KR101094172B1

KR101094172B1 - 폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프

Info

Publication number: KR101094172B1
Application number: KR1020110102419A
Authority: KR
Inventors: 윤기영; 박상준
Original assignee: (주) 지이에스앤씨; 박상준; 윤기영
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2011-12-14

Abstract

본 발명은 고온의 폐수를 열원으로 재사용하여 증발기를 작동시키는 폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프에 관한 것으로, 특히 폐수에 포함된 각종 부유물질이 증발기의 냉매관에 부착되는 것을 방지함으로써 폐수열 재활용성을 높임과 동시에 장시간 동안 사용 가능하게 하고, 폐수를 이용하여 직수를 예열함으로써 압축기의 용량이나 부하를 줄일 수 있는 폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프는 고온의 폐수가 채워지는 폐수조와, 상기 폐수조 내에 설치되며, 내부를 따라 폐수와 열교환을 하는 냉매가 유동하는 냉매관과, 상기 냉매관의 하측에 설치되며, 상측에 배치된 냉매관을 향해 기체를 분사하여 폐수에 포함된 부유물질이 냉매관에 부착되는 것을 방지하는 기체분사노즐 및 상기 기체분사노즐에 상기 기체를 공급하는 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프{Evaporator using the waste water heats and heat-pump-system having the same}

본 발명은 고온의 폐수를 열원으로 재사용하여 증발기를 작동시키는 폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐수에 포함된 각종 부유물질이 증발기의 냉매관에 부착되는 것을 방지함으로써 폐수열 재활용성을 높임과 동시에 장시간 동안 사용 가능하게 하고, 폐수를 이용하여 직수를 예열함으로써 압축기의 용량이나 부하를 줄일 수 있는 폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프에 관한 것이다.

열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 성질이 있는데, 히트펌프(heat pump)는 반대로 낮은 온도에서 높은 온도로 열을 끌어올린다 하여 이름 붙여진 것으로, 처음에는 냉장고·냉동고·에어컨과 같이 압축된 냉매를 증발시켜 주위의 열을 빼앗는 용도로 개발되었다.

그러나 최근에는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원(熱源)을 고온으로 전달하는 냉방장치와, 고온의 열원을 저온으로 전달하는 난방장치 및 냉난방 겸용장치를 포괄하는 의미로도 쓰이며, 이는 냉매의 순환 싸이클 방향을 변화시킴으로써 선택할 수 있다.

이러한 히트펌프는 압축기·증발기·응축기·팽창밸브(혹은, 팽창변) 등으로 이루어져 있으며, 난방용의 경우에는 압축기에서 고온·고압으로 압축된 냉매를 기화시킨 다음 응축기로 보내 높은 온도의 열을 온도가 낮은 바깥쪽으로 내뿜는 사이클을 반복하도록 구성되어 있다.

냉방용은 이와 반대로 응축기는 증발기로, 증발기는 응축기로 작용하도록 만들어 응축된 냉매가 더운 바깥 공기와 열교환됨으로써 냉방을 하고자 하는 대상 지점을 차갑게 만들도록 시스템이 구성되어 있다.

한편, 한국등록실용신안 제269452호 '열 교환기를 이용한 폐수 열 흡수 보일러'와, 한국공개특허 제1997-70713호 '히트펌프를 이용한 폐열회수 보일러 발전설비'와, 한국등록특허 제421320호 '폐열회수 축열식 히트펌프 시스템' 및 한국등록특허 제506764호 '지열 및 폐열을 이용한 히트펌프 시스템' 등에서는 대중목욕탕, 생활폐수 및 식품이나 제지공장 등과 같은 산업체에서 배출되는 폐수를 히트 펌프의 열원으로 재활용하는 방안도 제시되고 있다.

