KR100903765B1 - Central cooling and heating supply system using solar heat and shrinkage heat pump - Google Patents
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Abstract
냉방시스템으로 활용되는 하절기 또는 환절기에도 온수 제공이 가능하면서 저비용 고효율의 냉, 난방 시스템 구현이 가능한 태양열과 수축열 히트펌프를 이용한 중앙 냉, 난방 공급 시스템을 제공한다. 상기 냉, 난방 공급 시스템은 압축기, 제1 열교환기, 팽창밸브 및 제2 열교환기 등 냉동 사이클을 이루는 구성요소들을 포함하며, 상기 구성요소들에 의해 구현되는 냉동 사이클에 있어 냉매의 흐름방향을 전환하여 냉방 또는 난방기기로의 전환사용이 가능하게 하는 사방변 밸브를 갖춘 히트펌프를 이용한 중앙 냉, 난방 시스템에 있어서, 상기 제1 열교환기와 연결되며, 냉방운전 시 상기 제1 열교환기로부터 냉방 에너지를 제공받아 저장하는 축냉탱크와; 냉방운전 시 상기 압축기와 상기 제2 열교환기를 연결하는 관로 상에 마련되는 온수공급장치와; 상기 온수공급장치에 냉수를 공급하고 온수공급장치로부터 온수를 제공받아 수용하는 축열탱크와; 상기 축열탱크로부터 온수를 제공받고, 일측에는 난방 대상공간에 대한 난방구현을 위해 상기 난방 대상공간을 경유하는 하나의 순환경로를 형성하고 있는 난방관이 연결된 난방 축열탱크와; 상기 난방 축열탱크로부터 연장된 제3 열교환기가 그 내부를 경유하며, 열매체를 밀폐된 내부공간 안에 수용하고 있는 열매체 축열탱크와; 태양광 수집에 유리한 위치에 설치되며, 상기 태양광을 수집하여 열에너지로 변환하는 집열판과; 및 상기 열매체 축열탱크와 집열판을 연결하며, 집열판의 열에너지가 상기 열매체를 통해 상기 열매체 축열탱크로 전달될 수 있도록 열매체가 이동될 수 있는 경로를 형성하는 열매체 순환 관;을 포함하여 구성됨을 요지로 한다.It provides central cooling and heating supply system using solar heat and shrinkage heat heat pump that can provide hot water even in summer or season, which is used as cooling system, and realize low cost and high efficiency cooling and heating system. The cooling and heating supply system includes components that constitute a refrigeration cycle, such as a compressor, a first heat exchanger, an expansion valve, and a second heat exchanger, and the flow direction of the refrigerant is changed in a refrigeration cycle implemented by the components. In the central cooling and heating system using a heat pump having a four-way valve to enable the use of cooling or switching to a heating device, connected to the first heat exchanger, provides cooling energy from the first heat exchanger during the cooling operation A storage tank for receiving and storing; A hot water supply device provided on a conduit connecting the compressor and the second heat exchanger during a cooling operation; A heat storage tank for supplying cold water to the hot water supply device and receiving hot water from the hot water supply device; A heat storage tank connected to a heating pipe which receives hot water from the heat storage tank, and on one side thereof, forms a circulation path through the heating target space to implement heating for the heating target space; A heat medium heat storage tank passing through the third heat exchanger extending from the heating heat storage tank and accommodating a heat medium in a sealed inner space; A heat collecting plate installed at an advantageous position for collecting solar light and collecting the solar light and converting it into thermal energy; And a heat medium circulation pipe connecting the heat medium heat storage tank and the heat collecting plate, and forming a path through which the heat medium can be moved so that heat energy of the heat collecting plate can be transferred to the heat medium heat storage tank through the heat medium. .
Description
본 발명은 태양열과 수축열 히트펌프를 이용한 중앙 냉, 난방 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히트펌프 냉난방 시스템이 난방기로 사용되는 동절기는 물론 냉방기로 사용되는 하절기에도 온수를 생산, 제공할 수 있고, 저비용 고효율의 냉, 난방 시스템을 구현할 수 있는 태양열과 수축열 히트펌프를 이용한 중앙 냉, 난방 공급 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a central cooling and heating supply system using a solar heat and shrinkage heat pump, and more particularly, a heat pump cooling and heating system can produce and provide hot water in a winter as well as a summer used as a heater. The present invention relates to a central cooling and heating supply system using a solar heat and shrinkage heat heat pump capable of implementing a low cost and high efficiency cooling and heating system.
일반적으로 히트펌프식 냉난방 시스템은, 냉매의 선택적 양방향 흐름을 통해 난방계절 동안은 고압측(응축기)에서의 방출열을 이용하여 난방 및 온수를 제공하고, 냉방계절 동안은 저압측(증발기)에서의 주변열 흡수를 이용하여 냉기를 제공할 수 있도록 장치를 구현하고 있다. In general, heat pump type heating and cooling systems provide heating and hot water using the heat released from the high pressure side (condenser) during the heating season through the selective bidirectional flow of refrigerant, and the low pressure side (evaporator) during the cooling season. The device is implemented to provide cold air using ambient heat absorption.
