KR100970876B1

KR100970876B1 - 히트 펌프식 냉·난방 장치

Info

Publication number: KR100970876B1
Application number: KR1020080089026A
Authority: KR
Inventors: 진금수
Original assignee: 진금수
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-07-16
Also published as: KR20100030204A; WO2010030093A3; WO2010030093A2; EP2322879A2; US20110154848A1; CN102132111A; JP2012500380A

Abstract

본 발명은 히트 펌프식 냉·난방 장치에 관한 것이며, 상세하게는 온수 생성 수단을 부설한 히트 펌프식 냉·난방 장치에 관한 것으로서, 온수 가열 효율을 향상하고, 난방을 신속하고 양호하게 하며, 복사 난방을 겸할 수 있도록 하여 쾌적한 난방을 할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 압축기(11), 4 웨이 밸브(12), 실내 열교환기(13), 냉방용 팽창밸브(14), 난방용 팽창밸브(15), 실외 열교환기(16) 및 상기 4 웨이 밸브(12)를 냉매도관(17)으로 순서대로 연결하고, 상기 4 웨이 밸브(12)와 압축기(11)를 흡입도관(18)으로 연결한 냉동 사이클(10)과; 상기 냉매도관(17)의 압축기(11)와 4 웨이 밸브(12) 사이에 바이패스 도관(21)을 연결하여서, 상기 바이패스 도관(21)에 응축관(23)을 형성하여 저탕조(25)에 내장함과 아울러 상기 응축관(23) 내에 열매체 가열도관(24)을 삽입하여 이중관형 열교환기(22)를 형성한 온수 발생수단(20)과; 상기 실내 열교환기(13)의 측면에 보조 열교환기(31)를 설치하여 상기 보조 열교환기(31)와 열매체 가열도관(24)을 순환 펌프(33) 부설 공급관(32)과 귀환관(34)으로 폐회로가 형성되게 연결한 실내 열교환기 보조수단(30)을 포함하여 구성한 것이다.

냉동 사이클, 온수 발생수단, 이중관형 열교환기, 응축관, 열매체 가열도관, 실내 열교환기 보조수단, 보조 열교환기, 복사열 발생수단

Description

히트 펌프식 냉·난방 장치{HEAT PUMP TYPE HEATING AND COOLING APPARATUS}

본 발명은 히트 펌프식 냉·난방 장치에 관한 것이며, 상세하게는 온수 생성 수단을 부설한 히트 펌프식 냉·난방 장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 히트 펌프식 냉·난방 장치는 주지된 냉동 사이클을 정·역으로 구동하여 즉 난방 시는 실내 열교환기를 응축기로, 실외 열교환기를 증발기로 작용하게 하여 실내 열교환기에서 고온·고압의 냉매가스가 응축될 때 그 응축열을 이용하여 실내 공기를 가열하여서 대류 난방을 하고, 한편 냉방 시는 실외 열교환기를 응축기로, 실내 열교환기를 증발기로 작용하게 하여 실내 열교환기에서 냉매액을 증발시켜 그 증발열에 의하여 실내 공기를 냉각하여 대류 냉방을 실시하는 것이다.

한편 상기한 히트 펌프식 냉·난방 장치는 사람이 기거하는 주택 등에 설치할 때 목욕 또는 급탕용 등의 온수(이하 "급탕용 온수"라 함)의 생성이 불가능함으로 별도의 온수 생성수단을 설치하여야 하기 때문에 그 비용이 별도로 소요되었는바, 본 발명의 발명자 및 출원인은 상기한 문제점을 개선한 히트 펌프식 냉·난방 장치를 제안하여 특허문헌 1에 개시되어 있다.

상기 특허문헌 1에 개시된 히트 펌프식 냉·난방 장치는 압축기, 4 웨이 밸브, 실내 열교환기, 냉방용 감압기구, 난방용 감압기구, 실외 열교환기 및 상기 4 웨이 밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4 웨이 밸브와 압축기를 냉매가스 흡입도관으로 연결한 냉매회로에 있어서, 상기 도관의 압축기와 4 웨이 밸브 사이에 연결되고 열교환기를 설치한 바이패스관과, 상기 열교환기와 열교환 관계를 이루는 제 2 열교환기가 일측에 설치되고 타측에 상기 실내 열교환기 설치 실내에 부설되는 복사열 발생수단을 설치한 온수 가열회로를 구비하여서, 실내를 대류 냉·난방하고, 난방시 복사 난방도 함께하여 실내의 상·하 온도 차가 없고 소음이 감소되며, 기류가 거주자의 피부에 직접 닿게 되는 양이 적게 되어 쾌적한 난방을 함과 아울러 항상 온수를 사용할 수 있게 한 것이다.

