KR100946381B1 - Hybrid heat pump type cooling and heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하절기에는 실내를 냉방시키고 동절기에는 반대로 실내를 난방시키는 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid heat pump type air conditioner, and more particularly, to a hybrid heat pump type air conditioner that cools a room in summer and heats the room in the winter.
통상적으로 실내를 냉방하는 장치와 난방하는 장치가 각각 분리되어 구성되는 것이 일반적이기는 하지만, 최근에는 하나의 장치로 하절기에는 실내를 냉방시킬 수 있고 동절기에는 실내를 난방시킬 수 있는 장치가 개발되었는데, 이의 대표적인 것이 공기열을 열원으로 하는 공기열 히트펌프식 냉난방장치이다.In general, a device for cooling a room and a device for heating are generally configured separately, but recently, a device for cooling a room in summer and a room for heating in winter has been developed. A typical example is an air heat heat pump type air conditioner using air heat as a heat source.
공기열 히트펌프식 냉난방장치는 하절기에 실내측열교환기에서 열을 흡수하여 실외측열교환기를 이용하여 열을 방열시킴으로써 냉방을 하고, 동절기에는 반대로 실외측열교환기에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내측열교환기를 이용하여 열을 방열시킴에 따라 난방을 하는 장치로서, 그 사이클의 구성은 냉방운전시는 증 발열을 이용하는 냉동사이클과 동일하며, 난방운전시는 반대로 응축열을 이용하는 난방사이클로 구성된다.Air heat heat pump type air conditioning system absorbs heat from indoor side heat exchanger in summer and radiates heat by using outdoor side heat exchanger to cool.In winter, indoor side heat exchanger is installed indoors by absorbing heat from outdoor side heat exchanger. A device for heating by dissipating heat by using a device, the configuration of the cycle is the same as the refrigeration cycle using the increase in heat generation during the cooling operation, it consists of a heating cycle using condensation heat in the opposite direction during the heating operation.
공기열 히트펌프식 냉난방장치는 열을 흡수하고 방열하는 원리에 따라 압축식, 화학식, 흡수식, 흡착식 등으로 분류되는데, 그 중 가정용으로 많이 적용되는 형식은 압축식으로, 그 기본적인 구성요소는 저온부 열교환기인 증발기, 압축기, 고온부 열교환기인 응축기, 팽창밸브의 4개로 구분되며, 작동유체인 열매체는 증발, 압축, 응축, 팽창의 변화를 계속하면서 순환라인을 따라 순환된다.Air heat heat pump type air conditioner is classified into compression type, chemical formula, absorption type and adsorption type according to the principle of absorbing heat and radiating heat. Among them, the most commonly used type is compression type, and its basic component is low temperature heat exchanger. It is divided into four parts: an evaporator, a compressor, a condenser which is a high temperature heat exchanger, and an expansion valve. The heating medium, which is a working fluid, is circulated along a circulation line while changing evaporation, compression, condensation, and expansion.
그러나 종래의 공기열 히트펌프식 냉난방장치의 경우에는 동절기 대기온도가 영하로 떨어지는 관계로 실외측열교환기로부터 열이 제대로 흡수되지 않아 난방운전이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있으며, 이를 해소하기 위하여 부족분의 난방열량을 전기히터로 보충하여야 하는 문제점이 있었다.However, in the case of the conventional air heat heat pump type air-conditioning device, there is a problem that the heating operation is not properly performed because heat is not properly absorbed from the outdoor side heat exchanger because the winter air temperature drops to below zero. There was a problem that the amount of heat must be replenished with an electric heater.
또한 동절기에는 냉방부하를 실외측열교환기를 통해 버리기 때문에 실외측열교환기에 적상이 생길 수 밖에 없으며 이로 인해 효율이 저하됨은 물론 고장이 발생되는 문제가 있으며, 정상운전을 위해서는 적상을 주기적으로 제거해야 하는 바 전체 장치의 제어가 용이하지 않은 문제점이 있었다.In addition, during the winter season, the cooling load is discarded through the outdoor heat exchanger, which causes a drop in the outdoor heat exchanger. As a result, there is a problem that the efficiency is lowered and a failure occurs. There was a problem that the control of the whole device is not easy.
최근 전술한 문제점을 개선하기 위해 많은 연구가 행해지고는 있으나, 동절기 외기온도의 저하로 인한 난방효율의 저하문제는 해소되고 있지 않고 있다.Recently, many studies have been conducted to improve the above-mentioned problems, but the problem of lowering the heating efficiency due to the decrease of the outside air temperature in winter has not been solved.
또한 종래의 공기열 히트펌프식 냉난방장치의 경우에는 냉난방운전의 전환이 냉매순환관로와 열매체순환관로로 제어되는 구조로 형성되는 관계로 전체적인 제어시스템이 복잡힐 뿐만 아니라 유로변경밸브가 완전 폐쇄되지 않을 경우 냉난방사이 클이 정상적으로 운전되지 못하는 문제점이 있었다.In addition, in the case of a conventional air heat heat pump type air conditioner, the switching of the cooling and heating operation is formed in a structure controlled by the refrigerant circulation passage and the heat medium circulation passage, which not only complicates the overall control system but also does not completely close the flow change valve. There was a problem that the heating and cooling cycle did not operate normally.
뿐만 아니라 종래의 공기열 히트펌프식 냉난방장치의 경우에는 초기 정상운전을 위해 냉방부하를 소모시키기 위한 난방열량을 전기히터를 통해 제공하는 구조로 구성되었으나, 전기히터는 내구성에 문제가 있어 그 고장시 공기열 히트펌프식 냉난방장치 전체가 소손되는 문제점이 있다. In addition, in the case of the conventional air heat heat pump type air-conditioning unit, the heating heat is provided through the electric heater to consume the cooling load for the initial normal operation. There is a problem that the entire heat pump type air-conditioning device is burned out.
