KR101104362B1 - 보일러 병합형 히트펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉방 운전 및 난방 운전이 가능함과 더불어 외기 온도가 낮더라도 효율의 저하됨은 방지할 수 있도록 하고, 별도의 제상 운전을 실시하지 않더라도 증발기의 착상이 방지될 수 있는 보일러 병합형 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 냉매관을 따라 유동되는 냉매를 압축하는 압축기; 냉매관을 따라 유동되는 냉매를 선택적으로 응축하거나 혹은, 증발하는 제1열교환기 및 제2열교환기; 냉매관을 따라 유동되는 냉매를 팽창하는 팽창기; 압축기를 통과한 냉매를 상기 제1열교환기 혹은, 제2열교환기로 제공되도록 안내하는 방향 절환밸브; 유체가 저장되는 제1유체 저장탱크 및 제2유체 저장탱크; 상기 각 유체 저장탱크에 저장된 유체를 열교환시키는 보조 열교환기; 상기 제1유체 저장탱크에 저장된 유체가 상기 제1열교환기를 통과하도록 한 후 다시금 제1유체 저장탱크로 회수되도록 안내하는 제1유체 유동관; 상기 제2유체 저장탱크에 저장된 유체가 상기 제2열교환기를 통과하도록 한 후 다시금 제2유체 저장탱크로 회수되도록 안내하는 제2유체 유동관; 그리고, 상기 각 유체 유동관에 구비되면서 유체를 순환시키는 순환펌프:를 포함하는 보일러 병합형 히트펌프 시스템이 제공된다.

보일러, 히트펌프, 보조 열교환기, 보조 전열기, 냉난방기

Description

보일러 병합형 히트펌프 시스템{heat-pump system}

본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 냉방 운전 및 난방 운전이 가능함과 더불어 외기 온도가 낮더라도 효율의 저하됨은 방지할 수 있도록 하고, 별도의 제상 운전을 실시하지 않더라도 증발기의 착상이 방지될 수 있도록 한 새로운 형태의 보일러 병합형 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프 시스템은 냉방 운전 및 난방 운전이 가능하도록 구성되어 하절기에는 실내를 냉방함과 더불어 동절기에는 실내를 난방하는 장치를 의미한다.

상기와 같은 히트펌프 시스템은 압축기, 응축기, 증발기, 팽창밸브 및 사방변을 포함하여 구성되며, 상기 사방변의 동작 제어를 통해 냉방 운전 및 난방 운전이 선택적으로 이루어지도록 동작된다.

특히, 최근에는 상기한 히트펌프 시스템에 보일러를 추가함으로써 온수 혹은, 냉수의 공급과 냉방 및 난방 운전을 동시에 수행할 수 있도록 하고 있다.

그러나, 전술한 종래 기술에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템은 동절기와 같이 실외의 온도가 0℃ 이하로 떨어지게 되면 히트펌프 시스템의 증발기를 15 ∼20℃의 온도로 유지시킬 수 있는 열원이 부족하게 되므로, 압축기의 작동이 중지되는 등 온수 장치의 원활한 사용이 어렵게 된다는 문제점을 가지고 있다.

특히, 상기한 문제점을 해결하도록 증발부의 열원을 보충하기 위해 화석연료를 별도로 사용하거나 혹은, 태양열, 대기열 등을 이용하는 방법이 제시되고 있지만, 이 역시 과도한 비용과 설치 공간의 제약 및 환경 오염의 문제 등을 가지고 있기 때문에 바람직하지는 않다.

또한, 전술한 종래 기술에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템은 동절기시 히트펌프를 운전하는 초기에는 난방이 이루어지지 못하며, 이로 인해 상기 히트펌프의 운전이 안정적인 상태가 되어야만 비로서 난방이 실시된다.

따라서, 운전 초기에 제공되는 냉풍으로 인해 사용자의 불쾌감이 야기될 수밖에 없다는 문제점을 가진다.

또한, 전술한 종래 기술에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템은 동절기에 그 운전을 수행하고자 할 경우 외기의 낮은 온도로 인해 증발기에 서리가 쌓이게 되고, 이로 인해 상기한 서리의 제거를 위한 제상운전이 반드시 필요하다는 문제점을 가진다.

