KR102378843B1 - 상시 대향류가 가능한 히트 펌프 - Google Patents

상시 대향류가 가능한 히트 펌프 Download PDF

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Abstract

개시되는 상시 대향류가 가능한 히트 펌프가 압축기, 팽창 밸브, 제 1 열교환기, 제 2 열교환기, 헤더쪽 개폐 밸브 및 합지쪽 개폐 밸브를 포함하고, 상기 제 1 열교환기가 냉매 유입 헤더, 열교환용 냉매 유동 배관, 열교환용 합지 연결 배관, 열교환 본체 및 냉매 유출 헤더를 포함함에 따라, 상기 제 1 열교환기를 경유하는 냉매가 외부 열원에 대해 상시적으로 대향류가 가능하도록 구성됨으로써 열교환 효율이 향상될 수 있게 되는 장점이 있다.

Description

상시 대향류가 가능한 히트 펌프{Heatpump for always counterflow}
본 발명은 상시 대향류가 가능한 히트 펌프에 관한 것이다.
히트 펌프(heat pump)는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치를 말하는데, 이러한 히트 펌프의 예로 제시될 수 있는 것이 아래 제시된 특허문헌의 그 것들이다.
이러한 히트 펌프는 일반적으로 압축기, 증발기, 응축기, 팽창 밸브 등으로 이루어져서, 냉방과 난방을 겸용하도록 구성된다.
그러나, 종래의 히트 펌프에 의하면, 그 증발기와 응축기에서는 냉매 유동이 어느 특정한 한 방향으로만 이루어지고, 그에 따라 한 방향으로는 공기 등 열교환 매체와 대향류가 되지만, 다른 방향으로는 그 열교환 매체와 대향류를 이루지 못하게 되어, 열교환 효율이 떨어지는 단점이 있었다.
등록실용신안 제 20-0482630호, 등록일자: 2017.02.08., 고안의 명칭: 설치 운용 및 이물질 제거가 용이한 관정형 히트펌프 시스템 공개특허 제 10-2013-0081437호, 공개일자: 2013.07.17., 발명의 명칭: 캐스케이드 히트펌프 장치
본 발명은 상시적으로 대향류가 가능하도록 구성됨으로써 열교환 효율이 향상될 수 있는 상시 대향류가 가능한 히트 펌프를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프는 냉매가 순환되면서 외부 열원에 대해 열을 수득하거나 열을 버릴 수 있는 것으로서,
상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프는 상기 냉매를 압축하는 압축기; 상기 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브; 상기 냉매가 유입되는 냉매 유입 헤더와, 상기 냉매 유입 헤더를 통해 유입된 상기 냉매가 유동되는 열교환용 냉매 유동 배관과, 상기 열교환용 냉매 유동 배관에 연결됨으로써, 상기 냉매 유입 헤더와 다른 경로로 상기 냉매를 유입시켜 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되도록 할 수 있는 열교환용 합지 연결 배관과, 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되는 상기 냉매와 상기 외부 열원을 열교환시키는 열교환 본체와, 상기 열교환 본체를 경유한 상기 냉매를 유출시키는 냉매 유출 헤더를 포함하는 제 1 열교환기; 상기 냉매와 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 수요처를 열교환시키는 제 2 열교환기; 상기 냉매 유입 헤더 쪽으로의 상기 냉매 유동을 차단할 수 있는 헤더쪽 개폐 밸브; 및 상기 열교환용 합지 연결 배관 쪽으로의 상기 냉매 유동을 차단할 수 있는 합지쪽 개폐 밸브;를 포함하고,
상기 팽창 밸브는 상기 합지쪽 개폐 밸브 쪽으로 유동되는 상기 냉매를 팽창시키는 제 1 팽창 밸브와, 상기 제 2 열교환기 쪽으로 유동되는 상기 냉매를 팽창시키는 제 2 팽창 밸브를 포함하고,
상기 제 1 열교환기는 상기 헤더쪽 개폐 밸브의 후단에 연결되어 상기 헤더쪽 개폐 밸브를 경유한 상기 냉매가 유입되는 냉매 유입 헤더와, 상기 냉매 유입 헤더를 통해 유입된 상기 냉매가 유동되는 열교환용 냉매 유동 배관과, 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되는 상기 냉매와 상기 외부 열원을 열교환시키는 열교환 본체와, 상기 열교환 본체의 전측에서 상기 열교환용 냉매 유동 배관에 T자 형태로 연결됨으로써, 상기 냉매 유입 헤더와 다른 경로인 상기 합지쪽 개폐 밸브를 경유한 상기 냉매를 유입시켜 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되도록 할 수 있는 열교환용 합지 연결 배관과, 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체를 경유한 상기 냉매를 유출시키는 냉매 유출 헤더와, 상기 합지쪽 개폐 밸브의 후단에 배치되어, 복수 개의 상기 열교환용 합지 연결 배관이 상기 각 열교환용 냉매 유동 배관을 향해 각각 분지되어, 상기 각 열교환용 합지 연결 배관으로 각각 상기 냉매를 분지시켜 유입시켜주는 냉매 분지 헤더를 포함하고,
