KR101228100B1 - 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지열, 해수, 하천수 등의 열원수를 이용하여 냉방 및 난방 사이클을 이루는 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 냉방 및 난방 사이클에서 냉방시에는 냉수와 열원수를, 난방시에는 온수와 열원수의 흐름을 항상 냉매의 흐름과 대향류 형태로 유지시키도록 된 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 냉매를 압축시키는 압축기; 실내측의 물 유입이 이루어지는 물 유입관과 물 배출이 이루어지는 물 배출관을 일측에 구비하고, 상기 물 유입관과 물 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제1 열교환기; 수열원측의 열원수 유입이 이루어지는 열원수 유입관과, 열원수 배출이 이루어지는 열원수 배출관을 일측에 구비하고, 상기 열원수 유입관과 열원수 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제2 열교환기; 상기 제1 열교환기와 제2 열교환기 사이의 냉매관에 장착되어 냉매의 팽창을 이루는 팽창밸브; 및 다수의 삼방밸브들과 순환관들을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 냉매를 압축시키는 압축기; 실내측의 물 유입이 이루어지는 물 유입관과 물 배출이 이루어지는 물 배출관을 일측에 구비하고, 상기 물 유입관과 물 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제1 열교환기; 수열원측의 열원수 유입이 이루어지는 열원수 유입관과, 열원수 배출이 이루어지는 열원수 배출관을 일측에 구비하고, 상기 열원수 유입관과 열원수 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제2 열교환기; 상기 제1 열교환기와 제2 열교환기 사이의 냉매관에 장착되어 냉매의 팽창을 이루는 팽창밸브; 및 다수의 삼방밸브들과 순환관들을 포함하는 구성으로 이루어진다.
Description
본 발명은 지열, 해수, 하천수 등의 열원수를 이용하여 냉방 및 난방 사이클을 이루는 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 이러한 냉방 및 난방 사이클에서 냉방시에는 냉수와 열원수를, 난방시에는 온수와 열원수의 흐름을 항상 냉매의 흐름과 대향류 형태로 유지시킴으로써 냉난방 성능의 향상을 이룰 수 있도록 된 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프식 냉난방 시스템은 냉매의 선택적 양방향 흐름을 통해서, 난방시에는 응축기측에서의 방출열을 이용하여 난방 또는 온수를 제공하고, 냉방시에는 증발기측의 흡입열을 활용하여 냉기를 제공할 수 있는 시스템을 말한다.
이와 같은 히트펌프식 냉난방 시스템은 그 적용환경에 따라서 다양한 구조로 응용되어 활용되고 있으며, 기본적으로는 압축기, 응축기(증발기), 팽창밸브 및 증발기(응축기) 등의 일정 사이클을 이루는 4개의 기본 구성요소들로 이루어져 있으며, 이러한 사이클에서 냉매의 유동방향을 전환하는 사방밸브를 포함하여 냉방 또는 난방기기로서의 선택적인 활용이 이루어지도록 되어 있다.
이와 같은 종래의 수열원 히트펌프 시스템의 일례가 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다.
도 1a에 도시된 수열원 히트펌프 시스템(1)은 난방 시스템으로 운전되는 것으로서, 압축기(10)로부터 사방밸브(20)를 통하여 냉매가 응축기로서 작용하는 제1 열교환기(30)측으로 이동되고, 제1 열교환기(30)측으로부터 팽창밸브(40) 측으로 이동하여 팽창되며, 증발기로서 작용하는 제2 열교환기(50) 측으로 이동하여 냉매가 증발되고, 다시 사방밸브(20)를 통하여 압축기(10)로 이송되어 압축된다.
그리고 응축기로서 작용하는 제1 열교환기(30) 측으로는 물 유입관(32)을 통하여 실내의 저온의 온수가 유입되어 제1 열교환기(30)측에서 고온의 냉매와 열교환하여 열을 흡수한 다음, 물 배출관(34)을 통하여 고온의 온수로 순환되며, 제2 열교환기(50) 측으로는 지하수, 해수, 하천수 등의 상온의 열원수가 열원수 유입관(52)을 통하여 유입되어 제2 열교환기(50) 측에서 저온의 냉매와 열교환하여 냉매를 증발시키도록 열을 제공한 다음, 저온의 열원수로서 열원수 배출관(54)을 통하여 배출된다.
이와 같은 종래의 수열원 히트펌프 시스템(1)은 냉매 절환을 통하여 냉방 시스템으로 운전되는데, 이는 도 1b에 도시된 바와 같이, 사방밸브(20)를 통하여 냉매의 방향이 반대로 절환된다. 즉 압축기(10)로부터 사방밸브(20)를 통하여 냉매가 응축기로서 작용하는 제2 열교환기(50) 측으로 이동되고, 제2 열교환기(50) 측으로부터 팽창밸브(40) 측으로 이동하여 팽창되며, 증발기로서 작용하는 제1 열교환기(30) 측으로 이동하여 냉매가 증발되고, 다시 사방밸브(20)를 통하여 압축기(10)로 이송되어 압축된다.
그리고 응축기로서 작용하는 제2 열교환기(50) 측으로는 지하수, 해수, 하천수 등의 상온의 열원수가 유입되어 제2 열교환기(50) 측에서 고온의 냉매와 열교환하여 열을 흡수한 다음, 고온의 열원수로서 배출된다. 또한 증발기로서 작용하는 제1 열교환기(30) 측으로는 실온의 냉수가 유입되어 저온의 냉매와 열교환하여 냉매를 증발시키도록 열을 제공한 다음, 저온의 냉수로서 실내로 순환된다.
이와 같은 종래의 수열원 히트펌프 시스템(1)은 냉매 절환을 통하여 냉방 및 난방 시스템으로 운전되며, 사방밸브(20)를 통하여 냉매의 방향이 반대로 절환된다.
이와 같이 냉방 및 난방 시스템으로 작용하는 종래의 수열원 히트펌프 시스템(1)은 사방밸브(20)를 사용하므로, 냉난방 절환시에 냉방과 난방을 어느 쪽을 기준으로 하느냐에 따라서, 냉방 또는 난방 중 어느 한쪽은 반드시 냉매측과 물측의 열교환이 평행류의 형태를 가지게 된다.
