KR101945464B1 - 냉온수 동시 생산 하이브리드 히트 펌프 - Google Patents

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Abstract

하이브리드 히트 펌프는 과열방지 열교환기, 제1 냉온수 공급부, 팽창밸브, 제2 냉온수 공급부, 실외기, 압축기 및 사방밸브를 포함한다. 상기 과열방지 열교환기는 냉매를 순환시킨다. 상기 제1 냉온수 공급부는 상기 과열방지 열교환기와 연결되어 냉수 또는 온수를 공급한다. 상기 팽창밸브는 상기 제1 냉온수 공급부와 상기 과열방지 열교환기 사이에 연결되어 냉매를 팽창시킨다. 상기 제2 냉온수 공급부는 상기 제1 냉온수 공급부와 다른 방향으로 상기 과열방지 열교환기와 연결되어 냉수 또는 온수를 공급한다. 상기 실외기는 상기 과열방지 열교환기와 상기 제2 냉온수 공급부 사이에서 병렬로 연결된다. 상기 압축기는 상기 냉매를 압축하여 고온 및 고압의 냉매로 전환한다. 상기 사방밸브는 상기 과열방지 열교환기, 상기 압축기, 상기 제2 냉온수 공급부 및 상기 실외기와 연결되어, 상기 냉매의 순환 방향을 제어한다.

Description

냉온수 동시 생산 하이브리드 히트 펌프{HYBRID HEAT PUMP PROVIDING BOTH HOT AND COOL WATER}
본 발명은 하이브리드 히트펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계절과 무관하게 냉수와 온수를 동시에 생산할 수 있는 냉온수 동시 생산 하이브리드 히트 펌프에 관한 것이다.
통상적으로 실내를 냉방하는 장치와 난방하는 장치는 별도로 분리되어 구성되지만, 최근에는 하나의 장치로 하절기에는 실내를 냉방하고, 동절기에는 실내를 난방하는 장치에 관한 기술이 개발되고 있으며, 대표적인 것이 공기열을 열원으로 이용한 공기열 히트펌프식 냉난방장치이다.
이러한 공기열 히트펌프식 냉난방장치에 관하여는 대한민국 공개특허 제10-2014-0133375호, 제10-2015-0026499호 등을 통해 개시되고 있다.
상기 공기열 히트펌프식 냉난방장치의 경우, 열을 흡수하고 방열하는 원리에 따라 압축식, 화학식, 흡수식, 흡착식 등으로 분류되는데, 그 중 가정용으로 많이 적용되는 형식은 압축식으로, 구체적으로 저온부 열교환기인 증발기, 압축기, 고온부 열교환기인 응축기, 팽창밸브를 주요 구성으로 포함하고, 작동유체인 열매체는 증발, 압축, 응축, 팽창의 사이클을 통해 순환되는 것을 특징으로 한다.
그러나, 종래의 공기열 히트펌프식 냉난방장치의 경우 동절기에 대기온도가 낮아지는 문제로 실외측 열교환기로부터 열을 효과적으로 흡수하기 어려워 난방운전이 원활하게 수행되지 않으며 이를 해소하기 위해 난방열량을 전기히터 등을 통해 보충하여야 하는 문제가 있었다.
나아가, 동절기에는 냉방부하를 실외측 열교환기를 통해 버리기 때문에 실외측 열교환기에 적상이 발생하게 되며 이에 따른 효율 저하는 물론 고장의 문제가 발생하며, 정상운전을 위해서는 적상을 주기적으로 제거해야 하는 바 전체 시스템의 제어가 용이하지 않은 문제가 있었다.
상기 문제의 해결을 위해 많은 연구가 수행되고는 있으나, 동절기 외기온도의 저하로 인한 난방효율의 저하문제는 해소되고 있지 않고 있는 상황이다.
