KR101947098B1

KR101947098B1 - 스팀 생산 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR101947098B1
Application number: KR1020160177478A
Authority: KR
Inventors: 이범준; 이길봉; 백영진; 신형기; 조준현; 노철우; 나호상; 왕은석; 이영수
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2019-05-10
Also published as: KR20180073930A

Abstract

본 발명은, 플래시 탱크 압력센서에서 측정된 압력에 따라 플래시 탱크의 출구측에 설치된 압력 조절밸브의 개도를 제어함으로써, 플래시 탱크의 압력을 제1설정 압력 이상으로 유지함으로써, 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것이 방지되어 생산되는 스팀의 온도와 스팀 생산 효율이 높일 수 있다. 또한, 스팀 생성 사이클을 순환하는 순환수의 유량 변화에 따라 플래시 탱크의 입구측에 설치된 압력 조절밸브의 개도를 제어함으로써, 열교환기나 응축기에서 가열되어 토출된 후 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수의 압력이 제2설정 압력 이상으로 유지함으로써, 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것을 방지하여 스팀 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 열교환기나 응축기에서 토출된 순환수의 압력에 따라 플래시 탱크의 입구측에 설치된 압력 조절밸브의 개도를 제어함으로써, 열교환기나 응축기에서 가열되어 토출된 후 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수의 압력이 제2설정 압력 이상으로 유지함으로써, 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것을 방지하여 스팀 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1스팀 생성 사이클에서 생성되는 스팀의 온도에 따라 제1,2스팀 생성 사이클을 각각 순환하는 순환수의 펌핑 유량을 제어함으로써, 열교환기와 응축기에서의 각각 열교환량을 최대화시켜 스팀 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

스팀 생산 히트펌프 시스템{Steam production heat pump system}

본 발명은 스팀 생산 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스팀 생산 효율을 최대화시킬 수 있는 스팀 생산 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 스팀 생산 히트펌프 시스템은, 압축기, 응축기, 증발기 및 팽창장치를 포함하고, 상기 응축기에 물을 공급하여 상기 응축기에서 발생되는 응축열을 이용하여 물을 스팀으로 생산한다. 상기 응축기에서 생산된 스팀과 물은 상 분리기를 통과하고, 상기 상 분리기에서 분리된 물은 펌프를 이용하여 상기 응축기로 다시 공급된다. 상기 상 분리기에서는 스팀만을 추출하여 스팀이 필요한 공정에 이용된다.

그러나, 종래의 스팀 생산 히트펌프 시스템은, 상기 응축기에서의 열교환량에 한계가 있는 문제점이 있다.

한국등록특허 10-1679782호

본 발명의 목적은, 스팀 생산 효율을 최대화시킬 수 있는 스팀 생산 히트펌프 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과; 상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 스팀을 발생시키는 플래시 탱크와, 상기 플래시 탱크에서 나온 순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 펌프를 포함하고, 상기 순환수를 순환시켜 스팀을 생성하는 스팀 생성 사이클과; 상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터와; 상기 플래시 탱크의 내부 압력을 측정하는 플래시 탱크 압력센서와; 상기 플래시 탱크에서 생성된 스팀을 토출하는 스팀 토출유로에 설치된 제1압력조절밸브와; 상기 플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 플래시 탱크로 유입되기 이전의 냉매가 기화되는 것을 방지하기 위해 상기 플래시 탱크 압력센서에서 측정된 상기 플래시 탱크의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력 미만이면, 상기 제1압력조절밸브의 개도를 감소시키는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과; 상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 스팀을 발생시키는 플래시 탱크와, 상기 플래시 탱크에서 나온 순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 펌프를 포함하고, 상기 순환수를 순환시켜 스팀을 생성하는 스팀 생성 사이클과; 상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터와; 상기 스팀 생성 사이클에 구비되어, 상기 펌프에서 펌핑된 순환수의 유량을 측정하는 순환수 유량계와; 상기 응축기에서 가열된 순환수를 토출하는 순환수 토출유로에 설치된 제2압력조절밸브와; 상기 플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 플래시 탱크로 유입되기 이전의 냉매가 기화되는 것을 방지하기 위해 상기 순환수 유량계에서 측정된 유량의 변화가 미리 설정된 설정 범위를 벗어나면, 상기 제2압력조절밸브의 개도를 감소시키는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과; 상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 스팀을 발생시키는 플래시 탱크와, 상기 플래시 탱크에서 나온 순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 펌프를 포함하고, 상기 순환수를 순환시켜 스팀을 생성하는 스팀 생성 사이클과; 상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터와; 상기 응축기에서 가열된 순환수를 토출하는 순환수 토출유로에 설치된 제2압력조절밸브와; 상기 플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 플래시 탱크로 유입되기 이전의 냉매가 기화되는 것을 방지하기 위해 상기 응축기에서 가열된 순환수의 압력에 따라 상기 제2압력조절밸브의 개도를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 제1순환수와 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기에서 나온 냉매를 제2순환수와 열교환시켜 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과; 상기 열교환기를 통과하면서 가열된 제1순환수를 감압하여 제1스팀을 발생시키는 제1플래시 탱크와, 상기 제1플래시 탱크에서 나온 제1순환수를 펌핑하여 상기 열교환기로 순환시키는 제1펌프를 포함하고, 제1순환수를 순환시켜 제1스팀을 생성하는 제1스팀 생성 사이클과; 상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 제2스팀을 발생시키는 제2플래시 탱크와, 상기 제2플래시 탱크에서 나온 제2순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 펌프를 포함하고, 상기 제2순환수를 순환시켜 제2스팀을 생성하는 제2스팀 생성 사이클과; 상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터를 포함하는 리큐퍼레이터와; 상기 제1플래시 탱크의 내부 압력을 측정하는 제1플래시 탱크 압력센서와; 상기 제1플래시 탱크에서 생성된 스팀을 토출하는 제1스팀 토출유로에 설치된 제1압력조절밸브와; 상기 플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 플래시 탱크로 유입되기 이전의 냉매가 기화되는 것을 방지하기 위해 상기 제1플래시 탱크 압력센서에서 측정된 상기 제1플래시 탱크의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력 미만이면, 상기 제1압력조절밸브의 개도를 감소시키는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 제1순환수와 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기에서 나온 냉매를 제2순환수와 열교환시켜 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과; 상기 열교환기를 통과하면서 가열된 제1순환수를 감압하여 제1스팀을 발생시키는 제1플래시 탱크와, 상기 제1플래시 탱크에서 나온 제1순환수를 펌핑하여 상기 열교환기로 순환시키는 제1펌프를 포함하고, 제1순환수를 순환시켜 제1스팀을 생성하는 제1스팀 생성 사이클과; 상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 제2스팀을 발생시키는 제2플래시 탱크와, 상기 제2플래시 탱크에서 나온 제2순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 펌프를 포함하고, 상기 제2순환수를 순환시켜 제2스팀을 생성하는 제2스팀 생성 사이클과; 상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터를 포함하는 리큐퍼레이터와; 상기 제1스팀 생성 사이클에 구비되어, 상기 제1펌프에서 펌핑된 제1순환수의 유량을 측정하는 제1순환수 유량계와; 상기 열교환기에서 가열된 제1순환수를 토출하는 제1열교환기 토출유로에 설치된 제2압력조절밸브와; 상기 플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 플래시 탱크로 유입되기 이전의 냉매가 기화되는 것을 방지하기 위해 상기 제1순환수 유량계에서 측정된 유량의 변화가 미리 설정된 설정 범위를 벗어나면, 상기 제2압력조절밸브의 개도를 감소시키는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 제1순환수와 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기에서 나온 냉매를 제2순환수와 열교환시켜 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과; 상기 열교환기를 통과하면서 가열된 제1순환수를 감압하여 제1스팀을 발생시키는 제1플래시 탱크와, 상기 제1플래시 탱크에서 나온 제1순환수를 펌핑하여 상기 열교환기로 순환시키는 제1펌프를 포함하고, 제1순환수를 순환시켜 제1스팀을 생성하는 제1스팀 생성 사이클과; 상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 제2스팀을 발생시키는 제2플래시 탱크와, 상기 제2플래시 탱크에서 나온 제2순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 펌프를 포함하고, 상기 제2순환수를 순환시켜 제2스팀을 생성하는 제2스팀 생성 사이클과; 상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터를 포함하는 리큐퍼레이터와; 상기 열교환기에서 가열된 제1순환수를 토출하는 제1순환수 토출유로에 설치된 제2압력조절밸브와; 상기 플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 플래시 탱크로 유입되기 이전의 냉매가 기화되는 것을 방지하기 위해 상기 열교환기에서 가열된 제1순환수의 압력에 따라 상기 제2압력조절밸브의 개도를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명은, 플래시 탱크 압력센서에서 측정된 압력에 따라 플래시 탱크의 출구측에 설치된 압력 조절밸브의 개도를 제어함으로써, 플래시 탱크의 압력을 제1설정 압력 이상으로 유지함으로써, 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것이 방지되어 생산되는 스팀의 온도와 스팀 생산 효율이 높일 수 있다.

또한, 스팀 생성 사이클을 순환하는 순환수의 유량 변화에 따라 플래시 탱크의 입구측에 설치된 압력 조절밸브의 개도를 제어함으로써, 열교환기나 응축기에서 가열되어 토출된 후 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수의 압력이 제2설정 압력 이상으로 유지함으로써, 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것을 방지하여 스팀 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 열교환기나 응축기에서 토출된 순환수의 압력에 따라 플래시 탱크의 입구측에 설치된 압력 조절밸브의 개도를 제어함으로써, 열교환기나 응축기에서 가열되어 토출된 후 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수의 압력이 제2설정 압력 이상으로 유지함으로써, 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것을 방지하여 스팀 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 제1스팀 생성 사이클에서 생성되는 스팀의 온도에 따라 제1,2스팀 생성 사이클을 각각 순환하는 순환수의 펌핑 유량을 제어함으로써, 열교환기와 응축기에서의 각각 열교환량을 최대화시켜 스팀 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 제어 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 제어 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 제어 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 제어 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 제어 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템(100)은, 냉매 사이클(110), 스팀 생성 사이클(120) 및 제어부(160) 포함한다.

