KR101608919B1 - 고효율 히트펌프 시스템 및 그 고효율 히트펌프 시스템의 과냉각 흡열량 보상장치 - Google Patents

고효율 히트펌프 시스템 및 그 고효율 히트펌프 시스템의 과냉각 흡열량 보상장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉각 및 가열 운전 변환에 따른 냉매 순환량 차이 발생으로 냉각 및 가열의 효율 불균등을 해소하기 위하여 냉매 저류 장치인 수액기 및 주변기기(체크밸브 등)를 설치하여 냉각 및 가열 사이클의 운전시 반드시 수액기를 통하여 저온 열교환기로 인입하도록 구성함으로써 냉각 및 가열 사이클 모두 균등한 효율 증대 효과를 발생하며, 가열 운전시 고온의 온수 제조로 인한 고압 응축액 관의 미사용 냉매 열을 흡열원의 보조열원으로 사용하여 과냉각도 및 흡열량의 증가를 동시에 구현하여 가열 능력 및 효율을 높일 수 있는 고효율 히트펌프 시스템 및 그 고효율 히트펌프 시스템의 과냉각 흡열량 보상장치에 관한 것이다.

Description

고효율 히트펌프 시스템 및 그 고효율 히트펌프 시스템의 과냉각 흡열량 보상장치{HIGH EFFICIENCY HEAT PUMP SYSTEM, AND SUPER-COOLING AND HEAT ABSORPTION COMPENSATION APPARATUS THEREOF}
본 발명은 고효율 히트펌프에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 냉각 및 가열 운전 변환에 따른 냉매 순환량 차이 발생으로 냉각 및 가열의 효율 불균등을 해소하기 위하여 냉매 저류 장치인 수액기 및 주변기기(체크밸브 등)를 설치하여 냉각 및 가열 사이클의 운전시 반드시 수액기를 통하여 저온 열교환기로 인입하도록 구성함으로써, 냉각 및 가열 사이클 모두 균등한 효율 증대 효과를 발생하며, 가열 운전 시 고온의 온수 제조로 인한 고압 응축액 관의 미사용 냉매 열을 흡열원(지열 및 수열원)의 보조열원으로 사용하여 과냉각도 및 흡열량의 증가를 동시에 구현하여 가열 능력 및 효율을 높일 수 있는 고효율 히트펌프 시스템 및 그 고효율 히트펌프 시스템의 과냉각 흡열량 보상장치에 관한 것이다.
일반적으로 가열이나 급탕을 위한 열원을 얻기 위한 수단으로 화석 연료를 사용하거나 또는 히터와 같은 전기적인 가열방법을 이용한다. 화석 에너지의 단순한 사용은 대기 오염을 발생시키고, 전기를 이용한 가열방식은 그 전력 소비량에 비하여 열효율이 떨어지며, 또한 물을 가열하여 사용하는 개방 회로의 경우에는 물의 현열 온도만을 이용한 후 버려지므로 물이 가지고 있는 잠열 에너지를 충분히 이용하지 못하고 폐열로 낭비되는 단점이 있다. 이로 부터 개선된 것으로 폐 열원으로부터 잠열 에너지를 획득하는 히트펌프 사이클을 이용하는 방식이 있다.
히트펌프 시스템은 냉매 사이클의 저온 열교환기와 고온 열교환기의 운용에 있어 열교환기의 방향, 즉 냉매 흐름의 방향을 전환하여 1개의 단일 기기로 냉각운전과 가열운전을 행하는 장치를 일컫는 것으로, 전기를 구동 원으로 하여 공급 열원으로 온수, 배수나 냉각수 등의 폐열과, 지열, 공기, 흙, 지하수, 하천수 등이 이용된다.
히트펌프에는 압축식과 흡수식 그리고, 화학식이 있다.
