KR101690628B1 - 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템 - Google Patents

냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템 Download PDF

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Abstract

냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템이 개시된다.
개시되는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템은 저단측 원수가 냉수로 변환되도록, 상기 저단측 원수와 저단측 냉매가 열교환되는 저단 열교환기; 상기 저단측 열교환기에서 형성된 상기 냉수가 저장될 수 있는 냉수 저장 탱크; 상기 저단 열교환기에서 열을 수득한 상기 저단측 냉매가 압축되는 저단 압축기; 상기 저단 압축기에서 압축된 상기 저단측 냉매가 방열되도록, 상기 저단측 냉매와 고단측 냉매가 열교환되는 중간 열교환기; 상기 중간 열교환기에서 방열된 상기 저단측 냉매가 팽창되는 저단 팽창 밸브; 상기 중간 열교환기에서 열을 수득한 상기 고단측 냉매가 압축되는 고단 압축기; 상기 고단 압축기에서 압축된 상기 고단측 냉매가 방열되고 고단측 원수가 스팀이 되도록, 상기 고단측 냉매와 상기 고단측 원수가 열교환되는 고단 열교환기; 상기 고단 열교환기에서 방열된 상기 고단측 냉매가 팽창되는 고단 팽창 밸브; 및 상기 고단 열교환기에서 형성된 상기 스팀이 저장되는 스팀 저장 탱크;를 포함한다.
개시되는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템에 의하면, 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템이 저단 열교환기와, 냉수 저장 탱크와, 저단 압축기와, 중간 열교환기와, 저단 팽창 밸브와, 고단 압축기와, 고단 열교환기와, 고단 팽창 밸브와, 스팀 저장 탱크를 포함함으로써, 냉수 생산 및 저장은 물론, 그와 동시에 스팀 생산 및 저장도 가능함으로써, 상기 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템이 다목적으로 동시 기능할 수 있는 장점이 있다.

Description

냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템{Cascade heatpump system for making both cold water and steam}
본 발명은 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템에 관한 것이다.
캐스케이드 열펌프 시스템은 열펌프(heat pump)가 다단으로 연결된 시스템을 말한다.
이러한 캐스케이드 열펌프 시스템의 예로 제시될 수 있는 것이 아래 제시된 특허문헌의 그것이다.
그러나, 종래의 캐스케이드 열펌프 시스템에 의하면, 캐스케이드 열펌프 시스템이 오직 냉수 생산을 목적으로 하는 등 그 기능이 한정되어 있어서 활용도가 떨어지는 단점이 있었다.
특히, 스팀 생산이 요구되는 분야에서는, 종래의 캐스케이드 열펌프 시스템이 적용되지 못하는 단점이 있었다.
등록특허 제 10-1117032호, 등록일자: 2012.02.08., 발명의 명칭: 캐스케이드 열교환기를 구비한 히트펌프시스템
본 발명은 냉수 및 스팀을 동시에 생산하여 다목적으로 기능할 수 있는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템은 저단측 원수가 외부에서 공급되는 저단측 원수 공급 배관; 상기 저단측 원수 공급 배관을 통해 공급되는 상기 저단측 원수가 수용될 수 있는 냉수 저장 탱크; 상기 저단측 원수 공급 배관에서 분지되어, 상기 저단측 원수 공급 배관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수 중의 적어도 일부가 유동될 수 있는 저단측 원수 분지관; 상기 저단측 원수 분지관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수가 경유되면서 방열하여 과냉각될 수 있는 저단측 과냉각 열교환기; 상기 저단측 과냉각 열교환기를 경유하면서 과냉각된 상기 저단측 원수가 상기 저단측 원수 공급 배관으로 다시 유입되어 상기 냉수 저장 탱크로 공급될 수 있도록, 상기 저단측 원수 공급 배관에 합지되는 저단측 원수 합지관; 상기 냉수 저장 탱크에 수용된 상기 저단측 원수가 냉수로 변환되도록, 상기 저단측 원수와 저단측 냉매가 열교환되는 저단 열교환기; 상기 저단 열교환기에서 열을 수득한 상기 