KR102353573B1 - 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템 - Google Patents

온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템 Download PDF

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Abstract

온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템이 개시된다. 상기 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템은 하부공간에 저온수가 충진된 상태에서 저온수 위쪽의 상부공간에 고온수가 충진되는 형태의 온도성층형 급탕탱크; 상기 온도성층형 급탕탱크 내의 고온수를 일방향으로 공급하는 고온수 공급관; 상기 고온수 공급관과 연결되어 고온수를 회수하는 고온수 회수관; 상기 고온수 공급관으로부터 분기되어 고온수를 실내의 급탕으로 공급하는 급탕배관; 고온 냉매를 배출하는 압축기; 상기 압축기의 출구에 연결되고, 냉방운전 및 난방운전에 따라 상기 고온 냉매가 흐르는 방향을 전환시키는 사방밸브; 냉방운전시 고온 냉매 및 저온수 간의 열교환을 통해 급탕용 고온수를 생성하는 급탕열교환기; 상기 온도성층형 급탕탱크로부터 상기 급탕열교환기에 연결되어 상기 온도성층형 급탕탱크 내의 저온수를 상기 급탕열교환기로 공급하는 저온수 공급관; 상기 고온수 회수관으로부터 분기되어 상기 급탕열교환기에 연결되고, 상기 급탕열교환기에서 생성되는 급탕용 고온수를 회수하는 환탕배관; 상기 급탕열교환기의 입구 및 출구 사이에 연결되어 냉매가 상기 급탕열교환기를 경유하지 않도록 바이패스시키는 바이패스관; 상기 급탕열교환기의 출구 측에 배치되는 팽창밸브; 지중열원과 연결되어 지중열과 냉매가 열교환하도록 하는 지중열원 열교환기; 실내의 서로 다른 공간에 설치되어 실내를 냉방 및 난방하는 다수의 실내기; 히트펌프의 냉방운전 및 난방운전을 제어하는 제어부를 포함하고,
난방운전시, 상기 압축기로부터 배출되는 고온 냉매는 상기 사방밸브의 제2 포트로부터 상기 각각의 실내기로 연결되는 제1 냉매이송경로를 따라 상기 각각의 실내기로 공급되고, 이어서 상기 각각의 실내기로부터 상기 급탕열교환기로 연결되는 제2 냉매이송경로를 따라 이동하는 중에 상기 바이패스관으로 유입 및 바이패스관을 따라 이동하여 상기 팽창밸브로 공급되고, 이어서 상기 팽창밸브로부터 상기 지중열원 열교환기로 연결되는 제3 냉매이송경로를 따라 상기 지중열원 열교환기로 공급되고, 이어서 상기 지중열원 열교환기로부터 상기 사방밸브의 제3 포트로 연결되는 제4 냉매이송경로를 따라 상기 제3 포트로 유입되고, 이어서 상기 사방밸브의 제4 포트로부터 상기 압축기로 연결되는 냉매회수경로를 따라 상기 압축기로 회수되는 싸이클로 운전되고,
냉방운전시, 상기 압축기로부터 배출되는 고온 냉매는 상기 제4 냉매이송경로를 따라 이동하되 지중열원과의 열교환 없이 상기 지중열원 열교환기를 통과한 후, 상기 지중열원 열교환기로부터 상기 급탕열교환기로 연결되는 제5 냉매이송경로를 따라 상기 급탕열교환기로 공급되고, 이어서 상기 급탕열교환기 및 상기 팽창밸브 사이의 제6 냉매이송경로를 따라 상기 급탕열교환기로부터 상기 팽창밸브로 공급되고, 이어서 상기 팽창밸브로부터 상기 각각의 실내기로 연결되는 제7 냉매이송경로를 따라 상기 각각의 실내기로 공급되고, 이어서 상기 제1 냉매이송경로를 따라 상기 사방밸브의 제2 포트로 유입되고, 이어서 상기 냉매회수경로를 따라 상기 압축기로 회수되는 싸이클로 운전되고,
상기 냉방운전시 냉매가 상기 급탕열교환기에서 열교환될 때 급탕용 고온수를 생성하고, 그 생성된 급탕용 고온수는 상기 환탕배관 및 고온수 회수관을 따라 상기 온도성층형 급탕탱크로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM}
본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프 시스템은 압축기, 응축기, 증발기 그리고 팽창밸브 등을 순환하는 냉매가 유체(기체, 액체 등)와 열교환을 하여 난방과 냉방이 이루어지도록 함은 물론, 온수 공급을 위하여 생활용수(물탱크내의 수도물 등)와의 열교환을 통한 급탕 기능을 수행하는 시스템을 말한다.
