KR20100046365A - 히트펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 하계에는 급탕 및 냉방을 동시에 공급하며, 동계에는 급탕, 난방 온수 및 온풍을 동시에 공급 하는 에너지 절약형 시스템에 관한 것으로, 하계에는 냉동 사이클중 응축기의 폐열을 급탕수 가열 열원으로 사용함으로서 추가 적인 에너지의 공급 없이 급탕열원을 공급할 수 있으며, 동절기에는 열교환기(40, 41) 및 실내기(3)을 응축기로 사용함으로서 급탕수, 난방수 및 온풍을 동시에 공급 할 수 있도록 한다.

이를 위해, 열교환기(40, 41), 물탱크(7, 8), 물펌프(10, 11) 및 제어 변(30, 31, 32, 33, 34)을 기존의 냉동 공조 사이클인 압축기(1), 응축기(2), 팽창변(21), 사방변(5) 및 증발기(3)에 추가로 부착한 형태이다.

하절기에는 응축 열을 열교환기(40, 41) 및 물 펌프(10, 11)를 이용하여 급탕 탱크(7), 온수 탱크(8)에 축열 저장하며, 동절기에는 열교환기(40, 41) 및 물 펌프(10, 11)를 이용하여 급탕 탱크(7), 온수 탱크(8)에 온수를 축열 하여서 급탕 및 바닥 난방등에 공급하며 실내기(3)으로 온풍을 동시에 공급 하므로서 에너지를 절약하기 위한 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 열교환기(40, 41), 물탱크(7, 8), 물펌프(10, 11)는 단순 응축열 회수 뿐만 아니라, 기존 실내 응축기(3)과 다단계로 응축압력을 제어함으로 냉매의 과냉각 및 응축 압력 제어 저하로 압축기(1)의 소요 동력을 절감 시키며, 냉각 열량을 증가 시키므로 에너지 절약 뿐만 아니라 압축기의 소손을 방지 하는 특징이 있다.

Description

히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM}

도 1은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 계통도를 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 또 다른 작동 계통도를 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 또 다른 작동 계통도를 나타낸 도면

도 4는 본 발명에 따른 냉동 공조시스템의 사이클 선도를 나타낸 도면

도 5는 본 발명에 따른 냉동 공조시스템의 시간-압력 선도를 나타낸 도면

도 6은 본 발명에 따른 냉동 공조시스템의 압력-소비 동력을 나타낸 도면

도 7은 종래의 시스템의 실예(1)의 계통도를 나타낸 도면

도 8은 종래의 시스템의 실예(2)의 계통도를 나타낸 도면

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 - 압축기 2 - 실외기

3 - 실외기 4 - 팽창변

7 - 급탕 탱크 8 - 난방 탱크

30 - 응축기 바이패스 밸브 40 - 급탕 열교환기

41 - 난방 열교환기 300 - 실외기 시스템

400 - 실내기 시스템 500 - 열저장 시스템

본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 하계에는 급탕 및 냉방을 동시에 공급하며, 동계에는 급탕, 난방 온수 및 온풍을 동시에 공급 하는 에너지 절약형 시스템에 관한 것으로, 하계에는 냉동 사이클중 응축기의 폐열을 급탕수 가열 열원으로 사용함으로서 추가 적인 에너지의 공급 없이 급탕열원을 공급할 수 있으며, 동절기에는 열교환기(40, 41) 및 실내기(3)을 응축기로 사용함으로서 급탕수, 난방수 및 온풍을 동시에 공급 할 수 있도록 한 것 이다.

종래의 히트펌프 시스템으로는 다음과 같은 것 들이 있다.

＜실예 1＞

도7는 압축기(1), 응축기(2), 팽창변(4), 증발기(3) 및 사방변(5)로 구성된 냉,난방용 히트펌프 시스템으로서, 냉방 시에는 압축기(1), 사방변(5), 응축기(2), 팽창변(4), 증발기(3) 및 압축기(1)로 운전 되어 지며, 난방시에는 압축기(1), 사방변(5), 증발기(3), 팽창변(4), 응축기(2) 및 압축기(1)로 운전 되어지는 가장 보편적으로 판매 되고 있는 냉,난방 히트펌프 시스템이다.

