KR101177894B1 - 하수 폐열 회수장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 동절기에 하수 폐열을 이용하여 증발기에 성에가 발생하는 것을 방지하고, 하절기에 하수 폐열을 이용하여 응축기의 응축 능력을 높일 뿐만 아니라 응축기에서 발생하는 열이 외부로 발산되는 것을 방지할 수 있는 하수 폐열 회수장치에 관한 것으로서, 냉매가 압축기(11), 응축기(12), 팽창기(13), 증발기(14) 순으로 순환되어 냉매 순환 사이클(10)을 이루고, 응축기(12)와 증발기(14)가 판 열교환기로 이루어져 있으며, 제 1 내지 제 8 밸브(V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8)의 개폐작동에 의해, 동절기에 제 1 탱크(20)의 청수가 열교환튜브(31)를 주기적으로 청소할 수 있는 튜브 타입의 열교환기(30) 및 증발기(14) 통해 순환되고, 온수저장탱크(40)의 물이 응축기(12)와 열교환되며, 하절기에 제 1 탱크(20)의 청수가 열교환기(30) 및 응축기(12)를 통해 순환되고, 냉수저장탱크(50)의 물이 증발기(14)와 열교환되며, 방류수 정화조(60)의 하수가 열교환기(30)에서 청수와 열교환을 하게 되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 동절기에 하수 폐열을 이용하여 증발기에 성에가 발생하는 것을 방지하고, 하절기에 하수 폐열을 이용하여 응축기의 응축 능력을 높일 뿐만 아니라 응축기에서 발생하는 열이 외부로 발산되는 것을 방지할 수 있는 하수 폐열 회수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉매 순환 사이클과 하수 순환 사이클 사이에 청수(깨끗한 물) 순환 사이클을 배치하여, 청수가 튜브 타입의 열교환기에서 하수와 열교환된 후, 냉매 순환 사이클의 증발기 또는 응축기에서 열교환되는 하수 폐열 회수장치에 관한 것이다.
본 출원인의 대한민국 특허출원 제10-2010-38946호(2010년 4월 27일, 출원)에 "하수 폐열 회수장치"가 소개되어 있다.
상기 하수 폐열 회수장치는 히트펌프 사이클을 이용한 것으로서, 제 1 밸브에 의해 압축기와 제 1 열교환기의 연결 또는 압축기와 제 2 열교환기의 연결이 선택되고, 제 2 밸브에 의해 제 1 열교환기와 팽창밸브의 연결 또는 제 2 열교환기와 팽창밸브의 연결이 선택되며, 팽창밸브와 제 3 열교환기가 연결되고, 제 3 열교환기와 압축기가 연결되어, 동절기에 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기가 응측기로 그리고 제 3 열교환기가 증발기로 사용되며, 하절기에 제 3 열교환기가 응축기로 그리고 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기가 증발기로 사용되고, 제 1 열교환기의 냉매가 수영장의 물과 열교환되고, 제 2 열교환기의 냉매가 제 1 저장탱크에서 제 4 열교환기를 통해 순환하는 물과 열교환되고, 제 4 열교환기가 냉난방장치의 열매체와 열교환되고, 제 3 열교환기의 냉매가 방류수 정화조의 폐수와 열교환되고, 제 3 열교환기에 의해 열교환된 폐수가 제 5 열교환기를 통과하는 과정에서 제 2 저장탱크로 순환되는 물과 열교환된다.
그러나, 상기 하수 폐열 회수장치는 냉매와 하수가 직접 열교환되는 제 3 열교환기는 튜브를 세척할 수 있어야 하기 때문에, 제 3 열교환기가 냉매의 순환 압력을 견딜 수 있도록 설계되어야 하고, 이를 위해 제 3 열교환기의 제조비용이 많이 요구되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 냉매 순환 사이클과 하수 순환 사이클 사이에 청수(깨끗한 물) 순환 사이클을 배치하여, 청수가 튜브 타입의 열교환기에서 하수와 열교환된 후, 냉매 순환 사이클의 증발기 또는 응축기에서 다시 열교환됨으로써, 계절에 상관없이 냉매 순환 사이클이 원활하게 작동되고, 구성이 간단하여 설비 비용을 절감할 수 있으며, 특히 튜브 타입의 열교환기 내압이 높지 않아 열교환 튜브의 소재 선택이 자유롭고, 튜브 타입 열교환기의 제조 원가를 많이 낮출 수 있는 하수 폐열 회수장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하수 폐열 회수장치는 냉매가 압축기, 응축기, 팽창기, 증발기 순으로 순환되어 냉매 순환 사이클을 이루고, 응축기와 증발기가 판 열교환기로 이루어져 있으며, 제 1 내지 제 8 밸브의 개폐작동에 의해, 동절기에 제 1 탱크의 청수가 열교환튜브를 주기적으로 청소할 수 있는 튜브 타입의 열교환기 및 증발기 통해 순환되고, 온수저장탱크의 물이 응축기와 열교환되며, 하절기에 제 1 탱크의 청수가 열교환기 및 응축기를 통해 순환되고, 냉수저장탱크의 물이 증발기와 열교환되며, 방류수 정화조의 하수가 열교환기에서 