KR101339297B1 - Multifunctional heat pump system using the geothermal heat - Google Patents

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KR101339297B1 KR1020130047376A KR20130047376A KR101339297B1 KR 101339297 B1 KR101339297 B1 KR 101339297B1 KR 1020130047376 A KR1020130047376 A KR 1020130047376A KR 20130047376 A KR20130047376 A KR 20130047376A KR 101339297 B1 KR101339297 B1 KR 101339297B1
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박지선
박희문
임현묵
심경종
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주식회사 삼영
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Abstract

The present invention relates to a multifunctional heat pump system using geothermal heat and, specifically, to a multifunctional heat pump system using geothermal heat to improve heat efficiency and reduce power consumption for operating the system by enabling the supply of hot water heat-exchanged in two heat exchangers to one side and the supply of the hot water to the other side when one side is not in use by installing a bypass line between a heating circulation pipe, which circulates between a heating heat exchanger and a heating water tank, and a hot water line, which circulates between a hot water exchanger and a hot water tank.

Description

지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템{multifunctional heat pump system using the geothermal heat}Multifunctional heat pump system using the geothermal heat}

본 발명은 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템에 관한 것으로, 상세하게는 열손실을 최소화할 수 있음은 물론 보다 낮은 전력으로 냉난방은 물론 급탕을 할 수 있게 한 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-functional heat pump system using geothermal heat, and more particularly, to a multi-functional heat pump system using geothermal heat that can minimize heat loss, as well as cooling and heating at low power, as well as hot water supply.

보다 상세하게 본 발명은 난방열교환기와 난방수탱크 사이를 순환하는 난방수라인과, 급탕열교환기와 급탕수탱크 사이를 순환하는 급탕온수라인 사이에 우회라인을 설치하여 필요에 따라 두 열교환기에서 열교환된 온수를 어느 일측으로 공급하여 어느 일측이 사용되지 않을 때 타측으로 온수를 공급할 수 있게 하여 열효율을 향상시킴은 물론 시스템의 구동에 소요되는 전력을 절감할 수 있게 한 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템에 관한 것이다.
More specifically, the present invention provides a bypass line between the heating water line circulating between the heating heat exchanger and the heating water tank, and the hot water heating line circulating between the hot water heat exchanger and the hot water tank, and heat exchanges the two heat exchangers as necessary. The present invention relates to a multifunctional heat pump system using geothermal heat that supplies hot water to one side to supply hot water to the other side when one side is not used, thereby improving thermal efficiency and reducing power required to drive the system. will be.

일반적으로 히트펌프시스템은 단일의 장치를 이용하여 냉매의 순환방향을 변환시킴으로써 난방과 냉방의 복합기능을 수행하는 시스템이다. 또한 히트펌프시스템은 열원 내지 부하의 선택에 따라 다양한 구조로 이루어질 수 있으며, 일례로 열원으로서 지열을 이용한 히트펌프시스템은 지중열교환기를 이용하여 열원으로부터 열을 흡수하거나 열원으로 열을 방출하며, 건물 등의 부하에 대해서 냉방 및 난방을 수행한다.Generally, a heat pump system is a system that performs a combined function of heating and cooling by changing the circulation direction of refrigerant using a single device. In addition, the heat pump system may have various structures depending on the selection of heat source or load. For example, a heat pump system using geothermal heat as a heat source absorbs heat from a heat source or emits heat as a heat source by using an underground heat exchanger, The cooling and heating are performed.

이러한 통상적인 히트펌프시스템은 냉매관을 통해 상호 연결되어 실내를 냉방하거나 난방하는 실내기와 실외기로 구성되고, 실내기는 냉기(또는 온기)를 발산하는 실내열교환기와 실내열교환기로부터 발산하는 온기나 냉기를 실내로 공급하는 송풍기로 이루어지고, 실외기는 냉매관의 중간에 설치된 압축기와 냉매관을 통해 압축기와 상호 연결되어 온기(또는 냉기)를 외부로 발산하는 실외열교환기 및 내부의 열을 외부로 배출하는 송풍기로 구성된다. 또한, 실내/외열교환기 사이의 냉매관에는 팽창밸브가 구비되어 있다.Such a conventional heat pump system is composed of an indoor unit and an outdoor unit that are interconnected through a refrigerant pipe to cool or heat the room. The indoor unit includes an indoor heat exchanger that radiates cold air (or warmth) The outdoor unit includes a compressor installed in the middle of the refrigerant pipe and an outdoor heat exchanger connected to the compressor through the refrigerant pipe to dissipate heat (or cool air) to the outside, and an outdoor heat exchanger Blower. Further, the refrigerant pipe between the indoor / outdoor heat exchangers is provided with an expansion valve.

이렇게 구성된 종래의 히트펌프시스템은 냉매관에 통과되는 냉매를 실내열교환기에서 실외열교환기의 방향으로 이동시킬 경우에는 실내열교환기가 냉매를 증발시켜 실내로 냉기를 공급할 수 있고, 반대로 상기 냉매관에 통과되는 냉매를 위와 반대 방향으로 이동시킬 경우에는 실내열교환기의 냉매를 응축시켜 실내로 온기를 공급할 수 있는 것이다. 이러한 히트펌프시스템은 전기를 동력원으로 구동되는 것으로 많은 소비전력을 요구함으로 운전에 많은 비용이 소요되는 단점이 있다.When the refrigerant passing through the refrigerant pipe is moved in the direction of the outdoor heat exchanger from the indoor heat exchanger, the conventional heat pump system configured as described above allows the indoor heat exchanger to evaporate the refrigerant to supply cold air to the room, The refrigerant in the indoor heat exchanger can be condensed to supply warm air into the room. Such a heat pump system is driven by electricity as a power source and requires a lot of power consumption, which is disadvantageous in that it is expensive to operate.

이러한 단점을 개선하기 위해 열효율 또는 에너지효율을 높이기 위한 다양한 냉난방시스템이 개발되어 제공되고 있고, 이와 관련된 기술로 본 출원인에 의해 개발된 기술로 특허문헌 1 및 2 등 다양한 것이 있다. In order to improve the above disadvantages, various cooling and heating systems have been developed and provided to increase thermal efficiency or energy efficiency. Various techniques such as Patent Documents 1 and 2 have been developed by the present applicant as related technologies.

