KR20120050125A

KR20120050125A - 과열 방지 기능을 구비한 하이브리드 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR20120050125A
Application number: KR1020100111482A
Authority: KR
Inventors: 박윤철; 고광수; 김지영
Original assignee: 제주대학교 산학협력단
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-18
Also published as: KR101369644B1

Abstract

하이브리드 히트펌프 시스템은 공기와 제1 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 제1 작동유체를 가열하는 제1 흡열부, 태양열을 집열하여 상기 제1 작동유체를 가열하는 제2 흡열부, 상기 제1 흡열부 및/또는 상기 제2 흡열부에서 유입된 제1 작동유체와 축열조에서 유입된 제2 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 제2 작동유체를 가열하는 히트펌프를 포함하고, 상기 제2 흡열부에서 유출되는 상기 제1 작동유체의 온도를 측정하는 센서, 상기 센서를 통해 측정된 온도가 소정의 값 이하인 경우에는 상기 제2 흡열부에서 유출되는 상기 제1 작동유체를 상기 히트펌프에 유입시키고, 상기 측정된 온도가 상기 소정의 값 이상인 경우에는 상기 제2 흡열부에서 유출되는 상기 제1 작동유체를 온도를 낮춘 후 상기 히트펌프에 유입시키는 제어부 및 상기 제2 흡열부에서 유입된 상기 제1 작동유체와 상기 축열조에서 유입된 상기 제2 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 제1 작동유체의 온도를 낮추고 상기 온도가 낮아진 제1 작동유체를 상기 히트펌프로 유입시키는 제1 열교환기를 포함한다.

Description

과열 방지 기능을 구비한 하이브리드 히트펌프 시스템{HYBRID HEAT PUMP SYSTEM HAVING OVERHEAT PREVENTING FUNCTION}

개시된 기술은 복수의 열원을 이용한 하이브리드 히트펌프(Hybrid heat pump) 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히트펌프의 과열을 방지하고 열손실을 방지할 수 있는 하이브리드 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

히트펌프는 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 열을 이동시킬 수 있는 장치이다. 히트펌프의 기본적인 사이클의 구성과 동작방법은 냉동기와 같다. 히트펌프는 열을 흡수하고 방열하는 원리의 구분에 따라 압축식, 화학식, 흡수식, 흡착식 등으로 분류될 수 있다.

히트펌프는 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브를 포함하며, 증발기, 팽창밸브, 응축기 및 압축기를 통해 작동유체의 상을 변화시키면서 순환시킨다. 즉, 히트펌프는 작동유체의 증발, 팽창, 응축, 압축 과정을 통해 열을 흡수하거나 방열하여 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 열을 이동시킬 수 있다.

태양열을 이용하는 하이브리드 히트펌프 시스템의 경우에 태양이 강렬한 한낮에는 작동유체의 온도가 급격히 상승할 수 있다. 따라서, 고온의 작동유체가 히트펌프에 유입될 수 있고, 이는 히트펌프의 과열을 유발할 수 있다.

개시된 기술은 히트펌프 시스템의 과열을 방지하여 안정적인 동작을 보장하고 열손실을 방지하여 열효율을 높일 수 있는 하이브리드 히트펌프 시스템을 제공한다.

개시된 기술의 일 실시예에 따른 하이브리드 히트펌프 시스템은 공기와 제1 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 제1 작동유체를 가열하는 제1 흡열부, 태양열을 집열하여 상기 제1 작동유체를 가열하는 제2 흡열부, 상기 제1 흡열부 및/또는 상기 제2 흡열부에서 유입된 제1 작동유체와 축열조에서 유입된 제2 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 제2 작동유체를 가열하는 히트펌프를 포함하고, 상기 제2 흡열부에서 유출되는 상기 제1 작동유체의 온도를 측정하는 센서, 상기 센서를 통해 측정된 온도가 소정의 값 이하인 경우에는 상기 제2 흡열부에서 유출되는 상기 제1 작동유체를 상기 히트펌프에 유입시키고, 상기 측정된 온도가 상기 소정의 값 이상인 경우에는 상기 제2 흡열부에서 유출되는 상기 제1 작동유체를 온도를 낮춘 후 상기 히트펌프에 유입시키는 제어부 및 상기 제2 흡열부에서 유입된 상기 제1 작동유체와 상기 축열조에서 유입된 상기 제2 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 제1 작동유체의 온도를 낮추고 상기 온도가 낮아진 제1 작동유체를 상기 히트펌프로 유입시키는 제1 열교환기를 포함한다.

