KR101147268B1 - Heat pump system for heating/cooling and providing hot water and Control method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템에 관한 것으로, 냉매가 압축기, 방향전환밸브, 열원측 열교환기, 팽창 장치 및 부하측 열교환기를 순환하도록 형성된 냉매라인을 구비하는 히트펌프유닛과; 열원과 열교환한 열원측 2차유체가 상기 열원측 열교환기에서 상기 히트펌프유닛의 냉매와 열교환하도록 형성된 열원측 2차유체라인을 구비하는 열원유닛과; 냉난방 부하와 열교환한 냉난방용 2차유체가 상기 부하측 열교환기에서 상기 히트펌프유닛의 냉매와 열교환하도록 형성된 냉난방용 2차유체라인과, 급탕을 위해서 공급되는 급탕용 2차유체가 흐르는 급탕용 2차유체라인을 구비하는 부하유닛을 포함하며, 상기 히트펌프유닛의 압축기에서 토출된 냉매와 상기 급탕용 2차유체가 열교환하는 급탕용 열교환기와, 상기 열원유닛에서 상기 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와 상기 부하유닛에서 상기 부하측 열교환기를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환하는 승온용 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 부하측 2차유체와 열원측 2차유체의 열교환으로 인해서 상승된 열원측 2차유체가 히트펌프시스템을 흐르는 냉매의 증발온도를 상승시키고, 이로 인해서 압축기 출구 및 응축 온도를 상승시킴으로 인해서 보다 높은 온도의 고온수를 난방 및 급탕용으로 공급할 수 있다. The present invention relates to a heat pump system for heating, cooling, and hot water supply, comprising: a heat pump unit having a refrigerant line configured to circulate a refrigerant, a directional valve, a heat source side heat exchanger, an expansion device, and a load side heat exchanger; A heat source unit having a heat source side secondary fluid line formed such that the heat source side secondary fluid that has exchanged heat with the heat source is heat exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the heat source side heat exchanger; Secondary fluid for heating / cooling, in which the secondary fluid line for cooling and heating exchanged with a heating / heating load is heat-exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the load side heat exchanger, and a secondary fluid for hot water supply for the hot water supply flows. A heat supply side including a load unit having a fluid line, wherein the refrigerant discharged from the compressor of the heat pump unit and the hot fluid secondary fluid exchange heat, and the heat source side 2 flowing from the heat source unit to the heat source side heat exchanger. And a temperature increase heat exchanger for heat-exchanging secondary fluid for cooling and heating out of the load side heat exchanger in the vehicle fluid and the load unit. The heat source side secondary fluid raised by heat exchange between the load side secondary fluid and the heat source side secondary fluid raises the evaporation temperature of the refrigerant flowing through the heat pump system, thereby increasing the compressor outlet and condensation temperature. Hot water can be supplied for heating and hot water supply.
Description
본 발명은 냉난방 및 급탕을 위한 히트펌프시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 냉난방을 행함과 동시에 급탕을 위한 고온수를 생성하여 제공할 수 있는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump system for cooling and heating and hot water supply. More particularly, the present invention relates to a heat pump system for cooling and heating and hot water supply which can generate and provide hot water for hot water at the same time.
일반적으로 히트펌프시스템은 단일의 장치를 이용하여 냉매의 순환방향을 변환시킴으로써 난방과 냉방의 복합 기능을 수행하는 시스템이다. 또한 히트펌프시스템은 열원 내지 부하의 선택에 따라 다양한 구조로 이루어질 수 있으며, 일례로 열원으로서 지열을 이용한 히트펌프시스템은 지중열교환기를 이용하여 열원으로부터 열을 흡수하거나 열원으로 열을 방출하며, 건물 등의 부하에 대해서 냉방 및 난방을 수행한다. In general, the heat pump system is a system that performs a combination of heating and cooling by changing the circulation direction of the refrigerant using a single device. In addition, the heat pump system may be configured in a variety of structures according to the selection of the heat source or load, for example, the heat pump system using geothermal heat as a heat source absorbs heat from the heat source using the underground heat exchanger or discharges heat to the heat source, buildings, etc. Cooling and heating are performed for the load.
도 1은 열원으로 지열을 이용한 종래의 히트펌프시스템을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 것과 같이 지열을 이용한 히트펌프시스템은 히트펌프(1), 지중열교환기(2) 및 냉난방 대상으로서의 부하(3)를 포함하여 구성된다. 히트펌프(1)는 냉매가 순환하는 압축기(11), 열원측 열교환기(12), 팽창장치(13) 및 부하측 열교환기(14)를 구비한다. 부하측 열교환기(14)는 부하(3)를 순환하는 부하측 2차유체가 통과하면서 히트펌프(1)의 냉매와 열교환을 하며, 상기 열원측 열교환기(12)는 지중열교환기(2)를 순환하는 열원측 2차유체가 통과하면서 히트펌프(1)의 냉매와 열교환을 한다. 여기서 '2차유체'는 열원측 열교환기(12) 또는 부하측 열교환기(14)를 통과하면서 히트펌프(1)의 냉매와 열교환하는 유체를 말한다. 이하의 설명에서도 동일하다.1 is a view showing a conventional heat pump system using geothermal heat as a heat source. As shown in FIG. 1, a heat pump system using geothermal heat includes a heat pump 1, an
히트펌프(1)의 압축기(11), 열원측 열교환기(12), 팽창장치(13) 및 부하측 열교환기(14)를 순환하는 냉매가, 도 1에서 화살표 A가 나타내는 방향을 따라서 순환하는 경우 부하측 열교환기(14)에서는 열이 방출되어 난방이 행하여지게 되며, 도 1에서 화살표 B가 나타내는 방향으로 냉매가 순환하는 경우 부하측 열교환기(14)에서 열을 흡수하여 냉방이 이루어지게 된다. When the refrigerant circulating in the
하지만, 이와 같은 종래기술에 따른 히트펌프시스템는 난방 및 급탕을 위한 고온수 공급 기능이 요구되는 경우에 대한 대응책이 적절하지 못하였다. 이에 따라 고온수를 생성하기 위해서 히트펌프 사이클로서 이단 압축 사이클을 사용하거나 가변속 압축기를 사용하여 난방/급탕을 위한 고온수의 수요에 대한 대응을 가능하게 하였다. 하지만, 이단 압축 사이클을 사용하는 히트펌프의 경우 복수 개의 압축기로 인하여 제조 원가가 현저하게 증가하고 이단 압축 사이클의 특성상 사이클의 기액 분리기와 중간열교환기 등이 추가적으로 배치되어 사이클 설계가 복잡하고 이로 인한 공간상의 문제 내지 제조상의 문제가 발생하였다. 뿐만 아니라, 종래기술에 따른 이단 압축 사이클을 사용하는 히트펌프의 경우 다양한 운전 변수가 발생하여 시스템의 안정적인 구동을 위한 시스템 최적화 및 안정성 확보 과정이 상당히 복잡할 뿐만 아니라, 신뢰성 확보에 상당한 애로가 발생한다. 또한, 가변속 압축기를 사용하는 히트펌프시스템의 경우, 가변속 압축기가 평시 정격 회전수에 따른 운전을 이루되 고온수에 대한 수요가 발생할 경우 고속 회전에 따라 압축기의 부하를 증대시키는 과정을 수반하는데 히트펌프의 구성요소로서 사용되는 압축기의 가변적 작동에 따라 열교환기의 비매칭 및 시스템 최적화를 위한 히트 펌프 전체 시스템의 운전 조건이 상대적으로 변화되고 이로 인하여 작동 조건에 따른 시스템 효율이 저하되어 히트펌프의 성능 저하를 유발하며, 압축기 가변 용량의 제한으로 운전조건에 따라 고온수 제조의 한계점이 존재한다. 또한, 압축기 회전수 증가에 따라 시스템 매칭 등의 측면에서 기존에 널리 사용되어 온 기계적 간편한 구조를 갖는 온도감응 팽창밸브 등이 아닌 별도의 제어 드라이버가 구비된 전자팽창밸브 등을 채용해야 되는 어려움이 있다. 더불어, 압축기 회전수 변화를 위한 인버터 등의 채용에 따른 압축기 구동 드라이버 제작 및 노이즈 제거를 위한 별도의 장비 등이 요구되는 등 제조 원가 내지 설비의 복잡화가 수반된다. However, in the heat pump system according to the related art, countermeasures for the case where a hot water supply function for heating and hot water supply are required are not appropriate. Accordingly, it is possible to use a two-stage compression cycle as a heat pump cycle or to use a variable speed compressor to generate hot water, thereby responding to the demand for hot water for heating and hot water supply. However, in the case of a heat pump using a two-stage compression cycle, the manufacturing cost is significantly increased due to a plurality of compressors, and due to the characteristics of the two-stage compression cycle, the gas liquid separator and the intermediate heat exchanger of the cycle are additionally arranged, resulting in complicated cycle design and space. Problems in the phase or in manufacturing have arisen. In addition, in the case of a heat pump using a two-stage compression cycle according to the prior art, various operating variables are generated, and the process of securing the system and securing the stability for the stable operation of the system is not only complicated, but also a considerable difficulty in securing the reliability. . In addition, in the case of a heat pump system using a variable speed compressor, the variable speed compressor is operated according to the rated rotational speed, but when the demand for high temperature water occurs, the process of increasing the load of the compressor according to the high speed rotation is involved. According to the variable operation of the compressor used as a component of the heat pump, the operating conditions of the entire system of the heat pump for mismatching of the heat exchanger and the system optimization are relatively changed. There is a limit of high temperature water production according to the operating conditions due to the limitation of the compressor variable capacity. In addition, there is a difficulty in employing an electronic expansion valve equipped with a separate control driver rather than a temperature-sensitive expansion valve having a mechanically simple structure that has been widely used in terms of system matching, etc. as the number of compressor rotations increases. . In addition, the manufacturing cost or the complexity of the equipment is accompanied, such as the production of a compressor driving driver and a separate equipment for removing noise according to the adoption of an inverter for changing the compressor rotation speed.
