KR100261370B1

KR100261370B1 - Cooling and hot air and panel heating heat pump system applicated integral type heat exchanger for double heat sink

Info

Publication number: KR100261370B1
Application number: KR1019960044807A
Authority: KR
Inventors: 우정선; 민정현; 장문석
Original assignee: 최수현; 한국에너지기술연구소
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 2000-07-01
Also published as: KR19980026383A

Abstract

PURPOSE: A heat pump system is provided, in which an integral type heat exchanger for use of dual heat sink is arranged in the indoor unit of the heat pump, to thereby save energy and allow cooling/heating system to be installed in a convenient and efficient manner. CONSTITUTION: A heat pump system comprises a compressor(1) for compressing a refrigerant(10) during cooling operation; an outdoor unit(3) where the refrigerant compressed and discharged from the compressor and outdoor air are heat-exchanged; an expansion valve(4) for expanding the refrigerant heat-exchanged in the outdoor unit; an indoor unit(2) where the refrigerant flowing from the expansion valve and indoor air are heat-exchanged; and a four-way valve(5) mounted at the circulation path of the refrigerant so as to adjust the flow direction of the refrigerant being discharged from the compressor. The indoor unit includes an integral type heat exchanger(6) for used of a dual heat sink; an indoor unit fan(16) for selectively circulating the indoor air toward the outside of an outer pipe(8) of the heat exchanger; and a pump(17) for selectively circulating a heat medium(11) toward the inside of an inner pipe(9) of the heat exchanger. The integral type heat exchanger is formed to have a dual pipe structure including the inner pipe and the outer pipe. The inner pipe allows the liquid state heat medium to flow through the inner pipe, and the refrigerant flows between the inner pipe and the outer pipe.

Description

Heat pump system for both heating and hot air and panel heating with integrated heat exchanger

본 발명은 열펌프시스템에 관한 것으로, 하나의 열펌프시스템으로 난방이나 냉방을 선택 수행할 수 있으면서 특히 실내기에 2중히트싱크용 일체형 열교환기를 적용하여 난방의 경우 온풍난방방식의 난방은 물론 우리나라에서 주로 적용하는 난방방식인 판넬난방방식의 난방도 효과적으로 겸용 수행할 수 있도록 구성된 2중히트싱크용 일체형 열교환기를 적용하는 냉방과 온풍 및 판넬난방 겸용 열펌프시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump system, in which heating and cooling can be selectively performed by a single heat pump system, and in particular, an integral type heat exchanger for double sinking is applied to an indoor unit, And more particularly, to a heat pump system for combined cooling and heating and a panel heating system in which an integral type heat exchanger for a double heatsink is configured to effectively perform heating also in a panel heating system.

우리나라의 주거용 건물에서 주로 적용하고 있는 난방방식은 판넬난방방식의 일종인 온수를 이용하는 바닥난방방식이다. 판넬난방방식은 바닥, 벽체 혹은 천장등에 코일등을 매설하고 발열이 가능하도록 하여 바닥, 벽체 혹은 천장을 가열시킴으로써 주거공간을 난방하는 방식이다. 특히, 이러한 판넬난방방식중 바닥난방방식은 우리나라에서 예로부터 널리 사용되어온 고유의 난방방식으로서 일명 온돌난방방식이라 불리우며, 현재는 바닥에 온수코일을 매설하여 코일 내부로 온수를 순환시켜 난방을 하는 온수온돌난방방식을 주로 적용하고 있다. 이와 같이 바닥, 벽체 혹은 천장등에 코일을 매설하고 그 코일 내부로 열매체를 순환시키는 판넬난방방식은, 코일의 내부로 거주공간의 공기온도 보다 차가운 냉수를 공급하게 되면 코일이 매설된 바닥, 벽체 혹은 천장등의 표면에 공기에 함유된 수분이 응축되어 응축수가 발생하여 생활을 하기가 어렵게 되므로 냉방과 병용하여 사용하는 데에 한계가 있는 것이 현실이다. 따라서, 난방방식으로서 판넬난방방식을 적용하는 경우에는 냉방은 별도의 냉방시스템을 갖추어 행하는 것이 일반적이다.The heating system that is mainly applied to residential buildings in Korea is a floor heating system that uses hot water, which is a type of panel heating system. The panel heating system is a method of heating a residential space by heating floors, walls, or ceilings by inserting coils, etc. on the floor, wall, or ceiling and allowing heat to be generated. Particularly, among these panel heating methods, the floor heating method is called "Ondol heating method" which is a unique heating method widely used in Korea since the past, and currently, a hot water coil is buried on the floor to circulate hot water to the inside of the coil, Ondol heating system is mainly applied. In the panel heating method in which a coil is buried in a floor, a wall, a ceiling or the like and a heating medium is circulated inside the coil, if the cold water, which is cooler than the air temperature in the living space, is supplied to the inside of the coil, The condensed water is condensed on the surface of the air and condensed water is generated and it becomes difficult to make a living. Therefore, it is a reality that there is a limit to use in combination with cooling. Therefore, in the case of applying the panel heating system as the heating system, it is general that the cooling system is provided with a separate cooling system.

