KR101325887B1 - 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템 - Google Patents

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Abstract

본발명은 이원냉동 사이클 히트펌프 온수시스템에 관한 것으로, 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템에 있어서, 상기 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템은 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 나누어지며, 냉매가 서로 다른 것으로, 본발명은 저압용 냉매를 사용한 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템과 고압용 냉매를 사용한 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템을 병행설치하고 저압측과 고압측을 동시에 운전하거나 또는 저압측만 선택적으로 운전함으로써, 고온의 온수를 저렴한 경비와 안정적으로 생산할 수 있는 현저한 효과가 있다.

Description

이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템{warm water system of cascade cycle heat pump}
본발명은 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트펌프 온수 시스템에 의한 고온의 온수를 저렴한 경비와 안정적으로 생산할 수 있는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수시스템에 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 이루어진 수냉식 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 냉매 가스를 압축기로 복귀시키는 증발기 및 냉, 난방 절환을 위한 사방변을 포함하여 이루어지는 히트펌프 시스템이 공개되어 있다. 이는 히트펌프 사이클에 의한 냉열 축열(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.
따라서 본발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 종래의 심야보일러를 대체하여 저압용 냉매를 사용한 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템과 고압용 냉매를 사용한 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템을 병행설치하고, 저압측과 고압측을 동시에 운전하거나 또는 저압측만 선택적으로 운전함으로써, 고온의 온수를 저렴한 경비와 안정적으로 생산할 수 있는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본발명은 이원냉동 사이클 히트펌프 온수시스템에 관한 것으로, 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템에 있어서, 상기 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템은 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 나누어지며, 냉매가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
따라서 본발명은 저압용 냉매를 사용한 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템과 고압용 냉매를 사용한 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템을 병행설치하고 저압측과 고압측을 동시에 운전하거나 또는 저압측만 선택적으로 운전함으로써, 고온의 온수를 저렴한 경비와 안정적으로 생산할 수 있는 현저한 효과가 있다.
도 1은 본발명 이원냉동 사이클 히트펌프 온수시스템 계통도
도 2는 본발명 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템이 모두 가동시의 계통도 및 온수 흐름도
도 3은 본발명 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템만 가동시의 계통도 및 온수 흐름도
본발명은 이원냉동 사이클 히트펌프 온수시스템에 관한 것으로, 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템에 있어서, 상기 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템은 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 나누어지며, 냉매가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)은 저압측 액체탱크(110)의 냉매가 저압측 열교환기(120)에서 외부공기와 열을 교환하여 예열된 뒤, 사방변(130)과 어큐물레이터(140)를 거친 후 저압압축기(150)로 유입되어 압축되며, 저압압축기(150)에서 압축된 냉매는 사방변(130)을 다시 거친 후 고압측 열교환기(220)에서 열을 교환하여 열을 전달하고 냉각된 뒤, 저압측 액체탱크(110)로 다시 복귀되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 고압측 액체탱크(210)의 냉매가 고압측 열교환기(220)에서 열을 흡수한 뒤 어큐물레이터(230)를 거쳐 고압압축기(240)로 유입되며, 상기 고압압축기(240)에 압축된 냉매는 온수 열교환기(250)에서 열을 교환하여 열을 전달하고 냉각된 뒤 다시 고압측 액체탱크(210)로 복귀하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동시에는, 상기 온수는 고압측 열교환기(220)로 유입되지 않고, 온수 열교환기(250)로 유입된 후 열교환되어 열을 받은 후 바로 유출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 가동될 경우에는, 상기 온수는 고압측 열교환기(220)로 유입되어 1차 열교환되어 열을 받아 예열되며, 다시 온수 열교환기(250)를 거치되, 열교환 없이 바로 유출되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매는 R410A냉매를 사용하고, 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)의 냉매는 R134a를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.도 1은 본발명 이원냉동 사이클 히트펌프 온수시스템 계통도, 도 2는 본발명 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템이 모두 가동시의 계통도 및 온수 흐름도, 도 3은 본발명 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템만 가동시의 계통도 및 온수 흐름도이다.
