KR20110076558A - Hot and cool water generating apparatus using heat pump - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 히트펌프식 냉온수발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외기의 열을 사용하고 열교환기로 전달되는 냉매의 양을 제어하여 열교환기에서 냉매를 증발시키고 냉온수를 동시에 그리고 냉수 또는 온수만을 필요한 만큼 발생시킬 수 있는 히트펌프식 냉온수발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump type cold and hot water generating device, and more particularly, by using the heat of the outside air and controlling the amount of the refrigerant delivered to the heat exchanger to evaporate the refrigerant in the heat exchanger and the cold and hot water at the same time and only the cold or hot water as necessary It relates to a heat pump type cold and hot water generator that can be generated.
도 1에는 종래 기술에 의한 히트펌프식 온수발생장치의 구성이 도시되어 있다. 이와 같은 온수발생장치는 찜질방, 목욕탕, 수영장이나 대형건물 등 온수를 많이 사용하는 시설에서 사용되는 것이다.1 shows a configuration of a heat pump type hot water generator according to the prior art. Such a hot water generating device is used in a facility that uses a lot of hot water, such as jjimjilbang, bath, swimming pool or large buildings.
이에 따르면, 압축기(1), 제1열교환기(3), 팽창밸브(5) 및 제2열교환기(6)의 사이를 연결관(7)을 통해 냉매가 유동하면서 상변화가 발생하면서 냉매의 열을 전달받아 온수가 만들어진다.Accordingly, while the refrigerant flows through the connecting pipe 7 between the compressor 1, the
즉, 상기 제1열교환기(3)에서는 외부에서 공급된 물이 상기 제1열교환기(3) 에서 냉매로부터 열을 전달받아 온수가 되어 상기 제1열교환기(3)에 연결된 온수탱크(8)로 전달된다. 그리고, 상기 제2열교환기(6)에는 냉매의 증발을 위한 열을 상기 온수탱크(8)의 온수가 사용되어 버려지는 폐온수로부터 공급받도록 한다. 이를 위해 도관(8)이 제2열교환기(6)에 연결되어 있다.That is, in the
도면부호 2는 냉매중의 오일을 분리하기 위한 유분리기이고, 4는 액체상태의 냉매만이 팽창밸브(5)로 전달될 수 있도록 하는 수액기이다.Reference numeral 2 is an oil separator for separating oil in the refrigerant, and 4 is a receiver for allowing only the refrigerant in the liquid state to be delivered to the expansion valve 5.
이와 같은 종래 기술에서는 압축기(1)에서 압축된 고온고압의 기쳬상태의 작동유체가 제1열교환기(3)로 공급되어 외부에서 전달된 냉수로 열을 전달하여 온수를 만들어 온수탱크(8)로 전달한다. 이때, 상기 냉매는 응축되어 저온고압의 액체상태로 된다.In this prior art, a working fluid of a high temperature and high pressure in a conventional state compressed by the compressor 1 is supplied to the
이와 같이 응축된 냉매는 수액기(4)로 전달되고, 상기 수액기(4)에서 액체상태의 작동유체만이 팽창밸브(5)로 전달되어 제2열교환기에서 증발되기 쉽도록 팽창된다. 이때 상기 냉매는 상대적으로 저온저압의 액체상태로 된다. 상기 팽창된 냉매는 제2열교환기(6)에서 폐온수의 열을 전달받아 증발되어 상대적으로 고온저압의 기체상태로 된다.The refrigerant condensed as described above is transferred to the
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the above-described conventional techniques have the following problems.
종래 기술에서는 상기 제2열교환기(6)에서 폐온수로부터 열을 공급받아야만 전체 사이클이 동작될 수 있다. 하지만, 상기 폐온수는 언제나 일정한 양이 공급되는 것이 아니어서 항상 필요한 만큼의 열량을 제2열교환기(6)에 공급할 수 없다. 따라서, 사이클의 동작이 원활하지 않게 되는 문제점이 발생한다.In the prior art, the entire cycle can be operated only when the second heat exchanger 6 receives heat from the waste hot water. However, since the waste hot water is not always supplied in a constant amount, it is not possible to supply the amount of heat required to the second heat exchanger 6 at all times. Therefore, a problem arises in that the operation of the cycle is not smooth.
이와 같은 문제점을 해소하기 위해 제2열교환기(6)에서 냉매로 열을 제공하는 매체로 외기를 사용하기도 한다. 하지만, 외기를 사용하는 경우에도 외기온도가 상대적으로 많이 떨어지면, 제2열교환기(6)에서 냉매로 열공급이 제대로 되지 않아 냉매의 증발이 일어나지 않게 되어 사이클동작이 제대로 되지 않는 문제점이 발생한다.In order to solve this problem, the outside air may be used as a medium for providing heat to the refrigerant in the second heat exchanger 6. However, even when the outside air is used, if the outside air temperature drops relatively much, the heat supply is not properly supplied from the second heat exchanger 6 to the refrigerant, so that the refrigerant does not evaporate, and thus the cycle operation is not properly performed.
