KR101019169B1 - Heat pump system using air heat source - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CO2가스를 냉매가스로 이용하는 히트펌프시스템에 관한 것으로, 압축기(1)와, 열교환응축기(3)와, 증발기(5)와, 서브쿨러(6)로 연결되는 폐회로로 이루어지는 CO2 히트펌프시스템에 있어서, 상기 열교환응축기(3)를 열기사용처로 하되, 열교환응축기(3)의 출구측 관로에 온도센서(21)를 설치하고 분기점(J1)을 두어 두 개의 관로(L1)(L2)로 분기한 다음, 온도센서(21)의 냉매가스의 온도가 35℃ 이하일 경우에는 관로(L1)를 열어 곧바로 서브쿨러(6)를 통과하도록 하여 서브쿨러(6)에서 증발과정이 끝난 저온의 냉매가스와의 열교환으로 1차 과열도를 낮추고 인터쿨러(7)에서 2차 과열도를 낮추어서 증발기(5)에서 증발이 이루어지도록 하고, 상기 온도센서(21)의 냉매가스의 온도가 35℃ 이상일 경우에는 관로(L2)를 열어 증발기(5)에 의해 냉각되는 서브콘덴서(4)를 통과시켜 소정의 온도로 냉각한 다음 상기의 서브쿨러(6)로 보내 증발과정이 끝난 저온의 냉매가스와의 열교환으로 1차 과열도를 낮추고 인터쿨러(7)에서 2차 과열도를 낮추어서 증발기(5)에서 증발이 이루어지도록 하는 특징이 있다.The present invention CO 2 made of a closed-circuit which relates to a heat pump system using a CO 2 gas as a refrigerant gas, connected to the compressor (1), a heat exchange condenser 3 and the evaporator 5, a sub-cooler 6 In the heat pump system, the heat exchange condenser 3 is used as a hot air source, but the temperature sensor 21 is installed in the outlet line of the heat exchange condenser 3, and the branch point J1 is provided so that two pipelines L1 and L2 are provided. Branch), and when the temperature of the refrigerant gas of the temperature sensor 21 is 35 ° C. or less, open the conduit L1 to immediately pass through the sub cooler 6 so that the evaporation process in the sub cooler 6 is completed. When the first superheat degree is lowered by heat exchange with the refrigerant gas and the second superheat degree is lowered in the intercooler 7, the evaporator 5 is evaporated, and when the temperature of the refrigerant gas of the temperature sensor 21 is 35 ° C. or higher. The subcondenser is cooled by the evaporator 5 by opening a conduit L2. After passing through (4) and cooling to a predetermined temperature, it is sent to the sub cooler (6) to lower the first degree of superheat by heat exchange with the refrigerant gas of low temperature which has been evaporated, and the second degree of superheat is reduced by the intercooler (7). Lowering is characterized in that the evaporation is made in the evaporator (5).
급탕, 히트펌프, CO₂가스, 냉동사아클, 난방 Hot water supply, heat pump, CO₂ gas, refrigeration cycle, heating
Description
본 발명은 공기열원을 이용한 CO2 히트펌프시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CO2 냉매가스를 임계온도 31℃ 이하의 온도로 과열도를 낮추어 히팅 및 쿨링효율을 향상시키는 CO2 히트펌프시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a CO 2 heat pump system using an air heat source, and more particularly, to a CO 2 heat pump system which improves heating and cooling efficiency by lowering the superheat degree of the CO 2 refrigerant gas below a critical temperature of 31 ° C. It is about.
종래에도 증기압축식 냉동사이클에 사용되는 냉매로 CO2를 사용한 증기압축식 냉동사이클이 다수 제안된 바 있다.Conventionally, many steam compression refrigeration cycles using CO 2 as a refrigerant used in a vapor compression refrigeration cycle have been proposed.
이 CO2 사이클의 작동은 압축기에서 기상상태의 CO2 냉매를 압축하고 이 고온의 압축된 기상상태의 냉매를 방열기에 의해 냉각하며 감압기에 의해 감압하며 기액2상 상태로 된 CO2 를 증발시켜 증발잠열을 공기 등의 외부 유체로 부터 받아 들인다.The operation of this CO 2 cycle compresses the gaseous CO 2 refrigerant in the compressor, cools this high temperature compressed gaseous refrigerant by a radiator, decompresses it by a pressure reducer, and evaporates CO 2 in a gas-liquid two-phase state. It receives latent heat from external fluids such as air.