상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프는 상기 압축기의 후단에 설치되어 상기 냉매의 유동 방향을 전환하는 방향 전환기; 상기 압축기와 상기 방향 전환기를 연결해주는 압축 전환 연결 배관; 상기 방향 전환기의 제 1 입출구와 상기 제 2 열교환기를 연결해주는 전환 제 2 열교환 연결 배관; 상기 제 2 열교환기와 상기 제 2 팽창 밸브를 연결해주는 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관; 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관에서 분지되어 상기 냉매 분지 헤더와 연결되고 상기 제 1 팽창 밸브 및 상기 합지쪽 개폐 밸브가 설치되는 분지 분지 헤더 연결 배관; 상기 냉매 유출 헤더와 상기 방향 전환기의 제 3 입출구를 연결해주는 헤더 전환 연결 배관; 상기 방향 전환기의 제 2 입출구와 상기 기액 분리기를 연결해주는 전환 기액 연결 배관; 상기 기액 분리기와 상기 압축기를 연결해주는 기액 압축 연결 배관; 상기 헤더 전환 연결 배관에서 분지되어 상기 냉매 유입 헤더와 연결되고 상기 헤더쪽 개폐 밸브가 설치되는 분지 유입 헤더 연결 배관; 상기 헤더 전환 연결 배관에서 분지되어 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관에 합지되는 분지 합지 연결 배관; 상기 제 2 팽창 밸브와 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관을 연결해주는 제 2 팽창 합지 연결 배관; 상기 헤더 전환 연결 배관 상에 설치되되, 상기 분지 유입 헤더 연결 배관의 분지 지점과 상기 분지 합지 연결 배관의 분지 지점 사이에 설치되어, 상기 헤더 전환 연결 배관을 개폐시키고, 상기 합지쪽 개폐 밸브와 함께 개폐되는 헤더 전환 연결 개폐 밸브; 상기 분지 합지 연결 배관 상에 설치되어, 상기 헤더 전환 연결 배관에서 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관 쪽으로만 상기 냉매가 유동되도록 하는 제 1 체크 밸브; 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관의 상기 분지 분지 헤더 연결 배관의 분지 지점 전단 상에 설치되어, 상기 제 2 열교환기에서 상기 분지 분지 헤더 연결 배관 쪽으로만 상기 냉매가 유동되도록 하는 제 2 체크 밸브; 및 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관의 상기 분지 분지 헤더 연결 배관의 분지 지점 후단 상에 설치되어, 상기 분지 합지 연결 배관에서 상기 제 2 팽창 밸브 쪽으로만 상기 냉매가 유동되도록 하는 제 3 체크 밸브;를 포함하고,
상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프가 난방과 냉방 중 어느 하나를 수행하기 위한 상기 냉매의 유동 과정에서, 상기 헤더쪽 개폐 밸브가 닫히고, 상기 합지쪽 개폐 밸브가 열리고, 그에 따라 상기 열교환용 합지 연결 배관을 통해 유동된 상기 냉매가 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체에서 상기 외부 열원과 대향류를 이루면서 열교환되고, 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프가 난방과 냉방 중 다른 하나를 수행하기 위한 상기 냉매의 유동 과정에서, 상기 헤더쪽 개폐 밸브가 열리고, 상기 합지쪽 개폐 밸브가 닫히고, 그에 따라 상기 냉매 유입 헤더를 통해 유동된 상기 냉매가 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체에서 상기 외부 열원과 대향류를 이루면서 열교환됨으로써, 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프에서는 상기 냉매가 상기 외부 열원과 상시 대향류를 이루면서 열교환될 수 있고,
상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프가 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 수요처에 대해 난방을 수행하는 경우, 상기 헤더쪽 개폐 밸브는 닫히고, 상기 합지쪽 개폐 밸브 및 상기 헤더 전환 연결 개폐 밸브는 열린 상태가 되어, 상기 압축기를 경유하면서 압축된 상기 냉매는 상기 압축 전환 연결 배관, 상기 방향 전환기 및 상기 전환 제 2 열교환 연결 배관을 경유한 다음, 상기 제 2 열교환기에서 응축되면서 열기를 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 수요처 쪽으로 공급되고, 상기 제 2 열교환기에서 응축된 상기 냉매는 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관 및 상기 분지 분지 헤더 연결 배관을 경유하여 상기 냉매 분지 헤더로 유입되고, 상기 제 2 열교환기에서 응축된 상기 냉매는 상기 제 1 팽창 밸브를 경유하면서 팽창된 상태가 되고, 상기 제 1 팽창 밸브를 경유하면서 팽창된 상태로 상기 냉매 분지 헤더로 유입된 상기 냉매는 상기 열교환용 합지 연결 배관 및 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체에서 상기 외부 공기와 열교환되면서 열을 수득하여 증발되어 상기 냉매 유출 헤더를 통해 유출되고, 상기 냉매 유출 헤더를 통해 유출된 상기 냉매는 상기 헤더 전환 연결 배관을 통해 상기 방향 전환기의 제 3 입출구로 유입된 다음, 상기 방향 전환기의 제 2 입출구를 통해 유출되어, 상기 전환 기액 연결 배관, 상기 기액 분리기 및 상기 기액 압축 연결 배관을 경유한 후 상기 압축기로 재유입되는 순환 사이클을 이루고,
