KR101188284B1 - 대향류를 이용한 히트펌프시스템 - Google Patents

대향류를 이용한 히트펌프시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101188284B1
KR101188284B1 KR1020100071655A KR20100071655A KR101188284B1 KR 101188284 B1 KR101188284 B1 KR 101188284B1 KR 1020100071655 A KR1020100071655 A KR 1020100071655A KR 20100071655 A KR20100071655 A KR 20100071655A KR 101188284 B1 KR101188284 B1 KR 101188284B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
heat
heat exchanger
flow
line
Prior art date
Application number
KR1020100071655A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120010671A (ko
Inventor
윤명혁
Original Assignee
(주)유천써모텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)유천써모텍 filed Critical (주)유천써모텍
Priority to KR1020100071655A priority Critical patent/KR101188284B1/ko
Publication of KR20120010671A publication Critical patent/KR20120010671A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101188284B1 publication Critical patent/KR101188284B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F25B40/02—Subcoolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/002—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for geothermal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 구조가 간단하여 제작상의 편리함을 제공할 뿐만 아니라 대향류에 의한 열교환에 의해 열교환 효율을 극대화시킬 수 있는 대향류를 이용한 히트펌프시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 지열 또는 하천수를 포함한 열원(1)측과의 열교환이 이루어지도록 구비된 제1 열교환기(31)와, 이 제1 열교환기(31)에 냉매라인(50)에 의해 상호 연결됨과 동시에 냉수 또는 온수와의 열교환이 이루어지도록 구비된 제2 열교환기(32)와, 상기 냉매라인(50) 상에 구비되어 냉매의 흐름을 변환시키도록 된 절환밸브(35)를 포함하는 히트펌프 유니트(30)와; 상기 제1 열교환기(31)와 열원(1) 사이에 연결되어 열교환매체가 순환되도록 연장 형성되는 열원공급라인(20)과; 상기 제2 열교환기(32)와 사용처(2) 또는 냉온수 저장탱크(3) 사이에 연결되어 냉수 또는 온수가 순환되도록 연장 형성된 유체순환라인(25)을 포함하여 이루어지며; 상기 제2 열교환기(32)는 상기 제어밸브(51~58)에 의해 상기 냉매라인(50) 상의 냉매의 흐름이 상기 유체순환라인(25) 상의 냉수 또는 온수의 흐름에 대해 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 대향류를 이용한 히트펌프시스템이 제공된다.

Description

대향류를 이용한 히트펌프시스템{Heat-pump system with counter-flow}
본 발명은 대향류를 이용한 히트펌프시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조가 간단하여 제작상의 편리함을 제공할 뿐만 아니라 대향류에 의한 열교환에 의해 열교환 효율을 극대화시킬 수 있는 대향류를 이용한 히트펌프시스템에 관한 것이다.
일반적으로 급탕이나 냉난방을 공급할 때에 전기 또는 화석연료를 사용하여 가동되는 보일러 또는 냉난방설비는 폐열 또는 기타 대체자원을 이용하여 열원을 공급받을 수 있도록 구비된 설비에 비해 상대적으로 에너지의 손실이 큰 것이다.
근래에 와서는 전술된 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 폐온수로부터 폐열을 회수하거나 기타 대체자원(지열이나 하천수 또는 태양열이나 외기 등)을 이용하여 열원을 공급받아 온수 또는 냉난방을 공급하는 히트펌프식 열교환 시스템이 개발되고 있으나, 종래의 히트펌프시스템은 열교환 방법 및 구조상의 문제로 인하여 폐열회수 능력 또는 기타 열원의 회수능력이 떨어질 뿐만 아니라 그에 따라 온수 또는 냉난방을 제대로 공급하지 못하여 전기 또는 화석연료를 대체하거나 소비를 줄이고자 하는 효과를 충분히 나타내지 못하고 있는 실정이다.
특히, 종래의 히트펌프시스템은 냉매(또는 열교환 매체)와 공급용 냉온수와의 열교환 방법에 있어서, 난방모드일때는 열교환기에서의 냉매와 공급용 냉온수의 흐름이 상호 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 대향류(Counter-flow)를 형성하도록 된 것이나, 냉방모드일 경우에는 냉매와 공급용 냉온수의 흐름이 동일한 방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 평행류(Parallel-flow)를 형성하도록 된 것이다. 이는 난방모드일때의 냉매흐름과 냉방모드일때의 냉매의 흐름은 절환밸브 등에 의해 정역방향으로 변환됨에 비해, 공급용 냉온수의 흐름은 난방모드와 냉방모드에서 동일한 방향으로만 흐르도록 구비됨에 따른 것이다.
