KR101914163B1 - 다중열원 융합형 히트펌프시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 간단한 구성에 의해 다양한 열원으로부터 열을 회수하거나 열교환기의 교번운전이 가능하도록 구비되어 장치의 작동 및 효율을 개선할 수 있도록 된 다중열원 융합형 히트펌프시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 열매체가 순환되는 순환라인(20)에 의해 상호 연결되는 압축기(31), 응축기, 증발기를 포함하여 이루어진 히트펌프시스템에 있어서; 상기 순환라인(20) 상에 연결되어 상기 응축기 또는 증발기로 작동되도록 구비되고, 냉방(냉수) 또는 난방(온수)를 공급하도록 부하(R) 측에 연결되거나 또는 외기나 지열 또는 폐열을 포함한 열원(S,S1,S2)과의 열교환이 이루어지도록 열원(S,S1,S2) 측에 연결되는 제1 열교환기(32)와; 상기 제1 열교환기(32)에 대응되어 증발기 또는 응축기로 작동되도록 구비되고, 외기나 지열 또는 폐열을 포함한 열원(S,S1,S2)과의 열교환이 이루어지도록 열원(S,S1,S2) 측에 연결되거나 상기 부하(R) 측에 연결되는 제2 열교환기(33) 및 제3 열교환기(34)를 포함하여 이루어지며; 상기 압축기(31)의 출구측에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비되어 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34) 측에 선택적으로 열매체의 흐름을 절환시키는 제1 기기절환밸브(36)와; 상기 제1 기기절환밸브(36)에 대응되도록 상기 압축기(31)의 입구측에 위치되어 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)로부터 배출되는 열매체를 상기 제1 열교환기(32) 측으로 흐르게 하거나 상기 압축기(31) 측으로 열매체를 복귀시키도록 된 제2 기기절환밸브(37)와; 상기 제1 열교환기(32)와 제1 기기절환밸브(36) 또는 상기 제1 열교환기(32)와 제2 기기절환밸브(37) 사이에 위치되어 열매체를 팽창시키도록 된 팽창밸브(35)를 포함하여 이루어진 다중열원 융합형 히트펌프시스템이 제공된다.

Description

다중열원 융합형 히트펌프시스템{Multi heat source integrating type heat pump system}

본 발명은 다중열원 융합형 히트펌프시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구성에 의해 다양한 열원으로부터 열을 회수하거나 열교환기의 교번운전이 가능하도록 구비되어 장치의 작동 및 효율을 개선할 수 있도록 된 다중열원 융합형 히트펌프시스템에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화 또는 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 부하측과의 라인이 연결되는데, 종래에는 상기 부하측에 연결되지 않은 다른 하나에 지열이나 폐온수 또는 외기 등과 같은 별도의 열원이 전혀 연결되지 않음에 따라 열교환 효율을 개선하는 데에 한계가 있을 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.

또한 종래의 히트펌프는 압축기(11)의 작동이 정지된 상태로 제상운전이 이루어짐에 따라 정상운전시에 상기 압축기(11)를 재가동할 때에, 상기 제2 열교환기(13)로부터 응축된 액상의 냉매가 상기 압축기(11)로 유입됨에 따라 액압축에 따른 압축기의 소손 우려가 있어 장치의 고장이나 손상이 발생될 우려가 있는 것이다.

한국 공개특허공보 제10-2011-0092106호(2011. 08. 17)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 다수의 열교환기가 구비되고, 각 열교환기 상에 상호 다른 열원으로부터 열회수가 이루어지도록 연결됨에 따라 각 열교환기에 의한 교번운전이 가능하여 장치의 작동 및 효율을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 각 열교환기의 교번운전을 위한 구성이 간단하여 제작상의 편리함을 제공할 수 있으며, 각 열교환기에 연결되는 다른 열원으로부터 열회수가 이루어져 장치의 열효율을 증대시킬 수 있는 다중열원 융합형 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 상기 응축기 또는 증발기로 작동되도록 구비되고, 냉방(냉수) 또는 난방(온수)를 공급하도록 부하(R) 측에 연결되거나 또는 외기나 지열 또는 폐열을 포함한 열원(S,S1,S2)과의 열교환이 이루어지도록 열원(S,S1,S2) 측에 연결되는 제1 열교환기(32)와;

