KR101361682B1

KR101361682B1 - 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR101361682B1
Application number: KR1020130167624A
Authority: KR
Inventors: 김재웅; 이기승
Original assignee: 주식회사 우성에이스
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-02-12

Abstract

본 발명에 따른 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템은, 기체 상태의 냉매를 고온 고압 상태로 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 토출된 냉매 유로 상에 배치되는 사방 밸브; 상기 사방 밸브와 냉매 유로로 연결된 삼방 밸브; 상기 삼방 밸브와 냉매 유로로 연결되며 특정 실내 공간의 바닥 난방용 물과 냉매 간 열교환을 행하는 바닥 난방용 열교환기; 상기 사방 밸브와 냉매 유로로 연결되며 특정 실내 공간의 공기와 냉매 간 열교환이 이루어지는 실내 공기 열교환기; 상기 바닥 난방용 열교환기 및 상기 실내 공기 열교환기와 냉매 유로로 연결된 리시버 탱크; 상기 리시버 탱크와 냉매 유로로 연결되며 제1전자밸브에 의해 냉매의 유입이 개폐되는 제1팽창 밸브; 상기 리시버 탱크와 냉매 유로로 연결되며, 상기 제1팽창 밸브와 연결된 냉매 유로에서 분기된 유로에 배치되며, 제2전자밸브에 의해 냉매의 유입이 개폐되는 제2팽창 밸브; 상기 제1팽창 밸브와 냉매 유로로 연결되어 외부 공기 열원과 냉매 간 열교환이 이루어지는 실외 열교환기; 상기 제2팽창 밸브와 냉매 유로로 연결되며 태양열과 냉매 간 열교환이 이루어지는 태양 에너지 열교환기; 상기 실외 열교환기 및 상기 태양 에너지 열교환기는 냉매 유로에 의해 결합되어 상기 사방 밸브에 연결되며; 상기 사방 밸브는 상기 압축기의 입구 측에 냉매 유로로 연결되며; 상기 리시버 탱크에서 토출된 냉매가 상기 제1팽창 밸브로 유입될 것인지 또는 상기 제2팽창 밸브로 유입될 것인지를 결정하도록 상기 제1전자밸브 또는 상기 제2전자밸브를 택일적으로 개방하는 제1냉매 유동 제어기; 및 상기 제1냉매 유동 제어기의 작동을 제어하는 기초 자료를 제공하도록, 태양의 조도를 감지하는 조도 감지 센서 및 외부 대기의 온도를 측정하는 외부 온도 센서;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템{A Solar air hybrid heat pump system}

본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프는 열을 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미하는데, 사이클의 구성과 작동방법은 냉동기와 같으며 단지 저온 열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 냉동기가 되고, 고온열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 히트펌프가 되는 것이다.

히트펌프 사이클의 기본적인 구성요소는 압축기, 고온부 열교환기인 제1열교환기, 팽창밸브, 저온부 열교환기인 제2열교환기의 4개 요소로 구분되며 냉매는 압축, 응축, 팽창, 증발의 변화를 계속하면서 순환한다.

상기의 히트펌프의 원리를 이용하여 목욕탕, 공장, 산업 전반 등에서 사용하는 온수 및 냉수를 생성할 수 있는 냉난방 냉온수 복합 시스템은 상기 고온부 열교환기에 외부로부터 유입된 물과 냉매를 열교환 시켜 온수를 얻을 수 있고 이를 이용하여 난방기능도 수행할 수 있다.

이러한 냉난방 냉온수 복합 시스템은 냉매의 열에너지로 외부로부터 유입된 물을 가열시키고, 외부 공기로부터 열에너지를 공급받아 상기 냉매를 증발시켜 사이클을 순환하도록 되어 있다. 이러한 히트 펌프 시스템의 일 예가 등록특허 제0789436호에 개시되어 있다.

최근에는 히트펌프 시스템이 화석연료를 대체하는 친환경적인 냉난방 시스템으로서 채용이 증가하고 있는 추세에 있다. 그런데, 종래의 히트 펌프 시스템은 노인정이나 요양원과 같은 공공 복지시설이나 비닐하우스와 같은 재배 시설의 냉난방에 적용하기에는 여러 가지 문제점이 존재하였다. 따라서, 냉난방 유지비가 부족한 복지시설이나 비닐하우스와 같은 재배 시설에 저렴한 유지비용으로 냉난방이 가능한 고효율의 냉난방 시스템의 개발이 필요하게 되었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 노인정과 같은 복지시설이나 비닐하우스와 같은 농작물 재배 시설에 최적화된 히트펌프 시스템을 제공함으로써 계절에 관계없이 고효율의 냉난방이 가능한 히트펌프 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템은, 기체 상태의 냉매를 고온 고압 상태로 압축하는 압축기;

상기 압축기에서 토출된 냉매 유로 상에 배치되는 사방 밸브;

상기 사방 밸브와 냉매 유로로 연결된 제1삼방 밸브;

상기 제1삼방 밸브와 냉매 유로로 연결되며 특정 실내 공간의 바닥 난방용 물과 냉매 간 열교환을 행하는 바닥 난방용 열교환기;

상기 사방 밸브와 냉매 유로로 연결되며 특정 실내 공간의 공기와 냉매 간 열 교환이 이루어지는 실내 공기 열교환기;

상기 바닥 난방용 열교환기 및 상기 실내 공기 열교환기와 냉매 유로로 연결된 리시버 탱크;

상기 리시버 탱크와 냉매 유로로 연결되며 제1전자밸브에 의해 냉매의 유입이 개폐되는 제1팽창 밸브;

상기 리시버 탱크와 냉매 유로로 연결되며, 상기 제1팽창 밸브와 연결된 냉매 유로에서 분기된 유로에 배치되며, 제2전자밸브에 의해 냉매의 유입이 개폐되는 제2팽창 밸브;

상기 제1팽창 밸브와 냉매 유로로 연결되어 외부 공기 열원과 냉매 간 열교환이 이루어지는 실외 열교환기;

상기 제2팽창 밸브와 냉매 유로로 연결되며 태양열과 냉매 간 열교환이 이루어지는 태양 에너지 열교환기;

상기 실외 열교환기 및 상기 태양 에너지 열교환기는 냉매 유로에 의해 결합되어 상기 사방 밸브에 연결되며;

상기 사방 밸브는 상기 압축기의 입구 측에 냉매 유로로 연결되며;

상기 리시버 탱크에서 토출된 냉매가 상기 제1팽창 밸브로 유입될 것인지 또는 상기 제2팽창 밸브로 유입될 것인지를 결정하도록 상기 제1전자밸브 또는 상기 제2전자밸브를 택일적으로 개방하는 제1냉매 유동 제어기; 및

상기 제1냉매 유동 제어기의 작동을 제어하는 기초 자료를 제공하도록, 태양의 조도를 감지하는 조도 감지 센서 및 외부 대기의 온도를 측정하는 외부 온도 센서;를 포함한 점에 특징이 있다.

