KR101416207B1 - Heat-pump system with three cycles using air and water heat - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 냉난방기기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 외기의 온도 및 습도에 따른 냉온수의 생산 효율의 저하를 감소할 수 있는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a three-way cycle heat pump system that utilizes air heat and hydrothermal heat that can reduce a decrease in the production efficiency of cold and hot water depending on the temperature and humidity of the outside air.
또한, 본 발명은 냉수의 생산 또는 냉방시 2원사이클로 이루어지는 히트펌프의 구성을 개선하고 추가적 또는 보완적인 압축사이클을 구성함으로써 공기열과 수열을 효과적으로 활용하여 효율의 저하를 방지할 수 있는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
In addition, the present invention improves the structure of a heat pump made up of a two-cycle cycle during the production or cooling of cold water and constitutes a supplementary or complementary compression cycle to effectively utilize the heat of the air and the heat, To a three-stroke cycle heat pump system using the same.
냉난방장치란 냉매 또는 열전달 부재 등을 통하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하여 소정의 장소에 적절한 온도를 제공하는 장치를 의미한다.The term " cooling & heating device " refers to a device that delivers a low-temperature heat source to a high temperature through a coolant or a heat transfer member, or delivers a high-temperature heat source to a low temperature to provide an appropriate temperature at a predetermined location.
일반적으로 냉난방효율 및 작동의 편의성을 고려하여 히트펌프를 이용하는 냉난방장치가 사용되는데, 히트펌프는 열을 흡수하는 부분과 방출하는 부분을 동시에 가지며, 열을 증발기에서 흡수하여 응축기로 전달하는 역할을 하게 된다.Generally, a cooling / heating apparatus using a heat pump is used in consideration of the cooling / heating efficiency and the convenience of operation. The heat pump has both a heat absorbing portion and a heat releasing portion, and absorbs heat from the evaporator and transfers it to the condenser do.
도 1은 종래 기술에 따른 냉난방시스템을 나타낸 것으로, 냉방시의 냉매의 흐름을 표시한다. FIG. 1 shows a cooling / heating system according to the prior art, and shows the flow of refrigerant during cooling.
종래 기술에 따른 냉난방시스템은 냉방시를 기준으로 도 1을 참고하여 설명하면, 냉매를 고온 고압의 기체상태로 압축시키는 압축기(2)와, 상기 압축기(2)에서 압축된 냉매를 중온 고압의 액체냉매로 응축시키는 실외 열교환기(4)와, 상기 실외 열교환기(4)에서 응축된 냉매를 저온 저압의 냉매로 감압시키는 팽창밸브(6)와, 상기 전자팽창밸브(6)에서 감압된 냉매를 저온 저압의 기체상태로 증발시키는 실내 열교환기(8)와, 상기 압축기(2)에 연결되는 밸브(9)로 구성된다.Referring to FIG. 1, the conventional cooling / heating system includes a compressor 2 for compressing refrigerant into a high-temperature and high-pressure state, a refrigerant compressed by the compressor 2, An expansion valve (6) for reducing the pressure of the refrigerant condensed in the outdoor heat exchanger (4) to low temperature and low pressure refrigerant, and a refrigerant decompressed in the electronic expansion valve (6) An
상기와 같은 냉난방시스템이 냉방 작동되는 경우, 냉매는 압축기(2), 실외 열교환기(4), 전자 팽창밸브(6), 실내 열교환기(8)를 따라 순환되며, 상기 실외 열교환기(4)와 실내 열교환기(8)는 각각 응축기와 증발기 역할을 수행한다.The refrigerant is circulated along the compressor 2, the
등록특허 제10-0897131호(이하, '선행문헌'이라 함)는 이러한 히트펌프를 이용하는 냉난방시스템을 개시하는데, 도 2는 이러한 선행문헌의 2원사이클 히트펌프 시스템을 나타내는 도면이다.Japanese Patent Application No. 10-0897131 (hereinafter referred to as "prior art document") discloses a cooling / heating system using such a heat pump, and FIG. 2 is a diagram showing a binary cycle heat pump system of this prior art document.
선행문헌의 2원사이클 냉난방장치의 경우 기본적으로 2개의 사이클을 구성함으로써 효율을 높이는 구성을 구비한다. 기본적으로 난방의 경우는 고온측 압축기(230)와 저온측 다효압축기(120)가 모두 동작하여 열방출의 효율을 극대화하고자 한다.In the case of the two-cycle air conditioner of the prior art, the efficiency is increased by constructing two cycles basically. Basically, in the case of heating, both the high-
그런데, 도 2와 같이 냉방모드의 작동의 경우는 하나의 압축기의 작동이 중단됨을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 2, it can be seen that the operation of one compressor is interrupted in the cooling mode operation.
즉, 종래의 2원사이클의 히트펌프의 경우 난방의 경우는 2개의 냉매의 각각에 대한 압축 및 팽창의 과정에서 어느 정도의 효율을 보장할 수 있으나 냉방 또는 냉수의 생산의 경우는 하나의 압축기는 가동이 중단되기 때문에 난방의 경우에 비하여 급격한 효율 저하가 발생하게 된다. 이러한 냉수 생산시의 효율은 난방시에 비하여 일반적으로 30% 내외로 계측된다.That is, in the case of the conventional two-cycle heat pump, in the case of heating, it is possible to guarantee a certain efficiency in the process of compression and expansion for each of the two refrigerants, but in the case of production of cooling or cold water, The operation is interrupted, so that the efficiency is drastically reduced as compared with the case of heating. The efficiency of cold water production is generally about 30% of that of heating.
한편, 이러한 구조를 가지는 경우에도 실외의 온도가 극히 낮은 경우에는 난방의 효율 또한 보장할 수 없는 문제를 가지고 있다.
On the other hand, even in the case of having such a structure, there is a problem that the efficiency of heating can not be guaranteed even when the outdoor temperature is extremely low.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 냉방 또는 냉수의 생산시 종래의 2원사이클의 히트펌프에 비하여 효율이 현저하게 상승될 수 있는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템를 제공하는 데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to provide a three-way cycle heat pump system using heat and heat which can be significantly improved in efficiency compared with a conventional two- The purpose is to do.
또한, 본 발명은 공기와 수열을 냉난방에 활용할 수 있도록 함으로써 종래의 2원사이클의 히트펌프에 비하여 효율을 극대화할 수 있는 3원사이클 히트펌프 시스템를 제공하는 데 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a three-way cycle heat pump system capable of maximizing efficiency as compared with a conventional two-cycle heat pump by utilizing air and hydrothermal heat for cooling and heating.
또한, 본 발명은 냉수와 온수를 효과적으로 동시에 생산할 수 있는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
It is another object of the present invention to provide a three-way cycle heat pump system that utilizes heat and heat, which can effectively produce cold water and hot water at the same time.