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열교환을 행하는 응축되는 냉매의 온도를 상승시키고, 이로 인해서 증발되는 냉매의 온도가 상승됨으로써 이와 열교환하는 2차유체의 온도가 상승되어 난방 및 급탕을 위한 고온수를 생성할 수 있는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the problems of the prior art, by raising the temperature of the refrigerant to be condensed heat exchange, thereby increasing the temperature of the refrigerant to be evaporated thereby increasing the temperature of the secondary fluid to heat the heating and hot water supply It is an object of the present invention to provide a heat pump system for heating and cooling and hot water that can generate high temperature water.
아울러, 본 발명은 냉난방을 행하면서도 난방 및 급탕을 위한 고온수를 생성할 수 있는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a heat pump system for heating and cooling the hot and hot water that can generate hot water for heating and hot water while heating and cooling.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템에 관한 것으로, 냉매가 압축기, 방향전환밸브, 열원측 열교환기, 팽창 장치 및 부하측 열교환기를 순환하도록 형성된 냉매라인을 구비하는 히트펌프유닛과; 열원과 열교환한 열원측 2차유체가 상기 열원측 열교환기에서 상기 히트펌프유닛의 냉매와 열교환하도록 형성된 열원측 2차유체라인을 구비하는 열원유닛과; 냉난방 부하와 열교환한 냉난방용 2차유체가 상기 부하측 열교환기에서 상기 히트펌프유닛의 냉매와 열교환하도록 형성된 냉난방용 2차유체라인과, 급탕을 위해서 공급되는 급탕용 2차유체가 흐르는 급탕용 2차유체라인을 구비하는 부하유닛을 포함하며, 상기 히트펌프유닛의 압축기에서 토출된 냉매와 상기 급탕용 2차유체가 열교환하는 급탕용 열교환기와, 상기 열원유닛에서 상기 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와 상기 부하유닛에서 상기 부하측 열교환기를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환하는 승온용 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a heat pump system for heating, cooling, and hot water supply, and includes a heat pump unit having a refrigerant line configured to circulate a compressor, a directional valve, a heat source side heat exchanger, an expansion device, and a load side heat exchanger. and; A heat source unit having a heat source side secondary fluid line formed such that the heat source side secondary fluid that has exchanged heat with the heat source is heat exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the heat source side heat exchanger; Secondary fluid for heating / cooling, in which the secondary fluid line for cooling and heating exchanged with a heating / heating load is heat-exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the load side heat exchanger, and a secondary fluid for hot water supply for the hot water supply flows. A heat supply side including a load unit having a fluid line, wherein the refrigerant discharged from the compressor of the heat pump unit and the hot fluid secondary fluid exchange heat, and the
또한 본 발명은 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법에 관한 것으로, 난방을 행하는 경우, 상기 히트펌프유닛의 냉매라인을 흐르는 냉매가 상기 압축기를 나온 후 상기 급탕용 열교환기를 거치지 않고 상기 부하측 열교환기를 통과하도록 하며, 이후 상기 팽창장치에서 팽창되고 나서 상기 열원측 열교환기를 통과하도록 하며, 상기 승온용 열교환기에서는 상기 열원유닛에서 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와 상기 부하유닛에서 부하측 열교환기를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환되도록 하는 것을 특징으로 한다.The present invention also relates to a control method of a heat pump system for heating, cooling, and hot water supply. In the case of heating, the load-side heat exchanger does not go through the hot water heat exchanger after the refrigerant flowing through the refrigerant line of the heat pump unit exits the compressor. After passing through the heat source side heat exchanger after being expanded in the expansion device, the heat exchanger for the temperature increase in the heat source side secondary fluid flowing from the heat source unit to the heat source side heat exchanger and the load side heat exchanger in the load unit The secondary fluid for cooling and heating is characterized in that the heat exchange.
또한 본 발명은 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법에 관한 것으로, 냉방을 행하는 경우, 상기 히트펌프유닛의 냉매라인을 흐르는 냉매가 상기 압축기를 나온 후 상기 급탕용 열교환기를 거치지 않고 상기 열원측 열교환기를 통과하도록 하며, 이후 상기 팽창장치에서 팽창되고 나서 상기 부하측 열교환기를 통과하도록 하며, 상기 승온용 열교환기에서는 상기 열원유닛에서 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와 상기 부하유닛에서 부하측 열교환기를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a control method of a heat pump system for heating and cooling a hot water supply, in the case of cooling, after the refrigerant flowing through the refrigerant line of the heat pump unit exits the compressor, the heat source side heat exchange without passing through the hot water heat exchanger And pass through the load side heat exchanger after it is expanded in the expansion device, and the heat exchanger for temperature increase in the heat source side secondary fluid flowing from the heat source unit to the heat source side heat exchanger and the load side heat exchanger in the load unit. It is characterized in that the secondary fluid for cooling and heating does not heat exchange.
또한 본 발명은 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법에 관한 것으로, 난방과 동시에 급탕을 행하는 경우, 상기 히트펌프유닛의 냉매라인을 흐르는 냉매가 상기 압축기를 나와 상기 급탕용 열교환기에서 급탕용 2차유체와 열교환된 후 상기 부하측 열교환기를 선택적으로 통과하도록 하며, 이후 상기 팽창장치에서 팽창되고 나서 상기 열원측 열교환기에서 열교환되도록 하고, 상기 승온용 열교환기에서는 상기 열원유닛에서 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와 상기 부하유닛에서 부하측 열교환기를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환되도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a control method of a heat pump system for heating, cooling, and hot water supply, and when hot water is simultaneously heated, the refrigerant flowing through the refrigerant line of the heat pump unit exits the compressor and supplies the hot water in the hot water heat exchanger. After the heat exchange with the fluid to pass through the load-side heat exchanger selectively, and after the expansion in the expansion device to be heat-exchanged in the heat source-side heat exchanger, in the heat exchanger for the temperature increase is introduced into the heat source-side heat exchanger from the heat source unit The heat source side secondary fluid and the secondary fluid for cooling and heating out of the load side heat exchanger in the load unit is characterized in that the heat exchange.
