KR100435064B1 - 히트펌프식 폐열회수장치 - Google Patents

히트펌프식 폐열회수장치 Download PDF

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Abstract

목욕탕 및 공장등지에서 배출되는 폐온수의 열을 열 교환하여 새로 유입되는 지하수를 예열시켜 온수를 공급함으로서 온수를 만들기 위한 에너지를 획기적으로 절감시키기 위한 히트펌프식 폐열회수장치가 개시된다. 본 발명은 목욕탕이나 공장등지에서 유출되는 고온의 폐온수와의 열을 제 1 냉동싸이클 및 제 2 냉동싸이클을 순환하는 열매체와 열교환시키고, 여기에서 얻어지는 열을 냉수와 열 교환시켜 에너지의 효율을 증대시키고 폐열회수에 따른 비용을 절감하는 것이다.

Description

히트펌프식 폐열회수장치{heat-pump type device for collecting waste heat}
본 발명은 히트펌프식 폐열회수장치에 관한 것으로, 특히 목욕탕 및 공장등지에서 배출되는 폐온수의 열을 열 교환하여 새로 유입되는 지하수를 예열시켜 온수를 공급함으로서 온수를 만들기 위한 에너지를 획기적으로 절감시키기 위한 히트펌프식 폐열회수장치에 관한 것이다.
일반적으로 목욕탕이나 공장등지에서는 사용하고 남은 30-40℃ 정도의 폐온수를 그대로 유출시켜 막대한 열에너지를 소비하고 있을 뿐만 아니라, 고온의 폐온수가 그대로 유출되는 경우에는 물을 정화시키는 미생물의 증식이 불가능하여 폐수 처리비용이 증가하는 요인이 된다.
이러한 처리비용의 증대로 인하여 폐온수로부터 열을 회수하기 위한 장치가 개발되었다. 종래의 폐온수로부터 열을 회수하기 위한 장치는 고온의 폐온수를 열전도하여 저온의 지하수를 예열시키는 구성으로 이루어 진다.
그러나, 이러한 폐온수로부터 열을 회수하기 위한 장치는 단순하게 고온의 폐온수로부터 저온의 지하수로 열을 전도시키는 구성을 지니고 있기 때문에 열회수 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 목욕탕이나 공장등지에서 유출되는 고온의 폐온수를 열교환시키기 위한 제 1 냉동싸이클 및 제 1 냉동사이클을 수행하는 어느 하나의 열교환기에서 분기된 제 2 냉동싸이클을 통하여 40∼50℃인 액체 냉매의 온도를 0∼5℃까지 과냉각시켜서 액냉매의 밀도를 높게하여 팽창밸브의 능력을 40∼50%향상시키고 증발기에서 많은 열을 흡수하여 열교환 효율을 극대화시키기 위한 히트펌프식 폐열회수장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프식 폐열회수장치를 보여주기 위한 시스템도이다.
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프식 폐열회수장치의 다른 실시예를 보여주기 위한 시스템도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 폐온수배출펌프 112 : 증발기
114 : 흡입관열교환기 116 : 압축기
118 : 응축기 120 : 수액기
122 : 보조냉각열교환기 124 : 여과기
126 : 투시창 128, 134 : 팽창밸브
130 : 소형압축기 132 : 소형응축기
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
제 1 냉동싸이클을 수행하기 위한 열매체 및 제 2 냉동싸이클을 수행하기 위한 열매체를 열교환시키기 위한 보조냉각열교환기; 보조냉각열교환기를 통과한 상기 제 1 냉동싸이클의 열매체를 여과기를 통하여 유입받아 열매체의 압력과 온도를 강하시키기 위한 팽창밸브; 팽창밸브를 하여 유입된 열매체와 폐온수배출펌프를 통하여 유입된 고온의 폐수와 열교환시켜 폐수의 열을 회수하기 위한 증발기; 증발기에서 유입된 열매체의 습압축방지 및 과냉각도를 조정하기 위한 흡입관 열교환기; 흡입관 열교환기를 통과한 열매체를 고온고압으로 압축시키기 위한 압축기; 압축기를 통과한 고온고압의 열매체와 급수펌프를 통하여 유입된 냉수를 열교환시켜 온수를 배출하기 위한 응축기; 및 응축기를 통과한 액체 상태의 열매체를 일시저장하며, 저장된 열매체를 흡입관 열교환기에 유입시키기 위한 수액기를 순환하는 제 1냉동싸이클과,
제 1 냉동싸이클을 수행하는 열매체와 보조 냉각 열교환기에서 열 교환된 열 매체를 압축시키기 위한 소형압축기; 소형압축기를 통과한 열매체를 급수펌프를 통하여 유입된 냉수와 열교환시켜 온수를 배출하기 위한 소형응축기; 소형응축기를 통하여 냉수와 열교환된 열매체의 온도 및 압력을 강하시켜 보조냉각열교환기에 유입시키기 위한 제 2 팽창밸브를 순환하는 제 2 냉동싸이클을 동시에 수행하여 폐수의 열을 이용하여 유입된 냉수를 예열시키기 위한 것이다.