상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프가 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 수요처에 대해 냉방을 수행하는 경우, 상기 헤더쪽 개폐 밸브는 열리고, 상기 합지쪽 개폐 밸브 및 상기 헤더 전환 연결 개폐 밸브는 닫힌 상태가 되어, 상기 압축기를 경유하면서 압축된 상기 냉매는 상기 압축 전환 연결 배관, 상기 방향 전환기의 제 3 입출구, 상기 헤더 전환 연결 배관 및 상기 분지 유입 헤더 연결 배관을 경유하여 상기 냉매 유입 헤더로 유입되고, 상기 냉매 유입 헤더로 유입된 상기 냉매는 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체에서 상기 외부 공기와 열교환되면서 열을 버리면서 응축되어 상기 냉매 유출 헤더를 통해 유출되고, 상기 냉매 유출 헤더를 통해 유출된 상기 냉매는 상기 헤더 전환 연결 배관, 상기 분지 합지 연결 배관 및 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관을 경유하여 상기 제 2 팽창 밸브를 경유하면서 팽창되고, 상기 제 2 팽창 밸브를 경유하면서 팽창된 상기 냉매는 상기 제 2 팽창 합지 연결 배관을 경유하여 상기 제 2 열교환기에서 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 수요처와 열교환되면서 열을 수득하여 증발하게 되고, 상기 제 2 열교환기에서 증발된 상기 냉매는 상기 전환 제 2 열교환 연결 배관을 통해 상기 방향 전환기의 제 1 입출구로 유입된 다음, 상기 방향 전환기의 제 2 입출구를 통해 유출되어, 상기 전환 기액 연결 배관, 상기 기액 분리기 및 상기 기액 압축 연결 배관을 경유한 후 상기 압축기로 재유입되는 순환 사이클을 이루는 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 일 측면에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프에 의하면, 상시 대향류가 가능한 히트 펌프가 압축기, 팽창 밸브, 제 1 열교환기, 제 2 열교환기, 헤더쪽 개폐 밸브 및 합지쪽 개폐 밸브를 포함하고, 상기 제 1 열교환기가 냉매 유입 헤더, 열교환용 냉매 유동 배관, 열교환용 합지 연결 배관, 열교환 본체 및 냉매 유출 헤더를 포함함에 따라, 상기 제 1 열교환기를 경유하는 냉매가 외부 열원에 대해 상시적으로 대향류가 가능하도록 구성됨으로써 열교환 효율이 향상될 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 구성을 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프에서 냉방과 난방 중 어느 하나가 수행되기 위한 냉매 유동을 보이는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프에서 냉방과 난방 중 다른 하나가 수행되기 위한 냉매 유동을 보이는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 구성을 보이는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프에서 냉방과 난방 중 어느 하나가 수행되기 위한 냉매 유동을 보이는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프에서 냉방과 난방 중 다른 하나가 수행되기 위한 냉매 유동을 보이는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)는 냉매가 순환되면서 외부 열원에 대해 열을 수득하거나 열을 버릴 수 있는 것으로서, 압축기(110)와, 팽창 밸브(150, 155)와, 제 1 열교환기(140)와, 제 2 열교환기(130)와, 헤더쪽 개폐 밸브(170)와, 합지쪽 개폐 밸브(171)를 포함한다.
상기 압축기(110)는 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)를 순환하는 상기 냉매를 압축하는 것이다.
도면 번호 115는 상기 압축기(110) 전단에 설치되는 기액 분리기이다.
상기 팽창 밸브(150, 155)는 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)를 순환하는 상기 냉매를 팽창시키는 것이다.
상세히, 상기 팽창 밸브(150, 155)는 상기 합지쪽 개폐 밸브(171) 쪽으로 유동되는 상기 냉매를 팽창시키는 제 1 팽창 밸브(150)와, 상기 제 2 열교환기(130) 쪽으로 유동되는 상기 냉매를 팽창시키는 제 2 팽창 밸브(155)를 포함한다.
상기 제 1 열교환기(140)는 냉매 유입 헤더(142)와, 열교환용 냉매 유동 배관(143)과, 열교환용 합지 연결 배관(147)과, 열교환 본체(141)와, 냉매 유출 헤더(144)를 포함한다.
상기 제 1 열교환기(140)는 냉매 분지 헤더(145)를 더 포함할 수 있다.
상기 냉매 유입 헤더(142)는 상기 헤더쪽 개폐 밸브(170)의 후단에 연결되어 상기 헤더쪽 개폐 밸브(170)를 경유한 상기 냉매가 유입되는 것이다.
