KR100379855B1 - 온천수를이용한복합형흡수식히트펌프장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연중 난방부하와 냉방부하가 동시에 필요한 온천지 등에 사용하기 위해 흡수식 히트펌프를 사용하여 냉. 난방을 동시에 행할 수 있게 하며, 버려지는 온천수 등의 폐열을 흡수식 히트펌프로 회수하여 재사용함으로써 에너지 소모량을 절감하며, 냉방부하 조절밸브 및 난방부하 조절밸드와 3방향 밸브를 사용하여 냉방및 난방부하의 변화에 신속히 대처할 수 있게 한 복합형 흡수식 히트펌프 장치로서,

냉각탑 설비가 필요없어 전력사용량을 줄이고 가열을 위한 보일러도 열원기기로 연중 냉/난방운전을 동시에 수행할 수 있으므로 운전관리가 대폭 간소화되며 배출되는 온천수의 온도를 낮추어 미생물 증식에 의한 환경오염 또한 감소시킬 수있게 된다.

Description

온천수를 이용한 복합형 흡수식 히트펌프 장치{ABSORPTION HEAT PUMP APPARATUS OF COMPLEX TYPE USING THERMAL WATERS}

본 발명은 온천지의 배수 등 미활용 배열을 흡수식 히트펌프로 회수하여 냉방부하, 난방부하용으로는 물론 급탕부하용의 부하가 연중 모두 필요한 온천지 등에 사용하여 에너지를 절약할 수 있는 온천수를 이용한 복합형 흡수식 히트펌프 장치에 관한 것이다.

제 1도에서 보는 바와 같은 종래의 일반적인 냉동공조 방식은 냉방용 열원기기인 냉동기(1)와 난방용 열원기기인 보일러(2)가 각각 병렬로 설치된다.

냉동기(1)에 의해서 냉각된 냉수를 저장하는 냉수텡크(3)와 상기 냉수탱크의 냉수를 각각의 방(5,6)에 보내기 위한 냉수순환펌프(7)와 냉각탑(13) 및 냉각수 펌프(14)가 구비되어 있으며, 보일러(2)에 의해서 가열된 온수(11)를 저장하는 온수탱크(4)와 상기 온수탱크(4)의 온수(12)를 순환시키기 위한 온수순환펌프(8)가 구비되어 있다.

이와 같은 종래의 히트펌프 장치는 하절기에는 냉동기(1)를 가동하여 5∼7℃ 정도의 냉수를 만들어 냉수탱크(3)로 보내고 배관 또는 덕트를 통해서 실내의 각방(5,6)으로 냉수를 공급하여 냉방을 행한다. 동절기에는 보일러(2)를 가동하여 50~55℃ 정도의 온수(11)를 온수탱크(4)로 보내어 배관을 통하여 실내의 각 방(5,6)의 바닥패널 또는 방열기를 통해서 방열하여 난방하게 된다.

그러나 이러한 종래의 히트펌프 장치는 하절기에 난방부하가 필요하거나 동절기에 냉방부하가 필요한 경우에는 대응이 곤란하며 별도의 열원설비가 필요하고 그러면서도 기기의 가동율이 아주 낮다. 특히 온천지와 같이 연중 냉방부하와 난방부하가 동시에 필요한 경우에는 냉방용 열원기기와 난방용 열원기기를 같이 중복해서 운전해야 하므로 운전 방법이 복잡하고 에너지 손실이 많게 된다.

또한 온천지에는 배수의 온다가 높으므로 미생물 번식이 용이하여 환경문제가 심각하게 대두되고 있으므로 배수온도를 낮추는 열화수 방법이 절실히 필요한 형편이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 히트펌프 장치의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 특히 온천지의 배수를 흡수식 히트펌프로 회수하여 배수의 온도를 낮추고 한 대의 열원기기로 냉방용 냉수는 물론 난방용 온수를 동시에 얻을 수 있는 온천수를 이용한 복합형 흡수식 히트펌프 장치의 제공을 그 목적으로 한다.

제 1도는 종래의 일반적인 히트펌프 장치의 계통도.

제 2도는 본 발명에 따른 온천수를 이용한 복합형 흡수식 히트펌프 장치의 계통도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

21: 흡수식 히트펌프 22: 증발기

23: 흡수기 24: 응축기

25: 재생기 26: 냉수순환펌프

27: 온수순환펌프 28: 냉수탱크

29: 온수탱크 30,31: 열교환기

43: 3방향밸브 44: 냉방부하 조절밸브

45: 난방부하 조절밸브

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부도면을 통하여 이하에 상세히 설명하기로 한다.