상기 태양 에너지 열교환기로부터 토출되는 냉매의 온도와 압력을 기초로 상기 리시버 탱크로부터 상기 태양에너지 열교환기로 유입되는 냉매의 양을 제어하도록 상기 제2팽창 밸브를 비례적으로 개폐하는 제2냉매 유동 제어기;를 포함한 것이 바람직하다.

상기 태양 에너지 열교환기로부터 토출되어 상기 사방 밸브로 이동하는 냉매의 압력이 미리 설정된 압력보다 높아지지 않도록 냉매의 압력을 조절하도록 설치된 증발 압력 조절기;를 포함한 것이 바람직하다.

상기 사방 밸브로부터 상기 제1삼방 밸브로 연결된 냉매 유로는 분기하여 급탕용 열교환기에 연결되며,

상기 급탕용 열교환기에서는 급탕용 물과 냉매가 열교환이 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템은, 실내 바닥 난방 또는 급탕을 위한 열교환이 이루어진 냉매가 외부의 온도 및 태양의 조도에 의해 실외 열교환기에 의해 증발이 이루어지거나 또는 태양 에너지 열교환기에서 증발이 이루어지도록 선택적으로 조절함으로써 외부 날씨의 변화에 불구하고 현저하게 우수한 열교환 효율을 유지함으로써 저비용으로 우수한 냉난방 효과를 구현할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템의 개략적 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템에서 실내 바닥을 온수에 의해 난방하는 경우 냉매의 흐름을 표시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 시스템에서 실내 공기를 난방하는 경우 냉매의 흐름을 표시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 시스템에서 급탕을 위한 온수를 생성하는 경우 냉매의 흐름을 표시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 시스템에서 제상 사이클을 가동하는 경우 냉매의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 시스템에서 실내 공기를 냉방하는 경우 냉매의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템의 개략적 구성도이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템의 개략적 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 시스템에서 실내 바닥을 온수에 의해 난방하는 경우 냉매의 흐름을 표시한 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 시스템에서 실내 공기를 난방하는 경우 냉매의 흐름을 표시한 도면이다. 도 4는 도 1에 도시된 시스템에서 급탕을 위한 온수를 생성하는 경우 냉매의 흐름을 표시한 도면이다. 도 5는 도 1에 도시된 시스템에서 제상 사이클을 가동하는 경우 냉매의 흐름을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 도 1에 도시된 시스템에서 실내 공기를 냉방하는 경우 냉매의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템(10, 이하 "하이브리드 히트펌프 시스템"이라 함)은, 압축기(20)와, 사방 밸브(30)와, 제1삼방 밸브(40)와, 바닥 난방용 열교환기(50)와, 실내 공기 열교환기(60)와, 리시버 탱크(70)와, 제1팽창 밸브(80)와, 실외 열교환기(90)와, 제2팽창 밸브(100)와, 태양 에너지 열교환기(110)와, 제1냉매 유동 제어기(120)와, 제2냉매 유동 제어기(130)와, 증발 압력 조절기(140)와, 급탕용 열교환기(150)를 포함한다.

상기 압축기(20)는 기체 상태의 냉매를 고온 고압의 상태로 압축하는 장치이다. 상기 압축기(20)에는 기체 상태의 냉매만 유입되어야 하며, 액체 상태의 냉매가 유입되는 경우 압축기(20)의 구성요소가 손상될 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 상기 압축기(20)에서 토출되는 냉매 유로에는 오일 분리기(21)가 설치된다. 상기 오일 분리기(21)에서 냉매 가스와 분리된 오일을 상기 압축기(20)로 회수하는 유로에는 제4전자 밸브(22)가 설치된다. 상기 압축기(20)에 사용될 수 있는 냉매는 프레온계, 탄화수소계, 이산화탄소 등 공지된 냉매가 채용될 수 있다.

상기 사방 밸브(30)는 상기 압축기(20)에서 토출된 냉매 유로 상에 배치된다. 상기 사방 밸브(30)는 냉매의 흐름을 3가지 방향으로 분기하는 밸브 장치이다. 상기 사방 밸브(30)는 공지된 구조를 채용할 수 있으므로 밸브 자체의 구체에 대한 상세한 서술은 생략하기로 한다. 상기 사방 밸브(30)는 또한 후술하는 제1삼방 밸브(40)와, 실내 공기 열교환기(60)와 각각 냉매 유로로 연결된다. 상기 사방 밸브(30)를 통과한 냉매는 후술하는 실외 열교환기(90) 또는 태양 에너지 열교환기(110)와 같은 다른 구성 요소를 통과한 후 다시 그 사방 밸브(30)로 유입되어 상기 압축기(20)로 순환되도록, 상기 사방 밸브(30)는 상기 압축기(20)의 입구와 냉매 유로로 연결된다. 상기 사방 밸브(30)와 상기 압축기(20)의 입구를 연결하는 냉매 유로에는 기액 분리기(32)와 보조 팽창 밸브(33)가 설치될 수 있다.

상기 제1삼방 밸브(40)는 상기 사방 밸브(30)와 냉매 유로로 연결된다. 상기 제1삼방 밸브(40)는 냉매의 흐름을 2가지 방향으로 분기하는 밸브 장치이다. 상기 제1삼방 밸브(40)는 공지된 구조를 채용할 수 있으므로 밸브 자체의 구체에 대한 상세한 서술은 생략하기로 한다. 상기 제1삼방 밸브(40)는 각각 후술하는 바닥 난방용 열교환기(50)와, 실내 공기 열교환기(60)와 냉매 유로로 연결된다.

상기 바닥 난방용 열교환기(50)는 상기 제1삼방 밸브(40)와 냉매 유로로 연결된다. 한편, 상기 사방 밸브(30)와 상기 제1삼방 밸브(40)를 연결하는 유로는 분기 되어 급탕용 열교환기(150)에 연결된다.

상기 바닥 난방용 열교환기(50)는 특정 실내 공간의 바닥을 난방하기 위한 물과 냉매 간 열교환 함으로써 바닥 난방용 온수를 생성한다. 상기 바닥 난방용 열교환기(50)에서는 냉매가 물에 열을 전달하여 온도와 압력이 낮아진다. 한편, 상기 바닥 난방용 열교환기(50)에서 생성된 온수는 특정 실내 공간(예: 복지시설 실내) 바닥에 설치된 온수 배관에 공급되어 실내 바닥을 난방하게 된다. 상기 바닥 난방용 열교환기(50)에서 생성된 온수는 난방용 온수 탱크(52)에 저장된다. 상기 난방용 온수 탱크(52)는 순환 펌프(53)에 의해 바닥 난방용 배관(54)에 연결된다. 상기 바닥 난방용 열교환기(50)에서 토출 되는 온수의 온도를 감지하여 상기 난방용 온수 탱크(52)에 공급되는 온수의 온도를 일정하게 유지하도록 비례 개폐하는 온수 제어기(55)가 설치될 수 있다. 상기 바닥 난방용 열교환기(50)와 상기 난방용 온수 탱크(52)를 연결하는 배관에는 순환 펌프(56)가 설치될 수 있다.

