KR100721420B1 - Heat pump system with means for heating and method for controlling thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가열수단이 구비된 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 낮은 외기온도의 환경조건에서도 별도 구비된 히팅수단에 냉매의 신뢰성 있는 증발이 이루어지도록 하여 히트펌프 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 보다 구체적으로, 본 발명은 외기의 온도가 비교적 저온인 경우, 기존의 공기열원방식으로 실외기에서 냉매의 증발이 이루어지도록 하면서도 냉매와 열교환되는 공기를 일정으로 가열하고, 외기의 온도가 극저온인 경우에는, 냉매가 별도 설치된 보조열교환기에서 가열된 브라인냉매로부터 열을 흡수하여 증발되도록 함으로써, 외기온도 저하에 따라 야기되는 기존 히트펌프 시스템의 성능상 문제점을 극복할 수 있다. 이와 동시에 본 발명은 기존 시스템의 열적 에너지를 저장할 수 있는 축열수단을 구비함으로써, 심야전기를 이용하여 에너지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a heat pump system having a heating means and a control method thereof, so that the evaporation of the refrigerant can be reliably performed in the heating means separately provided even at low ambient temperature environmental conditions, thereby improving the performance of the heat pump system. More specifically, in the present invention, when the temperature of the outside air is relatively low temperature, the air is heat-exchanged with the refrigerant while the evaporation of the refrigerant is performed in the outdoor unit by a conventional air heat source method, and the temperature of the outside air In the case of the cryogenic temperature, by absorbing heat from the brine refrigerant heated in the auxiliary heat exchanger installed separately, the refrigerant can evaporate, thereby overcoming the performance problem of the existing heat pump system caused by the decrease in the ambient temperature. At the same time, the present invention is provided with a heat storage means that can store the thermal energy of the existing system, there is an effect that can reduce the energy cost by using a midnight electricity.
히트펌프, 브라인, 냉난방, 사방밸브, 열교환, 냉매 Heat Pump, Brine, Air Conditioning, Four Way Valve, Heat Exchanger, Refrigerant
Description
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템을 나타낸 개략도,1 is a schematic view showing a heat pump system according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 축냉운전시 작동을 예시한 개략도,Figure 2 is a schematic diagram illustrating the operation during the cold storage operation of the heat pump system according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 방냉운전시 작동을 예시한 개략도,Figure 3 is a schematic diagram illustrating the operation during the cooling operation of the heat pump system according to the present invention,
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 축열운전시 작동을 예시한 개략도.4 to 6 is a schematic diagram illustrating the operation during the heat storage operation of the heat pump system according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 압축기 11: 인버터10: Compressor 11: Inverter
13: 냉매라인 15: 실외기13: refrigerant line 15: outdoor unit
17: 밸브 20: 실내기17: valve 20: indoor unit
21: 팽창밸브 23: 보조라인21: expansion valve 23: auxiliary line
25: 사방밸브 27: 보조열교환기25: four-way valve 27: auxiliary heat exchanger
30: 저장부 33: 히터30: storage 33: heater
40: 제1브라인냉매라인 41: 열교환기40: first brine refrigerant line 41: heat exchanger
43,73a,73b,91a,91b: 삼방밸브43, 73a, 73b, 91a, 91b: Three-way valve
45: 송풍기 47,80: 펌프45:
50: 제2브라인냉매라인 60: 제3브라인냉매라인50: second brine refrigerant line 60: third brine refrigerant line
65: 브라인펌프 70: 브라인열교환기65: brine pump 70: brine heat exchanger
75,85: 제1수열라인,제2수열라인75,85: 1st sequence line, 2nd sequence line
77,87: 제1저장조,제2저장조77,87: 1st storage tank, 2nd storage tank
83a,83b: 단속밸브 90: 브라인냉매순환라인83a, 83b: intermittent valve 90: brine refrigerant circulation line
100: 히트펌프 시스템100: heat pump system
본 발명은 가열수단이 구비된 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 낮은 외기온도의 환경조건에서도 별도 구비된 히팅수단에 냉매의 신뢰성 있는 증발이 이루어지도록 하여 히트펌프 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 보다 구체적으로, 본 발명은 외기의 온도가 비교적 저온인 경우, 기존의 공기열원방식으로 실외기에서 냉매의 증발이 이루어지도록 하면서도 냉매와 열교환되는 공기를 일정으로 가열하고, 외기의 온도가 극저온인 경우에는, 냉매가 별도 설치된 보조열교환기에서 가열된 브라인냉매로부터 열을 흡수하여 증발되도록 함으로써, 외기온도 저하에 따라 야기되는 기존 히트펌프 시스템의 성능상 문제점을 극복할 수 있다. 이와 동시에 본 발명은 기존 시스템의 열적 에너지를 저장할 수 있는 축열수단을 구비함으로써, 심야전기를 이용하여 에너지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a heat pump system having a heating means and a control method thereof, so that the evaporation of the refrigerant can be reliably performed in the heating means separately provided even at low ambient temperature environmental conditions, thereby improving the performance of the heat pump system. More specifically, in the present invention, when the temperature of the outside air is relatively low temperature, the air is heat-exchanged with the refrigerant while the evaporation of the refrigerant is performed in the outdoor unit by a conventional air heat source method, and the temperature of the outside air In the case of the cryogenic temperature, by absorbing heat from the brine refrigerant heated in the auxiliary heat exchanger installed separately, the refrigerant can evaporate, thereby overcoming the performance problem of the existing heat pump system caused by the decrease in the ambient temperature. At the same time, the present invention is provided with a heat storage means that can store the thermal energy of the existing system, there is an effect that can reduce the energy cost by using a midnight electricity.
