KR20210109238A - Heat pump system and operating method of the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a heat pump system and an operating method thereof. The heat pump system comprises: a load-side heat exchanger; a heat source-side heat exchanger; a compressor which discharges a gaseous refrigerant with a high temperature and high pressure to the load-side heat exchanger or the heat source-side heat exchanger through a four-way valve whose direction is set in accordance with a heating and cooling operation mode, and absorbs the circulating refrigerant; an additional heat exchanger which makes the refrigerant discharged from the load-side heat exchanger or the heat source-side heat exchanger exchange heat with a heat source-side working fluid in accordance with the heating/cooling operation mode, and increases the temperature of the heat source-side working fluid; an expansion valve which expands the refrigerant discharged from the additional heat exchanger; and valves which are placed on a refrigerant circulation path, form a refrigerant flow which transfers the refrigerant discharged from the load-side heat exchanger to the additional heat exchanger in the heating operation mode and which transfers the refrigerant expanded by the expansion valve to the heat source-side heat exchanger, and form a refrigerant flow which transfers the refrigerant discharged from the heat source-side heat exchanger to the additional heat exchanger in the cooling operation mode and transfers the refrigerant expanded by the expansion valve to the load-side heat exchanger. The heat source-side working fluid whose temperature has increased in the additional heat exchanger is introduced into the heat source-side heat exchanger. The present invention aims to provide a heat pump system and an operation method thereof, which are capable of increasing cooling efficiency.

Description

히트펌프 시스템 및 이의 동작 방법{Heat pump system and operating method of the same}Heat pump system and operating method of the same

본 발명은 히트펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump.

히트펌프는 냉매가 압축기, 응축기, 팽창밸브 그리고 증발기를 순환하도록 구성하여 부하측에 난방 또는 냉방을 제공한다. 압축기에서 토출된 냉매는 응축기에서 물이나 공기 등의 2차 작동유체로 열을 방출하고, 팽창밸브에서 저온저압 상태로 변환되며, 증발기에서 2차 작동유체로부터 열을 흡수한 후, 압축기로 흡입된다. 이러한 히트펌프의 동작 원리는 다양한 제품에 구현되어 있으나, 냉방 모드 및 난방 모드에서 성능 계수(Coefficient of Performance, COP)를 높이기 위한 연구가 지속되고 있다.The heat pump provides heating or cooling to the load side by configuring the refrigerant to circulate through the compressor, condenser, expansion valve and evaporator. The refrigerant discharged from the compressor releases heat from the condenser to the secondary working fluid, such as water or air, and is converted to a low-temperature and low-pressure state at the expansion valve. After absorbing heat from the secondary working fluid in the evaporator, it is sucked into the compressor. . Although the operating principle of such a heat pump is implemented in various products, research to increase the coefficient of performance (COP) in the cooling mode and the heating mode continues.

히트펌프는 다양한 종류의 열원을 이용할 수 있는데, 그 중에서 지열을 열원으로 이용하는 지열 히트펌프가 있다. 지열 히트펌프의 열원측 작동 유체는 지중에 설치된 지열 교환기에서 지중과 열교환하도록 구성된다. 지열은 지상의 온도 변화에 큰 영향 없이 일정하게 온도를 유지하는 장점이 있으나, 지중에서의 열전달에 일정한 시간이 필요해서, 시간이 지남에 따라 히트펌프의 효율이 감소하고, 일정의 온도에 도달하면 히트펌프가 멈춰야 하는 경우도 있다.A heat pump may use various types of heat sources, among which there is a geothermal heat pump using geothermal heat as a heat source. The working fluid on the heat source side of the geothermal heat pump is configured to exchange heat with the ground in a geothermal exchanger installed underground. Geothermal heat has the advantage of maintaining a constant temperature without significant influence on the temperature change on the ground. However, since a certain time is required for heat transfer in the ground, the efficiency of the heat pump decreases over time, and when a certain temperature is reached Sometimes the heat pump has to stop.

해결하고자 하는 과제는 냉방 및 난방 운전 모드에서 2차 응축기로 동작하는 추가 열교환기를 통해 냉방 및 난방 효율을 높이는 히트펌프 시스템을 제공하는 것이다.An object to be solved is to provide a heat pump system that increases cooling and heating efficiency through an additional heat exchanger operating as a secondary condenser in a cooling and heating operation mode.

한 실시예에 따른 히트펌프 시스템으로서, 부하측 열교환기, 열원측 열교환기, 고온고압의 기체 상태 냉매를 난방/냉방 운전 모드에 따라 방향 설정된 사방밸브를 통해 상기 부하측 열교환기 또는 상기 열원측 열교환기로 토출하고, 순환한 냉매를 흡입하는 압축기, 난방/냉방 운전 모드에 따라 상기 부하측 열교환기 또는 상기 열원측 열교환기에서 토출된 냉매와 열원측 작동유체를 열교환시켜 상기 열원측 작동유체의 온도를 높이는 추가 열교환기, 상기 추가 열교환기에서 토출된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 그리고 냉매 순환 경로에 배치되고, 난방 운전 모드에서 상기 부하측 열교환기에서 토출된 냉매를 상기 추가 열교환기로 전달하고, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 상기 열원측 열교환기로 전달하는 냉매 흐름을 형성하며, 냉방 운전 모드에서 상기 열원측 열교환기에서 토출된 냉매를 상기 추가 열교환기로 전달하고, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 상기 부하측 열교환기로 전달하는 냉매 흐름을 형성하는 밸브들을 포함한다. 상기 추가 열교환기에서 온도가 상승한 상기 열원측 작동유체가 상기 열원측 열교환기로 유입된다.As a heat pump system according to an embodiment, a load-side heat exchanger, a heat source-side heat exchanger, and a high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant are discharged to the load-side heat exchanger or the heat source-side heat exchanger through a four-way valve set in a direction according to a heating/cooling operation mode. and additional heat exchange to increase the temperature of the heat source side working fluid by exchanging heat with the refrigerant discharged from the load side heat exchanger or the heat source side heat exchanger according to the compressor that sucks the circulated refrigerant and the heating/cooling operation mode device, an expansion valve for expanding the refrigerant discharged from the additional heat exchanger, and a refrigerant circulation path, transferring the refrigerant discharged from the load-side heat exchanger to the additional heat exchanger in a heating operation mode, and expanding the expansion valve Forming a refrigerant flow for transferring the refrigerant to the heat source side heat exchanger, transferring the refrigerant discharged from the heat source side heat exchanger to the additional heat exchanger in the cooling operation mode, and transferring the refrigerant expanded by the expansion valve to the load side heat exchanger It includes valves that form a refrigerant flow. The heat source-side working fluid whose temperature has risen in the additional heat exchanger flows into the heat source-side heat exchanger.

상기 추가 열교환기는 상기 냉방 운전 모드 및 상기 난방 운전 모드에서 응축기로 동작하여 유입된 냉매를 과냉각할 수 있다.The additional heat exchanger may operate as a condenser in the cooling operation mode and the heating operation mode to supercool the introduced refrigerant.

