KR101334892B1 - 수액기 및 이를 이용한 폐수 열 회수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수액기 및 이를 이용한 폐수 열 회수시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래에 별도로 구비되던 액열기와 수액기를 합쳐서 하나의 장치로 구성할 수 있고, 열교환효율을 향상시킬 수 있는 수액기와 이를 이용한 폐수 열 회수시스템에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서의 본 발명은, 수액케이스, 상기 수액케이스의 내부에 구비되는 액분리케이스, 일단이 증발기에 연결되고 타단은 상기 액분리케이스의 내부로 연통 되도록 구비되는 유입관, 일단이 압축기에 연결되고 타단은 상기 액분리케이스의 내부로 연통되도록 구비되는 유출관, 일단이 응축기에 연결되고 타단은 상기 수액케이스에 연결되는 유입중계관, 일단이 팽창밸브에 연결되고 타단은 상기 수액케이스에 연결되는 배출중계관을 포함하여 구성되는 수액기에 있어서, 상기 유입관의 타단은 상기 액분리케이스의 내측 상부에 구비되고, 상기 유출관은 상기 액분리케이스의 내측 하부까지 연장되도록 구비되되, 상기 유출관의 타단 외측에는 상부가 개방되고 하단이 밀폐된 제1 냉매이동로가 상기 유출관의 타단을 밀폐시키지 않으면서 상기 유출관의 외측면으로 이격되도록 구비될 수 있다.

Description

수액기 및 이를 이용한 폐수 열 회수시스템{LIQUID RECEIVER AND HEAT RECOVERY SYSTEM FROM WASTE WATER USING THE SAME}

본 발명은 수액기 및 이를 이용한 폐수 열 회수시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래에 별도로 구비되던 액열기와 수액기를 합쳐서 하나의 장치로 구성할 수 있고, 열교환효율을 향상시킬 수 있는 수액기와 이를 이용한 폐수 열 회수시스템에 관한 것이다.

폐수 열 회수시스템은 목욕탕이나 사우나 등과 같이 온수를 많이 사용하는 시설에서 폐 온수를 방류하기 전에 잔류 열을 회수하여 다시 사용하기 위한 장치이다. 이처럼, 폐수에서 잔류 열을 회수하기 위해서는 폐 온수로부터 열을 회수하여 사용 전의 물을 가열하는 히트펌프가 필요하며, 히트펌프에는 저온의 기체냉매와 고온의 액체냉매가 상호 열교환 할 수 있는 수액기와 액 분리기가 필요하다.

수액기는 응축기와 팽창밸브 사이에 설치되어 응축기에서 액화된 고온·고압의 냉매액을 일시적으로 저장하는 용기를 말하고, 액 분리기는 압축기와 증발기 사이에 구비되어 압축기로 흡입되는 가스 중에 액이 혼합되는 것을 방지하는 장치이다.

종래에는 히트펌프에 구비되는 수액기와 액 분리기가 별도로 구비되는 것이 일반적이었다. 그러나 수액기와 액 분리기가 별개의 배관라인에 설치되는 경우에 히트펌프의 구조가 복잡해지고, 액 분리기에서 증기와 분리된 냉매액을 반송시키기 때문에 냉동효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여 최근에는 수액기에 액분리기가 구비된 일체형 수액기가 제시되고 있다. 그러나 종래기술에 따른 일체형 수액기에서는 수액기에서 증기상태의 냉매가 압축기로 유입되는 문제가 완벽하게 해소되지 못하는 문제점이 있다.

