KR101543747B1 - 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템 - Google Patents

다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 순환수와 열매체의 열교환이 이루어지는 열교환기의 열교환유로를 다중으로 형성함으로써 순환수의 예열 및 재열을 통해 열교환효율의 증대를 도모할 수 있으며, 아울러 설비의 간소화를 도모할 수 있는 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 멀티패스 열교환기에 열교환유로가 다중으로 형성되어 기존의 설비를 간소화시킬 수 있으며, 더욱이 순환수의 예열 및 재열과 함께 예열된 중온수를 다시 재순환시켜 공급하기 때문에 열교환효율이 향상되어 버퍼탱크의 생략이 가능하므로 설비의 구조 및 부피를 더욱 간소화시킬 수 있다.

Description

다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템{COMPACT TYPE HEATPUMP SYSTEM WITH MULTISTAGE HEAT EXCHANGING STRUCTURE}
본 발명은 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 순환수와 열매체의 열교환이 이루어지는 열교환기의 열교환유로를 다중으로 형성함으로써 순환수의 예열 및 재열을 통해 열교환효율의 증대를 도모할 수 있으며, 아울러 설비의 간소화를 도모할 수 있는 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프는 열원을 통해 열매체의 냉동사이클을 구성하고, 순환수를 열매체와 열교환시킴으로써 난방이나 냉방을 제공하는 장치로서, 구동방식에 따라 전기식과 엔진식 등으로 구분되고, 열원에 따라 공기열원식, 수열원식(폐열원식), 지열원식 등으로 분류된다.
통상적인 히트펌프는 도 1에 도시된 바와 같이 증발기(1), 압축기(2), 응축기(3a)(3b), 팽창밸브(4)로 구성되어 냉동사이클을 이루는 열매체라인(5)이 구성되고, 응축기(3a)(3b)의 응축열을 통해 순환수를 열교환시켜서 축열탱크(6)에 저장하여 공급하고, 회수되는 순환수를 다시 응축기(3a)(3b)로 열교환시켜 순환시키는 순환수라인(7)으로 구성된다.
난방을 예를 들어 구체적으로 설명하면, 종래의 히트펌프는 증발기(1)를 통해 열원과 열매체를 열교환시켜 열매체를 기화시킨 후 압축기(2)로 압축하여 응축기(3a)(3b)로 공급함으로써, 응축에 의해 발생하는 응축열을 순환수에 전달하여 고온의 난방수를 축열탱크(6)에 공급한다.
여기서, 종래의 히트펌프는 회수되는 순환수의 원활한 열교환을 통한 급탕공급을 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 응축기(3a)(3b)를 복수 구성함으로써 순환수를 예열하고 있다.
그런데, 상기와 같은 종래의 히트펌프는 응축기(3a)(3b)가 복수로 구성됨에 따른 장점이 있는 반면에, 설비의 부피가 커지게 되어 설치공간에 제약이 따르는 문제점이 있으며, 운전을 위한 에너지 소모가 큰 단점이 있다.
이에 더하여, 종래의 히트펌프는 축열탱크(6)와 응축기(3b)의 사이에 버퍼탱크(8)를 설치하여 축열탱크(6)에서 배출되는 물과 순환수라인(7)으로 회수되는 순환수를 열교환시켜서 순환수를 예열하고 있다.
이에 따라, 종래의 히트펌프는 더욱 부피가 커져서 구조가 복잡함은 물론 설치공간에 제약을 받는다.
한편, 종래의 히트펌프는 온도차를 높이기 위하여 응축기(3a)(3b)의 유량이 줄어드는 것을 감안할 때 응축기(3a)(3b)의 전체적인 응축효율이 저하되는 문제점이 있으며, 응축기(3a)(3b)를 통해 고온수만을 공급하는 구조이므로 고온수보다 온도가 낮은 중온수를 공급 및 활용할 수 없는 문제점도 있다.
한편, 본 발명에 관련된 선행기술로써 대한민국 등록특허공보 제10-1280113호에 제안된 '중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템'이 있다.
