KR20030042623A - Hot water generating apparatus using heat pump - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A hot water generating apparatus using a heat pump is provided to stably work and improve durability and to always supply hot water in a constant temperature. CONSTITUTION: A hot water generating apparatus using a heat pump comprises a heat exchanging cycle including a compressor(10), an expansion valve(30), first and second heat exchangers(20,40), a hot water tank(50) storing hot water generated by heat-exchanging cold water supplied to the first heat exchanger with working fluid, an auxiliary heat exchanger(25) installed between the compressor and the expansion valve and delivered with working fluid transmitted from the compressor, an outer water tank(60) supplying heat for evaporating working fluid in the second heat exchanger by receiving the heat of working fluid from the auxiliary heat exchanger, and pressure control valves(70,70'), which is installed to a conduit(80) connecting the compressor, the expansion valve, and the first and second heat exchangers, operating working fluid along the conduit when the pressure of working fluid reaches the set pressure.

Description

히트펌프식 온수발생장치{Hot water generating apparatus using heat pump}Hot water generating apparatus using heat pump

본 발명은 온수발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히트펌프를 사용하여 온수를 발생시키는 히트펌프식 온수발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hot water generator, and more particularly to a heat pump type hot water generator for generating hot water using a heat pump.

도 1에는 종래 기술에 의한 히트펌프식 온수발생장치의 구성이 도시되어 있다. 이와 같은 온수발생장치는 목욕탕이나 여관 및 온수를 많이 사용하는 산업시설에 사용되는 것이다.1 shows a configuration of a heat pump type hot water generator according to the prior art. Such a hot water generator is used in a bathroom or inn and industrial facilities that use a lot of hot water.

이에 따르면, 압축기(1), 제1열교환기(3), 팽창밸브(5) 및 제2열교환기(6)가 연결관(7)으로 연결되어 이들 사이를 작동유체가 유동하면서 열교환이 이루어지게 된다.According to this, the compressor (1), the first heat exchanger (3), the expansion valve (5) and the second heat exchanger (6) are connected by a connecting pipe (7) so that the working fluid flows therebetween to make heat exchange. do.

이때, 상기 제1열교환기(3)에는 온수탱크(8)가 연결되어 온수탱크(8)에서 상대적으로 낮은 온도의 물이 제1열교환기(3)로 공급되어 작동유체와 열교환하여 온수가 되어 다시 온수탱크(8)로 전달된다. 그리고, 제2열교환기(6)에는 작동유체의 증발을 위한 열을 상기 온수탱크(8)의 온수가 사용되어 버려지는 폐온수로부터 공급받도록 도관(10)이 연결되어 있다. 여기서 상기 제2열교환기는 일반적으로 셀 앤 튜브(Cell and Tube)방식이 사용된다.At this time, the first heat exchanger (3) is connected to the hot water tank (8) so that the water of a relatively low temperature from the hot water tank (8) is supplied to the first heat exchanger (3) to exchange heat with the working fluid to become hot water It is delivered to the hot water tank (8) again. In addition, a conduit 10 is connected to the second heat exchanger 6 so that heat for evaporation of the working fluid is supplied from the waste hot water in which the hot water of the hot water tank 8 is used. Here, the second heat exchanger is generally a cell and tube method.

도면 부호 2는 작동유체 중의 오일을 분리하기 위한 유분리기이고, 4는 액체상태의 작동유체만이 팽창밸브(5)로 전달될 수 있도록 하는 수액기이다.Reference numeral 2 is an oil separator for separating oil in the working fluid, and 4 is a receiver for allowing only the working fluid in the liquid state to be delivered to the expansion valve 5.

이와 같은 구성을 가지는 종래 기술에서는 압축기(1)에서 압축된 고온고압의 기체상태의 작동유체가 제1열교환기(3)로 공급되어 온수탱크(8)에서 전달된 냉수로 열을 전달하여 온수를 만들어 낸다. 이때 상기 작동유체는 응축되어 저온고압의 액체상태로 된다.In the prior art having such a configuration, a high temperature, high pressure gaseous working fluid compressed by the compressor 1 is supplied to the first heat exchanger 3 to transfer heat to the cold water delivered from the hot water tank 8 to supply hot water. Make it up At this time, the working fluid is condensed into a liquid state of low temperature and high pressure.

이와 같이 응축된 작동유체는 수액기(4)로 전달되고 상기 수액기(4)에서 액체상태의 작동유체만이 팽창밸브(5)로 전달되어 제2열교환기에서 증발되기 쉽도록 팽창되어 상대적으로 저온저압의 액체상태로 된다. 상기 팽창된 작동유체는 제2열교환기(6)에서 폐온수의 열을 전달받아 증발되어 상대적으로 고온저압의 기체상태로 된다.The working fluid condensed as described above is transferred to the receiver 4, and only the working fluid in the liquid state is transferred to the expansion valve 5 so as to be easily evaporated in the second heat exchanger. It becomes the liquid state of low temperature low pressure. The expanded working fluid receives the heat of the waste hot water from the second heat exchanger 6 and evaporates to a relatively high temperature and low pressure gas state.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the prior art as described above has the following problems.

