KR100751039B1 - 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식가열장치 - Google Patents

생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식가열장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치는, 냉매를 고온고압 상태로 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 유입된 냉매와 외부로부터 유입된 물 사이의 열교환을 행하게 하는 제1열교환기와, 상기 제1열교환기로부터 유입된 냉매를 저온저압 상태로 팽창시키는 제1팽창밸브와, 상기 제1팽창밸브로부터 유입된 냉매와 외부의 공기 사이의 열교환을 행하게 하는 실내열교환기와, 상기 압축기와, 상기 제1열교환기와, 상기 제1팽창밸브와, 상기 실내열교환기를 차례로 접속시키는 제1냉매유로와, 물을 상기 제1열교환기로 공급하여 그 제1열교환기 내의 냉매와 열교환되도록 한 후 그 제1열교환기의 외부로 배출시키기 위한 물 유동경로를 구비하는 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치에 있어서, 상기 제1냉매유로 중 상기 제1열교환기와 상기 제1팽창밸브 사이의 유로에서 분기되어 상기 실내열교환기와 상기 압축기 사이의 유로에 합류되는 제2냉매유로 상에 설치되며, 외부로부터 유입된 물과 열교환을 행하는 제2열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치{System for generating hot/cool water and heating/cooling condition using heat pump}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치의 개략적 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치의 냉방 및 냉수 및 온수 발생시의 냉매 및 냉각수의 흐름도이다.
도 3은 도 1에 도시된 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치의 난방 및 온수 및 냉수 발생시의 냉매 및 냉각수의 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치
20...압축기 22...유분리기
30...제1열교환기 31,32...드라이어
34,35...체크밸브 36...제1전자밸브
37...제2전자밸브 38...제3전자밸브
39...제4전자밸브 40...제1팽창밸브
41...제2팽창밸브 43...제3팽창밸브
50...실내열교환기 55...유액분리기
60...사방밸브 65...제2열교환기
70...믹싱탱크 72...제1삼방밸브
74...솔레노이드밸브 75...저장탱크
77...제2삼방밸브 81...제1순환펌프
82...제2순환펌프 83...제3순환펌프
C1...냉수배출관 C2...온수배출관
P1...제1냉매유로 P2...제2냉매유로
본 발명은 생활용수를 열교환기에 공급하여 여름철에 실내공간을 냉방하거나 겨울철에 난방을 할 수 있는 동시에, 냉수 또는 급탕용 온수를 사용할 수 있으면서도 성적계수가 향상되도록 구조가 개선된 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프는 열을 온도가 낮은곳에서 온도가 높은곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미하는데, 사이클의 구성과 작동방법은 냉동기와 같으며 단지 저온열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 냉동기가 되고, 고온열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 히트펌프가 되는 것이다.
히트펌프 사이클의 기본적인 구성요소는 압축기, 고온부 열교환기인 제1열교환기, 팽창밸브, 저온부 열교환기인 제2열교환기의 4개 요소로 구분되며 냉매는 압 축, 응축, 팽창, 증발의 변화를 계속하면서 순환한다.
상기의 히트펌프의 원리를 이용하여 목욕탕이나 공장등에서 사용하는 온수를 생성할 수 있는 히트펌프식 가열장치는 상기 고온부 열교환기에 외부로부터 유입된 물과 냉매를 열교환시켜 온수를 얻을 수 있고 이를 이용하여 난방기능도 수행할 수 있다.
이러한 원리를 이용한 히트펌프식 가열장치는 냉매의 열에너지로 외부로부터 유입된 물을 가열시키고, 외부 공기로부터 열에너지를 공급받아 상기 냉매를 증발시켜 사이클을 순환하도록 되어 있다.
근래에 들어 유가가 폭등함에 따라 가열용으로 사용되고 있는 보일러의 유지비용이 급격히 증가하는 추세에 있다. 따라서, 상대적으로 유지비가 저렴한 전기에너지를 이용하여 냉난방 및 급탕을 할 수 있는 장치에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이러한 관심에 부응할 수 있는 유력한 장치 중의 하나가 히트펌프식 가열장치이다.
그러나, 종래의 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치는 공기열원방식과 수열원방식을 이용하고 있으며, 이는 실외기(공기냉각기) 또는 냉각탑(수냉각기)이 필요하며 부피가 큰 문제점이 있다.
