KR101177430B1 - Heat pump system with cooling and heating using renewable energy - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A heat pump system for cooling and heating using renewable energy is provided to secure stable system operation by using solar energy as auxiliary heat source. CONSTITUTION: A heat pump system comprises an auxiliary tank(126) and a dual pipe(108). The auxiliary tank is located between a four-way valve(106) and an evaporator(124) and makes refrigerant circulating through multi-effect compression cycle into saturated vapor or over-heated vapor. The auxiliary tank uses solar energy as auxiliary heat source. The dual pipe is installed for the heat exchanging of refrigerant circulating through an economizer(118) and a site glass and supplies the refrigerant to a compressor(102) to increase the exhaust temperature of refrigerant.

Description

재생 에너지를 이용한 냉난방 겸용 히트 펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM WITH COOLING AND HEATING USING RENEWABLE ENERGY}Heat pump system for both heating and cooling using renewable energy {HEAT PUMP SYSTEM WITH COOLING AND HEATING USING RENEWABLE ENERGY}

본 발명은 히트 펌프 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시스템의 안정성과 냉난방 효율을 높일 수 있는 재생 에너지를 이용한 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump system, and more particularly, to a heat pump system using renewable energy to increase the stability and heating and cooling efficiency of the system.

종래의 히트 펌프(냉동기)는 겨울철 온수를 얻기 위하여 냉매를 압축기 -> 유분리기-> 응축기 -> 에코노마이즈 (동시에, 팽창밸브 -> Vapor Injection ->압축기) -> 수액기 -> 필터드라이어 -> 팽창밸브 -> 증발기 -> 액열기 -> 압축기의 순서로 순환시켜 응축기에서 필요로 하는 온수를 얻을 수 있었다.Conventional heat pumps (refrigerators) use refrigerant to obtain hot water in winter, compressor-> oil separator-> condenser-> economize (at the same time, expansion valve-> Vapor Injection-> compressor)-> receiver-> filter dryer- The hot water required by the condenser was obtained by circulating in the order of expansion valve-> evaporator-> liquid heater-> compressor.

이러한 종래의 히트 펌프는 위와 같이 다효 압축 사이클 형태로 운영되도록 하면서 난방용 온수를 얻을 수 있었으며, 아울러 여름철 냉방용의 냉수를 함께 얻을 수 있는 구조로 제작되었다.Such a conventional heat pump was able to obtain hot water for heating while operating in the form of a multi-compression cycle as described above, and was also manufactured in a structure that can obtain cold water for cooling in summer.

그러나, 상기와 같이 다효 압축 사이클은 외기 온도가 보통 0℃ 이하일 경우에 원활하게 운영되었을 뿐, 외기 온도가 -10℃～ -15℃ 이하로 내려가는 경우에는 다효 압축 사이클이라 해도 증발기에서 받아들일 외기 열원이 없기 때문에 다효 압축기에서 충분한 토출 온도를 발생시킬 수 없어 응축기로 온수를 충분히 공급할 수 없는 문제점이 있었고, 외기 온도의 저하로 증발기(난방)도 저하되어 시스템의 불안정이 야기되는 문제점이 있었다.However, as described above, the effective compression cycle operates smoothly when the outside air temperature is usually 0 ° C. or lower, and when the outside temperature falls below −10 ° C. to −15 ° C., the external air heat source to be accepted by the evaporator even in the effective compression cycle. There is a problem that can not generate enough discharge temperature in the multi-effect compressor can not supply enough hot water to the condenser, there is a problem that the evaporator (heating) is also lowered due to a decrease in the outside air temperature causes the system instability.

또한, 종래의 히트 펌프는 다효 압축 사이클에 의한 난방을 공급하면서도 여름용의 냉방 사이클을 함께 운행할 수 있었으나, 외기 온도가 올라가면 응축기(냉방) 압력이 상승하면서 시스템의 불안정이 야기되는 문제점이 있었다.In addition, the conventional heat pump was able to run the cooling cycle for summer while supplying heating by the effective compression cycle, but there was a problem that the instability of the system is caused as the condenser (cooling) pressure increases when the outside air temperature increases.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 난방 사이클로 운행시 압축기의 토출 온도가 외기에 의해서 낮아지는 것을 일부 보상하고자 태양열을 보조 열원으로 공급하여 포화 혹은 과열 증기로 만들어 압축기로 흡입할 수 있도록 하여 시스템을 안정적으로 운용하며, 냉방 사이클로 적용시 물을 보조 열원으로 공급하여 순환되는 고온 냉매와 열교환시켜 시스템을 안정적으로 운전하는 히트 펌프 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, in order to partially compensate for the discharge temperature of the compressor is lowered by the outside air when running in the heating cycle by supplying the solar heat to the auxiliary heat source to make the saturated or superheated steam to be sucked into the compressor system It is to provide a heat pump system that operates stably and stably operates the system by supplying water as an auxiliary heat source and exchanging heat with a circulating high temperature refrigerant when the cooling cycle is applied.

