KR101327073B1 - Cascade heat pump system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 캐스케이드 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신재생에너지 및 실내난방에 이용된 난방수를 열원으로 이용하여 제1냉매시스템의 작동 불능시에도 안정적인 온수 공급을 계속 할 수 있고 히트펌프의 난방효율이 향상되는 캐스케이드 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cascade heat pump system, and more particularly, by using renewable energy and heating water used for indoor heating as a heat source, stable hot water supply can be continued even when the first refrigerant system is inoperable, and the heat pump The present invention relates to a cascade heat pump system in which the heating efficiency of the apparatus is improved.
종래의 공기를 열원으로 이용하는 히트펌프 시스템은 동계 운전시 열원의 온도가 저하되면 증발압력 저하와 함께 과도한 압축비로 운전되어 압축기의 운전효율이 감소되며, 이는 히트펌프의 전체적인 성능 저하를 초래하였다.In a conventional heat pump system using air as a heat source, when the temperature of a heat source decreases during winter operation, the heat pump system is operated at an excessive compression ratio together with a decrease in evaporation pressure, thereby reducing the operating efficiency of the compressor, which causes a decrease in the overall performance of the heat pump.
그리고, 증발압력이 저하되면 압축기 토출구 냉매온도가 과도하게 상승할 우려가 있어 시스템의 안전에도 안좋은 영향을 끼칠 수 있다.In addition, if the evaporation pressure is lowered, the compressor outlet refrigerant temperature may be excessively increased, which may adversely affect the safety of the system.
또, 냉매 시스템이 난방모드로 운전되는 중에 제상이 요구되는 경우에는 제상을 위하여 냉매 시스템이 냉방 모드로 운전되므로, 냉매 시스템이 제상모드로 운전되는 경우에는 실내난방을 수행할 수 없는 문제가 있다.In addition, when defrosting is required while the refrigerant system is operating in the heating mode, the refrigerant system is operated in the cooling mode for defrosting. Therefore, when the refrigerant system is operating in the defrost mode, indoor heating cannot be performed.
이와 관련한 선행기술로서 국내공개특허 제10-2011-0066780호(냉매 시스템 연동 물 순환 시스템, 2011.06.17. 공개)가 있다.As a related art, there is a Korean Patent Publication No. 10-2011-0066780 (Refrigerant system interlocking water circulation system, published on June 17, 2011).
본 발명은 히트펌프의 운전성능이 향상되고 외기 온도 및 냉매 시스템의 운전모드에 상관 없이 고온의 난방수를 취수할 수 있는 캐스케이드 히트펌프 시스템을 제공하는데 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a cascade heat pump system capable of improving the operating performance of a heat pump and taking in high temperature heating water regardless of an outdoor temperature and an operation mode of a refrigerant system.
그리고, 본 발명은 도로의 열, 지열 및 태양열 등과 같은 신재생에너지를 이용함으로써 히트펌프의 운전성능을 향상시키는데 목적이 있다.In addition, the present invention has an object to improve the driving performance of the heat pump by using renewable energy, such as heat, geothermal and solar heat of the road.
또한, 난방축열조 내에서 난방수가 온도에 따라 층을 형성하도록 함으로서 히트펌프의 초기 작동시 상기 난방축열조에 유입되는 0 초과 30℃ 이하의 저온수에 의한 난방축열조의 성능저하에 대비할 수 있는 캐스케이드 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the cascade heat pump that can be prepared in the heating heat storage tank by forming a layer according to the temperature according to the temperature to prepare for the performance degradation of the heating heat storage tank by the low temperature water of more than 0 30 ℃ or less flowing into the heating heat storage tank during the initial operation of the heat pump. It is an object to provide a system.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,In order to solve the above problems,
본 발명은 제1냉매의 순환사이클이 형성되고, 외부의 온도를 감지하는 제1온도센서가 구비되며, 상기 제1냉매와 공기가 열교환되도록 하는 제1냉매시스템과, 제2냉매의 순환사이클이 형성되고, 상기 제2냉매와 열매체가 열교환되도록 하는 제2냉매시스템과, 상기 제1냉매 및 제2냉매와 열교환되는 축열수단이 구비되고 상기 축열수단의 온도를 감지하는 제2온도센서가 설치되는 중간축열조와, 상기 열매체의 순환사이클이 형성되어 상기 열매체가 급수 및 난방수와 열교환되도록 하는 열매체 순환유닛과, 상기 난방수가 저장되는 난방축열조와, 상기 난방수가 상기 난방축열조와 중간축열조 사이를 유동할 수 있는 순환사이클을 형성하는 난방수 순환유닛과, 및 상기 난방수 순환유닛에서 유동되는 난방수가 신재생에너지와 열교환되도록 하는 보조시스템을 포함하며, 상기 중간축열조에 축열이 요구되면 상기 제1냉매시스템에 의해 상기 제1냉매를 목표온도까지 승온이 가능한지를 판단하여 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능하면 상기 축열수단은 상기 제1냉매로부터 열을 흡수하고, 상기 제1냉매시스템에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능하면 상기 축열수단은 상기 난방수 순환유닛의 난방수로부터 열을 흡수한다.According to the present invention, a circulation cycle of a first refrigerant is formed, and a first temperature sensor for sensing an external temperature is provided, and a first refrigerant system for exchanging air with the first refrigerant and a circulation cycle of a second refrigerant are provided. And a second refrigerant system for exchanging the second refrigerant and the heat medium, and heat storage means for exchanging heat with the first refrigerant and the second refrigerant, and a second temperature sensor for sensing a temperature of the heat storage means. An intermediate heat storage tank, a heat medium circulation unit in which a circulation cycle of the heat medium is formed so that the heat medium exchanges heat with water supply and heating water, a heating heat storage tank in which the heating water is stored, and the heating water flows between the heating heat storage tank and the intermediate heat storage tank. A heating water circulation unit for forming a circulation cycle, and an auxiliary system for allowing the heating water flowing in the heating water circulation unit to exchange heat with renewable energy And a heat storage means for the intermediate heat storage tank, and determining whether the temperature of the first refrigerant can be raised to a target temperature by the first refrigerant system. The heat storage means absorbs heat from the heating water of the heating water circulation unit when the heat is absorbed from the first refrigerant and the temperature is not increased to the target temperature of the first refrigerant by the first refrigerant system.
상기 제1온도센서에 의해 감지되는 외기 온도가 제1기준온도 이하인 경우에는 상기 제1냉매시스템에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능한 것으로 판단하며, 상기 제1기준온도는 2℃ 이하인 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 제1냉매시스템이 제상모드일 경우에도 상기 제1냉매시스템에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능한 것으로 판단한다.When the outside air temperature detected by the first temperature sensor is equal to or less than a first reference temperature, it is determined that the temperature rise is impossible by the first refrigerant system to a target temperature of the first refrigerant, and the first reference temperature is 2 ° C. or less. It is characterized by. In addition, even when the first refrigerant system is in the defrost mode, it is determined that the temperature rise up to a target temperature of the first refrigerant is impossible by the first refrigerant system.
상기 신재생에너지는 태양열, 도로열 및 지열 중 선택되는 하나이다.The renewable energy is one selected from solar heat, road heat and geothermal heat.