이와 같은 종래의 히트펌프시스템은 통상적으로 대향류에 의한 열교환 효율이 평행류에 의한 열교환 효율에 비해 상대적으로 우수한 것임(평행류인 경우에는 열교환기의 출구에서의 냉매와 냉온수의 온도차가 적으므로 냉매의 열전달 효율이 떨어짐)을 감안한다면, 난방효율에 비해 냉방효율이 떨어지는 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 간단한 구조의 장치에 의해 제작상의 편리함을 제공하고, 또한 지열 또는 하천수 등에 의한 열원을 이용할 수 있도록 구성되어 에너지의 낭비를 줄임과 동시에 열교환 효율 및 에너지 사용효과를 증대시킬 수 있으며, 또한 냉난방모드에서나 모든 장치에서의 열교환이 모두 대향류에 의해서 이루어지도록 구비되어 열교환 효율을 극대화시킬 수 있는 대향류를 이용한 히트펌프시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따르면, 지열 또는 하천수를 포함한 열원(1)측과의 열교환이 이루어지도록 구비된 제1 열교환기(31)와, 이 제1 열교환기(31)에 냉매라인(50)에 의해 상호 연결됨과 동시에 냉수나 온수를 포함한 유체와의 열교환이 이루어지도록 구비된 제2 열교환기(32)와, 상기 냉매라인(50) 상에 구비되어 냉매의 흐름을 변환시키도록 된 절환밸브(35)를 포함하는 히트펌프 유니트(30)와;
상기 제1 열교환기(31)와 열원(1) 사이에 연결되어 열교환매체가 순환되도록 연장 형성되는 열원공급라인(20)과;
상기 제2 열교환기(32)와 사용처(2) 또는 냉온수 저장탱크(3) 사이에 연결되어 냉수나 온수를 포함한 유체가 순환되도록 연장 형성된 유체순환라인(25)을 포함하여 이루어지며;
상기 제2 열교환기(32)에는 상기 유체순환라인(25)이 연결되어 유체가 유출입되는 부하측 입구포트(27)와 출구포트(28)가 구비되고, 상기 냉매라인(50)이 연결되어 냉매가 유출입되는 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)가 구비되되, 적어도 상기 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)는 냉매의 흐름방향에 따라 유입구의 위치를 달리하도록 형성된 냉매측 제1 입구포트(40)와 이에 간격을 두고 위치된 냉매측 제2 입구포트(41) 및 유출구의 위치를 달리하도록 형성된 냉매측 제1 출구포트(42)와 이에 간격을 두고 위치된 냉매측 제2 출구포트(43)로 이루어지고;
상기 냉매라인(50) 상에는 상기 제2 열교환기(32)의 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43) 중에서 어느 하나에 선택적으로 냉매가 유출입되도록 다수의 제어밸브(51~58)가 구비되며;
상기 제2 열교환기(32)는 상기 제어밸브(51~58)에 의해 상기 냉매라인(50) 상의 냉매의 흐름이 상기 유체순환라인(25) 상의 유체흐름에 대해 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 대향류를 이용한 히트펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제1 열교환기(31)에는 상기 열원공급라인(20)이 연결되어 열교환매체가 유출입되는 열원측 입구포트(22)와 출구포트(23)가 구비되고, 상기 냉매라인(50)이 연결되어 냉매가 유출입되는 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)가 구비되되, 적어도 상기 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)는 냉매의 흐름방향에 따라 유입구의 위치를 달리하도록 형성된 냉매측 제1 입구포트(40)와 이에 간격을 두고 위치된 냉매측 제2 입구포트(41) 및 유출구의 위치를 달리하도록 형성된 냉매측 제1 출구포트(42)와 이에 간격을 두고 위치된 냉매측 제2 출구포트(43)로 이루어지고;
상기 냉매라인(50) 상에는 상기 제1 열교환기(31)의 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43) 중에서 어느 하나에 선택적으로 냉매가 유출입되도록 다수의 제어밸브(51~58)가 구비되며;
상기 제1 열교환기(31)는 상기 제어밸브(51~58)에 의해 상기 냉매라인(50) 상의 냉매의 흐름이 상기 열원공급라인(20) 상의 열교환매체의 흐름에 대해 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 대향류를 이용한 히트펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 열교환기(31)와 제2 열교환기(32) 사이에는 상기 냉매라인(50)에 의해 상호 연결되는 과냉각콘덴서(36)를 더 포함하며;
상기 과냉각콘덴서(36)에는 상기 냉매라인(50) 상의 냉매와의 열교환이 이루어지도록 상기 열원공급라인(20) 또는 유체순환라인(25)이 연결되되, 상기 제어밸브(51~58)에 의해 냉매의 흐름이 제어된 상태에서 상기 열원공급라인(20)의 열교환매체의 흐름 또는 유체순환라인(25)의 냉수나 온수의 흐름에 대해 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 대향류를 이용한 히트펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 과냉각콘덴서(36)는 상기 열원(1) 측에 위치되도록 상기 열원공급라인(20)에 의해 상기 제1 열교환기(31)에 연결되는 제1 과냉각콘덴서(36a)와, 상기 사용처(2) 또는 냉온수 저장탱크(3) 측에 위치되도록 상기 유체순환라인(25)에 의해 상기 제2 열교환기(32)에 연결되는 제2 과냉각콘덴서(36b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트펌프시스템이 제공된다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 제1 열교환기(31)와 제2 열교환기(32)를 포함하는 히프펌프 유니트(30)에서 상기 제1 열교환기(31)에 열교환되는 열원공급라인(20)이 구비되어 지열 및 하천수와 같은 열원(1)을 이용할 수 있어 화석원료를 사용함에 따른 에너지의 낭비를 줄일 수 있으며, 또한 상기 제2 열교환기(32)에는 냉매의 흐름에 따라 유출입구의 위치를 달리하도록 다수의 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)가 형성됨과 동시에 상기 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43) 중에서 어느 하나에 선택적으로 냉매가 유출입되도록 다수의 제어밸브(51~58)가 구비됨으로써, 상기 제2 열교환기(32) 자체에 의해 냉매와 열교환되는 냉수나 온수가 상호 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 대향류를 형성하게 되어 냉방모드와 난방모드에서 동시에 열교환 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 이에 의해 종래처럼 냉방모드와 난방모드에서의 효율 불균형을 해소하여 최적화된 냉난방 효과를 발휘할 수 있는 장점이 있다.
