KR20140067513A

KR20140067513A - Heat pump system which is not needed defrosting cycle

Info

Publication number: KR20140067513A
Application number: KR20120134829A
Authority: KR
Inventors: 김영선; 이병길
Original assignee: 김영선
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2014-06-05

Abstract

본 발명은 별도의 제상사이클이 필요없는 히트펌프 시스템에 관한것으로, 특히 겨울철 혹서기에 외부증발기에 성에가 발생하여 공기와의 에너지 교환을 방해 하여,냉매액 증발이 잘 이루어지지 않아, 열효율이 떨어지고, 압축기 부하로 인한 고장의 원인이 되고 있어, 본 발명의 히트펌프는 저온특성이 양호한 냉매를 사용, 외기증발기로부터 공기중의 열을 흡수하는 저온취득사이클과, 고온특성이 양호한 냉매를 사용, 저온취득사이클로부터 열교환을 통해 열을 흡수하여 온수 및 난방을 할 수 있는 고온취득 사이클로 구성된 이원히트펌프시스템으로, 상기 문제를 해결하기 위해 고온취득사이클에 추가의 제상용 응축기를 설치하고, 흡열열교환기를 통해 고온취득사이클 냉매와 응고점이 낮은 열매체(부동액)와 열교환하여 저온사이클의 외기증발기로 보내 제상을 하고 잔여열은 외부증발기를 통해 공기열과 함께 저온취득사이클에 다시 흡수되어 고온취득사이클로 전달되는 시스템으로 별도의 제상사이클이 필요없는 경제적인 히트펌프시스템을 제공할 수 있다.The present invention relates to a heat pump system that does not require a separate defrost cycle and is particularly susceptible to heat generation in an external evaporator during a winter season and interferes with the exchange of energy with air to evaporate the refrigerant liquid, The heat pump of the present invention uses a refrigerant having a good low-temperature characteristic, a low-temperature acquisition cycle for absorbing heat in the air from the outside-air evaporator, a low-temperature acquisition cycle using a high- The present invention relates to a binary heat pump system composed of a high temperature acquisition cycle in which hot water and heating can be absorbed through heat exchange from a cycle. In order to solve the above problem, an additional refrigeration condenser is installed in a high temperature acquisition cycle, The heat exchange with the acquisition cycle refrigerant and the heating medium with low freezing point (antifreeze) Sending the defrost and residual heat may provide an economical heat pump system is not again absorbed by the low-temperature cycle obtained with the air heat via an external evaporator need for additional defrost cycle the system is a high temperature acquisition cycle passes.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a heat pump system that does not require a separate defrost cycle,

본 발명은 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 공기열 교환을 위한 외기 증발기가 저온시 결빙될 때 이러한 결빙을 해소하는 제상을 할 수 있는 제상 기능을 갖는 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat pump cooling / heating system, and more particularly, to a heat pump cooling / heating system having a defrosting function capable of defrosting such freezing when an outside air evaporator for air-

