KR20170117648A - Two stage Heatpump - Google Patents

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KR20170117648A
KR20170117648A KR1020160045317A KR20160045317A KR20170117648A KR 20170117648 A KR20170117648 A KR 20170117648A KR 1020160045317 A KR1020160045317 A KR 1020160045317A KR 20160045317 A KR20160045317 A KR 20160045317A KR 20170117648 A KR20170117648 A KR 20170117648A
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working fluid
heat
compressor
temperature
condenser
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Application number
KR1020160045317A
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Korean (ko)
Inventor
신규재
이정배
안가니 아마르나스바르마
Original Assignee
부산외국어대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명에 따른 이원 사이클 방식을 적용한 히트펌프는 열원으로 발전소 온배수 또는 해수 또는 폐수를 사용하며, 저온저압 기체상태의 온수용 작동유체를 압축하여 고온고압의 기체상태로 만들어주는 제1압축기(10)와, 상기 제1압축기(10)에서 공급되는 온수용 작동유체와 저온의 냉수를 열 교환시켜 온수를 발생시키는 제1응축기(20)와, 상기 제1응축기(20)에서 열 교환된 작동유체를 전달받아 팽창시켜 상대적으로 저온저압의 기체상태로 만들어주는 제1팽창변(30)과, 상기 제1팽창변(30)에서 기체화된 작동유체를 외부 열원에 의해 열 교환시켜 상기의 제1압축기(10)로 전달하는 제1증발기(40)로 구성되는 1차 사이클을 가지며, 저온저압 기체상태인 작동유체를 압축하여 상기 제1압축기(10) 보다도 높은 고온고압의 고온용 기체상태로 만들어주는 제2압축기(50)와; 상기 제1응축기(20)로부터 공급되는 온수를 상기 제2압축기(50)에서 공급되는 고온고압 기체상태인 고온용 작동유체와 열 교환하여 고 온수를 발생시켜 온수를 제공하는 제2응축기(60)와; 상기 제2응축기(60)에서 열 교환된 작동유체를 전달받아 팽창시켜 상대적으로 저온저압의 기체상태로 만들어주는 제2팽창변(70)과; 상기 제2팽창변(70)에서 기체화된 작동유체를 외부 열원에 의해 열 교환시켜 상기의 제2압축기(10)로 전달하는 제2증발기(80)로 구성되는 2차 사이클을 포함하는 것을 특징으로 하고, 이원사이클을 적용함으로써 안전성 및 고효율성을 확보할 수 있고, 열교환기로 판형 열교환기와 나관형 열교환기를 사용함으로써 높은 항부식성을 가지고 내부 세척이 용이하여 폐수, 해수, 지하수 등 어떠한 열원도 혼합사용할 수 있어 열원이 부족한 장소에도 설치가 가능한 효과를 제공한다. The heat pump employing the two-cycle system according to the present invention includes a first compressor (10) which uses hot water of a power plant, seawater or wastewater as a heat source, and compresses a low temperature low pressure gaseous pressurized working fluid into a high temperature and high pressure gaseous state, A first condenser 20 for generating hot water by exchanging heat between the hot working fluid supplied from the first compressor 10 and cold water at a low temperature and a second working fluid which is heat exchanged in the first condenser 20 A first expansion valve 30 for expanding and expanding the refrigerant to a relatively low-temperature and low-pressure state, and a second expansion valve 30 for exchanging the working fluid gasified at the first expansion valve 30 by an external heat source, And a first evaporator 40 for transferring the working fluid in a low-temperature low-pressure gaseous state to a high-temperature gas state of a high temperature and a high pressure higher than that of the first compressor 10, Compressor 50 )Wow; A second condenser 60 for generating hot water by performing heat exchange with the hot fluid supplied from the first condenser 20 to the high temperature working fluid in the high temperature and high pressure gaseous state supplied from the second compressor 50, Wow; A second expansion valve (70) for receiving the heat exchanged working fluid in the second condenser (60) to expand and expand the expanded working fluid to a relatively low temperature and low pressure gas state; And a second evaporator (80) configured to heat-exchange the working fluid vaporized at the second expansion side (70) by an external heat source and transfer it to the second compressor (10) And it is possible to secure safety and high efficiency by applying the two-cycle cycle. By using the plate type heat exchanger and the tubular type heat exchanger as the heat exchanger, it is possible to use any heat source such as waste water, seawater and ground water with high anti- Provides an installation-friendly effect in locations where heat sources are lacking.

Description

이원 사이클 방식을 적용한 히트펌프{Two stage Heatpump} A two-stage heat pump using a two-

본 발명은 히트펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 판형 또는 나관형 열교환기를 적용하여 효율성이 향상된 이원 사이클 방식을 적용한 히트펌프에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a heat pump, and more particularly, to a heat pump using a two-cycle system in which efficiency is improved by applying a plate or tubular heat exchanger.