이미 주지된 바와같이 CO2의 임계온도는 약 31℃로 종래의 프레온의 임계점 온도와 비교해서 낮기 때문에 여름철 등 외기의 온도가 높을 때는 방열기 측에서의 CO2 온도가 CO2의 임계점 온도보다도 높아져, 방열기의 출구측에서 CO2 가 응축되지 않는 현상이 발생하기 때문에, 방열기에서 배출되는 CO2 냉매가 팽창밸브로 유입되기 전에 CO2 냉매를 임계 온도 이하로 낮추는 것이 요구된다.As is well known, the critical temperature of CO 2 is about 31 ° C., which is lower than the critical point temperature of the conventional freon. Therefore, when the temperature of the outside air is high, such as in summer, the temperature of CO 2 on the radiator side is higher than the critical point temperature of CO 2 . since the phenomenon in which the CO 2 is not condensed at the outlet side occurs, it is required that the CO 2 refrigerant discharged from the heat sink to lower the CO 2 refrigerant before it flows into the expansion valve to below the critical temperature.
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본 발명은 상기와 같은 종래의 요구조건에 부합하기 위하여 압축기의 효율을 높여 줄 수 있는 공기열원을 이용한 CO2 히트펌프시스템을 제공함에 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a CO 2 heat pump system using an air heat source that can increase the efficiency of the compressor to meet the conventional requirements as described above.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압축기와, 열교환응축기와, 증발기와, 서브쿨러의 폐회로로 이루어지는 히트펌프 시스템에 있어서, The present invention for achieving the above object is a heat pump system consisting of a closed circuit of the compressor, heat exchange condenser, evaporator, subcooler,
상기 열교환응축기의 출구측에 온도센서와 분기점을 두어 온도센서의 설정온도에 따라 냉매가스 온도가 35℃ 이하일 경우에는 곧바로 서브쿨러를 통과하도록하여 서브쿨러에서 증발과정이 끝난 저온의 냉매가스와의 열교환으로 1차 과열도를 낮추고 인터쿨러에서 2차 과열도를 낮추어서 증발기에서 증발이 이루어지도록 하고, 상기 열교환응축기의 출구측의 냉매가스 온도가 35℃ 이상일 경우에는 증발기에 의해 냉각된 공기를 서브콘덴서에 통과시켜 소정의 온도로 냉각한 다음 상기의 서브쿨러로 보내 증발과정이 끝난 저온의 냉매가스와의 열교환으로 1차 과열도를 낮추고 인터쿨러에서 2차 과열도를 낮추어서 증발기에서 증발이 이루어지도록 하는 특징과, 상기 서브콘덴서에는 서브콘덴서의 출구온도로 제어되는 냉각수 스프레이 노즐을 설치하여 서브콘덴서의 출구온도가 희망하는 온도 이하로 냉각되지 않 을 경우 냉각수 스프레이 노즐을 작동하여 물의 증발잠열을 이용하여 냉매가스의 과열도를 낮춘 다음 서브 쿨러에 공급되게 하는 다른 특징과, 상기 증발기의 서리를 제거하기 위하여 상기 압축기와 열교환응축기의 사이에 삼방밸브를 설치하여 이로부터 뜨거운 냉매가스를 공급하는 관로를 형성하고 이 관로에 압력조절밸브를 설치하며 이 압력조절밸브를 통과한 관로는 증발기의 입구측에 연결하여 증발기의 서리를 뜨거운 냉매가스로 제상할 수 있게 하고, 증발기의 출구측 관로는 삼방밸브에서 곧바로 서브쿨러에 연결하여 서브쿨러에서 냉매의 과열도가 조절되게 한 다음, 별도의 온수관에 의해 열교환되는 제상용 증발기에 연결하여 증발시킴으로써 서리제거사이클이 구비되는 또 다른 특징과, 상기 서브콘덴서와 상기 증발기는 하나의 어셈블리로 이루어지도록 하여 증발기를 통과하면서 냉각된 바람과 스프레이 노즐에서 분사되는 물에 의해 서브콘덴서를 냉각하도록 구성되는 또 다른 특징이 있다.When the refrigerant gas temperature is 35 ℃ or less according to the set temperature of the temperature sensor by placing a temperature sensor and a branch point at the outlet side of the heat exchange condenser, the heat exchanger passes through the sub cooler immediately to exchange heat with the low temperature refrigerant gas that has been evaporated in the sub cooler. To reduce the first superheat degree and to reduce the second superheat degree in the intercooler to allow evaporation in the evaporator. When the refrigerant gas temperature at the outlet side of the heat exchange condenser is 35 ° C or higher, the air cooled by the evaporator passes through the subcondenser. After cooling to a predetermined