기술적으로 이미 확립되어 있는 빙축열 냉방 시스템의 유효성 증가를 위해 이를 난방 시스템으로 운전할 수 있는 시스템 즉 히트펌프 적용으로의 기술 변화는 매우 자연스러운 일로서 이와 같은 시스템에 대한 기술 개발과 적용은 매우 다양하게 나타나고 있다. 즉, 히트펌프의 열원으로서 폐수나 하천수, 지하수 등을 이용하여 콘도나 목욕탕의 냉난방과 급탕에 적용한 시스템이 국내에서 많은 업체에 의해 개발이 이루어지고 있으며 최근에는 지열을 이용한 시스템이 각광을 받아 급속히 시장이 형성되고 있다. 특히, 지열을 이용한 냉난방기의 경우에는 한국전력공사의 인증을 받아 앞으로 적용이 크게 늘어날 것으로 예상되고 있다. 그러나 폐수나 지하수 및 지열과 같은 신재생에너지를 이용하는 시스템의 경우에는 열원과 사용처의 거리가 멀거나 비교적 넓은 부지를 요구하는 등 수요에 한계가 있다. 반면에 상(床)난방이 필요한 200~300평 이하의 중소형 건물에 쉽게 적용이 가능하고 소형화가 이루어질 경우 단독 주택 등에 적용이 용이한 공기 열원 히트펌프 적용 축냉/축열식 냉난방기는 아직 국내에서는 한국전력공사의 인증을 받아 공급하는 사례는 없다. 그 이유는 지하수나 지열 및 폐수 등의 신재생에너지를 이용하는 히트펌프의 경우, 열원의 온도가 연중으로 거의 일정하며 따라서 냉난방 전체 시스템의 총괄에너지 이용효율이 기준치를 상회하는 것이 어렵지 않은 반면, 공기 열원의 경우 기준치 초과 달성이 어렵기 때문이다.In order to increase the effectiveness of the already established ice storage cooling system, the technological change to a system that can operate it as a heating system, that is, a heat pump, is very natural, and the technology development and application of such a system are very diverse. . In other words, many companies in Korea have developed systems applied to cooling, heating and hot water supply of condominiums and bathrooms using wastewater, river water, groundwater, etc. as heat sources of heat pumps. Is being formed. In particular, in the case of geothermal heat-cooled air conditioners, it is expected to be greatly applied in the future after being certified by KEPCO. However, in the case of a system using renewable energy such as wastewater, groundwater, and geothermal heat, there is a limit in demand such as requiring a far-reaching site or a relatively large site from a heat source. On the other hand, it is easy to apply to small and medium-sized buildings of 200 ~ 300 pyeong or less requiring heating, and if it is miniaturized, an air heat source heat pump that is easy to apply to a single house is applied. There is no case of a certified supplier. The reason is that in the case of heat pumps using renewable energy such as groundwater, geothermal and wastewater, the temperature of the heat source is almost constant throughout the year, so that the overall energy use efficiency of the entire heating and cooling system is not difficult to exceed the standard value, while the air heat source is not difficult. This is because it is difficult to reach the threshold.
또한 공기 열원 히트펌프의 최대 단점인 외기 온도의 저하에 따른 성능과 용 량 감소 문제는 해결이 필요한 과제이며 시스템 이용의 최대 걸림돌이 되고 있다. 따라서, 우리나라 전통의 상(床)난방 방식의 중소형 건물이나 주택 등에 적합한 냉난방 시스템으로서의 시장 확보를 위해서는 한국전력공사 인정 기준을 초과하는 성능의 확보가 반드시 필요하다. 이를 위해서는 핵심이 되는 히트펌프의 성능 향상 기술 개발이 요구되며 심야 전기를 활용함으로 그 이점을 최대한 이용하는 방법 및 기술 개발 또한 필요하다.In addition, the problem of performance and capacity reduction caused by the decrease of the outside air temperature, which is the biggest disadvantage of the air heat source heat pump, is a problem that needs to be solved and becomes the biggest obstacle to the use of the system. Therefore, in order to secure a market as an air-conditioning system suitable for small and medium-sized buildings or houses in the traditional heating and cooling system of Korea, it is necessary to secure performance that exceeds KEPCO's accreditation standards. This requires the development of technology to improve the performance of the core heat pump, as well as the development of methods and technologies that make the most of the benefits of using midnight electricity.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 낮은 외기온도의 환경조건에서도 별도 구비된 히팅수단에 냉매의 신뢰성 있는 증발이 이루어지도록 하여 히트펌프 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to improve the performance of the heat pump system by the reliable evaporation of the refrigerant to the heating means provided separately even in the environmental conditions of low ambient temperature. The present invention provides a heat pump system and a control method thereof.