이러한 히트펌프 시스템에서 급탕(온수)을 공급하기 위해 디슈퍼히터(급탕열교환기)가 포함된다.
상기 히트펌프 시스템의 냉방 작동 원리를 보면, 증발기를 통과하는 액체 냉매가 실내 공기로부터 열을 빼앗아 증발하는 동시에 열을 빼앗긴 실내공기가 차가운 상태가 되어 냉방을 요하는 장소로 순환되도록 함으로써, 실내 냉방이 이루어진다.
상기 히트펌프 시스템의 난방 작동 원리를 보면, 압축기에서 토출된 고온 고압의 가스 상태 냉매가 열교환기로 들어가서 실내측 공기와 열교환을 함으로써, 실내 난방이 이루어진다.
또한, 상기 히트펌프 시스템의 급탕 작동 원리를 보면, 압축기를 통과한 고온의 냉매가 디수퍼히터를 경유하고, 이와 동시에 저온의 물이 디수퍼히터를 통과할 때, 고온의 냉매와 저온의 물이 열교환을 함으로써, 저온의 물이 온수로 급탕 가열되는 급탕 기능이 수행된다.
그런데, 이러한 히트펌프 시스템은 실내 냉방 운전시 고온 냉매의 과냉각을 위해 지중열원을 이용하므로 충분한 과냉각을 위해서는 지중열원을 이용하기 위한 지열공의 천공, 배관의 연결 등 지중열원 설비를 위해 많은 시간과 비용이 소모되는 문제가 있었다.
등록특허 제10-1054377호
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 급탕 가열을 위한 비용이 절감되고, 히트펌프 시스템의 시공 단가를 낮출 수 있도록 한 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템은 하부공간에 저온수가 충진된 상태에서 저온수 위쪽의 상부공간에 고온수가 충진되는 형태의 온도성층형 급탕탱크; 상기 온도성층형 급탕탱크 내의 고온수를 일방향으로 공급하는 고온수 공급관; 상기 고온수 공급관과 연결되어 고온수를 회수하는 고온수 회수관; 상기 고온수 공급관으로부터 분기되어 고온수를 실내의 급탕으로 공급하는 급탕배관; 고온 냉매를 배출하는 압축기; 상기 압축기의 출구에 연결되고, 냉방운전 및 난방운전에 따라 상기 고온 냉매가 흐르는 방향을 전환시키는 사방밸브; 냉방운전시 고온 냉매 및 저온수 간의 열교환을 통해 급탕용 고온수를 생성하는 급탕열교환기; 상기 온도성층형 급탕탱크로부터 상기 급탕열교환기에 연결되어 상기 온도성층형 급탕탱크 내의 저온수를 상기 급탕열교환기로 공급하는 저온수 공급관; 상기 고온수 회수관으로부터 분기되어 상기 급탕열교환기에 연결되고, 상기 급탕열교환기에서 생성되는 급탕용 고온수를 회수하는 환탕배관; 상기 급탕열교환기의 입구 및 출구 사이에 연결되어 냉매가 상기 급탕열교환기를 경유하지 않도록 바이패스시키는 바이패스관; 상기 급탕열교환기의 출구 측에 배치되는 팽창밸브; 지중열원과 연결되어 지중열과 냉매가 열교환하도록 하는 지중열원 열교환기; 실내의 서로 다른 공간에 설치되어 실내를 냉방 및 난방하는 다수의 실내기; 히트펌프의 냉방운전 및 난방운전을 제어하는 제어부를 포함하고,
난방운전시, 상기 압축기로부터 배출되는 고온 냉매는 상기 사방밸브의 제2 포트로부터 상기 각각의 실내기로 연결되는 제1 냉매이송경로를 따라 상기 각각의 실내기로 공급되고, 이어서 상기 각각의 실내기로부터 상기 급탕열교환기로 연결되는 제2 냉매이송경로를 따라 이동하는 중에 상기 바이패스관으로 유입 및 바이패스관을 따라 이동하여 상기 팽창밸브로 공급되고, 이어서 상기 팽창밸브로부터 상기 지중열원 열교환기로 연결되는 제3 냉매이송경로를 따라 상기 지중열원 열교환기로 공급되고, 이어서 상기 지중열원 열교환기로부터 상기 사방밸브의 제3 포트로 연결되는 제4 냉매이송경로를 따라 상기 제3 포트로 유입되고, 이어서 상기 사방밸브의 제4 포트로부터 상기 압축기로 연결되는 냉매회수경로를 따라 상기 압축기로 회수되는 싸이클로 운전되고,