KR 20-0134978 A1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 증발기에서 유입된 기체상태의 냉매에 일부 포함되어 있는 액체 냉매가 압축기 쪽으로 유입되는 것을 방지할 수 있는 수액기 및 이를 이용한 폐수 열 회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서의 본 발명은, 수액케이스, 상기 수액케이스의 내부에 구비되는 액분리케이스, 일단이 증발기에 연결되고 타단은 상기 액분리케이스의 내부로 연통 되도록 구비되는 유입관, 일단이 압축기에 연결되고 타단은 상기 액분리케이스의 내부로 연통되도록 구비되는 유출관, 일단이 응축기에 연결되고 타단은 상기 수액케이스에 연결되는 유입중계관, 일단이 팽창밸브에 연결되고 타단은 상기 수액케이스에 연결되는 배출중계관을 포함하여 구성되는 수액기에 있어서, 상기 유입관의 타단은 상기 액분리케이스의 내측 상부에 구비되고, 상기 유출관은 상기 액분리케이스의 내측 하부까지 연장되도록 구비되되, 상기 유출관의 타단 외측에는 상부가 개방되고 하단이 밀폐된 제1 냉매이동로가 상기 유출관의 타단을 밀폐시키지 않으면서 상기 유출관의 외측면으로 이격되도록 구비될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 액분리케이스의 외주면에는 양단이 개방된 원통형 또는 다각통 형상의 열교환부가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 유입관의 타단은 상기 제1 냉매이동로의 상단보다 낮은 위치에 구비될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 액분리케이스의 내측벽에는 상하방향으로 제2 냉매이동로가 더 구비되되, 상기 제1,2 냉매이동로의 상단은 상기 유입관의 타단보다 낮은 위치에 구비되고, 상기 제1,2 냉매이동로와 상기 유입관의 사이에는 가림막이 상기 제1,2 냉매이동로와 상기 유입관을 가리지 않도록 구비될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 상기 제2 냉매이동로는 상기 액분리케이스의 내측벽을 따라 다수개의 중공의 관이 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 수액기는 증발기에서 유입된 기체상태의 냉매에 일부 포함되어 있는 액상의 냉매가 압축기로 연결된 파이프를 통과하기 전에 응축기에서 유입된 냉매와 열교환을 하면서 액상의 냉매를 응결시켜 압축기로 흘러들어가지 않도록 하고, 수액기의 내부에 응결된 냉매가 증발되어 기체상태가 되는 경우에 다시 압축기로 유입되도록 하여 히트펌프의 내구성 유지 및 효율향상을 기할 수 있는 수액기 및 이를 이용한 폐수 열 회수시스템을 제공할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수열 회수 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1 중 히트펌프의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수액기의 측면을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수액기의 상부면을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수액기의 측면을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수액기의 상부면을 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수열 회수 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1 중 히트펌프의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폐수 열 회수 시스템은 사우나(10) 등에서 고온의 폐 온수가 방출되면 폐수열회수기(20)로 수집된다. 이렇게 수집된 고온의 폐 온수는 저수조탱크(30)에서 공급되는 냉수를 열교환방식으로 가열한 후에 폐수조탱크(50)로 보내지게 되고, 저수조탱크(30)에서 공급되어 폐수열회수기(20)에서 가열된 물은 온수탱크(40)로 보내져서 재사용된다. 이때 필요한 경우에 온수탱크(40)의 물은 온수보일러(45)에 의하여 원하는 온도로 좀더 가열한 후에 다시 온수분배기(43)를 통하여 온수가 필요한 곳으로 공급되게 된다.

한편, 폐수조탱크(50)의 물은 히트펌프를 이용하여 다시 열을 회수하게 된다. 즉, 폐수조탱크(50)의 물은 증발기(70)를 통과하면서 증발기(70) 내부에 구비된 증발관에 열을 빼앗긴 후에 다시 폐수조탱크(50)로 돌아가게 되고, 증발기(70)에서 회수된 열은 히트펌프(60)에서 방출되면서 주변의 물을 가열하게 된다. 증발관의 내부에는 냉매가 흐르면서 열을 교환하는 공지의 방법이 적용되며, 히트펌프(60)의 주변을 흐르는 물은 별도로 공급된 냉수이거나 전술하여 설명한 폐수열회수기(20)를 통과하여 일부 가열된 물이며, 이렇게 가열된 물은 다시 온수탱크(40)로 공급되게 된다.

증발기(70)를 통과하면서 열을 빼앗긴 폐수는 최종적으로 방류되기 전에 마지막으로 방류탱크(90)로 보내진 후에 저온의 저수조탱크(30)의 물을 한번 더 가열한 후 방류되게 된다. 본 발명은 상기와 같은 구성 또는 이와 유사한 구성의 폐수 열 회수시스템에 사용되는 증발기(70)의 구성에 관한 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 히트펌프는 증발기, 팽창밸브, 압축기 및 응축기로 구성되며, 도면상에서 증발기와 팽창밸브 및 압축기와 응측기의 사이에는 수액기(100)와 액분리기가 일체로 구성된 일체형 수액기(100)가 구비되어 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수액기의 측면을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수액기의 상부면을 나타내는 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 폐수 열 회수시스템에 적용되는 수액기(100)는 수액케이스(110), 상기 수액케이스(110)의 내부에 구비되는 액분리케이스(150), 일단이 증발기에 연결되고 타단은 액분리케이스(150)의 내부로 연통되도록 구비되는 유입관(163), 일단이 압축기에 연결되고 타단은 액분리케이스(150)의 내부로 연통되도록 구비되는 유출관(165), 일단이 응축기에 연결되고 타단은 수액케이스(110)에 연결되는 유입중계관(113), 일단이 팽창밸브에 연결되고 타단은 수액케이스(110)에 연결되는 배출중계관(115)을 포함하여 구성된다.