제 2도는 본 발명에 따른 온천수를 이용한 복합형 흡수식 히트펌프 장치의 계통도로서, 도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명은 흡수식 히트펌프(21)의 특성을 이용한 것으로 냉수와 온수를 동시에 만들 수 있는 기기로서 증발기(22)와 흡수기(23)와 응축기(24) 및 재생기(25)로 구성되며 냉매로 물을 사용하고 용액으로 리튬브로마이드 수용액을 사용하는 흡수식 히트펌프(21)를 설치하되 상기 흡수식 히트 펌프(21)의 증발기(22)에서 냉각되는 냉수(34)를 저장하는 냉수탱크(28)와 이 냉수탱크(28)에 저장된 냉수를 냉수순환펌프(26)에 의해 공기조화기(AHU 또는 FCU)로 이송하여 냉기를 발생하여 각 방(32,33)을 냉방하고 냉수탱크(28)로 환수되어 증발기 입구(35)로 돌아오는 냉방 사이클과, 흡수기(23) 및 응축기(24)를 거친고온수(40)가 온수탱크(29)에 저장되어 온수순환펌프(27)에 의해 공기조화기(AHU 또는 FCU)로 이송되어 온풍을 발생하여 각 방(32,33)을 난방하고 온수탱크(29)로 환수되어 흡수기 입구(39)로 돌아오는 난방사이클을 갖도록 설치하였다.

온천지의 온천배수열을 회수하기 위해서 온수탱크(29)의 우측에 형성시킨 시수실(29c)의 시수와 열교환시키기 위한 열교환기(30) 및 냉수탱크의 고온실(28b)의 냉수와 열교환시키기 위한 열교환기(31)를 설치하였으며, 냉방부하와 난방부하를 조정하기 위해서 냉수탱크(28)에 냉방부하 조절밸브(44)를 저온실(28a)과 고온실(28b))사이에 양실의 물의 유통을 조절하도록 설치하고 온수탱크(29)의 고온실(29a)과 저온실(29b)사이에 양 실의 물의 유통을 조절하는 난방부하 조절밸브(45)를 설치하였으며, 냉수탱크(28)와 각 방(32,33)을 냉방하고 돌아오는 냉수를 바이패스하거나 또는 온천수와 열교환하도록 3방향 밸브를 설치하였다.

이상과 같은 구조로 이루어진 본 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

흡수식 냉동기는 증발기의 증발잠열을 이용해서 냉수(약 7℃)를 제조하는 것이 목적이므로 흡수기와 응축기에서 발생한 고온(약38℃)은 냉각탑으로 방열하는 반면,

본 발명의 흡수식 히트펌프(21)는 증발기(22)에서 저온의 열(보통 10℃)을 흡열하여 흡수기(23)와 응축기(24)에서 발생하는 고온(약 55℃)의 열을 이용하는 것이다. 이때 흡수식 히트펌프(21)에 입열되는 증발기(22)의 온도가 높아지면 흡수기(23)와 응축기(24)를 지난 고온의 온도도 동시에 높아지므로 90℃이상와 고온을 얻는 것도 가능하여 급탕기능도 충분히 얻을 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 따른 히트펌프(21)의 증발기(22) 출구냉수(34)는 냉수탱크(28)의 저온식(28a)에 저장되어 냉수순환펌프(26)에 의해 공기조화기(AHU 또는 FCU)로 이송되어 냉기를 발생하여 각 방(32,33)을 냉방하고 냉방부하량에 따라서 직접 냉수 탱크(28)의 고온실(28b)로 돌아오거나 열교한기(31)를 거쳐서 냉수탱크(28)의 고온실(28b)로 환수되어 증발기 입구(35)로 돌아오는 사이클을 반복한다.

한편 흡수기(23)와 응축기(24)를 거친 고온수(40)는 온수탱크(29)의 고온실(29a)에 저장되어 온수펌프(27)에 의해 공기조화기(AHU 또는 FCU)로 이송되어 온풍을 발생하여 각 방(32.33)을 난방하고 온수탱크(29)의 저온실(29a)로 환수되어 흡수기 입구(39)로 돌아오는 사이클을 반복한다.

또한 폐수로 방출되는 온천수(약 40℃)는 온천수 입구(41)로 들어가서 온수 탱크(29)의 시수실(29c)의 시수를 예열하여 온수탱크(29)의 저온실(29b)로 공급하기 위한 열교환기(30)에 의해서 일차로 냉각되며 난방부하가 커질때는 열교환기(31)에 의해 냉수탱크(28)의 고온실(28b)의 냉수를 가열하고 이차로 냉각되어 온천수 출구(42)로 빠져나가게 되며, 난방부하가 작을때는 냉수배관에 설치된 3방향 밸브(43)를 조정하여 냉수배관 쪽의 열교환기(31)의 열교환량을 작게 하거나 없게 한다.