또한, 본 발명의 다른 목적은 기존 시스템의 열적에너지를 저장할 수 있는 축열수단을 구비함으로써, 심야전기를 이용하여 에너지 비용을 절감할 수 있는 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a heat pump system and a method of controlling the same, having a heat storage means capable of storing thermal energy of an existing system, which can reduce energy costs by using midnight electricity.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 압축기, 실외기, 실내기, 팽창밸브, 및 사방밸브를 포함하는 냉난방 시스템에 있어서, 상기 구성품들을 연결하여 내부로 냉매가 이동되는 냉매라인의 팽창밸브와 실외기 간과, 압축기와 실외기 간에 그 일점과 타점이 각각 연결되는 보조라인과; 상기 보조라인 상에 설치되어 상기 실외기와는 병렬로 연결되는 보조열교환기와; 상기 냉매라인의 팽창밸브와 실외 기 사이의 냉매 이동로 상과, 상기 보조라인의 팽창밸브와 보조열교환기 사이의 냉매 이동로 상에 각각 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 밸브들과; 내부 저장된 브라인냉매를 강제 가열하기 위한 가열수단을 구비한 저장부로부터의 가열된 브라인냉매가 복수의 브라인냉매라인을 통해 상기 실외기 및 보조열교환기에서 선택적으로 열교환되도록 하는 히팅수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for solving the above problems in the air-conditioning system including a compressor, outdoor unit, indoor unit, expansion valve, and four-way valve, connecting the components between the expansion valve and the outdoor unit of the refrigerant line to move the refrigerant inside An auxiliary line connecting one point and another point of the compressor to the outdoor unit; An auxiliary heat exchanger installed on the auxiliary line and connected in parallel with the outdoor unit; Valves installed on the refrigerant movement path between the expansion valve of the refrigerant line and the outdoor unit and on the refrigerant movement path between the expansion valve and the auxiliary heat exchanger of the auxiliary line, respectively; Heating means for selectively exchanging the heated brine refrigerant from the reservoir having a heating means for forcibly heating the internally stored brine refrigerant in the outdoor unit and the auxiliary heat exchanger through a plurality of brine refrigerant lines; Characterized in that configured to include.
또한, 본 발명은 상기와 같은 히트펌프를 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 히트펌프는 난방시 외기의 온도를 기준으로 고온에서 저온 순으로 설정된 온도에 따라 제1,2,3모드로 나뉘어 구동되며, 상기 제1모드에서는 상기 제1브라인냉매라인과 제2브라인냉매라인 상에서 모두 브라인냉매가 이동되지 않으며, 압축기, 실내기, 팽창밸브, 실외기 순으로 냉매가 이동되도록 작동되고, 상기 제2모드에서는 압축기, 실내기, 팽창밸브, 실외기 순으로 냉매가 이동되도록 작동되되, 펌프와 삼방밸브의 구동, 제어에 의해 상기 제1브라인냉매라인 상으로 브라인냉매가 이동되도록 함과 동시에 송풍기를 가동하여 상기 열교환기로부터 브라인냉매의 열이 방출되어 실외기에 전달되도록 하며, 상기 제3모드에서는 펌프와 삼방밸브의 구동, 제어에 의해 상기 제2브라인냉매라인 상으로 브라인 냉매가 이동되도록 함과 동시에 상기 밸브들을 폐쇄 및 개방하여 압축기, 실내기, 팽창밸브 순으로 이동된 냉매가 실외기를 거치지 않고 보조열교환기 측으로 이동되어 상기 보조열교환기에서 증발되도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a method for controlling the heat pump as described above, wherein the heat pump is driven divided into the first, second, and third modes according to the temperature set in order from high temperature to low temperature based on the temperature of the outside air during heating. In the first mode, the brine refrigerant does not move on both the first brine refrigerant line and the second brine refrigerant line, and the refrigerant is moved in the order of the compressor, the indoor unit, the expansion valve, and the outdoor unit, and the compressor in the second mode. , And the refrigerant is moved in the order of the indoor unit, the expansion valve, and the outdoor unit. The brine refrigerant is moved on the first brine refrigerant line by driving and controlling a pump and a three-way valve, and at the same time, operating a blower from the heat exchanger. Heat of the brine refrigerant is discharged to be transmitted to the outdoor unit, and in the third mode, the second valve is driven and controlled by a pump and a three-way valve. While the brine refrigerant is moved on the in-coolant line, the valves are closed and opened, and the refrigerant moved in the order of the compressor, the indoor unit, and the expansion valve is moved to the subsidiary heat exchanger without passing through the outdoor unit to be evaporated in the subsidiary heat exchanger. It is characterized by.