KR20110031547A - Heat pump - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 히트펌프에 관한 것이다. 보다 상세하게는 토출가스의 온도조절을 통한 냉매량 조절로 과냉과 과열 운전을 방지함으로써 효율을 증가시키고 액열기를 병렬 구조로 사용하여 동절기의 저압 보상과 하절기 고압 문제를 해결할 수 있으며 더불어 결빙현상을 방지하여 별도의 제상작업이 불필요할 뿐만 아니라, 냉/온 기능을 동시에 사용할 수 있고 열원을 하이브리드화 하여 공기와 다른 열원을 동시에 사용할 수 있으므로 장비의 안정성과 설치비용 측면에서 유리한 효과를 가지며, 액분리기 입구에 오림피스를 구비하여 압축기의 고장을 미연에 방지하고 충분한 양의 기체냉매가 압축기로 흡입될 수 있도록 한 히트펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump. More specifically, by controlling the amount of refrigerant through controlling the temperature of the discharge gas, it is possible to increase the efficiency by preventing overcooling and overheating operation, and to solve the low pressure compensation and summer high pressure problems in winter by using the liquid heater in a parallel structure and prevent freezing. Not only does the defrosting work need to be done, but also the cold / hot function can be used at the same time, and the heat source can be hybridized to use air and other heat sources at the same time, which is advantageous in terms of equipment stability and installation cost. The present invention relates to a heat pump provided with an orifice to prevent failure of the compressor in advance and to allow a sufficient amount of gas refrigerant to be sucked into the compressor.
히트펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치로, 현재 대부분이 냉방과 난방을 겸용하는 구조로 되어 있다.The heat pump is a cooling and heating device that transfers a low temperature heat source to a high temperature or a high temperature heat source to a low temperature by using heat of a refrigerant or condensation heat, and most of the heat pumps have a structure of cooling and heating at present.
히트펌프는 구동 방식에 따라 전기식과 엔진식, 열원에 따라 공기열원식, 수열원식(폐열원식), 지열원식 등으로 구분된다. 또한, 열 공급방식에 따라 온풍식, 냉풍식, 온수식, 냉수식, 펌프의 이용 범위에 따라 난방, 냉방, 제습 및 냉난방 겸 용 등으로 분류된다. 지열원식은 설치과정에 많은 시간과 비용이 소모될 뿐 아니라, 이동이 불가능한 단점이 있다. 이에 반해, 공기열원식은 환경친화성 미래 에너지원인 공기를 이용함으로써 설치가 간편하고 이동이 자유로운 장점이 있어, 최근 이에 대한 연구가 다수 이루어지고 있다.Heat pumps are classified into electric and engine type according to the driving method, air heat source type, hydrothermal source type (waste heat source type), and geothermal source type depending on the heat source. In addition, according to the heat supply method is divided into heating, cooling, dehumidification and heating and cooling according to the range of hot air, cold air, hot water, cold water, pump. Geothermal source not only consumes a lot of time and money in the installation process, but also has a disadvantage of being unable to move. On the contrary, the air heat source type has an advantage of easy installation and free movement by using air, which is an environmentally friendly future energy source, and many researches on this have been made recently.
일반적인 공기열원 히트펌프 시스템은 난방모드에서 외부공기의 온도가 낮아질 경우 증발기(실외 열교환기) 측에 착상이 발생하여 저압측 부하(압력)가 낮아지므로 시스템의 난방능력이 급격하게 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 히트펌프의 난방 모드시에는 실외 열교환기가 증발기 역할을 하게 되고, 증발기 내의 저온저압의 냉매와 외부 공기가 서로 열교환을 수행하여 공기의 열을 냉매 증발에 사용하게 된다. 이때, 외부 공기의 온도가 낮아지면 실외 열교환기의 핀 표면에 서리가 끼는 착상 현상이 발생하므로 열전달율이 저하되어 저압측 부하가 떨어지고, 그 결과 난방 능력이 저하되는 문제점이 있다.The general air heat source heat pump system has a problem in that the heating capacity of the system is drastically deteriorated because the low pressure side load (pressure) is lowered when the temperature of the external air is lowered in the heating mode, so that an frost occurs on the evaporator (outdoor heat exchanger) side. That is, in the heating mode of the heat pump, the outdoor heat exchanger acts as an evaporator, and the low-temperature low-pressure refrigerant and the external air heat exchange with each other to use the heat of the air to evaporate the refrigerant. At this time, when the temperature of the outside air is lowered, frost phenomenon occurs on the fin surface of the outdoor heat exchanger, so that the heat transfer rate is lowered, thereby lowering the load on the low pressure side, and as a result, the heating capacity is deteriorated.
이러한 문제점을 해결하기 위해 실외 열교환기 핀에 형성된 서리를 제거하는 제상 작업이 수행된다. 제상 방법으로 수세식 제상과 핫가스(hot gas) 제상이 소개된 바 있다. 수세식 제상의 경우 다량의 물이 소비되고 열손실이 발생하는 단점이 있으며, 핫가스 제상의 경우 고온, 고압의 가스를 통해 제상되므로 밸브 등 기기의 고장이 발생하고 15% 이상의 열손실이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 이러한 방법들에 의하면 별도의 제상운전에 의해 메인 사이클이 정지되므로, 열 생산을 위한 가동 시간이 축소되고 이를 보완하기 위해 기기의 용량을 크게 설계해야 하는 문제점이 있다. 더불어, 이러한 방법들에 의하면 온수 온도가 이론상 70도씨 정도이나 실제 가동시에는 45~62도씨 정도로 낮아서, 이론대비 실제 효율이 떨어지는 문제점이 있다.In order to solve this problem, a defrosting operation to remove frost formed on the outdoor heat exchanger fin is performed. As a defrost method, flush defrost and hot gas defrost have been introduced. In the case of flush defrost, a large amount of water is consumed and heat loss occurs.In the case of hot gas defrost, high temperature and high pressure defrost occurs, causing malfunction of valves and more than 15% of heat loss. There is this. In addition, according to these methods, since the main cycle is stopped by a separate defrosting operation, there is a problem that the capacity of the device must be largely designed to reduce the uptime for heat production and to compensate for this. In addition, according to these methods, the temperature of the hot water is theoretically about 70 degrees Celsius, but as low as 45 ~ 62 degrees in actual operation, there is a problem that the actual efficiency is lower than the theory.