일반적으로 히트펌프는 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브들로 구성되어 순환매체가 액화와 기화를 반복하게 하여 이와 연결된 기타 주변기기들을 통해 냉난방을 수행하도록 되어 있다. Generally, a heat pump is composed of an evaporator, a compressor, a condenser, and expansion valves, so that the circulating medium repeats liquefaction and vaporization to perform cooling and heating through other peripherals connected thereto.

이러한 히트펌프는 전기에너지를 주 에너지원으로 하여 냉난방을 수행하고 있으나, 근래에는 에너지 절약의 차원에서 폐열 또는 지열(地熱)을 주 열원으로 하여 냉난방을 수행하고 있는 실정이다. Although these heat pumps use electric energy as a main energy source for cooling and heating, in recent years, they have been performing cooling and heating by using waste heat or geothermal heat as a main heat source in terms of energy saving.

그러나, 이러한 에너지를 얻어 냉난방을 수행하고 있던 히트펌프가 고장 등의 원인으로 그 작동이 갑자기 정지되면, 냉난방을 수행하기 위한 전체 시스템도 따라서 멈추기 때문에 이를 사용하는 사용자에게 많은 고통을 수반하게 했던 문제가 있다. However, when the heat pump that has been performing the heating and cooling by this energy is suddenly stopped due to a trouble or the like, the entire system for performing the heating and cooling also stops accordingly, so that the user who uses the heat pump has suffered a lot of troubles have.

이에, 일부 사용자는 보일러 등을 포함한 냉난방 장치를 별도로 부설하여 이와 같은 히트펌프의 고장을 대비해 중복투자를 하고 있는 실정이다. Accordingly, some users have installed a heating and cooling apparatus including a boiler separately and have made redundant investment in preparation for the failure of such a heat pump.

또한, 기존의 히트펌프는 이와 연결된 그 주변 기기들을 통해 쉼없이 에너지를 소비하며 작동되어 냉난방을 수행하고 있기 때문에 과도한 에너지의 사용으로 사용자에게 경제성 관련 부담을 주고 있는 것이 사실이다. In addition, since the conventional heat pump consumes energy continuously through the peripheral devices connected to the heat pump, the heat pump is performing the cooling and heating operation.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래발명으로는 '공개특허공보 제10-2014-0089278호' 에서 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 1팽창밸브(105) 그리고 제 2열 교환기(106)로 폐 루프를 형성하여 고온 측 냉매가 순환하면서, 상기 제 2열 교환기(106)에서 흡수한 상기 고온 측 냉매의 열을 상기 제 1열 교환기(102)를 통해 온수 탱크(103)로 전달하는 고온 측 사이클(100)과; 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에 제 3팽창밸브(213)와 외기 증발기(214)로 이루어지는 공기열원 취득부(210)로 폐 루프를 형성하여 저온 측 냉매가 순환하면서 난방 운전을 하거나, 또는 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에 제 2팽창밸브(204)와 냉수 탱크(206)에 연결된 제 3열 교환기(205)로 폐 루프를 형성하여 저온 측 냉매가 순환하면서 냉방 운전을 하게 선택할 수 있으며, 선택에 의해 난방 또는 냉방 운전을 할 때 상기 외기 증발기(214) 또는 제 3열 교환기(205)에서 흡수한 상기 저온 측 냉매의 열을 상기 제 2열 교환기(106)를 통해 상기 고온 측 냉매로 전달하는 저온 측 사이클(200);로 이루어지는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 있어서, 상기 공기열원 취득부(210)에 병렬로 연결되는 수열원 취득부(220);를 더 포함하고, 이 중에서 선택된 하나에서 열원을 공급받으면서 난방 운전을 하며, 상기 제 1열 교환기(102)와 제 1팽창밸브(105) 사이에 일 측이 연결되는 제 4열 교환기(104)와; 상기 제 4열 교환기(104) 타 측에 연결되는 열매체 순환부;를 더 포함하고, 상기 열매체 순환부는, 열매체가 내부에 수용되어 순환하면서 상기 제 4열 교환기(104)를 통해 흡수한 상기 제1열 교환기(102)에서 응축하고 남은 고온 측 냉매의 열을, 난방 운전을 할 때에는 상기에서 선택된 하나의 열원 취득부로 전달하는 한편, 냉방 운전을 할 때에는 상기 공기열원 취득부(210)와 수열원 취득부(220) 중에서 하나를 선택하고 여기를 통해 방출시키는 것을 특징으로 하는 공기 수열 복합 열원 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치가 개시되어 있다. In order to solve such a problem, the conventional compressor disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-2014-0089278 discloses a compressor having a first compressor 101, a first heat exchanger 102, a first expansion valve 105, Side refrigerant circulating through the first heat exchanger (102) to the hot water tank (103) while circulating the high-temperature refrigerant through the second heat exchanger (106) (100); A closed loop is formed in the second compressor 203 and the second heat exchanger 106 by the air heat source acquisition unit 210 including the third expansion valve 213 and the outside air evaporator 214 so that the low temperature side refrigerant circulates Or a closed loop is formed in the second compressor 203 and the second heat exchanger 106 by the third heat exchanger 205 connected to the second expansion valve 204 and the cold water tank 206 Side refrigerant circulating in the outdoor heat exchanger (214) or the third heat exchanger (205) when heating or cooling operation is performed by selecting the heat of the low- And a low-temperature side cycle (200) for transferring the refrigerant to the high-temperature side refrigerant through the two-heat exchanger (106). The two-cycle heat pump cooling / (220), and among these, A fourth heat exchanger (104) which is connected to the first heat exchanger (102) and the first expansion valve (105) and is connected to the first heat exchanger (104) while being supplied with a heat source; And a heat medium circulation unit connected to the other side of the fourth heat exchanger (104), wherein the heat medium circulation unit is configured to circulate the first heat medium, which is circulated through the fourth heat exchanger (104) When the heating operation is performed, the heat of the high-temperature side refrigerant condensed in the heat exchanger 102 is transferred to the selected one heat source acquisition unit. On the other hand, when the cooling operation is performed, the air heat source acquisition unit 210, (220), and discharges the air from the heat exchanger (220) through the heat exchanger (220).