또한, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 상기의 난방 사이클을 난방 다효 압축 사이클 형태로 운영하고, 냉방 사이클을 냉방 단단 압축 사이클 형태로 냉매를 순화시키도록 하여 난방과 냉방을 겸용하는 히트 펌프 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the heating cycle is operated in the form of a heating effective compression cycle, and the cooling cycle in the form of a cooling single stage compression cycle to purify the refrigerant in the form of a heat pump for both heating and cooling The purpose is to provide a system.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징적 구성은 다음과 같다.In order to achieve the object of the present invention as described above, and to perform the characteristic functions of the present invention described below, the characteristic configuration of the present invention is as follows.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 난방 다효 압축 사이클과 냉방 단단 압축 사이클 형태로 냉매를 순환시켜 난방과 냉방을 겸용하는 히트 펌프 시스템으로서, 사방변과 증발기 사이에 위치하여 난방 다효 압축 사이클로 순환중인 냉매를 포화 또는 과열 증기로 만들기 위하여 태양열을 보조 열원으로 공급하는 보조 탱크, 및 상기 사방변과 응축기 사이 및 압축기와 SOL 밸브 사이에 위치하여, 에코노마이즈를 통해 순환되는 상기 냉매와 상기 SOL 밸브의 개방에 의해 사이트글라스에서 순환되는 상기 냉매를 열교환하여 토출 온도를 높이도록 상기 압축기로 공급하는 이중관을 포함하는 히트 펌프 시스템이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a heat pump system for heating and cooling by circulating a refrigerant in the form of a heating effective compression cycle and a cooling single stage compression cycle, the refrigerant being circulated in a heating effective compression cycle located between four sides and an evaporator An auxiliary tank for supplying solar heat to an auxiliary heat source for saturation or superheated steam, and between the four sides and the condenser and between the compressor and the SOL valve, opening the refrigerant and the SOL valve circulated through economization There is provided a heat pump system including a double pipe to supply the compressor to heat exchange the refrigerant circulated in the sight glass to increase the discharge temperature.

여기서, 상기 난방 다효 압축 사이클로 순환중인 냉매는, 압축기, 유분리기, 사방변, 이중관, 판형열교환기(응축기), 수액기, 필터드라이어, 사이트글라스, 에코노마이즈, 팽창변, 증발기, 보조 탱크, 사방변, 액분리기, 압축기의 순서로 순환시켜 상기 응축기에서 열원인 온수를 얻을 수 있도록 한다.Here, the refrigerant circulating in the heating effective compression cycle is a compressor, an oil separator, a quadrilateral, a double pipe, a plate heat exchanger (condenser), a receiver, a filter drier, a sight glass, an economize, an expansion valve, an evaporator, an auxiliary tank, and four sides. It is circulated in the order of a stool, a liquid separator, a compressor to obtain hot water as a heat source in the condenser.

또한, 상기 보조 탱크는, 상기 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환중인 냉매와 열교환하도록 열원으로 물을 공급하고, 상기 SOL 밸브를 차단하여 상기 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환중인 냉매를 상기 에코노마이즈와 이중관에서 열교환하지 않고 통과시키도록 한다.The auxiliary tank supplies water to a heat source to exchange heat with the refrigerant circulating in the cooling single stage compression cycle, and shuts off the SOL valve to transfer the refrigerant circulating in the cooling single stage compression cycle to the economize and double pipe. Allow them to pass through without heat exchange.

또한, 상기 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환중인 냉매는, 압축기, 유분리기, 사방변, 보조 탱크, 응축기, 수액기, 필터드라이어, 사이트글라스, 에코노마이즈, 팽창변, 판형열교환기(증발기), 이중관, 사방변, 액열기, 압축기의 순서로 순환하되, 상기 보조 탱크에서는 보조 열원으로 물을 공급하며, 상기 SOL 밸브를 차단하여 상기 에코노마이즈와 이중관에서 상기 냉매를 그냥 통과시키도록 하여, 상기 증발기에서 열원인 냉수를 얻을 수 있도록 한다.In addition, the refrigerant circulating in the form of the cooling single stage compression cycle includes a compressor, an oil separator, a quadrilateral, an auxiliary tank, a condenser, a receiver, a filter drier, a sight glass, an economize, an expansion valve, a plate heat exchanger (evaporator), and a double pipe. , Circulating in all directions, liquid heater, compressor, the auxiliary tank supplies water to the auxiliary heat source, and shuts off the SOL valve so that the refrigerant just passes through the economize and the double pipe, the evaporator To get cold water as a heat source.

또한, 상기 증발기 및 응축기는, 공냉식 열교환기 및 수냉시 열교환기 중 선택된 어느 하나를 적용할 수 있다.In addition, the evaporator and the condenser may apply any one selected from an air-cooled heat exchanger and a water-cooled heat exchanger.

또한, 상기 에코노마이즈는 중간냉각기 형식인 용기류 타입 형태로 더 제작되며, 이중관은 판형열교환기 타입 형태로 더 제작될 수 있다.In addition, the economize is further produced in the form of a container type of the intermediate cooler type, the double tube may be further produced in the form of a plate heat exchanger type.

본 발명에 의하면, 에코노마이즈에서 나온 난방용 냉매와 압축기 토출측 고온 고압의 난방용 냉매를 이중관에서 열교환하여, 압축기에 일부 증기 냉매를 중간흡입 하도록 하여 압축기의 토출 온도가 외기에 의해서 낮아지는 것을 일부 보상하는 효과와, 태양열을 이용하여 순환하는 난방용 냉매에 충분한 증발 열원을 공급하여 난방시 안정적으로 운전하는 효과가 달성된다.According to the present invention, the heating refrigerant from the economize and the heating refrigerant of the high temperature and high pressure of the compressor discharge side are heat-exchanged in a double pipe to partially intake some steam refrigerant into the compressor, thereby partially compensating that the discharge temperature of the compressor is lowered by outside air. The effect and the effect of operating stably at the time of heating by supplying sufficient evaporation heat source to the heating refrigerant circulating using solar heat are achieved.