상기 중간축열조는, 상기 중간축열조의 외부를 감싸도록 설치되는 외부케이스와, 상기 외부케이스의 상부에서 상기 난방수 순환유닛과 연결되어 난방수가 공급되는 유입관과, 상기 외부케이스의 하부에서 상기 난방수 순환유닛과 연결되어 상기 유입관으로 공급되는 난방수가 배출되는 유출관 및 상기 외부케이스의 내부에서 상기 외부케이스와 중간축열조 사이에 구비되며, 상기 유입관으로 공급되는 난방수가 통과할 수 있는 통공이 형성되어 서로 이격되는 복수의 층으로 설치되는 디퓨져가 구비된다.The intermediate heat storage tank includes an outer case installed to surround the outside of the intermediate heat storage tank, an inlet pipe connected to the heating water circulation unit at an upper portion of the outer case, and supplying heating water, and the heating water at a lower portion of the outer case. It is connected between the circulation unit and the outlet pipe for discharging the heating water supplied to the inlet pipe is provided between the outer case and the intermediate heat storage tank in the interior of the outer case, the through-hole through which the heating water supplied to the inlet pipe can pass is formed And a diffuser installed in a plurality of layers spaced apart from each other.
상기 난방축열조는, 제2기준온도 이상의 난방수가 저장되는 고온조와, 상기 고온조와 격리되어 제2기준온도 미만의 난방수가 저장되는 저온조 및 상기 고온조와 저온조 사이에 구비되어 상기 저온조의 난방수가 제2기준온도 이상으로 가열되면 상기 저온조의 난방수를 고온조로 유동 되도록 하는 바이패스밸브가 구비된다.The heating heat storage tank is provided between a high temperature tank in which heating water of a second reference temperature or more is stored, a low temperature tank in which heating water stored below a second reference temperature is stored in isolation from the high temperature tank, and between the high temperature tank and a low temperature tank of the heating water of the low temperature tank. When the heating is higher than the two reference temperature is provided a bypass valve for flowing the heating water of the low temperature tank to the high temperature tank.
상기 제2기준온도는 20 내지 40℃ 이내이다.The second reference temperature is within 20 to 40 ℃.
상기 열매체 순환유닛은,상기 제2냉매시스템에서 열교환된 열매체가 상기 고온조의 난방수와 열교환 된 후 상기 제2냉매시스템으로 재공급되도록 순환시키는 제1난방축열 순환유닛 및 상기 제1난방축열 순환유닛에서 분기되어 상기 고온조를 통과한 열매체가 상기 저온조로 공급된 후 상기 제2냉매시스템으로 재공급되도록 순환시키는 제2난방축열 순환유닛이 구비된다.The heat medium circulation unit includes: a first heating heat storage circulation unit and the first heating heat storage circulation unit configured to circulate the heat medium heat-exchanged in the second refrigerant system to be resupplyed to the second refrigerant system after heat exchange with the heating water of the high temperature tank. There is provided a second heating heat storage circulation unit for circulating so that the heat medium branched from and passed through the high temperature tank is supplied to the low temperature tank and resupplyed to the second refrigerant system.
상기 중간축열조는, 상기 제1냉매시스템에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능한 경우 상기 제1냉매시스템에 대하여는 응축기로 작용하고, 상기 제2냉매시스템에 대하여는 증발기로 작용한다.The intermediate heat storage tank acts as a condenser for the first refrigerant system, and acts as an evaporator for the second refrigerant system when the temperature rises to the target temperature of the first refrigerant by the first refrigerant system.
상기 보조시스템이 정상적으로 작동될 수 없고 상기 열매체에 의해 난방축열조에 축열이 이루어져 상기 난방수로 실내 난방을 수행할 때, 상기 보조시스템에서 배출되는 난방수의 온도보다 실내 난방 후 상기 난방축열조로 재공급되는 난방수의 온도가 높은 경우에는 상기 난방축열조로 재공급 되는 난방수를 난방수 순환유닛을 통하여 상기 중간축열조로 공급하여 상기 난방수와 축열수단이 열교환 되도록 한다.When the auxiliary system is not able to operate normally and heat is generated in the heating storage tank by the heating medium to perform indoor heating with the heating water, the heating is resupplyed to the heating storage tank after heating the room more than the temperature of the heating water discharged from the auxiliary system. When the temperature of the heating water is high, the heating water re-supplied to the heating heat storage tank is supplied to the intermediate heat storage tank through a heating water circulation unit to exchange heat between the heating water and the heat storage means.
상기 축열수단과 열교환 후 중간축열조에서 배출되는 난방수는 상기 저온조의 난방수와 온도를 비교하여 중간축열조에서 배출되는 난방수의 온도가 높은 경우에는 상기 고온조로 공급되고, 온도가 동일하거나 상기 중간축열조에서 배출되는 난방수의 온도가 낮은 경우에는 상기 저온조로 공급된다.The heating water discharged from the intermediate heat storage tank after the heat storage means and the heat exchanger is supplied to the high temperature bath when the temperature of the heating water discharged from the intermediate heat storage tank is high compared with the heating water of the low temperature tank, and the temperature is the same or the intermediate heat storage tank. When the temperature of the heating water discharged from the low is supplied to the low temperature bath.
상기 캐스케이드 히트펌프 시스템은, 상기 열매체 순환유닛에 연결되어 상기 열매체와 열교환되는 상기 급수가 저장되는 급탕조가 구비된다.The cascade heat pump system is connected to the heat medium circulation unit is provided with a hot water tank for storing the water supply heat exchanged with the heat medium.
상기 제1냉매는 R410a 이고, 상기 제2냉매는 R134a를 이용한다.The first refrigerant is R410a, and the second refrigerant is R134a.
상기와 같은 과제 해결 수단에 의해,By the above-mentioned problem solving means,
본 발명은 히트펌프의 초기 난방수 공급시 난방축열조에 유입되는 저온의 난방수로 인한 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of preventing the decrease in efficiency due to the low-temperature heating water flowing into the heating heat storage tank when the initial heating water supply of the heat pump.
본 발명은 신재생에너지를 이용하여 중간축열조의 축열수단에 열원을 제공함으로써 제1냉매시스템이 고장나거나, 또는 제상모드로 운전되고 있는 경우에도 고온의 온수를 제공할 수 있는 효과가 있다.The present invention provides the heat source to the heat storage means of the intermediate heat storage tank by using the renewable energy, thereby providing hot water at a high temperature even when the first refrigerant system is broken or operated in the defrost mode.
도 1은 본 발명에 따른 캐스케이드 히트펌프 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 캐스케이드 히트펌프 시스템이 난방수를 제공하는 운전 방법을 설명하는 순서도.
도 3은 제1냉매시스템이 작동불능 또는 제상모드로 운전될 시 난방수를 제공하는 운전방법을 설명하는 순서도.
도 4는 도 3과 같은 경우 난방수를 이용하여 중간축열조에 축열을 수행하는 운전방법을 설명하는 순서도.
도 5는 도 4의 난방수가 중간축열조에 축열을 수행한 후 난방축열조로 환수되는 방법을 설명하는 순서도.
도 6은 본 발명의 중간축열조를 도시한 도면.1 shows schematically a cascade heat pump system according to the invention;
2 is a flow chart illustrating a method of operating the cascade heat pump system of the present invention to provide heating water.
