KR101642843B1 - 삼중 하이브리드 히트펌프 냉난방 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2개의 압축식 히트펌프 유닛과 1개의 흡수식 히트펌프 유닛에 의하여 냉난방을 수행함으로써 보다 에너지를 절감할 수 있는 에너지 절약형 삼중 하이브리드 히트펌프 냉난방 시스템을 제공하게 된다.

Description

삼중 하이브리드 히트펌프 냉난방 시스템{HYBRID TYPE HEAT PUMP SYSTEM FOR COOLING AND HEATING}
본 발명은 2개의 압축식 히트펌프 유닛과 1개의 흡수식 히트펌프 유닛에 의하여 냉난방을 수행하는 에너지 절약형 삼중 하이브리드 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것이다.
통상적으로 실내를 냉방하는 장치와 난방하는 장치가 각각 분리되어 구성되는 것이 일반적이기는 하지만, 최근에는 하나의 장치로 하절기에는 실내를 냉방시킬 수 있고 동절기에는 실내를 난방시킬 수 있는 장치가 개발되었는데, 이의 대표적인 것이 압축식 히트펌프 냉난방장치이다.
압축식 히트펌프 냉난방장치는 하절기에 실내측 열교환기에서 열을 흡수하여 실외측 열교환기를 이용하여 열을 방열시킴으로써 냉방을 하고, 동절기에는 반대로 실외측 열교환기에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내측 열교환기를 이용하여 열을 방열시킴에 따라 난방을 하는 장치로서, 그 사이클의 구성은 냉방시는 증발열을 이용하는 냉동사이클과 동일하며, 난방시는 반대로 응축열을 이용하는 난방사이클로 구성된다.
즉 압축식 히트펌프 장치는 크게 증발기, 압축기, 응축기, 팽창밸브의 4개로 구분되며, 작동유체인 열매체는 증발, 압축, 응축, 팽창의 변화를 계속하면서 순환라인을 따라 순환된다.
한편 흡수식 히트펌프 장치는, 냉매로 물을 사용함으로써 친환경이라는 점과, 전력을 거의 사용하지 않고 여름철 냉방이 가능하여 피크전력을 줄일 수 있다는 장점으로 인해 1990년대 이후 대형빌딩이나 산업용 냉난방기기로 널리 보급되고 있다. 그러나 흡수식 히트펌프 장치는 가스 등의 열원을 필요로 한다는 점에서 한계가 있으며, 압축식 히트펌프에 비하여 효율이 낮고 경제성이 낮다는 문제가 지적되고 있다.
대한민국 특허 제10-1122725호 "히트펌프식 냉난방장치" (2012. 2.24 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 2개의 압축식 히트펌프 유닛과 1개의 흡수식 히트펌프 유닛에 의하여 냉난방을 수행함으로써 보다 에너지를 절감할 수 있는 에너지 절약형 삼중 하이브리드 히트펌프 냉난방 시스템을 제공하고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 축열수가 저장되는 축열조 탱크 ; 제1냉매를 압축하여 배출하는 제1압축기와 제1냉매의 열교환을 위한 제1-1열교환기 및 제1-2열교환기와 제1냉매의 팽창을 위한 제1팽창밸브를 포함하여 이루어지며, 상기 제1압축기에서 압축되어 배출된 제1냉매가 응축, 팽창, 증발 과정을 거쳐 상기 제1압축기로 유입되는 압축식 싸이클을 형성하되, 냉방 운전시에는 상기 제1-1열교환기가 응축기로서 상기 제1-2열교환기가 증발기로서 이용되며, 난방 운전시에는 상기 제1-1열교환기가 증발기로서 상기 제1-2열교환기가 응축기로서 이용되도록 제1냉매의 순환경로를 변환하는 순환경로 변환용 배관을 포함하여 이루어지는 제1압축식 히트펌프 유닛 ; 제2냉매를 압축하여 배출하는 제2압축기, 상기 제2압축기에서 배출되는 제2냉매를 응축하는 제2-1열교환기, 상기 제2-1열교환기에서 액화된 제2냉매를 저장하는 제2수액기, 상기 제2수액기에서 배출되는 제2냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브, 