KR100818760B1 - 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템 - Google Patents

병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2개의 히트펌프를 혼합하여 사용하므로써 폐열의 수량에 변하여도 안정적으로 사계절 냉수 및 온수를 이용한 시설에 사용할 수 있는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 주요구성은, 원수가 저장되는 원수공급처와; 고온의 폐수가 저장되는 폐수공급처와; 냉수가 저장되는 축냉탱크와; 원수공급처의 원수 및 폐열공급처의 폐수를 상호 열교환시켜 원수의 온도를 증가시켜 1차 온수로 변환시키고, 또한 폐열공급처의 폐수와 축냉탱크의 냉수의 혼합수를 원수공급처의 원수와 상호 열교환시켜 원수를 일정한 온도를 갖는 기준수로 변환시키는 폐수열회수기와; 폐수열회수기를 통과하면서 온도가 증가된 1차 온수가 저장되는 축열탱크를 구비하는 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템에 있어서, 축열탱크에 저장된 1차 온수를 제1응축기로 유입시켜 제1응축기 내부의 고온의 냉매와 열교환시켜 1차 온수의 온도를 고온으로 상승시켜 2차 온수로 변환시키고, 기준수를 제1증발기로 유입시켜 기준수의 온도를 저온으로 하강시켜 1차 냉각수로 변환시키는 수냉식 히트펌프와; 폐수공급처에서 공급되는 폐수의 유량이 기준 유량보다 적을 경우 축열탱크에 저장된 1차 온수의 일부를 제2응축기로 유입시켜 제2응축기 내부의 고온의 냉매와 열교환하여 1차 온수의 온도를 고온으로 상승시켜 3차 온수로 변환시키고, 기준수를 제2증발기로 유입시켜 기준수의 온도를 저온으로 하강시켜 2차 냉각수로 변환시키는 공랭식 히트펌프와; 수냉식 히트펌프와 공랭식 히트펌프를 통과한 고온의 온수가 저장되는 온수탱크;를 포함하며 수냉식 히트펌프와 공랭식 히트펌프를 통과한 냉각수는 축냉탱크에 저장되는 것을 특징으로 한다.
수냉식 히트펌프, 공랭식 히트펌프, 증발기, 응축기, 축열탱크, 폐수열회수기, 축냉탱크, 냉방시설, 난방시설

Description

병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템{COOLING AND HEATING COMBINED SYSTEM USING HEAT PUMP OF PARALLEL COUPLED TYPE}
도 1은 종래의 냉동기를 이용한 폐열회수시스템을 도시한 개략도
도 2는 본 발명의 2병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템의 개략도.
도 3은 본 발명의 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템의 난방시 흐름도.
도 4는 본 발명의 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템의 냉방시 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 온수공급처 2 : 폐수공급처
3 : 폐수열회수기 4 : 제1폐열교환부
5 : 제2폐열교환부 6 : 수냉식 히트펌프
9 : 공랭식 히트펌프 12 : 축열탱크
13 : 온수탱크 14 : 난방시설
15 : 축냉탱크 16 : 냉방시설
본 발명은 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2개의 히트펌프를 혼합하여 사용하므로써 폐열의 수량에 변하여도 안정적으로 사계절 냉수 및 온수를 이용한 시설에 사용할 수 있는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템에 관한 것이다.