상기 히트펌프식 냉난방 시스템은 그 적용환경에 따라 다양한 형태로 응용되어 사용되고 있지만, 기본적으로 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기 등 냉동 사 이클을 이루는 구성요소들을 포함하며, 이러한 구성요소들을 포함하여 구현되는 냉동 사이클에 있어 냉매의 흐름방향을 선택적으로 정/역 전환하여 냉방 또는 난방기기로의 전환 사용이 가능하게 하는 사방변 밸브를 기본적으로 채택하고 있다.The heat pump heating and cooling system is used in various forms depending on the application environment, but basically includes components that make up a refrigeration cycle, such as a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and are implemented to include such components. In the refrigeration cycle, the four-way valve is basically adopted to selectively switch the flow direction of the refrigerant to reverse / reverse to enable cooling or heating.
도 1은 종래 일반적인 히트펌프식 냉난방 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 종래의 일반적인 히트펌프식 냉난방 시스템은, 압축기(1), 응축기(실외기; 2), 팽창밸브(3), 증발기(실내기; 4) 등의 냉방 싸이클을 구현하는 기본적인 구성요소 외에, 냉방 싸이클을 구현하는 상기 팽창밸브(3)와 증발기(4) 사이 및 상기 압축기(1)와 응축기(2) 사이에 설치되어 선택적으로 포트를 전환, 냉매의 순환방향을 전환시키는 사방변 밸브 및 역기변(5a, 5b)을 포함한다.1 is a view schematically showing the overall configuration of a conventional general heat pump type air-conditioning system. The conventional general heat pump type air-conditioning system includes a compressor (1), a condenser (outdoor unit; 2), an expansion valve (3), and an evaporator ( In addition to the basic components for implementing a cooling cycle, such as an
상기한 구성의 종래 일반적인 히트펌프식 냉난방 시스템은, 압축-응축-팽창-증발 등의 일련의 냉방 사이클을 통해 통상의 냉방운전이 가능하며, 사방변 밸브 및 역기변(5a. 5b)의 동작에 따른 냉매의 역순환에 따른 증발-팽창-응축-압축 등의 히트펌프 과정을 거쳐 난방운전 역시 가능하다.The conventional general heat pump type air-conditioning system having the above-described configuration is capable of normal cooling operation through a series of cooling cycles such as compression, condensation, expansion, and evaporation, and is suitable for the operation of the four-way valve and the counter valve (5a. 5b). Heating operation is also possible through a heat pump process such as evaporation-expansion-condensation-compression due to the reverse circulation of the refrigerant.
그러나 상기와 같은 구성과 작동원리를 갖는 종래의 일반적인 히트펌프식 냉난방 시스템에는 별도의 온수공급수단이 마련되어 있지 않기 때문에, 냉방기로 활용되는 하절기나 환절기에 온수를 제공받기 위해서는 별도로 보일러를 가동시켜야만 하는 문제가 있으며, 히트펌프식 냉난방 시스템이 냉방기기로 활용될 경우에 증발기를 통해 흡수된 열량을 충분히 재사용할 수 있음에도 불구하고 응축기를 통해 그대로 방열되어 폐기되어 버리는 문제가 있다.However, since the conventional hot pump type heating and cooling system having the configuration and operation principle as described above does not have a separate hot water supply means, a boiler must be operated separately in order to receive hot water in a summer or a season used as a cooler. There is a problem that heat dissipation is discarded as it is through the condenser even though the heat pump type heating and cooling system is utilized as a cooling device, although the amount of heat absorbed through the evaporator can be sufficiently reused.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 냉방시스템으로 활용되는 하절기 또는 환절기에도 온수 제공이 가능하며, 냉방운전 시 응축기를 통해 외부로 버려지는 폐열을 재사용하여 에너지를 보다 효율적으로 운용할 수 있는 태양열과 수축열 히트펌프를 이용한 중앙 냉, 난방 공급 시스템을 제공하는 데에 있다.The technical problem to be achieved by the present invention, it is possible to provide hot water in the summer or summer season used as a cooling system, solar heat and water that can be used more efficiently by reusing the waste heat discarded to the outside through the condenser during cooling operation To provide a central cooling and heating supply system using a heat storage heat pump.
