KR101272021B1 - 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치 - Google Patents

이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101272021B1
KR101272021B1 KR1020120153975A KR20120153975A KR101272021B1 KR 101272021 B1 KR101272021 B1 KR 101272021B1 KR 1020120153975 A KR1020120153975 A KR 1020120153975A KR 20120153975 A KR20120153975 A KR 20120153975A KR 101272021 B1 KR101272021 B1 KR 101272021B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
heat exchanger
cycle
refrigerant
heating
Prior art date
Application number
KR1020120153975A
Other languages
English (en)
Inventor
김영선
이병길
Original Assignee
이병길
김영선
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 이병길, 김영선 filed Critical 이병길
Priority to KR1020120153975A priority Critical patent/KR101272021B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101272021B1 publication Critical patent/KR101272021B1/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
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • 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
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • 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
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • 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
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

이 발명은 간단한 구성에 의해 고온 측 사이클의 응축하고 남은 열의 지속적 배출로 서로 다른 특성의 냉매 간 열전달 특성이 좋아지면서 난방과 냉방 효율을 높이며, 특히 난방 운전 시 외부 온도가 낮아지더라도 외부에 노출된 외기 증발기 작동이 원활한 상태를 유지하게 하는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 실현하기 위해 이 발명은, 제 1열 교환기(102)와 제 1팽창밸브(105) 사이에 일 측이 연결되는 제 4열 교환기(104)와; 제 4열 교환기(104)의 타 측에 연결되는 열매체 순환부;를 더 포함하고, 상기 열매체 순환부는, 열매체가 내부에 수용되어 순환하면서 상기 제 4열 교환기(104)를 통해 흡수한 상기 제 1열 교환기(102)에서 응축하고 남은 제 1냉매의 열을, 난방 운전을 할 때에는 상기 외기 증발기(205)를 가열하여 상기 제 2냉매의 증발을 원활하게 하면서 외부 온도가 낮을 때 제상도 함께 하는 한편, 냉방 운전을 할 때에는 상기 외기 증발기(205)를 작동시키고 이를 통해 외부로 신속하게 방출시키는 것을 특징으로 하는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치를 제공한다.

Description

이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치 {Two stage heat pump cooling and heating apparatus}
이 발명은 이원 사이클 히트펌프 냉난방에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 사이클에서 응축되고 남은 열로 저온 사이클의 외기 증발기를 가열하여 난방 효율을 높이면서 외기 증발기의 작동을 원활하게 하여 외부 온도의 변화에도 안정적인 난방을 할 수 있는 한편, 고온 사이클에서 응축되고 남은 열을 외기 증발기를 통해 신속하게 방출하여 냉방 효율을 높이고 냉방 용량과 난방 용량의 균형에 따른 전체 용량의 최적 설계 가능하게 하는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 관한 것이다.
종래 히트펌프 냉난방 장치는, 압축기, 응축기, 팽창밸브 그리고 증발기로 이루어지는 일원 사이클을 적용하였는데, 이 경우 50℃ 이상의 온수 생산은 어려워 난방에 제한이 있었으며, 특히 겨울철에는 외기 온도가 낮아지면서 외기 증발기가 얼어 외부 공기와의 열 교환이 되지 않아 난방 사이클에서 냉방 사이클로 전환하여 외기증발기를 제상하는 사이클을 별도로 두었지만 이로 인해 난방 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점으로부터, 1차적으로 공기 등의 열원으로부터 열을 취득하는 쪽은 저온 특성이 양호한 냉매를 사용한 저온의 제 2사이클로 운영하고, 온수 및 난방을 위한 고온의 열을 교환하기 위한 고온 특성이 양호한 냉매를 사용한 고온의 제 1사이클로 운영하는데 서로 다른 특성의 냉매 간 열 교환을 통해 두 사이클의 효율을 극대화함으로써, 종래 일원 사이클 히트펌프에 비해 겨울철 운전이 안정적이며, 하나의 장치에서 계절에 구분 없이 냉온수의 생산이나 냉난방을 동시에 또는 선택적으로 사용할 수 있어 다양한 공간 열 부하에 부합되는 운전을 할 수 있도록 하는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 시스템이 적용되고 있다.
