KR20140123384A - 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치 - Google Patents

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이병길
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Abstract

이 발명은 고온 사이클에서 응축되고 남은 열과 저온 사이클의 응축열을 동시에 또는 선택적으로 외기증발기에 전달하여 냉난방 효율을 높이고, 난방 시 외부에 노출된 외기 증발기 작동이 원활한 상태를 유지하게 하며, 난방 용량을 위주로 전체 용량의 최적 설계를 가능하게 하고, 냉방에 필요한 냉수 생산을 효율적으로 하기 위해, 냉방 운전을 할 때, 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 4열 교환기(104), 제 4팽창밸브(111), 제 5열 교환기(112)로 이루어지는 폐 루프에 의해 형성되는 고온 사이클(100)에서, 제 5열 교환기(112)에서 증발하면서 냉수 탱크(215)의 물로부터 열을 전달받은 고온 측 냉매는, 제 1압축기(101)에서 압축되고 제 1열 교환기(102)에서 응축시킨 응축열을 온수 탱크(103)로 전달하면서 응축되고 남은 열을 열매체 순환부를 통해 외기 증발기(205)로 전달하여 외부로 배출시키는 한편, 제 2압축기(203), 제 6열 교환기(218), 제 3팽창밸브(213), 제 3열 교환기(214)로 이루어지는 폐 루프에 의해 형성되는 저온 사이클(200)에서, 제 3열 교환기(214)에서 증발하면서 냉수 탱크(215)의 물로부터 열을 전달받은 저온 측 냉매는, 제 2압축기(203)에서 압축되고 제 6열 교환기(218)에서 응축된 응축열을 열매체 순환관(219)을 통해 외기 증발기(205)로 전달하여 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치를 제공한다.

Description

공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치 {Two stage heat pump cooling and heating apparatus using air heat source}
이 발명은 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 사이클의 응축 후 남은 열과 저온 사이클의 응축열을 동시에 또는 선택적으로 외기증발기에 전달하여 냉난방 효율을 높이는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 관한 것이다.
계절에 구분 없이 온수나 냉난방을 동시에 또는 선택적으로 사용할 수 있어 다양한 공간 열 부하에 부합되는 운전을 할 수 있는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치는, 공기 등의 열원으로부터 열을 취득하는 쪽은 저온 특성이 양호한 냉매를 사용한 저온 사이클로 운영하고, 온수 및 난방을 위한 고온의 열을 전달하는 쪽은 고온 특성이 양호한 냉매를 사용한 고온 사이클로 운영된다.
그러나 외부 공기로부터 열을 공급받는 방식의 히트펌프에서 최대 단점이 혹한기 외부 온도가 낮아지면서 외기 증발기가 얼어 외부 공기와의 열 교환이 되지 않는 것이고, 이는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에서도 같아 외기증발기 제상 사이클을 운영하고 있었다.
특허 제0796452호(발명의 명칭 : 히트펌프 및 이를 이용한 제상 방법)에서는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 난방 운전 시 열전달 사이클(1')에서 고온 측 압축기(10)에서 배출된 냉매가 고온 측 응축 열교환기(11)로 이동하며, 바이패스 제상라인(41)을 통해 저온 측 증발기(22)를 지나면서 응축열을 이용하여 저온 측 증발기(22)의 성에를 제거하고, 고온 측 팽창밸브(14)와 중간 열교환기(15)를 통과하여 고온 측 압축기(10)로 유입되게 하는 제상 방법을 제안하고 있다.
또한 특허 제0796452호에서는, 냉방 운전 시 열전달 사이클(1')의 작동은 멈추고 열취득 사이클(2')만 작동하여 저온 측 압축기(20)에서 배출된 냉매는 저온 측 증발기(22)를 통과하고, 저온 측 팽창밸브(23)로 이동하여 저온 측 열교환기(24)를 통해 빙축을 이루고 증발압력 조절밸브(26)를 통해 저온 측 압축기(20)로 유입되는 내용도 개시되어 있다.
그러나 특허 제0796452호에서는 전체 구성이 복잡해져 제작 및 설치비용이 증가할 뿐만 아니라 고장 원인이 되기도 하며, 난방 운전 시 제상라인(41)이 손상되는 경우에는 전체 작동이 정지될 수도 있는 문제점이 있었다.
