KR100437669B1 - 목욕탕용 히트펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목욕탕에 냉,온수를 공급하기 위한 목욕탕용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 목욕탕으로부터 버려지는 폐수의 폐열과, 목욕탕으로 유입되는 상온수의 열을 냉매의 증발에 이용하고, 이와 같이 증발된 냉매를 고온고압으로 압축하여 온수의 가열에 사용하며, 폐수의 냉각온도와 온수의 가열온도 및 냉매의 응축온도에 따라 압축기와 순환펌프의 작동을 비례제어할 수 있도록 하므로서, 별도의 보일러나 냉각장치를 사용하지 않더라도 목욕탕에 냉,온수를 공급할 수 있도록 하고, 이로 인하여 화석연료와 에너지의 낭비를 줄임과 동시에 환경오염을 방지하며, 온수의 가열효율과 폐수의 열회수율을 향상시키면서도 시스템의 설비단가를 낮출 수 있도록 한 목욕탕용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 의한 목욕탕용 히트펌프 시스템은, 냉매를 고온고압의 가스로 압축하는 압축기(10)와, 압축기(10)로부터 유입된 냉매를 피가열유체와의 열교환에 의하여 응축시키는 응축기(11)와, 응축기(11)로부터 팽창변(12)을 거쳐 유입된 냉매를 피냉각유체와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기(13)로 이루어지는 열교환 시스템이 설치되며, 상기 응축기(11)는 순환펌프(14)를 구비하는 저온수 공급관(3a)과 고온수 배출관(3b)에 의하여 심야전기히터(4)가 내장된 온수탱크(3)와 연결 설치되고, 상기 증발기(13)에는 목욕탕으로부터 버려지는 폐수의 배수라인(8)과 열교환된 폐수의 배수구(9)가 각각 연결 설치된 것에 있어서, 상기 압축기(10)는 배수구(9) 내부의 폐열온도센서(15a)와 온수탱크(3) 내부의 온수온도센서(15b)로부터 입력된 데이터에 따라 압축기(10)의 작동을 비례제어하는 압축기 제어장치(15)와 연결 설치되고, 상기 저온수 공급관(3a)의 순환펌프(14)는 응축온도센서(16a)로부터 입력된 냉매의 응축온도에 따라 순환펌프(14)의 작동을 비례제어하는 순환펌프 인버터(16)와 연결 설치되며, 상기 증발기(13)의 일측에는 팽창변(22)을 구비하는 냉매배관(22a)에 의하여 응축기(11)와 연결되고, 냉매배관(23a)에 의하여 압축기(10)와 연결되는 냉수냉각기(23)가 설치된 상태에서, 상온의 냉수가 유입되는 냉수유입라인(21)과 목욕탕으로 냉수를 공급하는 냉수보충라인(25)이 상기 냉수냉각기(23)와 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

목욕탕용 히트펌프 시스템{Heat pump system for a bathhouse}

본 발명은 목욕탕에 냉,온수를 공급하기 위한 목욕탕용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 목욕탕으로부터 버려지는 폐수의 폐열과, 목욕탕으로 유입되는 상온수의 열을 냉매의 증발에 이용하고, 이와 같이 증발된 냉매를 고온고압으로 압축하여 온수의 가열에 사용하며, 폐수의 냉각온도와 온수의 가열온도 및 냉매의 응축온도에 따라 압축기와 순환펌프의 작동을 비례제어할 수 있도록 하므로서, 별도의 보일러나 냉각장치를 사용하지 않더라도 목욕탕에 냉,온수를 공급할 수 있도록 하고, 이로 인하여 화석연료와 에너지의 낭비를 줄임과 동시에 환경오염을 방지하며, 온수의 가열효율과 폐수의 열회수율을 향상시키면서도 시스템의 설비단가를 낮출 수 있도록 한 목욕탕용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 목욕탕에 사용되는 냉수는 외부로부터 유입되는 상온수가 냉수공급라인을 통하여 냉탕이나 샤워기로 직접 공급되고, 온수의 경우에는 외부로부터 유입되는 상온수가 화석연료나 전기에너지를 사용하는 각종 보일러에 의하여 약 50℃ 이상의 온도로 가열된 다음 온수탱크에 저장되었다가 필요시 온수공급라인을 통하여 목욕탕의 온탕이나 샤워기로 공급되므로서, 사용자가 냉수와 온수를 적절한 온도를 혼합하여 목욕을 할 수 있도록 설비되어 있다.

