KR101289831B1 - 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법 - Google Patents

이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법 Download PDF

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Abstract

본발명은 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법에 관한 것으로, 냉매가 서로 다른 것을 사용하는 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 구성되는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수시스템을 동작하는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법에 있어서,
상기 저단 측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉매가 저단측 압축기에서 사방변을 거친 후 이중이원 열교환기의 이원사이클용 열교환기에서 열교환을 하여 열을 전달하고, 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 실외 열교환기에서 열을 획득하여 저단측 어큐물레이터를 거친후 다시 저단측 압축기로 복귀되며,
상기 고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 고단측 압축기에서 압축된냉매가 고온수 열교환기에서 물과 열교환하여 열을 전달하고, 고단측 액체 탱크에 냉매가 모인 후 고단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원 열교환기의 이원사이클용 열교환기에서 열을 흡수 한뒤 고단측 어큐뮬레이터를 거쳐 다시 고단측 압축기로 복귀하되,
상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동시에는, 온수는 이중이원 열교환기(220)로 유입되되 열교환하지 않고, 고온수 열교환기(250)로 유입된 후 열교환되어 열을 받은 후 바로 유출되는 것이며,
상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단 측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 난방모드로 가동될 경우에는, 상기 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉매가 저단측 압축기에서 사방변을 거친 후 이중이원 열교환기의 싱글운전용 온수 열교환기에서 열교환을 하여 열을 전달하고, 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 실외 열교환기에서 열을 획득하여 저단측 어큐물레이터를 거친 후 다시 저단측 압축기로 복귀되며,
온수는 이중이원 열교환기(220)의 싱글운전용 온수 열교환기(222)로 유입되어 열교환되어 열을 받아 예열되며, 다시 고온수 열교환기(250)를 거치되, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않으므로, 열교환 없이 바로 유출되는 것으로,
본발명의 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법은 저압용 냉매를 사용한 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템과 고압용 냉매를 사용한 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템을 병행설치하고 저단측과 고단측을 동시에 운전하거나 또는 저단측만 선택적으로 운전함으로써, 고온의 온수를 저렴한 경비와 안정적으로 생산할 수 있는 현저한 효과가 있다.

Description

이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법{operating method of warm water system of cascade cycle heat pump}
본발명은 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트펌프 온수 시스템에 의한 고온의 온수를 저렴한 경비와 안정적으로 생산할 수 있는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법에 관한 것이다.
종래 심야전력 요금이 낮은 이유로 심야전력을 이용하여 전기보일러 등 축열식 전기기기를 이용하여 전기를 열형태로 저장하여 난방에 이용하고 있다.
그러나 현재 90만호에 달하는 심야전기보일러가 보급되었으며, 이에 따라 오히려 겨울철에 심야에 전기부하가 급증하는 기현상이 나타나게 되었다. 그리고 전체적인 발전용 연료비는 증가된 반면, 전기요금의 인상은 제한되어 전기회사로서는 적자가 누적되는 것이다.
그래서 상기 심야전기보일러를 히트펌프로 대체하려는 동향이 있으며, 상기 히트펌프에 의한 온수공급에 대해서는 종래기술인 등록실용신안공보 등록번호 20-0191303호(공고일자 2000년08월16일)에는 히트펌프 부착형 냉난방 장치에 있어서, 저압상태의 냉매를 압축하여 고압상태로 변화시키는 압축기와, 냉매라인의 응축기에 연결되어 냉매로부터 토출되는 열을 이용하여 물을 가열시키기 위한 온수통, 온수통에 연결되어 온수의 열을 방출시키기 위한 방열기, 온수통을 거친 냉매라인의 증발기에 설치되는 냉수통, 증발기의 팽창밸브 전에 설치되어 냉수통을 가열시키기 위한 과냉각기 및, 온수통과 냉수통에 연결설치되어 온수와 냉각수를 유통시키기 위한 온,냉수유통라인과 각 라인에 설치되는 순환펌프로 이루어진수냉식 히트펌프를 이용한 냉난방장치가 공개되어 있다.
