KR100469238B1 - 히트펌프 사이클 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프에 관한 것으로서, 냉방 및 상난방(panel heating)과 급탕 기능을 갖는 히트펌프 사이클을 구성하는 것에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 압축기와, 상기 압축기의 배출측과 연결된 실외측 열교환기와, 상기 압축기의 흡입측과 연결된 실내측 열교환기와, 상기 압축기와 상기 실외측 열교환기 사이에 위치하여, 냉매의 흐름방향을 전환하는 제 1절환밸브와, 상기 실외측 열교환기와 상기 실내측 열교환기 사이에 위치하여, 상기 냉매의 흐름방향을 전환하는 제 2절환밸브와, 상기 실외측 열교환기와 상기 제 2절환밸브 사이에 위치한 제 1팽창밸브와, 상기 제 2절환밸브와 상기 실내측 열교환기 사이에 위치한 제 2팽창밸브와, 상기 압축기의 배출측과 상기 제 2절환밸브 사이에 위치하여, 상기 냉매와 급탕수 사이에 열교환을 일으키는 급탕용 열교환수단이 구비됨을 특징으로 하는 히트펌프 사이클이 제공된다.

Description

히트펌프 사이클{Heat pump cycle}

본 발명은 냉방 및 난방을 동시에 수행하는 히트펌프에 관한 것으로서, 특히상난방(panel heating)과 급탕 기능을 추가적으로 수행할 수 있는 장치를 구비한 히트펌프 사이클에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프는 열을 저온측에서 고온측으로 이동시키므로써, 열에 대한 운반 메커니즘을 가역적으로 사용하여 냉방과 난방을 겸하는 장치이다.

상기 히트펌프를 사용한 냉,난방 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기(1), 냉매의 흐름의 방향을 변화시켜주는 사방밸브(2), 실내측 열교환기(3)와 실외측 열교환기(6), 실내팬(4)과 실외팬(6), 팽창밸브(5)가 구비된다.

상기와 같은 히트펌프 냉,난방 장치는 상기 냉매의 흐름방향에 따라, 냉방과 난방의 기능을 수행하며, 도 1에서 실선은 난방운전 모드시, 점선은 냉방운전 모드시 상기 냉매의 흐름방향을 나타낸다.

그러므로, 상기 난방운전 모드와 냉방운전 모드시 상기 히트펌프 냉,난방 장치의 작동과정을 각각 살펴보면 다음과 같다.

우선, 냉방운전 모드시 작동과정은, 상기 냉매가 상기 압축기(1)를 통해 고온고압의 냉매로 변화되어, 냉매유로를 통해 상기 실외측 열교환기(6)로 이동된다.

상기 실외측 열교환기에서 상기 냉매는 외기의 공기와 열교환 작용이 일어나서 상기 냉매는 저온으로 되며, 이 경우 실외팬(7)은 열교환 작용을 촉진하는 역할을 하게 된다.

이 후, 상기 저온고압의 냉매는 팽창밸브(5)를 통과하면서 저온저압으로 그 상태가 변화하게 된다.

따라서, 저온저압의 냉매는 실내측 열교환기(3)로 전달되어 실내의 공기와 열교환작용을 하여 실내의 공기를 저온으로 변화시켜 실내를 냉방하게 되며, 이 경우 냉매는 고온으로 변화하게 된다.

한편, 실내팬(4)은 열교환 작용을 촉진하고, 열교환된 저온의 공기를 실내로 확산시키는 작용을 하기 위해 구비된다.

그리고, 실내측 열교환기(3)를 통과한 고온저압의 냉기는 상기 압축기(1)로 전달되어, 상기 순환작용을 반복하게 됨으로써 냉방작용을 하게 된다.

한편, 난방운전 모드의 작동과정은 상기 사방밸브(2)에서 유로의 흐름방향을 전환하여, 압축기(1)를 통과한 고온고압의 냉매를 실내측 열교환기(3)로 보내어, 실내 공기와 열교환작용을 통해 실내의 공기를 가열시키게 되며, 이후의 과정은 상기 냉방운전 모드 작동과정의 역과정으로 상기 냉매를 순환하게된다.

하지만, 종래의 히트펌프 냉,난방 장치에서, 상기 냉매의 온도가 충분히 높게 상승되지 않아서, 물을 가열하여 고온의 온수를 공급하는 것이 불충분하였다.

