KR20130022221A

KR20130022221A - 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR20130022221A
Application number: KR1020110085075A
Authority: KR
Inventors: 유연동
Original assignee: 대성에너시스 주식회사
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-03-06
Also published as: KR101280113B1

Abstract

본 발명은 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 저온측 응축기를 포함하는 저온측 사이클 및, 저온측 응축기와 열교환하도록 설치된 고온측 증발기 및 고온수를 얻기 위한 고온수 축열조를 포함하는 고온측 사이클로 이루어진 2원 압축 히트펌프 시스템에 있어서, 저온측 응축기와 고온측 증발기와의 열교환을 위한 순환수의 유동 안내를 위해 설치된 순환라인; 순환라인을 따라 유동하는 순환수와의 열교환을 위해 순환라인에 설치된 중온수 축열조; 및 중온수 축열조에서 순환수와 열교환되어 얻은 중온수를 외부로 배출하기 위해 중온수 축열조에 설치된 중온수 배출라인;이 포함되어 이루어짐으로써, 난방 또는 냉방 작동시 각각 중온수 또는 냉수를 얻을 수 있도록 된 것이다.

Description

중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템{Heat pump system of two step compression type having exhaust line of medium temperature hot water}

본 발명은 2원 압축 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 저온측 응축기와 고온측 증발기 사이에서 열교환을 위해 순환하는 순환수로부터 중온수를 얻을 수 있도록 한 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 2원 압축 히트펌프 시스템은 고온측 사이클과 저온측 사이클로 이루어지고, 이들 사이클에 의해 하절기에는 실내의 열기를 흡수하여 실외로 방출하는 냉방이 수행되며, 동절기에는 실내의 냉기를 흡수하여 실외로 방출하는 난방이 수행된다. 이렇게 2원 압축 히트펌프 시스템이 작동하면서 발생하는 냉매의 열기 또는 냉기를 이용하여 온수 또는 냉수를 얻는다.

이러한 종래의 2원 압축 히트펌프 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 실외기의 저온측 사이클(20)과 실내기의 고온측 사이클(30)로 이루어졌다. 이하에서는 난방작동의 경우를 예로 들어 설명한다. 물론, 냉방작동의 경우 난방작동의 냉매순환 경로를 역방향으로 순환하여 수행된다.

저온측 사이클(20)은 어큐뮬레이터(25)에서 유입된 저온측 압축기(21)에서 배출된 고온 고압의 냉매가 4방향 밸브(26)에 의해 저온측 응축기(22)로 유동되어 응축되면서 중온 고압으로 변환된 후, 저온측 팽창밸브(23)에서 저온 저압으로 팽창되어 저온측 증발기(24)를 통해 저온 저압으로 변환되도록 이루어졌다. 여기서, 어큐뮬레이터(25)는 필요에 의해 설치될 수도 있고, 설치되지 않을 수도 있다.

또한, 고온측 사이클(30)은 고온측 압축기(31)에서 배출된 고온 고압의 냉매가 고온측 응축기(32)를 거쳐 응축되어 고온 고압으로 변환된 후, 고온측 팽창밸브(33)에서 중온 저압으로 팽창되어 고온측 증발기(34)를 통해 중온 저압으로 변환되도록 이루어졌다.

여기서, 저온측 응축기(22)와 고온측 증발기(34) 사이를 순환하도록 이루어진 순환수에 의해 저온측 응축기(22)의 열이 고온측 증발기(34)로 전도되도록 열교환이 이루어졌다. 이렇게 고온측 증발기(34)에서 온도가 상승된 냉매는 고온측 압축기(31)에서 온도가 재상승된 다음 고온측 응축기(32)로 유동되어 온도가 다시 재상승되고, 이때 냉매의 고온이 고온수 축열조(50)의 물과 열교환되었다. 또한, 고온수 축열조(50)에서 얻은 고온수는 고온수 배출라인(51)을 통해 외부로 배출되었다.

