KR101616053B1 - 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템 - Google Patents

수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템 Download PDF

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신정수
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Abstract

수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템이 개시된다.
개시되는 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템은 압축기, 축열조측 열교환기, 팽창밸브 및 수요처측 열교환기를 포함하고, 냉난방 수요처에 대한 냉난방 공급을 위한 냉기 또는 열기를 제공할 수 있는 메인 히트 펌프; 상기 메인 히트 펌프와의 사이에서 액상 냉매가 순환되면서 상기 메인 히트 펌프에서 제공된 냉기 또는 열기가 축열될 수 있는 축열조; 및 상기 메인 히트 펌프와 상기 냉난방 수요처 사이를 순환하는 동안에는 액상이다가 대기압에 노출되면 기화되는 수요처 냉난방 냉매와 상기 축열조에 저장되어 있다가 순환되는 상기 액상 냉매 사이에서 열교환이 발생되도록 하여, 상기 축열조의 상기 액상 냉매가 상기 냉난방 수요처로 전달되지 않으면서도 상기 축열조 내의 냉기 또는 열기가 상기 냉난방 수요처로 공급되어 상기 냉난방 수요처에 대한 냉난방이 이루어지도록 하는 축열조 수요처 열교환기; 및 상기 축열조에서 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기로 유입되는 액상 냉매의 온도가 상기 메인 히트 펌프의 정상 운전을 위한 온도 범위 내에 있도록, 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기를 경유한 다음 상기 축열조로 향하는 액상 냉매 중의 일부와 상기 축열조에서 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기로 유입되는 액상 냉매를 혼합시켜 주는 제 1 삼방 밸브;를 포함한다.
개시되는 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템에 의하면, 도서관, 박물관, 미술관, 학교 등의 냉난방 수요처에 물 등의 액상 냉매의 노출 피해가 방지될 수 있고, 관리 인원이 상주하여야 하는 등의 관리의 불편함이 해소되며, 물 등의 액상 배관 직경에 비해 냉매 배관의 직경이 적어질 수 있어서 배관 설치 공간의 효율성 제고 및 배관 설치 작업의 원활성을 향상시킬 수 있고, 빙축열 냉동기가 적용되어 냉방 운전에 소요되는 전력 소비를 최소화하여 효율적인 냉방 운전이 이루어지도록 하는 장점이 있다.

Description

수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템{Heat storage type heat pump system for preventing liquid refrigerant exposure damage in demand}
본 발명은 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
축열식 히트 펌프 시스템은 히트 펌프 가동에 따라 발생된 열기 또는 냉기를 축열조에 축열하여 두었다가 수요처의 냉난방을 위해 공급할 수 있는 것으로, 이러한 축열식 히트 펌프 시스템의 예로 제시될 수 있는 것이 아래 제시된 특허문헌이다.
그러나, 종래의 축열식 히트 펌프 시스템에 의하면, 히트 펌프와 축열조 사이에서 액상 냉매가 순환되면서 축열이 이루어지고, 이러한 액상 냉매가 직접 수요처로 공급되는 구조로 이루어져 있어서, 도서관, 박물관, 미술관, 학교 등의 수요처에서 냉난방 중에 누수, 동파 등의 사고가 발생되는 경우, 냉난방을 위해 수요처로 공급된 액상 냉매로 인해 수요처에 큰 피해가 발생될 수 있고, 그러한 피해를 방지 또는 최소화하기 위하여 관리 인원이 상주하여야 하는 등의 불편함이 있어, 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
등록특허 제 20-0339349호, 등록일자: 2004.01.08., 발명의 명칭: 지열을 이용한 축열식 히트펌프 시스템
