KR20100105931A - 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템 - Google Patents

히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히트펌프를 이용하여 전력 및 냉, 온수를 생산하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 냉매를 사용하는 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기로 구성된 히트펌프에서; 압축기를 통과한 고온고압의 냉매가스를 이용하여 터빈을 회전하여 전력을 생산하고, 응축된 고온의 냉매는 물과 열교환하여 온수를 생산하며, 온도가 낮아진 냉매는 팽창변을 통과하고, 증발기의 차가운 냉매는 물과 열교환하여 더 차가운 냉수를 생산하는 장치이다.
본 발명에 의하면 일상생활에서 사용 후 버려진 폐수열원 및 상수도, 지하수, 온천수, 해수, 공기열원 등을 증발기에 공급하므로 냉매의 증발잠열을 제공하여 전력 및 온수를 생산할 수 있으며, 증발기에서 생산된 차가운 냉수를 이용하여 냉방을 겸용할 수 있는 효과를 가지는 것이다.
히트펌프, 터빈, 발전기, 팬-코일, 응축기, 팽창변, 증발기

Description

히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템{omitted}
본 발명은 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트펌프에서 냉매의 가스를 압축기로 압축할 때 발생된 고온고압의 냉매가스를 이용하여 터빈과 연결된 발전기를 회전하여 전력을 생산하고, 응축된 고온고압의 냉매와 물이 열교환하여 온수를 생산하며, 온도가 낮아진 냉매는 팽창변을 통과하여 증발기에서 외부로부터 공급한 폐수열원, 상수도, 지하수, 온천수, 해수, 공기열원 등을 차가운 냉매와 열교환하여 에너지를 흡수하므로 냉매의 증발잠열을 제공한다. 이러한 과정에서 차가운 증발기에서는 냉수를 생산하여 냉방을 할 수 있으며, 응축기에서는 온수를 생산하여 급탕가열 및 난방가열에 사용할 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프는 증발기에 온도가 낮은 폐수열원, 지하수, 공기열원 등을 공급하여 에너지를 흡수하고 흡수한 에너지는 응축기에서 온수를 생산하여 급탕가열 및 난방가열에 이용하고, 증발기에서 차가운 냉수를 이용하여 냉방에도 사용한다. 이러한 방식은 여름철에 냉방할 때 온수생산의 필요성이 없는 곳은 에너지를 실외기로 버리므로 에너지낭비를 초래하고 있으며, 또한 고온의 폐수가 발생되 지만 온수생산의 필요성이 없을 때 많은 에너지를 버리고 있으므로 에너지낭비와 환경오염의 문제가 있다.
도면 3은 종래 히트펌프를 이용한 냉난방시스템의 구성도이다.
상기 압축기(11)에서 냉매가스를 압축하고 압축된 고온고압의 냉매(12)가스는 팬-코일(63)로 공급하여 겨울에는 난방을 하고 여름에는 에너지를 외부로 방출하는 기능을 가지고 있다. 이때 냉매 가스는 응축잠열을 버리고 고압의 응축된 냉매(13)가 되어 팽창변(41)을 통과하여 저온저압으로 변화한다. 상기 저온저압의 냉매(14)를 팬-코일(62)에 공급하여 겨울에는 에너지를 흡수하고 여름에는 냉방을 하는 기능을 가지고 있다. 이때 팬-코일(62)를 통과한 냉매는 증발잠열을 흡수하여 냉매가스(15)로 상변화 하여 압축기(11)가 다시 냉매가스(15)를 압축하는 과정을 반복한다.
상기와 같이 종래방법은 여름철에 냉방을 하고 흡수한 에너지를 외부로 방출하는 문제가 있으며, 겨울철에 난방을 하기 위하여 외부로부터 충분한 에너지를 흡수하는데 대기온도가 낮으면 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 여름철에 냉방을 위하여 에어컨을 가동할 때 실외기를 통하여 에너지를 방출하는 열을 이용하여 전력 및 온수를 생산하고, 사용 후 버려진 폐수열원을 이용하여 전력을 생산하는 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 문제해결을 위하여 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템은 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기를 직렬로 연결하여 폐회로를 구성한 히트펌프; 상기 히트펌프의 압축기의 토출 측에 터빈발전기를 장착; 상기 터빈발전기는 고온고압의 냉매가스의 잠열을 이용하여 전력을 생산하고, 응축된 고온의 냉매와 열교환하여 온수를 생산하는 응축기; 상기 응축기에서 냉각된 고압의 냉매를 저압으로 팽창시키는 팽창변; 상기 팽창변을 통과한 저온저압의 냉매와 열교환하여 외부로부터 증발잠열을 흡수하는 증발기; 상기 증발기에서 증발된 냉매가스를 압축시키는 압축기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 응축기에서 생산된 온수를 이용하여 팬-코일 또는 난방배관을 통과하여 난방열원을 공급할 수 있도록 배관으로 연결되며, 증발기는 팬-코일을 통과하여 냉방을 할 수 있도록 배관으로 연결되며, 또한 외부로부터 폐수열원, 상수도, 지하수, 온천수, 해수, 공기열원 등을 공급할 수 있도록 배관으로 연결된다.