이러한 시스템(10)은 고온수를 얻어 난방 또는 생활용수로 사용하는데 편리하게 이루어지지만,

하지만, 고온수만을 사용할 수 있도록 이루어졌고, 열전도를 위해 순환하는 순환수의 열을 이용하여 고온수보다는 낮은 수온의 중온수를 이용하고자 하는 구조가 전무(全無)하다는 문제점이 있었다.

상기된 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명은 저온측 응축기와 고온측 증발기 사이에 배치된 순환라인를 순환하는 순환수로부터 열교환을 통해 중온수 또는 냉수를 획득할 수 있도록 순환라인에 중온수 축열조가 설치됨으로써, 난방 작동시에는 고온수보다 낮은 중온수를 얻어 사용할 수 있고, 냉방 작동시에는 냉수를 얻어 사용할 수 있도록 된 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기된 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템은, 저온측 응축기를 포함하는 저온측 사이클 및, 저온측 응축기와 열교환하도록 설치된 고온측 증발기 및 고온수를 얻기 위한 고온수 축열조를 포함하는 고온측 사이클로 이루어진 2원 압축 히트펌프 시스템에 있어서, 저온측 응축기와 고온측 증발기와의 열교환을 위한 순환수의 유동 안내를 위해 설치된 순환라인; 순환라인을 따라 유동하는 순환수와의 열교환을 위해 순환라인에 설치된 중온수 축열조; 및 중온수 축열조에서 순환수와 열교환되어 얻은 중온수를 외부로 배출하기 위해 중온수 축열조에 설치된 중온수 배출라인;이 포함되어 이루어진다.

저온측 및 고온측 압축기, 저온측 제1,3팽창밸브 및 고온측 팽창밸브, 저온측 증발기, 4방향 밸브 및, 고온수 축열조와 연계 설치된 고온측 응축기;가 더 포함되어 이루어진다. 여기서, 4방향 밸브는 저온측 사이클에 설치되고, 난방작동의 경우, 냉매가 저온측 압축기, 저온측 응축기, 저온측 제1팽창밸브 및, 저온측 증발기를 순차적으로 유동하도록 제어되며, 냉방작동의 경우, 냉매가 저온측 압축기, 응축기 기능을 하는 저온측 증발기, 저온측 제3팽창밸브 및, 증발기 기능을 하는 저온측 응축기를 순차적으로 유동하도록 제어된다.

여기서, 순환라인은 순환수가 저온측 응축기, 고온측 증발기, 순환펌프 및 순환수 유동스위치를 거쳐 다시 저온측 응축기로 유동되는 폐회로이고, 그리고 순환펌프 및 순환수 유동스위치 사이에 중온수 축열조가 설치된다.

또한, 중온수 축열조에는 순환라인과 연결되어 순환수가 중온수 축열조로 순환하도록 설치된 제1,2분기라인; 및 중온수 축열조에 물을 공급하기 위해 설치된 중온수 공급라인;이 더 포함되어 이루어진다.

또한, 제1,2분기라인에는 순환수의 유동방향을 안내하고, 역류를 방지하기 위해 각각 제1,2분기밸브가 설치된다.

중온수 공급라인에는 중온수 축열조로 공급되는 물의 유동을 제어하도록 설치된 중온수 유동스위치;가 포함되어 이루어진다.

중온수 배출라인에는 중온수를 배출하기 위해 중온수 배출라인을 개폐하면서 중온수의 유동을 유도하도록 중온수 배출라인에 설치된 중온수 배출밸브 및 중온수 배출펌프; 및 중온수 배출밸브와 연결되어 중온수 배출라인을 유동하는 중온수를 중온수 공급라인으로 회귀시키도록 설치된 중온수 회귀라인;이 설치된다.

중온수 및 고온수를 선택적으로 배출하기 위한 제어수단이 더 포함되어 이루어지고, 제어수단은 중온수 배출라인 및 고온수 배출라인에 설치되어 중온수 배출라인 및 고온수 배출라인을 선택적으로 개폐하는 제2제어밸브; 및 제어밸브를 제어하고, 중온수 배출라인 및 고온수 배출라인의 선택적 개방신호가 발생되도록 설치된 절환버튼을 포함하는 제어기;가 포함되어 이루어진다.

