KR102039543B1 - 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템 및 이를 이용한 방법 - Google Patents

빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템 및 이를 이용한 방법 Download PDF

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이정석
김명주
정순문
이창용
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주식회사 마노아
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Abstract

본 발명은 하절기, 동절기, 및 혹한기를 일정 온도에 따라 나눠 적용하는 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템에 있어서, 하절기에는 전력 소모가 적은 심야 시간에 신 사이클을 적용하여 탱크 안에 증발기와 브라인을 이용한 빙축 시스템을 가동하고, 동절기에는 일반 단사이클로 운전하며, 열원이 적은 혹한기에는 자동으로 이원 시스템으로 전환하여 고온수를 생산하여 축열탱크 안에 응축 코일을 통하여 열을 저장하며 필요시 난방 및 온수를 사용하는 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

Description

빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템 및 이를 이용한 방법{Ice-cooled and heated and hot water integrated heat pump system and the method using it}
본 발명은 하절기, 동절기, 및 혹한기를 일정 온도에 따라 나눠 적용하는 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템에 있어서, 하절기에는 전력 소모가 적은 심야 시간에 신 사이클을 적용하여 탱크 안에 증발기와 브라인을 이용한 빙축 시스템을 가동하고, 동절기에는 일반 단사이클로 운전하며, 열원이 적은 혹한기에는 자동으로 이원 시스템으로 전환하여 고온수를 생산하여 축열탱크 안에 응축 코일을 통하여 열을 저장하며 필요시 난방 및 온수를 사용하는 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프는 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기로 이루어져 냉동 사이클을 통해 냉방과 난방을 수행한다.
증발기에서 냉매가 비등하면서 열을 외부에서 흡수하고, 비등한 냉매가스는 압축기에서 고온 고압의 가스로 압축되어 응축기로 보내어진다.
응축기에서 외부로 열을 방출하여 고압의 냉매가스는 응축 액화되어 저온고압의 액체상태로 응축되며, 응축된 냉매는 팽창 밸브를 통하여 교축(Throttling) 팽창되면서 일부 냉매 액은 증발하고, 잠열의 흡수를 통하여 냉매 액은 더욱 차가워진 저온저압의 액상 및 기상이 공존하는 상태가 되어 증발기를 통하여 비등을 하게 된다.
이와 같이 냉동 사이클은 열을 흡수하는 부분과 방출하는 부분을 동시에 가지며, 열을 증발기에서 흡수하여 응축기로 열을 이송함으로써 냉난방을 동시에 수행할 수 있다.
일반적으로 이원 냉동사이클은 -52℃ 이하에서 비등하는 저온냉매를 사용하는 저온 측과, 비교적 -11℃ 이상에서 원활히 비등하는 고온냉매를 사용하는 고온측으로 구분된다.
상기 고온 측 냉매의 증발과 저온 측 냉매의 응축이 하나의 캐스케이드 열교환기에서 일어나도록 구성하면 겨울철 외기온도가 낮더라도 고온 측의 냉매 토출가스 온도가 고온으로 유지될 수 있기 때문에 온수생산에 효과적이다.
이러한 저온 측과 고온 측을 이원으로 구성하여 냉난방 및 급탕용으로 활용한 장치가 바로 히트펌프이다.
상기 히트펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치이다.
종래 히트 펌프 제품으로는 수축열, 빙축열, 고온수 이원히트펌프, 칠러, 흡수식 냉동기 등이 있다.
이러한 수축열히트펌프, 칠러는 하절기에 7℃ 정도의 물 생산이 가능하나 이 물을 저장하기 위해 일반적 빙축탱크의 8배 이상의 크기의 저장 탱크가 필요하며, 동절기 영하권에서는 성능 저하 및 파손의 우려까지 있어 가동이 어렵고 보조 열원(열교환을 보조하는 다수의 보조열원)도 필요한 문제가 있었다.
상기 빙축열 히트펌프의 경우 하절기에만 사용이 가능하며, 동절기에는 대체 열원이 필요한 문제가 있었다.
상기 고온수 이원히트펌프의 경우 동절기에만 사용 가능하며, 하절기에는 다른 냉방장치가 필요한 문제가 있었다.
또한 흡수식 냉동기의 경우 하절기에만 사용이 가능하며, 동절기에는 다른 열원이 필요한 문제가 있었다.
한국등록특허 제1350611호 한국등록특허 제0738354호 한국등록특허 제1356276호 일본공개특허 제2011-106718호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 하절기에는 심야 시간에 신 사이클을 적용하여 증발기와 브라인을 이용한 효율 높은 빙축 시스템을 가동하고, 동절기에는 일반 단사이클로 운전하며, 혹한기에는 이원 시스템으로 전환하여 고온수를 생산하여 축열탱크 안에 응축 코일을 통하여 열을 저장하도록 제어하는 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 하절기, 동절기, 및 혹한기를 일정 온도에 따라 나눠 적용하는 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템에 있어서, 하절기에는 전력 소모가 적은 심야 시간에 신 사이클을 적용하여 탱크 안에 증발기와 브라인을 이용한 빙축 시스템을 가동하고, 동절기에는 일반 단사이클로 운전하며, 열원이 적은 혹한기에는 자동으로 이원 시스템으로 전환하여 고온수를 생산하여 축열탱크 안에 응축 코일을 통하여 열을 저장하며 필요시 난방 및 온수를 사용한다.
상기 하절기(빙축) 신 사이클인 경우, 컴프레셔(A)로부터 흡입 압축된 고온의기체 가스를 컴프레셔 출구에 연결되어 기름을 분리하는 유분리기(oil separator:u1)를 통하여 상기냉매 가스를 실외 열교환기(응축기)로 유도하는 4 way 밸브(e3); 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 실외열교환기에서 열교환한 후 제1 사이클 열교환기(c1)로 전달하는 실외열교환기; 상기 실외열교환기의 출구와 양방향드라이어 사이에 설치되어 냉매를 전달받아 압력을 유지시키는 제1 압력유지밸브(p2); 상기 압력유지밸브의 출구에 일 측이 연결된 양방향드라이어(F3); 상기 양방향드라이어(F3)로부터 냉매를 전달받아 열을 교환하여 잔여 기체를 액체화하는 제1 사이클 열교환기(c1); 상기 제1 사이클 열교환기(c1)에서, 상기 제2 사이클 열교환기(c2)의 출구에 일 측이 연결되고 제2 냉방팽창변(o2) 입구에 타 측이 연결되어 냉매를 보충하거나 저장하는 수액기(p3); 상기 수액기(p3)로 부터 냉매를 전달받아 팽창시키는 제2 냉방팽창변(o2); 상기 제2 냉방팽창변(o2)으로부터 삼방변(e2)을 통해 냉매를 전달받아 냉온수 열교환하는 냉온수 열교환기(b1); 상기 냉온수 열교환기(b1)로부터 삼방변(e1)을 통해 4 way 밸브(e3)를 거쳐 이동하는 냉매를 전달받아 컴프레셔(A)에 공급하는 액분리기(D1);로 구성된다.