또한, 본 발명에 의하면, 냉방 사이클에서 여름에 외기 온도가 올라가면 응축기 압력이 상승하면서 시스템이 불안정하였던 것을 보조 탱크에 차가운 물과 냉방용 냉매간의 열교환이 이루어지도록 함으로써, 난방과 함께 냉방시에도 안정적으로 운전하는 효과가 달성된다.In addition, according to the present invention, when the outside temperature rises in the summer during the cooling cycle, the condenser pressure rises and the system becomes unstable so that the heat exchange between the cold water and the cooling refrigerant in the auxiliary tank is performed stably, even during heating and cooling. Driving effect is achieved.

또한, 난방 다효 압축 사이클 또는 냉방 단단 압축 사이클 형태로 냉매를 순환시키는 겸용의 냉난방 구조로 인하여, 설비 비용을 줄이고, 에너지 효율을 높이며, 신재생에너지를 이용한 배출 이산화탄소를 줄이는 효과가 달성된다.In addition, due to the combined heating and cooling structure for circulating the refrigerant in the form of a heating effective compression cycle or a cooling single stage compression cycle, an effect of reducing the installation cost, increasing the energy efficiency, and reducing the emission carbon dioxide using renewable energy is achieved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템을 예시적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템(100)의 난방 다효 압축 사이클 형태로 순환하는 냉매 흐름을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템(100)의 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환하는 냉매 흐름을 예시적으로 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing an exemplary heat pump system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a refrigerant flow circulating in the form of a heating effective compression cycle of the heat pump system 100 according to an embodiment of the present invention.
3 is a view exemplarily showing a refrigerant flow circulating in the form of a cooling single stage compression cycle of the heat pump system 100 according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

히트 펌프 시스템Heat pump system

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템을 예시적으로 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing an exemplary heat pump system according to an embodiment of the present invention.

도 1를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템(100)은 난방 다효 압축 사이클과 냉방 단단 압축 사이클 형태로 냉매를 순환시켜 난방과 냉방을 겸용하는 냉동기로서, 압축기(102), 유분리기(104), 사방변(106), 이중관(108), 응축기(110), 수액기(112), 필터드라이어(114), 사이트글라스(116), 에코노마이즈(118), SOL 밸브(120), 팽창변(122), 증발기(124), 보조 탱크(126), 액분리기(128), 솔레노이드밸브(132, 134), 팽창변(136), 액라인(138) 및 압축기(102)의 냉매 토출 온도 감지 센서(140)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the heat pump system 100 according to an embodiment of the present invention is a refrigerator for circulating a refrigerant in the form of a heating effective compression cycle and a cooling single stage compression cycle to combine heating and cooling. Oil separator 104, four sides 106, double pipe 108, condenser 110, receiver 112, filter dryer 114, sight glass 116, economize 118, SOL valve ( 120, the expansion valve 122, the evaporator 124, the auxiliary tank 126, the liquid separator 128, the solenoid valves 132, 134, the expansion valve 136, the liquid line 138 and the refrigerant of the compressor 102 It is configured to include a discharge temperature sensor 140.

본 발명의 압축기(102)는 엔진의 구동력을 전달받아 난방용 냉매 또는 냉방용 냉매를 고온 고압으로 압축하는 역할을 하고, 유분리기(104)는 오일이 잔류되지 않고 압축기(102)로 리턴되도록 오일을 걸러주는 역할을 하며, 사방변(106)은 난방 또는 냉방 운전시 냉매의 흐름 방향을 전환시켜주는 역할을 한다.The compressor 102 of the present invention serves to compress the heating refrigerant or the cooling refrigerant to high temperature and high pressure by receiving the driving force of the engine, and the oil separator 104 returns oil to the compressor 102 without remaining oil. Filtering function, the four sides 106 serves to change the flow direction of the refrigerant during heating or cooling operation.

본 발명의 이중관(108)은 이후에 설명될 에코노마이즈(118)를 통해 난방 다효 압축 사이클 형태로 순환하고 있는 난방용 냉매와 SOL 밸브(120)의 개방에 의해 사이트글라스(116)를 통해 난방 다효 압축 사이클 형태로 순환하고 있는 난방용 냉매를 열교환하여 토출 온도를 높이도록 압축기(102)로 공급하는 역할을 하고, 난방시 압축기(102)의 토출 온도가 낮으면 압축기(102)의 냉매 토출 온도 감지 센서(140)가 지정된 온도 이상이 되도록 솔레노이드밸브(132)가 열리고, 솔레노이드 밸브(134)가 단히게 된다.The double pipe 108 of the present invention is heated through the sight glass 116 by opening the SOL valve 120 and the heating refrigerant circulating in the form of a heating effective compression cycle through the economize 118 which will be described later. It serves to supply heat to the compressor 102 to heat the refrigerant for circulating in the compression cycle to increase the discharge temperature, and when the discharge temperature of the compressor 102 is low during heating, the refrigerant discharge temperature detection sensor of the compressor 102 The solenoid valve 132 is opened so that 140 is above the designated temperature, and the solenoid valve 134 is closed.

그러나, 냉방용 냉매가 단단 압축 사이클 형태로 순환할 경우에는 본 발명의 이중관(120)에서 열교환하지 않고 그냥 통과시키는 역할을 하게 된다.However, when the cooling refrigerant is circulated in the form of a single stage compression cycle, the double pipe 120 of the present invention does not have a heat exchanger to serve to pass.