그렇지만, 상기 종래의 사이클에 있어서는, 상기 사이클에서 하계에는 압축기(1)의 응축열량을 응축기(2)에서 대기로 열교환 함으로서 에너지 효율이 낮고, 응축압력이 외기 온도 상승시 과다 하게 상승하며, 이로 인한 압축기(1)의 운전 전 력의 상승 및 소손의 위험이 있으며, 부수적으로 급탕기를 추가 설치 해야 하고, 동계에는 온풍 만 공급 하므로 급탕 및 바닥 난방용 온수를 보일러를 추가 적으로 가동 하여야 하는 단점이 있다.

＜실예 2＞

도8는 압축기(1), 응축기(2), 팽창변(4), 물용 증발기(3) 및 사방변(5)로 구성된 냉,난방용 히트펌프 시스템으로서, 냉방 시에는 압축기(1), 사방변(5), 응축기(2), 팽창변(4), 물용 증발기(3) 및 압축기(1)로 운전 되어 지며, 난방시에는 압축기(1), 사방변(5), 물용 증발기(3), 팽창변(4), 응축기(2) 및 압축기(1)로 운전 되어지는 가장 보편적으로 판매 되고 있는 냉, 온수용 히트펌프 시스템이다.

그렇지만, 상기 종래의 사이클에 있어서는, 상기 사이클에서 하계에는 압축기(1)의 응축열량을 응축기(2)에서 대기로 열교환 함으로서 에너지 효율이 낮고, 응축압력이 외기 온도 상승시 과다 하게 상승하며, 이로 인한 압축기(1)의 운전 전력의 상승 및 소손의 위험이 있으며, 부수적으로 급탕기를 추가 설치 해야 하고, 동계에는 온수 만 공급 하므로 급탕용 보일러를 추가 적으로 가동 하여야 하는 단점이 있다.

본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 하계에는 급탕 및 냉방을 동시에 공급하며, 동계에는 급탕, 난방 온수 및 온풍을 동시에 공급 하는 에너지 절약형 시스템에 관한 것으로, 하계에는 냉동 사이클중 응축기의 폐열을 급탕수 가열 열원으로 사용함으로서 추가 적인 에너지의 공급 없이 급탕열원을 공급할 수 있으며, 동절기에는 급탕수, 난방수 및 온풍을 동시에 공급 하므로서 온풍기의 단점과 온돌 난방의 단점을 극복하며, 하나의 히트펌프로 급탕을 추가로 공급 하므로서 열원 기기 설치 비용 및 운전비를 절감 하며, 부수적으로 CO2등의 발생을 방지 하고자 한다.

또한, 기존 응축기와 다단계로 응축압력을 제어함으서, 냉매의 과냉각 및 응축 압력 저하로 압축기(1)의 소요 동력을 절감 시키며, 냉각 열량을 증가 시키므로 에너지 절약 뿐만 아니라 압축기의 소손을 방지 하여 주는 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 히트펌프 시스템은, 냉매 가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 액상으로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 저압상태의 액상냉매로 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 피 냉각물체와 열교환에 의하여 냉동효과를 달성하면서 증발하여 저온저압의 기상의 냉매 가스를 압축기로 복귀시키는 증발기 및 냉,난방 절환을 위한 사방변을 포함하여 이루어지는 히트펌프 시스템에 있어서,

상기 압축기(1), 사방변(5) 사이의 열교환기(40, 41), 실외기(2), 팽창변(4), 제어변(30, 31, 32, 33, 34) 및 수액기(6)으로 이루어진 시스템에서 필요시 선택적으로 열교환기(40, 41) 조합 운전이 이루어지는 실외기 시스템(300);

상기 실내기(3)을 포함 하여 냉, 난방 절환 운전시 응축기 및 증발기로 절환 되어 냉풍 및 온풍으로 운전 되어 지는 실내기 시스템(400);

상기 물펌프(10, 11) 및 물탱크(7, 8)으로 급탕 및 난방 온수를 축열 저장 하는 시스템으로, 필요시 선택적으로 운전 되어 지는 열저장 시스템(500)을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거하여 바람직한 실시 예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 본 발명에 의한 히트펌프의 실시 예를 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 계통도를 나타낸 사이클 도면 이다.