이하, 본 발명에서 사용된 원수, 폐수, 1차 온수, 2차 온수, 기준수, 1차 냉각수, 2차 냉각수, 냉수는 각각 다음과 같이 정의한다. "원수'는 폐수열회수기에 공급되는 물을 의미하고, "폐수"는 고온의 폐열을 갖는 물을 의미하고, "1차 온수"는 원수가 폐수열회수기에서 폐수와 열교환되어 온도가 증가된 물을 의미하고, "2차 온수"는 1차 온수가 수냉식 히트펌프의 제1응축기에서 가열된 물을 의미하고, "3차 온수"는 1차 온수가 공랭식 히트펌프의 제2응축기에서 가열된 물을 의미하고, "기준수"는 원수가 폐수열회수기에서 폐수+냉수의 혼합수와 열교환하면서 약 12℃의 온도를 갖는 물을 의미하며, "1차 냉각수"는 기준수가 수냉식 히트펌프의 제1증발기에서 냉각된 물을 의미하고, "2차 냉각수"는 기준수가 공랭식 히트펌프의 제2증발기에서 냉각된 물을 의미하고, "냉수"는 1차 냉각수 및 2차 냉각수가 축냉탱크에 저장된 물을 의미한다.
일반적으로 목욕탕 및 사우나(찜질방) 등에서는 사용되고 버려지는 폐수로부터 폐수열회수기를 이용하여 열을 회수하여 에너지 절감을 하고 있다. 도 1은 대한민국등록특허 제10-574275호인 종래의 냉동기를 이용한 폐수열회수시스템의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 대한민국등록특허 제10-574275호의 폐수열회수시스템은 원수의 급수원(106)을 냉동기(102)의 증발기(117)에 연결하고, 상기 증발기(117)는 폐수열회수기(101)에 연결되며, 유입된 원수를 적정한 온도까지 하강시키도록 순환시킨다. 또한, 증발기(117)는 유체도관에 의해 압축기(114)에 연결되어 증발기를 통해 잠열을 가진 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축함으로써 큰 열량을 갖는다. 또한 압축기(114)는 도관에 의해 응축기(115)에 연결된다. 이와 같이 압축기(114)를 통과한 고온 고압의 냉매가 상기 응축기(115)를 통과하면서 폐수열회수기(101)를 통과한 원수와 열교환을 하게 되고, 열을 축적한 원수는 순환펌프(111) 를 통해 축열탱크(103)에 저장되게 된다. 응축기(115)를 통과한 냉매는 팽창변(121)을 통과하면서 저온 저압으로 상변화를 일으킨 후에, 증발기(117)로 이동하여 원수를 냉각시킨다. 또한, 상기 폐수열회수기(101)는 목욕탕(120)등의 폐수 공급원(107)과 연결되어 폐열을 유입하게 된다. 이때, 상기 증발기(117)를 순환한 원수는 상기 폐수열회수기(101)를 통과하는 고온의 폐열로부터 열을 흡수하여 열을 가진 폐수으로 배출되고, 상기 폐열은 열을 빼앗기 후 폐열출구(108)를 통해 저온의 폐열로 배출되게 된다.
상기 폐수열회수기(101)를 통과한 열원의 일부는 냉수분배기(113)를 통해 냉수로 목욕탕(120)에 공급될 수 있고, 나머지 일부는 상기 응축기(115)로 보내져서 열을 흡수하게 된다. 상기 축열탱크(103)에 저장된 온수는 온수탱크에 저장되어 목욕탕으로 공급되는 시스템이다.
상기와 같이 종래의 냉동기를 이용한 폐열회수시스템은 폐열을 냉동기(102)의 증발기(117)내부로 유입하는 대신에 열원을 증발기(117)로 유입하여 순환시키는 것과, 증발기(117)의 내부를 순환한 열원을 폐수열회수기(101) 내부로 통과시켜 순수 온수만을 생산하는 시스템으로, 목욕탕 및 사우나(찜질방)에서 냉방 및 난방(바닥난방시설 포함)은 전혀 사용할 수 없으며, 또한 사계절 온수생산 시 열원 공급온도가 5℃(동절기)~25℃(하절기)의 온도변화에 따라 용량제어가 안됨으로써, 냉동기의 빈번한 고장 및 성능저하(또는 원하는 온수생산 안됨)가 발생되며, 하절기의 경우 폐열온도 34℃와 열원온도 25℃의 열교환 되어 얻어진 열량이 거의 없기 때문에 폐수열회수기의 역할이 상당히 미미하다. 그리고 기존의 냉동기의 경우 응축온도가 50℃인 R-22냉매를 사용함으로서, 일반적으로 목욕탕 및 사우나(찜질방)에서 요구하는 60℃의 온수를 공급하지 못함으로써, 보조열원인 보일러가 필요하다는 단점이 있다.