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 제10-2014-0133375호
(특허문헌 2) 대한민국 공개특허 제10-2015-0026499호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 실외기를 통해 열이 효과적으로 흡수되지 않는 겨울철은 물론이며, 여름철에도 냉수와 온수를 모두 생산할 수 있으며, 에너지 낭비를 최소화할 수 있는 하이브리드 히트펌프에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 하이브리드 히트 펌프는 과열방지 열교환기, 제1 냉온수 공급부, 팽창밸브, 제2 냉온수 공급부, 실외기, 압축기 및 사방밸브를 포함한다. 상기 과열방지 열교환기는 냉매를 순환시킨다. 상기 제1 냉온수 공급부는 상기 과열방지 열교환기와 연결되어 냉수 또는 온수를 공급한다. 상기 팽창밸브는 상기 제1 냉온수 공급부와 상기 과열방지 열교환기 사이에 연결되어 냉매를 팽창시킨다. 상기 제2 냉온수 공급부는 상기 제1 냉온수 공급부와 다른 방향으로 상기 과열방지 열교환기와 연결되어 냉수 또는 온수를 공급한다. 상기 실외기는 상기 과열방지 열교환기와 상기 제2 냉온수 공급부 사이에서 병렬로 연결된다. 상기 압축기는 상기 냉매를 압축하여 고온 및 고압의 냉매로 전환한다. 상기 사방밸브는 상기 과열방지 열교환기, 상기 압축기, 상기 제2 냉온수 공급부 및 상기 실외기와 연결되어, 상기 냉매의 순환 방향을 제어한다.
일 실시예에서, 상기 사방밸브는, 여름철에는 상기 과열방지 열교환기로부터 냉매를 제공받으며, 겨울철에는 상기 과열방지 열교환기로 냉매를 제공하도록 냉매를 순환시킬 수 있다.
일 실시예에서, 여름철에는, 상기 제1 냉온수 공급부는 냉매와 열교환으로 냉수를 생산하여 공급하고, 상기 제2 냉온수 공급부는 냉매와 열교환으로 온수를 생산하여 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 냉온수 공급부 및 상기 제2 냉온수 공급부는 공조기와 연결되어, 각각 냉수 및 온수를 상기 공조기로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 과열방지 열교환기에서 제공된 냉매는 상기 사방밸브를 통해 상기 압축기에서 고온 및 고압의 냉매로 전환되고, 온수가 필요한 경우 상기 제2 냉온수 공급부를 통해 외부로 온수를 제공하고, 온수가 필요하지 않은 경우 상기 실외기로 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 냉온수 공급부 또는 상기 실외기를 통과한 냉매는 상기 과열방지 열교환기로 재순환될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 과열방지 열교환기로 재순환된 냉매는 상기 팽창밸브를 통해 감압되어 상기 제1 냉온수 공급부로 제공되고, 상기 제1 냉온수 공급부는 외부로 냉수를 제공하며, 상기 제1 냉온수 공급부를 통과한 냉매는 상기 과열방지 열교환기로 재순환될 수 있다.
일 실시예에서, 겨울철에는, 상기 제1 냉온수 공급부는 냉매와 열교환으로 온수를 생산하여 공급하고, 상기 제2 냉온수 공급부는 냉매와 열교환으로 냉수를 생산하여 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 냉온수 공급부 및 상기 제2 냉온수 공급부는 공조기와 연결되어, 각각 온수 및 냉수를 상기 공조기로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압축기에서 고온 및 고압의 냉매로 전환된 냉매는 상기 사방밸브를 통해 상기 과열방지 열교환기로 제공되고, 상기 과열방지 열교환기를 통과한 냉매는 상기 제1 냉온수 공급부를 통해 외부로 온수를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 냉온수 공급부를 통과한 냉매는 상기 팽창밸브를 통해 감압되어 상기 과열방지 열교환기로 재순환될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 과열방지 열교환기로 재순환된 냉매는 냉수가 필요한 경우 상기 제2 냉온수 공급부를 통해 외부로 냉수를 제공하고, 냉수가 필요하지 않은 경우 상기 실외기로 제공되며, 상기 제2 냉온수 공급부 또는 상기 실외기를 통과한 냉매는 상기 사방밸브를 통해 상기 압축기로 재순환될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 하나의 하이브리드 히트 펌프를 통해 냉수와 온수를 동시에 제공할 수 있으며, 특히 사방밸브를 통해 냉매 순환의 방향만을 전환함으로써, 여름철과 겨울철 등 계절과 무관하게 냉수와 온수를 동시에 제공할 수 있다.