temperature and sent to the sub-cooler, the first superheat degree is lowered by heat exchange with the refrigerant gas of low temperature which has been evaporated, and the second superheat degree is lowered in the intercooler, so that the evaporator is evaporated. The subcondenser is equipped with a cooling water spray nozzle controlled by the outlet temperature of the subcondenser. If the outlet temperature of the sub-condenser is not cooled below the desired temperature, the coolant spray nozzle is operated to lower the superheat degree of the refrigerant gas by using the latent heat of evaporation of water, and then to supply the sub-cooler. In order to remove frost, a three-way valve is installed between the compressor and the heat exchange condenser to form a pipeline for supplying hot refrigerant gas therefrom, and a pressure regulating valve is installed in the pipeline, and the pipeline passing through the pressure regulating valve It is connected to the inlet side so that the frost of the evaporator can be defrosted by the hot refrigerant gas, and the outlet pipe of the evaporator is connected to the subcooler directly from the three-way valve to control the superheat of the refrigerant in the subcooler, and then separate hot water Defrost cycle is provided by evaporating by connecting to a defrost evaporator heat exchanged by a tube Further features and the sub condenser and the evaporator has a further feature that is configured to sub-cool the condenser by the water injected from the cooling wind and the spray nozzle while passing through the evaporator and to consist of a single assembly.
상기와 같은 해결 수단을 지닌 본 발명은 친환경적인 자연냉매인 CO2 를 이용한 히트펌프로서 압축기의 효율을 크게 증가시키고 공기중의 자연열을 효과적으로 흡수하는 등의 이점이 있다.The present invention having the above-described solutions as a heat pump using environmentally friendly natural refrigerant CO 2 has the advantage of greatly increasing the efficiency of the compressor and effectively absorb the natural heat in the air.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다 음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 히트펌프시스템의 기본 계통도이고, 도 2는 본 발명이 채용된 바람직한 실시 예에 따른 히트펌프시스템의 계통도이며, 도 3은 CO2 냉동사이클의 p-H선도이다.1 is a basic schematic diagram of the heat pump system of the present invention, Figure 2 is a schematic diagram of a heat pump system according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 3 is a pH diagram of the CO 2 refrigeration cycle.
도면에 도시한 바와 같이 본 발명의 압축식 냉동사이클은 CO2 사이클로서, As shown in the figure, the compression refrigeration cycle of the present invention is a CO 2 cycle,
도면부호 1은 기상 상태의 자연냉매 CO2를 초 임계압력과 고온으로 압축하는 압축기이다.
도면부호 2는 유분리기로서, CO2 냉매가스와 냉동오일을 분리하여 냉동오일은 다시 압축기로 보내는 역할을 한다.
도면부호 3은 고온의 CO2 냉매가스의 열기를 사용하는 열기사용처인 열교환응축기로서, 마이크로 튜브 타입으로 구성하는 것이 바람직하다.
이 열교환응축기(3)는 예로서 난방. 급탕시스템의 온수관(20)을 순환하는 온수를 가열하는 역할을 한다.This
도면부호 4와 5와 30은 일체형 서브콘덴서(sub-condenser)와 증발기 및 스프레이 노즐로서, 증발기(5)에 의해 냉각된 차가운 공기에 의해 서브콘덴서(4)를 통과하는 CO2 냉매가스를 임계온도 이하로 냉각하여 주며, 경우에 따라 상기의 냉각작용이 충분하지 않을 경우에는 스프레이 노즐에서 물을 분사하여 물의 증발잠열로도 서브콘덴서(4)를 냉각시켜 응축과열도를 낮추어 준다.