겨울철에는 상기 열원을 통해 냉매의 증발에 필요한 충분한 열에너지를 공급받지 못하여 냉동사이클의 성적계수가 현저히 떨어져 실질적으로 작동이 불가한 경우가 대부분이다.
특히 일부장치들은 전기히터를 이용하여 열에너지를 공급하고 있으나, 시스 템이 복잡해지고 에너지 소비만 증가될 뿐 여전히 냉동사이클이 제대로 작동하지 못하는 문제점은 존재하는 것이 현실이다.
한편, 외부 열에너지를 얻기 위하여 일반적으로 공기열원방식 또는 수열원방식을 선택 이용하고 있다. 그러나 상기 방식들은 실외기(공기냉각기), 냉각탑(수냉각기)등을 동반하여야 하며, 특히 겨울철에는 보조히터가 필요하고 장치가 복잡해지며, 불필요한 에너지 소비가 늘면서도 냉동사이클을 제대로 수행하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉동사이클을 이루는 냉매의 증발을 위한 열에너지를 생활용수로부터 획득함과 동시에 종래의 냉각탑과 같은 거대한 부속장치가 필요 없으면서도 성적계수가 향상되도록 구조가 개선된 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치를 제공함에 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치는, 냉매를 고온고압 상태로 압축하는 압축기와,
상기 압축기로부터 유입된 냉매와 외부로부터 유입된 물 사이의 열교환을 행하게 하는 제1열교환기와,
상기 제1열교환기로부터 유입된 냉매를 저온저압 상태로 팽창시키는 제1팽창 밸브와,
상기 제1팽창밸브로부터 유입된 냉매와 공기 사이의 열교환을 행하게 하는 실내열교환기와,
상기 압축기와, 상기 제1열교환기와, 상기 제1팽창밸브와, 상기 실내열교환기를 차례로 접속시키는 제1냉매유로와,
물을 상기 제1열교환기로 공급하여 그 제1열교환기 내의 냉매와 열교환되도록 한 후 그 제1열교환기의 외부로 배출시키기 위한 물 유동경로를 구비하는 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치에 있어서,
상기 제1냉매유로 중 상기 제1열교환기와 상기 제1팽창밸브 사이의 유로에서 분기되어 상기 실내열교환기와 상기 압축기 사이의 유로에 합류되는 제2냉매유로 상에 설치되며, 외부로부터 유입된 물과 열교환을 행하는 제2열교환기를 포함하는 점에 특징이 있다.
상기 제1냉매유로와 상기 제2냉매유로가 만나는 지점에 설치되며, 상기 압축기로부터 제1열교환기로의 냉매유로와, 상기 압축기로부터 상기 제2열교환기로의 냉매유로 중 어느 하나를 선택적으로 개방하기 위한 사방밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1열교환기로 공급하기 위한 물을 저장하는 믹싱탱크; 및
상기 제2열교환기로 공급하기 위한 물을 저장하는 저장탱크;를 더 포함하며,
상기 믹싱탱크와 상기 저장탱크의 물이 서로 혼합될 수 있는 것이 바람직하다.
상기 믹싱탱크의 물을 상기 제1열교환기로 원활하게 공급하기 위해, 상기 믹싱탱크와 상기 제1열교환기를 연결하는 배관상에 설치되는 제1순환펌프; 및
상기 저장탱크의 물을 상기 제2열교환기로 원활하게 공급하기 위해, 상기 저장탱크와 상기 제2열교환기를 연결하는 배관상에 설치되는 제2순환펌프;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1열교환기에서 배출된 냉수를 생활용수로 사용하기 위한 냉수배출관; 및
상기 제2열교환기에서 배출된 온수를 생활용수로 사용하기 위한 온수배출관;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치의 개략적 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치의 냉방 및 냉수온수 발생시의 냉매 및 냉각수의 흐름도이며, 도 3은 도 1에 도시된 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치의 난방 및 온수 냉수 발생시의 냉매 및 냉각수의 흐름도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)는 압축기(20)와, 제1열교환기(30)와, 제1팽창밸브(40)와, 실내열교환기(50)와, 제2열교환기(65)와, 사 방밸브(60)와, 믹싱탱크(70)와, 저장탱크(75)와, 냉수배출관(C1)과, 온수배출관(C2)을 포함하고 있다. 또한 본 실시예에 따른 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)는 냉매가 상기 압축기(20), 상기 제1열교환기(30), 상기 제1팽창밸브(40), 상기 실내열교환기(50)를 순차적으로 거쳐서 상기 압축기(20)로 순환하는 제1냉매유로(P1)를 포함하는 한편, 상기 제1열교환기(30)와 상기 제1팽창밸브(40) 사이의 제1냉매유로(P1)에서 분기되어 상기 실내열교환기(50)와 상기 압축기(20) 사이의 제1냉매유로(P1)에 합류되는 제2냉매유로(P2)를 포함하고 있다.
