KR100756240B1 - 냉난방 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 냉난방 시스템이 개시된다. 상기 냉난방 시스템은 집열판, 축열탱크, 버퍼탱크, 흡수식 냉동기, 증기압축식 히트펌프로 이루어진다. 상기 흡수식 냉동기는 축열탱크의 열을 이용하여 냉수를 내보낸다. 본 발명에 따른 냉난방 시스템은 냉방시 상기 흡수식 냉동기의 냉수를 냉각수로 이용하여 증기압축식 히트펌프의 냉방기능을 수행한다. 본 발명에 따른 냉난방 시스템은 난방시 축열탱크의 열을 이용하여 난방을 수행한다. 본 발명에 따른 냉난방 시스템은 흡수식 냉동기에서 나오는 냉수 및 축열탱크의 열을 채용하여 냉난방을 수행함으로써, 높은 효율의 냉난방을 수행할 수 있다.
흡수식 냉동기, 증기압축식 히트펌프

Description

냉난방 시스템{air cooling and heating system}
도 1은 본 발명의 제1 실시예인 냉난방 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예인 냉난방시스템의 개략적인 구성도이다.
본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 태양열을 이용한 흡수식냉동기에서 발생한 냉수를 이용하여 증기압축식 히트펌프의 냉방효율을 높이고 태양열로 가열한 물을 이용하여 증기압축식 히트펌프의 난방효율을 높일 수 있도록 한 것이다.
기존 증기압축식 히트펌프 냉난방 시스템은 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발의 일련의 과정을 거치는 냉방 사이클 시스템 배관내를 흐르는 냉매의 순환방향을 변경시켜주는 사방밸브를 채용하여 냉난방 시스템을 구동한다.
이때, 냉방모드에서 응축기의 온도를 하강시키기 위해서 높은 하절기의 외기를 사용하고 난방모드에서는 증발기의 온도를 상승시키기 위하서 별도의 에너지를 필요로 하는 보조열원을 사용하였다. 이는 냉난방시 많은 에너지 소모로 이어진다. 또한 에너지를 발생하기 위해 화석 연료의 사용은 환경오염 및 화석연료고갈 문제로 대두되어진다.
이에 화석연료의 의존도를 낮추고자 청정에너지인 태양열을 적용한 흡수식냉동기가 개발되고 있으나, 태양열의 낮은 열밀도로 인하여 현실적으로 효용성이 적다는게 문제점으로 대두되고 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 태양열을 이용한 흡수식 냉동기와 증기압축식 히트펌프를 일체화하여 냉방모드시 흡수식냉동기에서 발생하는 냉수를 냉각수로 이용, 증기압축식 히트펌프의 냉방효율을 높이는데 목적이 있다.
또한, 난방모드시 태양열을 열원으로 이용하여 증기압축식 히트펌프의 난방 효율을 높이는데 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 냉난방시스템은 태양집열판에서 집열된 열에 의하여 가열된 물을 저장하는 축열탱크와; 상기 축열탱크에 저장된 온수를 이용하여 냉수를 발생시키는 흡수식냉동기와; 상기 흡수식냉동기에 의하여 발생한 냉수를 저장하는 버퍼탱크와;
압축기, 냉·온수용 열교환기, 버퍼탱크 열교환기 및 팽창밸브로 구성된 증기압축 식 히트펌프를 포함하여 이루어지고,
상기 증기압축식 히트펌프의 냉방시, 상기 버퍼탱크에 저장된 냉수에 의하여 상기 버퍼탱크열교환기가 냉각되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 축열탱크와 상기 버퍼탱크사이에 순환 라인이 구비되고,
상기 버퍼탱크에 상기 축열탱크의 온수 또는 상기 흡수식 냉동기에 의하여 발생한 냉수를 선택적으로 저장하여, 상기 증기압축식 히트펌프의 난방시, 상기 버퍼탱크에 저장된 온수를 이용하여 상기 증기압축식 히트펌프의 버퍼탱크열교환기를 가열시키는 것이 바람직하다.