도면부호 6은 서브쿨러(sub-cooler)로서, 증발기(5)에서 증발과정이 끝난 습포화 증기상태인 저온의 냉매가스와 열교환기 응축기(3)에서 배출되는 냉매(또는 열교환기 응축기(3)에서 배출되어 서브 콘덴서(4)를 통과한 냉매)가 서브쿨러(6)에서 열교환되어, 서브쿨러(6)에서 팽창기(EX.2)로 공급되는 냉매의 온도를 임계점 온도 이하로 낮추고, 서브쿨러(6)에서 압축기(1)로 공급되는 냉매가스의 온도를 높임으로써, 증발기(5)의 냉각효율이 향상되고, 압축기(1)의 성능이 향상된다.Reference numeral 6 is a sub-cooler (sub-cooler), the refrigerant gas discharged from the heat exchanger condenser (3) and the low-temperature refrigerant gas in the wet saturated vapor state after the evaporation process in the evaporator (5) (or heat exchanger condenser 3) The refrigerant discharged from the
도면부호 7은 인터쿨러(intercooler)로서, 냉매를 25℃ 이하의 포화액 상태로 상 변화(狀 變化) 하여 팽창밸브(Ex2)의 냉매순환량을 증대시킨다.
도면부호 8은 기액분리기로서, 기체상태의 냉매와 액체상태의 냉매를 분리하여 기체상태의 저온의 습포화증기는 서브 쿨러(6)에 보내지며 냉매액은 재 팽창 증발시켜 서브 쿨러(6)에 보낸다.Reference numeral 8 denotes a gas-liquid separator, which separates the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant and sends the low-temperature wet saturated vapor in the gaseous state to the sub cooler 6, and the refrigerant liquid is expanded and evaporated to the sub cooler 6. send.
도면부호 9는 제상용(除霜用) 증발기로서, 증발열원은 급탕탱크의 온수를 순환시켜 열교환이 되게 한 것이다.
상기 구성 요소들을 기본으로 하여 본 발명의 구성을 좀더 구체적으로 설명한다.The configuration of the present invention will be described in more detail based on the above components.
압축기(1)에서 고온.고압상태로 압축된 냉매가스는 열기사용처인 열교환응축기(3)로 들어가 열을 방출한 뒤 온도센서(21)가 설치된 출구측 관로로 나온다.The refrigerant gas compressed at high temperature and high pressure in the compressor (1) enters the heat exchange condenser (3), which is a hot place, discharges heat, and then exits to the outlet side pipe where the
출구측 관로는 온도센서(21)를 지나 분기점(J1)에서 관로(L1)(L2)로 분기되어 관로(L1)는 전자밸브(SV1)를 거쳐 서브 콘덴서(4)와 서브 쿨러(6) 사이의 관로(L3)에 연결되고, 다른 관로(L2)는 전자밸브(SV2)를 거쳐 관로(L3)와 연결된 서브콘덴서(4)에 연결된다.The outlet line passes through the
상기 전자밸브(SV1)(SV2)는 열교환응축기(3)의 출구측에 설치되어 있는 온도 센서(21)에 의해 제어된다. 즉, 온도센서(21)를 통과하는 냉매가스의 온도가 미리 설정된 소정의 온도인 35℃ 이하일 경우에는 전자밸브(SV1)가 열리고, 35℃ 이상일 경우에는 전자밸브(SV2)가 열리도록 되어 있다.The solenoid valves SV1 and SV2 are controlled by the
상기 증발기(5)의 출구측과 기액분리기(8)의 입구측을 연결하는 관로에 삼방밸브(12)가 설치되는데, The three-
