KR20140067513A - 별도의 제상사이클이 필요없는 히트펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도의 제상사이클이 필요없는 히트펌프 시스템에 관한것으로, 특히 겨울철 혹서기에 외부증발기에 성에가 발생하여 공기와의 에너지 교환을 방해 하여,냉매액 증발이 잘 이루어지지 않아, 열효율이 떨어지고, 압축기 부하로 인한 고장의 원인이 되고 있어, 본 발명의 히트펌프는 저온특성이 양호한 냉매를 사용, 외기증발기로부터 공기중의 열을 흡수하는 저온취득사이클과, 고온특성이 양호한 냉매를 사용, 저온취득사이클로부터 열교환을 통해 열을 흡수하여 온수 및 난방을 할 수 있는 고온취득 사이클로 구성된 이원히트펌프시스템으로, 상기 문제를 해결하기 위해 고온취득사이클에 추가의 제상용 응축기를 설치하고, 흡열열교환기를 통해 고온취득사이클 냉매와 응고점이 낮은 열매체(부동액)와 열교환하여 저온사이클의 외기증발기로 보내 제상을 하고 잔여열은 외부증발기를 통해 공기열과 함께 저온취득사이클에 다시 흡수되어 고온취득사이클로 전달되는 시스템으로 별도의 제상사이클이 필요없는 경제적인 히트펌프시스템을 제공할 수 있다.

Description

별도의 제상사이클이 필요없는 히트펌프 시스템 {Heat pump system which is not needed defrosting cycle }

본 발명은 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 공기열 교환을 위한 외기 증발기가 저온시 결빙될 때 이러한 결빙을 해소하는 제상을 할 수 있는 제상 기능을 갖는 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프 냉난방 시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 구성되어, 난방사이클에서는 외기증발기에서 냉매가 증발하면서 공기로부터 열을 흡수하여 압축기로 보내지고, 압축기에서 고온 고압의 냉매가스가 되어 응축기에서 열을 방출 하여 난방/온수를 위한 열교환을 통해 온수 및 난방이 이루어진다. 응축기에서 응축 액화된 저온고압의 냉매는 팽창밸브를 거쳐 외기증발기에서 증발하면서 공기중의 잠열을 흡수하는 사이클이 반복된다. 냉방사이클은 위 난방사이클에서 외기증발기가 응축기 기능을 하고, 열교환기가 증발기로 작동하여 실내 공기열을 흡수 외기증발기에서 응축과정을 통해 공기중으로 열을 방출하게 된다. 이렇게 하나의 사이클로 이루어진 히트펌프의 경우 난방을 위한 고온의 열을 얻기가 어렵고, 특히 혹한기에 외기증발기가 얼어 공기와의 열교환이 안되어 이를 해결하기 위해 난방사이클에서 냉방사이클로 전환하여 외기증발기에 압축기의 고온고압의 냉매가스를 보내 제상하는 제상사이클을 두는데, 이로인해 난방효율이 떨어지는 문제가 있어,

위와 같은 문제 해결을 위해, 하나의 사이클로 이루어진 히트펌프를 두 개로 연결하여, 1차 공기등의 열원으로부터 열을 취득하는 쪽은 저온특성이 양호한 냉매를 사용한 저온취득사이클로 운영하고, 온수 및 난방을 위한 고온의 열을 교환하기 위한 2차 사이클은 고온특성이 양호한 냉매를 사용한 고온취득사이클로 운영하여, 서로 다른 특성의 냉매간 열교환을 할 수 있는 열교환기로 저온취득사이클과 고온취득사이클을 연결하는 이원히트펌프시스템을 제공하고 있다.

그러나, 이원히트펌프시스템에서도 혹한기 저온취득사이클의 외기증발기를 제빙하기 위한 제상사이클을 운영하는데, 결국 일반히트펌프시스템 문제와 동일한 난방효율 저하 문제는 해결이 안되는 상황이다. 더욱이 제상사이클을 운영하기 위해 히트펌프구성이 복잡해지고, 히트펌프시스템의 고장의 원인을 제공하기도 한다.