압축식은 밀폐형과 개방형으로 구분된다. 밀폐형 히트펌프는 프레온 등과 같은 중간 열 매체를 사용하는 것으로, 냉각전용과 가열전용, 냉가열 겸용과 산업용 등이 있으며, 개방형 히트펌프는 중간 열 매체를 사용하지 않고 열원을 직접 압축하여 승온시키는 방식이다.
또한 흡수식 히트펌프는 1종 흡수식과 2종 흡수식이 있는데, 전자는 구동에너지로써 증기나 폐 가스를 사용하여 20∼60℃의 저 열원으로부터 열을 회수하여 60∼90℃의 온수를 획득하는 방식이고, 후자는 구동 에너지는 별도로 필요치 않고 대신 냉각수를 필요로 하는 것으로, 중간 온도의 폐열을 재생기와 증발기에 공급한 후 60∼100 ℃ 가량의 고 온수를 흡수기로부터 얻는 방식이다.
화학 히트펌프는 반응물질에 열을 가하여 만든 생성 물질(축열)이 발열 반응을 거쳐 본래의 상태로 환원(방열)되는 과정을 반복적으로 이용하는 것이다.
통상적으로 압축식 히트펌프는 증발기로부터 증발한 냉매 증기를 압축기로부터 압축하여 고온ㆍ고압의 상태로 만들고, 응축기에서 열교환을 통하여 응축시킴과 동시에 증발기의 온도 수준의 열을 응축기의 온도 수준까지 승온시키는 과정에 그 바탕을 두고 있다.
이러한 히트펌프를 구성하기 위해서는 등온 조건에서 열전달이 이루어져야 하므로, 요구하는 온도와 압력에서 상 변화를 수행하는 작동 유체(냉매)를 선정해야 한다. 이 작동 유체는 증발에 의해 열을 흡수하고 응축에 의해 열을 방출한다.
일반적인 작동 유체로는 밀폐형의 경우 프레온 등을 이용하고, 개방형인 경우에는 물이나 유기 매체를 이용한다.
증기 압축사이클의 기본적인 구성요소는 저온부의 열교환기인 증발기와, 압축기와, 고온 부의 열교환기인 응축기와, 팽창밸브의 4개 부분이며, 작동 유체는 증발 ⇒ 압축 ⇒ 응축 ⇒ 팽창 ⇒ 증발의 변화를 연속적으로 행하면서 순환하는 열역학적인 역랭킨 사이클로서, 등엔트로피의 압축과정과, 등온 - 등압하의 응축과정과, 팽창밸브를 통한 등엔트로피 하에서의 비가역팽창 과정과, 등온 - 등압하에서의 증발 과정으로 구분된다.
압축식 히트펌프의 최대 성적계수는 역카르노 사이클의 효율로서, 그 성적계수는 승온의 폭에 반비례하고 냉매의 과냉과 과열에 의해 증가한다. 즉, 응축 온도와 증발 온도의 차이가 클수록 성적계수는 현저히 작아지므로, 이 차이 값을 감소시키는 것이 유리하며, 압축기 입구에서의 냉매 흡입가스를 과열시킴으로써 성적계수는 향상된다.
히트펌프 사이클은 냉각 운전과 가열 운전시, 운전 방식의 특성으로 인해 압축기의 압축비에 차이가 발생하며, 이로 인한 냉매 순환량이 상이하여 냉각과 가열 운전시, 냉매 사이클 내의 최적 냉매 봉입량 또한 차이가 발생한다. 그러나 한 개의 냉매 사이클에서 2개의 냉매 봉입량을 산정할 수 없어 운전 모드 중 한쪽 사이클에 최적 냉매량을 산정하면 다른 사이클은 냉매 부족 또는 과잉으로 최적 효율 운전을 할수 없는 문제가 있다.
또한, 히트펌프 사이클의 가열 운전의 효율은 흡열 대상 열원의 흡열량과 압축기에서 소비하는 전력량의 합산으로 대상 열원의 흡열량이 부족할 경우 가열 운전 효율의 차이가 발생한다. 냉각 운전시에는 가열 운전시 흡열원으로 사용하던 열매가 방열 원의 열매로 전환 사용됨으로, 이때 방열원의 열원이 높으면 적정 과냉각도 저하로 냉각 운전효율은 하락한다.