여기서 a-c방향은 정상 사이클이고, a-b방향은 제상 사이클로서, a-b방향으로 분기된 냉매 라인은 서브콘덴서(4)에서 나오는 관로(L3)에 연결된다.Here, the a-c direction is a normal cycle, the a-b direction is a defrost cycle, and the refrigerant line branched in the a-b direction is connected to the conduit L3 exiting the
상기 제상용 증발기(9)의 출구측은 기액분리기(8)에 연결되고 입구측은 서브쿨러(6)와 인터쿨러(7) 사이의 관로(L3)의 분기점(J2)에 연결되어 있다. The outlet side of the
상기 제상용 증발기(9)에는 별도의 급탕. 난방시스템의 온수관(20a)의 온수와 열교환이 이루어지도록 구성된다.The defrost evaporator (9) has a separate hot water supply. It is configured to exchange heat with hot water in the
상기 서브콘덴서(4)에는 냉매 응축온도를 낮추기 위하여 서브콘덴서(4)의 출구측 온도센서(11)에 의해 제어되는 가압펌프(31)와 전자밸브(SV7)가 구비된 냉각수 스프레이 노즐(30)이 설치되어 있다.The
따라서 도면 상에서의 히트펌프 가열사이클을 설명하면, Therefore, referring to the heat pump heating cycle on the drawing,
압축기(1)→ 삼방밸브(10)→ 급탕,난방용 온수 등을 가열하는데 사용하는 열교환응축기(3)→ 온도센서(21)→ 분기점(J1)→ 전자밸브(SV1)[또는 전자밸브(SV2)→ 서브콘덴서(4)→ 온도센서(11)]→ 서브쿨러(6)→ 인터쿨러(7)→ 증발기(5)→ 삼방밸브(12)→ 기액분리기(8)→ 서브쿨러(6)→ 압축기(1)로 이루어진다. Compressor (1) → Three-way valve (10) → Heat exchange condenser (3) → Temperature sensor (21) → Branch point (J1) → Solenoid valve (SV1) [or solenoid valve (SV2) → subcapacitor (4) → temperature sensor (11) → subcooler (6) → intercooler (7) → evaporator (5) → three-way valve (12) → gas-liquid separator (8) → subcooler (6) → compressor ( 1) consists of.
즉, 상기 열교환응축기(3)에서 나오는 냉매가스의 온도를 온도센서(21)로 체 크하여 35℃ 이하일 경우에는 전자밸브(SV2)를 차단하고 전자밸브(SV1)를 열어 곧바로 서브쿨러(6)로 공급하고, 35℃ 이상일 경우에는 전자밸브(SV1)를 차단하고 전자밸브(SV2)를 열어 서브콘덴서(4)에서 냉각한 다음 서브쿨러(6)로 공급한다.That is, when the temperature of the refrigerant gas from the
또, 인터쿨러(7)와 증발기(5)의 사이의 분기점(J2)에서 분기된 관로(L4)는 전자밸브(SV4)와, 팽창밸브(EX1)를 거쳐 다시 인터쿨러(7)를 통과한 후 기액분리기(8)와 서브쿨러(6) 사이의 관로에 연결된다. 이는 팽창밸브(EX1)의 작용에 의해 인터쿨러(7)의 출구측 냉매가스 온도를 25℃이하로 조절할 수 있어 압축기의 효율을 높여주기 위한 것이다.In addition, the pipeline L4 branched at the branch point J2 between the
상기 압축기(1)와 열교환응축기(3)의 사이의 관로에는 삼방밸브(10)가 설치되어 여기서 a-c방향으로 분기된 관로(L5)는 증발기(5)의 서리제거용으로서, 증발기(5)의 입구측에 연결된다. 이는 열교환응축기(3)로부터 나오는 고온.고압의 냉매가스를 다이렉트로 증발기(5)에 공급하여 증발기(5)에 착상된 서리를 제거하기 위한 것이다. A three-
이를 좀더 구체적으로 설명하면, In more detail,