즉, 판넬난방방식을 적용하고 있는 장소에서 냉방을 행하기 위하여서는 냉동기나 패키지에어콘등과 같은 냉방기의 설치와 더불어 필요한 경우에는 열의 분배와 공급을 위한 홴코일유니트와 같은 방열기를 함께 설치사용하는 것이 일반적이며, 이 경우 많은 설치비용 및 설치공간이 소유됨은 물론이다.That is, in order to perform cooling in a place where the panel heating system is applied, in addition to the installation of a cooler such as a refrigerator or a package air conditioner, a radiator such as a coil unit for distributing and supplying heat may be installed Of course, there are many installation costs and installation space.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 하나의 열펌프시스템으로 냉,난방기능을 겸하면서 특히 실내기에 2중히트싱크용 일체형 열교환기를 적용하여 난방시는 온풍난방방식의 난방과 판넬난방방식의 난방을 단독 혹은 병용으로 운전할 수 있고, 냉방시는 냉풍을 이용한 냉방이 가능하도록 하는 열펌프시스템을 제공하고자 하는 것이다.In order to solve such a problem, the present invention solves this problem by using a single heat pump system as well as a cooling and heating function, and in particular, by applying an integrated heat exchanger for double sinking to an indoor unit, heating by hot air heating and heating by panel heating Which can be operated alone or in combination, while allowing cooling using cold air at the time of cooling.

