KR200419304Y1

KR200419304Y1 - 냉난방 냉온수 복합 시스템

Info

Publication number: KR200419304Y1
Application number: KR2020060004906U
Authority: KR
Inventors: 윤영선; 이기승
Original assignee: 윤영선; 이기승
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2006-06-20

Abstract

본 고안에 따른 냉난방 냉온수 복합 시스템은, 친환경적인 복합시스템으로서 대기오염을 유발하지 않는 천연 자연적인 냉매인 이산화탄소로 된 제1냉매를 고온고압 상태로 압축하는 압축기; 그 내부의 제1냉매와 외부로부터 유입된 물 사이의 열교환을 행하게 하는 제1열교환기; 그 내부의 제1냉매를 저온저압 상태로 팽창시키는 팽창밸브; 그 내부로 유입되는 제1냉매와 및 제1냉매와는 다른 제2냉매 사이의 열교환을 행하게 하는 제2열교환기; 상기 제1냉매가 유동하며, 상기 압축기와, 상기 제1열교환기와, 상기 제1팽창밸브와, 상기 제2열교환기를 차례로 접속시키는 제1냉매유로; 물을 상기 제1열교환기로 공급하여 그 제1열교환기 내의 제1냉매와 열교환되도록 한 후 그 제1열교환기의 외부로 배출시키기 위한 물 유동경로를 구비하는 난방부; 상기 제2열교환기로부터 배출된 제2냉매가 다시 그 제2열교환기로 유입되도록 하기 위한 제2냉매유로와, 상기 제1열교환기로부터 배출된 제1냉매와 제2열교환기로부터 배출된 제2냉매간의 열교환을 행하는 과냉각열교환기를 구비하는 냉방부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉난방 냉온수 복합 시스템{Complex heating and cooling system}

도 1은 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 냉난방 냉온수 복합 시스템의 개략적 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20...냉난방 냉온수 복합 시스템 30...압축기

32...유분리기 35...제1열교환기

40...과냉각열교환기 45...팽창밸브

50...제2열교환기 52...기액분리기

55...제1냉매유로 60...난방부

62...제1축열탱크 64...난방열교환기

65...급탕배관 66...난방배관

68...온수배관 69...보조온수배관

70...냉방부 72...제2축열탱크

74...과냉각부 75...과냉각유로

76...냉각실 77...제2냉매유로

78...냉각유로 79...보조냉각유로

101,102,103,104,105,106...3방밸브

111,112,113,114,115...솔레노이드밸브

131,132,133,134,135...펌프

740...외기보상쿨러 750...냉방쿨러

760...양어장의 항온수조 765...빙축열조

770...직냉룸 780...제빙실

790...냉동 또는 냉장실 800...냉수탱크

810...냉수생성열교환기

본 고안은 친환경적인 복합시스템으로서 대기오염을 유발하지 않는 천연 자연적인 냉매인 이산화탄소를 냉매로 하여 난방과 냉방을 동시에 실현할 수 있도록 된 냉난방 냉온수 복합 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프는 열을 온도가 낮은곳에서 온도가 높은곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미하는데, 사이클의 구성과 작동방법은 냉동기와 같으며 단지 저온열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 냉동기가 되고, 고온열의 사용을 목적으로 하는 경우에는 히트펌프가 되는 것이다.

히트펌프 사이클의 기본적인 구성요소는 압축기, 고온부 열교환기인 제1열교환기, 팽창밸브, 저온부 열교환기인 제2열교환기의 4개 요소로 구분되며 냉매는 압축, 응축, 팽창, 증발의 변화를 계속하면서 순환한다.

상기의 히트펌프의 원리를 이용하여 목욕탕이나 공장등에서 사용하는 온수를 생성할 수 있는 냉난방 냉온수 복합 시스템은 상기 고온부 열교환기에 외부로부터 유입된 물과 냉매를 열교환시켜 온수를 얻을 수 있고 이를 이용하여 난방기능도 수행할 수 있다.

이러한 냉난방 냉온수 복합 시스템은 냉매의 열에너지로 외부로부터 유입된 물을 가열시키고, 외부 공기로부터 열에너지를 공급받아 상기 냉매를 증발시켜 사이클을 순환하도록 되어 있다.

종래에는 프레온을 냉매로 사용하여 이러한 냉난방 냉온수 복합 시스템을 구현하였다. 그러나, 지구온난화 방지 및 친환경적 차원에서 세계적으로 프레온 냉매는 규제되고 있는 경향이 있으며, 도쿄의정서에 의해 2014년부터 대기의 오존층을 파괴하는 프레온의 사용이 커다란 제약을 받게 됨에 따라 그 프레온을 대체하여 다른 냉매를 사용한 냉난방 시스템이 필요하게 되었다.

