KR101183757B1 - 자체열원 이용식 히트펌프 시스템 - Google Patents

자체열원 이용식 히트펌프 시스템 Download PDF

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KR101183757B1
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Abstract

본 발명은 자체열원 이용식 히트펌프 시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 고온의 제1냉매 가스를 방출하는 제1토출기; 고온의 제2냉매 가스가 방출되는 제2토출기; 저온수가 저장된 물탱크; 물탱크에서 배출된 저온수가 유입되고 제2토출기에서 방출된 제2냉매가 유입되어 저온수가 제2냉매의 열을 흡수하게 되는 제1열교환기; 제1열교환기에 의해 가열된 저온수가 유입되고, 제1토출기에서 방출된 제1냉매가 유입되어 저온수가 제1냉매의 열을 흡수하여 가열수가 배출되는 제2열교환기; 제1열교환기에서 배출된 제2냉매가 유입되고, 제2열교환기에서 배출된 제1냉매가 유입되어 제1냉매가 제2냉매의 열을 흡수하여 기화되고 제2냉매는 액화되며, 제1냉매가 제1토출기로 유입되도록 구성된 제1증발기; 제1증발기에서 액화되어 배출된 제2냉매가 유입되어, 다른 라인으로 유입된 순환수가 제2냉매로부터 열을 흡수하게 되는 제3열교환기; 및 제3열교환기로부터 배출된 제2냉매가 유입되어, 다른 라인으로 유입된 순환수로부터 열을 흡수하여 제2냉매가 기화되어 배출되어 제2토출기로 유입되도록 구성된 제2증발기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원이용식 히트펌프 시스템에 대한 것이다.

Description

자체열원 이용식 히트펌프 시스템{heat pump system using self heat}
본 발명은 자체열원 이용식 히트펌프 시스템에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 가열수라인과 제1냉매라인, 제2냉매라인 및 순환수 라인을 포함하여 저온수를 가열시키고 남은 열원을 제1냉매, 제2냉매 및 순환수 사이에서 열교환 시킴으로써 남은 열원을 외부로 방출하지 않고 그 열원을 그대로 활용하는 자체열원 이용식 히트펌프 시스템에 대한 것이다.
일반적으로, 사용되고 있는 가정 및 산업용 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석 연료 또는 핵연료 등이 있는데, 이러한 에너지원 사용은 환경오염의 주원인을 발생시킬 뿐만 아니라 매장량의 한계가 있기 때문에, 이러한 문제점의 대책으로 대체에너지 개발과 열효율 향상을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
또한, 냉난방을 위하여 사용되는 에너지원으로는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나, 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된 전력 에너지를 주로 사용하고 있다. 그러나 화석연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 환경을 오염시키는 단점이 있으므로, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 대체 에너지 중에서도 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열, 지열 등에 관한 연구와 이를 이용한 냉난방장치가 사용되고 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다.
특히, 풍력과 태양열을 이용하여 에너지를 얻기 위해서는 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야하며, 이 장치들은 단위장치당 에너지 생산용량이 적고 또한 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요된다.
대체에너지의 일원인 지열에너지는 지하 깊은 곳의 고온 지열을 이용하여 발전 등에 활용되기도 하고, 10~20℃의 지열을 이용하여 냉난방 시스템에 적용되기도 하는데, 지열을 이용하여 건물 등의 냉난방기술에 적용하는 경우, 기존 냉난방장치에 비하여 최대 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있으며, 40 ~ 70%의 에너지 발생비용을 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.
이러한 지열을 이용하여 건물 내의 냉난방을 목적으로 지하수와 같은 천연 열저장소를 이용하는 전기장치인 지열 히트펌프 시스템은, 지중 열교환기를 구비하여 열교환기에 의해 하절기에는 지중으로 열을 방출하고 동절기에는 지중으로부터 열을 흡수하는 것으로, 연중 10~20℃로 거의 일정한 온도를 유지한 지온에 의해 냉난방성능이 저하되지 않아 안정적인 운전이 가능하다.
따라서, 설치 및 유지관리에 상대적으로 저렴한 비용이 소요되는 지열에너지를 이용한 냉난방장치들이 많이 이용되고 있는데, 이것은 온도가 10~20℃인 지중의 열 에너지를 이용하는 기술이다.