상기 열교환용 냉매 유동 배관(143)은 상기 냉매 유입 헤더(142)를 통해 유입된 상기 냉매가 유동되는 것이다.
상기 열교환용 합지 연결 배관(147)은 상기 열교환 본체(141)의 전측에서 상기 열교환용 냉매 유동 배관(143)에 T자 형태로 연결됨으로써, 상기 냉매 유입 헤더(142)와 다른 경로로 상기 냉매를 유입시켜 상기 열교환용 냉매 유동 배관(143)을 통해 유동되도록 할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 열교환용 합지 연결 배관(147)을 통해 유동되는 상기 냉매는 상기 합지쪽 개폐 밸브(171)를 경유한 것이다.
상기 열교환 본체(141)는 상기 열교환용 냉매 유동 배관(143)을 통해 유동되는 상기 냉매와 상기 외부 열원을 열교환시키는 것이다.
예시적으로, 상기 열교환 본체(141)는 핀 튜브 타입으로 형성되고, 상기 외부 열원은 외부 공기로 제시될 수 있다.
도면 번호 146은 상기 외부 열원인 외부 공기가 일정한 방향으로 상기 열교환 본체(141)를 경유하도록 상기 외부 공기의 유동을 형성하는 공기 유동 팬이다.
상기 냉매 유출 헤더(144)는 상기 열교환용 냉매 유동 배관(143)을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체(141)를 경유한 상기 냉매를 유출시키는 것이다.
본 실시예에서는, 상기 열교환용 냉매 유동 배관(143)은 복수 개로 이루어져서 상기 열교환 본체(141)를 각각 경유하고, 상기 냉매 유입 헤더(142)에는 복수 개의 상기 열교환용 냉매 유동 배관(143)이 각각 서로 이격되면서 연결되며, 상기 열교환용 합지 연결 배관(147)도 복수 개로 이루어져서 상기 각 열교환용 냉매 유동 배관(143)에 각각 합지된다.
상기 냉매 분지 헤더(145)는 상기 합지쪽 개폐 밸브(171) 후단에 배치되어, 복수 개의 상기 열교환용 합지 연결 배관(147)이 상기 각 열교환용 냉매 유동 배관(143)을 향해 각각 분지되어, 상기 각 열교환용 합지 연결 배관(147)으로 각각 상기 냉매를 분지시켜 유입시켜주는 것이다.
상기 제 2 열교환기(130)는 상기 냉매와 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)의 수요처를 열교환시키는 것이다.
상기 제 2 열교환기(130)에는 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)의 수요처를 경유하는 수요처 경유 배관(10)이 유동된다.
상기 헤더쪽 개폐 밸브(170)는 상기 냉매 유입 헤더(142) 쪽으로의 상기 냉매 유동을 차단할 수 있는 것이다.
상기 합지쪽 개폐 밸브(171)는 상기 열교환용 합지 연결 배관(147) 쪽으로의 상기 냉매 유동을 차단할 수 있는 것이다.
도면 번호 120은 상기 압축기(110) 후단에 설치되어 상기 냉매의 유동 방향을 전환하는 방향 전환기이다.
도면 번호 160은 상기 압축기(110)와 상기 방향 전환기(120)를 연결해주는 압축 전환 연결 배관이고, 도면 번호 161은 상기 방향 전환기(120)의 제 1 입출구와 상기 제 2 열교환기(130)를 연결해주는 전환 제 2 열교환 연결 배관이고, 도면 번호 162는 상기 제 2 열교환기(130)와 상기 제 2 팽창 밸브(155)를 연결해주는 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관이고, 도면 번호 163은 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관(162)에서 분지되어 상기 냉매 분지 헤더(145)와 연결되고 상기 제 1 팽창 밸브(150) 및 상기 합지쪽 개폐 밸브(171)가 설치되는 분지 분지 헤더 연결 배관이고, 도면 번호 164는 상기 냉매 유출 헤더(144)와 상기 방향 전환기(120)의 제 3 입출구를 연결해주는 헤더 전환 연결 배관이고, 도면 번호 165는 상기 방향 전환기(120)의 제 2 입출구와 상기 기액 분리기(115)를 연결해주는 전환 기액 연결 배관이고, 도면 번호 166은 상기 기액 분리기(115)와 상기 압축기(110)를 연결해주는 기액 압축 연결 배관이고, 도면 번호 167은 상기 헤더 전환 연결 배관(164)에서 분지되어 상기 냉매 유입 헤더(142)와 연결되고 상기 헤더쪽 개폐 밸브(170)가 설치되는 분지 유입 헤더 연결 배관이고, 도면 번호 168은 상기 헤더 전환 연결 배관(164)에서 분지되어 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관(162)에 합지되는 분지 합지 연결 배관이고, 도면 번호 169는 상기 제 2 팽창 밸브(155)와 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관(162)을 연결해주는 제 2 팽창 합지 연결 배관이다.