저단측 냉매가 압축되는 저단 압축기; 상기 저단 압축기에서 압축된 상기 저단측 냉매가 방열되도록, 상기 저단측 냉매와 고단측 냉매가 열교환되는 중간 열교환기; 상기 중간 열교환기에서 방열된 상기 저단측 냉매가 팽창되는 저단 팽창 밸브; 상기 중간 열교환기에서 열을 수득한 상기 고단측 냉매가 압축되는 고단 압축기; 상기 고단 압축기에서 압축된 상기 고단측 냉매가 방열되고 고단측 냉매가 스팀이 되도록, 상기 고단측 냉매와 상기 고단측 원수가 열교환되는 고단 열교환기; 상기 고단 열교환기에서 방열된 상기 고단측 냉매가 팽창되는 고단 팽창 밸브; 및 상기 고단 열교환기에서 형성된 상기 스팀이 저장되는 스팀 저장 탱크;를 포함하고,
상기 중간 열교환기를 경유하며 방열된 후 상기 저단 팽창 밸브로 향하는 상기 저단측 냉매가 상기 저단측 과냉각 열교환기에서 상기 저단측 원수와 열교환되면서 열을 수득한 다음 상기 저단 팽창 밸브로 공급되는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 다른 측면에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템은 저단측 원수가 냉수로 변환되도록, 상기 저단측 원수와 저단측 냉매가 열교환되는 저단 열교환기; 상기 저단측 열교환기에서 형성된 상기 냉수가 저장될 수 있는 냉수 저장 탱크; 상기 냉수 저장 탱크에서 상기 저단 열교환기로 향하는 배관에서 분지되어, 상기 냉수 저장 탱크에서 상기 저단 열교환기로 향하던 상기 저단측 원수 중의 적어도 일부가 유동될 수 있는 저단측 원수 분지관; 상기 저단 열교환기에서 열을 수득한 상기 저단측 냉매가 압축되는 저단 압축기; 상기 저단 압축기에서 압축된 상기 저단측 냉매가 방열되도록, 상기 저단측 냉매와 고단측 냉매가 열교환되는 중간 열교환기; 상기 중간 열교환기에서 방열된 상기 저단측 냉매가 팽창되는 저단 팽창 밸브; 상기 저단측 원수 분지관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수가 과냉각될 수 있도록, 상기 중간 열교환기를 경유하며 방열된 후 상기 저단 팽창 밸브로 향하는 상기 저단측 냉매와 상기 저단측 원수 분지관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수가 열교환되어, 상기 저단측 냉매가 상기 저단측 원수의 열을 수득하게 되는 저단측 과냉각 열교환기; 상기 저단 열교환기에서 상기 냉수 저장 탱크로 향하는 배관에 합지되어, 상기 저단측 과냉각 열교환기를 경유하면서 과냉각된 상기 저단측 원수가 상기 저단 열교환기에서 상기 냉수 저장 탱크로 향하는 배관을 통해 상기 냉수 저장 탱크로 유동되는 저단측 원수 합지관; 상기 중간 열교환기에서 열을 수득한 상기 고단측 냉매가 압축되는 고단 압축기; 상기 고단 압축기에서 압축된 상기 고단측 냉매가 방열되고 고단측 냉매가 스팀이 되도록, 상기 고단측 냉매와 상기 고단측 원수가 열교환되는 고단 열교환기; 상기 고단 열교환기에서 방열된 상기 고단측 냉매가 팽창되는 고단 팽창 밸브; 및 상기 고단 열교환기에서 형성된 상기 스팀이 저장되는 스팀 저장 탱크;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템에 의하면, 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템이 저단 열교환기와, 냉수 저장 탱크와, 저단 압축기와, 중간 열교환기와, 저단 팽창 밸브와, 고단 압축기와, 고단 열교환기와, 고단 팽창 밸브와, 스팀 저장 탱크를 포함함으로써, 냉수 생산 및 저장은 물론, 그와 동시에 스팀 생산 및 저장도 가능함으로써, 상기 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템이 다목적으로 동시 기능할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템을 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템을 보이는 도면.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템을 보이는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템을 보이는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템(100)은 저단 열교환기(120)와, 냉수 저장 탱크(110)와, 저단 압축기(130)와, 중간 열교환기(140)와, 저단 팽창 밸브(102)와, 고단 압축기(150)와, 고단 열교환기(160)와, 고단 팽창 밸브(103)와, 스팀 저장 탱크(170)를 포함한다.