이에 따라, 실외기를 통해 열이 효과적으로 흡수되지 않는 겨울철은 물론이며, 여름철에도 냉수와 온수를 모두 생산할 수 있으며, 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 사방밸브는 압축기와 연결되어, 상기 압축기에서 고온 및 고압으로 압축된 냉매를 여름철에는 제2 냉온수공급부 또는 실외기로 공급하고, 겨울철에는 과열방지 열교환기를 통과하여 제1 냉온수공급부로 공급하도록 냉매의 순환 방향을 제어함으로써, 계절과 무관하게 냉수와 온수를 동시에 공급할 수 있다.
한편, 실외기는 상기 제2 냉온수공급부와 병렬로 연결되어, 여름철에 온수가 필요 없는 경우 실외기를 통해 외부로 열을 발산하도록 유도하며, 겨울철에 냉수가 필요 없는 경우 실외기를 통해 외부로부터 열을 흡수하도록 유도함으로써, 불필요한 에너지의 낭비를 최소화할 수 있다.
이를 통해, 상기 하이브리드 히트 펌프는, 종래 냉난방장치에서 발생하는 압축기 과열이나 적상 등의 문제를 해소하면서 난방효율을 향상시킬 수 있고, 제어 시스템을 상대적으로 단순화하면서 안정적인 운용이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 히트펌프의 여름철의 구동 상태를 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 하이브리드 히트펌프의 겨울철의 구동 상태를 도시한 모식도이다.
도 3은 도 1의 하이브리드 히트펌프를 이용한 항온항습 시스템을 도시한 모식도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 히트펌프의 여름철의 구동 상태를 도시한 모식도이다. 도 2는 도 1의 하이브리드 히트펌프의 겨울철의 구동 상태를 도시한 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 하이브리드 히트펌프(100)는 제1 냉온수 공급부(110), 제2 냉온수 공급부(120), 팽창밸브(130), 과열방지 열교환기(140), 압축기(150), 사방밸브(4-way valve)(170) 및 실외기(180)를 포함한다.
상기 과열방지 열교환기(140)는 냉매를 순환시키며, 상기 제1 및 제2 냉온수 공급부들(110, 120), 상기 팽창밸브(130), 상기 사방밸브(4-way valve)(170) 및 상기 실외기(180)와 연결된다.
상기 제1 냉온수 공급부(110)는 상기 과열방지 열교환기(140)와 연결되며, 냉수 또는 온수를 공급하고, 공급된 냉수 또는 온수가 사용된 후 이를 다시 유입받는다.
상기 팽창밸브(130)는 상기 제1 냉온수 공급부(110)와 상기 과열방지 열교환기(140)의 사이에 연결되어 냉매를 팽창시킨다.
상기 제2 냉온수 공급부(120)는 상기 제1 냉온수 공급부(110)와는 다른 방향으로 상기 과열방지 열교환기(140)와 연결되며, 온수 또는 냉수를 공급하고, 공급된 온수 또는 냉수가 사용된 후 이를 다시 유입받는다.
상기 실외기(180)는 상기 과열방지 열교환기(140)와 상기 제2 냉온수 공급부(120) 사이에서 병렬로 연결된다.
상기 압축기(150)는 상기 사방밸브(170)에 연결되어, 상기 사방밸브(170)로부터 제공받은 냉매를 압축하여 고온 및 고압의 냉매로 전환하여, 다시 상기 사방밸브(170)로 제공한다.
상기 사방밸브(170)는 상기 압축기(150)와 연결되어 고온 및 고압의 냉매를 제공받는다. 또한, 상기 사방밸브(170)는 상기 과열방지 열교환기(140)와 연결되며, 상기 제2 냉온수 공급부(120) 및 상기 실외기(180)와는 병렬로 연결된다.
상기 사방밸브(170)는 상기 압축기(150)로부터 제공받은 고온 및 고압의 냉매를 상기 과열방지 열교환기(140) 측으로 제공하거나, 또는 상기 제2 냉온수 공급부(120) 및 상기 실외기(180) 측으로 제공하는 등, 상기 고온 및 고압의 냉매의 순환 방향을 제어한다.
한편, 본 실시예에 의한 하이브리드 히트 펌프(100)는 도면에 도시된 바와, 상기에서 설명한 바와 같은 연결관계를 가지며, 계절에 따라 냉매의 순환방향이 제어되어 계절에 무관하게 온수 및 냉수를 동시에 공급할 수 있다.