특허문헌 1은 실내 열교환기를 포함하는 실내기와, 상기 실내 열교환기와 제1연결관를 통해 연결된 압축기와 이 압축기와 제2연결관을 통해 연결된 실외 열교환기 및 송풍기가 구비된 실외기, 및 상기 실내, 외열교환기를 상호 연결하며 사이에 팽창밸브가 구비되어 있는 제3연결관을 포함하는 히트 펌프식 냉난방 장치에 있어서; 상기 제2연결관과 제3연결관의 사이에는, 내부로 순환되는 냉매의 온도가 가변될 수 있도록 지열 발산부를 통과하는 통과부가 포함되는 병렬 통과관이 더 구비되고; 상기 제1연결관의 주위에 구비되어 제1연결관에서 고온으로 발열되는 냉매를 통해 실내에 습도를 유지하는 가습장치를 더 포함하여 구성된 것이고, 특허문헌 2는 태양열을 흡수하여 물을 가열하는 태양열집열수단과 지중에 매설되어 있으며, 축열순환관에 의해 상기 태양열집열수단과 연결되어 태양열집열수단에 의해 가열된 물이 순환하여 지중의 흙을 가열하여 열을 저장하는 지중축열수단과 ; 상기 축열순환관의 중간에 연결된 온수탱크와 ; 상기 온수탱크에 연결되어 상기 태양열집열수단에 의해 가열된 온수나 지중축열수단에 저장된 온수의 순환에 의해 온기를 열교환하여 난방을 하는 난방수단을 포함하여 구성된 것이다.Patent document 1 discloses an indoor unit including an indoor heat exchanger, an outdoor unit including a compressor connected through the indoor heat exchanger and a first connection pipe, an outdoor heat exchanger and a blower connected through the compressor and a second connection pipe, and the indoor and external heat exchange. A heat pump type heating and cooling device comprising a third connecting pipe interconnecting the groups and provided with an expansion valve therebetween; Between the second connecting pipe and the third connecting pipe, a parallel passage pipe including a passage passing through the geothermal heat dissipation portion is further provided so that the temperature of the refrigerant circulated therein is further provided; It is configured to further include a humidifying device provided around the first connecting pipe to maintain the humidity in the room through the refrigerant that is heated to a high temperature in the first connecting pipe, Patent Document 2 absorbs solar heat to heat the water heat Underground heat storage means, which is buried in the heat collecting means and the ground, is connected to the solar heat collecting means by a heat storage circulation tube, and the water heated by the solar heat collecting means circulates to heat soil in the ground to store heat; A hot water tank connected to the middle of the heat storage circulation pipe; It is configured to include a heating means connected to the hot water tank to heat the heat by the circulation of hot water heated by the solar heat collecting means or hot water stored in the underground heat storage means.

그러나 이러한 종래의 기술은 냉난방 효율을 높으나 급탕기능이 떨어져 충금한 온수를 공급할 수 없는 문제가 있으며, 이를 개선하기 위해 본 출원이 개발하여 특허등록된 기술로 특허문헌 3이 있다. 이는 도 6에 도시한 바와 같이, 냉매가 압축기(110), 방향전환밸브(120), 열원측 열교환기(150), 팽창 장치(140) 및 부하측 열교환기(130)를 순환하도록 형성된 냉매라인(L100)을 구비하는 히트펌프유닛(100)과, 열원(210)과 열교환한 열원측 2차유체가 상기 열원측 열교환기에서 상기 히트펌프유닛의 냉매와 열교환하도록 형성된 열원측 2차유체라인(L200)을 구비하는 열원유닛(200)과, 냉난방 부하(380)와 열교환한 냉난방용 2차유체가 상기 부하측 열교환기에서 상기 히트펌프유닛의 냉매와 열교환하도록 형성된 냉난방용 2차유체라인(L300)과, 급탕을 위해서 공급되는 급탕용 2차유체가 흐르는 급탕용 2차유체라인(L320)을 구비하는 부하유닛(300)을 포함하며, 상기 히트펌프유닛의 압축기에서 토출된 냉매와 상기 급탕용 2차유체가 열교환하는 급탕용 열교환기(400)와, 상기 열원유닛에서 상기 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와, 상기 부하유닛에서 상기 부하측 열교환기(130)를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환하는 승온용 열교환기(500)로 이루어진 것이다. However, this conventional technology has a problem that can not supply hot water filled with high heating and cooling efficiency, but the hot water supply function is low, there is a patent document 3 as a technology registered and patented to improve this. As shown in FIG. 6, the refrigerant line is configured such that the refrigerant circulates through the compressor 110, the directional valve 120, the heat source side heat exchanger 150, the expansion device 140, and the load side heat exchanger 130. A heat source side secondary fluid line (L200) having a heat pump unit (100) having an L100 and a heat source side secondary fluid heat-exchanged with the heat source (210) is configured to exchange heat with the refrigerant of the heat pump unit in the heat source side heat exchanger (L200). And a secondary fluid line (L300) for heating and cooling formed with a heat source unit (200) having a heat exchanger and a secondary fluid for heating / cooling heat exchanged with a cooling / heating load (380) to exchange heat with the refrigerant of the heat pump unit in the load side heat exchanger. And a load unit 300 having a hot water supply secondary fluid line L320 through which a hot water secondary fluid supplied for hot water flows, wherein the refrigerant discharged from the compressor of the heat pump unit and the water supply secondary water Hot water heat exchanger 400 and the fluid heat exchange In the heat source unit is composed of a heating heat exchanger (500) into which the air for the second heat exchange fluid from the load-side heat exchanger 130 in the heat source side and the secondary fluid, the load unit that flows a group wherein the heat source-side heat exchanger.