그리고, 상기 제2열교환기(6)를 통과하는 냉매와 외기 사이에 온도차이가 많이 생기게 되면 외기에 함유되어 있던 수분이 응축되어 제2열교환기(6)의 표면에 얼어붙어 외기의 통과가 어렵게 되면서 제2열교환기(6)의 동작이 제대로 되지 않게 되는 문제점이 발생한다.When a large temperature difference is generated between the refrigerant passing through the second heat exchanger 6 and the outside air, moisture contained in the outside air is condensed and frozen on the surface of the second heat exchanger 6, making it difficult to pass the outside air. The problem occurs that the operation of the second heat exchanger 6 is not properly performed.
또한 종래 기술에서는 온수만을 발생시키지만, 예를 들어 여름에 수영장의 경우 수영장에 채울 냉수와 샤워장에서 필요한 온수가 동시에 필요하다. 이와 같은 경우에 냉수와 온수를 필요한 만큼 공급해 줄 수 있는 냉온수공급장치가 필요하다.In addition, in the prior art, only hot water is generated, but in the case of a swimming pool in summer, for example, cold water to be filled in a swimming pool and hot water required in a shower stall are simultaneously required. In this case, there is a need for a cold and hot water supply device that can supply as much cold and hot water as necessary.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외기로부터 열을 받아 냉매가 증발되는 히트펌프식 냉온수발생장치에서 냉수와 온수를 동시에 또는 필요한 것만 원하는 만큼 발생시킬 수 있는 냉온수발생장치를 제공하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, in the heat pump type cold and hot water generator in which the refrigerant is evaporated by receiving heat from the outside air can generate both cold water and hot water at the same time or only as necessary It is to provide a cold and hot water generator.
본 발명의 다른 목적은 외기로부터 열을 받아 냉매가 증발되는 히트펌프식 온수발생장치에서 외기의 온도가 낮아지는 것에 연동하여 외기와의 열교환을 위한 냉매의 온도를 조절하여 열교환기에 적상이 발생되지 않도록 하는 것이다.Another object of the present invention is to adjust the temperature of the refrigerant for heat exchange with the outside air in conjunction with the decrease in the temperature of the outside air in the heat pump type hot water generator in which the refrigerant is evaporated by receiving heat from the outside air so as not to generate a drop in the heat exchanger It is.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 냉매를 압축하여 상대적으로 고온고압으로 만들어주는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매의 열을 물로 전달하여 온수를 만들어내는 제1열교환기와, 상기 제1열교환기에서 열교환한 냉매를 팽창시켜 상대적으로 저온저압상태로 만들어주고, 상기 압축기로 전달되는 냉매의 상태를 감지하여 개구도를 조절하여 냉매통과량을 조절하는 제1팽창밸브와, 상기 제1팽창밸브를 통과하여 나온 냉매 또는 상기 압축기에서 전달된 냉매와 외기 사이의 열교환이 일어나도록 하는 제2열교환기와, 상기 제1열교환기를 통과하여 나와 상기 제1팽창밸브로 전달되는 냉매의 일부를 외기의 온도에 따라 전달받아 상기 제1열교환기에서 만들어진 온수의 일부를 사용하여 냉 매를 증발시키는 보상열교환기와, 상기 압축기의 출구와 상기 제2열교환기의 출구 사이를 연결하는 제1보조연결관을 통해 압축기에서 나온 냉매가 제2열교환기로 선택적으로 유동될 수 있도록 하는 제1밸브와, 상기 제1열교환기나 제2열교환기를 통과하여 나온 냉매를 전달받아 냉매를 팽창시켜 상대적으로 저온저압상태로 만들어주는 제2팽창밸브와, 상기 제2팽창밸브를 통과하여 나온 냉매와의 열교환을 통해 냉수를 발생시키는 제3열교환기를 포함하여 구성된다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is a compressor for compressing the refrigerant to make relatively high temperature and high pressure, and a first to transfer the heat of the refrigerant from the compressor to the water to create hot water A first expansion valve that expands the heat exchanger and the refrigerant heat-exchanged in the first heat exchanger to a relatively low temperature and low pressure state, and detects a state of the refrigerant delivered to the compressor to control the opening to adjust the amount of refrigerant passage. And a second heat exchanger for causing heat exchange between the refrigerant passing through the first expansion valve or the refrigerant delivered from the compressor and the outside air, and a refrigerant passing through the first heat exchanger to the first expansion valve. Receives a portion of the according to the temperature of the outside air to evaporate the refrigerant using a portion of the hot water produced in the first heat exchanger A first valve for allowing refrigerant from the compressor to selectively flow to a second heat exchanger through an upper heat exchanger and a first auxiliary connection pipe connecting an outlet of the compressor and an outlet of the second heat exchanger; Cold water is generated through heat exchange with a second expansion valve that receives the refrigerant that has passed through the first heat exchanger or the second heat exchanger and expands the refrigerant to a relatively low temperature and low pressure state, and a refrigerant that has passed through the second expansion valve. And a third heat exchanger.
