KR101449899B1 - 히트펌프 이코노마이저, 히트펌프 및 이를 이용한 냉난방 시스템 - Google Patents

히트펌프 이코노마이저, 히트펌프 및 이를 이용한 냉난방 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메인 사이클에 이코노마이저 사이클을 부가하고, 냉매를 9:1로 분배하여 효율 향상 및 압축기의 신뢰도를 향상시키는 히트펌프 이코노마이저, 히트펌프 및 이를 이용한 냉난방 시스템에 관한 것이다. 이를 위하여 제1응축기에 연결되어, 제1응축기에 의해 응축된 냉매를 2차 응축하는 제2응축기; 2차 응축기에 연결되어, 2차 응축된 냉매를 특정 비율로 분배하는 분기관; 분기관에 연결되어, 분기관에 의해 분배된 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단; 및 제2팽창수단에 연결되어, 제2팽창수단에 의해 팽창된 냉매를 제2응축기에 의해 발생되는 응축열에 의해 증발시키는 제2증발기;를 포함하고, 분기관에 의해 분배되는 냉매는, 제2팽창수단 및 제2증발기를 통과하여 압축기로 흡입되며, 분기관에 의해 분배되는 냉매 이외의 냉매는, 제1팽창수단과 제2증발기를 통과하여 압축기로 흡입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 이코노마이저가 제공될 수 있다. 이에 따르면 난방 시 온수를 65℃ 정도까지 사용하더라도 압축기 토출온도가 105℃ 미만으로 유지되도록 하여 압축기의 수명저하를 방지하고, 압축기의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

Description

히트펌프 이코노마이저, 히트펌프 및 이를 이용한 냉난방 시스템{Economizer, Heat Pump and Cooling-heating System using thereof}
본 발명은 히트펌프 이코노마이저, 히트펌프 및 이를 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메인 사이클에 이코노마이저 사이클을 부가하고, 냉매를 9:1로 분배하여 효율 향상 및 압축기의 신뢰도를 향상시키는 히트펌프 이코노마이저, 히트펌프 및 이를 이용한 냉난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프와 같은 공기조화기는 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 과정을 수행하여, 실내 공간을 냉방 또는 난방시키는 장치이다. 공기조화기는 하나의 외부 열원측 열교환기에 하나의 부하측 열교환기가 연결되는 통상적인 공기조화기와, 외부 열원측 열교환기에 복수개의 부하측 열교환기가 연결되는 멀티 공기조화기로 구분된다. 이러한 공기조화기는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함한다. 압축기에서 토출된 냉매는 응축기에서 응축된 후, 팽창밸브에서 팽창되고, 팽창된 냉매는 증발기에서 증발되어 다시 압축기로 흡입된다. 압축기에서 고온, 고압의 압축냉매가 기체상태로 배출되고, 응축기를 지나면서 냉매는 중온, 고압의 액체상태로 변화된다. 팽창밸브를 지나면서 냉매는 저온, 저압의 액체 및 기체 혼합상태로 변화되고, 증발기를 지나면서 냉매는 저온, 저압의 기체상태로 변화된다.
도 1은 종래기술에 따른 히트펌프 냉방 사이클을 도시한 모식도, 도 2는 종래기술에 따른 히트펌프 난방 사이클을 도시한 모식도, 도 3은 종래기술에 따른 히트펌프 냉난방 시스템을 도시한 모식도이다. 도 1, 2, 3에 도시된 바와 같이, 냉방운전과 난방운전이 가능한 히트펌프(heat pump)의 경우, 압축기(10)에서 응축기(12), 팽창수단(14) 및 증발기(16)의 순서로 냉매가 유동하게 되며, 냉방운전 시에는 증발기(16)가 부하측 열교환기, 응축기(12)가 외부 열원측 열교환기가 되고, 난방운전 시에는 응축기(12)가 부하측 열교환기, 증발기(16)가 외부 열원측 열교환기가 된다.
종래기술에 따른 히트펌프는 냉방 시, 압축기(10)에서 70℃로 토출되고, 응축기(12)에서 외부 열원에 의해 35℃로 응축되며, 팽창수단(14)에 의해 팽창되면서 2℃로 감온되고, 증발기(16)에서 부하측 열원에 의해 7℃로 증발된다.
