KR101864636B1 - 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간단한 구성에 의해 열원으로부터 열을 회수 및 저장하여 냉난방 운전을 행하도록 구비되어 냉난방 능력을 개선함과 동시에 소비동력을 절감하여 장치의 성적계수를 대폭적으로 증가시킬 수 있는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 열매체가 순환되는 순환라인(20)에 의해 상호 연결되는 압축기(31), 응축기, 증발기를 포함하여 이루어진 공기조화 및 히트펌프시스템에 있어서; 냉방(냉수) 또는 난방(온수)를 공급하도록 부하(R) 측에 연결되거나 또는 외기나 지열을 포함한 열원(S,S1,S2) 측에 연결되어 열교환이 이루어지도록 된 제1 열교환기(32) 및 제2 열교환기(33)와; 상기 제1 열교환기(32)와 제2 열교환기(33) 사이에 위치되어 폐열을 회수하거나 저장할 수 있도록 된 제3 열교환기(34)와; 상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비된 제1 팽창밸브(35)와; 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비된 제2 팽창밸브(36)와; 상기 제1 팽창밸브(35) 측에 위치되어 상기 순환라인(20) 상의 열매체 흐름을 우회시키도록 제어하는 제1 자동개폐밸브(37)와; 상기 제2 팽창밸브(36) 측에 위치되어 상기 순환라인(20) 상의 열매체 흐름을 우회시키도록 제어하는 제2 자동개폐밸브(38)를 포함하여 이루어진 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템이 제공된다.

Description

폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템{Waste heat recovery type hybrid heat pump system}
본 발명은 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구성에 의해 열원으로부터 열을 회수 및 저장하여 냉난방 운전을 행하도록 구비되어 냉난방 능력을 개선할 수 있도록 된 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프시스템은 압축기, 응축기, 증발기 그리고 팽창밸브를 순환하는 냉매의 상변화를 통해 열을 흡수 또는 방출하여 냉온수 또는 냉난방을 공급하도록 된 장치(또는 시스템)로, 이러한 종래의 히트펌프 일례를 도시된 도면에 의해 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 냉매의 순환사이클을 형성하도록 순환라인(20)에 의해 상호 연결되는 압축기(11), 제1 열교환기(12), 제2 열교환기(13) 및 팽창밸브(14,15)가 구비되고, 냉방(또는 냉수)과 난방(또는 온수)에 따라 냉매의 흐름을 절환할 수 있는 절환밸브(16)가 구비되며, 상기 각 팽창밸브(14,15) 측에는 냉난방에 따른 냉매의 흐름이 변경하도록 체크밸브(17,18)가 구비되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 상기 제1 열교환기(12)와 제2 열교환기(13)는 냉방 또는 난방모드에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하게 되고, 상기 팽창밸브(14,15)는 냉방과 난방에 따라 별도의 팽창밸브(14,15)에 의해 냉매를 팽창하여 순환이 이루어지도록 결합되어 있다.
이와 같은 히트펌프는 상기 제1 열교환기(12) 또는 제2 열교환기(13) 중의 어느 하나에 냉방(또는 냉수)과 난방(또는 온수) 등과 같은 부하(R) 측과의 라인이 연결되는데, 종래에는 상기 부하(R) 측에 연결되지 않은 다른 하나에 지열이나 폐온수 또는 외기 등과 같은 별도의 열원이 전혀 연결되지 않음에 따라 폐열저장이나 회수에 따른 냉난방 능력을 개선효과를 기대하기 어려울 뿐만 아니라 단일의 열원이 연결되어 필요에 따라 또는 선택적으로 서로 다른 열원을 사용하는 데에 한계가 있는 것이다.
또한 통상적으로 히트펌프는 겨울철의 난방시(또는 온수 생산시)에 실외온도가 낮음에 따라 실외에 설치되는 상기 제1 열교환기(12) 또는 제2 열교환기(13)에 적상(積霜)이 발생되고, 이에 의해 난방능력이 급격히 저하되거나 또는 제상하기 위한 별도의 제상운전을 요하게 된다.
그런데 종래의 히트펌프는 계절적 요인(실외의 온도)에 의한 작동능력이 현저한 차이를 나타내는 것으로, 이는 상기 압축기(11)에 의해 생성된 고온 고압의 가스(hot gas)를 실외측에 위치된 상기 제2 열교환기(13) 측으로 유도하여 제상(통상의 핫가스제상)을 행하게 되는데, 이러한 경우에 종래의 히트펌프는 핫가스를 제2 열교환기(13) 측에 공급하기 위해 상기 제1 열교환기(12)에 의한 난방이 일시적으로 중단됨으로 인해 연속적인 난방공급이 불가능하게 되는 문제점이 있는 것이다.