또한, 히트펌프에 복합 열펌프 시스템에 관해서는 종래기술인 공개실용신안공보 공개번호 20-2010-0005734호(공개일자 2010년06월07일)에는 히트펌프 시스템은, 냉매 가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 액상으로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 저압상태의 액상냉매로 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 피 냉각물체와 열 교환에 의하여 냉동효과를 달성하면서 증발하여 저온저압의 기상의 냉매가스를 압축기로 복귀시키는 증발기 및 냉, 난방 절환을 위한 사방변을 포함하여 이루어지는 히트펌프 시스템이 공개되어 있다. 이는 히트펌프 사이클에 의한 냉열축열(빙축열 또는 냉수)의 냉방시스템과 역사이클에 의한 수축열 난방시스템을 결합하여 계절에 따라 냉방 또는 난방을 할 수 있도록 전환가능하게 구성되고, 사계절 급탕 열원을 축열 하여 공급 할 수 있도록 하는 복합 열펌프 시스템을 제공하는 것이다.
그러나 상기와 같은 종래의 심야보일러를 대체할 수 있는 히트펌프 시스템은 모두 동일한 냉매를 사용하므로 열효율이 낮으며, 또한 저압측과 고압측을 선택하여 운전하는 방법이 정확하지 않고, 비효율적인 문제점이 남아 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 종래의 심야보일러를 대체하여 저압용 냉매를 사용한 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템과 고압용 냉매를 사용한 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템을 병행설치하고, 저단측과 고단측을 동시에 운전하거나 또는 저단측만 선택적으로 운전함으로써, 고온의 온수를 저렴한 경비와 안정적으로 생산할 수 있는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법을 제공하고자 하는 것이다.
본발명은 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법에 관한 것으로, 냉매가 서로 다른 것을 사용하는 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 구성되는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수시스템을 동작하는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법에 있어서,
상기 저단 측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉매가 저단측 압축기에서 사방변을 거친 후 이중이원 열교환기의 이원사이클용 열교환기에서 열교환을 하여 열을 전달하고, 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 실외 열교환기에서 열을 획득하여 저단측 어큐물레이터를 거친후 다시 저단측 압축기로 복귀되며,
상기 고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 고단측 압축기에서 압축된 냉매가고온수 열교환기에서 물과 열교환하여 열을 전달하고, 고단측 액체 탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원 열교환기의 이원사이클용 열교환기에서 열을 흡수 한뒤 어큐뮬레이터를 거쳐 다시 고단측 압축기로 복귀하되,
상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동시에는, 상기 온수는 이중이원 열교환기(220)로 유입되되 열교환하지 않고, 고온수 열교환기(250)로 유입된 후 열교환되어 열을 받은 후 바로 유출되는 것이며,
상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 난방모드로 가동될 경우에는,
상기 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단 측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉매가 저단측 압축기에서 사방변을 거친 후 이중이원 열교환기의 싱글운전용 온수 열교환기에서 열교환을 하여 열을 전달하고, 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 실외 열교환기에서 열을 획득하여 저단측 어큐물레이터를 거친후 다시 저단측 압축기로 복귀되며,
온수는 이중이원 열교환기(220)의 싱글운전용 온수 열교환기(222)로 유입되어 열교환되어 열을 받아 예열되며, 다시 고온수 열교환기(250)를 거치되, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않으므로, 열교환 없이 바로 유출되는 것을 특징으로 한다.
따라서 본발명의 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법은 저압용 냉매를 사용한 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템과 고압용 냉매를 사용한 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템을 병행설치하고 저단측과 고단측을 동시에 운전하거나 또는 저단측만 선택적으로 운전함으로써, 고온의 온수를 저렴한 경비와 안정적으로 생산할 수 있는 현저한 효과가 있다.
