KR20070096993A - Cooling/heating and hot water supply system by using heat pump - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수열교환방식의 냉방장치 및 가온장치 사이에 별도의 수열교환방식의 히트펌프를 마련하되 냉방장치의 냉방라인을 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환되게 마련하고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인이 히트펌프의 제2응축기를 통해 순환되는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating and hot water supply apparatus using a heat pump, and more specifically, to provide a heat pump of a separate water heat exchange method between the heat exchanger cooling device and the heating device, but the heat pump cooling line of the cooling device It relates to a cooling and heating and hot water supply apparatus using a heat pump provided to be circulated through the second evaporator of the hot water supply and heating tank line of the heating device circulated through the second condenser of the heat pump.
일반적으로, 대형건물은 냉난방을 위하여 냉방장치인 냉방기(냉동기 또는 에어컨디셔너)와 가온장치인 보일러가 설치되어 있어 하절기엔 냉방기를 가동시켜 냉방을 수행하고 동절기엔 보일러를 가동시켜 난방을 수행하고 있다. In general, large buildings are equipped with a cooling device (cooler or air conditioner) as a cooling device and a heating device as a boiler for air conditioning. In summer, the air conditioner is operated to perform cooling and the boiler is operated in winter.
상기 냉방장치는 냉매를 압축하는 압축기와, 이 압축기에 의해 압축된 가스냉매를 액상의 냉매로 응축시키는 응축기와, 이렇게 응축된 냉매를 팽창밸브를 통해 기화시켜 외부로부터 기화열을 흡수하도록 하는 증발기가 하나의 사이클을 이루 어 구성된다. The cooling device includes a compressor for compressing a refrigerant, a condenser for condensing the gas refrigerant compressed by the compressor into a liquid refrigerant, and an evaporator for vaporizing the condensed refrigerant through an expansion valve to absorb vaporization heat from the outside. It consists of a cycle of.
상기 응축기와 증발기는 물을 이용하여 열을 교환하는 수열교환방식이다. 다시 말해서, 상기 응축기는 쿨링타워를 통해 응축기 주위로 냉각라인을 통해 냉각수를 지속적으로 순환시켜 응축기를 통과하는 냉매를 응축시키고 있고, 상기 증발기는 냉방을 하고자 하는 실내의 팬 코일유닛으로부터 증발기에 이르기까지 냉방라인을 연결하여 냉수펌프로 순환시킴에 따라 실내를 소정온도로 냉방을 수행하고 있다. 이때, 냉방장치는 압축기와 쿨링타워가 가동될 때 큰 에너지원을 필요로 한다.The condenser and the evaporator is a water heat exchange method for exchanging heat using water. In other words, the condenser continuously circulates the cooling water through the cooling line through the cooling tower to condense the refrigerant passing through the condenser, and the evaporator extends from the fan coil unit in the room to be cooled to the evaporator. As the cooling line is connected and circulated to the cold water pump, the room is cooled to a predetermined temperature. At this time, the cooling device requires a large energy source when the compressor and the cooling tower are operated.
또한 상기 가온장치는 열원 즉 에너지원인 버너나 히터와, 상기 버너나 히터로부터 열을 공급받아 열교환하여 급수를 소정온도의 온수로 가온하기 위한 열교환기와, 상기 열교환기에 의해 데워진 온수를 저장하는 급탕 및 난방탱크로 구성된다.In addition, the heating apparatus includes a burner or a heater that is a heat source, that is, an energy source, a heat exchanger for receiving heat from the burner or the heater to heat the water supply to warm water at a predetermined temperature, and a hot water supply and heating for storing the warm water heated by the heat exchanger. It consists of a tank.
상기와 같은 구성의 가온장치는 버너나 히터를 가동시키면 열교환기에서 차가운 냉수가 가열되어 소정온도로 된 온수를 얻게 되며 이렇게 얻은 온수를 급탕 및 난방탱크에 일시 저장하였다가 이를 급수관 상의 공급펌프를 가동시킴으로써 온수를 필요한 장소에 이르기까지 공급하거나 순환시키고 있다. 상기 가온장치는 히터가 가동되거나 버너가 가동될 때 에너지원인 전력 또는 유류를 필요로 한다.When the burner or the heater operates as described above, the cold cold water is heated in the heat exchanger to obtain hot water at a predetermined temperature, and the hot water is temporarily stored in the hot water supply and heating tank, and then the supply pump on the water supply pipe is operated. In this way, hot water is supplied or circulated to the required place. The warmer requires power or oil which is an energy source when the heater is running or the burner is running.
상기와 같은 기존의 냉난방장치에 있어서는 냉방장치와 가온장치가 각각 별개로 상호간에 아무런 관련성 없이 가동되고 있기 때문에 하절기에 냉방을 위한 냉방장치를 가동함과 아울러 온수를 얻기 위한 가온장치 또한 가동시키고 있으며, 이로 인하여 냉방 및 가온장치의 가동을 위한 에너지원인 전력 및 유류소모가 가중될 수밖에 없고 결국에는 운영비에도 부담이 가중된다는 문제점이 있었다. In the existing air conditioners as described above, since the air conditioners and the warmers are operated independently of each other, they operate the air conditioners for cooling in the summer and also operate the warmers for obtaining hot water. As a result, power and oil consumption, which are energy sources for cooling and heating devices, have to be increased, and eventually, operating costs are increased.