여기서, 난방 다효 압축 사이클이라 함은 난방용 냉매가 압축기(102), 유분리기(104), 사방변(106), 이중관(108), 판형열교환기(응축기, 110), 수액기(112), 필터드라이어(114), 사이트글라스(116), 에코노마이즈(118), 팽창변(122), 증발기(124), 보조 탱크(126), 사방변(106), 액분리기(128) 및 압축기(102)의 순서로 순환하도록 하여 응축기에서 열원인 온수를 획득하기 까지의 과정을 지칭한 것이다.Here, the heating effective compression cycle is a refrigerant for heating the compressor 102, oil separator 104, four sides 106, double pipe 108, plate heat exchanger (condenser, 110), receiver 112, filter Dryer 114, Sight glass 116, Economize 118, Expansion valve 122, Evaporator 124, Auxiliary tank 126, Four sides 106, Liquid separator 128 and Compressor 102 By circulating in order to refer to the process from obtaining the hot water as a heat source in the condenser.

반면, 단단 압축 사이클이라 함은 압축기(102), 유분리기(104), 사방변(106), 보조 탱크(126), 응축기(110), 수액기(112), 필터드라이어(114), 사이트글라스(116), 에코노마이즈(118), 팽창변(122), 판형열교환기(증발기, 124), 이중관(108), 사방변(106), 액열기(128), 압축기(102)의 순서로 순환하도록 하여 증발기에서 열원인 냉수를 획득하기 까지의 과정을 지칭한 것이다. 이러한 난방 다효 압축 사이클과 단단 압축 사이클에 의한 냉매 흐름은 각각 도 2 및 도 3에 나타내었으며, 추후 보다 상세히 설명하기로 한다.On the other hand, the single stage compression cycle refers to the compressor 102, the oil separator 104, the four-sided 106, the auxiliary tank 126, the condenser 110, the receiver 112, the filter dryer 114, the sight glass 116, economizing 118, expansion valve 122, plate heat exchanger (evaporator, 124), double pipe 108, four sides 106, the heat exchanger 128, compressor 102 in the order of circulation It refers to the process of obtaining cold water as a heat source in the evaporator. The refrigerant flow by the heating effective compression cycle and the single stage compression cycle are shown in FIGS. 2 and 3, respectively, and will be described in more detail later.

본 발명의 응축기(110, 판형열교환기)는 난방용 냉매 또는 냉방용 냉매를 고압 기체 상태에서 고압 액체 상태로 만드는 역할을 하고, 수액기(112)는 액화한 냉매를 팽창변(122)으로 보내기 전에 일시 저장하는 역할을 하며, 장치를 수리하거나 장기간 정지시킬 경우 펌프다운 운전으로 장치 내의 냉매를 회수하는 역할도 한다.The condenser 110 (plate heat exchanger) of the present invention serves to make the heating or cooling refrigerant from the high pressure gas state to the high pressure liquid state, and the receiver 112 temporarily suspends the liquefied refrigerant before sending it to the expansion valve 122. It also serves to store the refrigerant, and also to recover the refrigerant in the unit by pumping down when the unit is repaired or stopped for a long time.

본 발명의 필터드라이어(114)는 난방용 냉매가 난방 다효 압축 사이클 형태로 순환하거나 냉방용 냉매가 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환하는 과정중에 수분과 이 물질이 존재하게 되면 악영향을 주므로 수분과 이 물질을 제거하는 역할을 한다.The filter drier 114 of the present invention adversely affects the presence of moisture and the substance during the process of circulating the heating refrigerant in the form of a heating effective compression cycle or the cooling refrigerant in the form of a cooling single stage compression cycle. It serves to remove.

본 발명의 사이트글라스(116)는 난방용 냉매 또는 냉방용 냉매가 충전되었는지의 여부와 냉매의 건조 상태를 색변으로 확인하는 역할을 하며, 에코노마이즈(118)는 액체 상태의 난방용 냉매를 팽창변(136)과 액라인(138)를 분리시켜 흐르도록해서 팽창변(136)에서 팽창되어진 중온 중압 냉매가 액라인(138)에 흐르는 고온 고압 냉매와 열교환하여 습증기 상태로 이중관(108)으로 순환하도록 한다. 반면, 본 발명의 액라인(138)에 흐르는 고온 고압의 냉매는 팽창변(122)에서 팽창되어 증발기(124)쪽으로 순환하게 된다.The sight glass 116 of the present invention serves to check whether the heating refrigerant or the cooling refrigerant is charged and the dry state of the refrigerant by color change, and the economize 118 expands the heating refrigerant in the liquid state as the expansion valve 136. ) And the liquid line 138 are separated to flow, so that the medium temperature medium pressure refrigerant expanded in the expansion valve 136 exchanges heat with the high temperature high pressure refrigerant flowing in the liquid line 138 to circulate into the double pipe 108 in a wet steam state. On the other hand, the high temperature and high pressure refrigerant flowing in the liquid line 138 of the present invention is expanded in the expansion valve 122 is circulated toward the evaporator 124.

이때, 대략 70%의 냉매가 증발기(124)로 보내지고, SOL 밸브(120)의 개방에 의해 대략 30% 정도의 냉매를 이중관(108)으로 보내어진다. 그리고, 냉방 시스템일 경우에는 100% 액냉매를 팽창 밸브(130)로 그냥 통과시켜 증발기(냉방, 110, 판형 열교환기)로 보내는 역할을 한다.At this time, approximately 70% of the refrigerant is sent to the evaporator 124, and approximately 30% of the refrigerant is sent to the double pipe 108 by the opening of the SOL valve 120. In the case of a cooling system, 100% liquid refrigerant is simply passed through the expansion valve 130 to serve as an evaporator (cooling, 110, plate heat exchanger).

