KR100849613B1

KR100849613B1 - 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식냉난방 장치

Info

Publication number: KR100849613B1
Application number: KR1020080007708A
Authority: KR
Inventors: 이대우
Original assignee: 이대우
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2008-07-31

Abstract

본 발명은 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉매를 실내 열교환기(400)와 실외 열교환기(300)를 양방향으로 순환할 수 있도록 하여 냉방과 난방을 선택적으로 실시할 수 있도록 하는 히트 펌프식 냉난방 시스템에 있어서, 상기 히트펌프 시스템을 순환하는 냉매를 전환하여 온수 열교환기(50)와 난방수 열교환기(51)를 통과시킬 수 있도록 구성하여, 히트 펌프식 냉난방 시스템에서 발생하는 폐열을 이용하여 온수의 급탕과, 바닥의 난방 및 냉수의 생성을 실시할 수 있도록 하며, 상기 온수와 바닥 난방의 난방수 및 바닥 난방용 열전달 배관을 가열하는 수단으로 히트 파이프(60, 61, 62)를 각각 적용하여 전체 냉난방 시스템의 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 할 뿐만 아니라, 온풍을 통한 실내 난방과 바닥의 난방을 동시에 할 수 있으며, 겨울철 가동이 원활하게 이루어지는 등의 특징이 있는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치에 관한 것이다.

솔레노이드 밸브, 히트 파이프, 압축기, 응축기, 열교환기, 다방향 밸브

Description

온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치{High effectiveness Heat Pump system that available water heating and floor heating}

본 발명은 냉매의 정, 역 사이클을 통하여 냉난방을 겸용으로 사용할 수 있도록 하는 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 히트펌프 시스템에서 발생되는 폐열을 이용하여 온수의 급탕 및 바닥의 난방을 할 수 있도록 함과 동시에 전체 히트펌프식 냉난방 시스템의 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 특징이 있는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치에 관한 것이다.

히트펌프 시스템은 압축기에서 나온 고온 고압의 냉매를 실외기를 통해 응축하여 열을 배출하고 응축된 냉매를 증발시켜 실내기에서 열교환하여 냉방 기능을 수행하며, 이에 상기 냉매의 흐름을 전환시키는 수단을 적용하여 냉매의 사이클을 역으로 진행시킴으로서 난방의 기능을 겸할 수 있도록 하는 장치로서, 최근에는 이러한 히트펌프 시스템의 냉매의 사이클을 이용하여 냉난방과 온수 또는 바닥 난방 을 동시에 사용할 수 있도록 하는 다양한 기술이 개발되어 다수 문헌에 게시되고 있다.

이러한 종래의 히트펌프 시스템을 이용한 온수 및 냉난방 장치를 살펴보면, 국내특허 공개번호 10-2005-0081768호 ‘냉방기의 응축열을 이용한 동시 난방과 온수 사용이 가능한 히트펌프 시스템’ 에서는 시스템의 냉방사용 시에도 온수열교환기에서 발생되는 응축열에 의해 발생되는 온수탱크의 응집열을 난방기에 공급함으로서, 간단한 설비로 냉난방과 온수를 사용할 수 있도록 하는 기술이 게시되어 있으며, 국내특허 공개번호 10-2005-0108032호의 ‘냉 온수 제조기능을 갖는 냉매 사이클 시스템’ 에서는 고온 및 저온 냉매와 물의 간접 열교환에 의해 온수 및 냉수를 제조하여 고온 및 저온 냉매의 열을 충분하게 이용할 수 있도록 하는 기술이 게시되어 있으며, 또한 국내특허 등록번호 10-0743137호의 ‘주택용 바닥 난방, 실내 냉방 및 동시 온수시스템’ 에서는 고온 고압의 압축가스를 바닥 난방 배관에 직접 공급하여 난방 시간을 단축하고 난방 효율을 증대시킬 수 있도록 하는 기술이 게시되어 있다.

상기한 종래기술 가운데 국내특허 공개번호 10-2005-0081768호 ‘냉방기의 응축열을 이용한 동시 난방과 온수 사용이 가능한 히트펌프 시스템’과, 공개번호 10-2005-0108032호의 ‘냉 온수 제조기능을 갖는 냉매 사이클 시스템’의 기술에서 는 히트펌프 시스템에 의하여 계절에 따라서 냉방과 난방을 겸용으로 사용하도록 하여, 냉방과 난방의 동시 사용이 불가능하고, 바닥을 난방하기 위한 구성은 제시되지 않고 있으며, 특히 국내특허 공개번호 10-2005-0081768호 ‘냉방기의 응축열을 이용한 동시 난방과 온수 사용이 가능한 히트펌프 시스템’ 의 경우에는, 압축기에서 가압된 작동유체를 응축기에서 냉각팬 가동을 통한 냉각수의 투입으로 응축함으로서 큰 에너지를 소비하게 되고, 고온의 열이 불필요하게 외부로 방출하게 되는 문제점이 있다.

