KR200308193Y1

KR200308193Y1 - 이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매 동력발생장치

Info

Publication number: KR200308193Y1
Application number: KR20-2002-0030906U
Authority: KR
Inventors: 이은진
Original assignee: 이은진
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2003-03-26

Abstract

본 고안은 이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매 동력발생장치이다.

독립된2개의 고압가스 히트펌프장치에서 열이동을 이용하는 역랭킨싸이클과, 열로 고압스팀을 만들어서 동력으로 이용하는 스팀터빈의 랭킨싸이클계통에, 유체운동을 동력으로 활용하는 유체기기를 결합하는 복합에너지 장치로서, 냉동공학, 열역학, 유체공학 이론을 결합시킨 열에너지와 역학적인 동력과 전기의 발전장치로 에너지가 전달되고, 변환되면서, 활용되는 순환장치이다. 독립된 2개의 냉동싸이클을 구성하고 열전달 방법의 기술차원을 높여서, 저온인 증발기의 낮은 온도와 고온인 응축기의 높은 온도차이를 상호간에 열교환을 시켜 냉매의 순환을 도와서 냉매 압축기의 부하를 감소시키며, 고압기체상태인 유체냉매가 전혀 누설되지 않는 유체기기 직렬연결장치를 순환계통에 설치하여, 일부의 유체기기압축기는 유체냉매를 압축하고, 나머지 유체기기발전기는 직류전기를 발생하여, 유체기기의 동력을 다양하게 이용하는 이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매 동력발생장치이다.

Description

이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매 동력발생장치{omitted}

상온에서 액체와 기체로 상태변화를 일으키는 냉매의 특성으로 공간의 대기공기나 냉각수에 열이 이동하는 고압가스냉동장치만을 이용하였다.

바람이나 물의 증발을 이용하여 주위를 시원하게 냉각하는 방법을 비롯하여, 냉.난방장치나 동력 에너지 발생장치는 인류의 생활과 함께 발달해 왔다.

기술적인 냉/난방장치는 팰티어 효과를 이용한 전자 냉동 방법과 고압가스 냉동장치로 크게 구분 할 수 있는데, 전자냉동방법에 비해서, 복잡한 고압가스 냉동방법이 많이 이용되는 이유는, 냉동능력(COP)인 에너지이용 효율이 1 이하인 전자냉동 장치에 비해서, 냉동능력이 4 이상인 고압가스 냉동장치가 많이 사용되었으며 에너지이용 효율을 향상시키는 장치의 기술개발을 위하여 많은 노력을 해왔던 것이다. 스팀터빈에 에너지전달 매개체로 이용되었던 물은 증발온도가 100 ℃, 증발잠열이 539Kcal, 비열이 1로서 높기 때문에,

열전달 특성이 나쁜 물을 매개체로 이용하는 스팀터빈의 대형 열기관장치가 사용되면서 기계적인 장치의 효율을 높이는 기술은 개발되었으나,

열과 유체역학의 복합에너지 변환관계와 전달 원리는 특별한 발전이 없었다. 고압가스 냉매를 이용하는 냉동공학과, 물을 에너지 전달매개체로 이용하는 스팀터빈의 열역학과, 공기를 이용하는 풍차나 에어모터등의 유체공학 등은 밀접하게 연관된 열, 유체, 역학, 에너지 전달과 변환과 활용장치로서 동일한 원리의 기술이었으나 극도로 분리되어 순환장치를 구성하지 못했던 것이다. 그러나 단일방향직선으로 열팽창만을 이용하는 열기관 장치가 빠른 속도로 보급되어 심각한 공해문제를 일으키면서 부터,

구미 선진국을 중심으로 하여 일정한 공간 속에서 에너지를 순환시키면서 냉/난방 장치의 열에너지 효율을 향상시키는 고압가스 냉동장치의 역랭킨싸이클과, 유체의 운동을 동력으로 활용하는 스팀터빈의 랭킨싸이클 이론을 연결하고, 종합적인 에너지 장치로서 열, 유체, 역학에너지 순환장치를 구성하여 고압가스 냉동장치의 활용 범위를 넓힐 수 있게 되었다.

냉동공학, 열역학, 유체공학의 원리를 결합시킨 이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매 동력발생장치를 실현시켜 에너지 이용효율을 높이기 위해서, 첫째로, 전자 냉동방법에서는 1인데 비해서 냉동능력이 4이상으로서 에너지이용효율이 높은 고압가스 냉동장치의 구조를 개선하여,

증발기의 저온과 응축기의 고온을 열교환기로 전달하여 효율을 높인다.