한편, 일반적인 히트펌프는 한 대의 기계로 냉각 또는 가열을 선택적으로 운전할 수밖에 없어 온수와 냉수를 동시에 사용하고자 할 경우 불편함이 있다. 또한, 일반적인 히트펌프는 단일 열원만 사용하기 때문에 효율적인 운용을 하지 못하며, 폐수나 해수를 비롯하여 부식성이 강한 열원을 활용하면 증발기의 파손으로 장비 내에 수분이 침투하여 많은 수리비용이 발생하고, 열교환기의 능력이 감소되는 문제가 있다. 또한, 일반적인 히트펌프는 하절기 냉수 생산을 위해 발생하는 응축 열원을 대기중에 폐열원으로 버리므로 에너지 활용이 비효율적이라는 문제점이 있다.On the other hand, the general heat pump is inconvenient to use the hot water and cold water at the same time can not only operate the cooling or heating selectively with a single machine. In addition, the general heat pump cannot use it efficiently because it uses only a single heat source, and if the corrosive heat source including waste water or sea water is used, water can penetrate into the equipment due to breakage of the evaporator, causing a lot of repair cost. There is a problem of reduced ability. In addition, the general heat pump has a problem that energy utilization is inefficient because the condensation heat source generated for cold water production in the summer discards as a waste heat source in the atmosphere.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 과냉과 과열 운전을 방지함으로써 효율을 증가시키고 동절기의 저압 보상과 하절기 고압 문제를 해결할 수 있으며 더불어 별도의 제상작업이 불필요할 뿐만 아니라, 냉/온 기능을 동시에 사용할 수 있고 공기와 다른 열원을 동시에 사용할 수 있으며, 압축기의 고장을 방지하고 충분한 양의 기체냉매가 압축기로 흡입될 수 있는 히트펌프를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, in particular, by increasing the efficiency by preventing overcooling and overheating operation can solve the low pressure compensation and summer high pressure problems in winter, as well as no separate defrosting work, Its purpose is to provide a heat pump that can use both cold and hot functions simultaneously, use air and other heat sources simultaneously, prevent compressor failure and allow a sufficient amount of gas refrigerant to be sucked into the compressor.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 히트펌프는 압축기; 상기 압축기를 통해 압축된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 위치하여 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 온도를 감지하는 제3 온도감지기; 상기 응축기를 통과한 냉매가 유입되어 상기 냉매를 증발시키는 증발기; 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 위치하여 상기 제1 온도감지기에 의해 개폐됨으로써 상기 증발기로 유입되는 냉매의 양을 조절하는 제1 솔레노이드 밸드; 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 위치하는 제1 팽창밸브; 상기 제1 솔레노이드 밸브와 상기 증발기 사이에 위치하는 제2 팽창밸브; 및 상기 증발기를 통과한 냉매로부터 액상 냉매를 분리하는 액분리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.Heat pump according to the present invention devised to achieve the above object is a compressor; A condenser for condensing the refrigerant compressed by the compressor; A third temperature sensor positioned between the compressor and the condenser to sense a temperature of the refrigerant discharged from the compressor; An evaporator through which the refrigerant passing through the condenser is introduced to evaporate the refrigerant; A first solenoid valve positioned between the condenser and the evaporator to control the amount of refrigerant flowing into the evaporator by being opened and closed by the first temperature sensor; A first expansion valve positioned between the condenser and the evaporator; A second expansion valve positioned between the first solenoid valve and the evaporator; And a liquid separator separating the liquid refrigerant from the refrigerant passing through the evaporator.
또한, 상기 제3 온도감지기는 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 온도가 일정값 이하인 경우, 상기 제1 솔레노이드 밸브를 폐쇄할 수 있다.The third temperature sensor may close the first solenoid valve when the temperature of the refrigerant discharged from the compressor is equal to or less than a predetermined value.
또한, 상기 제3 온도감지기는 상기 압축기에서 토출되는 냉매의 온도가 일정값 이상인 경우, 상기 제1 솔레노이드 밸브를 개방할 수 있다.The third temperature sensor may open the first solenoid valve when the temperature of the refrigerant discharged from the compressor is greater than or equal to a predetermined value.
또한, 상기 증발기와 상기 액분리기 사이에는 액체 냉매를 분사하는 오림피스가 위치할 수 있다.In addition, an orifice for injecting a liquid refrigerant may be positioned between the evaporator and the liquid separator.
또한, 상기 오림피스는 상기 액분리기의 입구측에 구비되어 상기 액분리기에 냉매를 공급하는 파이프부; 상기 파이프부의 내부에 구비되는 차단막; 및 상기 차단막에 형성되어 상기 냉매 중 기체냉매는 투과시키고 액체냉매는 분사시키는 모세관을 포함할 수 있다.In addition, the rim piece is provided at the inlet side of the liquid separator pipe section for supplying a refrigerant to the liquid separator; A blocking film provided inside the pipe part; And a capillary tube formed in the blocking film to allow gas refrigerant to pass through and to spray the liquid refrigerant.