상기 저단 열교환기(120)는 수돗물 등 외부에서 공급되는 저단측 원수가 냉수로 변환되도록, 상기 저단측 원수와 저단측 냉매가 열교환되는 것이다.
상기 냉수 저장 탱크(110)는 상기 저단 열교환기(120)에서 형성된 상기 냉수가 저장될 수 있는 것이다. 상기 냉수 저장 탱크(110)에 저장된 냉수가 외부의 냉수 수요처에 공급될 수 있다.
본 실시예에서는 수돗물 등 외부에서 공급되는 상기 저단측 원수가 상기 냉수 저장 탱크(110)에 저장되어 있다가, 상기 냉수 저장 탱크(110)와 상기 저단 열교환기(120)와의 사이에서 상기 저단측 원수가 순환되면서, 상기 저단측 원수가 냉수화하여 다시 상기 냉수 저장 탱크(110)에 유입되어 저장된다.
도면 번호 101은 상기 냉수 저장 탱크(110)와 상기 저단 열교환기(120) 사이에서 상기 저단측 원수가 순환되도록 하는 냉수 순환 펌프이다.
상기 저단 압축기(130)는 상기 저단 열교환기(120)에서 열을 수득한 상기 저단측 냉매가 압축되는 것이다.
상기 중간 열교환기(140)는 상기 저단 압축기(130)에서 압축된 상기 저단측 냉매가 방열되도록, 상기 저단측 냉매와 고단측 냉매가 열교환되는 것이다.
상기 저단 팽창 밸브(102)는 상기 중간 열교환기(140)에서 방열된 상기 저단측 냉매가 팽창되는 것이다. 상기 저단 팽창 밸브(102)를 경유하며 팽창된 상기 저단측 냉매는 상기 저단 열교환기(120)를 다시 경유하면서 열을 수득하게 된다.
상기 고단 압축기(150)는 상기 중간 열교환기(140)에서 열을 수득한 상기 고단측 원수가 압축되는 것이다.
상기 고단 열교환기(160)는 상기 고단 압축기(150)에서 압축된 상기 고단측 냉매가 방열되고 수돗물 등 외부에서 공급되는 고단측 원수가 스팀이 되도록, 상기 고단측 냉매와 상기 고단측 원수가 열교환되는 것이다.
상기 고단 팽창 밸브(103)는 상기 고단 열교환기(160)에서 방열된 상기 고단측 냉매가 팽창되는 것이다. 상기 고단 팽창 밸브(103)를 경유하며 팽창된 상기 고단측 냉매는 상기 중간 열교환기(140)를 다시 경유하면서 열을 수득하게 된다.
도면 번호 104는 고단측 과냉각 열교환기로서, 상기 고단 열교환기(160)에서 상기 고단 팽창 밸브(103)로 향하는 고단측 냉매와 상기 고단 압축기(150)에서 상기 고단 열교환기(160)로 향하는 고단측 냉매를 열교환시켜, 상기 고단 열교환기(160)에서 상기 고단 팽창 밸브(103)로 향하는 고단측 냉매를 과냉각시켜 주는 것이다.
상기 스팀 저장 탱크(170)는 상기 고단 열교환기(160)에서 형성된 상기 스팀이 그 스팀 형태로 저장되는 것이다. 상기 스팀 저장 탱크(170)에 저장된 스팀이 외부의 스팀 수요처로 스팀 형태로 공급될 수 있다.
도면 번호 105는 상기 고단 열교환기(160)와 상기 스팀 저장 탱크(170) 사이에서 상기 고단측 원수가 순환되도록 하는 고온 순환 펌프이고, 도면 번호 106은 상기 스팀 저장 탱크(170)로 수돗물 등 고단측 원수를 공급하는 고단측 원수 공급 펌프이다.