특히, 난방 운전이 진행되는 도중 증발기는 계속적으로 온도가 저하되기 때문에 상기한 제상운전이 수시로 진행되어야만 하였던 불편함이 있었고, 이러한 제상운전을 위한 추가적인 구성요소들이 필요시된다는 단점을 가진다.

본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 냉방 운전 및 난방 운전이 가능함과 더불어 외기 온도가 낮더라도 효율의 저하됨은 방지할 수 있도록 하고, 별도의 제상 운전을 실시하지 않더라도 증발기의 착상이 방지될 수 있도록 한 새로운 형태의 보일러 병합형 히트펌프 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 보일러 병합형 히트펌프 시스템에 따르면 냉매관을 따라 유동되는 냉매를 압축하는 압축기; 냉매관을 따라 유동되는 냉매를 선택적으로 응축하거나 혹은, 증발하는 제1열교환기 및 제2열교환기; 냉매관을 따라 유동되는 냉매를 팽창하는 팽창기; 압축기를 통과한 냉매를 상기 제1열교환기 혹은, 제2열교환기로 제공되도록 안내하는 방향 절환밸브; 유체가 저장되는 제1유체 저장탱크 및 제2유체 저장탱크; 상기 제1유체 저장탱크에 저장된 유체와 상기 제2유체 저장탱크에 저장된 유체를 열교환시키는 보조 열교환기; 상기 제1유체 저장탱크에 저장된 유체가 상기 제1열교환기를 통과하면서 열교환되도록 한 후 다시금 제1유체 저장탱크로 회수되도록 안내하는 제1유체 유동관; 상기 제2유체 저장탱크에 저장된 유체가 상기 제2열교환기를 통과하면서 열교환되도록 한 후 다시금 제2유체 저장탱크로 회수되도록 안내하는 제2유체 유동관; 그리고, 상기 각 유체 유동관에 구비되면서 유체를 순환시키는 순환펌프:를 포함하여 구성됨을 특징으 로 한다.

여기서, 상기 보조 열교환기는 양단이 제1유체 저장탱크와 연결된 상태로 상기 제1유체 저장탱크 내에 저장된 유체 중의 일부가 순환되도록 구성된 제3유체 유동관과, 상기 제3유체 유동관을 따라 유체가 순환되도록 한 제3순환펌프와, 양단이 제2유체 저장탱크와 연결된 상태로 상기 제2유체 저장탱크 내에 저장된 유체 중의 일부가 순환되도록 구성됨과 더불어 그 일부는 상기 제3유체 유동관의 일부와 인접되거나 혹은, 교차되면서 경유하도록 형성된 제4유체 유동관과, 상기 제4유체 유동관을 따라 유체가 순환되도록 한 제4순환펌프와, 상기 제3유체 유동관 및 제4유체 유동관이 경유되는 부위에 설치되면서 상기 제3유체 유동관 및 제4유체 유동관을 따라 유동되는 유체 간이 열교환되도록 하는 열교환부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 유체가 저장되며, 상기 각 유체 저장탱크의 내부에 저장되는 유체의 손실분을 보충하는 보충 탱크가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1유체 유동관 중 상기 제1열교환기를 통과하여 제1유체 저장탱크로 회수되는 측의 관로가 통과되도록 구성되며, 냉방 혹은, 난방이 필요로 하는 공간에 설치되는 냉난방기가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

이때, 제1유체 유동관 중 상기 제1열교환기를 통과하여 제1유체 저장탱크로 회수되는 측의 관로 상에 구비되면서 난방 운전시 해당 부위를 통과하는 유체를 가열하는 보조 전열기가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

이와 함께, 상기 보조 전열기는 상기 제1유체 유동관을 따라 유동되는 유체 의 온도에 따라 출력이 달리 제어되도록 비례 제어 기능을 갖는 에스씨알(SCR;Silicon Control Rectifier) 기기임을 특징으로 한다.