상기 제1 흡열부는 상기 제1 작동유체를 저온저압으로 감압하는 제1 팽창밸브 및 상기 공기와 상기 제1 팽창밸브를 통해 감압된 상기 제1 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 공기의 열을 상기 감압된 제1 작동유체에 전달하는 제2 열교환기를 포함할 수 있다.

상기 제2 흡열부는 상기 제1 작동유체를 저온저압으로 감압하는 제2 팽창밸브 및 태양열을 집열하여 상기 감압된 제1 작동유체에 전달하는 집열기를 포함할 수 있다.

상기 히트펌프는 상기 유입된 제1 작동유체에서 액체 상태의 제1 작동유체를 분리하여 액체 상태의 제1 작동유체가 유입되는 것을 방지하는 액 분리기, 상기 액 분리기를 통해 유입된 제1 작동유체를 압축하는 압축기, 상기 압축기를 통해 압축된 제1 작동유체와 상기 축열조에서 유입된 제2 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 제1 작동유체의 열을 상기 제2 작동유체에 전달하는 제3 열교환기 및 상기 제3 열교환기에서 유출된 제1 작동유체를 일시 저장하여 토출되는 제1 작동유체의 양을 조절하는 수액기를 포함할 수 있다.

상기 제1 흡열부와 상기 제2 흡열부는 상기 히트펌프에 대해 병렬로 연결되고 상기 제어부는 상기 히트펌프에서 열교환 후 유출된 상기 제1 작동유체를 상기 제1 흡열부 및/또는 상기 제2 흡열부에 유입시킬 수 있다.

상기 하이브리드 히트펌프 시스템은 상기 제1 흡열부와 상기 히트펌프를 연결하는 관로 상에서 상기 제1 작동유체의 흐름을 제어하는 제1 솔레노이드 밸브 및 상기 제2 흡열부와 상기 히트펌프를 연결하는 관로 상에서 상기 제1 작동유체의 흐름을 제어하는 제2 솔레노이드 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 솔레노이드 밸브와 상기 제2 솔레노이드 밸브를 제어하여 상기 제1 작동유체를 상기 제1 흡열부 및/또는 상기 제2 흡열부에 유입시킬 수 있다.

상기 하이브리드 히트펌프 시스템은 상기 제1 작동유체를 상기 히트펌프로 유입시키는 관로 상에서 상기 히트펌프로 직접 유입되는 제1 작동 유체의 흐름을 제어하는 제3 솔레노이드 밸브 및 상기 제1 작동유체를 상기 히트펌프로 유입시키는 관로 상에서 상기 제1 열교환기로 유입되는 제1 작동 유체의 흐름을 제어하는 제4 솔레노이드 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제3 솔레노이드 밸브와 상기 제4 솔레노이드 밸브를 제어하여 상기 제1 작동유체를 상기 히트펌프로 유입시키거나 또는 상기 제1 열교환기로 유입시킬 수 있다.

개시된 기술의 일 실시예에 따른 하이브리드 히트펌프 시스템은 과열을 방지하여 고장을 방지하고 히트펌프 시스템을 안정적으로 동작시킬 수 있다. 또한, 하이브리드 히트펌프 시스템은 열손실을 방지하여 열효율을 높일 수 있다.

도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 하이브리드 히트펌프 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 히트펌프를 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 1의 하이브리드 히트펌프 시스템이 제1 흡열부를 통해 동작하는 경우에 작동유체의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 하이브리드 히트펌프 시스템이 제2 흡열부를 통해 동작하는 경우에 작동유체의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 하이브리드 히트펌프 시스템에서 작동유체가 고온인 경우에 작동유체의 흐름을 나타내는 도면이다.

개시된 기술의 실시예들에 관한 설명은 개시된 기술의 구조적 내지 기능적 설명들을 위하여 예시된 것에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예들에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 개시된 기술의 실시예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

개시된 기술에서 기재된 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

개시된 기술에서 기술한 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 하이브리드 히트펌프 시스템을 나타내는 구성도이다.

