KR102063941B1 - 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템 - Google Patents

흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흡수식 냉온수기에 관한 것으로서, 상세하게는 난방시 냉방 사이클로 동작시키되, 폐열과 지열을 이용하여 12℃의 물을 증발기에 투입하여 냉매를 승온시키고, 흡수기를 거쳐 응축기에서 냉각탑으로 배출되는 약 45℃의 냉각수를 실내 유닛으로 공급하여 난방을 수행함으로써 전체 COP가 가스열의 COP 0.9에 폐열과 지열의 COP 0.9를 더한 1.8(180%) 이상이기 때문에 에너지 효율을 극대화시키도록 하는 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템에 관한 것이다.

Description

흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템{HYBRID HEATING SYSTEM USING ABSORPTION CHILLER/HEATER}
본 발명은 흡수식 냉온수기에 관한 것으로서, 상세하게는 난방시 냉방 사이클로 동작시키되, 폐열과 지열을 이용하여 12℃의 물을 증발기에 투입하여 냉매를 승온시키고, 흡수기를 거쳐 응축기에서 냉각탑으로 배출되는 약 45℃의 냉각수를 실내 유닛으로 공급하여 난방을 수행함으로써 전체 COP가 가스열의 COP 0.9에 폐열과 지열의 COP 0.9를 더한 1.8(180%) 이상이기 때문에 에너지 효율을 극대화시키도록 하는 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 흡수식 냉온수기는 LPG, LNG, 경유 등을 연료로 하여 흡수용액과 물의 냉난방 사이클을 통해 실내를 냉난방하는 시스템을 말한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 흡수식 냉온수기(10)는 가스버너(11)와, 재생기(12)와, 응축기(13)와, 흡수기(14)와, 증발기(15)로 이루어지고, 실내에 설치되는 공기 조화기 또는 팬코일 유닛으로 이루어지는 실내 유닛(16)과, 증발기(15)와 실내 유닛(16) 사이를 연결하는 순환관(17)에 설치되는 반송 펌프(18)와, 응축기(13)에서 배출된 냉각수를 냉각시켜 흡수기(14)로 공급하여 순환시키는 냉각탑(19)으로 구성된다.
이러한 흡수식 냉온수기(10)는 냉방 시에 재생기(12)에서 흡수용액을 가스버너(11)를 이용하여 가열하여 그 일부를 기화시키고, 재생기(12)에서 기화된 기화냉매를 응축기(13)에서 응축시키며, 응축기(13)에서 응축된 액화냉매를 저압하에서 증발시키고, 증발기(15)에서 증발된 기체냉매를 흡수기(14)에서 흡수하는 냉매순환사이클을 갖고, 증발기(15)에서 발생된 증발열로 순환관(17)의 냉방수를 냉각하게 된다.
증발기(15)에 의해 냉각된 순환관(17)의 냉방수는 반송 펌프(18)의 가동에 의해 실내에 설치된 실내 유닛(16)으로 순환되면서 실내의 냉방을 수행하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 흡수식 냉온수기(10)는 난방 시에 재생기(12)에서 고온으로 가열된 냉매증기를 냉난방 전환밸브(V)의 개방을 통해 증발기(15)로 직접 보내 이와 같은 냉매증기로 순환관(17)의 난방수를 가열하게 되고, 이와 같이 가열된 난방수는 반송 펌프(18)의 가동에 의해 순환관(17)을 따라 실내 유닛(16)으로 순환되면서 실내의 난방을 수행하게 된다.
