KR102339927B1 - 냉난방 효율이 향상된 하이브리드 흡착식 히트펌프 - Google Patents

냉난방 효율이 향상된 하이브리드 흡착식 히트펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명의 하이브리드 흡착식 히트펌프는 흡착식 증발기(1), 흡착식 응축기(2), 적어도 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)을 포함하는 흡착식 유닛(100)와, 증발기(5), 제1 응축기(7), 압축기(8), 팽창밸브(9) 및 4방밸브(10)를 포함하는 압축식 유닛(200)를 포함하고, 상기 증발기(5)에서 발생되는 냉매는 냉방 구동 시 상기 흡착탑(3, 4) 중 하나의 흡착탑 및 상기 흡착식 응축기(2)에 제공되고, 난방 구동 시 상기 흡착탑의 증발기(1)에 제공되는 것을 특징으로 한다.

Description

냉난방 효율이 향상된 하이브리드 흡착식 히트펌프 { Hybrid absorption heat pump with Improved cooling and heating efficiency }
본 발명은 냉난방 효율이 향상된 하이브리드 흡착식 히트펌프에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 별도의 냉각 설비가 필요 없는 냉난방 효율이 향상된 하이브리드 흡착식 히트펌프에 관한 것이다.
기존의 흡착식 시스템은 흡착 및 응축하는 과정에서 별도의 냉각탑 설비가 반드시 필요하다. 특히, 하절기 냉방시에는 약 30~32도의 냉각수를 이용하여야 하므로, 낮은 효율의 단점이 지적되어 왔다.
일반적으로 냉각수 온도가 낮을수록 흡착식 시스템의 자체 냉방 COP(Coefficient Of Performance)는 증가되지만, 고온 다습한 하절기의 계절 환경에 의하여 현재 방식의 냉각탑 구조로는 효율의 한계가 존재한다. 아울러, 흡착식 시스템의 경우, 사이클 원리상 저온의 열을 흡수하는 히트펌프 사이클로 구동되기에는 자체적인 한계가 있다.
압축식 시스템을 살펴보면, 냉각탑을 이용한 수냉식과 공랭식 쿨링 유니트 등을 활용하여 냉방에 사용될 수 있다. 이것 역시, 국내 기준인 7℃의 냉수를 만들기 위해서는 많은 전력이 소비되어야 하는 단점이 있다.
압축식 시스템에서 난방의 경우, 저온의 외기 공기열을 흡수하는 히트펌프 기술이 개발되어 있기는 하지만 -5℃~-10℃ 외부 공기열을 흡수하여 난방온도인 45~50℃로 만들기 위해서는 전력을 다수 사용하여야 하는 단점이 지적되어 왔다. 이것은 특히 혹한기의 -15℃이하의 외기온도에서는 난방온도를 만들기가 매우 어려워 성능의 신뢰성 확보가 문제되어 왔다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 흡착식 유닛과 전기 압축식 유닛을 결합한 하이브리드 흡착식 히트펌프 사이클을 고안하여 시스템을 구성한 것으로, 냉방 시 냉각수 설비 없이 간단한 시스템으로 구성되어 효율 높은 냉방이 가능하고 동시에 급탕 또는 난방수를 공급할 수 있어, 병원이나 호텔, 식당 등 냉방수요와 함께 급탕, 난방 수요를 동시에 요구하는 수요처에 매우 효과적인 시스템을 제공할 수 있다.
또한 난방시에는 외부의 낮은 공기 열원으로부터 열을 1차적으로 흡수하여 흡착식 시스템에 전달하고 흡착식에서는 외부열과 함께 난방 수요처로 열을 공급하는 히트펌프 사이클로 작동되어, 기존의 압축식 히트펌프의 낮은 효율과 신뢰성 저하를 방지하고, 흡착식 시스템의 난방기능을 추가로 확보하여 흡착식과 압축식의 단점을 상호 보완하고, 낮은 효율을 해결할 수 있도록 함이 주된 기술적 목표이다.
