KR101141422B1 - 오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템에 관한 것으로, 난방시, 실내 열교환기로 유입되는 난방수의 일부가 압축기를 냉각시키고 빠져나온 고온의 오일과 열 교환하게 되는 새로운 타입의 열 교환 시스템을 적용함으로써, 오일이 지니고 있는 폐열로 난방효율을 더 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템{Heat Pump System for Using Waste Heat of Oil}
본 발명은 오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 난방 모드시, 실내 열교환기를 통과하는 난방수의 일부와 압축기로부터 회수되는 고온의 오일이 열 교환하는 새로운 열 교환시스템을 적용함으로써 오일이 지니고 있는 폐열로 난방 효율을 더 높일 수 있도록 한 것이다.
도 1은 가장 일반적인 히트 펌프 시스템을 보여주는 모식도로서, 난방 모드를 기준으로 하여 설명하기로 한다.
도면에 도시된 히트 펌프 시스템(10)는, 먼저 냉매를 고온 고압 기체 냉매로 압축시키는 압축기(12)와, 상기 압축기(12)에서 압축된 냉매와 난방수가 열 교환하게 되는 실내 열교환기(14)와, 상기 실내 열교환기(14)에서 응축된 냉매를 저온 저압의 냉매로 감압시키는 팽창밸브(16)와, 상기 팽창밸브(16)에서 감압된 냉매를 저온 저압의 기체 냉매로 증발시키는 실외 열교환기(18)와, 상기 압축기(12) 후단에 설치되어 냉방 또는 난방시 냉매의 흐름을 전환시켜 주는 통상적인 사방밸브(20) 및 상기 압축기(12)로 들어가는 기체 냉매에 포함되어 있는 액체 냉매를 걸러주는 어큐뮬레이터(22)로 구성된다.
또한, 위와 같이 구성되는 히트 펌프 시스템(10)에서는 윤활 작용을 하고 압축기(12)로부터 회수되는 고온의 오일이 수용될 수 있는 오일 탱크(24)를 포함하며, 이와 같이 회수된 오일은 오일 탱크(24)에 구비된 오일 펌프(26)의 구동을 통해 오일 냉각 열교환기(28)를 거쳐 다시 압축기(12)로 들어가는 순환 과정을 반복하게 된다.
이때 상기 오일 냉각 열교환기(28)를 통과하는 오일은 실내 열교환기(14)로부터 빠져나오는 저온의 액 냉매 일부가 흐르면서 열 교환을 하게 되고, 오일 냉각 열교환기(28)로부터 빠져나온 액 냉매는 팽창밸브(16)를 통해 실외 열교환기(18)로 들어가는 순환 과정을 거치게 된다.
즉, 위와 같이 구성되는 일반적인 히트 펌프 시스템(10)은 난방 모드시, 압축기(12)->실내 열교환기(14)->팽창밸브(16)->실외 열교환기(18)->사방밸브(20)->어큐뮬레이터(22)를 통해 냉매가 압축기(12)로 들어가는 과정을 반복 순환하게 된다.
냉방 모드시, 압축기(12)->실외 열교환기(18)->팽창밸브(16)->실내 열교환기(14)->사방밸브(20)->어큐뮬레이터(22)를 통해 냉매가 압축기(12)로 들어가는 과정을 반복 순환하게 된다. 이러한 냉매의 냉,난방 모드시 순환 경로는 히트 펌프 시스템(10)의 일반적인 공지기술이므로 그 이상의 구체적인 설명은 생략한다.
그런데, 상기 배경기술에서 난방 모드시에 난방수에 대한 열교환은 실내 열교화기를 지나가는 냉매에만 의존함으로써, 난방수의 온도를 더 높이는데 한계가 있고, 그에 따라 난방 효율도 더 높일 수 없는 한계가 있었다.