상기 열원측 작동유체는 지중 열교환기, 상기 추가 열교환기, 그리고 상기 열원측 열교환기를 순환할 수 있다.The heat source side working fluid may circulate through the underground heat exchanger, the additional heat exchanger, and the heat source side heat exchanger.

상기 밸브들은 상기 부하측 열교환기에서 상기 추가 열교환기로 냉매 흐름을 만드는 제1 한방향 밸브, 상기 열원측 열교환기에서 상기 추가 열교환기로 냉매 흐름을 만드는 제2 한방향 밸브, 상기 팽창 밸브에서 상기 부하측 열교환기로 냉매 흐름을 만드는 제3 한방향 밸브, 그리고 상기 팽창 밸브에서 상기 열원측 열교환기로 냉매 흐름을 만드는 제4 한방향 밸브를 포함할 수 있다.The valves include a first one-way valve for making a refrigerant flow from the load-side heat exchanger to the additional heat exchanger, a second one-way valve for creating a refrigerant flow from the heat source-side heat exchanger to the additional heat exchanger, and a refrigerant flow from the expansion valve to the load-side heat exchanger. It may include a third one-way valve that makes a, and a fourth one-way valve that makes a refrigerant flow from the expansion valve to the heat source side heat exchanger.

상기 밸브들은 상기 부하측 열교환기와 상기 추가 열교환기 사이에 위치하는 제1 개폐 밸브, 상기 열원측 열교환기와 상기 추가 열교환기 사이에 위치하는 제2 개폐 밸브, 상기 팽창 밸브와 상기 부하측 열교환기 사이에 위치하는 제3 개폐 밸브, 그리고 상기 팽창 밸브와 상기 열원측 열교환기 사이에 위치하는 제4 개폐 밸브를 포함할 수 있다. 상기 난방 운전 모드에서, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제4 개폐 밸브는 열리고, 상기 제2 개폐 밸브 및 상기 제3 개폐 밸브는 닫힐 수 있다. 상기 냉방 운전 모드에서, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제4 개폐 밸브는 닫히고, 상기 제2 개폐 밸브 및 상기 제3 개폐 밸브는 열릴 수 있다.The valves include a first on-off valve positioned between the load-side heat exchanger and the additional heat exchanger, a second on-off valve positioned between the heat source-side heat exchanger and the additional heat exchanger, and between the expansion valve and the load-side heat exchanger. It may include a third on-off valve, and a fourth on-off valve positioned between the expansion valve and the heat source side heat exchanger. In the heating operation mode, the first on-off valve and the fourth on-off valve may be opened, and the second on-off valve and the third on-off valve may be closed. In the cooling operation mode, the first on-off valve and the fourth on-off valve may be closed, and the second on-off valve and the third on-off valve may be opened.

다른 실싱예에 따른 히트펌프 시스템으로서, 지중 열교환기, 부하측 열교환기, 열원측 열교환기, 난방/냉방 운전 모드에 따라 상기 부하측 열교환기 또는 상기 열원측 열교환기에서 토출된 냉매와 열원측 작동유체를 열교환하는 추가 열교환기, 상기 추가 열교환기에서 토출된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 그리고 냉매 순환 경로에 배치되고, 난방 운전 모드에서 상기 부하측 열교환기에서 토출된 냉매를 상기 추가 열교환기로 전달하고, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 상기 열원측 열교환기로 전달하는 냉매 흐름을 형성하며, 냉방 운전 모드에서 상기 열원측 열교환기에서 토출된 냉매를 상기 추가 열교환기로 전달하고, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 상기 부하측 열교환기로 전달하는 냉매 흐름을 형성하는 밸브들을 포함한다. 상기 열원측 작동유체는 상기 지중 열교환기, 상기 추가 열교환기, 그리고 상기 열원측 열교환기를 순환한다.As a heat pump system according to another embodiment, a refrigerant discharged from the load side heat exchanger or the heat source side heat exchanger according to an underground heat exchanger, a load side heat exchanger, a heat source side heat exchanger, and a heating/cooling operation mode, and a heat source side working fluid An additional heat exchanger for exchanging heat, an expansion valve for expanding the refrigerant discharged from the additional heat exchanger, and a refrigerant circulation path, the refrigerant discharged from the load-side heat exchanger in a heating operation mode is transferred to the additional heat exchanger, and the expansion Forms a refrigerant flow that transfers the refrigerant expanded in the valve to the heat source side heat exchanger, transfers the refrigerant discharged from the heat source side heat exchanger to the additional heat exchanger in a cooling operation mode, and transfers the refrigerant expanded by the expansion valve to the load side It includes valves that form a refrigerant flow that passes to the heat exchanger. The heat source side working fluid circulates in the underground heat exchanger, the additional heat exchanger, and the heat source side heat exchanger.

상기 열원측 작동유체는 상기 추가 열교환기에서 상기 냉매로부터 열을 흡수하여 온도가 높아질 수 있다.The temperature of the working fluid on the heat source side may be increased by absorbing heat from the refrigerant in the additional heat exchanger.

상기 추가 열교환기에서 토출된 냉매는 과냉각될 수 있다.The refrigerant discharged from the additional heat exchanger may be supercooled.

실시예에 따르면, 냉방 및 난방 운전 모드에서 2차 응축기로 동작하는 추가 열교환기를 통해, 난방 운전 모드에서 증발기로 유입되는 열원측 작동유체의 온도를 높일 수 있고, 열원측 작동유체의 온도 상승에 의해 높아진 증발 압력으로 히트펌프의 난방 효율을 높일 수 있다. According to the embodiment, through the additional heat exchanger operating as a secondary condenser in the cooling and heating operation mode, it is possible to increase the temperature of the working fluid on the heat source side flowing into the evaporator in the heating operation mode, and by increasing the temperature of the working fluid on the heat source side It is possible to increase the heating efficiency of the heat pump with the increased evaporation pressure.

실시예에 따르면, 냉방 및 난방 운전 모드에서 2차 응축기로 동작하는 추가 열교환기를 통해, 난방 운전 모드에서 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도를 낮춰 과냉각도를 높일 수 있다.According to the embodiment, the supercooling degree may be increased by lowering the temperature of the refrigerant flowing into the expansion valve in the heating operation mode through the additional heat exchanger operating as the secondary condenser in the cooling and heating operation mode.

실시예에 따르면, 냉방 및 난방 운전 모드에서 2차 응축기로 동작하는 추가 열교환기를 통해, 냉방 운전 모드에서 응축 용량이 증대되고, 냉매의 과냉각으로 히트펌프의 냉방 효율을 높일 수 있다.According to the embodiment, through the additional heat exchanger operating as a secondary condenser in the cooling and heating operation mode, the condensing capacity is increased in the cooling operation mode, and the cooling efficiency of the heat pump can be increased by supercooling the refrigerant.