그러나 히트펌프에서 외부의 공기로부터 열을 공급받는 방식의 최대 단점은 겨울철 외부 온도가 낮아짐에 따른 열량의 저하이므로, 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에서도 겨울철 제 2사이클의 외기증발기의 제상 사이클을 운영하고 있지만, 난방 효율이 떨어지는 것을 피하기 어려우며 이를 극복하기 위한 제상 사이클을 운영하기 위해서는 구성이 복잡해져 제작 및 설치비용이 증가하며 또한 작동 중 고장 원인이 되기도 한다.
이로부터 특허 제0796452호(발명의 명칭 : 히트펌프 및 이를 이용한 제상 방법)에서는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 열전달 사이클(1')에서 고온 측 압축기(10)에서 배출된 냉매가 고온 측 응축 열교환기(11)로 이동하고, 바이패스 제상라인(41)을 통해 저온 측 증발기(22)를 지나 고온 측 팽창밸브(14)로 이동하고, 그 후 중간 열교환기(15)를 통과하여 고온 측 압축기(10)로 유입되며, 동시에 바이패스 제상라인(41)의 응축열을 이용하여 저온 측 증발기(22)의 핀에 성에가 생기는 것을 방지하고, 열취득 사이클(2')에서 저온 측 압축기(20)에서 배출된 냉매가 중간 열교환기(15)를 거치고, 그 후 저온 측 증발기(22)를 지나 증발압력 조절밸브(26)를 거친 후 저온 측 압축기(20)로 유입되게 하여, 하나의 증발기로 작동되면서 겨울철 외기온도에 의해 증발기에 성에가 생기는 현상을 방지하는 히트펌프 및 이를 이용한 제상 방법을 제안하고 있다.
또한 특허 제0796452호에서는, 냉방 운전 시 열전달 사이클(1')의 작동은 멈추고, 저온 측 압축기(20)와 저온 측 증발기(22)가 작동되며, 열취득 사이클(2')만 작동하여 저온 측 압축기(20)에서 배출된 냉매는 저온 측 증발기(22)를 통과하고, 제 2저온 측 팽창밸브(23)로 이동하여 저온 측 열교환기(24)를 통해 빙축을 이루고 증발압력 조절밸브(26)를 통해 저온 측 압축기(20)로 유입되는 내용도 개시되어 있다.
그러나 난방 운전 시 외부 온도가 낮아짐에 따라 제상이 필요하게 되는 외부 온도를 감지한 컨트롤러의 제어에 의해, 별도의 제상라인이 형성되어 고온 측 응축 열교환기(11)를 거쳐 바이패스 제상라인(41)으로 고온 측냉매가 유입되면서 바이패스 제상라인(41)의 응축열을 이용하여 저온 측 증발기(22)의 핀에 성에가 생기는 것을 방지하는데, 이러한 제상라인(41)이 손상되는 경우에는 전체 작동이 정지될 수 있으며, 더욱이 제상라인(41)으로 냉매가 유입되지 않아 온수 생산이 많아지면서 열전달 사이클(1')의 온수 탱크에 열전달이 필요 없어지게 되는 경우에는 남은 열이 그대로 고온 측 냉매에 실려 순환하면서 저온 측 냉매와의 열 교환이 최대로 이루어지지 않아 난방에 효율적이지 못하게 되는 문제점이 발생한다.
그리고 냉방 운전 시에는, 열전달 사이클(1') 및 열취득 사이클(2') 전체로서 난방 또는 냉방을 선택하여 작동시키므로, 두 사이클 간의 용량을 최적으로 조정하여 난방과 냉방을 모두 만족하게 설계하고 있는데, 특허 제0796452호에서는 냉방 운전 시 열전달 사이클(1')의 작동이 멈추고 열취득 사이클(2')만 작동하므로, 열전달 사이클(1')과 열취득 사이클(2) 모두 작동하는 경우에 비해 냉방 용량과 난방 용량의 불균형에 따른 전체 용량의 최적 설계가 어려워 용량 전체를 모두 활용할 수 없어 실질적으로 냉방 용량이 줄어드는 문제점이 있었다.
또한 냉방 운전 시에도, 열전달 사이클과 열취득 사이클이 모두 작동하는 경우, 냉수를 생산하는 것뿐만 아니라 냉수 생산에 따라 발생하는 열을 온수 생산에 투입하여 효율을 높이고 있지만, 이 경우에도 난방 운전과 같이, 열전달 사이클의 온수 탱크에 열전달이 필요 없어지게 되면 남은 열이 그대로 고온 측 냉매에 실려 순환하면서 열취득 사이클의 냉매로부터의 열 교환이 제대로 이루어지지 않으면서 냉수 생산이 효율적이지 못하게 되는 문제점이 발생한다.