특히, 냉방장치와 가온장치는 외기와 냉난방을 하고자 하는 온도차이가 클수록 냉방장치의 압축기나 가온장치의 히터는 연속하여 지속적으로 가동될 수밖에 없으며, 이로 인하여 냉방장치의 압축기나 가온장치의 히터에 과부하가 걸려 냉난방장치의 고장을 불러일으키고 이렇게 냉난방장치가 고장이 나게 되면 수리기간동안 냉난방장치를 가동할 수 없음으로 인한 불편함과 수리비가 가중된다는 문제점이 있었다.In particular, as the temperature difference between the air conditioner and the air conditioner is greater than the outside air and heating, the compressor of the air conditioner or the heater of the warmer must be continuously operated continuously. As a result, the compressor of the air conditioner or the heater of the warmer is overloaded. If the air conditioning system breaks down, and the air conditioning unit fails, there is a problem in that inconvenience and repair costs are increased due to the inability to operate the air conditioning unit during the repair period.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 폐단 및 문제점을 해결하기 위하여 연구개발한 것으로서, 수열교환방식의 냉방장치 및 가온장치 사이에 별도의 히트펌프를 마련하여 하절기에 냉방장치의 가동시 히트펌프를 가동시켜 냉방장치의 냉방라인을 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환시키고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인이 히트펌프의 제2응축기를 통해 순환시킴으로써 냉방장치의 냉방라인을 따라 순환되는 냉방유체에 냉기를 더 가하고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인을 따라 순환되는 온수에 온기를 더 가하여 주며, 이로 인하여 냉방장치 및 가온장치에 걸리는 부하를 감소시켜 과부하를 미연에 방지하고 냉방을 수행하면서 온수를 얻을 수 있는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 제공하는데 있다.The present invention has been researched and developed in order to solve the above-mentioned closed end and problems, by providing a separate heat pump between the water heat exchange system cooling device and the heating device to operate the heat pump during operation of the cooling device in the summer The cooling line of the air conditioner is circulated through the second evaporator of the heat pump, and the hot water supply and heating tank line is circulated through the second condenser of the heat pump to further cool air to the cooling fluid circulated along the cooling line of the air conditioner. Heat is added to the hot water circulated along the hot water supply and heating tank line of the heating device, thereby reducing the load on the cooling device and the heating device to prevent overload and to obtain hot water while cooling. It is to provide a cooling and heating and hot water supply apparatus using a pump.
또한 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치는 냉방부하가 적은 경우 냉방장치의 가동 없이 히트펌프의 가동만으로 냉방을 실시할 수도 있고, 히트펌프의 응축기에서 얻은 온수를 급탕 및 난방탱크로 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있도록 한 것이다.In addition, the cooling and heating and hot water supply apparatus using the heat pump of the present invention may perform cooling by only operating the heat pump without operating the cooling apparatus when the cooling load is low, and supplying hot water obtained from the condenser of the heat pump to the hot water supply and heating tank. It is to be used for hot water supply and heating.
본 발명의 다른 목적은 냉방장치의 냉각라인을 히트펌프의 증발기를 통해 순환시킴으로써 봄철이나 가을철에 냉방장치의 가동이 필요 없으면서 가온장치의 가동 없이 히트펌프의 응축기를 통해 온수를 얻을 수 있으며, 상기 히트펌프의 응축기를 통해 얻은 온수는 급탕 및 난방탱크에 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있어 가온장치의 가동시간을 줄이거나 부하를 줄일 수 있는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to circulate the cooling line of the cooling device through the evaporator of the heat pump to obtain hot water through the condenser of the heat pump without the operation of the heating device without the operation of the cooling device in the spring or autumn season, the heat Hot water obtained through the condenser of the pump can be used for hot water supply and heating by supplying the hot water supply and heating tank to provide a heating and heating device using a heat pump that can reduce the operating time of the heating device or reduce the load.
본 발명의 또 다른 목적은 냉방장치의 냉방라인 또는 냉각라인에 선택적으로 히트펌프의 증발기를 통해 순환시킴으로써 냉방장치의 냉방라인을 따라 순환되는 냉방유체에 냉기를 더 가하거나 냉방장치의 냉각라인을 따라 순환되는 냉각유체를 효율적으로 냉각시킬 수 있음은 물론 냉방장치의 가동여부에 관계없이 냉방장치의 냉방라인 또는 냉각라인을 자유롭게 선택할 수 있는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to add cool air to the cooling fluid circulated along the cooling line of the cooling device or along the cooling line of the cooling device by selectively circulating the cooling line or cooling line of the cooling device through the evaporator of the heat pump. It is possible to efficiently cool the circulating cooling fluid, as well as to provide a cooling and heating device using a heat pump that can freely select a cooling line or a cooling line of a cooling device regardless of whether a cooling device is operated.