이하에서는, 여름철 및 겨울철로 나누어, 상기 하이브리드 히트 펌프(100)를 통한 온수 및 냉수의 공급 방법에 대하여 설명한다.
도 1을 다시 참조하면, 여름철(예를 들어, 5월~9월 사이)에는, 상기 제1 냉온수 공급부는 냉매와의 열교환으로 냉수를 생산하여 공급하고(즉, 증발기로서 역할을 수행함), 상기 제2 냉온수 공급부는 냉매와의 열교환으로 온수를 생산하여 공급한다(즉, 응축기로서 역할을 수행함).
보다 구체적으로, 상기 사방밸브(170)는 상기 과열방지 열교환기(140)로부터 냉매를 제공받도록 냉매의 순환 방향을 제어하며, 이에 따라 상기 과열방지 열교환기(140)로부터 제공된 냉매는 상기 사방밸브(170)를 통해 상기 압축기(150)로 제공된다.
상기 압축기(150)는 상기 약 25℃ 내외의 냉매를 압축하여 약 90~120℃ 내외의 고온 및 고압의 냉매로 전환하고, 상기 고온 및 고압의 냉매는 상기 사방밸브(170)로 제공된다.
상기 사방밸브(170)는 상기 고온 및 고압의 냉매를 상기 제2 냉온수 공급부(120) 또는 상기 실외기(180)로 선택적으로 제공한다.
즉, 온수의 공급이 필요한 경우라면, 상기 고온 및 고압의 냉매는 상기 제2 냉온수 공급부(120)로 공급되며, 상기 제2 냉온수 공급부(120)는 상기 냉매와의 열교환을 통해 약 45~60℃ 내외의 난방용 온수를 생산한다.
이렇게 생산된 온수는 외부로 제공되며, 외부에서 사용된 온수는 다시 상기 제2 냉온수 공급부(120)로 환수된다. 이 때, 상기 온수의 환수에 따라 상기 냉매는 일정부분 냉각된다.
한편, 상기 제2 냉온수 공급부(120)를 통과한 냉매는 상기 과열방지 열교환기(140)로 재순환된다.
이와 달리, 온수의 공급이 필요하지 않은 경우라면, 상기 고온 및 고압의 냉매는 상기 실외기(180)로 공급되며, 상기 실외기(180)를 통해 상기 냉매의 온도가 저하되며 상기 과열방지 열교환기(140)로 재순환된다.
상기 과열방지 열교환기(140)는 상기 제2 냉온수 공급부(120) 또는 상기 실외기(180)로부터 제공받은 냉매를 순환시키며 약 30℃ 내외로 냉매를 냉각시킨다.
이렇게 냉각된 냉매는 상기 팽창밸브(130)로 제공되며, 상기 팽창밸브(130)에서는 상기 냉매를 팽창시키며 감압하여 약 0℃ 내외로 기화시켜 냉각시킨다.
이와 같이, 약 0℃ 내외로 냉각된 냉매는 상기 제1 냉온수 공급부(110)로 제공되며, 상기 제1 냉온수 공급부(110)에서는 열교환을 통해 약 7℃ 내외의 냉수를 생산하며, 이렇게 생산된 냉수는 외부로 제공된다.
한편, 외부로 공급된 냉수는 다시 상기 제1 냉온수 공급부(110)로 환수되며, 상기 냉수의 환수에 따라 상기 냉매는 일정부분 가열되며, 이렇게 가열된 냉매는 상기 과열방지 열교환기(140)로 재순환된다.
이 후, 상기 과열방지 열교환기(140)를 통해 상기 냉매는 상기 사방밸브(170)로 다시 제공되며, 이러한 사이클로 상기 냉매가 순환한다.
또한, 상기 사이클로 냉매가 순환함에 따라, 상기 제2 냉온수 공급부(120)에서는 온수를 제공하게 되며, 상기 제1 냉온수 공급부(110)에서는 냉수를 제공하게 된다.
그리하여, 상기 하이브리드 히트 펌프(100)를 통해 여름철에 냉수 및 온수를 필요에 따라 동시에 제공할 수 있게 된다.
