KR20120050143A - Heat pump apparatus comprising vapor injection compressor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A heat pump apparatus including a vapor injection compressor is provided to reduce the power consumption thereof and stably provide a hot water supply system by increasing the amount of evaporation in two-pass heat exchangers which function as evaporators. CONSTITUTION: A heat pump apparatus comprises first and second two-pass heat exchangers(120,170), expansion valves(150,155), two vapor injection compressors(110,115), two one-pass heat exchangers(140,145), a heat supply member(280), and a heat supply pipe member(260). The heat supply pipe member includes a heat supply pipe which connects the heat supply member and the two-pass heat exchangers functioning as evaporators and a heat recovery pipe which connects the two one-pass heat exchangers and the heat supply pipe so that the heat of the two one-pass heat exchangers is delivered through the heat recovery pipe and the heat supply pipe to the two-pass heat exchangers.

Description

증기 분사 압축기를 포함하는 히트 펌프 장치{Heat pump apparatus comprising vapor injection compressor}Heat pump apparatus comprising a steam injection compressor

본 발명은 히트 펌프 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 증기 분사 압축기를 포함하는 히트 펌프 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump apparatus, and more particularly to a heat pump apparatus comprising a steam injection compressor.

히트 펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치를 말한다. 현재 대부분의 히트 펌프가 냉방과 난방을 겸용하는 구조를 이루고 있다.The heat pump refers to 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 heat of condensation. Currently, most heat pumps have a structure that combines cooling and heating.

히트 펌프, 특히 공기를 열원으로 하는 히트 펌프에서는 증발기에 성에가 형성되어 열교환 효율이 저하될 수 있고, 그에 따라 압축기에서 액 압축 현상이 발생되어 압축기가 손상될 수 있는데, 이러한 압축기 손상을 방지하기 위한 성에 제거와 함께, 히트 펌프의 작동 효율을 향상시키기 위하여 히트 펌프의 개량이 있어 왔다.In heat pumps, especially heat pumps that use air as a heat source, frost may form on the evaporator, thereby degrading heat exchange efficiency, which may cause liquid compression in the compressor and damage the compressor. In addition to defrosting, improvements in heat pumps have been made to improve the operating efficiency of heat pumps.

그러한 개량의 일환으로, 압축기에서의 액 압축 현상을 억제하고자, 팽창 밸브의 팽창량을 저감시키는 방식이 제시되었는데, 이러한 팽창 밸브의 팽창량 저감 방식에 의하면, 증발기 및 압축기로의 냉매 유입량이 저감되고, 그에 따라 압축기에서 정상치 이상의 고온의 압축 가스가 발생될 수 있다.As part of such an improvement, in order to suppress the liquid compression phenomenon in the compressor, a method of reducing the expansion amount of the expansion valve has been proposed. According to the expansion amount reduction method of the expansion valve, the refrigerant flow into the evaporator and the compressor is reduced. As a result, a compressed gas of a high temperature or higher than a normal value may be generated in the compressor.

이러한 압축기에서의 고온이 압축 가스 발생 문제를 해결하기 위하여, 압축기 토출측보다 상대적으로 저온인 액상의 냉매, 예를 들어 응축기와 팽창 밸브 사이의 액상의 냉매를 압축기 내부로 분사하는 액 분사 방식이 제시되었다.In order to solve the problem that the high temperature in the compressor generates a compressed gas, a liquid injection method of injecting a liquid refrigerant having a relatively lower temperature than the compressor discharge side, for example, a liquid refrigerant between the condenser and the expansion valve, has been proposed. .

그러나, 이러한 액 분사 방식에 의하면, 응축기에서 열교환을 통해 수득하고자 하는 고온수의 온도를 일정 범위, 예를 들어 50 내지 55℃ 이상 올리기가 곤란한 한계가 있었다.However, according to the liquid injection method, there is a limit in that it is difficult to raise the temperature of the hot water to be obtained through heat exchange in the condenser in a certain range, for example, 50 to 55 ° C. or more.

이러한 액 분사 방식의 단점을 해결하기 위하여, 응축기와 팽창 밸브 사이의 액상의 냉매를 기화시켜, 그 기화된 냉매를 압축기에 분사하는 증기 분사 방식의 증기 분사 압축기(vapor injection compressor)가 제시되었다.In order to solve the disadvantage of the liquid injection method, a vapor injection compressor of a vapor injection method for vaporizing the liquid refrigerant between the condenser and the expansion valve and injecting the vaporized refrigerant to the compressor has been proposed.

그러나, 이러한 증기 분사 압축기를 이용하여도, 응축기에서 열교환을 통해 수득하고자 하는 고온수의 온도를 요구되는 범위, 예를 들어 60 내지 65℃ 이상 안정적으로 올리기가 곤란할 수 있다.However, even with such a steam injection compressor, it may be difficult to stably raise the temperature of the hot water to be obtained through heat exchange in the condenser in a required range, for example, 60 to 65 ° C or higher.

본 발명은 요구되는 온도, 예를 들어 60 내지 65℃ 이상의 고온수를 안정적으로 수득할 수 있는 구조를 가진 증기 분사 압축기를 포함하는 히트 펌프 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a heat pump apparatus including a steam injection compressor having a structure capable of stably obtaining a required temperature, for example, high temperature water of 60 to 65 ℃ or more.