이상에서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템은 보조 열교환부의 추가적 구비로 인해 별도의 제상 운전이 필요치 않다는 장점 뿐만 아니라 증발기의 역할을 수행하는 열교환기로 그 동작에 필요한 열원을 제공함으로써 원활한 증발 동작이 이루어질 수 있게 됨과 더불어 압축기의 동작 불량이 방지될 수 있게 된 장점을 가진다. 이와 함께, 하절기 유체 저장탱크 내의 유체 온도가 설정된 온도 이상에 이르기까지 상승되지 않기 대문에 압축기의 소요 동력이 증가됨을 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템은 보조 전열기의 추가적 제공에 의해 외기의 온도가 극히 낮다 하더라도 냉난방기를 통해 제공되는 난방 공기는 운전 초기부터 안정적으로 제공할 수 있을 뿐 아니라 히트펌프의 운전이 최적 조건에 도달된 후 진행됨에 따라 히트펌프의 운전 효율이 향상될 수 있다는 장점을 가진다. 이와 함께, 사용자가 고온의 온수를 필요로 할 경우에도 히트펌프의 소요 동력을 증가시키지 않고도 보조 전열기의 동작에 의해 필요로 하는 온수의 제공이 가능하다는 효과를 가진다.

이하, 본 발명의 보일러 병합형 히트펌프 시스템에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.

첨부된 도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템이 도시되고 있다.

이를 토대로 알 수 있듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템은 크게 히트펌프(100)와, 제1유체 저장탱크(210) 및 제2유체 저장탱크(220)와, 보조 열교환기(300)와, 제1유체 유동관(410) 및 제2유체 유동관(420)과, 제1순환펌프(510) 및 제2순환펌프(520)를 포함하여 구성된다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 히트펌프(100)는 냉방 및 난방이 가능한 장치로써, 냉매관(110)을 따라 유동되는 냉매를 압축하는 압축기(120)와, 냉매관(110)을 따라 유동되는 냉매를 선택적으로 응축하거나 혹은, 증발하는 제1열교환기(130) 및 제2열교환기(140)와, 냉매관(110)을 따라 유동되는 냉매를 팽창하는 팽창기(150)와, 압축기(120)를 통과한 냉매를 상기 제1열교환기(130) 혹은, 제2열교환기(140)로 제공되도록 안내하는 방향 절환밸브(160)를 포함하여 구성되며, 이때, 상기 방향 절환밸브(160)라 함은 통상의 사방변(4-way valve)을 의미한다.

상기한 히트펌프(100)의 구조는 기존의 일반적인 히트펌프 구조와 동일하며, 그의 각 구성별 상세 구조에 대한 설명은 생략한다.

다음으로, 상기 제1유체 저장탱크(210) 및 제2유체 저장탱크(220)는 유체가 저장되는 탱크이며, 상기 제1유체 유동관(410) 및 제2유체 유동관(420)은 상기 각 유체 저장탱크(210,220)에 저장된 유체가 그에 대응되는 어느 한 열교환기(130,140)를 통과하면서 열교환되도록 한 후 다시금 해당 유체 저장탱 크(210,220)로 회수되도록 안내하는 유로관이다.

여기서, 상기 제1유체 유동관(410)은 상기 제1유체 저장탱크(210)에 저장된 유체가 제1열교환기(130)를 통과한 후 다시금 제1유체 저장탱크(210)로 회수되도록 구성되고, 상기 제2유체 유동관(420)은 상기 제2유체 저장탱크(220)에 저장된 유체가 제2열교환기(140)를 통과한 후 다시금 제2유체 저장탱크(220)로 회수되도록 구성된다.

이와 함께, 본 발명의 제1실시예에서는 상기한 각 유체 저장탱크(210,220)에 보충 탱크(230,240)가 각각 연결되어 구성됨을 추가로 제시한다.

이때, 상기 보충 탱크(230,240)는 유체가 저장되는 통으로써, 상기 각 유체 저장탱크(210,220) 내에 저장된 유체의 손실분을 보충하기 위한 일련의 구성이다.

즉, 각 유체 저장탱크(210,220)에 저장된 유체가 유동되는 도중 누수나 증발 혹은, 사용자의 필요에 의한 사용 등과 같은 손실이 발생됨을 고려할 때 해당 유체 저장탱크(210,220) 내의 수위가 기 설정된 수위에 비해 낮을 경우 상기 보충 탱크(230,240)에 저장된 유체가 상기 유체 저장탱크(210,220) 내로 제공될 수 있도록 한 것이다.

다음으로, 상기 보조 열교환기(300)는 상기 제1유체 저장탱크(210)에 저장된 유체와 상기 제2유체 저장탱크(220)에 저장된 유체를 열교환시키는 일련의 구성이다.