일반적으로 히트펌프 냉난방 시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 구성되어, 난방사이클에서는 외기증발기에서 냉매가 증발하면서 공기로부터 열을 흡수하여 압축기로 보내지고, 압축기에서 고온 고압의 냉매가스가 되어 응축기에서 열을 방출 하여 난방/온수를 위한 열교환을 통해 온수 및 난방이 이루어진다. 응축기에서 응축 액화된 저온고압의 냉매는 팽창밸브를 거쳐 외기증발기에서 증발하면서 공기중의 잠열을 흡수하는 사이클이 반복된다. 냉방사이클은 위 난방사이클에서 외기증발기가 응축기 기능을 하고, 열교환기가 증발기로 작동하여 실내 공기열을 흡수 외기증발기에서 응축과정을 통해 공기중으로 열을 방출하게 된다. 이렇게 하나의 사이클로 이루어진 히트펌프의 경우 난방을 위한 고온의 열을 얻기가 어렵고, 특히 혹한기에 외기증발기가 얼어 공기와의 열교환이 안되어 이를 해결하기 위해 난방사이클에서 냉방사이클로 전환하여 외기증발기에 압축기의 고온고압의 냉매가스를 보내 제상하는 제상사이클을 두는데, 이로인해 난방효율이 떨어지는 문제가 있어,
Generally, a heat pump cooling / heating system is composed of a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator. In a heating cycle, refrigerant evaporates in the outside air evaporator, absorbs heat from air and is sent to the compressor, Heat is generated through heat exchange for heating / hot water. The low temperature and high pressure refrigerant condensed and condensed in the condenser is evaporated in the outdoor evaporator through the expansion valve, and the cycle of absorbing the latent heat in the air is repeated. In the cooling cycle, the outside air evaporator functions as a condenser, and the heat exchanger functions as an evaporator to absorb indoor air heat, thereby discharging heat to the air through the condensation process in the outside air evaporator. In the case of a heat pump having one cycle, it is difficult to obtain high temperature heat for heating. In order to solve this problem, in particular, when the outside air evaporator freezes due to the freezing of the outside air evaporator in a cold weather, it is switched from a heating cycle to a cooling cycle, A defrost cycle is performed in which a high-pressure refrigerant gas is sent to defrost, which causes a problem of lowering the heating efficiency,

위와 같은 문제 해결을 위해, 하나의 사이클로 이루어진 히트펌프를 두 개로 연결하여, 1차 공기등의 열원으로부터 열을 취득하는 쪽은 저온특성이 양호한 냉매를 사용한 저온취득사이클로 운영하고, 온수 및 난방을 위한 고온의 열을 교환하기 위한 2차 사이클은 고온특성이 양호한 냉매를 사용한 고온취득사이클로 운영하여, 서로 다른 특성의 냉매간 열교환을 할 수 있는 열교환기로 저온취득사이클과 고온취득사이클을 연결하는 이원히트펌프시스템을 제공하고 있다.
In order to solve the above problem, a heat pump of one cycle is connected with two, and the heat is taken from a heat source such as primary air is operated as a low temperature acquisition cycle using a coolant having a good low temperature characteristic, The second cycle for exchanging heat at a high temperature is a heat exchanger that is operated as a high temperature acquisition cycle using a refrigerant having a good high temperature characteristic and can perform heat exchange between refrigerants having different characteristics, System.

그러나, 이원히트펌프시스템에서도 혹한기 저온취득사이클의 외기증발기를 제빙하기 위한 제상사이클을 운영하는데, 결국 일반히트펌프시스템 문제와 동일한 난방효율 저하 문제는 해결이 안되는 상황이다. 더욱이 제상사이클을 운영하기 위해 히트펌프구성이 복잡해지고, 히트펌프시스템의 고장의 원인을 제공하기도 한다.
However, even in the dual heat pump system, the defrost cycle for deicing the outside air evaporator of the low temperature acquisition cycle is operated. As a result, the same heating efficiency problem as the general heat pump system problem can not be solved. Furthermore, the heat pump configuration becomes complicated to operate the defrost cycle and may also cause a failure of the heat pump system.

본 발명은 상기 이원히트펌프시스템에서도 여전히 문제가 되는 혹한기 외기증발기 결빙을 해소하기 위한 제상사이클 운영으로 인한 난방효율 저하와 시스템이 복잡해져 고장의 원인을 제공하는 문제들을 해결하기 위한 것이다.
The present invention is intended to solve the problem of providing a cause of failure due to a reduction in heating efficiency due to defrost cycle operation and a complicated system for eliminating the freezing of the cold outside air evaporator which is still a problem in the dual heat pump system.