본 발명은 수요처에서 냉매 유출이 발생되더라도 수요처에 그러한 냉매 유출로 인한 피해가 최소화될 수 있는 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템은 압축기, 축열조측 열교환기, 팽창밸브 및 수요처측 열교환기를 포함하고, 냉난방 수요처에 대한 냉난방 공급을 위한 냉기 또는 열기를 제공할 수 있는 메인 히트 펌프; 상기 메인 히트 펌프와의 사이에서 액상 냉매가 순환되면서 상기 메인 히트 펌프에서 제공된 냉기 또는 열기가 축열될 수 있는 축열조; 상기 메인 히트 펌프와 상기 냉난방 수요처 사이를 순환하는 동안에는 액상이다가 대기압에 노출되면 기화되는 수요처 냉난방 냉매와 상기 축열조에 저장되어 있다가 순환되는 상기 액상 냉매 사이에서 열교환이 발생되도록 하여, 상기 축열조의 상기 액상 냉매가 상기 냉난방 수요처로 전달되지 않으면서도 상기 축열조 내의 냉기 또는 열기가 상기 냉난방 수요처로 공급되어 상기 냉난방 수요처에 대한 냉난방이 이루어지도록 하는 축열조 수요처 열교환기; 및 상기 축열조에서 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기로 유입되는 액상 냉매의 온도가 상기 메인 히트 펌프의 정상 운전을 위한 온도 범위 내에 있도록, 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기를 경유한 다음 상기 축열조로 향하는 액상 냉매 중의 일부와 상기 축열조에서 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기로 유입되는 액상 냉매를 혼합시켜 주는 제 1 삼방 밸브;를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템은 압축기, 축열조측 열교환기, 팽창밸브 및 수요처측 열교환기를 포함하고, 냉난방 수요처에 대한 냉난방 공급을 위한 냉기 또는 열기를 제공할 수 있는 메인 히트 펌프; 상기 메인 히트 펌프와의 사이에서 액상 냉매가 순환되면서 상기 메인 히트 펌프에서 제공된 냉기 또는 열기가 축열될 수 있는 축열조; 상기 메인 히트 펌프와 상기 냉난방 수요처 사이를 순환하는 동안에는 액상이다가 대기압에 노출되면 기화되는 수요처 냉난방 냉매와 상기 축열조에 저장되어 있다가 순환되는 상기 액상 냉매 사이에서 열교환이 발생되도록 하여, 상기 축열조의 상기 액상 냉매가 상기 냉난방 수요처로 전달되지 않으면서도 상기 축열조 내의 냉기 또는 열기가 상기 냉난방 수요처로 공급되어 상기 냉난방 수요처에 대한 냉난방이 이루어지도록 하는 축열조 수요처 열교환기; 및 심야 전력을 이용하여 빙축열을 형성함으로써 상기 축열조에 냉기를 저장하는 빙축열 냉동기;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템에 의하면, 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템이 메인 히트 펌프, 축열조 및 축열조 수요처 열교환기를 포함함에 따라, 냉난방 수요처로 냉난방 공급을 위해 유동되는 수요처 냉난방 냉매로 대기압에서 기화되는 냉매가 적용될 수 있고, 그에 따라 도서관, 박물관, 미술관, 학교 등의 냉난방 수요처에 물 등의 액상 냉매의 노출 피해가 방지될 수 있고, 관리 인원이 상주하여야 하는 등의 관리의 불편함이 해소되며, 물 등의 액상 배관 직경에 비해 냉매 배관의 직경이 적어질 수 있어서 배관 설치 공간의 효율성 제고 및 배관 설치 작업의 원활성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템에 의하면, 빙축열 냉동기가 적용됨에 따라, 심야 전력을 이용하여 빙축열을 형성하여 영하의 냉수를 축열조에 저장하여 두었다가 주간에 냉방 운전에 이용할 수 있고, 특히 여름철 오후 2시 내지 4시 등 냉방 부하가 최대치가 되는 시간에 그러한 냉수를 집중적으로 사용함으로써, 냉방 운전에 소요되는 전력 소비를 최소화하여 효율적인 냉방 운전이 이루어지도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템의 구성을 개략적으로 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템의 구성을 개략적으로 보이는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템의 구성을 개략적으로 보이는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템(100)은 메인 히트 펌프(110)와, 축열조(120)와, 축열조 수요처 열교환기(130)를 포함하고, 냉난방 수요처(10)에 대한 냉난방을 제공할 수 있는 것이다.
상기 메인 히트 펌프(110)는 압축기(114), 축열조측 열교환기(111) 및 팽창밸브(113)를 포함하고, 냉난방 수요처(10)에 대한 냉난방 공급을 위한 냉기 또는 열기를 제공할 수 있는 것이다.
상기 메인 히트 펌프(110)를 구성하는 상기 압축기(114), 상기 축열조측 열교환기(111) 및 상기 팽창밸브(113)가 냉동 사이클을 이루고, 그러한 냉동 사이클을 따라 수요처 냉난방 냉매가 순환되면서 냉기 또는 열기를 생산하게 된다. 이러한 히트 펌프의 작동 원리는 일반적인 것이므로 여기서는 그 구체적인 설명은 생략한다.