이러한 선행기술은 열교환을 위한 구조가 복잡하여 설비를 간소화시킬 수 없으며, 순환수를 고온으로 열교환시키기 위한 응축기가 단일열교환 구조로 구성되어 있어서 순환수를 예열시킬 수 없는 문제점이 있다.
더욱이, 선행기술은 중온수를 배출시킬 수 있는 구성만이 있을 뿐, 중온수를 통해 순환수를 예열할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 또 다른 선행기술로써 대한민국 등록특허공보 제10-1027164호에 제안된 '온수 및 냉난방 공급시스템'이 있으나, 열교환기가 복수로 구성되어 있어서 설비를 간소화시킬 수 없으므로 설치공간에 제약이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1280113호 대한민국 등록특허공보 제10-1027164호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 순환수와 열매체의 열교환이 이루어지는 열교환기의 열교환유로를 다중으로 형성함으로써 순환수의 예열 및 재열을 통해 열교환효율의 증대와 함께 설비의 간소화를 도모할 수 있는 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템을 제공하는 것이 그 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템은, 난방 또는 냉방을 위한 순환수를 열매체와 열교환시켜서 순환수를 가열하거나 냉각하는 히트펌프 시스템으로서, 순환수를 직수형태로 공급 및 회수하거나 별개의 저장부재를 매개로 순환수를 공급 및 회수하면서 순환시키는 순환수라인; 상기 순환수라인에 설치되어 순환수를 펌핑하여 순환시키면서 순환수의 유량을 제어하는 순환펌프; 상기 열매체를 난방이나 냉방에 따라 서로 다른 방향으로 순환시키면서 냉동사이클을 이루는 열매체라인; 상기 열매체라인의 일부분을 이루면서 열매체를 열원과 열교환시켜서 가열하거나 냉각하는 열원부; 상기 열매체라인 및 상기 순환수라인에 연결되어 상기 열원부에서 공급되는 열매체를 상기 순환수라인의 순환수와 열교환시키면서 상기 순환수라인의 공급측으로 난방수나 냉방수를 공급하며, 순환수와 열매체의 열교환유로가 다중으로 구성되어 순환수를 예열이나 예냉시킨 후 재열교환시키는 멀티패스 열교환기; 및 상기 멀티패스 열교환기에서 예열이나 예냉된 중온수를 다시 상기 멀티패스 열교환기의 순환수 입구측으로 재순환시키는 중온수 리턴부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
예컨대, 상기 멀티패스 열교환기는, 상기 순환수가 유입되는 순환수입구측에 구비되어 난방시 순환수와 열매체를 대항류 상태로 열교환시키거나 냉방시 순환수와 열매체를 평행류 상태로 열교환시키면서 순환수를 예열 또는 예냉하는 예열유로; 상기 예열유로에 연결되면서 상기 순환수가 배출되는 순환수출구측에 구비되고, 예열이나 예냉된 순환수를 열매체와 대항류 상태 또는 평행류 상태로 열교환시키면서 순환수를 재가열하거나 재냉각하는 재열유로; 및 상기 재열유로와 분기된 상태를 이루면서 상기 예열유로에 일단부가 연결되고, 타단부가 상기 중온수 리턴부에 연결되어 상기 예열유로의 중온수 중 일부분을 상기 중온수 리턴부로 공급하는 중온수배출유로;를 포함하여 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 중온수 리턴부는, 상기 멀티패스 열교환기에 일단부가 결합되고, 타단부가 상기 순환수라인의 회수측으로 연결되어 상기 멀티패스 열교환기에서 예열이나 예냉된 중온수를 상기 멀티패스 열교환기로 재순환시키는 중온수라인; 및 상기 중온수라인을 통해 상기 멀티패스 열교환기로 재순환하는 중온수의 유량을 제어하는 유량조절기;를 포함하여 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 유량조절기는, 상기 중온수라인에 개폐가능하게 설치되어 상기 중온수라인의 개도를 제어하면서 중온수의 유량을 조절하는 유량조절밸브; 또는 상기 중온수라인에 설치되어 중온수를 펌핑하여 순환시키고, 중온수의 펌핑압력을 제어하면서 중온수의 유량을 조절하는 중온수순환펌프;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 순환수라인의 공급측에 연결되어 상기 멀티패스 열교환기에서 배출되는 난방수 또는 냉방수를 저장하고, 상기 순환수라인의 회수측과 연결되는 축열탱크;를 더 포함할 수 있으며, 상기 중온수 리턴부는, 상기 중온수라인이 상기 축열탱크를 매개로 상기 순환수라인의 회수측으로 연결되는 것이 바람직히다.