그러나, 이상과 같은 종래의 기술에서는 폐수에 각종 오염 물질이나 스케일 등과 같은 부유물질이 다량 포함되어 있어서 폐수에 포함된 열원을 히트 펌프에 재사용할 경우 부유물질이 각종 부품에 부착되어 열교환율이 저하되고 장시간 사용하기가 어려웠다. 특히 냉매를 증발시키는 증발기에 외기 대신 폐수를 사용하는 경우에는 냉매관의 표면에 부유물질이 부착되므로 열교환을 통해 저온, 저압의 냉매를 가열하기가 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 고온의 폐수를 냉매의 가열에 재사용하는 용도 외에 온수를 공급하기 위해 최초 공급되는 직수(즉, 상수)의 가열에 재사용하지 못하였기 때문에, 압축기를 이용하여 더욱더 높은 고온, 고압으로 냉매를 압축하고 이와 같이 압축된 냉매로 직수를 가열해야 하므로 폐수의 재사용율이 낮음은 물론, 압축기의 용량이나 부하가 커지는 문제점 역시 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 폐수에 포함된 각종 부유물질이 증발기의 냉매관에 부착되는 것을 방지함으로써 폐수열 재활용성을 높임과 동시에 장시간 동안 사용 가능하게 하고, 폐수를 이용하여 직수를 예열함으로써 압축기의 용량이나 부하를 줄일 수 있는 폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프를 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프는 고온의 폐수가 채워지는 폐수조와; 상기 폐수조 내에 설치되며, 내부를 따라 상기 폐수와 열교환을 하는 냉매가 유동하는 냉매관과; 상기 냉매관의 하측에 설치되며, 상측에 배치된 상기 냉매관을 향해 기체를 분사하여 상기 폐수에 포함된 부유물질이 상기 냉매관에 부착되는 것을 방지하는 기체분사노즐; 및 상기 기체분사노즐에 상기 기체를 공급하는 송풍기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 폐수조에는 폐수를 공급하는 폐수공급관과 폐수가 배출되는 폐수배출관이 각각 설치되되, 상기 폐수배출관은 상기 폐수조의 상부에 설치되어, 상기 공급된 폐수가 일정 높이 이상 채워지면 상기 폐수배출관을 통해 자연 배출되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기체분사노즐은 길이가 긴 분사관과 상기 분사관의 길이 방향을 따라 관통 형성된 복수개의 분사공들을 포함하되, 상기 분사관은 상기 폐수조의 바닥면에 수평하게 설치되고 상기 분사공은 상기 냉매관을 향하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분사공은 상기 분사관의 길이 방향 전체에 걸쳐 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분사관은 복수개이며, 일부 갯수의 분사관에는 각각 길이 방향 전체에 걸쳐 분사공이 형성되어 있고, 나머지 갯수의 분사관에는 각각 길이 방향 전체 중 일부분에만 분사공이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 폐수열 회수 증발기를 구비한 히트 펌프는 상기 폐수열 회수 증발기로부터 제공된 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기와; 상기 압축기에서 제공되는 냉매와 외부에서 제공되는 직수를 서로 열교환시켜 상기 직수를 가열하는 응축기와; 상기 응축기에서 제공된 냉매의 압력을 낮추는 팽창변; 및 상기 팽창변에서 제공되는 냉매를 공급받아 증발시키는 상기 폐수열 회수 증발기;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고온의 폐수와 직수의 열교환을 통해 상기 직수를 예열하는 예열기를 더 포함하되, 상기 예열기를 통해 예열된 직수는 상기 응축기로 공급되고, 상기 직수와 열교환을 마친 폐수는 상기 폐수조로 공급되는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따른 폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프에 의하면, 폐수에 포함된 각종 부유물질이 증발기의 냉매관에 부착되는 것을 방지함으로써 폐수열 재활용성을 높임과 동시에 장시간 동안 사용 가능하게 한다.

