KR20180019042A - 히트 펌프형 냉동 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트펌프 시스템을 응용한 시스템으로서, 더욱 상세히 기술하면 컴퓨터나 전자 기기가 설치된 전산실의 온도와 습도를 일정하게 조절 하는 항온 항습 기기 시스템 및 농수산물 등의 냉풍 건조를 위한 냉각 제습 시스템 등의 에너지 절약형 시스템에 관한 것으로, 히트펌프 사이클을 응용한 시스템으로, 실내 열부하의 가열용 열원 및 제습 공기의 재 가열 열원으로 사용함으로서 추가 적인 에너지의 공급 없이 항온 항습 기능을 수행하며, 건조 시스템에서도 가열 열량 및 노점 온도 이하에서 냉각 제습 되어 나오는 공기를 재 가열 하여서 상대 습도를 낮추어서 연속 적인 제습 작용을 할 수 있도록 한다.
이를 위해, 히트펌프 사이클 및 실외기 시스템으로 구성되어 지는 형태이다.
본 발명은 히트펌프 형태인 사이클은 운전 형태에 따라 히트펌프 운전 및 열 회수 운전(Heat Recovery cycle)을 선택적으로 할 수 있는 특징이 있다.

Description

히트 펌프형 냉동 시스템 {Heat pump Refrigeration system}
본 발명은 히트펌프 시스템을 응용한 것으로서, 더욱 상세히 기술하면 컴퓨터나 전자 기기가 설치된 전산실의 온도와 습도를 일정하게 조절 하는 항온 항습 기기 시스템 및 농수산물 등의 냉풍 건조를 위한 냉각 제습 시스템 등의 에너지 절약형 시스템에 관한 것으로, 히트펌프 사이클과 냉동 사이클중 응축기의 폐열을 실내 부하의 가열용 및 제습 공기의 재 가열 열원으로 사용함으로서 추가 적인 에너지의 공급 없이 항온 항습 기능을 수행하며, 건조 시스템에서는 노점 온도 이하에서 냉각 제습 되어 나오는 공기를 재 가열 하여서 상대 습도를 낮추어서 연속 적인 제습 작용을 할 수 있도록 한 것이다.
종래의 항온 항습 시스템 및 냉풍 건조 시스템으로는 다음과 같은 것 들이 있다.
<실례 1>
도4는 압축기(410), 응축기(420), 팽창변(470), 증발기(430) 및 전기 히팅 코일(425)로 구성된 항온 항습 시스템으로서, 냉방 시에는 일반적인 냉동사이클로 운전되어지고, 난방 및 실내 온도 조절시 에는 전기 히팅 코일(425)을 가동 하여서 운전 되어지는 사이클이다.
그렇지만, 상기 종래의 사이클에 있어서는, 가열 열원으로서 전기 코일(425)을 사용함으로서 에너지 소비 율이 높고, 실내 온도 항온 제어 시에는 냉동 사이클과 전기 히터가 동시에 작동함으로서 전력 소모가 많고, 여름철 외기온도 상승이 응축압력 상승으로 압축기의 소비 동력이 커지는 단점이 있다.
<실례 2>
도5은 종래의 항온 항습 시스템으로 대한민국 특허 출원 번호 10-2001-0032629로 공고 개시된 것이다.
도면5은 상기 공개에 개시된 종래의 항온 항습 사이클을 나타내는 시스템 구성도 이다.
본 사이클은 압축기(101), 실외 응축기(110), 실내 응축기(170), 증발기(160) 및 제어변(190, 201)으로 기본 사이클을 제어 한다.
먼저 냉방 사이클의 경우는 압축기(101), 실외 응축기(110) 및 증발기(160)로 운전 되는 일반적인 냉동 사이클이고, 난방 사이클은 압축기(101), 실내 응축기(170), 실외 응축기(110) 및 증발기(160)로 운전 되어 지는 사이클로서, 주된 원리는 난방시 실내 응축기(330)에 핫 가스를 인입 시켜서 별도의 열원 없이 난방을 할 수 있다는 것이다.