냉방부하나 난방부하의 변화에 대하여 냉수탱크(28)에 설치된 냉방부하 조절밸브(44)를 조정하면 냉수탱크(28)의 저온실(28a)과 고온실(28b)의 물의 서로 교환되는 양이 조절되어 증발기의 냉수입구(35)와 냉수출구(34)의 온도가 변화되며 온수탱크(29)에 설치된 난방부하 조절밸브(45)를 조정하면 온수탱크(29)의고온실(29a)과 저온실(29b)의 물의 서로 교환되는 양이 조절되어 응축기출구(40) 온도와 흡수기 입구(39) 온도가 변화되어 냉난방부하의 변화에 대하여 신속히 대처할 수 있게 된다.

이상과 같이 작동하는 본 발명을 사용하게 되면 난방과 냉방을 위한 별개의 열원설비를 설치하지 않고 흡수식 히트펌프 1대로 냉방과 난방을 해결하게 되므로 설비투자비가 대폭 절감되고 운전관리가 용이하며 기기의 가동율이 높다. 또한 온천배수열을 회수하므로 온천배수의 온도를 낮추어 미생물의 번식에 의한 환경오염을 줄이고 히트펌프로 배수열을 회수하며, 또한 흡수기와 응축기를 거친 냉각수의 열을 외부로 방열치 않고, 난방 또는 급탕용의 제조에 이용함으로써 냉각탑이 필요없게 되어, 기존의 공조방식에서 냉각탑 팬의 소요동력을 절감할 수 있게 된다. 따라서 에너지 소모량을 기존방식 보다 20∼40% 정도 절감할 수·있게 된다.

또한 본 발명은 냉방부하와 난방부하의 요구조건이 변할 때 냉방부하 조절밸브 및 난방부하 조절밸브를 조절하여 냉난방 온도를 조정하므로 부하변동에 대한 대처가 신속하고 특히 온천지의 온수의 요구온도에 따라 온수의 승온범위가 40℃에서 90℃까지 광범위한 온수를 얻을 수 있으므로 급탕기능도 충분히 가능하게 된다. 또한 본 발명은 냉매로 물을, 용액으로 리튬브로마이드 수용액을 사용하므로 프레온가스냉매 규제에 대한 문제가 없고 주 에너지원을 전기가 아닌 가스를 사용하므로 전력부족의 문제가 해소되는 등 다대한 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 공지기술의 증발기(22), 흡수기(23), 응축기(24) 및 재생기(25)로 구성되며 상기 증발기(22)에서 냉각된 냉수가 냉수탱크(28)의 저온실(28a)에 저장된 후 냉수순환펌프(26)에 의해 이송되어 각 방(32,33)을 냉방하고 냉수탱크(28)의 고온실(28b)로 환수되어 증발기 입구(35)로 돌아오는 냉방사이클 및, 상기 흡수기(23)와 응축기(24)를 거친 고온수가 온수탱크(29)의 고온실(29a)에 저장된 후 온수순환펌프(27)에 의해 이송되어 각 방(32,33)을 난방하고 온수탱크(29)의 저온실(29b)로 환수되어 흡수기 입구(39)로 돌아오는 난방사이클이 동시에 행해지는 흡수식 히트펌프(21)와:

   상기 흡수식 히트펌프(21)에 의한 냉· 난방사이클 동안 외부로 내출되는 온천수와 열교환하기 위한 열교환기(30,31)와;

   상기 냉수탱크(28)의 저온실(28a)과 고온실(28b) 사이에 설치되어 냉수탱크(28)의 저온실(28a) 및 고온실(28b)에 저장된 물의 상호 유통되는 양을 조절할 수있도록 한 냉방부하 조절밸브(44)와;

   상기 온수탱크(29)의 고온실(29a)과 저온실(29b) 사이에 설치되어 온수탱크 (29)의 고온실(29a) 및 저온실(29b)에 저장된 물의 상호 유통되는 양을 조절할 수 있도록 한 난방부하 조절밸브(45)와;

   상기 각 방(32,33)을 냉방하고 냉수탱크(28)의 고온실(28b)로 환수되는 배관에 온천수와 열교환하기 위한 열교환기(31)를 경유하거나 상기 열교환기(31)를 바이패스 하도록 설치한 3방향 밸브(43)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온천수를 이용한 복합형 흡수식 히트펌프 장치.
2. 제 1 항에 있어서.

   상기 온수탱크(29)는 저온실(29b)의 옆에 시수실(29c)을 구성하되 상기 시수실(29c)의 시수가 온천수와 열교환기(30)에 의해서 예열되어 온수탱크(29)의 저온실(29b)로 유입되도록 구성된 것을 특징으로 하는 온천수를 이용한 복합형 흡수식히트펌프 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 열교환기(30.31)는 배출되는 온천수가 온수탱크(29) 내 시수실(29c)의 시수와 1차로 열교환하고 냉수탱크(28)의 고온실(28b)로 돌아오는 냉수와 2차로 열교환하도록 설치된 것을 특징으로 하는 온천수를 이용한 복합형 흡수식 히트펌프 장치.