또한, 본 발명은 폐수를 이용하여 직수를 예열한 후 응축기로 제공하게 되므로, 압축기는 종래보다 낮은 온도 및 압력으로 냉매를 압축하여 상기 응축기로 제공하여도 원하는 온도로 직수를 가열할 수 있으므로 압축기의 용량이나 부하를 줄일 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 폐수열 회수 증발기를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 폐수열 회수 증발기의 기체분사노즐을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 폐수열 회수 증발기의 기체분사노즐을 나타낸 다른 예이다.
도 5는 본 발명에 따른 폐수열 회수 증발기의 기체분사노즐을 나타낸 또 다른 예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐수열 회수 증발기 및 그를 구비한 히트 펌프에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 도 1을 통해 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 폐수열 회수 증발기를 구비한 히트 펌프(100)는 냉매의 순환(cycle)을 통해 직수를 가열하는 수단으로서 압축기(110), 응축기(120), 팽창변(130)('팽창밸브'라고도 함) 및 폐수열 회수 증발기(140)를 포함하며, 이들은 냉매 순환관에 의해 서로 연결되어 있다.

또한, 종래와는 다르게 폐수열 회수 증발기(140)를 순환하는 냉매의 가열 수단으로서 폐수의 열원을 사용시, 폐수내에서 발생된 기포를 사용하여 상기 폐수에 포함된 각종 부유물질이 폐수열 회수 증발기(140)의 냉매관(144) 표면에 부착되는 것을 방지하는 부착방지수단(150)을 포함한다.

또한, 폐수를 바로 방출하는 대신 그에 포함된 열원을 최대한 재활용한 후 배출할 수 있도록 일시 저장하는 폐수 보관조(160) 및 상기 폐수 보관조(160)에 일시 저장된 폐수를 히트 펌프 시스템 내로 공급하는 폐수 공급부(170)를 포함한다.

또한, 본 발명은 고온의 폐수를 이용하여 직수를 예열함으로써 압축기(110)의 냉매 압축율을 낮추어 상대적으로 낮은 온도 및 압력의 냉매를 이용하여도 종래와 같은 온도의 온수를 제공할 수 있으므로 폐수의 재사용율을 더욱 높임은 물론, 압축기(110)의 용량이나 부하를 낮출 수 있는 예열기(180)를 포함한다.

따라서, 상수도(191)에서 공급된 직수는 예열기(180)의 제1노드(N1)를 통해 입력되어 예열된 후 제2노드(N2)를 통해 배출되어 응축기(120)의 제3노드(N3)로 입력되고, 응축기(120)에서 가열된 온수나 난방수는 급수 탱크(192)나 연수 탱크(193)로 공급된다.

또한, 압축기(110)에서 제공하는 고온, 고압의 냉매는 응축기(120)의 제1노드(N1)로 입력되어 직수를 가열한 후 제2노드(N2)로 출력되고, 응축기(120)에서 제공된 냉매는 팽창변(130)을 통과한 후 폐수열 회수 증발기(140) 냉매관(144)의 입력단(144a)을 통해 입력되어 폐수와 열교환을 하고, 그 후 출력단(144b)을 통해 배출된 냉매는 다시 압축기(110)로 공급되어 냉매 순환 싸이클을 형성한다.

또한, 폐수 보관조(160)에 저장되어 있던 폐수는 폐수 공급부(170)의 펌프(171)에 의해 공급되는데, 이때 여과기인 스트레이너(strainer)(172)를 통해 부유물질이나 오염물질을 제거한 후 예열기(180)의 제3노드(N3)로 공급되고, 이 폐수로 직수를 예열한 후 제4노드(N4)를 통해 배출되어 폐수열 회수 증발기(140)의 폐수조(141)로 공급된다.

또한, 폐수조(141)의 일단에 설치된 폐수공급관(142)을 통해 공급된 폐수는 폐수열 회수 증발기(140)의 냉매관(144)을 따라 흐르는 냉매를 가열한 후 폐수배출관(143)을 통해 배출되고, 폐수배출관(143)을 통해 배출된 폐수는 다시 폐수 보관조(160)로 공급되며, 폐수 보관조(160)에서는 폐수를 적절히 정화처리한 후 방류한다.

