KR101419827B1

KR101419827B1 - 실내외 일체형 수열원 히트펌프

Info

Publication number: KR101419827B1
Application number: KR1020130019681A
Authority: KR
Inventors: 박지훈; 김한영; 윤인규; 박대휘
Original assignee: 주식회사 신성엔지니어링
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-07-15

Abstract

본 발명의 실내외 일체형 수열원 히트펌프는, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매와 외부 열원과의 열교환이 이루어지는 제1 열교환기와, 상기 냉매를 저온 저압의 상태로 변환하는 팽창기와, 냉매와 대상공간의 실내공기와의 열교환이 이루어지는 제2 열교환기와, 상기 압축기를 통과한 냉매를 제1 열교환기 또는 제2 열교환기로 선택적으로 전달하는 사방밸브 및 냉매가 이동하는 이중관을 포함하는 냉난방 사이클; 상기 냉난방 사이클이 설치되는 하우징; 열교환이 이루어진 실내공기를 대상공간으로 토출하는 토출팬; 및 상기 외부 열원에서 발생한 열원수를 제1 열교환기로 압송하는 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 제1 열교환기의 열원으로 지열, 하수열 및 폐열원을 이용하여 냉난방을 실시하여 에너지를 절감하는 효과가 있다.

Description

실내외 일체형 수열원 히트펌프{All In One Water Source Heat pump}

본 발명은 실내외 일체형 수열원 히트펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열원으로 지열, 하수열 및 폐열원을 이용하여 냉난방을 실시하며 실외기와 실내기가 일체형으로 제작된 실내외 일체형 수열원 히트펌프에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프 사이클은 주로 냉.난방 공조시스템에 적용되는 것으로 동.하절기 시스템 운영시 사방밸브를 통해 실외기 또는 실내기로 압축기에서 토출된 고온 고압의 냉매가스를 유도 함으로서 하나의 유닛이 필요에 따라 응축기와 증발기의 기능을 수행하도록 설계된다.

이와 같은 냉난방 히트펌프에 관한 대표적인 예가 하기 특허문헌 1(이하, '종래기술'이라 한다)에 개시되어 있으며, 그 개략적인 구성에 관해서 설명한다.

종래기술의 냉난방 히트펌프는 압축기에서 토출된 고온 고압의 냉매를 상기 사방밸브를 통해 냉매의 흐름을 유도하여 하절기 냉방운전시에는 실외기가 응축기의 기능을 담당하고 실내기는 증발기의 기능을 담당하게 된다.

반대로 난방시에는 실외기는 증발기의 기능을 담당하고 상기 실내기는 응축기의 기능을 담당하게 된다.

구체적으로, 냉난방 히트펌프의 냉방운전시에는 압축기에서 토출된 고온 고압의 냉매가 사방밸브를 경유하여 응축 기능을 수행하는 실외기의 실외열교환기로 유입되어 냉매가 지닌 고온의 열을 외부로 방출하며 응축된다.

이와 같이 응축된 냉매는 실외기와 실내기를 연결한 도관을 통해 실내기에 부착된 팽창모세관을 지나면서 저온 저압의 상태로 실내기의 실내열교환기에서 증발 팽창하며 실내의 더운 공기와 열교환 함으로써 냉방의 목적을 달성하게 된다.

반면, 난방운전시에는 압축기에서 토출된 고온 고압의 냉매가 사방밸브을 경유하여 응축기의 기능을 수행하는 실내기의 실내열교환기로 유입되어 냉매가 지닌 고온의 열을 실내에 방출하여 실내의 온도를 높이고 냉매는 점점 응축되어 상기 실내기에 부착된 팽창모세관을 통과하며 감압되며 저온 저압의 상태로 증발기의 역할을 수행하는 실외기의 실외열교환기로 유입되어 외부의 온도와 열교환을 이루면서 증발하게 된다.

이와 같이 증발된 냉매는 도관을 통해 상기 압축기로 유입되어 상기의 사이클을 반복함으로써 그 목적을 달성하게 된다.

그러나, 종래기술의 냉난방 히트펌프는 실내기와 실외기로 분리 형성되는 문제점이 있었다.

따라서, 실내기와 실외기의 구분없이 일체형으로 형성되는 냉난방 히트펌프의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

한국공개특허 제2005-0081813호(2005. 08. 19. 공개)

