KR20130122890A - Heating and cooling apparatus using the heat pump - Google Patents

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KR20130122890A KR1020120046135A KR20120046135A KR20130122890A KR 20130122890 A KR20130122890 A KR 20130122890A KR 1020120046135 A KR1020120046135 A KR 1020120046135A KR 20120046135 A KR20120046135 A KR 20120046135A KR 20130122890 A KR20130122890 A KR 20130122890A
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Abstract

The present invention relates to a self-generating heating and cooling device for a heat pump and, specifically, to a self-generating heating and cooling device for a heat pump to reduce production costs for a steam boiler and to generate power with a generator using steam by primarily producing hot water by absorbing low-grade fever in the air through a heat pump heating and cooling device; additionally producing heating hot water using a solar energy collector by supplying the hot water into a hot water tank and storing the heat from it; and supplying the hot water to the steam boiler (30). The power is used for the heating and cooling device itself or for charging a battery. The residual heat of the steam and the heat of condensate water from the above process are used for heating or cooling a building or for supplying hot water to the building through a cooling water tank, a heating water tank, a heat exchanger, and the hot water tank connected to the heat pump. [Reference numerals] (10) Heat pump;(11) Cooling water pump;(12,14) Hot water pump;(15) Space heating and cooling;(16) Floor heating;(20) Solar energy collector;(30) Steam boiler;(40) Generator;(50) Battery;(60) Condensate water;(AA) Space heating;(BB) Electricity production;(CC) Return water;(DD) Cooling and heating device;(EE) Heat exchanger;(FF) Hot water

Description

자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치{heating and cooling apparatus using the heat pump}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a heating and cooling apparatus for a heat pump having a self-

본 발명은 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기 중에 있는 미열을 히트펌프 냉난방기로 흡수하여 1차로 온수를 생산한 후, 상기 온수를 온수탱크 내부에 공급하여 축열시킨 다음 태양열 집열기를 통하여 추가 가열하거나 가열된 온수를 2차로 보일러를 가동 스팀을 발생시키고 상기 보일러에서 발생 되는 스팀을 이용하여 발전기를 가동하여 전기를 생산하고 생산된 전기는 자가사용 등 여러 용도로 사용하고 또 배터리에 충전하여 사용할 수 있다, 상기 공정에서 발생하는 스팀의 잔열과 응축수 열은 히트펌프와 연결된 난 방수탱크, 열교환기, 온수탱크를 통하여 건물 내부에 난방 및 온수를 지속적으로 공급할 수 있도록 구성되고 하절기에는 히트펌프에서 온수 생산 시 발생하는 냉수는 냉 방수탱크를 통하여 냉방에 사용하는 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating device of a heat pump having a self-generating function, and more particularly, after absorbing the minute heat in the air with a heat pump air conditioner to produce hot water primarily, the hot water is supplied into the hot water tank. After the heat storage, additional heating through the solar collector or heated hot water is used to generate steam by operating the boiler secondly. The residual heat of steam and condensate heat generated in the process can continuously supply heating and hot water to the building through the heat resistant tank, heat exchanger and hot water tank connected to the heat pump. In the summer, the cold water from the hot water production is It relates to a cooling and heating device of a heat pump having a self-generation function used for cooling through the air.

일반적으로 사용되고 있는 가정 및 산업용 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석 연료 또는 핵연료 등이 있는데, 이러한 에너지원 사용은 환경오염의 주원인을 발생시킬 뿐만 아니라 매장량의 한계가 있기 때문에 이러한 문제점의 대책으로 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.Generally used household and industrial energy sources include fossil fuels such as petroleum and natural gas, or nuclear fuel. The use of such energy sources not only causes the main cause of environmental pollution but also has a limitation of reserves. Energy development is progressing actively.

또한, 냉. 난방을 위하여 사용되는 에너지원으로는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된 전력에너지를 주로 사용하고 있다.Also, cold. Energy sources used for heating include fossil fuels such as coal, petroleum, and natural gas, or electric energy produced by using these fossil fuels or nuclear power.

그러나 화석연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 대기 환경을 오염시키는 단점이 있으므로 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.However, since fossil fuels have a disadvantage of polluting the water quality and the atmospheric environment due to various pollutants generated in the combustion process, alternative energy that can replace them has been actively developed in recent years.

