KR19990037795A

KR19990037795A - 축열식폐수히트펌프시스템

Info

Publication number: KR19990037795A
Application number: KR1019990001759A
Authority: KR
Inventors: 김연규
Original assignee: 김연규
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 1999-05-25
Also published as: KR100286568B1

Abstract

본 발명은 온수 저장탱크, 히터펌프, 폐수 열교환기, 3way-mixing valve로 냉·난방 시스템을 구성한 것으로서, 난방가동시 목욕탕, 가정, 산업현장 등에서 발생된 약 30도의 폐수를 폐수저장 탱크에 유입시켜 별도의 열교환기(메인 헤드 라인→분배관→튜브→환수관)로 구성된 열교환기 튜브 내에 충입된 유체(물) 온도를 상승시켜 회수한 물을 3way-mixing valve를 통과시키면서 약 12도 정도로 혼합되어 히트펌프의 증발기에 유입된 후 증발기로부터 유체가 냉각되도록 한다. 이 때 응축기는 온수 온도를 상승시키고 온수는 온수순환펌프에 의하여 순환되어 온수저장탱크에 축열된다. 이렇게 된 본 발명의 시스템은 연료를 사용하지 않고 약 50℃까지 축열 저장시킴으로써, 전기와 연료를 사용하는 보일러와는 달리 연료의 소비를 절감하고 보일러에서 손실되는 열을 방지하며 배기가스가 전혀 배출되지 않도록 된 것으로서 아파트, 대형건물 등의 난방 또는 대중목욕탕 온수가열에 사용할 수 있도록 하여 전기 및 연료를 절감할 뿐만 아니라 열 손실을 최소화시켜 에너지를 절약할 수 있도록 발명된 것이다.

Description

축열식 폐수 히트펌프 시스템{WASTE WATER HEAT PUMP STORAGE SYSTEM}

본 발명은 산업현장, 대형 건물의 중앙공급식 냉·난방 시스템, 아파트 난방 공급 등에서 냉난방 시스템 가동시 사용되는 전력과 연료를 최대한 절감함과 동시에 열효율을 증대시킬 수 있도록 발명된 축열식 폐수 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

종래의 냉·난방 열교환 기기장비는 단순가열 방식에 의한 난방이나 단순 냉매 사이클을 이용한 냉방시스템으로 이루어진 관계로 전력 및 연료의 낭비가 심할 뿐만 아니라 열 손실이 크게 발생되는 단점이 있었다,

즉, 종래의 난방 및 온수 열교환 장치는 도5와 같이 보일러(120)와 온수 저장탱크(70)를 설치한 후 이를 순환 파이프라인(40)으로 연결시켜 물이 순환되도록 하고, 순환 파이프라인(40) 일측에는 순환펌프(50)를 구비하여 물의 순환 압력이 증대되도록 구성하고 있다. 따라서 보일러(120)를 구동하여 물을 가열하면 가열된 온수가 순환 파이프라인(40)에 의하여 찬물이 충만된 온수저장 탱크로 유입되는 동시에 온수저장탱크(70) 내의 찬물은 순환 파이프라인(40)을 통하여 보일러(120)에서 가열된 후 다시 온수 저장 탱크(70) 내로 유입되는 순환을 반복하여 온수 저장탱크(70)의 찬물이 설정된 온도까지 상승되어 온수가 생성되도록 열교환 장치가 이루어져 있으므로 온수 저장 탱크(70) 내의 찬물을 설정 온도까지 올리기 위해서는 보일러를 계속 구동하여야 하므로 전기와 연료가 많이 소비되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 열 손실을 극소화 하고 전력 및 연료손실을 줄이면서 열효율을 극대화시킬 수 있도록 된 냉·난방 열원을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 온수 저장 탱크, 히트펌프, 폐수 열교환기, 3way-mixing valve(3방변 밸브)로 냉·난방 열교환 시스템을 구성한 것으로서, 난방가동시 목욕탕, 가정, 산업현장 등에서 발생된 약 30℃의 폐수를 폐수저장 탱크에 유입시켜 메인 헤드라인→분배관→튜브→환수관으로 구성된 열교환기 튜브 내에 냉수유체의 온도를 상승시켜 열교환된 유체가 3way-mixing valve를 통과하면서 약 12도 정도로 혼합되어 히트펌프의 증발기에 유입되고 증발기로부터 증발된 가스는 응축기에 전달되어 열교환되며 가스와 온수가 열교환된 상온(50℃)의 온수가 온수저장탱크에 온수순환펌프에 의해서 순환 저장된다, 따라서 본 발명은 별도의 연료를 사용하지 않고 약 50℃까지 상승시킴으로써, 전기와 연료를 사용하는 보일러와는 달리 전기와 연료의 소비를 절감하고 구동시 온수 보일러에서 손실되는 열을 최소한으로 방지할 수 있도록 된 것으로 아파트, 대형건물 등의 난방 또는 대중목욕탕 온수가열에 사용할 수 있도록 한 것이다. 이렇게 된 본 발명의 축열식 폐수 히트 펌프는 동절기에는 열교환 장치를 난방 및 온수용으로 절환하여 온수 열교환 시스템으로 사용하고, 하절기에는 냉방시스템으로 절환하여 냉매 열교환시스템으로 사용하도록 하여 전기 및 연료를 절감할 뿐만 아니라 열 손실을 최소화시켜 에너지를 절약할 수 있도록 발명된 것이다.