또한, '등록특허공보 제10-1543662호' 에서는 폐수열을 활용하는 사우나 시스템에 있어서 상기 사우나 시스템은 사우나를 포함하는 입욕장에서 버려지는 폐수에서 이물질을 제거 및 여과 시키는 집모기(100); 상기 집모기와 배관연결되어 전달되는 폐수의 열에 의해 입수된 청수의 온도를 상승시키는 폐수열회수기(200); 상기 폐수열회수기와 연결되어 폐수를 저장하는 폐수저장탱크(300); 상기 폐수저장탱크와 배관연결되어 순환펌프에 의해 폐수저장탱크내에 저장된 폐수의 열을 전달받는 히트펌프(400); 상기 히트펌프와 배관연결되어 순환펌프에 의해 탱크내에 저장된 물을 순환시켜 히트펌프내에서 물의 온도를 높여서 저장하며, 상기 폐수열회수기와 배관연결되어 폐수열회수기로부터 온도가 상승되어 출수되는 청수를 공급받아 저장하고 사우나를 포함하는 입욕장에 대응하여 고온수를 공급하며, 온도를 측정하는 온도센서가 설치된 급탕탱크(500); 상기 급탕탱크와 배관연결되어 순환펌프에 의해 탱크내에 저장된 물을 순환시켜 급탕탱크내의 물의 온도를 높이는 가스보일러(600); 및 상기 폐수저장탱크내 저장된 폐수를 집모기로 보내어 열회수에 활용되게 하는 폐수펌프(800);로 구성되며, 상기 히트펌프는 경부하, 중부하, 최대부하 시간대에 따라 사용자가 정하는 급탕탱크의 온도범위에 있어서, 경부하에서부터 최대부하까지의 사용자가 정하는 온도범위는 연속적인 온도 값을 가지며, 상기 온도범위의 최소값 이하의 온도일 때 운전이 시작되고 최대값을 초과할 때 운전이 종료되며, 상기 가스보일러는 급탕탱크에 저장된 온수의 온도가 상기 연속적인 온도값의 온도범위에서 최소치에서 5를 뺀값에 해당하는 온도이하일 때 운전이 시작되고 연속적인 온도값의 온도범위에서 정해지는 최소치의 온도를 초과 할 때 운전이 중지되는 것을 특징으로 하는 폐수열 활용 사우나 시스템을 개시하고 있다. In addition, in the '140 patent, a sauna system using waste heat, the sauna system includes a house mosquito 100 for removing foreign substances from wastewater discharged from a bathing area including a sauna and filtering the waste water; A wastewater heat collecting unit 200 for raising the temperature of the fresh water obtained by the heat of the wastewater connected to the collection mosquito and delivered thereto; A wastewater storage tank (300) connected to the waste water heat recovery unit to store wastewater; A heat pump (400) connected to the waste water storage tank and connected to the waste water storage tank and receiving the heat of the waste water stored in the waste water storage tank by a circulation pump; And the water stored in the tank is circulated by the circulation pump to increase the temperature of the water in the heat pump and stored. When the temperature of the water is raised from the waste water heat collecting device, A hot water tank 500 provided with a temperature sensor for supplying hot water corresponding to a bathing area including a sauna and measuring temperature; A gas boiler 600 connected to the hot water tank and circulating water stored in the tank by a circulation pump to raise the temperature of water in the hot water tank; And a waste water pump (800) for sending the waste water stored in the waste water storage tank to the collector to be utilized for heat recovery. The heat pump has a temperature of the hot water tank determined by the user according to the light load, the heavy load, In the range, the temperature range determined by the user from the light load to the maximum load has a continuous temperature value, operation is started when the temperature is below the minimum value of the temperature range, operation is terminated when the temperature exceeds the maximum value, The gas boiler is operated when the temperature of the hot water stored in the hot water tank is below the temperature corresponding to the minimum value minus 5 in the temperature range of the continuous temperature value and exceeds the minimum temperature value determined in the temperature range of the continuous temperature value And the operation is stopped when the steam is supplied to the steam generator.