본 발명의 일 측면에 따른 증기 분사 압축기를 포함하는 히트 펌프 장치는 냉매의 순환에 따라 응축기 또는 증발기로 기능하고, 외부 온수가 경유되면서 냉매와 열교환될 수 있도록 외부 온수 유입관 및 외부 온수 유출관이 연결되는 제 1 2패스 열교환기; 냉매의 순환에 따라 상기 제 1 2패스 열교환기와 반대로 증발기 또는 응축기로 기능하는 제 2 2패스 열교환기; 상기 제 1 2패스 열교환기와 상기 제 2 2패스 열교환기와 연결되는 팽창 밸브; 상기 팽창 밸브와 다른 측에서 상기 제 1 2패스 열교환기와 상기 제 2 2패스 열교환기와 연결되어 냉동 사이클을 이루고, 상기 제 1 2패스 열교환기와 상기 팽창 밸브 사이의 냉매가 증기 상태로 그 내부에 분사될 수 있는 2개의 증기 분사 압축기; 상기 제 1 2패스 열교환기와 상기 팽창 밸브와 각각 연결되는 2개의 1패스 열교환기; 상기 제 1 2패스 열교환기와 상기 제 2 2패스 열교환기 중 증발기로 기능하는 2패스 열교환기에 외부 열을 공급하는 열 공급 부재; 및 상기 외부 열이 상기 열 공급 부재에서 상기 증발기로 기능하는 2패스 열교환기로 전달되도록, 상기 열 공급 부재와 상기 증발기로 기능하는 2패스 열교환기를 연결하는 열 공급관 부재;를 포함하고,The heat pump apparatus including the steam injection compressor according to an aspect of the present invention functions as a condenser or an evaporator according to the circulation of the refrigerant, and an external hot water inlet pipe and an external hot water outlet pipe to exchange heat with the refrigerant while the external hot water is passed. A first two-pass heat exchanger connected; A second two-pass heat exchanger functioning as an evaporator or a condenser as opposed to the first two-pass heat exchanger according to the circulation of the refrigerant; An expansion valve connected to the first two-pass heat exchanger and the second two-pass heat exchanger; On the other side of the expansion valve is connected to the first two-pass heat exchanger and the second two-pass heat exchanger to form a refrigeration cycle, the refrigerant between the first two-pass heat exchanger and the expansion valve is to be injected therein in a vapor state Two steam injection compressors; Two one-pass heat exchangers respectively connected to the first two-pass heat exchanger and the expansion valve; A heat supply member configured to supply external heat to a two-pass heat exchanger functioning as an evaporator among the first two-pass heat exchanger and the second two-pass heat exchanger; And a heat supply pipe member connecting the heat supply member and the two pass heat exchanger functioning as the evaporator so that the external heat is transferred from the heat supply member to the two pass heat exchanger functioning as the evaporator.

상기 열 공급관 부재는 상기 열 공급 부재와 상기 증발기로 기능하는 2패스 열교환기를 연결하는 열 공급관과, 상기 2개의 1패스 열교환기와 상기 열 공급관을 연결하는 열 회수관을 포함하여, 상기 2개의 1패스 열교환기의 열이 상기 열 회수관과 상기 열 공급관을 통해 상기 증발기로 기능하는 2패스 열교환기로 전달되는 것을 특징으로 한다.The heat supply pipe member includes a heat supply pipe connecting the heat supply member and a two-pass heat exchanger functioning as the evaporator, and a heat recovery pipe connecting the two one-pass heat exchanger and the heat supply pipe. Heat from the heat exchanger is transferred to the two-pass heat exchanger functioning as the evaporator through the heat recovery pipe and the heat supply pipe.

본 발명의 일 측면에 따른 증기 분사 압축기를 포함하는 히트 펌프 장치에 의하면, 2개의 1패스 열교환기의 열이 열 공급 부재의 외부 열과 함께, 열 회수관과 열 공급관을 통해 증발기로 기능하는 2패스 열교환기로 전달될 수 있고, 그에 따라 증발기로 기능하는 2패스 열교환기에서의 증발량이 증가되어, 증기 분사 압축기의 소비 전력이 감소되면서도, 외부 온수 유출관을 통해 유출되는 고온수가 요구되는 온도, 예를 들어 60 내지 65℃ 이상으로 안정적으로 수득될 수 있다. 따라서, 요구되는 온도로 수득된 고온수가 외부 온수 유출관과 연결되는 수요처 온수 공급 시스템에 안정적으로 공급될 수 있는 효과가 있다.According to the heat pump apparatus including the steam injection compressor according to an aspect of the present invention, the heat of the two one-pass heat exchanger, along with the external heat of the heat supply member, a two-pass functioning as an evaporator through the heat recovery pipe and the heat supply pipe The amount of evaporation in the two-pass heat exchanger, which can be transferred to the heat exchanger and thus functions as an evaporator, is increased, so that the hot water flowing through the external hot water outlet pipe is required, for example, while the power consumption of the steam injection compressor is reduced. For example, it can be stably obtained at 60 to 65 ° C or higher. Therefore, there is an effect that the hot water obtained at the required temperature can be stably supplied to the demand hot water supply system connected to the external hot water outlet pipe.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 분사 압축기를 포함하는 히트 펌프 장치의 구성을 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증기 분사 압축기를 포함하는 히트 펌프 장치의 구성을 보이는 도면.1 is a view showing the configuration of a heat pump apparatus including a steam injection compressor according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the configuration of a heat pump apparatus including a steam injection compressor according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 증기 분사 압축기를 포함하는 히트 펌프 장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, a heat pump apparatus including a steam injection compressor according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 분사 압축기를 포함하는 히트 펌프 장치의 구성을 보이는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a heat pump apparatus including a steam injection compressor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 히트 펌프 장치(100)는 제 1 증기 분사 압축기(110), 제 2 증기 분사 압축기(115), 제 1 2패스 열교환기(120), 제 1 1패스 열교환기(140), 제 2 1패스 열교환기(145), 제 1 팽창 밸브(150), 제 2 팽창 밸브(155), 제 2 2패스 열교환기(170), 열 공급관 부재(260)와, 열 공급 부재(280)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the heat pump apparatus 100 according to the present embodiment includes a first steam injection compressor 110, a second steam injection compressor 115, a first second pass heat exchanger 120, and a first first pass. A heat exchanger 140, a second first pass heat exchanger 145, a first expansion valve 150, a second expansion valve 155, a second second pass heat exchanger 170, a heat supply pipe member 260, And a heat supply member 280.