한국 등록특허공보 제10-0389271호(2003. 06. 16)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 간단한 구성에 의해 열원으로부터 열을 회수 및 저장하여 냉난방 운전을 행하도록 구비되어 냉난방 능력을 개선함과 동시에 소비동력을 절감하여 장치의 성적계수를 대폭적으로 증가시킬 수 있는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따르면, 열매체가 순환되는 순환라인(20)에 의해 상호 연결되는 압축기(31), 응축기, 증발기를 포함하여 이루어진 히트펌프시스템에 있어서;
상기 순환라인(20) 상에 연결되어 냉방 또는 난방운전시에 상기 응축기 또는 증발기로 작동되도록 구비되고, 냉방(냉수) 또는 난방(온수)를 공급하도록 부하(R) 측에 연결되거나 또는 외기나 지열을 포함한 열원(S,S1,S2) 측에 연결되어 열교환이 이루어지도록 된 제1 열교환기(32)와;
상기 제1 열교환기(32)에 대응되어 증발기 또는 응축기로 작동되도록 구비되고, 외기나 지열을 포함한 열원(S,S1,S2) 측에 연결되거나 또는 상기 부하(R) 측에 연결되는 제2 열교환기(33)와;
상기 제1 열교환기(32)와 제2 열교환기(33) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 직렬로 연결되고, 냉방 또는 난방모드에 따라 상기 제1 열교환기(32) 또는 제2 열교환기(33)에 유사하게 상기 부하(R) 측에 연결되어 냉방(냉수)이나 난방(온수)를 공급하거나 또는 상기 열원(S,S1,S2) 측에 연결되어 폐열을 회수하거나 저장할 수 있도록 된 제3 열교환기(34)와;
상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비된 제1 팽창밸브(35)와;
상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비된 제2 팽창밸브(36)와;
상기 제1 팽창밸브(35) 측에 위치되어 상기 순환라인(20) 상의 열매체 흐름을 우회시키도록 제어하는 제1 자동개폐밸브(37)와;
상기 제2 팽창밸브(36) 측에 위치되어 상기 순환라인(20) 상의 열매체 흐름을 우회시키도록 제어하는 제2 자동개폐밸브(38)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 열매체가 순환되는 순환라인(20)에 의해 상호 연결되는 압축기(31), 응축기, 증발기를 포함하여 이루어진 히트펌프시스템에 있어서;
상기 순환라인(20) 상에 연결되어 냉방 또는 난방운전시에 상기 응축기 또는 증발기로 작동되도록 구비되고, 냉방(냉수) 또는 난방(온수)를 공급하도록 부하(R) 측에 연결되거나 또는 외기나 지열을 포함한 열원(S,S1,S2) 측에 연결되어 열교환이 이루어지도록 된 제1 열교환기(32)와;
상기 제1 열교환기(32)에 대응되어 증발기 또는 응축기로 작동되도록 구비되고, 외기나 지열을 포함한 열원(S,S1,S2) 측에 연결되거나 또는 상기 부하(R) 측에 연결되는 제2 열교환기(33)와;
상기 제1 열교환기(32)와 제2 열교환기(33) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 직렬로 연결되고, 냉방 또는 난방모드에 따라 상기 제1 열교환기(32) 또는 제2 열교환기(33)에 유사하게 상기 부하(R) 측에 연결되어 냉방(냉수)이나 난방(온수)를 공급하거나 또는 상기 열원(S,S1,S2) 측에 연결되어 폐열을 회수하거나 저장할 수 있도록 된 제3 열교환기(34)와;
상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34) 또는 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비된 팽창밸브(35a)와;
상기 제3 열교환기(34)의 일측에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비되어 상기 팽창밸브(35a) 측의 열매체 흐름을 우회시키도록 제어하는 제1 및 제2 자동개폐밸브(37a,37b)와;
상기 팽창밸브(35a)에 대향된 상기 제3 열교환기(34)의 타측에 위치되어 상기 순환라인(20) 상의 열매체 흐름을 우회시키도록 제어하는 제3 및 제4 자동개폐밸브(38a,38b)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1, 제2, 제3 열교환기(32,33,34)는 공급수가 순환되는 부하공급라인(40)에 의해 상기 부하(R) 측에 연결되고;
상기 부하공급라인(40)에는 공급수가 상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34)를 연속적으로 통과하거나 또는 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34)를 연속적으로 통과하도록 연장되는 고온공급라인(43)이 연결되는 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 부하공급라인(40)과 고온공급라인(43) 사이에는 상기 제1 열교환기(32) 또는 제2 열교환기(33)를 통과한 공급수가 상기 제3 열교환기(34)를 거치지 않은 상태로 우회하여 부하(R) 측으로 순환되도록 된 바이패스라인(44)이 연결되고;
상기 제1 열교환기(32) 또는 제2 열교환기(33) 측에는 냉방(냉수) 또는 난방(온수)를 공급하는 과정 중에 급탕(H)을 공급할 수 있도록 된 급탕공급라인(45)이 연결되며;
상기 부하공급라인(40)과 고온공급라인(43) 및 바이패스라인(44) 상에는 공급수의 흐름을 제어하도록 된 다수의 제어밸브(50,51,52)가 구비된 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34) 또는 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34)에는 상기 열원(S,S1,S2) 중에서 상호 다른 제1 열원(S1)과 제2 열원(S2)이 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 순환라인(20) 상에는 냉방 또는 난방운전에 따라 상기 압축기(31) 측에서 공급되는 열매체의 흐름을 절환하도록 된 운전절환밸브(39)가 구비된 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제3 열교환기(34)는 상부와 하부에 상기 순환라인(20)이 연결되는 상부포트(60)와 하부포트(61)가 형성되어 열매체가 상하방향으로 유출입되는 판형 열교환기로 이루어지며;
상기 제1 및 제2 팽창밸브(35,36)는 상기 하부포트(61) 측에 각각 연결되고, 상기 제1 및 제2 자동개폐밸브(37,38)는 상기 상부포트(60) 측에 연결된 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제3 열교환기(34)는 상부와 하부에 상기 순환라인(20)이 연결되는 상부포트(60)와 하부포트(61)가 형성되어 열매체가 상하방향으로 유출입되는 판형 열교환기로 이루어지며;
상기 팽창밸브(35,36)와 제1 및 제2 자동개폐밸브(37a,37b)는 상기 하부포트(61) 측에 각각 연결되고, 상기 제3 및 제4 자동개폐밸브(38a,38b)는 상기 상부포트(60) 측에 연결된 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템이 제공된다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 순환라인(20) 상에 응축기나 증발기로 작동되는 제1 열교환기(32)와 제2 열교환기(33)가 연결되고, 상기 제1 열교환기(32)와 제2 열교환기(33) 사이에 부하(R) 또는 열원(S,S1,S2) 측에 연결되는 제3 열교환기(34)가 연결됨으로써, 상기 제3 열교환기(34) 측에 부하(R)가 연결되는 경우에 상기 다른 열교환기(32,33)에 의한 가열효과를 증대시키거나 다양한 부하(R)를 동시에 공급하는 것이 가능할 뿐만 아니라 상기 제3 열교환기(34) 측에 열원(S,S1,S2)이 연결되는 경우에 열원(S,S1,S2)으로부터 폐열을 회수하거나 저장하여 냉방 또는 난방모드에서 냉난방 능력을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34)에 지열이나 폐수열 또는 외기와 같은 열원(S,S1,S2) 중에서 상호 다른 제1 열원(S1)과 제2 열원(S2)을 열교환 가능하게 연결함으로써, 계절적 특성이나 운전환경의 특성을 고려하여 상기 제2 열교환기(33)나 제3 열교환기(34)를 선택적으로 사용할 수 있으며, 이에 의해 계절이나 운전환경 등에 관계없이 열교환 효율을 최적화한 상태로 운전이 가능한 장점이 있다.