그리고 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치는 열전달 사이클(1') 및 열취득 사이클(2')이 전체로서 작동하면서 난방과 냉방을 모두 만족하도록 두 사이클 간의 압축기 용량을 조정하여 최적으로 설계하여야 하지만, 특허 제0796452호에서는 냉방 운전 시 열전달 사이클(1')의 작동이 멈추고 열취득 사이클(2')만 작동하므로, 열전달 사이클(1')과 열취득 사이클(2)이 모두 작동하는 경우와 달리 온수를 생산할 수 없으며 냉방 용량과 난방 용량의 불균형에 따른 전체 용량의 최적 설계가 어려워지는 문제점도 있었다.
또한 열전달 사이클 및 열취득 사이클이 모두 작동하는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 냉방 운전 시에도, 열전달 사이클과 열취득 사이클이 모두 작동하면서 냉수를 생산하는 것뿐만 아니라 여기서 발생하는 열을 온수 생산에 투입하지만, 열전달 사이클의 온수 탱크에 열전달이 필요 없어지게 되면 남은 열이 그대로 고온 측 냉매에 실려 순환하면서 열취득 사이클의 저온 측 냉매와의 열 교환이 제대로 이루어지지 않아 냉수 생산이 효율적이지 못하게 되는 문제점도 발생한다.
특허 제0796452호(발명의 명칭 : 히트펌프 및 이를 이용한 제상 방법)
이 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고온 사이클에서 응축되고 남은 열과 저온 사이클의 응축열을 동시에 또는 선택적으로 외기증발기에 전달하여 냉난방 효율을 높이고, 난방 시 외부에 노출된 외기 증발기 작동이 원활한 상태를 유지하게 하며, 난방 용량을 위주로 전체 용량의 최적 설계를 가능하게 하고, 냉방에 필요한 냉수 생산을 효율적으로 하는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 실현하기 위해 이 발명은, 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 1팽창밸브(105) 그리고 제 2열 교환기(106)로 폐 루프를 형성하여 고온 측 냉매가 순환하면서, 상기 제 2열 교환기(106)에서 흡수한 상기 고온 측 냉매의 열을 상기 제 1열 교환기(102)를 통해 온수 탱크(103)로 전달하는 고온 사이클(100)과; 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에 제 2팽창밸브(204)와 외기 증발기(205)로 폐 루프를 형성하여 저온 측 냉매가 순환하면서 난방 운전을 하거나, 또는 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에 제 3팽창밸브(213)와 냉수 탱크(215)에 연결된 제 3열 교환기(214)로 폐 루프를 형성하여 저온 측 냉매가 순환하면서 냉방 운전을 하게 선택할 수 있으며, 선택에 의해 난방 또는 냉방 운전을 할 때 상기 외기 증발기(205) 또는 제 3열 교환기(214)에서 흡수한 상기 저온 측 냉매의 열을 상기 제 2열 교환기(106)를 통해 상기 고온 측 냉매로 전달하는 저온 사이클(200);로 이루어지는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 있어서, 상기 고온 사이클에서, 상기 제 1열 교환기(102)와 제 1팽창밸브(105) 사이에 일 측이 연결되는 제 4열 교환기(104)와; 상기 제 4열 교환기(104)의 타 측과 연결되면서 형성되는 폐 루프를 통해 상기 외기 증발기(205)에 열을 전달하게 폐 루프 내부에 수용하는 열매체를 순환시키는 열매체 순환부;를 포함하고, 상기 제 1압축기(101) 입구 측과 상기 제 4열 교환기(104) 일 측의 출구 사이에, 타 측이 상기 냉수 탱크(215)와 연결되는 제 5열 교환기(112) 일 측과 제 4팽창밸브(111)를 연결하며, 상기 저온 사이클에서, 상기 제 2압축기(203) 출구 측에서 상기 제 2열 교환기(106)와 병렬로 제 6열 교환기(218) 일 측이 연결되고, 상기 제 6열 교환기(218) 타 측과 상기 열매체 순환부에 폐 루프를 형성하게 열매체 순환관(219)으로 각각 연결하며, 냉방 운전을 할 때, 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 4열 교환기(104), 제 4팽창밸브(111), 제 5열 교환기(112)로 이루어지는 폐 루프에 의해 형성되는 고온 사이클(100)에서, 제 5열 교환기(112)에서 증발하면서 냉수 탱크(215)의 물로부터 열을 전달받은 고온 측 냉매는, 제 1압축기(101)에서 압축되고 제 1열 교환기(102)에서 응축시킨 응축열을 온수 탱크(103)로 전달하면서 응축되고 남은 열을 열매체 순환부를 통해 외기 증발기(205)로 전달하여 외부로 배출시키는 한편, 제 2압축기(203), 제 6열 교환기(218), 제 3팽창밸브(213), 제 3열 교환기(214)로 이루어지는 폐 루프에 의해 형성되는 저온 사이클(200)에서, 제 3열 교환기(214)에서 증발하면서 냉수 탱크(215)의 물로부터 열을 전달받은 저온 측 냉매는, 제 2압축기(203)에서 압축되고 제 6열 교환기(218)에서 응축된 응축열을 열매체 순환관(219)을 통해 외기 증발기(205)로 전달하여 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치를 제공한다.
