KR102243380B1 - 멀티 히트펌프 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중열원 멀티 히트펌프 시스템에 대한 것으로서 하나의 열원으로만 운전됨으로 발생하는 히트펌프의 한계를 극복하고 다중 열원의 확보와 열원의 동시 사용을 가능하게 함으로서 수 열원(지 열원)을 개발하는데 필요한 설치 비용을 최소화 시키고 히트펌프의 성능을 한층 향상시킨 히트펌프 시스템이다. 열원이 풍부하나 변화가 심해 운전이 어려운 공기 열원 히트펌프가 가진 단점을 다중 열원이라는 개념으로 해결하여 보일러와 냉방기를 합친 기능과 뛰어난 성능을 보여주어 공동주택 뿐 아니라 공장, 유리온실, 비닐 하우스, 돈사 등 인간과 생물이 존재하는 곳에는 꼭 필요한 다중 열원 시스템이다.

Description

멀티 히트펌프 시스템 {Multi Heatpump System}
본 발명은 다중열원 멀티 히트펌프 시스템에 대한 것으로서 하나의 열원으로만 운전됨으로 발생하는 히트펌프의 한계를 극복하고 다중 열원의 확보와 열원의 동시 사용을 가능하게 함으로서 수 열원(지 열원)을 개발하는데 필요한 설치 비용을 최소화 시키고 히트펌프의 성능을 한층 향상시킨 히트펌프 시스템이다. 열원이 풍부하나 변화가 심해 운전이 어려운 공기 열원 히트펌프가 가진 단점을 다중 열원이라는 개념으로 해결하여 보일러와 냉방기를 합친 기능과 뛰어난 성능을 보여주어 공동주택 뿐 아니라 공장, 유리온실, 비닐 하우스, 돈사 등 인간과 생물이 존재하는 곳에는 꼭 필요한 다중 열원 시스템이다.
일반적으로 공기 열원 히트펌프는 실외기와 실내기가 분리되어 있으며 공기 열원을 이용하여 운전된다. 겨울철 외기는 변화가 많으며 외기온도가 내려가면 공기 열원 히트펌프가 흡수할 수 있는 열량도 급속히 감소하여 성능이 대폭 떨어진다. 제상 등의 문제점이 많아 원활한 운전이 힘들다.
히트펌프 중, 수 열원(지 열원) 히트펌프는 실내에 설치할 수가 있어 겨울철 외기의 영향이 적다.
그러나 수 열원은 많은 물을 필요로 하기 때문에 히트펌프 설치 조건을 충족시키기 힘들고 지 열원은 땅을 파고 지열 루프를 설치해야 함으로 용량에 비해 설치비가 과다로 소요된다.
한국공개특허 10-2009-0126378 및 10-2010-0005250는 상기 문제점들의 해소를 위해 본 출원인에 의해 창안된 발명들이나, 보다 효율적인 시스템에 대한 요구는 계속되고 있는 실정이다.
한국공개특허 10-2009-0126378 한국공개특허 10-2010-0005250
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 히프펌프에 사용되는 각각의 열원의 단점을 서로 보완하고 다중적으로 이용하여 현재의 상황에서 최적조건의 열원을 주 열원으로 하고 다른 열원을 보조 열원으로 사용함으로서 히트펌프 열원 설치비용도 절약하고 주 열원의 조건이 나빠지면 다른 보조 열원에서 흡수하는 열량을 증가시켜 운전함으로 히트펌프를 원활히 운전할 수 있는 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 멀티 히트펌프 시스템은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 공기용 증발기(D)와 응축기(D')를 일체로 구성하여 설치하고 수(水)용 증발기(C)와 응축기(B)를 각각 설치한 실 외부와 휀 코일(E)과 공기용 증발기(E')를 일체로 설치하여 냉풍과 온풍을 공급하는 실 내부를 하나의 유니트로 설치한 히트펌프 시스템으로, 여름에는 수(水)용 증발기(C)에서 생산한 냉수를 이용하여 실내부의 휀 코일(E)을 이용하여 냉풍으로 공간 냉방을 하고 여분의 냉수는 냉수 탱크(K)에 저장해 두고 냉수가 필요한 개소에 사용하며, 겨울에는 수(水)용 응축기(B)에서 생산한 온수를 이용하여 실내부의 휀 코일(E)을 이용하여 온풍으로 공간 난방을 하고 남은 온수는 온수 탱크(J)에 저장해 두고 온수가 필요한 개소에 사용하는 히트펌프 시스템으로 압축기(A)에서 토출된 고온, 고압의 냉매를 온풍/온수, 냉풍/냉수, 제상 등 어떠한 운전 모드의 경우에도 압축기 응축기 증발기 압축기로 순환되는 냉매 회로는 바뀌지 않는 4-way v/v를 사용하지 않고 일 방향(one way) 냉매 순환회로를 채용한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 멀티 히트펌프 시스템은 냉방 시에는 압축기(A)에서 방출되는 응축 열량을 수(水)용 응축기(B)에서 1차 방열 시켜 생산된 온수를 급탕 수로 이용하고 남는 응축 열량은 공기용 응축기(D')를 이용하여 외기에 2차적으로 방열시켜 냉수 생산효율을 극대화 시키고, 난방 시에는 공기용 증발기(D)를 이용해 공기 열원에서 열을 흡수하고, 수(水)용 증발기(C)를 이용해 수 열원 (지 열원) 등에서 각각, 또는 동시에 열을 흡수하여 운전할 수 있다.