아울러, 증기압축식 히트펌프 냉난방 시스템은 태양집열판에서 집열된 열에 의하여 가열된 물을 저장하는 축열탱크와;
상기 축열탱크에 저장된 온수가 순환라인을 통하여 유입되어 저장되는 버퍼탱크와;
압축기, 냉·온수용 열교환기, 버퍼탱크 열교환기 및 팽창밸브로 구성된 증기압축식 히트펌프를 포함하여 이루어지고,
상기 증기압축식 히트펌프의 난방시, 상기 버퍼탱크에 저장된 온수에 의하여 상기 버퍼탱크열교환기가 가열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시 예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 실시 예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써,
본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예인 냉난방 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예인 냉난방시스템은 태양열집열판(10), 축열탱크(30), 흡수식 냉동기(60), 버퍼탱크(20) 및 증기 압축식 히트펌프(80)를 포함하여 이루어진다.
태양열을 이용한 상기 흡수식 냉동기(60)가 냉수를 만드는 과정은 다음과 같다.
상기 태양열 집열판(10)은 태양열을 집열하여 물을 가열하고, 상기 가열된 물은 상기 축열탱크(30)에 일시 저장된다.
상기 축열탱크(30)의 열을 이용하여 냉수를 만드는 상기 흡수식 냉동기(60)는 상기 축열탱크(30)의 열을 이용하여 수증기를 발생시키면서 흡수제(LiBr)수용액을 농축시키는 발생기(154), 상기 발생기(154)에서 발생된 수증기를 응축하는 응축기(160), 상기 응축기(160)에서 응축된 냉매가 증발하면서 냉수를 발생시키는 증발기(173) 및 상기 증발기(173)에서 발생한 증기를 흡수하는 흡수기(152)로 이루어진다.
상기 축열탱크(30)의 열을 이용하여 흡수식 냉동을 수행하는 흡수식 냉동기에 대한 설명은 이미 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
특히, 상기 흡수식 냉동기의 증발기(173)는 냉열을 발생하여 상기 버퍼 탱크(20)를 냉각한다.
상기 버퍼탱크(20)에는 물이 저장되고, 상기 증발기(173)내부와 연결되어 설치되는 제 1순환펌프(P1) 및 내부순환관(178)이 구비된다.
상기 버퍼탱크(20)에 저장된 물은 상기 제 1순환펌프(P1)가 상기 내부순환관(178) 내부로 물을 순환시키므로써, 상기 증발기(173)에서 증발된 냉열에 의해 냉각된다.
그리고, 상기 증기압축식 히트펌프(80)는 저온·저압의 건포화증기상태의 냉매를 고온·고압의 과열증기 상태의 냉매로 토출하는 압축기(170), 냉방 및 난방모드에 따라 냉매의 흐름을 바꾸어 주는 사방밸브(171), 상기 압축기(170)에서 토출하는 고온·고압의 냉매를 응축하고, 냉수가 저장된 상기 버퍼탱크(20)내에 설치되는 버퍼탱크열교환기(175), 상기 버퍼탱크열교환기(175)에서 응축된 냉매를 저온·저압의 냉매로 팽창시키는 팽창밸브(174), 상기 팽창밸브(174)에서 팽창된 저온·저압의 냉매가 증발하면서 외부로부터 순환된 온수의 온도를 빼앗아 냉수를 만드는 냉·온수용열교환기(176)로 이루어진다.
특히, 상기 버퍼탱크열교환기(175)는 상기 냉수가 저장된 버퍼탱크(20)내에 순환식으로 설치된다. 따라서, 상기 버퍼탱크열교환기(175)내에 흐르는 고온·고압의 냉매는 상기 버퍼탱크(20)에 저장된 냉수에 의해 냉각된다. 즉, 상기 버퍼탱크열교환기(175)에 흐르는 냉매는 상기 흡수식냉동기의 증발기(173)에서 발생된 냉열에 의해 냉각된 냉수에 의하여 온도가 하강한다.
그리고, 상기 버퍼탱크(20)의 용량은 상기 버퍼탱크열교환기(175)내에 흐르는 냉매의 온도를 하강시킬 수 있는 것이면 족하다.
따라서, 상기 흡수식 냉동기의 증발기(173)가 증발시키는 증발잠열에 의해 상기 버퍼탱크열교환기(175)에 흐르는 고온·고압의 냉매가 과냉각되고, 상기 과냉각된 냉매는 상기 냉·온수용열교환기(176)에서 증발되어 냉방을 수행하거나 또는 외부로부터 순환되는 냉방용 냉수와 열교환된다.