상기와 같이 목욕탕의 온탕이나 냉탕 및 샤워기로 공급된 냉,온수는 서로 혼합된 상태로 사용되고 배수되며, 이와 같이 배수되는 목욕탕 폐수는 온수의 온도에 의하여 적어도 25℃ 이상의 열을 함유하고 있기 때문에, 목욕탕 폐수에 함유된 열을 회수하지 않고 그대로 외부로 배출시키는 것은 에너지의 효율적인 사용측면에서 바람직한 것이 아니므로 목욕탕의 폐수에 함유된 열을 회수하여 온수의 가열에 재사용하기 위한 폐열회수장치가 사용되고 있다.

상기와 같은 종래의 목욕탕용 폐열회수장치로서 가장 널리 사용되는 것은,국내 공개실용신안공보 제 85-5180호(1985년 8월 7일 공개)와, 국내 실용신안공보 제 81-1843호(1981년 10월 27일 등록)에 기재되어 있는 바와 같이, 욕탕으로부터 버려지는 폐수를 가열유체로 하여 폐열회수기의 내부로 유입시킴과 동시에 외부로부터 공급되는 상온수를 피가열유체로 하여 상기 폐열회수기의 내부로 유입시키므로서, 목욕탕 폐수와 상온수와의 열교환 작용에 의하여 상온수가 1차적으로 가열되도록 한 다음, 이와 같이 1차 가열된 상온수를 보일러에 의하여 2차적으로 가열시키도록 한 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 목욕탕용 폐열회수장치는, 상온수와 폐수와의 간접적인 열교환에 의하여 상온수를 가열시키는 것일 뿐만 아니라, 상온수와 폐수와의 온도차이가 개략 10 ~ 15℃의 범위내로 그다지 크지 않기 때문에, 폐수의 폐열에 의한 상온수의 가열효율과 상온수에 의한 폐수의 열회수율이 50% 미만으로 매우 저조하게 되는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 1차 가열처리된 상온수를 목욕탕 온수에 적합하도록 보일러로 재차 가열시켜야 하므로서, 보일러의 사용에 따른 화석연료와 전기에너지의 낭비를 초래하는 문제점이 있었다.