도1은 본 발명의 열교환 시스템 구성도.

도2는 본 발명의 열교환 탱크 평면 구성 예시도.

도3은 본 발명의 열교환 탱크 정면 구성 예시도.

도4는 본 발명의 열교환 탱크에 설치된 열순환 튜브 발췌 구성도.

도5는 종래것의 열교환 시스템 구성도.

<도면 중 주요 부분에 대한 부호 설명>

1:히트펌프, 2a:증발기, 2b:응축기, 3:열교환기,

4:순환 파이프라인, 5:3way-mixing valve(3방면 밸브),

6:폐수저장탱크, 7:온수저장탱크, 8:메인 헤드라인,

9a:유출분배관, 9b:유입분배관, 10:튜브, 11:환수관,

12:냉수순환펌프, 13:온수순환펌프,

이하 첨부 도면에 의하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

증발기(2a) 및 응축기(2b)로 이루어진 히트펌프(1)와 폐수저장탱크(6) 내에 설치된 열교환기(3)가 서로 연결되도록 순환파이프라인(4)을 형성하고 이의 순환파이프라인(4) 일측에는 3way-mixing valve(3방변 밸브)(5)와 냉수순환펌프(12)를 설치하여 폐수저장탱크(6) 내의 열교환기(3)에서 히트펌프(1)의 증발기(2a)로 유입되는 순환 유체의 온도가 임의 설정온도(약 12℃)로 유지되도록 열교환시스템이 구성되고, 히트펌프(1)의 응축기(2b)와 온수저장탱크(7)를 일측에 온수순환펌프(13)가 설치된 순환파이프라인(4')으로 연결하여 증발기(2a)로 유입된 유체가 냉각되면서 증발가스가 응축기(2b)의 온수를 상승시켜 순환 온수를 축열시키도록 된 구성과;