본 고안은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 천연 자연적인 냉매인 이산화탄소를 냉매로 하여 에너지 효율이 획기적으로 향상되어 에너지 절약이 가능할 뿐 아니라 동절기에도 난방효율이 우수한 냉난방 냉온수 복합 시스템을 제공함에 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 냉난방 냉온수 복합 시스템은, 이산화탄소로 된 제1냉매를 고온고압 상태로 압축하는 압축기;
상기 압축기로부터 유입되는 제1냉매와 외부로부터 유입된 물 사이의 열교환을 행하게 하는 제1열교환기;
상기 제1열교환기로부터 유입되는 제1냉매를 저온저압 상태로 팽창시키는 팽창밸브;
상기 팽창밸브로부터 유입되는 제1냉매와 그 제1냉매와는 다른 제2냉매 사이의 열교환을 행하게 하는 제2열교환기;
상기 제1냉매가 유동하며, 상기 압축기와, 상기 제1열교환기와, 상기 제1팽창밸브와, 상기 제2열교환기를 차례로 접속시키는 제1냉매유로;
물을 상기 제1열교환기로 공급하여 그 제1열교환기 내의 제1냉매와 열교환되도록 한 후 그 제1열교환기의 외부로 배출시키기 위한 물 유동경로를 구비하는 난방부;
상기 제2열교환기로부터 배출된 제2냉매가 다시 그 제2열교환기로 유입되도록 하기 위한 제2냉매유로와, 상기 제1열교환기로부터 배출된 제1냉매와 제2열교환기로부터 배출된 제2냉매간의 열교환을 행하는 과냉각열교환기를 구비하는 냉방부;를 포함하는 점에 특징이 있다.

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이하, 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 고안의 바람직한 일 실시예의 냉난방 냉온수 복합 시스템(20)은 압축기(30)와 제1열교환기(35)와, 팽창밸브(45)와, 제2열교환기(50)와, 난방부(60)와, 냉방부(70)를 포함하고 있다. 또한 상기 냉난방 냉온수 복합 시스템(20)은 상기 압축기(30)와, 상기 제1열교환기(35)와, 상기 팽창밸브(45)와 상기 제2열교환기(50)를 순차적으로 연결하여 천연 자연적인 냉매인 이산화탄소 등과 같은 제1냉매가 순환하여 흐르도록 된 제1냉매유로(55)를 포함하고 있다.

상기 압축기(30)는 본 고안의 제1냉매인 기체상태의 이산화탄소를 압축하여 상대적으로 고온고압의 기체상태로 만들어주는 장치이다. 상기 압축기(30)의 구조는 공지의 압축기(30) 구조와 대동소이하며, 다만, 인버터를 이용하여 설정된 온도조건에 따라서 상기 압축기(30)의 회전수를 제어함으로써 필요한 압축력을 조절할 수 있으며, 에너지 소비를 줄일 수 있도록 하였다. 상기 압축기(30)의 출구측에는 유분리기(32)가 설치되어 있다. 상기 유분리기(32)는 상기 압축기(30)에서 나온 제1냉매중에 섞여있는 오일을 분리해 내어 압축기(30)로 돌려보내고 상기 제1냉매만이 상기 제1열교환기(35)로 전달되게 한다.

상기 제1열교환기(35)는 상기 제1냉매인 이산화탄소와 외부로부터 유입된 물 사이의 열교환을 행하게 하는 장치이다. 이 제1열교환기(35)로 물 유동경로가 경유한다. 이 물 유동경로는 외부로부터 물을 상기 제1열교환기(35)로 공급하여 그 제1열교환기(35) 내의 냉매와 열교환되도록 한 후 그 제1열교환기(35)의 외부로 배출시키기 위한 것이다.

상기 팽창밸브(45)는 그 내부의 냉매를 저온저압 상태로 팽창시키는 장치이다. 상기 팽창밸브(45)로 유입되는 냉매는 중온고압의 액체상태이며, 상기 팽창밸브(45)로부터 토출되는 냉매는 증발하기 용이한 저온의 습포화 증기상태가 된다. 상기 팽창밸브(45)는 상기 제1열교환기(35)로부터 상기 제2열교환기(50)로만 냉매가 흐르도록 허용되게 설치되어 있다.

종래의 냉난방 냉온수 복합시스템과는 다른 본 고안의 특징부로서 상기 제1냉매의 유동경로상 상기 제1열교환기(35)와 상기 팽창밸브(45)사이에는 과냉각열교환기(40)가 배치되어 있다. 상기 과냉각열교환기(40)는 예컨대 잘 알려진 판형열교환기 등과 같은 것으로서, 상기 제1열교환기(35)에서 냉각된 제1냉매의 온도를 더 낮은 온도, 즉 제1냉매인 이산화탄소의 기체와 액체가 병존하는 임계점이 프레온 냉매에 비해 현저히 낮은 온도인바 이산화탄소의 임계점 이하의 온도, 로 만들어주기 위해 후술하는 제2냉매유로(77)를 순환하는 간접냉매인 제2냉매와의 열교환을 행하는 곳이다. 상기 과냉각열교환기(40)와 상기 팽창밸브(45) 사이의 제1냉매유로(55)상에는 솔레노이드밸브(111), 드라이어가 순차적으로 설치될 수 있다.