또한 본 발명은 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법에 관한 것으로, 냉방과 동시에 급탕을 행하는 경우, 상기 히트펌프유닛의 냉매라인을 흐르는 냉매가 상기 압축기를 나와 상기 급탕용 열교환기에서 급탕용 2차유체와 열교환된 후 상기 열원측 열교환기를 선택적으로 통과하도록 하며, 이후 상기 팽창장치에서 팽창되고 나서 상기 부하측 열교환기에서 열교환되도록 하고, 상기 승온용 열교환기에서는 상기 열원유닛에서 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와 상기 부하유닛에서 부하측 열교환기를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.The present invention also relates to a control method of a heat pump system for cooling and heating and hot water supply. When hot water is simultaneously supplied with cooling, the refrigerant flowing through the refrigerant line of the heat pump unit exits the compressor and supplies the hot water in the hot water heat exchanger. After passing through the heat exchange fluid and the heat source side heat exchanger is selectively passed through, and then inflated in the expansion device and then heat exchanged in the load side heat exchanger, the heat exchanger for temperature increase is introduced into the heat source side heat exchanger from the heat source unit The heat source side secondary fluid and the secondary unit for heating and cooling out of the load side heat exchanger in the load unit is characterized in that the heat exchange.
이러한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 부하측 2차유체와 열원측 2차유체의 열교환으로 인해서 상승된 열원측 2차유체가 히트펌프시스템을 흐르는 냉매의 증발온도를 상승시키고, 이로 인해서 압축기 출구 및 응축 온도를 상승시킴으로 인해서 보다 높은 온도의 고온수를 난방용 및 급탕용으로 공급할 수 있다. According to the present invention having such a configuration, the heat source side secondary fluid raised due to heat exchange between the load side secondary fluid and the heat source side secondary fluid raises the evaporation temperature of the refrigerant flowing through the heat pump system, thereby condensing the compressor outlet and condensation. By raising the temperature, hot water of a higher temperature can be supplied for heating and hot water supply.
도 1은 열원으로 지열을 사용하는 종래의 히트펌프시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제1 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제1 실시형태의 난방모드의 동작을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제1 실시형태의 냉방모드의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제1 실시형태의 난방 및 급탕 모드의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제1 실시형태의 냉방 및 급탕 모드의 동작을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 냉매의 압력-엔탈피 선도이다.
도 8은 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제2 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제3 실시형태를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a conventional heat pump system using geothermal heat as a heat source.
2 is a view showing a first embodiment of a heat pump system for heating, cooling, and hot water supply according to the present invention.
3 is a view showing the operation of the heating mode of the first embodiment of the heat pump system for heating and cooling and hot water supply according to the present invention.
4 is a view showing the operation of the cooling mode of the first embodiment of the heat pump system for heating and cooling and hot water supply according to the present invention.
Fig. 5 is a view showing the operation of the heating and hot water supply mode of the first embodiment of the heat pump system for heating and cooling and hot water supply according to the present invention.
It is a figure which shows the operation | movement of the cooling and hot water supply mode of 1st Embodiment of the heat pump system for cooling and heating and hot water supply which concern on this invention.
7 is a pressure-enthalpy diagram of a refrigerant of a heat pump system for heating and cooling according to the present invention.
8 is a view showing a second embodiment of the heat pump system for heating, cooling, and hot water supply according to the present invention.
9 is a view showing a third embodiment of the heat pump system for heating, cooling, and hot water supply according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 실시형태에 대해서 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the heat pump system for heating and cooling according to the present invention.
제1 실시형태 First Embodiment
먼저, 도 2에 도시된 것과 같이 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템은, 히트펌프유닛(100), 열원유닛(200) 및 부하유닛(300)을 포함하고 있다. First, as shown in FIG. 2, the heat pump system for heating and cooling according to the present invention includes a
먼저, 히트펌프유닛(100)은 냉매가 흐르는 냉매라인(L100)에 의해서 연결되는 압축기(110), 방향전환밸브(120), 부하측 열교환기(130), 팽창장치(140), 열원측 열교환기(150)를 포함한다. 압축기(110)는 냉매를 고온고압으로 압축시키는 작용으로 하며, 방향전환밸브(120)는 사방밸브로서 냉난방 운전에 대응하여 냉매의 순환방향을 전환시키는 작용을 한다. 또한 부하측 열교환기(130)는 냉매와 후술하는 냉난방용 2차유체가 열교환하도록 하며, 팽창장치(140)는 냉매를 팽창시키며, 열원측 열교환기(150)는 냉매와 후술하는 열원측 2차유체가 열교환하도록 한다.First, the
냉매라인(L100) 중 압축기(110)의 토출구 일지점인 A1 지점에서 분기하여 방향전환밸브(120)의 입구의 일지점인 A2 지점에서 합류하는 냉매분기라인(L110)이 형성되어 있다. 냉매분기라인(L110)은 압축기(110)에 토출된 냉매가 분기되어 급탕용 열교환기(400)로 유입될 수 있도록 하며, 급탕용 열교환기(400)는 냉매와 후술하는 급탕용 2차유체가 열교환하도록 한다.A refrigerant branch line (L110) is formed to branch from the point A1, which is one point of the outlet of the
냉매분기라인(L110) 및 냉매라인(L100)에서 A1 지점과 A2 지점을 연결하는 라인에는 조절밸브(161, 162)가 설치되어 있다. 조절밸브(161, 162)는 개도의 정도에 따라서 통과되는 냉매의 양을 조절할 수 있는 니들밸브나 유량조절밸브 등이 사용된다. 조절밸브(161, 162)를 조절제어함으로써 압축기(110)에서 압축되어 토출된 냉매가 급탕용 열교환기(110)에 선택적으로 유입될 수 있도록 한다. 본 발명에서 "선택적"이란, 조절밸브(161, 162)를 번갈아 개폐시켜서 냉매가 냉매분기라인(L110)으로 흐르는 동안 냉매라인(L100) 중 조절밸브(162)가 설치된 라인으로는 흐르지 않는 경우나, 반대로 냉매가 냉매라인(L100) 중 조절밸브(162)가 설치된 라인으로 흐르는 동안 냉매분기라인(L110)으로는 흐르지 않는 경우뿐만 아니라, 조절밸브(161, 162)의 개도를 조절하여 냉매가 냉매라인(L100) 중 조절밸브(162)가 설치된 라인 및 냉매분기라인(L110)으로 함께 흐르는 경우를 포함한다. 이하 후술하는 조절밸브(163 및 164, 165 및 166, 331 및 332) 역시 조절밸브(161, 162)와 동일한 구성 및 작용을 가지고 있다.