본 발명의 또 다른 목적은 대형건물 등의 오폐수처리장을 순환하는 폐열회수라인을 부가하여 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환시킴으로써 겨울철에 냉방장치의 가동이 필요 없는 경우에도 가온장치의 가동 없이 히트펌프의 제2응축기를 통해 온수를 얻을 수 있으며, 상기 히트펌프의 제2응축기를 통해 얻은 온수는 급탕 및 난방탱크에 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있어 가온장치의 가동시간을 줄이 거나 부하를 줄일 수 있는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to add a waste heat recovery line for circulating wastewater treatment plants such as large buildings and circulate through the second evaporator of the heat pump, so that even if the cooling device is not operated in winter, the heat pump is not operated. It is possible to obtain hot water through the second condenser of the hot water, the hot water obtained through the second condenser of the heat pump can be supplied to the hot water supply and heating tank to be used for hot water supply and heating to reduce the operating time of the heating device or reduce the load It is to provide an air conditioning heating and hot water supply apparatus using a heat pump.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브 및 제1증발기가 하나의 사이클을 이루고 구성되며, 쿨링타워의 냉각라인이 상기 제1응축기를 통과해서 순환되게 마련되고 냉방을 하고자 하는 실내에 이르기까지 냉방라인이 상기 제1증발기를 통과해서 순환되게 마련되되 상기 냉각라인 및 냉방라인에는 그 내부의 유체를 순환시키기 위한 제1, 제2순환펌프가 마련된 냉방장치; 열교환기에 버너나 히터가 구비된 보일러가 마련되고 상기 열교환기에 의해 데워진 온수를 저장하는 급탕 및 난방탱크로 구성되며 상기 급탕 및 난방탱크 내의 물을 열교환기를 통해 지속적으로 순환시키기 위한 제3순환펌프가 구비된 가온장치를 포함하는 냉난방장치에 있어서, 냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제2압축기, 제2응축기, 제2팽창밸브 및 제2증발기가 또 하나의 사이클을 이루고 구성되는 히트펌프가 부가되며, 상기 히트펌프의 제2증발기에는 냉방유체(냉기)를 필요로 하는 냉방장치에 이르기까지 제1연결라인이 마련되고 상기 히트펌프의 제2응축기에는 가열유체(온기)를 필요로 하는 가온장치에 이르기까지 제2연결라인이 마련된 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is the first compressor, the first condenser, the first expansion valve and the first evaporator in one cycle so that the process of the refrigerant is compressed and cooled to become a liquid after the vaporization is carried out continuously The cooling line of the cooling tower is provided to be circulated through the first condenser, and the cooling line is circulated through the first evaporator until the room to be cooled is provided in the cooling line and the cooling line. A cooling device provided with first and second circulation pumps for circulating a fluid therein; The heat exchanger is provided with a boiler equipped with a burner or a heater, and is composed of a hot water supply and a heating tank for storing hot water heated by the heat exchanger, and a third circulation pump for continuously circulating water in the hot water supply and heating tank through the heat exchanger. In an air conditioning and heating system comprising a heated heater, a second compressor, a second condenser, a second expansion valve and a second evaporator are further cycled so that the refrigerant is compressed, cooled to become liquid, and then vaporized. A heat pump is formed, and a first connection line is provided in the second evaporator of the heat pump to a cooling device requiring a cooling fluid (cold air), and a heating fluid (2) is provided in the second condenser of the heat pump. It is characterized in that the second connection line is provided up to a heating device requiring a warmth.
또한 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 있어서, 상기 제1연결라인은 냉방장치의 제1증발기와 냉방을 하고자 하는 실내 및 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환되도록 냉방장치의 냉방라인과 연결된 것을 특징으로 한다.In addition, in the cooling and heating and hot water supply apparatus using a heat pump according to the present invention, the first connection line is a cooling line of the cooling apparatus to be circulated through the first evaporator of the cooling device and the second evaporator of the indoor and heat pump to be cooled It is characterized in that connected with.
또한 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 있어서, 상기 제1연결라인은 냉방장치의 제1응축기와 쿨링타워 및 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환되도록 냉방장치의 냉각라인과 연결된 것을 특징으로 한다.In addition, in the cooling and heating and hot water supply apparatus using a heat pump according to the present invention, the first connection line is connected to the cooling line of the cooling device to be circulated through the first condenser of the cooling device and the cooling tower and the second evaporator of the heat pump. It features.
본 발명에 따른 수열교환방식 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 있어서, 상기 제1연결라인은 냉방장치의 냉방라인 및 냉각라인과 동시에 연결되고 상기 냉방장치의 냉방라인 또는 냉각라인에 히트펌프의 제2증발기에서 열 교환한 냉각유체가 선택적으로 하나의 사이클을 이루면서 순환되도록 제어하기 위한 밸브가 마련된 것을 특징으로 한다.In the cooling and heating and hot water supply apparatus using the water heat exchange type heat pump according to the present invention, the first connection line is connected to the cooling line and the cooling line of the cooling device at the same time, the cooling line or cooling line of the cooling device A valve is provided for controlling the cooling fluid heat exchanged in the two evaporators to circulate selectively forming one cycle.
그리고 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 있어서, 상기 제1연결라인에는 히트펌프의 제2증발기에서 열교환한 냉각유체가 대형건물 등의 오폐수처리장을 순환하여 되돌아오는 폐열회수라인이 부가되고 상기 폐열회수라인에는 이 폐열회수라인으로 냉각유체가 흐름을 제어하기 위한 밸브 및 제5순환펌프가 마련된 것을 특징으로 한다.In the cooling and heating and hot water supply apparatus using a heat pump according to the present invention, a waste heat recovery line is added to the first connection line in which a cooling fluid heat-exchanged in a second evaporator of the heat pump circulates through a wastewater treatment plant such as a large building. The waste heat recovery line is characterized in that the waste heat recovery line is provided with a valve and a fifth circulation pump for controlling the flow of the cooling fluid.
