KR20100119471A

KR20100119471A - 가열장치 및 이를 구비한 솔라 이젝터 냉방기

Info

Publication number: KR20100119471A
Application number: KR1020090090582A
Authority: KR
Inventors: 이재형
Original assignee: (주)대주기계
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2010-11-09
Also published as: KR101091817B1

Abstract

본 발명은 가열장치 및 이를 구비한 솔라 이젝터 냉방기에 관한 것으로, 태양열을 이용하여 유동매체를 가열하는 가열장치, 이 가열장치에 의해 가열된 유동매체와 혼합되지 않은 채 지속적으로 열교환되는 열교환매체를 저장하는 순환탱크, 및 열교환되어 가열됨에 따라 순환 안내되는 열교환매체를 통해 열을 회수하여 냉방하는 냉방사이클부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 종래 기술과 달리 냉방사이클을 순환하는 냉매를 태양열에 의해 가열된 물과 열교환하도록 함으로써 친환경 에너지를 사용함에 따른 그린에너지를 실현할 수 있고, 열교환 구조를 간단하게 할 수 있어 설계 및 제작비를 절감할 수 있다.

태양열, 냉방사이클, 이젝터, 축소확대노즐, 증발기, 응축기

Description

가열장치 및 이를 구비한 솔라 이젝터 냉방기{HEATING DEVICE AND SOLAR EJECTOR REFRIGERATION SYSTEM THEREWITH}

본 발명은 가열장치 및 이를 구비한 솔라 이젝터 냉방기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉방사이클을 순환하는 냉매를 태양열에 의해 가열된 물과 열교환하도록 함으로써 친환경 에너지를 사용함에 따른 그린에너지를 실현할 수 있고, 열교환 구조를 간단하게 할 수 있어 설계 및 제작비를 절감할 수 있도록 한 가열장치 및 이를 구비한 솔라 이젝터 냉방기에 관한 것이다.

종래 냉방이나 냉동효과를 얻기 위하여 많은 방법들이 고안되었다. 이러한 방법들은 주로 천연 얼음이나 인공적 얼음을 이용하는 가장 기본적인 재래식 방법, 각종 냉매를 이용하는 기계식 압축방법, 냉매와 흡수제를 이용하는 흡수방법, 압력을 낮추어 냉각효과를 얻는 진공방법 그리고 반도체에 전류를 통하게 하는 경우에 발생하는 Peltier 효과를 이용하는 전자냉동 방법 등으로 구분할 수 있다.

이들 중 얼음을 이용하는 방법은 얼음 그 자체를 생성하는데 많은 에너지가 소요되는 단점이 있다.

그리고, 기계적 압축방법은, 도 1에 도시한 바와 같이, 휘발성 액체 즉 냉매(Refrigerant)를 사용하며, 냉매를 압축(Compression,1) - 응축(Condensation,5) - 팽창(Expansion,11) - 증발(Evaporation,6) 과정을 반복함으로써 주위의 매체와 열 교환을 하게 된다.

이러한 기계식 압축방법의 경우, 압축기를 구동하는데 상당한 동력이 소요될 뿐만 아니라, 지구 온난화의 주원인인 각종 냉매(Refrigerant)를 사용하여야 하는 단점이 있지만, 냉동사이클의 성적계수(Coefficient of Performance, COP)가 타의 방법에 높아 종래 많이 사용되었다.

또한, 흡수식은 냉매가 증발할 때 발생하는 증기를 다량으로 흡수할 수 있는 물질 즉 흡수제(Absorption material)를 사용하며, 흡수제에서 발생하는 화학적 흡수과정을 이용하는 방법이다. 최근 지구 온난화의 문제로 인하여 CFC나 HCFC 계통의 냉매사용을 극구 제한하고 있어, 환경 친화적인 냉동제로 LiBr(Lithium Bromide)과 물 그리고 암모니아와 물을 이용하는 냉동장치에 태양열을 적용하는 흡수식 냉난방 장치가 많이 제안되어 있다.

즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 흡수식 냉방시스템은 증발기(6)에서 물이 진공 압력 하에서 증발하여 흡수기(7) 내의 LiBr수용액에 의해 흡수된다.

물을 흡수한 묽은 용액(7a)은 발전기(4)를 통해 솔라 집열기(2)로부터 얻어지는 솔라 열원에 의해 가열되어 증발하고, 진한 용액(7b)으로 되어 흡수기로 보내진다.

발전기에서 발생된 증기는 응축기(5)에서 물로 응축되어 증발기로 보내지며, 이 과정에서 냉매의 증발잠열만큼의 주위로부터 열을 빼앗아 냉방상태를 얻게 된다. 이러한 흡수식 냉방시스템의 원활한 작동을 위해서는 제 1~4순환펌프(10a, 10b, 10c, 10d)가 필요하며, 또 냉각수 공급을 위한 냉각탑(9)의 설치가 필요하다.

