KR200308333Y1 - 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 저온수의 온도 상승 폭을 극대화하여 줄뿐만 아니라, 저온수에 대한 온도 및 수량 조절이 자유로운 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치를 제공 하기 위한 것이다.

본 고안의 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치는 압축기(11), 응축기 (12), 팽창밸브(13), 증발기(14)가 순차적으로 연결되어 폐회로를 형성하는 냉동사이클(10)과, 소정의 온도를 가지는 폐온수가 저장되는 폐온수조(20)와, 내부를 따라 흐르는 용수가 상기 폐온수조(20)와 증발기(14)를 반복적으로 순환하도록 배관되는 폐열회수라인(30)과, 외부에서 공급되는 저온수가 상기 폐온수조(20)를 경유한 후에 다시 응축기(12)를 경유하여 배출되도록 배관되는 저온수공급라인(40)으로 구성된 것이다.

Description

냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치{An apparatus for heating water by using of the cooling cycle}

본 고안은 낮은 온도의 저온수를 효율적으로 가열하여 주어서 사용가치가 높은 열에너지로 변환시켜 주는 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치에 관한 것이다.

염색공장 및 식품, 화학공장 등에서 배출되는 폐온수나 땅속을 흐르는 지하수가 함유하고 있는 열에너지를 이용하여 사용가치가 높은 온수를 얻어내고자 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치가 개발되어서 유용하게 사용되고 있다.

본 출원인은 1999년 특허출원 제38887호로서 "냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치"를 출원하여, 2002년 9월 24일자로 특허 제355531호로서 등록받은 사실이 있다. 이와 같은 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치는 "압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기가 순차적으로 연결되어 폐회로를 형성하는 냉동사이클과, 소정의 온도를 가지는 폐온수가 저장되는 폐온수조와, 온도가 낮은 저온수를 통수시켜서 상기 폐온수조를 경유하도록 배관되는 저온수공급관로로서 구성된 것에 있어서, 상기 저온수공급관로는 그 내부로 통수되는 저온수가 상기 폐온수조를 경유하여 1차로 예열된 후에 상기 냉동사이클의 증발기를 경유하도록 하고, 다시 상기 폐온수조를 경유하여 2차로 예열된 후에 상기 냉동사이클의 응축기를 경유하도록 배관하여서, 상기 저온수공급관로를 따라 흐르는 저온수를 고온으로 가열하여서 외부로 배출되도록 함"을 특징으로 한 것으로 되어 있다.

이러한 선출원등록발명의 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치는 온도가 낮은 저온수가 저온수공급관로를 통하여 폐온수조의 폐온수와 2차에 걸쳐 열교환하면서 냉동사이클의 증발기와 응축기를 차례로 경유하도록 구성되어서, 온도가 낮은 저온수에 폐온수와 열교환하여 얻어진 열에너지와 냉동사이클의 증발기와 응축기를 경유할 때에 얻어진 열에너지가 부가되어서 고온의 온수로 변환시켜 주는 장점을 가지는 것이 사실이다.

그러나, 이와 같은 선출원등록발명의 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치는 저온수가 단일의 저온수공급관로의 전체 경로를 따라 이송되어서 열교환하기 때문에, 그 저온수에 대한 온도 및 수량 조절이 자유롭지 못한 단점을 가지게 되었다.

본 고안은 저온수의 온도 상승 폭을 극대화하여 줄뿐만 아니라, 저온수에 대한 온도 및 수량 조절이 자유로운 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치를 제공하는 데 목적이 있다.

도1은 본 고안의 실시예에 따른 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치를 나타낸 구성도