따라서 이와 같은 평행류는 냉난방 성능이 크게 떨어지는 문제점을 갖는 것이고, 이와 같은 문제점을 해소시키기 위해서는 냉매와 물의 열교환이 대향류의 흐름 형태로 항상 열교환이 이루어지는 것이 바람직하며, 이와 같은 기술개발이 당 업계에서 요구되는 실정이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위한 것으로서, 그 목적은 냉난방 절환시에 냉방 또는 난방 중 어느 사이클이라도 반드시 냉매측과 물측의 열교환이 대향류로 이루어지도록 함으로써 수열원 히트펌프의 냉난방 성능을 향상시킬 수 있고, 효과적으로 냉난방 시스템에 활용될 수 있도록 한 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 수열원을 이용하여 냉방 및 난방 사이클을 이루는 히트펌프 시스템에 있어서,
냉매를 압축시키는 압축기;
실내측의 물 유입이 이루어지는 물 유입관과 물 배출이 이루어지는 물 배출관을 일측에 구비하고, 상기 물 유입관과 물 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제1 열교환기;
수열원측의 열원수 유입이 이루어지는 열원수 유입관과, 열원수 배출이 이루어지는 열원수 배출관을 일측에 구비하고, 상기 열원수 유입관과 열원수 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제2 열교환기;
상기 제1 열교환기와 제2 열교환기 사이의 냉매관에 장착되어 냉매의 팽창을 이루는 팽창밸브;
상기 물 유입관에 장착된 복수의 제1 및 제2 삼방밸브;
상기 물 배출관에 장착된 복수의 제3 및 제4 삼방밸브;
상기 열원수 유입관에 장착된 복수의 제5 및 제6 삼방밸브; 및
상기 열원수 배출관에 장착된 복수의 제7 및 제8 삼방밸브;를 포함하고,
상기 물 유입관의 제1 삼방밸브는 열원수 유입관의 제5 삼방밸브측에 유체 연통하도록 제1 순환관을 통하여 연결되고, 상기 물 유입관의 제2 삼방밸브는 열원수 유입관의 제6 삼방밸브측에 유체 연통하도록 제2 순환관을 통하여 연결되며, 상기 물 배출관의 제3 삼방밸브는 열원수 배출관의 제7 삼방밸브측에 유체 연통하도록 제3 순환관을 통하여 연결되고, 상기 물 배출관의 제4 삼방밸브는 열원수 배출관의 제8 삼방밸브 측에 유체 연통하도록 제4 순환관을 통하여 연결되며, 냉방운전 또는 난방운전시, 냉매는 항상 상기 압축기로부터 제1 열교환기 및 팽창밸브 및 제2 열교환기 측으로 흘러서 순환하도록 구성된 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 수열원 히트펌프 시스템은 난방운전시, 상기 제1 및 제2 삼방밸브들이 열린 상태를 유지하여 물 유입관측으로 저온수를 유입시키고, 상기 제3 및 제4 삼방밸브들이 열린 상태를 유지하여 물 배출관측으로 고온수를 실내로 순환시키며, 상기 제5 및 제6 삼방밸브들은 열린 상태를 유지하여 열원수 유입관측으로 상온의 열원수를 유입시키고, 상기 제7 및 제8 삼방밸브들이 열린 상태를 유지하여 열원수 배출관측으로 저온 열원수를 배출시키며, 제1 열교환기측에서는 냉매의 응축작용이 이루어지면서 저온의 온수가 고온의 온수로 변환되어 난방 공급되고, 제2 열교환기측에서는 상온의 열원수를 이용한 냉매의 증발작용이 이루어지는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 수열원 히트펌프 시스템은 냉방운전시, 상기 물 유입관의 제1 삼방밸브와 열원수 유입관의 제5 삼방밸브는 제1 순환관을 통하여 열려서 물 유입관측으로부터의 실온의 냉수가 제2 열교환기의 입측으로 유입되고, 상기 물 유입관의 제2 삼방밸브와 열원수 유입관의 제6 삼방밸브는 제2 순환관을 통하여 열려서 열원수 유입관측으로부터 상온의 열원수가 제1 열교환기의 입측으로 유입되며, 상기 물 배출관의 제3 삼방밸브와 열원수 배출관의 제7 삼방밸브는 제3 순환관을 통하여 열려서 제2 열교환기를 통과한 저온의 냉수가 물 배출관을 통하여 실내로 순환되고, 상기 물 배출관의 제4 삼방밸브와 열원수 배출관의 제8 삼방밸브는 제4 순환관을 통하여 열려서 제1 열교환기를 통과한 고온 열원수가 열원수 배출관을 통하여 배출되며, 제1 열교환기에서는 냉매의 응축작용이 이루어지고, 제2 열교환기에서는 냉매의 증발작용이 이루어져서 실온의 냉수로부터 저온의 냉수로의 변환이 이루어져서 냉방공급되는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 수열원을 이용하여 냉방 및 난방 사이클을 이루는 히트펌프 시스템에 있어서,
냉매를 압축시키는 압축기;
실내측의 물 유입이 이루어지는 물 유입관과 물 배출이 이루어지는 물 배출관을 일측에 구비하고, 상기 물 유입관과 물 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제1 열교환기;
수열원측의 열원수 유입이 이루어지는 열원수 유입관과, 열원수 배출이 이루어지는 열원수 배출관을 일측에 구비하고, 상기 열원수 유입관과 열원수 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제2 열교환기;
상기 제1 열교환기와 제2 열교환기 사이의 냉매관에 장착되어 냉매의 팽창을 이루는 팽창밸브;
상기 압축기의 출측에서 냉매를 제1 열교환기측으로 진행시켜서 제2 열교환기를 통하여 회수하거나, 또는 냉매를 제2 열교환기측으로 진행시켜서 제1 열교환기를 통하여 회수하도록 절환시키는 사방밸브;
상기 물 유입관에 장착된 제1 삼방밸브;
상기 물 배출관에 장착된 제2 삼방밸브;
상기 열원수 유입관에 장착된 제3 삼방밸브; 및
상기 열원수 배출관에 장착된 제4 삼방밸브;를 포함하고,
상기 물 유입관의 제1 삼방밸브는 물 배출관의 제2 삼방밸브 전방에 제1 순환관을 통하여 연결되고, 상기 물 배출관의 제2 삼방밸브는 물 유입관의 제1 삼방밸브 후방에 제2 순환관을 통하여 연결되며, 상기 열원수 유입관의 제3 삼방밸브는 열원수 배출관의 제4 삼방밸브 전방에 제3 순환관을 통하여 연결되고, 상기 열원수 배출관의 제4 삼방밸브는 열원수 유입관의 제3 삼방밸브 후방에 제4 순환관을 통하여 연결되며, 난방운전시 냉매는 상기 압축기로부터 제1 열교환기, 팽창밸브 및 제2 열교환기 측으로 흘러서 순환하고, 냉방운전시 냉매는 상기 압축기로부터 제2 열교환기, 팽창밸브 및 제1 열교환기 측으로 흘러서 순환하도록 사방밸브에 의해서 전환되는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 수열원 히트펌프 시스템은 난방운전시, 상기 제1 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 물 유입관측으로 저온수를 유입시키고, 상기 제2 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 물 배출관측으로 고온수를 실내로 순환시키며, 상기 제3 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 열원수 유입관측으로 상온의 열원수를 유입시키고, 상기 제4 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 열원수 배출관측으로 저온 열원수를 배출시키며, 제1 열교환기측에서는 냉매의 응축작용이 이루어지면서 저온의 온수가 고온의 온수로 변환되어 난방 공급되고, 제2 열교환기측에서는 상온의 열원수를 이용한 냉매의 증발작용이 이루어지는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 수열원 히트펌프 시스템은 냉방운전시, 상기 물 유입관의 제1 삼방밸브는 제1 순환관을 통하여 물 배출관의 제2 삼방밸브 전방측으로 열려서 실온의 냉수가 제1 열교환기의 출측으로 유입되고, 상기 물 배출관의 제2 삼방밸브는 제2 순환관을 통하여 물 유입관의 제1 삼방밸브 후방측으로 열려서 제1 열교환기의 입측으로부터 저온의 냉수가 실내로 순환되며, 상기 열원수 유입관의 제3 삼방밸브는 제3 순환관을 통하여 열원수 배출관의 제4 삼방밸브 전방측으로 열려서 상온의 열원수가 제2 열교환기의 출측으로 유입되고, 상기 열원수 배출관의 제4 삼방밸브는 제4 순환관을 통하여 열원수 유입관의 제3 삼방밸브 후방측으로 열려서 제2 열교환기의 입측으로부터 고온 열원수가 배출되며, 제1 열교환기에서는 냉매의 증발작용이 이루어져서 실온의 냉수로부터 저온의 냉수로의 변환이 이루어져서 냉방공급되고, 제2 열교환기에서는 냉매의 응축작용이 이루어지는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 수열원을 이용하여 냉방 및 난방 사이클을 이루는 히트펌프 시스템에 있어서,
냉매를 압축시키는 압축기;
실내측의 물 유입이 이루어지는 물 유입관과 물 배출이 이루어지는 물 배출관을 일측에 구비하고, 상기 물 유입관과 물 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제1 열교환기;
수열원측의 열원수 유입이 이루어지는 열원수 유입관과, 열원수 배출이 이루어지는 열원수 배출관을 일측에 구비하고, 상기 열원수 유입관과 열원수 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제2 열교환기;