본 발명의 SOL 밸브(120)는 난방 다효 압축 사이클 형태로 난방용 냉매가 순환할 경우 개방되는 형태를 취하여 난방용 냉매를 이중관(108)으로 보내어 이중관(108)에서 열교환하도록 하는 역할을 하거나, 단단 압축 사이클 형태로 냉방용 냉매가 순환될 경우 이중관(108)에서 열교환하지 않도록 냉방용 냉매의 공급을 차단하는 역할을 하기도 한다.The SOL valve 120 of the present invention takes the form of being opened when the heating refrigerant is circulated in the form of a heating effective compression cycle, and serves to send the heating refrigerant to the double pipe 108 to exchange heat in the double pipe 108, or a single stage compression cycle. In the case where the cooling refrigerant is circulated in the form, it may serve to block the supply of the cooling refrigerant to prevent heat exchange in the double pipe 108.

본 발명의 팽창변(122)은 냉방용 냉매의 유량 조절과 단열 팽창이 되도록 하는 역할을 하며, 증발기(124)는 난방 다효 압축 사이클 형태로 순환되는 저압 액체 상태의 냉매를 저압 기체 상태의 냉매로 변환하는 역할을 한다. 이러한 역할을 하는 증발기(124)는 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환하는 냉방용 냉매에 대해서는 고온 기체 상태를 고온 액체 상태로 변환하는 응축기(124)로 대체될 수 있다.The expansion valve 122 of the present invention serves to control the flow rate of the cooling refrigerant and adiabatic expansion, and the evaporator 124 converts the refrigerant in the low pressure liquid state circulated in the form of a heating effective compression cycle into the refrigerant in the low pressure gas state. It plays a role. The evaporator 124 serving as this may be replaced by a condenser 124 for converting a hot gas state into a hot liquid state for the cooling refrigerant circulating in a cooling single stage compression cycle.

난방용 냉매 또는 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환하는 냉방용 냉매의 저압 액체 상태를 저압 기체 상태로 변환하는 역할을 한다.It serves to convert the low pressure liquid state of the cooling refrigerant circulating in the form of a heating refrigerant or a cooling single stage compression cycle into a low pressure gas state.

본 발명의 보조 탱크(126)는 난방 다효 압축 사이클로 순환중인 냉매를 포화 또는 과열 증기로 만들기 위하여 태양열을 보조 열원으로 공급하여 토출 온도가 외기에 의해서 낮아진 난방용 냉매를 포화 혹은 과열 증기로 만드는 역할을 하며, 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환중인 냉매와 열교환하도록 열원으로 차가운 물 상태로 만들도록 물을 공급하는 역할을 한다.The auxiliary tank 126 of the present invention serves to supply the solar heat to the auxiliary heat source in order to make the refrigerant circulating in the heating effective compression cycle to the saturated or superheated steam to make the heating refrigerant whose discharge temperature is lowered by the outside air as the saturated or superheated steam. In addition, it serves to supply water to make cold water as a heat source to exchange heat with the circulating refrigerant in the form of a cooling single stage compression cycle.

이로써, 난방 사이클로 운행시 압축기(102)의 토출 온도가 외기 의해서 낮아지는 기존의 단점을 본 실시예에서는 이를 일부 보상하여 안정적인 운전이 가능하게 되는 것이다.As a result, in the present exemplary embodiment, the discharge disadvantage of the compressor 102 is lowered by the outside air when the heating cycle is operated, thereby partially compensating for the stable operation.

본 발명의 액분리기(128)는 보조 탱크(126) 및 사방변(106)에서 보내온 냉매액을 분리하여 냉매가스만 압축기(102)에 흡입할 수 있도록 하는 역할을 한다.The liquid separator 128 of the present invention serves to separate the refrigerant liquid sent from the auxiliary tank 126 and the four sides 106 so that only the refrigerant gas is sucked into the compressor 102.

포화 또는 과열 증기로 만들어진 난방용 냉매를 저장하여 압축기(102)로 보내거나 보조 탱크(126) 및 사방변(106)에서 보내온 물에 의해 열교환된 냉매를 저장하여 압축기(102)로 보내는 역할을 한다.The heating refrigerant made of saturated or superheated steam is stored and sent to the compressor 102 or the refrigerant heat-exchanged by the water sent from the auxiliary tank 126 and the four sides 106 is stored and sent to the compressor 102.

한편, 본 발명의 이중관(108)은 난방 다효 압축 사이클로 순환중인 냉매를 효율적으로 열교환하거나, 냉방 단단 압축 사이클 형태로 냉매 순환시 열교환 발생을 억제하기 위하여, 상기 사방변(106)과 응축기(110) 사이 및 압축기(102)와 SOL 밸브(120) 사이에 위치하는 구조를 이루며, 본 발명의 보조 탱크(126)가 난방 다효 압축 사이클로 순환중인 냉매의 보조 열원으로 공급하거나 냉방 단단 압축 사이클로 순환중인 냉매의 보조 열원으로 물을 공급하는 구조를 이룸으로써, 냉매의 토출 온도를 높이고, 외기 온도가 내려갈 경우에도 안정적으로 난방과 냉방을 겸용하여 운영할 수 있는 장점이 있다.On the other hand, the double pipe 108 of the present invention in order to efficiently heat exchange the refrigerant circulating in the heating effective compression cycle, or to suppress the heat exchange during the refrigerant circulation in the form of a cooling single stage compression cycle, the four sides 106 and the condenser 110 And between the compressor 102 and the SOL valve 120, the auxiliary tank 126 of the present invention is supplied to the auxiliary heat source of the refrigerant circulating in the heating effective compression cycle or of the refrigerant circulating in the cooling single stage compression cycle. By forming a structure for supplying water to the auxiliary heat source, it is possible to increase the discharge temperature of the refrigerant, and to operate stably in combination with heating and cooling even when the outside air temperature decreases.

