KR101679009B1 - -20℃ 이하 온도 기후조건에도 사용할 수 있는 태양열과 압축열을 이용한 난방설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열과 압축열을 이용한 난방설비에 관한 것으로, 상세하게는 -20℃ 이하 기온의 환경에서 원활한 난방기능이 발휘할 수 있도록, 냉매를 가열한 후 냉매를 배출하는 태양열 패널과, 상기의 가열과정에서 액상의 냉매는 기화되며, 기체상태의 냉매만으로 순환을 하기 위한 액 분리기와, 상기의 액 분리기를 통해 기체상태의 냉매를 압축하여 고온으로 변화시키는 압축기와, 상기의 냉매의 압축과정에서 냉매에 포함된 기름을 제거하는 기름 분리기와, 상기의 기름을 제거한 냉매가 이용하여 용수를 가열하는 판형 열 교환기와, 상기의 열 교환기에서 배출하는 냉매를 분할하는 분할 밸브와, 상기의 분발 밸브를 경유한 냉매를 기체상태에서 액체 상태로 변경하는 수액기와, 상기와 같이 액체 상태로 된 냉매의 건조하기 위한 건조기와 액체 상태의 냉매를 분할하여 태양열 패널에 유입하는 분배기로 구성한 순환 라인과, 분할 밸브를 통해 분할된 냉매를 건조하는 건조기와 외부의 온도가 -20일 때 순환 라인의 압력을 높이기 위해 냉매를 공급하는 냉매 밸브로 구성한 압력 증감 라인을 구비함을 난방설비를 제공하여, 친환경적이면서 에너지 생산비용을 절감할 수 있는 난방설비를 제공하면서, 대기 온도가 -20℃ 이하인 기후조건에서도 난방설비를 사용할 수 있도록 한 것이다.

Description

-20℃ 이하 온도 기후조건에도 사용할 수 있는 태양열과 압축열을 이용한 난방설비{Heating apparatus using solar and compression heat which can be used at the 20 degrees below zero}

본 발명은 태양열과 압축열을 이용한 난방설비에 관한 것으로, 상세하게는 -20℃ 이하 기온의 환경에서 원활한 난방기능이 발휘할 수 있도록, 기후 조건에 따라 동작하는 감압조절 팽창밸브의 기능으로 고압력을 컨트롤함으로써, 태양열판넬에서 고온을 전달받고, 압축기의 동력을 이용하여 온수를 생산하여 난방할 수 있는 것으로, 극저온의 기후조건에서도 최적의 난방을 구현할 수 있는 에너지 절감과 대류의 열에너지를 활용하는 난방설비이다.

일반적으로 가정을 포함한 건물의 온수 공급 및 난방 시스템은 석유, 가스, 석탄 등의 화석에너지를 이용하여 물을 가열 후 사용하는 보일러 방식이 사용되고 있다.

또한, 화석 연료의 고갈 내지 환경 오염 문제 등을 해결하기 위해 현재에는 청정에너지인 태양열, 지열, 풍력, 조력, 파력 등을 이용한 신 재생에너지를 활용하여 난방설비를 구현하고 있다.

이러한 신 재생 에너지를 이용한 온수 공급 또는 난방 방식에서 본 발명이 속하는 태양열을 이용한 난방설비를 살펴보면, 공개된 특2001-0104397호 내용과 같이 '태양열 열 펌프-잠열 축열시스템을 연계한 복합 냉난방 온수장치가 제안되어 있다.

상기와 같은 공개된 발명을 살펴보면, 태양으로부터 오는 에너지를 모아서 열로 변환하는 태양열 집열기를 이용하는 것으로, 열을 모으는 투명한 유리나 플라스틱판으로 태양열 등을 흡수하여 저장 후 이를 열전달 매체를 이용 축열조와 열교환 시켜 난방용이나 온수용 물로 사용하는 장치이다.

일반적인 평판형 태양열 집열기의 구성을 설명하자면, 몸체가 사각형상의 평판 형태로 이루어진 것으로, 구리나 알루미늄 등을 이용하여 제작된 얇은 금속판에 태양 광선을 최대한 흡수할 수 있도록 표면을 특수 화공처리한 집열판을 형성하는 한편, 상기 집열판으로부터 열을 전달받는 통상 동 재질로 이루어진 다수개의 가는 지관을 일정간격으로 배열 후 용접시켜서 사각형상의 프레임 내에 삽입시키고 그 상부로 투명덮개를 씌어 일체의 집열기를 형성하는 형태이다.

