KR101770806B1 - 냉.온 축열 시스템 - Google Patents

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최광일
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Abstract

본 발명의 냉,온축열 시스템은 압축기와 제1열교환기와, 리큐드리시버와, 제1팽창밸브 및 2열교환기가 제1순환관에 의해 폐회로를 이루는 냉동기 유닛과, 상기 제 1열교환기가 내부에 설치되며, 제1축열탱크와, 상기 제1축열탱크에 원수를 공급하여 온수를 생산할 수 있는 온수생산유닛과, 상기 제2열교환기가 내부에 설치되는 제 2축열탱크와, 상기 제 1축열탱크에 설치되는 제 3열교환기와, 상기 제 3열교환기와 제 2축열탱크가 공급관과 리턴관을 포함하는 제 2순환관에 의해 연결되어 열교환매체가 순환하며, 상기 공급관과 리턴관과 연결되어 제 4열교환기를 포함하는 냉동 및 냉장유닛과, 상기 공급관과 리턴관과 연결되어 제 5열교환기를 포함하는 냉,난방유닛들을 구비한다.

Description

냉.온 축열 시스템{cold or hot storage system}
본 발명은 냉,온 축열 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 냉동 사이클에 의해 구동되는 대형 냉동장치, 저온저장고 등의 냉동장치로부터 발생되는 폐열을 회수하여 사용함으로써 에너지를 절약할 수 있는 냉.온축열 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 냉장,냉동창고, 대형 냉장고, 저온저장고, 제빙장치 등 내부 공기를 냉각 시키거나 특정매체를 냉각시키기 위한 각종 냉동장치는 압축기와 응축기 그리고 팽창밸브 및 증발기가 포함된 폐회로를 순환(냉동사이클)하는 냉매의 물리적인 상전이를 통해 냉기를 생성시키게 된다.
이러한 냉동장치의 응축기는 기화되면서 증발기를 통과하면서 흡수된 열량과 압축기의 일량에 해당하는 열에너지를 방출하고 액화된다. 특히, 하절기의 경우에는 냉장고, 저온창고 등의 냉동장치가 장시간 가동되므로 응축기를 통하여 방열되는 열량이 상대적으로 커지게 된다.
대한민국 특허등록 제 1266785호에는 브라인 순환을 이용한 축냉장치가 게시되어 있다. 대한민국 특허공개 제 2016-126167호에는 냉동공조기 압축기 직접구동방식의 냉동공조기 실외기 폐열 및 태양열을 이용한 발전장치가 게시되어 있다.
그리고 대한민국 특허공개 제 2010-0072926호에는 냉동시스템의 폐열회수 시스템이 게시되어 있다. 게시된 폐열회수 시스템은 고온고압의 냉매의 온도를 낮추기 위해 응축기 내부에 냉각수가 순환되는 순환관이 마련되고, 상기 순환관에 연결되어 상기 응축기를 통해 열교환 된 냉각수가 토출되는 제1파이프가 연결되며, 상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 열교환시키는 냉각탑이 마련되고, 상기 냉각탑에서 열교환 된 냉각수를 상기 순환관으로 토출시키는 제2파이프로 이루어진 열교환시스템과, 상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 분기시키고, 분기된 냉각수의 열을 회수하여 난방이 가능하도록 한 난 방기가 마련되며, 상기 난방기를 통해 열교환 된 냉각수를 다시 순환된다.
그러나 이러한 냉동 시스템은 폐열 회수 시스템은 온수를 생산하여 사용할 수 없으며, 냉기의 활용성이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다.