상기 제1 열교환기와 제2 열교환기 사이의 냉매관에 장착되어 냉매의 팽창을 이루는 팽창밸브;
상기 압축기의 출측에서 냉매를 제1 열교환기측으로 진행시키거나, 또는 제2 열교환기측으로 진행시키도록 절환시키는 제1 냉매삼방밸브;
상기 압축기의 입측에서 냉매를 제1 열교환기측으로부터 유입시키거나, 또는 제2 열교환기측으로부터 유입시키도록 절환시키는 제2 냉매삼방밸브;
상기 물 유입관에 장착된 제1 삼방밸브;
상기 물 배출관에 장착된 제2 삼방밸브;
상기 열원수 유입관에 장착된 제3 삼방밸브; 및
상기 열원수 배출관에 장착된 제4 삼방밸브;를 포함하고,
상기 물 유입관의 제1 삼방밸브는 물 배출관의 제2 삼방밸브 전방에 제1 순환관을 통하여 연결되고, 상기 물 배출관의 제2 삼방밸브는 물 유입관의 제1 삼방밸브 후방에 제2 순환관을 통하여 연결되며, 상기 열원수 유입관의 제3 삼방밸브는 열원수 배출관의 제4 삼방밸브 전방에 제3 순환관을 통하여 연결되고, 상기 열원수 배출관의 제4 삼방밸브는 열원수 유입관의 제3 삼방밸브 후방에 제4 순환관을 통하여 연결되며, 난방운전시 냉매는 상기 압축기로부터 제1 냉매삼방밸브, 제1 열교환기, 팽창밸브, 제2 열교환기 및 제2 냉매삼방밸브측으로 흘러서 순환하고, 냉방운전시 냉매는 상기 압축기로부터 제1 냉매삼방밸브, 제2 열교환기, 팽창밸브, 제1 열교환기 및 제2 냉매삼방밸브 측으로 흘러서 순환하도록 구성되는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 수열원 히트펌프 시스템은 난방운전시, 상기 제1 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 물 유입관측으로 저온수를 유입시키고, 상기 제2 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 물 배출관측으로 고온수를 실내로 순환시키며, 상기 제3 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 열원수 유입관측으로 상온의 열원수를 유입시키고, 상기 제4 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 열원수 배출관측으로 저온 열원수를 배출시키며, 제1 냉매삼방밸브는 제1 열교환기측으로 냉매를 순환시키고, 제2 냉매삼방밸브는 제2 열교환기측으로부터 압축기로 냉매를 순환시키며, 상기 제1 열교환기측에서는 냉매의 응축작용이 이루어지면서 저온의 온수가 고온의 온수로 변환되어 난방 공급되고, 제2 열교환기측에서는 상온의 열원수를 이용한 냉매의 증발작용이 이루어지는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 수열원 히트펌프 시스템은 냉방운전시, 상기 물 유입관의 제1 삼방밸브는 제1 순환관을 통하여 물 배출관의 제2 삼방밸브 전방측으로 열려서 실온의 냉수가 제1 열교환기의 출측으로 유입되고, 상기 물 배출관의 제2 삼방밸브는 제2 순환관을 통하여 물 유입관의 제1 삼방밸브 후방측으로 열려서 제1 열교환기의 입측으로부터 저온의 냉수가 실내로 순환되며, 상기 열원수 유입관의 제3 삼방밸브는 제3 순환관을 통하여 열원수 배출관의 제4 삼방밸브 전방측으로 열려서 상온의 열원수가 제2 열교환기의 출측으로 유입되고, 상기 열원수 배출관의 제4 삼방밸브는 제4 순환관을 통하여 열원수 유입관의 제3 삼방밸브 후방측으로 열려서 제2 열교환기의 입측으로부터 고온 열원수가 배출되며, 제1 냉매삼방밸브는 제2 열교환기측으로 냉매를 순환시키고, 제2 냉매삼방밸브는 제1 열교환기측으로부터 압축기로 냉매를 순환시키며, 제1 열교환기에서는 냉매의 증발작용이 이루어져서 실온의 냉수로부터 저온의 냉수로의 변환이 이루어져서 냉방공급되고, 제2 열교환기에서는 냉매의 응축작용이 이루어지는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에 의하면, 냉난방 절환시에 냉방 또는 난방 중 어느 사이클이라도 반드시 냉매측과 물측, 그리고 냉매와 열원수와의 열교환이 대향류(counter flow) 형태로 이루어지도록 함으로써 수열원 히트펌프의 냉난방 성능을 향상시킬 수 있고, 효과적으로 냉난방 시스템에 활용될 수 있는 우수한 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 1a는 종래의 기술에 따른 수열원 히트펌프 시스템의 난방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 1b는 종래의 기술에 따른 수열원 히트펌프 시스템의 냉방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 난방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 냉방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 난방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 3b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 냉방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 4a는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 난방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 4b는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 냉방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 1b는 종래의 기술에 따른 수열원 히트펌프 시스템의 냉방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 난방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 2b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 냉방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 난방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 3b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 냉방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 4a는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 난방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
도 4b는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템에서 냉방운전 사이클을 도시한 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
(제1 실시 예)
본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 냉방 및 난방 운전시, 압축기(110)→제1 열교환기(응축기)(130)→팽창밸브(140)→제2 열교환기(증발기)(150) 순으로 냉매가 흐르는 일반 냉동사이클로 운전되는 방식에서 냉매용 사방밸브를 제외한 다수의 수절환용 삼방밸브를 이용하는 방식이다.
이와 같은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100)은, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축시키는 압축기(110)를 구비한다.
그리고 이와 같은 압축기(110)에는 제1 열교환기(130)가 냉매관(112)을 통하여 연결되는데, 이와 같은 제1 열교환기(130)는 실내측의 물 유입이 이루어지는 물 유입관(160)과 물 배출이 이루어지는 물 배출관(170)을 일측에 구비하고, 상기 물 유입관(160)과 물 배출관(170)을 통과하는 유체, 예를 들면 물, 공기, 열원수 등과 냉매의 열교환을 이루는 구조이다.
또한 이와 같은 제1 열교환기(130)에는 냉매관(112)을 통하여 제2 열교환기(150)가 연결되며, 이와 같은 제2 열교환기(150)는 수열원측의 열원수 유입이 이루어지는 열원수 유입관(180)과, 열원수 배출이 이루어지는 열원수 배출관(190)을 일측에 구비하고, 상기 열원수 유입관(180)과 열원수 배출관(190)을 통과하는 유체, 예를 들면 물, 공기, 열원수 등과 냉매의 열교환을 이루게 된다.
이와 같은 제1 열교환기(130)와 제2 열교환기(150) 사이의 냉매관(112)에는 팽창밸브(140)가 장착되어 제1 열교환기(130)로부터 제2 열교환기(150) 측으로 통과하는 냉매의 팽창을 이루게 된다.
한편, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100)은, 상기 제1 열교환기(130)의 물 유입관(160)에 장착된 복수의 제1 및 제2 삼방밸브(162a,162b)를 구비하며, 상기 물 배출관(170)에 장착된 복수의 제3 및 제4 삼방밸브(172a,172b)를 구비한다.
