KR20180067094A - Hybrid heat pump system - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a hybrid heat and, more specifically, relates to a technology about a hybrid heat pump system grafting solar heat or regenerative energy like sunlight while using an environmentally-friendly carbon dioxide refrigerant. According to the present invention, the hybrid heat pump system comprises: a compressor; a four-way valve to supply a refrigerant discharged from the compressor to a first or second direction; a boiler to generate hot water through exchange with the high pressure and high temperature refrigerant discharged from the compressor; a discharge valve connecting the compressor and the four-way valve to allow the refrigerant to be discharged from the compressor and penetrating a boiler; an inlet valve connecting the compressor and the four-way valve to allow the refrigerant to be supplied to the compressor; a circulation pipeline connected to the four-way valve; a condenser connected to the circulation pipeline; an evaporator connected to the circulation pipeline; and a supply module capable of supplying electricity to a place requiring electricity while storing electricity generated by using regenerative energy. Herein the refrigerant is a CO_2 (R744) refrigerant.

Description

하이브리드 히트펌프 시스템{Hybrid heat pump system}[0001] Hybrid heat pump system [0002]

본 발명은 히트펌프에 관련되는 것으로, 특히 친환경적인 이산화탄소 냉매를 사용하면서 태양열이나 태양광과 같은 재생에너지를 접목한 하이브리드 히트펌프 시스템에 관한 기술이다.The present invention relates to a heat pump, and more particularly, to a hybrid heat pump system that uses renewable energy such as solar heat or solar light while using environmentally friendly carbon dioxide refrigerant.

한정된 화석연료의 고갈 및 화석연료의 사용으로 인한 대기오염으로 지구 온난화 문제가 심각하게 대두되고 있으며, 지구온난화 문제에 대한 대책을 세우지 않으면 인류의 생존에도 큰 위협이 될 것이라는 점에 대해서는 전세계적으로 공감대가 형성되고 있는 실정이다.The global warming problem is seriously arising from the exhaustion of limited fossil fuels and the use of fossil fuels, and there is a global consensus that global warming will pose a threat to the survival of humankind if measures are not taken. Is formed.

지구온난화의 원인 중 하나로는 오존층의 파괴가 대표적이며, 냉장고 등에 주로 사용되었던 프레온 계열의 냉매의 누출로 인해 오존층이 파괴되는 것으로 알려져 있다.One of the causes of global warming is the destruction of the ozone layer, and it is known that ozone layer is destroyed due to leakage of freon refrigerant, which is mainly used in refrigerator.

근래에는 지구온난화 문제를 야기하지 않는 이산화탄소 냉매가 각광받고 있으며, 이산화탄소 냉매는 오존 파괴 및 지구 온난화에 미치는 영향이 매우 작으며, 비가연성이고, 안정성이 뛰어나고 독성이 없어 친환경적인 냉매로 프레온 냉매를 대체할 수단으로 주목을 받고 있다.In recent years, carbon dioxide refrigerants, which do not cause global warming problems, are in the spotlight. Carbon dioxide refrigerants have very little effect on ozone destruction and global warming. They are non-combustible, stable and toxic, It is attracting attention as means.

지구온난화에 대처하기 위해 대부분의 산업분야에서 이산화탄소 배출을 감소시킬 수 있도록 에너지 효율을 높이는 방향으로 기술 개발 및 연구가 활발하게 이루어지고 있다.In order to cope with global warming, technology development and research are being actively carried out to increase energy efficiency so as to reduce carbon dioxide emission in most industrial sectors.

친환경적이고 에너지 효율이 높아 널리 보급되고 있는 히트펌프는 저온의 열(10~30도)을 냉매가스의 특성 및 응축기와 증발기의 원리를 이용해 고온의 열(60~70도)로 만들어주는 고효율 에너지 설비이다. 또한 전기로 운전되는 히트펌프는 우리 주변의 공기, 물, 지열(지하수)을 열원으로 하여 운전되어서 유해가스 배출이 없고, 폭발위험도 없어 안전한 설비로 인식되고 있다.The heat pump, which is environmentally friendly and energy efficient, is widely used. It is a high efficiency energy equipment that makes low temperature heat (10 ~ 30 degrees) by high temperature heat (60 ~ 70 degrees) using characteristics of refrigerant gas and condenser and evaporator principle to be. In addition, the heat pump operated by electric power is operated as a heat source of air, water, and geothermal (ground water) around us, and is recognized as a safe facility because there is no hazardous gas discharge and there is no risk of explosion.

히트펌프로서 가장 많이 알려져 있는 지열히트펌프는 땅속의 연중 일정한 온도(12~15도)를 이용하여 건물의 난방과 냉방을 선택적으로 할 수 있도록 한다.The geothermal heat pump, which is most popular as a heat pump, is able to selectively heat and cool the building using a constant temperature (12 ~ 15 degrees) during the year.

보통 전기 1kw의 열량이 860kcal인데, 히트펌프는 압축, 응축, 팽창, 증발의 과정을 통해 3.5배의 효율을 더 내는 것으로 알려져 있다.Generally, 1 kw of heat is 860 kcal, and it is known that the heat pump provides 3.5 times more efficiency through the process of compression, condensation, expansion and evaporation.