특허문헌 1; 특허 제 357988 호(KR, B1)

그러나 상기한 히트 펌프식 냉·난방 장치는 1 대로서 냉·난방과 급탕용 온수를 동시에 얻을 수 있는 장점이 있지만, 온수는 고온·고압의 냉매가스와 간접 열교환에 의하여 생성되므로 가열 효율의 개선이 요망되고 있다.

그리고 급탕용 온수는 일정온도를 유지함으로 사용에는 문제가 없는 반면에 냉·난방을 중단할 경우 냉동 사이클의 고온부와 저온부가 평형을 유지하면서 냉매액이 압축기에 모이기 때문에 냉·난방을 중단하였다가 재개할 때 특히 난방 운전시에는 히트 펌프의 웜업 시간(정상 가동 준비시간)이 오래 걸리어 쾌적감이 떨어지고 있다.

또한 난방과 함께 급탕용 온수를 생성할 경우 실내 열교환기에서 냉매가스의 응축열 발생이 작기 때문에 난방 열량이 충족되지 못하는 현상도 발생하는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 온수 가열 효율을 향상하고, 난방을 신속하고 양호하게 할 수 있는 히트 펌프식 냉·난방 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 주목적에 추가하여 복사 난방을 겸할 수 있도록 하여 쾌적한 난방을 할 수 있도록 한 히트 펌프식 냉·난방 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기, 4 웨이 밸브, 실내 열교 환기, 냉방용 팽창밸브, 난방용 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4 웨이 밸브를 냉매도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4 웨이 밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 냉동 사이클과; 상기 냉매도관의 압축기와 4 웨이 밸브 사이에 바이패스 도관을 연결하여서, 상기 바이패스 도관에 응축관을 형성하여 저탕조에 내장함과 아울러 상기 응축관에 열매체 가열도관을 삽입하여 이중관형 열교환기를 형성한 온수 발생수단과; 상기 실내 열교환기의 측면에 보조 열교환기를 설치하여 상기 보조 열교환기와 열매체 가열도관을 순환 펌프 부설 공급관과 귀환관으로 폐회로가 형성되게 연결한 실내 열교환기 보조수단을 포함하여 구성한 것이다.

또한 본 발명은 압축기, 4 웨이 밸브, 실내 열교환기, 냉방용 팽창밸브, 난방용 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4 웨이 밸브를 냉매도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4 웨이 밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 냉동 사이클과; 상기 냉매도관의 압축기와 4 웨이 밸브 사이에 바이패스 도관을 연결하여서, 상기 바이패스 도관에 응축관을 형성하여 저탕조에 내장함과 아울러 상기 응축관에 열매체 가열도관을 삽입하여 이중관형 열교환기를 형성한 온수 발생수단과; 상기 실내 열교환기의 측면에 보조 열교환기를 설치하여 상기 보조 열교환기와 열매체 가열도관을 순환 펌프 부설 공급관과 귀환관으로 폐회로가 형성되게 연결한 실내 열교환기 보조수단과; 상기 공급관과 귀환관에 연결하고 상기 실내 열교환기 설치 위치에 부설하는 복사열 발생수단을 포함하여 구성한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 저장조 내에 이중관형 열교환기를 내장하여 냉매가스 와 온수가 직접 열교환함으로 온수 가열 효율이 향상되고, 또한 이중관형 열교환기에서 가열된 열매체를 실내 열교환기에 설치된 보조 가열수단의 보조 열교환기에 순환함으로 난방 운전 개시시에 신속한 난방을 할 수 있음과 아울러 난방 열량 부족 현상을 방지함으로 양호한 난방을 할 수 있는 것이다.

또한 본 발명은 대류 난방과 복사 난방을 겸함으로써 실내의 상·하 온도 차가 작기 때문에 쾌적한 난방을 할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 이중관형 열교환기의 단면도로서, 본 발명의 제 1 실시예는 냉동 사이클(10), 온수 발생수단(20), 실내 열교환기 보조수단(30)으로 대별된다.