본 실시예에서는, 상기 스팀 저장 탱크(170) 내의 스팀 압력에 따라 상기 고단 압축기(150)의 구동 모터(151)가 인버터 제어된다. 이를 위해, 상기 스팀 저장 탱크(170)에는 그 내부 압력을 감지하는 압력 센서(미도시)가 설치될 것인데, 이러한 압력 센서는 범용적으로 이용되는 것이 채용될 수 있으므로 여기서는 그 구체적 설명 및 도시를 생략한다.
상세히, 상기 스팀 저장 탱크(170) 내의 스팀 압력에 따라 상기 고단 압축기(150)의 상기 구동 모터(151)는 상기 구동 모터(151)의 최고 회전 속도 대비 60 내지 100% 범위 내에서 제어되고, 구체적으로 상기 고단 압축기(150)의 상기 구동 모터(151)는 40 내지 60Hz 범위 내에서 제어될 수 있다.
상기와 같이 상기 고단 압축기(150)의 구동 모터(151)가 실시간으로 인버터 제어됨으로써, 상기 고단 압축기(150)의 부하를 감소시켜 내구성을 향상시킬 수 있으면서도, 효율적인 운전이 가능해진다.
본 실시예에서는, 상기 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템(100)이 보조 히터(115)를 더 포함한다.
상기 보조 히터(115)는 상기 냉수 저장 탱크(110) 내에 열기를 공급할 수 있는 것으로, 외부에서 전기 에너지 등을 공급받아 발열할 수 있는 것이다.
상기 보조 히터(115)는 상기 스팀 저장 탱크(170) 내의 상기 스팀의 저장 요구량 대비 상기 냉수 저장 탱크(110) 내의 상기 냉수의 저장 요구량이 상대적으로 떨어지는 경우 작동될 수 있다.
상세히, 상기 스팀 저장 탱크(170) 내의 상기 스팀에 대한 수요는 여전이 많아서 상기 스팀의 저장 요구량은 줄지 않음에도, 상기 냉수 저장 탱크(110) 내의 상기 냉수에 대한 수요가 상대적으로 떨어져서 상시 냉수의 저장 요구량이 떨어지게 되는 경우, 상기 보조 히터(115)가 가동됨으로써, 상기 냉수 생산 및 저장량은 감소되면서, 상기 스팀 생산 및 저장량은 요구되는 양으로 맞추어질 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템(100)의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 외부에서 공급된 상기 저단측 원수가 상기 냉수 저장 탱크(110)에 저장되어 있다가 상기 냉수 순환 펌프(101)의 작동에 따라 유동되어 상기 저단 열교환기(120)를 경유하게 된다.
이러한 상기 저단 열교환기(120)의 경유 과정에서, 상기 저단측 원수는 열을 잃게 되어 냉수화되고, 역시 상기 저단 열교환기(120)를 경유하는 상기 저단측 냉매가 그 열을 수득하게 된다.
상기와 같이 방열한 상기 저단측 원수는 냉수로 변환되어 상기 냉수 저장 탱크(110)에 저장된다.
한편, 상기 저단 열교환기(120)에서 열을 수득한 상기 저단측 냉매는 상기 저단 압축기(130)를 경유하면서 압축된 다음 상기 중간 열교환기(140)를 경유하게 된다.
이러한 상기 중간 열교환기(140)의 경유 과정에서, 상기 저단측 냉매는 열을 잃게 되고, 역시 상기 중간 열교환기(140)를 경유하는 상기 고단측 냉매가 그 열을 수득하게 된다.
상기와 같이 방열한 상기 저단측 냉매는 상기 저단 팽창 밸브(102)를 경유하면서 팽창된 다음 다시 상기 저단 열교환기(120)를 경유하면서 열을 수득하여 팽창하게 되면서, 다시 위와 같이 순환하게 된다.
한편, 상기 중간 열교환기(140)에서 열을 수득한 상기 고단측 냉매는 상기 고단 압축기(150)를 경유하면서 압축된 다음 상기 고단 열교환기(160)를 경유하게 된다.