본 발명에 따른 히트펌프식 폐열회수장치는 열교환 효율을 극대화시킴으로서 에너지 절감 및 폐온수처리비용을 절감시킨다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 히트펌프식 폐열회수장치를 보여주기 위한 시스템도이고, 도 2는 본 발명에 따른 히트펌프식 폐열회수장치의 다른 실시예를 보여주기 위한 시스템도이다.
본 발명에 따른 폐열회수장치는 도 1에서 보는 바와 같이, 목욕탕이나 공장등지에서 배출되는 고온의 폐수를 폐온수배출펌프(110)를 통하여 제 1 냉동싸이클을 수행하는 증발기(112)와 열교환시키도록 구성된다. 제 1 냉동싸이클은 증발기(112)를 통하여 폐온수와 열교환된 열매체가 흡입관 열교환기(114)에 유입되어 1차 과냉각시키고, 흡입관 열교환기(114)를 통과한 열매체는 압축기(116)에 유입되며, 압축기(116)에 유입된 열매체는 고온 고압으로 압축되어, 응축기(118)를 통과하면서 급수펌프(119)를 통하여 냉수를 유입받아, 고온고압으로 압축된 열매체와 냉수를 열교환시킴으로서 목욕탕이나 공장등지에서 필요한 온수를 공급하도록 구성된다. 응축기(118)를 통과한 액체 상태의 열매체는 액화된 열매체를 일시 저장하고 장치를 정지시에는 냉매를 회수하여 저장하는 수액기(120)에 임시 저장된다.
흡입관 열교환기(114)를 통과하면서 1차로 과냉각된 열매체는 보조냉각열교환기(122)에 유입되어 2차 과냉각되어, 제 2 냉동싸이클을 수행하는 열매체와 열교환되도록 구성된다.
보조냉각열교환기(122)에 유입되므로서, 제 2 냉동싸이클을 수행하는 열매체와 열교환된 유입된 열매체는 여과기(124) 및 투시창(126)를 통과하여, 열흡수 능력을 극대화 시키는 동시에 냉동부하의 변동에 대응하여 적정한 냉매유량을 조절하기위한 팽창밸브(128)를 통하여 증발기(112)에 유입되도록 구성된다.
제 1 냉동사이클과 별도로 열매체를 순환시키기 위한 제 2 냉동싸이클은 제1 냉동싸이클을 수행하는 열매체와 열교환된 보조 냉각 열교환기(122)를 통과한 열매체가 소형압축기(130)를 통과하도록 구성되며, 압축기(130)에 유입된 열매체는 고온고압으로 압축되어, 소형응축기(132)를 통과하면서 급수펌프(119)를 통하여 유입된 냉수를 고온고압으로 압축된 열매체와 열교환시켜 목욕탕이나 공장등지에서 필요한 온수를 공급하게 되고, 냉수와 열교환된 열매체가 제 2 팽창밸브(134)를 통하여 다시 보조냉각열교환기(122)에 입력되도록 구성되는 것이다.