그리고 상기 평판형 태양열 집열기를 이용한 난방은, 물을 직접 가열하여 이용하는 경우도 있지만 겨울철 및 혹한기가 존재하는 지역에서는 물보다는 부동액을 냉매로 사용하기도 한다.

그러나 상기와 같은 종래의 난방설비의 경우 다음과 같은 문제점을 갖는다.

태양열을 이용한 난방설비의 경우, 냉매가 순환 라인을 통해 이동하는 과정에서, 대기 온도 저하에 의해서 압력이 저하하는 냉매의 사용을 위해서, 압력을 높일 수 있는 열원을 제공하는 별도의 전기히터 등의 보조 열원을 사용해야 하는 것이다.

만일, 상기와 같은 보조열원을 사용하지 않는다면, 겨울에 영하 15도 정도까지 내려갈 때 순환 라인을 이동하는 냉매의 압력이 저하되고, 태양열 패널의 동작만으로는 냉매를 온도를 상승시키는 응축 작용이 원활하지 않아 열교환기를 통한 난방을 하지 못하는 문제점이 발생한다.

본 발명은 종래의 난방설비가 갖는 문제점을 개선하여, 태양열과 냉매의 압축을 통한 온도 상승으로 친환경적이면서 에너지 생산비용을 절감하고, 대기 온도가 -20℃ 이하인 기후조건에서도 동일한 기능을 발휘하는 난방설비를 제공하여, 난방설비의 활용성을 확대하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하는 수단으로, 개선된 난방설비를 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 난방설비는 냉매를 가열한 후 냉매를 배출하는 태양열 패널과, 상기의 가열과정에서 액상의 냉매는 기체화 되며 기체상태의 순환을 위한 액 분리기와, 상기의 액 분리기를 통해 기체의 냉매를 압축하여 고온으로 변화시키는 압축기와, 상기의 냉매의 압축과정에서 냉매에 포함된 냉동 유를 분리하는 유 분리기와, 상기의 냉동 유를 분리한 냉매를 이용하여 용수를 가열하는 판형 열 교환기와, 상기의 열 교환기에서 배출하는 냉매를 분할하는 분할 밸브와, 상기의 분발 밸브를 경유한 냉매를 기체상태에서 액체 상태로 변경하는 수액기와, 상기와 같이 액체 상태로 된 냉매의 건조하기 위한 건조기와 액체 상태의 냉매를 팽창 분배하여 태양열 패널에 유입하는 분배기로 구성한 순환 라인을 구비함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 난방설비는, 분할 밸브를 통해 분할된 냉매를 건조하는 건조기와 외부의 온도가 -20℃이하 일 때 순환 라인의 압력을 높이기 위해 냉매를 공급하는 냉매 밸브로 구성한 압력 증감 라인을 구비함을 특징으로 한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 냉매의 순환을 위한 순환 라인과, 대기 온도의 저하로 감소한 냉매의 압력을 증가하기 위한 압력 증강 라인으로 구성한 본 발명의 난방설비는, 태양열을 이용한 냉매의 가열과 냉매의 압축을 통한 온도 상승으로 난방용수를 생산할 수 있어, 친환경적이면서 에너지 생산비용을 절감할 수 있는 난방설비를 제공하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 대기 온도가 -20℃ 이하인 기후조건에서도 압력 증강 라인을 이용하여 난방용수를 생산하므로, 난방설비의 활용범위를 확장할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 난방설비를 설명하는 개념도

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 출원인이 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 기술한 것이며, 명세서의 내용은 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 난방설비는, 냉매를 가열한 후 냉매를 배출하는 태양열 판넬(10)과, 상기의 가열과정에서 액상의 냉매는 기화되며, 기체상태의 냉매만으로 순환을 하기 위한 액 분리기(20)와, 상기의 액 분리기(20)를 통해 기체상태의 냉매를 압축하여 고온으로 변화시키는 압축기(30)를 갖는다.