또한 냉방모드와 난방모드에서 동시에 대향류를 형성하여 열교환이 이루어지도록 함에 있어서, 본 발명은 상기 제2 열교환기(32) 자체에 의해 냉매와 냉온수 간의 대향류 형성이 가능하여 구조가 매우 간단할 뿐만 아니라 이에 따른 제작상의 편리함을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 제1 열교환기(31)에도 전술된 바와 같은 제2 열교환기(32)에 유사한 구조의 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43) 및 제어밸브(51~58)가 구비됨으로써, 열교환매체와 냉매의 흐름이 상호 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 대향류를 형성하게 되어 전술된 제2 열교환기(32)에 의한 냉난방 효과를 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 냉매라인(50) 상에는 상기 제1 열교환기(31) 또는 제2 열교환기(32)로부터 토출된 냉매를 보다 냉각시키도록 과냉각콘덴서(36)가 구비되어 상기 열교환기(31,32)의 응축효율을 증대시킬 수 있으며, 이 과냉각콘덴서(36)에서도 전술된 바와 같이 냉매와 열교환매체 또는 냉매와 냉온수 간의 열교환이 대향류를 형성하도록 구비되어 전술된 바와 같은 냉난방 효과를 증대시키는 데에 도움이 될 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 과냉각콘덴서(36)는 열원(1) 측에 위치되는 제1 과냉각콘덴서(36a)와, 사용처(2) 또는 냉온수 저장탱크(3) 측에 위치되는 제2 과냉각콘덴서(36b)로 구비되고, 이 각각의 과냉각콘덴서(36a,36b)는 열원공급라인(20) 또는 유체순환라인(25)에 의해 상기 제1 열교환기(31) 또는 제2 열교환기(33)에 연결됨으로써, 상기 제2 열교환기(32)에 의해 온수나 난방을 공급하는 경우에는 상기 제2 열교환기(32)에 열교환되는 유체순환라인(25)의 공급수가 제2 과냉각콘덴서(36b)를 통과되도록 구비됨으로써, 공급수가 미리 예열된 후에 상기 제2 열교환기(32)로 유입되도록 구비되어 온수의 가열효과를 더욱 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 제2 열교환기(32)에 의해 냉수나 냉방을 공급하는 경우에는 상기 열원공급라인(20)이 상기 제1 과냉각콘덴서(36a)를 거쳐 상기 제1 열교환기(31)에 열교환되도록 구비되어 상기 제2 열교환기(32)에 의한 냉각능력을 향상시킴과 동시에 성적계수를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구성 및 열교환 흐름도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구성 및 열교환 흐름도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 구성 및 열교환 흐름도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 구성 및 열교환 흐름도
상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구성과 열교환 흐름을 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예는 하나의 케이스(10) 내에 냉매라인(50)에 의해 상호 연결되는 제1 열교환기(31), 제2 열교환기(32), 압축기(33) 그리고 팽창밸브(34)를 포함하는 히트펌프 유니트(30)가 구비되어 상기 냉매라인(50)을 통하여 순환되는 냉매의 상변화에 의해 열교환이 이루어지도록 구비되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 상기 제1 열교환기(31)는 지열과 같은 열원(1)을 이용하여 열교환 효율을 증대시킬 수 있도록 구비되는데, 이를 위해 상기 제1 열교환기(31)에는 지중에 일부가 매립되도록 상기 케이스(10)의 외부로 연장 형성되는 열원공급라인(20)이 연결되고, 이 열원공급라인(20) 상에는 순환펌프(21)가 구비되어 물 또는 브라인(brine)과 같은 열교환매체가 순환되면서 상기 제1 열교환기(31)에 의해 열교환이 이루어지도록 되어 있다.