상기 제 1 2패스 열교환기(120)와 상기 제 1 1패스 열교환기(140) 사이에는 제 1 수액기(receiver tank)(130)가 연결될 수 있고, 상기 제 1 2패스 열교환기(120)와 상기 제 2 1패스 열교환기(145) 사이에는 제 2 수액기(135)가 연결될 수 있다.A first receiver tank 130 may be connected between the first two pass heat exchanger 120 and the first first pass heat exchanger 140, and may be connected to the first two pass heat exchanger 120. A second receiver 135 may be connected between the second first pass heat exchanger 145.

상기 제 1 1패스 열교환기(140)와 상기 제 1 팽창 밸브(150) 사이에는 제 1 바이패스 관(208)이 분지되고, 상기 제 1 바이패스 관(208)에는 제 1 바이패스 팽창 밸브(160)가 연결될 수 있고, 상기 제 2 1패스 열교환기(145)와 상기 제 2 팽창 밸브(155) 사이에는 제 2 바이패스 관(228)이 분지되고, 상기 제 2 바이패스 관(228)에는 제 2 바이패스 팽창 밸브(165)가 연결될 수 있다.A first bypass pipe 208 is branched between the first first heat exchanger 140 and the first expansion valve 150, and the first bypass pipe 208 has a first bypass expansion valve ( 160 may be connected, and a second bypass pipe 228 is branched between the second first pass heat exchanger 145 and the second expansion valve 155, and the second bypass pipe 228 is connected to the second bypass pipe 228. The second bypass expansion valve 165 may be connected.

상기 제 2 2패스 열교환기(170)와 상기 제 1 증기 분사 압축기(110) 사이에는 제 1 기액 분리기(180)가 연결될 수 있고, 상기 제 2 2패스 열교환기(170)와 상기 제 2 증기 분사 압축기(115) 사이에는 제 2 기액 분리기(185)가 연결될 수 있다.A first gas-liquid separator 180 may be connected between the second second pass heat exchanger 170 and the first steam injection compressor 110, and the second second pass heat exchanger 170 and the second steam injection may be connected to each other. A second gas-liquid separator 185 may be connected between the compressors 115.

도면 번호 190은 외부 온수 유동을 위한 외부 온수 유동 펌프이고, 도면 번호 270은 상기 열 공급 부재(280)와 상기 증발기로 기능하는 제 2 2패스 열교환기(170) 사이에서 냉매를 순환시키는 열 공급 냉매 순환 펌프이다.Reference numeral 190 is an external hot water flow pump for external hot water flow, and reference numeral 270 is a heat supply refrigerant circulating a refrigerant between the heat supply member 280 and a second two-pass heat exchanger 170 functioning as the evaporator. It is a circulation pump.

상기 제 1 2패스 열교환기(120)는 냉매의 순환에 따라 응축기 또는 증발기로 기능한다. 즉, 상기 2개의 증기 분사 압축기(110, 115)에서 압축된 냉매가 상기 제 1 2패스 열교환기(120)를 경유하면, 상기 제 1 2패스 열교환기(120)는 응축기로 기능할 수 있고, 상기 2개의 팽창 밸브(150, 155)에서 팽창된 냉매가 상기 제 1 2패스 열교환기(120)를 경유하면, 상기 제 1 2패스 열교환기(120)는 증발기로 기능할 수 있다.The first two-pass heat exchanger 120 functions as a condenser or an evaporator according to the circulation of the refrigerant. That is, when the refrigerant compressed by the two steam injection compressors 110 and 115 passes through the first two-pass heat exchanger 120, the first two-pass heat exchanger 120 may function as a condenser. When the refrigerant expanded in the two expansion valves 150 and 155 passes through the first second pass heat exchanger 120, the first second pass heat exchanger 120 may function as an evaporator.

상기 제 2 2패스 열교환기(170)는 냉매의 순환에 따라 상기 제 1 2패스 열교환기(120)와 반대로 증발기 또는 응축기로 기능한다. 즉, 상기 제 1 2패스 열교환기(120)가 응축기로 기능하면, 상기 제 2 2패스 열교환기(170)는 증발기로 기능할 수 있고, 상기 제 1 2패스 열교환기(120)가 증발기로 기능하면, 상기 제 2 2패스 열교환기(170)는 응축기로 기능할 수 있다.The second two-pass heat exchanger 170 functions as an evaporator or a condenser as opposed to the first two-pass heat exchanger 120 according to the circulation of the refrigerant. That is, when the first second pass heat exchanger 120 functions as a condenser, the second second pass heat exchanger 170 may function as an evaporator, and the first second pass heat exchanger 120 functions as an evaporator. If so, the second second pass heat exchanger 170 may function as a condenser.

여기서, 응축기로 기능하는 2패스 열교환기에서는 냉매와 열교환되는 대상이 물, 예를 들어 외부 온수일 수 있다.Here, in the two-pass heat exchanger functioning as a condenser, the object to be heat-exchanged with the refrigerant may be water, for example, external warm water.

상기 2개의 팽창 밸브(150, 155)는 상기 제 1 2패스 열교환기(120)와 상기 제 2 2패스 열교환기(170), 상세히는 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)와 상기 제 2 2패스 열교환기(170)와 각각 연결되어, 냉매를 팽창시킨다.The two expansion valves 150 and 155 may include the first two-pass heat exchanger 120 and the second two-pass heat exchanger 170, in detail, the two one-pass heat exchangers 140 and 145 and the first one. 2 is connected to the two-pass heat exchanger 170, respectively, to expand the refrigerant.