상기 제2팽창밸브를 지난 제2냉매를 증발시키기 위하여 마련되는 제2-2열교환기, 상기 제2팽창밸브를 지난 제2냉매를 증발시키기 위하여 마련되는 유니트 쿨러를 포함하여 이루어지며, 제2냉매는 상기 제2압축기에서 압축되며 상기 제2-1열교환기에서 응축되며 상기 제2팽창밸브에서 팽창되며 상기 제2-2열교환기 또는 상기 유니트 쿨러에서 증발된 후 상기 제2압축기로 유입되는 압축식 싸이클을 형성하는 제2압축식 히트펌프 유닛 ; 제3냉매가 증발하는 제3증발기, 증발된 제3냉매가 제3흡수제에 흡수되는 제3흡수기, 제3냉매를 흡수한 제3흡수제를 가열하여 제3냉매와 제3흡수제를 분리하는 제3발생기, 제3흡수제로부터 분리된 제3냉매를 응축하는 제3응축기를 포함하여 이루어지면서 제3냉매와 제3흡수제의 흡수식 싸이클을 형성하는 제3흡수식 히트펌프 유닛 ; 냉각수가 저장되는 냉각수 탱크 ; 수조용 물이 저장되는 수조 ; 제4-1열매체와 제4-2열매체가 서로 열교환되도록 마련되는 제4열교환기 ; 상기 수조용 물이 상기 제1-1열교환기의 응축 열원 또는 증발 열원으로 이용되도록 상기 수조와 상기 제1-1열교환기 사이에 마련되며, 상기 수조용 물이 상기 제4열교환기의 제4-1열매체로서 상기 제4열교환기를 지나도록 마련되는 제1수조용 물 순환 배관 ; 수조용 물이 상기 제2-1열교환기의 응축 열원으로 이용되도록 상기 수조와 상기 제2-1열교환기 사이에 마련되는 제2수조용 물 순환 배관 ; 냉각수가 상기 제4열교환기의 제4-2열매체로서 상기 제4열교환기를 지나며 상기 제2-2열교환기의 증발 열원으로 이용되기 위하여 상기 제2-2열교환기를 지나도록 마련되는 냉각수 냉각용 배관 ; 냉각수가 상기 제3응축기의 응축 열원으로 이용되기 위하여 상기 제3응축기를 지나도록 마련되는 제1냉각수 가열용 배관 ; 냉각수가 상기 제3흡수기의 흡수 열원으로 이용되기 위하여 상기 제3흡수기를 지나도록 마련되는 제2냉각수 가열용 배관 ; 상기 제2-1열교환기의 응축 열원이 상기 제3발생기의 가열 열원으로 이용하기 위하여 상기 제2-1열교환기와 상기 제3발생기 사이에 마련되는 열교환용 순환 배관 ; 상기 축열수가 상기 제1-2열교환기를 지나는 제1냉매에 의하여 냉열 또는 온열을 공급받도록 상기 제1-2열교환기와 상기 축열조 탱크 사이에 마련되는 제1축열수 순환 배관 ; 상기 축열수가 상기 제3증발기의 증발 열원으로 이용되도록 상기 제3증발기와 상기 축열조 탱크 사이에 마련되는 제2축열수 순환 배관 ; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 본 발명은, 2개의 압축식 히트펌프 유닛과 1개의 흡수식 히트펌프 유닛에 의하여 냉난방을 수행함으로써 보다 에너지를 절감할 수 있는 에너지 절약형 삼중 하이브리드 히트펌프 냉난방 시스템을 제공하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전체적인 시스템 구성도,
도 2는 냉방 모드시의 도 1의 작동 상태도,
도 3은 난방 모드시의 도 1의 작동 상태도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한 명세서 전체에서 배관이란 펌프 및 밸브 등을 포함하여 지칭하는 것으로서 그 배관의 기능 등을 감안하여 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전체적인 시스템 구성도이며, 도 2는 냉방 모드시의 도 1의 작동 상태도이며, 도 3은 난방 모드시의 도 1의 작동 상태도이다.
본 발명은 크게 제1압축식 히트펌프 유닛(100)과, 제2압축식 히트펌프 유닛(200)과, 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)을 포함하여 이루어진다.
먼저 제1압축식 히트펌프 유닛(100)을 설명한다.