이러한 상기 고단 열교환기(160)의 경유 과정에서, 상기 고단측 냉매는 열을 잃게 되고, 상기 스팀 저장 탱크(170)에 저장되어 있다가 역시 상기 고단 열교환기(160)를 경유하게 되는 상기 고단측 원수가 그 열을 수득하게 되어 스팀으로 변화된다.
상기와 같이 방열한 상기 고단측 냉매는 상기 고단 팽창 밸브(103)를 경유하면서 팽창된 다음 다시 상기 중간 열교환기(140)를 경유하면서 열을 수득하여 팽창하게 되면서, 다시 위와 같이 순환하게 된다.
상기와 같이 상기 고단 열교환기(160)에서 형성된 상기 스팀이 상기 스팀 저장 탱크(170)에 저장된다.
상기와 같이, 상기 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템(100)이 저단 열교환기(120)와, 냉수 저장 탱크(110)와, 저단 압축기(130)와, 중간 열교환기(140)와, 저단 팽창 밸브(102)와, 고단 압축기(150)와, 고단 열교환기(160)와, 고단 팽창 밸브(103)와, 스팀 저장 탱크(170)를 포함함으로써, 냉수 생산 및 저장은 물론, 그와 동시에 스팀 생산 및 저장도 가능함으로써, 상기 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템(100)이 다목적으로 동시 기능할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예들에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서 상기된 본 발명의 제 1 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고 여기서는 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템을 보이는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템(200)은 저단측 원수 공급 배관(211)과, 냉수 저장 탱크(210)와, 저단측 원수 분지관(272)과, 저단측 과냉각 열교환기(270)와, 저단측 원수 합지관(271)과, 저단 열교환기(220)와, 저단 압축기(230)와, 중간 열교환기(240)와, 저단 팽창 밸브(202)와, 고단 압축기(250)와, 고단 열교환기(260)와, 고단 팽창 밸브(203)와, 스팀 저장 탱크(280)를 포함한다.
상기 저단측 원수 공급 배관(211)은 저단측 원수가 외부 수전 등 외부에서 공급되는 배관으로, 상기 냉수 저장 탱크(210)의 하단에 연결되어, 상기 저단측 원수 공급 배관(211)을 통해 공급되는 상기 저단측 원수가 상기 냉수 저장 탱크(210)에 수용될 수 있다.
상기 저단측 원수 분지관(272)은 상기 저단측 원수 공급 배관(211)에서 분지되어, 상기 저단측 원수 공급 배관(211)을 통해 유동되던 상기 저단측 원수 중의 적어도 일부가 유동될 수 있는 배관이다.
상기 저단측 과냉각 열교환기(270)는 상기 저단측 원수 분지관(272)을 통해 유동되던 상기 저단측 원수가 경유되면서 방열하여 과냉각될 수 있는 것이다. 상기 저단측 과냉각 열교환기(270)에는 상기 중간 열교환기(240)에서 상기 저단 팽창 밸브(202)로 향하는 상기 저단측 냉매도 경유하게 되어, 그 저단측 냉매가 상기 저단측 원수가 방출한 열을 수득하게 된다.
상기 저단측 원수 합지관(271)은 상기 저단측 과냉각 열교환기(270)를 경유하면서 과냉각된 상기 저단측 원수가 상기 저단측 원수 공급 배관(211)으로 다시 유입되어 상기 냉수 저장 탱크(210)로 공급될 수 있도록, 상기 저단측 원수 공급 배관(211)에 합지되는 것이다.
본 실시예에서는, 상기 중간 열교환기(240)를 경유하며 방열된 후 상기 저단 팽창 밸브(202)로 향하는 상기 저단측 냉매가 상기 저단측 과냉각 열교환기(270)에서 상기 저단측 원수와 열교환되면서 열을 수득한 다음 상기 저단 팽창 밸브(202)로 공급되게 됨으로써, 효율적인 운전이 가능해진다.
본 실시예에서는, 상기 저단측 원수 공급 배관(211)에 제 1 개폐 밸브(273)가 설치되고, 상기 저단측 원수 분지관(272)과 상기 저단측 원수 합지관(271) 중 하나에는 제 2 개폐 밸브(274)가 설치된다.
