KR100865139B1 - Air-conditioning heat pump - Google Patents

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KR100865139B1 KR1020070073966A KR20070073966A KR100865139B1 KR 100865139 B1 KR100865139 B1 KR 100865139B1 KR 1020070073966 A KR1020070073966 A KR 1020070073966A KR 20070073966 A KR20070073966 A KR 20070073966A KR 100865139 B1 KR100865139 B1 KR 100865139B1
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전성배
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Abstract

A geothermal type cooling/heating heat pump having a dehumidification function is provided to enhance evaporation efficiency by dehumidifying air using hot water produced based on condensation of refrigerant and exchanging heat of the hot water and geothermal heat to obtain super cooled refrigerant. A geothermal type cooling/heating heat pump having a dehumidification function comprises a condenser(10), a first condenser(14), an expansion valve(16), and an evaporator(18). Refrigerant discharged from the compressor is transferred into the first condenser or the evaporator through a four way valve(20). A second condenser(22) is installed on a passage for connecting the first condenser to the four way valve. A three way valve(24) is installed on a passage for connecting the second condenser to the four way valve to selectively flow the refrigerant discharged from the compressor into the first condenser or the second condenser. A check valve is installed between the first condenser and the second condenser to prevent the refrigerant from being transferred from the first condenser to the second condenser. A hot water tank is installed on the second condenser.

Description

제습 지열원식 냉난방 히트펌프{Air-conditioning heat pump}Dehumidifying geothermal heat type air-conditioning heat pump {Air-conditioning heat pump}

본 발명은 지열원식 냉난방 히트펌프에 관한 것으로, 특히 냉방시 냉매로부터 1차의 응축열로 제습을 위한 온수를 얻을 수 있고, 2차로 지중열과 열교환시켜 과냉의 냉매를 얻어 증발효율을 향상시킨 제습 지열원식 냉난방 히트펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a geothermal source air-conditioning heat pump, and in particular, to obtain hot water for dehumidification by the first condensation heat from the refrigerant during cooling, and to dehumidify the geothermal heat source by improving the evaporation efficiency by obtaining a supercooled refrigerant by heat-exchanging with the underground heat in the second place. It relates to a heating and cooling heat pump.

일반적으로 사용되는 에너지원으로서 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석 연료를 이용하거나, 또는 핵연료를 이용하는 경우가 대부분이다.Most commonly used energy sources are fossil fuels such as coal, petroleum, natural gas, or nuclear fuels.

그러나 화석 연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 환경을 오염시키고, 핵연료는 수질오염 및 방사능과 같은 유해물질을 발생시키는 단점과 함께 이들 에너지원은 매장량의 한계가 있다.However, fossil fuels pollute the environment due to various pollutants generated during the combustion process, and nuclear fuel generates harmful substances such as water pollution and radioactivity, and these energy sources have a limited amount of reserves.

따라서 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 대체에너지 중에서도 풍력, 태양열, 지열 등과 같은 미활용 신ㆍ재생에너지에 관한 연구가 오래전부터 진행되어 실질적으로 이를 이용한 냉난방장치가 설치되어 사용되고 있는데, 이들 미활용 신ㆍ재생에너지는 환경오염의 저감 효과와 무한한 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있다. 하지만 상대적으로 에너지 밀도가 낮 은 결점으로 인하여 그 밀도를 높여 이용 가능한 형태로 변환하는 것이 미활용 신ㆍ재생에너지 이용 기술개발의 핵심 관건이라 할 수 있다.Therefore, in recent years, the development of alternative energy to replace this is actively progressing. Among these alternative energy, research on unutilized new and renewable energy such as wind, solar, geothermal, etc. has been conducted for a long time, and the air-conditioning system using this is actually installed and used. There is an advantage to get energy. However, due to the disadvantage of low energy density, increasing the density and converting it into a usable form can be said to be the key to developing unutilized renewable energy technology.

이러한 미활용 신ㆍ재생에너지 기술 중의 하나로 각광받고 있는 것이 지열을 열원으로 이용하여 냉난방을 행하는 히트펌프 시스템이 알려져 있다. 지열을 이용한 히트펌프 시스템은 온도가 10~20℃의 지중의 열을 회수하거나 지중으로 열을 배출할 수 있도록 지중에 고밀도폴리에틸렌 열교환기를 설치하여 히트펌프의 열원으로 사용하는 기술이다.One of the unutilized new and renewable energy technologies is known as a heat pump system for cooling and heating using geothermal heat as a heat source. Geothermal heat pump system is a technology that uses a high-density polyethylene heat exchanger in the ground to use the heat source of heat pump to recover the heat of the ground temperature of 10 ~ 20 ℃ or to discharge the heat into the ground.