열펌프는 냉동장치의 역사이클로서 하나의 장치로 난방과 냉방을 실현할 수 있는 매우 유용한 장치로서 잘 알려진 기술이며, 직접이용이 어려운 저효용, 낮은 온도의 에너지를 승온시켜 고효용, 높은 온도의 에너지로 변환할 수 있는 장치로서 에너지절약에 매우 유용한 사실은 잘 알려져 있다. 이러한 열펌프를 이용하는 기술로서 기존의 기술은 난방이나 냉방 공히 공기를 송풍하는 방식으로 냉방 또는 난방을 하였을 뿐, 후술하는 본 발명이 제시하고 있는 바와 같은 2중히트싱크용 일체형 열교환기를 실내기에 적용하여 생산되는 온열이나 냉열을 직접 온풍 혹은 판넬난방방식의 난방과 냉풍방식의 냉방의 수단으로서 겸용 적용한 예는 없었다. 때문에 난방을 위하여는 보일러나 온풍기와 같은 별도의 온열원장치의 설치를 필요로 하였고, 냉방을 위하여는 에어콘과 같은 별도의 냉열원장치의 설치를 필요로 하였다. 또한, 열펌프를 이용하여 냉방과 판넬난방방식의 난방을 적용하기 위하여는 냉매를 직접 판넬내부로 순환시키거나 냉매로 순환 열매체를 가열하기 위한 별도의 2차적인 열교환기를 설치하여야만이 가능하여 냉매의 누설등의 문제점과 시설비의 증가, 공간활용의 비효율성등과 같은 여러 가지 문제점들이 있었다.The heat pump is a reverse cycle of the refrigeration system and is well known as a very useful device capable of realizing heating and cooling by a single device. It is a low-efficiency, low-efficiency, low- Which is very useful for energy saving. As a technique using such a heat pump, a conventional technology has only been cooled or heated by a method of blowing air for both heating and cooling, and an integrated type heat exchanger for double-wall heat sink as described later in the present invention is applied to an indoor unit There has been no example in which the generated heat or cold heat is directly used as a means for heating in direct warm air or panel heating and cooling in a cold air mode. For heating, it was necessary to install a separate heating source device such as a boiler or a hot air fan, and a separate heat source device such as an air conditioner was required for cooling. In addition, in order to apply cooling by heating and heating by a panel heating method, it is only necessary to circulate the refrigerant directly into the panel or to install a separate secondary heat exchanger for heating the circulating heat medium by the refrigerant, Problems such as leakage, increase in facility cost, inefficiency of space utilization, and the like.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 연구된 것으로, 열펌프의 실내기에 2중히트싱크용 일체형 열교환기를 설치하여 하나의 시스템으로 냉,난방을 겸하면서 난방시는 온풍난방방식의 난방은 물론 액체상태의 열매체순환을 이용한 판넬난방방식의 난방도 가능하도록 하고, 냉방시는 냉풍을 이용한 공기냉방방식이 가능토록 하여 에너지절약은 물론 냉,난방시스템을 간편, 효율적으로 설치사용할 수 있게 하며, 또 시스템의 설치와 관련된 공간활용의 효율성을 크게 높일 수 있도록 하여 주는 열펌프시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a dual heat exchanger for a double heat exchanger in an indoor unit of a heat pump, The panel heating method using the heating medium circulation in the liquid state can be performed, and the air cooling method using the cold air can be performed at the time of cooling so that the energy saving, as well as the cooling and heating system can be installed and used in a simple and efficient manner. And to provide a heat pump system that can greatly enhance the efficiency of space utilization related to the installation of the system.

제1도는 본 발명에 따른 냉방과 온풍 및 판넬난방 겸용 열펌프시스템의 구성개요도.FIG. 1 is an outline configuration diagram of a heat pump system for both cooling and warm air and panel heating according to the present invention; FIG.

제2도는 본 발명의 열펌프시스템에 있어서 실내기를 구성하는 2중히트싱크용 일체형 열교환기의 구성도이다.FIG. 2 is a configuration diagram of a duplexed heat sink type heat exchanger constituting an indoor unit in the heat pump system of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

1 : 압축기 2 : 실내기1: compressor 2: indoor unit

3 : 실외기 4 : 팽창변3: outdoor unit 4: expansion unit

5 : 사방변 6 : 2중히트싱크용 일체형 열교환기5: Four sides 6: Two body heat exchanger for heavy duty sink

7 : 실내공기 8 : 외측배관7: Indoor air 8: Outside piping

9 : 내측배관 10 : 냉매9: inner pipe 10: refrigerant

11 : 액체상태의 열매체 12 : 휜11: heating medium in a liquid state 12: fin

13 : 실외기용 열교환기 14 : 실외기용 홴13: Heat exchanger for outdoor unit 14: Heat exchanger for outdoor unit

