KR101173988B1 - 태양열을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기에 공급되는 냉매가 태양열에 의해 열원을 공급토록 설치되는 외부열원공급수단을 통과한 후 공급토록 설치되는 구성이며, 상기 외부열원공급수단이 이중챔버로서 이루어져 압축기에 공급되는 냉매 및 열교환기를 통과하는 열매의 열전달이 동시에 이루어지도록 설치되어 에너지의 효율적인 활용이 가능토록 하고, 무제상 운전 및 냉매를 일정한 상태로서 순환하여 냉난방 시스템의 효율을 높일 수 있도록 하는 태양열을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것이다.

Description

태양열을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템{an air conditioning system with solar energy}

본 발명은 압축기에 공급되는 냉매가 태양열에 의해 열원을 공급토록 설치되는 외부열원공급수단을 통과한 후 공급토록 설치되는 구성이며, 상기 외부열원공급수단이 이중챔버로서 이루어져 압축기에 공급되는 냉매 및 열교환기를 통과하는 열매의 열전달이 동시에 이루어지도록 설치되어 에너지의 효율적인 활용이 가능토록 하고, 무제상 운전 및 냉매를 일정한 상태로서 순환하여 냉난방 시스템의 효율을 높일 수 있도록 하는 태양열을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것이다.

히트 펌프는 에어컨의 냉각 사이클(cooling cycle)에서 냉매의 흐름을 역전환(逆轉換)시킴으로써 냉방(冷房)과 난방(煖房)을 겸할 수 있는 공기 조절장치의 하나로써 특히 계절에 구애받지 않고 사용할 수 있는 장점에 따라 점차적으로 그 사용영역이 확대되고 있다.

일반적인 히트펌프에 있어서 공냉식 실외측 열교환기가 갖는 열교환 온도범위인 상온 이하로 냉각시킬 수 없는 한계성을 극복하여 결과적으로 히트펌프의 성능을 향상시키기 위하여 상기 실외측 열교환기의 열교환방식을 수냉식으로 제작하여 사용한 종래의 수냉식 히트펌프를 이용한 냉난방장치가 특허등록 제547670호에 게재되어 있으며 그 구성은 도 1에 도시한 바와같이, 히트펌프는 압축기(1),사방밸브(4), 실내 열교환기(3), 냉방팽창관(10), 열교환용 수액분리기(20), 난방팽창관(30), 실외 열교환기(40), 이중관(50) 및 열교환관(60)으로 크게 구성된다.

이때, 상기 압축기(1)와 사방밸브(4) 및 실내 열교환기(3)는 제 1냉매관(11)으로 연결되어 있고, 상기 실내 열교환기(3)와 열교환용 수액분리기(20)는 제 2냉매관(12)으로 연결되며, 상기 열교환용 수액분리기(20)와 난방팽창관(30)은 제 3냉매관(13)으로 연결된다.

그리고, 상기 난방팽창관(30)과 실외 열교환기(40)는 제 4냉매관(14)으로 연결되며, 상기 실외 열교환기(40)와 이중관(50)과 사방밸브(4) 및 열교환용 수액분리기(20)는 제 5냉매관(15)으로 연결되고, 상기 열교환용 수액분리기(20)와 압축기(1)는 제 6냉매관(16)으로 연결되며, 상기 냉방팽창관(10)은 제 2냉매관(12)에서 분지되면서 분지되는 지점에 체크밸브(80)가 구비되는 구성으로 이루어 진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 압축기(1)는 냉매를 압축하여 고온 고압 상태로 변환하는 기능을 수행하고, 상기 사방밸브(4)는 압축기(1)의 출구측에 형성되어 냉매를 난방시 실내 열교환기(3) 방향으로 냉방시 이중관(50) 방향으로 흐름을 전환시키며, 상기 실내 열교환기(3)는 난방운전시 냉매를 응축시키는 응축기 역할을 하고, 냉방운전시 냉매를 증발시키는 증발기 역할을 하며 방출 또는 흡수에 의하여 열교환을 수행한다.

