KR101373040B1

KR101373040B1 - 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR101373040B1
Application number: KR1020130106042A
Authority: KR
Inventors: 박용정
Original assignee: 대한공조(주)
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2014-03-11

Abstract

본 발명의 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템은, 흡입측으로 공급되는 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기와, 난방시 압축기로부터 전달되는 냉매를 부하 공급부에서 전달되는 부하수와 대향류 방향으로 열교환시켜 응축시키며, 냉방시 흡입측으로 전달되는 냉매를 부하수와 열교환시켜 압축기로 전달하는 한 쌍의 부하측 열교환기와, 상기 부하측 열교환기들로부터 전달되는 냉매를 열원 공급부에서 전달되는 순환수와 대향류 방향으로 열교환시켜 증발시킨 후 압축기로 재순환시키며, 냉방시 압축기에서 전달되는 냉매를 순환수와 열교환을 통해 응축시켜 부하측 열교환기들로 전달하는 한 쌍의 열원측 열교환기와, 상기 부하측 열교환기들과 열원측 열교환기들의 연결라인 상에 설치되며, 부하측 열교환기들 또는 열원측 열교환기들로부터 전달되는 냉매를 팽창시키는 팽창 변 및, 상기 압축기와 부하측 열교환기들 및 열원측 열교환기들 간의 연결라인 상에 설치되어, 일 방향으로 전달되는 냉매를 항상 대향류 열교환 시키기 위해 냉매 유로를 변경하는 다수의 3방 밸브를 포함한다.

Description

상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM}

본 발명은 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하측 열교환기와 열원측 열교환기의 내부로 순환하는 물과 냉매가 3방 밸브에 의해 대향류 방향으로 이동하면서 열교환되도록 함으로써, 서로 반대되는 방향으로 이동하는 물과 냉매의 열교환 효율을 높일 수 있으며, 이를 통해 장비의 동작 성능을 향상시킬 수 있는 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 히트 펌프(heat pump) 시스템은 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나, 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치이다.

이 중, 이러한 히트 펌프 시스템은 대부분 압축기와, 증발기와, 응축기 및, 팽창밸브, 4방 변 등으로 이루어진다.

이와 같은 종래의 히트 펌프 시스템은, 다양한 형태들이 있으나 대표적으로 응축기를 통해 냉매와 물 등이 열교환 되도록 함으로써, 난방을 하고자 하는 대상 지점을 뜨겁게 만들 수 있도록 시스템이 구성 되며, 증발기를 통해 냉매와 물 등이 열교환 되도록 함으로써, 냉방을 하고자 하는 대상 지점을 차갑게 만들 수 있도록 시스템이 구성된다.

그러나, 종래의 히트펌프 시스템은 냉매와 물 등이 부하측 또는 열원측 열교환기가 순향류 방향(동일 방향)으로 이동하면서 열교환을 이루는 방식을 사용하고 있어 장비의 열교환 효율이 좋지 않았다

본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2001-0052480호(2001년 06월 25일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 히트펌프장치가 개시되어 있다.

히트펌프의 성능은 열교환기에서 물과 냉매의 열교환 방식이 순향류보다 대향류일 때 우수하며 특히 R407C 냉매의 경우 온도구배가 크기 때문에 열교환 방식을 대향류로 만드는 것이 중요하다.