이로부터 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에서, 고온 측 사이클의 응축하고 남은 열이 배출되지 않고 순환하면서 냉매 간 열전달 특성이 나빠지면서 난방과 냉방 효율이 저하되며, 특히 난방 운전 시 외부 온도가 낮아지면서 외부에 노출된 외기 증발기 작동이 원활하지 못하게 되는 문제점을 해결할 필요가 있게 된다.
특허 제0796452호(발명의 명칭 : 히트펌프 및 이를 이용한 제상 방법)
이 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 계절에 구분 없이 냉온수의 생산이나 냉난방을 동시에 또는 선택적으로 사용할 수 있는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에서 간단한 구성에 의해 고온 측 사이클의 응축하고 남은 열의 지속적 배출로 서로 다른 특성의 냉매 간 열전달 특성이 좋아지면서 난방과 냉방 효율을 높이며, 특히 난방 운전 시 외부 온도가 낮아지더라도 외부에 노출된 외기 증발기 작동이 원활한 상태를 유지하게 하며, 냉방 용량과 난방 용량의 균형에 따른 전체 용량의 최적 설계 가능하게 하는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 실현하기 위해 이 발명은, 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 1팽창밸브(105) 그리고 제 2열 교환기(106)로 폐 루프를 형성하여 제 1냉매가 순환하면서, 상기 제 2열 교환기(106)에서 흡수한 상기 제 1냉매의 열을 상기 제 1열 교환기(102)를 통해 온수 탱크(103)로 전달하는 제 1사이클(100)과; 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에 제 2팽창밸브(204)와 외기 증발기(205)로 폐 루프를 형성하여 제 2냉매가 순환하면서 난방 운전을 하거나, 또는 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에 제 3팽창밸브(213)와 냉수 탱크(215)에 연결된 제 3열 교환기(214)로 폐 루프를 형성하여 제 2냉매가 순환하면서 냉방 운전을 하게 선택할 수 있으며, 선택 제어에 의해 난방 또는 냉방 운전을 할 때 상기 외기 증발기(205) 또는 제 3열 교환기(214)에서 흡수한 상기 제 2냉매의 열을 상기 제 2열 교환기(106)를 통해 상기 제 1냉매로 전달하는 제 2사이클(200);로 이루어지는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 있어서, 상기 제 1열 교환기(102)와 제 1팽창밸브(105) 사이에 일 측이 연결되는 제 4열 교환기(104)와; 상기 제 4열 교환기(104)의 타 측에 연결되는 열매체 순환부;를 더 포함하고, 상기 열매체 순환부는, 열매체가 내부에 수용되어 순환하면서 상기 제 4열 교환기(104)를 통해 흡수한 상기 제 1열 교환기(102)에서 응축하고 남은 제 1냉매의 열을, 난방 운전을 할 때에는 상기 외기 증발기(205)를 가열하여 상기 제 2냉매의 증발을 원활하게 하면서 외부 온도가 낮을 때 제상도 함께 하는 한편, 냉방 운전을 할 때에는 상기 외기 증발기(205)를 작동시키고 이를 통해 외부로 신속하게 방출시키는 것을 특징으로 하는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치를 제공한다.
삭제
삭제
상기의 구성을 갖는 이 발명의 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 의하면, 제 1사이클에서 응축하고 남은 열을 지속적으로 배출하여 서로 다른 특성의 냉매 간 열 교환을 최대로 함으로써, 전체적으로 냉난방 효율을 높이는데, 여기에 더하여 난방 운전 시 고온 측의 제 1사이클에서 응축되고 남은 열로 저온 측의 제 2사이클의 외기 증발기를 가열하여 냉매 증발의 증대로 난방 효율을 더욱 높이면서 외부 온도가 낮아지더라도 외부에 노출된 외기 증발기 작동이 원활한 상태를 유지하도록 하여 안정적인 난방을 할 수 있는 한편, 냉방 운전 시에도 난방을 고려한 전체 용량의 최적 설계로 냉방 용량과 난방 용량의 균형을 통해 전체 장치의 이용 효율을 높이며, 또한 이를 구현하는데 있어서 기본적인 이원 사이클 구조에 고온 측의 제 1사이클에서 응축 후 남은 열을 저온 측의 제 2사이클의 외기증발기로 전달하는 간단한 구성을 추가하면 되므로 적은 비용으로 제작, 설치 및 운영할 수 있는 효과가 있게 된다.