지열을 이용한 히트펌프 시스템은 냉난방용 냉온열 생산용 히트펌프, 지중의 열 수송을 위한 지열열교환기루프와 히트펌프와 건물 부하의 완충 버퍼링 역할을 하는 축열냉조로 구성되어진다. 아울러 열수 수송을 위하여 열수순환펌프와 배관을 필요로 하며 그리고, 냉온열 수요처인 건물로의 냉온열공급을 위하여 건물 내 바닥 복사난방을 위한 바닥배관과 공기냉난방용 팬코일유닛트로 구성되어진다.The geothermal heat pump system consists of a heat pump for heating and cooling air conditioners, a geothermal heat exchanger loop for underground heat transport, and a heat storage cold storage tank that buffers heat pumps and building loads. In addition, the hot water circulation pump and piping are required for the transportation of hot water, and it is composed of a bottom pipe for radiant heating in the building and a fan coil unit for air cooling and heating to supply cold and hot heat to the building which is a hot and cold heat source.

히트펌프는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기와 4방향 전환밸브(4-way valve)로 구성되어진다. The heat pump consists of a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator and a 4-way valve.

난방기에서는 응축기에서 축열조와 응축기 사이의 순환수(열 싱크)로 열을 전달하여 순환수의 온도를 승온시키며, 반대로 증발기에서 지중 열교환기와 증발기 사이의 부동액열수(열소스)로부터 열을 받아 부동액열수의 온도를 감온시키는 작동을 하면서 사이클을 형성한다.In the heater, the heat is transferred from the condenser to the circulating water (heat sink) between the heat storage tank and the condenser to raise the temperature of the circulating water, and conversely, the evaporator receives heat from the antifreeze hydrothermal water (heat source) between the underground heat exchanger and the evaporator. A cycle is formed while operating to reduce the temperature.

이와 반대로 냉방기에서는 증발기에서 축냉조와 증발기 사이의 순환수(열소스)로부터 열을 빼앗아 순환수의 온도를 감온시키며, 반대로, 응축기에서 지중 열 교환기와 응축기 사이의 부동액열수(열 싱크)로 열을 전달하여 부동액열수의 온도를 승온시키는 작동을 하면서 사이클을 형성한다.On the contrary, in the air conditioner, the evaporator takes heat from the circulating water (heat source) between the cold storage tank and the evaporator to reduce the temperature of the circulating water, and conversely, heat is transferred from the condenser to the antifreeze hot water (heat sink) between the underground heat exchanger and the condenser. Transfer to form a cycle while operating to raise the temperature of the antifreeze hydrothermal water.

히트펌프의 사이클은 냉매 R22가 히트펌프 구성요소인 압축기-응축기-팽창밸브-증발기의 순으로 이동하면서, 압축기에서는 냉매를 압축하여 고온 고압의 가스로 변환하며, 응축기는 열교환기로서 고온고압가스에서 순환수(열싱크)로 열을 전달시켜 중온 고압의 상태로 변환되며, 팽창밸브는 교축현상에 의하여 중온 고압의 냉매 상태를 저온 저압의 상태로 변환한다. 그리고 증발기는 열교환기로서, 중온 저압 상태에서 열소스로부터 열을 받아 기상의 냉매를 유지하여 압축기로 유입된다. 사방밸브는 히트펌프의 냉난방 모드 전환을 위하여 사용되어지며, 난방모드에서 응축기와 증발기가 사방밸브의 모드 전환으로 인하여 냉방모드에서는 응축기가 증발기로 증발기가 응축기의 역할을 수행하게 된다.The cycle of the heat pump moves refrigerant R22 in the order of the compressor, condenser, expansion valve, and evaporator, which are the heat pump components, and the compressor compresses the refrigerant and converts it into a gas of high temperature and high pressure, and the condenser is a heat exchanger. The heat is transferred to the circulating water (heat sink) and converted to the medium temperature high pressure state, and the expansion valve converts the medium temperature high pressure refrigerant state into the low temperature low pressure state by the throttling phenomenon. The evaporator is a heat exchanger, receives heat from a heat source in a medium temperature low pressure state, maintains a refrigerant in a gas phase, and flows into a compressor. The four-way valve is used to change the heating and cooling mode of the heat pump. In the heating mode, the condenser and the evaporator are switched to the four-way valve mode.

축열(난방기 난방수 저장)조는 난방기에는 열순환루프 내에서 순환수가 순환하면서 응축기에서 열량을 흡열하여 이 열을 축열조에 저장시키는 역할과 건물 난방부하와 응축기 공급열량사이의 완충 버퍼 탱크의 역할을 수행한다.The heat storage (heater heating water storage) tank absorbs heat from the condenser while circulating the circulating water in the heat circulation loop and stores the heat in the heat storage tank, and serves as a buffer buffer tank between the heating load of the building and the heat supply of the condenser. do.