본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 있어서, 상기 제2연결라인은 가온장치의 급탕 및 난방탱크에서 히트펌프의 제2응축기를 통해 급탕 및 난방탱크로 순환시킬 수 있도록 제4순환펌프를 갖고 연결된것을 특징으로 한다.In the cooling and heating and hot water supply apparatus using a heat pump according to the present invention, the second connection line is a fourth circulation pump to circulate from the hot water supply and heating tank of the heating apparatus to the hot water supply and heating tank through the second condenser of the heat pump. It is characterized by being connected with.
본 발명은 수열교환방식의 냉방장치 및 난방장치 사이에 별도의 히트펌프를 마련하여 하절기에 냉방장치 가동시 히트펌프를 가동시켜 냉방장치의 냉방라인을 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환되게 마련하고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인이 히트펌프의 제2응축기를 통해 순환되게 마련함으로써 냉방장치의 냉방라인을 따라 순환되는 냉방유체에 냉기를 더 가하고 가온장치의 급탕 및 난방탱크라인을 따라 순환되는 온수에 온기를 더 가하여 주며, 이로 인하여 냉방장치 및 가온장치에 걸리는 부하를 감소시켜 과부하를 미연에 방지하고 냉방을 수행하면서 온수를 얻을 수 있는 효과를 갖는다.The present invention provides a separate heat pump between the water heat exchange type cooling device and the heating device to operate the heat pump during operation of the cooling device in the summer so that the cooling line of the cooling device is circulated through the second evaporator of the heat pump. The hot water supply and heating tank line of the heating device is circulated through the second condenser of the heat pump, thereby adding cold air to the cooling fluid circulated along the cooling line of the cooling device, and hot water circulating along the hot water supply and heating tank line of the heating device. It adds warmth to, thereby reducing the load on the air conditioner and the warmer to prevent overloading in advance and to obtain hot water while cooling.
또한 본 발명은 냉방부하가 적은 경우 냉방장치의 가동 없이 히트펌프의 가동만으로 냉방을 실시할 수도 있고, 히트펌프의 제2응축기에서 얻은 온수를 급탕 및 난방탱크로 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있도록 한 것이다.In addition, in the present invention, when the cooling load is low, the cooling may be performed only by operating the heat pump without operating the cooling device, and the hot water obtained from the second condenser of the heat pump may be supplied to the hot water supply and the heating tank to be used for hot water supply and heating. It is.
본 발명은 냉방장치의 냉각라인을 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환시킴으로써 봄철이나 가을철에 냉방장치의 가동이 필요하지 않을 때 냉방장치의 가동 없이 히트펌프의 제2응축기를 통해 온수를 얻을 수 있으며, 상기 히트펌프의 제2응축기를 통해 얻은 온수는 급탕 및 난방탱크에 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있어 가온장치의 가동시간을 줄이거나 부하를 줄이는 효과가 있다.The present invention can be obtained by circulating the cooling line of the cooling device through the second evaporator of the heat pump when hot water is not required in the spring or autumn season without the operation of the cooling device to obtain hot water through the second condenser of the heat pump. , The hot water obtained through the second condenser of the heat pump may be supplied to the hot water supply and the heating tank to be used for the hot water supply and the heating, thereby reducing the operating time of the heating device or reducing the load.
본 발명은 냉방장치의 냉방라인 또는 냉각라인에 선택적으로 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환시킴으로써 냉방장치의 냉방라인을 따라 순환되는 냉각유체에 냉기를 더 가하거나 냉방장치의 냉각라인을 따라 순환되는 냉각유체를 효율적으로 냉각시킬 수 있음은 물론 냉방장치의 가동여부에 관계없이 냉방장치의 냉방라인 또 는 냉각라인을 자유롭게 선택할 수 있는 효과를 갖는다.The present invention is added to the cooling fluid circulated along the cooling line of the cooling device or circulated along the cooling line of the cooling device by selectively circulating through the second evaporator of the heat pump to the cooling line or cooling line of the cooling device. Cooling fluid can be cooled efficiently, and the cooling line or cooling line of the cooling device can be freely selected regardless of whether the cooling device is operated.
본 발명은 대형건물 등의 오폐수처리장을 순환하는 폐열회수라인을 부가하여 히트펌프의 제2증발기를 통해 순환시킴으로써 겨울철에 냉방장치의 가동이 필요 없는 경우에도 가온장치의 가동 없이 히트펌프의 응축기를 통해 온수를 얻을 수 있으며, 상기 히트펌프의 응축기를 통해 얻은 온수는 급탕 및 난방탱크에 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있어 가온장치의 가동시간을 줄이거나 부하를 줄이는 효과가 있다.The present invention adds a waste heat recovery line for circulating wastewater treatment plants such as large buildings and circulates through the second evaporator of the heat pump, so that even if the cooling device is not operated in winter, the condenser of the heat pump is operated without the operation of the heating device. Hot water can be obtained, and the hot water obtained through the condenser of the heat pump can be used for hot water supply and heating by supplying the hot water supply and the heating tank, thereby reducing the operating time of the heating device or reducing the load.
