KR101048443B1 - 하이브리드식 히트펌프 온수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프 시스템을 이용하여 온수를 가열시키는 한편 증발기에서 발생한 냉기를 필요시 냉방 및 냉수공급 목적으로도 사용할 수 있도록 한 히트펌프 온수장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온수의 가열에 사용되어 응축된 냉매를 팽창밸브로 공급시키기 이전에 응축냉매가 열교환기를 통과하도록 하고, 상기 열교환기의 이전 위치에서 응축냉매의 일부를 회수하여 모세관을 구비하는 바이패스라인으로 유입시킴에 따라 응축냉매를 팽창시키도록 하며, 이와 같이 팽창된 냉매가 열교환기의 내부에서 응축냉매와 열교환을 수행한 다음 컴프레셔의 유입측으로 공급되도록 함으로서, 팽창밸브를 통과하기 이전에 응축냉매에 포함되어 있던 열을 증발열로 회수토록 하는 한편, 컴프레셔의 유입측 압력을 낮추어 주도록 하며, 이로 인하여 동절기시에 부족한 증발열원을 히트펌프내에서 보다 효율적으로 보충하여 히트펌프 온수장치의 성능 향상에 기여토록 함과 동시에, 컴프레셔의 과열 및 과부하를 방지하여 컴프레셔의 작동이 안정적으로 수행되도록 한 하이브리드식 히트펌프 온수장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 컴프레셔(6)와 응축기와 팽창밸브(8)와 증발기(9)가 냉매배관(10)으로 연결 설치되어 냉매의 순환식 루프를 형성하는 히트펌프용 장치구동부(3)가 구비되고, 상기 장치구동부(3)의 응축기는 단열케이스(4)에 삽입된 온수탱크(2)의 내부 또는 외부에 온수가열기(7)로 설치된 히트펌프 온수장치(1)에 있어서, 상기 온수가열기(7)로부터 팽창밸브(8)로 연장되는 냉매배관(10)에는 온수의 가열에 사용된 응축냉매가 통과하는 열교환기(20)가 설치되며, 상기 온수가열기(7)와 열교환기(20)의 사이에 해당하는 냉매배관(10)으로부터 모세관(18)을 구비하는 바이패스라인(17)이 분기되고, 상기 바이패스라인(17)이 모세관(18)을 거친 증발냉매의 공급관으로서 열교환기(20)와 연결 설치되며, 상기 열교환기(20)로부터는 응축냉매와의 열교환을 수행한 증발냉매의 배출관으로서 개폐밸브(19)를 구비하는 바이패스라인(17a)이 연장 형성되고, 상기 바이패스라인(17a)이 컴프레셔(6)의 유입측에 해당하는 냉매배관(10)과 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

히트펌프, 온수장치, 열교환기, 핀코일증발기, 대기열회수기, 태양열집열기

Description

하이브리드식 히트펌프 온수장치{Hybrid type apparatus for heating hot water using heat-pump}

본 발명은 히트펌프 시스템을 이용하여 온수를 가열시키는 한편 증발기에서 발생한 냉기를 필요시 냉방 및 냉수공급 목적으로도 사용할 수 있도록 한 히트펌프 온수장치에 관한 것으로서, 팽창밸브를 통과하기 이전의 응축냉매에 포함되어 버려지는 열을 열교환기를 통하여 회수함에 따라 증발열원을 보충토록 하고, 열교환기의 내부에서는 바이패스라인의 모세관을 거쳐 팽창된 냉매가 응축냉매와 열교환을 수행한 다음 컴프레셔로 공급되도록 하여 컴프레셔의 유입측 압력을 낮추어 주도록 하며, 이로 인하여 동절기시에 부족한 증발열원을 히트펌프내에서 보다 효율적으로 보충하여 히트펌프 온수장치의 성능 향상에 기여토록 함과 동시에, 컴프레셔의 과열 및 과부하를 방지하여 컴프레셔의 작동이 안정적으로 수행되도록 한 하이브리드식 히트펌프 온수장치에 관한 것이다.

일반적으로 주택과 같은 주거공간 또는 사무실이나 공장과 같은 작업공간에서는 하절기의 냉방과 동절기의 난방이 생활환경의 주된 개선 요인으로 부각되고 있으며, 최근에는 인구의 증가에 따른 주거공간의 확산과 산업개발에 따른 공장부 지 및 사무실의 증가로 인하여 냉,난방에 소요되는 에너지의 수요 또한 급격히 증가하고 있는 실정이다.

상기와 같은 에너지 수요의 증가에 비하여 에너지의 공급은 석유나 천연가스와 같은 화석연료의 가격상승과, 화석연료의 연소과정에서 발생하는 매연 등에 의한 환경오염으로 그 수요를 충분히 따라가지 못하고 있으며, 특히 농,축산업 및 수산업의 분야에서는 시설농가와 양식업의 경영자들이 화석연료의 사용에 따른 냉,난방비의 상승으로 경영압박을 받고 있는 실정이고, 제조업의 분야에서도 마찬가지로 에너지의 조달에 소요되는 비용의 상승으로 많은 어려움을 겪고 있다.

이러한 요인을 극복하기 위하여, 최근에 들어서는 공해를 발생시키지 않으면서도 화석연료와 거의 동등한 수준의 에너지를 얻을 수 있도록, 냉매의 압축과 응축 및 증발의 순환과정에서 발생 및 회수되는 열을 이용하여 냉,난방을 수행하는 공기조화기기의 사용이 보편화 되었으며, 그 중에서도 온수의 공급 및 냉,난방을 동시에 수행할 수 있도록 한 하이브리드식 히트펌프 온수장치가 대표적으로 보급되고 있다.

그러나, 상기와 같은 히트펌프 온수장치에 있어서도 동절기와 같이 실외의 온도가 0℃ 이하로 매우 낮게 될 경우, 히트펌프의 증발부를 10 ~ 15℃의 온도로 유지시킬 수 있는 열원이 부족하게 되므로, 컴프레셔의 작동이 중지되는 등 히트펌프 온수장치의 원활한 사용이 어렵게 되며, 이로 인하여 화석연료에 의한 별도의 가열을 통하여 히트펌프의 증발부 열원을 보충토록 함으로서, 화석연료의 사용에 따른 에너지 조달비용의 상승과 공해의 문제점을 완전히 해소하지는 못하였다.

상기와 같이 동절기에 발생하는 히트펌프 온수장치의 증발부 열원부족을 태양열에 의하여 보충토록 한 것으로서, 태양열집열기를 사용하여 흡수한 태양열을 물과 같은 잠열축열재에 저장하여 두었다가 필요시 히트펌프 온수장치의 증발부 열원으로 사용토록 한 것이 알려져 있으나, 야간에는 사용이 불가능하므로 히트펌프 온수장치의 증발부 열원을 충분히 확보하기는 어렵게 된다.

