KR101050051B1

KR101050051B1 - 히트펌프식 온수발생장치

Info

Publication number: KR101050051B1
Application number: KR1020100098045A
Authority: KR
Inventors: 홍창의
Original assignee: 홍창의
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2011-07-19

Abstract

본 발명은 히트펌프식 온수발생장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 증발기에서 냉매를 증발시키는 폐수의 공급이 원활하지 않는 경우에도 온수를 생산할 수 있는 히트펌프식 온수발생장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 온수발생장치는 압축기와, 응축기와, 제1팽창변과, 증발기와, 액열기와, 냉매배관과, 냉각수배관과, 제2팽창변과, 공기열증발기와, 공기열배관과, 제1압력계와, 개폐수단을 포함한다. 상기 압축기는 냉매를 압축한다. 상기 응축기는 상기 압축기에서 압축된 냉매로 냉각수를 가열한다. 상기 제1팽창변은 상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창시킨다. 상기 증발기는 상기 제1팽창변에서 팽창된 냉매를 폐수로 증발시킨다. 상기 액열기는 상기 응축기에서 상기 제1팽창변으로 유입되는 냉매로 상기 증발기에서 증발된 냉매를 가열한다. 상기 냉매배관은 상기 압축기에서 압축된 냉매가 상기 응축기를 통과한 후 상기 액열기와 상기 제1팽창변과 상기 증발기를 통과하여 상기 액열기에서 열교환 후 상기 압축기로 유입되도록 연결된다. 상기 냉각수배관은 상기 냉각수가 상기 응축기로 유입되어 상기 응축기로 유입되는 냉매로 가열되어 나가도록 연결된다. 상기 제2팽창변은 상기 액열기에서 상기 압축기로 유입되는 증발된 냉매를 가열한 후 유출되는 냉매를 팽창시킨다. 상기 공기열증발기는 상기 제2팽창변에서 팽창된 냉매를 외부 공기로 증발시킨다. 상기 공기열배관 상기 액열기에서 나와서 상기 제1팽창변으로 들어가는 냉매배관에서 분기되어 상기 제2팽창변과 상기 공기열증발기로 유입되어 상기 증발기에서 상기 액열기로 유입되는 냉매배관으로 합쳐진다. 상기 제1압력계는 상기 압축기로 유입되는 냉매의 압력을 측정한다. 상기 개폐수단은 상기 제1압력계에서 측정된 냉매의 압력이 일정한 압력 보다 작을 경우에만 상기 공기열배관을 개방시킨다.

Description

히트펌프식 온수발생장치{Hot water generating apparatus using heat pump}

본 발명은 히트펌프식 온수발생장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 증발기에서 냉매를 증발시키는 폐수의 공급이 원활하지 않는 경우에도 온수를 생산할 수 있는 히트펌프식 온수발생장치에 대한 것이다.

도 2는 종래의 히트펌프식 온수발생장치의 개념도이다. 도 2에 개시된 종래의 히트펌프식 온수발생장치는 압축기(11)와, 응축기(13)와, 팽창밸브(15)와, 증발기(17)와, 냉매배관(19)과, 냉각수배관(21)을 구비한다.

냉매배관(19)은 냉매가 압축기(11)에서 응축기(13)와 팽창밸브(15)와 증발기(17)를 통과한 후 다시 압축기(11)로 유입되어 순환할 수 있도록 연결되고, 냉각수배관(21)은 냉각수가 응축기(13)로 유입된 후 나갈 수 있도록 연결된다.

압축기(11)는 냉매를 압축한다. 응축기(13)는 압축기(11)에서 압축된 냉매로 냉각수를 가열한다. 응축기(13)에 냉각수는 온수로 가열되어 나간다. 팽창밸브(15)는 응축기(13)에서 응축된 냉매를 팽창시킨다. 증발기(17)는 폐온수를 공급받아 팽창밸브(15)를 통과한 냉매를 증발시킨다. 종래의 경우 냉매를 증발기(17)와 응축기(13)로 순환시키는 사이클을 통하여 온수를 발생시킨다.

도 2에 도시된 종래의 온수발생장치의 경우 응축기(13)에서 온수를 발생시키기 위해서는 증발기(17)에 폐온수가 지속적으로 공급되어야 한다. 심야시에나 비상시에는 증발기(17)에 폐온수가 공급되지 않는 경우가 있다. 이 경우에는 증발기(17)에서 냉매를 증발시키지 못하므로 응축기(13)에서 온수를 발생시키지 못한다는 문제점이 있다.