둘째로, 단순한 개방싸이클로 구성된 스팀터빈의 효율을 높이기 위해서, 열전달 특성이 나쁜 물 대신에, 증발온도, 증발잠열, 비열 등이 물에 비해서 1/4이하로 낮은 유체냉매를 에너지전달 매개체로 하여 순환장치를 구성하여, 열에너지를 유체의 상태변화로 이용하고 냉매는 연속적으로 재활용한다.

셋째로, 유체냉매가 고압 기체상태로 흐르는 배관의 순환계통에 유체기기를 설치하여, 유체의 운동을 유체기기의 회전동력으로 회수하여 활용한다.

위와 같이 고압가스 냉동장치와, 열기관의 열역학 동력 발생장치와, 유체의 운동에너지를 동력으로 이용하는 유체기기 장치들은 동일한 원리로, 고압가스 냉동 열펌프 장치의 유체냉매 순환계통 안에 포함되어 있었으나, 지금까지 학계나 산업계나 생산 현장에서는 따로 분리되어 독립된 정밀가공생산기술로만 발전되어 왔던 것이다.

본 고안은 고압가스 냉동장치의 역랭킨 싸이클고, 스팀터빈 열기관 장치의 랭킨싸이클과, 유체기기인 에어모터 등의 기술특성을 결합시켜서, 액체와 기체로 변환되는 유체냉매의 상태변화 특성으로 열 에너지의 이동을 높여서 고효율의 히트펌프 장치를 구성하고,

고압 기체상태인 유체냉매의 운동에너지를 유체기기 동력으로 회수하여, 유체냉매압축기 또는 유체냉매발전기를 구동시켜서 동력에너지로 활용하는 이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매 동력발생장치를 개발하고자 한다.

제 1도는 상온의 주위온도에서 응축기의 열방출과 증발기의 열흡수 능력이 향상된 고압가스 냉동장치의 계통도.

제 2도는 응축기의 고온과 증발기의 저온을 열 교환하여 압축기의 동력을 감소시키면서 유체기기를 구동하는 고압가스 냉동장치의 계통도.

제 3도는 독립된 2개로 구성되어 있는 이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매 동력발생장치의 전체적인 계통도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

COM : 유체냉매 압축기 CDP : 열방출 응축기

EXV : 감압팽창변 EVP : 열흡수 증발기

RT : 수액기 HES : 열교환기

BPV : 바이패스 밸브 GDV : 유체기기구동밸브

DBT : 분쇄기 튜브 HI : 열흡수기

HO : 열방출기 GMDS : 유체기기구동장치

본 고안 장치는 저온에서 증발하고 상온에서 용이하게 상태변화를 일으키는 유체냉매의 특성을 이용하고 있는 고압가스 냉동장치에서,

상온인 대기중의 공기나 냉각수에만 의존하여 응축기를 냉각하였던 열전달방법의 기술차원을 높여서,

저온인 증발기의 낮은 온도와 고온인 응축기의 높은 온도차이를 상호간에 열교환을 시켜서 유체냉매의 순환을 도와서 냉매 압축기의 부하를 감소시켜서 전기에너지를 절약하고,

냉매가 전혀 누설되지 않는 유체기기직렬연결장치를 순환계통에서 고압기체상태로 흐르는 곳에 설치하여, 유체기기와 기계적으로 결합된 압축기 또는 발전기를 구동하여 다양하게 활용하는, 열, 유체, 역학 에너지 복합장치로서 이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매 동력발생장치이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 고안 장치의 세부 구성과 상세한 작동원리를 설명하고자 한다.

제 1도는 상온의 주위 온도에서 응축기(CDP)의 열 방출과 증발기(EVP)의 열흡수 능력이 향상된 고압가스 냉동장치의 계통도로서, 고압가스 냉동장치의 압축기(COM) 입력에 따른 냉동능력을 높이기 위하여, 응축기(CDP)에서 잔류되어 있는 열을 더욱 낮게 방출하는 열방출기(HO)와, 주위 열을 흡수하는 증발기(EVP)에서 아직도 저온 상태로 압축기(COM)에 흡입되는 냉매를 가열시키는 열흡수기(HI)를 설치하여,

냉매 압축기(COM)의 압축효율을 높여서 절전냉동을 유도하는 장치이다.