도 1을 참조하면, 하이브리드 히트펌프 시스템(100)은 제1 흡열부(110), 제2 흡열부(120), 센서(130), 솔레노이드 밸브(140), 제1 열교환기(150), 히트펌프(160), 축열조(170), 펌프(180) 및 제어부(190)를 포함한다.

제1 흡열부(110)는 외기를 열원으로 이용하여 공기와 제1 작동유체 사이의 열교환을 통해 제1 작동유체를 가열한다. 제1 흡열부(110)는 제1 작동유체를 감압하여 저온저압의 액체 상태로 변환시키는 제1 팽창밸브(112) 및 공기와 감압된 제1 작동유체 사이의 열교환을 통해 공기의 열을 감압된 제1 작동유체에 전달하는 제2 열교환기(114)를 포함한다. 즉, 저온저압의 액체 상태인 제1 작동유체는 제2 열 교환기(114)를 경유하면서 열을 전달받아 저온저압의 기체가 된다.

제2 흡열부(120)는 태양열을 열원으로 이용하여 제1 작동유체를 가열한다. 제2 흡열부(120)는 제1 작동유체를 감압하여 저온저압의 액체 상태로 변환시키는 제2 팽창밸브(122) 및 태양열을 집열하여 감압된 제1 작동유체에 전달하는 집열기(124)를 포함한다. 즉, 저온저압의 액체 상태인 제1 작동유체는 집열기(124)를 경유하면서 열을 전달받아 저온저압의 기체가 된다.

제1 흡열부(110)와 제2 흡열부(120)는 히트펌프(160)에 대해 병렬로 연결되고, 각각 히트펌프(160)와 순환 사이클을 형성할 수 있다. 예를 들어, 히트펌프(160)는 선택적으로 제1 흡열부(110) 또는 제2 흡열부(120)와 순환 사이클을 형성할 수도 있고, 제1 흡열부(110) 및 제2 흡열부(120)와 동시에 순환 사이클을 형성할 수도 있다.

솔레노이드 밸브(140)는 제어부(190)의 제어에 따라 관을 개폐하여 작동유체의 흐름을 제어한다. 예를 들어, 제1 솔레노이드 밸브(140a)와 제2 솔레노이드 밸브(140b)는 제1 흡열부(110)와 히트펌프(160)를 연결하는 관로 상에서 제1 흡열부(110)로 유입되거나 제1 흡열부(110)에서 유출되는 제1 작동유체의 흐름을 제어하고, 제3 솔레노이드 밸브(140c)와 제4 솔레노이드 밸브(140d)는 제2 흡열부(120)와 히트펌프(160)를 연결하는 관로 상에서 제2 흡열부(120)로 유입되거나 제2 흡열부(120)에서 유출되는 제1 작동유체의 흐름을 제어한다. 제5 솔레노이드 밸브(140e)와 제6 솔레노이드 밸브(140f)는 제1 작동유체를 히트펌프(160)로 유입시키는 관로 상에서 히트펌프(160)로 직접 유입되는 제1 작동 유체의 흐름을 제어하거나 제1 열교환기(150)로 유입되는 제1 작동 유체의 흐름을 제어한다. 제7 솔레노이드 밸브(140g)와 제8 솔레노이드 밸브(140h)는 축열조(170)와 히트펌프(160)를 연결하는 관로 상에서 히트펌프(160)로 직접 유입되는 제2 작동 유체의 흐름을 제어하거나 제1 열교환기(150)로 유입되는 제2 작동 유체의 흐름을 제어한다.

히트펌프(160)는 제1 흡열부(110) 및/또는 제2 흡열부(120)에서 유입된 제1 작동유체와 축열조(170)에서 유입된 제2 작동유체 사이의 열교환을 통해 제2 작동유체를 가열한다.

도 2는 도 1의 히트펌프를 나타내는 구성도이다.

