KR100620856B1

KR100620856B1 - 히트펌프를 이용한 온수공급 시스템

Info

Publication number: KR100620856B1
Application number: KR1020050006282A
Authority: KR
Inventors: 윤명혁
Original assignee: 윤명혁
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2006-09-13
Also published as: KR20060085425A

Abstract

본 발명은 히트펌프를 이용한 온수공급 시스템에 대한 것이다.

본 발명에 따르면, 실외측에 배치되어 외기로부터 열을 회수하는 증발기(10)와, 냉매관(L1)을 통해 상기 증발기(10)와 연결되는 응축기(20)와, 상기 냉매관(L1) 상에 접속되어 열교환싸이클을 이루는 팽창밸브(30) 및 압축기(40)와, 온수관(L2)을 통해 상기 응축기(20)에 연결되며 이 응축기(20)서 가열된 온수가 수집되는 온수탱크(50)와, 급수라인을 통해 물이 공급되며 보충수공급관(L3)을 통해 상기 온수탱크(50)로 보충수를 공급하는 저수탱크(60)와, 상기 온수탱크(50)로부터 인출되어 수도전, 샤워헤드, 온탕, 바닥난방 등의 사용처로 온수를 배분하는 분배관(L4)을 포함하는 히트펌프를 이용한 온수공급 시스템에 있어서, 상기 응축기(20)로부터 가열된 온수가 순환되는 온수관(L2)에는 상기 저수탱크(60)로 순환되는 연결관(L8)이 분기되고, 상기 온수관(L2)과 상기 연결관(L8)에는 흐름을 상호절환시키기 위한 밸브(V1,V2,V3,V4)가 구비된 온수공급시스템이 제공된다.

Description

히트펌프를 이용한 온수공급 시스템 {Hot water supplying system for heat pump}

도 1은 본 발명의 시스템의 개략구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 증발기 20. 응축기

30. 팽창밸브 40. 압축기

50. 온수탱크 60. 저수탱크

L1. 냉매관 L2. 온수관

L3. 보충수 공급관 L4. 분배관

L8. 연결관 V1,V2,V3,V4. 밸브

본 발명은 히트펌프를 이용한 온수공급 시스템에 대한 것으로서, 좀 더 상세히는 장치의 구조가 간단하거나, 기존의 설비에 최소한의 설비를 부가함으로써 급격한 부하의 증가에 대하여 안정적인 시스템의 운영이 가능하도록 하고, 전체 시스템의 열효율을 높여서 에너지를 절감할 수 있는 새로운 구조의 히프펌프를 이용한 온수공급 시스템에 대한 것이다.

종래에 대중 목욕시설이나 사우나 또는 객실을 갖춘 숙박시설이나 아파트 또는 목욕탕 등의 건물에는 난방이나 온수공급을 위한 시스템을 갖추고 있다. 그리고, 이들 시설에서 온수공급을 위해 히트펌프가 사용되기도 한다. 히트펌프는 난방 또는 온수공급을 위해 실외기인 증발기에서 열을 빼앗아 실내기인 응축기에서 열을 방출하도록 하지만, 하절기에는 냉매흐름을 변경하여 실외기를 응축기로 전환하고 실내기를 증발기로 전환하여 실내측에 냉방을 제공할 수도 있다. 이러한 히트펌프는 대체로 온수공급 또는 난방과 아울러 냉방을 겸할 수 있다는 장점이 있으며, 냉난방 부하가 크지 않는 경우에는 비교적 에너지효율이 양호하다. 그러나 난방부하가 크거나 온수사용이 많은 동절기에 히트펌프는 기온이 낮은 외기로부터 열을 빼앗아야 하는데 냉매의 온도가 낮고 냉매의 증기압도 낮아서 정상적인 난방작동에 시간이 많이 소요되거나 난방효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 사용하기에 적절 한 온도로 가열된 온수를 제공하기 위해서는 온수탱크의 온도를 60∼70℃ 정도의 고온으로 유지해야 하고, 이를 위해서는 온수탱크와 열교환하는 실내기의 응축압력과 응축온도를 높게 설정하여야 하며, 그만큼 압축기가 과열되어 윤활불량 및 소손의 우려가 있다.