상기 동절기의 일반 단사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 압축하는 컴프레셔(A); 상기 컴프레셔의 출구에 연결되어 기름을 분리하는 유분리기(u1); 상기 냉매를 냉온수열교환기로 유도하는 4 way 밸브(e3); 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 통해 온수를 생산하는 온수 열교환기(b1); 상기 냉온수열교환기(b1)로부터 냉매를 전달받아 전달하는 삼방변(e2);상기 역지변(g1)으로부터 전달받은 냉매를 열교환하는 제1 사이클 열교환기(c1); 이때 응축 하고난(후레쉬가스)와 증발하고난 증기가스를 맞 교환하여 응축에는 액화를 흡입에는 과냉방지 효과를 제1 사이클 열교환기(c1)에서 행하며, 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향드라이어(F3)와 난방팽창변(o1)을 통해 냉매를 전달 받아 열을 교환하는 실외열교환기(증발기); 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 보내주는 4way밸브(e3)에서,액분리기(d1)로 보내어지며 다시 셕션휠터(f2)를 거쳐 이동시키는 컴프레셔(A);로 구성된다.
상기 혹한기의 이원 난방 사이클인 경우, 컴프레셔(A)와, 컴프레셔(A1)이 동시에 가동된다, 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 고온 압축하는 컴프레셔(A); 상기 컴프레셔(A)의 출구에 연결되어 기름을 분리하는 유분리기(u1); 상기 유분리기(u1)를 통과한 냉매를 유도하는 4 way 밸브(e3); 상기 4 way 밸브(e3)의 출구를 통과한 냉매를 삼방변(e1)을 통해 전달받아 열교환하는 캐스케이드 열교환기(b3); 상기 캐스케이드 열교환기(b3)로부터 냉매를 삼방변(e2)을 통해 전달받아 열교환하는 제1 사이클 열교환기(c1); 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향드라이어(F3)와 난방팽창변(o1)을 통해 냉매를 전달 받아 열을 교환하는 실외열교환기(증발기); 이때 케스케이드에서 열교환한 잔열과 이원사이클 고온 열교환기(b2)에서 응축하고 남은 잔열(후레쉬가스), 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 열교환하여 제1 사이클 열교환기(c1)에 전달하는 제2 사이클 열교환기(c2); 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 상기 4 way 밸브(e3)로 다시 이동시키는 컴프레셔(A);로 구성된다. 컴프레셔(A1)도 컴프레셔(A)와 동시에 가동되며, 사이클 흐름은 다음과 같다,
컴프레셔(A1)에서 압축된 고온의 가스는 유분리기(u2)를 거쳐 열교환기(b2)에서 열교환후 양방향 드라이어(f4)를 거쳐 제2 사이클 열교환기(c2)를 통과 잔열교환 후 수액기(d4)를 거쳐 난방 팽창변(o3)에서 팽창후 케스케이드 열교환기(b3)에서 열교환후 액분리기(d2)를 거쳐 셕션휠터(f1)를 통과후 컴프레셔(A1)로 연결된다.
상기 하절기에 신 사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)를 통해 압축하는 단계; 상기 컴프레셔의 출구에 연결되어 유분리기(u1)로 기름을 분리하는 단계; 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 통해 실외열교환기로 유도하는 단계; 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 실외열교환기를 거쳐 제1 사이클 열교환기(c1)로 전달하는 단계; 상기 실외열교환기의 출구와 양방향드라이어 사이에 설치된 압력유지변(p2)의 출구에 일 측이 연결된 양방향드라이어(F3)로 냉매를 전달받아 열을 교환하는 잔여 기체를 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 액체화하는 단계; 상기 제1 사이클 열교환기(c1)를 통과하여 제2 사이클 열교환기(c2)의 출구에 일 측이 연결되고 입구에 타 측이 연결되어 수액기(p3)를 통해 액을 모으는 단계: 상기 수액기(p3)로부터 냉매를 전달받아 제2 냉방팽창변(o2)을 통해 팽창시키는 단계; 상기 제2 냉방팽창변(o2)으로부터 삼방변(e2)을 통해 냉온수 열교환기(b1)가 냉온수 열교환 후 삼방변(e1)을 통과후 냉매를 4 way 밸브(e3)를 거쳐 제1 사이클열교환기(c1)를 통과후 액분리기(d1)를 거쳐 셕션휠터(f2)를 통과후 컴프레셔(A)로 다시 이동시키는 단계;로 구성된다.
상기 동절기의 일반 단사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)를 통해 압축하는 단계; 상기 컴프레셔(A)의 출구에 연결되어 유분리기(u1)로 기름을 분리하는 단계; 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 통해 냉온수열교환기(b1)로 유도하는 단계; 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 통해 냉온수를 생산하는 냉온수 열교환기(b1)로부터 냉매를 전달받아 삼방변(e2)을 통과후 제2사이클 열교환기(c2)와 제1 사이클 열교환기(c1)로 열교환하는 단계; 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향드라이어(F3)와 난방팽창변(o1)을 통해 냉매를 전달 받아 실외열교환기(증발기)를 통해 열을 교환하는 단계; 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 4way밸브(e3)를 거쳐 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 전달하는 단계; 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 열교환 후 냉매를 액분리기(d1)를 거쳐 셕션휠터(f2)를 통과후 컴프레셔(A)로 다시 이동시키는 단계;로 구성된다.