제1압축식 히트펌프 유닛(100)은, 제1냉매를 압축하여 배출하는 제1압축기(110)와, 제1냉매의 열교환에 의하여 응축기 또는 증발기로서 이용되는 제1-1열교환기(121), 제1냉매의 열교환에 의하여 증발기 또는 응축기로서 이용되는 제1-2열교환기(122), 응축기에서 액화된 냉매가 저장되는 제1수액기(130), 제1수액기(130)에서 배출되는 제1냉매가 팽창되는 제1팽창밸브(140), 제1냉매의 순환경로를 변경하는 4방밸브(150)를 포함하여 이루어진다.
제1압축기(110)는 기체 상태의 제1냉매를 압축하게 되며, 입구로 유입된 제1냉매를 압축하여 출구로 배출하며, 제1압축기(110)에서 배출된 제1냉매는 응축, 팽창, 증발 과정을 거친 후 제1압축기(110)로 유입되는 압축식 싸이클을 형성한다.
또한 제1압축식 히트펌프 유닛(100)은 냉방 운전과 난방 운전의 2가지 모드로 작동되며, 이를 위하여 제1냉매의 순환경로를 변경하는 순환경로 변환용 배관이 마련된다.
즉 냉방 운전시에는 제1-1열교환기(121)가 응축기로서 이용되는 한편 제1-2열교환기(122)가 증발기로서 이용된다. 즉 냉방 운전시 제1냉매는 제1압축기(110), 제1-1열교환기(121), 제1수액기(130), 제1팽창밸브(140), 제1-2열교환기(122), 제1압축기(110)를 지나는 싸이클을 이루게 된다.
또한 난방 운전시에는 제1-1열교환기(121)가 증발기로서 이용되는 한편 제1-2열교환기(122)가 응축기로서 이용된다. 즉 난방 운전시 제1냉매는 제1압축기(110), 제1-2열교환기(122), 제1수액기(130), 제1팽창밸브(140), 제1-1열교환기(121), 제1압축기(110)를 지나는 싸이클을 이루게 된다.
이와 같이 제1냉매의 순환경로를 변경하기 위하여 본 실시예에서는 4방밸브(150)와, 제1수액기(130)에 연결되는 한 쌍의 제1팽창밸브(140)와, 한 쌍의 제1체크밸브(160) 등을 포함하고 있지만, 이는 하나의 실시예일 뿐이다.
즉 실시예에 따라서는 순환경로 변환용 배관은, 4방밸브(150) 없이 단순히 복수의 개폐 밸브의 조합에 의해서도 구성될 수 있다.
다음으로 제2압축식 히트펌프 유닛(200)을 설명한다.
제2압축식 히트펌프 유닛(200)은, 제2냉매를 압축하여 배출하는 제2압축기(210)와, 제2압축기(210)에서 배출되는 제2냉매를 응축하는 제2-1열교환기(220), 제2-1열교환기(220)에서 액화된 제2냉매를 저장하는 제2수액기(230), 제2수액기(230)에서 배출되는 제2냉매를 팽창시키는 한 쌍의 제2팽창밸브(240), 제2팽창밸브(240)를 지난 제2냉매를 증발시키기 위하여 마련되는 제2-2열교환기(250), 제2팽창밸브(240)를 지난 제2냉매를 증발시키기 위하여 마련되는 유니트 쿨러(260)를 포함하여 이루어진다.
제2냉매는 제2압축기(210)에서 압축되며 제2-1열교환기(220)에서 응축되며 제2수액기(230)에 저장된 후 제2팽창밸브(240)에서 팽창된 후 제2-2열교환기(250) 또는 유니트 쿨러(260)에서 증발된 후 제2압축기(210)로 유입되는 압축식 싸이클을 형성한다.
본 실시예에서는 제2-2열교환기(250)의 입구단 및 유니트 쿨러(260)의 입구단에 제2팽창밸브(240)가 각각 마련되는 것으로 하였지만 이는 하나의 실시예일 뿐이다.
다음으로 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)을 설명한다.
제1압축식 히트펌프 유닛(100)과 제2압축식 히트펌프 유닛(200)은 제1,2압축기의 압축에 의하여 구동되는 시스템이라 볼 수 있다.