이러한 종래의 히트펌프시스템은 부하측 2차유체와 열원측 2차유체의 열교환으로 인해서 상승된 열원측 2차유체가 히트펌프시스템을 흐르는 냉매의 증발온도를 상승시키고, 이로 인해서 압축기 출구 및 응축 온도를 상승시킴으로 인해서 보다 높은 온도의 고온수를 난방용 및 급탕용으로 공급할 수 있는 효과가 있다.In the conventional heat pump system, the heat source side secondary fluid, which is raised due to heat exchange between the load side secondary fluid and the heat source side secondary fluid, raises the evaporation temperature of the refrigerant flowing through the heat pump system, thereby increasing the compressor outlet and condensation temperature. Due to the increase, there is an effect that can supply a high temperature hot water for heating and hot water supply.

그러나 특허문헌 3의 히트펌프시스템은 온수의 온도를 높여 고온수를 공급할 수는 있으나, 열효율 및 에너지효율이 떨어지는 단점이 있다. However, the heat pump system of Patent Document 3 can supply hot water by raising the temperature of hot water, but has a disadvantage in that thermal efficiency and energy efficiency are inferior.

즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 난방용 열교환기(130)와 급탕열교환기(400)가 분리되어, 난방시에는 부하열교환기(130)에서 열교환된 온수를 냉난방축열탱크(310)에 보내 부하에 공급하여 난방이 이루어지고, 급탕열교환기(400)에 의해 열교환된 온수는 급탕축열탱크(340)에 저장된 상태에서 사용되지 않고 방치된 상태가 되어 급탕축열탱크 또는 급탕열교환기의 열은 버려지는 상태가 되어 열효율이 떨어지게 된다. 이에 따라 난방을 위해서는 시스템을 보다 장시간 또는 고전력으로 구동시켜야 하므로 에너지 효율도 같이 떨어지는 문제가 있었다.
That is, as shown in Figure 6, the heating heat exchanger 130 and the hot water supply heat exchanger 400 is separated, and during heating the hot water heat exchanged in the load heat exchanger 130 to the heating and cooling heat storage tank 310 load Is supplied to the heating and the hot water heat exchanged by the hot water supply heat exchanger 400 is left unused in a state stored in the hot water storage heat storage tank 340, the heat of the hot water storage heat tank or hot water heat exchanger is discarded. The state becomes low and thermal efficiency falls. Accordingly, in order to heat the system, the system needs to be driven for a longer period of time or at higher power, thereby lowering energy efficiency.

대한민국 특허등록번호 제0496895호Korean Patent Registration No. 0496895 대한민국 특허등록번호 제1100096호Korean Patent Registration No. 1100096 대한민국 특허등록번호 제1147268호Korea Patent Registration No. 1147268

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 열교환기 중 어느 하나가 쉬는 유휴 열교환기가 생지기 않게 하여 열교환기에서 열교환된 온수가 지속적으로 난방이나 급탕에 제공되게 할 수 있게 하여 열손실을 최소화할 수 있음은 물론 보다 낮은 전력으로 냉난방은 물론 급탕을 할 수 있게 한 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been developed to solve the problems of the prior art as described above, it is possible to ensure that the hot water heat-exchanged in the heat exchanger is continuously provided to the heating or hot water so that any one of the heat exchangers do not generate an idle heat exchanger. The purpose of this invention is to provide a multifunctional heat pump system using geothermal heat that can minimize heat loss, as well as provide heating and cooling as well as heating and cooling at lower power.

상세하게 본 발명은 냉난방열교환기와 급탕열교환기를 순환하는 두 온수순환라인 사이에 선택적으로 유로를 변경할 수 있도록 우회순환라인을 설치하여 필요에 따라 두 열교환기의 열을 난방 또는 급탕으로 공급할 수 있게 함에 의해 열효율을 상승시??을 뿐만 아니라, 열효율이 상승됨에 따라 시스템을 구동시키는 데 소요되는 전력을 절감할 수 있게 한 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
In detail, the present invention by installing a bypass circulation line to selectively change the flow path between the two hot water circulation line circulating the heating and cooling heat exchanger and the hot water heat exchanger by supplying the heat of the two heat exchangers to the heating or hot water as needed In addition to increasing the thermal efficiency, it is an object of the present invention to provide a multi-functional heat pump system using geothermal heat that can reduce the power required to drive the system as the thermal efficiency increases.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템은 적어도 급탕열교환기와 냉난방용열교환기를 구비한 히트펌프시스템에 있어서, 상기 급탕열교환기와 급탕수탱크(20T) 사이에 연결되어 급탕온수가 순환하는 급탕온수라인; 상기 냉난방용열교환기와 냉난방수탱크 사이에 연결되어 냉난방수가 순환하는 냉난방수라인; 및 상기 급탕온수라인과 냉난방수라인 사이에 연결되어 선택적으로 냉난방수라인에 연결되어 냉난방수라인을 순환하는 난방수가 급탕열교환기를 경유되게 하여 급탕열교환기의 열에 의해 가열되게 한 우회라인를 더 구비한 것을 특징으로 한다.Multifunctional heat pump system using geothermal heat according to the present invention for achieving the object as described above, in the heat pump system having at least a hot water heat exchanger and a heat exchanger for heating and cooling, the connection between the hot water supply heat exchanger and the hot water supply tank (20T) A hot water supply hot water line through which hot water is circulated; A cooling and heating line connected between the cooling and heating heat exchanger and the cooling and heating tank to circulate cooling and cooling water; And a bypass line connected between the hot water supply hot water line and the heating / cooling water line and selectively connected to the heating / cooling water line to circulate the heating / cooling water line through the hot water supply heat exchanger to be heated by the heat of the hot water supply heat exchanger. It features.

또한 본 발명을 구성하는 상기 열원열교환기는 지중의 지열을 열교환하여 순환시키는 지열교환기에 의해 열교환되게 하는 것이 바람직하다.In addition, the heat source heat exchanger constituting the present invention is preferably to be heat-exchanged by a geothermal heat exchanger for circulating the geothermal heat in the ground.

