KR200191303Y1 - 수냉식 히트펌프를 이용한 냉난방장치 - Google Patents

Abstract

본 고안의 목적은 수냉각 응축 방식으로 공기냉각 응축시 버려지는 폐열을 최대한 이용하여 효율을 높일 수 있도록 된 수냉식 히트펌프를 이용한 냉난방 장치를 제공함과 더불어, 전기를 에너지원으로 이용함으로서 화석연료 사용에 따른 대기오염을 방지할 수 있도록 된 냉난방 장치를 제공함에 있다.

이에 본 고안은 히트펌프 부착형 냉난방 장치에 있어서, 저압상태의 냉매를 압축하여 고압상태로 변화시키는 압축기와, 냉매라인의 응축기에 연결되어 냉매로부터 토출되는 열을 이용하여 물을 가열시키기 위한 온수통, 온수통에 연결되어 온수의 열을 방출시키기 위한 방열기, 온수통을 거친 냉매라인의 증발기에 설치되는 냉수통, 증발기의 팽창밸브 전에 설치되어 냉수통을 가열시키기 위한 과냉각기 및, 온수통과 냉수통에 연결설치되어 온수와 냉각수를 유통시키기 위한 온,냉수유통라인과 각 라인에 설치되는 순환펌프로 이루어진 수냉식 히트펌프를 이용한 냉난방장치를 제공한다.

Description

수냉식 히트펌프를 이용한 냉난방장치{Device for cooling and heating using water cooling type heat pump}

본 고안은 냉,난방기에 관한 것이다. 특히, 본 고안은 비닐하우스 등과 같이 난방과 냉방을 병행해야 하는 곳에 사용될 수 있는 수냉식 히트펌프를 이용한 냉,난방 장치에 관한 것이다.

비닐하우스는 각종 채소나 화초 등의 수목에서 물고기나 짐승에 이르는 축산물을 외부 기온과 관계없이 재배하기에 적합하여 많이 사용되고 있으며, 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 보일러나 에어콘 등과 같은 냉,난방 설비를 갖추게 된다. 따라서 냉방이나 난방에 소요되는 에너지는 곧 비닐하우스를 이용하는 생산자의 원가에 직접적인 영향을 끼치게 된다.

그런데 종래에 비닐하우스용 난방설비로서 주로 이용되고 있는 보일러나 난로 등은 연료로서 비용이 저렴한 벙커씨유(Bunker-C), 장작, 연탄 등을 사용한다 하더라도 난방비 절약에는 미비하였다. 또한 화석연료를 사용하는 냉난방시설이 필연적으로 배출하고 CO2와 불연소 가스 등으로 인해 대기오염은 날로 심각해지고 있는 실정이다.

따라서 냉난방에 소요되는 비용을 절약하고 환경오염을 줄이기 위해 다양한 연구들이 진행되고 있다.

그 중에서 최근 각광받는 히트펌프는 여름에는 냉방용으로, 봄, 가을의 환절기는 물론 겨울에는 난방용으로 사용할 수 있는 냉난방 겸용 에어컨을 칭하는 것으로, 이러한 히트펌프는, 실내기에서 냉기가 나오고 실외기에서 열기가 나오는 냉방사이클과 핵심장치의 역할을 정반대로 역전시켜 실내기에서 따뜻한 열기가, 실외기에 냉기가 나오게 하는 원리로 이루어진다.

즉, 히트펌프는 에어컨의 냉각사이클에서 냉매의 흐름을 역전환시킴으로써 냉방과 난방을 겸할 수 있는 공기조절장치로, 계절에 구애받지 않고 사용할 수 있는 장점에 따라 점차 그 사용영역이 확대되고 있다.

그러나 히트펌프를 이용하여 비닐하우스용 냉난방장치로 활용하고자 하는 시도는 종래에도 많이 있어왔으나, 대부분 열효율면에서 떨어질 뿐아니라 일정온도 이하에서는 사용할 수 없었다.