또한, 상기 차단막은 상기 냉매의 진행방향에 대하여 오목한 형상으로 형성될 수 있다.In addition, the blocking film may be formed in a concave shape with respect to the advancing direction of the refrigerant.
또한, 상기 차단막은 반구 형상, 반 타원구 형상, 원뿔 형상, 원뿔대 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.In addition, the barrier layer may be formed in any one of a hemispherical shape, a semi-elliptic sphere shape, a cone shape, and a truncated cone shape.
또한, 상기 모세관은 복수개 구비되며, 상기 냉매의 진행방향을 따라 내경이 점점 커질 수 있다.In addition, the capillary tube may be provided in plural and may have an inner diameter gradually increasing along the advancing direction of the refrigerant.
또한, 상기 모세관의 중심축을 포함하는 단면에서 상기 모세관의 내주면은 상기 중심축에 대하여 경사직선 또는 곡선을 이룰 수 있다.In addition, the inner peripheral surface of the capillary in the cross section including the central axis of the capillary may be inclined or curved with respect to the central axis.
또한, 상기 차단막은 복수개 구비되어 다층을 이룰 수 있다.In addition, the blocking film may be provided in plural to form a multilayer.
또한, 상기 응축기로부터 배출된 냉매를 이용하여 상기 증발기로부터 배출된 냉매 와 열교환을 수행하는 제1 액열기를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a first liquid heater configured to perform heat exchange with the refrigerant discharged from the evaporator using the refrigerant discharged from the condenser.
또한, 상기 증발기로부터 배출되어 제1 액열기를 통해 열교환된 냉매는 상기 액분리기로 유입될 수 있다.In addition, the refrigerant discharged from the evaporator and heat exchanged through the first liquid heater may be introduced into the liquid separator.
또한, 외부로부터 유입된 온수를 이용하여 상기 증발기로부터 배출된 냉매와 열교환을 수행하는 제2 액열기를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a second heat exchanger configured to perform heat exchange with the refrigerant discharged from the evaporator using hot water introduced from the outside.
또한, 상기 제2 액열기를 통과한 온수는 상기 응축기로 유입되어, 상기 압축기로부터 유입된 냉매와 열교환을 수행할 수 있다.In addition, the hot water passing through the second liquid heater may be introduced into the condenser to perform heat exchange with the refrigerant introduced from the compressor.
또한, 상기 제2 액열기로 유입되는 온수의 온도를 감지하여 상기 압축기의 작동을 제어하는 제1 온도감지기와, 상기 응축기로부터 배출된 온수의 온도를 감지하는 제2 온도감지기와, 온수 출구 측에 구비되어 상기 제2 온도감지기에 의해 개폐되는 제5 솔레노이드 밸브를 더 포함할 수 있다.In addition, the first temperature sensor for sensing the temperature of the hot water flowing into the second liquid heater to control the operation of the compressor, the second temperature sensor for sensing the temperature of the hot water discharged from the condenser, and the hot water outlet side It may further include a fifth solenoid valve provided to be opened and closed by the second temperature sensor.
또한, 상기 증발기에서 배출된 냉매 중 일부는 상기 제2 액열기로 유입되고, 나머지는 상기 액분리기로 유입될 수 있다.In addition, some of the refrigerant discharged from the evaporator may be introduced into the second liquid heater, and others may be introduced into the liquid separator.
또한, 상기 증발기에서 배출된 냉매 중 일부는 상기 제1 액열기로 유입되고, 나머지는 상기 액분리기로 유입될 수 있다.In addition, some of the refrigerant discharged from the evaporator may be introduced into the first liquid heater, and others may be introduced into the liquid separator.
또한, 상기 제1 액열기와 상기 증발기 사이에는 수액기가 구비되며, 상기 수액기와 상기 액분리기 사이에는 상기 제3 온도감지기에 의해 개폐되는 제2 솔레노이드 밸브가 구비될 수 있다.In addition, a receiver may be provided between the first liquid heater and the evaporator, and a second solenoid valve may be provided between the receiver and the liquid separator to be opened and closed by the third temperature sensor.
또한, 상기 수액기의 냉매 압력을 측정하는 압력 게이지를 더 포함하며, 상기 수액기와 상기 제1 액열기 사이에는 상기 압력 게이지에 의해 개폐되는 제3 솔레노이드 밸브가 구비될 수 있다.The apparatus may further include a pressure gauge for measuring a refrigerant pressure of the receiver, and a third solenoid valve may be provided between the receiver and the first heater to be opened and closed by the pressure gauge.
또한, 상기 수액기로부터 냉매를 유입하여 열교환을 수행한 후, 열교환된 냉 매를 상기 액분리기와 상기 제1 액열기 및 상기 제2 액열기로 유입되도록 하는 냉수탱크를 더 구비할 수 있다.The apparatus may further include a cold water tank for introducing the refrigerant from the receiver and performing heat exchange, and then introducing the heat-exchanged refrigerant into the liquid separator, the first liquid heater, and the second liquid heater.
