KR100324542B1 - 고효율 냉·온열 동시제조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율 냉ㆍ온열 동시제조 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 냉각탑을 설치하지 않고 유해 환경을 해소할 수 있도록 냉동 시스템에 기액분리기를 사용하여 냉매의 압축라인을 2개의 압축라인으로 분리하여 효율을 높이고, 이 압축라인상의 장치를 사용하여 4군데에서 온열생산을 위한 열교환이 이루어지도록 하는 에너지절약형 고효율 냉ㆍ온열 동시제조 시스템을 제공하는데 있다.

냉열과 온열원을 생산하는 시스템을 구성함에 있어서 저단압축기(1)와 고단압축기(3) 사이에 기액분리기(2)를 설치하여 저단압축기(1)에서 압축된 고온의 냉매를 기액분리기(2)에서 기-액 열교환하고, 고단압축기(3)에서 압축된 고온(약 70 ℃)의 냉매를 최종적으로 응축기(4)에서 기-액 열교환하여 약 65 ∼ 65℃의 온열원을 생산함과 동시에 증발기(9)에서는 냉열원을 생산하는 시스템으로 구성하고, 상기 온열생산을 위한 열교환용 수전 라인은 저단 냉각기(7)에서 1차 열교환하고, 기액분리기(2)에서 2차 열교환하며, 고단냉각기(5)에서 3차 열교환하고, 응축기(4)에서 4차 열교환시켜 온열원을 생산하도록 구성한 것을 요지로 한다.

Description

고효율 냉·온열 동시제조 시스템{High efficient ＆ simultaneous cold and hot heat source making system}

본 발명은 고효율 냉ㆍ온열 동시제조 시스템에 관한 것으로, 특히 냉동기 시스템에서 압축기를 통과한 고온ㆍ고압의 냉매를 냉각탑 없이 온수로 열교환하여 증발기의 냉열원과 응축기의 온열원을 동시에 제조하여 사용 가능하도록 한 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 냉동기 시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기, 냉각탑 등으로 구성된다.

특히 냉각탑은 냉동기에서 탈취한 열을 대기중으로 방출하는 장치로서, 압축된 고온의 냉매를 응축기를 통하여 응축시키고 이로 인하여 온도가 상승되어 나온 냉각수를 대기와 접촉시켜 열전달에 의한 현열, 증발에 의한 잠열로서 온도를 낮추어 재순환 사용하고자 하는 장치이다.

상기와 같은 기존의 냉동기 시스템은 압축기를 통과한 고온, 고압 기체 상태의 냉매를 응축시키고 냉각수를 순환시켜 재사용할 목적으로 냉각탑을 사용하고 있고, 이 냉각탑으로 냉각되는 온수의 온도는 보통 약 30 ∼ 35℃이므로 온수급탕용으로 사용하기에는 너무 온도가 낮아서 사용이 곤란하여 냉각탑을 이용하여 외부로 열을 방출하고 있다.

최근 생활 수준 향상으로 인하여 하절기의 냉방수요 및 온수급탕량이 급격히 상승하고 있는 실정을 감안할 때 냉열원과 온열원을 동시에 사용 가능한 시스템의 개발이 시급하다.

또한, 냉각탑은 통상적으로 적용건물의 옥상 및 외부에 설치되므로 인하여 건물의 외부경관, 설치공간, 무게하중으로 인한 건물설계시 중량 반영, 소음, 진동, 비산수로 인한 냉각수 낭비 등 적용건물은 물론 인접한 건물에 직, 간접으로 생활환경에 유해한 영향을 끼치는 문제점이 있다.

그리고 대한민국실용신안 공고번호 87-3769에서 지적한 바와 같이 종래의 냉동 사이클은 응축기에서 방열되는 응축열은 공냉에 의하여 그대로 공기중으로 발산되던가, 또는 냉각수를 사용하여 냉각하고 있는 것이 많지만 어느 것이나 열을 쓸모없이 폐기하게 된다는 문제점이 있다.

더구나, 공냉에는 송풍기를 사용하고, 수냉하는 펌프를 사용하기 때문에 그 동력을 위한 전력이 사용되고 있었다.

또한, 응축기의 배출 온수를 그대로 사용하는 경우도 있었으나, 응축기는 방열을 목적으로 하여서 설계되어 있기 때문에 고온의 물을 얻을 수가 없다는 문제점이 있다.