그리고, 본 발명은, 상기 멀티패스 열교환기와 이웃하면서 상기 열매체라인 및 상기 순환수라인에 연결되고, 상기 멀티패스 열교환기에서 배출되는 난방수나 냉방수를 열매체와 추가로 열교환시키면서 상기 순환수라인의 공급측으로 난방수나 냉방수를 공급하는 추가 열교환기;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의한 본 발명에 따른 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템은 멀티패스 열교환기에 열교환유로가 다중으로 형성되어 기존의 설비를 간소화시킬 수 있으며, 더욱이 순환수의 예열 및 재열과 함께 예열된 중온수를 다시 재순환시켜 공급하기 때문에 열교환효율이 향상되어 버퍼탱크의 생략이 가능하므로 설비의 구조 및 부피를 더욱 간소화시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 중온수 리턴부를 통한 중온수의 재순환을 통해 충분한 열교환이 가능하므로 냉동사이클이 안정화될 수 있으며, 이에 따라 초기 운전시나 외부온도 변화가 클 경우에도 안정적인 운전이 가능하다.
또한, 본 발명은 멀티패스 열교환기에 연결되는 추가 열교환기가 구비될 경우에는 난방수나 냉방수가 추가로 열교환되면서 가열 또는 냉각되므로 열교환효율이 더욱 향상될 수 있다.
도 1은 통상적인 히트펌프를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 멀티패스 열교환기를 나타내는 확대도.
도 4는 본 발명의 중온수 리턴부의 다른 실시예를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 중온수 리턴부의 또 다른 실시예를 나타내는 구성도.
도 6은 본 발명의 추가 열교환기를 나타내는 구성도.
이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 중온수의 회수기능을 갖는 다중 열교환형 히트펌프 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 순환수라인(100), 순환펌프(110), 열매체라인(200), 열원부(210), 멀티패스 열교환기(300) 및 중온수 리턴부(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
순환수라인(100)은 난방이나 냉방을 위한 순환수를 실내로 공급 및 회수하여 순환시키는 구성요소이다.
이러한 순환수라인(100)은 후술되는 열교환기(300)(400)를 통한 열매체라인(200)과의 열교환을 통해 난방을 위한 난방수나 급탕수 또는 냉방을 위한 냉방수를 실내로 공급하고, 실내에서 회수되는 순환수를 다시 열교환시켜서 순환시킨다.
한편, 순환수라인(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 난방수 또는 냉방수를 저장하는 축열탱크(150)가 설치되어 축열탱크(150)를 매개로 순환수를 순환시킬 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 축열탱크(150)가 생략된 직수형으로 구성될 수도 있다.
순환펌프(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 순환라인(100)에 설치되어 순환수를 펌핑하여 순환수를 순환시킨다.
이러한 순환펌프(110)는 미도시된 컨트롤러의 제어에 의해 작동하면서 펌핑압력의 제어를 통해 순환수의 유량을 제어한다.
열매체라인(200)은 열매체를 순환시키면서 증발, 압축, 응축, 팽창을 통해 냉동사이클을 이루는 구성요소이다.
구체적으로, 열매체라인(200)은 열매체의 응축열을 통해 순환수를 열교환시켜서 난방수를 제공하거나 열매체의 증발열을 통해 순환수를 열교환시켜서 냉방수를 제공하는 구성요소이다.