참조부호 (1)는 압축기로서, 냉매가스를 흡입하여 고온고압으로 압축하여 배출하기 위한 것으로서, 그 사용목적에 따라 왕복동식, 크랭크식, 사판식, 워블 플레이트식, 로터리식, 스크롤식 등 다양한 형태의 압축기가 적용될 수 있다.

이 압축기(1)의 토출라인은 급탕 열교환기(40), 온수 열교환기(41)을 거처서 사방변(5)으로 연결 되어 있으며, 제어변(30)이 압축기(1)의 출구에서 열교환기 (40, 41)과 병렬로 사방변(5)에 연결되어지며, 사방변(5)는 실외기(2)와 연결된다.

이 급탕 열교환기(40), 온수 열교환기(41) 및 실내기(2)는 냉방 운전시 응축기로서 상기 압축기(1)에서 압축되어 배출되는 냉매가스를 방열시킴으로써 고온고압의 액상 냉매로 응축하도록 되어 있다. 여기서는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 응축기는 공기 열교환기인 경우에는 인입 헤더 및 출구헤더, 상기 인입/출구 헤더들을 연결하여 이들이 서로 통하도록 함으로써 소정의 유로를 형성하는 다수의 튜브와, 그리고 상기 튜브들 사이에 적층되는 코르게이트형 전열 핀을 가진 통상적인 형태의 것이 적용될 수 있다. 따라서 냉각 팬에 의하여 송풍되는 공기는 튜브들 사이의 전열 핀들을 거치게 되고 이 과정에서 응축기 내부를 유동하는 냉매가 송풍공기에 열량을 빼앗겨 냉매의 응축작용이 수행된다.

또한, 상기 응축기가 물 열교환기인 경우에는 판형 열교환기, 셀앤튜브 열교환기, 나관식 및 이중관식 열교환기 형태로서 열교환기 내부의 물에 열량을 빼앗겨 열량을 빼앗겨 냉매의 응축작용이 수행된다.

한편, 압축기(1)의 입구 라인 쪽에는 후술하는 팽창밸브(4)로부터 유입되는 냉매를 증발시킴으로써 이 때의 증발잠열을 이용하여 피 냉각물체 와 냉매를 열 교환시켜 냉동효과를 달성하는 실내기(3)가 연결된다. 상기 실내기(3, 증발기)는 인입 헤더 및 출구헤더, 상기 인입/출구 헤더들을 연결하여 이들이 서로 통하도록 함으로써 소정의 유로를 형성하는 다수의 튜브와, 그리고 상기 튜브들 사이에 적층되는 코르게이트형 전열 핀을 가진 통상적인 형태의 것이 적용될 수 있다. 따라서 냉각 팬에 의하여 송풍되는 공기는 튜브들 사이의 전열 핀들을 거치게 되고 이 과정 에서 증발기(3) 내부를 유동하는 냉매가 송풍공기의 온도(열량)를 빼앗아 냉매의 증발 작용이 수행된다.

그리고 증발기(3)의 입구 단에는 공급되는 고온고압 상태의 액상 냉매를 교축작용에 의하여 저압상태의 냉매로 팽창시켜 증발작용이 용이하게 수행되도록 증발기(3)로 공급하기 위한 팽창밸브(4)가 설치된다. 이 팽창밸브(4)는, 여기서는 구체적으로 도시되지는 않았으나, 감온실 내부의 온도에 따른 다이어프램의 팽창변위에 의하여 압력전달로드를 통하여 고압냉매유로의 궤도를 조절하는 내부 균압식, 캐필러리 튜브를 통한 다이어프램의 팽창변위에 의하여 고압냉매유로의 괘도를 조절하는 외부균압식 등 일반적으로 TEV라하는 감온식 팽창변, 모세관 형태 및 전자식 팽창변등을 사용하며 다양한 형태의 것이 사용될 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 히트펌프의 실시 예를 첨부 도면을 참조하면서 설명 한다.