상기 냉매 사이클(110)은, 냉매가 순환하는 사이클이다. 상기 냉매는 R245fa를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 냉매 사이클(110)은, 압축기(111), 응축기(112), 팽창장치(113), 증발기(114) 및 리큐퍼레이터(115)를 포함한다.

상기 압축기(111)는, 상기 냉매 사이클(110)을 순환하는 냉매를 압축한다. 상기 압축기(111)와 상기 응축기(112)는 제1냉매유로(131)로 연결된다. 상기 압축기(111)는 인버터 압축기이다.

상기 응축기(112)는, 상기 압축기(111)에서 나온 냉매를 응축시킨다. 상기 응축기(112)와 상기 팽창장치(113)는, 제2냉매유로(132)로 연결된다.

상기 팽창장치(113)는, 상기 응축기(112)에서 나와서 상기 리큐퍼레이터(115)를 통과한 냉매를 팽창시킨다. 상기 팽창장치(113)와 상기 증발기(114)는 제3냉매유로(133)로 연결된다.

상기 증발기(114)는, 상기 팽창장치(113)에서 나온 냉매를 증발시킨다. 상기 증발기(114)와 상기 압축기(111)는 제4냉매유로(134)로 연결된다.

상기 리큐퍼레이터(Recuperator)(115)는, 상기 제2냉매유로(132)와 상기 제4냉매유로(134)사이에 설치된 내부 열교환기이다. 상기 리큐퍼레이터(115)는, 상기 응축기(112)에서 나온 냉매와 상기 압축기(111)로 유입되는 냉매를 서로 열교환시킨다. 따라서, 상기 리큐퍼레이터(115)는, 상기 응축기(112)에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 증발기(114)의 입구측 냉매의 건도를 최소화시키며, 상기 압축기(111)의 입,출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시킬 수 있다.

상기 제2냉매유로(132)에는, 상기 리큐퍼레이터(115)에서 나온 냉매의 유량을 측정하는 냉매 유량계(135)가 설치된다. 상기 냉매 유량계(135)는 설치되지 않을 수도 있다.

상기 제어부(160)는, 상기 냉매 유량계(135)에서 측정된 유량에 따라 상기 압축기(111)의 구동을 제어한다.

한편, 상기 스팀 생성 사이클(120)은, 순환수가 순환하면서 상기 냉매 사이클(110)로부터 열원을 제공받아 스팀을 생성하는 사이클이다.

상기 스팀 생성 사이클(120)은, 플래시 탱크(Flash tank)(121), 펌프(122), 보충수 주입부(123), 보충수 밸브(124), 순환수 유량계(125)를 포함한다. 상기 순환수 유량계(125)는 설치되지 않을 수도 있다.

상기 플래시 탱크(121)는, 상기 응축기(112)를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 스팀을 발생시키는 장치이다. 상기 플래시 탱크(121)와 상기 응축기(112)는 제1순환수 유로(141)로 연결된다.

상기 플래시 탱크(121)의 상부에는 스팀 토출 유로(151)가 연결된다. 상기 스팀 토출 유로(151)는, 상기 플래시 탱크(121)에서 생성된 스팀을 스팀 수요처로 공급하는 유로이다.

상기 스팀 토출 유로(151)에는, 스팀의 유량을 측정하는 스팀 유량계(152)가 설치된다. 상기 스팀 유량계(152)는 설치되지 않을 수도 있다.

상기 펌프(122)는, 상기 플래시 탱크(121)에서 나온 순환수를 펌핑하여 상기 응축기(112)로 다시 순환시킨다. 상기 펌프(122)와 상기 플래시 탱크(121)는 제2순환수 유로(142)로 연결된다.

상기 보충수 주입부(123)는, 상기 제2순환수 유로(142)에 연결되어, 외부로부터 물을 보충한다. 상기 보충수는 폐열, 폐수 등의 고온수를 이용할 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 보충수 주입부(123)가 상기 제2순환수 유로(142)에 연결된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 상기 보충수 주입부(123)는 상기 플래시 탱크(121)에 직접 연결되어 상기 보충수를 상기 플래시 탱크(121)로 직접 공급하는 것도 물론 가능하다.

상기 보충수 밸브(124)는, 상기 보충수 주입부(123)로부터 보충되는 물의 유량을 조절하기 위한 밸브이다.

상기 제어부(미도시)는, 상기 플래시 탱크(121)의 수위에 따라 상기 보충수 밸브(124)의 개도량을 제어한다. 즉, 상기 플래시 탱크(121)의 수위가 미리 설정된 설정 수위 범위를 유지하도록 상기 보충수 밸브(124)의 개도를 제어한다.

상기 펌프(122)와 상기 응축기(112)는 제3순환수 유로(143)로 연결된다.

상기 순환수 유량계(125)는, 상기 제3순환수 유로(143)상에 설치되어, 상기 펌프(122)에서 펌핑된 순환수의 유량을 측정한다.

한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 스팀 생성 사이클(120)은, 플래시 탱크 압력센서(181), 제1압력조절밸브(171) 및 제2압력조절밸브(172)를 더 포함한다.

상기 플래시 탱크 압력센서(181)는, 상기 플래시 탱크(121)의 내부 압력을 측정한다.

상기 제1압력조절밸브(171)는, 상기 스팀 토출유로(151)상에 설치된다. 상기 제1압력조절밸브(171)는, 상기 플래시 탱크 압력센서(181)에서 감지된 압력에 따라 개도가 제어된다.

상기 제2압력조절밸브(172)는, 상기 제1순환수 유로(141)에 설치된다. 상기 제2압력조절밸브(172)는, 상기 순환수 유량계(125)에서 감지된 유량 변화에 따라 개도가 제어된다.

도면부호 182는 응축기 토출압력센서이고, 도면부호 183은 응축기 토출온도센서이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 작동을 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 상기 냉매 사이클(110)에서는, 상기 압축기(111)에서 압축된 냉매는 상기 응축기(112)로 유입된다.

상기 응축기(112)에서는, 상기 압축기(111)에서 압축된 냉매와 상기 스팀 생성 사이클(120)을 순환하는 순환수가 열교환된다. 상기 응축기(112)에서 상기 냉매는 응축되고, 상기 순환수는 열을 흡수하여 가열된다.

상기 응축기(112)에서 나온 냉매는 상기 리큐퍼레이터(115)로 유입된다.

상기 리큐퍼레이터(115)에서는, 상기 응축기(112)에서 응축된 냉매와 상기 압축기(111)로 유입되기 이전의 냉매가 열교환된다.

상기 리큐퍼레이터(115)에서의 열교환이 이루어짐으로써, 상기 냉매는 열을 빼앗겨 과냉되고, 상기 증발기(114)에서 나와 상기 압축기(111)로 유입되기 이전의 냉매는 열을 흡수하여 온도가 높아지게 된다. 상기 응축기(112)에서 응축되어 나온 냉매가 과냉되면, 상기 증발기(114)의 입구측 냉매의 건도가 최소화될 수 있다.

따라서, 상기 압축기(111)의 입구측 냉매의 온도가 상승된다. 상기 압축기(111)의 입구측 냉매의 온도가 상승하면, 상기 압축기(111)의 토출측 냉매의 온도도 상승하게 된다.

상기와 같이, 상기 냉매 사이클(110)에서 상기 리큐퍼레이터(115)를 사용함으로써, 상기 응축기(112)의 응축 열량이 증가할 수 있다. 상기 응축기(112)의 응축 열량이 증가되면, 상기 스팀 생성 사이클(120)에서 상기 응축기(112)를 통과하는 고압의 순환수가 상기 응축기(112)로부터 흡수하는 열량이 많아지므로, 상기 순환수의 온도가 보다 높아질 수 있다. 상기 응축기(112)에서 가열된 순환수의 온도가 보다 높아질 수 있으므로, 상기 플래시 탱크(121)로 공급되는 순환수의 온도가 충분히 높아질 수 있다. 상기 플래시 탱크(121)로 공급되는 순환수의 온도가 높으면, 상기 플래시 탱크(121)에서 스팀 생산율이 향상될 수 있다.

상기 응축기(112)에서 가열되어 상기 플래시 탱크(121)로 공급되는 순환수의 온도는 약 123℃ 내지 125℃이고, 상기 플래시 탱크(121)에서 감압되어 생성된 스팀의 온도는 약 120℃이다.

상기와 같이, 본 발명에서는 상기 냉매 사이클(110)에서 상기 리큐퍼레이터(115)를 이용함으로써, 상기 응축기(112)의 응축 열량을 증가시켜 상기 플래시 탱크(121)에서 고온의 스팀을 생산할 수 있다.

한편, 상기 제어부(미도시)가 상기 스팀 생성 사이클(120)을 제어하는 방법은 다음과 같다.

상기 제어부(160)는, 상기 플래시 탱크 압력센서(181)에서 측정된 상기 플래시 탱크(121)의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력(P1) 미만이면, 상기 제1압력조절밸브(171)의 개도를 감소시킨다.

상기 제1압력조절밸브(171)의 개도를 감소시키면, 상기 플래시 탱크(121)의 내부 압력이 상승하게 된다.

상기 플래시 탱크(121)의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력(P1)미만이면, 상기 플래시 탱크(121)에서 스팀 온도가 낮아지게 된다. 따라서, 상기 플래시 탱크(121)에서 생산되는 스팀 온도를 높이기 위해서는 상기 플래시 탱크(121)내의 내부 압력과 상기 플래시 탱크(121)로 유입되기 이전의 압력이 소정 압력 이상이 되어야 한다.

따라서, 상기 플래시 탱크(121)의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력(P1)에 도달할 때까지 상기 제1압력조절밸브(171)의 개도를 감소시켜, 상기 플래시 탱크(121)의 압력을 상기 제1설정압력(P1)이상으로 확보한다.