또한 종래의 온수발생장치의 경우 단순히 응축기로 냉각수와 냉매를 공급하여 냉매로 냉각수를 가열하였다. 이 경우 응축기에서 가열되는 냉각수의 온도가 일정하지 않다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 증발기에 폐온수가 공급되지 않더라도 온수를 계속해서 생산할 수 있는 온수발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 응축기에서 일정한 온도의 온수를 생산할 수 있는 온수발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 온수발생장치는 압축기와, 응축기와, 제1팽창변과, 증발기와, 액열기와, 냉매배관과, 냉각수배관과, 제2팽창변과, 공기열증발기와, 공기열배관과, 제1압력계와, 개폐수단을 포함한다. 상기 압축기는 냉매를 압축한다. 상기 응축기는 상기 압축기에서 압축된 냉매로 냉각수를 가열한다. 상기 제1팽창변은 상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창시킨다. 상기 증발기는 상기 제1팽창변에서 팽창된 냉매를 폐수로 증발시킨다. 상기 액열기는 상기 응축기에서 상기 제1팽창변으로 유입되는 냉매로 상기 증발기에서 증발된 냉매를 가열한다. 상기 냉매배관은 상기 압축기에서 압축된 냉매가 상기 응축기를 통과한 후 상기 액열기와 상기 제1팽창변과 상기 증발기를 통과하여 상기 액열기에서 열교환 후 상기 압축기로 유입되도록 연결된다. 상기 냉각수배관은 상기 냉각수가 상기 응축기로 유입되어 상기 응축기로 유입되는 냉매로 가열되어 나가도록 연결된다. 상기 제2팽창변은 상기 액열기에서 상기 압축기로 유입되는 증발된 냉매를 가열한 후 유출되는 냉매를 팽창시킨다. 상기 공기열증발기는 상기 제2팽창변에서 팽창된 냉매를 외부 공기로 증발시킨다. 상기 공기열배관 상기 액열기에서 나와서 상기 제1팽창변으로 들어가는 냉매배관에서 분기되어 상기 제2팽창변과 상기 공기열증발기로 유입되어 상기 증발기에서 상기 액열기로 유입되는 냉매배관으로 합쳐진다. 상기 제1압력계는 상기 압축기로 유입되는 냉매의 압력을 측정한다. 상기 개폐수단은 상기 제1압력계에서 측정된 냉매의 압력이 일정한 압력 보다 작을 경우에만 상기 공기열배관을 개방시킨다.

또한, 상기의 온수발생장치는 제2압력계와, 수량제어밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제2압력계는 상기 압축기에서 나오는 냉매의 압력을 측정한다. 상기 수량제어밸브는 상기 응축기에서 상기 냉각수를 일정한 온도로 가열하기 위하여 상기 제2압력계의 압력에 따라 상기 응축기로 들어가는 냉각수의 수량을 제어할 수 있도록 상기 냉각수배관에 설치된다.

본 발명에 의하면 폐온수가 공급이 안될 경우 외부의 공기를 사용하여 냉매를 증발시킬 수 있는 공기열증발기를 구비한 온수발생장치를 제공함으로써, 심야나 비상시와 같이 폐온수가 공급이 안되더라도 온수를 안정적으로 생산할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 압축기에서 유출되는 압력을 측정하여 응축기에 유입되는 냉각수의 유량을 제어함으로써 응축기에서 가열되는 냉각수의 온도를 일정하게 생성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 히트펌프식 온수발생장치의 일 실시예의 개념도,
도 2는 종래의 온수발생장치의 개념도이다.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 히트펌프식 온수발생장치의 일 실시예를 설명한다. 본 발명에 따른 히트펌프식 온수발생장치는 압축기(101)와, 응축기(103)와, 액열기(105)와, 제1팽창변(107)과, 증발기(109)와, 제2팽창변(111)과, 공기열증발기(113)와, 제1개폐수단(115)과, 제2개폐수단(117)과, 수량제어밸브(119)와, 제1압력계(121)와, 제2압력계(123)와, 냉매배관(125)과, 공기열배관(127)과, 냉각수배관(129)을 포함한다.

