KR100500954B1 - Ice thermal storage heat pump unit - Google Patents

Ice thermal storage heat pump unit Download PDF

Info

Publication number
KR100500954B1
KR100500954B1 KR10-2003-0055238A KR20030055238A KR100500954B1 KR 100500954 B1 KR100500954 B1 KR 100500954B1 KR 20030055238 A KR20030055238 A KR 20030055238A KR 100500954 B1 KR100500954 B1 KR 100500954B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
refrigerant
heat storage
storage tank
heat exchanger
Prior art date
Application number
KR10-2003-0055238A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20050017818A (en
Inventor
김민수
유제인
강한기
Original Assignee
(주)이앤이 시스템
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)이앤이 시스템 filed Critical (주)이앤이 시스템
Priority to KR10-2003-0055238A priority Critical patent/KR100500954B1/en
Publication of KR20050017818A publication Critical patent/KR20050017818A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100500954B1 publication Critical patent/KR100500954B1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT-PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/023Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Abstract

본 발명은 축열식 히트펌프유닛에 관한 것으로, 그 구성은, 냉매를 선택적으로 정·역방향 순환가동시킬 수 있는 통상의 냉동사이클장치부에, 심야 잉여전력에 의한 사이클 가동에 의해 축열된 열교환수를 저장할 수 있는 축열조가 결합된 것으로서, 압축기 및 양측에 각각 배치된 한 쌍의 열교환기와, 상기 압축기 및 각 열교환기 간의 냉매유로를 선택적으로 전환시켜주는 사방밸브와, 일방향성의 단일 팽창밸브와, 항상 팽창밸브의 방향에 맞게 냉매유로를 전환시켜주는 사방밸브와, 상기 팽창밸브와 일측 열교환기 사이에 배치된 상기 축열조와, 상기 각 열교환기에 각각 결합된 강제순환방식의 실외기 및 실내기와, 상기 축열조와 실내·외기 간의 상호 선택적 열교환수 순환이 가능하도록 적절히 설치된 다수의 방향전환밸브를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 가격이 저렴한 심야 잉여전력을 활용할 수 있는 양방향 사이클을 구성함으로써 특히 실내외 기온차가 극심한 겨울철에도 별도의 보조가열기 없이 그 축열만으로 증발측 냉매관에 대한 제상이 가능하여 에너지 효율을 극대화할 수 있으며, 단일 팽창밸브의 적용 등에 의한 구조적 단순화 및 이에 따른 제작 단가의 절감 효과를 도모할 수 있다.The present invention relates to a heat storage type heat pump unit, the configuration of which is to store the heat-exchanged heat storage by the cycle operation by the late-night surplus power in a conventional refrigeration cycle apparatus unit capable of selectively operating the refrigerant forward and reverse circulation Combined heat storage tank, a pair of heat exchangers disposed on each side of the compressor and both sides, a four-way valve for selectively switching the refrigerant flow path between the compressor and each heat exchanger, a one-way single expansion valve, and always expansion Four-way valve for switching the refrigerant flow path according to the direction of the valve, the heat storage tank disposed between the expansion valve and one heat exchanger, the outdoor unit and the indoor unit of the forced circulation type coupled to each heat exchanger, the heat storage tank and the indoor Comprising a plurality of directional valves properly installed to enable mutually selective heat exchange between the outside air The features. Therefore, according to the present invention, by constructing a bi-directional cycle that can utilize the low-cost latex surplus power, especially in winter when the indoor and outdoor temperature difference is severe, defrosting on the evaporation side refrigerant pipe is possible only by the heat storage without an additional heater, energy efficiency Can be maximized, and the structural simplification by the application of a single expansion valve can be achieved, thereby reducing the manufacturing cost.