본 발명의 목적은, 동절기 외기온도의 저하로 인한 종래의 문제점이 일거에 해소될 수 있어 난방효율이 대폭 향상될 수 있도록 한 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치를 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a hybrid heat pump type heating and cooling device that can solve the conventional problems due to the decrease in the outdoor air temperature in winter so that the heating efficiency can be greatly improved.
본 발명의 다른 목적은, 냉난방운전의 전환이 열매체순환관로의 제어만으로 가능함에 따라 제어가 용이하고 냉난방운전의 안정성이 극대화될 수 있도록 한 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a hybrid heat pump type heating and cooling device that is easy to control and maximizes the stability of the heating and cooling operation as the switching of the heating and cooling operation is possible only by the control of the heat medium circulation pipe.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 냉난방장치에서 냉온수를 동시에 사용할 수 있고 난방히터의 열원없이도 항온항습이 가능한 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치를 제공하기 위한 것이다.Still another object of the present invention is to provide a hybrid heat pump type heating and cooling device capable of using both hot and cold water at the same time in a single air conditioner and allowing constant temperature and humidity without a heat source of a heating heater.
전술한 본 발명의 목적은, 냉매를 압축시켜 토출시키는 압축기와, 상기 압축기에 연결되며 난방운전시 상기 압축기로부터 토출된 고온의 냉매를 열매체와 열교환시키는 고온열교환기와, 상기 고온열교환기에 연결되고 냉난방운전시 열매체와의 열교환을 통해 상기 고온열교환기를 거친 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에 연결되고 냉난방운전시 상기 응축기를 거친 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 그 양단이 상기 팽창밸브와 상기 압축기에 각각 연결되어 냉난방운전시 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 열매체와의 열교환을 통해 증발시켜 상기 압축기로 다시 제공하는 증발기와, 상기 압축기, 상기 고온열교환기, 상기 응축기, 상기 팽창밸브 및 상기 증발기를 연결하는 냉매순환관로와, 그 내부에는 열매체가 관류하는 실외측열교환기가 구비되며 외기와의 열교환을 통해 난방운전시 상기 실외측열교환기를 관류하는 열매체를 냉각시키고 냉방운전시 상기 실외측열교환기를 관류하는 열매체를 가열시키는 실외기와, 그 내부에는 열매체가 관류하는 실내측열교환기와 팬이 각각 구비되며 실내공기를 흡입하여 상기 실내측열교환기를 거쳐 다시 실내로 제공하여 실내를 냉난방시키는 공조기와, 냉방운전시 상기 실외기의 실외측열교환기를 관류한 열매체가 분기되어 그 일부는 상기 증발기와 상기 공조기의 실내측열교환기를 거쳐 다시 상기 증발기로 순환되고 그 나머지는 상기 응축기를 거쳐 다시 상기 실외기의 실외측열교환기로 순환되도록 하며, 난방운전시 상기 실외기의 실외측열교환기를 관류한 열매체가 분기되어 상기 고온열교환기와 상기 공조기의 실내측열교환기를 순차적으로 거쳐 순환되고 그 나머지는 상기 응축기를 거쳐 다시 상기 실외기의 실외측열교환기로 순환되도록 하는 열매체순환관로를 포함하여 이루어지는 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치를 제공함에 의해 달성된다.An object of the present invention described above is a compressor for compressing and discharging a refrigerant, a high temperature heat exchanger connected to the compressor and heat-exchanging high temperature refrigerant discharged from the compressor during heating operation, and a heating and cooling operation connected to the high temperature heat exchanger. A condenser for condensing the refrigerant having passed through the high temperature heat exchanger through heat exchange with a heat medium, an expansion valve connected to the condenser and expanding the refrigerant having passed through the condenser during an air conditioning operation, and both ends of the expansion valve and the compressor, respectively. Connected to the evaporator to evaporate the refrigerant expanded in the expansion valve through heat exchange with a heat medium to provide the compressor back to the compressor, and connect the compressor, the high temperature heat exchanger, the condenser, the expansion valve, and the evaporator. Refrigerant circulation line and the internal side heat exchanger through which the heat medium flows An outdoor unit that cools the heat medium flowing through the outdoor side heat exchanger during a heating operation and heats the heat medium flowing through the outdoor side heat exchanger during a cooling operation, and an indoor side heat exchanger through which a heat medium flows through the inside. Fans are provided respectively, and the air conditioner sucks the indoor air and provides the indoor air through the indoor side heat exchanger to the room again. The air medium flowing through the outdoor side heat exchanger of the outdoor unit branches during the cooling operation. Through the indoor side heat exchanger of the air conditioner is circulated back to the evaporator, and the rest is circulated back through the condenser to the outdoor side heat exchanger of the outdoor unit, the heating medium flowing through the outdoor side heat exchanger of the outdoor unit is branched during the heating operation High temperature heat exchanger and indoor side heat exchanger of the air conditioner It is circulated through into the rest is achieved by providing a hybrid heat pump type air conditioning system comprising a heat medium circulation conduit to the condenser to be re-circulated through the outdoor heat exchanger of the outdoor unit group.