냉매라인(L100)에는 방향전환밸브(120)와 부하측 열교환기(130) 사이의 일지점인 A3 지점에서 분기하여 부하측 열교환기(130)를 우회한 후, A4 지점에서 합류하는 제1 우회라인(L120)이 형성되어 있다. 그리고 냉매라인(L100) 중 A3 지점과 부하측 열교환기(130) 사이의 라인 및 제1 우회라인(L120)에는 조절밸브(163, 164)가 설치되어 있다. 조절밸브(163, 164)를 제어하여 냉매가 부하측 열교환기(130)에 선택적으로 흐를 수 있도록 한다.Refrigerant line (L100) branched at the point A3, which is a point between the
또한 냉매라인(L100)에는 방향전환밸브(120)와 열원측 열교환기(150) 사이의 일지점인 A5 지점에서 분기하여 열원측 열교환기(150)를 우회한 후, A6 지점에서 합류하는 제2 우회라인(L130)이 형성되어 있다. 그리고 냉매라인(L100) 중 A5 지점과 열원측 열교환기(150) 사이의 라인 및 제2 우회라인(L130)에는 조절밸브(165, 166)가 설치되어 있다. 조절밸브(165, 166)를 제어하여 냉매가 열원측 열교환기(150)에 선택적으로 흐를 수 있도록 한다.In addition, the refrigerant line (L100) branched at the point A5, which is one point between the
다음으로, 열원유닛(200)은 열원과 열교환을 행한 열원측 2차유체가 열원측 열교환기(150)를 흐르도록 하는 열원측 2차유체라인(L200)을 구비한다. 본 실시형태에서는 열원으로서 지열을 사용하고 있으나 해수열이나 주위 공기 등을 열원으로 사용할 수 있다. 구체적으로 열원측 2차유체라인(L200)은 열원측 2차유체가 지중의 열원과 열교환하도록 하는 지중열교환기(210), 열원측 2차유체를 순환시키기 위한 열원측 펌프(220), 열원측 2차유체가 후술하는 부하측의 냉난방용 2차유체와 열교환하도록 하는 승온용 열교환기(500) 및 열원측 2차유체가 히트펌프유닛(100)의 냉매와 열교환하는 열원측 열교환기(150)를 연결하고 있다. Next, the
부하유닛(300)은 냉난방을 위해서 제공되는 냉난방용 2차유체를 흐르게 하는 냉난방용 2차유체라인(L300)과 욕실이나 부엌 등으로 급탕시 제공되는 급탕용 2차유체를 흐르게 하는 급탕용 2차유체라인(L310)을 구비하고 있다. The
부하유닛(300)에서 냉난방용 2차유체라인(L300)은, 냉난방용 2차유체를 순환시키기 위한 냉난방용 제1 펌프(320), 냉난방용 2차유체를 저장하는 냉난방용 축열탱크(310) 및 냉난방용 2차유체가 히트펌프유닛(100)의 냉매와 열교환하는 부하측 열교환기(130)를 연결한다. 또한 냉난방용 2차유체라인(L300)은 부하측 열교환기(130)의 출구의 일지점인 B1 지점에서 분기한 후 승온용 열교환기(500)를 거쳐 B2 지점에서 냉난방용 2차유체라인(L300)과 합류하는 냉난방용 2차유체분기라인(L310)을 포함한다. 냉난방용 2차유체분기라인(L310)과 냉난방용 2차유체라인(L300)에서 B1 지점과 B2 지점 사이에는 조절밸브(331, 332)가 각각 설치되어 있다. 조절밸브(331, 332)의 제어를 통해서 냉난방용 2차유체는 승온용 열교환기(500)에 선택적으로 유입될 수 있다. In the
또한, 부하유닛(300)은 냉난방용 2차유체가 냉난방용 축열탱크(310)에서 나와 건물 등의 바닥 또는 팬코일 유닛 등의 부하(380)를 순환한 후 다시 냉난방용 축열탱크(310)로 유입하도록 하는 부하라인(L320)을 포함한다. 부하라인(L320)에는 냉난방용 축열탱크(310)에 저장된 냉난방용 2차유체를 순환시키기 위한 냉난방용 제2 펌프(370)가 설치되어 있다. In addition, the
급탕용 2차유체라인(L310)은 급탕용 2차유체가 급탕용 열교환기(400)를 흐르도록 형성되어 있다. 이로 인해서, 급탕용 2차유체는 급탕용 열교환기(400)를 통과하면서 히트펌프유닛(100)의 압축기(110)로부터 나온 고온의 냉매와 열교환하면서 열을 전달받아 고온이 되며, 고온의 급탕용 2차유체는 부엌이나 욕실 등에 공급된다. 급탕용 2차유체라인(L310)에는 급탕용 2차유체를 흐르도록 하기 위한 급탕용 펌프(350)를 설치되어 있으며, 급탕용 열교환기(400)로 흐르는 급탕용 2차유체의 양을 조절하기 위한 조절밸브(360)가 설치되어 있다. 그리고 본 실시형태에서는 급탕용 2차유체라인(L310)에서 급탕용 열교환기(400)의 출구에는 급탕용 축열탱크(340)가 설치되어 있다. 급탕용 축열탱크(340)는 급탕용 열교환기(400)를 거치면서 고온이 된 급탕용 2차유체를 저장하고, 이를 욕실이나 부엌 등으로 공급하게 된다. 설계에 따라서는 급탕용 축열탱크(340)를 설치하지 않고 급탕용 열교환기(400)를 거친 급탕용 2차유체를 직접 욕실이나 부엌 등으로 공급할 수 있다.The secondary fluid line L310 for the hot water supply is formed such that the secondary fluid for the hot water flows through the
이하 이러한 구성을 가지는 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제1 실시형태의 동작에 대해서 설명한다. 동작은 난방모드, 냉방모드, 난방을 행하면서 급탕을 행하는 난방 및 급탕모드, 냉방을 행하면서 급탕을 행하는 냉방 및 급탕모드가 있다.The operation of the first embodiment of the heat pump system for heating, cooling, and hot water according to the present invention having such a configuration will be described below. The operation includes a heating mode, a cooling mode, a heating and hot water mode for hot water supply while heating, and a cooling and hot water mode for hot water supply while cooling.
< 난방모드 ><Heating Mode>
난방모드는 도 3에 도시된 것과 같이, 히트펌프유닛(100)은 난방을 행하며, 급탕용 열교환기(400)에서 열교환을 행하지 않는 동작모드이다. 또한 난방모드에서는 난방 온도를 보다 높이기 위해서 고온수의 공급이 필요할 경우에 승온용 열교환기(500)에서는 열교환을 행하도록 할 수 있다. 이하에서는 고온수 공급을 위한 승온용 열교환기(500)에서 열교환이 행하여지는 경우를 중심으로 설명한다.As shown in FIG. 3, the heating mode is an operation mode in which the
먼저 급탕용 열교환기(400)에서 열교환을 행하지 않도록 하기 위해서는 히트펌프유닛(100)에서 조절밸브(161)를 폐쇄하고 조절밸브(162)를 개방하도록 제어된다. 이로 인해서 압축기(110)에서 압축된 고온의 냉매가 급탕용 열교환기(400)로 유입되지 않으므로 급탕용 2차유체라인(L310)의 급탕용 2차유체와 열교환을 행하지 않는다. 한편, 급탕을 행하지 않는 경우에는 조절밸브(360)가 폐쇄되어 급탕용 열교환기(400)로 급탕용 2차유체가 흐르지 않는 경우이므로, 조절밸브(161)가 개방되어도 또는 조절밸브(161)가 설치되지 않아도 급탕용 열교환기(400)에서 열교환이 일어나지 않으나, 확실한 조절을 위해서 조절밸브(161)를 폐쇄시키는 것이 바람직하다.First, in order not to perform heat exchange in the hot
또한 방향전환밸브(120)는 냉매를 부하측 열교환기(130)로 흐르도록 제어된다. 그리고 냉매라인(L100)에서 부하측 열교환기(130) 측에 설치된 조절밸브(163)는 개방하고, 제1 우회라인(L120)에 설치된 조절밸브(164)는 폐쇄한다. 그리고 냉매라인(L100)에서 열원측 열교환기(150) 측에 설치된 조절밸브(165)는 개방하고, 제2 우회라인(L130)에 설치된 조절밸브(166)는 폐쇄한다. 아울러 부하유닛(300)에서 조절밸브(331, 332)는 개도가 조절되어 냉난방용 2차유체가 승온용 열교환기(500)에 선택적으로 유입되도록 한다.In addition, the