도2는 본 고안의 실시예에 따른 폐열회수라인과 저온수공급라인의 열교환관을 정면도로 예시한 것임

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 냉동사이클 11: 압축기 12: 응축기

13: 팽창밸브 14: 증발기 15: 냉매순환관

16: 액분리기 17: 유분리기 18: 드라이어

20: 폐온수조 30: 폐열회수라인 31: 열교환관

32: 용수순환관 33: 순환펌프 34: 용수보충관

35: 밸브 40: 저온수공급라인 41: 인입관

42: 열교환관 43: 중간통수관 44: 토출관

45: 밸브 46: 공급펌프 47: 조정변

본 고안의 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치는 도1에 도시되는 바와 같이 압축기(11), 응축기(12), 팽창밸브(13), 증발기(14)가 순차적으로 연결되어 폐회로를 형성하는 냉동사이클(10)과, 소정의 온도를 가지는 폐온수가 저장되는 폐온수조(20)와, 내부를 따라 흐르는 용수가 상기 폐온수조(20)와 증발기(14)를 반복적으로 순환하도록 배관되는 폐열회수라인(30)과, 외부에서 공급되는 저온수가 상기 폐온수조(20)를 경유한 후에 다시 응축기(12)를 경유하여 배출되도록 배관되는 저온수공급라인(40)으로 구성됨을 기술구성상의 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 고안은 저온수공급라인(40)을 따라 폐온수조(20)를 경유하여 1차로 열교환하여서 예열된 저온수가 응축기(12)를 경유할 때에, 폐온수와 열교환하여서 얻은 열에너지에 상기 폐열회수라인(30) 따라 상기 폐온수조(20)와 증발기(14)를 반복적으로 순환하는 용수로부터 흡수한 증발열과 압축기(11)에서 행해진 일의 열당량이 합해진 열에너지가 부가되어서, 저온수 자체의 온도를 크게 상승시켜서 배출되게 하여 주는 장점을 가지게 된다. 더욱이, 폐온수와 열교환하는 폐열회수라인(30)과 저온수공급라인(40)을 분리시켜서, 저온수의 이송 경로를 단축시킨 만큼 그 저온수에 대한 온도 및 수량 조절이 자유로워서 사용상의 편의성을 향상시켜 주는 장점을 가지게 된다.

이하, 첨부도면에 도시되는 구체적인 실시예를 통하여 본 고안의 기술내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

냉동사이클(10)은 컨트롤러(미도시)에 의하여 제어동작되는 압축기(11)로부터 연장된 냉매순환관(15)으로서 응축기(12)와 증발기(14)를 연결하고, 그 응축기 (12)와 증발기(14) 사이의 냉매순환관(15)의 경로상에 팽창밸브(13)를 설치하여서 된 폐회로를 이루도록 한다.

상기 응축기(12)는 밀폐 형성된 온수통(122) 내에 관통되게 설치되는 응축코일(121)로 이루어져서, 상기 증발기(14)에서 일단 가온된 상태에서 상기 압축기 (11)를 경유하면서 그 압축기에서 행해진 일의 열당량이 합해져서 유입되는 냉매로서 상기 응축기(12)의 온수통(122)을 통과하는 저온수공급라인(40)의 저온수를 가열시켜 주도록 구성된다.

상기 증발기(14)는 밀폐 형성된 냉각통(142) 내에 관통되게 설치되는 증발코일(141)로 이루어져서, 상기 증발기(14)의 냉각통(142)을 통과하는 폐열회수라인 (30)의 용수와 열교환하여서 가온된 냉매(증발열을 가짐)를 압축기(11)측으로 인출시켜 주도록 구성된다.

그리고, 상기 압축기(11)를 중심으로 증발기(14)와 응축기(12) 사이의 냉매순환관(15)의 경로상에 각각 액분리기(16)와 유분리기(17)를 설치하여서, 상기 압축기(11)가 순환되는 냉매의 압력을 증폭시켜 주는 원래의 기능을 충실히 수행할 수 있도록 한다.

여기에서, 상기 응축기(12)로부터 연장되어서 팽창밸브(13)측으로 향하는 냉매순환관(15)의 경로상에 드라이어(18)를 설치하여서, 상기 응축기(12)로부터 이송되는 냉매에 포함된 수분을 건조시켜 주도록 함이 바람직하다.

폐온수조(20)는 상기 폐열회수라인(30)의 용수와 저온수공급라인(40)의 저온수를 예열할 때에 소요되는 폐온수를 저장하여 주게 된다.

본 고안의 실시예에서 상기 폐온수조(20)는 일정한 열당량을 가지는 공장폐수를 저장하여 주는 폐수조로 하여, 일정한 열당량을 가지고 있으나 활용되지 못하고 그대로 버려지는 공장폐수의 열에너지를 저온수의 온도를 높이는 데 이용할 수있도록 한 것으로 예시하고 있다. 이러한 폐온수조(20)는 일정한 열당량을 가지는 지하수를 저장하여 주는 지하수조로 하여, 일정한 열당량을 가지고 있으나 활용되지 못하고 그대로 버려지는 지하수의 열에너지를 저온수의 온도를 높이는 데 이용하도록 할 수도 있음을 밝혀 둔다.

폐열회수라인(30)은 내부를 따라 흐르는 용수가 상기 폐온수조(20)와 증발기 (14)를 반복적으로 순환하도록 배관하여서, 폐온수조(20)의 폐온수와 1차로 열교환하여서 예열된 용수의 열에너지를 증발기(14)를 경유할 때에 전달하여 주는 작용을 반복하도록 한다.

본 실시예에서, 상기 폐열회수라인(30)은 도1의 도시와 같이 상기 폐온수조 (20) 내에서 열교환하도록 설치되는 복수개의 열교환관(31)들과, 그 열교환관(31)들로부터 상기 증발기(14)의 냉각통(142)에 연결 배관되어서 폐회로를 이루는 용수순환관(32)과, 그 용수순환관(32)의 경로상에 설치되는 순환펌프(33)로서 구성된 것으로 예시되어 있다.