먼저, 상기 셀 앤 튜브방식의 제2열교환기(6)의 내부로 저급의 폐온수가 공급되어 작동유체의 증발을 위한 열을 제공한다. 따라서 상기 폐온수에 섞인 이물질에 의해 상기 제2열교환기(6)가 쉽게 오염되어 자주 청소하여야 하는 문제점이 발생한다.First, low temperature waste water is supplied into the second heat exchanger 6 of the cell-and-tube type to provide heat for evaporation of the working fluid. Therefore, the second heat exchanger 6 is easily contaminated by foreign matter mixed with the waste hot water, which causes frequent problems of cleaning.

그리고, 상기 제2열교환기(6)에서 작동유체가 폐온수로부터 열을 공급받아야만 전체 사이클이 동작될 수 있다. 하지만 상기 폐온수는 언제나 일정한 양이 공급되는 것이 아니어서 항상 필요한 만큼의 열량을 제2열교환기(6)에 공급할 수 없다. 따라서 사이클의 동작이 원활하지 않게 되는 문제점이 있다.In the second heat exchanger 6, the entire cycle can be operated only when the working fluid receives heat from the waste hot water. However, since the waste hot water is not always supplied in a constant amount, it is not always possible to supply as much heat as necessary to the second heat exchanger 6. Therefore, there is a problem that the operation of the cycle is not smooth.

특히, 사이클의 최초 기동시에는 폐온수가 없어 제2열교환기(6)에서 열교환이 일어나지 않으므로, 사이클 자체의 기동이 어렵다. 이를 해결하기 위해 종래 기술에서는 별도의 보일러를 사용하여 상기 온수탱크(8)의 물을 가열하여 온수를 제공하고 상기 온수가 사용되어 폐온수가 발생하면 시스템을 정상적으로 가동하게 된다. 따라서 종래 기술에서는 사이클의 기동을 위해 별도의 보일러를 사용하여야 하는 문제점이 있다.In particular, at the first start of the cycle, since there is no waste hot water and no heat exchange occurs in the second heat exchanger 6, it is difficult to start the cycle itself. In order to solve this problem, in the related art, a separate boiler is used to heat the water in the hot water tank 8 to provide hot water, and when the hot water is used to generate waste hot water, the system operates normally. Therefore, the prior art has a problem that a separate boiler must be used for the start of the cycle.

그리고 종래 기술에서 제1열교환기(3)로 전달되는 냉수의 온도가 상대적으로 낮은 경우에는 배출되어 온수탱크(8)로 전달되는 온수의 온도 역시 상대적으로 낮아지는 문제점이 있다. 이는 상기 제1열교환기(3)를 통과하는 작동유체의 압력이 설정된 값으로 유지되지 않은 상태로 사이클이 동작하기 때문이다.In the prior art, when the temperature of the cold water delivered to the first heat exchanger 3 is relatively low, the temperature of the hot water discharged and delivered to the hot water tank 8 is also relatively low. This is because the cycle operates with the pressure of the working fluid passing through the first heat exchanger 3 not maintained at the set value.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 온수발생장치의 동작 신뢰성을 높여주는 것이다.Therefore, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, to improve the operation reliability of the hot water generator.

본 발명의 다른 목적은 폐온수의 공급량에 영향을 받지 않는 온수발생장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a hot water generator that is not affected by the supply amount of waste hot water.

본 발명의 또 다른 목적은 항상 일정한 온수 온도를 얻을 수 있는 온수발생장치를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a hot water generator that can always obtain a constant hot water temperature.

도 1은 종래 기술에 의한 히트펌프식 온수발생장치의 구성을 보인 구성도.1 is a block diagram showing the configuration of a heat pump type hot water generator according to the prior art.

도 2는 본 발명에 의한 히트펌프식 온수발생장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 구성도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of a heat pump type hot water generator according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10: 압축기12: 유분리기10 compressor 12 oil separator

20: 제1열교환기22: 제어밸브20: first heat exchanger 22: control valve

25: 보조열교환기28: 액열기25: auxiliary heat exchanger 28: liquid heat exchanger

29: 수액기30: 팽창변29: receiver 30: expansion valve

40: 제2열교환기50: 온수탱크40: second heat exchanger 50: hot water tank

52: 물공급원54: 펌프52: water supply 54: pump

55: 밸브56: 체크밸브55: valve 56: check valve

60: 외부물탱크70,70': 압력조절밸브60: external water tank 70, 70 ': pressure regulating valve

80: 도관80: conduit

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 압축기, 제1열교환기, 팽창변 및 제2열교환기를 포함하여 구성되는 열교환사이클과, 상기 제1열교환기로 공급된 냉수가 작동유체와 열교환하여 발생된 온수를 저장하는 온수탱크와, 상기 압축기와 팽창변의 사이에 설치되어 압축기에서 전달되는 작동유체를 전달받는 보조열교환기와, 상기 보조열교환기에서 작동유체의 열을 전달받아 상기 제2열교환기에서 작동유체의 증발을 위한 열을 제공하는 물을 공급하는 외부물탱크와, 상기 압축기, 제1열교환기, 팽창변 및 제2열교환기를 연결하는 도관에 구비되어 상기 작동유체의 압력이 설정된 압력으로 되어야만 도관을 따라유동되게 하는 압력조절밸브를 포함하여 구성된다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention provides a heat exchange cycle comprising a compressor, a first heat exchanger, an expansion valve, and a second heat exchanger, and cold water supplied to the first heat exchanger. A hot water tank for storing hot water generated by heat exchange with a fluid, an auxiliary heat exchanger installed between the compressor and the expansion valve to receive a working fluid delivered from the compressor, and receiving heat from the working fluid from the auxiliary heat exchanger. An external water tank for supplying water for evaporating the working fluid in the two heat exchangers and a conduit connecting the compressor, the first heat exchanger, the expansion valve, and the second heat exchanger are provided to set the pressure of the working fluid. It consists of a pressure regulating valve which must be pressured to flow along the conduit.