위와 같은 문제를 다소 해소하기 위해 실내 열교환기를 통과하는 난방수의 일부를 압축기로부터 회수되는 고온의 오일과 열 교환하는 새로운 타입의 열 교환시스템을 적용하여 오일이 지니고 있는 폐열로 난방효율을 더 높일 수 있도록 한 오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 난방 모드에서, 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 압축시키는 압축기와,상기 압축기에서 압축된 냉매와 난방수가 열교환하게 되는 실내 열교환기와, 상기 실내 열교환기에서 응축된 냉매를 저온 저압의 냉매로 감압시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 감압된 냉매를 저온 저압의 기체 냉매로 증발시키는 실외 열교환기와, 상기 압축기 후단에 설치되어 냉방 또는 난방시 냉매의 흐름을 전환시켜 주는 사방밸브 및 상기 압축기로 유입되는 기체 냉매 포함되어 있는 액체 냉매를 걸러주는 어큐뮬레이터와, 상기 압축기로 빠져나온 고온의 오일이 압축기와 오일 탱크를 연결하는 오일 회수라인을 통해 오일 탱크로 회수되고, 회수된 오일은 오일 탱크에 구비된 오일 펌프의 구동으로 오일 펌프와 압축기를 연결하는 오일 공급라인을 통해 압축기로 들어가는 구성을 포함하는 히트 펌프 시스템으로서, 상기 오일 공급라인 상에 설치되는 오일 냉각 열교환기와, 상기 오일 냉각 열교환기를 통과하는 오일이 히트 펌프의 실내 열교환기로 들어가는 난방수와 열교환 하도록 난방수 공급라인에서 분기된 분기 유입라인이 오일 냉각 열교환기를 지나가도록 설치되며, 상기 실내 열교환기를 통과한 난방수 출구라인과 오일 냉각 열교환기를 통과하여 난방수가 빠져나오는 분기 출구라인이 서로 합류하는 상태로 순환하는 오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템이 제공된다.
또한, 상기 오일 탱크와 오일 냉각 열교환기를 연결하는 오일 공급라인에 오일 탱크와 연결되는 바이패스 라인이 연결되며, 이 바이패스 라인에 조절밸브가 구비되는 오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템이 제공된다.
본 발명에서는 실내 열교환기를 통과하는 난방수의 일부와 압축기로부터 회수되는 고온의 오일이 열 교환하는 새로운 열 교환시스템을 적용시켜 난방수의 온도를 높이기 위한 냉매와의 열교환 이 외에 오일이 지니고 있는 폐열을 더 이용하게 됨으로써, 난방수의 온도를 더 높일 수 있고, 그에 따라 난방효율을 더 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 일반적인 히트 펌프 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2에서는 본 발명에 따른 오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템(10)이 도시되어 있다,
도면에서 보듯이, 종래와 마찬가지로 냉매를 고온 고압 기체 냉매로 압축시키는 압축기(12)와, 상기 압축기(12)에서 압축된 냉매와 난방수가 열 교환하게 되는 실내 열교환기(14)와, 상기 실내 열교환기(14)에서 응축된 냉매를 저온 저압의 냉매로 감압시키는 팽창밸브(16)와, 상기 팽창밸브(16)에서 감압된 냉매를 저온 저압의 기체 냉매로 증발시키는 실외 열교환기(18)와, 상기 압축기(12) 후단에 설치되어 냉방 또는 난방시 냉매의 흐름을 전환시켜 주는 통상적인 사방밸브(20) 및 상기 압축기(12)로 들어가는 기체 냉매에 포함되어 있는 액체 냉매를 걸러주기 위한어큐뮬레이터(22)로 구성된다.
또한, 위와 같이 구성되는 히트 펌프(10)에서는 윤활 작용을 하고 압축기(12)로부터 회수되는 고온의 오일이 수용되도록 오일 탱크(24)가 포함되며, 압축기(12)와 오일 탱크(24)는 오일 회수라인(30)을 통해 연결된다.
위와 같이 회수된 오일은 오일 탱크(24)에 구비되는 오일 펌프(26)의 구동을 통해 오일 펌프(26)와 압축기(12)를 연결하는 오일 공급라인(32)을 따라 흐르면서 최종 압축기(12)로 들어가는 순환 과정을 반복하게 된다
여기서, 본 발명은, 상기 오일 공급라인(32) 상에 오일 냉각 열교환기(34)가 설치되며, 이 오일 냉각 열교환기(34)를 통과하는 오일은 히트 펌프 시스템(10)의 실내 열교환기(14)로 들어가는 난방수와 열 교환하도록 난방수 공급라인(36)에서 분기된 분기 유입라인(38)이 오일 냉각 열교환기(34)를 지나가도록 설치된다.
상기 실내 열교환기(14)를 통과한 난방수 출구라인(40)과 오일 냉각 열교환기(34)를 통과하여 난방수가 빠져나오는 분기 출구라인(42)이 서로 압류하는 상태로 순환하도록 구성된다.
따라서, 히트 펌프 시스템(10)의 난방 모드시, 냉매는 종래와 마찬가지로 압축기(12)->실내 열교환기(14)->팽창밸브(16)->실외 열교환기(18)->사방밸브(20)->어큐뮬레이터(22)를 통해 압축기(12)로 들어가는 순환하는 과정을 반복하게 된다.
