, in the case of the indoor heating mode, the second flow rate regulator (16) controls the flow rate of the first refrigerant, which has passed through the second outdoor heat exchanger (22) 1, the flow of the first refrigerant can be controlled so as to be combined with the first refrigerant. At this time, the second
즉 상기 제2 유량조절부(16)는, 상기 제2 실외 열교환기(22)로부터 토출된 상기 제1 냉매가, 상기 연결배관(17,18) 중 어느 하나의 연결배관(17,18)을 따라 상기 제1 유량조절부(15)로 유입되도록 하거나, 또는 상기 제1 냉매가 상기 연결배관(17,18) 중 다른 하나의 연결배관(17,18)을 따라 상기 제1 유량조절부(15)로 유입되도록 제어한다.That is, the second flow rate regulator (16) is configured such that the first refrigerant discharged from the second outdoor heat exchanger (22) flows through one of the connection pipes (17, 18) The first refrigerant flows into the first
이때 상기 제2 유량조절부(16)는, 사방밸브일 수 있다. 상기 제2 유량조절부(16)의 각 단은, 상기 제2 실외 열교환기(22)와, 상기 복수의 연결배관(17,18)에 연결될 수 있다.At this time, the second
상기 복수의 연결배관(17,18)은, 상기 제1 유량조절부(15)와 상기 제2 유량조절부(16)를 연결한다. 상기 복수의 연결배관(17,18)은, 상기 제1 냉매가 순환하는 제1 냉매배관(19)에 분지 연결될 수 있다.The plurality of
상기 복수의 연결배관(17,18)은, 상기 제1 유량조절부(15)와 상기 제2 유량조절부(16)를 연결하되 상기 제1 실내 열교환기(13)와 연통되는 연결배관(17)과, 상기 제1 유량조절부(15)와 상기 제2 유량조절부(16)를 연결하되 상기 제1 실외 열교환기(12)와 연통되는 연결배관(18)을 포함할 수 있다.The plurality of
상기 복수의 연결배관(17,18) 중 도면을 기준으로 우측에 위치한 연결배관(18)은, 본 실시예가 복수의 제1 냉매 사이클(10)을 포함할 경우, 서로 다른 제1 냉매 사이클(10)을 연결하기 위하여 사용될 수 있다.The connection piping 18 located on the right side of the plurality of connection piping 17 and 18 on the basis of the drawing may be connected to the first
본 실시예는, 냉난방 사이클인 제1 냉매 사이클(10)을 복수 개 구비할 수 있는데, 이때 어느 하나의 제1 냉매 사이클(10)의 연결배관(18)과, 다른 하나의 제1 냉매 사이클(10)의 연결배관(18)은 서로 연통될 수 있다.In this embodiment, a plurality of first
이 경우 제2 냉매 사이클(20)의 제2 냉매와 열교환된 제1 냉매는, 복수의 제1 냉매 사이클(10)에서 공유될 수 있다. 즉 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 증발된 제1 냉매는, 어느 하나의 제1 냉매 사이클(10)의 제1 압축기(11)로 유입되거나, 또는 다른 하나의 제1 냉매 사이클(10)의 제1 압축기(11)로 유입될 수 있다.In this case, the first refrigerant that has been heat-exchanged with the second refrigerant of the second
또는 상기 제1 압축기(11)로부터 토출된 냉매는, 어느 하나의 제1 냉매 사이클(10)의 제2 유량조절부(16)로 유입되지 않고, 대신 다른 하나의 제1 냉매 사이클(10)로 유입되어 순환될 수 있다.Or the refrigerant discharged from the
즉 제1 냉매 사이클(10)이 냉방 모드로 구현될 경우, 상기 제1 압축기(11)로부터 토출된 제1 냉매는 다른 하나의 제1 냉매 사이클(10)로 흐르게 되고, 반면 제1 냉매 사이클(10)이 난방 모드로 구현될 경우, 상기 제2 실외 열교환기(22)로부터 토출된 제1 냉매는 다른 하나의 제1 냉매 사이클(10)로 흐르게 된다.That is, when the first
따라서 본 실시예는, 연결배관(18)을 이용하여 복수의 제1 냉매 사이클(10)을 연결함으로써, 제2 냉매 사이클(20)과 열교환된 제1 냉매를 공유하여 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, the present embodiment can improve the system efficiency by sharing the first refrigerant heat exchanged with the second