또한, 상기 제어부(160)는, 상기 순환수 유량계(125)에서 측정된 유량의 변화를 미리 설정된 설정 범위와 비교하고, 상기 유량의 변화(Fluctuation)가 상기 설정 범위를 벗어나면, 상기 제2압력조절밸브(172)의 개도를 감소시킨다.

상기 유량의 변화를 알면, 상기 순환수가 상기 응축기(112)에서 기화되는지를 확인할 수 있다. 즉, 상기 응축기(112)에서 열량을 받아 온도가 상승하여 포화온도를 넘어설 경우, 상기 순환수가 상기 플래시 탱크(121)로 유입되기 이전에 기화가 발생될 수 있으며, 기화가 발생될 경우 상기 순환수 유량계(125)에서 측정된 유량의 변화가 심해진다. 따라서, 상기 유량의 변화가 상기 설정 범위를 벗어나면, 상기 플래시 탱크(121)로 유입되기 이전에 기화가 발생될 수 있다고 판단하여, 상기 제2압력조절밸브(172)의 개도를 감소시킨다.

상기 제2압력조절밸브(172)의 개도를 감소시키면, 상기 플래시 탱크(121)로 유입되는 순환수의 압력이 높아지게 된다. 상기 플래시 탱크(121)로 유입되는 순환수의 압력을 높이면, 상기 플래시 탱크(121)로 유입되기 이전에 순환수가 기화되는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 상기 플래시 탱크(121)로 유입되는 순환수의 압력은, 상기 플래시 탱크(121)로 유입되는 순환수의 온도에 따른 포화압력보다 높게 유지하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 상기 플래시 탱크 압력센서(181)에서 측정된 압력에 따라 상기 제1압력 조절밸브(171)의 개도를 제어하고, 상기 순환수 유량계(125)에서 측정된 유량 변화에 따라 상기 제2압력 조절밸브(172)의 개도를 제어함으로써, 상기 플래시 탱크(121) 내부의 압력과 상기 플래시 탱크(121)로 유입되기 이전의 압력을 상승시킴으로써, 상기 플래시 탱크(121)로 유입되는 순환수가 전부 액체 상태를 유지할 수 있으므로, 상기 플래시 탱크(121)에서 생산되는 스팀의 온도를 높일 수 있고, 스팀 생산 효율이 증가될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 제어 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템은, 상기 제어부(160)가 상기 응축기(112)에서 가열된 순환수의 압력에 따라 상기 제2압력 조절밸브(172)의 개도를 제어하는 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명하고 유사구성에 대해 동일 부호를 사용한다.

본 실시예에서는, 상기 응축기(112)에서 가열된 순환수의 압력은, 상기 제1순환수 유로(141)에 설치된 응축기 토출압력센서(182)에서 측정된 압력인 것으로 예를 들어 설명한다.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 응축기(112)에서 가열된 순환수의 압력은, 상기 응축기(112)에서 토출된 순환수의 온도를 측정한 후, 상기 순환수의 온도에 따른 압력을 산출하여 사용하는 것도 물론 가능하다.

상기 제어부(160)는, 상기 응축기(112)에서 토출된 순환수의 압력이 미리 설정된 제2설정압력 미만이면, 상기 제2압력조절밸브(172)의 개도를 감소시킨다.

여기서, 상기 제2설정압력은, 상기 응축기(112)에서 토출된 순환수의 온도에 따른 포화압력 이상으로 설정된다.

상기와 같이, 상기 플래시 탱크 압력센서(181)에서 측정된 압력에 따라 상기 제1압력 조절밸브(171)의 개도를 제어하고, 상기 응축기(112)에서 토출된 순환수의 압력에 따라 상기 제2압력 조절밸브(172)의 개도를 제어함으로써, 상기 플래시 탱크(121)에 유입되는 순환수가 전부 액체 상태를 유지할 수 있으므로, 상기 플래시 탱크(121)에서 스팀 생산 효율이 증가될 수 있다.

또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 플래시 탱크(121)의 수위에 따라 상기 보충수 밸브(124)의 개도량을 제어한다. 즉, 상기 플래시 탱크(121)의 수위가 미리 설정된 설정 수위 범위를 유지하도록 상기 보충수 밸브(124)의 개도를 제어한다.

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 제어 구성을 나타낸 블록도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템(300)은, 1개의 냉매 사이클(230)과 2개의 제1,2스팀 생성 사이클(210)(220)을 포함하고, 상기 냉매 사이클(230)의 압축기(231)에서 압축된 냉매가 열교환기(232)와 응축기(233)를 차례로 통과하고, 상기 제1스팀 생성 사이클(210)은 상기 열교환기(232)로부터 열원을 제공받고, 상기 제2스팀 생성 사이클(220)은 상기 응축기(233)로부터 열원을 제공받는 것이 상기 제1실시예와 상이하고 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 구성을 중심으로 상세히 설명한다.

상기 냉매 사이클(230)은, 냉매가 순환하는 사이클이다. 상기 냉매는 R245fa를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 냉매 사이클(230)은, 압축기(231), 열교환기(232), 응축기(233), 팽창장치(234), 증발기(235) 및 리큐퍼레이터(240)를 포함한다.

상기 압축기(231)는, 상기 냉매 사이클(230)을 순환하는 냉매를 압축한다. 상기 압축기(231)와 상기 열교환기(232)는 제1냉매유로(241)로 연결된다. 상기 압축기(231)는 인버터 압축기이다.

상기 열교환기(232)는, 상기 압축기(231)에서 나온 과열된 냉매를 상기 제1스팀 생성 사이클(210)을 순환하는 제1순환수와 열교환시킨다. 상기 열교환기(232)는 상기 냉매의 현열을 제1순환수에 전달하는 과열 열교환기이다.

상기 응축기(233)는, 상기 열교환기(232)에서 나온 냉매를 응축시킨다. 상기 열교환기(232)와 상기 응축기(233)는 제2냉매유로(242)로 연결되고, 상기 응축기(233)와 상기 팽창장치(234)는 제3냉매유로(243)로 연결된다. 상기 응축기(233)는, 상기 냉매의 잠열을 제2순환수에 전달한다.

상기 팽창장치(234)는, 상기 응축기(233)에서 나와서 상기 리큐퍼레이터(240)를 통과한 냉매를 팽창시킨다. 상기 팽창장치(234)와 상기 증발기(235)는 제4냉매유로(244)로 연결된다.

상기 증발기(235)는, 상기 팽창장치(234)에서 나온 냉매를 증발시킨다. 상기 증발기(235)와 상기 압축기(231)는 제5냉매유로(245)로 연결된다.

상기 리큐퍼레이터(Recuperator)(240)는, 상기 제3냉매유로(243)와 상기 제5냉매유로(245)사이에 설치된 내부 열교환기이다. 상기 리큐퍼레이터(240)는, 상기 응축기(233)에서 나온 냉매와 상기 압축기(231)로 유입되는 냉매를 서로 열교환시킨다. 따라서, 상기 리큐퍼레이터(240)는, 상기 응축기(233)에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 증발기(235)의 입구측 냉매의 건도를 최소화시키며, 상기 압축기(231)의 입,출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시킬 수 있다.

상기 제3냉매유로(243)에는, 상기 리큐퍼레이터(240)에서 나온 냉매의 유량을 측정하는 냉매 유량계(236)가 설치된다. 상기 냉매 유량계(236)는 설치되지 않을 수도 있다.

한편, 상기 제1스팀 생성 사이클(210)은, 제1순환수가 순환하면서 스팀을 생성하는 사이클이다. 상기 제1스팀 생성 사이클(210)에서 생성된 스팀은 후술하는 제2스팀 생성 사이클(220)에서 생성된 스팀보다 고온이다.

상기 제1스팀 생성 사이클(210)은, 제1플래시 탱크(Flash tank)(211), 제1펌프(212), 제1보충수 주입부(213), 제1보충수 밸브(214), 제1순환수 유량계(215)를 포함한다. 상기 제1순환수 유량계(125)는 설치되지 않을 수도 있다.

상기 제1플래시 탱크(211)는, 상기 열교환기(232)를 통과하면서 가열된 제1순환수를 감압하여 스팀을 발생시키는 장치이다.

상기 제1플래시 탱크(211)의 상부에는 제1스팀 토출 유로(216)가 연결된다. 상기 제1스팀 토출 유로(216)는, 상기 제1플래시 탱크(211)에서 생성된 스팀을 스팀 수요처로 공급하는 유로이다.

상기 제1스팀 토출 유로(216)에는, 스팀의 유량을 측정하는 제1스팀 유량계(217)가 설치된다. 상기 제1스팀 토출 유로(216)에는, 생성된 스팀의 온도를 측정하는 제1스팀 온도센서(299)가 설치될 수 있다. 상기 제1스팀 유량계(217)는 설치되지 않을 수도 있다.

상기 제1펌프(212)는, 상기 제1플래시 탱크(211)에서 나온 제1순환수를 펌핑하여 상기 열교환기(232)로 다시 순환시킨다.

상기 제1보충수 주입부(213)는, 상기 제1플래시 탱크(211)와 상기 제1펌프(212)를 연결하는 유로에 연결되어, 외부로부터 물을 보충한다.

본 실시예에서는, 상기 제1보충수 주입부(213)가 상기 제1플래시 탱크(211)와 상기 제1펌프(212)를 연결하는 유로에 연결된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 상기 제1보충수 주입부(213)는 상기 제1플래시 탱크(211)에 직접 연결되어 상기 보충수를 상기 제1플래시 탱크(211)로 직접 공급하는 것도 물론 가능하다.

상기 제1보충수 밸브(214)는, 상기 제1보충수 주입부(213)로부터 보충되는 물의 유량을 조절하기 위한 밸브이다.

상기 제어부(미도시)는, 상기 제1플래시 탱크(211)의 수위에 따라 상기 제1보충수 밸브(214)의 개도량을 제어한다. 즉, 상기 제1플래시 탱크(211)의 수위가 미리 설정된 설정 수위 범위를 유지하도록 상기 제1보충수 밸브(214)의 개도를 제어한다.