냉방운전시, 상기 압축기로부터 배출되는 고온 냉매는 상기 제4 냉매이송경로를 따라 이동하되 지중열원과의 열교환 없이 상기 지중열원 열교환기를 통과한 후, 상기 지중열원 열교환기로부터 상기 급탕열교환기로 연결되는 제5 냉매이송경로를 따라 상기 급탕열교환기로 공급되고, 이어서 상기 급탕열교환기 및 상기 팽창밸브 사이의 제6 냉매이송경로를 따라 상기 급탕열교환기로부터 상기 팽창밸브로 공급되고, 이어서 상기 팽창밸브로부터 상기 각각의 실내기로 연결되는 제7 냉매이송경로를 따라 상기 각각의 실내기로 공급되고, 이어서 상기 제1 냉매이송경로를 따라 상기 사방밸브의 제2 포트로 유입되고, 이어서 상기 냉매회수경로를 따라 상기 압축기로 회수되는 싸이클로 운전되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 냉방운전시 냉매가 상기 급탕열교환기에서 열교환될 때 급탕용 고온수를 생성하고, 그 생성된 급탕용 고온수는 상기 환탕배관 및 고온수 회수관을 따라 상기 온도성층형 급탕탱크로 공급될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 온도성층형 급탕탱크에 고온수가 과도 충진된 경우, 냉방운전시 순환되는 냉매가 상기 지중열원 열교환기와 열교환하도록 냉방운전을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템에 의하면, 냉방운전시 급탕용 고온수의 생성이 가능하고, 냉방운전시 생성되는 급탕용 고온수를 온도성층형 급탕탱크로 회수시켜서 급탕을 위한 고온수 충진이 가능하므로 급탕용 고온수 생성을 위한 별도의 설비가 필요 없게 되고, 이에 따라 급탕 가열을 위한 비용이 절감되는 이점이 있다.
또한, 평상시 지중열원을 이용하지 않고 급탕가열을 위한 급탕열교환기를 통해 고온 냉매를 과냉각시키고, 온도성층형 급탕탱크 내로 고온수가 과다 충진된 경우에만 지중열원 열교환기를 사용하므로 지중열원의 사용량이 감소되며, 이에 따라 지중열원을 이용하기 위한 설비 규모, 즉 지중열원 열교환기를 지중열원과 연결하는 지중열원 연결배관의 규모가 축소될 수 있어 히트펌프 시스템의 시공 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템의 난방운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템의 냉방운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 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. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템은 온도성층형 급탕탱크(110), 고온수 공급관(121), 고온수 회수관(122), 급탕배관(124), 저온수 공급관(123), 환탕배관(125), 압축기(130), 사방밸브(140), 급탕열교환기(150), 바이패스관(160), 팽창밸브(170), 지중열원 열교환기(180), 지중열원 연결배관(181), 다수의 실내기(190), 제어부를 포함할 수 있다.
온도성층형 급탕탱크(110)는 하나의 내부공간을 갖지만, 하부공간에 저온수가 충진된 상태에서 저온수 위쪽의 상부공간에 고온수가 충진됨으로써, 상부공간에 고온수가 존재하는 동시에 하부공간에 저온수가 존재하여, 고온수와 저온수가 서로 경계를 이루면서 상존하는 탱크를 말한다. 이러한 온도성층형 급탕탱크(110)는 실내의 일측, 예를 들어, 보일러실에 설치될 수 있다.
고온수 공급관(121)은 온도성층형 급탕탱크(110) 내의 고온수를 일방향으로 공급할 수 있다.
고온수 회수관(122)은 고온수 공급관(121)과 연결되어 고온수를 회수할 수 있다. 고온수 회수관(122)은 고온수 공급관(121)을 따라 공급되는 고온수를 온도성층형 급탕탱크(110)로 회수할 수 있다.
급탕배관(124)은 상기 고온수 공급관(121)으로부터 분기되어 고온수를 실내의 급탕으로 공급할 수 있다. 급탕배관(124)은 실내의 욕실, 싱크대 등의 수전에 연결되는 배관일 수 있다.
저온수 공급관(123)은 온도성층형 급탕탱크(110)로부터 급탕열교환기(150)에 연결되어 온도성층형 급탕탱크(110) 내의 저온수를 급탕열교환기(150)로 공급할 수 있다. 공급되는 저온수는 급탕열교환기(150)에서 고온 냉매와 열교환할 수 있다.