상기 혹한기의 이원 난방 사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)로 압축하는 단계; 상기 컴프레셔(A)의 출구에 연결되어 기름을 유분리기(u1)로 분리하는 단계; 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 통해 실외열교환기로 유도하는 단계; 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 삼방변(e1)을 통해 전달받아 캐스케이드 열교환기(b3)로 열교환하는 단계; 상기 캐스케이드 열교환기(b3)로부터 냉매를 전달받아 제2 사이클 열교환기(c2)와 제1사이클 열교환기(c1)을 통해 열교환하는 단계; 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향 드라이어(f3)를 거쳐 난방팽창변(o1)을 통해 팽창하여 실외 열교환기(증발기)로 열을 교환하는 단계; 상기 실외열교환기(증발기)로부터 냉매를 전달받아 4 way 밸브(e3)를 거쳐 제1 사이클열교환기(c1)로 열교환후 액분리기(d1)를 거쳐 셕션휠터를 통과후 컴프레셔(A)로 다시 이동시키는 단계;로 구성된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 하절기, 동절기, 및 혹한기에 각기 다른 장치로 운영하는 데 따른 번거로움을 해소하기 위해 빙축, 난방, 및 온수 공급 시스템을 단일화하여 빙축 및 수축을 수행하면서 이와 동시에 온수 공급까지 가능하다.
또한 본 발명은 빙축, 난방, 및 온수 공급 시스템을 단일화하고, 혹한기에는 이원 시스템으로 실외 온도에 따라 자동으로 전환하도록 하여 히트 펌프의 효율을 높이고 냉방 장치 및 가온 장치의 과열, 과냉에 의한 부하를 감소시켜 과부하를 미연에 방지할 수 있다.
특히 본 발명의 신 사이클의 적용시 버려지는 열을 전부 회수해 열교환 함으로서 효율 및 성능이 향상된다,
또한 본 발명은 동절기에 배관 및 장비의 동파 염려가 적고, 혹한기에 외부 열원 부족으로 히트 펌프 운영에 어려웠던 것을 외부 온도에 따라 혹한기에 자동으로 이원시스템으로 전환시켜 70℃ 내지 80℃ 이상의 고온수가 용이하게 생산가능하다.
또한 본 발명은 히트 펌프의 가동 매체를 브라인으로 하고, 이를 순환시킴에 따라 급격한 결빙이 아닌 고른 수축 및 결빙으로 고장의 원인을 줄일 수 있고, 기존 동절기 연료 대비 약 70% 이상 절약할 수 있으며, 수영장 같은 곳의 공기열 및 폐열도 이용하여 자연 친화적이고, 고효율적인 냉난방 효과를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템의 냉방(빙축) 사이클의 작동 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템의 난방(중온) 사이클의 작동 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템의 고온수 이원 사이클의 작동 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수영장 에너지 활용(히트 펌프) 기본 구조를 보여주는 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
본 발명에서는 하절기와 동절기에 각각의 보조 열원이 필요한 문제를 하나의 장비에 브라인과 증발 코일을 포함시켜 하절기에는 빙축시스템의 가동하고, 날씨가 쌀쌀한 봄 또는 늦가을에는 중온으로 난방 및 온수를 사용하여 해결하였다.
여기서, 본 발명의 공기열 히트펌프의 빙축 및 냉난방 시스템을 순환하는 순환매체는 시스템의 내부에서 상태변화(액체 -> 기체)를 하지 않고, 열의 흡수 전달을 수행하는 브라인(Brine)을 사용하며, 이 브라인은 간접적인 냉동 작용을 하는 중간 물질로, 염화 칼슘/염화 나트륨/염화 마그네슘 중 어느 하나, 또는 둘 이상의 혼합 수용액으로 이루어지는 것을 사용한다.
즉 날씨가 추운 동절기에는 캐스케이드 열교환기를 이용하여 이원시스템 및 브라인을 적용한 난방 및 고온수 생산을 한 대의 장비로 가동할 수 있으면서, 히트 펌프의 가동 매체를 브라인으로 하여 동절기에 동파 방지와 종래 발명의 각기 다른 운영에 따른 번거로움을 해소하고 효율을 높일 수 있다.
본 발명은 하절기, 동절기, 혹한기에 따라 냉방, 난방, 또는 고온수 이원 사이클로 변환시키기 위해, 하절기에는 심야 시간에 신 사이클을 적용하여 증발기와 브라인을 이용한 빙축 시스템을 가동하고, 동절기에는 일반 단사이클로 운전하며, 혹한기에는 이원 시스템으로 전환하여 고온수를 생산하여 축열탱크 안에 응축 코일을 통하여 열을 저장하도록 즉시 제어하는 제어부와, 상기 하절기, 동절기, 혹한기에 따라 냉매의 흐름을 각각 실외 열교환기, 냉온수 열교환기(b1), 또는 캐스케이드 열교환기(b3)로 바꿔주는 4 way 밸브(e3)와, 상기 하절기, 동절기, 혹한기에 따라 각각 열교환을 담당하는 사이클 열교환기, 고온수 열교환기, 냉온수 열교환기, 및 캐스케이드 열교환기를 포함한다.
여기에서 신 사이클은 응축기에서 나온 냉매를 단열 팽창시켜 기화성이 강한 기체 성분은 증발기로 보내고 기화성이 약한 성분의 일부는 증발기로 흐르는 냉매의 냉각과 압축기의 중간 냉각을 수행시킴으로써 냉동 사이클 성능을 향상시킨다.
즉 제1 사이클 열교환기(c1)에서 증발기로 흐르는 냉매의 냉각과 압축기의 고온의 응축되고 남은 후레쉬가스를 중간 냉각을 수행시킴으로써 냉동 사이클 성능을 향상시킨다.
상기 제어부는 하절기, 동절기, 혹한기에 따라 냉방, 난방, 고온수 이원 사이클로 변환시키기 위해, 상기 하절기, 동절기, 혹한기에 따라 냉매의 흐름을 각각 실외 열교환기, 냉온수 열교환기(b1), 캐스케이드 열교환기(b3)로 바꿔주는 4 way 밸브(e3)를 통해 사이클 열교환기, 고온수 열교환기, 냉온수 열교환기, 및 캐스케이드 열교환기를 삼방변등을 제어하고, 하절기에는 심야 시간에 신 사이클을 적용하여 증발기와 브라인을 이용한 빙축 시스템을 가동하고, 동절기에는 일반 단사이클로 운전하며, 혹한기에는 이원 시스템으로 전환하여 고온수를 생산하여 축열탱크 안에 응축 코일을 통하여 열을 저장하도록 즉시 제어한다.
예를 들어 제어부는 빙축, 난방 및 온수 공급 시스템을 단일 시스템화하고 하절기에 전력 소모가 적은 심야 시간에 신 사이클을 적용하여 탱크 안에 증발기와 브라인을 이용한 빙축 시스템을 가동한다.
상기 동절기에는 일반 단사이클로 운전하다가 열원이 적은 혹한기에는 자동으로 이원 시스템으로 전환하여 고온수를 생산하여 축열탱크 안에 응축 코일을 통하여 열을 저장하며 필요시 난방 및 온수를 사용한다.