그리고 국내특허 등록번호 10-0743137호의 ‘주택용 바닥 난방, 실내 냉방 및 동시 온수시스템’의 기술에서는 바닥 난방용 배관에 압축된 고온의 가스를 직접 통과하도록 구성함으로서 전체 시스템의 에너지 효율을 크게 떨어뜨리게 되는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출해낸 것으로서, 냉매를 압축시키는 압축기가 구비되고, 상기 압축기에서 압축된 고온 고압의 냉매가 냉난방 시스템의 실내 열교환기와 실외 열교환기로 순환 시킬 수 있도록 하는 제1냉매라인이 구비되며, 상기 제1냉매라인의 냉매의 흐르는 방향을 전환하여 실내 열교환기 또는 실외 열교환기로 각각 냉매를 공급할 수 있도록 하는 다방향 밸브를 구비하여, 상기 실내열교환기와 실외열교환기를 순환하는 냉매의 상변화에 의해 열을 흡수 또는 방출하여 냉방 및 난방을 행할 수 있도록 하는 히트펌프식 냉난방 시스템에 있어서, 상기 압축기에서 나온 고온 고압의 냉매를 통과시켜 물과 열교환 시켜 급탕함으로서, 온수로 사용할 수 있도록 하는 온수 열교환기와, 상기 온수 열교환기를 통해 가열된 온수를 저장하는 온수 탱크와, 상기 압축기에서 제1냉매라인을 통해 나온 냉매를 상기 온수 열교환기를 통과시켜 다방향 밸브로 순환시키는 제2냉매라인과, 상기 제1냉매라인과 제2냉매라인으로 흐르는 냉매의 흐름을 전환시킬 수 있도록 상기 제1냉매라인을 개폐하여 제어하는 제 1솔레노이드 밸브와, 상기 제2냉매라인을 개폐하여 제어하는 제2솔레노이드 밸브를 각각 구비하고, 상기 제2냉매라인으로부터 전환된 냉매를 공급받아 바닥 난방을 위한 난방수와 열 교환하여 가열하는 난방수 열교환기와, 상기 난방수 열교환기를 통해 가열된 난방수를 저장하는 난방수 탱크와, 상기 제2냉매라인의 냉매를 전환시켜 난방수 열교환기를 통과시켜 다방향 밸브로 순환시키는 제3냉매라인과, 상기 제3냉매라인의 일측에 구비되어 제3냉매라인의 일측에 구비되어 제3냉매라인을 개폐하여 난방수 열교환기로 유입되는 냉매를 선택적으로 절환시키도록 하는 제3솔레노이드밸브를 구비하며, 상기 난방수 탱크의 외부로 저장된 난방수를 순환시킬 수 있도록 하는 난방수 라인과, 상기 난방수 라인의 일측에서 각 방으로 난방수를 공급하도록 출구부를 형성하는 난방수 해더를 구비하며, 상기 난방수 헤터의 출구부에 각각 연결되어 가열된 난방수가 통과되도록 함으로서, 바닥 하부에 매설되어 일측이 연결되는 열전달 배관을 가열하여 바닥을 난방 시키는 히트파이프를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치가 제공된다.

본 발명에 의한 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치에 따르면 히트펌프 시스템을 통해 실내 냉방 또는 난방을 선택적으로 실시함과 동시에, 온수 급탕과, 바닥 난방을 동시에 할 수 있도록 하여, 실내 난방과 바닥의 난방을 동시에 수행할 수 있도록 하는 특출한 효과가 있으며, 상기 온수 급탕과 바닥 난방은 냉매 사이클에서 발생되는 폐열을 이용하도록 함으로서, 가정 또는 목욕탕, 숙방업소 등의 산업용 시설에 적용할 경우 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있도록 함은 물론 겨울철에서 난방의 가동이 원활하게 이루어지도록 하는 효과가 기대된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급탕 및 바닥 난방이 가능한 히트펌프 시스템을 구성을 나타낸 회로도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 온수 사용 시의 냉매의 흐름을 나타낸 회로도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 온수 및 바닥 난방 사용 시의 냉매 흐름을 나타낸 회로도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 온수 및 바닥 난방 사용의 냉매 흐름을 나타낸 회로도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 냉난방 시스템의 난방 가동 시에 냉수를 생성하는 냉매 흐름을 나타낸 회로도이고, 도 6은 본 발명의 도 다른 실시예에 의한 냉난방 시스템의 구성을 나타낸 회로도로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급탕 및 바닥 난방이 가능한 히트펌프식 냉난방 장치에 의하면, 도 1에서 도시한바와 같이, 제1냉매라인(10)과, 다방향 밸브(200)를 통해 냉매를 압축기(100)와 실내 열교환기(400) 및 실외 열교환기(300)를 순환시켜 냉난방을 행할 수 있도록 하는 일반적인 히트펌프 시스템의 냉난방 사이클이 구비되고, 상기 히트펌프 시스템의 냉난방 사이클에서 전환된 냉매를 통과시켜 물과 열교환 함으로서, 온수를 급탕하여 사용할 수 있도록 하는 온수 열교환기(50)와, 상기 온수 열교환기(50)를 통과한 냉매를 이용하여 바닥 난방을 시킬 수 있도록 하는 난방수 열교환기(51)로 대분 구성되어 진다.

우선, 상기 냉난방 사이클은 냉매를 고온 고압으로 압축하여 실내 열교환기(400) 또는 실외 열교환기(300)로 보내며, 상기 실내 열교환기(400)와 실외 열교환기(300)를 통과한 냉매를 다시 압축기(100)로 보내 하나의 사이클을 이루도록 순환시키는 제1냉매라인(10)을 구비하고, 상기 압축기(100)에서 나온 제1냉매라인(10)의 냉매를 냉방 또는 난방의 선택에 따라서, 실내 열교환기(400)나 실외 열교환기(300)로 방향을 전환시켜 보내도록 하는 다방향 밸브(200)가 구비되며, 상기 제1냉매라인(10)은 다방향 밸브(200)를 통해 일측은 실내 열교환기(400)로, 타측은 실외 열교환기(300)로 각각 냉매를 보낼 수 있도록 분리되어 각 라인이 실내 열교환기(400)와 실외 열교환기(300)를 순차적으로 통과하여 압축기(100)로 순환되도록 구성되어진다.