상기 제 1 개폐 밸브(273)가 열리고 상기 제 2 개폐 밸브(274)가 닫히면, 상기 저단측 원수 공급 배관(211)을 통해 유동되던 상기 저단측 원수는 상기 냉수 저장 탱크(210)로 바로 공급된다.
반면, 상기 제 1 개폐 밸브(273)가 닫히고 상기 제 2 개폐 밸브(274)가 열리면, 상기 저단측 원수 공급 배관(211)을 통해 유동되던 상기 저단측 원수는 상기 저단측 과냉각 열교환기(270)로 유동되고, 그에 따라 상기 저단측 원수는 상기 저단측 과냉각 열교환기(270)를 경유하며 과냉각된 상태로 상기 저단측 원수 합지관(271) 및 상기 저단측 원수 공급 배관(211)을 통해 상기 냉수 저장 탱크(210)로 공급된다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템을 보이는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템(300)은 저단 열교환기(320)와, 냉수 저장 탱크(310)와, 저단측 원수 분지관(371)과, 저단 압축기(330)와, 중간 열교환기(340)와, 저단 팽창 밸브(302)와, 저단측 과냉각 열교환기(370)와, 저단측 원수 합지관(372)과, 고단 압축기(350)와, 고단 열교환기(360)와, 고단 팽창 밸브(303)와, 스팀 저장 탱크(380)를 포함한다.
상기 저단측 원수 분지관(371)은 상기 냉수 저장 탱크(310)에서 상기 저단 열교환기(320)로 향하는 배관(312)에서 분지되어, 상기 냉수 저장 탱크(310)에서 상기 저단 열교환기(320)로 향하던 상기 저단측 원수 중의 적어도 일부가 유동될 수 있는 배관이다.
상기 저단측 과냉각 열교환기(370)는 상기 저단측 원수 분지관(371)을 통해 유동되던 상기 저단측 원수가 과냉각될 수 있도록 상기 중간 열교환기(340)에서 상기 저단 팽창 밸브(302)로 향하는 상기 저단측 냉매와 상기 저단측 원수 분지관(371)을 통해 유동되던 상기 저단측 원수가 열교환되는 것이다. 상기 저단측 과냉각 열교환기(370)에서는, 상기 중간 열교환기(340)에서 상기 저단 팽창 밸브(302)로 향하는 상기 저단측 냉매가 상기 저단측 원수 분지관(371)을 통해 유동되던 상기 저단측 원수가 방출한 열을 수득하게 된다.
상기 저단측 원수 합지관(372)은 상기 저단 열교환기(320)에서 상기 냉수 저장 탱크(310)로 향하는 배관(313)에 합지되어, 상기 저단측 과냉각 열교환기(370)를 경유하면서 과냉각된 상기 저단측 원수가 상기 저단 열교환기(320)에서 상기 냉수 저장 탱크(310)로 향하는 배관(313)을 통해 상기 냉수 저장 탱크(310)로 유동되는 배관이다.
본 실시예에서는, 상기 냉수 저장 탱크(310)에서 상기 저단 열교환기(320)로 향하는 배관(312)에 제 1' 개폐 밸브(377)가 설치되고, 상기 저단측 원수 분지관(371)과 상기 저단측 원수 합지관(372) 중 하나에는 제 2' 개폐 밸브(376)가 설치된다.
상기 제 1' 개폐 밸브(377)가 닫히고 상기 제 2' 개폐 밸브(376)가 열리면, 상기 냉수 저장 탱크(310)에서 상기 저단 열교환기(320)로 향하는 배관(312)을 통해 유동되던 상기 저단측 원수는 상기 저단측 원수 분지관(371)을 통해 유동되어, 상기 저단측 과냉각 열교환기(370)에서의 열교환이 이루어진다.
상기 제 1' 개폐 밸브(377)가 열리고 상기 제 2' 개폐 밸브(376)가 닫히면, 상기 냉수 저장 탱크(310)에서 상기 저단 열교환기(320)로 향하는 배관(312)을 통해 유동되던 상기 저단측 원수는 상기 저단측 과냉각 열교환기(370)를 경유하지 아니하고, 상기 저단 열교환기(320)로 바로 공급된다.