실시예에 따르면, 지열 교환기에서의 열교환이 빠르게 진행되지 못하더라도, 추가 열교환기가 난방 운전 모드에서 열원측 작동 유체의 온도를 높여서, 냉매의 증발온도를 높임으로써, 난방 효율을 높이고, 냉방 운전 모드에서 냉매를 과냉각함으로써, 냉방 효율을 높일 수 있다.According to the embodiment, even if the heat exchange in the geothermal exchanger does not proceed quickly, the additional heat exchanger increases the temperature of the working fluid on the heat source side in the heating operation mode to increase the evaporation temperature of the refrigerant, thereby increasing the heating efficiency, and in the cooling operation mode By supercooling the refrigerant, it is possible to increase the cooling efficiency.

실시예에 따르면, 지중 열교환에 의한 온도차를 크고 빠르게 진행시켜 동일 용량 대비 지중으로부터 많은 열을 흡수하거나 방출하는 효과를 제공할 수 있다.According to the embodiment, it is possible to provide an effect of absorbing or discharging a lot of heat from the ground relative to the same capacity by rapidly and rapidly increasing the temperature difference due to the underground heat exchange.

도 1은 히트펌프 시스템의 구성도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2의 히트펌프 시스템이 난방 운전 모드인 경우 냉매 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 히트펌프 시스템이 냉방 운전 모드인 경우 냉매 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성도이다.
1 is a block diagram of a heat pump system.
2 is a block diagram of a heat pump system according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a refrigerant flow when the heat pump system of FIG. 2 is in a heating operation mode.
4 is a diagram illustrating a refrigerant flow when the heat pump system of FIG. 2 is in a cooling operation mode.
5 is a block diagram of a heat pump system according to another embodiment.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as “…unit”, “…group”, and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. have.

도 1은 히트펌프 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a heat pump system.

도 1을 참고하면, 히트펌프 시스템(10)은 압축기(11), 사방밸브(12), 부하측 열교환기(13), 팽창밸브(14), 그리고 열원측 열교환기(15)를 포함한다. 난방 운전 모드이면, 부하측 열교환기(13)는 응축기로 동작하고, 열원측 열교환기(15)는 증발기로 동작한다. 냉방 운전 모드이면, 부하측 열교환기(13)는 증발기로 동작하고, 열원측 열교환기(15)는 응축기로 동작한다.Referring to FIG. 1 , the heat pump system 10 includes a compressor 11 , a four-way valve 12 , a load side heat exchanger 13 , an expansion valve 14 , and a heat source side heat exchanger 15 . In the heating operation mode, the load side heat exchanger 13 operates as a condenser, and the heat source side heat exchanger 15 operates as an evaporator. In the cooling operation mode, the load side heat exchanger 13 operates as an evaporator, and the heat source side heat exchanger 15 operates as a condenser.

사방밸브(12)는 난방/냉방 운전 모드에 따라, 압축기(11)에서 배출되는 냉매를 부하측 열교환기(13) 또는 열원측 열교환기(15)로 방향 전환한다. 즉, 사방밸브(12)는 난방 운전 모드이면 압축기(11)에서 배출되는 고온고압의 냉매를 응축기인 부하측 열교환기(13)로 유출하고, 냉방 운전 모드이면 압축기(11)에서 배출되는 고온고압의 냉매를 응축기인 열원측 열교환기(15)로 유출한다.The four-way valve 12 switches the direction of the refrigerant discharged from the compressor 11 to the load side heat exchanger 13 or the heat source side heat exchanger 15 according to the heating/cooling operation mode. That is, in the heating operation mode, the four-way valve 12 flows the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 to the load-side heat exchanger 13, which is the condenser, in the cooling operation mode. The refrigerant flows out to the heat source side heat exchanger 15 which is a condenser.

난방 운전 모드인 경우의 냉매 흐름은 다음과 같다. 냉매는 압축기(11)에서 고온고압의 기체 상태로 토출되어, 응축기로 동작하는 부하측 열교환기(13)로 유입된다. 냉매는 부하측 열교환기(13)에서 물이나 공기 등의 부하측 작동유체로 열을 방출하여 고온고압의 액냉매로 변환된다. 액냉매는 팽창밸브(14)를 통과하면서 저온저압의 액체와 기체 상태의 냉매로 변환되어 증발기로 동작하는 열원측 열교환기(15)로 유입된다. 냉매는 열원측 열교환기(15)를 지나는 동안 물이나 공기 등의 열원측 작동유체로부터 열을 흡수하여 포화 기체 상태가 된다. 이후, 열원측 열교환기(15)에서 토출된 포화 기체 상태의 냉매는 압축기(11)로 흡입된다. 이러한, 냉매 흐름을 통해 부하측 열교환기(13)에서 출수되는 부하측 작동유체는 냉매로부터 열을 흡수하고, 열원측 열교환기(15)에서 출수되는 열원측 작동유체는 냉매로 열을 방출한다.The refrigerant flow in the heating operation mode is as follows. The refrigerant is discharged from the compressor 11 in a gaseous state of high temperature and high pressure, and flows into the load side heat exchanger 13 operating as a condenser. The refrigerant is converted into a high-temperature and high-pressure liquid refrigerant by discharging heat from the load-side heat exchanger 13 to the load-side working fluid such as water or air. The liquid refrigerant is converted into a liquid and gaseous refrigerant of low temperature and low pressure while passing through the expansion valve 14 and flows into the heat source side heat exchanger 15 operating as an evaporator. The refrigerant absorbs heat from the heat source side working fluid such as water or air while passing through the heat source side heat exchanger 15 to become a saturated gas. Thereafter, the refrigerant in a saturated gas state discharged from the heat source side heat exchanger 15 is sucked into the compressor 11 . The load-side working fluid discharged from the load-side heat exchanger 13 through the refrigerant flow absorbs heat from the refrigerant, and the heat-source-side working fluid discharged from the heat source-side heat exchanger 15 emits heat to the refrigerant.

냉방 운전 모드인 경우, 냉매는 사방밸브(12)에 의해 응축기로 동작하는 열원측 열교환기(15)로 토출되고, 난방 운전 모드와 반대로 흘러 압축기(11)에 흡입된다.In the cooling operation mode, the refrigerant is discharged to the heat source side heat exchanger 15 operating as a condenser by the four-way valve 12 , flows in the opposite direction to the heating operation mode, and is sucked into the compressor 11 .

한편, 히트펌프 시스템(10)이 지열을 열원으로 이용하는 지열 히트펌프인 경우, 지열 교환기(20)를 더 포함할 수 있다. 열원측 작동 유체는 지중에 설치된 지열교환기(20)에서 지중과 열교환하도록 구성된다. 지열Meanwhile, when the heat pump system 10 is a geothermal heat pump using geothermal heat as a heat source, a geothermal exchanger 20 may be further included. The working fluid on the heat source side is configured to exchange heat with the ground in the geothermal exchanger 20 installed underground. geothermal

지열은 지상의 온도 변화에 큰 영향 없이 일정하게 온도를 유지하는 장점이 있으나, 지중에서의 열전달에 일정한 시간이 필요해서, 시간이 지남에 따라 히트펌프의 효율이 감소한다. Geothermal heat has the advantage of maintaining a constant temperature without significant influence on the temperature change on the ground, but since a certain time is required for heat transfer in the ground, the efficiency of the heat pump decreases over time.