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 열매체순환관로는, 상기 실외기의 실외측열교환기의 출구측와 상기 증발기의 입구측를 연결하는 제 1 관로와, 상기 제 1 관로 상에 설치되는 제 1 펌프와, 상기 증발기의 출구측과 상기 공조기의 실내측열교환기의 입구측을 연결하는 제 2 관로와, 상기 공조기의 실내측열교환기의 출구측과 상기 제 1 관로를 연결하는 제 3 관로와, 상기 제 1 관로에서 분기되어 상기 고온열교환기의 입구측에 연결되는 제 4 관로와, 상기 제 4 관로의 분기지점에 설치되는 제 1 유로변경밸브와, 상기 고온열교환기의 출구측과 상기 제 2 관로를 연결하는 제 5 관로와, 상기 제 1 관로로부터 분기되어 상기 응축기의 입구측에 연결되는 제 6 관로와, 상기 제 6 관로 상에 설치되는 제 2 펌프와, 상기 응축기의 출구측과 상기 제 2 관로를 연결하는 제 7 관로와, 상기 제 7 관로 상에 설치되는 제 1 개폐밸브와, 상기 제 2 관로와 상기 제 7 관로의 연결지점에 설치되는 제 2 유로변경밸브와, 상기 제 7 관로로부터 분기되어 상기 실외기의 실외측열교환기의 입구측에 연결되는 제 8 관로와, 상기 제 6 관로에서 분기되어 상기 제 1 관로에 연결되는 제 9 관로와, 상기 제 9 관로 상에 설치되어 냉방운전시 폐쇄되고 난방운전시 개방되는 제 2 개폐밸브를 포함하여 이루어진다.According to a preferred feature of the present invention, the heat medium circulation pipe, the first pipe connecting the outlet side of the outdoor side heat exchanger of the outdoor unit and the inlet side of the evaporator, a first pump installed on the first pipe, A second conduit connecting the outlet side of the evaporator and the inlet side of the indoor side heat exchanger of the air conditioner, a third conduit connecting the outlet side of the indoor side heat exchanger of the air conditioner and the first conduit, and the first conduit; A fourth conduit branched at and connected to an inlet side of the high temperature heat exchanger, a first flow path change valve installed at a branch point of the fourth conduit, and connecting an outlet side of the high temperature heat exchanger to the second conduit; A fifth conduit, a sixth conduit branched from the first conduit and connected to the inlet side of the condenser, a second pump provided on the sixth conduit, an outlet side of the condenser and the second conduit The seventh conduit, the first on-off valve provided on the seventh conduit, the second flow path change valve provided at the connection point of the second conduit and the seventh conduit, branched from the seventh conduit and An eighth conduit connected to the inlet side of the outdoor side heat exchanger of the outdoor unit, a ninth conduit branched from the sixth conduit and connected to the first conduit, and installed on the ninth conduit to be closed during heating and heating It includes a second on-off valve that is opened during operation.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 제 1 개폐밸브는 냉방운전시와 난방운전중 외기온도가 8℃ 이하인 경우에는 개방되고 난방운전중 외기온도가 8℃를 초과하는 경우에만 폐쇄된다.According to a preferred feature of the present invention, the first open / close valve is opened when the outside air temperature is 8 ° C. or lower during the cooling operation and the heating operation, and is closed only when the outside air temperature exceeds 8 ° C. during the heating operation.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 열매체순환관로는, 상기 실외기의 실외측열교환기의 출구측에 연결되는 보충탱크를 더 포함하여 이루어진다.According to a preferred feature of the present invention, the heat medium circulation pipe further comprises a replenishment tank connected to the outlet side of the outdoor side heat exchanger of the outdoor unit.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 고온열교환기는 2개가 배열되고 상기 고온열교환기들은 상기 냉매순환관로 상에서 병렬로 연결되며 상기 열매체순환관로 상에서는 직렬로 연결된다.According to a preferred feature of the present invention, two high temperature heat exchangers are arranged and the high temperature heat exchangers are connected in parallel on the refrigerant circulation conduit and in series on the heat medium circulation conduit.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 열매체는 물이다.According to a preferred feature of the invention, the heat medium is water.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 실외기는 건물 내의 보일러실, 전기제어실 또는 기계실 내에 설치된다.According to a preferred feature of the invention, the outdoor unit is installed in a boiler room, electrical control room or machine room in the building.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 열매체순환관로의 제 6 관로에는 지하수의 유입을 위한 지열유입관이 연결되고 상기 지열유입관에는 지열유입용 스톱밸브가 구비되며, 상기 열매체순환관로의 제 1 관로에는 지하수로의 유출을 위한 지열유출관이 연결되고 상기 지열유출관에는 지열유출용 스톱밸브가 구비되며, 상기 열매체순환관로의 제 1 관로에는 드레인관이 연결되고 상기 드레인관에는 드레인용 스톱밸브가 구비된다.According to a preferred feature of the invention, the sixth conduit of the heat medium circulation pipe is connected to the ground heat inlet pipe for the inflow of groundwater and the ground heat inlet pipe is provided with a stop valve for ground heat inlet, the first pipe line of the heat medium circulation pipe Is connected to the ground heat outflow pipe for outflow of the groundwater passage, the ground heat outflow pipe is provided with a stop valve for ground heat outflow, the first pipe line of the heat medium circulation pipe is connected to the drain pipe, and the drain pipe is connected to the drain stop valve. It is provided.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 열매체순환관로는, 상기 제 8 관로로부터 분기되어 상기 공조기에 연결되는 제 10 관로와, 상기 제 10 관로에 연결되고 상기 제 1 및 제 6 관로의 분기지점에 연결되는 제 11 관로와, 상기 제 8 및 제 10 관로의 분기지점에 설치되어 실내의 항온항습 또는 냉온수 동시사용시에만 열매체가 상기 제 10 관로를 통해 흐르도록 하는 제 3 유로변경밸브를 더 포함하여 이루어지고, 상기 공조기는 상기 제 10 관로와 제 11 관로 사이에 개재되는 제 2 실내측열교환기를 더 포함하여 이루어진다.According to a preferred feature of the present invention, the heat medium circulation pipe, the tenth pipeline branched from the eighth pipeline connected to the air conditioner, and the tenth pipeline connected to the branch point of the first and sixth pipeline And a third flow path change valve installed at the branch points of the eighth and tenth pipelines so that the heating medium flows through the tenth pipeline only when the constant temperature / humidity or cold / hot water is used indoors. The air conditioner further includes a second indoor side heat exchanger interposed between the tenth and eleventh pipelines.