상기 바닥 난방용 열교환기(50)로부터 토출된 냉매는 후술하는 리시버 탱크(70)에 수용되도록 냉매 유로가 구성된다. 상기 바닥 난방용 열교환기(50)와 상기 리시버 탱크(70)를 연결하는 유로에는 전자 밸브(57)와 체크 밸브(58)가 설치된다.

상기 실내 공기 열교환기(60)는 상기 사방 밸브(30)와 냉매 유로로 연결된다. 상기 실내 공기 열교환기(60)는 특정 실내 공간의 공기와 냉매 간 열교환이 이루어진다. 상기 실내 공기 열교환기(60)는 사이클에 따라 난방을 위한 응축기 역할을 수행하기도 하며 냉방을 위한 증발기 역할을 수행하기도 한다. 상기 실내 공기 열교환기(60)가 증발기 역할을 수행하는 경우에 상기 실내 공기 열교환기(60)로 유입되는 냉매를 저온의 습포화 공기로 상 변태 시키는 제3팽창 밸브(65)가 상기 실내 공기 열교환기(60)의 입구 측에 설치된다. 상기 실내 공기 열교환기(60)는 후술하는 리시버 탱크(70)와 냉매 유로로 연결된다. 상기 리시버 탱크(70)로부터 상기 제3팽창 밸브(65) 쪽으로만 냉매가 흐를 수 있도록 체크 밸브(64)가 설치된다. 상기 리시버 탱크(70)로부터 상기 제3팽창 밸브(65)로 냉매의 유입을 개폐할 수 있는 제3전자 밸브(63)가 설치된다.

상기 급탕용 열교환기(150)는 상기 사방 밸브(30)와 상기 제1삼방 밸브(40)를 연결하는 유로에서 분기된 유로에 연결된다. 상기 급탕용 열교환기(150)는 외부에서 공급된 냉수와 냉매 간 열교환 함으로써 온수를 생성한다. 상기 급탕용 열교환기(150)에서 생성된 온수는 급탕용 온수 탱크(152)에 저장된다. 상기 급탕용 온수 탱크(152)에는 외부에 연결된 급수관 및 출수관이 구비된다. 상기 급탕용 온수 탱크(152)로 원활한 급수를 위해 순환 펌프(153)가 구비될 수 있다. 상기 급탕용 열교환기(150)에서 토출 되는 온수의 온도를 감지하여 상기 급탕용 온수 탱크(152)에 공급되는 온수의 온도를 일정하게 유지하도록 비례 개폐하는 급탕수 온도 제어기(155)가 설치될 수 있다.

상기 급탕용 열교환기(150)로부터 토출된 냉매는 상기 리시버 탱크(70)에 수용되도록 냉매 유로가 구성된다. 상기 급탕용 열교환기(150)와 상기 리시버 탱크(70)를 연결하는 유로에는 전자 밸브(157)와 체크 밸브(158)가 설치된다. 따라서 상기 급탕용 열교환기(150)로부터 상기 리시버 탱크(70) 쪽으로만 냉매가 흐르도록 허용된다.

상기 리시버 탱크(70)는 상기 바닥 난방용 열교환기(50) 및 상기 실내 공기 열교환기(60)와 냉매 유로로 연결된다. 상기 실내 공기 열교환기(60)와 상기 리시버 탱크(70)를 연결하는 유로에는 체크 밸브(66)가 설치되어, 냉매가 상기 실내 열교환기(60)로 부터 상기 리시버 탱크(70) 쪽으로만 흐르도록 허용된다. 상기 리시버 탱크(70)와 후술하는 제1전자밸브(82) 또는 제2전자밸브(102)를 연결하는 유로에는 드라이어(72)와 사이트 글라스(73)가 배치된다. 상기 드라이어(72)는 냉매에 포함된 이물질을 걸러 주는 일종의 필터이다. 상기 사이트 글라스(73)는 냉매 유로에 흐르는 유체의 흐름을 관찰할 수 있도록 설치하는 구성요소이다.

상기 제1팽창 밸브(80)는 상기 리시버 탱크(70)와 냉매 유로로 연결된다. 상기 제1팽창 밸브(80)는 제1전자 밸브(82)에 의해 그 제1팽창 밸브(80)로의 냉매의 유입이 개폐된다. 상기 제1팽창 밸브(80)는 기체 상태 또는 기체와 액체 상태의 냉매를 단열 팽창하여 저온의 액체와 기체 상태의 혼합액으로 변환하는 장치다. 상기 제1전자 밸브(82)와 상기 제1팽창 밸브(80) 사이에는 체크 밸브(83)가 배치되어 냉매가 상기 제1전자 밸브(82)로부터 상기 제1팽창 밸브(80) 쪽으로만 흐르도록 허용한다.

상기 제2팽창 밸브(100)는 상기 리시버 탱크(70)와 냉매 유로로 연결된다. 상기 제2팽창 밸브(100)는 상기 리시버 탱크(70)와 상기 제1팽창 밸브(80)를 연결하는 냉매 유로에서 분기 된 유로에 배치된다. 상기 제1팽창 밸브(80)는 제2전자 밸브(102)에 의해 그 제2팽창 밸브(100)로의 냉매의 유입이 개폐된다. 상기 제2팽창 밸브(100)는 기체 상태 또는 기체와 액체 상태의 냉매를 단열 팽창하여 저온의 액체와 기체 상태의 혼합액으로 변환하는 장치다.

상기 실외 열교환기(90)는 상기 제1팽창 밸브(80)와 냉매 유로로 연결된다. 상기 실외 열교환기(90)에서는 외부 공기 열원과 냉매 간 열교환이 이루어진다. 상기 실외 열교환기(90)는 송풍팬이 구비될 수 있다. 상기 제1팽창 밸브(80)와 상기 실외 열교환기(90)를 연결하는 유로에는 냉매 혼합기(88)가 설치될 수 있다.

상기 냉매 혼합기(88)는 실내 난방 사이클 수행시 상기 실외 열교환기(90)가 증발기로 작동하는 경우에 상기 압축기(20)로부터 토출된 고압의 냉매의 일부와 상기 실외 열교환기(90)로 유입되는 냉매를 혼합하는 작용을 한다. 상기 냉매 혼합기(88)로 유입되는 고온 고압의 냉매는 상기 압축기(20)의 출구와 상기 사방 밸브(30)를 연결하는 냉매 유로에서 분기된 유로의 말단에 설치된 핫 개스 조절 밸브(89)에 의해 비례 개폐될 수 있다. 상기 핫 개스 조절 밸브(89)는 상기 사방 밸브(30)로부터 상기 기액 분리기(32)로 유입되는 저온 저압의 냉매 가스에 의해 비례적으로 개폐될 수 있다. 상기 냉매 혼합기(88)와 상기 실외 열교환기(90)를 연결하는 냉매 유로는 중간에 분기 되어 상기 리시버 탱크(70)로 유입되는 냉매 유로에 연결된다. 상기 냉매 혼합기(88)와 상기 실외 열교환기(90)를 연결하는 냉매 유로에서 분기 되어 상기 리시버 탱크(70)의 입구 측에 연결된 냉매 유로에는 체크 밸브(84)가 설치되어 냉매가 상기 리시버 드라이어(70) 쪽으로만 흐르도록 허용한다.