상기 제1 열교환기(32)에 대응되어 증발기 또는 응축기로 작동되도록 구비되고, 외기나 지열 또는 폐열을 포함한 열원(S,S1,S2)과의 열교환이 이루어지도록 열원(S,S1,S2) 측에 연결되거나 상기 부하(R) 측에 연결되는 제2 열교환기(33) 및 제3 열교환기(34)를 포함하여 이루어지며;

상기 압축기(31)의 출구측에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비되어 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34) 측에 선택적으로 열매체의 흐름을 절환시키는 제1 기기절환밸브(36)와;

상기 제1 기기절환밸브(36)에 대응되도록 상기 압축기(31)의 입구측에 위치되어 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)로부터 배출되는 열매체를 상기 제1 열교환기(32) 측으로 흐르게 하거나 상기 압축기(31) 측으로 열매체를 복귀시키도록 된 제2 기기절환밸브(37)와;

상기 제1 열교환기(32)와 제1 기기절환밸브(36) 또는 상기 제1 열교환기(32)와 제2 기기절환밸브(37) 사이에 위치되어 열매체를 팽창시키도록 된 팽창밸브(35)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다중열원 융합형 히트펌프시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 각 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 제2 열교환기(33)를 연속적으로 통과하거나 또는 상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34)를 연속적으로 통과하도록 연장되는 고온공급라인(43)이 연결되는 것을 특징으로 하는 다중열원 융합형 히트펌프시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 부하공급라인(40)과 고온공급라인(43) 사이에는 상기 제1 열교환기(32)를 통과한 공급수가 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)를 거치지 않은 상태로 우회하여 부하(R) 측으로 순환되도록 된 바이패스라인(44)이 연결되고;

상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34) 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 다중열원 융합형 히트펌프시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 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 다중열원 융합형 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(38)가 구비된 것을 특징으로 하는 다중열원 융합형 히트펌프시스템이 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 순환라인(20) 상에 응축기나 증발기로 작동되는 제1 열교환기(32)가 연결되고, 상기 제1 열교환기(32)에 대응되어 증발기나 응축기로 작동되는 제2 및 제3 열교환기(33,34)가 구비됨으로써, 냉난방운전 중에 상기 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34)를 모두 사용하거나 어느 하나를 선택적으로 사용하여 열교환이 이루어지도록 함에 따라 냉방이나 난방 또는 온수 등과 같은 다양한 부하(R)에 대한 효율적인 대처가 가능할 뿐만 아니라 고장이나 작동불량 등이 발생될 때에 대체사용이 가능하여 장치의 연속작동에 따른 마모나 소모 등에 따른 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 제1 기기절환밸브(36)와 제2 기기절환밸브(37)가 구비되어 각 열교환기(33,34) 측에 선택적으로 열매체를 절환시킴에 따라, 장치의 구성의 최소화한 상태로 컴팩트하게 형성함과 동시에 상기 기기절환밸브(36,37)에 의해 상기 제2 또는 제3 열교환기(33,34)에 열매체를 선택적으로 흐르도록 제어하는 것이 매우 용이할 뿐만 아니라 그에 따른 장치의 제작이나 유지보수 상의 편리함을 제공할 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, 부하측에 공급되는 공급수가 다수의 열교환기(32~34)를 연속적으로 통과하는 과정에서 가열효과 및 고온가열이 가능하여 고온수 및 급탕을 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 일실시예에 따른 열교환 흐름도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다른 열교환 흐름도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 열교환 흐름도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 열교환 흐름도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성을 도시한 구성도
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환 흐름도
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 열교환 흐름도
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 또 다른 열교환 흐름도
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 또 다른 열교환 흐름도
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성 및 열교환 흐름도
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성 및 열교환 흐름도
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성 및 열교환 흐름도
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성도
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성도
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성도
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 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 18은 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 또는 제3 열교환기(33,34)가 다수로 구비되어 필요에 따라 선택적으로 사용 가능한 것으로, 본 발명은 열매체가 순환되도록 연장 형성된 순환라인(20)에 의해 열매체의 상변화에 따라 열교환이 이루어지도록 된 압축기(31)와 제1 열교환기(32), 팽창밸브(35), 제2 및 제3 열교환기(33,34)가 상호 연결된 것이다.

