KR200414655Y1 - 냉방기의 응축열을 이용한 동시 난방과 온수사용이 가능한히트 펌프 - Google Patents

Abstract

상기 고온의 작동유체에서 발생되는 응축열을 이용하여 물과 열교환시키는 온수열교환기와, 상기 온수열교환기에서 고온의 물을 저장하여 응집열을 발생시키고 다시 온수열교환기 측으로 물을 재순환시키는 온수탱크와, 상기 온수탱크를 통과하여 실내로 열기를 증발시키는 난방기와, 상기 온수탱크의 응집열을 이용하여 별도의 배관을 따라 온수탱크를 통과하여 온수를 배출시키는 온수기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉방기의 응축열을 이용한 동시 난방과 온수사용이 가능한 히트 펌프 시스템에 의해서, 냉방시에도 온수열교환기에서 발생되는 응축열을 이용하여 온수탱크에 응집열을 발생시켜 난방기에 열기를 공급하며, 또한 이와 동시에, 온수탱크의 응집열로 온수를 생성시키므로써, 목욕수등을 온수기에 공급할 수 있게 된다.

열교환기, 냉방기, 난방기, 히트 펌프

Description

냉방기의 응축열을 이용한 동시 난방과 온수사용이 가능한 히트 펌프 {HEAT PUMP FOR CONDENSING HEAT OF ROOM COOLER, WHICH IS CAPABLE OF USING HEATING AND HOT WATER}

도 1은 종래의 히트 펌프를 나타낸 개략도이며,

도 2는 본 고안에 따른 히트 펌프를 나타낸 개략도이다.

-도면 주요부분에 대한 부호의 설명-

10 : 압축기 20 : 온수열교환기

30 : 실외기 40 : 레시버 탱크

50 : 드라이어 60 : 팽창밸브

70 : 냉방기 80 : 온수 탱크

85 : 온수기 86 : 수조

90 : 난방기

본 고안은 냉/난방 히트 펌프에 관한 것으로, 냉방시에도 난방과 냉수를 공급할 수 있는 히트 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 히트 펌프는 압축기, 4방밸브, 실내 열교환기, 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4방밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결하여서, 가열 운전시에는 4방밸브를 고온/고압의 냉매증기가 실내 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 그 응축열을 유체와 열교환시킴으로써 온수를 생성하거나 실내공기를 가열하여서 난방 또는 건조기능을 수행하게 하는 것이다.

그리고, 실내 열교환기에서 응축된 고온/고압의 냉매액을 팽창배브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실외 열교환기에서 외기를 열원으로 하여 증발시켜 저온/저압의 냉매증기가 되게 한 후 압축기에 흡입되는 사이클을 반복시키게 되는 것이다.

또한, 냉방운전시에는 4방밸브를 고온/고압의 냉매가 실외 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여 압축기에서 압축된 고온/고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실외 열교환기에서 응축시키고, 실외 열교환기에서 응축된 고온/고압의 냉매액을 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실내 열교환기에서 냉매액을 증발시켜 그 증발열을 유체와 열교환시킴으로써 냉수를 생성하거나 실내 공기를 냉각하여 냉방등을 하여, 실내 열교환기에서 증발된 저온/저압의 냉매증기는 압축기에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.

이러한, 냉난방 히트 펌프는 냉/난방의 사이클이 순환하면서 필요한 열기와 냉기를 얻어 필요한 장소에 공급하는 것이며, 이러한 열기와 냉기를 얻기 위해서는순환사이클을 역으로 순환시켜 사용하는 보편적인 냉/난방 히트 펌프의 기술이다.

그러나, 이러한 순환식 히트 펌프의 가동에 있어서, 냉방을 필요로 하는 장소에 냉기를 공급하면서 이와 동시에 난방을 필요로 하는 장소에 열기를 공급하기 위해서는 별도의 시설과 제어부를 가지고 있어야만 가능하였다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 종래 기술에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 압축기(100)는 작동유체를 압축하여 고온고압의 기체상태를 만들어 주고, 상기 압축기(100)를 통과한 작동유체는 유분리기(102)에서 압축기(100)의 오일을 분리시킨다. 상기 유분리기(102)를 통과한 작동유체는 온수생성열교환기(104)로 들어가 판형열교환기인 온수생성열교환기(104)를 통과하는 물과 열교환하여 온수를 발생시킨다. 그리고 상기 작동유체는 응축되어 액체상태로 되고 상대적으로 낮은 온도로 된다. 상기 온수는 별도의 온수탱크 등으로 전달되어 저장되고 필요시에 사용된다.