한편 흡수식 히트펌프란, 압축기의 냉매 압축을 이용하지 않고, 가스의 연소열이나, 증기의 열을 이용하여 열을 펌핑하는 것을 말한다.
제3흡수식 히트펌프 유닛(300)은, 일반적인 흡수식 히트펌프와 마찬가지로, 제3증발기(310), 제3흡수기(320), 제3발생기(330), 제3응축기(340)를 포함하여 이루어지며, 제3냉매와 제3흡수제의 흡수식 싸이클을 형성하게 된다.
제3증발기(310)에서는 제3냉매가 증발되며, 제3흡수기(320)에서는 증발된 제3냉매가 제3흡수제에 흡수되어 제3흡수제의 제3냉매의 농도가 높아지며, 제3발생기(330)에서는 제3냉매를 흡수한 고농도의 제3흡수제를 가열하여 제3냉매가 기화됨으로써 제3냉매와 제3흡수제가 분리되며, 제3응축기(340)에서는 기화되어 분리된 제3냉매를 응축하여 액화시킨다.
따라서 제3냉매는 제3증발기(310)에서 증발된 후 제3흡수기(320)에서 제3흡수제에 흡수된 후 제3발생기(330)에서 기화되어 제3흡수제로부터 분리되며 제3응축기(340)에서 액화된 후 다시 제3증발기(310)에서 증발되는 싸이클을 이루게 된다.
또한 제3흡수제는 제3흡수기(320)에서 제3냉매를 흡수하여 고농도의 제3흡수제로 변환된 후 제3발생기(330)에서 제3냉매가 분리되어 저농도의 제3흡수제로 변환된 후 다시 제3흡수기(320)에서 제3냉매를 흡수하는 싸이클을 이루게 된다.
제3흡수식 히트펌프 유닛(300)의 구동에 필요한 열원에 대하여는 후술하기로 한다.
수조용 물이 저장되는 수조(500)가 마련된다.
수조(500)는 지하에 마련된 지하 저수조이거나 건물 내부 또는 옥상에 마련된 수조일 수 있다.
한편 제1압축식 히트펌프 유닛(100)과 제2압축식 히트펌프 유닛(200)간의 열교환을 위하여 제4열교환기(810)가 마련된다. 제4열교환기(810)는 제4-1열매체와 제4-2열매체가 서로 열교환되도록 마련되는 것이다.
수조(500)의 수조용 물이, 제1압축식 히트펌프 유닛(100)의 제1-1열교환기(121)의 응축 열원 또는 증발 열원으로 이용되도록, 수조(500)와 제1-1열교환기(121) 사이에 마련되며, 아울러 수조용 물이 제4열교환기(810)의 제4-1열매체로서 제4열교환기(810)를 지나도록 제1수조용 물 순환 배관(510)이 마련된다.
제1수조용 물 순환 배관(510)에는, 수조용 물이 제4열교환기(810)를 지나거나 혹은 지나지 않도록 그 유동 방향을 전환하는 한 쌍의 개폐 밸브(511)가 마련된다.
수조(500)의 수조용 물이, 제2압축식 히트펌프 유닛(200)의 제2-1열교환기(220)의 응축 열원으로 이용되도록 수조(500)와 제2-1열교환기(220) 사이에 마련되는 제2수조용 물 순환 배관(520)이 마련된다.
제2수조용 물 순환 배관(520)에는 수조(500)와 제2-1열교환기(220) 사이의 유동을 개폐하는 개폐 밸브(521)가 마련되어 있다.
냉각수가 저장되는 냉각수 탱크(600)가 마련된다.
냉각수가 냉각수 탱크로(600)부터 제4열교환기(810)의 제4-2열매체로서 제4열교환기(810)를 지나며 아울러 제2-2열교환기(250)의 증발 열원으로 이용되기 위하여 제2-2열교환기(250)를 지나도록 냉각수 냉각용 배관(610)이 마련된다.
즉 냉각수는 제4열교환기(810)의 제4-2열매체로서 제4열교환기(810)를 지나면서 제4열교환기(810)의 제4-1열매체(즉 수조용 물)와의 열교환에 의하여 냉각되는 한편 제2-2열교환기(250)를 지나면서 증발 열원으로 이용되어 다시 냉각된다.