상기 보조열교환기는 상기 제1열교환기와 병렬로 연결되고, 상기 보조열교환기의 입구측에는 상기 압축기에서 전달되는 작동유체의 양을 제어하는 제어밸브가 더 구비된다.The auxiliary heat exchanger is connected in parallel with the first heat exchanger, and an inlet side of the auxiliary heat exchanger is further provided with a control valve for controlling the amount of working fluid delivered from the compressor.

상기 압력조절밸브는 상기 제1열교환기와 팽창변 사이에 설치되는 고압측 압력조절밸브와 상기 압축기와 제2열교환기 사이에 설치되는 저압측 압력조절밸브를 포함한다.The pressure control valve includes a high pressure side pressure control valve installed between the first heat exchanger and the expansion valve and a low pressure side pressure control valve installed between the compressor and the second heat exchanger.

상기 고압측 압력조절밸브와 저압측 압력조절밸브를 각각 통과한 작동유체 사이의 열교환을 위해 액열기가 더 구비된다.A liquid heater is further provided for heat exchange between the working fluid passing through the high pressure side pressure control valve and the low pressure side pressure control valve, respectively.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 온수발생장치의 동작이 보다 원활하게 되면서도 내구성이 높아지며 온수를 보다 안정적으로 공급할 수 있게 되는 이점이 있다.According to the present invention having such a configuration there is an advantage that the operation of the hot water generating device more smoothly and durability can be supplied more stable supply of hot water.

이하 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 히트펌프식 온수발생장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a heat pump type hot water generator according to the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에는 본 발명에 의한 온수발생장치의 바람직한 실시예의 구성도가 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 본 실시예는 히트펌프사이클을 구성하는 압축기(10), 제1열교환기(20), 팽창변(30) 및 제2열교환기(40)에 온수를 발생시키기 위한 구성을 포함하여 구성된다.2 is a block diagram of a preferred embodiment of the warm water generator according to the present invention. According to this, the present embodiment includes a configuration for generating hot water in the compressor 10, the first heat exchanger 20, the expansion valve 30 and the second heat exchanger 40 constituting the heat pump cycle. It is configured by.

상기 압축기(10)는 작동유체를 압축하여 고온고압의 기체상태로 만들어준다. 상기 압축기(10)의 출구와 연결되어 유분리기(12)가 설치된다. 상기 유분리기(12)는 작동유체 중에 섞여 있는 압축기(10)의 오일을 분리한다.The compressor 10 compresses the working fluid into a gaseous state of high temperature and high pressure. The oil separator 12 is installed in connection with the outlet of the compressor 10. The oil separator 12 separates the oil of the compressor 10 mixed in the working fluid.

상기 압축기(10)의 출구와 연결되어 제1열교환기(20)가 설치된다. 상기 제1열교환기(20)는 작동유체와 물사이의 열교환을 수행하는 부분으로 작동유체의 열을 물로 전달하여 온수를 발생시킨다. 이와 같은 과정에서 상기 작동유체는 응축되어 고온고압의 액체상태로 된다. 상기 제1열교환기(20)로는 판형열교환기가 사용되는 것이 바람직하다.The first heat exchanger 20 is installed in connection with the outlet of the compressor 10. The first heat exchanger 20 is a portion for performing heat exchange between the working fluid and water to transfer the heat of the working fluid to water to generate hot water. In this process, the working fluid is condensed into a liquid state of high temperature and high pressure. It is preferable that the plate heat exchanger is used as the first heat exchanger 20.

상기 제1열교환기(20)와 병렬로 연결되어 상기 압축기(10)에서 전달된 작동유체를 공급받도록 보조열교환기(25)가 설치된다. 상기 보조열교환기(25)로의 작동유체 공급을 제어하기 위해 보조열교환기(25)의 입구측에 제어밸브(22)가 설치된다. 상기 제어밸브(22)는 상기 압축기(10)에서 나온 작동유체를 상기 보조열교환기(25)로 선택적으로 공급하게 된다. 상기 보조열교환기(25)는 별도의 외부물탱크(60)에서 공급되는 물로 열을 전달하여 상기 제2열교환기(40)에서 작동유체의 증발을 위한 열을 공급하게 된다.An auxiliary heat exchanger 25 is installed to be connected in parallel with the first heat exchanger 20 to receive the working fluid delivered from the compressor 10. A control valve 22 is installed at the inlet side of the auxiliary heat exchanger 25 to control the supply of the working fluid to the auxiliary heat exchanger 25. The control valve 22 selectively supplies the working fluid from the compressor 10 to the auxiliary heat exchanger 25. The auxiliary heat exchanger 25 transfers heat to water supplied from a separate external water tank 60 to supply heat for evaporation of the working fluid in the second heat exchanger 40.