제상 사이클은, 압축기(1)→ 유분리기(2)→ 삼방밸브(10)의 a-c방향→ 압력조절밸브(PM)→ 증발기(5)→ 삼방밸브(12)a-b방향→ 서브쿨러(6)→ 전자밸브(SV5)→ 팽창밸브(Ex3)→ 제상용 증발기(9)→ 기액분리기(8)→ 서브쿨러(6)→ 압축기(1)로 이루어진다.In the defrost cycle, the compressor (1) → oil separator (2) → ac direction of the three-way valve (10) → pressure control valve (PM) → evaporator (5) → three-way valve (12) ab direction → subcooler (6) → The solenoid valve SV5 → expansion valve Ex3 →
다음 냉매과열도 사이클을 설명하면,Explaining the next refrigerant superheat cycle,
온도센서(21)의 온도가 미리 설정된 소정의 온도, 예로서 35℃ 이하일 경우 에는 열교환응축기(3)→ 온도센서(21)→ 분기점(J1)→ 전자밸브(SV1)→ 서브쿨러(6)→ 인터쿨러(7)로 이루어지고,When the temperature of the
온도센서(21)의 온도가 미리 설정된 소정의 온도, 예로서 35℃ 이상일 경우에는 열교환응축기(3)→ 온도센서(21)→ 분기점(J1)→ 전자밸브(SV2)→ 서브콘덴서(4)→ 온도센서(11)→ 서브쿨러(6)→ 인터쿨러(7)로 이루어진다.When the temperature of the
상기 냉매과열도 사이클은 열교환응축기(3)를 통과한 냉매가스의 과열도를 조절하여 가열능력을 향상시키는 것으로, 냉매가스는 온도센서(21)의 설정온도에 따라 전자밸브(SV1) 또는 전자밸브(SV2)를 거쳐 서브쿨러(6)를 통과하면서 증발기(5)를 통과한 저온의 습포화증기 냉매와 열교환을 형성하므로 전자밸브(SV1)(SV2)를 통과한 냉매가스는 임계온도(31.1℃) 이하의 포화액 냉매상태로 상변화가 이루어져 증발이 끝난 저압축의 습포화 증기 또한 고온의 냉매액과 열교환으로 인한 냉매 흡입가스의 과열도(수퍼히트 값)를 높임으로서 압축기의 성능을 최대한 높여주어 가열능력(COP)을 향상시킬 수가 있다. The refrigerant superheat cycle is to improve the heating capacity by adjusting the superheat degree of the refrigerant gas passing through the heat exchange condenser (3), the refrigerant gas according to the set temperature of the
상기와 같은 본 발명은 압축기(1)로 부터 배출되는 고온, 고압의 냉매가스는 삼방밸브(10)를 거쳐 열교환응축기(3)에 유입되어 온수관(20)을 순환하는 온수와 열교환하여 65~90℃의 고온의 온수로 가열하고 열교환응축기(3)에서 나온 냉매가스는 임계온도 이상의 포화증기 상태로서 임계압력이 74bar이고 임계온도가 31.1℃로 냉매가스는 저온의 열원인 임계온도 이하에서 증발과정이 일어나게 되므로 열교환응축기(3)의 출구측 냉매가스 온도가 35℃ 이하 일 경우에는 전자밸브(SV1)를 거쳐 서브 쿨러(6)로 유입되며, 35℃이상 일 경우에는 전자밸브(SV2)를 거쳐 서브콘덴서(4)를 통과하여 냉매가스의 과열온도를 증발기의 차가운 공기에 의해 냉각하게 되며, 또한 서브콘덴서(4)의 출구측 온도센서(11)의 설정온도에 따라 가압펌프(31) 및 전자밸브(SV7)를 가동하여 스프레이 노즐(30)에 의하여 서브콘덴서(4)에 냉각수를 분사하여 과열도를 조절하며 상기의 전자밸브(SV1)(SV2)는 서브 콘덴서(4)의 출구의 온도센서(11)로 감지되는 온도에 의해 제어된다.In the present invention as described above, the high-temperature, high-pressure refrigerant gas discharged from the
서브 콘덴서(4)를 냉각시키는 수단으로 증발기에서 나오는 찬 공기로도 냉각시킬수 있으나, 물이 증발할 때 발생하는 잠열을 이용하는 냉각방식으로 스프레이 노즐(30)을 설치하여 이에 냉수를 펌프(31)로 공급하여 냉각시키는 방법도 있다. 상기 냉각수단을 병설하는것이 바람직하다. 물의 흐름을 제어하는 전자밸브(SV7)는 온도센서(11)에 의해 제어된다.The