여기서, 상기 팽창 밸브(150, 155)는 2개가 적용되는 것으로 제시되나, 이는 예시적인 것이고, 팽창 밸브와 연결되어 냉매가 유동되는 배관의 합지 및 분지를 통해 단수 개의 팽창 밸브가 적용될 수도 있다.Here, two expansion valves 150 and 155 are shown to be applied, but this is exemplary, and a single expansion valve may be applied through the lamination and branching of a pipe connected to the expansion valve through which refrigerant flows.

상기 2개의 증기 분사 압축기(110, 115)는 상기 2개의 팽창 밸브(150, 155)와 다른 측에서 상기 제 1 2패스 열교환기(120)와 상기 제 2 2패스 열교환기(170)와 연결되어, 냉매를 압축함으로써 냉동 사이클을 이룬다.The two steam injection compressors 110 and 115 are connected to the first two pass heat exchanger 120 and the second two pass heat exchanger 170 on the other side of the two expansion valves 150 and 155. The refrigeration cycle is achieved by compressing the refrigerant.

상기 2개의 증기 분사 압축기(110, 115)에는 상기 제 1 2패스 열교환기(120)와 상기 2개의 팽창 밸브(150, 155) 사이의 냉매가 증기 상태로 그 내부에 분사될 수 있다.In the two steam injection compressors 110 and 115, refrigerant between the first two-pass heat exchanger 120 and the two expansion valves 150 and 155 may be injected therein in a vapor state.

상기와 같은 증기 분사를 위하여, 상기 제 1 2패스 열교환기(120), 상세히는 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)와 상기 2개의 팽창 밸브(150, 155)를 연결하는 각 냉매 배관(204, 224)에서 상기 2개의 바이패스 관(208, 228)이 각각 분지되고, 상기 2개의 바이패스 관(208, 228)을 따라 각각 상기 바이패스 팽창 밸브(160, 165)와 바이패스 증발관(210, 230)이 각각 배치된다.For the above steam injection, each refrigerant pipe connecting the first two-pass heat exchanger 120, in detail, the two one-pass heat exchangers 140 and 145 and the two expansion valves 150 and 155. At 204, 224 the two bypass tubes 208, 228 are branched, respectively, along the two bypass tubes 208, 228, respectively, with the bypass expansion valves 160, 165 and bypass evaporation. Pipes 210 and 230 are disposed respectively.

상기 바이패스 증발관(210, 230)은 상기 냉매 배관(204, 224)을 소정 횟수로 감은 형태를 이루는 것으로, 이러한 바이패스 증발관(210, 230)이 형성됨에 따라, 상기 냉매 배관(204, 224)을 유동하는 냉매 중 상기 2개의 바이패스 관(208, 228)으로 유입되는 냉매가 상기 2개의 팽창 밸브(150, 155)에서 각각 팽창된 후, 상기 2개의 바이패스 증발관(210, 230)을 각각 경유하면서 증발하게 된다.The bypass evaporating pipes 210 and 230 are formed by winding the refrigerant pipes 204 and 224 a predetermined number of times. As the bypass evaporating pipes 210 and 230 are formed, the refrigerant pipes 204, After the refrigerant flowing into the two bypass tubes 208 and 228 among the refrigerant flowing through the 224 is expanded by the two expansion valves 150 and 155, respectively, the two bypass evaporating tubes 210 and 230 Evaporate through each).

상기와 같이 증기 상태로 된 냉매는 상기 2개의 바이패스 증발관(210, 230)과 각각 연결된 2개의 증기 분사관(209, 229)을 통해 상기 2개의 증기 분사 압축기(110, 115) 내부로 각각 분사된다.As described above, the refrigerant in the vapor state is respectively introduced into the two steam injection compressors 110 and 115 through two steam injection pipes 209 and 229 connected to the two bypass evaporation pipes 210 and 230, respectively. Sprayed.

여기서, 상기 증기 분사 압축기(110, 115)로 증기를 분사하기 위하여 제시된 방식은 예시적인 것이고, 다양한 방식이 적용될 수 있다.Here, the schemes presented for injecting steam into the steam injection compressors 110 and 115 are exemplary, and various schemes may be applied.

상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)는 상기 제 1 2패스 열교환기(120)와 상기 2개의 팽창 밸브(150, 155)와 각각 연결되어, 그를 경유하는 냉매와 온수를 열교환시킨다.The two one-pass heat exchangers 140 and 145 are connected to the first two-pass heat exchanger 120 and the two expansion valves 150 and 155, respectively, to heat exchange the refrigerant and hot water therethrough.

상기 2개의 수액기(130, 135)는 상기 제 1 2패스 열교환기(120)를 경유한 냉매를 일시 저장하는 것으로, 이러한 2개의 수액기(130, 135)에 의해, 증발기에서의 소비 냉매량이 변하더라도, 냉동 사이클의 운전이 안정적으로 이루어질 수 있다.The two receivers 130 and 135 temporarily store the refrigerant via the first two-pass heat exchanger 120. The two receivers 130 and 135 allow the amount of refrigerant to be consumed in the evaporator. Even if it changes, the operation of the refrigeration cycle can be made stable.