이러한 단점을 보완할 수 있도록, 대기나 지표면에 산재하는 열을 태양열과 함께 히트펌프 온수장치의 증발부 열원으로 사용토록 한 것이 알려져 있는 바, 대부분의 경우 주간에는 태양열에 의하여 히트펌프 온수장치의 증발열원이 보충되도록 하고, 야간에는 대기열이나 지열에 의하여 히트펌프 온수장치의 증발열원이 보충되도록 한 것이다.

그러나, 상기와 같은 히트펌프 온수장치의 경우에도 태양열과 대기열 및 지열과 같은 각각의 증발열원을 개별적으로 운용함에 따라 태양열과 대기열 및 지열과 같은 증발열원의 유기적인 적용을 이루어내지 못함으로서 증발열원의 효율적인 관리가 어렵게 되었으며, 야간시나 우천시 또는 흐린 날씨와 같이 증발열원의 확보가 용이하지 못한 상황에서는 히트펌프 온수장치를 고효율로 가동시킬 수 없는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 동절기시 증발열원의 확보를 위하여 실외에 설치되는 태양열집열기나 대기열회수기 등의 대형장치에만 주로 의존하게 됨으로서, 증발열원의 확보를 위한 설비투자비용을 고려할 경우 히트펌프 온수장치의 가동에 따른 경제성이 저하됨은 물론이고, 장소적인 여건으로 말미암아 태양열과 대기열 등의 회수장치를 설치하기 어려운 상황이 발생할 경우에는, 동절기시의 증발열원을 확보할 수 있는 대안이 전혀 마련되어 있지 못한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 하이브리드식 히트펌프 온수장치는, 온수의 가열에 사용되어 응축된 냉매를 팽창밸브로 공급시키기 이전에 응축냉매가 열교환기를 통과하도록 하고, 상기 열교환기의 이전 위치에서 응축냉매의 일부를 회수하여 모세관을 구비하는 바이패스라인으로 유입시킴에 따라 응축냉매를 팽창시키도록 하며, 이와 같이 팽창된 냉매가 열교환기의 내부에서 응축냉매와 열교환을 수행한 다음 컴프레셔의 유입측으로 공급되도록 함으로서, 팽창밸브를 통과하기 이전에 응축냉매에 포함되어 있던 열을 증발열로 회수토록 하는 한편, 컴프레셔의 유입측 압력을 낮추어 주도록 함에 따라 컴프레셔의 과열 및 과부하를 방지할 수 있도록 하는 것을 제 1의 기술적 과제로 한다.

이로 인하여, 태양열이나 대기열 등을 회수하기 위한 장치를 적용시킬 수 없는 상황에서도 동절기시에 부족한 증발열원을 히트펌프내에서 보다 효율적으로 보충하여 히트펌프 온수장치의 성능 향상에 기여할 수 있도록 함은 물론이고, 태양열이나 대기열 등을 회수하기 위한 장치를 적용시키는 경우에 있어서도, 해당 장치의 설비에 필요한 비용이나 공간 등을 최소화시키면서도 히트펌프 온수장치를 고효율로 가동시킬 수 있도록 하는 것을 제 2의 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 응축냉매의 열을 회수하기 위한 상기 열교환기와 함께 온수탱크의 상부면에 보조증발기를 설치하여, 온수탱크로부터 외부로 발산되는 열을 냉매의 증발에 추가적으로 이용할 수 있도록 하며, 이로 인하여 동절기시에 부족한 증발열원을 히트펌프내에서 보다 더 효율적으로 확보 및 보충하여 히트펌프 온수장치의 성능을 향상시키는 측면에 한층 더 기여할 수 있도록 하는 것을 제 3의 기술적 과제로 한다.

마지막으로, 본 발명은 태양열의 회수를 위한 태양열집열기가 축열탱크에 의하여 온수탱크와 연결되도록 한 상태에서, 태양열집열기의 하부측에 외부증발기로서의 대기열회수판을 밀착 설치함에 따라, 태양열과 대기열의 회수를 위한 장치가 주,야간에 걸쳐 보다 유기적으로 연계될 수 있도록 하며, 이로 인하여 동절기 야간시와 같은 극한 상황에서도 히트펌프 온수장치가 고효율로 안전하고 정확하게 작동되도록 하는 것을 제 4의 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명은, 컴프레셔와 응축기와 팽창밸브와 증발기가 냉매배관으로 연결 설치되어 냉매의 순환식 루프를 형성하는 히트펌프용 장치구동부가 구비되고, 상기 장치구동부의 응축기는 단열케이스에 삽입된 온수탱크의 내부 또는 외부에 온수가열기로 설치된 히트펌프 온수장치에 있어서, 상기 온수가열기(응축기)로부터 팽창밸브로 연장되는 냉매배관에는 온수의 가열에 사용된 응축냉매가 통과하는 열교환기가 설치되며, 상기 온수가열기와 열교환기의 사이에 해당하는 냉매배관으로부터 모세관(팽창기구)을 구비하는 바 이패스라인이 분기되고, 상기 바이패스라인이 모세관을 거친 증발냉매의 공급관으로서 열교환기와 연결 설치되며, 상기 열교환기로부터는 응축냉매와의 열교환을 수행한 증발냉매의 배출관으로서 개폐밸브를 구비하는 바이패스라인이 연장 형성되고, 상기 바이패스라인이 컴프레셔의 유입측에 해당하는 냉매배관과 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 온수탱크의 상부면에는 내부증발기가 설치되고, 상기 내부증발기는 분기관과 회수관에 의하여 컴프레셔의 유입측에 해당하는 냉매배관과 연결 설치되며, 상기 분기관에는 개폐밸브가 설치되고, 상기 회수관에는 일방향 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 내부증발기는 냉매가 유동하는 배관이 나선형(螺旋形)의 코일(Coil)을 형성하면서 온수탱크의 상부면에 설치되는 것을 특징으로 하고, 상기 히트펌프용 장치구동부의 증발기는 핀코일증발기 또는 냉매통로를 구비하는 판형집열기로서의 대기열회수판과 태양열집열판으로 하여 실외에 설치되도록 하거나, 상기 핀코일증발기와 대기열회수판과 태양열집열판을 순차적으로 직렬 배치하여 팽창밸브를 구비하는 냉매배관으로 연결시킨 상태에서 실외에 설치되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 냉매통로를 구비하는 상기 대기열회수판이 외부증발기로서 실외에 설치되는 동시에, 상기 대기열회수판의 상부면에는 태양열집열기가 설치되며, 상기 태양열집열기는 순환펌프를 구비하는 열매체공급관과 열매체회수관에 의하여 축열탱크와 연결 설치되고, 상기 축열탱크는 순환펌프를 구비하는 저온수배출관과 온수공급관에 의하여 온수탱크와 연결 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 태 양열집열기는 진공관형 태양열집열기가 되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 팽창밸브를 통과하기 이전에 응축냉매에 포함되어 있던 열을 열교환기에서 증발열로 1차 회수토록 하는 한편, 열교환기의 내부에서 압력과 온도가 조정된 상태의 냉매가 바이패스라인을 따라 컴프레셔의 유입측으로 공급되도록 하는 효과가 있으며, 이로 인하여 컴프레셔의 과열이나 과부하에 따른 컴프레셔의 고장이나 오작동 방지토록 함은 물론, 동절기시에 부족한 증발열원을 히트펌프내에서 보다 효율적으로 보충하여 히트펌프 온수장치의 성능 향상에 기여토록 하는 효과가 있다.