상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템에 의하면, 냉수 및 스팀을 동시에 생산하여 다목적으로 기능할 수 있으므로, 그 산업상 이용가능성이 높다고 하겠다.
100 : 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템
102 : 저단 팽창 밸브
103 : 고단 팽창 밸브
110 : 냉수 저장 탱크
120 : 저단 열교환기
130 : 저단 압축기
140 : 중간 열교환기
150 : 고단 압축기
160 : 고단 열교환기
170 : 스팀 저장 탱크

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 저단측 원수가 외부에서 공급되는 저단측 원수 공급 배관;
    상기 저단측 원수 공급 배관을 통해 공급되는 상기 저단측 원수가 수용될 수 있는 냉수 저장 탱크;
    상기 저단측 원수 공급 배관에서 분지되어, 상기 저단측 원수 공급 배관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수 중의 적어도 일부가 유동될 수 있는 저단측 원수 분지관;
    상기 저단측 원수 분지관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수가 경유되면서 방열하여 과냉각될 수 있는 저단측 과냉각 열교환기;
    상기 저단측 과냉각 열교환기를 경유하면서 과냉각된 상기 저단측 원수가 상기 저단측 원수 공급 배관으로 다시 유입되어 상기 냉수 저장 탱크로 공급될 수 있도록, 상기 저단측 원수 공급 배관에 합지되는 저단측 원수 합지관;
    상기 냉수 저장 탱크에 수용된 상기 저단측 원수가 냉수로 변환되도록, 상기 저단측 원수와 저단측 냉매가 열교환되는 저단 열교환기;
    상기 저단 열교환기에서 열을 수득한 상기 저단측 냉매가 압축되는 저단 압축기;
    상기 저단 압축기에서 압축된 상기 저단측 냉매가 방열되도록, 상기 저단측 냉매와 고단측 냉매가 열교환되는 중간 열교환기;
    상기 중간 열교환기에서 방열된 상기 저단측 냉매가 팽창되는 저단 팽창 밸브;
    상기 중간 열교환기에서 열을 수득한 상기 고단측 냉매가 압축되는 고단 압축기;
    상기 고단 압축기에서 압축된 상기 고단측 냉매가 방열되고 고단측 냉매가 스팀이 되도록, 상기 고단측 냉매와 고단측 원수가 열교환되는 고단 열교환기;
    상기 고단 열교환기에서 방열된 상기 고단측 냉매가 팽창되는 고단 팽창 밸브; 및
    상기 고단 열교환기에서 형성된 상기 스팀이 저장되는 스팀 저장 탱크;를 포함하고,
    상기 중간 열교환기를 경유하며 방열된 후 상기 저단 팽창 밸브로 향하는 상기 저단측 냉매가 상기 저단측 과냉각 열교환기에서 상기 저단측 원수와 열교환되면서 열을 수득한 다음 상기 저단 팽창 밸브로 공급되는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 저단측 원수 공급 배관에 제 1 개폐 밸브가 설치되고,
    상기 저단측 원수 분지관과 상기 저단측 원수 합지관 중 하나에는 제 2 개폐 밸브가 설치되고,
    상기 제 1 개폐 밸브가 열리고 상기 제 2 개폐 밸브가 닫히면, 상기 저단측 원수 공급 배관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수는 상기 냉수 저장 탱크로 바로 공급되고,
    상기 제 1 개폐 밸브가 닫히고 상기 제 2 개폐 밸브가 열리면, 상기 저단측 원수 공급 배관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수는 상기 저단측 과냉각 열교환기로 유동되는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 스팀 저장 탱크 내의 스팀 압력에 따라 상기 고단 압축기의 구동 모터가 인버터 제어되는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스팀 저장 탱크 내의 스팀 압력에 따라 상기 고단 압축기의 상기 구동 모터는 상기 구동 모터의 최고 회전 속도 대비 60 내지 100% 범위 내에서 제어되는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고단 압축기의 상기 구동 모터는 40 내지 60Hz 범위 내에서 제어되는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템은