수액케이스(110)는 내부가 비어있는 중공의 원통으로 구성되며, 상부와 하부(도 3을 기준으로 한 방향표시이며, 이하 동일)는 돔(Dome)형상으로 밀폐된 구조이다. 이러한 구성은 압력용기에서 내압에 잘 견디도록 하기 위하여 일반적으로 사용되는 구조이다. 본 발명의 수액케이스(110)의 내부에는 냉매가 일시적으로 저장되기 때문에 상기와 같은 구조가 사용되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니다. 수액케이스(110)의 기능 및 수액케이스(110)에서 냉매의 흐름에 관해서는 후술하여 설명한다.

수액케이스(110)의 외측면에는 유입중계관(113)과 배출중계관(115)이 연결된다. 유입중계관(113)은 일단이 응축기에 연결되고 타단은 수액케이스(110)의 외측면 중 어느 한 부분에 연통되도록 구비되어, 상기 응축기로부터 저온의 액상 냉매가 수액케이스(110)로 유입되게 된다. 본 발명의 바람직한 실시예로 유입중계관(113)은 수액케이스(110)의 상부 측면에 구비된다.

배출중계관(115)은 일단이 팽창밸브에 연결되고, 타단은 수액케이스(110)의 외측면 중 어느 한 부분에 연통되도록 구비된다. 그리하여 수액케이스(110)의 냉매를 팽창밸브로 공급하는 통로가 된다. 본 발명의 바람직한 실시예로 배출중계관(115)은 수액케이스(110)의 하부 측면에 구비되되, 전술하여 설명한 유입중계관(113)의 반대쪽에 구비되도록 한다.

액분리케이스(150)는 수액케이스(110)의 내부에 구비되는 것으로, 바람직하게는 도면에 도시된 바와 같이 수액케이스(110)의 내측 상부에 구비된다. 이러한 구성은 액분리케이스(150)를 수액케이스(110)에 용이하고 고정하고, 유입관(163)과 유출관(165)을 용이하게 연통시키기 위한 구성으로, 상기와 같은 목적을 달성할 수 있다면 반드시 도면에 도시된 구조에 한정될 필요는 없으며 공지의 다양한 구조로 설계될 수 있다. 액분리케이스(150)는 수액케이스(110)와는 분리되어 별개의 공간을 형성하게 된다. 즉, 수액케이스(110)를 통과하는 냉매와 액분리케이스(150)를 통과하는 냉매는 서로 섞이지 않는 구조이다. 액분리케이스(150)에는 유입관(163)과 유출관(165)이 연결되어 있다.

유입관(163)은 일단이 증발기에 연결되어 있고, 타단은 액분리케이스(150)의 내부로 소정의 길이만큼 연장되도록 연통되어 있다. 그리하여 증발기에서 생성된 저온 저압의 기상냉매가 유입관(163)을 통하여 액분리케이스(150)의 내부로 유입되게 된다. 본 발명의 바람직한 실시예로 유입관(163)은 액분리케이스(150)의 내측 상부에 일부 연장되도록 구비된다. 유출관(165)은 일단이 압축기에 연결되어 있고, 타단은 수액케이스(110)의 내부로 연통되도록 구비된다. 본 발명의 바람직한 실시예로 유출관(165)은 액분리케이스(150)의 내측 하부까지 연장되도록 구비되되, 끝단이 막히지 않도록 상기 액분리케이스(150)의 바닥면으로부터 이격되도록 구비되거나 도면에 도시된 바와 같이 단부가 경사지게 구성되어 상기 유출관(165)의 단부가 액분리케이스(150)의 바닥면에 닿더라도 상기 유출관(165)이 막히지 않는 구조로 할 수 있다. 유출관(165)의 외측에는 제1 냉매이동로(167)가 구비되어 있다.

