KR101157548B1 - 폐열회수 냉난방장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 냉매의 증발을 위한 증발열을 냉각탱크 내의 냉수로부터 제공받아 냉수를 더욱 냉각함과 동시에 냉각탱크 내의 냉수로부터 회수된 폐열을 온수탱크 내의 온수의 가열을 위한 추가적인 보조열원으로 제공함으로써 더욱 높은 에너지효율을 통해 더욱 빠른 시간 내에 냉난방 및 급탕에 필요한 냉수와 온수가 생성될 수 있도록 한 폐열회수 냉난방장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폐열회수 냉난방장치는, 내부에는 난방 또는 급탕을 위한 온수가 저장되고 일측에는 상기 온수가 난방을 위해 순환되는 냉난방관로가 연결되고 타측에는 상기 온수가 급탕가열을 위해 순환되는 온수열교환관로가 연결되는 온수탱크와, 상기 온수열교환관로 상에 구비되고 상기 온수탱크 내의 온수를 가열하여 다시 온수탱크 내로 순환시키는 온수열교환기와, 내부에는 냉방 또는 냉탕을 위한 냉수가 저장되는 냉각탱크와, 상기 냉각탱크의 내부 또는 일측에 구비되어 상기 냉각탱크 내의 냉수로부터 증발열을 제공받는 냉수열교환기와, 상기 온수열교환기와 상기 냉수열교환기를 상호 연결하는 냉매순환관로와, 상기 냉매순환관로 상에 설치되고 냉매를 고온고압으로 압축하여 상기 온수열교환기와 상기 냉수열교환기를 차례로 거쳐 순환시키는 압축기를 포함하여 이루어진다.

Description

폐열회수 냉난방장치{HEATING AND COOLING APPARATUS USING WASTE HEAT}
본 발명은 폐열회수 냉난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각탱크의 내부 또는 일측에 증발기 역할을 하는 냉수열교환기가 설치됨으로써 냉매의 증발을 위한 증발열을 냉각탱크 내의 냉수로부터 제공받아 냉수를 더욱 냉각함과 동시에 냉각탱크 내의 냉수로부터 회수된 폐열을 온수탱크 내의 온수의 가열을 위한 추가적인 보조열원으로 제공함으로써 더욱 높은 에너지효율을 통해 더욱 빠른 시간 내에 냉난방 및 급탕에 필요한 냉수와 온수가 생성될 수 있도록 한 폐열회수 냉난방장치에 관한 것이다.
일반적으로 하절기에 실내를 냉각하고 동절기에 실내를 난방하는 장치로서 강장 대표적인 예로 히트펌프식 냉난방장치를 들 수 있는데, 이러한 히트펌프식 냉난방장치는, 실내공간에 구비되는 실내기와 실외에 설치되는 실외기를 통해, 하절기와 동절기에 냉매의 흐름 방향을 변경시킴으로써 하절기에는 실내를 냉각하고 동절기에는 실내를 난방하는 구조를 가진다.
이러한 히트펌프식 냉난방장치의 대표적인 예로서, 한국특허공개 제10-2004-0059110호(2004.07.05.)에는 히트펌프와, 상기 히트펌프에 접속되는 입수라인 및 출수라인과, 상기 입수 및 출수라인이 연결되어 냉방 또는 난방을 위한 냉온수가 저장되는 냉온수저장탱크와, 상기 입수라인 및 출수라인과 연결되어 욕실이나 주방으로의 급탕을 위한 온수가 저장되는 온수급탕탱크와, 상기 냉온수저장탱크에 접속되어 실내의 바닥난방이나 냉온풍을 발생시키기 위한 냉난방부와, 상기 히트펌프에 접속된 출수라인에 설치되는 탱크순환펌프와, 상기 냉온수저장탱크와 냉난방부 사이에 설치되는 냉온수순환펌프와, 상기 냉온수저장탱크와 냉난방부 사이에 설치된 냉온수순환펌프의 작동을 제어하여 실내온도조절을 위한 실내온도조절기와, 이 모든 작동기기들을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어지는 히트펌프를 이용한 냉난방 및 온수급탕시스템이 공개되어 있다.