본 발명에 의하면 토출가스의 온도조절을 통한 냉매량 조절로 과냉과 과열 운전을 방지함으로써 효율을 증가시키고, 액열기를 병렬 구조로 사용하여 동절기의 저압 보상과 하절기 고압 문제를 해결할 수 있으며 더불어 결빙현상을 방지하여 별도의 제상작업이 불필요한 효과가 있다.According to the present invention, by controlling the amount of refrigerant through controlling the temperature of the discharge gas, it is possible to increase efficiency by preventing overcooling and overheating operation, and it is possible to solve the low pressure compensation and summer high pressure problems in winter by using the liquid heater in a parallel structure and freezing phenomenon. There is no unnecessary defrost work by preventing.
또한, 본 발명에 의하면 냉/온 기능을 동시에 사용할 수 있고, 열원을 하이브리드화 하여 공기와 다른 열원을 동시에 사용할 수 있으므로 장비의 안정성과 설치비용 측면에서 유리한 효과를 갖는다.In addition, according to the present invention can be used at the same time the cold / hot function, and can be used simultaneously with the air and other heat sources by hybridizing the heat source has an advantageous effect in terms of equipment stability and installation cost.
또한, 본 발명에 의하면 액분리기 입구에 오림피스를 구비하여, 압축기의 고장을 미연에 방지하고 충분한 양의 기체냉매가 압축기로 흡입될 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention is provided with an orifice at the inlet of the liquid separator, there is an effect to prevent the failure of the compressor in advance and to allow a sufficient amount of gas refrigerant to be sucked into the compressor.
또한, 본 발명에 의하면 절수변을 이용하여 온수의 유량을 제어함으로써 응축기의 열교환 능력을 향상시키고 냉매의 압력을 조절할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention by controlling the flow rate of the hot water using the water-saving side has the effect of improving the heat exchange capacity of the condenser and control the pressure of the refrigerant.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible, even if shown on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the following will describe a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프의 구성도이다.1 is a block diagram of a heat pump according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프는, 도 1을 참조하면 압축기(100), 응축기(200), 제1 액열기(300), 제2 액열기(400), 수액기(500), 증발기(600) 및 액분리기(700)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 히트펌프는 제1 ~ 제3 온도감지기(TH1 ~ TH3), 제1 ~ 제5 솔레노이드 밸드(SV1 ~ SV5), 압력 게이지(HP1), 제1 ~ 제2 팽찰밸브(EX1, EX2) 및 냉수탱크(800)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, the heat pump according to the preferred embodiment of the present invention may include a
압축기(100)는 액분리기(700)에서 이송된 저온저압의 기체냉매를 고온고압으로 압축하여 응축기(200)로 이송한다. The
응축기(200)는 압축기(100)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 고온저압의 액체냉매로 상변화시킨다. 또한, 응축기(200)는 이러한 상변화시 발생하는 열을 이용하여 제2 액열기(400)로부터 유입되는 온수와 열교환한 후, 온수출구 방향으로 온수를 배출한다.The
제3 온도감지기(TH3)는 압축기(100)와 응축기(200) 사이에 구비되어 압축기(100)에서 토출되는 냉매의 온도를 감지함으로써, 제1 솔레노이드 밸브(SV1)와 제2 솔레노이드 밸브(SV2)의 개폐를 제어한다. The third temperature sensor TH3 is provided between the
구체적으로 제3 온도감지기(TH3)는 압축기(100)에서 토출되는 냉매의 온도가 일정값 이하인 경우, 제1 솔레노이드 밸브(SV1)를 폐쇄한다. 제1 솔레노이드 밸브(SV1)가 폐쇄되면 증발기(600)로 유입되는 냉매의 양이 반으로 감소하므로, 냉매의 온도가 상승하게 된다. 또한, 제3 온도감지기(TH3)는 압축기(100)에서 토출되는 냉매의 온도가 일정값 이상인 경우, 제1 솔레노이드 밸브(SV1)를 개방하여 냉매의 양을 증가시킴으로써 냉매 온도를 하강시킨다.Specifically, when the temperature of the refrigerant discharged from the
히트펌프는 사계절 운전이 가능하여야 하므로 동절기와 하절기 공히 토출가스의 온도 조절이 필요하다. 히트펌프의 싸이클에 있어 냉매량과 증발열량에 가장 민감하게 반응하는 것이 토출가스의 온도이다. 토출가스의 온도는 냉매량이 많으면 내려가고 냉매량이 적으면 올라가는 특성을 보인다. 만약, 토출가스의 온도가 지나치게 낮아 과냉되면 냉동효과는 우수하나 난방효과가 떨어지고, 충분한 증발이 되지 않음으로 인해 액압축이 이루어져 압축기가 파손될 수 있다. 반면, 토출가스의 온도가 지나치게 높아 과열되면 열화현상으로 오일이 탄화되고 압축기의 권선이 가열되어 절연파괴가 발생할 수 있다. Since the heat pump must be able to operate four seasons, it is necessary to control the temperature of the discharge gas in both winter and summer. The temperature of the discharge gas is most sensitive to the amount of refrigerant and the amount of heat of evaporation in the cycle of the heat pump. The temperature of the discharge gas is lowered when the amount of refrigerant is high and rises when the amount of refrigerant is low. If the temperature of the discharge gas is too low, the supercooling effect is excellent, but the heating effect is lowered, and the compressor may be damaged due to liquid compression due to insufficient evaporation. On the other hand, when the temperature of the discharge gas is excessively high, oil may carbonize due to deterioration and heating of the compressor may cause insulation breakdown.