도면 번호 172는 상기 헤더 전환 연결 배관(164) 상에 설치되되, 상기 분지 유입 헤더 연결 배관(167)의 분지 지점과 상기 분지 합지 연결 배관(168)의 분지 지점 사이에 설치되어, 상기 헤더 전환 연결 배관(164)을 개폐시키는 헤더 전환 연결 개폐 밸브이다.
상기 헤더 전환 연결 개폐 밸브(172)는 상기 합지쪽 개폐 밸브(171)와 함께 개폐된다.
도면 번호 105는 상기 분지 합지 연결 배관(168) 상에 설치되어, 상기 헤더 전환 연결 배관(164)에서 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관(162) 쪽으로만 상기 냉매가 유동되도록 하는 제 1 체크 밸브이고, 도면 번호 106은 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관(162)의 상기 분지 분지 헤더 연결 배관(163)의 분지 지점 전단 상에 설치되어, 상기 제 2 열교환기(130)에서 상기 분지 분지 헤더 연결 배관(163) 쪽으로만 상기 냉매가 유동되도록 하는 제 2 체크 밸브이고, 도면 번호 107은 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관(162)의 상기 분지 분지 헤더 연결 배관(163)의 분지 지점 후단 상에 설치되어, 상기 분지 합지 연결 배관(168)에서 상기 제 2 팽창 밸브(155) 쪽으로만 상기 냉매가 유동되도록 하는 제 3 체크 밸브이다.
상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)가 난방과 냉방 중 어느 하나를 수행하기 위한 상기 냉매의 유동 과정에서, 상기 헤더쪽 개폐 밸브(170)가 닫히고, 상기 합지쪽 개폐 밸브(171)가 열리고, 그에 따라 상기 열교환용 합지 연결 배관(147)을 통해 유동된 상기 냉매가 상기 열교환용 냉매 유동 배관(143)을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체(141)에서 상기 외부 열원과 대향류를 이루면서 열교환되고, 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)가 난방과 냉방 중 다른 하나를 수행하기 위한 상기 냉매의 유동 과정에서, 상기 헤더쪽 개폐 밸브(170)가 열리고, 상기 합지쪽 개폐 밸브(171)가 닫히고, 그에 따라 상기 냉매 유입 헤더(142)를 통해 유동된 상기 냉매가 상기 열교환용 냉매 유동 배관(143)을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체(141)에서 상기 외부 열원과 대향류를 이루면서 열교환됨으로써, 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)에서는 상기 냉매가 상기 외부 열원과 상시 대향류를 이루면서 열교환될 수 있게 된다.
상세히, 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)가 난방과 냉방 중 어느 하나를 수행하기 위한 상기 냉매의 유동 과정에서, 상기 냉매는 상기 압축기(110), 상기 제 2 열교환기(130) 및 상기 팽창 밸브(150, 155)(여기서는, 상기 제 1 팽창 밸브(150))를 경유한 다음, 상기 합지쪽 개폐 밸브(171) 및 상기 냉매 분지 헤더(145)를 경유한 후, 상기 각 열교환용 합지 연결 배관(147)을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체(141)에서 상기 외부 열원과 대향류를 이루면서 열교환된다.
또한, 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)가 난방과 냉방 중 다른 하나를 수행하기 위한 상기 냉매의 유동 과정에서, 상기 냉매는 상기 압축기(110), 상기 헤더쪽 개폐 밸브(170) 및 상기 냉매 유입 헤더(142)를 경유한 다음, 상기 열교환 본체(141)에서 상기 외부 열원과 대향류를 이루면서 열교환된 후, 상기 팽창 밸브(150, 155)(여기서는, 상기 제 2 팽창 밸브(155)) 및 상기 제 2 열교환기(130)를 경유한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)가 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)의 수요처에 대해 난방을 수행하기 위한 상기 냉매의 유동 과정을 보면 다음과 같다.
상기 헤더쪽 개폐 밸브(170)는 닫히고, 상기 합지쪽 개폐 밸브(171) 및 상기 헤더 전환 연결 개폐 밸브(172)는 열린 상태가 된다. 그러면, 상기 압축기(110)를 경유하면서 압축된 상기 냉매는 상기 압축 전환 연결 배관(160), 상기 방향 전환기(120) 및 상기 전환 제 2 열교환 연결 배관(161)을 경유한 다음, 상기 제 2 열교환기(130)에서 응축되면서 열기를 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)의 수요처 쪽으로 공급한다.
상기와 같이 상기 제 2 열교환기(130)에서 응축된 상기 냉매는 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관(162) 및 상기 분지 분지 헤더 연결 배관(163)을 경유하여 상기 냉매 분지 헤더(145)로 유입된다. 이 때, 상기 제 2 열교환기(130)에서 응축된 상기 냉매는 상기 제 1 팽창 밸브(150)를 경유하면서 팽창된 상태가 된다.