그러나 종래의 히트펌프식 냉난방장치는 동절기에 외기온도가 떨어질 경우에 증발기에 결빙이 발생됨에 따라 냉매 증발을 비롯한 전체 냉동싸이클이 제대로 작동되지 못하는 문제가 있는 바, 증발기의 결빙현상을 방지하기 위하여 공기열이나 보조히터 등과 같은 보조열원을 추가적으로 설치하여야 하므로 부대비용이 더 발생되는 문제점이 있다.
뿐만 아니라 종래의 히트펌프식 냉난방장치는 냉매의 응축시 방출되는 열은 온수의 가열에 이용되기는 하지만, 냉매의 증발에 따른 증발열은 단지 외기에만 의존하여 제대로 활용되지 못함에 따라, 전체적인 열효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 냉매의 증발을 위한 증발열을 냉각탱크 내의 냉수로부터 제공받아 냉수를 더욱 냉각함과 동시에 냉각탱크 내의 냉수로부터 회수된 폐열을 온수탱크 내의 온수의 가열을 위한 추가적인 보조열원으로 제공함으로써 더욱 높은 에너지효율을 통해 더욱 빠른 시간 내에 냉난방 및 급탕에 필요한 냉수와 온수가 생성될 수 있도록 한 폐열회수 냉난방장치를 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 내부에는 난방 또는 급탕을 위한 온수가 저장되고 일측에는 상기 온수가 난방을 위해 순환되는 냉난방관로가 연결되고 타측에는 상기 온수가 급탕가열을 위해 순환되는 온수열교환관로가 연결되는 온수탱크와, 상기 온수열교환관로 상에 구비되고 상기 온수탱크 내의 온수를 가열하여 다시 온수탱크 내로 순환시키는 온수열교환기와, 내부에는 냉방 또는 냉탕을 위한 냉수가 저장되는 냉각탱크와, 상기 냉각탱크의 내부 또는 일측에 구비되어 상기 냉각탱크 내의 냉수로부터 증발열을 제공받는 냉수열교환기와, 상기 온수열교환기와 상기 냉수열교환기를 상호 연결하는 냉매순환관로와, 상기 냉매순환관로 상에 설치되고 냉매를 고온고압으로 압축하여 상기 온수열교환기와 상기 냉수열교환기를 차례로 거쳐 순환시키는 압축기를 포함하여 이루어지는 폐열회수 냉난방장치를 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 냉매순환관로 상에서 상기 온수열교환기와 상기 냉수열교환기 사이에 차례로 설치되는 냉매가스저장탱크와 팽창밸브를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 온수열교환관로에는 급탕용관로가 분기형성되고 상기 냉각탱크에는 2개의 냉탕용관로가 연결되고, 상기 2개의 냉탕용관로에는 상기 냉난방관로로 냉방을 위한 냉수를 순환시키기 위한 냉방용관로가 분기연결된다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 온수탱크에는 상기 냉각탱크 또는 상기 냉수열교환기에 상기 온수탱크 내의 온수를 제공하여 상기 냉수열교환기의 결빙이 방지되도록 하는 결빙방지유도라인이 연결된다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 냉각탱크의 내부 또는 일측에 부가적으로 설치되고 상기 온수탱크 내의 온수가 강제순환됨에 따라 동절기에 상기 냉각탱크의 냉수를 일정온도로 유지하는 냉수용열교환기를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 폐열회수 냉난방장치에 의하면, 냉각탱크의 내부 또는 일측에 증발기 역할을 하는 냉수열교환기가 설치됨에 따라 냉매의 증발을 위한 증발열을 냉각탱크 내의 냉수로부터 제공받아 냉수를 더욱 냉각함과 동시에 냉각탱크 내의 냉수로부터 회수된 폐열을 온수탱크 내의 물을 가열하는 데 있어 온수열교환기에서의 냉매의 응축열 이외에 추가적으로 보조열원으로 제공함으로써 더욱 높은 에너지효율을 통해 더욱 빠른 시간 내에 냉난방 및 급탕에 필요한 냉수와 온수가 생성될 수 있는 