환탕배관(125)은 고온수 회수관(122)으로부터 분기되어 급탕열교환기(150)에 연결되고, 급탕열교환기(150)에서 저온수와 고온 냉매가 열교환하여 생성되는 급탕용 고온수를 회수할 수 있다.
압축기(130)는 냉매를 압축해서 고온 고압의 상태로 만들어 고온 고압의 냉매를 일방향으로 배출할 수 있다.
사방밸브(140)는 밸브의 포트를 4개 가진 것을 의미하며, 히트펌프 시스템의 난방운전 및 냉방운전에 따라 각각의 포트가 개별 개폐될 수 있다.
급탕열교환기(150)는 상기 환탕배관(125) 및 상기 저온수 공급관(123)과 연결되고, 냉방운전시 고온 냉매 및 저온수 간의 열교환을 통해 급탕용 고온수를 생성할 수 있다.
바이패스관(160)은 급탕열교환기(150)의 입구 및 출구 사이에 연결되어, 히트펌프(200)의 난방 운전시 냉매가 급탕열교환기(150)를 경유하지 않도록 바이패스 시킬 수 있다.
팽창밸브(170)는 급탕열교환기(150)의 출구 측에 배치될 수 있다.
지중열원 열교환기(180)는 지중열원(10)과 연결되어 지중열과 냉매가 열교환하도록 한다. 지중열원 열교환기(180)는 난방운전시에는 냉매 및 지중열원이 열교환하도록 하고, 냉방운전시에는 온도성층형 급탕탱크(110)에 고온수가 과도 충진된 경우 중앙제어부의 제어에 의해 가동될 수 있다.
지중열원 연결배관(181)은 지중열원 열교환기(180) 및 지중열원(10) 사이에 연결될 수 있다.
다수의 실내기(190)는 실내의 서로 다른 공간에 설치되어 실내를 냉방 및 난방할 수 있다.
제어부(미도시)는 히트펌프의 냉방운전 및 난방운전을 제어할 수 있다. 제어부는 상기 온도성층형 급탕탱크(110) 내의 고온수 및 저온수의 공급, 상기 사방밸브(140)의 개폐를 제어하며, 온도성층형 급탕탱크(110)에 고온수가 과도 충진된 경우, 냉방운전시 순환되는 냉매가 지중열원 열교환기(180)와 열교환하도록 냉방운전을 제어할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템에서의 냉방운전 및 난방운전을 설명한다.
히트펌프의 난방운전
도 2는 도 1에 도시된 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템의 난방운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 상기 압축기(130)로부터 배출되는 고온 냉매는 사방밸브(140)의 제2 포트(232)로부터 각각의 실내기(190)로 연결되는 제1 냉매이송경로(①)를 따라 각각의 실내기(190)로 공급된다. 각각의 실내기(190)로 공급된 고온 냉매에 의해 각각의 실내기(190)는 난방을 위한 따뜻한 공기를 실내로 공급할 수 있다.
이어서, 각각의 실내기(190)로부터 급탕열교환기(150)로 연결되는 제2 냉매이송경로(②)를 따라 이동하며, 그 이동 중에 고온 냉매가 급탕열교환기(150)로 공급되지 않도록 고온 냉매는 바이패스관(160)으로 유입 및 바이패스관(160)을 따라 이동하여 팽창밸브(170)로 공급된다.
이어서, 팽창밸브(170)로부터 지중열원 열교환기(180)로 연결되는 제3 냉매이송경로(③)를 따라 지중열원 열교환기(180)로 공급된다. 이때, 지중열원 열교환기(180)에서 냉매와 지중열이 열교환한다.
이어서, 지중열원 열교환기(180)로부터 사방밸브(140)의 제3 포트(233)로 연결되는 제4 냉매이송경로(④)를 따라 상기 제3 포트(233)로 유입된다.
이어서, 상기 사방밸브(140)의 제4 포트(234)로부터 압축기(130)로 연결되는 냉매회수경로(⑧)를 따라 상기 압축기(130)로 회수된다.
히트펌프의 냉방운전
도 3은 도 1에 도시된 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템의 냉방운전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 압축기(130)로부터 배출되는 고온 냉매는 상기 제4 냉매이송경로(④)를 따라 지중열원 열교환기(180) 방향으로 이동한다. 이때, 지중열원과의 열교환 없이 지중열원 열교환기(180)를 통과한다.