그러나 지열 히트펌프는 겨울철 원하는 온도에 이르는 물을 가열하기 위해서는 많은 양의 상수 또는 지하수가 필요하고, 이에 따라 지반침하의 우려가 있으며 건물 틈이 갈라지는 등 심각한 문제로 이어질 가능성이 크고, 초기 투자비용이 크다는 문제점도 있다.However, the geothermal heat pump requires a large amount of water or ground water to heat the water to the desired temperature in the winter, so there is a possibility of subsidence and a serious problem such as cracking of the building gap, There is also a problem.

또한 공기열원식 히트펌프는 대기열원을 채취하여 온수 및 난방용수를 생산하는 방식인데 동절기 운전시 하절기에 비해 효율이 많이 저하된다는 문제점이 있다.In addition, the air heat source heat pump is a method of producing hot water and heating water by collecting a circulation source, which is problematic in that the efficiency is significantly lowered during the winter season than during the summer season.

그리고 폐(수)열 히트펌프의 폐(수)열 저장탱크의 용량이 클수록 발열량이 크므로 다른 히트펌프의 2~8배 정도의 공간이 필요하다는 문제점이 있다.The larger the capacity of the waste heat storage tank of the waste water heat pump is, the larger the amount of heat generation is, and thus the space of 2 to 8 times that of the other heat pump is required.

본 발명과 관련한 종래기술로는 대한민국 공개특허 제10-2012-0055065호의 "이산화탄소 냉매를 이용한 산업용 히트펌프 시스템 및 그 성능 평가 방법"이 있다.As a related art related to the present invention, Korean Patent Publication No. 10-2012-0055065 entitled " Industrial Heat Pump System Using Carbon Dioxide Refrigerant and Its Performance Evaluation Method "

종래기술에 의한 히트펌프 시스템은, 밀폐형 압축기와, 가스 냉각기와, 수액기와, 질량유량계와, 팽창밸브와, 증발기로 이루어지는 냉매순환루프부, 상기 가스 냉각기와, 제1수유량계 및 제1항온조로 이루어지는 제1열원수순환루프부, 상기 증발기와, 제2항온조 및 제2수유량계로 이루어지는 제2열원수순환루프부를 포함한다.The conventional heat pump system includes a refrigerant circulation loop unit including a hermetic compressor, a gas cooler, a receiver, a mass flow meter, an expansion valve, and an evaporator, the gas cooler, a first water flow meter, and a first thermostat And a second heat source water circulation loop unit including the evaporator and the second thermostatic chamber and the second water flow meter.

종래의 히트펌프 시스템은 전기로만 작동되는 것이므로 자체 열효율이 높도록 설계되더라도 효율 향상에 한계가 있을 수 밖에 없다는 문제점이 있다.Since the conventional heat pump system is operated only by the electric furnace, even if the heat pump system is designed to have a high thermal efficiency, there is a problem that the efficiency can not be improved.

대한민국 공개특허 제10-2012-0055065호Korean Patent Publication No. 10-2012-0055065

따라서 본 발명에서는 재생에너지 중 태양광 혹은 태양열을 이용하여 생산되는 전기를 활용하여 히트펌프 시스템이 구현될 수 있도록 함으로써 높은 에너지 효율을 달성할 수 있고, 시공이나 유지보수가 용이한 하이브리드 히트펌프 시스템을 제공하고자 한다.Therefore, in the present invention, a hybrid heat pump system that can achieve high energy efficiency and can be easily installed and maintained can be realized by utilizing heat generated by solar or solar heat among the renewable energy, .

이와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 하이브리드 히트펌프 시스템은, 압축기; 상기 압축기로부터 배출되는 냉매를 제1방향 또는 제2방향으로 공급할 수 있는 사방밸브; 상기 압축기로부터 배출되는 고온고압의 냉매와 열교환을 통해 온수를 생성할 수 있는 보일러; 상기 압축기와 상기 사방밸브를 연결하여 상기 압축기로부터 냉매가 배출되게 하고, 상기 보일러를 통과하는 배출배관; 상기 압축기와 상기 사방밸브를 연결하여 상기 냉매가 압축기로 유입되게 하는 유입배관; 상기 사방밸브와 연결되는 순환배관; 상기 순환배관 상에 연결되는 응축기; 상기 순환배관 상에 연결되는 증발기; 및 재생에너지를 이용하여 생산된 전기를 저장하였다가 전기 소요처로 공급할 수 있도록 하는 재생에너지 공급모듈;을 포함하여 이루어지고, 상기 냉매는 CO2(R744) 냉매인 것을 특징으로 한다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided a hybrid heat pump system comprising: a compressor; A four-way valve capable of supplying the refrigerant discharged from the compressor in a first direction or a second direction; A boiler capable of generating hot water through heat exchange with a high temperature and high pressure refrigerant discharged from the compressor; A discharge pipe connecting the compressor and the four-way valve to discharge the refrigerant from the compressor and passing through the boiler; An inlet pipe connecting the compressor and the four-way valve to allow the refrigerant to flow into the compressor; A circulation pipe connected to the four-way valve; A condenser connected to the circulation pipe; An evaporator connected to the circulation pipe; And a renewable energy supply module for storing electricity generated by using renewable energy and supplying it to an electric power source, wherein the refrigerant is CO2 (R744) refrigerant.

바람직하게 상기 재생에너지 공급모듈은, 태양광 또는 태양열을 이용하여 전기를 생산하는 전기생산부; 상기 전기생산부에 의해 생산된 전기를 저장할 수 있는 ESS; 상기 ESS에 저장된 전기를 상기 전기 소요처로 공급하도록 제어하는 DC 제어패널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the renewable energy supply module includes: an electricity generating unit that generates electricity using sunlight or solar heat; An ESS capable of storing electricity produced by the electricity producing unit; And a DC control panel for controlling the electric power stored in the ESS to be supplied to the electric power source.