이러한 구성에 있어서, 상기 각 열교환기(32~34)는 냉방 또는 난방모드에 따라 증발기나 응축기로 작동하는 것으로, 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 된 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.

또한 상기 순환라인(20) 상에는 열매체의 흐름을 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34) 측에 선택적으로 절환하도록 된 기기절환밸브(36,37)와, 상기 기기절환밸브(36,37)의 일측에 위치되어 열매체를 상변화시키도록 된 팽창밸브(35)가 구비되는데, 상기 기기절환밸브(36,37)는 통상의 사방밸브와 같이 열매체를 다방향으로 흐름을 유도할 수 있는 것이고, 상기 팽창밸브(35)는 상기 각 열교환기(32~34) 중의 어느 하나에 의해 응축된 열매체를 팽창시켜 증발기 측으로 공급하도록 된 것이다.

구체적으로, 상기 기기절환밸브(36,37)는 열매체의 흐름방향에 따라 상기 압축기(31)의 출구측 또는 입구측에 위치되어 열매체의 흐름을 절환시키도록 된 제1 기기절환밸브(36)와 제2 기기절환밸브(37)가 구비된 것인데, 이러한 제1 및 제2 기기절환밸브(36,37)에 의해서는 장치의 작동모드에 따라 추가적인 밸브의 구성 등을 최소화하여 구성 및 작동을 간소화시킬 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 구체적인 운전상태를 도 3 내지 도 6를 더하여 설명하면 다음과 같다. 도 3과 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 난방운전을 도시한 것으로, 도 3은 제2 열교환기(33)를 증발기로 작동하도록 한 난방운전을 도시한 것이고, 도 4는 제3 열교환기(34)를 증발기로 작동하도록 한 난방운전을 도시한 것이다.

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 기기절환밸브(36)에 의해 상기 제3 열교환기(34) 또는 제2 열교환기(33)를 통과한 후에, 상기 제2 기기절환밸브(37)에 의해 상기 제1 열교환기(32)를 통과하면서 부하(R) 측과의 열교환을 통해 난방 및 온수를 공급하게 되고, 이후에는 상기 팽창밸브(35)와 제1 기기절환밸브(36)에 의해 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)를 거쳐 상기 제2 기기절환밸브(37)에 의해 압축기(31)로 복귀하게 된다.

이러한 난방운전에서는 상기 제1 열교환기(32)는 응축기로 작동되어 부하공급라인(40) 상의 공급수를 가열하여 난방을 공급하고, 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)는 상기 제2 열교환기(33)가 증발기로 작동되는 경우에 상기 제3 열교환기(34)는 팬모터(34a)의 작동이 정지된 상태로 열매체가 별도의 열교환없이 그대로 통과하게 되고, 상기 제3 열교환기(34)가 증발기로 작동되는 경우에 상기 제2 열교환기(33)의 작동이 정지된 상태로 열매체가 열교환없이 통과하게 된다.

한편 이와 같은 구성에 따른 냉방운전을 도 5와 도 6에 의해 설명하면 다음과 같다. 도 5는 제2 열교환기(33)를 응축기로 작동하도록 한 냉방운전을 도시한 것이고, 도 6은 제3 열교환기(34)를 응축기로 작동하도록 한 냉방운전을 도시한 것이다.