상기 제2열교환기(50)는 그 내부의 제1냉매와 후술하는 냉방부(70)의 제2냉매와의 열교환을 행하게 하는 장치이다. 상기 제2열교환기(50)에서 상기 제1냉매는 상기 제2냉매로부터 열을 전달받아 온도가 높아지게 된다. 상기 제2열교환기(50)를 통과한 제1냉매는 상기 압축기(30)로 입력되어 고온고압의 기체로 압축되게 되는데, 상기 제2열교환기(50)와 상기 압축기(30) 사이의 제1냉매유로(55)상에는 기액분리기(52)가 설치되어 있다. 상기 기액분리기(52)는 상기 제2열교환기(50)에서 미쳐 기화되지 않은 액체상태의 제1냉매가 상기 압축기(30)로 유입되지 않도록 액상의 제1냉매를 분리해 내는 역할을 하기 위해 마련된 것이다.

도1에 표기된 식별부호 301, 302는 제1냉매유로(55)를 흐르는 제1냉매의 압 력을 측정하는 압력게이지들이며, 상기 압력게이지들의 구조는 공지된 종래의 압력게이지들과 다를바 없으므로 상세한 서술은 생략하기로 한다.

상기 난방부(60)는 물공급유로와, 제1축열탱크(62)와, 급탕배관(65)과, 난방배관(66)과, 난방열교환기(64)와, 온수배관(68)과, 보조온수배관(69)을 포함하고 있다.

상기 제1축열탱크(62)는 외부로부터 상기 물공급유로를 통해 유입된 물이 상기 제1열교환기(35)를 통해서 상기 제1냉매로부터 열을 전달받아 저장되는 곳이다. 상기 제1축열탱크(62)의 물을 상기 제1열교환기(35)로 순환시키기 위해서 상기 제1축열탱크(62)와 상기 제1열교환기(35)사이의 물유동경로상에는 펌프(131)가 설치되어 있다. 상기 제1축열탱크(62)에는 일정범위의 온도분포를 가진 온수가 저장되어 있으며, 그 제1축열탱크(62)에 저장된 온수의 온도는 상기 제1축열탱크(62)의 상부로부터 하부로 갈수록 온도의 분포가 고온에서 저온으로 되어 있다. 이는 물의 온도에 따른 밀도의 차이에 의해 발생하는 것이다.

상기 급탕배관(65)은 상기 제1축열탱크(62)의 상부의 물을 직접 뽑아 쓸수 있도록 그 제1축열탱크(62)의 상부로부터 외부로 연결되어 있다.

상기 온수배관(68)은 외부로부터 상기 제1축열탱크(62)의 상부의 고온의 물로부터 열을 공급받아 온도가 높아진 상태로 외부로 연결되도록 배치되어 있다. 즉, 상기 급탕배관(65)은 상기 제1축열탱크(62)의 물을 직접 뽑아 쓸 수 있도록 되어 있는 반면에, 상기 온수배관(68)은 상기 제1축열탱크(62)에 저장된 온수로부터 열을 전달받아 외부로부터 유입된 물이 가열되도록 되어 있다.

상기 난방열교환기(64)는 외부로부터 유입된 상온의 물과 상기 제1축열탱크(62)의 온수간에 열교환이 일어나도록 배치되어 있다. 상기 난방열교환기(64)를 통과하는 제1축열탱크(62)의 온수는 상기 제1축열탱크(62)의 중앙부의 상측에서 배출되어 상기 제1축열탱크(62)의 중앙부의 하측으로 유입되도록 되어 있다.

상기 난방배관(66)은 상기 난방열교환기(64)를 통해 상기 제1축열탱크(62) 내의 온수로부터 열을 전달받아 실내공간의 난방을 위해 사용되도록 배치되어 있다. 상기 난방배관(66)에는 상기 난방배관(66)내의 물의 순환을 위한 펌프(132)가 설치되어 있다.

상기 보조온수배관(69)은 예컨대 어류 등을 양식하기 위한 양어장의 항온수조(760)의 온도가 일정온도 이하로 내려가지 않도록 하기 위한 온수의 순환통로로서 마련되어 있다. 상기 보조온수배관(69)은 상기 제1축열탱크(62) 내의 물이 그 제1축열탱크(62)의 중앙부로부터 배출되어 그 축열탱크의 하부로 유입되도록 배치되어 있다. 상기 보조온수배관(69)에는 강제로 상기 제1축열탱크(62)의 온수를 상기 양어장의 항온수조(760)으로 순환시키기 위한 펌프(133)와 솔레노이드밸브(112)가 설치되어 있다.

