KR102139626B1 - Solar refrigeration cycle heat pump unit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 겨울철 저단측 열원으로 고단측 증발이 이뤄지고 저단측 증발용 공기열교환기에는 태양복사열로 가열된 공기튜브의 온풍이 공급되도록 함으로써, 혹한기에 저단측 증발열원이 부족하지 않게 되고, 또한 상기 공기튜브는 부피 팽창식 투명비닐로 구성하여 여름이나 환절기에는 쉽게 제거할 수 있으며 보관부피를 많이 차지하지 않는 태양열을 이용한 이원냉동사이클 히트펌프장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 고단측은 고단압축기(10), 고단4방밸브(11), 고단열교환기(12), 고단밸브1(HV1), 고단팽창변1(H1) 및 이원열교환기(20)를 거쳐 상기 고단압축기(10)로 냉매가 순환되고, 펌프(23)를 통하여 수조(22)의 물이 고단열교환기(12)로 순환되면서 온수가 생산되며; 저단측은 저단압축기(1), 저단4방밸브(2), 상기 이원열교환기(20), 저단밸브3(LV3), 저단밸브1(LV1), 저단팽창변1(L1), 공기열교환기(21) 및 저단4방밸브(2)를 거쳐 저단압축기(1)로 냉매가 순환되는 태양열을 이용한 이원냉동사이클 히트펌프장치에 있어서, 상기 공기열교환기의 흡입팬 보다 큰 용량의 송풍팬으로 부피가 팽창되는 공기튜브가 구비되고; 상기 공기튜브는 투명비닐로 구성되어 태양복사열로 내부공기가 가열되며; 상기 공기튜브의 가열된 공기는 상기 공기열교환기의 흡입구로 공급되어 저단측 냉매의 증발열원이 되도록 한 특징이 있다.In the present invention, high-temperature evaporation is performed as a low-stage heat source in winter, and hot air of an air tube heated by solar radiation is supplied to the low-side evaporation air heat exchanger, so that the low-temperature evaporation heat source is not insufficient in the cold weather, and the air tube is also used. It is composed of a volume-expandable transparent vinyl, and can be easily removed in summer or the change of season, and relates to a dual refrigeration cycle heat pump device using solar heat that does not occupy much storage volume.
To this end, the present invention is a high stage side through a high stage compressor 10, a high stage four-way valve 11, a high stage heat exchanger 12, a high stage valve 1 (HV1), a high stage expansion valve 1 (H1) and a two-way heat exchanger 20. The refrigerant is circulated to the high stage compressor (10), and the water in the water tank (22) is circulated to the high stage heat exchanger (12) through the pump (23) to produce hot water; The low stage side is a low stage compressor (1), a low stage four-way valve (2), the two-way heat exchanger (20), a low stage valve (LV3), a low stage valve (LV1), a low stage expansion valve (L1), an air heat exchanger (21) and In a two-way refrigeration cycle heat pump device using solar heat in which the refrigerant circulates through the low stage four-way valve (2) to the low stage compressor (1), the air tube expands in volume with a blower fan having a larger capacity than the suction fan of the air heat exchanger Is provided; The air tube is made of transparent vinyl and the internal air is heated by solar radiation heat; The heated air of the air tube is supplied to the intake of the air heat exchanger, so that it is a source of evaporation heat of the low-stage refrigerant.

Description

태양열을 이용한 이원냉동사이클 히트펌프장치{Solar refrigeration cycle heat pump unit}Solar refrigeration cycle heat pump unit

본 발명은 태양열을 이용한 이원냉동사이클 히트펌프장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 겨울철 저단측 열원으로 고단측 증발이 이뤄지고 저단측 증발용 공기열교환기에는 태양복사열로 가열된 공기튜브의 온풍이 공급되도록 함으로써, 혹한기에 저단측 증발열원이 부족하지 않게 되고, 또한 상기 공기튜브는 부피 팽창식 투명비닐로 구성하여 여름이나 환절기에는 쉽게 제거할 수 있는 태양열을 이용한 이원냉동사이클 히트펌프장치에 관한 것이다.The present invention relates to a two-way refrigeration cycle heat pump device using solar heat, and more specifically, to achieve high-end evaporation with a low-side heat source in winter, and to supply heat from the air tube heated with solar radiation to the low-side evaporative air heat exchanger. , In the cold weather, the low-stage evaporation heat source will not be insufficient, and the air tube is composed of a volume-expandable transparent vinyl, and relates to a dual cooling cycle heat pump device using solar heat that can be easily removed in summer or in the summer.

일반적으로 이원냉동사이클은 -52°이하에서 비등하는 저온 냉매를 사용하는 저온측과 비교적 -11°이상에서 원활히 비등하는 고온 냉매를 사용하는 고온측으로 구분되며 이들 고온측 냉매의 증발과 저온측 냉매의 응축이 하나의 케스케이드 열교환기에서 일어나도록 하면 겨울철 외기온도가 낮더라도 고온측의 냉매 토출가스 온도를 100°이상 일정하게 고온으로 유지시킬 수 있으므로 온수생산에 효과적이다.In general, the two-way refrigeration cycle is divided into a low-temperature side using a low-temperature refrigerant boiling below -52° and a high-temperature side using a high-temperature refrigerant boiling smoothly above -11°. If condensation occurs in one cascade heat exchanger, it is effective for hot water production because the temperature of the refrigerant discharge gas at the high temperature side can be maintained at a constant high temperature of 100° or more even when the outdoor temperature is low in winter.