따라서, 현재까지 단일시스템을 이용하여 냉수 및 온수를 이용한 시설겸용 및 보조열원이 없는 시스템은 없으며, 냉동기 및 열교환기의 성능 향상과 빈번한 열교환기의 고장을 줄여 획기적인 에너지 절감을 크게 할 수 있는 시스템에 대한 요구가 지속적으로 있어왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 2개의 히트펌프를 혼합하여 사용하므로써 폐열의 수량에 변하여도 안정적으로 온수와 냉수를 얻을 수 있는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 하나의 2패스라인 폐수열회수기를 사용하여 온수와 냉수를 사계절 사용할 수 있는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 병렬연결된 히트펌프에 의해 폐수의 수량이 적은 상태에서 히트펌프의 냉매와 열교환되어도 히트펌프의 고장 및 성능 저하를 방지할 수 있는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템은, 원수가 저장되는 원수공급처와; 고온의 폐수가 저장되는 폐수공급처와; 냉수가 저장되는 축냉탱크와; 상기 원수공급처의 원수 및 상기 폐열공급처의 폐수를 상호 열교환시켜 원수의 온도를 증가시켜 1차 온수로 변환시키고, 또한 폐열공급처의 폐수와 축냉탱크의 냉수의 혼합수를 원수공급처의 원수와 상호 열교환시켜 원수를 일정한 온도를 갖는 기준수로 변환시키는 폐수열회수기와; 상기 폐수열회수기를 통과하면서 온도가 증가된 1차 온수가 저장되는 축열탱크를 구비하는 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템에 있어서,
상기 축열탱크에 저장된 1차 온수를 제1응축기로 유입시켜 제1응축기 내부의 고온의 냉매와 열교환시켜 1차 온수의 온도를 고온으로 상승시켜 2차 온수로 변환시키고, 상기 기준수를 제1증발기로 유입시켜 기준수의 온도를 저온으로 하강시켜 1차 냉각수로 변환시키는 수냉식 히트펌프와; 상기 폐수공급처에서 공급되는 폐수의 유량이 기준 유량보다 적을 경우 상기 축열탱크에 저장된 1차 온수의 일부를 제2응축기로 유입시켜 제2응축기 내부의 고온의 냉매와 열교환하여 1차 온수의 온도를 고온으로 상승시켜 3차 온수로 변환시키고, 상기 기준수를 제2증발기로 유입시켜 기준수의 온도를 저온으로 하강시켜 2차 냉각수로 변환시키는 공랭식 히트펌프와; 상기 수냉식 히트펌프와 공랭식 히트펌프를 통과한 고온의 온수가 저장되는 온수탱크;를 포함하며 상기 수냉식 히트펌프와 공랭식 히트펌프를 통과한 냉각수는 상기 축냉탱크에 저장되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 폐수열회수기는 상기 원수공급처의 원수 및 상기 폐열공급처의 폐수를 상호 열교환시켜 원수의 온도를 증가시키는 제1폐열교환부와; 상기 원 수공급처의 원수 및 상기 폐열공급처의 폐수와 상기 축냉탱크의 냉수의 혼합수를 상호 열교환시키는 제2폐수열교환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 폐수공급처에서 폐수열회수기로 연결된 도관의 일측에 설치되어 흐르는 유량을 체크하는 유량센서와; 상기 유량센서에서 체크된 폐수의 유량이 기준 유량보다 적을 경우 수냉식 히트펌프의 제1응축기에서 배출된 2차 온수 및 제1증발기에서 배출된 1차 냉각수가 공랭식 히트펌프의 제2응축기 및 제2증발기에 각각 유입되도록 도관을 오픈시키는 전자밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 축열탱크의 내부에서 