좀더 구체적으로, 상기 압축기(110)는 보통 그 내부에 포함된 모터(미도시)를 이용하여 폐수열 회수 증발기(140)로부터 공급된 냉매를 압축하고, 그를 통해 고온, 고압으로 된 냉매를 응축기(120)로 보낸다.

응축기(120)는 압축기(110)에서 제공된 고온, 고압의 냉매를 이용하여 상수도(191)에서 공급되는 직수를 가열함으로써 온수나 난방수 등을 제공하는 것으로, 보통은 그 내부에 판형(브레이징 타입)의 열교환기를 구비하고 있다.

따라서, 고온, 고압으로 압축된 냉매와 직수가 각각 열교환기를 통과하는 과정에서 이들 사이에 열교환이 이루어지면서 저온의 직수는 고온으로 가열되고, 고온, 고압의 냉매는 잠열을 방출하는 과정에서 열을 빼앗기며 액화가 일어나 고온의 액체가 된다.

냉매는 제1노드(N1)로 입력된 후 제2노드(N2)로 출력되어 팽창변(130)으로 공급되고, 직수는 제3노드(N3)로 입력된 후 제4노드(N4)로 출력되어 급수 탱크(192)나 연수 탱크(193)로 공급되는데, 여기서 급수 탱크는 온수나 난방수를 저장하는 것이고, 연수 탱크는 수돗물에 포함된 각종 오염 물질이나 중금속을 제거하여 연수를 저장하는 것이다.

팽창변(130)은 응축기(120)로부터 공급된 고온, 고압의 액화된 냉매를 팽창시켜 저온, 저압의 형태로 변환시킨 후 폐수열 회수 증발기(140)의 입력단(144a)으로 제공한다. 저온, 저압의 상태로 된 냉매를 폐수열 회수 증발기(140)로 공급하면 해당 폐수열 회수 증발기(140)에서 비교적 낮은 온도의 열원을 흡수하는데 유리하다.

폐수열 회수 증발기(140)는 외부에서 공급되는 열원을 흡열하여 저온, 저압의 냉매를 가열하고 기화시켜 다시 압축기(110)로 제공한다. 이러한 냉매는 폐수열 회수 증발기(140)에 구비된 냉매관(144)의 입력단(144a)을 통해 공급된 후 지그재그 형태로 배치된 냉매관(144)을 따라 유동한 후 출력단(144b)을 통해 압축기(110)로 공급된다.

한편, 종래의 증발기는 보통 대기중의 공기(즉, 외기)를 많이 사용하여 왔지만 본 발명에서는 외기 대신 식품이나 제지공장 등과 같은 산업체에서 배출되는 고온의 폐수를 열원을 사용한다. 이점에서 본 발명의 증발기를 폐수열 회수 증발기(140)라 하는 것이다.

이를 위해, 폐수열 회수 증발기(140)는 고온의 폐수가 채워지는 폐수조(141)와, 상기 폐수조(141) 내에 설치되며 내부를 따라서는 냉매가 유동하는 냉매관(144) 및 분사된 기체에 의해 기포를 발생시킴으로써 폐수에 포함된 각종 부유물질이 냉매관(144)의 표면에 부착되는 것을 방지하는 부착방지수단(150)을 포함한다.

여기서, 폐수조(141)는 공급된 폐수를 일시 저장하였다가 배출하는 과정에서 폐수열 회수 증발기(140)의 냉매관(144)을 따라 흐르는 냉매와 열교환이 이루어지는 장소를 제공하는 것으로, 그 일단과 타단에는 각각 폐수공급관(142)과 폐수배출관(143)이 연결 설치되어 있으며, 폐수배출관(143)은 제3폐수관(163)을 통해 폐수 보관조(160) 까지 연장된다. 폐수조(141)의 바닥면에 설치된 드레인관(D)은 폐수조(141)의 청소 등을 위해 폐수를 급속히 배출할 때 사용되는 것이다.

