KR20030000685A - 온수 재순환 회로를 이용한 고효율 히트펌프 온수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응축기를 2단계로 분리 구성하여 예열응축기와 물탱크 사이에 재순환이 가능하도록 간단한 회로를 형성함으로써, 필요한 온수의 온도를 자유롭게 조절할 수 있게 하여 고온의 온수가 필요한 경우에는 부가적인 히터가 필요없고, 저온이 필요한 경우에도 재순환 밸브의 개폐만으로 쉽게 저온의 온수를 얻을 수 있어 다목적으로 이용이 가능하게 하는데 있다.

또한, 본 발명은 전기에너지의 소비를 줄여 전기이용에 대한 효율을 높이는 동시에 온수급탕에 소요되는 실수요자의 에너지 비용을 절감시키게 하고, 전체적인 심야전기 및 농업용 전기의 전기부하를 줄여주게 하여 국가적 차원의 에너지 절감을 실행하게 하며, 이를 사용하는 사용상 신뢰도 및 만족도를 극대화시키도록 제공하는데 있다.

Description

온수 재순환 회로를 이용한 고효율 히트펌프 온수기{ADVANCED HEAT PUMP WATER HEATER WITH HOT WATER RECYCLING CIRCUIT}

본 발명은 온수 재순환 회로를 이용한 고효율 히트펌프 온수기에 관한 것으로,

좀 더 상세하게는 응축기를 2단계로 분리 구성하여 예열응축기와 물탱크 사이에 재순환이 가능하도록 간단한 회로를 형성함으로써, 필요한 온수의 온도를 자유롭게 조절할 수 있게 하여 고온의 온수가 필요한 경우에는 부가적인 히터가 필요없도록 하고, 저온이 필요한 경우에도 재순환 밸브의 개폐만으로 쉽게 저온의 온수를 얻을 수 있어 다목적으로 이용이 가능하도록 하며, 이로 인해 전기에너지의 소비를 줄여 전기이용에 대한 효율을 높이도록 하는 동시에 온수급탕에 소요되는 실수요자의 에너지 비용을 절감시키도록 하고, 전체적인 심야전기 및 농업용 전기의 전기부하를 줄여주는 동시에 국가적 차원의 에너지 절감을 실행할 수 있어 이를 사용하는 사용상 신뢰도 및 만족도를 극대화하도록 하는 온수 재순환 회로를 이용한 고효율 히트펌프 온수기에 관한 것이다.

종래에 실시하고 있는 것중 히트펌프를 이용한 온수급탕시스템은 생산되는 온수의 온도가 일정한 값으로 고정되어 있어 생산된 온수보다 더 낮은 온도의 온수가 필요한 경우에는 다시 냉수와 혼합하여 사용해야 하는 불편함 및 번거로운 문제가 있고, 높은 온도의 온수가 필요한 경우에는 전기히터를 이용하여 재가열을 실시해야되는 문제가 있다.

또한, 종래의 히터방식은 공기에서 흡수하는 에너지가 부가되지 않기 때문에 온수를 만든는데 전기의 소모량이 많음으로 심야전기 및 농업용 전기의 전기부하를 줄여주지 못하여 국가적인 차원의 에너지 절감이 저하되는 문제가 있는 것이다.

따라서, 상기와 같은 문제들로 인해 전체적인 종래에 실시하고 있는 히트펌프 온수기는 그 생산성 및 경제성이 어느 정도 한계가 있을 뿐만 아니라 전기의 소모량이 크게 발생됨으로 이를 사용하는 사용상의 신뢰도 및 만족도가 극소화되는 문제점들이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 갖는 제반 문제점들을 해결하고자 안출된 것으로 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 발명은 응축기를 2단계로 분리 구성하여 예열응축기와 물탱크 사이에 재순환이 가능하도록 간단한 회로를 형성함으로써, 필요한 온수의 온도를 자유롭게 조절할 수 있게 하여 고온의 온수가 필요한 경우에는 부가적인 히터가 필요없고, 저온이 필요한 경우에도 재순환 밸브의 개폐만으로 쉽게 저온의 온수를 얻을 수 있어 다목적으로 이용이 가능하게 하는 제1목적을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2목적은 전기에너지의 소비를 줄여 전기이용에 대한 효율을 높이는 동시에 온수급탕에 소요되는 실수요자의 에너지 비용을 절감시키게 하고, 전체적인 심야전기 및 농업용 전기의 전기부하를 줄여주게 하여 국가적 차원의 에너지 절감을 실행하게 하며, 이를 사용하는 사용상 신뢰도 및 만족도를 극대화시키는데 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 시스템 구성도,

도 2는 본 발명의 콘트롤박스를 보여주기 위한 예시도,

도 3은 본 발명에 따른 성층화장치를 보여주는 평면 예시도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 컴프레서 2 : 오일분리기

3 : 고온응축기 4 : 예열응축기

7 : 증발기 8 : 액 분리기

10 : 물탱크 15 : 메인펌프

20 : 성층화장치 25 : 체크밸브

26 : 보조펌프 27 : 콘트롤박스

이하 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 온수기의 제작자 및 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라 질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 도 1은 본 발명을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 시스템 구성도이고, 도 2는 본 발명의 콘트롤박스를 보여주기 위한 예시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 성층화장치를 보여주는 평면 예시도를 나타낸 것이다.