15 : 실외공기 16 : 실내기용 홴15: outdoor air 16: indoor unit

17 : 펌프17: Pump

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 냉방시 냉매를 압출토출하는 압축기와, 상기 압축기로부터 압축토출되는 냉매와 실외공기간의 열교환이 이루어지는 실외기와, 상기 실외기에서 실외공기와의 열교환이 이루어진 냉매를 팽창시키는 팽창변과, 상기 팽창변으로부터의 냉매와 실내공기간의 열교환이 이루어지는 실내기와, 상기 압축기에서 압축토출되는 냉매의 공급방향을 조절할 수 있도록 냉매의 순환통로에 설치되는 사방변을 포함하여 구성되고, 상기 실내기가 내측배관 및 외측배관의 이중구조로 된 2중히트싱크용 일체형 열교환기와, 상기 열교환기의 외측배관 외부로 실내공기를 선택순환시키는 실내기용 홴과, 상기 열교환기의 내측배관 내부로 열매체를 선택순환시키는 펌프를 포함하는 구성으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 열펌프시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a refrigerant compressor comprising: a compressor for extruding and discharging a refrigerant during cooling; an outdoor unit having heat exchange between refrigerant compressed and discharged from the compressor and outdoor air; And an indoor unit for performing heat exchange between the refrigerant from the expansion side and the room air and four sides provided in the circulation passage of the refrigerant so as to adjust the supply direction of the refrigerant compressed and discharged from the compressor, An indoor unit for selectively circulating the indoor air to the outside of the outer pipe of the heat exchanger, and a heat medium to be selected inside the inner pipe of the heat exchanger, wherein the indoor heat exchanger comprises a double- Characterized in that it comprises a pump Provide a profile system.

이하에서, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.In the following, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명에 따라 실내기에 2중히트싱크용 일체형 열교환기를 적용한 열펌프시스템의 일례를 보인 것으로, 여기에서 1은 압축기, 2는 실내기, 3은 실외기, 4는 팽창변, 5는 사방변을 각각 나타낸다.FIG. 1 shows an example of a heat pump system in which an indoor heat exchanger according to the present invention is applied to a double-wall heat sink. In the figure, 1 denotes a compressor, 2 denotes an indoor unit, 3 denotes an outdoor unit, 4 denotes an expansion valve, Respectively.

제2(a),(b)도는 각각 상기 실내기(2)에 적용 가능한 2중히트싱크용 일체형 열교환기(6)의 구조의 예를 보여 주는 것인데, 이 열교환기(6)는 외측배관(8)과 내측배관(9)을 포함하여 이루어지되 열교환기의 외측배관(8) 외부로는 실내공기(7)가 흐르도록 하고, 외측배관(8)과 내측배관(9)의 사이로는 열펌프의 작동유체인 냉매(10)가 흐르도록 하며, 내측배관(9)의 내부로는 물 혹은 브라인(Brine)과 같은 액체상태의 열매체(11)가 흐르도록 되어 있는 것이다. 이와 같은 2중히트싱크용 일체형 열교환기(6)는 열교환기(6)에 접촉되는 유체인 공기, 냉매, 물(혹은 브라인)과 같은 열매체의 열전달 특성에 따라 열전달이 원활히 될 수 있도록 휜(12)을 설치할 수 있다. 제2(a),(b)도는 공기와 냉매측에 열전달촉진을 위한 휜(12)이 부착된 예를 보여 주고 있다.2 and 3 show examples of the structure of a duplexed two-piece heat exchanger 6 applicable to the indoor unit 2. The heat exchanger 6 is connected to the outer pipe 8 The indoor air 7 flows into the outside of the outside piping 8 of the heat exchanger and the inside air 7 flows between the outside piping 8 and the inside piping 9 through a heat pump And a liquid heating medium 11 such as water or brine flows through the inner pipe 9 to allow the refrigerant 10 to flow. Such an integral type heat exchanger 6 for double sheathing is provided with a fin 12 for facilitating heat transfer according to heat transfer characteristics of a heating medium such as air, refrigerant and water (or brine) ) Can be installed. FIGS. 2 (a) and 2 (b) show an example in which a fin 12 for promoting heat transfer is attached to the air and the refrigerant side.