이하에서는, 난방 다효 압축 사이클과 냉방 단단 압축 사이클의 순환 형태를 설명하기로 한다.Hereinafter, the circulation form of a heating effective compression cycle and a cooling single stage compression cycle is demonstrated.

난방 다효 압축 사이클Heating effect compression cycle

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템(100)의 난방 다효 압축 사이클 형태로 순환하는 냉매 흐름을 예시적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a refrigerant flow circulating in the form of a heating effective compression cycle of the heat pump system 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템(100)의 난방 다효 압축 사이클로 순환중인 냉매의 흐름은 압축기(102) -> 유분리기(104) -> 사방변(106) -> 이중관(108) -> 판형열교환기(응축기, 110) -> 수액기(112) -> 필터드라이어(114) -> 사이트글라스(116) -> 에코노마이즈(118, 동시에 SOL 밸브(120)의 개방, 팽창변(136), 이중관(108)으로 냉매 순환) -> 팽창변(122) -> 증발기(124) -> 보조 탱크(126, 태양열 공급) -> 사방변(106) -> 액분리기(128) -> 압축기(102)의 순서로 순환하게 됨으로써, 응축기(110)에서 열원인 온수를 얻을 수 있게 된다.Referring to Figure 2, the flow of the refrigerant circulating in the heating effective compression cycle of the heat pump system 100 according to an embodiment of the present invention is a compressor 102-> oil separator 104-> four sides 106- > Double tube (108)-> Plate heat exchanger (condenser, 110)-> Infusion machine (112)-> Filter drier (114)-> Sight glass (116)-> Economize (118, SOL valve 120 at the same time) Opening, expansion valve 136, refrigerant circulation into double pipe 108)-> expansion valve 122-> evaporator 124-> auxiliary tank 126 (solar supply)-> four sides 106-> liquid separator ( 128)-> By circulating in the order of the compressor 102, it is possible to obtain hot water as a heat source in the condenser 110.

이때, 난방 다효 압축 사이클로 순환중인 에코노마이즈(118)에서 열교환된 냉매가 팽창변(122), 증발기(124), 보조 탱크(126), 사방변(106), 액분리기(128) 및 압축기(102)를 차례로 통과하여 이중관(108)에 이르고, 에코노마이즈(118)의 전단에 위치한 SOL 밸브(120)의 개방에 의해 팽창변(136)에서 팽창되어진 중온 중압 냉매가 액라인(138)에 흐르는 고온 고압의 냉매와 열교환하여 습증기 상태로 이중관(108)으로 순환하도록 한다.At this time, the refrigerant heat-exchanged in the economizing 118 circulating in the heating effective compression cycle is the expansion valve 122, the evaporator 124, the auxiliary tank 126, the four sides 106, the liquid separator 128 and the compressor 102 ), The medium temperature medium pressure refrigerant, which is expanded in the expansion valve 136 by the opening of the SOL valve 120 located at the front end of the economize 118, flows through the liquid line 138 through Heat exchange with the high-pressure refrigerant to circulate to the double pipe (108) in the wet steam state.

이때, 압축기(102)의 토출 온도가 낮으면 솔레노이드 밸브(132)는 압축기(102)의 냉매 토출 온도 감지 센서(140)에 의해 지정된 온도 이하로 되어 솔레노이드 밸브(132)가 열리고, 솔레노이드 밸브(134)가 닫히고, 지정된 온도 이상일 경우에는 솔레노이드 밸브(132)가 닫히고, 솔레노이드 밸브(134)가 열린다.At this time, if the discharge temperature of the compressor 102 is low, the solenoid valve 132 is below the temperature specified by the refrigerant discharge temperature sensor 140 of the compressor 102 to open the solenoid valve 132, the solenoid valve 134 ) Is closed and the solenoid valve 132 is closed and the solenoid valve 134 is opened when the temperature is higher than the specified temperature.

다시 말해, 본 고안의 이중관(108)은 사방변(106)과 응축기(110) 사이 및 압축기(102)와 SOL 밸브(120) 사이에 위치하여, 에코노마이즈(118)를 통해 순환되는 난방용 냉매와 SOL 밸브(120)의 개방에 의해 사이트글라스(116)에서 순환되어 오는 냉매를 열교환하여 토출 온도를 높이도록 압축기(102)로 공급하는데 큰 장점을 갖는다. 이러한 이중관(108)은 판형열교환기로 대체할 수도 있다.In other words, the double pipe 108 of the present invention is located between the four sides 106 and the condenser 110 and between the compressor 102 and the SOL valve 120, the refrigerant for heating circulated through the economize 118 And the opening of the SOL valve 120 has a great advantage in supplying the compressor 102 to heat the refrigerant circulated in the sight glass 116 to increase the discharge temperature. This double tube 108 may be replaced with a plate heat exchanger.