상기 보상열교환기와 상기 제1열교환기의 사이에는, 제1열교환기를 통과하여 나온 냉매중 일부를 보상열교환기로 전달하도록 외기온도가 소정값 이하로 내려가면 개방되는 전자밸브가 설치되고, 상기 전자밸브와 보상열교환기의 사이에는 보상팽창밸브가 구비되어 냉매를 팽창시켜 보상열교환기로 전달한다.A solenoid valve is provided between the compensating heat exchanger and the first heat exchanger to open when the outside air temperature drops below a predetermined value to transfer a portion of the refrigerant passing through the first heat exchanger to the compensating heat exchanger. Compensation expansion valve is provided between the compensation heat exchanger and expands the refrigerant to be delivered to the compensation heat exchanger.
상기 제1보조연결관을 통해 압축기에서 제2열교환기로 냉매가 전달되어 열교환된 경우에는 상기 제2열교환기를 나온 냉매를 수액기로 전달하기 위해 제2보조연결관이 구비되고, 상기 제2보조연결관에는 제6밸브가 설치되어 냉매의 흐름을 제어한다.When the refrigerant is transferred from the compressor to the second heat exchanger through the first auxiliary connection pipe and is heat-exchanged, a second auxiliary connection pipe is provided to transfer the refrigerant from the second heat exchanger to the receiver, and the second auxiliary connection pipe is provided. The sixth valve is installed to control the flow of the refrigerant.
상기 제2보조연결관에는 제3체크밸브가 설치되고, 상기 제1열교환기의 출구와 상기 수액기의 입구를 연결하는 연결관에는 제3밸브와 제2체크밸브가 각각 설치되는데, 상기 제2체크밸브와 제3체크밸브는 각각 수액기의 입구방향으로만 냉매를 유동시킨다.A third check valve is installed in the second auxiliary connection pipe, and a third valve and a second check valve are respectively installed in the connection pipe connecting the outlet of the first heat exchanger and the inlet of the receiver. The check valve and the third check valve respectively flow the refrigerant only in the inlet direction of the receiver.
상기 제1팽창밸브의 입구측에는 제4밸브가 설치되어 냉매의 유동을 제어하고, 상기 제2열교환기의 출구에는 제5밸브가 설치되어 냉매의 유동을 제어한다.A fourth valve is installed at the inlet side of the first expansion valve to control the flow of the refrigerant, and a fifth valve is installed at the outlet of the second heat exchanger to control the flow of the refrigerant.
제2팽창밸브의 입구측에는 제7밸브가 설치되어 냉매의 유동을 제어한다.A seventh valve is installed at the inlet side of the second expansion valve to control the flow of the refrigerant.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 히트펌프식 냉온수발생장치에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.In the heat pump type cold / hot water generator according to the present invention having such a configuration, the following effects can be obtained.
먼저, 필요로 하는 냉수와 온수를 동시에 또는 냉수 또는 온수만을 발생시킬 수 있어 다양한 요구조건을 충분히 만족시킬 수 있는 효과가 있다.First, it is possible to generate the cold water and hot water required at the same time or only cold water or hot water, there is an effect that can fully satisfy the various requirements.
그리고, 외기를 열원으로 사용하여 냉매를 증발시키는 히트펌프식 냉온수발생장치에서, 외기 온도가 일정 이하로 내려가면 외기와 열교환하는 냉매의 양을 줄이고, 나머지 냉매는 온수로부터 열을 받아 증발되도록 하므로, 압축기로 액체상태의 냉매가 들어가는 것이 방지되어 냉온수발생장치의 동작이 항상 원활하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.In the heat pump type cold / hot water generator that evaporates the refrigerant by using the outside air as a heat source, when the outside temperature falls below a certain temperature, the amount of the refrigerant that exchanges heat with the outside is reduced, and the remaining refrigerant receives heat from the hot water to evaporate. Since the refrigerant in the liquid state is prevented from entering the compressor, there is an effect that the operation of the cold / hot water generator is always performed smoothly.
또한, 본 발명에서는 외기 온도가 일정 이하로 내려가면 외기와 열교환하는 냉매의 온도를 외기와 온도차가 상대적으로 적게 나도록 온도보상제어를 하여 냉매의 온도가 외기의 이슬점온도 이상이 되도록 한다. 따라서, 열교환기에서 적상이 발생하지 않게 되어, 제상운전을 할 필요가 없어 냉온수발생장치를 계속적으로 동작시킬 수 있게 되는 효과도 있다.In addition, in the present invention, when the outside air temperature falls below a certain temperature, the temperature compensation control is performed so that the temperature of the refrigerant heat-exchanging with the outside air becomes relatively small, so that the temperature of the refrigerant is equal to or higher than the dew point temperature of the outside air. Therefore, there is an effect that the dropping is not generated in the heat exchanger, there is no need to defrost operation, it is possible to continuously operate the cold and hot water generator.