상기 제1순환수 유량계(215)는, 상기 제1펌프(212)와 상기 열교환기(232)를 연결하는 유로 상에 설치되어, 상기 제1펌프(212)에서 펌핑된 순환수의 유량을 측정한다. 상기 제1순환수 유량계(215)는 설치되지 않을 수도 있다.

한편, 상기 제2스팀 생성 사이클(220)은, 제2순환수가 순환하면서 스팀을 생성하는 사이클이다. 상기 제2스팀 생성 사이클(220)에서 생성된 스팀은 상기 제1스팀 생성 사이클(210)에서 생성된 스팀보다 저온이다.

상기 제2스팀 생성 사이클(220)은, 제2플래시 탱크(Flash tank)(221), 제2펌프(222), 제2보충수 주입부(223), 제2보충수 밸브(224), 제2순환수 유량계(225)를 포함한다.

상기 제2플래시 탱크(221)는, 상기 응축기(233)를 통과하면서 가열된 제2순환수를 감압하여 스팀을 발생시키는 장치이다.

상기 제2플래시 탱크(221)의 상부에는 제2스팀 토출 유로(226)가 연결된다. 상기 제2스팀 토출 유로(226)는, 상기 제2플래시 탱크(221)에서 생성된 스팀을 스팀 수요처로 공급하는 유로이다. 상기 제2플래시 탱크(221)에서 생성된 스팀은 상기 제1플래시 탱크(212)에서 생성된 스팀에 비해 비교적 저온이기 때문에, 저온의 스팀을 요구하는 스팀 수요처로 공급된다.

상기 제2스팀 토출 유로(226)에는, 스팀의 유량을 측정하는 제2스팀 유량계(227)가 설치된다. 상기 제2스팀 유량계(227)는 설치되지 않을 수도 있다.

상기 제2펌프(222)는, 상기 제2플래시 탱크(221)에서 나온 제2순환수를 펌핑하여 상기 응축기(233)로 다시 순환시킨다.

상기 제2보충수 주입부(223)는, 상기 제2플래시 탱크(221)와 상기 제2펌프(222)를 연결하는 유로에 연결되어, 외부로부터 물을 보충한다.

본 실시예에서는, 상기 제2보충수 주입부(223)가 상기 제2플래시 탱크(221)와 상기 제2펌프(222)를 연결하는 유로에 연결된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 상기 제2보충수 주입부(223)는 상기 제2플래시 탱크(221)에 직접 연결되어 상기 보충수를 상기 제2플래시 탱크(221)로 직접 공급하는 것도 물론 가능하다.

상기 제2보충수 밸브(224)는, 상기 제2보충수 주입부(223)로부터 보충되는 물의 유량을 조절하기 위한 밸브이다.

상기 제어부(미도시)는, 상기 제2플래시 탱크(221)의 수위에 따라 상기 제2보충수 밸브(224)의 개도량을 제어한다. 즉, 상기 제2플래시 탱크(221)의 수위가 미리 설정된 설정 수위 범위를 유지하도록 상기 제2보충수 밸브(224)의 개도를 제어한다.

상기 제2순환수 유량계(225)는, 상기 제2펌프(222)와 상기 응축기(233)를 연결하는 유로 상에 설치되어, 상기 제2펌프(222)에서 펌핑된 순환수의 유량을 측정한다. 상기 제2순환수 유량계(225)는 설치되지 않을 수도 있다.

한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 상기 제1스팀 생성 사이클(210)은, 제1플래시 탱크 압력센서(273), 제1압력조절밸브(271) 및 제2압력조절밸브(272)를 더 포함한다.

상기 제1플래시 탱크 압력센서(273)는, 상기 제1플래시 탱크(211)의 내부 압력을 측정한다.

상기 제1압력조절밸브(271)는, 상기 제1스팀 토출유로(216)상에 설치된다. 상기 제1압력조절밸브(271)는, 상기 제1플래시 탱크 압력센서(273)에서 감지된 압력에 따라 개도가 제어된다.

상기 제2압력조절밸브(272)는, 상기 열교환기(232)에서 가열된 제1순환수가 토출되는 제1순환수 토출유로(218)에 설치된다. 상기 제2압력조절밸브(272)는, 상기 제1순환수 유량계(215)에서 감지된 유량 변화에 따라 개도가 제어된다.

또한, 상기 제1순환수 토출유로(218)에는, 상기 열교환기(232)에서 가열된 후 토출되는 제1순환수의 온도와 압력을 각각 측정하는 센서가 설치되는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 상기 제2스팀 생성 사이클(220)은, 제2플래시 탱크 압력센서(293), 제3압력조절밸브(291) 및 제4압력조절밸브(292)를 더 포함한다.

상기 제2플래시 탱크 압력센서(293)는, 상기 제2플래시 탱크(221)의 내부 압력을 측정한다.

상기 제3압력조절밸브(291)는, 상기 제2스팀 토출유로(226)상에 설치된다. 상기 제3압력조절밸브(291)는, 상기 제2플래시 탱크 압력센서(293)에서 감지된 압력에 따라 개도가 제어된다.

상기 제4압력조절밸브(292)는, 상기 응축기(233)에서 가열된 제2순환수가 토출되는 제2순환수 토출유로(228)에 설치된다. 상기 제4압력조절밸브(292)는, 상기 제2순환수 유량계(225)에서 감지된 유량 변화에 따라 개도가 제어된다.

또한, 상기 제2순환수 토출유로(228)에는, 상기 응축기(233)에서 가열된 후 토출되는 제2순환수의 온도와 압력을 각각 측정하는 센서가 설치되는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제3실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 작동을 설명하면, 다음과 같다.

본 발명의 제3실시예에서는, 상기 압축기(231)에서 압축된 냉매가 상기 열교환기(232)를 통과한 후, 상기 응축기(233)를 통과한다.

상기 열교환기(232)에서는 상기 압축기(231)에서 나온 과열된 냉매와 상기 제1스팀 생성 사이클(210)을 순환하는 상기 제1순환수와의 열교환이 이루어진다. 상기 열교환기(232)에서는, 상기 압축기(232)에서 나온 과열된 냉매의 현열이 상기 제1순환수에 전달된다.

상기 제1순환수는 상기 열교환기(232)에서 상기 냉매의 현열을 흡수하여 가열된다.

상기 열교환기(232)에서 열을 일부 빼앗긴 냉매는 상기 응축기(233)로 유입된다. 이 때, 상기 열교환기(232)를 통과하는 냉매는 기체 상태를 유지하며 상태변화는 하지 않는다.

상기 응축기(233)에서는, 상기 열교환기(232)에서 나온 냉매와 상기 제2스팀 생성 사이클(220)을 순환하는 제2순환수가 열교환된다. 상기 응축기(233)에서 상기 냉매는 응축되고, 상기 제2순환수는 열을 흡수하여 가열된다.

상기 응축기(233)에서 나온 냉매는 상기 리큐퍼레이터(240)로 유입된다.

상기 리큐퍼레이터(240)에서는, 상기 응축기(233)에서 응축된 냉매와 상기 압축기(231)로 유입되기 이전의 냉매가 열교환된다.

상기 리큐퍼레이터(240)에서의 열교환이 이루어짐으로써, 상기 응축기(233)에서 응축되어 나온 냉매는 과냉되고, 상기 증발기(235)에서 나와 상기 압축기(231)로 유입되기 이전의 냉매는 열을 흡수하여 온도가 높아지게 된다. 상기 리큐퍼레이터(240)에서 냉매가 과냉되면, 상기 증발기(235)의 입구측 냉매의 건도가 최소화될 수 있다.

또한, 상기 압축기(231)의 입구측 냉매의 온도가 상승된다. 상기 압축기(231)의 입구측 냉매의 온도가 상승하면, 상기 압축기(231)의 토출측 냉매의 온도도 상승하게 된다.

상기 리큐퍼레이터(240)를 사용하는 본 발명의 경우, 상기 열교환기(231)의 현열 열교환량과 상기 응축기(233)의 응축 열량이 모두 스팀 생성에 사용된다. 따라서, 상기 열교환기(231)의 현열 열교환량과 상기 응축기(233)의 응축 열량의 합은, 상기 리큐퍼레이터(240)를 사용하지 않는 종래의 경우 응축기의 응축 열량보다 크다. 상기와 같이, 상기 냉매 사이클(210)에서 상기 리큐퍼레이터(240)를 사용함으로써, 보다 많은 열량이 스팀을 생성하는 데 사용될 수 있다.

한편, 상기 제1스팀 생성 사이클(210)의 제1순환수는 상기 열교환기(232)에서 열을 흡수하여 상기 제1플래시 탱크(211)로 공급된다. 상기 제1순환수는 상기 제1플래시 탱크(211)에서 감압되어, 상기 제1플래시 탱크(211)에서 스팀이 생성된다.

상기 제2스팀 생성 사이클(220)의 제2순환수는 상기 응축기(233)에서 열을 흡수하여 상기 제2플래시 탱크(221)로 공급된다. 상기 제2순환수는 상기 제2플래시 탱크(221)에서 감압되어, 스팀이 생성된다.

이 때, 상기 열교환기(232)를 통과하는 냉매의 온도가 상기 응축기(233)를 통과하는 냉매의 온도보다 높기 때문에, 상기 열교환기(232)에서 열을 흡수하는 제1순환수의 온도가 상기 응축기(233)에서 열을 흡수하는 제2순환수의 온도보다 높다.

따라서, 상기 제1플래시 탱크(221)에서 생성되는 스팀의 온도가 상기 제2플래시 탱크(221)에서 생성되는 스팀의 온도보다 높다.

상기와 같이, 2개의 제1,2스팀 생성 사이클(210)(220)을 포함함으로써, 서로 다른 온도의 스팀의 생산이 가능하기 때문에 다양한 수요처에 적용이 용이한 이점이 있다.