그러나, 이러한 흡수식 냉온수기는 난방시 단순히 가스버너에서 발생되는 가스열로 난방을 수행하기 때문에 COP(Coefficient Of Performance)가 0.9 이하인 관계로 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 관계로 하이브리드 타입의 흡수식 냉온수기가 개발되었고, 이는 국내 등록특허공보 제10-1699905호(연료 전지를 갖는 흡수식 냉동기 시스템), 제10-1634345호(압축식 냉동기의 폐열을 이용한 흡수식 냉방장치), 제10-0971179호(흡수식 냉온수기의 재생기 배기열과 스팀보일러의 열원을 혼합 이용한 급탕온수 가열장치) 등이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 하이브리드 타입의 흡수식 냉온수기 역시 난방시에는 가스 버너에서 발생되는 가스열로 난방을 수행하기 때문에 COP(Coefficient Of Performance)가 0.9(90%) 이하인 관계로 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
(선행기술 01) 국내 등록특허공보 제10-1699905호 (선행기술 02) 국내 등록특허공보 제10-1634345호 (선행기술 03) 국내 등록특허공보 제10-0971179호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 난방시 냉방 사이클로 동작시키되, 폐열과 지열을 이용하여 12℃의 물을 증발기에 투입하여 냉매를 승온시키고, 흡수기를 거쳐 응축기에서 냉각탑으로 배출되는 약 45℃의 냉각수를 실내 유닛으로 공급하여 난방을 수행하도록 하는 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
가스버너와, 재생기와, 응축기와, 흡수기와, 증발기로 이루어지고, 실내에 설치되는 공기 조화기 또는 팬코일 유닛으로 이루어지는 실내 유닛과, 상기 증발기와 실내 유닛 사이를 연결하는 순환관에 설치되는 반송 펌프와, 상기 응축기에서 배출된 냉각수를 냉각시켜 상기 흡수기로 공급하여 순환시키는 냉각탑으로 구성되는 흡수식 냉온수기에 있어서, 상기 증발기 내부에 일단이 열교환되도록 설치되고, 내부에 냉매가 충전되어 순환 펌프에 의해 냉매가 순환되는 난방용 순환관과; 지중에 설치되어 지열로 상기 난방용 순환관의 냉매를 승온시켜 순환시키는 지중 열교환관과; 건축물 폐수가 수집되는 폐수조에 설치되어 폐열로 상기 난방용 순환관의 냉매를 승온시켜 순환시키는 폐열 열교환관과; 상기 응축기에서 상기 냉각탑으로 배출되는 냉각수를 상기 실내 유닛으로 공급하여 난방이 이루어지도록 하는 난방수 공급 배관과; 상기 실내 유닛에서 배출되는 냉각수를 상기 흡수기로 공급하는 난방수 회수 배관과; 상기 난방수 공급 배관과 상기 실내 유닛 사이에 설치되어 냉방과 난방시 유로를 가변시키는 제 1삼방 밸브; 및 상기 난방수 회수 배관과 상기 실내 유닛 사이에 설치되어 냉방과 난방시 유로를 가변시키는 제 2삼방 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템은 난방시 냉방 사이클로 동작시키되, 상기 순환 펌프가 동작되어 폐열과 지열을 이용하여 7℃의 냉매를 12℃로 승온시켜 상기 증발기에 투입하여 순환시키고, 상기 반송 펌프가 동작되고, 상기 제 1, 2삼방 밸브가 냉각수의 유로를 상기 응축기에서 실내 유닛을 거쳐 상기 흡수기로 형성하도록 개폐되어 상기 응축기에서 냉각탑으로 배출되는 45℃의 냉각수를 상기 실내 유닛으로 공급하여 난방이 이루어지도록 하고, 상기 실내 유닛에서 배출되는 40℃의 냉각수를 상기 흡수기로 공급해서 상기 흡수기와 상기 응축기를 거치면서 45℃로 승온된 냉각수를 순환시킨다.
여기에서 또한, 상기 난방수 회수 배관은 상기 실내 유닛에서 배출되는 냉각수가 상기 반송 펌프에 의해 순환되도록 상기 반송 펌프 후단에 설치된다.
여기에서 또, 상기 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템은 냉방시 상기 순환 펌프가 미동작되고, 상기 제 1, 2삼방 밸브가 상기 응축기에서 냉각탑을 거쳐 상기 흡수기로 형성하도록 개폐되어 냉방 사이클로 동작된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템에 따르면, 난방시 냉방 사이클로 동작시키되, 폐열과 지열을 이용하여 12℃의 물을 증발기에 투입하여 냉매를 승온시키고, 흡수기를 거쳐 응축기에서 냉각탑으로 배출되는 약 45℃의 냉각수를 실내 유닛으로 공급하여 난방을 수행함으로써 전체 COP가 가스열의 COP 0.9에 폐열과 지열의 COP 0.9를 더한 1.8(180%) 이상이기 때문에 에너지 효율을 극대화시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 흡수식 냉온수기의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 3은 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 4는 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템의 난방시 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 5는 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템의 냉방시 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
이하, 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템(1)은, 흡수식 냉온수기(10)와, 난방용 순환관(20)과, 지열 열교환관(30)과, 폐열 열교환관(40)과, 난방수 공급 배관(50)과, 난방수 회수 배관(60)과, 제 1삼방 밸브(70) 및 제 2삼방 밸브(80)로 구성된다.
먼저, 흡수식 냉온수기(10)는 도 1에 도시된 종래와 동일 구성으로 가스버너(11)와, 재생기(12)와, 응축기(13)와, 흡수기(14)와, 증발기(15)로 이루어지고, 실내에 설치되는 공기 조화기 또는 팬코일 유닛으로 이루어지는 실내 유닛(16)과, 증발기(15)와 실내 유닛(16) 사이를 연결하는 순환관(17)에 설치되는 반송 펌프(18)와, 응축기(13)에서 배출된 냉각수를 냉각시켜 흡수기(14)로 공급하여 순환시키는 냉각탑(19)으로 구성된다. 이때, 흡수식 냉온수기(10)는 1중 효용, 2중 효용, 1단, 2단 흡수식 냉온수기의 적용이 가능하다.
