KR101678913B1 - Heat Pump System using Turbine-integrated Eddy Current Heater - Google Patents

Heat Pump System using Turbine-integrated Eddy Current Heater Download PDF

Info

Publication number
KR101678913B1
KR101678913B1 KR1020150059742A KR20150059742A KR101678913B1 KR 101678913 B1 KR101678913 B1 KR 101678913B1 KR 1020150059742 A KR1020150059742 A KR 1020150059742A KR 20150059742 A KR20150059742 A KR 20150059742A KR 101678913 B1 KR101678913 B1 KR 101678913B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
heat
eddy current
heating
line
Prior art date
Application number
KR1020150059742A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20160128027A (en
Inventor
차종만
Original Assignee
차종만
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 차종만 filed Critical 차종만
Priority to KR1020150059742A priority Critical patent/KR101678913B1/en
Publication of KR20160128027A publication Critical patent/KR20160128027A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101678913B1 publication Critical patent/KR101678913B1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B11/00—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines
    • F25B11/02—Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/00—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Abstract

본 발명은 압축-응축-팽창-증발의 히트펌프 사이클로 냉매가 순환하는 냉매라인으로 구성된 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서, 냉매 라인에서 팽창밸브를 대체하고 냉매의 팽창력으로 구동 발열되는 유도가열 방식의 열원화 장치로서 팽창터빈부와 와전류 발열부, 그리고 열교환부로 구성된 와전류 발열장치를 냉매 라인 상에 설치하여 고온의 열을 용도별 수요처에 공급하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하되, 상기 와전류 발열장치에 의하여 가열된 가온 보충수가 저장되는 축열조를 더 포함하고, 상기 와전류 발열장치의 열교환부에서 생성된 고온의 온수로 냉매라인에 흐르는 냉매를 가열하여 적상 방지 및 제상 용도의 보충열을 선택적으로 공급하고 축열조로 복귀하는 바이 패스 라인으로서 압축기 전단 입구측에 열적 접촉 상태로 경유하여 냉매에 열을 주고 복귀하는 온수라인이나 응축기 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인을 메인 배관인 냉매 라인에 각각 선택적으로 연장 형성하여 와전류 발열장치에서 공급되는 고온의 온수로 낮은 외부 온도하에서도 압축기가 정상적으로 작동을 할 수 있게 됨으로써 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템The present invention relates to a heat pump cooling / heating system constituted by a refrigerant line in which a refrigerant circulates through a heat pump cycle of compression-condensation-expansion-evaporation, wherein the refrigerant is cooled by an induction heating type heat source The present invention provides a heat pump cooling / heating system using a refrigerant expansion turbine driven eddy current heating device, which is provided with an eddy current heating device including an expansion turbine portion, an eddy current heating portion, and a heat exchanging portion on a refrigerant line, And a heat storage tank for storing the warmed supplementary water heated by the eddy current heating device, wherein the hot water generated by the heat exchanger of the eddy current heating device heats the refrigerant flowing in the refrigerant line, As a bypass line for selectively supplying and returning to the heat storage tank, A hot water line through which a hot water line for returning heat to and returning to the refrigerant or a part of a refrigerant line at the inlet side of the condenser is thermally contacted to the inlet of the pre- Line, so that the compressor can be normally operated even at a low external temperature with high temperature hot water supplied from the eddy current heating device, thereby enabling the maximum economical operation of continuous heating without deteriorating the defrosting effect and heating performance Heat Pump Heating / Cooling System Using Eddy Current Heating Device

Description

냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템{Heat Pump System using Turbine-integrated Eddy Current Heater}[0001] Heat Pump System using Turbine-integrated Eddy Current Heater [0002]

본 발명은 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템에 관한 것으로서,BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a heat pump cooling / heating system using a refrigerant expansion turbine driven eddy current heating device,

더욱 자세히는 압축-응축-팽창-증발 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 히트 펌프 사이클의 히트펌프 냉난방 시스템에서, More specifically, in a heat pump cycle heating / cooling system of a heat pump cycle composed of a refrigerant circulation pipe in the compression-condensation-expansion-evaporation sequence,

전기나 화석 연료 등 별도의 추가 에너지 없이도 회전자를 구동시키는 회전 동력원으로서 팽창 터빈과 전자 유도 와전류 발열을 통하여 발생하는 열을 전달하는 발열원으로서 영구 자석이 외주에 구비된 회전자 및 발열원인 회전자 자석의 외주를 일정 간격 이격된 상태로 휘감는 고 접촉 면적의 나선 형상으로 관체 내부에 흐르는 냉수를 온수로 가온시키는 알루미늄 재질의 금속관체로서 열교환부가 일체로 구비되어 히트펌프 냉매배관에 흐르는 냉매운동으로 냉매터빈을 구동하여 발전을 하지 않고 바로 냉매를 가열할 수 있는 열원화 장치로서 와전류 발열장치를 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 배관에 팽창밸브 대신 장착한 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 제공함으로서,As a rotary power source for driving a rotor without additional energy such as electricity or fossil fuel, a heat source for transmitting heat generated from an expansion turbine and an electromagnetic induction eddy current is provided. The rotor is provided with a permanent magnet on its outer periphery. The heat exchanger is integrally provided with a metal tube made of aluminum to warm the cold water flowing into the tube body into hot water by a helical shape having a high contact area wrapped around the outer periphery of the refrigerant tube, Is a heat source device that can heat a refrigerant directly without generating electricity. It is a heat pump that uses a eddy current heating device as a heat pump. It is equipped with a refrigerant expansion device instead of an expansion valve in a refrigerant pipe for a heating and cooling system. By providing,

열효율이 매우 높고 가열속도가 빠르며 냉매의 흐름을 방해하지 않고 냉매를 효율적으로 가열할 수 있는 와전류 발열장치로 가열된 고온의 온수를 가정이나 사무실, 비닐하우스, 산업체 등의 히트 펌프 냉난방 시스템용이 구비된 열수요처에 난방수와 급탕수 또는 적상방지 및 제상의 열량 보충용 가온수 등의 다 용도로 공급하게 함으로써 히트펌프 시스템의 열 이동 기능을 원활하게 수행할 수 있게 하여 에너지 절약적이고 환경친화적인 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템에 관한 것이다.
It is a eddy current heating device that can heat the refrigerant efficiently without interfering with the flow of the refrigerant because the heat efficiency is very high and the heating speed is fast. Heat pump of the hot water heated at the home, office, vinyl house, The heat source is supplied to the heat source in various applications such as heating water, hot water supply, anti-redeposition, and defrosting heat compensation water heat, so that the heat transfer function of the heat pump system can be smoothly carried out, thereby realizing energy saving and environmentally friendly refrigerant expansion turbines The present invention relates to a heat pump heating and cooling system using a driving eddy current heating apparatus.

우리나라는 에너지 자원 부족국가의 하나로서 에너지 절약은 필수적인 과제 로서 그리고 석탄과 석유는 연소할 때 대기오염과 지구 온난화의 원인이 되는 CO₂등을 많이 배출하기 때문에 이산화탄소 배출로 인한 지구 온난화, 오존층 파괴 등의 환경 문제와, 화석연료 고갈, 원자력 에너지에 대한 반감 등으로 새로운 에너지로의 전환이 절실히 요구되고 있는 바 이를 해결하기 위한 대안으로 신재생 에너지를 이용한 발전과 고효율 에너지 기자재에 대한 연구가 광범위하게 진행되고 있다.
Korea is one of the countries with a shortage of energy resources. Energy conservation is an essential task and coal and petroleum are burned. As a result, air pollution and CO2, which is the cause of global warming, are emitted. Therefore, global warming due to carbon dioxide emission and ozone layer destruction As the environmental problems, depletion of fossil fuels, and antipathy toward nuclear energy are urgently required, there is a widespread research on power generation using renewable energy and high-efficiency energy equipment as an alternative to solve this problem. have.

대체에너지 중에서도 에너지절약형 열공급원으로 히트 펌프는 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 주는 장치로서 실내의 냉난방에 널리 사용되고 있는데, 히트펌프(Heat Pump) 냉난방 시스템은 냉방 및 난방이 선택적으로 이루어지게 시스템을 구성하고, 냉방모드나 난방모드에 따라 시스템을 선택적으로 운전하여 냉매의 흐름이 서로 역방향으로 행하여지면서 선택 모드에 따라 냉방이나 난방, 급탕이 이루어지도록 한 것으로 운전비용이 저렴하고 배열도 이용할 수 있으며 난방성능도 높은 장점이 있다
Among the alternative energy sources, the heat pump absorbs heat from a low-temperature heat source to heat the high-temperature heat source. The heat pump is widely used for heating and cooling the room. The heat pump heating and cooling system And the system is selectively operated according to the cooling mode or the heating mode so that the refrigerant flows in the opposite direction to each other and cooling, heating, and hot water supply are performed according to the selection mode, And the heating performance is also high.

일반적으로 히트펌프는 도 1에 도시된 바와 같이 압축기(1), 응축기(2), 팽창밸브(3), 증발기(4)로 구성되어 순환하는 냉매가 액화와 기화를 반복하게 하여 이와 연결된 기타 주변기기들을 통해 냉난방을 수행하도록 되어 있는데 히트펌프는 초기설치비용이 높으나 운영시의 냉난방비가 매우 저렴하므로 장기적으로는 비용절감의 효과가 있으므로 그 수요가 증가하고 있는 추세이다.
1, a heat pump is generally composed of a compressor 1, a condenser 2, an expansion valve 3, and an evaporator 4. The circulation refrigerant repeats liquefaction and vaporization, The heat pump has a high initial installation cost, but the heating and cooling cost is very low, so the demand for the heat pump is increasing because it is cost effective in the long term.