삭제
도 1은 종래 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 구성도이고,
도 2는 이 발명의 실시 예에 따른 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 3은 이 발명의 실시 예에 따른 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에서 난방 운전 과정을 나타낸 도면이고,
도 4는 이 발명의 실시 예에 따른 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에서 냉방 운전 과정을 나타낸 도면이다.
이하에서는, 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부하는 도면들을 참조하여 상세하게 설명하는데, 이는 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 이 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 2는 이 발명의 실시 예에 따른 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
이 발명의 실시 예에 따른 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 기본적으로 제 1냉매가 순환하는 고온 측의 제 1사이클(100)과 제 2냉매가 순환하는 저온 측의 제 2사이클(200)에, 제 1사이클(100)의 응축 후 남은 열을 제 2사이클(200)의 외기증발기로 전달하는 열매체 순환부를 추가하는 구성으로 되어 있다.
고온 측의 제 1사이클(100)은, 고온 측 압축기로서 제 1압축기(101)가 설치되고, 제 1압축기(101)의 출구에는 고온 측 응축 열교환기로서 제 1열 교환기(102) 타 측의 입구가 연결된다.
일 측에 온수 탱크(103)가 연결되는 제 1열 교환기(102)는, 제 1냉매로부터 열을 얻어 온수 탱크(103)에 저장된 물과 열 교환하여 온수 및 난방용수를 생산하게 한다.
제 1열 교환기(102) 타 측의 출구에는 응축되고 남은 열을 교환하는 열 교환기로서 제 4열 교환기(104) 일 측의 입구가 연결된다. 그리고 제 4열 교환기(104)의 타 측에는 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열을 열매체를 매개로 전달받는 열매체 순환부가 연결된다.
제 4열 교환기(104) 일 측의 출구에는 고온 측 팽창밸브로서 제 1팽창밸브(105)가 연결된다. 제 1팽창밸브(105)의 출구에는 제 2열 교환기(106) 일 측의 입구가 연결되며, 제 2열 교환기(106)는 일 측의 출구가 제 1압축기(101)의 입구와 연결되면서, 제 1냉매가 순환하는 압축, 응축, 팽창, 증발 과정의 제 1사이클(100)을 구성한다.
제 2열 교환기(106)는 타 측이 제 2사이클(200)과 연결되면서, 제 1사이클(100)의 증발기 및 제 2사이클(200)의 응축기로 사용되는데, 저온의 제 2사이클(200)의 증발기에서 흡수한 열을 고온의 제 1사이클(100)에 전달하여, 고온 측의 제 1냉매와 저온 측의 제 2냉매 간 열 교환이 이루어지게 한다.
그리고 제 2사이클(200)에는 저온 측 압축기로서 제 2압축기(203)가 설치되고, 제 2압축기(203)의 출구는 제 2열 교환기(106) 타 측의 입구와 연결되고, 제 2열 교환기(106) 타 측의 출구는 제 2팽창밸브(204)와 연결되는데, 제 2열 교환기(106)와 제 2팽창밸브(204) 사이에는 전자밸브(202)가 설치된다.
제 2팽창밸브(204)의 출구는 외기 증발기(205)의 입구에 연결되고, 외기 증발기(205)의 출구는 액 분리기(206)의 입구와 연결된다. 이때, 외기 증발기(205)와 액 분리기(206) 사이에는 전자밸브(201)가 설치된다.
한편 액 분리기(206)의 입구와 제 2열 교환기(106) 타 측의 출구 사이에는 별도의 라인이 형성되며, 여기에는 전자밸브(211)와 전자밸브(212)가 설치되고, 전자밸브(211)와 전자밸브(212) 사이에는 제 3열 교환기(214)의 일 측과 제 3팽창밸브(213)가 연결된다. 제 3열 교환기(214)의 타 측에는 냉수 탱크(215)가 연결된다.
그리고 별도로 구비되는 컨트롤러(도면에 도시하지 않음)의 선택 제어에 의해, 전자밸브(201)와 전자밸브(202)를 열고 전자밸브(211)와 전자밸브(212)를 닫아, 제 2압축기(203), 제 2열 교환기(106), 전자밸브(202), 제 2팽창밸브(204), 외기 증발기(205), 전자밸브(201) 그리고 액 분리기(206)로 이루어지는 폐 루프에 의해 형성되는 제 2사이클(200)의, 외기 증발기(221)로부터 증발을 통해 공기에서 흡수한 제 2냉매의 열을 제 2열 교환기(106)를 통해 제 1사이클(100)의 제 1냉매로 전달하여 온수 탱크(103)에 온수를 생산 저장하는 난방을 하게 된다.