3 is a flow chart illustrating an operation method for providing heating water when the first refrigerant system is operated in an inoperable or defrost mode.
Figure 4 is a flow chart illustrating an operation method for performing the heat storage in the intermediate heat storage tank using the heating water in the same case as in FIG.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method in which the heating water of FIG. 4 is returned to a heating heat storage tank after performing heat storage in the intermediate heat storage tank. FIG.
6 is a view showing an intermediate heat storage tank of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 캐스케이드 히트펌프 시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a cascade heat pump system according to the present invention will be described.
도 1은 본 발명에 따른 캐스케이드 히트펌프 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 캐스케이드 히트펌프 시스템이 난방수를 제공하는 운전 방법을 설명하는 순서도이며, 도 3은 제1냉매시스템이 작동불능 또는 제상모드로 운전될 시 난방수를 제공하는 운전방법을 설명하는 순서도이고, 도 4는 도 3과 같은 경우 난방수를 이용하여 중간축열조에 축열을 수행하는 운전방법을 설명하는 순서도이며, 도 5는 도 4의 난방수가 중간축열조에 축열을 수행한 후 난방축열조로 환수되는 방법을 설명하는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 중간축열조를 도시한 도면이다.
1 is a view schematically showing a cascade heat pump system according to the present invention, Figure 2 is a flow chart illustrating an operation method for providing a heating water cascade heat pump system of the present invention, Figure 3 is a first refrigerant system FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation method of providing heating water when operated in the inoperable or defrosting mode, and FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation method of performing heat storage in an intermediate heat storage tank using heating water in the case of FIG. 3. 5 is a flowchart illustrating a method of returning the heating water to the heating heat storage tank after performing the heat storage in the intermediate heat storage tank, and FIG. 6 is a view showing the middle heat storage tank of the present invention.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 캐스케이드 히트펌프를 설명하면, 제1냉매의 순환사이클이 형성되고, 외부의 온도를 감지하는 제1온도센서(미도시)가 구비되며, 상기 제1냉매와 공기가 열교환되도록 하는 제1냉매시스템(10)과, 제2냉매의 순환사이클이 형성되고, 상기 제2냉매와 열매체가 열교환되도록 하는 제2냉매시스템(20)과, 상기 제1냉매 및 제2냉매와 열교환되는 축열수단이 구비되고 상기 축열수단의 온도를 감지하는 제2온도센서(미도시)가 설치되는 중간축열조(30)와, 상기 열매체의 순환사이클이 형성되어 상기 열매체가 급수 및 난방수와 열교환되도록 하는 열매체 순환유닛(40)과, 상기 난방수가 저장되는 난방축열조(50)와, 상기 난방수가 상기 난방축열조(50)와 중간축열조(30) 사이를 유동할 수 있는 순환사이클을 형성하는 난방수 순환유닛(60) 및 상기 난방수 순환유닛(60)에서 유동되는 난방수가 신재생에너지와 열교환되도록 하는 보조시스템(70)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a cascade heat pump according to an exemplary embodiment of the present invention includes a circulation cycle of a first refrigerant, and is provided with a first temperature sensor (not shown) for sensing an external temperature, wherein the first refrigerant and air are provided. The
상기 제1냉매시스템(10)은 압축기와 응축기 및 증발기가 구비되는 것으로써, 상기 제1냉매시스템(10)이 난방모드로 운전 시 상기 제1냉매가 압축기에서 압축되어 온도가 상승되고, 이는 상기 중간축열조(30)에서 응축과정을 거치면서 상기 축열수단과 열교환되어 열원으로써 작용하게 되고, 다시 증발기를 거쳐 압축기로 다시 유입되는 제1냉매의 순환사이클이 형성된다.The
상기 제2냉매시스템(20)은 상기 제1냉매시스템(10)과 마찬가지로, 압축기와 응축기 및 증발기가 구비되며, 상기 제2냉매가 이들을 거치는 순환사이클이 형성된다.Like the
본 발명에서 상기 제1냉매시스템(10) 및 제2냉매시스템(20)의 압축기, 응축기 및 증발기는 공지된 것으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.In the present invention, the compressor, the condenser and the evaporator of the
본 발명에서 상기 제1냉매는 R410a를 이용하였고, 제2냉매는 R134a를 이용하였고, 상기 제2냉매로써 HFC-1234yf 또는 HFC1234ze를 이용하여도 무방하다.In the present invention, the first refrigerant is used R410a, the second refrigerant is used R134a, may be used as the second refrigerant HFC-1234yf or HFC1234ze.
상기 중간축열조(30)는 상기 제1냉매의 순환사이클과 제2냉매의 순환사이클이 중간축열조(30)의 내부를 통과하게 되며, 상기 중간축열조(30)의 내부에는 축열수단이 구비되어 상기 제1냉매와 열교환되어 상기 중간축열조(30)에 축열된다.The intermediate