또한, 상기 냉방팽창관(10)은 난방시 실내 열교환기(3)의 토출측과 연결되고, 고온 고압 상태의 냉매를 안내하는 제 1냉매관(11)에 감김으로써 실내 열교환기(3)에서 응축되며 열을 방출함에 따라 온도가 저하된 냉매의 온도를 보상하고 냉방시 열교환된 냉매를 팽창시키며, 상기 열교환용 수액분리기(20)는 난방시 제 2냉매관(12)을 통해 이동하는 응축된 냉매를 통과시켜 제 3냉매관(13)을 통해 난방팽창관(30)으로 안내함과 동시에 실외 열교환기(40) 및 사방밸브(4)를 통과한 2상의 저온 저압 상태인 냉매를 제 5냉매관(15)을 통해 유입하면서 상호 냉매를 열교환시키는 것이다.

그러나, 상기와 같은 히트펌프는, 압축기가 정형화되어 냉난방기의 사용조건에 상관없이 항상 동작토록 되어 불필요한 낭비요인이 발생되고, 냉매의 량이나 압력조절이 힘들게 되어 압축기(1)의 성능저하 현상을 초래하게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 에너지 낭비를 줄일 수 있도록 하면서 무제상 운전 및 냉매를 일정한 상태로서 순환하여 냉난방 시스템의 효율을 높일 수 있도록 하고, 냉매의 일정한 압축효과 구현이 가능토록 하여 운전 비용의 절감을 구현할 수 있도록 하며, 다양한 열원을 접목토록 하여 효율적인 운용이 가능토록 하고, 최적운전이 가능토록 하는 태양열을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 압축기와 실내기 및 팽창변과 실외기를 순환하는 히트펌프 냉난방 시스템에 있어서,

압축기에 공급되는 냉매가 태양열에 의해 열원을 공급토록 설치되는 외부열원공급수단을 통과한 후 공급토록 설치되는 구성이며, 상기 외부열원공급수단이 이중챔버로서 이루어져 압축기에 공급되는 냉매 및 열교환기를 통과하는 열매의 열전달이 동시에 이루어지도록 설치되는 태양열을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명의 외부열원공급수단은, 집열판이 연결되면서 열매가 충진되는 저장탱크와, 상기 저장탱크의 내측에 설치되면서 압축기에 공급되는 냉매관과 연결되는 열전달관으로 이루어 진 태양열을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 제공한다.

더하여, 본 발명의 저장탱크는 실외기와 연결되는 열전달관이 더 설치되거나 사방밸브와 연결되는 열전달코일이 더 설치되는 태양열을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 에너지 낭비를 줄이면서 무제상 운전 및 냉매를 일정한 상태로서 순환하여 냉난방 시스템의 효율을 높이고, 냉매의 일정한 압축효과 구현이 가능하여 운전비용의 절감을 구현하며, 다양한 열원을 접목토록 하여 효율적인 운용이 가능하고, 최적운전이 가능한 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 냉난방장치를 도시한 회로도이다.
도2는 본 발명에 따른 냉난방시스템을 도시한 회로도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 냉난방시스템을 도시한 회로도이다.

본 발명의 히트펌프냉,난방기(100)는, 냉매가 압축기(110)와 실내기(130) 및 제1,2팽창변(151)(155)과 실외기(170)등을 사방밸브(500)를 통하여 정방향 또는 역방향으로 순환하도록 설치된다.

그리고, 상기 압축기(110)에 공급되는 냉매가 태양열에 의해 열원을 공급토록 외부열원공급수단(400)이 설치된다.

이때, 상기 외부열원공급수단(400)은, 메인챔버(410)의 내측에 보조챔버(430)가 설치되는 이중챔버로서 이루어져 실외기(170)에서 압축기(110)에 공급되는 냉매 및 제1팽창변(151) 후단을 통과하는 냉매에 열전달이 동시에 이루어지도록 설치된다.