통상적으로 사용되는 지열을 이용한 냉난방장치는 지열을 회수하기 위한 지열교환기와, 회수한 지열을 필요한 장소로 이동시켜 냉난방을 행하도록 하는 히트펌프로 구성된다.
종래의 이러한 히트펌프의 경우에 가열과 냉방에 필요한 에너지원을 공급하고, 가열수를 형성한 후에 남은 열원은 외부로 방출하게 된다. 따라서 이렇게 방출된 열원으로 에너지가 낭비되며 지구 온난화 등의 문제가 초래될 수 있다. 따라서 히트펌프에서 남은 열원을 외부로 방출하지 않는 순환라인을 구성하여 자체열원을 그대로 입력 열원으로 활용하여 에너지 효율이 개선된 히트펌프의 개발이 요구되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 히트 펌프는 제1냉매와 제2냉매가 저온수를 가열하기 위해 열을 방출한 후, 남은 열원을 외부로 방출하지 않고, 제1냉매와 제2냉매 사이, 제1냉매와 순환수 사이, 제2냉매와 순환수 사이에 열교환을 하도록 각각을 순환라인으로 구성하여 남은 열원을 그대로 활용할 수 있는 자체열원 이용식 히트펌트 시스템을 제공하게 된다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 목적은 고온의 제1냉매 가스를 방출하는 제1토출기; 고온의 제2냉매 가스가 방출되는 제2토출기; 저온수가 저장된 물탱크; 물탱크에서 배출된 저온수가 유입되고 제2토출기에서 방출된 제2냉매가 유입되어 저온수가 제2냉매의 열을 흡수하게 되는 제1열교환기; 제1열교환기에 의해 가열된 저온수가 유입되고, 제1토출기에서 방출된 제1냉매가 유입되어 저온수가 제1냉매의 열을 흡수하여 가열수가 배출되는 제2열교환기; 제1열교환기에서 배출된 제2냉매가 유입되고, 제2열교환기에서 배출된 제1냉매가 유입되어 제1냉매가 제2냉매의 열을 흡수하여 기화되고 제2냉매는 액화되며, 제1냉매가 제1토출기로 유입되도록 구성된 제1증발기; 제1증발기에서 액화되어 배출된 제2냉매가 유입되어, 다른 라인으로 유입된 순환수가 제2냉매로부터 열을 흡수하게 되는 제3열교환기; 및 제3열교환기로부터 배출된 제2냉매가 유입되어, 다른 라인으로 유입된 순환수로부터 열을 흡수하여 제2냉매가 기화되어 배출되어 제2토출기로 유입되도록 구성된 제2증발기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원이용식 히트펌프 시스템으로서 달성될 수 있다.
제3열교환기에서 배출된 순환수의 온도를 실시간으로 측정하는 제1온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제3열교환기에서 배출된 순환수가 유입되고, 다른 라인으로 제2열교환기에서 배출된 제1냉매가 유입되어, 순환수가 제1냉매로부터 열을 흡수하고 제2증발기로 유입되도록 구성되는 제4열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제3열교환기와 제4열교환기 사이에 구비되어 제1온도센서에서 측정된 순환수의 온도가 특정온도 이상이면 제3열교환기에서 배출된 순환수가 제4열교환기로 유입되는 것을 차단하고, 순환수를 제2증발기로 바로 유입되도록 경로를 변경하기 위해 구성된 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1토출기와 연결되어 제1토출기에서 토출되는 제1냉매의 온도를 조절하는 제1온도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1토출기와 연결되어 제1토출기에서 토출되는 제1냉매의 압력을 조절하는 제1압력조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제2토출기와 연결되어 제2토출기에서 토출되는 제2냉매의 온도를 조절하는 제2온도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제2토출기와 연결되어 제2토출기에서 토출되는 제2냉매의 압력을 조절하는 제2압력조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1냉매가 유동되는 제2열교환기와 제4열교환기 사이 및 제1냉매가 유동되는 제4열교환기와 제1증발기 사이 중 적어도 어느 하나에 설치되어 액화된 제1냉매가 저장되는 제1수액기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제2냉매가 유동되는 제1증발기와 제3열교환기 사이에 설치되어 액화된 제2냉매가 저장되는 제2수액기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제2열교환기에서 배출되는 가열수의 온도를 측정하는 제2온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1냉매는 R124 또는 R227EA인 것을 특징으로 할 수 있다.