종래 특허 제1139341호는 저온측(저단측)과 고온측(고단측)의 압축기 용량을 1 : 1로 동일하게 구성한 뒤 겨울철 -15°이하의 혹한기에는 저온측 압축기를 높게 설정하여 100% 가동하면 저온 냉매의 증발량이 부족하지 않아 저온측 압축기의 일정한 열량토출로 고온측과의 열교환이 원활히 이뤄져 고온수 생산에 차질이 발생되지 않으며, 또한 봄, 가을철 영상 10°내외의 환절기에는 저온측 압축기를 낮게 설정하여 50% 이하로 가동하면 저온냉매의 증발온도가 낮아져 압축기에 과부하가 걸리지 않고 압축기 파손 등의 문제점이 해결되는 이원냉동사이클을 이용한 히트펌프장치를 제안한 바 있다.Conventional Patent No. 1139341 consists of the same compressor capacity on the low side (low end side) and high temperature side (high end side) as 1:1, and if the cold side compressor is set to high in winter and below -15° in winter, 100% operation As the amount of evaporation of the low-temperature refrigerant is not insufficient, heat exchange with the high-temperature side is smoothly performed due to constant heat dissipation of the low-temperature compressor, and there is no disruption in the production of high-temperature water. When set and operated at 50% or less, the evaporation temperature of the low-temperature refrigerant is lowered, so that the compressor is not overloaded and a problem such as compressor damage is solved.

그러나 종래 특허는 저단측이 고단측과 동일 용량으로 구성되기 때문에 시설비가 많이 들어가는 단점이 있으며, 환절기나 여름철에는 최대용량을 사용하지 못하므로 활용성이 떨어지는 문제점이 있었다. 즉 고단측 30RT와 저단측 30RT로 구성된 이원냉동사이클에서 저단측은 고단측의 보조역할만 하기 때문에 최대 30RT만 사용가능하다. 따라서 혹한기나 겨울철이 아닌 계절에 이원냉동사이클을 가동할 경우 두 대의 사이클 운전으로 전력소모가 증가하는데 반하여 효율은 떨어지는 문제점이 있었다.However, the conventional patent has a disadvantage that a facility cost is high because the low end side is configured to have the same capacity as the high end side. In other words, in a dual refrigeration cycle composed of a 30RT high-end side and a 30RT low-end side, only a maximum of 30RT can be used because the low-end side serves only as an auxiliary role for the high-end side. Therefore, when the two-way refrigeration cycle is operated in a season other than the cold weather or winter season, the power consumption increases due to the operation of two cycles, whereas the efficiency decreases.

종래 특허 제1469929호는 히트펌프를 유리커버로 감싸 태양 복사열로 내부 공기를 따듯하게 만들고 또한 보일러의 연소관을 유리커버로 연결하여 히터펌프의 증발기 열원으로 사용하는 기술이 제안된 바 있다.Conventional Patent No. 14,029,29 has been proposed to wrap the heat pump with a glass cover to warm the inside air with solar radiation, and also to connect the combustion tube of a boiler with a glass cover to use as a heat source for the evaporator of the heater pump.

그러나 종래 특허는 히트펌프를 감싸는 유리커버의 크기가 제한적이므로 내부 공기를 태양 복사열로 따듯하게 만드는데 한계가 있으며, 따라서 별도 보조열원인 보일러의 연소관을 유리커버로 연결하여 증발열원이 보충되도록 해야되므로 구조가 복잡한 등의 단점이 있으며, 환절기나 여름철에는 유리커버를 철거하여 따로 보관해야 되므로 관리가 번거로운 등의 문제점이 있었다.However, since the size of the glass cover surrounding the heat pump is limited, there is a limit to make the inside air warm with solar radiation. Therefore, the evaporation heat source must be replenished by connecting the combustion tube of a separate auxiliary heat source to the glass cover. There are disadvantages such as complicated, and there is a problem in that maintenance is cumbersome because the glass cover must be removed and stored separately in the summer or in the summer.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 겨울철 저단측 열원으로 고단측 증발이 이뤄지고 저단측 증발용 공기열교환기에는 태양복사열로 가열된 공기튜브의 온풍이 공급되도록 함으로써, 혹한기에 저단측 증발열원이 부족하지 않게 되고, 또한 상기 공기튜브는 부피 팽창식 투명비닐로 구성하여 여름이나 환절기에는 쉽게 제거할 수 있으며 보관부피를 많이 차지하지 않는 태양열을 이용한 이원냉동사이클 히트펌프장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 팽창식 투명 공기튜브를 마련하여 외기가 내부로 들어가 태양복사열을 통하여 직접 가열되고 또한 일부 가열된 공기는 공기열교환기로 공급되도록 하고, 상기 공기튜브 내부의 공기가 공기열교환기로 공급되기 때문에 공기튜브 내부에 별도 구조물이 불필요하여 구조가 간단한 태양열을 이용한 이원냉동사이클 히트펌프장치를 제공함에 있다.The present invention has been developed in view of the conventional problems, and the object of the present invention is to provide high-temperature evaporation as a low-side heat source in winter and to supply air from the air tube heated by solar radiation to the low-side evaporation air heat exchanger. The low-side evaporation heat source does not become short, and the air tube is made of volume-expandable transparent vinyl, so it can be easily removed in summer or in the summer, and uses a dual cooling cycle heat pump device using solar heat that does not occupy much storage volume. In the offer.
Another object of the present invention is to provide an inflatable inflatable air tube so that the outside air enters the interior and is directly heated through solar radiation heat, and some heated air is supplied to the air heat exchanger, and the air inside the air tube is supplied to the air heat exchanger. Since there is no need for a separate structure inside the air tube, it is to provide a dual cooling cycle heat pump device using simple solar heat.