또한, 본 발명의 멀티 히트펌프 시스템은 실내부에 사용되는 휀 코일(E)에 공기용 증발기(E' : 냉매 코일)을 일체로 설치하여 냉방 시 냉방 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 멀티 히트펌프 시스템은 실내부의 휀 코일(E)을 순환하는 냉수/온수를 이용하여 실내를 가습하는 가습기(I)를 설치하여 실내 습도조절기를 겸할 수 있다.
또한, 본 발명의 멀티 히트펌프 시스템은 수액기(F)와 액 분리기(H) 사이에 자동 냉매량 조절기(G)를 설치하고 히트펌프 시스템 계통내의 냉매량이 운전조건보다 많을 경우 수액기(F)의 고압 냉매를 팽창 증발시켜 자동 냉매량 조절기(G)에 저장하고 자동 냉매량 조절기(G)와 액 분리기(H) 사이에 체크 밸브(C.V)를 설치하여 자동 냉매량 조절기(G) 내의 압력이 액 분리기(H) 내의 압력보다 높은 경우에 양 측의 차압에 의해 냉매가 액 분리기(H)로 이동하게 설계된 자동 냉매 조절기(G)를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 멀티 히트펌프 시스템은 공기용 증발기(D)를 통해 공기 열원에서 열을 흡수하여 히트펌프를 운전하는 중 공기용 증발기(D)에 착상이 발생하면 제상을 실시하고, 이때, 압축기(A)에서 토출된 고온의 냉매를 수용 응축기(B)를 통과시킨 후 공기용 증발기(D)와 일체로 되어있는 공기용 응축기(D')를 통과시켜 휀(F.B)으로 열 교환시켜 공기용 증발기(D)에 착상된 서리를 제거시키고 수액기(F)로 보낸다. 수액기(F)에서 토출된 냉매를 수(水)용 증발기(C)에서 팽창 증발시켜 압축기(A)로 흡입시키는 제상회로를 갖는, 즉 공기 열원으로 운전하다 제상 시에는 수 열원(지 열원)으로 운전하는 냉매 순환회로를 갖출 수 있다.
또한, 본 발명의 멀티 히트펌프 시스템은 냉/ 난방 시 실내공기를 휀 (F.B)을 이용하여 공기용 증발기(D)에서 증발시키거나, 공기용 응축기(D')에서 응축시켜 기계본체에 연결된 닥트를 통해 실외로 배출시켜 배출된 공기량 만큼 실외에서 환기구나 건물 틈새를 통해 유입시켜 냉/난방 뿐 아니라 실내 환기 기능도 가질 수 있다.