한편, 본 발명의 제3실시예에 따른 제어부(260)가 상기 제1,2스팀 생성 사이클(210)(220)을 제어하는 방법은 다음과 같다.

먼저, 상기 제어부(260)가 상기 제1스팀 생성 사이클(210)을 제어하는 것에 대해 설명한다.

상기 제어부(260)는, 상기 제1플래시 탱크 압력센서(273)에서 측정된 상기 제1플래시 탱크(211)의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력(P1) 미만이면, 상기 제1압력조절밸브(271)의 개도를 감소시킨다.

상기 제1압력조절밸브(271)의 개도를 감소시키면, 상기 제1플래시 탱크(211)의 내부 압력이 상승하게 된다. 상기 제1플래시 탱크(211)의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력(P1)미만이면, 상기 제1플래시 탱크(211)에서 스팀 온도가 낮아지게 된다. 따라서, 상기 제1플래시 탱크(211)의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력(P1)에 도달할 때까지 상기 제1압력조절밸브(271)의 개도를 감소시킨다.

또한, 상기 제어부(260)는, 상기 제1순환수 유량계(215)에서 측정된 유량의 변화를 미리 설정된 설정 범위와 비교하고, 상기 유량의 변화(Fluctuation)가 상기 설정 범위를 벗어나면, 상기 제2압력조절밸브(272)의 개도를 감소시킨다.

상기 유량의 변화를 알면, 상기 제1순환수가 상기 열교환기(232)에서 기화되는지를 확인할 수 있다. 즉, 상기 열교환기(232)에서 열량을 받아 온도가 상승하여 포화온도를 넘어설 경우, 상기 열교환기(232)에서나 상기 제1플래시 탱크(211)로 유입되기 이전에 기화가 발생될 수 있으며, 기화가 발생될 경우 상기 제1순환수 유량계(215)에서 측정된 유량의 변화가 심해진다. 따라서, 상기 유량의 변화가 상기 설정 범위를 벗어나면, 상기 열교환기(232)에서나 상기 제1플래시 탱크(211)로 유입되기 이전에 기화가 발생될 수 있다고 판단하여, 상기 제2압력조절밸브(272)의 개도를 감소시킨다.

상기 제2압력조절밸브(272)의 개도를 감소시키면, 상기 제1플래시 탱크(211)로 유입되는 제1순환수의 압력이 높아지게 된다. 상기 제1플래시 탱크(211)로 유입되는 제1순환수의 압력을 높이면, 상기 제1플래시 탱크(211)로 유입되기 이전에 제1순환수가 기화되는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 상기 제1플래시 탱크(211)로 유입되는 제1순환수의 압력은, 상기 제1플래시 탱크(211)로 유입되는 제1순환수의 온도에 따른 포화압력보다 높게 유지하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 상기 제1플래시 탱크 압력센서(273)에서 측정된 압력에 따라 상기 제1압력 조절밸브(271)의 개도를 제어하고, 상기 제1순환수 유량계(215)에서 측정된 유량 변화에 따라 상기 제2압력 조절밸브(272)의 개도를 제어함으로써, 상기제1플래시 탱크(211)에 유입되는 제1순환수가 전부 액체 상태를 유지할 수 있으므로, 상기 제1플래시 탱크(211)에서 스팀 생산 효율이 증가될 수 있다.

상기 실시예에 한정되지 않고, 상기 제2압력 조절밸브(272)의 개도는 상기 열교환기(232)에서 가열된 후 토출되는 제1순환수의 압력에 따라 제어하는 것도 물론 가능하다. 여기서, 상기 열교환기(232)에서 가열된 후 토출되는 제1순환수의 압력은 상기 제1순환수 토출유로(218)에 설치된 열교환기 토출압력센서(미도시)에서 측정된 압력을 사용하는 것도 가능하고, 상기 제1순환수 토출유로(218)에 설치된 열교환기 토출온도센서(미도시)에서 측정된 온도에 따른 압력을 산출하여 사용하는 것도 물론 가능하다.

다음으로, 상기 제어부(260)가 상기 제2스팀 생성 사이클(220)을 제어하는 것에 대해 설명한다.

상기 제2스팀 생성 사이클(220)에서는, 상기 제어부(260)는 상기 제3압력조절밸브(291)와 상기 제4압력조절밸브(292)의 개도를 제어한다.

상기 제어부(260)는, 상기 제2플래시 탱크 압력센서(293)에서 측정된 상기 제2플래시 탱크(221)의 내부 압력이 미리 설정된 제3설정압력(P3) 미만이면, 상기 제3압력조절밸브(291)의 개도를 감소시킨다.

상기 제3압력조절밸브(291)의 개도를 감소시키면, 상기 제2플래시 탱크(221)의 내부 압력이 상승하게 된다. 상기 제2플래시 탱크(221)의 내부 압력이 미리 설정된 제3설정압력(P3)미만이면, 상기 제2플래시 탱크(221)에서 스팀 온도가 낮아지게 된다. 따라서, 상기 제2플래시 탱크(221)의 내부 압력이 미리 설정된 제3설정압력(P3)에 도달할 때까지 상기 제3압력조절밸브(291)의 개도를 감소시킨다.

또한, 상기 제어부(260)는, 상기 제2순환수 유량계(225)에서 측정된 유량의 변화를 미리 설정된 설정 범위와 비교하고, 상기 유량의 변화(Fluctuation)가 상기 설정 범위를 벗어나면, 상기 제4압력조절밸브(292)의 개도를 감소시킨다. 즉, 상기 유량의 변화가 상기 설정 범위에 들도록 상기 제4압력조절밸브(292)의 개도를 감소시킨다.

상기 유량의 변화를 알면, 상기 제2순환수가 상기 응축기(233)에서 기화되는지를 확인할 수 있다. 즉, 상기 응축기(233)에서 열량을 받아 온도가 상승하여 포화온도를 넘어설 경우, 상기 제2순환수가 상기 응축기(233)에서나 상기 제2플래시 탱크(221)로 유입되기 이전에 기화가 발생될 수 있으며, 기화가 발생될 경우 상기 제2순환수 유량계(225)에서 측정된 유량의 변화가 심해진다. 따라서, 상기 유량의 변화가 상기 설정 범위를 벗어나면, 상기 응축기(233)에서나 상기 제2플래시 탱크(221)로 유입되기 이전에 기화가 발생될 수 있다고 판단하여, 상기 제4압력조절밸브(292)의 개도를 감소시킨다.

상기 제4압력조절밸브(292)의 개도를 감소시키면, 상기 제2플래시 탱크(221)로 유입되는 제2순환수의 압력이 높아지게 된다. 상기 제2플래시 탱크(221)로 유입되는 제2순환수의 압력을 높이면, 상기 제2플래시 탱크(221)로 유입되기 이전에 제2순환수가 기화되는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 상기 제2플래시 탱크(221)로 유입되는 제2순환수의 압력은, 상기 제2플래시 탱크(221)로 유입되는 제2순환수의 온도에 따른 포화압력보다 높게 유지하는 것이 바람직하다.

상기와 같이, 상기 제2플래시 탱크 압력센서(293)에서 측정된 압력에 따라 상기 제3압력 조절밸브(291)의 개도를 제어하고, 상기 제2순환수 유량계(225)에서 측정된 유량 변화에 따라 상기 제4압력 조절밸브(292)의 개도를 제어함으로써, 상기제2플래시 탱크(221)에 유입되는 제2순환수가 전부 액체 상태를 유지할 수 있으므로, 상기 제2플래시 탱크(221)에서 스팀 생산 효율이 증가될 수 있다.

상기 실시예에 한정되지 않고, 상기 제4압력 조절밸브(292)의 개도는 상기 응축기(233)에서 가열된 후 토출되는 제2순환수의 압력에 따라 제어하는 것도 물론 가능하다. 여기서, 상기 응축기(233)에서 가열된 후 토출되는 제2순환수의 압력은 상기 제2순환수 토출유로(228)에 설치된 응축기 토출압력센서(미도시)에서 측정된 압력을 사용하는 것도 가능하고, 상기 제2순환수 토출유로(228)에 설치된 응축기 토출온도센서(미도시)에서 측정된 온도에 따른 압력을 산출하여 사용하는 것도 물론 가능하다.

또한, 본 발명의 제3실시예에서는, 상기 제어부(260)가 상기 제1스팀 생성 사이클(210)에서 생성되는 스팀의 온도에 따라 상기 제1,2펌프(212)(222)의 유량을 제어하는 것도 가능하다.

상기 제어부(260)는, 상기 제1플래시 탱크(211)에서 생성되는 스팀의 온도가 미리 설정된 제1스팀 설정온도이상으로 높게 설정되면, 상기 열교환기(232)의 현열 열교환량이 작아지므로, 상기 제1펌프(212)의 펌핑 유량은 감소시키고, 상기 제2펌프(222)의 펌핑 유량은 증가시킨다. 상기 제1펌프(212)의 펌핑 유량을 감소시켜서 상기 열교환기(232)에서 열교환율이 향상되도록 한다.

한편, 상기 제어부(260)는, 상기 제1플래시 탱크(211)에서 생성되는 스팀의 온도가 미리 설정된 제2스팀 설정온도미만으로 낮게 설정되면, 상기 열교환기(232)의 현열 열교환량이 커지므로, 상기 제1펌프(212)의 펌핑 유량은 증가시키고, 상기 제2펌프(222)의 펌핑 유량은 감소시킨다. 상기 제1펌프(212)의 펌핑 유량을 증가시켜서 상기 열교환기(232)에서 열교환율이 향상되도록 한다.

상기 실시예에서는, 상기 제1스팀 생성 사이클(210)에서 생성된 스팀의 온도에 따라 상기 제1,2펌프(212)(222)의 펌핑 유량을 모두 제어하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 제1스팀 생성 사이클(210)에서 생성된 스팀의 온도에 따라 상기 제1펌프(212)의 펌핑 유량을 제어하고, 상기 제2스팀 생성 사이클(220)에서 생성된 스팀의 온도에 따라 상기 제2펌프(222)의 펌핑 유량을 제어하는 것도 물론 가능하다.