이러한 본 발명의 작동원리에 대하여 먼저 냉방운전을 예로 설명하면, 열펌프시스템을 작동시키면 압축기(1)는 가스상태의 냉매를 압축하고 압축된 고온고압의 냉매를 실외기(3)로 보낸다. 실외기(3)로 보내어진 냉매는 실외기(3)에 내장된 열교환기(13)의 배관내부를 통하여 흐르게 되고 실외기(3)에 설치된 홴(14)을 이용하여 실외공기(15)를 열교환기(13) 외측으로 순환시키면 실외공기(15)와 냉매와의 열교환작용에 의하여 냉매는 온도가 낮아지면서 응축되어 응축에 따라 발생하는 잠열을 외부공기로 방출하며 액상태로 변하게 된다. 즉, 열을 방출하는 작용을 하게 되는 것이다. 액상태로 바뀐 냉매는 팽창변(4)을 통과하면서 등엔탈피팽창을 하게 되며, 팽창된 냉매는 실내기(2)를 통과하게 된다. 이때 냉매(10)는 실내기(2)에 내장된 열교환기(6)의 배관을 통하여 흐르고, 열교환기(6)의 외측으로 실내기(2)에 내장된 홴(16)을 이용하여 실내공기(7)를 순환시키면 냉매(10)와 실내공기(7)사이의 열교환작용이 발생하며, 그 결과로써 냉매는 가스상태로 바뀌게 되고 이와 같이 가스로 변화할 때 증발잠열이 필요하게 되어 실내공기(7)로부터 열을 흡수하게 되므로 실내 공기의 온도는 낮아지게 된다. 즉, 열을 흡수하는 작용을 하게 되는 것이다. 이렇게 열을 흡수하는 작용으로 온도가 낮아진 공기를 냉방에 사용하는 것이 냉방운전의 원리이다.First of all, the operation principle of the present invention will be described by taking cooling operation as an example. When the heat pump system is operated, the compressor 1 compresses the gaseous refrigerant and sends the compressed high temperature and high pressure refrigerant to the outdoor unit 3. The refrigerant sent to the outdoor unit 3 flows through the piping of the heat exchanger 13 built in the outdoor unit 3 and the outdoor air 15 is introduced into the heat exchanger 13, the refrigerant is condensed while the temperature is lowered by the heat exchange action between the outdoor air 15 and the refrigerant, and the latent heat generated by the condensation is discharged to the outside air and changed into the liquid state. In other words, it acts to release heat. The refrigerant which has been changed into the liquid state expands by the enthalpy expansion while passing through the expansion valve (4), and the expanded refrigerant passes through the indoor unit (2). At this time, the refrigerant 10 flows through the piping of the heat exchanger 6 built in the indoor unit 2, and the indoor air 7 (7) is discharged to the outside of the heat exchanger 6, The heat exchange action between the refrigerant 10 and the room air 7 occurs. As a result, the refrigerant is converted into the gas state, and the latent heat of evaporation is required when the refrigerant is changed into the gas, The temperature of the indoor air is lowered. That is, it acts to absorb heat. The principle of air-cooling operation is to use air that has lowered the temperature by its function of absorbing heat in cooling.