히트펌프 냉난방 장치의 시스템 구성은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 등으로 일반적으로 냉동사이클의 구성과 동일하게 이루어져 있으며, 내부를 순환하는 냉매의 액화와 기화에 의해 실내와 실외 사이에서 열을 전달함으로써 냉방 또는 난방을 수행하게 되는데 냉방시스템으로 동작하는 경우 냉매가 증발기에서 실내의 열을 흡수하여 응축기를 통해 실외로 열을 방출함으로써 실내를 냉방시키고, 난방시스템으로 작동하는 경우 냉매가 증발기에서 실외의 열을 흡수하여 응축기를 통해 실내로 열을 방출함으로써 실내를 난방시키게 되는 히트펌프 냉난방 시스템 구성으로, 상기 히트펌프 시스템은 사이클 내에 방향전환밸브를 추가시킴으로써 냉매의 순환방향을 정 또는 역방향으로 제어함에 의해 여름철에는 냉방장치로 겨울철에는 난방장치로 작동시킬 수 있으며, 그러한 경우 증발기와 응축기의 역할은 서로 바뀌게 되는데 하절기에는 실내기인 증발기와 실외기인 응축기의 역할과, 동절기에는 실내기인 응축기와 실외기인 증발기의 역할을 사방밸브로 냉매의 증발과 응축을 정반대로 교체하는 방식이며 공기를 대상으로 냉, 난방을 하게 된다.
The system configuration of the heat pump cooling / heating system is composed of a compressor, a condenser, an expansion valve, an evaporator, and the like, which is generally the same as the configuration of a refrigeration cycle. Heat is transferred between the room and the outside by vaporizing and circulating refrigerant The refrigerant absorbs the heat of the room in the evaporator and releases heat to the outside through the condenser to cool the room. When the refrigerant operates as a heating system, the refrigerant is discharged from the evaporator to the outside heat The heat pump system is provided with a direction switching valve in a cycle to control the circulation direction of the refrigerant in the forward or reverse direction by adding a direction switching valve in the cycle, There is a cooling system in the winter and a heating system in winter. In this case, the roles of the evaporator and the condenser are changed. In the summer, the evaporator serves as an indoor unit and the condenser serves as an outdoor unit. In winter, a condenser serves as an indoor unit and an evaporator serves as an outdoor unit. It is the opposite way, and the air is heated and cooled.

그러나 종래의 히트펌프 냉난방 장치의 시스템 구성은 상기와 같이 에너지의 흐름에서 화석연료나 전기히터를 사용하는 난방 장치보다 효율이 높아 효율적 경제적 냉난방이 가능하고 CO2 저감효과가 매우 커서 환경문제가 발생하지 않는 고효율 친환경 시스템인 반면에 동절기 즉, 외부의 온도가 약 -5℃ 이하일때 냉매의 증발이 극도로 저하되어 원활한 난방 기능 수행이 어려운 문제점, 즉 공기의 온도가 크게 내려가는 겨울철의 경우 낮은 공기 온도로부터 열을 흡수하여 실내에 따뜻한 공기를 공급하는 것이 어렵고 실외에 발생하는 서리 때문에 난방기능이 제한되어 히트펌프 보급의 걸림돌이 되어 왔는데,However, since the system configuration of the conventional heat pump cooling and heating apparatus is more efficient than the heating apparatus using the fossil fuel or the electric heater in the flow of energy as described above, efficient economical cooling and heating is possible and the CO 2 reduction effect is very large, It is difficult to perform a smooth heating function because the evaporation of the refrigerant is extremely reduced when the outside temperature is about -5 ° C. or less. In other words, in the winter when the temperature of the air is greatly decreased, It is difficult to supply warm air to the room by absorbing the heat and the heating function is limited due to the frost generated outdoors, which has been a stumbling block to the supply of the heat pump,

이는 착상이 발생하면 공기와 냉매의 열저항이 커지고 공기 유동 통로를 서리가 차단(Blocking)하여 대류 열전달 성능이 크게 나빠지게 되며 따라서 그 결과로서 증발기의 증발온도가 저하하고 냉매의 순환 유량이 감소하여 실내측에 위치한 응축기의 응축온도도 낮아져 히트펌프 성능이 급격히 저하되거나 기계적인 손상이 발생되기 때문이다.
This is because the heat resistance of the air and the refrigerant increases and the air flow passage is blocked by blocking the congealing heat transfer performance. As a result, the evaporation temperature of the evaporator decreases and the circulation flow rate of the refrigerant decreases The condensation temperature of the condenser located on the indoor side is lowered, and the performance of the heat pump is rapidly deteriorated or mechanical damage is generated.

따라서 종래 공기열원 히트펌프의 실외 열교환기를 제상(除霜)하기 위해서 전기히터 사용방식, 압축기의 고온고압의 가스를 바이패스시킨 핫가스 운용방식, 냉매사이클을 역으로 운전하는 역사이클 방식 등 다양한 방식을 동원하여 제상을 해결하고자 하였으나 추가 전력사용의 증가, 가용 응축 열원의 감소, 설비비의 증가, 난방운전의 단속 등의 문제가 부가적으로 발생되어 비용이 증가하고 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
Therefore, in order to defrost the outdoor heat exchanger of the conventional air heat source heat pump, various methods such as an electric heater using method, a hot gas operating method by bypassing the high temperature and high pressure gas of the compressor, a reverse cycle method of reversing the refrigerant cycle, However, there has been a problem that additional problems such as an increase in the use of additional electric power, a reduction in available condensed heat source, an increase in equipment cost, and a restriction in heating operation are additionally incurred, resulting in an increase in cost and inefficiency.

즉 난방 순환에서의 제상구조에서 냉매의 순환 사이클을 역으로 순환(냉방 순환)시켜 상기 실외 열교환기의 착상 및 결빙을 제거하는 것은 장시간 제상운전으로 난방 운전을 방해하여 난방효율이 저하되고 난방효율을 고려하여 단시간 제상운전을 수행하는 경우, 실외 열교환기의 착상 및 결빙이 완전하게 제거되지 않아 열교환 효율이 저하되며, 실외 열교환기에 전열 히터를 부설하여서 그 표면에 부착된 서리를 제상하는 것은 성적계수의 개선이 미미하고 별도의 추가 에너지가 필요한 문제점이 있다.That is, in the defrosting structure in the heating circulation, the circulation cycle of the refrigerant is reversely circulated (cooling circulation) to remove the frost and freezing of the outdoor heat exchanger, which interferes with the heating operation due to the long defrosting operation, When defrosting operation is performed for a short period of time, the defrosting and freezing of the outdoor heat exchanger are not completely removed, the heat exchange efficiency is lowered, and an electric heater is installed in the outdoor heat exchanger to defrost the frost attached to the surface thereof. There is a problem that the improvement is insignificant and additional additional energy is required.

삭제delete

따라서 종래 기술의 히트 펌프 냉난방 시스템은 여름철과 겨울철의 주위환경 온도변화 특성에 적절히 대응하지 못하는 문제점이 있어 한냉지나 겨울철 낮은 외부 온도 등 극한 조건하에서도 경제적 효율적 환경친화적으로 압축기를 정상 작동시킬 수 있는 히트 펌프 냉난방 시스템의 개발이 절실이 요구되고 있다.
Therefore, the conventional heat pump cooling / heating system of the related art has a problem that it can not adequately cope with the characteristics of ambient temperature change in summer and winter, so that it can be economically efficient even under extreme conditions such as cold or winter, The development of a pump cooling and heating system is urgently required.

또한 통상의 히트펌프 시스템에서 에너지가 전달되는 순서는 역 랭킨사이클로 냉매압축동력을 가하여 냉매의 상태를 일으키면서 기화열을 냉방용으로 또는 응축열을 난방용으로 이용하는 냉/난방 작용의 열만을 이용하였으며, 종래 히트펌프 운전시에 배관 내부에 흐르는 유체냉매의 운동에너지를 전혀 활용하지 못하고 방치하여 버리는 문제점이 있었다.
In addition, the order in which energy is transferred from a normal heat pump system is a cold / heating operation using only the heat of vaporization for cooling or the heating of condensation while generating a refrigerant state by applying refrigerant compression power in a reverse Rankine cycle. There is a problem that the kinetic energy of the fluid refrigerant flowing in the piping during the operation of the pump can not be used at all and is left unused.

따라서 상기 문제점을 개선하여 종래 히트펌프 운전시 배관 내부에 흐르는 유체냉매의 운동에너지를 활용하는 선행 기술들이 다수 개발되었는데,Accordingly, there have been developed a number of prior art techniques for improving the above problems and utilizing the kinetic energy of the fluid refrigerant flowing in the piping during the operation of the conventional heat pump.

그 중에서도 터빈에서 발생되는 폐 에너지를 효율적으로 회수하여 열손실을 예방하고 고효율 발전을 수행할 수 있는 터빈의 축 동력으로 전기를 발전하여 재활용하는 신재생에너지장치로서 종래의 냉매가스 터빈 발전기는 추가적인 에너지 소비 없이 생성된 히트 펌프 구동 전력을 환경친화적인 자체 생산 전력으로 상당 부분 충당할 수 있어 최소한의 전력사용 요금으로 구동이 가능한 반면에. 필요로 하는 전기를 얻기 위하여 불필요하게 소모되는 에너지가 자주 발생하게 되고, 또한 발생한 에너지를 전달 또는 변환하기 위한 에너지가 추가로 소모되고, 이러한 에너지는 버려지는 소모성 에너지로서 전체 히트펌프 시스템의 에너지 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다
Among them, the conventional refrigerant gas turbine generator is a new and renewable energy device that recovers electricity by generating electricity by the shaft power of the turbine that can efficiently recover the waste energy generated from the turbine to prevent heat loss and perform high efficiency power generation. While the heat pump generated power without consumption can be largely covered by environmentally friendly self-produced power, it can be driven with minimal power usage fees. Energy that is unnecessarily consumed to obtain the required electricity is frequently generated and energy for transferring or converting the generated energy is further consumed and this energy is consumed energy which is the energy efficiency of the entire heat pump system There is a problem of falling out.