이를 위하여 본 발명은 고단측은 고단압축기(10), 고단4방밸브(11), 고단열교환기(12), 고단밸브1(HV1), 고단팽창변1(H1) 및 이원열교환기(20)를 거쳐 상기 고단압축기(10)로 냉매가 순환되고, 펌프(23)를 통하여 수조(22)의 물이 고단열교환기(12)로 순환되면서 온수가 생산되며; 저단측은 저단압축기(1), 저단4방밸브(2), 상기 이원열교환기(20), 저단밸브3(LV3), 저단밸브1(LV1), 저단팽창변1(L1), 공기열교환기(21) 및 저단4방밸브(2)를 거쳐 저단압축기(1)로 냉매가 순환되는 태양열을 이용한 이원냉동사이클 히트펌프장치에 있어서, 상기 공기열교환기의 흡입팬 보다 큰 용량의 송풍팬으로 부피가 팽창되는 공기튜브가 구비되고; 상기 공기튜브는 투명비닐로 구성되어 태양복사열로 내부공기가 가열되며; 상기 공기튜브의 가열된 공기는 상기 공기열교환기의 흡입구로 공급되어 저단측 냉매의 증발열원이 되도록 한 특징이 있다.To this end, the present invention is a high stage side through a high stage compressor 10, a high stage four-way valve 11, a high stage heat exchanger 12, a high stage valve 1 (HV1), a high stage expansion valve 1 (H1) and a two-way heat exchanger 20. The refrigerant is circulated to the high stage compressor (10), and the water in the water tank (22) is circulated to the high stage heat exchanger (12) through the pump (23) to produce hot water; The low stage side is a low stage compressor (1), a low stage four-way valve (2), the two-way heat exchanger (20), a low stage valve (LV3), a low stage valve (LV1), a low stage expansion valve (L1), an air heat exchanger (21) and In a two-way refrigeration cycle heat pump device using solar heat through which the refrigerant circulates through the low-stage four-way valve (2) to the low-stage compressor (1), the air tube expands in volume with a blower fan having a larger capacity than the suction fan of the air heat exchanger Is provided; The air tube is made of transparent vinyl, and internal air is heated by solar radiation heat; The heated air of the air tube is supplied to the intake of the air heat exchanger, so that it is a source of evaporation heat of the low-stage refrigerant.

본 발명에 따르면 고단측과 저단측을 이원으로 구성하여 겨울철 혹한기에는 저단측의 응축열이 고단측의 증발열원으로 사용된다. 그리고 저단측 공기열교환기는 태양복사열로 가열된 공기튜브의 온풍이 공급되므로 기온이 급격하게 떨어지더라도 저단측 냉매의 증발이 원활히 이뤄지는 이점이 있다.According to the present invention, the high-end side and the low-end side are composed of two sources, and condensation heat on the low end side is used as an evaporation heat source on the high end side during the cold season in winter. In addition, the low-stage air heat exchanger has an advantage in that evaporation of the low-stage refrigerant is smoothly performed even when the temperature rapidly decreases because hot air of the air tube heated by solar radiation is supplied.

상기 공기튜브는 바람으로 부피가 팽창되고 또한 일부 공기는 상기 공기열교환기로 공급되기 때문에 상기 공기열교환기에서 필요로하는 풍량 이상으로 상기 공기튜브를 제작해야 원형을 유지할 수 있다. 상기 공기튜브는 외부공기의 지속적인 공급으로 부피가 팽창된 상태에서 태양복사열로 직접 가열되고 가열된 외부공기중 일부는 상기 공기열교환기로 공급되기 때문에 열효율이 향상된다.
또한 상기 공기튜브는 투명비닐로 제작되어서 가볍고 내부에 별도 구조물이 설치되지 않으므로 구조가 간단하며, 사용하지 않을 때 바람을 빼서 보관하면 되므로 보관부피를 현격히 줄일 수 있는 등의 이점이 있다.Since the air tube expands in volume due to wind and some air is supplied to the air heat exchanger, the air tube must be manufactured at a level equal to or more than the air volume required by the air heat exchanger to maintain the original shape. The air tube is directly heated by solar radiation in a state in which the volume is expanded due to the continuous supply of external air, and some of the heated external air is supplied to the air heat exchanger, thereby improving thermal efficiency.
In addition, since the air tube is made of transparent vinyl and is light and has no separate structure installed therein, the structure is simple. When not in use, the air tube can be stored by removing the wind, and thus has an advantage of significantly reducing storage volume.

도 1은 본 발명 한 실시예의 공기열교환기의 개념도
도 2는 본 발명 한 실시예의 이원사이클의 개념도
도 3은 본 발명 한 실시예의 개별 온수사이클의 개념도
도 4는 본 발명 한 실시예의 개별 냉수사이클의 개념도1 is a conceptual diagram of an air heat exchanger according to an embodiment of the present invention
2 is a conceptual diagram of a dual cycle of an embodiment of the present invention
3 is a conceptual diagram of an individual hot water cycle in one embodiment of the present invention
4 is a conceptual diagram of an individual cold water cycle in one embodiment of the present invention

도 1 내지 도 3에서 본 발명 한 실시예의 겨울철 이원냉동사이클에 적용되는 공기열교환기(21)는 상부에 흡입팬(21a)이 구비되고 양 측면에는 흡입구(21b)가 마련되며, 저단측 또는 고단측의 냉매가 순환되는 열교환튜브가 내장된다. 그리고 공기열교환기(21)의 하부에는 고단측 및 저단측의 냉동사이클이 내장된 본체(30)가 구비되며, 상기 흡입팬(21a)을 제외하고 상기 각 흡입구(21b)를 일정간격 떨어져 감싸는 커버(45)가 구비된다.1 to 3, the air heat exchanger 21 applied to the winter two-cycle refrigeration cycle of the embodiment of the present invention is provided with a suction fan 21a on the upper side and a suction port 21b on both sides, and has a low end side or a high end side. Heat exchange tube is circulated to the refrigerant of the. And the lower portion of the air heat exchanger 21 is provided with a main body 30 with a built-in refrigeration cycle on the high end side and the low end side, and covers each inlet 21b apart from the suction fan 21a at regular intervals ( 45) is provided.