이때, 고온측 사이클에는 신형 냉매인 R-134a가 이용된다.

또한, 본 발명에 따른 2원압축 히트펌프 시스템에는 저온측 제1팽창밸브를 통과한 냉매의 일부가 유입되어 저온측 압축기로 배출되도록 고온측 응축기와 고온측 팽창밸브 사이에 설치된 열교환기; 및 열교환기로 유입되는 냉매가 재팽창되도록 설치된 제2팽창밸브;가 더 포함되어 이루어진다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 저온측 응축기와 고온측 증발기 사이에 형성된 순환라인에 중온수 축열기가 설치됨으로써, 난방 또는 냉방 작동시 각각 중온수 또는 냉수를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 중온수 축열기로부터 배출되는 중온수 또는 냉수가 생활용수로 사용됨으로써, 생활의 편의성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 2원 압축 히트펌프 시스템이 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템이 도시된 구성도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

<구성>

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템이 도시된 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템(100)은 실외기에 내장되는 저온측 사이클(200) 및, 실내기에 내장되는 고온측 사이클(300)이 포함되어 이루어진다. 저온측 사이클(200)은 어큐뮬레이터(250), 저온측 압축기(210), 저온측 응축기(220), 저온측 제1,3팽창밸브(230,231) 및 저온측 증발기(240)를 포함하여 이루어진다. 고온측 사이클(300)은 고온측 압축기(310), 고온측 응축기(320), 고온측 팽창밸브(330) 및 고온측 증발기(340)를 포함하여 이루어진다. 이하에서는 2원 압축 히트펌프 시스템(100)이 난방작동하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 저온측 사이클(200)에는 4방향 밸브(211)가 설치되고, 이 4방향 밸브(211)에 의한 냉매의 순환 방향이 전환됨으로써, 냉방 또는 난방 작동으로 전환된다.

저온측 및 고온측 압축기(210,310)는 냉매를 압축시켜 고온 고압으로 변화시키는 장치로서, 저온측 및 고온측 응축기(220,320)로 냉매가 배출되도록 설치된다. 여기서, 저온측 압축기(210)에는 저온측 증발기(240)를 통과한 냉매가 어큐뮬레이터(250)를 거쳐 유입되고, 고온측 압축기(310)에는 고온측 증발기(340)로부터 냉매가 유입된다. 이 저온측 및 고온측 압축기(210,310)는 냉매를 압축시켜 고온 고압으로 변화시킨다. 여기서, 저온측 압축기(210)에 유입되는 냉매는 어큐뮬레이터(250)를 거치지 않고 저온측 증발기(240)에서 직접 유입될 수도 있다. 즉, 어큐뮬레이터(250)가 저온측 사이클(200)에 설치되지 않을 수도 있다. 또한, 저온측 및 고온측 압축기(210,310)는 정속형 또는 능력 가변형의 압축기 중 어느 하나의 압축기가 사용되어도 무방하다.

저온측 및 고온측 응축기(220,320)는 냉매를 응축시켜 저온 고압으로 변화시키는 장치로서, 저온측 및 고온측 압축기(210,310)로부터 냉매가 유입되고, 저온측 제1팽창밸브(230) 및 고온측 팽창밸브(330)로 냉매가 배출되도록 설치된다. 여기서, 저온측 응측기(220)로 유입되는 냉매의 유동방향은 저온측 압축기(210)의 배출라인에 설치된 4방향 밸브(211)에 의해 결정된다. 저온측 응축기(220)는 순환수를 통해 고온측 증발기(340)와 열교환된다. 여기서, 순환수는 저온측 응축기(220)와 고온측 증발기(340)를 순환하면서 열을 전도(傳導)하게 되고, 이러한 순환수의 유동을 안내하도록 순환라인(420)이 설치된다. 이 순환라인(420)에 대한 자세한 설명은 후술된다. 또한, 고온측 응축기(320)에는 열교환을 위한 고온수 축열조(500)가 설치되고, 고온수 축열조(500)의 고온수가 배출되어 일상 생활용수로 사용된다. 고온수 배출라인(510)은 고온수 축열조(500)에서 얻은 고온수를 외부로 배출하기 위한 라인이다. 이때의 고온수 온도는 대략 70℃～80℃ 정도이다.