탁월한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 폐열회수 냉난방장치에 의하면, 냉각탱크의 내부 또는 일측에 증발기 역할을 하는 냉수열교환기가 설치됨으로써 외기온도가 낮은 동절기에도 냉수열교환기에 결빙이 발생될 가능성이 낮으며, 설사 냉수열교환기에 결빙이 발생되더라도 결빙방지유도라인에 의한 온수의 제공을 통해 결빙이 제거될 수 있고 냉수용열교환기에 의해 냉각탱크의 냉수가 일정 온도 이상으로 유지됨에 따라 동절기의 결빙에 따른 고장이 방지될 수 있는 탁월한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐열회수 냉난방장치의 개략구조도.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 폐열회수 냉난방장치(1)는, 냉매의 증발을 위한 증발열을 냉각탱크(30) 내의 냉수로부터 제공받아 냉수를 더욱 냉각함과 동시에 냉각탱크(30) 내의 냉수로부터 회수된 폐열을 온수탱크(10)의 온수의 가열을 위한 추가적인 보조열원으로 제공함으로써 더욱 향상된 에너지효율을 통해 더욱 빠른 시간 내에 냉난방 및 급탕에 필요한 냉수와 온수가 생성될 수 있도록 하기 위한 것으로, 도 1에 도시되는 바와 같이, 내부에는 난방 또는 급탕을 위한 온수가 저장되고 일측에는 온수가 난방을 위해 순환되는 냉난방관로(11)가 연결되고 타측에는 온수가 급탕가열을 위해 순환되는 온수열교환관로(13)가 연결되는 온수탱크(10)와, 온수열교환관로(13) 상에 구비되고 온수탱크(10) 내의 온수를 가열하여 다시 온수탱크(10) 내로 순환시키는 온수열교환기(20)와, 내부에는 냉방 또는 냉탕을 위한 냉수가 저장되는 냉각탱크(30)와, 냉각탱크(30)의 내부 또는 일측에 구비되어 냉각탱크(30) 내의 냉수로부터 증발열을 제공받는 냉수열교환기(40)와, 온수열교환기(20)와 냉수열교환기(40)를 상호 연결하는 냉매순환관로(50)와, 냉매순환관로(50) 상에 설치되고 냉매를 고온고압으로 압축하여 온수열교환기(20)와 냉수열교환기(40)를 차례로 거쳐 순환시키는 압축기(60)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 온수탱크(10)는 난방 또는 급탕을 위한 온수가 저장되는 일종의 저장수조로서, 일측에는 온수가 난방을 위해 순환되는 냉난방관로(11)가 연결되고 타측에는 온수가 급탕가열을 위해 순환되는 온수열교환관로(13)가 연결되며, 온수열교환관로(13)에는 온수의 사용을 위한 급탕용관로(15)가 분기형성된다. 특히 냉난방관로(11)와 온수열교환관로(13)에는 강제순환을 위한 펌프가 설치된다.
또한 온수탱크(10)에는 결빙방지유도라인(17)이 연결되는데, 이 결빙방지유도라인(17)는 차후에 설명될 냉각탱크(30) 또는 냉수열교환기(40)에 온수탱크(10) 내의 온수를 제공하여 냉수열교환기(40)의 결빙이 방지되도록 하는 것으로, 밸브를 포함하는 통상의 관로 형태로 형성된다.
전술한 온수열교환관로(13) 상에는 온수열교환기(20)가 구비되는데, 이 온수열교환기(20)는 냉매와의 열교환, 즉 냉매의 응축열을 통해 온수탱크(10) 내의 온수를 가열하여 다시 온수탱크(10) 내로 순환시키는 것으로, 냉매와 물 사이의 열교환을 가능하게 하는 통상의 응축기용 열교환기로 형성된다.
본 발명에 따른 폐열회수 냉난방장치(1)는 온수탱크(10)와 별도로 냉각탱크(30)가 설치되는데, 이 냉각탱크(30)는 냉방 또는 냉탕을 위한 냉수가 저장되는 일종의 저장수조로, 일측에는 냉수의 사용을 위한 2개의 냉탕용관로(31)가 연결되고, 2개의 냉탕용관로(31)에는 냉난방관로(11)로 냉방을 위한 냉수를 선택적으로 순환시키기 위한 냉방용관로(33)가 분기연결되며, 냉방용관로(33)에는 강제순환을 위한 펌프가 설치된다.