또한 상기 제2 열교환기(32)에는 냉수나 온수(이하 "공급수"라 함)가 유출입되는 유체순환라인(25)이 상기 케이스(10)의 외부로 연장 형성되도록 연결되고, 이 유체순환라인(25) 상에는 순환펌프(26)가 구비되어 공급수가 순환되면서 상기 제2 열교환기(32)와의 열교환이 이루어져 상기 유체순환라인(25)에 연결된 사용처(2) 또는 냉온수 저장탱크(3)에 냉온수 또는 냉난방을 공급할 수 있게 된다.
여기에서, 상기 냉매라인(50) 상에는 냉매의 흐름을 절환할 수 있는 사방밸브와 같은 절환밸브(35)가 구비되고, 이 절환밸브(35)에 의해 상기 제1 열교환기(31)와 제2 열교환기(32)는 증발기 또는 응축기로 작동되면서 냉온수(또는 냉난방)을 공급하게 되는데, 일례로 겨울철과 같은 온수와 난방이 필요로 할 경우(난방모드일 경우)에는 상기 제1 열교환기(31)는 증발기로 작동되고, 상기 제2 열교환기(32)는 응축기로 작동되며, 여름철과 같이 냉수 또는 냉방이 필요할 경우(냉방모드일 경우)에는 상기 제1 열교환기(31)는 응축기로 작동되고, 상기 제2 열교환기(32)는 증발기로 작동되게 된다.
이때에, 상기 제2 열교환기(32)는 상기 유체순환라인(25)이 연결되어 공급수가 유출입되는 부하측 입구포트(27)와 출구포트(28)가 구비되고, 또한 상기 냉매라인(50)이 연결되어 냉매가 유출입되는 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)가 구비되는데, 상기 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)는 제1 입구포트(40)와 이에 간격을 두고 위치된 제2 입구포트(41) 및 상기 제1 입구포트(40)에 연통되는 제1 출구포트(42)와 상기 제2 입구포트(41)에 연통되는 제2 출구포트(43)로 이루어져 있다.
또한 상기 제1 열교환기(31)에는 상기 열원공급라인(20)이 연결되어 열교환매체가 유출입되는 열원측 입구포트(22)와 출구포트(23)가 구비되고, 또한 상기 냉매라인(50)이 연결되어 냉매가 유출입되는 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)가 구비되는데, 상기 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(40,41)는 상기 제2 열교환기(32)에 유사하게 제1 입구포트(40)와 이에 연통되는 제1 출구포트(42) 및 제2 입구포트(41)와 이에 연통되는 제2 출구포트(43)로 이루어져 있으며, 여기에서 상기 부하측 입출구포트(27,28)와 열원측 입출구포트(22,23)도 상기 냉매측 입출구포트(40~43)에 유사하게 각각 한 쌍으로 구비될 수도 있는 것이다.
또한 상기 냉매라인(50)은 상기 각 열교환기의 냉매측 제1 입구포트(40)와 제1 출구포트(42)에 연결되는 제1 냉매라인(50a)과 상기 각 열교환기(31,32)의 냉매측 제2 입구포트(41)와 제2 출구포트(43)에 연결되는 제2 냉매라인(50b) 및 이 제1 냉매라인(50a)과 제2 냉매라인(50b)을 상호 연결하는 공통라인(50c)을 포함하여 이루어져 있다.
또한 상기 제1 냉매라인(50a)과 제2 냉매라인(50b) 상에는 상기 각 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)의 전후에 다수의 제어밸브(51~58)가 구비되어 냉매의 흐름을 일방향으로 흐르도록 하거나 차단하도록 구비되는데, 상기 제어밸브(51~58)는 상기 제2 열교환기(32)의 냉매측 제1 입구포트(40)와 제1 출구포트(41)의 전후에 각각 구비되는 입구측 제1 밸브(51)와 출구측 제1 밸브(52) 및 상기 제1 열교환기(31)의 냉매측 제1 입구포트(40)와 제1 출구포트(41)의 전후에 각각 구비되는 입구측 제2 밸브(53)와 출구측 제2 밸브(54)가 구비되고, 또한 상기 제1 열교환기(31)의 냉매측 제2 입구포트(42)와 제2 출구포트(43)의 전후에 각각 구비되는 입구측 제3 밸브(55)와 출구측 제3 밸브(56) 및 상기 제2 열교환기(32)의 냉매측 제2 입구포트(42)와 제2 출구포트(43)의 전후에 각각 구비되는 입구측 제4 밸브(57)와 출구측 제4 밸브(58)로 이루어져 있으며, 상기 공통라인(50c) 상에는 상기 팽창밸브(35)가 위치되어 있다.