그리고, 오일은 압축기(12)의 부품(예를 들면 베어링, 모터 베어링, 기어) 등에 윤활 작용을 하고 회수되는데, 이때 회수되는 오일은 압축기(12)의 구동에 의한 부품의 열에 의해 고온을 형성하게 된다. 이와 같이 고온을 형성한 오일은 오일 냉각 열교환기(34)에서 실내 열교환기(14)로 들어가는 난방수 일부와 열 교환하게 되면서 오일은 냉각되고, 난방수는 고온을 형성하게 된다.
결론적으로, 난방수의 온도를 높이기 위한 냉매와의 열교환 이 외에 오일이 지니고 있는 폐열을 더 이용하게 됨으로써, 난방수의 온도를 더 높일 수 있어 난방 효율을 더 높일 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 오일 탱크(24)와 오일 냉각 열교환기(34) 사이의 오일 공급라인(32)에는 오일 탱크(24)와 연결되는 바이패스 라인(44)이 분기 되는 상태로 더 연결되어 있고, 이 바이패스 라인(44)에 조절밸브(46)가 구비된다.
따라서, 상기 오일이 순환하게 될 때, 미세하지만 조절밸브(46)를 열어 두어 오일 탱크(24)로부터 오일 냉각 열교환기(34)로 흐르는 오일 중 일부가 오일 탱크(24)로 회수되도록 한다.
그러한 이유로서, 상기 바이패스 라인(44)을 통해 오일 일부가 회수되게 되면 압축기(12)로 공급되는 오일의 공급량이 줄어들면서 그에 대한 이송 압력의 부담도 줄어들게 됨으로써 오일 펌프(26)의 과부하 형성을 방지할 수 있게 되고, 또한 오일 공급라인(32)으로 흐르는 오일의 맥동 압에 의한 오일 공급라인(32)의 파손도 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
10 : 히트 펌프 시스템 12 : 압축기
14 : 실내 열교환기 16 : 팽창 밸브
18 : 실외 열교환기 20 : 사방 밸브
22 : 어큐뮬레이터 24 : 오일 탱크
26 : 오일 펌프 28, 34 : 오일 냉각 열교환기
30 : 오일 회수라인 32 : 오일 공급라인
36 : 난방수 공급라인 38 : 분기 유입라인
40 : 난방수 출구라인 42 : 분기 출구라인
44 : 바이패스 라인 46 : 조절밸브

Claims (2)

  1. 난방 모드에서, 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 압축시키는 압축기(12)와,상기 압축기(12)에서 압축된 냉매와 난방수가 열교환하게 되는 실내 열교환기(14)와, 상기 실내 열교환기(14)에서 응축된 냉매를 저온 저압의 냉매로 감압시키는 팽창밸브(16)와, 상기 팽창밸브(16)에서 감압된 냉매를 저온 저압의 기체 냉매로 증발시키는 실외 열교환기(18)와, 상기 압축기(12) 후단에 설치되어 냉방 또는 난방시 냉매의 흐름을 전환시켜 주는 사방밸브(20) 및 상기 압축기(12)로 유입되는 기체 냉매 포함되어 있는 액체 냉매를 걸러주는 어큐뮬레이터(22)와, 상기 압축기(12)로 빠져나온 고온의 오일이 압축기(12)와 오일 탱크(24)를 연결하는 오일 회수라인(30)을 통해 오일 탱크(24)로 회수되고, 회수된 오일은 오일 탱크(24)에 구비된 오일 펌프(26)의 구동으로 오일 펌프(26)와 압축기(12)를 연결하는 오일 공급라인(32)을 통해 압축기(12)로 들어가는 구성을 포함하는 히트 펌프 시스템으로서,
    상기 오일 공급라인(30) 상에 설치되는 오일 냉각 열교환기(34)와, 상기 오일 냉각 열교환기(34)를 통과하는 오일이 히트 펌프(10)의 실내 열교환기(14)로 들어가는 난방수와 열교환 하도록 난방수 공급라인(36)에서 분기된 분기 유입라인(38)이 오일 냉각 열교환기(34)를 지나가도록 설치되며,
    상기 실내 열교환기(14)를 통과한 난방수 출구라인(40)과 오일 냉각 열교환기(34)를 통과하여 난방수가 빠져나오는 분기 출구라인(42)이 서로 합류하는 상태로 순환하는 것을 특징으로 하는 오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 오일 탱크(24)와 오일 냉각 열교환기(34)를 연결하는 오일 공급라인(32)에 오일 탱크(24)와 연결되는 바이패스 라인(44)이 연결되며, 이 바이패스 라인(44)에 조절밸브(46)가 구비되는 것을 특징으로 하는 오일의 폐열을 이용한 히트 펌프 시스템.
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