이하 본 발명에 의한 히트펌프식 냉온수발생장치의 바람직한 실시예를 첨부 된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a heat pump type cold / hot water generator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2에는 본 발명에 의한 히트펌프식 냉온수발생장치의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 이에 따르면, 본 발명 실시예는 크게 압축기(10), 제1열교환기(20), 제1제1팽창밸브(30), 보상열교환기(36), 제2열교환기(40), 제3열교환기(46)가 다수개의 연결관(10',12',20',30',36',40',40")으로 연결되어 구성된다.Figure 2 shows a preferred embodiment of the heat pump type cold and hot water generator according to the present invention. According to the embodiment of the present invention, the
상기 압축기(10)는 냉매를 압축하여 상대적으로 고온고압의 기체상태로 만들어주는 것이다. 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매는 연결관(10')을 통해 상기 제1열교환기(20)로 전달된다. 냉수만을 발생시킬 때는 제1보조연결관(11')을 통해 제2열교환기(40)로 전달된다. 상기 제1보조연결관(11')은 상기 압축기(10)의 출구와 제2열교환기(40)의 출구 사이를 연결한다. 상기 제1보조연결관(11')에는 제1체크밸브(11c)가 설치되어 제2열교환기(40)쪽으로만 냉매가 유동되게 한다.The
상기 연결관(10')은 두 개로 분지되고 각각의 분지된 연결관(11',12')에는 제1밸브(11)와 제2밸브(12)가 설치된다. 상기 제1밸브(11)와 제2밸브(12)는 냉온수발생 조건에 따라 냉매가 유동되는 방향을 결정하게 된다. 즉, 제1밸브(11)가 닫힌 상태에서는 상기 제2밸브(12)가 열려 제1열교환기(20)로 냉매가 공급되어 냉수와 온수, 또는 온수만이 발생되고, 제1밸브(11)가 열리고 제2밸브(12)가 닫힌 상태에서 상기 제2열교환기(40)로 냉매가 전달되면 냉수만이 발생된다.The connecting pipe 10 'is divided into two, and each of the branched connecting pipes 11' and 12 'is provided with a
상기 제1열교환기(20)에서는 냉매와 물이 열교환하여 온수가 만들어진다. 상기 제1열교환기(20)는 연결관(10',12')을 통해 냉매를 전달받고, 연결관(20')을 통해 냉매가 배출된다. 상기 제1열교환기(20)에서 상기 냉매와 열교환하는 물은 물유 입관(21')을 통해 제1열교환기(20)로 전달되고, 온수관(21")을 통해 배출된다.In the first heat exchanger (20), hot water is made by heat exchange between the refrigerant and water. The
상기 제1열교환기(20)에서 배출된 냉매는 연결관(20')을 통해 수액기(22)로 전달된다. 상기 수액기(22)는 액체상태의 냉매만을 배출하는 역할을 한다. 상기 수액기(22)에서 배출된 냉매는 연결관(22')을 통해 상기 팽창밸브(30,35,47)로 전달된다.The refrigerant discharged from the
상기 제1열교환기(20)와 수액기(22) 사이의 연결관(20')에는 제3밸브(23)와 제2체크밸브(24)가 설치된다. 상기 제2체크밸브(24)는 냉매가 상기 제3밸브(23)에서 나와서 상기 수액기(22) 방향으로만 흐르도록 한다.A
상기 제1제1팽창밸브(30)는 상기 제1열교환기(20)에서 열교환하고 나온 냉매를 팽창시켜 상기 제2열교환기(40)에서 열교환하기 좋은 상태로 만들게 된다. 여기서 상기 제1제1팽창밸브(30)는 냉매를 상대적으로 저온저압으로 만들어준다. 상기 제1제1팽창밸브(30)의 출구에는 연결관(30')이 구비되어 상기 제2열교환기(40)로 냉매를 전달한다. 상기 제1제1팽창밸브(30)는 연결관(40")에 설치되어 냉매의 온도를 측정하는 감지부(31)의 감지에 따라 그 개구도가 달라져 통과되는 냉매의 양을 조절하게 된다. 상기 제1제1팽창밸브(30)의 입구와 연결되게 제4밸브(30s)가 설치되어 상기 제1제1팽창밸브(30)로의 냉매유동을 제어한다.The first
상기 제1팽창밸브(30)와 연결된 연결관(22')은 연결관(33')으로 분지되어 전자밸브(33)가 구비된다. 상기 전자밸브(33)는 상기 보상열교환기(36)로 냉매가 전달되는 것을 제어하는 역할을 한다. 상기 전자밸브(33)는 외기의 온도를 감지하여 그 개폐가 이루어지는데, 상기 전자밸브(33)의 개방온도는 온수발생장치의 동작조 건에 따라 달라지는데, 우리나라 겨울철의 경우 외기온도가 약 7℃ 정도일 때이다.The connecting
상기 전자밸브(33)와 상기 보상열교환기(36)의 사이에는 보상팽창밸브(35)가 설치된다. 상기 보상팽창밸브(35)는 상기 보상열교환기(36)로 전달되는 냉매를 팽창시켜 보상열교환기(36)에서 열교환하기 좋은 상태로 만들어주는 역할을 한다.A compensation expansion valve 35 is installed between the
상기 보상열교환기(36)는 겨울철과 같이 외기의 온도가 낮아진 경우에 외기로부터 충분한 열을 공급받지 못하여 냉매가 증발되지 않아 액체상태로 상기 압축기(10)로 전달되는 것을 방지한다.The compensation heat exchanger (36) prevents the refrigerant from being transferred to the compressor (10) in a liquid state because the refrigerant is not evaporated due to insufficient heat from the outside air when the temperature of the outside air is lowered, such as in winter.