또한 본 발명은 혹한기에는 이원 시스템으로 실외 온도에 따라 자동으로 전환하여 히트펌프를 제공한다.
따라서 상기 히트 펌프의 효율을 높이고 냉방장치 및 가온장치의 과열, 과냉에 의한 부하를 감소시켜 과부하를 미연에 방지할 수 있고, 빙축 및 수축을 수행하면서 온수 공급까지 가능하다.
본 발명의 다른 실시예로서 실외 열교환기, 사이클 열교환기, 냉온수 열교환기, 고온수 열교환기 및 캐스케이드 열교환기로 구성된 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템에 있어서, 하절기의 경우 냉매의 흐름을 컴프레셔에서 실외 열교환기, 사이클 열교환기, 냉온수 열교환기로 유도하고, 동절기의 경우 냉매의 흐름을 컴프레셔에서 냉온수 열교환기, 사이클 열교환기, 실외열교환기로 유도하고, 혹한기의 경우 냉매의 흐름을 컴프레셔에서 캐스케이드 열교환기, 사이클 열교환기, 실외열교환기, 고온수 열교환기로 유도하도록 제어할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 하절기 신 사이클인 경우, 컴프레셔(A), 4 way 밸브(e3), 실외열교환기, 제1 사이클 열교환기(c1), 제2 사이클 열교환기(c2), 제2 난방팽창변(o2), 냉온수 열교환기(b1), 액분리기(D1) 등을 포함한다.
컴프레셔(A)는 냉온수 열교환기(b1)로부터 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 전달받은 저온 저압의 냉매를 압축하여 고압 처리하는 장치이다.
실외열교환기는 상기 컴프레셔의 냉매를 실외열교환기로 유도하는 4 way 밸브(e3)의 출구를 통과한 냉매를 열교환한 후 제1 사이클 열교환기(c1)로 전달하는 응축기 역할을 하는 장치이다.
4way 밸브(e3)는 제1밸브 내지 제3밸브로 구성되어 있으며, 이 각각의 밸브들의 개폐 여부에 따라 난방 또는 냉방을 위한 열매체의 순환이 이루어지도록 구성된다.
상기 4 way 밸브(e3)는 제1밸브(도 2)를 통해 냉매를 실외열교환기로 유도한다. 여기에서 상기 제1밸브로부터 순서대로 연결된 제2밸브(도 3)와 제3밸브(도 4)는 각각 동절기, 혹한기에 각각 연결되어 냉매를 냉온수 열교환기(b1), 캐스케이드 열교환기(b3)로 연결한다.
제1 사이클 열교환기(c1)는 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 열을 교환하여 잔여 기체를 액체화하는 장치이다. 이 때 상기 제1 사이클 열교환기(c1)에서 증발기로 흐르는 냉매의 냉각과 압축기의 중간 냉각을 수행시킴으로써 냉동 사이클 성능을 향상시킨다.
냉매 저장 탱크(p3)는 기온의 변화에따른 냉매 공급을 저장 장치에 셋팅한 수치에 따라 저장 및 공급이 이루어지는 장치이다,
제2 냉방팽창변(o2)은 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 냉매를 전달받아 팽창시키는 장치이다.
냉온수 열교환기(b1)는 상기 제2 냉방팽창변(o2)으로부터 삼방변(e2)을 통해 냉매를 전달받아 냉온수와 열교환하는 장치이다.
액분리기(D1)는 상기 냉온수 열교환기(b1)로부터 삼방변(e1)을 통해 4 way 밸브(e3)를 거쳐 이동하는 저온 저압 냉매를 전달받아 컴프레셔(A)에 공급하는 장치이다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 동절기의 일반 단사이클인 경우, 컴프레셔(A), 4 way 밸브(e3), 냉온수 열교환기(b1), 제1 사이클 열교환기(c1), 실외열교환기, 연결되는 사이클을 포함한다.
상기 동절기의 일반 단사이클에서 컴프레셔(A)는 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 저온 저압 냉매를 고온 고압으로 압축하고, 4 way 밸브(e3)는 상기 컴프레셔에서 고압으로 압축된 냉매를 실외열교환기로 유도하며, 상기 4way 밸브(e3)는 제1내지 제3밸브가 구성되어 있으며, 이 각각의 밸브들의 개폐 여부에 따라 난방 또는 냉방을 위한 열매체의 순환이 이루어지도록 구성된다.
또한 냉온수 열교환기(b1)는 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 통해 온수를 생산하고, 제1 사이클 열교환기(c1)는 상기 냉온수 열교환기(b1)로부터 냉매를 전달받아 냉매를 열교환하며, 실외열교환기는 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 냉매를 전달 받아 실외와 열을 교환하고, 제2 사이클 열교환기(c2)는 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 열교환 후 제1 사이클 열교환기(c1)에 전달하며, 상기 컴프레셔(A)는 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 저온 저압의 냉매를 전달받아 압축하여 고압 처리한 후 상기 4 way 밸브(e3)로 다시 이동시킨다.
마지막으로 도 4에 도시된 바와 같이 상기 혹한기의 이원 난방 사이클인 경우, 컴프레셔(A), 4 way 밸브(e3), 캐스케이드 열교환기(b3), 제1 사이클 열교환기(c1), 실외열교환기, 컴프레셔(A1), 유분리기(u2), 고온수열교환기(b2), 제2 사이클 열교환기(c2), 난방팽창(o3), 케스케이드열교환기(b3), 액분리기(d2), 셕션휠터(f1),으로 연결되는 사이클을 포함한다.
상기 이원 난방 사이클에서 컴프레셔(A)는 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 고온 압축하는 장치이고, 4 way 밸브(e3)는 상기 컴프레셔(A)를 통과한 냉매를 실외열교환기로 유도하는 장치이며, 캐스케이드 열교환기(b3)는 상기 4 way 밸브(e3)의 출구를 통과한 냉매를 전달받아 열교환하는 장치이고, 제1 사이클 열교환기(c1)는 상기 캐스케이드 열교환기(b3)로부터 냉매를 전달받아 열교환하는 장치이며, 실외열교환기는 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 냉매를 전달 받아 열을 교환하는 장치이고, 제2 사이클 열교환기(c2)는 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 저온 저압으로 열교환하여 제1 사이클 열교환기(c1)에 전달하는 장치이며, 컴프레셔(A)는 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 상기 4 way 밸브(e3)로 다시 이동시키는 장치이다.