본 발명의 하이브리드 흡착식 히트펌프는 흡착식 증발기(1), 흡착식 응축기(2), 적어도 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)을 포함하는 흡착식 유닛(100)와, 증발기(5), 제1 응축기(7), 압축기(8), 팽창밸브(9) 및 4방밸브(10)를 포함하는 압축식 유닛(200)를 포함하고,
증발기(5)에서 발생되는 냉온수는 냉방 구동 시 흡착탑(3, 4) 중 하나의 흡착탑 및 흡착식 응축기(2)에 제공되고, 난방 구동 시 흡착탑의 증발기(1)에 제공되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 흡착식 증발기(1) 또는 적어도 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)과 선택적으로 연결되는 제1 유입 배관(IN1), 및
흡착식 응축기(2) 또는 흡착식 증발기(1)와 선택적으로 연결되는 제1 유출 배관(OUT1)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 유입 배관(IN1)은 냉방 구동 시 흡착식 증발기(1)와 연결되고, 난방 구동 시 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 유출 배관(OUT1)은 냉방 구동 시 흡착식 증발기(1)와 연결되고, 난방 구동 시, 흡착식 응축기(2)와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 유출 배관(OUT1), 흡착식 응축기(2)와 연결되는 제1 배관(P1) 및 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제2 배관(P2)과 각각 연결되는 제1 삼방밸브(V1), 및 제1 유입 배관(IN1), 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제3 배관(P3) 및 흡착탑(3, 4) 와 연결되는 제4 배관(P4)과 각각 연결되는 제2 삼방밸브(V2)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 증발기(5)와 연결되고, 흡착식 증발기(1) 또는 흡착식 응축기(2)와 선택적으로 연결되는 제6 유입 배관(P6IN), 및 증발기(5)와 연결되고, 흡착식 증발기(1) 또는 적어도 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)과 선택적으로 연결되는 제6 유출 배관(P6OUT)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제6 유입 배관(P6IN)은 냉방 구동 시 흡착식 응축기(2)와 연결되고, 난방 구동 시 흡착식 증발기(1)와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제6 유출 배관(P6OUT)은 냉방 구동 시 적어도 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)과 연결되고, 난방 구동 시 흡착식 증발기(1)와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제6 유출 배관(P6OUT), 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제7 배관(P7) 및 흡착탑(3, 4)과 연결되는 제8 배관(P8)과 각각 연결되는 제3 삼방밸브(V3) 및, 제6 유입 배관(P6IN), 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제9 배관(P9) 및 흡착식 응축기(2)와 연결되는 제10 배관(P10)과 각각 연결되는 제4 삼방밸브(V4)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트펌프.
일 실시예에 있어서, 제2 응축기(6), 및 제2 응축기와 연결되는 제3 유입 배관(IN3) 및 제3 유출 배관(OUT3)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 흡착탑(3, 4)은 제1 흡착탑(3) 및 제2 흡착탑(4)를 포함하고, 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)에 각각 연결되는 제2 유입 배관(IN2) 및 제2 유출 배관(OUT2)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 유입배관(IN2) 및 제2 유출 배관(OUT2)과, 증발기(5)측으로부터 연결되는 제8 배관(P8) 및 흡착식 응축기(2) 측으로 연결되는 제5 배관(P5)은 각각 제1 및 제3 흡착탑(3, 4)과 서로 교차하며 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)과 상기 제2 유입배관(IN2), 상기 제5 배관(P5)을 연결하는 제1 사방 밸브(VV1), 및 상기 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)과 상기 제2 유출 배관(OUT2), 상기 제8 배관(P8)을 연결하는 제2 사방 밸브(VV2)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 압축식 유닛(200)은 제2 응축기(6)를 더 포함하고,
상기 제1 응축기(7) 및 제2 응축기(6)는 상기 제2 응축기(6)가 요구되는 부하에 따라 각각의 응축기에서 응축되는 응축량이 할당되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 응축기(7)를 응축하는 팬(11)을 더 포함하고,
상기 제2 응축기(6)에서 요구되는 응축량에 따라, 상기 제1 응축기(7)를 응축하는 상기 팬(11)의 회전 속도가 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서 본 발명인 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프에 따르면,
첫째, 시스템의 구축비용 중 큰 비중을 차지하는 냉각탑, 냉각수 펌프, 냉각수 헤더 및 배관 등과 같은 냉각 설비가 필요 없는 시스템이 제공된다. 이것은 냉방 시 압축식에서 만들어진 냉수를 흡착식의 냉각수로 사용하여, 기존의 냉각탑에 적용되는 냉각 설비를 압축식 시스템으로 대체하는 것이다. 결과적으로 흡착식 시스템의 효율을 향상시키고 동시에 급탕 또는 난방수를 공급할 수 있는 고효율 운전을 제공할 수 있게 된다.
