KR100574418B1 - 히트펌프시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기 --> 응축기 --> 팽창변 --> 증발기 --> 압축기로 이루어지는 히트펌프시스템에서, 응축기의 출구로부터 일부의 액상냉매를 인출하여 압축기에 유입되는 건조포화증기에 혼합시키는 액열기가 추가로 구성되는 히트펌프시스템에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 응축기의 출구로부터 일부의 액상냉매를 인출하여 압축기에 유입되는 건조포화증기에 혼합시키는 액열기가 추가로 구성되므로, 전체 히트펌프시스템의 안정을 기하고, 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 높여 압축기의 부하를 줄이는 효과가 있다.

히트펌프, 열량흡수, 프레온, 열원, 에너지, 수액기

Description

히트펌프시스템{HEAT PUMP SYSTEM}

도1은 종래기술에 있어서 히트펌프시스템 개략도.

도2는 본 발명에 따른 일실시예를 도시한 히트펌프시스템 개략도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ***

10. 압축기 20. 응축기 22. 보조탱크

24. 온수탱크 30. 팽창변 40. 증발기

42. 팬 60. 액열기 62. 센서

본 발명은 히트펌프시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기 --> 응축기 --> 팽창변 --> 증발기 --> 압축기로 이루어지는 히트펌프시스템에서, 응축기의 출구로부터 일부의 액상냉매를 인출하여 압축기에 유입되는 건조포화증기에 혼합시키는 액열기가 추가로 구성되므로서, 전체 히트펌프시스템의 안정을 기하고, 압축 기로 유입되는 냉매의 온도를 높여 압축기의 부하를 줄이는 효과가 있는 히트펌프시스템에 관한 것이다.

도1은 통상적인 종래의 히트펌프시스템이다.

도1을 살펴보면, 히트펌프시스템에서 냉매는 압축기(10), 응축기(20), 팽창변(30), 증발기(40)을 경유하여 다시 압축기(10)로 인입되는 과정을 거친다.

압축기(10)에서는 냉매를 압축하여야 하므로 압축모타를 구동하기 위하여 전기가 소비되며, 증발기(40)에서는 외부의 열을 공급하기 위하여 팬(42)을 설치하여야 하며 외부공기를 불어넣기 위해 팬(42)을 돌릴 때 전기가 소비된다.

압축기(10)를 거친 과열증기는 열교환기인 응축기에서 액상으로 전환되며 잠열을 방출하고, 응축기(20)를 경유하는 온수라인과 열교환 되어 열교환된 뜨거운 물이 온수탱크에 채워지게 된다. 보조탱크(22)는 온수라인과 연결되어 있으며, 원수인 수도관이 직접연결될 수도 있다.

대한민국 등록실용신안 제20-281266호(출원번호 20-2002-4826호)에는, 냉매가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기; 상기 압축기에서 각각 압축된 냉매를 액상으로 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 각각 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 저압상태의 액상냉매로 팽창시키는 팽창밸브; 상기 응축기와 팽창밸브 사이 및 제2응축기와 팽창밸브의 사이에 각각 설치되어 액상 냉매만을 팽창밸브로 각각 공급하도록 하는 수액기; 상기 팽창밸브에서 각각 팽창된 냉매를 증발시 키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 피 냉각물체와 열 교환에 의하여 냉동효과를 달성하면서 증발하여 저온 저압의 기상의 냉매가스를 압축기로 각각 복귀시키는 증발기; 상기 응축기에서 응축된 고온의 냉매액에서 열을 회수하는 보조응축기; 증발기에서 증발한 냉매 증기를 이젝터를 통하여 승압시켜서 압축기 입구의 비체적을 적게하여 냉매 순환량을 증가시켜 주는 이젝터; 상기 압축기 입구의 냉매 증기의 과열도를 자동 조절하는 과열도 조절 장치; 냉매 유량을 자동으로 제어하여 용량을 제어하는 용량 제어 장치; 응축 압력을 다단으로 제어하는 다단 응축압력 제어변; 고온 및 중온 온수를 만들어 주는 고온 응축기와 저온 응축기 시스템; 포함하는 히트펌프시스템이 개시되어 있다.