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하며, 상기 온도센서의 온도가 기준이하일 때 상기 전자밸브를 오픈시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 축열탱크의 내부에서 수위를 측정하는 수위센서와; 상기 수위센서에서 측정된 수위가 최고수위이면 상기 축열탱크로 유입되는 1차 온수를 차단하는 차단밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 혼합수와 열교환되는 상기 원수의 온도를 측정하는 온도센서와; 상기 온도센서에서 측정된 온도에 따라 상기 폐열공급처의 폐수와 상기 축냉탱크의 냉수의 혼합비율을 조절하는 전자밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제1 및 제2응축기를 통과한 고온의 온수는 상기 축열탱크에 저장되고, 기준온도 이상일 때 상기 온수탱크로 이송되는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템에 대하여 자세히 살펴본다. 도 2는 본 발명의 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템의 난방시 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템의 냉방시 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 원수가 저장되는 원수공급처(1)와, 고온의 폐수가 저장되는 폐수공급처(2)와, 상기 원수가 냉각된 냉수가 저장되는 축냉탱크(15)와, 상기 원수공급처의 원수 및 상기 폐열공급처(2)의 폐수를 상호 열교환시켜 원수의 온도를 증가시켜 1차 온수로 변환시키고, 또한 상기 원수공급처(1)의 원수 및 상기 폐열공급처(2)의 폐수와 상기 축냉탱크(15)의 냉수의 혼합수를 상호 열교환시켜 원수의 온도를 일정한 온도를 갖는 기준수로 변환시키는 폐수열회수기(3)와, 상기 폐수열회수기(3)를 통과하면서 온도가 증가된 1차 온수가 저장되는 축열탱크(12)와, 상기 축열탱크(12)에 저장된 1차 온수를 제1응축기(7)로 유입시켜 제1응축기(7) 내부의 고온의 냉매와 열교환시켜 1차 온수의 온도를 고온으로 상승시켜 2차 온수로 변환시키고, 상기 혼합수와 열교환된 기준수를 제1증발기(8)로 유입시켜 기준수의 온도를 1차 냉각수로 하강시키는 수냉식 히트펌프(6)와 상기 수냉식 히트펌프(6)를 통과한 고온의 2차 온수가 저장되는 온수탱크(13)로 이루어진다. 이때, 수냉식 히트펌프(6)의 제1응축기(7)를 통과한 2차 온수의 온도가 기준 온도(60℃) 이하일 때에는 축열탱크(12)에 저장되어 순환되고, 기준 온도 이상일 때 온수탱크(13)로 이송되도록 설정할 수 있다.
한편, 폐수공급처에서 공급되는 폐수의 유량이 기준 유량보다 적을 경우 축열탱크(12)에 저장된 1차 온수의 일부를 제2응축기(10)로 유입시켜 제2응축기(10) 내부의 고온의 냉매와 열교환하여 고온으로 상승시켜 3차 온수로 변환시키고, 상기 혼합수와 열교환된 기준수의 일부를 제2증발기(11)로 유입시켜 기준수의 온도를 2차 냉각수로 하강시키는 공랭식 히트펌프(9)를 포함한다. 이와 같이, 폐수의 유량이 적으면 폐수열회수기(3)에서 열교환 효율이 감소되어 수냉식 히트펌프의 제1응축기(7)로 유입되는 1차 온수의 온도가 낮아 제1응축기(7)의 열교환 효율이 감소되어 고장의 원인이 되는 문제가 있으나, 공랭식 히트펌프의 제2응축기(10)로 각각 분할하여 공급하면 수냉식 히트펌프(6) 및 공랭식 히트펌프(9)의 열교환 효율이 높아져 원수의 온도가 낮아도 온도를 증가시킬 수 있다.