또한 상기 제2 열교환기(150)의 열원수 유입관(180)에 장착된 복수의 제5 및 제6 삼방밸브(182a,182b)를 구비하며, 상기 열원수 배출관(190)에 장착된 복수의 제7 및 제8 삼방밸브(192a,192b)를 포함한다.
그리고 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100)은, 상기 제1 열교환기(130)에서 물 유입관(160)의 제1 삼방밸브(162a)가 열원수 유입관(180)의 제5 삼방밸브(182a) 측에 유체 연통하도록 제1 순환관(164)을 통하여 연결되고, 상기 물 유입관(160)의 제2 삼방밸브(162b)는 열원수 유입관(180)의 제6 삼방밸브(182b)측에 유체 연통하도록 제2 순환관(166)을 통하여 연결된다.
또한 제2 열교환기(150)에서는 상기 물 배출관(170)의 제3 삼방밸브(172a)가 열원수 배출관(190)의 제7 삼방밸브(192a) 측에 유체 연통하도록 제3 순환관(174)을 통하여 연결되고, 상기 물 배출관(170)의 제4 삼방밸브(172b)는 열원수 배출관(190)의 제8 삼방밸브(192b) 측에 유체 연통하도록 제4 순환관(176)을 통하여 연결되는 구조이다.
이와 같은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100)은 냉방운전 또는 난방운전시, 냉매는 항상 상기 압축기(110)로부터 제1 열교환기(130) 및 팽창밸브(140) 및 제2 열교환기(150) 측으로 흘러서 순환하게 된다.
이와 같은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100)은, 도 2a에 도시된 바와 같이, 난방운전 사이클로 동작시, 증발기로 동작하는 제2 열교환기(150) 측에 열원수를 공급하여 제2 열교환기(150)의 내부에서 냉매를 증발시키고, 압축기(110)를 통하여 냉매를 고온 고압 상태로 변환시킨 후, 응축기로서 작용하는 제1 열교환기(130)에서 고온 고압의 냉매와 열교환하는 저온수를 고온수로 가열시키고, 실내측(부하측)으로 유입시켜 난방 열원으로서 사용한다.
즉, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100)은 난방운전시, 상기 제1 및 제2 삼방밸브(162a,162b)들이 열린 상태를 유지하여 제1 열교환기(130)의 물 유입관(160)측으로 저온수를 유입시키고, 상기 제3 및 제4 삼방밸브(172a,172b)들이 열린 상태를 유지하여 물 배출관(170) 측으로 고온수를 배출시킨다.
또한 제2 열교환기(150) 측에서는 제5 및 제6 삼방밸브(182a,182b)들은 열린 상태를 유지하여 열원수 유입관(180)측으로 상온 열원수를 유입시키고, 상기 제7 및 제8 삼방밸브(192a,192b)들이 열린 상태를 유지하여 열원수 배출관(190)측으로는 저온 열원수를 배출시킨다.
이와 같은 상태에서 압축기(110)→제1 열교환기(응축기)(130)→팽창밸브(140)→제2 열교환기(증발기)(150) 순으로 냉매를 순환시키면, 상기 제1 열교환기(130)측에서는 냉매의 응축작용이 이루어지면서 저온의 온수가 고온의 온수로 변환되어 실내측으로 난방 공급되고, 제2 열교환기(150)측에서는 상온의 열원수를 이용한 냉매의 증발작용이 이루어진다.
따라서 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100)은 난방운전 사이클로 운전되며, 제1 열교환기(130)에서 냉매와 물은 대향류(counter flow)로 열교환하고, 제2 열교환기(150)에서도 냉매와 열원수는 대향류로 열교환하게 된다.
한편, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100)은 도 2b에 도시된 바와 같은 냉방운전 사이클로 동작시, 다수의 삼방밸브들을 동작시켜서 증발기로 작용하는 제2 열교환기(150)에서 냉매와 열교환하여 발생되는 냉수를 실내측(부하측)으로 유입시켜 냉방운전하고, 응축기로서 작용하는 제1 열교환기(130)에서는 상온의 열원수를 도입시켜 활용하는 방식이다.
즉, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100)은 냉방운전시, 상기 제1 열교환기(130)의 물 유입관(160)의 제1 삼방밸브(162a)와, 제2 열교환기(150)의 열원수 유입관(180)의 제5 삼방밸브(182a)는 제1 순환관(164)을 통하여 열려서 물 유입관(160)측으로부터의 실온의 냉수가 제2 열교환기(150)의 입측으로 유입된다.
또한 상기 제1 열교환기(130)의 물 유입관(160)의 제2 삼방밸브(162b)와, 제2 열교환기(150)의 열원수 유입관(180)의 제6 삼방밸브(182b)는 제2 순환관(166)을 통하여 열려서 열원수 유입관(180) 측으로부터 상온의 열원수가 제1 열교환기(130)의 입측으로 유입된다.
그리고 상기 제1 열교환기(130)의 물 배출관(170)의 제3 삼방밸브(172a)와 제2 열교환기(150)의 열원수 배출관(190)의 제7 삼방밸브(192a)는 제3 순환관(174)을 통하여 열려서 제2 열교환기(150)를 통과한 저온의 냉수가 물 배출관(170)을 통하여 실내로 순환되고, 상기 물 배출관(170)의 제4 삼방밸브(172b)와 열원수 배출관(190)의 제8 삼방밸브(192b)는 제4 순환관(176)을 통하여 열려서 제1 열교환기(130)를 통과한 고온 열원수가 열원수 배출관(190)을 통하여 배출되도록 연결된다.
또한 이와 같은 상태에서 압축기(110)→제1 열교환기(응축기)(130)→팽창밸브(140)→제2 열교환기(증발기)(150) 순으로 냉매가 순환되면, 제1 열교환기(130)에서는 냉매의 응축작용이 이루어지고, 제2 열교환기(150)에서는 냉매의 증발작용이 이루어져서 실온의 냉수로부터 저온의 냉수로의 변환이 이루어져서 실내 측에 냉방공급되는 것이다.
따라서 본 발명의 제1 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100)은 냉방운전 사이클로 운전되며, 제1 열교환기(130)에서 냉매와 열원수는 대향류로 열교환하고, 제2 열교환기(150)에서도 냉매와 물은 대향류로 열교환하게 된다.
(제2 실시 예)
본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(200)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 냉매용 사방밸브를 적용하고, 수절환용 삼방 밸브들을 이용하는 방식이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(200)은 난방 운전시, 압축기(210)→제1 열교환기(응축기)(230)→팽창밸브(240)→제2 열교환기(증발기)(250) 순으로 냉매가 흐르도록 하고, 냉방 운전시, 압축기(210)→제2 열교환기(응축기)(250)→팽창밸브(240)→제1 열교환기(증발기)(230) 순으로 냉매가 흐르도록 냉매용 사방밸브(220)와 다수의 수절환용 삼방밸브를 이용하는 방식이다.
이와 같은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(200)은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축시키는 압축기(210)를 구비한다.
그리고 이와 같은 압축기(210)에는 제1 열교환기(230)가 냉매관(212)을 통하여 연결되는데, 이와 같은 제1 열교환기(230)는 실내 측의 물 유입이 이루어지는 물 유입관(260)과 물 배출이 이루어지는 물 배출관(270)을 일측에 구비하고, 상기 물 유입관(260)과 물 배출관(270)을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루게 된다.