또한 상기 커버(45)와 연결튜브(44)로 이어진 공기튜브(40)가 구비되는데, 상기 공기튜브(40)는 투명 비닐로 구성되어 내부 공기가 태양복사열에 의해 가열된다. 상기 공기튜브(40)는 상기 흡입팬(21a)의 분당 공기 흡입량보다 큰 부피로 구성되고 내부 공기가 상기 흡입팬(21a)으로 빨려들어가더라도 수축되지 않고 원형을 유지하게 내부로 바람을 불어넣는 송풍팬(41)이 구비된다.In addition, an air tube 40 connected to the cover 45 and the connection tube 44 is provided. The air tube 40 is made of transparent vinyl, and internal air is heated by solar radiation heat. The air tube 40 is composed of a volume larger than the air intake amount per minute of the suction fan 21a and blows air inside to maintain a circular shape without shrinking even when the internal air is sucked into the suction fan 21a. A fan 41 is provided.

상기 송풍팬(41)은 모터(42)로 회전되는데, 전방에는 공기를 강제로 가열시키는 전기히터(43)가 구비되어서 태양복사열이 충분하지 않은 흐린 날 또는 저녁시간대에 송풍되는 공기를 가열시켜 온풍으로 만든다.The blowing fan 41 is rotated by a motor 42, the front is provided with an electric heater 43 for forcibly heating the air to heat the air blown on a cloudy day or evening time when solar radiation is insufficient. Is made of

본 발명 한 실시예의 이원냉동사이클은 30RT의 고단측과 25RT의 저단측으로 구성되는데, 고단측의 증발과 저단측의 응축이 하나의 이원열교환기(20)에서 이뤄진다. 고단측 이원사이클은 고단압축기(10), 고단4방밸브(11), 고단열교환기(12), 고단밸브1(HV1), 고단팽창변1(H1) 및 상기 이원열교환기(20)를 거쳐 상기 고단압축기(10)로 냉매가 순환되고, 이때 고단밸브2(HV2)는 폐쇄되고, 펌프(23)를 통하여 수조(22)의 물이 고단열교환기(12)로 순환되면서 온수가 생산된다. 그리고 저단측은 저단압축기(1), 저단4방밸브(2), 상기 이원열교환기(20), 저단밸브3(LV3), 저단밸브1(LV1), 저단팽창변1(L1), 공기열교환기(21) 및 저단4방밸브(2)를 거쳐 저단압축기(1)로 냉매가 순환되고, 이때 저단밸브4(LV4) 및 저단밸브2(LV2)는 폐쇄된다.The binary refrigeration cycle of one embodiment of the present invention is composed of a high end side of 30RT and a low end side of 25RT, and evaporation on the high end side and condensation on the low end side are made in one binary heat exchanger 20. The high stage side dual cycle is the high stage through the high stage compressor 10, the high stage four-way valve 11, the high stage heat exchanger 12, the high stage valve 1 (HV1), the high stage expansion valve 1 (H1), and the dual stage heat exchanger 20. Refrigerant is circulated to the compressor 10, and at this time, the high stage valve 2 (HV2) is closed, and hot water is produced while the water in the water tank 22 is circulated to the high heat exchanger 12 through the pump 23. And the low stage side is a low stage compressor (1), a low stage four-way valve (2), the two-way heat exchanger (20), a low stage valve 3 (LV3), a low stage valve 1 (LV1), a low stage expansion valve 1 (L1), an air heat exchanger (21) And the refrigerant is circulated through the low-stage four-way valve (2) to the low-stage compressor (1), wherein the low-stage valve 4 (LV4) and the low-stage valve 2 (LV2) is closed.

도 3은 겨울철을 제외한 환절기 또는 여름철에 적용되는 개별 온수사이클을 나타낸 것으로서, 이때는 공기열교환기(21)에 공기튜브(40)가 설치되지 않는다. 고단측은 고단압축기(10), 고단4방밸브(11), 고단열교환기(12), 고단밸브2(HV2), 고단팽창변3(H2), 공기열교환기(21) 및 고단4방밸브(11)를 거쳐 고단압축기(10)로 냉매가 순환되고, 이때 고단밸브1(HV1)은 폐쇄된다. 그리고 저단측은 저단압축기(1), 저단4방밸브(2), 이원열교환기(20), 저단밸브4(LV4), 저단온수열교환기(3), 저단밸브1(LV1), 저단팽창변1(L1), 공기열교환기(21) 및 저단4방밸브(2)를 거쳐 저단압축기(1)로 순환된다. 상기 이원열교환기(20)는 고단측에서 저온냉매가 순환되지 않으므로 저단측 냉매는 단순히 이원열교환기(20)를 통과하여 저단온수열교환기(3)에서 응축되는 과정에서 수조(22)의 물을 가열시킨다. 그리고 상기 저단밸브3(LV3) 및 저단밸브2(LV2)는 차단되어 저단냉매가 저단온수열교환기(3)에서 응축되고 저단팽창변1(L1)에서 팽창되도록 저단측이 운전되므로 수조(22)의 물은 고단측과 저단측의 합산으로 온수가 생산된다.Figure 3 shows the individual hot water cycle applied in the summer or summer season except winter, in which case the air tube 40 is not installed in the air heat exchanger (21). The high stage side is the high stage compressor 10, the high stage four-way valve 11, the high stage heat exchanger 12, the high stage valve 2 (HV2), the high stage expansion valve 3 (H2), the air heat exchanger 21 and the high stage four-way valve 11 The refrigerant is circulated to the high stage compressor 10 through the high stage valve 1 (HV1) is closed. And the low stage side is a low stage compressor (1), a low stage four-way valve (2), a two-way heat exchanger (20), a low stage valve 4 (LV4), a low temperature hot water heat exchanger (3), a low stage valve 1 (LV1), and a low stage expansion valve 1 (L1). ), through the air heat exchanger 21 and the low-stage four-way valve (2) is circulated to the low-stage compressor (1). Since the low-temperature refrigerant is not circulated at the high end side of the dual heat exchanger 20, the low end side refrigerant simply passes through the dual heat exchanger 20 and heats the water in the water tank 22 in the process of condensation in the low temperature water heat exchanger 3. . In addition, the low stage valve 3 (LV3) and the low stage valve 2 (LV2) are blocked so that the low stage refrigerant is condensed in the low stage hot water heat exchanger 3 and the low stage side is operated to expand in the low stage expansion valve 1 (L1), so that the low stage side of the water tank 22 is operated. Water is produced by the sum of the high end and the low end.