또한 본 발명의 다른 기술적 과제는, 지정된 위치에서의 냉매에 포함된 열에너지 뿐 아니라 태양열을 급탕생성 또는 난방을 구현함에 있어 활용함으로써, 전체적으로 보조히터와 같은 별도의 열원 없이도 온수생산 및 난방구현이 가능하여 저비용 고효율의 냉방 또는 난방 시스템 구현이 가능한 태양열과 수축열 히트펌프를 이용한 중앙 냉, 난방 공급 시스템을 제공함에 있다.In addition, another technical problem of the present invention, by utilizing not only the thermal energy contained in the refrigerant at a designated position in the generation of hot water supply or heating, it is possible to produce hot water and implement heating without a separate heat source, such as an auxiliary heater as a whole It is to provide a central cooling and heating supply system using solar heat and shrinkage heat heat pump that can realize a low cost and high efficiency cooling or heating system.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, 압축기, 제1 열교환기, 팽창밸브 및 제2 열교환기 등 냉동 사이클을 이루는 구성요소들을 포함하며, 상기 구성요소들에 의해 구현되는 냉동 사이클에 있어 냉매의 흐름방향을 전환하여 냉방 또는 난방기기로의 전환사용이 가능하게 하는 사방변 밸브를 갖춘 히트펌프를 이용한 중앙 냉, 난방 시스템에 있어서, 상기 제1 열교환기와 연결되며, 냉방운전 시 상기 제1 열교환기로부터 냉방 에너지를 제공받아 저장하는 축냉탱크와; 냉방운전 시 상기 압축기와 상기 제2 열교환기를 연결하는 관로 상에 마련되는 온 수공급장치와; 상기 온수공급장치에 냉수를 공급하고 온수공급장치로부터 온수를 제공받아 수용하는 축열탱크와; 상기 축열탱크로부터 온수를 제공받고, 일측에는 난방 대상공간에 대한 난방구현을 위해 상기 난방 대상공간을 경유하는 하나의 순환경로를 형성하고 있는 난방관이 연결된 난방 축열탱크와; 상기 난방 축열탱크로부터 연장된 제3 열교환기가 그 내부를 경유하며, 열매체를 밀폐된 내부공간 안에 수용하고 있는 열매체 축열탱크와; 태양광 수집에 유리한 위치에 설치되며, 상기 태양광을 수집하여 열에너지로 변환하는 집열판과; 및 상기 열매체 축열탱크와 집열판을 연결하며, 집열판의 열에너지가 상기 열매체를 통해 상기 열매체 축열탱크로 전달될 수 있도록 열매체가 이동될 수 있는 경로를 형성하는 열매체 순환관;을 포함하는 태양열과 수축열 히트펌프를 이용한 중앙 냉, 난방 공급 시스템을 제공한다.As a means for solving the above technical problem, the present invention includes a component constituting a refrigeration cycle, such as a compressor, a first heat exchanger, an expansion valve, and a second heat exchanger, the refrigeration cycle implemented by the components In the central cooling and heating system using a heat pump having a four-way valve to switch the flow direction of the refrigerant to the cooling or heating apparatus, connected to the first heat exchanger, when the cooling operation the first A storage tank for receiving and storing cooling energy from the heat exchanger; A hot water supply device provided on a conduit connecting the compressor and the second heat exchanger during a cooling operation; A heat storage tank for supplying cold water to the hot water supply device and receiving hot water from the hot water supply device; A heat storage tank connected to a heating pipe which receives hot water from the heat storage tank, and on one side thereof, forms a circulation path via the heating target space for heating the heating target space; A heat medium heat storage tank passing through the third heat exchanger extending from the heating heat storage tank and accommodating a heat medium in a sealed inner space; A heat collecting plate installed at an advantageous position for collecting solar light and collecting the sunlight to convert it into thermal energy; And a heat medium circulation pipe which connects the heat medium heat storage tank and the heat collecting plate, and forms a path through which the heat medium can be moved so that the heat energy of the heat collecting plate can be transferred to the heat medium heat storage tank through the heat medium. Provide a central cold and heating supply system using a pump.
여기서, 상기 축냉탱크에는 냉방 대상공간에 대한 냉방구현을 위한 냉방관로가 연결된다.Here, the cooling pipe is connected to the storage tank for cooling the cooling target space.
그리고, 상기 온수공급장치는, 상기 축열탱크로 부터 공급된 물이 저장될 수 있는 내부공간을 형성한 열교환 탱크와; 상기 압축기와 제2 열교환기를 연결하는 관로 중 상기 열교환 탱크를 경유하는 관로에 해당하는 방열 파이프;로 이루어져, 냉방운전 시 고온고압의 기체상태 냉매가 상기 방열 파이프를 경유하면서 상기 열교환 탱크에 수용된 물의 온도를 상승시킬 수 있도록 함이 바람직하다.The hot water supply device includes: a heat exchange tank having an inner space in which water supplied from the heat storage tank can be stored; A heat dissipation pipe corresponding to a pipe line passing through the heat exchange tank among the pipe lines connecting the compressor and the second heat exchanger, wherein the temperature of water accommodated in the heat exchange tank while the gaseous refrigerant having a high temperature and high pressure passes through the heat dissipation pipe during cooling operation It is desirable to be able to raise.
또한, 상기 난방 축열탱크와 열매체 축열탱크를 잇는 상기 제3 열교환기 관로 상에는 펌프를 설치하되, 상기 펌프는 관로 상을 흐르는 유체의 온도를 감지하 여 설정 온도에 부합된 경우에는 작동이 가능하도록 온도감지기능을 가진 것을 채택하는 것이 바람직하다.In addition, a pump is installed on the third heat exchanger conduit connecting the heating heat storage tank and the heat storage heat storage tank, and the pump senses the temperature of the fluid flowing in the conduit so that the temperature can be operated when the set temperature is met. It is desirable to adopt one with a sensing function.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 난방 축열탱크 바깥에서 제공된 물이 상기 난방 축열탱크를 경유하면서 온수로 전환될 수 있도록, 상기 난방 축열탱크 내부로 물을 순환시키는 경로를 형성하고 있는 온수관;을 더 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, a hot water pipe forming a path for circulating the water inside the heating heat storage tank, so that the water provided outside the heating heat storage tank can be converted into hot water via the heating heat storage tank; It may further include.