본 발명의 제1실시예에서는 상기한 보조 열교환기(300)가 제3유체 유동관(310)과, 제3순환펌프(320)와, 제4유체 유동관(330)과, 제4순환펌프(340) 그리 고, 열교환부(350)로 구성됨을 제시한다.

이때, 상기 제3유체 유동관(310)은 양단이 제1유체 저장탱크(210)와 연결된 상태로 상기 제1유체 저장탱크(210) 내에 저장된 유체 중의 일부가 순환되도록 구성한 관로임과 더불어 상기 제3순환펌프(320)는 상기 제3유체 유동관(310)을 따라 유체가 순환되도록 한 펌프이고, 상기 제4유체 유동관(330)은 양단이 제2유체 저장탱크(220)와 연결된 상태로 상기 제1유체 저장탱크(210) 내에 저장된 유체 중의 일부가 순환되도록 구성한 관로임과 더불어 상기 제4순환펌프(340)는 상기 제4유체 유동관(330)을 따라 유체가 순환되도록 한 펌프이다.

이와 함께, 상기 제3유체 유동관(310) 및 제4유체 유동관(330)의 일부는 서로 교차 혹은, 인접되면서 경유되도록 설치된다.

또한, 상기 열교환부(350)는 상기 제3유체 유동관(310) 및 제4유체 유동관(330)이 서로 경유되는 부위에 설치되는 구성으로써, 상기 제3유체 유동관(310) 및 제4유체 유동관(330)을 따라 유동되는 유체 간이 열교환되도록 하는 부위이다.

전술한 바와 같은 보조 열교환기(300)는 냉방 운전시 제2유체 저장탱크(220)에 저장되는 유체의 온도가 지속적으로 상승됨에 따라 압축기(120)의 소요 동력이 점차적으로 증가되는 단점 및 난방 운전시 제2유체 저장탱크(220)에 저장되는 유체의 온도가 지속적으로 하락됨에 따라 증발기의 역할을 하는 제2열교환기(140)의 증발 열원 부족으로 인한 압축기(120)의 작동 중단 등과 같은 문제점이 방지될 수 있도록 한 구성이다.

다음으로, 상기 순환펌프(510,520)는 상기 제1유체 유동관(410) 및 제2유체 유동관(420)에 구비되면서 해당 관로를 따라 유동되는 유체를 강제 펌핑하여 순환되도록 하는 일련의 구성이다.

이때, 상기한 순환펌프(510,520)는 제1유체 유동관(410)에 구비되는 제1순환펌프(510)와, 제2유체 유동관(420)에 구비되는 제2순환펌프(520)로 구성된다.

한편, 본 발명의 제1실시예에서는 전술된 히트펌프(100)의 운전에 따라 제1유체 유동관(410)으로부터 발생되는 열을 이용하여 냉방 혹은, 난방을 수행하기 위한 냉난방기(600)가 더 포함되어 구성됨을 제시한다. 즉, 히트펌프(100) 자체가 아닌 별도의 냉난방기(600)를 추가로 제공함으로써 사용자가 필요로 하는 공간에 자유롭게 설치 가능하도록 한 것으로써, 실시예에서와 같이 하나로만 제공될 수도 있을 뿐 아니라 도시하지는 않았지만 복수로 제공될 수도 있다.

이때, 상기한 냉난방기(600)는 제1유체 유동관(410) 중 제1열교환기(130)를 통과하여 제1유체 저장탱크(210)로 회수되는 측의 관로가 통과되도록 구성되면서 냉방 혹은, 난방을 필요로 하는 공간에 설치된다.

물론, 히트펌프(100) 자체를 실외기와 실내기로 구분하여 상기 실내기를 냉난방기로써 사용할 수도 있지만 이의 경우, 히트펌프(100) 자체의 크기가 커질 수밖에 없다는 문제점과 상기 실내기가 하나로만 구성될 수밖에 없다는 단점이 있기 때문에 바람직하지는 않다.

또한, 본 발명의 제1실시예에서는 상기 제1유체 유동관(410) 중 상기 제1열교환기(130)와 상기 냉난방기(600) 사이의 관로 상에 구비되면서 난방 운전시 해당 부위를 통과하는 유체를 가열하는 보조 전열기(700)가 더 포함되어 구성됨을 제시 한다.