도 4는 환절기나 여름철에 적용되는 개별 냉수사이클을 나타낸 것으로서, 이때는 공기열교환기(21)에 공기튜브(40)가 설치되지 않는다. 고단측은 고단압축기(10), 고단4방밸브(11), 공기열교환기(21), 고단밸브3(HV3), 고단팽창변3(H3), 고단열교환기(12) 및 고단4방밸브(11)를 거쳐 고단압축기(10)로 냉매가 순환되고, 이때 고단밸브1(HV1) 및 고단밸브2(HV2)는 폐쇄된다. 상기 고단팽창변3(H3)을 통과한 저온냉매는 고단열교환기(12)에서 물을 냉각하여 수조(22)의 물을 냉수로 만든다. 그리고 저단측은 저단압축기(1), 저단4방밸브(2), 공기열교환기(21), 저단밸브2(LV2), 저단팽창변2(L2) 및 저단냉수열교환기(4)를 거쳐 저단압축기(1)로 냉매가 순환되고, 이때 저단밸브1,3,4(LV1)(LV3)(LV4)는 폐쇄된다. 상기 저단팽창변2(L2)를 통과한 냉매는 저단냉수열교환기(4)에서 물을 냉각하여 수조(22)의 물을 냉수로 만드는데, 상기 수조(22)의 물은 펌프(23)를 통하여 저단냉수열교환기(4), 저단온수열교환기(3) 및 고단열교환기(12)로 순환되는데, 상기 저단온수열교환기(3)는 저단측의 냉매가 순환되지 않으므로 열교환에 영향을 주지 않으며, 수조(22)의 물은 고단측과 저단측의 합산으로 냉수가 생산된다.4 shows an individual cold water cycle applied in a change season or in the summer, and in this case, the air tube 40 is not installed in the air heat exchanger 21. The high stage side is the high stage compressor 10, the high stage four-way valve 11, the air heat exchanger 21, the high stage valve 3 (HV3), the high stage expansion valve 3 (H3), the high stage heat exchanger 12 and the high stage four-way valve 11 The refrigerant is circulated through the high stage compressor 10, and at this time, the high stage valve 1 (HV1) and the high stage valve 2 (HV2) are closed. The low temperature refrigerant that has passed through the high stage expansion valve 3 (H3) cools the water in the high stage heat exchanger 12 to make the water in the water tank 22 cold water. The low stage compressor (1), the low stage four-way valve (2), the air heat exchanger (21), the low stage valve 2 (LV2), the low stage expansion valve 2 (L2) and the low stage cold water heat exchanger (4) through the low stage compressor (1) ), the refrigerant is circulated, and the low-stage valves 1, 3, and 4 (LV1) (LV3) (LV4) are closed. The refrigerant that has passed through the low stage expansion valve 2 (L2) cools the water in the low stage cold water heat exchanger 4 to make the water in the water tank 22 into cold water, and the water in the water tank 22 is low stage through the pump 23 It is circulated to the cold water heat exchanger (4), the low temperature water heat exchanger (3) and the high temperature heat exchanger (12), and the low temperature water heat exchanger (3) does not affect the heat exchange since the refrigerant at the low temperature side is not circulated, and the water tank The water in (22) is cold water produced by the summation of the high end and the low end.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예는 이원사이클 또는 개별사이클로 운전되는데, 혹한기에는 고단측의 냉매가 공기열교환기(21)에서 충분한 증발열원을 얻을 수 없으므로 저단측의 응축열원으로 고단측의 냉매가 이원열교환기(20)에서 증발하는 이원냉동사이클이 구성된다.One embodiment of the present invention configured as described above is operated in a dual cycle or an individual cycle. In the cold weather, since the refrigerant at the high end cannot obtain a sufficient evaporation heat source from the air heat exchanger 21, the refrigerant at the high end is used as the condensing heat source at the low end. 20) is composed of a dual refrigeration cycle that evaporates.

겨울철 외기온도에는 외기온도가 낮기 때문에 저단측 냉매가 상기 공기열교환기(21)로 순환되는 과정에서 충분한 증발이 이뤄지지 않을 경우 미처 증발되지 못한 액냉가 저단압축기(1)로 유입되어 압축부하를 발생시킨다. 이를 예방하기 위하여 본 발명 한 실시예는 겨울철 상기 공기열교환기(21)를 커버(45)로 감싸 보온한다. 상기 커버(45)는 공기열교환기(21)와 일정간격 떨어져 구비되고 위쪽의 흡입팬(21a)은 개방시킨다.Since the outside air temperature is low in winter, the low-temperature refrigerant is introduced into the liquid cooler low-stage compressor (1), which is not evaporated, and generates a compression load when sufficient evaporation is not achieved in the process of circulating the low-stage refrigerant to the air heat exchanger (21). In order to prevent this, an embodiment of the present invention wraps and warms the air heat exchanger 21 with a cover 45 in winter. The cover 45 is provided at a predetermined distance from the air heat exchanger 21, and the suction fan 21a above is opened.