또한, 온수탱크로부터 발산되는 열을 증발열로 회수토록 하는 내부증발기를 열교환기와 함께 추가로 설치하게 되면, 동절기시에 부족한 증발열원을 히트펌프 자체내에서 보다 더 충분하게 확보토록 하는 효과가 있으며, 이로 인하여 실외증발기를 설치할 수 없는 경우에도 증발기의 과부하 및 컴프레셔의 고장이나 오작동을 방지하면서 히트펌프 온수장치를 보다 고효율로 안전하게 가동시키도록 하는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 상기 열교환기 및 내부증발기와 더불어 태양열 및 대기열과 같은 실외의 열원 또한 추가적인 증발열원으로 확보할 수 있도록 함으로서, 동절기에 히트펌프 온수장치의 성능을 향상시키는 측면에 한층 더 기여할 수 있는 동시에, 실외에 설치되는 외부증발기의 용량과 부피를 축소시켜 히트펌프 온수장치의 전체적인 설비비용 또한 절감시키도록 하는 효과가 있다.

특히, 태양열집열기와 축열탱크 및 외부증발기로서의 대기열회수판을 유기적으로 배치하여, 동절기 주간과 야간시 태양열에 의한 온수의 가열 및 열매체에 의한 증발열원의 확보를 보다 더 효율적으로 수행할 수 있게 되며, 이로 인하여 실외의 온도가 영하로 떨어지는 동절기 야간시와 같은 극한 상황에서도 히트펌프 온수장치가 고효율로 안전하고 정확하게 작동되도록 하는 등의 매우 유용한 효과를 가지는 것이다.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 대한 이해의 편의를 돕기 위하여 도면상 냉매의 주된 유동경로가 되는 냉매배관(10)을 다른 배관에 비하여 굵게 나타내었으나, 이는 배관의 구분을 용이하게 하기 위한 수단에 불과하며 실질적인 배관의 치수를 한정하는 것은 아님을 밝혀두는 바이다.

먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서와 같이 본 발명에 의한 히트펌프 온수장치(1)는, 컴프레셔(6)와 응축기(방열기)와 팽창밸브(8)와 증발기(9)가 냉매배관(10)으로 연결 설치되어 냉매의 순환식 루프를 형성하는 히트펌프용 장치구동부(3)를 그 모태로 하며, 상기 장치구동부(3)의 응축기(방열기)는 단열케이스(4)에 삽입된 온수탱크(2)의 내부 또는 외부에 온수가열기(7)로 설치된다.

도 1에는 단열케이스(4)의 상부에서 단열케이스(4)와 일체로 설치되는 구동부케이스(5)의 내부에 상기 장치구동부(3)가 집적(集積)화 된 제 1실시예가 도시되어 있고, 도 2에는 장치구동부(3)가 집적화 된 구동부케이스(5)가 단열케이스(4)와 따로 분리되어 설치된 제 2실시예가 도시되어 있는 바, 이는 본 발명의 히트펌프 온수장치(1)가 설비되는 실내공간의 여건에 맞추어 임의대로 선택할 수 있는 사항에 불과하다.

예를 들어, 히트펌프 온수장치(1)가 설비되는 실내공간의 천정이 높은 경우에는 제 1실시예를 적용시키면 될 것이고, 실내공간의 천정이 낮은 경우에는 제 2실시예를 적용시키면 되는 것인 바, 각각의 실시예를 이루는 히트펌프 온수장치(1)의 전체적인 구조는 실질적으로 동일하게 된다.

또한, 상기 구동부케이스(5)에는 증발기(9)와 함께 설치되는 냉방팬(9a)의 작동을 위한 공기의 유동구멍(5a)이나 개구부 등이 형성되는 바, 상기 냉방팬(9a)은 증발기(9)의 주변에 형성되는 냉기(冷氣)를 구동부케이스(5)의 외부로 배출시켜 증발기(9)의 주변온도를 냉매의 증발에 필요한 온도로 유지시키는 동시에, 냉방이 요구되는 장소로 냉기를 송풍하는 기능을 담당하게 된다.

그리고, 단열케이스(4)의 내부에 삽입되는 상기 온수탱크(2)의 일측(도면상 좌측)에는, 고온수의 급탕관(2b) 및 보충수(상온수)의 유입관(2a)이 상,하로 연결 설치됨으로서, 온수탱크(2)로 유입된 보충수를 고온수로 가열하여 필요시마다 급탕관(2b)으로 공급시킬 수 있으며, 이로 인하여 생활에 필요한 온수의 공급이나 동절기 난방을 수행할 수 있게 된다.

상기와 같이 유입관(2a)을 통한 보충수의 공급과 급탕관(2b)을 통한 고온수의 공급은, 온수의 사용이나 난방 등의 목적에 맞추어 자동적으로 제어되도록 하는 것이 가장 바람직하며, 이를 위하여 상기 유입관(2a)과 급탕관(2b)에는 각종 밸브 기구와 순환펌프 등이 설치될 수 있고, 상기 온수탱크(2)에는 수위레벨센서 등이 설치될 수 있으며, 보충수의 공급방식 또한 수도배관과의 직결방식이나 물탱크에 의한 낙차(落差)방식 등이 적용될 수 있음은 물론이다.

이와 더불어, 온수탱크(2)의 내부에 저장된 보충수를 고온수로 가열시키기 위한 온수가열기(7)는 온수탱크(2)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있는 바, 상기 온수가열기(7)를 온수탱크(2)의 외부에 감아서 설치하는 것보다 온수탱크(2)의 내부에 삽입식으로 설치하는 것이 온수의 가열성능을 향상시키는 측면에서 보다 더 유리하게 된다.

상기와 같이 온수가열기(7)를 온수탱크(2)의 내부에 삽입식으로 설치할 경우, 온수탱크(2)의 양측 내벽에 지지프레임(7a)을 수직 방향으로 고정 설치한 상태에서, 상기 온수가열기(7)가 코일(Coil)의 형태를 이루면서 지지프레임(7a)과 연결 설치되도록 하는 것이 가장 바람직하며, 상기 온수가열기(7)는 내부식성과 열전도도가 우수한 금속파이프, 예를 들어 동파이프로 제조하는 것이 바람직하다.