상기한 구성의 본 발명에 의하면, 냉방 또는 난방운전 시 증발과정을 거치면서 고온의 상태를 유지하는 냉매에 포함된 열에너지를 이용하여 온수를 생성, 저장하고 이를 난방용 또는 급탕온수 생성하기 위한 용도로 활용한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 냉, 난방 공급 시스템이 냉방운전을 함에 있어서도 급탕온수 및 난방용 온수 제공이 가능하며, 난방기기로 활용되는 동절기 난방운전에 있어서도 역시 급탕온수 및 난방용 온수를 제공할 수 있어, 계절에 상관없이 온수를 생산할 수 있다는 효과가 있다. According to the present invention having the above configuration, during the cooling or heating operation, the hot water is generated and stored using the thermal energy contained in the refrigerant that maintains a high temperature while undergoing an evaporation process, and is used for heating or hot water generation. do. Accordingly, in the cooling and heating supply system according to the present invention, hot water supply and hot water for heating can be provided, and hot water for heating and hot water for heating can also be provided in winter heating operation utilized as a heating device. Hot water can be produced regardless of the season.
또한 본 발명은, 위와 같이 냉방 또는 난방운전 중 지정위치(증발과정을 거친 후)에서의 냉매에 포함된 열에너지를 적극 활용하므로, 응축과정에서 외부로 버려지는 폐열량이 현저히 줄어들고, 따라서 응축과정에서는 냉매의 열교환 효율이 높아져 장치의 냉방 또는 난방성능을 보다 향상시킬 수 있는 다른 효과가 있다.In addition, the present invention, since the active use of the heat energy contained in the refrigerant at the designated position (after the evaporation process) during the cooling or heating operation as described above, the amount of waste heat discarded to the outside during the condensation process is significantly reduced, thus the refrigerant in the condensation process The heat exchange efficiency of the is higher, there is another effect that can further improve the cooling or heating performance of the device.
또, 지정된 위치에서의 냉매에 포함된 열에너지 뿐 아니라 태양열을 급탕생성 또는 난방을 구현함에 있어 활용하므로, 전체적으로 보조히터와 같은 별도의 열 원 없이도 온수생산 및 난방구현이 가능하여 저비용 고효율의 냉방 또는 난방 시스템 구현이 가능하며, 자연에너지를 활용함에 따라 환경친화적인 장점 또한 있다.In addition, it utilizes solar heat as well as the heat energy contained in the refrigerant at a designated location to create hot water supply or heating, so that hot water production and heating can be implemented without a separate heat source such as an auxiliary heater as a whole. It is possible to implement a system, and there are also environmentally friendly advantages by utilizing natural energy.
더하여, 상기 냉, 난방 공급 시스템에 있어 냉동 또는 난방 싸이클을 구현하는 장치가 작동하지 않는 경우에도 태양열을 이용하여 난방 및 온수생성이 가능하다는 다른 효과가 있다.In addition, there is another effect that heating and hot water generation using solar heat is possible even when the device implementing the refrigeration or heating cycle does not operate in the cooling and heating supply system.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양열과 수축열 히트펌프를 이용한 중앙 냉, 난방 공급 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 개략 구성도이다.Figure 2 is a schematic diagram schematically showing the overall configuration of the central cooling, heating supply system using a solar heat and shrinkage heat pump according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 히트펌프를 이용한 중앙 냉, 난방 시스템은, 압축기(10), 제1 열교환기(20), 팽창밸브(30) 및 제2 열교환기(40) 등 냉동 사이클을 이루는 기본 구성요소들과, 사방변 밸브(50a)(50b), 축냉탱크(60), 온수공급장치(70), 축열탱크(80), 난방 축열탱크(90), 열매체 축열탱크(100) 및 집열판(140)을 포함하는 구성으로 이루어져, 동절기는 물론 냉방기기로 활용되는 하절기에도 냉방을 구현함과 함께 온수 생성이 가능하고, 온수 생성 또는 동절기 난방을 구현함에 있어서는 지정된 위치에서의 냉매에 포함된 에너지는 물론 태양열을 열원으로 함께 사용함으로써, 저비용 고효율의 냉, 난방 시스템을 구현이 가능한 것을 요지 로 한다. 본 발명의 구성을 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.Referring to FIG. 2, the central cooling and heating system using the heat pump may include a compressor, a