도 1은 본발명 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템 설명도
도 2는 본발명에서 케스케이드운전 난방 계통도
도 3은 본발명에서 싱글운전 난방 계통도
도 4는 본발명에서 싱글운전 냉방 계통도
도 5는 본발명에서 케스케이드운전 제상 계통도
도 6은 본발명에서 케스케이드운전 난방 온도조건 설명도
도 7은 본발명에서 싱글운전 난방 온도조건 설명도
도 8은 본발명에서 싱글운전 냉방 온도조건 설명도
도 9는 본발명에서 케스케이드운전 제상 온도조건 설명도
본발명은 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법에 관한 것으로, 냉매가 서로 다른 것을 사용하는 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 구성되는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수시스템을 동작하는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법에 있어서,
상기 저단 측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉매가 저단측 압축기에서 사방변을 거친 후 이중이원 열교환기의 이원사이클용 열교환기에서 열교환을 하여 열을 전달하고, 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 실외 열교환기에서 열을 획득하여 저단측 어큐물레이터를 거친후 다시 저단측 압축기로 복귀되며,
상기 고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 고단측 압축기에서 압축된 냉매가 고온수 열교환기에서 물과 열교환하여 열을 전달하고, 고단측 액체 탱크에 냉매가 모인 후 고단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원 열교환기의 이원사이클용 열교환기에서 열을 흡수 한뒤 고단측 어큐뮬레이터를 거쳐 다시 고단측 압축기로 복귀하되,
상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동시에는, 온수는 이중이원 열교환기(220)로 유입되되 열교환하지 않고, 고온수 열교환기(250)로 유입된 후 열교환되어 열을 받은 후 바로 유출되며,
상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 난방모드로 가동될 경우에는,
상기 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉매가 저단측 압축기에서 사방변을 거친 후 이중이원 열교환기의 싱글운전용 온수 열교환기에서 열교환을 하여 열을 전달하고, 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 실외 열교환기에서 열을 획득하여 저단측 어큐물레이터를 거친후 다시 저단측 압축기로 복귀되며,
상기 온수는 이중이원 열교환기(220)의 싱글운전용 온수 열교환기(222)로 유입되어 열교환되어 열을 받아 예열되며, 다시 고온수 열교환기(250)를 거치되, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않으므로, 열교환 없이 바로 유출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 냉방모드로 가동될 경우에는,
상기 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템의 저단측 압축기에서 냉매가 압축되어 사방변을 거친 후 실외열교환기에서 열교환하여 열을 버린 후 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원 열교환기의 싱글 운전용 온수 열교환기에서 열교환되어 냉수를 생산하고,
다시 고온수 열교환기(250)를 거치되, 열교환 없이 바로 유출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 제상모드로 가동될 경우에는,
상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)은 저단측 압축기에서 압축된 냉매가 사방변을 거친 후 실외열교환기의 성애를 녹이고 저단측 액체탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원열교환기의 이원사이클용 열교환기통과한 뒤 저단측 어큐뮬레이터를 거친 후 다시 저단측 압축기로 복귀 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매는 R-410A냉매를 사용하고, 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)의 냉매는 R-134a를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본발명 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템 설명도, 도 2는 본발명에서 케스케이드운전 난방 계통도, 도 3은 본발명에서 싱글운전 난방 계통도, 도 4는 본발명에서 싱글운전 냉방 계통도, 도 5는 본발명에서 케스케이드운전 제상 계통도, 도 6은 본발명에서 케스케이드운전 난방 온도조건 설명도, 도 7은 본발명에서 싱글운전 난방 온도조건 설명도, 도 8은 본발명에서 싱글운전 냉방 온도조건 설명도, 도 9는 본발명에서 케스케이드운전 제상 온도조건 설명도이다.
본발명은 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템에 관한 것으로, 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템에 있어서, 상기 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 나누어지며, 냉매가 서로 다른 것을 사용하되,
상기 저단 측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉매가 저단측 압축기에서 사방변을 거친 후 이중이원 열교환기의 이원사이클용 열교환기에서 열교환을 하여 열을 전달하고, 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 실외 열교환기에서 열을 획득하여 저단측 어큐물레이터를 거친후 다시 저단측 압축기로 복귀되며,
상기 고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 고단측 압축기에서 압축된 냉매가고온수 열교환기에서 물과 열교환하여 열을 전달하고, 고단측 액체 탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원 열교환기의 이원사이클용 열교환기에서 열을 흡수 한뒤 어큐뮬레이터를 거쳐 다시 고단측 압축기로 복귀하되,
상기 이중이원 열교환기(220)는 이원사이클용 열교환기(221) 및 싱글운전용 온수 열교환기(222)두 개로 분리되어 설치되어 있어서, 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동되는 이원냉동 운전때와, 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 가동되는 싱글운전때에 이원사이클용 열교환기(221) 및 싱글운전용 온수 열교환기(222)간에 상호 열교환이 되지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동시에는, 온수는 이중이원 열교환기(220)로 유입되되 열교환하지 않고, 고온수 열교환기(250)로 유입된 후 열교환되어 열을 받은 후 바로 유출되는 것이다.