또한 본 발명은 상기 제1 열교환기(32)를 통과한 공급수가 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)를 추가적으로 통과하도록 고온공급라인(43)이 연결됨으로써, 부하(R) 측에 공급되는 공급수가 다수의 열교환기(32~34)를 연속적으로 통과하는 과정에서 가열효과 및 고온가열이 가능하여 고온수 및 급탕(H)을 공급하는 데에 효과를 발휘할 수 있는 것이다.
도 1은 종래의 히트펌프시스템 일례를 도시한 구성도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 도시한 구성도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 구성을 도시한 구성도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환 흐름도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 열교환 흐름도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 열교환 흐름도
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 열교환 흐름도
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 몰리엘 선도
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 열교환 흐름도
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 또 다른 열교환 흐름도
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 열교환 흐름도
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 다른 몰리엘 선도
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환 흐름도
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환 흐름도
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환 흐름도
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구성도
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환 흐름도
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환 흐름도
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환 흐름도
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환 흐름도
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구성도
상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 21은 본 발명의 다양한 실시예를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 응축기나 증발기로 작동되는 제1 열교환기(32)에 대응되어 증발기나 응축기로 작동되는 제2 열교환기(33)가 구비되고, 상기 제1 열교환기(32)와 제2 열교환기(33) 사이에 부하(R)나 열원(S,S1,S2)을 결합하여 다양한 부하(R)를 용이하게 공급하거나 열원(S,S1,S2)으로부터 폐열을 회수 또는 저장할 수 있도록 된 것이다.
이러한 본 발명은 열매체가 순환되도록 연장 형성된 순환라인(20) 상에 압축기(31)와 제1 열교환기(32), 팽창밸브(35,36), 제2 열교환기(33) 및 제3 열교환기(34)가 상호 연결된 것이고, 상기 팽창밸브(35,36)는 상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되는 제1 팽창밸브(35)와, 이 제1 팽창밸브(35)의 작동상태와는 상반되도록 작동되도록 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되는 제2 팽창밸브(36)로 이루어진 것이며, 상기 각 팽창밸브(35,36) 측에는 열매체의 흐름을 우회시키거나 흐름을 차단하도록 된 제1 자동개폐밸브(37)와 제2 자동개폐밸브(38)가 구비되게 된다.
이러한 구성에 따라, 본 발명은 상기 압축기(31)로부터 공급되는 열매체를 일정 방향으로 순환시킴에 따라 냉방 또는 난방을 공급하게 되는데, 이는 열매체의 흐름방향이 냉방운전과 난방운전에 따라 일정하게 한정된 것이나, 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 시스템에 의해 냉방 또는 난방을 선택적으로 운전할 수 있도록 상기 순환라인(20) 상에 열매체의 흐름을 바꿀 수 있는 운전절환밸브(39)가 구비될 수 있는 것이다.
이와 같은 본 발명은 냉방 또는 난방모드에 따라 상기 각 열교환기(32~34)가 부하(R)나 열원(S,S1,S2)에 연결되어 냉난방을 공급하거나 폐열회수 또는 저장(축열)이 이루어지는데, 일례로 상기 제1 열교환기(32)는 통상의 실내기에 상응하여 사용처의 부하(R)에 따라 냉난방(또는 냉온수)를 공급하도록 공급수가 순환되는 부하공급라인(40)이 연결되고, 상기 제2 및 제3 열교환기(33,34)는 통상의 실외기에 상응하여 열매체의 열을 외부로 방출하거나 외부열을 흡수하도록 열원(S1,S2)이 연결될 수 있는 것이다.
또한 상기 제2 및 제3 열교환기(33,34)에는 지열이나 폐수열(폐온수) 또는 외기 등과 같은 열원(S1,S2)을 연결하여 열교환이 가능하도록 구비될 수 있는데, 상기 제2 열교환기(33)에는 열원(S1,S2) 중의 어느 하나에 해당되는 제1 열원(S1)이 열교환 가능하게 연결되고, 상기 제3 열교환기(34)에는 상기 제1 열원(S1)과는 다른 제2 열원(S2)이 열교환 가능하게 연결된다.
이때에 지열이나 폐수열과 같은 열원(S1,S2)은 별도의 열원공급라인(41)으로 연결되지만, 외기를 사용할 때에는 별도의 열원공급라인(41)이 직접적으로 연결되지 않을 수도 있는 것으로, 이와 같은 열원(S1,S2)이 상기 제2 및 제3 열교환기(33,34)에 결합되는 경우에는 열원(S1,S2)과의 열교환에 의해 상기 각 열교환기(33,34)의 열효율을 증대시켜 상기 제1 열교환기(32)에 의한 냉난방효과를 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 장치의 전체적인 성적계수를 향상시킬 수 있게 된다.