액열기(28)는 상기 제1열교환기(20)와 보조열교환기(25)에서 나온 작동유체와 상기 압축기(10)로 전달되는 작동유체 사이의 열교환을 수행한다. 이때 상기 열교환기(20,25)에서 나온 액체상태인 상대적으로 고온인 작동유체에서 상기 압축기(10)로 전달되는 작동유체로 열이 전달되어 상기 압축기(10)로 들어가는 작동유체중에 액체상태의 작동유체를 기체상태로 만들어준다.The heat exchanger 28 performs heat exchange between the working fluid from the first heat exchanger 20 and the auxiliary heat exchanger 25 and the working fluid delivered to the compressor 10. At this time, heat is transferred from the relatively high temperature working fluid, which is the liquid state from the heat exchangers 20 and 25, to the working fluid delivered to the compressor 10, and the liquid state is operated in the working fluid entering the compressor 10. It makes the fluid gaseous.

수액기(29)는 상기 액열기(28)에서 나온 작동유체중에서 액체상태의 작동유체만을 모아 팽창변(30)으로 전달하는 역할을 한다. 팽창변(30)은 작동유체를 팽창시켜 상대적으로 저온저압으로 만들고 제2열교환기(40)에서 증발하기 쉬운 상태로 되게 한다.The receiver 29 collects only the working fluid in the liquid state from the working fluid from the heat receiver 28 and delivers it to the expansion valve 30. The expansion valve 30 expands the working fluid to a relatively low temperature and low pressure and makes it easy to evaporate in the second heat exchanger 40.

제2열교환기(40)에서는 상기 보조열교환기(25)를 통과한 물로부터 열을 받아 작동유체가 증발된다. 따라서, 상기 작동유체의 증발을 위한 열은 상기 보조열교환기(25)로부터 공급받게 된다. 이와 같은 과정을 통해 상기 제2열교환기(40)에서는 작동유체가 상대적으로 저온저압의 기체상태로 된다. 상기 제2열교환기(40)는 그 입구가 팽창변(30)과 연결되고 출구는 액열기(28)에 연결된다.In the second heat exchanger 40, the working fluid is evaporated by receiving heat from the water passing through the auxiliary heat exchanger 25. Therefore, heat for evaporation of the working fluid is supplied from the auxiliary heat exchanger 25. Through this process, in the second heat exchanger 40, the working fluid becomes a gas state of relatively low temperature and low pressure. The second heat exchanger 40 has an inlet connected to the expansion valve 30 and an outlet connected to the heat exchanger 28.

본 발명에서는 상기 제2열교환기(40)에서 작동유체의 증발을 위한 열을 공급하기 위해 상기 보조열교환기(25)가 사용된다. 즉, 외부물탱크(60)와 보조열교환기(25)가 연결되어, 외부물탱크(60)에서 공급된 물이 보조열교환기(25)에서 작동유체로부터 열을 전달받아 상대적으로 높은 온도로 된다. 상대적으로 높은 온도로 된 물은 상기 제2열교환기(40)로 공급되어 작동유체의 증발을 위한 열을 공급하고 상대적으로 낮은 온도로 되어 다시 외부물탱크(60)로 전달된다.In the present invention, the auxiliary heat exchanger 25 is used to supply heat for evaporation of the working fluid in the second heat exchanger 40. That is, the external water tank 60 and the auxiliary heat exchanger 25 are connected, so that the water supplied from the external water tank 60 receives heat from the working fluid in the auxiliary heat exchanger 25 to a relatively high temperature. . Water at a relatively high temperature is supplied to the second heat exchanger 40 to supply heat for evaporation of the working fluid, and to be brought to a relatively low temperature and then to the external water tank 60.

한편, 상기 제1열교환기(20)에서는 온수가 발생된다. 상기 제1열교환기(20)로는 물공급원(52)으로부터 냉수가 공급된다. 이때 상기 물공급원(52)에서 상기 제1열교환기(20)로 공급되는 냉수량을 조절하기 위해 펌프(54,54'), 밸브(55,55') 및 체크밸브(56,56')가 구비된다. 그리고 상기 펌프(54,54'), 밸브(55,55') 및 체크밸브(56,56')는 병렬로 연결된다.On the other hand, hot water is generated in the first heat exchanger (20). Cold water is supplied from the water supply source 52 to the first heat exchanger 20. At this time, the pump (54, 54 '), the valve (55, 55') and the check valve (56, 56 ') to adjust the amount of cold water supplied from the water supply source 52 to the first heat exchanger (20) It is provided. The pumps 54 and 54 ', the valves 55 and 55' and the check valves 56 and 56 'are connected in parallel.

평상시에는 하나의 펌프(54), 밸브(55) 및 체크밸브(56)만을 사용하고 상기 제1열교환기(20)가 과열상태가 되면 모든 펌프(54,54'), 밸브(55,55') 및체크밸브(56,56')를 구동하여 상대적으로 많은 양의 냉수가 제1열교환기(20)로 공급되게 한다.Normally, only one pump 54, a valve 55 and a check valve 56 are used, and when the first heat exchanger 20 is overheated, all the pumps 54, 54 ', the valves 55, 55' ) And check valves 56, 56 ′ to supply relatively large amounts of cold water to the first heat exchanger 20.

여기서 펌프(54,54')는 물공급을 위한 원동력을 제공하고, 밸브(55,55')는 물공급량을 조절하고, 체크밸브(56,56')는 물이 역류되는 것을 방지한다. 물론 설계조건에 따라서 펌프(54,54'), 밸브(55,55') 및 체크밸브(56,56')의 개수는 달라진다. 그리고, 상대적으로 용량이 큰 하나의 펌프(54) 밸브(55) 및 체크밸브(56)만을 사용하여 공급되는 냉수량을 조절할 수도 있다.The pumps 54, 54 'here provide the driving force for water supply, the valves 55, 55' adjust the amount of water supply, and the check valves 56, 56 'prevent the water from flowing back. Of course, the number of pumps 54 and 54 ', valves 55 and 55' and check valves 56 and 56 'varies depending on the design conditions. In addition, it is also possible to adjust the amount of cold water supplied using only one pump 54 valve 55 and check valve 56 having a relatively large capacity.