또한 컨트롤러의 선택 제어에 의해, 전자밸브(201)와 전자밸브(202)를 닫고 전자밸브(211)와 전자밸브(212)를 열어, 제 2압축기(203), 제 2열 교환기(106), 전자밸브(212), 제 3팽창밸브(213), 제 3열 교환기(214), 전자밸브(201) 그리고 액 분리기(206)로 이루어지는 폐 루프에 의해 형성되는 제 2사이클(200)의, 제 2냉매가 제 3열 교환기(214)에서 증발하면서 냉수 탱크(215)의 물로부터 열을 얻어, 액 분리기(206)를 거쳐 제 2압축기(203)에 흡입되어 제 2열 교환기(106)에서 응축하여 응축열을 제 1사이클(100)로 전달함으로써 열을 빼앗긴 냉수탱크(215)의 물은 냉방수로 사용하게 되며, 냉방과 동시에 제 2사이클(200)로부터 얻은 열로 데워진 제 1사이클(100)의 온수 탱크(103)의 물은 온수로 사용된다.
이러한 난방 운전뿐만 아니라 냉방 운전 과정에서, 제 1열 교환기(102)를 통해 제 1냉매의 열이 전부 온수 탱크(103)에 전달되어야만, 제 1팽창밸브(105)를 거쳐 제 2열 교환기(106)에서 제 2냉매와의 열 교환도 제대로 이루어지면서 난방과 냉방 효율이 높아지게 된다.
따라서 이 발명의 실시 예에 따른 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에서는, 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 나온 제 1냉매에 열이 남아 있는 경우에 열전달 효율이 그만큼 떨어지므로 이를 방지하여 난방 및 냉방을 제대로 할 수 있도록, 제 4열 교환기(104)와 외기 증발기(205) 사이에 열매체를 매개로 열전달이 일어나도록 열매체 순환부를 설치한다.
열매체 순환부는, 부동액, 식염수, 브라인과 같은 응고점이 낮은 열매체가 내부에 수용되어 순환하면서 제 4열 교환기(104)의 일 측을 통해 흡수한 제 1열 교환기(102)에서 응축하고 남은 제 1냉매의 열을 상기 외기 증발기(205)로 전달하기 위해, 열매체 순환관(111), 열매체 저장탱크(112) 그리고 열매체 순환펌프(113)로 구성된다.
열매체 순환관(111)은, 관 형태로 개방된 양단이 제 4열 교환기(104)의 타 측에 연결되어 폐 루프를 이룬 상태에서 외기 증발기(205)에 열 전달하기 좋은 형태로 위치하고, 내부에 수용되는 열매체가 순환하면서 제 4열 교환기(104)의 일 측으로부터 제 1열 교환기(102)에서 응축하고 남은 제 1냉매의 열을 외기 증발기(205)에 전달한다.
그리고 열매체 순환관(111) 내부에 수용되어 순환하는 열매체를 저장하면서 외기 증발기(205)에 열을 전달할 때 완충 역할도 하는 열매체 저장탱크(112)와, 열매체의 순환이 원활하도록 하는 열매체 순환펌프(113)도 열매체 순환관(111)에 연결한다.
이로부터 열매체 순환부가 추가된 최소의 구성으로 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에서 최대의 효율을 유지하면서, 난방 운전을 할 때에는 열매체 순환관(111)을 통해 제 1열 교환기(102)에서 응축하고 남은 제 1냉매의 열을 외기 증발기(205)에 지속적으로 전달하여 상기 외기 증발기(205)의 작동을 원활하게 하고 제 2냉매의 증발을 도와 난방 효율이 높아지게 되며, 특히 외부 온도가 낮아지면서 발생하는 성에도 바로 제거하거나 성에 발생 자체를 방지하게 되고, 또한 냉방 운전을 할 때에는 상기 외기 증발기(205)를 작동시키고 이를 통해 제 4열 교환기(104)에서 응축하고 남은 열을 모두 외기 증발기(221)를 통해 외부로 신속하게 방출시켜 온수 탱크(103)의 온수를 사용하지 않는 경우에도 냉방 효율을 높게 유지할 수 있으면서 두 사이클을 모두 사용하여 냉방 용량과 난방 용량의 균형을 최적으로 유지하게 된다.