종래기술에 따른 히트펌프는 난방 시, 압축기(10)에서 80℃로 토출되고, 응축기(12)에서 부하측 열원에 의해 50℃로 응축되며, 팽창수단(14)에 의해 팽창되면서 0℃로 감온되고, 증발기(16)에서 외부 열원에 의해 5℃로 증발된다.
종래기술에 따른 히트펌프의 경우, 난방 시 온수를 65℃ 정도까지 사용하게 되면, 압축기에서 냉매가 110℃ 이상으로 토출되므로, 압축기의 수명이 저하되었다. 압축기는 고가인 가격에 비하여 5년 정도 사용할 수 있으며, 무리하게 가동하는 경우 2년 만에 수명이 다하기도 한다. 따라서 히트펌프의 가동 시에는 핵심부품인 압축기의 수명이 사용에 매우 중요한 요소이다. 또한 냉매가 압축기에 5~7℃로 입력되므로, 에너지 효율이 낮은 문제점이 있었다.
등록특허 10-1324902 등록특허 10-0568248
따라서 본 발명은 상기 제시된 문제점을 개선하기 위하여 창안되었다.
본 발명의 목적은, 메인 사이클에 이코노마이저 사이클을 부가하고, 냉매를 9:1로 분배하여 효율 향상 및 압축기의 신뢰도를 향상시키는 히트펌프 및 이를 이용한 냉난방 시스템을 제공하는데에 있다.
이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.
본 발명의 제1목적은, 냉매를 압축하는 압축기, 압축된 상기 냉매를 응축하여 응축열을 방출하는 제1응축기, 응축된 상기 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단 및 증발열을 흡수하여 팽창된 상기 냉매를 증기로 증발시키는 제1증발기를 포함하는 히트펌프의 상기 제1응축기와 상기 제1팽창수단 사이의 냉매순환라인 상에 설치되어 분기되는 히트펌프 이코노마이저에 있어서, 상기 제1응축기에 연결되어, 상기 제1응축기에 의해 응축된 상기 냉매를 2차 응축하는 제2응축기; 상기 2차 응축기에 연결되어, 2차 응축된 상기 냉매를 특정 비율로 분배하는 분기관; 상기 분기관에 연결되어, 상기 분기관에 의해 분배된 상기 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단; 및 상기 제2팽창수단에 연결되어, 상기 제2팽창수단에 의해 팽창된 상기 냉매를 상기 제2응축기에 의해 발생되는 응축열에 의해 증발시키는 제2증발기;를 포함하고, 상기 분기관에 의해 분배되는 상기 냉매는, 상기 제2팽창수단 및 상기 제2증발기를 통과하여 상기 압축기로 흡입되며, 상기 분기관에 의해 분배되는 상기 냉매 이외의 냉매는, 상기 제1팽창수단과 상기 제2증발기를 통과하여 상기 압축기로 흡입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 이코노마이저를 제공하여 달성될 수 있다.
또한 상기 제2팽창수단은, 모세관 또는 전자식 팽창밸브인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 분기관에 의한 냉매순환라인 상에 설치되어, 상기 분기관으로의 냉매 유입을 조절하는 밸브;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 분기관에 의해 상기 냉매의 5~20%, 바람직하게는 10%가 제2팽창수단으로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 난방 사이클을 구비하는 히트펌프에 있어서, 냉매순환라인은 분기관에 의해 구분되는 메인 라인과 이코노마이저 라인을 포함하고, 상기 메인 라인은, 냉매를 압축하여 고온고압으로 토출하는 압축기; 상기 압축기와 연결되어 압축된 상기 냉매를 응축하고, 발생되는 응축열을 부하측 열원에 제공하는 제1응축기; 상기 제1응축기에 연결되어, 상기 제1응축기를 통과한 상기 냉매를 2차 응축하는 제2응축기; 상기 제2응축기와 연결되어 응축된 상기 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단; 및 상기 제1팽창수단과 연결되어 외부 열원에서 증발열을 흡수하고, 팽창된 상기 냉매를 증발시키는 제1증발기;를 포함하고, 증발된 상기 냉매는 상기 압축기로 흡입되며, 상기 이코노마이저 라인은, 상기 제2응축기에 연결되어, 2차 응축된 상기 냉매를 특정 비율로 분배하는 분기관; 상기 분기관에 연결되어, 상기 분기관에 의해 분배된 상기 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단; 및 상기 제2팽창수단에 연결되어, 상기 제2팽창수단에 의해 팽창된 상기 냉매를 상기 제2응축기에 의해 발생되는 응축열에 의해 증발시키는 제2증발기;를 포함하고, 상기 분기관에 의해 분배된 상기 냉매는, 상기 제2증발기를 통과하여 상기 압축기로 흡입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 제공하여 달성될 수 있다.