반면, 본 고안의 보조 탱크(126)는 사방변(106)과 증발기(124) 사이에 위치하여 난방 다효 압축 사이클로 순환중인 냉매를 포화 또는 과열 증기로 만들기 위하여 태양열을 보조 열원으로 사용함으로써, 압축기(102)의 안정적인 증발 열원의 흡입이 가능하게 하게 되는 것이다.On the other hand, the auxiliary tank 126 of the present invention is located between the four sides 106 and the evaporator 124 by using solar heat as an auxiliary heat source to make the refrigerant circulating in the heating effective compression cycle saturated or superheated steam, The stable evaporation of the heat source of 102 is enabled.

냉방 단단 압축 사이클Cooling single stage compression cycle

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템(100)의 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환하는 냉매 흐름을 예시적으로 나타낸 도면이다.3 is a view exemplarily showing a refrigerant flow circulating in the form of a cooling single stage compression cycle of the heat pump system 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트 펌프 시스템(100)의 냉방 단단 압축 사이클로 순환중인 냉매의 흐름은 압축기(102) -> 유분리기(104) -> 사방변(106) -> 보조 탱크(126) -> 응축기(124) -> 수액기(112) -> 필터드라이어(114) -> 사이트글라스(116) -> 에코노마이즈(118) -> 팽창변(130) -> 판형열교환기(증발기(냉방), 110) -> 이중관(108) -> 사방변(106) -> 액분리기(128) -> 압축기(102)의 순서로 순환하게 된다. 참조 부호 124는 냉방시 응축기이거나 난방시 증발기일 수 있다. 팽창변(130)은 참조 부호 122와 동일한 역할을 한다.3, the flow of the refrigerant circulating in the cooling single stage compression cycle of the heat pump system 100 according to an embodiment of the present invention is a compressor (102)-> oil separator (104)-> four sides (106)- > Auxiliary tank (126)-> Condenser (124)-> Fluid receiver (112)-> Filter drier (114)-> Sight glass (116)-> Economize (118)-> Expansion valve (130)-> Plate type Heat exchanger (evaporator (cooling), 110)-> double pipe 108-> four sides 106-> liquid separator 128-> compressor 102 in the order of circulation. Reference numeral 124 may be a condenser for cooling or an evaporator for heating. The expansion edge 130 plays the same role as the reference numeral 122.

이때, 보조 탱크(126)에서는 보조 열원으로 물을 공급하며, 사이트글라스(116)와 에코노마이즈(118) 사이에 위치한 SOL 밸브(120)를 차단하며, 에코노마이즈(118)와 이중관(108)에서 열교환하지 않고 냉매를 그냥 통과시키도록 함으로써, 증발기(124)에서 열원인 냉수를 효과적으로 얻을 수 있게 되는 것이다.At this time, the auxiliary tank 126 supplies water to the auxiliary heat source, blocks the SOL valve 120 located between the sight glass 116 and the economize 118, the economize 118 and the double pipe 108 By just passing the refrigerant through without heat exchange in the), it is possible to effectively obtain the cold water as the heat source in the evaporator (124).

한편, 도 2 및 도 3에 설명된 판형열교환기(응축기, 110)를 사용하지 않고 공기 조화기 등을 설치하여 공기와 직접 접촉에 의한 냉난방용으로도 본 발명의 히트 펌프 시스템이 이용될 수 있으며, 공냉식 코일(증발기(난방일때, 124) 및 응축기(냉방일때, 124)) 을 수냉시 열교환기로 대체할 수도 있다.Meanwhile, the heat pump system of the present invention can also be used for cooling and heating by direct contact with air by installing an air conditioner without using the plate heat exchanger (condenser 110) described in FIGS. 2 and 3. The air-cooled coils (evaporator (heating, 124) and condenser (cooling, 124)) may be replaced with water-cooling heat exchangers.

또한, 태양열 또는 물을 공급하기 위한 보조 탱크(126)가 공냉식 코일(증발기(난방일때, 124) 및 응축기(냉방일때, 124))의 후단쪽에 설치될 수도 있으며, 에코노마이즈(118)가 판형열교환기가 아닌 중간냉각기 형식인 용기류 타입으로 변형될 수도 있다.In addition, an auxiliary tank 126 for supplying solar heat or water may be installed at the rear end of the air-cooled coil (evaporator (heating, 124) and condenser (cooling, 124)), the economize 118 is plate-shaped It may be transformed into a container type in the form of an intermediate cooler rather than a heat exchanger.

이상에서와 같이, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.As described above, although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the technical spirit or essential features of the present invention in other specific forms. It will be appreciated that it can be done. The embodiments described above are therefore to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.

100 : 히트 펌프 시스템 102 : 압축기
104 : 유분리기 106 : 사방변
108 : 이중관 110 : 응축기(난방), 증발기(냉방)
112 : 수액기 114 : 필터드라이어
116 : 사이트글라스 118 : 에코노마이즈
120 : SOL 밸브 122 : 팽창변
124 : 증발기(난방), 응축기(냉방) 126 : 보조 탱크
128 : 액열기 130 : 팽창변
132 : 솔레노이드 밸브 134 : 솔레노이드 밸브
136 : 팽창변 138 : 액라인(Liquid Line)
140 : 압축기의 냉매 토출 온도 감지 센서100: heat pump system 102: compressor
104: oil separator 106: four sides
108: double pipe 110: condenser (heating), evaporator (cooling)
112: receiver 114: filter drier
116: sight glass 118: econoise
120: SOL valve 122: expansion valve
124: evaporator (heating), condenser (cooling) 126: auxiliary tank
128: heat receiver 130: expansion valve
132: solenoid valve 134: solenoid valve
136: expansion valve 138: liquid line
140: refrigerant discharge temperature detection sensor of the compressor