상기 압축기(20)는 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)의 냉매를 압축하여 상대적으로 고온고압의 기체상태로 만들어주는 장치이다. 상기 압축기(20)의 출구측의 제1냉매유로(P1)상에는 유분리기(22)가 설치되어 있다. 상기 유분리기(22)는 상기 압축기(20)로부터 상기 냉매와 함께 배출되는 압축기(20)의 오일을 분리하여 다시 압축기(20)로 되돌려 보내는 장치이다.
상기 유분리기(22)의 출구측 제1냉매유로(P1)상에는 사방밸브(60)가 설치되어 있다. 상기 사방밸브(60)는 4방향의 유로중 특정 2방향으로 냉매의 유동이 가능하도록 선택적으로 냉매의 흐름의 방향을 선택할 수 있게 하는 장치이다. 통상적으로 냉동사이클과 히트펌프사이클의 경우에 냉매의 흐름을 바꾸어주도록 하기 위해 설치되어 있다. 본 실시예에서 상기 사방밸브(60)는 상기 압축기(20)에서 배출된 냉매를 후술하는 제1열교환기(30)로 흐르게 하는 유로 또는 후술하는 제2열교환기(65)로 흐르게 하는 유로를 선택적으로 개방할 수 있도록 하기 위한 장치이다. 상기 사방밸브(60)는 제어장치(미도시)에 의한 전자적인 신호로 냉매의 유동방향을 바꾸는 것이다.
상기 제1열교환기(30)는 그 내부의 냉매와 외부로부터 유입된 물 사이의 열교환을 행하게 하는 장치이다. 생활용수가 상기 제1열교환기(30)로 유입되어 그 제1열교환기(30)를 통과하는 냉매와 열교환을 행한 후, 그 제1열교환기(30)의 외부로 배출된다. 상기 제1열교환기(30)로부터 배출된 생활용수는 후술하는 제2열교환기(65)로 다시 유입될 수도 있고, 난방을 위한 난방수 또는 급탕을 위한 온수로 사용되거나, 히트펌프 사이클에 따라서는 냉수로 사용될 수 있다. 상기 제1열교환기(30)의 출구측 제1냉매유로(P1)상에는 드라이어(31)가 설치되어 있다. 상기 드라이어(31)는 상기 제1열교환기(30)를 통과한 냉매로부터 수분을 제거하기 위해 마련된 것이다. 상기 드라이어(31)의 출구측 제1냉매유로(P1)상에는 체크밸브(34)가 설치되어 있다. 상기 체크밸브(34)는 냉매의 흐름을 상기 제1열교환기(30)로부터 상기 제1팽창밸브(40)쪽으로만 흐를 수 있도록 하기 위해 설치된 것이다. 상기 체크밸브(34)의 출구측 제1냉매유로(P1)상에는 제1전자밸브(36)가 설치되어 있다. 상기 제1전자밸브(36)는 필요에 따라 상기 제1열교환기(30)로부터 상기 제1팽창밸브(40)쪽으로의 냉매의 흐름을 단속할 수 있도록 하기 위해 마련된 것이다.
상기 제1팽창밸브(40)는 그 내부의 냉매를 저온저압 상태로 팽창시키는 장치이다. 상기 제1팽창밸브(40)로 유입되는 냉매는 중온고압의 액체상태이며, 상기 제1팽창밸브(40)로부터 토출되는 냉매는 증발하기 쉬운 저온저압의 액체 상태가 된다.
