KR20020090957A

KR20020090957A - 수냉식 응축열로 냉각수를 가열하는 절전형 히트펌프

Info

Publication number: KR20020090957A
Application number: KR1020020062310A
Authority: KR
Inventors: 이은진
Original assignee: 이은진
Priority date: 2002-10-12
Filing date: 2002-10-12
Publication date: 2002-12-05

Abstract

본 발명은 수냉식 응축열로 냉각수를 가열하는 절전형 히트펌프이다.

입력 압축기 동력에 대비하여, 출력으로 냉동능력 또는 난방능력의 에너지 이용효율이 4이상이 되는 고압가스 냉동원리로 냉각작용만을 이용하고, 응축열은 대기공간에 방출하면서 많은 부작용을 일으켰던 공냉식 응축기를 이용하는 냉장고에서, 열을 흡수하는 냉각작용과 열을 방출하는 가열작용을 함께 이용하는 히트펌프 작용으로, 응축기의 고압은 낮추고 압축기 흡입측의 저압은 높게하여, 냉매 압축기의 일량을 감소시켜서 절전을 유도한다.

응축기를 냉각시키는 공기대신에 물을 냉각재로 이용하여, 고온의 응축기를 효과적으로 냉각시키고, 물은 응축기의 방출열에 의해서 가열되는 것을 이용하여 온수를 얻게되는 이중의 효과를 동시에 얻으면서도,

압축기의 동력은 열이동으로 적게 투입되어 에너지 효율이 향상되었으며, 일반냉장고의 열을 흡수하는 냉각작용에 응축기의 방출열을 함께 이용하여 온수를 만드는 수냉식 응축열로 냉각수를 가열하는 절전형 히트펌프이다.

Description

수냉식 응축열로 냉각수를 가열하는 절전형 히트펌프{omitted}

기계적인 냉장고가 발명되기 이전에는 천연 얼음을 이용한 냉동이 사용되었으며, 냉동기술이 발전되면서 냉동용 인공 얼음이 대량으로 생산되었다.

소모냉매 냉동방식, 열전냉동방식, 흡수냉동방식들이 각분야에서 사용되다가 고압가스냉매 압축기를 이용한 냉동장치가 실용화되면서부터, 대부분의 냉동장치는 성적계수가 4이상으로 효율이 높은 고압가스압축기의 히트펌프 냉동방식을 사용하며, 가정용냉장고나 상업용냉장고 및 에어컨장치에도 응용하고 있으나, 열에너지 이용효율과 실용상에 몇 가지 문제점과 부작용이 있다.

첫째로, 증발기에서 열을 흡수하여 냉각작용을 이용하고 있으나, 응축기의 열을 대기공기 중에 방출하고 있기 때문에 응축효율이 낮으며, 대기온도가 높은 여름철에 냉장고가 있는 실내공간 및 주위온도를 상승시키고 있다.

둘째로, 냉장고의 증발실 온도가 낮아지고, 공랭식 응축기의 냉각이 잘되지 않고 온도가 높아질수록, 냉매압축기의 저압측과 고압측 압력차가 커지면서 고압가스 압축부하가 가중되어 전기모타의 전력소비가 많아진다.

셋째로, 냉장고의 공랭식 응축기는 열전달 면적을 넓게 하기 위하여, 하부와 측면에 열전달 핀이 연결되어 틈 사이가 많이 있으며, 항상 열이 방출되는 장소이기 때문에 바퀴벌래나 거미 등의 해충이 번식하게 된다.

상기의 문제점을 개선하여 공랭식 응축기의 응축효율을 향상시키는, 수냉식 응축기의 열교환 기술이, 대형의 냉동장치에서는 다양하게 이용되고 있다.

본 발명에서는 선박이나 항공기의 냉동기나 공조기의 히트펌프장치 열교환기술을 응용하여, 냉장고의 응축효율을 높이고 성적계수를 향상시킨다.

첫째로, 냉장고의 증발기에서 열을 흡수하는 냉각작용을 이용하면서, 상대적으로 고온 고압의 응축기를 물로서 냉각시켜서 응축효율을 높이며, 응축기에서 방출되는 열에 의해서 냉수를 온수로 이용하는 수냉식응축기를 채용한다.

둘째로, 증발기 출구와 압축기 흡입측에 열을 가해서 저압측 압력을 높이고, 응축기를 빠르게 냉각시켜서 고압측의 압력을 낮추고, 고압가스냉매 압축기의 저압측과 고압측의 압력차이를 적게 하여 압축기의 동력을 감소시킨다.