제2냉매는 R22, R134, R410, R404 또는 R407인 것을 특징으로 할 수 있다.
제2냉매가 유동되는 제3열교환기와 제2증발기 사이에 구비되는 제1팽창변을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1냉매가 유동되는 제2열교환기와 제1증발기 사이에 구비되는 제2팽창변을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의하면, 히트 펌프는 제1냉매와 제2냉매가 저온수를 가열하기 위해 열을 방출한 후, 남은 열원을 외부로 방출하지 않고, 제1냉매와 제2냉매 사이, 제1냉매와 순환수 사이, 제2냉매와 순환수 사이에 열교환을 하도록 각각을 순환라인으로 구성하여 남은 열원을 그대로 활용할 수 있는 효과가 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌트는 보다 개선된 열효율을 갖게 된다는 장점이 있고, 남겨진 열원을 외부로 방출시키기 않기 때문에 보다 경제적이고, 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템의 구성과 제1냉매, 제2냉매, 가열수, 순환수의 흐름을 나타낸 블록도,
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템에서 가열수 라인을 나타낸 블록도,
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템에서 가열수 라인을 나타낸 흐름도,
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템에서 제1냉매 라인을 나타낸 블록도,
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템에서 제1냉매 라인을 나타낸 흐름도,
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템에서 제2냉매 라인을 나타낸 블록도,
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템에서 제2냉매 라인을 나타낸 흐름도,
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템에서 순환수 라인을 나타낸 블록도,
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템에서 순환수 라인을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템(1)의 구성과 작용에 대하여 설명하도록 한다. 먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템(1)의 구성과 제1냉매(4), 제2냉매(5), 가열수(3), 순환수(6)의 흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌트 시스템(1)은 총 4개의 순환라인을 포함하고 있다. 즉, 물탱크(30)에 저장된 저온수(2)를 가열수(3)로 가열하게 되는 가열수 라인과 제1토출기(10)에서 고온 가스로 배출되어 순환하게 되는 제1냉매라인, 제2토출기(20)에서 고온 가스로 배출되어 순환하게 되는 제2냉매라인 그리고, 순환수 라인을 포함하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌트 시스템(1)은 제1냉매(4)와 제2냉매(5)의 경우에 순환수(6)를 이용하여 가열수(3)를 생산하고 버려지는 열을 외부로 방출하지 않고 그대로 저장하여 다시 열원으로 사용하여 토출기의 전력 소모를 적게 하고 보다 적은 전력과 열원으로 가열수(3)를 생산할 수 있게 된다. 이하에서는 가열수 라인과 제1냉매라인, 제2냉매라인 그리고, 순환수 라인에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템(1)에서 가열수 라인을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 그리고, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템(1)에서 가열수 라인을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 물탱크(30)에는 저온수(2)가 저장되어 있다. 그리고, 펌프 등에 의해 물탱크(30)에 저장된 저온수(2)가 제1열교환기(40)로 유입되게 된다(S1). 제1열교환기(40)에 유입된 저온수(2)는 다른 라인으로 유입된 제2냉매(5)로부터 열을 흡수하여 가열되게 된다(S2). 실시예에서 저온수(2)는 약 20 ~30˚정도이고, 제1열교환기(40)에서 배출된 저온수(2)는 약 50~60˚정도에 해당하게 된다. 제2냉매(5)는 후에 설명되는 바와 같이, 제2토출기(20)에 의해 배출된 고온의 가스 상태이고, 실시예에서는 R22, R134, R410, R404 또는 R407 등을 사용하였다.
제1열교환기(40)에서 배출된 저온수(2)는 연속적으로 제2열교환기(50)로 유입된다. 그리고, 다른 라인을 통해 제2열교환기(50)로 유입된 제1냉매(4)로부터 저온수(2)가 열을 흡수하여 계속적으로 가열되게 된다.(S3) 따라서 제2열교환기(50)에서 가열수(3)를 배출시키게 된다(S4). 또한, 제2열교환기(50)의 출력단에 제2온도센서(51)를 포함하여 제2열교환기(50)에서 배출되는 가열수(3)의 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 제1냉매(4)는 후에 설명되는 바와 같이, 제1토출기(10)에 의해 배출된 고온의 가스 상태이고, 실시예에서는 R124 또는 R227EA 등을 사용하였다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌트 시스템(1)에서 제1냉매라인을 보다 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템(1)에서 제1냉매 라인을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템(1)에서 제1냉매 라인을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1냉매라인은 제1토출기(10)를 통하여 고온의 가스 형태로 토출되게 된다(S10-1). 또한 제1토출기(10)와 연결된 제1온도조절부(미도시)를 통하여 제1토출기(10)에서 토출되는 제1냉매(4)의 온도를 조절할 수 있다. 그리고, 제1압력조절부(11)에 의해, 토출되는 제1냉매(4)의 압력을 조절하여 제1냉매(4)의 유동속도를 조절할 수 있다.