또한, 목욕탕 내부의 냉,온수 사용여건에 따라 폐열회수기로 유입되는 폐수의 양은 시시각각으로 변화하게 되는 데 반하여, 폐열회수기로 유입되는 상온수의 양은 거의 일정하게 유지되므로서, 폐수의 배출량이 적을 경우에는 상온수에 의한 폐수의 열회수율은 다소 증가하지만 폐수에 의한 상온수의 가열효율이 현저히 저하되어 상온수의 가열을 거의 보일러에 의존하여야 하는 문제점이 있었으며, 폐수의 배출량이 많을 경우에는 폐수에 의한 상온수의 가열효율은 다소 증가하지만 상온수에 의한 폐수의 열회수율이 현저히 저하되어 고온의 폐수가 그대로 외부로 배출되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래의 폐열회수기가 가지는 저조한 열회수율을 향상시키기 위하여, 여러 대의 폐열회수기를 연결하거나 폐열회수기의 내부에 여러 단의 격벽을 설치하여 폐수와 상온수의 유동시간을 지연시키도록 한 것과, 폐열회수기와 함께 한증탕용 증기보일러에서 발생한 증기를 상온수의 예열에 이용하도록 한 것이 알려져 있으나, 이는 모두 폐열회수기의 전체적인 구조를 복잡하게 하고 부피를 대형화시키는 요인이 되며, 온수보일러와 증기보일러 및 폐열회수기를 포함하여 상기한 각각의 장치들을 서로 연결하는 복잡한 배관구성으로 인하여 목욕탕용 열교환 시스템의 전체적인 설비비용이 상승하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 여름철과 같이 외부의 온도가 비교적 높은 계절에는 목욕탕의 내부로 유입되는 상온수가 외부의 높은 온도에 의하여 일정한 온도수준까지 가열된 상태로 유입되며, 이와 같이 유입된 상온수가 목욕탕의 내부 배관을 순환하는 과정에서 목욕탕의 내부열에 의하여 재차 가열되므로서, 냉탕이나 샤워기로 공급되는 냉수의 온도가 비교적 높아지게 되며, 이로 인하여 상온수를 냉각시키기 위한 별도의 냉각장치를 설치하여야 하므로서 목욕탕용 열교환 시스템의 설비비용이 더욱 상승하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 목욕탕용 히트펌프 시스템은 목욕탕으로부터 버려지는 폐수의 폐열과, 목욕탕으로 유입되는 상온수의 열을 냉매의 증발에 이용하고, 이와 같이 증발된 냉매를 고온고압으로 압축하여 온수의 가열에 사용하며, 폐수의 냉각온도와 온수의 가열온도 및 냉매의 응축온도에 따라 압축기와 순환펌프의 작동을 비례제어할 수 있도록 하므로서, 별도의 보일러나 냉각장치를 사용하지 않더라도 목욕탕에 냉,온수를 공급할 수 있도록 하고, 이로 인하여 화석연료와 에너지의 낭비를 줄임과 동시에 환경오염을 방지하며, 온수의 가열효율과 폐수의 열회수율을 향상시키면서도 시스템의 설비단가를 낮출 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 냉매를 고온고압의 가스로 압축하는 압축기와, 압축기로부터 유입된 냉매를 피가열유체와의 열교환에 의하여 응축시키는 응축기와, 응축기로부터 팽창변을 거쳐 유입된 냉매를 피냉각유체와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기로 이루어지는 열교환 시스템이 설치되며, 상기 응축기는 순환펌프를 구비하는 저온수 공급관과 고온수 배출관에 의하여 심야전기히터가 내장된 온수탱크와 연결 설치되고, 상기 증발기에는 목욕탕으로부터 버려지는 폐수의 배수라인과 열교환된 폐수의 배수구가 각각 연결 설치된 것에 있어서, 상기 압축기는 배수구 내부의 폐열온도센서와 온수탱크 내부의 온수온도센서로부터 입력된 데이터에 따라 압축기의 작동을 비례제어하는 압축기 제어장치와 연결 설치되고, 상기 저온수 공급관의 순환펌프는 응축온도센서로부터 입력된 냉매의 응축온도에 따라 순환펌프의 작동을 비례제어하는 순환펌프 인버터와 연결 설치되며, 상기 증발기의 일측에는 팽창변을 구비하는 냉매배관에 의하여 응축기와 연결되고 냉매배관에 의하여 압축기와 연결되는 냉수냉각기가 설치된 상태에서, 상온의 냉수가 유입되는 냉수유입라인과 목욕탕으로 냉수를 공급하는 냉수보충라인이 상기 냉수냉각기와 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 목욕탕용 히트펌프 시스템을 나타내는 배관도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 온탕 2 : 냉탕 3 : 온수탱크

3a : 저온수 공급관 3b : 고온수 배출관 4 : 심야전기히터

5 : 배수로 6 : 집수조 7 : 여과기

8 : 배수라인 9 : 배수구 10 : 압축기

11 : 응축기 12 : 팽창변 13 : 증발기

14 : 순환펌프 15 : 압축기 제어장치 15a : 폐열온도센서

15b : 온수온도센서 16 : 순환펌프 인버터 16a : 응축온도센서

21 : 냉수유입라인 22 : 팽창변 23 : 냉수냉각기

24 : 순환펌프 25 : 냉수보충라인

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 목욕탕용 히트펌프 시스템을 나타내는 배관도로서, 도면에 대한 부호의 설명 중 미설명 된 부호 1a는 온수공급라인, 2a는 냉수공급라인, 10a는 압축기와 응축기를 연결하는 냉매배관, 11a는 응축기와 증발기를 연결하는 냉매배관, 13a는 증발기와 압축기를 연결하는 냉매배관을 나타내는 것이고, 22a는 응축기와 냉수냉각기를 연결하는 냉매배관, 23a는 냉수냉각기와 압축기를 연결하는 냉매배관을 나타내는 것이다.