바람직하게 상기 배출배관에는 상기 보일러의 전단에 삼방밸브가 마련되어 상기 냉매가 상기 보일러를 거치지 않고 바이패스될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the discharge pipe is provided with a three-way valve at the front end of the boiler so that the refrigerant can be bypassed without passing through the boiler.

바람직하게 상기 압축기는 모터를 이용하며, 상기 응축기 및 증발기는 BLDC 팬을 이용하도록 하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the compressor uses a motor, and the condenser and the evaporator use a BLDC fan.

바람직하게 상기 보일러에는, 청수가 유입되어 열교환을 통해 고온의 온수가 생성될 수 있으며, 상기 온수의 생성온도에 따라 상기 삼방밸브의 조정으로 상기 보일러로 공급되는 냉매의 공급량이 조절되도록 하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the fresh water is introduced into the boiler to generate hot water through heat exchange, and the supply amount of the refrigerant supplied to the boiler is controlled by adjusting the three-way valve according to the temperature of the hot water. do.

바람직하게 상기 응축기와 상기 증발기를 연결하는 순환배관에는 제1전자식 팽창밸브와 제2전자식 팽창밸브가 직결되며, 상기 제1전자식 팽창밸브와 상기 제2전자식 팽창밸브에는 바이패스라인이 연결되고 상기 바이패스라인에 역류방지밸브가 장착되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first electromagnetic expansion valve and the second electromagnetic expansion valve are directly connected to the circulation pipe connecting the condenser and the evaporator, and the bypass line is connected to the first electromagnetic expansion valve and the second electromagnetic expansion valve, And a check valve is mounted on the pass line.

바람직하게 상기 하이브리드 히트펌프 시스템은, 냉방운전모드와 난방운전모드로의 전환이 가능하며, 상기 냉방운전모드일 경우에는, 상기 압축기로부터 나온 냉매는 사방밸브를 거친 후 응축기로 향하도록 하여 상기 응축기에서 액상냉매로 응축되고, 제1전자식 팽창밸브의 바이패스라인을 통과한 후 상기 제2전자식 팽창팰브에 의해 저온저압의 액상냉매로 전환되어 상기 증발기로 이동되어 열교환을 통해 저온저압의 가스냉매로 전환되면서 냉방작용을 하게 되고, 상기 난방운전모드일 경우에는, 상기 압축기로부터 나온 고온고압의 냉매는 상기 사방밸브를 거친 후 상기 증발기로 향하도록 하여 상기 증발기에서의 열교환으로 실내공기의 온도를 높이게 되고, 제2전자식 팽창밸브의 바이패스라인을 통과한 후 상기 제1전자식 팽창밸브를 통과하면서 저온저압의 액상냉매로 전환되고, 응축기에서 열교환을 통해 저온저압의 가스냉매로 전환되는 과정을 통해 난방작용을 하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the hybrid heat pump system is capable of switching between a cooling operation mode and a heating operation mode. In the cooling operation mode, the refrigerant discharged from the compressor flows through the four-way valve and is directed to the condenser, Liquid refrigerant, passed through the bypass line of the first electromagnetic expansion valve, converted into low-temperature and low-pressure liquid refrigerant by the second electromagnetic expansion valve, transferred to the evaporator, and converted to low-temperature low-pressure gas refrigerant through heat exchange Pressure refrigerant from the compressor passes through the four-way valve and is directed to the evaporator, thereby increasing the temperature of the room air by heat exchange in the evaporator, After passing through the bypass line of the second electronic expansion valve and passing through the first electronic expansion valve Temperature low-pressure liquid refrigerant, and the refrigerant is converted into a low-temperature and low-pressure gas refrigerant through heat exchange in a condenser.

본 발명에 의한 하이브리드 히트펌프 시스템은 태양광이나 태양열을 이용하여 생산된 전기를 히트펌프 시스템의 주열원으로 활용하도록 하고, ESS(에너지 저장장치)에 생산된 전기를 저장하였다가 야간에 활용하도록 함으로써 상용전기의 사용을 최소화할 수 있는 고효율의 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다는 효과가 있다.The hybrid heat pump system according to the present invention makes it possible to utilize the electricity produced by using sunlight or solar heat as a main heat source of the heat pump system, store the electricity produced in the ESS (energy storage device) It is possible to provide a highly efficient heat pump system that can minimize the use of commercial electricity.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프 시스템이 냉방운전모드로 작동하는 경우의 예시도.
도 2는 본 발명의 하이브리드 히트펌프 시스템이 난방운전모드로 작동하는 경우의 예시도.1 is an exemplary view of a hybrid heat pump system according to the present invention operating in a cooling operation mode;
Fig. 2 is an exemplary view of the hybrid heat pump system of the present invention operating in a heating operation mode; Fig.

이하 본 발명에 의한 하이브리드 히트펌프 시스템에 대해 보다 상세한 설명을 하도록 하며, 첨부되는 도면을 참조하는 것으로 한다. 단, 제시되는 도면 및 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 기술적 사상에 따른 하나의 실시 가능한 예를 설명하는 것인 바, 본 발명의 기술적 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the hybrid heat pump system according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the drawings and detailed description thereof illustrate one feasible example according to the technical idea of the present invention, and the technical scope of protection of the present invention is not limited thereto.