참고로 상기 물공급원(52)의 출구는 상기 온수탱크(50)와 직접 연결되고 상기 펌프(54,54') 등의 부품은 상기 온수탱크(50)의 출구에 설치되어 온수탱크(50)의 물이 제1열교환기(20)로 공급되고 온수로 되어 다시 온수탱크(50)로 전달되도록 구성할 수도 있다.For reference, the outlet of the water supply source 52 is directly connected to the hot water tank 50, and parts such as the pumps 54 and 54 ′ are installed at the outlet of the hot water tank 50 so that Water may be configured to be supplied to the first heat exchanger 20 to be hot water and then transferred to the hot water tank 50 again.

한편, 상기 보조열교환기(25)에서 열을 공급받아 제2열교환기(40)에서 작동유체의 증발을 위한 열을 제공하는 물은 외부물탱크(60)에서 제공된다. 상기 외부물탱크(60)는 실외에 설치되어 있다. 따라서, 상기 외부물탱크(60)는 그 설치되는 공간의 환경에 따라 상기 보조열교환기(25)에서 전달받는 열량이 달라진다. 예를 들어 고온의 환경에 외부물탱크(60)가 설치되면 상기 보조열교환기(25)로는 상기 제어밸브(22)를 조작하여 상대적으로 적은 양의 작동유체만을 전달하면 된다. 이와 같이 하면 우리나라의 경우 여름철에는 외부물탱크(60)의 온도가 상대적으로 높으므로 상기 제어밸브(22)를 조작하여 보조열교환기(25)로 전달되는 작동유체의 양을 줄여주어도 된다.On the other hand, the water supplied from the auxiliary heat exchanger 25 to provide heat for the evaporation of the working fluid in the second heat exchanger 40 is provided in the external water tank (60). The external water tank 60 is installed outdoors. Therefore, the amount of heat received from the auxiliary heat exchanger 25 varies depending on the environment of the space in which the external water tank 60 is installed. For example, when the external water tank 60 is installed in a high temperature environment, the auxiliary heat exchanger 25 may operate only the relatively small amount of the working fluid by operating the control valve 22. In this case, since the temperature of the external water tank 60 is relatively high in summer in Korea, the amount of the working fluid delivered to the auxiliary heat exchanger 25 may be reduced by operating the control valve 22.

다음으로 상기 압축기(10), 제1열교환기(20), 팽창변(30) 및 제2열교환기(40)를 연결하는 도관(80)중 일측에는 압력조절밸브(70,70')가 설치된다. 상기 압력조절밸브(70,70')는 작동유체의 압력이 일정 이상의 값으로 되어야만 도관(80)내부를 따라 유동될 수 있도록 하는 것이다. 만약 작동유체의 압력이 설정된 값으로 되지 않으면 상기 압력조절밸브(70,70')에 의해 도관(80)을 통해 작동유체가 유동되지 않게 된다. 그리고 압축기(10)가 계속하여 동작되어 작동유체가 설정된 압력으로 되면 도관(80)을 통해 작동유체가 유동되게 한다.Next, pressure control valves 70 and 70 'are installed at one side of the conduit 80 connecting the compressor 10, the first heat exchanger 20, the expansion valve 30, and the second heat exchanger 40. . The pressure control valve (70, 70 ') is to ensure that the pressure of the working fluid must be a certain value or more to flow along the inside of the conduit (80). If the pressure of the working fluid does not reach the set value, the working fluid does not flow through the conduit 80 by the pressure regulating valves 70 and 70 '. The compressor 10 continues to operate to allow the working fluid to flow through the conduit 80 when the working fluid reaches the set pressure.

이와 같이 압력조절밸브(70,70')를 설치함에 의해 상기 제1열교환기(20)로는 작동유체가 항상 설정된 압력 값을 유지하면서 공급될 수 있게 되어, 상기 작동유체로부터 열을 전달받아 제1열교환기(20)에서 배출되는 온수는 항상 설정된 온도값을 가지게 된다.By installing the pressure control valves 70 and 70 'as described above, the working fluid can be supplied to the first heat exchanger 20 while maintaining the set pressure at all times, and receives heat from the working fluid. Hot water discharged from the heat exchanger 20 will always have a set temperature value.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 히트펌프식 온수발생장치의 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the heat pump type hot water generator according to the present invention having the configuration as described above will be described.

본 발명의 온수발생장치는 최초로 기동되는 경우에 상기 압축기(10)에서의 압축에 의해 작동유체가 고온고압의 기체로 되면서 사이클이 동작되기 시작한다. 이때 상기 압력조절밸브(70,70')에 의해 작동유체는 설정된 압력이 될 때까지, 도관(80) 내를 유동하지 않게 된다. 설정된 압력이 되어야만 상기 작동유체가 도관(80)을 통해 유동되기 시작한다. 여기서 고압측에 설치되는 압력조절밸브(70)는 상대적으로 높은 압력이 되어야 개방되도록 설정되어 있고, 저압측에 설치되는 압력조절밸브(70')는 상대적으로 낮은 압력으로 설정되어 있다.When the hot water generator of the present invention is started for the first time, the cycle starts to operate as the working fluid becomes a gas of high temperature and high pressure by compression in the compressor 10. At this time, the working fluid by the pressure control valve (70, 70 ') does not flow in the conduit (80) until the set pressure. Only when the pressure is set is the working fluid begins to flow through the conduit (80). Here, the pressure control valve 70 installed on the high pressure side is set to open only when the pressure is relatively high, and the pressure control valve 70 'installed on the low pressure side is set to a relatively low pressure.