본 발명의 일실시예에 따른 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템은, 제1냉매의 열을 방출하는 제1열교환기(10), 상기 제1열교환기(10)와 연통되고 제1냉매가 유동되며 제1압축기(110)와 제1팽창밸브(121)를 구비하는 제1순환부(101), 상기 제1순환부(101)에 제2열교환기(20)를 매개로 열전달하고 제2냉매가 유동되며 제2압축기(210)와 제2팽창밸브(221)를 구비하는 제2순환부(201), 상기 제2순환부(201)의 일부를 구성하고 공기와 열교환하는 공기열교환기(30), 상기제2순환부(201)의 유로의 일부를 공유하고 제2냉매가 유동되며 수열압축기(211)와 수열팽창밸브(222)를 구비하는 제3순환부(202) 및 상기 제3순환부(202)의 일부를 구성하고 제2냉매에 열전달하는 수열교환기(31)를 포함하고, 상기 제1열교환기(10)에서 온수의 발생시 상기 수열교환기(31)는 폐수의 열을 흡수하여 제2냉매에 전달하고, 상기 폐수의 열을 흡수하여 수열압축기(211)에서 압축된 제2냉매와 공기의 열을 흡수하여 제2압축기(210)에서 압축된 제2냉매는 제2열교환기(20)에서 제1냉매에 열전달하는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템을 제공한다. 따라서, 공기의 열과 폐수의 열을 흡수하여 온수의 생산이 가능하므로 혹한기에 있어서도 히트펌프의 효율성이 보장될 수 있다.A three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal according to an embodiment of the present invention includes a first heat exchanger (10) for discharging heat of a first refrigerant, a second heat exchanger (10) communicating with the first heat exchanger A
또한, 본 발명의 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템은,상기 수열압축기(211)가 인버터 압축기로 이루어지고, 상기 수열교환기(31)에서 냉수의 발생시 상기 제1순환부(101)의 작동은 중단될 수 있다. 따라서, 종래의 2원사이클에 비하여 냉수의 발생효율이 더욱 향상될 수 있다.In addition, in the three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal according to the present invention, the
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템은, 난방유로 또는 온수의 유로와 연통되는 제1열교환기(10), 상기 제1열교환기(10)와 연통되고 제1냉매가 유동되는 제1사이클(100), 상기 제1사이클(100)에 제2열교환기(20)를 매개로 열전달하며 제2냉매가 유동되는 제2사이클(200), 상기 제2사이클(200)의 유로의 일부를 구성하고 외기와 열교환하는 공기열교환기(30), 상기 제2사이클(200)의 유로의 일부를 구성하는 제3열교환기(40), 상기 제2사이클(200)에 제3열교환기(40)를 매개로 열교환하며 제3냉매가 유동되는 제3사이클(300) 및 상기 제3사이클(300)의 일부를 구성하고 냉수의 생산 또는 폐수열의 회수를 위한 제3냉매의 열교환이 이루어지는 제4열교환기(50)를 포함하며, 상기 제1열교환기(10)에서 온수의 발생시, 상기 제3사이클(300)에서는 폐수의 열을 흡수한 제3냉매를 가온하여 제2사이클(200)에 전달하고, 제2사이클(200)에서는 공기열교환기(30)로부터 외기의 열을 흡수하고 제2냉매를 가온하여 제1사이클에 전달하고, 제1사이클(100)에서는 제1냉매를 가열하여 제1열교환기(10)에서 직수를 가열하여 온수를 발생시키는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템을 제공한다. 따라서, 공기 및 폐수열을 통하여 가열의 효율을 극대화시킬 수 있다. Meanwhile, a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal according to another embodiment of the present invention includes a
또한, 본 발명의 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템은, 상기 공기열교환기(30)와 상기 제3열교환기(40)는 선택적으로 제2냉매가 유동될 수 있다. 따라서, 외기의 온도 및 습도에 따라 최적화된 히트펌프의 작동이 가능하다.In the three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal heat, the second heat exchanger (30) and the third heat exchanger (40) can selectively flow the second refrigerant. Therefore, it is possible to operate the optimized heat pump according to the ambient temperature and humidity.
또한, 본 발명의 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템은, 기 제1사이클(100)은, 제1압축기(110)와 제1팽창밸브(121)를 구비하고, 상기 제2사이클(200)은, 제2압축기(210)와 제2팽창밸브(221)를 구비하고, 상기 제3사이클(300)은, 제3압축기(310)와 제3팽창밸브(321)를 구비하며, 상기 제2팽창밸브(221)와 제3열교환기(40)를 연통하는 분할유로(281)는 상기 제2팽창밸브(221)로부터 공기열교환기(30)로 이어지는 유로에서 분기되고, 제3열교환기(40)로부터 제2압축기(210)로 이어지는 합류유로(282)는 공기열교환기(30)와 제2압축기(210)로 이어지는 유로에 합류되어 구성될 수 있다. 따라서, 유동의 선택이 확실하고 냉매의 히트사이클의 효율이 극대화될 수 있다.
In the three-way cycle heat pump system using air and heat, the
상기와 같은 본 발명의 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템은, 냉수의 생산 과정에서 종래의 경우 2원사이클이 사실상 단일의 사이클로 작동됨에 반하여 본 발명의 경우 3원사이클로서 작동되도록 하나의 사이클을 더욱 부가함으로써 냉수의 생산효율은 최소한 온수의 생산시의 효율에 실질적으로 근접할 수 있으므로 히트펌프의 효율성이 극대화될 수 있는 효과가 있다.The three-way cycle heat pump system using the heat and air heat of the present invention as described above is characterized in that in the production process of the cold water, the two-way cycle in the conventional case operates in a substantially single cycle whereas in the present invention, The production efficiency of the cold water can be substantially at least substantially close to the efficiency of production of the hot water, so that the efficiency of the heat pump can be maximized.
또한, 본 발명의 개념에 따른 경우 외부의 기온이 극히 낮은 경우 외부의 열의 활용을 차단하거나 폐수의 열을 활용할 수 있는 사이클을 구비함으로 인하여 열효율의 저하를 방지하고 난방 또는 온수의 발생의 효율성이 극대화될 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the concept of the present invention, when the outside temperature is extremely low, the use of external heat is blocked or the cycle of utilizing the heat of the wastewater is provided, thereby preventing deterioration of thermal efficiency and maximizing efficiency of heating or hot water generation There is an effect that can be.
또한, 최소한 두 개의 사이클을 동시에 작동함으로써 냉수와 온수를 동시에 효율적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.
In addition, by operating at least two cycles at the same time, cold water and hot water can be efficiently produced at the same time.
도 1은 종래기술의 냉난방시스템을 도시한 도면.
도 2는 종래기술의 2원사이클 히트펌프를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템을 도시한 도면.
도 4는 도 3의 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템에서 온수 생산시의 냉매의 유동을 도시한 도면.
도 5는 도 3의 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템에서 냉수 생산시의 냉매의 유동을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템을 도시한 도면.
도 7은 도 6의 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템에서 온수 생산시의 냉매의 유동을 도시한 도면.
도 8은 도 6의 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템에서 냉수 생산시의 냉매의 유동을 도시한 도면.1 shows a prior art air-conditioning system;
2 shows a prior art two-stroke cycle heat pump.
FIG. 3 illustrates a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 4 is a view showing the flow of refrigerant in hot water production in a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal heat in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a view showing the flow of refrigerant during production of cold water in a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal heat in FIG. 3; FIG.
FIG. 6 illustrates a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal according to another embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a view showing the flow of refrigerant during hot water production in a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal heat of FIG. 6;
8 is a view showing the flow of refrigerant during production of cold water in a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal heat of FIG. 6;
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템을 구체적으로 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 개념은 기본적으로 종래의 2원사이클에서 열교환기 및/또는 압축기와 증발기가 추가적으로 배치되어 냉매의 가온 또는 냉각의 효율을 극대화하는 개념을 제시한다. 여기서, 본 발명의 명칭은 3원사이클로 정의되나 이러한 3원사이클은 도 6 이하의 예에서와 같이 3종류의 냉매가 각각 독립된 유로를 가지고 유동되는 것뿐만이 아니라, 도 3에서와 같이 유동이 혼합되는 경우를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The concept of the present invention basically proposes a concept in which a heat exchanger and / or a compressor and an evaporator are additionally arranged in a conventional two-cycle cycle to maximize the efficiency of heating or cooling the refrigerant. Here, the name of the present invention is defined as a three-way cycle. However, in the three-way cycle, not only the three kinds of refrigerants flow with independent flow paths as in the example shown in FIG. 6 but also the flow is mixed And the like.