본 발명의 목적은 부하측 열교환기와 열원측 열교환기의 내부로 순환하는 물과 냉매가 3방 밸브들에 의해 대향류 방향으로 열교환시킴으로써, 서로 반대되는 방향으로 이동하는 물과 냉매의 열교환 효율을 높일 수 있는 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 부하측 열교환기와 열원측 열교환기를 한 쌍으로 설치하여, 대향류 열교환이 부하측열교환기와 열원측열교환기 방향에서 동시에 이루어지도록 함으로써, 장비의 열교환 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템은, 흡입측으로 공급되는 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기와, 난방시 압축기로부터 전달되는 냉매를 부하 공급부에서 전달되는 부하수와 대향류 방향으로 열교환시켜 응축시키며, 냉방시 흡입측으로 전달되는 냉매를 부하수와 열교환시켜 압축기로 전달하는 한 쌍의 부하측 열교환기와, 상기 부하측 열교환기들로부터 전달되는 냉매를 열원 공급부에서 전달되는 순환수와 대향류 방향으로 열교환시켜 증발시킨 후 압축기로 재순환시키며, 냉방시 압축기에서 전달되는 냉매를 순환수와 열교환을 통해 응축시켜 부하측 열교환기들로 전달하는 한 쌍의 열원측 열교환기와, 상기 부하측 열교환기들과 열원측 열교환기들의 연결라인 상에 설치되며, 부하측 열교환기들 또는 열원측 열교환기들로부터 전달되는 냉매를 팽창시키는 팽창 변 및, 상기 압축기와 부하측 열교환기들 및 열원측 열교환기들 간의 연결라인 상에 설치되어, 일 방향으로 전달되는 냉매를 항상 대향류 열교환 시키기 위해 냉매 유로를 변경하는 다수의 3방 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 압축기의 토출측에는 상기 냉매를 상기 부하측 열교환기들 또는 상기 열원측 열교환기들로 전달하며, 상기 부하측 열교환기들 또는 상기 열원측 열교환기들로부터 전달되는 냉매를 상기 압축기로 재순환시키는 4방 변이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 부하측 열교환기들은 제1본체와, 상기 제1본체의 내부에 관통설치되며, 양단이 부하 공급부에 각각 연결되는 제1-1배관 및, 상기 제1본체의 내부에 관통설치되며, 양단이 상기 압축기와 상기 열원측 열교환기에 각각 연결되는 제1-2배관을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열원측 열교환기들은 제2본체와, 상기 제2본체들의 내부에 관통설치되며, 양단이 열원 공급부에 각각 연결되는 제2-1배관 및, 상기 제2본체의 내부에 관통설치되며, 양단이 상기 제1-2배관과 상기 압축기에 각각 연결되는 제2-2배관을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 팽창 변은 상기 제1-2배관과 상기 제2-2배관의 연결라인 상에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 3방 밸브는 상기 제1-2배관과 상기 압축기 간의 연결라인과, 상기 제1-2배관과 팽창 변 간의 연결라인과, 상기 팽창 변과 상기 제2-2배관 간의 연결라인 및, 상기 제2-2배관과 상기 압축기 간의 연결라인 상에 각각 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 3방 밸브는 일 방향으로 전달되는 냉매를 부하측열교환기와 열원측열교환기가 항상 대향류로 열교환시키기 위해 냉매 경로를 변경하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열원 공급부에서 전달되는 순환수는 지열, 폐열을 열원으로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 부하측 열교환기와 열원측 열교환기의 내부로 순환하는 물과 냉매가 3방 밸브들에 의해 대향류 방향으로 열교환시킴으로써, 서로 반대되는 방향으로 이동하는 물과 냉매의 열교환 효율을 높일 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 부하측 열교환기와 열원측 열교환기의 냉매 순환 방향을 가변함으로써, 겨울철과 여름철에 선택적으로 사용할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 부하측 열교환기와 열원측 열교환기를 한 쌍으로 설치하여 대향류 열교환이 양 방향에서 동시에 이루어지도록 함으로써, 장비의 열교환 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템의 전체적인 구성을 보여주기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템에서 난방시 냉매의 흐름 방향을 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템에서 냉방시 냉매의 흐름 방향을 보여주기 위한 도면이다.

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

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템의 전체적인 구성을 보여주기 위한 도면이다.

도 1을 참조로 하면, 본 발명에 따른 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템은 압축기(100)와, 한 쌍의 부하측 열교환기(200)와, 한 쌍의 열원측 열교환기(300)와, 팽창 변(400) 및, 3방 밸브(500)를 포함한다.

또한, 상기 압축기(100)의 토출측에는 냉매의 공급 방향을 조절하기 위한 4방 변(600)이 더 설치된다.

상기한 구성들 중, 먼저 압축기(Compressor, 100)는 흡입측으로 재투입되는 냉매를 압축시킨 후, 토출측으로 고온고압의 냉매를 배출시킨다.

여기서, 상기 압축기(100)의 내부에는 냉매에 압력을 가하기 위한 구동모터(미도시)가 설치된다.