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 열원으로 지열, 하수열 및 폐열원을 이용하며 실외기와 실내기가 일체형으로 제작된 냉난방을 실시하는 실내외 일체형 수열원 히트펌프를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실내외 일체형 수열원 히트펌프는, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매와 외부 열원과의 열교환이 이루어지는 제1 열교환기와, 상기 냉매를 저온 저압의 상태로 변환하는 팽창기와, 냉매와 대상공간의 실내공기와의 열교환이 이루어지는 제2 열교환기와, 상기 압축기를 통과한 냉매를 제1 열교환기 또는 제2 열교환기로 선택적으로 전달하는 사방밸브 및 냉매가 이동하는 이중관을 포함하는 냉난방 사이클; 상기 냉난방 사이클이 설치되는 하우징; 열교환이 이루어진 실내공기를 대상공간으로 토출하는 토출팬; 및 상기 외부 열원에서 발생한 열원수를 제1 열교환기로 압송하는 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부 열원은 지열, 하수열 및 폐열원 중 1종인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징은, 상기 제2 열교환기가 설치되는 흡입챔버와, 상기 토출팬이 설치되는 토출챔버 및 상기 제2 열교환기를 제외한 냉난방사이클이 설치되는 기계실로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징은 천장의 내측으로 매립 설치되며, 상기 하우징의 개방된 단부는 데코판넬로 마감되며, 상기 데코판넬에는 흡입구와 토출구가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 토출챔버에는 그 중앙으로 공기를 흡입하도록 토출팬이 설치되는 원형의 흡입부와 상기 흡입부의 양측 접선방향으로 연장되는 토출부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 열교환기는 흡입 챔버의 절곡 부위에 그 경로를 가로막도록 사선 방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 열교환기의 하부에는 물받이가 설치되며, 상기 물받이에는 드레인 파이프가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축기, 기액분리기, 팽창기, 사방밸브가 상기 하우징의 중심부에 위치하고, 그 외측으로 상기 제 1열교환기가 그 외측에 배치되며,

상기 제 2열교환기가 하우징의 상부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실내외 일체형 수열원 히트펌프에 따르면, 제1 열교환기의 열원으로 지열, 하수열 및 폐열원을 이용하여 냉난방을 실시하여 에너지를 절감하는 효과가 있다.

또한, 별도의 실외기가 불필요하여 그 크기를 컴팩트하게 구현할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 냉난방 히트펌프 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실내외 일체형 수열원 히트펌프의 냉난방사이클을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실내외 일체형 수열원 히트펌프를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 측단면도이다.
도 5는 도 3의 하우징을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 3의 토출챔버를 도시한 평단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 냉난방 히트펌프 시스템을 도시한 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 실내외 일체형 수열원 히트펌프의 냉난방사이클을 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 실내외 일체형 수열원 히트펌프를 도시한 단면도이며, 도 4는 도 3의 측단면도이고, 도 5는 도 3의 하우징을 도시한 사시도이며, 도 6은 도 3의 토출챔버를 도시한 평단면도이다.

도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 실내외 일체형 수열원 히트펌프(HP)는, 냉난방 사이클(100)과, 상기 냉난방 사이클(100)이 설치되는 하우징(200)과, 열교환이 이루어진 실내공기를 대상공간으로 토출하는 토출팬(300) 및 상기 외부 열원에서 발생한 열원수를 상기 냉난방 사이클(100)의 제1 열교환기(120)로 압송하는 펌프(400)로 구성된다.

먼저, 상기 냉난방 사이클(100)은 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 상기 압축기(110)에서 압축된 냉매와 외부 열원과의 열교환이 이루어지는 제1 열교환기(120)와, 상기 냉매를 저온 저압의 상태로 변환하는 팽창기(130)와, 냉매와 실내공기와의 열교환이 이루어지는 제2 열교환기(140)와, 상기 압축기(110)를 통과한 냉매를 제1 열교환기(120) 또는 제2 열교환기(140)로 선택적으로 전달하는 사방밸브(150) 및 냉매가 이동하도록 전술한 구성(110,120,130,140,150)을 연결하는 이중관(160)으로 구성된다.

더욱이, 상기 냉난방 사이클(100)에는 어큐뮬레이터(170)가 더 구비된다.

또한, 상기 외부 열원은 지열, 하수열 및 폐열원 중 1종이 선택 사용된다. 이에 따라, 제1 열교환기(120)의 열원으로 지열, 하수열 및 폐열원을 이용하여 냉난방을 실시하여 에너지를 절감하게 된다.

한편, 상기 제1 열교환기(120)는 2중관 열교환기 또는 판형 열교환기가 적용되며, 상기 제2 열교환기(140)는 핀튜브 열교환기가 적용된다.

또한, 상기 하우징(200)은 상기 제2 열교환기(140)가 설치되는 흡입챔버(210)와, 상기 토출팬(300)이 설치되는 토출챔버(220) 및 상기 제2 열교환기(140)를 제외한 냉난방사이클(100)이 설치되는 기계실(230)로 구성된다.

즉, 상기 흡입챔버(210)에서는 대상공간에서 흡입된 공기와 제2 열교환기(140)의 열교환이 이루어지며, 상기 토출챔버(220)에서는 상기 제2열교환기(140)와 열교환이 이루어진 공기를 대상공간으로 토출하게 된다.

그리고, 상기 하우징(200)은 천장의 내측으로 매립 설치되며, 상기 하우징(200)의 개방된 단부는 데코판넬(240)로 마감되며, 상기 데코판넬(240)에는 도 5와 같이 흡입구(241)와 토출구(242)가 각각 형성된다.

한편, 상기 토출챔버(220)에는 도 6과 같이 그 중앙으로 공기를 흡입하도록 토출팬(300)이 설치되는 원형의 흡입부(221)와 상기 흡입부(221)의 양측 접선방향으로 연장되는 토출부(222)가 형성된다.