본발명은 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템에 있어서, 상기 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템은 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 나누어진다.
그리고 냉매가 서로 다른 것을 특징으로 하는 것으로, 상기 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매는 R410A냉매를 사용하고, 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)의 냉매는 R134a를 사용한다.
본발명은 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)을 동시에 가동할 수 있고, 난방시 외기온도가 7℃ 이상으로 높고 요구되는 온수의 출수온도가 50℃ 정도로 낮은 경우 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만을 가동할 수도 있다.
먼저, 본발명에서 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)에 대해 설명한다.
또한, 본발명의 상기 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)은 히팅사이클이라고 통칭되는 것으로, 저압측 액체탱크(110)의 냉매가 저압탱크에서 액체 상태로 토출되며, 토출된 냉매는 팽창밸브(EEV)에서 감압된 후, 저압측 열교환기(120)에서 외부공기와 열을 교환하여 예열된다. 그리고 열을 받아 완전가스에 가까운 가스 상태가 된다. 이때의 온도는 -16℃ 정도가 된다.
한편 저압측 액체탱크(110)에서 토출된 냉매가 체크밸브 1쪽으로 흐르지 않고 체크밸브 2쪽으로 흘러 저압측 열교환기(120)로 인입될 수 있는 이유는 체크밸브 1에는 냉매 쪽 압력이 낮고(LAW), 냉매 반대쪽이 압력이 높은(HIGH) 때문이다.
상기와 같이 저압측 열교환기(120)에서 열을 받아 완전가스에 가까운 가스 상태의 냉매는 사방변(130)과 어큐물레이터(140)를 거친 후 저압압축기(150)로 유입되어 압축된다. 어큐물레이터(140)에서의 온도는 -13℃ 정도이나 가스 상태이며, 저압압축기를 거치며 온도는 60℃ 정도로 상승한다.
그리고 상기 저압압축기(150)에서 압축된 냉매는 사방변(130)을 다시 거친 후 고압측 열교환기(220)에서 열을 교환하여 열을 전달하고 27℃ 정도까지 냉각된 뒤, 액상으로 되며, 액화된 냉매는 다시 어큐물레이터를 거치게 되며 어큐물레이터를 거친 후의 온도는 24℃ 정도이며, 저압측 액체탱크(110)로 다시 복귀된다. 이상이 본발명의 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매 흐름도이다.
그리고 본발명의 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)의 냉매 흐름도에 대해 설명하면, 본발명의 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 고압측 액체탱크(210)의 냉매가 고압측 열교환기(220)에서 열을 흡수한 뒤, 어큐물레이터(230)를 거쳐 고압압축기(240)로 유입되며, 상기 고압압축기(240)에 압축된 냉매는 온수 열교환기(250)에서 열을 교환하여 열을 전달하고 냉각된 뒤 다시 고압측 액체탱크(210)로 복귀하는 것이다.
이때 고압측 압축기 입구에서의 냉매 온도는 15℃ 정도이며, 고압압축기를 거치면서 100℃ 이상으로 온도가 올라간 기체냉매가 온수 열교환기에서 열교환된 후의 냉매 온도는 70~80℃ 정도로 떨어지며, 고압측 액체탱크(210)로 인입된다.
한편, 본발명은 상기 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동시에는, 상기 온수는 고압측 열교환기(220)로 유입되지 않고, 온수 열교환기(250)로 유입된 후 열교환되어 열을 받은 후 바로 유출되게 된다. 이때 온수의 인입온도는 70℃ 정도이며, 온수 열교환기(250)를 거친 후의 온도는 80℃ 정도로 상승된다.
다음으로, 본발명에서 상기 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 가동될 경우의 온도조건에 대해 설명한다. 본발명에서 상기 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 가동될 경우 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매 흐름도는 앞서 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 동시에 가동될 경우의 압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매 흐름도와 동일하다.
단지 온도조건이 다르게 되는 것으로, 저압측 액체탱크(110)의 토출 온도는 2℃ 정도이다. 그리고 저압측 열교환기(120)를 통과하며 열을 받은 뒤의 온도는 6℃ 정도이다. 어큐물레이터(140)에서의 온도는 6℃ 정도이며, 저압압축기를 거치며 온도는 90℃로 상승한다. 상기 저압압축기(150)에서 압축된 냉매는 사방변(130)을 다시 거친 후 고압측 열교환기(220)에서 열을 교환하여 열을 전달하되, 50℃ 정도까지 냉각되며 액화된다. 액화된 냉매는 다시 어큐물레이터를 거치게 되며 어큐물레이터를 거친 후의 온도는 45℃ 정도이며, 저압측 액체탱크(110)로 다시 복귀된다. 이상이 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)만 가동될 경우의 본발명의 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매 흐름도이다.
한편, 본발명에서 상기 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 가동될 경우에는, 온수는 고압측 열교환기(220)로 유입되어 1차 열교환되어 열을 받아 예열되며, 다시 온수 열교환기(250)를 거치되, 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않으므로 열교환(열수수) 없이 바로 유출되게 된다. 이때 온수의 인입온도는 40℃ 정도이며, 온수 열교환기(250)를 거친 후의 온도는 50℃ 정도로 상승된다.
따라서 본발명은 저압용 냉매를 사용한 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템과 고압용 냉매를 사용한 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템을 병행설치하고 저압측과 고압측을 동시에 운전하거나 또는 저압측만 선택적으로 운전함으로써, 고온의 온수를 저렴한 경비와 안정적으로 생산할 수 있는 현저한 효과가 있다.
100 : 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템
110 : 저압측 액체탱크 120 : 저압측 열교환기
130 : 사방변 140 : 어큐물레이터
150 : 저압압축기 111 : 체크밸브 1
112 : 체크밸브 2
200 : 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템
210 : 고압측 액체탱크 220 : 고압측 열교환기
230 : 어큐물레이터 240 : 고압압축기
250 : 온수 열교환기

