KR20110016353A - 태양열을 이용한 에너지 절감의 냉, 온수 히터 펌프 시스템 - Google Patents

태양열을 이용한 에너지 절감의 냉, 온수 히터 펌프 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 에너지 절감의 냉, 온수 히터 펌프 시스템에 관한 것으로, 흡입구로부터 흡입되는 저온, 저압 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기체 상태로 토출 구를 통해 토출하는 압축기; 상기 압축기와 배관으로 연결되어 내부의 열매체 유와 열 교환하는 실 내측 열교환기, 실 내측열교환기 내부에는 냉매 가스가 순환하는 냉매 방열코일과, 외부의 물이 순환하는 회수 열 코일, 방열코일과 회수 열 코일사이에 열을 전달하는 열매체유가 충진 되고, 상기 실 내측 열교환기와 실 외측 열교환기 사이에 연결되어 어느 일 측에서 이송되어 오는 고온 고압 액체상태의 냉매를 저온저압의 액체 상태로 감압하는 팽창밸브; 상기 압축기의 토출 구 및 흡입구를 상기 실 내측 열교환기와 상기 실 외측열교환기로 각각 연결시키는 통로를 가지며 온수 시 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환 되는 사방밸브; 및 기체상태의 냉매만 상기 압축기로 제공되도록 상기 사방밸브와 상기 압축기 사이에 구비되는 어큐뮬레이터를 포함하는 히트펌프 사이클을 가지며, 상기히트 펌프 사이클이 온수모드일 경우, 상기 어큐뮬레이터에 수용된 냉매로부터 액상의 냉매를 기화시켜 상기 압축기로 기상의 냉매를 유입시키도록 상기 실 내측 열교환기 토출 구 측으로 토출되는 고온고압의 냉매와 더불어 상기 냉매에서 발생된 열을 상기어큐뮬레이터의 내부로 전달하는 히터 유닛 배관과, 밸브를 가지고, 온수 시에 태양열 집 열기에서 과열된 온수를 온수 저장탱크로 순환하고, 저장 탱크의 저장된 온수를 난방 및 온수로 사용하고, 저장탱크의 온도가 낮아지면 히터 펌프가 가동되 어 온수탱크 온도를 보충하는 에너지 절감의 고효율히터펌프로 한다.
Figure 112009503087905-PAT00001
Figure P1020090074034
재생에너지, 태양열, 히트펌프, 폐열회수기, 에너지

Description

태양열을 이용한 에너지 절감의 냉, 온수 히터 펌프 시스템{omitted}
[도1]은 일반적인 히터펌프 구조를 개략적으로 도시한 구성도이고,
[도2]는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 에너지 절감의 냉, 온수 히터 펌프 시스템의 실시 예를 개략적으로 도시한 구성도 이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10 : 태양열을 이용한 에너지 절감의 냉, 온수 히터 펌프
11 : 압축기 11a : 압축기 토출구 11b : 압축기 흡입구
12 : 사방밸브 12a : 통로 12b : 통로
13 : 실내 측 열교환기 13a : 냉매방열코일 13b : 회수 열 코일
13c : 온도복합감지 센스 13d : 열매체 유(기름)
14 : 냉방, 온방, 냉 온수 사용 14p : 순환펌프
15 : 평창밸브 16 : 외부 열교환기 17 : 송풍기
18 : 어큐뮬레이트 19 : 보충 수 탱크 20 : 열매체 유 보충탱크
30 : 온수저장탱크 30c : 온도감지센스
40 : 태양열 집열기 40c : 온도감지센스 40p : 태양열 온수 순환펌프
50 : 자동제어판 v1, v2, v3 : 밸브
60 : 히터 유닛배관 60v :자동밸브 60c : 온도감지센스
본 발명은 태양열 이용한 히트펌프에 관한 것이다.
일반적으로, 열은 고온 측에서 저온 측으로는 자연히 이동하지만 저온 측에서 고온 측으로 열을 이동시키려면 외부에서 어떤 기계적 동력을 가하여야 한다. 이것이 히트펌프의 작용이다.
히트펌프는 냉매의 압축-응축-감압-증발로 이루어지는 냉동사이클로 이행되는 열에 대한 운반 메커니즘(mechanism)을 가역적으로 사용하여 냉수와 온수을 겸하는 것이다.
종래의 냉, 온수 겸용 히트펌프 구성은 [도1]과 같이 압축기(1), 사방밸브(2), 실 내측 열교환기(3), 팽창기구(5), 실외측 열교환기(6) 및 그의 송풍기(7), 어큐뮬레이터(8)로 구성된다.
압축기(1)는 흡입구(1b)와 토출구(1a)를 가지며 흡입구(1b)로부터 흡입되는 저온저압 기체상태의 냉매를 압축하여 고온고압 기체 상태로 토출구(1a)을 통해 토출해 낸다.