상기 냉방부(70)는 일명 브라인(brine) 냉매라고 불리우는 제2냉매로서 알콜과 물을 혼합한 냉매를 사용한다. 상기 냉방부(70)는 제2축열탱크(72)와, 과냉각부(74)와, 냉각실(76)과, 보조냉각유로(79)와, 제2냉매유로(77)를 포함하며, 앞서 서술한 상기 제2열교환기(50)와 상기 과냉각열교환기(40)를 포함하고 있다. 상기 제2냉매의 유동경로상 상기 과냉각열교환기(40)의 상류측에는 3방밸브(101)가 설치되 어 있다. 상기 3방밸브(101)는 상기 제2냉매유로(77)내의 제2냉매를 설정된 온도에 따라 상기 과냉각열교환기(40)로 흐르도록 할 것인지 상기 과냉각열교환기(40)를 우회하도록 할 것인지를 선택할 수 있도록 하기 위해 마련된 것이다.

상기 제2축열탱크(72)는 상기 과냉각열교환기(40)로부터 배출된 제2냉매가 저장되기 위해 마련된 것이다.

상기 제2냉매유로(77)는 상기 제2축열탱크(72)로부터 상기 제2열교환기(50)와 상기 과냉각열교환기(40)와 상기 제2축열탱크(72)를 순차로 제2냉매가 순환되도록 연결된 유로이다. 상기 제2냉매의 유동경로상 상기 제2축열탱크(72)로부터 상기 제2열교환기(50)에 이르는 상기 제2냉매유로(77)에는 상기 제2축열탱크(72)내의 제2냉매를 상기 제2열교환기(50)로 흐르게 하기 위한 펌프(134)가 설치되어 있다.

상기 과냉각부(74)는 상기 제2열교환기(50)와 상기 과냉각열교환기(40) 사이의 제2냉매유로(77)로부터 분기된 후 상기 제2축열탱크(72)에 연결되는 과냉각유로(75)상에 배치되어 있다. 상기 과냉각부(74)는 그 내부의 제2냉매의 열을 외부로 전달하는 하기 위해 마련된 것이다. 상기 과냉각부(74)에는 냉방쿨러(750)와, 외기보상쿨러(740)와, 양어장의 항온수조(760)용 쿨러가 포함되어 있다. 상기 냉방쿨러(750)는 상기 과냉각유로(75)를 흐르는 제2냉매로 외부의 열을 전달받아 상기 제2냉매의 온도를 높이기 위해 마련된 것이다. 상기 외기보상쿨러(740)는 상기 제2냉매의 온도가 지나치게 내려가는 것을 방지하기 위하여 외부로부터 상기 제2냉매로 열을 전달받아 상기 제2냉매의 온도를 올리는 역할을 하여 상기 냉난방 냉온수 복합 시스템(20)의 부하를 조절하기 위해 마련된 것이다. 상기 양어장의 항온수조 (760)용 쿨러는 상기 양어장의 항온수조(760)의 열을 상기 제2냉매로 전달받아 그 양어장의 항온수조(760)의 온도를 낮추고 상기 제2냉매의 온도를 높이는 역할을 한다. 상기 과냉각 유로상에서 상기 냉방쿨러(750)와, 상기 양어장의 항온수조(760)용 쿨러로의 상기 제2냉매의 흐름을 단속하기 위하여 솔레노이드밸브들이 배치되어 있다. 한편 상기 과냉각유로(75)내의 제2냉매가 상기 외기보상쿨러(740)를 거치도록 할 것인지 아니면 우회하도록 할 것인지를 선택하기 위한 3방밸브(105)가 배치되어 있다. 따라서, 상기 과냉각부(74)는 상기 솔레노이드밸브들(114,115)과 상기 3방밸브(105)에 의해 선택적으로 상기 제2냉매가 흐를 수 있도록 조절이 가능하다.

상기 냉각실(76)은 빙축열조(765)와, 직냉룸(770)과, 제빙실(780)과, 냉동 또는 냉장실(790)과, 냉각유로(78)를 포함하고 있다. 상기 냉각유로(78)는 상기 제2열교환기(50)로부터 배출된 제2냉매가 과냉각열교환기(40) 및 상기 과냉각부(74)에 이르기 전의 제2냉매유로(77)로부터 분기되어 제2축열탱크(72)에 연결되어 있다. 본 실시예에서 상기 냉각유로(78)는 복수개가 마련되어 있으며, 서로 병렬적으로 배치되어 있다. 상기 냉각실(76)은 상기 냉각유로(78)상에 마련되어 있다. 상기 냉각실(76)은 상기 냉각유로(78) 내부를 흐르는 상기 제2냉매에 그 냉각실(76)의 열을 전달하여 상기 냉각실(76)의 온도를 낮추는 동시에 상기 제2냉매의 온도를 높이는 역할을 한다.

상기 빙축열조(765)는 상기 냉각실(76)의 하나로서 저온의 얼음에 열을 저장할 수 있도록 하기 위해 마련된 것이다. 상기 빙축열조(765)는 예컨대 여름철 등 외부의 기온이 높은 경우에 사무실 등의 실내공간의 냉방을 위해 밤에 저온의 열을 저장하였다가 낮에 사무실 등의 실내공간의 냉방을 위한 저열원으로 사용될 수 있다.