본 발명에 의한 목욕탕용 히트펌프 시스템은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 증발기(13)와 냉매배관(13a)으로 연결되어 증발기(13)로부터 유입된 냉매를 고온고압의 가스로 압축하는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)와 냉매배관(10a)으로 연결되어 압축기(10)로부터 유입된 냉매를 피가열유체와의 열교환에 의하여 응축시키는 응축기(11)와, 상기 응축기(11)와 팽창변(12)을 구비하는 냉매배관(11a)으로 연결되어 팽창변(12)을 거쳐 유입된 냉매를 피냉각유체와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기(13)로 이루어지는 열교환 시스템이 설치된다.

그리고, 상기 열교환 시스템의 응축기(11)는 순환펌프(14)를 구비하는 저온수 공급관(3a)과, 고온수 배출관(3b)에 의하여 심야전기히터(4)가 내장된 목욕탕용온수탱크(3)와 연결 설치되므로서, 온수탱크(3)로부터 유입된 저온수를 가열하여 고온수로 배출하는 온수가열기의 역할을 하게 되며, 응축기(11)의 내부에는 압축기(10)로부터 유입된 고온고압의 냉매와 온수탱크(3)로부터 유입된 저온수간의 열교환을 위하여 파이프형이나 판형 또는 이들의 조합으로 이루어지는 열교환 구조가 형성되어 있다.

상기의 응축기(11)와 온수탱크(3)를 연결하는 저온수 공급관(3a)은 온수탱크(3)로 상온수를 공급하는 냉수공급라인(2a)과 함께 온수탱크(3)의 하부에 연결 설치되고, 응축기(11)와 온수탱크(3)를 연결하는 고온수 배출관(3b)은 목욕탕으로 온수를 공급하는 온수공급라인(1a)과 함께 온수탱크(3)의 상부에 설치되므로서, 응축기(11) 내부로의 저온수 공급과 목욕탕 내부로의 고온수 공급을 원할하게 수행할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 상기 열교환 시스템의 증발기(13)에는 폐수의 배수라인(8)이 일측에 연결되고 그 타측에 폐수의 배수구(9)가 연결 설치되므로서 배수라인(8)을 통하여 유입된 폐수의 열을 회수하는 폐열회수기의 역할을 하게 되며, 증발기(13) 또한 마찬가지로 팽창변(12)을 통하여 유입된 저온저압의 냉매와 배수라인(8)을 통하여 유입된 폐수간의 열교환을 위하여 파이프형이나 판형 또는 이들의 조합으로 이루어지는 열교환 구조가 그 내부에 형성되어 있다.

상기의 증발기(13)와 연결되는 배수라인(8)은 목욕탕의 온탕(1)과 냉탕(2) 또는 도시되지 않은 샤워기로부터 배수로(5)를 통하여 버려지는 폐수가 여과기(7)를 구비하는 집수조(6)를 거쳐 협잡물이 제거된 상태로 유입되는 라인으로서, 상기배수라인(8)을 통하여 유입된 폐수가 증발기(13)의 내부를 유동한 다음 배수구(9)를 통하여 외부로 배출되도록 되어 있다.

그리고, 상기 열교환 시스템의 압축기(10)는 압축기 제어장치(15)와 연결되며, 상기 압축기 제어장치(15)는 배수구(9)의 내부에 설치된 폐열온도센서(15a)와 온수탱크(3)의 내부에 설치된 온수온도센서(15b)에 각각 연결되므로서, 각 센서(15a)(15b)로부터 입력된 폐수와 온수의 온도에 따라 압축기(10)의 작동을 비례제어할 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기 저온수 공급관(3a)에 설치된 순환펌프(14)는 순환펌프 인버터(16)와 연결되며, 상기 순환펌프 인버터(16)는 응축기(11)의 냉매배관(11a)에 부착된 응축온도센서(16a)와 연결되므로서, 응축온도센서(16a)로부터 입력된 냉매의 응축온도에 따라 순환펌프(14)의 작동을 비례제어할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 목욕탕의 냉탕(2)이나 샤워기에 상온 이하의 온도로 냉각된 냉수를 공급하기 위한 시스템으로 냉수냉각기(23)가 설치되며, 상기의 냉수냉각기(23)는 냉매배관(22a)(23a)에 의하여 열교환 시스템의 응축기(11) 및 압축기(10)와 서로 연결되고, 냉수냉각기(23)와 응축기(11)를 연결하는 냉매배관(22a)에는 팽창변(22)이 설치되며, 냉수냉각기(23)의 일측에는 상온수의 일부가 유입되는 냉수유입라인(21)이 연결 설치되고, 그 타측에는 순환펌프(24)에 의하여 목욕탕으로 냉수를 공급하는 냉수보충라인(25)이 연결 설치되어 있다.