그리고, 상기 외부열원공급수단(400)은, 실외기(170)등과 일체로 연결되거나 분리 설치되는 구성으로 상부에 집열판(415)이 연결되면서 열매가 충진되는 메인탱크(410)와, 상기 메인탱크의 내측에 설치되면서 압축기에 공급되는 냉매가 통과하도록 하는 보조챔버(430)로 이루어 진다.

더하여, 상기 메인탱크(410)는, 실외기(170)와 연결되는 제1열전달코일(437)이 더 설치되거나 사방밸브(500)와 연결되는 제2열전달코일(439), 압축기(110)와 연결되는 제3열전달코일(438)이 설치되는 구성으로 이루어 진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2에서 도시한 바와같이 본 발명의 히트펌프냉,난방기(100)는, 냉매가 압축기(110)와 실내기(130) 및 제1,2팽창변(151)(155)과 실외기(170)를 사방밸브(500)를 통하여 정방향 또는 역방향으로 순환하면서 실내에 열량을 공급하거나 실내의 열을 흡수토록 설치된다.

즉, 겨울철 난방시에는 압축기(110)와 실내기(130) 및 제1팽창변(151)과 실외기(170) 순으로 냉매가 이동하면서 실내에 열량을 전달하고, 여름철 냉방시에는 압축기(110)와 실외기(170)및 제2팽창변(155)과 실내기(130) 순으로 냉매가 통과하면서 실내의 열량을 흡수토록 한다.

그리고, 상기 압축기(110)에 공급되는 냉매는 압축기(110)의 전단 또는 후단에 연결되면서 태양열에 의해 열원을 공급토록 설치되는 외부열원공급수단(400)이 설치되어 적은 용량의 압축기에 의해서도 필요로 하는 고온고압의 냉매 형성이 가능토록 된다.

즉, 상기 외부열원공급수단(400)은, 물이 충진되는 메인챔버(410)의 내측에 냉매가 통과하는 보조챔버(430)가 설치되는 이중챔버로서 이루어져 집열판(415)에 의한 가열시 물이 가열되면서 메인챔버 내측도 가열토록 되어 일정한 열량을 갖도록 되고, 상기 열량은 냉매가 통과하는 보조챔버(430)에 전달된다.

이때, 상기 보조챔버(430)를 가열하는 열량에 의해 보조챔버(430)의 내측을 통과하는 냉매를 고온고압으로 변화시키게 되어 압축기(110)에 전달되기 전이나 압축기(110)를 통과한 냉매에 열량을 공급하여 압축기(110)의 효율적인 활용이 가능토록 된다.

더하여, 상기 메인챔버(410)에 충진되는 물은 실외기(170)에 제1열전달코일(437)을 통하여 열량을 공급하여 응축수의 발생을 최소화 하게 된다.

또한, 상기 메인탱크(410)는, 사방밸브(500)와 제2열전달코일(439)로서 연결되어 실외기(170)에서 압축기(110)로 공급되는 냉매에 열량을 전달하도록 하는 것이다.

110...압축기 130...실내기
170...실외기 400...외부열원공급수단
410...메인챔버 415...집열판
500...사방밸브

Claims (3)

1. 압축기와 실내기 및 제1,2팽창변과 실외기를 순환하는 히트펌프 냉난방 시스템에 있어서,
   상기 압축기로 공급되거나 압축기에서 공급되는 냉매에 태양열을 열원으로 사용하는 외부열원공급수단에 의해 열량이 공급토록 설치되는 구성이며, 상기 외부열원공급수단이 이중챔버로서 이루어져 압축기에 리턴되는 냉매 및 압축기에서 공급되는 냉매에 열전달이 이루어지도록 설치되고,
   상기 외부열원공급수단은, 집열판이 연결되면서 열매가 충진되는 메인챔버와, 상기 메인챔버의 내측에 설치되면서 압축기에 공급되는 제3열전달코일과 연결되는 보조챔버의 이중구조로 이루어지며,
   상기 메인챔버는, 실외기와 연결되는 제1열전달코일, 사방밸브와 연결되는 제2열전달코일이 통과하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템.
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