폐수저장탱크(6) 내에 위치하는 열교환기(3)는 증발기(2a)측 순환파이프라인(4)과 연결된 메인헤드라인(8)에 다수의 유출 분배관(9a)이 연통설치되고, 타측 환수관(11)에는 다수의 유입 분배관(9b)이 연통되도록 설치되어 유출 분배관(9a) 사이사이에 위치시켜서 일정한 길이를 갖고 ∪형으로 된 튜브(10) 일측단은 유출 분배관(9a)과 연결되고 타측단은 유입 분배관(9b)에 연통되도록 하여 폐수저장 탱크(6) 내에서 열교환이 이루어져 히트펌프(1)의 증발기(2a)로 유체가 순환되도록 된 구성이다. 미설명 부호 14는 저장탱크 내벽에 설치된 단열재이고, 15는 폐수가 저장탱크로 유입되도록 된 폐수입구이며, 16은 저장탱크에서 폐수가 유출되도록 된 폐수출구이고, 17은 히트펌프에 설치된 콤프레셔이다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 축열식 폐수 히트 펌프 시스템은 히트펌프(1) 증발기(2a)를 통과한 약 7℃의 유체(물)가 순환파이프라인(4)을 지나 폐수저장탱크(6) 내에 설치된 열교환기(3)의 메인 헤드라인(8)으로 인입되면 메인 헤드라인(8)과 연통되도록 연결된 다수의 유출 분배관(9a)에서 ∪형의 튜브(10)로 유출시키면 액체가 튜브(10)을 유턴하면서 폐수저장탱크(6) 내의 폐수와 열교환이 이루어진 다음 유출분배관(9a) 사이사이에 교대로 위치되어 환수관(11)과 연통되도록 설치된 유입 분배관(9b)으로 유입되어 환수관(11)에서 순환파이프라인(4)으로 순환되는 유체의 온도는 약 28℃의 온도 상태로 3way-mixing valve(5)를 통과하면서 타측 순환파이프라인의 약 7℃의 유체와 혼합되어 약 12℃로 변환된 유체가 냉수순환펌프(12)에 의하여 히트펌프(1)의 증발기(1a)로 유입되어 증발기(2a)로부터 유체가 냉각되면서 응축기(2b)의 온수는 약 50℃까지 상승되고 상승된 온수는 순환파이프라인(4)의 온수순환펌프(13)에 의하여 온수저장탱크(7)에 축열된 상태로 저장된다. 이렇게 온수저장탱크(7)에 축열 저장된 온수는 온수순환펌프(13)에 의하여 계속 순환되므로 열손실 등을 방지할 수 있게 된다.

따라서, 겨울철에 난방용 열교환 시스템으로 사용할 경우 먼저 온수 및 난방용으로 절환시키면(난방 또는 냉방기능을 할 수 있도록 히터펌프 일측에 역지변이 설치된 것으로 역지변의 조절에 의하여 난방 또는 냉방시스템으로 절환 사용할 수 있도록 된 것으로 역지변은 공지임) 히트펌프(1)는 축열상태로 변환된다. 이 때 폐수저장 탱크(6)의 폐수는 가정용 온수 폐수, 목욕탕의 온수 폐수, 산업용의 냉각수로 사용된 폐수 등이 유입되어 저장탱크에 저장되므로 히트펌프(1)의 증발기(2a)에서 폐수저장탱크에 위치한 열교환기(3)의 튜브(10)내로 순환되는 유체가 폐수저장 탱크(6) 내의 폐수보다 온도가 낮은 상태이므로 폐수와 접촉되는 순간 열교환기 내의 유체는 약 28℃로 상승된 상태로 순환되면서 3way-mixing valve(5)를 통과할 때 3way-mixing valve는 설정 온도보다 높은 상태로 유체가 유입될 경우에는 타측변이 자동으로 개방되어 증발기(2a)에서 온도가 증발된 순환파이프라인(4) 측의 낮은 온도(약 7℃) 유체가 유입되어 열교환기(3)를 통과한 높은 온도 약 28℃의 유체와 혼합되어 설정한 온도약12℃로 변환된 상태에서 증발기(2a)로 유입된다. 이렇게 증발기(2a)측으로 유입된 유체는 증발기(2a)로부터 증발된 가스는 응축기(2b)에 전달되어 가스와 온수가 열교환된 약 50℃의 상온으로 변한 후 온수순환펌프(13)에 의하여 온수저장탱크(7)로 순환 저장된다. 이렇게 실시되는 폐수저장 탱크(6)에서 이루어지는 열교환의 폐수 온도는 폐수저장 탱크가 설치된 주변 환경에 따라서 유입되는 폐수의 온도는 많은 차이가 있으나 증발기(2a)에서 증발된 가스가 응축기(2b)에 전달되어 가스와 온수가 열교환하여 온수를 상온시키는 데에는 아무런 하자가 없다. 기존에는 폐수저장탱크를 사용사지 않고 온수저장탱크의 물을 보일러에서 가열시키는 열원만으로 온수의 온도를 상승시킴으로써, 겨울철과 같이 외부 온도가 영하로 떨어지는 경우에는 연료의 낭비가 심하고 열효율이 떨어지게 되는 단점이 있으나 본 발명의 축열식 폐수 히트펌프 시스템에서는 연료를 전혀 사용하지 않고 약 50℃까지 축열시키고 온수순환펌프(13)에 의하여 온수가 계속 순환되므로 보일러에서 손실되는 열을 방지할 수 있게 함은 물론 열교환을 효율적으로 이룩할 수 있도록 한 것이다.