이러한 구성에 의한 난방모드 또는 냉방모드일때의 작동상태를 설명하면 다음과 같다. 난방모드일 경우에는 상기 압축기(33)에서 공급된 냉매가 상기 제2 열교환기(32)와 팽창밸브(34) 그리고 제1 열교환기(31)를 순차적으로 거치면서 순환하게 되는데, 상기 제2 열교환기(32)에서는 상기 입구측 제1 밸브(51)와 출구측 제1 밸브(52)에 의해 상기 냉매측 제1 입구포트(40)와 제1 출구포트(41)를 통해 냉매가 순환되고, 상기 제1 열교환기(31)에서는 상기 입구측 제2 밸브(53)와 출구측 제2 밸브(54)에 의해 상기 냉매측 제1 입구포트(40)와 제1 출구포트(41)를 통해 냉매가 순환되는데, 이때에 상기 유체순환라인(25)은 상기 제2 열교환기(32)의 부하측 입구포트(27)와 출구포트(28)를 통하여 냉수나 온수가 순환되면서 상기 냉매와의 열교환이 이루어지게 되며, 상기 열원공급라인(20)은 상기 제1 열교환기(31)의 열원측 입구포트(22)와 출구포트(23)를 통하여 열교환매체가 순환되면서 상기 냉매와의 열교환이 이루어지게 된다. 여기에서 상기 부하측 입출구포트(27,28)와 상기 냉매측 제1 입출구포트(40,41) 및 상기 열원측 입출구포트(22,23)와 상기 냉매측 제1 입출구포트(40,41)는 반대방향에 형성되어 냉매와 공급수 또는 냉매와 열교환매체가 상호 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지게 된다.
또한 냉방모드일 경우에는 상기 압축기(33)에서 공급된 냉매가 상기 제1 열교환기(31)와 팽창밸브(34) 그리고 제2 열교환기(32)를 순차적으로 거치면서 순환하게 되는데, 상기 제1 열교환기(31)에서는 상기 입구측 제3 밸브(55)와 출구측 제3 밸브(56)에 의해 상기 냉매측 제2 입구포트(42)와 제2 출구포트(43)를 통해 냉매가 순환되고, 상기 제2 열교환기(32)에서는 상기 입구측 제4 밸브(57)와 출구측 제4 밸브(58)에 의해 상기 냉매측 제2 입구포트(42)와 제2 출구포트(43)를 통해 냉매가 순환되는데, 이때에도 난방모드일때와 유사하게 상기 부하측 입출구포트(27,28)와 상기 냉매측 제2 입출구포트(42,43) 및 상기 열원측 입출구포트(22,23)와 상기 냉매측 제2 입출구포트(42,43)는 상호 반대방향에 형성되어 냉매와 공급수 또는 냉매와 열교환매체가 상호 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지게 된다.
이상에서 상기 팽창밸브(34)는 상기 제1 냉매라인(50a)과 제2 냉매라인(50b)이 상호 연결되는 공통라인(50c) 상에 구비되는데, 이 팽창밸브(34)는 상기 제어밸브(51~58)에 의해 난방모드 또는 냉방모드에서 냉매가 거치도록 구비된 것이나, 상기 팽창밸브(34)는 도 2에 도시된 바와 같이 난방모드와 냉방모드에서 각각 작동되도록 다수개가 구비될 수 있는 것이며, 이러한 팽창밸브(34)는 상기 제1 냉매라인(50a)과 제2 냉매라인(50b) 상에 각각 난방용 팽창밸브(34a)와 냉방용 팽창밸브(34b)로 구비되는데, 이 팽창밸브(34a,34b)는 각각 상기 제1 냉매라인(50a)과 제2 냉매라인(50b) 상에 구비되어 난방모드와 냉방모드에서 냉매가 흐르도록 구비될 수 있는 것이다.
또한 또 다른 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 전술된 구성에 더하여, 상기 제1 열교환기(31)와 제2 열교환기(32) 사이에 위치된 냉매라인(50) 상에 과냉각콘덴서(36)가 구비될 수 있는 것으로, 이 과냉각콘덴서(36)는 상기 제1 열교환기(31) 또는 제2 열교환기(32)로부터 토출된 냉매를 보다 냉각시켜 응축효율을 증대시킬 수 있게 된다. 이러한 상기 과냉각콘덴서(36)는 난방모드에서 상기 제2 열교환기(32)를 통과한 냉매가 통과되도록 구비됨과 상기 유체순환라인(25)이 연결되어 공급수가 미리 예열된 상태로 상기 제2 열교환기(32) 측으로 공급되도록 되어 있다. 이때에 상기 과냉각콘덴서(36)는 난방모드일때에 상기 유체순환라인(25)의 공급수를 예열하는 목적으로 사용되는 것이므로, 상기 냉매라인(50) 중에서 제1 냉매라인(50a)이 연결되는 것이 바람직하며, 난방모드에서 상기 과냉각콘덴서(36)에서의 냉매와 공급수와의 흐름은 상호 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 대향류를 형성하게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 상기 과냉각콘덴서(36)가 구비됨에 따라, 상기 제1 열교환기(31) 또는 제2 열교환기(32)를 통과한 냉매가 더욱 냉각되어 응축효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 유체순환라인(25)의 공급수가 예열되어 가열효과를 증대시킬 수 있으며, 또한 상기 과냉각콘덴서(36)가 구비됨으로 인해 상기 압축기(33) 측의 부하도 줄일 수 있어 상대적으로 작은 용량의 압축기(33)를 사용할 수 있게 된다.