상기 실내열교환기(50)는 그 내부의 냉매와 외부의 공기 사이의 열교환을 행 하게 하는 장치이다. 상기 실내열교환기(50)는 방과 같은 실내공간의 냉방을 위하여 설치된 것으로서 상기 실내공간으로부터 열을 상기 냉매로 전달하여 그 냉매를 기체상태로 변화시키며 동시에 실내공간의 온도를 낮추는 역할을 한다. 상기 실내열교환기(50)의 출구측 제1냉매유로(P1)상에는 체크밸브(35)가 설치되어 있다. 상기 체크밸브(35)는 냉매의 흐름을 상기 실내열교환기(50)로부터 상기 사방밸브(60)쪽으로만 허용하기 위해 설치된 것이다. 상기 실내열교환기(50)로부터 배출된 냉매가 상기 압축기(20)로 입력되는 제1냉매유로(P1)상에는 유액분리기가 설치되어 있다. 상기 유액분리기(55)는 상기 실내열교환기(50) 또는 후술하는 제2열교환기(65)에서 제대로 증발되지 않은 액체상태의 냉매를 분리하는 장치이다. 따라서 상기 유액분리기(55)에서는 기체상태의 냉매만이 분리되어 압축기(20)로 전달된다.
상기 제2열교환기(65)는 제2냉매유로(P2)상에 설치되어 있다. 상기 제2열교환기(65)는 상기 사방밸브(60)에 의해 선택적으로 상기 압축기(20)로부터 배출된 고온고압의 냉매가 흐르는 경우가 있으며, 한편, 상기 제1열교환기(30)를 통과한 냉매의 일부는 상기 제1팽창밸브(40)로 나머지 일부는 상기 제2열교환기(65)로 흐르는 경우도 있다. 전자는 난방을 위한 히트펌프 사이클에서 행해지며, 후자는 냉방을 위한 냉동사이클에서 행해진다. 상기 제2열교환기(65)와 상기 제1열교환기(30) 사이에는 2개의 제2냉매유로(P2)가 존재한다. 그 중 냉매의 흐름이 제1열교환기(30)로부터 상기 제2열교환기(65)로 흐르는 제2냉매유로(P2)상에는 제2전자밸브(37)와, 제2팽창밸브(41)가 설치되어 있다. 상기 제2전자밸브(37)는 냉동사이클인 경우에 상기 제1열교환기(30)로부터 상기 제2열교환기(65)로의 냉매의 흐름을 필요에 따라 단속할 수 있도록 하기 위해 마련된 것이다. 상기 제2팽창밸브(41)의 구조 및 기능은 상기 제1팽창밸브(40)와 동일하므로 상세한 서술은 생략하기로 한다.
상기 2개의 제2냉매유로(P2)중 나머지 하나는 냉매가 상기 제2열교환기(65)로부터 상기 제1열교환기(30)로 흐르는 유로이다. 이 유로에는 냉매의 흐름방향으로 순차적으로 드라이어(32), 제3전자밸브(38), 제3팽창밸브(42)가 설치되어 있다. 상기 드라이어(32)는 상기 제1냉매유로(P1)상에 설치된 것과 동일하므로 상세한 서술은 생략한다. 상기 제3전자밸브(38)는 상기 제2열교환기(65)로부터 상기 제2열교환기(65)로의 냉매의 흐름을 단속하기 위해 마련된 것이다. 상기 제3팽창밸브(42)는 상기 제1팽창밸브(40) 또는 제2팽창밸브(41)와 동일한 것이므로 상세한 서술은 생략하기로 한다.
상기 믹싱탱크(70)는 생활용수 또는 냉각수를 저장하며, 상기 제1열교환기(30)로 생활용수를 공급하기 위해 마련된 것이다. 상기 믹싱탱크(70)로부터 상기 제2열교환기(65)로 연결되는 배관상에는 제1삼방밸브(72)가 설치되어 있다. 상기 제1삼방밸브(72)는 상기 제1열교환기(30)에서 배출된 온수를 상기 믹싱탱크(70)로 보내지 않고 후술하는 저장탱크(75)로 보내기 위해 마련된 것이다. 상기 제1삼방밸브(72)와 상기 제1열교환기(30)사이의 배관에서는 냉수배출관(C1)이 분기된다. 상기 냉수배출관(C1)에는 솔레노이드밸브(74)가 설치되어 있다. 상기 냉수배출관(C1)은 냉수를 사용하는 경우에 그 냉수를 외부로 배출하기 위해 마련된 것이다. 상기 믹싱탱크(70)로부터 상기 제1열교환기(30)로 유입된 생활용수는 다시 상기 믹싱탱크(70)로 되돌려지거나 경우에 따라서는 상기 저장탱크(75)로 유입될 수 있다. 상기 믹싱탱크(70)로부터 상기 제1열교환기(30)로의 생활용수가 원활하게 공급될 수 있도록 하기 위하여 제1순환펌프(81)가 설치될 수 있다.