도 6을 참조하여 상기 중간축열조(30)를 더욱 상세히 설명하면, 상기 중간축열조(30)의 외부를 감싸도록 외부케이스(31)가 설치되며, 상기 외부케이스(31)의 상부에는 상기 난방수 순환유닛(60)과 연결되어 난방수가 공급되는 유입관(32)이 배치되고, 상기 외부케이스(31)의 하부에는 상기 난방수 순환유닛(60)과 연결되어 상기 유입관(32)으로 공급된 난방수가 배출되는 유출관(33)이 배치된다.Referring to FIG. 6, the intermediate
그리고, 상기 외부케이스(31)의 내부에서 상기 외부케이스(31)와 중간축열조(30) 사이의 공간에 구비되어 상기 유입관(32)으로 공급된 난방수가 통과할 수 있는 다수의 통공(34)이 형성되며, 상기 외부케이스(31)와 중간축열조(30) 사이의 공간에서 상하로 복수의 층을 이루도록 설치되는 복수의 디퓨저(35)가 구비된다.In addition, a plurality of through
상기 중간축열조(30)의 내부로는 상기 제1냉매의 순환사이클과 상기 제2냉매의 순환사이클을 포함하고 있으며, 상기 중간축열조(30) 내부에는 본 발명에서 중간축열조(30)의 축열조로 이용되는 물이 저장되어 있다.The intermediate
즉, 상기 중간축열조(30)는 물에 축열이 이루어지며, 상기 제1냉매와 제2냉매뿐만 아니라 난방수에 의해서도 열교환이 이루어지게 된다.That is, the intermediate
또한, 상기 유입구로 공급되는 난방수는 축열조 내의 물과 열교환 되면서 온도가 저하됨에 따라 상기 디퓨저(35)의 통공(34)을 통과하여 중간축열조(30)의 하방으로 이동하여 유출구로 배출된다.In addition, the heating water supplied to the inlet is heat-exchanged with the water in the heat storage tank, and as the temperature decreases, the heating water passes through the through
이 때, 상기 디퓨저(35)에 의해 상기 외부케이스(31)와 중간축열조(30) 사이의 공간으로 유입된 난방수가 하방으로 이동하는 것을 지체시킴에 따라 상기 난방수가 중간축열조(30)의 축열수단과 열교환되는 시간이 충분하게 된다.At this time, the heating water flows into the space between the
그리고, 상기 외부케이스(31)와 중간축열조(30) 사이의 공간에서 디퓨저(35)에 의해 난방수가 온도에 따라 성층화되며, 상기 난방수가 유입구로 유입되어 상기 축열수단에 열을 제공하고 유출구로 원활이 유출되도록 상기 난방수의 평행류 및 대향류가 형성된다.Then, the heating water is stratified by the
이에 따라, 본 발명에 따른 중간축열조(30)에 의하면, 상기 중간축열조(30)의 외부에 상기 외부케이스(31)를 설치하고, 상기 중간축열조(30)와 외부케이스(31) 사이에 통공(34)이 형성된 디퓨저(35)를 장착함으로써 상기 중간축열조(30)가 또 하나의 열교환기 역할을 할 수 있게 됨으로써, 결국 상기 중간축열조(30)는 그 내부에서 축열수단의 열교환이 수행될 뿐 아니라 상기 외부케이스(31)와의 사이에 유입되는 난방수에 의해 축열수단의 열교환이 가능하게 되는 것이다.Accordingly, according to the intermediate
상기와 같은 본 발명의 중간축열조(30)는 기존에 설치되어 있는 중간축열조(30)를 폐기하지 않고, 외부케이스(31)와 디퓨저(35)를 추가로 설치하여 재사용이 가능함으로써 시공성이 우수하고 자원의 낭비를 방지할 수 있게 된다.The intermediate
한편, 도 6에서 중간축열조(30)를 대신하여 종래의 열교환기를 설치하여 열교환기와 외부케이스(31) 사이의 공간에 통공(34)이 형성된 디퓨저(35)를 설치함으로써 열교환기, 외부케이스(31) 및 디퓨저(35)를 결합하여 종래의 중간축열조 역할을 수행하는 것도 가능하다.On the other hand, in Figure 6 in place of the intermediate
상기 난방축열조(50)는 제2기준온도 이상의 난방수가 저장되는 고온조(51)와, 상기 고온조(51)와 격리되어 제2기준온도 미만의 난방수가 저장되는 저온조(52) 및 상기 고온조(51)와 저온조(52) 사이에 구비되어 상기 저온조(52)의 난방수가 제2기준온도 이상으로 가열되면 상기 저온조(52)의 난방수를 고온조(51)로 유동 되도록 하는 바이패스밸브(53)가 구비된다.The heating
상기 고온조(51)는 상기 제2기준온도 이상의 난방수가 실내의 난방배관(미도시)으로 공급될 수 있는 공급배관(미도시)과 상기 난방배관에서 환수되는 제1환수배관(1)이 설치되며, 상기 저온조(52)는 상기 난방배관에서 환수되는 제2환수배관(2)이 설치된다.The
상기 제1, 2환수배관(1,2)은 사방밸브에 의해 서로 연결되며, 환수되는 난방수의 온도에 따라 상기 고온조(51) 또는 저온조(52)로 난방수가 재공급될 수 있도록 한다. The first and second
상기 열매체 순환유닛(40)은 상기 제2냉매시스템(20)에서 열교환된 열매체가 상기 고온조(51)의 난방수와 열교환 된 후 상기 제2냉매시스템(20)으로 재공급되도록 순환시키는 제1난방축열 순환유닛(41) 및 상기 제1난방축열 순환유닛(41)에서 분기되어 상기 고온조(51)를 통과한 열매체가 상기 저온조(52)로 공급된 후 상기 제2냉매시스템(20)으로 재공급되도록 순환시키는 제2난방축열 순환유닛(42)이 구비된다.The heat
상기 열매체 순환유닛(40)과 난방수 순환유닛(60)은 각각 열매체와 난방수가 순환되는 순환배관라인이 구비되며, 이들이 강제로 순환될 수 있도록 순환배관라인에는 펌프가 포함된다.The heat
상기 열매체와 난방수가 순환되는 열매체 순환유닛(40)과 난방수 순환유닛(60)은 공지된 것으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.The heat
한편, 상기 열매체는 상기 축열수단과 같이 본 발명에서는 물을 이용하였다.On the other hand, the heat medium used water in the present invention as the heat storage means.
상기 난방수 순환유닛(60)은 실내의 난방배관에서 출수되는 난방수가 상기 중간축열조(30)로 공급되어 축열수단과 난방수가 열교환될 수 있도록 하며, 열교환된 이 후 상기 난방수가 다시 상기 난방축열조(50)로 공급될 수 있도록 난방수의 순환사이클을 형성하게 된다.The heating
상기 난방수의 순환사이클 중간에는 상기 보조시스템(70)이 연결되는데, 상기 보조시스템(70)은 태양열, 도로열 및 지열 등의 신재생에너지를 집열하여 상기 난방수에 열을 제공하게 된다.The
상기 보조시스템(70)별도의 열 전달매체를 통하여 상기 중간축열조(30)에 열에너지를 공급할 수 있으나, 본 발명에서는 상기 난방수 순환사이클이 중간축열조(30)와 보조시스템(70) 및 난방축열조(50)를 연결하도록 설치하고, 복수의 밸브를 구비하여 상기 보조시스템(70)이 작동될 때에는 상기 난방축열조(50)로 환수되는 난방수가 난방수 순환유닛(60)으로 유입되지 안도록 차단하고, 상기 보조시스템(70)의 정상작동이 불가하여 실내 난방 후 난방축열조(50)로 환수되는 난방수를 이용하여 중간축열조()에 축열이 요구될 때에는 상기 난방수 순환유닛(60)에서 보조시스템(70)으로 난방수가 유입되거나 보조시스템(70) 내에 이미 유입되어 있던 난방수가 유출되지 않도록 또 다른 복수의 밸브에 의해 차단되도록 제어된다.The
본 발명에 따른 캐스케이스 히트펌프 시스템에는 상기 열매체 순환유닛(40)에 연결되는 상기 급수가 저장되는 급탕조(80)가 구비된다.The casing heat pump system according to the present invention is provided with a
상기 급탕조(80)의 급수는 상기 열매체와 열교환되어 세면 과 설거지 등과 같은 생활에 필요한 온수로 공급된다.