실 내측 열교환기(3)에 냉온수 주입구에 물이 주입되고, 주입된 물은 냉매파이프 의해 열 교환 하여 냉, 온수 배출구로 배출하여 용도에 적합하게 사용한다.
사방밸브(2)는 압축기(1)의 토출구(1a)와 흡입구(1b)를 실 내측 열교환기(3)와 실 외측 열교환기(6)로 각각 연결시키는 두개의 독립된 통로(2a, 2b)를 가지며 사용자의 선택에 따른 냉수운전과 온수운전의 모드(mode)에 따라 냉매의 흐름을 바꾸도록 절환 조작된다.
팽창밸브(5)는 실 내측 열교환기(3)와 실 외측 열교환기(6) 사이에 연결되어 어느 일 측에서 이송되어 오는 상온고압 액체상태 냉매를 저온저압의 액체 상태로 감압한다.
실 외측 열교환기(6)는 상기 실 내측 열교환기(3)와는 반대로 실 외측에 위치되며, 냉수 운전 시는 응축기로서, 온수 운전 시는 증발기로서 주입된물과 열교환 작용을 한다.
다음으로 실 외측 송풍기(7)는 실 외측 열교환기(6)의 열 교환 (응축기 또는 증발기로서의) 작용을 촉진시키도록 작동된다.
상기 어큐뮬레이터(accumulator) (8)는 압축기(1)의 흡입구(1b)와 인접하게 구비되며, 실 내측 열교환기(3) 또는 실 외측 열교환기(6)에서 유입되는 냉매로부터 액체상태의 냉매를 걸러낸 냉매, 즉 기체상태의 냉매만을 상기 압축기(1)로 제공하며, 내부에 수용된 오일을 상기 냉매와 더불어 압축기(1)로 제공하는 것이다.
[도1]에 있어서, 화살표는 냉매의 흐름을 표시하는데, 실선은 냉수운전시를 표현하고, 점선은 온수운전시의 각 냉매 흐름을 나타낸다.
냉수운전과 온수운전 모드는 사용자의 선택에 따른 사방밸브(2)의 전환으로 바뀌며 그때 냉매의 흐름도 바뀌게 된다.
[도1]의 상태는 사방밸브(2)가 냉수운전 모드로 전환 할 경우이다.
즉, 냉수운전 모드에서 냉매는 어큐뮬레이터(8)로부터 압축기(1)로 유입된 후, 냉매는 다시 압축기(1)에서 토출되고,
사방밸브(2)를 경유하여 실 외측 열교환기(6)로 이송되고, 실 외측 열교환기(6)로부터 팽창기구(5)를 통해 실 내측 열교환기(3)로 이송된 후 압축기(1)로 흡입된다. 온수운전 모드로 바뀌면 냉매의 흐름은 냉수 운전 시와 거꾸로(점선 화살표 방향으로)된다.
온수운전 모드에 있어서, 실 외측 열교환기(6)로 유입되는 냉매는 액체상태이다. 액체상태의 냉매가 기체 상태로 증발하는데 필요한 열은 외부의 공기로부터 취해진다.
따라서 외부의 온도가 낮아지면 증발작용이 원활하지 않게 되고, 이에 따라 실 내측 열교환기(3)로 유입되는 냉매에는 액체성분이 증가하게 되어 온수능력이 크게 저하되고, 압축(1)은 과부하 상태가 발생된다.
이로 인해 온수능력이 저하되어 화석원료를 사용해야하고, 화석원료사용에 의한 시설비와, 에너지소모가 많다.
이런 문재로 종래의 히트펌프는 외부의 온도가 낮아지면서 액상의 냉매가 증가하여 압축기(1)에 효율을 저감시키고, 압축기가 손상되어 온수운전이 거의 불가능하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 실 내측 열교환기에 물이 직접 주입되는 방법으로 열교환기 냉매파이프가 산화되어 부식이 발생되어, 이로 인한 히터펌프 고장이 발생되고, 열교환기를 교체해야하는 문제점도 있었다.
또한, 목욕탕이나, 수영장, 양어장 같은 곳에는 살균, 소독을 하기위해 염소 를 사용하고, 이로 인한 산화속도가 빨라 히터펌프를 사용하지 못하는 문제점이 많고, 전기 에너지만으로, 온수를 생산하다 보니 전기에너지가 많이 들어가는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 압축기로 유입되는 냉매 중 액상의 냉매는 기화시키고 기상의 냉매만을 압축기로 제공 하므로서 압축기의 성능을 향상시키고, 이로인환 난방효율이 상승시킨다.
또한, 태양열 집 열기 온수를 온수저장탱크로 순환하여 히터펌프 실 내측 열교환기로 보충함으로 히터펌프가동률을 줄 일수 있어 전기에너지를 대폭 절감 할 수 있다.