전술한 바와 같이, 종래의 히트펌프는 냉각 및 가열 운전 전환에 따른 열교환기의 사용 용도가 변경될 때 냉매 사이클의 압축비 변동으로 인한 냉매 봉입량 불균형으로 히트펌프 능력 및 효율 하락의 원인이 되었으며, 히트펌프의 흡열원의 온도 하락이 직접적인 가열능력 하락의 원인이 되었으나, 이에 대한 보완 방법이 미흡하였고, 냉각 운전시에는 방열원의 온도에 의한 과냉각도의 한계성으로 냉각 효율이 낮았으며, 또한 가열 운전효율 상승을 목적으로 이코노마이저 기능을 사용하기 위해서는 별도의 열교환기를 추가 설치하여 운전하므로 냉매 배관이 복잡해지며, 이로 인한 원가상승 및 품질 결함 포인트가 상승하는 원인이 되고 있다.
없음
본 발명은 히트펌프 사이클 변환에 따른 최적 냉매량 불균형을 해결하고, 흡열량 부족시 발생하는 가열능력 및 효율하락을 해결하며, 냉각 운전시 과냉각을 증가시켜 히트펌프 사이클의 냉각 및 가열 효율을 상승시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 히트펌프의 운전에서 냉각 및 가열 운전 변환에 따른 냉매 순환량 차이 발생으로 냉각 및 가열의 효율 불균등을 해소하기 위하여 냉매 저류 장치인 수액기 및 주변기기(체크밸브 등)를 설치하여 냉각 및 가열 사이클의 운전시 반드시 수액기를 통하여 저온 열교환기로 인입하도록 구성함으로써, 냉각 및 가열 사이클 모두 균등한 효율 증대 효과를 발생하며, 가열 운전시 고온의 온수 제조로 인한 고압 응축액 관의 미사용 냉매 열을 흡열원의 보조열원으로 사용하여 과냉각도 및 흡열량의 증가를 동시에 구현하여 가열 능력 및 효율을 높일 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 냉각 운전시 냉매 사이클의 고온 열교환기와 열 교환하는 응축 매체의 온도에 따라 응축과 냉각의 차이가 발생하여 일정 온도 이상에서는 냉각 운전의 효율이 감소하는바, 이를 해결하기 위해 이중 응축 열교환기를 설치하여 냉각 운전시 능력 및 효율을 증대시킬 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압축기와 연결되는 사방밸브에 의해 제공되는 냉, 가열 사이클에 따라 냉각 또는 가열 운전을 선택적으로 수행하는 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 사방밸브와 냉매 이송라인으로 연결되며, 상기 압축기에서 압축된 냉매가 유입되어 냉각 운전시 응축 행정을 수행하고, 가열 운전시 증발 행정을 수행하는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기와 냉매 이송라인으로 연결되며, 냉각 운전시 증발 행정을 수행하고, 가열 운전시 응축 행정을 수행하는 제2 열교환기; 상기 제 1 열교환기와 냉매 이송라인으로 연결되어 냉각 운전시 상기 제 1 열교환기에 의해 냉각된 냉매에 대해 응축 행정을 수행하여 상기 제 2 열교환기로 냉매를 이송하며, 냉각 운전시 상기 제 1 열교환기에서 이송된 냉매를 저온 저압으로 변환하여 상기 제 2 열교환기로 이송하고, 가열 운전시 상기 제 2 열교환기에서 이송된 냉매를 저온 저압으로 변환하여 상기 제 1 열교환기로 이송하는 제 1 팽창밸브; 상기 제1 팽창밸브와 냉매 이송라인으로 연결되며, 상기 제 1 팽창밸브의 입구 측에 설치되어 상기 제 1 팽창밸브로 유입되는 냉매를 저온의 액체 상태로 공급하는 수액기; 상기 수액기로 유입되는 냉매를 냉각시키는 과냉각 흡열량 보상장치; 및 상기 제 2 열교환기와 연결되어 상기 가열 운전시 상기 제 2 열교환기에 의해 냉각된 냉매에 대해 응축 행정을 수행하여 상기 제 1 열교환기로 냉매를 이송하는 제 3 열교환기를 포함하는 고효율 히트펌프 시스템을 제공한다.