상기 제 1 2패스 열교환기(120)에는 상기 외부 온수 유동 펌프(190)의 작동에 의해 외부 온수가 유입되는 외부 온수 유입관(251, 252)과, 상기 외부 온수 유입관(251, 252)을 통해 유입된 외부 온수가 상기 제 1 2패스 열교환기(120)를 경유하면서 상기 제 1 2패스 열교환기(120)를 경유하는 냉매와 열교환된 후 외부로 유출되는 외부 온수 유출관(250)이 연결된다.The first two-pass heat exchanger 120 has an external hot water inlet pipe (251, 252) and the external hot water inlet pipe (251, 252) through which the external hot water is introduced by the operation of the external hot water flow pump (190). External hot water introduced through the first two-pass heat exchanger 120 is connected to the external hot water outflow pipe 250 is discharged to the outside after the heat exchange with the refrigerant passing through the first two-pass heat exchanger (120) do.

여기서, 상기 외부 온수 유입관(251, 252)을 통해 유입된 외부 온수가 상기 제 1 2패스 열교환기(120)에서 열교환되면서 그 온도가 상승되어 고온수가 되어야 하는 경우, 상기 제 1 2패스 열교환기(120)는 응축기로 기능하는 것이 바람직하다.Here, when the external hot water introduced through the external hot water inlet pipes 251 and 252 is heat-exchanged in the first two-pass heat exchanger 120 and its temperature is increased to be high temperature water, the first two-pass heat exchanger 120 preferably functions as a condenser.

상기 열 공급 부재(280)는 상기 제 1 2패스 열교환기(120)와 상기 제 2 2패스 열교환기(170) 중 증발기로 기능하는 2패스 열교환기, 본 실시예에서는 예시적으로 상기 제 2 2패스 열교환기(170)에 외부 열을 공급하는 것이다.The heat supply member 280 is a two-pass heat exchanger which functions as an evaporator among the first two-pass heat exchanger 120 and the second two-pass heat exchanger 170, and in the present exemplary embodiment, the second two. The external heat is supplied to the pass heat exchanger 170.

본 실시예에서는, 상기 열 공급 부재(280)는 지중에 설치되어, 증발기로 기능하는 상기 제 2 2패스 열교환기(170)로 전달되는 외부 열로서 지열(地熱)을 공급한다.In the present embodiment, the heat supply member 280 is installed in the ground and supplies ground heat as external heat transferred to the second second pass heat exchanger 170 which functions as an evaporator.

상기 열 공급관 부재(260)는 상기 외부 열이 상기 열 공급 부재(280)에서 증발기로 기능하는 상기 제 2 2패스 열교환기(170)로 전달되도록, 상기 열 공급 부재(280)와 상기 제 2 2패스 열교환기(170)를 연결한다.The heat supply member 260 and the heat supply member 280 and the second 2 so that the external heat is transferred from the heat supply member 280 to the second second pass heat exchanger 170 which functions as an evaporator. The pass heat exchanger 170 is connected.

상세히, 상기 열 공급관 부재(260)는 상기 열 공급 부재(280)를 경유한 냉매를 상기 제 2 2패스 열교환기(170)로 공급하는 지열 공급관(267)과, 상기 지열 공급관(267)을 통해 상기 제 2 2패스 열교환기(170)로 공급되어 상기 제 2 2패스 열교환기(170)를 경유하면서 열교환된 냉매를 상기 열 공급 부재(280)로 환원하는 지열 환원관(268)을 포함한다. 상기 열 공급 냉매 순환 펌프(270)는 예시적으로 상기 열 환원관(268) 상에 설치된다.In detail, the heat supply pipe member 260 includes a geothermal heat supply pipe 267 for supplying a refrigerant via the heat supply member 280 to the second second pass heat exchanger 170, and the geothermal heat supply pipe 267. And a geothermal reduction tube 268 that is supplied to the second two-pass heat exchanger 170 to reduce the heat-exchanged refrigerant to the heat supply member 280 while passing through the second two-pass heat exchanger 170. The heat supply refrigerant circulation pump 270 is illustratively installed on the heat reduction tube 268.

상기 지열 공급관(267)과 상기 지열 환원관(268)은 상기 열 공급 부재(280)와 증발기로 기능하는 상기 제 2 2패스 열교환기(170)를 연결하여 상기 열 공급 부재(280)의 외부 열, 즉 여기서는 지열을 상기 제 2 2패스 열교환기(170)로 공급하는 것으로, 이러한 측면에서 상기 지열 공급관(267)과 상기 지열 환원관(268)은 열 공급관으로 정의될 수 있다.The geothermal heat supply pipe 267 and the geothermal heat reduction pipe 268 connect the heat supply member 280 and the second second pass heat exchanger 170 functioning as an evaporator to heat external heat of the heat supply member 280. That is, in this case, the geothermal heat is supplied to the second two-pass heat exchanger 170. In this respect, the geothermal heat supply pipe 267 and the geothermal heat reduction pipe 268 may be defined as heat supply pipes.

또한, 상기 열 공급관 부재(260)는 상기 지열 공급관(267)을 통해 유동하는 냉매 중 일부를 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)로 공급하는 열 회수 냉매 공급관(261)과, 상기 열 회수 냉매 공급관(261)을 통해 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)로 공급되어 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)를 경유하면서 열교환된 냉매를 상기 지열 환원관(268)으로 환원하는 열 회수 냉매 환원관(262)을 포함한다.In addition, the heat supply pipe member 260 is a heat recovery refrigerant supply pipe 261 for supplying some of the refrigerant flowing through the geothermal heat supply pipe 267 to the two one-pass heat exchanger (140, 145), and the heat The refrigerant supplied through the recovery refrigerant supply pipe 261 to the two one-pass heat exchangers 140 and 145 and heat-exchanged via the two one-pass heat exchangers 140 and 145 to the geothermal reduction tube 268. And a heat recovery refrigerant reduction tube 262 for reducing.