본 발명자는 상기와 같이 에너지 손실이 많은 종래 기술의 히트펌프 운전시 배관 내부에 흐르는 유체냉매의 운동에너지를 활용하여 전기 에너지를 생산하는 종래 선행 기술이 가지는 과다 에너지 소모의 문제점을 극복하여 입력에너지를 최소화하는 저부하의 터빈 축동력 회전에너지를 열에너지로 변환하되 발전기를 제거하고 와전류 손실을 이용 효율적인 급속가열이 가능한 유도가열 방식의 열원화 장치로서 전기 히터 등에 비하여 상대적으로 에너지효율이 좋은 와전류 발열장치를 이용 소모적인 전기를 발생시키지 않고도 곧 바로 온수나 온풍 등 원하는 열 에너지 형태로 변환하여 폐열을 추가 열원으로 사용하여 에너지 절감을 실현하고 비용효율을 높인 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 신재생에너지장치로서 와전류 발열장치를 개발하고 본 발명에 적용한 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 개발하게 된 것이다.
The inventor of the present invention overcomes the problem of excessive energy consumption of conventional prior art which generates electric energy by utilizing the kinetic energy of the fluid refrigerant flowing in the piping during operation of the conventional heat pump having a large energy loss as described above, Minimizing low-load turbine shaft power An induction-heating type heat source device that converts rotational energy into heat energy but eliminates the generator and utilizes eddy current loss. It is an induction heating type heat source device that uses a relatively energy efficient eddy current heating device The heat pump converts the heat energy to the desired heat energy type without generating exhaust electricity and immediately uses the waste heat as an additional heat source to realize energy saving and cost-effective heat pump. Refrigerant expansion for the heating and cooling system. As a renewable energy device An eddy current heating apparatus has been developed and a heat pump heating and cooling system using a refrigerant expansion turbine driven eddy current heating apparatus applied to the present invention has been developed.

전술한 바와 같이 종래 기술의 히트 펌프 냉난방 시스템은 여러 가지 문제점을 가지고 있는바,As described above, the conventional heat pump heating / cooling system has various problems,

착상에 따라 저하되는 난방능력을 보상하기 위하여 제상 및 착상 방지용 고열이 계속적으로 요구되는 히트 펌프 시스템에 있어서 제상을 해결하기 위하여 추가 전력사용의 증가, 가용 응축 열원의 감소, 설비비의 증가, 난방운전의 단속 등의 문제가 부가적으로 발생되어 비용이 증가하고 효율이 떨어지는 문제점이 있는 종래 히트펌프 냉난방 시스템이 가지는 단점을 극복하기 위하여. In order to compensate defrosting by defrosting, it is necessary to increase the use of additional electric power, reduce the heat source of condensation, increase the equipment cost, In order to overcome the disadvantages of conventional heat pump heating and cooling system, which has a problem that cost increases and efficiency becomes low due to additional problems such as interruption.

외기온도가 내려가 부족한 난방능력 보상과 제상 및 착상 방지용 고열이 계속적으로 요구되는 히트 펌프 시스템의 용도 요구 특성에 적합한 보조 열원으로서 에너지 소모적인 종래의 전기 히터 등을 대체하여 종래 버려지는 냉매의 팽창력으로 구동 발열되어 입력에너지를 최소화하는 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 유도가열 방식의 열원화 장치인 와전류 발열장치를 냉매 배관 상에 설치한 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 제공하여 제상 및 착상 방지 용도의 부족한 열량을 보충 공급함으로써 착상에 따라 저하되는 난방능력을 보상하고 신속한 제상으로 외기온도와 상관없이 어떠한 악조건에서도 항상 필요한 열 용량과 효율을 일정하게 유지할 수 있어 히트 펌프 시스템의 무착상 운전 또는 연속난방 운전을 가능하게 하는 본 발명의 기술적 과제를 해결한 것이다.
As a supplementary heat source suitable for the demand characteristics of the heat pump system in which the outside temperature is lowered to compensate for the insufficient heating capacity and the demand for the high heat for preventing the defrosting and the implantation, it is driven by the expansion force of the conventionally discarded refrigerant in place of the energy- Refrigerant expansion that generates heat and minimizes input energy Turbine driven by refrigerant Expansion of refrigerant by installing eddy current heating device, which is an induction heating type heat source device using rotational force, on a refrigerant pipeline. Provides a heat pump heating and cooling system using a turbine driven eddy current heating device. It is possible to compensate the heating capacity which is lowered according to the conception and to maintain the required heat capacity and efficiency constantly regardless of the outside temperature regardless of the outside temperature due to the rapid defrosting. Continuous heating The present invention solves the technical problem of the present invention which enables operation.

상기한 바와 같이 본 발명은 전술한 종래 기술의 히트 펌프 냉난방 시스템이가지고 있는 저하되는 난방능력을 해결하기 위하여 안출한 것으로서,As described above, the present invention has been devised to solve the problem of reduced heating capability of the heat pump heating and cooling system of the related art,

압축-응축-팽창-증발의 히트펌프 사이클로 냉매가 순환하는 냉매라인(A)으로 구성된 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서,1. A heat pump cooling / heating system comprising a refrigerant line (A) in which a refrigerant circulates in a heat pump cycle of compression-condensation-expansion-evaporation,

상기 히트펌프 사이클의 냉매 라인에서 팽창밸브를 대체하고 종래 버려지는 냉매의 팽창력으로 구동 발열되어 입력에너지가 최소화되는 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 유도가열 방식의 열원화 장치로서 팽창터빈부와 와전류 발열부, 그리고 열교환부로 구성된 와전류 발열장치를 냉매 라인 상에 설치하여 고온의 열을 용도별 수요처에 공급하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하되,An induction heating type heat source apparatus using a refrigerant expansion turbine driving rotational force that replaces an expansion valve in a refrigerant line of the heat pump cycle and is driven to generate heat by the expansion force of a conventional refrigerant to minimize input energy, And an eddy current heating unit including a heat exchange unit is installed on a refrigerant line to supply a high temperature heat to a customer in each use. The heat pump cooling / heating system using the eddy current heating device driven by a refrigerant expansion turbine,

상기 와전류 발열장치에 의하여 가열된 가온 보충수가 저장되는 축열조를 더 포함하는 축열식의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 형성하고,And a heat storage tank in which the warm water supplemented by the eddy current heating device is stored, the heat pump cooling / heating system using the regenerative type refrigerant expansion turbine driven eddy current heating device,

상기 와전류 발열장치(100)의 열교환부(140)에서 생성된 고온의 온수로 냉매라인에 흐르는 냉매를 가열하여 적상 방지 및 제상 용도의 보충열을 선택적으로공급하고 축열조로 복귀하는 가지 배관의 바이 패스 라인으로서 압축기(10) 전단 입구측 냉매 라인 일부 구간에 열적 접촉 상태로 경유하여 냉매에 열을 주고 복귀함으로써 냉매가 가열된 상태로 압축기로 흡입하는 온수라인(B1)이나 압축기와 응축기 사이 응축기 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인(B2)을 메인 배관인 냉매 라인(A)에 각각 선택적으로 연장 형성하여 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수로 냉매 라인(A)에 흐르는 냉매가 가열된 상태로 압축기로 흡입되게 하여 압축률과 난방능력을 향상시켜 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 제공함을 목적으로 한다. A bypass line of the branch piping which heats the refrigerant flowing in the refrigerant line with the hot water generated by the heat exchanging unit 140 of the eddy current heating apparatus 100 to selectively supply supplementary heat for defrosting and defrosting, The refrigerant is heated and returned to the refrigerant through thermal contact with a part of the refrigerant line at the inlet side of the compressor 10 at the front end of the compressor 10 to return the refrigerant to the hot water line B1, The hot water line B2 for thermally contacting and returning the hot portion of the refrigerant line of the refrigerant line A to the refrigerant line A is selectively extended to the refrigerant line A as the main pipe, So that the refrigerant flowing in the refrigerant line A is heated by the compressor to be sucked into the compressor to improve the compression ratio and the heating capacity, The present invention aims to provide a heat pump cooling / heating system using a refrigerant expansion turbine driven eddy current heating device which enables maximum economical operation of continuous heating without deterioration of performance.

이와 같이 된 본 발명의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템은,In the heat pump cooling / heating system using the eddy current heating apparatus driven by the refrigerant expansion turbine of the present invention,

압축-응축-팽창-증발 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 히트 펌프 사이클의 히트펌프 냉난방 시스템에서, In a heat pump heating and cooling system of a heat pump cycle consisting of a refrigerant circulation line in compression-condensation-expansion-evaporation sequence,

전기나 화석 연료 등 별도의 추가 에너지 없이도 회전자를 구동시키는 회전 동력원으로서 팽창 터빈과 전자 유도 와전류 발열을 통하여 발생하는 열을 냉매의 흐름을 방해하지 않고 효율적으로 전달하는 발열원으로서 와전류 발열장치를 공기열원 히트펌프 시스템의 메인 냉매라인에 장착하되 보충열 공급 온수라인을 추가적으로 설치하는 가변형의 냉매 온도 보상 기능 열교환 구조로 착상에 따라 저하하는 난방능력을 보상하고 신속한 제상을 실시하여 종래 히트펌프 시스템이 가지는 외기 온도가 낮은 혹한기 착상에 따라 난방능력이 저하되는 히트 펌프 장치의 단점을 극복하고 동절기 결빙을 방지하고 열교환 능력을 증가시켜 주위 온도변화에 상관 없이 난방능력을 그대로 유지하여 고효율로 운전되는 히트펌프 냉난방 시스템을 구현함으로써,As a rotary power source for driving a rotor without additional energy such as electricity or fossil fuel, it is a heat source that efficiently transfers heat generated from the expansion turbine and electromagnetic induction eddy current heat generation without interfering with the flow of the refrigerant. A variable-type refrigerant temperature compensation function in which a supplementary heat supply hot water line is additionally installed in the main refrigerant line of the heat pump system. The heat-exchange structure compensates for the heating capacity deteriorated due to concealment and performs rapid defrosting. The heat pump system which overcomes the disadvantages of the heat pump system that the heating capacity is lowered due to the cold weather conception and prevents the freezing of the winter season and increases the heat exchange ability and maintains the heating ability regardless of the ambient temperature change. Lt; / RTI >

연속 난방(Non-stop Heating)을 구현하되 난방용 열에너지 공급의 처음에서 마지막 단계에 이르기까지 다목적이고 단계적으로 이용하여 히트펌프 냉난방 시스템 총체적인 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
By implementing non-stop heating, it is possible to increase the overall energy efficiency of heat pump heating and cooling system by using multi-purpose and step by step from initial to final stage of heat energy supply for heating.