또한 본 발명은 냉방모드 또는 난방모드에 따라 상기 절환밸브(35)에 의해 냉매의 흐름을 절환함에 있어서, 상기 열교환기(31,32) 자체에서 열교환매체와 공급수의 흐름을 제어함으로써, 상기 열교환기(31,32)와 과냉각콘덴서(36)에 유출입되는 냉매와 공급수(또는 열교환매체)의 흐름이 상호 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 대향류를 형성하도록 구비될 수 있으므로, 통상적으로 종래의 히트펌프시스템에서는 난방모드(또는 냉방모드)에서만 대향류를 형성할 수 있음에 비해, 본 발명에서 난방모드 및 냉방모드에서 동시에 대향류의 형성이 가능하여 전술된 바와 같은 열교환 효율을 더욱 증대시킬 수 있는 효과를 가지게 된다.
또한 또 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 과냉각콘덴서(36)는 상기 제1 열교환기(31)와 제2 열교환기(32) 측에 각각 연결되도록 구비되는데, 이 과냉각콘덴서(36)는 상기 열원(1) 측에 위치되는 제1 과냉각콘덴서(36a)와 상기 사용처(2) 또는 냉온수 저장탱크(3) 측에 위치되는 제2 과냉각콘덴서(36b)로 구비되고, 상기 제1 과냉각콘덴서(36a)는 상기 열원공급라인(20)에 의해 상기 제1 열교환기(31)에 연결되어 열교환매체가 순화되도록 구비되고, 상기 제2 과냉각콘덴서(36b)는 상기 유체순환라인(25)에 의해 상기 제2 열교환기(32)에 연결되어 공급수가 순환되도록 구비된다.
이와 같은 구성에 의해 난방모드 또는 냉방모드일때의 작동상태를 설명하면 다음과 같다. 난방모드일 경우에는 공급수가 상기 제2 과냉각콘덴서(36b)를 거쳐 상기 열교환기(32) 측으로 공급되는데, 이때에 상기 열원공급라인(20)을 순환하는 열교환매체는 상기 제1 과냉각콘덴서(36a)를 거치지 않고 직접적으로 상기 제1 열교환기(31)에 유입되며, 이때에 상기 제2 열교환기(32)와 제2 과냉각콘덴서(36b)에서의 냉매와 공급수의 흐름은 상호 반대방향에서 유출입되면서 열교환이 이루어지는 대향류를 형성하게 된다.
또한 냉방모드일 경우에는 전술된 난방모드와는 반대로 상기 열원공급라인(20)을 순환하는 열교환매체는 상기 제1 과냉각콘덴서(36a)를 거쳐 상기 제1 열교환기(31)에 유입되도록 상기 제2 열원공급라인(20b)을 통하여 공급되는데, 이때에 상기 유체순환라인(25) 상의 공급수는 상기 제2 과냉각콘덴서(36b)를 거치지 않고 직접적으로 상기 제2 열교환기(32)에 유입되게 된다.
이와 같이 열교환매체가 상기 제1 과냉각콘덴서(36a)를 거쳐 상기 제1 열교환기(31)를 순환하도록 구비되는 경우에는 상기 제1 열교환기(31)의 응축효율을 증대시켜 상기 제2 열교환기(32)에 의한 냉각효과를 극대화시킬 수 있게 되며, 또한 상기 제1 열교환기(31)와 제1 과냉각콘덴서(36a)에서의 냉매와 열교환매체의 흐름은 상호 반대방향에서 유출입되면서 열교환이 이루어지는 대향류를 형성하게 된다.
이는 열교환매체와 공급수의 흐름이 냉매의 흐름에 대하여 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 대향류(Counter-flow)를 형성하도록 한 것으로, 대향류에 의해 열교환이 이루어지는 경우에는 열교환 대상이 동일한 방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 평행류(Parallel-flow)에 비해 열교환 효율이 상대적으로 우수한 것임(평행류인 경우에는 열교환기의 출구에서의 냉매와 냉온수의 온도차가 적으므로 냉매의 열전달 효율이 떨어짐)을 감안한다면, 본 발명과 같은 구성에 의해 냉난방효율을 더욱 증대시킬 수 있게 된다.