도1에서 냉매의 흐름은 압축기(1)에서 고온 고압의 냉매 가스로 압축되고 열교환기(40, 41, 응축기)에서 기상에서 액상으로 응축 된후 사방변(4)을 거처 실외기(2)에서 열교환후 기상에서 액상으로 변환후 냉매 탱크(6)을 지나 팽창변(5)을 지나면서 감압되어서 증발기(3)를 거처 사방변(4)을 지나 압축기(1)의 흡입부로 인입 되며, 압축기(1)에서 열교환기(40, 41)를 거치지 않고 사방변(5)로 바이패스 되는 배관상에 제어변(30)이 있고, 실외기(2)의 출구는 제어변(31, 32, 33, 34)를 거처 수액기(6)을 거처 팽창변(4)에 연결된 구조 이다.

본 발명의 작동을 설명하면, 급탕 열교환기(40, 응축기), 온수 열교환기(41, 응축기) 및 실외기(2)의 운전 조합 형태에 따라 분류 하면, 1) 하절기 급탕 및 냉각 모드, 2) 동절기의 급탕, 온수 및 온풍 모드, 3) 동절기의 급탕 및 온풍 모드 4) 동절기의 온수 및 온풍 모드, 5) 동절기의 온풍 모드로 대분류 할 수 있다.

먼저 1) 하절기의 급탕 및 냉각(냉풍) 모드는 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스를

급탕 열교환기(40) 및 온수 열교환기(41)에서 기체 상태에서 열교환기(40, 41)의 내부의 물과 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 되어서 사방변(5)을 거처서(a→b) 실외기(2, 응축기)에 인입 된다.

실외기(2, 응축기)에 인입되는 냉매의 상태는 액상, 기체 상태 및 부분 기체 상태로서 실외의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 및 과냉각 되고, 실외기(2)의 출구의 냉매는 제어변(32, e→f)를 지나 수액기(6) 내부로 인입된 후 팽창변(4)을 통과 하면서 감압 되고 제어변(34, h→g)을 지나 실내기(3, 증발기)에서 실내 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 후 사방변(5, d→c)을 지나 압축기(1)에 흡입 되어 진다.

이때, 급탕 열교환기(40) 및 온수 열교환기(41)는 압축기(1) 출구의 고온 고압의 압축 냉매 가스와 열교환 하여서 급탕수를 급탕 펌프(10) 및 온수 펌프(11)로 급탕 탱크(7)와 온수 탱크(8)에 순환 구조로 열을 공급 하는 구조로서, 별도의 급탕 열원(보일러)이 필요 없으며, 하절기에는 제어변(30)은 닫힘(CLOSE) 운전을 하고, 온수 탱크(8)는 하절기에는 보조 급탕수 탱크로 절환 운전 하는 구조로서, 압축기(1)의 출구의 고온 고압의 압축 냉매 가스는 급탕 열교환기(40), 온수 열교환 기(41) 및 실외기(2, 응축기)에서 순차적으로 다단 응축 되므로, 하절기 외기 온도 상승시 응축 압력을 저하시켜서 압축기(1)의 소요 동력을 절감(도.4 에서 추가 설명) 시키고, 과부하로 인한 압축기의 소손을 방지 할 수 있다.

또한, 실내기(3, 증발기)에 인입되는 냉매를 과냉각(도.4 설명) 시켜서 냉방 능력을 증가 시켜준다.

다음으로 2) 동절기의 급탕, 온수 및 온풍 모드는 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스를

급탕 열교환기(40) 및 온수 열교환기(41)에서 기체 상태에서 열교환기(40, 41)의 내부의 물과 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 되어서 사방변(5)을 거처서(a→d) 실내기(3, 응축기)에 인입 된다.