그리고 이러한 문제점을 해결하기 위하여 출원한 상기 대한민국실용신안 공고번호 87-3769의 명세서에 설명된 구성 및 청구범위를 살펴보면

독립항의 청구범위는 제 1압축기와, 제 2열교환기와, 제 1응축기와, 제 1증발기를 냉동사이클의 구성시스템으로 하여, 제 1열교환기에 물을 유동시킬 수 있는 가열부를 형성하는 온수생성 장치에 있어서, 제 1열교환기와 제 1응축기 사이에, 제 2압축기와, 제 2응축기의 제 3열교환기와 제 2증발기의 제 2열교환기와, 제 4열교환기를 갖는 히이트 펌프 사이클을 형성하여, 상기 제 1열교환기의 가열부에서 1차 가열된 온수관을 통하여 제 3열교환기의 가열부에서 2차 가열되어 배출하도록 형성함을 특징으로 하는 냉동사이클의 배출열을 이용하는 고온수 생성장치를 청구하고 있고, 종속항의 청구범위는 독립항에 있어서, 히트펌프 사이클의 제 4열교환기에 응축액과 흡입가스를 열교환하는 냉각부와 가열부를 형성함을 특징으로 하는 냉동사이클의 배출열을 이용하는 고온수 생성장치를 청구하고 있는데, 상기와 같은 구조는 온열 생산을 위하여 4개의 열교환기 중 2개의 열교환기에 별도의 히트펌프 사이클을 구성함으로써 그 구조가 복잡해지고, 기존의 냉동싸이클상에서 열교환이 이루어지지 못하여 기존 자원 이용측면에서 효율적이지 못하다는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 응축기를 통과하는 고온의 냉매에서 냉각탑 설치없이 냉각수의 온도를 중온수(약 60 ∼ 65℃)로 승온 생산하여 온수 탱크에 저장하였다가 온수수요 발생시 온수급탕용으로 사용하고, 동시에 증발기에서 생산되는 냉열은 필요공간의 냉방용으로 사용할 수 있어 냉동기의 효율(COP) 상승, 냉각탑 미설치로 인한 유해 환경을 해소할 수 있도록 냉동시스템을 기액분리기를 사용하여 냉매의 압축라인을 2개의 압축라인으로 분리하여 효율을 높히고, 이 압축라인상의 장치를 사용하여 4군데에서 온열생산을 위한 열교환이 이루어지도록 하는 에너지절약형 고효율 냉ㆍ온열 동시제조 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명 고효율 냉온열 동시제조 시스템의 전체 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 저단 압축기 (2) : 기액분리기

(3) : 고단 압축기 (4) : 응축기

(5) : 고단 냉각기 (6) : 1차 팽창밸브

(7) : 저단 냉각기 (8) : 2차 팽창밸브

(9) : 증발기(제빙기) (10) : 액분리기

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 고효율 냉ㆍ온열 동시제조 시스템의 전체 개략도이다.

기존의 냉동기 시스템과 달리 본 발명의 고효율 냉ㆍ온열 제조 시스템은 저단압축기(1)와 고단압축기(3) 사이에 기액분리기(2)를 설치하여 저단압축기(1)에서 압축된 고온의 냉매를 기액분리기(2)에서 기-액 열교환하고, 고단압축기(3)에서 압축된 고온(약 70℃)의 냉매를 최종적으로 응축기(4)에서 기-액 열교환하여 약 65 ∼ 65℃의 온열원을 생산함과 동시에 증발기(9)에서는 냉열원을 생산할 수 있는 시스템을 구비하고, 온열생산을 위한 열교환용 수전 라인은 저단 냉각기(7)에서 1차 열교환(액-액 열교환)하고, 기액분리기(2)에서 2차 열교환(기-액 열교환: 저단압축기 통과 냉매, 액-액 열교환: 고단압축기 통과 냉매), 고단냉각기(5)에서 3차 열교환(액-액 열교환), 응축기(4)에서 최종적으로 4차 열교환(기-액 열교환)이 이루어지면서 온열원을 연속적으로 반복하여 생산하는 사이클을 수행한다.

상기 4단계의 온열 생산을 위한 수전 라인상에서의 승온 정도를 보면 상온인 20℃ 정도의 물이 1차 단계를 통과하면서 26℃로 승온되고, 2차 단계를 통과하면서 46℃로 승온되고, 3차 단계를 통과하면서 53℃로 통과되며, 마지막 4차 단계를 통과하면서 65℃로 승온되게 된다.

상기와 같은 시스템을 통해 증발기(제빙기)에서 생산되는 냉열원은 필요공간의 냉방용 열원으로 사용하고, 동시에 응축기에서 생산되는 온열원은 온수급탕용 등으로 사용할 수 있다.

미설명 부호 6은 1차 팽창밸브이고, 8은 2차 팽창밸브이며, 10은 기액분리기이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 냉동기 시스템에서 압축기를 통과한 고온ㆍ고압의 냉매를 냉각탑 없이 온수로 열교환하여 증발기의 냉열원과 응축기의 온열원을 동시에 사용 가능한 시스템으로 냉동장치가 많이 사용되는 공장이나 여름철 등에 냉동이나 냉방장치를 많이 사용하는 건물 등에서 온수가 필요시 상기의 현열을 이용한 장치를 이용하여 온수를 생산함으로써 온수 생산을 위한 전력 및 유류를 절약할 수 있다는 등의 장점이 있다.

Claims (1)

1. 냉열원과 온열원을 동시에 생산하는 시스템을 구성함에 있어서,

   저단압축기(1)와 고단압축기(3) 사이에 기액분리기(2)를 설치하여 저단압축기(1)에서 압축된 고온의 냉매를 기액분리기(2)에서 기-액 열교환하고, 고단압축기(3)에서 압축된 고온(약 70℃)의 냉매를 최종적으로 응축기(4)에서 기-액 열교환하여 약 60 ∼ 65℃의 온열원을 생산함과 동시에 증발기(9)에서는 냉열원을 생산하는 시스템으로 구성하고, 상기 온열생산을 위한 열교환용 수전 라인은 저단 냉각기(7)에서 1차 열교환하고, 기액분리기(2)에서 2차 열교환하며, 고단냉각기(5)에서 3차 열교환하고, 응축기(4)에서 4차 열교환시켜 온열원을 생산하도록 구성한 것을 특징으로 하는 고효율 냉ㆍ온열 동시제조 시스템.