상기 저장탱크(75)는 온수급탕용 또는 실내의 난방을 위한 난방배관에 연결된 온수배출관(C2)에 연결되어 있는 동시에, 상기 제2열교환기(65)에 연결되어 있다. 상기 저장탱크(75)는 온수를 저장하기 위해 마련된 것이다. 상기 저장탱크(75)와 상기 제2열교환기(65) 사이에는 열교환을 위한 생활용수가 순환할 수 있는 배관이 연결되어 있다. 그 배관 상에는 제2삼방밸브(77)가 설치되어 상기 제2열교환기(65)를 통과한 물을 상기 믹싱탱크(70)로 보낼 것인지 아니면 상기 저장탱크(75)로 보낼 것인지를 선택할 수 있도록 할 수 있다. 상기 저장탱크(75)와 상기 믹싱탱크(70)와의 물이 서로 순환될 수 있도록 하기 위한 배관이 마련되어 있다. 상기 저장탱크(75)로부터 상기 제2열교환기(65)로의 생활용수가 원활하게 공급될 수 있도록 하기 위하여 제2순환펌프(82)가 설치될 수 있다. 또한, 실내난방을 위해 온수를 순환시킨 후 다시 저장탱크(75)로 돌아오는 배관 상에는 그 생활용수의 원활한 순환을 위해 제3순환펌프(83)가 설치될 수 있다. 상기 저장탱크(75)로부터 상기 믹싱탱크(70)로 연결되는 배관상에는 솔레노이드밸브(74)가 설치될 수 있다. 이 솔레노이드밸브(74)는 상기 저장탱크(75)로부터 상기 믹싱탱크(70)로의 온수의 공급을 선택적으로 단속할 수 있도록 하기 위해 마련된 것이다.
이하, 이러한 구성을 가지는 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예의 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)를 이용하여 냉방을 하는 과정과 난방을 하는 과정을 나누어 서술한다.
먼저, 도 2에는 상기 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)가 냉방을 하는 경우 냉매 및 물의 흐름을 화살표로 도시하고 있다. 도 2에서 실선으로 표시된 화살표는 냉매의 흐름을 나타내고, 파선으로 표시된 화살표는 물의 흐름을 나타내고 있다. 상기 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)의 냉매가 유동하면서 상변화 하는 것과 그 냉매의 작용을 상기 압축기(20)로 부터 상기 제1냉매유로(P1)와 상기 제2냉매유로(P2)를 따라 서술을 하기로 한다.
초기 냉매 및 생활용수의 순환 회로상 제1전자밸브 및 제2전자밸브는 개방된 상태이며, 제3전자밸브(38)는 폐쇄된 상태이며, 상기 사방밸브(60)는 상기 압축기(20)로부터 상기 제1열교환기(30)로 냉매가 유동하도록 개방된 상태에 있다.
상기 압축기(20)는 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 만들어주고, 상기 압축기(20)를 통과한 냉매는 상기 유분리기(22)에서 압축기(20)의 오일이 분리된다. 상기 유분리기(22)를 통과한 냉매는 상기 사방밸브(60)를 통하여 상기 제1열교환기(30)로 들어간다. 상기 제1열교환기(30)로 들어가는 냉매는 고온고압 기체상태이다.