상기 제 1 팽창 밸브(150)를 경유하면서 팽창된 상태로 상기 냉매 분지 헤더(145)로 유입된 상기 냉매는 상기 열교환용 합지 연결 배관(147) 및 상기 열교환용 냉매 유동 배관(143)을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체(141)에서 상기 외부 공기와 열교환되면서 열을 수득하여 증발되고, 그러한 상태로 상기 냉매 유출 헤더(144)를 통해 유출된다.
상기 냉매 유출 헤더(144)를 통해 유출된 상기 냉매는 상기 헤더 전환 연결 배관(164)을 통해 상기 방향 전환기(120)의 제 3 입출구로 유입된 다음, 상기 방향 전환기(120)의 제 2 입출구를 통해 유출되어, 상기 전환 기액 연결 배관(165), 상기 기액 분리기(115) 및 상기 기액 압축 연결 배관(166)을 경유한 후 상기 압축기(110)로 재유입되는 순환 사이클을 이룬다.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)가 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)의 수요처에 대해 냉방을 수행하기 위한 상기 냉매의 유동 과정을 보면 다음과 같다.
상기 헤더쪽 개폐 밸브(170)는 열리고, 상기 합지쪽 개폐 밸브(171) 및 상기 헤더 전환 연결 개폐 밸브(172)는 닫힌 상태가 된다. 그러면, 상기 압축기(110)를 경유하면서 압축된 상기 냉매는 상기 압축 전환 연결 배관(160), 상기 방향 전환기(120)의 제 3 입출구, 상기 헤더 전환 연결 배관(164) 및 상기 분지 유입 헤더 연결 배관(167)을 경유하여 상기 냉매 유입 헤더(142)로 유입된다.
상기 냉매 유입 헤더(142)로 유입된 상기 냉매는 상기 열교환용 냉매 유동 배관(143)을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체(141)에서 상기 외부 공기와 열교환되면서 열을 버리면서 응축되고, 그러한 상태로 상기 냉매 유출 헤더(144)를 통해 유출된다.
상기 냉매 유출 헤더(144)를 통해 유출된 상기 냉매는 상기 헤더 전환 연결 배관(164), 상기 분지 합지 연결 배관(168) 및 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관(162)을 경유하여 상기 제 2 팽창 밸브(155)를 경유하면서 팽창된다.
상기 제 2 팽창 밸브(155)를 경유하면서 팽창된 상기 냉매는 상기 제 2 팽창 합지 연결 배관(169)을 경유하여 상기 제 2 열교환기(130)에서 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)의 수요처와 열교환되면서 열을 수득하여 증발하게 된다.
상기 제 2 열교환기(130)에서 증발된 상기 냉매는 상기 전환 제 2 열교환 연결 배관(161)을 통해 상기 방향 전환기(120)의 제 1 입출구로 유입된 다음, 상기 방향 전환기(120)의 제 2 입출구를 통해 유출되어, 상기 전환 기액 연결 배관(165), 상기 기액 분리기(115) 및 상기 기액 압축 연결 배관(166)을 경유한 후 상기 압축기(110)로 재유입되는 순환 사이클을 이룬다.
상기와 같이, 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프(100)가 상기 압축기(110), 상기 팽창 밸브(150, 155), 상기 제 1 열교환기(140), 상기 제 2 열교환기(130), 상기 헤더쪽 개폐 밸브(170) 및 상기 합지쪽 개폐 밸브(171)를 포함하고, 상기 제 1 열교환기(140)가 상기 냉매 유입 헤더(142), 상기 열교환용 냉매 유동 배관(143), 상기 열교환용 합지 연결 배관(147), 상기 열교환 본체(141) 및 상기 냉매 유출 헤더(144)를 포함함에 따라, 상기 제 1 열교환기(140)를 경유하는 상기 냉매가 상기 외부 열원에 대해 상시적으로 대향류가 가능하도록 구성됨으로써 열교환 효율이 향상될 수 있게 된다.
상기에서 본 발명은 특정한 실시 예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 상시 대향류가 가능한 히트 펌프에 의하면, 상시적으로 대향류가 가능하도록 구성됨으로써 열교환 효율이 향상될 수 있으므로, 그 산업상 이용가능성이 높다고 하겠다.