본 발명은 상기 이원히트펌프시스템에서도 여전히 문제가 되는 혹한기 외기증발기 결빙을 해소하기 위한 제상사이클 운영으로 인한 난방효율 저하와 시스템이 복잡해져 고장의 원인을 제공하는 문제들을 해결하기 위한 것이다.

상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 냉매의 역순환에 의해 고온고압의 냉매가스를 외기증발기로 보내 제상을 하는 제상사이클을 제거하고, 제1압축기, 제1판형열교환기, 냉각용 팽창밸브, 제2판형열교환기로 구성된 이원히트펌프시스템의 고온취득사이클에서 제1판형열교환기와 냉각용 팽창밸브 사이에 제상용 응축기를 설치하고, 상기 제상용 응축기에 흡열열교환기를 설치하고 제상용 응축기의 고온의 냉매와 열교환하여 저장할 응고점이 낮은 열매체(부동액)가 저장된 축열조를 흡열열교환기와 연결, 축열조에 저장된 열매체를 외기증발기에 설치된 방열열교환기로 보내기 위한 순환펌프와 순환도관을 설치함으로서, 제상을 위한 별도의 제상사이클 없이 제상수단을 제공할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 이원히트펌프시스템의 고온취득사이클의 고온의 냉매를 재응축하여 얻은 응축열을 흡열열교환기를 통해 간접열교환하여 축열조에 저장하여 저온취득사이클의 외기증발기 제빙 및 추가 열공급으로 저온취득사이클의 냉매액의 증발이 양호하게 되어 난방효율 증대를 기대할 수 있고, 역사이클에 의한 제상사이클이 제거되어 시스템이 단순해져 고장율이 적은 경제적인 이원히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.

도1은 본 발명의 히트펌프시스템의 전체 구성 예시도
도2은 본 발명의 히트펌프시스템의 난방 운전시 냉매 및 부동액흐름 순환도
도3는 본 발명의 히트펌프시스템의 냉방 운전시 냉매흐름 순환도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 제상사이클이 필요없는 이원 히트펌프시스템에 대하여 자세히 설명한다.

첨부된 도1은 본 발명에 따른 제상사이클이 필요없는 히트펌프 냉난방 시스템의 구성도 이다.

상기 히트펌프 냉난방 시스템은, 고온취득사이클(100)과 저온취득사이클(200)이 제2판형열교환기(202)를 매개로 연결된 이원사이클시스템을 기본구조로 하고, 고온취득사이클(100)의 과냉 응축열을 저온취득사이클(200)의 외기증발기(221)의 결빙을 해소하기 위한 제상수단(140)으로 구성되어 있다.

상기 이원사이클시스템을 기본 구조로 하는 히트펌프 냉난방시스템은 저온취득사이클(200)은 저온 특성이 양호한 냉매를 사용하고, 고온취득사이클(100)은 고온 특성이 양호한 냉매를 사용하게 된다.

여름철 냉방운전시, 저온취득사이클(200)은 전자밸브(220),(224)가 닫히고 전자밸브(213),(210)이 열려 저온고압의 냉매가 팽창밸브(211)를 거쳐 제3판형열교환기(212)에서 증발하면서, 냉수탱크(215) 수열원으로부터 열을 빼앗아 액분리기(203)를 거쳐 제2압축기(201)로 전달된다. 액분리기(203)는 공기열원 혹은 수열원의 낮은 온도로 냉매의 증발이 양호하지 못한 경우, 증발하지 못한 냉매액이 제2압축기(201)에 흡입되어 액압축이 일어나는 것을 방지하기 위해, 액을 분리시켜 냉매가스만 제2압축기(201)에 흡입시키기 위해 설치된다. 제2압축기(201)에서 냉매는 고온고압 냉매가스로 되어, 응축기로 작용하는 제2판형열교환기(202)를 통해 고온취득사이클(100) 로 냉매간 열교환을 통해 열을 전달하게 된다.