본 발명은 히프펌프에 사용되는 각각의 열원의 단점을 서로 보완하고 다중적으로 이용하여 현재의 상황에서 최적조건의 열원을 주 열원으로 하고 다른 열원을 보조 열원으로 사용함으로서 히트펌프 열원 설치비용도 절약하고 주 열원의 조건이 나빠지면 다른 보조 열원에서 흡수하는 열량을 증가시켜 운전함으로 히트펌프를 원활히 운전할 수 있다. 그리고, 공기 열원의 풍족함, 지 열원(수 열원)의 안정함을 복합적으로 이용하여 히트펌프를 운전함으로서 인간 생활의 냉/난방, 급탕뿐 아니라 유리온실, 비닐하우스, 돈사 등 동물, 식물 등의 사육과 재배에 이용할 수 있어 궁극적으로 환경도 살리고 에너지도 절약하여 인간 생활의 윤택함을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중 열원 멀티 히트펌프 시스템의 개략적인 회로도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 다중열원 멀티 히트펌프 시스템에 관한 것으로 공기 열원, 지 열원, 수 열원, 태양 열원 등의 열원을 별도의 추가 장치 없이 열원 별로 각각, 또는 동시에 열원을 이용하여 히트펌프를 운전하며 각각의 열원 조건에 따라 열원의 사용 비율(%)을 조절할 수 있는 다중 열원 멀티 히트펌프 시스템이다.
이 시스템은 실내부와 실외부가 일체로 되어 있으며 실내부는 휀 코일(E)과 공기용 증발기(E')를 일체로 설치하여 냉풍과 온풍을 공급하고 실외부는 공기용 증발기(D)와 응축기(D')를 일체로 설치하고 수(水)용 응축기(B)와 증발기(C)를 각각 설치하여 공기용 증발기(D), 응축기(D')에서 공기열원을 이용하여 증발과 응축을, 수(水)용 응축기(B), 증발기(C)에서 수 열원(지 열원)을 이용하여 응축과 증발을 수행하여 온수와 냉수를 공급한다. 다시 말하면 공기용 증발기(D), 응축기(D')와 수(水)용 응축기(B), 증발기(C)를 직병렬로 연결한 실 외부와 휀 코일(E)과 공기용 증발기(E')를 일체로 설치한 실 내부를 일체로 유니트화 한 본체를 실내에 두고 실내 공기를 공기 열원으로 이용하고, 수 열원(지 열원) 등에서 흡수한 열은 수(水)용 응축기(B), 증발기(C)에서 열 원으로 이용하여 냉풍, 온풍, 냉수, 온수 모드로 운전된다.
또, 히트펌프에서 거의 필수적으로 사용되는 4-way v/v를 사용하지 않고 시스템을 구성한다.
즉, 압축기(A)에서 토출된 고온, 고압의 냉매를 온풍/온수, 냉풍/냉수, 제상 등 어떠한 운전 모드의 경우에도 압축기 응축기 증발기 압축기로 순환되는 냉매 회로는 바뀌지 않으며 오직 한 방향(one way)으로 냉매를 순환시켜 히트펌프를 운전함으로 시스템 회로가 간단하다.
따라서 모드의 다양함에 비해 시스템 제어가 간편하며 히프펌프의 운전이 원활하며 효율이 높다.
이러한 One Way방식의 냉매 순환회로와 다중 열원의 특성을 살려 히트펌프를 운전함으로 종래의 히트펌프의 약점을 대부분 해결하고 있다.
또, 냉방 시 실외로 버려지는 응축열을 이용하여 온수를 생산, 급탕 수로 이용함으로 여름철 급탕에 소비되는 에너지를 절약할 수 있는 히트펌프 시스템이다.
사용 열원의 다중성과 사용 모드의 다양성을 바탕으로 환경 보호와 에너지 절약 이라는 전 세계적인 이슈를 만족시켜 주는 다중열원 멀티 히트펌프 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 공기용 증발기(D)와 응축기(D')를 일체로 구성하고 수(水)용 증발기(C)와 응축기(B)를 각각 설치한 실 외부와 휀 코일(E)과 공기용 증발기(E')를 일체로 설치하여 냉풍과 온풍을 공급하는 실 내부를 하나의 유니트로 설치한 히트펌프 시스템으로 냉/난방을 필요로 하는 실내에 설치하여 공기 열원을 주 열원으로 하고 수 열원(지 열원)등을 보조 열원으로 사용한다.
난방 시에는 공기 열원과 수 열원(지 열원)에서 각각 또는 동시에 열을 흡수하여 온수를 생산하여 실내기 유니트에 일체로 장착된 휀 코일에 온수를 통과시켜 온풍으로 실내 공간 난방을 하고 남은 온수는 온수탱크에 저장한다. 이 저장된 온수는 다른 휀 코일 유니트를 이용하면 더 넓은 공간의 난방이 가능하며 바닥 난방, 급탕 등에 사용한다.