축냉(냉방기 냉방수 저장)조는 열순환루프내에는 순환수가 순환하면서 냉방기에는 증발기로 열량을 방출하므로 순환수의 온도가 감온된다. 이렇게 감온된 저온의 냉방수를 축냉조에 저장시키는 역할과 건물 냉방부하와 증발기 공급 냉열량 사이의 버퍼 탱크의 역할을 수행한다.The storage cooling (cooler cooling water storage) tank circulates the circulation water in the heat circulation loop and releases the heat amount to the evaporator in the cooling machine, thereby reducing the temperature of the circulation water. The cooling and cooling of the cooled low temperature in the cold storage tank and serves as a buffer tank between the building cooling load and the evaporator supply cooling heat.

지열루프 내에는 부동액이 순환하면서 난방기에는 지중으로부터 열을 흡열하여 이 열량을 증발기로 전달시키는 역할을 한다. 지열루프 내에는 부동액이 순환하 면서 냉방기에는 응축기에서 열량을 흡열하여 이 열을 지중으로 방출하는 역할을 수행한다.As the antifreeze circulates in the geothermal loop, the heater absorbs heat from the ground and transfers this amount of heat to the evaporator. As the antifreeze circulates in the geothermal loop, the cooler absorbs heat from the condenser and releases this heat into the ground.

건물(난방 부하)은 난방 배관 루프를 통하여 난방기에는 축열조의 온열원을 활용하여 건물로 난방수를 흘려 건물의 바닥난방(복사난방) 또는 팬코일유닛트(공기난방)와 같은 열교환기구를 통하여 건물에 에너지를 공급하고 상대적으로 감온된 난방수는 축열조로 다시 회수된다.The building (heating load) is supplied to the building through a heat exchange mechanism such as floor heating (radiation heating) or fan coil unit (air heating) by flowing heating water to the building by utilizing the heat source of the heat storage tank in the heater through the heating piping loop. The energized and relatively cooled heating water is returned to the heat storage tank.

건물(냉방 부하) 배관 냉방 배관 루프를 통하여 냉방기에는 축냉조의 냉열원을 활용하여 건물로 냉방수를 흘려 건물의 팬코일 유닛트(공기냉방)와 같은 열교환 기구를 통하여 건물에 냉열에너지를 공급하고 상대적으로 승온된 냉방수는 축냉조로 다시 회수된다.Building (Cooling Load) Pipe Cooling Through the piping loop, the cooler utilizes the cooling heat source of the refrigerating tank to flow cooling water into the building to supply cooling heat energy to the building through heat exchange mechanisms such as the building's fan coil units (air cooling). The cooling water heated up to is recovered again in the cold storage tank.

순환펌프는 지열루프와 히트펌프 사이의 부동액 순환 펌프, 히트펌프와 축열냉조 사이의 순환 펌프, 축열냉조와 건물 바닥난방 또는 팬코일유닛트 사이의 순환펌프로 구성되어진다. 일반적으로 히트펌프의 열원으로는 에어컨과 같이 대기 중에서 열을 얻거나 배출하는 공기열원방식, 냉각탑을 통해 열을 배출하는 수 열원 방식 등이 사용된다. 지열원을 이용하면 공기열원과 비교할 때 에너지 효율이 매우 높아지는 장점이 있다.The circulation pump is composed of an antifreeze circulation pump between the geothermal loop and the heat pump, a circulation pump between the heat pump and the heat storage cooling tank, and a circulation pump between the heat storage cooling tank and the building floor heating or the fan coil unit. In general, as a heat source of a heat pump, an air heat source method of obtaining or discharging heat in the air, such as an air conditioner, and a water heat source method of discharging heat through a cooling tower are used. The use of geothermal sources has the advantage that the energy efficiency is very high compared to air heat sources.

특히 사계절의 변화가 뚜렷한 지역의 연중 대기온도는 -20~40℃까지 큰 폭으로 변화하는데 반해, 지중온도는 지하 5m 이하의 경우 연중 10~20℃로 거의 일정하게 유지된다.In particular, the year-round air temperature in the areas where the four seasons are obviously changed greatly varies from -20 to 40 ℃, while the underground temperature is almost constant at 10-20 ℃ during the year below 5m underground.