상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 냉매의 역순환에 의해 고온고압의 냉매가스를 외기증발기로 보내 제상을 하는 제상사이클을 제거하고, 제1압축기, 제1판형열교환기, 냉각용 팽창밸브, 제2판형열교환기로 구성된 이원히트펌프시스템의 고온취득사이클에서 제1판형열교환기와 냉각용 팽창밸브 사이에 제상용 응축기를 설치하고, 상기 제상용 응축기에 흡열열교환기를 설치하고 제상용 응축기의 고온의 냉매와 열교환하여 저장할 응고점이 낮은 열매체(부동액)가 저장된 축열조를 흡열열교환기와 연결, 축열조에 저장된 열매체를 외기증발기에 설치된 방열열교환기로 보내기 위한 순환펌프와 순환도관을 설치함으로서, 제상을 위한 별도의 제상사이클 없이 제상수단을 제공할 수 있다.
In order to solve the above problems, the present invention provides a refrigeration system that eliminates a defrost cycle for defrosting by sending refrigerant gas of high temperature and high pressure to an outside air evaporator by reverse circulation of refrigerant, In the high-temperature acquisition cycle of the dual heat pump system constituted by the second plate heat exchanger, a vapor phase condenser is provided between the first plate heat exchanger and the cooling expansion valve, an endothermic heat exchanger is installed in the vapor phase condenser, A circulation pump and a circulation conduit are provided for connecting the heat storage tank storing the heat medium having a low freezing point (antifreeze) to the heat absorbing heat exchanger and the heat medium stored in the heat storage tank to the heat radiation heat exchanger installed in the outside air evaporator, It is possible to provide the defrosting means without.

이상과 같이 본 발명은 이원히트펌프시스템의 고온취득사이클의 고온의 냉매를 재응축하여 얻은 응축열을 흡열열교환기를 통해 간접열교환하여 축열조에 저장하여 저온취득사이클의 외기증발기 제빙 및 추가 열공급으로 저온취득사이클의 냉매액의 증발이 양호하게 되어 난방효율 증대를 기대할 수 있고, 역사이클에 의한 제상사이클이 제거되어 시스템이 단순해져 고장율이 적은 경제적인 이원히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.
As described above, according to the present invention, the condensation heat obtained by recondensing the high-temperature refrigerant in the high temperature acquisition cycle of the dual heat pump system is indirectly heat-exchanged through the endothermic heat exchanger and stored in the heat storage tank, It is possible to provide an economical dual heat pump system which can simplify the system and reduce the failure rate by eliminating the defrost cycle due to the reverse cycle.

도1은 본 발명의 히트펌프시스템의 전체 구성 예시도
도2은 본 발명의 히트펌프시스템의 난방 운전시 냉매 및 부동액흐름 순환도
도3는 본 발명의 히트펌프시스템의 냉방 운전시 냉매흐름 순환도1 is an overall configuration example of a heat pump system according to the present invention;
FIG. 2 is a graph showing the circulation flow rate of the refrigerant and the antifreeze during the heating operation of the heat pump system of the present invention
Fig. 3 is a graph showing the refrigerant flow circulation rate during the cooling operation of the heat pump system of the present invention

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 제상사이클이 필요없는 이원 히트펌프시스템에 대하여 자세히 설명한다.
Hereinafter, a dual heat pump system without a defrost cycle according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도1은 본 발명에 따른 제상사이클이 필요없는 히트펌프 냉난방 시스템의 구성도 이다.
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a heat pump cooling / heating system that does not require a defrost cycle according to the present invention;

상기 히트펌프 냉난방 시스템은, 고온취득사이클(100)과 저온취득사이클(200)이 제2판형열교환기(202)를 매개로 연결된 이원사이클시스템을 기본구조로 하고, 고온취득사이클(100)의 과냉 응축열을 저온취득사이클(200)의 외기증발기(221)의 결빙을 해소하기 위한 제상수단(140)으로 구성되어 있다.
The heat pump cooling / heating system has a basic structure of a two-cycle system in which a high-temperature acquisition cycle 100 and a low-temperature acquisition cycle 200 are connected via a second plate-type heat exchanger 202, And defrosting means 140 for eliminating freezing of the outside air evaporator 221 of the low temperature acquisition cycle 200. [

상기 이원사이클시스템을 기본 구조로 하는 히트펌프 냉난방시스템은 저온취득사이클(200)은 저온 특성이 양호한 냉매를 사용하고, 고온취득사이클(100)은 고온 특성이 양호한 냉매를 사용하게 된다.
In the heat pump cooling / heating system having the above-described two-cycle system as a basic structure, the low temperature acquisition cycle 200 uses a refrigerant having a low temperature characteristic and the high temperature acquisition cycle 100 uses a refrigerant having a high temperature characteristic.