이하, 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 대하여 첨부 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the air-conditioning and hot water supply apparatus using the heat pump of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도면에 나타낸 바와 같이, 기존의 대형건물에는 냉방장치(10)와 가온장치(20)가 각각 별도의 시스템으로 설치되어 있고 상기 냉방장치(10)와 가온장치(20)에 연계된 히트펌프(30)가 마련되되 상기 냉방장치(10)의 제1증발기(14)나 제1응축기(12)엔 냉기를 가하여 냉방장치(10)의 냉방부하라든가 제1응축기(12)의 냉각부하를 줄일 수 있고 상기 가온장치(20)의 급탕 및 난방탱크(24)에 온기를 가하여 가온장치(20)의 가온부하를 줄이거나 히터(22)의 가동시간을 줄일 수 있도록 마련된다.As shown in the figure, in the existing large building, the
상기 냉방장치(10)는 냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제1압축기(11), 제1응축기(12), 제1팽창밸브(13) 및 제1증 발기(14)가 하나의 사이클을 이루고 구성되며, 상기 제1응축기(12)의 냉매를 냉각시켜 응축시키기 위한 별도의 쿨링타워(15)가 마련되되 상기 제1응축기(12)에서 쿨링타워(15)에 이르기까지 냉각라인(15a)이 순환되게 마련되어 있고 상기 냉각라인(15a)에는 냉각라인(15a)상의 냉각유체를 순환시키면서 제어하기 위한 제1순환펌프(16)가 마련되어 있다.The
상기 가온장치(20)는 열교환기(21)에 버너나 히터(22)가 구비된 보일러(23)가 마련되고 상기 열교환기(21)와 가열라인(24a)을 통해 연결되어 열교환기(23)에서 데워진 온수를 저장하는 급탕 및 난방탱크(24)로 구성되며, 상기 급탕 및 난방탱크(24)에는 난방 또는 급탕을 필요로 하는 실내(40)에 이르기까지 난방 또는 급탕라인(24b)이 연결되어 있고 급수원으로부터 급수를 공급받을 수 있는 급수라인(24c)이 연결되어 있다. 상기 가열라인(24a)에는 급탕 및 난방탱크(24) 내의 유체(물)를 열교환기(21)를 통해 다시 급탕 및 난방탱크(24)로 되돌아오도록 지속적으로 순환시키면서 제어하기 위한 제3순환펌프(25)가 마련되어 있다.The
상기 히트펌프(30)는 냉매가 압축되고 냉각되어 액체로 된 후 기화되는 과정이 계속하여 이뤄지도록 제2압축기(31), 제2응축기(32), 제2팽창밸브(33) 및 제2증발기(34)가 또 하나의 사이클을 이루고 구성되어 있다.The
상기 냉방장치(10)의 제1증발기(14)에는 이 제1증발기(14)에서 냉방을 하고자 하는 실내(40)를 통해 제1증발기(14)로 되돌아와 순환되는 냉방라인(14a)이 마련되되 실내(40)를 통과한 상기 냉방라인(14a)의 중간에서 히트펌프(30)의 제2증발기(34)를 통해 다시 냉방장치(10)의 제1증발기(14)에 이르기까지 냉방유체가 순환 되게 제1연결라인(34a)이 연결되어 있다. 상기 냉방라인(14a)에는 냉방라인(14a) 내의 냉방유체를 순환시키면서 냉방유체의 흐름을 제어하기 위한 제2순환펌프(17)가 마련되어 있다.The
상기 히트펌프(30)의 제2응축기(32)와 가온장치(20)의 급탕 및 난방탱크(24) 사이에는 급탕 및 난방탱크(24)의 유체가 제2응축기(32)를 통해 급탕 및 난방탱크(24)에 이르기까지 제2연결라인(32a)이 연결되어 있고, 상기 제2연결라인(32a)에는 급탕 및 난방탱크(24) 내의 유체(물)를 흡입하여 제2응축기(32)를 통해 다시 급탕 및 난방탱크(24)로 공급하면서 유체의 흐름을 제어하기 위한 제4순환펌프(35)가 마련되어 있다.Between the
상기와 같이 구성된 일 실시예의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에 대한 동작을 상세하게 설명하여 본다.It will be described in detail the operation of the heating and heating and hot water supply apparatus using the heat pump of the embodiment configured as described above.