또한 고온수열교환기(b2), 양방향드라이어(F4), 제2 사이클열교환기(c2), 수액기(d4), 팽창부(o3), 캐스케이드 열교환기(b3), 액분리기(d2), 저압필터(F1), 유분리기(u2)로 연결된 고온 고압의 냉매 순환 사이클이 더 추가된다.
본 발명은 하절기, 동절기, 및 혹한기를 일정 온도에 따라 나눠 적용하는 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템에 있어서, 하절기에는 전력 소모가 적은 심야 시간에 신 사이클을 적용하여 탱크 안에 증발기와 브라인을 이용한 빙축 시스템을 가동하고, 동절기에는 일반 단사이클로 운전하며, 열원이 적은 혹한기에는 자동으로 이원 시스템으로 전환하여 고온수를 생산하여 축열탱크 안에 응축 코일을 통하여 열을 저장하며 필요시 난방 및 온수를 사용한다.
상기 하절기(빙축) 신 사이클인 경우, 컴프레셔(A)로부터 흡입 압축된 고온의기체 가스를 컴프레셔 출구에 연결되어 기름을 분리하는 유분리기(oil separator:u1)를 통하여 상기냉매 가스를 실외 열교환기(응축기)로 유도하는 4 way 밸브(e3); 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 실외열교환기에서 열교환한 후 제1 사이클 열교환기(c1)로 전달하는 실외열교환기; 상기 실외열교환기의 출구와 양방향드라이어 사이에 설치되어 냉매를 전달받아 압력을 유지시키는 제1 압력유지밸브(p2); 상기 압력유지밸브의 출구에 일 측이 연결된 양방향드라이어(F3); 상기 양방향드라이어(F3)로부터 냉매를 전달받아 열을 교환하여 잔여 기체를 액체화하는 제1 사이클 열교환기(c1); 상기 제1 사이클 열교환기(c1)에서, 상기 제2 사이클 열교환기(c2)의 출구에 일 측이 연결되고 제2 냉방팽창변(o2) 입구에 타 측이 연결되어 냉매를 보충하거나 저장하는 수액기(p3); 상기 수액기(p3)로 부터 냉매를 전달받아 팽창시키는 제2 냉방팽창변(o2); 상기 제2 냉방팽창변(o2)으로부터 삼방변(e2)을 통해 냉매를 전달받아 냉온수 열교환하는 냉온수 열교환기(b1); 상기 냉온수 열교환기(b1)로부터 삼방변(e1)을 통해 4 way 밸브(e3)를 거쳐 이동하는 냉매를 전달받아 컴프레셔(A)에 공급하는 액분리기(D1);로 구성된다.
상기 동절기의 일반 단사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 압축하는 컴프레셔(A); 상기 컴프레셔의 출구에 연결되어 기름을 분리하는 유분리기(u1); 상기 냉매를 냉온수열교환기로 유도하는 4 way 밸브(e3); 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 통해 온수를 생산하는 냉온수 열교환기(b1); 상기 냉온수 열교환기(b1)로부터 냉매를 전달받아 전달하는 삼방변(e2);상기 역지변(g1)으로부터 전달받은 냉매를 열교환하는 제1 사이클 열교환기(c1); 이때 응축 하고난(후레쉬가스)와 증발하고난 증기가스를 맞 교환하여 응축에는 액화를 흡입에는 과냉방지 효과를 제1 사이클 열교환기(c1)에서 행하며, 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향드라이어(F3)와 난방팽창변(o1)을 통해 냉매를 전달 받아 열을 교환하는 실외열교환기(증발기); 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 보내주는 4way밸브(e3)에서,액분리기(d1)로 보내어지며 다시 셕션휠터(f2)를 거쳐 이동시키는 컴프레셔(A);로 구성된다.
상기 혹한기의 이원 난방 사이클인 경우, 컴프레셔(A)와, 컴프레셔(A1)이 동시에 가동된다, 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 고온 압축하는 컴프레셔(A); 상기 컴프레셔(A)의 출구에 연결되어 기름을 분리하는 유분리기(u1); 상기 유분리기(u1)를 통과한 냉매를 유도하는 4 way 밸브(e3); 상기 4 way 밸브(e3)의 출구를 통과한 냉매를 삼방변(e1)을 통해 전달받아 열교환하는 캐스케이드 열교환기(b3); 상기 캐스케이드 열교환기(b3)로부터 냉매를 삼방변(e2)을 통해 전달받아 열교환하는 제1 사이클 열교환기(c1); 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향드라이어(F3)와 난방팽창변(o1)을 통해 냉매를 전달 받아 열을 교환하는 실외열교환기(증발기); 이때 케스케이드에서 열교환한 잔열과 이원사이클 고온 열교환기(b2)에서 응축하고 남은 잔열(후레쉬가스), 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 열교환하여 제1 사이클 열교환기(c1)에 전달하는 제2 사이클 열교환기(c2); 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 상기 4 way 밸브(e3)로 다시 이동시키는 컴프레셔(A);로 구성된다. 컴프레셔(A1)도 컴프레셔(A)와 동시에 가동되며, 사이클 흐름은 다음과 같다,
컴프레셔(A1)에서 압축된 고온의 가스는 유분리기(u2)를 거쳐 열교환기(b2)에서 열교환후 양방향 드라이어(f4)를 거쳐 사이클 열교환기(c2)를 통과 잔열교환 후 수액기(d4)를 거쳐 난방 팽창변(o3)에서 팽창후 케스케이드 열교환기(b3)에서 열교환후 액분리기(d2)를 거쳐 셕션휠터(f1)를 통과후 컴프레셔(A1)로 연결된다.
이하 도 2 내지 도 4를 참고하여 본 발명의 실시를 위한 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템을 이용한 방법에 대하여 자세히 설명한다.
상기 하절기에 신 사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)를 통해 압축하는 단계; 상기 컴프레셔의 출구에 연결되어 유분리기(u1)로 기름을 분리하는 단계; 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 통해 실외열교환기로 유도하는 단계; 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 실외열교환기를 거쳐 제1 사이클 열교환기(c1)로 전달하는 단계; 상기 실외열교환기의 출구와 양방향드라이어 사이에 설치된 압력유지변(p2)의 출구에 일 측이 연결된 양방향드라이어(F3)로 냉매를 전달받아 열을 교환하는 잔여 기체를 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 액체화하는 단계; 상기 제1 사이클 열교환기(c1)를 통과하여 제2 사이클 열교환기(c2)의 출구에 일 측이 연결되고 입구에 타 측이 연결되어 수액기(p3)를 통해 액을 모으는 단계: 상기 수액기(p3)로부터 냉매를 전달받아 제2 냉방팽창변(o2)을 통해 팽창시키는 단계; 상기 제2 냉방팽창변(o2)으로부터 삼방변(e2)을 통해 냉온수 열교환기(b1)가 냉온수 열교환 후 삼방변(e1)을 통과후 냉매를 4 way 밸브(e3)를 거쳐 제1 사이클열교환기(c1)를 통과후 액분리기(d1)를 거쳐 셕션휠터(f2)를 통과후 컴프레셔(A)로 다시 이동시키는 단계;로 구성된다.