한편 상기 믹싱탱크(70)로부터 20℃ 내지 25℃의 생활용수가 상기 제1열교환기(30)로 유입된다. 상기 제1열교환기(30) 내에서는 냉매와 물이 서로 열교환된다. 한편, 상기 제1열교환기(30)를 통과한 물은 온도가 높아져서 상기 제1삼방밸브(72)를 거쳐 상기 저장탱크(75)로 이동한다. 상기 제1열교환기(30)를 통과한 냉매는 온도가 낮아진 상태로 상기 드라이어(31)를 거치면서 수분이 제거되고 상기 체크밸브(34)를 거쳐 분기되어 일부는 상기 제1팽창밸브(40)로 유입되고 나머지는 상기 제2팽창밸브(41)로 유입된다. 상기 제1팽창밸브(40) 및 상기 제2팽창밸브(41)를 통과한 냉매는 저온저압의 액체상태가 된다. 상기 제1팽창밸브(40)에서 유출된 냉매는 상기 실내열교환기(50)로 유입되고 그 실내열교환기(50)내에서 실내공간인 공기중으로부터 열에너지를 전달받고, 상기 제1열교환기(30)를 통과한 냉매는 열을 흡수하여 기체상태가 되며, 실내공기의 온도는 낮아진다. 그 결과 상기 실내공간의 냉방효과를 얻을 수 있으며, 냉매는 상기 사방밸브(60)로 이동한다. 한편, 상기 제2팽창밸브(41)에서 유출된 냉매는 제2열교환기(65)로 유입되고, 그 제2열교환기(65) 내에서 상기 저장탱크(75)로부터 유입된 온수로부터 열에너지를 전달받아 기체상태로 변화되고, 상기 제2열교환기(65)에서 유출되는 물은 온도가 낮아지게 된다. 이와 같이 제2열교환기(65)에서 유출된 물은 냉수가 되므로 상기 제2삼방밸브(77)를 거쳐 상기 믹싱탱크(70)로 이동한다. 또한 상기 제2열교환기(65)에서 유출된 냉매는 상기 사방밸브(60)로 유입되어 거기에서 상기 실내열교환기(50)로부터 유출된 냉매와 합류하여 유액분리기(55)로 들어간다. 상기 유액분리기(55)에서 액체상태의 냉매가 분리되고 기체상태의 냉매만이 압축기(20)로 유입된다. 이와 같이 냉매가 1순환하게 되면 하나의 냉동사이클이 완성된다.
이와 같은 냉동사이클의 순환결과 상기 믹싱탱크(70)에는 온수가 저장되고, 상기 제2열교환기(65)를 통과 제2삼방밸브(77)를 거쳐 상기 믹싱탱크(70)로 냉수를 공급하여 냉각수 온도를 20℃ 내지 25℃로 유지 저장되고, 상기 저장탱크(75)에는 온수가 저장되며, 상기 실내공간은 냉방효과를 얻을 수 있게 된다. 또한, 상기 믹싱탱크(70)에 연결된 냉수배출관(C1)을 통해 냉수를 사용할 수 있고, 상기 저장탱크(75)에 연결된 온수배출관(C2)을 통해 온수를 사용할 수 있다.
이와 같은 냉동사이클에서 상기 압축기(20)로 유입되는 냉매가스는 실내공간 뿐만 아니라 상기 제2열교환기(65)를 통해 생활용수로부터 열에너지(20℃~25℃)를 공급 받으므로 냉매가스의 온도가 대기열원 또는 수열원에 의존하는 것보다 안정적이며 사계절 모두 동일하고 효율적인 성적계수를 얻을 수 있게 된다. 이와 같이 본 발명에 의한 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)의 냉동사이클에 있어서는 제2열교환기(65)에 의하여 상기 압축기(20)로 흡입되는 냉매를 안정적인 상태로 유지함으로써 상기 압축기(20)의 효율을 크게 높일 수 있고, 결과적으로 상기 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)의 효율이 현저하게 증가 되는 효과가 있다.
한편, 겨울철 등에 실내공간의 난방과 온수를 얻는 경우를 상기 냉동사이클과 같이 냉매 및 생활용수의 흐름을 따라 설명하기로 한다. 도 3에는 상기 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)가 난방을 하는 경우 냉매 및 물의 흐름을 화살표로 도시하고 있다. 도 3에서 실선으로 표시된 화살표는 냉매의 흐름을 나타내고, 파선으로 표시된 화살표는 물의 흐름을 나타내고 있다. 상기 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)의 냉매가 유동하면서 상변화 하는 것과 그 냉매의 작용을 상기 압축기(20)로부터 상기 제1냉매유로(P1)와 상기 제2냉매유로(P2)를 따라 서술을 하기로 한다.
초기 냉매 및 생활용수의 순환회로상 제1전자밸브 및 제2전자밸브는 폐쇄된 상태이며, 제3전자밸브(38)는 개방된 상태이며, 상기 사방밸브(60)는 상기 압축기(20)로부터 상기 제2열교환기(65)로 냉매가 유동하도록 개방된 상태에 있다.
상기 압축기(20)는 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 만들어주고, 상기 압축기(20)를 통과한 냉매는 상기 유분리기(22)에서 압축기(20)의 오일이 분리된다. 상기 유분리기(22)를 통과한 냉매는 상기 사방밸브(60)를 통하여 상기 제2열교환기(65)로 들어간다. 상기 제2열교환기(65)로 들어가는 냉매는 고온고압 기체상태이다.