여기서, 상기 열 회수 냉매 공급관(261)이 상기 지열 공급관(267)과 연결되고, 상기 열 회수 냉매 환원관(262)이 상기 지열 환원관(268)과 연결되는 것으로 제시되나, 이는 예시적인 것이고, 그 반대로 연결될 수도 있다.Here, the heat recovery refrigerant supply pipe 261 is connected to the geothermal heat supply pipe 267, the heat recovery refrigerant reduction pipe 262 is presented as being connected to the geothermal heat reduction pipe 268, which is exemplary, The reverse may also be connected.

또한, 상기 열 공급관 부재(260) 내를 유동하는 냉매는 상기 제 1 증기 분사 압축기(110), 상기 제 2 증기 분사 압축기(115), 상기 제 1 2패스 열교환기(120), 상기 제 1 1패스 열교환기(140), 상기 제 2 1패스 열교환기(145), 상기 제 1 팽창 밸브(150), 상기 제 2 팽창 밸브(155), 상기 제 2 2패스 열교환기(170) 등으로 구성된 본 사이클 내를 유동하는 냉매와 서로 혼합되지 아니하도록 구성된다.In addition, the refrigerant flowing in the heat supply pipe member 260 includes the first steam injection compressor 110, the second steam injection compressor 115, the first second pass heat exchanger 120, and the first 1. Bones composed of a pass heat exchanger 140, the second first pass heat exchanger 145, the first expansion valve 150, the second expansion valve 155, the second second pass heat exchanger 170, and the like. It is configured not to mix with the refrigerant flowing in the cycle.

상기 열 회수 냉매 공급관(261)과 상기 열 회수 냉매 환원관(262)은 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)와 상기 지열 공급관(267) 및 상기 지열 환원관(268)을 연결하여, 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)에서 열교환을 통해 수득된 열을 상기 지열 공급관(267) 및 상기 지열 환원관(268)을 거쳐, 상기 열 공급 부재(280)의 지열과 함께 상기 제 2 2패스 열교환기(170)로 공급하는 것으로, 이러한 측면에서 상기 열 회수 냉매 공급관(261)과 상기 열 회수 냉매 환원관(262)은 열 회수관으로 정의될 수 있다.The heat recovery refrigerant supply pipe 261 and the heat recovery refrigerant reduction pipe 262 connect the two one-pass heat exchangers 140 and 145 with the geothermal heat supply pipe 267 and the geothermal reduction pipe 268. The heat obtained through heat exchange in the two one-pass heat exchangers 140 and 145 is passed through the geothermal heat supply pipe 267 and the geothermal heat reduction pipe 268 together with the geothermal heat of the heat supply member 280. By supplying the two-pass heat exchanger 170, in this aspect, the heat recovery refrigerant supply pipe 261 and the heat recovery refrigerant reduction tube 262 may be defined as a heat recovery tube.

여기서, 예시적으로 상기 열 회수 냉매 공급관(261)은 각 분지관(264, 266)을 통해 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)와 연결되고, 상기 열 회수 냉매 환원관(262)도 각 분지관(263, 265)을 통해 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)와 연결될 수 있다.Here, for example, the heat recovery refrigerant supply pipe 261 may be connected to the two one-pass heat exchangers 140 and 145 through the branch pipes 264 and 266, and the heat recovery refrigerant reduction pipe 262 may also be used. Each branch pipe 263 and 265 may be connected to the two one-pass heat exchangers 140 and 145.

상기와 같이 구성되면, 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)의 열이 상기 열 공급 부재(280)의 외부 열인 지열과 함께 상기 열 회수관과 상기 열 공급관을 통해 증발기로 기능하는 상기 제 2 2패스 열교환기(170)로 전달될 수 있고, 그에 따라 제 2 2패스 열교환기(170)에서의 증발량이 증가되어, 상기 제 1 증기 분사 압축기(110) 및 상기 제 2 증기 분사 압축기(115)의 소비 전력이 감소되면서도, 상기 외부 온수 유출관(250)을 통해 유출되는 고온수가 요구되는 온도, 예를 들어 60 내지 65℃ 이상으로 안정적으로 수득될 수 있다. 따라서, 요구되는 온도로 수득된 고온수가 상기 외부 온수 유출관(250)과 연결되는 수요처 온수 공급 시스템에 안정적으로 공급될 수 있다.When configured as described above, the heat of the two one-pass heat exchanger (140, 145) is a heat of the external heat of the heat supply member 280 with the heat recovery tube and the heat supply pipe through the first to function as an evaporator 2 may be transferred to the two-pass heat exchanger 170, and accordingly the amount of evaporation in the second two-pass heat exchanger 170 is increased, so that the first steam injection compressor 110 and the second steam injection compressor 115 are increased. While the power consumption of the) is reduced, the hot water flowing out through the external hot water outlet pipe 250 may be stably obtained at a required temperature, for example, 60 to 65 ° C. or more. Therefore, the hot water obtained at the required temperature can be stably supplied to the on-demand hot water supply system connected to the external hot water outlet pipe 250.

이하에서 상기 히트 펌프 장치(100)의 작동에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행하면서, 상기 제 1 2패스 열교환기(120)는 응축기로, 상기 제 2 2패스 열교환기(170)는 증발기로 기능하는 경우를 예를 들어 설명한다.The operation of the heat pump apparatus 100 will be described below. While performing this description, the first two-pass heat exchanger 120 serves as a condenser and the second two-pass heat exchanger 170 functions as an evaporator.

먼저, 상기 2개의 증기 분사 압축기(110, 115)를 경유하면서 압축된 냉매는 상기 제 1 2패스 열교환기(120)를 경유하면서 응축된다.First, the refrigerant compressed while passing through the two steam injection compressors 110 and 115 is condensed while passing through the first two-pass heat exchanger 120.