상기 동절기의 일반 단사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)를 통해 압축하는 단계; 상기 컴프레셔(A)의 출구에 연결되어 유분리기(u1)로 기름을 분리하는 단계; 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 통해 냉온수 열교환기(b1)로 유도하는 단계; 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 통해 냉온수를 생산하는 냉온수 열교환기(b1)로부터 냉매를 전달받아 삼방변(e2)을 통과후 제2 사이클 열교환기(c2)와 제1 사이클 열교환기(c1)로 열교환하는 단계; 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향드라이어(F3)와 난방팽창변(o1)을 통해 냉매를 전달 받아 실외열교환기(증발기)를 통해 열을 교환하는 단계; 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 4way밸브(e3)를 거쳐 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 전달하는 단계; 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 열교환 후 냉매를 액분리기(d1)를 거쳐 셕션휠터(f2)를 통과후 컴프레셔(A)로 다시 이동시키는 단계;로 구성된다.
상기 혹한기의 이원 난방 사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)로 압축하는 단계; 상기 컴프레셔(A)의 출구에 연결되어 기름을 유분리기(u1)로 분리하는 단계; 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 통해 실외열교환기로 유도하는 단계; 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 삼방변(e1)을 통해 전달받아 캐스케이드 열교환기(b3)로 열교환하는 단계; 상기 캐스케이드 열교환기(b3)로부터 냉매를 전달받아 제2 사이클 열교환기(c2)와 제1사이클 열교환기(c1)을 통해 열교환하는 단계; 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향 드라이어(f3)를 거쳐 난방팽창변(o1)을 통해 팽창하여 실외 열교환기(증발기)로 열을 교환하는 단계; 상기 실외열교환기(증발기)로부터 냉매를 전달받아 4 way 밸브(e3)를 거쳐 제1 사이클열교환기(c1)로 열교환후 액분리기(d1)를 거쳐 셕션휠터를 통과후 컴프레셔(A)로 다시 이동시키는 단계;로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예로서 먼저 (1) 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)를 통해 압축한다.
(2) 상기 컴프레셔의 출구에 연결되어 유분리기(u1)로 기름을 분리한다.
(3) 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 통해 실외열교환기로 유도한다.
(4) 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 실외열교환기를 거쳐 제1 사이클 열교환기(c1)로 전달한다.
(5) 상기 실외열교환기의 출구와 양방향드라이어 사이에 설치된 냉방팽창변의 출구에 일 측이 연결된 양방향드라이어(F3)로 냉매를 전달받아 열을 교환하는 잔여 기체를 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 액체화한다.
(6) 상기 제1 사이클 열교환기(c1)를 통과하여 제2 사이클 열교환기(c2)의 출구에 일 측이 연결되고 제2 냉방팽창변(o2) 입구에 타 측이 연결되어 수액기(p3)를 통해 냉매를 보충하거나 저장한다.
이 때 제1 사이클 열교환기(c1)를 통과하는 고온 고압의 프래쉬 가스가 증발 후 저온 저압의 냉매와 만나 액체로 환원하도록 하여 아래 팽창 단계를 용이하게 한다. 동절기의 일반 단사이클인 경우에는 이와 반대로 작동하게 된다.
(7) 상기 수액기(d3)로부터 냉매를 전달받아 제2 냉방팽창변(o2)을 통해 팽창시킨다.
(8) 상기 제2 냉방팽창변(o2)으로부터 삼방변(e1)을 통해 냉온수 열교환기(b1)가 냉온수 열교환 후 냉수 등을 공급하고, 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 거쳐 컴프레셔(A)로 다시 이동시킨다.
한편 동절기의 일반 단사이클인 경우 (1) 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)를 통해 압축한다.
(2) 상기 컴프레셔(A)의 출구에 연결되어 유분리기(u1)로 기름을 분리한다.
(3) 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 통해 냉온수 열교환기(b1)으로 유도한다.
(4) 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 통해 냉온수를 생산하는 냉온수 열교환기(b1)가 온수 등을 공급하고, 냉매를 전달받아 제1 사이클 열교환기(c1)로 열교환한다.
(5) 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향드라이어(F3)와 난방팽창변(o1)을 통해 냉매를 전달받아 실외열교환기(증발기)를 통해 열을 교환한다.
(6) 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 제2 사이클 열교환기(c2)를 통해 제1 사이클 열교환기(c1)에 전달한다.
(7) 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 열교환 후 냉매를 4 way 밸브(e3)를 거쳐 컴프레셔(A)로 다시 이동시킨다.
한편 혹한기의 이원 난방 사이클인 경우 (1) 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)로 압축한다.
(2) 상기 컴프레셔(A)의 출구에 연결되어 기름을 유분리기(u1)로 분리한다.
(3) 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 거쳐 삼방변(e1)을 거쳐 캐스케이드열교환기(b3)으로 유도한다.
(4) 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 삼방변(e1)을 통해 전달받아 캐스케이드 열교환기(b3)로 열교환한다.
(5) 상기 캐스케이드 열교환기(b3)로부터 냉매를 전달받아 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 열교환한다.
(6) 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 난방팽창변(o1)을 통해 냉매를 전달 받아 실외열교환기로 열을 교환한다.
(7) 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 제2 사이클 열교환기(c2)를 통해 제1 사이클 열교환기(c1)에 전달한다.
(8) 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 열교환 후 냉매를 4 way 밸브(e3)를 거쳐 컴프레셔(A)로 다시 이동시킨다.