상기와 같은 이 발명의 실시 예에 따른 이원 히트펌프 냉난방 장치의 작동 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 이 발명의 실시 예에 따른 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에서 난방 운전 과정을 나타낸 도면이고, 도 4는 이 발명의 실시 예에 따른 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에서 냉방 운전 과정을 나타낸 도면이다.
먼저 컨트롤러에서 제 2압축기(203)와 제 2열 교환기(106)에 제 2팽창밸브(204)와 외기 증발기(205)로 폐 루프를 형성하여 제 2냉매가 순환하면서, 외기 증발기(205)에서 흡수한 제 2냉매의 열을 제 2열 교환기(106)를 통해 상기 제 1냉매로 전달하는 난방 운전을 하게 선택하게 제어할 때 작동하는 과정을, 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
제 2사이클(200)의 전자밸브(201)와 전자밸브(202)는 열리고, 전자밸브(211)와 전자밸브(212)는 닫히면서 제 1사이클(100)과 제 2사이클(200)이 작동한다.
제 1사이클(100)에서는, 제 1압축기(101)에서 배출된 제 1냉매는 제 1열 교환기(102)에서 응축되고, 여기서 남은 열은 제 4 열교환기(104)를 통해 열매체를 매개로 제 1사이클(100)에서 배출시킨다.
여기서, 제 1열 교환기(102)에는 온수 탱크(103)의 물이 순환하게 되며, 제 1열 교환기(102)를 통해 고온 고압의 냉매로부터 열을 취득한 물은 온수가 되어 온수 탱크(103)에 저장되어, 온수 자체로도 사용되고 공조 설비 파이프를 통해 순환하면서 난방을 하게 된다.
그리고 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열을 전부 배출시킨 제 1냉매는 제 1팽창밸브(105)를 거친 후, 제 2열 교환기(106)를 통과하면서 제 2사이클(200)의 제 2냉매 열을 최대한 교환받아 다시 제 1압축기(101)의 입구를 통해 제 1압축기(101)로 유입한다.
한편, 제 2사이클(200)에서는 제 2압축기(203)에서 배출된 제 2냉매가 제 2열 교환기(106)를 통해 전자밸브(202)를 거쳐 제 2팽창밸브(204)로 이동하고, 그 후 외기 증발기(205)를 지나 전자밸브(201)를 통과하여 액 분리기(206)를 거친 후 제 2압축기(203)로 유입된다.
이때, 제 2열 교환기(106)에서는 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열을 전부 배출시킨 제 1냉매와 외기 증발기(205)로부터 열을 흡수한 제 2냉매가 열 교환을 최대로 하므로 난방 효율이 높아지게 된다.
그리고 난방 운전할 때, 외부 온도가 낮아짐에 따라 성에 등이 발생하여 외기 증발기(205)의 원활한 작동을 위해 제상이 필요하게 되는데, 상기 제 4열 교환기(104)의 타 측에 연결되는 열매체 순환부에 의해 열매체가 내부에 수용되어 순환하면서 상기 제 4열 교환기(104)를 통해 흡수한 상기 제 1열 교환기(102)에서 응축하고 남은 제 1냉매의 열로, 상기 외기 증발기(205)를 가열하여 외부 온도가 낮아 외기 증발기(205)에 성에가 끼면서 작동이 멈추거나 원활하지 못한 상황이 발생하지 않도록 한다.
또한 가열에 의해 그 상태를 유지하는 외기 증발기(205)를 통과하는 제 2냉매는 증발이 잘 된 상태에서 액 분리기(206)를 거친 후 제 2압축기(203)와 제 2열 교환기(106)를 통해 제 1냉매와 열 교환을 최대로 한 후 전자밸브(202)를 거쳐 제 2팽창밸브(204)로 이동하고, 그 후 외기 증발기(205)를 지나 전자밸브(201)를 통과하게 된다.