상기의 구성을 갖는 이 발명의 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 의하면, 고온 사이클에서 응축되고 남은 열과 저온 사이클의 응축열을 동시에 또는 선택적으로 외기증발기에 전달하면서 냉난방 운전을 함으로써, 냉난방 효율을 높이며, 난방 시 외부에 노출된 외기 증발기 작동이 원활한 상태를 유지하게 하고, 냉방에 필요한 냉수 생산을 효율적으로 하며, 난방 용량 위주로 전체 용량의 최적 설계를 할 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 종래 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 이 발명의 실시 예에 따른 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2의 장치에서 난방 운전 과정을 나타낸 도면이고,
도 4는 도 2의 장치에서 냉방 운전 과정을 나타낸 도면이다.
이하에서는, 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부하는 도면들을 참조하여 상세하게 설명하는데, 이는 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 이 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 2는 이 발명의 실시 예에 따른 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
이 발명의 실시 예에 따른 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 기본적으로 고온 측 냉매가 순환하는 고온 사이클(100)과 저온 측 냉매가 순환하는 저온 사이클(200)에, 고온 사이클(100)의 응축 후 남은 열과 저온 사이클(200)의 응축열을 동시에 또는 선택적으로 외기증발기에 전달하는 구성이 추가된다.
고온 사이클(100)은, 고온 측 냉매가 순환하면서 압축, 응축, 팽창, 증발하는 과정으로 구성된다.
고온 측 압축기로서 제 1압축기(101)가 설치되고, 제 1압축기(101)의 출구에는 고온 측 응축 열교환기로서 제 1열 교환기(102) 타 측의 입구가 연결된다.
일 측에 온수 탱크(103)가 연결되는 제 1열 교환기(102)는, 고온 측 냉매의 열을 온수 탱크(103)에 저장된 물과 열 교환하여 온수 및 난방용수를 생산하게 한다.
제 1열 교환기(102) 타 측의 출구에는, 응축되고 남은 열을 교환하는 열 교환기로서 제 4열 교환기(104) 일 측의 입구가 연결된다.
그리고 제 4열 교환기(104) 타 측에는 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 고온 측 냉매의 열을, 저온 사이클(200)의 외기 증발기(205)에 전달하기 위해 열매체를 순환시키는 열매체 순환부가 연결된다.
열매체 순환부는, 부동액, 식염수, 브라인과 같은 응고점이 낮은 열매체가 내부에 수용되어 순환하도록 열매체 순환관(113), 열매체 저장탱크(114) 그리고 열매체 순환펌프(115)로 구성될 수 있다.
여기서 열매체 순환관(113)은, 관 형태로 개방된 양단이 제 4열 교환기(104)의 타 측에 연결되어 폐 루프를 이룬 상태에서 외기 증발기(205)에 열 전달하기 좋은 형태로 위치시킨다.
그리고 열매체 순환관(113)에는, 내부에 수용되어 순환하는 열매체를 저장하면서 외기 증발기(205)에 열을 전달할 때 완충 역할도 하는 열매체 저장탱크(114)와, 열매체의 순환이 원활하도록 하는 열매체 순환펌프(115)가 연결된다.
제 4열 교환기(104) 일 측의 출구에는 전자밸브(108)를 통해 고온 측 팽창밸브로서 제 1팽창밸브(105)가 연결된다. 제 1팽창밸브(105)의 출구에는 제 2열 교환기(106) 일 측의 입구가 연결되며, 제 2열 교환기(106)는 일 측의 출구가 전자밸브(107)를 통해 제 1압축기(101)의 입구와 연결된다.