따라서, 실내 공기와의 열교환 작용을 통해 실내의 공기를 가열하는 것은 가능하였지만, 고온의 온수를 통해 실내 바닥을 난방하는 상난방(panel heating) 및 급탕용으로 동시에 사용하기는 부적절하였다.

그래서, 급탕 및 상난방을 이용하기 위해서는 별도의 보일러를 설치해야 했기 때문에, 상기 보일러 설치에 따른 공간활용성이 떨어지는 문제점과, 상기 보일러가 히트펌프보다 효율이 떨어지는 단점과, 추가구입에 따른 경제성이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고져 안출한 것으로서, 상기 히트펌프 사이클 내에 급탕 및 상난방을 동시에 수행할 수 있는 장치를 구성함을 그 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 히트펌프의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 히트펌프의 개략적인 구성과, 냉방운전시 냉매의 흐름을 나타낸 사시도.

도 3은 도 2의 냉방과 급탕을 동시에 수행할 때 냉매의 흐름을 나타낸 사시도.

도 4는 도 2의 난방운전과 급탕을 동시에 수행할 때 냉매의 흐름을 나타낸 사시도.

도면의 주요부분에 대한 설명

100. 압축기 200. 실외 열교환기

400. 실내 열교환기 500. 급탕용 열교환기

510. 온수펌프 520. 온수 저장조

610,620. 절환밸브

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 압축기와, 상기 압축기의 배출측과 연결된 실외측 열교환기와, 상기 압축기의 흡입측과 연결된 실내측 열교환기와, 상기 압축기와 상기 실외측 열교환기 사이에 위치하여, 냉매의 흐름방향을 전환하는 제 1절환밸브와, 상기 실외측 열교환기와 상기 실내측 열교환기 사이에 위치하여, 상기 냉매의 흐름방향을 전환하는 제 2절환밸브와, 상기 실외측 열교환기와 상기 제 2절환밸브 사이에 위치한 제 1팽창밸브와, 상기 제 2절환밸브와 상기 실내측 열교환기 사이에 위치한 제 2팽창밸브와, 상기 압축기의 배출측과 상기 제 2절환밸브 사이에 위치하여, 상기 냉매와 급탕수 사이에 열교환을 일으키는 급탕용 열교환수단이 구비됨을 특징으로 하는 히트펌프 사이클이 제공된다.

이하, 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

도 2는 본 발명에 의한 히트펌프의 개략적인 구성과, 냉방운전시 냉매의 흐름을 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 냉방과 급탕을 동시에 수행할 때 냉매의 흐름을 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 2의 난방운전과 급탕을 동시에 수행할 때 냉매의 흐름을 나타낸 사시도이다.

도 2에서와 같이, 본 발명은 압축기(100)와, 상기 압축기의 배출측을 통해 제 1연결관(710)과 제 2연결관(720)으로 분지되어, 상기 제 1연결관은 급탕용 열교환수단을 통해 제 2절환밸브(620)와 연결되어 구비되고, 제 2연결관(720)은 제 1절환밸브(610)와 연결되어 있다.

이 경우, 상기 급탕용 열교환수단은 고온의 냉매와 저온의 급탕수 사이에 열교환이 이루어지게 하는 열교환기(500)와, 열교환된 고온의 급탕수를 저장하기 위한 온수저장조(520)와, 상기 급탕수의 순환작용을 일으키는 온수펌프(510)가 구비된다.

그리고, 제 1절환밸브(610)는 실외측 열교환수단과 연결되며, 상기 실외측 열교환 수단은 외기(外氣)와 열교환하는 열교환기(200)와, 열교환을 활성화 시키기 위해 상기 열교환기(200)의 일측에 실외팬(210)이 구비된다.

한편, 상기 실외측 열교환기(200)는 제 3연결관(730)을 통해 제 2절환밸브(620)와 연결되며, 상기 실외측 열교환기(200)와 상기 제 2절환밸브(620) 사이에 위치한 제 1팽창밸브(310)가 구비된다.

그리고, 제 2절환밸브(620)와 실내측 열교환수단은 제 4연결관(740)을 통해서 연결되며, 그 사이에 제 2팽창밸브(320)가 구비된다.

이 경우, 상기 실내측 열교환 수단은 열교환기(400)와 상기 열교환기의 일측에 실내팬(410)이 구비된다.

또한, 상기 실내측 열교환기는 제 5연결관(750)을 통해, 상기 압축기(100)의 흡입측과 상기 제 1절환밸브(610)로 분지되어 연결되어 있다.