폐수열회수기(3)는 원수공급처(1)의 원수 및 상기 폐열공급처(2)의 폐수를 상호 열교환시켜 원수의 온도를 증가시키는 제1폐열교환부(4)와 원수공급처(1)의 원수 및 상기 폐열공급처(2)의 폐수와 상기 축냉탱크(15)의 냉수의 혼합수를 상호 열교환시키는 제2폐수열교환부(5)로 이루어진다.
또한, 원수공급처(1) 및 축열탱크(12)에는 원수의 온도를 측정하는 온도센서(27,28)가 부착되고, 상기 폐열공급처(2)의 폐수와 상기 축냉탱크(15)의 냉수의 혼합비율을 조절하기 위한 전자밸브(21,22)가 설치된다.
또한, 축열탱크(12)의 내부에는 수위를 측정하는 수위센서(28)가 설치되고, 수위센서(28)에서 측정된 수위가 최고수위이면 상기 축열탱크(12)로 유입되는 1차 온수를 차단하는 차단밸브(23)와 축열탱크의 온도가 일정이상이면 온수탱크(13)로 배출시키는 압력펌프(26)가 더 설치된다.
이와 같이, 온수탱크(13)에 저장된 고온의 온수(1차, 2차 및 3차 온수)는 난방시설(14)에 공급되고, 축냉탱크(15)에 저장된 저온의 냉수(1차, 2차 냉각수)는 냉방시설(16)에 공급된다.
이하, 본 발명에 따른 폐수열회수기를 이용한 수냉식 히트펌프의 동작에 대한 내용을 구체적으로 설명한다.
(1) 온수생산 및 온수를 이용한 난방과정
도 3에 도시된 바와 같이, 원수공급처(1)의 원수(동절기에는 약5℃이고, 환절기에는 약 15℃이며, 하절기에는 약 25℃의 온도를 갖는다.)는 제1도관(31)을 통해 폐수열회수기(3)의 제1폐열교환부(4)로 공급된다. 폐열공급처(2)의 약 32~34℃의 폐수는 제2도관(32)을 통해 폐수열회수기(3)의 제1폐열교환부(4)로 공급한다. 이에 따라 제1폐열교환부(4)에서 저온의 원수와 고온의 폐수가 서로 반대방향으로 진행하면서 제1도관(31)으로 공급된 원수와 1차 열교환된다.
제1폐열교환부(4)를 통과하면서 온도가 증가된 1차 온수는 3도관(33)을 통해 축열탱크(12)에 저장된다. 제1폐열교환부(4)를 통과한 폐수는 온도가 감소되어 제4도관(34)을 통해 외부로 방류된다.
축열탱크(12)에 저장된 1차 온수는 제5도관(35)을 통해 수냉식 히트펌프(6)의 제1응축기(7)로 유입된다. 제1응축기(7) 수배관 입구로 유입된 1차 온수는 히트펌프(6)의 냉매 배관에서 순환하는 냉매의 응축열(65℃)과 2차 열교환된다. 2차 열교환되어 온도가 증가된 2차 온수는 제6도관(36)을 통해 축열탱크(12)에 다시 저장된다. 축열탱크(12)로 유입된 2차 중수는 축열탱크(12) 내의 1차 온수와 혼합되고 기준 온도에 미달되었을 때에 다시 수냉식 히트펌프의 제1응축기(7)로 유입되어 열교환된다.
