KR20010107052A - 히트 펌프 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것이며, 상세하게는 1대의 시스템에서 가열기능 및 냉각기능을 동시에 발휘하거나 가열기능 또는 냉각기능을 선택적으로 발휘할 수 있도록 한 히트 펌프 시스템에 관한 것으로서, 열원을 효율적으로 이용하고, 구조를 단순화함과 동시에 설치면적을 작게 차지할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 압축기(2), 4방밸브(3), 제 1 열교환기(4), 팽창밸브(5)(6), 제 2 열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a)∼(8d)으로 순서대로 연결하고 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결한 기본 냉매회로(1)와; 상기 도관 (8c)에 연결한 바이패스도관(10)과 상기 도관(8c)에 제 2 도관(12)으로 설치한 제 3 열교환기(11)와; 상기 도관(8b)과 제 2 도관(12)에 연결되고 팽창밸브(15)가 설치된 제 2 바이패스도관(14)에 설치한 제 4 열교환기(13)와; 상기 도관(8d)과 제 2 바이패스도관(14)에 연결한 제 3 도관(16)과; 상기 제 3 도관(16)과 제 2 도관 (12) 및 제 2 바이패스도관(14)에 연결한 제 4 및 제 5 도관(17)(18)을 구비한 것이다.

Description

히트 펌프 시스템 {HEAT PUMP SYSTEM}
본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것이며, 상세하게는 1대의 시스템에서 가열기능 및 냉각기능을 동시에 발휘하거나 가열기능 또는 냉각기능을 선택적으로 발휘할 수 있도록 한 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 히트 펌프 시스템은 압축기, 4방밸브, 제 1 열교환기(실내 열교환기), 팽창밸브, 제 2 열교환기(실외 열교환기) 및 상기 4방밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결하여서 가열운전시에는 4방밸브를 냉매가 제 1 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매가스를 응축기로 작용하는 제 1 열교환기에 흐르도록 하여 그 응축열을 유체와 열교환시키므로서 온수를 생성하거나 실내공기를 가열하여난방 또는 피건조물의 건조기능을 수행하고, 제 1 열교환기에서 응축된 고온의 냉매액은 팽창밸브에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 제 2 열교환기에서 외기를 열원으로 하여 증발하여 저온·저압의 가스상태로 된 후 압축기에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.
그리고 냉각운전시에는 4방밸브를 냉매가 제 2 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매가스를 응축기로 작용하는 제 2 열교환기에서 응축시키고, 응축된 고온의 냉매액은 팽창밸브에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 제 1 열교환기에서 유체와 열교환시키므로서 냉수를 생성하거나, 실내공기를 냉각하여 냉방 또는 피냉장물의 냉장기능을 수행하며, 증발된 저온·저압의 냉매가스는 압축기에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.
그러나 상기한 히트 펌프 시스템은 제 1 열교환기의 응축열 또는 증발열만을 이용하고 제 2 열교환기의 증발열 또는 응축열은 폐기하여 유체의 가열 또는 냉각운전만을 수행하므로서 열원의 효율적인 이용이 불가능하고, 또한 유체의 가열기능과 냉각기능을 동시에 수행하여야 할 경우에는 2대의 히트 펌프 시스템을 설치하여야하므로 구조가 복잡하여지고 설치면적을 많이 차지하며 비용이 과다 소요되는 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 1대의 시스템에서 가열기능 및 냉각기능을 동시에 발휘하거나 가열기능 또는 냉각기능을 선택적으로 발휘함으로서 열원을 효율적으로 이용하고, 구조를 단순화함과 동시에 설치면적을 작게 차지할 수 있는 히트 펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기, 4방밸브, 제 1 열교환기, 팽창밸브, 제 2 열교환기 및 상기 4방밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 기본 냉매회로와; 상기 도관에 연결한 바이패스도관과 상기 도관에 제 2 도관으로 설치한 제 3 열교환기와; 상기 도관과 제 2 도관에 연결되고 팽창밸브가 설치된 제 2 바이패스도관에 설치한 제 4 열교환기와; 상기 도관과 제 2 바이패스도관에 연결한 제 3 도관과; 상기 제 3 도관과 제 2 도관 및 제 2 바이패스도관에 연결한 제 4 및 제 5 도관을 구비한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 냉매회로도.
<도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명>
2:압축기 4,7,11,13:제 1 내지 제 4 열교환기 10:바이패스도관
14:제 2 바이패스도관 5,6,15:팽창밸브
도 1은 본 발명의 실시예의 냉매회로로서, 도 1에서 1은 기본 냉매회로로서, 상기 기본 냉매회로(1)는 압축기(2), 4방밸브(3), 제 1 열교환기(4), 팽창밸브(5) (6), 제 2 열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a)∼(8d)으로 순서대로 연결한 것으로서, 상기 제 1 및 제 2 열교환기(4)(7)는 냉·온수를 생성하는 수조, 냉·난방하려는 실내, 피건조물 또는 피냉장물을 건조 또는 냉장하려는 창고에 설치하여 응축기 및 증발기로서 동시에 작용하거나 선택적으로 작용하도록 한 것이다.