이에 본 발명에서는 상기한 냉난방 사이클을 이용하여 온수 급탕과 바닥의 난방을 동시에 수행할 수 있도록 하는 것으로서, 도 1에서 보는바와 같이, 상기 압축기(100)를 통해 고온 고압으로 압축된 냉매를 제1냉매라인(10)에서 온수 열교환기(50)로 보낼 수 있도록 하는 제2냉매라인(11)이 구비되고, 상기 제2냉매라인(11)을 통해 압축기(100)에 의해 압축된 고온 고압의 냉매와, 물을 통과시켜 열교환이 되도록 하여 온수를 급탕시키도록 하는 온수 열교환기(50)와, 상기 온수 열교환기(50)에 의해 급탕된 온수를 저장하는 온수 탱크(50a)가 구비되며, 상기 온수 열교환기(50)를 통과한 제2냉매라인(11)은 냉난방 사이클로 냉매를 보내 순환시킬 수 있도록 다방향 밸브(200)로 연결된다.

그리고 상기 압축기(100)에서 압축되어 제1냉매라인(10)으로 유입되는 냉매를 제2냉매라인(11)으로 보낼 수 있도록 제1냉매라인(10)의 다방향밸브(200) 입구측으로 구비되어 개폐토록 제어하는 제1솔레노이드 밸브(20)가 구비되며, 냉난방의 구동 시에는 상기 제2냉매라인(11)의 입구측으로 구비되어 유입되는 냉매를 개폐토록 함으로써, 제1냉매라인(10)으로 냉매를 보낼 수 있도록 하는 제2솔레노이드 밸브(21)가 구비된다.

또한 상기 압축기(100)에서 나온 냉매를 통과시켜 물과 열교환 되도록 하여 난방수를 급탕시키는 난방수 열교환기(51)를 더 구비하고, 상기 제2냉매라인(11)으로 흐르는 냉매를 전환시켜 상기 난방수 열교환기(51)를 통과시킨 후, 다방향 밸브(200)로 냉매를 보내도록 하는 제3냉매라인(12)이 구비되며, 상기 제3냉매라인(12)의 난방수 열교환기(51) 입구측에 구비되어 개폐토록 함으로써, 상기 제2냉매라인(11)에서 제3냉매라인(12)으로 유입되는 냉매를 유입 또는 차단할 수 있도록 제어하는 제3솔레노이드 밸브(22)가 구비된다.

그리고 상기 난방수 열교환기(51)에 의해 가열된 난방수를 저장할 수 있도록 하는 난방수 탱크(51a)와, 상기 난방수 탱크(51a)의 외부로 난방수를 순환시킬 수 있도록 하는 난방수 라인(30)과, 상기 난방수 라인(30)의 일측에서 난방 시킬 각 방으로 난방수를 공급하도록 다수의 출구부를 형성하는 난방수 해더(60a)를 구비하며, 상기 난방수 해더(60a)의 출구부에 각각 연결되어 가열된 난방수가 통과되도록 함으로서, 바닥 하부에 매설되어 일측이 연결되는 열전달 배관(60b)을 가열하여 난방 시키는 히트파이프(60)를 구비하여, 상기 히트파이프(60)를 통과한 난방수가 난방수 탱크(51a)로 다시 유입되어 순환되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 상기한 구성에 따르는 본 발명의 작동을 상세하게 설명하도록 하여 본 발명에 대한 이해를 더욱 높일 수 있도록 한다.

먼저, 본 발명의 히트펌프식 냉난방 장치에서 냉방 또는 난방으로만 사용할 경우, 도 1에서 보는바와 같이 압축기(100)를 통해 나오는 제1냉매라인(10)의 제1솔레노이드 밸브(20)가 개방되고, 제2냉매라인(11)을 개폐하는 제2솔레노이드 밸브(21)가 닫히도록 제어하여, 상기 압축기(100)에 의해 고온 고압으로 압축된 냉매가 제1냉매라인(10)을 따라 다방향 밸브(200)로 유입되도록 하며, 상기 다방향 밸브(200)에서 냉방 구동 시에는 실외 열교환기(300)로 냉매를 보내어 응축을 통해 열을 방출한 후, 팽창시켜 저온 저압의 냉매로 변환하여 실내 열교환기(400)로 보내며, 실내 열교환기(400)에서 냉매와 공기를 열교환 시켜 실내를 냉방 시킨 후 압축기(100)로 순환되어진다.

이때, 상기 난방수 열교환기(51)로 유입되는 냉매의 흐름을 개폐시키는 제3솔레노이드 밸브(22)는 닫힌 상태이며, 이를 후술될 바닥 난방의 구동 과정에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

한편, 난방의 구동 시에는 냉방 구동 시의 냉매 흐름 방향과 역방향으로, 상기 다방향 밸브(200)에서 실내 열교환기(400)로 냉매를 보내어 응축하여 발열시킴으로서, 실내를 난방 시키며, 상기 실내 열교환기(400)를 통과한 냉매를 실외 열교환기(300)로 유입하여 팽창 시킨 후, 압축기(100)로 순환한다.