예를 들어, 난방 운전 모드에서, 열원측 작동 유체는 지열교환기(20)에서 지열을 흡수하고 증발기로 입력되는데, 열원측 작동 유체와 열교환한 지열교환기(20)의 인접 토양은 지열을 빼앗겨 온도가 낮아진다. 온도가 낮아진 지열교환기(20)의 인접 토양은 온도가 상대적으로 높은 지중으로부터 열 에너지를 전달받아야 다시 온도가 높아지는데, 열전달에 시간이 걸린다. 만약, 지열교환기(20)의 인접 토양이 열원 측 작동 유체의 온도를 높일 수 있을 정도의 온도가 되지 않으면 점차 히트펌프 효율은 낮아지게 되고, 열전달 시간 동안 히트펌프 운전이 중단될 수 있다. 히트펌프 및 지열교환기의 용량에 따라 다르지만, 히트펌프가 3시간 정도 운전될 경우 약 3시간의 운전정지가 필요할 수 있다.For example, in the heating operation mode, the working fluid on the heat source side absorbs geothermal heat from the geothermal heat exchanger (20) and is input to the evaporator. lowers The soil adjacent to the geothermal heat exchanger 20, whose temperature has been lowered, needs to receive heat energy from the ground having a relatively high temperature to increase the temperature again, but it takes time for heat transfer. If the soil adjacent to the geothermal heat exchanger 20 does not reach a temperature sufficient to increase the temperature of the working fluid on the heat source side, the heat pump efficiency gradually decreases, and the heat pump operation may be stopped during the heat transfer time. Although it depends on the capacity of the heat pump and the geothermal heat exchanger, if the heat pump is operated for about 3 hours, it may be necessary to stop the operation for about 3 hours.

히트펌프 시스템(10)은 난방 운전 모드의 경우 응축기로 동작하는 부하측 열교환기(13)에서 냉매의 발열을 부하측 작동유체가 흡수하고, 냉방 운전 모드의 경우 증발기로 동작하는 부하측 열교환기(13)에서 부하측 작동유체의 발열을 냉매가 흡수하여 증발하는 것이 중요하다. 또한, 히트펌프 시스템(10)에서 냉매가 응축기와 증발기를 순환하므로, 난방 운전 모드의 경우 열원측 작동유체가 지중으로부터 흡수한 열이 많을수록, 냉매의 증발온도를 높여서, 난방 효율을 높일 수 있다. 냉방 운전 모드의 경우, 증발기로 동작하는 부하측 열교환기(13)에서 열을 흡수한 냉매를, 응축기에서 과냉각하여, 냉방 효율을 높일 수 있다. 따라서, 난방 운전 모드의 경우 증발기로 동작하는 열원측 열교환기(15)에서 냉매의 증발온도를 높이고, 냉방 운전 모드의 경우 압축기로 동작하는 열원측 열교환기(15)에서 과냉각하는 것이 필요하다. The heat pump system 10 absorbs heat from the refrigerant in the load side heat exchanger 13 operating as a condenser in the heating operation mode, and the load side working fluid absorbs heat in the load side heat exchanger 13 operating as an evaporator in the cooling operation mode. It is important that the refrigerant absorbs the heat generated by the load-side working fluid and evaporates. In addition, since the refrigerant circulates through the condenser and the evaporator in the heat pump system 10 , in the case of the heating operation mode, the more the heat absorbed from the ground by the working fluid on the heat source side, the higher the evaporation temperature of the refrigerant, thereby increasing heating efficiency. In the case of the cooling operation mode, the refrigerant that has absorbed heat in the load-side heat exchanger 13 operating as an evaporator is supercooled by the condenser to increase cooling efficiency. Accordingly, in the case of the heating operation mode, it is necessary to increase the evaporation temperature of the refrigerant in the heat source side heat exchanger 15 operating as an evaporator, and to supercool the refrigerant in the heat source side heat exchanger 15 operating as a compressor in the cooling operation mode.

하지만, 지열을 열원으로 사용하는 경우, 지열 교환기(20)에서의 열교환이 빠르게 진행되지 못해서, 난방 운전 모드에서 열원측 작동 유체의 온도가 높아지지 못해 열원측 열교환기(15)에서 냉매의 증발온도가 낮아지고, 냉방 운전 모드에서 열원측 작동 유체의 온도가 낮아지지 못해 열원측 열교환기(15)에서 냉매의 발열이 적어진다. 따라서, 지열을 열원으로 사용하는 히트펌프 시스템(10)의 경우, 성능 계수를 향샹시키기 위해서 효율이 높은 압축기를 이용하거나, 열교환기의 용량을 늘리는 방법을 사용한다. 하지만, 열교환기 용량이 늘어나면 비용상승, 냉매사이클의 압력강하로 인한 효율하락, 냉매량 증가, 오일회수감소 등 여러가지 문제가 파생되게 된다.However, when geothermal heat is used as a heat source, heat exchange in the geothermal exchanger 20 does not proceed quickly, so that the temperature of the working fluid on the heat source side does not increase in the heating operation mode, so the evaporation temperature of the refrigerant in the heat source side heat exchanger 15 is lowered, and the temperature of the working fluid on the heat source side cannot be lowered in the cooling operation mode, so that the heat of the refrigerant in the heat source side heat exchanger 15 is reduced. Therefore, in the case of the heat pump system 10 using geothermal heat as a heat source, a method of using a high-efficiency compressor or increasing the capacity of a heat exchanger is used in order to improve the coefficient of performance. However, if the heat exchanger capacity is increased, various problems such as cost increase, efficiency decrease due to pressure drop of the refrigerant cycle, increase in refrigerant amount, and decrease in oil recovery are derived.

다음에서, 냉방 및 난방 운전 모드에서 2차 응축기로 동작하는 추가 열교환기를 통해 냉방 및 난방 효율을 높이는 히트펌프 시스템에 대해 자세히 설명한다. 지중 열교환기(20)는 생략될 수 있다.In the following, a heat pump system that increases cooling and heating efficiency through an additional heat exchanger operating as a secondary condenser in the cooling and heating operation mode will be described in detail. The underground heat exchanger 20 may be omitted.

도 2는 한 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성도이고, 도 3은 도 2의 히트펌프 시스템이 난방 운전 모드인 경우 냉매 흐름을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 2의 히트펌프 시스템이 냉방 운전 모드인 경우 냉매 흐름을 나타내는 도면이다.2 is a block diagram of a heat pump system according to an embodiment, FIG. 3 is a view showing refrigerant flow when the heat pump system of FIG. 2 is in a heating operation mode, and FIG. 4 is a cooling operation of the heat pump system of FIG. 2 It is a diagram showing the refrigerant flow in case of mode.