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 보다 명확히 설명될 수 있을 것이다. 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하도록 한다.The present invention having such a feature will be more clearly described through the preferred embodiment accordingly. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템을 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 축냉운전시 작동을 예시한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 방냉운전시 작동을 예시한 개략도이며, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 축열운전시 작동을 예시한 개략도이다.1 is a schematic view showing a heat pump system according to the present invention, Figure 2 is a schematic diagram illustrating the operation during the cold storage operation of the heat pump system according to the present invention, Figure 3 is a cold pump operation of the heat pump system according to the present invention 4 to 6 is a schematic diagram illustrating the operation during the heat storage operation of the heat pump system according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프 시스템(100)은 As shown, the
압축기(10), 실외기(15), 실내기(20), 팽창밸브(21), 및 사방밸브(25)를 포함함을 전제로,Assuming that the
상기 구성품들을 연결하여 내부로 냉매가 이동되는 냉매라인(13)의 팽창밸브(21)와 실외기(15) 간 그리고, 압축기(10)와 실외기(15) 간에 그 일점과 타점이 각각 연결되는 보조라인(23)과; 상기 보조라인(23) 상에 설치되어 상기 실외기(15)와는 병렬로 연결되는 보조열교환기(27)와; 상기 냉매라인(13)의 팽창밸브(21)와 실외기(15) 사이의 냉매 이동로 상과, 상기 보조라인(23)의 팽창밸브(21)와 보조열교환기(27) 사이의 냉매 이동로 상에 각각 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 밸브들(17,19)과; 내부 저장된 브라인냉매를 강제 가열하기 위한 가열수단을 구비한 저장부(30)로부터의 가열된 브라인냉매가 복수의 브라인냉매라인(40,50)을 통해 상기 실외기(15) 및 보조열교환기(27)에서 선택적으로 열교환되도록 하는 히팅수단; 그리고, 축열수단을 포함하여 구성된다.An auxiliary line connecting one of the components and the other point between the expansion valve 21 and the
상기에서 히팅수단은The heating means in the above
내부에 저장된 브라인냉매를 강제 가열하기 위한 가열수단으로서 히터(33)를 구비한 저장부(30)와; 상기 저장부(30)에 일점과 타점이 연결되어 브라인냉매가 내부로 이동되는 제1브라인냉매라인(40)과; 상기 제1브라인냉매라인(40) 상에 설치되는 열교환기(41)와; 상기 열교환기(41)로 이동되는 브라인냉매와 실외기(15)가 열전달되도록 상기 열교환기(41) 측에서 실외기(15)로 공기를 강제 송풍하는 송풍기(45)와; 상기 제1브라인냉매라인(40) 상에 설치되어 브라인냉매에 순환 이동력을 부여하는 펌프(47)와; 일점은 상기 제1브라인냉매라인(40)의 펌프(47)와 열교환기(41) 사이에 연결되고, 타점은 상기 저장부(30)에 연결되며, 내부 이동되는 브라인냉매가 상기 보조열교환기(27)로 순환되도록 상기 보조열교환기(27)와 연결되는 제2브라인냉매라인(50)과; 상기 제1브라인냉매라인(40)과 제2브라인냉매라인(50)의 연결된 지점에 설치되어 상기 펌프(47)에 의해 펌핑된 브라인냉매의 흐름 방향을 단속하는 삼방밸브(43);를 포함하여 구성된다.A
또한, 상기 축열수단은 In addition, the heat storage means
상기 실내기(20)와 제3브라인냉매라인(60)을 통해 브라인냉매 순환가능하게 연결되는 브라인열교환기(70)와, 상기 제3브라인냉매라인(60) 상에 설치되는 브라인펌프(65)를 포함하는 브라인순환부와; 내부 저장된 물이 상기 브라인열교환기(70)에서 열교환 된 후, 다시 저장될 수 있도록 제1수열라인(75)을 통해 상기 브라인열교환기(70)와 열전달가능하게 연결되는 제1저장조(77)와; 상기 제1수열라인(75)의 물이 진행되는 이동로 상에 설치되어 상기 물을 순환시키는 펌프(80)와; 내부 저장된 물이 상기 브라인열교환기(70)에서 열교환 된 후, 다시 저장될 수 있 도록 일점과 타점이 상기 제1수열라인(75)에 연결되는 제2수열라인(85)을 통해 상기 브라인열교환기(70)에 열전달가능하게 연결되는 제2저장조(87)와; 상기 제1수열라인(75)과 제2수열라인(85)의 상호 연결된 지점에 설치되어 이동되는 물의 흐름 방향을 단속하는 복수의 삼방밸브(73a,73b)와; 상기 제2수열라인(85)의 외부 부하측 과의 연결된 지점에 설치되어 상기 외부 부하측으로 물의 이동을 단속하는 복수의 단속밸브(83a,83b); 를 포함하여 구성되며, 이에 더하여, 상기 제3브라인냉매라인(60)으로 부터의 브라인냉매가 상기 제2저장조(87)에서 직접 열교환되도록 일점과 타점이 상기 제3브라인냉매라인(60)과 연결되며, 상기 제2저장조(87) 내부를 순환하는 브라인냉매순환라인(90)과, 이 같은 브라인냉매순환라인(90)과 상기 제3브라인냉매라인(60)의 연결지점에 설치되어 브라인냉매의 흐름 여부를 단속하는 복수의 삼방밸브(91a,91b)가 구성되어 이루어진다.A
전술한 구성에서, 보조열교환기(27), 실내기(20), 브라인열교환기(70)는 모두 판형 열교환기이며, 실외기(15), 열교환기(41)는 핀튜브형 열교환기가 적용된다.In the above configuration, the
한편 미설명 부호 "11"은 인버터로서, 압축기의 구동상태를 제어하는 역할을 한다.Meanwhile,
이하에서는 상기 히트펌프 시스템의 작동관계를 설명하며, 설명의 편의를 위해 운전상태 별로 나뉘어 설명하도록 한다.Hereinafter, an operation relationship of the heat pump system will be described, and for convenience of description, the description will be made for each operation state.