제 2열 교환기(106)는 타 측이 저온 사이클(200)과 연결되면서, 고온 사이클(100)의 증발기 및 저온 사이클(200)의 응축기로 사용되는데, 저온 사이클(200)의 증발기에서 흡수한 열을 고온 사이클(100)에 전달하여, 고온 측 냉매와 저온 측 냉매 간 열 교환이 이루어지게 한다.
그리고 제 1압축기(101) 입구 측과 제 4열 교환기(104) 일 측의 출구 사이에는, 전자밸브(109)(110)가 각각 설치되고, 이 전자밸브(109)(110) 사이에는 제 4팽창밸브(111)와 제 5열 교환기(112) 일 측이 연결된다.
저온 사이클(200)은, 저온 측 냉매가 순환하면서 압축, 응축, 팽창, 증발하는 과정으로 구성된다.
저온 측 압축기로서 제 2압축기(203)가 설치되고, 제 2압축기(203)의 출구는 전자밸브(221)를 통해 제 2열 교환기(106) 타 측의 입구와 연결되고, 제 2열 교환기(106) 타 측의 출구는 제 2팽창밸브(204)와 연결되는데, 제 2열 교환기(106)와 제 2팽창밸브(204) 사이에는 전자밸브(222)(202)가 설치된다.
제 2팽창밸브(204)의 출구는 외기 증발기(205)의 입구에 연결되고, 외기 증발기(205)의 출구는, 전자밸브(201)를 통해 액 분리기(206)의 입구와 연결된다.
여기서 외기 증발기(205)에는, 열매체 순환부를 통해 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 고온 측 냉매의 열이 전달된다.
한편 액 분리기(206)의 입구와 제 2열 교환기(106) 타 측의 출구 사이에는, 전자밸브(211)(212)가 설치되고, 이 전자밸브(211)(212) 사이에는 제 3열 교환기(214)의 일 측과 제 3팽창밸브(213)가 연결된다.
제 3열 교환기(214)의 타 측에는 냉수 탱크(215)가 연결되는데, 여기에는 별도의 분기 라인을 통해 냉수 탱크(215)와 제 5열 교환기(112) 타 측이 연결된다.
제 2압축기(203) 출구 측에서 제 2열 교환기(106)와 병렬로 전자밸브(216)(217)를 통해 제 6열 교환기(218) 일 측이 연결된다. 그리고 제 6열 교환기(218) 타 측과 열매체 순환관(113)에 각각 연결하여 폐 루프를 형성하는 열매체 순환관(219)을 통해 제 6열 교환기(218)에서 응축되는 저온 측 냉매의 열을 외기 증발기(205)에 전달한다.
상기와 같은 이 발명의 실시 예에 따른 공기열 이원 히트펌프 냉난방 장치의 작동 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 도 2의 장치에서 난방 운전 과정을 나타낸 도면이다.
별도로 구비되는 컨트롤러(도면에 도시하지 않음)의 제어에 의해, 전자밸브(107)(108)(201)(202)(221)(222)를 열고 전자밸브(109)(110)(211)(212)(216)(217)를 닫아, 제 2압축기(203), 전자밸브(221), 제 2열 교환기(106), 전자밸브(222)(202), 제 2팽창밸브(204), 외기 증발기(205), 전자밸브(201) 그리고 액 분리기(206)로 이루어지는 폐 루프에 의해 형성되는 저온 사이클(200)에서, 열매체 순환부를 통해 제 1열 교환기(102)에서 응축하고 남은 고온 측 냉매의 열을 외기 증발기(205)에 전달하여 저온 측 냉매의 증발을 원활하게 하고 외기 증발기(205)의 결빙 시 제상도 하면서 저온 측 냉매의 열을 제 2열 교환기(106)를 통해 고온 사이클(100)의 고온 측 냉매로 전달하여 온수 탱크(103)에 온수를 생산 저장하는 난방을 하게 된다.
저온 사이클(200)의 전자밸브(201)(202)(221)(222)는 열리고 전자밸브(211)(212)(216)(217)는 닫히면서, 제 2압축기(203), 전자밸브(221), 제 2열 교환기(106), 전자밸브(222)(202), 제 2팽창밸브(204), 외기 증발기(205), 전자밸브(201) 그리고 액 분리기(206)로 이루어지는 폐 루프에 저온 측 냉매가 순환하는 한편 고온 사이클(100)의 전자밸브(107)(108)는 열리고 전자밸브(109)(110)는 닫히면서, 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 4열 교환기(104), 전자밸브(108), 제 1팽창밸브(105), 제 2열 교환기(106) 그리고 전자밸브(107)로 이루어지는 폐 루프에 고온 측 냉매가 순환하면서, 고온 사이클(100)과 저온 사이클(200)이 작동한다.