외기가 더운 여름철에 냉방장치(10)를 가동시키면, 제1압축기(11)가 구동됨에 따라 냉매는 제1압축기(11)→제1응축기(12)→제1팽창밸브(13)→제1증발기(14)→제1압축기(11)를 통해 순환되는 사이클을 이룬다.When the
상기와 같은 사이클로 순환되는 냉매는 제1압축기(11)에 의해 압축되면서 고온고압으로 압축된 후 제1응축기(12)로 공급되므로 제1응축기(12)에선 냉매가 갖는 열을 발산하게 되며, 이와 동시에 쿨링타워(15)를 가동시키면서 냉각라인(15a)상의 제1순환펌프(16)를 가동시키면 냉각라인(15a) 내의 냉각유체가 냉각라인(15a)을 따라 지속적으로 이동된다. 이때, 냉각라인(15a) 내의 냉각유체는 쿨링타워(15)에 의해 냉각된 후 냉방장치(10)의 제1응축기(12)를 통해 다시 쿨링타워(15)로 되돌아오 는 과정이 지속적으로 이뤄지므로 제1응축기(12)의 냉매가 갖고 있는 열을 흡수하기 때문에 냉매를 냉각시켜 응축시키게 된다. Since the refrigerant circulated in the cycle as described above is compressed by the
상기와 같이 제1응축기(12)에서 냉각되어 응축된 냉매는 제1팽창밸브(13)에서 저압으로 된 후 제1증발기(14)에서 기화되면서 외부의 열을 흡수하게 된다. 이때, 냉방라인(14a)상의 제2순환펌프(17)가 구동되므로 냉방라인(14a)과 제1연결라인(34a)을 따라 냉방유체가 이동되게 되며, 따라서 상기 냉방유체는 냉방장치(10)의 제1증발기(14)에서 냉각된 후 냉방라인(14a)을 따라 냉방을 하고자 하는 실내(40)로 이동되어 냉방을 수행하게 된다. 이렇게 냉방을 수행하면서 데워진 냉방유체는 제1연결라인(34a)상에 설치된 히트펌프(30)의 제2증발기(34)를 거쳐 다시 냉방장치(10)의 제1증발기(14)로 되돌아오는 과정을 지속적으로 행하면서 순환되게 된다. As described above, the refrigerant cooled and condensed in the
상기 냉방장치(10)의 제1증발기(14)에서 기화되면서 냉방라인(14a)의 냉방유체로부터 열을 빼앗은 저압냉매는 제1압축기(11)에 의해 흡입 압축되어 고온고압으로 되며 이렇게 고온고압으로 압축된 냉매는 상기에서 설명하였듯이 제1응축기(12)→제1팽창밸브(13)→제1증발기(14)로 계속하여 순환된다.The low pressure refrigerant vaporized in the
상기 냉방장치(10)를 가동하는 여름철에도 샤워, 목욕 등을 할 수 있도록 가온장치(20)를 가동시킬 수 있다. 상기 가온장치(20)를 가동시키면 히터(22)에 전원이 인가되면서 열교환기(21) 내의 유체(냉수)가 가열되어 소정온도로 된 온수를 얻게 되며 이렇게 얻은 온수는 가열라인(24a)상의 제3순환펌프(25)가 가동됨으로써 급탕 및 난방탱크(24)로 공급되어 일시 저장되고 상기 급탕 및 난방탱크(24)의 온 수를 난방 또는 급탕을 필요로 하는 실내에 이르기까지 연결된 난방 또는 급탕라인(24b)으로 공급한다.The
상기에서 설명한 바와 같이 냉방장치(10)와 가온장치(20)를 각각 별도로 가동시킬 수 있고 이와 동시에 히트펌프(30)를 가동시킬 수도 있다. 상기 냉방, 가온장치(10,20)와 함께 히트펌프(30)를 가동시키면 냉방장치(10)를 가동시킬 때와 마찬가지로, 히트펌프(30) 또한 제2압축기(31)가 구동됨에 따라 냉매는 제2압축기(31)→제2응축기(32)→제2팽창밸브(33)→제2증발기(34)→제2압축기(31)를 통해 순환되는 사이클을 이룬다.As described above, the
상기와 같은 사이클로 순환되는 냉매는 제2압축기(31)에 의해 압축되면서 고온고압으로 압축된 후 제2응축기(32)로 공급되므로 제2응축기(32)에선 냉매가 갖는 열을 발산하여 응축되게 되며, 상기 제2응축기(32)에서 응축된 냉매는 제2팽창밸브(33)에서 저압으로 된 후 제2증발기(34)에서 기화되면서 외부의 열을 흡수한 다음, 제2압축기(31)에 의해 흡입 압축되어 고온고압으로 되는 과정을 반복한다. Since the refrigerant circulated in the cycle as described above is compressed by the
상기 히트펌프(30)의 제2응축기(32)에서 발산되는 열은 제2연결라인(32a)의 제4순환펌프(35)에 의해 급탕 및 난방탱크(24) 내의 온수를 흡입하여 제2응축기(32)를 통해 다시 급탕 및 난방탱크(24)로 공급함으로써 순환되는 온수를 더 가열하게 된다. 따라서 더욱 따듯한 온수를 얻을 수 있어 난방장치(20)의 부하를 줄이거나 가온장치(20)의 히터(22)가동시간을 줄일 수 있다. 대용량의 온수를 요하지 않는 여름철에는 아예 가온장치(20)의 히터(22)를 가동시키지 않을 수도 있다.Heat dissipated from the
이와 동시에 히트펌프(22)의 제2증발기(34)에서는 냉매의 기화에 필요한 기 화열을 흡수하여야 하므로 냉방라인(14a)상의 제2순환펌프(17)가 구동되면서 하나의 순환회로를 이루는 냉방라인(14a)과 제1연결라인(34a)을 따라 순환되는 냉방유체로부터 열을 빼앗아 냉각시키게 된다. At the same time, the
따라서 히트펌프(30)의 제2증발기(34)에 의해서는 냉방장치(10)의 냉방라인(14a) 및 제1연결라인(34a)을 따라 순환되는 냉방유체에 냉기를 더 가하고, 이로 인하여 냉방장치(14a)에 걸리는 부하를 감소시켜 과부하를 미연에 방지할 수 있는 것이다.Therefore, the
그리고 본 발명의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치에서 냉방부하가 적은 봄철이나 가을철에는 냉방장치(10)의 가동 없이 히트펌프(30)만을 가동시킬 수 있다. And in the spring or autumn with less cooling load in the cooling and heating and hot water supply apparatus using the heat pump of the present invention, only the