도 2를 다시 참조하면, 겨울철(예를 들어, 10월~4월 사이)에는, 상기 제1 냉온수 공급부는 냉매와의 열교환으로 온수를 생산하여 공급하고(즉, 응축기로서 역할을 수행함), 상기 제2 냉온수 공급부는 냉매와의 열교환으로 냉수를 생산하여 공급한다(즉, 증발기로서 역할을 수행함).
보다 구체적으로, 상기 사방밸브(170)는 상기 과열방지 열교환기(140)로 냉매를 제공하도록 냉매의 순환 방향을 제어한다.
이에 따라, 상기 압축기(150)를 통해 상기 약 25℃ 내외의 냉매가 압축되어 약 90~120℃ 내외의 고온 및 고압의 냉매로 전환된 후, 상기 고온 및 고압의 냉매는 상기 사방밸브(170)를 통해 상기 과열방지 열교환기(140)로 제공된다.
상기 과열방지 열교환기(140)는 상기 고온 및 고압의 냉매를 상기 제1 냉온수 공급부(110)로 제공하며, 상기 제1 냉온수 공급부(110)는 상기 냉매와의 열교환을 통해 약 45~60℃ 내외의 난방용 온수를 생산한다.
이렇게 생산된 온수는 외부로 제공되며, 외부에서 사용된 온수는 다시 상기 제1 냉온수 공급부(110)로 환수된다. 이 때, 상기 온수의 환수에 따라 상기 냉매는 일정부분 냉각된다.
한편, 상기 제1 냉온수 공급부(110)를 통과한 냉매는 상기 팽창밸브(130)로 제공되며, 상기 팽창밸브(130)에서는 상기 냉매를 팽창시키며 감압하여 약 0℃ 내외로 기화시켜 냉각시킨다.
이와 같이, 약 0℃ 내외로 냉각된 냉매는, 냉수의 공급이 필요한 경우라면, 상기 제2 냉온수 공급부(120)로 제공되며, 상기 제2 냉온수 공급부(120)에서는 열교환을 통해 약 7℃ 내외의 냉수를 생산하며, 이렇게 생산된 냉수는 외부로 제공된다.
한편, 외부로 공급된 냉수는 다시 상기 제2 냉온수 공급부(120)로 환수되며, 상기 냉수의 환수에 따라 상기 냉매는 일정부분 가열되며, 이렇게 가열된 냉매는 상기 사방밸브(170)를 통해 상기 압축기(150)로 재순환된다.
이와 달리, 냉수의 공급이 필요하지 않은 경우라면, 상기 약 0℃ 내외로 냉각된 냉매는, 상기 실외기(180)로 제공되며, 상기 실외기(180)에서는 외부로부터의 열의 흡수를 통해 상기 냉매를 일정부분 가열하고, 상기 가열된 냉매는 상기 사방밸브(170)를 통해 상기 압축기(150)로 재순환된다.
이후, 상기 압축기(150)를 통해 고온 및 고압으로 압축된 냉매는 상기 사방밸브(170)를 통해 상기 과열방지 열교환기(140)로 제공되며, 이러한 사이클로 상기 냉매가 순환한다.
또한, 상기 사이클로 냉매가 순환함에 따라, 상기 제1 냉온수 공급부(110)에서는 온수를 제공하게 되며, 상기 제2 냉온수 공급부(120)에서는 냉수를 제공하게 된다.
그리하여, 상기 하이브리드 히트 펌프(100)를 통해 겨울철에 냉수 및 온수를 필요에 따라 동시에 제공할 수 있게 된다.
도 3은 도 1의 하이브리드 히트펌프를 이용한 항온항습 시스템을 도시한 모식도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 하이브리드 히트펌프(100)는 공조기(190)와 연결되어, 항온항습 시스템을 구현할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 냉온수 공급부(110) 및 상기 제2 냉온수 공급부(120)는 모두 상기 공조기(190)와 연결된다.
그리하여, 상기 제1 냉온수 공급부(110)를 통해 생산된 온수는 상기 공조기(190)로 공급되고, 상기 공조기(190)에서 사용된 온수는 상기 제1 냉온수 공급부(110)로 환수된다.
또한, 상기 제2 냉온수 공급부(120)를 통해 생산된 냉수는 상기 공조기(190)로 공급되고, 상기 공조기(190)에서 사용된 냉수는 상기 제2 냉온수 공급부(110)로 환수된다.