상기 제2 냉매 사이클(20)은, 상기 제1 냉매와 열교환하는 제2 냉매를 사용한다. 상기 제2 냉매 사이클(20)은, 제2 압축기(21), 제2 실외 열교환기(22), 제2 실내 열교환기(23), 제2 팽창기(24), 제2 냉매가 순환되는 제2 냉매배관(26)을 포함한다.The second refrigerant cycle (20) uses a second refrigerant that exchanges heat with the first refrigerant. The second
상기 제2 냉매 사이클(20)은, 냉장 또는 냉동 사이클일 수 있다. 즉 상기 제2 냉매 사이클(20)을 순환하는 상기 제2 냉매는, 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 응축되고, 상기 제2 실내 열교환기(23)에서 증발될 수 있다.The second
앞서 언급한 바와 같이, 상기 제2 냉매는, 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 상기 제1 냉매와 열교환된다. 상기 제2 냉매가 응축하면서 배출하는 열은 상기 제1 냉매에 전달되어, 상기 제1 냉매를 증발시킨다.As described above, the second refrigerant is heat-exchanged with the first refrigerant in the second outdoor heat exchanger (22). The heat that the second refrigerant condenses and discharges is transferred to the first refrigerant to evaporate the first refrigerant.
따라서 상기 제1 냉매는 제1 실외 열교환기(12)나 제1 실내 열교환기(13) 외에도 제2 실외 열교환기(22)에서 증발될 수 있으므로, 본 실시예는 제1 냉매를 충분히 증발시켜서 열교환 효율을 높일 수 있다.Therefore, since the first refrigerant can be evaporated in the second
상기 제2 냉매 사이클(20)은, 상기 제2 냉매를 저장하는 냉매 저장부(25)를 더 포함할 수 있다. 상기 냉매 저장부(25)는, 상기 제2 실외 열교환기(22)를 통과한 뒤 상기 제2 실내 열교환기(23)로 유입되는 상기 제2 냉매의 양을 적절하게 조절할 수 있다. 이때 상기 냉매 저장부(25)는 리시버(Receiver)일 수 있다.The second
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 실시예의 작동에 대하여 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. 2 and FIG.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서의 냉매 흐름을 나타내는 도면이다.2 and 3 are views showing refrigerant flow in the cascade heat pump apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 2는 제1 냉매 사이클이 실내 냉방 모드로 운영될 경우의 냉매 흐름을 나타내는 도면이고, 도 3은 제1 냉매 사이클이 실내 난방 모드로 운영될 경우의 냉매 흐름을 나타내는 도면이다. 이때 실선 화살표는 제1 냉매의 흐름을 나타내고, 점선 화살표는 제2 냉매의 흐름을 나타낸다.FIG. 2 is a view showing a refrigerant flow when the first refrigerant cycle is operated in the indoor cooling mode, and FIG. 3 is a view showing a refrigerant flow when the first refrigerant cycle is operated in the indoor heating mode. A solid line arrow indicates the flow of the first refrigerant, and a dashed arrow indicates the flow of the second refrigerant.
도 2 및 도 3에서, 상기 제2 냉매는 상기 제2 압축기(21)에서 압축되고, 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 응축되며, 상기 냉매 저장부(25)를 거쳐 상기 제2 팽창기(24)에서 팽창된 뒤, 상기 제2 실내 열교환기(23)에서 증발되어 상기 제2 압축기(21)로 다시 유입될 수 있다.2 and 3, the second refrigerant is compressed in the
도 2를 참조하면, 실내 냉방 시 제1 냉매 사이클(10)에서 상기 제1 냉매는, 상기 제1 압축기(11)로부터 토출된 후, 상기 제1 유량조절부(15)를 통과하여 상기 제1 실외 열교환기(12)로 유입된다.2, the first refrigerant in the first
이때 상기 제1 냉매는 상기 제1 실외 열교환기(12)에서 외부 공기와 열교환되어 응축된다. 이후 상기 제1 냉매는 상기 제1 실내 열교환기(13)와 상기 제2 실외 열교환기(22)로 분배되어 흐르게 된다.At this time, the first refrigerant is heat-exchanged with the outside air in the first outdoor heat exchanger (12) and condensed. Then, the first refrigerant is distributed to the first indoor heat exchanger (13) and the second outdoor heat exchanger (22) and flows.