사방변 밸브(50a)(50b)는 상기 제1 열교환기(20)와 제2 열교환기(40)를 잇는 관로 및 압축기(10)와 상기 제2 열교환기(40)를 잇는 관로 상에 설치되며, 상기 냉, 난방 시스템이 사용자 선택에 따라 냉방운전을 하거나 난방운전을 수행할 수 있도록 상기 기본 구성요소들에 의해 구현되는 냉동 사이클에 있어 냉매의 흐름경로를 전환시켜주는 역할을 수행한다.The four-
온수공급장치(70)는 상기 압축기(10)와 제2 열교환기(40)를 잇는 관로 상에 설치되며, 냉방운전 시 제1 열교환기(20)와 압축기(10)를 거친 고온고압의 작동유체(냉매)를 이용하여 내부에 수용된 물의 온도를 상승시켜 온수를 생성한다. 본 발명에 있어 상기 온수공급장치(70)는 상기 축열탱크(80)로부터 공급된 물이 저장될 수 있는 내부공간을 형성한 열교환 탱크(72)와, 상기 압축기(10)와 제2 열교환기(40)를 연결하는 관로 중 상기 열교환 탱크(72)를 경유하는 관로에 해당하는 방열 파이프(74)로 구성되며, 냉방운전 시 고온고압의 기체상태 냉매가 상기 방열 파이프(74)를 경유하면서 상기 열교환 탱크(72)에 수용된 물의 온도를 상승시킨다.The hot
축열탱크(80) 일측은 상기 온수공급장치(70)와 연결되어 이 온수공급장치(70)에 냉수를 공급하고 온수공급장치(70)로부터 온수를 제공받아 수용하며, 다른 일측은 상기 난방 축열탱크(90)와 연결되어 상기 온수공급장치(70)를 통해 생성된 온수를 난방 축열탱크(90)에 제공하고 난방 축열탱크(90)를 통해 열에너지를 소진한 물을 회수한다. 즉, 상기 온수공급장치(70), 축열탱크(80), 난방 축열탱크(90)는 이들을 잇는 관을 통해 물이 순환될 수 있는 하나의 연속된 순환 싸이클 을 형성하며, 따라서 온수공급장치(70)를 거치면서 생성된 온수는 축열탱크(80)를 거쳐 난방 축열탱크(90)로 전달되어 에너지를 소진하고 다시 축열탱크(80)를 거쳐 온수공급장치(70)를 연속해서 순환한다. One side of the
상기 난방 축열탱크(90) 일측에는 난방 대상공간에 대한 난방을 구현할 수 있도록, 상기 난방 대상공간을 경유하는 하나의 순환경로를 형성하고 있는 난방관(92)이 연결되며, 이러한 난방 축열탱크(90) 내부로는 물을 순환시키는 경로를 형성하고 있는 온수관(94)이 경유하여, 상기 온수관 입구(94a)를 통해 난방 축열탱크(90) 내부로 제공된 물은 상기 난방 축열탱크(90) 내부의 온수관(94)을 경유하면서 온수로 전환되고 온수관 출구(94b)를 통해 외부에 제공될 수 있다.One side of the heating
열매체 축열탱크(100)에는 상기 난방 축열탱크(90)로부터 연장된 제3 열교환기(110)가 그 내부를 경유하며, 밀폐된 내부공간 안에는 열매체가 수용되어 있다. 그리고 상기 난방 축열탱크(90)와 열매체 축열탱크(100)를 잇는 상기 제3 열교환기(110)로부터 연장된 관로 상에는 펌프(120)가 설치되며, 상기 열매체는 상기 집열판(140)으로부터 열에너지를 제공받아 순환하고 피 가열체에 해당하는 상기 제3 열교환기(110)를 간접 가열시킨다. 따라서 상기 펌프(120) 구동으로 난방 축열탱크(90)에 수용된 물이 강제 순환하면, 난방 축열탱크(90)에 수용되어 있던 물중 일부가 상기 제3 열교환기(110)를 경유하면서 열매체로부터 열을 전달받아 고온수로 전환된다.In the heat storage
여기서 상기 열매체로는 끓는점이 높고 증기압이 낮으며, 열안정성과 장치재료에 대한 부식성이 적으며, 유동성 우수하면서 비열·증발열이 크며 불연성을 갖 는 재료가 채택될 수 있으며, 상기 펌프(120)는 그 관로 상을 흐르는 유체의 온도를 감지하여 설정 온도에 부합된 경우에만 작동이 가능하도록 온도감지기능을 가진 것을 채택함으로써, 해당 관로 상의 온도에 따라 선택적으로 구동될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Here, as the heat medium, a material having a high boiling point and low vapor pressure, low thermal stability and corrosiveness to the device material, excellent fluidity, high specific heat and evaporation heat, and nonflammability, the
상기 열매체에 열에너지를 제공하는 집열판(140)은 태양광 수집에 유리한 위치에 설치되며, 상기 태양광을 수집하여 열에너지로 변환시킨다. 이때 상기 열매체 축열탱크(100)와 상기 집열판(140)은, 집열판(140)의 열에너지가 상기 열매체를 통해 상기 열매체 축열탱크(100)로 전달되고 열에너지를 소진한 열매체가 다시 상기 집열판(140) 측으로 이동될 수 있도록, 상기 집열판(140)과 열매체 축열탱크(100)를 연결하여 열매체가 이동될 수 있는 하나의 연속된 싸이클 경로를 형성하는 열매체 순환관(130)을 통해 연결된다.The
한편, 상기한 축냉탱크(60)는 이 축냉탱크(60) 일측으로부터 연장되며 상기 제1 열교환기(20)를 경유하는 열교환 관로(22)를 통해 제1 열교환기(20)와 연결되며, 밀폐된 내부공간에는 냉방 구현을 위한 작동유체 냉매 또는 물이 수용되어 있고, 냉방 대상공간에 대한 냉방구현을 위한 냉방관로(62)가 다른 일측에 연결되어 있다. 따라서 본 발명에 따른 시스템이 냉방 운전할 경우, 상기 제1 열교환기(20)로부터 냉방 에너지를 제공받아 저장하고, 그 저장된 냉방에너지는 상기 냉방관로(62)를 통해 냉방 대상공간으로 전달되어 냉방을 구현하게 된다.On the other hand, the
미설명 부호 55는 응축기를 거친 저온고압 냉매에 포함된 수분을 제거함과 동시에 이물질을 제거할 수 있도록 내부에 필터수단을 구비하고 있는 통상의 수액 기 이다.Reference numeral 55 denotes a conventional receiver which has a filter means therein so as to remove the foreign matter contained in the low temperature and high pressure refrigerant through the condenser and remove foreign substances.