도 2를 참고하면, 히트펌프 시스템(100a)은 압축기(110), 사방밸브(120), 부하측 열교환기(130), 팽창밸브(140), 열원측 열교환기(150) 그리고 추가 열교환기(160)를 포함한다. 난방 운전 모드에서 냉매가 압축기(110), 부하측 열교환기(130), 추가 열교환기(160), 팽창밸브(140), 그리고 열원측 열교환기(150)를 거쳐 압축기(110)로 순환하고, 냉방 운전 모드에서 냉매가 압축기(110), 열원측 열교환기(150), 추가 열교환기(160), 팽창밸브(140), 부하측 열교환기(130)를 거쳐 압축기(110)로 순환한다. 즉, 히트펌프 시스템(100a)은 추가 열교환기(160)가 냉방 및 난방 운전 모드에서 2차 응축기로 동작한다.Referring to FIG. 2 , the heat pump system 100a includes a compressor 110 , a four-way valve 120 , a load side heat exchanger 130 , an expansion valve 140 , a heat source side heat exchanger 150 , and an additional heat exchanger 160 . ) is included. In the heating operation mode, the refrigerant circulates to the compressor 110 through the compressor 110 , the load side heat exchanger 130 , the additional heat exchanger 160 , the expansion valve 140 , and the heat source side heat exchanger 150 , and is cooled. In the operation mode, the refrigerant circulates to the compressor 110 through the compressor 110 , the heat source side heat exchanger 150 , the additional heat exchanger 160 , the expansion valve 140 , and the load side heat exchanger 130 . That is, in the heat pump system 100a, the additional heat exchanger 160 operates as a secondary condenser in the cooling and heating operation mode.

이러한 냉매 순환을 위해, 히트펌프 시스템(100a)은 운전 모드에 따라 냉매 순환 경로를 변경하는 복수의 장치들을 포함한다. 경로 변경 장치는 솔레노이드(Solenoid valve) 밸브와 같은 개폐 밸브, 사방밸브, 체크 밸브와 같은 한방향 밸브가 사용될 수 있다. 도면에서는, 경로 변경 장치로서 4개의 한방향 밸브들(171, 172, 173, 174)을 포함한다. 한방향 밸브(171)는 부하측 열교환기(130) 토출된 냉매가 추가 열교환기(160)로 입력되도록 방향을 형성하고, 한방향 밸브(172)는 열원측 열교환기(150)에서 토출된 냉매가 추가 열교환기(160)로 입력되도록 방향을 형성하며, 한방향 밸브들(171, 172)의 방향은 반대이다. 한방향 밸브(173)는 추가 열교환기(160)에서 출력된 냉매가 팽창밸브(140)에서 팽창된 후, 부하측 열교환기(130)로 입력되도록 방향을 형성하고, 한방향 밸브(174)는 추가 열교환기(160)에서 출력된 냉매가 팽창밸브(140)에서 팽창된 후, 열원측 열교환기(150)로 입력되도록 방향을 형성하며, 한방향 밸브들(173, 174)의 방향은 반대이다. For this refrigerant circulation, the heat pump system 100a includes a plurality of devices for changing the refrigerant circulation path according to the operation mode. As the path change device, an on/off valve such as a solenoid valve, a four-way valve, or a one-way valve such as a check valve may be used. In the figure, it includes four one-way valves 171 , 172 , 173 , 174 as a path change device. The one-way valve 171 forms a direction so that the refrigerant discharged from the load-side heat exchanger 130 is input to the additional heat exchanger 160 , and the one-way valve 172 allows the refrigerant discharged from the heat source side heat exchanger 150 to further heat exchange. The direction is formed to be input to the group 160, and the direction of the one-way valves 171 and 172 is opposite. The one-way valve 173 forms a direction so that the refrigerant output from the additional heat exchanger 160 is expanded by the expansion valve 140 and then input to the load-side heat exchanger 130 , and the one-way valve 174 is an additional heat exchanger After the refrigerant output at 160 is expanded by the expansion valve 140 , the direction is formed to be input to the heat source side heat exchanger 150 , and the directions of the one-way valves 173 and 174 are opposite.

열원측 작동 유체는 응축기로 동작하는 추가 열교환기(160)에서 냉매와 1차 열교환하고, 열원측 열교환기(150)에서 냉매와 2차 열교환한다. The heat source side working fluid performs primary heat exchange with the refrigerant in the additional heat exchanger 160 operating as a condenser, and secondary heat exchange with the refrigerant in the heat source side heat exchanger 150 .

난방 운전 모드에서, 열원측 작동 유체는 응축기로 동작하는 추가 열교환기(160)로부터 열을 흡수하여 온도가 올라간 상태에서, 증발기로 동작하는 열원측 열교환기(150)에서 냉매로 열을 전달한다. 따라서, 냉매는 온도가 상승한 열원측 작동 유체로부터 열을 흡수하기 때문에 증발온도가 상승하고, 증발압력이 상승한다. In the heating operation mode, the working fluid on the heat source side absorbs heat from the additional heat exchanger 160 operating as a condenser and transfers heat to the refrigerant in the heat source side heat exchanger 150 operating as an evaporator while the temperature is increased. Accordingly, since the refrigerant absorbs heat from the working fluid on the heat source side whose temperature has risen, the evaporation temperature rises and the evaporation pressure rises.

냉방 운전 모드에서, 열원측 작동 유체는 응축기로 동작하는 열원측 열교환기(150)에서 냉매의 열을 흡수한 후, 응축기로 동작하는 추가 열교환기(160)에서 다시 냉매의 열을 흡수함으로써, 냉매를 과냉각시킨다. 즉, 추가 열교환기(160)가 냉방 운전 모드에서 응축기 용량 증대 효과를 제공하고, 이를 통해 냉매가, 증발기로 동작하는 부하측 열교환기(130)에서 흡수한 열을 효과적으로 방출함으로써, 냉방 효율을 높일 수 있다.In the cooling operation mode, the heat source side working fluid absorbs the heat of the refrigerant in the heat source side heat exchanger 150 operating as a condenser, and then absorbs the refrigerant heat again in the additional heat exchanger 160 operating as a condenser. is supercooled. That is, the additional heat exchanger 160 provides an effect of increasing the capacity of the condenser in the cooling operation mode, and through this, the refrigerant effectively discharges the heat absorbed by the load-side heat exchanger 130 operating as an evaporator, thereby increasing the cooling efficiency. have.

따라서, 지열 교환기에서의 열교환이 빠르게 진행되지 못하더라도, 추가 열교환기(160)가 난방 운전 모드에서 열원측 작동 유체의 온도를 높여서, 냉매의 증발온도를 높임으로써, 난방 효율을 높일 수 있다. 또한, 추가 열교환기(160)가 냉방 운전 모드에서 냉매를 과냉각함으로써, 냉방 효율을 높일 수 있다.Therefore, even if heat exchange in the geothermal exchanger does not proceed quickly, the additional heat exchanger 160 increases the temperature of the working fluid on the heat source side in the heating operation mode to increase the evaporation temperature of the refrigerant, thereby increasing heating efficiency. In addition, the additional heat exchanger 160 supercools the refrigerant in the cooling operation mode, thereby increasing cooling efficiency.

도 3을 참고하면, 난방 운전 모드인 경우, 히트펌프 시스템(100a)의 냉매 흐름은 다음과 같다. Referring to FIG. 3 , in the heating operation mode, the refrigerant flow of the heat pump system 100a is as follows.