한편, 폐수공급처에서 제1폐열교환부(4)로 연결된 제2도관(32)의 일측에 설치되어 흐르는 유량을 체크하는 유량센서(29)에 의해 폐수의 유량이 기준 유량보다 적을 경우 제5도관(35)의 일측에 형성된 전자밸브(24)를 오픈시켜 1차 온수의 일부를 제7도관(37)을 통해 공랭식 히트펌프(9)의 제2응축기(10)로 유입시켜 열교환시킨다. 공랭식 히트펌프의 제2응축기(10)에서 열교환되어 온도가 증가된 3차 온수는 제8도관(38)을 통해 다시 축열탱크(12)에 저장된다. 이와 같이, 폐수의 유량이 적으면 제1폐열교환부(4)에서 열교환 효율이 감소되어 1차 온수의 온도가 낮아지고, 수냉식 히트펌프의 제1응축기(7)에서 열교환되는 효율이 감소되어 2차 온수의 온도도 낮아지는 문제가 있다. 이에 따라 1차 온수를 수냉식 히트펌프의 제1응축기(7)와 공랭식 히트펌프의 제2응축기(10)로 각각 분할하여 공급하면 수냉식 히트펌프(6) 및 공랭식 히트펌프(9)의 열교환 효율이 높아져 1차 온수의 온도를 단시간에 증가시킬 수 있다.
또한, 축열탱크(12)에 부착된 온도센서(28)에 의해 1차 온수의 온도가 기준온도보다 낮을 때에도 제5도관(35)의 일측에 형성된 전자밸브(24)를 오픈시켜 1차 온수를 수냉식 히트펌프의 제1응축기(7)와 공랭식 히트펌프의 제2응축기(10)로 각각 유입시킬 수 있다.
이와 같이 과정을 통해, 축열탱크(12)와 수냉식 히트펌프의 제1응축기(7) 또는 공랭식 히트펌프의 제2응축기(10)를 반복적으로 순환되어 축열탱크 내부의 온수가 약 60℃의 고온수일 때에는 제9도관(39)을 통해 온수탱크(13)에 저장된다. 또한, 축열탱크(12)의 내부에서 수위를 측정하는 수위센서(38)에서 측정된 수위가 최고수위이면 차단밸브(39)가 오프(close)되어 제1폐열교환부(4)에서 축열탱크(12)로 유입되는 1차 온수가 차단된다. 또한, 수냉식 히트펌프의 제1응축기(7) 및 공랭식 히트펌프의 제2응축기(10)에서 열교환된 2차 온수 및 3차 온수의 온도가 고온일 때에는 축열탱크(12)에 저장되지 않고 직접 온수탱크(13)에 저장될 수도 있다.
온수탱크(13)에 저장된 고온수는 제10도관(40)을 통해 온수가 사용되는 사용처(11)에 공급되거나 또는 제11도관(41)을 통해 난방시설(10)로 공급하여 난방용으로 사용할 수 있다.
(2) 냉수생산 및 냉수를 이용한 냉방과정
도 4에 도시된 바와 같이, 원수공급처(1)의 원수는 제12도관(51)을 통해 폐수열회수기의 제2폐열교환부(5)로 공급된다. 그리고, 폐열공급처(2)에 연결된 제13도관(52)과 축냉탱크에 연결된 제14도관(53)이 서로 결합되어 고온의 폐수와 저온의 냉수가 혼합된 혼합수는 제15도관(54)을 통해 제2폐열교환부(5)로 공급된다. 한편, 원수와 혼합수는 제2폐열교환부(5)에서 서로 반대방향으로 진행하면서 원수가 약 12℃의 온도를 갖는 기준수가 되도록 열교환된다. 제2폐열교환부(5)를 통과한 기준수는 제16도관(55)을 통해 수냉식 히트펌프의 제1증발기(8)로 유입된다.