이어서, 지중열원 열교환기(180)로부터 급탕열교환기(150)로 연결되는 제5 냉매이송경로(⑤)를 따라 급탕열교환기(150)로 공급된다. 이때, 고온 냉매는 급탕열교환기(150)에 연결되는 저온수 공급관(123)을 통해 급탕열교환기(150)로 공급되는 저온수와 열교환하여 과냉각 되며, 급탕용 고온수가 생성된다. 생성된 급탕용 고온수는 환탕배관(125) 및 고온수 회수관(122)을 통해 온도성층형 급탕탱크(110)의 상부공간으로 공급되어 온도성층형 급탕탱크(110)에 고온수가 충진된다.
이어서, 급탕열교환기(150) 및 팽창밸브(170) 사이의 제6 냉매이송경로(⑥)를 따라 급탕열교환기(150)로부터 팽창밸브(170)로 공급된다.
어어서, 팽창밸브(170)로부터 각각의 실내기(190)로 연결되는 제7 냉매이송경로(⑦)를 따라 냉각된 냉매가 각각의 실내기(190)로 공급된다. 이때, 각각의 실내기(190)는 냉각된 냉매에 의해 실내로 차가운 공기를 공급할 수 있다.
이어서, 상기 제1 냉매이송경로(①)를 따라 각각의 실내기(190)로부터 사방밸브(140)의 제2 포트(232)로 냉매가 유입된다.
이어서, 냉매는 냉매회수경로(⑧)를 따라 압축기(130)로 회수된다.
한편, 이러한 냉방운전 중에 생성되는 급탕용 고온수는 온도성층형 급탕탱크(110)로 공급되는데, 온도성층형 급탕탱크(110)에 고온수가 과도하게 충진되는 경우, 즉 고온수가 저온수보다 많아서 저온수의 급수가 어려운 경우 제어부는 냉방운전 중 지중열원 열교환기(180)를 통해 고온 냉매 및 지중열 간의 열교환이 진행되도록 냉방운전을 제어할 수 있다.
여기서, 제어부가 온도성층형 급탕탱크(110)의 고온수의 과도 충진을 판단하기 위해 온도성층형 급탕탱크(110)에 감지수단이 설치될 수 있다. 예를 들어, 온도성층형 급탕탱크(110)에 온도 센서를 설치하여 평상시보다 온도가 상승한 경우 고온수가 과도 충진된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템을 이용하면, 냉방운전시 급탕용 고온수의 생성이 가능하고, 냉방운전시 생성되는 급탕용 고온수를 온도성층형 급탕탱크(110)로 회수시켜서 급탕을 위한 고온수 충진이 가능하므로 급탕용 고온수 생성을 위한 별도의 설비가 필요 없게 되고, 이에 따라 급탕 가열을 위한 비용이 절감되는 이점이 있다.
또한, 평상시 지중열원(10)을 이용하지 않고 급탕가열을 위한 급탕열교환기(150)를 통해 고온 냉매를 과냉각시키고, 온도성층형 급탕탱크(110) 내로 고온수가 과다 충진된 경우에만 지중열원 열교환기(180)를 사용하므로 지중열원(10)의 사용량이 감소되며, 이에 따라 지중열원(10)을 이용하기 위한 설비 규모, 즉 지중열원 열교환기(180)를 지중열원(10)과 연결하는 지중열원 연결배관(181)의 규모가 축소될 수 있어 히트펌프 시스템의 시공 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템은 급탕열교환기(150) 및 지중열원 열교환기(180) 등을 수용하는 외부 케이스(미도시)를 포함할 수 있고, 상기 외부 케이스의 표면에 온도변색층이 도포될 수 있다.
상기 온도변색층은 소정의 온도 이상이 되었을 때 색이 변하는 두 가지 이상의 온도변색물질이 상기 외부 케이스의 표면에 도포되어 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리됨으로써 단계적인 온도 변화를 판단할 수 있고, 온도변색층 위에는 온도변색층이 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막층이 도포될 수 있다.
여기서, 온도변색층은, 각각 40℃ 이상 및 60℃ 이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 도포하여 형성될 수 있다. 온도변색층은 지중열원 열교환기(180) 및 급탕열교환기(150)에 의해 상기 외부 케이스 내부의 온도가 상승함에 따라 간접 가열되는 상기 외부 케이스의 온도에 따라 색이 변화하여 상기 외부 케이스의 온도 변화를 감지하기 위한 것이다. 상기 외부 케이스의 온도 변화에 따라 온도변색층이 반응하여, 결과적으로 상기 외부 케이스의 온도 변화를 감지할 수 있게 된다.