제1토출기(10)에서 토출된 고온 가스 형태의 제1냉매(4)는 제2열교환기(50)로 유입되어 다른 라인을 통해 유입된 저온수(2)를 가열하게 된다(S20-1). 즉, 제1냉매(4)의 열이 저온수(2)로 방출되게 된다. 즉, 제1냉매(4)의 열이 저온수(2)로 흡수되어 제1냉매(4)는 액화되게 되고, 액화된 제1냉매는 라인을 통해 제1수액기(91)에 저장되게 된다. 제1수액기(91)의 입력단과 출력단에는 밸브가 설치되어 제1냉매(4)의 유동속도와 유량을 조절할 수 있다. 제1수액기(91)에서 배출된 제1냉매(4)는 라인을 따라 제4열교환기(90)로 유입되게 된다.
제4열교환기(90)에서는 제1냉매(4)와 순환수(6) 사이에 열교환이 일어나게 된다. 즉, 제1냉매(4)는 다른 라인을 통해 유입된 순환수(6)로 열을 방출하게 된다(S30-1).
그리고, 제4열교환기(90)에서 배출된 제1냉매(4)는 라인을 따라 제1증발기(60)로 유입되어 다른 라인을 통해 유입된 제2냉매(5)로부터 열을 흡수하여 기화되게 된다(S40-1). 따라서 제1냉매(4)는 제2냉매(5)로부터 열을 흡수하게 됨으로써 제1토출기(10)의 전력소모를 감소시킬 수 있고, 제2냉매(5)로부터 버려지는 열원을 그대로 이용하게 된다. 또한, 제1증발기(60)의 입력단에는 제2팽창변(62)을 더 포함할 수 있다. 제1증발기(60)를 통해 기화된 제1냉매(4)는 다시 제1토출기(10)로 유입되게 된다(S50-1).
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌트 시스템(1)에서 제2냉매라인을 보다 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템(1)에서 제2냉매 라인을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 그리고, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템(1)에서 제2냉매 라인을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 제2냉매라인은 제2토출기(20)를 통하여 고온의 가스 형태로 토출되게 된다(S10-2). 또한 제2토출기(20)와 연결된 제2온도조절부(미도시)를 통하여 제2토출기(20)에서 토출되는 제2냉매(5)의 온도를 조절할 수 있다. 그리고, 제2압력조절부(21)에 의해, 토출되는 제2냉매(5)의 압력을 조절하여 제2냉매(5)의 유동속도를 조절할 수 있다.
그리고, 제2토출기(20)에서 토출된 고온 가스 형태의 제2냉매(5)는 제1열교환기(40)로 유입되어 다른 라인을 통해 유입된 저온수(2)에 열을 방출하게 된다(S20-2). 즉, 저온수(2)는 제1열교환기(40)로 유입된 제2냉매(5)의 열을 흡수하여 가열되게 된다. 그리고, 제1열교환기(40)에서 배출된 제2냉매(5)는 제1증발기(60)로 유입되게 된다. 그리고, 다른 라인을 통해 유입된 제1냉매(4)와 열교환을 하게 된다. 즉, 제1증발기(60)에서는 제2냉매(5)의 열이 제1냉매(4)로 이동하게 된다(S30-2). 따라서 제1냉매(4)는 기화되게 되며, 제2냉매(5)는 액화되게 된다.
액화된 제2냉매(5)는 제2수액기(62)로 유입된다. 제2수액기(62)의 입력단과 출력단에는 밸브를 더 포함하여 제2냉매(5)의 유량을 조절할 수 있다. 제2수액기(62)에서 배출된 제2냉매(5)는 제3열교환기(70)로 유입되게 된다. 그리고, 다른 라인을 통해 유입된 순환수(6)와 열교환을 하게 된다. 제3열교환기(70)에서의 열교환은 제2냉매(5)의 열이 순환수(6)로 흡수되게 된다(S40-2).