Description

축열식 히트펌프유닛{Ice thermal storage heat pump unit}Heat storage heat pump unit
본 발명은 축열식 히트펌프유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 가격이 저렴한 심야 잉여전력을 활용하여 축냉 또는 축열할 수 있는 새로운 배관구조의 양방향 히트펌프사이클을 구성함으로써 특히 실내외 기온차가 극심한 겨울철에도 별도의 보조가열기 없이 그 축열만으로 실외측 열교환기의 냉매순환관에 대한 제상이 가능하게 되어 에너지 효율을 극대화할 수 있게 한 냉난방 겸용의 축열식 히트펌프유닛에 관한 것이다.The present invention relates to a heat storage heat pump unit, and more particularly, by constructing a two-way heat pump cycle of a new piping structure capable of accumulating or storing heat by utilizing a low-cost late night surplus power, particularly in winter when the indoor / outdoor temperature difference is severe. The present invention relates to a regenerative heat pump unit for both heating and cooling that enables defrosting of a refrigerant circulating pipe of an outdoor heat exchanger using only heat storage without an auxiliary heater.
최근에는, 가정 또는 사무실 등 소규모 주거공간에서 냉난방 겸용의 축열식 히트펌프유닛이 일반적으로 사용되고 있다. 상기의 축열식 히트펌프유닛은 심야의 값싼 잉여전력을 사용하여 여름철에는 냉수 또는 얼음(빙축열)을, 겨울철에는 고온수를 축열조에 저장하여 주간의 냉ㆍ난방에 이용하는 공조시스템으로서, 심야의 싼 전력을 이용하므로 주간에 집중되는 소비성향으로 인한 전력수급에 대한 불균형을 분산 또는 해소하고, 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 이점을 갖게 된다.Recently, regenerative heat pump units for both heating and cooling have been generally used in small residential spaces such as homes or offices. The heat storage type heat pump unit uses cold surplus power in the middle of the night to save cold water or ice (ice heat storage) in winter and high temperature water in the heat storage tank in winter to use for cooling and heating during the day. By using it, it has the advantage of distributing or eliminating the imbalance on power supply and demand due to the tendency of the consumption tendency during the day, and using energy efficiently.
통상적으로, 상기 축열식 히트펌프유닛은, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 구성되는 정·역 순환이 가능한 냉동사이클장치부와, 축열조, 열교환수 순환펌프 및 열교환기(실내·외기) 등으로 구성되는 축열장치부와, 상기 장치부간 냉매유로를 전환시켜주기 위한 밸브장치부 등으로 이루어져 있다.In general, the heat storage heat pump unit includes a refrigeration cycle unit unit capable of forward and reverse circulation including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, a heat storage tank, a heat exchange water circulation pump, a heat exchanger (indoor and outdoor air), and the like. And a valve device unit for switching the refrigerant flow path between the device units.
상기한 바와 같은 구성을 이루는 종래의 축열식 히트펌프유닛으로는, 2000년 특허출원 제 47045호의 '소형 축냉/축열식 복합 열펌프시스템'이 제안된 바 있다.As a conventional heat storage heat pump unit constituting the above-described configuration, a 'small compact cooling / heat storage complex heat pump system' of Patent Application No. 47045 in 2000 has been proposed.
상기 인용발명에 의한 시스템 구성은, 압축기, 응축 또는 증발겸용의 열교환기, 냉매 유동방향 제어용 사방밸브, 저압 및 고압스위치, 어큐뮬레이터, 소음기, 분배기 및 스트레이너 등을 포함하는 실외기와, 실내기(휀코일유닛) 및 축열장치부로 이루어져 있다.The system configuration according to the above-mentioned invention is an outdoor unit including a compressor, a heat exchanger for condensation or evaporation, a four-way valve for controlling the refrigerant flow direction, a low pressure and high pressure switch, an accumulator, a silencer, a distributor and a strainer, and an indoor unit (a coil unit). ) And heat storage unit.
상기 축열장치부는, 상기 사방밸브의 냉매 유동방향 전환에 따라 증발 또는 응축겸용의 열교환기로 사용되는 열교환코일이 내장되어 있는, 열교환기의 기능을 병행하는 축열조의 일측에 보조가열기가 장착된 보조탱크를 형성하여서 된 것으로서, 필요에 따라 상기 보조탱크 내에서 열교환수를 급탕하여 목욕 등의 온수로 사용할 수 있게 한 것이다. 즉, 상기 축열조와 보조탱크 간의 격벽 상부에는 관통공이 형성되어 있어 이 관통공을 통해 범람한 일부 열교환수를 일시 저장해두었다가 보조가열기를 사용한 가열조작에 의해 유사시 목욕 등의 온수로 사용할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 상기 열교환기와 상기 축열장치부의 냉매관은 정·역방향으로의 순환에 따른 냉매의 유동방향을 제어하기 위하여 각각 이중관의 형태로 되어 있고, 각 이중관에는 팽창밸브 및 첵밸브 등이 결합된 구조를 이루고 있다.The heat storage device, the auxiliary tank equipped with an auxiliary heater on one side of the heat storage tank in parallel with the function of the heat exchanger is built in the heat exchange coil used as a heat exchanger for evaporation or condensation in accordance with the refrigerant flow direction change of the four-way valve. It is to form a, it is to be used as hot water, such as a bath by heating the heat exchange water in the auxiliary tank as needed. That is, a through hole is formed in the upper part of the partition wall between the heat storage tank and the auxiliary tank so that some heat exchange water overflowed through the through hole is temporarily stored and used as a hot water in case of emergency by heating operation using an auxiliary heater. . The heat exchanger and the refrigerant pipe of the heat storage device are each in the form of a double pipe in order to control the flow direction of the refrigerant according to the circulation in the forward and reverse directions, and each of the double pipes has a structure in which an expansion valve and a check valve are combined. It is coming true.
그러나, 상기 인용발명에 따른 축열식 히트펌프유닛은, 겨울철 수축열 방식에 의한 난방시스템을 구현함에 있어서, 우리나라와 같이 실내외 기온차가 극심한 기후특성을 갖는 지역에서는 대기 자체를 히트펌프의 저온측 열교환부(증발부)로 직접 적용하기에는 그 증발효율성이 저조하게 나타나므로 실제로 냉난방겸용의 축열식 히트펌프유닛을 상용화하는데 많은 제약이 있었으며, 더욱이 그 냉매순환관(열교환코일)의 외측에 결빙현상이 심하게 나타나 난방효율을 크게 저하시킬 수 있으므로 이러한 냉매순환관의 결빙현상을 해소하기 위해서는 상기한 바와 같은 난방용의 보조가열기가 반드시 장착되어야 하는 구조적인 제한성이 있었다. 이는 결국 복잡한 구조를 이뤄 장치의 대형화를 조성할 뿐만 아니라 보조가열기의 구동에 의한 추가적 에너지 소모에 따른 경제적 손실을 의미하는 것이다.However, in the heat storage type heat pump unit according to the above-mentioned invention, the heating system by the shrinkage heat method in winter, the air itself in the low temperature side heat exchanger ( Since the evaporation efficiency is low to be applied directly to the evaporator, there are many limitations in commercializing the heat storage type heat pump unit for both heating and cooling. Furthermore, the freezing phenomenon appears on the outside of the refrigerant circulation pipe (heat exchange coil), causing heating efficiency. In order to solve the freezing phenomenon of the refrigerant circulating tube, there is a structural limitation that the auxiliary heater for heating must be installed as described above. This, in turn, results in a complex structure that not only increases the size of the device, but also means economic losses due to additional energy consumption by driving the auxiliary heater.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은, 가격이 저렴한 심야 잉여전력을 활용하여 축냉 또는 축열할 수 있는 새로운 배관구조의 냉방 및 난방이 가능한 양방향 히트펌프사이클을 구성함으로써 특히 실내외 기온차가 극심한 겨울철에도 별도의 보조가열기 없이 그 축열만으로 실외측 열교환기의 냉매순환관에 대한 제상이 가능하게 되어 에너지 효율 및 운전소요비용의 절감효과를 극대화할 수 있게 한 축열식 히트펌프유닛을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, the object of the present invention is to provide a two-way heat pump cycle capable of cooling and heating of a new piping structure that can be stored or cooled by utilizing a low-cost late night surplus power In particular, in winter, when the indoor and outdoor air temperature fluctuates severely, it is possible to defrost the refrigerant circulating pipe of the outdoor heat exchanger without the need for a separate auxiliary heater, thereby maximizing energy efficiency and reducing the operating cost. In providing a pump unit.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 냉매순환관의 제상을 위한 별도의 보조가열기가 불필요한 구조를 마련함과 아울러 복수의 사방밸브를 적절히 배치하여 일방향성의 단일 팽창밸브만으로도 정·역방향 사이클 구성이 가능하도록 함으로써 장치의 구조를 단순화하여 제작 단가를 절감할 수 있게 한 축열식 히트펌프유닛을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a structure that does not require a separate auxiliary heater for the defrost of the refrigerant circulation pipe, and by arranging a plurality of four-way valve properly, it is possible to configure the forward and reverse cycle only with a single directional expansion valve. It is to provide a heat storage heat pump unit that can simplify the structure of the device to reduce the manufacturing cost.