상기 과냉각 흡열량 보상장치는, 상기 수액기의 내부에 설치되는 증발코일; 상기 수액기의 입구 측의 냉매 이송라인으로부터 분기되어 상기 증발코일의 입구에 연결되는 입구 측 분기 냉매 이송라인; 상기 증발코일의 출구 측에 연결되어 상기 압축기로 회수되는 출구 측 분기 냉매 이송라인; 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인에 설치되어 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인 내부로 냉매의 흐름을 선택적으로 허용하는 솔레노이드밸브; 상기 수액기를 통과하는 냉매를 냉각하기 위하여 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인에 설치되어 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인을 흐르는 냉매를 저온 저압으로 변환시켜서 상기 증발코일로 이송하는 제 2 팽창밸브;를 포함한다.
상기 과냉각 흡열량 보상장치는, 상기 수액기의 입구 측에 설치되는 온도센서; 상기 온도센서의 감지 신호에 따라 상기 솔레노이드밸브를 구동하여 과냉각 및 흡열량 보상을 제어하는 제어부를 더 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 히트펌프 사이클 변환에 따른 최적 냉매량 불균형을 해결하고, 흡열량 부족시 발생하는 가열 능력 및 효율 하락을 해결하며, 냉각 운전시 과냉각을 증가시켜 히트펌프 사이클의 냉각 및 가열 운전 효율을 상승시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 히트펌프의 운전에서 냉각 및 가열 운전 변환에 따른 냉매 순환량 차이 발생으로 냉각 및 가열의 효율 불균등을 해소하기 위하여 냉매 저류 장치인 수액기 및 주변기기(체크밸브 등)를 설치하여 냉각 및 가열 사이클의 운전시 반드시 수액기를 통하여 저온 열교환기로 인입하도록 구성함으로써, 냉각 및 가열 사이클 모두 균등한 효율 증대 효과를 발생하며, 가열 운전시 고온의 온수 제조로 인한 고압 응축액 관의 미사용 냉매 열을 흡열원의 보조 열원으로 사용하여 과냉각도 및 흡열량의 증가를 동시에 구현하여 가열 능력 및 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 냉각 운전시 냉매 사이클의 고온 열교환기와 열 교환하는 응축매체의 온도에 따라 응축과 냉각의 차이가 발생하여 일정 온도 이상에서는 냉각운전의 효율이 감소하는바, 이를 해결하기 위해 이중 응축 열교환기를 설치하여 냉각 운전시 능력 및 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템에서 가열 운전을 보인 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템에서 고효율 가열 운전을 보인 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템에서 냉각 운전을 보인 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템에서 고효율 냉각 운전을 보인 도면
도 5는 과냉각 흡열량 보상장치를 보인 구성도
이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템 및 그 고효율 히트펌프 시스템의 과냉각 흡열량 보상장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템에서 가열 운전을 보인 도면, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템에서 고효율 가열 운전을 보인 도면, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템에서 냉각 운전을 보인 도면, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템에서 고효율 냉각 운전을 보인 도면, 및 도 5는 과냉각 흡열량 보상장치를 보인 구성도이다. 동 도면의 설명에서는 냉각 및 가열 운전에 따라 열교환 유체는 냉매와 열매로 구분되나, 설명의 편의상 냉매로 하여 설명한다.