상기 태양 에너지 열교환기(110)는 상기 제2팽창 밸브(100)와 냉매 유로로 연결된다. 상기 태양 에너지 열교환기(110)에서는 태양열과 냉매 간 열교환이 이루어진다. 상기 태양 에너지 열교환기(110)는 평판 유로 형태(plate with tube type), 진공관 형태(evacuated tube type), 진공관과 히트 파이프 혼합 형태(evacuated tube and heat pipe mixed type), 핀 튜브 형태(fin tube) 등의 집열기(solar collector) 구조가 채용될 수 있다. 상기 태양 에너지 열교환기(110)의 집열판은 계절의 변화에 따른 태양의 고도와 방위각의 변화를 추종할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 겨울철에 상기 태양 에너지 열교환기(110)의 집열판에 눈이 쌓이는 것이 방지되도록, 상기 태양 에너지 열교환기(110)의 집열판은 지면에 대해 수직에 가까운 위치로 변경될 수 있도록 설치되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 실외 열교환기(90) 및 상기 태양 에너지 열교환기(110)는 냉매 유로에 의해 결합되어 상기 사방 밸브(30)에 연결된다. 상기 태양 에너지 열교환기(110)의 출구 측에 연결된 냉매 유로에는 상기 태양 에너지 열교환기(110)로부터 상기 사방 밸브(30) 쪽으로만 냉매가 흐르는 것을 허용하도록 체크 밸브(112)가 설치된다.

상기 사방 밸브(30)는 상기 압축기(20)의 입구 측에 냉매 유로로 연결된다.

따라서, 상기 압축기(20)에서 토출된 고온 고압의 냉매 가스는 사이클 구성시 상기 사방 밸브(30)를 통해 다시 상기 압축기(20)로 순환된다. 상기 사방 밸브(30)와 상기 압축기(20)의 입구를 연결하는 냉매 유로에는 기액 분리기(32)와 보조 팽창 밸브(33)가 설치될 수 있다.

상기 제1냉매 유동 제어기(120)는 상기 제1전자 밸브(80) 또는 상기 제2전자 밸브(100)를 택일적으로 개방하는 장치이다. 상기 제1냉매 유동 제어기(120)는 상기 리시버 탱크(70)에서 토출된 냉매가 상기 제1팽창 밸브(80)로 유입될 것인지 또는 상기 제2팽창 밸브(100)로 유입될 것인지를 결정한다. 상기 제1냉매 유동 제어기(120)는 후술하는 조도 감지 센서(122)와 외부 온도 센서(124)에서 측정된 값이 기초하여 출력신호를 생성한다.

상기 조도 감지 센서(122)는 태양의 조도를 감지한 센서이다. 상기 외부 온도 센서(124)는 외부 대기의 온도를 측정하는 센서이다. 상기 조도 감지 센서(122)와 상기 외부 온도 센서(124)에서 측정된 값은 상기 제1냉매 유동 제어기(120)의 작동을 제어하는 기초 자료를 제공한다. 더 구체적으로, 예컨대, 상기 조도 감지 센서(122)에서 측정된 값이 1000 Lux 이상이고, 상기 외부 온도 감지 센서(124)에서 측정된 값이 10℃ 미만일 경우에 상기 제1냉매 유동 제어기(120)는 상기 제1전자 밸브(80)를 폐쇄하고 상기 제2전자 밸브(100)를 개방하도록 할 수 있다.

상기 제2팽창 밸브(100)의 개폐를 비례적으로 개폐하는 제2냉매 유동 제어기(130)가 설치될 수 있다. 상기 제2냉매 유동 제어기(130)는 상기 태양 에너지 열교환기(110)로부터 토출되는 냉매의 온도와 압력을 기초로 상기 리시버 탱크(70)로부터 상기 태양 에너지 열교환기(110)로 유입되는 냉매의 양을 제어한다.

상기 태양 에너지 열교환기(110)와 상기 체크 밸브(112) 사이의 유로에는 증발 압력 조절기(132)기 설치되는 것이 바람직하다. 상기 증발 압력 조절기(132)는 상기 태양 에너지 열교환기(110)로부터 토출되어 상기 사방 밸브(30)로 이동하는 냉매의 압력이 미리 설정된 압력보다 높아지지 않도록 냉매의 압력을 조절하는 일종의 압력 조절기(regulator)다.

상기 리시버 탱크(70)와 상기 제1전자 밸브(82)를 연결하는 냉매 유로는 분기하여 상기 압축기(20)의 입구로 연결되는 압축기 과열 방지 조절 유로(P1)를 구성할 수 있다. 상기 압축기 과열 방지 조절 유로(P1) 상에는 상기 압축기로부터 토출되는 냉매의 과열도를 감지하여 비례적으로 개폐되는 제4팽창 밸브(160)가 배치된다.

상기 사방 밸브(30)와 상기 핫 개스 조절 밸브(89)를 연결하는 냉매 유로는 분기점 K에서 분기하여 상기 실내 공기 열교환기(60)의 출구 측에 연결된다. 상기 분기점 K와 상기 실내 공기 열교환기(60)를 연결하는 냉매 유로 상에는 제2삼방 밸브(35)가 설치된다. 상기 제2삼방 밸브(35)는 분기점 K를 통해 유입되는 냉매 또는 상기 실내 공기 열교환기(60)에서 유입되는 냉매를 상기 압축기(20) 쪽으로 유입되도록 하는 역할을 한다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 포함한 하이브리드 히트펌프 시스템(10)의 사이클을 바닥 온수 난방 사이클, 실내 공기 난방 사이클, 급탕 사이클, 제상 사이클, 실내 공기 냉방 사이클 순으로 서술하고자 한다.

먼저, 도 2를 참조하여 바닥 온수 난방 사이클을 서술하기로 한다.