한편, 도시하지는 않았으나, 상기 제1 냉온수 공급부(110)를 통해 냉수가 생산되고, 상기 제2 냉온수 공급부(120)를 통해 온수가 생산되는 경우에도, 상기 공조기(190)로 냉수 및 온수가 모두 공급되고 환수될 수 있다.
이와 같이, 상기 공조기(190)는 여름철은 물론 겨울철, 즉 1년 내내 필요에 따라 냉수 또는 온수를 공급받을 수 있으며, 이를 통해 항온항습 시스템을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 하나의 하이브리드 히트 펌프를 통해 냉수와 온수를 동시에 제공할 수 있으며, 특히 사방밸브를 통해 냉매 순환의 방향만을 전환함으로써, 여름철과 겨울철 등 계절과 무관하게 냉수와 온수를 동시에 제공할 수 있다.
이에 따라, 실외기를 통해 열이 효과적으로 흡수되지 않는 겨울철은 물론이며, 여름철에도 냉수와 온수를 모두 생산할 수 있으며, 에너지 소비를 최소화할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 사방밸브는 압축기와 연결되어, 상기 압축기에서 고온 및 고압으로 압축된 냉매를 여름철에는 제2 냉온수공급부 또는 실외기로 공급하고, 겨울철에는 과열방지 열교환기를 통과하여 제1 냉온수공급부로 공급하도록 냉매의 순환 방향을 제어함으로써, 계절과 무관하게 냉수와 온수를 동시에 공급할 수 있다.
한편, 실외기는 상기 제2 냉온수공급부와 병렬로 연결되어, 여름철에 온수가 필요 없는 경우 실외기를 통해 외부로 열을 발산하도록 유도하며, 겨울철에 냉수가 필요 없는 경우 실외기를 통해 외부로부터 열을 흡수하도록 유도함으로써, 불필요한 에너지의 낭비를 최소화할 수 있다.
이를 통해, 상기 하이브리드 히트 펌프는, 종래 냉난방장치에서 발생하는 압축기 과열이나 적상 등의 문제를 해소하면서 난방효율을 향상시킬 수 있고, 제어 시스템을 상대적으로 단순화하면서 안정적인 운용이 가능하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 히트 펌프는 냉수 또는 온수를 이용하는 각종 보일러, 히트 펌프 등에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
100 : 하이브리드 히트 펌프 110 : 제1 냉온수 공급부
120 : 제2 냉온수 공급부 130 : 팽창밸브
140 : 과열방지 열교환기 150 : 압축기
170 : 사방밸브(4-way valve) 180 : 실외기
190 : 공조기

Claims (12)

  1. 냉매를 순환시키는 과열방지 열교환기;
    상기 과열방지 열교환기와 연결되어 냉수 또는 온수를 공급하고, 사용된 냉수 또는 온수를 다시 유입받는 제1 냉온수 공급부;
    상기 제1 냉온수 공급부와 상기 과열방지 열교환기 사이에 연결되어 냉매를 팽창시키는 팽창밸브;
    상기 제1 냉온수 공급부와 다른 방향으로 상기 과열방지 열교환기와 연결되어 냉수 또는 온수를 공급하고, 사용된 냉수 또는 온수를 다시 유입받는 제2 냉온수 공급부;
    상기 과열방지 열교환기와 상기 제2 냉온수 공급부 사이에서 병렬로 연결된 실외기;
    상기 냉매를 압축하여 고온 및 고압의 냉매로 전환하는 압축기;
    상기 과열방지 열교환기 및 상기 압축기와 연결되며, 상기 제2 냉온수 공급부 및 상기 실외기와는 병렬로 연결되어, 상기 냉매의 순환 방향을 제어하는 사방밸브(4-way valve); 및
    상기 제1 및 제2 냉온수 공급부들과 연결되어, 상기 제1 냉온수 공급부에서 생산된 냉수 또는 온수를 공급받으며, 사용된 냉수 또는 온수를 상기 제2 냉온수 공급부로 환수하는 공조기를 포함하고,
    상기 과열방지 열교환기는, 냉매를 순환시키며, 상기 제1 및 제2 냉온수 공급부들, 상기 팽창밸브, 상기 사방밸브 및 상기 실외기와 모두 연결되고,
    상기 압축기는 상기 냉배를 상기 사방밸브로부터 제공받아 전환한 후, 다시 사방밸브로 제공하고,
    여름철에는, 과열방지 열교환기에서 제공된 냉매는 상기 압축기에서 고온 및 고압의 냉매로 전환되고, 온수가 필요한 경우 상기 제2 냉온수 공급부를 통해 외부로 온수를 제공하고, 온수가 필요하지 않은 경우 상기 실외기로 제공되고,
    겨울철에는, 과열방지 열교환기로 재순환된 냉매는 냉수가 필요한 경우 상기 제1 냉온수 공급부를 통해 외부로 냉수를 제공하고, 냉수가 필요하지 않은 경우 상기 실외기로 제공되고, 상기 제2 냉온수 공급부 또는 상기 실외기를 통과한 냉매는 상기 사방밸브를 통해 상기 압축기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사방밸브는,
    여름철에는 상기 과열방지 열교환기로부터 냉매를 제공받으며, 겨울철에는 상기 과열방지 열교환기로 냉매를 제공하도록 냉매를 순환시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트 펌프.
