KR20090126378A

KR20090126378A - 히트펌프식 냉온수 공급 시스템

Info

Publication number: KR20090126378A
Application number: KR1020080052426A
Authority: KR
Inventors: 이호영
Original assignee: 이호영
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-09
Also published as: KR101594038B1

Abstract

본 발명은 히트펌프식 냉온수기에 관한 것으로, 이러한 냉온수기는 온수 및 냉수를 생산하여 탱크에 각각 저장해 두고 휀 코일 유니트를 이용하여 겨울에는 온수를, 여름에는 냉수를 순환시켜 냉난방을 시행하고 바닥온돌에는 온수를 사용하여 바닥 난방을, 샤워실 및 주방 등에는 온수를 사용할 수 있도록 한 것으로, 특히 냉온수기에서는 거의 필수적으로 사용되는 4-way 밸브를 사용하지 않고 구성된다. 따라서 냉온수 방향전환 없이 냉매를 일 방향(one way)으로 순환시켜 냉온수를 생산함으로 냉매회로가 간단하여 시스템 제어가 간편하며 효율이 높다. 또, 여름 및 겨울철의 외기온도에 따라 냉온수 생산 시 응축압력의 변화가 급변하여 냉온수기 계통내의 냉매량은 많은 차이가 발생한다. 따라서 냉온수 생산 모드에 따라 냉온수기 계통 내 순환 냉매량을 조절할 필요가 있다. 본 발명은 자동 냉매량 조절 시스템을 채택하여 냉온수 생산 모드에 따라 냉매량을 자동으로 조절해 줌으로서 효율을 극대화 시킨 히트펌프식 냉온수 공급시스템을 제공하고자 한다.

히트펌프, 냉온수, 공급, 냉매, 밸브

Description

히트펌프식 냉온수 공급 시스템{heat-pump type system for suppling cold and hot water}

본 발명은 히트펌프식 냉온수 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉매량을 자동적으로 조절할 수 있는 기능과 착상의 미연 방지 및 4-웨이 밸브가 필요없는 냉매 회로의 채택 등으로 영하의 날씨에서도 원활한 운전이 가능하며 기존의 히트펌프식 냉온수기에 비해 효율이 극대화되어 상품성이 증대될 수 있는 히트펌프식 냉온수 공급 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 히트펌프식 냉온수기는 4-웨이 밸브가 필수적으로 시스템에 장착되며 이러한 4-방향 밸브를 중심으로 시스템 회로를 구성하게 된다.

상기 4-방향 밸브를 사용하는 기본적인 히트펌프 시스템에 있어서 냉온수를 생산하기 위해서는 냉매 순환 방향을 전환시켜야 하는데 이로 인해 구조가 복잡하고 다른 부속기기들도 필요하고 커지게 되며 착상에 따른 제상설비가 필요하다.

또, 여름철 운전 시의 응축 압력에 상당하는 냉매량을 주입하여 운전하므로 겨울철 운전 시의 적정 냉매량에 비해 냉매량의 차이가 많다. 따라서 순환 냉매량이 감소하고 응축압력이 저하하여 온수 생산 시 효율이 극감하고 영하 5℃ 이하에 서는 운전 자체가 어려운 것이다.

간혹 자동 냉매 조절기능을 갖춘 히트펌프식 냉/온수기가 개발되고는 있으나 조절 효과가 없어 제대로 활용을 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술에 따른 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 4-방향 밸브를 사용하지 않고 판형 열교환기(물 응축기)와 실외코일(coil)형 열교환기(공기 응축기)를 직렬로 연결하고 축기에서 토출된 고온, 고압의 냉매를 물 응축기 → 공기 응축기 → 수액기 → 공기증발기 혹은 물 증발기에 선택적으로 통과시키고 다시 압축기에 흡입되는 시스템으로압축기에서 토출된 고온, 고압의 냉매를 판형 열교환기(물 응축기)를 우선 통과시켜 냉매를 일차 응축한 다음 코일(coil)형 열교환기(공기 응축기)에 보내 재응축시킴으로써 온수를 생산하고 실외 코일(coil)형 열교환기(공기 증발기)의 증발을 돕는 구조로 구성하여 시스템의 간략화와 착상의 미연 방지, 냉매량 자동 조절장치 및 회로를 채택하여 혹한기에도 원활한 운전을 도모하고 보조열원 없이도 작동시킬 수 있는 히트펌프식 냉온수 공급 시스템을 제공하는 데 있다.