또한, 본 발명은 기본적으로 온수와 냉수의 생산의 경우를 예로 들어 설명하나, 이는 난방 및 냉방의 경우를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 시스템의 말단측의 열교환기에서 냉매와 열교환하는 매체는 가온 또는 냉각을 위한 액체일 수도 있고, 공기조화가 필요한 경우 이러한 매체는 기체상태일 수도 있다. 이때, 후술될 열교환기들은 반드시 본 발명의 설명에 한정되는 것은 아니며, 각각의 열교환을 요구하는 매체들의 성격에 따라 다양한 열교환수단들이 선택적으로 사용될 수 있음에 유의하여야 한다.In addition, the present invention basically describes the case of production of hot water and cold water, but it should be understood that this includes the case of heating and cooling. That is, the medium for heat exchange with the refrigerant in the heat exchanger at the distal end of the system may be a liquid for heating or cooling, and such medium may be in a gaseous state when air conditioning is required. It should be noted that the heat exchangers described below are not necessarily limited to the description of the present invention, and that various heat exchanging means may be selectively used depending on the nature of the mediums requiring heat exchange.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a view showing a configuration of a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템은 기본적으로, 제1냉매와 매체를 열교환하여 가열하는 제1열교환기(10)와, 상기 제1열교환기(10)와 연통되고 제1냉매가 유동하는 소정의 배관인 유로가 형성되는 제1순환부(101)와, 상기 제1순환부(101)에 제2열교환기(20)를 매개로 열전달하고 제2냉매가 유동하며 실외측의 공기와 열교환하는 제2순환부(201)와, 상기 제2사이클(200)의 유로의 일부를 공유하고 제2냉매가 유동하는 제3순환부(202)와, 상기 제3순환부(202)의 일부를 구성하고 제2냉매와 매체를 열교환하여 냉각하는 수열교환기(31)를 포함하여 이루어진다.The three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal according to an embodiment of the present invention basically includes a
상기 제1순환부(101)와 제2순환부(201)는 각각 독립적으로 냉매가 유동되는 사이클로서, 후술할 바와 같이 난방시 제2순환부(201)의 저온의 열을 제2열교환기(20)를 통하여 제1순환부(101)로 전달하고, 상기 제1순환부(101)에서 가온되는 냉매의 열을 제1열교환기(10)를 통하여 온수(a)를 발생하는 사이클로서 구성된다.The
이러한 2원의 사이클의 경우 종래의 단일 사이클로 이루어지는 경우와 달리 실외측에 배치되는 공기열교환기(30)의 외부 기온이 낮은 경우에도 난방유로(40)를 가온하는 효율성은 더욱 향상될 수 있다.In the case of such a two-cycle cycle, the efficiency of warming up the
본 발명의 개념에서는 상기와 같은 2원의 사이클에서 추가적인 열교환기와 압축기를 구비하여 냉수를 생성하는 동시에 후술될 바와 같이 폐수열을 활용하여 온수 발생의 효율을 극대화할 수 있는 개념을 제시한다.The concept of the present invention provides a concept of maximizing the efficiency of hot water generation by using the waste heat as described below while generating cold water by providing additional heat exchangers and compressors in the two-cycle cycle as described above.
제3순환부(202)는 냉수(b)를 발생하거나 폐수로부터의 열을 회수하는 수열교환기(31)와, 수열팽창밸브(222)와, 수열압축기(211)를 포함하여 이루어지고, 상기 제3순환부(202)를 유동하는 냉매는 제2냉매이며 이러한 제3순환부(202)는 제2순환부(201)와 유로의 일부를 공유하게 된다.The
여기서, 상기 제1순환부(101)에 대해 제2순환부(201) 및 제3순환부(202)는 각각 독립적인 유동이 형성되는 모듈화된 시스템으로서, 제1순환부(101)를 순환하는 냉매는 제1냉매로, 제2순환부(201)와 제3순환부(202) 유돌하는 냉매는 제2냉매로 정의하여 사용하도록 한다. 상기 제1순환부(101), 제2순환부(201) 및 제3순환부(202)를 유동하는 냉매는 소정의 유로를 따라 이동하는 과정에서 압축, 팽창 및 열교환을 하면서 상변화하면서 소정의 유동이 이루어지는 사이클을 히트펌프로서 기능하게 된다. Here, the
기본적으로 난방이 이루어질 때 제2순환부(201)를 통하여 공기열교환기(30)에서 흡수한 외부의 열을 가온하고 이를 제2열교환기(20)를 매개로 하여 제1순환부(101)로 전달하며, 상기 제1순환부(101)에서 열전달받아 가온된 냉매는 제1열교환기(10)를 매개로 매체에 최종적으로 열전달하게 되는 사이클을 이루게 되는데, 이러한 단순한 2원사이클의 경우는 외부의 기온이 극도로 낮은 경우 제대로된 온수의 발생의 효과를 달성하기 어려운 문제가 있다. 즉, 제2순환부(201)의 효율이 매우 떨어질 수밖에 없어 단일 사이클에 비하여도 큰 효과를 기대하기 어렵다.When heating is performed, the outside heat absorbed by the
따라서, 난방시에 이러한 가온의 효과를 극대화하기 위하여 추가적인 순환부를 구비하게 되는데, 제3순환부(202)는 제2순환부(201)와 연통되어 폐수의 열을 흡수하는 흡열의 사이클을 이루게 된다.The
이와 관련하여서는 도 4와 관련하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.This will be described in more detail with reference to FIG.
한편, 냉수(b)의 발생시에는 종래기술에서 설명한 바와 같이 제1순환부(101)의 작동이 중지되어 냉각의 효율이 난방의 경우에 비하여 극히 떨어지게 됨은 상기한 바와 같다. 즉, 2원사이클에서 하나의 사이클만 작동하게 되므로 단일의 사이클과 차이가 없는 결과를 가져오게 되는데, 본 발명의 경우 제3순환부(202)의 수열압축기(211)를 활용하게 되므로 효율이 증가될 수 있다.On the other hand, as described in the related art, when the cold water (b) is generated, the operation of the
상기 제3순환부(202)는 공기열교환기(30)와 연통되어 제1순환부(101)와 독립적으로 작동이 이루어지게 되는데, 이를 통하여 외기에 열을 방출하면서 이를 더욱 저온화하여 수열교환기(31)를 통하여 냉수(b)를 발생하게 되는 것이다.The
여기서, 상기 수열교환기(31)는 난방 또는 온수(a)의 발생시 폐수열을 흡수하는 열회수장치로서 기능하고, 냉방 또는 냉수(b)의 발생시 냉각장치로서 기능하게 되는 것이다.Here, the water-
상기 제1순환부(101)의 구성을 더욱 상세하게 설명하면, 제1냉매를 압축하는 제1압축기(110)와, 상기 제1압축기(110)의 출구와 연통되는 제1열교환기(10)와, 상기 제1열교환기(10)의 출구와 연통되는 제1팽창밸브(121)와, 상기 제1팽창밸브(121)와 연통되는 제2열교환기(20)로 이루어진다. The
본 발명의 개념에서 설명되는 각각의 열교환기는 서로 다른 배관모듈 사이의 열전달하는 기능을 하는바, 각각 독립적인 유로와 연통될 수 있는 독립적인 배관을 가지게되고 편의상 각각의 사이클 중에서 도면의 도시상태를 기준으로 공기열을 활용하는 측 즉, 공기열교환기와 열전달의 경로가 짧은 측에 배치되는 유출입구를 일측으로 정의하고, 온수 또는 냉수의 발생측에 배치되는 유출입구를 타측으로 정의하여 사용하도록 한다. 또한, 상기 열교환기들은 열전달의 효율성을 고려하여 판형 열교환기(plate type heat exchanger)가 사용되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 공기열교환기(30)는 공기와의 표면적의 확보에 의한 냉매의 증발 또는 응축의 기능을 하므로 일반적인 증발기가 적용될 수 있다.Each of the heat exchangers described in the concept of the present invention has a function of transferring heat between different piping modules and has an independent piping which can communicate with independent flow paths. For convenience, in each cycle, The air inlet is defined as one side and the outflow inlet arranged on the generation side of hot water or cold water is defined as the other side. The heat exchangers are preferably of a plate type heat exchanger in consideration of heat transfer efficiency, but are not limited thereto. Here, since the
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템의 온수 발생시의 작동을 나타내는 도면이다.FIG. 4 is a view illustrating operation of hot water generation in a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal according to an embodiment of the present invention.