냉방 시에는 버려지는 응축 열량으로 온수를 만들어 급탕 수로 사용하고 남은 응축열량을 공기 열, 수 열(지 열)에 2중, 3중으로 처리함으로서 응축압력을 낮춰 냉수 생산을 극대화한다.
다중 열원 멀티 히트펌프 시스템은 난방 시 열을 흡수할 때는 공기 열원, 수 열원(지 열원) 등 이용 가능한 열원은 모두 사용할 수 있어 겨울철 열량부족, 제상 등 종래의 히트펌프가 해결하지 못한 문제점을 모두 해결하고 있으며 냉방 시 열을 방열할 때는 급탕 수에 사용할 온수를 만드는데 사용하고 남는 열량은 공기 열원, 수 열원(지 열원)을 통해 2중, 3중으로 방열하여 냉수 생산 효율이 극대화 되어 환경 개선과 에너지 절약 효과가 엄청나다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중 열원 멀티 히트펌프 시스템의 개략적인 회로도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(A)를 ①번 냉매 배관을 통해 수(水)용 응축기(B)와 연결하고 ②번 배관은 전자밸브 SA와 전자밸브 SB로 분리시켜 전자밸브 SA는 ③번 배관, ⑥번 배관을 통해 수액기(F)로 연결되고 전자밸브 SB는 ④번 배관을 통과해 공기용 증발기(D)와 일체로 설치된 공기용 응축기(D')를 통해 ⑤번 배관을 경유하여 전자밸브 SA를 통과한 ③번 배관과 합쳐져 ⑥번 배관을 통해 역시 수액기(F)로 연결된다.
수액기(F)에서 토출된 배관 ⑦번은 ⑧, ⑨, ⑩, ⑪번 배관으로 분기되는데, ⑧번 배관은 전자밸브 S1과 팽창밸브 e1을 경유하여 공기용 증발기(D)와 연결되고, ⑨번 배관은 전자밸브 S2과 팽창밸브 e2를 통하여 수(水)용 증발기(C)와 연결된다. 또, ⑩번 배관은 전자밸브 S3와 팽창밸브 e3를 통과하여 휀 코일(E)과 일체로 설치된 공기용 증발기(E')와 연결되고, ⑪번 배관은 전자밸브 S4와 팽창밸브 e4를 경유하여 자동 냉매량 조절기(G)에 연결된다.
공기용 증발기(D)는 ⑫번 배관을 통해, 수(水)용 증발기(C)에 연결된 ⑬번 배관과 휀 코일(E)과 일체로 설치된 공기용 증발기(E')에 연결된 ⑭번 배관이 만나는 ⑮번 배관과 합쳐져 번 배관을 통해 액 분리기(H)에 연결된다.
또, 자동 냉매량 조절기(G)에 연결된 번 배관은 체크밸브(C.V)를 경유하여 역시 액 분리기(H)에 연결된다.
액 분리기(H)는 번 배관을 통해 압축기(A)와 연결되는 구조로 되어있다.
물 배관은 온수 배관과 냉수 배관으로 나뉘어진다.
온수배관은 온수탱크(J)에 연결된 배관에 온수 순환펌프(PA)를 연결하고 배관을 경유하여 수(水)용 응축기(B)와 연결한다.
수(水)용 응축기(B)에서 나온 번 배관은 수(水)용 전자밸브 W1과 수(水)용 전자밸브 W6로 분리되고, 수(水)용 전자밸브 W1는 번 배관을 통해 휀 코일(E)에 연결되고 휀 코일(E)를 경유한 배관 는 가습기(I)로 연결된 배관과 수(水)용 전자밸브 W2가 연결된 배관으로 나뉘어 진다.
수(水)용 전자밸브 W2를 통과한 번 배관은 수(水)용 전자밸브 W6를 통과한 배관과 합쳐져 배관을 통과해 온수탱크(J)로 연결된다.
냉수 배관은 냉수탱크(K)에 연결된 배관에 냉수 순환펌프(PB)를 연결하고 배관을 경유하여 수(水)용 증발기(C)와 연결한다.
수(水)용 증발기(C)에서 나온 번 배관은 수(水)용 전자밸브 W3와 수(水)용 전자밸브 W4로 분리되고, 수(水)용 전자밸브 W3는 번 배관을 통해 휀 코일(E)에 연결되고 휀 코일(E)를 경유한 배관 는 가습기(I)로 연결된 배관과 수(水)용 전자밸브 W5가 연결된 배관으로 나뉘어진다.