<축냉운전><Cooling operation>
인버터(11)로 압축기(10)를 정격주파수(60Hz)로 구동한다. 이에 따라 상기 압축기(10)를 통해 고온,고압으로 압축된 냉매는 사방밸브(25)를 지나, 실외기(15)에서 송풍기(45)을 통해 공급되는 공기에 의해 응축된다. The
다시, 응축된 냉매는 팽창밸브(21)에서 저온,저압 상태로 된 후, 실내기(20)에서 증발됨과 동시에 제3브라인냉매라인(60) 상을 이동하는 브라인냉매를 냉각시키게 된다. 이후, 상기 냉매는 가스상태가 되어 사방밸브(25)를 통한 뒤, 다시 압축기(10)로 귀환된다.Again, the condensed refrigerant is cooled to the low temperature and low pressure in the expansion valve 21, and then evaporates in the
여기서, 브라인냉매의 흐름을 살펴보면,Here, looking at the flow of the brine refrigerant,
브라인펌프(65)로 펌핑된 브라인냉매는 전술한 바와 같이 실내기(20)를 통해 냉각된 후, 삼방밸브(91a,91b)의 개방작동에 의해 브라인냉매순환라인(90) 내부에서 순환되며, 이때, 물이 저장된 제2저장조(87)까지 이르러, 상기 제2저장조(87) 내부에 얼음을 형성하고 다시 삼방밸브(91a,91b)를 거쳐 브라인펌프(65)로 순환된다.The brine refrigerant pumped by the
<방냉운전><Cooling operation>
인버터(11)에 의해 압축기(10)가 정격주파수로 구동됨에 따라 압축된 냉매는 실외기(15)를 거쳐 응축된 후, 팽창밸브(21), 실내기(20)로 이동되며, 이 과정에서 제3브라인냉매라인(60) 상의 브라인냉매를 냉각시킨다. 또한, 상기 실내기(20)로부터의 냉매는 사방밸브(25)를 거쳐 압축기(10)로 다시 귀환된다.As the
브라인냉매의 흐름을 살펴보면, 브라인펌프(65)로 펌핑된 브라인냉매는 상기 실내기(20)에서 냉각된 후, 삼방밸브(91a)를 거쳐 브라인열교환기(70)로 이동된다. 이때, 상기 브라인열교환기(70)에서는 브라인냉매와 냉방 부하측으로부터 공급되는 물이 열교환되며, 이에 따라, 온도가 상승된 브라인냉매는 다시, 삼방밸브(91b)를 거쳐 브라인펌프(65)로 순환,이동된다.Looking at the flow of the brine refrigerant, the brine refrigerant pumped by the
한편, 상기 브라인냉매와 열교환되는 물의 흐름을 살펴보면, On the other hand, looking at the flow of water that is heat-exchanged with the brine refrigerant,
부하측으로 부터 공급된 물은 제2저장조(87)로부터 공급되는 물과 혼합되어 온도가 일차 하강된다.(약 12℃) 다시, 펌프(80)에 의해 혼합된 물이 브라인열교환기(70)에서 열교환되어 온도가 충분히 냉각된다.(약 7℃) The water supplied from the load side is mixed with the water supplied from the
냉각된 물은 삼방밸브(73a)와 단속밸브(83a)를 연속으로 거쳐 다시 부하측으로 공급된다.The cooled water is supplied to the load side again through the three-
<축열운전1>Heat storage operation 1
인버터(11)에 의해 압축기(10)는 정격주파수보다 낮은 범위의 주파수로 구동된다. 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매는 사방밸브(25)를 지나 실내기에서 응축된다. 이 과정에서 냉매의 응축은 브라인펌프(65)에 의해 제3브라인냉매라인(60)을 순환하는 브라인냉매와 상기 브라인냉매가 열교환됨으로써 이루어진다.The
다시, 상기와 같이 응축된 냉매는 팽창밸브(21)를 지나 실외기(15)로 이동되는데, 상기 실외기(15)에서 송풍기(45)에 의해 공급되는 공기와 열교환되어 증발되며, 이후, 가스상태로 변화되어 사방밸브(25)를 통과한 후, 다시 압축기(10)로 귀환된다.Again, the refrigerant condensed as described above is moved to the