상기 압축기(10)에서 나온 작동유체는 유분리기(12)를 통과하면서 오일이 분리되고 작동유체만이 유동된다. 그리고, 상기 고온고압의 작동유체가 상기 제1열교환기(20) 및 보조열교환기(25)로 공급되어 각각 물과 열교환하여 제1열교환기(20)에서는 온수를 발생시키고, 보조열교환기(25)에서는 제2열교환기(40)에서 작동유체의 증발에 필요한 열량을 작동유체로 공급한다.The working fluid from the compressor 10 passes through the oil separator 12 and the oil is separated and only the working fluid flows. In addition, the high temperature and high pressure working fluid is supplied to the first heat exchanger 20 and the auxiliary heat exchanger 25 to exchange heat with water, respectively, to generate hot water in the first heat exchanger 20, and then to the auxiliary heat exchanger 25. ) Supplies the amount of heat required for evaporation of the working fluid in the second heat exchanger 40 to the working fluid.

여기서 상기 보조열교환기(25)로 공급되는 작동유체의 양은 제어밸브(22)에 의해 조절된다. 특히 외부물탱크(60)가 설치된 환경에 따라 상기 보조열교환기(25)로 공급되는 작동유체의 양이 조절된다. 우리나라의 여름의 경우에는 상기 외부물탱크(60)의 온도가 상대적으로 높으므로 전달되어야 할 열량이 상대적으로 적어진다. 겨울의 경우에는 상대적으로 많은 양의 열량이 전달되어야 하므로 상기 제어밸브(22)를 통해 상대적으로 많은 양의 작동유체를 보조열교환기(25)로 공급한다.Here, the amount of working fluid supplied to the auxiliary heat exchanger 25 is controlled by the control valve 22. In particular, the amount of working fluid supplied to the auxiliary heat exchanger 25 is adjusted according to the environment in which the external water tank 60 is installed. In the summer of Korea, since the temperature of the external water tank 60 is relatively high, the amount of heat to be transmitted is relatively small. In winter, since a relatively large amount of heat must be transmitted, a relatively large amount of working fluid is supplied to the auxiliary heat exchanger 25 through the control valve 22.

상기 제1열교환기(20)에서 열교환된 작동유체는 상대적으로 저온고압의 액체상태로 된다. 상기 제1열교환기(20)를 나온 작동유체는 액열기(28)로 전달된다. 상기 액열기(28)에서는 상기 압축기(10)로 들어가기 전의 작동유체와 상기 제1열교환기(20)를 나온 작동유체가 열교환한다. 이와 같이 함에 의해 상기 압축기(10)로 들어가는 작동유체로 열이 전달되어 전체가 기체상태로 되도록 한다.The working fluid heat-exchanged in the first heat exchanger 20 is in a liquid state of relatively low temperature and high pressure. The working fluid leaving the first heat exchanger 20 is delivered to the liquid heat exchanger 28. In the liquid heater 28, the working fluid before entering the compressor 10 and the working fluid exiting the first heat exchanger 20 exchange heat. In this way, heat is transferred to the working fluid entering the compressor 10 so that the whole becomes gaseous.

상기 액열기(28)를 나온 작동유체는 수액기(29)로 전달되고, 수액기(29)에서 액체상태의 작동유체만이 팽창변(30)으로 전달된다. 팽창변(30)은 작동유체를 팽창시켜 제2열교환기(40)에서 증발이 용이한 상태로 되게 한다.The working fluid exiting the heat receiver 28 is delivered to the receiver 29, and only the working fluid in the liquid state is transferred to the expansion valve 30 from the receiver 29. The expansion valve 30 expands the working fluid so as to facilitate evaporation in the second heat exchanger 40.

상기 팽창변(30)에서 팽창된 작동유체는 제2열교환기(40)로 들어간다. 제2열교환기(40)로 들어간 상기 작동유체는 상기 보조열교환기(25)에서 작동유체의 열을 전달받아 소정 온도로 된 물로부터 열을 공급받아 증발되면서 기체상태로 된다. 상기 보조열교환기(25)에서 온수로된 물은 상기 제2열교환기(40)에서 열교환하여 상대적으로 낮은 온도로 되어 외부물탱크(60)로 전달된다.The working fluid expanded in the expansion valve 30 enters the second heat exchanger 40. The working fluid entering the second heat exchanger 40 is supplied with heat from the working fluid in the auxiliary heat exchanger 25 and is supplied with heat from water having a predetermined temperature to evaporate. The water, which is hot water in the subsidiary heat exchanger 25, is exchanged in the second heat exchanger 40 to a relatively low temperature, and then transferred to the external water tank 60.

그리고, 상기 제2열교환기(40)에서 나온 작동유체는 액열기(28)를 거치면서 상기 제1열교환기(20)를 거쳐나온 작동유체로부터 열을 전달받아 완전히 기체상태로 되어 압축기(10)로 전달된다.Then, the working fluid from the second heat exchanger 40 passes through the liquid heat exchanger 28 and receives heat from the working fluid exiting the first heat exchanger 20 so as to be completely in a gaseous state. Is delivered to.