그러나 상기와 같은 종래발명들은 폐수 등을 열원으로 사용함에 있어서, 열교환기의 오염도가 증가함에도 불구하고 세척 등이 힘들어 사후관리에 어려움이 있었다. However, in using the waste water as a heat source, it is difficult to clean the heat exchanger even though the degree of contamination of the heat exchanger is increased.

KR 10-1543662 B1KR 10-1543662 B1 KR 10-2014-0089278 AKR 10-2014-0089278 A KR 10-1416207 B1KR 10-1416207 B1

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems of the prior art.

구체적으로, 본 발명의 목적은 히트펌프 시스템이 작동함에 있어서 보다 고효율을 낼 수 있도록 하는 것이며, 또한 폐수, 해수 등 다양한 열원에 대하여 제한없이 사용할 수 있도록 하는 것이다. More specifically, the object of the present invention is to make the heat pump system more efficient in operating the heat pump system, and to use various heat sources such as wastewater and seawater without limitation.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이원 사이클 방식을 적용한 히트펌프는 열원으로 발전소 온배수 또는 해수 또는 폐수를 사용하며, 저온저압 기체상태의 온수용 작동유체를 압축하여 고온고압의 기체상태로 만들어주는 제1압축기(10)와, 상기 제1압축기(10)에서 공급되는 온수용 작동유체와 저온의 냉수를 열 교환시켜 온수를 발생시키는 제1응축기(20)와, 상기 제1응축기(20)에서 열 교환된 작동유체를 전달받아 팽창시켜 상대적으로 저온저압의 기체상태로 만들어주는 제1팽창변(30)과, 상기 제1팽창변(30)에서 기체화된 작동유체를 외부 열원에 의해 열 교환시켜 상기의 제1압축기(10)로 전달하는 제1증발기(40)로 구성되는 1차 사이클을 가지며, 저온저압 기체상태인 작동유체를 압축하여 상기 제1압축기(10) 보다도 높은 고온고압의 고온용 기체상태로 만들어주는 제2압축기(50)와; 상기 제1응축기(20)로부터 공급되는 온수를 상기 제2압축기(50)에서 공급되는 고온고압 기체상태인 고온용 작동유체와 열 교환하여 고 온수를 발생시켜 온수를 제공하는 제2응축기(60)와; 상기 제2응축기(60)에서 열 교환된 작동유체를 전달받아 팽창시켜 상대적으로 저온저압의 기체상태로 만들어주는 제2팽창변(70)과; 상기 제2팽창변(70)에서 기체화된 작동유체를 외부 열원에 의해 열 교환시켜 상기의 제2압축기(10)로 전달하는 제2증발기(80)로 구성되는 2차 사이클을 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the heat pump employing the two-cycle system according to the present invention uses a hot water of a power plant, seawater or wastewater as a heat source, compresses a hot, low- A first condenser 20 for generating hot water by exchanging heat between the hot working fluid and low temperature cold water supplied from the first compressor 10; A first expansion valve (30) that receives and transfers the heat exchanged working fluid to a relatively low-temperature and low-pressure gaseous state by expanding the working fluid; and a second expansion valve And a first evaporator 40 for delivering the low-temperature low-pressure gaseous working fluid to the first compressor 10 of the first compressor 10. The high-temperature and high- A second compressor (50) to make the state; A second condenser 60 for generating hot water by performing heat exchange with the hot fluid supplied from the first condenser 20 to the high temperature working fluid in the high temperature and high pressure gaseous state supplied from the second compressor 50, Wow; A second expansion valve (70) for receiving the heat exchanged working fluid in the second condenser (60) to expand and expand the expanded working fluid to a relatively low temperature and low pressure gas state; And a second evaporator (80) configured to heat-exchange the working fluid vaporized at the second expansion side (70) by an external heat source and transfer it to the second compressor (10) do.