이 경우에는 냉방장치(10)의 냉방라인(14a)에 설치된 제2순환펌프(17)를 가동시켜 냉방라인(14a)과 제1연결라인(34a)의 냉방유체를 순환시킴으로써 냉방을 수행할 수 있고 또 가온장치(20)를 가동하지 않고 히트펌프(30)의 제2연결라인(32a)에 설치된 제4순환펌프(35)만을 가동시킴으로써 히트펌프(30)의 제2응축기(32)에 의해 급탕 및 난방탱크(24) 내의 냉수를 가열하하므로 온수를 얻을 수 있다. 따라서 히트펌프(30)만의 가동으로 냉방을 수행하면서 온수를 얻을 수 있는 것이다.In this case, cooling can be performed by activating the
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다. 여기서는, 냉방장치(10)의 냉방라인(14a)이 제1증발기(14)에서 냉방을 수행하고자 하는 실내(40)를 거쳐 다시 냉방장치(10)의 제1증발기(14)로 순환되게 연결되고 제1연결라인(34a)이 냉방장치(10)의 제1응축기(12)와 쿨링타 워(15) 및 히트펌프(30)의 제2증발기(34)를 통해 순환되도록 냉방장치(10)의 냉각라인(15a)과 연결된 것을 제외하고 는 본 발명의 일실시예 구성과 동일하다.Figure 2 is a view showing another embodiment of the heating and heating and hot water supply apparatus using a heat pump according to the present invention. Here, the
상기와 같은 다른 실시예의 구성에 의하면, 냉방은 냉방장치(10)를 가동시킴과 아울러 히트펌프(30)를 가동시키더라도 히트펌프(30)의 제2증발기(34)로부터 냉기를 받지 않고 냉방장치(10)의 제1증발기(14)에 의해서만 수행하며, 다만 제1연결라인(34a)이 냉방장치(10)의 냉각라인(15a)과 연결되어 있어 그 내부의 냉각유체는 히트펌프(30)가 가동되면 냉각라인(15a)상의 제1순환펌프(16)에 의해 하나의 순환회로를 이루는 냉각라인(14a)과 제1연결라인(34a)을 따라 순환되게 된다. According to the configuration of another embodiment as described above, the cooling device operates the
이와 같이 냉각유체가 순환되는 과정 중에 히트펌프(30)의 제2증발기(34)에서는 냉매의 기화에 필요한 기화열을 흡수하여야 하므로 제1연결라인(34a)상의 냉각유체로부터 열을 빼앗아 냉각시키고 이렇게 냉각된 냉각유체를 쿨링타워(15)에서 확실하게 재차 냉각시킨 다음 냉방장치(10)의 제1응축기(12)로부터 열을 빼앗아 냉방장치(10)의 제1응축기(12)를 보다 확실하게 응축시킨다. As such, the
따라서 히트펌프(30)의 제2증발기(34)에 의해서는 냉방장치(10)의 냉각라인(15a)을 쿨링타워(15)로 냉각된 냉각유체를 보다 확실하게 재차 냉각시키므로 냉방장치(10)에 걸리는 부하를 감소시킬 수 있으며 이로 인하여 냉방장치(10)의 과부하를 미연에 방지할 수 있는 것이다.Therefore, the
도 3은 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면이다. 여기서는, 냉방장치(10)의 냉방라인(14a) 및 냉각라인(15a)에 제1연결라인(34a)을 동시에 연결하고 상기 냉방장치(10)의 냉방라 인(14a) 또는 냉각라인(15a)에 히트펌프(30)의 제2증발기(34)에서 열 교환한 냉방,냉각유체를 하나의 사이클을 이루면서 선택적으로 순환되도록 흐름을 제어하기 위한 밸브(36a,36b)가 마련된 것이다.Figure 3 is a view showing another embodiment of the heating and cooling and hot water supply apparatus using a heat pump according to the present invention. Here, the
상기와 같은 또 다른 실시예의 구성에 대한 작동은 상기의 냉방라인(14a)과 냉각라인(15a)이 제1연결라인(34a)에 연결된 것과 동일하므로 그 구체적인 작동을 생략한다. 상기에서 설명한 바와 같이, 냉방장치(10)의 냉방라인(14a) 또는 냉각라인(15a)이 히트펌프(30)의 제2증발기(34)를 통해 순환되게 제1연결라인(34a)과 연결되어 있으므로 냉방장치(10)의 냉방라인(14a)을 따라 순환되는 냉방유체에 냉기를 더 가하거나 냉방장치(10)의 냉각라인(15a)을 따라 순환되는 냉각유체를 효율적으로 냉각시킬 수 있는 것이다. 따라서 히트펌프(30)의 가동여부에 관계없이 냉방장치(10)의 냉방라인(14a) 또는 냉각라인(15a)을 자유롭게 선택하여 가동시킬 수 있는 것이다. Operation of the configuration of another embodiment as described above is the same as the cooling line (14a) and the cooling line (15a) is connected to the first connection line (34a), its specific operation is omitted. As described above, the
도 4는 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치의 또 다른 실시 예를 나타낸 도면이다. 여기서는, 냉방장치(10)의 냉방라인(14a)과 냉각라인(15a)에 제1연결라인(34a)이 도 3에 나타낸 것처럼 동시에 연결되고 이에 더하여 제1연결라인(34a)에서 분기되어 대형건물 등의 오폐수처리장(42)을 순환하여 되돌아오는 폐열회수라인(42a)이 부가되어 있으며 상기 폐열회수라인(42a)에는 이 폐열회수라인(42a)으로 냉각유체가 흐름을 제어하기 위한 밸브(37) 및 제5순환펌프(38)가 마련된 것이다.Figure 4 is a view showing another embodiment of the heating and cooling and hot water supply apparatus using a heat pump according to the present invention. Here, the