또한 상기 분기관에 의해 상기 냉매의 5~20%, 바람직하게는 10%가 상기 이코노마이저 라인으로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은, 본 발명의 일실시예 따른 히트펌프를 포함하는 냉난방 시스템에 있어서, 냉방 시스템 및 난방 시스템을 포함하고, 상기 냉방 시스템에서는 상기 히트펌프의 일구성인 제1증발기가 부하측 열교환기가 되고, 상기 히트펌프의 일구성인 제1응축기가 외부 열원측 열교환기가 되며, 압축기에서 토출된 냉매가 상기 제1응축기, 상기 히트펌프의 일구성인 제2응축기, 상기 팽창수단 및 상기 제1증발기의 순서로 유동되어 상기 압축기로 흡입되도록 구성되고, 상기 난방 시스템에서는 상기 제1증발기가 상기 외부 열원측 열교환기가 되고, 상기 제1응축기가 상기 부하측 열교환기가 되며, 상기 난방 시스템은, 분기관에 의해 구분되는 메인 라인과 이코노마이저 라인을 포함하고, 상기 메인 라인에서 상기 냉매는, 상기 압축기에서 토출되고, 상기 제1응축기, 상기 제2응축기, 상기 팽창수단 및 상기 제1증발기의 순서로 유동되어 상기 압축기로 흡입되며, 상기 이코노마이저 라인에서 상기 냉매는, 상기 압출기에서 토출되고, 상기 제1응축기, 상기 제2응축기, 상기 분기관, 상기 히트펌프의 일구성인 제2팽창수단 및 상기 히트펌프의 일구성인 제2증발기의 순서로 유동되어 상기 압축기로 흡입되는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템을 제공하여 달성될 수 있다.
또한 상기 분기관에 의해 상기 냉매의 5~20%, 바람직하게는 10%가 상기 이코노마이저 라인으로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명에 따르면, 난방 시 온수를 65℃ 정도까지 사용하더라도 압축기 토출온도가 105℃ 미만으로 유지되도록 하여 압축기의 수명저하를 방지하고, 압축기의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
둘째, 본 발명에 따르면, 압축기의 입력측에 들어가는 냉매 온도가 종래 5℃에서 9℃ 정도로 높아지게 되면서, 전체적인 냉매 순환량이 향상되어 냉난방 시스템의 효율 및 성능이 향상되는 효과가 있다.
셋째, 본 발명에 따르면 냉매 순환량 10%가 버려지는 응축열을 활용하게 됨으로써 추가 효율 향상에 기여하게 되는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래기술에 따른 히트펌프 냉방 사이클을 도시한 모식도,
도 2는 종래기술에 따른 히트펌프 난방 사이클을 도시한 모식도,
도 3은 종래기술에 따른 히트펌프 냉난방 시스템을 도시한 모식도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 냉방 사이클을 도시한 모식도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 냉방 사이클을 도시한 흐름도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 난방 사이클을 도시한 모식도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 난방 사이클을 도시한 흐름도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 냉난방 시스템의 모식도를 도시한 것이다..
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
<히트펌프 및 히트펌프 이코노마이저 >
본 발명에서 외부 열원은, 지열원, 수열원, 공기열원, 가스, 전기 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프는 냉방 사이클과 난방 사이클을 포함할 수 있다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 냉방 사이클을 도시한 모식도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 냉방 사이클을 도시한 흐름도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 난방 사이클을 도시한 모식도, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 난방 사이클을 도시한 흐름도이다. 도 4, 5, 6, 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프는 압축기(10), 응축기로서 제1응축기(120) 및 제2응축기(122), 팽창수단으로서 제1팽창수단(140) 및 제2팽창수단(142), 증발기로서 제1증발기(160) 및 제2증발기(162), 사방밸브(18), 밸브수단(20)으로 구성될 수 있다.