상기 커버(45)는 공기튜브(40)와 연결튜브(44)로 이어지는데, 상기 공기튜브(40)는 상기 송풍팬(41)에서 강제 송풍되는 바람에 의해 부피가 팽창된다. 상기 공기튜브(40)는 원기둥, 사각기둥 또는 구 형태가 되게 투명비닐로 제작되는데, 투명비닐은 태양복사열로 내부 공기가 가열되는 최적의 조건을 만든다. 상기 공기튜브(40)는 송풍팬(41)에서 공급되는 외기를 통하여 팽창 부피를 계속 유지한다.The cover 45 is connected to the air tube 40 and the connecting tube 44. The air tube 40 is expanded in volume by the wind forcedly blown from the blowing fan 41. The air tube 40 is made of transparent vinyl to be in the form of a cylinder, a square column, or a sphere, and the transparent vinyl creates optimal conditions for heating the air inside with solar radiation heat. The air tube 40 keeps the expansion volume through the outside air supplied from the blowing fan 41.

상기 조건을 만족하기 위해 상기 송풍팬(41)은 공기튜브(40)로 주입하는 공기량이 상기 흡입팬(21a)에서 빼내는 공기량보다 크게 구성된다. 그리고 태양복사열을이 부족한 저녁시간대 또는 흐린날에는 전기히터(43)가 가동되어 열풍이 공기튜브(40)에 주입된다. 따라서 상기 공기열교환기(21)는 실외보다 높은 온도의 공기가 계속 공급되므로 혹한기에도 저단측 냉매의 증발이 원활히 이뤄지며, 커버(45)로 감싸져 있으므로 외기에 직접 노출되지 않아서 성애 발생률이 감소되는 이점이 있다.In order to satisfy the above conditions, the blowing fan 41 is configured to have a larger amount of air injected into the air tube 40 than the amount of air drawn from the suction fan 21a. And in the evening or cloudy day when solar radiation is insufficient, the electric heater 43 is operated and hot air is injected into the air tube 40. Therefore, since the air heat exchanger 21 is continuously supplied with air having a higher temperature than the outdoor, evaporation of the low-stage refrigerant is performed smoothly even in the cold weather, and since it is wrapped with the cover 45, it is not directly exposed to the outside air and thus has an advantage of reducing the incidence of frost. have.

상기 공기열교환기(21)의 흡입팬(21a)이 작동되면 커버(45)와 공기열교환기(21) 사이 공기가 열교환기로 유입되는데, 이때 부족한 공기는 연결튜브(44)를 통하여 공기튜브(40)에서 공급된다. 상기 흡입팬(21a)의 공기흡입량보다 송풍팬(41)의 공기주입량이 많기 때문에 상기 공기튜브(40)는 수축되지 않고 원형을 유지하므로 태양복사열로 내부 공기가 지속적으로 가열된다.When the intake fan 21a of the air heat exchanger 21 is operated, air between the cover 45 and the air heat exchanger 21 flows into the heat exchanger, where the insufficient air flows from the air tube 40 through the connection tube 44. Is supplied. Since the air injection amount of the blower fan 41 is greater than the air suction amount of the suction fan 21a, the air tube 40 maintains a circular shape without shrinking, so that the internal air is continuously heated by solar radiation heat.

또한 환절기나 여름에는 상기 공기열교환기(21)에서 고단측 또는 저단측의 냉매가 응축되므로 상기 공기튜브(40)가 불필요하므로 상기 커버(45)와 공기튜브(40)를 따로 보관한다. 상기 공기튜브(40)는 공기 주입식이므로 송풍팬(41)을 정지시키면 부피가 최대한 줄어들기 때문에 보관이 편리한 이점이 있다.In addition, in the summer season or in the summer, the air heat exchanger 21 stores the cover 45 and the air tube 40 separately since the coolant on the high end side or the low end side is condensed. Since the air tube 40 is an air-injection type, when the blowing fan 41 is stopped, the volume is reduced as much as possible.

도 2는 개별 온수사이클에 관한 것으로서, 여름철 또는 환절기에 고단측에서 생산된 온수와 저단측에서 생산된 온수가 합쳐져 수조(22)에서 온수가 생산되므로 고단측 30RT와 저단측 25RT의 합산인 55RT의 냉동능력을 갖는다. 종래 이원냉동사이클로 운전될 경우 저단측 25RT는 보조역할만 하므로 고단측 30RT의 냉동능력만 발휘하는데 반하였으며, 고단과 저단을 가동하는데 따른 전력 소모 대비 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 본 발명 한 실시예는 개별 온수사이클에서 합산 냉동능력이 발휘되므로 전력소모 대비 충분한 열량을 뽑을 수 있는 이점이 있다.Figure 2 relates to an individual hot water cycle, the hot water produced at the high end side and the hot water produced at the low end side in the summer or in the summer season because the hot water is produced in the water tank 22, the sum of the high end 30RT and the low end 25RT of 55RT It has freezing capacity. When operating in a conventional two-way refrigeration cycle, the low-side 25RT only serves as an auxiliary, so it contradicts only the refrigeration capacity of the high-end 30RT, and there is a problem in that efficiency is reduced compared to power consumption by operating the high and low stages. One embodiment of the present invention has the advantage of being able to extract a sufficient amount of heat compared to the power consumption because the combined refrigeration capacity is exhibited in the individual hot water cycle.