도 2를 참조하면, 히트펌프(160)는 액 분리기(162), 압축기(164), 제3 열교환기(166) 및 수액기(168)를 포함한다. 액 분리기(162)는 히트펌프(160)에 유입된 제1 작동유체에서 액체 상태의 제1 작동유체를 분리하여 액체 상태의 제1 작동유체가 유입되는 것을 방지한다. 액 분리기(162)는 제1 흡열부(110) 및/또는 제2 흡열부(120)에서 유출된 제1 작동유체에서 액체 상태의 유체와 기체 상태의 유체를 분리하고 기체 상태의 제1 작동유체를 압축기(164)에 유입시킬 수 있다. 따라서, 액 분리기(162)는 액체 상태의 제1 작동유체가 압축기(164)에 유입되어 압축기(164)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

압축기(164)는 액 분리기(162)를 통해 유입된 제1 작동유체를 압축한다. 즉, 압축기(164)는 저온저압의 기체 상태인 제1 작동유체를 단열 압축하여 고온고압의 기체로 변환시킨다. 제3 열교환기(166)는 압축기(164)를 통해 압축된 제1 작동유체와 축열조(170)에서 유입된 제2 작동유체 사이의 열교환을 통해 제1 작동유체의 열을 제2 작동유체에 전달한다. 제3 열교환기(166)는 열교환과 함께 응축기의 역할을 수행한다. 고온고압의 기체 상태인 제1 작동유체는 제3 열교환기(166)를 경유하면서 열을 잃고 고온고압의 액체가 된다.

수액기(168)는 제3 열교환기(166)에서 유출되는 제1 작동유체를 일시 저장하여 히트펌프(160)에서 제1 흡열부(110) 및/또는 제2 흡열부(120)로 토출되는 제1 작동유체의 양을 조절한다. 수액기(168)는 토출되는 제1 작동유체의 양이 일정하도록 토출양을 조절하여 히트펌프 시스템(100)이 안정적으로 동작할 수 있도록 한다.

다시 도 1을 참조하면, 축열조(170)는 제2 작동유체를 통해 열을 저장한다. 축열조(170)는 히트펌프(160)에 제2 작동유체를 공급하고 히트펌프(160)에서 가열된 제2 작동유체를 공급받아 저장한다. 펌프(180)는 축열조(170)에 저장된 제2 작동유체를 히트펌프(160)에 제공하여 히트펌프(160)와 축열조(170) 사이에 제2 작동유체를 순환시킨다. 제2 작동유체는 히트펌프(160)를 경유하면서 열을 전달받아 고온의 유체가 된다.

제어부(190)는 제1 솔레노이드 밸브(140a) 내지 제4 솔레노이드 밸브(140d)를 제어하여 히트펌프(160)에서 유출된 제1 작동유체를 제1 흡열부(110) 및/또는 제2 흡열부(120)에 유입시키고, 제1 흡열부(110) 및/또는 제2 흡열부(120)와 히트펌프(160) 사이에 제1 작동유체를 순환시킨다.

예를 들어, 외기의 온도가 높은 경우에는 제어부(190)는 제1 솔레노이드 밸브(140a)와 제2 솔레노이드 밸브(140b)를 열어서 제1 흡열부(110)를 통해 열을 흡수하고, 외기의 온도가 낮은 경우에는 제어부(190)는 제3 솔레노이드 밸브(140c)와 제4 솔레노이드 밸브(140d)를 열어서 제2 흡열부(120)를 통해 열을 흡수할 수 있다. 따라서, 하이브리드 히트펌프 시스템(100)은 상황에 따라 열원을 선택하여 히트펌프 시스템 구동에 필요한 열을 충분히 얻을 수 있다. 다른 일 실시예에서, 제어부(190)는 제1 솔레노이드 밸브(140a) 내지 제4 솔레노이드 밸브(140d)를 모두 열어서 제1 흡열부(110) 및 제2 흡열부(120) 양쪽을 통해 모두 열을 흡수할 수도 있다.

하이브리드 히트펌프 시스템(100)이 제2 흡열부(120)를 통해 동작하는 경우에는 하이브리드 히트펌프 시스템(100)은 제2 흡열부(120)에서 유출되는 제1 작동유체의 온도를 측정하여 고온의 제1 작동유체가 히트펌프(160)에 직접 유입되는 것을 방지한다.

센서(130)는 제2 흡열부(120)에서 유출되는 제1 작동유체의 온도를 측정하여 측정 값을 제어부(190)에 전달한다. 일 실시예에서, 센서(130)는 제1 작동유체의 온도를 직접 측정하는 온도 센서일 수 있고 다른 실시예에서, 센서(130)는 제1 작동유체의 압력을 통해 온도를 측정하는 압력 센서일 수도 있다.