실내기(3, 응축기)에 인입되는 냉매의 상태는 액상, 기체 상태 및 부분 기체 상태로서 실내의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 및 과냉각 되고, 실내기(3, 응축기)의 출구의 냉매는 제어변(33, g→f)를 지나 수액기(6) 내부로 인입된 후 팽창변(4)을 통과 하면서 감압 되고 제어변(31, h→e)을 지나 실외기(2, 증발기)에서 실외 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 후 사방변(5, b→c)을 지나 압축기(1)에 흡입 되어 진다.

이때, 급탕 열교환기(40) 및 온수 열교환기(41)는 압축기(1) 출구의 고온 고압의 압축 냉매 가스와 열교환 하여서 급탕수를 급탕 펌프(10) 및 온수 펌프(11)로 급탕 탱크(7)와 온수 탱크(8)에 순환 구조로 열을 공급 하는 구조로서, 별도의 급탕 열원(보일러)이 필요 없으며, 온수 탱크(8)는 동절기에는 바닥 난방 또는 난방 기구의 수열원으로 공급 되므서, 우리 나라의 주택의 특징인 온돌 난방과 실내기(3, 응축기)의 온풍 공급으로 최상의 주거 공간을 만들 수 있다.

또한, 지금까지의 히트펌프의 출수 온도가 낮아서 바닥 난방시 많은 문제가 발생하였으나 바닥 난방 + 온풍 난방으로 이를 극복할 하므로서, 냉, 난방기의 단점인 온풍 난방의 한계를 극복한 것으로 고효율 히트펌프를 겨울철 난방 열원으로서의 새로운 에너지원을 개척 하는 것이며 지구 온난화 가스 CO2의 발생을 억제하는 효과도 있다.

또한, 압축기(1)의 출구의 고온 고압의 압축 냉매 가스는 급탕 열교환기(40), 온수 열교환기(41) 및 실내기(3, 응축기)에서 순차적으로 다단 응축 되므로, 열교환기의 전열 면적을 증가 시켜서 고효율 열교환으로 난방 열량을 증가 시키며, 응축 압력을 저하로 압축기(1)의 소요 동력을 절감(도.4 에서 추가 설명) 시키고, 과부하로 인한 압축기의 소손을 방지 할 수 있다.

또한, 실외기(2, 증발기)에 인입되는 냉매를 과냉각(도.4 설명) 시켜서 냉동 효과를 증가 시켜준다.

작동 설명 3) 동절기의 급탕 및 온풍 모드는 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스를

급탕 열교환기(40)에서 기체 상태에서 열교환기(40)의 내부의 물과 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 되어서 사방변(5)을 거처서(a→d) 실내기(3, 응축기)에 인입 된다.

실내기(3, 응축기)에 인입되는 냉매의 상태는 액상, 기체 상태 및 부분 기체 상태로서 실내의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 및 과냉각 되고, 실내기(3, 응축기)의 출구의 냉매는 제어변(33, g→f)를 지나 수액기(6) 내부로 인입된 후 팽창변(4)을 통과 하면서 감압 되고 제어변(31, h→e)을 지나 실외기(2, 증발기)에서 실외 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 후 사방변(5, b→c)을 지나 압축기(1)에 흡입 되어 진다.

이때, 급탕 열교환기(40)는 압축기(1) 출구의 고온 고압의 압축 냉매 가스와 열교환 하여서 급탕수를 급탕 펌프(10)로 급탕 탱크(7)에 순환 구조로 열을 공급 하는 구조로서, 별도의 급탕 열원(보일러)이 필요 없으며, 온수 펌프(11)을 정지(OFF) 함으로서 온수 열교환기(41)는 냉매 가스와 열교환을 하지 않으므로 바닥 난방용 난방 온수는 사용 하지 않으며, 난방은 실내기(3, 응축기)의 온풍 난방으로 이루어 진다.