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 축열식 히트펌프유닛은, 기체상태의 냉매를 고온고압으로 압축하여 토출시켜주는 압축기와, 상기 압축기의 양측에 각각 배치되어 그 중 어느 하나는 기내(器內)에서의 열교환을 통한 방열작용에 의해 고압의 기체냉매를 액체상태로 응축시키고 나머지 하나는 기내에서의 열교환을 통한 흡열작용에 의해 저압의 액체냉매를 기체상태로 증발시킬 수 있도록 상반된 열교환 과정을 각각 수행하는 한 쌍의 열교환기와, 상기 한 쌍의 열교환기 중 어느 한쪽에는 상기 압축기로부터 고압 기체냉매가 유입되게 함과 아울러 나머지 한쪽의 열교환기로부터는 상기 압축기에 저압 기체냉매가 유입되게 하기 위하여 상기 냉매의 유로를 선택적으로 전환시켜줄 수 있도록 상기 압축기와 각 열교환기 간의 유로분기지점에 설치된 압축기측 사방밸브와, 상기 각 열교환기 사이에 배치되어 어느 한쪽의 열교환기로부터 응축된 액체냉매의 유량조정에 의해 저압의 액체냉매로 급팽창시킨 후 그 액체냉매를 나머지 한쪽의 열교환기로 분사시켜주는 일방향성의 단일 팽창밸브와, 상기 각 열교환기 간의 냉매순환방향의 정·역 변화에 관계없이 상기 팽창밸브에 대하여 항상 일정방향으로 냉매가 순환될 수 있게 하기 위하여 상기 냉매의 유로를 선택적으로 전환시켜줄 수 있도록 상기 팽창밸브와 각 열교환기 간의 유로분기지점에 설치된 팽창밸브측 사방밸브와, 상기 팽창밸브와 어느 한쪽의 열교환기 사이에 배치되어 그 냉매순환관의 일부를 내측에 수용하고 심야 잉여전력에 의한 장치 가동시 냉매순환관으로부터 발생하는 발열 또는 흡열작용에 따른 내부 열교환수와의 열교환 과정에 의해 상기 열교환수를 얼음, 냉수, 또는 온수의 형태로 축열시켜 저장하는 상기 축열조와, 상기 한 쌍의 열교환기 중 어느 하나가 상기 축열조의 축냉 또는 축열된 열교환수에 의해 선택적으로 열교환될 수 있도록 배관 처리되어 실내외 기온차가 심한 겨울철에도 별도의 보조가열기 없이 상기 축열조내 고온의 열교환수에 의해 상기 열교환기 내의 냉매순환관에 결상된 성에를 제거할 수 있도록 된 강제순환방식의 실외기와, 상기 실외기와 결합된 열교환기를 제외한 나머지 한쪽 열교환기가 상기 축열조의 축냉 또는 축열된 열교환수에 의해 선택적으로 열교환될 수 있도록 배관 처리된 정·역방향 순환이 가능한 강제순환방식의 실내기와, 상기 축열조와 실외기 및 실내기 각각의 배관 내 열교환수 순환에 대한 선택적 유로분기와 함께 이들간의 상호 선택적 열교환수 순환이 가능하도록 해당 유로분기지점마다 각각 설치된 다수의 방향전환밸브를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The heat storage heat pump unit according to the present invention for achieving the above object is a compressor for compressing and discharging the refrigerant in a gaseous state at high temperature and high pressure, and disposed on both sides of the compressor, any one of which is in the cabin (器 內) The heat exchange effect of heat exchange in the C) condenses the high-pressure gas refrigerant into the liquid state and the other one performs the opposite heat exchange process so that the low-pressure liquid refrigerant can be evaporated into the gas state by the endothermic action through the heat exchange in the aircraft. A pair of heat exchangers to be performed, and one of the pair of heat exchangers allows the high pressure gas refrigerant to flow from the compressor and the low pressure gas refrigerant flows into the compressor from the other heat exchanger. Flow branch point between the compressor and each heat exchanger to switch the flow path selectively The expansion of the low pressure liquid refrigerant by adjusting the flow rate of the liquid refrigerant condensed from one of the heat exchangers and disposed between the installed four-way valve on the compressor side and each of the heat exchangers, and then spraying the liquid refrigerant to the other heat exchanger The main valve selectively switches the flow path of the refrigerant to allow the refrigerant to be circulated in a constant direction at all times with respect to the expansion valve regardless of the forward and reverse changes in the refrigerant circulation direction between the single-directional expansion valve and the respective heat exchangers. An expansion valve side four-way valve installed at the branch point of the flow path between the expansion valve and each heat exchanger, and disposed between the expansion valve and one of the heat exchanger to accommodate a portion of the refrigerant circulation pipe inside, and the late night surplus power By internal heat exchange water according to heat generation or endothermic action The heat storage tank for storing and storing the heat exchange water in the form of ice, cold water, or hot water by an exchange process, and any one of the pair of heat exchangers may be selectively heat exchanged by the heat storage water or the heat storage water of the heat storage tank. Forced circulation type outdoor unit to remove the frost formed in the refrigerant circulation tube in the heat exchanger by the heat exchanger of the high temperature in the heat storage tank without a separate auxiliary heater even in winter when the indoor and outdoor air temperature difference is severe. A forced circulation type indoor unit capable of forward and reverse circulation so that the other heat exchanger other than the heat exchanger combined with the outdoor unit can be selectively heat exchanged by the heat storage water of the heat storage tank or the heat storage water, the heat storage tank and the outdoor unit, With an optional flow diverter for the heat exchange water circulation in each piping of the indoor unit, It characterized in that it comprises a plurality of direction switching valves each installed in each of the flow path branch to enable mutual selective heat exchange between the flow.
또한, 상기 축열조는 냉방 또는 난방운전중의 부하상태에 따라 그 운전에너지 효율을 극대화하기 위하여 냉동사이클장치부의 냉매순환관으로부터 냉매의 직접 또는 간접의 선택적인 분기순환이 가능하도록 상기 팽창밸브와 어느 한쪽의 열교환기 사이의 냉매순환관 일부에 병렬형태로 분기배관 처리된 냉매순환관이 그 내측에 수용되어 이루어지고, 상기 냉동사이클장치부의 냉매순환관 및 상기 축열조 내에 수용된 냉매순환관 간의 양 유로분기지점에는 한 쌍의 삼방밸브가 각각 설치된 것이 바람직하다. In addition, the heat storage tank is either one of the expansion valve and direct expansion of the refrigerant from the refrigerant circulation pipe of the refrigerating cycle apparatus unit in order to maximize the operating energy efficiency according to the load state during cooling or heating operation. A refrigerant circulation pipe branched and piped in parallel to a portion of the refrigerant circulation pipe between the heat exchangers of the heat exchanger is accommodated therein, and a flow path branch point between the refrigerant circulation pipe of the refrigeration cycle unit and the refrigerant circulation pipe accommodated in the heat storage tank is provided. It is preferable that a pair of three-way valves are provided respectively.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 축열식 히트펌프유닛을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the heat storage type heat pump unit according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 축열식 히트펌유닛의 순환구조를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 축열식 히트펌프유닛에 의한 냉방축열운전시, 냉방운전시, 난방축열운전시 및 난방운전시의 각 순환상태를 각각 도시한 것이며, 도 6은 본 발명과 종래 기술에 따른 축열식 히트펌프유닛의 난방시 가동효율을 그래프화하여 비교 도시한 압력-엔탈피 선도를 나타낸 것이다.1 schematically shows a circulation structure of a heat storage heat pump unit according to the present invention, and FIGS. 2 to 5 show a cooling heat storage operation, a cooling operation, and a heating heat storage operation by a heat storage heat pump unit according to the present invention. And each circulating state at the time of heating operation, and FIG. 6 shows a pressure-enthalpy diagram in which the operating efficiency during heating of the heat storage heat pump unit according to the present invention and the prior art is graphed.
본 발명에 따른 축열식 히트펌프유닛은 상기 도 6에 도시된 바와 같이, 겨울철 난방시 심야 축열운전으로 생성된 축열조(50) 내의 고온수에 의해 필요한 증발열량을 공급하여 실외측 열교환기의 증발온도(d'-a'선 ⇒ d-a선)를 상승시킴으로써, 겨울철 실외측 열교환기(증발기)의 냉매순환관 외측에 맺힌 성에를 간단히 제거할 수 있고, 난방온도(c'-b'선 ⇒ c-b선) 및 열량을 높일 수 있으며, 이에 따라 전체 사이클의 성능을 향상시킬 수 있는 단순화된 냉매순환 구조를 이룬다.As shown in FIG. 6, the heat storage heat pump unit according to the present invention supplies the necessary amount of evaporation heat by the hot water in the heat storage tank 50 generated by the late night heat storage operation during the winter heating, and thus the evaporation temperature of the outdoor heat exchanger ( By raising the d'-a 'line ⇒ da line), the frost formed on the outside of the refrigerant circulation pipe of the outdoor heat exchanger (evaporator) in winter can be easily removed, and the heating temperature (c'-b' line ⇒ cb line) And it is possible to increase the amount of heat, thereby achieving a simplified refrigerant circulation structure that can improve the performance of the entire cycle.
즉, 상기 도면 중 ''는 종래의 장치와 본 발명의 장치를 각각 운전하였을 경우에 발생하는 압력 차로서, 증발온도가 상승하게 됨에 따라 실외의 낮은 온도에 의해 발생한 성에가 제거되는 과정을 의미하고, ''는 종래의 장치와 본 발명의 장치를 각각 운전하였을 경우에 발생하는 엔탈피 차로서, 응축온도의 상승에 따른 공급열량분을 의미하는 것이다.That is, ' 'Is a pressure difference generated when the conventional apparatus and the apparatus of the present invention are operated, respectively, and means a process of eliminating frost caused by outdoor low temperature as the evaporation temperature is increased. 'Is the enthalpy difference generated when the conventional apparatus and the apparatus of the present invention are operated, respectively, and means the amount of heat supplied as the condensation temperature is increased.