첨부되는 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 히트펌프 시스템이 냉방운전모드로 작동하는 경우의 예시도이며, 도 2는 본 발명의 하이브리드 히트펌프 시스템이 난방운전모드로 작동하는 경우의 예시도를 나타낸 것이다.FIG. 1 is a view showing an example in which the hybrid heat pump system according to the present invention operates in a cooling operation mode, and FIG. 2 is an example of a case in which the hybrid heat pump system according to the present invention operates in a heating operation mode .

본 발명에 의한 하이브리드 히트펌프 시스템은 그 구성요소로, 압축기(100), 사방밸브(200), 보일러(300), 배출배관(400), 유입배관(500), 순환배관(600), 응축기(700), 증발기(800) 및 재생에너지 공급모듈(900)을 포함하여 이루어진다.The hybrid heat pump system according to the present invention includes a compressor 100, a four-way valve 200, a boiler 300, a discharge pipe 400, an inlet pipe 500, a circulation pipe 600, 700, an evaporator 800, and a regenerative energy supply module 900.

그리고 본 발명의 히트펌프 시스템에 사용되는 냉매로는 이산화탄소(CO2) 냉매(R744)를 사용하도록 한다.As the refrigerant used in the heat pump system of the present invention, carbon dioxide (CO2) refrigerant (R744) is used.

CO2(R744) 냉매는 오존 파계지수 "0", 지구 온난화 계수 "1"의 무독성이면서, 가연성이 없고 가격이 저렴하다는 장점을 가진다.The CO2 (R744) refrigerant has the advantage that it is non-toxic, flammable, and inexpensive, with an ozone parameter of "0" and a global warming coefficient of "1".

본 히트펌프 시스템의 시작점이라 할 수 있는 압축기(Compressor)(100)는 DC전원을 인가하여 기동하되, BLDC모터를 이용함으로써 효율을 높일 수 있도록 한다. 이산화탄소 냉매를 압축하는 압축기(100)에 의해 이산화탄소 냉매는 100℃, 100bar 이상의 고온고압의 가스상 냉매를 만들 수 있다.A compressor 100, which is a starting point of the present heat pump system, is started by applying a DC power source, and can increase the efficiency by using a BLDC motor. The carbon dioxide refrigerant can be made into a gas-phase refrigerant having a high temperature and a high pressure of 100 bar or more by the compressor 100 compressing the carbon dioxide refrigerant.

BLDC모터는 AC모터에 비해 많은 장점을 가지는데, 속도나 토크 특징이 고르고, 로터손실이 없기 때문에 파워가 높고, 영구자석의 사용은 낮는 로터관성을 가지는 바 동적반응이 빠르고, 브러쉬나 정류자가 없어서 수명이 길다는 장점이 있다.BLDC motors have many advantages over AC motors because they have high speed and torque characteristics, high power due to no rotor loss, low inertia of the permanent magnets, fast response, and no brushes or commutators It has a long life span.

이산화탄소 냉매는 순환되면서 압축기(100)로 유입된 후 고온고압으로 압축되어 배출되며, 압축기(100)로부터 배출된 냉매는 배출배관(400)을 따라 사방밸브(200)로 향하게 된다. 사방밸브(4-WAY VALVE)(200)는 전자제어를 통해 제1방향 또는 제2방향으로 고온고압의 증기상 이산화탄소 냉매를 공급할 수 있다. 사방밸브(200)의 제어도 DC 전기를 이용하도록 하는 것이 바람직하다.The carbon dioxide refrigerant flows into the compressor 100 after being circulated, is compressed and discharged at a high temperature and a high pressure, and the refrigerant discharged from the compressor 100 is directed to the four-way valve 200 along the discharge pipe 400. The four-way valve 200 can supply high-temperature, high-pressure vapor-phase carbon dioxide refrigerant in a first direction or a second direction through electronic control. The control of the four-way valve 200 is preferably performed using DC electricity.

보일러(300)가 구비되는데, 보일러(300)는 온수를 생성하기 위한 것으로서, 압축기(100)로부터 배출되는 고온고압의 증기상 냉매와 열교환을 통해 온수를 생성하게 된다.The boiler 300 is for generating hot water, and generates hot water through heat exchange with the high-temperature and high-pressure vapor refrigerant discharged from the compressor 100.

보일러(300)에 내장되는 열교환기의 일측으로 청수가 유입되고 열교환기를 거치면서 청수는 고온고압의 냉매로부터 열을 빼앗아 온수로 전환되어 온수용이나 난방을 위한 온돌용으로 공급된다. 여기서 청수란 일반적인 수돗물을 의미하며, 혹은 지하수 등이 될 수도 있다.Fresh water flows into one side of the heat exchanger built in the boiler 300 and passes through the heat exchanger. The fresh water absorbs heat from the high-temperature and high-pressure refrigerant and is converted into hot water, and is supplied to the ondol for heating and heating. Here, fresh water refers to ordinary tap water, or may be ground water.

압축기(100)로부터 배출되는 냉매를 배출배관(400)을 따라 유동되어 사방밸브(200)를 향하게 되며, 배출배관(400)은 보일러(300)를 경유하게 된다.The refrigerant discharged from the compressor 100 flows along the discharge pipe 400 to be directed to the four-way valve 200 and the discharge pipe 400 passes through the boiler 300.