이러한 냉방운전에서는 상기 제1 열교환기(32)가 증발기로 작동되어 상기 부하공급라인(40) 상의 공급수를 가열함에 따라 부하(R) 측에 냉방 및 냉수를 공급하는 것으로, 상기 압축기(31)로부터 공급되는 열매체가 상기 제2 기기절환밸브(37)에 의해 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)를 통과한 후에, 상기 제1 기기절환밸브(37)에 의해 상기 팽창밸브(35)와 제1 열교환기(32)를 통과하면서 부하(R) 측과의 열교환을 통해 냉방 및 냉수를 공급하게 되고, 이후에는 상기 제2 기기절환밸브(37)에 의해 상기 제3 열교환기(34) 또는 제2 열교환기(33)를 거쳐 상기 제1 기기절환밸브(36)에 의해 압축기(31)로 복귀하게 된다.

이러한 냉방운전에서는 상기 제1 열교환기(32)가 증발기로 작동되어 부하공급라인(40) 상의 공급수를 냉각하여 냉방을 공급하고, 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)는 상기 제2 열교환기(33)가 응축기로 작동되는 경우에 상기 제3 열교환기(34)는 팬모터(34a)의 작동이 정지된 상태로 열매체가 별도의 열교환없이 그대로 통과하게 되고, 상기 제3 열교환기(34)가 응축기로 작동되는 경우에 상기 제2 열교환기(33)의 작동이 정지된 상태로 열매체가 열교환없이 통과하게 된다.

이상에서는 각 시스템에 의해 냉방 또는 난방만을 공급할 수 있는 것이나, 본 발명은 하나의 시스템에 의해 열매체를 절환하여 냉방 또는 난방을 선택적으로 행할 수 있도록 구비될 수 있는데, 이를 도 7 내지 도 11에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 순환라인(20) 상에는 냉방(또는 냉수)과 난방(또는 온수)에 따라 상기 압축기(31)로부터 공급되는 열매체의 흐름을 절환하도록 된 운전절환밸브(38)가 구비되는데, 이 운전절환밸브(38)에 의해서는 냉난방을 공급하는 정상운전이나 제상작업을 위한 제상운전 또는 계절적 특성이나 외부환경 등에 따라 제2 열교환기(33)와 제3 열교환기(34)를 수시로 교번운전이 가능하게 된다.

이와 같은 구성에 따른 난방운전을 도 8과 도 9에 의해 설명하면 다음과 같다. 도 8은 제2 열교환기(33)를 증발기로 작동하도록 한 난방운전을 도시한 것이고, 도 9는 제3 열교환기(34)를 증발기로 작동하도록 한 난방운전을 도시한 것이다. 이러한 난방운전은 상기 압축기(31)로부터 공급되는 열매체가 상기 운전절환밸브(38)에 의해 상기 제1 기기절환밸브(36) 측으로 공급되고, 상기 제1 기기절환밸브(36)에 의해 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)를 선택하여 열매체가 진행되며, 이후에 상기 제2 기기절환밸브(37)에 의해 상기 제1 열교환기(32) 측으로 공급되어 부하(R) 측과의 열교환이 이루어지게 된다.

이후에는 상기 팽창밸브(35)와 제1 기기절환밸브(36)에 의해 상기 제3 열교환기(34) 또는 제2 열교환기(33)를 거쳐 상기 제2 기기절환밸브(37)를 통해 압축기(31)로 복귀하게 되는데, 이는 전술된 도 3과 도 4의 난방운전에서 언급한 것과 동일한 작동이 이루어지게 된다.

또한 이와 같은 난방운전의 과정에서는 증발기로 작동되는 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)에 발생된 적상을 제거하는 제상작업이 가능하게 되는데, 예를 들면 상기 제2 열교환기(33)가 증발기로 작동되는 동안에는 상기 압축기(32)로부터 공급되는 핫가스가 상기 제3 열교환기(34)를 통과하는 과정에서 제상작업이 이루어지고, 반대로 상기 제3 열교환기(34)가 증발기로 작동되는 동안에 상기 제2 열교환기(33)의 제상작업이 가능하게 된다. 이때에 응축기로 작동되는 상기 제1 열교환기(32)에 의해서는 난방운전이 가능한 것이나, 제상작업이 이루어지는 동안에는 다소 난방효과를 저하된 상태로 난방을 지속하는 것이 가능하게 된다.