상기 보상열교환기(36)에는 물공급관(50')이 연결되어 외부로부터 소정 온도의 물을 공급한다. 일반적으로 우리나라의 경우 겨울철에 대략 30도 정도의 물을 공급하면 된다. 이를 위해 상기 제1열교환기(20)에서 만들어진 온수를 물공급관(50')으로 일부 공급하여 사용할 수 있다. 상기 보상열교환기(36)에는 상기 물유입관(21')이 연결되어 상기 보상열교환기(36)를 통과하여 나온 물을 상기 제1열교환기(20)로 전달하게 된다.A
상기 보상열교환기(36)에서 냉매는 연결관(36')을 통해 배출된다. 상기 연결관(36')에는 증발압력밸브(37)가 설치되는데, 상기 증발압력밸브(37)는 상기 보상열교환기(36)에서 나온 냉매가 소정의 압력이 되어야만 아래에서 설명될 혼합헤더(42)로 전달될 수 있도록 한다. 즉, 원하는 상태의 냉매만이 상기 혼합헤더(42)로 전달되어 상기 제2열교환기(40)에서 연결관(40')을 통해 나온 냉매와 혼합될 수 있도록 한다. 상기 연결관(40')에는 제2열교환기(40)에서 나온 냉매가 압축기(10)쪽으로 전달되는 것을 제어하는 제5밸브(40s)가 설치되어 있다.In the compensating
상기 증발압력밸브(37)에서 나온 냉매와 제2열교환기(40)에서 나온 냉매는 혼합헤더(42)에서 혼합된다. 상기 혼합헤더(42)의 내부에는 소정의 공간이 형성되어 냉매들이 와류를 발생시키지 않고 혼합되어 상기 연결관(40")을 통해 압축기(10)측으로 전달될 수 있도록 한다. 도면부호 45는 기액분리기로서 압축기(10)로 기체상태의 냉매만이 전달될 수 있도록 하는 역할을 한다.The refrigerant from the
한편, 상기 수액기(22)의 입구와 제2열교환기(40)의 입구를 연결하도록 제2보조연결관(20")이 설치되는데, 상기 제2보조연결관(20")에는 제6밸브(25s)와 제3체크밸브(25)가 설치되어 냉매의 유동을 제어한다. 상기 제3체크밸브(25)는 제2열교환기(40)측에서 상기 수액기(22)의 입구로만 냉매가 유동되도록 한다.On the other hand, a second auxiliary connector (20 ") is installed to connect the inlet of the
상기 제3열교환기(46)는 냉수를 만들어내는 부분으로, 상기 제2열교환기(40)의 출구와 연결된 연결관(40')과 출구이 연결되고 입구측은 상기 수액기(22)의 출구에 연결된 연결관(22')에 연결된다. 상기 연결관(22')에는 상기 제3열교환기(46)의 입구측으로 들어가는 냉매를 팽창시켜 주는 제2팽창밸브(47)가 설치되고, 상기 제2팽창밸브(47)의 입구측에는 제7밸브(48)가 설치되어 상기 제2팽창밸브(47), 즉 상기 제3열교환기(46)로의 냉매 유동을 제어한다.The
상기 제3열교환기(46)의 출구에 연결된 연결관(46')은 상기 제2열교환기(40)의 출구에 연결된 연결관(40'), 즉 압축기(10)의 입구측과 연결되는데, 상기 연결관(46')에는 제4체크밸브(46c)가 설치되어 냉매가 압축기(10) 방향으로만 유동되게 한다.The connecting pipe 46 'connected to the outlet of the
상기 제3열교환기(46)로는 유입관(49)을 통해 물이 유입되고, 유출관(49')을 통해 열교환된 물, 즉 냉수가 유출된다.Water is introduced into the
물공급원(50)은 온수발생장치에서 발생되는 온수를 만들기 위한 물을 공급하는 역할을 한다. 상기 물공급원(50)의 물은 물공급관(50')을 통해 보상열교환기(36)를 거쳐 제1열교환기(20)로 전달된다.The
한편, 제1열교환기(20)에서 만들어진 온수는 온수관(21")을 통해 온수탱크(60)로 전달되어 모아진다. 상기 온수탱크(60)에 모아진 온수는 필요시에 사용된다. 상기 온수관(21")과 물공급관(50')은 서로 연결되고 혼합밸브(64)를 통해 그 연통이 제어되는데, 이는 온수관(21")을 통해 전달되는 온수의 일부를 상기 물공급관(50')으로 전달하여 상기 보상열교환기(36)로 전달되는 물의 온도를 일정값 이상으로 만들어주기 위함이다. 도면부호 62는 절수밸브이다.On the other hand, the hot water produced in the
이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 히트펌프식 냉온수발생장치의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the heat pump type cold / hot water generator according to the present invention having the configuration as described above will be described.