다만, 폐수공급관(142)의 설치 높이는 특별한 제한이 없으나 폐수배출관(143)은 폐수조(141)의 상부에 설치되어 폐수가 폐수조(141) 내에 일정 높이 이상 채워지면 폐수배출관(143)을 통해 자연스럽게 배출되게 함으로써, 부착방지수단(150)에 의해 상부(즉, 수면 위)로 떠오른 각종 부유물질 역시 대류 현상에 의해 자연스럽게 배출시키는 것이 바람직하다.

냉매관(144)은 보통 지그재그 형태로 굴곡 설치되어 유동 경로를 늘이고 그에 따라 당해 냉매관(144)을 따라 흐르는 냉매와 폐수조(141)에 채워진 폐수가 충분한 시간 동안 열교환할 수 있게 한다.

도 1과는 다르게 폐수조(141) 내에 1개의 폐수열 회수 증발기(140)가 수용되어 있는 것을 예로 든 도 2의 (a) 및 (b)와 같이 복수개의 냉매관(144)이 한 개의 조를 이루고, 복수개의 냉매관(144)으로 이루어지 조가 여러 개(도 2에서는 2개조) 일 수 있다.

다만, 복수개의 냉매관(144)을 한 개의 조로 사용하는 경우에는 각각의 냉매관(144)을 통해 동시에 냉매를 순환시킬 수 있도록 냉매관(144)들을 냉매공급헤더(144b')에 공통 연결시켜야 할 것이다.

또한, 복수개의 조로 이루어진 경우에는 각각의 냉매공급헤더(144b')을 폐수열 회수 증발기(140)와 압축기(110) 사이에 연결된 냉매순환관에 공통으로 연결하여야 할 것이다. 도 2에서 냉매관(144)의 입력단(144a) 측에는 냉매공급헤더의 도시를 생략하였으나 여기에도 냉매공급헤더가 공통 연결되는 것이 바람직하다.

부착방지수단(150)은 기체를 강제 공급하는 송풍기(151)와, 상기 송풍기(151)에 의해 공급된 기체를 전달하는 기체 공급관(152) 및 상기 기체 공급관(152)으로부터 기체를 공급받아 폐수조(141) 내부로 기체를 분사함으로써 상승하는 기포를 이용하여 페수의 부유물질이 냉매관(144)에 부착되지 않도록 하는 기체분사노즐(153)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이 기체분사노즐(153)은 바람직하게 폐수조(141)의 바닥면에 설치되어 상측에 배치된 냉매관(144)을 향해 기체(공기나 질소 혹은 산소 등)를 분사한다. 따라서, 분사된 기체에 의해 기포가 발생하고 발생된 기포가 상승하는 과정에서 냉매관(144)과 직접 부딪힘은 물론 부유물질을 수면 위로 상승 및 수집시키므로 폐수배출관(143)을 통해 자연스럽게 배출될 수 있게 한다.

이러한 기체분사노즐(153)은, 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 길이가 긴 분사관과 상기 분사관의 길이 방향을 따라 관통 형성된 복수개의 분사공(153a)들을 포함하되, 분사관은 폐수조(141)의 바닥면에 수평하게 설치되고 분사공(153a)은 냉매관(144)을 향하도록 설치된다.

또한, 기체분사노즐(153)은 'U' 볼트(u) 등을 통해 지지대(S) 위에 고정되며, 도시된 바와 같이 복수개의 기체분사노즐(153)을 사용하는 경우에는 기체공급헤더(H)에 기체분사노즐(153)들을 공통 연결함으로써 송풍기(151)와 기체 공급관(152)을 통해 공급된 기체가 각각의 기체분사노즐(153)로 동시에 공급될 수 있게 한다.