  3. 제1항에 있어서, 여름철에는,
    상기 제1 냉온수 공급부는 냉매와 열교환으로 냉수를 생산하여 공급하고, 상기 제2 냉온수 공급부는 냉매와 열교환으로 온수를 생산하여 공급하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트 펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 냉온수 공급부 및 상기 제2 냉온수 공급부는 공조기와 연결되어, 각각 냉수 및 온수를 상기 공조기로 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트 펌프.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 냉온수 공급부 또는 상기 실외기를 통과한 냉매는 상기 과열방지 열교환기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트 펌프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 과열방지 열교환기로 재순환된 냉매는 상기 팽창밸브를 통해 감압되어 상기 제1 냉온수 공급부로 제공되고,
    상기 제1 냉온수 공급부는 외부로 냉수를 제공하며,
    상기 제1 냉온수 공급부를 통과한 냉매는 상기 과열방지 열교환기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트 펌프.
  8. 제1항에 있어서, 겨울철에는,
    상기 제1 냉온수 공급부는 냉매와 열교환으로 온수를 생산하여 공급하고, 상기 제2 냉온수 공급부는 냉매와 열교환으로 냉수를 생산하여 공급하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트 펌프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 냉온수 공급부 및 상기 제2 냉온수 공급부는 공조기와 연결되어, 각각 온수 및 냉수를 상기 공조기로 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트 펌프.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 압축기에서 고온 및 고압의 냉매로 전환된 냉매는 상기 사방밸브를 통해 상기 과열방지 열교환기로 제공되고,
    상기 과열방지 열교환기를 통과한 냉매는 상기 제1 냉온수 공급부를 통해 외부로 온수를 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트 펌프.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 냉온수 공급부를 통과한 냉매는 상기 팽창밸브를 통해 감압되어 상기 과열방지 열교환기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트 펌프.
  12. 삭제
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002005536A (ja) * 2000-06-20 2002-01-09 Denso Corp ヒートポンプサイクル
JP2006349270A (ja) * 2005-06-16 2006-12-28 Ishimoto Kenchiku Jimusho:Kk 水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機
KR101310884B1 (ko) * 2013-04-29 2013-09-25 심우천 하이브리드형 복합식 냉온수 생산시스템 및 그 생산시스템의 작동방법
KR101592996B1 (ko) * 2015-07-17 2016-02-11 이완호 하이브리드 냉난방장치를 이용한 온배수 폐열 재활용시스템

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3972860B2 (ja) * 2003-05-15 2007-09-05 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
KR20120117527A (ko) * 2011-04-15 2012-10-24 범영준 냉,난방 및 급탕기능을 가지는 냉동시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002005536A (ja) * 2000-06-20 2002-01-09 Denso Corp ヒートポンプサイクル
JP2006349270A (ja) * 2005-06-16 2006-12-28 Ishimoto Kenchiku Jimusho:Kk 水熱源ヒートポンプ式輻射パネル用空調機
KR101310884B1 (ko) * 2013-04-29 2013-09-25 심우천 하이브리드형 복합식 냉온수 생산시스템 및 그 생산시스템의 작동방법
KR101592996B1 (ko) * 2015-07-17 2016-02-11 이완호 하이브리드 냉난방장치를 이용한 온배수 폐열 재활용시스템

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