이러한 열매체라인(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 후술되는 열원부(210)를 통해 열매체를 증발시키거나 응축시키고, 압축기(220)를 통해 열매체를 고압으로 압축하며, 후술되는 열교환기들(300)(400)을 통해 열매체를 응축시키거나 증발시키면서 순환수를 가열하거나 냉각하고, 팽창밸브(230)를 통해 열매체를 저압으로 팽창시켜서 열원부(210)로 순환시킨다.
즉, 열매체라인(200)은 난방시에 도 2에 도시된 바와 같이 매체를 열원부(210)에서 압축기(220) 방향으로 순환시켜서 열교환기들(300)(400)을 통한 응축열을 통해 순환수를 가열하고, 냉방시에 열매체를 열원부(210)에서 팽창밸브(230) 방향으로 순환시켜서 열교환기들(300)(400)을 통한 증발열을 통해 순환수를 냉각시킨다.
여기서, 열매체라인(200)은 미도시된 컨트롤러의 제어에 의해 열매체의 순환방향을 전환시키면서 난방모드 또는 냉방모드로 작동한다.
한편, 열매체라인(200)은 열매체로서 물이 사용될 수 있으며, 이와 달리 냉매가스가 사용될 수도 있다.
열원부(210)는 전술한 바와 같이 열매체라인(200)의 일부분을 형성하면서 열매체를 열원과 열교환시켜서 가열하거나 냉각하는 구성요소이다.
즉, 열원부(210)는 순환수의 난방시에 냉동사이클의 증발기 역할을 하며, 순환수의 냉방시에 응축기 역할을 수행하면서 열매체를 열원과 열교환시킨다.
여기서, 열원부(210)에 제공되는 열원의 종류는 한정하지 않으며, 예컨대 지열원이나 수열원 또는 공기열원과 같이 본 발명이 속하는 분야에 널리 알려진 임의의 구성이 적용될 수 있다.
멀티패스 열교환기(300)는 열매체라인(200) 및 순환수라인(100)에 각각 연결되어 열매체와 순환수를 열교환시키면서 열교환된 난방수 또는 냉방수를 순환수라인(100)의 공급측(100a)으로 공급하는 구성요소로써, 열교환유로가 다중으로 형성되어 순환수를 예열 또는 예냉시킨 후 재열교환시켜서 공급한다.
구체적으로, 멀티패스 열교환기(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 예열유로(310)와 재열유로(320) 및 중온수배출유로(330)가 형성되어 순환수를 열매체와 반복적으로 열교환시키면서 순환수를 예열 후 재열시킨다.
예열유로(310)는 도 3에 도시된 바와 같이 순환수입구(351)측에 구성되어 난방시 순환수를 열매체와 대항류 상태로 열교환시키면서 순환수를 예열시키며, 냉방시 순환수를 열매체와 평행류 상태로 열교환시키면서 순환수를 예냉시킨다.
재열유로(320)는 도 3에 도시된 바와 같이 예열유로(310)와 대칭상태로 형성되면서 예열유로(310)와 연결된다.
즉, 재열유로(320)는 순환수출구(352)측에 구성되면서 예열유로(320)에 연결되며, 예열/예냉된 순환수를 열매체와 반복적으로 열교환시키면서 순환수를 재가열하거나 재냉각한다.
중온수배출유로(330)는 도 3에 도시된 바와 같이 예열유로(310)에 연결된 상태로 재열유로(320)의 반대방향으로 연장되어 예열유로(310)에서 예열/예냉된 중온수 중 일부분을 후술되는 중온수 리턴부(500)로 공급한다.
종합하면, 멀티패스 열교환기(300)는 예열유로(310)를 통해 순환수를 예열 또는 예냉하여 중온수를 생성시킨 후, 다시 재열유로(310)를 통해 재가열 또는 재냉각시키며, 중온수배출유로(330)를 통해 중온수의 일부분을 배출한다.