또한 본 발명의 히트펌프시스템에는 냉매를 순간적으로 팽창시키는 팽창밸브와 병렬로 냉각용팽창밸브가 더 구비되어 있고, 상기 냉각용팽창밸브의 일측에는 열원열교환기에서 냉각된 냉매를 냉난방수탱크의 냉기로 냉각시키기 위한 2차냉각열교환기가 구비되는 것이 바람직하다.
In addition, the heat pump system of the present invention is further provided with a cooling expansion valve in parallel with the expansion valve for instantaneously expanding the refrigerant, one side of the expansion valve for cooling the refrigerant cooled in the heat source heat exchanger cool air of the heating and cooling tank It is preferred that a secondary cooling heat exchanger is provided for cooling the furnace.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템은 냉난방열교환기와 급탕열교환기를 동시에 구동하되 급탕온수가 사용되지 않을 때에는 급탕열교환기를 순환하는 급탕온수를 난방용으로 사용할 수 있게 함으로써, 난방수를 더욱 빠른 시간에 효율적으로 가열할 수 있어 열효율을 높일 수 있을 뿐만아니라 이들의 구동에 소요되는 전력을 절감할 수 있는 효과가 있는 것이다. As described above, the multi-functional heat pump system using geothermal heat according to the present invention drives the heating / cooling heat exchanger and the hot water supply heat exchanger at the same time, but when the hot water supply is not used, the hot water circulating in the hot water heat exchanger can be used for heating. It can be heated efficiently in a faster time to not only increase the thermal efficiency, but also to reduce the power required to drive them.

또한, 냉각팽창밸브 및 2차냉각열교환기를 구비하여 냉각탱크를 순환하는 냉각수로 냉매를 냉각시킴으로써 냉매의 온도가 미리 냉각되어 냉각팽창밸브 및 냉난방열교환기에서의 냉각 부하를 줄일 수 있어 냉방 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 이들을 구동시키는 데 소요되는 전력을 절감할 수 있는 효과가 있는 것이다.
In addition, by providing a cooling expansion valve and a secondary cooling heat exchanger to cool the refrigerant with cooling water circulating in the cooling tank, the temperature of the refrigerant is cooled in advance, thereby reducing the cooling load in the expansion valve and the HVAC exchanger, thereby improving cooling efficiency. Not only can it reduce the power required to drive them.

도 1은 본 발명에 따른 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템이 난방용으로 사용될 때의 급탕온수희 흐름도
도 3은 본 발명에 따른 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템이 난방 및 급탕용으로 사용될 때의 급탕온수의 흐름도
도 4는 본 발명에 따른 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템이 냉방용으로 사용될 때의 급탕온수의 흐름도
도 5는 본 발명에 따른 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템이 냉방 및 급탕용으로 사용될 때의 급탕온수의 흐름도
도 6은 종래의 다기능 히트펌프시스템의 구성도
1 is a block diagram of a multifunctional heat pump system using geothermal heat according to the present invention
Figure 2 is a flow chart of hot water supply and heating when the multi-function heat pump system using geothermal heat according to the present invention is used for heating
3 is a flow chart of hot water supply and hot water when the multi-function heat pump system using geothermal heat according to the present invention is used for heating and hot water supply
4 is a flow chart of hot water supply and hot water when the multi-function heat pump system using geothermal heat according to the present invention is used for cooling
5 is a flow chart of hot water supply and hot water when the multifunctional heat pump system using geothermal heat according to the present invention is used for cooling and hot water supply.
6 is a configuration diagram of a conventional multifunctional heat pump system

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a multifunctional heat pump system using geothermal energy according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 열효율을 높이고, 전력 소비를 절감할 수 있게 한 히트펌프시스템에 관한 것으로서, 적어도 급탕열교환기(20)와 냉난방열교환기(40)를 구비하고 있다. The present invention relates to a heat pump system capable of increasing thermal efficiency and reducing power consumption, and includes at least a hot water supply heat exchanger (20) and a heating / cooling heat exchanger (40).

상기 급탕열교환기(20)와 냉난방열교환기(40)는 통상의 히트펌프시스템에서 난방시에는 응축기의 역할을 하고, 냉방시에는 증발기의 역할을 하는 실내열교환기와 동일 유사한 것으로, 급탕열교환기(20)는 수세나 사워에 사용되는 급탕온수를 가열하는 데 사용되고, 냉난방열교환기(40)는 난방이나 냉방에 사용되는 냉반방수와 열교환하여 냉난방에 사용된다. The hot water heat exchanger 20 and the air-conditioning heat exchanger 40 are similar to an indoor heat exchanger that functions as a condenser when heating and an evaporator when cooling in a conventional heat pump system. ) Is used to heat the hot water supply hot water used for washing or sour, air-conditioning heat exchanger 40 is used for heating and cooling by heat-exchanging with cold half water used for heating or cooling.

도 1내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 두 열교환기(20, 40)는 냉매가 순환하는 냉매라인(RL)의 중간에 연결되어 난방 또는 냉방 사이클이 이루어지는 동안 급탕온수 또는 난방수와 열교환이 이루어지며, 이렇게 두 열교환기(20, 40)에서 냉기 또는 온기를 발생시키기 위한 히트펌프시스템은 통상의 히트펌프시스템과 동일 유사하게 압축기(10), 사방밸브(30), 팽창밸브(50), 열원열교환기(60)를 구비하고 있다. As shown in FIGS. 1 to 5, the two heat exchangers 20 and 40 are connected to a middle of the refrigerant line RL through which the refrigerant is circulated to exchange heat with hot water or heating water during a heating or cooling cycle. Thus, the heat pump system for generating cold or warm air in the two heat exchangers (20, 40) is similar to the conventional heat pump system, the compressor 10, the four-way valve 30, expansion valve 50, The heat source heat exchanger 60 is provided.

상기한 바와 같이, 상기 압축기(10)는 통상의 히트펌프시스템에 구비된 것과 동일 유사한 것으로, 냉매라인(RL)를 순환하는 냉매를 고온 고압으로 압축하는 수단이고, 사방밸브(30)는 냉매의 순환 방향을 조절하기 위한 것으로 난방할 때와 냉방할 때의 냉매의 흐름을 전환시키는 유로전환밸브이다. As described above, the compressor 10 is similar to that provided in the conventional heat pump system, and is a means for compressing the refrigerant circulating through the refrigerant line RL to high temperature and high pressure, and the four-way valve 30 It is for adjusting the circulation direction, and it is a flow path switching valve for switching the flow of refrigerant during heating and cooling.