The water supply of the
상기한 본 발명의 캐스케이스 히트펌프 시스템은 상기 중간축열조(30)에 축열이 요구되면 상기 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매를 목표온도까지 승온이 가능한지를 판단하여 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능하면 상기 축열수단은 상기 제1냉매로부터 열을 흡수하고, 상기 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능하면 상기 축열수단은 상기 난방수 순환유닛의 난방수로부터 열을 흡수하는 것을 특징으로 한다.In the casing heat pump system of the present invention, when the heat storage is required in the intermediate
즉, 상기 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능하더라도 난방수에 의해 상기 중간축열조(30)에 축열이 수행됨으로써 본 발명의 캐스케이드 히트펌프 시스템의 전체 효율이 향상되는 것이다.That is, even though the temperature rise to the target temperature of the first refrigerant is impossible by the first
도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 캐스케이드 히트펌프 시스템을 초기 구동시키거나, 또는 상기 중간축열조(30) 내부의 축열수단의 온도가 작동온도 보다 낮아지게 되면(S100) 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능한지를 판단(S200)한다.Referring to FIG. 2, when the cascade heat pump system according to the present invention is initially driven or the temperature of the heat storage means in the intermediate
여기에서, 상기 작동온도는 20 내지 35℃로써 이는, 상기 제1냉매시스템(10)의 제1냉매가 축열수단과 열교환됨으로써 상기 중간축열조(30) 내에서 유지되는 축열수단의 온도와 동일하고, 상기 제1냉매의 목표온도는 30 내지 50℃ 이내의 온도이다.Here, the operating temperature is 20 to 35 ℃, which is the same as the temperature of the heat storage means maintained in the intermediate
본 발명에서 상기 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능한 경우는 상기 제1냉매시스템(10)이 정상적인 난방모드로 운전될 수 있는 경우로써, 이와 같이, 상기 제1냉매시스템(10)이 난방모드로 작동 가능한 경우에는 상기 중간축열기는 제1냉매시스템(10)에 대하여는 응축기로서 작용하고, 상기 제2냉매시스템(20)에 대하여는 증발기로서 작용하게 된다.In the present invention, when the temperature can be raised to the target temperature of the first refrigerant by the first
그러면 상기 제1냉매에 의해 축열수단이 가열되며, 상기 제2냉매는 가열된 축열수단에 의해 온도가 상승하게 된다. 이에 따라 상기 제2냉매시스템(20)의 압축기로 공급되는 제2냉매의 온도가 상승하게 되며, 제2냉매시스템(20)의 압축기에서 토출되는 제2냉매의 온도가 더욱 상승하게 되어 상기 제2냉매시스템(20)에 설치되는 열교환기에서 온도가 상승된 상기 제2냉매로부터 열매체 순환유닛(40)에서 유동되는 열매체가 열을 흡수(S300)하게 되는 것이다.Then, the heat storage means is heated by the first refrigerant, and the temperature of the second refrigerant is increased by the heated heat storage means. Accordingly, the temperature of the second refrigerant supplied to the compressor of the
따라서, 상기 제2냉매시스템(20)의 열교환기에서 유동하는 제2냉매에서 보다 높은 열량이 상기 열매체로 전달되어 열매체의 온도 상승폭이 커지게 된다.Therefore, a higher amount of heat is transferred to the heat medium in the second refrigerant flowing in the heat exchanger of the
이 때, 상기 각 냉매의 특성에 의해 상기 제2냉매의 응축 온도(제2냉매시스템(20)의 압축기에서 토출되는 제2냉매의 온도)는 상기 제1냉매의 응축 온도(제1냉매시스템(10)의 압축기에서 토출되는 제1냉매의 온도)보다 높다.At this time, the condensation temperature of the second refrigerant (the temperature of the second refrigerant discharged from the compressor of the second refrigerant system 20) by the characteristics of each of the refrigerant is the condensation temperature of the first refrigerant (the first refrigerant system ( 10) temperature of the first refrigerant discharged from the compressor.
상기와 같이, 제2냉매의 온도가 더욱 상승하여 열매체와 열교환 된다는 것은 결국, 상기 급탕조(80)에 저장되는 급수나 난방축열조(50)의 난방수의 온도가 더욱 증가될 수 있음을 의미하고, 이로써 본 발명에 따른 캐스케이드 히트펌프 시스템을 이용하여 보다 높은 온도의 급수나 난방수를 제공할 수 있는 것이다.As described above, when the temperature of the second refrigerant is further increased to exchange heat with the heat medium, the temperature of the water supplied to the
상기 고온의 열매체가 급탕조(80)나 난방축열조(50)에 각각, 또는 동시에 공급되는 것을 상기 열매체 순환유닛(40)에 포함되는 다수의 밸브에 의해 제어될 수 있다.The high temperature heat medium is supplied to the hot
상기 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능할 경우에는 상기 중간축열조(30)의 축열수단은 상기 제1냉매가 아닌, 상기 난방수 순환유닛(60)을 통해 공급되는 난방수로부터 열을 제공받게 되며(S400), 상기 축열수단이 난방수로부터 제공받은 열은 다시 제2냉매로 제공되어 제2냉매시스템(20)의 열교환기에서 온도가 더욱 상승된 제2냉매와 열매체의 열교환이 수행되어 급탕조(80)를 통하여 온수를 공급하거나 난방축열조(50)를 통하여 난방을 실시(S500)할 수 있는 것이다.
When it is impossible to increase the temperature to the target temperature of the first refrigerant by the first
상기 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능한 경우의 일예로 상기 제1냉매시스템(10)이 제상모드로 운전되는 경우가 있다.As an example of the case where it is impossible to increase the temperature to the target temperature of the first refrigerant by the first
도 3을 참조하여 상기 제1냉매시스템(10)이 제상모드로 운전될 때의 경우를 살펴보면, 본 발명에 따른 캐스케이드 히트펌프 시스템을 초기 구동시키거나, 또는 상기 중간축열조(30) 내부의 축열수단의 온도를 항시 감지하여 작동온도보다 낮아지게 되면(S100), 상기 제1온도센서에서 측정되는 외부(외기)의 온도와 제1기준온도를 비교하고(S110), 제1온도센서에서 측정되는 외부 온도가 제1기준온도 이하인 경우 상기 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능한 경우와 동일한 것으로 판단한다.Referring to the case when the first
그리고, 상기 제1냉매시스템(10)이 제상모드로 운전되고 있는 경우에도 상기 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능한 경우와 동일한 것으로 판단(S120)하게 된다.Further, even when the first
즉, 중간축열조(30)에 축열이 요구되면, 제1온도시스템에서 외부 온도를 측정하여 제1기준온도와 비교(S110)하고, 외부온도가 제1기준온도 이상인 경우에는 다시 제1냉매시스템(10)이 제상모드로 운전되고 있는지를 판단(S120)한다.That is, when heat storage is required in the intermediate
상기 제1기준온도는 외부의 온도가 낮아서 제1냉매의 열효율이 저하되는 온도로써, 본 발명에서는 영상 2℃ 이하의 온도를 제1기준온도로 하였다.The first reference temperature is a temperature at which the external temperature is low to lower the thermal efficiency of the first refrigerant. In the present invention, a temperature of 2 ° C. or less of the image is set as the first reference temperature.
상기 제1냉매시스템(10)이 제상모드가 아닌 경우에는 다시, 상기 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능한지를 판단(S200)하게 되며, 여기에서 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능한 경우에는 상기한 난방수를 이용하여 중간축열조(30)에 축열을 수행하는 과정(S400)과 동일한 과정을 거쳐 급탕조(80)를 통하여 온수를 공급하거나 난방축열조(50)를 통하여 난방을 실시(S500)하게 된다.When the first
상기 제1냉매시스템(10)이 제상모드가 아니고, 상기 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능하다면 상기 제1냉매와 축열수단 사이의 열교환(S300)에 의해 열매체에 열을 제공하여 온수공급 및 난방을 실시(S500)하게 된다.