청수와 열교환을 하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 하수 폐열 회수장치는 열교환기의 배출구에 연결된 하수배출라인에서 분기라인이 분기되고, 상기 분기라인이 방류수 정화조에 연결되며, 하수배출라인에 온도계와 제 9 밸브가 장착되고, 분기라인에 제 10 밸브가 장착되는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 하수 폐열 회수장치는 빌딩 등의 방류수 정화조에서 버려지는 40톤 내지 100톤 정도의 하수에서 폐열을 회수할 수 있고, 계절에 상관없이 냉매 순환 사이클이 원활하게 작동되고, 냉매 순환 사이클에서 발산되는 열에 의해 외부 환경이 훼손되는 것을 방지할 수 있으며, 구성이 간단하여 설비 비용을 절감할 수 있고, 특히 튜브 타입의 열교환기 내압이 높지 않아 열교환 튜브의 소재 선택이 자유롭고, 튜브 타입 열교환기의 제조 원가를 많이 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하수 폐열 회수장치를 도시한 유체 회로도
도 2는 본 발명에 따른 하수 폐열 회수장치에서 동절기에 유체의 흐름을 발췌하여 도시한 유체 회로도
도 3은 본 발명에 따른 하수 폐열 회수장치에서 하절기에 유체의 흐름을 발췌하여 도시한 유체 회로도
도 2는 본 발명에 따른 하수 폐열 회수장치에서 동절기에 유체의 흐름을 발췌하여 도시한 유체 회로도
도 3은 본 발명에 따른 하수 폐열 회수장치에서 하절기에 유체의 흐름을 발췌하여 도시한 유체 회로도
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 하수 폐열 회수장치는 냉매가 압축기(11), 응축기(12), 팽창기(13), 증발기(14) 순으로 순환되어 냉매 순환 사이클(10)을 이루고, 응축기(12)와 증발기(14)가 판 열교환기로 이루어져 있으며, 제 1 내지 제 8 밸브(V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8)의 개폐작동에 의해, 동절기에 제 1 탱크(20)의 청수(깨끗한 물)가 열교환튜브(31)를 주기적으로 청소할 수 있는 튜브 타입의 열교환기(30) 및 증발기(14) 통해 순환되고, 온수저장탱크(40)의 물이 응축기(12)와 열교환되며, 하절기에 제 1 탱크(20)의 청수가 열교환기(30) 및 응축기(12)를 통해 순환되고, 냉수저장탱크(50)의 물이 증발기(14)와 열교환되며, 방류수 정화조(60)의 하수가 열교환기(30)에서 청수와 열교환을 하게 된다.
상기 응축기(12)는 이미 잘 알려진 판 열교환기로 이루어져 있으며, 본 발명에서는 제 1 격실(12a)로 냉매가 통과하고, 제 2 격실(12b)로 냉수가 통과하게 됨으로써, 제 1 격실(12a)의 냉매와 제 2 격실(12b)로 냉수가 열교환이 이루어져, 냉매는 제 1 격실(12a)에서 응축되어 배출되고, 냉수는 제 2 격실(12a)에서 온수가 되어 배출된다.
상기 증발기(14)는 이미 잘 알려진 판 열교환기로 이루어져 있으며, 본 발명에서는 제 1 격실(14a)로 냉매가 통과하고, 제 2 격실(14b)로 청수가 통과하게 됨으로써, 제 1 격실(14a)의 냉매와 제 2 격실(14b)로 청수가 열교환이 이루어져, 냉매는 제 1 격실(14a)에서 증발되어 배출되고, 청수는 제 2 격실(12a)에서 저온의 냉수가 되어 배출된다.
상기 열교환기(30)는 본 출원인의 대한민국 특허출원 제10-2010-38946호(2010년 4월 27일, 출원 ; 발명의 명칭 : 하수 폐열 회수장치)에 소개되어 있어, 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 하수 폐열 회수장치의 열교환기는 하수와 청수를 열교환하기 때문에, 열교환 튜브(31)에 걸리는 내압이 높지 않아, 열교환 튜브의 소재 선택이 자유롭고, 대한민국 특허출원 제10-2010-38946호의 열교환기보다 제조 원가를 많이 낮출 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 하수 폐열 회수장치는 열교환기(30)의 배출구에 연결된 하수배출라인(L1)에서 분기라인(L2)이 분기되고, 상기 분기라인(L2)이 방류수 정화조(60)에 연결되며, 하수배출라인(L1)에 온도계(65)와 제 9 밸브(V9)가 장착되고, 분기라인에 제 10 밸브(V10)가 장착된다.
이것에 의해, 열교환기(30)에서 배출되는 하수의 온도가 10℃ 이하일 경우에는 제 10 밸브(V10)를 닫고 제 9 밸브(V9)를 열어, 하수를 외부로 배출하고, 열교환기(30)에서 배출되는 하수의 온도가 10℃ 이상일 경우에는 제 9 밸브(V9)를 닫고 제 10 밸브(V10)를 열어, 하수를 방류수 정화조(60)로 리턴한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 하수를 이용한 냉난방 장치는 다음과 같이 작동한다.