따라서 여름철에 냉방을 하는 경우 공기열원의 온도는 30℃ 이상으로 냉방 열을 배출하기 위해 많은 전력이 소모되는 반면, 지열원은 10 ~ 20℃로 원활하게 열을 배출하므로 높은 효율을 나타낸다. 반대로 겨울철에 난방을 하는 경우 공기열원은 최하 -20℃의 온도로 난방에 필요한 열을 공급하기 어려운 반면 지중열원은 10 ~ 20℃로 높아 안정적으로 난방열을 히트펌프에 공급할 수 있다.Therefore, when cooling in summer, the temperature of the air heat source is consumed a lot of power to discharge the cooling heat to more than 30 ℃, geothermal source shows a high efficiency because the heat is smoothly discharged to 10 ~ 20 ℃. On the contrary, in the case of heating in winter, the air heat source is difficult to supply the heat required for heating at the lowest temperature of -20 ° C, while the underground heat source is 10 to 20 ° C, which can stably supply the heating heat to the heat pump.

이와 같은 지열을 이용한 히트펌프 시스템은 모든 냉난방기술 중에서 에너지효율이 가장 높은 것으로 알려져 있다. 따라서 에너지 자원이 부족하고 에너지 비용이 높은 상황에서 반드시 필요한 기술이라 할 수 있다.The geothermal heat pump system is known to have the highest energy efficiency among all air-conditioning technologies. Therefore, it is an essential technology in a situation where energy resources are scarce and energy costs are high.

이러한 지열원식 냉난방 히트펌프 시스템을 확대 보급하는 데 있어서 가장 큰 문제는 에너지공(천공) 시공에 따르는 막대한 초기비용에 있다.The biggest problem in the widespread deployment of geothermal heat-cooled heating and heat pump systems is the enormous initial cost of energy drilling.

지중 열교환기는 냉방이나 난방부하 중 큰 부하 쪽에 대응하여 설계되며, 현재 건물의 구조 및 환경에 따라 대부분 냉방부하가 난방부하보다 커서 대부분의 지열시스템은 냉방부하에 맞게 지중 열교환 면적을 설계하여 시공하고 있다.Underground heat exchangers are designed to cope with larger loads of cooling or heating loads. Currently, most cooling loads are larger than heating loads depending on the structure and environment of the building. Most geothermal systems are designed by constructing underground heat exchange areas according to cooling loads. .

지중 열교환을 하기 위하여 천공 및 그라우팅 등과 같은 공정이 필요하고 부하가 커지면 커질수록 거기에 따르는 초기비용도 증가할 수밖에 없다.In order to perform underground heat exchange, processes such as perforation and grouting are required, and as the load increases, the initial cost thereof also increases.

따라서 최근 미국과 유럽 등지에서는 천공비용을 줄이기 위해 냉방과 난방부하의 차이가 날 경우 냉각탑을 활용한 하이브리드 지열시스템 등을 도입 천공 수를 줄이고 있다.Therefore, recently, in the United States and Europe, in order to reduce the cost of drilling, the number of drilling is reduced by introducing a hybrid geothermal system using a cooling tower when there is a difference between cooling and heating loads.

건식 제습제를 이용한 건식제습공조 시스템이란 기존 산업용 시장에서 냉동창고나 화학공장, 건조시스템용으로 활용되던 건식제습장치를 일반 상업용 건물의 공기조화시스템에 응용하고 있는 시스템이다.Dry dehumidification and air conditioning system using dry dehumidifier is a system that applies the dry dehumidification system used for freezing warehouse, chemical plant and drying system in the existing industrial market to the air conditioning system of general commercial buildings.

최근 건물 내에서 보내는 시간이 많아지면서 여름철 냉방을 위하여 냉동기, 에어컨 등 냉방기기들이 건물에 적용되고 있다. 따라서 여름철 고온 다습한 외기는 환기를 위해 실내에 유입되고, 이때 냉동기 등과 외기가 열교환되면서 많은 응축수를 발생시키게 되고 이는 곰팡이, 박테리아 등의 서식 활동을 증가시켜 결국 건물 내 사람들의 건강을 해치게 되며, 이를 빌딩증후군이라 칭하고 있다.Recently, as time spent in buildings increases, cooling devices such as refrigerators and air conditioners have been applied to buildings for cooling in summer. Therefore, the hot and humid outdoor air in summer is introduced into the room for ventilation, and when the outdoor air is exchanged with the freezer, it generates a lot of condensed water, which increases the habitat activity of mold and bacteria, which in turn harms the health of people in the building. It is called building syndrome.

또한 각 국가별로도 사람들의 건강을 위해 많은 환기량과 환기횟수를 규정하고 있으나 이는 곧 기존 냉방장치용량의 증대와 에너지 비용의 상승을 초래하게 되어 그 실효를 거두지 못하고 있다.In addition, each country has provided a large amount of ventilation and the number of ventilation for the health of people, but this has resulted in an increase in the capacity of the existing air conditioner and an increase in energy costs.