또한, 실 내측 열교환기 내부에 열매체 유를 충진 하여 열매체유가 열전달 매체로 사용되므로 효율이 높고, 기계 수명을 연장 할 수 있어, 태양열 이용한 에너지절감의 히터펌프를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 태양열을 이용한 에너지 절감의 냉, 온수 히터 펌프 시스템에 관한 것으로, 흡입구로부터 흡입되는 저온, 저압 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기체 상태로 토출 구를 통해 토출하는 압축기;
상기 압축기와 배관으로 연결되어 내부의 열매체 유와 열 교환하는 실 내측 열교환기, 실 내측열교환기 내부에는 냉매 가스가 순환하는 냉매 방열코일과, 외부의 물이 순환하는 회수 열 코일, 방열코일과 회수 열 코일사이에 열을 전달하는 열매체유가 충진 되고,
상기 실 내측 열교환기와 실 외측 열교환기 사이에 연결되어 어느 일 측에서 이송되어 오는 고온 고압 액체상태의 냉매를 저온저압의 액체 상태로 감압하는 팽창밸브;
상기 압축기의 토출 구 및 흡입구를 상기 실 내측 열교환기와 상기 실 외측 열교환기로 각각 연결시키는 통로를 가지며 난방 시 냉매의 흐름을 바꾸도록 전환되는 사방밸브; 및 기체상태의 냉매만 상기 압축기로 제공되도록 상기 사방밸브와 상기 압축기 사이에 구비되는 어큐뮬레이터를 포함하는 히트펌프 사이클을 가지며,
상기 히트 펌프 사이클이 온수모드일 경우, 상기 어큐뮬레이터에 수용된 냉매로부터 액상의 냉매를 기화시켜 상기 압축기로 기상의 냉매를 유입시키도록 상기 실 내측 열교환기 토출 구 측으로 토출되는 고온고압의 냉매를 히터유닛배관을 더불어 상기 냉매에서 발생된 열을 상기어큐뮬레이터의 내부로 전달하는 히터 유닛 배관을 가지고,
온수 시에 태양열 집 열기에서 과열된 온수를 온수 저장탱크로 순환하고, 저장탱크의 저장된 온수를 사용하고, 저장탱크의 온도가 낮아지면 히터 펌프가 가동되어 온수탱크 온도를 보충하는 에너지 절감의 고효율히터펌프로서,
상기 히터유닛배관(60)상에 구비되어 상기 압축기로부터 토출되는 고온고압의 냉매를 유입하거나 차단하도록 개폐되는 개폐밸브(60v)와, 상기 온도감지센서에서 감지된 온도 정보를 제공받아 기 설정된 온도와 비교하여 그 비교한 결과가 상기 기 설정된 온도 이하일 경우 상기 개폐밸브(60v)를 개방시키고, 상기 기 설정된 온도 이상일 경우 상기 개폐밸브(60v)를 폐쇄시키도록 제어하는 제어 부를 더 포함 하는 것을 특징으로 하는 히트펌프로서,
상기히터펌프 실 내측 열교환기 내부에는 냉매 이송 방열코일과, 열 회수 코일 설치되고, 상기 실 내측 열교환기 내부에 냉매 이송 방열코일과, 열 회수 코일 관에 고효율로 열을 전달하는 열매체 유를 충진 하고, 겨울철에 대기온도가(- 20℃)이하로 낮아져도 온수를 원만하게 공급 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기히터펌프 히터유닛배관(60) 실내 열교환기 재질은 스테인리스, 구리, 티타늄으로 내부에 타단이 수용되며, 다수 회 굴절 형성되고, 상기 재질 중 어느 하나의 재질로 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양열을 이용한 에너지 절감의 냉, 온수 히터 펌프 시스템에 관한 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
[도2]는 본 발명에 따른 태양열을 이용한 에너지 절감의 냉, 온수 히터 펌프 시스템에 관한 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
실시 예를 개략적으로 도시한 구성도이다
[도2]에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 히트펌프(10)는 압축기(11), 실 내측 열교환기(13), 실 외측 열교환기(16), 팽창기구(15), 사방밸브(12), 어큐뮬레이터(18), 히터유닛배관(60), 밸브(60v) 온도감지센스(60c)를 포함하는 히트펌프 사이클과,
태양열 집열기(40), 온수저장탱크(30), 자동 제어부판(50)포함한다.
먼저, 압축기(11)는 흡입구(11b)로부터 흡입되는 저온, 저압 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기체 상태로 토출구(11a)를 통해 토출하는 것이다.
상기 사방밸브(12)는 압축기(11)의 토출 구(11a)와 흡입구(11b)를 실 내측 열교환기(13)와 실 외측 열교환기(16)로 각각 연결시키는 두 개의 독립된 통로(12a, 12b)를 가지며 사용자의 선택에 따른, 냉수운전과 온수운전의 모드에 따라 냉매의 흐름을 바꾸도록 전환 조작된다.