이에 본 고안은 상기와 같은 히트펌프를 비닐하우스의 냉난방장치으로 이용하기 위해 안출된 것으로, 첫째 수냉각 응축 방식으로 공기냉각 응축시 버려지는 폐열을 최대한 이용하여 효율을 높일 수 있도록 된 수냉식 히트펌프를 이용한 냉난방 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

둘째로, 전기를 에너지원으로 이용함으로서 화석연료 사용에 따른 대기오염을 방지할 수 있도록 된 냉난방 장치를 제공함에 또다른 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 냉난방 장치의 일실시예를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 압축기 11 : 냉매라인

12 : 응축기 13 : 팽창밸브

14 : 증발기 20 : 온수통

21 : 온수배출라인 22 : 온수유입라인

23,33,54 : 순환펌프

24,25,34,35,55,62,63 : 차단밸브

30 : 냉수통 31 : 냉수배출라인

32 : 냉수유입라인 40 : 배관

41 : 유입관 42 : 배출관

50 : 방열기 51 : 팬

52,53 : 출,입라인 60 : 과냉각기

61 : 과냉매라인 70,71 : 보조히터

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 히트펌프의 압축기에 연결되는 응축기와 증발기에 각각 온수통과 냉수통을 설치하고 온수통과 냉수통으로부터 토출되는 온수와 냉수를 비닐 하우스 등에 설치된 배관으로 보내도록 되어 있고, 온수통에는 방열기를 연결하여 냉수 사용시 온수통 내부 물의 온도를 낮추도록 하며, 온수 사용시에는 온수통을 통과한 냉매가 과냉각기를 통해 먼저 냉수통을 거친 후 증발부로 유입되도록 하여 응축기 이후 버려지는 열을 냉수통 가열에 소용되도록 함에 특징이 있다.

즉, 본 고안은 히트펌프 부착형 냉난방 장치에 있어서, 저압상태의 냉매를 압축하여 고압상태로 변화시키는 압축기와, 압축기 냉매라인의 응축기에 연결되어 냉매로부터 토출되는 열을 이용하여 물을 가열시키기 위한 온수통, 온수통에 연결되어 온수의 열을 방출시키기 위한 방열기, 온수통을 거친 냉매라인의 증발기에 연결되는 냉수통, 증발기의 팽창밸브 전에 설치되어 냉수통을 가열시키기 위한 과냉각기 및, 온수통과 냉수통에 연결설치되어 온수와 냉각수를 유통시키기 위한 온,냉수유통라인과 각 라인에 설치되는 순환펌프로 이루어진다.

이하 본 고안의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 냉난방 장치의 일실시예를 도시한 도면이다.

상기한 도면에 의하면, 본 고안에 따른 냉난방 장치는 히트펌프에 의해 가열되고 냉각된 물을 순환시킴으로서 비닐하우스 내부의 온도를 유지시키도록 되어 있다.

본 고안의 히트펌프용 냉매로는 R-22가 사용되며 필요한 경우 다른 냉매로 대체될 수 있다.

히트펌프의 냉매라인(11)은 압축기(10)와 응축기(12) 증발기(14)로 연결되어 1사이클을 형성하며, 응축기(12)와 증발기(14)는 접촉면적의 증대를 위해 코일 형태 또는 모세관 형태를 이루게 된다. 응축기(12)와 증발기(14)는 각각 온수통(20)과 냉수통(30) 내부에 설치되어 물을 가열 냉각시키게 된다.

비닐하우스에 설치된 배관(40)의 유입관(41)과 배출관(42)에는 온수통(20)과 냉수통(30)에 연결된 각각의 온,냉수배출라인(21,31)과 온,냉수유입라인(22,32)이 연결된다. 또한, 각 라인(21,22,31,32)에는 배출과 유입을 제어하기 위한 차단밸브(24,25,34,35))가 장착되고 특히, 온수통(20)과 냉수통(30)의 배출라인(21,31))에는 순환펌프(23,33))가 설치되어 온,냉수를 강제 유통시키도록 되어 있다.

여기서 온수통(20)은 그 내부에 냉매라인(11) 응축기(12)의 코일이 설치되어 압축기(10)에 의해 압축된 고온,고압의 냉매가 응축기(12)를 거치면서 열을 온수통(20)의 물에 전달함으로서 온수를 필요온도까지 가열하게 된다.