상기 열원열교환기(60)는 통상의 히트펌프시스템에서 실외열교환기 즉, 난방할 때에는 증발기의 역할을 하고, 냉방할 때에는 응축기의 역할을 하는 것과 동일 유사한 것이다. The heat source heat exchanger 60 is similar to the outdoor heat exchanger, that is, the role of the evaporator when heating and the condenser when cooling in a conventional heat pump system.

이러한 열원열교환기(60)는 냉난방 또는 급탕열교환기의 시점에서 보면 열원이 되는 수단으로 상기한 바와 같이 열원열교환기라 칭하였다. The heat source heat exchanger 60 is referred to as a heat source heat exchanger as described above as a means of being a heat source when viewed from the time of cooling and heating or hot water supply heat exchanger.

본 발명은 상기와 같이 구성된 히트펌프시스템의 상기 급탕열교환기(20)를 순환하는 급탕온수가 저장되는 급탕수탱크(20T)와, 상기 냉난방용열교환기(40)를 순환하는 냉난방수가 저장되는 냉난방수탱크(40T)를 구비하고 있다. The present invention provides a hot water supply tank 20T for storing hot water circulating hot water circulating the hot water heat exchanger 20 of the heat pump system configured as described above, and an air conditioner for cooling and cooling water circulating the air conditioning heat exchanger 40. A water tank 40T is provided.

또한, 급탕열교환기(20)와 급탕수탱크(20T) 사이에는 급탕온수가 순환하는 급탕온수라인(20L)이 연결되고, 냉난방용열교환기(40)와 냉난방수탱크(40T) 사이에는 냉난방수가 순환하는 냉난방수라인(40L)이 연결되어 있으며, 상기 급탕온수라인(20L)과 냉난방수라인(40L) 사이에는 우회라인(24R1, 24R2)이 더 연결되어 있다. In addition, between the hot water supply heat exchanger 20 and the hot water supply tank 20T, a hot water supply hot water line 20L through which hot water is circulated is connected, and cooling and heating water is provided between the air conditioning heat exchanger 40 and the air conditioning water tank 40T. The circulation heating and cooling line 40L is connected, and bypass lines 24R1 and 24R2 are further connected between the hot water supply line 20L and the cooling and heating line 40L.

전술한 바와 같이 본 출원인에 의해 출원 및 등록된 특허 제1147268호는 급탕온수라인(20L)과 냉난방수라인(40L)만을 구비하여, 급탕열교환기(20)는 급탕온수의 가열에만 사용되고, 냉난방열교환기(40)는 난방수의 가열에만 사용된다. 이렇게 구성된 시스템으로 난방을 할 경우, 급탕열교환기도 열을 교환하고 있으나 급탕열교환기에서 열교환된 급탕수는 단순하게 급탕탱크와 급탕열교환기 사이를 반복하여 순환하면서 외부로 열을 빼앗기기만 하므로 열손살이 발생할 수 있다. Patent No. 1147268, filed and registered by the present applicant as described above, has only a hot water supply hot water line 20L and a cooling / heating water line 40L, and the hot water supply heat exchanger 20 is used only for heating of hot water supply and heating, and heating and cooling heat exchange. The group 40 is used only for heating the heating water. When the heating system is configured in this way, the hot water heat exchanger is also exchanging heat, but the hot water exchanged in the hot water heat exchanger simply loses heat to the outside while repeatedly circulating between the hot water tank and the hot water heat exchanger, causing heat loss. Can be.

본 발명은 이러한 단점을 개선하기 위해 상기한 우회라인(24R1, 24R2)를 더 설치하였다. The present invention further installed the bypass lines 24R1 and 24R2 described above to remedy this disadvantage.

상기 우회라인(24R1, 24R2)은 상기 급탕온수라인(20L)과 냉난방수라인(40L) 사이에 병렬로 연결되어 선택적으로 냉난방수라인(40L)에 연결될 수 있게 하여 급탕열교환기(20)의 열을 난방용으로 사용할 수 있게 한 것이다.
이를 보다 상세하게 설명하면, 도 1내지 도 5에 도시한 바와 같이 우회라인(24R1, 24R2) 중 우회라인(24R1)은 일단이 상기 냉난방열교환기(40)의 출구측 난방수라인에 연결되고 타단은 급탕열교환기(20)의 입구측 급탕온수라인(20L)에 연결되며, 중간에 밸브(V2)를 구비하여 물의 흐름이 단속된다.
다른 하나의 우회라인(24L2)은 일단이 상기 냉난방수탱크(40T)의 입구측 난방수라인에 연결되고 타단은 급탕열교환기(20)의 출구측 급탕온수라인(20L)에 연결되어 있다.
이러한 우회라인(24R1, 24R2)은 상기 밸브(V2)의 개폐에 따라 냉난방수라인의 난방수가 급탕열교환기(20)를 경유하거나 경유하지 못하게 한다.
즉, 급탕열교환기(20)의 물이 온수로 사용되지 않을 때에는 밸브(V2)를 개방하여 난방수라인의 난방수가 급탕열교환기를 경유하여 흐르게 하여 급탕열교환기의 열을 난방수에 공급할 수 있게 하여 급탕열교환기의 열이 손실되는 것을 방지하고 급탕열교환기를 경유하는 온수를 사용할 때에는 밸브(V2)가 닫혀 급탕열교환기(20)의 열이 온수를 가영하는데 사용되는 것이다.
The bypass lines 24R1 and 24R2 are connected in parallel between the hot water supply line 20L and the hot and cold water line 40L to be selectively connected to the hot and cold water line 40L to heat the hot water heat exchanger 20. It can be used for heating.
In more detail, as shown in FIGS. 1 to 5, one of the bypass lines 24R1 of the bypass lines 24R1 and 24R2 is connected to the outlet water heating line of the air-conditioning heat exchanger 40 and the other end thereof. Is connected to the inlet-side hot water supply hot water line (20L) of the hot water supply heat exchanger (20), the valve V2 is provided in the middle of the water flow is intermittent.
The other bypass line 24L2 has one end connected to the inlet-side heating water line of the cooling / heating tank 40T and the other end thereof to the outlet-side hot water supply line 20L of the hot water supply heat exchanger 20.
The bypass lines 24R1 and 24R2 prevent the heating water of the heating and cooling line from passing through or passing the hot water supply heat exchanger 20 according to the opening and closing of the valve V2.
That is, when the water of the hot water supply heat exchanger 20 is not used as hot water, the valve V2 is opened so that the heating water of the heating water line flows through the hot water supply heat exchanger so that the heat of the hot water supply heat exchanger can be supplied to the heating water. When the hot water passing through the hot water supply heat exchanger is prevented and the heat of the hot water heat exchanger is used, the valve V2 is closed so that the heat of the hot water heat exchanger 20 is used to heat the hot water.