한편 본 실시예에서는 냉각수 냉각용 배관(610)의 후단에 제1냉각수 가열용 배관(620)과 제2냉각수 가열용 배관(630)이 마련되어 있다.
제1냉각수 가열용 배관(620)은 냉각수 냉각용 배관(610)의 후단에 연결되어 냉각수가 제3응축기(340)의 응축 열원으로 이용된 후 냉각수 탱크(600)로 복귀하도록 마련된다. 즉 냉각수는 제1냉각수 가열용 배관(620)에 의하여 제3응축기(340)의 내부를 지나면서 제3냉매가 응축하면서 발생시키는 열을 흡수하여 가열된다.
또한 제2냉각수 가열용 배관(630)은 냉각수 냉각용 배관(610)의 후단에 연결되어 냉각수가 제3흡수기(320)의 흡수 열원으로 이용된 후 냉각수 탱크(600)로 복귀하도록 마련된다. 즉 냉각수는 제2냉각수 가열용 배관(630)에 의하여 제3흡수기(320)의 내부를 지나면서 제3흡수제가 제3냉매를 흡수하면서 발생시키는 열을 흡수하여 가열된다.
이와 같이 냉각수 탱크(600)의 냉각수는 냉각수 냉각용 배관(610)에 의하여 냉각되는 한편 제1,2냉각수 가열용 배관(620, 630)에 의하여 가열되어 일정 온도를 유지하게 된다.
한편 제2-1열교환기(220)의 응축 열원이 제3발생기(330)의 가열 열원으로 이용되기 위하여 제2-1열교환기(220)와 제3발생기(330) 사이에 열교환용 순환 배관(710)이 마련된다.
열교환용 순환 배관(710)은 열매체가 저장되는 열매체 저장조(711)를 포함하며, 아울러 제2-1열교환기(220)와 제3발생기(330) 사이의 유동을 개폐하는 개폐 밸브(712)가 마련되어 있다.
따라서 열교환용 순환 배관(710)을 지나는 열매체는 제2-1열교환기(220)를 지나면서 응축열에 의하여 가열되며 아울러 제3발생기(330)를 지나면서 제3흡수제를 가열시키는 열원으로 이용되면서 냉각되는 과정을 반복하게 된다.
축열조 탱크(400)에 축열수가 저장되어 있다. 축열수는 제1압축식 히트펌프 유닛(100)과 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)에 의하여 냉수 또는 온수로 변환되며, 온수 또는 냉수는 사무실, 가정 등의 수요처(10)에 공급되어 난방 열원 또는 냉방 열원으로 이용된다.
제1축열수 순환 배관(410)은 축열수가 제1압축식 히트펌프 유닛(100)의 제1-2열교환기(122)를 지나는 제1냉매에 의하여 냉열 또는 온열을 공급받도록 제1-2열교환기(122)와 축열조 탱크(400) 사이에 마련된다.
또한 제2축열수 순환 배관(420)은 축열수가 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)의 제3증발기(310)의 증발 열원으로 이용되도록 제3증발기(310)와 축열조 탱크(400) 사이에 마련된다.
미설명 부호 P는 펌프이다.
상기와 같은 본 실시예를 냉방 모드와 난방 모드로 구분하여 그 작용을 설명한다.
도 2 및 도 3에서 닫힌 개폐 밸브는 흑색으로 표현하였으며, 열린 개폐 밸브는 백색으로 표현하였다.
먼저 도 2를 참조하여 냉방 모드를 설명한다.
제1압축식 히트펌프 유닛(100)의 제1-2열교환기(122)는 제1축열수 순환 배관(410)을 지나는 축열수에 냉열을 공급하게 된다.
또한 아울러 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)의 제3증발기(310)는 제2축열수 순환 배관(420)을 지나는 축열수에 냉열을 공급한다.
이를 위한 구체적 작동을 설명한다.
제1압축식 히트펌프 유닛(100)의 제1냉매는 제1압축기(110)에서 압축, 제1-1열교환기(121)에서 응축, 제1수액기(130)에 저장, 제1팽창밸브(140)에서 팽창, 제1-2열교환기(122)에서 증발 과정을 거친 후 제1압축기(110)로 유입되는 냉방 싸이클을 이루게 된다. 이 과정에서 제1-2열교환기(122)에 연결된 제1축열수 순환 배관(410)의 축열수는 냉열을 공급받아 냉각된다.