여기서, 브라인냉매의 흐름을 보면, 브라인펌프(65)로 펌핑된 브라인냉매는 실내기(20)에서 냉매와의 열교환 작용에 의해 가열된 후, 브라인열교환기(70)로 이동하여 펌프(80)로 공급되는 물을 가열시키게 된다. 그리고 온도가 강하된 브라인냉매는 다시 브라인펌프(65)로 이동된다. Here, the flow of the brine refrigerant, the brine refrigerant pumped by the
또한, 상기 과정에서 축열수단의 물이 이동되는 경로를 살펴보면,In addition, looking at the path in which the water of the heat storage means is moved in the above process,
우선, 제1저장조(77)로부터의 물이 삼방밸브(73b)를 거쳐 펌프(80)로 공급되면, 상기 펌프(80)의 펌핑 작동에 의해 물은 브라인열교환기(70)에서 브라인냉매와의 열교환 작용에 의해 가열되고, 가열된 물은 삼방밸브(73a)를 거쳐 다시 제1저장조(77)로 유입된다. 여기서, 상기 제1저장조(77)에 저장된 물의 온도가 일정온도(60℃)에 이르게 되면, 제2저장조(87)로부터의 물이 삼방밸브(73b)를 거쳐 펌프(80)로 공급되고 공급된 물이 브라인열교환기(70)에서 브라인냉매와의 열교환 작용에 의해 가열된 후, 제2저장조(87)로 회수된다. 여기서, 상기 제1저장조(77)로의 물 이동은 차단되며, 이는 삼방밸브(73a)의 작동에 의해 가능하다.First, when water from the
<축열운전2>Heat storage operation 2
인버터(11)로 압축기(10)를 정격주파수보다 낮은 범위에서 외기온도에 따라 정격주파수까지 구동시킨다. 압축기(10) 구동에 의해 압축된 냉매는 사방밸브(25)를 지나 실내기(20)에서 브라인냉매와의 열교환에 의해 응축된 후, 팽창밸브(21)를 거쳐 실외기(15)에서 송풍기(45)을 통해 공급되는 공기와 열교환되어 증발하고, 증발된 냉매는 다시, 압축기(10)로 귀환한다.The
한편, 축열수단의 브라인냉매 이동경로를 살펴보면, 브라인펌프(65)로 펌핑된 브라인냉매는 실내기(20)에서 가열되어 브라인열교환기(70)로 이동되고, 상기 브라인열교환기(70)에서 펌프(80)로 공급되는 물의 온도를 상승시키고, 온도가 하강된 브라인냉매는 다시 브라인펌프(65) 측으로 순환된다.On the other hand, the brine refrigerant movement path of the heat storage means, the brine refrigerant pumped by the
또한, 상기 과정에서 히팅수단의 브라인냉매의 이동경로를 살펴보면, 저장부(30)에서 심야전기를 사용하는 히터(33)에 의해 가열된 브라인냉매가 펌프(47)로 펌핑되어 제1브라인냉매라인(40)을 통해 순환된다. 여기서, 상기 브라인냉매는 제2브라인냉매라인(50)으로 이동되지 못하며, 이는 삼방밸브(43)의 작동에 의해 가능하다. 상기와 같이 제1브라인냉매라인(40)을 순환하는 브라인냉매는 열교환기(41)에서 송풍기(45)를 통해 실외기(15)로 공급되는 공기와 열교환되어 상기 공기를 예열시킨 후, 다시, 저장부(30) 측으로 순환, 이동된다.In addition, looking at the movement path of the brine refrigerant of the heating means in the above process, the brine refrigerant heated by the
아울러, 상기에서 축열수단의 물이 이동되는 경로를 살펴보면, 이는 전술한 축열운전1에서와 같다.In addition, looking at the path in which the water of the heat storage means is moved, as described above in the heat storage operation 1 described above.