한편 상기 저장탱크(75)로부터 30℃ 내지 35℃의 생활용수가 상기 제2열교환기(65)로 유입된다. 상기 제2열교환기(65) 내에서는 냉매와 물이 서로 열교환 된다. 한편, 상기 제2열교환기(65)를 통과한 물은 온도가 높아져서 상기 제2삼방밸브(77)를 거쳐 상기 저장탱크(75)로 이동한다. 상기 제2열교환기(65)를 통과한 냉매는 온도가 낮아진 상태로 상기 드라이어(32)를 거치면서 수분이 제거되고 상기 제3전자밸브(38)를 거쳐 상기 제3팽창밸브(42)로 유입된다. 상기 제3팽창밸브(42)에서 냉매는 단열팽창되어 저온저압 상태의 액체가 된다. 상기 제3팽창밸브(42)에서 유출된 냉매는 제1열교환기(30)로 유입된다. 상기 제1열교환기(30) 내로 유입된 저온저압의 냉매는 상기 믹싱탱크(70)로부터 공급되는 생활용수로부터 열에너지를 전달받아 기체상태로 변화된다. 그리고 상기 믹싱탱크(70)로부터 상기 제1열교환 기(30)로 유입된 물은 열에너지를 냉매에 전달하고 온도가 낮아진 상태로 상기 제1열교환기(30)에서 배출되어 상기 제1삼방밸브(72)를 거쳐 다시 상기 믹싱탱크(70)로 되돌려지거나 상기 냉수배출관(C1)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 상기 제1열교환기(30)에서 유출된 냉매는 상기 사방밸브(60)로 유입되고 다시 유액분리기(55)를 거쳐 기체상태의 냉매만이 상기 압축기(20)로 유입됨으로써 하나의 히트펌프 사이클이 완성된다.
이와 같은 히트펌프사이클의 순환결과 상기 믹싱탱크(70)에는 냉수가 저장되고, 상기 저장탱크(75)에는 온수가 저장되며, 제4전자밸브(39)를 통과 상기 믹싱탱크(70)로 온수를 공급하여 냉각수 온도가 30℃ 내지 35℃로 유지 저장되며, 상기 실내공간은 상기 저장탱크(75)에 저장된 온수를 순환시켜 난방효과를 얻을 수 있게 된다. 또한, 상기 저장탱크(75)에 연결된 온수배출관(C2)을 통해 온수를 사용할 수 있다.
이와 같은 히트펌프사이클에서 상기 압축기(20)로 유입되는 냉매가스는 상기 제1열교환기(30)를 통해 생활용수로부터 열에너지(30℃~35℃)를 공급받으므로 냉매가스의 온도가 대기열원 또는 수열원에 의존하는 것 보다 안정적이며 사계절 모두 동일하고 효율적인 성적계수를 얻을 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에 의한 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)의 히트펌프사이클에 있어서는 제1열교환기(30)에 의하여 상기 압축기(20)로 흡입되는 냉매를 안정적인 상태로 유지함으로써 상기 압축기(20)의 효율을 크게 높일 수 있고, 결과적으로 상기 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난 방 겸용 히트펌프식 가열장치(10)의 효율이 현저하게 증가 되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제1냉매유로(P1)와 상기 제2냉매유로(P2)가 만나는 지점에 설치되며, 상기 압축기(20)로부터 제1열교환기(30)로의 냉매유로와, 상기 압축기(20)로부터 상기 제2열교환기(65)로의 냉매유로 중 어느 하나를 선택적으로 개방하기 위한 사방밸브(60)를 포함하는 것으로 도시하였으나 상기 사방밸브(60)가 없더라도 상기 제1열교환기(30) 또는 제2열교환기(65)로의 냉매의 흐름을 선택적으로 개방할 수 있는 경우라면 본 발명의 범위에서 벗어나는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제1열교환기(30)로 공급하기 위한 물을 저장하는 믹싱탱크(70); 및 상기 제2열교환기(65)로 공급하기 위한 물을 저장하는 저장탱크(75);를 포함하는 것으로 도시하였으나 상기 믹싱탱크(70) 또는 상기 저장탱크(75)가 구비되지 않는 경우라도 상기 제1열교환기(30) 및 상기 제2열교환기(65)에 생활용수가 적절하게 공급될 수 있는 경우라면 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 믹싱탱크(70)의 물을 상기 제1열교환기(30)로 원활하게 공급하기 위해, 상기 믹싱탱크(70)와 상기 제1열교환기(30)를 연결하는 배관상에 설치되는 제1순환펌프(81); 및 상기 저장탱크(75)의 물을 상기 제2열교환기(65)로 원활하게 공급하기 위해, 상기 저장탱크(75)와 상기 제2열교환기(65)를 