특히 본 발명은 열효율이 매우 높고 가열속도가 빠르며 냉매의 흐름을 방해하지 않고 냉매를 효율적으로 가열할 수 있는 와전류 발열장치를 유효 활용하여 가열된 고온의 온수를 가정이나 사무실, 비닐하우스, 산업체 등의 히트 펌프 냉난방 시스템용이 구비된 열수요처에 난방수와 급탕수 또는 적상방지 및 제상의 열량 보충용 가온수 등의 다 용도로 공급하게 함으로써 히트펌프 시스템의 열 이동 기능을 원활하게 수행할 수 있게 하여 에너지 절약적이고 친환경적이다.
In particular, the present invention makes effective use of an eddy current heating device capable of efficiently heating a refrigerant without interfering with the flow of the refrigerant, which has a very high thermal efficiency and a high heating rate, and is capable of heating hot hot water at home, office, Heat Pump It is possible to smoothly perform the heat transfer function of the heat pump system by supplying the heat demanded by the heating and cooling system to the heat demand place such as heating water, hot water or anti-redeposition and heating water for compensating defrost heat, Friendly and environmentally friendly.

특히 본 발명은 냉매가스터빈으로 발전기 대신 와전류 발열 장치를 구동하여 히트펌프에서 필요한 열원을 직접 생산하여 히트펌프에 공급하는 히트 펌프 시스템 장치로서,In particular, the present invention relates to a heat pump system device that drives a eddy current heating device instead of a generator with a refrigerant gas turbine to directly produce a necessary heat source in a heat pump and supply the same to a heat pump,

본 발명에 채용되는 와전류 발열장치는 영구자석으로 이루어진 회전자가 회전할 때 회전자 주위에 배치된 도체 표면에 발생하는 와전류가 열에너지로 변환되는 발열 장치로서 이 와전류 발열 장치는 초기 구동 토크 문제를 해결하여 일반 모터, 혹은 냉매터빈, 스팀터빈, 풍력터빈 등에 의한 회전력만 있으면 낮은 기동토크로도 열에너지를 발생시킬 수 있어 입력 부하가 최소화되는 효과가 있다.
The eddy current heating device employed in the present invention is a heating device in which an eddy current generated on the surface of a conductor disposed around a rotor is converted into heat energy when a rotor made of a permanent magnet rotates. This eddy current heating device solves an initial driving torque problem Generally, only the torque generated by a general motor, a refrigerant turbine, a steam turbine, a wind turbine or the like can generate heat energy with a low starting torque, thereby minimizing an input load.

따라서 본 발명은 제상 및 착상 방지 용도의 부족한 열량을 보충 공급함으로써 겨울철 극한의 저온에서도 냉매가 유동할 수 있는 온도의 환경을 조성하여 착상에 따라 저하되는 난방능력을 보상하고 신속한 제상으로 외기온도와 상관없이 어떠한 악조건에서도 항상 필요한 열 용량과 효율을 일정하게 유지할 수 있어 히트 펌프 시스템의 무착상 운전 또는 연속난방 운전이 가능하다.
Accordingly, the present invention provides an environment of a temperature at which a refrigerant can flow even at a low temperature in winter by supplementing and supplying deficient heat amount for defrosting and prevention of defrosting, thereby compensating for the heating ability deteriorated by conception, It is possible to keep the required heat capacity and efficiency constant in any bad condition, so that the heat pump system can be operated without heating or continuous heating.

도 1은 종래 기술의 일반적인 히트 펌프 시스템 냉난방 사이클 블록 구성도
도 2는 본 발명에 적용되는 와전류 발열장치 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도
도 3은 본 발명의 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 장치 시스템 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도로서
도 3a는 일 실시예의 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 장치 시스템 구성도
도 3b는 다른 실시예의 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 장치 시스템 구성도
도 4는 본 발명에 적용되는 일실시예의 와전류 발열장치 전체 구성을 나타낸 단면 구성도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 팽창터빈부 구성을 도시한 도면
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 열교환부 구성을 도시한 도면
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 팽창 터빈부 중간 커버(노즐 기능)를 도시한 도면
도 8은 본 발명에 따른 와전류 발열장치를 이용한 종합 실시예의 히트 펌프 냉방 시스템 구성을 도시한 블록 구성도1 is a block diagram of a conventional heat pump system cooling /
2 is a block diagram schematically showing a configuration of an eddy current heating apparatus applied to the present invention.
3 is a block diagram schematically showing the structure of a heat pump cooling / heating apparatus system using the eddy current heating apparatus of the present invention
FIG. 3A is a system diagram of a heat pump cooling / heating apparatus system using the eddy current heating apparatus of one embodiment
3B is a block diagram of a heat pump cooling / heating apparatus system using an eddy current heating apparatus of another embodiment
4 is a cross-sectional view showing the overall configuration of an eddy current heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the configuration of an expansion turbine section of an eddy current heating apparatus according to an embodiment of the present invention;
6 is a view showing a configuration of a heat exchanger of an eddy current heating apparatus according to an embodiment of the present invention;
7 is a view showing an intermediate cover (nozzle function) of an expansion turbine part of an eddy current heating apparatus according to an embodiment of the present invention
8 is a block diagram showing the structure of a heat pump cooling system according to a total embodiment using the eddy current heating apparatus according to the present invention

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부 도면에 의하여 상세하게 기술하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described more fully with reference to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown.

본 발명은 압축-응축-팽창-증발의 히트펌프 사이클로 냉매가 순환하는 냉매라인으로 구성된 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서, The present invention relates to a heat pump cooling / heating system comprising a refrigerant line in which a refrigerant circulates in a heat pump cycle of compression-condensation-expansion-evaporation,

상기 히트 펌프 사이클의 냉매 라인에서 팽창밸브를 대신하여 압축기(10)-응축기(20)-와전류 발열장치(100)-증발기(30)로 냉매 라인을 구성한 히트 펌프 냉난방 시스템(200)으로서,A heat pump cooling / heating system (200) in which a refrigerant line is constituted by a compressor (10) - a condenser (20) - an eddy current heating apparatus (100) - an evaporator (30) instead of an expansion valve in a refrigerant line of the heat pump cycle,

냉매의 팽창력으로 구동 발열되어 입력에너지가 최소화되는 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 유도가열 방식의 열원화 장치로서 팽창터빈부(110)와 와전류 발열부(130), 그리고 열교환부(140)로 구성된 와전류 발열장치(100)를 냉매 라인(A) 상에 설치하여 고온의 열을 용도별 수요처에 공급하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하되,(EN) An induction heating type heat source device using driving force of a refrigerant expansion turbine that is driven to generate heat by the expansion force of a refrigerant to minimize input energy. The induction heating type heat source device includes an expansion turbine part (110), an eddy current generation part (130), and a heat exchange part A heat pump cooling / heating system using a refrigerant expansion turbine driven eddy current heating device for installing a heat generating device (100) on a refrigerant line (A)

상기 와전류 발열장치(100)에 의하여 가열된 가온 보충수가 저장되는 축열조(50)를 더 포함하는 축열식의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템(200)을 형성하고,And a heat storage tank (50) in which the warm water supplemented by the eddy current heating device (100) is stored. The heat pump cooling / heating system (200) comprises a regenerative type refrigerant expansion turbine driven eddy current heating device

상기 와전류 발열장치(100)의 열교환부(140)에서 생성된 고온의 온수로 냉매라인(A)에 흐르는 냉매를 가열하여 적상 방지 및 제상 용도의 보충열을 선택적으로 공급하고 축열조(50)로 복귀하는 가지 배관의 바이 패스 라인으로서 압축기(10) 전단 입구측 냉매 라인 일부 구간에 열적 접촉 상태로 경유하여 냉매에 열을 주고 복귀함으로써 냉매가 가열된 상태로 압축기(10)로 흡입하는 온수라인(B1)이나 압축기(10) 출구와 응축기(20) 사이 응축기(20) 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인(B2)을 메인 배관인 냉매 라인(A)에 각각 선택적으로 연장 형성하여 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수로 냉매 라인(A)에 흐르는 냉매가 가열된 상태로 압축기(10)로 흡입되게 하는 방법으로 압축률과 난방능력을 향상시켜 압축기에 가해지는 부하를 줄여서 낮은 외부 온도하에서도 압축기가 정상적으로 작동을 할 수 있게 됨으로써 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하여 외기온도와 상관없이 어떠한 악조건에서도 항상 필요한 용량과 효율을 일정하게 유지할 수 있는 효과를 구현하게 된다.
The hot water generated in the heat exchanging unit 140 of the eddy current heating apparatus 100 is heated to cool the refrigerant flowing in the refrigerant line A to selectively supply supplementary heat for redistribution and defrosting and return to the heat storage tank 50 The bypass line of the branch piping is connected to the hot water line B 1 which is sucked into the compressor 10 in a state in which the refrigerant is heated by passing the refrigerant through the thermally contacted state in a part of the refrigerant line at the inlet side of the compressor 10 A hot water line B2 for thermally contacting and returning a part of the refrigerant line at the inlet side of the condenser 20 between the outlet of the compressor 10 and the condenser 20 for returning and returning heat at a high temperature is connected to the refrigerant line A), so that the refrigerant flowing in the refrigerant line (A) with the hot water supplied from the eddy current heating apparatus (100) is sucked into the compressor (10) The compressor is normally operated even at a low external temperature by improving the power and the load applied to the compressor so that the compressor can be normally operated. Thus, the refrigerant expansion, which enables the maximum economical operation of the continuous heating without deteriorating the defrosting effect and the heating performance, A heat pump heating / cooling system can be constructed so that the required capacity and efficiency can always be maintained constant regardless of the ambient temperature regardless of the bad conditions.