수(水)용 전자밸브 W5를 통과한 번 배관은 수(水)용 전자밸브 W4를 통과한 배관과 합쳐져 배관을 통과해 냉수탱크(K)로 연결된다.
수 열원(지 열원)등과의 연결배관은 온수탱크(J)에 연결된 ⓐ배관에 수(水)용 전자밸브 W7을 통과한 배관 ⓑ와 냉수탱크(K)에 연결된 ⓒ배관에 수(水)용 전자밸브 W8를 통과한 배관 ⓓ를 합하여 순환펌프(PC)를 연결하고 ⓔ배관을 경유하여 열원 용 열 교환기(L)과 연결한다.
열원 용 열 교환기(L)는 ⓕ배관에서 ⓖ, ⓗ배관으로 나뉘어져서 ⓖ배관은 온수탱크(J)에 연결되고 ⓗ배관은 냉수탱크(K)에 연결된다.
ⓘ배관을 통해 연결된 수 열원(지 열원)은 순환펌프(PD)를 통과하여 ⓙ배관을 경유하여 열원 용 교환기(L)와 연결되고 ⓚ배관을 통해 수 열원(지 열원)으로 되돌아간다.
본 발명의 상기와 같은 구성에 따라 공장이나 유리온실, 돈사 등을 예로 들면 기계본체를 공간 냉 난방이 요구되는 실내에 설치하고 겨울철에는 온풍, 온수를 공급하고 여름철에는 냉풍, 냉수, 온수를 공급한다.
겨울 철 난방 운전 시에는 압축기(A)에서 토출된 고온, 고압의 냉매는 ①번 배관을 거쳐 수(水)용 응축기(B)에서 응축시켜 온수를 생산한다. 이때, 응축된 냉매는 ②번 배관과 전자밸브 SA, ③, ⑥번 배관을 경유하여 수액기(F)로 들어가고 ⑦, ⑧번 배관과 전자밸브 S1을 통해 팽창밸브 e1에서 팽창시키고 공기용 증발기(D)를 통해 증발시켜 ⑫, 번 배관을 통해 액 분리기(H)에 유입시키고 번 배관을 통해 압축기(A)로 흡입시킨다. < 공기 열원 운전 >
이때, 온수탱크(J)의 온수는 번 배관, 온수 순환펌프(PA), 번 배관을 경유, 수(水)용 응축기(B)에서 더욱 가열되어 , 수(水)용 전자밸브 W1, 번 배관을 통해 휀 코일(E)에서 온풍으로 바뀌어 실내 공간난방을 하고 , 수(水)용 전자밸브 W2, , 번 배관을 통해 온수탱크(J)로 순환된다.
공기용 증발기(D)를 통해 공기열원에서 히트펌프를 운전 중 공기열원의 조건이 나빠지면 수(水)용 응축기(B)에서 응축된 냉매를 ②번 배관과 전자밸브 SB, ④번 배관을 경유하여 공기용 응축기(D')를 통과 시켜 휀(F.B)을 이용하여 응축된 공기를 공기용 증발기(D)와 열 교환시켜 공기용 증발기(D)에 착상된 서리를 제거하게 한다. 공기용 응축기(D')를 통과한 응축 냉매는 ⑤번 배관을 통해 수액기(F)로 들어가고 ⑦, ⑨번 배관과 전자밸브 S2를 통해 팽창밸브 e2에서 팽창시키고 수(水)용 증발기(C)를 통해 증발시켜 ⑬, ⑮, 배관을 통해 액 분리기(H)에 유입시키고 배관을 통해 압축기(A)로 흡입시킨다. < 수(水) 열원 운전 >
이때, 냉수탱크(K)의 냉수는 배관, 냉수 순환펌프(PB), 배관을 경유 수(水)용 증발기(C)에서 수(水) 열원으로 사용되며 더욱 냉각되어 , 수(水)용 전자밸브 W4, , 배관을 통해 냉수탱크(K)로 순환된다.