이러한 원리를 구현하기 위한 본 발명에 따른 축열식 히트펌프유닛은, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 기체상태의 냉매를 압축기(10)로 고압 압축한 후 그 고압의 냉매를 선택적으로 정·역방향 순환가동시킴으로써 압축, 응축, 팽창 및 증발과정을 반복 수행하는 통상의 냉동사이클장치부에, 잉여전력을 활용한 상기 냉동사이클장치부의 심야 가동에 의해 열교환시켜 축냉 또는 축열된 열교환수(2차 유체)를 저장할 수 있는 축열조(50) 및 강제순환방식의 실내·외기(60)(70)가 결합된 구조를 이룬다. 상기 각부 장치들은 냉매순환관에 의해 연결되어 적정형태로 순환할 수 있는 구조를 이루고, 그 순환경로에 따른 방향전환 제어가 가능하도록 그 유로분기지점마다 한 쌍의 사방밸브(11)(31) 및 삼방밸브(51)(52)와, 다수의 방향전환밸브(53)(54)(55)(61)(62) 등이 설치되어 있다. 도면 중 부호 63 및 71은 순환펌프를 나타낸다.In the heat storage type heat pump unit according to the present invention for realizing this principle, as shown in FIG. 1, the refrigerant in the gas state is compressed with the compressor 10 at high pressure, and the refrigerant of the high pressure is selectively circulated in the forward and reverse directions. In the conventional refrigeration cycle unit that repeats the compression, condensation, expansion and evaporation process by operating, the heat exchange water (secondary fluid) that has been refrigerated or regenerated by heat-exchange by the late night operation of the refrigeration cycle unit unit using the surplus power A heat storage tank 50 that can be stored and the indoor / outdoor air 60 and 70 of the forced circulation form a combined structure. Each of the unit devices is connected by a refrigerant circulation pipe to form a structure capable of circulating in a proper form, and a pair of four-way valves 11 and 31 at each branch point of the flow path so as to enable direction control according to the circulation path. Three-way valves 51, 52, and a plurality of directional valves 53, 54, 55, 61, 62, and the like are provided. In the drawings, reference numerals 63 and 71 denote circulation pumps.
상기 냉동사이클장치부는 통상의 경우에서와 같이, 저압상태의 기체냉매를 고압으로 압축 및 토출시켜주는 압축기(10)와, 고압의 기체냉매를 다른 유체와 열교환하여 액화시켜주는 응축기로서의 열교환기(20 또는 40)와, 그 액체냉매를 유량 조정하여 분사시켜주는 팽창밸브(30)와, 분사된 액체냉매가 급팽창됨과 아울러 주위로부터 열을 흡수하여 기화하면서 기내(器內)를 냉각하는 증발기로서의 열교환기(20 또는 40)로 구성된다.The refrigeration cycle apparatus unit, as usual, a compressor 10 for compressing and discharging a gas refrigerant in a low pressure state at a high pressure, and a heat exchanger 20 as a condenser for liquefying a high-pressure gas refrigerant with another fluid. Or 40), an expansion valve 30 for adjusting the flow rate of the liquid refrigerant, and a heat exchanger as an evaporator that cools the cabin while absorbing heat from the surroundings and rapidly expanding the injected liquid refrigerant. Group 20 or 40.
상기 냉동사이클장치부의 각 구성요소들을 하나씩 열거하여 상세히 설명해보면, 먼저, 상기 한 쌍의 열교환기(20)(40)는 냉매와 2차 유체간의 열교환을 위한 기기로서, 상기 압축기(10)의 양측에 각각 배치되어 그 중 어느 하나는 기내에서의 열교환을 통한 방열작용에 의해 고압의 기체냉매를 액체상태로 응축시키고 나머지 하나는 기내에서의 열교환을 통한 흡열작용에 의해 저압의 액체냉매를 기체상태로 증발시킬 수 있도록 상반된 열교환 과정을 각각 수행한다. 즉, 냉방시에는 실외측 열교환기(20)에서 냉매의 응축과정이, 실내측 열교환기(40)에서 냉매의 증발과정이 각각 일어나고, 난방시에는 실외측 열교환기(20)에서 냉매의 증발과정이, 실내측 열교환기(40)에서 냉매의 응축과정이 각각 일어난다. 이와 같이 냉방 또는 난방의 경우에 따라 각각 냉매의 순환방향은 역전된다.Referring to each of the components of the refrigeration cycle unit unit enumerated in detail, first, the pair of heat exchangers (20, 40) is a device for heat exchange between the refrigerant and the secondary fluid, both sides of the compressor (10) Respectively, one of which condenses the high pressure gas refrigerant into the liquid state by heat dissipation through heat exchange in the aircraft, and the other one converts the low pressure liquid refrigerant into gas state by the endothermic action through heat exchange in the aircraft. Each of the opposite heat exchange processes is carried out to allow evaporation. That is, during cooling, the condensation process of the refrigerant occurs in the outdoor heat exchanger 20, and the evaporation process of the refrigerant occurs in the indoor heat exchanger 40, and the evaporation process of the refrigerant in the outdoor heat exchanger 20 during heating. The condensation process of the refrigerant occurs in the indoor heat exchanger 40, respectively. As described above, depending on the cooling or heating cases, the circulation direction of the refrigerant is reversed.
상기 한 쌍의 열교환기(20)(40) 중 어느 한쪽, 예컨대 도면상 좌측의 열교환기(20)에는 상기 압축기(10)로부터 고압 기체냉매가 유입되게 함과 아울러 나머지 한쪽의 열교환기(40)로부터는 상기 압축기(10)에 저압 기체냉매가 유입되게 하기 위하여 상기 냉매의 유로를 선택적으로 전환시켜줄 수 있도록 상기 압축기(10)와 각 열교환기(20)(40) 간의 유로분기지점에 압축기측 사방밸브(11)가 설치된다.One of the pair of heat exchangers 20 and 40, for example, the high-pressure gas refrigerant from the compressor 10 flows into the heat exchanger 20 on the left side of the drawing, and the heat exchanger 40 of the other side. From the compressor side all around the flow path branch between the compressor 10 and each heat exchanger 20, 40 so as to selectively switch the flow path of the refrigerant in order to allow the low-pressure gas refrigerant to flow into the compressor 10 from The valve 11 is installed.
또한, 상기 팽창밸브(30)는 일방향성의 유체흐름을 갖는 한 개의 기기를 적용한 것으로, 상기 각 열교환기(20)(40) 사이에 배치되어 어느 한쪽의 열교환기(20 또는 40)로부터 응축된 액체냉매의 유량조정에 의해 저압의 액체냉매로 급팽창시킨 후 그 액체냉매를 나머지 한쪽의 열교환기(40 또는 20)로 분사시켜준다.In addition, the expansion valve 30 is applied to one device having a unidirectional fluid flow, disposed between each of the heat exchangers 20, 40 condensed from either heat exchanger (20 or 40) By expanding the liquid refrigerant, the liquid refrigerant is expanded rapidly to a low pressure liquid refrigerant, and then the liquid refrigerant is injected into the other heat exchanger 40 or 20.
상기 각 열교환기(20)(40) 간의 냉매순환방향의 정·역 변화에 관계없이 상기 팽창밸브(30)에 대하여 항상 일정방향으로 냉매가 순환될 수 있게 하기 위하여 상기 냉매의 유로를 선택적으로 전환시켜줄 수 있도록 상기 팽창밸브(30)와 각 열교환기(20)(40) 간의 유로분기지점에 팽창밸브측 사방밸브(31)가 설치된다.The flow path of the refrigerant is selectively switched so that the refrigerant can be circulated in a predetermined direction with respect to the expansion valve 30 at all times regardless of the normal and reverse changes in the refrigerant circulation direction between the heat exchangers 20 and 40. The expansion valve side four-way valve 31 is installed at the branch point of the flow path between the expansion valve 30 and each of the heat exchangers 20 and 40 so as to make it possible.
부연하면, 상기 팽창밸브(30)는 냉매를 팽창시켜 저온저압의 상태로 환원시키는 역할을 하는 것으로, 그 개도(開道)를 조정함으로써 온도와 압력의 강하 폭을 조절할 수 있다. 그리고, 앞서 언급한 바와 같이 상기 팽창밸브(30)는 방향성이 있어 유로방향에 제한을 받게 되므로, 냉매의 방향이 역전되는 시스템에서는 두 개 이상의 팽창밸브와 첵밸브를 조합하여 이중관 형태로 배치하는 것이 통상적이나, 본 발명에서는 상기 사방밸브(31)와 단일의 팽창밸브(30)를 적절히 조합 적용하여 배관 처리함으로써 어느 운전모드에도 관계없이 동일한 단일 팽창밸브(30)만으로의 시스템 구현이 가능하게 된 것이며, 이로써 설비의 간소화에 기여할 수 있는 것이다. 본 발명에 있어서 상기 팽창밸브(30)는 등엔탈피 팽창과정을 수행한다.In other words, the expansion valve 30 serves to reduce the expansion of the refrigerant to a state of low temperature and low pressure, it is possible to adjust the drop width of the temperature and pressure by adjusting the opening degree. And, as mentioned above, since the expansion valve 30 is directional and is restricted in the flow path direction, in a system in which the direction of the refrigerant is reversed, a combination of two or more expansion valves and a check valve is arranged in a double pipe form. Conventionally, in the present invention, by applying a combination of the four-way valve 31 and the single expansion valve 30 in a proper combination, it is possible to implement a system using only the same single expansion valve 30 regardless of any operation mode. This can contribute to the simplification of the installation. In the present invention, the expansion valve 30 performs an isenthalpy expansion process.
한편, 상기 축열조(50)는 상기 팽창밸브(30)와 어느 한쪽의 열교환기(20 또는 40) 사이에 배치되어 그 냉매순환관의 일부를 내측에 수용하고 심야 잉여전력에 의한 장치 가동시 냉매순환관으로부터 발생하는 발열 또는 흡열작용에 따른 내부 열교환수와의 열교환 과정에 의해 상기 열교환수를 얼음(축빙), 냉수(축냉), 또는 온수(축열)의 형태로 축열시켜 저장해준다.On the other hand, the heat storage tank 50 is disposed between the expansion valve 30 and any one heat exchanger (20 or 40) to accommodate a portion of the refrigerant circulation pipe inside and refrigerant circulation during operation of the device by the late night surplus power The heat exchange water is stored in the form of ice (ice), cold water (cold storage), or hot water (heat storage) by heat exchange with internal heat exchange water due to heat generation or endothermic action generated from the tube.
여기서, 상기 축열조(50)는 냉방 또는 난방운전중의 부하상태에 따라 그 운전에너지 효율을 극대화하기 위하여 냉동사이클장치부의 냉매순환관으로부터 냉매의 직접 또는 간접의 선택적인 분기순환이 가능하도록 상기 팽창밸브(30)와 어느 한쪽의 열교환기(40) 사이의 냉매순환관 일부에 병렬형태로 분기배관 처리된 냉매순환관이 그 내측에 수용되어 이루어지고, 상기 냉동사이클장치부의 냉매순환관 및 상기 축열조(50) 내에 수용된 냉매순환관 간의 양 유로분기지점에는 한 쌍의 삼방밸브(51)(52)가 각각 설치되어 있다.Here, the heat storage tank 50 is the expansion valve to enable the direct or indirect selective branch circulation of the refrigerant from the refrigerant circulation pipe of the refrigeration cycle unit portion in order to maximize the operating energy efficiency according to the load state during the cooling or heating operation Refrigerant circulation pipe branched in parallel to a portion of the refrigerant circulation pipe between the 30 and one of the heat exchanger 40 is accommodated therein, the refrigerant circulation pipe and the heat storage tank of the refrigeration cycle unit ( A pair of three-way valves 51 and 52 are provided at each of the flow path branch points between the refrigerant circulation pipes accommodated in 50).