또한 상기 본 발명은 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템으로서,Also, the present invention is a heat pump cooling / heating system using a eddy current heating apparatus driven by a refrigerant expansion turbine,

상기 와전류 발열장치(100) 외부에 별도로 구비된 축열조(50)에 저장된 온수를 다시 응축기(20)에 보내서 응축기의 냉매가스(핫가스)와 열교환하여 생성된 고온 열을 전달받아 복귀하는 저장수 추가 가온 기능의 온수라인(B3),  The hot water stored in the heat storage tank 50 separately provided outside the eddy current heating apparatus 100 is sent to the condenser 20 again to receive the high temperature heat generated by heat exchange with the refrigerant gas (hot gas) of the condenser, The hot water line (B3) of the warming function,

그리고 와전류 발열 장치의 고온 열을 열손실을 예방하는 축열조에 보내서 식은 열을 보충하는 저장수 추가 가온 기능의 온수라인(B4)을 절환 밸브 작용으로 유동하는 냉매를 최대로 가열할 수 있도록 각각 직렬 또는 병렬로 선택적이고 보충적으로 형성하여 히트 펌프 냉난방 시스템(200)에서 부족한 열을 상호 선택적이고 효율적으로 보충시켜 한냉기 제상이나 적상 부하, 피크 난방 부하 등 겨울철과 여름철의 주위환경 온도변화 특성에 따른 부하 변동과 관계 없이 일정 용량의 히트 펌프 장치로 종래의 히트 펌프 역사이클 제상법 또는 핫가스 바이패스 제상법에 비하여 난방용량의 부족분을 채워주되 평균난방능력과 COP가 획기적으로 향상되어 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 새로운 가열 회로가 부가되어 히트 펌프 시스템의 가동 중단이나 별도의 에너지가 필요 없게 되는 새로운 사이클의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템으로 구성하여 원하는 유로에 선택적이고 상호 보완적으로 냉매를 이송시켜 난방용 열에너지(난방수) 공급의 처음에서 마지막 단계에 이르기까지 다목적이고 단계적으로 이용하여 총체적인 에너지 효율을 높일 수 있게 할 수 있다.
In addition, the hot water of the eddy current heating device is sent to the heat storage tank for preventing heat loss, and the water is supplemented with the heat of the refrigeration. The hot water line (B4) The heat pump system 200 selectively and efficiently replenishes the heat that is lacking in the heat pump cooling and heating system 200 in a selective manner so that the load fluctuation due to the temperature change characteristics of the surrounding environment such as the cooling device defrost, It is possible to satisfy the deficiency of the heating capacity compared with the conventional heat pump reverse cycle degassing method or hot gas bypass degassing method, and the average heating capacity and COP are remarkably improved, and the defrosting effect and the heating performance A new heating circuit is added to allow maximum economical operation of continuous heating without The system is composed of a heat pump cooling and heating system that uses a refrigerant expansion turbine driven eddy current heating device that stops operation of a pump system and does not require any additional energy. The refrigerant is selectively and complementarily transferred to a desired flow path, It can be versatile and step-by-step from the first to the last stages of supply, which can increase the overall energy efficiency.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면과 같이 상세히 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 전술한 바와 같이 압축-응축-팽창-증발의 히트 펌프 사이클 순서로 냉매가 순환하는 냉매라인으로 구성된 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서, The present invention relates to a heat pump cooling / heating system comprising a refrigerant line in which refrigerant circulates in the order of a heat pump cycle of compression-condensation-expansion-evaporation as described above,

상기 히트 펌프 사이클의 냉매 라인에서 팽창밸브를 대신하여 압축기(10)-응축기(20)-와전류 발열장치(100)-증발기(30)로 냉매 라인을 구성한 히트 펌프 냉난방 시스템(200)으로서,A heat pump cooling / heating system (200) in which a refrigerant line is constituted by a compressor (10) - a condenser (20) - an eddy current heating apparatus (100) - an evaporator (30) instead of an expansion valve in a refrigerant line of the heat pump cycle,

냉매의 팽창력으로 구동 발열되어 입력에너지가 최소화되는 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 유도가열 방식의 열원화 장치로서 팽창터빈부(110)와 와전류 발열부(130), 그리고 열교환부(140)로 구성된 와전류 발열장치(100)를 냉매 라인(A) 상에 설치하여 고온의 열을 제상 적상 방지 등 용도별 수요처에 공급하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 기본적으로 구성하게 된다.(EN) An induction heating type heat source device using driving force of a refrigerant expansion turbine that is driven to generate heat by the expansion force of a refrigerant to minimize input energy. The induction heating type heat source device includes an expansion turbine part (110), an eddy current generation part (130), and a heat exchange part A heat pump cooling / heating system using a refrigerant expansion turbine-driven eddy current heating device, which is provided on a refrigerant line A and supplies a high-temperature heat to a customer for each purpose, such as prevention of defrosting, is basically constituted.

상기 와전류 발열장치(100)는 고효율 회전동력을 발생시키는 회전 동력원으로서 냉매의 팽창력을 이용하여 회전자(132)에 구동력을 제공하는 팽창 터빈부(110), 동일한 회전축 상의 팽창 터빈부(110)의 회전 동력으로 구동되는 발열원으로서 높은 출력 밀도의 영구자석(133)이 외부에 다수개 형성된 톱니 형상 회전자(132)로 구성되어 열교환부(140)에 와전류 유기 줄열을 전달하는 와전류 발열부(130), 팽창 터빈부(110)의 터빈 휠(124)에 일체로 축결합된 터빈축(126)에 연동되어 회전 구동되는 회전자(132)에 구비된 영구 자석(133)의 회전으로 얻어지는 전자기 유도 와전류(Eddy Current)의 주울열로 지그재그 관체 내부에 흐르는 유체를 순간집중적으로 가열하여 열수요처로 공급하는 열교환부(140)로 구성되어,The eddy current heating apparatus 100 includes an expansion turbine 110 for providing a driving force to the rotor 132 using the expansion force of a refrigerant as a rotational power source for generating high efficiency rotational power, An eddy current heating unit 130 which is composed of a sawtooth rotor 132 in which a plurality of permanent magnets 133 with high output density are formed on the outside and which transfers eddy currents to the heat exchanging unit 140, Induced induced eddy currents obtained by the rotation of the permanent magnet 133 provided on the rotor 132 that is rotationally driven by the turbine shaft 126 integrally shaft-connected to the turbine wheel 124 of the expansion turbine 110, And a heat exchanging unit 140 which heats the fluid flowing inside the zigzag tube by joule heat of the Eddy Current momentarily and supplies it to the heat consumer,

짧은 시간 충분한 열량이 공급되어 빠른 가열 시간과 낮은 에너지 소비로 전체적인 장치 에너지 소비를 감소시켜 높은 열변환 효율을 구현하게 되며 장치의 소형화, 고성능화 및 고출력화가 가능하게 형성되어 있다.
A sufficient amount of heat is supplied for a short time, and rapid heating time and low energy consumption reduce overall device energy consumption, thereby realizing high heat conversion efficiency, and making the device compact, high-performance, and high output possible.

와전류는 도체에 흐르는 자속을 시간에 대하여 변화시키면 패러데이의 법칙에 따라 유도되는 기전력에 의하여 흐르는 전류로서 발생한 기전력에 의하여 도체에 전류가 흐르게 되는데 본 발명에서는 회전자(132) 외주에 구비된 다수 개 영구 자석(133)의 회전으로 얻어지는 전자기 유도 와전류(Eddy Current)의 주울열로 회전자 주위에 배치되어 열교환기 기능을 수행하는 열전도율이 높은 알루미늄 금속 관체로서 열교환부(140)에 흐르는 유체를 가열하여 열을 생산하는 자기장에 의한 유도 발열의 원리를 적용 냉매 라인에 흐르는 냉매를 따뜻하게 하여 히트펌프 냉난방 시스템 장치의 난방 능력을 향상시킬 수 있게 되는데 히트 펌프 난방 운전시 압축기(10)가 충분히 따뜻해지지 않고 있을 경우에도 신속한 가열에 의해 압축기로부터 토출하는 냉매 가스의 온도를 신속히 올릴 수 있어 적상 방지 제상 및 난방 능력 부족을 보충할 수 있게 된다.
When the magnetic flux flowing through the conductor is changed with respect to time, the eddy current flows in the conductor by the electromotive force generated as a current flowing by the electromotive force induced in accordance with the Faraday's law. In the present invention, An aluminum metal tube having a high thermal conductivity, which is disposed around the rotor by a Joule heat of an electromagnetic induction eddy current obtained by the rotation of the magnet 133 and performs a heat exchanger function, heats the fluid flowing through the heat exchanging part 140, The heating capacity of the heat pump cooling and heating system apparatus can be improved by heating the refrigerant flowing in the refrigerant line. If the compressor 10 is not sufficiently warmed during the heat pump heating operation The refrigerant gas discharged from the compressor due to rapid heating The can raise quickly be able to compensate for the lack dropwise avoid defrosting and heating capability.