그리고 고온수열교환기(b2), 양방향드라이어(F4), 제2 사이클열교환기(c2), 수액기(d4), 팽창부(o3), 캐스케이드 열교환기(b3), 액분리기(d2), 저압필터(F1), 유분리기(u2)로 연결된 고온수 공급 사이클이 더 추가된다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 빙축, 난방, 및 온수 공급 시스템을 단일화하여 기존 동절기 연료 대비 약 70% 이상 절약할 수 있으며, 수영장 같은 곳의 공기열 및 폐열도 이용하여 자연 친화적이고, 고효율적인 냉난방 효과를 가질 수 있다.
d1~2 : 액분리기
e3 : 4way 밸브
k1 : 플로우스위치
p3 : 냉매저장탱크, 수액기
b1 : 냉온수열교환기
b2 :고온수열교환기
d3~4 : 수액기
F3~4 : 양방향드라이어
o2 : 냉방팽창변
h1 : 전자변
j1 : 입출수온도센서
g1 : 역지변
F1~2 : 저압필터
u1~2 : 유분리기
h2~3 : 전자변
c1~2 : 제1, 제2 사이클열교환기
o3 : 팽창부
o1 : 난방팽창변
p2 : 압력유지밸브(변)
i1~2 : 고압 및 저압제어부
h4~5 : 전자변 (인젝션밸브)
e1~2 : 삼방변
b3 : 캐스케이드 열교환기
A :ZP (저온용 컴프레셔)R-410a
A1 : ZR(고온용 컴프레셔)R-134a
M1~2 : 물용전자변

Claims (7)

  1. 하절기에는 전력 소모가 적은 심야 시간에 신 사이클을 적용하여 탱크 안에 증발기와 브라인을 이용한 빙축 시스템을 가동하고, 동절기에는 일반 단사이클로 운전하며, 열원이 적은 혹한기에는 자동으로 이원 시스템으로 전환하여 고온수를 생산하여 축열탱크 안에 응축 코일을 통하여 열을 저장하며 난방 및 온수를 사용하는 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템에 있어,
    상기 하절기 신 사이클인 경우, 컴프레셔(A)로부터 흡입 압축된 고온의기체 가스를 컴프레셔 출구에 연결되어 기름을 분리하는 유분리기를 통하여 냉매 가스를 실외 열교환기로 유도하는 4 way 밸브(e3); 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 실외열교환기에서 열교환한 후 제1 사이클 열교환기(c1)로 전달하는 실외열교환기; 상기 실외열교환기의 출구와 양방향드라이어 사이에 설치되어 냉매를 전달받아 압력을 유지시키는 제1 압력유지밸브(p2); 상기 제1 압력유지밸브(p2)의 출구에 일 측이 연결된 양방향드라이어(F3); 상기 양방향드라이어(F3)로부터 냉매를 전달받아 열을 교환하여 잔여 기체를 액체화하는 제1 사이클 열교환기(c1); 상기 제1 사이클 열교환기(c1)에서, 제2 사이클 열교환기(c2)의 출구에 일 측이 연결되고 제2 냉방팽창변(o2) 입구에 타 측이 연결되어 냉매를 보충하거나 저장하는 수액기(p3); 상기 수액기(p3)로 부터 냉매를 전달받아 팽창시키는 제2 냉방팽창변(o2); 상기 제2 냉방팽창변(o2)으로부터 삼방변(e2)을 통해 냉매를 전달받아 냉온수 열교환하는 냉온수 열교환기(b1); 상기 냉온수 열교환기(b1)로부터 삼방변(e1)을 통해 4 way 밸브(e3)를 거쳐 이동하는 냉매를 전달받아 컴프레셔(A)에 공급하는 액분리기(D1);로 구성되고,
    상기 동절기의 일반 단사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 압축하는 컴프레셔(A); 상기 컴프레셔의 출구에 연결되어 기름을 분리하는 유분리기(u1); 상기 냉매를 냉온수열교환기로 유도하는 4 way 밸브(e3); 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 통해 온수를 생산하는 냉온수 열교환기(b1); 상기 냉온수 열교환기(b1)로부터 냉매를 전달받아 전달하는 삼방변(e2); 역지변(g1)으로부터 전달받은 냉매를 열교환하는 제1 사이클 열교환기(c1); 응축 하고 난 후레쉬가스와 증발하고 난 증기가스를 맞 교환하여 응축에는 액화를 흡입에는 과냉방지 효과를 제1 사이클 열교환기(c1)에서 행하며, 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향드라이어(F3)와 난방팽창변(o1)을 통해 냉매를 전달받아 열을 교환하는 실외열교환기; 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 보내주는 4way밸브(e3)에서,액분리기(d1)로 보내어지며 다시 셕션휠터(f2)를 거쳐 이동시키는 컴프레셔(A);로 구성되며,
    상기 혹한기의 이원 난방 사이클인 경우, 컴프레셔(A)와, 컴프레셔(A1)이 동시에 가동되는 상황에서 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 고온 압축하는 컴프레셔(A); 상기 컴프레셔(A)의 출구에 연결되어 기름을 분리하는 유분리기(u1); 상기 유분리기(u1)를 통과한 냉매를 유도하는 4 way 밸브(e3); 상기 4 way 밸브(e3)의 출구를 통과한 냉매를 삼방변(e1)을 통해 전달받아 열교환하는 캐스케이드 열교환기(b3); 상기 캐스케이드 열교환기(b3)로부터 냉매를 삼방변(e2)을 통해 전달받아 열교환하는 제1 사이클 열교환기(c1); 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향드라이어(F3)와 난방팽창변(o1)을 통해 냉매를 전달 받아 열을 교환하는 실외열교환기-케스케이드에서 열교환한 잔열과 이원사이클 고온 열교환기(b2)에서 응축하고 남은 잔열 교환-; 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 열교환하여 제1 사이클 열교환기(c1)에 전달하는 제2 사이클 열교환기(c2); 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 상기 4 way 밸브(e3)로 다시 이동시키는 컴프레셔(A);로 구성되며, 컴프레셔(A1)도 컴프레셔(A)와 동시에 가동되며, 사이클 흐름은 컴프레셔(A1)에서 압축된 고온의 가스는 유분리기(u2)를 거쳐 열교환기(b2)에서 열교환후 양방향 드라이어(f4)를 거쳐 제2 사이클 열교환기(c2)를 통과 잔열교환 후 수액기(d4)를 거쳐 난방 팽창변(o3)에서 팽창후 케스케이드 열교환기(b3)에서 열교환후 액분리기(d2)를 거쳐 셕션휠터(f1)를 통과후 컴프레셔(A1)로 연결되는 것을 특징으로 하는 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템.