둘째, 난방시에는 외부의 낮은 공기 열원에서 열을 흡수하여 흡착식 증발기로 전달하고 이를 이용하여 미활용 저온 열원과 함께 열을 난방 수요처로 공급하는 히트펌프 사이클로 구동되어, 난방 효율의 극대화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프가 냉방 구동하는 것을 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프가 난방 구동하는 것을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본발명의 다른 실시예에 따른 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프를 나타내는 개념도이다.
도 5는 본발명의 또 다른 실시예에 따른 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프를 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 하기 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.
고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프의 구동 원리
본 발명은 흡착식 유닛(100)에 압축식 유닛(200)을 결합하여, 기존 흡착식 유닛에 필요한 별도의 냉각 설비를 생략하여 구성될 수 있으며, 70℃ 이하 온수로 제공되는 미활용 저온 열원(IN2, OUT2)과 공기 열원(11)을 함께 효율적으로 활용하여 냉난방을 효율적으로 구동한다.
냉방 구동 시에는 흡착식 유닛(100)과 압축식 유닛(200)을 결합한 고효율 냉방이 공급됨과 동시에 급탕 또는 온수의 공급(IN3, OUT3)이 가능하다. 냉방 구동 시 효율향상을 위하여 압축식 유닛에서는 약 20~30℃의 냉수를 만들어 흡착식 응축기(2) 및 흡착탑(3, 4) 중 흡착과정에 있는 흡착탑에 냉각수로 공급한다. 이때 흡착식 증발기(1)에서는 7℃의 냉수를 얻을 수 있고, 동시에 압축식 제2 응축기(6)에서는 약 45~60℃ 수준의 급탕 온수 또는 난방온수(IN3, OUT3)를 얻을 수 있다.
난방 구동 시에는 저온의 공기 열원(11)과 미활용 저온 열원(IN2, OUT2)를 이용한 히트펌프 사이클로 구동되어 난방 효율을 매우 향상할 수 있다. 특히 난방시에는 압축식에서 저온의 공기열(11)을 흡수하여 약 20~30℃의 온수를 만들어 흡착식 유닛의 증발기(1)로 공급하면 압축식의 온수와 흡착탑으로 공급되는 온수에서 열량을 회수하여, 흡착탑(3, 4) 및 흡착식 응축기(2)에서 약 40~50℃의 난방 온수를 만드는 히트펌프 사이클로서 매우 높은 효율로 난방을 수요처에 공급(IN1, OUT1)하게 된다.
따라서 본 발명은 압축식 유닛(200)의 전력을 최소화하면서 미활용 저온 열원(IN2, OUT2)과 공기 열원(11)으로부터 열을 회수 또는 배출하여 냉난방기간 모두 매우 높은 효율 달성이 가능한 하이브리드 흡착식 히트펌프로서, 흡착식과 압축식 장치가 복합적으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프의 기본 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프를 나타내는 개념도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프는 흡착식 유닛(100)과 압축식 유닛(200)으로 구분되어 있으며, 구체적으로는 흡착식 유닛(100)인 흡착식 증발기(1), 흡착식 응축기(2), 제1 흡착탑(3), 제2 흡착탑(4)과 압축식 유닛(200)인 증발기(5), 제1 응축기(7), 제2 응축기(6), 압축기(8), 팽창밸브(9), 4방밸브(10)로 구성 된다. 제1 응축기(7)는 공랭식 냉각부(11)를 별도 포함할 수 있다. 제2 응축기(6)는 급탕 또는 난방 열교환기에 해당한다.