즉, 본 발명은 공기를 열원으로 하는 히트펌프 방식의 온수기로서 전기히터를 이용한 온수기와 비교할 때 동일한 전력량으로 전기히터의 3배에 달하는 온수를 생산할 수 있는 장치이고, 온수 재순환회로의 이용으로 순간 온수기의 기능이 부여되는 동시에 온수의 온도와 유량을 간단한 조작으로 이용 목적에 적합하게 조절할 수 있어 다목적으로 이용이 가능한 특징이 있다.

상기의 특징을 이루는 본 발명의 구성은 컴프레서(1), 오일분리기(2), 응축기, 필터-드라이어(5), 팽창밸브(6), 증발기(7) 및 액 분리기(8)로 이루어지는 냉매순환회로에 있어서, 상기 응축기는 고온응축기(3)와 예열응축기(4)로 분리시켜 형성하되, 상기 예열응축기(4)는 물탱크(10)로 유입되는 냉수를 예열하여 상기 물탱크(10)의 내부에 저장하기 위해 상기 물탱크(10)의 외측 일측에 형성되고, 상기 고온응축기(3)는 온수를 사용하기 위해 예열된 상태로 상기 물탱크(10)에 저장된 온수를 고온으로 재가열하기 위해 물탱크(10)의 외측 타측에 형성되며, 상기 고온응축기(3)와 예열응축기(4)는 물이 통과하는 원통형 파이프내부에 2열의 나선형 구조로 각각 형성되어 이루어진다.

또한, 상기 고온응축기(3)와 예열응축기(4)에 대한 응축기의 총길이 비율은 상기 응축기를 통과하는 냉매의 열적 특성을 고려하여 60%(예열응축기)대 40%(고온응축기)으로 이루어지는 것으로, 이는 상기 예열응축기(4)에서는 냉매의 충분한 응축이 이루어져야 하고, 상기 고온응축기(3)에서는 물탱크(10)에서 예열된 온수가 이용 목적에 적합한 수준으로 재가열이 이루어짐으로 상기와 같은 비율의 구성이 되는 것이다.

상기 예열응축기(4)의 일측 파이프관(4-1)에는 물의 흐름을 조절하기 위한 유량조절밸브(16)와, 물의 흐름을 용이하게 하기 위한 메인펌프(15)와, 재순환되는 온수의 흐름을 용이하게 하는 보조펌프(26)와, 상기 보조펌프(26)에 의해 재순환되는 온수의 양을 조절하기 위한 온수량조절밸브(17)와, 냉수유입구(18)를 통해 유입되는 냉수를 단속하기 위한 유입냉수단속밸브(14)와, 물의 역류를 방지하기 위해 물을 일측만 통과시키는 2개의 체크밸브(25)로 이루어지고, 상기 고온응축기(3)의 일측 파이프관(3-1)에는 온수토출구(19)를 통해 토출되는 온수의 량을 조절하기 위한 토출온수단속밸브(13)가 형성되어 항상 일정량의 물을 온수탱크에 저장하게 하고, 온수를 이용할 경우 연속적으로 물을 예열하게 하며, 토출수의 유량 및 온도를 조절하도록 물순환회로가 이루어지는 것이다.

상기 물탱크(10)의 내부에는 온수가 저장되어 있는 경우 대류현상을 억제하므로서 성층화를 유도하여 대류열손실을 최소화하기 위해 2개의 성층화장치(20)가형성되어 이루어진다.

상기의 컴프레서(1)와 펌프(15,26)를 제어하기 위한 콘트롤박스(27)에는 전원스위치, 컴프레서 스위치, 2개의 펌프스위치, 및 3개의 PID 콘트롤러로 이루어지되, 상기 3개의 PID 콘트롤러는 각각 온수탱크의 물온도, 예열응축기(4)로 유입되는 물의 온도와 토출되는 물의 온도를 감지하여 이를 설정값과 비교한 다음 상기 컴프레서(1)와 펌프(15,26)의 작동을 제어하여 이용목적에 적합하도록 온수의 온도를 제어하게 되는 것이다.