상기 제1 냉매는, 상기 각 제1 팽창기(14)에 의하여 팽창되며, 상기 제1 실내 열교환기(13)에서 외부 공기로부터 열을 흡수하여 증발하거나, 또는 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 상기 제2 냉매와 열교환하여 증발할 수 있다. 상기 제2 냉매는 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 응축되므로, 상기 제1 냉매는 상기 제2 냉매로부터 배출되는 열을 흡수하여 증발한다.The first refrigerant is expanded by each of the
즉 상기 제1 냉매는, 상기 제1 압축기(11)로부터 토출되어 상기 제1 실외 열교환기(12)에서 응축된 후, 상기 제1 실내 열교환기(13)에서 증발되거나 또는 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 상기 제2 냉매와 열교환하여 증발될 수 있다.That is, the first refrigerant is discharged from the first compressor (11), condensed in the first outdoor heat exchanger (12), evaporated in the first indoor heat exchanger (13), or evaporated in the second outdoor heat exchanger (22) to be evaporated by heat exchange with the second refrigerant.
상기 제1 실내 열교환기(13)로부터 토출된 제1 냉매는 상기 제1 유량조절부(15)로 유입되어, 상기 제1 압축기(11)에 유입된다. 반면 상기 제2 실외 열교환기(22)로부터 토출된 제1 냉매는, 상기 제2 유량조절부(16)에 유입된 후, 도면을 기준으로 좌측에 위치한 연결배관(17)을 따라, 상기 제1 실내 열교환기(13)로부터 토출된 상기 제1 냉매와 합쳐져서, 상기 제1 유량조절부(15)를 통해 상기 제1 압축기(11)로 유입된다.The first refrigerant discharged from the first indoor heat exchanger (13) flows into the first flow rate regulator (15) and flows into the first compressor (11). On the other hand, the first refrigerant discharged from the second outdoor heat exchanger (22) flows into the second flow rate regulator (16) and flows along the connection pipe (17) The refrigerant is combined with the first refrigerant discharged from the
이때 도면을 기준으로 우측에 도시된 연결배관(18)에는 제1 냉매가 흐르지 않게 된다. 물론 앞서 언급한 바와 같이, 상기 연결배관(18)에 다른 제1 냉매 사이클(10)이 연결되어 있다면, 상기 제1 압축기(11)로부터 토출된 제1 냉매가 상기 다른 제1 냉매 사이클(10)로 유입될 수 있으므로, 상기 연결배관(18)에 상기 제1 냉매가 흐를 수도 있다.At this time, the first refrigerant does not flow through the
도 3을 참조하면, 실내 난방 시 제1 냉매 사이클(10)에서 상기 제1 냉매는, 상기 제1 압축기(11)로부터 토출된 뒤, 상기 제1 유량조절부(15)를 통해 상기 제1 실내 열교환기(13)로 유입된다. 이때 상기 제1 냉매는 상기 제1 실내 열교환기(13)에서 외부 공기에 열을 공급하여 응축된다.3, the first refrigerant in the first
이후 상기 제1 냉매는 상기 제1 팽창기(14)를 거쳐서 상기 제1 실외 열교환기(12) 또는 상기 제2 실외 열교환기(22)에 분배된다. 이 경우 상기 제2 실외 열교환기(22)의 유입단에 구비되어 있는 상기 제1 팽창기(14)는 상기 제1 냉매의 팽창을 수행하지 않을 수 있다.The first refrigerant is then distributed to the first outdoor heat exchanger (12) or the second outdoor heat exchanger (22) via the first inflator (14). In this case, the first inflator (14) provided at the inflow end of the second outdoor heat exchanger (22) may not perform the expansion of the first refrigerant.