Claims (6)

  1. 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)으로 나누어지며, 냉매가 서로 다른 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템에 있어서,
    상기 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)은 저압측 액체탱크(110)의 냉매가 저압측 열교환기(120)에서 외부공기와 열을 교환하여 예열된 뒤, 사방변(130)과 어큐물레이터(140)를 거친 후 저압압축기(150)로 유입되어 압축되며, 저압압축기(150)에서 압축된 냉매는 사방변(130)을 다시 거친 후 고압측 열교환기(220)에서 열을 교환하여 열을 전달하고 냉각된 뒤, 저압측 액체탱크(110)로 다시 복귀되는 것이며,
    상기 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 고압측 액체탱크(210)의 냉매가 고압측 열교환기(220)에서 열을 흡수한 뒤 어큐물레이터(230)를 거쳐 고압압축기(240)로 유입되며, 상기 고압압축기(240)에 압축된 냉매는 온수 열교환기(250)에서 열을 교환하여 열을 전달하고 냉각된 뒤 다시 고압측 액체탱크(210)로 복귀하는 것으로,
    상기 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)과 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)이 모두 가동시에는, 상기 온수는 온수 열교환기(250)로 유입된 후 열교환되어 열을 받은 후 바로 유출되는 것이며,
    상기 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않고 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)만 가동될 경우에는, 상기 온수는 고압측 열교환기(220)로 유입되어 1차 열교환되어 열을 받아 예열되며, 다시 온수 열교환기(250)를 거치되, 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)은 가동되지 않으므로 열교환 없이 바로 유출되는 것을 특징으로 하는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 저압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(100)의 냉매는 R410A냉매를 사용하고, 고압측 냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템(200)의 냉매는 R134a를 사용하는 것을 특징으로 하는 이원냉동 사이클 히트펌프 온수 시스템
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