본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치에 의하면, 동절기 난방운전시에 평상시에는 냉방부하를 실외기에서 소진시키다가 외기온도가 과도하게 낮을 경우에는 응축기의 응축을 위해 소진시킴으로써 예를 들어, 압축기 과열이나 적상 등과 같은 외기온도의 저하로 인한 종래의 문제점이 일거에 해소될 수 있어 난방효율이 대폭 향상될 수 있는 탁월한 효과가 있다.According to the hybrid heat pump type air-conditioning apparatus according to the present invention, during the winter heating operation, the cooling load is normally exhausted in the outdoor unit, but when the outside air temperature is excessively low, the exhaust air is exhausted for condensation of the condenser. Conventional problems due to a drop in outside temperature, such as a drop, can be solved at once, which has an excellent effect of significantly improving heating efficiency.
또한 냉난방운전의 전환이 냉매순환관로는 동일하게 유지되는 상태에서 열매체순환관로만을 제어함으로써 이루어짐에 따라 종래에 비해 제어가 훨씬 간단용이하고 냉난방운전의 안정성이 극대화될 수 있는 탁월한 효과가 있다.In addition, since the switching of the heating and cooling operation is made by controlling only the heat medium circulation pipe in the state where the refrigerant circulation pipe is kept the same, the control is much simpler than the conventional method, and there is an excellent effect of maximizing the stability of the heating and cooling operation.
또한 지하수를 이용하여 지열이나 수폐열을 복합적으로 이용할 수 있어 그 효율을 더욱 증대시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.In addition, groundwater can be used in combination with geothermal heat and waste heat, which has an excellent effect of further increasing its efficiency.
또한 실외기 대신에 공조기의 제 2 실내측열교환기를 통해 열매체가 순환되도록 유로를 변경할 경우에는 별도의 난방히터의 열원이 없이도 실내항온항습과 냉온수 동시사용이 가능해지는 탁월한 효과가 있다.In addition, when the flow path is changed so that the heat medium is circulated through the second indoor side heat exchanger of the air conditioner instead of the outdoor unit, there is an excellent effect of enabling the simultaneous use of the room temperature and humidity and cold and hot water without a separate heat source.
뿐만 아니라 실외기가 건물 내의 보일러실, 전기제어실 또는 기계실 내에 설치될 경우에는 하절기 냉방시 실외에 쿨링타워가 설치되어야 하는 단점이 있기는 하지만 외기온도에 대한 영향이 적어 그 효율을 더욱 증대시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.In addition, when the outdoor unit is installed in a boiler room, electric control room or machine room in the building, there is a disadvantage that a cooling tower should be installed outdoors during summer cooling, but it is excellent in increasing the efficiency due to the low influence on the outside temperature. It works.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which are intended to explain in detail enough to enable those skilled in the art to easily carry out the present invention. This does not mean that the technical spirit and scope of the present invention are limited.
도 1에는 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치의 냉방운전작동도가 도시되며, 도 2에는 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치의 난방운전작동도가 도시된다.1 is a cooling operation operation diagram of the hybrid heat pump type heating and cooling apparatus according to the present invention, Figure 2 is a heating operation operation diagram of the hybrid heat pump type heating and cooling apparatus according to the present invention.