상기 온수생성열교환기(104)에서 나온 작동유체는 상기 팽창밸브(114,115)에서 팽창되어 증발되기 쉬운 상태로 된다. 상기 팽창밸브(114,115)를 통과한 잗동유체는 상기 폐수열교환기(116)나 냉수측열교환기(120)로 전달되어 폐온수나 냉수조의 물부터 열을 전달받아 증발되어 상대적으로 고온의 기체상태로 된다.

이때, 제1절환밸브(110)가 개방되고 제2절환밸브(112)는 폐쇄된다. 따라서 상기 온수생성열교환기(104)를 통과한 작동유체는 상기 제1절환밸브(110)를 통해 팽창밸브(114)로 전달된다. 상기 팽창밸브(114)에서 작동유체는 상기 폐수열교환기(116)에서 열교환되기 좋은 상태로 된다.

상기 팽창밸브(114)를 통과한 작동유체는 폐수열교환기(116)의 내부로 전달되어 폐온수와 열교환되면서 증발된다. 폐수열교환기(116)에서 증발된 작동유체는 액분리기(128)에서 액체상태의 작동유체가 분리되고 기체상태의 작동유체만이 압축기(100)로 전달되어 순환하게 된다.

이와 같이 상기 제1절환밸브(110)가 개방되고 제2절환밸브(112)가 폐쇄된 상태에서는 상기 냉수측 열교환기(120)로는 작동유체가 공급되지 않고 상기 온수생성열교환기(104)로는 작동유체가 공급된다. 따라서 상기 온수생성열교환기(104)에서 온수만이 발생된다.

한편, 냉수의 발생이 필요한 경우나 폐수열교환기(116)에서 열교환된 폐온수의 온도가 15도 이하로 떨어질 경우, 싱기 제1절환밸브(110)를 닫아 폐수열교환기(116)로 작동유체가 전달되는 것을 차단한다. 그리고, 상기 제2절환밸브(112)를 개방하여 작동유체가 팽창밸브(115)를 거쳐 냉수측 열교환기(120)로 공급되도록 한다.

이와 같이 되면, 냉수측 열교환기(120)로 공급된 작동유체와 상기 축낸조(122)에서 공급된 물 사이에서 열교환이 발생하여 상기 작동유체는 증발되고, 상기 물은 열을 빼앗겨 상대적으로 낮은 온도로 된다. 그리고, 상기 축냉조(122)의 물이 냉수생성열교환기(126)로 전달되어 냉수조(127)에서 공급된 물과 열교환하여 냉수를 생성한다.

이러한 종래의 히트펌프식 냉온수발생장치는 냉수측열교환기와, 냉수측 열교환기에서 냉매와 열교환된 물이 저장되는 축냉조와, 상기 축냉조의 물을 다시 열교환시켜 냉수가 생성되는 냉수생성열교환기등의 별도의 시설이 필요하게 되며, 이에 따라서 설치비의 상승을 초래하게 된다. 또한, 종래의 기술에서는 온수만을 사용할 수 있게 되는 구성을 가지고 있어 난방에 필요한 열기를 얻을 수가 없었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 온수열교환기에서 발생된 응축열을 이용하여, 간단한 설비로 냉방과 동시에 난방과 온수를 사용할 수 있도록 하는 히트 펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 기술적 사상으로는, 냉매를 압축하여 가압하는 압축기와, 상기 압축기에서 가압된 작동유체의 응축열을 이용하여 온수를 발생시키는 온수열교환기와, 상기 작동유체의 응축열을 실외로 방출하는 응축기와, 상기 작동유체가 저장되는 레시버 탱크와, 상기 레서버 탱크에 저장된 작동유체를 건조시키는 드라이어와, 드라이어를 통과한 작동유체를 저온저압으로 변환시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통과한 작동유체를 증발시켜 냉기를 생성시기는 냉방기로 구성되어 냉매를 순환시키는 냉방 사이클에 있어서, 상기 고온의 작동유체에서 발생되는 응축열을 이용하여 물과 열교환시키는 온수열교환기와, 상기 온수열교환기에서 고온의 물을 저장하여 응집열을 발생시키고 다시 온수열교환기 측으로 물을 재순환시키는 온수탱크와, 상기 온수탱크를 통과하여 실내로 열기를 증발시키는 난방기와, 상기 온수탱크의 응집열을 이용하여 별도의 배관을 따라 온수탱크를 통과하여 온수를 배출시키는 온수기를 포함하여 구성에 의해 달성된다.

이하, 본 고안에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

이하의 설명에서, 본 고안의 보다 철저한 이해를 위해 도면을 통한 설명이 추가되나 당업자에게는 본 고안이 이들의 상세한 설명이 없이도 실시될 수도 있다는 사실이 명백할 것이다.