여기서 상기 실내 열교환기(400)로 또 다른 사이클에 의해 순환되는 냉매를 추가 공급할 수 있도록 도 1 내지 도 6에서 보는바와 같이, 제2압축기(70)와, 제2다방향 밸브(71)와, 제2실외 열교환기(72)를 구비하고, 상기 제2압축기(70)와, 제2다방향 밸브(71)와, 제2실외 열교환기(72)를 연결하여 냉매가 순환되도록 하는 제7냉매라인(16)을 구비하여, 상기 실내 열교환기(400)에 추가 열원이 공급되도록 하는 하나의 냉매 사이클을 더 가지도록 구성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프식 냉난방 장치에서 온수 급탕을 사용할 경우에는, 도 2에서 보는바와 같이, 압축기(100)에서 나오는 제1냉매라인(10)의 제1솔레노이드 밸브(20)가 닫히고, 제2냉매라인(11)의 제2솔레노이드 밸브(21)가 열리도록 제어하여, 상기 압축기(100)를 통해 나온 고온 고압의 냉매가 제2냉매라인(11)을 따라서 온수 열교환기(50)를 통과한다.

이 경우에도, 바닥 난방은 가동하지 않기 때문에 상기 제3솔레노이드 밸 브(22)는 닫힌 상태이다.

이로서, 상기 온수 열교환기(50)를 통과하는 냉매가 물과 냉매가 열교환을 함으로서, 온수를 70~80℃로 급탕시켜 온수 탱크(50a)에 저장하며, 상기 온수 열교환기(50)를 통과한 냉매는 다방향 밸브(200)로 이동하여, 실내 열교환기(400) 또는 실외 열교환기(300)로 순환함으로서, 냉방 또는 난방을 수행하도록 한다.

바닥 난방의 경우에는 도 3에서 보는바와 같이, 압축기(100)를 통해 나온 냉매가 제3냉매라인(12)으로 유입될 수 있도록 제1솔레노이드 밸브(20)와, 제2솔레노이드 밸브(21)가 동시에 닫히게 되고, 상기 제3냉매라인(12)의 제3솔레노이드 밸브(22)가 열리도록 제어한다.

이로써, 제3냉매라인(12)으로 유입된 냉매가 난방수 열교환기(51)를 통과하면서 물과 열교환 하여 가열시킨 후, 제2냉매라인(11)과 합류하여 다방향 밸브(200)로 순환되고, 상기 난방수 열교환기(51)에서 가열된 난방수는 난방수 탱크(51a)에 저장되어 난방수 라인(30)을 통해 난방수 헤더(60a)로 공급된다.

그리고 상기 난방수 헤더(60a)에서는 출구 측에 연결된 각각의 방에 연결되는 히트 파이프(60)로 난방수를 통과시킨 후, 다시 난방수 탱크(51a)로 순환되도록 함으로서, 상기 히트파이프(60)에 일측이 연결되어 바닥에 매설되는 열전달 배관(60b)을 가열하여 바닥을 난방 시킨다.

참고로 상기 바닥 난방의 과정에서는 압축기(100)에서 나온 냉매가 제1솔레노이드 밸브(20)와 제2솔레노이드 밸브(21)를 모두 닫도록 제어하여 제3냉매라 인(12)을 통해 난방수 열교환기(51)로 유입되도록 하였으나, 상기에서 제2솔레노이드 밸브(21)를 개방할 경우, 압축기(100)를 나온 냉매가 상기 온수 열교환기(50)와 난방수 열교환기(51)로 냉매를 동시에 보내어 온수와 난방수가 동시에 생성될 수 있도록 할 수 있다.

즉, 상기 제1솔레노이드 밸브(20)를 차단한 상태에서, 제2솔레노이드 밸브(21)를 개방할 경우에는 온수 사용이 가능하며, 상기 제2솔레노이드 밸브(21)와 제3솔레노이드 밸브(22)를 동시에 열게 되면 온수와 난방이 동시에 가능하며, 상기 제2솔레노이드 밸브(21)를 차단하고 제3솔레노이드 밸브(22)를 열면 난방만 이용하도록 제어가 가능하다.

또한, 상기 바닥 난방용 히트파이프(60)는 난방수 헤더(60a)에 연결되는 각각의 입구측에 구비되어 상기 히트파이프(60)로 유입되는 난방수를 개폐하여 유입또는 차단하여 원하는 방의 바닥을 선택적으로 난방 시키도록 제어하는 솔레노이드 밸브(40)가 각각 구성될 수도 있다.

그리고 상기 온수 열교환기(50)와 난방수 열교환기(51)는 일측으로 통과하여 지나가는 냉매에 의해 자체 가열되어, 타측으로 공급되는 물을 가열하도록 하는 판형 열교환기를 적용하여 구성함이 바람직하다.

따라서 본 발명에 따르는 히트 펌프식 냉난방 장치에 의하면, 상기한 온수 급탕과 바닥 난방의 과정에서, 압축기(100)를 통과한 고온 고압의 냉매가 온수 열 교환기(50)와 난방수 열교환기(51)를 통과하면서 열을 일부 잃은 후, 다방향 밸브(200)를 통해 냉난방 시스템의 실외 열교환기(300)로 이동하여 응축됨으로서, 상기 실외 열교환기(300)에서 배출되는 폐열에 의한 에너지 손실을 크게 줄일 수가 있을 뿐만 아니라, 실외 열교환기(300)에서 응축팬 또는 냉각팬의 가동이 필요 없게 되어 전체 시스템의 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하며, 냉난방 시스템을 통해 실내를 난방 시킴과 동시에, 같은 공간 또는 다른 공간의 바닥 난방을 동시에 할 수 있도록 하는 것이다.