특히, 상기 제2 및 제3 열교환기(33,34)에 상호 다른 제1 열원(S1)과 제2 열원(S2)을 각각 결합하게 되면, 각 열원(S1,S2)의 공급상태나 계절적 특성에 따른 온도변화 또는 설치장소 등의 운전환경에 따라 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34)에 의해 열교환이 가능하게 된다.
이외에도 상기 제1 열교환기(32) 측에 열원(S,S1,S2)이 연결되거나 상기 제2 열교환기(33) 측에 부하(R)가 연결될 수 있음은 당연한 것이고, 상기 제3 열교환기(34) 측에도 열원(S,S1,S2) 대신에 다른 부하(R)가 연결될 수 있음은 당연한 것이다.
한편 상기 순환라인(20) 상에는 상기 각 열교환기(32~34) 중의 어느 하나에 의해 응축된 열매체를 팽창시켜 증발기 측으로 공급하도록 된 팽창밸브(35,36)가 구비되는데, 상기 팽창밸브(35,36)는 냉방운전이나 난방운전 또는 제상운전 등의 운전모드에 따라 상기 제1 팽창밸브(35) 또는 제2 팽창밸브(36) 중에서 어느 하나가 작동될 때에 다른 하나는 작동이 정지된 상태로 전자적으로 자동 개폐되는 제1 자동개폐밸브(37) 또는 제2 자동개폐밸브(38)에 의해 열매체가 우회되며, 상기 운전절환밸브(39)는 통상의 사방밸브와 같이 열매체를 다방향으로 흐름을 유도할 수 있는 것이다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 구체적인 운전상태를 도 4 내지 도 15를 더하여 설명하면 다음과 같다. 도 4와 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 난방운전을 도시한 것으로, 도 4는 열매체의 흐름이 정해진 방향으로만 흐르도록 된 통상의 난방용 시스템을 도시한 것이고, 도 5는 상기 운전절환밸브에 의해 열매체의 흐름을 난방 또는 냉방모드에 따라 선택적으로 변경 가능한 시스템을 도시한 것이다.
도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 난방운전에서는 상기 제1 열교환기(32)가 응축기로 작동되어 상기 부하공급라인(40) 상의 공급수를 가열함에 따라 부하(R) 측에 난방 및 온수를 공급하는 것으로, 상기 압축기(31)로부터 공급되는 열매체가 상기 제1 열교환기(32) 측으로 순환되어 부하(R) 측에 난방 및 온수를 공급한 후에, 상기 제1 자동개폐밸브(37)를 통해 제1 팽창밸브(35)를 우회하여 제3 열교환기(34) 측에서 제2 열원(S2)과의 열교환이 이루어지며, 상기 제2 팽창밸브(36)와 제2 열교환기(33)를 거쳐 압축기(31)로 복귀하게 된다.
이러한 난방운전에서는 상기 압축기(31)로부터 공급되는 고온 고압의 열매체(핫가스)가 상기 제1 열교환기(32)에서 열교환을 통해 부하(R) 측에 난방과 온수를 공급하고, 상기 제1 열교환기(32)를 통과한 열매체의 여열에 의해 상기 제3 열교환기(34) 측에서 재차 열교환이 이루어져 다른 부하(R)에 공급하거나 지열 등과 같은 제2 열원(S2)과의 열교환을 통한 열을 축열탱크 등에 저장할 수 있는 것이고, 상기 제2 열교환기(33) 측에 연결된 공기열과 같은 다른 제1 열원(S1)과의 열교환을 통해 증발효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
한편, 전술된 바와 같은 난방운전에서는 계절적인 특성에 따라 증발기로 작동되는 제2 열교환기(33)에 발생된 적상을 제거하기 위한 제상운전을 요하게 되는데, 이를 도 6에 의해 설명하면 다음과 같다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제상운전시에는 상기 제3 열교환기(34)가 증발기로 작동되고, 상기 제2 열교환기(33) 측의 팬모터(42)가 정지된 상태로 열매체가 그대로 통과되는 과정에서 제상작업이 이루어지게 된다. 이를 위해 상기 제1 자동개폐밸브(37)가 닫힌 상태로 상기 제1 팽창밸브(35)가 작동되고, 상기 제2 자동개폐밸브(38)가 개방되어 상기 제2 팽창밸브(36)를 우회하여 열매체가 순환되는데, 이와 같은 본 발명에 따른 제3 열교환기(34)에서의 폐열저장 및 회수운전에 의한 효과를 도 7과 도 8에 의해 설명하면 다음과 같다.
도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, ①지점은 압축기(31) 측으로 열매체가 복귀하는 압축기(31) 입구측을 나타낸 것이고, ②지점은 압축기(31)에 의해 고온 고압으로 압축된 열매체가 공급되는 압축기(31) 출구측을 나타낸 것이다. 그러므로 ①지점과 ②지점의 X성분은 압축기(31)의 소비동력이나 압축일량을 나타낸 것이고, Y성분은 압축기(31)에 의한 열매체의 압력변화량을 나타낸 것이다.
또한 ③지점은 제1 열교환기(32)의 출구측에서의 열매체의 상태를 나타낸 것으로, ②지점으로부터 ③지점에 이르는 선은 정압적으로 변하는 열매체에 의해 부하(R) 측과의 열교환이 이루어짐에 따른 난방능력 정도를 나타낸 것이다. 또한 ④지점은 상기 제3 열교환기(34) 출구측을 나타낸 것으로, 본 발명은 제3 열교환기(34) 측에서 재차 열교환이 이루어짐에 따라 폐열을 저장이 이루어져 전체적인 난방능력이 ②지점에서 ④지점에 이르도록 증대됨을 알 수 있는 것이다.