한편, 이러한 대체 에너지 중에서도 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열, 지열 등에 관한 연구와 이를 이용한 냉난방 장치가 사용되고 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다.Among these alternative energies, research on wind power, solar heat, geothermal power, and the like, which have infinite energy sources, are being used, and these energy sources are advantageous in that they can obtain energy without affecting air pollution and climate change While the energy density is very low.

그리고, 일반적으로 사용되는 히트펌프는 냉매를 순환시키면서 일측의 열교환기에서 열원을 타측의 열교환기에게 이동시켜주는 것으로 냉매의 액화와 기화를 반복하면서 열원을 이동시키는 구성이며, 이와 같은 히트펌프가 4방 전자변 및 기타 주변기기와 결합되어 냉, 난방을 위하여 사용될 경우 냉, 난방장치로서 그 효용가치가 있는 것이다.A commonly used heat pump is configured to circulate a refrigerant while moving a heat source to a heat exchanger on the other side in a heat exchanger on one side, thereby moving a heat source while repeating liquefaction and vaporization of the refrigerant. When it is used for cooling and heating in combination with an electromagnetic valve and other peripherals, it has utility value as a cooling and heating device.

한편, 히트펌프 시스템은 압축기와 응축기 및 증발기를 갖는 냉매순환 사이클과 상기 응축기를 내부에 수용하는 고온측 열교환기와 상기 증발기를 내부에 수용하는 저온측 열교환기를 포함하여 구성되어 있다.Meanwhile, the heat pump system includes a refrigerant circulation cycle having a compressor, a condenser, and an evaporator, a high-temperature side heat exchanger accommodating the condenser, and a low-temperature side heat exchanger accommodating the evaporator therein.

이와 같은 장치는 냉방과 난방을 선택적으로 할 수 있으며, 이에 따른 효율을 대용량의 난방기와 냉방기로 사용하기에 매우 부족하고 유지하고, 보수하는 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.Such a device can selectively perform cooling and heating, and the efficiency thereof is insufficient for use as a large-capacity heater and a cooler, and it has a problem that maintenance and maintenance are expensive.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 구조가 간단하면서 시설비가 현저히 절감되고 유지보수에 다른 시설유지비용을 크게 줄이면서 에너지 소모량도 저하시킬 수 있는 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a self-generating function capable of reducing the energy consumption while greatly reducing the facility cost, And more particularly, to a cooling / heating apparatus for a heat pump.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기 중에 있는 미열을 히트펌프 냉난방기로 흡수하여 1차로 온수를 생산한 후, 상기 온수를 온수탱크 내부에 공급하여 축열시킨 다음 태양열 집열기를 통하여 추가 가열하고 상기 가열된 온수를 2차 가열하는 스팀 보일러의 공급수로 사용, 상기 스팀 보일러에서 발생 되는 스팀을 이용하여 발전기를 가동하여 전기를 생산함은 물론, 생산된 전기는 자가사용 등 여러 용도로 사용하고 또 배터리에 충전하여 사용되고, 상기 공정에서 발생하는 스팀의 잔열과 응축수 열은 히트펌프와 연결된 난방수 탱크, 열교환기, 온수탱크를 통하여 건물 내부에 난방 및 온수를 지속적으로 공급할 수 있도록 하고 하절기에는 히트펌프에서 온수 생산 시 발생하는 냉수는 냉방수탱크를 통하여 냉방에 사용하는 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치에 관한 것이다..In order to achieve the above object, the present invention relates to a cooling and heating device of a heat pump having a self-generating function, and more particularly, after absorbing minute heat in the air with a heat pump air conditioner to produce hot water first, The hot water is supplied into the hot water tank to be regenerated and further heated through a solar collector, and used as a feed water of a steam boiler for heating the heated hot water secondly. The generator is operated by using steam generated from the steam boiler. Of course, the generated electricity is used for various purposes, such as self-use, and used to charge the battery, the residual heat and steam heat generated in the process is the heating water tank, heat exchanger, hot water tank connected to the heat pump To continuously supply heating and hot water inside the building. Cold water may occur during production relates to the cooling and heating system heat pump with self-developed ability to use the air conditioning through the conditioning tank.