위 도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템은, 압축기(10)와 연결되는 사방밸브(20)에 의해 제공되는 냉, 가열 사이클에 따라 냉각 또는 가열 운전을 선택적으로 수행하는 히트펌프 시스템이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템은 제 1 열교환기(30)와, 제 2 열교환기(40)와, 제 1 팽창밸브(50)와, 수액기(60)와, 과냉각흡열량 보상장치(100)와, 제 3 열교환기(70)를 포함한다.
즉, 상기 제 1 열교환기(30)는 상기 사방밸브(20)와 냉매 이송라인(L)으로 연결되며, 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매가 유입되어 냉각 운전시 응축 행정을 수행하고, 가열 운전시 증발 행정을 수행하도록 구성된다.
상기 제 2 열교환기(40)는 상기 제 1 열교환기(30)와 냉매 이송라인(L)으로 연결되며, 냉각 운전시 증발행정을 수행하고, 가열 운전시 응축 행정을 수행하도록 구성된다.
상기 제 1 팽창밸브(50)는 상기 제1 열교환기(30)와 냉매 이송라인(L)으로 연결되어 냉각 운전시 상기 제 1 열교환기(30)에 의해 냉각된 냉매에 대해 응축 행정을 수행하여 상기 제 2 열교환기(40)로 냉매를 이송하며, 냉각 운전시 상기 제 1 열교환기(30)에서 이송된 냉매를 저온 저압으로 변환하여 상기 제 2 열교환기(40)로 이송하고, 가열 운전시 상기 제 2 열교환기(40)에서 이송된 냉매를 저온 저압으로 변환하여 상기 제 1 열교환기(30)로 이송하도록 구성된다.
상기 수액기(60)는 상기 제1 팽창밸브(50)와 냉매 이송라인(L)으로 연결되며, 상기 제 1 팽창밸브(50)의 입구 측에 설치되어 상기 제 1 팽창밸브(50)로 유입되는 냉매를 저온의 액체 상태로 공급하도록 구성된다.
상기 수액기(60)는 상기 증발코일(110)이 설치되는 공간을 갖는 하우징, 상기 하우징의 상부에 결합하는 상부 캡, 및 상기 하우징의 하부에 결합하는 하부 캡으로 구성되고, 상기 하부 캡의 하부에는 지면에 지지되는 베이스가 형성되고, 상기 증발코일(110)의 끝단 부는 상기 입구 및 출구 측 분기 냉매이송 라인(120,130)의 결합부(120', 130')에 결합하고, 상기 상부 캡의 하부 외주 면과 상기 하부 캡의 상부 외주 면에는 물방울 흘러내림을 가이드 하기 위한 경사면이 형성될 수 있다.
상기 과냉각 흡열량 보상장치(100)는 상기 수액기(60)로 유입되는 냉매를 냉각시키는 역할을 하도록 구성된다.
상기 제 3 열교환기(70)는 상기 제 2 열교환기(40)와 연결되어 상기 가열 운전시 상기 제 2 열교환기(40)에 의해 냉각된 냉매에 대해 응축 행정을 수행하여 상기 제 1 열교환기(30)로 냉매를 이송하도록 구성된다.
상기 과냉각 흡열량 보상장치(100)는 증발코일(110)과, 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)과, 출구 측 분기 냉매 이송라인(130)과, 솔레노이드밸브(S)와, 제 2 팽창 밸브(150)와, 온도센서(160)와, 제어부(170)를 포함한다.
상기 증발코일(110)은 상기 수액기(60)의 내부에 설치되며, 나선형으로 형성된다.
상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)은 상기 수액기(60)의 입구 측의 냉매 이송라인(L)으로부터 분기되어 상기 증발코일(110)의 입구에 연결되도록 구성된다.
상기 출구 측 분기 냉매 이송라인(130)은 상기 증발코일(110)의 출구 측에 연결되어 상기 압축기(10)로 회수되도록 구성된다.
상기 솔레노이드밸브(S)는 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)에 설치되어 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120) 내부로 냉매의 흐름을 선택적으로 허용하도록 구성된다.