<축열운전3>Heat storage operation 3
인버터(11)에 의해 압축기(10)가 정격주파수보다 낮은 범위의 주파수로 구동되며, 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매는 사방밸브(25)를 지나 실내기(20)에서 브라인냉매와의 열교환 작용에 의해 응축된 후, 팽창밸브(21)에서 저온, 저압상태로 변화된다. 다시, 팽창밸브(21)로부터의 냉매는 밸브(17)와 밸브(19)의 개폐작동에 의해 냉매라인(13)을 통해 실외기(15)로 이동되지 않고, 보조라인(23)을 통해 보조 열교환기(27)로 이동되며, 이때, 상기 냉매는 보조열교환기(27)에서 펌프(47)로 공급되어 제2브라인냉매라인(50)을 통해 상기 보조열교환기(27)로 이동되는 브라인냉매와 열교환되어 증발된다. 그리고, 증발된 냉매는 다시 사방밸브(25)를 거쳐 압축기(10)로 귀환된다.The
여기서, 축열수단의 브라인냉매 흐름을 보면, 브라인펌프(65)에 의해 펌핑된 브라인냉매는 실외기(15)에서 냉매와 열교환되어 가열되며, 가열된 브라인냉매는 브라인열교환기(70)에서 펌프(80)로 공급되는 물의 온도를 높이고, 다시 온도가 하강된 브라인냉매는 브라인펌프(65) 측으로 순환, 이동된다.Here, in the brine refrigerant flow of the heat storage means, the brine refrigerant pumped by the
한편, 상기에서 히팅수단의 브라인냉매 흐름을 살펴보면,On the other hand, looking at the brine refrigerant flow of the heating means in the above,
심야전기를 이용하는 저장부(30)의 히터(33)로 가열된 브라인냉매가 펌프(47)로 펌핑되며, 삼방밸브(43)의 개폐작동으로 제2브라인냉매라인(50)을 통해 보조열교환기(27)로 이동된다. 이때, 이동된 브라인냉매는 히터(33)에 의해 가열된 상태로 비교적 고온이다. 이 고온의 브라인냉매가 상기 보조열교환기(27)에서 냉매 증발용 열원으로 사용된다. 다시, 상기 보조열교환기(27)에서 냉매로 열을 전달한 브라인냉매는 저장부(30)로 이동된다.The brine refrigerant heated by the
상기에서 축열수단의 물 이동 과정은 전술한 축열운전1,2에서와 같다.Water movement process of the heat storage means is the same as in the heat storage operation 1,2 described above.
<방열운전><Radiation operation>
방열운전에서 냉매와 브라인냉매의 흐름은 외기조건에 따라 상기 축열운전1,2,3과 동일한 형태가 되도록 운전된다.In the heat dissipation operation, the flows of the refrigerant and the brine refrigerant are operated to have the same shape as the heat storage operations 1, 2, and 3 according to the outside air condition.
즉, 정격 운전조건일 경우에는 제1 및 제2브라인냉매라인을 통해 브라인냉매가 이동되어 냉매와 열교환되도록 하는 것은 요구되지 않는다. 또한, 비교적 저온인 경우에는 제1브라인냉매라인(40)을 통해 브라인냉매가 열교환기(41)로 이동되도록 하여, 실외기(15) 측으로 송풍되는 공기가 예열되도록 한다. 아울러, 외기의 온도가 극저온 일때는 제2브라인냉매라인(50)을 통해 브라인냉매가 보조열교환기(27)로 이동되도록 하며, 냉매 또한, 실외기(15)가 아닌, 보조열교환기(27)로 유도하여, 상기 보조열교환기(27)에서 브라인냉매의 열을 흡수하여 증발되도록 한다.That is, under the rated operating conditions, it is not required to move the brine refrigerant through the first and second brine refrigerant lines to exchange heat with the refrigerant. In addition, when the temperature is relatively low, the brine refrigerant is moved to the
이와 같은 운전과정에서 축열수단의 물 이동경로를 살펴보면,Looking at the water movement path of the heat storage means in this operation process,
부하측으로부터 공급되는 물이 단속밸브(83b)에서 제2저장조(87)로부터 공급되는 비교적 고온의 물과 혼합되어 온도가 1차 상승된다.(약 50℃) 이후, 혼합된 물은 펌프(80)의 펌핑작동에 의해 브라인열교환기(70)로 이동되어 상기 브라인열교환기(70)에서 브라인냉매와의 열교환 작용에 따라 온도가 상승된다.(약 60℃) 이 같이 온도가 상승된 물은 삼방밸브(73a)의 작동에 의해 제1저장조(77)로 이동됨 없이 다시 부하측으로 공급된다.The water supplied from the load side is mixed with the relatively high temperature water supplied from the
한편, 일정한 운전 후에, 제2저장조(87)에 저장된 물의 온도가 일정온도(약 40℃) 이하에 이르게 되면, 제1저장조(77)에 저장된 고온의 물을 이용하게 된다. 즉, 부하측으로부터 공급되는 물이 삼방밸브(73b)에서 제1저장조(77)로부터 공급되는 물과 혼합되도록 하면, 혼합된 물은 온도가 상승되며,(약 50℃) 다시 혼합된 물은 펌프(80)의 펌핑작동에 의해 브라인냉매와 열교환되어 온도가 상승된다.(약 60℃) 이와 같이 온도가 상승된 물은 다시, 삼방밸브(73a)와 단속밸브(83a)를 거쳐 다시 부하측으로 공급된다.On the other hand, after a certain operation, when the temperature of the water stored in the
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 난방시, 외기온도에 따라 냉매 및 히팅수단에서 브라인냉매의 흐름방향이 달라지는 것을 알 수 있다. As described above, according to the present invention, it can be seen that the flow direction of the brine refrigerant varies in the refrigerant and the heating means depending on the outside temperature during heating.