실 내측 열교환기(13)는 실내에 위치되며, 냉수운전 모드에서는 저온저압 액체상태의 냉매를 기체 상태로 증발시키는 증발기 역할을 하고, 온수운전 모드에서는 고온고압 기체상태의 냉매를 상온고압 액체 상태로 응축시키는 응축기의 역할을 하여, 냉매의 엔탈피 변화에 대응하여 내부 열매체 유(13d)와 열 교환하여 회수 열 코일(13b)에 전달하는 작용을 한다.
또한, 실 내측열교환기(13) 회수 열 코일(13b) 내부에서 순환되고 있는 물을 온, 냉수로 사용함으로서 증발기 또는 응축기로서의 열 교환 작용을 촉진시킨다.
팽창밸브(15)는 실 내측 열교환기(13)와 실 외측 열교환기(16) 사이에 연결되어 어느 일 측에서 이송되어 오는 상온고압 액체상태 냉매를 저온저압의 액체 상태로 감압한다.
실 외측 열교환기(16)는 상기 실 내측 열교환기(13)와는 반대로 실 외측에 위치되며, 냉수 운전 시는 응축기로서, 온수 운전 시는 증발기로서 주변공기와의 열 교환 작용을 한다.
다음으로 실 외측 송풍기(17)는 실 외측 열교환기(16)의 열 교환 응축기 또는 증발기로서의 작용을 촉진시키도록 작동된다.
어큐뮬레이터(18)는 압축기(11)의 흡입구(11b)와 인접하게 구비되며, 실 내 측 열교환기(13) 또는 실외측 열교환기(16)에서 유입되는 냉매로부터 액체상태의 냉매를 걸러낸 냉매, 즉 기체상태의 냉매만을 상기 압축기(11)로 제공하며, 내부에 수용된 오일을 상기 냉매와 더불어 압축기(11)로 제공하는 것이다.
한편, 히터유닛배관(60)은 상기한 구성으로 이루어진 히트펌프 사이클이 온수모드일 경우, 실내 열 교환기(13) 토출 구와 평창밸브(15)사이에 연결하여, 자동밸브(60v)를 연결하고, 후단은 상기 어큐뮬레이터(18)와 결합한다.
상기 수용된 냉매로부터 액상의 냉매를 기화시켜 압축기(11)로 기상의 냉매를 유입 시키도록 실내 열교환기(13)의 토출구로 토출되는 고온고압의 냉매와 더불어 이 냉매에서 발생된 열을 실 내측 열 교환(13)로부터 토출되는 고온고압의 냉매를 유입하거나 차단하도록 개폐되는 개폐밸브(60v)와, 상기 온도감지센서(60c)에서 감지된 온도정보를 제공받아 기 설정된 온도와 비교하여 그 비교한 결과가 상기 기 설정된 온도 이하일 경우 상기 개폐밸브를 개방시키고, 상기 기 설정된 온도 이상일 경우 상기 개폐밸브를 폐쇄시키도록 제어하는 자동제어판(50)에서 제어하여 상기 어큐뮬레이터(18)의 내부로 전달한다.
실시 예로, 히터유닛배관(60)과 자동밸브(60v)는 실내열교환기(13)의 토출 구 측으로 부터 어큐뮬레이터(18)의 내부에까지 연결되는 히터유닛 배관 인 것이 바람직하다.
본 발명은 상기와 같이 히터유닛배관(60)을 구비함으로서, 히터 펌프 사이클이 온수모드일 경우 실외온도가 극히 낮아진다 할지라도 압축기(11) 측으로 항상 기상의 냉매를 공급할 수 있기 때문에, 증발작용을 항상 원활하게 할 수 있고, 압 축기(11)의 손상을 효율적으로 차단하여 온수생산능력의 저하를 방지할 수 있는 우수한 효과가 있다.
본 발명에 따른 히트펌프 공기조화기(10)의 동작은 [도2]에 도시된 바와 같이, 화살표는 냉매의 흐름을 표시하고, 실선은 냉수운전시를 표현하고, 점선은 운수운전시의 각 냉매 흐름을 나타낸다.
냉수운전과 온수운전 모드는 사용자의 선택에 따른 사방밸브(12)의 전환으로 바뀌며 그때 냉매의 흐름도 바뀌게 된다.
특히, 실내 열교환기(13)에서 토출 구 측에서 토출되는 고온고압 냉매의 일부는 항시 히터유닛배관(60)을 자동밸브(60v)에 따라 어큐뮬레이터(18)로 제공되고, 상기 어큐뮬레이터(18)로 유입된 냉매는 다시 압축기(11)로 제공함으로서, 어큐뮬레이터(18) 내부의 냉매 중 액상의 냉매는 기화시키고, 기상의 냉매를 압축기(11)로 제공할 수 있다.
