KR20030081576A

KR20030081576A - 히트펌프를 이용한 냉,난방장치

Info

Publication number: KR20030081576A
Application number: KR1020020019873A
Authority: KR
Inventors: 김성근; 권영목
Original assignee: 한국에너지씨스템(주)
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-22

Abstract

본 발명은 지열을 열원으로 사용하여 냉,난방의 성능을 향상시키기 위한 히트펌프를 이용한 냉,난방장치에 관한 것이다. 본 냉,난방장치는 균일한 온도분포를 갖는 지층과 지면 외부를 일정한 방향으로 순환하는 지열순환매체가 수용된 지열순환관과, 냉,난방사이클을 위하여 4방전자변과 압축기, 냉방용 체크변 및 난방용 팽창변, 난방용 체크변 및 냉방용 팽창변이 순차적으로 배치되어 있으며, 이들을 통하여 순환되는 특정한 냉매를 일측 방향과 타측 방향에 대하여 선택적으로 순환시키는 히트펌프순환관과, 상기 히트펌프순환관과 상기 지열순환관 사이에 마련되며 상기 지열순환관의 지열순환매체로부터 균일한 온도를 받아 상기 히트펌프순환관의 저온저압냉매를 고온고압으로, 고온고압냉매를 저온고압으로 열변환시키는 지열열교환기와, 상기 히트펌프순환관에 설치되며 상기 히트펌프순환관의 난방사이클과 냉방사이클 중 어느 하나의 사이클에 따라 열교환되어 냉수와 온수의 보급수를 냉,난방순환관에게 제공하는 적어도 하나이상의 냉,난방열교환기를 포함한다. 이에 따라, 지층아래에 잠재한 안정적인 지열을 히트펌프의 냉,난방사이클에 적용하여 비교적 고온과 저온으로 보급수를 제공할 수 있기 때문에 열효율이 극대화되어 운전비용이 최소화되고, 거의 반영구적으로 사용할 수 있으므로 안전하다.

Description

히트펌프를 이용한 냉,난방장치{heating and cooling apparatus using the heat pump}

본 발명은 히트펌프를 이용한 냉,난방장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지열을 열원으로 사용하여 냉,난방의 성능을 향상시키기 위한 히트펌프를 이용한 냉,난방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 히트펌프는 냉매를 순환시키면서 일측의 열교환기에서 열원을 타측의 열교환기에게 이동시켜주는 것으로, 냉매의 액화와 기화를 반복하면서 열원을 이동시킨다. 이와 같은 히트펌프가 4방전자변 및 기타 주변기기와 결합되어 냉,난방을 위하여 사용될 경우 냉,난방장치로서 그 효용가치가 있는 것이다.

이와 같은 냉,난방장치는 냉방과 난방을 선택적으로 할 수 있으며, 이에 따른 효율은 대용량의 난방기와 냉방기로 사용하기에 매우 부족하고, 유지하고, 보수하는 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 특히 온수의 온도를 55℃이상 올려서 사용하면 압축기의 소손 및 싸이클의 비 정상적인 운전으로 고장의 원인되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 지층아래에 잠재한 안정적인 지열을 히트펌프의 냉,난방사이클에 적용하여 비교적 고온과 저온으로 보급수를 안정적으로 제공할 수 있도록 한 히트펌프를 이용한 냉,난방장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉,난방장치의 난방시 동작을 나타낸 계통도이고,

도 2는 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉,난방장치의 냉방시 동작을 나타낸 계통도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