제어부(190)는 센서(130)를 통해 측정된 온도가 소정의 값 이하인 경우에는 제2 흡열부(120)에서 유출되는 제1 작동유체를 히트펌프(160)에 직접 유입시키고, 측정된 온도가 소정의 값 이상인 경우에는 제2 흡열부(120)에서 유출되는 제1 작동유체의 온도를 낮춘 후 히트펌프(160)에 유입시킨다. 즉, 센서(130)를 통해 측정된 온도가 소정의 값 이하인 경우에는 제어부(190)는 제5 솔레노이드 밸브(140e)를 열고 제6 솔레노이드 밸브(140f)를 닫아서 제2 흡열부(120)에서 유출되는 제1 작동유체를 히트펌프(160)에 직접 유입시킨다. 그리고, 제어부(190)는 제7 솔레노이드 밸브(140g)는 열고 제8 솔레노이드 밸브(140h)는 닫아서 제2 냉각유체를 히트펌프(160)에 유입시킨다.

센서(130)를 통해 측정된 온도가 소정의 값 이상인 경우에는 제어부(190)는 제5 솔레노이드 밸브(140e)를 닫고 제6 솔레노이드 밸브(140f)를 열어서 제2 흡열부(120)에서 유출되는 제1 작동유체를 제1 열교환기(150)에 유입시킨다. 그리고, 제어부(190)는 제7 솔레노이드 밸브(140g)와 제8 솔레노이드 밸브(140h)를 열어서 제2 냉각유체를 제1 열교환기(150)와 히트펌프(160)에 유입시킨다. 제어부(190)는 사용자로부터 입력받은 값을 센서(130)를 통해 측정된 온도와 비교하기 위한 값으로 미리 설정할 수 있다.

제1 열교환기(150)는 제2 흡열부(120)에서 유입된 제1 작동유체와 축열조(170)에서 유입된 제2 작동유체 사이의 열교환을 통해 제1 작동유체의 온도를 낮추고 온도가 낮아진 제1 작동유체를 히트펌프(160)로 유입시킨다. 제1 열교환기(150)를 통해 가열된 제2 작동유체는 다시 축열조(170)로 유입된다.

일 실시예에서, 제1 작동유체와 제2 작동유체에는 열안정성이 높고 장치재료에 대한 부식성이 적으며, 유동성이 우수하면서 비열, 증발열이 크고 불연성을 갖는 유체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 하이브리드 히트펌프 시스템(100)은 제1 작동유체로 R22를 사용할 수 있다. R22는 냉각온도가 -160℃이고 기화온도가 -40.8℃인 냉매로 극저온에서도 동파의 염려가 없으며 화학적으로도 안정된 냉매이다. 일 실시예에서, 하이브리드 히트펌프 시스템(100)은 제2 작동유체로 물을 사용할 수 있다.

도 3은 도 1의 하이브리드 히트펌프 시스템이 제1 흡열부를 통해 동작하는 경우에 작동유체의 흐름을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 하이브리드 히트펌프 시스템(100)이 제1 흡열부(110)를 통해 동작하는 경우에는 제어부(190)는 제1 솔레노이드 밸브(140a)와 제2 솔레노이드 밸브(140b), 제5 솔레노이드 밸브(140e) 및 제7 솔레노이드 밸브(140g)를 열고, 제3 솔레노이드 밸브(140c)와 제4 솔레노이드 밸브(140d), 제6 솔레노이드 밸브(140f) 및 제8 솔레노이드 밸브(140h)를 닫는다.

히트펌프(160)에서 유출된 고온고압의 액체 상태인 제1 작동유체는 제1 흡열부(110)로 유입되고, 제1 팽창밸브(112)는 유입된 제1 작동유체를 감압하여 저온저압의 액체 상태로 변환시킨다. 제2 열교환기(114)는 공기와 제1 작동유체 사이의 열 교환을 통해 저온저압의 액체 상태의 제1 작동유체를 저온저압의 기체 상태로 변환시킨다. 제1 흡열부(110)에서 유출된 저온저압의 기체 상태인 제1 작동유체는 히트펌프(160)로 유입되고, 히트펌프(160)는 제1 작동유체와 축열조(170)에서 제공받은 제2 작동유체 사이의 열 교환을 통해 제2 작동유체를 가열한다.