한편, 도 3의 (a) 및 (b)에서는 기체분사노즐(153)(즉, 공급관)의 길이 방향 전체에 걸쳐 일정 간격마다 분사공(153a)이 형성되어 있어서, 냉매관(144)의 하부전체에서 균일하게 기포가 올라오므로 폐수에 포함된 부유물질이 냉매관(144)에 부착되기 이전에 수면 위로 상승 및 수집시키는 작용을 한다.

그러나, 이러한 작용을 통해서 냉매관(144)에 부유물질이 부착되는 것을 방지할 수는 있지만, 아주 장시간 사용시에는 부유물질과 냉매관(144)의 접촉에 의해 냉매관(144)의 상부 표면에 부유물질이 부착될 수도 있다.

즉, 기포는 폐수 내에서 수직 상승을 하게 되므로 냉매관(144)의 하부 표면에 부딪힌 기포가 냉매관(144)의 하부는 청소해 줄 수 있지만 기포가 직접 부딪히지 않는 상부 표면에는 약간이나마 부유물질이 부착될 수 있어서, 열교환율을 다소 낮추는 원인이 될 수 있다.

따라서, 도 4와 같이 제1 기체분사노즐(251)에는 그 길이방향 전체에 걸쳐 분사공(251a)을 형성하고, 제2 기체분사노즐(252)에는 일 예로 일측 절반 정도(절반이 아니어도 상관 없음)에만 분사공(252a)을 형성하면, 제1 기체분사노즐(251)에 의해서는 수직 상승하는 기포를 제공하고, 제2 기체분사노즐(252)에 의해서는 폐수조(141) 중 일측 부분에서 분사된 기체에 의해 폐수가 상승, 하강 및 수평 이동을 하면서 시계 방향으로 회전하는 와류를 일으킴으로써 냉매관(144)의 상부 표면에도 부유물질이 부착되는 것을 방지할 수 있게 한다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에서는 분사관이 복수개이며, 이때 일부 갯수의 분사관에는 각각 길이 방향 전체에 걸쳐 분사공(251a)이 형성되어 있고, 나머지 갯수의 분사관에는 각각 길이 방향 전체 중 일부분에만 분사공(252a)을 형성함으로써 폐수가 와류되면서 냉매관(144)의 상부 표면에도 기포가 직접 부딪혀 청소가 이루어질 수 있게 한다.

분사관의 길이 방향 전체 중 일부분에만 분사공(252a)을 형성하면 와류가 발생하게 되는 것이므로, 도 5의 또 다른 실시예와 같이 제1 기체분사노즐(261)에는 일측 절반 부분에만 분사공(261a)을 형성하고, 제2 기체분사노즐(262)에는 전체에 분사공(262a)을 형성하고, 제3 기체분사노즐(263)에는 상기 제1 기체분사노즐(251)에 대해 반대 방향인 타측 절반 부분에만 분사공(263a)을 형성하며, 제4 분사노즐(264)에는 전체에 분사공(264a)을 형성하여도, 폐수조(141)의 각 부분별로 와류를 발생시킬 수 있을 것이다.

한편, 도 1의 폐수 보관조(160)는 폐수를 저장하였다가 히트 펌프에 공급하여 폐열을 재사용하고, 재사용을 마친 폐수는 적절한 정화과정을 통해 방류시키는 것으로, 각종 형상의 탱크나 수조가 사용될 수 있다.

그리고, 제1폐수관(161)을 통해 폐수 보관조(160)에 저장된 폐수를 공급하는 폐수 공급부(170)는 펌프(171) 및 스트레이너(172)를 포함하는데, 펌프(171)는 폐수 보관조(160)에 저장된 펌프(171)를 양수하여 예열기(180) 및 폐수열 회수 증발기(140)로 순차공급하고, 여과기인 스트레이너(172)는 내부에 필터나 여과망을 가지고 있어서 폐수에 포함된 부유물질이나 오염물질을 걸러낸다.