이상과 같이 본 발명은 이원사이클을 적용함으로써 안전성 및 고효율성을 확보할 수 있고, 열교환기로 판형 열교환기와 나관형 열교환기를 사용함으로써 높은 항부식성을 가지고 내부 세척이 용이하여 폐수, 해수, 지하수 등 어떠한 열원도 혼합사용할 수 있어 열원이 부족한 장소에도 설치가 가능한 효과를 가진다. As described above, according to the present invention, safety and high efficiency can be secured by applying a two-cycle cycle, and a plate heat exchanger and a tubular heat exchanger are used as a heat exchanger, It can be used in a place where the heat source is insufficient.

도 1은 통상적인 히트펌프의 작동 예시도이다;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이원 사이클 방식을 적용한 히트펌프의 작동 예시도이다;
도 3은 본 발명의 스크류압축기에 대한 설명도이다;
도 4는 본 발명의 판형 열교환기에 대한 설명도이다;
도 5는 본 발명의 나관형 열교환기에 대한 설명도이다;
1 is an operational example of a typical heat pump;
2 is a view illustrating an operation of a heat pump applying a two-cycle system according to an embodiment of the present invention;
3 is an explanatory view of a screw compressor of the present invention;
4 is an explanatory diagram of a plate heat exchanger of the present invention;
5 is an explanatory diagram of a natura-type heat exchanger of the present invention;

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.

도 1은 통상적인 히트펌프의 작동 예시도가 도시되어 있고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이원 사이클 방식을 적용한 히트펌프의 작동 예시도가 도시되어 있으며, 도 3은 본 발명의 스크류압축기에 대한 설명도가 도시되어 있고, 도 4는 본 발명의 판형 열교환기에 대한 설명도가 도시되어 있으며, 도 5는 본 발명의 나관형 열교환기에 대한 설명도가 도시되어 있다. FIG. 1 is a diagram illustrating an operation example of a conventional heat pump, FIG. 2 is a diagram illustrating an operation example of a heat pump using a two-cycle system according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an explanatory view of a plate heat exchanger of the present invention, and FIG. 5 is an explanatory view of a natura-type heat exchanger of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 이원 사이클 방식을 적용한 히트펌프는 저온저압 기체상태의 온수용 작동유체를 압축하여 고온고압의 기체상태로 만들어주는 제1압축기(10)와, 상기 제1압축기에서 공급되는 온수용 작동유체와 저온의 냉수를 열 교환시켜 온수를 발생시키는 제1응축기(20)와, 상기 제1응축기(20)에서 열 교환된 작동유체를 전달받아 팽창시켜 상대적으로 저온저압의 기체상태로 만들어주는 제1팽창변(30)과, 상기 제1팽창변(30)에서 기체화된 작동유체를 외부 열원에 의해 열 교환시켜 상기의 제1압축기(10)로 전달하는 제1증발기(40)로 구성되는 1차 사이클을 가지며, 저온저압 기체상태인 작동유체를 압축하여 상기 제1압축기(10) 보다도 높은 고온고압의 고온용 기체상태로 만들어주는 제2압축기(50)와; 상기 제1응축기(20)로부터 공급되는 온수를 상기 제2압축기(50)에서 공급되는 고온고압 기체상태인 고온용 작동유체와 열 교환하여 고 온수를 발생시켜 온수를 제공하는 제2응축기(60)와; 상기 제2응축기(60)에서 열 교환된 작동유체를 전달받아 팽창시켜 상대적으로 저온저압의 기체상태로 만들어주는 제2팽창변(70)과; 상기 제2팽창변(70)에서 기체화된 작동유체를 외부 열원에 의해 열 교환시켜 상기의 제2압축기(10)로 전달하는 제2증발기(80)로 구성되는 2차 사이클을 포함하는 것을 특징으로 한다. Referring to FIG. 2, the heat pump employing the two-cycle cycle system according to the present invention includes a first compressor 10 for compressing a low-temperature and low-pressure gaseous working fluid into a gaseous state at a high temperature and a high pressure, A first condenser 20 for generating hot water by exchanging heat between the hot working fluid supplied from the first condenser 20 and cold water at a low temperature and a second condenser 20 for expanding the working fluid heat exchanged in the first condenser 20, A first evaporator 30 for converting a working fluid gasified at the first expansion 30 into an external heat source and transferring the working fluid to the first compressor 10, A second compressor (50) having a first cycle consisting of a low-temperature low-pressure gaseous state and a high-temperature high-pressure gaseous state that is higher than the first compressor (10) by compressing the working fluid; A second condenser 60 for generating hot water by performing heat exchange with the hot fluid supplied from the first condenser 20 to the high temperature working fluid in the high temperature and high pressure gaseous state supplied from the second compressor 50, Wow; A second expansion valve (70) for receiving the heat exchanged working fluid in the second condenser (60) to expand and expand the expanded working fluid to a relatively low temperature and low pressure gas state; And a second evaporator (80) configured to heat-exchange the working fluid vaporized at the second expansion side (70) by an external heat source and transfer it to the second compressor (10) do.