11은 제 3 열교환기로서, 상기 제 3 열교환기(11)는 상기 도관(8c)에 바이패스도관(10)을 연결함과 동시에 상기 바이패스도관(10)과 상기 도관(8c)에 제 2 도관(12)을 연결하여 대기중에 노출되게 설치하여서 제 2 응축기로 작용하거나 작용하지 않도록 한 것이다.
13은 제 4 열교환기로서, 상기 제 4 열교환기(13)는 상기 도관(8b)과 제 2도관(12)에 제 2 바이패스도관(14)를 연결하여 팽창밸브(15)와 함께 설치하여서 응축기 또는 증발기로 작용하거나 작용하지 않도록 한 것이다.
또한 본 발명은 상기 도관(8d)과 제 2 바이패스도관(14)에 제 3 도관(16)을 연결하고, 상기 제 3 도관(16)과 제 2 도관(12)에 제 4 도관(17)을 연결하며, 상기 제 3 도관(16)과 제 2 바이패스도관(14)에 제 5 도관(18)을 연결하여서 된 것이다.
미설명부호 19,20,21은 첵크 밸브이고, 22 내지 32는 밸브이다.
다음 작동을 기능별로 설명한다.
1. 가열운전 및 냉각운전의 동시 실시
가. 제 1 열교환기(4)의 가열운전 및 제 2 열교환기(7)의 냉각운전
4방밸브(3)는 냉매가 화살표 실선으로 흐르도록 조작하고, 벨브(22)(24) (31)(23)는 개방한 후(기타 밸브는 폐쇄) 압축기(2)를 구동하면 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 응축기로 작용하는 제 1 열교환기(4)에서 응축되면서 그 응축열을 유체인 물 또는 공기와 열교환시키므로서 온수를 생성하거나, 실내공기를 가열하여 난방 또는 피건조물의 건조기능을 수행하고, 제 1 열교환기(4)에서 응축된 고온의 냉매액은 첵크 밸브(19)와 바이패스도관(10)을 경유하여 제 2 응축기로 작용하는 제 3 열교환기(11)에 유입되어 제 1 열교환기(4)에서 응축되지 못한 냉매가스와 응축이 충분하지 못한 냉매액이 재응축된 후 도관(8c)을 경유하여 팽창밸브 (6)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 제 2 열교환기(7)에 유입되어 유체와 열교환 증발하면서 그 증발열에 의하여 냉수를 생성하거나, 실내공기를 냉각하여 냉방 또는 피냉장물의 냉장기능을 수행하고, 증발된 저온·저압의 냉매가스는 도관(8d), 4방 밸브(3), 흡입도관(9)을 경유하여 압축기(2)에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이며, 이 경우에는 제 4 열교환기(13)의 기능은 정지하는 것이다.
나. 제 1 열교환기의 냉각운전 및 제 2 열교환기의 가열운전
4방밸브(3)는 냉매가 화살표 점선으로 흐르도록 조작하고 밸브(23)(25) (32)(22)는 개방한 후(기타 밸브는 폐쇄) 압축기(2)를 구동하면 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 응축기로 작용하는 제 2 열교환기(7)에서 응축되고, 그 응축열을 유체와 열교환시키므로서 가열기능을 수행하고, 첵크 밸브(20)와 바이패스도관(10)을 경유하여 제 2 응축기로 작용하는 제 3 열교환기(11)에 유입되어 대기에 의하여 재응축되고 도관(12)(8c)을 경유하여 팽창밸브(5)에서 팽창된 후 제 1 열교환기(4)에 유입되어 증발되면서 유체와 열교환하여 냉각기능을 수행하고, 증발된 저온·저압의 냉매가스는 도관(8b), 4방밸브(3), 흡입도관(9)를 경유하여 압축기(2)에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이며, 이 경우에는 제 4 열교환기(4)의 기능은 정지하는 것이다.
2. 제 1 열교환기(4)만의 가열운전 또는 냉각운전 실시
가. 제 1 열교환기(4)만의 가열운전
이 경우에는 제 2 열교환기(7)의 기능은 정지되는 것이며, 4방밸브(3)를 냉매가 화살표 실선으로 흐르도록 조작하고 밸브(22)(24)(29)(30)(27)를 개방(기타 밸브는 폐쇄)한 후 압축기(2)를 구동하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 응축기로 작용하는 제 1 열교환기(4)에서 응축되면서 그 응축열을 유체와 열교환시켜서 가열기능을 수행하고, 제 1 열교환기(4)에서 응축된 냉매액은 첵크밸브(19) 및 도관(8c)을 경유하여 제 2 응축기로 작용하는 제 3 열교환기(11)에 유입되어 대기에 의하여 재응축되고 저온의 냉매액은 제 2 도관(12), 제 4 도관(17), 제 3 도관(16)을 경유하여 팽창밸브(15)에서 팽창된 후 제 4 열교환기(13)에서 대기에 의하여 증발된 후 제 2 바이패스도관(14), 제 5 도관(18), 도관(8d)을 경유하여 압축기(2)에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.