미 설명부호 9는 증발기팬이고, 11은 에어벤트이며, 12는 드레인밸브를 나타낸 것이다.

한편, 본 발명은 상기의 구성으로 이루어진 구성부에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

하지만, 본 발명은 상기의 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.

상기의 구성으로 이루어지는 본 발명은 먼저 냉매순환회로를 살펴보면, 상기 컴프레서(1), 오일분리기(2), 고온응축기(3), 예열응축기(4), 필터-드라이어(5), 팽창밸브(6), 증발기(7) 및 액 분리기(8) 순으로 순환되는 것이다.

이때, 상기 고온응축기(3)는 물탱크(10)의 외측 타측에 형성되어 온수를 사용하기 위해 예열된 상태로 상기 물탱크(10)에 저장된 온수를 고온으로 재가열하게 되고, 상기 예열응축기(4)는 물탱크(10)의 외측 일측에 형성되어 물탱크(10)로 유입되는 냉수를 예열하여 상기 물탱크(10)의 내부에 저장시키게 된다.

상기 고온응축기(3)와 예열응축기(4)는 2열의 나선형 구조로 각각 형성되어 물이 통과하는 원통형 파이프내부에 위치하게 되는 것이다.

또한, 상기 예열응축기(4)에서는 냉매의 충분한 응축이 이루어져야 하고, 상기 고온응축기(3)에서는 물탱크(10)에서 예열된 온수가 이용 목적에 적합한 수준으로 재가열이 이루어지게 하기 위해 전체 응축기의 총길이 비율은 60%(예열응축기)대 40%(고온응축기)으로 이루어지는 것으로, 이는 상기 응축기를 통과하는 냉매의 열적 특성을 고려한 것이다.

본 발명의 구성으로 이루어지는 물순환회로는 냉수유입구(18)를 통해 냉수가 유입되면 파이프관(41)에 형성된 유입냉수단속밸브(14), 체크밸브(25), 메인펌프 (15) 및 유량조절밸브(16) 순으로 이동하되, 상기 유량조절밸브(16)는 물의 흐름을 조절하고, 상기 메인펌프(15)는 물의 흐름을 용이하게 하기 위해 구동하는 것이다.

이때, 상기 유량조절밸브(16)를 통과한 냉수는 상기 예열응축기(4)에 의해 물이 예열되어 상기 물탱크(10)에 저장하게 되고, 필요에 따라 상기 물탱크(10)에 저장된 온수를 재순환시켜 예열을 실시하되, 상기 보조펌프(26)와 재순환온수량 조절밸브(17)을 거쳐 상기 예열응축기(4)로 보내게 되어 이루어진다.

상기 2개의 체크밸브(25)는 물의 역류를 방지하기 위해 물을 일측만 통과시키는 밸브인 것이다.

상기 물탱크(10)에 저장된 온수는 상기 고온응축기(3)에 연결된 파이프관(3-1)를 통해 온수토출구(19)로 토출되는 것으로, 상기 토출온수 단속밸브(13)는 토출되는 온수의 량을 조절하게 된다.

상기와 같이 물순환회로는 항상 일정량의 물을 온수탱크에 저장하게 하는 동시에 온수를 이용할 경우 연속적으로 물을 예열시킬 수가 있으며, 토출수의 유량 및 온도의 조절이 가능하게 이루어진다.

상기 물탱크(10)의 내부에 형성된 성층화장치(20)는 온수가 저장되어 있을 경우 발생되는 대류현상을 억제시킴으로서 성층화를 유도하여 대류열손실을 최소화시킬 수가 있는 것이다.

상기의 구성부를 제어하기 위한 콘트롤박스(27)에는 전원스위치, 컴프레서 스위치, 2개의 펌프스위치, 및 3개의 PID 콘트롤러로 이루어지게 된다.

이때, 상기 3개의 PID 콘트롤러는 상기 컴프레서(1)와 펌프(15,26)의 작동을 제어하여 이용목적에 적합하도록 온수의 온도를 제어하기 위해 각각 온수탱크의 물온도, 예열응축기(4)로 유입되는 물의 온도와 토출되는 물의 온도를 감지한 다음 이를 설정값과 비교하여 실행하게 되는 것이다.