이러한 상기 목적은 본 발명에 의해 달성되며, 본 발명의 일면에 따라, 실외 코일(coil)형 공기 열교환기에 증발기와 응축기를 일체로 설치하고 압축기에서 토출된 고온 토출가스를 판형 열교환기(물 응축기)에 우선적으로 통과시켜 온수를 생 산하고 실외 코일(coil)형 공기 열교환기의 응축기에서 재응축시켜 실외 코일형 공기 열교환기의 증발기에서 팽창 증발하는 냉매가스의 증발을 돕고 자신은 과 냉각되어 수액기로 들어가고 다시 실외 코일형 공기 열교환기의 증발기에 팽창 증발되어 압축기로 재흡입되는 회로를 갖춘 히트펌프식 냉/온수기로서 4-way 밸브를 사용하지 않고 압축기 → 응축기 → 수액기 → 증발기 → 압축기로의 일 방향(one way) 회로를 갖춘 것을 특징으로 한다.

이때 상기 냉온수 공급 시스템은 수액기와 냉매조절기를 갖추고 온수 운전(겨울철) 및 냉수 운전(여름철)에 따라 운전 회로를 변화시켜 시스템 계통내의 냉매량을 자동적으로 조절해 주는 장치 및 회로를 구비한다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 따라, 화석 연료의 대부분을 외국에서 수입해 사용해야 하는 나라에서 기름보일러, 가스보일러에 의존하여 난방방식에서 벗어나 본 발명에 따른 히트펌프식 냉온수 공급 시스템에 의해 냉난방 및 냉온수를 사용할 수 있으며 화석연료를 사용하지 않고 전기에너지를 사용함으로 경제적이고 환경적일 뿐만 아니라 4-방향 밸브가 필요없는 냉매 회로의 채택 등으로 영하의 날씨에서도 원활한 운전이 가능하며 기존의 히트펌프식 냉온수기에 비해 효율이 극대화되어 상품성을 증대시킬 수 있는 효과가 발생한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직 한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하며, 또한 본 발명을 설명하는데 있어서 도면 전체를 통하여 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 냉온수 공급 시스템의 개략적인 회로도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 압축기(A)를 1번 냉매 배관을 통해 판형 열교환기(응축기:B)와 연결하고 판형 열교환기(응축기:B)를 통과한 2번 라인을 전자밸브(S1)을 경유한 3번 배관과 전자밸브(S2)를 경유, 4번 배관을 통해 코일형 열교환기(응축기:C)와 연결하고 코일형 열교환기(응축기:C)를 통과한 5번 배관을 경유하여 6번 배관과 연결된다.

6번 배관은 7번배관과 전자밸브 S3를 경유하여 수액기(D)에, 8번 배관과 전자밸브 S4를 경유하여 수액기(E)에, 9번배관과 전자밸브 S5를 경유하여 팽창밸브(e3)를 거쳐 냉매 조절기(E1)에 연결된다.

수액기(D)는 10번 배관과 팽창밸브(e1)을 경유하여 코일 형 열교환기(증발기:F)에 연결되고 수액기(E)는 11번 배관과 팽창밸브(e2)을 경유하여 판형 열교환기(증발기:G)에 연결된다.

코일 형 열교환기(증발기:F)는 12번 배관을, 판형 열교환기(증발기:G)는 13번 배관을 통해 14번 배관을 경유하여 물-가스 열교환기(H)에 연결되고 15번 배관을 경유하여 냉매 조절기(E1)에서 연결된 16번 배관과 결합하고 17번 배관을 통해 액분리기(I)를 통과한 후 18번 배관을 경유하여 압축기와 연결되는 회로로 구성된 다.

물 배관은 온수탱크(J) 하부와 냉수탱크(K) 상부를 배관으로 연결한다.