이러한 본 발명의 히트펌프시스템은 난방, 냉방은 물론 온수를 공급할 수 있는 다기능 히트펌프시스템으로 이를 상세하게 설명한다. The heat pump system of the present invention will be described in detail as a multifunctional heat pump system capable of supplying hot water as well as heating and cooling.

먼저, 난방만을 할 경우이다. First, only heating.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발병의 히트펌프시스템이 난방으로 구동될 경우, 밸브 V1, V3 및 V4는 차단되고, 밸브 V2, V5는 개방되어, 급탕온수라인(20L)으로는 온수가 흐르지 않고, 냉난방탱크(40T)의 냉난방수는 냉난방열교환기(40), 우회라인(20R1), 급탕열교환기(20) 우회라인(24R2)를 경우하여 순환하게 된다. 이렇게 두 열교환기(20, 40)을 경유하여 순환함에 의해 냉난방수는 보다 빠르게 높은 온도로 가열될 수 있어 시스템을 구동하는 데 소요되는 시간과 전력을 절감할 수 있는 것이다. 또한, 온수가 사용되는 않는 동안에도 가열되는 급탕열교환기의 열을 난방에 사용함으로써 열효율도 높일 수 있는 것이다. As shown in Fig. 2, when the heat pump system of the present invention is driven by heating, valves V1, V3, and V4 are shut off, and valves V2 and V5 are opened, so that hot water does not flow into the hot water supply hot water line 20L. , The cooling and heating water of the heating and cooling tank (40T) is circulated in the case of the air-conditioning heat exchanger (40), bypass line (20R1), hot water supply heat exchanger (20) bypass line (24R2). By circulating through the two heat exchangers 20 and 40 in this way, the heating and cooling water can be heated to a higher temperature more quickly, thereby reducing the time and power required to drive the system. In addition, by using the heat of the hot water supply heat exchanger, which is heated even while the hot water is not used, the thermal efficiency can be increased.

다음은 난방과 급탕을 동시에 사용할 경우이다. The following is the case of using heating and hot water at the same time.

이는 도 3에 도시한 바와 같이, 밸브 V1 내지 V5를 모두 개방한다. This opens all of the valves V1 to V5, as shown in FIG.

이렇게 밸브 V1, V3, V4 V5는 개방하고, 밸브 V2를 닫으면 급탕열교환기(20)를 경유하는 급탕수탱크(20T)의 온수는 급탕온수라인(20L)을 순환하여 급탕수탱크(20T) 내의 온수를 가열하여 사용자에게 제공하고, 냉난방열교환기(40)를 경유하는 냉난방수탱크(40T)의 냉난방수는 냉난방수라인(20L)을 순환하여 냉난방수탱크(40T) 내의 냉난방수를 가열하여 난방 배관에 제공하여 난방을 이루게 되는 것이다. When the valves V1, V3, V4 V5 are opened, and the valve V2 is closed, the hot water of the hot water supply tank 20T via the hot water heat exchanger 20 circulates through the hot water supply hot water line 20L and in the hot water supply tank 20T. Heated hot water is provided to the user, and the air-conditioning water of the air-conditioning tank 40T passing through the air-conditioning heat exchanger 40 circulates through the air-conditioning line 20L to heat the air-conditioning water in the air-conditioning tank 40T to heat it. It is provided to the pipe to achieve heating.

상기 밸브들(V1~V5)은 전자밸브로 제어기(미도시 및 미설명)에 기설정된 조건에 의해 자동으로 개폐될 수 있게 하는 것이 바람직하며, 이러한 제어방법은 기존의 히트펌프시스템을 제어하는 제어기술을 변형하여 실시할 수 있다. Preferably, the valves V1 to V5 are solenoid valves that can be opened and closed automatically by a condition set in a controller (not shown and not described), and such a control method controls a conventional heat pump system. The technique can be modified.

본 발명에 따른 히트펌프시스템은 냉방에도 사용될 수 있는 것으로 냉방 효율을 높이기 위한 수단으로 냉각용팽창밸브(51)와 2차냉각열교환기(52)를 더 구비하고 있다. The heat pump system according to the present invention may be used for cooling, and further includes a cooling expansion valve 51 and a secondary cooling heat exchanger 52 as a means for increasing the cooling efficiency.

상기 냉각용팽창밸브(51)와 2차냉각열교환기(52)는 상기 팽창밸브(50)와 병렬로 연결되어 냉방시에만 작동되게 하였다.The cooling expansion valve 51 and the secondary cooling heat exchanger 52 are connected in parallel with the expansion valve 50 to operate only during cooling.

이러한 본 발명에 따른 히트펌프시스템은 냉방만을 위해 구동되거나, 냉방과 급탕이 동시에 이루어질 수 있도록 구동시킬 수 있다. The heat pump system according to the present invention may be driven only for cooling, or may be driven so that cooling and hot water can be performed simultaneously.