상기 직냉룸(770)은 상기 냉각실(76)의 하나로서 예컨대 사우나 등의 시설에 저온의 실내공간으로서 마련될 수 있다. 즉, 상기 직냉룸(770)은 상기 제2냉매로 상기 직냉룸(770)의 열을 전달함으로써 그 직냉룸(770)의 온도를 저온으로 유지할 수 있는 것이다.

상기 제빙실(780)은 상기 제2냉매로 상기 제빙실(780)의 물의 열을 전달하여 그 물의 온도를 낮춤으로써 얼음을 제조할 수 있도록 된 상기 냉각실(76)의 하나이다. 상기 제2냉매의 냉각유로(78)상의 상기 빙축열조(765), 직냉룸(770), 제빙실(780)의 상류측에는 3방밸브(102,103,104)들이 설치되어 있다. 상기 3방밸브들(102,103,104)은 설정된 온도 조건에 따라 상기 빙축열조(765), 직냉룸(770), 제빙실(780)내로 상기 제2냉매의 흐름을 선택할 수 있도록 하기 위해 마련된 것이다.

상기 냉동 또는 냉장실(790)은 상기 냉각실(76)의 하나로서 음식물 등을 저온으로 저장하기 위한 공간으로서 상기 제2냉매를 사용하는 것이다. 상기 냉각유로상의 상기 제2냉매의 유동경로상 상기 냉동 또는 냉장실의 상류에는 상기 제2냉매의 흐름을 단속하기 위한 솔레노이드밸브(113)가 마련되어 있다. 이와 같이 상기 냉각실(76)은 상기 제2냉매로 열을 전달함으로써 주위의 온도를 낮추어서 그 목적을 달성할 수 있도록 된 원리로서 다양한 형태의 냉각실(76)이 마련될 수 있다.

상기 보조냉각유로(79)는 상기 냉각유로(78)와 병렬적으로 배치되어 있다. 따라서, 상기 보조냉각유로(79)는 상기 냉각유로(78)가 상기 냉각부에 이르기 전에 분기되어 상기 제2축열탱크(72)로 유입되도록 되어 있다. 상기 보조냉각유로(79)상에는 냉수생성열교환기(810)가 배치되어 있다. 상기 냉수생성열교환기(810)는 외부로부터 공급된 물로부터 열을 빼앗아 그 물을 원하는 온도의 냉각수로 만들도록 되어 있다. 상기 냉수생성열교환기(810)에는 냉수탱크(800)가 연결되어 있으며, 상기 냉수탱크(800)에는 외부로부터 상온의 물이 유입되기 위한 냉수유입구와 상기 냉수생성열교환기(810)로 부터 생성된 냉수가 유출되는 냉수배출구가 마련되어 있다. 상기 보조냉각유로(79)상에는 상기 제2냉매가 상기 냉수생성열교환기(810)로의 유입되게 할 것인지 또는 상기 제2냉매가 상기 냉수생성열교환기(810)를 우회하도록 할 것인지를 선택하기 위한 3방밸브(106)가 설치되어 있다. 상기 냉수탱크(800)와 상기 냉수생성열교환기(810) 사이의 물유동경로상에는 상기 냉수탱크(800)의 물을 상기 냉수생성열교환기(810)로 순환시키도록 펌프(135)가 마련되어 있다.

이하, 이러한 구성을 가지는 냉난방 냉온수 복합 시스템(20)의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.

본 고안의 바람직한 일 실시예의 냉난방 냉온수 복합 시스템(20)를 이용하여 제1냉매의 흐름과, 제2냉매의 흐름을 분류하여 난방부(60)와 냉방부(70)의 작용을 나누어 서술한다.

먼저, 상기 제1냉매인 이산화탄소는 상기 압축기(30)를 통과하면 고온고압의 기체상태가 된다. 상기 압축기(30)를 통과한 제1냉매는 상기 유분리기(32)를 통해 상기 압축기(30)로부터 일부 유출된 유분을 상기 압축기(30)로 되돌려 보내고, 순수한 기체상태의 제1냉매만이 상기 제1열교환기(35)로 유입된다. 상기 제1열교환기 (35)서 상기 제1냉매는 난방부(60)의 물에 그 열을 전달하고 중온고압의 액체와 기체의 혼합상태가 된다. 상기 제1열교환기(35)에서 배출된 상기 제1냉매는 상기 과냉각열교환기(40)로 유입된다. 상기 과냉각열교환기(40)에서는 상기 제1냉매가 그 제1냉매의 온도보다 훨씬 낮은 액체 상태의 간접냉매인 알콜과 물로 이루어진 제2냉매에 열을 전달하고 저온고압의 액체상태가 된다. 상기 과냉각열교환기(40)를 통과한 제1냉매는 상기 제1냉매유로(55)상에 설치된 드라이어를 통과하여 팽창밸브(45)에서 단열팽창함으로써 저온저압의 기체상태로 변환된다. 상기 팽창밸브(45)를 통과한 제1냉매는 상기 제2열교환기(50)에서 상기 냉방부(70)의 제2냉매로부터 열을 공급받아 과열증기상태로 변환된다. 상기 제2열교환기(50)를 통과한 제1냉매는 상기 압축기(30)로 유입된다. 이 과정에서 상기 압축기(30)에 유입되는 제1냉매가 액체를 포함하고 있으면, 액체는 비압축성이므로 상기 압축기(30)에 과부하기 걸려서 그 압축기(30)가 파손되거나 고장이 발생하기 때문에 상기 압축기(30)로 유입되기전의 제1냉매유로(55)상에 설치된 기액분리기(52)에서 액체상태의 제1냉매는 기체와 액체가 분리된 상태에서 순수한 기체상태의 제1냉매만이 상기 압축기(30)로 유입되게 된다. 상기 제1냉매는 이와 같은 과정을 반복하면서 고온의 열을 저온으로 전달하게 된다.