상기의 공기용 증발기(D)를 통해 흡수하는 공기 열원과 수(水)용 증발기(C)를 통해 흡수하는 수(水) 열원이 모두 열원으로의 사용이 어려울 경우에는 수액기(F)에서 ⑦, ⑧배관과 전자밸브 S1을 통해 팽창밸브 e1에서 공기용 증발기(D)를 통해 증발시키는 라인과 ⑦, ⑨배관과 전자밸브 S2을 통해 팽창밸브 e2 에서 수(水)용 증발기(C)에 팽창시키는 라인을 동시에 사용해 공기 열원과 수(水) 열원에서 동시에 열을 흡수시키고 각각 배관을 통해 액 분리기(H)에 유입시키고 배관을 통해 압축기(A)로 흡입시킨다.
< 공기 열원 + 수(水) 열원 운전 >
이러한 상태에서 히트펌프를 장시간 운전할 경우 냉수탱크(K)의 물 온도는 점점 떨어져 열원으로서의 기능을 상실하게 된다.
이러한 경우, 냉수탱크(K)와 열원 용 열 교환기(L)가 연결된 ⓒ, 수(水)용 전자밸브 W8, ⓓ, 순환펌프(PC), ⓔ번 배관을 통해 냉수를 열원 용 열 교환기(L)를 통과 시키고 ⓕ, ⓗ번 배관을 통해 냉수탱크(K)로 순환시킨다.
열원 용 열 교환기(L)의 다른 쪽은 수 열원(지 열원) 등에 연결된 ⓘ, 순환펌프(PD)를 통과하여 ⓙ배관을 경유하여 열원 용 교환기(L)와 연결되고 냉수탱크(K)의 냉수와 열 교환된 후 ⓚ배관을 통해 수 열원(지 열원)으로 되돌아간다. 이러한 과정을 계속 반복함으로서 냉수탱크(K) 내의 냉수온도는 일정 온도를 유지하게 되고 열원으로서의 기능을 계속적으로 수행한다.
겨울 철 난방 시에는 공기 열원과 수 열원을 각각, 또는 동시에 사용하여 히트펌프를 운전함으로 어느하나의 열원이 열원으로서의 기능을 상실하더라도 다른 열원으로 운전이 가능함으로 히트펌프의 운전이 원활하며 효율이 극대화 되어 실제 사용에 무리가 없다.
여름 철 냉방 운전 시에는 압축기(A)에서 토출된 고온, 고압의 냉매는 ①번 배관을 거쳐 수(水)용 응축기(B)에서 1차 응축시켜 온수를 생산한다.
이때, 응축된 냉매는 ②번 배관과 전자밸브 SB, ④번 배관을 경유하여 공기용 응축기(D')에서 2차 응축을 하고 ⑤, ⑥번 배관을 통해 수액기(F)로 들어가고 ⑦, ⑨번 배관과 전자밸브 S2을 통해 팽창밸브 e2에서 팽창시키고 수(水)용 증발기(C) 통해 증발시켜 냉수를 생산한다. 수(水)용 증발기(C) 통해 증발된 냉매 가스는 ⑬, ⑮, 번 배관을 통해 액 분리기(H)에 유입되고 번 배관을 통해 압축기(A)로 흡입된다. < 2중 응축 운전 >
2중으로 응축을 함에도 응축압력이 상승해 냉수 생산 시 전력소비량이 증가할 경우는 시스템 계통내의 냉매량이 많음을 나타내준다. 겨울 철 난방 운전을 위해 충진 냉매량이 많아져야 함은 필수적 사실이며 이때 충진된 냉매량은 냉방 운전을 위한 냉매 충진량에 비해 과다한 수준이다.
냉방 효율을 높이기 위해서는 시스템 계통내 냉매량을 냉방 수준에 맞게 조절해 줄 필요가 있다. 냉방 운전 중 응축압력이 일정이상 올라가면 수액기(F)와 연결된 ⑦, ⑪번 배관과 전자밸브 S4를 통해 팽창밸브 e4에서 자동 냉매량 조절기(G)에 팽창시켜 냉매를 저장한다. 저장된 냉매는 번 배관에 설치된 체크밸브(C.V)를 통해 압축기(A) 흡입 압력과의 차압에 의해 액 분리기(H)에 유입되어 시스템 계통내에 흡수된다. 즉 겨울 철 난방 운전 시에는 압축기(A) 흡입압력이 낮아짐으로 자동 냉매량 조절기(G) 내의 압력이 상대적으로 높아진다. 이 차압에 의해 액 분리기(H)에 유입되어 겨울 철 운전에 적당한 냉매량으로 환원되는 것이다.