상기 축열조(120)는 상기 메인 히트 펌프(110)와의 사이에서 액상 냉매가 순환되면서 상기 메인 히트 펌프(110)에서 제공된 냉기 또는 열기가 축열될 수 있는 것이다.
상기 메인 히트 펌프(110)를 구성하는 상기 축열조측 열교환기(111)와 상기 축열조(120) 사이에는 메인 축열 순환 배관(160)이 연결되고, 상기 메인 축열 순환 배관(160)을 따라 상기 축열조(120)에서 나온 액상 냉매, 예를 들어 물이 상기 축열조측 열교환기(111)를 경유하며 열교환된 후 다시 상기 메인 축열 순환 배관(160)을 따라 상기 축열조(120)로 회수된다.
도면 번호 102는 상기 메인 축열 순환 배관(160)을 따라 상기 액상 냉매의 순환이 일어나도록 하는 메인 축열 순환 펌프이다.
도면 번호 161은 상기 메인 축열 순환 배관(160)에서 상기 축열조측 열교환기(111)의 출구 쪽에서 분지되어 상기 메인 축열 순환 배관(160)에서 상기 축열조측 열교환기(111)의 입구 쪽에 합지되는 메인 축열 분지관이고, 도면 번호 101은 상기 메인 축열 분지관(161)이 상기 메인 축열 순환 배관(160)에서 상기 축열조측 열교환기(111)의 입구 쪽에 합지되는 부분에 설치되는 제 1 삼방 밸브이다.
상기 제 1 삼방 밸브(101)는 상기 메인 히트 펌프(110)의 상기 축열조측 열교환기(111)를 경유한 다음 상기 축열조(120)로 향하는 액상 냉매 중의 일부와 상기 축열조(120)에서 상기 메인 히트 펌프(110)의 상기 축열조측 열교환기(111)로 유입되는 액상 냉매를 혼합시켜 줄 수 있다. 그러면, 상기 축열조(120)에서 상기 메인 히트 펌프(110)의 상기 축열조측 열교환기(111)로 유입되는 액상 냉매의 온도가 상기 메인 히트 펌프(110)의 정상 운전을 위한 온도 범위 내에 있게 되고, 그에 따라 상기 축열조(120)에서 상기 메인 히트 펌프(110)로 공급되는 극저온 상태인 액상 냉매가 상기 메인 히트 펌프(110)로 그대로 유입되는 등 상기 메인 히트 펌프(110)에 과부하를 발생시킬 수 있는 액상 냉매의 온도 요소를 제거함으로써, 상기 메인 히트 펌프(110)를 안정적으로 구동시킬 수 있게 된다.
상기 축열조 수요처 열교환기(130)는 대기 중에서 기체 상태가 되는 수요처 냉난방 냉매와 상기 축열조(120)에 저장되어 있다가 순환되는 상기 액상 냉매 사이에서 열교환이 발생되도록 하여, 상기 축열조(120)의 상기 액상 냉매가 상기 냉난방 수요처(10)로 전달되지 않으면서도 상기 축열조(120) 내의 냉기 또는 열기가 상기 냉난방 수요처(10)로 공급되어 상기 냉난방 수요처(10)에 대한 냉난방이 이루어지도록 하는 것이다.
상기 메인 히트 펌프(110)에서 냉기 또는 열기를 함유한 수요처 냉난방 냉매는 메인 수요 순환 배관(162)을 따라 상기 냉난방 수요처(10)에 설치된 실내기(11, 12)로 공급되어, 상기 냉난방 수요처(10)에 대한 냉난방을 수행한 다음, 다시 상기 메인 수요 순환 배관(162)을 따라 상기 메인 히트 펌프(110)로 유입된다. 상기 실내기(11, 12)에는 자체적으로 개폐 밸브가 설치되어 있다.
상기 메인 히트 펌프(110)와 상기 냉난방 수요처(10) 사이를 순환하는 상기 수요처 냉난방 냉매로는 상기 메인 수요 순환 배관(162)을 따라 정상적으로 순환될 때에는 액상 또는 기상인 상태이다가, 누수, 동파 등 대기압에 노출되는 상태에서는 기화되는 것으로, 프레온 계열의 친환경 냉매 등이 이용될 수 있다. 그러면, 상기 수요처 냉난방 냉매가 상기 냉난방 수요처(10)에 비정상적으로 누출되는 경우에도, 상기 냉방 수요처에 물 등의 액상 냉매가 노출되는 피해 발생이 방지될 수 있다.