따라서, 본 발명에서는 복수개의 팽창밸브(EX1, EX2)를 사용하고, 제3 온도감지기(TH3)를 통해 제1 솔레노이드 밸브(SV1)를 개폐함으로써, 증발기(600)로 유입되는 냉매량을 조절한다. 이를 통해 토출가스의 온도가 조절되고 과냉과 과열운전을 방지하여 히트펌프의 효율이 증대된다.Therefore, in the present invention, the plurality of expansion valves EX1 and EX2 are used, and the first solenoid valve SV1 is opened and closed through the third temperature sensor TH3 to adjust the amount of refrigerant flowing into the evaporator 600. Through this, the temperature of the discharge gas is controlled and the efficiency of the heat pump is increased by preventing overcooling and overheating operation.
또한, 제3 온도감지기(TH3)는 압축기(100)에서 토출되는 냉매의 온도를 감지하여 제2 솔레노이드 밸브(SV2)를 개폐한다. 하절기에 냉매의 온도가 일정 온도 이상인 경우, 제3 온도감지기(TH3)는 제2 솔레노이드 밸브(SV2)를 개방하여 수액 기(500)로부터 액분리기(700)로 냉매가 유입되도록 함으로써, 토출가스를 냉각시킨다. In addition, the third temperature sensor TH3 detects the temperature of the refrigerant discharged from the
액열기(300, 400)는 냉매의 압력이 지나치게 낮은 경우 저압보상을 수행하고 냉매의 압력이 지나치게 높은 경우 이를 낮춤으로써, 안정적인 압력이 유지되도록 한다. 제1 액열기(300)와 제2 액열기(400)는 병렬구조를 취하고 있어 저온에서 일정 이상의 냉매압력이 유지될 수 있도록 저압보상을 수행하여 결빙현상을 방지(별도의 제상작업이 불필요)하고, 저온에서 압력 저하로 히트펌프의 운전이 불가능해지는 현상을 해결하며, 고온에서 고압 과열 운전이 방지되도록 한다. 특히, 제2 액열기(400)에는 온수를 유입시켜 동절기의 저압 보상이 더욱 효과적으로 수행될 수 있도록 한다.The
제1 액열기(300)는 응축기(200)로부터 배출된 냉매를 이용하여, 증발기(600)로부터 배출된 냉매와 열교환이 수행되도록 한다. 이때, 응축기(200)에서 배출된 냉매는 증발기(600)에서 배출된 냉매에 비해 상대적으로 고온이므로, 증발기(600)에서 배출된 냉매 중 완전히 증발되지 않은 액체냉매는 열을 획득하여 증발된다. 이와 같이 증발기(600)로부터 배출되어 제1 액열기(300)를 통해 열교환된 냉매는 액분리기(700)로 유입된다.The
제2 액열기(400)는 외부로부터 유입된 온수를 이용하여, 증발기(600)로부터 배출된 냉매와 열교환이 수행되도록 한다. 이때, 외부(온수탱크, 미도시)로부터 유입된 온수는 증발기(600)에서 배출된 냉매에 비해 상대적으로 고온이므로, 증발기(600)에서 배출된 냉매 중 완전히 증발되지 않은 액체냉매(제1 액열기로 유입되 어 증발하는 액체 냉매의 나머지 분)가 열을 획득하여 증발된다. 마찬가지로, 이와 같이 열교환된 냉매는 액분리기(700)로 유입된다. 즉, 증발기(600)에서 배출된 미증발 액체냉매 중 일부는 제2 액열기(400)로 유입되고, 나머지는 액분리기(700) 방향으로 이송된다. 또한, 증발기(600)에서 배출된 미증발 액체냉매 중 일부는 제1 액열기(300)로 유입되고, 나머지는 액분리기(700)로 유입된다.The second
한편, 제2 액열기(400)를 통과하면서 열교환을 수행한 온수는 응축기(200)로 유입되어, 압축기(100)로부터 유입된 냉매의 상변화로 인한 응축열과 열교환을 수행한 후 온수탱크 쪽으로 배출됨으로써, 계속하여 연속적으로 온수가 생산될 수 있도록 한다. On the other hand, the hot water that has undergone heat exchange while passing through the second
온수입구 측에는 제1 온도감지기(TH1)가, 온수출구 측에는 제2 온도감지기(TH2)가 구비된다. The first temperature sensor TH1 is provided at the hot water inlet side, and the second temperature sensor TH2 is provided at the hot water outlet side.