그리고 배출배관(400)에는 삼방밸브(410)가 연결되는데, 보일러(300)의 전단에 삼방밸브(410)가 마련된다. 삼방밸브(410)는 전자제어되며 필요에 따라 냉매가 보일러(300)를 거치지 않고 바이패스될 수 있도록 한다.A three-way valve 410 is connected to the discharge pipe 400, and a three-way valve 410 is provided at a front end of the boiler 300. The three-way valve 410 is electronically controlled and allows the refrigerant to be bypassed, if desired, without going through the boiler 300.

바람직하게 보일러(300)를 이용하여 온수 생성이 필요 없을 때에는 삼방밸브(410) 제어를 통해 냉매가 보일러(300)를 거치지 않도록 하며, 온수의 설정온도 제어에 따라 삼방밸브(410)의 열림 각도가 달라지게 하여 보일러(300)로 향하는 냉매의 유량이 달라지게 할 수도 있는 것이다.Preferably, when the hot water is not generated by using the boiler 300, the refrigerant is prevented from passing through the boiler 300 through the control of the three-way valve 410, and the open angle of the three- So that the flow rate of the refrigerant directed toward the boiler 300 can be changed.

순환되는 냉매가 압축기(100)로 유입되어야 하는 바, 압축기(100)와 사방밸브(200)를 연결하는 유입배관(500)이 마련된다. 유입배관(500)으로 유입되는 냉매는 압축기(100)로 공급되며, 압축기(100)에서 고온고압으로 압축된다.The circulating refrigerant must flow into the compressor 100 and the inlet pipe 500 connecting the compressor 100 and the four-way valve 200 is provided. The refrigerant flowing into the inlet pipe 500 is supplied to the compressor 100, and is compressed at a high temperature and a high pressure by the compressor 100.

사방밸브(200)에는 4개의 포트가 마련되어 냉매가 순환될 수 있도록 하는데, 배출배관(400)을 통해 흐르는 냉매가 사방밸브(200)를 거쳐 유입된 후 다시 유입배관(500)으로 흐를 수 있도록 사방밸브(200)와 연결되는 순환배관(600)이 마련된다.The four-way valve 200 is provided with four ports so that the refrigerant can circulate. The refrigerant flowing through the discharge pipe 400 flows through the four-way valve 200 and flows back to the inflow pipe 500, A circulation pipe 600 connected to the valve 200 is provided.

한편, 순환배관(600)에는 응축기(700)와 증발기(800)가 연결된다.Meanwhile, a condenser 700 and an evaporator 800 are connected to the circulation pipe 600.

본 발명에 의한 하이브리드 히트펌프 시스템이 냉방모드로 동작될 경우 배출배관(400)을 통해 공급되는 냉매가 사방밸브(200)를 거친 후 응축기(700)로 향하는 방향을 제1방향이라 한다.When the hybrid heat pump system according to the present invention is operated in the cooling mode, the direction in which the refrigerant supplied through the discharge pipe 400 passes through the four-way valve 200 and flows toward the condenser 700 is referred to as a first direction.

즉, 순환배관(600)을 따라 시계방향으로 냉매가 흐를 때가 냉방모드가 되며, 순환배관을 시계방향으로 처음 연결되는 것이 응축기(700)이다. 응축기(700) 다음에 증발기(800)가 연결되며, 증발기(800)를 거친 냉매는 순환배관(600)을 따라 사방밸브(200)를 거친 후 압축기(100)로 향하는 유입배관(500)으로 이동하게 된다.That is, when the refrigerant flows in the clockwise direction along the circulation pipe 600, the refrigerant enters the cooling mode and the circulation pipe is connected to the condenser 700 for the first time in the clockwise direction. The evaporator 800 is connected to the condenser 700. The refrigerant passing through the evaporator 800 flows through the four-way valve 200 along the circulation pipe 600 and then flows to the inflow pipe 500 toward the compressor 100 .

그리고 응축기(700)와 증발기(800)를 연결하는 순환배관(600) 상에는 제1전자식 팽창밸브(V1)와 제2전자식 팽창밸브(V2)가 직결되고, 제1전자식 팽창밸브(V1)와 제2전자식 팽창밸브(V2) 각각에는 바이패스라인(L)이 연결되고, 바이스패스라인(L)에는 역류방지밸브(V3)가 장착되도록 한다.The first electromagnetic expansion valve V1 and the second electromagnetic expansion valve V2 are directly connected to the circulation pipe 600 connecting the condenser 700 and the evaporator 800 and the first electromagnetic expansion valve V1, A bypass line L is connected to each of the two electromagnetic expansion valves V2 and a bypass valve V3 is mounted on the bypass line L. [

본 발명에 의한 하이브리드 히트펌프 시스템은 선택적으로 냉방운전모드와 난방운전모드로 전환이 가능하며, 모드에 따라 냉매의 순환 경로 및 각 요소들의 기능이 달라지는 바, 이하 각 모드에 따른 전체적인 동작에 대해 설명하도록 한다.The hybrid heat pump system according to the present invention can be selectively switched between the cooling operation mode and the heating operation mode and the circulation path of the refrigerant and the functions of the respective elements are changed depending on the mode, .

먼저, 냉방운전모드에 대해 설명한다.First, the cooling operation mode will be described.