상기 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다. The above configuration will be described in detail.

본 발명의 이원사이클 방식을 적용한 히트펌프는 크게 1차 사이클 및 2차 사이클로 구분되는 이원사이클로 구성이 되며, 전체적인 구성으로는 제1, 제2압축기(10,50)와, 제1, 제2응축기(20,60)와, 제1, 제2팽창변(30,66)과, 제1, 제2증발기(41,42)를 로 구성된다. The heat pump to which the two-cycle cycle system of the present invention is applied is composed of a two-cycle cycle divided into a first cycle and a second cycle. The first and second compressors 10 and 50 and the first and second compressors (20, 60), first and second expansion valves (30, 66), and first and second evaporators (41, 42).

먼저 1차 사이클을 살펴보면, 저온저압 기체상태의 온수용 작동유체를 상기 제1압축기(10)에서 압축하여 고온고압의 기체상태로 압축하고 제1응축기(20)로 이송된다. 상기 제1압축기(10)는 작동유체를 압축시켜 50~60℃범위 이내의 온수용 작동유체로 제공하게 된다. First, in the first cycle, a low-temperature, low-pressure gaseous working fluid is compressed by the first compressor 10, compressed into a high-temperature and high-pressure gaseous state, and transferred to the first condenser 20. The first compressor 10 compresses the operating fluid to provide a warm operating fluid within the range of 50 to 60 ° C.

다음, 상기 제1압축기(10)에서 공급되는 고온고압 기체상태의 작동유체는 제1응축기(20)를 거치면서, 순환되는 저온의 물과 열 교환되면서 응축되어 고온고압의 액체로 변화가 된다. 이와 함께, 상기 제1응축기(20)에서 열 교환된 물은 55℃정도의 온수로 가열된 상태로 제2응축기(60)로 보내진다. Next, the working fluid in the high-temperature, high-pressure gaseous state supplied from the first compressor 10 is heat-exchanged with the circulating low-temperature water while passing through the first condenser 20, and is condensed into a high-temperature high-pressure liquid. In addition, the water that has been heat-exchanged in the first condenser 20 is sent to the second condenser 60 while being heated to about 55 ° C.

다음, 상기와 같이 열교환을 마친 고온고압의 작동유체는 제1응축기(20)를 거쳐 응축된 작동유체는 제1팽창변(30)으로 이송된다. Next, the high-temperature and high-pressure working fluid, which has undergone the heat exchange as described above, is conveyed to the first expansion side 30 through the first condenser 20 and the condensed working fluid.

상기 제1팽창변(30)에 의해 저온저압으로 기체화된 작동유체는 제1증발기(40)로 유입되어 열 교환된 다음, 다시 제1압축기(10)로 순환 공급하게 된다. The working fluid gasified at the low temperature and low pressure by the first expansion valve 30 flows into the first evaporator 40 and is heat-exchanged and circulated to the first compressor 10 again.

다음으로 본 발명에 따르는 2차 사이클을 살펴보면, 제2압축기(50)와, 제2응축기(60)와, 제2팽창변(70)과, 제2증발기(80) 등으로 구성이 되며, 상기와 같은 1차 사이클의 제1응축기(20)에서 나온 온수가 제2응축기(60)로 공급되고, 상기 제2응축기(60)에서는 제2압축기(50)로부터 나오는 고온고압의 고온용 기체상태의 작동유체와 온수를 열 교환시켜 75℃이상의 고온수를 발생시킨다. 이를 위해 상기 제2압축기(50)에서는 저온저압 기체상태인 작동유체를 압축하여 상기 제1압축기(10) 보다도 높은 고온고압의 고온용 기체상태로 만들어 주며, 이때의 응축온도는 75℃이상으로 압축하는 것이 바람직하다. Next, the second cycle according to the present invention will be described. The second compressor 50, the second condenser 60, the second expansion valve 70, the second evaporator 80, The hot water from the first condenser 20 of the same first cycle is supplied to the second condenser 60 and the second condenser 60 is supplied with hot water of high temperature and high pressure, Heat exchange between fluid and hot water generates high temperature water of 75 ℃ or more. To this end, the second compressor (50) compresses the working fluid in a low-temperature and low-pressure gaseous state into a high-temperature gas state having a higher temperature and a higher pressure than that of the first compressor (10) .