제1 온도감지기(TH1)는 제2 액열기(400)로 유입되는 온수의 온도를 감지하여 압축기(100)의 작동을 제어한다. 구체적으로, 제2 액열기(400)로 유입되는 온수의 온도가 일정온도(예컨대, 50도씨) 이상이면 응축기(200)에서 상변화로 인한 응축열과의 열교환이 원활하게 수행되지 못하여 온수생산능력이 저하되며, 압축기(100)에 과부하가 걸리게 된다. 따라서, 제1 온도감지기(TH1)는 제2 액열기(400)로 유입되는 온수의 온도가 높은 경우 압축기를 OFF시키게 된다.The first temperature sensor TH1 controls the operation of the
제2 온도감지기(TH2)는 응축기(200)로부터 배출된 온수의 온도를 감지하여 제5 솔레노이드 밸브(SV5)의 개폐를 제어한다. 제5 솔레노이드 밸브(SV5)는 온수출구측에 구비되어 온수의 유량을 조절함으로써 응축기(200)의 열교환 능력을 향상시 킨다. 예컨대, 온수의 온도가 일정온도 이상이면 제2 온도감지기(TH2)는 제5 솔레노이드 밸브(SV5)를 폐쇄하여 온수의 유량을 감소시킨다. 온수의 유량이 감소되면 온수의 온도상승으로 인하여 응축기(200)의 열교환 능력이 저하되는 현상이 개선된다.The second temperature sensor TH2 controls the opening and closing of the fifth solenoid valve SV5 by sensing the temperature of the hot water discharged from the
또한, 온수출구 측에는 절수변(WV)과 바이패스(절수변 하부에 분기된 온수통로)가 구비된다. 절수변(WV)은 냉매 압력이 일정값 이하로 떨어지는 경우, 온수의 유량제어를 통해 냉매의 압력을 조절한다. 동절기에는 증발온도가 낮고 회수되는 냉매량이 적으므로 냉매의 압력이 떨어지게 된다. 이 경우, 절수변이 작동하여 온수의 유량을 증가시킴으로써, 응축기(200)의 열교환 능력을 향상시키고 냉매의 압력이 증가될 수 있도록 한다.In addition, the hot water outlet side is provided with a water-saving side (WV) and a bypass (hot water passage branched below the water-saving side). When the coolant pressure drops below a predetermined value, the water-saving valve WV adjusts the pressure of the coolant through the flow rate control of the hot water. In winter, the evaporation temperature is low and the amount of refrigerant recovered is low, so the pressure of the refrigerant drops. In this case, the water-saving valve is operated to increase the flow rate of the hot water, thereby improving the heat exchange capacity of the
수액기(500)는 응축기(200)에서 배출되어 제1 액열기(300)를 거친 냉매를 일시 저장하였다가 팽창밸브(SX1, SX2)로 공급한다. 수액기(500)로 유입되거나 수액기(500)로부터 배출되는 냉매의 압력을 측정하기 위해 압력 게이지(HP1)가 구비된다. 수액기(500)와 액분리기(700) 사이에는 제3 온도감지기(TH3)에 의해 개폐되는 제2 솔레노이드 밸브(SV2)가 위치하고 있음은 상기에서 언급한 바와 같다. The
또한, 수액기(500)와 제1 액열기(300) 사이에는 압력 게이지(HP1)에 의해 개폐되는 제3 솔레노이드 밸브(SV3)가 구비된다. 제3 솔레노이드 밸브(SV3)는 하절기 등에 냉매의 압력이 지나치게 상승하는 경우 압력 게이지(HP1)에 의해 개방되어, 액열기(300, 400)를 냉각시킴으로써 온수의 온도를 떨어뜨리고 냉매의 압력이 하강되도록 한다.In addition, a third solenoid valve SV3 that is opened and closed by the pressure gauge HP1 is provided between the
팽창밸브(EX1, EX2)는 수액기(500)에서 공급되는 고온저압의 액상냉매를 저온저압의 안개상태로 급속 팽창시켜 증발기(600)로 공급한다. 제1 팽창밸브(EX1)는 수액기(500)와 증발기(600) 사이에 위치하며, 제2 팽창밸브(EX2)는 제1 솔레노이드 밸브(SV1)와 증발기(600) 사이에 위치한다. 이때, CH가 포함된 이송로는 냉방 싸이클에서 이용되는 것으로, CH는 일측 방향(도 1에서 하부 방향)으로만 냉매를 통과시키므로 온수 싸이클에서는 CH가 포함된 이송로로 냉매가 유입되지 않는다. 제1 솔레노이드 밸브(SV1)는 제3 온도감지기(TH3)에 의해 개폐되어 냉매량을 제어함으로써, 압축기(100) 토출가스의 온도를 조정함은 상기에서 언급한 바와 같다.The expansion valves EX1 and EX2 rapidly expand the high-temperature low-pressure liquid refrigerant supplied from the
증발기(600)는 팽창밸브(EX1, EX2)에서 공급되는 안개상태의 냉매가 주위의 열을 빼앗으면서 증발되도록 한다. 증발기(600)는 냉방 싸이클에서는 응축기 역할을 수행하게 된다.The evaporator 600 allows the misty refrigerant supplied from the expansion valves EX1 and EX2 to evaporate while taking away the surrounding heat. The evaporator 600 serves as a condenser in the cooling cycle.
액분리기(700)는 증발기(600)를 통과한 냉매로부터 액상 냉매를 분리하여, 압축기(100)에 액상냉매가 유입되지 않도록 한다. 증발기(600)와 액분리기(700) 사이에는 액체 냉매를 분사하는 오림피스(710)가 구비된다. The
도 2는 도 1 중 오림피스의 부분절개 사시도이고, 도 3은 도 2의 수직단면도이며, 도 4는 도 2의 평면도이다.FIG. 2 is a partial cutaway perspective view of the orifice of FIG. 1, FIG. 3 is a vertical sectional view of FIG. 2, and FIG. 4 is a plan view of FIG. 2.