일반적으로, 빌딩 등의 건물에서 방류수 정화조(60)로 배출되는 하수는 평균적으로 18℃~25℃ 정도이다. 특히, 동절기에 온수 사용으로 인해 하수의 온도가 평균적으로 20℃~25℃를 유지하며, 스포츠 센터, 큰 빌딩 등에서는 하루 평균 30톤 내지 100톤의 하수가 방류되고 있어, 하수의 폐열을 회수할 경우, 에너지 절감 효과가 매우 크다.
(1) 동절기에 도 1에 도시된 제 1 밸브(V1), 제 2 밸브(V2), 제 5 밸브(V5) 및 제 6 밸브(V6)를 닫고, 제 3 밸브(V3), 제 4 밸브(V4), 제 7 밸브(V7) 및 제 8 밸브(V8)를 개방함으로써, 도 2에 도시된 것처럼, 온수저장탱크(40)의 물이 응축기(12)에서 냉매와 열교환됨으로써, 온수저장탱크(40)의 온수를 직접 사용하거나 난방용으로 사용할 수 있다. 이때, 제 1 탱크(20)에 저장된 저온(평균적으로 3℃~7℃)의 청수가 열교환기(30)로 공급되어, 열교환기(30)에서 청수와 하수가 열교환을 하게 됨으로써, 열교환기(30)에서 배출되는 청수가 20℃ 정도 되고, 이후, 청수가 증발기(14)로 공급되어, 증발기(14)에서 냉매가 열교환에 의해 충분히 증발될 수 있을 뿐만 아니라 증발기(14)에 성에가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 동절기에 하수의 폐열을 이용하여 증발기의 작동을 원활하게 할 수 있어, 동절기에 증발기의 주위 온도가 낮아 냉매 순환 사이클(10)을 사용하지 못하는 문제를 해결할 수 있다.
(2) 하절기에 도 1에 도시된 제 3 밸브(V3), 제 4 밸브(V4), 제 7 밸브(V7) 및 제 8 밸브(V8)를 닫고, 제 1 밸브(V1), 제 2 밸브(V2), 제 5 밸브(V5) 및 제 6 밸브(V6)를 개방함으로써, 도 3에 도시된 것처럼, 냉수저장탱크(50)의 물이 증발기(14)에서 열교환됨으로써, 냉수저장탱크(50)의 냉수를 냉방에 사용할 수 있다. 이때, 제 1 탱크(20)에 저장된 고온의 청수가 열교환기(30)로 공급되어, 열교환기(30)에서 청수가 상대적으로 저온인 하수와 열교환을 하게 됨으로써, 열교환기(30)에서 배출되는 청수가 20℃ 정도 되고, 이후, 청수가 응축기(12)로 공급되어, 응축기(12)에서 냉매가 열교환에 의해 충분히 응축될 수 있다.
이와 같이, 하절기에 하수의 폐열을 이용하여 응축기에서 외부로 방열되어, 외부 환경이 열에 의해 훼손되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 외부의 높은 온도에 상관없이 냉매가 충분히 응축되고, 냉각탑 등이 요구되지 않는다.
10 : 냉매 순환 사이클 11 : 압축기
12 : 응축기 13 : 팽창기
14 : 증발기 20 : 제 1 탱크
30 : 열교환기 40 : 온수저장탱크
50 : 냉수저장탱크 60 : 방류수 저장조
12 : 응축기 13 : 팽창기
14 : 증발기 20 : 제 1 탱크
30 : 열교환기 40 : 온수저장탱크
50 : 냉수저장탱크 60 : 방류수 저장조
Claims (2)
- 냉매가 압축기(11), 응축기(12), 팽창기(13), 증발기(14) 순으로 순환되어 냉매 순환 사이클(10)을 이루고, 응축기(12)와 증발기(14)가 판 열교환기로 이루어져 있으며, 제 1 내지 제 8 밸브(V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8)의 개폐작동에 의해, 동절기에 제 1 탱크(20)의 청수가 열교환튜브(31)를 주기적으로 청소할 수 있는 튜브 타입의 열교환기(30) 및 증발기(14) 통해 순환되고, 온수저장탱크(40)의 물이 응축기(12)와 열교환되며, 하절기에 제 1 탱크(20)의 청수가 열교환기(30) 및 응축기(12)를 통해 순환되고, 냉수저장탱크(50)의 물이 증발기(14)와 열교환되며, 방류수 정화조(60)의 하수가 열교환기(30)에서 청수와 열교환을 하게 되는 것을 특징으로 하는 하수 폐열 회수장치.
- 제 1 항에 있어서,
열교환기(30)의 배출구에 연결된 하수배출라인(L1)에서 분기라인(L2)이 분기되고, 상기 분기라인(L2)이 방류수 정화조(60)에 연결되며, 하수배출라인(L1)에 온도계(65)와 제 9 밸브(V9)가 장착되고, 분기라인에 제 10 밸브(V10)가 장착되는 것을 특징으로 하는 하수 폐열 회수장치.
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