If the first
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 난방수를 이용하여 중간축열조(30)에 축열을 수행하는 실시예를 설명하면, 도 2의 과정에서 난방수가 중간축열조(30)의 축열수단과 열교환되는 조건을 만족하는 지를 판단(S400')한다.Hereinafter, referring to FIG. 4, an embodiment in which heat storage is performed in the intermediate
상기 조건을 만족하지 않는다면 도 2에서 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능한 지를 판단(S200)하는 과정을 수행하고, 상기 조건을 만족한다면 다시 상기 보조시스템(70)이 정상적으로 작동가능한지를 판단(S410)한다.If the condition is not satisfied, the process of determining whether the temperature can be raised to the target temperature of the first refrigerant by the first
이 때, 상기 보조시스템(70)의 정상 작동이 불가능한 것으로 판단되면 상기 열매체에 의해 난방축열조(50)의 난방수가 열교환되고 있는지를 판단(S420)하는 과정을 거친다.At this time, if it is determined that the normal operation of the
상기 열매체와 난방수의 열교환이 수행되고 있지 않다면 다시 난방수와 축열수단이 열교환 되는 조건을 만족하는지 재판단(S400')하게 되고, 열매체와 난방수의 열교환이 수행되고 있다면 상기 신재생에너지를 열원으로 하는 보조시스템(70)에서 출수되는 난방수(e)의 온도와 실내난방 후 다시 난방축열조(50)로 환수되는 난방수(c)의 온도를 비교(S430)하여 난방축열조(50)로 환수되는 난방수(c)의 온도가 더 높다면 이를 난방수 순환유닛(60)을 통하여 상기 중간축열조(30)로 공급(S450)하여 상기 난방수와 축열수단 사이에 열교환이 수행(S400)되도록 한다.If the heat exchange between the heat medium and the heating water is not being performed again, a judging step (S400 ′) is satisfied to satisfy the condition of the heat exchange between the heating water and the heat storage means. If the heat exchange between the heat medium and the heating water is performed, the renewable energy is used as a heat source. After comparing the temperature of the heating water (e) withdrawn from the
상기 보조시스템(70)에서 열을 제공받아 출수되는 난방수(e)가 난방축열조(50)로 환수되는 난방수(c)의 온도와 같거나 작은 경우에는 상기 보조시스템(70)에서 출수되는 난방수(e)는 난방수 순환유닛(60)을 통하여 상기 중간축열조(30)로 공급(S440)하여 상기 난방수(e)와 축열수단 사이에 열교환이 수행(S400)되도록 하고, 이 때, 상기 난방축열조(50)로 환수되는 난방수(c)는 난방수 순환유닛(60)으로 유입되지 않고 난방축열조(50)로 환수되도록 한다.If the heating water (e) supplied with heat from the auxiliary system (70) is equal to or less than the temperature of the heating water (c) returned to the heating heat storage tank (50), the heating water from the auxiliary system (70) Water (e) is supplied to the intermediate heat storage tank (30) through the heating water circulation unit 60 (S440) to perform heat exchange between the heating water (e) and the heat storage means (S400), at this time, The heating water c returned to the heating
한편, 상기 보조시스템(70)이 정상적으로 작동 가능한지를 판단하는 단계(S410)에서 보조시스템(70)의 정상작동이 가능한 것으로 판단되는 경우에도 난방축열조(50)로 환수되는 난방수(c)는 난방수 순환유닛(60)으로 유입되지 않고 난방축열조(50)로 환수되도록 하고, 상기 보조시스템(70)에서 출수되는 난방수(e)는 중간축열조(30)로 공급(S440)되도록 한다.
On the other hand, even when it is determined that the normal operation of the
도 5를 참조하여 상기 도 4의 과정 이후 축열수단과 열교환된 난방수가 난방축열조(50)로 환수되는 과정을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 5 will be described in more detail the process of returning the heating water heat exchanged with the heat storage means after the process of Figure 4 to the heating heat storage tank (50) as follows.
도 4의 순서도에서 상기 난방축열조(50)로 환수되는 난방수(c)가 중간축열조(30)로 공급되는 조건을 만족하는지를 판단(S450')하여 상기 조건을 만족하지 못한다면 보조시스템(70)에서 출수되는 난방수(e)가 중간축열조(30)로 공급(S440)되어 상기 난방수(e)와 축열수단이 열교환(S400) 되는 것이고, 상기 난방축열조(50)로 환수되는 난방수(c)가 중간축열조(30)로 공급되는 조건을 만족한다면 상기 난방수(c)와 축열수단이 열교환(S400)되는 것이다.In the flowchart of FIG. 4, the
상기 난방축열조(50)로 환수되는 난방수(c)가 중간축열조(30) 내에서 상기 축열수단과 열교환(S400)되고 난 후에 상기 중간축열조(30)에서 출수되는 난방수(d)의 온도와 상기 난방축열조(50) 중 저온조(52)에 저장되어 있는 난방수(a)의 온도를 비교(S451)한다.After the heating water (c) is returned to the heating
상기 중간축열조(30)에서 출수되는 난방수(d)의 온도가 저온조(52) 내의 난방수(a)의 온도와 같거나 낮은 것으로 판단되면 상기 중간축열조(30)에서 출수되는 난방수(d)는 난방수 순환유닛(60)을 통하여 상기 저온조(52)로 환수(S453)된다.When the temperature of the heating water (d) withdrawn from the intermediate
상기 저온조(52) 내에 저장되는 난방수(a)는 상기 제2난방축열 순환유닛(42)과 열교환(S454)되어 가열되며, 상기 저온조(52) 내의 난방수(a) 온도가 상기 제2기준온도를 초과하면 바이패스밸브(53)를 통하여 상기 저온조(52) 내의 난방수(a)가 고온조(51)로 공급(S456)되고, 상기 저온조(52) 내의 난방수(a) 온도가 상기 제2기준온도 이하이면 계속해서 제2난방축열 순환유닛(42)과 열교환(S454)이 수행된다.The heating water (a) stored in the low temperature tank (52) is heated by heat exchange (S454) with the second heating heat storage circulation unit (42), and the temperature of the heating water (a) in the low temperature tank (52) is When the two reference temperatures are exceeded, the heating water (a) in the low temperature tank (52) is supplied to the high temperature tank (51) through the bypass valve (53), and the heating water (a) in the low temperature tank (52). ) If the temperature is equal to or less than the second reference temperature, the second heating heat
상기 고온조(51)에 저장되는 난방수(b)는 상기 제1난방축열 순환유닛(41)과 열교환(S457)되며, 상기 고온조(51)의 난방수(b)가 실내난방을 하기에 적정한 온도로 열교환 되었는지를 판단(S458)하여 적정 온도가 되면 난방배관으로 출수되어 실내 난방을 수행(S500)하게 되고, 실내난방을 하기에 적정한 온도가 아닌 경우에는 계속해서 상기 제1난방축열 순환유닛(41)과 고온조(51)의 난방수 사이에 열교환이 수행(S457)된다.The heating water b stored in the
본 발명에서 상기 고온조(51)의 난방수가 실내난방을 하기에 적정한 온도는 80℃로 설정하였으며, 이는 필요에 따라 변경이 가능하다.In the present invention, a suitable temperature for heating the heating water of the
한편, 상기 중간축열조(30)에서 출수되는 난방수(d)와 저온조(52)의 난방수(a) 온도를 비교하는 과정(S451)에서 상기 중간축열조(30)에서 출수되는 난방수(d)의 온도가 저온조(52) 내의 난방수(a) 온도보다 높은 경우에는 상기 중간축열조(30)에서 출수되는 난방수(d)는 난방수 순환유닛(60)을 통하여 상기 고온조(51)로 환수(S452)되어 실내난방을 하기에 적정한 온도가 될 때까지 상기 제1난방축열 순환유닛(41)과 열교환이 수행(S457)된다.