다음은 상기한 구성을 가진 본 발명에 따른 냉, 난방 시스템에 의해서 수행되는 냉, 난방 동작을 본 발명에 따른 냉동 또는 난방 싸이클의 동작에 따른 냉매의 흐름상태와 연계하여 설명한다.Next, the cooling and heating operation performed by the cooling and heating system according to the present invention having the above-described configuration will be described in connection with the flow state of the refrigerant according to the operation of the refrigerating or heating cycle according to the present invention.
도 3은 냉방운전 시 냉매의 흐름 및 축열탱크에 수용된 물의 순환과정을 나타낸 본 발명의 작동 상태도로서, 화살표""은 냉매의 흐름을 나타내며 화살표""은 물의 흐름을 나타낸다.3 is an operational state diagram of the present invention showing the flow of refrigerant in the cooling operation and the circulation of water contained in the heat storage tank, the arrow " "Arrow represents the flow of refrigerant" Represents the flow of water.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 시스템을 통해 냉방운전이 구현됨에 있어서는, 사방변 밸브 전환에 따라 압축기-제2 열교환기-팽창밸브-제1 열교환기를 순차적으로 흐르는 일반적인 냉동 싸이클과 같은 냉매의 흐름에 의해 구현된다. 구체적으로, 냉방운전 시 팽창밸브(30)를 거친 저온저압의 액상 냉매는 제1 열교환기(20)를 거치면서 주변의 열을 흡수하여 고온저압의 기체상태로 압축기(10)에 유입되며, 압축기(10)에서는 유입된 고온저압의 냉매를 압축하여 고온고압의 과열증기 상태로 토출시킨다. Referring to FIG. 3, in the cooling operation through the system according to the present invention, the refrigerant, such as a general refrigeration cycle, is sequentially flowed through the compressor-second heat exchanger-expansion valve-first heat exchanger according to the four-way valve switching. Implemented by flow Specifically, during the cooling operation, the low-temperature low-pressure liquid refrigerant passing through the
상기 과정을 거친 고온고압의 과열증기 상태의 냉매는 상기 압축기(10)와 제2 열교환기(40) 사이의 온수공급장치(70) 내부를 경유하는 방열 파이프(74)를 거치면서 열교환 탱크(72)를 순환하는 차가운 물과 열을 교환하고, 이에 따라 축열탱크(80)로부터 상기 온수공급장치(70)의 열교환 탱크(72)로 제공된 물은 상기 방열 파이프(74)로부터 열에너지를 제공받아 온수로 전환되고 다시 축열탱크(80)로 복귀한다. 다시 말해, 상기 방열 파이프(74)를 흐르는 상기 과열증기 상태의 냉매는 열 교환 탱크(72)를 순환하는 차가운 물의 온도를 상승시키기 위한 열원으로 작용하는 것이다.The refrigerant having a high temperature and high pressure superheated steam having undergone the above process passes through the
위와 같은 냉방 운전 과정에서 상기 제1 열교환기(20)는 증발기 역할을 수행하므로, 제1 열교환기(20)를 경유하는 열교환 관로(22)를 통해 축냉탱크(60)는 제1 열교환기(20)로부터 냉방 에너지(냉수)를 제공받아 저장하고, 그 저장된 냉방 에너지는 상기 냉방관로(62)를 통해 해당 냉방 대상공간으로 전달되어 냉방을 구현하게 된다. 즉, 제1 열교환기(20)를 경유하는 상기 열교환 관로(22)를 작동유체 예컨데, 물이 흐르면서 제1 열교환기(20)의 증발에 의한 주변열 흡수에 의해 저온수로 전환되어 축냉탱크(60)로 복귀하고, 상기 냉방관로(62)를 통해 냉방 대상공간에 전달됨으로써 냉방이 구현되는 것이다.Since the
한편, 위와 같은 냉방운전 과정에서 온수공급장치(70)를 거치면서 온도가 상승된 온수는, 축열탱크(80)에서 난방 축열탱크(90)로 전달되고 난방용 또는 급탕온수를 생산하기 위한 열원으로 제공된다. 즉, 난방 축열탱크(90) 내부로는 물을 순환시키는 경로를 형성하고 있는 온수관(94)이 경유함으로써, 해당 콘트롤러(미도시)의 급탕 명령이 인가됐을 경우, 상기 온수관 입구(94a)를 통해 난방 축열탱크(90) 내부로 제공된 물은 상기 난방 축열탱크(90) 내부의 온수관(94)을 경유하면서 난방 축열탱크(90)에 수용된 온수로부터 열에너지를 제공받아 온수로 전환되고 온수관 출구(94b)를 통해 외부에 급탕용 온수로서 제공된다.On the other hand, hot water whose temperature is increased while passing through the hot
이때, 열매체 축열탱크(100)에는 상기 난방 축열탱크(90)로부터 연장된 제3 열교환기(110)가 그 내부를 경유하고 있고, 내부공간에는 열매체가 수용되어 있으 며, 상기 열매체는 집열판(140)을 통해 수집된 고온의 열에너지를 상기 제3 열교환기(110)를 흐르는 난방 축열탱크(90)의 온수에 전달함으로써, 상기 난방 축열탱크(90)에 수용된 온수는 보다 높은 온도를 가지며, 결국 상기 온수관 입구(94a)를 통해 난방 축열탱크 내부로 제공된 물은 상기 난방 축열탱크(90) 내부의 온수관(94)을 경유하면서 보다 많은 열에너지를 전달받아 외부에 급탕용 고온수로서 제공될 수 있다.At this time, in the heat storage
도 4는 본 발명에 따른 냉난방 시스템이 난방기기로 활용되는 경우에 있어서의 냉매 흐름 및 물의 흐름을 나타낸 작동 상태도이다.Figure 4 is an operating state diagram showing the flow of refrigerant and water in the case where the heating and cooling system according to the present invention is utilized as a heating device.