상기 동작은 온도감지센스(60c)에 감지 받아 자동제어판(50)에 설정한 내용에 의하여 항상 자동으로 작동한다.
상기 실내 열교환기 내부에는 냉매 방열코일(13a)이 내장대고, 일척에 회수 열 코일(13b)이 같은 사이클로 취부하고, 열교환기(13)내부에는 열전달 매체로서 열매체 유(13d) (기름)를 충진 한다.
상기 열교환기 재질은 티타늄, 동, 스테인리스 등 하나가 적용한다.
상기 열교환기내부 충진 용 열매체 유(13d)는 KS 2120합성열매체유로서 직간접 가열장치의 열전달매체로서 적정 사용온도범위는-10℃∼+327℃까지이며. 산화 안정성 및 열안정성이 매우 뛰어나 탄화침전물 및 슬러지가 생성되지 않으며 금속물질이 부식되지 않기 때문에 열교환기 수명을 연장하고, 열전도 효율이 빠르기 때문에 기온이 낮은 겨울철에는 에너지 절감이 우수하다.
상기 실내 열교환기(13) 상단에 설치된 열매체 유 보충탱크(20)의 내부에는 열매체유가 충진 되고, 상기 열교환기에(13)에서 열매체유가 부족하면 자동으로 보충된다.
하기 [도2]에 도시된 태양열 집열기(40)은 건물옥상이나 태양빛이 잘 들어오는 접합한 장소에 설치한다.
상기 태양열 집열관은 태양열을 98％이상 흡수 활 수 있는 이중진공관으로 진공관 내부에는 열 흡수용 동, 카본으로, 특수 코딩한 진공관 집열기로 진공관 크기 지름56mm 기장 2100mm 30개를 1세트로 하여 1세트에서 ∼ 100세트 까지 병렬로 연결하여 사용 할 수 도 있고, 1세트 및 수 세트도 사용된다.
하기 [도2]에 도시된 온수저장탱크(30)는 태양열 집 열기(40) 에서 과열한 온수가 태양열 온수순환펌프(40p)가 연속적으로 가동되면서 온수저장탱크(30)로 저장되고, 온수가 부족하면 히터펌프(10)가 가동되어 부족한 온수를 보충한다.
상기 온수저장 탱크(30)는 스테인리스(STS-304 ∼ STS-316)으로 한다.
상기 시스템에 있어서 하기 [도2]에 도시된 자동제어장치(50) 보충수 탱크(19) 순환펌프(14p),(40p) 온도감지센스(13c),(30c),(40c),(60c) 밸브(v1),(v2),(v3) 자동밸브 (60v)는 통상적인기술의 제품으로 상세설명은 생략한고, 일반적인 제품을 사용한다.
상기 시스템에 있어서 하기 [도2]에 도시된 본 발명에 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 하여 동작방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
냉수 모드 작동
본 발명에 있어서 태양열을 이용한 에너지 절감의 히터펌프 시스템, 냉수모드에서 시스템작동은 사용자가 자동제어판(50)에서 히터펌프(10), 사방밸브(12)을 냉수모드로 전환하고, 작동시 냉매의 흐름은 [도2]에 도시된 실선 방향으로 작동한다.
먼저 압축기(11)는 흡입구(11b)로부터 흡입되는 저온, 저압 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기체 상태로 토출구(11a)를 통해 토출하고, 사방밸브(12a) 실선 방향으로 실 외측 열교환기(16) 으로 기체냉매가 이동하고,
실 외측 열교환기(16) 냉수 운전 시는 응축기로서, 주변공기와의 열 교환 작용을 하고, 실 외측 송풍기(17)는 실 외측 열교환기(16)의 열 교환 응축기 작용을 촉진시키도록 작동된다.
팽창밸브(15)는 실 외측 열교환기(16) 일 측에서 이송되어 오는 상온고압 기체 냉매를 저온저압의 액체 상태로 감압하여 실 내측 열교환기(13) 냉매 방열코일(13a)을 통과 하면서 온도를 다운(down)하여 내부 열매체 유(13d)와 열 교환하여 회수 열 코일(13b)에 다운(down)열을 전달하는 작용을 한다.
상기 전달된 액체 냉매는 사방밸브(12)통과하여, 어큐뮬레이터(18) 주입되고, 어큐뮬레이터(18)은 실내 열교환기에서(13)에서 유입되는 냉매로부터 액체상태의 냉매를 걸러낸 냉매, 즉 기체상태의 냉매만을 상기 압축기(11)로 제공하며, 내 부에 수용 오일을 상기 냉매와 더불어 압축기(11)로 제공하는 냉매 사이클로 작동한다.