또한, 압축기(1)의 출구의 고온 고압의 압축 냉매 가스는 급탕 열교환기(40) 및 실내기(3, 응축기)에서 순차적으로 다단 응축 되므로, 열교환기의 전열 면적을 증가 시켜서 고효율 열교환으로 난방 열량을 증가 시키며, 응축 압력을 저하로 압축기(1)의 소요 동력을 절감(도.4 에서 추가 설명) 시키고, 과부하로 인한 압축기의 소손을 방지 할 수 있다.

또한, 실외기(2, 증발기)에 인입되는 냉매를 과냉각(도.4 설명) 시켜서 냉동 효과를 증가 시켜준다.

작동 설명 4) 동절기의 온수 및 온풍 모드는 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스를

온수 열교환기(41)에서 기체 상태에서 열교환기(41)의 내부의 물과 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 되어서 사방변(5)을 거처서(a→d) 실내기(3, 응축기)에 인입 된다.

실내기(3, 응축기)에 인입되는 냉매의 상태는 액상, 기체 상태 및 부분 기체 상태로서 실내의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 및 과냉각 되고, 실내기(3, 응축기)의 출구의 냉매는 제어변(33, g→f)를 지나 수액기(6) 내부로 인입된 후 팽창변(4)을 통과 하면서 감압 되고 제어변(31, h→e)을 지나 실외기(2, 증발기)에서 실외 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 후 사방변(5, b→c)을 지나 압축기(1)에 흡입 되어 진다.

이때, 온수 열교환기(41)는 압축기(1) 출구의 고온 고압의 압축 냉매 가스와 열교환 하여서 온수 펌프(11)로 온수 탱크(8)에 순환 구조로 열을 공급 하는 구조로서, 온수 탱크(8)는 동절기에는 바닥 난방 또는 난방 기구의 수열원으로 공급 되므서, 우리 나라의 주택의 특징인 온돌 난방과 실내기(3, 응축기)의 온풍 공급으로 최상의 주거 공간을 만들 수 있다.

또한, 지금까지의 히트펌프의 출수 온도가 낮아서 바닥 난방시 많은 문제가 발생하였으나 바닥 난방 + 온풍 난방으로 이를 극복할 하므로서, 냉,난방기의 단점인 온풍 난방의 한계를 극복한 것으로 고효율 히트펌프를 겨울철 난방 열원으로서의 새로운 에너지원을 개척 하는 것이며 지구 온난화 가스 CO2의 발생을 억제하는 효과가 있다.

또한, 압축기(1)의 출구의 고온 고압의 압축 냉매 가스는 온수 열교환기(41) 및 실내기(3, 응축기)에서 순차적으로 다단 응축 되므로, 열교환기의 전열 면적을 증가 시켜서 고효율 열교환으로 난방 열량을 증가 시키며, 응축 압력을 저하로 압축기(1)의 소요 동력을 절감(도.4 에서 추가 설명) 시키고, 과부하로 인한 압축기의 소손을 방지 할 수 있다.

또한, 실외기(2, 증발기)에 인입되는 냉매를 과냉각(도.4 설명) 시켜서 냉동 효과를 증가 시켜준다.

본 모드에서는 급탕 펌프(10)을 정지(OFF) 함으로서 급탕 열교환기(40)는 냉매 가스와 열교환을 하지 않으므로 급탕은 사용 하지 않는 형태이다.

작동 설명 5) 동절기의 온풍 모드는 압축기(1)의 고온 고압의 냉매 가스는 제어변(30) 및 사방변(5)을 거처서(a→d) 실내기(3, 응축기)에 인입 된다.

실내기(3, 응축기)에 인입되는 냉매는 기체 상태로서 실내의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 되고, 실내기(3, 응축기)의 출구의 냉매는 제어변(33, g→f)를 지나 수액기(6) 내부로 인입된 후 팽창변(4)을 통과 하면서 감압 되고 제어변(31, h→e)을 지나 실외기(2, 증발기)에서 실외 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 후 사방변(5, b→c)을 지나 압축기(1)에 흡입 되어 진다.