또한 도 10과 도 11에 도시된 바와 같이, 냉방운전의 경우에는 상기 압축기(31)로부터 공급되는 열매체가 상기 운전절환밸브(38)에 의해 상기 제2 기기절환밸브(37) 측으로 공급되고, 상기 제2 기기절환밸브(37)에 의해 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)를 선택하여 열매체가 진행되며, 이후에 상기 제1 기기절환밸브(36)에 의해 상기 팽창밸브(35)와 제1 열교환기(32) 측으로 공급되어 부하(R) 측과의 열교환이 이루어지게 된다.

이후에는 상기 제2 기기절환밸브(37)에 의해 상기 제3 열교환기(34) 또는 제2 열교환기(33)를 거쳐 상기 제1 기기절환밸브(36)를 통해 압축기(31)로 복귀하게 되는데, 이는 전술된 도 5와 도 6의 냉방운전에서 언급한 것과 동일한 작동이 이루어지게 된다.

또한 본 발명은 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34) 측에 상기 제1 열교환기(32)를 통과한 공급수가 추가적으로 통과되도록 구성하여 고온의 온수나 급탕을 공급할 수 있게 되는데, 이를 도 12 내지 도14에 의해 설명하면 다음과 같다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제2 열교환기(33) 측에는 열원공급라인(41) 대신에 상기 부하공급라인(40) 상의 공급수가 연속적으로 통과되도록 연결되고, 상기 제3 열교환기(34) 측에만 열원(S)에 연결되는 열원공급라인(41)이 연결될 수 있는데, 이때에 상기 부하공급라인(40)은 부하(R) 측으로부터 상기 제1 열교환기(32)에 연결된 상태에서 상기 제2 열교환기(33) 측으로 연장되고, 상기 제2 열교환기(33)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 제2 열교환기(32,33)를 연속적으로 공급수가 거치는 과정에서 상기 각 열교환기(32,33)에서 연속적으로 열교환이 이루어져 고온의 온수를 공급할 수 있게 된다.

구체적으로, 상기 압축기(31)로부터 공급되는 고온의 핫가스(열매체)는 상기 제1 기기절환밸브(36)에 의해 제2 열교환기(33)과 제1 열교환기(32)를 순차적으로 통과하는 과정에서 2차에 걸쳐 공급수와의 열교환이 이루어지는데, 상기 부하(R) 측으로부터 공급되는 공급수는 상기 제1 열교환기(32)와 제2 열교환기(33)를 순차적으로 통과하게 되고, 이는 상기 순환라인(20) 상의 열매체가 상기 제2 열교환기(33)와 제1 열교환기(32)를 순차적으로 거치는 동안에 부하(R) 측의 공급수가 열매체와는 대향류를 형성하여 흐름에 따라 상기 제1 열교환기(32)에서 예비가열이 이루어진 후에 상기 제2 열교환기(33)에서 핫가스와의 본가열이 이루어져 고온의 온수의 생산할 수 있게 된다.

또한 도 13과 도 14에 도시된 바와 같이, 냉난방 절환밸브(37)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 13과 같은 난방운전의 경우에는 전술된 바와 같이 상기 부하(R) 측의 공급수가 제1 열교환기(32)와 제2 열교환기(33)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 14와 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 제2 열교환기(33)에 의해 급탕(H)을 공급할 수도 있는데, 이를 위해 상기 제2 열교환기(33) 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.