On the other hand, the heating water (d) discharged from the intermediate
위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 캐스케이드 히트펌프 시스템은 히트펌프 중간축열조(30)에 축열이 필요하면 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능한지의 여부를 판단하여 제1냉매시스템(10)이 고장나거나, 낮은 외부온도로 인하여 제1냉매시스템(10)의 효율이 저하될 것으로 판단되는 경우 및 제1냉매시스템(10)이 제상모드로 운전되어 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 어려운 경우 상기 보조시스템(70)이나 난방수를 이용하여 중간축열조(30)에 축열을 수행하여 제2냉매시스템(20)의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, in the cascade heat pump system according to the present invention, if heat storage is required in the heat pump intermediate
또, 상기 중간축열조(30) 내에서 간편하게 설치되는 디퓨저(35)가 구비되어 열교환 효율을 향상시키고, 중간축열조(30)와 난방축열조(50)가 별도로 구비되어 히트펌프의 초기 구동시 상기 난방축열조(50)로 유입되는 저온의 난방수에 의해 중간축열조(30)의 성능이 저하되는 것을 방지하여 히트펌프의 전체적인 성능저하를 방지하는 효과가 있다.In addition, a
그리고 상기 제1냉매시스템(10)에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능할 경우에는 제1냉매시스템(10)과 제2냉매시스템(20)에서 두 번의 압축과정에 기인하여 히트펌프 시스템의 소비전력을 감소시킬 수 있고, 태양열, 도로열 및 지열 등과 같은 신재생에너지를 이용하여 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있는 것이다.
When the temperature can be raised to the target temperature of the first refrigerant by the first
본 발명의 권리는 상기한 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.It will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is self-evident.
10 : 제1냉매시스템 20 : 제2냉매시스템
30 : 중간축열조 31 : 외부케이스
32 : 유입관 33: 유출관
34 : 통공 35 : 디퓨저
40 : 열매체 순환유닛 41 : 제1난방축열 순환유닛
42 : 제2난방축열 순환유닛 50 : 난방축열조
51 : 고온조 52 : 저온조
53 : 바이패스밸브 60 : 난방수 순환유닛
70 : 보조시스템 80 : 급탕조10: first refrigerant system 20: second refrigerant system
30: intermediate heat storage tank 31: outer case
32: inlet pipe 33: outlet pipe
34: through air 35: diffuser
40: heat medium circulation unit 41: the first heating heat storage circulation unit
42: second heating heat storage circulation unit 50: heating heat storage tank
51: high temperature tank 52: low temperature tank
53: bypass valve 60: heating water circulation unit
70: auxiliary system 80: hot water tank
Claims (14)
제2냉매의 순환사이클이 형성되고, 상기 제2냉매와 열매체가 열교환되도록 하는 제2냉매시스템;
상기 제1냉매 및 제2냉매와 열교환되는 축열수단이 구비되고 상기 축열수단의 온도를 감지하는 제2온도센서가 설치되는 중간축열조;
상기 열매체의 순환사이클이 형성되어 상기 열매체가 급수 및 난방수와 열교환되도록 하는 열매체 순환유닛;
상기 난방수가 저장되는 난방축열조;
상기 난방수가 상기 난방축열조와 중간축열조 사이를 유동할 수 있는 순환사이클을 형성하는 난방수 순환유닛; 및
상기 난방수 순환유닛에서 유동되는 난방수가 신재생에너지와 열교환되도록 하는 보조시스템;을 포함하며,
상기 중간축열조에 축열이 요구되면 상기 제1냉매시스템에 의해 상기 제1냉매를 목표온도까지 승온이 가능한지를 판단하여 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능하면 상기 축열수단은 상기 제1냉매로부터 열을 흡수하고,
상기 제1냉매시스템에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능하면 상기 축열수단은 상기 난방수 순환유닛의 난방수로부터 열을 흡수하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.A first refrigerant system having a circulation cycle of a first refrigerant, having a first temperature sensor sensing an external temperature, and allowing the first refrigerant to exchange heat with air;
A second refrigerant system in which a circulation cycle of a second refrigerant is formed, and wherein the second refrigerant and the heat medium exchange heat;
An intermediate heat storage tank having heat storage means for exchanging heat with the first refrigerant and the second refrigerant, and a second temperature sensor detecting a temperature of the heat storage means;
A heat medium circulation unit in which a circulation cycle of the heat medium is formed such that the heat medium heat exchanges with water supply and heating water;
A heating heat storage tank in which the heating water is stored;
A heating water circulation unit for forming a circulation cycle in which the heating water flows between the heating heat storage tank and the intermediate heat storage tank; And
And an auxiliary system for allowing the heating water flowing in the heating water circulation unit to exchange heat with renewable energy.
If heat storage is required in the intermediate heat storage tank, the first refrigerant system determines whether the first refrigerant can be heated up to a target temperature, and if the temperature rises to a target temperature of the first refrigerant, the heat storage means generates heat from the first refrigerant. Absorbs,
And the heat storage means absorbs heat from the heating water of the heating water circulation unit when the temperature is not increased to the target temperature of the first refrigerant by the first refrigerant system.
제1온도센서에 의해 감지되는 외기 온도가 제1기준온도 이하인 경우에는 상기 제1냉매시스템에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The cascade heat pump system, characterized in that it is determined that the temperature rise to the target temperature of the first refrigerant is impossible by the first refrigerant system when the outside air temperature detected by the first temperature sensor is less than the first reference temperature.
상기 제1기준온도는,
2℃ 이하인 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method according to claim 2,
The first reference temperature is,
Cascade heat pump system, characterized in that less than 2 ℃.
상기 제1냉매시스템이 제상모드일 경우에는 상기 제1냉매시스템에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 불가능한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
When the first refrigerant system is in the defrost mode, the cascade heat pump system, it characterized in that it is determined that the temperature rise to the target temperature of the first refrigerant by the first refrigerant system is impossible.
상기 신재생에너지는,
태양열, 도로열 및 지열 중 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The renewable energy,
Cascade heat pump system, characterized in that one selected from solar, road heat and geothermal heat.
상기 중간축열조는,
상기 중간축열조의 외부를 감싸도록 설치되는 외부케이스;
상기 외부케이스의 상부에서 상기 난방수 순환유닛과 연결되어 난방수가 공급되는 유입관;
상기 외부케이스의 하부에서 상기 난방수 순환유닛과 연결되어 상기 유입관으로 공급되는 난방수가 배출되는 유출관; 및
상기 외부케이스의 내부에서 상기 외부케이스와 중간축열조 사이에 구비되며, 상기 유입관으로 공급되는 난방수가 통과할 수 있는 통공이 형성되어 서로 이격되는 복수의 층으로 설치되는 디퓨져;가 구비되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The intermediate heat storage tank,
An outer case installed to surround the outside of the intermediate heat storage tank;
An inlet pipe connected to the heating water circulation unit at an upper portion of the outer case to supply heating water;
An outlet pipe connected to the heating water circulation unit under the outer case to discharge the heating water supplied to the inlet pipe; And
A diffuser provided between the outer case and the intermediate heat storage tank in the outer case and formed with a plurality of layers spaced apart from each other by forming a through hole through which the heating water supplied to the inlet pipe can pass; Cascade heat pump system.