여기에 외부로부터 유입 및 유출되는 제1 유입 배관(IN1) 및 제1 유출 배관(OUT1), 제2 유입 배관(IN2) 및 제2 유출 배관(OUT2), 및 제3 유입 배관(IN3) 및 제3 유출 배관(OUT3)을 포함하며, 내부를 구성하는 제1 내지 제10 배관(P1, … , P10)을 포함한다. 또한, 제1 내지 제4 삼방 밸브(V1, V2, V3, V4)를 포함하며, 흡착식 유닛(100)의 흡착탑(3, 4) 에는 각각 제1 내지 제5 스위치(S1, S2, S3, S4, S5)가 포함된다. 또한 각부 온도 센서(S1, S2, S3, S4, S5)가 포함되며, 흡착식과 압축식 간의 냉각 열원 순환펌프(PUMP)를 포함한다.
제1 유입 배관(IN1) 및 제1 유출 배관(OUT1)에서는 냉방 구동 시에는 냉방을 위한 냉수가 유입되어 냉각된 후 유출되고, 난방 구동 시에는 난방을 위한 난방온수가 유입되어 고온으로 가열되어 유출된다.
제2 유입 배관(IN2) 및 제2 유입 배관(OUT2)에서는 냉난방 구동 시 공통적으로 미활용 저온 온수가 공급되어, 이것은 냉방 및 난방 사이클을 구동하는 열원으로 활용된다.
제3 유입배관(IN3) 및 제3 유출 배관(OUT3)에서는 냉방 구동 시, 별도의 급탕 또는 난방을 위해 사용되는 급탕수가 유입되어, 고온으로 가열되어 유출 된다.
제1 배관(P1)은 제1 유출 배관(OUT1) 및 흡착식 응축기(2)를 연결한다. 제2 배관(P2)는 흡착식 증발기(1)와 제1 유출 배관(OUT1)을 연결한다. 제1 삼방밸브(V1)는 이러한 제1 배관(P1), 제2 배관(P2) 및 제1 유출 배관(OUT1)을 연결한다. 제3 배관(P3)는 제1 유입 배관(IN1) 및 흡착식 증발기(1)와 연결된다.
제4 배관(P4)은 흡착탑(3, 4)과 제1 유입 배관(IN1)과 연결된다. 제2 삼방밸브(V2)는 제1 유입 배관(IN1), 제3 배관(P3) 및 제4 배관(P4)와 연결된다. 이로써, 제1 삼방밸브(V1) 및 제2 삼방밸브(V2)의 제어를 통해 유로를 제어할 수 있다.
제7 배관(P7)은 제6 유출 배관(P6OUT) 및 흡착식 증발기(1)와 연결된다. 제8 배관(P8)은 제6 유출 배관(P6OUT) 및 흡착탑(3, 4)과 연결된다. 제3 삼방밸브(V3)는 제7 배관(P7), 제8 배관(P8) 및 제6 유출 배관(P6OUT)과 연결된다.
제9 배관(P9)은 제6 유입 배관(P6IN) 및 흡착식 증발기(1)와 연결된다. 제10 배관(P10)은 제6 유입 배관(P6IN) 및 흡착식 응축기(2)와 연결된다. 제4 삼방밸브(V4)는 제9 배관(P9) 및 제10 배관(P10) 및 제6 유입 배관(P6IN)과 연결된다. 이로써, 제3 및 제4 삼방밸브(V3, V4)의 제어를 통해 증발기(2)에서 생성되는 냉온수의 유로를 제어할 수 있다.
냉방과 난방 구동 시에 각각 유로 형성을 위해 제1 내지 제4 3방 밸브(V1, V2, V3, V4)가 각각 구동되어 유로를 형성하고, 흡착식 유닛(100)의 흡착탑(3, 4)에 배치되는 제1 내지 제5 스위치(S1, S2, S3, S4, S5)는 흡착 유닛(100) 내에서, 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)이 각각 흡착 탈착 사이클을 기동할 수 있도록 제어 된다.