이에 따라, 순환라인(100)의 순환수는 예열유로(310)를 통해 먼저 열교환된 후, 재열유로(320)를 통해 다시 열교환됨에 따라 충분한 열교환이 가능하므로 전체적인 열교환 효율이 증대될 수 있다.
또한, 멀티패스 열교환기(300) 기존에 복수로 구성되는 열교환기를 통합시킴으로써 설비의 구조나 부피를 대폭 간소화시킬 수 있다.
이러한 멀티패스 열교환기(300)는 예컨대, 표면이 파형으로 형성된 전열판으로 이루어지면서 전열판을 중심으로 양측에 각각 열매체와 순환수를 교차상태로 이동시키면서 열접촉시키며, 전열판이 복수로 적층되어 예열유로(310) 및 재열유로(320)를 형성하면서 예열유로(310)의 일부분에 중온수배출유로(330)가 형성되는 판형 열교환기로 구성될 수 있다.
이러한 판형 열교환기에 대한 세부구성은 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 설명을 생략한다.
중온수 리턴부(500)는 멀티패스 열교환기(300)의 중온수배출유로(330)에서 배출되는 중온수를 외부로 배출시키거나 다시 멀티패스 열교환기(300)로 재순환시켜 예열 또는 예냉시키면서 멀티패스 열교환기(300)의 순환유량을 증가시키는 구성요소이다.
즉, 중온수 리턴부(500)는 멀티패스 열교환기(300)의 중온수배출유로(330)에서 배출되는 중온수를 외부로 배출시켜 사용을 허용할 수 있으며, 중온수를 멀티패스 열교환기(300)로 재순환시켜서 멀티패스 열교환기(300)의 순화유량을 증가시킨다.
이에 따라, 본 발명은 중온수가 멀티패스 열교환기(300)에서 반복적으로 순환하면서 회수측(100b)으로 회수된 순환수를 예열시켜 멀티패스 열교환기(300)로 공급하므로 열교환효율이 더욱 향상될 수 있으며, 종래기술의 버퍼탱크와 같은 구성이 최소화되거나 생략된 상태에서도 고온의 난방수나 급탕수를 원활하게 공급할 수 있다.
이러한 중온수 리턴부(500)는 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이 중온수라인(510) 및 유량조절기(520)를 포함하여 구성될 수 있다.
중온수라인(510)은 멀티패스 열교환기(300)의 중온수배출유로(330)에 연결된 상태로 순환수라인(100)의 회수측(100b)에 연결되어 중온수의 일부분을 멀티패스 열교환기(300)의 입구(351)로 재순환시킨다.
이러한 중온수라인(510)은 도 2에 도시된 바와 같이 축열탱크(150)가 설치된 경우에는 축열탱크(150)를 매개로 하여 중온수를 순환수라인(100)의 회수측(100b)에 공급할 수 있으며, 이와 달리, 도 4에 도시된 바와 같이 축열탱크(150)와 분리된 상태를 이루면서 순환수라인(100)의 회수측(100b)에 연결되어 중온수의 일부분을 멀티패스 열교환기(300)로 재순환시킬 수도 있다.
여기서, 축열탱크(150)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 순환수라인(100)의 공급측(100a)에 연결되어 멀티패스 열교환기(300)에서 공급되는 난방수 또는 냉방수를 저장하여 실내로 공급하고, 순환수라인(100)의 회수측과 연결되어 실내에서 회수되는 순환수를 예열시킨 후, 멀티패스 열교환기(300)로 공급한다.
한편, 중온수라인(510)은 도 5에 도시된 바와 같이 축열탱크(150)가 생략된 직수형으로 구성될 경우에는 순환수라인(100)의 회수측(100b)에 연결되어 중온수를 멀티패스 열교환기(300)로 재순환시킨다.
여기서, 순환펌프(110)는 도 4에 도시된 바와 같이 중온수라인(510)이 축열탱크(150)와 분리된 상태로 연결되거나 도 5에 도시된 바와 같이 직수형일 경우에는 중온수라인(510)의 후방에 설치되는 것이 바람직하다.