    상기 냉수 저장 탱크 내에 열기를 공급할 수 있는 보조 히터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 보조 히터는 상기 스팀 저장 탱크 내의 상기 스팀의 저장 요구량 대비 상기 냉수 저장 탱크 내의 상기 냉수의 저장 요구량이 상대적으로 떨어지는 경우 작동되는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  15. 저단측 원수가 냉수로 변환되도록, 상기 저단측 원수와 저단측 냉매가 열교환되는 저단 열교환기;
    상기 저단측 열교환기에서 형성된 상기 냉수가 저장될 수 있는 냉수 저장 탱크;
    상기 냉수 저장 탱크에서 상기 저단 열교환기로 향하는 배관에서 분지되어, 상기 냉수 저장 탱크에서 상기 저단 열교환기로 향하던 상기 저단측 원수 중의 적어도 일부가 유동될 수 있는 저단측 원수 분지관;
    상기 저단 열교환기에서 열을 수득한 상기 저단측 냉매가 압축되는 저단 압축기;
    상기 저단 압축기에서 압축된 상기 저단측 냉매가 방열되도록, 상기 저단측 냉매와 고단측 냉매가 열교환되는 중간 열교환기;
    상기 중간 열교환기에서 방열된 상기 저단측 냉매가 팽창되는 저단 팽창 밸브;
    상기 저단측 원수 분지관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수가 과냉각될 수 있도록, 상기 중간 열교환기를 경유하며 방열된 후 상기 저단 팽창 밸브로 향하는 상기 저단측 냉매와 상기 저단측 원수 분지관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수가 열교환되어, 상기 저단측 냉매가 상기 저단측 원수의 열을 수득하게 되는 저단측 과냉각 열교환기;
    상기 저단 열교환기에서 상기 냉수 저장 탱크로 향하는 배관에 합지되어, 상기 저단측 과냉각 열교환기를 경유하면서 과냉각된 상기 저단측 원수가 상기 저단 열교환기에서 상기 냉수 저장 탱크로 향하는 배관을 통해 상기 냉수 저장 탱크로 유동되는 저단측 원수 합지관;
    상기 중간 열교환기에서 열을 수득한 상기 고단측 냉매가 압축되는 고단 압축기;
    상기 고단 압축기에서 압축된 상기 고단측 냉매가 방열되고 고단측 냉매가 스팀이 되도록, 상기 고단측 냉매와 고단측 원수가 열교환되는 고단 열교환기;
    상기 고단 열교환기에서 방열된 상기 고단측 냉매가 팽창되는 고단 팽창 밸브; 및
    상기 고단 열교환기에서 형성된 상기 스팀이 저장되는 스팀 저장 탱크;를 포함하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 냉수 저장 탱크에서 상기 저단 열교환기로 향하는 배관에 제 1' 개폐 밸브가 설치되고,
    상기 저단측 원수 분지관과 상기 저단측 원수 합지관 중 하나에는 제 2' 개폐 밸브가 설치되고,
    상기 제 1' 개폐 밸브가 닫히고 상기 제 2' 개폐 밸브가 열리면, 상기 냉수 저장 탱크에서 상기 저단 열교환기로 향하는 배관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수는 상기 저단측 원수 분지관을 통해 유동되고,
    상기 제 1' 개폐 밸브가 열리고 상기 제 2' 개폐 밸브가 닫히면, 상기 냉수 저장 탱크에서 상기 저단 열교환기로 향하는 배관을 통해 유동되던 상기 저단측 원수는 상기 저단 열교환기로 바로 공급되는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 스팀 저장 탱크 내의 스팀 압력에 따라 상기 고단 압축기의 구동 모터가 인버터 제어되는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 스팀 저장 탱크 내의 스팀 압력에 따라 상기 고단 압축기의 상기 구동 모터는 상기 구동 모터의 최고 회전 속도 대비 60 내지 100% 범위 내에서 제어되는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템은
    상기 냉수 저장 탱크 내에 열기를 공급할 수 있는 보조 히터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 보조 히터는 상기 스팀 저장 탱크 내의 상기 스팀의 저장 요구량 대비 상기 냉수 저장 탱크 내의 상기 냉수의 저장 요구량이 상대적으로 떨어지는 경우 작동되는 것을 특징으로 하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템.
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