또한, 본 발명은 상기의 냉매의 압축과정에서 냉매에 포함된 기름을 제거하는 유 분리기(40)와, 상기의 냉동 유를 제거한 냉매를 이용하여 용수를 가열하는 판형 열 교환기(50)와, 상기의 열 교환기(50)에서 배출하는 냉매를 분할하는 분할 밸브(60)를 갖는다.

또한, 본 발명은 상기의 분할 밸브(60)를 경유한 냉매를 기체상태에서 액체 상태로 변경하는 수액기(70)와, 상기와 같이 액체 상태로 된 냉매의 건조하기 위한 건조기(80)와 액체 상태의 냉매를 분할하여 태양열 판넬(10)에 유입하는 분배기(90)로 구성한 순환 라인(100)으로 구성되어 있다.

또한, 본 발명은 상기의 분할 밸브(60)를 통해 분할된 냉매를 건조하는 건조기(210)와 외부의 온도가 -20℃일 때 순환 라인(100)의 압력을 높이기 위해 냉매를 공급하는 냉매 밸브(220)로 구성한 압력 증감 라인(200)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 -20℃ 이하 온도 기후조건에 사용하는 태양열과 압축열을 이용한 난방설비의 작용을 첨부한 도면에 의거하여 실시 예에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 난방설비의 동작에서, 난방을 위해 온수를 생산하는 난방설비의 동작을 설명한다.

태양열 판넬(10)에 유입된 냉매는 태양열 판넬(10)의 집열 작용으로 온도가 상승한 냉매는 순환 라인(100)을 통해 액 분리기(20)로 이동하는 것이다.

상기와 같이 이동한 냉매는 액 분리기(20)를 통해 기체상태인 냉매만을 이동할 수 있도록 하는 것이다.

상기의 액 분리기(20)를 통하여 기화된 냉매가 압축기(30)에 유입되면, 압축기(30)를 이용하여 냉매를 압축하는데 높은 압력이 요구되므로, 이로 이한 모터의 과부하를 방지하기 위함이다.

상기와 같이 압축한 냉매는 순환 라인(100)을 통해 유 분리기(40)로 이동하여, 압축기(30) 내부에서 냉매가 압축 과정에서 유입된 냉동유 성분을 제거하기 위함이다.

상기와 같이 기름을 제거한 냉매는 순환 라인(100)을 통해 열 교환기(50)로 이동하여, 열 교환기(50)에 내장한 온수 배관(51)으로 이동하는 용수를 가열하는 형태로, 냉매의 열 교환이 발생한다.

상기와 같이 냉매의 열 교환으로 온도가 상승한 용수는 온수 배관(51)을 난방용수로 사용하는 것이다.

상기와 같은 열 교환으로 온도가 내려간 냉매는 분할 밸브(60)를 통해 수액기(70)에 유입되어, 기체 상태의 냉매가 액체 상태로 변환되는 것이며, 이러한 변환은 냉매를 분사하기 위해 필요한 공정이며, 냉매와 순환 라인(100)을 구성하는 배관 속에 발생하는 수분을 건조기(80)를 통해 제거된다.

상기와 같이 액화된 냉매의 상태에서 흡열을 용이하게 하기위하여 팽창 밸브(101)을 통하여 저온저압이 된 냉매를 분배기(90)을 통해 여러개로 구성된 태양열 판넬(10)에 유입하여 냉매의 기화를 유도시킴으로써 흡열을 극대화하는 형태로 냉매를 순환하면서 난방 용수를 생산하는 것이다.

상기의 태양열 판넬(10)은 알루미늄집열판에 냉매의 기화를 유도하는 미세관이 일체로 형성된 것으로 -20℃ 이상에서는 태양열의 흡수가 불가한 상황에서도 대기열의 흡열을 통하여 기화의 유도가 가능한 것이다.

본 발명의 난방설비를 이용하여 상기와 같은 냉매의 순환과정에서, 외부의 기온이 -20℃ 이하일 때 압력 증강 라인(200)을 활용하여 순환 라인(100)을 통한 온수를 생산하는 난방작용을 설명한다.

난방설비가 설비된 장소의 외부 온도가 -20℃인 경우에는, 순환 라인(100)을 따라 이동하는 냉매는 대기 온도에 의해 압력이 낮아져, 원활한 압축 작용을 발생하지 못한다.

상기와 같이 냉매가 압축 작용을 하지 못하는 경우, 냉매의 온도는 상승하지 못하므로, 냉매를 용수를 가열하는 열원으로 활용하지 못하는 것이다.