다음으로, 상기 제1냉매와 상기 제1열교환기(35)에서 열교환이 행해지는 난방부(60)의 작용을 서술한다.

상기 난방부(60)를 흐르는 냉매는 물이며, 상기 제1열교환기(35)에 연결된 제1축열탱크(62)로 외부로부터 상온의 물이 유입되게된다. 상기 제1열교환기(35)와 상기 제1축열탱크(62)간의 물유동경로를 통해 상기 제1열교환기(35)에서는 상기 제1냉매로부터 상기 제1축열탱크(62)의 물로 열을 전달하게 된다. 이 과정을 통해 상기 제1축열탱크(62)에는 85℃~30℃의 물이 그 제1축열탱크(62)의 상부로부터 하부로 분포되어 있게 된다.

상기 제1축열탱크(62)의 상부에서는 직접 그 제1축열탱크(62)의 온수가 배출되어 외부에 약 85℃ 급탕용 온수가 공급되게 된다. 상기 제1축열탱크(62)의 상부를 통과하는 온수배관(68)은 외부로부터 유입된 상온의 물을 상기 제1축열탱크(62)의 상부의 물로부터 열을 전달받아 약 80℃의 온수를 외부로 공급하게 된다. 상기 난방배관(66)은 상기 제1축열탱크(62)와 열교환을 위해 상기 제1축열탱크(62)의 물이 유입 및 유출되도록 배치된 난방열교환기(64)를 통해 외부로부터 유입된 상온의 물을 60℃ 정도의 난방용 온수를 만들어 필요한 실내공간에 순환시키게 된다. 이러한 난방용 온수의 순환을 위해 펌프(132)가 마련되어 있다.

상기 보조온수배관(69)을 통해서 상기 제1축열탱크(62)의 온수를 순환시켜 예컨대 어류 등을 양식하는 양어장의 항온수조(760)의 온도를 일정온도 이하로 떨어지지 않도록 유지할 수 있다.

한편, 다음으로, 상기 제1냉매와 상기 제2열교환기(50) 및 상기 과냉각열교환기(40)에서 상기 제2냉매와 열교환이 행해지는 냉방부(70)의 작용을 서술한다.

상기 제2축열탱크(72)에 저장된 -15℃ 정도의 제2냉매가 펌프에 의해 상기 제2열교환기(50)를 통과하면서 상기 제1냉매에게 열을 전달하고 저온의 액체상태로서 상기 과냉각열교환기(40)로 유입되는 한편 선택적으로 상기 과냉각부(74)로 유 입되게된다. 상기 과냉각열교환기(40)에서 상기 제2냉매는 상기 제1냉매로부터 열을 전달받아 온도가 올라간 후 상기 제2냉매유로(77)를 따라 상기 제2축열탱크(72)로 되돌아 오게된다. 한편, 상기 과냉각부(74)로 분기되어 유입된 제2냉매는 상기 과냉각부(74)를 구성하고 있는 냉방쿨러(750), 외기보상쿨러(740), 양어장의 항온수조(760)용 쿨러를 선택적으로 통과하며 외부로 제2냉매의 열을 전달하거나 외부로부터 제2냉매로 열을 전달받은 다음 상기 제2냉매유로(77)에 합류하여 상기 제2축열탱크(72)로 유입되게 된다. 이과정에서 상기 외기보상쿨러(740)는 상기 제2냉매의 열을 외부로 전달하는 역할을 하며, 상기 냉방쿨러(750)와 상기 양어장의 항온수조(760)용 쿨러는 외부로부터 상기 제2냉매로 열을 전달하는 역할을 한다.

한편, 상기 냉각실(76)로서 마련된 빙축열조(765), 직냉룸(770), 제빙실(780), 냉동 또는 냉장실(790)은 주위로부터 상기 제2냉매로 열을 전달하고 그 주위의 온도를 낮춤으로써 목표하는 바를 달성할 수 있다. 상기 보조냉각유로(79)는 외부로부터 유입된 상온의 물에서 상기 제2냉매로 열을 전달하여 저온의 냉수를 생성하는 역할을 한다.