고온 사이클(100)에서는, 제 1압축기(101)에서 압축된 고온 측 냉매가 제 1열 교환기(102)에서 응축되고, 여기서 남은 열은 제 4 열교환기(104)를 통해 고온 사이클(100)로부터 배출시킨다.
여기서, 제 1열 교환기(102)에는 온수 탱크(103)의 물이 순환하게 되며, 제 1열 교환기(102)를 통해 고온 측 냉매로부터 열을 전달받은 물은 온수가 되어 온수 탱크(103)에 저장되는데, 온수 자체로도 사용되고 공조 설비 파이프를 통해 순환하면서 난방을 하게 된다.
그리고 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열을 전부 배출시킨 고온 측 냉매는, 전자밸브(108)와 제 1팽창밸브(105)를 거친 후, 제 2열 교환기(106)를 통과하면서 저온 사이클(200)의 저온 측 냉매 열을 최대로 전달받고 전자밸브(201)를 통과하여 다시 제 1압축기(101)로 유입된다.
한편, 저온 사이클(200)에서는, 제 2압축기(203)에서 압축된 저온 측 냉매가 전자밸브(221)와 제 2열 교환기(106), 전자밸브(222)(202)를 거쳐 제 2팽창밸브(204)로 이동하고, 그 후 외기 증발기(205)를 지나 전자밸브(201)를 통과하여 액 분리기(206)를 거친 후 제 2압축기(203)로 유입된다.
이때, 제 2열 교환기(106)에서는 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열을 전부 배출시킨 고온 측 냉매와, 외기 증발기(205)로부터 열을 흡수한 저온 측 냉매가 열 교환을 최대로 하므로 난방 효율이 높아지게 된다.
또한 제 1열 교환기(102)에서 응축되고 남은 열은 제 4 열교환기(104)를 통해 저온 측 냉매에 전달되면서 증발이 잘 된 상태에서 열 교환 하므로 난방 효율을 더욱 높이게 된다.
특히 외기 증발기(205)의 결빙이 발생하는 정도의 온도인 경우에도, 열매체 순환부가 제 4열 교환기(104)의 타 측과 연결되면서 폐 루프를 형성하고 외기 증발기(205)로 열을 지속적으로 전달하여 결빙을 방지하거나 지연 또는 제상함으로써 외기 증발기(214)에 성에가 끼면서 작동이 멈추거나 원활하지 못한 상황이 발생하지 않도록 한다.
도 4는 도 2의 장치에서 냉방 운전 과정을 나타낸 도면이다.
별도로 구비되는 컨트롤러(도면에 도시하지 않음)의 제어에 의해, 난방 운전할 때 증발기로 작동하던 외기 증발기(205)를 별도로 작동시키고, 전자밸브(109)(110)(211)(212)(216)(217)를 열고 전자밸브(107)(108)(201)(202)(221)(222)를 닫으면서, 고온 사이클(100)과 저온 사이클(200)이 작동하여 외기 증발기(205)를 통해 열을 배출시키는 냉방 운전을 한다.
여기서, 전자밸브(211)(212)(216)(217)는 열리고 전자밸브(201)(202)(221)(222)는 닫히면서, 제 2압축기(203), 전자밸브(216), 제 6열 교환기(218), 전자밸브(217)(212), 제 3팽창밸브(213), 제 3열 교환기(214), 전자밸브(211) 그리고 액 분리기(206)로 이루어지는 폐 루프에 의해 형성되는 저온 사이클(200)에서, 제 3열 교환기(214)에서 증발하면서 냉수 탱크(215)의 물로부터 열을 전달받은 저온 측 냉매는, 전자밸브(211)와 액 분리기(206)를 거쳐 제 2압축기(203)에서 압축되고 제 6열 교환기(218)에서 응축된 응축열을 외기 증발기(205)로 전달하여 외부로 배출시킨다.
즉 제 2압축기(203)에서 압축된 저온 측 냉매는, 전자밸브(216)와 제 6열 교환기(218)와 전자밸브(217)(212)를 지나 제 3팽창밸브(213)로 이동하고, 제 3열 교환기(214)를 통해 냉수 탱크(215)의 열을 전달받아 전자밸브(211)와 액 분리기(206)를 거쳐 다시 제 2압축기(203)로 유입하게 된다.