본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치(1)는, 동절기 외기온도의 저하로 인한 종래의 문제점이 일거에 해소될 수 있어 난방효율이 대폭 향상될 수 있으며, 냉난방운전의 전환이 열매체순환관로(90)의 제어만으로 가능함에 따라 제어가 용이하고 냉난방운전의 안정성이 극대화될 수 있도록 하기 위한 것으로, 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 냉매를 압축시켜 토출시키는 압축기(10)와, 압축기(10)에 연결되며 난방운전시 압축기(10)로부터 토출된 고온의 냉매를 열매체와 열교환시키는 고온열교환기(20a, 20b)와, 고온열교환기(20a, 20b)에 연결되고 냉난방운전시 열매체와의 열교환을 통해 고온열교환기(20a, 20b)를 거친 냉매를 응축시키는 응축기(30)와, 응축기(30)에 연결되고 냉난방운전시 응축기(30)를 거친 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(40)와, 그 양단이 팽창밸브(40)와 압축기(10)에 각각 연결되어 냉난방운전시 팽창밸브(40)에서 팽창된 냉매를 열매체와의 열교환을 통해 증발시켜 압축기(10)로 다시 제공하는 증발기(50)와, 압축기(10), 고온열교환기(20a, 20b), 응축기(30), 팽창밸브(40) 및 증발기(50)를 연결하는 냉매순환관로(60)와, 그 내부에는 열매체가 관류하는 실외측열교환기(71)가 구비되며 외기와의 열교환을 통해 난방운전시 실외측열교환기(71)를 관류하는 열매체를 냉각시키고 냉방운전시 실외측열교환기(71)를 관류하는 열매체를 가열시키는 실외기(70)와, 그 내부에는 열매체가 관류하는 실내측열교환기(81)와 팬(83)이 각각 구비되며 실내공기를 흡입하여 실내측열교환기(81)를 거쳐 다시 실내로 제공하여 실내를 냉난방시키는 공조기(80)와, 냉방운전시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)를 관류한 열매체가 분기되어 그 일부는 증발기(50)와 공조기(80)의 실내측열교환기(81)를 거쳐 다시 증발기(50)로 순환되고 그 나머지는 응축기(30)를 거쳐 다시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로 순환되도록 하며, 난방운전시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)를 관류한 열매체가 분기되어 고온열교환기(20a, 20b)와 공조기(80)의 실내측열교환기(81)를 순차적으로 거쳐 순환되고 그 나머지는 응축기(30)를 거쳐 다시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로 순환되도록 하는 열매체순환관로(90)를 포함하여 이루어진다.In the hybrid heat pump type air-conditioning apparatus 1 according to the present invention, the conventional problems due to the decrease in the outside air temperature in winter can be solved at once, and the heating efficiency can be greatly improved, and the switching of the heating and cooling operation is carried out in the heating medium circulation pipe ( The control is easy to control as possible by the control of 90) and to maximize the stability of the heating and cooling operation, as shown in FIGS. 1 and 2, the
여기서, 압축기(10)는 냉매를 고압으로 압축시켜 토출시키는 것으로, 냉매순환을 위한 순환압력을 발생시키는 역할을 하는 것으로, 왕복동식 압축기, 회전식 압축기, 스크롤식 압축기와 같은 공지된 구성을 가지는 압축기뿐만 아니라 냉매의 압축을 가능하게 하는 어떠한 구조의 압축기도 모두 적용가능하다.Here, the
전술한 압축기(10)에는 고온열교환기(20a, 20b)가 연결되는데, 이 고온열교환기는 냉방운전시에는 단순히 압축기(10)로부터 토출된 고온의 냉매를 공랭시켜 응축이 용이하게 일어나게 하고 난방운전시 압축기(10)로부터 토출된 고온의 냉매를 열매체와 열교환시켜 고온의 열매체가 공조기(80)의 실내측열교환기(81)로 제공될 수 있도록 하는 것으로, 다관식 열교환기, 공냉식 열교환기, 재킷식 열교환기, 스퍼이럴식 열교환기 등과 같은 공지된 열교환기가 적용될 수도 있으나, 적은 냉매량으로도 효과적인 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 판형 열교환기로 형성되는 것이 바람직하다. The above-mentioned
고온열교환기(20a, 20b)는 1개만 배열될 수도 있으나, 다수개, 특히 2개가 배열되는 것이 바람직한데, 이 경우에 고온열교환기들(20a, 20b)은 냉매순환관로(60) 상에서 병렬로 연결됨에 따라 압축기(10)로부터 토출된 고온의 냉매에 대한 공랭효과를 배가시켜 응축이 용이하게 일어날 수 있도록 하며, 열매체순환관로(90) 상에서는 직렬로 연결됨에 따라 난방운전시 열매체에 대한 이중가열을 통해 더욱 높은 온도의 열매체가 공조기(80)의 실내측열교환기(81)로 제공되어 난방효과가 배가될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.Only one high temperature heat exchanger (20a, 20b) may be arranged, but it is preferable that a plurality, especially two are arranged, in this case, the high temperature heat exchangers (20a, 20b) in parallel on the refrigerant circulation pipe (60) As it is connected, the air-cooling effect of the high temperature refrigerant discharged from the
전술한 고온열교환기(20a, 20b)에는 응축기(30)가 연결되는데, 이 냉난방운전시 고온열교환기(20a, 20b)를 거친 냉매를 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로부터 제공되는 열매체와의 열교환을 통해 응축시키는 역할을 하는 것으로, 열매체의 관류가 가능한 수냉식 열교환기로서, 입형 셸튜브식, 횡형 셸튜브식, 2중관식 등 다양한 구조로 형성될 수 있다.The above-mentioned high
전술한 응축기(30)에는 팽창밸브(40)가 연결되는데, 이 팽창밸브(40)는 냉난방운전시 응축기(30)로부터 유입되는 고압의 액체냉매를 저압의 냉매로 팽창시켜 그 끓는점을 낮춤으로써 증발이 용이하게 일어날 수 있도록 하는 것으로, 모세관을 포함하는 팽창밸브 뿐만 아니라 전자식 팽창밸브도 사용될 수 있다.An
전술한 팽창밸브(40)에는 증발기(50)가 연결되는데, 이 증발기(50)는 냉방운전시 팽창밸브(40)에서 팽창된 냉매를 공조기(80)의 실내측열교환기(81)를 관류하면서 데워진 열매체와의 열교환으로 증발시키고 난방운전시에는 실외기(70)의 실외측열교환기(71)를 관류하면서 데워진 열매체와의 열교환으로 증발시켜 다시 압축기(10)로 다시 제공하는 역할을 하는 것으로, 응축기(30)와 유사하게 입형 셸튜브식, 횡형 셸튜브식, 2중관식 등 다양한 구조로 형성될 수 있다.An