그리고 본 발명의 냉난방 시스템에 의한 온수와 난방수의 생성에 있어서, 도 4에서 도시한바와 같이, 상기 온수 탱크(50a)의 내부에 열전달체(61a)를 삽입하고, 제2솔레노이드(21)가 개방되어 제2냉매라인(11)으로 유입되는 냉매를 통과시켜 온수를 추가 급탕시킬 수 있도록 하는 제2히트 파이프(61)와, 상기 제2냉매라인(11)의 냉매를 상기 제2히트파이프(61)로 유입시켜 통과시킨 후, 제2냉매라인(11)으로 합류시켜 다방향밸브(200)로 순환시키는 제4냉매라인(13)이 구비되고, 상기 온수 열교환기(50)의 입구측에 구비되어 상기 제2솔레노이드밸브(21)의 개방에 의해 제2냉매라인(11)을 통해 온수 열교환기(50)로 유입되는 냉매를 차단하여 제4냉매라인(13)으로 절환시켜 제2히트파이프(61)로 보내도록 제어하는 제4솔레노이드밸브(23)와, 상기 제2히트파이프(61)의 입구측에 구비되어 상기 제4냉매라을(13)을 개폐하여 제2히트파이프(61)로 유입되는 냉매를 유입 또는 차단시킬 수 있도록 하는 제5솔레노이드밸브(24)를 각각 구성하여, 상기 온수 열교환기(50)가 과열될 시에는 제4솔레노이드밸브(23)를 닫음으로서 냉매를 제2히트파이프(61)로 보내 온수 탱크(50a)에 저장된 물을 가열할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한 도 4에서 도시한바와 같이, 상기 난방수 탱크(51a)도 마찬가지로 내부에 열전달체(62a)를 삽입하고, 제3냉매라인(12)의 냉매를 통과시켜 난방수를 가열할 수 있도록, 상기 열전달체(62a)를 연결하는 제3히트 파이프(62)를 구비하고, 상기 제3냉매라인(12)을 흐르는 냉매의 흐름을 전환하여 상기 제3히트파이프(62)로 보내어 통과시킨 후, 제3냉매라인(12)을 통해 제2냉매라인(11)으로 합류하여 다방향 밸브(200)로 냉매를 순환시키는 제5냉매라인(14)을 구비하고, 상기 제3냉매라인(12)을 개폐하여 냉매의 흐름을 제5냉매라인(14)으로 보낼 수 있도록 제어하는 제3솔레노이드 밸브(22)와, 상기 제3히트파이프(62)의 입구 측에서 냉매의 유입을 개폐할 수 있도록 하는 제6솔레노이드 밸브(25)를 각각 구성하여, 난방수 열교환기(51)의 과열 시에는 제3냉매라인(12)을 통해 유입되는 냉매를 차단하여 상기 제3히트파이프(62)로 냉매를 보냄으로서, 난방수 탱크(51a)에 저장된 물을 가열할 수 있도록 구성될 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 5 내지 도6에서 도시한바와 같이, 다방향 밸브(200)에서 실외열교환기(300)로 보내는 냉매를 전환하여 통과시킴으로서 물과 열교환 되도록 하여 냉수를 생성하도록 하는 냉수 열교환기(52)를 더 구비하고, 상기 제1냉매라인(10)의 냉매를 상기 냉수 열교환기(52)로 전환시키도록 하는 제6냉매라인(15)과, 상기 냉수 열교환기(52)로 유입되는 제6냉매라인(15)의 냉매를 저온 저압으로 팽창시키는 팽창기(500)를 구비하며, 상기 제1냉매라인(10)에서 제6냉매라인(15)으로 절환되는 후부에 구비되어 제1냉매라인(10)으로 유입되는 냉매를 개폐에 의해 차단하여 상기 제6냉매라인(15)으로 절환시킬 수 있도록 하는 제7솔레노이드밸브(26)와, 상기 제6냉매라인(15) 후부 일측에 구비되어 난방 구동 시, 상기 제6냉매라인(15)으로 유입되는 냉매를 개폐에 의하여 냉수 열교환기(52)로 보낼 수 있도록 하는 제9솔레노이드 밸브(28)와, 상기 제6냉매라인(15)의 입구측에 구비되어 냉매가 유입되는 것을 개폐하여 제1냉매라인(10)과 선택적으로 냉매를 절환 시키도록 하는 제8솔레노이드 밸브(27)가 구비되도록 구성될 수 있다.

즉 상기한 구성에 의한 냉수 생성의 과정에 의하면, 난방의 구동에서 도 5에서 도시한바와 같이, 다방향 밸브(200)에서 실내 열교환기(400)로 냉매를 보내어 이를 응축하여 발생되는 열로 실내를 난방하고, 상기 실내 열교환기(400)에서 실외 열교환기(300)로 보내는 냉매는 제7솔레노이드 밸브(26)를 차단하여 제6냉매라인(15)으로 유입시키며, 제8솔레노이드 밸브(27)를 개방하고 제9솔레노이드 밸브(28)를 차단하여 냉매가 팽창기(500)를 거친 후, 냉수 열교환기(52)를 통과한 후, 다방향 밸브(200)를 통해 압축기(100)로 순환 시킨다.