냉매는 압축기(110)에서 고온고압의 기체 상태로 토출되고, 사방밸브(120)를 지나 부하측 열교환기(130)로 유입된다. 냉매는 부하측 열교환기(130)에서 부하측 작동유체와 열교환(열 방출)하여 고온고압의 액체 상태로 토출된다. 냉매는 한방향 밸브(171)을 통과하여 추가 열교환기(160)로 유입되고, 추가 열교환기(160)에서 저온의 열원측 작동유체와 열교환할 수 있다. 추가 열교환기(160)에서 토출된 냉매는 열원측 작동유체와의 열교환으로 과냉각된다. 추가 열교환기(160)에서 출수된 열원측 작동유체는 냉매와의 열교환(열 흡수)으로 온도가 상승하고, 열원측 열교환기(150)로 유입되어 냉매와 다시 열교환한다. 즉, 추가 열교환기(160)는 열원측 열교환기(150)에서 냉매와 열교환하는 열원측 작동유체의 온도를 상승시켜, 냉매의 증발 온도 및 증발압력을 높인다. The refrigerant is discharged from the compressor 110 in a gaseous state of high temperature and high pressure, and flows into the load side heat exchanger 130 through the four-way valve 120 . The refrigerant exchanges heat (heat dissipation) with the load-side working fluid in the load-side heat exchanger 130 and is discharged in a high-temperature, high-pressure liquid state. The refrigerant flows through the one-way valve 171 into the additional heat exchanger 160 , and may exchange heat with the low-temperature heat source side working fluid in the additional heat exchanger 160 . The refrigerant discharged from the additional heat exchanger 160 is supercooled by heat exchange with the working fluid on the heat source side. The heat source side working fluid discharged from the additional heat exchanger 160 increases in temperature through heat exchange (heat absorption) with the refrigerant, and flows into the heat source side heat exchanger 150 to exchange heat with the refrigerant again. That is, the additional heat exchanger 160 raises the temperature of the working fluid on the heat source side that exchanges heat with the refrigerant in the heat source side heat exchanger 150 , thereby increasing the evaporation temperature and the evaporation pressure of the refrigerant.

추가 열교환기(160)에서 과냉각된 냉매는 팽창밸브(140)에서 저온저압의 습증기 상태로 변하고, 제4 한방향 밸브(174)를 통해 열원측 열교환기(150)로 유입된다. 부하측 열교환기(130)에 연결된 제3 한방향 밸브(173)의 온도가 높으므로, 냉매는 열원측 열교환기(150)에 연결된 제4 한방향 밸브(174)로 흐른다.The refrigerant supercooled in the additional heat exchanger 160 is changed to a low-temperature and low-pressure wet steam state in the expansion valve 140 , and is introduced into the heat source side heat exchanger 150 through the fourth one-way valve 174 . Since the temperature of the third one-way valve 173 connected to the load-side heat exchanger 130 is high, the refrigerant flows to the fourth one-way valve 174 connected to the heat source-side heat exchanger 150 .

냉매는 열원측 열교환기(150)에서, 추가 열교환기(160)에 의해 온도가 상승한 열원측 작동유체와 열교환(열 흡수)하여 저온저압의 기체 상태가 되고, 사방밸브(120)를 지나 압축기(110)로 흡입된다.In the heat source side heat exchanger 150, the refrigerant exchanges heat (heat absorption) with the heat source side working fluid whose temperature is increased by the additional heat exchanger 160 to become a low-temperature and low-pressure gaseous state, and passes through the four-way valve 120 to the compressor ( 110) is inhaled.

이와 같이, 히트펌프 시스템(100a)의 난방 운전 모드에서, 열원측 작동유체가 추가 열교환기(160)에서 냉매와 열교환(열 흡수) 후 열원측 열교환기(150)로 유입된다. 따라서, 열원측 열교환기(150)로 유입되는 열원측 작동유체의 온도 상승에 의해 증발 압력이 높아지고, 히트펌프의 에너지 효율(COP)을 높일 수 있다. 또한, 히트펌프 시스템(100a)의 난방 운전 모드에서, 냉매가 추가 열교환기(160)에서 열원측 작동유체와 열교환(열 방출) 후 팽창밸브로 유입된다. 따라서, 과냉각된 냉매에 의해 열량이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.As such, in the heating operation mode of the heat pump system 100a, the heat source side working fluid flows into the heat source side heat exchanger 150 after heat exchange (heat absorption) with the refrigerant in the additional heat exchanger 160 . Accordingly, the evaporation pressure increases due to the increase in the temperature of the working fluid on the heat source side flowing into the heat source side heat exchanger 150 , and the energy efficiency (COP) of the heat pump can be increased. In addition, in the heating operation mode of the heat pump system 100a, the refrigerant flows into the expansion valve after heat exchange (heat release) with the working fluid on the heat source side in the additional heat exchanger 160 . Accordingly, it is possible to obtain the effect of increasing the amount of heat by the supercooled refrigerant.

도 4를 참고하면, 냉방 운전 모드인 경우, 히트펌프 시스템(100a)의 냉매 흐름은 다음과 같다. Referring to FIG. 4 , in the cooling operation mode, the refrigerant flow of the heat pump system 100a is as follows.

냉매는 압축기(110)에서 고온고압의 기체 상태로 토출되고, 사방밸브(120)를 지나 열원측 열교환기(150)로 유입된다. 냉매는 열원측 열교환기(150)에서 열원측 작동유체와 열교환(열 방출)하여 고온고압의 액체 상태로 토출된다. The refrigerant is discharged from the compressor 110 in a gaseous state of high temperature and high pressure, and flows into the heat source side heat exchanger 150 through the four-way valve 120 . The refrigerant heats up (discharges heat) with the working fluid on the heat source side in the heat source side heat exchanger 150 and is discharged as a liquid at high temperature and high pressure.

냉매는 한방향 밸브(172)을 통과하여 추가 열교환기(160)로 유입되고, 추가 열교환기(160)에서 열원측 작동유체와 추가 열교환(열 방출)할 수 있다. 추가 열교환기(160)에서 토출된 냉매는 열원측 작동유체와의 열교환으로 과냉각된다. The refrigerant may be introduced into the additional heat exchanger 160 through the one-way valve 172 , and may additionally exchange heat (heat dissipation) with the working fluid on the heat source side in the additional heat exchanger 160 . The refrigerant discharged from the additional heat exchanger 160 is supercooled by heat exchange with the working fluid on the heat source side.

추가 열교환기(160)에서 토출된 냉매는 팽창밸브(140)로 유입된다. 팽창밸브(140)를 통과한 냉매는 저온저압의 습증기 상태로 변하고, 제3 한방향 밸브(173)를 통과한 냉매는 부하측 열교환기(130)로 유입된다. The refrigerant discharged from the additional heat exchanger 160 flows into the expansion valve 140 . The refrigerant passing through the expansion valve 140 is changed to a low-temperature and low-pressure wet steam state, and the refrigerant passing through the third one-way valve 173 is introduced into the load-side heat exchanger 130 .