이러한 방향전환밸브(120) 및 조절밸브들의 조작에 의해서 압축기(110)에서 고온고압으로 압축된 냉매는, 급탕용 열교환기(400)를 거치지 않고 방향전환밸브(120)로 향한다. 이후, 냉매는 방향전환밸브(120)에 의해서 부하측 열교환기(130) 측으로 안내되며, 부하측 열교환기(130)를 통과하면서 부하유닛(300)의 냉난방용 2차유체와 열교환하여 응축하게 된다. 부하측 열교환기(130)를 통과한 냉매는 팽창장치(140)를 거쳐 열원측 열교환기(150)로 유입되어 열원유닛(200)의 열원측 2차유체와 열교환하여 증발한다. 위 설명한 냉매의 순환으로 인해서 도 7에서 압력-엔탈피 선도에서 점선으로 나타낸 a1-b1-c1-d1의 순서로 상태변화를 하게 된다.The refrigerant compressed at high temperature and high pressure in the
한편, 부하유닛(300)에서 부하측 열교환기(130)를 흐르면서 고온의 냉매와 열교환하여 온도가 상승된 냉난방용 2차유체는, 냉난방용 2차유체라인(L300)을 따라 흐르면서 승온용 열교환기(500)에 선택적으로 유입된 후 냉난방용 축열탱크(310)에 저장되어 난방용 온수로 사용된다. On the other hand, the secondary unit for cooling and heating, the temperature of which is increased by heat-exchanging with a high temperature refrigerant while flowing through the load-
그리고 열원유닛(200)에서 열원측 열교환기(150)를 흐르면서 냉매와 열교환하여 온도가 떨어진 열원측 2차유체는, 열원(210)과 열교환한 후 승온용 열교환기(500)로 유입된다. 승온용 열교환기(500)에서는 냉난방용 2차유체가 열원측 2차유체가 열교환하게 된다. 이때 냉난방용 2차유체의 온도가 열원측 2차유체의 온도보다 높기 때문에 열원측 2차유체가 열을 받아 온도가 상승하게 된다. 온도가 상승된 열원측 2차유체는 열원측 열교환기(150)로 유입되어 냉매와 열교환을 하게 되는데, 이때 온도는 승온용 열교환(500)에서 열교환을 하지 않은 경우 보다 온도가 더 높게 된다. 따라서 온도가 상승된 열원측 2차유체와 열교환하여 증발되는 냉매의 온도 역시 승온용 열교환(500)에서 열교환을 하지 않은 경우의 온도(도 7에서 a1 상태의 온도) 보다 높은 온도(도 7에서 a2 상태의 온도)가 된다. a2 상태의 온도로 상승된 냉매는 이후 압축기(110)에서 압축되어 도 7의 b2 상태의 온도가 되며, 이후 부하측 열교환기(130)에서 냉난방용 2차유체와 열교환하게 된다. 이때 냉난방용 2차유체의 온도는 승온용 열교환기(500)에서 열교환을 하지 않은 상태의 온도 TH1(b1 상태에서 c1 상태로의 상태변화 중 포화상태의 온도) 보다 높은 온도 TH2(b2 상태에서 c2 상태로의 상태변화 중 포화상태의 온도)에서 열교환을 하기 때문에 냉난방용 2차유체의 온도는 상승하게 된다. 이후 냉매는 팽창장치(140)를 거쳐 d2의 상태로 변화되어 열원측 열교환기(150)에 열원측 2차유체와 열교환한다. 이때 열교환 되는 포화상태의 온도는 TL2로 승온용 열교환기(500)에서 열교환을 하지 않은 상태의 온도인 TL1 보다 높게 된다. In addition, the heat source side secondary fluid having a temperature drop by exchanging heat with the refrigerant while flowing through the heat source
즉, 승온용 열교환기(500)에서의 냉난방용 2차유체와 열원측 2차유체의 열교환으로 인해서 히프펌프유닛(100)을 흐르는 냉매는 증발되는 온도가 상승되기 때문에 도 7에서 실선으로 나타낸 a2-b2-c2-d2의 순서로 상태변화를 하게 되며, 그 결과 응축되는 온도 역시 상승하여 이와 열교환하는 냉난방용 2차유체의 온도를 상승시킬 수 있다. 이로 인해서 난방을 위해서 승온용 열교환기(500)에서 열교환을 하지 않은 경우에 비해서 높은 온도의 고온수를 생성할 수 있다. That is, the refrigerant flowing through the
이러한 과정에 의해서 생성된 고온의 냉난방용 2차유체는 냉난방용 축열탱크(310)에 저장된 후 난방을 위해서 부하(380)에 공급된다. 또한 본 실시형태에서는 냉난방용 2차유체의 온도 또는 열원유닛(200)에서 부하측 열교환기(150)로 유입되는 열원측 2차유체의 온도를 측정하고 난방용으로 요구되는 온도와 비교한 후, 조절밸브(331, 332)의 개도를 조절하여 승온용 열교환기(500)에서 열교환되는 냉난방용 2차유체의 유량을 조절함으로써, 결과적으로 냉난방용 2차유체의 온도를 수요자가 요구하는 온도에 부합하도록 조절 제어할 수 있다. The high temperature cooling and heating secondary fluid generated by this process is stored in the
< 냉방모드 ><Cooling mode>
냉방모드는 도 4에 도시된 것과 같이, 히트펌프유닛(100)은 냉방을 행하며, 급탕용 열교환기(400)에서 열교환을 행하지 않고, 또한 승온용 열교환기(500)에서도 열교환을 행하지 않는 동작모드이다. In the cooling mode, as shown in FIG. 4, the
먼저, 냉방을 위해서 방향전환밸브(120)는 유입되는 냉매를 열원측 열교환기(150)로 흐르도록 제어된다. 또한 급탕용 열교환기(400)에서 열교환을 행하지 않도록 하기 위해서 히트펌프유닛(100)에서 조절밸브(161)를 폐쇄하고 조절밸브(162)를 개방하도록 제어된다. 그리고 냉매라인(L100)에서 부하측 열교환기(130) 측에 설치된 조절밸브(163)는 개방하고, 제1 우회라인(L120)에 설치된 조절밸브(164)는 폐쇄한다. 아울러 냉매라인(L100)에서 열원측 열교환기(150) 측에 설치된 조절밸브(165)는 개방하고, 제2 우회라인(L130)에 설치된 조절밸브(166)는 폐쇄한다. 또한 승온용 열교환기(500)에서 열교환을 행하지 않도록 하기 위해서 부하유닛(300)에서 조절밸브(331)는 폐쇄되며, 조절밸브(332)는 개방된다. First, the
위와 같은 방향전환밸브(120) 및 조절밸브들의 제어에 의해서 압축기(110)에서 압축된 고온의 냉매는 급탕용 열교환기(400)를 거치지 않고 열원측 열교환기(150)를 거치면서 열원측 2차유체와 열교환하면서 응축된다. 이후 냉매는 팽창장치(140)를 통과하면서 팽창한 후 부하측 열교환기(130)를 거치면서 냉난방용 2차유체와 열교환하면서 증발한다. 이때, 냉난방용 2차유체는 열을 빼앗기게 되어 온도가 저하되고, 온도가 저하된 냉난방용 2차유체는 냉난방용 축열탱크(310)에 저장된 후 냉방을 위해서 부하(380)에 공급된다.The high-temperature refrigerant compressed by the
<난방 및 급탕 모드><Heating and hot water mode>
난방 및 급탕 모드는 도 5에 도시된 것과 같이, 히트펌프유닛(100)에서 냉매는 난방모드와 동일하게 흐르도록 제어되며, 급탕 열교환기(400)에서 열교환이 행하여지도록 제어된다. 아울러 난방 및 급탕의 온도를 보다 높이기 위한 고온수의 공급이 필요할 경우에 승온용 열교환기(500)에서는 열교환을 행하도록 할 수 있다. 이하에서는 고온수 공급을 위한 승온용 열교환기(500)에서 열교환이 행하여지는 경우를 중심으로 설명한다.As shown in FIG. 5, the heating and hot water modes are controlled such that the refrigerant flows in the