도 4는 도 1의 하이브리드 히트펌프 시스템이 제2 흡열부를 통해 동작하는 경우에 작동유체의 흐름을 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 하이브리드 히트펌프 시스템(100)이 제2 흡열부(120)를 통해 동작하고 센서(130)를 통해 측정된 제1 작동유체의 온도가 소정의 값 이하인 경우에는 제어부(190)는 제2 흡열부(120)에서 유출된 제1 작동유체를 직접 히트펌프(160)에 유입시킨다. 이러한 경우에는 제어부(190)는 제3 솔레노이드 밸브(140c)와 제4 솔레노이드 밸브(140d), 제5 솔레노이드 밸브(140e) 및 제7 솔레노이드 밸브(140g)를 열고, 제1 솔레노이드 밸브(140a)와 제2 솔레노이드 밸브(140b), 제6 솔레노이드 밸브(140f) 및 제8 솔레노이드 밸브(140h)를 닫는다.

히트펌프(160)에서 유출된 고온고압의 액체 상태인 제1 작동유체는 제2 흡열부(120)로 유입되고, 제2 팽창밸브(122)는 유입된 제1 작동유체를 감압하여 저온저압의 액체 상태로 변환시킨다. 집열기(124)는 태양열을 집열하여 저온저압의 액체 상태의 제1 작동유체를 저온저압의 기체 상태로 변환시킨다. 제2 흡열부(120)에서 유출된 저온저압의 기체 상태인 제1 작동유체는 히트펌프(160)로 유입되고, 히트펌프(160)는 제1 작동유체와 축열조(170)에서 제공받은 제2 작동유체 사이의 열 교환을 통해 제2 작동유체를 가열한다.

도 5는 도 4의 하이브리드 히트펌프 시스템에서 작동유체가 고온인 경우에 작동유체의 흐름을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 하이브리드 히트펌프 시스템(100)이 제2 흡열부(120)를 통해 동작하고 센서(130)를 통해 측정된 제1 작동유체의 온도가 소정의 값 이상인 경우에는 제어부(190)는 제2 흡열부(120)에서 유출된 제1 작동유체의 온도를 낮춘 후 히트펌프(160)에 유입시킨다. 이러한 경우에는 제어부(190)는 제3 솔레노이드 밸브(140c)와 제4 솔레노이드 밸브(140d), 제6 솔레노이드 밸브(140f), 제7 솔레노이드 밸브(140g) 및 제8 솔레노이드 밸브(140h)를 열고, 제1 솔레노이드 밸브(140a)와 제2 솔레노이드 밸브(140b) 및 제5 솔레노이드 밸브(140e)를 닫는다.

히트펌프(160)에서 유출된 고온고압의 액체 상태인 제1 작동유체는 제2 흡열부(120)로 유입되고, 제2 팽창밸브(122)는 유입된 제1 작동유체를 감압하여 저온저압의 액체 상태로 변환시킨다. 집열기(124)는 태양열을 집열하여 저온저압의 액체 상태의 제1 작동유체를 저온저압의 기체 상태로 변환시킨다. 제2 흡열부(120)에서 유출된 저온저압의 기체 상태인 제1 작동유체는 제1 열교환기(150)로 유입되고, 제1 열교환기(150)를 통해 제2 작동유체와 열교환하여 온도가 낮아진 제1 작동유체는 히트펌프(160)로 유입된다. 히트펌프(160)는 제1 작동유체와 축열조(170)에서 제공받은 제2 작동유체 사이의 열 교환을 통해 제2 작동유체를 가열한다.

상기 실시예들은 개시된 기술의 이해를 돕기 위해 공기열과 태양열을 열원으로하는 하이브리드 히트펌프 시스템을 중심으로 설명하였으나, 개시된 기술은 이에 한정되지 않고 다른 열원을 이용하는 하이브리드 히트펌프 시스템에 응용할 수 있다. 예를 들어, 개시된 기술은 지열, 공장 폐열 등과 같은 열원을 이용하는 하이브리드 히트펌프 시스템에도 적용될 수 있다.