오림피스(710)는 파이프부(10)와 차단막(20) 및 모세관(30)을 포함한다.The
파이프부(10)는 액분리기(700) 입구측에 구비된다. 파이프부(10)는 증발기(600)로부터 배출된 저온저압의 냉매를 이송하여 액분리기(700)에 공급한다. 파이프부(10)를 통해 이송되는 냉매는 증발기(600)에서 충분히 기화된 기체상태의 냉 매와, 증발기(600)에서 충분히 기화되지 못한 액상냉매를 포함하고 있다.The
차단막(20)은 파이프부(10)의 내부에 구비된다. 차단막(20)은 냉매의 진행방향(화살표)에 대하여 오목한 형상으로 형성되어, 오목한 면에 충돌하는 냉매가 모여 축적되도록 한다. 차단막(20)은 도 2와 같이 반구 형상으로 형성될 수 있으며, 도시되지 않았으나 차단막은 반 타원구 형상, 원뿔 형상, 또는 원뿔대 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다. The blocking
모세관(30)은 차단막(20)에 형성되어 냉매를 선별하고 액체냉매를 분사시키는 역할을 수행한다. 모세관(30)은 차단막(20)에 복수개 구비되어, 기체냉매는 투과시키고 액체냉매는 보다 작은 직경의 입자가 되도록 분사시킨다. 즉, 증발기(600)에서 충분히 기화된 기체상태의 냉매는 그대로 통과시켜 액분리기(700)에 흡입되도록 하고, 기화되지 못한 액체상태의 냉매는 미세한 입자로 분사시킴으로써 액분리기(700)에서 액상과 기상의 분리가 용이하도록 하고 보다 많은 양의 기체냉매가 생성될 수 있도록 한다. 이를 통해 압축기(100)의 고장을 미연에 방지하고, 충분한 양의 기체냉매가 압축기로 흡입될 수 있도록 한다. The
또한, 모세관(30)의 개수를 조절함으로써 냉매량을 제어할 수도 있다.In addition, the amount of refrigerant can be controlled by adjusting the number of
도 5a 및 도 5b는 모세관의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다.5A and 5B are cross-sectional views illustrating another embodiment of a capillary tube.
도 5a와 도 5b를 참조하면, 모세관은 냉매의 진행방향(화살표)을 따라 내경이 점점 커지도록 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B, the capillary tube may be formed such that an inner diameter gradually increases along a direction in which the refrigerant moves (arrows).
도 5a의 경우, 모세관은 냉매의 진행방향을 따라 일정한 비율로 내경이 증가한다. 즉, 모세관의 중심축(C)을 포함하는 단면에서 모세관의 내주면은 중심축(C) 에 대하여 소정의 기울기를 갖는 경사직선(일차함수)을 이루게 된다. 이때, 모세관은 대략 깔때기 형상으로 형성된다.In the case of Figure 5a, the capillary tube has an internal diameter increases at a constant rate along the direction of travel of the refrigerant. That is, in the cross section including the central axis C of the capillary tube, the inner circumferential surface of the capillary tube forms an inclined straight line (primary function) having a predetermined slope with respect to the central axis C. At this time, the capillary is formed in an approximately funnel shape.
도 5b의 경우, 모세관은 냉매의 진행방향을 따라 점점 증가하는 비율로 내경이 커진다. 즉, 모세관의 중심축(C)을 포함하는 단면에서 모세관의 내주면은 중심축(C)에 대하여 곡선(고차함수, y = axn + b)을 이루게 된다. 이때, 모세관은 대략 나팔 형상으로 형성된다.In the case of FIG. 5B, the capillary tube has an inner diameter that increases at an increasing rate along the advancing direction of the refrigerant. That is, in the cross section including the central axis C of the capillary tube, the inner circumferential surface of the capillary tube is curved with respect to the central axis C (higher-order function, y = ax n + b). At this time, the capillary is formed in a substantially trumpet shape.
이와 같이, 냉매의 진행방향으로 모세관의 내경이 점점 커지도록 형성함으로써 액체냉매의 분사효과를 극대화할 수 있다.As such, the injection diameter of the liquid refrigerant may be maximized by increasing the inner diameter of the capillary tube in the advancing direction of the refrigerant.
도 6은 차단막을 복수개 구비한 실시예의 수직단면도이다.6 is a vertical sectional view of an embodiment having a plurality of blocking films.
도 6을 참조하면, 차단막(20a, 20b)은 복수개 구비되어 다층을 이룰 수 있다. 그에 따라 모세관(30a, 30b)도 다층을 이루게 된다.Referring to FIG. 6, a plurality of blocking
도 6의 상부에 위치한 차단막(20a)과 모세관(30a)을 각각 1차 차단막(20a)과 1차 모세관(30a)이라 하고, 도 6의 하부에 위치한 차단막(20b)과 모세관(30b)을 각각 2차 차단막(20b)과 2차 모세관(30b)이라 한다. The blocking
기체상태의 냉매는 1차 차단막(20a)에 충돌 후 1차 모세관(30a)을 통해 배출되고, 2차 차단막(20b)에 충돌 후 2차 모세관(30b)을 통과할 것이다. 즉, 기체상태의 냉매는 무리없이 액분리기(700) 방향으로 진행하게 된다.The refrigerant in the gaseous state is discharged through the
반면, 액체상태의 냉매는 1차 차단막(20a)에 충돌 후 어느 정도의 양이 축적되면 1차 모세관(30a)을 통해 미세한 입자로 분사되고, 2차 모세관(30b)을 통하여 재분사된다. 즉, 다층 구조에서는 다층의 모세관(30a, 30b)을 통해 분사가 반복적으로 행해지므로 보다 미세한 입자 생성이 가능해진다. 이를 위해 냉매의 진행방향을 따라 다층 구조의 모세관 직경은 감소하는 것이 바람직하다. 즉, 2차 모세관(30b)은 1차 모세관(30a)의 직경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다(n차 모세관의 경우 n이 증가할수록 모세관의 직경은 감소).On the other hand, the liquid refrigerant is injected into the fine particles through the
본 발명에 따른 히트펌프는 냉각과 가열(냉방 싸이클과 온수 싸이클)을 동시에 사용할 수 있다. 즉, 온수 싸이클이 진행되는 중에도 냉방 싸이클이 수행될 수 있다. 냉방 싸이클은 다음과 같이 수행된다.The heat pump according to the present invention can use cooling and heating (cooling cycle and hot water cycle) at the same time. That is, the cooling cycle may be performed while the hot water cycle is in progress. The cooling cycle is carried out as follows.