상기 히터펌프(10) 냉수 사이클 작동에 있어서 자동제어판(50)에 의해 사전(事前) 설정된 설정 된 수치에서 온도 감지복합 센스(13c)에 감지하여, 자동제어판(50)에 의해 자동으로 작동한다.
상기 시스템에 있어서 냉수 생산은, 보충 수 탱크(19)로부터 공급되는 상온의 물은 실내 열교환기(13) 회수 열 코일(13b) 내부를 통과하면서 온도가 다운(down)되고, 다운(down)된 냉수는 사용자용도에 적합하게 냉수를 사용한다.
또한, 상기 동작에 있어서 순환펌프(14p) 작동은 자동제어판(50)에 사전(事前) 설정된 수치에 의해 온도 감지복합 센스(13c)에 감지하여, 자동제어판(50)에 의해 자동으로 히터펌프(10)와 연동하여 작동한다.
상기냉수모드 동작에 있어서 밸브(v1)은 열리고, 밸브(v2),(v3)은 닫는다. 상기시스템은 자동제어판(50)에 의해 자동으로 작동한다.
온수 모드 작동
본 발명에 있어서 태양열을 이용한 에너지 절감의 히터펌프 시스템, 온수모드에서 시스템작동은 사용자가 자동제어판(50)에서 히터펌프(10) 사방밸브(12)을 온수모드로 전환하고, 작동시 냉매의 흐름은 [도2]에 도시된 첨선 방향으로 작동한다,
먼저 압축기(11)는 흡입구(11b)로부터 흡입되는 저온, 저압 기체 상태의 냉매를 압축하여 고온, 고압의 기체 상태로 토출구(11a)를 통해 토출하고, 사방밸브 (12b) 점선 방향으로 실 내측 열교환기(13)으로 기체냉매가 이동하고,
실 내측 열교환기(13) 온수운전 시는 응측기 로서, 실 내측 열교환기(13) 냉매 방열코일(13a)을 통과 하면서 온도를 상승(up)하여 내부 열매체 유(13d)와 열교환하고, 열매체 유(13d)는 회수 열 코일(13b)에 온도를 상승(up)하도록 열을 전달한다.
회수 열 코일(13b) 내부 에는 냉수가 주입되어 열매체 유(13d)와 열 교환 작용을 하고, 온수를 사용함으로서 열 교환 응축기(13) 작용을 촉진 시키도록 작동된다.
팽창밸브(15)는 실 내측 열교환기(13) 냉매 방열코일(13a) 일 측에서 이송되어 오는 상온고압 기체 냉매를 저온저압의 액체 상태로 감압하여 실 외측 열교환기(16) 이송하고, 온수운전 시는 증발기로서, 주변공기와의 열 교환 작용을 하고, 실 외측 송풍기(17)는 실 외측 열교환기(16)의 열 교환 증발기 작용을 촉진 시키도록 작동된다.
상기 전달된 액체 냉매는 사방밸브(12)통과하여, 어큐뮬레이터(18) 주입되고, 어큐뮬레이터(18)은 실외 열교환기에서(16)에서 유입되는 냉매로부터 액체상태의 냉매를 걸러낸 냉매, 즉 기체상태의 냉매만을 상기 압축기(11)로 제공하며, 내부에 수용 오일을 상기 냉매와 더불어 압축기(11)로 제공하는 냉매 사이클로 작동한다.
상기 시스템 온수모드 작동에 있어서 실 외측 열교환기(16)로 유입되는 냉매는 액체 상태이다. 액체상태의 냉매가 기체 상태로 증발하는데, 필요한 열은 외부 의 공기로부터 취해진다.
겨울철에는 외부의 온도가 낮아지면 증발작용이 원활하지 않게 되고, 이에 따라 실 내측 열교환기(13)로 유입되는 냉매에는 액체성분이 증가하게 되어 온수능력이 크게 저하되고, 압축기(11)은 과부하가 발생한다.
상기 시스템 난방모드에서 겨울철에 상기 문제점을 보완하여, 실내 열교환기(13) 토출 구와 평창밸브(15)사이에 히터유닛(60)과, 자동밸브(60v) 연결하고, 후단은 상기 어큐뮬레이터(18)와 결합한다.
상기 수용된 냉매로부터 액상의 냉매를 기화시켜 압축기(11)로 기상의 냉매를 유입 시키도록 실내 열교환기(13)의 토출구로 토출되는 고온고압의 냉매와 더불어 이 냉매에서 발생된 열을 실 내측 열 교환(13)로부터 토출되는 고온고압의 냉매를 유입하거나 차단하도록 개폐되는 개폐밸브(60v)와, 상기 온도감지센서(60c)에서 감지된 온도정보를 제공받아 기 설정된 온도와 비교하여 그 비교한 결과가 상기 기 설정된 온도 이하일 경우 상기 개폐밸브를 개방시키고, 상기 기 설정된 온도 이상일 경우 상기 개폐밸브를 폐쇄시키도록 제어하는 자동제어판(50)에서 제어하여 상기 어큐뮬레이터(18)의 내부로 전달하여 겨울철에 외부 온도가 영하 20℃이하로 내려가도 히터펌프가 원활하게 작동되어 열효율을 높 일수 있도록 했다.