온수통(20) 일측에는 방열기(50)가 연결되는 데, 방열기(50)는 온수를 일정온도 이하로 냉각시키기 위한 것으로, 물을 냉각시키기 위한 냉각팬(51)을 구비한다. 온수통(20)과 방열기(50)간의 출입라인(52,53))에는 각각 차단밸브(55)가 설치되며 또한, 온수를 방열기(50)로 보내기 위해 순환펌프(54)가 설치된다.

한편, 응축기(12)를 거친 냉매는 냉매라인(11)을 따라 냉수통(30) 내부의 증발기(14)를 거쳐 압축기(10)로 다시 보내지게 된다.

증발기(14)는 냉매라인(11)에 설치된 팽창밸브()(13)에 의해 냉매를 증발시킴으로서 열교환이 이루어지도록 한 것으로, 냉수통(30) 내부에 코일형태로 설치된다.

냉매라인(11)에 설치되는 과냉각기(60)는 온수통(20)과 증발기(14)의 팽창밸브()(13) 사이에 놓이게 되는 데, 온수통(20)을 거친 냉매라인(11) 일측을 분기하여 냉수통(30) 내부로 유입되는 별도의 과냉매라인(61)을 병렬로 설치하고, 과냉매라인(61)의 출입부와 출입부 사이의 냉매라인(11)에는 각각 차단밸브(62,63)를 설치한 구조로 되어 있다.

따라서 차단밸브(62,63)의 제어작동에 따라 냉매는 직접 증발기(14)로 유입되거나 과냉각기(60)를 거친 후 증발기(14)로 유입되게 된다.

도 1에서 도면 부호 (70,71)는 냉수통(30)과 온수통(20) 일측에 설치되는 보조히터로서 겨울철 온도가 급격히 떨어지는 경우와 같이 본 장치가 열부하를 감당하지 못하는 경우 보조열원으로 사용할 수 있도록 되어 있다.

이하 본 고안의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저 겨울철에 난방용으로 사용되는 경우를 살펴보면, 압축기(10)에서 압축된 고온,고압의 냉매는 냉매라인(11)을 통해 온수통(20) 내부에 위치하고 있는 응축기(12)로 보내지고 응축기(12)를 거치면서 온수통(20)에 담겨져 있는 물을 필요온도로 가열하게 된다.

온수통(20)의 물이 일정온도까지 가열되면 온수통(20)에 연결되어 있는 온수배출라인(21)과 온수유입라인(22)의 차단밸브(24,25)를 열어 온수가 유통가능하도록 하고 온수배출라인(21)에 설치된 순환펌프(23)를 가동하여 온수를 유통시킨다.

따라서 가열된 온수는 온수통(20)에 연결설치된 온수배출라인(21)을 통해 비닐하우스 내부에 설치된 배관(40)으로 보내지게 되어 비닐하우스 실내 온도를 원하는 온도로 높이게 되는 것이다.

이때, 방열기(50)는 사용되지 않으므로 온수통(20)과 방열기(50)를 연결하는 출입라인(52,53)은 차단밸브(55)를 닫아 온수가 유통되지 않도록 한다.

응축기(12)를 통과한 냉매는 계속 냉매라인(11)을 따라 냉매라인(11)에 병렬설치된 과냉매라인(61)에 다다르게 되는 데, 과냉매라인(61)에 설치된 차단밸브(62)는 개방작동시키고 과냉매라인(61)의 출입부 사이 냉매라인(11)에 설치된 차단밸브(63)는 닫아 줌으로서 냉매는 증발기(14)로 보내지기 전에 과냉각기(60)로 유입되게 된다.

따라서 냉매는 과냉각기(60)를 거치면서 냉수통(30)을 먼저 가열하게 된다.

즉, 응축기(12)를 거치고 나온 냉매의 열이 증발기(14) 전에 냉수통(30)을 통과함으로서 냉수통(30)의 냉수는 냉매의 열을 빼앗게 되어 온도가 상승하게 되는 것이다.

냉매는 과냉각기(60)를 거친 후에 팽창밸브(13)를 통해 증발기(14)로 유입되어 냉수통(30)의 열을 흡수하게 되는 데, 이때 과냉각기(60)를 거치면서 냉수통(30)의 온도가 어느정도 상승되어 있기 때문에 냉수통(30)의 온도는 0℃이하로 하강하지 않게 된다.