제2압축식 히트펌프 유닛(200)의 제2냉매는 제2압축기(210)에서 압축, 제2-1열교환기(220)에서 응축, 제2수액기(230)에 저장, 제2팽창밸브(240)에서 팽창, 제2-2열교환기(250)에서 증발 과정을 거친 후 제2압축기(210)로 유입되는 냉방 싸이클을 이루게 된다.
제3흡수식 히트펌프 유닛(300)은 제3냉매와 제3흡수제의 흡수식 싸이클을 형성하는 한편, 제3증발기(310)의 제3냉매의 증발에 의하여 제2축열수 순환 배관(420)을 지나는 축열수에 냉열을 공급하게 된다.
또한 냉각수 탱크(600)에 연결된 제1,2냉각수 냉각용 배관(620, 630)의 냉각수는 제3응축기(340) 및 제3흡수기(320)를 지나면서 가열된다. 즉 냉각수가 제3응축기(340)를 지나면서 제3냉매의 응축 작용에 의하여 가열되며, 냉각수가 제3흡수기(320)를 지나면서 제3흡수제의 제3냉매의 흡수에 따른 흡수열로 인하여 가열된다.
한편 냉각수 탱크(600)에 연결된 냉각수 냉각용 배관(610)의 냉각수는 제4열교환기(810) 및 제2-2열교환기(250)를 지나면서 냉각된다. 즉 냉각수가 제4열교환기(810)를 지나면서 수조용 물과 열교환되어 냉각된 후 제2-2열교환기(250)를 지나면서 제2냉매의 증발열에 의하여 냉각된다.
한편 수조(500)의 제1수조용 물 순환 배관(510)을 지나는 수조용 물은 제1-1열교환기(121)를 지나면서 제1냉매의 응축 작용에 의하여 가열되며, 이후 제4열교환기(810)를 지나면서 냉각수 냉각용 배관(610)의 냉각수와 열교환되어 더욱 가열된다.
또한 열매체용 순환 배관(710)을 순환하는 열매체는, 제2-1열교환기(220)의 제2냉매의 응축 작용에 의하여 가열되며, 제3발생기(330)에서 제3흡수제를 가열하면서 온도가 낮아지게 된다.
상기와 같이 냉방 모드에서 축열조 탱크(400)의 축열수는 제1압축식 히트펌프 유닛(100)과 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)에 의하여 냉각되며, 아울러 제1압축식 히트펌프 유닛(100)과 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)은 수조(500)의 수조용 물과 제2압축식 히트펌프 유닛(200)에 의하여 효율적인 운전이 가능하게 된다.
즉 종래에는 냉방시 건물의 옥상에 있는 쿨링타워나 혹은 실외 공기로 대부분의 응축열을 버리고 있는 실정인 것에 반하여, 본 실시예에서는 이 버리는 폐열을을 제2압축식 히트펌프 유닛(200)의 증발열원(즉 제2-2열교환기(250)의 증발열원)으로 활용하여 제2압축식 히트펌프 유닛(200)의 응축온도(즉 제2-1열교환기(220)의 응축온도)를 85~90℃이상으로 올릴 수가 있게 되며, 이 열원을 다시 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)의 제3발생기(330)의 열원으로 사용되므로 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)의 연료비를 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)의 제3응축기(340)에서 발생하는 응축열 또한 제2압축식 히트펌프 유닛(200)의 제2-2열교환기(250)의 증발열원으로 이용하여 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)의 제3발생기(330)의 열원으로 이용할 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하여 난방 모드를 설명한다.
제1압축식 히트펌프 유닛(100)의 제1-2열교환기(122)는 제1축열수 순환 배관(410)을 지나는 축열수에 온열을 공급하게 된다.
난방 모드시 제3흡수식 히트펌프 유닛(300)은 그 가동을 정지하게 된다.
이를 위한 구체적 작동을 설명한다.