상기 제 1 2패스 열교환기(120)에서는 그를 경유하는 냉매와, 상기 외부 온수 유입관(251, 252)을 통해 유입된 온수 중 일부가 열교환되면서, 상기 온수가 고온수로 변하게 된다. 이러한 고온수는 상기 외부 온수 유출관(250)을 통해 외부로 유출된다.The first two-pass heat exchanger 120 heats some of the refrigerant passing therethrough and the hot water introduced through the external hot water inlet pipes 251 and 252, thereby changing the hot water into hot water. This high temperature water is discharged to the outside through the external hot water outlet pipe (250).

상기 제 1 2패스 열교환기(120)를 경유하면서 응축된 냉매는 상기 2개의 수액기(130, 135)를 경유하여, 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)를 경유한다.The refrigerant condensed while passing through the first two-pass heat exchanger 120 passes through the two receivers 130 and 135 and passes through the two one-pass heat exchangers 140 and 145.

상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)에서는 그를 경유하는 냉매와, 상기 열 회수 냉매 공급관(261)을 통해 유입된 냉매가 열교환되면서, 상기 열 회수 냉매 공급관(261)을 통해 유입된 냉매가 열을 수득하게 된다.In the two one-pass heat exchanger (140, 145), the refrigerant passing through it and the refrigerant introduced through the heat recovery refrigerant supply pipe (261) heat exchange, the refrigerant introduced through the heat recovery refrigerant supply pipe (261) Heat is obtained.

상기와 같이 열을 수득한 냉매는 상기 열 회수 냉매 환원관(262)을 통해 상기 지열 환원관(268)로 공급되어, 상기 지열 환원관(268)을 따라 유동하는 냉매와 혼합된다.The refrigerant obtained as described above is supplied to the geothermal reduction tube 268 through the heat recovery refrigerant reduction tube 262 and mixed with the refrigerant flowing along the geothermal reduction tube 268.

상기와 같이 혼합되어 상기 지열 환원관(268)을 따라 유동된 냉매는 상기 열 공급 부재(280)를 경유하면서 지중과 열교환되면서, 지열을 수득하게 된다.The refrigerant mixed as described above and flowing along the geothermal reduction tube 268 is heat-exchanged with the ground via the heat supply member 280 to obtain geothermal heat.

상기와 같이 지열을 수득한 냉매는 상기 지열 공급관(267)을 통해 증발기로 기능하는 상기 제 2 2패스 열교환기(170)로 공급된다. 그러면, 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)에서 수득된 열과 지열이 함께 상기 제 2 2패스 열교환기(170)로 공급될 수 있다.The coolant obtained as described above is supplied to the second two-pass heat exchanger 170 which functions as an evaporator through the geothermal heat supply pipe 267. Then, heat and geothermal heat obtained from the two one-pass heat exchangers 140 and 145 may be supplied to the second two-pass heat exchanger 170 together.

여기서, 상기 지열 공급관(267)을 경유하는 냉매 중 일부는 상기 열 회수 냉매 공급관(261)을 통해 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)로 향하게 된다.Here, some of the refrigerant via the geothermal heat supply pipe 267 is directed to the two one-pass heat exchangers 140 and 145 through the heat recovery refrigerant supply pipe 261.

상기와 같이 냉매가 순환됨으로써, 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145), 증발기로 기능하는 상기 제 2 2패스 열교환기(170) 및 상기 열 공급 부재(280) 사이의 열전달이 지속적으로 이루어질 수 있다.As the refrigerant circulates as described above, heat transfer is continuously performed between the two one-pass heat exchangers 140 and 145 and the second two-pass heat exchanger 170 and the heat supply member 280 that function as evaporators. Can be.

한편, 상기 2개의 1패스 열교환기(140, 145)를 경유한 냉매는 상기 2개의 팽창 밸브(150, 155)를 경유한다.Meanwhile, the refrigerant via the two one-pass heat exchangers 140 and 145 passes through the two expansion valves 150 and 155.

이 때, 상기 2개의 팽창 밸브(150, 155)로 향하는 냉매 중 일부가 상기 2개의 바이패스 관(208, 228)을 통해 유동되면서, 상기 2개의 바이패스 팽창 밸브(160, 165)와 상기 2개의 바이패스 증발관(210, 230)을 경유하게 되고, 그러한 경유 과정에서 증기 상태로 상변화하게 된다. 그러한 증기 상태의 냉매는 상기 2개의 증기 분사관(209, 229)을 통해 상기 2개의 증기 분사 압축기(110, 115) 내부로 각각 분사된다.At this time, some of the refrigerant destined for the two expansion valves 150 and 155 flows through the two bypass pipes 208 and 228, so that the two bypass expansion valves 160 and 165 and the two are expanded. Two bypass evaporation tubes 210 and 230, and phase change into a vapor state in the process. Such steam refrigerant is injected into the two steam injection compressors 110 and 115 through the two steam injection pipes 209 and 229, respectively.

한편, 상기 2개의 팽창 밸브(150, 155)를 경유하면서 팽창된 냉매는 상기 제 2 2패스 열교환기(170)를 경유하면서 증발된다. 그러한 증발된 냉매는 상기 2개의 기액 분리기(180, 185)를 경유하면서 완전한 기체 상태로 상기 2개의 증기 분사 압축기(110, 115)로 각각 유입된다.Meanwhile, the refrigerant expanded while passing through the two expansion valves 150 and 155 is evaporated while passing through the second second pass heat exchanger 170. Such evaporated refrigerant is introduced into the two vapor injection compressors 110 and 115 respectively in a complete gaseous state via the two gas-liquid separators 180 and 185.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서, 상기된 본 발명의 일 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고, 여기서는 생략하기로 한다.Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In carrying out this description, descriptions overlapping with those already described in the above-described embodiments of the present invention will be replaced with the description thereof, and will be omitted herein.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증기 분사 압축기를 포함하는 히트 펌프 장치의 구성을 보이는 도면이다.2 is a view showing the configuration of a heat pump apparatus including a steam injection compressor according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 히트 펌프 장치(300)에서는 열 공급 부재(480)로 폐열조가 적용되어, 상기 열 공급 부재(480)는 증발기로 기능하는 제 2 2패스 열교환기(370)로 전달하는 외부 열로서 폐열(廢熱)을 공급할 수 있다.Referring to FIG. 2, in the heat pump apparatus 300 according to the present embodiment, a waste heat tank is applied to the heat supply member 480, and the heat supply member 480 is a second two-pass heat exchanger 370 functioning as an evaporator. Waste heat can be supplied as external heat to be delivered to).