셋째로, 수냉식 응축기에서, 냉각수가 흐르는 배관 내부에, 고온고압의 냉매배관이 통과하도록 결합하여 열 교환이 잘되도록 하며, 표면을 일체식으로 단순하게 처리하여 틈 사이가 없는 수냉식 응축기를 구성한다.

상기와 같이 기존 냉장고의 기능으로 열을 흡수하는 냉각작용을 이용하고, 수냉식 응축기에서 방출되는 열로 냉각수를 온수로 가열시키는 방열작용을 함께 이용하면서, 열교환 작용으로 냉매압축기의 일량을 줄여서 소비전력을 적게 소모하는 열역학의장치로서, 실용성과 경제성을 갖춘 수냉식 응축열로 냉각수를 가열하는 절전형 히트펌프를 제작하는 기술을 제공함에 있다.

제 1도는 수냉식응축기의 냉각수를 온수로 만들고 열교환작용으로 압축기의 동력을 감소시키는 절전냉장고의 냉매와 냉각수 계통도.

제 2도는 고압가스 냉동기의 성적계수를 결정하는 냉매압축기의 입력동력과 증발기와 응축기의 출력 열에너지 이동을 설명하기 위한 도시도.

제 3도는 본 발명의 수냉식 응축열로 냉각수를 가열하는 절전형 히트펌프를 구동하기 위한 전기회로도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

COMP : 냉매압축기 ACD : 공랭식응축기

WCD : 수냉식응축기 EXPV : 자동팽창밸브

EXPV1 : 1차증발기 EXPV2 : 2차측 냉증발기 HEXC : 열교환기

COC:압축기오일냉각기 HGL : 고온가스라인 HG.SV : 고온가스전자변

FD : 필터드라이어 W.SV:냉각수전자변 WCP : 냉각수순환펌프

CV : 역지변 HWT : 온수탱크 HWV:온수밸브

본 발명은 고압가스냉매 상태변화 특성으로 열이 이동하는 효과를 이용하는 기존 냉장고의 냉매 배관계통에, 수냉식응축기의 냉각수를 온수로 이용하기 위하여, 열교환기를 함께 결합시켜서 열에너지가 잘 전달되도록 구성한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 설명하고자 한다.

제 1도는 수냉식 응축기의 냉각수를 온수로 이용하고, 열교환기의 작용으로 압축기의 동력을 감소시키는 절전냉장고의 냉매와 냉각수 계통도이고,

제 2도는 고압가스 냉동기의 성적계수를 결정하는 냉매압축기의 입력동력과 증발기와 응축기의 출력 열에너지 이동을 설명하기 위한 도시도이며,

제 3도는 본 발명의 절전냉장고를 구동하기 위한 전기 회로도이다.

냉매압축기(COMP)가 정상적동을 할 때 유체냉매의 흐름은 화살표방향으로 진행하고 있으며, 굵은 실선은 고온 고압측을 표시하였고, 굵은실선 외부에 2중의 가는 실선은 저온 저압측을 표시하고 있다.

유체냉매의 순환계통은, 냉매압축기(COMP) - 공랭식응축기(ACD) - 고온가스전자변(HG.SV) - 수냉식응축기(WCD) - 필터드라이어(FD) - 열교환기(HEXC) - 자동팽창밸브(EXPV) - 1차증발기(EVP1) - 2차축냉증발기(EVP2) - 열교환기(HEXC) - 압축기오일냉각기(COC) - 냉매압축기(COMP)로 구성되어 있는데, 수냉식 응축기(WCD)출구측에 남아있는 열과, 2차 축냉증발기(EVP2)출구측에 남아있는 냉각상태가 상호 보완적으로, 열교환기(HEXC)에서 열에너지가 이동되면서, 냉매압축기(COMP)의 흡입측의 저압을 높이고, 냉매압축기(COMP)의 토출측의 고압은 낮추기 때문에, 냉매압축기(COMP)의 압축동력 부하가 감소되어서, 일차적으로 절전이 된다.

고온 고압의 수냉식응축기(WCD)를 냉각시키는 냉각수로 이용되는 온도가 낮은 수돗물을 온수로 이용하기 위하여,

냉각수전자변(W.SV) - 수냉식응축기(WCD) - 냉각수 순환펌프(WCP) - 역지변(CV) - 온수탱크(HWT) - 온수밸브(HWV)가 수도배관에 연결되어 있으며, 수냉식응축기(WCD)의 냉각수 온도가 낮을 때는, 냉각수전자변(W.SV)은 차단되고, 냉각수순환펌프(WCP)가 작동되어 냉각을 하게되며, 수냉식응축기(WCD)의 냉각수 온도가 높아지면, 냉각수전자변(W.SV)이 열리고, 냉각수 순환펌프(WCP)가 차단되어서, 가열된 냉각수는 수돗물에 밀려서 역지변(CV)을 통해서 온수탱크(HWT)에 저장되고, 필요할 때 사용한다.