이와 같이 본 고안에 따른 냉난방 냉온수 복합 시스템(20)은 이산화탄소를 제1냉매로 사용하므로 친환경적이고 효율이 높으며 에너지 절약형 시스템으로서, 하나의 냉동사이클로 난방과 냉방을 겸할 수 있으며, 과냉각열교환기(40)가 채용됨으로써, 제1냉매인 이산화탄소의 임계점 이하로 과냉각이 가능하여, 원활하고 에너지 효율이 높은 냉난방 냉온수 복합 시스템(20)을 제공하는 효과가 있다.

본 고안의 실시예에 있어서 상기 난방부(60)는, 상기 제1열교환기(35)를 통 해 제1냉매로부터 열을 공급받아 가열된 온수를 저장하는 제1축열탱크(62)와, 외부로부터 상기 제1축열탱크(62)로 물이 유입되는 물공급유로와, 상기 제1축열탱크(62)로부터 열을 전달받아 온수를 제공하는 온수배관(68)과, 상기 제1축열탱크(62)로부터 열을 전달받아 난방용 온수를 생성시키는 난방열교환기(64)와, 상기 제1축열탱크(62)의 상부로부터 그 제1축열탱크(62)의 물을 급탕용 온수로 배출하는 급탕배관(65)을 구비하는 것으로 도시하고 서술하였으나 상기 난방부(60)의 구성은 이러한 구성이 아니라도 다양하게 구성할 수 있음은 당연하다.

본 고안의 실시예에 있어서 상기 제1축열탱크(62) 내의 물이 그 축열탱크의 중앙부로부터 배출되어 그 축열탱크의 하부로 유입되도록 순환되기 위한 보조온수배관(69)을 구비하며 그 보조온수배관(69) 내로 흐르는 온수가 양어장의 항온수조(760)용 물의 가열에 사용되는 것으로 도시하고 서술하였으나, 상기 보조온수배관(69)이 마련되어 있지 않더라도 본 고안의 목적을 달성할 수 있다.

본 고안의 실시예에 있어서 상기 냉방부(70)는, 상기 과냉각열교환기(40)로부터 배출된 제2냉매가 저장되는 제2축열탱크(72)와, 상기 제2열교환기(50)와 상기 과냉각열교환기(40) 사이의 제2냉매유로(77)로부터 분기된 후 상기 제2축열탱크(72)에 연결되는 과냉각유로(75)와, 상기 과냉각유로(75)상에 마련되어 그 내부의 제2냉매의 열을 외부로 전달하는 과냉각부(74)를 더 구비하는 것으로 도시하고 서술하였으나 상기 냉방부(70)는 이러한 실시예에 한정하지 않고 다양하게 구성할 수 있음은 당연하다.

본 고안의 실시예에 있어서 상기 제2열교환기(50)로부터 배출된 제2냉매가 과냉각열교환기(40) 및 상기 과냉각부(74)에 이르기 전의 제2냉매유로(77)로부터 분기되어 제2축열탱크(72)에 연결되는 냉각유로(78)와, 상기 냉각유로(78)상에 마련되어 그 내부의 제2냉매와의 열전달을 통해 외부의 열을 흡수하는 냉각실(76)을 구비하는 것으로 도시하고 서술하였으나, 상기 냉각실(76) 이외의 냉방부(70)를 구성하는 것도 가능하다.

본 고안의 실시예에 있어서 상기 냉각실(76)로서 상기 빙축열조(765), 직냉룸(770), 제빙실(780), 냉동 또는 냉장실(790)이 모두 구비되어 있는 것으로 도시하고 서술하였으나, 상기 냉각실(76)은 선택적으로 마련 되더라도 본 고안의 목적을 달성할 수 있다.

본 고안의 실시예에 있어서 상기 냉각유로(78)가 상기 냉각부에 이르기 전에 분기되어 외부로부터 공급된 물로부터 열을 빼앗아 그 물을 냉각수로 만든 후 상기 제2축열탱크(72)로 유입되는 보조냉각유로(79)를 포함하는 것으로 도시하고 서술였으나 상기 보조냉각유로(79)가 포함되어 있지 않더라도 본 고안의 목적을 달성할 수 있다.

본 고안의 실시예에 있어서 상기 과냉각부(74)로서 상기 냉방쿨러(750)와, 외기보상쿨러(740)와, 양어장의 항온수조(760)용 쿨러를 모두 구비한 것으로 도시하고 서술하였으나 상기 과냉각부(74)의 구성요소는 선택적으로 마련될 수도 있다.

이상, 바람직한 실시예를 들어 본 고안에 대해 설명하였으나, 본 고안이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시예가 구체화될 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 냉난방 냉온수 복합 시스템은 상술한 바와 같이 천연 자연적인 냉매인 이산화탄소를 제1냉매로 사용하므로 대기오염의 염려가 없으며, 하나의 냉동사이클로 난방과 냉방을 겸할 수 있으며, 특히 과냉각열교환기가 채용됨으로써, 제1냉매인 이산화탄소를 임계점 이하까지 냉각시킬 수 있어서, 원활하고 에너지 효율이 높은 냉난방 냉온수 복합 시스템을 제공하는 효과가 있다.