도 4를 참조하면, 난방운전의 경우 사방변 밸브(50a)(50b)의 절환에 따라 전술한 냉방운전과는 달리 냉매가 도시된 화살표 방향을 따라 역순환하게 되고, 따라서 제1 열교환기(20)와 제2 열교환기(40)의 기능과 역할이 전환된다. 즉, 난방운전의 경우 상기 제1 열교환기(20)가 응축기 역할을, 제2 열교환기(40)는 증발기 역할을 하며, 이 경우 냉매는 압축기(10)-제2 열교환기(40)-팽창밸브(30)-제1 열교환기(20)를 순차적으로 경유하고, 그 흐름방향은 도면의 화살표 방향과 같다. Referring to FIG. 4, in the case of the heating operation, unlike the above-described cooling operation according to the switching of the four-
위와 같은 난방운전에 있어서의 상기한 축냉탱크(60)는 상기 제1 열교환기(20)가 응축기 역할을 하므로 축열탱크 기능으로 전환되며, 이 축냉탱크(60)에 연결된 냉방관(92)은 난방관이 되어 난방 대상공간을 경유하면서 난방열을 제공한다. 그리고 온수공급장치(70)는 난방운전 시 사방변 밸브(50a)(50b) 절환에 따라 증발기 역할을 수행하는 제2 열교환기(40)와 압축기(10) 사이에 배치되므로, 온수공급장치(70)의 방열 파이프(74)를 경유하는 냉매는 전술한 냉방운전 때와 마찬가 지로 고온저압의 기체상태이고, 따라서 냉방운전과 동일하게 축열탱크(80)로부터 온수공급장치(70)를 순환하는 물에 열에너지가 전달되어 온수가 생성될 수 있다.In the above-described heating operation, the
한편, 위와 같은 난방운전 과정에서도 역시, 온수공급장치(70)를 거치면서 온도가 상승된 온수는, 축열탱크(80)에서 난방 축열탱크(90)로 전달되어 급탕온수를 생산하기 위한 열원으로 제공된다. 즉, 난방 축열탱크(90) 내부로는 물을 순환시키는 경로를 형성하고 있는 온수관(94)이 경유함으로써, 해당 콘트롤러의 급탕 명령이 인가됐을 경우 상기 온수관 입구(94a)를 통해 난방 축열탱크(90) 내부로 제공된 물은 상기 난방 축열탱크(90) 내부의 온수관(94)을 경유하면서 난방 축열탱크(90)에 수용된 온수로부터 열에너지를 제공받아 온수로 전환되고 온수관 출구(94b)를 통해 외부에 급탕용 온수로서 제공된다.On the other hand, even in the heating operation process as described above, the hot water whose temperature is increased while passing through the hot
이와 함께, 상기 난방 축열탱크(90)에는 난방 대상공간을 경유하는 난방관(92)이 연결되어 있어, 난방 축열탱크(90)에 수용된 온수는 위와 같이 급탕용 온수 생성 뿐 아니라 상기 난방관(92)을 통해 난방 대상공간으로 공급되어 난방구현을 위한 열원으로 활용된다. 즉, 난방운전 시 상기한 축냉탱크(60)의 난방 에너지 및 상기 난방 축열탱크에 수용된 온수를 이용해 난방 대상공간에 대한 난방을 구현할 수 있는 것이다. In addition, the heating
이때도 마찬가지로, 상기 난방 축열탱크(90)에 수용된 온수 중 일부는 제3 열교환기(110)를 통해 열매체 축열탱크(100)를 경유하고, 열매체 축열탱크(100)에는 집열판(140)을 통해 수집된 고온의 열에너지를 가진 열매체가 순환하므로, 상기 제3 열교환기(110)를 흐르는 온수는 열매체로부터 고온의 열에너지를 전달받아 보 다 높은 온도를 유지하게 된다. 결과적으로, 온수공급장치(70)로부터 생성된 온수 뿐 아니라 태양열에 의한 열에너지를 열원으로 함께 사용함에 따라, 난방을 구현함에 있어 에너지의 효율적 운용이 가능하고 보다 효과적으로 난방을 구현할 수 있게 된다. In this case as well, some of the hot water received in the heating
상기한 구성의 본 발명의 실시예에 따르면, 냉방 또는 난방운전 시 증발과정을 거치면서 고온의 상태를 유지하는 냉매에 포함된 열에너지를 이용하여 온수를 생성, 저장하고 이를 난방용 또는 급탕온수 생성하기 위한 용도로 활용한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 냉, 난방 공급 시스템이 냉방운전을 함에 있어서도 급탕온수 및 난방용 온수 제공이 가능하며, 난방기기로 활용되는 동절기 난방운전에 있어서도 역시 급탕온수 및 난방용 온수를 제공할 수 있어, 계절에 상관없이 온수를 생산할 수 있다. According to an embodiment of the present invention of the above configuration, during the cooling or heating operation to generate and store hot water using the heat energy contained in the refrigerant that maintains a high temperature state during the evaporation process for heating or hot water for generating hot water It is used for a purpose. Accordingly, in the cooling and heating supply system according to the present invention, hot water supply and hot water for heating can be provided, and hot water for heating and hot water for heating can also be provided in winter heating operation utilized as a heating device. Hot water can be produced regardless of the season.