따라서, 장치의 설계가 복잡할 뿐만 아니라 진공상태를 만들기 위한 장치가 추가적으로 필요하므로, 장치의 제작 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 더욱이 사이클 내에서 유체를 순환시키기 위해서 다수 대의 기계적인 펌프가 필요하거나, 경우에 따라서는 냉각탑이 추가적으로 필요하게 되는 등 얻어지는 에너지 크기에 비하여 과다한 투자비가 요구된다.

한편, 진공방법은 스팀제트(Steam jet)방법이라고도 하며, 비등압력이 낮을수록 유체의 비등점이 낮아지는 원리를 이용하는 것으로, 기계적 압축방법이나 흡수식 방법에서 사용되는 압축기 대신 이젝터(Ejector)를 사용하거나 진공펌프(Vacuum pump)를 사용한다.

진공펌프를 이용하는 방법은 진공펌프를 구동하는데 필요한 에너지 문제와 시스템의 유지/보수 그리고 펌프의 구동에 따른 소음/진동의 문제 등의 제약이 있다.

도 3에 도시한 이젝터(16)는 고압 상태의 유체를 구동유체(Q1)로 하여 축소/확대노즐(17)을 통하여 고압의 유체를 방출시키면 노즐 출구에서 초음속 제트(20)가 발생한다.

이때, 초음속 제트 내부에서는 압력이 감소하고, 제트 류 외부에서는 주위 유체와의 강한 전단작용(Shear Action)이 발생하여 주위의 유체를 제트류 내부로 흡인(Q2)하게 된다.

구동유체와 흡인된 두 유체는 이젝터 혼합부에서 혼합하여, 디퓨저(18)로 배출하게 된다. 이 경우 이젝터 내부로 흡인되는 유로를 증발기(6)와 연결하면, 증발기내에서 압력강하를 얻을 수 있어, 온도를 감소시켜 냉방효과를 얻게 된다.

이와 같이 이젝터를 이용하는 경우, 이젝터의 주 유동(Q1)을 생성하기 위해서는 고압의 유체를 사용하여야 하므로, 용량이 큰 보일러나 증기 압축기 등이 필요하게 되어, 추가적인 동력이 요구되는 문제점이 있다. 그러나 이젝터는 다른 유체기계와는 달리, 움직이는 활동부분이 없어 구조적으로 매우 단순하고, 작동이 용이한 장점이 있다. 또 장치의 구동에 따른 소음/진동의 발생이 없으며, 유지/보수가 불필요한 이유로 최근 들어 새롭게 많은 관심을 받고 있다. 그러나 이젝터가 순수한 전단작용(Shear action)만에 의하여 구동되므로, 2차 유동을 흡인(Entrainment)하는 효율이 낮아, 성적계수가 낮아지는 단점이 있다.

그래서, 최근에는 무공해 친환경 에너지원인 태양열에 대하여 많은 연구개발이 진행되고 있으며, 최근 태양열을 이용한 냉난방 장치들이 다양한 형태로 개발되어 있다.

기존의 태양열을 이용한 냉난방 장치는 태양열 자체만으로 충분한 냉난방효 과를 얻기가 어렵기 때문에 각종 기계적인 순환펌프나 혹은 기계적인 압축기를 사용하여야 함으로써 구조적으로 복잡하고, 설치비가 증가하게 되는 문제점이 있다. 그리고, 기존의 냉동이나 냉방 효과를 얻기 위하여 이젝터 시스템을 이용하는 경우, 이젝터 구동유체의 압력을 높이기 위하여 보일러를 사용한다든지 아니면 압축기를 사용하여야 할 뿐만 아니라, 더욱이 이젝터 시스템에서 얻어 질 수 있는 COP가 크지 않아, 실용화에 큰 걸림돌로 지적되어 왔다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 태양열에너지를 얻어 가열된 물로써 냉방사이클의 냉매를 열교환함에 따라 그린 에너지를 실현하고, 단순한 구조를 통해 설치비를 줄일 수 있도록 한 가열장치 및 이를 구비한 솔라 이젝터 냉방기를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 열교환탱크를 집열부재보다 높은 위치에 구비함에 따라 가열된 물과 열교환된 물의 자연적 순환을 유도함으로써 별도의 펌프를 구비하지 않아도 되어 구조를 단순화하고, 유지비를 줄일 수 있도록 한 가열장치 및 이를 구비한 솔라 이젝터 냉방기를 제공하는데 그 목적이 있다.

아울러, 본 발명은 냉방사이클의 응축기를 열교환탱크 내부의 물과 열교환하는 물을 저장한 순환탱크보다 높은 위치에 설치하고, 고온 고압으로 인해 상승하는 기상의 물을 이젝터에 통과시킴으로써 냉매인 물의 자연 순환 유동을 가능하도록 한 가열장치 및 이를 구비한 솔라 이젝터 냉방기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 열교환탱크 내부에 순환탱크를 구비함으로써 열교환탱크의 물과 순환탱크의 물 사이에 열교환율을 향상시키고자 한 가열장치 및 이를 구비한 솔라 이젝터 냉방기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 가열장치는: 태양열로부터 열에너지를 집열하여 내부를 통과하는 유동매체를 가열하는 집열부재, 및 상기 집열부재와 연결되어 유동매체를 지속적으로 순환 유도함에 따라 저장되는 유동매체의 온도를 고온으로 유지하는 열교환탱크를 포함한다.