추가적으로 각 온도 센서(S1, S2, S4, S5)는 냉방 또는 난방 온도 제어를 위해 사용되며, 또한 압축식 유닛 내에 싸이클에 포함되는 제3 온도 센서(S3)는 냉방 기동 시에 급탕 또는 난방 부하에 따라 공랭식 부하조절(11)을 위해 사용될 수 있다.
한편 흡착식의 흡착제로는 실리카겔, 제올라이트, 유무기복합 흡착제(MOF) 등 다양한 흡착제의 적용이 가능하고, 압축식의 냉매로는 R134a, R407c, R410a, R32등 현재 널리 활용되는 냉매와 함께, R1234ze, R1234yf 등 Low GWP 신 냉매도 포함된다.
하이브리드 흡착식 히트펌프의 냉방 구동
도 2는 도 1의 실시예에 따른 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프가 냉방 구동하는 것을 나타내는 개념도이다.
본 실시예 따른 하이브리드 흡착식 히트펌프에서, 시스템의 냉방 운전 지령이 개시되면, 제1 삼방밸브(V1)와 제2 삼방밸브(V2)가 유로를 흡착식 유닛(200)의 증발기(1)로 순환되도록 개도를 조정한다. 이 때에 유입되는 냉수는 각각 제1 유입 배관(IN1) 및 제1 유출 배관(OUT1)을 통하여 실내 부하 측으로부터 흡착식 증발기(1)로 제공되어 다시 순환된다.
한편, 제1 및 제2 흡착탑(3, 4) 중 탈착 과정이 실시되는 제1 흡착탑(3)에는 미활용 열원인 온수가 공급되어 탈착이 진행된다. 이 때에 제2 유입 배관(IN2) 및 제2 유출 배관(OUT2)을 통하여 외부의 미활용 열원인 온수가 공급된다.
다른 제2 흡착탑(4)에는 압축식 유닛에서 만들어진 약 20~30℃의 냉수가 냉각수로 활용되고, 이러한 냉각수는 제2 흡착탑(4) 및 흡착식 응축기(2)에 순환된다. 이때에 흡착식 유닛에서는 흡착식 증발기(1)에서 최종적으로 7℃의 냉수를 생산한다. 생산된 냉수는 제1 유출 배관(OUT1)을 통하여 배출되고, 실내 부하 측에 공급되어 냉방을 실시 한다.
이때 제2 유입 배관(IN2)을 통하여 흡착식 유닛(100)으로 흡수된 미활용 열원 온수의 열량과 제1 유입 배관(IN1)을 통하여 실내 부하 측으로부터 흡수한 냉열은 흡착탑(3, 4)과 흡착식 응축기(2)에서 약 25~35℃ 수준으로 압축식 증발기(5)에서 냉각수로 전달된다. 이 때에는 제3 및 제4 삼방밸브(V3, V4)가 유로를 제어하여 냉각수가 흡착탑(3, 4)을 통하여, 흡착식 응축기(2)에서 압축식 증발기(5)로 제공되도록 유로를 형성한다. 압축식 유닛(200)에서는 전달된 냉각열을 이용해, 압축식에서 순환되는 냉매를 승온 및 기화 시키고 이를 압축기(8)에서 고온고압의 기체로 만들어 제1 응축기(7)과 제2 응축기(6)로 공급한다.
제1 응축기(7)는 공랭식으로 처리(11) 될 수 있고, 제2 응축기(6)에서는 급탕 또는 난방 열교환기로 제3 유입 배관(IN3) 및 제3 유출 배관(OUT3)을 통하여 급탕수를 유입 후 가열하여 배출한다.
이때에, 급탕 부하 또는 난방부하가 발생하는 경우, 제2 응축기(6)를 우선적으로 기동하여, 급탕 부하 또는 난방 부하를 제공하며, 과냉도를 향상시킨다. 만일, 급탕 또는 난방 부하가 적거나 없을 시에는 제1 응축기(7)에서 팬(11)을 기동하여 응축시키게 되고 이후 팽창밸브(9)를 통과하여 증발기로 공급되어 사이클이 반복되게 된다. 이때 제1 응축기(7) 공랭식의 구동제어는 급탕 또는 난방부하의 규모와 과냉도를 자동계산하여 팬(11)을 ON/OFF 또는 스텝제어, 인버터제어 등으로 조절할 수 있다.