본 모드에서는 급탕 펌프(10) 및 온수 펌프(!!)는 정지(OFF) 함으로서 급탕 열교환기(40) 및 온수 열교환기(41)는 냉매 가스와 열교환을 하지 않으므로 급탕 및 온수 난방은 사용 하지 않는 형태 이고, 제어변(30)은 열림(OPEN) 상태로 운전 되므로, 기존의 냉,온풍 히트펌프와 동일한 형태이다.

상기 도1의 실외기 시스템(300)은 실시예 도2와 같이 열교환기(40)을 선택적 으로 부착한 형태로 급탕 또는 온수 난방등으로 사용 되어지는 형태로서, 열저장 시스템(500)은 물 펌프(10) 및 물탱크(7)는 각각 하나씩 설치 되어진 형태이다.

또다른 실시예 도3은 실외기 시스템(300)에서 팽창변(4) 및 보조 팽창변(4')를 모세관으로 제작하는 형태로 현재 소형 냉,난방기에 가장 많이 공급되어지고 있는 형태이며, 실내기 시스템(400) 및 열저장 시스템(500)은 도1과 동일한 형태로서, 본 발명의 실외기 시스템(300)의 팽창변(4) 및 제어변(31)의 제작 형태는 다양한 형태로 제작 될 수 있다.

또한, 실외기 시스템(300)의 열교환기(40, 41)은 열저장 시스템(7, 8)에 부착 가능하며, 펌프(10, 11)는 실외기 시스템(300)에 부착가능 하며, 실외기 시스템(300) 및 열저장 시스템(500)은 하나의 시스템으로 제작 될 수 있으며, 제어변(30은 제작 형태에 따라서는 생략 가능 하고, 압축기(1)를 기준으로 급탕 열교환기(40)와 온수 열교환기(41)의 순서가 바꾼 압축기(1) → 온수열교환기(41) → 급탕 열교환기(40) → 사방변(5)로도 제작 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 사이클을 나타낸 선도(P-i)로서 종래의 냉동 공조 사이클(i1', i2', i3)은 고압(P2') 및 저압(P1')으로 작동하고, 본 발명의 사이클(i1, i2, i3)은 고압(P2) 및 저압(P1)으로 작동하는 시스템에서 토출 온도는 i2'가 i2보다 크므로 i2'가 고온 이 되고, 일량(i2'-i1')가 일량(i2-i1)보다 크므로 종래의 냉동 공조 시스템이 더 많은 일 량과 높은 토출온도로 압축기(1)의 과부하로 인한 소손의 원인이 되며, 단위 냉각 능력(i1-i3)이 (i1'-i3')보다 커서 증발기(3)의 냉각능력을 향상 시켜서 증발기(3)의 출구의 공기를 더욱더 저온으로의 냉각 할 수 있다.

도 5, 6는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 하절기 급탕 및 냉풍 모드로 운전 되었을 때의 시간 - 압력선도 및 압력 - 동력 선도로서 종래의 냉동 공조 사이클(A-B-C')은 고압(P2')으로 작동하고, 본 발명의 사이클(A-B-C)은 고압(P2)으로서, 이때의 동력 소비는 P2에서 W1을, P2'에서 W2를 소비하므로 W2 ＞ W1 이므로 본 발명의 사이클이 기존의 히트펌프 시스템 보다 저에너지 소비의 고효율 사이클이다.

또한, 하계에는 냉방과 급탕을 동시에 하므로 냉방 에너지 효율(에너지 효율 = 냉각 능력/총에너지 투입량) 2.5 및 난방 에너지 효율 3.5의 합산의 총에너지 효율 = 2.5 + 3.5 = 6.0의 고효율 운전이 가능하다.

전술한 기술 내용으로부터 자명하듯이, 본 발명은 히트펌프 시스템을 응용한 것으로, 그 목적은 하계에는 급탕 및 냉방을 동시에 공급 하며, 동계에는 급탕, 난방 온수 및 온풍을 동시에 공급하는 에너지 절약형 시스템에 관한 것으로, 하계에는 냉동 사이클중 응축기의 폐열을 급탕수 가열 열원으로 사용함으로서 추가 적인 에너지의 공급 없이 급탕 열원을 공급할 수 있으며, 동절기에는 열교환기 및 실내기을 응축기로 사용 함으로서 급탕수, 난방수 및 온풍을 동시에 공급 할 수 있도록 하므로, 우리 나라의 주택의 특징인 온돌 난방과 실내기(응축기)의 온풍 공급으로 최상의 주거 공간을 만들 수 있다.