그리고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 온수저장소의 흡입측과 배출측 사이에 위치하여, 실내를 상난방(panel heating)하기 위한 상난방수단이 구비되며, 상기 상난방수단은 상기 급탕수로 실내를 상난방하기 위한 상난방배관(800)과, 상기 고온의 급탕수를 상난방배관내로 순환시키기 위한 순환펌프(810)가 구비되어 있다.

또한, 상기 제 1, 제 2절환밸브(610, 620)는 냉방운전 및 난방운전 모드에 따라 냉매의 흐름의 방향을 바꾸어 주는 역할을 하며, 상기 절환밸브는 솔레노이드 밸브, 삼방밸브(3-way valve)등으로 구비됨이 가능하다.

한편, 상기 냉매는 시스템 성능 향상 및 가열유체로 적합하여 고온의 열을 방출할 수 있는 이산화탄소로 구비되어 있다.

따라서, 상기와 같이 구성된 히트펌프 사이클은 냉방과 상난방 및 급탕 기능을 제공할 수 있으며, 각각의 경우 상기 냉매가 흐르는 경로를 통해 그 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

첫째, 냉방운전 모드의 작동과정은;

도 2에 나타난 바와 같이, 상기 압축기(100)에 배출되는 고온고압의 냉매는 제 2연결관(720)을 통해 제 1절환밸브(610)로 이동한다.

이 경우, 제 2절환밸브(620)에서 제 1연결관(710)의 이동통로는 차단되어, 상기 냉매가 제 1연결관으로는 흐르지 않게 된다.

그리고, 제 1절환밸브(610)를 거친 상기 냉매는 상기 실외측 열교환기(200)를 통과하면서, 외기의 공기와 열교환을 하게 되며, 상기 실외팬(210)은 외부의 공기를 유입하고 고온으로 가열된 공기를 송풍하여 열교환이 효과적으로 일어나도록한다.

또한, 상기 열교환기를 통과한 저온, 고압의 냉매는 제 1팽창밸브(310)를 통과하면서 저온, 저압으로 상태가 변화하며, 제 4연결관(740)에 있는 제 2팽창밸브(320)를 거치면서 냉방에 필요한 저온, 저압의 냉매로 확산되게 된다.

그래서, 상기 저온, 저압의 냉매는 상기 실내측 열교환기(400)를 통과하면서, 실내의 고온의 공기와 열교환 작용을 하여, 실내 공기를 저온으로 냉각시키고, 상기 실내팬(410)에 의해 저온의 공기를 송풍시킴으로써 실내를 냉방하게 된다.

한편, 상기 실내측 열교환기(400)를 통과한 고온, 저압의 냉매는 제 5연결관(750)을 통해 상기 압축기(100)로 전달되며, 이 후 상기 과정을 반복하므로써 냉방운전 모드로 작동하게 된다.

둘째, 냉방과 급탕 기능을 동시에 수행하는 작동과정은;

도 3에서와 같이, 상기 압축기(100)를 나온 고온, 고압의 냉매는 제 1연결관(710)을 통해 급탕용 열교환기(500)로 이동하여, 상기 열교환기 내부에서 온수배관(530)을 통해 흐르는 급탕수와 열교환을 하게 되며, 상기 급탕수는 고온으로 가열되어 상기 온수저장소(520)로 이동하여 저장된다.

이 경우, 온수배관 내에 온수펌프(510)를 구비하여, 상기 급탕수를 상기 급탕용 열교환기와 상시 온수저장소로 원활하게 순환하게 한다.

한편, 제1절환밸브(610)에서 제2연결관(720)으로 연결된측과, 제2절환밸브 (620)에서 실외측 열교환기(200)와 연결된 이동통로가 차단되어 있어서, 상기 냉매는 실외측 열교환기측(200)으로 이동되지 않게 된다.

그리고, 상기 급탕용 열교환기(500)를 나온 저온, 고압의 냉매는 제 2절환밸브(620)를 거치고, 제 2팽창밸브(320)를 통과하여 저온, 저압의 냉매로 상태가 변화된다.

따라서, 상기 저온, 저압의 냉매는 상기 실내측 열교환기(400)를 통과하여, 실내의 공기를 냉각시키게 됨으로서, 냉방과 급탕공급을 동시에 수행할 수 있게 된다.

세째, 난방과 급탕을 동시에 수행하는 작동과정은;

도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 압축기(100)를 나온 고온, 고압의 냉매는 상기 급탕용 열교환기(500)를 통과하면서, 열교환을 통해 온수저장소(520)의 급탕수를 고온으로 가열시키게 되어 급탕에 사용될 급탕수를 공급하게 된다.