따라서, 현재 농업에 이용되고 있는 온수는 대부분이 석유에너지를 이용하는 온수보일러에 의존하고 있는 실정이고, 최근에 값싼 심야전기를 에너지원으로 하는 전기히터를 부착한 온수기가 보급되고 있으나, 이 또한 본 발명의 히트펌프 온수기는 상기 전기히터의 온수기와 비교해 보더라도 1/3의 전력 소비만으로도 동일한 량의 온수를 생산할 수 있기 때문에 경제성에 있어 60% 이상의 비용 절감을 이룰 수가 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 응축기를 2단계로 분리 구성하여 예열응축기와 물탱크 사이에 재순환이 가능하도록 간단한 회로를 형성함으로써, 필요한 온수의 온도를 자유롭게 조절할 수 있게 하여 고온의 온수가 필요한 경우에는 부가적인 히터가 필요없는 효과가 있고, 저온이 필요한 경우에도 재순환 밸브의 개폐만으로 쉽게 저온의 온수를 얻을 수 있어 다목적으로 이용이 가능한 효과로 인해 전기에너지의 소비를 줄여 전기이용에 대한 효율이 높아지게 되고, 온수급탕에 소요되는 실수요자의 에너지 비용이 절감되며, 전체적인 심야전기 및 농업용 전기의 전기부하를 줄여주어 국가적 차원의 에너지 절감이 실행됨으로 이를 사용하는 사용상 신뢰도 및 만족도가 극대화되는 등의 여러 효과를 동시에 거둘 수 있는 매우 유용한 발명임이 명백하다.

Claims (5)

1. 컴프레서(1), 오일분리기(2), 응축기, 필터-드라이어(5), 팽창밸브(6), 증발기(7) 및 액 분리기(8)로 이루어지는 냉매순환회로에 있어서,

   상기 응축기는 고온응축기(3)와 예열응축기(4)로 분리시켜 형성하되,

   상기 예열응축기(4)는 물탱크(10)로 유입되는 냉수를 예열하여 상기 물탱크 (10)의 내부에 저장하기 위해 상기 물탱크(10)의 외측 일측에 형성되고,

   상기 고온응축기(3)는 온수를 사용하기 위해 예열된 상태로 상기 물탱크 (10)에 저장된 온수를 고온으로 재가열하기 위해 물탱크(10)의 외측 타측에 형성되며,

   상기 고온응축기(3)와 예열응축기(4)는 물이 통과하는 원통형 파이프내부에 2열의 나선형 구조로 각각 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 온수 재순환 회로를 이용한 고효율 히트펌프 온수기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고온응축기(3)와 예열응축기(4)에 대한 응축기의 총길이 비율은 상기 응축기를 통과하는 냉매의 열적 특성을 고려하여 60%(예열응축기)대 40%(고온응축기)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온수 재순환 회로를 이용한 고효율 히트펌프 온수기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 예열응축기(4)의 일측 파이프관(4-1)에는 물의 흐름을 조절하기 위한 유량조절밸브(16)와, 물의 흐름을 용이하게 하기 위한 메인펌프(15)와, 재순환되는 온수의 흐름을 용이하게 하는 보조펌프(26)와, 상기 보조펌프(26)에 의해 재순환되는 온수의 양을 조절하기 위한 온수량조절밸브(17)와, 냉수유입구(18)를 통해 유입되는 냉수를 단속하기 위한 유입냉수단속밸브(14)와, 물의 역류를 방지하기 위해 물을 일측만 통과시키는 2개의 체크밸브(25)로 이루어지고, 상기 고온응축기(3)의 일측 파이프관(3-1)에는 온수토출구(19)를 통해 토출되는 온수의 량을 조절하기 위한 토출온수단속밸브(13)가 형성되어 항상 일정량의 물을 온수탱크에 저장하게 하고, 온수를 이용할 경우 연속적으로 물을 예열하게 하며, 토출수의 유량 및 온도를 조절하도록 물순환회로가 이루어지는 것을 특징으로 하는 온수 재순환 회로를 이용한 고효율 히트펌프 온수기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 물탱크(10)의 내부에는 온수가 저장되어 있는 경우 대류현상을 억제하므로서 성층화를 유도하여 대류열손실을 최소화하기 위해 2개의 성층화장치(20)가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 온수 재순환 회로를 이용한 고효율 히트펌프 온수기.
5. 제1항에 있어서,

   상기의 컴프레서(1)와 펌프(15,26)를 제어하기 위한 콘트롤박스(27)에는 전원스위치, 컴프레서 스위치, 2개의 펌프스위치, 및 3개의 PID 콘트롤러로 이루어지되, 상기 3개의 PID 콘트롤러는 각각 온수탱크의 물온도, 예열응축기(4)로 유입되는 물의 온도와 토출되는 물의 온도를 감지하여 이를 설정값과 비교한 다음 상기 컴프레서(1)와 펌프(15,26)의 작동을 제어하여 이용목적에 적합하도록 온수의 온도를 제어하게 되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 온수 재순환 회로를 이용한 고효율 히트펌프 온수기.