난방 및 급탕 모드에서는 방향전환밸브(120)는 냉매가 부하측 열교환기(130) 로 흐르도록 제어된다. 또한 조절밸브(161, 162)를 제어하여 냉매가 급탕용 열교환기(400)에 선택적으로 흐르도록 제어되며, 조절밸브(163, 164)는 냉매가 부하측 열교환기(130)를 선택적으로 흐르도록 제어된다. 한편 조절밸브(165)는 개방하고, 조절밸브(166)는 폐쇄하여 냉매가 열원측 열교환기(150)로 흐르는 제어된다. 아울러 부하유닛(300)에서 승온용 열교환기(500)로 냉난방용 2차유체가 선택적으로 흐르도록 조절밸브(331, 332)가 제어된다. 그리고 급탕용 2차유체라인(L310)의 조절밸브(360)는 개방된다.In the heating and hot water mode, the
이러한 제어에 의해서, 먼저 압축기(110)를 나온 고온의 냉매는 조절밸브(161)를 통과하여 급탕용 열교환기(400)에 유입됨과 동시에 일부는 조절밸브(162)를 통과한다. 이때 조절밸브(161)의 개도를 조절하여 급탕용으로 공급되는 온도에 부합하는 냉매의 양이 급탕용 열교환기(400)로 유입되도록 조절할 수 있다. 급탕용 열교환기(400)에서 냉매는 급탕용 2차유체라인(L310)을 흐르는 급탕용 2차유체와 열교환하면서 1차적으로 응축하게 되고, 이로 인해서 급탕용 2차유체는 온도가 상승되어 급탕용으로 공급된다. 이후 냉매는 방향전환밸브(120)를 거쳐 부하측 열교환기(130)에 선택적으로 흐르게 된다. 조절밸브(163)를 거쳐 부하측 열교환기(130)를 흐르는 냉매는 냉난방용 2차유체라인(L300)을 흐르는 냉난방용 2차유체와 열교환하면서 2차적으로 응축된다.By this control, the high temperature refrigerant, which first exits the
이후, 냉매는 팽창밸브(140)를 거쳐 열원측 열교환기(150)에서 열원측 2차유체라인(L200)을 흐르는 열원측 2차유체와 열교환하면서 증발한다. 이후 냉매는 다시 압축기(110)로 유입된다. Thereafter, the refrigerant evaporates while exchanging heat with the heat source side secondary fluid flowing through the heat source side secondary fluid line L200 in the heat source
위에서 설명한 난방모드에서와 같이 부하측 열교환기(130)에서 열교환된 냉난방용 2차유체는 고온이 된 상태에서 승온용 열교환기(500)로 선택적으로 유입되어 승온용 열교환기(500)를 통과하는 열원측 2차유체의 온도를 상승시킨다. 이로 인해서 온도가 상승된 열원측 2차유체가 열원측 열교환기(150)로 유입되어 냉매와 열교환에 의해서 냉매의 증발되는 온도를 (승온용 열교환기(500)에서 열교환이 행하지 않은 경우보다 높은 온도로) 상승시킨다.As in the heating mode described above, the secondary fluid for cooling and heating, which is heat-exchanged in the load-
이와 같이 히트펌프유닛(100)을 순환하는 냉매의 증발되는 온도가 상승됨으로 압축기(110)의 출구의 냉매의 온도 및 급탕용 열교환기(400)와 부하측 열교환기(130)를 흐르는 냉매의 온도를 상승시킨다. 그 결과 급탕용 열교환기(400) 및 부하측 열교환기(130)에서 열교환되는 급탕용 2차유체 및 냉난방용 2차유체의 온도를 더 상승시킬 수 있게 된다.As the temperature of the refrigerant circulating in the
<냉방 및 급탕 모드><Cooling and hot water mode>
냉방 및 급탕 모드는 도 6에 도시된 것과 같이, 히트펌프유닛(100)에서 냉매는 냉방모드와 동일하게 흐르도록 제어되며, 급탕용 열교환기(400)에서 열교환이 행하여지도록 제어된다. 아울러 승온용 열교환기(500)에서는 열교환이 행하여지지 않도록 제어된다. 6, the refrigerant is controlled to flow in the
구체적으로, 냉방 및 급탕 모드에서는 방향전환밸브(120)는 냉매가 열원측 열교환기(150)로 흐르도록 제어된다. 또한 조절밸브(161, 162)를 제어하여 냉매가 급탕용 열교환기(400)에 선택적으로 흐르도록 제어되며, 조절밸브(165, 166)는 냉매가 열원측 열교환기(150)를 선택적으로 흐르도록 제어된다. 한편 조절밸브(163)는 개방하고, 조절밸브(164)는 폐쇄하여 냉매가 부하측 열교환기(130)로 흐르도록 제어된다. 아울러 급탕용 2차유체라인(L310)의 조절밸브(360)는 개방된다. 또한 승온용 열교환기(500)에서 열교환을 행하지 않도록 하기 위해서 부하유닛(300)에서 조절밸브(331)는 폐쇄되며, 조절밸브(332)는 개방된다. Specifically, in the cooling and hot water mode, the
이러한 제어에 의해서, 압축기(110)에서 압축된 고온의 냉매가 선택적으로 급탕용 열교환기(400)로 공급된 후, 다시 열원측 열교환기(150)에 선택적으로 유입된다는 것 이외에는 냉방모드와 동일하다. 이로 인해서 급탕용 열교환기(400)에서 열을 공급받아 온도가 상승되는 급탕용 2차유체를 온수로 공급할 수 있으며, 아울러 부하측 열교환기(130)에서 열을 빼앗긴 냉난방용 2차유체를 부하(380)의 냉방을 위하여 사용할 수 있다.
By this control, it is the same as the cooling mode except that the high temperature refrigerant compressed by the
제2 실시형태2nd Embodiment
도 8에 도시된 것과 같이, 제2 실시형태는 승온용 열교환기(500)로 유입되는 냉난방용 2차유체의 흐름과, 열원측 2차유체의 흐름에 있어서 제1 실시형태와 차이가 있을 뿐 나머지 구성에 있어서는 동일하다.As shown in FIG. 8, the second embodiment differs only from the first embodiment in the flow of the cooling and heating secondary fluid flowing into the
구체적으로, 제2 실시형태에서는 냉난방용 2차유체라인(L300)이 분기되지 않고 항상 승온용 열교환기(500)를 통과하도록 구성되며, 열원측 2차유체라인(L200)의 C1지점에서 분기되어 승온용 열교환기(500)를 거친 후 C2지점에서 합류하는 열원측 2차유체분기라인(L210)이 구성되어 있다. 아울러 열원측 2차유체분기라인(L210) 및 C1지점과 C2지점 사이의 열원측 2차유체라인(L200)에는 조절밸브(231, 232)가 설치되어 있다.Specifically, in the second embodiment, the secondary fluid line (L300) for heating and cooling is not branched, but is configured to pass through the heat exchanger (500) for heating at all times, and branched at the point C1 of the secondary fluid line (L200) of the heat source side. The heat source side secondary fluid branch line (L210) joining at the C2 point after passing the heat exchanger (500) is configured. In addition,
즉, 제2 실시형태는 열원측 2차유체가 승온용 열교환기(500)에 선택적으로 흐르도록 함으로써 승온용 열교환기(500)에서 부하측 2차유체와 열교환을 행하할 수 있도록 할 수 있다. 따라서 제2 실시형태에서는 냉난 모드와 냉방 및 급탕모드는 제1 실시형태와 동일하며, 난방 모드와 난방 및 급탕 모드에서는 조절밸브(331, 332)가 제어되는 대신 조절밸브(231, 232)가 제어된다는 점 이외에는 제1 실시형태와 동일하다.