그러나, 상기한 종래의 히트펌프시스템의 과열도 조절장치는 응축기를 통과한 냉매와 압축기 입구의 냉매 증기의 열교환을 위한 열교환장치가 추가로 필요하며, 팽창밸브(팽창변)로 유입되는 냉매의 지나친 온도저하로 팽창변을 경유한 냉매가 습증기 상태로 전환되지 않는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 응축기의 출구로부터 일부의 액상냉매를 인출하여 압축기에 유입되는 건조포화증기에 혼합시키는 액열기를 추가로 구성하므로서, 전체 히트펌프시스템의 안정을 기하고, 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 높여 압축기의 부하를 줄이는 효과가 있는 히트펌프시스템를 제공하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 의한 히트펌프시스템은, 하기 증발기로부터 전달된 건조포화증기상태의 냉매를 고온의 포화증기상태로 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 전달된 냉매를 액상으로 상변환하여 응축시키며 외부와 열교환을 이루는 응축기와, 상기 응축기를 거친 냉매를 팽창시켜 습증기로 변환시키는 팽창변과, 상기 팽창변을 경유한 냉매를 증발시켜 건조포화증기상태로 변환시키는 증발기와, 상기 응축기의 출구로부터 일부의 액상냉매를 인출하여 상기 압축기에 유입되는 건조포화증기에 혼합시키는 액열기를 갖는다.

상기 액열기는, 상기 압축기의 출구에 설치된 센서로부터 검출되는 냉매의 온도에 따라 상기 응축기의 출구로부터 전달되는 냉매의 양이 조절되는 것이 바람직하다.

상기 액열기는, 상기 응축기의 출구로부터 전달되는 냉매를 증발시켜 상기 압축기에 유입되는 건조포화증기와 혼합시키는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 이들 도면은 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도2는 본 발명에 따른 일실시예를 도시한 히트펌프시스템 개략도이다.

도2를 살펴보면, 본 발명에 따른 히트펌프시스템은, 압축기(10), 응축기(20), 보조탱크(22), 온수탱크(24), 팽창변(30), 증발기(40), 냉각팬(42), 액열기 (60), 센서(62)로 구성된다.

히트펌프시스템에서 냉매는 압축기(10), 응축기(20), 팽창변(30), 증발기(40)을 경유하여 다시 압축기(10)로 인입되는 과정을 거치며, 응축기(20)의 출구의 냉매의 일부는 액열기(60)를 경유하여 압축기(10)로 인입된다.

본 발명의 일실시예에서 냉매는 R22프레온가스를 사용한다.

압축기(10)에서는 증발기(40)로부터 전달된 건조포화상태의 냉매를 압축하여 과열증기상태로 전환시킨다.

압축기(10)를 거친 과열증기는 열교환기인 응축기(20)에서 액상으로 전환되며 잠열을 방출한다. 응축기(20)를 경유하는 온수라인과 열교환 되어 열교환된 뜨거운 물이 온수탱크에 채워지게 된다. 보조탱크(22)는 온수라인과 연결되어 있으며, 원수인 수도관이 직접연결될 수도 있다.

본 발명의 일실시예에서는 응축기(20)는 판형열교환기를 사용하였으나, 경우에 따라서 다양한 형태의 열교환기를 사용할 수 있다.

응축기(20)를 경유한 냉매는 팽창변(30)으로 인입되며 습증기로 변환된다.

도시되지는 않았지만, 팽창변(30)의 전단계에 경유하는 냉매 중 액상으로 변되지 않은 것을 액상으로 변환시키는 수액기가 추가로 포함될 수 있다. 수액기는 응축기(20)의 출구의 라인을 증발기(40)를 경유하도록 하므로써 온도를 낮추어 기체상태의 냉매를 액체상태로 바꾼다.

팽창변(30)을 경유한 습증기상태의 냉매는 증발기(40)로 인입된다. 증발기(40)로 인입된 습증기는 순간적으로 -20 ~ -30℃로 온도가 급강하하며 외부와의 열 교환되며 온도가 상승한다. 순간적인 온도강하를 고려하지 않고 외적인 부분만 살펴보면, 팬(42)에 의한 바람에 의해 증발기(40)로 인입되는 대략 15℃의 저온저압습증기는 증발기(40)를 경유하여 0~5℃의 저온저압건조포화증기로 변환된다.