상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.While the invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, those skilled in the art can variously modify the invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. And that it can be changed. However, it is intended that the present invention covers the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

본 발명의 일 측면에 따른 증기 분사 압축기를 포함하는 히트 펌프 장치에 의하면, 요구되는 온도, 예를 들어 60 내지 65℃ 이상의 고온수를 안정적으로 수득할 수 있으므로, 그 산업상 이용 가능성이 높다고 하겠다.
According to the heat pump apparatus including the steam injection compressor according to an aspect of the present invention, since it is possible to stably obtain a high temperature water of the required temperature, for example, 60 to 65 ℃ or more, it is said that the industrial applicability is high.

Claims (3)

냉매의 순환에 따라 응축기 또는 증발기로 기능하고, 외부 온수가 경유되면서 냉매와 열교환될 수 있도록 외부 온수 유입관 및 외부 온수 유출관이 연결되는 제 1 2패스 열교환기;
냉매의 순환에 따라 상기 제 1 2패스 열교환기와 반대로 증발기 또는 응축기로 기능하는 제 2 2패스 열교환기;
상기 제 1 2패스 열교환기와 상기 제 2 2패스 열교환기와 연결되는 팽창 밸브;
상기 팽창 밸브와 다른 측에서 상기 제 1 2패스 열교환기와 상기 제 2 2패스 열교환기와 연결되어 냉동 사이클을 이루고, 상기 제 1 2패스 열교환기와 상기 팽창 밸브 사이의 냉매가 증기 상태로 그 내부에 분사될 수 있는 2개의 증기 분사 압축기;
상기 제 1 2패스 열교환기와 상기 팽창 밸브와 각각 연결되는 2개의 1패스 열교환기;
상기 제 1 2패스 열교환기와 상기 제 2 2패스 열교환기 중 증발기로 기능하는 2패스 열교환기에 외부 열을 공급하는 열 공급 부재; 및
상기 외부 열이 상기 열 공급 부재에서 상기 증발기로 기능하는 2패스 열교환기로 전달되도록, 상기 열 공급 부재와 상기 증발기로 기능하는 2패스 열교환기를 연결하는 열 공급관 부재;를 포함하고,
상기 열 공급관 부재는 상기 열 공급 부재와 상기 증발기로 기능하는 2패스 열교환기를 연결하는 열 공급관과, 상기 2개의 1패스 열교환기와 상기 열 공급관을 연결하는 열 회수관을 포함하여, 상기 2개의 1패스 열교환기의 열이 상기 열 회수관과 상기 열 공급관을 통해 상기 증발기로 기능하는 2패스 열교환기로 전달되는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 장치.A first two-pass heat exchanger that functions as a condenser or an evaporator according to the circulation of the refrigerant, and is connected with an external hot water inlet pipe and an external hot water outlet pipe to exchange heat with the refrigerant while passing the external hot water;
A second two-pass heat exchanger functioning as an evaporator or a condenser as opposed to the first two-pass heat exchanger according to the circulation of the refrigerant;
An expansion valve connected to the first two-pass heat exchanger and the second two-pass heat exchanger;
On the other side of the expansion valve is connected to the first two-pass heat exchanger and the second two-pass heat exchanger to form a refrigeration cycle, the refrigerant between the first two-pass heat exchanger and the expansion valve is to be injected therein in a vapor state Two steam injection compressors;
Two one-pass heat exchangers respectively connected to the first two-pass heat exchanger and the expansion valve;
A heat supply member configured to supply external heat to a two-pass heat exchanger functioning as an evaporator among the first two-pass heat exchanger and the second two-pass heat exchanger; And
And a heat supply pipe member connecting the heat supply member and the two pass heat exchanger functioning as the evaporator so that the external heat is transferred from the heat supply member to the two pass heat exchanger functioning as the evaporator.
The heat supply pipe member includes a heat supply pipe connecting the heat supply member and a two-pass heat exchanger functioning as the evaporator, and a heat recovery pipe connecting the two one-pass heat exchanger and the heat supply pipe. The heat pump apparatus, characterized in that the heat of the heat exchanger is transferred to the two-pass heat exchanger functioning as the evaporator through the heat recovery pipe and the heat supply pipe. 제 1 항에 있어서,
상기 열 공급 부재는 지중에 설치되어, 상기 증발기로 기능하는 2패스 열교환기로 전달되는 외부 열로서 지열(地熱)을 공급하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 장치.The method of claim 1,
The heat supply member is installed in the ground, the heat pump device characterized in that to supply the geothermal heat as heat transmitted to the two-pass heat exchanger functioning as the evaporator. 제 1 항에 있어서,
상기 열 공급 부재는 상기 증발기로 기능하는 2패스 열교환기로 전달하는 외부 열로서 폐열(廢熱)을 공급하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 장치.
The method of claim 1,
And the heat supply member supplies waste heat as external heat transferred to a two-pass heat exchanger functioning as the evaporator.
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