그리고, 상기 압축기(100)의 내부에는 구동모터의 압력 발생에 의해 냉매를 토출측으로 순환 배출시키기 위한 순환배관(미도시)이 설치될 수 있다.

4방 변(600)은, 압축기(100)의 토출측에 연결배관(10)에 의해 연결되며, 그 내부로 전달되는 냉매를 여러 방향으로 이동시킨다.

이를 위해, 상기 4방 변(600)은 내부에 다수의 유로(미도시)가 형성되며, 전원이 인가되는 코일(미도시)과, 상기 코일로의 전원 인가 상태에 따라 유로를 개폐시키는 작동기(미도시) 등이 설치된다.

이와 같은 상기 4방 변(600)은, 냉매를 후술될 부하측 열교환기(200)들 또는 열원측 열교환기(300)들로 전달한다.

이와 함께, 상기 4방 변(600)은 후술될 부하측 열교환기(200)들 또는 열원측 열교환기(300)들로부터 전달되는 냉매를 압축기(100)로 재투입시킨다.

그리고, 상기 4방 변(600)의 외부에는 내부 유로로 전달되는 냉매를 각 방향으로 배출시키기 위한 연결구(610)가 외부로 돌출 형성되며, 상기 연결구(610)의 단부에는 연결배관(10)의 일단이 결합된다.

한 쌍의 부하측 열교환기(200)는, 도 2에서처럼 난방시 압축기(100)로부터 전달되는 냉매를 응축(응축기의 역할, Condenser)시키는 역할을 한다.

이때, 상기 부하측 열교환기(200)들은 압축기(100)로부터 전달되는 냉매를 부하측 공급부(미도시)로부터 전달되는 부하수와 서로 반대되는 방향으로 이동시켜 열교환시킨다.

여기서, 상기 대향류는 고온유체와 저온유체가 서로 반대방향에서 주입되고 반대쪽에서 배출되는 열교환 방식을 말하며, 이상적인 100% 열교환이 가능하다.

이 후, 부하측 열교환기(200)들은 일정 열을 갖는 냉매를 후술될 열원측 열교환기(300)들에 각각 전달한다.

반면, 상기 부하측 열교환기(200)들은 도 3에서처럼 냉방시 후술될 열원측 열교환기(300)들로부터 전달되는 냉매를 증발(증발기의 역할, Evaporator)시킨다.

이때, 상기 부하측 열교환기(200)들은 냉매를 부하측 공급부로부터 전달되는 부하수와 서로 반대되는 방향으로 이동시켜 열교환시킨다.

이를 위해, 상기 부하측 열교환기(200)들은 제1본체(210, 210')와, 제1-1배관(220, 220') 및, 제1-2배관(230, 230')으로 구비될 수 있다.

상기 제1본체(210, 210')는, 한 쌍으로 각각 설치되며, 상기 제1본체(210, 210')들의 내부에는 제1-1배관(220, 220')과 제1-2배관(230, 230')을 각각 설치하기 위한 설치공간이 형성된다.

상기 제1-1배관(220, 220')은, 부하수 공급부로부터 공급되는 부하수를 순환시키기 위한 것으로, 상기 제1본체(210, 210')들의 설치공간 내에 각각 설치된다.

여기서, 상기 제1-1배관(220, 220')은 제1본체(210, 210')들에 각각 설치되며, 상기 제1-1배관(220, 220')들의 양단이 부하수 공급부의 입구와 출구에 연결배관(10)에 의해 각각 연결된다.

그리고, 상기 제1-1배관(220)은 일측에 위치된 제1본체(210)의 내부를 따라 외부로 연장되고, 이에 연결된 다른 하나의 제1-1배관(220')은 타측에 위치된 제1본체(210')의 내부를 통해 부하수 공급부로 연결된다.

이때, 상기 제1-1배관(220, 220')을 따라 이동하는 부하수는 제1본체(210, 210')들의 내부를 따라 순차적으로 순환되면서 부하수 공급부로 전달된다.

즉, 상기 제1-1배관(220, 220')을 따라 순환되는 부하수는 후술될 제1-2배관(230, 230')들을 따라 역방향으로 이동하는 냉매와 대항류 열교환을 한다.

이와 같은 상기 제1-1배관(220, 220')은, 열 전달이 용이한 금속관으로 제작할 수 있으며, 제1본체(210)들의 설치공간 내에 일정 길이로 설치될 수 있다.