전술한 압축기(10), 응축기(30), 팽창밸브(40) 및 증발기(50)는 냉동사이클을 구성하는 기본 구성에 해당되는 바, 여기서는 명세서의 간략화를 위해 상세한 설명을 생략하기로 한다.The
전술한 압축기(10), 고온열교환기(20a, 20b), 응축기(30), 팽창밸브(40) 및 증발기(50)는 냉매순환관로(60)에 의해 서로 연결되는데, 이 냉매순환관로(60)는 냉매가 압축-응축-팽창-증발을 반복하며 순환될 수 있도록 폐쇄관로를 형성하는 것으로, 특히 냉매순환관로(60) 중 응축기(30)와 팽창밸브(40)의 사이에는 공지된 구성을 가지는 고압스위치(61), 드라이어(63), 사이트글라스(65), 각종 밸브(67)가 설치될 수 있으며, 팽창밸브(40)와 증발기(50) 사이에는 저압스위치(69)가 설치될 수 있다.The
고압스위치(61)나 저압스위치(69)는 냉매의 압력이 과도하게 높거나 낮아 운전 상에 문제가 있을 경우 비상조치를 취하는 역할을 하며, 드라이어(63)는 냉매 중에 포함된 수분이나 산류 및 이물질을 제거함으로써 냉동효율의 감소를 방지함과 동시에 구성부품의 손상을 방지하여 고효율의 운전을 가능하게 하며, 사이트글라스(65)는 냉매 중에 포함된 기포를 확인함으로써 냉매의 주입량과 상태를 확인할 수 있도록 하는 일종의 투시창에 해당된다. The
본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치(1)는 실외기(70)를 포함하는데, 이 실외기(70)는 외기와의 열교환을 통해 열매체를 냉각 또는 가열하는 역할을 하는 것으로, 그 내부에는 열매체가 관류하는 실외측열교환기(71)가 구비됨에 따라 난방운전시는 실외측열교환기(71)를 관류하는 열매체를 저온의 외기와의 열교환을 통해 냉각시키고 냉방운전시 실외측열교환기(71)를 관류하는 열매체를 뜨거운 외기와의 열교환을 통해 가열시키게 된다. 실외기(70)는 외기의 흡입 및 배출을 위한 팬을 포함한다.The hybrid heat pump type air conditioner 1 according to the present invention includes an
실외기(70)는 동절기 외기온도에 의한 영향이 최소화될 수 있도록 건물 외에 설치되는 것 보다 건물 내의 보일러실, 전기제어실 또는 기계실 내에 설치되는 것이 바람직하다. 건물 내의 보일러실, 전기제어실 또는 기계실의 경우 기계류의 작동으로 인해 열이 발생되는데, 이러한 열이 실외기(70)의 실외측열교환기(71)에 의해 흡수될 수 있어 난방효율이 극대화됨과 동시에 보일러실, 전기제어실 또는 기계실의 기계류의 과열이 방지되고, 보일러실, 전기제어실 또는 기계실 내에 적절한 습도가 유지될 수 있게 된다. The
실외기(70)는 냉매가 관류되는 것이 아니라 물과 같은 열매체가 관류되는 것만 특이할 뿐, 그 자체의 구성 또한 이미 공지되어 있는 바, 상세한 설명은 생략하기로 한다.The
본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치(1)는 공조기(80)를 포함하는데, 이 공조기(80)는 실내에 냉풍 또는 온풍을 제공함에 따라 실내를 실제 냉난방시키는 역할을 하는 것으로, 그 내부에 열매체가 관류하는 실내측열교환기(81)와, 실내공기를 흡입하여 실내측열교환기(81)를 거쳐 다시 실내로 제공하는 팬(83) 이 각각 구비되는 통상의 공기조화기의 구성을 가진다. The hybrid heat pump type air conditioner 1 according to the present invention includes an
공조기(80)는 냉방운전시에 증발기(50)를 거치면서 냉각된 열매체가 실내측열교환기(81)를 관류하게 됨에 따라 흡입된 실내공기를 냉각시켜 실내로 다시 제공함으로써 실내로 냉풍을 제공하게 되고, 난방운전시에는 고온열교환기(20a, 20b)를 거치면서 가열된 열매체가 실내측열교환기(81)를 관류하게 됨에 따라 흡입된 실내공기를 가열시켜 실내로 다시 제공함으로써 실내로 온풍을 제공하게 된다. The
전술한 실외기(70)의 실외측열교환기(71)와 공조기(80)의 실내측열교환기(81)는 열매체순환관로(90)에 의해 연결되는데, 이 열매체순환관로(90)는 냉방운전시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)를 관류한 열매체가 분기되어 그 일부는 증발기(50)와 공조기(80)의 실내측열교환기(81)를 거쳐 다시 증발기(50)로 순환되고 그 나머지는 응축기(30)를 거쳐 다시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로 순환되도록 하며, 난방운전시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)를 관류한 열매체가 분기되어 고온열교환기(20a, 20b)와 공조기(80)의 실내측열교환기(81)를 순차적으로 거쳐 순환되고 그 나머지는 응축기(30)를 거쳐 다시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로 순환되도록 하는 것으로, 열매체순환관로(90)를 관류하는 열매체는 물인 것이 바람직하다.The outdoor side heat exchanger (71) of the outdoor unit (70) and the indoor side heat exchanger (81) of the air conditioner (80) are connected by a heat medium circulation pipe (90), and the heat medium circulation pipe (90) is cooled during operation. The heat medium flowing through the outdoor