먼저, 냉방만을 위한 구동은 도 4에 도시한 바와 같이, First, the driving only for cooling, as shown in Figure 4,

밸브 V2, V3, V4는 차단시키고, 밸브 V5, V6, V7은 개방되어 있으며, 팽창밸브(50)의 일측에 설치된 채크밸브(CV2)에 의해 냉매의 흐름이 차단되어, 냉매는 냉각팽창밸브(51)를 통과하여 냉난방열교환기(40)로 공급된다. The valves V2, V3, and V4 are shut off, and the valves V5, V6 and V7 are open, and the flow of the refrigerant is blocked by the check valve CV2 provided on one side of the expansion valve 50, so that the refrigerant is a cooling expansion valve ( 51 is supplied to the air conditioning heat exchanger (40).

즉, 압축기에 의해 압축된 공기는 열원열교환기(60)에서 열을 배출시키고 상기 2차냉각열교환기(52)를 통과하면서 2차로 냉각되고, 냉각팽창밸브(51)에 의해 팽창된 상태로 냉난방열교환기(40)를 경유하여 압축기(10)로 귀환되며, 이때 상기 2차냉각열교환기(52)를 경유하는 냉난방수 즉, 상기 냉난방열교환기에 의해 냉각되어 냉난방수탱크(40T)를 순환하여 흐르는 냉난방수의 냉기에 의해 2차냉각열교환기(52)를 경유하는 냉매가 냉각되는 것이다. That is, the air compressed by the compressor discharges heat from the heat source heat exchanger (60) and passes through the secondary cooling heat exchanger (52), and is secondarily cooled and cooled in an expanded state by the cooling expansion valve (51). Returned to the compressor (10) via the heat exchanger (40), wherein the cooling and cooling water passing through the secondary cooling heat exchanger (52), that is, cooled by the air-conditioning heat exchanger and circulated through the cooling / heating tank (40T). The refrigerant passing through the secondary cooling heat exchanger 52 is cooled by cold air of cooling and heating water.

통상적으로 냉방시 열원열교환기(60)로부터 출력되는 냉매의 온도는 35℃정도이고, 상기 냉난방수탱크(40T)를 경유한 냉난방수의 온도는 12℃정도이다. 이렇게 냉난방수탱크(40T)를 경유한 낮은 온도의 냉난방수를 상기 2차냉각열교환기(52)로 공급함으로써 2차냉각열교환기(52)를 통과하는 냉매의 온도를 낮추어 2차냉각열교환기(52)를 통과한 냉매의 온도는 25℃정도가 되고 이렇게 낮은 온도의 냉매가 냉각팽창밸브(51)를 통과하므로 냉각팽창밸브(51)에 걸리는 냉각 부하를 중일 수 있는 것이다. Typically, the temperature of the refrigerant output from the heat source heat exchanger 60 during cooling is about 35 ° C., and the temperature of the cooling and heating water via the cooling / heating tank 40T is about 12 ° C. By supplying the cooling and cooling water of low temperature via the cooling and cooling water tank 40T to the secondary cooling heat exchanger 52, the temperature of the refrigerant passing through the secondary cooling heat exchanger 52 is lowered and thus the secondary cooling heat exchanger ( The temperature of the refrigerant passing through 52 is about 25 ° C., and thus the refrigerant having such a low temperature passes through the cooling expansion valve 51, and thus the cooling load applied to the cooling expansion valve 51 may be under pressure.

다음은 냉방과 급탕이 동이세 이루어지는 경우로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 밸브 V1, V3, V4, V6, V7은 개방되고, 밸브 V2, V5는 닫혀있다. 따라서 냉난방수탱크(40T)의 냉난방수는 냉난방수라인(40l) - 냉각라인(52L) - 2차냉각열교환기(52) - 냉각팽창밸브(51) - 냉난방열교환기(40)를 경유하여 순환하고, 급탕수탱크(20T)의 급탕온수는 급탕열교환기(20)를 경유하여 급탕온수라인(20L)을 따라 순환하게 된다. Next, cooling and hot water supply are the same, and as shown in FIG. 5, valve V1, V3, V4, V6, V7 is open, and valve V2, V5 is closed. Therefore, the cooling and cooling water in the air conditioning and heating tank (40T) is circulated through the cooling and heating line (40l)-cooling line (52L)-secondary cooling heat exchanger (52)-cooling expansion valve (51)-heating and cooling heat exchanger (40) The hot water supply water of the hot water supply tank 20T is circulated along the hot water supply hot water line 20L via the hot water supply heat exchanger 20.

이에 따라 냉방이 이루어짐과 동시에 급탕 온수를 사용할 수 있는 것이다. Accordingly, while cooling is performed, hot water can be used.

상기한 바와 같이 급탕열교환기(20)가 냉방과 난방 시 모두 급탕기능을 사용할 수 있게 하기 위해서는 상기 급탕열교환기(20)를 응축기(10)와 사방밸브(40) 사이에 설치하여 히트펌프시스템의 운전 방식에 관계없이 상기 급탕열교환기(20)에서는 고온의 열을 교환할 수 있게 하여야 한다. As described above, the hot water supply heat exchanger 20 is installed between the condenser 10 and the four-way valve 40 in order to enable the hot water supply function to be used for both cooling and heating. Regardless of the operation method, the hot water heat exchanger 20 should be capable of exchanging high temperature heat.

또한, 본 발명에 따른 히트펌프시스템은 가능한 열효율을 상승시킬 수 있도록 상기 열원열교환기(60)에 지열교환기(70)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다.In addition, the heat pump system according to the present invention may be connected in series or parallel to the geothermal heat exchanger 70 to the heat source heat exchanger 60 to increase the thermal efficiency possible.

도면상에는 병렬로 지열교환기를 연결한 것을 일예로 도시하였으나 이에 의해 본 발명의 청구범위가 제한되는 것은 아니다. The drawings show that the geothermal heat exchanger is connected in parallel as an example, but the claims of the present invention are not limited thereto.

상기 지중열교환기(70)는 지중매설되어 지중의 열기나 온기를 열교환하여 열원열교환기(6)를 냉각시키거나 가열하는 것으로 이러한 지열교환기와 관련된 기술은 본 출원이에 의해 이미 개발되어 출원 및 등록된 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. The underground heat exchanger (70) is embedded in the ground to heat or heat the ground heat to cool or heat the heat source heat exchanger (6). The technology associated with such a geothermal heat exchanger has already been developed and applied for and registered by the present application. The detailed description thereof is omitted.