여기서, 20℃정도인 상온의 물(용수)을 70~75℃의 고온수로 가열함에 있어서, 상기 제1압축기(10)에서는 55℃정도로 공급되는 작동유체와 20℃정도인 상온의 물의 온도차Δt1=75-20=35℃정도이고, 상기 제2응축기(60)에서는 제1응축기를 거친 55℃의 온수와 75℃의 고온용 작동유체는 온도차Δt2=75-55=20℃정도임으로, 상기의 제2압축기(50)는 제1압축기에 비해서 상대적으로 저 용량이고 소형화되며 에너지의 소비율이 57%정도로 낮아지고, 과부하가 거의 발생하지 않게 됨으로 안정적이고 효율성이 우수하다. Here, in heating the water (water) at a normal temperature of about 20 캜 to high temperature water of 70 to 75 캜, the temperature difference? T 1 of the working fluid supplied at about 55 캜 and the water at room temperature of about 20 캜 = 75-20 = 35 ° C. In the second condenser 60, the temperature difference between the hot water of 55 ° C and the high-temperature working fluid of 75 ° C through the first condenser is about? T2 = 75-55 = 20 ° C. The second compressor (50) has a relatively low capacity and a relatively small capacity as compared with the first compressor (50), the energy consumption rate is as low as about 57%, and the overload is hardly generated.

다음, 상기 제2응축기(60)에서 빠져나온 고온고압 상태의 작동유체는 제2팽창변(70)을 거쳐 제2증발기(80)로 공급된다. Next, the working fluid in the high-temperature and high-pressure state, which has escaped from the second condenser 60, is supplied to the second evaporator 80 through the second expansion valve 70.

제2팽창변(70)으로 이송된 작동유체는 상기 제2팽창변(70)에 의해 저온저압으로 기체화된 작동유체는 제2증발기(80)로 유입되어 다시 제2압축기(50)로 순환 공급하게 된다. The working fluid transferred to the second expansion valve 70 flows into the second evaporator 80 and circulates and supplies the working fluid back to the second compressor 50 through the second expansion valve 70 do.

상기 제1압축기(10) 및 제2압축기(50)는 도 3에 도시된 바와 같이 실린더 내에 오목한 측면과 볼록한 측면을 가진 2개의 로터가 한 쌍이 되어 맞물림으로 회전하면서 축방향으로 흡입되는 냉매가스를 반대 방향으로 밀어내면서 고온 고압으로 압축하는 스크류 압축기를 사용하는 것을 특징으로 한다. As shown in FIG. 3, the first compressor 10 and the second compressor 50 are constructed such that two rotors having concave side surfaces and convex side surfaces in a cylinder are paired and rotated to engage the refrigerant gas sucked in the axial direction And a screw compressor which is compressed in a high temperature and high pressure while being pushed in the opposite direction is used.

또한, 상기 제1응축기(20)와 제2응축기(60)는 도 4에 도시된 바와 같이 항부식성이 높고 허용온도가 200℃로 형성되는 SUS316재질을 적용한 판형 열교환기를 사용하는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 4, the first and second condensers 20 and 60 are each a plate heat exchanger using SUS316 material having a high corrosion resistance and an allowable temperature of 200.degree. C., as shown in FIG.

또한, 상기 제1증발기(40)와 제2증발기(80)는 도 5에 도시된 바와 같이 티타늄 직관을 밴딩처리하고 개방형 탱크를 적용한 나관형 열교환기를 사용하는 것을 특징으로 한다. As shown in FIG. 5, the first evaporator 40 and the second evaporator 80 use a tubular heat exchanger in which a titanium straight pipe is bent and an open tank is applied.

상기 나관형 열교환기는 대부분 밴딩처리하여 용접부위를 최소화 함으로써 부식에 의한 하자율이 적고, 티타늄 직관의 간격을 효율적으로 하여 스케일 방지에 효과적이며, 개방형탱크를 이용하여 세관 및 세척이 용이하고, 브로워 폭기방식을 활용하여 열교환 능력이 향상되며, 장기간 사용에도 열 효율이 우수한 특징을 가진다. The above-mentioned tubular heat exchanger is mostly banded to minimize the welded portion, thereby reducing the defect rate due to corrosion. It is effective in preventing the scale by efficiently making the interval of the titanium straight pipe, and is easy to clean and clean by using the open tank, The heat exchanging ability is improved and the thermal efficiency is also excellent for long-term use.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.