이러한 온도변색층은 일정한 온도 이상이 되었을 때 색깔이 변하는 온도변색물질이 상기 외부 케이스 표면에 도포됨으로써 형성될 수 있다. 또한, 온도변색층은 일반적으로 1~10㎛의 마이크로캡슐 구조로 구성되어 있고, 마이크로캡슐 내에 전자 공여체와 전자 수용체의 온도에 따른 결합 및 분리현상으로 인해 유색 및 투명색을 나타내도록 할 수 있다.
또한, 온도변색층은 색의 변화가 빠르고, 40℃, 60℃, 70℃, 80℃, 등의 다양한 변색온도를 가질 수 있으며, 이러한 변색온도는 여러 방법으로 쉽게 조정될 수 있다. 이러한 온도변색층은 유기화합물의 분자 재배열, 원자단의 공간 재배치 등의 원리에 의한 다양한 종류의 온도변색물질이 이용될 수 있다.
이를 위해, 온도변색층은 서로 다른 변색 온도를 가지는 두 가지 이상의 온도변색물질을 도포하여 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 온도변색층은 상대적으로 저온의 변색온도를 갖는 온도변색물질과 상대적으로 고온의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40℃이상 및 60℃이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하여 온도변색층을 형성할 수 있다.
이를 통해, 히트펌프의 외부 케이스의 온도 변화를 확인할 수 있어 히트펌프의 외부 케이스의 온도변화를 감지할 수 있으며, 이에 따라 현재 히트펌프가 정상 구동되는 상태인지, 과열된 상태인지를 육안으로 쉽게 확인할 수 있는 이점이 있다.
또한, 보호막층은 온도변색층 위에 도포되어서 외부의 충격으로 인해 온도변색층이 손상되는 것을 방지하며, 온도변색층의 변색 여부를 쉽게 확인함과 동시에 온도변색물질이 열에 약한 것을 고려하여 단열 효과를 가지는 투명 도포재를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템의 사방밸브(140)의 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포될 수 있다.
상기 오염 방지 도포용 조성물은 코코암포디아세테이트 및 알킬 글리콜에테르가 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 코코암포디아세테이트와 알킬 글리콜에테르의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~10 중량%이다.
상기 코코암포디아세테이트와 알킬 글리콜에테르는 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 사방밸브(140) 상의 도포성이 저하되거나 도포 후에 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.
상기 코코암포디아세테이트 및 알킬 글리콜에테르는 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 사방밸브(140) 상의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.
한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 사방밸브(140) 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 사방밸브(140) 상의 최종 도포막 두께는 550 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1100 ~ 1900Å이다. 상기 도포막의 두께가 550 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 코코암포디아세테이트 0.1 몰 및 알킬 글리콜에테르 0.05몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 제습냉방 히트펌프 시스템의 온도성층형 급탕탱크(110)의 표면에는 금속표면의 부식현상을 방지하기 위하여 부식방지도포층이 도포될 수 있다.
이 부식방지도포층의 도포 재료는 트리에탄올아민 15중량%, 인디아졸 25중량%, 하프늄 20중량%, 유화몰리브덴(MoS2) 10중량%, 산화티타늄(TiO2) 15중량%, 프로피온아미드 15중량%로 구성되며, 코팅두께는 8㎛로 형성할 수 있다.
트리에탄올아민, 인디아졸, 프로피온아미드는 부식 방지 및 변색 방지 등의 역할을 한다.
하프늄은 내부식성이 있는 전이 금속원소로서 뛰어난 방수성, 내식성 등을 갖도록 역할을 한다.
유화몰리브덴은 코팅피막의 표면에 습동성과 윤활성 등을 부여하는 역할을 한다.
산화티타늅은 내화도 및 화학적 안정성 등을 목적으로 첨가된다.
상기 구성 성분의 비율 및 코팅 두께를 상기와 같이 수치 한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험결과를 통해 분석한 결과, 상기 비율에서 최적의 부식방지 효과를 나타내었다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 제습냉방 히트펌프 시스템의 온도성층형 급탕탱크(110)에 결합되는 고온수 공급관(121), 고온수 회수관(122) 및 저온수 공급관(123)의 누수 방지를 위한 결합력을 향상시키기 위해 고온수 공급관(121), 고온수 회수관(122) 및 저온수 공급관(123) 각각의 결합 부분에 결합향상제가 도포될 수 있다.
결합향상제는 물 60중량부, 아크릴로니트릴 15중량부, N-부톡시-메틸아크릴 아미드 17중량부, N-아실사르코시네이트 5중량부, 과산화암모늄 2중량부, 완충제 1중량부를 포함하여 이루어질 수 있다.