상기한 보조 전열기(700)는 동절기시 히트펌프(100)의 운전 효율이 향상될 수 있도록 한 것으로써, 상기 히트펌프(100)의 운전 초기에 제1유체 유동관(410)을 따라 유동되는 유체를 가열하여 히트펌프(100)가 안정적인 운전을 수행하기 전까지 냉난방기(600)를 통한 난방이 가능하도록 하거나 혹은, 고온의 온수가 필요시될 경우 히트펌프(100)에 의해 가열된 온수를 추가로 가열하여 원하는 온도의 온수가 될 수 있도록 보조하는 역할을 수행한다.

특히, 상기한 보조 전열기(700)는 상기 제1유체 유동관(410)을 따라 유동되는 유체의 온도에 따라 출력이 달리 제어되도록 비례 제어 기능을 갖는 에스씨알(SCR;Silicon Control Rectifier) 기기로 구성됨이 더욱 바람직하다.

하기에서는, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템의 운전 과정을 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 첨부된 도 1은 보일러 병합형 히트펌프 시스템의 냉방 운전시 과정을 나타내고 있다.

이를 통해 알 수 있듯이, 냉방 운전을 위한 동작이 이루어질 경우 히트펌프(100)를 구성하는 제1열교환기(130)는 증발기로의 역할을 수행하게 됨과 더불어 제2열교환기(140)는 응축기로의 역할을 수행하게 되며, 방향 절환밸브(160)는 압축기(120)를 통과한 냉매를 상기 제2열교환기(140)로 제공하도록 안내하는 역할을 수행하게 된다.

즉, 냉매관(110)을 따라 유동되는 냉매는 압축기(120)의 동작에 의해 압축되 고, 이렇게 압축된 냉매는 방향 절환밸브(160)의 안내에 의해 제2열교환기(140)로 제공되어 응축되고, 계속해서 팽창기(150)를 통과하면서 팽창된 후 제1열교환기(130)를 통해 증발된 다음 압축기(110)로 유입되는 순환을 반복하게 되는 것이다.

그리고, 전술한 일련의 과정이 진행될 때에는 제1유체 유동관(410) 및 제2유체 유동관(420)에 설치된 제1순환펌프(510) 및 제2순환펌프(520)의 구동이 이루어지면서 제1유체 저장탱크(210) 및 제2유체 저장탱크(220) 내에 저장된 유체를 지속적으로 순환시키게 된다.

즉, 제1순환펌프(510)의 구동에 의해 제1유체 저장탱크(210) 내에 저장된 유체 중 일부는 제1유체 유동관(410)을 순환하게 되고, 제2순환펌프(520)의 구동에 의해 제2유체 저장탱크(220) 내에 저장된 유체 중 일부는 제2유체 유동관(420)을 순환하게 되는 것이다.

이때, 제1유체 유동관(410)을 순환하는 유체는 제1열교환기(130)를 통과하는 과정에서 상기 제1열교환기(130)와 열교환되면서 냉각된 후 제1유체 저장탱크(210) 내로 유입되고, 제2유체 유동관(420)을 순환하는 유체는 제2열교환기(140)를 통과하는 과정에서 상기 제2열교환기(130)와 열교환되면서 가열된 후 제2유체 저장탱크(220) 내로 유입된다.

이와 함께, 냉난방기(600)는 상기 제1열교환기(130)를 통과하면서 차가워진 유체와의 열교환을 통해 해당 기기가 설치된 공간을 냉방시키게 된다.

만일, 전술한 일련의 과정이 진행되는 도중 제1유체 저장탱크(210) 혹은, 제 2유체 저장탱크(220) 내에 저장된 유체의 수위가 미리 설정된 수위에 비해 낮을 경우에는 해당 유체 저장탱크(210,220)와 연결된 보충 탱크(230,240)를 통해 상기 손실분에 대한 유체의 보충이 이루어지며, 이로 인해 본 발명의 제1실시예에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템은 원활한 동작을 지속적으로 수행할 수 있게 된다.

다음으로, 첨부된 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템을 이용한 난방 운전시 과정을 나타내고 있다.

이를 통해 알 수 있듯이, 난방 운전을 위한 동작이 이루어질 경우 히트펌프(100)를 구성하는 제1열교환기(130)는 응축기로의 역할을 수행하게 됨과 더불어 제2열교환기(140)는 증발기로의 역할을 수행하게 되며, 방향 절환밸브(160)는 압축기(120)를 통과한 냉매를 상기 제1열교환기(130)로 제공하도록 안내하는 역할을 수행하게 된다.