따라서 냉난방 사이클에서 발생되는 폐열을 통하여 냉수를 생성할 수 있도록 하는 것이다.

본 명세서에서 설명한 도면에서 사용한 도면부호 가운데, 미 설명된 도면부호 (31a)는 온수 열교환기(50)에 물을 공급하는 급수펌프이고, 도면부호 (32a)는 난방수 열교환기(51)에 물을 공급하는 급수펌프이며, (30a)는 난방수 라인(30)에 물을 공급하는 급수펌프이며, 도면부호 (31b)는 온수 탱크(50a)에 저장된 온수를 공급하여 사용할 수 있도록 하는 급수펌프를 나타낸다.

또한, 도 6에서 도시한바와 같이, 상기 제1냉매라인(10)의 압축기(100) 입구 측에 상기 압축기(100)로 유입되는 액체 상태의 냉매를 분리하여 기체 상태의 냉매만 압축기로 유입시키도록 하는 액분리기(700)를 구비하고, 상기 액분리기(700)의 후부에서 압축기(100)로 유입되는 냉매의 온도를 감지하는 제1온도감지기(701)와,상기 제1온도감지기(701)에서 감지한 냉매의 온도가 설정온도 이하로 내려갈 시, 다방향밸브(200)로 유입되는 제2냉매라인(11)의 냉매를 상기 액분리기(700)로 통과시키도록 하는 제8냉매라인(17)과, 상기 제1온도감지기(701)의 신호에 의해 상기 제2냉매라인(11)의 일측을 개폐하여 상기 제8냉매라인(17)으로 냉매를 절환시키도록 하는 제10솔레노이드밸브(702)를 각각 구비하도록 구성함으로써, 상기 제1냉매라인(10)에서 실내열교환기(400)와 실외열교환기(300)를 통과하여 압축기(100)로 유입되는 냉매를 상기 액분리기(700)에서 액체 상태의 냉매를 분리해내도록 할 시에, 냉매의 온도가 떨어져서 액체 상태의 냉매가 많아질 경우에는 상기 액분리기(700)를 통과한 냉매의 온도를 제1온도감지기(701)에서 측정하여 설정된 온도 이하에서는 상기 제10솔레노이드밸브(702)를 닫도록 제어하여 제2냉매라인(11)에서 다방향밸브(200)로 유입되는 고온의 냉매를 상기 제8냉매라인(17)을 통해 액분리기(700)로 통과시켜 상기 액분리기(700)에서 분리된 액체 상태의 냉매를 기화시켜 압축기(100)로 보낼 수 있도록 하고, 상기 액분리기(700)를 통과한 냉매를 다시 다방향밸브(200)로 순환되어지도록 함으로써, 겨울철 액분리기(700)의 액압축에 의한 손상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

한편, 겨울철에는 상기 실외열교환기(300)와 제2실외열교환기(72)에서 증발기 역할을 하다가 0℃ 이하가 되면 적상이 많이 되어 필요로 하는 난방 온도를 유지하기가 매우 힘들어지게 되므로, 상기 실외열교환기(300)와 제2실외열교환기(72)에 제2온제도감지기(703, 803)를 각각 설치하여 겨울철 난방 구동에서 설정된 저온의 온도 감지 시에는 다방향밸브(200)에서 고온의 냉매를 실외열교환기(300)로 역순환시켜 30초에서 2분 정도로 주기적으로 투입되도록 하여 강제 제상이 되도록 제어함으로써, 겨울철의 성애를 제거 할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하며, 상기 실외열교환기(300)와 제2실외열교환기(72)에 제3온도감지기(703, 803)를 구비하고, 한편, 겨울철에는 상기 실외열교환기(300)와 제2실외열교환기(72)에서 증발 상기 제3온도감지기(703, 803)에 설정된 범위에 해당하는 저온의 온도 감지 시에 상기 온수 탱크(50a)로부터 온수를 공급받을 수 있도록 하는 온수라인(50b)이 실외열교환기(300)를 경유하여 제2실외열교환기(72)를 순환하도록 연결되며, 상기 온수라인(50b)으로 공급되는 온수를 통과시켜 발열하여 성애를 제거할 수 있도록 하는 제4히트파이프(705)와 제5히트파이프(805)가 실외열교환기(300)와 제2실외열교환기(72)에 각각 연결되어 구성되어질 수도 있다.

여기서 상기 제4히트파이프(705)와 제5히트파이프(805)의 입구측에는 유입되는 온수(70~80℃)를 차단 또는 통과시킬 수 있도록 제어하는 제11솔레노이드(706)와 제12솔레노이드 밸브(806)를 각각 구성하도록 함이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 급탕 및 바닥 난방이 가능한 히트펌프 시스템을 구성을 나타낸 회로도

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 온수 사용 시의 냉매의 흐름을 나타낸 회로도

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 온수 및 바닥 난방 사용 시의 냉매 흐름을 나타낸 회로도

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 온수 및 바닥 난방 사용의 냉매 흐름을 나타낸 회로도

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 냉난방 시스템의 난방 가동 시에 냉수를 생성하는 냉매 흐름을 나타낸 회로도

도 6은 본 발명의 도 다른 실시예에 의한 냉난방 시스템의 구성을 나타낸 회로도

(도면 주요부호에 대한 설명)