냉매는 부하측 열교환기(130)에서, 부하측 작동유체와 열교환(열 흡수)하여 저온저압의 기체 상태가 되고, 사방밸브(120)를 지나 압축기(110)로 흡입된다.The refrigerant exchanges heat (heat absorption) with the load-side working fluid in the load-side heat exchanger 130 to become a low-temperature and low-pressure gaseous state, and is sucked into the compressor 110 through the four-way valve 120 .

이와 같이, 히트펌프 시스템(100a)의 냉방 운전 모드에서, 열원측 작동 유체는 응축기로 동작하는 열원측 열교환기(150)에서 냉매의 열을 흡수한 후, 응축기로 동작하는 추가 열교환기(160)에서 다시 냉매의 열을 흡수함으로써, 냉매를 과냉각시킨다. 따라서, 추가 열교환기(160)가 냉방 운전 모드에서 응축기 용량 증대 효과를 제공하고, 이를 통해 냉매가, 증발기로 동작하는 부하측 열교환기(130)에서 흡수한 열을 효과적으로 방출함으로써, 냉방 효율을 높일 수 있다.As such, in the cooling operation mode of the heat pump system 100a, the heat source side working fluid absorbs the heat of the refrigerant in the heat source side heat exchanger 150 operating as a condenser, and then an additional heat exchanger 160 operating as a condenser. By absorbing heat from the refrigerant again, the refrigerant is supercooled. Therefore, the additional heat exchanger 160 provides an effect of increasing the capacity of the condenser in the cooling operation mode, and through this, the refrigerant effectively discharges the heat absorbed by the load-side heat exchanger 130 operating as an evaporator, thereby increasing the cooling efficiency. have.

도 5는 다른 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성도이다.5 is a block diagram of a heat pump system according to another embodiment.

도 5를 참고하면, 히트펌프 시스템(100b)은 히트펌프 시스템(100a)의 4개의 한방향 밸브들(171, 172, 173, 174)을 솔레노이드(Solenoid valve) 밸브와 같은 4개의 개폐 밸브들(181, 182, 183, 184)로 변경할 수 있다. 이때, 개폐 밸브들(181, 182, 183, 184)의 개폐는 운전 모드에 따라 표 1과 같이 제어된다.Referring to FIG. 5 , the heat pump system 100b connects the four one-way valves 171 , 172 , 173 , and 174 of the heat pump system 100a to four on-off valves 181 such as a solenoid valve. , 182, 183, 184). At this time, the opening and closing of the opening/closing valves 181 , 182 , 183 , and 184 are controlled as shown in Table 1 according to the operation mode.

운전 모드driving mode 개폐 밸브1
(181)
on/off valve 1
(181)
개폐 밸브2
(182)
on/off valve 2
(182)
개폐 밸브3
(183)
on/off valve 3
(183)
개폐 밸브4
(184)
on/off valve 4
(184)
난방heating 열림open 닫힘closed 닫힘closed 열림open 냉방cooling 닫힘closed 열림open 열림open 닫힘closed

이와 같이, 실시예에 따르면, 냉방 및 난방 운전 모드에서 2차 응축기로 동작하는 추가 열교환기를 통해, 난방 운전 모드에서 증발기로 유입되는 열원측 작동유체의 온도를 높일 수 있고, 열원측 작동유체의 온도 상승에 의해 높아진 증발 압력으로 히트펌프의 난방 효율을 높일 수 있다. As such, according to the embodiment, through the additional heat exchanger operating as a secondary condenser in the cooling and heating operation mode, the temperature of the heat source side working fluid flowing into the evaporator in the heating operation mode can be increased, and the temperature of the heat source side working fluid It is possible to increase the heating efficiency of the heat pump by the evaporation pressure increased by the rise.

실시예에 따르면, 냉방 및 난방 운전 모드에서 2차 응축기로 동작하는 추가 열교환기를 통해, 난방 운전 모드에서 팽창밸브로 유입되는 냉매의 온도를 낮춰 과냉각도를 높일 수 있다.According to the embodiment, the supercooling degree may be increased by lowering the temperature of the refrigerant flowing into the expansion valve in the heating operation mode through the additional heat exchanger operating as the secondary condenser in the cooling and heating operation mode.

실시예에 따르면, 냉방 및 난방 운전 모드에서 2차 응축기로 동작하는 추가 열교환기를 통해, 냉방 운전 모드에서 응축 용량이 증대되고, 냉매의 과냉각으로 히트펌프의 냉방 효율을 높일 수 있다.According to the embodiment, through the additional heat exchanger operating as a secondary condenser in the cooling and heating operation mode, the condensing capacity is increased in the cooling operation mode, and the cooling efficiency of the heat pump can be increased by supercooling the refrigerant.

실시예에 따르면, 지열 교환기에서의 열교환이 빠르게 진행되지 못하더라도, 추가 열교환기가 난방 운전 모드에서 열원측 작동 유체의 온도를 높여서, 냉매의 증발온도를 높임으로써, 난방 효율을 높이고, 냉방 운전 모드에서 냉매를 과냉각함으로써, 냉방 효율을 높일 수 있다.According to the embodiment, even if the heat exchange in the geothermal exchanger does not proceed quickly, the additional heat exchanger increases the temperature of the working fluid on the heat source side in the heating operation mode to increase the evaporation temperature of the refrigerant, thereby increasing the heating efficiency, and in the cooling operation mode By supercooling the refrigerant, it is possible to increase the cooling efficiency.

실시예에 따르면, 지중 열교환에 의한 온도차를 크고 빠르게 진행시켜 동일 용량 대비 지중으로부터 많은 열을 흡수하거나 방출하는 효과를 제공할 수 있다.According to the embodiment, it is possible to provide an effect of absorbing or discharging a lot of heat from the ground relative to the same capacity by rapidly and rapidly increasing the temperature difference due to the underground heat exchange.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.The embodiment of the present invention described above is not implemented only through the apparatus and method, and may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improved forms of the present invention are also provided by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims. is within the scope of the right.

Claims (8)