이때, 원수공급처(1)에 설치된 온도센서(27)에서 측정된 원수의 온도에 따라 제13도관(52)과 제14도관(53)에 설치된 전자밸브(21,22)를 조절하여 혼합되는 폐수와 냉수의 비율을 조절한다. 즉, 열원공급처에서 공급되는 원수의 온도는 동절기(5℃), 환절기(15℃), 하절기(25℃)이며, 계절별 온도가 다른 원수를 수냉식 히트펌프의 제1증발기(8)에 바로 공급하게 되면, 동절기의 경우 원수의 온도가 너무 낮아 온수가 생산되지 않으며, 하절기의 경우 원수의 온도가 너무 높아 제1증발기 과열 현상에 의하여 제품 고장을 유발한다. 따라서, 동절기 경우 온도센서(27)에 의하여 측정된 원수 온도가 5℃인 경우 12℃의 온도를 갖는 기준수를 만들기 위하여 축냉탱크(15)에서 유입되는 전자밸브(22)를 닫고, 폐수공급처(2)에서 공급되는 유량을 제어하여 혼합수의 온도를 높이는 것이며, 반대로 하절기 경우 온도센서(27)에 의하여 측정된 원수 온도가 25℃인 경우 12℃의 온도를 갖는 기준수를 만들기 위하여 폐수공급처(2)의 전자밸브(21)를 차단하고, 축냉탱크(15)의 전자밸브(22)를 제어하여 혼합수의 온도를 내림으로써 열교환된 기준수의 온도를 유지할 수 있다.
수냉식 히트펌프의 제1증발기(8)로 유입된 약 12℃의 기준수는 히트펌프(6)의 냉매 배관에서 순환하는 냉매의 증발열과 열교환되어 약 7℃로 온도로 냉각된 제1냉각수로 제17도관(59)을 통해 축냉탱크(15)에 저장된다. 축냉탱크(15)에 저장된 제1냉각수는 냉수로서 제20도관(60)을 통해 냉방시설(4)로 공급되거나 또는 제21도관(61)을 통해 원수공급처(1)로 제공된다.
한편, 온수생산 과정에서 공랭식 히트펌프의 제2응축기(10)에 1차 온수가 유입되면 동시에 제16도관(55)의 일측에 형성된 전자밸브(25)를 오픈시켜 제2폐열교환부(5)에서 배출되는 약 12℃의 기준수 일부를 제18도관(37)을 통해 공랭식 히트펌프의 제2증발기(11)로 유입시켜 열교환시킨다. 이와 같이, 공랭식 히트펌프의 제2증발기(11)에 제2폐열교환부(5)에서 배출되는 기준수가 공급되면 신속하게 냉수를 생성할 수 있으며, 공랭식 히트펌프의 제2응축기(10)에 유입되는 1차 온수의 량과 동일하게 제2증발기(11)에 유입시키면 히트펌프의 고장을 방지할 수 있다.
한편, 공랭식 히트펌프의 제2증발기(11)에서 배출된 2차 냉각수는 제19도관(61)을 거쳐 축냉탱크(15)로 유입된다. 축냉탱크(15)에 저장된 2차 냉각수는 냉수로서 제20도관(60)을 통해 냉방시설(4)로 공급되거나 또는 제21도관(61)을 통해 원수공급처(1)로 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템은 2개의 히트펌프를 병렬로 연결하여 사용하기 때문에 폐열의 수량이 변화되어도 안정적으로 냉수와 온수를 사계절 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 폐수의 수량이 적어 고온의 온수와 히트펌프의 냉매가 열교환되어도 히트펌프의 고장 및 성능 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 수냉식 히트펌프 또는 공랭식 히트펌프를 병렬로 연결하여 사용하기 때문에 여름철에 냉매의 온도가 높기 때문에 원수의 온도를 낮추는데 효율이 낮은 수냉식 히트펌프의 문제와 겨울철에 냉매의 온도가 너무 낮아 원수의 온도를 높이는 효율이 낮아지는 공랭식 히트펌프의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 이는 보조열원인 보일러가 필요 없으므로, 전기에너지 외에 별도의 에너지를 사용하지 않아 에너지 절감을 획기적으로 줄일 수 있다.