도 1내지 도 5에서 미설명부호 80은 어큐뮬레이터로 냉매 중의 수분을 분리하는 기액분리 기능을 하고, 도면부호 90은 냉매라인(RL) 내부의 압력의 균형을 이루게 하기 위한 균압 밸브이다.
In FIG. 1 to FIG. 5, reference numeral 80 denotes a gas-liquid separation function for separating moisture from the refrigerant with an accumulator, and reference numeral 90 denotes a pressure equalizing valve for balancing pressure in the refrigerant line RL.

10: 압축기
20: 급탕열교환기
20L: 급탕온수라인 24R1, 24R2: 우회라인
20T: 급탕수탱크
30: 사방밸브
40: 냉난방열교환기
40L: 냉난방수라인 40T: 냉난방수탱크
50: 팽창밸브
51: 냉각용팽창밸브 52: 2차냉각열교환기 52L: 냉각라인
60: 열원열교환기
70: 지열교환기
80: 어큐뮬레이터
CW: 점검창
RL: 냉매순환라인
V1~V7: 밸브
CV1: 체크밸브
10: Compressor
20: hot water heat exchanger
20L: Hot water supply line 24R1, 24R2: Bypass line
20T: Hot Water Tank
30: Four-way valve
40: air conditioning heat exchanger
40L: HVAC line 40T: HVAC tank
50: expansion valve
51: expansion valve for cooling 52: secondary cooling heat exchanger 52L: cooling line
60: heat source heat exchanger
70: geothermal exchanger
80: accumulator
CW: access window
RL: refrigerant circulation line
V1 ~ V7: Valve
CV1: check valve

Claims (3)

적어도 급탕열교환기(20)와 냉난방용열교환기(40) 및 팽창밸브(50)를 구비하고, 상기 급탕열교환기와 급탕수탱크(20T) 사이에 연결되어 급탕온수가 순환하는 급탕온수라인(20L)이 연결되고, 상기 냉난방용열교환기(40)와 냉난방수탱크(40T) 사이에 연결되어 냉난방수가 순환하는 냉난방수라인(40L)이 연결된 히트펌프시스템에 있어서,
상기 급탕온수라인(20L)과 냉난방수라인(40L) 사이에 우회라인(24L1, 24L2)을 더 설치하되, 우회라인(24L1)은 일단이 상기 냉난방열교환기(40)의 출구측 냉난방수라인에 연결되고 타단은 급탕열교환기(20)의 입구측 급탕온수라인(20L)에 연결되며, 중간에 밸브(V1)를 구비하여 냉매의 흐름이 단속되고, 우회라인(24L2)은 일단이 상기 냉난방수탱크(40T)의 입구측 난방수라인에 연결되고 타단은 급탕열교환기(20)의 출구측 급탕온수라인(20L)에 연결되고 중간에 체크밸브(CV1)을 구비하여 난방수의 역류를 방지하였으며,
상기 밸브(V1)의 개폐에 따라 냉난방수라인의 난방수가 급탕열교환기(20)를 경유하거나 경유하지 못하게 하되, 급탕열교환기의 물이 온수로 사용되지 않을 때에는 밸브를 개방하여 난방수라인의 난방수가 급탕열교환기를 경유하여 흐르게 하여 급탕열교환기의 열을 난방수에 공급할 수 있게 하여 급탕열교환기의 열이 손실되는 것을 방지하였고,
상기 팽창밸브(50)와 병렬로 냉각용팽창밸브(51)를 더 구비하고, 상기 냉각용팽창밸브(51)의 일측에는 열원열교환기(60)에서 냉각된 냉매를 냉난방수탱크의 냉기로 냉각시키기 위한 2차냉각열교환기(52)가 구비된 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템.
Hot water supply hot water line 20L having at least a hot water supply heat exchanger 20, an air conditioning heating and heat exchanger 40, and an expansion valve 50, which is connected between the hot water supply heat exchanger and the hot water supply tank 20T, and circulates hot water with hot water. In this connection, the heat pump system is connected between the air-conditioning heat exchanger 40 and the air-conditioning tank (40T) connected to the air-conditioning line (40L) for cooling and cooling water circulation,
The bypass line 24L1, 24L2 is further installed between the hot water supply hot water line 20L and the cooling and heating line 40L, but one end of the bypass line 24L1 is located at the outlet side of the heating / cooling heat exchanger 40. The other end is connected to the hot water supply hot water line 20L of the inlet side of the hot water heat exchanger 20, the valve V1 is provided in the middle of the refrigerant flow is intermittent, the bypass line 24L2 is one end of the cooling and heating water It is connected to the inlet side heating water line of the tank 40T and the other end is connected to the hot water supply hot water line 20L of the outlet side of the hot water supply heat exchanger 20 and provided with a check valve (CV1) in the middle to prevent the back flow of the heating water. ,
In accordance with the opening and closing of the valve (V1) to prevent the heating water in the heating and cooling line via or via the hot water supply heat exchanger 20, when the water of the hot water heat exchanger is not used as hot water to open the heating of the heating water line Water flowed through the hot water supply heat exchanger to supply heat from the hot water heat exchanger to the heating water, thereby preventing heat loss of the hot water supply heat exchanger.
A cooling expansion valve (51) is further provided in parallel with the expansion valve (50), and on one side of the cooling expansion valve (51), the refrigerant cooled in the heat source heat exchanger (60) is cooled by a cold of a heating / cooling water tank. Multifunctional heat pump system using geothermal heat, characterized in that the secondary cooling heat exchanger 52 is provided for.
제1항에 있어서,
상기 열원열교환기(60)는 지중의 지열을 열교환하여 순환시키는 지열교환기(70)에 의해 열교환되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 다기능 히트펌프시스템.
The method of claim 1,
The heat source heat exchanger (60) is a multi-functional heat pump system using geothermal heat, characterized in that the heat exchange by the geothermal heat exchanger 70 for circulating the heat exchanged geothermal ground.
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