상기 제2 실외 열교환기(22)에 유입된 상기 제1 냉매는, 앞서 언급한 바와 같이 상기 제2 냉매로부터 열을 흡수하여 증발한다. 즉 상기 제1 냉매는, 상기 제1 압축기(11)로부터 토출되어 상기 제1 실내 열교환기(13)에서 응축된 후, 상기 제1 실외 열교환기(12)에서 증발되거나 또는 상기 제2 실외 열교환기(22)에서 상기 제2 냉매와 열교환하여 증발될 수 있다.The first refrigerant flowing into the second
이후 상기 제1 냉매는 상기 제2 유량조절부(16)에 의해서, 도면을 기준으로 우측에 도시된 연결배관(18)을 따라, 상기 제1 실외 열교환기(12)로부터 토출된 제1 냉매와 합쳐져서, 상기 제1 유량조절부(15)를 거쳐 상기 제1 압축기(11)로 유입된다.The first refrigerant is then flowed by the second
물론 도면을 기준으로 우측에 도시된 상기 연결배관(18)이, 다른 제1 냉매 사이클(10)과 연결되어 있을 경우, 상기 제2 유량조절부(16)를 통과한 제1 냉매 중 일부는, 다른 제1 냉매 사이클(10)로 유입될 수도 있다.Of course, when the
이와 같은 작동을 통해 본 실시예는, 상기 제1 냉매를 순환하여 실내를 냉난방하되, 상기 제1 냉매가 냉장 또는 냉동 사이클인 제2 냉매 사이클(20)을 순환하는 제2 냉매로부터 열을 흡수하여 증발되도록 하여, 효율을 높일 수 있다. According to this operation, the present embodiment absorbs heat from the second refrigerant circulating through the second
또한 본 실시예는, 냉난방 모드 전환에 따라, 상기 제1 냉매가 복수의 연결배관(17,18) 중 어느 하나의 연결배관(17,18)을 따라 흐르도록 하여, 제1 냉매의 순환을 원활하게 구현할 수 있다.In addition, according to the present embodiment, the first refrigerant flows along one of the plurality of connecting
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a cascade heat pump apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치는, 제1 냉매 사이클(10)과 제2 냉매 사이클(20)을 포함한다.Referring to FIG. 4, a cascade heat pump apparatus according to a second embodiment of the present invention includes a first
이때 제2 실시예는, 제1 실시예와 대비할 때 제1 냉매 사이클(10)의 제2 유량조절부(16)만 상이하며, 다른 구성은 제1 실시예의 구성을 동일하게 사용할 수 있으므로, 다른 구성에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.The second embodiment differs from the first embodiment only in the second
상기 제2 유량조절부(16)는, 상기 복수의 연결배관(17,18)에 각각 구비되는 복수의 체크밸브(161,162)일 수 있다. 이때 상기 복수의 연결배관(17,18)은, 상기 제2 실외 열교환기(22)의 토출단에 연결되어 분지되는 형태일 수 있다.The second
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 본 실시예의 작동에 대하여 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 캐스케이드 히트펌프 장치에서의 냉매 흐름을 나타내는 도면이다.4 and 5 are views showing a refrigerant flow in a cascade heat pump apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 4는 제1 냉매 사이클이 실내 냉방 모드로 운영될 경우의 냉매 흐름을 나타내는 도면이고, 도 5는 제1 냉매 사이클이 실내 난방 모드로 운영될 경우의 냉매 흐름을 나타내는 도면이다. 이때 실선 화살표는 제1 냉매의 흐름을 나타내고, 점선 화살표는 제2 냉매의 흐름을 나타낸다.FIG. 4 is a view showing a refrigerant flow when the first refrigerant cycle is operated in the indoor cooling mode, and FIG. 5 is a view showing a refrigerant flow when the first refrigerant cycle is operated in the indoor heating mode. A solid line arrow indicates the flow of the first refrigerant, and a dashed arrow indicates the flow of the second refrigerant.