상기 온수가열기(7)는 컴프레셔(6)의 토출측으로부터 단열케이스(4)를 관통하여 연장되는 냉매배관(10)과 연결 설치됨에 따라, 컴프레셔(6)로부터 토출된 고온고압의 냉매가스(핫가스)가 유동하여 온수를 가열할 수 있도록 이루어지며, 온수를 가열하고 응축된 냉매는 온수가열기(7)의 하단측으로부터 단열케이스(4)의 벽체를 따라 상부로 연장되는 냉매배관(10)을 거쳐 구동장치부(3)의 증발기(9)측으로 공급된다.

그리고, 상기 장치구동부(3)에는 히트펌프의 성능 향상을 위한 추가적인 공 지의 부품으로서, 온수가열기(7)를 거쳐 공급되는 응축냉매를 수납하기 위한 수액기(Receiver tank)(12) 및 드라이필터(Dry filter)(13)가 팽창밸브(8)의 이전 위치에 설치되는 한편, 컴프레셔(6)의 유입측에는 액분리기(14)가 설치되며, 장치구동부(3)의 자동 제어를 위하여 압력계(11)와 컨트롤러(15)가 각각 구비된다.

상기 액분리기(14) 대신에 압력과 유량의 자동제어 기능이 추가된 어큐뮬레이터(Accumulator)를 설치하여 사용할 수도 있으며, 컴프레셔(6)의 토출측과 흡입측에 소음과 진동의 감소를 위한 진동흡수기를 설치하여 사용할 수도 있는 바, 컴프레셔(6)와 온수가열기(7) 및 팽창밸브(8)와 증발기(9)가 포함된다는 조건하에서, 히트펌프의 성능 향상을 위한 다른 여러 가지의 공지부품이 장치구동부(3)에 포함될 수 있음은 물론이다.

그리고, 상기 압력계(11)는 압력계연결관(16)을 통하여 감지된 컴프레셔(6)의 토출측 압력을 외부로 표시하는 한편, 이에 해당하는 신호를 컨트롤러(15)로 전송하는 기능을 담당하게 되고, 상기 컨트롤러(15)는 압력계(11)로부터 입력된 조건과 사용자에 의하여 미리 세팅된 제어조건을 연산 처리하여, 장치구동부(3)에 포함된 컴프레셔(6)나 각종 밸브기구의 작동을 제어하는 기능을 담당하게 된다.

본 발명의 제 1요부에 해당하는 구성요소로서는, 상기 온수가열기(7)로부터 수액기(12)와 드라이필터(13)를 거쳐 팽창밸브(8)로 연장되는 냉매배관(10)에 열교환기(20)를 설치하여, 온수의 가열에 사용된 응축냉매가 상기 열교환기(20)를 통과하도록 하는 한편, 드라이필터(13)와 열교환기(20)의 사이에 해당하는 냉매배관(10)으로부터 모세관(18)을 구비하는 바이패스라인(17)이 분기되도록 하게 된다.

상기와 같이 분기된 바이패스라인(17)이 모세관(18)을 거쳐 선팽창된 증발냉매의 공급관이 되도록 열교환기(20)와 연결 설치되는 한편, 상기 열교환기(20)로부터는 응축냉매와의 열교환을 수행한 증발냉매의 배출관으로서 개폐밸브(19)를 구비하는 바이패스라인(17a)이 연장되도록 하여, 이 바이패스라인(17a)이 컴프레셔(6)의 유입측에 해당하는 냉매배관(10), 즉 액분리기(14)의 이전에 해당하는 냉매배관(10)과 연결 설치되도록 한 것이다.

상기 열교환기(20)는 팽창밸브(8)로 공급되는 응축냉매 및 상기 응축냉매의 일부를 회수하는 바이패스라인(17)의 모세관(18)을 거쳐 선팽창된 증발냉매가 서로 혼합되지 아니한 상태로 열교환을 수행할 수 있는 것이라면 어떠한 종류의 열교환기를 사용하더라도 무방하지만, 가장 바람직하게는 수십 매의 전열판을 가스켓에 의하여 밀착시킴에 따라, 각각의 전열판을 사이에 두고 응축냉매와 증발냉매의 유동공간이 교호(交互)로 형성되도록 한 판형열교환기를 들 수 있다.

그리고, 바이패스라인(17a)에 설치되는 상기 개폐밸브(19)로는 컨트롤러(15)에 의하여 자동 제어되는 솔레노이드 밸브(Solenoid valve)가 가장 바람직하며, 상기 모세관(18) 대신에 유량의 제어가 가능한 팽창밸브(8)를 적용시킬 수도 있으나, 바이패스라인(17)은 주배관이 되는 냉매배관(10)으로부터 응축냉매의 일부를 회수하는 보조배관이므로 모세관(18)을 설치하는 것으로도 충분하다.

상기와 같은 방식으로 열교환기(20)를 설치하게 되면, 온수의 가열에 사용되어 응축된 냉매가 팽창밸브(8)로 공급되기 이전에 열교환기(20)를 통과하는 한편, 바이패스라인(17)을 따라 유입된 응축냉매의 일부가 모세관(18)을 거쳐 선팽창된 다음 증발냉매의 형태로 열교환기(20)를 통과하게 되며, 이로 인하여 열교환기(20)의 내부에서 응축냉매와 증발냉매와의 열교환이 이루어지게 된다.

따라서, 팽창밸브(8)를 통과하기 이전에 응축냉매에 포함되어 있던 열을 열교환기(20)에서 증발열로 1차 회수토록 하는 한편, 조정변의 역할을 하는 개폐밸브(19)에 의하여 증발냉매의 공급량 및 컴프레셔(6)의 내압을 조정할 수 있게 될 뿐만 아니라, 팽창밸브(8)를 거쳐 공급되는 증발냉매의 압력과 온도를 조정하여 증발기(9)에서의 열회수율 또한 보다 향상시킬 수 있게 된다.

이로 인하여, 동절기시에 부족한 증발열원을 히트펌프내에서 보다 효율적으로 보충하여 히트펌프 온수장치(1)의 성능 향상에 기여할 수 있게 되는 한편, 컴프레셔(6)의 과열 및 과부하 또한 방지할 수 있게 되며, 온수의 온도가 상승됨에 따라 저하되는 응축능력과 과냉각도(Sub-Cooling)를 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 컴프레셔(6)로부터 토출된 약 85℃ 정도의 냉매가스가 응축기로서의 온수가열기(7)를 거쳐 온수를 가열시킨 다음, 약 45℃ 정도의 온도를 가지는 액상(液狀)의 냉매로 응축되고, 이러한 응축냉매가 수액기(12)와 드라이필터(13)를 거쳐 약 39℃ 정도의 온도를 가지면서 팽창밸브(8)로 공급되며, 상기 팽창밸브(8)에서 응축냉매가 감압 및 기화되어 그 온도가 약 8℃ 정도인 증발냉매로 조성된다.