제1순환부(101)는 매체의 직접 가열을 위하여 제1냉매가 순환하게 되는데, 제1압축기(110)가 가동하게 되면, 압축된 제1냉매는 제1열교환기(10)로 연통되는 유로를 통하여 일측으로 유입 및 유출되고, 여기서 매체를 가열하면서 열을 방출하여 저온 고압의 액으로 유동된다. 이때, 온수 발생시의 제1열교환기(10)는 냉매의 응축기로 작동하게 된다.The
상기 제1열교환기(10)를 유동한 제1냉매는 제1팽창밸브(121)를 거쳐서 저온 저압의 액으로 유동되고 제2열교환기(20)의 타측으로 유출입되면서 열을 흡수하여 제1압축기(110)로 다시 입력된다. 여기서 상기 제2열교환기(20)는 증발기로 작동하게 된다.The first refrigerant flowing through the
한편, 제2순환부(201)의 가온사이클은, 제2압축기(210)와, 상기 제2압축기(210)의 출력측과 연결되고 상기 제1순환부(101)와 열교환이 이루어지는 제2열교환기(20)와, 상기 제2열교환기(20)의 일측의 출력측과 연결되어 저온상태로 유동되는 제2냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브(221)와, 상기 제2팽창밸브(221)의 출력측과 연결되어 외기와 제2냉매의 열교환이 이루어지는 공기열교환기(30)로 이루어진다.The warming cycle of the
상기 제2순환부(201)는 제2열교환기(20)를 통하여 제1냉매에 가온을 하는 역할을 하기 위하여 제2냉매가 순환하게 되는데, 제2압축기(210)가 가동하게 되면, 압축된 제2냉매는 제2열교환기(20)로 연통되는 유로를 통하여 일측으로 유입 및 유출되고, 제2열교환기(20)의 타측으로 유동되는 제1냉매의 가열을 하면서 열을 방출하여 저온 고압의 액으로 유동된다. 이때, 온수 발생시의 제2열교환기(20)는 순환부(201)의 응축기로 작동하게 된다.The
상기 제2열교환기(20)를 유동한 제2냉매는 제2팽창밸브(221)를 거쳐서 저온 저압의 액으로 유동되고 공기열교환기(30)로 유출입되면서 열을 흡수하여 제2압축기(210)로 다시 입력된다. The second refrigerant flowing in the
본 발명의 개념에 따라 제3순환부(202)는 제2냉매가 유동하게 되는데, 폐수의 열을 수열교환기(31)를 통하여 제2냉매로 흡수하여 수열압축기(211)를 통하여 압축하고, 이를 제2열교환기(20)로 입력하게 된다. 이때, 상기 수열압축기(211)로부터의 제2냉매는 제2압축기(210)로부터의 제2냉매와 함께 제2열교환기(20)로 입력이 될 수 있다.According to the concept of the present invention, the
이러한 제3순환부(202)의 부가에 따라 공기열교환기(30)가 배치되는 외기의 온도가 극도로 낮은 경우 지하수나 폐수의 열을 제3순환부(202)가 흡수하여 제2순환부(201)의 가온을 보조할 수 있도록 함으로써 온수(a) 발생의 효율이 극대화될 수 있는 것이다.When the temperature of the outside air to which the
상기와 같이 각각 압축되어 제2열교환기(20)를 거친 제2냉매는 다시 수열팽창밸브(222)로 입력되어 수열교환기(31)를 순환하게 된다. 여기서, 제2열교환기(20)를 거친 제2냉매는 일부가 공기열교환기(30)로 환원되고 다른 일부가 수열교환기(31)로 환원될 수 있다.The second refrigerant, which has been compressed as described above and has passed through the
다만, 온수(a)의 발생시 상기 제3순환부(202)는 선택적으로 작동될 수 있는바, 상기 제2순환부(201)와 제3순환부(202)의 선택 또는 함께 작동을 위하여 유로들은 각각 합류점 및/또는 분기점의 유동방향의 제어를 위하여 하나 이상의 밸브를 구비할 수 있다.However, since the
상기 밸브들은 유체의 유동 개폐 또는 방향의 절환의 기능을 구비하는 유동의 제어장치라면 다양한 장치들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 이원사이클로 이루어지는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템은 마이컴을 구비하고, 상기 마이컴으로부터의 제어신호를 통하여 밸브나 압축기 등과 같은 장치들을 제어할 수 있는 제어부(미도시)를 더 구비할 수 있는데, 상기 밸브는 상기 제어부에 의하여 전기신호로 제어될 수 있도록 전자밸브로 이루어지는 것이 바람직하다.A variety of devices can be used as long as the valves are control devices for the flow having a function of opening / closing or directional switching of the fluid. In addition, a three-way cycle heat pump system using a two-cycle cycle heat pump system of the present invention includes a microcomputer and a control unit (not shown) capable of controlling devices such as a valve and a compressor through a control signal from the microcomputer It is preferable that the valve is composed of an electromagnetic valve so that the valve can be controlled by an electric signal by the control unit.
이하, 상기 제2순환부(201) 및 제3순환부(202)의 유동이 순환되는 배관인 유로를 기준으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the description will be made with reference to a flow path as a pipe through which the flow of the
제2순환부(201)는 제2열교환기(20)의 일측으로부터 제2팽창밸브(221)를 거쳐 공기열교환기(30)로 이어지는 제1유로(261), 공기열교환기(30)로부터 제2압축기(210)로 이어지는 제2유로(262) 및 제2압축기(210)로부터 제2열교환기(20)로 이어지는 제3유로(263)로 이루어진다.The
제3순환부(202)는 상기 제1유로(261)로부터 분기되어 제2열교환기(20)와 수열팽창밸브(222)를 연결하는 제1분기유로(271), 수열교환기(31)로부터 수열압축기(211)를 연결하는 제2분기유로(272) 및 수열압축기(211)로부터 상기 제3유로(263)에 합류되는 제3분기유로(273)를 포함하여 이루어진다.The
여기서, 상기 밸브의 위치와 배치되는 개수는 경로상에 배치되는 냉매장치의 배치에 따라 다양하게 이루어질 수 있다.Here, the position and the number of the valves may be varied according to the arrangement of the refrigerant device disposed on the path.
상기와 같이 본 발명의 개념에 따라 제1순환부(101), 제2순환부(201) 및 제3순환부(202)가 함께 작동됨에 따라 공기열과 수열을 각각 공기열교환기(30)와 수열교환기(31)가 흡수함으로써 온수의 발생효율은 극대화될 수 있고, 이러한 효과는 특히 혹한기의 경우에 더욱 증가될 수 있다.As described above, the
또한, 상기 제1순환부(101)와 제3순환부(202)의 조합에 의하여 제1열교환기(10)와 수열교환기(31)에서 각각 온수와 냉수의 동시 발생이 가능하며, 상기한 바와 같은 제1순환부(101), 제2순환부(201) 및 제3순환부(202)의 동시의 작동의 경우에도 온수와 냉수의 동시 발생이 가능하다. The hot water and the cold water can be generated simultaneously in the
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 4는 본 발명의 이원사이클로 이루어지는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템의 냉수의 발생시의 작동을 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a view showing an operation of the three-way cycle heat pump system using the air heat and the hydrothermal heat generated by the two-cycle cycle according to the embodiment of the present invention at the time of generating cold water.
수열교환기(31)를 통한 냉수(b)의 발생시 온수(a)의 발생은 중단 즉, 제1압축기(110)의 가동은 중단되어 제2냉매만의 순환이 이루어진다.The generation of the hot water (a) is stopped when the cold water (b) is generated through the water heat exchanger (31), that is, the operation of the first compressor (110) is stopped and only the second refrigerant is circulated.