본 발명은 히트펌프를 가동하여 1차 온수를 만들고 태양열 집열기를 사용하여 온수열량을 추가하며 2차 스팀 보일러를 가동하여 스팀을 발생시키게 되며, 상기 스팀 보일러에서 발생 되는 스팀을 이용하여 발전기를 가동하여 전기를 생산함은 물론, 생산된 전기는 자가사용 등 여러 용도로 사용하고 또 배터리에 충전하여 사용할 수 있는 특징이 있다.In the present invention, the heat pump is operated to generate the first hot water, the hot water heat is added using the solar heat collector, the second steam boiler is operated to generate the steam, and the steam generated from the steam boiler is used to operate the generator In addition to producing electricity, the produced electricity can be used for various purposes such as self-use, and it can be charged to the battery.

그리고, 히트펌프 냉. 난방기에 의해 온수를 가열 공급함과 더불어 자동생산되는 냉수를 냉각시켜 공간의 냉방에도 사용할 수 있기 때문에 시설비가 현저히 줄어들고 이를 구동하기 위한 에너지를 절감시킬 수 있는 특징이 있다.And, the heat pump is cold. Since the hot water is heated by the radiator and the cold water that is automatically produced is cooled, it can be used for the cooling of the space, so that the facility cost is remarkably reduced and the energy for driving it is saved.

그리고, 본 발명의 히트펌프를 적용하면 비교적 고온과 저온으로 급수를 제공할 수 있기 때문에 열효율이 극대화되어 운전비용이 최소화되고, 거의 반영구적으로 사용할 수 있으므로 안전하게 시스템을 유지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the application of the heat pump of the present invention can provide water at a relatively high temperature and a low temperature, maximizing the thermal efficiency, minimizing the operation cost, and being semi-permanently usable, so that the system can be safely maintained.

도 1은 본 발명에 따른 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치를 계략적으로 나타낸 계통도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a systematic view schematically showing a cooling / heating device of a heat pump having a self-generating function according to the present invention; FIG.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제어하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a component comprises a component, it is understood that it may include other components, not control of the other component, unless specifically stated otherwise.

먼저, 본 발명은 도 1과 같이 공기 중에 있는 미열을 히트펌프(10)로 흡수하여 1차로 온수를 생산한 후, 상기 온수를 온수탱크(14) 내부에 공급하여 축열시킨 다음 태양열 집열기(20)를 통하여 추가 가열하고, 가열된 고온수를 스팀 보일러(30)에 공급 스팀발생 시스팀보일러의 소모 열량을 줄이게 되는 구성이다.First, as shown in FIG. 1, the hot water in the air is firstly absorbed by the heat pump 10 to produce hot water, and then the hot water is supplied into the hot water tank 14 to store heat. And the heated high-temperature water is supplied to the steam boiler 30, thereby reducing the heat consumption of the steam generating system boiler.

여기서, 상기 스팀 보일러(30)에서 발생 되는 스팀을 이용하여 발전기(40)를 가동하여 전기를 생산함은 물론, 생산된 전기는 자가사용 등 여러 용도로 사용하고 또 배터리(50)에 충전하여 사용하는 구성이다.Here, using the steam generated in the steam boiler 30 to operate the generator 40 to produce electricity, as well as the produced electricity is used for various purposes, such as self-use and charged to the battery 50 It is a constitution.

그리고, 상기 공정에서 발생하는 스팀의 잔열과 응축수 열은 히트펌프(10)에 공급됨과 함께 상기 히트펌프(10)와 난방수 탱크(12), 열교환기(13), 온수탱크(14)를 통하여 건물 내부에 난방 및 온수를 지속적으로 공급할 수 있는 구성이다.The residual heat and condensate heat of steam generated in the process are supplied to the heat pump 10 and the heat pump 10, the heating water tank 12, the heat exchanger 13, and the hot water tank 14. It is a configuration that can continuously supply heating and hot water inside the building.

여기서, 건물의 옥상 또는 실외에 히트펌프(10)를 설치하게 되며, 상기 히트 펌프(10)는 냉방수 탱크(11)와 난방수 탱크(12), 열교환기(13), 온수탱크(14)와 서로 연결되는 구성이다.Here, the heat pump 10 is installed on the roof or outdoors of the building, and the heat pump 10 includes a cooling water tank 11, a heating water tank 12, a heat exchanger 13, and a hot water tank 14. Is connected to each other.

여기서, 상기 냉방수 탱크(11), 난방수 탱크(12), 열교환기(13), 온수탱크(14)는 건물의 옥상 또는 하부 측에 형성된다.Here, the cooling water tank 11, the heating water tank 12, the heat exchanger 13, the hot water tank 14 is formed on the roof or lower side of the building.