상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단 측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 난방모드로 가동될 경우에는, 상기 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉매가 저단측 압축기에서 사방변을 거친 후 이중이원 열교환기의 싱글운전용 온수 열교환기에서 열교환을 하여 열을 전달하고, 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 실외 열교환기에서 열을 획득하여 저단측 어큐물레이터를 거친 후 다시 저단측 압축기로 복귀되며,
온수는 이중이원 열교환기(220)의 싱글운전용 온수 열교환기(222)로 유입되어 열교환되어 열을 받아 예열되며, 다시 고온수 열교환기(250)를 거치되, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않으므로, 열교환 없이 바로 유출되는 것이다.
또한, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 냉방모드로 가동될 경우에는,
상기 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템의 저단측 압축기에서 냉매가 압축되어 사방변을 거친 후 실외열교환기에서 열교환하여 열을 버린 후 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원 열교환기의 싱글 운전용 온수 열교환기에서 열교환되어 냉수를 생산하고,
다시 고온수 열교환기(250)를 거치되, 열교환 없이 바로 유출되는 것이다.
또한, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 제상모드로 가동될 경우에는,
상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)은 저단측 압축기에서 압축된 냉매가 사방변을 거친 후 실외열교환기의 성애를 녹이고 저단측 액체탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원열교환기의 이원사이클용 열교환기통과한 뒤 저단측 어큐뮬레이터를 거친 후 다시 저단측 압축기로 복귀 되는 것이다.
또한, 상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매는 R-410A냉매를 사용하고, 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)의 냉매는 R-134a를 사용하는 것이다.
본발명 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 나누어지며, 냉매가 서로 다른 것을 사용한다.
본 발명의 상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)은 저단측 압축기에서 고온 고압의 냉매가스가 사방변을 통과한 후 이중이원 열교환기와 열교환 하여 고압의 냉매 액으로 상변화(phase change) 하면서 온수를 생산하고, 액체 탱크에 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 저온 저압의 액냉매로 변화하여 실외 열교환기에서 저온 저압의 가스 냉매로 변화 후 저단측 어큐물레이터를 거친 후 다시 저단측 압축기로 유입된다.
그리고 상기 고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 고단측 압축기에서 고온 고압의 냉매가스가 고온수 열교환기와 열교환하여 고압의 냉매 액으로 상변화 하면서 고온수를 생산하고, 액체탱크에 모인 후 고단측 전자식 팽창밸브에서 저온 저압의 액냉매로 변화하여 이중 이원 열교환기에서 저온 저압의 가스 냉매로 변화 후 고단측 어큐레이터를 거친 후 다시 고단측 압축기로 유입된다.
본발명의 상기 이중 이원 열교환기(220)는 이원사이클용 열교환기(221) 및 싱글운전용 온수 열교환기(222)두 개로 분리되어 설치되어 있어서, 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동되는 이원냉동 운전때와, 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 가동되는 싱글운전때에 이원사이클용 열교환기(221) 및 싱글운전용 온수 열교환기(222)간에 상호 열교환이 되지 않게 된다.
본발명에서 상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매는 R-410A냉매를 사용하고, 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)의 냉매는 R-134a를 사용한다.
그리고, 본발명에서 상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동시에는, 상기 온수는 이중 이원 열교환기(220)에서는 열교환을 하지 않고, 고온수 열교환기(250)로 유입된 후 열교환되어 열을 받은 후 바로 유출된다.
그리고, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 난방모드로 가동될 경우에는, 상기 온수는 이중이원 열교환기(220)의 싱글 운전용 온수 열교환기(222)로 유입되어 열교환되어 열을 받아 온수를 생산하고, 고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템이 가동되지 않으므로 고온수 열교환기(250)를 거치되, 열교환 없이 바로 유출되게 된다.