저온측 제1,3팽창밸브(230,231) 및 고온측 팽창밸브(330)는 냉매를 팽창시켜 저온 저압으로 변화시키는 장치이다. 냉방 작동인 경우, 저온측 및 고온측 응축기(220,320)로부터 냉매가 유입된 저온측 제1팽창밸브(230) 및 고온측 팽창밸브(330)는 저온측 및 고온측 증발기(240,340)로 냉매가 배출되도록 설치된다. 여기서, 난방 작동인 경우, 저온측 증발기(240)로부터 냉매가 유입된 저온측 제3팽창밸브(231)는 저온측 응축기(220)로 냉매가 배출되도록 설치된다. 그리고, 냉매의 유동이 역류하지 않도록 저온측 제1팽창밸브(230)와 연동되게 제1체크밸브(232)가 설치되고, 저온측 제3팽창밸브(231)와 연동되게 제2체크밸브(233)가 설치된다. 여기서, 고온측 팽창밸브(330)와 고온측 응축기(320) 사이에 열교환기(350)가 설치되고, 고온측 응축기(320)에서 배출된 냉매가 열교환기(350)를 거쳐 고온측 팽창밸브(330)로 유동된다. 열교환기(350)는 판형 열교환기로서, 실내기에 설치되었던 종래와는 달리 본 발명에서는 실외기에 설치된다. 또한, 열교환기(350)는 저온측 제1팽창밸브(230)를 통과한 냉매의 일부가 유입되어 저온측 압축기(210)로 배출되도록 설치되고, 열교환기(350)로 유입되는 냉매가 재팽창되도록 제2팽창밸브(234)가 설치된다. 따라서, 열교환기(350)에서는 고온측 응축기(320)에서 유입된 냉매와 저온측 제1팽창밸브(230)를 통과한 냉매 간의 열교환이 이루어진다.

저온측 및 고온측 증발기(240,340)는 냉매를 증발시켜 저온 또는 중온의 저압으로 변환시키는 장치로서, 저온측 제1팽창밸브(230) 및 고온측 팽창밸브(330)로부터 냉매가 유입되고, 저온측 및 고온측 압축기(210,310)로 냉매가 배출되도록 설치된다.

또한, 저온측 사이클(200)에서 순환되는 냉매는 R-410A를 이용하고, 고온측 사이클(300)에서 순환되는 냉매는 R-134a를 이용한다. 여기서, R-134a 냉매는 자동차의 에어컨에 이용되는 신냉매로, 환경친화적이면서 안전하다.

한편, 이와 같이 저온측 사이클(200)과 고온측 사이클(300)이 열교환도록 이루어진 2원 압축 히트펌프 시스템(100)에는 저온측 응축기(220)와 고온측 증발기(340) 사이에 열교환을 위한 순환수가 유동하도록 순환라인(420)이 설치된다. 여기서, 순환수는 저온측 응축기(220)와 고온측 증발기(340)를 순환하면서 열을 전달하는 매개체이고, 물, 브라인(brine), 물과 부동액이 섞인 혼합액 또는 부동액이 이용된다.

순환라인(420)은 저온측 응축기(220), FCU(423, Fan Coil Unit), 고온측 증발기(340), 순환펌프(421), 중온수 축열조(400) 및 순환수 유동스위치(422)를 거쳐 다시 저온측 응축기(220)로 연결되는 폐회로이다. 이 순환라인(420)에는 순환수 보충용 탱크(424)가 더 설치된다.

순환수 보충용 탱크(424)는 순환수가 순환라인(420)을 따라 유동하는 동안 누출되거나 손실된 부분에 대해 보충할 수 있도록 설치된다.