냉방운전모드는 여름철에 실내 냉방이 가능하도록 하는 운전모드이며, 압축기(100)에서 압축된 냉매는 배출배관(400)을 따라 사방밸브(200)를 거친 후 응축기(700)로 유입된다. 응축기(700)에서 냉매는 고온고압의 액상냉매로 응축된 후 제1전자식 팽창밸브(V1)의 바이패스라인(L)을 통과한 후 제2전자식 팽창팰브(V2)에 의해 저온저압의 액상냉매로 전환된다.The cooling operation mode is an operation mode in which indoor cooling can be performed in summer. The refrigerant compressed in the compressor 100 flows through the four-way valve 200 along the discharge pipe 400 and then flows into the condenser 700. In the condenser 700, the refrigerant is condensed by the high-temperature and high-pressure liquid refrigerant, passes through the bypass line (L) of the first electromagnetic expansion valve (V1), and is then discharged by the second electromagnetic expansion valve (V2) .

제2전자식 팽창밸브(V2)를 거친 냉매는 증발기(800)로 이동되어 증발기(800)에서의 열교환을 통해 열을 흡수하면서 저온저압의 가스냉매로 전환된다. 증발기(800)에서의 열교환을 통해 냉방작용이 일어난다. 즉, 증발기(800)에 부설되는 팬이 실내 공기를 송풍하여 열교환이 이루어지게 함으로써 유출되는 공기는 유입되었던 공기보다 낮은 온도가 되어 실내 냉방이 이루어지게 한다.The refrigerant passing through the second electromagnetic expansion valve V2 is transferred to the evaporator 800 and is converted into a low-temperature and low-pressure gas refrigerant while absorbing heat through heat exchange in the evaporator 800. [ Cooling action occurs through heat exchange in the evaporator (800). That is, the fan installed in the evaporator 800 blows room air to perform heat exchange, so that the outflowed air is lower in temperature than the inflow air, so that the indoor air is cooled.

다음으로 난방운전모드에 대해 설명하고자 한다.Next, the heating operation mode will be described.

난방운전모드의 경우 순환배관(600)을 반시계방향, 제2방향을 따라 냉매가 순환하게 되는데, 압축기(100)에 의해 형성 고온고압의 가스상 냉매는 배출배관(400)을 통해 사방밸브(200)를 거친 후 증발기(800)로 향하게 된다.In the heating operation mode, the refrigerant circulates through the circulation pipe 600 in the counterclockwise direction and the second direction. The gaseous refrigerant of high temperature and high pressure formed by the compressor 100 flows through the discharge pipe 400 through the four-way valve 200 And then is directed to the evaporator 800.

증발기(800)로 유입된 고온고압의 가스상 냉매는 실내 공기와의 열교환으로 실내 공기의 온도를 높이는 작용을 한다. 이런 열교환으로 냉매는 고온고압의 액상냉매가 되고, 제2전자식 팽창밸브(V2)의 바이패스라인(L)을 통과한 후 제1전자식 팽창밸브(V1)를 통과하면서 저온저압의 액상냉매로 전환되고, 응축기(700)에서의 열교환을 통해 저온저압의 가스냉매로 전환된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant introduced into the evaporator 800 acts to increase the temperature of the room air by heat exchange with the room air. As a result of this heat exchange, the refrigerant becomes a liquid refrigerant at a high temperature and a high pressure, passes through the bypass line (L) of the second electromagnetic expansion valve (V2), is converted into a liquid refrigerant of low temperature and pressure while passing through the first electromagnetic expansion valve (V1) And is converted into low-temperature low-pressure gas refrigerant through heat exchange in the condenser 700.

한편, 본 발명에는 재생에너지 공급모듈(900)이 포함되는데, 재생에너지 공급모듈(900)은 재생에너지를 통해 전기를 생산하며, 생산된 전기를 저장할 수 있고 본 시스템을 운영하는데 필요한 전기 소요처로 전기를 공급하게 된다.In the present invention, a renewable energy supply module 900 is included. The renewable energy supply module 900 generates electricity through renewable energy, stores electricity produced therein, .

기본적으로 본 시스템은 상용전기를 사용할 수도 있지만, 재생에너지 공급모듈(900)을 통해 생산되는 전기를 활용하도록 함으로써 에너지 효율을 높일 수 있도록 한다.Basically, the present system can use commercial electricity, but makes it possible to increase the energy efficiency by utilizing the electricity produced through the renewable energy supply module 900.

본 발명에서는 재생에너지로 태양광 또는 태양열을 이용하도록 하며, 재생에너지를 이용하여 전기를 생산하는 전기생산부(910)와, 전기생산부(910)에서 생산된 전기를 저장할 수 있는 ESS(Energy Storage System)(920) 및 ESS(920)에 저장된 전기 또는 생산된 전기를 전기 소요처로 공급하도록 제어하는 DC제어패널(930)을 포함한다.In the present invention, an ESS (Energy Storage System) capable of storing electricity produced by the electricity producing unit 910 and an electricity producing unit 910 for using solar or solar heat as renewable energy and generating electricity using renewable energy, (920) and a DC control panel (930) for controlling the electric or generated electricity stored in the ESS (920) to be supplied to the electrical station.

전기생산부(910)에서는 알려진 태양전지판을 통해 전기를 생산하게 되며, 생산된 전기는 곧바로 시스템 운영에 사용될 수도 있고, 생산량이 많거나 당장 소비되지 않는 전기는 ESS(920)에 저장된다.In the electricity production unit 910, electricity is produced through a known solar panel, and the generated electricity can be directly used for system operation, and electricity that is not produced or consumed at the present moment is stored in the ESS 920.

DC 제어패널(930)은 재생에너지로 생산된 전기나 상용전기를 DC로 변환하여 각 전기 소요처로 공급하도록 제어하는 기능을 하게 된다.The DC control panel 930 functions to convert the electricity or commercial electricity produced by the renewable energy into DC and supply it to each electric power source.