여기서, 상기 제2압축기(210)와 수열압축기(211)가 함께 동작 즉, 제2순환부(201)와 제3순환부(202)가 함께 동작하여 냉수(b)의 발생도 가능할 수 있지만, 수열압축기(211)만이 가동되어 냉수를 발생하는 것이 바람직하다.Although the
따라서, 수열압축기(211)를 통하여 압축된 제2냉매는 공기열교환기(30)로 입력되어 외기와 열교환하고, 공기열교환기(30)를 거쳐 저온화된 제2냉매는 수열팽창밸브(222)를 거쳐 저온 저압의 액체 상태로 유동되고, 수열교환기(31)를 거치면서 직수와 열교환하여 냉수(b)를 발생하고 고온 저압의 가스로 변화되어 수열압축기(211)로 다시 환원된다.Accordingly, the second refrigerant compressed through the
여기서, 상기 수열압축기(211)는 폐열의 회수과정 및 냉수의 발생 과정에서 모두 작동될 수 있으므로, 용량을 가변할 수 있도록 인버터 압축기(Inverter compressor)가 사용되는 것이 바람직하다.Here, since the
이하, 상기 제2순환부(201) 및 제3순환부(202)의 유동이 순환되는 배관인 유로를 기준으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the description will be made with reference to a flow path as a pipe through which the flow of the
냉수의 발산 과정에서 상기 제3순환부(202)는 수열교환기(31)로부터 수열압축기(211)로 이어지는 제2분기유로(272)와, 상기 제3분기유로(273)의 일부에서 다시 분기하여 수열압축기(211)와 공기열교환기(30)를 연결하는 제4분기유로(274)와, 상기 공기열교환기(30)로부터 제3유로(263)로 합류하는 제5분기유로(275)를 포함하여 이루어진다.The
여기서, 상기 폐열의 회수과정에서 사용되는 유로와의 선택이 가능하도록 밸브의 위치와 배치되는 개수는 경로상에 배치되는 냉매장치의 배치에 따라 다양하게 이루어질 수 있다.Here, the position of the valve and the number of the valves arranged to allow selection of the flow path used in the recovery process of the waste heat may be varied depending on the arrangement of the refrigerant device disposed on the path.
본 발명의 개념에서는 각각 제1냉매와 제2냉매가 독립적으로 순환되되 선택적으로 가동될 수 있는 제2순환부(201)와 제3순환부(202)가 소정의 경로를 통하여 작동이 이루어지므로, 종래기술에서의 온수 생산의 효율성은 향상될 수 있고 이러한 온수 생산의 효율성은 혹한기에 폐수의 열을 흡수함으로써 더욱 극대화될 수 있다.In the concept of the present invention, the
또한, 종래의 2원사이클의 경우 냉수의 발생시의 급격한 효율 저하를 극복하기 위하여 공기열교환기(30)와 수열압축기(211)를 활용함으로써 냉수발생의 효율성이 더욱 향상될 수 있는 이점을 가진다.
In addition, in the case of the conventional two-stroke cycle, the efficiency of cold water generation can be further improved by utilizing the
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템을 나타내는 도면이다.6 is a view showing a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 실시예에 따른 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템은 기본적으로, 난방유로 또는 온수의 유로와 연통되는 제1열교환기(10)와, 상기 제1열교환기(10)와 연통되고 제1냉매가 유동하는 소정의 배관인 유로가 형성되는 제1사이클(100)과, 상기 제1사이클(100)에 제2열교환기(20)를 매개로 열전달하며 제2냉매가 유동하는 제2사이클(200)과, 상기 제2사이클(200)의 유로의 일부를 구성하고 외기와 열교환하는 열교환기인 공기열교환기(30)와, 상기 제2사이클(200)의 유로의 일부를 구성하는 제3열교환기(40)와, 상기 제2사이클(200)에 제3열교환기(40)를 매개로 열교환하며 제3냉매가 유동하는 제3사이클(300)과, 상기 제3사이클(300)의 일부를 구성하고 냉수의 생산 또는 폐수열의 회수를 위한 제3냉매의 열교환이 이루어지는 제4열교환기(50)를 포함하여 이루어진다.The three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal according to another embodiment of the present invention basically comprises a
상기 제1사이클(100), 제2사이클(200) 및 제3사이클(300)은 각각 독립적으로 냉매가 유동되는 사이클로서, 후술할 바와 같이 온수의 발생시 제3사이클(300)의 제4열교환기(50)에서 폐수열을 흡수하여 가온하고 이를 제3열교환기(40)를 통하여 제2사이클(200)에 전달하고, 제2사이클(200)의 저온의 열을 제2열교환기(20)를 통하여 제1사이클(100)로 전달하고, 상기 제1사이클(100)에서 가온되는 냉매의 열을 제1열교환기(10)를 통하여 온수를 발생하는 3단의 사이클로서 구성된다.The
따라서, 종래의 기술의 단일의 사이클 또는 2원사이클로 이루어지는 경우와 달리 실외측에 배치되는 공기열교환기(30)의 외부 기온이 극히 낮은 경우에도 온수의 발생의 효율성은 더욱 향상되는 이점이 있음에 유의하여야 한다.Therefore, it is noted that the efficiency of generation of hot water is further improved even when the outside air temperature of the
여기서, 상기 제1사이클(100), 제2사이클(200) 및 제3사이클(300)은 각각 독립적인 유동이 형성되는 모듈화된 시스템으로서, 제1사이클(100)을 순환하는 냉매는 제1냉매로, 제2사이클(200)을 순환하는 냉매는 제2냉매로, 제3사이클(300)을 순환하는 냉매는 제3냉매로 정의하여 사용하도록 한다. 상기 제1사이클(100), 제2사이클(200) 및 제3사이클(300)을 순환하는 냉매는 소정의 유로를 따라 이동하는 과정에서 압축, 팽창 및 열교환을 하면서 상변화하면서 소정의 유동이 이루어지는 사이클을 히트펌프로서 기능하도록 한다.Here, the
기본적인 2원사이클과 마찬가지로, 제1사이클(100)과 제2사이클(200)은 난방이 이루어질 때 제2사이클(200)에서 공기열교환기(30)의 열을 흡수하여 가온하고 이를 제2열교환기(20)를 매개로 하여 제1사이클(100)의 난방사이클로 전달하며, 상기 난방사이클에서 열전달받아 가온된 냉매는 제1열교환기(10)를 매개로 최종적으로 온수(a)를 생산하거나 난방수를 가열하게 된다.The
여기서, 상기한 일실시예의 경우와 마찬가지로 외부 기온이 극도로 낮은 경우 공기열교환기(30)로부터의 흡열만으로는 한계가 존재하므로, 폐수열을 흡수할 필요성이 제기되는데, 본 발명의 다른 실시예에서는 폐수열의 흡수를 위하여 제3사이클(300)이 추가적으로 구비된다. 이러한 제3사이클(300)은 가온에 필요한 열을 추가적으로 공급하도록 함으로써 전체적인 시스템의 성능을 보장할 수 있도록 한다.Here, as in the case of the above-described embodiment, there is a limitation in absorbing heat from the
즉, 본 발명의 개념에서는 제1사이클(100), 제2사이클(200) 및 제3사이클(300)의 삽원화된 사이클이 독립적으로 동작하면서, 간단한 방식으로서 냉온수의 생산의 효율성이 극대화된 시스템을 제공하게 되는 것이다.That is, in the concept of the present invention, the simplified cycle of the first cycle (100), the second cycle (200), and the third cycle (300) .