이처럼 냉방시에는 고효율 흡착식 냉방과 동시에 압축식 유닛에서 급탕 또는 난방수를 공급할 수 있어 에너지 효율 측면에서 매우 우수한 성능을 확보할 수 있다.
또한 부분 부하시에는 압축식 유닛의 압축기를 인버터로 출력을 조절하여 전력을 절감하고, 동시에 외부 열원인 미활용 열원 사용을 줄이게 되어 더욱 많은 에너지가 절감되게 된다.
그리고 하이브리드 흡착식 히트펌프에는 냉각수 설비가 필요 없게 되므로, 미활용 저온 열원을 이용하는 흡착식 시스템의 가장 큰 걸림돌인 초기투자비가 대폭 절감되어 에너지 수급과 활용에 큰 기여를 할 수 있다.
하이브리드 흡착식 히트펌프의 난방 구동
도 3은 도 1의 실시예에 따른 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프가 난방 구동하는 것을 나타내는 개념도이다.
본 실시예에 따른 하이브리드 흡착식 히트펌프에서, 시스템의 난방 운전 지령이 개시되면, 제1 삼방밸브(V1)와 제2 삼방밸브(V2)가 유로를 흡착식 유닛(100)의 흡착탑(3, 4)과 흡착식 응축기(2)로 순환되도록 개도를 조정한다. 제1 유입 배관(IN1) 및 제1 유출 배관(OUT1)을 통하여 유입/유출되는 난방온수는 실내 부하 측으로부터 흡착탑(3, 4) 및 흡착식 응축기(2)로 순환된다.
이때 제3 삼방밸브(V3)와 제4 삼방밸브(V4)는 압축식 유닛(200)의 압축식 증발기(5)와 흡착식 유닛(100)의 흡착식 증발기(1)가 연통되도록 유로를 형성한다. 압축식 유닛(200) 내의 사방밸브(10)에 의하여 압축식 유닛(200)의 사이클은 역방향으로 기동 되어, 냉매가 역으로 흐르게 된다. 압축 유닛(200)의 제1 응축기(7)는 외부의 저온 공기 열원으로부터 열을 흡수하는 증발기의 역할을 수행하게 되고 이후 냉매는 압축기에서 승압 및 승온 상태로 압축 유닛의 증발기(5)에서 응축되게 된다. 이 때에 제1 응축기(7)에 적용되는 외부의 저온 공기 열원은 겨울 기준으로 약 5℃~-15℃의 온도를 가질 수 있다.
이때 압축 유닛(200)의 증발기(5)에서는 약 20~30℃의 저온 온수를 만들어 흡착 유닛(100)의 흡착식 증발기(1)로 순환시킨다. 흡착식 증발기(1)에서는 20~30℃의 저온 온수에서 열을 흡수하고 탈착 및 흡착에 따라 외부 미활용 온수열과 함께 흡착탑(3, 4)과 흡착식 응축기(2)로 약 45~55℃의 난방온수의 형태로 열을 방출함으로써 하이브리드 흡착식 난방 히트펌프 사이클이 구동된다.
이때 제2 응축기(6)는 자동으로 정지된다. 또한 실내수요처의 부하율에 따라 압축 유닛(200)의 출력이 인버터로 제어되고, 제1 응축기(7)의 팬(11)에 대한 제어가 이루어지며, 흡착식 유닛(100)의 온수 입열(IN2, OUT2)이 제어되어 부분 부하 시 더욱 더 효율이 증가되는 특징을 가진다.
이처럼 기존 흡착식이나 압축식 히트펌프와 달리 본 기술에서는 압축식을 이용한 저온의 공기열과 압축일에 해당하는 열량 및 흡착식 입열 등 3가지의 열과 일이 난방온수로 만들어지기 때문에 시스템 규모대비 열량이 크고, 난방효율이 우수 해진다.
또한 압축식 히트펌프의 최대 단점인 혹한기의 난방성능의 신뢰성과 안정성의 부족을 완벽하게 보완할 수 있어 4계절 고효율 및 안정적인 냉난방 급탕이 가능하다.