히트펌프 시스템으로서,
부하측 열교환기, 열원측 열교환기,
고온고압의 기체 상태 냉매를 난방/냉방 운전 모드에 따라 방향 설정된 사방밸브를 통해 상기 부하측 열교환기 또는 상기 열원측 열교환기로 토출하고, 순환한 냉매를 흡입하는 압축기,
난방/냉방 운전 모드에 따라 상기 부하측 열교환기 또는 상기 열원측 열교환기에서 토출된 냉매와 열원측 작동유체를 열교환시켜 상기 열원측 작동유체의 온도를 높이는 추가 열교환기,
상기 추가 열교환기에서 토출된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 그리고
냉매 순환 경로에 배치되고, 난방 운전 모드에서 상기 부하측 열교환기에서 토출된 냉매를 상기 추가 열교환기로 전달하고, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 상기 열원측 열교환기로 전달하는 냉매 흐름을 형성하며, 냉방 운전 모드에서 상기 열원측 열교환기에서 토출된 냉매를 상기 추가 열교환기로 전달하고, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 상기 부하측 열교환기로 전달하는 냉매 흐름을 형성하는 밸브들을 포함하고,
상기 추가 열교환기에서 온도가 상승한 상기 열원측 작동유체가 상기 열원측 열교환기로 유입되는, 히트펌프 시스템.
A heat pump system comprising:
load side heat exchanger, heat source side heat exchanger,
A compressor that discharges high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant to the load side heat exchanger or the heat source side heat exchanger through a four-way valve set in a direction according to the heating/cooling operation mode, and sucks the circulated refrigerant;
An additional heat exchanger that heats the refrigerant discharged from the load side heat exchanger or the heat source side heat exchanger and the heat source side working fluid to increase the temperature of the heat source side working fluid according to the heating/cooling operation mode;
an expansion valve for expanding the refrigerant discharged from the additional heat exchanger, and
It is disposed in the refrigerant circulation path and forms a refrigerant flow that transfers the refrigerant discharged from the load side heat exchanger to the additional heat exchanger in a heating operation mode, and transfers the refrigerant expanded by the expansion valve to the heat source side heat exchanger, and a cooling operation mode to transfer the refrigerant discharged from the heat source side heat exchanger to the additional heat exchanger, and include valves that form a refrigerant flow that transmits the refrigerant expanded in the expansion valve to the load side heat exchanger,
The heat-source-side working fluid whose temperature has risen in the additional heat exchanger flows into the heat-source-side heat exchanger.
제1항에서,
상기 추가 열교환기는 상기 냉방 운전 모드 및 상기 난방 운전 모드에서 응축기로 동작하여 유입된 냉매를 과냉각하는, 히트펌프 시스템.
In claim 1,
The additional heat exchanger operates as a condenser in the cooling operation mode and the heating operation mode to supercool the introduced refrigerant.
제1항에서,
상기 열원측 작동유체는 지중 열교환기, 상기 추가 열교환기, 그리고 상기 열원측 열교환기를 순환하는, 히트펌프 시스템.
In claim 1,
The heat source side working fluid circulates through the underground heat exchanger, the additional heat exchanger, and the heat source side heat exchanger.
제1항에서,
상기 밸브들은
상기 부하측 열교환기에서 상기 추가 열교환기로 냉매 흐름을 만드는 제1 한방향 밸브, 상기 열원측 열교환기에서 상기 추가 열교환기로 냉매 흐름을 만드는 제2 한방향 밸브, 상기 팽창 밸브에서 상기 부하측 열교환기로 냉매 흐름을 만드는 제3 한방향 밸브, 그리고 상기 팽창 밸브에서 상기 열원측 열교환기로 냉매 흐름을 만드는 제4 한방향 밸브를 포함하는, 히트펌프 시스템.
In claim 1,
the valves are
A first one-way valve for making a refrigerant flow from the load-side heat exchanger to the additional heat exchanger, a second one-way valve for creating a refrigerant flow from the heat-source-side heat exchanger to the additional heat exchanger, a second one-way valve for creating a refrigerant flow from the expansion valve to the load-side heat exchanger 3 , a one-way valve, and a fourth one-way valve for creating a refrigerant flow from the expansion valve to the heat source side heat exchanger.
제1항에서,
상기 밸브들은
상기 부하측 열교환기와 상기 추가 열교환기 사이에 위치하는 제1 개폐 밸브, 상기 열원측 열교환기와 상기 추가 열교환기 사이에 위치하는 제2 개폐 밸브, 상기 팽창 밸브와 상기 부하측 열교환기 사이에 위치하는 제3 개폐 밸브, 그리고 상기 팽창 밸브와 상기 열원측 열교환기 사이에 위치하는 제4 개폐 밸브를 포함하고,
상기 난방 운전 모드에서, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제4 개폐 밸브는 열리고, 상기 제2 개폐 밸브 및 상기 제3 개폐 밸브는 닫히며,
상기 냉방 운전 모드에서, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제4 개폐 밸브는 닫히고, 상기 제2 개폐 밸브 및 상기 제3 개폐 밸브는 열리는, 히트펌프 시스템.
In claim 1,
the valves are
A first opening/closing valve located between the load side heat exchanger and the additional heat exchanger, a second opening/closing valve located between the heat source side heat exchanger and the additional heat exchanger, and a third opening/closing valve located between the expansion valve and the load side heat exchanger a valve, and a fourth on/off valve positioned between the expansion valve and the heat source side heat exchanger,
In the heating operation mode, the first on-off valve and the fourth on-off valve are opened, and the second on-off valve and the third on-off valve are closed,
In the cooling operation mode, the first on-off valve and the fourth on-off valve are closed, and the second on-off valve and the third on-off valve are opened.
히트펌프 시스템으로서,
지중 열교환기,
부하측 열교환기,
열원측 열교환기,
난방/냉방 운전 모드에 따라 상기 부하측 열교환기 또는 상기 열원측 열교환기에서 토출된 냉매와 열원측 작동유체를 열교환하는 추가 열교환기,
상기 추가 열교환기에서 토출된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브, 그리고
냉매 순환 경로에 배치되고, 난방 운전 모드에서 상기 부하측 열교환기에서 토출된 냉매를 상기 추가 열교환기로 전달하고, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 상기 열원측 열교환기로 전달하는 냉매 흐름을 형성하며, 냉방 운전 모드에서 상기 열원측 열교환기에서 토출된 냉매를 상기 추가 열교환기로 전달하고, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 상기 부하측 열교환기로 전달하는 냉매 흐름을 형성하는 밸브들을 포함하고,
상기 열원측 작동유체는 상기 지중 열교환기, 상기 추가 열교환기, 그리고 상기 열원측 열교환기를 순환하는, 히트펌프 시스템.
A heat pump system comprising:
underground heat exchanger,
load side heat exchanger,
heat source side heat exchanger,
An additional heat exchanger for exchanging heat with the refrigerant discharged from the load side heat exchanger or the heat source side heat exchanger according to a heating/cooling operation mode, and a heat source side working fluid;
an expansion valve for expanding the refrigerant discharged from the additional heat exchanger, and
It is disposed in the refrigerant circulation path and forms a refrigerant flow that transfers the refrigerant discharged from the load side heat exchanger to the additional heat exchanger in a heating operation mode, and transfers the refrigerant expanded by the expansion valve to the heat source side heat exchanger, and a cooling operation mode to transfer the refrigerant discharged from the heat source side heat exchanger to the additional heat exchanger, and include valves that form a refrigerant flow that transmits the refrigerant expanded in the expansion valve to the load side heat exchanger,
The heat source side working fluid circulates through the underground heat exchanger, the additional heat exchanger, and the heat source side heat exchanger.
제6항에서,
상기 열원측 작동유체는 상기 추가 열교환기에서 상기 냉매로부터 열을 흡수하여 온도가 높아지는, 히트펌프 시스템.
In claim 6,
The heat source-side working fluid absorbs heat from the refrigerant in the additional heat exchanger to increase the temperature.
제6항에서,
상기 추가 열교환기에서 토출된 냉매는 과냉각되는, 히트펌프 시스템.
In claim 6,
The refrigerant discharged from the additional heat exchanger is supercooled, a heat pump system.
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KR102467114B1 (en) * 2022-08-17 2022-11-14 고려대학교 산학협력단 Mode switchable heat pump system for evaporator ice removing

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