즉, 냉매관(110)을 따라 유동되는 냉매는 압축기(120)의 동작에 의해 압축되고, 이렇게 압축된 냉매는 방향 절환밸브(160)의 안내에 의해 제1열교환기(130)로 제공되어 응축되고, 계속해서 팽창기(150)를 통과하면서 팽창된 후 제2열교환기(140)를 통해 증발된 다음 압축기(120)로 유입되는 순환을 반복하게 되는 것이다.

하지만, 전술한 바와 같은 동절기의 난방 운전시에는 외기의 낮은 온도로 인해 운전 초기 제1열교환기(130)에 의한 냉매의 응축 동작이 빠르게 이루어지지 못하고, 오랜 시간이 지나야만 운전이 안전화되면서 원활한 응축 동작이 수행된다.

이에 따라, 본 발명의 제1실시예에서는 동절기시 난방 운전이 실시될 경우 상기한 히트펌프(100)의 동작이 진행되기 전에 각 순환펌프(510,520)의 동작 및 보조 전열기(700)의 동작이 우선적으로 이루어짐을 제시한다.

즉, 난방 운전이 실시되면 각 순환펌프(510,520)의 동작이 이루어지면서 각 유체 유동관(410,420)을 통해 유체가 순환되고, 이와 함께 보조 전열기(700)의 동작이 이루어지면서 제1유체 유동관(410)을 따라 순환되는 유체는 순간적으로 가열된다.

이로 인해, 냉난방기(600)를 통해 제공되는 공기는 설정 난방 온도에 도달된 상태로 제공됨에 따라 운전 초기 난방이 빨리 이루어지지 못하고 차가운 공기가 제공되었던 문제점은 방지된다.

또한, 상기와 같이 제1유체 유동관(410)을 따라 순환하는 유체는 상기 히트펌프(100)의 운전이 안정화되기 전까지 제1유체 저장탱크(210) 내의 온도를 상승시키는 역할을 수행하게 되고, 이와 함께 제1열교환기(130)의 온도 역시 상승시키는 역할을 수행하게 된다.

특히, 상기한 보조 전열기(700)는 유체의 온도에 따라 출력이 달리 제어되도록 비례 제어 기능을 갖는 에스씨알(SCR;Silicon Control Rectifier) 기기임을 고려할 때 설정 온도에 비례하여 그 출력이 조절됨에 따라 안정적인 난방 및 전력 사용 효율이 향상될 수 있게 된다.

따라서, 히트펌프(100)는 최적의 운전 조건에 도달된 상태(예컨대, 제1유체 저장탱크의 상부측 유체 온도가 20℃ 정도에 도달된 상태)에서 운전이 시작됨에 따라 그 운전이 안정화되는 시간이 단축되어 운전 효율이 더욱 향상될 수 있게 된다.

그리고, 전술한 보조 전열기(700)의 동작에 따른 최적 조건에서의 히트펌프(100) 운전이 실시될 경우 상기 보조 전열기(700)의 동작은 중단되며, 제1유체 유동관(410)을 순환하는 유체는 제1열교환기(130)를 통과하는 과정에서 상기 제1열교환기(130)와 열교환되면서 가열된 후 제1유체 저장탱크(210) 내로 유입되고, 제2유체 유동관(420)을 순환하는 유체는 제2열교환기(140)를 통과하는 과정에서 상기 제2열교환기(!40)와 열교환되면서 냉각된 후 제2유체 저장탱크(220) 내로 유입된다.

이와 함께, 냉난방기(600)는 상기 제1열교환기(130)를 통과하면서 가열된 유체와의 열교환을 통해 해당 기기가 설치된 공간을 난방시키게 된다.

또한, 전술한 일련의 과정이 진행되는 도중에는 보조 열교환기를 구성하는 제3순환펌프(320) 및 제4순환펌프(340)의 동작에 의해 제1유체 저장탱크(210) 내에 저장된 유체와 제2유체 저장탱크(220) 내에 저장된 유체가 서로 열교환 된다.