다른 한편, 중온수라인(510)은 미도시된 배출라인이 연결되어 중온수를 외부로 배출시킬 수도 있다.
유량조절기(520)는 중온수라인(510)을 관류하는 중온수의 유량을 제어하기 위한 구성요소이다.
이러한 유량조절기(520)는 미도시된 컨트롤러의 제어에 의해 작동하면서 설정온도나 운전조건에 따라 중온수라인(510)의 유량을 가변시키면서 순환수의 공급온도를 제어한다.
예컨대, 유량조절기(520)는 도 2에 도시된 바와 같이 중온수라인(510)에 설치되는 유량조절밸브(521)로 구성될 수 있다.
유량조절밸브(521)는 중온수라인(510)에 개폐가능하게 설치되어 컨트롤러의 제어에 따라 개도를 제어하면서 중온수의 유량을 조절한다.
이와 달리, 유량조절기(520)는 도 4에 도시된 바와 같이 중온수라인(510)에 설치되는 중온수순환펌프(522)로 구성될 수도 있다.
중온수순환펌프(522)는 중온수라인(510)에 설치된 상태로 중온수를 펌핑하면서 순환시키고, 컨트롤러의 제어에 따라 펌핑압력을 제어하면서 중온수의 유량을 조절한다.
여기서, 중온수순환펌프(522)는 미도시된 체크밸브와 함께 설치되어 중온수의 역류를 방지할 수 있다.
또한, 유량조절기(520)는 도 5에 도시된 바와 같이 순환수라인(100)이 직수형태로 구성될 경우에는 중온수순환펌프(522)로 구성되면서 순환펌프(110)의 전방으로 연결되는 중온수라인(510)에 설치되는 것이 바람직하며, 점선으로 도시한 바와 같이 유량조절밸브(521)로 구성되면서 순환펌프(110)의 후방으로 연결되는 중온수라인(510)에 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 유량조절기(520)는 전술한 유량조절밸브(521)와 중온수순환펌프(522)가 모두 설치되면서 구성될 수도 있다.
그리고, 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같이 추가 열교환기(400)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
추가 열교환기(400)는 멀티패스 열교환기(300)에서 배출되는 난방수나 냉방수를 추가로 열매체와 열교환시키는 구성요소이다.
즉, 추가 열교환기(400)는 도 6에 도시된 바와 같이 멀티패스 열교환기(400)와 이웃하면서 분리된 상태로 설치되어 열매체라인(200) 및 순환수라인(100)에 연결되며, 난방시 멀티패스 열교환기(300)에서 배출되는 난방수를 멀티패스 열교환기(300)로 유입되기 이전의 열매체와 추가로 열교환시키면서 순환수라인(100)의 공급측(100a)으로 난방수를 공급한다.
상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 발명에 따른 다단 열교환패스 구조를 갖는 히트펌프 시스템의 작동을 설명한다.
난방모드 시, 도 2를 참조하면, 열매체라인(200)은 컨트롤러의 제어에 따라 열매체를 멀티패스 열교환기(300)의 재열유로(320)에서 예열유로(310) 방향으로 순환시킨다. 이때, 열매체는 열원부(210)를 통한 열원과의 열교환을 통해 증발되면서 가열된 후, 압축기(220)에 의해 압축된 상태로 멀티패스 열교환기(300) 및 멀티패스 열교환기(300)를 통한 순환수라인(100)과 대항류 상태의 열교환을 통해 응축되면서 응축열을 통해 순환수를 가열한다.
그리고, 순환수는 순환펌프(110)의 펌핑압력에 의해 멀티패스 열교환기(300)의 예열유로(310)에서 재열유로(330) 방향으로 순환하면서, 예열유로(310)에 의해 중온수로 예열된 후 재열유로(330)에 의해 고온수로 가열되어 축열탱크(150)에 저장되거나 직수형태로 실내로 공급되며, 실내에서 회수되어 다시 멀티패스 열교환기(300)로 공급된다.