상기의 냉수냉각기(23)는 냉수공급라인(2a)을 통하여 목욕탕의 내부로 상온수가 유입되는 과정에서 여름철의 높은 외부온도나 목욕탕의 내부온도에 의하여 가열된 상온수의 일부를 냉수에 적합한 온도로 냉각시킴과 동시에 응축기(11)로부터 유입된 냉매를 상온수의 냉각과정에서 증발시키는 증발기의 역할을 하는 것으로서, 팽창변(22)을 통하여 유입된 저온저압의 냉매와 냉수유입라인(21)을 통하여 유입된 상온수간의 열교환을 위하여 파이프형이나 판형 또는 이들의 조합으로 이루어지는 열교환 구조가 그 내부에 형성되어 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 의한 목욕탕용 히트펌프 시스템의 작용관계를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 심야시간대와 같은 목욕탕 영업 이외의 시간에는 온수탱크(3)의 내부에 설치된 심야전기히터(4)를 사용하여 온수탱크(3)에 저장된 온수를 일정한 온도까지 가열시키므로서 최초 사용에 필요한 온수를 확보하게 되며, 필요에 따라서는 도시되지 않은 한증실의 증기발생용 소형보일러를 냉수공급라인(2a)을 통하여 유입되는 상온수의 초기 예열기 겸용으로 설치하여 온수탱크(3)의 내부로 유입되는 상온수를 1차로 예열시킬 수도 있다.

상기와 같이 심야전기히터(4)에 의하여 가열된 온수를 온수탱크(3)의 내부에 일정량만큼 확보하여 놓은 상태에서, 목욕탕의 영업개시 초반에는 이와 같이 가열된 온수를 온탕(1)이나 샤워기로 보내어 냉수와 함께 사용하게 되며, 이로 인하여 목욕탕으로부터 냉,온수가 혼합된 폐수가 배출되기 시작하면 그 시점에서 압축기(10)와 순환펌프(14)(24)를 작동시켜 본 발명에 의한 목욕탕용 히트펌프 시스템을 가동시키게 된다.

상기와 같이 히트펌프 시스템을 가동시키게 되면, 압축기(10)로부터 냉매배관(10a)을 통하여 고온고압의 냉매가스가 응축기(11)의 내부로 유입되고, 이와 동시에 순환펌프(14)에 의하여 저온수 공급관(3a)으로부터 저온수가 응축기(11)의 내부로 유입되므로서, 고온고압의 냉매가스와 저온수와의 열교환 작용에 의하여 온수의 가열이 이루어지게 된다.

상기와 같이 응축기(11)의 내부에서 냉매와 저온수와의 열교환이 이루어지게 되면, 열교환 작용에 의하여 응축된 냉매는 팽창변(12)(22)을 구비하는 냉매배관(11a)(22a)을 통하여 증발기(13)와 냉수냉각기(23)로 유입되고, 가열된 온수는 고온수 배출관(3b)을 통하여 온수탱크(3)의 내부로 유입된 다음, 필요시 온수공급라인(1a)을 통하여 목욕탕의 온탕(1)이나 샤워기로 공급된다.

또한, 응축기(11)로부터 팽창변(12)(22)을 거쳐 증발기(13)와 냉수냉각기(23)로 유입된 저온저압의 냉매는, 배수라인(8)을 통하여 증발기(13)의 내부로 유입되는 목욕탕 폐수와 냉수유입라인(21)을 통하여 냉수냉각기(23)의 내부로 유입되는 상온수의 열을 회수하면서 증발하게 되고, 이와 같이 증발된 냉매는 냉매배관(13a)(23a)을 통하여 압축기(10)로 유입되므로서 고온고압의 냉매로 압축하여 재사용하게 되며, 냉매의 증발에 사용되어 냉각된 폐수는 배수구(9)를 통하여 외부로 배출되고, 냉각된 상온수는 순환펌프(24)를 구비하는 냉수보충라인(25)을 통하여 냉탕(2)이나 샤워기로 공급된다.