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템(400)은, 상기 압축기(231)에서 압축된 냉매를 토출하는 압축기 토출유로(310)가 열교환기 공급유로(311)와 열교환기 바이패스유로(312)로 분기되어 형성되고, 상기 압축기 토출유로(310)에서 상기 열교환기 공급유로(311)와 상기 열교환기 바이패스유로(312)로 분기된 지점에는 삼방밸브(313)가 설치되어, 상기 열교환기(232)와 상기 응축기(233)로 공급되는 냉매의 유량을 제어할 수 있는 것이 상기 제3실시예와 상이하고, 상기 제1,2,3,4압력 조절밸브(271)(272)(291)(292)를 제어하는 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 구성에 대해서만 설명한다.

또한, 상기 압축기 토출유로(310)에는 상기 압축기(231)에서 토출되는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서(320)가 설치된다.

상기 삼방밸브(313)는, 각 유로의 유량을 제어할 수 있는 유량제어밸브이다.

상기 제어부(미도시)는, 상기 온도센서(320)에서 감지된 온도에 따라 상기 삼방밸브(313)의 작동을 제어하여, 상기 열교환기 공급유로(311)로 공급되는 냉매의 유량과 상기 열교환기 바이패스유로(312)로 공급되는 유량을 조절할 수 있다.

상기 온도센서(320)에서 감지된 온도가 미리 설정된 설정 온도 범위 이내이면, 상기 제어부(미도시)는 상기 삼방밸브(313)가 상기 열교환기 공급유로(311)와 상기 열교환기 바이패스유로(312)를 모두 개방시키도록 제어한다.

이 때, 상기 온도센서(320)에서 감지된 온도에 따라 상기 열교환기 공급유로(311)로 공급되는 냉매의 유량과 상기 열교환기 바이패스유로(312)로 공급되는 냉매의 유량을 조절할 수 있다.

예를 들어, 상기 온도센서(320)에서 감지된 온도가 상기 설정 온도 범위 이내이고, 미리 설정된 제1설정 온도 이상이면 상기 열교환기 공급 유로(311)로 공급되는 냉매의 유량을 늘려서 상기 제1스팀 생성 사이클(210)에 보다 많은 양의 비교적 고온의 스팀을 생성하도록 할 수 있다.

또한, 상기 온도센서(320)에서 감지된 온도가 상기 설정 온도 범위 이내이고, 미리 설정된 제1설정 온도 미만이면 상기 열교환기 공급 유로(311)로 공급되는 냉매의 유량을 줄이는 것도 가능하다.

한편, 상기 실시예에 한정되지 않고, 상기 제1스팀 생성 사이클(210)로부터 스팀을 공급받는 제1수요처의 요구 부하가 클 경우, 상기 열교환기 공급 유로(311)로 공급되는 냉매의 유량을 늘리도록 상기 삼방밸브(313)를 제어하는 것도 가능하다.

또한, 상기 제2스팀 생성 사이클(220)로부터 스팀을 공급받는 제2수요처의 요구 부하가 작은 경우, 상기 열교환기 공급 유로(311)로 공급되는 냉매의 유량을 늘리도록 상기 삼방밸브(313)를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제1스팀 생성 사이클(220)에 충분한 열량이 공급되지 않을 경우, 상기 열교환기 공급 유로(311)로 공급되는 냉매의 유량을 보다 늘리도록 상기 삼방밸브(313)를 제어할 수 있다. 상기 제1스팀 생성 사이클(220)에 충분한 열량이 공급되는지는 상기 제1열교환기(232)에서 나온 제1순환수의 온도나 상기 제1플래시 탱크(211)에서 생성된 스팀의 온도를 측정하여 미리 설정된 기준과 비교하여 판단할 수 있다.

또한, 상기 제2수요처의 요구 부하가 클 경우, 상기 열교환기 공급 유로(311)로 공급되는 냉매의 유량을 줄이도록 상기 삼방밸브(313)를 제어할 수 있다.

한편, 상기 온도센서(320)에서 감지된 온도가 미리 설정된 제2설정 온도 미만이면, 상기 제어부(미도시)는 상기 삼방밸브(313)가 상기 열교환기 공급유로(311)는 차폐하고, 상기 열교환기 바이패스유로(312)만을 개방시키도록 제어하는 것도 가능하다.

즉, 상기 제1스팀 생성 사이클(210)을 바이패스하도록 함으로써, 상기 압축기(231)에서 나온 냉매의 열량이 모두 상기 제2스팀 생성 사이클(220)에 공급될 수 있다. 따라서, 제2스팀 생성 사이클(220)에서 충분한 온도의 스팀을 생성하도록 할 수 있다.

상기 실시예에 한정되지 않고, 상기 제1수요처의 요구 부하가 없을 경우에도 상기 제어부(미도시)는 상기 삼방밸브(313)가 상기 열교환기 공급유로(311)는 차폐하고, 상기 열교환기 바이패스유로(312)만을 개방시키도록 제어하는 것도 가능하다.

한편, 상기 온도센서(320)에서 감지된 온도가 미리 설정된 제2설정 온도 이상이면, 상기 제어부(미도시)는 상기 삼방밸브(313)가 상기 열교환기 바이패스유로(312)는 차폐하도록 제어할 수 있다.

즉, 상기 온도센서(320)에서 감지된 온도가 미리 설정된 제2설정 온도 이상이면, 상기 제어부(미도시)는 상기 압축기(231)에서 나온 냉매의 온도가 충분히 높다고 판단할 수 있다. 따라서, 상기 압축기(231)에서 나온 냉매의 전부가 상기 열교환기(232)와 상기 응축기(233)를 차례로 통과하도록 한다.

따라서, 상기 제1스팀 생성 사이클(210)과 상기 제2스팀 생성 사이클(220)에서는 모두 충분한 양의 스팀이 생성될 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 제4실시예에서는, 2개의 제1,2스팀 생성 사이클(210)(220)을 이용하여, 각각 서로 다른 온도의 스팀을 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 압축기(231)에서 토출되는 냉매의 온도에 따라 상기 열교환기(232)로 유입되는 냉매의 유량을 조절하여 스팀 생산 효율을 높일 수 있다.

한편, 상기 실시예에 한정되지 않고, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제1스팀 생성 사이클(210)에서 생성되는 스팀의 온도에 따라 상기 삼방밸브(313)의 개도를 제어하는 것도 물론 가능하다. 상기 제1플래시 탱크(211)에서 생성되는 스팀의 온도가 미리 설정된 제1스팀 설정온도보다 높으면, 상기 열교환기(232)의 현열 열교환량이 작아지므로, 상기 열교환기 공급유로(311)로 공급되는 냉매의 유량은 감소시키고, 상기 열교환기 바이패스유로(312)로 공급되는 냉매의 유량은 증가시키는 것도 가능하다.

또한, 상기 제1플래시 탱크(211)에서 생성되는 스팀의 온도가 미리 설정된 제2스팀 설정온도보다 낮으면, 상기 열교환기(232)의 현열 열교환량이 커지므로, 상기 열교환기 공급유로(311)로 공급되는 냉매의 유량은 증가시키고, 상기 열교환기 바이패스유로(312)로 공급되는 냉매의 유량은 감소시키는 것도 가능하다.

도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 제어 구성을 나타낸 블록도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템(500)은, 2개의 제1,2스팀 생성 사이클(210)(220)을 포함하고, 상기 제1스팀 생성 사이클(210)에서는 열교환기 토출 압력센서(274)에서 측정된 압력에 따라 제2압력조절밸브(272)의 개도를 제어하며, 상기 제2스팀 생성 사이클(220)에서는 응축기 토출 압력센서(294)에서 측정된 압력에 따라 제2압력조절밸브(272)의 개도를 제어하는 것이 상기 제3실시예와 상이하고 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 구성에 대해서만 상세히 설명한다.

또한, 상기 제어부(260)는, 상기 열교환기 토출 압력센서(274)에서 측정된 압력에 따라 상기 제2압력 조절밸브(272)의 개도를 제어한다.

상기 열교환기 토출 압력센서(274)에서 측정된 압력이 미리 설정된 제2설정압력(P2) 이상이 되도록 상기 제2압력 조절밸브(272)의 개도를 감소시킨다. 여기서, 상기 제2설정압력은, 상기 열교환기(232)에서 토출된 제1순환수의 온도에 따른 포화압력이다. 즉, 상기 열교환기 토출 압력센서(274)에서 측정된 압력이 상기 제1플래시 탱크(211)로 유입되는 제1순환수의 온도에 따른 포화압력이상이 되도록 상기 제2압력 조절밸브(272)의 개도를 감소시킨다.

본 실시예에서는, 상기 열교환기(232)에서 가열된 후 토출되는 제1순환수의 압력은 상기 제1순환수 토출유로(218)에 설치된 상기 열교환기 토출압력센서(274)에서 측정된 압력을 사용하는 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 상기 제1순환수 토출유로(218)에 설치된 열교환기 토출온도센서(275)에서 측정된 온도에 따른 압력을 산출하여 사용하는 것도 물론 가능하다.

또한, 상기 제어부(260)는, 상기 응축기 토출 압력센서(294)에서 측정된 압력에 따라 상기 제4압력 조절밸브(292)의 개도를 제어한다.

상기 응축기 토출 압력센서(294)에서 측정된 압력이 미리 설정된 제4설정압력(P4) 이상이 되도록 상기 제4압력 조절밸브(292)의 개도를 감소시킨다. 여기서, 상기 제4설정압력은, 상기 응축기(233)에서 토출된 제2순환수의 온도에 따른 포화압력이다. 즉, 상기 응축기 토출 압력센서(294)에서 측정된 압력이 상기 제2플래시 탱크(221)로 유입되는 제2순환수의 온도에 따른 포화압력이상이 되도록 상기 제4압력 조절밸브(292)의 개도를 감소시킨다.