압축기(10)는 증기상태인 고온고압의 냉매를 토출하는 구성으로, 토출온도는 약 80℃에 달한다. 냉매 토출 측이 사방밸브(18)와 연결되고 제1응축기(120)로 냉매를 공급한다. 압축기는 스크롤(scroll) 콤프레서 등의 콤프레서로 구성될 수 있다.
사방밸브(18)는 냉방 시와 난방 시에 각각 냉매의 유동방향에 변화를 주기위한 구성이다. 냉방 시에는 압축기(10)와 외부 열원측 열교환기를 연결하여 외부 열원측 열교환기가 응축기가 되고, 난방 시에는 압축기(10)와 부하측 열교환기를 연결하여 부하측 열교환기가 응축기가 된다.
응축기는 고온고압의 증기 냉매를 응축하여 중온고압의 액체 냉매로 변환하는 구성으로서, 제1응축기(120)와 제2응축기(122)로 구성될 수 있다. 냉매 응축 과정에서 응축열이 발생하게 되는데, 냉방 시에는 외부 열원과 열교환을 하도록 구성되고, 난방시에는 부하측 열원과 열교환을 하도록 구성된다. 응축기는 열교환기의 형태로 구성될 수 있다.
종래기술과 같이, 제1응축기(120)는 압축기(10)에 연결되고, 80℃ 이던 고온 고압의 증기냉매는 제1응축기(120)를 지나면서 50℃의 중온고압의 액체냉매로 변환된다.
본 발명의 일실시예에 따른 제2응축기(122)는, 제1응축기(120)에 연결될 수 있다. 제1응축기(120)를 지나면서 50℃의 중온고압의 액체 냉매로 변환된 냉매는 제2응축기(122)를 지나면서 20℃로 더욱 감온된다.
팽창수단은 중온고압의 액체 냉매를 저온저압의 액체와 기체상태가 혼합된 형태의 냉매로 변환하는 구성으로서, 제1팽창수단(140)과 제2팽창수단(142)으로 구성될 수 있다. 제1팽창수단(140)은 제2응축기(122)에 연결될 수 있다. 제2응축기(122)를 지나면서 20℃로 더욱 감온된 냉매는 제1팽창수단(140)을 지나면서 2℃로 감온된다. 팽창수단은 전자식 팽창밸브, 감온식 팽창밸브 또는 모세관 등으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 제2팽창수단(142)은, 분기관(30)에 연결되고 제2응축기(122)에 에 의해 20℃로 더욱 감온된 냉매를 15℃로 감온시키고 일부를 기화시킨다.
분기관(30)에 관하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 제2응축기(122) 이후의 라인에 분기관(30)이 설치되어 제1팽창수단(140)을 포함하는 라인과 제2팽창수단(142)을 포함하는 라인으로 구분될 수 있다. 제1팽창수단(140)을 포함하는 라인은 메인 라인이라 칭할 수 있고, 제2팽창수단(142)을 포함하는 라인은 이코노마이저 라인이라 칭할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 냉매 순환량의 95% 내지 80%가 메인 라인에 분배되고, 냉매 순환량의 5% 내지 20%가 이코노마이저 라인에 분배된다. 냉매 순환량의 90%가 메인 라인에 분배되고, 냉매 순환량의 10%가 이코노마이저 라인에 분배되는 것이 가장 바람직하다. 냉매 순환량의 95% 초과량이 메인 라인에 분배되고, 냉매 순환량의 5% 미만이 이코노마이저 라인에 분배되면, 본 발명에 따른 효과의 5% 정도만 발휘된다. 또한 냉매 순환량의 80% 미만이 메인 라인에 분배되고, 냉매 순환량의 20% 초과량이 이코노마이저 라인에 분배되면, 증발이 완전히 이루어지지 않아서 압축기로 액체가 들어가게 되므로, 압축기가 망가지게 되는 문제점이 발생한다.