하이브리드 흡착식 히트펌프의 추가 실시예
도 4는 본발명의 다른 실시예에 따른 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프를 나타내는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 도 1의 실시예와 비교하여, 압축식 유닛(200)은 제2 응축기(6)가 제외되어 구성된다. 이 경우, 냉방 구동 시 별도로 난방을 위한 급탕이나 온수제공이 불가하지만, 팬(11)을 통하여 제1 응축기(7)를 제어하는 것이 가능하므로, 냉방 기능만 필요한 경우 제2 응축기(6)를 생략하여 구성할 수 있다.
도 5는 본발명의 또 다른 실시예에 따른 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프를 나타내는 개념도이다.
도 5를 참조하면, 도 1의 실시예와 비교하여, 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)과 연결되는 제2 유입 배관(IN2), 제2 유출 배관(OUT2) 및 제8 배관(P8) 및 제5 배관(P5)이 각각 제1 사방밸브(VV1) 및 제2 사방밸브(VV2)로 구성되었다.
제1 및 제2 흡착탑(3, 4)이 각각 흡착과 탈착 공정으로 번갈아 구동될 때에, 이를 전환하기 용이하도록 제1 및 제2 사방밸브 (VV1, VV2)를 흡착식 유닛(100) 내에 설치한 것이며, 보다 용이하게 흡탈착 전환이 가능하게 된다.
이처럼 비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 냉방 시 냉각수 설비 없이, 압축식에서 생산된 냉수를 흡착식의 냉각수로 활용하여 냉수를 생산하고, 난방시에는 공기 열원 및 압축식일, 미활용 열원 등 3가지 이상의 열원을 이용한 히트펌프 사이클의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용의하게 인식할 수 있을 것이다.
이상에서 설명된 본 발명의 일 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 흡착식 유닛
200 : 압축식 유닛
1 : 흡착식 증발기
2 : 흡착식 응축기
3 : 제1 흡착탑
4 : 제2 흡착탑
5 : 증발기
6 : 제2 응축기
7 : 제1 응축기
8 : 압축기
9 : 팽창밸브
10 : 사방밸브

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 흡착식 증발기(1), 흡착식 응축기(2), 적어도 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)을 포함하는 흡착식 유닛(100);
    증발기(5), 제1 응축기(7), 압축기(8), 팽창밸브(9) 및 4방밸브(10)를 포함하는 압축식 유닛(200);
    상기 흡착식 증발기(1) 또는 적어도 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)과 선택적으로 연결되는 제1 유입 배관(IN1); 및
    상기 흡착식 응축기(2) 또는 상기 흡착식 증발기(1)와 선택적으로 연결되는 제1 유출 배관(OUT1);을 포함하고
    상기 증발기(5)에서 발생되는 냉온수는 냉방 구동 시 상기 흡착탑(3, 4) 중 하나의 흡착탑 및 상기 흡착식 응축기(2)에 제공되고, 난방 구동 시 상기 흡착식 증발기(1)에 제공하며,
    상기 제1 유입 배관(IN1)은 냉방 구동 시 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되고, 난방 구동 시 상기 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 유출 배관(OUT1)은 냉방 구동 시 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되고, 난방 구동 시, 상기 흡착식 응축기(2)와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트펌프.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 유출 배관(OUT1), 상기 흡착식 응축기(2)와 연결되는 제1 배관(P1) 및 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제2 배관(P2)과 각각 연결되는 제1 삼방밸브(V1); 및
    상기 제1 유입 배관(IN1), 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제3 배관(P3) 및 상기 흡착탑(3, 4) 와 연결되는 제4 배관(P4)과 각각 연결되는 제2 삼방밸브(V2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트펌프.