100 : 상시 대향류가 가능한 히트 펌프
110 : 압축기
120 : 방향 전환기
130 : 제 2 열교환기
140 : 제 1 열교환기
141 : 열교환 본체
142 : 냉매 유입 헤더
143 : 열교환용 냉매 유동 배관
144 : 냉매 유출 헤더
147 : 열교환용 합지 연결 배관
150, 155 : 팽창 밸브
170 : 헤더쪽 개폐 밸브
171 : 합지쪽 개폐 밸브
172 : 헤더 전환 연결 개폐 밸브

Claims (4)

  1. 냉매가 순환되면서 외부 열원에 대해 열을 수득하거나 열을 버릴 수 있는 상시 대향류가 가능한 히트 펌프로서,
    상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프는
    상기 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브;
    상기 냉매가 유입되는 냉매 유입 헤더와,
    상기 냉매 유입 헤더를 통해 유입된 상기 냉매가 유동되는 열교환용 냉매 유동 배관과,
    상기 열교환용 냉매 유동 배관에 연결됨으로써, 상기 냉매 유입 헤더와 다른 경로로 상기 냉매를 유입시켜 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되도록 할 수 있는 열교환용 합지 연결 배관과,
    상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되는 상기 냉매와 상기 외부 열원을 열교환시키는 열교환 본체와,
    상기 열교환 본체를 경유한 상기 냉매를 유출시키는 냉매 유출 헤더를 포함하는 제 1 열교환기;
    상기 냉매와 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 수요처를 열교환시키는 제 2 열교환기;
    상기 냉매 유입 헤더 쪽으로의 상기 냉매 유동을 차단할 수 있는 헤더쪽 개폐 밸브; 및
    상기 열교환용 합지 연결 배관 쪽으로의 상기 냉매 유동을 차단할 수 있는 합지쪽 개폐 밸브;를 포함하고,
    상기 팽창 밸브는
    상기 합지쪽 개폐 밸브 쪽으로 유동되는 상기 냉매를 팽창시키는 제 1 팽창 밸브와,
    상기 제 2 열교환기 쪽으로 유동되는 상기 냉매를 팽창시키는 제 2 팽창 밸브를 포함하고,
    상기 제 1 열교환기는
    상기 헤더쪽 개폐 밸브의 후단에 연결되어 상기 헤더쪽 개폐 밸브를 경유한 상기 냉매가 유입되는 냉매 유입 헤더와,
    상기 냉매 유입 헤더를 통해 유입된 상기 냉매가 유동되는 열교환용 냉매 유동 배관과,
    상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되는 상기 냉매와 상기 외부 열원을 열교환시키는 열교환 본체와,
    상기 열교환 본체의 전측에서 상기 열교환용 냉매 유동 배관에 T자 형태로 연결됨으로써, 상기 냉매 유입 헤더와 다른 경로인 상기 합지쪽 개폐 밸브를 경유한 상기 냉매를 유입시켜 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되도록 할 수 있는 열교환용 합지 연결 배관과,
    상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체를 경유한 상기 냉매를 유출시키는 냉매 유출 헤더와,
    상기 합지쪽 개폐 밸브의 후단에 배치되어, 복수 개의 상기 열교환용 합지 연결 배관이 상기 각 열교환용 냉매 유동 배관을 향해 각각 분지되어, 상기 각 열교환용 합지 연결 배관으로 각각 상기 냉매를 분지시켜 유입시켜주는 냉매 분지 헤더를 포함하고,
    상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프는
    상기 압축기의 후단에 설치되어 상기 냉매의 유동 방향을 전환하는 방향 전환기;
    상기 압축기와 상기 방향 전환기를 연결해주는 압축 전환 연결 배관;
    상기 방향 전환기의 제 1 입출구와 상기 제 2 열교환기를 연결해주는 전환 제 2 열교환 연결 배관;
    상기 제 2 열교환기와 상기 제 2 팽창 밸브를 연결해주는 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관;
    상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관에서 분지되어 상기 냉매 분지 헤더와 연결되고 상기 제 1 팽창 밸브 및 상기 합지쪽 개폐 밸브가 설치되는 분지 분지 헤더 연결 배관;
    상기 냉매 유출 헤더와 상기 방향 전환기의 제 3 입출구를 연결해주는 헤더 전환 연결 배관;
    상기 방향 전환기의 제 2 입출구와 기액 분리기를 연결해주는 전환 기액 연결 배관;
    상기 기액 분리기와 상기 압축기를 연결해주는 기액 압축 연결 배관;
    상기 헤더 전환 연결 배관에서 분지되어 상기 냉매 유입 헤더와 연결되고 상기 헤더쪽 개폐 밸브가 설치되는 분지 유입 헤더 연결 배관;
    상기 헤더 전환 연결 배관에서 분지되어 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관에 합지되는 분지 합지 연결 배관;
    상기 제 2 팽창 밸브와 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관을 연결해주는 제 2 팽창 합지 연결 배관;
    상기 헤더 전환 연결 배관 상에 설치되되, 상기 분지 유입 헤더 연결 배관의 분지 지점과 상기 분지 합지 연결 배관의 분지 지점 사이에 설치되어, 상기 헤더 전환 연결 배관을 개폐시키고, 상기 합지쪽 개폐 밸브와 함께 개폐되는 헤더 전환 연결 개폐 밸브;
    상기 분지 합지 연결 배관 상에 설치되어, 상기 헤더 전환 연결 배관에서 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관 쪽으로만 상기 냉매가 유동되도록 하는 제 1 체크 밸브;
