KR101469928B1

KR101469928B1 - 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치

Info

Publication number: KR101469928B1
Application number: KR1020120046135A
Authority: KR
Inventors: 김경욱
Original assignee: 주식회사 명보에너지
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2014-12-05
Also published as: KR20130122890A

Abstract

본 발명은 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기 중에 있는 미열을 히트펌프 냉난방기로 흡수하여 1차로 온수를 생산한 후, 상기 온수를 온수탱크 내부에 공급하여 축열시킨 다음 태양열 집열기를 통하여 추가 가열하거나 가열된 온수를 2차로 보일러를 가동 스팀을 발생시키고 상기 보일러에서 발생 되는 스팀을 이용하여 발전기를 가동하여 전기를 생산하고 생산된 전기는 자가 사용 등 여러 용도로 사용하고 또한 배터리에 충전하여 사용할 수 있으면서 상기 공정에서 발생하는 스팀의 잔열과 응축수 열은 히트펌프와 배관 파이프로 서로 연결된 열교환기, 온수탱크를 통하여 건물 내부에 난방 및 온수를 지속적으로 공급할 수 있도록 구성되고 하절기에는 히트펌프에서 온수 생산 시 발생하는 냉수는 냉수탱크를 통하여 냉방에 사용하는 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치에 관한 것이다.

Description

자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치{heating and cooling apparatus using the heat pump}

일반적으로 사용되고 있는 가정 및 산업용 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석 연료 또는 핵연료 등이 있는데, 이러한 에너지원 사용은 환경오염의 주원인을 발생시킬 뿐만 아니라 매장량의 한계가 있기 때문에 이러한 문제점의 대책으로 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.

또한, 냉. 난방을 위하여 사용되는 에너지원으로는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된 전력에너지를 주로 사용하고 있다.

그러나 화석연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 대기 환경을 오염시키는 단점이 있으므로 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.

한편, 이러한 대체 에너지 중에서도 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열, 지열 등에 관한 연구와 이를 이용한 냉난방 장치가 사용되고 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다.

그리고, 일반적으로 사용되는 히트펌프는 냉매를 순환시키면서 일측의 열교환기에서 열원을 타측의 열교환기에게 이동시켜주는 것으로 냉매의 액화와 기화를 반복하면서 열원을 이동시키는 구성이며, 이와 같은 히트펌프가 4방 전자변 및 기타 주변기기와 결합되어 냉, 난방을 위하여 사용될 경우 냉, 난방장치로서 그 효용가치가 있는 것이다.

한편, 히트펌프 시스템은 압축기와 응축기 및 증발기를 갖는 냉매순환 사이클과 상기 응축기를 내부에 수용하는 고온측 열교환기와 상기 증발기를 내부에 수용하는 저온측 열교환기를 포함하여 구성되어 있다.

이와 같은 장치는 냉방과 난방을 선택적으로 할 수 있으며, 이에 따른 효율을 대용량의 난방기와 냉방기로 사용하기에 매우 부족하고 유지하고, 보수하는 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 구조가 간단하면서 시설비가 현저히 절감되고 유지보수에 다른 시설유지비용을 크게 줄이면서 에너지 소모량도 저하시킬 수 있는 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치에 관한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기 중에 있는 미열을 히트펌프 냉난방기로 흡수하여 1차로 온수를 생산한 후, 상기 온수를 온수탱크 내부에 공급하여 축열시킨 다음 태양열 집열기를 통하여 추가 가열하고 상기 가열된 온수를 2차 가열하는 스팀 보일러의 공급수로 사용, 상기 스팀 보일러에서 발생 되는 스팀을 이용하여 발전기를 가동하여 전기를 생산함은 물론, 생산된 전기는 자가사용 등 여러 용도로 사용하고 또 배터리에 충전하여 사용되고, 상기 공정에서 발생하는 스팀의 잔열과 응축수 열은 히트펌프와 배관 파이프로 서로 연결된 열교환기, 온수탱크를 통하여 건물 내부에 난방 및 온수를 지속적으로 공급할 수 있도록 하고 하절기에는 히트펌프에서 온수 생산 시 발생하는 냉수는 냉수탱크를 통하여 냉방에 사용하는 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치에 관한 것이다.