태양광 또는 태양열을 이용하는 재생에너지 공급모듈(900)의 전기생산량은 태양의 남중고도에 따라 계절별로 다를 것이고, 하루 단위당 전기생산량 역시 날씨에 따라 다를 수 밖에 없다. 특히, 야간에는 전기생산이 중단된다.Electricity production of renewable energy supply module 900 using sunlight or solar heat will be different depending on the altitude of the sun, and electricity production per day also depends on the weather. In particular, electricity production is stopped at night.

따라서, ESS(920)에 발전량이 많을 때 초과 생산되는 전기를 저장시킬 수 있도록 하여 야간이나 기타 전기생산량이 부족한 주간에도 본 히트펌프 시스템의 운용시 전기공급이 가능하도록 한다.Accordingly, it is possible to store excess electricity produced when the power generation amount is large in the ESS 920, so that electricity can be supplied during operation of the heat pump system even during the day when nighttime electricity production is insufficient.

경우에 따라 ESS(920)에 저장된 전기가 부족할 경우에는 상용전기를 공급하여 시스템의 운용이 가능하도록 한다. 상용전기도 DC 제어패널(930)을 통하여 전기 소요처로 공급되게 하며, AC를 DC로 변환시켜서 사용하도록 한다.In some cases, when electricity stored in the ESS 920 is insufficient, commercial power is supplied to enable operation of the system. The commercial electric power is also supplied to the electric power source through the DC control panel 930, and AC is converted into DC to be used.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 하이브리드 히트펌프 시스템은, 친환경적인 CO2 냉매를 사용하며, 압축기를 통해 CO2 냉매는 100℃, 100bar 이상의 고온 고압의 기체를 만들 수 있기 때문에 55℃ 이상의 고온수 생성에 용이한 장점이 있다.As described above, the hybrid heat pump system according to the present invention uses environmentally friendly CO 2 refrigerant. Since the CO 2 refrigerant can generate gas at 100 ° C. and 100 bar or more at a high temperature and a high pressure, There is one advantage.

또한, CO2 냉매를 사용함에 따라 시스템을 콤팩화시킬 수 있고, 소형 가정용, 사무실 용으로 사용할 경우 전기히터 대비 70~75%, 태양열 히터 대비 40~50% 정도의 에너지 절감효과를 얻을 수 있다.In addition, the use of CO2 refrigerant enables the system to be compacted. When used for small households and offices, energy savings of 70 ~ 75% compared to electric heaters and 40 ~ 50% compared to solar heaters can be obtained.

그리고 본 발명에서는 압축기, 응축기, 증발기에 이용되는 BLDC 모터는 높은 효율을 긴 수명을 가지므로 내구성이 좋아 유지보수에 유리한 장점이 있고, 압축기의 경우 인버터에 의해 가변 조정될 수 있고 외기 조건에 따라 변속 제어가 가능하고 설정 값에 따라 균일한 토크와 안정된 속도로 부하를 조절한다는 장점을 가진다.In the present invention, a BLDC motor used for a compressor, a condenser, and an evaporator has advantages of high durability and maintenance because it has a high efficiency and a long service life. In the case of a compressor, the BLDC motor can be variably adjusted by an inverter, And the load is controlled at a uniform torque and a stable speed according to the set value.

그리고 응축기와 증발기에 사용되는 BLDC 팬은 소음발생이 적어서 실내사용에 용이하고 사용자 조정값에 따라 실내공기량이 가변 제어될 수 있다는 장점을 가진다.Also, the BLDC fan used for the condenser and the evaporator has the advantage that the noise can be reduced and the room air amount can be variably controlled according to the user adjustment value.

본 발명에 의한 하이브리드 히트펌프 시스템은 고효율 히트펌프로써 활용될 수 있는 기술이다.The hybrid heat pump system according to the present invention is a technology that can be utilized as a high efficiency heat pump.

100 : 압축기 200 : 사방밸브
300 : 보일러 400 : 배출배관
410 : 삼방밸브 500 : 유입배관
600 : 순환배관 700 : 응축기
800 : 증발기 900 : 재생에너지 공급모듈
910 : 전기생산부 920 : ESS
930 : DC 제어패널
V1 : 제1전자식 팽창밸브 V2 : 제2전자식 팽창밸브
L : 바이패스라인 V3 : 역류방지밸브100: compressor 200: four-way valve
300: boiler 400: exhaust pipe
410: Three-way valve 500: Inflow pipe
600: Circulating piping 700: Condenser
800: Evaporator 900: Renewable energy supply module
910: Electricity Production Department 920: ESS
930: DC control panel
V1: first electronic expansion valve V2: second electronic expansion valve
L: Bypass line V3: Reverse flow prevention valve

Claims (7)