상기와 같이 팽창밸브(8)를 거치면서 압력과 온도가 저하된 증발냉매가 증발기(9)를 통과하는 과정에서 증발기(9) 주변의 열을 회수하여 최종 증발된 다음, 액분리기(14)를 거쳐 컴프레셔(6)로 재유입되는 식의 순환루프를 이루게 되는 바, 증발기(9)에서 회수되는 열량이 많을수록 즉, 냉매의 증발효율이 높을수록 히트펌프 온수장치(1)를 고효율로 가동시킬 수 있게 된다.

그러나, 동절기에는 히트펌프 온수장치(1)가 설치되는 장소의 주변온도가 낮아지게 되어, 증발기(9)로부터 회수할 수 있는 냉매의 증발열원이 부족하게 되며, 이로 인하여 증발기(9)의 집열효율이 저하됨에 따라 히트펌프 온수장치(1)의 효율 또한 저하되는 바, 상기 열교환기(20)에 의하여 이러한 문제점을 히트펌프 자체내에서 해결할 수 있게 된다.

다시 말해서, 팽창밸브(8)로 공급되는 40℃ 내외의 응축냉매를 열교환기(20)로 유입시키는 한편, 상기 응축냉매의 일부를 바이패스라인(17)으로 회수하여 모세관(18)에서 선팽창시킴에 따라 약 8℃ 내외의 증발냉매를 조성시키게 되며, 이와 같이 조성된 증발냉매를 열교환기(20)로 유입시켜 응축냉매에 포함된 열을 증발열로 1차 회수토록 한다는 것이다.

상기와 같이 열교환기(20)에서 1차적으로 증발된 냉매가스는 개폐밸브(19)를 구비하는 바이패스라인(17a)을 따라 냉매배관(10)으로 유입된 다음, 증발기(9)를 거쳐 공급되는 냉매가스와 혼합된 상태로 액분리기(14)를 거쳐 컴프레셔(6)로 재공급되며, 열교환기(20)를 통과한 나머지 응축냉매만이 팽창밸브(8)를 거쳐 증발기(9)로 공급된다.

상기와 같이 열교환기(20)를 통과한 응축냉매는, 열교환기(20) 내부에서 발생한 증발냉매의 열회수 과정에 의하여 그 온도가 약 25℃ 정도로 낮게 될 뿐만 아니라, 그 전체적인 유량 또한 바이패스라인(17)을 따라 빠져나간 양만큼 줄어든 상황이 되며, 이로 인하여 팽창밸브(8)를 거쳐 감압 및 기화된 증발냉매는 기존의 8 ℃ 보다 낮은 온도를 가지게 된다.

상기와 같이 팽창밸브(8)를 거쳐 그 온도가 매우 낮게 조성된 증발냉매가 컴프레셔(6)로 공급되면, 컴프레셔(6)의 내압을 적정한 수준으로 조절하게 됨은 물론이고, 컴프레셔(6)에 의한 일정한 압축비를 유지할 수 있게 되며, 결과적으로 컴프레셔(6)의 기능을 안정화시키게 됨은 물론이고, 히트펌프 온수장치(1)의 효율 또한 향상되는 것이다.

상기와 같이 증발기(9)를 거쳐 증발된 냉매가스는 냉매배관(10)을 따라 컴프레셔(6)로 공급되고, 이 과정에서 열교환기(20)로부터 바이패스라인(17a)을 거쳐 배출된 냉매가스와 최종적으로 혼합되는 것이며, 바이패스라인(17a)에 설치된 상기 개폐밸브(19)에 의하여 본 발명에 따른 히트펌프 온수장치(1)를 하절기(증발기 단독사용)와 동절기(증발기와 열교환기의 병용)로 구분하여 사용할 수 있게 된다.

본 발명의 제 2요부에 해당하는 구성요소로서는, 도 1 내지 도 3에 각각 도시되어 있는 바와 같이, 상기 온수탱크(2)의 상부면에 내부증발기(25)가 설치되고, 상기 내부증발기(25)는 분기관(21)과 회수관(23)에 의하여 컴프레셔(6)의 유입측에 해당하는 냉매배관(10)과 연결 설치되며, 상기 분기관(21)에는 개폐밸브(22)가 설치되고, 상기 회수관(23)에는 일방향 체크밸브(24)가 설치되어 있다.

상기 내부증발기(25)는 온수탱크(2)로부터 단열케이스(4)의 내부공간으로 발산되는 열을 회수하여 냉매의 증발에 사용토록 함에 따라, 상기 열교환기(20)와 함께 동절기시에 부족한 증발열원을 히트펌프 자체내에서 보다 더 충분하게 확보토록 하는 기능을 담당하는 것으로서, 온수탱크(2)와 단열케이스(4)의 사이에 삽입될 수 있는 것이라면 어떠한 형태의 증발기 구조가 적용되더라도 무방하다.

그러나, 가장 바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매가 유동하는 배관을 나선형(螺旋形)의 코일(Coil)로 형성시킨 다음, 이를 온수탱크(2)의 상부면에 덮어서 내부증발기(25)로 장착시키는 것이며, 상기 분기관(21)과 회수관(23)은 컴프레셔(6)의 유입측으로 공급되는 냉매가스를 내부증발기(25)측으로 순환시키는 역할을 수행하는 것이다.

상기 내부증발기(25)는 열교환기(20)와는 별도로 설치되어 증발열원을 추가적으로 회수토록 하는 것이므로, 열교환기(20)를 거쳐 바이패스라인(17a)을 따라 배출된 냉매가스가 내부증발기(25)로 다시 유입되지 않도록 하는 것이 가장 바람직하며, 이를 위하여 도 3에 보다 명확하게 도시된 바와 같이, 냉매의 진행방향을 기준으로 상기 분기관(21)이 바이패스라인(17a)보다 앞선 위치에서 냉매배관(10)과 연결 설치되어 있다.

상기 분기관(21)에 설치되는 개폐밸브(22) 또한 바이패스라인(17a)에 설치된 개폐밸브(19)와 마찬가지로, 컨트롤러(15)에 의하여 그 개폐가 자동적으로 제어되는 솔레노이드 밸브를 사용하는 것이 가장 바람직하며, 회수관(23)에 설치되는 체크밸브(24)는 온수탱크(2)로부터 발산된 열을 회수한 냉매가스가 내부증발기(25)측으로 역류하는 현상을 차단시키게 된다.

상기와 같이 열교환기(20)와 함께 내부증발기(25)를 추가로 설치하게 되면, 동절기시에 부족한 증발열원을 히트펌프 자체내에서 보다 더 충분하게 확보할 수 있으며, 이로 인하여 실외증발기를 설치할 수 없는 경우에도 증발기(9)의 과부하 및 컴프레셔(6)의 고장이나 오작동을 방지하면서 히트펌프 온수장치(1)를 보다 고효율로 안전하게 가동시킬 수 있게 되는 것이다.