먼저, 냉수와 온수가 동시에 발생되는 동작상태를 설명한다. 이 경우에는 상기 제1밸브(11)가 폐쇄되어 상기 제1보조연결관(11')으로는 냉매가 전달되지 않는 상태이다. 그리고, 상기 제1밸브(11), 제4밸브(30s), 제5밸브(40s), 제6밸브(25s)가 폐쇄된 상태이고, 상기 제2밸브(12), 제3밸브(23) 및 제7밸브(48)가 개방된 상태이다. 즉, 상기 제1열교환기(20), 제2열교환기(40) 및 제3열교환기(46)에서 각각 열교환이 일어나면서, 제1열교환기(20)에서는 온수가, 제3열교환기(46)에서는 냉수가 발생된다. 도 3에는 냉수와 온수가 동시에 발생되는 상태에서의 냉매의 흐름을 화살표로 표시하여 설명하고 있다.First, an operating state in which cold water and hot water are simultaneously generated will be described. In this case, the
이를 차례로 설명하면, 본 발명 실시예에서 냉매는 이상적으로는 기체상태로 상기 압축기(10)로 들어가 압축되고, 상기 제1열교환기(20)에서 물로 열을 전달하여 온수를 만들어낸다. 따라서, 상기 제1열교환기(20)를 통과한 냉매는 저온고압상태로 된다.In order to explain this, in the embodiment of the present invention, the refrigerant is ideally compressed into the
상기 제1열교환기(20)를 나온 냉매는 상기 수액기(22)에서 액체상태의 냉매만이 연결관(22')을 통해 상기 제1팽창밸브(30)로 전달된다. 상기 제1팽창밸브(30)에서는 냉매가 팽창되어 상대적으로 저온저압이고 증발하기 좋은 상태로 되어 상기 제2열교환기(40)와 제3열교환기(46)로 전달된다.The refrigerant exiting the
상기 제2열교환기(40)에서는 외기와 냉매가 서로 열교환하는데, 상기 냉매는 상기 외기로부터 열을 전달받아 증발하게 된다. 상기 제2열교환기(40)에서 증발된 냉매는 연결관(40')을 통해 기액분리기(45)로 전달되고, 기액분리기(45)에서는 기체상태의 냉매만이 상기 압축기(10)로 전달되도록 한다. 이와 같은 과정은 냉온수발생장치가 정상적으로 동작되는 상태이다.In the
하지만, 외기의 온도가 떨어지게 되면, 상기 제2열교환기(40)에서 냉매가 외기로부터 받을 수 있는 열량이 줄어들게 되어, 냉매가 완전히 증발되지 못한다. 즉 냉매의 과열도가 떨어지게 된다.However, when the temperature of the outside air is reduced, the amount of heat that the refrigerant can receive from the outside air in the
상기 냉매의 상태는 상기 연결관(40")에 설치된 상기 감지부(31)가 감지하고, 상기 감지부(31)의 감지값에 의해 상기 제1팽창밸브(30)의 개구도가 작아지게 조절된다. 상기 제1팽창밸브(30)의 개구도가 작아지게 조절되면, 상기 제1팽창밸브(30)를 거쳐 상기 제2열교환기(40)로 전달되는 냉매의 양이 줄어들게 되어, 냉매 전체의 증발을 위해 필요한 열량이 줄어들게 되므로, 외기의 온도가 낮아지더라도 냉매를 충분히 증발시킬 수 있게 된다.The state of the refrigerant is detected by the
외기의 온도가 낮아져 냉매와 외기의 열교환이 위에서 설명한 바와 같이 되어 냉매가 제대로 증발되지 않게 되면, 상기 제1팽창밸브(30)의 개구도가 작아지게 되어 상기 제2열교환기(40)로 전달되는 냉매의 양이 줄어든다. 따라서, 상기 제2열교환기(40)내의 냉매의 압력은 떨어지게 되고, 압력과 온도는 비례하므로, 냉매의 온도가 떨어지게 되는데, 상기 냉매의 온도가 너무 떨어지게 되면 상기 제2열교환기(40)를 통과하는 외기의 이슬점온도보다 낮게 될 수 있다. 이와 같이 되면 제2열교환기(40)의 표면에 수분이 응결된다. 즉, 적상이 이루어지게 된다. When the temperature of the outside air is lowered and the heat exchange between the refrigerant and the outside air is described above, and the refrigerant is not evaporated properly, the opening degree of the
하지만, 본 발명에서는 외기의 온도가 일정 이하로 내려가면, 상기 전자밸브(33)가 개방되어 상기 제1팽창밸브(30)의 개구도가 작아져 제2열교환기(40)로 전달되지 못하는 냉매가 상기 보상열교환기(36)로 전달되도록 한다. 이는 상기 제2열교환기(40)로 전달되는 냉매의 양을 조금 더 많아지게 하여 제2열교환기(40)에서의 냉매의 온도를 약간 높여 외기의 이슬점온도보다 높아지게 하는 것이다. 이와 같이 하면, 적상발생이 방지되어 별도의 제상운전을 할 필요가 없게 된다.However, in the present invention, when the temperature of the outside air falls below a certain level, the
이 과정을 보다 상세히 설명하면, 상기 전자밸브(33)를 통과한 냉매는 상기 보상팽창밸브(35)에서 팽창되어 열교환하기에 좋은 상태로 만들어진다. 그리고, 상기 보상열교환기(36)로 전달된다.In more detail, this process, the refrigerant passing through the
상기 보상열교환기(36)로는 상기 물공급관(50')을 통해 물이 전달된다. 상기 물은 온수발생장치의 동작에 필요한 온도로 만들어져 공급되는데, 예를 들면 약 30 ℃정도이다. 상기 보상열교환기(36)에서는 상기 물로부터 열을 공급받아 냉매가 증발된다. 상기 보상열교환기(36)에서 증발된 냉매는 상기 연결관(36')을 통해 상기 증발압력밸브(37)를 거쳐 상기 혼합헤더(42)로 공급된다. 상기 증발압력밸브(37)는 상기 냉매가 일정 압력 이상이 된 경우에만 상기 혼합헤더(42)로 전달될 수 있도록 한다. 이와 같이 상기 보상열교환기(36)에서 상기 제2열교환기(40)로 전달되지 않은 냉매를 증발시키게 되므로, 전체 온수발생장치의 동작에서 냉매가 흐름이 원활하게 되고, 상기 제1열교환기(20)에서 온수의 발생에 필요한 열량을 공급할 수 있게 된다.Water is delivered to the