상기 축열조(50)의 내부에는 냉매가 직접 흐르는 냉매순환관의 일부가 인입되어 있으므로, 브라인 등의 열교환수(2차 유체)를 간접적으로 사용하는 기존의 축열방식에 비해서 효율이 높게 나타난다. 그리고, 상기 축열조(50)내의 냉매순환관은 실내(부하)측 열교환기(40)를 경유하게 되어 있고, 상기 축열조(50)의 전후부에 설치된 상기 삼방밸브(51)(52)의 전환조작에 따라서는 그 냉매가 상기 축열조(50)와 열교환기(40) 내를 동시에 통과하거나 또는 상기 열교환기(40)만을 통과할 수 있는 선택적인 구조를 이루게 되는 것이다.Since a part of the refrigerant circulation pipe through which the refrigerant flows is introduced into the heat storage tank 50, the efficiency is higher than that of a conventional heat storage method using indirectly using heat exchange water (secondary fluid) such as brine. The refrigerant circulation pipe in the heat storage tank 50 passes through the indoor (load) side heat exchanger 40, and the switching operation of the three-way valves 51 and 52 provided at the front and rear of the heat storage tank 50 is performed. In some cases, the refrigerant may pass through the heat storage tank 50 and the heat exchanger 40 at the same time or may pass through only the heat exchanger 40.
또한, 상기 실외기(60)는 순환펌프(63)에 의한 강제순환방식의 구조로서, 상기 한 쌍의 열교환기(20)(40) 중 어느 하나의 열교환기(20 또는 40)가 상기 축열조(50)의 축냉 또는 축열된 열교환수에 의해 선택적으로 열교환될 수 있도록 배관 처리되고, 특히 실내외 기온차가 심한 겨울철에는 별도의 보조가열기 없이 상기 축열조(50)내 고온의 열교환수에 의해 상기 열교환기(20)(도 5 참조)내의 냉매순환관에 결상된 성에를 제거할 수 있도록 상기 축열조(50)와 연결되어 있다.In addition, the outdoor unit 60 has a structure of a forced circulation method by the circulation pump 63, the heat exchanger 20 or 40 of any one of the pair of heat exchangers 20 and 40 is the heat storage tank 50. Heat treatment by the heat storage water of the heat storage tank (50) without additional auxiliary heaters, especially in winter when the indoor and outdoor air temperature difference is severe. (Refer to FIG. 5) is connected to the heat storage tank 50 to remove the frost formed in the refrigerant circulation tube.
또한, 상기 실내기(70)는 순환펌프(71)에 의하여 정·역방향 순환이 가능한 강제순환방식의 구조로서, 상기 실외기(60)와 결합된 열교환기(20)를 제외한 나머지 한쪽 열교환기(40)가 상기 축열조(50)의 축냉 또는 축열된 열교환수에 의해 선택적으로 열교환될 수 있도록 배관 처리되어 있다.In addition, the indoor unit 70 is a structure of a forced circulation system capable of forward and reverse circulation by a circulation pump 71, and the other heat exchanger 40 except for the heat exchanger 20 coupled to the outdoor unit 60. Is piped so that it can be selectively heat exchanged by the heat storage water of the heat storage tank 50 or the heat storage water accumulated.
상기 실외기(60)와 실내기(70)는 공기와 열교환수(2차 유체) 간의 열교환을 수행하기 위한 일종의 휀코일 형태의 열교환기로 볼 수 있다.The outdoor unit 60 and the indoor unit 70 may be viewed as a kind of heat exchanger of a type of coil for performing heat exchange between air and heat exchange water (secondary fluid).
그리고, 상기의 각 부재들은 그 각 해당 유로분기지점마다 각각 설치된 다수의 방향전환밸브(53)(54)(55)(61)(62)에 의하여, 상기 축열조(50)와 실외기(60) 및 실내기(70) 각각의 배관 내 열교환수 순환에 대한 선택적 유로분기와 함께 이들간의 상호 선택적 열교환수 순환이 가능하도록 연결된 것이다.Each of the above members is formed by the plurality of direction change valves 53, 54, 55, 61, and 62 installed at respective branch points of the flow path, and the heat storage tank 50, the outdoor unit 60, and The indoor unit 70 is connected to allow the mutually selective heat exchange water circulation with the selective flow path for the heat exchange water circulation in each pipe.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 구성에 의하여 이루어지는 각 운전모드별 냉매순환과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the refrigerant circulation process for each operation mode made by the configuration of the present invention as described above are as follows.
(1) 축냉운전 (1) cold storage operation
축냉운전에 따른 냉매순환과정은 도 2에 도시한 바와 같다. 즉, 압축기(10)에서 압축된 고온고압의 냉매는 압축기측 사방밸브(11)를 통해 실외기측 열교환기(20)를 지나면서 응축되고, 다시 그 냉매는 팽창밸브측 사방밸브(31)를 통해 팽창밸브(30)를 지나면서 저온저압 상태로 된 후 축열조(50)를 통과하게 되며, 상기 냉매는 축열조(50) 내에서 증발과정을 거치면서 주위를 냉각시킨다. 이때, 상기 축열조(50) 내부의 열교환수는 얼음 상태로 냉각된다. 그리고, 상기 축열조(50)를 경유한 냉매는 실내측 열교환기(40)를 재차 통과하면서 완전 증발되고, 적정형태의 과열증기로 변하여 상기 압축기측 사방밸브(11)를 통해 상기 압축기(10)로 다시 흡입된다(Cycle A).Refrigerant circulation process according to the cold storage operation is as shown in FIG. That is, the refrigerant of the high temperature and high pressure compressed by the compressor 10 is condensed while passing through the outdoor unit side heat exchanger 20 through the compressor side four-way valve 11, and the refrigerant again through the expansion valve side four-way valve 31. After passing through the expansion valve 30 to the low-temperature low pressure state passes through the heat storage tank 50, the refrigerant is cooled around the evaporation process in the heat storage tank (50). At this time, the heat exchange water in the heat storage tank 50 is cooled in an ice state. The refrigerant passing through the heat storage tank 50 is completely evaporated while passing through the indoor side heat exchanger 40 again, and is converted into a superheated steam of a suitable type to the compressor 10 through the compressor-side four-way valve 11. Aspirated again (Cycle A).
이러한 축냉운전시 실외기(60)측의 열교환수는 그 실외기(60)와 열교환기(20) 사이를 순환하며 외부로의 방열이 이루어진다(Cycle B).During the cold storage operation, the heat exchange water on the outdoor unit 60 is circulated between the outdoor unit 60 and the heat exchanger 20 and radiates heat to the outside (Cycle B).
(2) 냉방운전 (2) cooling operation
냉방운전에 따른 냉매순환과정은 도 3에 도시한 바와 같다. 즉, 상기의 야간 축냉운전 과정을 거쳐서 축열조(50) 내에 저장된 얼음을 주간에 해빙시켜 활용함으로써 냉방운전을 수행하게 된다. 이때, 실내기(70)측의 열교환수는 순환펌프(71)에 의해 실내기(70)와 열교환기(40) 사이를 순환하며 냉기를 전달하게 된다(Cycle A').Refrigerant circulation process according to the cooling operation is as shown in FIG. That is, the cooling operation is performed by thawing the ice stored in the heat storage tank 50 during the day through the night storage operation. At this time, the heat exchange water of the indoor unit 70 is circulated between the indoor unit 70 and the heat exchanger 40 by the circulation pump 71 to transmit the cold air (Cycle A ').
그러나, 만일 냉방부하가 축열조(50)의 축열량을 초과하거나 순간적으로 급격히 냉방부하가 증가하게 될 경우에는, 냉방사이클을 구동하여 이를 보충할 수 있다. 이 경우에 있어서의 냉매의 흐름은, 신속한 반응을 얻기 위하여, 상기 축열조(50)를 거치지 않고 삼방밸브(51)(52)에 의해 직접 실내측 열교환기(40)로 진행된다는 것이다. 이러한 차이점을 제외하면 상기의 축냉운전시와 동일한 냉매순환과정을 갖는다. 아울러, 실내기(70)측의 열교환수는 상기 축열조(50) 및 열교환기(40)를 모두 통과하므로 보다 큰 냉방부하시에도 원활한 운전이 가능하게 된다.However, if the cooling load exceeds the heat storage amount of the heat storage tank 50 or the cooling load is rapidly increased, it may be supplemented by driving a cooling cycle. In this case, the refrigerant flows directly through the three-way valves 51 and 52 to the indoor heat exchanger 40 without passing through the heat storage tank 50 in order to obtain a rapid reaction. Except for this difference, the same refrigerant circulation process as in the above-described cold storage operation is provided. In addition, since the heat exchange water of the indoor unit 70 passes through both the heat storage tank 50 and the heat exchanger 40, smooth operation is possible even at a larger cooling load.
(3) 축열(수축)운전 (3) Heat storage (shrink) operation
축열운전에 따른 냉매순환과정은 도 4에 도시한 바와 같다. 즉, 압축기(10)에서 압축된 고온고압의 냉매는 압축기측 사방밸브(11)를 통해 실내기측 열교환기(40) 및 축열조(50)를 지나면서 응축되고, 상기 축열조(50) 내에서의 냉매의 응축과정에서 주위로의 방열이 이루어지면서 상기 축열조(50) 내부의 열교환수가 가열되어 고온상태로 축열된다. 상기 축열조(50)를 통과한 냉매는 팽창밸브측 사방밸브(31)를 통해 팽창밸브(30)를 지나면서 저온저압 상태로 된 후 실외기측 열교환기(20)를 통과하게 되고, 그 과정에서 완전 증발된 후, 다시 압축기측 사방밸브(11)를 통해 상기 압축기(10)로 다시 흡입된다(Cycle C).The refrigerant circulating process according to the heat storage operation is as shown in FIG. 4. That is, the high temperature and high pressure refrigerant compressed by the compressor 10 is condensed while passing through the indoor unit side heat exchanger 40 and the heat storage tank 50 through the compressor side valve 11, and the refrigerant in the heat storage tank 50. During the condensation process, heat dissipation is performed to the surroundings, and the heat exchange water in the heat storage tank 50 is heated to accumulate at a high temperature. The refrigerant passing through the heat storage tank 50 passes through the expansion valve 30 through the expansion valve side four-way valve 31 to a low temperature low pressure state, and then passes through the outdoor unit side heat exchanger 20, and in the process After evaporation, the gas is again sucked into the compressor 10 through the compressor-side four-way valve 11 (Cycle C).
