KR100848474B1 - 히터펌프 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉방 및 난방을 위하거나 냉수와 온수를 사용하기 위한 냉온수장치에 있어서 냉수사용시의 물측열교환기의 파손을 방지하고, 온수사용시의 공기측열교환기의 결로발생을 방지하여 장치의 보호는 물론이고 열효율을 증대시키기 위하여 물측열교환기에서 냉매와 물이 직접적인 열교환이 일어나지 않도록 완충매체에 의해 열전달이 이루어지게 하고, 공기측열교환기에 예열교환기가 설치된 히트펌프에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 물측열교환기와 압축기와 공기측열교환기와 팽창밸브가 냉매관로로 순차적으로 연결된 히트펌프에 있어서, 상기 물측열교환기는 완충매체가 순환하면서 냉매와 열교환되고, 열교환된 완충매체가 다시 물과 열교환되는 구조를 가지고; 상기 공기측열교환기에는 예열교환기가 설치되고, 상기 예열교환기는 물측열교환기를 지난 냉매의 일부가 순환되게 구성되어, 냉매의 열로써 대기를 예열한 후 공기측열교환기로 유입되게 구성된 히트펌프가 제공된다.

히트펌프, 물측열교환기, 공기측열교환기, 결로, 과냉

Description

히터펌프 장치{Heatpump system}

도 1은 본 발명의 냉방으로 기동될 때의 작동 상태도

도 2는 본 발명이 난방으로 기동될 때의 작동 상태도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 물측열교환기 2 : 압축기

3 : 공기측열교환기 4 : 팽창밸브

5 : 예열교환기 6 : 수액기

7 : 완충매체열교환기 8 : 예열탱크

본 발명은 히트펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉방 및 난방을 위하거나 냉수와 온수를 사용하기 위한 냉온수장치에 있어서 냉수사용시의 물측열교환기의 결빙으로 인한 파손을 방지하고, 온수사용시의 공기측열교환기의 결빙발생을 방지하여 장치의 보호는 물론이고 열효율을 증대시키기 위하여 물측열교환기에서 냉 매와 물이 직접적인 열교환이 일어나지 않도록 완충매체에 의해 열전달이 이루어지게 하고, 공기측열교환기에 예열교환기가 설치된 히트펌프에 관한 것이다.

히트펌프는 증발기의 역할을 하는 물측열교환기와, 압축기와, 응축기의 역할을 하는 공기측열교환기와, 응축기에서 액화한 냉매를 일시 저장하는 수액기와, 팽창밸브가 순차적으로 냉매관로에 연결되어 구성된다.

상기의 구성에서 냉방 또는 냉수를 위한 작동과, 난방 또는 온수를 위한 작동시의 냉매의 유동이 다르다. 즉 냉수 사용시에는 물측열교환기, 압축기, 공기측열교환기, 수액기, 팽창밸브, 물측열교환기의 순서로 순환되고, 온수 사용시는 물측열교환기, 수액기, 팽창밸브, 공기측열교환기, 압축기, 물측열교환기의 순으로 냉매가 순환된다.

상기에서 물측열교환기에서 고온 또는 저온의 냉매가 물과 열교환하고, 열교환된 물은 온수(난방) 또는 냉수(냉방)으로 사용된다. 특히 냉수(냉방) 사용으로 작동시에 물측열교환기에서 결빙의 문제가 발생하는 경우가 있는데, 냉수(냉방)으로 용량보다 적게 사용하는 경우 과냉된 상태가 되어 열교환기 관로가 결빙되어 파손되는 문제점이 있었다.

그리고 온수(난방)로 작동할 경우에는 공기측열교환기에의 냉매가 대기온도보다 낮아서 결로 현상의 발생에 의한 결로의 결빙현상 등으로 열효율이 저하되며, 결빙의 제상을 위한 압축기 작동 정지로 생산의 정지 등의 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 과냉에 의한 결빙파손을 방지하기 위하여 냉매와 물이 열교환되는 물측열교환기에 완충매체를 매개로 하여 냉매와 물이 열교환되는 구조를 제공하고, 공기측열교환기에는 고온의 냉매의 잔류열을 이용한 예열교환기를 설치하여 예열된 대기공기와 냉매가 열교환되도록 하여 결로, 결빙의 발생을 방지토록 한 히트펌프를 제공함에 있다.

이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 물측열교환기(1)와 압축기(2)와 공기측열교환기(3)와 팽창밸브(4)가 냉매관로로 순차적으로 연결된 히트펌프에 있어서, 상기 물측열교환기(1)는 완충매체가 순환하면서 냉매와 열교환하고, 열교환된 완충매체가 다시 물과 열교환하는 구조를 가짐을 특징으로 한다.

그리고 물측열교환기(1)와 압축기(2)와 공기측열교환기(3)와 팽창밸브(4)가 냉매관로로 순차적으로 연결된 히트펌프에 있어서, 상기 공기측열교환기(3)에는 예열교환기(5)가 설치되고, 상기 예열교환기(5)는 물측열교환기(1)를 지난 냉매의 일부가 순환되게 구성되어, 냉매의 열로써 대기를 예열한 후 공기측열교환기(3)로 유입되게 구성됨을 특징으로 한다.

또한 상기의 구성이 함께 가진 것으로, 물측열교환기(1)와 압축기(2)와 공기측열교환기(3)와 팽창밸브(4)가 냉매관로로 순차적으로 연결된 히트펌프에 있어서, 상기 물측열교환기(1)는 완충매체가 순환하면서 냉매와 열교환하고, 열교환된 완충매체가 다시 물과 열교환하는 구조를 가지고; 상기 공기측열교환기(3)에는 예열교환기(5)가 설치되고, 상기 예열교환기(5)는 물측열교환기(1)를 지난 냉매의 일부가 순환되게 구성되어, 냉매의 열로써 대기를 예열한 후 공기측열교환기(3)로 유입되게 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 가진 히트펌프는 냉수(냉방)로 기동되는 경우와, 온수(난방)으로 기동되는 경우로 나누어 설명하고자 한다.