또한 이와 같은 제1 열교환기(230)는 냉매관(212)을 통하여 제2 열교환기(250)에 연결되는데, 이와 같은 제2 열교환기(250)는 수열원측의 열원수 유입이 이루어지는 열원수 유입관(280)과, 열원수 배출이 이루어지는 열원수 배출관(290)을 일측에 구비하고, 상기 열원수 유입관(280)과 열원수 배출관(290)을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 구조이다.
그리고 상기 제1 열교환기(230)와 제2 열교환기(250) 사이의 냉매관(212)에는 팽창밸브(240)가 장착되어 제1 열교환기(230)로부터 제2 열교환기(250)측으로, 또는 제2 열교환기(250)로부터 제1 열교환기(230)측으로 냉매가 흐르는 도중에 냉매의 팽창을 이루게 된다.
또한 상기 압축기(210)의 출측에는 냉매를 제1 열교환기(230) 측으로 진행시켜서 제2 열교환기(250)를 통하여 회수하거나, 또는 냉매를 제2 열교환기(250)측으로 진행시켜서 제1 열교환기(230)를 통하여 회수하도록 절환시키는 사방밸브(220)가 구비된다.
이와 같은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(200)은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열교환기(230)의 물 유입관(260)에 제1 삼방밸브(262a)를 장착하고, 물 배출관(270)에 제2 삼방밸브(272a)를 구비한다.
또한 상기 제2 열교환기(250)의 열원수 유입관(280)에 제3 삼방밸브(282a)를 장착하고, 상기 열원수 배출관(290)에 제4 삼방밸브(292a)를 장착하고 있다.
그리고 상기 물 유입관(260)의 제1 삼방밸브(262a)는 물 배출관(270)의 제2 삼방밸브(272a) 전방에 제1 순환관(264)을 통하여 연결되고, 상기 물 배출관(270)의 제2 삼방밸브(272a)는 물 유입관(260)의 제1 삼방밸브(262a) 후방에 제2 순환관(266)을 통하여 연결된다.
또한 상기 열원수 유입관(280)의 제3 삼방밸브(282a)는 열원수 배출관(290)의 제4 삼방밸브(292a) 전방에 제3 순환관(274)을 통하여 연결되고, 상기 열원수 배출관(290)의 제4 삼방밸브(292a)는 열원수 유입관(280)의 제3 삼방밸브(282a) 후방에 제4 순환관(276)을 통하여 연결되는 구조이다.
이와 같은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(200)은, 도 3a에 도시된 바와 같은 난방운전시, 냉매는 상기 압축기(210)로부터 제1 열교환기(230), 팽창밸브(240) 및 제2 열교환기(250) 측으로 흘러서 순환한다.
즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(200)은, 난방운전시, 상기 제1 열교환기(230)에서는 제1 삼방밸브(262a)가 열린 상태를 유지하여 물 유입관(260)측으로 저온수를 유입시키고, 상기 제2 삼방밸브(272a)가 열린 상태를 유지하여 물 배출관(270)측으로 고온수를 실내로 순환시킨다.
그리고 상기 제2 열교환기(250)에서는 제3 삼방밸브(282a)가 열린 상태를 유지하여 열원수 유입관(280)측으로 상온의 열원수를 유입시키고, 상기 제4 삼방밸브(292a)가 열린 상태를 유지하여 열원수 배출관(290) 측으로 저온 열원수를 배출시킨다.
이와 같은 상태에서, 사방밸브(220)가 압축기(210)→제1 열교환기(응축기)(230)→팽창밸브(240)→제2 열교환기(증발기)(250) 순으로 냉매가 흐르도록 하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(200)은, 제1 열교환기(230) 측에서는 냉매의 응축작용이 이루어지면서 저온의 온수가 고온의 온수로 변환되어 난방 공급되고, 제2 열교환기(250)측에서는 상온의 열원수를 이용한 냉매의 증발작용이 이루어진다.
따라서 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(200)은 난방운전 사이클로 운전되며, 제1 열교환기(230)에서 냉매와 물은 대향류로 열교환하고, 제2 열교환기(250)에서도 냉매와 열원수는 대향류로 열교환하게 된다.
한편, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(200)은 도 3b에 도시된 바와 같은 냉방운전 사이클로 동작시, 상기 제1 열교환기(230)에서는 물 유입관(260)의 제1 삼방밸브(262a)가 제1 순환관(264)을 통하여 물 배출관(270)의 제2 삼방밸브(272a) 전방측으로 열려서 실온의 냉수가 제1 열교환기(230)의 출측으로 유입되고, 상기 물 배출관(270)의 제2 삼방밸브(272a)는 제2 순환관(266)을 통하여 물 유입관(260)의 제1 삼방밸브(262a) 후방측으로 열려서 제1 열교환기(230)의 입측으로부터 저온의 냉수가 실내로 순환되도록 연결된다.
그리고, 상기 제2 열교환기(250)에서는 열원수 유입관(280)의 제3 삼방밸브(282a)가 제3 순환관(274)을 통하여 열원수 배출관(290)의 제4 삼방밸브(292a) 전방측으로 열려서 상온의 열원수가 제2 열교환기(250)의 출측으로 유입되고, 상기 열원수 배출관(290)의 제4 삼방밸브(292a)는 제4 순환관(276)을 통하여 열원수 유입관(280)의 제3 삼방밸브(282a) 후방측으로 열려서 제2 열교환기(250)의 입측으로부터 고온 열원수가 배출되도록 연결된다.
그리고 이와 같은 상태에서 사방밸브(220)가 압축기(210)→제2 열교환기(응축기)(250)→팽창밸브(240)→제1 열교환기(증발기)(230) 순으로 냉매가 흐르도록 하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(200)은 제1 열교환기(230)에서는 냉매의 증발작용이 이루어지고, 실온의 냉수로부터 저온의 냉수로의 변환이 이루어져서 실내측(부하측)으로 냉방공급되고, 제2 열교환기(250)에서는 냉매의 응축작용이 이루어지는 것이다.
따라서 본 발명의 제2 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(200)은 냉방운전 사이클로 운전되며, 제1 열교환기(230)에서 냉매와 물은 대향류로 열교환하고, 제2 열교환기(250)에서도 냉매와 열원수는 대향류로 열교환하게 된다.
(제3 실시 예)
본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은 제2 실시 예의 냉매용 사방밸브(220) 대신 제1 및 제2 냉매용 삼방 밸브(322a,322b)를 적용하고, 수절환용 삼방 밸브들을 이용하는 방식이다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은 난방 운전시, 압축기(310)→제1 열교환기(응축기)(330)→팽창밸브(340)→제2 열교환기(증발기)(350) 순으로 냉매가 흐르도록 하고, 냉방 운전시, 압축기(310)→제2 열교환기(응축기)(350)→팽창밸브(340)→제1 열교환기(증발기)(330) 순으로 냉매가 흐르도록 제1 및 제2 냉매용 삼방 밸브(322a,322b)와 다수의 수절환용 삼방밸브들을 이용하는 방식이다.
이와 같은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축시키는 압축기(310)를 구비한다.
그리고 이와 같은 압축기(310)에는 제1 열교환기(330)가 연결되는데, 이와 같은 제1 열교환기(330)는 실내측의 물 유입이 이루어지는 물 유입관(360)과 물 배출이 이루어지는 물 배출관(370)을 일측에 구비하고, 상기 물 유입관(360)과 물 배출관(370)을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 구조이다.
또한 이와 같은 제1 열교환기(330)에는 제2 열교환기(350)가 냉매관(312)을 통하여 연결되는데, 이와 같은 냉매관(312)은 수열원측의 열원수 유입이 이루어지는 열원수 유입관(380)과, 열원수 배출이 이루어지는 열원수 배출관(390)을 일측에 구비하고, 상기 열원수 유입관(380)과 열원수 배출관(390)을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루게 된다.