압축기;
상기 압축기로부터 배출되는 냉매를 제1방향 또는 제2방향으로 공급할 수 있는 사방밸브;
상기 압축기로부터 배출되는 고온고압의 냉매와 열교환을 통해 온수를 생성할 수 있는 보일러;
상기 압축기와 상기 사방밸브를 연결하여 상기 압축기로부터 냉매가 배출되게 하고, 상기 보일러를 통과하는 배출배관;
상기 압축기와 상기 사방밸브를 연결하여 상기 냉매가 압축기로 유입되게 하는 유입배관;
상기 사방밸브와 연결되는 순환배관;
상기 순환배관 상에 연결되는 응축기;
상기 순환배관 상에 연결되는 증발기; 및
재생에너지를 이용하여 생산된 전기를 저장하였다가 전기 소요처로 공급할 수 있도록 하는 재생에너지 공급모듈;을 포함하여 이루어지고, 상기 냉매는 CO2(R744) 냉매인 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.compressor;
A four-way valve capable of supplying the refrigerant discharged from the compressor in a first direction or a second direction;
A boiler capable of generating hot water through heat exchange with a high temperature and high pressure refrigerant discharged from the compressor;
A discharge pipe connecting the compressor and the four-way valve to discharge the refrigerant from the compressor and passing through the boiler;
An inlet pipe connecting the compressor and the four-way valve to allow the refrigerant to flow into the compressor;
A circulation pipe connected to the four-way valve;
A condenser connected to the circulation pipe;
An evaporator connected to the circulation pipe; And
And a renewable energy supply module for storing electricity generated by using renewable energy and supplying the generated electricity to an electric power source, wherein the refrigerant is CO2 (R744) refrigerant. 제 1 항에 있어서,
상기 재생에너지 공급모듈은,
태양광 또는 태양열을 이용하여 전기를 생산하는 전기생산부;
상기 전기생산부에 의해 생산된 전기를 저장할 수 있는 ESS;
상기 ESS에 저장된 전기를 상기 전기 소요처로 공급하도록 제어하는 DC 제어패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The regenerative energy supply module includes:
An electricity producing unit for producing electricity using sunlight or solar heat;
An ESS capable of storing electricity produced by the electricity producing unit;
And a DC control panel for controlling the electric power stored in the ESS to be supplied to the electric power source. 제 2 항에 있어서,
상기 배출배관에는 상기 보일러의 전단에 삼방밸브가 마련되어 상기 냉매가 상기 보일러를 거치지 않고 바이패스될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the discharge pipe is provided with a three-way valve at a front end of the boiler so that the refrigerant can be bypassed without passing through the boiler. 제 3 항에 있어서,
상기 압축기는 모터를 이용하며, 상기 응축기 및 증발기는 BLDC 팬을 이용하도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.The method of claim 3,
Wherein the compressor uses a motor, and the condenser and the evaporator use a BLDC fan. 제 3 항에 있어서,
상기 보일러에는, 청수가 유입되어 열교환을 통해 고온의 온수가 생성될 수 있으며, 상기 온수의 생성온도에 따라 상기 삼방밸브의 조정으로 상기 보일러로 공급되는 냉매의 공급량이 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.The method of claim 3,
Wherein the control unit controls the supply amount of the refrigerant supplied to the boiler by adjusting the three-way valve according to the temperature of the hot water, Heat pump system. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 응축기와 상기 증발기를 연결하는 순환배관에는 제1전자식 팽창밸브와 제2전자식 팽창밸브가 직결되며, 상기 제1전자식 팽창밸브와 상기 제2전자식 팽창밸브에는 바이패스라인이 연결되고 상기 바이패스라인에 역류방지밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
A first electromagnetic expansion valve and a second electromagnetic expansion valve are directly connected to a circulation pipe connecting the condenser and the evaporator, and a bypass line is connected to the first electromagnetic expansion valve and the second electromagnetic expansion valve, And a backflow prevention valve is mounted on the heat pump. 제 6 항에 있어서,
상기 하이브리드 히트펌프 시스템은,
냉방운전모드와 난방운전모드로의 전환이 가능하며,
상기 냉방운전모드일 경우에는, 상기 압축기로부터 나온 냉매는 사방밸브를 거친 후 응축기로 향하도록 하여 상기 응축기에서 액상냉매로 응축되고, 제1전자식 팽창밸브의 바이패스라인을 통과한 후 상기 제2전자식 팽창팰브에 의해 저온저압의 액상냉매로 전환되어 상기 증발기로 이동되어 열교환을 통해 저온저압의 가스냉매로 전환되면서 냉방작용을 하게 되고,
상기 난방운전모드일 경우에는, 상기 압축기로부터 나온 고온고압의 냉매는 상기 사방밸브를 거친 후 상기 증발기로 향하도록 하여 상기 증발기에서의 열교환으로 실내공기의 온도를 높이게 되고, 제2전자식 팽창밸브의 바이패스라인을 통과한 후 상기 제1전자식 팽창밸브를 통과하면서 저온저압의 액상냉매로 전환되고, 응축기에서 열교환을 통해 저온저압의 가스냉매로 전환되는 과정을 통해 난방작용을 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 히트펌프 시스템.The method according to claim 6,
In the hybrid heat pump system,
It is possible to switch between the cooling operation mode and the heating operation mode,
In the cooling operation mode, the refrigerant discharged from the compressor flows through the four-way valve and is directed to the condenser. The refrigerant is condensed into the liquid refrigerant in the condenser, passes through the bypass line of the first electromagnetic expansion valve, Temperature low-pressure liquid refrigerant by the expansion valve and is transferred to the evaporator and converted into a low-temperature low-pressure gas refrigerant through heat exchange to perform a cooling function,
In the heating operation mode, the high-temperature and high-pressure refrigerant from the compressor is directed to the evaporator after passing through the four-way valve, thereby increasing the temperature of the room air by heat exchange in the evaporator, Pressure refrigerant flows through the first electronic expansion valve and is converted into a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant after passing through the first electromagnetic expansion valve, and is converted into a low-temperature and low-pressure gas refrigerant through heat exchange in a condenser. Pump system.
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