전술한 냉각탱크(30)의 내부 또는 일측에는 냉수열교환기(40)가 구비되는데, 이 냉수열교환기(40)는 냉각탱크(30) 내의 냉수로부터 냉매의 증발을 위한 증발열을 제공받아 냉수가 더욱 저온으로 냉각되도록 함과 동시에 냉수로부터 회수된 폐열이 온수열교환기(20)에서 온수탱크(10)의 온수의 가열을 위한 추가적인 보조열원으로 제공될 수 있도록 하는 것으로, 온수열교환기(20)와 마찬가지로 냉매와 물 사이의 열교환을 가능하게 하는 통상의 증발기용 열교환기로 형성된다.
전술한 온수열교환기(20)와 냉수열교환기(40)는 냉매순환관로(50)에 의해 상호 연결되는데, 이 냉매순환관로(50)는 온수열교환기(20)와 냉수열교환기(40)로 냉매를 순환시킴으로써 냉매의 냉동사이클이 형성될 수 있도록 하는 것으로, 온수열교환기(20)와 냉수열교환기(40)를 이중으로 연결하여 전체적으로 냉매순환을 위한 폐쇄루프를 형성한다.
전술한 냉매순환관로(50) 상에는 압축기(60; 냉동기모터)가 설치되는데, 이 압축기(60)는 냉매를 고온고압으로 압축하여 토출함으로써 온수열교환기(20)와 냉수열교환기(40)를 차례로 거치면서 냉매순환관로(50)를 따라 순환되면서 압축-응축-팽창-증발과 같은 냉동사이클이 형성될 수 있도록 하는 것으로, 공지의 냉매압축기의 구성을 가진다.
또한 전술한 냉매순환관로(50) 상에서 응축기 역할을 하는 온수열교환기(20)와 증발기 역할을 하는 냉수열교환기(40) 사이에는 냉매가스저장탱크(70)와 냉매의 팽창을 위한 팽창밸브(80)가 차례로 설치된다.
도시되지는 않았지만 냉매가스저장탱크(70)와 팽창밸브(80) 사이에는 냉매드라이어가 설치될 수 있는데, 이 냉매드라이어는 냉매의 속에 포함되는 습도 및 이물질을 걸러주고, 액체와 기체가 포함된 고압 고온의 냉매 중 기체만 별도 저장하고 액체냉매만 팽창밸브(80)로 제공하기 위한 일종의 정류장치의 역할을 한다.
또한 온수탱크(10)에는 별도로 보조히터(90)가 연결될 수 있는데, 이 보조히터(90)는 온수열교환기(20)만으로 급탕이나 난방을 위한 온수의 온도를 상승시키기 어려울 경우 보조적으로 온수탱크(10)을 가열순환시키는 것으로, 일종의 보일러와 우사한 형태로 형성될 수 있다.
뿐만 아니라, 냉각탱크(30)의 내부에는 냉수용열교환기(100)가 부가적으로 설치될 수 있는데, 이 냉수용열교환기(100)는 동절기에 냉각탱크(30)의 내부의 냉수 온도가 과도하게 떨어지는 것을 방지하기 위하여 온수탱크(10) 내의 온수를 강제순환시켜 냉각탱크(30) 내의 냉수와의 열교환을 통해 냉수의 온도를 상승시키는 일종의 열교환기로서, 온수 순환을 위한 관로로 펌프 및 냉각탱크(30) 내의 냉수온도를 감지하는 온도센서 등을 포함한다.
따라서, 본 발명에 따른 폐열회수 냉난방장치(1)의 경우에는, 냉매가 압축기(60)에 의해 고온고압으로 압축되어 냉매순환관로(50)를 따라 순환되면서 응축기 역할을 하는 온수열교환기(20)에서 온수열교환관로(13)로부터 제공되는 온수와 열교환되면서 온수를 가열함과 동시에 응축된 후 팽창밸브(80)에서 팽창된 다음, 증발기 역할을 하는 냉수열교환기(40)에서 냉각탱크(30) 내의 냉수와 열교환되면서 냉각탱크(30) 내의 냉수로부터 증발열을 회수하여 증발된 후 다시 압축기(60)로 제공된다.