도 1의 경우와 같이 냉수(냉방)로 작동시의 상태에서는 물측열교환기(1)에서 차가운 냉매와 물이 열교환 된다. 우선 압축기(2)는 물측열교환기(1)에서 증발한 냉매를 흡입압축하여 압력을 높여준다.

고온 압축된 냉매는 공기측열교환기(3)에서 응축되어 액화된다. 즉, 압축기(2)에서 나온 고온고압의 냉매는 응축기인 공기측열교환기(3)를 통과하는 동안 공기가 냉매의 열을 빼앗아 액화시키고 중온고압의 액체상태의 냉매로 만든다.

액화된 냉매는 수액기(6)에 일시 저장된다. 즉, 수액기(6)는 증발기의 역할을 하는 물측열교환기(1)에서 소요되는 만큼의 냉매만을 팽창밸브(4)로 보내주는 역할을 하게 된다. 팽창밸브(4)는 냉매의 압력을 낮추어 증발기인 물측열교환기(1)에서 증발이 쉽게 일어나도록 하는 역할이다.

상기의 관로를 따라 팽창밸브(4)를 통한 냉매는 물측열교환기(1)에서 물과 열교환이 이루어지고, 여기서 본 발명의 특징적인 구조를 가진다. 즉 종래의 경우는 냉매와 물이 직접적으로 열교환되는 구조였으나, 본 발명은 냉매와 물의 사이에 부동액과 같은 완충매체를 이용하여 열교환되는 구조이다. 즉, 물측열교환기(1)에 완충매체열교환기(7)를 설치하여, 완충매체열교환기(7)의 완충매체가 먼저 냉매와 열교환하고, 열교환된 완충매체가 다시 물과 열교환되는 2중 구조를 가진다.

따라서 온도차가 큰 냉매와 물의 열교환으로 인한 과냉의 경우 결빙으로 파손되는 종래의 문제를 해소하게 되는데, 이는 부동액과 같은 완충매체가 차가운 냉매와 먼저 열교환하는 구조에 의해 달성된다.

도 2는 온수(난방)로 작동시의 상태이다. 이 경우 냉매의 흐름은 상기와 반대 방향으로 흐르게 된다.

압축기(2)로부터 나온 고온의 냉매는 물측열교환기(1)에서 물에 열을 전달하고 나오게 된다. 그러나 물측열교환기(1)를 통해 나온 냉매는 물과의 열교환으로 온도가 낮아졌으나 고온의 상태를 유지하게 된다. 이러한 냉매의 잔류열을 공기측열교환기(3)로 보내 이용하는데 또 다른 특징을 가진다.

냉매의 관로상에 예열탱크(8)가 설치되고, 상기 예열탱크(8)로 냉매가 관통되어 흐르면서 예열탱크(8)로부터 예열교환기(5)로 순환하는 완충매체와 열교환된다. 즉, 예열탱크(8)에는 완충매체열교환기(7)에서 작동하는 완충매체가 냄매와 열교환하여 예열교환기(5)로 순환하는 구조이므로, 공기측열교환기(3)에 설치된 예열교환기(5)와 예열탱크(8)를 완충매체가 순환하는 관로가 설치된다.

따라서, 공기측열교환기(3)에서 외부공기는 예열교환기(5)를 통해서 유입되게 함으로써, 공기측열교환기(3)에서 고온의 냉매가 차가운 대기와 열교환되지 않게 된다. 즉 고온의 냉매는 예열교환기(5)에 의해 예열된 공기와 열교환됨으로써, 급격한 온도차에 의한 결로 및 결빙이 제한되거나 방지된다.

이와 같이 본 발명은 완충매체를 이용하여 냉매와 물이 열교환되게 구성되어 과냉에 의한 물측열교환기(1)의 파손을 방지하는 효과가 있고, 공기측열교환기(3)에 냉매의 잔류열을 이용한 예열교환기(5)를 설치함으로써 예열된 대기공기와 냉매가 열교환되어 결로 및 결빙의 발생을 방지하며, 따라서 결빙에 의한 압축기(2)의 고압부하가 방지되므로 지속적인 에너지를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 압축기(2)의 에너지 생산효율을 높일 수 있어 장비를 성에너지화 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 물측열교환기(1)와 압축기(2)와 공기측열교환기(3)와 팽창밸브(4)가 냉매관로로 순차적으로 연결된 히트펌프에 있어서, 상기 물측열교환기(1)에는 완충매체가 순환하면서 냉매와 열교환하고, 열교환된 완충매체가 다시 물과 열교환하는 완충매체열교환기(7)가 설치됨을 특징으로 하는 히트펌프.
2. 물측열교환기(1)와 압축기(2)와 공기측열교환기(3)와 팽창밸브(4)가 냉매관로로 순차적으로 연결된 히트펌프에 있어서, 상기 공기측열교환기(3)에는 예열교환기(5)가 설치되고, 상기 물측열교환기(1)에는 완충매체가 순환하면서 냉매와 열교환하고 열교환된 완충매체가 다시 물과 열교환하는 완충매체열교환기(7)가 설치되며, 물측열교환기(1)를 지난 냉매관로에 냉매와 완충매체가 열교환되는 예열탱크(8)가 설치되어, 예열탱크(8)에서 열교환된 완충매체가 예열교환기(5)로 순환되는 구조를 가짐을 특징으로 하는 히트펌프.

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