제1압축식 히트펌프 유닛(100)의 제1냉매는 제1압축기(110)에서 압축, 제1-2열교환기(122)에서 응축, 제1수액기(130)에 저장, 제1팽창밸브(140)에서 팽창, 제1-1열교환기(121)에서 증발 과정을 거친 후 제1압축기(110)로 유입되는 난방 싸이클을 이루게 된다. 이 과정에서 제1-2열교환기(122)에 연결된 제1축열수 순환 배관(410)의 축열수는, 제1냉매의 응축 작용에 따른 온열을 공급받아 가열된다. 아울러 제1-1열교환기(121)를 지나는 제1냉매는 제1수조용 물 순환 배관(510)을 지나는 수조용 물과 열교환하여 증발하게 되며, 수조용 물은 냉각된다.
제2압축식 히트펌프 유닛(200)의 제2냉매는 제2압축기(210)에서 압축, 제2-1열교환기(220)에서 응축, 제2수액기(230)에 저장, 제2팽창밸브(240)에서 팽창, 유니트 쿨러(260)에서 증발 과정을 거친 후 제2압축기(210)로 유입되는 난방 싸이클을 이루게 된다. 즉 제2압축식 히트펌프 유닛(200)은 대기와의 열교환에 의하여 유니트 쿨러(260)에서 제2냉매가 증발되도록 한다. 아울러 제2-1열교환기(220)는 제2수조용 물 순환 배관(520)을 지나는 수조용 물과 열교환하여 제2냉매를 응축하게 되며 수조용 물은 가열된다.
상기와 같이 제1수조용 물 순환 배관(510)과 제2수조용 물 순환 배관(520)에 의하여 수조(500)의 수조용 물의 온도는 동일한 온도를 유지하려는 경향을 가지게 된다.
상기와 같이 난방 모드에서 축열조 탱크(400)의 축열수는 제1압축식 히트펌프 유닛(100)에 의하여 가열되며, 아울러 제1압축식 히트펌프 유닛(100)은 수조(500)의 수조용 물과 제2압축식 히트펌프 유닛(200)에 의하여 효율적인 운전이 가능하게 된다.
또한 실시예에 따라서는 에너지 밀도가 우수한 낮 시간대에 제2압축식 히트펌프 유닛(200)이 유니트 쿨러(260)를 통하여 주변의 공기열원으로부터 수조(500)에 열량을 축열하였다가, 야간에 부하측에서 열량이 필요할 때 제1압축식 히트펌프 유닛(100)이 수조(500)의 열원을 사용하는 것으로 작동할 수 있다. 즉 제1압축식 히트펌프 유닛(100)과 제2압축식 히트펌프 유닛(200)의 구동 시간대를 달리하는 외기 감응식으로 운전한다면 에너지 사용의 효율성을 더욱 높일 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 제1압축식 히트펌프 유닛 110 : 제1압축기
121 : 제1-1열교환기 122 : 제1-2열교환기
130 : 제1수액기 140 : 제1팽창밸브
150 : 4방밸브 160 : 제1체크밸브
200 : 제2압축식 히트펌프 유닛 210 : 제2압축기
220 : 제2-1열교환기 230 : 제2수액기
240 : 제2팽창밸브 250 : 제2-2열교환기
260 : 유니트 쿨러
300 : 제3흡수식 히트펌프 유닛 310 : 제3증발기
320 : 제3흡수기 330 : 제3발생기
340 : 제3응축기 400 : 축열조 탱크
410 : 제1축열수 순환 배관 420 : 제2축열수 순환 배관
500 : 수조 510 : 제1수조용 물 순환 배관
520 : 제2수조용 물 순환 배관
600 : 냉각수 탱크 610 : 냉각수 냉각용 배관
620 : 제1냉각수 가열용 배관 630 : 제2냉각수 가열용 배관
710 : 열교환용 순환 배관 711 : 열매체 저장조
810 : 제4열교환기
P : 펌프

Claims (1)

  1. 축열수가 저장되는 축열조 탱크 ;