상기 제1사이클(100)의 구성을 더욱 상세하게 설명하면, 제1냉매를 압축하는 제1압축기(110)와, 상기 제1압축기(110)의 출구와 연통되는 제1열교환기(10)와, 상기 제1열교환기(10)와 연결되는 제1팽창밸브(121)와, 상기 제1팽창밸브(121)의 출구와 타측이 연통되는 제2열교환기(20)로 이루어진다. The
제1사이클(100)은 온수(a)의 발생이 필요성이 있을 때 가동하여 제1냉매가 순환하게 되는데, 제1압축기(110)가 가동하게 되면, 압축된 제1냉매는 제1열교환기(10)로 연통되는 유로를 통하여 일측으로 유입 및 유출되고, 타측에서 온수를 발생하면서 열을 방출하여 저온 고압의 액으로 유동된다. 이때, 온수의 생산시의 제1열교환기(10)는 제1냉매의 응축기로 작동하게 된다.In the
상기 제1열교환기(10)를 유동한 제1냉매는 제1팽창밸브(121)를 거쳐서 저온 저압의 액으로 유동되고 제2열교환기(20)의 타측으로 유출입되면서 열을 흡수하여 제1압축기(110)로 다시 입력된다. 여기서 상기 제2열교환기(20)는 증발기로 작동하게 된다.The first refrigerant flowing through the
한편, 제2사이클(200)은, 제2압축기(210)와, 상기 제2압축기(210)의 출력측과 연결되고 상기 제1사이클(100)과 열교환이 이루어지는 제2열교환기(20)와, 상기 제2열교환기(20)의 일측의 출력측과 연결되어 저온상태로 유동되는 제2냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브(221)와, 상기 제2팽창밸브(221)의 출력측과 연결되어 외기와 제2냉매의 열교환이 이루어지는 공기열교환기(30)로 이루어진다.The
상기 제2사이클(200)는 제2열교환기(20)를 통하여 제1냉매에 가온을 하는 역할을 하기 위하여 제2냉매가 순환하게 되는데, 제2압축기(210)가 가동하게 되면, 압축된 제2냉매는 제2열교환기(20)로 연통되는 유로를 통하여 일측으로 유입 및 유출되고, 제2열교환기(20)의 타측으로 유동되는 제1냉매의 가열을 하면서 열을 방출하여 저온 고압의 액으로 유동된다. 이때, 난방시의 제2열교환기(20)는 제2사이클(200)의 응축기로 작동하게 된다.In the
상기 제2열교환기(20)를 유동한 제2냉매는 제2팽창밸브(221)를 거쳐서 저온 저압의 액으로 유동되고 공기열교환기(30)로 유출입되면서 열을 흡수하여 제2압축기(210)로 다시 입력된다.The second refrigerant flowing in the
본 발명의 다른 실시예에서는 제2사이클(200)이 추가적인 열교환기인 제3열교환기(40)를 더 구비하게 되는데, 상기 제3열교환기(40)는 온수의 발생시 폐수열을 흡수하여 제2사이클(200)의 가온의 성능을 극대화할 수 있다. 특히, 공기열교환기(30)를 통과하는 외기의 기온이 극도로 낮은 경우 2원사이클을 통한 가온의 성능이 현저하게 떨어지므로 제3열교환기(40)는 공기열교환기(30)와 함께 또는 교환적으로 작동되어 가온의 성능을 극대화할 수 있는 것이다.In another embodiment of the present invention, the
따라서, 제3열교환기(40)에는 제3냉매가 유동되고, 이러한 개념에 따라 제2팽창밸브(221)를 거친 제2냉매는 제3열교환기(40)로 입력될 수 있다. 이렇게 제3열교환기(40)에서 열교환을 마친 제2냉매는 제2압축기(210)로 환원된다.Accordingly, the third refrigerant flows through the
또한, 상기 제3사이클(300)은 제3열교환기(40)를 통하여 제2냉매에 가온을 하는 역할을 하기 위하여 제3냉매가 순환하게 되는데, 제3압축기(310)가 가동하게 되면, 압축된 제3냉매는 제3열교환기(40)로 연통되는 타측의 유로를 통하여 유입 및 유출되고, 제2냉매에 열전달하게 된다. In the
상기 제3열교환기(40)를 유동한 제3냉매는 제2팽창밸브(221)를 거쳐서 저온 저압의 액으로 유동되고 제4열교환기(50)의 타측으로 유동되는 폐수의 열을 흡수하거나 냉수를 생산하면서 유동되고, 다시 제3압축기(310)로 입력된다.The third refrigerant flowing in the third heat exchanger (40) flows through the second expansion valve (221) into the low temperature low pressure liquid and absorbs the heat of the wastewater flowing to the other side of the fourth heat exchanger (50) And is input to the
상기 제2사이클(200)에서 제3열교환기(40)를 유동하는 제2냉매의 유로와 공기열교환기(30)를 유동하는 제2냉매의 유로는 일부의 유로를 공유하게 되는데, 상기 유로들은 각각 합류점 및/또는 분기점의 유동방향의 제어를 위하여 하나 이상의 밸브를 구비할 수 있다.In the
상기 밸브들은 유체의 유동 개폐 또는 방향의 절환의 기능을 구비하는 유동의 제어장치라면 다양한 장치들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 이원사이클로 이루어지는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템은 마이컴을 구비하고, 상기 마이컴으로부터의 제어신호를 통하여 밸브나 압축기 등과 같은 장치들을 제어할 수 있는 제어부(미도시)를 더 구비할 수 있는데, 상기 밸브는 상기 제어부에 의하여 전기신호로 제어될 수 있도록 전자밸브로 이루어지는 것이 바람직하다.A variety of devices can be used as long as the valves are control devices for the flow having a function of opening / closing or directional switching of the fluid. In addition, a three-way cycle heat pump system using a two-cycle cycle heat pump system of the present invention includes a microcomputer and a control unit (not shown) capable of controlling devices such as a valve and a compressor through a control signal from the microcomputer It is preferable that the valve is composed of an electromagnetic valve so that the valve can be controlled by an electric signal by the control unit.
이하, 상기 제2사이클(200)에서 유동이 순환되는 배관인 유로를 기준으로 설명하도록 한다.Hereinafter, a description will be made with reference to a flow path as a pipe through which the flow is circulated in the second cycle (200).
상기 제2팽창밸브(221)로부터 공기열교환기(30)로 이어지는 유로상에서 분기되는 분할유로(281)는 제2팽창밸브(221)와 제3열교환기(40)를 연통하고, 이러한 유로는 제3열교환기(40)로부터 제2압축기(210)로 이어지는 합류유로(282)로 정의될 수 있는데, 상기 합류유로(282)는 공기열교환기(30)와 제2압축기(210)의 유로에 합류될 수 있다.The divided
여기서, 상기 공기열교환기(30)와 제3열교환기(40)가 함께 작동되는 경우 공기열교환기(30)로부터의 흡열이 충분하지 않은 경우 제3열교환기(40)로부터 흡수한 폐수열을 통하여 냉매의 가온성능을 더욱 향상할 수 있고, 이는 제1냉매를 통한 온수의 발생의 효율이 더욱 증가됨을 의미한다. When the heat exchanger (30) and the third heat exchanger (40) are operated together, if the heat absorption from the air heat exchanger (30) is not sufficient, the heat of the refrigerant through the waste heat absorbed from the third heat exchanger The performance can be further improved, which means that the efficiency of generation of hot water through the first refrigerant is further increased.
다만, 외기의 온도가 충분히 높은 경우 상기 제4열교환기(50)와 제3열교환기(40)는 작동되지 않을 수도 있으며, 경우에 따라 상기 공기열교환기(30)가 작동되지 않고 제2냉매는 제3열교환기(40) 만을 순환할 수도 있다.However, if the temperature of the outside air is sufficiently high, the
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템의 온수 발생시의 작동을 나타내는 도면이다.FIG. 7 is a view illustrating an operation of a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal at the time of generating hot water according to another embodiment of the present invention.