상기 히터펌프(10) 온수 사이클 작동에 있어서, 자동제어판(50)에 의해 사전(事前) 설정된 설정수치에서, 온도 감지복합 센스(13c)에 감지하여, 자동제어판(50)에 의해 자동으로 작동했다.
상기 시스템에 있어서 온수 생산은, 보충 수 탱크(19)로부터 공급되는 저온 의 물이 실내 열교환기(13) 회수 열 코일(13b) 내부를 통과하면서 온도가 상승(up) 되고, 상승(up)된 온수는 순환펌프(14p)가 사전 설정된 온도감지센스(30c)에 감지되어 자동제어판(50)에 의해 온수저장탱크(30)로 저장한다.
온수탱크(30) 내부의 물은 태양열 집열기(40)에 온도감지센스(40c), 사전 설정한 설정치 에서 감지되어 자동제어판(50)에 의해 태양열 온수 순환펌프(40p)가 작동되고,
태양열 집열기(40)에 집열한 온수를 온수탱크(30)로 보내고, 온수탱크 온도가 낮아지면 사전 설정된 온도를 온도감지센스(30c)에서 감지하여 자동제어판(50)에 의해 순환펌프(14p)가작동되고, 히터펌프는 사전 설정한 온도복합감지 센스(13c) 감지되어 자동제어판(50)에 의해서 히터펌프가 자동으로 작동한다.
온수탱크(30)의 온수는 사용자용도에 적합하게 온수로 사용한다.
상기 온수모드 동작에 있어서 밸브(v1) 닫고, 밸브(v2),(v3)은 열린다. 상기시스템은 자동제어판(50)에 의해 전자동으로 연동하여 작동한다.
.
종래의 히터펌프는 난방모드에서 겨울철에는 외부의 온도가 영하5℃이하로 낮아지면 증발작용이 원활하지 않게 되고, 이에 따라 실 내측 열교환기로 유입되는 냉매에는 액체성분이 증가하게 되어 난방능력이 크게 저하되고, 압축기 과부하가 발생되어 난방 및 온수 생산이 저하되고, 난방효율 낮아지는 현상을,
본 발명의 히터펌프는 난방모드에서, 실내 열교환기 토출 구와, 평창밸브사이에 히터유닛과, 자동밸브를 연결하고, 히터유닛 후단은 어큐뮬레이터와 결합하고, 상기 수용된 냉매로부터 액상의 냉매를 기화시켜 압축기로 기상의 냉매를 유입 시키도록 실내 열교환기의 토출구로 토출되는 고온고압의 냉매와 더불어 이 냉매에서 발생된 열을 실 내측 열 교환기로부터 토출되는 고온고압의 냉매를 유입하거나 차단하도록 개폐되는 개폐밸브와, 상기 온도감지센서에서 감지된 온도정보를 제공받아 기 설정된 온도와 비교하여 그 비교한 결과가 상기 기 설정된 온도 이하일 경우 상기 개폐밸브를 개방시키고, 상기 기 설정된 온도 이상일 경우 상기 개폐밸브를 폐쇄시키도록 제어하는 자동제어판에서 제어하여 상기 어큐뮬레이터의 내부로 전달하여 겨울철에 외부 온도가 영하 20℃이하로 내려가도 히터펌프가 원활하게 작동되어 열효율을 높일수 있도록 했고 또한, 히터펌프 수명을 연장되게 했다.
종전 히터펌프는 실 내측 열교환기 냉매 방열코일에 물이 직접 주입되어 물과 열 교환하는 방법으로, 냉매방열 코일에 이물질이 부착되고, 산화, 부식이 발생되어, 이로인환 히터펌프 고장이 발생되고, 열교환기 수명이 단축되어 열교환기를 자주 교체해야하는 문제점을
발명의 히터펌프는 실 내측 열교환기 냉매 방열코일에 열매체 유와 열 교환하고, 열매체 유는 회수 열 코일에 열을 전달하고, 회수 열 코일 내부 에는 물이 주입되어 열매체 유와 열 교환 작용하여, 이물질 부착이 없이, 산화부식을 억제함으로서 에너지 효율을 상승하고, 열교환기 수명을 대폭연장 하도록 했다.