100: 압축기 200: 다방향 밸브

300: 실외 열교환기 400: 실내 열교환기

10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17: 제1~8냉매라인

20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28: 제1~9솔레노이드 밸브

50: 온수 열교환기 51: 난방수 열교환기 52: 냉수 열교환기

60: 히트 파이프 61: 제2히트 파이프 62: 제3히트 파이프

60a: 난방수 해더 60b: 열전달 배관

70: 제2압축기 71: 제2다방향 밸브 72: 제2실외 열교환기

700: 액분리기 701: 제1온도감지기 702: 제10솔레노이드밸브

703, 803: 제2온도감지기 704, 804: 제3온도감지기

705: 제4히트파이프 805: 제5히트파이프

Claims

냉매를 압축시키는 압축기(100)가 구비되고, 상기 압축기(100)에서 압축된 고온 고압의 냉매가 냉난방 시스템의 실내 열교환기(400)와 실외 열교환기(300)로 순환 시킬 수 있도록 하는 제1냉매라인(10)이 구비되며, 상기 제1냉매라인(10)의 냉매의 흐르는 방향을 전환하여 실내 열교환기(400) 또는 실외 열교환기(300)로 각각 냉매를 공급할 수 있도록 하는 다방향 밸브(200)를 구비하여, 상기 실내열교환기(400)와 실외열교환기(300)를 순환하는 냉매의 상변화에 의해 열을 흡수 또는 방출하여 냉방 및 난방을 행할 수 있도록 하는 히트펌프식 냉난방 시스템에 있어서,

상기 압축기(100)를 통해 나온 냉매를 다른 순환루트를 통하여 다방향밸브(200)로 순환시키도록 하는 제 2냉매라인(11)을 구비하고, 상기 제1냉매라인(10)의 입구측에 구비되어 개폐토록 함으로써,유입되는 냉매를 차단하여 제2냉매라인(11)으로 절환시킬 수 있도록 하는 제1솔레노이드밸브(20)와, 상기 제2냉매라인(11)으로 유입된 냉매를 통과시켜 물과 열교환함으로서, 온수를 생성하는 온수열교환기(50)를 구비하며,

상기 제1솔레노이드밸브(20)의 차단에 의해 제2냉매라인(11)으로 유입되는 냉매를 절환시켜 또 다른 순환루트를 통하여 다방향밸브(200)로 순환시키도록 하는 제3냉매라인(12)을 더 구비하고, 상기 제2냉매라인(11)의 입구에 구비되어 개폐토록 함으로써, 냉매를 상기 제3냉매라인(12)으로 절환시킬 수 있도록 하는 제2솔레노이드밸브(21)와, 상기 제3냉매라인(12)으로 유입된 냉매를 통과시켜 물과 열교환하여 난방수를 가열하도록 하는 난방수 열교환기(51)를 구비하되,

상기 난방수 열교환기(51)에 의해 가열된 난방수를 순환시키는 난방수라인(30)을 구비하고, 상기 난방수라인(30)의 난방수를 히트파이프(60)를 통과시켜 상기 히트파이프(60)와 연결되어 바닥에 매설된 열전달배관(60b)을 가열함으로써 바닥을 난방시키도록 구성되는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치
제 1항에 있어서,

상기 제3냉매라인(12)의 일측에 구비되어 전기 신호에 의해 개폐를 제어함으로써 난방수 열교환기(51)로의 유입되는 냉매를 차단시킬 수 있도록 하는 제3솔레노이드밸브(22)가 구비되는 것을 특징으로 하는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치
제 1항에 있어서,

상기 난방수라인(30)으로부터 난방 시킬 각 방으로 난방수를 공급하도록 다수개의 출구부를 형성하는 난방수헤더(60a)를 구비하고, 상기 난방수 헤더(60a)의 출구부에 개별난방을 위한 열전달배관(60b)을 구비하는 히트파이프(60)를 각각 연결하여 구성되는 것을 특징으로 하는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치
제 3항에 있어서,

상기 난방수헤더(60a)와 히트파이프(60)사이에 각각 구비되어 상기 히트파이프(60)의 입구측을 개폐토록 함으로써, 상기 히트파이프(60)로 유입되는 난방수를 차단 또는 통과시켜 원하는 방의 바닥을 선택적으로 난방 시키도록 제어하는 솔레노이드밸브(40)가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치
제 4항에 있어서,

상기 온수 열교환기(50)를 통해 가열된 온수를 저장하는 온수탱크(50a)를 구비하고, 상기 온수탱크(50a)의 내부에 열전달체(61a)를 삽입하여 연결되는 제2히트파이프(61)를 구비하고, 상기 온수 열교환기(50)의 입구측의 제2냉매라인(11)으로 유입되는 냉매를 상기 제2히트파이프(61)로 보내어 가열토록 하는 제4냉매라인(13)과, 상기 제2냉매라인(11)의 온수열교환기(50) 입구측에 구비되어 개폐토록 하여 상기 제4냉매라인(13)으로 냉매를 절환시킬 수 있도록 하는 제4솔레노이드밸브(23) 및 상기 제2히트파이프(61)의 입구측에 구비되어 개폐토록 함으로써, 유입되는 냉매를 제2냉매라인(11)으로 선택적으로 절환시킬 수 있도록 하는 제5솔레노이드밸브(24)를 각각 구비하여 상기 온수탱크(50a)의 온수를 선택적으로 추가 가열할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 온수 급탕 및 바닥 난방에 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치
제 5항에 있어서,