상기 압축기(20)에서 고온 고압의 냉매가스가 형성되어 토출된 후 상기 오일 분리기(21)에 유입된다. 상기 오일 분리기(21)에서는 고압 고압의 냉매 가스와 냉매 중에 혼합된 오일을 분리하여 상기 제4전자 밸브(22)를 통해 상기 압축기(20)로 회수한다. 상기 오일 분리기(21)에서 오일과 분리된 고온 고압의 냉매 가스는 분기점 A를 지나 사방 밸브(30)를 a->c 방향으로 통과하여 분기점 B를 지나 상기 제1삼방 밸브(40)를 a->c 방향으로 통과한다. 상기 제1삼방 밸브(40)를 통과한 냉매는 상기 바닥 난방용 열교환기(50)로 유입된다. 상기 바닥 난방용 열교환기(50)에서는 고온 고압의 냉매 가스와 바닥 난방을 위한 물 사이의 열교환이 일어남으로써 바닥 난방용 온수가 생성된다. 상기 바닥 난방용 열교환기(50)에 유입되는 물은 순환 펌프(50)에 의해 원활하게 공급될 수 있다. 한편, 상기 바닥 난방용 열교환기(50)에서 생성된 온수는 바닥 난방용 온수 탱크(52)에 저장된다. 상기 바닥 난방용 온수 탱크(52)에 저장되는 온수의 온도를 일정하게 유지하도록 바닥 난방용 온수 제어기(55)가 온수 유량 조절 밸브(59)를 비례적으로 개폐한다. 상기 바닥 난방용 온수 탱크(52)에 저장된 온수는 바닥 난방용 배관(54)을 통해 필요한 실내 공간의 바닥을 온돌 형태로 난방할 수 있다. 상기 바닥 난방용 배관(54)에 공급되는 온수는 순환 펌프(53)에 의해 원활하게 공급될 수 있다. 상기 바닥 난방용 열교환기(50)를 통과한 냉매는 전자 밸브(57)와 체크 밸브(58)를 지나 리시버 탱크(70)에 도달한다. 상기 리시버 탱크(70)에서 유출된 냉매 가스는 드라이어(72)에서 냉매 중에 잔류된 수분 및 이물질이 제거되고, 사이트 글라스(73)를 통과하여 분기점 E 및 G를 통과하여 분기점 H에 도달한다. 이 경우에 냉매는 외부 환경 조건에 따라 실외 열교환기(90)로 유입될 것인지 태양 에너지 열교환기(110)로 유입될 것인지가 결정된다. 이때 상기 제1냉매 유동 제어기(120)의 신호에 따라 제1전자 밸브(82) 또는 제2전자 밸브(102)가 택일적으로 개방된다. 예컨대, 외부 공기 열원의 온도가 충분히 높은 경우에는 외부 온도 센서(124)에서 측정된 온도는 10℃ 이상의 온도가 될 것이므로 제2전자 밸브(102)가 개방되는 조건이 충족되지 않는다. 또한, 야간이나 흐린 날의 경우에는 상기 조도 감지 센서(122)에서 측정된 조도가 1000 Lux 미만이 될 것이므로 제2전자 밸브(102)가 개방되는 조건이 충족되지 않는다.

한편, 맑은 날 낮인 경우에, 외부 온도 센서(124)에서 측정된 온도가 10℃ 미만이 되고 태양의 조도가 1000 Lux 이상으로 유지되는 조건이 충족될 수 있다. 이러한 환경에서는 태양 에너지 열교환기(110)가 가동될 수 있도록 제2전자 밸브(102)가 개방되는 조건이 충족된다.

더 구체적으로, 여름철과 같이 외부 온도가 충분히 높은 경우에, 냉매는 분기점 H에서 제1전자 밸브(82)를 통과하여 제1팽창 밸브(80)에서 교축작용에 의해 저온 저압의 습포화 증기로 상 변화한다. 그런데, 겨울철과 같이 외부 공기 열원의 온도가 낮은 환경에서, 상기 제1팽창 밸브(80)를 통과한 냉매의 증발 압력이 미리 설정된 값보다 낮을 경우에는 상기 핫 개스 조절 밸브(89)가 비례적으로 개방되어 상기 냉매 혼합기(88)에서 압축기(20)에서 토출된 일부 고온 고압의 가스와 혼합된 후 상기 실외 열교환기(90)로 유입하도록 함으로써 냉매의 과열도를 일정하게 유지할 수 있다. 상기 냉매 혼합기(88)와 상기 핫 개스 조절 밸브(89)는 겨울철과 같이 외기 온도가 낮고 태양의 조도가 충분히 확보되지 않은 경우에 상기 실외 열교환기(90)의 열교환 성능이 안정적으로 유지되도록 하는 역할을 한다. 그리고 냉매는 실외 열교환기(90)에서 외부 공기와 열교환 되어 건조한 증기 상태로 된다.

한편, 외부 공기 온도가 10℃ 미만으로 유지되고 태양에 의해 조도가 충분히 확보되는 경우에는 실외 열교환기(90)에서 냉매와 공기 간 열교환이 이루어지는 것 보다 태양 에너지 열교환기(110)에서 열교환이 이루어지는 것이 더 효율적이다. 따라서, 이 경우에는 제1냉매 유동 제어기(120)에 의해 제1전자 밸브(82)가 폐쇄되고 제2전자 밸브(102)가 개방된다. 따라서, 분기점 H에서 냉매는 제2전자 밸브(102)를 통해 제2팽창 밸브(100)로 유입된다. 상기 제2팽창 밸브(100)에서 냉매는 교축 작용에 의해 저온의 습포화 상태로 상변화 한다. 상기 제2팽창 밸브(100)를 통과한 냉매는 태양 에너지 열교환기(110)에서 집열된 태양열과 열교환 함으로써 열을 공급받는다. 이 경우에 상기 제2팽창 밸브(100)는 제2냉매 유동 제어기(130)에 의해 비례적으로 개방됨으로써 냉매의 과열도를 일정하게 유지할 수 있다. 상기 제2냉매 유동 제어기(130)는 상기 태양 에너지 열교환기(110)에서 토출되는 냉매의 압력을 N 점에서 측정하고, M 점에서 냉매의 온도를 측정함으로써 제2팽창 밸브(100)의 개폐를 제어한다. 또한, 상기 제2냉매 유동 제어기(130)가 제2팽창 밸브(100)를 최대로 개방한 상태에서도 상기 태양 에너지 열교환기(110)에서 토출되는 냉매의 압력이 지나치게 높을 경우에는 증발 압력 조절기(132)에 의해 냉매의 압력을 조절하여 상기 사방 밸브(30)로 냉매가 유입되도록 한다.

상기 실외 열교환기(90) 또는 상기 태양 에너지 열교환기(110)를 통과한 냉매 가스는 분기점 P를 지나 사방 밸브(30)에서 b-->d 방향으로 유동하여 분기점 K를 지나 제2삼방 밸브(35)에서 b--a 방향으로 통과한다. 상기 제2삼방 밸브(35)를 통과한 냉매는 기액 분리기(32)를 통과하여 압축기(20)로 유입됨으로써 바닥 온수 난방 사이클을 완성한다. 상기 기액 분리기(32)에서 분리된 액상의 냉매는 보조 팽창 밸브(33)에서 기화되어 분기점 L을 지나 상기 압축기(20)로 순환된다.