도 4를 참조하면, 제1 냉매 사이클(10)이 실내 냉방 모드로 운영될 시, 도면을 기준으로 우측에 위치한 체크밸브(162)는 폐쇄될 수 있다. 따라서 제2 실외 열교환기(22)로부터 토출된 제1 냉매는, 좌측에 위치한 체크밸브(161)를 통해 상기 제1 압축기(11)로 유입될 수 있다.Referring to FIG. 4, when the first
반면 도 5를 참조하면, 제1 냉매 사이클(10)이 실내 난방 모드로 운영될 시, 도면을 기준으로 좌측에 위치한 체크밸브(161)가 폐쇄될 수 있다. 이 경우 제2 실외 열교환기(22)에서 증발된 제1 냉매는, 우측에 위치하며 개방되어 있는 체크밸브(162)를 통해서, 상기 제1 유량조절부(15)를 거쳐 상기 제1 압축기(11)에 유입될 수 있다.On the other hand, referring to FIG. 5, when the first
이때 본 실시예에서 상기 제2 실외 열교환기(22)의 토출단 외의 다른 부분에서의 상기 제1 냉매 및 상기 제2 냉매의 흐름은, 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.At this time, in this embodiment, the flow of the first refrigerant and the second refrigerant in the other part of the second
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications other than those described above are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments of the present invention can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
1: 캐스케이드 히트펌프 장치 10: 제1 냉매 사이클
11: 제1 압축기 12: 제1 실외 열교환기
13: 제1 실내 열교환기 14: 제1 팽창기
15: 제1 유량조절부 16: 제2 유량조절부
161,162: 체크밸브 17,18: 연결배관
19: 제1 냉매배관 20: 제2 냉매 사이클
21: 제2 압축기 22: 제2 실외 열교환기
23: 제2 실내 열교환기 24: 제2 팽창기
25: 냉매 저장부 26: 제2 냉매배관1: Cascade heat pump device 10: First refrigerant cycle
11: first compressor 12: first outdoor heat exchanger
13: first indoor heat exchanger 14: first inflator
15: first flow rate regulator 16: second flow rate regulator
161, 162:
19: first refrigerant piping 20: second refrigerant cycle
21: second compressor 22: second outdoor heat exchanger
23: second indoor heat exchanger 24: second inflator
25: refrigerant storage part 26: second refrigerant piping
Claims (15)
제2 압축기, 제2 실외 열교환기, 제2 실내 열교환기 및 상기 제2 압축기, 제2 실외 열교환기, 제2 실내 열교환기를 연결하며 제2 냉매가 순환하는 제2 냉매배관을 포함하는 제2 냉매 사이클을 포함하고,
상기 제1 냉매 사이클은,
상기 제1 압축기의 토출단에 연결되는 제1 유량조절부와, 상기 제2 실외 열교환기의 토출단에 연결되는 제2 유량조절부 및 상기 제1 유량조절부와 상기 제2 유량조절부를 연결하는 복수의 연결배관을 더 포함하고,
상기 복수의 연결배관은,
상기 제1 실외 열교환기의 입구측 배관에서 분지되어, 상기 제2 유량조절부의 입구측으로 연결되는 제1 연결배관; 및
상기 제2 유량조절부의 출구측에서 연장되어, 상기 제1 압축기의 입구측 배관으로 합쳐지는 제2 연결배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.And a first refrigerant pipe connecting the first compressor, the first outdoor heat exchanger, the first indoor heat exchanger, and the first compressor, the first outdoor heat exchanger, and the first indoor heat exchanger, cycle; And
And a second refrigerant pipe connecting the second compressor, the second outdoor heat exchanger, the second indoor heat exchanger, and the second compressor, the second outdoor heat exchanger, and the second indoor heat exchanger and circulating the second refrigerant, Cycle,
Wherein the first refrigerant cycle comprises:
A second flow control unit connected to the discharge end of the second outdoor heat exchanger, and a second flow control unit connected to the first flow control unit and the second flow control unit, Further comprising a plurality of connecting pipes,
Wherein the plurality of connection pipes comprise:
A first connection pipe branched from an inlet side pipe of the first outdoor heat exchanger and connected to an inlet side of the second flow rate regulator; And
And a second connection pipe extending from the outlet side of the second flow rate regulating section and joined to the inlet side pipe of the first compressor.
상기 제1 압축기로부터 토출되어 상기 제1 냉매 사이클의 제1 실내 열교환기 또는 제1 실외 열교환기에 유입되어 응축 또는 증발하거나, 또는 상기 제2 냉매 사이클의 상기 제2 실외 열교환기로 유입되어 제2 냉매와 열교환하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.The refrigerating machine according to claim 1,
The refrigerant discharged from the first compressor flows into the first indoor heat exchanger or the first outdoor heat exchanger of the first refrigerant cycle and condenses or evaporates or flows into the second outdoor heat exchanger of the second refrigerant cycle, And heat exchange is performed.