상기와 같이, 상기 냉난방 수요처(10)에 물 등의 액상 냉매의 노출 피해를 방지하기 위하여 상기 수요처 냉난방 냉매로 대기압에서 기화되는 냉매가 적용되더라도, 본 실시예에서는 상기 축열조 수요처 열교환기(130)가 적용됨으로써, 상기 축열조 수요처 열교환기(130)에서 상기 수요처 냉난방 냉매와 상기 축열조(120) 내의 액상 냉매가 원활하게 열교환될 수 있게 된다.
이러한 열교환이 가능하도록, 상기 메인 수요 순환 배관(162)에서 분지되어 상기 축열조 수요처 열교환기(130)를 경유한 다음 다시 상기 메인 수요 순환 배관(162)에 합지되는 메인 수요 분지 배관(168)이 설치됨과 함께, 상기 축열조(120)와 상기 축열조 수요처 열교환기(130) 사이를 연결하여 상기 축열조(120) 내의 액상 냉매가 유동되도록 하는 축열 열교환 배관(167)도 설치된다. 그러면, 상기 메인 수요 분지 배관(168)을 따라 유동되는 상기 수요처 냉난방 냉매와 상기 축열 열교환 배관(167)을 따라 유동되는 상기 액상 냉매가 서로 혼합되지 않으면서, 상기 축열조 수요처 열교환기(130)에서 열교환될 수 있게 된다.
도면 번호 103은 상기 축열 열교환 배관(167)을 따라 유동을 발생시키는 축열 열교환 펌프(103)이다.
도면 번호 150은 열원부이고, 도면 번호 151은 상기 열원부(150)의 각종 열원을 연결하는 다중 열원 연결구(151)이다. 본 실시예에서는 예시적으로 상기 열원부(150)를 이루는 다중 열원으로, 도면 번호 152의 온도차 에너지를 이용한 열원, 도면 번호 153의 폐열원 및 도면 번호 154의 지열원이 제시되고 있다.
도면 번호 164는 상기 축열 열교환 배관(167)의 상기 축열조 수요처 열교환기(130) 입구 전에서 분지되어 상기 다중 열원 연결구(151)를 경유한 다음 다시 상기 축열 열교환 배관(167)의 상기 축열조 수요처 열교환기(130) 출구 후에서 합지되는 축열 열원 배관이고, 도면 번호 104는 상기 축열 열교환 배관(167)의 상기 축열조 수요처 열교환기(130) 입구 전에서 상기 축열 열원 배관(164)이 분지되는 지점에 설치되는 제 2 삼방 밸브이고, 도면 번호 165는 상기 축열 열교환 배관(167)의 상기 축열조 수요처 열교환기(130) 출구 후에서 분지되고 상기 제 2 삼방 밸브(104)에서 연장되는 상기 축열 열원 배관(164) 상에 합지되는 축열 열원 분지 배관이고, 도면 번호 105는 상기 축열 열교환 배관(167)에서 상기 축열 열원 분지 배관(165)이 분지되는 지점에 설치되는 제 3 삼방 밸브이고, 도면 번호 107은 상기 축열 열원 배관(164)과 상기 축열 열교환 배관(167)이 합지되는 지점에 설치되는 제 4 삼방 밸브이다.
도면 번호 20은 급탕 등 온수 수요처이고, 도면 번호 166은 상기 축열조(120)에서 온수인 액상 냉매를 유출할 수 있는 온수 유출 배관이고, 도면 번호 106은 상기 온수 유출 배관(166)에 유동을 발생시키는 온수 유출 펌프이고, 도면 번호 140은 상기 온수 유출 배관(166)을 순환하는 온수인 액상 냉매와 상기 온수 수요처(20)를 경유하는 급탕 배관을 순환하는 물 등의 급탕 냉매가 액상 대 액상으로 열교환되도록 하는 온수 열교환기이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템(100)의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 여름철 등에 상기 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템(100)이 냉방 운전을 수행하는 작동에 대하여 설명한다.
심야에 심야 전력을 이용하여 상기 메인 히트 펌프(110)가 냉기를 형성하고, 그러한 냉기가 상기 축열조(120)에 축열된다.