상기와 같은 또 다른 실시예의 구성에 대한 작동 중에서 상기의 냉방라 인(10)과 냉각라인(15a)이 제1연결라인(34a)에 연결된 것과 동일하므로 그 구체적인 작동을 생략하기로 하고 히트펌프(30)의 제1연결라인(34a)이 폐열회수라인(42a)과 연결된 경우에 대하여만 설명하기로 한다. 이 경우 냉방장치(10)를 사용하지 않는 계절, 즉 겨울철에 냉방장치의 가동이 필요 없을 때에는 냉방라인(14a)과 냉각라인(15a) 상의 밸브(36a,36b)를 잠근 상태에서 폐열회수라인(42a)상의 밸브(37)를 개방시키고 제5순환펌프(38)를 가동시키면서 히트펌프(30)를 가동시키게 된다. Since the cooling
상기에서 설명하였듯이 히트펌프(30)에서는 제2압축기(31)에 의해 압축되면서 고온고압으로 압축된 후 제2응축기(32)로 공급되므로 제2응축기(32)에선 냉매가 갖는 열을 발산하여 응축되게 되며, 상기 제2응축기(32)에서 응축된 냉매는 제2팽창밸브(33)에서 저압으로 된 후 제2증발기(34)에서 기화되면서 외부의 열을 흡수한 다음, 제2압축기(31)에 의해 흡입 압축되어 고온고압으로 되는 과정을 반복한다. As described above, since the
상기 히트펌프(30)의 제2응축기(32)에서 발산되는 열은 제2연결라인(32a)의 제4순환펌프(35)에 의해 급탕 및 난방탱크(24) 내의 온수를 흡입하여 제2응축기(32)를 통해 다시 급탕 및 난방탱크(24)로 공급함으로써 순환되는 온수를 가열하게 된다. Heat dissipated from the
이와 아울러 히트펌프(30)의 제2증발기(34)에서는 냉매의 기화에 필요한 기화열을 흡수하여야 하므로 폐열회수라인(42a)상의 제5순환펌프(38)가 구동되면서 하나의 순환회로를 이루는 폐열회수라인(42a)과 제1연결라인(34a)을 따라 순환되는 냉각유체로부터 열을 빼앗아 냉각시키며, 상기 폐열회수라인(42a)내의 냉각유체는 대형건물 등의 오폐수처리장을 통과하면서 오폐수가 갖고 있는 열을 빼앗아 활용할 수 있게 된다. In addition, since the
따라서 가온장치(20)의 가동 없이 히트펌프(30)의 제2응축기(32)를 통해 온수를 얻을 수 있으며, 상기 히트펌프(30)의 제2응축기(32)를 통해 얻은 온수는 급탕 및 난방탱크(24)에 공급하여 급탕 및 난방에 활용할 수 있어 가온장치의 가동시간을 줄이거나 부하를 줄일 수 있는 것이다.Therefore, hot water can be obtained through the
본 발명은 대형건물의 냉방장치와 가온장치가 별도로 설치된 수열교환방식의 난방장치는 물론 급탕장치에 유용하게 활용할 수 있다.The present invention can be usefully used for the water heater device as well as the heating device of the water heat exchange system installed separately from the cooling device and the heating device of a large building.
도 1은 본 발명에 따른 일실시예의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 나타낸 도면,1 is a view showing a heating and cooling device using a heat pump according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시 예의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치를 나타낸 도면,2 is a view showing a heating and cooling device using a heat pump according to another embodiment of the present invention,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예의 히트펌프를 이용한 냉난방 및 급탕장치들을 나타낸 도면이다.3 and 4 is a view showing the cooling and heating and hot water supply apparatus using a heat pump according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
10: 냉방장치 11: 제1압축기 12: 제1응축기10: cooling device 11: first compressor 12: first condenser
13: 제1팽창밸브 14: 제1증발기 14a: 냉방라인13: 1st expansion valve 14:
15: 쿨링타워 16: 제1순환펌프 17: 제2순환펌프15: cooling tower 16: the first circulation pump 17: the second circulation pump
15a: 냉각라인 20: 가온장치 21: 열교환기15a: cooling line 20: heating device 21: heat exchanger
22: 히터 23: 보일러 24: 급탕 및 난방탱크22: heater 23: boiler 24: hot water supply and heating tank
24a: 급탕 및 난방라인 25: 제3순환펌프 30: 히트펌프24a: hot water supply and heating line 25: third circulation pump 30: heat pump
31: 제2압축기 32: 제2응축기 32a: 제2연결라인31: second compressor 32:
33: 제2팽창밸브 34: 제2증발기 34a: 제1연결라인33: 2nd expansion valve 34:
35: 제4순환펌프 36a, 36b,37: 밸브 38: 제5순환펌프35:
40: 실내 42: 오폐수처리장 42a: 폐열회수라인40: indoor 42:
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