상기에서는 개시된 기술의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 제1 흡열부 120 : 제2 흡열부
130 : 센서 140 : 솔레노이드 밸브
150 : 제1 열교환기 160 : 히트펌프
170 : 축열조 180 : 펌프
190 : 제어부

Claims

공기와 제1 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 제1 작동유체를 가열하는 제1 흡열부, 태양열을 집열하여 상기 제1 작동유체를 가열하는 제2 흡열부, 상기 제1 흡열부 및/또는 상기 제2 흡열부에서 유입된 제1 작동유체와 축열조에서 유입된 제2 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 제2 작동유체를 가열하는 히트펌프를 포함하는 하이브리드 히트펌프 시스템에 있어서,
상기 제2 흡열부에서 유출되는 상기 제1 작동유체의 온도를 측정하는 센서;
상기 센서를 통해 측정된 온도가 소정의 값 이하인 경우에는 상기 제2 흡열부에서 유출되는 상기 제1 작동유체를 상기 히트펌프에 유입시키고, 상기 측정된 온도가 상기 소정의 값 이상인 경우에는 상기 제2 흡열부에서 유출되는 상기 제1 작동유체를 온도를 낮춘 후 상기 히트펌프에 유입시키는 제어부; 및
상기 제2 흡열부에서 유입된 상기 제1 작동유체와 상기 축열조에서 유입된 상기 제2 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 제1 작동유체의 온도를 낮추고 상기 온도가 낮아진 제1 작동유체를 상기 히트펌프로 유입시키는 제1 열교환기를 포함하는 하이브리드 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 흡열부는
상기 제1 작동유체를 저온저압으로 감압하는 제1 팽창밸브; 및
상기 공기와 상기 제1 팽창밸브를 통해 감압된 상기 제1 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 공기의 열을 상기 감압된 제1 작동유체에 전달하는 제2 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 흡열부는
상기 제1 작동유체를 저온저압으로 감압하는 제2 팽창밸브; 및
태양열을 집열하여 상기 감압된 제1 작동유체에 전달하는 집열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서, 상기 히트펌프는
상기 유입된 제1 작동유체에서 액체 상태의 제1 작동유체를 분리하여 액체 상태의 제1 작동유체가 유입되는 것을 방지하는 액 분리기;
상기 액 분리기를 통해 유입된 제1 작동유체를 압축하는 압축기;
상기 압축기를 통해 압축된 제1 작동유체와 상기 축열조에서 유입된 제2 작동유체 사이의 열교환을 통해 상기 제1 작동유체의 열을 상기 제2 작동유체에 전달하는 제3 열교환기; 및
상기 제3 열교환기에서 유출된 제1 작동유체를 일시 저장하여 토출되는 제1 작동유체의 양을 조절하는 수액기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 흡열부와 상기 제2 흡열부는 상기 히트펌프에 대해 병렬로 연결되고
상기 제어부는 상기 히트펌프에서 열교환 후 유출된 상기 제1 작동유체를 상기 제1 흡열부 및/또는 상기 제2 흡열부에 유입시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제1 흡열부와 상기 히트펌프를 연결하는 관로 상에서 상기 제1 작동유체의 흐름을 제어하는 제1 솔레노이드 밸브; 및
상기 제2 흡열부와 상기 히트펌프를 연결하는 관로 상에서 상기 제1 작동유체의 흐름을 제어하는 제2 솔레노이드 밸브를 더 포함하고
상기 제어부는 상기 제1 솔레노이드 밸브와 상기 제2 솔레노이드 밸브를 제어하여 상기 제1 작동유체를 상기 제1 흡열부 및/또는 상기 제2 흡열부에 유입시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 작동유체를 상기 히트펌프로 유입시키는 관로 상에서 상기 히트펌프로 직접 유입되는 제1 작동 유체의 흐름을 제어하는 제3 솔레노이드 밸브; 및
상기 제1 작동유체를 상기 히트펌프로 유입시키는 관로 상에서 상기 제1 열교환기로 유입되는 제1 작동 유체의 흐름을 제어하는 제4 솔레노이드 밸브를 더 포함하고
상기 제어부는 상기 제3 솔레노이드 밸브와 상기 제4 솔레노이드 밸브를 제어하여 상기 제1 작동유체를 상기 히트펌프로 유입시키거나 또는 상기 제1 열교환기로 유입시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.