이때, 상기 실내기(70)측의 열교환수는 축냉운전시와 마찬가지로 순환하지 않고, 상기 실외기(60)측의 열교환수는 그 실외기(60)와 열교환기(20) 사이를 순환하여 열교환되면서 외부로부터의 흡열이 이루어진다(Cycle D).At this time, the heat exchange water on the indoor unit 70 side does not circulate as in the cold storage operation, and the heat exchange water on the outdoor unit 60 side circulates between the outdoor unit 60 and the heat exchanger 20 and exchanges heat from the outside. Endotherm (Cycle D).
(4) 난방운전 (4) heating operation
난방운전에 따른 냉매순환과정은 도 5에 도시한 바와 같다. 즉, 상기의 야간 축열운전 과정을 거쳐서 축열조(50) 내에 저장된 고온수를 주간에 해열시켜 활용함으로써 난방운전을 수행하게 된다.Refrigerant circulation process according to the heating operation is as shown in FIG. That is, the heating operation is performed by dissipating the hot water stored in the heat storage tank 50 during the day through the night heat storage operation process.
여기서, 고온수에 의한 열은 난방에 직접적으로 사용하는 것이 아니라 상기 증발기용 열교환기(20)와의 열교환을 통해 기내의 냉매순환관상에 착상된 성에를 제거하는 열원으로 활용함으로써 난방운전을 원활하게 작동되도록 하는 것이다. 즉, 상기 축열조(50)에 저장되었던 고온의 열교환수는 순환펌프(63)에 의해 증발기용 열교환기(20)로 이동하고, 상기 열교환기(20)의 기내에서 증발하는 냉매와 고온의 열교환수 간에 열교환이 이루어진 후, 그 열교환수는 다시 축열조(50)로 환수된다(Cycle D').Here, the heat by the hot water is not directly used for heating, but the heating operation is smoothly operated by utilizing it as a heat source for removing frost formed on the refrigerant circulation tube in the aircraft through heat exchange with the heat exchanger 20 for the evaporator. To make it possible. That is, the high temperature heat exchange water stored in the heat storage tank 50 is moved to the evaporator heat exchanger 20 by the circulation pump 63, and the high temperature heat exchange water is evaporated in the air of the heat exchanger 20. After the heat exchange is performed in the liver, the heat exchange water is returned to the heat storage tank 50 again (Cycle D ').
따라서, 이러한 난방운전 과정에서는, 그 축열량을 직접 난방에 이용하지 않고 상기 증발기용 열교환기(20)를 원활히 열교환시키기 위한 제상용 열원으로 적용함으로써, 결과적으로 원활한 난방운전을 유도하고 난방효율을 향상시켜준다. 이 경우에 있어서의 냉매의 흐름은, 상기 냉방운전에서와 같이 신속한 반응을 얻기 위하여, 상기 축열조(50)를 거치지 않고 삼방밸브(51)(52)에 의해 직접 팽창밸브(30)로 진행된다는 것이다. 이러한 차이점을 제외하면 상기의 축열운전시와 동일한 냉매순환과정을 갖는다. 아울러, 상기 실내기(70)측의 열교환수는 상기 축열조(50) 및 열교환기(40)를 모두 통과한다(Cycle C').Therefore, in such a heating operation process, by applying the heat storage amount as a defrost heat source for smoothly heat-exchanging the heat exchanger 20 for evaporator instead of directly heating, consequently, smooth heating operation is induced and heating efficiency is improved. Let it be. In this case, the refrigerant flows directly to the expansion valve 30 by the three-way valves 51 and 52 without passing through the heat storage tank 50 to obtain a rapid reaction as in the cooling operation. . Except for this difference, the same refrigerant circulation process as in the heat storage operation is obtained. In addition, the heat exchange water of the indoor unit 70 passes through both the heat storage tank 50 and the heat exchanger 40 (Cycle C ').
이상, 본 발명의 구조에 의한 각각의 운전모드별 냉매순환 작동상태를 살펴보았다. 참고적으로, 이러한 선택된 운전모드에 따라 각각 다른 냉매순환과정을 수행하는 본 발명의 축열식 히트펌프유닛과, 종래의 축열식 히트펌프유닛에 있어서의 각각의 성능을 비교하기 위하여, 동일조건 하에서 실시한 몇 가지 시험운전결과를 제시해보면 아래의 표 1과 같다.In the above, the refrigerant circulation operation state for each operation mode according to the structure of the present invention has been described. For reference, in order to compare the performance of the heat storage heat pump unit of the present invention and the conventional heat storage heat pump unit which perform different refrigerant circulation processes according to the selected operation mode, The test operation results are shown in Table 1 below.
[표 1] 시험운전결과[Table 1] Test Operation Results
상기 표 1의 시험운전결과에 의하면, 본 발명 장치에 따른 하절기 냉방COP지수는 4.73, 동절기 난방COP지수는 4.34 이상으로서 종래의 장치를 사용한 경우에 비해 고효율 성능을 발휘하는 것으로 나타났고, 그 운전소요비용은 종래 장치에 비해 하절기 냉방운전시 33%, 동절기 난방운전시 1 내지 3% 정도의 비용절감효과를 발휘하는 것으로 나타났으며, 특히 동절기의 경우에는 대기온도가 낮아지면 낮아질수록 난방운전시의 비용절감 효과는 더욱 크게 나타남을 알 수 있었다.According to the test operation results of Table 1, the summer cooling COP index according to the device of the present invention is 4.73, the winter heating COP index is 4.34 or more, and showed higher efficiency compared to the case of using a conventional device, the operation required The cost was reduced by 33% in the cooling operation in summer and 1 ~ 3% in the heating operation in winter compared with the conventional device. Especially in the winter, the lower the air temperature, the lower The cost reduction effect was found to be greater.
따라서, 본 발명의 장치는 대기온도가 영하로 떨어지는 혹한기에 사용하는 경우에는 종래의 장치를 가동하는 경우에 비해 그 성능면에서 더욱 현격한 비용절감 효과를 거둘 수 있는 것이다.Therefore, the apparatus of the present invention can achieve a more significant cost reduction in terms of performance when used in a cold weather when the atmospheric temperature drops below zero.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 축열식 히트펌프유닛에 의하면, 가격이 저렴한 심야 잉여전력을 활용하여 축냉 또는 축열할 수 있는 새로운 배관구조의 양방향 히트펌프사이클을 구성함으로써 특히 실내외 기온차가 극심한 겨울철에도 별도의 보조가열기 없이 그 축열만으로 실외측 열교환기의 냉매순환관에 대한 제상이 가능하게 되어 에너지 효율 및 운전소요비용의 절감효과를 극대화할 수 있으며, 냉매순환관의 제상을 위한 별도의 보조가열기가 불필요한 구조를 마련함과 아울러 복수의 사방밸브를 적절히 배치하여 일방향성의 단일 팽창밸브만으로도 정·역방향 사이클 구성이 가능하도록 함으로써 장치의 구조를 단순화하여 제작 단가를 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.According to the heat storage heat pump unit according to the present invention as described above, by constructing a two-way heat pump cycle of a new piping structure that can be stored or cooled by utilizing a low-cost late night surplus power, especially in the winter when the indoor and outdoor air temperature difference is severe It is possible to defrost the refrigerant circulating pipe of the outdoor heat exchanger only by the heat storage without its auxiliary heater, which can maximize the energy efficiency and the reduction of operating cost, and a separate auxiliary heater for the defrost of the refrigerant circulating pipe. In addition to providing an unnecessary structure, a plurality of four-way valves can be appropriately arranged to enable forward and reverse cycle configurations with only one-way single expansion valve, thereby simplifying the structure of the device and reducing manufacturing costs.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 기준하여 설명되어 있으나 이는 예시적인 것이라 할 수 있고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예들을 생각해 낼 수 있으므로 이러한 균등한 실시예들 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 보아야 함은 극히 당연한 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, this may be regarded as exemplary, and those skilled in the art may conceive various modifications and equivalent embodiments therefrom. It should be understood that such equivalent embodiments are also included within the claims of the present invention. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 축열식 히트펌유닛의 순환구조를 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a circulation structure of a heat storage heat pump unit according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 축열식 히트펌프유닛에 의한 냉방축열운전시의 순환상태를 도시한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a circulation state during the cooling heat storage operation by the heat storage heat pump unit according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 축열식 히트펌프유닛에 의한 냉방운전시의 순환상태를 도시한 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing a circulation state during the cooling operation by the heat storage heat pump unit according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 축열식 히트펌프유닛에 의한 난방축열운전시의 순환상태를 도시한 개략도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing a circulation state during the heating heat storage operation by the heat storage heat pump unit according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 축열식 히트펌프유닛에 의한 난방운전시의 순환상태를 도시한 개략도이다.5 is a schematic diagram showing a circulation state during heating operation by the heat storage type heat pump unit according to the present invention.
도 6은 본 발명과 종래 기술에 따른 축열식 히트펌프유닛의 난방시 가동효율을 그래프화하여 비교 도시한 압력-엔탈피 선도이다.Figure 6 is a pressure-enthalpy diagram showing a graph comparing the operating efficiency when heating the heat storage heat pump unit according to the present invention and the prior art.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
10 ; 압축기 11 ; 압축기측 사방밸브10; Compressor 11; Four-way Valve on the Compressor Side
20, 40 ; 열교환기 30 ; 팽창밸브20, 40; Heat exchanger 30; Expansion valve
31 ; 팽창밸브측 사방밸브 50 ; 축열조31; Four-way valve on expansion valve side 50; Heat storage tank
51, 52 ; 삼방밸브 53, 54, 55, 61, 62 ; 방향전환밸브51, 52; Three-way valves 53, 54, 55, 61, 62; Directional Valve
60 ; 실외기 63, 71 ; 순환펌프60; Outdoor units 63, 71; Circulation pump
70 ; 실내기70; Indoor unit