난방운전의 원리는 상기 냉방운전의 원리와 같으나, 난방운전시는 사방변(5)을 이용하여 냉매가 흐르는 방향을 바꾸어 줌으로써 실외기(3)는 외부의 열원으로부터 열을 흡수하도록 하고 실내기(2)는 열을 방출하도록 함으로써 난방을 행하게 되는 것이다. 여기에서, 본 발명은 2중히트싱크용 일체형 열교환기(6)의 외측배관(8) 외부로는 실내공기(7)가 순환되도록 하고 내측배관(9)의 내부로는 물 혹은 브라인과 같은 액체상태의 열매체(11)가 순환되도록 하여 상기 물 혹은 브라인과 같은 열매체(11)가 열을 흡수하여 승온됨으로써 공기를 이용하는 온풍난방과, 물 혹은 브라인과 같은 열매체(11)를 이용한 판넬난방방식의 난방이 함께 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다. 이때, 실내공기(7)와 물 혹은 브라인과 같은 액체상태의 열매체(11)는 필요에 따라 순환을 온-오프(On-Off)할 수 있다. 온풍난방방식의 난방을 원하는 경우에는 실내기(2)의 홴(16)을 가동하고, 판넬난방방식을 원하는 경우에는 홴(16)의 가동을 중지하고 펌프(17)를 이용하여 물 또는 브라인과 같은 액체상태의 열매체(11)를 열교환기(6)의 내측배관(9)을 통해 순환시킨다. 또, 온풍난방과 판넬난방방식을 동시에 필요로 하는 경우에는 홴(16)과 펌프(17)를 함께 가동시킴으로써 가능하다. 필요에 따라, 냉방만을 행하고자 하는 경우는 상기 실내기 열교환기(6)의 내측배관(9) 내부의 열매체(11)를 배출시키고 냉매(10)만을 내측배관(9) 및 외측배관(8) 사이로 순환시켜 시스템을 운전할 수도 있을 것이다.The principle of the heating operation is the same as that of the cooling operation. However, in the heating operation, the direction of flow of the refrigerant is changed by using the four sides 5 so that the outdoor unit 3 absorbs heat from the external heat source, So that the heating is performed. In the present invention, the indoor air (7) is circulated to the outside of the outer pipe (8) of the dual heat exchanger integrated type heat exchanger (6) and a liquid such as water or brine The heating medium 11 such as water or brine absorbs heat to raise the temperature of the heating medium 11 to circulate the heating medium 11 in the heating state and the heating of the panel heating method using the heating medium 11 such as water or brine So as to be able to be combined together. At this time, the indoor air 7 and the heating medium 11 in a liquid state such as water or brine can turn on the circulation as needed. When heating by the warm-air heating method is desired, the indoor unit 2 is operated, and when the panel heating method is desired, the operation of the indoor unit 16 is stopped and the water is heated by using the pump 17 The heating medium 11 in the liquid state is circulated through the inner pipe 9 of the heat exchanger 6. When hot air heating and panel heating are simultaneously required, it is possible to operate both the fan 16 and the pump 17 together. The heat medium 11 in the inside piping 9 of the indoor unit heat exchanger 6 is discharged and only the refrigerant 10 is passed through the inside piping 9 and the outside piping 8 The system may be circulated and operated.

본 발명은 상술한 바와 같은 구성, 작용에 의해 하나의 열펌프시스템으로 냉방이나 난방을 선택수행할 수 있는 것은 물론, 난방시는 온풍난방방식의 난방이나 패널난방방식의 난방을 각각 별개로 또는 함께 병행하여 행하는 것을 가능하게 하여 줌으로써 한정된 설치공간내에서 냉,난방시스템의 동시구현을 매우 효율적으로 이루어낼 수 있는 효과를 제공하며, 특히 아국과 같이 바닥난방방식이 선호되는 곳에서 보다 에너지절약적이고 편리한 냉,난방시스템을 저렴한 비용으로 설치제공할 수 있는 장점이 있다.The present invention is capable of selectively performing cooling and heating with a single heat pump system by the construction and operation as described above, and can also perform heating in a warm-air heating mode or heating in a panel heating mode separately It is possible to perform the simultaneous implementation of the cooling and heating system within a limited installation space by making it possible to perform parallel operation very efficiently. In particular, it is more energy-saving and convenient than the floor heating system, There is an advantage that the cooling and heating system can be installed at low cost.

Claims

(1) for extruding and discharging the refrigerant (10) during cooling, and an outdoor unit (10) for performing heat exchange between the refrigerant (10) compressed and discharged from the compressor (1) and outdoor air, And an indoor unit 3 for performing heat exchange between the refrigerant 10 from the expansion valve 4 and the room air, and a control unit 4 for controlling the indoor unit 3 to heat the refrigerant 10 in the outdoor unit 3, (2) and four sides (5) installed in the circulation passage of the refrigerant (10) so as to adjust the supply direction of the refrigerant (10) discharged from the compressor (1) Is formed in the form of a double pipe including an inner pipe 9 and an outer pipe 8. A liquid heating medium 11 such as water or brine flows into the inner pipe 9, 9 and the outer pipe 8, the refrigerant 10 flows through the outer pipe 8, (16) for selectively circulating indoor air to the outside of the outer pipe (8) of the heat exchanger (6) and an indoor heat exchanger And a pump (17) for selectively circulating the heating medium (11) to the inside of the inner pipe (9) of the cooling water heat exchanger Pump system.