그렇지만, 상기 종래의 사이클에 있어서는, 겨울철 가열 운전시 실내응축기(170)출구의 냉매 액이 실외 응축기(110)에서 과냉각 되어서 증발기(160)에서의 냉각 열량이 증가함으로서 난방열량의 저하가 발생 하고, 하계 가열 및 제습 운전시 실내응축기(170)출구의 냉매 액이 실외 응축기(110)에서 외부의 더운 공기와 열 교환으로 가열됨으로서 플래시 가스등이 발생 할 수 있어서 증발기(160)의 냉각 능력의 저하가 발생 하고, 실내 응축기(170) 및 실외응축기(110)를 통과시 압력강하 증대로 압축기의 동력이 증대 하며, 제습 및 냉방 운전시 실내 응축기(170)를 활용 하지 않으므로 시스템 효율이 저하 하는 단점이 있다.
<실례 3>
도6은 종래의 건조 시스템으로 대한민국 특허 공개 번호 특10-067590호로서, 열회수 사이클 및 효율 향상에 관한 것이다.
도면6에서 압축기(510), 실외 응축기(520), 실내응축기(521), 증발기(531) 및 제어변(570, 571, 574)로 구성되어 운전 되는 형태이다.
상기 특허의 주된 기능은 열회수 사이클로서 실내응축기(521)을 활용하여 실내 가열열원으로 히터를 사용하지 않고 냉동시스템의 응축기의 폐열을 활용함으로서 에너지를 절약하는 것이다.
그렇지만, 상기 종래의 사이클에 있어서는, 동계 등의 난방 부하를 감당 할 수가 없어서 추가적으로 히터를 사용함으로서 동계의 과도한 운전비용을 야기 하는 담점이 있다.
본 발명은 히트펌프 시스템을 응용한 것으로서, 항온 항습 기기 시스템 및 냉각 제습 시스템 등의 에너지 절약형 시스템에 관한 것으로, 히트펌프 사이클과 냉동 사이클의 복합 형태로, 응축기의 폐열(열회수 사이클) 및 히트펌프 사이클을 응용하여 실내 부하의 가열용 및 제습 공기의 재 가열 열원으로 사용함으로서 추가 적인 에너지의 공급 없이 항온 항습 기능을 수행하며, 건조 시스템에서는 노점 온도 이하에서 냉각 제습 되어 나오는 공기를 재 가열 하여서 상대 습도를 낮추어서 연속 적인 제습 작용을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 사이클을 제공 하는 것이다.
또한, 히트펌프 사이클은 히트펌프운전 및 폐열 회수 운전(Heat recovery)을 하나의 사이클에서 선택적으로 하여, 전기 히터에 비하여 3~4배 이상의 운전동력을 절감 시켜주는 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명은 히트펌프식 항온 항습시스템으로 히트펌프 사이클(200) 및 실외기(300)으로 구성되어, 응축기(21)에의한 가열능력 향상을 시키며, 실외기(22)를 선택적으로 응축기 및 증발기로 사용함으로서 온도 제어 기능 및 히트펌프 사이클로서 기존 항온 항습기에 비해 3~4배의 가열 능력을 증가 시켜 운전 비용을 대폭적으로 절감 시켜주는 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명은 히트펌프 사이클을 응용한 시스템으로서, 항온 항습 기기 시스템, 냉각 제습 시스템 등의 에너지 절약형 시스템에 관한 것으로, 히트펌프 사이클(200)은 응축기의 폐열 및 실외기(300)의 증발기로 사용하는 히트펌프 사이클로 실내 열부하의 가열용 열원으로 사용되며, 증발기(31)에서 노점 온도 이하에서 냉각 제습하여 연속 운전 할 수 있다.