중온수 축열조(400)는 순환라인(420)에서 순환펌프(421)와 순환수 유동스위치(422) 사이에서 위치되고, 외부에서 유입된 물과 순환수가 열교환되도록 하여 대략 45～50℃의 중온수를 얻게 된다. 물론, 중온수 축열조(400)는 순환라인(420)의 다른 부위에 설치될 수도 있고, 이 중온수 축열조(400)에서 얻은 중온수는 일상 생활용수로 이용된다. 또한, 중온수 축열조(400)에는 순환라인(420)의 순환수가 입출되도록 순환라인(420)에 연결된 제1,2분기라인(425,426)이 연결되고, 순환수와의 열교환을 위한 물이 외부에서 중온수 축열조(400)로 입출되도록 중온수 공급라인(430) 및 중온수 배출라인(410)이 연결된다.

제1,2분기라인(425,426)에는 개폐 및 유량 조절 또는 역류를 방지하기 위해 각각 제1,2분기밸브(427,428)가 설치된다.

또한, 중온수 배출라인(410)에는 중온수의 배출을 위한 중온수 배출펌프(411) 및 중온수의 유동을 제어하는 중온수 배출밸브(412)가 설치된다. 여기서, 중온수 배출라인(410)의 말단은 고온수 배출라인(510)과 연결된다. 이 중온수 배출라인(410)에는 유동하는 중온수의 일부가 중온수 공급라인(430)을 통해 중온수 축열조(400)로 회귀되도록 중온수 회귀라인(413)이 더 설치된다. 이때, 중온수 회귀라인(413)은 중온수 배출밸브(412)와 연계되도록 설치된다.

또한, 중온수 공급라인(430)에는 중온수의 유동을 제어하기 위한 중온수 유동스위치(431)가 설치되고, 이 중온수 유동스위치(431)는 사용자의 필요에 의해 제어기(440)를 통해 중온수의 유동을 제어하기 위한 부재이다. 또한, 이 중온수 공급라인(430)을 통해 외부의 물 또는 중온수 회귀라인(413)을 통해 회귀된 중온수가 중온수 축열조(400)로 공급된다.

또한, 고온수 축열조(500)는 고온측 응축기(320)와 열교환되도록 설치되어 대략 70℃～80℃정도의 고온수를 얻게 된다. 또한, 고온수 축열조(500)는 열교환을 위한 물이 외부에서 고온수 축열조(500)로 입출되도록 고온수 공급라인(520) 및 고온수 배출라인(510)이 연결된다.

고온수 배출라인(510)에는 고온수의 배출을 위한 고온수 배출펌프(511), 고온수 배출밸브(512)가 설치된다. 여기서, 고온수 배출라인(510)의 말단은 중온수 배출라인(410)과 연결된다. 이 고온수 배출라인(510)에는 유동하는 고온수의 일부가 고온수 공급라인(520)을 통해 고온측 응축기(320)로 회귀하도록 고온수 회귀라인(530)이 더 설치된다. 이때, 고온수 회귀라인(530)은 고온수 배출밸브(512)와 연계되도록 설치된다.

또한, 고온수 공급라인(520)에는 고온수의 유동을 제어하기 위한 고온수 유동스위치(521)가 설치되고, 이 고온수 유동스위치(521)는 사용자의 필요에 의해 제어기(440)를 통해 고온수의 유동을 제어하기 위한 부재이다. 또한, 이 고온수 공급라인(520)을 통해 외부의 물 또는 고온수 회귀라인(530)을 통해 회귀된 고온수가 고온측 응축기(320)로 공급된다.

한편, 중온수 및 고온수를 선택적 또는 동시에 외부로 배출할 수 있도록 제어수단이 더 설치되고, 이 제어수단은 제어밸브(442) 및, 절환버튼(441)을 구비하는 제어기(440)가 포함되어 이루어진다. 제어기(440)는 실내에 고정 설치된 조작패널일 수도 있고, 무선 리모컨일 수도 있다.

제어밸브(442)는 중온수 배출라인(430)과 고온수 배출라인(510)이 연결되는 부위에 설치되고, 중온수 및 고온수 배출라인(510)을 동시에 개폐하거나 또는 중온수 및 고온수 배출라인(510) 중 어느 하나의 공급라인만 개방하도록 동작된다. 여기서, 제어밸브(442)는 중온수 배출라인(410) 및 고온수 배출라인(510)에 각각 설치되어 제어기(440)에 의해 제어될 수도 있다.