대한민국 특허공개 제 2010-0072926호 대한민국 특허공개 제 2016-126167호
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 상업용 냉장고, 저온저장고 등의 냉동장치로부터 발생되는 온열 또는 냉열을 축열함으로써 에너지를 절감할 수 있는 냉.온 축열 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 냉각장치를 하나로 통일함으로써 운전비용과 제작비용을 절감할 수 있으며, 특히, 온수를 사용하기 위하여 별도의 보일러를 사용할 필요가 없으며, 냉방을 위한 장치를 통합관리 할 수 있으므로 제작비와 운영비를 줄일 수 있는 냉.온 축열 시스템을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 냉온축열 시스템은 압축기와 제1열교환기와, 리큐드리시버와, 제1팽창밸브 및 2열교환기가 제1순환관에 의해 폐회로를 이루는 냉동기 유닛과,
상기 제 1열교환기가 내부에 설치되며, 제1축열탱크와, 상기 제1축열탱크에 원수를 공급하여 온수를 생산할 수 있는 온수생산유닛과,
상기 제2열교환기가 내부에 설치되는 제 2축열탱크와, 상기 제 1축열탱크에 설치되는 제 3열교환기와, 상기 제 3열교환기와 제 2축열탱크가 공급관과 리턴관을 포함하는 제 2순환관에 의해 연결되어 열교환매체가 순환하며, 상기 공급관과 리턴관과 연결되어 제 4열교환기를 포함하는 냉동 및 냉장유닛과, 상기 공급관과 리턴관과 연결되어 제 5열교환기를 포함하는 냉,난방유닛을 구비한 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 압축기와 제 1열교환기의 사이의 제1순환관으로부터 분기되며 제5밸브가 설치된 제 1분기관과 제 2열교환기과 압축기 사이의 제1순환관에 설치되며 제 6밸브가 설치된 제 2분기관과 상기 제 1,2분기관에 의해 연결되는 보조 열교환기를 더 구비하며,
상기 제 1분기관을 드라이어와 제 2열교환기 사이의 제1 순환관에 연결하며 제 8밸브와 제 2팽창밸브가 설치된 1연결관과, 상기 제 2분기관을 상기 리큐드리시버와 제 1열교환기 사이의 제 1순환관을 연결하는 제 2연결관을 구비한다.
본 발명에 따른 냉.온 축열 시스템은 대형냉장고, 저온저장고 등 냉장장치로부터 발생되는 폐열을 회수하여 사용할 수 있으며, 열교환매체인 브레인을 가열 또는 냉각하여 별도의 냉난방장치를 구현할 수 있다. 특히, 본 발명의 냉.온축열 시스템은 폐열을 회수하여 사용할 수 있으므로 에너지의 손실을 최소화 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 냉.온축열 시스템을 나타내 보인 도면,
도 2는 본 발명에 따른 냉.온축열 시스템을 나타내 보인 도면으로, 냉온축열 운전 시 냉매의 흐름을 나타내 보인 것이다.
도 3는 본 발명에 따른 냉.온축열 시스템을 나타내 보인 도면으로, 하절기 냉각운전 시 냉매의 흐름을 나타내 보인 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 냉.온축열 시스템을 나타내 보인 도면으로, 동절기 가열운전 시 냉매의 흐름을 나타내 보인 것이다.
본 발명에 따른 냉온축열 시스템은 하절기 또는 동절기에 폐열을 회수하여 에너지 전략 효율을 높인 것으로, 그 실시예를 도 1 내지 도 4에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 냉, 온축열 시스템(10)은 압축기(21)와, 후술하는 제 1축열탱크(100)의 내부에 설치되는 제 1열교환기(22)와 리큐드리시버(23)과 드라이필터(24) 및 제 9밸브(79), 제 1팽창밸브(25) 및 제 2축열탱크(200)의 내부에 설치되는 제 2열교환기(26), 어큐뮬레이터(27)을 연결하여 폐회로를 구성하는 제1순환관(28)을 포함하며 냉동사이클에 의해 구동되는 냉동기유닛(20)을 포함한다.