여기에서, 냉방운전의 경우에는 냉방만을 공급할 때와 냉방과 급탕(H)을 동시에 공급할 때의 열매체의 흐름을 달리할 수 있는데, 냉방과 급탕(H)을 동시에 공급할 때에는 핫가스를 상기 제2 열교환기(33) 측으로 공급하여 급탕(H)을 공급한 이후에 제1 열교환기(32)에서 부하(R) 측에 냉방을 공급하며, 냉방만을 공급할 때에는 핫가스를 상기 제3 열교환기(34) 측으로 순환 공급하게 된다.

한편, 도 15 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예에 따르면 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34) 상에 부하(R) 측의 부하공급라인(40)이 연결되고, 제1 열교환기(32) 측에 제1 열원(S1) 또는 제2 열원(S2)이 연결될 수도 있는데, 이는 전술된 실시예와는 다른 결합형태를 취하여 다양한 위치에 부하와 열원의 연결하여 사용할 수 있음은 나타낸 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
31: 압축기 32: 제1 열교환기
33: 제2 열교환기 34: 제3 열교환기
35: 팽창밸브 36: 제1 기기절환밸브
37: 제2 기기절환밸브 38: 운전절환밸브
40: 부하공급라인 41: 열원공급라인
43: 고온공급라인 45: 급탕공급라인

Claims (5)

1. 열매체가 순환되는 순환라인(20)에 의해 상호 연결되는 압축기(31), 응축기, 증발기를 포함하여 이루어진 히트펌프시스템에 있어서;
   상기 순환라인(20) 상에 연결되어 상기 응축기 또는 증발기로 작동되도록 구비되고, 냉방(냉수) 또는 난방(온수)를 공급하도록 부하(R) 측에 연결되거나 또는 외기나 지열 또는 폐열을 포함한 열원(S,S1,S2)과의 열교환이 이루어지도록 열원(S,S1,S2) 측에 연결되는 제1 열교환기(32)와;
   상기 제1 열교환기(32)에 대응되어 증발기 또는 응축기로 작동되도록 구비되고, 외기나 지열 또는 폐열을 포함한 열원(S,S1,S2)과의 열교환이 이루어지도록 열원(S,S1,S2) 측에 연결되거나 상기 부하(R) 측에 연결되는 제2 열교환기(33) 및 제3 열교환기(34)를 포함하여 이루어지며;
   상기 압축기(31)의 출구측에 위치되도록 상기 순환라인(20) 상에 구비되어 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34) 측에 선택적으로 열매체의 흐름을 절환시키는 제1 기기절환밸브(36)와;
   상기 제1 기기절환밸브(36)에 대응되도록 상기 압축기(31)의 입구측에 위치되어 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)로부터 배출되는 열매체를 상기 제1 열교환기(32) 측으로 흐르게 하거나 상기 압축기(31) 측으로 열매체를 복귀시키도록 된 제2 기기절환밸브(37)와;
   상기 제1 열교환기(32)와 제1 기기절환밸브(36) 또는 상기 제1 열교환기(32)와 제2 기기절환밸브(37) 사이에 위치되어 열매체를 팽창시키도록 된 팽창밸브(35)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다중열원 융합형 히트펌프시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 각 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 제2 열교환기(33)를 연속적으로 통과하거나 또는 상기 제1 열교환기(32)와 제3 열교환기(34)를 연속적으로 통과하도록 연장되는 고온공급라인(43)이 연결되는 것을 특징으로 하는 다중열원 융합형 히트펌프시스템.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 부하공급라인(40)과 고온공급라인(43) 사이에는 상기 제1 열교환기(32)를 통과한 공급수가 상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34)를 거치지 않은 상태로 우회하여 부하(R) 측으로 순환되도록 된 바이패스라인(44)이 연결되고;
   상기 제2 열교환기(33) 또는 제3 열교환기(34) 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 다중열원 융합형 히트펌프시스템.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 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 다중열원 융합형 히트펌프시스템.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 순환라인(20) 상에는 냉방 또는 난방운전에 따라 상기 압축기(31) 측에서 공급되는 열매체의 흐름을 절환하도록 된 운전절환밸브(38)가 구비된 것을 특징으로 하는 다중열원 융합형 히트펌프시스템.

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