제어기(440)는 제어밸브(442)의 개폐를 제어하고, 절환버튼(441)을 통해 중온수 및 고온수 배출라인(510) 중 어느 하나의 공급라인만 개방되도록 제어한다. 또한, 이 제어기(440)에는 수온 승하강을 위한 수온 버튼이 더 설치될 수 있고, 이 경우 수온 버튼에 의해 중온수 및 고온수의 온도 승하강을 위해 중온수 공급라인(430) 및 고온수 공급라인(520)에 설치된 유동스위치(431,521)의 개폐 정도가 조절된다. 이 유동스위치(431,521)의 개폐 정도에 따라 순환라인(420)과 연결된 저온측 응축기(220) 및 고온측 응축기(320)로 유입되는 중온수 또는 고온수의 유입량이 조절되어 배출되는 중온수 및 고온수의 수온이 조절된다.

이하에서는 본 발명에 따른 2원 압축 히트펌프 시스템(100)이 저온측 사이클(200)이 냉방 작동하는 경우를 예로 들어 간략히 설명한다. 난방작동하는 경우와는 달리 냉매의 유동 경로가 변경되어 저온측 응축기(220)가 증발기의 기능을 수행하게 되고, 저온측 증발기(240)가 응축기의 기능을 수행하게 되는 차이가 있다. 좀 더 자세히 설명하자면, 저온측 압축기(210)에서 배출된 냉매는 4방향 밸브(211)에 의해 저온측 증발기(240)로 유동되어 고온 고압으로 변화된 후, 저온측 제1팽창밸브(230)를 거쳐 저온 저압으로 변환되고, 저온측 응축기(220)를 거쳐 저온 저압으로 변환된다. 이후 다시 4방향 밸브(211)에 의해 어큐뮬레이터(250)를 지나 저온측 압축기(210)로 유입되는 유동 경로를 갖게 된다.

따라서, 저온측 응축기(200)의 저온 냉매가 순환수에 전도된 다음, 순환수가 순환라인(420)을 통해 유동되면서 중온수 축열기(400)에서 다시 외부의 물과 열교환된다. 이때, 중온수 공급라인(430)을 통해 유입된 물은 중온수 축열기(400)에서 열교환되어 냉수가 변환되고, 이 냉수가 중온수 배출라인(410)을 통해 외부로 배출된다. 여기서, '중온수 배출라인' 및 '중온수 축열기'에서의 '중온수'는 설명의 편의상 난방의 경우를 예로 들어 지칭된 용어로, 냉방의 경우에서는 '냉수'로 지칭되어야 올바르겠지만, 혼동을 피하기 위해 난방 및 냉방의 경우와 무관하게 '중온수'로 통일한다.

<작동>

먼저, 난방 또는 냉방작동 중 난방작동이 선택된 경우에 대해 각 사이클별로 냉매의 순환 경로를 따라 설명한다.

저온측 사이클(200)에서, 저온측 압축기(210)로부터 배출된 냉매는 4방향 밸브(211)에 의해 저온측 응축기(220)로 유동되어 외부에서 공급된 상온수와의 열교환으로 저온으로 변환된 후 저온측 제1팽창밸브(230)로 유동된다. 이후, 저온측 증발기(240)에서 다시 4방향 밸브(211)에 의해 어큐뮬레이터(250)를 거쳐 저온측 압축기(210)로 재유입된다.

고온측 사이클(300)에서, 저온측 응축기(220)의 열이 순환수에 의해 고온측 증발기(340)로 전도되고, 고온측 증발기(340)에서 온도가 상승되어 배출된 냉매가 고온측 압축기(310)로 유입되어 온도가 재상승된 후 배출된다. 고온측 압축기(310)로부터 배출된 냉매는 고온측 응축기(320)로 유동되어 열교환된 후 열교환기(350)를 거쳐 고온측 팽창밸브(330)로 유동되고, 다시 고온측 증발기(340)로 재유입된다. 이때, 고온측 응축기(320)에서 열교환된 물은 대략 70℃～80℃정도로 상승되어 고온수 축열조(500)에 저장되거나 고온수 배출라인(510)을 따라 배출된다.