따라서, 기존의 히트펌프를 이용한 온수공급시스템은 동절기에 시간대별로 난방부하 또는 온수사용량이 차이가 나서 특정한 시기에 그 부하가 급증하는 경우에는 신속하게 대처하기 어렵기 때문에, 이에 대비하기 위해서는 상대적으로 큰 용량의 시스템이 필요하므로 장치의 코스트가 높게 되고, 또한 그만큼 에너지효율은 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 히트펌프를 이용한 온수공급시스템의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 본 발명은 장치의 구조가 간단하고, 기존의 설비에 부가하는 경우에는 최소한의 설비를 부가함으로써 급격한 부하의 증가에 대하여도 안정적인 시스템의 운영이 가능하고 전체 시스템의 열효율을 높여서 에너지를 절감할 수 있는 새로운 구조의 히프펌프를 이용한 온수공급 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 실외측에 배치되어 외기로부터 열을 회수하는 증발기(10) 와, 냉매관(L1)을 통해 상기 증발기(10)와 연결되는 응축기(20)와, 상기 냉매관(L1) 상에 접속되어 열교환싸이클을 이루는 팽창밸브(30) 및 압축기(40)와, 온수관(L2)을 통해 상기 응축기(20)에 연결되며 이 응축기(20)서 가열된 온수가 수집되는 온수탱크(50)와, 급수라인을 통해 물이 공급되며 보충수공급관(L3)을 통해 상기 온수탱크(50)로 보충수를 공급하는 저수탱크(60)와, 상기 온수탱크(50)로부터 인출되어 수도전, 샤워헤드, 온탕, 바닥난방 등의 사용처로 온수를 배분하는 분배관(L4)을 포함하는 히트펌프를 이용한 온수공급 시스템에 있어서, 상기 응축기(20)로부터 가열된 온수가 순환되는 온수관(L2)에는 상기 저수탱크(60)로 순환되는 연결관(L8)이 분기되고, 상기 온수관(L2)과 상기 연결관(L8)에는 흐름을 상호절환시키기 위한 밸브(V1,V2,V3,V4)가 구비된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 온수공급시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 시스템에는 콘트롤러(100)가 구비되고, 상기 온수탱크(50)에는 온도센서(T1)이 구비되며, 상기 온수탱크(50)의 온도가 설정온도에 도달하면, 콘트롤러(100)는 상기 밸브(V1,V2,V3,V4)를 제어하여 응축기(20)에서 가열된 물을 저수탱크(60)로 순환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 온수공급시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 시스템에는 콘트롤러(100)가 구비되어 영업종료시점 기타 소정의 시간이 설정되며, 이 설정시점에 도달되면 상기 콘트롤 러는 상기 밸브(V1,V2,V3,V4)를 제어하여 응축기(20)에서 가열된 물을 저수탱크(60)로 순환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 온수공급시스템이 제공된다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 구성도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 외기로부터 열을 빼앗는 실외기인 증발기(10)와, 실내기인 응축기(20) 및 압축기(40)와 팽창밸브(30)가 냉매관(L1)에 의해 하나의 열교환싸이클을 형성하여 히트펌프를 이루게 된다. 그리고, 응축기(20)에는 온수탱크(50)가 온수관(L2)에 의해 연결되어, 이 응축기(20)에 의해 가열된 온수가 순환되어 온수탱크(50)에 저장된다. 이 온수탱크(50)에는 보충수공급관(L3)을 통해 저수탱크(60)가 연결된다. 이 저수탱크(60)는 도시안된 급수라인이 연결되어 사용할 물을 미리 저수하게 된다.