그리고, 제3열교환기(70)에서 배출된 제2냉매(5)는 제2증발기(80)로 유입되게 된다. 그리고, 다른 라인을 통해 유입된 순환수(6)와 다시 열교환을 하게 된다. 제2증발기(80)에서의 열교환은 순환수(6)의 열이 제2냉매(5)로 흡수되어 제2냉매(5)가 기화되게 된다(S50-2). 또한, 제2증발기(80)의 입력단에는 제1팽창변(81)을 포함할 수 있다. 따라서 순환수(6)에서 버려지는 열원을 제2냉매(5)에서 흡수함으로써 별도의 전력이 필요한 증발기를 사용하지 않고 제2냉매(5)를 기화시킬 수 있게 된다. 제2증발기(80)에서 배출된 기화된 제2냉매(5)는 다시 제2토출기(20)로 유입되게 된다(S60-2).
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌트 시스템(1)에서 순환수 라인을 보다 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템(1)에서 순환수 라인을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 그리고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 자체열원 이용식 히트펌프 시스템(1)에서 순환수 라인을 나타낸 흐름도를 도시한 것이다.
순환수(6)는 이하 설명되는 바와 제1냉매(4)와 제2냉매(5)와 열교환을 하게 된다. 순환수(6)의 순환은 순환수 펌프에 의해 유동되고 펌프를 제어하여 순환수(6)의 유량을 조절할 수 있다(S100). 순환수(6)가 제2증발기(80)에 유입되게 되면, 다른 라인을 통해 유입된 제2냉매(5)와 열교환을 하게 된다(S200). 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 순환수(6)는 제2냉매(5)에 열을 방출하고, 제2냉매(5)는 순환수(6)로부터 열을 흡수하여 기화되게 된다.
그리고, 제2증발기(80)에서 배출된 순환수(6)는 라인을 통해 제3열교환기(70)로 유입되게 된다. 제3열교환기(70)에 유입된 순환수(6)는 제2냉매(5)와 열교환을 하게 된다(S300). 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 순환수(6)는 제2냉매(5)에서 열을 흡수하고, 제2냉매(5)는 순환수(6)로 열을 방출하게 된다.
그리고, 제3열교환기(70)의 출력단에 구비된 제1온도센서(71)는 제3열교환기(70)로부터 배출된 순환수(6)의 온도를 측정하게 된다. 측정된 순환수(6)의 온도가 특정온도 미만이 되는 경우 순환수(6)는 제4열교환기(90)로 유입되게 된다. 제4열교환기(90)로 유입된 순환수(6)는 다른 라인을 통해 유입된 제1냉매(4)와 열교환을 하게 된다(S400). 즉, 순환수(6)는 제1냉매(4)에서 열을 흡수하고, 제1냉매(4)는 순환수(6)로 열을 방출하게 된다. 즉, 저온수(2)를 가열하고 남는 열원을 외부로 방출하지 않고, 남은 열원을 순환수(6)를 가열하는데 사용되게 된다.
제4열교환기(90)에서 제1냉매(4)로부터 열을 흡수한 순환수(6)는 다시 제2증발기(80)로 유입되어 순환되게 된다(S500). 그리고,제3열교환기(70)로부터 배출된 순환수(6)가 제1온도센서(71)에서 측정된 온도가 특정온도이상이 되는 경우 제1온도센서(71)와 연결된 스위치부(72)가 작동되게 된다. 스위치부(72)가 작동되게 되면 순환수(6)는 제4열교환기(90)로 유입되지 않고, 바로 제2증발기(80)로 유입되도록 구성된다.