이와 같이 본 발명에서는 상기 액열기(28)에서 작동유체 사이의 열교환이 이루어지면서 압축기(10)로 기체상태의 작동유체 들어가 압축기(10)의 압축효율이 높아지게 한다.As described above, in the present invention, the heat exchange between the working fluid in the liquid heater 28 is performed, and the compression efficiency of the compressor 10 is increased by entering the gas working fluid into the compressor 10.

한편, 본 발명에서는 외부물탱크(60)의 물을 보조열교환기(25)에서 작동유체와 열교환되게 하여 상대적으로 높은 온도로 만들고, 상기 물의 열량을 제2열교환기(40)에서 작동유체의 증발을 위해 사용한다. 이때 상기 제2열교환기(40)로는 셀 앤드 튜브 형식 열교환기나 판형 열교환기를 사용할 수 있는데, 상대적으로 깨끗한 물을 사용하므로 제2열교환기(40)의 청소를 자주하지 않아도 된다.Meanwhile, in the present invention, the water in the external water tank 60 is exchanged with the working fluid in the auxiliary heat exchanger 25 to make a relatively high temperature, and the amount of heat of the water is evaporated in the second heat exchanger 40. Use for In this case, a cell and tube type heat exchanger or a plate heat exchanger may be used as the second heat exchanger 40. Since the clean water is used, the second heat exchanger 40 may not be frequently cleaned.

그리고 상기 제2열교환기(40)에서 작동유체의 증발을 위한 열을 제공하는 물은 항상 일정하게 공급될 수 있다. 이는 상기 보조물탱크(60)에 항상 일정 이상의 물이 구비되어 있고, 보조열교환기(25)에서 원하는 만큼의 열량을 제공받을 수 있기 때문이다.In addition, water providing heat for evaporation of the working fluid in the second heat exchanger 40 may always be constantly supplied. This is because the auxiliary tank 60 is always provided with a certain amount of water or more, and can receive a desired amount of heat from the auxiliary heat exchanger 25.

이와 같이 상기 제2열교환기(40)로 항상 일정한 열량이 공급될 수 있도록 되면 제2열교환기(40)에서 작동유체의 증발이 일정하게 이루어져 전체 온수발생장치의 동작이 원활하게 된다.As such, when a constant amount of heat can be supplied to the second heat exchanger 40 at all times, the working fluid is uniformly evaporated in the second heat exchanger 40, thereby facilitating the operation of the entire hot water generator.

그리고 상기 보조열교환기(25)로는 상기 압축기(10)에서 압축되어 고온고압의 기체상태로 된 작동유체가 공급되어 물로 열을 공급하므로, 최초의 기동시에 별도의 열원으로 상기 물을 가열할 필요가 없게 된다.Since the auxiliary heat exchanger 25 is supplied with a working fluid compressed in the compressor 10 to become a gaseous state of high temperature and high pressure and supplies heat to water, it is necessary to heat the water with a separate heat source at the first startup. There will be no.

또한, 상기와 같이 압력조절밸브(70,70')를 사용하므로 상기 제1열교환기(20)에서 발생되는 온수의 온도는 최초에 제1열교환기(20)로 입력되는 물의 온도에 상관없이 항상 일정하게 된다. 이는 상기 압력조절밸브(70)가 상기 제1열교환기(20) 내에서의 작동유체의 압력이 항상 설정된 값으로 유지되도록 하기 때문이다. 즉, 상기 제1열교환기(20)에서 작동유체가 항상 설정된 압력으로 유지되기 때문에 최적의 상태로 열교환이 이루어지고 극도로 낮은 온도의 물이 입력되지 않는 한 제1열교환기(20)에서 배출되는 온수의 온도는 설정된 값을 유지하게 된다.In addition, since the pressure control valves 70 and 70 'are used as described above, the temperature of the hot water generated in the first heat exchanger 20 is always regardless of the temperature of the water initially input to the first heat exchanger 20. It becomes constant. This is because the pressure regulating valve 70 maintains the pressure of the working fluid in the first heat exchanger 20 at a predetermined value at all times. That is, since the working fluid is always maintained at the set pressure in the first heat exchanger 20 is discharged from the first heat exchanger 20 as long as the heat exchange is performed in an optimal state and water of extremely low temperature is not input The temperature of the hot water will maintain the set value.

본 발명에서는 폐온수를 사용하지 않고 외부물탱크(60)의 물이 보조열교환기(25)에서 열을 전달받아 제2열교환기(40)에서 작동유체의 증발에 필요한 열을 공급하도록 하고 있다. 따라서 종래와 같이 폐온수를 사용하지 않으므로 제2열교환기(40)의 유지보수가 보다 용이하게 된다.In the present invention, the water in the external water tank 60 receives heat from the auxiliary heat exchanger 25 without using waste hot water so as to supply heat required for evaporation of the working fluid in the second heat exchanger 40. Therefore, since the waste water is not used as in the prior art, the maintenance of the second heat exchanger 40 becomes easier.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The rights of the present invention are not limited to the embodiments described above, but are defined by the claims, and those skilled in the art can make various modifications and adaptations within the scope of the claims. It is self-evident.