본발명의 이원냉동사이클 히트펌프 온수 시스템에 관해 구체적으로 기재하면, 다음과 같다.본발명 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 나누어진다.
그리고 냉매가 서로 다른 것을 특징으로 하는 것으로, 상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매는 R410A냉매를 사용하고, 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)의 냉매는 R134a를 사용한다.
본발명은 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압(단)측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)을 동시에 가동할 수 있고, 난방시 외기온도가 7℃ 이상으로 높고 요구되는 온수의 출수온도가 50℃ 정도로 낮은 경우 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만을 가동할 수도 있다.
먼저, 본발명에서 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템과 고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템이 모두 가동 시에 대하여 설명한다.
본발명의 상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)은 저단측 압축기에서 65℃ 정도의 고온 고압의 냉매가스가 사방변을 통과한 후(싱글 운전용 전자 밸브는 닫히고, 이원냉동용 전자 밸브만 열려) 이원 사이클용 열교환기에서 고단측 냉매 사이클(고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템)과 열교환 하여 22℃ 정도의 고압의 냉매 액으로 상변화(phase change) 하여, 저단측 액체 탱크에 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 -22℃ 정도의 저온 저압의 액냉매로 변화하여 실외 열교환기에서 열교환하여 -17℃ 정도의 저온 저압의 가스 냉매로 변화 한다. 이때 실외측의 온도는 약 -15℃정도이다. 실외 열교환기에서 열교환한 저온 저압의 냉매가스는 저단측 어큐물레이터에서 -7℃정도까지 가열된 후 저단측 압축기로 유입된다. 여기서 저단측 어큐물레이터는 과냉기(액냉매 입장에서 보면), 또는 과열기(가스냉매 입장에서 보면) 역할을 하며, 액냉매를 충분히 응축+과냉 시켜 주고, 가스냉매는 충분히 과열 시켜 주는 역할을 하게 된다. 그리고 저단측 액가스 열교환기(260)는 충분히 과냉된 액냉매의 일부를 팽창 시켜 액냉매를 더욱 과냉 시키고, 가스냉매는 약 12℃ 까지 가열 시켜 저단측 압축기에 넣어 압축되는 가스냉매량을 증가 시켜 난방능력을 극대화하게 한다. 이상이 본발명의 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매 흐름도이다.
그리고 본 발명의 고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템의 냉매 흐름도에 대해 설명하면, 본발명의 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템은 고단측 압축기에서 100℃ 정도의 고온 고압의 냉매가스가 고온수 열교환기에서 물과 열교환하여 70℃ 정도의 고압의 냉매 액으로 상변화(phase change)하여 고단측 액체 탱크에 모인 후 고단측 팽챙밸브에서 12℃정도의 저온 저압의 액 냉매로 변화하여 이원사이클용 열교환기에서 약 17℃정도까지 저온 저압의 가스냉매로 가열된다. 그리고 저온 저압의 가스냉매는 고단측 어큐물레이터를 거쳐 약 17℃정도로 고단측 압축기로 유입된다. 여기서 고단측 어큐물레이터는 이원사이클용 열교환기에서 충분히 증발하지 못한 저온저압의 액 냉매 가스를 걸러 주는 역할을 하게 된다. 그리고, 고단측 액가스 열교환기(270)는 고단측 액체탱크에서 고압의 액냉매의 일부를 팽창시켜 액냉매를 더욱 과냉시키고, 가스냉매는 약 60℃까지 가열 시켜 고단측 압축기에 넣어 압축되는 가스량을 증가 시켜 난방 능력을 극대화 하게 한다.
한편, 본발명은 상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동시에는, 상기 온수는 이중이원 열교환기(220)로 유입되지만 열교환 하지 않고, 고온수 열교환기(250)로 유입된 후 열교환되어 열을 받은 후 바로 유출되게 된다. 이때 온수의 인입온도는 70℃ 정도이며, 고온수 열교환기(250)를 거친 후의 온도는 80℃ 정도로 상승된다.
다음으로, 본 발명에서 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템은 가동되지 않고 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템만 가동될 경우 상기 저단 측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉매가 저단측 압축기에서 사방변을 거친 후 (싱글운전용 전자밸브만 열리고, 이원 냉동용 전자밸브는 닫혀) 이중이원 열교환기의 싱글운전용 온수 열교환기에서 열교환을 하여 열을 전달하고, 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 실외 열교환기에서 열을 획득하여 저단측 어큐물레이터를 거친후 다시 저단측 압축기로 복귀된다.