제1 냉매이동로(167)는 상부가 개방되고 하단이 밀폐된 구조로, 몸체는 유출관(165)과 대응되는 형상으로 구성되되, 상기 유출관(165)보다는 다소 크게 형성되어 있다. 그리하여 제1 냉매이동로(167)의 개방된 상부로 유출관(165)이 삽입되면서 상기 유출관(165)의 단부는 제1 냉매이동로(167)의 바닥면으로부터 소정의 간격으로 이격되도록 결합 되고, 상기 유출관(165)의 외측면과 상기 제1 냉매이동로(167)의 내측면 사이에는 공간이 형성되어 있다. 그리하여 유입관(163)으로 유입된 냉매가 제1 냉매이동로(167)의 상부로 들어가서 제1 냉매이동로(167)와 유출관(165) 사이를 통과한 다음 상기 유입관(163)으로 들어가는 구조가 된다.

본 발명의 바람직한 실시예로, 전술하여 설명한 유입관(163)의 타단은 제1 냉매이동로(167)의 상단부다 낮은 위치에 구비되도록 한다. 그리하여 증기상태에 포함되어 있는 액상의 냉매가 제1 냉매이동로(167)의 상부로 곧바로 유입되지 않도록 한다.

한편, 액분리케이스(150)의 외주면에는 수액케이스(110)를 통과하는 냉매와 액분리케이스(150)를 통과하는 냉매 사이에 열교환이 원활하게 이루어지도록 하기 위하여 열교환부(170)가 더 구비되어 있다. 열교환부(170)는 공지의 다양한 형성으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시되지는 않았지만 액분리케이스(150)의 외주면의 길이방향을 따라 판상의 열교환판(미도시)이 다수개가 구비될 수 있다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예로, 열교환부(170)는 양단이 개방된 원통형이 액분리케이스(150)의 외주면을 따라 다수개가 구비되도록 한다. 즉, 소정의 길이를 가지고 내부가 중공인 원통형의 열교환부(170)가 외부면을 따라 돌아가면서 구비된다. 그리하여 수액케이스(110)를 통과하는 냉매가 열교환부(170)의 외부는 물론 내부의 중공부를 통과하면서 상기 수액케이스(110)와 액분리케이스(150) 사이에 열교환이 활발하게 일어나도록 한다.

상기와 같은 구성에서, 유입관(163)을 통하여 액분리케이스(150)의 내부로 기상의 냉매가 유입되게 된다. 이때, 증발기를 지나서 유입되는 기상의 냉매에는 소량의 안개 형태의 액상 냉매가 포함되어 있다. 그런데, 이러한 액상의 냉매가 압축기로 들어가게 되면 액압축(liquid compression)이 일어나서 압축기를 파손시킬 수가 있다. 따라서 증발기로부터 공급된 기상의 냉매에 포함된 미량의 액상냉매를 분리할 필요가 있는 것이다.

유입관(163)을 통하여 유입된 냉매는 곧바로 유출관(165)을 통하여 압축기로 들어가지 않고, 비교적 무거운 액상의 냉매는 액분리케이스(150)의 바닥으로 내려가고, 비교적 가벼운 기상의 냉매만 제1 냉매이동로(167)로 들어가게 된다. 액분리케이스(150)의 외측에는 저온의 액상냉매가 지나기 때문에 액분리케이스(150)로 유입된 냉매 중 안개상태의 액상냉매는 곧바로 상기 액분리케이스(150)의 벽면에 응결되게 된다. 액상의 냉매가 기화하면 다시 제1 냉매이동로(167)로 들어가게 된다. 유입관(163)은 제1 냉매이동로(167)보다 낮은 위치까지 연장되어 있기 때문에 상기 유입관(163)을 통하여 유입된 액상냉매를 포함하는 냉매가 곧바로 제1 냉매이동로(167)로 들어가는 것을 최대한 방지할 수 있다. 즉, 액분리케이스(150)는 냉동장치의 액 분리기의 역할을 하게 된다.