냉방운전시, 고온취득사이클(100)에서 제상수단(140)은 전자밸브(110),(113)이 닫혀 작동하지 않게되고, 전자밸브(105)가 열려, 냉매가 팽창밸브(106)을 거쳐 증발기로 작동하는 제2판형열교환기(202)를 통해 증발되면서, 저온취득사이클(200)로부터 열을 전달받게 된다. 이 냉매는 제1압축기(101)를 통해 고온고압의 냉매가스가 되어, 응축기로 작동하는 제1판형열교환기(102)로부터 온수탱크의 수열원과 열교환하여 온수를 생산하게 된다.

겨울철 난방운전시, 고온취득사이클(100)에서는 전자밸브(105)가 닫히고, 전자밸브(110)(113)이 열려 제상수단(140)이 연결된다. 이로써, 제1판형열교환기를 통해 응축된 냉매를 제상용응축기(111)에서 다시 응축하여 얻은 열을 축열조(115)에 저장된 응고점이 낮은 열매체(부동액)와 열교환하여, 순환펌프(225)를 부설한 공급관(226)과 귀환관(227)를 통해 저온취득사이클(200)의 발열열교환기(222)로 보내 외기증발기(221)를 제상하거나, 열매체(부동액)의 보유열을 외기증발기(221)에 열전달함으로서 냉매액의 증발을 양호하게 한다.

도면 2는 본 발명 히트펌프시스템의 난방 운전시 냉매 및 부동액 흐름 순환도 이다.

도면 2에서 보다시피, 제상을 위한 역사이클 시스템 없이, 본 발명의 제상수단(140)을 통해, 고온취득사이클(100)의 고온의 냉매로부터 열교환하여 저온취득사이클(200)의 외기증발기(221) 제상뿐 아니라 고온의 냉매의 열을 저온취득사이클(200)로 전달하는 피드백 경로를 제공하여 전체 난방효율을 높힐 수 있을 뿐 아니라, 역사이클로 인한 시스템의 고장원인을 제거하여, 경제적인 이원히트펌프시스템을 제공할 수 있다.

도면 3은 본 발명의 냉방운전시 냉매의 흐름 순환도이다.

100 : 고온취득사이클
101: 제1압축기
102: 제1판형열교환기
111: 제상용응축기
112: 흡열열교환기
115: 축열조
200 : 저온취득사이클
201 : 제1압축기
202: 제2판형열교환기
212: 제3판형열교환기
203: 액분리기
221: 외기증발기
222: 발열열교환기

Claims (2)

1. 저온의 열원으로부터 열을 취득하는 저온취득사이클과 저온취득사이클로부터 열원을 공급받아 고온의 온수 생산 및 난방을 하는, 고온취득사이클로 구성된 이원사이클 히트펌프시스템에서 별도의 제상사이클 없이 제상수단을 제공하는 방법에 있어서,
   
   고온취득사이클의 고온냉매의 열을 저온취득사이클의 외기증발기로 전달하여 제상 및 난방효율을 높이는 제상수단을 제공함을 특징으로 하는 이원히트펌프시스템.
2. 청구항 제1항에 있어서, 제상수단을 구현하는 방법에 있어서,
   
   고온취득사이클의 고온고압의 냉매가 온수생산 및 난방을 위해 응축기로 작동하는 열교환기를 통해 응축, 열교환된 이후 제상용응축기를 통해 재응축하여 얻은 열을 흡열열교환기를 통해 열매체와 열교환하여 저장하는 축열조를 구비하고,
   
   축열조의 열매체를 순환펌프가 부설된 순환도관을 통해 방열열교환기로 순환시켜 저온취득사이클의 외기증발기의 냉매와 열교환 하여, 냉매의 증발을 촉진하고 외기증발기의 결빙을 해소함을 특징으로 하는 제상수단

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