다음으로 컨트롤러에서 제 2압축기(203)와 제 2열 교환기(106)에 제 3팽창밸브(213)와 냉수 탱크(215)에 연결된 제 3열 교환기(214)로 폐 루프를 형성하여 제 2냉매가 순환하면서 제 3열 교환기(214)에서 흡수한 제 2냉매의 열을 제 2열 교환기(106)를 통해 상기 제 1냉매로 전달하는 냉방 운전을 하게 선택하게 제어할 때 작동하는 과정을, 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
제 2사이클(200)의 전자밸브(201)와 전자밸브(202)는 닫히고, 전자밸브(211)와 전자밸브(212)는 열리면서 제 1사이클(100)과 제 2사이클(200)이 작동한다. 그리고 난방 운전할 때 증발기로 작동하던 외기 증발기(205)를 별도로 작동시킨다.
제 2압축기(203)에서 배출된 제 2냉매는 제 2열 교환기(106)와 전자밸브(212)를 지나 제 3팽창밸브(213)로 이동하고, 그 후 제 3열 교환기(214)를 통해 냉수 탱크(215)의 열을 전달받아 액 분리기(206)를 거쳐 제 2압축기(203)로 유입하게 된다.
여기서, 제 3열 교환기(214)를 순환하도록 설치된 냉수 탱크(215)에 저장된 물은 제 3열 교환기(214)를 통해 열을 전달하고 냉수 탱크(20)로 복귀하면서 저장되는데, 냉수 탱크(20)에 저장되는 냉수는 공조 설비 파이프를 통해 순환하면서 냉방을 하게 된다.
그리고 제 1사이클(100)에서는 제 1압축기(101)에서 배출된 제 1냉매가 제 1열 교환기(102)를 거치고, 여기서 응축되고 남은 열을 제 4열 교환기(104)를 통해 상기 열매체 순환부로 전달한 후 제 1팽창밸브(105)로 이동하므로, 제 1냉매는 제 2열 교환기(106)를 지나면서 제 2사이클(200)의 제 2냉매로부터 열 교환을 최대로 끌어낸 후 제 1압축기(101)로 유입된다.
한편 제 2사이클(200)의 제 2압축기(203)에서 배출된 제 2냉매는 제 2열 교환기(106)를 거칠 때 상기 제 1냉매로 열을 최대한 전달한 후에 전자밸브(212)를 통과하고, 그 후 제 3팽창밸브(213)로 이동하여 제 3열 교환기(214)를 통해 냉수 탱크(215)의 열을 최대로 전달받아 최적의 냉장 상태를 유지하게 하면서 제 2압축기(203)로 유입된다.
여기서 제 1열 교환기(102)를 거치면서 응축되고 남은 제 1냉매 열을 제 4열 교환기(104)와 열매체 순환부를 통해 작동중인 외기 증발기(205)에서 신속하게 외부로 방출시켜, 냉방에 따라 발생되는 열을 온수 탱크(103)로 공급하는데 있어서 만일 온수를 사용하지 않아 온수 탱크(103)로의 열 공급이 되지 않은 경우에도 항상 최적의 난방 상태를 유지하게 할 수 있으며, 제 1사이클(100)의 작동을 멈추지 않아 난방 용량과의 균형을 고려하여 설계한 냉방 용량으로 사용할 수 있어 최적의 설비 이용이 가능하고, 난방 운전에 사용하는 외기 증발기(205)를 최적의 냉방으로 유지하는데 사용하여 전체 구성도 복잡하지 않게 할 수 있다.
이 발명은 상기의 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재되는 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하고, 이러한 변형도 이 발명의 범위 내에 포함된다.