고압가스 냉동기의 성적계수(COP)를 높이기 위해서, 응축기의 열방출작용과 증발기의 열흡수작용을 빠르게 하여, 응축기의 고압을 낮추고 증발기의 저압을 높여, 고 저압의 압력차이를 줄여서, 압축기의 일량을 감소시킨 것이다.

제 2도에서 설명하고자 하는 것은 성적계수(COP)가 4이상인 히트펌프장치의 열에너지를 이용하면 에너지이용효율을 크게 높일 수가 있다는 것이다.

입력 동력에 비하여 출력 열에너지(열흡수 냉방능력 또는 열방출 난방능력)를 한편만을 이용하고 있음에도 성적계수(COP)가 4배이기 때문에, 열흡수와 열방출을 동시에 이용하면 8배이고, 열교환기로 열이동이 잘되도록 구성하면 압축기의 입력동력을 감소시킬 수 있기 때문에 전체적인 성적계수(COP)는 8이상으로서 더욱 크게 높일 수 있게되는 것이다.

제 3도의 전기회로도는 대부분 일반냉장고를 구동하는 것과 유사하며, 물의 온도를 감지하는 강온센서에 의해서 선택되는 접촉자에 의해서 전기적으로 연동되어 있어서, 냉각수 순환펌프(WCP) 또는 냉각수전자변(W.SV)중에서 하나가 선택되어 작동하게 된다.

본 발명은, 기존냉장고의 공랭식응축기에서 성적계수가 낮았던 비효율적인문제점과, 여름철에 응축기의 방열작용으로 주위온도를 상승시켰던 부작용을 제거하기 위하여, 증발기에서 열을 흡수하는 냉각작용을 이용하면서 상대적으로 응축기에서 열을 방출하는 가열작용을 이용할 수 있도록,수냉식응축기와 냉각수 순환계통의 열 교환기를 결합시켜서, 고압가스냉매 히트펌프장치의 열에너지가 잘 흐르게하여, 에너지 이용효율인 성적계수가 향상된 수냉식응축열로 냉각수를 가열하는 절전형 히트펌프를 구성하게된 것이다.

생활이 윤택해 지면서 점점 대형화되어가고 있는 가정용냉장고는 물론이며, 상업용 냉장고나 공조에어컨 등 고압가스냉매 히트펌프장치의 응축기에서 무방비상태로 버려지고 있었던 열에너지를 활용하면서 전기를 절약하므로, 가정과 사회의 국민경제를 비롯하여, 국가경제에 기여하는 수냉식 응축열로 냉각수를 가열하는 절전형 히트펌프가 제공된다.

Claims

유체냉매의 순환계통은, 냉매압축기(COMP) - 공랭식응축기(ACD) - 고온가스 전자변(HG.SV) - 수냉식응축기(WCD) - 필터드라이어(FD) - 열교환기(HEXC) - 자동팽창밸브(EXPV) - 1차증발기(EXPV1) - 2차축냉증발기(EXPV2) - 열교환기(HEXC) - 압축기오일냉각기(COC) - 냉매압축기(COMP)로 구성하여, 냉매압축기(COMP) 흡입측의 저압을 높이고, 냉매 압축기(COMP) 토출츨의 고압은 낮추어서, 냉매압축기(COMP)의 전기모터 동력부하를 감소시키고, 수냉식응축기(WCD)를 냉각시키는 냉각용 수돗물을 온수로 이용하기 위하여, 냉각수전자변(W.SV) - 수냉식응축기(WCD) - 냉각수 순환펌프(WCP) - 역지변(CV) - 온수탱크(HWT) - 온수밸브(HWV)가 수도 배관에 연결되어 있으며,

전기회로는 물의 감온센서와 접촉자를 전기적으로 연동하여, 냉각수순환펌프(WCP)또는 냉각수전자변(W.SV)중에 하나가 연속 작동하도록 하여, 공랭식 응축기에서 성적계수가 낮았던 문제점과, 응축기의 방출열에 의해서 주위온도를 상층시켰던 부작용이 제거된, 증발기의 냉각작용과 고온응축기의 방출열을 이용하는 수냉식 응축열로 냉각수를 가열하는 절전형 히트펌프.