That is, according to the second embodiment, the heat source side secondary fluid can be selectively flowed through the
제3 실시형태Third embodiment
제3 실시형태는 도 9에 도시된 것과 같이, 제1 실시형태에서 냉난방용 2차유체가 승온용 열교환기(500)로 선택적으로 흐르도록 하는 냉난방용 2차유체분기라인(L310) 및 조절밸브(331, 332)의 구성 및 제2 실시형태에서 열원측 2차유체가 승온용 열교환기(500)로 선택적으로 흐르도록 하는 열원측 2차유체분기라인(L210) 및 조절밸브(231, 232)의 구성을 모두 채용한 것이다. As shown in FIG. 9, the third embodiment includes a secondary fluid branch line L310 for cooling and heating and a control valve for allowing the secondary fluid for cooling and heating to selectively flow to the
이러한 구성에 의해서 제3 실시형태는 조절밸브(331, 332) 및 조절밸브(231, 232)를 조절제어함으로써 냉난방용 2차유체 및 열원측 2차유체가 승온용 열교환기(500)에 선택적으로 흐르도록 함으로써 승온용 열교환기(500)에서 열교환이 행하여지도록 할 수 있다. 제3 실시형태에서는 냉난 모드와 냉방 및 급탕모드는 제1 실시형태와 동일하며, 난방 모드와 난방 및 급탕 모드에서는 조절밸브(331, 332) 및 조절밸브(231, 232)가 함께 제어된다는 점 이외에는 제1 실시형태와 동일하다.By such a configuration, the third embodiment controls the
이상과 같이, 본 발명에 따르는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템에 대해서 바람직한 실시형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시형태들에 한정된 것은 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.As described above, the heat pump system for heating and cooling and hot water supply according to the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments, and should be understood by those skilled in the art. Various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims.
100 : 히트펌프유닛 110 : 압축기
120 : 방향전환밸브 130 : 부하측 열교환기
140 : 팽창장치 150 : 열원측 열교환기
200 : 열원유닛 210 : 열원
300 : 부하유닛 310 : 냉난방용 축열탱크
380 : 부하 340 : 급탕용 축열탱크
400 : 급탕용 열교환기 500 : 승온용 열교환기
161 내지 166, 231, 232, 331, 332, 360 : 조절밸브
L100 : 냉매라인 L110 : 냉매분기라인
L200 : 열원측 2차유체라인 L210 : 열원측 2차유체분기라인
L300 : 냉난방용 2차유체라인 L310 : 냉난방용 2차유체분기라인
L320 : 급탕용 2차유체라인100: heat pump unit 110: compressor
120: direction switching valve 130: load side heat exchanger
140: expansion device 150: heat source side heat exchanger
200: heat source unit 210: heat source
300: load unit 310: heat storage tank for heating and cooling
380: load 340: heat storage tank for hot water
400: hot water heat exchanger 500: heat exchanger
161 to 166, 231, 232, 331, 332, 360: regulating valve
L100: Refrigerant Line L110: Refrigerant Branch Line
L200: Heat source side secondary fluid line L210: Heat source side secondary fluid branch line
L300: Secondary fluid line for cooling and heating L310: Secondary fluid branch line for heating and cooling
L320: Secondary fluid line for hot water supply
Claims (15)
열원과 열교환한 열원측 2차유체가 상기 열원측 열교환기에서 상기 히트펌프유닛의 냉매와 열교환하도록 형성된 열원측 2차유체라인을 구비하는 열원유닛과,
냉난방 부하와 열교환한 냉난방용 2차유체가 상기 부하측 열교환기에서 상기 히트펌프유닛의 냉매와 열교환하도록 형성된 냉난방용 2차유체라인과, 급탕을 위해서 공급되는 급탕용 2차유체가 흐르는 급탕용 2차유체라인을 구비하는 부하유닛을 포함하며,
상기 히트펌프유닛의 압축기에서 토출된 냉매와 상기 급탕용 2차유체가 열교환하는 급탕용 열교환기와,
상기 열원유닛에서 상기 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와, 상기 부하유닛에서 상기 부하측 열교환기를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환하는 승온용 열교환기를 더 포함하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템.A heat pump unit having a refrigerant line configured to circulate a refrigerant, a directional valve, a heat source side heat exchanger, an expansion device, and a load side heat exchanger;
A heat source unit having a heat source side secondary fluid line formed such that the heat source side secondary fluid that has exchanged heat with the heat source is heat exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the heat source side heat exchanger;
Secondary fluid for heating / cooling, in which the secondary fluid line for cooling and heating exchanged with a heating / heating load is heat-exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the load side heat exchanger, and a secondary fluid for hot water supply for the hot water supply flows. A load unit having a fluid line,
A hot water heat exchanger configured to exchange heat between the refrigerant discharged from the compressor of the heat pump unit and the secondary fluid for hot water supply;
And a heat exchanger for heating and heating, wherein the heat source side secondary fluid flowing into the heat source side heat exchanger from the heat source unit and the secondary fluid for heating and cooling exiting the load side heat exchanger from the load unit are heat-exchanged.
상기 히트펌프유닛에서 압축기에서 압축된 냉매는 상기 급탕용 열교환기에 선택적으로 흐르는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템.The method of claim 1,
The refrigerant compressed by the compressor in the heat pump unit flows selectively to the heat exchanger for hot water supply.
상기 부하유닛에서 냉난방용 2차유체는 상기 승온용 열교환기에 선택적으로 흐르는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템. The method of claim 1,
Cooling and heating secondary fluid in the load unit is a heat pump system for heating and cooling and hot water characterized in that flowing selectively to the heat exchanger.
상기 열원유닛에서 열원측 2차유체는 상기 승온용 열교환기에 선택적으로 흐르는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템.The method according to claim 1 or 3,
The heat source side secondary fluid in the heat source unit selectively heat pump system for heating and heating, characterized in that flowing to the heat exchanger.
상기 히트펌프유닛은, 상기 냉매라인에서 상기 부하측 열교환기를 우회하는 제1 우회라인과, 상기 열원측 열교환기를 우회하는 제2 우회라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템.The method of claim 1,
The heat pump unit further comprises a first bypass line bypassing the load side heat exchanger in the refrigerant line, and a second bypass line bypassing the heat source side heat exchanger.
난방을 행하는 경우, 상기 히트펌프유닛의 냉매라인을 흐르는 냉매가 상기 압축기를 나온 후 상기 급탕용 열교환기를 거치지 않고 상기 부하측 열교환기를 통과하도록 하며, 이후 상기 팽창장치에서 팽창되고 나서 상기 열원측 열교환기를 통과하도록 하며,
상기 승온용 열교환기에서는 상기 열원유닛에서 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와 상기 부하유닛에서 부하측 열교환기를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법.A heat pump unit having a refrigerant line configured to circulate a refrigerant, a directional valve, a heat source side heat exchanger, an expansion device, and a load side heat exchanger; A heat source unit having a heat source side secondary fluid line formed such that the heat source side secondary fluid that has exchanged heat with the heat source is heat exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the heat source side heat exchanger; Secondary fluid for heating / cooling, in which the secondary fluid line for cooling and heating exchanged with a heating / heating load is heat-exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the load side heat exchanger, and a secondary fluid for hot water supply for the hot water supply flows. And a load unit having a fluid line, wherein the hot water heat exchanger exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor of the heat pump unit and the secondary fluid for hot water supply, and the heat source side secondary fluid flowing through the heat source side secondary fluid line. In the control method of the heat pump system for heating and heating and hot water supply further comprising a heat exchanger for heating and cooling the secondary fluid for heating and cooling flowing through the secondary fluid line for heating and cooling,
In the case of heating, the refrigerant flowing through the refrigerant line of the heat pump unit passes through the load side heat exchanger without passing through the hot water heat exchanger after exiting the compressor, and then passes through the heat source side heat exchanger after being expanded by the expansion device. To do this,
In the heat exchanger for temperature increase, the heat source side secondary fluid flowing into the heat source side heat exchanger from the heat source unit and the secondary heating fluid for heating and cooling out of the load side heat exchanger from the load unit heat exchange system for heating and cooling Control method.