이와 더불어, 분기관(21)과 회수관(23)의 사이에 해당하는 냉매배관(10)에 차단밸브(10a)를 추가적으로 설치하게 되면, 필요시 해당 냉매배관(10)을 폐쇄시킴에 따라 증발기(9)를 거쳐 컴프레셔(6)측으로 유동하는 증발냉매의 전체량을 모두 내부증발기(25)로 유도할 수 있게 되는 바, 상기 차단밸브(10a) 또한 각각의 개폐밸브(19)(22)와 마찬가지로 솔레노이드 밸브를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 제 3실시예에 따른 히트펌프 온수장치(1)는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 구동부케이스(5)의 내부에 장착되어 온수장치(1)와 함께 실내에 배치되었던 증발기(9)를 외부증발기(26)로 하여 실외에 설치되도록 한 것이며, 그 이외의 나머지 구성은 본 발명의 제 1, 제 2실시예와 동일하게 이루어지는 것인 바, 도면상 구동부케이스(5)가 설치되지 아니한 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 구동부케이스(5)를 설치할 수도 있음은 물론이다.

본 발명의 제 3실시예에서 외부증발기(26)로 적용될 수 있는 것으로는, 도 6에 도시된 바와 같이 송풍팬(27a)을 구비하는 핀코일증발기(27)나, 도 7에 도시된 바와 같이 냉매통로(28a)(29a)를 구비하는 대기열회수판(28) 및 태양열집열판(29)이 될 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 핀코일증발기(27) 및 대기열회수판(28)과 태양열집열판(29)을 순차적으로 직렬 배치하여 냉매배관(10)으로 연결시킨 것일 수도 있다.

상기 핀코일증발기(Finned coil evaporator)(27)는 팽창밸브(8)를 거친 증발 냉매가 유동하는 배관의 외부에 촘촘한 간격을 두고 판상의 전열핀이 부착되는 한편, 송풍팬(27a)을 사용하여 대기중의 공기를 배관측으로 강제 송풍시키도록 한 것으로서 통상 유니트 쿨러라고도 하며, 각종 히트펌프장치에 증발기로서 가장 널리 적용되는 제품이다.

상기와 같이 핀코일증발기(27)를 외부증발기(26)로 적용시킬 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 2대의 증발기를 직렬로 배치한 2단 핀코일증발기(27)를 적용시키는 것이 가장 바람직하며, 본 발명의 제 1, 제 2실시예에서 온수장치(1)와 함께 실내에 배치되었던 증발기(9) 또한 핀코일증발기(27)를 사용하는 것이 바람직하다고 볼 수 있다.

그리고, 상기 대기열회수판(28)은 열흡수율이 우수한 알루미늄(Al)판의 표면에 냉매배관을 지그재그식 또는 다관식으로 배열한 것이나, 알루미늄(Al)판의 내부에 냉매의 유동통로(28a)를 지그재그식 또는 다관식으로 형성시킨 것을 대표적인 예로 들 수 있고, 상기 태양열회수판(29)은 대기열회수판(28)과 동일한 구조를 가지도록 하되, 그 상부표면에 검은색의 티타늄 도료를 코팅하여 태양열의 흡수율을 높이도록 한 것을 들 수 있다.

그러나, 위에서 설명되어진 것은 대기열회수판(28)과 태양열회수판(29)의 대표적인 적용례에 불과하며, 이외에도 대기열과 태양열을 회수할 수 있는 다른 형태의 열회수 구조물이 적용될 수 있음은 물론이고, 본 출원인이 10-2008-21149호로 선출원한 냉매증발기판 및 이를 이용한 냉매증발기에 기재된 바와 같이, 상기 대기열회수판(28)과 태양열회수판(29)이 집열유리판을 덮개로 하는 알루미늄 케이스의 내부에 적층식으로 삽입 설치되도록 한 것일 수도 있다.

이와 더불어, 상기 핀코일증발기(27) 및 대기열회수판(28)과 태양열집열판(29)을 냉매배관(10)을 사용하여 직렬식으로 연결 설치하는 경우에는, 핀코일증발기(27)로부터 연장되는 냉매배관(10)상에 팽창밸브(8)를 추가적으로 설치함으로서, 각각의 증발기 내부에서 냉매의 증발효율을 보다 더 향상시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 도면상 핀코일증발기(27)가 제 1증발기로서 앞선 위치에 설치되어 있으나, 상기 핀코일증발기(27)가 대기열회수판(28) 및 태양열집열판(29)을 지난 위치에서 제 2증발기로 설치될 수 있음은 물론이고, 도면상 대기열회수판(28)이 2개가 설치된 것으로 도시되어 있으나, 대기열회수판(28)과 태양열집열판(29)의 개수 또한 제조업자가 임의대로 변경할 수 있는 사항임을 밝혀두는 바이다.

상기와 같은 본 발명의 제 3실시예에 의하면, 열교환기(20)와 내부증발기(25)에 의하여 히트펌프 자체내에서 증발열원을 충분하게 확보토록 함은 물론, 태양열과 대기열과 같은 실외의 열원 또한 추가적인 증발열원으로 확보할 수 있게 됨으로서, 동절기에 히트펌프 온수장치(1)의 성능을 향상시키는 측면에 한층 더 기여할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 열교환기(20)와 내부증발기(25)에 의하여 1차적인 증발열원의 확보가 가능하게 되므로, 실외에 설치되는 외부증발기(26)의 용량과 부피를 적게 하더라도 히트펌프 온수장치(1)의 정상적인 가동이 가능하게 되며, 이로 인하여 외부증발기(26)를 포함하는 히트펌프 온수장치(1)의 전체적인 설비비용을 절감시킬 수 있게 되는 것이다.

도 9 및 도 10에서는 본 발명의 제 4실시예에 의한 히트펌프 온수장치(1)를 도시하고 있는 바, 상기 외부증발기(26)로서 냉매통로(28a)를 구비하는 대기열회수판(28)을 1차적으로 설치한 다음, 상기 대기열회수판(28)의 상부면에 태양열집열기(30)가 설치되도록 한 것이다.

또한, 상기 태양열집열기(30)는 순환펌프(32)를 구비하는 열매체공급관(33)과 열매체회수관(34)에 의하여 축열탱크(31)와 연결 설치되도록 하고, 상기 축열탱크(31)는 순환펌프(32)를 구비하는 저온수배출관(35)과 온수공급관(36)에 의하여 온수탱크(2)와 연결 설치되도록 한 것이다.

상기 태양열집열기(30)는 태양열을 이용한 온수 및 난방시스템에 일반적으로 적용되는 것과 마찬가지로 태양광선에 포함된 에너지를 모아서 열로 변환시키는 장치이며, 상기 축열탱크(31)는 순환펌프(32)를 구비하는 열매체라인 즉, 열매체공급관(33) 및 열매체회수관(34)에 의하여 태양열집열기(30)와 연결 설치됨으로서, 태양열에 의하여 가열된 열매체를 저장하는 보온탱크에 해당한다.