또한 ⑤지점은 상기 제2 팽창밸브(36) 출구측을 나타낸 것으로, 이는 상기 제2 팽창밸브(36)에 의해 ④지점으로부터 교축적으로 압력이 낮아진 것을 보여주고, ⑤지점으로부터 ①지점에 이어지는 선분은 열매체가 상기 제2 열교환기(33)를 통과하는 과정에서 정압적으로 증발하는 냉동능력의 정도를 나타내는 것이다.
그런데 도 8의 몰리엘(Mollier) 선도에서 나타난 바와 같이, 상기 제3 열교환기(34) 측에서 제2 열원(S2)과의 열교환을 통해 축열에 의해 일정 온도 이상으로 승온된 상태로 열매체가 열교환이 이루어져 증발압력을 높인 상태로 순환이 가능하게 되고, 전술된 바와 같은 ①지점에서의 압력(P0)에 비해 상대적으로 더 높은 압력(P1)으로 압축기(31)에 열매체가 투입되어 압축기(31)에 의한 압축일량을 줄임에 따른 압축기(31)의 소비동력을 줄일 수 있고, 또한 증발압력이 증가함에 따라 열매체의 비체적이 작아져 냉매순환량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 그에 따라 장치에 의한 난방능력 및 성적계수를 증대시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 의한 냉방운전의 일례를 도 9 내지 12에 의해 설명하면 다음과 같다. 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이, 냉방운전에서는 상기 제1 열교환기(32)가 증발기로 작동되어 부하(R) 측에 냉방 및 냉수를 공급하는 것으로, 상기 압축기(31)로부터 공급되는 열매체가 상기 제2 열교환기(33) 측으로 순환되어 제1 열원(S1)과의 열교환이 이루어진 후에, 상기 제2 자동개폐밸브(38)를 통해 제2 팽창밸브(36)를 우회하여 제3 열교환기(34) 측에서 다른 제2 열원(S2)과의 열교환이 이루어지며, 상기 제1 팽창밸브(35)를 통해 증발기로 작동되는 제1 열교환기(32) 측에서 부하(R) 측에 냉방을 공급한 후에 압축기(31)로 복귀하게 된다.
이러한 냉방운전에서는 상기 제2 열교환기(33) 측에 연결된 공기열과 같은 제1 열원(S1)과 상기 제3 열교환기(34) 측에 연결되는 지열과 같은 다른 제2 열원(S2)에 의해 2차로 열교환이 이루어져 열매체가 과냉각된 상태로 공급됨에 따라 냉방효율을 증대시킬 수 있게 되는데, 이를 도 11과 도 12에 의해 설명하면 다음과 같다.
도 11과 도 12에 도시된 바와 같이, ①지점은 압축기(31) 측으로 열매체가 복귀하는 압축기(31) 입구측을 나타낸 것이고, ②지점은 압축기(31)에 의해 고온 고압으로 압축된 열매체가 공급되는 압축기(31) 출구측을 나타낸 것이다.
또한 ③지점은 제2 열교환기(33)의 출구측에서의 열매체의 상태를 나타낸 것이고, ④지점은 상기 제3 열교환기(34) 출구측을 나타낸 것이며, ⑤지점은 상기 제1 팽창밸브(35) 출구측을 나타낸 것이다.
여기에서, ⑤지점으로부터 ①지점에 이어지는 선분은 열매체가 상기 제1 열교환기(32)를 통과하는 과정에서 정압적으로 증발하는 냉동능력의 정도를 나타내는 것인데, 상기 제2 열교환기(33)에 공기열을 열원으로 연결하고, 상기 제3 열교환기(34)에 지열을 열원으로 연결한 경우를 설명하면 상기 순환라인(20) 상의 열매체는 상기 제2 열교환기(33)에 의해서 공기열과 같은 제1 열원(S1)과의 열교환을 통해 70% 정도의 열을 대기로 방출하고, 상기 제3 열교환기(34)에서 지열과 같은 열원(S2)과의 열교환 과정에서 30%의 열만이 지중으로 순환됨에 따라 지중온도 상승을 억제하여 대략 20%이상의 냉방효율을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 열교환파이프를 지중에 묻기 위해 생성하는 천공홀 등을 감소시켜 작업상의 번거로움이나 설치비용 등을 절감할 수 있게 된다.
한편 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제3 열교환기(34) 측에는 열원공급라인(41) 대신에 상기 부하공급라인(40) 상의 공급수가 연속적으로 통과되도록 연결되고, 상기 제2 열교환기(33) 측에만 열원(S)에 연결되는 열원공급라인(41)이 연결될 수 있는데, 이때에 상기 부하공급라인(40)은 부하(R) 측으로부터 상기 제3 열교환기(34)에 연결된 상태에서 상기 제1 열교환기(32) 측으로 연장되고, 상기 제1 열교환기(34)로부터 부하(R) 측으로 연장되는 고온공급라인(43)이 연결되는 것이다.
이러한 구성에 따르면, 난방운전시에 부하(R) 측에 난방 또는 온수를 공급할 때에 상기 제1 및 제3 열교환기(32,34)를 연속적으로 공급수가 거치는 과정에서 상기 각 열교환기(32,34)에서 연속적으로 열교환이 이루어져 고온의 온수를 공급할 수 있게 된다.