제1-2배관(230, 230')은, 압축기(100) 또는 열원측 열교환기(300)들로부터 전달되는 냉매를 순환시키기 위한 것으로, 전술한 제1본체(210, 210')들의 내부 설치공간 내에 각각 설치된다.

이때, 상기 제1-2배관(230, 230')들은 전술한 제1-1배관(220, 220')들과 나란하게 일정 거리로 이격 설치될 수 있다.

그리고, 상기 제1-2배관(230, 230')들의 양단이 압축기(100)와 열원측 열교환기(300)에 연결배관(10)으로 연결된다.

이와 같은 상기 제1-2배관(230, 230')은, 열 전달이 용이한 금속관으로 제작할 수 있으며, 상기 제1본체(210)들의 설치공간 내에 일정 길이로 설치된다.

한 쌍의 열원측 열교환기(300)는, 도 2에서처럼 난방시 부하측 열교환기(200)들로부터 전달되는 냉매를 증발(증발기의 역할, Evaporator)시키는 역할을 한다.

이때, 상기 열원측 열교환기(300)들은 냉매와 열원 공급부에서 전달되는 순환수를 대향류 방향으로 열교환시켜 증발시킨 후 압축기(100)로 재투입시킨다.

반면, 상기 열원측 열교환기(300)들은 도 3에서처럼 냉방시 압축기(100)로부터 전달되는 냉매를 응축(응축기의 역할, Condenser)시키는 역할을 한다.

즉, 상기 열원측 열교환기(300)들과 전술한 부하측 열교환기(200)들은 난방과 냉방에 따라 응축과 증발 기능이 서로 바뀌며, 겨울철과 여름철에 모두 사용할 수 있도록 열교환 순서를 가변할 수 있다.

한편, 상기 열원 공급부에서 전달되는 순환수는 지열, 폐열 등을 열원으로 사용할 수 있다.

이를 위해, 상기 열원측 열교환기(300)들은 제2본체(310, 310')와, 제2-1배관(320, 320') 및, 제2-2배관(330, 330')으로 구비될 수 있다.

상기 제2본체(310, 310')는, 한 쌍으로 각각 설치되며, 상기 제2본체(310, 310')들의 내부에 제2-1배관(320, 320')과 제2-2배관(330, 330')을 각각 설치하기 위한 설치공간이 형성된다.

상기 제2-1배관(320, 320')은, 열원 공급부로부터 공급되는 순환수를 순환시키기 위한 것으로, 상기 제2본체(310, 310')들의 내부에 각각 설치된다.

여기서, 상기 제2-1배관(320, 320')은 제2본체(310, 310')들의 설치공간 내에 각각 설치되며, 상기 제2-1배관(320, 320')의 양단이 열원 공급부의 입구와 출구에 연결배관(10)에 의해 각각 연결된다.

그리고, 상기 제2-1배관(320)은 일측에 위치된 제2본체(310)의 내부를 따라 외부로 연장되고, 이에 연결된 다른 하나의 제2-1배관(320')은 타측에 위치된 제2본체(310')의 내부를 통해 열원 공급부로 연결된다.

이때, 상기 제2-1배관(320, 320')을 따라 이동하는 순환수는 제2본체(310, 310')들의 내부에 설치된 제2-1배관(320, 320')을 따라 순차적으로 순환되면서 열원 공급부로 전달된다.

즉, 상기 제2-1배관(320, 320')을 따라 순환되는 순환수를 후술될 제2-2배관(330, 330')을 따라 역방향으로 이동하는 냉매와 서로 반대되는 방향으로 이동시켜 대향류 방식의 열교환을 이룬다.

이와 같은 상기 제2-1배관(320, 320')은, 열 전달이 용이한 금속관으로 제작할 수 있으며, 상기 제2본체(310, 310)들의 설치공간 내에 일정 길이로 설치된다.

제2-2배관(330, 330')은, 압축기(100) 또는 부하측 열교환기(200)들로부터 전달되는 냉매를 순환시킨다.

이때, 상기 제2-2배관(330, 330')은 전술한 제2-1배관(320, 320')과 나란하게 일정 거리로 이격 설치될 수 있다.