그리고, 온수탱크(50)에 저장된 온수는 분배관(L4)을 통해 목욕탕이나 욕실의 수도전, 샤워헤드, 온탕, 난방배관 등으로 분배되어 공급된다. 또한, 저수탱크(60)와 별도로 옥상고가수조(62)가 구비되는 경우에는, 저수탱크(60)의 보충수공급관(L3)이 옥상고가수조(62)로 연결되고, 이 옥상고가수조(62)로부터 분배관(L6)이 인출되어 수도전이나 샤워기로 냉수를 공급할 수 있다.

이러한 구성에 더하여 본 발명에 따르면, 상기 응축기(20)로부터 가열된 온수가 순환되는 온수관(L2)에는 상기 저수탱크(60)로 순환되는 연결관(L8)이 분기되어구비된다. 그리고, 상기 온수관(L2)과 상기 연결관(L8)에는 온수의 흐름을 상호 절환시키기 위한 스톱밸브(V1,V2,V3,V4)가 구비된다. 구체적으로는 온수관(L2)에는 밸브 V1과 V2가 접속되고, 연결관(L8)에는 밸브 V3와 밸브V4가 각각 접속된다. 또한, 본 발명의 온수탱크(50)에는 온도센서(T1)이 구비된다. 상기 밸브(V1,V2,V3 및 V4)와 온도센서(T1)은 콘트롤러(100)에 연결된다. 도시된 바람직한 실시예에서는 네 개의 밸브가 각각 온수관(12)과 연결관(l8)에 배치되는 것으로 설명되었으나, 동일한 배관기능을 발휘할 수 있는 한, 밸브의 갯수나 설치위치는 적절히 변경될 수 있음은 물론이다.

이러한 구성에 따르면, 응축기(20)에 의해 가열된 온수에 의해 온수탱크(50)의 온도가 소정의 설정온도에 도달하면 온도센서(T1)가 이를 검출하여 콘트롤러(100)로 보내고, 이 콘트롤러(100)에서는 밸브(V1,V2)를 차단하고, 밸브(V3,V4)를 개방하여, 응축기(20)에서 가열된 온수를 저수탱크(60) 쪽으로 보내어 순환시킨다. 이와 같이, 온수탱크(50)의 온도가 설정온도에 도달하여 더 이상의 가열이 필요없는 열을 저수탱크(60)에 저장된 물을 가열시킴으로써, 저수탱크(60)로부터 온수탱크(50)로 공급되는 보충수를 예열하게 되어, 온수탱크(50)의 부하를 그 만큼 줄일 수 있으므로, 상대적으로 작은 히트펌프의 용량으로도 급격한 온수나 난방부하의 증가시에도 안정적으로 온수를 공급할 수 있어서 경제적이다. 아울러, 그만큼 응축기(60)의 응축압력과 응축온도가 낮아지게 되고, 압축기(40)의 부하도 줄어들어서, 압축기(40)가 과부하로 이해 소손되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 콘트롤러(100)에는 목욕탕의 영업종료시간과 같은 시점이 미리 입력이 입력된다. 그리고, 이러한 설정시간에 도달되면 역시 콘트롤러(100)가 전술한 바와 동일한 방식으로 밸브(V1,V2,V3,V4)를 개폐전환하여, 응축기(20)의 열로 저수탱크(60)의 물을 가열하여 둠으로써 열을 비축할 수 있다.