상기 난방축열조는,
제2기준온도 이상의 난방수가 저장되는 고온조;
상기 고온조와 격리되어 제2기준온도 미만의 난방수가 저장되는 저온조; 및
상기 고온조와 저온조 사이에 구비되어 상기 저온조의 난방수가 제2기준온도 이상으로 가열되면 상기 저온조의 난방수를 고온조로 유동 되도록 하는 바이패스밸브;가 구비되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The heating heat storage tank,
A high temperature tank in which heating water above the second reference temperature is stored;
A low temperature bath in which heating water below a second reference temperature is stored in isolation from the high temperature bath; And
And a bypass valve provided between the high temperature tank and the low temperature tank to allow the heating water of the low temperature tank to flow into the high temperature tank when the heating water of the low temperature tank is heated above the second reference temperature.
상기 제2기준온도는 20 내지 40℃ 이내인 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method of claim 7,
The second reference temperature is within 20 to 40 ℃ cascade heat pump system, characterized in that.
상기 열매체 순환유닛은,
상기 제2냉매시스템에서 열교환된 열매체가 상기 고온조의 난방수와 열교환 된 후 상기 제2냉매시스템으로 재공급되도록 순환시키는 제1난방축열 순환유닛; 및
상기 제1난방축열 순환유닛에서 분기되어 상기 고온조를 통과한 열매체가 상기 저온조로 공급된 후 상기 제2냉매시스템으로 재공급되도록 순환시키는 제2난방축열 순환유닛;이 구비되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method of claim 7,
The heat medium circulation unit,
A first heating heat storage circulation unit configured to circulate the heat medium heat-exchanged in the second refrigerant system to be re-supplied to the second refrigerant system after being heat-exchanged with the heating water of the high temperature tank; And
And a second heating heat storage circulation unit which circulates so that the heat medium branched from the first heating heat storage circulation unit and passed through the high temperature tank is supplied to the low temperature tank and re-supplied to the second refrigerant system. Heat pump system.
상기 보조시스템의 정상작동이 불가능하고 상기 열매체에 의해 난방축열조에 축열이 이루어져 상기 난방수로 실내 난방을 수행할 때, 상기 보조시스템에서 배출되는 난방수의 온도보다 실내 난방 후 상기 난방축열조로 재공급되는 난방수의 온도가 높은 경우에는 상기 난방축열조로 재공급 되는 난방수를 난방수 순환유닛을 통하여 상기 중간축열조로 공급하여 상기 난방수와 축열수단이 열교환 되도록 하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method of claim 7,
When normal operation of the auxiliary system is impossible and heat is stored in the heating heat storage tank by the heating medium to perform indoor heating with the heating water, it is re-supplied to the heating heat storage tank after the indoor heating than the temperature of the heating water discharged from the auxiliary system. When the temperature of the heating water is high, the cascade heat pump system, characterized in that for supplying the heating water re-supplied to the heating heat storage tank to the intermediate heat storage tank through a heating water circulation unit to heat exchange the heating water and the heat storage means.
상기 축열수단과 열교환 후 중간축열조에서 배출되는 난방수는 상기 저온조의 난방수와 온도를 비교하여 중간축열조에서 배출되는 난방수의 온도가 높은 경우에는 상기 고온조로 공급되고, 온도가 동일하거나 상기 중간축열조에서 배출되는 난방수의 온도가 낮은 경우에는 상기 저온조로 공급되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method of claim 10,
The heating water discharged from the intermediate heat storage tank after the heat storage means and the heat exchanger is supplied to the high temperature bath when the temperature of the heating water discharged from the intermediate heat storage tank is high compared with the heating water of the low temperature tank, and the temperature is the same or the intermediate heat storage tank. When the temperature of the heating water discharged from the low cascade heat pump system, characterized in that the supply to the low temperature bath.
상기 중간축열조는,
상기 제1냉매시스템에 의해 상기 제1냉매의 목표온도까지 승온이 가능한 경우 상기 제1냉매시스템에 대하여는 응축기로 작용하고, 상기 제2냉매시스템에 대하여는 증발기로 작용하는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The intermediate heat storage tank,
The cascade heat pump system, when the temperature rises to the target temperature of the first refrigerant by the first refrigerant system, acts as a condenser for the first refrigerant system, and acts as an evaporator for the second refrigerant system. .
상기 캐스케이드 히트펌프 시스템은,
상기 열매체 순환유닛에 연결되어 상기 열매체와 열교환되는 상기 급수가 저장되는 급탕조;가 구비되는 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The cascade heat pump system,
And a hot water supply tank connected to the heat medium circulation unit to store the water supply heat exchanged with the heat medium.
상기 제1냉매는 R410a 이고, 상기 제2냉매는 R134a인 것을 특징으로 하는 캐스케이드 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The first refrigerant is R410a, the second refrigerant is a cascade heat pump system, characterized in that R134a.
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---|---|---|---|
KR1020120105345A KR101327073B1 (en) | 2012-09-21 | 2012-09-21 | Cascade heat pump system |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190081516A (en) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 윤태일 | Cascade heatpump system for making both cold water and steam comprising small high level compressor and enhanced geothermy cold and hot geothermy punching |
KR20200064385A (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-08 | 김현준 | A multi-device capable of drying, cold confinement, and refrigerated refrigeration using a dual refrigerant cycle |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006017376A (en) | 2004-07-01 | 2006-01-19 | Daikin Ind Ltd | Water heater |
JP2007198730A (en) | 2007-03-20 | 2007-08-09 | Sanyo Electric Co Ltd | Air conditioning refrigeration device |
KR101008519B1 (en) | 2008-11-14 | 2011-01-14 | 현우산기주식회사 | Heat pump apparatus |
KR20110066780A (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-17 | 엘지전자 주식회사 | Water circulation system associated with refrigerant system |
-
2012
- 2012-09-21 KR KR1020120105345A patent/KR101327073B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006017376A (en) | 2004-07-01 | 2006-01-19 | Daikin Ind Ltd | Water heater |
JP2007198730A (en) | 2007-03-20 | 2007-08-09 | Sanyo Electric Co Ltd | Air conditioning refrigeration device |
KR101008519B1 (en) | 2008-11-14 | 2011-01-14 | 현우산기주식회사 | Heat pump apparatus |
KR20110066780A (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-17 | 엘지전자 주식회사 | Water circulation system associated with refrigerant system |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190081516A (en) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 윤태일 | Cascade heatpump system for making both cold water and steam comprising small high level compressor and enhanced geothermy cold and hot geothermy punching |
KR102019223B1 (en) * | 2017-12-29 | 2019-09-06 | 윤태일 | Cascade heatpump system for making both cold water and steam comprising small high level compressor and enhanced geothermy cold and hot geothermy punching |
KR20200064385A (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-08 | 김현준 | A multi-device capable of drying, cold confinement, and refrigerated refrigeration using a dual refrigerant cycle |
KR102150285B1 (en) * | 2018-11-29 | 2020-09-01 | 김현준 | A multi-device capable of drying, cold confinement, and refrigerated refrigeration using a dual refrigerant cycle |
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