이상과 같은 실시예에서는 상기 제1 열교환기(31)가 지열로부터 열을 회수하도록 된 공급시스템을 설명하였으나, 상기 열원(1)은 지열이외에도 폐온수로부터 폐열을 회수하거나 외부공기에 의해서도 열원(1)을 공급받을 수 있음은 당연한 것이며, 본 발명은 전기 또는 화석연료가 아닌 지열이나 하천수 또는 폐온수나 외부공기 등과 같은 자연열원 또는 폐기열원으로부터 열을 회수하여 에너지의 낭비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 에너지 절감효과를 대폭적으로 개선할 수 있으며, 또한 온수뿐만 아니라 필요에 따라서는 냉난방을 선택적으로 공급하면서도 컴팩트한 구성에 의해 사용처(2)에 따라 구성을 추가하지 않은 상태에서 용이하게 변경 설치가 가능하며, 이에 의해 온수 및 냉난방 공급능력을 적재적소에 공급할 수 있는 최적화된 시스템을 제공할 수 있게 된다.
또한 도 3에서 설명되지 않은 부호는 상기 열원공급라인(20) 또는 유체순환라인(25) 상에는 상기 과냉각콘덴서(36)의 전후단을 연결하도록 바이패스라인이 더 구비하고, 이 바이패스라인 상에 열교환매체 또는 공급수의 흐름을 제어할 수 있는 개폐밸브(60)를 나타낸 것으로, 이 개폐밸브(60)는 필수적으로 필요로 하는 것은 아니나, 이 개폐밸브(60)가 구비됨에 따라 냉난방모드에서 상기 열원공급라인(20) 또는 유체순환라인(50) 상의 열교환매체 또는 공급수가 상기 과냉각콘덴서(36)를 열교환 없이 단순히 통과될 때에, 상기 과냉각콘덴서(36)에서의 열교환매체 또는 공급수 흐름 저항이 발생되어 상기 순환펌프(21,26)의 동력에 손실이 발생될 수 있음을 방지할 수 있으며, 이는 도 4에서도 동일한 목적에 의해 상기 개폐밸브(60)를 구비할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 구성 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims (4)

  1. 지열 또는 하천수를 포함한 열원(1)측과의 열교환이 이루어지도록 구비된 제1 열교환기(31)와, 이 제1 열교환기(31)에 냉매라인(50)에 의해 상호 연결됨과 동시에 냉수나 온수를 포함한 유체와의 열교환이 이루어지도록 구비된 제2 열교환기(32)와, 상기 냉매라인(50) 상에 구비되어 냉매의 흐름을 변환시키도록 된 절환밸브(35)를 포함하는 히트펌프 유니트(30)와;
    상기 제1 열교환기(31)와 열원(1) 사이에 연결되어 열교환매체가 순환되도록 연장 형성되는 열원공급라인(20)과;
    상기 제2 열교환기(32)와 사용처(2) 또는 냉온수 저장탱크(3) 사이에 연결되어 냉수나 온수를 포함한 유체가 순환되도록 연장 형성된 유체순환라인(25)을 포함하여 이루어지며;
    상기 제2 열교환기(32)에는 상기 유체순환라인(25)이 연결되어 유체가 유출입되는 부하측 입구포트(27)와 출구포트(28)가 구비되고, 상기 냉매라인(50)이 연결되어 냉매가 유출입되는 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)가 구비되되, 적어도 상기 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)는 냉매의 흐름방향에 따라 유입구의 위치를 달리하도록 형성된 냉매측 제1 입구포트(40)와 이에 간격을 두고 위치된 냉매측 제2 입구포트(41) 및 유출구의 위치를 달리하도록 형성된 냉매측 제1 출구포트(42)와 이에 간격을 두고 위치된 냉매측 제2 출구포트(43)로 이루어지고;
    상기 냉매라인(50) 상에는 상기 제2 열교환기(32)의 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43) 중에서 어느 하나에 선택적으로 냉매가 유출입되도록 다수의 제어밸브(51~58)가 구비되며;
    상기 제2 열교환기(32)는 상기 제어밸브(51~58)에 의해 상기 냉매라인(50) 상의 냉매의 흐름이 상기 유체순환라인(25) 상의 유체흐름에 대해 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 대향류를 이용한 히트펌프시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 열교환기(31)에는 상기 열원공급라인(20)이 연결되어 열교환매체가 유출입되는 열원측 입구포트(22)와 출구포트(23)가 구비되고, 상기 냉매라인(50)이 연결되어 냉매가 유출입되는 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)가 구비되되, 적어도 상기 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43)는 냉매의 흐름방향에 따라 유입구의 위치를 달리하도록 형성된 냉매측 제1 입구포트(40)와 이에 간격을 두고 위치된 냉매측 제2 입구포트(41) 및 유출구의 위치를 달리하도록 형성된 냉매측 제1 출구포트(42)와 이에 간격을 두고 위치된 냉매측 제2 출구포트(43)로 이루어지고;
    상기 냉매라인(50) 상에는 상기 제1 열교환기(31)의 냉매측 입구포트(40,41)와 출구포트(42,43) 중에서 어느 하나에 선택적으로 냉매가 유출입되도록 다수의 제어밸브(51~58)가 구비되며;
    상기 제1 열교환기(31)는 상기 제어밸브(51~58)에 의해 상기 냉매라인(50) 상의 냉매의 흐름이 상기 열원공급라인(20) 상의 열교환매체의 흐름에 대해 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 대향류를 이용한 히트펌프시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 열교환기(31)와 제2 열교환기(32) 사이에는 상기 냉매라인(50)에 의해 상호 연결되는 과냉각콘덴서(36)를 더 포함하며;
    상기 과냉각콘덴서(36)에는 상기 냉매라인(50) 상의 냉매와의 열교환이 이루어지도록 상기 열원공급라인(20) 또는 유체순환라인(25)이 연결되되, 상기 제어밸브(51~58)에 의해 냉매의 흐름이 제어된 상태에서 상기 열원공급라인(20)의 열교환매체의 흐름 또는 유체순환라인(25)의 냉수나 온수의 흐름에 대해 반대방향으로 흐르면서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 대향류를 이용한 히트펌프시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 열교환기(31)와 제2 열교환기(32) 사이에는 상기 냉매라인(50)에 의해 상호 연결되는 과냉각콘덴서(36)를 더 포함하며;