경우에 따라서는, 본 고안의 요지를 불필요하게 흐리게 할 수 있는 공지된 특징부 내지 요소들에 대해서는 그 설명을 생략하였다. 이것은 본 고안의 개시를 불필요하게 애매하게 하는 것을 피하기 위한 것이다.

도 2는 본 고안에 따른 냉방기의 응축열을 이용한 동시 난방과 온수사용이 가능한 히트 펌프를 나타낸 도면이다.

먼저 냉방을 위한 사이클을 설명하며, 압축기(10)에서 압축된 작동유체는 고온고압의 유체로 이는 배관을 따라 온수열교환기(20)로 흐르게 된다. 상기 온수열교환기(20)는 기본적을 4방밸브와 같은 역활을 하는 것으로 고온의 작동유체가 주위를 흐르는 물에 열을 전달하게 된다. 상기의 열교환된 작동유체는 공랭식 응축기 즉, 실외기(30)에서 미열을 방출하고 레시버탱크(40)로 저장된다.

상기 레시버탱크(40)에 저장된 작동유체는 온수열교환기(20)에서 함유된 습기를 제거하기 위하여 드라이어(50)를 통과하게 된다. 상기 건조된 작동유체는 팽창밸브(60)를 통과하여 저온/저압의 상태가 되어 냉방기(70)로 흐르게 된다. 상기 냉방기(70)는 작동유체가 포함한 저온을 대기중에 열교환 시키게 되고, 다시 압축기로 이동되어 냉방 사이클(RC : Room Cooler Cycle)을 이루게 된다. 이러한 냉방 사이클은 주로 전산실이나 통신교환실등에서 각 기기마다 발생되는 열을 식혀주므로 과열로 인한 부하를 방지하게 된다.

상기의 냉방 사이클(RC)는 반복적으로 순환하게 되며, 이러한 작동유체의 순환을 제어하는 방법 및 장치는 공지의 기술로 자명하기 때문에 설명을 생략한다.

상기의 냉방 사이클로 발생된 온수열교환기(20)에 발생된 응축열은 배관을 따라 온수탱크(80)로 흐르게 된다. 상기 온수탱크(80)는 온수열교환기(20)에서 발생된 고온의 물을 집진시켜 응집열을 발생시키게 된다. 이러한 온수탱크(80)의 응집열에 의해 난방기(90)로 단독순환하는 물이 열교환을 하게 되어 열기를 제공하게 된다. 이러한 난방 사이클(RH : Room Heatera Cycle)이 온수열교환기(20)를 중심으로 반복적으로 순환하게 된다.

그리고, 상기 온수탱크(90)로는 수조(86)로 부터 공급되는 물을 열교환 시켜 목욕수등으로 사용할 수 있도록 온수기(85)가 통과하게 된다.

이와 같이 본 고안은, 냉방시에도 온수열교환기에서 발생되는 응축열을 이용하여 온수탱크에 응집열을 발생시켜 난방기에 열기를 공급하며, 또한 이와 동시에, 온수탱크의 응집열로 온수를 생성시키므로써, 목욕수등을 온수기에 공급할 수 있게 된다.

한편, 본 고안은 상술한 실시예로서만 한정되는 것이 아니라 본 고안의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 실용신안청구범위에 속하는 것으로 보아야 한 다.

Claims (1)

1. 냉매를 압축하여 가압하는 압축기와, 상기 압축기에서 가압된 작동유체의 응축열을 이용하여 온수를 발생시키는 온수열교환기와, 상기 작동유체의 응축열을 실외로 방출하는 응축기와, 상기 작동유체가 저장되는 레시버 탱크와, 상기 레서버 탱크에 저장된 작동유체를 건조시키는 드라이어와, 드라이어를 통과한 작동유체를 저온저압으로 변환시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통과한 작동유체를 증발시켜 냉기를 생성시기는 냉방기로 구성되어 냉매를 순환시키는 냉방 사이클에 있어서,

   상기 고온의 작동유체에서 발생되는 응축열을 이용하여 물과 열교환시키는 온수열교환기와,

   상기 온수열교환기에서 고온의 물을 저장하여 응집열을 발생시키고 다시 온수열교환기 측으로 물을 재순환시키는 온수탱크와,

   상기 온수탱크를 통과하여 실내로 열기를 증발시키는 난방기와,

   상기 온수탱크의 응집열을 이용하여 별도의 배관을 따라 온수탱크를 통과하여 온수를 배출시키는 온수기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉방기의 응축열을 이용한 동시 난방과 온수사용이 가능한 히트 펌프.

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