여름철 냉방운전시, 저온취득사이클(200)은 전자밸브(220),(224)가 닫히고 전자밸브(213),(210)이 열려 저온고압의 냉매가 팽창밸브(211)를 거쳐 제3판형열교환기(212)에서 증발하면서, 냉수탱크(215) 수열원으로부터 열을 빼앗아 액분리기(203)를 거쳐 제2압축기(201)로 전달된다. 액분리기(203)는 공기열원 혹은 수열원의 낮은 온도로 냉매의 증발이 양호하지 못한 경우, 증발하지 못한 냉매액이 제2압축기(201)에 흡입되어 액압축이 일어나는 것을 방지하기 위해, 액을 분리시켜 냉매가스만 제2압축기(201)에 흡입시키기 위해 설치된다. 제2압축기(201)에서 냉매는 고온고압 냉매가스로 되어, 응축기로 작용하는 제2판형열교환기(202)를 통해 고온취득사이클(100) 로 냉매간 열교환을 통해 열을 전달하게 된다.
During the summer cooling operation, in the low temperature acquisition cycle 200, the solenoid valves 220 and 224 are closed, the solenoid valves 213 and 210 are opened, and the refrigerant of low temperature and high pressure is passed through the expansion valve 211, The cold water tank 215 takes heat from the water heat source and is transferred to the second compressor 201 through the liquid separator 203. [ The liquid separator 203 is operated to prevent the liquid refrigerant, which has not evaporated, from being sucked into the second compressor 201 to prevent the liquid from being compressed when the evaporation of the refrigerant is poor due to the low temperature of the air heat source or the water heat source, So that only the refrigerant gas is sucked into the second compressor (201). In the second compressor 201, the refrigerant is a high-temperature high-pressure refrigerant gas, and the heat is transferred through the second plate type heat exchanger 202 serving as a condenser through the heat exchange cycle in the high temperature acquisition cycle 100.

냉방운전시, 고온취득사이클(100)에서 제상수단(140)은 전자밸브(110),(113)이 닫혀 작동하지 않게되고, 전자밸브(105)가 열려, 냉매가 팽창밸브(106)을 거쳐 증발기로 작동하는 제2판형열교환기(202)를 통해 증발되면서, 저온취득사이클(200)로부터 열을 전달받게 된다. 이 냉매는 제1압축기(101)를 통해 고온고압의 냉매가스가 되어, 응축기로 작동하는 제1판형열교환기(102)로부터 온수탱크의 수열원과 열교환하여 온수를 생산하게 된다.
During the cooling operation, in the high temperature acquisition cycle 100, the electromagnetic valves 110 and 113 are closed and the defrosting means 140 is not operated, the electromagnetic valve 105 is opened, Heat is transferred from the low temperature acquisition cycle 200 while being evaporated through the second plate heat exchanger 202 operating as an evaporator. The refrigerant is converted into high-temperature, high-pressure refrigerant gas through the first compressor 101, and is heat-exchanged with the heat source of the hot water tank from the first plate heat exchanger 102 operated as a condenser to produce hot water.

겨울철 난방운전시, 고온취득사이클(100)에서는 전자밸브(105)가 닫히고, 전자밸브(110)(113)이 열려 제상수단(140)이 연결된다. 이로써, 제1판형열교환기를 통해 응축된 냉매를 제상용응축기(111)에서 다시 응축하여 얻은 열을 축열조(115)에 저장된 응고점이 낮은 열매체(부동액)와 열교환하여, 순환펌프(225)를 부설한 공급관(226)과 귀환관(227)를 통해 저온취득사이클(200)의 발열열교환기(222)로 보내 외기증발기(221)를 제상하거나, 열매체(부동액)의 보유열을 외기증발기(221)에 열전달함으로서 냉매액의 증발을 양호하게 한다.
During the winter heating operation, in the high temperature acquisition cycle 100, the electromagnetic valve 105 is closed and the electromagnetic valves 110 and 113 are opened to connect the defrosting means 140. Thus, the heat obtained by condensing the refrigerant condensed through the first plate-type heat exchanger again in the defrost condenser 111 is heat-exchanged with the heat medium (antifreeze) having a low freezing point stored in the heat storage tank 115 and the circulation pump 225 is installed The outside air evaporator 221 is defrosted by sending it to the exothermic heat exchanger 222 of the low temperature acquisition cycle 200 through the supply pipe 226 and the return pipe 227 or the retained heat of the heating medium (antifreeze) And the evaporation of the refrigerant liquid is improved by heat transfer.