상기 부하유닛에서 냉난방용 2차유체가 상기 승온용 열교환기에 선택적으로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법.The method of claim 6,
The control method of the heat pump system for heating and cooling water supply and hot water, characterized in that the secondary unit for cooling and heating in the load unit selectively flows to the heat exchanger.
상기 열원유닛에서 열원측 2차유체가 상기 승온용 열교환기에 선택적으로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법.The method according to claim 6 or 7,
And a heat source side secondary fluid selectively flows in the heat exchanging heat exchanger in the heat source unit.
냉방을 행하는 경우, 상기 히트펌프유닛의 냉매라인을 흐르는 냉매가 상기 압축기를 나온 후 상기 급탕용 열교환기를 거치지 않고 상기 열원측 열교환기를 통과하도록 하며, 이후 상기 팽창장치에서 팽창되고 나서 상기 부하측 열교환기를 통과하도록 하며,
상기 승온용 열교환기에서는 상기 열원유닛에서 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와 상기 부하유닛에서 부하측 열교환기를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법.A heat pump unit having a refrigerant line configured to circulate a refrigerant, a directional valve, a heat source side heat exchanger, an expansion device, and a load side heat exchanger; A heat source unit having a heat source side secondary fluid line formed such that the heat source side secondary fluid that has exchanged heat with the heat source is heat exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the heat source side heat exchanger; Secondary fluid for heating / cooling, in which the secondary fluid line for cooling and heating exchanged with a heating / heating load is heat-exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the load side heat exchanger, and a secondary fluid for hot water supply for the hot water supply flows. And a load unit having a fluid line, wherein the hot water heat exchanger exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor of the heat pump unit and the secondary fluid for hot water supply, and the heat source side secondary fluid flowing through the heat source side secondary fluid line. In the control method of the heat pump system for heating and heating and hot water supply further comprising a heat exchanger for heating and cooling the secondary fluid for heating and cooling flowing through the secondary fluid line for heating and cooling,
In the case of cooling, the refrigerant flowing through the refrigerant line of the heat pump unit passes through the heat source side heat exchanger after exiting the compressor without passing through the hot water supply heat exchanger, and then expands in the expansion device and then passes through the load side heat exchanger. To do this,
The heat exchanger for temperature increase heat pump for cooling and heating and hot water characterized in that the heat source side secondary fluid flowing into the heat source side heat exchanger from the heat source unit and the cooling and heating secondary fluid exiting the load side heat exchanger from the load unit does not heat exchange. Control method of the system.
난방과 동시에 급탕을 행하는 경우, 상기 히트펌프유닛의 냉매라인을 흐르는 냉매가 상기 압축기를 나와 상기 급탕용 열교환기에서 급탕용 2차유체와 열교환된 후 상기 부하측 열교환기를 선택적으로 통과하도록 하며, 이후 상기 팽창장치에서 팽창되고 나서 상기 열원측 열교환기에서 열교환되도록 하고,
상기 승온용 열교환기에서는 상기 열원유닛에서 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와 상기 부하유닛에서 부하측 열교환기를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법.A heat pump unit having a refrigerant line configured to circulate a refrigerant, a directional valve, a heat source side heat exchanger, an expansion device, and a load side heat exchanger; A heat source unit having a heat source side secondary fluid line formed such that the heat source side secondary fluid that has exchanged heat with the heat source is heat exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the heat source side heat exchanger; Secondary fluid for heating / cooling, in which the secondary fluid line for cooling and heating exchanged with a heating / heating load is heat-exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the load side heat exchanger, and a secondary fluid for hot water supply for the hot water supply flows. And a load unit having a fluid line, wherein the hot water heat exchanger exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor of the heat pump unit and the secondary fluid for hot water supply, and the heat source side secondary fluid flowing through the heat source side secondary fluid line. In the control method of the heat pump system for heating and heating and hot water supply further comprising a heat exchanger for heating and cooling the secondary fluid for heating and cooling flowing through the secondary fluid line for heating and cooling,
When the hot water is simultaneously heated, the refrigerant flowing through the refrigerant line of the heat pump unit exits the compressor and heat exchanges with the secondary fluid for hot water in the hot water heat exchanger, and then selectively passes through the load side heat exchanger. Expand in the expansion device and then heat exchange in the heat source side heat exchanger,
In the heat exchanger for temperature increase, the heat source side secondary fluid flowing into the heat source side heat exchanger from the heat source unit and the secondary heating fluid for heating and cooling out of the load side heat exchanger from the load unit heat exchange system for heating and cooling Control method.
상기 히트펌프유닛에서 압축기에서 압축된 냉매는 상기 급탕용 열교환기에 선택적으로 흐르는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법. The method of claim 10,
The refrigerant compressed by the compressor in the heat pump unit is a control method of the heat pump system for heating and heating hot water, characterized in that flowing selectively to the heat exchanger for hot water supply.
상기 부하유닛에서 냉난방용 2차유체가 상기 승온용 열교환기에 선택적으로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법.The method of claim 10,
The control method of the heat pump system for heating and cooling water supply and hot water, characterized in that the secondary unit for cooling and heating in the load unit selectively flows to the heat exchanger.
상기 열원유닛에서 열원측 2차유체가 상기 승온용 열교환기에 선택적으로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법.The method of claim 10 or 12,
And a heat source side secondary fluid selectively flows in the heat exchanging heat exchanger in the heat source unit.
냉방과 동시에 급탕을 행하는 경우, 상기 히트펌프유닛의 냉매라인을 흐르는 냉매가 상기 압축기를 나와 상기 급탕용 열교환기에서 급탕용 2차유체와 열교환된 후 상기 열원측 열교환기를 선택적으로 통과하도록 하며, 이후 상기 팽창장치에서 팽창되고 나서 상기 부하측 열교환기에서 열교환되도록 하고,
상기 승온용 열교환기에서는 상기 열원유닛에서 열원측 열교환기로 유입되는 열원측 2차유체와 상기 부하유닛에서 부하측 열교환기를 나온 냉난방용 2차유체가 열교환되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법.A heat pump unit having a refrigerant line configured to circulate a refrigerant, a directional valve, a heat source side heat exchanger, an expansion device, and a load side heat exchanger; A heat source unit having a heat source side secondary fluid line formed such that the heat source side secondary fluid that has exchanged heat with the heat source is heat exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the heat source side heat exchanger; Secondary fluid for heating / cooling, in which the secondary fluid line for cooling and heating exchanged with a heating / heating load is heat-exchanged with the refrigerant of the heat pump unit in the load side heat exchanger, and a secondary fluid for hot water supply for the hot water supply flows. And a load unit having a fluid line, wherein the hot water heat exchanger exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor of the heat pump unit and the secondary fluid for hot water supply, and the heat source side secondary fluid flowing through the heat source side secondary fluid line. In the control method of the heat pump system for heating and heating and hot water supply further comprising a heat exchanger for heating and cooling the secondary fluid for heating and cooling flowing through the secondary fluid line for heating and cooling,
When the hot water supply is performed simultaneously with cooling, the refrigerant flowing through the refrigerant line of the heat pump unit exits the compressor and heat exchanges with the secondary fluid for hot water in the hot water heat exchanger, and then selectively passes through the heat source side heat exchanger. Expand in the expansion device and then heat exchange in the load side heat exchanger,
The heat exchanger for temperature increase heat pump for cooling and heating and hot water characterized in that the heat source side secondary fluid flowing into the heat source side heat exchanger from the heat source unit and the cooling and heating secondary fluid exiting the load side heat exchanger from the load unit does not heat exchange. Control method of the system.
상기 히트펌프유닛에서 압축기에서 압축된 냉매는 상기 급탕용 열교환기에 선택적으로 흐르는 것을 특징으로 하는 냉난방 및 급탕용 히트펌프시스템의 제어방법. The method of claim 14,
The refrigerant compressed by the compressor in the heat pump unit is a control method of the heat pump system for heating and heating hot water, characterized in that flowing selectively to the heat exchanger for hot water supply.
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