물론, 이러한 메인 히트 펌프(110)의 작동 중에 발생되는 열기는 상기 축열조 수요처 열교환기(130)를 통해 상기 열원부(150)로 버려질 수 있다. 이 때, 상기 제 2 삼방 밸브(104)와 상기 제 4 삼방 밸브(107)의 각 상기 축열조(120) 측 및 상기 제 3 삼방 밸브(105)의 상기 축열 열원 분지 배관(165) 측이 닫혀, 상기 액상 냉매가 상기 축열 열교환 펌프(103) → 상기 축열조 수요처 열교환기(130) → 상기 제 3 삼방 밸브(105) → 상기 제 4 삼방 밸브(107) → 상기 열원부(150) → 상기 제 2 삼방 밸브(104) → 상기 축열 열교환 펌프(103) 순으로 순환하면서, 상기 열기가 상기 열원부(150)로 버려질 수 있게 된다.
이러한 상태에서, 주간에 상기 축열 열교환 펌프(103)가 작동됨에 따라 상기 축열조(120) 내의 액상 냉매가 상기 축열조 수요처 열교환기(130)로 향하게 되고, 상기 메인 수요 분지 배관(168)에는 상기 수요처 냉난방 냉매가 유동되어, 상기 축열조 수요처 열교환기(130)에서 상기 액상 냉매와 상기 수요처 냉난방 냉매가 열교환된다. 그러면, 상기 수요처 냉난방 냉매가 냉기를 얻어 상기 냉난방 수요처(10)에 냉방을 공급할 수 있게 된다.
주간에 상기 축열조(120) 만의 냉방으로는 냉방 부하가 충족되지 않는 경우, 상기 메인 히트 펌프(110)가 가동될 수도 있다.
한편, 겨울철 등에 상기 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템(100)이 난방 운전을 수행하는 작동에 대하여 설명한다.
심야에 심야 전력을 이용하여 상기 메인 히트 펌프(110)가 온기를 형성하고, 그러한 온기가 상기 축열조(120)에 축열된다.
물론, 이러한 메인 히트 펌프(110)의 작동시에 형성되는 온기는 상기 열원부(150)에서 공급되는 것이다. 이 때, 상기 제 2 삼방 밸브(104)와 상기 제 4 삼방 밸브(107)의 각 상기 축열조(120) 측 및 상기 제 3 삼방 밸브(105)의 상기 축열 열원 분지 배관(165) 측이 닫혀, 상기 액상 냉매가 상기 축열 열교환 펌프(103) → 상기 축열조 수요처 열교환기(130) → 상기 제 3 삼방 밸브(105) → 상기 제 4 삼방 밸브(107) → 상기 열원부(150) → 상기 제 2 삼방 밸브(104) → 상기 축열 열교환 펌프(103) 순으로 순환하면서, 상기 열원부(150)의 열기가 상기 축열조 수요처 열교환기(130)로 공급될 수 있고, 그러한 열기가 상기 메인 히트 펌프(110)로 공급될 수 있다.
이러한 상태에서, 주간에 상기 축열 열교환 펌프(103)가 작동됨에 따라 상기 축열조(120) 내의 액상 냉매가 상기 축열조 수요처 열교환기(130)로 향하게 되고, 상기 메인 수요 분지 배관(168)에는 상기 수요처 냉난방 냉매가 유동되어, 상기 축열조 수요처 열교환기(130)에서 상기 액상 냉매와 상기 수요처 냉난방 냉매가 열교환된다. 그러면, 상기 수요처 냉난방 냉매가 온기를 얻어 상기 냉난방 수요처(10)에 난방을 공급할 수 있게 된다.
주간에 상기 축열조(120) 만의 난방으로는 난방 부하가 충족되지 않는 경우, 주간에도 상기 축열 열교환 펌프(103)가 작동되어, 상기 열원부(150)의 열기가 상기 축열조(120)로 공급될 수도 있다. 이 때, 상기 제 2 삼방 밸브(104)의 상기 축열 열원 배관(164) 측, 상기 제 4 삼방 밸브(107)의 상기 축열조 수요처 열교환기(130) 측 및 상기 제 3 삼방 밸브(105)의 상기 축열조(120) 측이 닫혀, 상기 액상 냉매가 상기 축열 열교환 펌프(103) → 상기 축열조 수요처 열교환기(130) → 상기 제 3 삼방 밸브(105) → 상기 축열 열원 분지 배관(165) → 상기 열원부(150) → 상기 제 4 삼방 밸브(107) → 상기 축열조(120) → 상기 제 2 삼방 밸브(104) → 상기 축열 열교환 펌프(103) 순으로 순환하면서, 상기 열원부(150)의 열기가 상기 축열조(120)로 공급될 수 있다.