또, 과열도 조절에 따른 냉매가스는 전자밸브(SV1)(SV2)를 거쳐 서브쿨러(6)를 통과하면서 증발기(5)를 통과한 저온의 습포화증기 냉매와 열교환을 형성하므로 전자밸브(SV1)(SV2)를 통과한 냉매가스는 임계온도(31.1℃) 이하의 포화액 냉매상태로 상변화가 이루어져 저압축의 습포화 증기 또한 고온의 냉매액과 열교환으로 인한 냉매 흡입가스의 과열도(수퍼히트 값)을 높임으로서 암축기의 성능을 최대한 높일 수가 있으므로 가열능력(COP)을 향상시킬 수가 있으며 서브쿨러(6)를 통과한 냉매액은 전자밸브(SV3)와 액면계(SG)를 통과하여 인터쿨러(7)에서 최종 냉매액의 과열온도를 조절할 수가 있으며 이때 전자밸브(SV4), 팽창밸브(EX.1)의 작동에 따라서 인터쿨러(7) 출구액 온도를 25℃ 이하로 조절할 수가 있으므로 냉매 순환량에 따른 증발능력을 향상시킬 수가 있다.In addition, the refrigerant gas according to the superheat degree control forms a heat exchange with the low-temperature wet saturated steam refrigerant passing through the
다음, 인터쿨러(7)에서 임계온도 25℃ 이하의 포화액 상태로 상변화하여 증발기(5)에서 증발기용 송풍기(F)의 공기 강제순환으로 대기 중의 공기열원과 증발기 내부의 저온의 습포화 증기와의 열교환이 이루어지므로 공기 중의 자연 열원을 얻을 수가 있다.Next, the
이때 대기중의 공기열원과 증발기에서 열교환이 끝난 CO2 습포화증기와 건포화증기로 이루어진 CO2냉매가스는 삼방밸브(12)에서 a-c방향으로 순환하여 기액분리기(8)에서 기체냉매와 액체냉매를 분리하여 기체상태 저온의 습포화증기는 서브쿨러(6)에 보내지며 액체냉매는 전자밸브(SV6)을 통과하여 팽창밸브(EX4)에서 재 팽창 증발하여 서브쿨러(6)에 보내지며 여기에서 전자밸브(SV1)(SV2)를 통과한 고온의 냉매액과 열교환하여 흡입가스 냉매 과열도(수퍼히트값)를 증대시키므로 압축기(1)의 성능을 향상시킨다.At this time, the CO 2 refrigerant gas consisting of CO 2 wet saturated steam and dry saturated steam, which has been heat-exchanged in the air heat source and the evaporator in the atmosphere, circulates in the ac direction at the three-
이러한 CO2 냉매의 사이클 변화로서 구성되어지는 본 발명은 동절기 가동시에는 증발기(5)에 외부공기순환 열교환으로 외부공기 중의 습도와 증발기(5)의 CO2 냉매 증발 온도차에 의하여 증발기에 서리가 착상되어 외부공기와의 열교환이 원활하게 이루어지지 않아 증발효율이 저하되므로 이때의 제상방법으로 삼방밸브(10)의 유로를 a-c방향으로 조작하여 급탕, 온수 사이클은 중단하고 고온,고압의 가스냉매가 곧바로 압력조절밸브(PM)을 거쳐 증발기(5)에 공급되어지도록 하여 제상사이클이 행하여진다.The present invention being constituted as a cycle change of CO 2 refrigerant is winter operation when there is frost in the evaporator by the CO 2 refrigerant evaporation temperature of the
이때 증발기(5)에 공급되는 냉매가스의 압력은 제상용 증발기(9)의 총입 압력에 따라서 비례 조정되며 증발기에 착상된 얼음과 냉매가스의 열교환으로 인하여 냉매가스가 냉매액 상태로 상변화 되므로 재 증발이 필요하기 때문에 증발기(5)의 액상태의 냉매액을 삼방밸브(12)의 a-b방향으로 순환하여 서브쿨러(6)를 통과하여 흡입가스의 과열도를 향상시켜 주며, 서브쿨러(6)를 통과한 냉매액은 전자밸브(SV5)와 팽창밸브(EX3)를 통과하여 압력강화로 인한 저온의 습포화증기 상태로 상변화하여 제상용 증발기(9)를 통과하며, 이때 제상용 온수를 온수관(20a)으로 순환시키면 온수와 팽창밸브(EX3)를 통과한 저온의 습포화증기의 열교환으로 제상용 냉매가스의 증발이 발생하고 열교환이 끝난 냉매가스는 서브쿨러(6)로 보내지고, 서브쿨러(6)에 보내진 저온의 습포화증기 CO2 냉매가스는 증발기(5)에서 액화된 고온의 냉매액과 열교환하여 흡입가스의 과열도를 높여줌으로 압축기(1)의 성능을 향상시키며 압축기로 재 순환되어 주어진 시간 동안 제상 사이클을 형성하며 시간이 지나면 다시 열기 사용처인 열교환응축기로 냉매가스가 공급되어 급탕,온수등을 생산하게 된다.