연결하는 배관상에 설치되는 제2순환펌프(82);를 포함하는 것으로 도시하였으나 상기 제1순환펌프(81) 또는 상기 제2순환펌프(82)가 포함되지 않는 경우라도 상기 배관상에 물의 흐름이 원활한 경우라면 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제1열교환기(30)에서 배출된 냉수를 생활용수로 사용하기 위한 냉수배출관(C1); 및 상기 제2열교환기(65)에서 배출된 온수를 생활용수로 사용하기 위한 온수배출관(C2);을 포함하는 것으로 도시하였으나, 상기 냉수배출관(C1) 또는 상기 온수배출관(C2)이 포함되지 않는 경우라도 상기 제1열교환기(30) 또는 제2열교환기(65)로부터 유출되는 물을 적절하게 사용할 수 있는 수단이 있는 경우라면 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시예가 구체화될 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치는 상술한 바와 같이 제1열교환기 또는 제2열교환기에 의하여 생활용수를 이용하여 상기 압축기로 흡입되는 냉매를 안정된 상태로 제어함으로써 상기 압축기의 효율을 크게 높일 수 있고, 결과적으로 상기 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치의 효율이 현저하게 증가 되는 효과가 있다. 또한 본 발명의 실시예에서와 같이 상기 믹싱탱크와 상기 저장탱크를 적절히 조합함으로써 냉수 또는 온수를 효과적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 냉매를 고온고압 상태로 압축하는 압축기와,
    상기 압축기로부터 유입된 냉매와 외부로부터 유입된 물 사이의 열교환을 행하게 하는 제1열교환기와,
    상기 제1열교환기로부터 유입된 냉매를 저온저압 상태로 팽창시키는 제1팽창밸브와,
    상기 제1팽창밸브로부터 유입된 냉매와 공기 사이의 열교환을 행하게 하는 실내열교환기와,
    상기 압축기와, 상기 제1열교환기와, 상기 제1팽창밸브와, 상기 실내열교환기를 차례로 접속시키는 제1냉매유로와,
    물을 상기 제1열교환기로 공급하여 그 제1열교환기 내의 냉매와 열교환되도록 한 후 그 제1열교환기의 외부로 배출시키기 위한 물 유동경로를 구비하는 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치에 있어서,
    상기 제1냉매유로 중 상기 제1열교환기와 상기 제1팽창밸브 사이의 유로에서 분기되어 상기 실내열교환기와 상기 압축기 사이의 유로에 합류되는 제2냉매유로 상에 설치되며, 외부로부터 유입된 물과 열교환을 행하는 제2열교환기를 포함하며,
    상기 제1냉매유로와 상기 제2냉매유로가 만나는 지점에 설치되며, 상기 압축기로부터 제1열교환기로의 냉매유로와, 상기 압축기로부터 상기 제2열교환기로의 냉매유로 중 어느 하나를 선택적으로 개방하기 위한 사방밸브를 포함하며,
    상기 제1열교환기로 공급하기 위한 물을 저장하는 믹싱탱크; 및
    상기 제2열교환기로 공급하기 위한 물을 저장하는 저장탱크;를 포함하며,
    상기 믹싱탱크와 상기 저장탱크의 물이 서로 혼합될 수 있는 것을 특징으로 하는 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 믹싱탱크의 물을 상기 제1열교환기로 원활하게 공급하기 위해, 상기 믹싱탱크와 상기 제1열교환기를 연결하는 배관상에 설치되는 제1순환펌프; 및
    상기 저장탱크의 물을 상기 제2열교환기로 원활하게 공급하기 위해, 상기 저장탱크와 상기 제2열교환기를 연결하는 배관상에 설치되는 제2순환펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환기에서 배출된 냉수를 생활용수로 사용하기 위한 냉수배출관; 및
    상기 제2열교환기에서 배출된 온수를 생활용수로 사용하기 위한 온수배출관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생활용수를 이용한 냉각수 순환 냉난방 겸용 히트펌프식 가열장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108534356A (zh) * 2018-04-13 2018-09-14 佛山市美肯冷热节能设备有限公司 一种能产生高温热水的热泵机组

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