열매체순환관로(90)는 전술한 작용이 가능해질 수 있도록, 실외기(70)의 실외측열교환기(71)의 출구측와 증발기(50)의 입구측를 연결하는 제 1 관로(91)와, 제 1 관로(91) 상에 설치되어 열매체의 수환압력을 발생시키는 제 1 펌프(92)와, 증발기(50)의 출구측과 공조기(80)의 실내측열교환기(81)의 입구측을 연결하는 제 2 관로(93)와, 공조기(80)의 실내측열교환기(81)의 출구측과 제 1 관로(91)를 연결하는 제 3 관로(94)와, 제 1 관로(91)에서 분기되어 고온열교환기(20a)의 입구측에 연결되는 제 4 관로(95)와, 제 4 관로(95)의 분기지점에 설치되는 제 1 유로변경밸브(96)와, 고온열교환기(20b)의 출구측과 제 2 관로(93)를 연결하는 제 5 관로(97)와, 제 1 관로(91)로부터 분기되어 응축기(30)의 입구측에 연결되는 제 6 관로(98)와, 제 6 관로(98) 상에 설치되어 열매체의 순환압력을 발생시키는 제 2 펌프(99)와, 응축기(30)의 출구측과 제 2 관로(93)를 연결하는 제 7 관로(100)와, 제 7 관로(100) 상에 설치되는 제 1 개폐밸브(101)와, 제 2 관로(93)와 제 7 관로(100)의 연결지점에 설치되는 제 2 유로변경밸브(102)와, 제 7 관로(100)로부터 분기되어 실외기(70)의 실외측열교환기(71)의 입구측에 연결되는 제 8 관로(103)와, 제 6 관로(98)에서 분기되어 제 1 관로(91)에 연결되는 제 9 관로(104)와, 제 9 관로(104) 상에 설치되어 냉방운전시 폐쇄되고 난방운전시 개방되는 제 2 개폐밸브(105)를 포함하여 이루어진다.The heat medium circulation pipe (90) is a first pipe (91) connecting the outlet side of the outdoor side heat exchanger (71) of the outdoor unit (70) and the inlet side of the evaporator (50) so that the above-described action is possible, and the first A
냉방운전시 열매체순환관로(90)의 제 1 유로변경밸브(96)는 제 1 관로(91)를 관류하는 열매체가 고온열교환기(20a)로 흐르지 못하고 증발기(50)로 흐르도록 유로를 설정하고 제 2 유로변경밸브(102)는 증발기(50)를 관류한 열매체가 제 7 관로(100)로 흐르지 못하고 공조기(80)의 실내측열교환기(81)로 흐르도록 유로를 설정하며 제 1 개폐밸브(101)는 개방되고 제 2 개폐밸브(105)는 폐쇄된다.In the cooling operation, the first flow path change
난방운전시 열매체순환관로(90)의 제 1 유로변경밸브(96)는 제 1 관로(91)를 관류하는 열매체가 증발기(50)로 흐르지 못하고 고온열교환기(20a, 20b)를 거쳐 공조기(80)의 실내측열교환기(81)로 흐르도록 유로를 설정하고 제 2 유로변경밸브(102)는 증발기(50)를 관류한 열매체가 공조기(80)의 실내측열교환기(81)로 흐르지 못하고 제 7 관로(100)와 제 8 관로(103)를 통해 실외기(70)의 실외측열교환기(71)의 입구측으로 흐르도록 유로를 설정하며 제 1 개폐밸브(101)는 폐쇄되고 제 2 개폐밸브(105)는 개방된다. 여기서 제 1 개폐밸브(101)는 외기온도가 8℃ 이하인 경우에는 개방되고 난방운전중 외기온도가 8℃를 초과하는 경우에만 폐쇄되는 것이 바람직하다.In the heating operation, the first flow path change
열매체순환관로(90)는, 실외기(70)의 실외측열교환기(71)의 출구측에 연결되어 열매체를 보충하는 보충탱크(106)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.The heat
또한 열매체순환관로(90)는 지열이나 수폐열을 복합적으로 이용할 수 있도록, 제 6 관로(98)에 지하수의 유입을 위한 지열유입관(107)이 연결되고 지열유입관(107)에는 지하수의 유입여부를 제어하는 지열유입용 스톱밸브(108)가 구비되며, 제 1 관로(91)에 지하수로의 유출을 위한 지열유출관(109)이 연결되고 지열유출관(109)에는 지하수로의 유출 여부를 제어하는 지열유출용 스톱밸브(110)가 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the heat medium circulation pipe (90) is connected to the geothermal
또한 열매체순환관로(90)의 제 1 관로(91)에는 드레인관(111)이 연결되고 드레인관(111)에는 드레인 여부를 결정하는 드레인용 스톱밸브(112)가 구비되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the
전술한 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치(1)는 별도의 난방히터의 열원이 없이도 실내항온항습과 냉온수 동시사용이 가능해지도록, 열매체가 실외기(70)를 관류하지 않도록 열매체의 흐름을 실외기(70)의 상류에서 공조기(80)로 환류시켜 다시 실외기(70)의 하류로 유입되도록 하는 것이 바람직한데, 이를 위해 열매체순환관로(90)는, 제 8 관로(103)로부터 분기되어 공조기(80)에 연결되는 제 10 관로(113)와, 일단은 제 10 관로(113)에 연결되고 타단은 제 1 및 제 6 관로(91 및 98)의 분기지점에 연결되는 제 11 관로(114)와, 제 8 및 제 10 관로(103, 113)의 분기지점에 설치되어 실내의 항온항습 또는 냉온수 동시사용시에만 열매체가 제 10 관로(113)를 통해 흐르도록 하는 제 3 유로변경밸브(115)를 더 포함하여 이루어지고, 공조기(80)는 제 10 관로(113)와 제 11 관로(114) 사이에 개재되는 제 2 실내측열교환기(85)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.The above-described hybrid heat pump type air conditioner (1) according to the present invention allows the simultaneous use of the room temperature and humidity and cold and hot water without the heat source of a separate heating heater, so that the heat medium does not flow through the
본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치(1)는 동절기 초기운전시 공조기(80)의 팬(83)을 정지시킨 상태에서 운전됨에 따라 냉방부하 소진을 위한 열량이 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치(1) 내에 발생된 상태에서 팬(83)이 가동되는 것이 바람직하다.Hybrid heat pump type heating and cooling device 1 according to the present invention is operated in a state in which the
전술한 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치(1)의 작동은 통합컨트롤러(도시되지 않음)에 의해 제어됨은 자명하다.It is apparent that the operation of the hybrid heat pump type air conditioner 1 according to the present invention described above is controlled by an integrated controller (not shown).