도 3의 A지점은 도 2의 A지점에 대응되고, 도 3의 B지점은 도 2의 B지점에 대응되고, 도 3의 C지점은 도 2의 C지점에 대응되고, 도 3의 C'지점은 도 2의 C'지점에 대응되고, 도 3의 C"지점은 도 2의 C"지점에 대응되고, 도 3의 C"'지점은 도 2의 C"'지점에 대응된다. 즉, A-B 구간은 압축, B-C 구간은 응축, C-D구간은 팽창, D-E 구간은 증발구간이고, E-A 구간은 흡입가스 과열도 구간으로써, 냉매가 서브쿨러(6)를 통해 압축기(1)로 공급됨으로써, E-A 구간만큼, 슈퍼히트값이 증가되고, 냉매가 열교환 응축기(3)에서 팽창밸브(EX.2)로 직접 제공되는 것은 도 3의 C-D 구간에 해당되고, 냉매가 열교환 응축기(3)에서 서브 콘덴서(4)를 통해 팽창밸브(EX.2)로 제공될 경우, 도 3의 C'-D' 구간에 해당되며, 냉매가 열교환 응축기(3)에서 서브 콘덴서(4) 및 서브쿨러(6)를 통해 팽창밸브(EX.2)로 제공될 경우, 도 3의 C"-D" 구간에 해당되며, 냉매가 열교환 응축기(3)에서 서브 콘덴서(4), 서브쿨러(6) 및 인터쿨러(7)를 통해 팽창밸브(EX.2)로 제공될 경우, 도 3의 C"'-D"' 구간에 해당된다. 이와 같이, 서브쿨러(6)에 의해 압축기(1)로 공급되는 냉매의 온도를 높임으로써, 압축성능을 높여 성적계수를 높일 수 있고, 응축기와 팽창밸브 사이에 서브 콘덴서(4), 서브쿨러(6) 및 인터쿨러(7)를 배치하여 과열도를 낮춤으로써, 증발기의 증발성능을 높일 수 있다.At this time, the pressure of the refrigerant gas supplied to the
Point A of FIG. 3 corresponds to point A of FIG. 2, point B of FIG. 3 corresponds to point B of FIG. 2, point C of FIG. 3 corresponds to point C of FIG. 2, and C ′ of FIG. 3. The point corresponds to the point C ′ of FIG. 2, the point C ″ of FIG. 3 corresponds to the point C ″ of FIG. 2, and the point C ′ ′ of FIG. 3 corresponds to the point C ′ of FIG. 2. That is, the AB section is compressed, the BC section is condensed, the CD section is expanded, the DE section is an evaporation section, the EA section is a suction gas superheat section, and the refrigerant is supplied to the
도 1은 본 발명의 히트펌프시스템의 기본 계통도1 is a basic system diagram of a heat pump system of the present invention
도 2는 본 발명이 채용된 바람직한 실시 예에 따른 히트펌프시스템의 계통도2 is a schematic diagram of a heat pump system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 작용효과를 보여주는 CO2 냉동사이클의 p-H선도Figure 3 is a pH diagram of the CO 2 refrigeration cycle showing the effect of the present invention
*도면의 주요부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Main Parts of Drawings *
1; 압축기 3; 열교환응축기 4; 서브콘덴서 5; 증발기 One;
6; 서브쿨러 7; 인터쿨러 9; 제상용 증발기 6;
10, 12; 삼방밸브 11, 21; 온도센서 30; 분사노즐 10, 12; Three-
31; 가압펌프 SV1~7; 전자밸브 EX1~4; 팽창밸브 31; Pressurized pumps SV1-7; Solenoid valves EX1 to 4; Expansion valve
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