상기와 같이 제 4 열교환기(13)에서 대기에 의하여 저온의 냉매액이 증발될 때 제 3 열교환기(11)에서 방출되는 응축열이 제 4 열교환기(13)에 공급됨으로 겨울철에 제 4 열교환기(13)에 서리가 맺히는 것을 방지하기 때문에 냉매액의 증발이 양호하게 되어서 겨울철에도 가열능력이 저하되지 않게 되는 것이다.
나. 제 1 열교환기(4)만의 냉각운전
이 운전시에는 제 2 열교환기(7) 및 제 3 열교환기(11)의 기능은 정지되는 것이며, 4방밸브(3)는 냉매가 화살표 점선으로 흐르도록 조작하고 밸브(27)(30) (28)(32)(22)를 개방(기타 밸브는 폐쇄)한 후 압축기(2)를 구동하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 응축기로 작용하는 제 4 열교환기 (13)에서 대기에 의하여 응축되고 그 냉매액은 첵크 밸브(21), 제 2 바이패스도관 (14), 제 2 도관(12), 도관(8c)을 경유하여 팽창밸브(5)에서 팽창된 후 증발기로 작용하는 제 1 열교환기(4)에서 유체와 열교환하여 냉각기능을 수행하고, 저온·저압의 냉매가스는 압축기(2)에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.
3. 제 2 열교환기(7)만의 가열운전 또는 냉각운전 실시
가. 제 2 열교환기(7)만의 가열운전
이 운전시에는 제 1 열교환기(4)의 기능을 정지되는 것이며 4방밸브(3)는 냉매가 화살표 점선으로 흐르도록 조작하고 밸브(23)(25)(29)(26)는 개방(기타 밸브는 폐쇄)한 후 압축기(2)를 구동하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 응축기로 작용하는 제 2 열교환기(7)에서 응축되면서 그 응축열을 유체와 열교환시켜 가열기능을 수행하고, 제 2 열교환기(7)에서 응축된 냉매액은 첵크 밸브 (20), 바이패스도관(10)을 경유하여 제 2 응축기로 작용하는 제 3 열교환기(11)에 유입되어 대기에 의하여 재응축되고 제 2 도관(12), 제 4 도관(17), 제 2 바이패스도관(16)을 경유하여 팽창밸브(15)에서 팽창된 후 제 4 열교환기(13)에서 대기에 의하여 증발된 후 도관(8b)을 경유하여 압축기(2)에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.
상기와 같이 제 4 열교환기(13)에서 저온의 냉매액이 대기에 의하여 증발될 때 제 3 열교환기(11)에서 방출되는 응축열이 제 4 열교환기(13)에 공급됨으로 겨울철에 제 4 열교환기(13)에 서리가 맺히는 것을 방지하기 때문에 냉매액의 증발이 양호하여 겨울철에도 가열능력이 저하되지 않게 되는 것이다.
나. 제 2 열교환기(7)만의 냉각운전
이 운전시에는 제 1 열교환기(4) 및 제 3 열교환기(11)의 기능은 정지되는 것이며, 4방밸브(3)는 냉매가 화살표 실선으로 흐르도록 조작하고 밸브(26) (28)(31)(23)는 개방(기타 밸브는 폐쇄)한 후 압축기(2)를 구동하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매가스는 도관(8b), 제 2 바이패스도관(14)을 경유하여 응축기로 작용하는 제 4 열교환기(13)에서 대기에 의하여 냉각되고 저온의 냉매액은첵크 밸브(21), 제 2 도관(12), 도관(8c)을 경유하여 팽창밸브(6)에서 팽창된 후 제 2 열교환기(7)에 유입되어 증발되면서 유체와 열교환하여 냉각기능을 수행하고 증발된 저온·저압의 냉매가스는 도관(8d)을 경유하여 압축기(2)에 흡입되는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 히트 펌프의 기본 냉매회로에 제 3 및 제 4 열교환기를 설치하여 1대의 시스템에서 가열기능 및 냉각기능을 동시에 발휘하거나 가열기능 또는 냉각기능을 선택적으로 발휘할 수 있도록 함으로서, 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기의 열원을 효율적으로 이용하여 에너지를 절약할 수 있고, 구조를 단순화함과 동시에 설치면적을 작게 차지하여 비용을 절감할 수 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 압축기(2), 4방밸브(3), 제 1 열교환기(4), 팽창밸브(5)(6), 제 2 열교환기 (7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a)∼(8d)으로 순서대로 연결하고 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결한 기본 냉매회로(1)와; 상기 도관(8c)에 연결한 바이패스도관(10)과 상기 도관(8c)에 제 2 도관(12)으로 설치한 제 3 열교환기(11)와; 상기 도관(8b)과 제 2 도관(12)에 연결되고 팽창밸브(15)가 설치된 제 2 바이패스도관(14)에 설치한 제 4 열교환기(13)와; 상기 도관(8d)과 제 2 바이패스도관(14)에 연결한 제 3 도관(16)과; 상기 제 3 도관(16)과 제 2 도관(12) 및 제 2 바이패스도관(14)에 연결한 제 4 및 제 5 도관(17)(18)을 구비한 히트 펌프 시스템.
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