통상적으로, 상기 태양열집열기(30)는 검은색의 티타늄 코팅 집열판이 판상(板狀)의 알루미늄 케이스에 삽입되는 한편, 상기 알루미늄 케이스의 상부에는 태양광선이 투과되는 투명한 커버층(저철분 강화유리나 플라스틱)이 덮개로 덮혀지며, 티타늄 코팅 집열판과 알루미늄 케이스의 사이에는 단열재가 삽입되도록 한 평판집열기를 사용한다.

상기와 같은 태양열집열기(30)의 경우, 태양광선이 투명한 커버층을 통과하 여 티타늄 코팅 집열판에 부딪히게 됨과 동시에 태양광선이 적외선으로 변환되는 데, 이 적외선은 투명한 커버층을 통과하여 외부로 나가지 못하기 때문에 태양열집열기(30)의 내부에 태양열이 축적되며, 이로 인하여 태양열집열기(30)의 내부온도가 점점 상승하게 된다.

또한, 태양열집열기(30)의 투명한 커버층과 티타늄 코팅 집열판의 사이에 열매체공급관(33) 및 열매체회수관(34)과 연결되는 열매체라인이 장입되어 티타늄 코팅 집열판을 따라 지그재그식으로 배열 설치됨으로서, 순환펌프(32)에 의하여 태양열집열기(30) 내부의 열매체라인을 따라 열매체가 순환하는 과정에서 태양열집열판(30)의 내부에 축적된 태양열을 열매체가 흡수하게 된다.

이로 인하여, 상기 축열탱크(31)의 내부에는 태양열을 흡수한 열매체가 순환 또는 일시 저장됨으로서, 순환펌프(32)를 구비하는 저온수배출관(35)을 따라 온수탱크(2)로부터 축열탱크(31)의 내부로 공급된 물이 축열탱크(31)의 내부에서 열매체와 열교환을 수행하여 가열되며, 이와 같이 가열된 물을 온수공급관(36)을 거쳐 온수탱크(2)의 내부로 공급시킬 수 있게 된다.

위에서 설명되어진 것은 동절기 주간에 히트펌프 및 태양열집열기(30)를 병용하여 온수를 가열시키는 것에 해당하며, 동절기 야간시에는 저온수배출관(35)에 설치된 순환펌프(32)의 작동을 중지시킨 상태에서, 축열탱크(31)에 저장된 열매체를 태양열집열기(30)측으로 순환시킴에 따라, 열매체로부터 태양열집열기(30)를 거쳐 발산되는 열을 대기열회수판(28)이 회수토록 하게 된다.

또한, 필요에 따라서는 동절기 야간시에 온수탱크(2)에 저장된 온수를 축열 탱크(31)로 순환시켜 축열탱크(31)에 저장된 열매체를 가열시키도록 하는 한편, 이와 같이 가열된 열매체를 태양열집열기(30)측으로 순환시킴에 따라, 열매체에 저장된 열을 대기열회수판(28)이 회수토록 할 수도 있으며, 이러한 온수 및 열매체의 순환작동은 컨트롤러(37)를 이용한 순환펌프(32)의 제어로 달성된다.

도면상 축열탱크(31)의 내부에 온수용 배관과 열매체용 배관이 서로 교차되어 열교환구조(31a)를 형성하는 것으로 도시되어 있으나, 위에서 설명되어진 바와 같이 열매체는 축열탱크(31)의 내부에 일정량만큼 저장되도록 하는 한편, 온수용 배관만이 축열탱크(31)의 내부에서 코일 형식으로 배치되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

상기 축열탱크(31)는 보온탱크로서의 기능과 함께, 태양열의 흡수에 따라 상승된 열매체의 압력을 일정한 수준으로 낮추어 주는 팽창탱크로서의 기능도 수행하는 것으로서, 히트펌프 온수장치(1)와 함께 실내에 구비되도록 하는 것이 가장 바람직하며, 상기 열매체는 물과 같은 잠열축열재가 될 수도 있고, 비등점이 56.3℃ 정도로 비교적 낮은 아세톤이나 알콜 또는 메탄올과 같은 액체가 될 수도 있다.

본 발명의 제 4실시예에 있어, 상기 태양열집열기(30)로 가장 바람직하게 적용시킬 수 있는 것으로, 도 11에 도시된 바와 같은 진공관형 태양열집열기(30)를 들 수 있는 바, 상기 진공관형 태양열집열기(30)는 헤드(Head)가 되는 축열케이스(40)의 하단부에 다수 개의 이중관파이프(44)가 연결 설치되어, 각각의 이중관파이프(44)에서 회수된 태양열이 축열케이스(40)에 저장된 물과 같은 축열재(43)로 전달되도록 한 것이다.

상기 축열케이스(40)는 그 외부표면에 보온단열재(41)가 덮혀지는 한편, 그 내부에는 열매체공급관(33) 및 열매체회수관(34)과 연결되는 열매체라인으로서 열매체관(42)이 삽입됨에 따라, 축열탱크(31)에 저장된 열매체가 열매체관(42)을 통과하는 과정에서 축열케이스(40)에 저장된 축열재(43)와 열교환을 수행할 수 있게 되며, 상기 축열케이스(40)의 하단에 형성된 각각의 죠인트부(47)에 이중관파이프(44)의 상단부가 조립 설치된다.

상기 이중관파이프(44)는 유리관인 외관(44a)과 내관(44b) 사이에 진공부(46)가 조성되는 한편, 상기 내관(44b)에는 축열케이스(40)까지 연장되는 히트파이프(45)가 삽입 및 지지되도록 설치되며, 이중관파이프(44)의 외관(44a) 내벽에는 티타늄 도료가 코팅되어 있고, 이중관파이프(44)의 내관(44b)이 축열케이스(40)와 연통되도록 이루어진다.

따라서, 태양열의 주된 집열기능은 각각의 이중관파이프(44)에 의하여 이루어지며, 이중관파이프(44)를 통하여 회수된 태양열에 의하여 내관(44a)에 저장된 축열재(43)가 가열되면, 축열케이스(40)에 저장된 축열재(43)와 내관(44b)에 저장된 축열재(43)가 대류 작용에 의하여 서로 순환 및 교체됨으로서, 축열케이스(40)의 내부에 고온의 축열재(43)가 저장된다.

이와 더불어, 상기 히트파이프(45)는 축열케이스(40)에 저장된 축열재(43)와 내관(44b)에 저장된 축열재(43)와의 순환통로가 되는 한편, 내관(44b)으로 회수된 태양열을 보다 신속하게 축열케이스(40)측으로 전도(傳導)시키는 기능을 담당하는 것으로서, 상기 진공관형 태양열집열기(30)는 기존의 평판형 집열기보다 축열 재(43)의 가열온도를 90℃ 이상의 수준까지 크게 향상시킬 수 있는 제품이다.