Claims (2)

  1. 기체 냉매를 고온고압으로 압축하여 토출시켜주는 압축기;A compressor for compressing and discharging the gas refrigerant at high temperature and high pressure;
    상기 압축기의 양측에 각각 배치되어, 그 중 어느 하나는 기내(器內)에서의 열교환을 통한 방열작용에 의해 고압의 기체냉매를 액체상태로 응축시키고, 나머지 하나는 기내에서의 열교환을 통한 흡열작용에 의해 저압의 액체냉매를 기체상태로 증발시킬 수 있도록 상반된 열교환 과정을 각각 수행하는 한 쌍의 열교환기;Disposed on both sides of the compressor, one of which condenses the high-pressure gas refrigerant into a liquid state by heat radiation through heat exchange in the cabin, and the other endothermic action through heat exchange in the cabin. A pair of heat exchangers each performing an opposite heat exchange process so as to evaporate the low pressure liquid refrigerant into a gas state;
    상기 한 쌍의 열교환기 중 어느 한쪽에는 상기 압축기로부터 고압 기체냉매가 유입되게 함과 아울러 나머지 한쪽의 열교환기로부터는 상기 압축기에 저압 기체냉매가 유입되게 하기 위하여 상기 냉매의 유로를 선택적으로 전환시켜줄 수 있도록 상기 압축기와 각 열교환기 간의 유로분기지점에 설치된 압축기측 사방밸브;One of the pair of heat exchangers to selectively convert the flow path of the refrigerant in order to allow the high pressure gas refrigerant to be introduced from the compressor and the low pressure gas refrigerant from the other heat exchanger to the compressor A four-way valve on the compressor side installed at a branch point between the compressor and each heat exchanger;
    상기 각 열교환기 사이에 배치되어 어느 한쪽의 열교환기로부터 응축된 액체냉매의 유량조정에 의해 저압의 액체냉매로 급팽창시킨 후 그 액체냉매를 나머지 한쪽의 열교환기로 분사시켜주는 일방향성의 단일 팽창밸브;A one-way single expansion valve disposed between the heat exchangers and rapidly expanding into a low pressure liquid refrigerant by adjusting the flow rate of the liquid refrigerant condensed from one heat exchanger, and then injecting the liquid refrigerant to the other heat exchanger. ;
    상기 각 열교환기 간의 냉매순환방향의 정·역 변화에 관계없이 상기 팽창밸브에 대하여 항상 일정방향으로 냉매가 순환될 수 있게 하기 위하여 상기 냉매의 유로를 선택적으로 전환시켜줄 수 있도록 상기 팽창밸브와 각 열교환기 간의 유로분기지점에 설치된 팽창밸브측 사방밸브;Regardless of the normal and reverse changes in the refrigerant circulation direction between the respective heat exchangers, the expansion valve and each heat exchanger may be selectively switched to allow the refrigerant flow path to be circulated in a constant direction with respect to the expansion valve at all times. Four-way valve on the expansion valve side installed at the flow path branch of the period;
    상기 팽창밸브와 어느 한쪽의 열교환기 사이에 배치되어 그 냉매순환관의 일부를 내측에 수용하고, 심야 잉여전력에 의한 장치 가동시 냉매순환관으로부터 발생하는 발열 또는 흡열작용에 따른 내부 열교환수와의 열교환 과정에 의해, 상기 열교환수를 얼음, 냉수, 또는 온수의 형태로 축열시켜 저장하는 상기 축열조;It is disposed between the expansion valve and one of the heat exchangers to accommodate a part of the refrigerant circulation pipe inside, and the internal heat exchange water according to the heat generation or endothermic action generated from the refrigerant circulation pipe during operation of the device by the late night surplus power By the heat exchange process, the heat storage tank for accumulating and storing the heat exchange water in the form of ice, cold water or hot water;
    상기 한 쌍의 열교환기 중 어느 하나가 상기 축열조의 축냉 또는 축열된 열교환수에 의해 선택적으로 열교환될 수 있도록 배관 처리되어, 실내외 기온차가 심한 겨울철에도 별도의 보조가열기 없이 상기 축열조내 고온의 열교환수에 의해 상기 열교환기 내의 냉매순환관에 결상된 성에를 제거할 수 있도록 된 강제순환방식의 실외기;Any one of the pair of heat exchangers is piped to be selectively heat-exchanged by the heat storage water or the heat storage water of the heat storage tank, so that even in winter when the indoor and outdoor air temperature difference is severe, without high temperature heat exchange water in the heat storage tank Forced circulation type outdoor unit to remove the frost formed in the refrigerant circulation tube in the heat exchanger by;
    상기 실외기와 결합된 열교환기를 제외한 나머지 한쪽 열교환기가 상기 축열조의 축냉 또는 축열된 열교환수에 의해 선택적으로 열교환될 수 있도록 배관 처리된 정·역방향 순환이 가능한 강제순환방식의 실내기; 및A forced circulation indoor unit capable of forward and reverse circulation in which a heat exchanger other than the heat exchanger coupled to the outdoor unit is heat-exchanged so as to selectively heat exchange by the heat storage water of the heat storage tank or the heat storage water; And
    상기 축열조와 실외기 및 실내기 각각의 배관 내 열교환수 순환에 대한 선택적 유로분기와 함께, 이들간의 상호 선택적 열교환수 순환이 가능하도록 해당 유로분기지점마다 각각 설치된 다수의 방향전환밸브;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 축열식 히트펌프유닛.And a plurality of diverter valves installed at respective flow branch points to allow mutually selective heat exchange circulation between the heat storage tank and the heat exchange water circulation in the piping of the outdoor unit and the indoor unit, respectively. Regenerative heat pump unit.
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 축열조는 냉방 또는 난방운전중의 부하상태에 따라 그 운전에너지 효율을 극대화하기 위하여 그 냉동사이클장치부의 냉매순환관으로부터 냉매의 직접 또는 간접의 선택적인 분기순환이 가능하도록 상기 팽창밸브와 어느 한쪽의 열교환기 사이의 냉매순환관 일부에 병렬형태로 분기배관 처리된 냉매순환관이 그 내측에 수용되어 이루어지고, 상기 냉동사이클장치부의 냉매순환관 및 상기 축열조 내에 수용된 냉매순환관 간의 양 유로분기지점에는 한 쌍의 삼방밸브가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 축열식 히트펌프유닛.The heat storage tank is connected to either of the expansion valve and the expansion valve so as to enable selective or direct branch circulation of the refrigerant from the refrigerant circulation pipe of the refrigeration cycle unit part in order to maximize the operation energy efficiency according to the load state during the cooling or heating operation. A refrigerant circulation pipe branched and piped in parallel to a portion of the refrigerant circulation pipe between the heat exchangers is accommodated therein, and at both flow path branch points between the refrigerant circulation pipe of the refrigeration cycle unit and the refrigerant circulation pipe accommodated in the heat storage tank. A heat storage type heat pump unit, characterized in that a pair of three-way valve is installed.
KR10-2003-0055238A 2003-08-09 2003-08-09 Ice thermal storage heat pump unit KR100500954B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0055238A KR100500954B1 (en) 2003-08-09 2003-08-09 Ice thermal storage heat pump unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0055238A KR100500954B1 (en) 2003-08-09 2003-08-09 Ice thermal storage heat pump unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050017818A KR20050017818A (en) 2005-02-23
KR100500954B1 true KR100500954B1 (en) 2005-07-11