이와 같이 태양의 조도와 외기 온도를 감지하여 태양 에너지 열교환기(110)를 선택적으로 가동함으로써 외부 날씨가 흐린 날이든지 야간에는 실외 열교환기(90)를 통해 냉매를 안정적으로 증발시킬 수 있다. 한편, 주간에 날씨가 좋은 경우에는 상기 실외 열교환기(90) 대신에 태양 에너지 열교환기(110)를 통해 태양열과 냉매 간 열교환이 일어나게 함으로써 매우 효율적인 열교환 시스템을 구성할 수 있다.

또한, 이 과정에서 상기 압축기(20)의 토출가스가 미리 설정된 값 이상으로 상승하는 경우에는 상기 압축기 과열 방지 조절 유로(P1)에 설치된 제4팽창 밸브(160)가 비례적으로 개방됨으로써 분기점 G에서 분기된 저온의 냉매 가스가 상기 압축기(20)로 유입되도록 함으로써 상기 압축기(20)에서 토출되는 가스의 온도를 일정하게 조절할 수 있다.

이제, 도 3을 참조하여 실내 공기 난방 사이클을 서술하기로 한다.

상기 압축기(20)에서 고온 고압의 냉매가스가 형성되어 토출된 후 상기 오일 분리기(21)에 유입된다. 상기 오일 분리기(21)에서는 고압 고압의 냉매 가스와 냉매 중에 혼합된 오일을 분리하여 상기 제4전자 밸브(22)를 통해 상기 압축기(20)로 회수한다. 상기 오일 분리기(21)에서 오일과 분리된 고온 고압의 냉매 가스는 분기점 A를 지나 사방 밸브(30)를 a->c 방향으로 통과하여 분기점 B를 지나 상기 제1삼방 밸브(40)를 a->b 방향으로 통과한다. 상기 제1삼방 밸브(40)를 통과한 냉매는 분기점 J를 통과하여 상기 실내 공기 열교환기(60)로 유입된다. 상기 실내 공기 열교환기(60)에서는 고온 고압의 냉매 가스와 실내 공기 간 열교환이 일어남으로써 실내 공기의 온도가 상승함으로써 실내 난방이 구현된다. 상기 실내 공기 열교환기(60)에 유입되는 실내 공기는 송풍팬에 의해 송풍될 수 있다. 상기 실내 공기 열교환기(60)를 통과한 냉매는 분기점 I를 지나 제3팽창 밸브(65)를 우회하여 전자 밸브(66)를 지나 리시버 탱크(70)에 도달한다. 상기 리시버 탱크(70)에서 유출된 냉매 가스는 드라이어(72)에서 냉매 중에 잔류된 수분 및 이물질이 제거되고, 사이트 글라스(73)를 통과하여 분기점 E 및 G를 통과하여 분기점 H에 도달한다. 이 경우에 냉매는 외부 환경 조건에 따라 실외 열교환기(90)로 유입될 것인지 태양 에너지 열교환기(110)로 유입될 것인지가 결정된다. 이때 상기 제1냉매 유동 제어기(120)의 신호에 따라 제1전자 밸브(82) 또는 제2전자 밸브(102)가 택일적으로 개방된다. 예컨대, 외부 공기 열원의 온도가 충분히 높은 경우에는 외부 온도 센서(124)에서 측정된 온도는 10℃ 이상의 온도가 될 것이므로 제2전자 밸브(102)가 개방되는 조건이 충족되지 않는다. 또한, 야간이나 흐린 날의 경우에는 상기 조도 감지 센서(122)에서 측정된 조도가 1000 Lux 미만이 될 것이므로 제2전자 밸브(102)가 개방되는 조건이 충족되지 않는다.

상기 실외 열교환기(90) 또는 상기 태양 에너지 열교환기(110)를 통과한 냉매 가스는 분기점 P를 지나 사방 밸브(30)에서 b-->d 방향으로 유동하여 분기점 K를 지나 제2삼방 밸브(35)에서 b--a 방향으로 통과한다. 상기 제2삼방 밸브(35)를 통과한 냉매는 기액 분리기(32)를 통과하여 압축기(20)로 유입됨으로써 실내 공기 난방 사이클을 완성한다.

이제, 도 4를 참조하여 급탕 사이클을 설명하기로 한다.

상기 압축기(20)에서 고온 고압의 냉매가스가 형성되어 토출된 후 상기 오일 분리기(21)에 유입된다. 상기 오일 분리기(21)에서는 고압 고압의 냉매 가스와 냉매 중에 혼합된 오일을 분리하여 상기 제4전자 밸브(22)를 통해 상기 압축기(20)로 회수한다. 상기 오일 분리기(21)에서 오일과 분리된 고온 고압의 냉매 가스는 분기점 A를 지나 사방 밸브(30)를 a->c 방향으로 통과하여 분기점 B를 지나 상기 급탕용 열교환기(150)로 유입된다. 상기 급탕용 열교환기(150)에서는 고온 고압의 냉매 가스와 급탕용 물 사이의 열교환이 일어남으로써 급탕용 온수가 생성된다. 상기 급탕용 열교환기(150)에 유입되는 물은 순환 펌프(153)에 의해 원활하게 공급될 수 있다. 한편, 상기 급탕용 열교환기(150)에서 생성된 온수는 급탕용 온수 탱크(152)에 저장된다. 상기 급탕용 온수 탱크(152)에 저장되는 온수의 온도를 일정하게 유지하도록 바닥 난방용 온수 제어기(155)가 온수 유량 조절 밸브(159)를 비례적으로 개폐한다. 상기 급탕용 온수 탱크(152)에 저장된 온수는 배관을 통해 필요한 곳에 공급될 수 있다. 상기 급탕용 열교환기(150)를 통과한 냉매는 전자 밸브(157)와 체크 밸브(158)를 지나 리시버 탱크(70)에 도달한다. 상기 리시버 탱크(70)에서 유출된 냉매 가스는 드라이어(72)에서 냉매 중에 잔류된 수분 및 이물질이 제거되고, 사이트 글라스(73)를 통과하여 분기점 E 및 G를 통과하여 분기점 H에 도달한다. 이 경우에 냉매는 외부 환경 조건에 따라 실외 열교환기(90)로 유입될 것인지 태양 에너지 열교환기(110)로 유입될 것인지가 결정된다. 이때 상기 제1냉매 유동 제어기(120)의 신호에 따라 제1전자 밸브(82) 또는 제2전자 밸브(102)가 택일적으로 개방된다. 예컨대, 외부 공기 열원의 온도가 충분히 높은 경우에는 외부 온도 센서(124)에서 측정된 온도는 10℃ 이상의 온도가 될 것이므로 제2전자 밸브(102)가 개방되는 조건이 충족되지 않는다. 또한, 야간이나 흐린 날의 경우에는 상기 조도 감지 센서(122)에서 측정된 조도가 1000 Lux 미만이 될 것이므로 제2전자 밸브(102)가 개방되는 조건이 충족되지 않는다.