그리고 상기 제1 열교환기(330)와 제2 열교환기(350) 사이의 냉매관(312)에는 팽창밸브(340)가 장착되어 제1 열교환기(330)로부터 제2 열교환기(350)측으로, 또는 제2 열교환기(350)로부터 제1 열교환기(330)측으로 냉매가 흐르는 도중에 냉매의 팽창을 이루는 것이다.
그리고 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은, 상기 압축기(310)의 출측에 냉매를 제1 열교환기(330) 측으로 진행시키거나, 또는 제2 열교환기(350)측으로 진행시키도록 절환시키는 제1 냉매삼방밸브(322a)를 구비하고, 상기 압축기(310)의 입측에서 냉매를 제1 열교환기(330)측으로부터 유입시키거나, 또는 제2 열교환기(350)측으로부터 유입시키도록 절환시키는 제2 냉매삼방밸브(322b)를 구비한다.
또한 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은, 상기 제1 열교환기(330)의 물 유입관(360)에 제1 삼방밸브(362a)를 장착하고, 상기 물 배출관(370)에는 제2 삼방밸브(372a)를 구비하며, 상기 제2 열교환기(350)에는 열원수 유입관(380)에 제3 삼방밸브(382a)를 장착하고, 상기 열원수 배출관(390)에 제4 삼방밸브(392a)를 장착하고 있다.
그리고 상기 제1 열교환기(330)는 물 유입관(360)의 제1 삼방밸브(362a)가 물 배출관(370)의 제2 삼방밸브(372a) 전방에 제1 순환관(364)을 통하여 연결되고, 상기 물 배출관(370)의 제2 삼방밸브(372a)는 물 유입관(360)의 제1 삼방밸브(362a) 후방에 제2 순환관(366)을 통하여 연결된다.
또한 상기 제2 열교환기(350)는 열원수 유입관(380)의 제3 삼방밸브(382a)가 열원수 배출관(390)의 제4 삼방밸브(392a) 전방에 제3 순환관(374)을 통하여 연결되고, 상기 열원수 배출관(390)의 제4 삼방밸브(392a)는 열원수 유입관(380)의 제3 삼방밸브(382a) 후방에 제4 순환관(376)을 통하여 연결되는 구조이다.
이와 같은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은, 도 4a에 도시된 바와 같은 난방운전시, 냉매는 제1 및 제2 냉매용 삼방 밸브(322a,322b)를 통하여 상기 압축기(310)로부터 제1 열교환기(330), 팽창밸브(340) 및 제2 열교환기(350) 측으로 흘러서 순환한다.
또한 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은, 난방운전시, 상기 제1 열교환기(330)에서는 제1 삼방밸브(362a)가 열린 상태를 유지하여 물 유입관(360)측으로 저온수를 유입시키고, 상기 제2 삼방밸브(372a)가 열린 상태를 유지하여 물 배출관(370)측으로 고온수를 순환시킨다.
그리고 상기 제2 열교환기(350)에서는 제3 삼방밸브(382a)가 열린 상태를 유지하여 열원수 유입관(380)측으로 상온의 열원수를 유입시키고, 상기 제4 삼방밸브(392a)가 열린 상태를 유지하여 열원수 배출관(390)측으로 저온 열원수를 배출시킨다.
이와 같은 상태에서, 제1 냉매삼방밸브(322a)와 제2 냉매삼방밸브(322b)들이 압축기(310)→제1 열교환기(응축기)(330)→팽창밸브(340)→제2 열교환기(증발기)(350) 순으로 냉매가 흐르도록 하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은, 제1 열교환기(330)측에서는 냉매의 응축작용이 이루어지면서 저온의 온수가 고온의 온수로 변환되어 난방 공급되고, 제2 열교환기(350)측에서는 상온의 열원수를 이용한 냉매의 증발작용이 이루어진다.
따라서 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은 난방운전 사이클로 운전되며, 제1 열교환기(330)에서 냉매와 물은 대향류로 열교환하고, 제2 열교환기(350)에서도 냉매와 열원수는 대향류로 열교환하게 된다.
한편, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은 도 4b에 도시된 바와 같은 냉방운전 사이클로 동작시, 상기 제1 열교환기(330)에서는 물 유입관(360)의 제1 삼방밸브(362a)가 제1 순환관(364)을 통하여 물 배출관(370)의 제2 삼방밸브(372a) 전방측으로 열려서 실온의 냉수가 제1 열교환기(330)의 출측으로 유입되고, 상기 물 배출관(370)의 제2 삼방밸브(372a)는 제2 순환관(366)을 통하여 물 유입관(360)의 제1 삼방밸브(362a) 후방측으로 열려서 제1 열교환기(330)의 입측으로부터 저온의 냉수가 실내로 순환되도록 연결된다.
그리고, 상기 제2 열교환기(350)에서는 열원수 유입관(380)의 제3 삼방밸브(382a)가 제3 순환관(374)을 통하여 열원수 배출관(390)의 제4 삼방밸브(392a) 전방측으로 열려서 상온의 열원수가 제2 열교환기(350)의 출측으로 유입되고, 상기 열원수 배출관(390)의 제4 삼방밸브(392a)는 제4 순환관(376)을 통하여 열원수 유입관(380)의 제3 삼방밸브(382a) 후방측으로 열려서 제2 열교환기(350)의 입측으로부터 고온 열원수가 배출되도록 연결된다.
또한 이와 같은 상태에서 제1 냉매삼방밸브(322a)와 제2 냉매삼방밸브(322b)들이 압축기(310)→제2 열교환기(응축기)(350)→팽창밸브(340)→제1 열교환기(증발기)(330) 순으로 냉매가 흐르도록 하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은 제1 열교환기(330)에서는 냉매의 증발작용이 이루어지고, 실온의 냉수로부터 저온의 냉수로의 변환이 이루어져서 실내측(부하측)으로 냉방공급되고, 제2 열교환기(350)에서는 냉매의 응축작용이 이루어지는 것이다.
따라서 본 발명의 제3 실시 예에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(300)은 냉방운전 사이클로 운전되며, 제1 열교환기(330)에서 냉매와 물은 대향류로 열교환하고, 제2 열교환기(350)에서도 냉매와 열원수는 대향류로 열교환하게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템(100,200,300)에 의하면, 냉난방 절환시에 냉방 또는 난방 중 어느 사이클이라도 반드시 냉매측과 물측의 열교환, 또는 냉매와 열원수의 열교환이 대향류로 이루어지도록 함으로써 수열원 히트펌프의 냉난방 성능을 향상시킬 수 있고, 효과적으로 냉난방 시스템에 활용될 수 있는 것이다.
본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 설계적인 수정 또는 변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.