상기 제 2 팽창 밸브(150)는 상기 수액기(60)를 통과하는 냉매를 냉각하기 위하여 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)에 설치되어 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)을 흐르는 냉매를 저온 저압으로 변환시켜서 상기 증발코일(110)로 이송하도록 구성된다.
상기 온도센서(160)는 상기 수액기(60)의 입구 측에 설치되어 냉매 온도를 감지하는 역할을 한다.
상기 제어부(170)는 상기 온도센서(150)의 감지 신호에 따라 상기 솔레노이드밸브(S)를 구동하여 과냉각 및 흡열량 보상을 제어하도록 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 히트펌프 시스템 및 그 고효율 히트펌프 시스템의 과냉각 흡열량 보상장치의 작동에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 가열 운전을 보인 것으로, 지열을 열원으로 하여 제 1 열교환기(30)에서 열 교환한다. 제 1 열교환기(30)에서 열교환 한 저온의 냉매는 액분리기(1)를 거친 후 압축기(10)로 유입된다. 압축기(10)에 의해 압축된 고온의 냉매는 사방밸브(20)를 거쳐서 제 2 열교환기(40)에서 열 교환한다. 제 2 열교환기(40)에서 열교환 하여 냉수는 온수로 승온된 후 적소에 공급된다. 제 2 열교환기(40)에서 열교환 한 고온의 냉매는 수액기(60)를 거친 후 제 1 팽창밸브(50)를 지나면서 팽창하여 저온으로 냉각되며, 이후 제 1 열교환기(30) 쪽으로 반복적으로 순환된다. 여기서 체크밸브(3)는 냉매가 역류하지 못하게 하는 역할을 한다.
도 2는 고효율 가열 운전을 보인 도면으로, 가열 운전시 이코노마이져 기능과 수액기 기능을 동시에 할 수 있다. 즉, 도 1에서 보인 바와 같이 냉매는 순환되는데, 상기 수액기(60)의 입구 측에 설치된 상기 온도센서(160)가 냉매 온도를 감지하고, 상기 제어부(170)는 상기 온도센서(150)의 감지 신호에 따라 상기 솔레노이드밸브(S)를 구동하여 과냉각 및 흡열량 보상을 제어하도록 한다. 상기 솔레노이드밸브(S)의 구동으로, 냉매의 일부가 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)을 통해서 분기된 후, 제 2 팽창밸브(140)를 거치면서 냉각된다. 냉각된 냉매는 증발코일(110)을 거친 후 출구 측 분기 냉매 이송라인(130)을 통해서 액분리기(1)를 거친 후 압축기(10)로 회수된다. 제 2 팽창밸브(140)에 의한 열교환에 의해서 제 1 열교환기(30)로 순환하는 냉매가 냉각되므로 고효율 가열운전이 가능하다.
한편, 도 3은 냉각 운전을 보인 것으로, 압축기(10)에 의해 압축된 고온의 냉매는 사방밸브(20)를 거쳐서 제 1 열교환기(30)로 이동한다. 지열을 냉열원으로 하여 냉매는 제 1 열교환기(30)에서 열 교환한다. 제 1 열교환기(30)에서 열교환 한 냉매는 냉매 이송라인(L)을 거쳐서 수액기(60)로 이송된다. 수액기(60)를 거친 냉매는 드라이어(5), 체크밸브(3), 그리고 제 1 팽창밸브(50)를 거치면서 냉각된다.
저온의 냉매는 제 2 열교환기(40)에서 열교환 한 후에 액분리기(1)를 거친 후 압축기(10)로 회수된다. 제 2 열교환기(40)에서 열 교환한 온수는 냉수로 적소에 공급된다.