제 2도는 응축기(CDP)의 고온과 증발기(EVP)의 저온을 열교환기(HES)에서 열을 교환하여 압축기(COM)의 동력을 감소시키면서 유체기기 구동장치(GMDS)를 구동하는 고압가스 냉동장치의 계통도로서,

제 1도에서는 열방출기(HO)와 열흡수기(HI)가 각각 상온의 주위온도에서만 열전달이 이루어지기 때문에 상온과의 온도차이가 적어서 냉매압축기(COM)의 압축효율을 크게 향상시킬 수 없었으나,

제 2도에서는 열 교환기(HES)를 설치한 것이다.

응축기(CDP)의 고온과 증발기(EVP)의 저온을 상호 열 이동으로 교환하여, 응축기(CDP)의 액화 효과를 높이고, 증발기(EVP)에는 압축기(COM)에 흡입되는 냉매가스를 가열하기 때문에, 고압측의 냉각작용과 저압측의 가열하는 작용이 상호간에 서로 도우면서 (Push Pull)상대적으로 일어나서,

냉매 압축기(COM)의 부하는 감소되면서 유체냉매의 순환운동은 빠르게되어 유체기기 구동장치(GMDS)를 강하게 구동할 수 있는데,

이때 바이패스 밸브(BPV)는 닫고 유체기기 구동밸브(GDV)를 열어서 유체기기 구동장치(GMDS)를 작동하여 회전동력을 활용한다.

제 3도는 독립된 2개로 구성되어 있는 이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매동력발생장치의 전체적인 계통도이다.

상부의 유체냉매 순환계통과 하부의 유체냉매 순환계통은, 각각 독립된 배관계통으로 고압가스 냉매를 이용한 히트펌프장치를 구성하고 있으며, 고온의 응축기(CDP)와 저온의 증발기(EVP)를 상호간에 열교환기(HES)로 열에너지를 이동시켜서, 냉매압축기(COM)의 압축효율을 높이고 유체냉매의 순환을 빠르게 하였으며,

유체기기 구동장치(GMDS)를 강하게 작동하여 회전동력으로 활용할 수 있는 이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매 동력발생장치를 구성한 것이다.

에너지이용효율이 높은 고압가스 냉동장치의 히트펌프 기능을 이용하면서, 인공적으로 만들어진 강한 바람이라고 할 수 있는 유체냉매가 일정한 배관내부에흐르는 유체의 운동에너지를 동력으로 활용하는 복합에너지 장치로서, 기존의 냉방장치에 응용하여 절전형으로 개조하여 전기를 절갑시켜 주며, 공급자는 절약된 요금을 수입원으로 하여 경제력을 키울 수 있게된다.

본 고안이 실현되어 인류생활에 범용적으로 활용되기 시작하면, 스팀터빈의열기관 장치가 발명된 이후 단일방향 직선상으로 고온의 열팽창에너지만을 동력으로 이용했던 역학에너지 사용한계를 극복하여, 랭킨싸이클의 열팽창과 역랭킨싸이클의 열방출에 의한 응축작용을 상호간에 결합시켜서 에너지가 전달되고, 변환되고, 활용되면서, 순환싸이클을 이루고 계속적으로 환원되는 열, 유체, 역학의 복합 에너지장치 기술을 발전시킬 수 있는 이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매 동력발생장치를 제공한다.

Claims

고압가스냉동장치에서 유체기기의 회전동력을 획득하는 장치를 구성하는데,

압축기- 응축기- 팽창변- 증발기 의 4 싸이클을 동튜브 배관으로 결합시킨 2개의 고압가스냉동장치 토출측에 각각의 분배기튜브(DBT)를 배관 연결하여 유체기기 구동장치(GMDS)와 바이패스밸브(BPV)를 병렬로 결합시키고,

한쪽 고압가스냉동 순환계통의 고온측 응축기(CDP)와 다른쪽 고압가스순환계통의 저온 증발기(EVP)를 짝으로 결합하여 열이 전달되도록 열교환기(HES)를 상호간에 결합시키는 배관계통의 히트펌프장치로서,

고압가스냉동장치 히트펌프 기능을 이용하면서 유체기기구동장치(GMDS)를 구동시켜서 획득되는 동력을 재활용함을 특징으로 하는 이원냉동싸이클의 고압가스 유체냉매 동력발생장치.