1....... 수열원 히트펌프 시스템 10....... 압축기
20,220...... 사방밸브 30...... 제1 열교환기
32...... 물 유입관 34...... 물 배출관
40...... 팽창밸브 50...... 제2 열교환기
52...... 열원수 유입관 54...... 열원수 배출관
100,200,300.....수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템
110,210,310.... 압축기 130,230,330...... 제1 열교환기
140,240,340....... 팽창밸브 150,250,350...... 제2 열교환기
160,260,360...... 물 유입관 170,270,370...... 물 배출관
180,280,380...... 열원수 유입관 190,290,390...... 열원수 배출관
162a,262a,362a...... 제1 삼방밸브 162b,272a,372a...... 제2 삼방밸브
172a,282a,382a...... 제3 삼방밸브 172b,292a,392a...... 제4 삼방밸브
182a...... 제5 삼방밸브 182b...... 제6 삼방밸브
192a...... 제7 삼방밸브 192b...... 제8 삼방밸브
164,264,364....... 제1 순환관 166,266,366....... 제2 순환관
174,274,374....... 제3 순환관 176,276,376...... 제4 순환관
322a.... 제1 냉매삼방밸브 322b.... 제2 냉매삼방밸브
20,220...... 사방밸브 30...... 제1 열교환기
32...... 물 유입관 34...... 물 배출관
40...... 팽창밸브 50...... 제2 열교환기
52...... 열원수 유입관 54...... 열원수 배출관
100,200,300.....수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템
110,210,310.... 압축기 130,230,330...... 제1 열교환기
140,240,340....... 팽창밸브 150,250,350...... 제2 열교환기
160,260,360...... 물 유입관 170,270,370...... 물 배출관
180,280,380...... 열원수 유입관 190,290,390...... 열원수 배출관
162a,262a,362a...... 제1 삼방밸브 162b,272a,372a...... 제2 삼방밸브
172a,282a,382a...... 제3 삼방밸브 172b,292a,392a...... 제4 삼방밸브
182a...... 제5 삼방밸브 182b...... 제6 삼방밸브
192a...... 제7 삼방밸브 192b...... 제8 삼방밸브
164,264,364....... 제1 순환관 166,266,366....... 제2 순환관
174,274,374....... 제3 순환관 176,276,376...... 제4 순환관
322a.... 제1 냉매삼방밸브 322b.... 제2 냉매삼방밸브
Claims (9)
- 수열원을 이용하여 냉방 및 난방 사이클을 이루는 히트펌프 시스템에 있어서,
냉매를 압축시키는 압축기;
실내측의 물 유입이 이루어지는 물 유입관과 물 배출이 이루어지는 물 배출관을 일측에 구비하고, 상기 물 유입관과 물 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제1 열교환기;
수열원측의 열원수 유입이 이루어지는 열원수 유입관과, 열원수 배출이 이루어지는 열원수 배출관을 일측에 구비하고, 상기 열원수 유입관과 열원수 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제2 열교환기;
상기 제1 열교환기와 제2 열교환기 사이의 냉매관에 장착되어 냉매의 팽창을 이루는 팽창밸브;
상기 물 유입관에 장착된 복수의 제1 및 제2 삼방밸브;
상기 물 배출관에 장착된 복수의 제3 및 제4 삼방밸브;
상기 열원수 유입관에 장착된 복수의 제5 및 제6 삼방밸브; 및
상기 열원수 배출관에 장착된 복수의 제7 및 제8 삼방밸브;를 포함하고,
상기 물 유입관의 제1 삼방밸브는 열원수 유입관의 제5 삼방밸브측에 유체 연통하도록 제1 순환관을 통하여 연결되고, 상기 물 유입관의 제2 삼방밸브는 열원수 유입관의 제6 삼방밸브측에 유체 연통하도록 제2 순환관을 통하여 연결되며, 상기 물 배출관의 제3 삼방밸브는 열원수 배출관의 제7 삼방밸브측에 유체 연통하도록 제3 순환관을 통하여 연결되고, 상기 물 배출관의 제4 삼방밸브는 열원수 배출관의 제8 삼방밸브 측에 유체 연통하도록 제4 순환관을 통하여 연결되며, 냉방운전 또는 난방운전시, 냉매는 항상 상기 압축기로부터 제1 열교환기 및 팽창밸브 및 제2 열교환기 측으로 흘러서 순환하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템. - 제 1항에 있어서, 상기 수열원 히트펌프 시스템은 난방운전시, 상기 제1 및 제2 삼방밸브들이 열린 상태를 유지하여 물 유입관측으로 저온수를 유입시키고, 상기 제3 및 제4 삼방밸브들이 열린 상태를 유지하여 물 배출관측으로 고온수를 실내로 순환시키며, 상기 제5 및 제6 삼방밸브들은 열린 상태를 유지하여 열원수 유입관측으로 상온의 열원수를 유입시키고, 상기 제7 및 제8 삼방밸브들이 열린 상태를 유지하여 열원수 배출관측으로 상온의 열원수를 배출시키며, 제1 열교환기측에서는 냉매의 응축작용이 이루어지면서 저온의 온수가 고온의 온수로 변환되어 난방 공급되고, 제2 열교환기측에서는 상온의 열원수를 이용한 냉매의 증발작용이 이루어지는 것임을 특징으로 하는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 수열원 히트펌프 시스템은 냉방운전시, 상기 물 유입관의 제1 삼방밸브와 열원수 유입관의 제5 삼방밸브는 제1 순환관을 통하여 열려서 물 유입관측으로부터의 실온의 냉수가 제2 열교환기의 입측으로 유입되고, 상기 물 유입관의 제2 삼방밸브와 열원수 유입관의 제6 삼방밸브는 제2 순환관을 통하여 열려서 열원수 유입관측으로부터 상온의 열원수가 제1 열교환기의 입측으로 유입되며, 상기 물 배출관의 제3 삼방밸브와 열원수 배출관의 제7 삼방밸브는 제3 순환관을 통하여 열려서 제2 열교환기를 통과한 저온의 냉수가 물 배출관을 통하여 실내로 순환되고, 상기 물 배출관의 제4 삼방밸브와 열원수 배출관의 제8 삼방밸브는 제4 순환관을 통하여 열려서 제1 열교환기를 통과한 고온 열원수가 열원수 배출관을 통하여 배출되며, 제1 열교환기에서는 냉매의 응축작용이 이루어지고, 제2 열교환기에서는 냉매의 증발작용이 이루어져서 실온의 냉수로부터 저온의 냉수로의 변환이 이루어져서 냉방공급되는 것임을 특징으로 하는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템.
- 수열원을 이용하여 냉방 및 난방 사이클을 이루는 히트펌프 시스템에 있어서,
냉매를 압축시키는 압축기;
실내측의 물 유입이 이루어지는 물 유입관과 물 배출이 이루어지는 물 배출관을 일측에 구비하고, 상기 물 유입관과 물 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제1 열교환기;
수열원측의 열원수 유입이 이루어지는 열원수 유입관과, 열원수 배출이 이루어지는 열원수 배출관을 일측에 구비하고, 상기 열원수 유입관과 열원수 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제2 열교환기;
상기 제1 열교환기와 제2 열교환기 사이의 냉매관에 장착되어 냉매의 팽창을 이루는 팽창밸브;
상기 압축기의 출측에서 냉매를 제1 열교환기측으로 진행시켜서 제2 열교환기를 통하여 회수하거나, 또는 냉매를 제2 열교환기측으로 진행시켜서 제1 열교환기를 통하여 회수하도록 절환시키는 사방밸브;
상기 물 유입관에 장착된 제1 삼방밸브;
상기 물 배출관에 장착된 제2 삼방밸브;
상기 열원수 유입관에 장착된 제3 삼방밸브; 및
상기 열원수 배출관에 장착된 제4 삼방밸브;를 포함하고,
상기 물 유입관의 제1 삼방밸브는 물 배출관의 제2 삼방밸브 전방에 제1 순환관을 통하여 연결되고, 상기 물 배출관의 제2 삼방밸브는 물 유입관의 제1 삼방밸브 후방에 제2 순환관을 통하여 연결되며, 상기 열원수 유입관의 제3 삼방밸브는 열원수 배출관의 제4 삼방밸브 전방에 제3 순환관을 통하여 연결되고, 상기 열원수 배출관의 제4 삼방밸브는 열원수 유입관의 제3 삼방밸브 후방에 제4 순환관을 통하여 연결되며, 난방운전시 냉매는 상기 압축기로부터 제1 열교환기, 팽창밸브 및 제2 열교환기 측으로 흘러서 순환하고, 냉방운전시 냉매는 상기 압축기로부터 제2 열교환기, 팽창밸브 및 제1 열교환기 측으로 흘러서 순환하도록 사방밸브에 의해서 전환되는 것임을 특징으로 하는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템. - 제 4항에 있어서, 상기 수열원 히트펌프 시스템은 난방운전시, 상기 제1 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 물 유입관측으로 저온수를 유입시키고, 상기 제2 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 물 배출관측으로 고온수를 실내로 순환시키며, 상기 제3 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 열원수 유입관측으로 상온의 열원수를 유입시키고, 상기 제4 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 열원수 배출관측으로 저온 열원수를 배출시키며, 제1 열교환기측에서는 냉매의 응축작용이 이루어지면서 저온의 온수가 고온의 온수로 변환되어 난방 공급되고, 제2 열교환기측에서는 상온의 열원수를 이용한 냉매의 증발작용이 이루어지는 것임을 특징으로 하는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템.