제1압축기(110)가 압축운전을 개시하고, 압축된 제1냉매는 제1열교환기(10)의 일측에서 유입 및 유출되어 타측에서 온수(a)를 생산하면서 열을 방출하게 된다. The
제1열교환기(10)에서 열교환이 이루어진 제1냉매는 저온 고압의 액체 상태로 유동하여 제1팽창밸브(121)에 입력되고, 다시 저온 저압의 액체 상태로 변하여 제2열교환기(20)에서 제2사이클(200)의 제2냉매로부터 열을 전달받아 고온 저압 상태로 다시 제1압축기(110)로 입력된다. 상기 과정에서 제2열교환기(20)는 제1냉매의 증발기로서 기능하게 된다.The first refrigerant having undergone the heat exchange in the
한편, 제2사이클(200)에서는 제2압축기(210)의 가동이 개시되는데, 상기 제2압축기(210)의 가동은 제1압축기(110)와 동시에 이루어지거나 시간 간격을 두고 이루어질 수도 있음은 물론이다.Meanwhile, in the
상기 제2압축기(210)의 가동이 개시되면, 압축된 제2냉매는 제2열교환기(20)의 일측으로 입력되어 타측에서 유동되는 제1냉매에 열을 공급하게 된다. When the operation of the
상기 제2열교환기(20)를 거쳐 저온화된 제2냉매는 제2팽창밸브(221)를 거쳐 저온 저압의 액체 상태로 유동되고, 공기열교환기(30)를 거치면서 외기의 열을 흡수하여 고온 저압의 가스로 변화되어 제2압축기(210)로 다시 환원된다.The second refrigerant, which has been cooled down through the second heat exchanger (20), flows through the second expansion valve (221) into the low-temperature low-pressure liquid state, absorbs the heat of the outside air while passing through the air heat exchanger (30) And is returned to the
여기서, 상기 제2팽창밸브(221)로부터 출력된 제2냉매의 일부 또는 전부는 제3열교환기(40)의 타측으로 입력되어 제3냉매와 열교환을 하고 가온되어 다시 제2압축기(210)로 입력될 수 있다.Here, part or all of the second refrigerant output from the
제3사이클(300)에서 제3압축기(310)의 가동이 개시되면, 압축된 제3냉매는 제3열교환기(40)로 입력되어 제2냉매에 열전달하고 저온화된 제3냉매는 팽창제3팽창밸브(321)를 거쳐 저온 저압의 액체 상태로 유동되고, 제4열교환기(50)에서 폐수의 열을 흡수하여 고온 저압의 가스로 변화되어 제3압축기(310)로 다시 환원된다.When the operation of the
상기와 같은 온수의 생산 과정에서 2원사이클에 부가하여 제3사이클(300)에서 지하수나 폐수의 열을 흡수하여 이를 가온하여 다시 제2냉매에 전달하는 과정을 거침으로써 특히 혹한기의 경우 히트펌프의 효율성이 극대화될 수 있는 이점이 있다.In addition to the two-way cycle, the third cycle (300) absorbs the heat of groundwater or wastewater and warms it up to the second refrigerant. During the cold period, the heat pump There is an advantage that efficiency can be maximized.
한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템의 냉수 발생시의 작동을 나타내는 도면이다.Meanwhile, FIG. 8 is a view showing an operation at the time of cold water generation in a three-way cycle heat pump system using air heat and hydrothermal according to another embodiment of the present invention.
냉수의 발생시 상기 제1사이클(100)은 중단될 수 있고, 이에 따라 상기 제2사이클(200)과 제3사이클(300)만이 작동되어 냉수를 생산할 수 있다.The
기본적인 열전달의 과정은 온수의 생산의 경우와 유사하나 일부 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.The basic process of heat transfer is similar to that of hot water production, but we will focus on some differences.
상기 제2압축기(210)의 가동이 개시되면, 압축된 제2냉매는 제2열교환기(20)를 거쳐 제2팽창밸브(221)를 통과하여 저온 저압의 액체 상태로 유동되고, 공기열교환기(30)를 거치면서 외기의 열을 흡수하여 고온 저압의 가스로 변화되어 제2압축기(210)로 다시 환원된다.When the operation of the second compressor (210) is started, the compressed second refrigerant passes through the second expansion valve (221) through the second heat exchanger (20), flows into the low temperature and low pressure liquid state, 30, and is converted into a gas of high temperature and low pressure, and is returned to the
다만, 상기 공기열교환기(30)에 교환적으로 제3열교환기(40)만이 작동될 수도 있고, 이 경우에는 제2팽창밸브(221)로부터 출력된 제2냉매가 전부 제3열교환기(40)로 입력되고, 이로부터 제2압축기(210)로 환원될 수 있다.However, only the
상기한 바와 같이 공기열교환기(30)와 제3열교환기(40)는 함께 가동될 수도 있고, 교환적으로 가동될 수도 있다.As described above, the
제3사이클(300)에서 제3압축기(310)의 가동이 개시되면, 압축된 제3냉매는 제3열교환기(40)로 입력되어 제2냉매에 열전달하고 저온화된 제3냉매는 팽창제3팽창밸브(321)를 거쳐 저온 저압의 액체 상태로 유동되고, 제4열교환기(50)에서 폐수의 열을 흡수하여 고온 저압의 가스로 변화되어 제3압축기(310)로 다시 환원된다.When the operation of the
도 7의 경우와 달리 냉수의 발생시 상기 제4열교환기(50)는 폐열의 흡수가 아닌 직수에 대한 냉각의 기능을 수행하게 된다. 7, when the cold water is generated, the
상기와 같은 냉수의 생산 과정에서 종래의 경우 2원사이클이 사실상 단일의 사이클로 작동됨에 반하여 본 발명의 경우 2원사이클로서 작동되도록 하나의 사이클을 더욱 부가함으로써 냉수의 생산효율은 최소한 온수의 생산시의 효율에 실질적으로 근접할 수 있으므로 히트펌프의 효율성이 극대화될 수 있는 이점을 가짐에 유의하여야 한다.In the cold water production process as described above, the two-way cycle in the conventional case operates in a substantially single cycle, whereas in the present invention, the production efficiency of the cold water is minimized by adding one cycle to operate as a two- The efficiency of the heat pump can be substantially maximized.
한편, 냉수의 발생은 상기한 도 8의 경우에만 한정되는 것은 아님에 유의하여야 한다. 즉, 제1사이클(100), 제2사이클(200) 및 제3사이클(300)이 함께 작동되는 경우 제1사이클(100)의 제1열교환기(10)측으로부터 가열의 성능이 이루어지므로 직수를 가열하여 온수(a)를 발생할 수 있고, 제3사이클(300)의 제4열교환기(50)측으로부터 냉각의 성능이 이루어지므로 직수를 냉각하여 냉수(b)를 발생할 수 있다.It should be noted that the generation of the cold water is not limited to the case of FIG. That is, when the
이때, 상기 공기열교환기(30)는 경우에 따라 작동되거나 작동되지 않을 수 있는데, 상기한 바와 같이 소정의 밸브를 통하여 제3압축기(310)와 공기열교환기(30)를 함께 작동하거나 하나를 선택하여 작동할 수 있으므로 필요한 경우 공기열교환기(30)로의 유동을 폐쇄하여 제1열교환기(10)와 제4열교환기(50)에서 각각 가열과 냉각의 동작이 연속적으로 수행될 수 있도록 구성할 수 있는 것이다.At this time, the
또한, 본 발명의 개념에 따른 경우 외부의 기온이 극히 낮은 경우 외부의 열의 활용을 차단하거나 폐수의 열을 활용할 수 있는 사이클을 구비함으로 인하여 열효율의 저하를 방지하고 난방 또는 온수의 발생의 효율성이 극대화될 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the concept of the present invention, when the outside temperature is extremely low, the use of external heat is blocked or the cycle of utilizing the heat of the wastewater is provided, thereby preventing deterioration of thermal efficiency and maximizing efficiency of heating or hot water generation There is an advantage that can be.
또한, 최소한 두 개의 사이클을 동시에 작동함으로써 냉수와 온수를 동시에 효과적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.In addition, by operating at least two cycles at the same time, cold water and hot water can be efficiently produced at the same time.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
In the foregoing, the present invention has been described in detail based on the embodiments and the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited by the above embodiments and drawings, and the scope of the present invention will be limited only by the content of the following claims.