상기 냉동 사이클(10)은 압축기(11), 4 웨이 밸브(12), 실내 열교환기(13), 냉방용 팽창밸브(14), 난방용 팽창밸브(15), 실외 열교환기(16) 및 상기 4 웨이 밸브(12)를 냉매도관(17)으로 순서대로 연결하고, 상기 4 웨이 밸브(12)와 압축기(11)를 흡입도관(18)으로 연결한 것이다.

상기 온수 발생수단(20)은 상기 냉매도관(17)의 압축기(11)와 4 웨이 밸브(12) 사이에 바이패스 도관(21)의 양단을 일정 간격이 유지되게 연결하여 상기 바이패스 도관(21)에 응축관(23)을 형성하여 저탕조(25)에 내장함과 아울러 상기 응축관(23)내에 물, 브라인 등의 열매체 가열도관(24)을 삽입하여 이중관형 열교환기(22)로 형성한 것이다.

상기 이중관형 열교환기(22)는 지그재그 형상으로 형성하여 방열 면적을 크 게 함으로써 온수 가열 효율을 더욱더 향상할 수 있게 하고, 상기 응축관(23) 및 열매체 가열도관(24)은 상기 형상 이외에 원형으로도 할 수 있는 것이다.

상기 실내 열교환기 보조수단(30)은 상기 실내 열교환기(13)의 측면에 보조 열교환기(31)를 설치하여 상기 보조 열교환기(31)와 열매체 가열도관(24)을 순환 펌프(33) 부설 공급관(32)과 귀환관(34)으로 폐회로가 형성되게 연결하여 난방시 실내 열교환기(13)의 보조기능을 하도록 한 것이다.

그리고 상기 바이패스 도관(21)의 입구 및 상기 냉매도관(17)의 상기 바이패스 도관 입구측 연결부 후방에 솔레노이드 밸브(41a)(41b)를 설치하여 선택적으로 개폐하거나 또는 동시에 개방하여 냉·난방과 동시에 온수를 생성하거나, 냉·난방 만을 하도록 한 것이며, 또한 상기 공급관(32)에 솔레노이드 밸브(42)를 설치하여 이를 폐쇄함으로써 보조 열교환기(31)의 기능을 정지토록 한 것이다.

미 설명부호 19a, 19b는 체크 밸브이고, 19c는 팽창 탱크이며, 27은 급수관, 28은 온수 인출관이다.

이상과 같은 본 발명의 제 1 실시예는 냉·난방만을 할 때에는 솔레노이드 밸브(41b)를 개방[솔레노이드 밸브(41a)는 폐쇄 상태로 둠]하고 압축기(11)를 구동하여 고온·고압의 냉매가스를 화살표 실선으로 흐르게 하면 실내 열교환기(13)에서 냉매가스가 응축되어 그 응축열에 의하여 실내를 대류 난방하고, 한편 고온·고압의 냉매가스를 화살표 가상선으로 흐르게 하면 냉방용 팽창밸브(14)에서 팽창된 냉매액이 실내 열교환기(13)에서 증발될 때 그 증발열에 의하여 실내를 냉방하는 것은 주지된 것과 동일하다.

상기와 같이 운전할 때 온수를 생성하려면 솔레노이드 밸브(41a)를 개방하고 압축기(11)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스를 바이패스 도관(21)을 경유시키면 응축관(23)을 흐르면서 응축되면서 그 응축열이 저탕조(25) 내에 저장된 급수(가열하려는 온수) 및 열매체 가열도관(24) 내의 열매체와 열교환하여 온수를 생성함과 아울러 열매체를 가열하는 것이다.

상기와 같이 열매체 가열도관(24)에서 가열된 열매체는 솔레노이드 밸브(42)를 개방하고 순환 펌프(33)를 구동하여 실내 열교환기(13)의 측면에 설치된 보조 열교환기(31)에 순환시키면 난방 개시 또는 난방 중단 후 재개 후의 웜업 시간에도 실내의 온도를 신속하게 상승시킴으로 쾌적한 난방을 할 수 있고, 또한 히트 펌프의 웜업 시간이 끝난 후에도 계속 가동하면 난방 열량을 양호하게 보충할 수 있는 것이다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 구성도로서, 상기 제 1 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 부여하고 구체적인 설명은 생략하며, 상기 제 1 실시예와 차이되는 점은 상기 열매체 가열도관(24)에 복사열 발생수단(50)을 부설한 것이다.