그리고, 상기 냉방수 탱크(11)에 저장되는 냉수는 건물 옥상에 형성된 히트펌프(10)를 통과시켜 냉수의 온도를 8～10℃로 유지시키게 되며, 상기 냉각수는 다시 냉방수 탱크(11)로 공급된 후, 펌프의 작동으로 건물 각층에 형성된 공간 냉방기(15)에 공급될 수 있다.In addition, the cold water stored in the cooling water tank 11 is passed through the heat pump 10 formed on the roof of the building to maintain the temperature of the cold water at 8 ~ 10 ℃, the cooling water is returned to the cooling water tank (11) After being supplied, it may be supplied to the space cooler 15 formed in each floor of the building by the operation of the pump.

이때, 상기 냉방수 탱크(11)에 저장된 냉수는 별도의 배관 파이프(미도시됨)를 통하여 각층에 형성되는 공간 냉방기(15)에 공급되는 구성이다.At this time, the cold water stored in the cooling water tank 11 is configured to be supplied to the space cooler 15 formed in each layer through a separate piping pipe (not shown).

한편, 난방수 탱크(11)에 저장되는 온수는 건물 옥상에 형성된 히트펌프(10)를 통과시켜 온수의 온도를 50～90℃로 유지시키게 되며, 상기 온수는 스팀보일러에 공급되고 스팀보일러에서 발전기를 가동하고 생산되는 스팀 잔열 및 응축수를 난방수(응축수) 탱크(12)로 저장되며 저장된 온수는 각층에 형성된 바닥 난방기(16)에 공급되어 난방 작용을 하게 되며 환수되는 30～50℃의 미온수를 다시 온수탱크(14)에 환수하여 히트펌프가 고온수를 생산 축열하고, 열교환기(13)를 거쳐 온수탱크(14)와 직렬로 연결된 별도의 배관 파이프(미도시됨)를 형성하게 되며, 상기 배관 파이프는 각층의 욕실과 주방으로 연결되어 따뜻한 온수를 공급할 수 있는 구성이다.On the other hand, the hot water stored in the heating water tank 11 is passed through the heat pump 10 formed on the roof of the building to maintain the temperature of the hot water at 50 ~ 90 ℃, the hot water is supplied to the steam boiler and the generator in the steam boiler Steam remaining heat and condensed water is stored in the heating water (condensate) tank 12 and the stored hot water is supplied to the floor heater 16 formed in each layer to perform heating and return lukewarm water of 30 to 50 ° C. The heat pump returns to the hot water tank 14 to produce and accumulate hot water, and forms a separate pipe pipe (not shown) connected in series with the hot water tank 14 through the heat exchanger 13. Plumbing pipes are connected to bathrooms and kitchens on each floor to supply warm hot water.

이상과 같이 본 발명은 공기 중에 있는 미열을 히트펌프(10)로 흡수하여 1차로 온수를 생산한 후, 상기 온수를 온수탱크(14) 내부에 공급하여 축열시킨 다음 태양열 집열기(20)를 통하여 추가로 가열하고, 상기 가열된 고온수를 사용하여 스팀보일러(30)의 공급수로 공급하고 스팀보일러로 2차 가열 스팀을 발생시키게 되는 구성이다.As described above, according to the present invention, the hot water in the air is absorbed by the heat pump 10 to produce hot water first, then the hot water is supplied to the hot water tank 14 and stored therein, and then the hot water is added through the solar heat collector 20 And the heated high-temperature water is supplied to the feed water of the steam boiler (30), and the secondary heat steam is generated by the steam boiler.

여기서, 상기 스팀 보일러(30)에서 발생 되는 스팀을 이용하여 발전기(40)를 가동하여 전기를 생산함은 물론, 자가 사용 등 사용하고 또 생산된 전기는 배터리(50)에 충전하여 사용할 수 있는 것이다.Here, the steam generated in the steam boiler 30 can be used to operate the generator 40 to generate electricity, self-use, etc., and the generated electricity can be charged into the battery 50 and used .