상기 버퍼탱크열교환기(175)에서 고온·고압의 냉매가 낮은 온도로 과냉각 될수록 상기 냉·온수용열교환기(176)에서 높은 냉방효과 뿐만 아니라 전력소비감소 효과도 얻을 수 있다.
장마철이나 일조량이 적을 때에는 도면으로 도시하지 않았으나 상기 버퍼탱크열교환기(175)의 온도를 낮추기 위해서 외기도입 냉각팬을 채용하여 상기 증기압축식 히트펌프(80)의 냉방효율을 높일 수도 있다.
또한, 태양열이 강한 여름에는 상기 흡수식 냉동기(60)의 증발기(173)에서 출력되는 냉각능력이 상승한다. 따라서, 태양열이 강한 여름에 냉각능력이 높아져 상기 증기압축식 히트펌프(80)의 효율을 더욱 높일 수 있다.
본 발명인 냉난방 시스템은 청정에너지인 태양열을 이용함으로써, 환경오염이 없으며, 화석에너지 및 전기에너지를 절약할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예인 냉난방시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예인 냉난방시스템은 제1 실시예와 달리 상기 축열탱크(30)와 상기 버퍼탱크(20)사이에 순환라인(166)이 더 구비되고, 상기 순환라인(166)에는 삼방밸브(168)와 제2 순환펌프(P2)가 구비된다.
상기 증기 압축식 히트펌프(80)가 난방모드일 때 상기 순환라인(166)의 상기 삼방밸브(168)는 상기 축열탱크(30)의 온수가 상기 순환라인(166)을 통해 상기 버퍼탱크(20)로 순환되도록 개방된다. 따라서, 상기 축열탱크(30)에서 가열된 물은 상기 제2 순환펌프(P2)의 펌프작용을 통해 상기 순환라인(166)에 흐르게 되면서, 상기 버퍼탱크(20)로 이동한다.
상기 삼방밸브(168)는 솔레노이드 밸브 등의 전자밸브를 사용하는 것이 바람직하며, 냉·난방모드에 따라 자동적으로 개폐된다.
상기 증기압축식 히트펌프(80)의 압축기(170)는 상기 사방밸브(171)의 난방모드에 따라 고온·고압의 냉매를 상기 냉·온수용열교환기(176)로 토출한다.
상기 냉·온수용열교환기(176)는 상기 압축기(170)로부터 토출된 고온·고압의 냉매를 이용하여 외부 난방장치에서 되돌아온 저온의 난방수를 가열하여 난방에 적합한 고온수를 만든다. 상기 압축기(170)에서 토출된 고온·고압의 냉매는 상기 냉·온수열교환기(176)와 열교환을 수행 후, 과냉액 상태로 상기 팽창밸브(174)로 보내진다. 상기 냉·온수용열교환기(176)에서 만들어진 고온수는 공기를 가열하여 난방할 수도 있다.
상기 팽창밸브(174)는 고온·고압의 냉매를 저온·저압으로 바꾸어 상기 버퍼탱크열교환기(175)로 보내져 증발하게 된다. 상기 버퍼탱크열교환기(175)에 흐르는 저온·저압의 냉매는 상기 버퍼탱크(20)내에 저장된 고온수의 열을 흡수하면서 건포화 증기 상태로 상기 압축기(170)로 이동한다. 상기 압축기(170)는 상기 버퍼 탱크열교환기(175)에서 이동한 건포화증기 상태의 냉매를 다시 고온·고압의 과열증기 상태로 냉매로 변환하여 상기 냉·온수용열교환기(176)로 토출한다.
특히, 상기 버퍼탱크열교환기(175)에 흐르는 냉매가 상기 버퍼탱크(20)내에 있는 태양열로 가열된 온수에 의하여 차가운 대기온도를 사용할 때 보다 용이하게 가열됨으로써, 상기 압축기(170)는 적은 동력으로 고온·고압의 냉매를 보다 쉽게 상기 냉·온수용교환기(176)로 공급할 수 있다.
즉, 상기 증기압축식 히트펌프(80)의 난방모드시 상기 압축기(170)의 효율이 높아짐에 따라 상기 압축기(170)에서 사용되는 전기 소모량이 감소된다.