압축기(100)에서 압축된 냉매는 응축기(200)로 유입된 후 배출되어 사방밸브(4W)로 유입된다. 사방밸브(4W)가 작동되면 냉매는 증발기(600, 냉방 싸이클에서는 응축기 역할) 방향으로 이송되어 응축된 후, 증발기(600) 바로 밑에 도시된 CH를 통해 하부로 이송된다. 이때, 제3 솔레노이드 밸브(SV3)가 개방되면 CH를 통해 수액기(500)를 거쳐 제4 솔레노이드 밸브(SV4)로 유입된다. 제4 솔레노이드 밸브(SV4)가 개방되면 냉매는 제3 팽창밸브(EX3)를 통해 분사되어 냉수탱크(800)로 유입된다. 냉수탱크(800) 내에서 냉수와 열교환을 수행하면서 증발한 냉매는 액분리기(700)를 거쳐 압축기(100)로 유입된다. The refrigerant compressed by the
본 발명에 따른 히트펌프는 하절기 냉수 생산을 위해 발생하는 응축 열원을 대기중에 폐열원으로 버리는 대신, 온수 생산에 활용하므로 온수생산을 위한 에너지 비용을 절감할 수 있다. 즉, 하절기에 냉수와 온수가 동시에 필요한 경우 상기 히트펌프를 사용하여 하나의 열원 생산에 소요되는 비용으로 두 가지 열원을 생산 할 수 있어 에너지 비용이 크게 절감된다. Heat pump according to the present invention can reduce the energy cost for hot water production because it utilizes in hot water production instead of discarding the condensation heat source generated for cold water production in the summer as a waste heat source in the atmosphere. In other words, when cold water and hot water are needed at the same time in summer, the heat pump can be used to produce two heat sources at the cost of producing one heat source, thereby greatly reducing energy costs.
상기 히트펌프는 동절기 온수 생산시 가열과 냉각을 동시에 사용함으로써 증발열량 부족으로 인한 효율 저하를 감소시킬 수 있다. 한편, 동절기에 온수생산시 증발열량의 감소로 인한 효율저하를 방지하기 위해 지열, 해수, 강물 등의 여러 열원을 독립적으로 사용하는 대신, 상기 히트펌프는 공기와 다른 열원을 동시에 사용할 수 있으므로 장비의 안정성과 설치비용 측면에서 다양한 이점이 존재한다.The heat pump may reduce the efficiency decrease due to lack of heat of evaporation by using heating and cooling at the same time in the production of winter hot water. On the other hand, instead of using multiple heat sources such as geothermal heat, sea water, and river water independently in order to prevent deterioration of efficiency due to the reduction of evaporative heat during the hot water production in winter, the heat pump can use air and other heat sources simultaneously. There are various advantages in terms of stability and installation cost.
일반적인 히트펌프의 경우 폐수나 해수를 비롯하여 부식성이 강한 열원을 활용하면 증발기의 파손으로 장비 내에 수분이 침투하여 많은 수리비용이 발생하게 되는데, 상기 히트펌프의 열교환 방식에 의하면 증발기 파손을 막고 효과적인 열교환을 수행하므로, 장비의 내구성 또한 우수하다. 또한, 증발기 파손시 증발기, 압축기 등을 교체하는 경우가 대부분이지만, 상기 히트펌프는 파손라인만 교체하면 되므로 적은 비용으로 수리 및 보수가 가능하다.In the case of general heat pumps, waste water, seawater, and other highly corrosive heat sources cause moisture to penetrate into the equipment due to breakage of the evaporator, which incurs a lot of repair costs. As a result, the durability of the equipment is also excellent. In addition, when the evaporator is damaged, the evaporator, the compressor, and the like are often replaced, but the heat pump can be repaired and repaired at a low cost since only the damage line needs to be replaced.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
본 발명은 히트펌프에 관한 것으로, 특히 복합열원을 이용하는 하이브리드 기능이 필요한 경우와, 동시에 냉/온 기능이 필요한 경우 등에 광범위하게 적용될 수 있다.The present invention relates to a heat pump, in particular, when a hybrid function using a complex heat source is required, and at the same time can be applied to a wide range such as cold / hot function.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 히트펌프의 구성도,1 is a block diagram of a heat pump according to a preferred embodiment of the present invention,
도 2는 도 1 중 오림피스의 부분절개 사시도, 2 is a partial cutaway perspective view of the orifice of FIG.
도 3은 도 2의 수직단면도, 3 is a vertical cross-sectional view of FIG.
도 4는 도 2의 평면도,4 is a plan view of FIG.
도 5a 및 도 5b는 모세관의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도,5a and 5b are cross-sectional views for explaining another embodiment of the capillary,
도 6은 차단막을 복수개 구비한 실시예의 수직단면도이다.6 is a vertical sectional view of an embodiment having a plurality of blocking films.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 - 압축기 200 - 응축기100-Compressor 200-Condenser
300 - 제1 액열기 400 - 제2 액열기300-1st column 400-2nd column
500 - 수액기 600 - 증발기500-Receiver 600-Evaporator
700 - 액분리기 800 - 냉수탱크700-Liquid Separator 800-Cold Water Tank
Claims (20)
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---|---|---|---|
KR1020090088849A KR101108029B1 (en) | 2009-09-21 | 2009-09-21 | Heat Pump |
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KR1020090088849A KR101108029B1 (en) | 2009-09-21 | 2009-09-21 | Heat Pump |
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KR (1) | KR101108029B1 (en) |
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