이때, 냉수탱크(K)의 냉수는 배관, 냉수 순환펌프(PB), 배관을 경유 수(水)용 증발기(C)에서 더욱 더 냉각되어 , 수(水)용 전자밸브 W3, 배관을 통해 휀 코일(E)에서 냉풍으로 바뀌어 실내 공간냉방을 하고 , 수(水)용 전자밸브 W5, , 번 배관을 통해 냉수탱크(K)로 순환된다.
수(水)용 증발기(C)에서 냉각되는 냉수의 온도가 높아 휀 코일(E)을 통한 실내 공간냉방 효율이 떨어질 경우 수액기(F)에서 ⑦, ⑨번 배관과 전자밸브 S2을 통해 팽창밸브 e2에서 수(水)용 증발기(C) 통해 증발시켜 냉수를 생산하는 라인과 수액기(F)에서 ⑦, ⑩번 배관과 전자밸브 S3을 통해 팽창밸브 e3에서 팽창시키고 공기용 증발기(E')에서 증발시키는 라인을 동시에 사용하여 실내 공간냉방을 돕는다. 팽창 증발을 마친 두 개의 라인은 각각 ⑬, ⑭번 배관을 통해 ⑮번 배관에서 합쳐지고 번 배관을 통해 액 분리기(H)에 유입되며 번 배관을 통해 압축기(A)로 흡입시킨다. < 2중 증발 운전 >
이러한 상태에서 히트펌프를 장시간 운전할 경우 온수탱크(K)의 물 온도는 점점 상승해 응축 열원으로서의 기능을 상실하게 된다.
여름 철 급탕 수로 이용되어 보충 수(상수도 수)가 유입될 경우에는 응축 열원으로서의 기능을 계속 수행하겠지만 급탕 수로의 이용이 적을 경우에는 응축 열원으로서의 기능이 약화된다.
이러한 경우, 온수탱크(J)와 열원 용 열 교환기(L)가 연결된 ⓐ, 수(水)용 전자밸브 W7, ⓑ, 순환펌프(PC), ⓔ번 배관을 통해 온수를 열원 용 열 교환기(L)를 통과 시키고 ⓕ, ⓖ번 배관을 통해 온수탱크(J)로 순환시킨다.
열원 용 열 교환기(L)의 다른 쪽은 수 열원(지 열원) 등에 연결된 ⓘ, 순환펌프(PD)를 통과하여 ⓙ배관을 경유하여 열원 용 교환기(L)와 연결되고 온수탱크(J)의 온수와 열 교환된 후 ⓚ배관을 통해 수 열원(지 열원)으로 되돌아간다. 이러한 과정을 계속 반복함으로서 온수탱크(J) 내의 온수온도는 일정 온도를 유지하게 되고 응축 열원으로서의 기능을 계속적으로 수행한다.
< 3중 응축 >
여름 철 냉방 시에는 온수 탱크의 수 열원 응축과 공기 열원 응축, 열원 용 열 교환기(L)를 이용하여 수 열원(지 열원) 등에 의한 응축으로 3중 응축을 이용하여 히트펌프를 운전함으로 응축 성능을 최대화 시킴으로서 냉방 효율이 극대화 되며 냉방 시 실외로 버려지는 응축열량으로 급턍용 온수를 만들어 사용함으로서 에너지 절약이 엄청나며 환경보호에도 일익을 담당한다.
실내 공간 냉/난방 시 실내의 습도가 낮아질 경우가 있는데 실내부에 설치된 가습기(I)를 이용하여 난방 시에는 휀 코일을 순환하는 온수를 이용하여 온습을 냉방 시에는 냉수를 이용하여 냉 습을 함으로 실내 온도를 유지하면서 가습을 할 수 있다.