냉매배관(125)은 냉매가 압축기(101)에서 응축기(103)와 액열기(105) 제1팽창변(107)과 증발기(109)를 통과한 후 다시 액열기(105)를 거쳐서 압축기(101)로 들어가서 순환할 수 있도록 연결된다.

공기열배관(127)은 액열기(105)에서 나와서 제1팽창변(107)으로 들어가는 냉매배관(125)에서 분기되어 제2팽창변(111)과 공기열증발기(113)을 통과 후 증발기(109)에서 액열기(105)로 유입되는 냉매배관(125)에 합쳐진다.

냉각수배관(129)은 냉각수가 응축기(103)로 들어온 후 나가도록 연결된다.

압축기(101)는 냉매를 압축한다. 압축기(101)에 압축된 냉매는 응축기(103)로 유입된다. 응축기(103)는 압축기(101)에서 압축된 냉매로 냉각수배관(129)에 흐르는 냉각수를 가열한다. 응축기(103)에서 냉각수를 가열하고 응축된 냉매는 액열기(105)로 유입된다.

액열기(105)는 응축기(103)에서 공급된 냉매를 사용하여 증발기(109)에서 유출되어 압축기(101)로 유입되는 냉매를 가열시킨다. 제1팽창변(107)은 액열기(105)에서 나와서 증발기(109)로 유입되는 냉매를 팽창시킨다. 제1팽창변(107)을 통과한 냉매는 증발기(109)로 유입된다.

증발기(109)는 폐온수를 사용하여 제1팽창변(107)에서 팽창된 냉매를 증발시킨다. 증발기(109)에서 증발된 냉매는 액열기(105)로 유입되어 응축기(103)에 유출된 냉매로 가열된 후 압축기(101)로 들어간다.

제2팽창변(111)은 액열기(105)에서 나와서 공기열증발기(113)로 유입되는 냉매를 팽창시킨다. 제2팽창변(111)을 통과한 냉매는 공기열증발기(113)로 유입된다. 공기열증발기(113)는 외부의 공기를 사용하여 제2팽창변(111)에서 팽창된 냉매를 증발시킨다. 공기열증발기(113)에서 증발된 냉매는 증발기(109)에서 액열기(105)로 유입되는 냉매배관(125)에 합쳐져서 액열기(105)로 유입된다.

제1압력계(121)는 압축기(101)로 유입되는 냉매의 압력을 측정하며, 제2압력계(123)는 압축기(101)에서 유출되는 냉매의 압력을 측정한다.

제1개폐수단(115)은 공기열배관(127)에 설치되어 공기열배관(127)을 개폐한다. 제1개폐수단(115)은 제1압력계(121)에서 측정된 압력이 일정한 압력보다 낮을 경우 공기열배관(127)을 개방시키고 일정한 압력보다 높을 경우 공기열배관(127)을 폐쇄시킨다. 증발기(109)에 폐온수가 정상적으로 공급되면 증발기(109)에서 냉매를 정상적으로 증발시킨다. 그러면 압축기(101)로 유입되는 냉매의 압력은 일정한 압력보다 높다. 이 경우에는 제1개폐수단(115)이 공기열배관(127)을 폐쇄시킨다. 그러면 냉매는 모두 액열기(105)에서 제1팽창변(107)을 통하여 증발기(109)로 유입된다. 그러나 증발기(109)에 공급되는 폐온수가 적당하게 공급되지 아니할 경우 COP가 낮아지고 제1압력계(121)에서 측정되는 압력은 일정한 압력보다 낮다. 그러면 제1개폐수단(115)은 공기열배관(127)을 개방하여 냉매를 공기열증발기(113)로 유입시킨다. 공기열증발기(113)에서는 외부의 공기를 사용하여 냉매를 증발시킨다. 그러면 제1압력계(121)에서 측정되는 압력은 올라가고, COP도 올라간다. 따라서 이 경우 증발기(109)에 폐온수의 공급이 원활히 제공되지 않더라도 공기열증발기(113)를 사용함으로써 냉매를 정상적으로 증발시킬 수 있다.

제2개폐수단(117)은 제1팽창변(107)으로 유입되는 냉매배관(125)에 설치되어 냉매배관(125)을 개폐한다. 제2개폐수단(117)은 증발기(109)에 폐온수가 공급되지 않을 경우 온수발생장치의 작동을 중지시키는 역할을 한다. 증발기(109)에 폐온수의 공급이 중단되면 제2개폐수단(117)이 폐쇄되어 냉매가 증발기(109)로 공급되는 것을 차단한다. 이 경우에는 제1개폐수단(115)도 폐쇄되어 온수발생장치의 작동이 중단된다.