이때, 유량조절기(520)를 구성하는 유량조절밸브(521)나 중온수순환펌프(522)는 컨트롤러의 제어에 따라 작동하면서 예열유로(310)에서 재열유로(330)로 공급되는 중온수의 일부분을 중온수배출유로(330)를 통해 중온수라인(510)으로 회수시킨다. 이에 따라 중온수는 축열탱크(150)를 매개로 순환수라인(100)의 회수측(100b)으로 공급되거나 순환수라인(100)의 회수측(100b)으로 공급되어 멀티패스 열교환기(300)로 재순환하면서 순환수를 예열시킨다.
한편, 중온수는 중온수라인(510)으로 이동하면서 미도시된 배출라인을 통해 외부로 배출되어 사용될 수도 있다.
냉방모드 시, 열매체라인(200)은 컨트롤러의 제어에 따라 열매체를 열원부(210)에서 멀티패스 열교환기(300) 방향으로 순환시킨다. 이때, 열매체는 열원부(210)를 통한 열원과의 열교환을 통해 응축된 후, 멀티패스 열교환기(300)를 통한 순환수라인(100)과 평행류 열교환을 통해 증발되면서 증발열을 통해 순환수를 냉각시킨다.
그리고, 순환수는 순환펌프(110)의 펌핑압력에 의해 멀티패스 열교환기(300)의 예열유로(310)에서 재열유로(330) 방향으로 순환하면서, 예열유로(310)에 의해 중온수로 예냉된 후 재열유로(330)에 의해 저온수로 냉각되어 축열탱크(150)에 저장되거나 직수형태로 실내로 공급되며, 실내에서 회수되어 다시 멀티패스 열교환기(300)로 공급된다.
이때, 유량조절기(520)를 구성하는 유량조절밸브(521)나 중온수순환펌프(522)는 컨트롤러의 제어에 따라 작동하면서 예열유로(310)에서 재열유로(330)로 공급되는 중온수의 일부분을 중온수배출유로(330)를 통해 중온수라인(510)으로 회수시킨다. 이에 따라 중온수는 축열탱크(150)를 매개로 순환수라인(100)의 회수측(100b)으로 공급되거나 순환수라인(100)의 회수측(100b)으로 공급되어 멀티패스 열교환기(300)로 재순환하면서 순환수를 예냉시킨다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템에 의하면, 멀티패스 열교환기(300)에 열교환유로가 다중으로 형성되어 기존의 설비를 간소화시킬 수 있으며, 더욱이 순환수의 예열 및 재열과 함께 예열된 중온수를 다시 재순환시켜 공급하기 때문에 열교환효율이 향상되어 버퍼탱크의 생략이 가능하므로 설비의 구조 및 부피를 더욱 간소화시킬 수 있다.
특히, 중온수 리턴부(500)를 통한 중온수의 재순환을 통해 충분한 열교환이 가능하므로 냉동사이클이 안정화될 수 있으며, 이에 따라 초기 운전시나 외부온도 변화가 클 경우에도 안정적인 운전이 가능하다.