여기서 냉수통(30)과 하우스 배관(40)의 유입관(41)과 배출관(42)을 연결하는 냉수배출라인(31)과 냉수유입라인(32)에 설치된 차단밸브(34,35))는 모두 닫음으로서 냉수가 배관(40)으로 유입되는 것을 차단한다.

이와같이 난방시에는 히트펌프의 응축기(12)를 통해 가열된 온수를 사용하여 비닐하우스 등을 난방시킬 수 있고, 응축기(12)를 통과한 후 버려지는 열은 증발기(14)를 거치기 전에 냉수통(30) 가열에 사용함으로서, 열효율을 향상시킬 수 있고 냉수통(30)의 물이 증발기(14)의 흡열에 의해 0℃이하로 냉각되어 어는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 고안의 장치를 냉방용으로 사용되는 경우에는 온수통(20)에 설치된 온수유입라인(22)과 온수배출라인(21)은 차단밸브(25,24)를 닫음으로서 유통을 차단하고 냉수통(30)에 설치된 냉수유입,배출라인(32,31)의 차단밸브(35,34)는 개방작동하여 냉수만이 하우스의 배관(40)으로 유통되도록 한다.

또한, 온수통(20)과 방열기(50)를 연결하는 출입라인(52,53)의 차단밸브(55)는 모두 개방작동시켜 온수통(20)의 물이 방열기(50)로 유입되도록 하고, 냉수통(30)에 설치되는 과냉매라인(61)의 차단밸브(62)는 닫고 과냉매라인(61) 출입부 사이의 냉매라인(11)에 설치된 차단밸브(63)는 개방시켜 냉매가 과냉각기(60)를 거치지 않고 바로 팽창밸브()(13)를 통하여 증발기(14)로 유입되도록 한다.

이 상태에서 히트펌프를 작동하게 되면, 냉매는 응축기(12)로 유입되고 온수통(20) 내부의 물에 의해 열을 빼앗기게 된다.

냉매의 열을 빼앗은 온수는 순환펌프(54)의 작동에 의해 출입라인(52)을 통해 방열기(50)로 보내지고 방열기(50)의 팬(51)에 의해 일정온도 이하로 낮아진 후 다시 온수통(20)으로 들어오게 된다.

따라서 온수는 온수통(20)과 방열기(50)를 순환하면서 응축열을 방열하고 응축온도를 일정하게 유지시키게 된다.

응축기(12)를 통과한 냉매는 과냉각기(60)를 거치지 않고 바로 팽창밸브(13)를 통해 증발기(14)로 유입되는 데, 냉수통(30)에서 열을 빼앗아 필요한 냉수통(30)의 물을 원하는 온도까지 낮추게 된다.

냉각된 물은 냉수통(30)의 냉수배출라인(31)에 설치된 순환펌프(33) 작동에 따라 하우스 배관(40)의 유입관(41)을 통해 배관(40)으로 보내져 하우스 실내 온도를 일정온도로 낮춰줄 수 있게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같은 본 고안에 따른 응축기에서 버려지는 열을 이용함으로서 히트펌프의 효율을 높일 수 있고, 화석연료를 사용하지 않음으로서 대기오염을 방지할 수 있다.

Claims (1)

1. 히트펌프 부착형 냉난방 장치에 있어서,

   저압상태의 냉매를 압축하여 고압상태로 변화시키는 압축기와, 냉매라인의 응축기에 연결되어 냉매로부터 토출되는 열을 이용하여 물을 가열시키기 위한 온수통, 온수통에 연결되어 온수의 열을 방출시키기 위한 방열기, 온수통을 거친 냉매라인의 증발기에 설치되는 냉수통, 증발기의 팽창밸브 전에 설치되어 냉수통을 가열시키기 위한 과냉각기 및, 온수통과 냉수통에 연결설치되어 온수와 냉각수를 유통시키기 위한 온,냉수유통라인과 각 라인에 설치되는 순환펌프로 이루어진 수냉식 히트펌프를 이용한 냉난방장치.