Claims (7)

난방 다효 압축 사이클과 냉방 단단 압축 사이클 형태로 냉매를 순환시켜 난방과 냉방을 겸용하는 히트 펌프 시스템으로서,
사방변과 증발기 사이에 위치하여 난방 다효 압축 사이클로 순환중인 냉매를 포화 또는 과열 증기로 만들기 위하여 태양열을 보조 열원으로 공급하는 보조 탱크; 및
상기 사방변과 응축기 사이 및 압축기와 SOL 밸브 사이에 위치하여, 에코노마이즈를 통해 순환되는 상기 냉매와 상기 SOL 밸브의 개방에 의해 사이트글라스에서 순환되는 상기 냉매를 열교환하여 토출 온도를 높이도록 상기 압축기로 공급하는 이중관
을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 펌프 시스템.A heat pump system that combines heating and cooling by circulating refrigerant in the form of a heating effective compression cycle and a cooling single stage compression cycle,
An auxiliary tank located between the four sides and the evaporator to supply solar heat to the auxiliary heat source to make the refrigerant circulating in a heating effective compression cycle into saturated or superheated steam; And
Located between the four sides and the condenser and between the compressor and the SOL valve, the compressor to heat the refrigerant circulated through the sight glass by opening the SOL valve and the refrigerant circulated through the economization to increase the discharge temperature Pipe supplied with
Heat pump system comprising a. 제 1항에 있어서,
상기 난방 다효 압축 사이클로 순환중인 냉매는,
압축기, 유분리기, 사방변, 이중관, 판형열교환기(응축기), 수액기, 필터드라이어, 사이트글라스, 에코노마이즈, 팽창변, 증발기, 보조 탱크, 사방변, 액분리기, 압축기의 순서로 순환하여 상기 응축기에서 열원인 온수를 얻는 것을 특징으로 하는 상기 히트 펌프 시스템.The method of claim 1,
The refrigerant circulating in the heating effective compression cycle,
Compressor, oil separator, four sides, double pipe, plate heat exchanger (condenser), receiver, filter dryer, sight glass, economize, expansion valve, evaporator, auxiliary tank, four sides, liquid separator, compressor The heat pump system, characterized in that to obtain hot water as a heat source in the condenser. 제 2항에 있어서,
상기 액분리기와 압축기의 사이에는 솔레노이드 밸브가 더 배치되고, 압축기와 유분리기 사이에는 토출 감지 센서가 더 배치될 때, 상기 토출 감지 센서의 온도 감지 여부에 따라 상기 솔레노이드 밸브를 열고 닫는 것을 특징으로 하는 상기 히트 펌프 시스템.The method of claim 2,
A solenoid valve is further disposed between the liquid separator and the compressor, and when the discharge detection sensor is further disposed between the compressor and the oil separator, the solenoid valve is opened and closed according to whether the discharge detection sensor senses the temperature. The heat pump system. 제 1항에 있어서,
상기 보조 탱크는,
상기 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환중인 냉매와 열교환하도록 열원으로 물을 공급하고,
상기 SOL 밸브를 차단하여 상기 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환중인 냉매를 상기 에코노마이즈와 이중관에서 열교환하지 않고 통과시키는 것을 특징으로 하는 상기 히트 펌프 시스템.The method of claim 1,
The auxiliary tank,
Supplying water to the heat source to heat exchange with the refrigerant in circulation in the form of the cooling single stage compression cycle,
The heat pump system, characterized in that for blocking the SOL valve to pass through the refrigerant circulating in the form of the cooling single stage compression cycle without heat exchange between the economize and the double pipe. 제 4항에 있어서,
상기 냉방 단단 압축 사이클 형태로 순환중인 냉매는,
압축기, 유분리기, 사방변, 보조 탱크, 응축기, 수액기, 필터드라이어, 사이트글라스, 에코노마이즈, 팽창변, 판형열교환기(증발기), 이중관, 사방변, 액분리기, 압축기의 순서로 순환하되, 상기 보조 탱크에서는 보조 열원으로 물을 공급하며, 상기 SOL 밸브를 차단하여 상기 에코노마이즈와 이중관에서 상기 냉매를 그냥 통과시키도록 하여, 상기 증발기에서 열원인 냉수를 얻는 것을 특징으로 하는 상기 히트 펌프 시스템.The method of claim 4, wherein
The refrigerant circulating in the cooling single stage compression cycle form,
Circulate in the order of compressor, oil separator, four sides, auxiliary tank, condenser, receiver, filter dryer, sight glass, economize, expansion valve, plate heat exchanger (evaporator), double pipe, four sides, liquid separator, compressor, The auxiliary pump supplies water to an auxiliary heat source, and shuts off the SOL valve so that the refrigerant passes through the economizer and the double pipe, thereby obtaining cold water as a heat source in the evaporator. . 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
상기 증발기 및 응축기는, 공냉식 열교환기 및 수냉시 열교환기 중 선택된 어느 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 상기 히트 펌프 시스템.6. The method according to claim 2 or 5,
The evaporator and the condenser, the heat pump system, characterized in that for applying any one selected from the air-cooled heat exchanger and the water-cooled heat exchanger. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에코노마이즈는 중간냉각기 형식인 용기류 타입 형태로 더 제작되는 것을 특징으로 하는 상기 히트 펌프 시스템.The method according to any one of claims 1 to 5,
The economize is characterized in that the heat pump system is further produced in the form of a container type of the intermediate cooler type.
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