상기 고단측은 고단압축기(10)에서 고온고압으로 압축된 냉매가 고단4방밸브(11)를 거쳐 고단열교환기(12)에서 수조(22)의 물과 열교환되므로 수조(22)의 물이 충분히 가열된다. 그리고 고단밸브1(HV1)은 개방되고 고단밸브2(HV2)는 차단되므로 응축된 냉매는 고단팽창변1(H1)을 거치면서 액상으로 변한 뒤 이원열교환기(20)에서 저단측의 고온냉매와 열교환되어 증발된 다음 고단4방밸브(11)를 거쳐 고단압축기(10)로 순환된다. 그리고 저단측은 저단압축기(1)에서 고온고압으로 압축된 냉매는 저단4방밸브(2), 이원열교환기(20), 저단밸브4(LV4)를 거쳐 저단온수열교환기(3)로 향한다. 이때 저단밸브3(LV3)은 폐쇄되고 이원열교환기(20)는 고단측에서 냉매가 순환되지 않으므로 저단측의 고온냉매는 이를 단순 통과하여 저단온수열교환기(3)에서 수조(22)의 물과 열교환되고, 수조(22)의 물은 저단온수열교환기(3)와 고단열교환기(12)를 연속으로 통과하면서 온수 열량이 합산된다.On the high stage side, the refrigerant compressed at high temperature and high pressure in the high stage compressor (10) passes through the high stage four-way valve (11) and heat exchanges with the water in the water tank (22) in the high heat exchanger (12), so that the water in the water tank (22) is sufficiently heated. do. In addition, since the high-stage valve 1 (HV1) is opened and the high-stage valve 2 (HV2) is blocked, the condensed refrigerant changes to a liquid phase through the high-stage expansion valve 1 (H1), and heat exchanges with the low-temperature high-temperature refrigerant in the dual heat exchanger 20. After evaporation, it is circulated to the high stage compressor 10 through the high stage four-way valve 11. And the low-stage side of the refrigerant compressed at high temperature and high pressure in the low-stage compressor (1) goes through the low-stage four-way valve (2), the two-way heat exchanger (20), and the low-stage valve (LV4) to the low-temperature hot water heat exchanger (3). At this time, the low-stage valve 3 (LV3) is closed, and since the refrigerant is not circulated on the high-end side of the two-way heat exchanger 20, the high-temperature refrigerant on the low-end side simply passes through it to exchange heat with water in the water tank 22 in the low-temperature hot water heat exchanger (3). The water in the water tank 22 is continuously passed through the low temperature water heat exchanger 3 and the high heat exchanger 12, and the amount of hot water is summed.

상기 저단온수열교환기(3)를 거치면서 응축된 냉매는 저단밸브2(LV2)의 폐쇄로 저단밸브1(LV1)을 거쳐 저단팽창변1(L1)에서 액상으로 변한뒤 공기열교환기(21)에서 증발되고, 이후 저단4방밸브(2)를 거쳐 저단압축기(1)로 순환되는 사이클이 형성된다.The refrigerant condensed while passing through the low temperature hot water heat exchanger (3) is changed to a liquid phase at the low temperature expansion valve (1) through the low pressure valve 1 (LV1) due to the closing of the low pressure valve 2 (LV2), and then evaporated in the air heat exchanger 21. Then, a cycle is circulated to the low stage compressor 1 via the low stage four-way valve 2.

도 3은 개별 냉수사이클로써, 고단측과 저단측에서 생산된 합산 냉수는 수조(22)에 저장되고, 수조의 냉수는 별도 열교환기에서 공기를 냉풍으로 만든다. 이렇게 만들어진 냉풍으로 실내가 냉방되므로 다중이용시설에서 두 대의 사이클로 충분한 냉동능력을 발휘할 수 있다. 이러한 개별 냉수사이클의 고단측은 고단압축기(10)에서 고온고압으로 압축된 냉매가 고단4방밸브(11)에서 공기열교환기(21)로 향하여 응축된 뒤 고단밸브3(HV3)의 개방으로 고단팽창변3(H3)을 통과하면서 액상으로 변한 뒤 고단열교환기(12)에서 수조(22)의 물을 냉각한다. 그리고 고단밸브1(HV1) 및 고단밸브2(HV2)의 폐쇄로 냉매는 고단4방밸브(11)를 거쳐 고단압축기(10)로 냉매가 순환되는 사이클이 형성성된다.Figure 3 is a separate cold water cycle, the combined cold water produced at the high end side and the low end side is stored in the water tank 22, the cold water of the water tank to make the air cold air in a separate heat exchanger. Since the indoor air is cooled by the cold wind made in this way, it is possible to exhibit sufficient refrigeration capacity in two cycles in a multi-use facility. The high end side of the individual cold water cycle is condensed from the high end compressor 10 to high temperature and high pressure from the high end four-way valve 11 toward the air heat exchanger 21, and then the high end expansion valve 3 is opened by opening the high end valve 3 (HV3). The water in the water tank 22 is cooled in the high heat exchanger 12 after changing to a liquid phase while passing through (H3). In addition, by closing the high stage valve 1 (HV1) and the high stage valve 2 (HV2), a coolant is circulated through the high stage four-way valve 11 to the high stage compressor 10 to form a cycle.