스트레이너(172)에는 드레인(172a)이 분기 설치되어 있어서 정기적으로 청소 및 배출할 수 있고, 이와 같이 배출된 부유물질은 크리닝 밸브(173)의 개폐 동작에 따라 제2폐수관(162)을 통해 폐수 보관조(160)로 버려진다.

또한, 본 발명은 폐수를 이용하여 직수를 예열하는 예열기(180)를 포함하는데, 예열기(180)는 내부에 열교환기를 포함하고 있어서, 제1노드(N1)로 공급된 후 제2노드(N2)로 배출되는 직수와, 제3노드(N3)로 공급된 후 제4노드(N4)로 배출되는 폐수 사이의 열교환을 통해 직수가 예열되도록 한다.

따라서, 압축기(110)에서 압축하는 냉매의 온도 및 압력이 다소 낮아도 직수를 희망온도까지 높일 수 있으므로, 결과적으로는 압축기(110)의 부하나 용량을 줄일 수 있게 한다.

이러한 예열기(180)로는 고온의 폐수를 나선형으로 유동시키며 직수를 간접 가열(즉, 직수와 직접 접촉하여 섞이지는 않고 가열)하는 스파이럴(spiral) 타입의 예열기(180)를 사용하는데, 스파이럴 예열기(180)는 그 내부를 따라 유동하는 폐수에 의해 오염되기 쉽다.

이에, 본 발명은 제4노드(N4)에 연결된 폐수관에는 제1 압력청소 밸브(CV1)를 설치하고, 상기 제4노드(N4)에 공통 연결된 직수관에는 제2 압력청소 밸브(CV2)를 설치하며, 제3노드(N3)에 연결된 폐수관에는 제3 압력청소 밸브(CV3)를 설치함으로써, 제1 압력청소 밸브(CV1)는 잠그고, 제2 압력청소 밸브(CV2)와 제3 압력청소 밸브(CV3)를 열면 직수가 약 3bar의 압력으로 제4노드(N4)로 유입되었다가 제3노드(N3)를 통해 유출되는 과정에서 스파이럴 예열기(180) 내부를 청소할 수 있게 한다. 청소를 마침으로써 각종 부유물이나 오염물질이 포함된 물은 제3노드(N3)를 통해 폐수 보관조(160)로 배출된다.

한편, 위에서 설명을 생략한 제1 바이패스관(BP1)은 예열기(180)에 의해 예열된 예열수를 바이패스 시키는 것으로, 제2노드(N2)와 온수 공급관 사이에 설치됨으로써 필요시 예열수가 응축기(120)를 통과하지 않고 바로 급수 탱크(192)나 연수 탱크(193)로 공급되게 한다. 예열수가 바이패스되는 경우는 사용자가 설정한 온수의 온도가 비교적 낮은 경우 등이다.

또한, 제2 바이패스관(BP2)은 폐수를 바이패스 시키는 것으로, 폐수열 회수 증발기(140)를 구성하는 폐수조(141)의 폐수공급관(142)과 폐수배출관(143) 사이에 설치됨으로써, 폐수배출관(143)을 통해 배출되는 폐수의 온도가 설정값 보다 높은 경우에는 폐수 공급량을 줄여도 되므로 TIC에 연결된 자동 조절 밸브를 열어 폐수를 폐수 보관조(160)로 바이패스 시킨다.