즉 상기 와전류 발열 장치(100)는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용 전기를 거치지 않고 바로 열로 전환시키는 장치로서 일정 수준 이하의 입력 에너지에서도 정상적으로 열에너지를 생산할 수 있는바, That is, the eddy current heating apparatus 100 is a device for directly converting the driving rotational force of a refrigerant expansion turbine for a heat pump cooling / heating system into heat without using electric power, and can generate heat energy normally at an input energy less than a predetermined level,

히트 펌프 냉난방 시스템(200) 냉매 배관에 흐르는 냉매의 팽창력으로 추가적인 에너지 입력 없이 팽창 터빈부(110)의 터빈 휠(124)을 구동하여 회전동력을 생성하고 외주에 다수개의 영구 자석(133)이 구비된 회전자(132)를 회전시켜 전기를 생산하는 것이 아니라 냉수가 흐르는 지그재그 나선 구조 전열관으로서 도체인 알루미늄 재질 열교환부(140)에 흐르는 냉수에 전자기 유도 와전류(Eddy Current)의 줄열을 전달하여 에너지를 집중시키는 급속가열로 열교환부(140) 내부에 흐르는 유체로서 냉수를 가열하여 고온의 온수를 바로바로 생산하여 용도별 열수요처에 공급하게 되는 것으로서 겨울철 히트 펌프 난방 시 히트 펌프의 적상 방지 및 제상 용도 히트 펌프의 열원으로서 또는 냉난방용 보충 열원으로서 광범위하게 이용하여 전체 시스템 열효율(성적계수)를 향상시키게 한다.
The heat pump cooling / heating system 200 generates a rotational power by driving the turbine wheel 124 of the expansion turbine 110 without the additional energy input due to the expansion force of the refrigerant flowing in the refrigerant pipe, and a plurality of permanent magnets 133 (Not shown) to generate electricity. Instead, a zigzag spiral structure heat transfer pipe through which cold water flows is used to transfer electromagnetic energy to the cold water flowing in the aluminum material heat exchanging part 140, which is a conductor, The hot water is directly produced as a fluid flowing inside the heat exchanging part 140 by the rapid heating to concentrate the hot water, The heat efficiency of the entire system (the coefficient of performance) It is thereby improved.

상기 와전류 발열장치(100)는 원통 형태로 냉매 가스가 팽창하는 과정에서 동력을 얻어내는 팽창 터빈부(110)와 열교환부(140)가 외주에 구비되고 팽창 터빈부(110)의 터빈 휠(124) 터빈축(126)에 연동된 축동력으로 와전류를 발생시키는 와전류 발열부(120)가 좌우 대칭으로 형성되는데,The eddy current heating apparatus 100 includes an expansion turbine 110 and a heat exchanger 140 which are installed on the outer circumference of the expansion turbine 110 to obtain power during expansion of the refrigerant gas in a cylindrical shape, An eddy current generating unit 120 generating an eddy current by a shaft driving force interlocked with the turbine shaft 126 is formed symmetrically,

냉매를 이용한 회전동력변환장치로서 상기 팽창 터빈부(110)는 저압의 냉매 조건하에서도 고효율의 회전동력을 획득할 수 있게 구성되는데 관통공(114)이 일측면에 구비된 전면 케이싱(111), 중간 케이싱(112), 후면 케이싱(113)이 일체로 결합된 원통 케이싱의 전체 외관을 형성하고 케이싱 내측으로 터빈 하우징(120)이 탭 등의 고정부재(T)로 결합되어 중첩 형성되는 이중 케이싱 구조로서, 상기 터빈 하우징(120)은 양측 대칭의 덮개 기능 앞커버(121)와 뒷커버(123)사이에 냉매 유입구(122a)와 냉매 유출구가 외주 일측에 각각 형성된 유체 분사 노즐 기능의 중간 커버(122)가 샌드 위치 형상으로 장착되고 중심부로는 터빈 축(Shaft)(123)과 터빈축에 심어진 날개로서 냉매의 속도에너지를 직접 회전력으로 변환시키는 톱니 형상 블레이드(Blade)(125)로 구성된 링 형상 터빈 휠(124)이 후단의 영구 자석(133)이 외주에 다수 구비된 회전자(132)에 터빈축(126)으로 축결합되어,The expansion turbine section 110 is configured to obtain high-efficiency rotational power even under a low-pressure refrigerant condition. The expansion turbine section 110 includes a front casing 111 having a through-hole 114 on one side, A double casing structure in which the entire outer surface of the cylindrical casing in which the intermediate casing 112 and the rear casing 113 are integrally combined and the turbine housing 120 is coupled to the inside of the casing by a fixing member T such as a tap, The turbine housing 120 includes a middle cover 122 functioning as a fluid injection nozzle formed at one side of the outer periphery of the turbine housing 120 and having a coolant inlet port 122a and a coolant outlet port between the front cover 121 and the rear cover 123, And a saw blade (blade) 125 for converting the velocity energy of the refrigerant into a direct rotational force as a blade that is mounted on the turbine shaft and the turbine shaft, Wheel 124 is a shaft coupled to the permanent magnet 133 of the rear end of the number provided in the outer rotor 132, the turbine shaft 126,

유체 분사 노즐 기능의 중간 커버(122)에 구비된 냉매 유입구(122a)를 통하여 유입된 저온 고압의 냉매가스가 냉매 유출구를 통하여 빠져나가는 과정에서 얻어지는 냉매의 팽창력으로 터빈 휠(124)을 회전 구동하고 이렇게 얻어진 회전 동력으로 터빈축(126)과 동일축 상의 회전자(132)를 구동하고 이렇게 회전자 회전으로 얻어지는 와전류를 도체 재질 관체인 열교환부(140)에 전달하여 열교환부를 흐르는 유체인 냉수를 온수로 급속 가열하여 고온의 열을 공급하게 된다.  The turbine wheel 124 is rotationally driven by the expansion force of the refrigerant obtained in the course of the low temperature and high pressure refrigerant gas flowing through the refrigerant inlet 122a provided in the intermediate cover 122 of the fluid injection nozzle function through the refrigerant outlet port The rotor 132 is driven coaxially with the turbine shaft 126 by the rotary power thus obtained, and the eddy currents obtained by the rotor rotation are transmitted to the heat exchanging unit 140, which is a conductor material tube, so that the cold water, which is the fluid flowing through the heat exchanging unit, So that high-temperature heat is supplied.

상기와 같이 구성된 와전류 발열장치(100)는 전술한 바와 같이 히트 펌프 냉난방 시스템의 냉매 라인 상에 팽창 밸브 대신 설치하여 제상 적상 방지 등의 고온의 열을 공급하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하되 상기 와전류 발열장치에 의하여 가열된 가온 보충수가 저장되는 축열조를 더 포함하는 축열식의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 형성하여 외기온도와 상관없이 어떠한 악조건에서도 항상 필요한 용량과 효율을 일정하게 유지하게 형성된다.
The eddy current heating apparatus 100 configured as described above is installed in place of the expansion valve on the refrigerant line of the heat pump cooling and heating system as described above to supply the heat of the refrigerant expansion turbine driven eddy current heating device, And a heat storage tank for storing the warm water supplemented by the eddy current heating device constituting the pump cooling / heating system. The heat pump cooling / heating system using the eddy-current refrigerant expansion turbine driven eddy current heating device is used to So that the required capacity and efficiency are maintained constant.

그리고 상기 와전류 발열장치(100)의 열교환부(140)에서 생성된 고온의 온수로 냉매라인에 흐르는 냉매를 가열하여 적상 방지 및 제상 용도의 보충열을 선택적으로 공급하고 축열조로 복귀하는 가지 배관의 바이 패스 라인으로서 압축기(10) 전단 입구측 냉매 라인 일부 구간에 열적 접촉 상태로 경유하여 냉매에 열을 주고 복귀함으로써 냉매가 가열된 상태로 압축기로 흡입하는 온수라인(B1)이나 압축기와 응축기 사이 응축기 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인(B2)을 메인 배관인 냉매 라인(A)에 각각 선택적으로 연장 형성하여 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수로 냉매 라인(A)에 흐르는 냉매가 가열된 상태로 압축기(10)로 흡입되게 하여 압축률과 난방능력을 향상시켜 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 구성한다.
The heat exchanger 140 of the eddy current heating apparatus 100 heats the refrigerant flowing in the refrigerant line to hot water generated by the heat exchanging unit 140 to selectively supply supplementary heat for defrosting and defrosting and return to the heat storage tank. A hot line B1 to be sucked into the compressor in a state in which the refrigerant is heated by returning heat to the refrigerant by passing through a thermally contacted state in a part of the refrigerant line at the inlet side of the compressor 10 as a pass line or the condenser inlet The hot water line B2 for selectively returning and returning heat at a high temperature to the refrigerant line A through the thermal contact with a part of the refrigerant line on the side of the refrigerant line A is supplied from the eddy current heating apparatus 100 The refrigerant flowing in the refrigerant line A is heated by the high temperature hot water and is sucked into the compressor 10 in a heated state to improve the compression ratio and the heating capacity, And a maximum economical operation of continuous heating without deteriorating the heating performance.