그리고, 난방용 순환관(20)은 증발기(15) 내부에 일단이 열교환되도록 설치되고, 내부에 냉매가 충전되어 순환 펌프(21)에 의해 냉매가 순환된다. 이때, 냉매로는 물을 사용할 수도 있고, 브라인을 사용할 수도 있으며, 순환 펌프(21)의 동작은 냉난방을 제어하는 컨트롤러(미도시)에 의해 유로가 가변된다.
또한, 지중 열교환관(30)은 지중에 설치되어 지열(지하수)로 난방용 순환관(20)의 냉매를 승온시켜 순환시킨다.
또, 폐열 열교환관(40)은 코일 형태로 건축물 폐수가 수집되는 폐수조에 설치되어 폐열로 난방용 순환관(20)의 냉매를 승온시켜 순환시킨다.
이어서, 난방수 공급 배관(50)은 응축기(13)에서 냉각탑(19)으로 배출되는 냉각수(즉, 난방수)를 실내 유닛(16)으로 공급한다.
계속해서, 난방수 회수 배관(60)은 실내 유닛(16)에서 배출되는 냉각수(즉, 난방수)를 흡수기(14)로 공급한다. 이때, 난방수 회수 배관(60)은 실내 유닛(16)에서 배출되는 냉각수가 반송 펌프(18)에 의해 순환되도록 반송 펌프(18) 후단에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 제 1삼방 밸브(70)는 난방수 공급 배관(50)과 실내 유닛(16) 사이에 설치되어 냉방과 난방시 유로를 가변시킨다. 이때, 제 1삼방 밸브(70)는 상기 컨트롤러에 의해 제어되어 유로가 가변된다.
또, 제 2삼방 밸브(80)는 난방수 회수 배관(60)과 실내 유닛(16) 사이에 설치되어 냉방과 난방시 유로를 가변시킨다. 이때, 제 2삼방 밸브(80)는 상기 컨트롤러에 의해 제어되어 유로가 가변된다.
이하, 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
《난방》
도 4는 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템의 난방시 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
먼저, 난방시 흡수식 냉온수기(10)가 냉방 사이클로 동작되고, 제 1삼방 밸브(70)와 제 2삼방 밸브(80)의 유로가 제어되어 냉각수의 유로를 응축기(13)에서 실내 유닛(16)을 거쳐 흡수기(14)로 형성하도록 개폐된다.
이와 동시에 순환 펌프(21)가 동작되어 난방용 순환관(20)의 냉매를 순환시켜 지열 열교환관(30)과, 폐열 열교환관(40)을 통과하면서 폐열과 지열에 의해 7℃의 냉매가 12℃로 승온시킨다. 이때, 순환관(17)에 설치된 반송 펌프(18)가 동작되어도 제 1삼방 밸브(70)와 제 2삼방 밸브(80)에 의해 유로가 가변되었기 때문에 증발기(15)로 냉매가 미투입되어 열교환이 이루어지지 않게 된다.
한편, 재생기(12)에서 흡수용액을 가스버너(11)를 이용하여 가열하여 그 일부를 기화시키고, 재생기(12)에서 기화된 기화냉매를 응축기(13)에서 응축시키며, 응축기(13)에서 응축된 액화냉매를 저압하에서 증발시킨다.
그리고, 증발기(15)에서 증발된 기체냉매가 흡수기(14)로 이동되어 흡수하는 냉매순환사이클을 갖고, 증발기(15)에서 발생된 증발열로 난방용 순환관(20)의 냉매를 냉각하게 된다.
즉, 증발기(15) 측으로 이동된 난방용 순환관(20)의 냉매는 응축기(13)에서 응축된 액화냉매가 증발기(15) 상부로 낙하되어 상호 열교환되어 7℃로 냉각된 후 연속적으로 순환되어 가열과 냉각을 반복하게 된다.
또한, 응축기(13)에서 배출되는 45℃의 냉각수를 난방수로 이용하는 데, 응축기(13)에서 배출되는 45℃의 냉각수를 난방수 공급 배관(50)과 제 1삼방 밸브(70)를 통해 실내 유닛(16)으로 공급시키고, 실내 유닛(16)에서 배출되는 냉각수, 즉 난방수를 흡수기(14)로 공급하여 흡수기(14)와 응축기(13)를 거치면서 열교환되어 45℃로 승온된 냉각수가 순환되도록 한다. 이때, 냉각탑(19)은 미동작되어 에너지를 절감시킨다.