또한 본 발명은 여름철에 대형건물, 산업현장, 백화점 등에서 중앙공급식 냉방기를 가동할 때 열교환 시스템을 냉방용으로 절환시켜 냉매 사이클과 연결된 응축기(2b)의 상승된 냉매를 폐수에서 열교환된 유체가 증발기(2a)에서 증발되면서 응축시키도록 함으로써 냉매를 응축시키기 위하여 엄청나게 사용되는 전력의 소비를 상당히 절감할 수 있도록 된 것이다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 응축기(2b) 및 증발기(2a)로 이루어진 히트펌프(1)와 ∪형의 튜브(10)를 갖는 열교환기(3)를 순환파이프라인(4)으로 연결시켜 폐수가 집수된 탱크 내에서 열교환이 이루어지도록 열교환 시스템을 구성함으로써, 별도의 연료비가 소요되지 않을 뿐만 아니라 냉방 또는 난방 시스템의 열교환으로 절환시켜 열교환할 수 있도록 한 것이다.

이와 같이 된 발명의 축열식 폐수 히트 펌프 시스템은 간단한 조작에 의하여 냉방 또는 난방을 할 수 있을 뿐만 아니라 특히 냉방이나 난방 시스템 가동시 외부로 빼앗기는 열 손실을 최소한으로 줄여 열효율을 극대화시켜 냉난방시 발생되는 에너지를 절감할 수 있도록 된 것으로서, 본 발명은 온수 및 난방 가동시 연료를 전혀 사용하지 않고 온수를 약 50℃까지 축열저장시킴으로써 보일러에서 손실되는 열을 방지하며 배기가스가 전혀 배출되지 않도록 된 것으로 에너지 자원이 빈약한 우리나라의 각 지역 아파트단지, 대형건물, 대중탕, 극장, 백화점, 산업현장 등에 설치하여 온수를 가열할 경우 국가적인 차원에서 볼 때 에너지의 절감은 상상할 수 없는 효과를 얻을 수 있게 된 것이다.

Claims

증발기(2a) 및 응축기(2b)로 이루어진 히트펌프(1)와 폐수저장탱크(6) 내에 설치된 열교환기(3)가 서로 연결되도록 순환파이프라인(4)을 형성하고 이의 순환파이프라인(4) 일축에는 3way-mixing valve(3방변 밸브)(5)와 냉수순환펌프(12)를 설치하여 폐수저장탱크(6) 내의 열교환기에서 히트펌프(1)의 증발기(2a)로 유입되는 순환 유체의 온도가 임의 설정온도(약 12℃)로 유지되도록 열교환시스템이 구성되고, 히트펌프(1)의 응축기(2b)와 온수저장 탱크(7)를 일측에 온수순환펌프(13)가 설치된 순환파이프라인(4')으로 연결하여 증발기(2a)로 유입된 유체가 냉각되면서 증발가스가 응축기(2b)의 온수를 상승시켜 순환 온수를 축열시키도록 된 구성을 특징으로 하는 축열식 폐수 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서, 폐수저장탱크(6) 내에 위치하는 열교환기(3)는 증발기(2a)측 순환파이프라인(4)과 연결된 메인 헤드라인(8)에 다수의 유출 분배관(9a)이 연통 설치되고, 타측 환수관(11)에는 다수의 유입 분배관(9b)이 연통되도록 설치되어 유출 분배관(9a) 사이사이에 위치시켜서 일정한 길이를 갖고 ∪형으로 된 튜브(10) 일측단은 유출 분배관(9a)과 연결되고 타측단은 유입 분배관(9b)에 연통되도록 하여 폐수저장탱크(6) 내에서 열교환이 이루어져 히트펌프(1)의 증발기(2a)로 유체가 순환되도록 된 구성을 특징으로 하는 축열식 폐수 히트펌프 시스템.