- 제 4항에 있어서, 상기 수열원 히트펌프 시스템은 냉방운전시, 상기 물 유입관의 제1 삼방밸브는 제1 순환관을 통하여 물 배출관의 제2 삼방밸브 전방측으로 열려서 실온의 냉수가 제1 열교환기의 출측으로 유입되고, 상기 물 배출관의 제2 삼방밸브는 제2 순환관을 통하여 물 유입관의 제1 삼방밸브 후방측으로 열려서 제1 열교환기의 입측으로부터 저온의 냉수가 실내로 순환되며, 상기 열원수 유입관의 제3 삼방밸브는 제3 순환관을 통하여 열원수 배출관의 제4 삼방밸브 전방측으로 열려서 상온의 열원수가 제2 열교환기의 출측으로 유입되고, 상기 열원수 배출관의 제4 삼방밸브는 제4 순환관을 통하여 열원수 유입관의 제3 삼방밸브 후방측으로 열려서 제2 열교환기의 입측으로부터 고온 열원수가 배출되며, 제1 열교환기에서는 냉매의 증발작용이 이루어져서 실온의 냉수로부터 저온의 냉수로의 변환이 이루어져서 냉방공급되고, 제2 열교환기에서는 냉매의 응축작용이 이루어지는 것임을 특징으로 하는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템.
- 수열원을 이용하여 냉방 및 난방 사이클을 이루는 히트펌프 시스템에 있어서,
냉매를 압축시키는 압축기;
실내측의 물 유입이 이루어지는 물 유입관과 물 배출이 이루어지는 물 배출관을 일측에 구비하고, 상기 물 유입관과 물 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제1 열교환기;
수열원측의 열원수 유입이 이루어지는 열원수 유입관과, 열원수 배출이 이루어지는 열원수 배출관을 일측에 구비하고, 상기 열원수 유입관과 열원수 배출관을 통과하는 유체와 냉매의 열교환을 이루는 제2 열교환기;
상기 제1 열교환기와 제2 열교환기 사이의 냉매관에 장착되어 냉매의 팽창을 이루는 팽창밸브;
상기 압축기의 출측에서 냉매를 제1 열교환기측으로 진행시키거나, 또는 제2 열교환기측으로 진행시키도록 절환시키는 제1 냉매삼방밸브;
상기 압축기의 입측에서 냉매를 제1 열교환기측으로부터 유입시키거나, 또는 제2 열교환기측으로부터 유입시키도록 절환시키는 제2 냉매삼방밸브;
상기 물 유입관에 장착된 제1 삼방밸브;
상기 물 배출관에 장착된 제2 삼방밸브;
상기 열원수 유입관에 장착된 제3 삼방밸브; 및
상기 열원수 배출관에 장착된 제4 삼방밸브;를 포함하고,
상기 물 유입관의 제1 삼방밸브는 물 배출관의 제2 삼방밸브 전방에 제1 순환관을 통하여 연결되고, 상기 물 배출관의 제2 삼방밸브는 물 유입관의 제1 삼방밸브 후방에 제2 순환관을 통하여 연결되며, 상기 열원수 유입관의 제3 삼방밸브는 열원수 배출관의 제4 삼방밸브 전방에 제3 순환관을 통하여 연결되고, 상기 열원수 배출관의 제4 삼방밸브는 열원수 유입관의 제3 삼방밸브 후방에 제4 순환관을 통하여 연결되며, 난방운전시 냉매는 상기 압축기로부터 제1 냉매삼방밸브, 제1 열교환기, 팽창밸브, 제2 열교환기 및 제2 냉매삼방밸브측으로 흘러서 순환하고, 냉방운전시 냉매는 상기 압축기로부터 제1 냉매삼방밸브, 제2 열교환기, 팽창밸브, 제1 열교환기 및 제2 냉매삼방밸브 측으로 흘러서 순환하도록 구성되는 것임을 특징으로 하는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템. - 제 7항에 있어서, 상기 수열원 히트펌프 시스템은 난방운전시, 상기 제1 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 물 유입관측으로 저온수를 유입시키고, 상기 제2 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 물 배출관측으로 고온수를 실내로 순환시키며, 상기 제3 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 열원수 유입관측으로 상온의 열원수를 유입시키고, 상기 제4 삼방밸브가 열린 상태를 유지하여 열원수 배출관측으로 저온 열원수를 배출시키며, 제1 냉매삼방밸브는 제1 열교환기측으로 냉매를 순환시키고, 제2 냉매삼방밸브는 제2 열교환기측으로부터 압축기로 냉매를 순환시키며, 상기 제1 열교환기측에서는 냉매의 응축작용이 이루어지면서 저온의 온수가 고온의 온수로 변환되어 난방 공급되고, 제2 열교환기측에서는 상온의 열원수를 이용한 냉매의 증발작용이 이루어지는 것임을 특징으로 하는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템.
- 제 7항에 있어서, 상기 수열원 히트펌프 시스템은 냉방운전시, 상기 물 유입관의 제1 삼방밸브는 제1 순환관을 통하여 물 배출관의 제2 삼방밸브 전방측으로 열려서 실온의 냉수가 제1 열교환기의 출측으로 유입되고, 상기 물 배출관의 제2 삼방밸브는 제2 순환관을 통하여 물 유입관의 제1 삼방밸브 후방측으로 열려서 제1 열교환기의 입측으로부터 저온의 냉수가 실내로 순환되며, 상기 열원수 유입관의 제3 삼방밸브는 제3 순환관을 통하여 열원수 배출관의 제4 삼방밸브 전방측으로 열려서 상온의 열원수가 제2 열교환기의 출측으로 유입되고, 상기 열원수 배출관의 제4 삼방밸브는 제4 순환관을 통하여 열원수 유입관의 제3 삼방밸브 후방측으로 열려서 제2 열교환기의 입측으로부터 고온 열원수가 배출되며, 제1 냉매삼방밸브는 제2 열교환기측으로 냉매를 순환시키고, 제2 냉매삼방밸브는 제1 열교환기측으로부터 압축기로 냉매를 순환시키며, 제1 열교환기에서는 냉매의 증발작용이 이루어져서 실온의 냉수로부터 저온의 냉수로의 변환이 이루어져서 냉방공급되고, 제2 열교환기에서는 냉매의 응축작용이 이루어지는 것임을 특징으로 하는 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템.
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| KR1020110059715A KR101228100B1 (ko) | 2011-06-20 | 2011-06-20 | 수절환 및 냉매절환 방식을 이용한 수열원 히트펌프 시스템 |
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