상기와 같은 작동순서대로 히트펌프 시스템이 작동하는 과정에서 배수구(9)를 통하여 배출되는 폐수의 온도와 온수탱크(3) 내부의 온수온도 및 냉매의 응축온도에 따라 압축기 제어장치(15)와 순환펌프 인버터(16)에 의한 압축기(10)와 순환펌프(14)의 제어가 이루어지게 되며, 이와 같은 압축기(10)와 순환펌프(14)의 제어과정을 각 조건별로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 증발기(13) 내부로의 냉매 유입량이 일정하게 유지되는 상태에서 온수의 사용량 증가로 인하여 목욕탕으로부터 배수되는 폐수의 양이 증가하게 되면, 증발기(13)의 내부로 유입되는 폐수의 유입량이 증가하여 폐수에 함유된 열의 일부만이 냉매의 증발에 이용되고 폐수에 함유된 나머지의 열은 회수되지 않은 상태로 배출되며, 이로 인하여 배수구(9)를 통하여 배출되는 폐수의 온도가 정상적인 배출온도보다 높아지게 되므로서 폐열온도센서(15a)에 의하여 압축기 제어장치(15)로 입력되는 폐수의 온도값이 상승하게 된다.

상기와 같이 압축기 제어장치(15)로 입력되는 폐수의 온도값이 상승하게 되면, 압축기 제어장치(15)로부터 전송되는 제어신호에 의하여 압축기(10)의 운전상태가 단계적으로 상승하게 되며, 이로 인하여 압축기(10)로부터 응축기(11)의 내부로 유입되는 냉매의 단위시간당 유입량은 증가하게 되지만, 순환펌프(14)에 의하여 응축기(11)의 내부로 유입되는 저온수의 유입량은 일정하게 유지되는 상태가 된다.

상기와 같은 상태가 되면, 응축기(11)의 내부에서 저온수를 가열하고 냉매배관(11a)으로 배출되는 냉매의 응축온도가 높아지게 되고, 이로 인하여 응축온도센서(16b)로부터 순환펌프 인버터(16)에 입력되는 응축온도값이 상승하게 되므로서, 순환펌프 인버터(16)가 순환펌프(14)의 운전상태를 단계적으로 조절하여 응축기(11) 내부로의 저온수 유입량을 증가시키게 된다.

상기한 바와 같이, 온수의 사용량 증가로 인하여 목욕탕으로부터 배수되는폐수의 양이 증가하게 되면, 응축기(11)에 의한 온수의 가열량을 증가시키는 방향으로 압축기(10)와 순환펌프(14)의 운전상태가 제어되므로서, 온수의 사용량에 적합하도록 온수를 효율적으로 가열할 수 있게 되며, 압축기(10)로부터 응축기(11)와 팽창변(12)을 거쳐 증발기(13)로 유입되는 냉매의 단위시간당 유입량 또한 폐수의 배출량에 맞추어 증가하게 되므로서, 냉매의 증발에 의한 폐수의 열회수가 효율적으로 이루어지게 되는 것이다.

다음으로, 증발기(13) 내부로의 냉매 유입량이 일정하게 유지되는 상태에서 온수의 사용량 감소로 인하여 목욕탕으로부터 배수되는 폐수의 양이 감소하게 되면, 증발기(13)의 내부로 유입되는 폐수의 유입량이 감소하여 폐수에 함유된 열의 대부분이 냉매의 증발에 이용되며, 이로 인하여 배수구(9)를 통하여 배출되는 폐수의 온도가 정상적인 배출온도보다 낮아지게 되므로서 폐열온도센서(15a)에 의하여 압축기 제어장치(15)로 입력되는 폐수의 온도값이 감소하게 된다.

상기와 같이 압축기 제어장치(15)로 입력되는 폐수의 온도값이 감소하게 되면, 압축기 제어장치(15)로부터 전송되는 제어신호에 의하여 압축기(10)의 운전상태가 단계적으로 감소하게 되며, 이로 인하여 압축기(10)로부터 응축기(11)의 내부로 유입되는 냉매의 단위시간당 유입량은 감소하게 되지만, 순환펌프(14)에 의하여 응축기(11)의 내부로 유입되는 저온수의 유입량은 일정하게 유지되는 상태가 된다.