이상에서 설명한 것과 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템은 온수와 냉수를 생산하여 난방 및 냉방을 하면서 전력을 생산하므로 경제적이다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템의 실시 예를 설명한다.
히트펌프를 구성하는 상기 압축기(11)는 기체냉매(15)에 에너지를 가해 압력을 상승시키며, 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 냉매가스(12)는 응축잠열을 이용하여 발전기(22)가 같은 축으로 연결된 터빈(21)을 회전시켜 전력(23)을 생산하고, 응축된 고온고압의 냉매는 다시 응축기(31)에서 온수탱크(32)의 물을 온수순환펌프(33)에 의하여 열교환하므로 온수를 생산한다. 상기 응축기(31)를 통과한 냉매는 고압의 액체냉매(13)로 변환되고, 고압의 액체냉매(13)가 팽창변(41)을 통과하면서 저온저압의 냉매(14)가 되어 증발기(51)에서 냉수탱크(52)의 물을 냉수순환펌프(53)에 의하여 열교환하므로 냉매의 증발잠열을 제공한다. 상기 증발기(51)를 통과한 증발된 냉매는 기체냉매(15)가 되어 압축기(11)에서 다시 고온고압의 냉매가스(12)가 되어 폐회로를 계속순환 반복한다.
바람직하게는 상기 응축기(31)에서 온수를 생산하여 저장한 온수탱크(32)에서 팬-코일(61)에 온수를 공급하여 겨울철 난방에 활용하고, 상기 증발기(51)에서 냉수를 생산하여 저장한 냉수탱크(52)에서 팬-코일(61)에 냉수를 공급하여 여름철 냉방에 활용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템이 이상적으로 가동되기 위해서는 상기 증발기(51)에 냉매의 증발잠열을 공급하기 위해서 냉수탱크(52)에 충분한 에너지가 공급되어야 하므로 원수급수원(저수조); 폐수열을 흡수한 중온수; 지하수; 온천수; 공기열원에서 흡수한 에너지; 태양열원에서 흡수 한 에너지; 해수에서 흡수한 에너지; 건조기의 배기가스에서 흡수한 에너지; 보일러 굴뚝에서 흡수한 에너지; 시설하우스 상단에서 흡수한 에너지; 여름철 냉방할 때 실내에서 빼앗은 에너지; 등에서 에너지를 충분하게 공급하므로 전력 및 온수를 생산할 수 있다.
상기와 같이 냉매의 증발잠열을 공급하기 위한 에너지는 주위에 많이 있으므로 가정과 산업체에서 이젠 누구나 전력 및 온수를 생산할 수 있도록 제공된다.
도 2는 본 발명에 따른 또 다른 실시 예를 도시한 구성도이다.
종래의 냉난방겸용 히트펌프에서 압축기(11)는 압축된 냉매가스를 이용하여 터빈(21)과 연결된 발전기(22)를 회전하여 동력(23)을 생산하고 상기 터빈을 통과한 고온의 냉매가 직접 팬-코일(63)을 통과하여 난방열원을 공급하고, 팽창변(41)을 통과냉매가 팬-코일(62)을 직접 통과하므로 냉방을 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시 예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시 예에 의하여 본 발명의 기술사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도면 1은 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템을 도시한 구성도이다.
도면 2는 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 전력 및 냉난방시스템을 또 다른 실시예를 도시한 구성도이다.
도면 3은 종래 히트펌프를 이용한 냉난방시스템을 도시한 구성도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
11. 압축기 12. 고온고압냉매가스
13. 응축냉매 14. 저온저압냉매
15. 저온저압냉매가스 21. 터빈
22. 발전기 23. 전력
24. 전력사용 25. 전력공급 및 환수
31. 응축기 32. 온수탱크
33. 온수순환펌프 34. 냉수공급
35. 온수공급 41. 팽창변
51. 증발기 52. 냉수탱크
53. 냉수순환펌프 54. 냉수공급
55. 냉수배출 61,62,63. 팬-코일
64. 냉수순환펌프 65. 온수순환펌프