또한, TIC에 연결된 점선은 각 구성품을 전자 제어할 수 있는 컨트롤 라인을 의미한다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

110: 압축기 120: 응축기
130: 팽창변 140: 폐수열 회수 증발기
141: 폐수조 142: 폐수공급관
143: 폐수배출관 144: 냉매관
150: 부착방지수단 151: 송풍기
152: 기체 공급관 153: 기체분사노즐
160: 폐수 보관조 170: 폐수 공급부
180: 예열기

Claims

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폐수열 회수 증발기를 구비한 히트 펌프에 있어서,
상기 폐수열 회수 증발기로부터 제공된 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기와; 상기 압축기에서 제공되는 냉매와 외부에서 제공되는 직수를 서로 열교환시켜 상기 직수를 가열하는 응축기와; 상기 응축기에서 제공된 냉매의 압력을 낮추는 팽창변; 및 상기 팽창변에서 제공되는 냉매를 공급받아 증발시키는 상기 폐수열 회수 증발기;를 포함하되,
상기 폐수열 회수 증발기는 고온의 폐수가 채워지는 폐수조와; 상기 폐수조 내에 설치되며, 내부를 따라 상기 폐수와 열교환을 하는 냉매가 유동하는 냉매관과; 상기 냉매관의 하측에 설치되며, 상측에 배치된 상기 냉매관을 향해 기체를 분사하여 상기 폐수에 포함된 부유물질이 상기 냉매관에 부착되는 것을 방지하는 기체분사노즐; 및 상기 기체분사노즐에 상기 기체를 공급하는 송풍기;를 포함하고,
상기 폐수조에는 폐수를 공급하는 폐수공급관과 폐수가 배출되는 폐수배출관이 각각 설치되되, 상기 폐수배출관은 상기 폐수조의 상부에 설치되어, 상기 공급된 폐수가 일정 높이 이상 채워지면 상기 폐수배출관을 통해 자연 배출되고,
상기 기체분사노즐은 길이가 긴 분사관과 상기 분사관의 길이 방향을 따라 관통 형성된 복수개의 분사공들을 포함하되, 상기 분사관은 상기 폐수조의 바닥면에 수평하게 설치되고 상기 분사공은 상기 냉매관을 향하며, 상기 분사공은 상기 분사관의 길이 방향 전체에 걸쳐 형성되어 있고,
상기 고온의 폐수와 직수의 열교환을 통해 상기 직수를 예열하는 예열기를 더 포함하되, 상기 예열기는 내부에 열교환기를 포함하고 있어서, 제1노드(N1)로 공급된 후 제2노드(N2)로 배출되는 직수와, 제3노드(N3)로 공급된 후 제4노드(N4)로 배출되는 폐수 사이의 열교환을 통해 직수가 예열되게 하고, 상기 예열된 직수는 상기 응축기로 공급되고, 상기 직수와 열교환을 마친 폐수는 상기 폐수조로 공급되고,
상기 제4노드(N4)에 연결된 폐수관에는 제1 압력청소 밸브(CV1)를 설치하고, 상기 제4노드(N4)에 공통 연결된 직수관에는 제2 압력청소 밸브(CV2)를 설치하며, 상기 제3노드(N3)에 연결된 폐수관에는 제3 압력청소 밸브(CV3)를 설치함으로써, 제1 압력청소 밸브(CV1)는 잠그고, 제2 압력청소 밸브(CV2)와 제3 압력청소 밸브(CV3)는 열면 직수가 제4노드(N4)로 유입되었다가 제3노드(N3)를 통해 유출되는 과정에서 상기 예열기 내부를 청소하고,
제2노드(N2)와 온수 공급관 사이에 제1 바이패스관(BP1)을 설치하여, 설정된 온수 온도가 낮은 경우에는 상기 예열된 직수가 상기 응축기를 거치지 않고 바로 급수 탱크나 연수 탱크로 공급되며,
상기 폐수조의 폐수공급관과 폐수배출관 사이에 제2 바이패스관(BP2)을 설치하여, 상기 폐수배출관을 통해 배출되는 폐수의 온도가 설정값 보다 높은 경우에는 자동 조절 밸브를 열어 상기 제2 바이패스관(BP2)을 통해 상기 폐수 보관조로 폐수를 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 폐수열 회수 증발기를 구비한 히트펌프.
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