    상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관의 상기 분지 분지 헤더 연결 배관의 분지 지점 전단 상에 설치되어, 상기 제 2 열교환기에서 상기 분지 분지 헤더 연결 배관 쪽으로만 상기 냉매가 유동되도록 하는 제 2 체크 밸브; 및
    상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관의 상기 분지 분지 헤더 연결 배관의 분지 지점 후단 상에 설치되어, 상기 분지 합지 연결 배관에서 상기 제 2 팽창 밸브 쪽으로만 상기 냉매가 유동되도록 하는 제 3 체크 밸브;를 포함하고,
    상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프가 난방과 냉방 중 어느 하나를 수행하기 위한 상기 냉매의 유동 과정에서, 상기 헤더쪽 개폐 밸브가 닫히고, 상기 합지쪽 개폐 밸브가 열리고, 그에 따라 상기 열교환용 합지 연결 배관을 통해 유동된 상기 냉매가 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체에서 상기 외부 열원과 대향류를 이루면서 열교환되고,
    상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프가 난방과 냉방 중 다른 하나를 수행하기 위한 상기 냉매의 유동 과정에서, 상기 헤더쪽 개폐 밸브가 열리고, 상기 합지쪽 개폐 밸브가 닫히고, 그에 따라 상기 냉매 유입 헤더를 통해 유동된 상기 냉매가 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체에서 상기 외부 열원과 대향류를 이루면서 열교환됨으로써,
    상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프에서는 상기 냉매가 상기 외부 열원과 상시 대향류를 이루면서 열교환될 수 있고,
    상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프가 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 수요처에 대해 난방을 수행하는 경우, 상기 헤더쪽 개폐 밸브는 닫히고, 상기 합지쪽 개폐 밸브 및 상기 헤더 전환 연결 개폐 밸브는 열린 상태가 되어, 상기 압축기를 경유하면서 압축된 상기 냉매는 상기 압축 전환 연결 배관, 상기 방향 전환기 및 상기 전환 제 2 열교환 연결 배관을 경유한 다음, 상기 제 2 열교환기에서 응축되면서 열기를 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 수요처 쪽으로 공급되고,
    상기 제 2 열교환기에서 응축된 상기 냉매는 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관 및 상기 분지 분지 헤더 연결 배관을 경유하여 상기 냉매 분지 헤더로 유입되고, 상기 제 2 열교환기에서 응축된 상기 냉매는 상기 제 1 팽창 밸브를 경유하면서 팽창된 상태가 되고,
    상기 제 1 팽창 밸브를 경유하면서 팽창된 상태로 상기 냉매 분지 헤더로 유입된 상기 냉매는 상기 열교환용 합지 연결 배관 및 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체에서 외부 공기와 열교환되면서 열을 수득하여 증발되어 상기 냉매 유출 헤더를 통해 유출되고,
    상기 냉매 유출 헤더를 통해 유출된 상기 냉매는 상기 헤더 전환 연결 배관을 통해 상기 방향 전환기의 제 3 입출구로 유입된 다음, 상기 방향 전환기의 제 2 입출구를 통해 유출되어, 상기 전환 기액 연결 배관, 상기 기액 분리기 및 상기 기액 압축 연결 배관을 경유한 후 상기 압축기로 재유입되는 순환 사이클을 이루고,
    상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프가 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 수요처에 대해 냉방을 수행하는 경우, 상기 헤더쪽 개폐 밸브는 열리고, 상기 합지쪽 개폐 밸브 및 상기 헤더 전환 연결 개폐 밸브는 닫힌 상태가 되어, 상기 압축기를 경유하면서 압축된 상기 냉매는 상기 압축 전환 연결 배관, 상기 방향 전환기의 제 3 입출구, 상기 헤더 전환 연결 배관 및 상기 분지 유입 헤더 연결 배관을 경유하여 상기 냉매 유입 헤더로 유입되고,
    상기 냉매 유입 헤더로 유입된 상기 냉매는 상기 열교환용 냉매 유동 배관을 통해 유동되면서 상기 열교환 본체에서 상기 외부 공기와 열교환되면서 열을 버리면서 응축되어 상기 냉매 유출 헤더를 통해 유출되고,
    상기 냉매 유출 헤더를 통해 유출된 상기 냉매는 상기 헤더 전환 연결 배관, 상기 분지 합지 연결 배관 및 상기 제 2 열교환 제 2 팽창 연결 배관을 경유하여 상기 제 2 팽창 밸브를 경유하면서 팽창되고,
    상기 제 2 팽창 밸브를 경유하면서 팽창된 상기 냉매는 상기 제 2 팽창 합지 연결 배관을 경유하여 상기 제 2 열교환기에서 상기 상시 대향류가 가능한 히트 펌프의 수요처와 열교환되면서 열을 수득하여 증발하게 되고,
    상기 제 2 열교환기에서 증발된 상기 냉매는 상기 전환 제 2 열교환 연결 배관을 통해 상기 방향 전환기의 제 1 입출구로 유입된 다음, 상기 방향 전환기의 제 2 입출구를 통해 유출되어, 상기 전환 기액 연결 배관, 상기 기액 분리기 및 상기 기액 압축 연결 배관을 경유한 후 상기 압축기로 재유입되는 순환 사이클을 이루는 것을 특징으로 하는 상시 대향류가 가능한 히트 펌프.
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