제 1 냉동싸이클은 보조냉각열교환기(122)에서 분기되어 별도의 냉동사이클을 수행하기 때문에, 제 1 냉동사이클의 과냉각보다 우수한 냉각도를 가지고 있으며, 급수되는 냉수와 열교환시 더욱 높은 온도의 온수를 창출할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 폐열회수장치가 증대된 열효율을 가질 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 폐열회수장치가 목욕탕의 용도로 사용되는 경우에는 도 2에서 보는 바와 같이. 팽창밸브(128)와 증발기(112)의 사이에서 개폐가 가능한 밸브(V)를 통하여 열매체를 분기하여 별도의 냉수공급용 열교환기(140)를 더 설치하고, 필요한 경우에 밸브(V)를 개방하여 팽창밸브(128)를 통과한 열매체를 냉수공급용 열교환기(140)로 우회시켜, 흡입관 열교환기(114)에 유입하도록 함으로써 목욕탕의 냉수를 냉수공급용 열교환기(140)와 열교환시켜 온도를 더욱 저하시킨 냉각수를 공급하도록 구성할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 히트펌프식 폐열회수장치는 폐온수배출펌프(110)의 동작에 의하여 목욕탕이나 공장등에서 배출되는 30-35℃정도의 고온의 폐수를 증발기(112)에 유입시켜 순환되는 열매체와 열교환시킨다. 고온의 폐수와 열교환된 열매체는 고온 저압의 상태로 변화되어, 습압축방지 및 과냉각도를 조정하기 위한 흡입관 열교환기(114)를 통하여 열교환되어 압축기(116)에 유입된다.
압축기(116)에 유입된 열매체는 고온 고압으로 압축되어 응축기(118)에 유입되고, 응축기(118)에서 급수펌프(119)를 통하여 유입된 냉수와 고온고압으로 압축된 열매체가 열교환되어 목욕탕이나 공장등지에서 필요한 온수가 공급되는 것이다.
응축기(118)를 통하여 냉수와 열교환되어 액체상태로 변화된 열매체는 수액기(120)에 저장된다. 수액기(120)는 응축기(118)에서 액화된 열매체를 일시 저장하고 장치를 정지시에는 냉매를 회수하여 저장하는 고압용기이다. 수액기(120)를 통과한 열매체는 다시 흡입관 열교환기(114)를 통과하면서, 증발기(112)를 통과한 열매체와 열교환되어 1차로 과냉각되어 보조냉각열교환기(122)에 유입된다.상기 흡입관 열교환기(114)는, 밀폐되는 통상으로 형성되어 증발기(112)에서 유입되는 열매체의 유출입이 가능하도록 설치되는 몸체와 그 내측면 길이방향에서 수액기(120)에서 유입되는 열매체의 유출입이 가능하도록 설치되는 관로로 구성된다.그리고, 상기 흡입관 열교환기(114)의 동작은, 상기 수액기(120)에 저장되는 냉매가 이동되어 흡입관열교환기(114)의 관로를 통과한후 압축기(116)에 유입되도록 하며, 이때 상기 흡입관열교환기(114)의 몸체에는 증발기(112)를 통과한 열매체가 통과된후 보조냉각열교환기(122)로 유입되도록 한다.상기와 같이 수액기(120)에서 유입된 열매체는 흡입관열교환기(114)의 관로를 통과하면서 그 주위를 통과하도록 하는 증발기(112)에서 전달되는 열매체와 열교환 되고, 이때 상기 증발기(112)에서 공급되는 열매체는 상대적으로 낮은 온도를 갖는 수액기(120)에서 공급되는 열매체와 열교환되어 과냉각이 되며, 반대로 상기 수액기(120)에서 공급되는 열매체는 상대적으로 높은 온도를 갖는 증발기(120)에서 공급되는 열매체와 열교환되어 열매체의 온도를 상승시킴으로서 습압축을 방지한다.그리고, 보조냉각열교환기(122)에 유입된 열매체는 제 2 냉동싸이클을 수행하는 열매체와 열교환되는 데, 제 2 냉동사이클을 수행하는 열매체는 소형압축기(130)에 유입되어 고온 고압으로 압축되고, 소형응축기(132)를 통과하면서 급수펌프(119)를 통하여 유입된 냉수를 고온고압으로 압축된 열매체과 열교환시켜 목욕탕이나 공장등지에서 필요한 온수를 공급하게 된다. 유입된 냉수와 열교환된 열매체는 제 2 팽창밸브(134)를 통하여 다시 보조냉각열교환기(122)에 입력된다.
이때, 보조냉각열교환기(122)에서 분기된 제 2 냉동싸이클은 별도의 냉동사이클을 수행하기 때문에, 제 1 냉동사이클의 냉각도보다 우수한 냉각도를 가지고 있으며, 급수되는 냉수와 열교환시 더욱 높은 열량을 창출할 수 있다.