도 4는 고효율 냉각 운전을 보인 도면으로, 냉각 운전시 냉매 이송라인(L)에 제3 열교환기(70)를 설치하고, 응축열매 이송용 펌프(80)를 설치하며, 응축 냉매의 온도와 냉매 이송라인(L)의 냉매 온도를 검출하여 적정 과냉각 이하 시 구동함으로 과냉각 증가를 시행하여 냉각 능력 및 효율을 상승시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 히트펌프 사이클 변환에 따른 최적 냉매량 불균형을 해결하고, 흡열량 부족시 발생하는 가열 능력 및 효율 하락을 해결하며, 냉각 운전시 과냉각을 증가시켜 히트펌프 사이클의 냉각 및 가열 운전 효율을 상승시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 히트펌프의 운전에서 냉각 및 가열 운전 변환에 따른 냉매 순환량 차이 발생으로 냉각 및 가열의 효율 불균등을 해소하기 위하여 냉매 저류 장치인 수액기 및 주변기기(체크밸브 등)를 설치하여 냉각 및 가열 사이클의 운전시 반드시 수액기를 통하여 저온 열교환기로 인입하도록 구성함으로써, 냉각 및 가열 사이클 모두 균등한 효율 증대 효과를 발생하며, 가열 운전시 고온의 온수 제조로 인한 고압 응축액 관의 미사용 냉매 열을 흡열원의 보조 열원으로 사용하여 과냉각도 및 흡열량의 증가를 동시에 구현하여 가열 능력 및 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 냉각 운전시 냉매 사이클의 고온 열교환기와 열 교환하는 응축매체의 온도에 따라 응축과 냉각의 차이가 발생하여 일정 온도 이상에서는 냉각운전의 효율이 감소하는바, 이를 해결하기 위해 이중 응축 열교환기를 설치하여 냉각 운전시 능력 및 효율을 증대시킬 수 있다.
1: 액분리기
3: 체크밸브
10: 압축기
20: 사방밸브
30: 제 1 열교환기
40: 제 2 열교환기
50: 제 1 팽창밸브
60: 수액기
70: 제 3 열교환기
120: 입구 측 분기 냉매 이송라인
130: 출구 측 분기 냉매 이송라인
140: 제 2 팽창밸브
160: 온도센서
170: 제어부
S: 솔레노이드밸브

Claims (5)

  1. 압축기(10)와 연결되는 사방밸브(20)에 의해 제공되는 냉, 가열 사이클에 따라 냉각 또는 가열 운전을 선택적으로 수행하는 히트펌프 시스템에 있어서,
    상기 사방밸브(20)와 냉매 이송라인(L)으로 연결되며, 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매가 유입되어 냉각 운전시 응축 행정을 수행하고, 가열 운전시 증발 행정을 수행하는 제 1 열교환기(30); 상기 제 1 열교환기(30)와 냉매 이송라인(L)으로 연결되며, 냉각 운전시 증발행정을 수행하고, 가열 운전시 응축행정을 수행하는 제 2 열교환기(40); 상기 제 1 열교환기(30)와 냉매 이송라인(L)으로 연결되어 냉각 운전시 상기 제 1 열교환기(30)에 의해 냉각된 냉매에 대해 응축 행정을 수행하여 상기 제 2 열교환기(40)로 냉매를 이송하며, 냉각 운전시 상기 제 1 열교환기(30)에서 이송된 냉매를 저온 저압으로 변환하여 상기 제 2 열교환기(40)로 이송하고, 가열 운전시 상기 제 2 열교환기(40)에서 이송된 냉매를 저온 저압으로 변환하여 상기 제 1 열교환기(30)로 이송하는 제 1 팽창밸브(50); 상기 제1 팽창밸브(50)와 냉매 이송라인(L)으로 연결되며, 상기 제 1 팽창밸브(50)의 입구 측에 설치되어 상기 제 1 팽창밸브(50)로 유입되는 냉매를 저온의 액체 상태로 공급하는 수액기(60); 상기 수액기(60)로 유입되는 냉매를 냉각시키는 과냉각 흡열량 보상장치(100); 및 상기 제 2 열교환기(40)와 연결되어 상기 가열 운전시 상기 제 2 열교환기(40)에 의해 냉각된 냉매에 대해 응축 행정을 수행하여 상기 제 1 열교환기(30)로 냉매를 이송하는 제 3 열교환기(70);를 포함하되,