상기와 같이, 상기 제2플래시 탱크 압력센서(293)에서 측정된 압력에 따라 상기 제3압력 조절밸브(291)의 개도를 제어하고, 상기 응축기 토출 압력센서(294)에서 측정된 압력에 따라 상기 제4압력 조절밸브(292)의 개도를 제어함으로써, 상기제2플래시 탱크(221)에 유입되는 제2순환수가 전부 액체 상태를 유지할 수 있으므로, 상기 제2플래시 탱크(221)에서 스팀 생산 효율이 증가될 수 있다.

한편, 상기 제어부(260)가 상기 제1스팀 생성 사이클(210)에서 생성되는 스팀의 온도에 따라 상기 제1,2펌프(212)(222)의 유량을 제어하는 것도 가능하다.

도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 스팀 생산 히트펌프 시스템(600)은, 보충수 예열기(530)를 더 포함하고, 상기 보충수 예열기(530)에서 상기 리큐퍼레이터(115)에서 나와 팽창장치(113)로 유입되기 이전의 냉매와 상기 스팀 생성 사이클(120)로 공급되는 보충수를 열교환시켜, 상기 냉매는 추가적으로 과냉시키고 상기 보충수는 예열할 수 있는 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 상기 제1,2압력조절밸브(171)(172)를 제어하는 구성은 상기 제1실시예와 유사하므로, 상이한 구성에 대해서 상세히 설명한다.

상기 스팀 생산 히트펌프 시스템(500)은, 급수 유로(501), 보충수 공급펌프(510), 보충수 예열유로(502), 보충수 예열기(530), 보충수 예열기 바이패스유로(503), 보충수 공급유로(504)를 더 포함한다.

상기 급수 유로(501)는 외부로부터 보충수를 급수받는 유로이다. 상기 급수 유로(501)는 상기 보충수 예열유로(502)와 상기 보충수 예열기 바이패스유로(503)로 분기된다.

상기 보충수 예열유로(502)와 상기 보충수 예열기 바이패스유로(503)가 분기되는 지점에는 삼방밸브(520)가 설치된다.

상기 보충수 예열유로(502)는, 상기 급수유로(501)에서 분기되어 상기 보충수를 상기 보충수 예열기(530)를 통과하도록 안내하는 유로이다.

상기 보충수 예열기(530)는, 상기 보충수를 상기 리큐퍼레이터(115)에서 과냉된 냉매와 열교환시키는 열교환기이다.

상기 보충수 예열유로(502)와 상기 보충수 예열기 바이패스유로(503)는, 상기 보충수 공급유로(504)로 연결되어, 상기 보충수는 상기 순환수 펌프(122) 이전으로 공급될 수 있다.

상기와 같이, 외부로부터 급수되어 상기 스팀 생성 사이클(120)로 공급되는 보충수를 상기 리큐퍼레이터(115)에서 과냉된 냉매와 열교환시킴으로써, 상기 팽창장치(113)로 유입되기 이전의 냉매를 추가로 과냉시킬 수 있다. 상기 냉매를 추가적으로 과냉시킴으로써, 상기 증발기(114)로 유입되는 냉매의 건도를 최소화시키고, 상기 압축기(111)의 입,출구측 냉매의 온도를 높일 수 있다.

또한, 상기 보충수를 예열하여 공급함으로써, 상기 플래시 탱크(121)로 유입되는 순환수의 온도를 보다 높일 수 있으므로, 상기 플래시 탱크(121)에서 스팀 생산율 증가시킬 수 있다.

상기 제어부(미도시)는, 상기 삼방밸브(520)를 제어하여, 상기 보충수 예열기(530)로 유입되는 보충수의 유량과 상기 보충수 예열기(530)를 바이패스하는 유량을 제어할 수 있다. 상기 제어부(미도시)는, 상기 보충수의 온도에 따라 상기 삼방밸브(520)를 제어하는 것도 가능하다. 즉, 상기 보충수의 온도가 미리 설정된 보충수 최고온도보다 높으면, 상기 보충수 예열기(530)에서 상기 냉매를 추가적으로 과냉시키는 효과가 없어지므로 상기 보충수가 상기 보충수 예열기(530)를 바이패스하도록 제어할 수 있다. 한편, 상기 보충수의 온도가 미리 설정된 보충수 최저온도보다 낮으면, 상기 보충수를 전부 상기 보충수 예열기(530)로 통과하도록 상기 삼방밸브(520)를 제어할 수 있다. 또한, 상기 보충수의 온도에 따라 상기 보충수 예열기(530)로 유입되는 유량과 상기 보충수 예열기(530)를 바이패스하는 유량을 적절하게 조절하는 것도 물론 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

110: 냉매 사이클 111,231: 압축기
112,233: 응축기 113,234: 팽창장치
11,235: 증발기 115,240: 리큐퍼레이터
120: 스팀 생성 사이클 121: 플래시 탱크
122: 순환수 펌프 125: 순환수 유량계
171,271: 제1압력조절밸브 172,272: 제2압력조절밸브
181: 플래시 탱크 압력센서 182: 응축기 토출 압력센서
210: 제1스팀 생성 사이클 211: 제1플래시 탱크
220: 제2스팀 생성 사이클 221: 제2플래시 탱크
232: 열교환기 233: 응축기
291: 제3압력조절밸브 292: 제4압력조절밸브
311: 열교환기 공급유로 312: 열교환기 바이패스 유로