그리고 제 6열 교환기(218)에서 응축된 응축열은, 제 6열 교환기(218) 타 측과 열매체 순환관(113)을 각각 연결시켜 폐 루프를 형성하게 한 열매체 순환관(219)을 통해 외기 증발기(205)로 전달하여 외부로 배출시킨다. 그리고 내부에 수용된 열매체의 원활한 순환을 위해 열매체 순환 펌프(220)를 열매체 순환관(219)에 설치할 수 있다.
여기서 제 3열 교환기(214)를 순환하도록 설치된 냉수 탱크(215)에 저장된 물은, 제 3열 교환기(214)를 통해 열을 전달하고 냉수 탱크(215)로 복귀하면서 저장되는데, 냉수 탱크(215)에 저장되는 냉수는 공조 설비 파이프를 통해 순환하면서 냉방을 하게 된다.
또한 전자밸브(109)(110)는 열리고 전자밸브(107)(108)는 닫히면서, 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 4열 교환기(104), 전자밸브(110), 제 4팽창밸브(111), 제 5열 교환기(112) 그리고 전자밸브(109)로 이루어지는 폐 루프에 의해 형성되는 고온 사이클(100)에서, 제 3열 교환기(214) 타 측과 별도의 분기 라인을 통해 타 측이 연결된 제 5열 교환기(112)에서 증발하면서 냉수 탱크(215)의 물로부터 열을 전달받은 고온 측 냉매는, 전자밸브(109)를 거쳐 제 1압축기(101)에서 압축되고 제 1열 교환기(102)에서 응축시킨 응축열을 온수 탱크(103)로 전달하면서 응축되고 남은 열을, 외기 증발기(205)로 전달하여 외부로 배출시킨다.
즉, 제 1압축기(101)에서 압축된 고온 측 냉매는, 제 1열 교환기(102)를 거치고, 여기서 응축되고 남은 열을 제 4열 교환기(104)를 통해 상기 열매체 순환부로 전달한 후 전자밸브(109)를 거쳐 제 4팽창밸브(111)로 이동하므로, 고온 측 냉매는 제 5열 교환기(112)를 지나면서 냉수 탱크(215)의 물로부터 열을 전달받아 전자밸브(109)를 거쳐 제 1압축기(101)에서 압축되게 유입된다.
그리고 제 1열 교환기(218)에서 응축되고 남은 열은, 제 4열 교환기(104) 타 측에 양단을 연결시켜 폐 루프를 형성하게 한 열매체 순환관(113)을 통해 외기 증발기(205)로 전달하여 외부로 배출시킨다.
여기서 제 5열 교환기(112)를 순환하도록 설치된 냉수 탱크(215)에 저장된 물은, 제 5열 교환기(214)를 통해 고온 사이클(100)에 열을 전달하고 냉수 탱크(215)로 복귀하면서 저장되는데, 냉수 탱크(215)에 저장되는 냉수는 공조 설비 파이프를 통해 순환하면서 냉방을 하게 됨과 동시에 고온 사이클(100)의 고온 측 냉매에서 전달되는 열로 데워진 온수 탱크(103)의 물은 온수로 사용된다.
따라서 저온 사이클(200)의 저온 측 냉매가 제 3열 교환기(214)를 통해 냉수 탱크(215)의 열을 전달받으면서, 고온 사이클(100)의 고온 측 냉매가 제 5열 교환기(112)를 통해 냉수 탱크(215)의 열을 전달받으므로, 난방 용량을 위주로 전체 용량의 최적 설계를 할 수 있으며, 냉방에 필요한 냉수 생산을 효율적으로 하면서 최적의 냉방 상태를 유지하게 된다.
특히 제 1열 교환기(102)를 거치면서 응축되고 남은 고온 측 냉매 열을 제 4열 교환기(104)와 열매체 순환부를 통해 작동중인 외기 증발기(205)에서 신속하게 외부로 방출시켜, 냉방에 따라 발생되는 열을 온수 탱크(103)로 공급하는데 있어서 만일 온수를 사용하지 않아 온수 탱크(103)로의 열 공급이 되지 않은 경우에도 항상 최적의 냉방 효율과 냉방 상태를 유지하게 된다.
이 발명은 상기의 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재되는 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하고, 이러한 변형도 이 발명의 범위 내에 포함된다.