여기서, 저온측 응축기(220)와 고온측 증발기(340) 사이의 열교환은 저온측 응축기(220) 및 고온측 증발기(340) 사이에 설치된 순환라인(420)을 따라 유동되는 순환수에 의해 이루어진다. 또한, 순환라인(420)에 분기되어 설치된 중온수 축열조(400)에서 순환수와 외부의 물과의 열교환이 이루어지고, 이후 순환수는 다시 저온측 응축기(220)로 유입되며, 수온이 대략 45～50℃로 상승된 물은 중온수 축열조(400)에 저장되거나 중온수 배출라인(410)을 따라 배출된다.

또한, 중온수 배출라인(410) 및 고온수 배출라인(510)은 제어기(440)의 절환버튼(441)에 의해 제어되는 제어밸브(442)가 동작됨으로써, 선택적으로 개폐된다. 따라서, 제어기(440)의 조작으로 필요에 의해 중온수 또는 고온수가 선택적으로 배출된다. 여기서, 중온수 배출라인(410) 및 고온수 배출라인(510)이 동시에 개방될 수도 있다.

다음으로 냉방작동이 선택되면, 고온측 사이클(300)은 중지되면서 저온측 사이클(200)만 가동될 수도 있고, 2개의 사이클 모두 가동될 수도 있다. 여기서는 저온측 사이클(200)만 가동되는 경우를 설명한다. 물론, 냉,난방 작동은 제어기(440)를 통해 선택된다.

저온측 사이클(200)에서, 저온측 압축기(210)로부터 배출된 냉매는 4방향 밸브(211)에 의해 응축기 기능을 하는 저온측 증발기(240)로 유동된 후 저온측 제3팽창밸브(231)로 유동된다. 이후, 증발기 기능을 하는 저온측 응축기(220)를 거쳐 4방향 밸브(211)에 의해 다시 저온측 압축기(310)로 재유입된다.

여기서, 저온측 응축기(240)의 저온의 순환수와 순환라인(420)에 분기되어 설치된 중온수 축열조(400)에서 외부의 물이 열교환되고, 이후 순환수는 다시 저온측 압축기(210)으로 유입되며, 저온의 물은 중온수 축열조(400)에 저장되거나 중온수 배출라인(410)을 따라 배출된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100...2원 압축 히트펌프 시스템,
200...저온측 사이클 210...저온측 압축기,
220...저온측 응축기 230...저온측 제1팽창밸브,
240...저온측 증발기 250...어큐뮬레이터,
300...고온측 사이클 310...고온측 압축기,
320...고온측 응축기 330...고온측 팽창밸브,
340...고온측 증발기 400...중온수 축열조,
410...중온수 배출라인 411...중온수 배출펌프,
412...중온수 배출밸브 413...중온수 회귀라인,
420...순환라인 430...중온수 공급라인,
431...중온수 유동스위치 440...제어기,
441...절환버튼 442...제어밸브,
500...고온수 축열조 510..고온수 배출라인,
520...고온수 공급라인 521...고온수 유동스위치.