따라서 최근 여름철 냉방을 위하여 공기 중의 습기와 온도를 분리하여 대응하는 냉방공조시스템이 미국, 유럽 등 선진국에서 활발히 적용되고 있다.Therefore, in recent years, air conditioning and air conditioning systems have been actively applied in advanced countries such as the US and Europe to separate the humidity and temperature in the air for cooling in summer.

이러한 건식제습을 위해서는 제습제를 지속적으로 재생시켜야하고 이는 제습 재생을 위한 열원비용을 발생시키게 된다. 따라서 제습재생을 위한 에너지 비용의 축소를 위해서 폐열을 활용하는 시스템이 활발히 연구되고 있다. Such dry dehumidification requires continuous regeneration of the dehumidifying agent, which incurs a heat source cost for the dehumidification regeneration. Therefore, in order to reduce energy costs for dehumidification and regeneration, systems using waste heat have been actively studied.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 지열원식 히트펌프 시스템의 냉방운전 시 지중 열교환 장치를 통해서 버리는 응축열을 활용하여 온수를 생산하고, 이 온수를 제습공조 시스템의 제습제 재생열원으로 활용할 수 있도록 한 제습 지열원식 냉난방 히트펌프를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to produce hot water by utilizing the condensation heat discarded through the ground heat exchanger during the cooling operation of the geothermal heat type heat pump system to solve the above problems, and utilize the hot water as a dehumidifying regenerative heat source of the dehumidification and air conditioning system. The purpose is to provide a dehumidified geothermal heat-cooled heating and heating pump.

이에 대한 전제는 기존 지열원 히트펌프의 냉난방 시스템의 효율을 손상시키지 않으면서 상기의 목적을 달성해야 한다. The premise to this is to achieve the above objectives without compromising the efficiency of the existing geothermal heat pump's heating and cooling system.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,Specific means of the present invention for achieving the above object,

압축기, 제1응축기, 팽창밸브 및 증발기가 구비되고, 상기 압축기에서 토출된 고온고압의 냉매의 흐름을 사방밸브를 통하여 상기 제1응축기 또는 증발기로 절환시킴에 따라 냉난방이 선택적으로 수행되는 히트펌프에 있어서,A compressor, a first condenser, an expansion valve, and an evaporator are provided, and a heat pump for selectively heating and cooling is performed by switching the flow of the high temperature and high pressure refrigerant discharged from the compressor to the first condenser or the evaporator through a four-way valve. In

상기 제1응축기와 상기 사방밸브를 연결하는 유로에 설치된 제2응축기와;A second condenser provided in a flow path connecting the first condenser and the four-way valve;

상기 제2응축기와 상기 사방밸브를 연결하는 유로에 설치되어 상기 압축기에서 토출된 냉매가 제1응축기 또는 제2응축기로 선택 흐름되게 하는 삼방밸브와;A three-way valve installed in a flow path connecting the second condenser and the four-way valve to selectively flow the refrigerant discharged from the compressor to the first condenser or the second condenser;

상기 제1응축기와 상기 제2응축기의 사이에 설치되어 제1응축기에서 제2응축기로의 냉매 흐름을 차단하는 체크밸브가 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.And a check valve installed between the first condenser and the second condenser to block a refrigerant flow from the first condenser to the second condenser.

또한 본 발명에 따르면,Also according to the invention,

상기 제2응축기에는 제습재생용 온수탱크가 더 연결되어 구성된 것을 특징으 로 한다.The second condenser is characterized in that the hot water tank for dehumidification and regeneration is further connected.

또한 본 발명에 따르면,Also according to the invention,

상기 제1응축기에는 지중열교환기가 더 연결되어 구성된 것을 특징으로 한다.The first condenser is characterized in that the ground heat exchanger is further connected.

본 발명에 따르면, 냉방운전 시 응축열을 이용한 온수 생산 지열원식 히트펌프 시스템은 2단 응축을 통한 지중 열교환 면적의 축소로 인한 초기투자비용 절감하고, 2단 응축을 통한 시스템 안정 및 냉방효율 상승을 꾀할 수 있고, 응축열을 활용한 온수로 건식제습제의 재생이 가능하고, 외기의 습기(잠열) 제거를 통한 냉방부하 감소와 습기제거를 통한 실내공기질을 강화(곰팡이, 박테리아 제거)시킬 수 있다.According to the present invention, the geothermal heat pump system for producing hot water using condensation heat during cooling operation reduces initial investment cost due to reduction of the ground heat exchange area through two-stage condensation, and stabilizes the system and increases cooling efficiency through two-stage condensation. It is possible to regenerate dry desiccant with hot water utilizing condensation heat, and to reduce cooling load by removing moisture (latent heat) of the outside air and strengthen indoor air quality (removal of mold and bacteria) by removing moisture.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 제습 지열원식 냉난방 히트펌프의 회로구성도로서 냉방 운전상태도 및 난방 운전상태도이고, 도 3은 본 발명에 따른 제습 지열원식 냉난방 히트펌프를 적용한 전체 시스템 구성도이다.1 and 2 is a circuit configuration diagram of a dehumidifying geothermal heat-type heating and cooling heat pump according to the present invention is a cooling operation state and a heating operation state diagram, Figure 3 is a diagram of the overall system configuration applying the dehumidifying geothermal heat-cooling heating and heating pump according to the present invention. to be.

본 발명은 도 1 및 도 2에서와 같이 압축기(10), 지중열교환기(12)와 연결된 제1응축기(14), 팽창밸브(16) 및 증발기(18)가 구비되고, 상기 압축기(10)에서 토출된 고온고압의 냉매의 흐름을 사방밸브(20)를 통하여 상기 제1응축기(14) 또는 증발기(18)로 절환시킴에 따라 냉난방이 선택적으로 수행되는 히트펌프(100)에 있어서, 상기 제1응축기(14)와 상기 사방밸브(20)를 연결하는 유로(1)에는 제2응축기(22)가 설치된다.1 and 2, the compressor 10, the first condenser 14 connected to the underground heat exchanger 12, the expansion valve 16 and the evaporator 18 is provided, the compressor 10 In the heat pump 100 in which the cooling and heating is selectively performed by switching the flow of the high temperature and high pressure refrigerant discharged from the first condenser 14 or the evaporator 18 through the four-way valve 20, The second condenser 22 is installed in the flow path 1 connecting the first condenser 14 and the four-way valve 20.

상기 제2응축기(22)와 상기 사방밸브(20)의 사이에는 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매를 제1응축기(14) 또는 제2응축기(22)로 선택적으로 흐름시키는 삼방밸브(24)가 설치된다.Three-way valve 24 for selectively flowing the refrigerant discharged from the compressor 10 to the first condenser 14 or the second condenser 22 between the second condenser 22 and the four-way valve 20 Is installed.

상기 제1응축기(14)와 상기 제2응축기(22)를 연결하는 유로(2)에는 제1응축기(14)에서 제2응축기(22)로의 냉매 흐름을 차단하는 체크밸브(26)가 설치된다.A check valve 26 is provided in the flow path 2 connecting the first condenser 14 and the second condenser 22 to block the refrigerant flow from the first condenser 14 to the second condenser 22. .

따라서 체크밸브(26)는 제2응축기(22)에서 제1응축기(14)로의 냉매 흐름만을 허용한다.The check valve 26 thus permits only refrigerant flow from the second condenser 22 to the first condenser 14.

한편, 상기 제2응축기(22)에는 도 3과 같이 제습재생용 온수탱크(28)가 연결되어 구성된다.On the other hand, the second condenser 22 is configured to be connected to the hot water tank 28 for dehumidification and regeneration as shown in FIG.

또한 상기 증발기(18)에는 도 3에서와 같이 냉온수용 버퍼 탱크(19)가 연결된다.In addition, the evaporator 18 is connected to the cold and hot water buffer tank 19 as shown in FIG.

미설명부호 '110'은 '냉온수 축열펌프'이고, '120'은 '열매체순환펌프'이고, '200'은 '제습기'이다.Reference numeral '110' is 'cold and hot water heat storage pump', '120' is 'heat medium circulation pump', '200' is 'dehumidifier'.

이와 같이 구성된 본 실시예의 작용을 운전 상태에 따라 설명한다.The operation of this embodiment configured as described above will be described according to the operating state.

<냉방운전시><At cooling operation>

냉방운전 시는 도 1의 냉매 흐름도를 따라 작동한다.In the cooling operation, the refrigerant operates in accordance with the flowchart of FIG. 1.

냉방운전시 삼방밸브(24)의 B포트가 열리고 A포트는 닫힘된 상태에서 압축 기(10)가 구동한다.During the cooling operation, the compressor 10 is driven while the B port of the three-way valve 24 is opened and the A port is closed.

압축기(10)에서 토출된 고온고안의 냉매(약 70℃)는 사방밸브(24)를 거쳐 A포트 방향으로 통과하여 제2응축기(22)로 공급된다. 제2응축기(22)에서 냉매는 제습재생용 온수탱크(28)측 제습제 재생용 온수와 열교환하여 1차 응축된다(이 때 온수의 온도는 최고 냉매의 온도까지 이를 수 있다).The high temperature high temperature refrigerant (about 70 ° C.) discharged from the compressor 10 passes through the four-way valve 24 in the direction of the A port and is supplied to the second condenser 22. In the second condenser 22, the refrigerant is first condensed by exchanging heat with the dehumidifying regeneration hot water for the dehumidification regeneration hot water tank 28 (the temperature of the hot water may reach the temperature of the highest refrigerant).