100 : 고온 사이클 101 : 제 1압축기
102 : 제 1열 교환기 103 : 온수 탱크
104 : 제 4열 교환기 105 : 제 1팽창밸브
106 : 제 2열 교환기
107, 108, 109, 110, 201, 202, 211, 212, 216, 217, 221, 222 : 전자밸브
111 : 제 4팽창밸브 112 : 제 5열 교환기
113, 219 : 열매체 순환관 114 : 열매체 저장탱크
115, 220 : 열매체 순환펌프 200 : 저온 사이클
203 : 제 2압축기 204 : 제 2팽창밸브
205 : 외기 증발기 206 : 액 분리기
213 : 제 3팽창밸브 214 : 제 3열 교환기
215 : 냉수 탱크 218 : 제 6열 교환기

Claims (1)

  1. 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 1팽창밸브(105) 그리고 제 2열 교환기(106)로 폐 루프를 형성하여 고온 측 냉매가 순환하면서, 상기 제 2열 교환기(106)에서 흡수한 상기 고온 측 냉매의 열을 상기 제 1열 교환기(102)를 통해 온수 탱크(103)로 전달하는 고온 사이클(100)과; 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에 제 2팽창밸브(204)와 외기 증발기(205)로 폐 루프를 형성하여 저온 측 냉매가 순환하면서 난방 운전을 하거나, 또는 제 2압축기(203)와 상기 제 2열 교환기(106)에 제 3팽창밸브(213)와 냉수 탱크(215)에 연결된 제 3열 교환기(214)로 폐 루프를 형성하여 저온 측 냉매가 순환하면서 냉방 운전을 하게 선택할 수 있으며, 선택에 의해 난방 또는 냉방 운전을 할 때 상기 외기 증발기(205) 또는 제 3열 교환기(214)에서 흡수한 상기 저온 측 냉매의 열을 상기 제 2열 교환기(106)를 통해 상기 고온 측 냉매로 전달하는 저온 사이클(200);로 이루어지는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치에 있어서,
    상기 고온 사이클에서, 상기 제 1열 교환기(102)와 제 1팽창밸브(105) 사이에 일 측이 연결되는 제 4열 교환기(104)와; 상기 제 4열 교환기(104)의 타 측과 연결되면서 형성되는 폐 루프를 통해 상기 외기 증발기(205)에 열을 전달하게 폐 루프 내부에 수용하는 열매체를 순환시키는 열매체 순환부;를 포함하고, 상기 제 1압축기(101) 입구 측과 상기 제 4열 교환기(104) 일 측의 출구 사이에, 타 측이 상기 냉수 탱크(215)와 연결되는 제 5열 교환기(112) 일 측과 제 4팽창밸브(111)를 연결하며,
    상기 저온 사이클에서, 상기 제 2압축기(203) 출구 측에서 상기 제 2열 교환기(106)와 병렬로 제 6열 교환기(218) 일 측이 연결되고, 상기 제 6열 교환기(218) 타 측과 상기 열매체 순환부에 폐 루프를 형성하게 열매체 순환관(219)으로 각각 연결하며,
    냉방 운전을 할 때, 제 1압축기(101), 제 1열 교환기(102), 제 4열 교환기(104), 제 4팽창밸브(111), 제 5열 교환기(112)로 이루어지는 폐 루프에 의해 형성되는 고온 사이클(100)에서, 제 5열 교환기(112)에서 증발하면서 냉수 탱크(215)의 물로부터 열을 전달받은 고온 측 냉매는, 제 1압축기(101)에서 압축되고 제 1열 교환기(102)에서 응축시킨 응축열을 온수 탱크(103)로 전달하면서 응축되고 남은 열을 열매체 순환부를 통해 외기 증발기(205)로 전달하여 외부로 배출시키는 한편, 제 2압축기(203), 제 6열 교환기(218), 제 3팽창밸브(213), 제 3열 교환기(214)로 이루어지는 폐 루프에 의해 형성되는 저온 사이클(200)에서, 제 3열 교환기(214)에서 증발하면서 냉수 탱크(215)의 물로부터 열을 전달받은 저온 측 냉매는, 제 2압축기(203)에서 압축되고 제 6열 교환기(218)에서 응축된 응축열을 열매체 순환관(219)을 통해 외기 증발기(205)로 전달하여 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 공기열 이원 사이클 히트펌프 냉난방 장치.
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