Claims

저온측 응축기(220)를 포함하는 저온측 사이클(200) 및, 상기 저온측 응축기(220)와 열교환하도록 설치된 고온측 증발기(340) 및 고온수를 얻기 위한 고온수 축열조(500)를 포함하는 고온측 사이클(300)로 이루어진 2원 압축 히트펌프 시스템에 있어서,
상기 저온측 응축기(220)와 상기 고온측 증발기(340)와의 열교환을 위한 순환수의 유동 안내를 위해 설치된 순환라인(420);
상기 순환라인(420)을 따라 유동하는 상기 순환수와의 열교환을 위해 상기 순환라인(420)에 설치된 중온수 축열조(400); 및
상기 중온수 축열조(400)에서 상기 순환수와 열교환되어 얻은 중온수를 외부로 배출하기 위해 상기 중온수 축열조(400)에 설치된 중온수 배출라인(410);이 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
저온측 및 고온측 압축기(210,310), 저온측 제1,3팽창밸브(230,231) 및 고온측 팽창밸브(330), 저온측 증발기(240), 4방향 밸브(211) 및, 상기 고온수 축열조(500)와 연계 설치된 상기 고온측 응축기(320);가 더 포함되어 이루어지고,
상기 4방향 밸브(211)는 저온측 사이클(200)에 설치되고,
난방작동의 경우, 냉매가 저온측 압축기(210), 저온측 응축기(220), 저온측 제1팽창밸브(230) 및, 저온측 증발기(240)를 순차적으로 유동하도록 제어되고,
냉방작동의 경우, 냉매가 상기 저온측 압축기(210), 응축기 기능을 하는 상기 저온측 증발기(240), 저온측 제3팽창밸브(231) 및, 증발기 기능을 하는 상기 저온측 응축기(220)를 순차적으로 유동하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 순환라인(420)은 상기 순환수가 상기 저온측 응축기(220), 상기 고온측 증발기(340), 순환펌프(421) 및 순환수 유동스위치(422)를 거쳐 다시 상기 저온측 응축기(220)로 유동되는 폐회로이고, 그리고
상기 순환펌프(421) 및 상기 순환수 유동스위치(422) 사이에 상기 중온수 축열조(400)가 설치된 것을 특징으로 하는 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 중온수 축열조(400)에는,
상기 순환라인(420)과 연결되어 상기 순환수가 상기 중온수 축열조(400)로 순환하도록 설치된 제1,2분기라인(425,426); 및
상기 중온수 축열조(400)에 물을 공급하기 위해 설치된 중온수 공급라인(430);이 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템.
제4항에 있어서,
상기 제1,2분기라인(425,426)에는 상기 순환수의 유동방향을 안내하고, 역류를 방지하기 위해 각각 제1,2분기밸브(427,428)가 설치된 것을 특징으로 하는 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템.
제4항에 있어서,
상기 중온수 공급라인(430)에는 상기 중온수 축열조(400)로 공급되는 물의 유동을 제어하도록 설치된 중온수 유동스위치(431);가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템.
제4항에 있어서,
상기 중온수 배출라인(410)에는,
상기 중온수를 배출하기 위해 상기 중온수 배출라인(410)을 개폐하면서 상기 중온수의 유동을 유도하도록 상기 중온수 배출라인(410)에 설치된 중온수 배출밸브(412) 및 중온수 배출펌프(411); 및
상기 중온수 배출밸브(412)와 연결되어 상기 중온수 배출라인(410)을 유동하는 상기 중온수를 상기 중온수 공급라인(430)으로 회귀시키도록 설치된 중온수 회귀라인(413);이 설치된 것을 특징으로 하는 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 중온수 및 상기 고온수를 선택적으로 배출하기 위한 제어수단이 더 포함되어 이루어지고,
상기 제어수단은,
상기 중온수 배출라인(430) 및 상기 고온수 배출라인(510)에 설치되어 상기 중온수 배출라인(430) 및 상기 고온수 배출라인(510)을 선택적으로 개폐하는 제2제어밸브(442); 및
상기 제어밸브(442)를 제어하고, 상기 중온수 배출라인(430) 및 상기 고온수 배출라인(510)의 선택적 개방신호가 발생되도록 설치된 절환버튼(441)을 포함하는 제어기(440);가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 고온측 사이클(300)에는 신형 냉매인 R-134a가 이용되는 것을 특징으로 하는 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 저온측 제1팽창밸브(230)를 통과한 냉매의 일부가 유입되어 상기 저온측 압축기(210)로 배출되도록 상기 고온측 응축기(320)와 고온측 팽창밸브(330) 사이에 설치된 열교환기(350); 및
상기 열교환기(350)로 유입되는 냉매가 재팽창되도록 설치된 제2팽창밸브(234);가 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 중온수 배출라인을 갖는 2원 압축 히트펌프 시스템.