예를 들면 본 발명에서 발생된 온수를 난방에 사용하거나 제2열교환기에서열교환된 물을 냉방에 사용하도록 하여 냉난방장치로도 사용할 수 있다.For example, the hot water generated in the present invention may be used for heating, or may be used as a cooling and heating device by using the heat exchanged water in the second heat exchanger for cooling.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 히트펌프식 온수발생장치는 다음과 같은 효과를 가진다.Heat pump type hot water generator according to the present invention as described in detail above has the following effects.

먼저, 본 발명에서는 제2열교환기에서의 작동유체의 증발을 위한 열을 외부물탱크에서 공급되는 깨끗한 물을 사용하므로 온수발생장치의 유지보수비가 적게 들게 된다. 특히 폐온수를 사용하지 않고 외부물탱크에서 공급되는 깨끗한 물을 사용하여 열을 전달하므로 제2열교환기의 내구성이 높아지게 된다.First, in the present invention, since the water for evaporation of the working fluid in the second heat exchanger uses clean water supplied from the external water tank, the maintenance cost of the hot water generator is reduced. In particular, since heat is transmitted using clean water supplied from an external water tank without using waste water, durability of the second heat exchanger is increased.

그리고 외부물탱크에서 공급되는 물로 제2열교환기에서 필요한 열량을 공급하므로 항상 일정한 열량을 제2열교환기로 공급할 수 있어 제2열교환기에서의 작동유체 증발이 원활하게 되어 전체 온수발생장치의 동작이 원활하게 된다.In addition, since the water supplied from the external water tank supplies the required amount of heat from the second heat exchanger, it is possible to supply a constant amount of heat to the second heat exchanger at all times, so that the working fluid evaporates in the second heat exchanger smoothly so that the operation of the entire hot water generator is smooth. Done.

또한 도관에 압력조절밸브를 설치하여 작동유체의 압력이 일정값 이상이 되어야만 작동유체가 유동되면서 온수발생장치가 동작되게 하므로 제1열교환기에서 발생하는 온수의 온도가 항상 일정한 값을 유지할 수 있게 되어 온수를 안정적으로 공급할 수 있게 된다.In addition, the pressure control valve is installed in the conduit so that the operating fluid flows only when the pressure of the working fluid is above a certain value so that the hot water generating device is operated so that the temperature of the hot water generated in the first heat exchanger can always be maintained at a constant value. It is possible to supply hot water stably.

Claims (4)

압축기, 제1열교환기, 팽창변 및 제2열교환기를 포함하여 구성되는 열교환사이클과,A heat exchange cycle comprising a compressor, a first heat exchanger, an expansion valve, and a second heat exchanger, 상기 제1열교환기로 공급된 냉수가 작동유체와 열교환하여 발생된 온수를 저장하는 온수탱크와,A hot water tank for storing hot water generated by exchanging cold water supplied to the first heat exchanger with a working fluid; 상기 압축기와 팽창변의 사이에 설치되어 압축기에서 전달되는 작동유체를 전달받는 보조열교환기와,An auxiliary heat exchanger installed between the compressor and the expansion valve to receive a working fluid delivered from the compressor; 상기 보조열교환기에서 작동유체의 열을 전달받아 상기 제2열교환기에서 작동유체의 증발을 위한 열을 제공하는 물을 공급하는 외부물탱크와,An external water tank receiving heat of the working fluid from the auxiliary heat exchanger and supplying water for providing heat for evaporation of the working fluid in the second heat exchanger; 상기 압축기, 제1열교환기, 팽창변 및 제2열교환기를 연결하는 도관에 구비되어 상기 작동유체의 압력이 설정된 압력으로 되어야만 도관을 따라 유동되게 하는 압력조절밸브를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 히트펌프식 온수발생장치.Heat pump type comprising a pressure control valve provided in the conduit connecting the compressor, the first heat exchanger, the expansion valve and the second heat exchanger to flow along the conduit only when the pressure of the working fluid is a set pressure. Hot water generator. 제 1 항에 있어서, 상기 보조열교환기는 상기 제1열교환기와 병렬로 연결되고, 상기 보조열교환기의 입구측에는 상기 압축기에서 전달되는 작동유체의 양을 제어하는 제어밸브가 더 구비됨을 특징으로 하는 히트펌프식 온수발생장치.The heat pump according to claim 1, wherein the auxiliary heat exchanger is connected in parallel with the first heat exchanger, and a control valve for controlling an amount of the working fluid transferred from the compressor is provided at an inlet side of the auxiliary heat exchanger. Hot water generator. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 압력조절밸브는 상기 제1열교환기와 팽창변 사이에 설치되는 고압측 압력조절밸브와 상기 압축기와 제2열교환기 사이에설치되는 저압측 압력조절밸브를 포함함을 특징으로 하는 히트펌프식 온수발생장치.The pressure regulating valve of claim 1 or 2, wherein the pressure regulating valve includes a high pressure side pressure regulating valve installed between the first heat exchanger and the expansion valve, and a low pressure side pressure regulating valve installed between the compressor and the second heat exchanger. Heat pump type hot water generator, characterized in that. 제 3 항에 있어서, 상기 고압측 압력조절밸브와 저압측 압력조절밸브를 각각 통과한 작동유체 사이의 열교환을 위해 액열기가 더 구비됨을 특징으로 하는 히트펌프식 온수발생장치.4. The hot pump type hot water generator of claim 3, further comprising a liquid heater for heat exchange between the working fluid passing through the high pressure side pressure control valve and the low pressure side pressure control valve, respectively.
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