또한, 위와 같이 냉방 또는 난방운전 중 지정위치(증발과정을 거친 후)에서의 냉매에 포함된 열에너지를 적극 활용하므로, 응축과정에서 외부로 버려지는 폐열량이 현저히 줄어들고, 따라서 응축과정에서는 냉매의 열교환 효율이 높아져 장치의 냉방 또는 난방성능을 보다 향상시킬 수 있다.In addition, since the heat energy contained in the refrigerant at the designated position (after the evaporation process) during the cooling or heating operation is actively utilized, the amount of waste heat discarded to the outside during the condensation process is significantly reduced, and thus the heat exchange efficiency of the refrigerant during the condensation process. This increases the cooling or heating performance of the device can be further improved.
또, 지정된 위치에서의 냉매에 포함된 열에너지 뿐 아니라 태양열을 급탕생성 또는 난방을 구현함에 있어 활용하므로, 전체적으로 보조히터와 같은 별도의 열원 없이도 온수생산 및 난방구현이 가능하여 저비용 고효율의 냉방 또는 난방 시스템 구현이 가능하며, 자연에너지를 활용함에 따라 환경친화적인 장점 또한 있다.In addition, it utilizes solar heat as well as the heat energy contained in the refrigerant at a designated location to create hot water supply or heating, so it is possible to produce hot water and implement heating without a separate heat source such as an auxiliary heater as a whole. It is possible to implement, and there are also environmentally friendly advantages of using natural energy.
더하여, 상기 냉, 난방 공급 시스템에 있어 냉동 또는 난방 싸이클을 구현하 는 장치가 작동하지 않는 경우에도 태양열을 이용하여 난방 및 온수를 생성할 수 있다.In addition, even when the device implementing the refrigeration or heating cycle does not operate in the cooling and heating supply system, heating and hot water may be generated using solar heat.
이상에서 본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 실용신안등록청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments, the invention may be variously modified and changed without departing from the spirit or the scope of the invention provided by the following claims for utility model registration. It will be appreciated that one of ordinary skill in the art will readily know that there is such a condition.
도 1은 종래 일반적인 히트펌프식 냉, 난방 시스템의 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a conventional general heat pump type cooling and heating system.
도 2는 본 발명에 따른 태양열과 수축열 히트펌프를 이용한 중앙 냉, 난방 공급 시스템의 전체적 구성을 개략적으로 나타낸 개략 구성도.Figure 2 is a schematic diagram schematically showing the overall configuration of the central cold, heating supply system using a solar heat and shrinkage heat pump according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 냉, 난방 공급 시스템의 냉방운전 시 냉매의 흐름 및 물의 순환과정을 나타낸 작동 상태도.Figure 3 is an operational state diagram showing the flow of refrigerant and the circulation of water during the cooling operation of the cooling, heating supply system according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 냉, 난방 공급 시스템의 난방운전 시 냉매의 흐름 및 물의 순환과정을 나타낸 작동 상태도.Figure 4 is an operational state diagram showing the flow of refrigerant and the circulation of water during the heating operation of the cold, heating supply system according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>
10...압축기 20...제1 열교환기10 ...
22...열교환 관로 30...팽창밸브22 ...
40...제2 열교환기 50a, 50b...사방변 밸브40 ...
60...축냉탱크 62...냉방관로60 ...
70...온수공급장치 80...축열탱크70 ...
90...난방 축열탱크 92...난방관90 ... heating
94...온수관 100...열매체 축열탱크
110...제3 열교환기 120...펌프110 ...
130...열매체 순환관 140...집열판130 ... Heat
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