또한, 45℃의 냉각수를 난방수로 이용할 수 있는 이유로는 현대 건물의 경우 단열재와 창호의 단열 성능의 향상으로 인해 냉방 비율은 과거 대비 동일하나 난방 비율은 점차로 줄어들고 있는 추세이기 때문에 45℃의 냉각수로도 난방 부하를 충분히 감당할 수 있다.
《냉방》
도 5는 본 발명에 따른 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템의 냉방시 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
냉방시 순환 펌프(21)가 미동작되고, 제 1, 2삼방 밸브(70, 80)가 응축기(13)에서 냉각탑(19)을 거쳐 흡수기(14)로 형성하도록 개폐시켜 종래와 동일한 냉방 사이클로 동작시킨다.
즉, 재생기(12)에서 흡수용액을 가스버너(11)를 이용하여 가열하여 그 일부를 기화시키고, 재생기(12)에서 기화된 기화냉매를 응축기(13)에서 응축시키며, 응축기(13)에서 응축된 액화냉매를 저압하에서 증발시키고, 증발기(15)에서 증발된 기체냉매를 흡수기(14)에서 흡수하는 냉매순환사이클을 갖고, 증발기(15)에서 발생된 증발열로 순환관(17)의 냉방수를 냉각하게 된다.
증발기(15)에 의해 냉각된 순환관(17)의 냉방수는 반송 펌프(18)의 가동에 의해 실내에 설치된 실내 유닛(16)으로 순환되면서 실내의 냉방을 수행하게 된다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 흡수식 냉온수기 20 : 난방용 순환관
30 : 지열 열교환관 40 : 폐열 열교환관
50 : 난방수 공급 배관 60 : 난방수 회수 배관
70, 80 : 제 1, 2삼방 밸브

Claims (4)

  1. 가스버너와, 재생기와, 응축기와, 흡수기와, 증발기로 이루어지고, 실내에 설치되는 공기 조화기 또는 팬코일 유닛으로 이루어지는 실내 유닛과, 상기 증발기와 실내 유닛 사이를 연결하는 순환관에 설치되는 반송 펌프와, 상기 응축기에서 배출된 냉각수를 냉각시켜 상기 흡수기로 공급하여 순환시키는 냉각탑으로 구성되는 흡수식 냉온수기에 있어서,
    상기 증발기 내부에 일단이 열교환되도록 설치되고, 내부에 냉매가 충전되어 순환 펌프에 의해 냉매가 순환되는 난방용 순환관과;
    지중에 설치되어 지열로 상기 난방용 순환관의 냉매를 승온시켜 순환시키는 지중 열교환관과;
    코일 형태로 건축물 폐수가 수집되는 폐수조에 설치되어 폐열로 상기 난방용 순환관의 냉매를 승온시켜 순환시키는 폐열 열교환관과;
    상기 응축기에서 상기 냉각탑으로 배출되는 냉각수를 상기 실내 유닛으로 공급하여 난방이 이루어지도록 하는 난방수 공급 배관과;
    상기 실내 유닛에서 배출되는 냉각수가 상기 반송 펌프에 의해 순환되도록 상기 반송 펌프 후단에 설치되어 상기 실내 유닛에서 배출되는 냉각수를 상기 흡수기로 공급하는 난방수 회수 배관과;
    상기 난방수 공급 배관과 상기 실내 유닛 사이에 설치되어 냉방과 난방시 유로를 가변시키는 제 1삼방 밸브; 및
    상기 난방수 회수 배관과 상기 실내 유닛 사이에 설치되어 냉방과 난방시 유로를 가변시키는 제 2삼방 밸브로 이루어지며,
    난방시 냉방 사이클로 동작시키되, 상기 순환 펌프가 동작되어 폐열과 지열을 이용하여 7℃의 냉매를 12℃로 승온시켜 상기 증발기에 투입하여 순환시키고, 상기 반송 펌프가 동작되고, 상기 제 1, 2삼방 밸브가 냉각수의 유로를 상기 응축기에서 실내 유닛을 거쳐 상기 흡수기로 형성하도록 개폐되어 상기 증발기로 냉매를 미투입시켜 열교환이 이루어지지 않도록 해서 상기 응축기에서 냉각탑으로 배출되는 45℃의 냉각수를 상기 실내 유닛으로 공급하여 난방이 이루어지도록 하고, 상기 실내 유닛에서 배출되는 40℃의 냉각수를 상기 흡수기로 공급해서 상기 흡수기와 상기 응축기를 거치면서 45℃로 승온된 냉각수를 순환시키며, 냉방시 상기 순환 펌프가 미동작되고, 상기 제 1, 2삼방 밸브가 상기 응축기에서 냉각탑을 거쳐 상기 흡수기로 형성하도록 개폐되어 냉방 사이클로 동작되는 것을 특징으로 하는 흡수식 냉온수기를 이용한 하이브리드 난방 시스템.
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