KR100904363B1 - 히트 펌프식 급탕 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 히트 펌프식 급탕 공급장치에 관한 것으로서, 상세하게는 급탕 공급 장치의 구조를 개선하여 장치의 성능이 일정하게 유지되고, 사용자의 급탕 요구에 대한 응답성이 개선되도록 하는 히트펌프식 급탕 공급 장치에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프식 급탕 공급장치에는, 급수원으로부터 공급받은 냉수와, 공급장소로 공급할 온수가 저장되는 급탕 축열조;와, 상기 냉수에 열을 전달하여 상기 냉수가 가열되도록 하며, 냉매가 압축되도록 하는 압축기와, 상기 압축된 냉매가 응축되도록 하는 응축기와, 상기 냉매가 감압되도록 하는 팽창밸브 및 상기 냉매가 기화되도록 하는 증발기가 포함되는 히트 펌프; 및 지열을 열원으로 하여 상기 증발기내의 냉매와 열교환이 이루어지도록 하는 지열 교환기를 포함하며, 상기 급탕 축열조에는, 상기 냉수 및 온수가 수평 방향의 층을 이루어 분포되도록 하는 적어도 하나의 확산부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 히트 펌프식 급탕 공급장치에 의하면, 사이클을 순환하는 유체의 온도 변화에 대하여 일정한 성능이 유지되는 급탕 공급장치를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

히트 펌프, 급탕 축열조, 축열 순환 펌프

Description

히트 펌프식 급탕 공급장치 {The hot water supply system using heat pump}

본 발명의 실시예는 히트 펌프식 급탕 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 급탕 공급장치라 함은, 급수원으로부터 공급된 차가운 물을 소정의 수단으로 가열하여 사용자에게 공급하는 장치를 말한다.

한편, 종래의 급탕 공급장치에는, 급수원으로부터 받은 냉수가 가열되도록 하는 수단으로서 보일러와, 보일러에 의하여 가열된 온수 및 상기 급수원으로부터 공급된 냉수가 보관되는 급탕 탱크가 포함되는 것이 일반적이다.

그리고, 상기 보일러는 가스 또는 기름을 열원으로 하여 물을 끓이는 방식을 취하고 있으며, 상기 보일러에는, 유체(물)가 순환되도록 하는 순환 펌프가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 순환 펌프에 의하여, 상기 급탕 탱크에 보관되는 냉수는 상기 보일러를 향하여 유동되고, 상기 보일러에 의하여 가열된 온수는 다시 상기 급탕 탱크로 유입될 수 있다.

그러나, 종래의 보일러를 이용한 급탕 공급장치에 의하면, 상기 급탕 탱크 내에 냉수 및 온수가 혼합되어 보관되므로, 상기 급탕 탱크의 상부 온도가 하강하 게 되는 문제점이 있었다.

그에 따라, 사용자에게 공급될 온수의 온도 또한 하강하게 되고, 공급 온수의 온도가 불균일해질 수 있다는 문제점이 있었다. 결국, 보일러를 이용한 급탕 공급장치의 작동효율이 낮게 형성된다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 급탕 탱크로부터 가정집의 욕실과 같은 온수 공급장소 간의 거리가 먼 것이 일반적이다. 따라서, 종래의 급탕 공급장치에 의하면, 사용자가 급탕 밸브를 개방하더라도, 소정의 시간이 흐른 후에 온수가 공급되는 문제점이 있었다. 즉, 사용자가 급탕 밸브를 개방하는 즉시, 온수가 공급되지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 실시예는 상기된 바와 같은 배경하에서 제안된 것으로서, 급탕 공급 장치의 구조를 개선하여 장치의 성능이 일정하게 유지되고, 사용자의 급탕 요구에 대한 응답성이 개선되도록 하는 히트펌프식 급탕 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 급수원으로부터 공급되는 냉수와 히트 펌프에 의하여 가열된 온수가 축열조 내에서 섞이지 않게 하고, 온수 및 냉수가 상부 및 하부에서 용이하게 성층화 될 수 있도록 확산 판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 급탕 축열조와 급탕 공급 장소와의 사이에 환탕 펌프 및 환수 라인을 제공하여 소정량의 온수를 순환하도록 함으로써 상기 축열조의 축열 효율을 증대시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 히트 펌프와 열교환 하면서 순환되는 유체의 온도 변화에 대하여 일정한 성능이 유지되도록 하는 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기된 바와 같은 목적을 달성하기 위한 실시예에 따른 히트 펌프식 급탕 공급장치에는, 급수원으로부터 공급받은 냉수와, 공급장소로 공급할 온수가 저장되는 급탕 축열조;와, 상기 냉수에 열을 전달하여 상기 냉수가 가열되도록 하며, 냉매가 압축되도록 하는 압축기와, 상기 압축된 냉매가 응축되도록 하는 응축기와, 상기 냉매가 감압되도록 하는 팽창밸브 및 상기 냉매가 기화되도록 하는 증발기가 포함 되는 히트 펌프; 및 지열을 열원으로 하여 상기 증발기내의 냉매와 열교환이 이루어지도록 하는 지열 교환기를 포함하며, 상기 급탕 축열조에는, 상기 냉수 및 온수가 수평 방향의 층을 이루어 분포되도록 하는 적어도 하나의 확산부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에 따른 히트 펌프식 급탕 공급장치에는, 급수원으로부터 공급되는 냉수가 하부에 저장되는 급탕 축열조;와, 지열과, 공기열 및 폐열 중 적어도 어느 하나를 열원으로 하며, 상기 냉수에 열을 전달하여 상기 냉수가 가열되도록 응축열을 제공하는 응축기가 포함되는 히트 펌프; 및 상기 급탕 축열조와 상기 히트 펌프 사이에 제공되어 상기 냉수가 유동되도록 하는 제 1 연결라인이 포함되며, 상기 제 1 연결라인에는, 상기 냉수가 상기 급탕 축열조로부터 상기 제 1 연결라인으로 유동되도록 제 1 개폐위치가 선택적으로 배열 가능한 3방 밸브가 포함된다.

제안되는 본 발명의 실시예에 의하면, 급탕 축열조 내에 확산 플레이트가 제공됨으로써, 급수원으로부터 공급되는 냉수와 히트 펌프에 의하여 가열된 온수가 축열조 내에서 섞이지 않게 하고, 온수 및 냉수가 상부 및 하부에서 용이하게 성층화 될 수 있다는 장점이 있다.

또한, 급탕 축열조와 급탕 공급 장소와의 사이에 환탕 펌프 및 환수 라인을 제공하여 소정량의 온수를 순환하도록 함으로써 상기 축열조의 축열 효율을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 사이클을 이루며 순환되는 유체에 대하여, 유체의 양과 방향으로 조절 하는 3방 밸브가 제공되도록 함으로써, 히트 펌프에 의한 유체 가열 성능이 일정하게 유지된다는 장점이 있다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 급탕 공급장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 급타 공급장치(1)에는, 사이클을 이루어 가동되면서 주변의 유체 또는 물과 열교환이 이루어지는 히트 펌프(10)와, 급수원(30)으로부터 공급되는 냉수 및 상기 냉수가 상기 히트 펌프(10)와 열교환을 하면서 형성되는 온수가 저장되는 급탕 축열조(20)와, 상기 히트 펌프(10)와 열교환 되며, 상기 히트 펌프(10)에 제공되는 증발기(14)에 기화 열을 제공하는 지열 교환기(50)가 포함된다.

상세히, 상기 히트 펌프(10)에는, 냉매를 고온 고압의 과열 증기로 압축하는 압축기(11)와, 상기 압축기(11)에서 압축된 냉매를 저온으로 응축하는 응축기(12)와, 상기 응축기(12)에서 응축된 포화액 또는 압축액이 감압되도록 하여 냉매가 2상 상태의 혼합액이 되도록 하는 팽창 밸브(13)와, 상기 팽창 밸브(13)에서 팽창된 냉매가 포화증기 또는 과열증기 상태로 증발되도록 하는 증발기(14)가 포함된다.

또한, 상기 응축기(12)에는, 냉매가 유동되는 냉매측 파이프(12a)와, 상기 냉매측 파이프(12a)와 열교환이 이루어지며 냉수가 유동되는 유체측 파이프(12b)가 포함될 수 있다.

그리고, 상기 증발기(14)에는, 냉매가 유동되는 냉매측 파이프(14a)와, 상기 냉매측 파이프(14a)와 열교환이 이루어지며 지열이 공급 또는 환수되도록 하는 소정의 유체가 유동되는 유체측 파이프(14b)가 포함될 수 있다.

또한, 상기 급탕 축열조(20)는 공급 장소(40)에 공급될 온수가 저장되어 소정의 열이 축적되도록 한다. 그리고, 상기 급탕 축열조(20)에는 상기 급수원(30)과 연결되는 연결 라인(후술함) 및 온수가 공급될 공급 장소(40)와 연결되는 연결 라인(후술함)이 제공될 수 있다.

여기서, 상기 급수원(30)으로부터 공급받는 냉수의 온도는 대략 10℃ ~ 15℃의 범위에서 형성되며, 상기 히트 펌프(10)에 의하여 가열되는 온수의 온도는 대략 50℃ ~ 55℃의 범위에서 형성될 수 있다.

그리고, 상기 급탕 축열조(20)에는, 상기 급탕 축열조(20)로부터 상기 공급 장소(40)로 공급되는 온수 중 적어도 일부가 다시 상기 급탕 축열조(20)로 환수되도록 하는 급탕 공급 펌프 또는 환탕 펌프(41)와, 상기 환탕 펌프(41)의 일측에 제공되며 온수가 역류되어 흐르지 않도록 하는 체크 밸브(42)가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 환탕 펌프(41)에 의하여 온수가 항상 또는 간헐적으로 순환될 수 있으며, 상기 온수는 설정온도를 유지하므로 상기 급탕 축열조(20)의 축열 효율이 증대되는 장점이 있다.

또한, 상기 히트 펌프(10)에는, 상기 히트 펌프(10)의 증발기(14)로부터 열을 환수하며 지열을 공급하는 지열 교환기(50)가 연결된다.

상세히, 상기 지열 교환기(50)에는, 상기 증발기(14)와 열교환하면서 얻은 폐열을 환수하는 환수 헤드(51)와, 상기 증발기(14)로 지중에서 얻은 열이 공급되도록 하는 공급 헤드(52)가 포함된다.

또한, 상기 환수 헤드(51) 및 공급 헤드(52)에는, 지중으로부터 열을 공급받거나 지중으로 열이 방출하도록 하는 열 파이프(53)가 연결될 수 있다.

그리고, 상기 열 파이프(53)에는, 상기 환수 헤드(51)와 연결되며, 상기 증발기(14)로부터 환수한 열이 지중으로 방출되도록 하는 환수 파이프(56)와, 상기 공급 헤드(52)와 연결되며 지중으로부터 공급되는 열이 상기 공급 헤드(52)로 이동되도록 하는 공급 파이프(54)와, 상기 공급 파이프(54)와 환수 파이프(56)간에 열 교환이 이루어지도록 하는 열교환 파이프(55)가 포함된다.

여기서, 상기 열 파이프(53)는 지중에 매설될 수 있다.

또한, 상기 급탕 축열조(20)는 상기 응축기(12)의 유체측 파이프(12b)에 제 1 연결라인(63)에 의하여 연결된다. 그리고, 상기 지열 교환기(50)는 상기 증발기(14)의 유체측 파이프(14b)에 제 2 연결라인(64)에 의하여 연결된다.

즉, 상기 급탕 축열조(20)에서 배출되는 냉수는 상기 유체측 파이프(12b)로 유동되고, 상기 냉매측 파이프(12a)와의 열교환에 의하여 온수로 형성된다. 그리고, 형성된 온수는 상기 제 1 연결라인(63)을 통하여 다시 상기 급탕 축열조(20)로 유입될 수 있다.

그리고, 상기 제 2 연결라인(64)의 일측은 상기 지열 교환기(50)의 환수 헤드(51) 및 공급 헤드(52)와 연결될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 연결라인(64)의 타측은 상기 증발기(14)의 유체측 파이프(14b)가 연결될 수 있다.

즉, 상기 증발기(14)로부터 환수된 열은 상기 제 2 연결라인(64)을 통하여 상기 환수 헤드(51)로 전달되며, 상기 공급 헤드(52)에 저장되는 지열은 상기 제 2 연결라인(64)을 통하여 상기 유체측 파이프(14b)로 이동될 수 있다.

또한, 상기 제 1 연결라인(63)에는, 상기 급탕 축열조(20)로부터 배출된 냉수 및 상기 히트 펌프(10)를 통과하여 데워진 온수의 양 또는 유동 방향을 조절하는 3방 밸브(61)가 제공될 수 있다.

그리고, 상기 3방 밸브(61)는 개폐가 조절됨으로써 상기 급탕 축열조(20)로부터 배출되는 냉수가 상기 히트 펌프(10)를 향하여 이동되도록 하거나, 상기 히트 펌프(10)를 거친 후 데워진 온수가 순환하면서 다시 상기 히트 펌프(10)로 이동되도록 조절할 수 있다.

그리고, 상기 3방 밸브는 개폐되는 정도가 조절되어 상기 냉수 및 온수의 유동량이 조절되도록 할 수 있다.

구체적으로, 상기 3방 밸브(61)는 일 방향으로 개폐되는 경우, 상기 급탕 축열조(20)로부터 배출된 냉수가 상기 제 1 연결라인(63)을 통하여 상기 유체측 파이프(12b)측으로 이동될 수 있다. 이 상태의 상기 3방 밸브(61)의 위치를 "제 1 개폐위치"라 칭한다.

그리고, 상기 제 1 개폐위치에서 소정량의 냉수가 상기 제 1 연결라인(63)을 통하여 상기 응축기(12)측으로 이동되면, 상기 3방 밸브(61)는 타 방향으로 개폐될 수 있다. 그리고, 상기 3방 밸브(61)와, 제 1 연결라인(63)과, 유체측 파이프(12b)가 하나의 회로를 이루어 냉수가 순환할 수 있다. 이 상태에서 상기 3방 밸브(61)의 개폐위치를 "제 2 개폐위치"라 칭한다.

이 경우, 상기 냉수는 상기 회로를 순환하면서 상기 냉매측 파이프(12a)로부터 여러 번 열교환이 이루어지고, 온도가 상승하게 된다.

그리고, 상기 냉수가 원하는 온도의 온수로 데워지면, 상기 온수는 더 이상 상기 회로를 순환하지 않고, 상기 급탕 축열조(20)로 유입될 수 있다.

또한, 상기 제 1 연결라인(63)에는, 상기 급탕 축열조(20)와 상기 히트 펌프(10) 사이에서 냉수 또는 온수가 순환되도록 제어하는 축열 순환 펌프(71)가 제공될 수 있다.

그리고, 상기 제 2 연결라인(64)에는, 상기 히트 펌프(10)와 상기 지열 교환기(50) 사이에서 지열 또는 상기 증발기(14)의 폐열을 함유하는 소정의 유체가 순환되도록 제어하는 지열 순환 펌프(72)가 포함된다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 급탕 축열조의 구성을 보여주는 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 확산부에서의 물의 유동을 보여주는 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 급탕 축열조(20)에는, 상기 급수원(30)으로부터 공급된 냉수가 소정 온도 범위의 층이 형성되도록 하는 제 1 확산부(80)와, 상기 히트 펌프(10)에 의하여 데위진 온수가 상기 급탕 축열조(20)에 유입되는 경우, 상기 온수가 소정 온도 범위의 층이 형성되도록 하는 제 2 확산부(90)와, 상기 환탕 펌프(41)에 의하여 상기 급탕 축열조(20)로 온수가 다시 유입되는 경우, 상기 온수가 소정 온도 범위의 층이 형성되도록 하는 환수 확산부(100)가 포함된다.

상세히, 상기 제 1 확산부(80)에는, 상기 급수원(30)으로부터 공급되는 냉수가 이동되는 급수 라인(81)과, 상기 급수 라인(81)으로부터 배출된 냉수가 양측 방향으로 이동되어 소정의 온도 층이 형성되도록 하는 다수의 제 1 확산 플레이트(83)와, 상기 제 1 확산 플레이트(83)를 통하여 상승된 냉수가 상기 급탕 축열조(20)의 외부로 배출되도록 하는 배출 라인(82)이 포함된다.

그리고, 상기 제 1 확산 플레이트(83)에는, 배열 위치에 따라 하부 플레이트(83a)와, 중앙 플레이트(83b)와, 상부 플레이트(83c)가 포함된다. 그리고, 상기 급수 라인(81)에 인접한 하부 플레이트(83a) 및 배출 라인(82)에 인접한 상부 플레이트(83c)에는 상기 급수 라인(81) 및 배출 라인(82)과 연통되도록 하는 관통 홀(84)이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제 2 확산부(90)는 상기 제 1 확산부(80)의 구조와 거의 동일하다.

상기 제 2 확산부(90)에는, 상기 히트 펌프(10)에 의하여 데워진 온수가 상기 급탕 축열조(20)의 내부로 유입되도록 하는 유입 라인(91)과, 상기 유입 라인(91)을 통하여 유입된 온수가 양측 방향으로 이동되어 소정의 온도 층이 형성되도록 하는 다수의 제 2 확산 플레이트(93)와, 상기 제 2 확산 플레이트(93)를 통하 여 상승된 온수가 상기 공급 장소(40)로 공급되도록 하는 공급 라인(92)이 포함된다.

또한, 상기 환수 확산부(100)에는, 온수가 상기 환탕 펌프(41)에 의하여 상기 급탕 축열조(20) 내부로 환수되도록 하는 환수 라인(43)과, 상기 환수 라인(43)을 통하여 이동된 온수가 소정의 온도 층이 형성되도록 하는 다수의 제 3 확산 플레이트(103)가 포함된다.

이하에서는, 상기 제 1 확산부(80) 및 제 2 확산부(90)를 통하여 냉수 및 온수가 상기 급탕 축열조(20) 내부에서 유동되는 과정을 살펴본다.

먼저 상기 제 1 확산부(80)에서의 냉수 유동 과정을 살펴보면, 상기 급수 라인(81)을 통하여 공급되는 냉수는 상기 관통 홀(84)을 통하여 상기 확산 플레이트(83) 내부로 이동될 수 있다.

그러면, 상기 냉수는 관성력에 의하여 상기 하부 플레이트(83a) 및 중앙 플레이트(83b) 사이에서 텀블링 운동을 하게 된다. 그리고, 상기 냉수는 상기 관통 홀(84)의 양측으로 이동될 수 있다.

그리고, 상기 냉수가 양측으로 이동될 수 있는 것은 냉수가 가지는 관성력과 상기 급탕 축열조(20) 내부에 저장되는 온수 및 냉수의 온도차에 의하여 발생되는 중력이 평형을 이루기 때문이다.

여기서, 상기 관성력과 중력의 비를 froude 수라 한다. 그리고, 상기 froude 수는 무차원의 양이며,상기 관성력과 중력이 평형을 이루는 경우, 상기 froude 수는 1이 된다.

결국, 상기 급탕 축열조(20) 내부의 froude 값은 1이되고, 상기 관통 홀(84)을 통과한 냉수는 텀블링 운동을 하다가 양측 방향으로 상기 하부 플레이트(83a) 및 중앙 플레이트(83b)와 평행하게 이동될 수 있다. 결국, 상기 제 1 확산부(83) 주변에는 냉수의 온도층이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 확산 플레이트(83)의 양측으로 이동된 냉수층은 상방으로 이동될 수 있다. 왜냐하면, 상기 급탕 축열조(20) 하부에서는 상기 축열 순환 펌프(71)에 의하여 냉수가 외부로 빠져나가고, 그만큼 상기 급수원(30)으로부터 냉수가 유입되기 때문이다. 즉, 상기 급탕 축열조(30) 하부에서는 외부로 배출된 냉수의 양만큼 냉수의 비워진 부피를 채우기 위하여 상승될 수 있는 것이다.

결국, 상기 냉수의 온도층은 상기 급탕 축열조(20) 내에서 일정한 위치를 유지할 수 있을 것이다.

다음으로, 상기 제 2 확산부(90)에서의 온수 유동과정은 상기 제 1 확산부(80)에서의 냉수 유동과정과 거의 유사하다.

상기 확산 플레이트(93)에는 플레이트의 배열 위치에 따라 하부 플레이트(93a)와, 중앙 플레이트(93b)와, 상부 플레이트(93c)가 포함된다.

즉, 상기 유입 라인(91)을 통하여 유입된 온수는 상기 확산 플레이트(93) 내에서 텀블링 운동을 하면서 양측 방향으로 이동된다. 그리고, 소정 범위의 상기 온도층은 상방으로 이동된다. 그리고, 상기 온수 중 적어도 일부는 상기 공급 라인(92)을 통하여 상기 공급 장소(40)에 공급될 수 있다.

이하에서는, 상기 급탕 공급장치(1)에 의한 온수 형성과정 및 온수 공급과정 에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 급탕 공급장치를 통한 급수 과정을 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 급탕 공급장치(1)는 상기 급수원(30)으로부터 냉수를 공급받아 온수로 데워지고, 데워진 온수가 상기 공급장소(40)로 공급될 수 있다.

상세히, 상기 급수원(30)으로부터 냉수가 상기 급탕 축열조(20)로 공급된다. 여기서, 상기 냉수는 대략 10℃ ~ 15℃의 온도를 가지며, 상기 급탕 축열조(20)의 하부를 통하여 상기 급탕 축열조(20)로 유입될 수 있다.

그리고, 공급된 냉수는 상기 급수 라인(81)을 통하여 상기 확산 플레이트(83) 방향으로 이동된다. 그리고, 상기 냉수는 상기 확산 플레이트(83)를 통하여 상기 온도(10℃ ~ 15℃) 범위의 층을 형성한다.

이후에, 상기 축열 순환 펌프(71)가 가동되면, 상기 냉수 중 적어도 일부는 상기 배출 라인(82)을 통하여 상기 급탕 축열조(20) 외부로 유출되고, 상기 제 1 연결라인(63)을 통하여 유동될 수 있다. 그리고, 유출된 냉수는 상기 3방 밸브(61)를 통과하여 상기 응축기(12)의 유체측 파이프(12b)로 이동된다.

여기서, 가열 가능한 소정량의 냉수가 상기 유체측 파이프(12b)로 이동되면, 상기 3방 밸브(61)는 개폐가 조절되어 상기 급탕 축열조(20)로부터 상기 유체측 파이프(12b)측으로 이동되지 못하도록 조절될 수 있다.

그리고, 상기 유체측 파이프(12b)로 이동된 냉수는 상기 냉매측 파이프(12a) 의 냉매로부터 발산되는 응축열을 공급받아 대략 3℃ ~ 5℃의 온도차로 상승될 수 있다. 다만, 상기 냉수가 상기 냉매측 파이프(12a)와 1회 열교환 될 때 상승되는 온도의 범위는 상기 범위에 한정되지는 않으며, 상기 히트 펌프(10)의 능력에 의하여 달라질 수 있다.

그리고, 온도가 상승된 급수는 상기 제 1 연결 라인(63)을 따라 다시 3방 밸브(61)로 이동된다. 그리고, 상기 3방 밸브(61)를 거친 급수는 다시 상기 유체측 파이프(12b)로 이동된다.

그리고, 급수는 다시 상기 냉매측 파이프(12a)와 열교환이 이루어지며 3℃ ~ 5℃의 온도차로 상승된다.

이와 같이, 상기 제 1 연결라인(63)을 통과하는 급수는 상기와 같은 과정이 반복된다. 그리고, 상기 반복된 과정에 의하여, 원하는 온도범위(50℃ ~ 55℃)의 온수가 생성되면, 상기 온수는 상기 급탕 축열조(20)로 이동될 수 있다.

그리고, 상기 급탕 축열조(20)의 내부로 이동된 온수는 상기 제 2 확산부(90)를 거쳐 상기 공급 라인(92)을 통하여 상기 공급장소(40)로 공급될 수 있다.

여기서, 상기 급수원(30)과, 급탕 축열조(20)와, 상기 제 1 연결라인(63)을 유동하는 급수의 압력은 상기 공급장소(40)에 공급되는 공급부에서의 압력, 예를 들어 수도꼭지나 샤워기의 급수 압력보다 높게 형성된다.

따라서, 급수는 상기와 같은 압력 차이에 의하여 상기 급탕 축열조(20)로부터 상기 공급장소(40)로 자연 유동될 수 있다.

한편, 상기 환탕 펌프(41)가 가동되면, 상기 급탕 축열조(20)로부터 상기 공 급장소(40)로 공급되는 온수 중 적어도 일부는 상기 환탕 펌프(41)가 위치된 라인으로 이동될 수 있다.

그리고, 상기 환탕 펌프(41)를 통과하는 온수는 다시 상기 급탕 축열조(20)로 유입될 수 있다. 이와 같이 상기 환탕 펌프(41)에 의하여 환수되는 온수는 거의 일정한 설정온도가 유지되어 순환되므로 상기 축열조(20)에 의한 축열 효율이 증대된다.

또한, 상기 공급장소(40)에서 사용자가 온수를 요구할 경우, 단시간 내에 원하는 온도의 온수가 공급될 수 있다는 장점이 있다.

한편, 상기한 온수 공급 과정과 함께 상기 히트 펌프(10)의 증발기 측의 냉매는 상기 지열 교환기(50)의 제 2 연결라인(64)을 유동하는 유체와 열교환이 이루어질 수 있다.

상세히, 상기 지열 순환 펌프(72)가 가동되면, 상기 공급 파이프(54)로부터 얻어진 지열을 포함한 소정의 유체는 상기 공급 헤드(52)로 전달되고, 상기 제 2 연결라인(64)을 통하여 상기 증발기(14)의 유체측 파이프(14b)로 이동될 수 있다. 그리고, 지열을 포함하는 유체는 상기 냉매측 파이프(14a)의 냉매와 열교환이 이루어진다. 여기서, 상기 유체는 지열을 방출하여 상기 냉매가 기화되는 데 필요한 열이 제공되도록 할 수 있다.

그리고, 지열을 방출함으로써 냉각된 유체는 상기 제 2 연결라인(64)을 통하여 상기 환수 헤드(51)로 유동되고, 상기 환수 파이프(56)를 통하여 지중으로부터 열을 공급받을 수 있다. 그리고, 상기 환수 파이프(56)와 공급 파이프(54) 사이에는 상기 열교환 파이프(55)가 제공되어 상기 환수 파이프(56)와 상기 공급 파이프(54) 사이에서 열교환이 이루어지도록 한다.

이하에서는, 본 발명의 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 따른 급탕 공급장치에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제 1 실시예와 비교하여 폐열 또는 공기열을 열원으로 하는 공기열 또는 폐열 히트펌프가 사용된다는 점에서 차이가 있고 그 이외의 내용은 동일하므로 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 부분에 대해서는 제 1 실시예의 설명과 도면부호를 원용한다.

도 6는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 급탕 공급장치를 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트 펌프(10)는 폐열(100)을 공급받아 가동될 수 있다. 여기서, 상기 폐열(100)에는, 태양열이나 태양열을 이용한 유체, 목욕탕 배수열, 변압기 배출열등이 포함될 수 있다.

상세히, 상기 히트 펌프(10)의 증발기(114)에는, 냉매가 유동되는 냉매측 파이프(114a)과, 폐열이 순환되는 폐열 파이프(114b)와, 폐열이 상기 히트 펌프(10) 내부로 유입되도록 구동력을 제공하는 순환 펌프(111)가 포함된다.

또한, 상기 순환 펌프(111)에 의하여 상기 히트 펌프(10) 내로 폐열은 상기 제 2 연결라인(64)을 통하여 상기 증발기(114)의 폐열 파이프(114b)로 유동되며, 상기 폐열은 상기 냉매측 파이프(114a)의 냉매와 열교환을 하면서 상기 냉매가 기화(증발)하는 데 필요한 열을 제공할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 급탕 공급장치를 보여주는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 히트 펌프(10)는 공기열을 공급받아 가동될 수 있다.

상세히, 상기 히트 펌프(10)의 증발기(214)에는, 냉매가 유동되는 증발 코일(214a)과, 공기가 순환되는 증발기 핀(214b)과, 공기가 상기 히트 펌프(10) 내부로 흡입되도록 하는 흡입 팬(120)이 포함된다.

또한, 상기 흡입 팬(120)에 의하여 공기는 상기 히트 펌프(10) 내의 상기 제 2 연결라인(64)을 통하여 상기 증발기(214)의 증발기 핀(214b)으로 유동되며, 상기 공기는 상기 증발 코일(214a)의 냉매와 열교환을 하면서 상기 냉매가 기화(증발)하는 데 필요한 열을 제공할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에 의하여, 급탕 축열조(20)로 유입 및 배출되는 냉수 및 온수가 일정한 온도층을 형성하여 분리되므로 급수가 균일해지는 장점이 있다.

또한, 급탕 축열조에 환탕 펌프가 제공되도록 함으로써, 환수된 온수가 일정한 온도를 유지하며 순환됨으로써 축열 효율이 증대되는 장점이 있다.

또한, 급탕 축열조와 히트 펌프 사이에 3방 밸브가 제공되어 소정량의 냉수가 히트 펌프의 응축기와 일정한 성능을 유지하면서 반복적으로 열교환이 이루어질 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 급탕 공급장치의 구성을 보여주는 도면.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 급탕 축열조의 구성을 보여주는 도면.

도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 확산부에서의 물의 유동을 보여주는 도면.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 급탕 공급장치를 통한 급수 과정을 보여주는 도면.

도 6는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 급탕 공급장치를 보여주는 도면.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 급탕 공급장치를 보여주는 도면.

Claims (7)

1. 급수원으로부터 공급받은 냉수와, 공급장소로 공급할 온수가 저장되며, 상기 냉수 및 온수가 수평 방향의 층을 이루어 분포되도록 하는 적어도 하나의 확산부가 제공되는 급탕 축열조;

   지열과, 공기열 및 폐열 중 적어도 어느 하나를 열원으로 상기 냉수에 열을 전달하여 상기 냉수가 가열되도록 하며, 냉매가 압축되도록 하는 압축기와, 상기 압축된 냉매가 응축되도록 하는 응축기와, 상기 냉매가 감압되도록 하는 팽창밸브 및 상기 냉매가 기화되도록 하는 증발기가 포함되는 히트 펌프; 및

   상기 급탕 축열조로부터 상기 공급 장소로 공급되는 온수 중 적어도 일부가 상기 급탕 축열조로 환수되도록 하는 환탕 펌프가 포함되며,

   상기 확산부에는,

   상기 급수원으로부터 공급된 냉수가 수평 방향의 층을 이루도록 하는 제 1 확산부;

   상기 히트 펌프에 의하여 가열된 온수가 상기 급탕 축열조에 유입되는 과정에서 수평 방향의 층을 이루도록 하는 제 2 확산부; 및

   상기 환탕 펌프에 의하여 상기 급탕 축열조로 환수되는 온수가 수평 방향의 층을 이루도록 하는 환수 확산부가 포함되는 히트 펌프식 급탕 공급 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 확산부에는,

   상기 급수원으로부터 공급되는 냉수가 이동되는 급수 라인;

   상기 급수 라인으로부터 배출된 냉수가 양측 방향으로 이동되도록 하는 복수의 제 1 확산 플레이트; 및

   상기 제 1 확산 플레이트를 통하여 상승된 냉수가 상기 급탕 축열조의 외부로 배출되도록 하는 배출 라인이 포함되며,

   상기 확산 플레이트 중 하부 플레이트 및 상부 플레이트에는, 상기 급수 라인 및 배출 라인과 각각 연통되는 관통 홀이 형성되는 히트 펌프식 급탕 공급 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 급탕 축열조와 상기 히트 펌프 사이에는 상기 냉수 또는 온수가 유동되는 제 1 연결라인이 제공되며, 상기 제 1 연결라인에는, 적어도 상기 냉수 또는 온수가 유동되도록 구동력을 제공하는 축열 순환 펌프와, 상기 냉수 및 온수의 유동 방향이 조절되도록 하는 3방 밸브가 제공되는 히트 펌프식 급탕 공급 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 연결라인에는,

   상기 냉수가 상기 급탕 축열조로부터 상기 제 1 연결라인으로 유동되도록 제 1 개폐위치가 선택적으로 배열 가능한 3방 밸브가 포함되는 히트 펌프식 급탕 공급 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 히트 펌프가 공기열을 열원으로 하는 경우, 적어도 공기와 열교환이 이루어지는 공기 열교환기와, 공기를 상기 공기 열교환기내로 흡입되도록 하는 흡입 팬이 더 포함되는 히트 펌프식 급탕 공급 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 히트 펌프가 폐열을 열원으로 하는 경우, 적어도 상기 폐열과 열교환이 이루어지는 폐열교환기와, 상기 폐열을 상기 폐열교환기 내로 순환되도록 하는 순환 펌프가 더 포함되는 히트 펌프식 급탕 공급 장치.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 2 확산부에는,

   상기 히트 펌프에 의하여 가열된 온수가 상기 급탕 축열조로 유입되도록 하는 유입 라인;

   상기 유입 라인을 통하여 유입된 온수가 양측 방향으로 이동되도록 하는 복수의 제 2 확산 플레이트; 및

   상기 상기 제 2 확산 플레이트를 통하여 이동된 온수가 상기 공급 장소로 공급되도록 하는 공급 라인이 포함되며,

   상기 제 2 확산 플레이트 중 하부 플레이트 및 상부 플레이트에는, 상기 공급 라인 및 유입 라인과 각각 연통되는 관통 홀이 형성되는 히트 펌프 급탕 공급 장치.

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