10...제1열교환기 20...제2열교환기
30...공기열교환기 31...수열교환기
40...제3열교환기 50...제4열교환기
100...제1사이클 101...제1순환부
110...제1압축기 121...제1팽창밸브
200...제2사이클 210...제2압축기
201...제2순환부 202...제3순환부
211...수열압축기 221...제2팽창밸브
222...수열팽창밸브 261..제1유로
262...제2유로 263...제3유로
271...제1분기유로 272...제2분기유로
273...제3분기유로 274...제4분기유로
281...분할유로 282...합류유로
300...제3사이클 310...제3압축기
321...제3팽창밸브10 ...
30 ...
40 ...
100 ...
110 ...
200 ...
201 ...
211 ... a water-
222 ...
262 ...
271 ...
273 ...
281 ... split
300 ...
321 ... third expansion valve
Claims (5)
상기 제1열교환기(10)와 연통되고 제1냉매가 유동되며 제1압축기(110)와 제1팽창밸브(121)를 구비하는 제1순환부(101);
상기 제1순환부(101)에 제2열교환기(20)를 매개로 열전달하고 제2냉매가 유동되며 제2압축기(210)와 제2팽창밸브(221)를 구비하는 제2순환부(201);
상기 제2순환부(201)의 일부를 구성하고 공기와 열교환하는 공기열교환기(30);
상기 제2순환부(201)의 유로의 일부를 공유하고 제2냉매가 유동되며 수열압축기(211)와 수열팽창밸브(222)를 구비하는 제3순환부(202); 및
상기 제3순환부(202)의 일부를 구성하고 제2냉매에 열전달하는 수열교환기(31);를 포함하고,
상기 제1열교환기(10)에서 온수의 발생시,
상기 수열교환기(31)는, 폐수의 열을 흡수하여 제2냉매에 전달하고,
상기 폐수의 열을 흡수하여 수열압축기(211)에서 압축된 제2냉매와 공기의 열을 흡수하여 제2압축기(210)에서 압축된 제2냉매는, 제2열교환기(20)에서 제1냉매에 열전달하는 것을 특징으로 하는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템.
A first heat exchanger (10) for discharging heat of the first refrigerant;
A first circulation part (101) communicating with the first heat exchanger (10) and flowing a first refrigerant and having a first compressor (110) and a first expansion valve (121);
A second circulation unit 201 having a second compressor 210 and a second expansion valve 221, through which the second circulation unit 101 is thermally transferred through the second heat exchanger 20 and the second refrigerant flows, );
An air heat exchanger (30) constituting a part of the second circulation unit (201) and performing heat exchange with air;
A third circulation unit 202 sharing a part of the flow path of the second circulation unit 201 and flowing a second refrigerant and having a hydrothermal compressor 211 and a hydrothermal expansion valve 222; And
And a water heat exchanger (31) constituting a part of the third circulation part (202) and transferring heat to the second refrigerant,
When hot water is generated in the first heat exchanger (10)
The water heat exchanger (31) absorbs the heat of the wastewater and transfers it to the second refrigerant,
The second refrigerant compressed by the second compressor 210 absorbs the heat of the second refrigerant and the air compressed by the water-heat compressor 211 by absorbing the heat of the wastewater, And the heat transfer is conducted to the heat pump unit.
상기 수열압축기(211)는, 인버터 압축기로 이루어지고,
상기 수열교환기(31)에서 냉수의 발생시, 상기 제1순환부(101)의 작동은 중단되는 것을 특징으로 하는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
The hydrothermal compressor (211) is composed of an inverter compressor,
Wherein the operation of the first circulation unit (101) is stopped when cold water is generated in the water heat exchanger (31).
상기 제1열교환기(10)와 연통되고 제1냉매가 유동되는 제1사이클(100);
상기 제1사이클(100)에 제2열교환기(20)를 매개로 열전달하며 제2냉매가 유동되는 제2사이클(200);
상기 제2사이클(200)의 유로의 일부를 구성하고 외기와 열교환하는 공기열교환기(30);
상기 제2사이클(200)의 유로의 일부를 구성하는 제3열교환기(40);
상기 제2사이클(200)에 제3열교환기(40)를 매개로 열교환하며 제3냉매가 유동되는 제3사이클(300); 및
상기 제3사이클(300)의 일부를 구성하고 냉수의 생산 또는 폐수열의 회수를 위한 제3냉매의 열교환이 이루어지는 제4열교환기(50);를 포함하며,
상기 제1열교환기(10)에서 온수의 발생시,
상기 제3사이클(300)에서는 폐수의 열을 흡수한 제3냉매를 가온하여 제2사이클(200)에 전달하고, 제2사이클(200)에서는 공기열교환기(30)로부터 외기의 열을 흡수하고 제2냉매를 가온하여 제1사이클에 전달하고, 제1사이클(100)에서는 제1냉매를 가열하여 제1열교환기(10)에서 직수를 가열하여 온수를 발생시키는 것을 특징으로 하는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템.
A first heat exchanger (10) communicating with heating oil or hot water flow path;
A first cycle (100) communicating with the first heat exchanger (10) and flowing a first refrigerant;
A second cycle (200) in which heat is transferred to the first cycle (100) through the second heat exchanger (20) and the second refrigerant flows;
An air heat exchanger (30) constituting a part of the flow path of the second cycle (200) and exchanging heat with outside air;
A third heat exchanger (40) constituting a part of the flow path of the second cycle (200);
A third cycle (300) in which the third refrigerant flows and the heat is exchanged through the third heat exchanger (40) in the second cycle (200); And
And a fourth heat exchanger (50) constituting a part of the third cycle (300) and performing heat exchange of third refrigerant for production of cold water or recovery of waste heat,
When hot water is generated in the first heat exchanger (10)
In the third cycle (300), the third refrigerant absorbing the heat of the wastewater is heated and transferred to the second cycle (200). In the second cycle (200), the heat of the outside air is absorbed from the air heat exchanger 2 refrigerant is transferred to the first cycle, and in the first cycle (100), the first refrigerant is heated to heat the direct water in the first heat exchanger (10) to generate hot water. Three - circle cycle heat pump system.
상기 공기열교환기(30)와 상기 제3열교환기(40)는 선택적으로 제2냉매가 유동되는 것을 특징으로 하는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the air heat exchanger (30) and the third heat exchanger (40) selectively flow the second refrigerant.
상기 제1사이클(100)은, 제1압축기(110)와 제1팽창밸브(121)를 구비하고,
상기 제2사이클(200)은, 제2압축기(210)와 제2팽창밸브(221)를 구비하고,
상기 제3사이클(300)은, 제3압축기(310)와 제3팽창밸브(321)를 구비하며,
상기 제2팽창밸브(221)와 제3열교환기(40)를 연통하는 분할유로(281)는 상기 제2팽창밸브(221)로부터 공기열교환기(30)로 이어지는 유로에서 분기되고, 제3열교환기(40)로부터 제2압축기(210)로 이어지는 합류유로(282)는 공기열교환기(30)와 제2압축기(210)로 이어지는 유로에 합류되는 것을 특징으로 하는 공기열 및 수열을 이용하는 3원사이클 히트펌프 시스템.The method of claim 3,
The first cycle 100 includes a first compressor 110 and a first expansion valve 121,
The second cycle 200 includes a second compressor 210 and a second expansion valve 221,
The third cycle (300) includes a third compressor (310) and a third expansion valve (321)
The divided flow path 281 for communicating the second expansion valve 221 and the third heat exchanger 40 is branched from the flow path leading from the second expansion valve 221 to the air heat exchanger 30, (30) and the second compressor (210), wherein the confluent flow path (282) leading from the first compressor (40) to the second compressor (210) system.
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KR1020130017044A KR101416207B1 (en) | 2013-02-18 | 2013-02-18 | Heat-pump system with three cycles using air and water heat |
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- 2013-02-18 KR KR1020130017044A patent/KR101416207B1/en active IP Right Grant
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