그리고, 상기 보상열교환기(36)에서 과열되어 나온 냉매는 상기 혼합헤더(42)에서 상기 제2열교환기(40)를 거쳐 나온 냉매와 혼합된다. 외기온도가 상대적으로 낮은 상태에서 운전이 되는 경우에는, 상기 보상열교환기(36)에서 나온 냉매가 압력 및 온도가 높고 과열된 상태이고, 상기 제2열교환기(40)에서 나온 냉매는 압력 및 온도가 상대적으로 낮고 과열도가 낮은 상태이다. 따라서, 이들이 서로 혼합이 되면, 상기 제2열교환기(40)에서 나온 냉매의 상태보다는 압력 및 온도가 높고 과열도도 높아진 상태가 된다. 따라서, 상기 감지부(31)가 이 냉매의 상태를 감지하게 되면, 상기 제1팽창밸브(30)의 개구도가 더 커지도록 한다.In addition, the refrigerant that is overheated in the compensating
즉, 실제로 외기온도에 따른 적합한 개구도보다 약간 더 커지므로 제2열교환기(40)로의 냉매공급은 약간 더 많아지면서, 상기 제2열교환기(40) 내부의 냉매의 압력과 온도가 약간 높아지면서 외기의 이슬점온도보다 높은 온도로 되는 것이다. 따라서, 상기 제2열교환기(40)의 표면에 수분이 응결되는 것이 방지된다.That is, in fact, the supply of the refrigerant to the
한편, 상기한 바와 같이 사이클이 동작되면서 상기 제1열교환기(20)에서는 냉매와 물 사이의 열교환이 발생하여, 물의 온도가 높아지게 되고, 상기 물은 상기 온수관(21")을 통해 상기 온수탱크(60)로 전달되고, 상기 온수탱크(60)에 저장되었다가 필요시에 사용된다.On the other hand, as the cycle is operated as described above the heat exchange between the refrigerant and the water in the
그리고, 상기 제7밸브(48)가 개방되어 있으므로, 상기 수액기(22)에서 나온 냉매의 일부는 상기 제2팽창밸브(47)에서 팽창되어 상기 제3열교환기(46)로 전달된다. 상기 제3열교환기(45)에서의 열교환에 의해서 상기 유입관(40)을 통해서 들어온 물은 온도가 낮아져 원하는 온도의 냉수로 되어 유출관(49')을 통해 유출된다.In addition, since the
상기 제3열교환기(46)를 나온 냉매는 제4체크밸브(46c)를 거쳐 연결관(40")을 통해 기액분리기(45) 및 압축기(10)로 전달된다.The refrigerant leaving the
한편, 냉수는 더 이상 필요하지 않고 온수만이 필요한 경우에 본 발명의 동작을 살펴본다. 이때, 제1밸브(11), 제7밸브(48) 그리고 제6밸브(25s)는 폐쇄된다. 여기서 제7밸브(48)의 폐쇄는 제3열교환기(46)로의 냉매 유동을 차단하기 위한 것이다. 그리고 제2밸브(12), 제3밸브(23), 제4밸브(30s), 제5밸브(40s)를 개방하여 냉매가 제1열교환기(20), 제2열교환기(40)로 전달되어 사이클이 동작되도록 한다. 이때, 상기 제1열교환기(20)는 응축기역할을 하면서 온수를 발생시키고, 상기 제2열교환기(40)는 증발기 역할을 하게 된다.On the other hand, look at the operation of the present invention when cold water is no longer needed, only hot water. At this time, the
도 4에는 온수만 발생시키는 경우의 냉매유동이 화살표로 표시되어 있다. 이 경우에는 냉매가 압축기(10), 제1열교환기(20), 수액기(22), 제1팽창밸브(30), 제2열교환기(40), 기액분리기(45)를 거쳐 압축기(10)로 전달된다. 물론 외기의 온도가 낮은 경우에는 위에서 설명한 바와 같이 일부의 냉매가 보상열교환기(46)쪽으로 전자밸브(33)의 개방동작에 의해 전달된다.4, the refrigerant flow in the case of generating only hot water is indicated by an arrow. In this case, the refrigerant passes through the
마지막으로, 냉수만을 발생시키는 경우의 냉매유동이 도 5에 화살표로 표시되어 있다. 이 경우에는, 제1밸브(11), 제6밸브(25s), 제7밸브(48)가 개방되어 있고, 제 2밸브(12), 제3밸브(23), 제4밸브(30s) 및 제5밸브(40s)가 폐쇄되어 있다.Finally, the refrigerant flow in the case of generating only cold water is indicated by arrows in FIG. In this case, the
따라서, 냉매는 제1보조연결관(11')을 통해 제2열교환기(40)로 전달된다. 따라서, 상기 제2열교환기(40)는 응축기의 역할을 하게 된다. 상기 제2열교환기(40)를 나온 냉매는 제6밸브(25s)를 거쳐 수액기(22)로 전달되고, 수액기(22)를 거쳐 제3열교환기(46)로 전달되어 열교환하면서 냉수를 발생시키게 된다. 상기 제3열교환기(46)를 거쳐 나온 냉매는 연결관(46')을 통해 제4체크밸브(46c)를 거쳐 기액분리기(45) 및 압축기(10)로 전달되고, 계속하여 사이클을 돌게 된다.Therefore, the refrigerant is transferred to the
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, but is defined by the claims, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the claims. It is self evident.