그리고 상기 제 1열교환기(22)가 설치된 제 1축열탱크(100)에는 제1축열탱크(100)와, 상기 제1축열탱크(100)에 원수를 공급하여 응축기로 사용되는 제 1열교환기(22)와 열교환하여 가열하여 온수를 생산할 수 있는 온수생산유닛(30)을 구비한다. 상기 온수생산유닛(30)은 상기 제 1축열탱크(100)과 연결되는 원수공급관(31)과, 상기 제1축열탱크(100)와 연결되어 제 1축열탱크(100)에 의해 가열된 물을 배출함과 아울러 욕실의 배관 즉, 샤워시설 등과 연결되는 온수배출관(32)을 구비한다. 상기 온수배출관(32)과 원수공급관(31)에는 밸브와 펌프가 설치될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 냉온축열 시스템(10)은 제 2열교환기(26)가 설치된 제 2축열탱크(200)의 내부에 저장된 열교환매체인 브레인(300)을 이용한 냉동 및 냉장유닛(40)과 냉,난방유닛(50)을 구비한다.
상기 냉동 및 냉장유닛(40)은 상기 제 1축열탱크(100)의 내부에 제 3열교환기(41)가 설치되고, 상기 제 2축열탱크(200)과 제 1,2밸브(71)(72)가 설치된 공급관(42)과 리턴관(43)으로 이루어진 제 2순환관(44)을 구비한다. 그리고 상기 공급관(42)과 리턴관(43)은 냉동 또는 냉장을 제 4열교환기(46)와 제1,2접속관(47)(48)에 의해 연결된다. 그리고 제 4열교환기(46)의 입구측과 열결되는 제 1접속관(47)에는 제 3밸브(73)이 설치된다. 그리고 상기 제1접속관(44)에는 열교매체의 순환을 위한 펌프(49)가 설치될 수 있다. 여기에서 상기 제 4열교환기(46)은 필요에 따라 복수개로 이루어질 수 있다. .
상기 냉난방유닛(50)은 제1,2밸브(71)(72)가 설치된 상기 공급관(42) 및 리턴관(43)과 제 3,4접속관(52)(53)에 의해 연결되는 제 5열교환기(51)을 구비한다. 상기 제 5열교환기(51)의 입구측과 열결되는 제 4접속관(53)에는 제 4밸브(74)와 펌프(55)이 설치된다. 그리고 사이 제 5열교환기(51)에는 주위의 공기와 열교환을 위한 송풍팬(56)들이 설치된다.
한편, 냉동기유닛(20)의 제1순환관(28)과 제 1,2열교환기(22)(26)를 선택적으로 응축기와 증발기로 사용하기 위한 보조열교환유닛(60)을 더 구비한다.
상기 보조열교환유닛(60)은 압축기(21)과 제 1열교환기(22)를 연결하는 제1순환관(28)으로부터 분기되며 제 5밸브(75)가 설치되 제 1분기관(61)과, 제 2열교환기(26)과 어큐뮬레이터(accumulatorL27) 사이의 제 1순환관(28)과 연결되며, 제 6밸브(76)이 설치된 제 2분기관(62)과, 상기 제 1,2분기관(61)(62)에 의해 연결되는 보조 열교환기(64)를 구비한다. 그리고 상기 제 1분기관(61)은 드라이어(24)와 제 2열교환기(26) 사이의 제 1순환관(28)과 제 1연결관(66)과 연결되는데, 이 제 1연결관(66)에는 제 2팽창밸브(67)와 제 8밸브(78)이 설치된다. 그리고 상기 제 2분기관(68)은 제 1열교환기(22)와 리큐드리시버(23)의 사이의 제 1순환관(28)과 제 2연결관(69)에 의해 연결된다.
상기 제 1팽창밸브(25)와 제 2팽창밸브(67)은 제 2열교환기(26)과 보조열교환기(64)의 온도 또는 출구측의 냉매온도에 따른 냉매의 공급량을 제어하는 벨로우즈밸브로 이루어질 수 있으며, 각 밸브들은 솔레노이드 밸브로 이루어질 수 있다. 그리고 도면에는 도시되어 있지 않으나 운전조건에 따라 각 벨브들을 제어하는 제어부를 더 구비할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉,온축열 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 냉,온축열 시스템을 이용하여 냉,온 축열 운전을 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 냉동기 유닛(20)을 구동시킨다. 즉, 압축기(21)를 구동시켜 기화된 냉매를 제 1열교환기(22) 측으로 압축하여 제 2열교환기(26)에서 흡수한 열량과 압축기(21)의 일량에 해당하는 열이 제 1열교환기(22)에 의해 방출될 수 있도록 하여 제 1축열탱크(100) 내의 물을 가열하게 된다. 그리고 액화된 냉매는 교축밸브인 제 1팽창밸브(25)를 통과하면 저압축인 제 2열교환기(26)의 내부로 이동하여 증발하게 됨으로써 증발잠열을 흡수하게 되고, 나아가서는 제 2축열탱크(200) 내의 열교환매체인 브레인(300)을 냉각시키게 된다.