수량제어밸브(119)는 응축기(103)에서 가열되어 나오는 냉각수의 온도를 일정하게 유지시키기 위하여 냉각수배관(129)으로 흐르는 냉각수의 양을 조절하는 역할을 한다. 응축기(103)에 유입되는 냉매의 온도가 높을 경우 응축기(103)에 가열되는 냉각수의 온도가 높아진다. 이 경우에는 제2압력계(123)에서 측정된 압력이 높아진다. 따라서 제2압력계(123)에서 측정된 압력이 일정한 압력보다 높을 경우 수량제어밸브(119)가 많이 개방되어 냉각수배관(129)으로 냉각수가 많이 흐르도록 한다. 그러면 냉각수의 온도가 낮아져서 일정한 온도로 유지된다. 또한 응축기(103)으로 유입되는 냉매의 온도가 낮을 경우 응축기(103)에서 가열되는 냉각수의 온도는 낮아진다. 이 경우 제2압력계(123)에서 측정된 압력이 낮아진다. 따라서 제2압력계(123)에서 측정된 압력이 일정한 압력보다 낮을 경우 수량제어밸브(119)가 적게 개방되어 냉각수배관(129)으로 냉각수가 적게 흐르도록 한다. 그러면 냉각수의 온도가 높아져서 일정한 온도로 유지된다.

따라서 본 실시예에 의하면 증발기(109)로 폐온수의 공급량이 적당하지 않더라도 온수를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 생산되는 온수를 일정한 온도로 유지시킬 수 있다. 그리고 상기에서 설명하지 아니한 유분리기(131) 및 수액기(133)는 일반적인 구성요소 이므로 설명을 생략하였다.

101 : 압축기 103 : 응축기
105 : 액열기 107 : 제1팽창변
109 : 증발기 111 : 제2팽창변
113 : 공기열증발기 115 : 제1개폐수단
117 : 제2개폐수단 119 : 수량제어밸브
121 : 제1압력계 123 : 제2압력계
125 : 냉매배관 127 : 공기열배관
129 : 냉각수배관

Claims

냉매를 압축하기 위한 압축기와,
상기 압축기에서 압축된 냉매로 냉각수를 가열하기 위한 응축기와,
상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창시키기 위한 제1팽창변과,
상기 제1팽창변에서 팽창된 냉매를 폐수로 증발시키기 위한 증발기와,
상기 응축기에서 상기 제1팽창변으로 유입되는 냉매로 상기 증발기에서 증발된 냉매를 가열하기 위한 액열기와,
상기 압축기에서 압축된 냉매가 상기 응축기를 통과한 후 상기 액열기와 상기 제1팽창변과 상기 증발기를 통과하여 상기 액열기에서 열교환 후 상기 압축기로 유입되도록 연결된 냉매배관과,
상기 냉각수가 상기 응축기로 유입되어 상기 응축기로 유입되는 냉매로 가열되어 나가도록 연결된 냉각수배관과,
상기 액열기에서 상기 압축기로 유입되는 증발된 냉매를 가열한 후 유출되는 냉매를 팽창시키기 위한 제2팽창변과,
상기 제2팽창변에서 팽창된 냉매를 외부 공기로 증발시키기 위한 공기열증발기와,
상기 액열기에서 나와서 상기 제1팽창변으로 들어가는 냉매배관에서 분기되어 상기 제2팽창변과 상기 공기열증발기로 유입되어 상기 증발기에서 상기 액열기로 유입되는 냉매배관으로 합쳐지는 공기열배관과,
상기 압축기로 유입되는 냉매의 압력을 측정하기 위한 제1압력계와,
상기 제1압력계에서 측정된 냉매의 압력이 일정한 압력 보다 작을 경우에만 상기 공기열배관을 개방시키기 위한 개폐수단과,
상기 압축기에서 나오는 냉매의 압력을 측정하기 위한 제2압력계와,
상기 응축기에서 상기 냉각수를 일정한 온도로 가열하기 위하여 상기 제2압력계의 압력에 따라 상기 응축기로 들어가는 냉각수의 수량을 제어할 수 있도록 상기 냉각수배관에 설치된 수량제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수발생장치.
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