상기와 같은 상태가 되면, 응축기(11)의 내부에서 저온수를 가열하고 냉매배관(11a)으로 배출되는 냉매의 응축온도가 낮아지게 되고, 이로 인하여 응축온도센서(16b)로부터 순환펌프 인버터(16)에 입력되는 응축온도값이 감소하게 되므로서,순환펌프 인버터(16)가 순환펌프(14)의 운전상태를 단계적으로 조절하여 응축기(11) 내부로의 저온수 유입량을 감소시키게 된다.

상기한 바와 같이, 온수의 사용량 감소로 인하여 목욕탕으로부터 배수되는 폐수의 양이 감소하게 되면, 응축기(11)에 의한 온수의 가열량을 감소시키는 방향으로 압축기(10)와 순환펌프(14)의 운전상태가 제어되므로서, 온수의 사용량에 적합하도록 온수를 효율적으로 가열할 수 있게 되며, 압축기(10)로부터 응축기(11)와 팽창변(12)을 거쳐 증발기(13)로 유입되는 냉매의 단위시간당 유입량 또한 폐수의 배출량에 맞추어 감소하게 되므로서, 냉매의 증발에 의한 폐수의 열회수가 효율적으로 이루어지게 되는 것이다.

또한, 온수탱크(3) 내부에 저장된 온수의 온도가 설정치 이하로 떨어지거나 설정치 이상으로 상승될 경우에도, 온수온도센서(15b)로부터 입력된 온수의 온도값에 따라 압축기 제어장치(15)가 압축기(10)의 운전상태를 조절하게 되며, 압축기(10)의 운전상태에 따라 응축기(11)로부터 배출되는 냉매의 응축온도를 순환펌프 인버터(16)가 감지하여 압축기(10)의 운전상태에 맞도록 순환펌프(14)에 의한 저온수의 유입량을 적절하게 조절하게 되므로서, 온수탱크(3) 내부의 온수온도를 항상 일정한 수준으로 유지시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의한 목욕탕용 히트펌프 시스템은 목욕탕으로부터 버려지는 폐수를 증발기(13)의 내부로 통과시켜 폐수에 함유된 열로서 냉매를 증발시키고, 이와 같이 증발된 냉매를 압축기(10)에서 고온고압으로 압축시킨 다음 저온수와 함께 응축기(11)의 내부로 유입시키므로서, 고온고압의 냉매와 저온수와의 열교환 작용으로 목욕탕에 사용되는 온수를 생산할 수 있게 되며, 목욕탕의 내부로 유입되는 상온수의 일부는 증발기의 역할을 하는 냉수냉각기(23)에 통과시켜 냉매와 상온수와의 열교환 작용으로 목욕탕에 사용되는 상온 이하의 냉수를 생산하게 되므로서, 온수의 가열을 위한 보일러나 냉수의 냉각을 위한 별도의 냉각장치를 설치하지 않더라도 히트펌프 시스템만으로 목욕탕에 필요한 온수와 냉수를 생산할 수 있게 된다.