본 발명에서 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템은 가동되지 않고 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템만 가동될 경우의 온도조건에 대해 설명한다.
본 발명에서 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템은 가동되지 안하고 저단측 냉동 사이클 온수 시스템만 가동될 경우 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 냉매 흐름도는 앞서 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 냉매 흐름도와 동일하나 단지 온도 조건이 다르게 되는 것으로 저단측 압축기에서 90℃정도의 고온고압의 냉매 가스가 사방변을 거친 후 (싱글운전용 전자밸브는 열리고, 이원 냉동용 전자밸브는 닫혀) 싱글운전용 온수 열교환기에서 물과 열교환하여 40℃정도의 고압의 냉매 액으로 상변화(phase change) 하여, 저단측 액체 탱크에 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 -1℃ 정도의 저온 저압의 액냉매로 변화하여 실외 열교환기에서 열교환하여 3℃ 정도의 저온 저압의 가스 냉매로 변화 한다. 이때 실외측의 온도는 약 7℃정도이다. 실외 열교환기에서 열교환한 저온 저압의 냉매가스는 저단측 어큐물레이터에서 15℃정도까지 가열된 후 저단측 압축기로 유입된다. 여기서 저단측 어큐물레이터는 과냉기(액냉매 입장에서 보면), 또는 과열기(가스냉매 입장에서 보면) 역할을 하며, 액냉매를 충분히 응축+과냉 시켜 주고, 가스냉매는 충분히 과열 시켜 주는 역할을 하게 된다. 그리고 저단측 액가스 열교환기(260)는 충분히 과냉된 액냉매의 일부를 팽창 시켜 액냉매를 더욱 과냉 시키고, 가스냉매는 약 25℃ 까지 가열 시켜 저단측 압축기에 넣어 압축되는 가스냉매량을 증가 시켜 난방능력을 극대화하게 한다.
한편, 본발명에서 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 가동될 경우에는, 온수는 싱글운전용 온수 열교환기(222)로 유입되어 열교환되어 열을 받아 예열되며, 다시 온수 열교환기(250)를 거치되, 열교환(열수수) 없이 바로 유출되게 된다. 이때 온수의 인입온도는 40℃ 정도이며, 싱글운전용 열교환기를 거친 후의 온도는 50℃ 정도로 상승된다.
한편, 본발명의 다른 경우로서 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 냉방모드로 가동될 경우에는 상기 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템의 저단측 압축기에서 냉매가 압축되어 사방변을 거친 후 실외열교환기에서 열교환하여 열을 버린 후 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원 열교환기의 싱글 운전용 온수 열교환기에서 열교환되어 냉수를 생산한다. 그리고 다시 고온수 열교환기(250)를 거치되, 열교환 없이 바로 유출되는 것이다.
한편 본발명의 또다른 경우로서 상기 고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 가동되지 않고 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템만 제상모드로 가동될 경우에는, 상기 저단 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 압축기에서 약 50℃고온 고압의 냉매가스가 사방변을 거친후 실외열교환기에서 공기와 열교환하여 실외열교환기에 착상된 성애를 녹이는 기능을 한다. 실외열교환기에서 고압의 냉매 액으로 상변화(phase change)한 냉매는 약 5℃정도로 저단측 액채 탱크에 모인 냉매액은 저단측 전자식 팽창밸브에서 약 -10℃ 저온저압의 냉매 액으로 이원 사이클용 열교환기에서 열교환 없이 저단측 어큐물레이터를 거쳐 -20℃정도로 다시 저단측 압축기로 복귀 하게 된다. 상기50℃의 온수는 이중이원 열교환기로 유입되되, 열교환 없이 바로 유출되며, 다시 고온수 열교환기를 거치되 열교환 없이 바로 50℃온수 그대로 유출되게 된다.
본발명의 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법은 저압용 냉매를 사용한 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템과 고압용 냉매를 사용한 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템을 병행설치하고 저단측과 고단측을 동시에 운전하거나 또는 저단측만 선택적으로 운전함으로써, 고온의 온수를 저렴한 경비와 안정적으로 생산할 수 있는 현저한 효과가 있다.