도면중 미설명부호 12는 어큐뮬레이터, 14는 오일분리기, 16은 리시버탱크, 52와 62는 순환펌프이다. 도시된 실시예에서는 저수탱크(60)와 옥상고가수조(62)가 별도로 구비된 것으로 도시되었으나, 이들은 단일의 저수탱크로 통합될 수 있으며, 또한, 저수탱크(60)를 필요에 따라 적절한 용량의 탱크로 분할하고, 그 중 어느 하나 또는 복수개의 탱크에 상기 연결관(L8)을 연결할 수도 있음은 물론이다. 아울러, 도시된 온수공급시스템은 히트펌프를 사용하여 온수를 가열하는 것으로 도시되었으나, 이에 부가적으로 보일러와 같은 보조적인 열원이 병렬적으로 설치될 수 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 히프펌프를 사용하는 온수공급시스템에서, 응축기(20)과 온수탱크(50)를 연결하는 연결관(L2)에 저수탱크(60)와 순환되는 연결관(L8)을 분기시키고, 이들 관에서 온수의 흐름방향을 전환하는 밸브(V1,V2,V3,V4)를 구비함으로써, 온수탱크(20)가 설정온도에 도달하거나, 영업시간의 종료 등으로 온수탱크(20)의 가열이 더 이상 불필요한 경우 등에는, 콘트롤러(100)에 의해 응축기(20)의 발생열로 저수탱크(60)의 물을 예열시켜 둠으로써, 응축기의 불요불급한 폐열로 저수탱크(60)의 물을 미리 가열시킴으로써, 종래에 단순 한 저수조의 역할에 불과하던 저수탱크(60)를 일종의 축열조로 기능할 수 있도록 하여, 상대적으로 작은 히트펌프의 용량으로도 급격한 온수나 난방부하의 증가시에도 안정적으로 온수를 공급할 수 있어서 경제적이다.

또한, 본 발명을 기존에 설치된 목욕탕 등에 적용하는 경우에는, 기존의 히트펌프에 연결관(L8)을 응축기(20)와 저수탱크(60) 사이에 설치하는 간단한 추가설비 및 작업에 의해 기존 설비를 업그레이드하여 전술한 바와 같이 시스템의 전체 효율을 대폭 증대시킬 수 있어서, 기존의 설비를 크게 증설하지 않으면서도 상당한 용량의 증대 및 에너지절감의 효과를 달성할 수 있다.

Claims

실외측에 배치되어 외기로부터 열을 회수하는 증발기(10)와, 냉매관(L1)을 통해 상기 증발기(10)와 연결되는 응축기(20)와, 상기 냉매관(L1) 상에 접속되어 열교환싸이클을 이루는 팽창밸브(30) 및 압축기(40)와, 온수관(L2)을 통해 상기 응축기(20)에 연결되며 이 응축기(20)서 가열된 온수가 수집되는 온수탱크(50)와, 급수라인을 통해 물이 공급되며 보충수공급관(L3)을 통해 상기 온수탱크(50)로 보충수를 공급하는 저수탱크(60)와, 상기 온수탱크(50)로부터 인출되어 수도전, 샤워헤드, 온탕, 바닥난방 등의 사용처로 온수를 배분하는 분배관(L4)을 포함하는 히트펌프를 이용한 온수공급 시스템에 있어서, 상기 응축기(20)로부터 가열된 온수가 순환되는 온수관(L2)에는 상기 저수탱크(60)로 순환되는 연결관(L8)이 분기되고, 상기 온수관(L2)과 상기 연결관(L8)에는 흐름을 상호절환시키기 위한 밸브(V1,V2,V3,V4)가 구비된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 온수공급시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템에는 콘트롤러(100)가 구비되고, 상기 온수탱크(50)에는 온도센서(T1)이 구비되며, 상기 온수탱크(50)의 온도가 설정온도에 도달하면, 콘트롤러(100)는 상기 밸브(V1,V2,V3,V4)를 제어하여 응축기(20)에서 가열된 물을 저수탱크(60)로 순환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 온수공급시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템에는 콘트롤러(100)가 구비되어 영업종료시점 기타 소정의 시간이 설정되며, 이 설정 시점에 도달되면 상기 콘트롤러는 상기 밸브(V1,V2,V3,V4)를 제어하여 응축기(20)에서 가열된 물을 저수탱크(60)로 순환시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 온수공급시스템.