100 : 제 1사이클 101 : 제 1압축기
102 : 제 1열 교환기 103 : 온수 탱크
104 : 제 4열 교환기 105 : 제 1팽창밸브
106 : 제 2열 교환기 111 : 열매체 순환관
112 : 열매체 저장탱크 113 : 열매체 순환펌프
200 : 제 2사이클
201, 202, 211, 212 : 전자밸브 203 : 제 2압축기
204 : 제 2팽창밸브 205 : 외기 증발기
206 : 액 분리기 213 : 제 3팽창밸브
214 : 제 3열 교환기 215 : 냉수 탱크

Claims (3)

  1. 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 1팽창밸브(105) 그리고 제 2열 교환기(106)로 폐 루프를 형성하여 제 1냉매가 순환하면서, 상기 제 2열 교환기(106)에서 흡수한 상기 제 1냉매의 열을 상기 제 1열 교환기(102)를 통해 온수 탱크(103)로 전달하는 제 1사이클(100)과;
    제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에 제 2팽창밸브(204)와 외기 증발기(205)로 폐 루프를 형성하여 제 2냉매가 순환하면서 난방 운전을 하거나, 또는 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에 제 3팽창밸브(213)와 냉수 탱크(215)에 연결된 제 3열 교환기(214)로 폐 루프를 형성하여 제 2냉매가 순환하면서 냉방 운전을 하게 선택할 수 있으며, 선택 제어에 의해 난방 또는 냉방 운전을 할 때 상기 외기 증발기(205) 또는 제 3열 교환기(214)에서 흡수한 상기 제 2냉매의 열을 상기 제 2열 교환기(106)를 통해 상기 제 1냉매로 전달하는 제 2사이클(200);로 이루어지는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 있어서,
    상기 제 1열 교환기(102)와 제 1팽창밸브(105) 사이에 일 측이 연결되는 제 4열 교환기(104)와; 상기 제 4열 교환기(104)의 타 측에 연결되는 열매체 순환부;를 더 포함하고,
    상기 열매체 순환부는, 열매체가 내부에 수용되어 순환하면서 상기 제 4열 교환기(104)를 통해 흡수한 상기 제 1열 교환기(102)에서 응축하고 남은 제 1냉매의 열을, 난방 운전을 할 때에는 상기 외기 증발기(205)를 가열하여 상기 제 2냉매의 증발을 원활하게 하면서 외부 온도가 낮을 때 제상도 함께 하는 한편, 냉방 운전을 할 때에는 상기 외기 증발기(205)를 작동시키고 이를 통해 외부로 신속하게 방출시키는 것을 특징으로 하는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
KR1020120153975A 2012-12-26 2012-12-26 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치 KR101272021B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120153975A KR101272021B1 (ko) 2012-12-26 2012-12-26 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120153975A KR101272021B1 (ko) 2012-12-26 2012-12-26 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130013287A Division KR20140083843A (ko) 2013-02-06 2013-02-06 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 제어방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101272021B1 true KR101272021B1 (ko) 2013-06-07

Family

ID=48866381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120153975A KR101272021B1 (ko) 2012-12-26 2012-12-26 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101272021B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101835786B1 (ko) 2017-05-17 2018-04-19 (주)대호냉각기 공기열-이원사이클 히트펌프 운전시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080097511A (ko) * 2007-05-02 2008-11-06 오원길 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기
KR101204300B1 (ko) * 2011-11-10 2012-11-23 선문대학교 산학협력단 이원 사이클 히트펌프시스템 및 이에 따른 히트펌프시스템의 제상방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080097511A (ko) * 2007-05-02 2008-11-06 오원길 케스케이드 열교환기를 이용한 냉난방기
KR101204300B1 (ko) * 2011-11-10 2012-11-23 선문대학교 산학협력단 이원 사이클 히트펌프시스템 및 이에 따른 히트펌프시스템의 제상방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101835786B1 (ko) 2017-05-17 2018-04-19 (주)대호냉각기 공기열-이원사이클 히트펌프 운전시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5327308B2 (ja) 給湯空調システム
US9217574B2 (en) Hot water supply apparatus associated with heat pump
KR20070028605A (ko) 급탕장치
JP4298990B2 (ja) 二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍装置
CN107110544A (zh) 蓄热式空调机
CN110006165B (zh) 一种兼低温除霜与防高温的保护装置、保护方法及空调器
JP2018132269A (ja) ヒートポンプシステム
KR20140123384A (ko) 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치
JP2013083439A (ja) 給湯空調システム
JP2013083439A5 (ko)
KR20100027353A (ko) 냉장냉동장치
KR101272021B1 (ko) 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치
CN102305496B (zh) 一种风冷热泵机组
KR102329430B1 (ko) 듀얼 응축기를 가지는 하이브리드 흡착식 냉동기 및 이의 구동 방법
KR100945452B1 (ko) 히트펌프장치
KR20140089278A (ko) 공기 수열 복합 열원 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치
KR101649447B1 (ko) 도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템
KR20140089271A (ko) 공기 지열 복합 열원 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치
KR20140067513A (ko) 별도의 제상사이클이 필요없는 히트펌프 시스템
KR20140133375A (ko) 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치
KR20140112928A (ko) 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치
JP5333557B2 (ja) 給湯空調システム
KR100500954B1 (ko) 축열식 히트펌프유닛
KR102329432B1 (ko) 과냉각 연계를 가지는 재생에너지 활용 하이브리드 흡착식 냉동기 및 이의 구동 방법
CN212566000U (zh) 空调余热回收系统及空调系统

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
A107 Divisional application of patent
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee