KR101027164B1 - 온수 및 냉난방 공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐온수로부터의 폐열을 회수하거나 외기 또는 지열에 의한 열원을 이용하여 일정 온도 이상의 온수를 공급함과 동시에 냉난방을 공급할 수 있는 온수 및 냉난방 공급시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 폐온수, 외부공기 또는 지열과의 열교환이 이루어지도록 구비된 제1 열교환기(210)와, 이 제1 열교환기(210)에 냉매라인(201)에 의해 상호 연결되는 제2 열교환기(220)를 포함하는 열교환부(200)와; 상기 제2 열교환기(220)와의 열교환이 가능하도록 냉수 또는 온수가 순환되는 순환라인(311)이 연결됨과 동시에 온수공급라인(302) 또는 냉난방공급라인(303)이 연결되는 냉온수탱크(310)가 구비된 축냉축열부(300)를 포함하여 이루어지며; 상기 순환라인(311)은 상기 냉온수탱크(310)의 하부에서 순환수가 유출되어 상부로 유입되도록 구비되고, 상기 온수공급라인(302) 또는 냉난방공급라인(303)은 상기 냉온수탱크(310)의 상부에 연결되며; 상기 순환라인(311)의 관로상에는 컨트롤러(330)에 의해 토출량이 가변되는 순환펌프(320)가 구비되어 이 순환펌프(320)에 의해 상기 제2 열교환기(220)의 입구측으로 공급되는 순환수의 양이 조절되는 온수 및 냉난방 공급시스템이 제공된다.

열교환부, 냉온수탱크, 축냉축열부, 폐열회수부, 과냉각콘덴서, 인버터

Description

온수 및 냉난방 공급시스템{Hot-water, heating and cooling supply system}

본 발명은 온수 및 냉난방 공급시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐온수로부터의 폐열을 회수하거나 외기 또는 지열에 의한 열원을 이용하여 일정 온도 이상의 온수를 공급함과 동시에 냉난방을 공급할 수 있는 온수 및 냉난방 공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로 목욕탕이나 숙박시설과 같은 곳에서 온수 또는 냉난방을 공급할 때에 전기 또는 화석연료를 사용하여 가동되는 보일러 또는 냉난방설비를 가동함으로 인해 에너지 소비가 매우 많으며, 또한 사용된 온수는 그대로 버려지는 경우가 많아 에너지 낭비가 심할 뿐만 아니라 자원의 재활용 측면에서도 그 효율이 매우 낮은 실정이다.

근래에 와서는 전술된 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 폐온수로부터 폐열을 회수하거나 기타 대체자원을 이용하여 열원을 공급받아 온수 또는 냉난방을 공급하는 히트펌프식 열교환 시스템이 개발되고 있으나, 종래의 히트펌프식 열교환 시스템은 열교환 방법 및 구조상의 문제로 인하여 폐열회수 능력 또는 기타 열원의 회수능력이 떨어질 뿐만 아니라 그에 따라 온수 또는 냉난방을 제대로 공급하지 못하여 전기 또는 화석연료를 대체하거나 소비를 줄이고자 하는 효과를 충분히 나타내지 못하고 있는 실정이다.

일례로, 종래의 폐온수로부터 폐열을 회수하는 장치는 폐온수가 집수되는 폐열회수탱크 내에서의 폐온수의 체류시간을 늘리기 위해 탱크의 하부에서 폐온수가 유입되어 상부로 배출되도록 구성되어 있는 것이어서, 폐온수의 유입량이 많은 경우에는 상대적으로 온도가 높아진 탱크의 상부측의 폐온수로부터 충분히 열을 회수하지 못한 상태에서 그대로 방류되는 문제점이 있는 것이다.

또한 이러한 폐열회수장치를 이용해 온수를 공급하기 위한 종래의 온수공급시스템은 온수탱크와 히트펌프 사이에 항상 일정량의 물을 토출시키는 순환펌프가 구비된 것이어서, 상기 순환펌프에 의해서 지속적으로 냉수를 정량으로 토출시키게 되면 상기 온수열교환기를 포함한 히트펌프의 열교환 능력의 한계에 의하여 충분히 가열되지 못한 상태로 상기 온수탱크 내로 유입되게 되고, 이에 의해 이미 가열된 온수탱크 내의 온수 온도를 오히려 낮추는 역효과를 나타낼 우려가 있는 것이다.

특히, 온수의 사용량이 증가할 경우에는 온수탱크로 유입되는 냉수의 양이 증가함에 따라 온수탱크 내에서 자체적으로 온수와의 열교환이 이루어지지 않은 상태에서 차가운 냉수(대략 5~20℃ 정도)가 그대로 순환되어 상기 온수열교환기와의 열교환이 이루어지므로 상기 온수열교환기 입구측의 수온이 너무 낮게 형성되어 이를 50~70℃로 가열하기에는 무리가 따르는 것이어서 전술된 바와 같은 온수탱크 내 의 온수 온도를 오히려 낮추는 역효과를 더욱 가중시키게 되는 문제점이 있다.

또한 전술된 바와 같은 문제점으로 인해 온수탱크 내의 온수를 원하는 온도 수준으로 가열하기 위해서는 온수탱크 내의 미지근한 상태의 온수를 계속해서 순환시켜야 하므로 압축기와 온수열교환기 등을 포함하는 히트펌프 측의 과부하로 인하여 장치가 과열되거나 소손이 발생될 우려가 있으며, 긴급한 상황에서는 히트펌프 만으로 원하는 시간에 충분한 온수를 공급할 수 없으므로 보일러의 작동을 잦아지게 되고, 이에 의해 에너지 소모가 증가하게 될 뿐만 아니라 히트펌프의 이용하여 에너지를 절감하고자 하는 효과를 전혀 기대할 수 없는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 하나의 공급시스템에 의해 일정 온도 이상의 온수와 냉난방을 지속적으로 공급하도록 구비되어 별도의 보일러 가동을 최소화하여 그에 따른 에너지의 소모를 줄임과 동시에 폐온수로부터의 폐열회수, 외부공기 또는 지열에 의한 열원을 이용할 수 있도록 구비되어 에너지의 낭비를 줄이고, 컴팩트하면서도 최적화된 장치에 의해 열교환 효율 및 에너지 사용효과를 극대화할 수 있는 온수 및 냉난방 공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 폐온수, 외부공기 또는 지열과의 열교환이 이루어지도록 구비된 제1 열교환기(210)와, 이 제1 열교환기(210)에 냉매라인(201)에 의해 상호 연결되는 제2 열교환기(220)를 포함하는 열교환부(200)와;

상기 제2 열교환기(220)와의 열교환이 가능하도록 냉수 또는 온수가 순환되는 순환라인(311)이 연결됨과 동시에 온수공급라인(302) 또는 냉난방공급라인(303)이 연결되는 냉온수탱크(310)가 구비된 축냉축열부(300)를 포함하여 이루어지며;

상기 순환라인(311)은 상기 냉온수탱크(310)의 하부에서 순환수가 유출되어 상부로 유입되도록 구비되고, 상기 온수공급라인(302) 또는 냉난방공급라인(303)은 상기 냉온수탱크(310)의 상부에 연결되며;

상기 순환라인(311)의 관로상에는 컨트롤러(330)에 의해 토출량이 가변되는 순환펌프(320)가 구비되어 이 순환펌프(320)에 의해 상기 제2 열교환기(220)의 입구측으로 공급되는 순환수의 양이 조절되는 것을 특징으로 하는 온수 및 냉난방 공급시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 열교환부(200)에는 상기 냉매라인(201)에 구비되어 냉매의 흐름을 변환시킬 수 있는 절환밸브(400)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 온수 및 냉난방 공급시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 냉매라인(201)의 일측에는 고압측 냉매압력이 소정압력에 도달하면 이를 감지할 수 있는 압력센서(260)가 더 구비되고, 상기 컨트롤러(330)는 상기 압력센서(260)에 전기적으로 연결되어 상기 순환펌프(320)가 상기 압력센서(260)에 의해 감지된 압력에 의해서 제어되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 온수 및 냉난방 공급시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 열교환부(200)에는 상기 제2 열교환기(220)로부터 토출된 냉매를 보다 냉각시킬 수 있도록 상기 제1 열교환기(210)와 제2 열교환기(220) 사이에 상기 냉매라인(201)에 의해 상호 연결되는 과냉각콘덴서(250)가 더 구비되고, 상기 순환라인(311)은 상기 제1 열교환기(210) 측으로 유입되는 순환수를 예열할 수 있도록 상기 과냉각콘덴서(250)를 거쳐 상기 제2 열교 환기(220) 측으로 연결되는 것을 특징으로 하는 온수 및 냉난방 공급시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 열교환기(210)는 폐열회수부(100)에 의해 폐온수와의 열교환이 이루어지도록 구비되고, 상기 폐열회수부(100)는 사용된 폐온수가 인입되는 폐수인입관(101)이 연결되는 폐수수집조(110)와, 이 폐수수집조(110) 내의 폐온수가 유입되도록 폐수공급관(102)이 연결되며 유입된 폐온수가 열교환된 후에 배출되도록 폐수배출관(103)이 연결되는 폐수열교환조(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수 및 냉난방 공급시스템이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 폐수공급관(102)은 상기 폐수수집조(110)의 폐수수면레벨에 위치되고, 상기 폐수수집조(110)의 일측에는 상기 폐수공급관(102) 이상의 레벨로 폐수가 유입되면 오버플로우되어 배출되도록 상기 폐수수집조(110)의 외부로 연장되는 오버플로우관(104)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 온수 및 냉난방 공급시스템이 제공된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 폐온수, 외부공기 또는 지열 등과의 열교환이 이루어지도록 구비된 제1 열교환기(210)에 의해 폐기열원 또는 자연열원으로부터 열을 회수할 수 있으므로 에너지의 낭비를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 에 너지의 사용효율이 매우 우수하며, 특히 냉온수탱크(310) 내의 물을 가열하여 온수를 공급할 때에는 순환라인(311)을 통하여 순환되는 순환수의 양을 컨트롤러(330)에 의해 조절할 수 있도록 구비됨과 동시에 온수공급라인(302)이 상기 냉온수탱크(310)의 상부에 연결되도록 구비됨으로써, 빠른 시간 내에 원하는 온도로 물을 가열하여 온수공급 능력을 대폭적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 온수의 사용량이 많은 경우에도 용이하게 온수를 공급할 수 있어 전기 또는 화석연료를 사용하는 보일러를 추가적으로 가동하지 않아도 되므로 에너지 소모를 대폭적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 열교환부(200)에는 냉매라인(201)에 구비되어 냉매의 흐름을 변환시킬 수 있는 절환밸브(400)가 더 구비됨으로써, 상기 냉온수탱크(310)에 냉수 또는 온수를 선택적으로 충전한 후에, 겨울철에는 주로 온수와 난방을 공급하고 여름철에는 냉방을 공급할 수 있게 되므로 별도로 장치를 추가함이 없이 수요처에 따라 온수공급라인(302) 또는 냉난방공급라인(303)을 선택적으로 설치하여 온수 또는 냉난방을 선택적으로 공급하거나 또는 온수와 냉난방을 동시에 공급할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 열교환부(200)의 냉매라인(201)의 관로상에는 고압측 냉매압력을 감지할 수 있도록 압력센서(260)가 구비되고, 상기 컨트롤러(330)는 상기 압력센서(260)에 의해 감지된 냉매의 압력이 소정 압력에 도달하면 이를 감지하여 작동되도록 연결됨으로써, 상기 열교환부(200) 측에 과부하가 발생되거나 또는 과부하에 의해 장치의 손상 또는 정지됨을 방지하여 원활한 작동에 의해 지속적으로 원하는 온도의 온수를 공급할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 열교환부(200)에는 상기 냉매라인(201)의 일측에 과냉각콘덴서(250) 또는 과냉각수단이 더 구비됨으로써, 상기 제2 열교환기(220)로부터 토출된 냉매를 보다 냉각시켜 상기 제1 열교환기(210) 측으로 공급하여 상기 제1 열교환기(210)의 효율을 증대시킴과 동시에 상기 제2 열교환기(220)에 의해 열교환되는 순환라인(311)이 상기 과냉각콘덴서(250)를 통과되도록 구비하여 순환수가 예열된 후에 상기 제2 열교환기(220)로 유입되도록 구비되어 가열효과를 더욱 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 제1 열교환기(210)는 목욕탕이나 온수를 다량 사용하는 시설에서 배출되는 폐온수로부터 폐열을 회수하도록 폐열회수부(100)가 더 구비되고, 이 폐열회수부(100)는 폐온수가 직접적으로 인입되는 폐수수집조(110) 내에 제1 열교환기(210)를 설치하는 것이 아니라 상기 폐수수집조(110)에 폐수공급관(102)에 의해 연결되도록 폐수열교환조(120)를 더 구비하여 이에 제1 열교환기를 설치함으로써, 상기 폐수열교환조(120)에 다량의 이물질이 직접적으로 유입되는 것을 방지하여 상기 제1 열교환기(210)에 이물질이 부착되는 것을 줄일 수 있으므로 그에 따른 열교환 효율을 높일 수 있는 장점이 있으며, 또한 상기 폐수수집조(110)에 유입되는 폐온수는 폐수인입관(101)이 접속되는 부분에 필터박스(130)를 설치하여 이물질의 유입을 최대한 억제하여 열교환 효율을 더욱 높임과 동시에 이물질에 의해 장치의 오염을 방지하고 유지보수를 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 폐수공급관(102) 또는 폐수배출관(103)은 상기 폐수수집조(110) 또는 폐수열교환조(120)의 폐수수면레벨 상에 구비되어 폐수가 일정 수준을 초과하여 오버플로우시킬 수 있도록 구비됨으로써, 폐온수로부터 충분한 열회수가 이루어진 후에 폐수가 방출되도록 할 뿐만 아니라 무분별하게 방류되는 것을 억제할 수 있는 효과가 있다.

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4는 폐온수로부터 폐열을 회수하도록 폐열회수부(100)가 구비된 온수공급시스템의 일례를 나타낸 것이고, 도 5와 도 6은 외부공기 또는 지열을 이용한 온수 및 냉난방 공급시스템을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 목욕탕 등에서 사용된 폐온수를 수집한 후에, 이 폐온수를 이용하여 열교환되도록 폐수수집조(110)와 이 폐수수집조(110)에 연결되는 폐수열교환조(120)를 포함하는 폐열회수부(100)가 구비되고, 이 폐열회수부(100)에 의해 회수된 폐온수와의 열교환이 이루어지도록 상기 폐수열교환조(120)에 내장되는 제1 열교환기(210)와 이 제1 열교환기(210)에 냉매라인(201)에 의해 상호 연결된 제2 열교환기(220)를 포함하는 열교환부(200)가 구비되며, 상기 제2 열교환기(220)와의 열교환이 가능하도록 순환라인(311)이 연결된 냉온수탱크(310)를 포함하는 축냉축열부(300)로 이루어져 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 상기 폐열회수부(100)는 다양한 형태로 구비될 수 있는 것으로, 그 일례를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 폐온수가 수집되도록 폐수인입관(101)이 연결된 폐수수집조(110)가 구비되고, 이 폐수수집조(110)와는 별도로 이루어져서 폐수공급관(102)에 의해 연결되는 폐수열교환조(120)가 구비되는데, 상기 폐수수집조(110)에는 상기 폐수인입관(101)을 통하여 유입되는 폐온수로부터 머리카락, 비누, 오물 등을 포함한 각종 이물질을 일차적으로 필터링할 수 있도록 필터(131)가 내장된 필터박스(130)가 구비되고, 상기 폐수열교환조(120)에는 폐온수와의 열교환이 이루어지도록 상기 열교환부(200)의 제1 열교환기(210)가 내장된다.

또한 상기 폐수수집조(110)의 폐온수를 상기 폐수열교환조(120)로 공급하기 위해 연결되는 상기 폐수공급관(102)은 상기 폐수수집조(110)의 중간레벨과 폐온수가 최대 유입되어 형성하는 폐수수면레벨 사이에 위치되며, 상기 폐수공급관(102)의 유출단에는 수평방향으로 분배관(106)이 결합되어 폐수가 상기 폐수열교환조(120) 내로 균등하게 유입되도록 구비된다. 또한 상기 폐수열교환조(120)의 하부에는 상기 제1 열교환기(210)와의 열교환이 이루어진 폐수를 배출하기 위해 폐수배출관(103)이 결합되는데, 이 폐수배출관(103)에도 분배관(107)이 결합되어 폐수가 균등하게 배출되도록 구비되어 있다.

또한 상기 폐수배출관(103)은 별도로 구비된 집수정(140)에 연결되도록 연장되는데, 그 중간에는 펌프(108)와 밸브(V1)가 접속될 뿐만 아니라 최종단에 근접된 위치에는 상기 폐수수집조(110)와 폐수열교환조(120)에 저류되는 폐수의 레벨을 결 정하도록 역U자형 배관부(105)가 구비되어 있다. 이 역U자형 배관부(105)는 트랩형상으로 구비되어 폐수의 수위가 그 레벨 이하에 머물게 되면 상기 폐수배출관(103) 내의 폐수는 별도의 펌프작동이 없이는 배출되지 않게 되고, 폐수가 상기 역U자형 배관부(105)의 레벨을 초과하게 되면 이 역U자형 배관부(105)에서 폐수가 오버플로우되어 상기 집수정(140)으로 배출되게 된다.

또한 상기 폐수배출관(103)과 폐수수집조(110)의 하단 사이에는 한 쌍의 연결관이 병렬 접속되고, 이 연결관에는 각각 밸브(V2,V3)가 접속될 뿐만 아니라 상기 연결관의 접속부위 사이의 폐수배출관(103)에는 또 다른 밸브(V4)가 접속된다. 이에 따라 상기 폐수열교환조(120)에서 열교환된 폐수는 상기 폐수배출관(103)과 연결관을 통해 상기 폐수수집조(110)로 순환되어 복귀할 수 있게 되는데, 이에 의해 폐수로부터 충분한 열을 회수할 때까지 상기 폐수수집조(110)와 폐수열교환조(120) 사이에서 폐수를 순환시킬 수 있게 되며, 보다 바람직하게는 상기 역U자형 배관부(105)의 레벨이 상기 폐수공급관(102)의 레벨보다 높게 설정되어 폐수가 배출되지 않은 상태에서 순환하도록 하는 것이다.

한편, 폐온수는 상기 폐수수집조(110)로부터 상기 연결관을 거쳐서 상기 역U자형 배관부(105)를 통해 최종적으로 배출되거나, 상기 폐수배출관(103)으로부터 직접 상기 밸브(V4)를 거쳐서 배출될 수 있는 것이지만, 어느 경우에도 폐수의 유입량이 증대되어 폐수의 레벨이 상기 역U자형 배관부(105)의 레벨보다 높을 경우에만 최종적으로 배출되므로 폐수의 불필요한 배출로 인한 불완전한 폐열회수를 방지할 수 있게 된다.

또한 상기 폐수수집조(110)에서 이물질이 상당부분 제거된 상태로 상기 폐수열교환조(120)로 공급되기는 하지만, 그러한 경우에도 폐온수 속에 이물질이 완전히 제거된 것은 아니므로 장시간의 사용에 의해 상기 폐수열교환조(120)에 이물질이 쌓이는 것은 불가피한 것이다. 이러한 경우 이물질이 상기 제1 열교환기(210)에 축적되어 효율을 저하시키게 되므로 이를 제거하기 위한 청소를 해야 하는데, 이때에는 상기 밸브(V2,V3)를 닫고 상기 펌프(108)를 작동시켜 상기 폐수열교환조(120) 내의 폐온수를 상기 폐수배출관(103)을 통하여 강제 배출시킨 상태에서 상기 폐수열교환조(120)에 구비된 점검용 맨홀을 통하여 작업자가 그 내부로 들어갈 수 있도록 되어 있다.

또한 상기 폐수수집조(110)의 상단에는 오버플로우관(104)이 더 구비되어 폐온수가 과다하게 유입된 경우에 이를 신속하게 배출시킴과 동시에 폐수면 상단에 부유되는 이물질을 제거할 수 있게 되며, 상기 폐수수집조(110)와 폐수열교환조(120)의 각 하단에는 필요에 따라 폐온수를 직접적으로 배출시키기 위한 드레인관(113,114)이 더 구비되어 있다.

이상과 같은 폐열회수부(100)는 다른예에 의해서도 가능한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 폐수수집조(110)와 폐수열교환조(120)는 격벽(150)에 의해 구획되도록 일체로 형성되고, 상기 폐수공급관(102)과 오버플로우관(104)은 상기 폐수수집조(110)의 하부에서 상부로 수직 연장된 상태에서 양측으로 수평 연장되는 T자형 배관(160)에 일체로 구비되어 있다. 이때에, 상기 폐수공급관(102)과 오버플로우관(104)은 상기 폐수수집조(110)의 폐수수면레벨에 위치된 상태에서, 상기 폐 수공급관(102)은 상기 격벽(150)에 형성된 연통구(151)를 통하여 상기 폐수열교환조(120) 내로 수평 연장되도록 구비되고, 상기 오버플로우관(104)은 상기 폐수수집조(110)의 일측에 별도로 구비되는 집수정(140)으로 연장된다.

이러한 구성에 의하면, 상기 폐수공급관(102) 이하의 레벨에서는 상기 폐수수집조(110)의 폐온수가 상기 폐수공급관(102)을 통하여 상기 폐수열교환조(120)로 공급되고, 상기 폐수공급관(102) 이상으로 폐온수가 유입되면 상기 폐수수집조(110) 내의 폐온수가 상기 연통구(151)를 통하여 상기 폐수열교환조(120) 측으로 흘러 넘쳐 상기 폐수수집조(110)와 폐수열교환조(120)의 수면레벨이 같아지게 된다. 그렇게 되면 상기 폐수공급관(102)과 이에 연통되는 오버플로우관(104)을 통하여 상기 집수정(140)으로 폐온수가 배출되고, 이때에 폐수면에 부유된 이물질이 동시에 제거된다.

또한 상기 폐수열교환조(120)에 구비되는 상기 폐수배출관(103) 및 그 중간에 구비된 밸브(V1~V4) 및 펌프(108)의 구성은 전술된 일례와 유사한 구성될 수 있으며, 이때에는 상기 폐수배출관(103)의 단부측에 상기 역U자형 배관부(105)를 구비하지 않아도 된다.

한편, 이상과 같은 폐열회수부(100)와의 열교환이 이루어지도록 구비되는 열교환부(200)와 이 열교환부(200)에 의해 온수를 생성하는 축냉축열부(300)의 구성을 보다 상세하게 살펴보면, 도 1과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 폐수열교환조(120) 내에는 폐온수와의 열교환이 이루어지도록 제1 열교환기(210)가 내장되어 있으며, 이 제1 열교환기(210)는 냉매가 순환되는 냉매라인(201)에 의해 상호 연결 되는 제2 열교환기(210), 압축기(230) 그리고 팽창밸브(240) 등을 포함하여 열교환부(200)를 형성하게 된다. 이 열교환부(200)에는 상기 제2 열교환기(220)를 통과한 냉매가 더욱 냉각되어 응축효율을 증대할 수 있도록 과냉각콘덴서(250)가 더 구비되고, 또한 상기 순환라인(311)은 순환수가 예열되어 가열효과를 증폭시킬 수 있도록 상기 과냉각콘덴서(250)를 거쳐 제2 열교환기(220) 측으로 순환시키는 것이 바람직하며, 이러한 과냉각콘덴서(250)에 의해 상기 제1 열교환기(210)의 열교환 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 압축기(230) 측의 부하도 줄일 수 있어 상대적으로 작은 용량의 압축기(230)를 사용할 수 있게 된다.

한편, 전술된 바와 같은 열교환부(200)에 의해 원하는 온도로 가열된 온수를 생성한 후에, 사용처에 온수를 제공하도록 구비되는 축냉축열부(300)는 상기 제2 열교환기(220)와의 열교환이 이루어지도록 순환라인(311)이 연결된 냉온수탱크(310)가 구비되고, 이 냉온수탱크(310)는 그 하부측에 수돗물 또는 지하수와 같은 공급수가 인입되도록 급수관(301)이 구비되며, 상부측에 온수를 배출시키기 위한 온수공급라인(302)이 연결되어 있는데, 이때에 상기 냉온수탱크(310)는 상기 급수관(301)에 의해 급수조에 연결된 상태에서 배출되는 양만큼의 물이 상기 급수조로부터 수압에 의해 유입되도록 구비되어 있을 뿐만 아니라 긴급한 상황에서도 용이하게 온수를 공급할 수 있도록 보일러가 구비되는 것이 일반적이다.

또한 상기 냉온수탱크(310) 내로 유입된 공급수는 상기 순환라인(311)을 통하여 상기 제2 열교환기(220)와의 열교환이 이루어지도록 순환되는데, 이때에 상기 순환라인(311)은 상기 냉온수탱크(310)의 하부에서 상부로 순환수가 순환되도록 구 비되고, 그 관로상에는 모터의 회전수를 변환시키는 인버터와 같은 컨트롤러(330)에 의해 제어되는 순환펌프(320)가 구비되며, 이 순환펌프(320)에 의해 상기 제2 열교환기(220) 입구측으로 공급되는 순환수의 양이 조절 가능하게 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 상기 냉온수탱크(310)에 저장되는 온수의 온도는 대략 50~70℃를 지속적으로 유지한 상태에서 사용처의 온수 사용량에 큰 영향을 받지 않고 공급 가능하게 되는데, 온수의 사용량이 많지 않을 때에는 냉온수탱크(310) 내에 저장된 온수만으로도 충분한 공급이 가능할 뿐만 아니라 배출량이 적음에 따라 상기 급수관(301)을 통하여 냉온수탱크(310)로 유입되는 공급수의 양이 적게 되며, 이에 의해 상기 급수관(301)을 통해 유입된 공급수는 상기 냉온수탱크(310) 내의 상부측에 위치되는 대부분의 온수에 대하여 층류를 형성하여 상기 냉온수탱크(310)의 하부측에 위치되어 있게 된다. 그러므로 상기 순환펌프(320)는 상기 컨트롤러(330)에 의해 제어되지 않은 상태에서도 상기 공급수를 일정량으로 토출시켜 순환라인(311)을 통하여 순환되더라도 상기 제2 열교환기(220)에 의해 충분한 열교환이 이루어질 수 있게 된다.

또한, 사용처에서 온수의 사용량이 증가될 경우에는 상기 냉온수탱크(310) 내에 저장된 온수가 지속적으로 배출됨에 따라 그 수위가 상대적으로 낮아지게 되고, 이에 따라 상기 급수관(301)을 통하여 유입되는 공급수의 양이 증가하게 되는데, 이때에는 상기 순환펌프(320)에 의해 공급수를 정량 토출시켜 상기 순환라인(311)에 일정량의 순환수를 순환시키게 되면, 상기 제2 열교환기(220)의 열교환 효율이 낮아져서 원하는 온도로 가열되지 않는 온수가 상기 냉온수탱크(310) 내로 유입되어 상기 냉온수탱크(310) 내에 저장된 온수의 온도를 오히려 낮추게 되므로, 이를 방지하기 위해, 상기 컨트롤러(330)에 의해 상기 순환펌프(320)의 단위 토출량을 감소시키게 되고, 이에 의해 순환라인(311)을 흐르는 순환수의 단위시간당 순환량을 적게 하여 상기 제2 열교환기(220)와의 열교환이 충분히 이루어지게 함과 동시에 빠른 시간 내에 원하는 온도로 가열될 수 있도록 하게 된다.

이 경우에는 상기 순환라인(311)을 통하여 순환되는 순환수의 양이 상대적으로 적으므로 냉온수탱크(310) 내에는 온수의 레벨이 상당부분 감소되고 냉수의 레벨이 증가되기는 하나, 통상적으로, 목욕탕과 같은 사용처에서의 온수의 사용량이 증가하는 경우는 대략 2~3시간 정도의 피크타임에 한정되는 것이므로, 이를 감안한 냉온수탱크(310)의 저장용량과 상기 순환펌프(320)에 의한 단위 토출량이 사전에 미리 계산되면 사용처에서의 사용량에 큰 영향을 받지 않고 온수를 지속적으로 공급 가능하게 된다.

이러한 순환펌프(320)의 작동에 관련하여 상기 열교환부(200)의 냉매라인(201)의 관로상에는 상기 과냉각콘덴서(250)로부터 고온 고압 상태로 유출되는 냉매의 압력을 감지할 수 있는 압력센서(260)가 더 구비되고, 이 압력센서(260)는 상기 컨트롤러(330)에 전기적으로 연결된다. 이에 의해 상기 압력센서(260)에 의해 감지된 냉매의 압력에 의해서도 상기 컨트롤러(330)가 작동 가능하게 되고, 이에 의해 상기 순환펌프(320)는 냉매의 압력이 소정 압력에 도달하면 그 단위 토출량을 조절하도록 제어 가능하게 된다. 이는 상기 순환펌프(320)에 의해 정량 토출되는 순환수가 지속적으로 상기 순환라인(311)을 통하여 순환됨으로 인해 상기 제2 열교 환기(220)를 포함한 상기 열교환부(200)의 과부하가 발생될 우려가 있을 뿐만 아니라 장치가 손상될 우려가 있어 이를 방지하기 위한 것이나, 보다 정확하게는 전술된 바와 같은 장치의 손상을 방지하기 위해 대략적으로 고압측의 냉매압력은 21~22㎏/㎠ 이상일 경우에는 압축기(230)의 작동이 자체적으로 정지되도록 하여 장치를 보호하는 것이 일반적이므로 상기 압력센서(260)에 의해 고압측 냉매압력을 감지하여 상기 순환펌프(320)에 의한 단위 토출량을 줄여 상기 열교환부(200) 측의 부하를 줄임으로써, 상기 열교환부(200)에 과부하가 걸리지 않은 상태에서 지속적으로 작동이 가능하게 할 뿐만 아니라 이에 의해 온수를 지속적으로 공급할 수 있는 것이다.

또한 설명되지 않은 부호는 냉매액을 저장하기 위한 수액기(270)와 냉매로부터 수분과 유분을 각각 제거하기 위한 액분리기(280) 및 유분리기(290)를 나타낸 것이다.

이상과 같은 실시예에서는 상기 열교환부(200)가 폐열회수부(100)에 의해 폐온수로부터 폐열을 회수하도록 구비된 온수공급시스템을 일례로 설명하였으나, 이외에도 상기 열교환부(200)의 제1 열교환기(210)는 외부공기 또는 지열과의의 열교환에 의해서도 열원을 공급받아 온수 또는 냉난방을 공급할 수 있도록 되어 있다. 도 5와 도 6은 냉매의 흐름을 변환시키는 절환밸브(400)가 더 구비되어 온수 및 냉난방을 제공하는 시스템을 나타낸 것으로, 도 5는 외부공기와의 열교환에 의해 냉방을 제공하는 것을 도시한 것이고, 도 6은 지열과의 열교환에 의해 온수 또는 난방을 제공하는 것을 도시한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 냉방모드로 작동되는 시스템에서는 상기 열교환부(200)의 제1열교환기(210)는 외부공기에 의해 열교환되도록 구비되고, 이 제1 열교환기(210)는 통상의 응축기로 작동하게 되며, 상기 제2 열교환기(220)는 증발기로 작동되면서 상기 순환라인(311)을 통해서 순환되는 냉온수탱크(310) 내의 물의 온도를 낮추게 된다. 그러므로 상기 냉온수탱크(310) 내에는 냉방을 공급할 수 있도록 냉각된 냉수가 충전되어 냉방공급라인(302)을 통하여 실내로 냉방을 공급하게 된다. 또한 이러한 냉방모드에서 난방모드로 전환될 때에는 상기 냉매라인(201) 상에 더 구비된 사방밸브와 같은 절환밸브(400)에 의해 냉매의 흐름을 전환시키게 되고, 이에 의해 상기 제1 교환기(210)와 제2 열교환기(220)는 각각 증발기와 응축기로 작동되면서 상기 냉온수탱크(310)의 물을 가열하여 온수 및 난방을 공급할 수 있게 된다. 또한 냉방모드에서는 상기 과냉각콘덴서(250)나 압력센서(260)와 같은 구성은 그 작동을 정지시켜도 무방한 것이며, 대신에 난방모드에서는 상기 과냉각콘덴서(250) 및 압력센서(260) 등에 의해 전술된 바와 같이 온수 생성능력을 향상시킬 수 있게 된다.