이하, 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 제어방법을 설명한다. 설명에 앞서, 본 발명의 요지가 희석됨을 기피하여 축열수단의 브라인냉매 및 물의 흐름에 관한 설명은 회피하기로 한다.Hereinafter, a control method of a heat pump system according to the present invention will be described. Prior to the description, description of the brine refrigerant and water flow of the heat storage means will be avoided in order to avoid diluting the gist of the present invention.
본 발명에 따른 히트펌프 시스템(100)은 난방시 외기의 온도를 기준으로 고온에서 저온 순으로 설정된 온도에 따라 제1,2,3모드로 나뉘어 구동된다. 이때, 상기 제1,2,3모드시 설정된 외기온도는 각각 7℃이상, 7℃~-5℃, -5℃이하가 적용된다.The
각각의 모드에서의 구동을 살펴보면,Looking at the driving in each mode,
상기 제1모드에서는In the first mode
상기 제1브라인냉매라인(40)과 제2브라인냉매라인(50) 상에서 모두 브라인냉매가 이동되지 않으며, 압축기(10), 실내기(20), 팽창밸브(21), 실외기(15) 순으로 냉매가 이동되도록 작동되고,The brine refrigerant does not move on both the first
상기 제2모드에서는 In the second mode
압축기(10), 실내기(20), 팽창밸브(21), 실외기(15) 순으로 냉매가 이동되도록 작동되되, 펌프(47)와 삼방밸브(43)의 구동, 제어에 의해 상기 제1브라인냉매라인(40) 상으로 브라인냉매가 이동되도록 함과 동시에 송풍기(45)를 가동하여 상기 열교환기(41)로부터 브라인냉매의 열이 방출되어 실외기(15)에 전달되도록 하며,The refrigerant 10 is operated to move the refrigerant in the order of the
상기 제3모드에서는 In the third mode
펌프(47)와 삼방밸브(43)의 구동, 제어에 의해 상기 제2브라인냉매라인(50) 상으로 브라인냉매가 이동되도록 함과 동시에 상기 밸브들(17,19)을 폐쇄 및 개방하여 압축기(10), 실내기(20), 팽창밸브(21) 순으로 이동된 냉매가 실외기(15)를 거치지 않고 보조열교환기(27) 측으로 이동되어 상기 보조열교환기(27)에서 증발되도록 한다.By driving and controlling the
결국, 상기한 바에 의하면, 외기의 온도가 비교적 정상온도일 때는 냉매와 브라인냉매가 열교환되는 일 없이 정상 운전되도록 하고, 외기의 온도가 비교적 저온일 경우에는 냉매가 기존의 냉매라인(13)으로 이동되도록 하고, 상기 냉매가 열교환됨에 있어 기존의 공기열원방식으로 열교환되도록 하는 반면, 외기의 온도가 극저온인 경우에는 상기 냉매가 기존의 냉매라인(13)이 아닌, 보조라인(23)을 통해 이동되도록 하고, 또한, 상기 냉매가 실외기(15)가 아닌, 보조열교환기(27)에서 브라인냉매로부터 열을 전달받아 용이하게 증발되도록 하는 것이다.As a result, as described above, when the temperature of the outside air is relatively normal temperature, the refrigerant and the brine refrigerant are operated normally without heat exchange, and when the temperature of the outside air is relatively low, the refrigerant moves to the existing
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 낮은 외기온도의 환경조건에서도 별도 구비된 히팅수단에 냉매의 신뢰성 있는 증발이 이루어지도록 하여 히트펌프 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of improving the performance of the heat pump system by making the evaporation of the refrigerant to the heating means provided separately in the environmental conditions of the low outside temperature.
구체적으로, 본 발명은 외기의 온도가 비교적 저온인 경우, 기존의 공기열원 방식으로 실외기에서 냉매의 증발이 이루어지도록 하면서도 냉매와 열교환되는 공기를 일정으로 가열하고, 외기의 온도가 극저온인 경우에는, 냉매가 별도 설치된 보조열교환기에서 가열된 브라인냉매로부터 열을 흡수하여 증발되도록 함으로써, 외기온도 저하에 따라 야기되는 기존 히트펌프 시스템의 성능상 문제점을 극복할 수 있는 효과가 있다.Specifically, when the temperature of the outside air is relatively low temperature, while the evaporation of the refrigerant in the outdoor unit by the existing air heat source method while heating the air heat-exchanged with the refrigerant at a constant, when the temperature of the outside air is cryogenic, The refrigerant is absorbed from the brine refrigerant heated in the auxiliary heat exchanger separately installed to be evaporated, there is an effect that can overcome the performance problems of the existing heat pump system caused by the decrease in the outside air temperature.
또한, 본 발명은 기존 시스템의 열적에너지를 저장할 수 있는 축열수단을 구비함으로써, 심야전기를 이용하여 에너지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is provided with a heat storage means that can store the thermal energy of the existing system, there is an effect that can reduce the energy cost by using a midnight electricity.
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