제1 냉매이동로(167)로 들어간 기상의 냉매는 유출관(165)을 통하여 배출된 다음 압축기와 응축기를 거쳐 저온의 액상냉매로 변하여 수액케이스(110)로 들어오게 된다. 수액케이스(110)로 들어온 냉매는 일시적으로 저장되었다가 필요한 만큼 증발기로 공급되게 된다. 즉, 수액케이스(110)는 냉동장치에서 수액기(100)의 역할을 하게 된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수액기의 측면을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수액기의 상부면을 나타내는 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 수액기(100)는 액분리케이스(150)의 내측벽에 상하방향으로 최소한 하나 이상, 바람직하게는 다수개의 제2 냉매이동로(180)가 더 구비되어 있다. 그리고 제2 냉매이동로(180)의 상부에는 가림막(190)이 더 구비되어 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수액기(100)의 그 외의 구성은 전술하여 설명한 수액기(100)의 구성과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수액기(100)는 제1 냉매이동로(167)와 제2 냉매이동로(180)의 상단이 전술하여 설명한 유입관(163)의 타단보다 낮은 위치에 구비된다. 그리고 가림막(190)은 제1,2 냉매이동로(167, 180)와 유입관(163) 사이를 상·하부로 완전히 격리시키도록 구비되되, 제2 냉매이동로(180)만이 상기 가림막(190)을 관통하도록 구비되어 있다. 그리고 제2 냉매이동로(180)의 하단은 액분리케이스(150)의 하단으로부터 이격되도록 구비되어 있다.

상기와 같은 구성에서, 유입관(163)을 통하여 유입된 기상의 냉매는 가림막(190)에 의하여 곧바로 아래로 내려오지 못하고, 상기 가림막(190)을 관통하여 구비되는 제2 냉매이동로(180)를 통하여 아래로 내려가게 된다. 이때, 제2 냉매이동로(180)는 액분리케이스(150)의 내측벽에 구비되어 있고, 액분리케이스(150)의 외측에는 저온의 액상냉매가 지나고 있기 때문에 증기상태의 냉매는 그대로 통과하고 액상의 냉매는 제2 냉매이동로(180)의 벽면에 응결되게 된다.

제2 냉매이동로(180)를 통과한 기상의 냉매는 액분리케이스(150)의 내부로 유입된 후에 다시 상승하여 제1 냉매이동로(167)의 상부로 유입된다. 제1 냉매이동로(167)로 에서 부터는 전술하여 설명한 경로와 동일한 경로를 통하여 압축기로 이동하게 된다. 그리하여 액상의 냉매가 압축기로 유입되는 것을 차단할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 수액기
110: 수액케이스
113: 유입중계관
115: 배출중계관
150: 액분리케이스
163: 유입관
165: 유출관
167: 제1 냉매이동로
170: 열교환부
180: 제2 냉매이동로
190: 가림막

Claims (5)

1. 수액케이스, 상기 수액케이스의 내부에 구비되는 액분리케이스, 일단이 증발기에 연결되고 타단은 상기 액분리케이스의 내부로 연통 되도록 구비되는 유입관, 일단이 압축기에 연결되고 타단은 상기 액분리케이스의 내부로 연통되도록 구비되는 유출관, 일단이 응축기에 연결되고 타단은 상기 수액케이스에 연결되는 유입중계관, 일단이 팽창밸브에 연결되고 타단은 상기 수액케이스에 연결되는 배출중계관을 포함하여 구성되는 수액기에 있어서,
   상기 유입관의 타단은 상기 액분리케이스의 내측 상부에 구비되고, 상기 유출관은 상기 액분리케이스의 내측 하부까지 연장되도록 구비되되, 상기 유출관의 타단 외측에는 상부가 개방되고 하단이 밀폐된 제1 냉매이동로가 상기 유출관의 타단을 밀폐시키지 않으면서 상기 유출관의 외측면으로 이격되도록 구비되고,
   상기 액분리케이스의 외주면에는 양단이 개방된 원통형 또는 다각통 형상의 열교환부가 더 구비되며,
   상기 액분리케이스의 내측벽에는 상하방향으로 제2 냉매이동로가 더 구비되되, 상기 제1,2 냉매이동로의 상단은 상기 유입관의 타단보다 낮은 위치에 구비되고, 상기 제1,2 냉매이동로와 상기 유입관의 사이에는 가림막이 상기 제1,2 냉매이동로와 상기 유입관을 가리지 않도록 구비되는 것을 특징으로 하는 수액기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 냉매이동로는 상기 액분리케이스의 내측벽을 따라 다수개의 중공의 관이 구비되는 것을 특징으로 하는 수액기.
   

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