상기와 같이 제 1열교환기(22)에 의해 가열된 물은 원수배출관(32)를 통하여 욕실, 화장실, 주방 등에서 이용하게 된다.
그리고 상기 냉난방유닛(50)을 이용하여 실내를 난방하기 위해서는 공급관(42)에 설치된 제 2밸브(74)를 차단하고 제 1밸브(73)을 연다. 그리고 제 1축열탱크(100)의 내부에 설치된 제 3열교환기(41)에 의해 가열된 브레인을 상기 제 5열교환기(51)를 통과시켜 방열케함으로써 난방 할 수 있다. 이때에 브레인은 순환은 제 4연결관에 설치된 펌프에 의해 제 3열교환기와 제 5열교환기를 순환하게 되는데, 제 3열교환기(41)를 통과하면서 가열되고, 제 5열교환기(51)를 통과하면서 방열된다.
또한 상기 냉난방유닛(50)을 이용하여 실내를 냉방하기 위해서는 공급관(42)에 설치된 제 1밸브(71)를 차단하고 제 2밸브(72)을 연다. 그리고 제 2축열탱크(200) 내의 냉각된 열교환 매체인 브레인을 제 5열교환기(51)를 통과시켜 냉기를 공급함으로써 냉방 할 수 있다.
그리고 상기 냉동 및 냉장유닛(40)은 상기 제2축열탱크(200) 내의 브레인을 상기 제 4열교환기(46)로 공급하여 순환시킴으로써 냉동 또는 냉장을 위한 냉기를공급한다.
한편, 냉온축열 시스템을 하절기에 냉각운전을 하기 위해서는 도 3에 도시된 바와 같이 제 1순환관(28)의 리큐드리시버(23)의 전면에 설치된 제 9밸브(79)를 차단하고, 제 1분기관(61)의 제 5밸브(75)를 열어 압축기(21)로부터 압축된 냉매가 제 1분기관(61)과 보조열교환기(64) 및 제 1연결관(66)을 통하여 리큐드리시버(23)과 연결된 제 1순환관(28)과 연결된다. 따라서 보조열교환기(64)는 응축기로 이용되며, 제 2축열탱크(200)의 내부에 설치된 제 2열교환기(26)가 증발기 역할을 하게 되고, 상기 제 2열교환기(26)이 설치된 제 2축열탱크(200) 내의 열교환메체인 브레인(300)은 냉각된다.
그리고 상기 냉난방유닛(50)을 이용하여 실내를 냉방하기 위해서는 공급관(42)에 설치된 제 1밸브(71)를 차단하고 제 2밸브(72)을 열고, 제 2축열탱크(200) 내의 냉각된 열교환 매체인 브레인을 제 5열교환기(51)를 통과시켜 냉기를 공급함으로써 냉방 할 수 있다.
또한 상술한 바와 같이 상기 냉동 및 냉장유닛(40)은 상기 제2축열탱크(200) 내의 브레인(300)을 상기 제 4열교환기(46)로 공급하여 순환시킴으로써 냉동 또는 냉장을 위한 냉기를 공급한다.
이 과정에서 온수를 사용하고자 하는 경우에는 상기 제 5밸브(75)를 선택적으로 제어하여 필요한 온수를 생산할 수 있다. 즉, 제 5밸브(75)를 차단하면, 상기 제1축열탱크(100)의 내부에 설치된 제 1열교환기(22)가 응축기가 되어 온수를 생산할 수 있다.