본 발명은 히트펌프를 가동하여 1차 온수를 만들고 태양열 집열기를 사용하여 온수열량을 추가하며 2차 스팀 보일러를 가동하여 스팀을 발생시키게 되며, 상기 스팀 보일러에서 발생 되는 스팀을 이용하여 발전기를 가동하여 전기를 생산함은 물론, 생산된 전기는 자가사용 등 여러 용도로 사용하고 또 배터리에 충전하여 사용할 수 있는 특징이 있다.

그리고, 히트펌프 냉. 난방기에 의해 온수를 가열 공급함과 더불어 자동생산되는 냉수를 냉각시켜 공간의 냉방에도 사용할 수 있기 때문에 시설비가 현저히 줄어들고 이를 구동하기 위한 에너지를 절감시킬 수 있는 특징이 있다.

그리고, 본 발명의 히트펌프를 적용하면 비교적 고온과 저온으로 급수를 제공할 수 있기 때문에 열효율이 극대화되어 운전비용이 최소화되고, 거의 반영구적으로 사용할 수 있으므로 안전하게 시스템을 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치를 계략적으로 나타낸 계통도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제어하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

먼저, 본 발명은 도 1과 같이 공기 중에 있는 미열을 히트펌프(10)로 흡수하여 1차로 온수를 생산한 후, 상기 온수를 온수탱크(14) 내부에 공급하여 축열시킨 다음 태양열 집열기(20)를 통하여 추가 가열하고, 가열된 고온수를 스팀 보일러(30)에 공급 스팀발생 시스팀보일러의 소모 열량을 줄이게 되는 구성이다.

여기서, 상기 스팀 보일러(30)에서 발생 되는 스팀을 이용하여 발전기(40)를 가동하여 전기를 생산함은 물론, 생산된 전기는 자가 사용 등 여러 용도로 사용하고 또 배터리(50)에 충전하여 사용하는 구성이다.

그리고, 상기 공정에서 발생하는 스팀의 잔열과 응축수 열은 히트펌프(10)에 공급됨과 함께 상기 히트펌프(10)와 배관으로 연결되는 온수탱크(12)와, 열교환기(13)와, 온수탱크(14)를 순차적으로 통과하면서 건물 내부에 난방 및 온수를 지속적으로 공급할 수 있는 구성이다.

여기서, 건물의 옥상 또는 실외에 히트펌프(10)를 설치하게 되며, 상기 히트펌프(10)는 파이프 배관을 통하여 냉수탱크(11), 온수탱크(12), 열교환기(13), 온수탱크(14)와 서로 연결되는 구성이다.

여기서, 상기 냉수탱크(11)와 온수탱크(12), 열교환기(13), 온수탱크(14)는 건물의 옥상 또는 하부 측에 형성된다.

그리고, 상기 냉수탱크(11)에 저장되는 냉수는 건물 옥상에 형성된 히트펌프(10)를 통과시켜 냉수의 온도를 8～10℃로 유지시키게 되며, 상기 냉각수는 다시 냉수탱크(11)로 공급된 후, 펌프의 작동으로 건물 각층에 형성된 공간 냉방기(15)에 공급될 수 있다.

이때, 상기 냉수탱크(11)에 저장된 냉수는 별도의 배관 파이프(미도시됨)를 통하여 각층에 형성되는 공간 냉방기(15)에 공급되는 구성이다.