    제1냉매를 압축하여 배출하는 제1압축기와 제1냉매의 열교환을 위한 제1-1열교환기 및 제1-2열교환기와 제1냉매의 팽창을 위한 제1팽창밸브를 포함하여 이루어지며, 상기 제1압축기에서 압축되어 배출된 제1냉매가 응축, 팽창, 증발 과정을 거쳐 상기 제1압축기로 유입되는 압축식 싸이클을 형성하되, 냉방 운전시에는 상기 제1-1열교환기가 응축기로서 상기 제1-2열교환기가 증발기로서 이용되며, 난방 운전시에는 상기 제1-1열교환기가 증발기로서 상기 제1-2열교환기가 응축기로서 이용되도록 제1냉매의 순환경로를 변환하는 순환경로 변환용 배관을 포함하여 이루어지는 제1압축식 히트펌프 유닛 ;
    제2냉매를 압축하여 배출하는 제2압축기, 상기 제2압축기에서 배출되는 제2냉매를 응축하는 제2-1열교환기, 상기 제2-1열교환기에서 액화된 제2냉매를 저장하는 제2수액기, 상기 제2수액기에서 배출되는 제2냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브, 상기 제2팽창밸브를 지난 제2냉매를 증발시키기 위하여 마련되는 제2-2열교환기, 상기 제2팽창밸브를 지난 제2냉매를 증발시키기 위하여 마련되는 유니트 쿨러를 포함하여 이루어지며, 제2냉매는 상기 제2압축기에서 압축되며 상기 제2-1열교환기에서 응축되며 상기 제2팽창밸브에서 팽창되며 상기 제2-2열교환기 또는 상기 유니트 쿨러에서 증발된 후 상기 제2압축기로 유입되는 압축식 싸이클을 형성하는 제2압축식 히트펌프 유닛 ;
    제3냉매가 증발하는 제3증발기, 증발된 제3냉매가 제3흡수제에 흡수되는 제3흡수기, 제3냉매를 흡수한 제3흡수제를 가열하여 제3냉매와 제3흡수제를 분리하는 제3발생기, 제3흡수제로부터 분리된 제3냉매를 응축하는 제3응축기를 포함하여 이루어지면서 제3냉매와 제3흡수제의 흡수식 싸이클을 형성하는 제3흡수식 히트펌프 유닛 ;
    냉각수가 저장되는 냉각수 탱크 ;
    수조용 물이 저장되는 수조 ;
    제4-1열매체와 제4-2열매체가 서로 열교환되도록 마련되는 제4열교환기 ;
    상기 수조용 물이 상기 제1-1열교환기의 응축 열원 또는 증발 열원으로 이용되도록 상기 수조와 상기 제1-1열교환기 사이에 마련되며, 상기 수조용 물이 상기 제4열교환기의 제4-1열매체로서 상기 제4열교환기를 지나도록 마련되는 제1수조용 물 순환 배관 ;
    수조용 물이 상기 제2-1열교환기의 응축 열원으로 이용되도록 상기 수조와 상기 제2-1열교환기 사이에 마련되는 제2수조용 물 순환 배관 ;
    냉각수가 상기 제4열교환기의 제4-2열매체로서 상기 제4열교환기를 지나며 상기 제2-2열교환기의 증발 열원으로 이용되기 위하여 상기 제2-2열교환기를 지나도록 마련되는 냉각수 냉각용 배관 ;
    냉각수가 상기 제3응축기의 응축 열원으로 이용되기 위하여 상기 제3응축기를 지나도록 마련되는 제1냉각수 가열용 배관 ;
    냉각수가 상기 제3흡수기의 흡수 열원으로 이용되기 위하여 상기 제3흡수기를 지나도록 마련되는 제2냉각수 가열용 배관 ;
    상기 제2-1열교환기의 응축 열원이 상기 제3발생기의 가열 열원으로 이용하기 위하여 상기 제2-1열교환기와 상기 제3발생기 사이에 마련되는 열교환용 순환 배관 ;
    상기 축열수가 상기 제1-2열교환기를 지나는 제1냉매에 의하여 냉열 또는 온열을 공급받도록 상기 제1-2열교환기와 상기 축열조 탱크 사이에 마련되는 제1축열수 순환 배관 ;
    상기 축열수가 상기 제3증발기의 증발 열원으로 이용되도록 상기 제3증발기와 상기 축열조 탱크 사이에 마련되는 제2축열수 순환 배관 ;
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중 하이브리드 히트펌프 냉난방 시스템.
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