본 발명에 따른 냉온축열 시스템(10)을 겨울철 가열운전을 하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이 제 1분기관(61)에 설치된 제 5밸브(75)를 차단하고, 압축기(21)에 의해 압축된 냉매가 제 1축열탱크(100)의 내부에 설치된 제1열교환기(22)로 공급되도록 하여 상기 원수공급관(31)을 통하여 공급되는 제 1축열탱크(100) 내의 물을 가열하여 온수로 사용한다. 그리고 제 1열교환기(22)에 의해 열을 방출하고 응축된 냉매는 상기 제 1연결관(66)과 이에 설치된 제 2팽창밸브(67)를 통하여 보조열교환기(64)에 공급되어 증발되도록 됨으로써 상기 보조열교환기(64)는 증발기 역할을 하게 된다.
상기와 같이 증발된 냉매가스는 제 2분기관(62)에 설치된 제 6밸브(76)가 열려 상기 제 1순환관(28)과 어큐뮬레이터(27)을 통하여 압축기(21)에 공급된다.
그리고, 상기 제 2축열탱크(200) 내의 열교환매체인 브레인(300)은 공급관(42)에 설치된 제 1밸브(71가 열리고 제 2밸브(72)가 닫힌 상태를 유지하게 된다.
이 과정에서 냉난방유닛(50)의 펌프의 구동으로 브레인이 상기 제 1축열탱크(100)의 내부에 설치된 제 3열교환기(41)와 제 5열교환기(51)를 순환하면서 써 열을 방출하여 난방할 수 있다. 그리고 제 2축열탱크(200) 내의 열교환매체인 브레인(300)은 상기 제 8 및 제 9밸브(78)(79)를 선택적으로 개폐하여 냉각되는 동안 제 2열교환기(26)가 증발기로서 열을 흡수하도록 하여 냉각되어 냉동 및 냉장유닛에 공급할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 냉,온축열 시스템은 냉동기 유닛의 제 1,2열교환기 및 보조열교환기를 선택적으로 증발기와 응축기로 사용함으로써 제 1,2축열탱크에 저장되는 물과 브레인을 가열 및 냉각하여 온수와 냉난방에 이용할 수 있으므로 열의 손실없이 최상의 운전상태를 유지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 압축기와 제1열교환기와, 리큐드리시버와, 제1팽창밸브 및 제2열교환기가 제1순환관에 의해 폐회로를 이루는 냉동기 유닛과,
    상기 제 1열교환기가 내부에 설치되며, 제1축열탱크와, 상기 제1축열탱크에 원수를 공급하여 온수를 생산할 수 있는 온수생산유닛과,
    상기 제2열교환기가 내부에 설치되는 제 2축열탱크와, 상기 제 1축열탱크에 설치되는 제 3열교환기와, 상기 제 3열교환기와 제 2축열탱크가 공급관과 리턴관을 포함하는 제 2순환관에 의해 연결되어 열교환매체가 순환하며, 상기 공급관과 리턴관과 연결되어 제 4열교환기를 포함하는 냉동 및 냉장유닛과, 상기 공급관과 리턴관과 연결되어 제 5열교환기를 포함하는 냉,난방유닛과,
    상기 압축기와 제 1열교환기의 사이의 제1순환관으로부터 분기되며 제5밸브가 설치된 제 1분기관과 제 2열교환기과 압축기 사이의 제1순환관에 설치되며 제 6밸브가 설치된 제 2분기관과 상기 제 1,2분기관에 의해 연결되는 보조 열교환기와,
    상기 제 1분기관을 드라이어와 제 2열교환기 사이의 제1 순환관에 연결하며 제 8밸브와 제 2팽창밸브가 설치된 1연결관과, 상기 제 2분기관을 상기 리큐드리시버와 제 1열교환기 사이의 제 1순환관을 연결하는 제 2연결관을 구비한 것을 특징으로 하는 냉,온축열 시스템.
  2. 삭제
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