또한, 온수의 사용량에 따라 목욕탕으로부터 배출되는 폐수의 양이 시시각각으로 변화하더라도, 폐열온도센서(15a)와 응축온도센서(16b)로부터 입력된 데이터에 따라 압축기 제어장치(15)와 순환펌프 인버터(16)가 압축기(10)와 순환펌프(14)의 운전상태를 제어하여, 응축기(11)에 의한 온수의 가열량을 폐수의 배출량(온수의 사용량)에 맞도록 조절시키므로서 온수의 가열효율을 향상시킬 수 있게 되고, 압축기(10)의 제어에 의하여 증발기(13)로 유입되는 냉매의 단위시간당 유입량 또한 폐수의 배출량에 맞도록 조절되므로서 냉매의 증발에 의한 폐수의 열회수율을 향상시킬 수 있게 되며, 온수탱크(3) 내부의 온수온도가 설정치보다 높아지거나 낮아지게 되더라도, 온수온도센서(15b)와 응축온도센서(16b)로부터 입력된 데이터에 따라 압축기 제어장치(15)와 순환펌프 인버터(16)가 압축기(10)와 순환펌프(14)의 운전상태를 제어하여, 온수탱크(3) 내부의 온수온도를 일정하게 유지시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 별도의 온수보일러나 냉각장치를 사용하지 않더라도 목욕탕에 필요한 온수와 냉수를 우수한 가열효율과 폐열회수효율로서 생산할 수 있기 때문에보일러나 냉각장치의 가동에 사용되는 화석연료 및 전기에너지의 낭비를 줄일 수 있게 되고, 화석연료의 사용으로 인하여 발생하는 환경오염을 방지할 수 있게 되며, 목욕탕의 설비시에도 온수보일러나 냉각장치에 대한 별도의 설비를 할 필요가 없을 뿐만 아니라, 열교환 시스템의 응축기(11)에는 온수탱크(3)만을, 증발기(11)에는 폐수의 배수라인(8)만을, 냉수냉각기(23)에는 냉수의 유입라인만을 각각 독립적으로 연결하여 그 배관구성이 매우 간단하게 이루어지기 때문에 전체적인 시스템의 설비비용을 저렴하게 할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의한 목욕탕용 히트펌프 시스템은, 온수의 가열을 위한 보일러나 냉수의 냉각을 위한 별도의 냉각장치를 설치하지 않더라도 목욕탕에 온수와 냉수를 공급할 수 있는 효과가 있으며, 이로 인하여 보일러나 냉각장치에 사용되는 화석연료 및 전기에너지의 낭비를 줄임과 동시에 환경오염을 방지하고, 전체적인 열교환 시스템의 설비비용을 저렴하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 온수의 사용량에 따라 목욕탕으로부터 배출되는 폐수의 양이 변화하더라도, 응축기에 의한 온수의 가열량과 증발기에 의한 냉매의 증발량을 폐수의 배출량에 맞도록 자동적으로 조절시킬 수 있는 효과가 있고, 이로 인하여 온수의 가열효율과 폐수의 열회수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 온수탱크 내부의 온수온도에 맞추어 응축기에 의한 온수의 가열량 또한 자동적으로 조절할 수 있게 되므로서 온수의 온도를 항상 일정한 수준으로 유지시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. (정 정) 삭 제
2. (정 정) 냉매를 고온고압의 가스로 압축하는 압축기(10)와, 압축기(10)로부터 유입된 냉매를 피가열유체와의 열교환에 의하여 응축시키는 응축기(11)와, 응축기(11)로부터 팽창변(12)을 거쳐 유입된 냉매를 피냉각유체와의 열교환에 의하여 증발시키는 증발기(13)로 이루어지는 열교환 시스템이 설치되며, 상기 응축기(11)는 순환펌프(14)를 구비하는 저온수 공급관(3a)과 고온수 배출관(3b)에 의하여 심야전기히터(4)가 내장된 온수탱크(3)와 연결 설치되고, 상기 증발기(13)에는 목욕탕으로부터 버려지는 폐수의 배수라인(8)과 열교환된 폐수의 배수구(9)가 각각 연결 설치된 것에 있어서,

   상기 압축기(10)는 배수구(9) 내부의 폐열온도센서(15a)와 온수탱크(3) 내부의 온수온도센서(15b)로부터 입력된 데이터에 따라 압축기(10)의 작동을 비례제어하는 압축기 제어장치(15)와 연결 설치되고,

   상기 저온수 공급관(3a)의 순환펌프(14)는 응축온도센서(16a)로부터 입력된 냉매의 응축온도에 따라 순환펌프(14)의 작동을 비례제어하는 순환펌프 인버터(16)와 연결 설치되며,

   상기 증발기(13)의 일측에는 팽창변(22)을 구비하는 냉매배관(22a)에 의하여 응축기(11)와 연결되고, 냉매배관(23a)에 의하여 압축기(10)와 연결되는 냉수냉각기(23)가 설치된 상태에서, 상온의 냉수가 유입되는 냉수유입라인(21)과 목욕탕으로 냉수를 공급하는 냉수보충라인(25)이 상기 냉수냉각기(23)와 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 목욕탕용 히트펌프 시스템.