냉수탱크(K)와 물 순환펌프(P)를 통과한 19번 배관은 20번 배관과 물용 전자밸브(SW1)를 경유하여 24번 배관에, 21번 배관과 물용 전자밸브(SW2)를 경유하여 물-가스 열교환기(H)에 연결되고 23번 배관을 통해 24번 배관에서 결합한 후 판형 열교환기(응축기:B)를 거쳐 25번 배관을 통해 온수탱크(J)에 유입된다.

21번 배관은 물용 전자밸브(SW3)를 경유하고 판형 열교환기(증발기:G)를 통과한 후 26번 배관을 통해 냉수탱크(K)에 연결되는 구조로 되어있다.

본 발명의 상기와 같은 구성에 따라 여름철에 냉수 및 온수를 생산할 경우에는 상기 콤프레샤(A)에서 고온 고압으로 토출된 냉매를 1번 배관을 통해 판형 열교환기(응축기:B)에서 20번 배관과 물용 전자밸브(SW1)를 통과한 물과 열 교환시켜 온수를 생산하여 온수탱크(J)에 저장하고 판형 열교환기(응축기:B)에서 응축된 냉매는 전자밸브(S2)을 경유한 4번 배관을 통해 코일형 열교환기(응축기:C)에서 재 응축시켜 과 냉각도를 높이고 5, 6, 8번 배관을 경유하여 전자밸브(S4)를 거쳐 수액기(E)에 저장하고 11번 배관과 팽창밸브(e2)을 경유하여 판형 열교환기(증발기:G)에 팽창 증발시켜 21번 배관과 물용 전자밸브(SW3)를 통과한 물과 열 교환시켜 냉수를 생산하여 판형 열교환기(증발기:G)에 연결된 26번 배관을 통해 냉수탱크(K)에 저장한다.

판형 열교환기(증발기:G)에서 팽창 증발된 냉매는 13번, 14번 배관을 경유하여 물-가스 열교환기(H)를 거쳐 15번, 17번 배관을 통과하여 액분리기(I)를 경유하 여 압축기에 재유입되는 과정을 반복한다.

이때 판형 열교환기(응축기:B)를 통과한 응축 냉매의 온도가 6번 배관에 설치된 온도 센스에 의해 적정온도 이하가 되면 전자밸브(S2)를 닫고 전자밸브(S1)을 열어 3번, 6번, 8번 배관을 거쳐 전자밸브(S4)를 경유 수액기(E)에 저장하고 11번 배관을 통해 순환시키는 앞의 과정을 반복한다.

코일형 열교환기(응축기:C)에서 재 응축된 냉매의 압력이 적정 압력 이상일 때 6번 배관에 설치된 압력 센스에 연동시켜 9번 배관에 설치된 전자밸브(S5)를 열어 팽창밸브(e3)를 거쳐 냉매 조절기(E1)에 팽창 증발시킴으로서 냉매량을 조절하여 응축압력을 낮추고 수액기(E)에 저장된 냉매를 과냉각 시킨 뒤 냉매 조절기(E1)에 저장된다. 저장된 냉매는 16번, 17번 배관을 경유하여 액 분리기(I)에 재 유입되어 순환 된다.

6번 배관에 설치된 압력 센스에 의해 일정한 응축압력에 따라 전자밸브(S5)의 열고 닫게 해줌으로서 계통내의 냉매량을 조절하고 응축압력을 일정하게 유지 시켜준다.

상기 냉수탱크(K)에 저장된 냉수를 휀 코일 유니트를 이용하여 원하는 곳에 설치하고 냉수를 순환시켜 냉방을 시행하며, 상기 온수탱크(J)에 저장된 온수는 필요한 곳에 공급하여 사용한다.

그리고 겨울철에 온수를 생산할 경우에는 상기 콤프레샤(A)에서 고온 고압으로 토출된 냉매를 1번 배관을 통해 판형 열교환기(응축기:B)에서 20번 배관의 물용 전자밸브(SW1)를 통해 유입된 물과 열 교환시켜 온수를 생산하여 온수탱크(J)에 저 장하고 판형 열교환기(응축기:B)에서 응축된 냉매는 전자밸브(S2)을 경유한 4번 배관을 통해 코일형 열교환기(응축기:C)로 보내 재 응축시켜 코일 형 열교환기(증발기:F)에서 팽창 증발된 냉매와 열 교환시켜 증발을 돕고 자신은 과냉각 되어 5, 6, 7번 배관을 경유하여 전자밸브(S3)를 거쳐 수액기(D)에 저장하고 10번 배관과 팽창밸브(e1)을 경유하여 코일 형 열교환기(증발기:F)에 팽창 증발시켜 12번, 14번 배관을 경유하여 물-가스 열교환기(H)에 유입되고 15번, 17번 배관을 경유하여 액분리기(I)를 통과한 냉매는 압축기에 재 유입되어 순환된다.