또한, 멀티패스 열교환기(300)에 연결되는 추가 열교환기(400)가 구비될 경우에는 난방수나 냉방수가 추가로 열교환되면서 가열 또는 냉각되므로 열교환효율이 더욱 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100 : 순환수라인 100a : 공급측
100b : 회수측 110 : 순환펌프
150 : 축열탱크 200 : 열매체라인
210 : 열원부 220 : 압축기
230 : 팽창밸브 300 : 멀티패스 열교환기
310 : 예열유로 320 : 재열유로
330 : 중온수배출유로 351 : 순환수입구
352 : 순환수출구 361 : 열매체입구
362 : 열매체출구
400 : 제2 열교환기 500 : 중온수 리턴부
510 : 중온수라인 520 : 유량조절기
521 : 유량조절밸브 522 : 중온수순환펌프

Claims (6)

  1. 난방 또는 냉방을 위한 순환수를 열매체와 열교환시켜서 순환수를 가열하거나 냉각하는 히트펌프 시스템으로서,
    순환수를 직수형태로 공급 및 회수하거나 별개의 저장부재를 매개로 순환수를 공급 및 회수하면서 순환시키는 순환수라인;
    상기 순환수라인에 설치되어 순환수를 펌핑하여 순환시키면서 순환수의 유량을 제어하는 순환펌프;
    상기 열매체를 난방이나 냉방에 따라 서로 다른 방향으로 순환시키면서 냉동사이클을 이루는 열매체라인;
    상기 열매체라인의 일부분을 이루면서 열매체를 열원과 열교환시켜서 가열하거나 냉각하는 열원부;
    상기 열매체라인 및 상기 순환수라인에 연결되어 상기 열원부에서 공급되는 열매체를 상기 순환수라인의 순환수와 열교환시키면서 상기 순환수라인의 공급측으로 난방수나 냉방수를 공급하며, 순환수와 열매체의 열교환유로가 다중으로 구성되어 순환수를 예열이나 예냉시킨 후 재열교환시키는 멀티패스 열교환기; 및
    상기 멀티패스 열교환기에서 예열이나 예냉된 중온수를 다시 상기 멀티패스 열교환기의 순환수 입구측으로 재순환시키는 중온수 리턴부;를 포함하며,
    상기 멀티패스 열교환기는,
    상기 순환수가 유입되는 순환수입구측에 구비되어 난방시 순환수와 열매체를 대항류 상태로 열교환시키거나 냉방시 순환수와 열매체를 평행류 상태로 열교환시키면서 순환수를 예열 또는 예냉하는 예열유로;
    상기 예열유로에 연결되면서 상기 순환수가 배출되는 순환수출구측에 구비되고, 예열이나 예냉된 순환수를 열매체와 대항류 상태 또는 평행류 상태로 열교환시키면서 순환수를 재가열하거나 재냉각하는 재열유로; 및
    상기 재열유로와 분기된 상태를 이루면서 상기 예열유로에 일단부가 연결되고, 타단부가 상기 중온수 리턴부에 연결되어 상기 예열유로의 중온수 중 일부분을상기 중온수 리턴부로 공급하는 중온수배출유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 중온수 리턴부는,
    상기 멀티패스 열교환기에 일단부가 결합되고, 타단부가 상기 순환수라인의 회수측으로 연결되어 상기 멀티패스 열교환기에서 예열이나 예냉된 중온수를 상기 멀티패스 열교환기로 재순환시키는 중온수라인; 및
    상기 중온수라인을 통해 상기 멀티패스 열교환기로 재순환하는 중온수의 유량을 제어하는 유량조절기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유량조절기는,
    상기 중온수라인에 개폐가능하게 설치되어 상기 중온수라인의 개도를 제어하면서 중온수의 유량을 조절하는 유량조절밸브; 또는
    상기 중온수라인에 설치되어 중온수를 펌핑하여 순환시키고, 중온수의 펌핑압력을 제어하면서 중온수의 유량을 조절하는 중온수순환펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 히트펌프 시스템은,
    상기 순환수라인의 공급측에 연결되어 상기 멀티패스 열교환기에서 배출되는 난방수 또는 냉방수를 저장하고, 상기 순환수라인의 회수측과 연결되는 축열탱크;를 더 포함하며,
    상기 중온수 리턴부는,
    상기 중온수라인이 상기 축열탱크를 매개로 상기 순환수라인의 회수측으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트펌프 시스템은,
    상기 멀티패스 열교환기와 이웃하면서 상기 열매체라인 및 상기 순환수라인에 연결되고, 상기 멀티패스 열교환기에서 배출되는 난방수나 냉방수를 열매체와 추가로 열교환시키면서 상기 순환수라인의 공급측으로 난방수나 냉방수를 공급하는 추가 열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 열교환패스 구조를 갖는 콤팩트형 히트펌프 시스템.
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