상기 난방수 열교환기(51)를 통해 가열된 난방수를 저장하는 난방수탱크(51a)와, 상기 난방수 탱크(51a)의 내부에 열전달체(62a)를 삽입하여 연결되는 제3히트파이프(62)를 구비하고, 상기 난방수 열교환기(51)입구측의 제3솔레노이드밸브(22)의 차단 시, 제3냉매라인(12)의 냉매를 상기 제3히트파이프(62)를 통과시켜 다방향밸브(200)로 순환되도록 절환시키는 제5냉매라인(14)과, 상기 제5냉매라인(14)의 제3히트파이프(62) 입구측에 구비되어 개폐토록 하여 상기 제5냉매라인(14)으로 유입되는 냉매를 제3냉매라인(12)으로 선택적으로 절환시킬 수 있도록 하는 제6솔레노이드밸브(25)를 각각 구비함으로써, 난방수 탱크(51a)의 난방수를 선택적으로 추가 가열할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치
제 6항에 있어서,

상기 제1냉매라인(10)에서 다방향 밸브(200)를 통과하여 실외 열교환기(300)로 보내는 냉매를 절환시켜 다방향밸브(200)로 순환시키는 제6냉매라인(15)과, 상기 제1냉매라인(10)의 실외열교환기(300) 입구측에 구비되어 개폐토록 하여, 상기 실외열교환기(300)로 유입되는 냉매를 제6냉매라인(15)으로 절환시킬 수 있도록 하는 제7솔레노이드밸브(26)와, 상기 제7솔레노이드밸브(26)에 의해 절환된 제6냉매라인(15)의 냉매를 통과시켜 저온 저압으로 팽창시키는 팽창기(500)와, 상기 팽창기(500)를 통과한 냉매를 통과시켜 물과 열교환 함으로써 냉수를 생성하도록 하는 냉수 열교환기(52)를 구비하되,

상기 제6냉매라인(15)의 입구측에 구비되어 개폐토록 하여 냉매를 선택적으로 절환시키도록 하는 제8솔레노이드밸브(27)와, 상기 제6냉매라인(15)의 출구측에 구비되어 개폐시키도록 하는 제9솔레노이드밸브(28)를 각각 구비하여 난방 구동 시, 상기 냉수 열교환기(52)로 냉매를 선택적으로 유입시켜 냉수를 생성할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트펌프식 냉난방 장치
제 7항에 있어서,

상기 실내열교환기(400)로 또 다른 사이클에 의해 순환되는 냉매를 보낼 수 있도록 제2압축기(70)와, 제2다방향밸브(71)와, 제2실외열교환기(72)를 구비하며, 상기 제2압축기(70), 제2다방향밸브(71), 제2실외열교환기(72)를 연결하는 제7냉매라인(16)이 상기 실내열교환기(400)를 통과하도록 하는 냉매 사이클을 하나 더 가지는 것을 특징으로 하는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치
제 1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 제1냉매라인(10)의 압축기(100) 입구측에 액상의 냉매를 분리하여 기체상태의 냉매만 압축기(100)로 보내도록 하는 액분리기(700)가 구비되고, 상기 액분리기(700)의 출구측에 구비되어 상기 압축기(100)로 유입되는 냉매의 온도를 감지하는 제1온도감지기(701)와, 상기 제1온도감지기(701)에서 감지한 냉매의 온도가 설정온도 이하로 내려갈 시, 다방향밸브(200)로 유입되는 제2냉매라인(11)의 냉매를 상기 액분리기(700)로 통과시키는 제8냉매라인(17)과, 상기 제2냉매라인의 일측에 구비되어 개폐토록 하여 상기 제1온도감지기(701)의 신호에 의해 상기 제8냉매라인(17)으로 냉매를 절환시킬 수 있도록 하는 제10솔레노이드밸브(702)를 구비하는 것을 특징으로 하는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치
제 9항에 있어서,

상기 실외열교환기(300)와 제2실외열교환기(72)에 각각 제2온도감지기(703, 803)를 설치하여 겨울철 난방 구동에서 영하의 온도로 내려갈 시, 상기 다방향밸브(200)에서 고온의 냉매를 실외열교환기(300)로 주기적으로 역순환시켜 보내도록 하여 강제 제상을 시키도록 함으로써, 겨울철 실외열교환기(300)의 성애를 제거 할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 포함하는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치
제 10항에 있어서,

상기 실외열교환기(300)와 제2실외열교환기(72)에 제3온도감지기(704, 804)를 각각 구비하고, 상기 제3온도감지기(704, 804)에 설정된 범위에 해당하는 저온의 온도 감지 시에, 상기 온수 탱크(50a)로부터 온수를 공급받을 수 있도록 하는 온수라인(50b)이 실외열교환기(300)와 제2실외열교환기(72)를 경유하여 순환되도록 연결되며, 상기 온수라인(50b)으로 공급되는 온수를 통과시켜 발열함으로서, 성애를 제거할 수 있도록 하는 제4히트파이프(705)와, 제5히트파이프(805)가 상기 실외열교환기(300)와 제2실외열교환기(72)에 각각 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치
제 11항에 있어서,

상기 제4히트파이프(705)와 제5히트파이프(805)의 입구측에는 유입되는 온수(70~80℃)를 차단 또는 통과시킬 수 있도록 제어하는 제11솔레노이드(706)와 제12솔레노이드 밸브(806)를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 온수 급탕 및 바닥 난방이 가능한 고효율 히트 펌프식 냉난방 장치
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