1 ; 지열순환관2 ; 순환펌프

3 ; 4방전자변5 ; 압축기

7 ; 냉방용 체크변9 ; 난방용 팽창변

11 ; 난방용 체크변13 ; 냉방용 팽창변

15 ; 히트펌프순환관17 ; 지열열교환기

19 ; 냉,난방순환관21 ; 메인열교환기, 보조열교환기

23 ; 분기관25 ; 제1보조열교환기, 제1메인열교환기

27 ; 제2보조열교환기, 제2메인열교환기

상기 목적은, 본 발명에 따라, 균일한 온도분포를 갖는 지층과 지면 외부를 일정한 방향으로 순환하는 지열순환매체가 수용된 지열순환관과, 냉,난방사이클을 위하여 4방전자변과 압축기, 냉방용 체크변 및 난방용 팽창변, 난방용 체크변 및 냉방용 팽창변이 순차적으로 배치되어 있으며, 이들을 통하여 순환되는 특정한 냉매를 일측 방향과 타측 방향에 대하여 선택적으로 순환시키는 히트펌프순환관과, 상기 히트펌프순환관과 상기 지열순환관 사이에 마련되며 상기 지열순환관의 지열순환매체로부터 균일한 온도를 받아 상기 히트펌프순환관의 저온저압냉매를 고온고압으로, 고온고압냉매를 저온고압으로 열변환시키는 지열열교환기와, 상기 히트펌프순환관에 설치되며 상기 히트펌프순환관의 난방사이클과 냉방사이클 중 어느 하나의 사이클에 따라 열교환되어 냉수와 온수의 보급수를 냉,난방순환관에게 제공하는 적어도 하나이상의 냉,난방열교환기를 포함하는 히트펌프를 이용한 냉,난방장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 냉,난방열교환기는 난방시, 상기 난방용 체크변 및 냉방용 팽창변과 상기 4방전자변 사이에 위치하며 압축기로부터 발생된 고온고압의 냉매로 상기 냉,난방순환관의 보급수에게 열전이시켜 열교환하는 메인열교환기와, 양측으로 분기되어 있는 분기관을 통한 상기 냉,난방순환관의 보급수에게 상기 고온고압의 냉매로 열전이시키는 보조열교환기를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 보조열교환기는 상기 분기관의 일측에는 상기 메인열교환기로부터 인출되는 상기 고온고압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의온도를 상승시키는 제1보조열교환기와, 상기 분기관의 타측에는 상기 제1보조열교환기로부터 인출되는 상기 고온고압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의 온도를 상승시키는 제2보조열교환기를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 냉,난방열교환기는 냉방시, 상기 난방용 체크변 및 냉방용 팽창변과 상기 4방전자변 사이에 위치하며 양측으로 분기되어 있는 분기관을 통한 상기 냉,난방순환관의 보급수에게 냉방용 팽창변으로부터 발생된 저온저압의 냉매로 열전이시켜 온도를 하강시키는 메인열교환기와, 상기 냉,난방순환관의 보급수에게 상기 저온저압의 냉매로 열전이시켜 온도가 하강시키는 보조열교환기를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 메인열교환기는 상기 분기관의 일측에는 상기 냉방용 팽창변으로부터 인출되는 상기 저온저압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의 온도를 하강시키는 제1메인열교환기와, 상기 분기관의 타측에는 상기 제1메인열교환기로부터 인출되는 상기 저온저압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의 온도를 하강시키는 제2메인열교환기를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉,난방장치를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉,난방장치의 난방시 동작을 나타낸 계통도이고, 도 2는 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉,난방장치의 냉방시 동작을 나타낸 계통도이다.

본 히트펌프를 이용한 냉,난방장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 난방시의 경우, 균일한 온도분포를 갖는 지층의 소정깊이에 설치되고, 이와 지면 외부를 일정한 방향으로 순환하는 지열순환매체가 수용된 지열순환관(1)과, 냉,난방사이클을 위하여 4방전자변(3)과 압축기(5), 냉방용 체크변(7) 및 난방용 팽창변(9), 난방용 체크변(11) 및 냉방용 팽창변(13)이 순차적으로 배치되어 있으며, 이들을 통하여 순환되는 특정한 냉매를 일측 방향과 타측 방향에 대하여 선택적으로 순환시키는 히트펌프순환관(15)을 가지고 있다. 여기서, 상기 지열순환관(1)의 소정영역에는 상기 지열순환매체를 일정한 방향으로 순환시키는 순환펌프(2)가 마련되어 있으며, 상기 히트펌프순환관(15)는 상기 4방전자변(3)에 의해서 난방과 냉방 중 어느 하나의 운전이 선택되어 진다.