이러한 냉매순환에 따른 냉동싸이클에 의해 온수탱크(10) 내의 온수가 가열되고 냉각탱크(30) 내의 냉수가 냉각되며, 이렇게 형성된 온수탱크(10) 내의 온수는 냉난방관로(11)를 따라 순환되는 난방용수로 사용되거나 또는 급탕용 온수로 사용되고 냉각탱크(30) 내의 냉수는 냉난방관로(11)를 따라 순환되는 냉방용수로 사용되거나 일반 냉탕용 냉수로 사용된다.
본 발명에 따른 폐열회수 냉난방장치(1)의 경우에는, 냉각탱크(30)의 내부 또는 일측에 증발기 역할을 하는 냉수열교환기(40)가 설치됨에 따라 냉매의 증발을 위한 증발열을 냉각탱크(30) 내의 냉수로부터 제공받아 냉수를 더욱 냉각함과 동시에 냉각탱크(30) 내의 냉수로부터 회수된 폐열을 온수탱크(10) 내의 물을 가열하는 데 있어 온수열교환기(20)에서의 냉매의 응축열 이외에 추가적으로 보조열원으로 제공함으로써 더욱 높은 에너지효율을 통해 더욱 빠른 시간 내에 냉난방 및 급탕에 필요한 냉수와 온수가 생성될 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 폐열회수 냉난방장치(1)의 경우에는, 냉각탱크(30)의 내부 또는 일측에 증발기 역할을 하는 냉수열교환기(40)가 설치됨으로써 외기온도가 낮은 동절기에도 냉수열교환기(40)에 결빙이 발생될 가능성이 낮으며, 설사 냉수열교환기(40)에 결빙이 발생되더라도 결빙방지유도라인(17)의 온수제공에 의해 결빙이 제거될 수 있고 냉수용열교환기(100)에 의한 온수와의 열교환을 통해 냉수의 온도 저하에 따른 동절기의 고장이 방지될 수 있게 된다.
1 : 본 발명에 따른 폐열회수 냉난방장치
10 : 온수탱크
11 : 냉난방관로
13 : 온수열교환관로
20 : 온수열교환기
30 : 냉각탱크
40 : 냉수열교환기
50 : 냉매순환관로
60 : 압축기
70 : 냉매가스저장탱크
80 : 팽창밸브
90 : 보조히터
100 : 냉수용열교환기

Claims (5)

  1. 내부에는 난방 또는 급탕을 위한 온수가 저장되고 일측에는 상기 온수가 난방을 위해 순환되는 냉난방관로가 연결되고 타측에는 상기 온수가 급탕가열을 위해 순환되는 온수열교환관로가 연결되는 온수탱크;
    상기 온수열교환관로 상에 구비되고 상기 온수탱크 내의 온수를 가열하여 다시 온수탱크 내로 순환시키는 온수열교환기;
    내부에는 냉방 또는 냉탕을 위한 냉수가 저장되는 냉각탱크;
    상기 냉각탱크의 내부에 구비되어 상기 냉각탱크 내의 냉수로부터 증발열을 제공받는 냉수열교환기;
    상기 온수열교환기와 상기 냉수열교환기를 상호 연결하는 냉매순환관로;
    상기 냉매순환관로 상에 설치되고 냉매를 고온고압으로 압축하여 상기 온수열교환기와 상기 냉수열교환기를 차례로 거쳐 순환시키는 압축기;
    상기 냉매순환관로 상에서 상기 온수열교환기와 상기 냉수열교환기 사이에 차례로 설치되는 냉매가스저장탱크와 팽창밸브; 및
    상기 냉각탱크의 내부 또는 일측에 부가적으로 설치되고 상기 온수탱크 내의 온수가 강제순환됨에 따라 동절기에 상기 냉각탱크의 냉수를 일정온도로 유지하는 냉수용열교환기를 포함하여 이루어지며,
    상기 온수열교환관로에는 급탕용관로가 분기형성되고 상기 냉각탱크에는 2개의 냉탕용관로가 연결되고, 상기 2개의 냉탕용관로에는 상기 냉난방관로로 냉방을 위한 냉수를 순환시키기 위한 냉방용관로가 분기연결되며,
    상기 온수탱크에는 상기 냉각탱크 또는 상기 냉수열교환기에 상기 온수탱크 내의 온수를 제공하여 상기 냉수열교환기의 결빙이 방지되도록 하는 결빙방지유도라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 폐열회수 냉난방장치.
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