증발기는 저온저압의 증기 및 액체 혼합 상태의 냉매를 저온저압의 증기 냉매로 변환하는 구성으로서, 제1증발기(160), 제2증발기(162)로 구성될 수 있다. 제1증발기(160)는 제1팽창수단(140)에 연결될 수 있고, 제2증발기(162)는 제2팽창수단(142)에 연결될 수 있다. 제2증발기(162)에서 요구되는 증발열은 제2응축기(122)에서 발생되는 응축열로 이용될 수 있다. 증발기는 열교환기의 형태로 구성될 수 있다.
*제1증발기(160)와 관련하여, 제1팽창수단(140)에 의해 2℃로 감온되었던 냉매는 제1증발기(160)에 의해 7℃로 증발된다. 제1증발기(160)에 의한 7℃의 증기 냉매는 압축기(10)로 흡입된다. 제1증발기(160)에는 냉매순환량의 90%가 분배됨에 따라 압력이 상승되고, 종래보다 증발 후 냉매온도가 향상되는 효과가 있다.
제2증발기(162)와 관련하여, 제2팽창수단(142)에 의해 15℃로 감온되었던 냉매는 제2증발기(162)에 의해 20℃로 증발된다. 제2증발기(162)에 의한 20℃의 증기 냉매는, 제1증발기(160)에 의한 7℃의 증기 냉매와 혼합되어 9℃의 증기 냉매로 압축기(10)에 흡입된다. 압축기(10)로의 흡입 온도가 향상되므로, 시스템의 효율 및 성능이 향상되는 효과가 있다. 또한 압축기(10)의 토출온도가 낮아지는 장점이 있다. 이는 압축기(10)의 수명 저하를 방지할 수 있게 해주는 효과가 있다.
또한, 제2증발기(162)는 제2응축기(122)에 의한 2차 응축열을 냉매 증발열로 이용하기 때문에, 시스템의 효율이 증대되는 효과가 있다. 또한 냉매 순환량의 증대로 인한 압축기 토출 과열 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다. 이는 효율 향상 및 압축기의 신뢰도 향상에 직결된다. 종래에는 온수를 60℃ 이상으로 사용 시 압축기 토출온도가 상승되어 압축기의 제품 수명이 단축되는 문제점이 있었으나, 본 발명에 따르면 압축기의 토출온도가 과열되는 것을 방지할 수 있으므로, 60℃ 이상의 고온용으로도 사용이 가능해지는 장점이 있다.
밸브수단(20)은 전자식 솔레노이드 밸브로 구성이 가능하다. 이와 같은 효과가 구현되는 다양한 밸브로 구성이 가능하다. 밸브수단(20)에 의해 이코노마이저 라인의 개폐가 결정되며, 냉매순환량의 분배 비율은 밸브수단(20)에 의해 결정되도록 구성될 수도 있고, 파이프의 단면적에 의해 결정되도록 구성될 수도 있다.
히트펌프 이코노마이저에 관하여, 제2팽창수단(142) 및 제2증발기(162)를 포함하여 히트펌프 이코노마이저라고 칭할 수 있으며, 제2응축기(122), 분기관(30) 및 밸브수단(20)을 더 포함할 수 있다.
냉방 사이클과 관련하여, 도 4, 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프의 냉방 사이클은 종래기술과 유사하고, 제2응축기(122)가 추가되는 것에만 차이가 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 냉방 사이클은, 압축기(10)에서 토출된 냉매가 사방밸브(18)를 지나 제1응축기(120)로 유입되고, 응축된 냉매는 제2응축기(122)에 의해 2차 응축되며, 제1팽창수단(140)을 통과하여 제1증발기(160)로 유입되고, 증발된 저온저압의 증기 냉매는 다시 압축기(10)로 흡입되는 사이클로 구성될 수 있다. 제1증발기(160)가 부하측 열교환기, 제1응축기(120)가 외부 열원측 열교환기로 구성된다.