이러한 부분은 비닐 하우스, 돈사 등에 밀접한 관계를 가지며 실내 온도와 습도를 유지하는데 꼭 필요한 시스템이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
A: 압축기 B: 수(水)용 응축기
C: 수(水)용 증발기 D: 공기용 증발기
D': 공기용 응축기 E: 휀 코일
E': 공기용 증발기 F: 수액기
G: 자동 냉매량 조절기 H: 액 분리기
I: 가습기 J: 온수 탱크
K: 냉수 탱크 C.V: 체크 밸브
F.B: 휀

Claims (7)

  1. 공기용 증발기(D)와 응축기(D')를 일체로 구성하여 설치하고 수(水)용 증발기(C)와 응축기(B)를 각각 설치한 실 외부와 휀 코일(E)과 공기용 증발기(E')를 일체로 설치하여 냉풍과 온풍을 공급하는 실 내부를 하나의 유니트로 설치한 히트펌프 시스템으로, 여름에는 수(水)용 증발기(C)에서 생산한 냉수를 이용하여 실내부의 휀 코일(E)을 이용하여 냉풍으로 공간 냉방을 하고 여분의 냉수는 냉수 탱크(K)에 저장해 두고 냉수가 필요한 개소에 사용하며, 겨울에는 수(水)용 응축기(B)에서 생산한 온수를 이용하여 실내부의 휀 코일(E)을 이용하여 온풍으로 공간 난방을 하고 남은 온수는 온수 탱크(J)에 저장해 두고 온수가 필요한 개소에 사용하는 히트펌프 시스템으로 압축기(A)에서 토출된 고온, 고압의 냉매를 온풍/온수, 냉풍/냉수, 제상 등 어떠한 운전 모드의 경우에도 압축기 응축기 증발기 압축기로 순환되는 냉매 회로는 바뀌지 않는 4-way v/v를 사용하지 않고 일 방향(one way) 냉매 순환회로를 채용한 멀티 히트펌프 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    냉방 시에는 압축기(A)에서 방출되는 응축 열량을 수(水)용 응축기(B)에서 1차 방열 시켜 생산된 온수를 급탕 수로 이용하고 남는 응축 열량은 공기용 응축기(D')를 이용하여 외기에 2차적으로 방열시켜 냉수 생산효율을 극대화 시키고, 난방 시에는 공기용 증발기(D)를 이용해 공기 열원에서 열을 흡수하고, 수(水)용 증발기(C)를 이용해 수 열원 (지 열원) 등에서 각각, 또는 동시에 열을 흡수하여 운전하는 멀티 히트펌프 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    실내부에 사용되는 휀 코일(E)에 공기용 증발기(E' : 냉매 코일)을 일체로 설치하여 냉방 시 냉방 효율을 극대화 시키는 멀티 히트펌프 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    실내부의 휀 코일(E)을 순환하는 냉수/온수를 이용하여 실내를 가습하는 가습기(I)를 설치하여 실내 습도조절기를 겸하는 멀티 히트펌프 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    수액기(F)와 액 분리기(H) 사이에 자동 냉매량 조절기(G)를 설치하고 히트펌프 시스템 계통내의 냉매량이 운전조건보다 많을 경우 수액기(F)의 고압 냉매를 팽창 증발시켜 자동 냉매량 조절기(G)에 저장하고 자동 냉매량 조절기(G)와 액 분리기(H) 사이에 체크 밸브(C.V)를 설치하여 자동 냉매량 조절기(G) 내의 압력이 액 분리기(H) 내의 압력보다 높은 경우에 양 측의 차압에 의해 냉매가 액 분리기(H)로 이동하게 설계된 자동 냉매 조절기(G)를 갖는 멀티 히트펌프 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    공기용 증발기(D)를 통해 공기 열원에서 열을 흡수하여 히트펌프를 운전하는 중 공기용 증발기(D)에 착상이 발생하면 제상을 실시하고, 이때, 압축기(A)에서 토출된 고온의 냉매를 수용 응축기(B)를 통과시킨 후 공기용 증발기(D)와 일체로 되어있는 공기용 응축기(D')를 통과시켜 휀(F.B)으로 열 교환시켜 공기용 증발기(D)에 착상된 서리를 제거시키고 수액기(F)로 보낸다. 수액기(F)에서 토출된 냉매를 수(水)용 증발기(C)에서 팽창 증발시켜 압축기(A)로 흡입시키는 제상회로를 갖는, 즉 공기 열원으로 운전하다 제상 시에는 수 열원(지 열원)으로 운전하는 냉매 순환회로를 갖춘 멀티 히트펌프 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    냉/ 난방 시 실내공기를 휀 (F.B)을 이용하여 공기용 증발기(D)에서 증발시키거나, 공기용 응축기(D')에서 응축시켜 기계본체에 연결된 닥트를 통해 실외로 배출시켜 배출된 공기량 만큼 실외에서 환기구나 건물 틈새를 통해 유입시켜 냉/난방 뿐 아니라 실내 환기 기능도 가지는 멀티 히트펌프 시스템.
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