상기와 같이, 상기 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템(100)이 메인 히트 펌프(110), 축열조(120) 및 축열조 수요처 열교환기(130)를 포함함에 따라, 냉난방 수요처(10)로 냉난방 공급을 위해 유동되는 수요처 냉난방 냉매로 대기압에서 기화되는 냉매가 적용될 수 있고, 그에 따라 도서관, 박물관, 미술관, 학교 등의 냉난방 수요처(10)에 물 등의 액상 냉매의 노출 피해가 방지될 수 있고, 관리 인원이 상주하여야 하는 등의 관리의 불편함이 해소되며, 물 등의 액상 배관 직경에 비해 냉매 배관의 직경이 적어질 수 있어서 배관 설치 공간의 효율성 제고 및 배관 설치 작업의 원활성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서 상기된 본 발명의 일 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고, 여기서는 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템의 구성을 개략적으로 보이는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템(200)은 심야 전력을 이용하여 빙축열을 형성함으로써 축열조(220)에 냉기를 저장하는 빙축열 냉동기(270)를 더 포함한다.
상기 빙축열 냉동기(270)은 자체적으로 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 등을 구비하여 빙축열을 형성함으로써, 그러한 빙축열에 의해 상기 축열조(220) 내가 냉각되어 상기 축열조(220)에 영하 10℃ 정도의 냉수가 축적되도록 하는 것이다.
도면 번호 271은 상기 빙축열 냉동기(270)의 냉기를 상기 축열조(220)로 공급하는 빙축 축열 순환 배관이고, 도면 번호 272는 상기 빙축 축열 순환 배관(271)에 유동을 형성하는 빙축 축열 펌프이다.
도면 번호 273은 상기 빙축열 냉동기(270)와 열원부(250), 상세히는 다중 열원 연결구(251) 사이를 연결하는 빙축 열원 순환 배관으로, 상기 빙축열 냉동기(270)에서 빙축열이 형성되는 과정에서 발생되는 폐열이 상기 빙축 열원 순환 배관(273)을 통해 상기 열원부(250)로 버려질 수 있게 된다.
도면 번호 274는 상기 열원부(250) 부근에서 상기 빙축 열원 순환 배관(273)이 축열 열원 배관(264)과 일부 배관을 공유하는 경우, 상기 빙축 열원 순환 배관(273)과 상기 축열 열원 배관(264) 중 어느 하나의 배관으로 선택적으로 냉매 유동이 일어나게 하는 등 양 배관(273, 264)의 냉매 유동을 제어하는 제 5 삼방 밸브이다.
한편, 상기 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템(200)은 심야 전력을 이용하여 구동되어 상기 축열조(220)에 열기를 제공하기 위한 보조 히트 펌프(280)를 더 포함할 수 있다.
상기 보조 히트 펌프(280)는 자체적으로 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 등을 구비하여 난방용 열기를 형성할 수 있다.
도면 번호 281은 메인 수요 분지 배관(268)과 연결되는 보조 히트 배관이다.
이하에서는 도면을 참조하여 상기 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템(200)의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 여름철 등에 상기 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템(200)이 냉방 운전을 수행하는 작동에 대하여 설명한다.
심야에 심야 전력을 이용하여 상기 빙축열 냉동기(270)가 빙축열을 형성하고, 그러한 빙축열에 의한 냉기가 상기 축열조(220)에 축열된다.
이러한 상태에서, 주간에 상기 축열 열교환 펌프(203)가 작동됨에 따라 상기 축열조(220) 내의 액상 냉매가 축열조 수요처 열교환기(230)로 향하게 되고, 상기 메인 수요 분지 배관(268)에는 수요처 냉난방 냉매가 유동되어, 상기 축열조 수요처 열교환기(230)에서 액상 냉매와 수요처 냉난방 냉매가 열교환된다. 그러면, 상기 수요처 냉난방 냉매가 냉기를 얻어 냉난방 수요처(10)에 냉방을 공급할 수 있게 된다.