그리고, 상기 제2-2배관(330, 330')의 양단이 압축기(100)와 부하측 열교환기(200)들의 제1-2배관(230, 230')과 연결배관(10)에 의해 연결된다.

이와 같은 상기 제2-2배관(330, 330')은, 열 전달이 용이한 금속관으로 제작할 수 있으며, 상기 제2본체(310, 310)들의 설치공간 내에 일정 길이로 설치된다.

팽창 변(400)은, 부하측 열교환기(200)들과 열원측 열교환기(300)들 간의 연결배관(10) 상에 설치된다.

이 상태에서, 상기 팽창 변(400)은 부하측 열교환기(200)들 또는 열원측 열교환기(300)들로부터 전달되는 냉매를 팽창시킨다.

여기서, 상기 팽창 변(400)은 전술한 제1-2배관(230, 230')과 제2-2배관(330, 330')을 연결하는 연결배관(10) 상에 설치될 수 있다.

즉, 상기 팽창 변(400)을 통과한 냉매는 부하측 열교환기(200)들의 제1-2배관(230, 230') 또는 열원측 열교환기(300)들의 제2-2배관(330, 330')으로 기체화된 저온의 냉매가 전달된다.

3방 밸브(500)는, 냉매의 유동 방향을 부하측 열교환기와 열원측 열교환기 내에서 대향류 방향으로 열교환시키기 위한 것이다.

여기서, 상기 3방 밸브(500)는 압축기(100)와 부하측 열교환기(200)들 및 열원측 열교환기(300)들 간의 연결배관(10) 상에 각각 설치된다.

이러한 상기 3방 밸브(500)는, 냉방, 난방에 상관없이 항상 냉매와 부하측, 열원측 순환수와 대향류 열교환을 이룰 수 있도록 한다.

이를 위해, 상기 3방 밸브(500)의 내부에는 3개의 냉매 순환 유로가 형성되며, 상기 3방 밸브(500)에는 유로의 방향 전환과 유량 조절을 위한 구동모터(미도시) 등이 설치될 수 있다.

이와 같은 상기 3방 밸브(500)는, 제1-2배관(230, 230')과 압축기(100) 간의 연결배관(10)과, 제1-2배관(230, 230')과 팽창 변(400) 간의 연결라인 상에 설치할 수 있다.

그리고, 상기 3방 밸브(500)는 팽창 변(400)과 제2-2배관(330, 330') 간의 연결배관(10)과, 제2-2배관(330, 330')과 압축기(100) 간의 연결배관(10) 상에 각각 설치할 수 있다.

이하, 도 2와 도 3을 참조로 본 발명에 따른 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2에서처럼 난방시에는 압축기(100)로부터 배출되는 고온고압의 냉매가 4방 변(600)을 통해 연결배관(10)을 따라 이동한다.

다음으로, 상기 연결배관(10)을 따라 이동하는 냉매는 3방 밸브(500)에 의해 '2번 라인' 을 형성하는 연결배관(10)을 따라 제1본체(210)들의 내부에 설치된 제1-2배관(230)의 일단으로 전달된다.

이와 동시에, 부하수 공급부로부터 전달되는 부하수가 제1-1배관(220)을 따라 이동하면서 제1-2배관(230)을 따라 이동하는 냉매와 서로 반대되는 방향으로 이동하면서 대향류 방식의 열교환을 이룬다.

다음으로, 제1본체(210)에 설치된 제1-2배관(230)을 따라 이동하는 냉매는 두 개의 연결배관(10)의 교차 위치에 설치된 3방 밸브(500)에 의해 3번 라인 을 형성하는 연결배관(10)으로 투입된다.

이때, 상기 3방 밸브(500)로 전달된 냉매는 하나의 연결배관(10)을 따라 이동하면서 팽창 변(400)을 통과한다.

그리고, 팽창 변(400)을 통과한 냉매는 '4번 라인' 을 형성하는 연결배관(10)을 통하여 3방 밸브(500)로 연결된다.

다음으로, 냉매는 3방 밸브(500)에 의해 '5번 라인' 을 형성하는 연결배관(10)으로 보내어 대향류 열교환을 한다.