구체적으로, 상기 압축기(31)로부터 공급되는 고온의 핫가스(열매체)는 상기 제1 열교환기(32)과 제3 열교환기(34)를 순차적으로 통과하는 과정에서 2차에 걸쳐 공급수와의 열교환이 이루어지는데, 상기 부하(R) 측으로부터 공급되는 공급수는 상기 제3 열교환기(34)와 제1 열교환기(32)를 순차적으로 통과하게 되고, 이는 상기 순환라인(20) 상의 열매체가 상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34)를 순차적으로 거치는 동안에 부하(R) 측의 공급수가 열매체와는 대향류를 형성하여 흐름에 따라 상기 제3 열교환기(34)에서 예비가열이 이루어진 후에 상기 제1 열교환기(32)에서 핫가스와의 본가열이 이루어져 고온의 온수의 생산할 수 있게 된다.
또한 도 14과 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 운전절환밸브(39)에 의해 냉방과 난방운전이 선택적으로 가능한 경우에는 상기 고온공급라인(43) 상에 별도의 바이패스라인(44)이 연결되고, 상기 고온공급라인(43)과 바이패스라인(44) 상에는 냉방 또는 난방운전에 따라 공급수의 흐름을 제어할 수 있는 다수의 제어밸브(50~52)가 구비될 수 있는 것이다.
구체적으로, 도 14와 같은 난방운전의 경우에는 전술된 바와 같이 상기 부하(R) 측의 공급수가 제3 열교환기(34)와 제1 열교환기(32)를 순차적으로 흐르도록 하는데, 이를 위해 상기 고온공급라인(43) 상의 제어밸브(51,52)를 개방하고, 상기 바이패스라인(44) 상의 제어밸브(50)를 폐쇄하게 된다.
또한 도 15와 같은 냉방운전의 경우에는 상기 고온공급라인(43) 상의 제어밸브(51,52)를 폐쇄하여 상기 제2 열교환기(33) 측으로 공급수가 흐르는 것을 차단하는 대신에 상기 바이패스라인(44) 상의 제어밸브(50)를 개방하여 공급수가 우회되도록 하여 냉방을 공급하게 된다.
이러한 난방운전 또는 냉방운전 중에도 상기 제1 열교환기(32)에 의해 급탕(H)을 공급할 수도 있는데, 이를 위해 상기 제1 열교환기(32) 상에는 별도의 급탕공급라인(45)을 연결하여 난방 또는 냉방 중에도 급탕(H)이 가능하도록 구비할 수 있으며, 상기 급탕공급라인(45) 상에는 필요에 따라 고온수를 펌핑하는 펌프(46)가 연결될 수 있는 것이다.
또한 냉방운전의 경우에도 냉방과 급탕(H)을 동시에 공급할 수 있는데, 냉방과 급탕(H)을 동시에 공급할 때에는 핫가스를 상기 제1 열교환기(32) 측으로 공급하여 급탕(H)을 공급한 이후에 제3 열교환기(34)에서 부하(R) 측에 냉방을 공급하며, 이를 위해 상기 제1 자동개폐밸브(37)를 폐쇄하여 제1 팽창밸브(35)를 통해 열매체가 흐름으로 인해 상기 제3 열교환기(34)가 증발기로 작동되도록 제어하게 된다.
또한 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 제3 열교환기(34)는 본체의 일측에 열매체와 공급수가 공급되는 헤더가 위치되고, 상기 헤더 사이에 판상으로 된 다수의 열교환패널이 다수 배열되어 열매체와 이에 열교환되는 부하(R) 또는 지열과 같은 제2 열원(S2) 측의 공급수 또는 순환수가 순환되는 구조의 통상의 판형 열교환기로 구비되는데, 상기 헤더에는 열매체의 유출입이 가능하도록 상하에 각각 상부포트(60)와 하부포트(61)가 형성된 것이다.
이러한 판형 열교환기 형태의 제3 열교환기(34)에는 상기 하부포트(61) 측에 순환라인(20) 상의 제1 및 제2 팽창밸브(35,36)가 연결되고, 상기 상부포트(60) 측에 상기 순환라인(20)이 분기하여 상기 제1 및 제2 자동개폐밸브(37,38)가 연결되게 되며, 상기 각 상부포트(60)와 하부포트(61)의 일측에는 부하(R)나 제2 열원(S2) 측의 공급수나 순환수가 유출입되는 급수포트(62,63)가 구비된 것이다.
이와 같은 연결구조에 따르면, 상기 제1 및 제2 팽창밸브(35,36)에 의해 저온 저압으로 팽창된 열매체가 판형 열교환기의 하부에서 유입되고, 상기 제1 및 제2 자동개폐밸브(37,38)를 통해 고온 고압으로 응축된 열매체가 유입됨에 따라 판형 열교환기의 입구측으로부터 출구측에 전체적으로 균일한 열매체의 흐름이 가능할 뿐만 아니라 열매체의 상하흐름이 원활하게 이루어져 냉난방 효율을 증대시킬 수 있게 된다.
또한 도 17 내지 도 21에 도시된 바와 같이, 상기 순환라인(20) 상에는 하나의 팽창밸브(35a)구비되는데, 상기 팽창밸브(35a)는 상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되거나 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되고, 상기 팽창밸브(35a)가 위치되는 상기 제3 열교환기(34)의 일측에 제1 및 제2 자동개폐밸브(37a,37b)가 위치되며, 상기 팽창밸브(35a)에 대향된 제3 열교환기(34)의 타측에 제3 및 제4 자동개폐밸브(37a,38b)가 구비될 수 있는 것으로, 이 구성에 따른 냉난방운전 상태를 설명하면 다음과 같다.