221 : 이원 사이클용 열교환기
222 : 싱글 운전용 온수 열교환기
113, 213 : 모세관 114, 214 : 냉매필터
115, 215 : 압력센서 116, 216 : 온도센서
117 : 저단측 전자식 팽창밸브 217 : 고단측 전자식 팽창밸브
118 :저단측 액가스 팽창밸브 218:고단측 액가스 팽창밸브
121 : 이원냉동용 전자밸브
122 : 싱글운전용 전자밸브
100 : 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템
110 : 저단측 액체탱크 120 : 실외 열교환기
130 : 사방변 140 : 저단측 어큐물레이터
150 : 저단측 압축기
200 : 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템
210 : 고단측 액체탱크 220 : 이중 이원 열교환기
230 : 고단측 어큐물레이터 240 : 고단측 압축기
250 : 고온수 열교환기
260 : 저단측 액가스 열교환기(Vapor Injection)
270 : 고단측 액가스 열교환기(Vapor Injection)

Claims (4)

  1. 냉매가 서로 다른 것을 사용하는 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 구성되는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수시스템을 동작하는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법에 있어서,
    상기 저단 측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉매가 저단측 압축기에서 사방변을 거친 후 이중이원 열교환기의 이원사이클용 열교환기에서 열교환을 하여 열을 전달하고, 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 실외 열교환기에서 열을 획득하여 저단측 어큐물레이터를 거친 후 다시 저단측 압축기로 복귀되며,
    상기 고단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 고단측 압축기에서 압축된 냉매가 고온수 열교환기에서 물과 열교환하여 열을 전달하고, 고단측 액체 탱크에 냉매가 모인 후 고단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원 열교환기의 이원사이클용 열교환기에서 열을 흡수 한뒤 고단측 어큐뮬레이터를 거쳐 다시 고단측 압축기로 복귀하되,
    상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동시에는, 온수는 이중이원 열교환기(220)로 유입되되 열교환하지 않고, 고온수 열교환기(250)로 유입된 후 열교환되어 열을 받은 후 바로 유출되는 것이며,
    상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단 측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 난방모드로 가동될 경우에는,
    상기 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템은 저단측 냉매가 저단측 압축기에서 사방변을 거친 후 이중이원 열교환기의 싱글운전용 온수 열교환기에서 열교환을 하여 열을 전달하고, 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 실외 열교환기에서 열을 획득하여 저단측 어큐물레이터를 거친 후 다시 저단측 압축기로 복귀되며,
    온수는 이중이원 열교환기(220)의 싱글운전용 온수 열교환기(222)로 유입되어 열교환되어 열을 받아 예열되며, 다시 고온수 열교환기(250)를 거치되, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않으므로, 열교환 없이 바로 유출되는 것을 특징으로 하는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법
  2. 제1항에 있어서, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 냉방모드로 가동될 경우에는,
    상기 저단측 냉동사이클 히트펌프 온수 시스템의 저단측 압축기에서 냉매가 압축되어 사방변을 거친 후 실외열교환기에서 열교환하여 열을 버린 후 저단측 액채탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원 열교환기의 싱글 운전용 온수 열교환기에서 열교환되어 냉수를 생산하고,
    다시 고온수 열교환기(250)를 거치되, 열교환 없이 바로 유출되는 것을 특징으로 하는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법
  3. 제1항에 있어서, 상기 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 제상모드로 가동될 경우에는,
    상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)은 저단측 압축기에서 압축된 냉매가 사방변을 거친 후 실외열교환기의 성애를 녹이고 저단측 액체탱크에 냉매가 모인 후 저단측 전자식 팽창밸브에서 팽창하여 이중이원열교환기의 이원사이클용 열교환기통과한 뒤 저단측 어큐뮬레이터를 거친 후 다시 저단측 압축기로 복귀 되는 것을 특징으로 하는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법
  4. 제1항에 있어서, 상기 저단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매는 R-410A냉매를 사용하고, 고단측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)의 냉매는 R-134a를 사용하는 것을 특징으로 하는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템의 동작방법
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