KR100867619B1 - 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 관한 것으로서, 냉방장치 및 가온장치 사이에 별도의 히터펌프를 마련하여 하절기에 냉방장치의 가동시 히트펌프를 가동시켜 냉방장치의 냉방라인을 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환시키고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인에 히트펌프의 제2응축기를 통해 순환시킴으로써 냉방장치의 냉방라인을 따라 순환되는 냉방유체에 냉기를 더 가하고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인을 따라 순환되는 온수에 온기를 더 가하여 주며, 이로 인하여 냉방장치 및 가온장치에 걸리는 부하를 감소시켜 과부하를 미연에 방지하고 냉방을 수행하면서 온수를 얻을 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 대형건물에 각각 냉방장치와 가온장치를 포함하는 냉난방장치에 있어서, 냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제2압축기, 제2응축기, 제2팽창밸브 및 제2증발기가 또 하나의 사이클을 이루고 구성되는 히트펌프가 부가되며, 상기 히트펌프의 제2증발기에는 냉방장치의 제1증발기와 냉방을 하고자 하는 실내 및 히트펌프의 제2증발기를 통해 하나의 사이클을 이뤄 순환되도록 냉방장치의 냉방라인과 연결된 제1연결라인이 마련되고 상기 히트펌프의 제2응축기에는 가온장치의 급탕 및 난방탱크에서 히트펌프의 제2응축기를 통해 급탕 및 난방탱크로 순환시킬 수 있도록 제4순환펌프를 갖는 제2연결라인이 마련된 것을 특징으로 한다.

냉방장치, 가온장치, 히트펌프,

Description

히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치{Cooling/Heating and hot water supply system by using heat pump}

본 발명은 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수열교환방식의 냉방장치 및 가온장치 사이에 별도의 수열교환방식의 히트펌프를 마련하되 냉방장치의 냉방라인을 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환되게 마련하고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인이 히트펌프의 제2응축기를 통해 순환되는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 관한 것이다.

일반적으로, 대형건물은 냉난방을 위하여 냉방장치인 냉방기(냉동기 또는 에어컨디셔너)와 가온장치인 보일러가 설치되어 있어 하절기엔 냉방기를 가동시켜 냉방을 수행하고 동절기엔 보일러를 가동시켜 난방을 수행하고 있다.

상기 냉방장치는 냉매를 압축하는 압축기와, 이 압축기에 의해 압축된 가스냉매를 액상의 냉매로 응축시키는 응축기와, 이렇게 응축된 냉매를 팽창밸브를 통해 기화시켜 외부로부터 기화열을 흡수하도록 하는 증발기가 하나의 사이클을 이루 어 구성된다.

상기 응축기와 증발기는 물을 이용하여 열을 교환하는 수열교환방식이다. 다시 말해서, 상기 응축기는 쿨링타워를 통해 응축기 주위로 냉각라인을 통해 냉각수를 지속적으로 순환시켜 응축기를 통과하는 냉매를 응축시키고 있고, 상기 증발기는 냉방을 하고자 하는 실내의 팬 코일유닛으로부터 증발기에 이르기까지 냉방라인을 연결하여 냉수펌프로 순환시킴에 따라 실내를 소정온도로 냉방을 수행하고 있다. 이때, 냉방장치는 압축기와 쿨링타워가 가동될 때 큰 에너지원을 필요로 한다.

또한 상기 가온장치는 열원 즉 에너지원인 버너나 히터와, 상기 버너나 히터로부터 열을 공급받아 열교환하여 급수를 소정온도의 온수로 가온하기 위한 열교환기와, 상기 열교환기에 의해 데워진 온수를 저장하는 급탕 및 난방탱크로 구성된다.

상기와 같은 구성의 가온장치는 버너나 히터를 가동시키면 열교환기에서 차가운 냉수가 가열되어 소정온도로 된 온수를 얻게 되며 이렇게 얻은 온수를 급탕 및 난방탱크에 일시 저장하였다가 이를 급수관 상의 공급펌프를 가동시킴으로써 온수를 필요한 장소에 이르기까지 공급하거나 순환시키고 있다. 상기 가온장치는 히터가 가동되거나 버너가 가동될 때 에너지원인 전력 또는 유류를 필요로 한다.

상기와 같은 기존의 냉난방장치에 있어서는 냉방장치와 가온장치가 각각 별개로 상호간에 아무런 관련성 없이 가동되고 있기 때문에 하절기에 냉방을 위한 냉방장치를 가동함과 아울러 온수를 얻기 위한 가온장치 또한 가동시키고 있으며, 이로 인하여 냉방 및 가온장치의 가동을 위한 에너지원인 전력 및 유류소모가 가중될 수밖에 없고 결국에는 운영비에도 부담이 가중된다는 문제점이 있었다.

특히, 냉방장치와 가온장치는 외기와 냉난방을 하고자 하는 온도차이가 클수록 냉방장치의 압축기나 가온장치의 히터는 연속하여 지속적으로 가동될 수밖에 없으며, 이로 인하여 냉방장치의 압축기나 가온장치의 히터에 과부하가 걸려 냉난방장치의 고장을 불러일으키고 이렇게 냉난방장치가 고장이 나게 되면 수리기간동안 냉난방장치를 가동할 수 없음으로 인한 불편함과 수리비가 가중된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 폐단 및 문제점을 해결하기 위하여 연구개발한 것으로서, 수열교환방식의 냉방장치 및 가온장치 사이에 별도의 히트펌프를 마련하여 하절기에 냉방장치의 가동시 히트펌프를 가동시켜 냉방장치의 냉방라인을 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환시키고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인이 히트펌프의 제2응축기를 통해 순환시킴으로써 냉방장치의 냉방라인을 따라 순환되는 냉방유체에 냉기를 더 가하고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인을 따라 순환되는 온수에 온기를 더 가하여 주며, 이로 인하여 냉방장치 및 가온장치에 걸리는 부하를 감소시켜 과부하를 미연에 방지하고 냉방을 수행하면서 온수를 얻을 수 있는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치는 냉방부하가 적은 경우 냉방장치의 가동 없이 히트펌프의 가동만으로 냉방을 실시할 수도 있고, 히트펌프의 응축기에서 얻은 온수를 급탕 및 난방탱크로 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 냉방장치의 냉각라인을 히트펌프의 증발기를 통해 순환시킴으로써 봄철이나 가을철에 냉방장치의 가동이 필요 없으면서 가온장치의 가동 없이 히트펌프의 응축기를 통해 온수를 얻을 수 있으며, 상기 히트펌프의 응축기를 통해 얻은 온수는 급탕 및 난방탱크에 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있어 가온장치의 가동시간을 줄이거나 부하를 줄일 수 있는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉방장치의 냉방라인 또는 냉각라인에 선택적으로 히트펌프의 증발기를 통해 순환시킴으로써 냉방장치의 냉방라인을 따라 순환되는 냉방유체에 냉기를 더 가하거나 냉방장치의 냉각라인을 따라 순환되는 냉각유체를 효율적으로 냉각시킬 수 있음은 물론 냉방장치의 가동여부에 관계없이 냉방장치의 냉방라인 또는 냉각라인을 자유롭게 선택할 수 있는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 대형건물 등의 오폐수처리장을 순환하는 폐열회수라인을 부가하여 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환시킴으로써 겨울철에 냉방장치의 가동이 필요 없는 경우에도 가온장치의 가동 없이 히트펌프의 제2응축기를 통해 온수를 얻을 수 있으며, 상기 히트펌프의 제2응축기를 통해 얻은 온수는 급탕 및 난방탱크에 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있어 가온장치의 가동시간을 줄이 거나 부하를 줄일 수 있는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브 및 제1증발기가 하나의 사이클을 이루고 구성되며, 쿨링타워의 냉각라인이 상기 제1응축기를 통과해서 순환되게 마련되고 냉방을 하고자 하는 실내에 이르기까지 냉방라인이 상기 제1증발기를 통과해서 순환되게 마련되되 상기 냉각라인 및 냉방라인에는 그 내부의 유체를 순환시키기 위한 제1, 제2순환펌프가 마련된 냉방장치; 열교환기에 버너나 히터가 구비된 보일러가 마련되고 상기 열교환기에 의해 데워진 온수를 저장하는 급탕 및 난방탱크로 구성되며 상기 급탕 및 난방탱크 내의 물을 열교환기를 통해 지속적으로 순환시키기 위한 제3순환펌프가 구비된 가온장치를 포함하는 냉난방장치에 있어서, 냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제2압축기, 제2응축기, 제2팽창밸브 및 제2증발기가 또 하나의 사이클을 이루고 구성되는 히트펌프가 부가되며, 상기 히트펌프의 제2증발기에는 냉방유체(냉기)를 필요로 하는 냉방장치에 이르기까지 제1연결라인이 마련되고 상기 히트펌프의 제2응축기에는 가열유체(온기)를 필요로 하는 가온장치에 이르기까지 제2연결라인이 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 있어서, 상기 제1연결라인은 냉방장치의 제1증발기와 냉방을 하고자 하는 실내 및 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환되도록 냉방장치의 냉방라인과 연결된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 있어서, 상기 제1연결라인은 냉방장치의 제1응축기와 쿨링타워 및 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환되도록 냉방장치의 냉각라인과 연결된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수열교환방식 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 있어서, 상기 제1연결라인은 냉방장치의 냉방라인 및 냉각라인과 동시에 연결되고 상기 냉방장치의 냉방라인 또는 냉각라인에 히트펌프의 제2증발기에서 열 교환한 냉각유체가 선택적으로 하나의 사이클을 이루면서 순환되도록 제어하기 위한 밸브가 마련된 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 있어서, 상기 제1연결라인에는 히트펌프의 제2증발기에서 열교환한 냉각유체가 대형건물 등의 오폐수처리장을 순환하여 되돌아오는 폐열회수라인이 부가되고 상기 폐열회수라인에는 이 폐열회수라인으로 냉각유체가 흐름을 제어하기 위한 밸브 및 제5순환펌프가 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 있어서, 상기 제2연결라인은 가온장치의 급탕 및 난방탱크에서 히트펌프의 제2응축기를 통해 급탕 및 난방탱크로 순환시킬 수 있도록 제4순환펌프를 갖고 연결된것을 특징으로 한다.

본 발명은 수열교환방식의 냉방장치 및 난방장치 사이에 별도의 히트펌프를 마련하여 하절기에 냉방장치 가동시 히트펌프를 가동시켜 냉방장치의 냉방라인을 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환되게 마련하고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인이 히트펌프의 제2응축기를 통해 순환되게 마련함으로써 냉방장치의 냉방라인을 따라 순환되는 냉방유체에 냉기를 더 가하고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인을 따라 순환되는 온수에 온기를 더 가하여 주며, 이로 인하여 냉방장치 및 가온장치에 걸리는 부하를 감소시켜 과부하를 미연에 방지하고 냉방을 수행하면서 온수를 얻을 수 있는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 냉방부하가 적은 경우 냉방장치의 가동 없이 히트펌프의 가동만으로 냉방을 실시할 수도 있고, 히트펌프의 제2응축기에서 얻은 온수를 급탕 및 난방탱크로 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 냉방장치의 냉각라인을 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환시킴으로써 봄철이나 가을철에 냉방장치의 가동이 필요하지 않을 때 냉방장치의 가동 없이 히트펌프의 제2응축기를 통해 온수를 얻을 수 있으며, 상기 히트펌프의 제2응축기를 통해 얻은 온수는 급탕 및 난방탱크에 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있어 가온장치의 가동시간을 줄이거나 부하를 줄이는 효과가 있다.

본 발명은 냉방장치의 냉방라인 또는 냉각라인에 선택적으로 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환시킴으로써 냉방장치의 냉방라인을 따라 순환되는 냉각유체에 냉기를 더 가하거나 냉방장치의 냉각라인을 따라 순환되는 냉각유체를 효율적으로 냉각시킬 수 있음은 물론 냉방장치의 가동여부에 관계없이 냉방장치의 냉방라인 또 는 냉각라인을 자유롭게 선택할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명은 대형건물 등의 오폐수처리장을 순환하는 폐열회수라인을 부가하여 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환시킴으로써 겨울철에 냉방장치의 가동이 필요 없는 경우에도 가온장치의 가동 없이 히트펌프의 응축기를 통해 온수를 얻을 수 있으며, 상기 히트펌프의 응축기를 통해 얻은 온수는 급탕 및 난방탱크에 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있어 가온장치의 가동시간을 줄이거나 부하를 줄이는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 대하여 첨부 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하기로 한다.

도면에 나타낸 바와 같이, 기존의 대형건물에는 냉방장치(10)와 가온장치(20)가 각각 별도의 시스템으로 설치되어 있고 상기 냉방장치(10)와 가온장치(20)에 연계된 히트펌프(30)가 마련되되 상기 냉방장치(10)의 제1증발기(14)나 제1응축기(12)엔 냉기를 가하여 냉방장치(10)의 냉방부하라든가 제1응축기(12)의 냉각부하를 줄일 수 있고 상기 가온장치(20)의 급탕 및 난방탱크(24)에 온기를 가하여 가온장치(20)의 가온부하를 줄이거나 히터(22)의 가동시간을 줄일 수 있도록 마련된다.

상기 냉방장치(10)는 냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제1압축기(11), 제1응축기(12), 제1팽창밸브(13) 및 제1증 발기(14)가 하나의 사이클을 이루고 구성되며, 상기 제1응축기(12)의 냉매를 냉각시켜 응축시키기 위한 별도의 쿨링타워(15)가 마련되되 상기 제1응축기(12)에서 쿨링타워(15)에 이르기까지 냉각라인(15a)이 순환되게 마련되어 있고 상기 냉각라인(15a)에는 냉각라인(15a)상의 냉각유체를 순환시키면서 제어하기 위한 제1순환펌프(16)가 마련되어 있다.

상기 가온장치(20)는 열교환기(21)에 버너나 히터(22)가 구비된 보일러(23)가 마련되고 상기 열교환기(21)와 가열라인(24a)을 통해 연결되어 열교환기(23)에서 데워진 온수를 저장하는 급탕 및 난방탱크(24)로 구성되며, 상기 급탕 및 난방탱크(24)에는 난방 또는 급탕을 필요로 하는 실내(40)에 이르기까지 난방 또는 급탕라인(24b)이 연결되어 있고 급수원으로부터 급수를 공급받을 수 있는 급수라인(24c)이 연결되어 있다. 상기 가열라인(24a)에는 급탕 및 난방탱크(24) 내의 유체(물)를 열교환기(21)를 통해 다시 급탕 및 난방탱크(24)로 되돌아오도록 지속적으로 순환시키면서 제어하기 위한 제3순환펌프(25)가 마련되어 있다.

상기 히트펌프(30)는 냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제2압축기(31), 제2응축기(32), 제2팽창밸브(33) 및 제2증발기(34)가 또 하나의 사이클을 이루고 구성되어 있다.

상기 냉방장치(10)의 제1증발기(14)에는 이 제1증발기(14)에서 냉방을 하고자 하는 실내(40)를 통해 제1증발기(14)로 되돌아와 순환되는 냉방라인(14a)이 마련되되 실내(40)를 통과한 상기 냉방라인(14a)의 중간에서 히트펌프(30)의 제2증발기(34)를 통해 다시 냉방장치(10)의 제1증발기(14)에 이르기까지 냉방유체가 순환 되게 제1연결라인(34a)이 연결되어 있다. 상기 냉방라인(14a)에는 냉방라인(14a) 내의 냉방유체를 순환시키면서 냉방유체의 흐름을 제어하기 위한 제2순환펌프(17)가 마련되어 있다.

상기 히트펌프(30)의 제2응축기(32)와 가온장치(20)의 급탕 및 난방탱크(24) 사이에는 급탕 및 난방탱크(24)의 유체가 제2응축기(32)를 통해 급탕 및 난방탱크(24)에 이르기까지 제2연결라인(32a)이 연결되어 있고, 상기 제2연결라인(32a)에는 급탕 및 난방탱크(24) 내의 유체(물)를 흡입하여 제2응축기(32)를 통해 다시 급탕 및 난방탱크(24)로 공급하면서 유체의 흐름을 제어하기 위한 제4순환펌프(35)가 마련되어 있다.

상기와 같이 구성된 일 실시예의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 대한 동작을 상세하게 설명하여 본다.

외기가 더운 여름철에 냉방장치(10)를 가동시키면, 제1압축기(11)가 구동됨에 따라 냉매는 제1압축기(11)→제1응축기(12)→제1팽창밸브(13)→제1증발기(14)→제1압축기(11)를 통해 순환되는 사이클을 이룬다.

상기와 같은 사이클로 순환되는 냉매는 제1압축기(11)에 의해 압축되면서 고온고압으로 압축된 후 제1응축기(12)로 공급되므로 제1응축기(12)에선 냉매가 갖는 열을 발산하게 되며, 이와 동시에 쿨링타워(15)를 가동시키면서 냉각라인(15a)상의 제1순환펌프(16)를 가동시키면 냉각라인(15a) 내의 냉각유체가 냉각라인(15a)을 따라 지속적으로 이동된다. 이때, 냉각라인(15a) 내의 냉각유체는 쿨링타워(15)에 의해 냉각된 후 냉방장치(10)의 제1응축기(12)를 통해 다시 쿨링타워(15)로 되돌아오 는 과정이 지속적으로 이뤄지므로 제1응축기(12)의 냉매가 갖고 있는 열을 흡수하기 때문에 냉매를 냉각시켜 응축시키게 된다.

상기와 같이 제1응축기(12)에서 냉각되어 응축된 냉매는 제1팽창밸브(13)에서 저압으로 된 후 제1증발기(14)에서 기화되면서 외부의 열을 흡수하게 된다. 이때, 냉방라인(14a)상의 제2순환펌프(17)가 구동되므로 냉방라인(14a)과 제1연결라인(34a)을 따라 냉방유체가 이동되게 되며, 따라서 상기 냉방유체는 냉방장치(10)의 제1증발기(14)에서 냉각된 후 냉방라인(14a)을 따라 냉방을 하고자 하는 실내(40)로 이동되어 냉방을 수행하게 된다. 이렇게 냉방을 수행하면서 데워진 냉방유체는 제1연결라인(34a)상에 설치된 히트펌프(30)의 제2증발기(34)를 거쳐 다시 냉방장치(10)의 제1증발기(14)로 되돌아오는 과정을 지속적으로 행하면서 순환되게 된다.

상기 냉방장치(10)의 제1증발기(14)에서 기화되면서 냉방라인(14a)의 냉방유체로부터 열을 빼앗은 저압냉매는 제1압축기(11)에 의해 흡입 압축되어 고온고압으로 되며 이렇게 고온고압으로 압축된 냉매는 상기에서 설명하였듯이 제1응축기(12)→제1팽창밸브(13)→제1증발기(14)로 계속하여 순환된다.

상기 냉방장치(10)를 가동하는 여름철에도 샤워, 목욕 등을 할 수 있도록 가온장치(20)를 가동시킬 수 있다. 상기 가온장치(20)를 가동시키면 히터(22)에 전원이 인가되면서 열교환기(21) 내의 유체(냉수)가 가열되어 소정온도로 된 온수를 얻게 되며 이렇게 얻은 온수는 가열라인(24a)상의 제3순환펌프(25)가 가동됨으로써 급탕 및 난방탱크(24)로 공급되어 일시 저장되고 상기 급탕 및 난방탱크(24)의 온 수를 난방 또는 급탕을 필요로 하는 실내에 이르기까지 연결된 난방 또는 급탕라인(24b)으로 공급한다.

상기에서 설명한 바와 같이 냉방장치(10)와 가온장치(20)를 각각 별도로 가동시킬 수 있고 이와 동시에 히트펌프(30)를 가동시킬 수도 있다. 상기 냉방, 가온장치(10,20)와 함께 히트펌프(30)를 가동시키면 냉방장치(10)를 가동시킬 때와 마찬가지로, 히트펌프(30) 또한 제2압축기(31)가 구동됨에 따라 냉매는 제2압축기(31)→제2응축기(32)→제2팽창밸브(33)→제2증발기(34)→제2압축기(31)를 통해 순환되는 사이클을 이룬다.

상기와 같은 사이클로 순환되는 냉매는 제2압축기(31)에 의해 압축되면서 고온고압으로 압축된 후 제2응축기(32)로 공급되므로 제2응축기(32)에선 냉매가 갖는 열을 발산하여 응축되게 되며, 상기 제2응축기(32)에서 응축된 냉매는 제2팽창밸브(33)에서 저압으로 된 후 제2증발기(34)에서 기화되면서 외부의 열을 흡수한 다음, 제2압축기(31)에 의해 흡입 압축되어 고온고압으로 되는 과정을 반복한다.

상기 히트펌프(30)의 제2응축기(32)에서 발산되는 열은 제2연결라인(32a)의 제4순환펌프(35)에 의해 급탕 및 난방탱크(24) 내의 온수를 흡입하여 제2응축기(32)를 통해 다시 급탕 및 난방탱크(24)로 공급함으로써 순환되는 온수를 더 가열하게 된다. 따라서 더욱 따듯한 온수를 얻을 수 있어 난방장치(20)의 부하를 줄이거나 가온장치(20)의 히터(22)가동시간을 줄일 수 있다. 대용량의 온수를 요하지 않는 여름철에는 아예 가온장치(20)의 히터(22)를 가동시키지 않을 수도 있다.

이와 동시에 히트펌프(22)의 제2증발기(34)에서는 냉매의 기화에 필요한 기 화열을 흡수하여야 하므로 냉방라인(14a)상의 제2순환펌프(17)가 구동되면서 하나의 순환회로를 이루는 냉방라인(14a)과 제1연결라인(34a)을 따라 순환되는 냉방유체로부터 열을 빼앗아 냉각시키게 된다.

따라서 히트펌프(30)의 제2증발기(34)에 의해서는 냉방장치(10)의 냉방라인(14a) 및 제1연결라인(34a)을 따라 순환되는 냉방유체에 냉기를 더 가하고, 이로 인하여 냉방장치(14a)에 걸리는 부하를 감소시켜 과부하를 미연에 방지할 수 있는 것이다.

그리고 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에서 냉방부하가 적은 봄철이나 가을철에는 냉방장치(10)의 가동 없이 히트펌프(30)만을 가동시킬 수 있다.

이 경우에는 냉방장치(10)의 냉방라인(14a)에 설치된 제2순환펌프(17)를 가동시켜 냉방라인(14a)과 제1연결라인(34a)의 냉방유체를 순환시킴으로써 냉방을 수행할 수 있고 또 가온장치(20)를 가동하지 않고 히트펌프(30)의 제2연결라인(32a)에 설치된 제4순환펌프(35)만을 가동시킴으로써 히트펌프(30)의 제2응축기(32)에 의해 급탕 및 난방탱크(24) 내의 냉수를 가열하하므로 온수를 얻을 수 있다. 따라서 히트펌프(30)만의 가동으로 냉방을 수행하면서 온수를 얻을 수 있는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다. 여기서는, 냉방장치(10)의 냉방라인(14a)이 제1증발기(14)에서 냉방을 수행하고자 하는 실내(40)를 거쳐 다시 냉방장치(10)의 제1증발기(14)로 순환되게 연결되고 제1연결라인(34a)이 냉방장치(10)의 제1응축기(12)와 쿨링타 워(15) 및 히트펌프(30)의 제2증발기(34)를 통해 순환되도록 냉방장치(10)의 냉각라인(15a)과 연결된 것을 제외하고 는 본 발명의 일실시예 구성과 동일하다.

상기와 같은 다른 실시예의 구성에 의하면, 냉방은 냉방장치(10)를 가동시킴과 아울러 히트펌프(30)를 가동시키더라도 히트펌프(30)의 제2증발기(34)로부터 냉기를 받지 않고 냉방장치(10)의 제1증발기(14)에 의해서만 수행하며, 다만 제1연결라인(34a)이 냉방장치(10)의 냉각라인(15a)과 연결되어 있어 그 내부의 냉각유체는 히트펌프(30)가 가동되면 냉각라인(15a)상의 제1순환펌프(16)에 의해 하나의 순환회로를 이루는 냉각라인(14a)과 제1연결라인(34a)을 따라 순환되게 된다.

이와 같이 냉각유체가 순환되는 과정 중에 히트펌프(30)의 제2증발기(34)에서는 냉매의 기화에 필요한 기화열을 흡수하여야 하므로 제1연결라인(34a)상의 냉각유체로부터 열을 빼앗아 냉각시키고 이렇게 냉각된 냉각유체를 쿨링타워(15)에서 확실하게 재차 냉각시킨 다음 냉방장치(10)의 제1응축기(12)로부터 열을 빼앗아 냉방장치(10)의 제1응축기(12)를 보다 확실하게 응축시킨다.

따라서 히트펌프(30)의 제2증발기(34)에 의해서는 냉방장치(10)의 냉각라인(15a)을 쿨링타워(15)로 냉각된 냉각유체를 보다 확실하게 재차 냉각시키므로 냉방장치(10)에 걸리는 부하를 감소시킬 수 있으며 이로 인하여 냉방장치(10)의 과부하를 미연에 방지할 수 있는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면이다. 여기서는, 냉방장치(10)의 냉방라인(14a) 및 냉각라인(15a)에 제1연결라인(34a)을 동시에 연결하고 상기 냉방장치(10)의 냉방라 인(14a) 또는 냉각라인(15a)에 히트펌프(30)의 제2증발기(34)에서 열 교환한 냉방,냉각유체를 하나의 사이클을 이루면서 선택적으로 순환되도록 흐름을 제어하기 위한 밸브(36a,36b)가 마련된 것이다.

상기와 같은 또 다른 실시예의 구성에 대한 작동은 상기의 냉방라인(14a)과 냉각라인(15a)이 제1연결라인(34a)에 연결된 것과 동일하므로 그 구체적인 작동을 생략한다. 상기에서 설명한 바와 같이, 냉방장치(10)의 냉방라인(14a) 또는 냉각라인(15a)이 히트펌프(30)의 제2증발기(34)를 통해 순환되게 제1연결라인(34a)과 연결되어 있으므로 냉방장치(10)의 냉방라인(14a)을 따라 순환되는 냉방유체에 냉기를 더 가하거나 냉방장치(10)의 냉각라인(15a)을 따라 순환되는 냉각유체를 효율적으로 냉각시킬 수 있는 것이다. 따라서 히트펌프(30)의 가동여부에 관계없이 냉방장치(10)의 냉방라인(14a) 또는 냉각라인(15a)을 자유롭게 선택하여 가동시킬 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면이다. 여기서는, 냉방장치(10)의 냉방라인(14a)과 냉각라인(15a)에 제1연결라인(34a)이 도 3에 나타낸 것처럼 동시에 연결되고 이에 더하여 제1연결라인(34a)에서 분기되어 대형건물 등의 오폐수처리장(42)을 순환하여 되돌아오는 폐열회수라인(42a)이 부가되어 있으며 상기 폐열회수라인(42a)에는 이 폐열회수라인(42a)으로 냉각유체가 흐름을 제어하기 위한 밸브(37) 및 제5순환펌프(38)가 마련된 것이다.

상기와 같은 또 다른 실시예의 구성에 대한 작동 중에서 상기의 냉방라 인(10)과 냉각라인(15a)이 제1연결라인(34a)에 연결된 것과 동일하므로 그 구체적인 작동을 생략하기로 하고 히트펌프(30)의 제1연결라인(34a)이 폐열회수라인(42a)과 연결된 경우에 대하여만 설명하기로 한다. 이 경우 냉방장치(10)를 사용하지 않는 계절, 즉 겨울철에 냉방장치의 가동이 필요 없을 때에는 냉방라인(14a)과 냉각라인(15a) 상의 밸브(36a,36b)를 잠근 상태에서 폐열회수라인(42a)상의 밸브(37)를 개방시키고 제5순환펌프(38)를 가동시키면서 히트펌프(30)를 가동시키게 된다.

상기에서 설명하였듯이 히트펌프(30)에서는 제2압축기(31)에 의해 압축되면서 고온고압으로 압축된 후 제2응축기(32)로 공급되므로 제2응축기(32)에선 냉매가 갖는 열을 발산하여 응축되게 되며, 상기 제2응축기(32)에서 응축된 냉매는 제2팽창밸브(33)에서 저압으로 된 후 제2증발기(34)에서 기화되면서 외부의 열을 흡수한 다음, 제2압축기(31)에 의해 흡입 압축되어 고온고압으로 되는 과정을 반복한다.

상기 히트펌프(30)의 제2응축기(32)에서 발산되는 열은 제2연결라인(32a)의 제4순환펌프(35)에 의해 급탕 및 난방탱크(24) 내의 온수를 흡입하여 제2응축기(32)를 통해 다시 급탕 및 난방탱크(24)로 공급함으로써 순환되는 온수를 가열하게 된다.

이와 아울러 히트펌프(30)의 제2증발기(34)에서는 냉매의 기화에 필요한 기화열을 흡수하여야 하므로 폐열회수라인(42a)상의 제5순환펌프(38)가 구동되면서 하나의 순환회로를 이루는 폐열회수라인(42a)과 제1연결라인(34a)을 따라 순환되는 냉각유체로부터 열을 빼앗아 냉각시키며, 상기 폐열회수라인(42a)내의 냉각유체는 대형건물 등의 오폐수처리장을 통과하면서 오폐수가 갖고 있는 열을 빼앗아 활용할 수 있게 된다.

따라서 가온장치(20)의 가동 없이 히트펌프(30)의 제2응축기(32)를 통해 온수를 얻을 수 있으며, 상기 히트펌프(30)의 제2응축기(32)를 통해 얻은 온수는 급탕 및 난방탱크(24)에 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있어 가온장치의 가동시간을 줄이거나 부하를 줄일 수 있는 것이다.

본 발명은 대형건물의 냉방장치와 가온장치가 별도로 설치된 수열교환방식의 난방장치는 물론 급탕장치에 유용하게 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 다른 실시 예의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 나타낸 도면,

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치들을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 냉방장치 11: 제1압축기 12: 제1응축기

13: 제1팽창밸브 14: 제1증발기 14a: 냉방라인

15: 쿨링타워 16: 제1순환펌프 17: 제2순환펌프

15a: 냉각라인 20: 가온장치 21: 열교환기

22: 히터 23: 보일러 24: 급탕 및 난방탱크

24a: 급탕 및 난방라인 25: 제3순환펌프 30: 히트펌프

31: 제2압축기 32: 제2응축기 32a: 제2연결라인

33: 제2팽창밸브 34: 제2증발기 34a: 제1연결라인

35: 제4순환펌프 36a, 36b,37: 밸브 38: 제5순환펌프

40: 실내 42: 오폐수처리장 42a: 폐열회수라인

Claims (5)

1. 냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브 및 제1증발기가 하나의 사이클을 이루고 구성되며, 쿨링타워의 냉각라인이 상기 응축기를 통과해서 순환되게 마련되고 냉방을 하고자 하는 실내에 이르기까지 냉방라인이 상기 제1증발기를 통과해서 순환되게 마련되되 상기 냉각라인 및 냉방라인에는 그 내부의 유체를 순환시키기 위한 제1, 제2순환펌프가 마련된 냉방장치;

   열교환기에 버너나 히터가 구비된 보일러가 마련되고 상기 열교환기에 의해 데워진 온수를 저장하는 급탕 및 난방탱크로 구성되며 상기 급탕 및 난방탱크 내의 물을 열교환기를 통해 지속적으로 순환시키기 위한 제3순환펌프가 구비된 가온장치에 있어서,

   냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제2압축기, 제2응축기, 제2팽창밸브 및 제2증발기가 또 하나의 사이클을 이루고 구성되는 히트펌프가 부가되며, 상기 히트펌프의 제2증발기에는 냉방장치의 제1증발기와 냉방을 하고자 하는 실내 및 히트펌프의 제2증발기를 통해 하나의 사이클을 이뤄 순환되도록 냉방장치의 냉방라인과 연결된 제1연결라인이 마련되고 상기 히트펌프의 제2응축기에는 가온장치의 급탕 및 난방탱크에서 히트펌프의 제2응축기를 통해 급탕 및 난방탱크로 순환시킬 수 있도록 제4순환펌프를 갖는 제2연결라인이 마련된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치.
2. 냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브 및 제1증발기가 하나의 사이클을 이루고 구성되며, 쿨링타워의 냉각라인이 상기 제1응축기를 통과해서 순환되게 마련되고 냉방을 하고자 하는 실내에 이르기까지 냉방라인이 상기 제1증발기를 통과해서 순환되게 마련되되 상기 냉각라인 및 냉방라인에는 그 내부의 유체를 순환시키기 위한 제1, 제2순환펌프가 마련된 냉방장치;

   열교환기에 버너나 히터가 구비된 보일러가 마련되고 상기 열교환기에 의해 데워진 온수를 저장하는 급탕 및 난방탱크로 구성되며 상기 급탕 및 난방탱크 내의 물을 열교환기를 통해 지속적으로 순환시키기 위한 제3순환펌프가 구비된 가온장치에 있어서,

   냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제2압축기, 제2응축기, 제2팽창밸브 및 제2증발기가 또 하나의 사이클을 이루고 구성되는 히트펌프가 부가되며, 상기 히트펌프의 제2증발기에는 냉방장치의 제1응축기와 쿨링타워 및 히트펌프의 제2증발기를 통해 하나의 사이클을 이뤄 순환되도록 냉방장치의 냉각라인과 연결된 제1연결라인이 마련되고 상기 히트펌프의 제2응축기에는 가온장치의 급탕 및 난방탱크에서 히트펌프의 제2응축기를 통해 급탕 및 난방탱크로 순환시킬 수 있도록 제4순환펌프를 갖는 제2연결라인이 마련된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1연결라인은 냉방장치의 냉방라인 및 냉각라인에 연결되고 상기 냉방장치의 냉방라인 또는 냉각라인에 히트펌프의 제2증발기를 통해 냉방라인이나 냉각라인과 하나의 사이클을 이루면서 순환되도록 제어하기 위한 밸브가 마련된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1연결라인에는 히트펌프의 제2증발기로부터 대형건물 등의 오폐수처리장을 순환하여 되돌아오도록 폐열회수라인이 부가되고 상기 폐열회수라인으로 냉각유체가 흐름을 제어하기 위한 밸브가 마련된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 폐열회수라인에는 그 내부의 냉각유체가 원활하게 순환되도록 하는 제5순환펌프가 더 설치된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치.

Images