    상기 과냉각 흡열량 보상장치(100)는, 상기 수액기(60)의 내부에 설치되는 증발코일(110); 상기 수액기(60)의 입구 측의 냉매 이송라인(L)으로부터 분기되어 상기 증발코일(110)의 입구에 연결되는 입구 측 분기 냉매 이송라인(120); 상기 증발코일(110)의 출구 측에 연결되어 상기 압축기(10)로 회수되는 출구 측 분기 냉매 이송라인(130); 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)에 설치되어 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120) 내부로 냉매의 흐름을 선택적으로 허용하는 솔레노이드밸브(S); 상기 수액기(60)를 통과하는 냉매를 냉각하기 위하여 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)에 설치되어 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)을 흐르는 냉매를 저온 저압으로 변환시켜서 상기 증발코일(110)로 이송하는 제 2 팽창 밸브(150); 상기 수액기(60)의 입구 측에 설치되는 온도센서(160); 및 상기 온도센서(160)의 감지 신호에 따라 상기 솔레노이드밸브(S)를 구동하여 과냉각 및 흡열량 보상을 제어하는 제어부(170);를 포함하며,
    상기 수액기(60)는 상기 증발코일(110)이 설치되는 공간을 갖는 하우징, 상기 하우징의 상부에 결합하는 상부 캡, 및 상기 하우징의 하부에 결합하는 하부 캡으로 구성되고, 상기 하부 캡의 하부에는 지면에 지지되는 베이스가 형성되고, 상기 증발코일(110)의 끝단 부는 상기 입구 및 출구 측 분기 냉매이송 라인(120,130)의 결합부(120', 130')에 결합하고, 상기 상부 캡의 하부 외주 면과 상기 하부 캡의 상부 외주 면에는 물방울 흘러내림을 가이드 하기 위한 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 히트펌프 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 수액기(60)의 내부에 설치되는 증발코일(110); 상기 수액기(60)의 입구 측의 냉매 이송라인(L)으로부터 분기되어 상기 증발코일(110)의 입구에 연결되는 입구 측 분기 냉매 이송라인(120); 상기 증발코일(110)의 출구 측에 연결되어 압축기(10)로 회수되는 출구 측 분기 냉매 이송라인(130); 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)에 설치되어 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120) 내부로 냉매의 흐름을 선택적으로 허용하는 솔레노이드밸브(S); 상기 수액기(60)를 통과하는 냉매를 냉각하기 위하여 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)에 설치되어 상기 입구 측 분기 냉매 이송라인(120)을 흐르는 냉매를 저온 저압으로 변환시켜서 상기 증발코일(110)로 이송하는 제 2 팽창밸브(150); 상기 수액기(60)의 입구 측에 설치되는 온도센서(160); 및 상기 온도센서(160)의 감지 신호에 따라 상기 솔레노이드밸브(S)를 구동하여 과냉각 및 흡열량 보상을 제어하는 제어부(170);를 포함하되,
    상기 수액기(60)는 상기 증발코일(110)이 설치되는 공간을 갖는 하우징, 상기 하우징의 상부에 결합하는 상부 캡, 및 상기 하우징의 하부에 결합하는 하부 캡으로 구성되고, 상기 하부 캡의 하부에는 지면에 지지되는 베이스가 형성되고, 상기 증발코일(110)의 끝단 부는 상기 입구 및 출구 측 분기 냉매이송 라인(120,130)의 결합부(120', 130')에 결합하고, 상기 상부 캡의 하부 외주 면과 상기 하부 캡의 상부 외주 면에는 물방울 흘러내림을 가이드 하기 위한 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 히트펌프 시스템의 과냉각 흡열량 보상장치.
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