본 명세서에서는 본 발명을 냉온수발생장치라고 하고 있으나, 실제로는 냉수로는 냉방을 하고 온수로는 난방을 할 수 있으므로, 냉난방장치라고도 할 수 있다.In the present specification, the present invention is referred to as a cold / hot water generating device, but in fact, the cooling water can be cooled by cold water and heated by hot water.
그리고, 도시된 실시예에서는 제1밸브(11)와 제2밸브(12)를 동시에 사용하고 있으나, 실제로는 둘중의 어느 하나만을 사용하여도 냉매의 흐름을 제어할 수 있다.In the illustrated embodiment, the
도 1은 종래 기술에 의한 온수발생장치의 구성을 보인 구성도.1 is a block diagram showing the configuration of a hot water generator according to the prior art.
도 2는 본 발명에 의한 히트펌프식 냉온수발생장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 구성도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of a heat pump type cold and hot water generator according to the present invention.
도 3은 본 발명에서 냉수와 온수를 동시에 발생시키는 상태에서 냉매의 유동을 표시한 동작상태도.Figure 3 is an operating state showing the flow of the refrigerant in the state of generating cold water and hot water at the same time in the present invention.
도 4는 본 발명에서 온수만을 발생시키는 상태에서 냉매의 유동을 표시한 동작상태도.Figure 4 is an operating state diagram showing the flow of the refrigerant in the state of generating only hot water in the present invention.
도 5는 본 발명에서 냉수만을 발생시키는 상태에서 냉매의 유동을 표시한 동작상태도.5 is an operating state diagram showing the flow of the refrigerant in the state of generating only cold water in the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10: 압축기 10': 연결관10: compressor 10 ': connector
11: 제1밸브 11': 제1보조연결관11: 1st valve 11 ': 1st auxiliary connector
12: 제2밸브 20: 제1열교환기12: second valve 20: first heat exchanger
21": 온수관 22: 수액기21 ": hot water pipe 22: receiver
22': 연결관 23: 제3밸브22 ': connector 23: third valve
24: 제2체크밸브 25: 제3체크밸브24: second check valve 25: third check valve
25s: 제6밸브 30: 제1팽창밸브25s: sixth valve 30: first expansion valve
30': 연결관 30s: 제4밸브30 ':
33: 전자밸브 35: 보상팽창밸브33: solenoid valve 35: compensation expansion valve
36: 보상열교환기 37: 증발압력밸브36: compensating heat exchanger 37: evaporation pressure valve
40: 제2열교환기 40', 40": 연결관40:
40s: 제5밸브 45: 기액분리기40s: fifth valve 45: gas-liquid separator
46: 제3열교환기 47: 제2팽창밸브46: third heat exchanger 47: second expansion valve
48: 제7밸브 50: 물공급원48: seventh valve 50: water supply source
60: 온수탱크 62: 절수밸브60: hot water tank 62: water saving valve
64: 혼합밸브64: mixing valve
Claims (6)
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KR1020090133302A KR20110076558A (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Hot and cool water generating apparatus using heat pump |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
KR101224404B1 (en) * | 2012-12-04 | 2013-01-21 | (주)정인하이테크 | Heat exchanging apparatus for cooling media and control method the same |
KR101592270B1 (en) | 2015-07-21 | 2016-02-18 | (주)정인하이테크 | Refrigeration cycle apparatus and control method thereof |
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- 2009-12-29 KR KR1020090133302A patent/KR20110076558A/en active IP Right Grant
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