또한, 상기 제2 열교환기(140)는 흡입 챔버(210)의 절곡 부위에 그 경로를 가로막도록 사선 방향으로 설치된다.

그리고, 상기 제2 열교환기(140)의 하부의 흡입 챔버(210)에는 물받이(211)가 설치되며, 상기 물받이(211)에서 수집된 물은 드레인 파이프(212)로 배출된다.

본 발명에 따르면, 별도의 실외기가 불필요하여 그 크기를 컴팩트하게 구현할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 냉난방 사이클(100)의 구동을 간단하게 설명한다.

냉방사이클

냉매는 압축기(110)에 의해 고온, 고압의 가스상태로 압축되어 사방밸브(150)로 유입되며, 상기 사방밸브(150)를 통과한 냉매는 제1 열교환기(120)로 전달된다.

이때, 상기 제1 열교환기(120)에서 열원수(지열, 폐열, 하수열 등)와 열교환된 냉매는 고온, 고압의 액냉매로 상이 변화되어　팽창기(130)로 유입된다.

상기 팽창기(130)를 거친 냉매는 저온, 저압의 냉매로 변화되어 제2 열교환기(140)로 유입되어 흡입 측으로부터 유입된 실내공기와 열교환을 한 후 사방밸브(150)를 거쳐 어큐뮬레이터(170)를 통해 다시 압축기(110)로 유입된다.

따라서, 제2 열교환기(140)로 유입된 공기는 저온의 냉매와 열교환 후　실내로 공급되어 냉방이 이루어지게 된다.

난방사이클

냉매는 압축기(110)에 의해 고온, 고압의 가스상태로 압축되어 사방밸브(150)로 유입되며, 상기 사방밸브(150)를 통과한 냉매는 제2 열교환기(140)로 전달된다.

이때, 상기 제2 열교환기(140)로 유입된 냉매는 흡입 측으로부터 공급된 공기와 열교환하여 고온, 고압의 액냉매 상태로 상이 변화되어　팽창기(130)로 유입된다.

상기 팽창기(130)를 거친 냉매는 저온, 저압의 냉매로 변화되어　제1 열교환기(120)로 유입되어 열원수(지열, 폐열, 하수열 등)와 열교환을　한 후　사방밸브(150) 및 어큐뮬레이터(170)를 통해 다시 압축기(110)로 유입된다.

따라서, 제2 열교환기(140)로 유입된 공기는 고온의 냉매와 열교환 후　실내로 공급되어 난방이 이루어지게 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

HP - 실내외 일체형 수열원 히트펌프
100 - 냉동사이클 200 - 하우징
300 - 토출팬 400 - 펌프

Claims

냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매와 외부 열원과의 열교환이 이루어지는 제1 열교환기와, 상기 냉매를 저온 저압의 상태로 변환하는 팽창기와, 냉매와 대상공간의 실내공기와의 열교환이 이루어지는 제2 열교환기와, 상기 압축기를 통과한 냉매를 제1 열교환기 또는 제2 열교환기로 선택적으로 전달하는 사방밸브 및 냉매가 이동하는 이중관을 포함하는 냉난방 사이클;
열교환이 이루어진 실내공기를 대상공간으로 토출하는 토출팬;
상기 외부 열원에서 발생한 열원수를 제1 열교환기로 압송하는 펌프; 및
상기 제2 열교환기가 설치되는 흡입챔버와, 상기 토출팬이 설치되는 토출챔버 및 상기 제2 열교환기를 제외한 냉난방사이클이 설치되는 기계실로 구성된 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 실내외 일체형 수열원 히트펌프.
제 1항에 있어서,
상기 외부 열원은 지열, 하수열 및 폐열원 중 1종인 것을 특징으로 하는 실내외 일체형 수열원 히트펌프.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 하우징은 천장의 내측으로 매립 설치되며, 상기 하우징의 개방된 단부는 데코판넬로 마감되며, 상기 데코판넬에는 흡입구와 토출구가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 실내외 일체형 수열원 히트펌프.
제 1항에 있어서,
상기 토출챔버에는 그 중앙으로 공기를 흡입하도록 토출팬이 설치되는 원형의 흡입부와 상기 흡입부의 양측 접선방향으로 연장되는 토출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 실내외 일체형 수열원 히트펌프.
제 1항에 있어서,
상기 제2 열교환기는 흡입 챔버의 절곡 부위에 그 경로를 가로막도록 사선 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 실내외 일체형 수열원 히트펌프.
제 1항에 있어서,
상기 제2 열교환기의 하부에는 물받이가 설치되며, 상기 물받이에는 드레인 파이프가 구비된 것을 특징으로 하는 실내외 일체형 수열원 히트펌프.
제 1항에 있어서,
상기 압축기, 기액분리기, 팽창기, 사방밸브가 상기 하우징의 중심부에 위치하고, 그 외측으로 상기 제 1열교환기가 그 외측에 배치되며,
상기 제 2열교환기가 하우징의 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 실내외 일체형 수열원 히트펌프.