증발기(40)를 경유한 저온저압 건조포화증기는 상기 압축기(10)로 인입되어 압축된다.

외기의 온도가 5℃이하 또는 영하로 떨어지는 경우에, 증발기(42)를 경유한 저온저압 건조포화증기의 온도는 0~5℃보다 낮게 되며, 온도가 낮은 냉매가 압축기(10)로 인입되면 압축기(10)의 출구의 온도가 낮아 응축기(20)에서 온수의 온도를 제대로 높일 수 없게 된다. 따라서, 응축기(20)의 출구에서 냉매를 소량 인출하여 압축기(10)의 입구로 주입시키는 액열기(60)를 개재시키므로써, 압축기(10)로 인입되는 저온저압 건조포화증기의 온도를 상승시킨다. 액열기는 필요에 따라 응축기(20)의 출구에서 인출하는 냉매의 양을 조절할 수 있는 밸브구조로 형성되어 있다. 액열기(60)의 밸브는 압축기(10)의 출구에 장착된 센서(62)에서 검출된 냉매의 온도에 따라 개폐 또는 개폐의 정도가 조절된다. 액열기(60)에 의해 압축기(10)의 출구로 나오는 냉매의 온도를 조절하여 적절한 온도가 되도록 할 수 있다.

압축기(10)를 경유한 냉매는 응축기(20)로 인입되며, 새로운 사이클을 형성한다.

기존의 히트펌프는 압축시 저압이 6~7kgf/㎠, 고압이 15kgf/㎠이며, 이때 냉매의 압축온도가 54.5℃를 기준으로 설계가 되어 있었다. 더군다나, 외기온도의 변화에 따른 조절의 기능이 거의 없어 냉매의 흐름이 계속적으로 일정하게 유지될 수 없었다. 외기온도의 변화에 따른 냉매의 온도의 조절이 없이 압축기의 압력을 더 높이는 것은 히트펌프시스템에 급격한 부하를 초래하여 시스템이 견디지 못하므로 상기와 같이 15kgf/㎠을 적절한 설계압력으로 하고 있는 것이다.

본 발명의 히트펌프에서는 압축기로 인입되는 냉매가스의 온도를 직접조절하여 압축기의 압력을 15kgf/㎠에서 21kgf/㎠로 올리면서 R22프레온가스의 임계온도인 97.8℃까지 성능을 발휘하게 하므로써, 성능계수를 극도로 높이며, 외기의 온도가 영하로 떨어져도 B80~90%이상 작동된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 응축기의 출구로부터 일부의 액상냉매를 인출하여 압축기에 유입되는 건조포화증기에 혼합시키는 액열기가 추가로 구성되므로서, 전체 히트펌프시스템의 안정을 기하고, 압축기로 유입되는 냉매의 온도를 높여 압축기의 부하를 줄이는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 히트펌프시스템에 있어서,

   하기 증발기로부터 전달된 건조포화증기상태의 냉매를 고온의 포화증기상태로 압축하는 압축기와,

   상기 압축기로부터 전달된 냉매를 액상으로 상변환하여 응축시키며 외부와 열교환을 이루는 응축기와,

   상기 응축기를 거친 냉매를 팽창시켜 습증기로 변환시키는 팽창변과,

   상기 팽창변을 경유한 냉매를 증발시켜 건조포화증기상태로 변환시키는 증발기와,

   상기 응축기의 출구로부터 일부의 액상냉매를 인출하여 상기 압축기에 유입되는 건조포화증기에 혼합시키는 액열기를 갖는 히트펌프시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 액열기는, 상기 압축기의 출구에 설치된 센서로부터 검출되는 냉매의 온도에 따라 상기 응축기의 출구로부터 전달되는 냉매의 양이 조절되는 것을 특징으로하는 히트펌프시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 액열기는, 상기 응축기의 출구로부터 전달되는 냉매를 증발시켜 상기 압축기에 유입되는 건조포화증기와 혼합시키는 것을 특징으로 하는 히트펌프시스템.

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