Claims (8)

  1. 원수가 저장되는 원수공급처와; 고온의 폐수가 저장되는 폐수공급처와; 냉수가 저장되는 축냉탱크와; 상기 원수공급처의 원수 및 상기 폐열공급처의 폐수를 상호 열교환시켜 원수의 온도를 증가시켜 1차 온수로 변환시키고, 또한 폐열공급처의 폐수와 축냉탱크의 냉수의 혼합수를 원수공급처의 원수와 상호 열교환시켜 원수를 일정한 온도를 갖는 기준수로 변환시키는 폐수열회수기와; 상기 폐수열회수기를 통과하면서 온도가 증가된 1차 온수가 저장되는 축열탱크를 구비하는 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템에 있어서,
    상기 축열탱크에 저장된 1차 온수를 제1응축기로 유입시켜 제1응축기 내부의 고온의 냉매와 열교환시켜 1차 온수의 온도를 고온으로 상승시켜 2차 온수로 변환시키고, 상기 기준수를 제1증발기로 유입시켜 기준수의 온도를 저온으로 하강시켜 1차 냉각수로 변환시키는 수냉식 히트펌프와;
    상기 폐수공급처에서 공급되는 폐수의 유량이 기준 유량보다 적을 경우 상기 축열탱크에 저장된 1차 온수의 일부를 제2응축기로 유입시켜 제2응축기 내부의 고온의 냉매와 열교환하여 1차 온수의 온도를 고온으로 상승시켜 3차 온수로 변환시키고, 상기 기준수를 제2증발기로 유입시켜 기준수의 온도를 저온으로 하강시켜 2차 냉각수로 변환시키는 공랭식 히트펌프와;
    상기 수냉식 히트펌프와 공랭식 히트펌프를 통과한 고온의 온수가 저장되는 온수탱크;를 포함하며 상기 수냉식 히트펌프와 공랭식 히트펌프를 통과한 냉각수는 상기 축냉탱크에 저장되는 것을 특징으로 하는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폐수열회수기는 상기 원수공급처의 원수 및 상기 폐열공급처의 폐수를 상호 열교환시켜 원수의 온도를 증가시키는 제1폐열교환부와;
    상기 원수공급처의 원수 및 상기 폐열공급처의 폐수와 상기 축냉탱크의 냉수의 혼합수를 상호 열교환시키는 제2폐수열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폐수공급처에서 폐수열회수기로 연결된 도관의 일측에 설치되어 흐르는 유량을 체크하는 유량센서와;
    상기 유량센서에서 체크된 폐수의 유량이 기준 유량보다 적을 경우 수냉식 히트펌프의 제1응축기에서 배출된 2차 온수 및 제1증발기에서 배출된 1차 냉각수가 공랭식 히트펌프의 제2응축기 및 제2증발기에 각각 유입되도록 도관을 오픈시키는 전자밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 축열탱크의 내부에서 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하며, 상기 온도센서의 온도가 기준이하일 때 상기 전자밸브를 오픈시키는 것을 특징으로 하는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축열탱크의 내부에서 수위를 측정하는 수위센서와;
    상기 수위센서에서 측정된 수위가 최고수위이면 상기 축열탱크로 유입되는 1차 온수를 차단하는 차단밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합수와 열교환되는 상기 원수의 온도를 측정하는 온도센서와;
    상기 온도센서에서 측정된 온도에 따라 상기 폐열공급처의 폐수와 상기 축냉탱크의 냉수의 혼합비율을 조절하는 전자밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2응축기를 통과한 고온의 온수는 상기 축열탱크에 저장되고, 기준온도 이상일 때 상기 온수탱크로 이송되는 것을 특징으로 하는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 온수탱크에 저장된 고온의 온수는 온수를 이용하는 난방시설에 공급되고, 상기 축냉탱크에 저장된 저온의 냉수는 냉수를 이용하는 냉방시설에 공급되는 것을 특징으로 하는 병렬연결방식의 히트펌프를 이용한 냉난방 겸용 시스템.
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