주간에 상기 축열조(220) 만의 냉방으로는 냉방 부하가 충족되지 않는 경우, 상기 빙축열 냉동기(270)와 메인 히트 펌프(210)가 함께 가동될 수도 있다.
한편, 겨울철 등에 상기 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템이 난방 운전을 수행하는 작동에 대하여 설명한다.
심야에 심야 전력을 이용하여 상기 메인 히트 펌프(210)가 온기를 형성하고, 그러한 온기가 상기 축열조(220)에 축열되도록 하는 상기된 일 실시예에서 난방 방식이 그대로 이용될 수도 있음은 물론, 상기 보조 히트 펌프(280)의 심야 시간대의 가동으로 상기 축열조(220)에 축열이 이루어질 수도 있다.
또한, 주간에 상기 축열조(220) 만의 난방으로는 난방 부하가 충족되지 않는 경우, 상기 메인 히트 펌프(210)와 상기 보조 히트 펌프(280)가 함께 또는 선택적으로 가동될 수도 있다.
상기와 같이, 상기 빙축열 냉동기(270)가 적용됨에 따라, 심야 전력을 이용하여 빙축열을 형성하여 영하의 냉수를 상기 축열조(220)에 저장하여 두었다가 주간에 냉방 운전에 이용할 수 있고, 특히 여름철 오후 2시 내지 4시 등 냉방 부하가 최대치가 되는 시간에 그러한 냉수를 집중적으로 사용함으로써, 냉방 운전에 소요되는 전력 소비를 최소화하여 효율적인 냉방 운전이 이루어지도록 한다.
상기에서 본 고안은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 고안의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템에 의하면, 수요처에서 냉매 유출이 발생되더라도 수요처에 그러한 냉매 유출로 인한 피해가 최소화될 수 있으므로, 그 산업상 이용가능성이 높다고 하겠다.
101 : 제 1 삼방 밸브 102 : 메인 축열 순환 펌프
103 : 축열 열교환 펌프 104 : 제 2 삼방 밸브
105 : 제 3 삼방 밸브 106 : 온수 유출 펌프
107: 제 4 삼방 밸브 110 : 메인 히트 펌프
111: 축열조측 열교환기 113 : 팽창밸브
114 : 압축기 120 : 축열조
130 : 축열조 수요처 열교환기 140 : 온수 열교환기
150 : 열원부 151 : 다중 열원 연결구
152 : 온도차 에너지를 이용한 열원 153: 폐열원
154 : 지열원 160 : 축열 순환 배관
161 : 메인 축열 분지관 162 : 메인 수요 순환 배관
164 : 축열 열원 배관 165 : 축열 열원 분지 배관
166 : 온수 유출 배관 167 : 축열 열교환 배관
270 : 빙축열 냉동기 271 : 빙축 축열 순환 배관
272 : 빙축 축열 펌프 273 : 빙축 열원 순환 배관
274 : 제 5 삼방 밸브 280 : 보조 히트 펌프
281 : 보조 히트 배관

Claims (7)

  1. 압축기, 축열조측 열교환기, 팽창밸브 및 수요처측 열교환기를 포함하고, 냉난방 수요처에 대한 냉난방 공급을 위한 냉기 또는 열기를 제공할 수 있는 메인 히트 펌프;
    상기 메인 히트 펌프와의 사이에서 액상 냉매가 순환되면서 상기 메인 히트 펌프에서 제공된 냉기 또는 열기가 축열될 수 있는 축열조;
    상기 메인 히트 펌프와 상기 냉난방 수요처 사이를 순환하는 동안에는 액상이다가 대기압에 노출되면 기화되는 수요처 냉난방 냉매와 상기 축열조에 저장되어 있다가 순환되는 상기 액상 냉매 사이에서 열교환이 발생되도록 하여, 상기 축열조의 상기 액상 냉매가 상기 냉난방 수요처로 직접 전달되지 않으면서도 상기 축열조 내의 냉기 또는 열기가 상기 냉난방 수요처로 공급되어 상기 냉난방 수요처에 대한 냉난방이 이루어지도록 하는 축열조 수요처 열교환기; 및
    상기 축열조에서 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기로 유입되는 액상 냉매의 온도가 상기 메인 히트 펌프의 정상 운전을 위한 온도 범위 내에 있도록, 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기를 경유한 다음 상기 축열조로 향하는 액상 냉매 중의 일부와 상기 축열조에서 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기로 유입되는 액상 냉매를 혼합시켜 주는 제 1 삼방 밸브;를 포함하는 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템.