이때, 상기 제2유체 저장탱크(220) 내의 유체는 상기한 제1유체 저장탱크(210) 내의 유체와 열교환됨에 따른 온도의 상승이 이루어지게 되고, 이렇게 온도가 상승된 유체는 히트펌프(100)의 제2열교환기(140)가 15∼20℃ 정도의 온도로 유지시킬 수 있는 열원으로 작용하게 됨으로써, 동절기와 같이 실외 온도가 극히 낮은 경우라 하더라도 압축기(120)의 작동이 중단되는 등과 같은 동작 불능의 문제점 발생은 방지되고, 안정적인 히트펌프(100)의 운전이 이루어질 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 상기한 보조 열교환기(300)를 이용한 각 유체 저장탱크(210,220) 상호 간의 열교환에 의해 증발기의 역할을 하는 제2열교환기(140)의 제상운전을 별도로 실시하지 않더라도 제상이 가능하다는 장점 역시 가진다.

그리고, 전술한 일련의 과정이 진행되는 도중 제1유체 저장탱크(210) 혹은, 제2유체 저장탱크(220) 내에 저장된 유체의 수위가 미리 설정된 수위에 비해 낮을 경우에는 해당 유체 저장탱크(210,220)와 연결된 보충 탱크(230,240)를 통해 상기 손실분에 대한 유체의 보충이 이루어지며, 이로 인해 본 발명의 제2실시예에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템은 원활한 동작을 지속적으로 수행할 수 있게 된다.

한편, 전술한 각 과정 중 보조 전열기(700)는 상기 히트펌프(100)의 운전이 실시될 경우 반드시 그 동작이 중단되어야만 하는 것은 아니다.

즉, 상기 히트펌프(100)가 최적의 운전 조건에 도달되지 않은 상태에서도 운전이 시작될 수 있도록 설정함으로써 상기 보조 전열기(700)가 상기 히트펌프(100)의 운전 초기시 운전을 보조하는 역할을 수행할 수도 있고, 히트펌프(100)의 운전 시작과 동시에 보조 전열기(700)의 동작이 이루어지도록 함으로써 상기 히트펌프(100)의 운전이 안정화되기 전까지는 상기한 보조 전열기(700)의 동작에 의해 실내 난방이 가능하도록 제어할 수도 있는 것이다. 뿐만 아니라 사용자의 필요에 따라 고온의 온수(예컨대, 55℃ 이상의 온수)를 필요로 할 경우에도 상기 보조 전열기(700)에 의한 유체의 가열이 추가적으로 이루어지도록 할 수도 있는 것이다.

한편, 첨부된 도 3 및 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템을 나타내고 있다.

이를 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 제2실시예에서는 각 유체 저장탱크(210,220) 내의 유체 상호 간을 열교환시키는 보조 열교환기(300)가 어느 한 유 체 저장탱크(220)에 저장된 유체가 다른 한 유체 저장탱크(210)를 통과하면서 열교환될 수 있도록 한 것임을 제시한다.

즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 보조 열교환기(300)는 제2유체 저장탱크(220)로부터 유체를 제공받아 제1유체 저장탱크(210)의 내부를 통과하는 관로(이하, “제5유체 유동관”이라 함)(360) 및 이 제5유체 유동관(360)을 따라 유체가 순환될 수 있도록 하는 순환펌프(이하, “제5순환펌프”라 함)(370)로 구성함으로써, 각 유체 저장탱크(210,220) 상호 간의 열교환이 이루어질 수 있도록 하여 동절기시 별도의 제상 운전이 생략될 수 있도록 함과 더불어 제2열교환기(140)의 증발 동작을 위한 열원의 보조가 가능하도록 한 것이다.

이때, 상기한 제5유체 유동관(360)의 각 부위 중 상기 제1유체 저장탱크(210)를 통과하는 부위는 예컨대, 코일형으로 구성함으로써 열교환 효율이 더욱 향상되도록 구성됨이 바람직하다.

물론, 도시하지는 않았지만 상기 제5유체 유동관(360)이 제1유체 저장탱크(210) 및 제2유체 저장탱크(220) 모두의 내부를 통과하는 관로로 구성함과 더불어 상기한 제5유체 유동관(360)의 내부로는 냉매와 같이 전열성이 우수한 유체가 유동되도록 구성함으로써, 상기한 제5유체 유동관(360)을 따라 관로를 따라 순환되는 유체에 의해 각 유체 저장탱크(210,220) 내부의 유체가 열교환될 수 있도록 구성될 수도 있다.