Family

ID=37227436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0055238A KR100500954B1 (en) 2003-08-09 2003-08-09 Ice thermal storage heat pump unit

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100500954B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100992376B1 (en) 2008-09-04 2010-11-05 박삼수 The electricity boiler of the height efficiency which uses the refrigeration system
KR101502378B1 (en) * 2012-10-22 2015-03-13 김영식 Heat pump electric boiler for air conditioning and heating system having automatic defrosting function and method for defrosting

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100784845B1 (en) * 2006-09-22 2007-12-14 주식회사 대우일렉트로닉스 Air conditioner for cooling and heating having multiple 4-way valve
KR101283743B1 (en) * 2013-05-27 2013-07-08 오텍캐리어 주식회사 Heat pump system for improving heating efficiency using waste heat

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100992376B1 (en) 2008-09-04 2010-11-05 박삼수 The electricity boiler of the height efficiency which uses the refrigeration system
KR101502378B1 (en) * 2012-10-22 2015-03-13 김영식 Heat pump electric boiler for air conditioning and heating system having automatic defrosting function and method for defrosting

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050017818A (en) 2005-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4298990B2 (en) Refrigeration equipment using carbon dioxide as refrigerant
CN100419350C (en) Supercooling apparatus of simultaneous cooling and heating type multiple air conditioner
KR101638675B1 (en) Combined binary refrigeration cycle apparatus
KR20100059170A (en) Heat pump storage system
JP2018132269A (en) Heat pump system
CN102235775A (en) Heat pump type speed heating apparatus
KR100500954B1 (en) Ice thermal storage heat pump unit
KR20100059176A (en) Storage system
JP3087745B2 (en) Refrigeration equipment
KR20030082822A (en) The Combined Cooling and Heating Ice Regenerative System
JP2001263848A (en) Air conditioner
JP2684814B2 (en) Air conditioner
KR101864636B1 (en) Waste heat recovery type hybrid heat pump system
KR101118137B1 (en) Air cooling type heat pump system
KR20140123384A (en) Two stage heat pump cooling and heating apparatus using air heat source
KR20140059008A (en) A combined refrigerating and air conditioning system
JP4270803B2 (en) Cold generation system
KR101272021B1 (en) Two stage heat pump cooling and heating apparatus
KR20100005735U (en) storage system
JP2000240980A (en) Refrigerator/air conditioner
JP3814877B2 (en) Thermal storage air conditioner
KR100344787B1 (en) Heat Pump
KR20110076529A (en) The dualistic regenerative system air-conditioning apparatus
KR20100005734U (en) Heat pump storage system
JP3781340B2 (en) Thermal storage refrigeration air conditioner

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130510

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140530

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150703

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160630

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180627

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190701

Year of fee payment: 15