상기 실외 열교환기(90) 또는 상기 태양 에너지 열교환기(110)를 통과한 냉매 가스는 분기점 P를 지나 사방 밸브(30)에서 b-->d 방향으로 유동하여 분기점 K를 지나 제2삼방 밸브(35)에서 b--a 방향으로 통과한다. 상기 제2삼방 밸브(35)를 통과한 냉매는 기액 분리기(32)를 통과하여 압축기(20)로 유입됨으로써 급탕 사이클을 완성한다.

이제, 도 5를 참조하여 제상 사이클을 설명하기로 한다.

상기 압축기(20)에서 고온 고압의 냉매가스가 형성되어 토출된 후 상기 오일 분리기(21)에 유입된다. 상기 오일 분리기(21)에서는 고압 고압의 냉매 가스와 냉매 중에 혼합된 오일을 분리하여 상기 제4전자 밸브(22)를 통해 상기 압축기(20)로 회수한다. 상기 오일 분리기(21)에서 오일과 분리된 고온 고압의 냉매 가스는 분기점 A를 지나 사방 밸브(30)를 a->b 방향으로 통과하여 분기점 P를 지나 상기 실외 열교환기(90)로 유입된다. 상기 실외 열교환기(90)에서는 고온 고압의 냉매 가스(핫 개스)와 상기 실외 열교환기(90)의 냉매관을 통과하면서 냉매관의 표면에 생성된 성에를 녹여서 제거한다. 이 과정에서 상기 실외 열교환기(90) 표면에 부착된 제상 종료 감지 센서(92)에 의해 측정된 온도가 일정 값 이상인 경우에는 제상 운전이 종료되도록 시스템이 제어될 수 있다.

상기 실외 열교환기(90)를 통과한 냉매는 분기점 O를 지나 체크 밸브(84)를 통과하여 리시버 탱크(70)에 도달한다. 상기 리시버 탱크(70)에서 유출된 냉매 가스는 드라이어(72)에서 냉매 중에 잔류된 수분 및 이물질이 제거되고, 사이트 글라스(73)를 통과하여 분기점 E를 통과하여 제3전자 밸브(63)와, 체크 밸브(64)를 거쳐 제3팽창 밸브(65)에 유입된다. 상기 제3팽창 밸브(65)에서는 냉매가 교축 작용에 의해 저온의 습포화 증기로 상 변화한다. 상기 제3팽창 밸브(65)에서 토출된 냉매는 분기점 I를 지나 상기 실내 공기 열교환기(60)로 유입된다. 상기 실내 공기 열교환기(60)에서는 냉매가 실내 공기로부터 자연 대류에 의해 열교환이 일어난다. 상기 실내 공기 열교환기(60)를 통과한 냉매는 분기점 J를 지나 상기 제2삼방 밸브(35)를 b-->a 방향으로 통과한다. 상기 제2삼방 밸브(35)를 통과한 냉매는 기액 분리기(32)를 지나 압축기(20)로 유입됨으로써 제상 사이클을 완성한다.

이제, 도 6을 참조하여 실내 공기 냉방 사이클을 설명하기로 한다.

실내 공기 냉방 사이클은 본질적으로 도 5를 통해 서술한 제상 사이클과 동일하다. 다만, 상기 실외 열교환기(90)에서의 열교환이 외부 공기 열원과 냉매 간에 이루어진다는 점에서 차이가 있다.

즉, 상기 압축기(20)에서 고온 고압의 냉매가스가 형성되어 토출된 후 상기 오일 분리기(21)에 유입된다. 상기 오일 분리기(21)에서는 고압 고압의 냉매 가스와 냉매 중에 혼합된 오일을 분리하여 상기 제4전자 밸브(22)를 통해 상기 압축기(20)로 회수한다. 상기 오일 분리기(21)에서 오일과 분리된 고온 고압의 냉매 가스는 분기점 A를 지나 사방 밸브(30)를 a->b 방향으로 통과하여 분기점 P를 지나 상기 실외 열교환기(90)로 유입된다. 상기 실외 열교환기(90)에서는 고온 고압의 냉매 가스와 외부 공기 열원 간 열교환이 이루어진다. 이 과정에서 냉매는 공기 열원에 열을 전달하여 온도와 압력이 낮아진다.

상기 실외 열교환기(90)를 통과한 냉매는 분기점 O를 지나 체크 밸브(84)를 통과하여 리시버 탱크(70)에 도달한다. 상기 리시버 탱크(70)에서 유출된 냉매 가스는 드라이어(72)에서 냉매 중에 잔류된 수분 및 이물질이 제거되고, 사이트 글라스(73)를 통과하여 분기점 E를 통과하여 제3전자 밸브(63)와, 체크 밸브(64)를 거쳐 제3팽창 밸브(65)에 유입된다. 상기 제3팽창 밸브(65)에서는 냉매가 교축 작용에 의해 저온의 습포화 증기로 상 변화한다. 상기 제3팽창 밸브(65)에서 토출된 냉매는 분기점 I를 지나 상기 실내 공기 열교환기(60)로 유입된다. 상기 실내 공기 열교환기(60)에서는 냉매가 실내 공기와 열교환 함으로써 실내 공기의 온도가 낮아진다. 그 결과 실내 공간의 냉방이 구현된다. 이때 냉매는 실내 공기로부터 열을 전달받아 과열도가 높아진다. 상기 실내 공기 열교환기(60)를 통과한 냉매는 분기점 J를 지나 상기 제2삼방 밸브(35)를 b-->a 방향으로 통과한다. 상기 제2삼방 밸브(35)를 통과한 냉매는 기액 분리기(32)를 지나 압축기(20)로 유입됨으로써 실내 공기 냉방 사이클을 완성한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템은, 실내 바닥 난방 또는 급탕을 위한 열교환이 이루어진 냉매가 외부의 온도 및 태양의 조도에 의해 실외 열교환기에 의해 증발이 이루어지거나 또는 태양 에너지 열교환기에서 증발이 이루어지도록 선택적으로 조절함으로써 외부 날씨의 변화에 불구하고 현저하게 우수한 열교환 효율을 유지함으로써 저비용으로 우수한 냉난방 효과를 구현할 수 있는 효과를 제공한다.

한편, 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템을 설명하기로 한다. 도 7에 도시된 히트 펌프 시스템은 도 1 내지 도 6에 도시된 히트 펌프 시스템과 기본적으로 동일한 구성요소를 포함한다. 따라서, 이하에서는, 도 7에서 특별히 부가된 구성요소에 대해서만 설명하는 것으로 한다.