상기 코일 형 열교환기(증발기:F)를 통과한 냉매의 증발 온도가 14번 배관에 설치된 온도 센스에 의해 일정 온도 이하 일 때는 20번 배관의 물용 전자밸브(SW1)를 닫고 21번 배관의 물용 전자밸브(SW2)를 열어줌으로서 물-가스 열교환기(H)에서 흡입 냉매와 열 교환시켜 압축기로 흡입되는 흡입 냉매의 증발을 도와 증발온도를 높여 습 압축을 방지한다.

혹한기 시나 외부의 습도가 너무 높아 착상이 발생하여 제상을 해야 할 경우는 물용 전자밸브(SW1), 물용 전자밸브(SW2)를 닫아 주어 압축기에서 발생한 고온 고압의 냉매가스를 코일형 열교환기(응축기:C)에서 모두 응축시켜 열 교환시킴으로서 코일 형 열교환기(증발기:F)에 적상된 서리를 제거한다.

이때, 전자밸브(S3)를 닫고 전자밸브(S4)를 열어 코일 형 열교환기(증발기:F)에서 팽창 증발시키던 냉매를 판형 열교환기(증발기:G)에서 팽창 증발시키고 물용 전자밸브(SW3)를 열어 물과 열 교환시킴으로써 제상이 빠른시간 내에 마무리 된다.

앞에서 언급한 바와 같이 온수를 생산 시에는 수액기(D)에 저장된 겨울철 운전에 적정한 냉매량을 사용하여 운전하고, 냉수 생산 시에는 수액기(E)에 저장된 여름철 운전에 적정한 냉매량을 사용하여 운전하고 응축압력이 일정 압력이상에 도달 시 전자밸브(S5)를 열어 냉매조절기(E1)에 팽창 증발시켜 응축압력을 조절하고 수액기(E)에 저장된 냉매를 과냉각시켜주고 냉매조절기(E1)에 저장되어 흡입 압력과의 압력차에 의해 압축기에 재유입되어 순환되므로 온수 및 냉수 운전 시 자동으로 냉매량을 조절할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 냉온수 공급 시스템의 개략적인 회로도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 냉온수 공급 시스템, A : 압축기,

B,C : 응축기, D,E : 수액기,

F, G : 증발기, H : 열교환기,

I : 액분리기, J : 온수탱크,

K : 냉수탱크, P : 순환펌프,

e1, e2, e3 : 팽창밸브, S1, S2, S3 : 전자밸브

Claims

실외 코일(coil)형 공기 열교환기에 증발기와 응축기를 일체로 설치하고 압축기에서 토출된 고온 토출가스를 판형 열교환기(물 응축기)에 우선적으로 통과시켜 온수를 생산하고 실외 코일(coil)형 공기 열교환기의 응축기에서 재 응축시켜 실외 코일(coil)형 공기 열교환기의 증발기에서 팽창 증발하는 냉매가스의 증발을 돕고 자신은 과 냉각되어 수액기로 들어가고 다시 실외 코일(coil)형 공기 열교환기의 증발기에 팽창 증발되어 압축기로 재흡입되는 회로를 갖춘 히트펌프식 냉/온수기로서 4-way 밸브를 사용하지 않고 압축기 → 응축기 → 수액기 → 증발기 → 압축기로의 일 방향(one way)회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 히트펌프식 냉온수 공급 시스템.
제 1 항에 있어서 상기 냉온수 공급 시스템은 수액기와 냉매조절기를 갖추고 온수 운전(겨울철) 및 냉수 운전(여름철)에 따라 운전 회로를 변화시켜 시스템 계통내의 냉매량을 자동적으로 조절해 주는 장치 및 회로를 갖춘 것을 특징으로 하는 히트펌프식 냉온수 공급 시스템.