    상기 과냉각콘덴서(36)는 상기 열원(1) 측에 위치되도록 상기 열원공급라인(20)에 의해 상기 제1 열교환기(31)에 연결되는 제1 과냉각콘덴서(36a)와, 상기 사용처(2) 또는 냉온수 저장탱크(3) 측에 위치되도록 상기 유체순환라인(25)에 의해 상기 제2 열교환기(32)에 연결되는 제2 과냉각콘덴서(36b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트펌프시스템.
KR1020100071655A 2010-07-23 2010-07-23 대향류를 이용한 히트펌프시스템 KR101188284B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100071655A KR101188284B1 (ko) 2010-07-23 2010-07-23 대향류를 이용한 히트펌프시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100071655A KR101188284B1 (ko) 2010-07-23 2010-07-23 대향류를 이용한 히트펌프시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120010671A KR20120010671A (ko) 2012-02-06
KR101188284B1 true KR101188284B1 (ko) 2012-10-05

Family

ID=45835114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100071655A KR101188284B1 (ko) 2010-07-23 2010-07-23 대향류를 이용한 히트펌프시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101188284B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105276869A (zh) * 2015-11-23 2016-01-27 北京瑞宝利热能科技有限公司 一种采用复合换热面的污水换热器及其系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103363822B (zh) * 2013-08-08 2015-07-15 北京瑞宝利热能科技有限公司 污水源热泵机组专用污水换热器
KR101373040B1 (ko) * 2013-09-04 2014-03-11 대한공조(주) 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100904363B1 (ko) 2008-02-11 2009-06-23 한국플랜트서비스주식회사 히트 펌프식 급탕 공급장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100904363B1 (ko) 2008-02-11 2009-06-23 한국플랜트서비스주식회사 히트 펌프식 급탕 공급장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105276869A (zh) * 2015-11-23 2016-01-27 北京瑞宝利热能科技有限公司 一种采用复合换热面的污水换热器及其系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120010671A (ko) 2012-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100780281B1 (ko) 고효율 수열원 히트 펌프 냉난방 시스템
US10197306B2 (en) Heat pump system, heat pump unit using the same, and method for controlling multiple functional modes thereof
KR101255760B1 (ko) 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템
KR101270616B1 (ko) 코제너레이션
CN102483243B (zh) 用于向主系统中循环排水的热泵的对称中间蓄水箱
KR101078165B1 (ko) 히트펌프시스템
KR101148714B1 (ko) 디슈퍼히터를 이용한 히트펌프시스템
KR100794271B1 (ko) 이원 압축방식을 이용한 히트펌프 시스템
KR101188258B1 (ko) 히트펌프시스템
CN112212538A (zh) 一种双源热泵空调机组
KR101188284B1 (ko) 대향류를 이용한 히트펌프시스템
JP5528903B2 (ja) 吸収式冷暖房給湯システム
KR101156465B1 (ko) 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치 및 작동방법
CN102297548B (zh) 空气源热泵热水器的互助除霜方法和五循环双热源热泵热水器
JP2010286144A (ja) 蓄熱式給湯空調システム
JP6150525B2 (ja) 熱供給システム
KR101078070B1 (ko) 냉온수 및 냉난방 히트펌프시스템
KR101753086B1 (ko) 하이브리드타입 공기조화 및 히트펌프시스템
KR101078162B1 (ko) 냉온수 및 냉난방 히트펌프시스템
CN201753994U (zh) 集成式热交换系统
CN108534570A (zh) 一种吸收式大温差换热机组
CN220669821U (zh) 一种热泵系统及空调
CN114872446B (zh) 热敏打印机群的蓄能热回收系统
KR101627659B1 (ko) 하이브리드 히트펌프 보일러 시스템
CN213984107U (zh) 一种双源热泵空调机组

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150703

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160708

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170711

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180713

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190711

Year of fee payment: 8