또한 저단측은 저단압축기(1)에서 고온고압으로 압축된 냉매가 저단4방밸브(2)에서 공기열교환기(21)로 향하여 응축되고, 저단밸브1(LV1)이 폐쇄되고 저단밸브2(LV2)가 개방되므로 저단팽창변2(L2)에서 액상으로 변한 뒤 저단냉수열교환기(4)에서 증발되는 과정에서 수조(22)의 물을 냉각하고 저단압축기(1)로 순환된다. 상기에서 수조(22)의 물은 저단냉수열교환기(4)와 고단열교환기(12)를 연속으로 통과하면서 냉수 열량이 합산되므로 환절기나 여름철에 고단과 저단을 개별운전하여 냉수 생산능력을 늘릴 수 있는 이점이 있다.Also, on the low end side, the refrigerant compressed at high temperature and high pressure in the low stage compressor (1) condenses from the low stage four-way valve (2) toward the air heat exchanger (21), and the low stage valve (1) (LV1) is closed and the low stage valve (2) (LV2) is closed. Since it is open, it changes to a liquid at the low end expansion valve 2 (L2) and then cools the water in the water tank 22 in the process of evaporation in the low end cold water heat exchanger 4 and circulates to the low end compressor 1. In the above, the water of the water tank 22 passes through the low stage cold water heat exchanger 4 and the high heat exchanger 12 continuously, so the amount of cold water is summed up. There is an advantage.

1 : 저단압축기 2 : 저단4방밸브
3 : 저단온수열교환기 4 : 저단냉수열교환기
10 : 고단압축기 11 : 고단4방밸브
12 : 고단열교환기 20 : 이원열교환기
21 : 공기열교환기 21a : 흡입팬
21b : 흡입구 22 : 수조
30 : 본체 40 : 공기튜브
41 : 송풍팬 42 : 모터
43 : 히터 44 : 연결튜브
L1,L2 : 저단팽창변1,2 LV1,LV2,LV3,LV4 : 저단밸브1,2,3,4
H1,H2,H3 : 고단팽창변1,2,3 HV1,HV2,HV3 : 고단밸브1,2,31: Low stage compressor 2: Low stage 4 way valve
3: Low temperature hot water heat exchanger 4: Low temperature cold water heat exchanger
10: high stage compressor 11: high stage four-way valve
12: high heat exchanger 20: binary heat exchanger
21: air heat exchanger 21a: suction fan
21b: suction port 22: water tank
30: body 40: air tube
41: blowing fan 42: motor
43: heater 44: connecting tube
L1,L2: Low stage expansion valve 1,2 LV1,LV2,LV3,LV4: Low stage valve 1,2,3,4
H1,H2,H3: High stage expansion valves 1,2,3 HV1,HV2,HV3: High stage valves 1,2,3

Claims (3)

고단측은 고단압축기(10), 고단4방밸브(11), 고단열교환기(12), 고단밸브1(HV1), 고단팽창변1(H1) 및 이원열교환기(20)를 거쳐 상기 고단압축기(10)로 냉매가 순환되고, 펌프(23)를 통하여 수조(22)의 물이 고단열교환기(12)로 순환되면서 온수가 생산되며; 저단측은 저단압축기(1), 저단4방밸브(2), 상기 이원열교환기(20), 저단밸브3(LV3), 저단밸브1(LV1), 저단팽창변1(L1), 공기열교환기(21) 및 저단4방밸브(2)를 거쳐 저단압축기(1)로 냉매가 순환되고; 겨울철 상기 공기열교환기(21)는 태양복사열로 가열된 외기가 공급되도록 한 태양열을 이용한 이원냉동사이클 히트펌프장치에 있어서,
상기 공기열교환기(21)는 흡입구와 떨어지게 커버(45)로 감싸지며;
상기 커버(45)와 연결튜브(44)로 이어진 공기튜브(40)가 구비되는데, 상기 공기튜브(40)는 투명 비닐로 구성되어서 내부로 공급되는 외기가 태양복사열에 의해 직접 가열되고;
상기 공기튜브(40)는 외기를 공급하는 송풍팬(41)이 구비되는데, 상기 송풍팬(41)은 상기 공기열교환기(21)의 흡입팬(21a) 보다 큰 용량으로 구성되어서 가열된 외기가 상기 흡입팬(21a)으로 빨려가더라도 상기 공기튜브(40)는 수축되지 않고 원형을 유지하도록 한 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 이원냉동사이클 히트펌프장치.The high stage compressor 10, the high stage four-way valve 11, the high stage heat exchanger 12, the high stage valve 1 (HV1), the high stage expansion valve 1 (H1), and the two stage heat exchanger 20 through the high stage compressor 10 Refrigerant is circulated, and water from the water tank 22 is circulated to the high heat exchanger 12 through the pump 23 to produce hot water; The low stage side is a low stage compressor (1), a low stage four-way valve (2), the two-way heat exchanger (20), a low stage valve (LV3), a low stage valve (LV1), a low stage expansion valve (L1), an air heat exchanger (21) and Refrigerant is circulated through the low stage four-way valve (2) to the low stage compressor (1); In the winter, the air heat exchanger (21) is a two-way refrigeration cycle heat pump device using solar heat so that outside air heated by solar radiation is supplied,
The air heat exchanger 21 is wrapped with a cover 45 away from the intake;
The cover 45 and the air tube 40 connected to the connection tube 44 are provided, wherein the air tube 40 is made of transparent vinyl and the outside air supplied therein is directly heated by solar radiation heat;
The air tube 40 is provided with a blower fan 41 for supplying outside air, and the blower fan 41 has a larger capacity than the suction fan 21a of the air heat exchanger 21, so that the heated outside air is the Even if sucked to the suction fan (21a), the air tube (40) does not shrink, the dual cooling cycle heat pump device using solar heat, characterized in that to maintain a circular shape. 제 1 항에 있어서,
상기 송풍팬(41)은 전기히터(43)가 구비되어서 태양복사열을 받지 못하는 흐린 날 또는 저녁시간대에 열풍이 상기 공기튜브(40)로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 이원냉동사이클 히트펌프장치.According to claim 1,
The blower fan 41 is provided with an electric heater (43) is a two-way refrigeration cycle heat pump using solar heat characterized in that the hot air is supplied to the air tube 40 on a cloudy day or evening time that does not receive solar radiation heat Device. 삭제delete
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