10 : 제1압축기 50 : 제2압축기
20 : 제1응축기 60 : 제2응축기
30 : 제1팽창변 70 : 제2팽창변
40 : 제1증발기 80 : 제2증발기
10: first compressor 50: second compressor
20: first condenser 60: second condenser
30: first expansion valve 70: second expansion valve
40: first evaporator 80: second evaporator

Claims (4)

열원으로 발전소 온배수 또는 해수 또는 폐수를 사용하며, 저온저압 기체상태의 온수용 작동유체를 압축하여 고온고압의 기체상태로 만들어주는 제1압축기(10)와, 상기 제1압축기(10)에서 공급되는 온수용 작동유체와 저온의 냉수를 열 교환시켜 온수를 발생시키는 제1응축기(20)와, 상기 제1응축기(20)에서 열 교환된 작동유체를 전달받아 팽창시켜 상대적으로 저온저압의 기체상태로 만들어주는 제1팽창변(30)과, 상기 제1팽창변(30)에서 기체화된 작동유체를 외부 열원에 의해 열 교환시켜 상기의 제1압축기(10)로 전달하는 제1증발기(40)로 구성되는 1차 사이클을 가지며,
저온저압 기체상태인 작동유체를 압축하여 상기 제1압축기(10) 보다도 높은 고온고압의 고온용 기체상태로 만들어주는 제2압축기(50)와; 상기 제1응축기(20)로부터 공급되는 온수를 상기 제2압축기(50)에서 공급되는 고온고압 기체상태인 고온용 작동유체와 열 교환하여 고 온수를 발생시켜 온수를 제공하는 제2응축기(60)와; 상기 제2응축기(60)에서 열 교환된 작동유체를 전달받아 팽창시켜 상대적으로 저온저압의 기체상태로 만들어주는 제2팽창변(70)과; 상기 제2팽창변(70)에서 기체화된 작동유체를 외부 열원에 의해 열 교환시켜 상기의 제2압축기(10)로 전달하는 제2증발기(80)로 구성되는 2차 사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 이원사이클 방식을 적용한 히트펌프.
A first compressor 10 which uses a hot water of a power plant or seawater or wastewater as a heat source and compresses a hot working fluid in a low temperature and low pressure gaseous state into a gaseous state at a high temperature and a high pressure; A first condenser 20 for generating hot water by exchanging heat between the hot working fluid and the cold cold water, and a second condenser 20 for receiving the working fluid heat exchanged in the first condenser 20 to expand the hot working fluid to a relatively low- And a first evaporator 40 for exchanging the working fluid gasified at the first expansion 30 by an external heat source and delivering the heat to the first compressor 10 , ≪ / RTI >
A second compressor (50) for compressing a working fluid in a low-temperature low-pressure gaseous state to produce a high temperature and high-pressure gaseous state higher than the first compressor (10); A second condenser 60 for generating hot water by performing heat exchange with the hot fluid supplied from the first condenser 20 to the high temperature working fluid in the high temperature and high pressure gaseous state supplied from the second compressor 50, Wow; A second expansion valve (70) for receiving the heat exchanged working fluid in the second condenser (60) to expand and expand the expanded working fluid to a relatively low temperature and low pressure gas state; And a second evaporator (80) configured to heat-exchange the working fluid vaporized at the second expansion side (70) by an external heat source and transfer it to the second compressor (10) Heat pump with dual cycle method.
제 1 항에 있어서,
상기 제1압축기(10) 및 제2압축기(50)는 실린더 내에 오목한 측면과 볼록한 측면을 가진 2개의 로터가 한 쌍이 되어 맞물림으로 회전하면서 축방향으로 흡입되는 냉매가스를 반대 방향으로 밀어내면서 고온 고압으로 압축하는 스크류 압축기를 사용하는 것을 특징으로 하는 이원사이클 방식을 적용한 히트펌프.
The method according to claim 1,
The first compressor (10) and the second compressor (50) are arranged such that two rotors having a concave side surface and a convex side surface in a cylinder are paired and rotated, while pushing the refrigerant gas sucked in the axial direction in the opposite direction, Wherein the compressor is a screw compressor that compresses the refrigerant in the heat exchanger.
제 1 항에 있어서,
상기 제1응축기(20)와 제2응축기(60)는 항부식성이 높고 허용온도가 200℃로 형성되는 SUS316재질을 적용한 판형 열교환기를 사용하는 것을 특징으로 하는 이원사이클 방식을 적용한 히트펌프.
The method according to claim 1,
Wherein the first condenser (20) and the second condenser (60) are plate heat exchangers using SUS316 material having a high anti-corrosiveness and an allowable temperature of 200 DEG C.
제 1 항에 있어서,
상기 제1증발기(40)와 제2증발기(80)는 티타늄 직관을 밴딩처리하고 개방형 탱크를 적용한 나관형 열교환기를 사용하는 것을 특징으로 하는 이원사이클 방식을 적용한 히트펌프.
The method according to claim 1,
Wherein the first evaporator (40) and the second evaporator (80) use a twin-tube type heat exchanger in which a titanium straight pipe is banded and an open tank is applied.
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