Claims

이산화탄소로 된 제1냉매를 고온고압 상태로 압축하는 압축기;

상기 압축기로부터 유입되는 제1냉매와 외부로부터 유입된 물 사이의 열교환을 행하게 하는 제1열교환기;

상기 제1열교환기로부터 유입되는 제1냉매를 저온저압 상태로 팽창시키는 팽창밸브;

상기 팽창밸브로부터 유입되는 제1냉매와 그 제1냉매와는 다른 제2냉매 사이의 열교환을 행하게 하는 제2열교환기;

상기 제1냉매가 유동하며, 상기 압축기와, 상기 제1열교환기와, 상기 제1팽창밸브와, 상기 제2열교환기를 차례로 접속시키는 제1냉매유로;

물을 상기 제1열교환기로 공급하여 그 제1열교환기 내의 제1냉매와 열교환되도록 한 후 그 제1열교환기의 외부로 배출시키기 위한 물 유동경로를 구비하는 난방부;

상기 제2열교환기로부터 배출된 제2냉매가 다시 그 제2열교환기로 유입되도록 하기 위한 제2냉매유로와, 상기 제1열교환기로부터 배출된 제1냉매와 제2열교환기로부터 배출된 제2냉매간의 열교환을 행하는 과냉각열교환기를 구비하는 냉방부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 냉온수 복합 시스템.
제1항에 있어서

상기 난방부는,

상기 제1열교환기를 통해 제1냉매로부터 열을 공급받아 가열된 온수를 저장하는 제1축열탱크와,

외부로부터 상기 제1축열탱크로 물이 유입되는 물공급유로와,

상기 제1축열탱크로부터 열을 전달받아 온수를 제공하는 온수배관과,

상기 제1축열탱크로부터 열을 전달받아 난방을 행하는 난방배관과,

상기 제1축열탱크로부터 열을 전달받아 난방용 온수를 생성시키는 난방열교환기와,

상기 제1축열탱크의 상부로부터 그 제1축열탱크의 물을 급탕용 온수로 배출하는 급탕배관을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉난방 냉온수 복합 시스템
제2항에 있어서,

상기 제1축열탱크 내의 물이 그 축열탱크의 중앙부로부터 배출되어 그 축열탱크의 하부로 유입되도록 순환되기 위한 보조온수배관을 구비하며 그 보조온수배관 내로 흐르는 온수가 양어장의 항온수조용 물의 가열에 사용되는 것을 특징으로 하는 냉난방 냉온수 복합 시스템.
제1항에 있어서,

상기 냉방부는, 상기 과냉각열교환기로부터 배출된 제2냉매가 저장되는 제2축열탱크와,

상기 제2열교환기와 상기 과냉각열교환기 사이의 제2냉매유로로부터 분기된 후 상기 제2축열탱크에 연결되는 과냉각유로와, 상기 과냉각유로상에 마련되는 과냉각부를 더 구비하며, 상기 과냉각부는 그 과냉각부 내부의 제2냉매의 열을 외부로 전달하도록 된 것을 특징으로 하는 냉난방 냉온수 복합 시스템.
제4항에 있어서,

상기 제2열교환기로부터 배출된 제2냉매가 과냉각열교환기 및 상기 과냉각부에 이르기 전의 제2냉매유로로부터 분기되어 제2축열탱크에 연결되는 냉각유로와, 상기 냉각유로상에 마련되는 냉각실을 구비하며, 상기 냉각실은 그 냉각실 내부의 제2냉매와의 열전달을 통해 외부의 열을 흡수하도록 된 것을 특징으로 하는 냉난방 냉온수 복합 시스템.
제5항에 있어서,

상기 냉각실은,

저온의 열을 저장하는 빙축열조와,

저온의 실내온도를 유지하는 냉 사우나용 직냉룸과,

얼음을 제조하는 제빙실과,

식품을 저온으로 보관하는 냉동 또는 냉장실 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 냉난방 냉온수 복합 시스템.
제5항에 있어서,

상기 냉각유로가 상기 냉각부에 이르기 전에 분기되어 외부로부터 공급된 물 로부터 열을 빼앗아 그 물을 냉각수로 만든 후 상기 제2축열탱크로 유입되는 보조냉각유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 냉온수 복합 시스템.
제4항에 있어서,

상기 과냉각부는,

외부로부터 상기 제2냉매로 열을 전달받아 그 외부를 냉각시키는 냉방쿨러와,

상기 제2냉매의 열을 외부공간으로 전달하고 그 제2냉매의 온도를 낮추는 외기보상쿨러와,

상기 양어장의 항온수조의 열을 상기 제2냉매로 전달받아 그 양어장의 항온수조의 온도를 낮추는 양어장의 항온수조용 쿨러 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 냉난방 냉온수 복합 시스템.