도면 2는 본 발명 히트펌프시스템의 난방 운전시 냉매 및 부동액 흐름 순환도 이다.FIG. 2 is a flow chart of the refrigerant and the antifreeze flow during the heating operation of the heat pump system of the present invention.

도면 2에서 보다시피, 제상을 위한 역사이클 시스템 없이, 본 발명의 제상수단(140)을 통해, 고온취득사이클(100)의 고온의 냉매로부터 열교환하여 저온취득사이클(200)의 외기증발기(221) 제상뿐 아니라 고온의 냉매의 열을 저온취득사이클(200)로 전달하는 피드백 경로를 제공하여 전체 난방효율을 높힐 수 있을 뿐 아니라, 역사이클로 인한 시스템의 고장원인을 제거하여, 경제적인 이원히트펌프시스템을 제공할 수 있다.
2, heat exchange is performed from the high temperature refrigerant of the high temperature acquisition cycle 100 through the defrosting means 140 of the present invention to the outside air evaporator 221 of the low temperature acquisition cycle 200, without reverse cycle system for defrosting, Not only defrost but also a feedback path for transferring the heat of the high temperature refrigerant to the low temperature acquisition cycle 200 can be provided to improve the overall heating efficiency as well as to eliminate the cause of the system failure due to the reverse cycle, Can be provided.

도면 3은 본 발명의 냉방운전시 냉매의 흐름 순환도이다.
3 is a flow circulation diagram of the refrigerant during the cooling operation of the present invention.

100 : 고온취득사이클
101: 제1압축기
102: 제1판형열교환기
111: 제상용응축기
112: 흡열열교환기
115: 축열조
200 : 저온취득사이클
201 : 제1압축기
202: 제2판형열교환기
212: 제3판형열교환기
203: 액분리기
221: 외기증발기
222: 발열열교환기100: High temperature acquisition cycle
101: first compressor
102: first plate heat exchanger
111: Commercial condenser
112: endothermic heat exchanger
115:
200: Low temperature acquisition cycle
201: first compressor
202: second plate type heat exchanger
212: Third plate heat exchanger
203: liquid separator
221: outside evaporator
222: exothermic heat exchanger

Claims

A method of providing a defrosting means without a separate defrost cycle in a two-cycle heat pump system composed of a low temperature acquisition cycle for obtaining heat from a low temperature heat source and a high temperature acquisition cycle in which hot water is supplied from a low temperature acquisition cycle and hot water is produced and heated In this case,

And a defrosting means for increasing the defrosting and heating efficiency by transferring the heat of the high-temperature refrigerant in the high-temperature acquisition cycle to the outside-air evaporator in the low-temperature acquisition cycle.

5. The method of claim 1,

A heat storage tank for condensing and heat-exchanging the high-temperature and high-pressure refrigerant in a high-temperature acquisition cycle through a heat exchanger operating as a condenser for hot water production and heating, and then recondensing the heat obtained by the condenser through a heat exchanger for heat exchange with the heat medium through an endothermic heat exchanger Respectively,

Characterized in that the heating medium of the heat storage tank is circulated through a circulation conduit provided with a circulation pump to the heat radiating heat exchanger to exchange heat with the refrigerant of the outside air evaporator of the low temperature acquisition cycle to accelerate evaporation of the refrigerant and to freeze the freezing of the outside air evaporator