보조냉각열교환기(122)에 유입되어 제 2 냉동싸이클을 수행하는 열매체와 열 교환된 제 1 냉동싸이클의 열매체는 여과기(124) 및 투시창(126)을 통과하고, 팽창밸브(128)를 통하여 증발기(112)에 재 유입되는 것이다.
그러므로, 본 발명에 다른 폐열회수장치는 폐온수의 열을 이용하여 제 1 냉동싸이클 및 제 2 냉동싸이클을 수행하여 응축기(118) 및 소형응축기(132)에서 냉수를 유입받아 일정온도 이상으로 상승시키기 때문에 연료의 소비 및 폐온수의 온도저하에 따른 비용을 절감시키는 것이다.
그리고, 목욕탕에 본 발명에 따른 폐열회수장치가 사용되는 경우에는 도 2에서 보는 바와 같이. 팽창밸브(128)과 증발기(112)의 사이에서 개폐가 가능한 밸브(V)를 통하여 열매체를 냉수공급용 열교환기(140)로 분기시켜, 필요한 경우에 밸브(V)를 개방하여 팽창밸브(128)를 통과한 열매체를 냉수공급용 열교환기(140)로 우회시켜, 흡입관 열교환기(114)에 유입하도록 함으로써 목욕탕의 냉수를 냉수공급용 열교환기(140)와 열교환시켜 온도를 더욱 저하시킨 냉각수를 공급할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 목욕탕이나 공장등지에서 유출되는 고온의 폐온수와의 열을 제 1 냉동싸이클 및 제 2 냉동싸이클을 순환하는 열매체와 열교환시키고, 여기에서 얻어지는 열을 냉수와 열 교환시켜 에너지의 효율을 증대시키고 폐열회수에 따른 비용을 절감하는 효과가 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (2)

  1. 제 1 냉동싸이클을 수행하기 위한 열매체 및 제 2 냉동싸이클을 수행하기 위한 열매체를 열교환시키기 위한 보조냉각열교환기(122); 상기 보조냉각열교환기(122)를 통과한 상기 제 1 냉동싸이클의 열매체를 여과기(124), 압력조정밸브(126)를 통하여 유입받아 상기 열매체의 압력과 온도를 강하시키기 위한 팽창밸브(128); 상기 팽창밸브(128)을 통하여 유입된 열매체와 폐온수배출펌프(110)를 통하여 유입된 고온의 폐수와 열교환시켜 폐수의 열을 회수하기 위한 증발기(112); 상기 증발기(112)에서 유입된 열매체의 습압축방지 및 과냉각도를 조정하기 위한 흡입관 열교환기(114); 상기 흡입관 열교환기(114)를 통과한 열매체를 고온고압으로 압축시키기 위한 압축기(116); 상기 압축기(116)를 통과한 고온고압의 열매체와 급수펌프(119)를 통하여 유입된 냉수를 열교환시켜 온수를 배출하기 위한 응축기(118); 및 상기 응축기(118)를 통과한 액체 상태의 열매체를 일시저장하며, 저장된 열매체를 상기 흡입관 열교환기(114)에 유입시키기 위한 수액기(120)를 순환하는 제 1 냉동싸이클과,
    상기 제 1 냉동싸이클을 수행하는 열매체와 상기 보조 냉각 열교환기(122)를 통하여 열교환된 열매체를 압축시키기 위한 소형압축기(130); 상기 소형압축기(130)를 통과한 열매체를 급수펌프(119)를 통하여 유입된 냉수와 열교환시켜 온수를 배출하기 위한 소형응축기(132); 상기 소형응축기(132)를 통하여 냉수와 열교환된 열매체의 온도 및 압력을 강하시켜 상기 보조냉각열교환기(122)에 유입시키기 위한 제 2 팽창밸브(134)를 순환하는 제 2 냉동싸이클을 동시에 수행하여 폐수의 열을 이용하여 유입된 냉수를 예열시키기 위한 히트펌프식 폐열회수장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 팽창밸브(128)와 증발기(112)의 사이에는 개폐가 가능한 밸브(V)를 통하여 우회된 열매체와 열교환하여 냉각수를 공급하기 위한 냉수공급용 열교환기(140)가 형성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 폐열회수장치.
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