또한, 난방열원으로 청정 태양열을 이용하여 가열된 물을 이용함으로써, 환경오염을 줄이고, 화석 에너지의 절감을 가져올 수 있다.
상기 증기압축식 히트펌프(80)의 난방모드시 태양열로 가열된 온수를 이용할 수 있는 상기 버퍼탱크(20)을 채용함으로써, 태양열을 적용하지 않을 때보다 20~50%의 에너지 절감 효과가 있다.
한편, 상기 증기압축식 히트펌프(80)가 냉방모드일 때 상기 삼방밸브(168)가 폐쇄되고, 상기 흡수식 냉동기(60)의 제1 밸브(163) 및 제2 밸브(164)가 개방되어 상기 버퍼탱크(20)를 냉각하게 된다.
그리고, 도면으로 도시하지 않았으나, 상기 흡수식냉동기(60)를 사용하지 않고 상기 축열탱크(30)와 상기 버퍼탱크(20)를 연결하는 상기 순환라인(166)을 구비 하여 상기 축열탱크(30)에 저장된 온수를 상기 버퍼탱크(20)로 순환시켜 상기 증기압축식 히트펌프(80)의 난방효율을 향상시킬 수 있음은 물론이다.
본 발명은 도면에 도시 된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 태양열을 이용한 흡수식 냉동기를 이용하여 증기압축식 히트펌프의 냉방모드시 응축압력을 낮추어줌으로써, 증기압축식 히트펌프의 냉동성능을 평균 20%~40%의 향상시킬 수 있다. 따라서, 냉난방 시스템의 냉방모드시, 증기압축식 히트펌프에서 소모되는 에너지 절약을 할 수 있다.
또한, 증기압축식 히트펌프의 난방모드시 태양열로 가열된 축열탱크의 물을 버퍼탱크에 순환시키므로써, 냉매의 증발압력이 상승시켜 태양열을 비적용시보다 20~50%의 에너지 절감효과가 있다. 따라서, 냉난방 시스템의 난방모드시, 증기압축식 히트펌프에서 소모되는 에너지를 절약할 수 있다.
태양열을 이용하여 흡수식냉동기와 증기압축식 히트펌프를 구동함으로써, 보다 효과적으로 태양열을 대체에너지로 사용하여 경제성을 높일 수 있다. 또한 화석 에너지를 사용했던 종래에 비해 매연에 의한 환경오염이 없어 대도시의 빌딩이나 주택 등에 청정 냉난방을 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 태양집열판에서 집열된 열에 의하여 가열된 물을 저장하는 축열탱크와;
    상기 축열탱크에 저장된 온수를 이용하여 냉수를 발생시키는 흡수식냉동기와;
    상기 흡수식냉동기에 의하여 발생한 냉수를 저장하는 버퍼탱크와;
    압축기, 냉·온수용 열교환기, 버퍼탱크 열교환기 및 팽창밸브로 구성된 증기압축식 히트펌프를 포함하여 이루어지고,
    상기 증기압축식 히트펌프의 냉방시, 상기 버퍼탱크에 저장된 냉수에 의하여 상기 버퍼탱크열교환기가 냉각되는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 축열탱크와 상기 버퍼탱크사이에 순환 라인이 구비되고,
    상기 버퍼탱크에 상기 축열탱크의 온수 또는 상기 흡수식 냉동기에 의하여 발생한 냉수를 선택적으로 저장하여, 상기 증기압축식 히트펌프의 난방시, 상기 버퍼탱크에 저장된 온수를 이용하여 상기 증기압축식 히트펌프의 버퍼탱크열교환기를 가열시키는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  3. 태양집열판에서 집열된 열에 의하여 가열된 물을 저장하는 축열탱크와;
    상기 축열탱크에 저장된 온수가 순환라인을 통하여 유입되어 저장되는 버퍼탱크와;
    압축기, 냉·온수용 열교환기, 버퍼탱크 열교환기 및 팽창밸브로 구성된 증기압축 식 히트펌프를 포함하여 이루어지고,
    상기 증기압축식 히트펌프의 난방시, 상기 버퍼탱크에 저장된 온수에 의하여 상기 버퍼탱크열교환기가 가열되는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
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