상기 제1 압축기로부터 토출되어 상기 제1 실외 열교환기에서 응축된 후, 상기 제1 실내 열교환기에서 증발되거나 또는 상기 제2 실외 열교환기에서 상기 제2 냉매와 열교환하여 증발되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.The refrigerating machine according to claim 4,
Wherein the refrigerant is discharged from the first compressor and condensed in the first outdoor heat exchanger, evaporated in the first indoor heat exchanger, or evaporated in heat exchange with the second refrigerant in the second outdoor heat exchanger. Pump device.
상기 제1 압축기로부터 토출되어 상기 제1 실내 열교환기에서 응축된 후, 상기 제1 실외 열교환기에서 증발되거나 또는 상기 제2 실외 열교환기에서 상기 제2 냉매와 열교환하여 증발되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.The refrigerating machine according to claim 4,
Wherein the refrigerant is discharged from the first compressor, condensed in the first indoor heat exchanger, evaporated in the first outdoor heat exchanger, or evaporated in heat exchange with the second refrigerant in the second outdoor heat exchanger. Pump device.
상기 제1 실외 열교환기의 일단 및 상기 제2 실외 열교환기의 일단에 각각 연결되는 복수의 제1 팽창기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.5. The refrigerant cycle system according to claim 4,
Further comprising a plurality of first inflators connected to one end of the first outdoor heat exchanger and one end of the second outdoor heat exchanger, respectively.
상기 제1 압축기로부터 토출된 상기 제1 냉매가 상기 제1 실외 열교환기 또는 제1 실내 열교환기로 유입되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.The apparatus of claim 1, wherein the first flow rate regulator comprises:
And controls the first refrigerant discharged from the first compressor to flow into the first outdoor heat exchanger or the first indoor heat exchanger.
사방밸브인 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.The apparatus according to claim 8, wherein the first flow-
Way valve is a four-way valve.
상기 제1 냉매 사이클의 운전 모드에 따라, 상기 복수의 연결배관 중 적어도 어느 하나의 연결배관에는 상기 제1 냉매가 유입되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.The apparatus according to claim 1, wherein the second flow rate regulator comprises:
And controls the first refrigerant to flow into at least one of the plurality of connection pipes according to the operation mode of the first refrigerant cycle.
상기 제2 실외 열교환기로부터 토출된 상기 제1 냉매가 상기 연결배관 중 어느 하나의 연결배관을 따라 상기 제1 유량조절부로 유입되도록 하거나, 또는 상기 제1 냉매가 상기 연결배관 중 다른 하나의 연결배관을 따라 상기 제1 유량조절부로 유입되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.11. The apparatus of claim 10, wherein the second flow rate adjuster comprises:
The first refrigerant discharged from the second outdoor heat exchanger flows into the first flow rate control unit along one of the connection pipes, or the first refrigerant flows into the other of the connection pipes Wherein the control unit controls the first flow rate control unit to flow into the first flow rate control unit.
사방밸브인 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.12. The apparatus of claim 11, wherein the second flow rate adjuster comprises:
Way valve is a four-way valve.
상기 복수의 연결배관에 각각 구비되는 복수의 체크밸브인 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.12. The apparatus of claim 11, wherein the second flow rate adjuster comprises:
And a plurality of check valves provided respectively in the plurality of connection pipes.
상기 제1 냉매 사이클은, 복수 개이며,
어느 하나의 제1 냉매 사이클의 연결배관은 다른 하나의 제1 냉매 사이클의 연결배관과 연통되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.The method according to claim 1,
The first refrigerant cycle includes a plurality of first refrigerant cycles,
Wherein the connection piping of any one of the first refrigerant cycles communicates with the connection piping of the other one of the first refrigerant cycles.
상기 제2 냉매를 저장하는 냉매 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 장치.The refrigerant cycle system according to claim 1,
Further comprising a refrigerant storage portion for storing the second refrigerant.
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