1:자체열원 이용식 히트펌프 시스템
2:저온수
3:가열수
4:제1냉매
5:제2냉매
6:순환수
10:제1토출기
11:제1압력조절부
20:제2토출기
21:제2압력조절부
30:물탱크
40:제1열교환기
50:제2열교환기
51:제2온도센서
60:제1증발기
61:제2수액기
62:제2팽창변
70:제3열교환기
71:제1온도센서
72:스위치부
80:제2증발기
81:제1팽창변
90:제4열교환기
91:제1수액기

Claims (15)

  1. 고온의 제1냉매 가스를 토출하는 제1토출기;
    고온의 제2냉매 가스가 토출되는 제2토출기;
    저온수가 저장된 물탱크;
    상기 물탱크에서 배출된 상기 저온수가 유입되고, 별도의 라인으로 상기 제2토출기에서 토출된 상기 제2냉매가 유입되어 상기 저온수가 상기 제2냉매의 열을 흡수하게 되는 제1열교환기;
    상기 제1열교환기에 의해 가열된 상기 저온수가 유입되고, 별도의 라인으로 상기 제1토출기에서 토출된 제1냉매가 유입되어 상기 저온수가 상기 제1냉매의 열을 흡수하여 가열수가 배출되는 제2열교환기;
    상기 제1열교환기에서 배출된 상기 제2냉매가 유입되고, 별도의 라인으로 상기 제2열교환기에서 배출된 제1냉매가 유입되어 상기 제1냉매가 상기 제2냉매의 열을 흡수하여 기화되고 제2냉매는 액화되며, 상기 제1냉매가 상기 제1토출기로 유입되도록 구성된 제1증발기;
    상기 제1증발기에서 액화되어 배출된 상기 제2냉매가 유입되어, 별도의 라인으로 유입된 순환수가 상기 제2냉매로부터 열을 흡수하게 되는 제3열교환기; 및
    상기 제3열교환기로부터 배출된 상기 제2냉매가 유입되어, 별도의 라인으로 유입된 상기 순환수로부터 열을 흡수하여 상기 제2냉매가 기화되어 배출되어 상기 제2토출기로 유입되도록 구성된 제2증발기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원이용식 히트펌프 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제3열교환기에서 배출된 상기 순환수의 온도를 실시간으로 측정하는 제1온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원이용식 히트펌프 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제3열교환기에서 배출된 상기 순환수가 유입되고, 별도의 라인으로 상기 제2열교환기에서 배출된 상기 제1냉매가 유입되어, 상기 순환수가 상기 제1냉매로부터 열을 흡수하고 상기 제2증발기로 유입되도록 구성되는 제4열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원이용식 히트펌프 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제3열교환기와 상기 제4열교환기 사이에 구비되어 상기 제1온도센서에서 측정된 상기 순환수의 온도가 특정온도 이상이면 상기 제3열교환기에서 배출된 상기 순환수가 상기 제4열교환기로 유입되는 것을 차단하고, 상기 순환수를 제2증발기로 바로 유입되도록 경로를 변경하기 위해 구성된 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원 이용식 히트펌프 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1토출기와 연결되어 상기 제1토출기에서 토출되는 상기 제1냉매의 온도를 조절하는 제1온도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원 이용식 히트펌프 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1토출기와 연결되어 상기 제1토출기에서 토출되는 상기 제1냉매의 압력을 조절하는 제1압력조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원 이용식 히트펌프 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제2토출기와 연결되어 상기 제2토출기에서 토출되는 상기 제2냉매의 온도를 조절하는 제2온도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원 이용식 히트펌프 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2토출기와 연결되어 상기 제2토출기에서 토출되는 상기 제2냉매의 압력을 조절하는 제2압력조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원 이용식 히트펌프 시스템.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 제1냉매가 유동되는 상기 제2열교환기와 상기 제4열교환기 사이 및 상기 제1냉매가 유동되는 상기 제4열교환기와 상기 제1증발기 사이 중 적어도 어느 하나에 설치되어 액화된 상기 제1냉매가 저장되는 제1수액기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원 이용식 히트펌프 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제2냉매가 유동되는 상기 제1증발기와 상기 제3열교환기 사이에 설치되어 액화된 상기 제2냉매가 저장되는 제2수액기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원 이용식 히트펌프 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제2열교환기에서 배출되는 상기 가열수의 온도를 측정하는 제2온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원 이용식 히트펌프 시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1냉매는 R124 또는 R227EA인 것을 특징으로 하는 자체열원이용식 히트펌프 시스템.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제2냉매는 R22, R134, R410, R404 또는 R407인 것을 특징으로 하는 자체열원이용식 히트펌프 시스템.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제2냉매가 유동되는 상기 제3열교환기와 상기 제2증발기 사이에 구비되는 제1팽창변을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원이용식 히트펌프 시스템.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 제1냉매가 유동되는 상기 제2열교환기와 상기 제1증발기 사이에 구비되는 제2팽창변을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자체열원이용식 히트펌프 시스템.
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