도 11에 도시된 것은 본 발명에 적용될 수 있는 진공관형 태양열집열기(30)의 대표적인 실시예를 나타낸 것에 불과하며, 이외에도 요구하는 목적에 부합되는 다른 종류의 진공관형 태양열집열기를 제조업자가 임의대로 선택하여 적용시킬 수 있음은 물론이고, 축열탱크(31)에 저장되는 열매체와 진공관형 태양열집열기(30)의 축열재(43)는 동종(同種) 매체 또는 이종(異種) 매체가 될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 제 4실시예에 의하면, 태양열집열기(30)와 축열탱크(31) 및 대기열회수판(28)을 유기적으로 배치하여 동절기 주간과 야간시 태양열에 의한 온수의 가열 및 열매체에 의한 증발열원의 확보를 보다 더 효율적으로 수행할 수 있게 되며, 이로 인하여 실외의 온도가 영하로 떨어지는 동절기 야간시와 같은 극한 상황에서도 히트펌프 온수장치(1)가 고효율로 안전하고 정확하게 작동될 수 있는 것이다.

지금까지 설명되어진 내용은 본 발명에 대한 이해의 편의를 돕기 위한 최적 실시예를 기초로 한 것인 바, 본 발명은 이러한 최적 실시예만으로 한정되는 것이 아니라, 본 발명이 추구하고자 하는 기술적 사상의 범주를 벗어남이 없이 예시된 구조를 기초로 하여 다양한 변형 및 변경이 가능함은 당업자에게 명백한 사항이며, 본 발명은 이후에 첨부되는 청구항에 기재된 기술적 내용에 의해서만 평가되어져야 함을 밝혀두는 바이다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 하이브리드식 히트펌프 온수장치의 설치상태도.

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 하이브리드식 히트펌프 온수장치의 설치상태도.

도 3은 본 발명의 제 1 및 제 2실시예를 통합하여 나타내는 배관도.

도 4는 본 발명에 적용되는 내부증발기의 평면도.

도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 하이브리드식 히트펌프 온수장치의 설치상태도.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 제 3실시예를 외부증발기의 종류별로 나타내는 배관도.

도 9는 본 발명의 제 4실시예에 따른 하이브리드식 히트펌프 온수장치의 설치상태도.

도 10은 본 발명의 제 4실시예를 나타내는 배관도.

도 11은 본 발명의 제 4실시예에 적용되는 진공관형 태양열집열기를 나타내는 평단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 히트펌프 온수장치 2 : 온수탱크 2a : 유입관

2b : 급탕관 3 : 장치구동부 4 : 단열케이스

5 : 구동부케이스 5a : 유동구멍 6 : 컴프레셔

7 : 온수가열기 7a : 지지프레임 8 : 팽창밸브

9 : 증발기 9a : 냉방팬 10 : 냉매배관

10a : 차단밸브 11 : 압력계 12 : 수액기

13 : 드라이필터 14 : 액분리기 15,37 : 컨트롤러

16 : 압력계연결관 17,17a : 바이패스라인 18 : 모세관

19,22 : 개폐밸브 20 : 열교환기 21 : 분기관

23 : 회수관 24 : 체크밸브 25 : 내부증발기

26 : 외부증발기 27 : 핀코일증발기 27a : 송풍팬

28 : 대기열회수판 28a,29a : 냉매통로 29 : 태양열집열판

30 : 태양열집열기 31 : 축열탱크 31a : 열교환구조

32 : 순환펌프 33 : 열매체공급관 34 : 열매체회수관

35 : 저온수배출관 36 : 온수공급관 40 : 축열케이스

41 : 보온단열재 42 : 열매체관 43 : 축열재

44 : 이중관파이프 44a : 외관 44b : 내관

45 : 히트파이프 46 : 진공부 47 : 죠인트부

Claims (7)

1. 컴프레셔(6)와 응축기와 팽창밸브(8)와 증발기(9)가 냉매배관(10)으로 연결 설치되어 냉매의 순환식 루프를 형성하는 히트펌프용 장치구동부(3)가 구비되고, 상기 장치구동부(3)의 응축기는 단열케이스(4)에 삽입된 온수탱크(2)의 내부 또는 외부에 온수가열기(7)로 설치된 히트펌프 온수장치(1)에 있어서,

   상기 온수가열기(7)로부터 팽창밸브(8)로 연장되는 냉매배관(10)에는 온수의 가열에 사용된 응축냉매가 통과하는 열교환기(20)가 설치되며,

   상기 온수가열기(7)와 열교환기(20)의 사이에 해당하는 냉매배관(10)으로부터 모세관(18)을 구비하는 바이패스라인(17)이 분기되고, 상기 바이패스라인(17)이 모세관(18)을 거친 증발냉매의 공급관으로서 열교환기(20)와 연결 설치되며,

   상기 열교환기(20)로부터는 응축냉매와의 열교환을 수행한 증발냉매의 배출관으로서 개폐밸브(19)를 구비하는 바이패스라인(17a)이 연장 형성되고, 상기 바이패스라인(17a)이 컴프레셔(6)의 유입측에 해당하는 냉매배관(10)과 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 히트펌프 온수장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 온수탱크(2)의 상부면에는 내부증발기(25)가 설치되고, 상기 내부증발기(25)는 분기관(21)과 회수관(23)에 의하여 컴프레셔(6)의 유입측에 해당하는 냉매배관(10)과 연결 설치되며,

   상기 분기관(21)에는 개폐밸브(22)가 설치되고, 상기 회수관(23)에는 일방향 체크밸브(24)가 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 히트펌프 온수장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 내부증발기(25)는 냉매가 유동하는 배관이 나선형의 코일을 형성하면서 온수탱크(2)의 상부면에 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 히트펌프 온수장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히트펌프용 장치구동부(3)의 증발기(9)는 실외에 설치되는 외부증발기(26)가 되고,

   상기 외부증발기(26)는 핀코일증발기(27) 또는 냉매통로(28a)(29a)를 구비하는 대기열회수판(28)과 태양열집열판(29)이 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 히트펌프 온수장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 외부증발기(26)는 핀코일증발기(27)와 대기열회수판(28)과 태양열집열판(29)이 순차적으로 직렬 배치되어 냉매배관(10)으로 연결 설치된 것으로 이루어지며,

   상기 핀코일증발기(27)를 거쳐 대기열회수판(28)으로 연장되는 냉매배관(10)에는 팽창밸브(8)가 추가적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 히트펌프 온수장치.
6. 제 4항에 있어서, 상기 외부증발기(26)는 냉매통로(28a)를 구비하는 대기열 회수판(28)이 되고, 상기 대기열회수판(28)의 상부면에는 태양열집열기(30)가 설치되며,

   상기 태양열집열기(30)는 순환펌프(32)를 구비하는 열매체공급관(33)과 열매체회수관(34)에 의하여 축열탱크(31)와 연결 설치되고, 상기 축열탱크(31)는 순환펌프(32)를 구비하는 저온수배출관(35)과 온수공급관(36)에 의하여 온수탱크(2)와 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 히트펌프 온수장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 태양열집열기(30)는 진공관형 태양열집열기가 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드식 히트펌프 온수장치.

Images