도 17과 도 18에 도시된 바와 같이, 난방운전에서는 상기 제2 자동개폐밸브(37b)와 제3 자동개폐밸브(38a)가 닫힌 상태에서 상기 압축기(31)로부터 공급되는 열매체가 상기 제1 열교환기(32)에서 부하(R) 측과의 열교환이 이루어져 난방을 공급한 후에, 상기 제4 자동개폐밸브(38b)를 통해 상기 제3 열교환기(34)를 통과하고, 이후에 상기 팽창밸브(35a)와 제1 자동개폐밸브(37a)를 통해 상기 제2 열교환기(33)를 거쳐 압축기(31)로 복귀하게 된다.
한편 도 19와 도 20에 도시된 바와 같이, 냉방운전에서는 상기 제1 자동개폐밸브(37a)와 제4 자동개폐밸브(38b)가 닫힌 상태에서 상기 압축기(31)로부터 공급되는 열매체가 상기 제2 열교환기(33) 측으로 순환된 후에, 상기 제3 자동개폐밸브(38a)를 통해 상기 제3 열교환기(34)를 통과하고, 이후에 상기 팽창밸브(35a)와 제2 자동개폐밸브(37b)를 통해 상기 제1 열교환기(32) 측에서 부하(R) 측에 냉방을 공급한 후에 압축기(31)로 복귀하게 된다.
또한 도 21에 도시된 바와 같이, 판형 열교환기 형태의 제3 열교환기(34)에는 하부포트(61) 측에 상기 팽창밸브(35a)와 제1 및 제2 자동개폐밸브(37a,37b)가 연결되고, 상기 상부포트(60) 측에 제3 및 제4 자동개폐밸브(37,38)가 연결되어 전술된 바와 같이 판형 열교환기의 하부로 저온 저압으로 팽창된 열매체가 유입되고, 판형 열교환기의 상부에서 고온 고압으로 응축된 열매체가 유입되는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
R: 부하 S: 열원
S1: 제1 열원 S2: 제2 열원
H: 급탕 31: 압축기
32: 제1 열교환기 33: 제2 열교환기
34: 제3 열교환기 35: 제1 팽창밸브
35a: 팽창밸브 36: 제2 팽창밸브
37,37a: 제1 자동개폐밸브 37b,38: 제2 자동개폐밸브
38a: 제3 자동개폐밸브 38b: 제4 자동개폐밸브
39: 운전절환밸브 40: 부하공급라인
41: 열원공급라인 43: 고온공급라인
44: 바이패스라인 45: 급탕공급라인
50,51,52: 제어밸브 60: 상부포트
61: 하부포트

Claims (8)

  1. 열매체가 순환되는 순환라인(20)에 의해 상호 연결되는 압축기(31), 응축기, 증발기를 포함하여 이루어진 히트펌프시스템에 있어서;
    상기 순환라인(20) 상에 연결되어 냉방 또는 난방운전시에 상기 응축기 또는 증발기로 작동되도록 구비되고, 냉방(냉수) 또는 난방(온수)를 공급하도록 부하(R) 측에 연결되거나 또는 외기나 지열을 포함한 열원(S,S1,S2) 측에 연결되어 열교환이 이루어지도록 된 제1 열교환기(32)와;
    상기 제1 열교환기(32)에 대응되어 증발기 또는 응축기로 작동되도록 구비되고, 외기나 지열을 포함한 열원(S,S1,S2) 측에 연결되거나 또는 상기 부하(R) 측에 연결되는 제2 열교환기(33)와;
    상기 제1 열교환기(32)와 제2 열교환기(33) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 직렬로 연결되고, 냉방 또는 난방모드에 따라 상기 제1 열교환기(32) 또는 제2 열교환기(33)에 유사하게 상기 부하(R) 측에 연결되어 냉방(냉수)이나 난방(온수)를 공급하거나 또는 상기 열원(S,S1,S2) 측에 연결되어 폐열을 회수하거나 저장할 수 있도록 된 제3 열교환기(34)와;
    상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비된 제1 팽창밸브(35)와;
    상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비된 제2 팽창밸브(36)와;
    상기 제1 팽창밸브(35) 측에 위치되어 상기 순환라인(20) 상의 열매체 흐름을 우회시키도록 제어하는 제1 자동개폐밸브(37)와;
    상기 제2 팽창밸브(36) 측에 위치되어 상기 순환라인(20) 상의 열매체 흐름을 우회시키도록 제어하는 제2 자동개폐밸브(38)를 포함하며;
    상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34) 또는 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34)는 상기 열원(S,S1,S2)이 연결될 때에 상호 다른 종류의 제1 열원(S1)과 제2 열원(S2)이 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템.