그리고, 상기 공정에서 발생하는 스팀의 잔열과 응축수 열은 온수탱크에 공급됨과 함께 상기 히트펌프(10)와 연결된 냉방수 탱크(11), 난방수 탱크(12), 열교환기(13), 온수탱크(14)를 통하여 건물 내부에 냉난방 및 온수를 지속적으로 공급할 수 있다.The residual heat and condensate heat of steam generated in the process are supplied to a hot water tank, and a cooling water tank 11, a heating water tank 12, a heat exchanger 13, and a hot water tank connected to the heat pump 10. Through (14), it is possible to continuously supply heating and cooling and hot water inside the building.

결과적으로 본 발명은 본 발명은 히트펌프 및 태양열 집열기를 사용하여 고온수를 생산하고 스팀 보일러를 이용 스팀을 생산하여 발전기를 가동시키게 되며, 전기를 생산함은 물론, 생산된 전기는 자가 사용 등 사용하고 또 배터리에 충전할 수 있는 특징이 있다.As a result, the present invention produces high-temperature water using a heat pump and a solar collector, generates steam by using a steam boiler, and operates the generator. In addition to producing electricity, And can be charged to the battery.

그리고, 히트펌프 냉난방기에 의해 온수를 가열 공급함과 더블어 냉수를 냉각시켜 공간의 냉방에도 사용할 수 있기 때문에 전기등 에너지소비가 현저히 줄어 들고 이를 구동하기 위한 에너지를 절감시킬 수 있는 특징이 있다.In addition, since the hot water is heated and supplied by the heat pump air conditioner, the cooling water can be used for cooling the space by cooling the cold water. Therefore, energy consumption such as electricity is remarkably reduced and the energy for driving it can be reduced.

그리고, 본 발명의 히트펌프를 적용하면 비교적 고온과 저온으로 급수를 제공할 수 있기 때문에 열효율이 극대화되어 운전비용이 최소화되고, 거의 반영구적으로 사용할 수 있으므로 안전하게 시스템을 유지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the application of the heat pump of the present invention can provide water at a relatively high temperature and a low temperature, maximizing the thermal efficiency, minimizing the operation cost, and being semi-permanently usable, so that the system can be safely maintained.

10. 히트펌프 11. 냉방수 탱크
12. 난방수 탱크 13. 열교환기
14. 온수탱크 15. 공간 냉방기
16. 바닥 난방기 20. 태양열 집열기
30. 스팀 보일러 40. 발전기
50. 배터리 60. 응축수10. Heat pump 11. Cooling tank
12. Heating water tank 13. Heat exchanger
14. Hot water tank 15. Space cooler
16. Floor heater 20. Solar collector
30. Steam boiler 40. Generator
50. Battery 60. Condensate

Claims (1)

공기 중에 있는 미열을 히트펌프(10) 냉난방기로 흡수하여 1차로 온수를 생산한 후, 상기 온수를 온수탱크(14) 내부에 공급하여 축열시킨 다음 태양열 집열기(20)를 통하여 추가로 가열하여 고온수를 생산하고 , 상기 생산된 고온수를 스팀 보일러(30)에 공급 스팀보일러의 스팀생산비용을 줄이고,
상기 스팀 보일러(30)에서 발생 되는 스팀을 이용하여 발전기(40)를 가동하여 전기를 생산함은 물론, 생산된 전기는 자가 사용 등으로 사용하고 또 배터리(50)에 충전 사용한다, 상기 공정에서 발생하는 스팀의 잔열과 응축수 열은 난방수탱크 및 히트펌프(10)와 연결된 냉방수 탱크(11), 난방수 탱크(12), 열교환기(13), 온수탱크(14)를 통하여 건물 내부에 냉·난방 및 온수를 지속적으로 공급할 수 있도록 구성되는 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치.After absorbing the slight heat in the air with the heat pump 10 air conditioner to produce hot water primarily, the hot water is supplied to the hot water tank 14 to accumulate and heat it further through the solar collector 20 to heat the hot water. Produce, and supply the produced hot water to the steam boiler 30 to reduce the steam production cost of the steam boiler,
In addition to producing electricity by operating the generator 40 by using the steam generated in the steam boiler 30, the produced electricity is used for self-use, etc., and also used to charge the battery 50, in the process The residual heat and condensate heat of the generated steam are stored in the building through the cooling water tank 11, the heating water tank 12, the heat exchanger 13, and the hot water tank 14 connected to the heating water tank and the heat pump 10. Heat pump cooling and heating device with a self-generation function that is configured to continuously supply cooling, heating and hot water.
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