아크릴로니트릴과 N-부톡시-메틸아크릴 아미드는 접착성, 유연성, 내수성 등을 향상하기 위해 첨가되며, N-아실사르코시네이트는 계면활성제의 역할을 한다.
상기와 같이 구성 물질 및 구성 성분을 한정하고 혼합 비율의 수치를 한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험 결과를 통해 분석한 결과, 상기 구성 성분 및 수치 한정 비율에서 최적의 효과를 나타내었다.
또한, 실내기(190)의 하부에는 고무재질의 진동흡수부가 더 설치 될 수 있다. 이러한 진동흡수부의 원료 함량비는 고무 55중량%, 유기산 코발트염 6중량%, 나프탈릭 안하이드라이드 6중량%, 카아본블랙 22중량%, 3C(N-PHENYL-N'-ISOPROPYL- P-PHENYLENEDIAMINE) 6중량%, 유황 5중량%를 혼합한다.
카아본블랙은 내마모성, 열전도성 등을 증대하거나, 향상시키기 위해 첨가되며, 유기산 코발트염과 나프탈릭 안하이드라이드는 접착력 등을 향상시키기 위해 첨가된다.
3C (N-PHENYL-N'-ISOPROPYL- P-PHENYLENEDIAMINE) 는 산화방지제로 첨가되며, 유항은 촉진제 등의 역할을 위해 첨가된다.
따라서 본 발명은 진동흡수부의 탄성, 인성 및 강성이 증대되므로 내구성이 향상되며, 이에 따라 진동흡수부의 수명이 증대된다.
고무재질 구성 물질 및 구성 성분을 한정하고 혼합 비율의 수치를 한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험 결과를 통해 분석한 결과, 상기 구성 성분 및 수치 한정 비율에서 최적의 효과를 나타내었다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
110 : 온도성층형 급탕탱크 121 : 고온수 공급관
122 : 고온수 회수관 123 : 저온수 공급관
124 : 급탕배관 125 : 환탕배관
130 : 압축기 140 : 사방밸브
150 : 급탕열교환기 160 : 바이패스관
170 : 팽창밸브 180 : 지중열원 열교환기
190 : 실내기

Claims (3)

  1. 하부공간에 저온수가 충진된 상태에서 저온수 위쪽의 상부공간에 고온수가 충진되는 형태의 온도성층형 급탕탱크(110);
    상기 온도성층형 급탕탱크(110) 내의 고온수를 일방향으로 공급하는 고온수 공급관(121);
    상기 고온수 공급관(121)과 연결되어 고온수를 회수하는 고온수 회수관(122);
    상기 고온수 공급관(121)으로부터 분기되어 고온수를 실내의 급탕으로 공급하는 급탕배관(124);
    고온 냉매를 배출하는 압축기(130);
    상기 압축기(130)의 출구에 연결되고, 냉방운전 및 난방운전에 따라 상기 고온 냉매가 흐르는 방향을 전환시키는 사방밸브(140);
    냉방운전시 고온 냉매 및 저온수 간의 열교환을 통해 급탕용 고온수를 생성하는 급탕열교환기(150);
    상기 온도성층형 급탕탱크(110)로부터 상기 급탕열교환기(150)에 연결되어 상기 온도성층형 급탕탱크(110) 내의 저온수를 상기 급탕열교환기(150)로 공급하는 저온수 공급관(123);
    상기 고온수 회수관(122)으로부터 분기되어 상기 급탕열교환기(150)에 연결되고, 상기 급탕열교환기(150)에서 생성되는 급탕용 고온수를 회수하는 환탕배관(125);
    상기 급탕열교환기(150)의 입구 및 출구 사이에 연결되어 냉매가 상기 급탕열교환기(150)를 경유하지 않도록 바이패스시키는 바이패스관(160);
    상기 급탕열교환기(150)의 출구 측에 배치되는 팽창밸브(170);
    지중열원(10)과 연결되어 지중열과 냉매가 열교환하도록 하는 지중열원 열교환기(180);
    실내의 서로 다른 공간에 설치되어 실내를 냉방 및 난방하는 다수의 실내기(190);
    히트펌프의 냉방운전 및 난방운전을 제어하는 제어부를 포함하고,