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  5. 하절기에는 전력 소모가 적은 심야 시간에 신 사이클을 적용하여 탱크 안에 증발기와 브라인을 이용한 빙축 시스템을 가동하고, 동절기에는 일반 단사이클로 운전하며, 열원이 적은 혹한기에는 자동으로 이원 시스템으로 전환하여 고온수를 생산하여 축열탱크 안에 응축 코일을 통하여 열을 저장하며 난방 및 온수를 사용하는 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템을 이용한 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템을 이용한 방법에 있어서,
    상기 하절기에 신 사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)를 통해 압축하는 단계; 상기 컴프레셔의 출구에 연결되어 유분리기(u1)로 기름을 분리하는 단계; 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 통해 실외열교환기로 유도하는 단계; 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 실외열교환기를 거쳐 제1 사이클 열교환기(c1)로 전달하는 단계; 상기 실외열교환기의 출구와 양방향드라이어 사이에 설치된 압력유지변(p2)의 출구에 일 측이 연결된 양방향드라이어(F3)로 냉매를 전달받아 열을 교환하는 잔여 기체를 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 액체화하는 단계; 상기 제1 사이클 열교환기(c1)를 통과하여 제2 사이클 열교환기(c2)의 출구에 일 측이 연결되고 입구에 타 측이 연결되어 수액기(p3)를 통해 액을 모으는 단계: 상기 수액기(p3)로부터 냉매를 전달받아 제2 냉방팽창변(o2)을 통해 팽창시키는 단계; 상기 제2 냉방팽창변(o2)으로부터 삼방변(e2)을 통해 냉온수 열교환기(b1)가 냉온수 열교환 후 삼방변(e1)을 통과후 냉매를 4 way 밸브(e3)를 거쳐 제1 사이클열교환기(c1)를 통과후 액분리기(d1)를 거쳐 셕션휠터(f2)를 통과후 컴프레셔(A)로 다시 이동시키는 단계;로 구성되며,
    상기 동절기의 일반 단사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)를 통해 압축하는 단계; 상기 컴프레셔(A)의 출구에 연결되어 유분리기(u1)로 기름을 분리하는 단계; 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 통해 냉온수 열교환기(b1)로 유도하는 단계; 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 통해 냉온수를 생산하는 냉온수 열교환기(b1)로부터 냉매를 전달받아 삼방변(e2)을 통과후 제2 사이클 열교환기(c2)와 제1 사이클 열교환기(c1)로 열교환하는 단계; 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향드라이어(F3)와 난방팽창변(o1)을 통해 냉매를 전달 받아 실외열교환기를 통해 열을 교환하는 단계; 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 4way밸브(e3)를 거쳐 제1 사이클 열교환기(c1)를 통해 전달하는 단계; 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 열교환 후 냉매를 액분리기(d1)를 거쳐 셕션휠터(f2)를 통과후 컴프레셔(A)로 다시 이동시키는 단계;로 구성되고,
    상기 혹한기의 이원 난방 사이클인 경우, 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 전달받은 냉매를 컴프레셔(A)로 압축하는 단계; 상기 컴프레셔(A)의 출구에 연결되어 기름을 유분리기(u1)로 분리하는 단계; 상기 냉매를 4 way 밸브(e3)를 통해 실외열교환기로 유도하는 단계; 상기 4 way 밸브의 출구를 통과한 냉매를 삼방변(e1)을 통해 전달받아 캐스케이드 열교환기(b3)로 열교환하는 단계; 상기 캐스케이드 열교환기(b3)로부터 냉매를 전달받아 제2 사이클 열교환기(c2)와 제1사이클 열교환기(c1)을 통해 열교환하는 단계; 상기 제1 사이클 열교환기(c1)로부터 양방향 드라이어(f3)를 거쳐 난방팽창변(o1)을 통해 팽창하여 실외 열교환기로 열을 교환하는 단계; 상기 실외열교환기로부터 냉매를 전달받아 4 way 밸브(e3)를 거쳐 제1 사이클열교환기(c1)로 열교환후 액분리기(d1)를 거쳐 셕션휠터를 통과후 컴프레셔(A)로 다시 이동시키는 단계;로 구성되는 빙축 및 난방 및 고온수 일체형 히트 펌프 시스템을 이용한 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111102758A (zh) * 2019-12-31 2020-05-05 创远亿德(天津)集团有限公司 一种多循环系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100639104B1 (ko) * 2003-08-01 2006-10-27 오원길 케스케이드 열교환기를 갖는 이원냉동사이클을 이용한냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템
KR100738354B1 (ko) 2006-03-31 2007-07-12 최인기 브라인 시스템을 이용한 복합 히트펌프식 공기조화 장치
JP2011106718A (ja) 2009-11-16 2011-06-02 Yukinobu Ikemoto ヒートポンプチラー
KR101040197B1 (ko) * 2008-05-23 2011-06-09 현우산기주식회사 부동수조 증발유니트를 갖는 냉,난방 히트펌프장치
KR20120077388A (ko) * 2010-12-30 2012-07-10 엘지전자 주식회사 히트펌프 연동 급탕장치
KR101350611B1 (ko) 2012-02-14 2014-01-24 이정석 이원 냉매 사이클 및 단단 냉매 사이클을 이용한 냉난방 히트펌프
KR101356276B1 (ko) 2013-11-14 2014-01-29 이정석 공기열 히트펌프의 빙축 및 냉난방 시스템

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100639104B1 (ko) * 2003-08-01 2006-10-27 오원길 케스케이드 열교환기를 갖는 이원냉동사이클을 이용한냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템
KR100738354B1 (ko) 2006-03-31 2007-07-12 최인기 브라인 시스템을 이용한 복합 히트펌프식 공기조화 장치
KR101040197B1 (ko) * 2008-05-23 2011-06-09 현우산기주식회사 부동수조 증발유니트를 갖는 냉,난방 히트펌프장치
JP2011106718A (ja) 2009-11-16 2011-06-02 Yukinobu Ikemoto ヒートポンプチラー
KR20120077388A (ko) * 2010-12-30 2012-07-10 엘지전자 주식회사 히트펌프 연동 급탕장치
KR101350611B1 (ko) 2012-02-14 2014-01-24 이정석 이원 냉매 사이클 및 단단 냉매 사이클을 이용한 냉난방 히트펌프
KR101356276B1 (ko) 2013-11-14 2014-01-29 이정석 공기열 히트펌프의 빙축 및 냉난방 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111102758A (zh) * 2019-12-31 2020-05-05 创远亿德(天津)集团有限公司 一种多循环系统
CN111102758B (zh) * 2019-12-31 2023-09-08 创远亿德(天津)集团有限公司 一种多循环系统

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