  6. 삭제
  7. 흡착식 증발기(1), 흡착식 응축기(2), 적어도 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)을 포함하는 흡착식 유닛(100);
    증발기(5), 제1 응축기(7), 압축기(8), 팽창밸브(9) 및 4방밸브(10)를 포함하는 압축식 유닛(200);
    상기 증발기(5)와 연결되고, 상기 흡착식 증발기(1) 또는 상기 흡착식 응축기(2)와 선택적으로 연결되는 제6 유입 배관(P6IN); 및
    상기 증발기(5)와 연결되고, 상기 흡착식 증발기(1) 또는 적어도 두 개 이상의 상기 흡착탑(3, 4)과 선택적으로 연결되는 제6 유출 배관(P6OUT)을 포함하고,
    상기 증발기(5)에서 발생되는 냉온수는 냉방 구동 시 상기 흡착탑(3, 4) 중 하나의 흡착탑 및 상기 흡착식 응축기(2)에 제공되고, 난방 구동 시 상기 흡착식 증발기(1)에 제공되며,
    상기 제6 유입 배관(P6IN)은 냉방 구동 시 상기 흡착식 응축기(2)와 연결되고, 난방 구동 시 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트펌프.
  8. 흡착식 증발기(1), 흡착식 응축기(2), 적어도 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)을 포함하는 흡착식 유닛(100);
    증발기(5), 제1 응축기(7), 압축기(8), 팽창밸브(9) 및 4방밸브(10)를 포함하는 압축식 유닛(200);
    상기 증발기(5)와 연결되고, 상기 흡착식 증발기(1) 또는 상기 흡착식 응축기(2)와 선택적으로 연결되는 제6 유입 배관(P6IN); 및
    상기 증발기(5)와 연결되고, 상기 흡착식 증발기(1) 또는 적어도 두 개 이상의 상기 흡착탑(3, 4)과 선택적으로 연결되는 제6 유출 배관(P6OUT)을 포함하고
    상기 증발기(5)에서 발생되는 냉온수는 냉방 구동 시 상기 흡착탑(3, 4) 중 하나의 흡착탑 및 상기 흡착식 응축기(2)에 제공되고, 난방 구동 시 상기 흡착식 증발기(1)에 제공되며,
    상기 제6 유출 배관(P6OUT)은 냉방 구동 시 적어도 두 개 이상의 상기 흡착탑(3, 4)과 연결되고, 난방 구동 시 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트펌프.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제6 유출 배관(P6OUT), 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제7 배관(P7) 및 상기 흡착탑(3, 4)과 연결되는 제8 배관(P8)과 각각 연결되는 제3 삼방밸브(V3) 및;
    상기 제6 유입 배관(P6IN), 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제9 배관(P9) 및 상기 흡착식 응축기(2)와 연결되는 제10 배관(P10)과 각각 연결되는 제4 삼방밸브(V4)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트펌프.
  10. 제3항에 있어서,
    제2 응축기(6); 및
    상기 제2 응축기와 연결되는 제3 유입 배관(IN3) 및 제3 유출 배관(OUT3)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트펌프.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 흡착탑(3, 4)은 제1 흡착탑(3) 및 제2 흡착탑(4)를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)에 각각 연결되는 제2 유입 배관(IN2) 및 제2 유출 배관(OUT2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트펌프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 유입배관(IN2) 및 상기 제2 유출 배관(OUT2)과, 상기 증발기(5)측으로부터 연결되는 제8 배관(P8) 및 상기 흡착식 응축기(2) 측으로 연결되는 제5 배관(P5)은 각각 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)과 서로 교차하며 연결되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트 펌프.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)과 상기 제2 유입배관(IN2), 상기 제5 배관(P5)을 연결하는 제1 사방 밸브(VV1); 및
    상기 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)과 상기 제2 유출 배관(OUT2), 상기 제8 배관(P8)을 연결하는 제2 사방 밸브(VV2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트 펌프.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 압축식 유닛(200)은 제2 응축기(6)를 더 포함하고,
    상기 제1 응축기(7) 및 제2 응축기(6)는 상기 제2 응축기(6)가 요구되는 부하에 따라 각각의 응축기에서 응축되는 응축량이 할당되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트 펌프.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 응축기(7)를 응축하는 팬(11)을 더 포함하고,
    상기 제2 응축기(6)에서 요구되는 응축량에 따라, 상기 제1 응축기(7)를 응축하는 상기 팬(11)의 회전 속도가 제어되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트 펌프.
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