즉, 상기 제2-2배관(330')을 따라 이동하는 냉매는 제2-1배관(220')을 따라 이동하는 순환수와 역방향으로 이동하면서 대향류 열교환을 한다.

다음으로, 제2-2배관(330')을 따라 이동하는 냉매는 두 개의 연결배관(10)의 교차 위치에 설치된 3방 밸브(500)에 투입된다.

이때, 상기 3방 밸브(500)로 투입되는 냉매는 '6번 라인' 을 형성하는 연결배관(10)으로 배출되며, 상기 '6번 라인'으로 배출된 냉매는 하나의 연결배관(10)을 따라 이동하면서 4방 변(600)으로 재투입된다.

최종적으로, 상기 4방 변(600)을 통과한 냉매는 연결배관(10)을 따라 이동하면서 압축기(100)의 내부로 재투입된다.

반면, 도 3에서처럼 냉방시에는 압축기(100)로부터 배출되는 고온고압의 냉매가 4방 변(600)을 통해 '6번 라인'을 형성하는 연결배관(10)을 따라 이동한다.

다음으로, '6번 라인'의 연결배관(10)을 따라 이동하는 냉매는 3방 밸브(500)을 통해 '7번 라인'으로 전달된다.

이와 동시에, 열원 공급부로부터 전달되는 순환수가 제2-1배관(320, 320')을 따라 이동하면서 제2-2배관(330)을 따라 이동하는 냉매와 서로 반대되는 방향으로 이동하면서 대향류 열교환을 한다.

다음으로, 제2본체(310)에 설치된 제2-2배관(330)을 따라 이동하는 냉매는 두 개의 연결배관(10)의 교차 위치에 설치된 3방 밸브(500)에 의해 '4번 라인'을 형성하는 연결배관(10)으로 투입된다.

이때, 상기 3방 밸브(500)로 전달된 냉매는 하나의 방향으로 배출되며, 배출된 냉매는 하나의 연결배관(10)을 따라 이동하면서 팽창 변(400)을 통과한다.

그리고, 팽창 변(400)을 통과하는 냉매는 '3번 라인'을 형성하는 연결배관(10)을 통하여 3방 밸브(500)로 연결되며, 냉매는 3방 밸브(500)에 의해 '1번 라인'으로 전달된다.

이때, 상기 제1-2배관(230')을 따라 이동하는 냉매는 제1-1배관(220')을 따라 이동하는 부하수와 서로 반대되는 방향으로 이동하면서 대향류 열교환을 한다.

다음으로, 제1-2배관(230')을 따라 이동하는 냉매는 두 개의 연결배관(10)의 교차 위치에 설치된 3방 밸브(500)에 투입된다.

이때, 상기 3방 밸브(500)로 전달된 냉매는 하나의 방향으로 배출되며, 배출된 냉매는 하나의 연결배관(10)을 따라 이동하면서 4방 변(600)으로 재투입된다.

이와 같이, 난방시와 냉방시의 냉매 순환 방향을 가변함으로써, 겨울철과 여름철에 두 가지 기능을 선택적으로 사용할 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 부하측 열교환기(200)와 열원측 열교환기(300)의 내부로 순환하는 물과 냉매가 3방 밸브(500)들에 의해 대향류 방향으로 열교환시킴으로써, 서로 반대되는 방향으로 이동하는 물과 냉매의 열교환 효율을 높일 수 있다.

그리고, 부하측 열교환기(200)와 열원측 열교환기(300)의 냉매 순환 방향을 가변함으로써, 겨울철과 여름철에 선택적으로 사용할 수 있다.

또한, 부하측 열교환기(200)와 열원측 열교환기(300)를 한 쌍으로 설치하여, 냉방, 난방 모두 대향류 열교환이 동시에 이루어지도록 함으로써, 장비의 열교환 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

지금까지 본 발명의 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 연결배관 100: 압축기
200: 부하측 열교환기 210, 210': 제1본체
220, 220': 제1-1배관 230, 230': 제1-2배관
300: 열원측 열교환기 310, 310': 제2본체
320, 320': 제2-1배관 330, 330': 제2-2배관
400: 팽창 변 500: 3방 밸브
600: 4방 변 610: 연결구