상기와 같이 순환 라인(100)의 냉매의 압력이 낮을 경우, 이를 극복하고 냉매의 압력을 상승하는 압력 증강 라인(200)이 동작한다.

상기의 압력 증강 라인(200)의 냉매는, 열 교환기(50)를 통해 열 교환 작용을 진행한 냉매를 사용하는 것으로, 냉매가 열 교환기를 통한 열 교환작용으로 온도가 처음 열 교환기에 유입되던 상태보단 온도가 내려간 상태이지만, 압축기(30)를 통해 냉매는 압축된 상태이며 고온을 유지하고 있어, 이러한 냉매를 건조기(210)를 통해 냉매 밸브(220)에 유입하는 것이다.

상기의 냉매 밸브(220)는 외부 온도 감지를 통해 대기 온도가 -20℃가 되어 냉매의 압력 상승이 요구되면, 냉매 밸브(220)를 개방하여, 압축되고 고온의 냉매는 팽창밸브(201)를 통해 순환 라인(100)으로 공급 액 분리기(20)에 유입하므로, 압축기(30)를 이용한 냉매의 압축과 후 작업을 순차적으로 진행하여 냉매를 이용한 난방용수를 생성하는 것이다.

상기의 동작을 위하여 압력 증강 라인(200)에는 건조기(210)를 통한 수분을 제거한, 고압 고온의 냉매를 외기온도의 변화를 감지하여 냉매를 감압시켜서 액 분리기(20)에 유입하여 냉매가 순환할 수 있도록 하는 것이다.

이상과 같이 냉매의 순환을 위한 순환 라인(100)과, 대기 온도의 저하로 감소한 냉매의 압력을 증가하기 위한 압력 증강 라인(200)으로 구성한 본 발명의 난방설비는, 태양열을 이용한 냉매의 가열과 냉매의 압축을 통한 온도 상승으로 난방용수를 생성할 수 있어, 친환경적이면서 에너지 생산비용을 절감할 수 있는 난방설비를 제공할 수 있다.

특히, 대기 온도가 -20℃ 이하인 기후조건에서도 압력 증강 라인(200)을 이용한 난방용수 생성으로, 난방설비의 활용범위를 확장할 수 있는 것이다.

10. 태양열 패널 20. 액 분리기
30. 압축기(COMPRESSOR) 40. 유 분리기
50. 열 교환기 60. 분할 밸브
70. 수액기 80. 건조기
90. 분배기 100. 순환 라인
101. 팽창 밸브
200. 압력 증강 라인 201. 팽창 밸브
210. 건조기 220. 냉매 밸브

Claims (1)

1. 유입된 냉매를 가열한 후 배출하는 태양열 흡수판넬(10)과, 상기의 가열과정에서 액상의 냉매는 기화되며, 기체상태의 냉매만으로 순환을 하기 위한 액 분리기(20)와, 상기의 액 분리기(20)를 통해 기체상태의 냉매를 압축하여 고온으로 변화시키는 압축기(30)와, 상기의 냉매의 압축과정에서 냉매에 포함된 냉동 유를 제거하는 유 분리기(40)와, 상기의 냉동 유를 제거한 냉매가 이용하여 용수를 가열하는 판형 열 교환기(50)와, 상기의 열 교환기(50)에서 배출하는 냉매를 분할하는 분할 밸브(60)와, 상기의 분할 밸브(60)를 경유한 냉매를 기체상태에서 액체 상태로 변경하는 수액기(70)와, 상기와 같이 액체 상태로 이동하는 냉매의 수분을 제거하기 위한 건조기(80)와 액체 상태의 냉매를 분할하여 대기열 흡수판넬(10)에 유입하는 분배기(90)로 구성한 순환 라인(100)과,
   상기의 분할 밸브(60)를 통해 분할된 냉매에 포함된 수분을 제거하는 건조기(210)와 외부의 온도가 -20℃일 때 순환 라인(100)의 압력을 높이기 위해 냉매를 공급하는 냉매 밸브(220)와 팽창밸브(201)로 구성한 압력 증감 라인(200)으로 구성된 것을 특징으로 하는, -20℃ 이하 온도 기후조건에서도 사용할 수 있는 태양열과 압축열을 이용한 난방설비.
   
   

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