여기서 상기 온수라인(B1)은 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수를 나선상으로 순환시켜 압축기(10) 초기 기동시 냉매를 가열함으로써 냉매압을 상승시켜 압축기에 가해지는 부하를 줄여 주게 되며 압축률과 난방능력을 향상시켜 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 보다 안정적으로 효율적인 연속 난방을 수행하게 되는데 상기 와전류 발열장치(100)의 열교환부는 냉매가 머물지 않고 내부에 냉매가 흐르고 있는 상태이므로 냉매 온도가 이상적으로 상승되는 것이 방지된다.
The hot water line B1 circulates hot water supplied from the eddy current heating device 100 in a spiral manner to heat the refrigerant at the time of starting the compressor 10 to reduce the load applied to the compressor by raising the refrigerant pressure The heat exchange unit of the eddy current heating apparatus 100 is in a state in which the refrigerant does not stay and the refrigerant flows into the heat exchange unit 100. Therefore, .

상기한 상기 히트 펌프 시스템의 메인 배관인 냉매 라인(A)에 온수라인(B1)을 열적으로 접속하게 하는 구성은 압축기(10) 전단 파이프 형태 냉매라인에 코일 형상의 고밀도 전열 구조로 된 파이프 배관의 온수라인을 일정 길이 냉매 배관을 주위를 덮어서 휘감아 감싸게끔 나선 와류 형상 작은 체적 고비표면적 형태로 장착하고 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수가 냉매 라인(A)에 흐르되 저온 조건의 외부증발기(실외기)에서 증발이 이루어지지 않고 액상 상태로 흡입되는 냉매가 가열된 상태로 적절한 온도와 압력으로 압축기로 흡입되게 하여 적상 방지 또는 제상 용도의 부하시에도 보충 열을 공급하고 축열조로 복귀하는 바이 패스 형태의 온수라인(B1)을 형성하게 되는데 이 경우 압축기(10) 입구측 냉매의 증발 온도 및 압력은 상승되고 따라서 부하가 줄게 되어 무리한 구동이 방지되고 따라서 압축기의 출력을 높이지 않더라도 난방 성능과 제상 성능이 향상되어 성적계수도 올라가게 된다.The configuration for thermally connecting the hot water line B1 to the refrigerant line A as the main piping of the heat pump system described above is such that the refrigerant line of the pipe 10 having the coil- The hot water line is installed in a spiral vortex shape in a small volumetric surface area in such a manner that the hot water line is wrapped around the refrigerant pipe for a certain length and the high temperature hot water supplied from the eddy current heating device 100 flows into the refrigerant line A, The refrigerant which is not evaporated in the evaporator (outdoor unit) and sucked into the liquid state is sucked into the compressor at a proper temperature and pressure in a heated state, so that supplementary heat is supplied even when load is applied to prevent reding or defrosting, The hot water line B1 in the form of a path is formed. In this case, the evaporation temperature and the pressure of the refrigerant at the inlet side of the compressor 10 are raised, Standing, even if the load is excessive in reduced driving is prevented thus increasing the output of the compressor is improved heating performance and defrost performance coefficient of performance is also raised.

또한 상기 히트 펌프 시스템의 메인 배관인 냉매 라인(A)에는 압축기(10)와 응축기(20) 사이 응축기(20) 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인(B2)을 선택적이고 추가적으로 형성할 수 있는데 압축기 출구측에 장착하여 압축기(10)에서 배출되는 냉매의 온도를 상승시킬 수 있다.A portion of the refrigerant line at the inlet side of the condenser 20 between the compressor 10 and the condenser 20 is thermally contacted with the refrigerant line A as the main piping of the heat pump system, The hot water line B2 can be selectively and additionally formed, and the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 10 can be increased by mounting the hot water line B2 on the compressor outlet side.

또한 상기 본 발명 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서 부족한 축열조의 열량 보충용도 배관라인을 추가적으로 형성하여 축열수를 예열 및 가열시켜 열을 효율적으로 이동시키게 구성되는데,In addition, in the heat pump cooling / heating system using the refrigerant expansion turbine driven eddy current heating apparatus of the present invention, a heat pipe supplement line is additionally formed to preheat and heat the heat storage water to efficiently transfer heat.

상기 와전류 발열장치(100) 외부에 별도로 구비된 축열조(50)에 축열 저장된 축열수로서 온수를 다시 응축기(20)에 보내서 응축기의 냉매가스(핫가스)와 열교환하여 생성된 고온 열을 전달받아 복귀하는 저장수 추가 가온 기능의 온수라인(B3),  The hot water as storage heat stored in the heat storage tank 50 separately provided outside the eddy current heating device 100 is sent again to the condenser 20 to transfer the hot heat generated by heat exchange with the refrigerant gas (hot gas) (B3) of the additional heating function,

그리고 와전류 발열 장치의 고온 열을 축열조에 보내서 열교환하는 축열수 추가 가온 기능의 온수라인(B4)을 형성하여 히트 펌프 냉난방 시스템(200)에서 부족한 열을 상호 선택적이고 효율적으로 보충시키게 된다.The hot water line B4 of the regenerated water additionally heating function for heat-exchanging the high-temperature heat of the eddy current heating device to the heat storage tank is formed to supplement the heat insufficiently and efficiently in the heat pump heating and cooling system 200.

상기한 구성에서 축열조(50)는 상변화물질(PCM : Phase Change Material, 잠열축열재)충전된 축열탱크로 형성하여 상변화물질의 상변화에 따른 잠열을 이용한 축열을 시현함으로서 축열조의 체적도 줄이면서 저장 및 축열 효율을 올리는 방법으로 히트 펌프 냉난방 시스템의 종합적인 에너지 이용효율을 향상시킬 수 있으며 와전류 발열장치에서 공급되는 온수 일부는 급탕용으로 사용할 수 있다In the above-described configuration, the thermal storage tank 50 is formed of a heat storage tank filled with a phase change material (PCM: phase change material, latent heat storage material) and displays heat storage using latent heat due to phase change of the phase change material, And it is possible to improve the overall energy utilization efficiency of the heat pump heating and cooling system by increasing the storage and heat storage efficiency, and a part of the hot water supplied from the eddy current heating device can be used for hot water supply

위와 같이 본 발명의 히트 펌프 냉난방 시스템(200)은 상호 보완적이고 선택적으로 연결 구성되는 새로운 가온수 사이클의 추가 구성으로 외기온도 저하 등 운전조건에 따라 야기되는 히트펌프 시스템의 성능상 문제점을 극복하고 와전류 발열을 이용하여 고온 온수의 공급 및 환수되어 식은 온수 환수 온도의 적절한 조정으로 부족한 열을 효율적으로 보충할 수 있어 미사용 에너지의 재활용, 열교환능력 향상 등의 복합 상승효과로 제상 및 급탕 등의 복합 부하에 유연하고 탄력적으로 대치할 수 있어 히트펌프 시스템의 종합적인 열효율을 높일 수 있게 된다.
As described above, the heat pump cooling / heating system 200 of the present invention is a supplementary configuration of a new heating cycle which is complementary and selectively connected to each other, thereby overcoming the performance problems of the heat pump system caused by operating conditions such as lowering of the outside air temperature, It is possible to supplement the deficient heat efficiently by appropriately adjusting the temperature of the hot water to be cooled and to supply the hot water to the flexible load of defrosting and hot water supply by the synergy effect of recycling of unused energy and improvement of heat exchange capacity So that it is possible to increase the overall thermal efficiency of the heat pump system.

또한 본 발명의 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치는 전술한 냉수를 가열하는 온수 생산 용도 이외에 장치 외부에 방열팬으로서 링 블로워를 열교환부 유체 유출입 파이프에 연결하여 실외 공기 온도보다 5℃ 이상 가온 시킨 더운 바람을 생산하여 온풍공급용으로도 사용될 수 있는데 이 경우 전체 에너지 소비가 늘어나므로 링 블로워의 회전속도를 증감시키는 경제적인 운전을 수행할 수 있다.
In addition, the eddy current heating device using the driving rotational force of the refrigerant expansion turbine for the heat pump cooling and heating system of the present invention is not only used for producing the hot water for heating the cold water, but also connected to the heat exchanging part fluid inlet / It can also be used for warm air supply by producing hot winds that are warmed by more than 5 ℃ than the temperature. In this case, since the total energy consumption is increased, economical operation of increasing or decreasing the rotation speed of the ring blower can be performed.

그리고 상기한 배관의 설치 및 순환 구조는 도시와 설명의 편의를 위하여 예시한 바람직한 실시예로서, 설치 조건에 맞춰 본 발명의 기술적 요지의 동일성 범위내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
Further, the installation and circulation structure of the above-mentioned piping is a preferred embodiment illustrated for convenience of illustration and description, and various modifications can be made within the scope of equivalence of the technical gist of the present invention in accordance with installation conditions.

또한 본 고안의 열교환기로서 응축기 증발기 등의 온도를 감지하는 온도 감지 센서에 연결되는 마이크로 프로세서 등의 컴퓨터 시스템에 연동시켜 사용자 필요에 따라 냉매나 온수 공급 온도와 급탕 온도를 제어할 수 있다.
In addition, the refrigerant or hot water supply temperature and the hot water temperature can be controlled according to the user's needs by interlocking with a computer system such as a microprocessor connected to a temperature sensor for sensing the temperature of a condenser evaporator or the like as a heat exchanger of the present invention.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. .