다음, 제2응축기(22)를 통과한 냉매는 제1응축기(14)로 공급되고, 제1응축기(14)에서는 지중열교환기(12)와 열교환하면서 2차 응축을 하게 된다.Next, the refrigerant passing through the second condenser 22 is supplied to the first condenser 14, and the first condenser 14 undergoes secondary condensation while exchanging heat with the underground heat exchanger 12.

이후 냉매는 팽창밸브(16)을 통해 팽창하고, 냉매가 증발기(18)에서 도 3에 도시된 냉온수용 버퍼탱크(19)의 냉수의 열을 흡열하여 냉수의 온도를 낮추고 기화 증발되어 압축기(10)로 들어간다.Since the refrigerant is expanded through the expansion valve 16, the refrigerant absorbs the heat of the cold water of the cold and hot water buffer tank 19 shown in Figure 3 in the evaporator 18 to lower the temperature of the cold water and vaporize evaporation to the compressor 10 Enter

<난방 운전시><Heating driving>

한편, 난방운전 시에는 도 2와 같이 삼방밸브(24)의 B포트가 열리고 A포트가 닫힌다.On the other hand, in the heating operation, port B of the three-way valve 24 is opened and port A is closed as shown in FIG. 2.

다음, 압축기(10)에서 토출된 고온고압의 냉매는 증발기(18)에서 응축되면서 열을 방출한다. 이 방출열은 버퍼탱크(19)의 온수를 가열시키고, 이후 팽창밸브(16)에서 응축 냉매가 팽창된다.Next, the high temperature and high pressure refrigerant discharged from the compressor 10 discharges heat while condensing in the evaporator 18. This discharge heat heats the hot water of the buffer tank 19, and then expands the condensation refrigerant in the expansion valve (16).

이때 제1응축기(14)와 연결된 지중 열교환기(12)로부터 열을 흡수하여 기화 증발한다.At this time, the heat is absorbed from the underground heat exchanger 12 connected to the first condenser 14 to evaporate.

기화 증발된 냉매는 삼방밸브(24)의 B포트로 유입된 후 압축기(10)로 들어간 다.The vaporized refrigerant is introduced into the B port of the three-way valve 24 and then enters the compressor 10.

여기서, 사방밸브(20)는 히트펌프의 냉난방 모드 전환을 위하여 사용되어지며, 냉방모드에서 제1응축기(16)와 증발기(18)는 각기 난방모드에서 증발기와 응축기로의 역할을 수행하게 된다.Here, the four-way valve 20 is used for switching the heating and cooling mode of the heat pump, the first condenser 16 and the evaporator 18 in the cooling mode to serve as the evaporator and condenser in the heating mode, respectively.

이같이 난방 운전시(겨울철)에는 저온저압의 냉매액이 지중열교환기(12)를 통해 지중의 열(약 15℃ 정도)과 열교환(증발기)하여 저온저압의 냉매증기 상태로 변환되고, 이는 압축기(10)를 통해 고온고압의 냉매증기로 전환, 증발기(열교환기)(18)에서 물과 열교환하여 온수를 생성하고 냉매는 팽장밸브(16)를 통해 다시 저온저압의 냉매액으로 변환되는 사이클을 반복하여 난방을 한다.As such, during the heating operation (winter season), the refrigerant liquid of low temperature and low pressure is exchanged with the heat (about 15 ° C.) of the ground through the underground heat exchanger (12) to convert into a refrigerant vapor state of low temperature and low pressure. 10) is converted into a refrigerant steam of high temperature and high pressure, heat exchange with water in the evaporator (heat exchanger) 18 to generate hot water, and the refrigerant is repeated to the refrigerant liquid of low temperature low pressure again through the expansion valve (16) To heat it.

또한 냉방운전 시(여름철)에는 난방운전과 반대 방향의 사이클을 진행하면서 고온의 냉매가 2단 응축 과정을 거치면서 제습재생용 온수탱크(28)의 온수와 지중에 열을 버리고 응축됨으로써 과냉이 유도되고, 물에서 열을 흡수(증발)함으로 이 냉수를 건물의 냉방에 활용하게 된다.In addition, during the cooling operation (summer season), the high-temperature refrigerant undergoes a two-stage condensation process while undergoing a cycle in the opposite direction to the heating operation. By absorbing (evaporating) heat from the water, the cold water is used to cool the building.