또한 다른 실시예에 의한 난방모드로 작동되는 시스템은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 열교환부(200)의 제1 열교환기(210)는 지중에 구비되어 지열과의 열교환이 이루어지도록 구비되어 증발기로 작동하게 되고, 상기 제2 열교환기(220)는 응축기로 작동되면서 상기 순환라인(311)을 통해서 순환되는 냉온수탱크(310) 내의 물을 가열하게 된다. 이러한 난방모드에서의 작동은 전술된 폐온수로부터의 폐열회수에 의한 온수 공급시스템과 동일한 구성 및 작동에 의하게 되고, 추가적으로 상 기 절환밸브(400)에 의해 냉매의 흐름을 전환시킬 수 있어 계절 또는 필요에 따라 온수와 난방 또는 냉방을 선택적으로 제공할 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 전기 또는 화석연료가 아닌 폐온수나 외부공기 또는 지열 등과 같은 폐기열원 또는 자연열원으로부터 열을 회수하여 에너지의 낭비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 에너지 절감효과를 대폭적으로 개선할 수 있으며, 온수뿐만 아니라 필요에 따라서는 냉난방을 선택적으로 또는 동시에 공급하도록 컴팩트한 구성에 의해 수요처에 따라 구성을 추가하지 않은 상태에서 용이하게 변경 설치가 가능하며, 이에 의해 온수 및 냉난방 공급능력을 적재적소에 공급할 수 있는 최적화된 시스템을 제공할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 구성 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 작동상태도

도 2는 도 1의 A-A'부분에 따른 구성의 요부를 도시한 평면도

도 3은 도 1의 실시예에 따른 다른 구성을 도시한 구성도

도 4는 도 1의 실시예에 따른 또 다른 구성의 요부를 도시한 구성도

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 작동상태도

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 작동상태도

Claims (6)

1. 폐온수, 외부공기 또는 지열과의 열교환이 이루어지도록 구비된 제1 열교환기(210)와, 이 제1 열교환기(210)에 냉매라인(201)에 의해 상호 연결되는 제2 열교환기(220)를 포함하는 열교환부(200)와;

   상기 제2 열교환기(220)와의 열교환이 가능하도록 냉수 또는 온수가 순환되는 순환라인(311)이 연결됨과 동시에 온수공급라인(302) 또는 냉난방공급라인(303)이 연결되는 냉온수탱크(310)가 구비된 축냉축열부(300)를 포함하여 이루어지며;

   상기 순환라인(311)은 상기 냉온수탱크(310)의 하부에서 순환수가 유출되어 상부로 유입되도록 구비되고, 상기 온수공급라인(302) 또는 냉난방공급라인(303)은 상기 냉온수탱크(310)의 상부에 연결되며;

   상기 순환라인(311)의 관로상에는 컨트롤러(330)에 의해 토출량이 가변되는 순환펌프(320)가 구비되어 이 순환펌프(320)에 의해 상기 제2 열교환기(220)의 입구측으로 공급되는 순환수의 양이 조절되고;

   상기 열교환부(200)에는 상기 냉매라인(201)에 구비되어 냉매의 흐름을 변환시킬 수 있는 절환밸브(400)가 구비되는 것을 특징으로 하는 온수 및 냉난방 공급시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 냉매라인(201)의 일측에는 고압측 냉매압력이 소정압력에 도달하면 이를 감지할 수 있는 압력센서(260)가 더 구비되고, 상기 컨트롤러(330)는 상기 압력센서(260)에 전기적으로 연결되어 상기 순환펌프(320)가 상기 압력센서(260)에 의해 감지된 압력에 의해서 제어되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 온수 및 냉난방 공급시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 열교환부(200)에는 상기 제2 열교환기(220)로부터 토출된 냉매를 보다 냉각시킬 수 있도록 상기 제1 열교환기(210)와 제2 열교환기(220) 사이에 상기 냉매라인(201)에 의해 상호 연결되는 과냉각콘덴서(250)가 더 구비되고, 상기 순환라인(311)은 상기 제1 열교환기(210) 측으로 유입되는 순환수를 예열할 수 있도록 상기 과냉각콘덴서(250)를 거쳐 상기 제2 열교환기(220) 측으로 연결되는 것을 특징으로 하는 온수 및 냉난방 공급시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 열교환기(210)는 폐열회수부(100)에 의해 폐온수와의 열교환이 이루어지도록 구비되고, 상기 폐열회수부(100)는 사용된 폐온수가 인입되는 폐수인입관(101)이 연결되는 폐수수집조(110)와, 이 폐수수집조(110) 내 의 폐온수가 유입되도록 폐수공급관(102)이 연결되며 유입된 폐온수가 열교환된 후에 배출되도록 폐수배출관(103)이 연결되는 폐수열교환조(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수 및 냉난방 공급시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 폐수공급관(102)은 상기 폐수수집조(110)의 폐수수면레벨에 위치되고, 상기 폐수수집조(110)의 일측에는 상기 폐수공급관(102) 이상의 레벨로 폐수가 유입되면 오버플로우되어 배출되도록 상기 폐수수집조(110)의 외부로 연장되는 오버플로우관(104)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 온수 및 냉난방 공급시스템.

Images