  2. 압축기, 축열조측 열교환기, 팽창밸브 및 수요처측 열교환기를 포함하고, 냉난방 수요처에 대한 냉난방 공급을 위한 냉기 또는 열기를 제공할 수 있는 메인 히트 펌프;
    상기 메인 히트 펌프와의 사이에서 액상 냉매가 순환되면서 상기 메인 히트 펌프에서 제공된 냉기 또는 열기가 축열될 수 있는 축열조;
    상기 메인 히트 펌프와 상기 냉난방 수요처 사이를 순환하는 동안에는 액상이다가 대기압에 노출되면 기화되는 수요처 냉난방 냉매와 상기 축열조에 저장되어 있다가 순환되는 상기 액상 냉매 사이에서 열교환이 발생되도록 하여, 상기 축열조의 상기 액상 냉매가 상기 냉난방 수요처로 직접 전달되지 않으면서도 상기 축열조 내의 냉기 또는 열기가 상기 냉난방 수요처로 공급되어 상기 냉난방 수요처에 대한 냉난방이 이루어지도록 하는 축열조 수요처 열교환기;
    심야 전력을 이용하여 빙축열을 형성함으로써 상기 축열조에 냉기를 저장하는 빙축열 냉동기; 및
    상기 축열조에서 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기로 유입되는 액상 냉매의 온도가 상기 메인 히트 펌프의 정상 운전을 위한 온도 범위 내에 있도록, 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기를 경유한 다음 상기 축열조로 향하는 액상 냉매 중의 일부와 상기 축열조에서 상기 메인 히트 펌프의 상기 축열조측 열교환기로 유입되는 액상 냉매를 혼합시켜 주는 제 1 삼방 밸브;를 포함하는 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템은
    심야 전력을 이용하여 구동되어 상기 축열조에 열기를 제공하기 위한 보조 히트 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템은
    상기 축열조와 상기 축열조 수요처 열교환기 사이를 연결하여 상기 축열조 내의 액상 냉매가 유동되도록 하는 축열 열교환 배관;
    다중의 열원으로 구성된 열원부의 상기 다중의 열원을 연결하는 다중 열원 연결구; 및
    상기 축열 열교환 배관의 상기 축열조 수요처 열교환기 입구 전에서 분지되어 상기 다중 열원 연결구를 경유한 다음 다시 상기 축열 열교환 배관의 상기 축열조 수요처 열교환기 출구 후에서 합지되는 축열 열원 배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템은
    상기 축열 열교환 배관의 상기 축열조 수요처 열교환기 입구 전에서 상기 축열 열원 배관이 분지되는 지점에 설치되는 제 2 삼방 밸브;
    상기 축열 열교환 배관의 상기 축열조 수요처 열교환기 출구 후에서 분지되고 상기 제 2 삼방 밸브에서 연장되는 상기 축열 열원 배관 상에 합지되는 축열 열원 분지 배관;
    상기 축열 열교환 배관에서 상기 축열 열원 분지 배관이 분지되는 지점에 설치되는 제 3 삼방 밸브; 및
    상기 축열 열원 배관과 상기 축열 열교환 배관이 합지되는 지점에 설치되는 제 4 삼방 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 히트펌프 시스템.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 수요처에 액상 냉매 노출 피해 방지 가능한 축열식 히트펌프 시스템은
    상기 축열조와 상기 축열조 수요처 열교환기 사이를 연결하여 상기 축열조 내의 액상 냉매가 유동되도록 하는 축열 열교환 배관;
    상기 축열 열교환 배관의 상기 축열조 수요처 열교환기 입구 전에서 분지되어 열원부를 경유한 다음 다시 상기 축열 열교환 배관의 상기 축열조 수요처 열교환기 출구 후에서 합지되는 축열 열원 배관;
    상기 빙축열 냉동기의 냉기를 상기 축열조로 공급하는 빙축 축열 순환 배관;
    상기 빙축열 냉동기와 상기 열원부 사이를 연결하는 빙축 열원 순환 배관; 및
    상기 빙축 열원 순환 배관과 상기 축열 열원 배관의 냉매 유동을 제어하는 제 5 삼방 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 히트펌프 시스템.
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