또한, 지금까지의 히트펌프의 출수 온도가 낮아서 바닥 난방시 많은 문제가 발생하였으나 바닥 난방 + 온풍 난방으로 이를 극복할 하므로서, 냉,난방기의 단점인 온풍 난방의 한계를 극복한 것으로 고효율 히트펌프를 겨울철 난방 열원으로서의 새로운 에너지원을 개척 하는 것이며 지구 온난화 가스 CO2의 발생을 억제하는 효과도 있으며, 압축기의 출구의 고온 고압의 압축 냉매 가스는 급탕 열교환기 온수 열교환기 및 응축기에서 순차적으로 다단 응축 되므로, 열교환기의 전열 면적을 증가 시켜서 고효율 열교환으로 난방 열량을 증가 시키며, 응축 압력을 저하로 압축기의 소요 동력을 절감 시키고, 과부하로 인한 압축기의 소손을 방지 할 수 있다.

Claims (4)

1. 냉매 가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 액상으로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 저압상태의 액상냉매로 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 피 냉각물체와 열 교환에 의하여 냉동효과를 달성하면서 증발하여 저온저압의 기상의 냉매 가스를 압축기로 복귀시키는 증발기 및 냉,난방 절환을 위한 사방변를 포함하여 이루어지는 히트펌프 시스템에 있어서,

   상기 압축기(1), 사방변(5) 사이의 열교환기(40, 41), 실외기(2), 팽창변(4), 제어변(30, 31, 32, 33, 34) 및 수액기(6)으로 이루어진 시스템에서 필요시 선택적으로 열교환기(40, 41) 조합 운전이 이루어지는 실외기 시스템(300);

   상기 실내기(3)을 포함 하여 냉, 난방 절환 운전시 응축기 및 증발기로 절환 되어 냉풍 및 온풍으로 운전 되어 지는 실내기 시스템(400);

   상기 물펌프(10, 11) 및 물탱크(7, 8)으로 급탕 및 난방 온수를 축열 저장 하는 시스템으로, 필요시 선택적으로 운전 되어 지는 열저장 시스템(500)을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 압축기(1)의 출구와 사방변(5) 사이에 급탕 열교환기(40) 및 온수 열교환기(41)있으며, 급탕 펌프(10), 온수 펌프(10), 급탕 탱크(7) 및 온 수 탱크(8) 각각 부착된 형태이고, 압축기(1)과 사방변(5)를 직접 연결하는 제어변(30)이 부착된 형태에서, 도2와 같이 열교환기(40), 물펌프(10) 및 물탱크(7)을 각각 하나씩만 부착한 형태를 제작된 것 또는, 제어변(30)을 생략한 구조 또는, 압축기(1)의 출구에서 급탕 열교환기(40)와 온수열교환기(41)의 순서가 바꾼형태의 것 또는, 실외기 시스템(300)의 열교환기(40, 41)를 열저장 시스템(500)에 부착 형태의 것 또는, 펌프(10, 11)를 실외기 시스템(300)에 부착한 구조의 것 또는, 실외기 시스템(300) 및 열저장 시스템(500)은 하나의 시스템으로 제작 되어진 형태를 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
3. 제 1항에 있어서 도3과 같이 실외기 시스템(300)에서 팽창변(4) 및 보조 팽창변(4')를 모세관으로 제작하는 형태 이거나, 실외기 시스템(300)의 팽창변(4) 및 제어변의 변형된 형태로 제작 되어진 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
4. 제 1항에 있어서 급탕 탱크(7) 또는 온수 탱크(8)을 생략한 시스템 이거나, 급탕 탱크(7) 와 온수 탱크(8)을 생략한 히트펌프 시스템.

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