1:압축기 2:응축기
3:팽창밸브 4:증발기
100:와전류 발열장치
10:압축기 20:응축기
30:증발기 50:축열조
110:팽창 터빈부 111:전면 케이싱
112:중간 케이싱 113:후면 케이싱
114:관통공
120:터빈 하우징 121:앞커버
122:중간 커버 123:뒷커버
124:터빈 휠 125:블레이드
126:터빈 축
130:와전류 발열부 131:발열부 케이싱
132:회전자 133:영구자석
134:회전자 고정부재
140:열교환부
200:히트 펌프 냉난방 시스템
A:냉매라인 B1 B2 B3 B4:온수라인
T:고정부재 N:고정너트1: compressor 2: condenser
3: expansion valve 4: evaporator
100: eddy current heating device
10: compressor 20: condenser
30: Evaporator 50: Heat storage tank
110: Expansion turbine section 111: Front casing
112: intermediate casing 113: rear casing
114: Through hole
120: turbine housing 121: front cover
122: middle cover 123: rear cover
124: turbine wheel 125: blade
126: Turbine shaft
130: eddy current heating part 131: heating part casing
132: rotor 133: permanent magnet
134: rotor fixing member
140: Heat exchanger
200: Heat pump heating and cooling system
A: Refrigerant line B1 B2 B3 B4: Hot water line
T: Fixing member N: Fixing nut

Claims (3)

압축-응축-팽창-증발의 히트펌프 사이클로 냉매가 순환하는 냉매라인으로 구성된 히트 펌프 냉난방 시스템으로서,
상기 히트펌프 사이클의 냉매 라인에서 팽창밸브를 대신하여 원통 형태로 냉매 가스가 팽창하는 과정에서 동력을 얻어내는 팽창 터빈부(110)와 열교환부(140)가 외주에 구비되고 팽창 터빈부(110)의 터빈 휠(124) 터빈축(126)에 연동된 축동력으로 와전류를 발생시키는 와전류 발열부(120)가 좌우 대칭으로 형성된 와전류 발열장치(100)를 냉매 라인(A) 상에 설치하여 압축기(10)-응축기(20)-와전류 발열장치(100)-증발기(30)로 냉매 라인을 구성하되 상기 와전류 발열장치(100)에 의하여 가열된 가온 보충수가 저장되는 축열조(50)를 더 포함하되,
상기 압축기(10) 전단 입구측에 온수라인(B1), 압축기(10) 출구와 응축기(20) 사이 응축기(20) 입구측에 온수라인(B2)을 연결하여 냉매가 압축기나 응축기에 도달하기 직전에 가열시켜 냉매 라인(A)에 흐르는 냉매가 가열된 상태로 압축기(10)로 흡입되게 하여 압축률과 난방능력을 향상시켜 압축기에 가해지는 부하를 줄여서 낮은 외부 온도하에서도 압축기가 정상적으로 작동을 할 수 있게 됨으로써 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 하는 구성의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템(200)에 있어서,
상기 와전류 발열장치(100)는 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 유도가열 방식의 열원화 장치를 구성하고,
상기 온수라인(B1)은 압축기(10) 전단 입구측 냉매 라인 일부 구간, 상기 온수라인(B2)은 응축기(20) 사이 응축기(20) 입구측의 냉매 라인 일부 구간에 연결하여 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 직접 열을 냉매가 압축기나 응축기에 도달하기 직전에 순간적으로 가열 냉매 라인(A)에 공급하여 냉매 라인(A)에 흐르는 냉매가 고온 가열된 상태로 압축기(10)로 흡입되게 하고,
상기 와전류 발열장치(100) 외부에 별도로 구비된 축열조(50)에는 저장된 온수를 다시 응축기(20)에 보내서 응축기의 냉매가스(핫가스)와 열교환하여 생성된 고온 열을 전달받아 복귀하는 저장수 추가 가온 기능의 온수라인(B3),
그리고 와전류 발열 장치의 고온 열을 열손실을 예방하는 축열조에 보내서 식은 열을 보충하는 저장수 추가 가온 기능의 온수라인(B4)을 추가로 형성하여 히트 펌프 냉난방 시스템(200)에서 부족한 열을 상호 선택적이고 효율적으로 보충시키게 구성됨을 특징으로 하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템A heat pump cooling / heating system comprising a refrigerant line through which refrigerant circulates in a heat pump cycle of compression-condensation-expansion-evaporation,
An expansion turbine section 110 and a heat exchange section 140 are provided on the outer periphery of the expansion turbine section 110 to obtain power in the process of expansion of the refrigerant gas in the form of a cylinder instead of the expansion valve in the refrigerant line of the heat pump cycle, The eddy current heating device 100 in which the eddy current generating part 120 generating the eddy current by the driving force interlocked with the turbine shaft 126 of the turbine wheel 124 of the turbine wheel 124 is formed symmetrically in the left and right direction is installed on the refrigerant line A, ) Condenser (20), an eddy current heating device (100), and a heat storage tank (50) which constitutes a refrigerant line by the evaporator (30) and stores the warmed supplementary water heated by the eddy current heating device (100)
A hot water line B1 is connected to the front inlet side of the compressor 10 and a hot water line B2 is connected to the inlet side of the condenser 20 between the outlet of the compressor 10 and the condenser 20 so that the refrigerant immediately before reaching the compressor or the condenser So that the refrigerant flowing in the refrigerant line A is sucked into the compressor 10 in a heated state to improve the compression ratio and the heating capacity so that the load applied to the compressor is reduced so that the compressor can operate normally even at a low external temperature The refrigerant expansive turbine driven eddy current heating system using the eddy current heating apparatus is configured to enable maximum economical operation of continuous heating without deteriorating the defrosting effect and heating performance,
The eddy current heating apparatus 100 constitutes an induction heating type heat source apparatus using a driving force of a refrigerant expansion turbine,
The hot water line B2 is connected to a section of the refrigerant line at the inlet side of the compressor 10 and the hot water line B2 is connected to a part of the refrigerant line at the inlet side of the condenser 20 between the condenser 20, Directly to the heated refrigerant line A immediately before the refrigerant reaches the compressor or the condenser so that the refrigerant flowing in the refrigerant line A is sucked into the compressor 10 while being heated at a high temperature ,
The hot water stored in the regenerator (50) separately provided outside the eddy current heating device (100) is sent to the condenser (20) again to receive a high temperature heat generated by heat exchange with the refrigerant gas (hot gas) The hot water line (B3) of the warming function,
In addition, the hot heat of the eddy current heating device is sent to a heat storage tank for preventing heat loss, so that a hot water line (B4) The heat pump cooling / heating system using the refrigerant expansion turbine driven eddy current heating device is characterized in that the refrigerant expansion / 삭제delete 삭제delete
KR1020150059742A 2015-04-28 2015-04-28 Heat Pump System using Turbine-integrated Eddy Current Heater KR101678913B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150059742A KR101678913B1 (en) 2015-04-28 2015-04-28 Heat Pump System using Turbine-integrated Eddy Current Heater

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150059742A KR101678913B1 (en) 2015-04-28 2015-04-28 Heat Pump System using Turbine-integrated Eddy Current Heater

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160128027A KR20160128027A (en) 2016-11-07
KR101678913B1 true KR101678913B1 (en) 2016-11-23

Family

ID=57530016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150059742A KR101678913B1 (en) 2015-04-28 2015-04-28 Heat Pump System using Turbine-integrated Eddy Current Heater

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101678913B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101890896B1 (en) 2017-04-28 2018-08-22 주식회사 엔바이온 Heating and Cooling Apparatus using Gas Refrigerant and Ionic Liquids
CN107019372A (en) * 2017-05-27 2017-08-08 牟省先 Thermal pump intelligent health-care bed accessory

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008020125A (en) * 2006-07-13 2008-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Refrigerating cycle device and heat storage device using the same
KR100818419B1 (en) * 2003-12-11 2008-04-02 캐리어 코포레이션 Heat pump water heater assembly
KR101438046B1 (en) * 2013-04-09 2014-09-11 권보수 Heat pump system for cooling and heating using Turbine-integrated generator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100818419B1 (en) * 2003-12-11 2008-04-02 캐리어 코포레이션 Heat pump water heater assembly
JP2008020125A (en) * 2006-07-13 2008-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Refrigerating cycle device and heat storage device using the same
KR101438046B1 (en) * 2013-04-09 2014-09-11 권보수 Heat pump system for cooling and heating using Turbine-integrated generator

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160128027A (en) 2016-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7827814B2 (en) Geothermal water heater
KR101218546B1 (en) Heat pump system
US20110030404A1 (en) Heat pump with intgeral solar collector
US20100242517A1 (en) Solar Photovoltaic Closed Fluid Loop Evaporative Tower
US20180292097A1 (en) Passive energy storage systems and related methods
CN106958963A (en) Solar cold co-generation unit based on organic Rankine bottoming cycle and lithium bromide refrigerating
JP2007255779A (en) Warm/cold heat supply system
CN103115388B (en) Thermal power plant circulating water heat supply system
KR101678914B1 (en) Turbine-integrated Eddy Current Heater for Heat Pump System using Refrigerants
CN102705927B (en) A kind of ice conserve cold accumulation of heat super low temperature heat pump air-conditioning
CN101769654B (en) Heating system for compression heat pump and heating method thereof
CN207379092U (en) Multi-source multi-generation system
CN110631290A (en) Heat pump energy storage system
US20180128519A1 (en) Solar Turbo Pump - Hybrid Heating Air-Conditioning and Method of Operation
JP2008180473A (en) Hybrid energy-using heat pump device
KR101678913B1 (en) Heat Pump System using Turbine-integrated Eddy Current Heater
KR20150022311A (en) Heat pump electricity generation system
KR101438046B1 (en) Heat pump system for cooling and heating using Turbine-integrated generator
JP2009210162A (en) Power generating/hot water supply system
CN102494439B (en) Photovoltaic photo-thermal energy-storage heat pump system
JP2002256970A (en) Co-generation system
US20120227425A1 (en) Solar turbo pump - hybrid heating-air conditioning and method of operation
CN207350989U (en) Novel multi-energy comprehensively utilizes air conditioning hot recuperation of heat all-in-one machine
KR20180067094A (en) Hybrid heat pump system
CA2994302A1 (en) Solar turbo pump - hybrid heating-air conditioning and method of operation

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191118

Year of fee payment: 4