이같이 냉방운전시에는 2단 응축이 진행됨으로써 지중 열교환기(12)의 설치 면적의 축소가 가능하고, 이로 인한 천공, 그라우팅 등과 같은 공정과 지중 열교환기(12)의 수를 줄여 초기투자비용의 절감을 꾀할 수 있다.As such, during the cooling operation, the two-stage condensation proceeds, thereby reducing the installation area of the underground heat exchanger 12, thereby reducing the initial investment cost by reducing the number of underground heat exchangers 12 and processes such as drilling and grouting. Can be designed.

또한, 2단 응축을 통한 시스템 안정 및 냉방효율 상승을 기대할 수 있다.In addition, it is expected to increase the system stability and cooling efficiency through the two-stage condensation.

또한 제2응축기(22)에서 발생되는 응축열을 활용한 온수로 건식제습제의 재생이 가능하고, 외기의 습기(잠열) 제거로 냉방부하의 감소를 가져온다. 또한 여름철 냉방시 습기제거를 통해 곰팡이, 박테리아 제거가 이루어져 실내공기질을 쾌적 하게 강화시키게 된다.In addition, it is possible to regenerate the dry desiccant with hot water utilizing the heat of condensation generated in the second condenser 22, and to reduce the cooling load by removing moisture (latent heat) from the outside air. In addition, by removing moisture during cooling in summer, mold and bacteria are removed to enhance indoor air quality comfortably.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached in this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited to.

도 1은 본 발명에 따른 제습 지열원식 냉난방 히트펌프의 회로구성도로서 냉방 운전상태도.1 is a circuit configuration diagram of a dehumidifying geothermal heat source heating and cooling heat pump according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 제습 지열원식 냉난방 히트펌프의 회로구성도로서 난방 운전상태도.2 is a circuit configuration diagram of a dehumidifying geothermal heat source heating and cooling heat pump according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 제습 지열원식 냉난방 히트펌프를 적용한 전체 시스템 구성도.Figure 3 is an overall system configuration applying the dehumidifying geothermal heat source heating and cooling heat pump according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10: 응축기10: condenser

12: 지중열교환기12: underground heat exchanger

14: 제1응축기14: first condenser

16: 팽창밸브16: expansion valve

18: 증발기18: evaporator

20: 사방밸브20: Four-way valve

22: 제2응축기22: second condenser

19: 냉온수용 버퍼탱크19: Buffer tank for cold and hot water

28: 제습재생용 온수탱크28: hot water tank for dehumidification and regeneration

Claims (3)

삭제delete 압축기(10), 제1응축기(14), 팽창밸브(16) 및 증발기(18)가 구비되고, 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매의 흐름을 사방밸브(20)를 통하여 상기 제1응축기(14) 또는 증발기(18)로 절환시킴에 따라 냉난방이 선택적으로 수행되는 히트펌프에 있어서,The compressor 10, the first condenser 14, the expansion valve 16, and the evaporator 18 are provided, and the flow of the refrigerant discharged from the compressor 10 is passed through the four-way valve 20 to the first condenser ( 14) or in a heat pump in which air-conditioning is selectively performed by switching to the evaporator 18, 상기 제1응축기(14)와 상기 사방밸브(20)를 연결하는 유로에 설치된 제2응축기(22)와;A second condenser 22 installed in a flow path connecting the first condenser 14 and the four-way valve 20; 상기 제2응축기(22)와 상기 사방밸브(20)를 연결하는 유로에 설치되어 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매가 제1응축기(14) 또는 제2응축기(22)로 선택 흐름되게 하는 삼방밸브(24)와;Three-way installed in the flow path connecting the second condenser 22 and the four-way valve 20 to allow the refrigerant discharged from the compressor 10 to flow selectively to the first condenser 14 or the second condenser 22 A valve 24; 상기 제1응축기(14)와 상기 제2응축기(22)의 사이에 설치되어 제1응축기(14)에서 제2응축기(22)로의 냉매 흐름을 차단하는 체크밸브(26)를 포함하여 이루어지며,And a check valve 26 installed between the first condenser 14 and the second condenser 22 to block the refrigerant flow from the first condenser 14 to the second condenser 22. 상기 제2응축기(22)에는 제습재생용 온수탱크(28)가 더 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 제습 지열원식 냉난방 히트펌프.The second condenser 22 is a dehumidifying geothermal heat source heating and cooling heat pump, characterized in that the hot water tank 28 for dehumidification and regeneration. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1응축기(14)에는 지중열교환기(12)가 더 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 제습 지열원식 냉난방 히트펌프.The first condenser 14 is a dehumidifying geothermal heat source heating and cooling heat pump, characterized in that the ground heat exchanger 12 is further connected.
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