Claims

냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 상기 응축기로 안내하는 제1냉매유로와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 상기 팽창장치로 안내하는 제2냉매유로와, 상기 팽창장치와 상기 증발기를 연결하는 제3냉매유로와, 상기 증발기와 상기 압축기를 연결하는 제4냉매유로를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과;
상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 스팀을 발생시키는 플래시 탱크와, 상기 플래시 탱크에서 나온 순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 펌프와, 상기 응축기에서 나온 순환수를 상기 플래시 탱크로 안내하는 제1순환수 유로와, 상기 플래시 탱크에서 나온 순환수를 상기 펌프로 안내하는 제2순환수 유로와, 상기 펌프와 상기 응축기를 연결하는 제3순환수 유로와, 상기 플래시 탱크의 상부에 연결되어 상기 플래시 탱크에서 생성된 스팀을 스팀 수요처로 공급하는 스팀 토출 유로를 포함하고, 상기 순환수를 순환시켜 스팀을 생성하는 스팀 생성 사이클과;
상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 제2냉매유로와 상기 제4냉매유로 사이에 설치되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터와;
상기 플래시 탱크의 내부 압력을 측정하는 플래시 탱크 압력센서와;
상기 스팀 토출유로에 설치된 제1압력조절밸브와;
상기 플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것을 방지하기 위해 상기 플래시 탱크 압력센서에서 측정된 상기 플래시 탱크의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력 미만이면, 상기 플래시 탱크의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력에 도달할 때까지 상기 제1압력조절밸브의 개도를 감소시키는 제어부를 포함하는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 상기 응축기로 안내하는 제1냉매유로와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 상기 팽창장치로 안내하는 제2냉매유로와, 상기 팽창장치와 상기 증발기를 연결하는 제3냉매유로와, 상기 증발기와 상기 압축기를 연결하는 제4냉매유로를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과;
상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 스팀을 발생시키는 플래시 탱크와, 상기 플래시 탱크에서 나온 순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 펌프와, 상기 응축기에서 가열된 순환수를 상기 플래시 탱크로 안내하는 제1순환수 유로와, 상기 플래시 탱크에서 나온 순환수를 상기 펌프로 안내하는 제2순환수 유로와, 상기 펌프와 상기 응축기를 연결하는 제3순환수 유로와, 상기 플래시 탱크의 상부에 연결되어 상기 플래시 탱크에서 생성된 스팀을 스팀 수요처로 공급하는 스팀 토출 유로를 포함하고, 상기 순환수를 순환시켜 스팀을 생성하는 스팀 생성 사이클과;
상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 제2냉매유로와 상기 제4냉매유로 사이에 설치되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터와;
상기 스팀 생성 사이클에 구비되어, 상기 펌프에서 펌핑된 순환수의 유량을 측정하는 순환수 유량계와;
상기 응축기에서 가열된 순환수를 토출하는 상기 제1순환수 유로에 설치된 제2압력조절밸브와;
상기 플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것을 방지하기 위해, 상기 순환수 유량계에서 측정된 유량의 변화(fluctuation)가 미리 설정된 설정 범위를 벗어나면, 상기 유량의 변화가 상기 설정 범위에 들도록 상기 제2압력조절밸브의 개도를 감소시키는 제어부를 포함하는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 상기 응축기로 안내하는 제1냉매유로와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 상기 팽창장치로 안내하는 제2냉매유로와, 상기 팽창장치와 상기 증발기를 연결하는 제3냉매유로와, 상기 증발기와 상기 압축기를 연결하는 제4냉매유로를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과;
상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 스팀을 발생시키는 플래시 탱크와, 상기 플래시 탱크에서 나온 순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 펌프와, 상기 응축기에서 가열된 순환수를 상기 플래시 탱크로 안내하는 제1순환수 유로와, 상기 플래시 탱크에서 나온 순환수를 상기 펌프로 안내하는 제2순환수 유로와, 상기 펌프와 상기 응축기를 연결하는 제3순환수 유로와, 상기 플래시 탱크의 상부에 연결되어 상기 플래시 탱크에서 생성된 스팀을 스팀 수요처로 공급하는 스팀 토출 유로를 포함하고, 상기 순환수를 순환시켜 스팀을 생성하는 스팀 생성 사이클과;
상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 제2냉매유로와 상기 제4냉매유로 사이에 설치되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터와;
상기 응축기에서 가열된 순환수를 토출하는 상기 제1순환수 유로에 설치된 제2압력조절밸브와;
상기 플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것을 방지하기 위해 상기 응축기에서 가열된 순환수의 압력이 상기 응축기에서 토출된 순환수의 온도에 따른 포화압력 이상으로 설정된 제2설정압력 미만이면, 상기 제2압력조절밸브의 개도를 감소시키는 제어부를 포함하는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 스팀 생성 사이클에 구비되어, 상기 펌프에서 펌핑된 순환수의 유량을 측정하는 순환수 유량계와,
상기 응축기에서 가열된 순환수를 토출하는 상기 제1순환수 유로에 설치된 제2압력조절밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 순환수 유량계에서 측정된 유량의 변화가 미리 설정된 설정 범위를 벗어나면, 상기 유량의 변화가 상기 설정 범위에 들도록 상기 제2압력조절밸브의 개도를 감소시키는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 응축기에서 가열된 순환수를 토출하는 상기 제1순환수 유로에 설치된 제2압력조절밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 응축기에서 토출된 순환수의 압력이 미리 설정된 제2설정압력 미만이면, 상기 제2압력조절밸브의 개도를 감소시키는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 제1순환수와 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기에서 나온 냉매를 제2순환수와 열교환시켜 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 상기 열교환기로 안내하는 제1냉매유로와, 상기 열교환기에서 나온 냉매를 상기 응축기로 안내하는 제2냉매유로와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 상기 팽창장치로 안내하는 제3냉매유로와, 상기 팽창장치와 상기 증발기를 연결하는 제4냉매유로와, 상기 증발기와 상기 압축기를 연결하는 제5냉매유로를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과;
상기 열교환기를 통과하면서 가열된 제1순환수를 감압하여 제1스팀을 발생시키는 제1플래시 탱크와, 상기 제1플래시 탱크에서 나온 제1순환수를 펌핑하여 상기 열교환기로 순환시키는 제1펌프를 포함하고, 제1순환수를 순환시켜 제1스팀을 생성하는 제1스팀 생성 사이클과;
상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 제2스팀을 발생시키는 제2플래시 탱크와, 상기 제2플래시 탱크에서 나온 제2순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 제2펌프를 포함하고, 상기 제2순환수를 순환시켜 상기 제1스팀 생성 사이클에서 생성된 상기 제1스팀보다 저온인 제2스팀을 생성하는 제2스팀 생성 사이클과;
상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 제3냉매유로와 상기 제5냉매유로 사이에 설치되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터를 포함하는 리큐퍼레이터와;
상기 제1플래시 탱크의 내부 압력을 측정하는 제1플래시 탱크 압력센서와;
상기 제1플래시 탱크에서 생성된 스팀을 토출하는 제1스팀 토출유로에 설치된 제1압력조절밸브와;
상기 제1플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 제1플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것을 방지하기 위해 상기 제1플래시 탱크 압력센서에서 측정된 상기 제1플래시 탱크의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력 미만이면, 상기 제1플래시 탱크의 내부 압력이 미리 설정된 제1설정압력에 도달할 때까지 상기 제1압력조절밸브의 개도를 감소시키는 제어부를 포함하는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 제1순환수와 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기에서 나온 냉매를 제2순환수와 열교환시켜 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 상기 열교환기로 안내하는 제1냉매유로와, 상기 열교환기에서 나온 냉매를 상기 응축기로 안내하는 제2냉매유로와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 상기 팽창장치로 안내하는 제3냉매유로와, 상기 팽창장치와 상기 증발기를 연결하는 제4냉매유로와, 상기 증발기와 상기 압축기를 연결하는 제5냉매유로를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과;
상기 열교환기를 통과하면서 가열된 제1순환수를 감압하여 제1스팀을 발생시키는 제1플래시 탱크와, 상기 제1플래시 탱크에서 나온 제1순환수를 펌핑하여 상기 열교환기로 순환시키는 제1펌프를 포함하고, 제1순환수를 순환시켜 제1스팀을 생성하는 제1스팀 생성 사이클과;
상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 제2스팀을 발생시키는 제2플래시 탱크와, 상기 제2플래시 탱크에서 나온 제2순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 제2펌프를 포함하고, 상기 제2순환수를 순환시켜 상기 제1스팀 생성 사이클에서 생성된 상기 제1스팀보다 저온인 제2스팀을 생성하는 제2스팀 생성 사이클과;
상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 제3냉매유로와 상기 제5냉매유로 사이에 설치되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터를 포함하는 리큐퍼레이터와;
상기 제1스팀 생성 사이클에 구비되어, 상기 제1펌프에서 펌핑된 제1순환수의 유량을 측정하는 제1순환수 유량계와;
상기 열교환기에서 가열된 제1순환수를 토출하는 제1열교환기 토출유로에 설치된 제2압력조절밸브와;
상기 제1플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 제1플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것을 방지하기 위해 상기 제1순환수 유량계에서 측정된 유량의 변화(fluctuation)가 미리 설정된 설정 범위를 벗어나면, 상기 유량의 변화가 상기 설정 범위에 들도록 상기 제2압력조절밸브의 개도를 감소시키는 제어부를 포함하는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 제1순환수와 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기에서 나온 냉매를 제2순환수와 열교환시켜 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 상기 열교환기로 안내하는 제1냉매유로와, 상기 열교환기에서 나온 냉매를 상기 응축기로 안내하는 제2냉매유로와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 상기 팽창장치로 안내하는 제3냉매유로와, 상기 팽창장치와 상기 증발기를 연결하는 제4냉매유로와, 상기 증발기와 상기 압축기를 연결하는 제5냉매유로를 포함하고, 상기 냉매가 순환하는 냉매 사이클과;
상기 열교환기를 통과하면서 가열된 제1순환수를 감압하여 제1스팀을 발생시키는 제1플래시 탱크와, 상기 제1플래시 탱크에서 나온 제1순환수를 펌핑하여 상기 열교환기로 순환시키는 제1펌프를 포함하고, 제1순환수를 순환시켜 제1스팀을 생성하는 제1스팀 생성 사이클과;
상기 응축기를 통과하면서 가열된 순환수를 감압하여 제2스팀을 발생시키는 제2플래시 탱크와, 상기 제2플래시 탱크에서 나온 제2순환수를 펌핑하여 상기 응축기로 순환시키는 제2펌프를 포함하고, 상기 제2순환수를 순환시켜 상기 제1스팀 생성 사이클에서 생성된 상기 제1스팀보다 저온인 제2스팀을 생성하는 제2스팀 생성 사이클과;
상기 냉매 사이클내에 구비되어, 상기 제3냉매유로와 상기 제5냉매유로 사이에 설치되어, 상기 응축기에서 나온 냉매와 상기 압축기로 유입되는 냉매를 열교환시켜, 상기 응축기에서 나온 냉매를 과냉시키고, 상기 압축기의 입, 출구측 냉매의 온도를 상승시켜 상기 응축기의 응축 열량을 증가시키는 리큐퍼레이터를 포함하는 리큐퍼레이터와;
상기 열교환기에서 가열된 제1순환수를 토출하는 제1순환수 토출유로에 설치된 제2압력조절밸브와;
상기 제1플래시 탱크의 내부 압력을 소정 압력 이상으로 확보하여 상기 제1플래시 탱크로 유입되기 이전의 순환수가 기화되는 것을 방지하기 위해 상기 열교환기에서 가열된 제1순환수의 압력이 상기 열교환기에서 토출된 제1순환수의 온도에 따른 포화압력 이상으로 설정된 제2설정압력 미만이면, 상기 제2압력조절밸브의 개도를 감소시키는 제어부를 포함하는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 제1스팀 생성 사이클에 구비되어, 상기 제1펌프에서 펌핑된 제1순환수의 유량을 측정하는 제1순환수 유량계와,
상기 열교환기에서 가열된 제1순환수를 토출하는 제1열교환기 토출유로에 설치된 제2압력조절밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제1순환수 유량계에서 측정된 유량의 변화가 미리 설정된 설정 범위를 벗어나면, 상기 제2압력조절밸브의 개도를 감소시키는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 열교환기에서 가열된 제1순환수를 토출하는 제1순환수 토출유로에 설치된 제2압력조절밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 열교환기에서 가열된 후 토출된 제1순환수의 압력이 미리 설정된 제2설정압력 미만이면 상기 제2압력조절밸브의 개도를 감소시키는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2스팀 생성 사이클에 구비되어, 상기 제2플래시 탱크의 내부 압력을 측정하는 제2플래시 탱크 압력센서와;
상기 제2플래시 탱크에서 생성된 스팀을 토출하는 제2스팀 토출유로에 설치된 제3압력조절밸브와;
상기 제2플래시 탱크 압력센서에서 측정된 상기 제2플래시 탱크의 내부 압력이 미리 설정된 제3설정압력 미만이면, 상기 제3압력조절밸브의 개도를 감소시키는 제어부를 포함하는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2스팀 생성 사이클에 구비되어, 상기 제2펌프에서 펌핑된 제2순환수의 유량을 측정하는 제2순환수 유량계와,
상기 응축기에서 가열된 제2순환수를 토출하는 응축기 토출유로에 설치된 제4압력조절밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제2순환수 유량계에서 측정된 유량의 변화가 미리 설정된 설정 범위를 벗어나면, 상기 제4압력조절밸브의 개도를 감소시키는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2스팀 생성 사이클에 구비되어, 상기 응축기에서 가열된 제2순환수를 토출하는 제2순환수 토출유로에 설치된 제4압력조절밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 응축기에서 가열된 후 토출된 제2순환수의 압력이 미리 설정된 제4설정압력 미만이면 상기 제4압력조절밸브의 개도를 감소시키는 스팀 생산 히트펌프 시스템.
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1플래시 탱크에서 생성되는 온도를 미리 설정된 제1스팀 설정온도이상으로 높게 설정되면, 상기 제1펌프의 펌핑 유량을 감소시키고, 상기 제2펌프의 펌핑 유량을 증가시키고,
상기 제1플래시 탱크에서 생성되는 온도를 미리 설정된 제2스팀 설정온도미만으로 낮게 설정되면, 상기 제1펌프의 펌핑 유량을 증가시키고, 상기 제2펌프의 펌핑 유량을 감소시키는 스팀 생산 히트펌프 시스템.