또한, 실외기(22)를 선택적으로 응축기 및 증발기로 사용함으로서 실내온도 제어 기능 및 히트펌프 사이클로서 기존 항온 항습기에 비해 3~4배의 가열 능력을 증가 시켜 운전비용을 대폭적으로 절감 시켜주는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프 항온 항습 시스템의 냉각 모드 계통도를 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 항온 항습 시스템의 난방 모드 계통도를 나타낸 도면
도 3는 본 발명의 또 다른 실시예의 계통도를 나타낸 도면
도 4는 종래의 시스템의 실례(1)의 계통도를 나타낸 도면
도 5은 종래의 시스템의 실례(2)의 계통도를 나타낸 도면
도 6은 종래의 시스템의 실례(3)의 계통도를 나타낸 도면
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 냉동 공조 시스템은, 냉매 가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기와, 냉매의 방향을 전환하는 사방변, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 액상으로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 저압상태의 액상냉매로 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 피 냉각물체와 열 교환에 의하여 냉동효과를 달성하면서 증발하여 저온저압의 기상의 냉매 가스를 압축기로 복귀시키는 증발기 및 실외기를 포함하여 이루어지는 히트펌프 시스템에 있어서,
상기 압축기(11), 응축기(21), 팽창변(51), 증발기(31), 사방변(60), 제어변(70) 및 팬(80)으로 구성되어 선택적 조합 운전을 하는 히트펌프 사이클(200) 부;
상기 실외기(22), 팽창변(52) 및 팬(81)으로 구성되어 선택적 조합 운전을 하는 실외기(300)부로 구성되어 지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거하여 바람직한 실시 예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명에 의한 히트펌프의 실시 예를 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 히트펌프형 시스템(항온 항습 또는 제습 시스템 등)의 계통도를 나타낸 사이클 도면 이다.
참조부호 (11)는 압축기로서, 냉매가스를 흡입하여 고온고압으로 압축하여 배출하기 위한 것으로서, 그 사용목적에 따라 왕복동식, 크랭크식, 사판식, 워블 플레이트식, 로터리식, 스크롤식 등 다양한 형태의 압축기가 적용될 수 있다.
압축기(11)의 토출라인은 사방변(60)이 있고, 사방변(60)의 출구측은 실외기(22)에 연결되며, 실외기(22)는 운전 형태에 따라 응축기 및 증발기로 작동되고, 응축기(21) 및 제어변(70)이 추가적으로 부착되어 선택적으로 운전 되어 지는 형태로 증발기(31), 응축기(21), 실외기(22), 팽창변(51, 52) 및 압축기의 조합 형태로 운전 된다.
이하, 본 발명의 시스템의 구성을 도면을 참조 하여 설명 하겠다.
도1에서 히트펌프 사이클(200) 및 실외기 시스템(300)은 압축기(11)의 출구와 사방변(60-a)의 입구측은 냉매 배관으로 연결 되고, 사방변(60-b)의 연결구와 실외기(22)이 냉매 배관으로 연결되어 지고, 실외기(22)와 팽창변(52)와 냉매배관으로 연결되어지고, 팽창변(52)는 제2 응축기(21) 및 팽창변(51)에 냉매 배관으로 연결 되어 지고, 팽창변(51)와 증발기(31)은 냉매 배관으로 연결되어지고, 증발기(31)와 사방변(60-c)는 냉매 배관으로 연결 되어지고, 압축기(11)의 출구와 사방변(60-a: 고압측)의 연결 냉매 배관상서 분기하여 응축기(21)의 연결 냉매 배관 상에 제어변(70)을 부착된 형태에서, 사방변(60-c: 저압측)와 압축기(11) 흡입측이 연결된 되고, 사방변(60-d)의 출구측이 막음된 형태 이다.
본 발명의 작동을 설명하면, 히트펌프 사이클(200) 및 실외기 시스템(300)의 운전 조합 형태에 따라 분류 하면, 1) 냉각 모드 및 2) 난방 모드로 대분류 할 수 있다.
먼저 1) 냉각 모드는 실내 온도가 설정치 이상의 운전 형태로, 압축기(11)의 고온 고압의 냉매 가스를 사방변(60-a -> 60-b)를 거처서 실외기(22)에서 실외의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 되고, 팽창변(52)의 열림(OPEN) 운전으로 고압의 액상 냉매는 팽창변(51)을 통과 하면서 감압 되고 증발기(31)에서 실내 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 하여서 사방변(60-c)를 거처 압축기(11)에 흡입 되며, 제어변(70)는 닫힘(CLOSE) 운전으로 실내 응축기(21)에는 냉매가 인입 되지 않는 형태로 실외기(22)는 응축기로 운전 되어 지는 형태로 기존의 냉동 사이클의 냉각 운전 형태이다.