이 경우 있어서, 제 1절환밸브(610)에 의해 압축기(100)와 연결되는 제 2연결관(720)으로의 냉매 흐름이 차단되고, 제 2절환밸브(620)에 의해서는 제 4연결관(740)으로의 냉매 흐름이 차단되어 상기 냉매는 실내측 열교환기(400)로 흐르지 않게 된다.

그리고, 상기 급탕용 열교환기(500)를 통과한 저온, 고압의 냉매는 제 1팽창밸브(310)를 통과하면서 저온, 저압으로 변화하고, 상기 실외측 열교환기(200)를 통과하면서 외기의 공기와 열교환을 통해 고온, 저압으로 변화하여 제 5연결관(750)을 통해 상기 압축기로 되돌아가게 된다.

한편, 상기 온수저장소(520)의 고온의 급탕수는 실내의 바닥(820)으로 연결된 상기 상난방배관(800)을 통해 실내를 난방하게 된다.

따라서, 난방과 급탕 기능을 동시에 수행할 수 있게 된다.

한편, 상기 구성에서, 상기 상난방배관이 아닌 팬코일유니트를 사용해서, 급탕용 열교환기를 통한 고온의 급탕수로 상기 팬코일유니트를 가열시켜 실내의 공기를 가열시킴으로써, 난방을 수행하게 구성되는 것이 가능하다.

또한, 상기 상난방배관에 흐르는 유체를 물이외에, 브라인을 사용하여, 상기 브라인을 순환시킴으로써 난방의 효율을 향상시킬 수 있고, 상기 온수저장조를 거치지 않고, 상기 급탕용 열교환기를 통해 고온이 된 급탕수를 직접 상난방배관으로 보냄으로써, 좀 더 난방효율을 향상시킬 수 있음이 가능하다.

이상에서와 같이, 본 발명은 히트펌프 사이클 내에 급탕용 열교환기를 구비하여, 고온의 냉매와 급탕수를 열교환시킴으로써, 고온의 급탕수를 얻을 수 있게 되었다.

또한, 상기 고온의 급탕수를 상난방배관을 통해 실내로 순환시킴으로써, 실내 바닥을 따뜻하게 할 수 있는 상난방이 가능하게 된다.

따라서, 본 발명은 급탕수를 얻기 위해 별도의 보일러 장치가 필요없게 되어, 공간을 절약할 수 있게 되었으며, 추가 구입에 따른 별도의 비용이 필요없게 된다.

또한, 히트펌프의 난방시의 효율이 보일러보다 높으므로, 적은 에너지를 사용하여 난방을 수행할 수 있게 된다.그리고, 본 발명에 따르면, 종래의 히트펌프의 냉매로서 압축기에 손상을 많이 주는 암모니아 대신 이산화탄소를 사용함으로써, 압축기 손상을 줄이며 친환경적인 히트펌프를 구성할 수 있다.

Claims (6)

1. 압축기와;

   상기 압축기의 배출측과 연결된 실외측 열교환기와;

   상기 압축기의 흡입측과 연결된 실내측 열교환기와;

   상기 압축기와 상기 실외측 열교환기 사이의 관로상에 위치된 제1절환밸브와;

   상기 실외측 열교환기와 상기 실내측 열교환기 사이의 관로상에 위치된 제1팽창밸브 및 제2팽창밸브와;

   상기 각 팽창밸브 사이의 관로상에 위치된 제2절환밸브와;

   상기 압축기와 상기 제1절환밸브 사이의 관로상에 냉매 유입측이 연결되고, 상기 제2절환밸브에 냉매 유출측이 연결된 급탕용 열교환기와;

   급탕수가 저장되는 온수저장조와;,

   상기 온수저장조에 저장된 급탕수의 유동을 상기 급탕용 열교환기를 통과하도록 안내하는 온수배관과;

   실내의 바닥 내부에 위치하여, 상기 급탕수를 실내로 순환시켜서 실내와 열교환을 일으키기 위한 상난방배관과,

   상기 온수저장조와 상기 상난방배관 사이에 위치하여, 상기 급탕수를 강제 순환시키도록 구동되는 순환펌프;를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 히트펌프 사이클.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉매는 시스템 성능 향상 및 가열유체로 적합한 이산화탄소임을 특징으로 하는 히트펌프 사이클.