결국, 본 발명의 보일러 병합형 히트펌프 시스템은 전술된 바와 같은 다양한 형태로의 실시가 가능한 유용한 발명이라 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템의 냉방운전시 상태를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 구성도

도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템의 난방운전시 상태를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 구성도

도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템의 냉방운전시 상태를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 구성도

도 4는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 보일러 병합형 히트펌프 시스템의 난방운전시 상태를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 구성도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100. 히트펌프 110. 냉매관

120. 압축기 130. 제1열교환기

140. 제2열교환기 150. 팽창기

160. 방향 절환밸브 210,220. 유체 저장탱크

230,240. 보충 탱크 300. 보조 열교환기

310. 제3유체 유동관 320. 제3순환펌프

330. 제4유체 유동관 340. 제4순환펌프

350. 열교환부 410. 제1유체 유동관

420. 제2유체 유동관 510,520. 순환펌프

600. 냉난방기 700. 보조 전열기

Claims (6)

1. 냉매관을 따라 유동되는 냉매를 압축하는 압축기;

   냉매관을 따라 유동되는 냉매를 선택적으로 응축하거나 혹은, 증발하는 제1열교환기 및 제2열교환기;

   냉매관을 따라 유동되는 냉매를 팽창하는 팽창기;

   압축기를 통과한 냉매를 상기 제1열교환기 혹은, 제2열교환기로 제공되도록 안내하는 방향 절환밸브;

   유체가 저장되는 제1유체 저장탱크 및 제2유체 저장탱크;

   상기 제1유체 저장탱크에 저장된 유체와 상기 제2유체 저장탱크에 저장된 유체를 열교환시키는 보조 열교환기;

   상기 제1유체 저장탱크에 저장된 유체가 상기 제1열교환기를 통과하면서 열교환되도록 한 후 다시금 제1유체 저장탱크로 회수되도록 안내하는 제1유체 유동관;

   상기 제2유체 저장탱크에 저장된 유체가 상기 제2열교환기를 통과하면서 열교환되도록 한 후 다시금 제2유체 저장탱크로 회수되도록 안내하는 제2유체 유동관; 그리고,

   상기 각 유체 유동관에 구비되면서 유체를 순환시키는 순환펌프:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 보일러 병합형 히트펌프 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조 열교환기는

   양단이 제1유체 저장탱크와 연결된 상태로 상기 제1유체 저장탱크 내에 저장된 유체 중의 일부가 순환되도록 구성된 제3유체 유동관과,

   상기 제3유체 유동관을 따라 유체가 순환되도록 한 제3순환펌프와,

   양단이 제2유체 저장탱크와 연결된 상태로 상기 제2유체 저장탱크 내에 저장된 유체 중의 일부가 순환되도록 구성됨과 더불어 그 일부는 상기 제3유체 유동관의 일부와 인접되거나 혹은, 교차되면서 경유하도록 형성된 제4유체 유동관과,

   상기 제4유체 유동관을 따라 유체가 순환되도록 한 제4순환펌프와,

   상기 제3유체 유동관 및 제4유체 유동관이 경유되는 부위에 설치되면서 상기 제3유체 유동관 및 제4유체 유동관을 따라 유동되는 유체 간이 열교환되도록 하는 열교환부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 보일러 병합형 히트펌프 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   유체가 저장되며, 상기 각 유체 저장탱크의 내부에 저장되는 유체의 손실분을 보충하는 보충 탱크가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 보일러 병합형 히트펌프 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1유체 유동관 중 상기 제1열교환기를 통과하여 제1유체 저장탱크로 회수되는 측의 관로가 통과되도록 구성되며, 냉방 혹은, 난방을 필요로 하는 공간에 설치되는 냉난방기가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 보일러 병합형 히트펌프 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   제1유체 유동관 중 상기 제1열교환기를 통과하여 제1유체 저장탱크로 회수되는 측의 관로 상에 구비되면서 난방 운전시 해당 부위를 통과하는 유체를 가열하는 보조 전열기가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 보일러 병합형 히트펌프 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 보조 전열기는 상기 제1유체 유동관을 따라 유동되는 유체의 온도에 따라 출력이 달리 제어되도록 비례 제어 기능을 갖는 에스씨알(SCR;Silicon Control Rectifier) 기기임을 특징으로 하는 보일러 병합형 히트펌프 시스템.

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