    난방운전시, 상기 압축기(130)로부터 배출되는 고온 냉매는 상기 사방밸브(140)의 제2 포트(142)로부터 상기 각각의 실내기(190)로 연결되는 제1 냉매이송경로(①)를 따라 상기 각각의 실내기(190)로 공급되고, 이어서 상기 각각의 실내기(190)로부터 상기 급탕열교환기(150)로 연결되는 제2 냉매이송경로(②)를 따라 이동하는 중에 상기 바이패스관(160)으로 유입 및 바이패스관(160)을 따라 이동하여 상기 팽창밸브(170)로 공급되고, 이어서 상기 팽창밸브(170)로부터 상기 지중열원 열교환기(180)로 연결되는 제3 냉매이송경로(③)를 따라 상기 지중열원 열교환기(180)로 공급되고, 이어서 상기 지중열원 열교환기(180)로부터 상기 사방밸브(140)의 제3 포트(143)로 연결되는 제4 냉매이송경로(④)를 따라 상기 제3 포트(143)로 유입되고, 이어서 상기 사방밸브(140)의 제4 포트(144)로부터 상기 압축기(130)로 연결되는 냉매회수경로(⑧)를 따라 상기 압축기(130)로 회수되는 싸이클로 운전되고,
    냉방운전시, 상기 압축기(130)로부터 배출되는 고온 냉매는 상기 제4 냉매이송경로(④)를 따라 이동하되 지중열원과의 열교환 없이 상기 지중열원 열교환기(180)를 통과한 후, 상기 지중열원 열교환기(180)로부터 상기 급탕열교환기(150)로 연결되는 제5 냉매이송경로(⑤)를 따라 상기 급탕열교환기(150)로 공급되고, 이어서 상기 급탕열교환기(150) 및 상기 팽창밸브(170) 사이의 제6 냉매이송경로(⑥)를 따라 상기 급탕열교환기(150)로부터 상기 팽창밸브(170)로 공급되고, 이어서 상기 팽창밸브(170)로부터 상기 각각의 실내기(190)로 연결되는 제7 냉매이송경로(⑦)를 따라 상기 각각의 실내기(190)로 공급되고, 이어서 상기 제1 냉매이송경로(①)를 따라 상기 사방밸브(140)의 제2 포트(142)로 유입되고, 이어서 상기 냉매회수경로(⑧)를 따라 상기 압축기(130)로 회수되는 싸이클로 운전되고;
    상기 냉방운전시 냉매가 상기 급탕열교환기(150)에서 열교환될 때 급탕용 고온수를 생성하고, 그 생성된 급탕용 고온수는 상기 환탕배관(125) 및 고온수 회수관(122)을 따라 상기 온도성층형 급탕탱크(110)로 공급되며;
    상기 제어부는 상기 온도성층형 급탕탱크(110)에 고온수가 과도 충진된 경우, 냉방운전시 순환되는 냉매가 상기 지중열원 열교환기(180)와 열교환하도록 냉방운전을 제어하고;
    온도성층형 급탕탱크(110)와 고온수 공급관(121), 고온수 회수관(122) 및 저온수 공급관(123)의 결합 부분에는 결합향상제가 도포되되, 상기 결합향상제는 물 60중량부, 아크릴로니트릴 15중량부, N-부톡시-메틸아크릴 아미드 17중량부, N-아실사르코시네이트 5중량부, 과산화암모늄 2중량부, 완충제 1중량부를 포함하여 이루어지고;
    실내기(190)의 하부에는 진동흡수부가 더 설치되되, 상기 진동흡수부의 원료 함량비는 고무 55중량%, 유기산 코발트염 6중량%, 나프탈릭 안하이드라이드 6중량%, 카아본블랙 22중량%, 3C(N-PHENYL-N'-ISOPROPYL- P-PHENYLENEDIAMINE) 6중량%, 유황 5중량%를 혼합하여서 이루어진 것을 특징으로 하는,
    온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템.
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KR1020200109002A KR102353573B1 (ko) 2020-08-28 2020-08-28 온도성층형 급탕탱크 활용하여 냉방 및 급탕 성능 증대 가능한 물, 공기 멀티 히트펌프 시스템

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100904363B1 (ko) * 2008-02-11 2009-06-23 한국플랜트서비스주식회사 히트 펌프식 급탕 공급장치
KR101054377B1 (ko) 2009-08-27 2011-08-04 한국생산기술연구원 순환수 온도 상승용 열교환기를 구비한 히트펌프 시스템
KR101921062B1 (ko) * 2018-05-10 2018-11-22 (주)유천써모텍 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템
KR20190058237A (ko) * 2017-11-21 2019-05-29 유정곤 온도성층형 급탕탱크를 이용한 급탕 및 과냉각 히트펌프시스템
KR102050694B1 (ko) * 2019-04-30 2019-12-02 (주)유천써모텍 제습냉방유닛과 성층화 급탕조를 이용한 히트펌프시스템 및 그 제어방법

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