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치(1)의 전체작동을 설명하면 다음과 같다:1 and 2, the overall operation of the hybrid heat pump type air conditioner 1 according to the present invention will be described as follows:
우선 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치(1)는 냉난방운전으로의 전환시 냉매순환관로(60) 상의 압축기(10), 고온열교환기(20a, 20b), 응축 기(30), 팽창밸브(40) 및 증발기(50)의 역할이 변경되지 않고 냉매순환도 동일하게 유지된다. First, the hybrid heat pump type air conditioner (1) according to the present invention has a compressor (10), a high temperature heat exchanger (20a, 20b), a condenser (30), and an expansion valve on a refrigerant circulation line (60) when switching to an air conditioning operation. The roles of the 40 and the
냉방운전시 열매체순환관로(90)의 제 1 유로변경밸브(96)는 제 1 관로(91)를 관류하는 열매체가 고온열교환기(20a)로 흐르지 못하고 증발기(50)로 흐르도록 유로를 설정하고 제 2 유로변경밸브(102)는 증발기(50)를 관류한 열매체가 제 7 관로(100)로 흐르지 못하고 공조기(80)의 실내측열교환기(81)로 흐르도록 유로를 설정하며 제 1 개폐밸브(101)는 개방되고 제 2 개폐밸브(105)는 폐쇄됨에 따라, 실외기(70)의 실외측열교환기(71)를 관류한 열매체는 그 일부가 제 1 관로(91), 증발기(50), 제 2 관로(93), 공조기(80)의 실내측열교환기(81)를 거쳐 다시 제 1 관로(91), 증발기(50)로 순환되고, 제 1 관로(91)에서 제 6 관로(98)로 분기된 열매체는 응축기(30), 제 7 관로(100) 및 제 8 관로(103)를 거쳐 다시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로 순환된다. In the cooling operation, the first flow path change
이 경우에 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로부터 토출되는 열매체의 일부는 증발기(50)를 거치면서 냉각된 후 공조기(80)의 실내측열교환기(81)를 관류하게 됨에 따라 공조기(80)는 흡입된 실내공기를 실내측열교환기(81)로 냉각시켜 실내로 다시 제공함으로써 실내를 냉방시키게 되고, 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로부터 토출되는 열매체의 일부는 응축기(30)를 관류하면서 냉매를 응축시킨 후 다시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로 유입된다.In this case, a part of the heat medium discharged from the outdoor
난방운전시 열매체순환관로(90)의 제 1 유로변경밸브(96)는 제 1 관로(91)를 관류하는 열매체가 증발기(50)로 흐르지 못하고 고온열교환기(20a, 20b)를 거쳐 공조기(80)의 실내측열교환기(81)로 흐르도록 유로를 설정하고 제 2 유로변경밸브(102)는 증발기(50)를 관류한 열매체가 공조기(80)의 실내측열교환기(81)로 흐르지 못하고 제 7 관로(100)와 제 8 관로(103)를 통해 실외기(70)의 실외측열교환기(71)의 입구측으로 흐르도록 유로를 설정하며 제 1 개폐밸브(101)는 폐쇄되고 제 2 개폐밸브(105)는 개방됨에 따라, 실외기(70)의 실외측열교환기(71)를 관류한 열매체가 분기되어 고온열교환기(20a, 20b)와 공조기(80)의 실내측열교환기(81)를 순차적으로 거쳐 순환되고 그 나머지는 응축기(30)를 거쳐 다시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로 순환된다.In the heating operation, the first flow path change
이 경우에 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로부터 토출되는 열매체의 일부는 고온열교환기(20a, 20b)를 거치면서 가열된 후 공조기(80)의 실내측열교환기(81)로 관류하게 됨에 따라 공조기(80)는 흡입된 실내공기를 실내측열교환기(81)로 가열시켜 실내로 다시 제공함으로써 실내를 난방시키게 되고, 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로부터 토출되는 열매체의 일부는 증발기(50)와 응축기(30)를 차례로 관류한 후 다시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로 유입된다. In this case, a part of the heat medium discharged from the outdoor
특히 외기온도가 8℃ 이하에서의 난방운전시 제 1 및 제 2 개폐밸브(101 및 105)가 모두 개방되는 것이 바람직한데, 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로부터 토출되는 열매체의 일부는 고온열교환기(20a, 20b)를 거치면서 가열된 후 공조기(80)의 실내측열교환기(81)로 관류하게 됨에 따라 공조기(80)는 흡입된 실내공기를 실내측열교환기(81)로 가열시켜 실내로 다시 제공함으로써 실내를 난방시키게 되고, 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로부터 토출되는 열매체의 일부는 증발기(50)와 응축기(30)를 차례로 관류한 후 다시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로 유입됨과 동시에 응축기(30)를 관류하면서 냉매를 응축시킨 후 다시 실외기(70)의 실외측열교환기(71)로 유입된다.In particular, it is preferable that both the first and second on-off
실내 항온항습이나 냉온수 동시사용을 하고자 하는 경우에는 제 3 유로변경밸브(115)의 유로변경으로 인해 응축기(30)를 거친 열매체가 실외기(70)로 유입되지 못하고 제 10 관로(113), 공조기(80)의 제 2 실내측열교환기(85) 및 제 11 관로(114)를 차례로 관류하여 제 1 및 제 6 관로(91 및 98)의 분기지점으로 제공된 후 다시 순환된다. In the case of simultaneous use of indoor constant temperature and cold / hot water, the heat medium passing through the
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치의 냉방운전작동도.1 is a cooling operation operation of the hybrid heat pump type air conditioner according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치의 난방운전작동도.Figure 2 is a heating operation operation of the hybrid heat pump type air-conditioning device according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프식 냉난방장치1: hybrid heat pump type heating and cooling device according to the present invention
10 : 압축기10: compressor
20a, 20b : 고온열교환기20a, 20b: high temperature heat exchanger
30 : 응축기30: condenser
40 : 팽창밸브40: expansion valve
50 : 증발기50: evaporator
60 : 냉매순환관로60: refrigerant circulation pipe
70 : 실외기70: outdoor unit
80 : 공조기80: air conditioner
90 : 열매체순환관로90: heat medium circulation pipe
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- 2009-06-23 KR KR1020090055947A patent/KR100946381B1/en active IP Right Grant
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