Claims

흡입측으로 공급되는 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기;
난방시 압축기로부터 전달되는 냉매를 부하 공급부에서 전달되는 부하수와 대향류 방향으로 열교환시켜 응축시키며, 냉방시 흡입측으로 전달되는 냉매를 부하수와 열교환시켜 압축기로 전달하는 한 쌍의 부하측 열교환기;
상기 부하측 열교환기들로부터 전달되는 냉매를 열원 공급부에서 전달되는 순환수와 대향류 방향으로 열교환시켜 증발시킨 후 압축기로 재순환시키며, 냉방시 압축기에서 전달되는 냉매를 순환수와 열교환을 통해 응축시켜 부하측 열교환기들로 전달하는 한 쌍의 열원측 열교환기;
상기 부하측 열교환기들과 열원측 열교환기들의 연결라인 상에 설치되며, 부하측 열교환기들 또는 열원측 열교환기들로부터 전달되는 냉매를 팽창시키는 팽창 변; 및
상기 압축기와 부하측 열교환기들 및 열원측 열교환기들 간의 연결라인 상에 설치되어, 일 방향으로 전달되는 냉매를 항상 대향류 열교환 시키기 위해 냉매 유로를 변경하는 다수의 3방 밸브;를 포함하고,
상기 한 쌍의 부하측 열교환기 각각은,
제1본체와,
상기 제1본체의 내부에 관통설치되며, 양단이 부하 공급부에 각각 연결되는 제1-1배관 및,
상기 제1본체의 내부에 관통설치되며, 양단이 상기 압축기와 상기 열원측 열교환기에 각각 연결되는 제1-2배관을 구비하고,
상기 한 쌍의 열원측 열교환기 각각은,
제2본체와,
상기 제2본체들의 내부에 관통설치되며, 양단이 열원 공급부에 각각 연결되는 제2-1배관 및,
상기 제2본체의 내부에 관통설치되며, 양단이 상기 제1-2배관과 상기 압축기에 각각 연결되는 제2-2배관을 구비하고,
상기 한 쌍의 부하측 열교환기에서, 상기 부하수는 상기 한 쌍의 부하측 열교환기 각각의 제 1-1배관을 통해 서로 대향되는 방향을 따라 이동되어, 상기 부하 공급부로부터 순환되고,
상기 한 쌍의 열원측 열교환기에서, 상기 순환수는 상기 한 쌍의 열원측 열교환기 각각의 제 2-1배관을 통해 서로 대향되는 방향을 따라 이동되어, 상기 열원 공급부로부터 순환되고,
상기 다수의 3방 밸브는,
냉방시 또는 난방시, 상기 한 쌍의 부하측 열교환기 및 상기 한 쌍의 열원측 열교환기 각각에서,
순환수와 냉매가 대향류를 이루도록 상기 한 쌍의 부하측 열교환기 중 어느 하나와, 상기 한 쌍의 열원측 열교환기 중 어느 하나와의 냉매 경로를 형성하도록 하고,
상기 제 1-1배관과 상기 제 1-2배관은 서로 나란하게 배치되고,
상기 제 2-1배관과 상기 2-2배관은 서로 나란하게 배치되고,
상기 열원 공급부에서 전달되는 순환수는,
지열, 폐열을 열원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 압축기의 토출측에는,
상기 냉매를 상기 부하측 열교환기들 또는 상기 열원측 열교환기들로 전달하며, 상기 부하측 열교환기들 또는 상기 열원측 열교환기들로부터 전달되는 냉매를 상기 압축기로 재순환시키는 4방 변이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 팽창 변은,
상기 제1-2배관과 상기 제2-2배관의 연결라인 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 3방 밸브는,
상기 제1-2배관과 상기 압축기 간의 연결라인과, 상기 제1-2배관과 팽창 변 간의 연결라인과, 상기 팽창 변과 상기 제2-2배관 간의 연결라인 및, 상기 제2-2배관과 상기 압축기 간의 연결라인 상에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템.
제6항에 있어서,
상기 3방 밸브는,
일 방향으로 전달되는 냉매를 부하측열교환기와 열원측열교환기가 항상 대향류로 열교환시키기 위해 냉매 경로를 변경하는 것을 특징으로 하는 상시 대향류 열교환기를 갖는 히트펌프 시스템.
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