상기 복사열 발생수단(50)은 상기 공급관(32)과 귀환관(34)에 제 2 공급관(52)과 제 2 귀환관(53)을 연결하여 상기 제 2 공급관 및 귀환관(52)(53)에 팬 코일 유닛, 라디에이터, 바닥 부설 방열 코일 등의 열교환기(51)를 설치하며, 상기 제 2 공급관(52)에 솔레노이드 밸브(54)를 설치한 것이다.

본 발명의 상기 제 2 실시예는 상기 제1실시예와 같은 난방시에 복사 난방을 하려면 실내 열교환기 보조수단(30)의 사용시에는 솔레노이드 밸브(54)를 개방하고 솔레노이드 밸브(42)는 개방상태로 두거나 폐쇄하며, 실내 열교환기 보조수단(30)의 사용 중단시에는 솔레노이드 밸브(54)만을 개방하거나 솔레노이드 밸브(42)(54) 를 모두 개방한 후 순환 펌프(33)을 구동하면 열매체 가열도관(24)에서 가열된 열매체가 열교환기(51)를 순환하면서 실내를 실내 열교환기(13)에 의하여 대류 난방함과 아울러 복사 난방을 함으로써 실내의 상·하 온도 차가 작기 때문에 쾌적한 난방을 할 수 있고, 또한 솔레노이드 밸브(41a)의 개방도를 솔레노이드 밸브(41b)의 개방도 보다 크게 하여 열교환기(51)에서의 방열량을 실내 열교환기(13)의 온풍 토출량보다 크게 하면 온풍이 거주자에게 닿게 되는 양이 적게 되어 이 또한 쾌적한 난방의 상승 효과를 달성하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 구성도

도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 이중관형 열교환기의 단면도

도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 구성도

<도면 중 주요부호에 대한 설명>

10: 냉동 사이클 20: 온수 발생수단 22: 이중관형 열교환기

23: 응축관 24: 열매체 가열도관 30: 실내 열교환기 보조수단

31: 보조 열교환기 50: 복사열 발생수단

Claims

압축기, 4 웨이 밸브, 실내 열교환기, 냉방용 팽창밸브, 난방용 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4 웨이 밸브를 냉매도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4 웨이 밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 냉동 사이클과; 상기 냉매도관의 압축기와 4 웨이 밸브 사이에 바이패스 도관을 연결하여서, 상기 바이패스 도관에 응축관을 형성하여 저탕조에 내장함과 아울러 상기 응축관 내에 열매체 가열도관을 삽입하여 이중관형 열교환기를 형성한 온수 발생수단과; 상기 실내 열교환기의 측면에 보조 열교환기를 설치하여 상기 보조 열교환기와 열매체 가열도관을 순환 펌프 부설 공급관과 귀환관으로 폐회로가 형성되게 연결한 실내 열교환기 보조수단을 포함하여 구성한 히트 펌프식 냉·난방 장치
압축기, 4 웨이 밸브, 실내 열교환기, 냉방용 팽창밸브, 난방용 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4 웨이 밸브를 냉매도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4 웨이 밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 냉동 사이클과; 상기 냉매도관의 압축기와 4 웨이 밸브 사이에 바이패스 도관을 연결하여서, 상기 바이패스 도관에 응축관을 형성하여 저탕조에 내장함과 아울러 상기 응축관 내에 열매체 가열도관을 삽입하여 이중관형 열교환기를 형성한 온수 발생수단과; 상기 실내 열교환기의 측면에 보조 열교환기를 설치하여 상기 보조 열교환기와 열매체 가열도관을 순환 펌프 부설 공급관과 귀환관으로 폐회로가 형성되게 연결한 실내 열교환기 보조수단과; 상 기 공급관과 귀환관에 연결하고 상기 실내 열교환기 설치 위치에 부설하는 복사열 발생수단을 포함하여 구성한 히트 펌프식 냉·난방 장치
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 이중관형 열교환기는 지그재그 형상으로 형성한 히트 펌프식 냉·난방 장치
제 2항에 있어서, 복사열 발생수단은 팬 코일 유닛, 라디에이터, 바닥 부설 방열 코일 중에서 선택되는 히트 펌프식 냉·난방 장치