  2. 열매체가 순환되는 순환라인(20)에 의해 상호 연결되는 압축기(31), 응축기, 증발기를 포함하여 이루어진 히트펌프시스템에 있어서;
    상기 순환라인(20) 상에 연결되어 냉방 또는 난방운전시에 상기 응축기 또는 증발기로 작동되도록 구비되고, 냉방(냉수) 또는 난방(온수)를 공급하도록 부하(R) 측에 연결되거나 또는 외기나 지열을 포함한 열원(S,S1,S2) 측에 연결되어 열교환이 이루어지도록 된 제1 열교환기(32)와;
    상기 제1 열교환기(32)에 대응되어 증발기 또는 응축기로 작동되도록 구비되고, 외기나 지열을 포함한 열원(S,S1,S2) 측에 연결되거나 또는 상기 부하(R) 측에 연결되는 제2 열교환기(33)와;
    상기 제1 열교환기(32)와 제2 열교환기(33) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 직렬로 연결되고, 냉방 또는 난방모드에 따라 상기 제1 열교환기(32) 또는 제2 열교환기(33)에 유사하게 상기 부하(R) 측에 연결되어 냉방(냉수)이나 난방(온수)를 공급하거나 또는 상기 열원(S,S1,S2) 측에 연결되어 폐열을 회수하거나 저장할 수 있도록 된 제3 열교환기(34)와;
    상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34) 또는 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34) 사이에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비된 팽창밸브(35a)와;
    상기 제3 열교환기(34)의 일측에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비되어 상기 팽창밸브(35a) 측의 열매체 흐름을 우회시키도록 제어하는 제1 및 제2 자동개폐밸브(37a,37b)와;
    상기 팽창밸브(35a)에 대향된 상기 제3 열교환기(34)의 타측에 위치되어 상기 순환라인(20) 상의 열매체 흐름을 우회시키도록 제어하는 제3 및 제4 자동개폐밸브(38a,38b)를 포함하며;
    상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34) 또는 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34)는 상기 열원(S,S1,S2)이 연결될 때에 상호 다른 종류의 제1 열원(S1)과 제2 열원(S2)이 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 열교환기(32,33,34)는 공급수가 순환되는 부하공급라인(40)에 의해 상기 부하(R) 측에 연결되고;
    상기 부하공급라인(40)에는 공급수가 상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(33)를 연속적으로 통과하거나 또는 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34)를 연속적으로 통과하도록 연장되는 고온공급라인(43)이 연결되는 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 부하공급라인(40)과 고온공급라인(43) 사이에는 상기 제1 열교환기(32) 또는 제2 열교환기(33)를 통과한 공급수가 상기 제3 열교환기(34)를 거치지 않은 상태로 우회하여 부하(R) 측으로 순환되도록 된 바이패스라인(44)이 연결되고;
    상기 제1 열교환기(32) 또는 제2 열교환기(33) 측에는 냉방(냉수) 또는 난방(온수)를 공급하는 과정 중에 급탕(H)을 공급할 수 있도록 된 급탕공급라인(45)이 연결되며;
    상기 부하공급라인(40)과 고온공급라인(43) 및 바이패스라인(44) 상에는 공급수의 흐름을 제어하도록 된 다수의 제어밸브(50,51,52)가 구비된 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 순환라인(20) 상에는 냉방 또는 난방운전에 따라 상기 압축기(31) 측에서 공급되는 열매체의 흐름을 절환하도록 된 운전절환밸브(39)가 구비된 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제3 열교환기(34)는 상부와 하부에 상기 순환라인(20)이 연결되는 상부포트(60)와 하부포트(61)가 형성되어 열매체가 상하방향으로 유출입되는 판형 열교환기로 이루어지며;
    상기 제1 및 제2 팽창밸브(35,36)는 상기 하부포트(61) 측에 각각 연결되고, 상기 제1 및 제2 자동개폐밸브(37,38)는 상기 상부포트(60) 측에 연결된 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템.
  8. 제2항에 있어서, 상기 제3 열교환기(34)는 상부와 하부에 상기 순환라인(20)이 연결되는 상부포트(60)와 하부포트(61)가 형성되어 열매체가 상하방향으로 유출입되는 판형 열교환기로 이루어지며;
    상기 팽창밸브(35a)와 제1 및 제2 자동개폐밸브(37a,37b)는 상기 하부포트(61) 측에 각각 연결되고, 상기 제3 및 제4 자동개폐밸브(38a,38b)는 상기 상부포트(60) 측에 연결된 것을 특징으로 하는 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10119738B2 (en) 2014-09-26 2018-11-06 Waterfurnace International Inc. Air conditioning system with vapor injection compressor
US11592215B2 (en) 2018-08-29 2023-02-28 Waterfurnace International, Inc. Integrated demand water heating using a capacity modulated heat pump with desuperheater
GR20190100273A (el) * 2019-06-21 2021-01-19 Μακαριος Θεοδωρου Τσοπουλιδης Νεου τυπου συνδυαστικη αντλια παραγωγης ψυξης, θερμανσης και ζεστου νερου χρησης
EP3933302B1 (en) * 2020-06-30 2023-01-25 Trane International Inc. Dynamic liquid receiver and control strategy
CN113028511B (zh) * 2021-04-29 2022-05-31 哈尔滨商业大学 一种节能环保供热全新风空调器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100389271B1 (ko) 2001-03-17 2003-06-27 진금수 히트 펌프 장치
KR20100137099A (ko) * 2009-06-22 2010-12-30 서진욱 순환유로가 구비된 판형 열교환기
KR20110100934A (ko) * 2010-03-05 2011-09-15 윤덕민 냉온수 및 냉난방 히트펌프시스템
KR20110126880A (ko) * 2010-05-18 2011-11-24 윤덕민 히트펌프시스템
KR101148714B1 (ko) * 2010-12-31 2012-05-21 윤덕민 디슈퍼히터를 이용한 히트펌프시스템
WO2014054176A1 (ja) * 2012-10-05 2014-04-10 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2293761Y (zh) * 1996-11-10 1998-10-07 中国科学技术大学 一种空调用制冷蓄冷装置
KR20140090792A (ko) * 2013-01-10 2014-07-18 박정해 열교환기 교번타입 핫가스제상 히트펌프
JP2017026159A (ja) * 2013-12-04 2017-02-02 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100389271B1 (ko) 2001-03-17 2003-06-27 진금수 히트 펌프 장치
KR20100137099A (ko) * 2009-06-22 2010-12-30 서진욱 순환유로가 구비된 판형 열교환기
KR20110100934A (ko) * 2010-03-05 2011-09-15 윤덕민 냉온수 및 냉난방 히트펌프시스템
KR20110126880A (ko) * 2010-05-18 2011-11-24 윤덕민 히트펌프시스템
KR101148714B1 (ko) * 2010-12-31 2012-05-21 윤덕민 디슈퍼히터를 이용한 히트펌프시스템
WO2014054176A1 (ja) * 2012-10-05 2014-04-10 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置

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