도 7에 도시된 히트 펌프 시스템은 태양열 집열 증폭기(1000)가 설치된 점에 차이가 있다. 상기 태양열 집열 증폭기(1000)는 상기 사방 밸브(30)와 분기점 B를 연결하는 유로 상에 설치된 제3삼방 밸브(1020)로부터 분기되어 분기점 Q에서 다시 분기점 B와 연결된 유로에 설치된다. 상기 태양열 집열 증폭기(1000)는 일종의 열교환기로써 상기 압축기(20)에서 토출된 고온 고압의 냉매 가스에 태양열로부터 공급받은 열을 보충함으로써 상기 압축기(20)의 성능을 증폭시키는 역할을 한다. 상기 태양열 집열 증폭기(1000)는 상기 태양 에너지 열교환기(110)와 마찬가지로 평판 유로 형태(plate with tube type), 진공관 형태(evacuated tube type), 진공관과 히트 파이프 혼합 형태(evacuated tube and heat pipe mixed type), 핀 튜브 형태(fin tube) 등의 집열기(solar collector) 구조가 채용될 수 있다. 상기 태양열 집열 증폭기(1000)는 상기 제3삼방 밸브(1020)에 연결되어 그 제3삼방 밸브(1020)를 개폐하는 제3냉매 유동 제어기(1010)에 의해 증폭 역할을 수행한다. 상기 제3냉매 유동 제어기(1010)는 상기 제1냉매 유동 제어기(120)와 유사하게 태양의 조도 및 외부 온도를 측정함으로써 미리 설정된 조건에서 상기 제3삼방 밸브(1020)로부터 상기 태양열 집열 증폭기(1000)로 냉매가 흐르도록 허용한다. 상기 태양열 집열 증폭기(1000)는 예컨대 실내 공간의 난방이나 급탕 사이클 시 상기 압축기(20)의 성능을 증폭시키는 기능을 수행함으로써 본 발명에 따른 히트 펌프 시스템의 운전 성능을 향상시키는 역할을 한다. 상기 제3삼방 밸브(1020)는 상기 태양열 집열 증폭기(1000)의 역할이 필요하지 않은 조건에서는 냉매가 상기 사방 밸브(30)와 분기점 B 간 유로로 직행하도록 조절된다.

이상, 바람직한 실시 예들을 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.

10 : 하이브리드 히트펌프 시스템
20 : 압축기
21 : 오일 분리기
22 : 제4전자 밸브
30 : 사방 밸브
32 : 기액 분리기
33 : 보조 팽창 밸브
35 : 제2삼방 밸브
40 : 제1삼방 밸브
50 : 바닥 난방용 열교환기
52 : 난방용 온수 탱크
53 : 순환 펌프
54 : 난방용 배관
55 : 온수 제어기
56 : 순환 펌프
57 : 전자 밸브
58 : 체크 밸브
60 : 실내 공기 열교환기
63 : 제3전자 밸브
64 : 체크 밸브
65 : 제3팽창 밸브
66 : 체크 밸브
70 : 리시버 탱크
72 : 드라이어
73 : 사이트 글라스
80 : 제1팽창 밸브
82 : 제1전자 밸브
83, 84 : 체크 밸브
88 : 냉매 혼합기
89 : 핫 개스 조절 밸브
90 : 실외 열교환기
92 : 제상 종료 감지 센서
100 : 제2팽창 밸브
102 : 제2전자 밸브
110 : 태양 에너지 열교환기
112 : 체크 밸브
120 : 제1냉매 유동 제어기
122 : 조도 감지 센서
124 : 외부 온도 감지 센서
130 : 제2냉매 유동 제어기
132 : 증발 압력 조절기
150 : 급탕용 열교환기
152 : 급탕용 온수 탱크
153 : 순환 펌프
155 : 급탕수 온도 제어기
157 : 전자 밸브
158 : 체크 밸브
160 : 제4팽창 밸브
1000 : 태양열 집열 증폭기
1010 : 제3냉매 유동 제어기
1020 : 제3삼방 밸브
P1 : 압축기 과열 방지 조절 유로

Claims

기체 상태의 냉매를 고온 고압 상태로 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 토출된 냉매 유로 상에 배치되는 사방 밸브;
상기 사방 밸브와 냉매 유로로 연결된 제1삼방 밸브;
상기 제1삼방 밸브와 냉매 유로로 연결되며 특정 실내 공간의 바닥 난방용 물과 냉매 간 열교환을 행하는 바닥 난방용 열교환기;
상기 사방 밸브와 냉매 유로로 연결되며 특정 실내 공간의 공기와 냉매 간 열교환이 이루어지는 실내 공기 열교환기;
상기 바닥 난방용 열교환기 및 상기 실내 공기 열교환기와 냉매 유로로 연결된 리시버 탱크;
상기 리시버 탱크와 냉매 유로로 연결되며 제1전자밸브에 의해 냉매의 유입이 개폐되는 제1팽창 밸브;
상기 리시버 탱크와 냉매 유로로 연결되며, 상기 제1팽창 밸브와 연결된 냉매 유로에서 분기된 유로에 배치되며, 제2전자밸브에 의해 냉매의 유입이 개폐되는 제2팽창 밸브;
상기 제1팽창 밸브와 냉매 유로로 연결되어 외부 공기 열원과 냉매 간 열교환이 이루어지는 실외 열교환기;
상기 제2팽창 밸브와 냉매 유로로 연결되며 태양열과 냉매 간 열교환이 이루어지는 태양 에너지 열교환기;
상기 실외 열교환기 및 상기 태양 에너지 열교환기는 냉매 유로에 의해 결합되어 상기 사방 밸브에 연결되며;
상기 사방 밸브는 상기 압축기의 입구 측에 냉매 유로로 연결되며;
상기 리시버 탱크에서 토출된 냉매가 상기 제1팽창 밸브로 유입될 것인지 또는 상기 제2팽창 밸브로 유입될 것인지를 결정하도록 상기 제1전자밸브 또는 상기 제2전자밸브를 택일적으로 개방하는 제1냉매 유동 제어기; 및
상기 제1냉매 유동 제어기의 작동을 제어하는 기초 자료를 제공하도록, 태양의 조도를 감지하는 조도 감지 센서 및 외부 대기의 온도를 측정하는 외부 온도 센서;를 포함한 것을 특징으로 하는 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 태양 에너지 열교환기로부터 토출되는 냉매의 온도와 압력을 기초로 상기 리시버 탱크로부터 상기 태양에너지 열교환기로 유입되는 냉매의 양을 제어하도록 상기 제2팽창 밸브를 비례적으로 개폐하는 제2냉매 유동 제어기;를 포함한 것을 특징으로 하는 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 태양 에너지 열교환기로부터 토출되어 상기 사방 밸브로 이동하는 냉매의 압력이 미리 설정된 압력보다 높아지지 않도록 냉매의 압력을 조절하도록 설치된 증발 압력 조절기;를 포함한 것을 특징으로 하는 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 사방 밸브로부터 상기 제1삼방 밸브로 연결된 냉매 유로는 분기하여 급탕용 열교환기에 연결되며,
상기 급탕용 열교환기에서는 급탕용 물과 냉매가 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 공기 하이브리드 히트펌프 시스템.