상기 히트펌프순환관(15)과 상기 지열순환관(1) 사이에는 상기 지열순환관(1)의 지열순환매체로부터 균일한 지열온도를 받아 상기 히트펌프순환관(15)의 저온저압냉매를 고온고압으로 온도상승을 위한 열흡수작용을 하고, 상기 히트펌프순환관(15)의 고온고압냉매를 저온고압으로 온도강하를 위한 냉각작용을 수행하여 열변환시키는 지열열교환기(17)가 마련되어 있다. 즉, 상기 지열열교환기(17)는 통상적인 냉각장치에서 응축기의 역할에 해당하는 것으로써, 난방시 상기 압축기(5)를 향하는 저온저압의 냉매를 일차적으로 지열온도에 해당하는 안정적인 온도(+2℃)로 상승시켜 압축기(5)의 고온변화를 더욱 향상시키며, 그리고 냉방시, 상기 압축기(5)에서 인출되는 고온고압의 냉매를 일차적으로 지열온도에 해당하는 안정적인 온도(+2℃)로 하강시켜 냉방용 팽창변(13)의 저온변화를 더욱 향상시킨다.

그리고, 상기 4방전자변(3)에서 상기 냉,난방사이클 중 어느 하나의 사이클이 결정되면 즉, 냉방시 지열열교환기(17)로부터 지열온도의 냉매는 냉방용체크변(7)과 냉방용 팽창변(13)을 따라 순환되며, 난방시 상기 지열열교환기(17)로 향하는 냉매는 난방용 체크변(11)과 난방용 팽창변(9)을 따라 순환한다. 이 때, 상기 체크변(7,11)과 상기 팽창변(9,13)은 상호 상대적이며 교번적인 동작관계를 가지고 있다.

상기 히트펌프순환관(15)에는 그 히트펌프순환관(15)의 난방사이클과 냉방사이클 중 어느 하나의 사이클에 따라 열교환되어 냉수(저온)와 온수(고온)의 보급수를 냉,난방순환관(19)에게 제공하는 적어도 하나이상의 냉,난방열교환기(21,25,27)가 설치되어 있다.

여기서, 상기 냉,난방열교환기(21,25,27)는 난방시, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 난방용 체크변(11) 및 냉방용 팽창변(13)과 상기 4방전자변(3) 사이에 위치하며 상기 압축기(5)로부터 발생된 고온고압의 냉매로 상기 냉,난방순환관(19)의 보급수에게 열전이시켜 보급수의 온도가 상승하도록 열교환하는 메인열교환기(21)와, 상기 냉,난방순환관(19)이 양측으로 분기되어 있는 분기관(23)을 통하여 유입되는 상기 냉,난방순환관(19)의 보급수에게 상기 고온고압의 냉매로 온도가 상승하도록 열전이시키는 보조열교환기(25,27)를 가지고 있다.

그리고, 상기 보조열교환기(25,27)는 상기 분기관(23)의 일측에 위치하며 상기 메인열교환기(21)로부터 인출되는 상기 고온고압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의 온도를 상승시키는 제1보조열교환기(25)와, 상기 분기관(23)의 타측에 위치하며 상기 제1보조열교환기(25)로부터 인출되는 상기 고온고압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의 온도를 상승시키는제2보조열교환기(27)로 이루어져 있다.

한편, 상기 냉,난방열교환기(21,25,27)는 냉방시, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 난방용 체크변(11) 및 냉방용 팽창변(13)과 상기 4방전자변(3) 사이에 위치하며 상기 냉,난방순환관(19)의 양측으로 분기되어 있는 분기관(23)을 통한 상기 냉,난방순환관(19)의 보급수에게 냉방용 팽창변(13)으로부터 발생된 저온저압의 냉매로 열전이시켜 온도를 하강시키는 메인열교환기(25,27)와, 상기 냉,난방순환관(19)의 보급수에게 상기 저온저압의 냉매로 열전이시켜 온도가 하강시키는 보조열교환기(21)를 가지고 있다.