Claims (8)

  1. 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템에 있어서,
    전력을 공급받아 냉매가스를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매가스를 공급받아 발전기를 회전시키는 터빈;
    상기 터빈을 통과한 폐열을 온수로 이동시키는 응축기;
    상기 응축기를 통과하여 응축된 고압의 냉매를 저온저압으로 만드는 팽창변;
    상기 팽창변을 통과한 저온저압의 냉매는 외부로부터 증발잠열을 흡수하는 증발기;
    를 포함하여 직렬로 연결하며 폐회로를 구성한 히트펌프;
    상기 히트펌프의 응축기에서 에너지를 공급받아 온수를 생산하여 저장하는 온수탱크;
    상기 온수탱크의 에너지를 공급받아 난방을 하는 팬-코일;
    상기 히트펌프의 증발기에 냉매의 증발잠열을 공급하기 위한 냉수탱크;
    상기 냉수탱크의 차가운 냉수를 공급받아 냉방을 하는 팬-코일;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압축기를 통과한 고온고압의 냉매가스가 응축잠열을 이용하여 터빈을 회전시키고, 터빈과 같은 축으로 연결되고 전력을 생산하는 발전기가 장착된 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 터빈을 통과한 고온의 냉매를 팬-코일에 공급하여 난방열원을 공급하고, 상기 팽창변을 통과한 저온의 냉매가 팬-코일을 통과하여 냉방을 하는 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 응축기에서 에너지를 전달받아 온수를 생산하고 온수탱크에 저장하기 위하여 배관으로 연결되며, 배관에 온수순환펌프가 장착된 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 증발기에서 냉매의 증발잠열을 제공하고 냉각된 냉수를 저장하는 냉수탱크와 배관으로 연결되며, 배관에 냉수순환펌프가 장착된 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 온수탱크에 저장된 온수를 팬-코일에 공급하기 위하여 배관으로 연결되며 배관에 온수순환펌프가 장착된 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 냉수탱크에 저장된 냉수를 팬-코일에 공급하기 위하여 배관으로 연결되며 배관에 냉수순환펌프가 장착된 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 증발기에 충분한 냉매의 증발잠열을 제공하기 위해서 냉수탱크에 에너지를 공급하는 원수급수원(저수조); 폐수열을 흡수한 중온수; 지하수; 온천수; 공기열원에서 흡수한 에너지; 태양열원에서 흡수한 에너지; 해수에서 흡수한 에너지; 건조기의 배기가스에서 흡수한 에너지; 보일러 굴쪽에서 흡수한 에너지; 시설하우스 상단에서 흡수한 에너지; 등을 공급하는 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템.
KR1020090024295A 2009-03-23 2009-03-23 히트펌프를 이용한 전력 및 냉, 온수생산시스템 KR20100105931A (ko)

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