한편, 온수탱크(12)에 저장되는 온수는 건물 옥상에 형성된 히트펌프(10)를 통과시켜 온수의 온도를 50～90℃로 유지시키게 되며, 상기 온수는 스팀보일러에 공급되고 스팀보일러에서 발전기를 가동하고 생산되는 스팀 잔열 및 응축수를 온수탱크(12)로 저장되며 저장된 온수는 각층에 형성된 바닥 난방기(16)에 공급되어 난방 작용을 하게 되며 환수되는 30～50℃의 미온수를 다시 온수탱크(14)에 환수하여 히트펌프가 고온수를 생산 축열하고, 열교환기(13)를 거쳐 온수탱크(14)와 직렬로 연결된 별도의 배관 파이프(미도시됨)를 형성하게 되며, 상기 배관 파이프는 각층의 욕실과 주방으로 연결되어 따뜻한 온수를 공급할 수 있는 구성이다.

이상과 같이 본 발명은 공기 중에 있는 미열을 히트펌프(10)로 흡수하여 1차로 온수를 생산한 후, 상기 온수를 온수탱크(14) 내부에 공급하여 축열시킨 다음 태양열 집열기(20)를 통하여 추가로 가열하고, 상기 가열된 고온수를 사용하여 스팀보일러(30)의 공급수로 공급하고 스팀보일러로 2차 가열 스팀을 발생시키게 되는 구성이다.

여기서, 상기 스팀 보일러(30)에서 발생 되는 스팀을 이용하여 발전기(40)를 가동하여 전기를 생산함은 물론, 자가 사용 등 사용하고 또 생산된 전기는 배터리(50)에 충전하여 사용할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 공정에서 발생하는 스팀의 잔열과 응축수 열은 온수탱크에 공급됨과 함께 상기 히트펌프(10)와 파이프 배관으로 서로 연결된 냉수탱크(11)와 온수 탱크(12), 열교환기(13), 온수탱크(14)를 순차적으로 통과하면서 건물 내부에 냉난방 및 온수를 지속적으로 공급할 수 있다.

결과적으로 본 발명은 본 발명은 히트펌프 및 태양열 집열기를 사용하여 고온수를 생산하고 스팀 보일러를 이용 스팀을 생산하여 발전기를 가동시키게 되며, 전기를 생산함은 물론, 생산된 전기는 자가 사용 등 사용하고 또 배터리에 충전할 수 있는 특징이 있다.

그리고, 히트펌프 냉난방기에 의해 온수를 가열 공급함과 더블어 냉수를 냉각시켜 공간의 냉방에도 사용할 수 있기 때문에 전기등 에너지소비가 현저히 줄어 들고 이를 구동하기 위한 에너지를 절감시킬 수 있는 특징이 있다.

10. 히트펌프 11. 냉수탱크
12. 온수탱크 13. 열교환기
14. 온수탱크 15. 공간 냉방기
16. 바닥 난방기 20. 태양열 집열기
30. 스팀 보일러 40. 발전기
50. 배터리 60. 응축수

Claims

공기 중에 있는 미열을 히트펌프(10) 냉난방기로 흡수하여 1차로 온수를 생산한 후, 상기 온수를 온수탱크(14) 내부에 공급하여 축열시킨 다음 태양열 집열기(20)를 통하여 추가로 가열하여 고온수를 생산하고 , 상기 생산된 고온수를 스팀 보일러(30)에 공급하여 스팀 보일러의 스팀생산비용을 줄이되,
상기 스팀 보일러(30)에서 발생 되는 스팀으로 발전기(40)를 가동하여 전기를 생산함은 물론, 생산된 전기는 자가 사용과 배터리(50) 충전에 사용되며,
상기 스팀 보일러(30)의 잔열과 응축수 열은 히트펌프(10)와 배관 파이프로 서로 연결된 냉수탱크(11)와 온수탱크(12), 열교환기(13), 온수탱크(14)를 순차적으로 통과하면서 건물 내부에 냉·난방 및 온수를 지속적으로 공급할 수 있도록 구성되는 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치.