여기서, 상기 메인열교환기(25,27)는 상기 분기관(23)의 일측에 위치하며 상기 냉방용 팽창변(13)으로부터 인출되는 상기 저온저압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의 온도를 하강시키는 제1메인열교환기(25)와, 상기 분기관(23)의 타측에 위치하며 상기 제1메인열교환기(25)로부터 인출되는 상기 고온저압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의 온도를 하강시키는 제2메인열교환기(27)로 이루어져 있다.

본 냉,난방장치는 지층아래에 잠재한 안정적인 지열을 히트펌프의 냉,난방사이클에 적용하여 비교적 고온과 저온으로 보급수를 제공할 수 있기 때문에 열효율이 극대화되어 운전비용이 최소화되고, 거의 반영구적으로 사용할 수 있으므로 안전하고, 싸이클을 안정적으로 유지하면서 온수, 온풍의 온도를 70℃까지 올릴 수 있는 효과가 있다.

Claims

균일한 온도분포를 갖는 지층과 지면 외부를 일정한 방향으로 순환하는 지열순환매체가 수용된 지열순환관과;

냉,난방사이클을 위하여 4방전자변과 압축기, 냉방용 체크변 및 난방용 팽창변, 난방용 체크변 및 냉방용 팽창변이 순차적으로 배치되어 있으며, 이들을 통하여 순환되는 특정한 냉매를 일측 방향과 타측 방향에 대하여 선택적으로 순환시키는 히트펌프순환관과;

상기 히트펌프순환관과 상기 지열순환관 사이에 마련되며 상기 지열순환관의 지열순환매체로부터 균일한 온도를 받아 상기 히트펌프순환관의 저온저압냉매를 고온고압으로, 고온고압냉매를 저온고압으로 열변환시키는 지열열교환기와;

상기 히트펌프순환관에 설치되며 상기 히트펌프순환관의 난방사이클과 냉방사이클 중 어느 하나의 사이클에 따라 열교환되어 냉수와 온수의 보급수를 냉,난방순환관에게 제공하는 적어도 하나이상의 냉,난방열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉,난방장치.
제1항에 있어서;

상기 냉,난방열교환기는 난방시,

상기 난방용 체크변 및 냉방용 팽창변과 상기 4방전자변 사이에 위치하며 압축기로부터 발생된 고온고압의 냉매로 상기 냉,난방순환관의 보급수에게 열전이시켜 열교환하는 메인열교환기와;

양측으로 분기되어 있는 분기관을 통한 상기 냉,난방순환관의 보급수에게 상기 고온고압의 냉매로 열전이시키는 보조열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉,난방장치.
제2항에 있어서;

상기 보조열교환기는,

상기 분기관의 일측에는 상기 메인열교환기로부터 인출되는 상기 고온고압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의 온도를 상승시키는 제1보조열교환기와;

상기 분기관의 타측에는 상기 제1보조열교환기로부터 인출되는 상기 고온고압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의 온도를 상승시키는 제2보조열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉,난방장치.
제1항에 있어서;

상기 냉,난방열교환기는 냉방시,

상기 난방용 체크변 및 냉방용 팽창변과 상기 4방전자변 사이에 위치하며 양측으로 분기되어 있는 분기관을 통한 상기 냉,난방순환관의 보급수에게 냉방용 팽창변으로부터 발생된 저온저압의 냉매로 열전이시켜 온도를 하강시키는 메인열교환기와;

상기 냉,난방순환관의 보급수에게 상기 저온저압의 냉매로 열전이켜 온도가 하강시키는 보조열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉,난방장치.
제4항에 있어서;

상기 메인열교환기는,

상기 분기관의 일측에는 상기 냉방용 팽창변으로부터 인출되는 상기 저온저압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의 온도를 하강시키는 제1메인열교환기와;

상기 분기관의 타측에는 상기 제1메인열교환기로부터 인출되는 상기 저온저압의 냉매에 의해 상기 보급수가 열교환되어 보급수의 온도를 하강시키는 제2메인열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 냉,난방장치.