이때, 실내 온도가 설정치 이하로 저하 하면 팽창변(52)의 닫힘(CLOSE) 운전으로 실외기(22)에는 냉매가 인입 되지 않고, 제어변(70))의 열림(OPEN) 운전으로 제2 응축기(21)에서 실내의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 되어 팽창변(51)에 인입 되는 형태로 운전 되어 진다.
먼저 2) 난방 모드는 도2에서 대용량의 난방 열량이 요구 시 운전 형태로, 압축기(11)의 고온 고압의 냉매 가스를 제어변(70)의 열림(OPEN)운전으로, 응축기(21)에서 실내의 공기와 열교환후 액체 상태의 냉매로 응축 되고, 팽창변(51)을 통과 하면서 냉매는 감압 되고 실외기(22)에서 실외 공기와 열교환후 액상에서 가스 상으로 변환 하여서 사방변(60-b)을 거처 압축기(11)에 흡입 되며, 팽창변(51)는 닫힘(CLOSE) 운전으로 실내 증발기(31)에는 냉매가 인입 되지 않는 형태로 실외기(22)는 증발기로 운전 되어 지는 히트펌프 사이클로서 기존의 냉동 사이클의 열회수 사이클 보다 2~4배의 가열 능력으로 운전 되는 형태이다.
이때, 히트펌프 사이클의 제상운전은 사방변의 절환 운전으로 냉방 모드로 운전 되는 형태로, 실외기(22)가 응축기로 운전 되어 지는 형태이다.
이상과 같이 냉각 모드 및 난방 모드는 각각의 단독 모드 운전 또는 복합 운전으로 사용 되어 지며, 실내의 항온 항습을 위해서는 연속적인 가열, 냉각 및 제습이 루어 져야 함으로 복합 사이클로 운전 되어야 하며, 냉풍 건조 시스템에 있어서도 증발기(31)에서의 냉각 제습 후 재 가열이 필요함으로 냉각 모드 및 난방 모드로 운전되어 지고, 항온 항습을 위해서는 복합 사이클로 운전 되어야 한다.
본 발명의 또 다른 실 시예로는 도3에서 히트펌프 사이클(200) 및 실외기 시스템(300)은 압축기(11)의 출구와 사방변(60-a)의 입구측은 냉매 배관으로 연결 되고, 사방변(60-b)의 연결구와 실외기(22)이 냉매 배관으로 연결되어 지고, 실외기(22)와 팽창변(52)와 냉매배관으로 연결되어지고, 팽창변(52)는 제2 응축기(21) 및 팽창변(51)에 냉매 배관으로 연결 되어 지고, 팽창변(51)와 증발기(31)은 냉매 배관으로 연결되어지고, 증발기(31)와 사방변(60-d)는 냉매 배관으로 연결 되어지고, 압축기(11)의 출구와 사방변(60-a)의 연결 냉매 배관상서 분기하여 응축기(21)의 연결 냉매 배관 상에 제어변(70)을 부착된 형태에서, 사방변(60-c)와 압축기(11) 흡입측이 연결 되어진 형태로 구성 되어지는 형태 이다.
11 : 압축기 21 : 증발기
22 : 실외기 31 : 응축기
60 : 사방변 70 : 제어 변
200: 히트펌프 사이클 300: 실외기 시스템

Claims (3)

  1. 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기, 사방변, 실외기, 제어변 및 팬 등으로 구성되어 선택적 조합 운전으로, 히트펌프 사이클 및 열회수 사이클로 운전되어지는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 압축기, 사방변, 제어변, 실외기, 응축기, 증발기 및 팽창변으로 구성되어진 형태에서, 실외기의 열교환기는 증발기와 응축기로 선택적으로 운전되어지고, 압축기 출구와 사방변 입구 사이의 냉매 배관에서 분기 하여 응축기에 연결하는 냉매 배관 상에 제어변을 부착한 형태이고, 운전 형태에 따라 선택적으로 작동 되어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 사방변의 입, 출구중 하나는 막음 형태이고, 사방변의 저압측와 증발기 출구의 냉매 배관이 연결된 형태로 압축기의 흡입 측에 연결되는 형태 또는 사방변의 저압측은 압축기의 흡입 측에 연결되고, 증발기는 사방변의 입, 출구에 독립 적으로 연결된 형태로 제작된 것을 특징으로 하는 시스템.
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