난방 사이클과 관련하여, 도 6, 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프의 난방 사이클은 메인 라인과 이코노마이저 라인을 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 메인 라인은, 압축기(10)에서 토출된 냉매가 사방밸브(18)를 지나 제1응축기(120)로 유입되고, 응축된 냉매는 제2응축기(122)에 의해 2차 응축되며, 제1팽창수단(140)을 통과하여 제1증발기(160)로 유입되고, 증발된 저온저압의 증기 냉매는 다시 압축기(10)로 흡입되는 사이클로 구성될 수 있다. 제1증발기(160)가 외부 열원측 열교환기, 제1응축기(120)가 부하측 열교환기로 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 이코노마이저 라인은, 제2응축기(122)의 냉매 토출구에 연결되는 분기관(30)에서부터 시작하게 된다. 밸브수단(20)이 개방되면 분기관(30)에서 일부 분배된 냉매가 제2팽창수단(142)을 통과하여 제2증발기(162)로 유입되고, 증발된 저온저압의 증기 냉매는 압축기(10)의 냉매 유입구 측에서 다시 메인 라인에 합류하게 된다.
<냉난방 시스템>
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 냉난방 시스템을 도시한 모식도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 냉난방 시스템은, 사방밸브(18)에 의해 냉방 사이클과 난방 사이클이 모두 가능하도록 구성될 수 있다. 냉방 사이클에서는 외부 열원과 냉매가 열교환하도록 하는 외부 열원측 열교환기가 제1응축기(120)가 되고, 부하측과 냉매가 열교환하도록 하는 부하측 열교환기는 제1증발기(160)가 된다. 난방 사이클에서는 외부 열원측 열교환기가 제1증발기(160)가 되고, 부하측 열교환기는 제1응축기(120)가 된다.
이상에서 기술한 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 및 냉난방 시스템은 복수개의 압축기를 포함하여 용적을 향상시킬 수 있다. 또한 냉매의 용적 향상을 위한 리시버 탱크 및 냉매 필터 등을 부가적으로 포함할 수 있음은 자명하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 압축기
12: 응축기
14: 팽창수단
16: 증발기
18: 사방밸브
20: 밸브수단
30: 분기관
120: 제1응축기
122: 제2응축기
140: 제1팽창수단
142: 제2팽창수단
160: 제1증발기
162: 제2증발기

Claims (8)

  1. 냉매를 압축하는 압축기, 압축된 상기 냉매를 응축하여 응축열을 방출하는 제1응축기, 응축된 상기 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단 및 증발열을 흡수하여 팽창된 상기 냉매를 증기로 증발시키는 제1증발기를 포함하는 히트펌프의 상기 제1응축기와 상기 제1팽창수단 사이의 냉매순환라인 상에 설치되어 분기되는 히트펌프 이코노마이저에 있어서,
    상기 제1응축기에 연결되어, 상기 제1응축기에 의해 응축된 상기 냉매를 2차 응축하는 제2응축기;
    상기 2차 응축기에 연결되어, 2차 응축된 상기 냉매를 특정 비율로 분배하는 분기관;
    상기 분기관에 연결되어, 상기 분기관에 의해 분배된 상기 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단;
    상기 제2팽창수단에 연결되어, 상기 제2팽창수단에 의해 팽창된 상기 냉매를 상기 제2응축기에 의해 발생되는 응축열에 의해 증발시키는 제2증발기; 및
    상기 분기관에 의한 냉매순환라인 상에 설치되어, 상기 분기관으로의 냉매 유입을 조절하는 조절수단;
    를 포함하고,
    상기 제2팽창수단은, 모세관 또는 전자식 팽창밸브로 구성되며,
    상기 분기관에 의해 분배되는 상기 냉매는, 상기 제2팽창수단 및 상기 제2증발기를 통과하여 상기 압축기로 흡입되며,
    상기 분기관에 의해 분배되는 상기 냉매 이외의 냉매는, 상기 제1팽창수단과 상기 제1증발기를 통과하여 상기 압축기로 흡입되도록 구성되고,
    상기 분기관에 의해 상기 냉매의 5~20%가 제2팽창수단으로 유입되며,
    상기 제2응축기와 상기 제2증발기는 하나의 열교환기로 구성되고,
    외부 열원은 지열원인 히트펌프의 난방 사이클에 이용되며,
    상기 히트펌프에서 난방 시 온수를 65℃ 이상으로 사용하더라도 상기 압축기의 토출온도가 105℃ 미만으로 유지되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 이코노마이저.
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