본 발명에 히터펌프는 태양열과, 공기 열을 이용한 히터펌프로 겨울철에 외 기 온도가 영하20℃이하로 내려가도 히터펌프가 원만하게 작동하게 되고, 태양열 집열기로 온수를 생산하여 히터펌프 응축기와 직렬로 하여 사용하고, 온도가 부족 할 때 히터펌프가 가동되도록 하여 에너지 효율을 높고, 유지관비용을 대폭 절감하도록 했다.

Claims (4)

  1. 본 발명의 태양열을 이용한 에너지절감의 히터 펌프 시스템에 있어서, 히터펌프 난방모드에서, 실내 열교환기 토출 구와 평창밸브사이에 히터유닛과, 자동밸브를 연결하고, 히터유닛배관 후단에 어큐뮬레이터와 결합하고, 상기 수용된 냉매로부터 액상의 냉매를 기화시켜 압축기로 기상의 냉매를 유입 시키도록 실내 열교환기의 토출구로 토출되는 고온고압의 냉매와 더불어 이 냉매에서 발생된 열을 실 내측 열 교환기로부터 토출되는 고온고압의 냉매를 유입하거나 차단하도록 개폐되는 개폐밸브와, 상기 온도감지센서에서 감지된 온도정보를 제공받아 기 설정된 온도와 비교하여 그 비교한 결과가 상기 기 설정된 온도 이하일 경우 상기 개폐밸브를 개방시키고, 상기 기 설정된 온도 이상일 경우 상기 개폐밸브를 폐쇄시키도록 제어하는 자동제어판에서 제어하여 상기 어큐뮬레이터의 내부로 전달하여 겨울철에 외부 온도가 영하 20℃이하로 내려가도 히터펌프가 원활하게 작동되어 열효율을 높이고, 히터펌프 수명을 연장시킨 시스템.
  2. 제1항에 있어서
    본 발명의 태양열을 이용한 에너지 절감의 히터펌프시스템에 있어서, 실내 열교환기 내부에는 냉매 방열코일이 내장대고, 일척에 회수 열 코일이 같은 사이클로 취부하고, 열교환기내부에는 열전달 매체로서 열매체 유(기름) KS2120 합성열매체를 충진 하고, 상기 열교환기상단에 열매체 유 보충탱크가 설치된다.
    상기 시스템에 있어서 열교환기 냉매 방열코일에 열매체 유와 열 교환하고, 열매체 유는 회수 열 코일에 열을 전달하고, 회수 열 코일 내부에는 물이 주입되어 냉수 및 온수로 사용용도에 적합하게 이용되고, 열교환기에 열매체유가 부족하면 자동으로 보충탱크에서 보충하는 구조로서, 열교환기 발열체에 이물질 부착이 없고, 산화부식을 억제함으로서 에너지 효율을 상승하게 했고, 열교환기 수명을 연장하게 한 시스템
  3. 제1항 및 제2항 있어서
    상기 시스템에 있어서, 냉수 생산은, 보충 수 탱크로부터 공급되는 상온의 물은 실내 열교환기회수 열 코일 내부를 통과하면서 온도가 다운(down) 되고, 다운(down)된 냉수는 사용자용도에 적합하게 냉수를 사용한다.
    또한, 상기 동작에 있어서 순환펌프작동은 자동제어판에 사전(事前)설정된 수치에 의해 온도 감지복합 센스에 감지하여, 자동제어판에 의해 자동으로 히터펌프가 연동하여 작동한다.
    상기 냉방, 냉수모드 동작에 있어서 밸브(v1)은 열리고, 밸브(v2),(v3)은 닫는다.
    상기시스템은 자동제어판에 의해 자동으로 작동하는 시스템
  4. 제1항 및 제2항, 제3항 있어서
    상기 시스템에 있어서 온수 생산은, 보충 수 탱크로부터 공급되는 저온의 물 이 실내 열교환기 회수 열 코일 내부를 통과하면서 온도가 상승(up) 되고, 상승(up)된 온수는 순환펌프가 사전 설정된 온도감지센스에 감지되어 자동 제어판에 의해 온수저장탱크로 저장한다.
    온수탱크내부의 물은 태양열 집열기에 온도감지센스 사전 설정한 설정치 에서 감지되어 자동제어판에 의해 태양열 온수 순환펌프가 작동하여 태양열 집열기에 집열한 온수를 온수탱크로 보내고, 온수탱크 온도가 내려가면 사전 설정된 온도를 온도감지센스에서 감지하여 자동제어판에 의해 순환펌프가 작동되고, 히터펌프는 사전 설정한 온도복합감지센스에 감지되어 자동제어판에 의해서 히터펌프가 자동으로 작동한다.
    온수탱크의 온수는 사용자용도에 적합하게 난방이나, 온수로 사용한다. 상기 난방, 온수모드 동작에 있어서 밸브(v1) 닫고, 밸브(v2),(v3)은 열린다. 상기시스템은 자동제어판에 의해 전자동으로 연동하여 작동하는 시스템.
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