그리고, 상기 폐열회수라인(30)의 용수순환관(32)에는 순환펌프(33)와 인접한 위치에 밸브(35)를 가지는 용수보충관(34)을 연결 배관하여서, 상기 폐열회수라인(30)에서 자연적으로 손실된 용수를 보충하여 줄 수 있도록 한다.

여기에서, 상기 폐열회수라인(30)의 열교환관(31)들은 도2의 도시와 같이 각각 내부식성이 우수한 스테인레스 주름관(A)으로 만들어서, 폐온수에 의한 부식을 방지하여 주면서도 폐온수와의 열교환능력을 향상시켜 주도록 함이 바람직하다.

저온수공급라인(40)은 외부에서 공급되는 저온수가 상기 폐온수조(20)를 경유한 후에 다시 응축기(12)를 경유하여 배출되도록 배관되어서, 폐온수와 열교환하여서 1차로 예열된 후에 냉동사이클(10)의 증발기(14)를 경유하는 저온수에 열에너지를 더하여서 높은 온도로 상승시켜 주도록 한다.

본 실시예에서, 상기 저온수공급라인(40)은 도1의 도시와 같이 외부로부터 저온수를 공급하여 주는 인입관(41)과, 그 인입관(41)에 연결되어서 폐온수조(20) 내에서 열교환하도록 설치되는 복수개의 열교환관(42)들과, 그 열교환관(42)들의 인출측에서 연장되어서 상기 응축기(12)의 온수통(122)에 연결 배관되는 중간통수관(43)과, 상기 응축기(12)의 온수통(122)로부터 연장되어서 말단부에 밸브(45)가 설치되는 토출관(44)으로서 구성된 것으로 예시되어 있다.

그리고, 저온수공급라인(40)에는 그 인입관(41)의 경로상에 공급펌프(46)와 조정변(47)을 각각 설치하여서, 외부로부터 공급되는 저온수의 단위시간당 공급량을 조절하는 동시에, 저온수의 가열온도를 임의로 조절할 수 있도록 한다.

여기에서, 상기 저온수공급라인(40)의 열교환관(42)들은 도2의 도시와 같이 각각 내부식성이 우수한 스테인레스 주름관(A)으로 만들어서, 폐온수에 의한 부식을 방지하여 주면서도 폐온수와의 열교환능력을 향상시켜 주도록 함이 바람직하다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 고안은 온도가 낮은 저온수를 폐온수의 열에너지와 냉동사이클을 이용하여 효율적으로 가열하여서 사용가치가 높은 열에너지로 변환시켜 줄뿐만 아니라, 저온수의 이송 경로를 단축시켜서 그 저온수에 대한온도 및 수량 조절이 자유로운 등의 효과를 가지는 유용한 고안인 것이다.

Claims (5)

1. 압축기(11), 응축기(12), 팽창밸브(13), 증발기(14)가 순차적으로 연결되어 폐회로를 형성하는 냉동사이클(10)과, 소정의 온도를 가지는 폐온수가 저장되는 폐온수조(20)와, 내부를 따라 흐르는 용수가 상기 폐온수조(20)와 증발기(14)를 반복적으로 순환하도록 배관되는 폐열회수라인(30)과, 외부에서 공급되는 저온수가 상기 폐온수조(20)를 경유한 후에 다시 응축기(12)를 경유하여 배출되도록 배관되는 저온수공급라인(40)으로 구성됨을 특징으로 하는 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 폐열회수라인(30)은 상기 폐온수조(20) 내에서 열교환하도록 설치되는 복수개의 열교환관(31)들과, 그 열교환관(31)들로부터 상기 증발기(14)의 냉각통(142)에 연결 배관되어서 폐회로를 이루는 용수순환관(32)과, 그 용수순환관(32)의 경로상에 설치되는 순환펌프(33)로서 구성됨을 특징으로 하는 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 폐열회수라인(30)의 열교환관(31)들은 각각 내부식성이 우수한 스테인레스 주름관(A)으로 만들어서 됨을 특징으로 하는 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 저온수공급라인(40)은 외부로부터 저온수를 공급하여 주는 인입관(41)과, 그 인입관(41)에 연결되어서 폐온수조(20) 내에서 열교환하도록 설치되는 복수개의 열교환관(42)들과, 그 열교환관(42)들의 인출측에서 연장되어서 상기 응축기(12)의 온수통(122)에 연결 배관되는 중간통수관(43)과, 상기 응축기(12)의 온수통(122)로부터 연장되어서 말단부에 밸브(45)가 설치되는 토출관 (44)으로서 구성됨을 특징으로 하는 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 저온수공급라인(40)의 열교환관(42)들은 각각 내부식성이 우수한 스테인레스 주름관(A)으로 만들어서 됨을 특징으로 하는 냉동사이클을 이용한 저온수의 가열장치.