상기 열교환탱크는 상기 집열부재보다 높은 위치에 형성됨이 바람직하다.

상기 열교환탱크는 저장된 유동매체의 추가적으로 가열하기 위해 보조히팅부재를 구비함이 바람직하다.

상기 유동매체는 물로 함이 바람직하다.

상기 열교환탱크는 둘레면에 단열부재를 형성함이 바람직하다.

상기 집열부재는, 전열성을 갖는 재질인 집열판, 상기 집열판의 내측에 형성되어 유동매체의 유동을 안내하는 유동채널, 상기 유동채널의 일측에 해당되는 상기 집열판에 형성되어 상기 열교환탱크로부터 유동매체를 유입 안내하는 유입포트, 및 상기 유동채널의 타측에 해당되는 상기 집열판에 형성되어 상기 유동채널을 유동하며 가열된 유동매체를 상기 열교환탱크 방향으로 배출 안내하는 배출포트를 포함한다.

본 발명에 따른 솔라 이젝터 냉방기는: 태양열을 이용하여 유동매체를 가열 하는 가열장치, 상기 가열장치에 의해 가열된 유동매체와 혼합되지 않은 채 지속적으로 열교환되는 열교환매체를 자연 순환 유도하는 순환탱크, 및 열교환되어 가열됨에 따라 순환 안내되는 열교환매체를 통해 열을 회수하여 냉방하는 냉방사이클부를 포함한다.

상기 가열장치는, 태양열로부터 열에너지를 집열하여 내부를 통과하는 유동매체를 가열하는 집열부재, 및 상기 집열부재와 연결되어 유동매체를 지속적으로 순환 유도함에 따라 저장되는 유동매체의 온도를 고온으로 유지하고, 고온 고압으로 변환된 열교환매체를 상기 냉방사이클부측으로 자연 유동 가능하도록 밀봉 처리된 상기 순환탱크를 내포하는 열교환탱크를 포함한다.

상기 냉방사이클부는, 상기 순환탱크에서 고온 고압의 기상 상태로 자연 유입되는 열교환매체를 통과시 감압 팽창시키며 유동력을 제공하는 이젝터, 감압 팽창된 열교환매체의 열을 상온의 공기 중에 방출하여 응축 액화한 상태로 상기 순환탱크 내부로 유동 안내하는 응축기, 상기 응축기를 통과한 열교환매체의 일부를 저온, 저압으로 단열 팽창시켜 액화하는 팽창밸브, 및 상기 팽창밸브를 통과한 상태에서 열교환매체로부터 증발잠열을 흡수하여 냉각작용을 하고, 상기 이젝터 내부에서 고온 고압의 열교환매체를 더 감압 팽창 유도하기 위해 저온, 저압의 기상으로 변환된 열교환매체를 상기 이젝터로 이송 안내하는 증발기를 포함한다.

상기 열교환매체는 물로 함이 바람직하다.

상기 응축기는 상기 순환탱크보다 높은 위치에 형성됨이 바람직하다.

상기 응축기는 포화온도를 낮추기 위해 표면에 액체를 분사하는 액체분사노 즐을 형성함이 바람직하다.

상기 이젝터와 상기 증발기 사이에는 펌핑부재가 구비됨이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가열장치 및 이를 구비한 솔라 이젝터 냉방기는 종래 기술과 달리 태양열에너지를 얻어 가열된 물로써 냉방사이클의 냉매를 열교환함에 따라 그린 에너지를 실현하고, 단순한 구조를 통해 설치비를 줄일 수 있다.

그리고, 본 발명은 열교환탱크를 집열부재보다 높은 위치에 구비함에 따라 가열된 물과 열교환된 물의 자연적 순환을 유도함으로써 별도의 펌프를 구비하지 않아도 되어 구조를 단순화하고, 유지비를 줄일 수 있다.

아울러, 본 발명은 냉방사이클의 응축기를 열교환탱크 내부의 물과 열교환하는 물을 저장한 순환탱크보다 높은 위치에 설치하고, 고온 고압으로 인해 상승하는 기상의 물을 이젝터에 통과시킴으로써 냉매인 물의 자연 순환 유동을 가능하게 할 수 있어 설치비를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 열교환탱크 내부에 순환탱크를 구비함으로써 열교환탱크의 물과 순환탱크의 물 사이에 열교환율을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 가열장치 및 이를 구비한 솔라 이젝터 냉방기의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 구비한 솔라 이젝터 냉방기의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 구비한 솔라 이젝터 냉방기의 응축기 분무 설비를 보인 개념도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 구비한 솔라 이젝터 냉방기의 펌핑부재를 구비한 상태를 보인 개념도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 구비한 솔라 이젝터 냉방기의 집열부재 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 구비한 솔라 이젝터 냉방기의 집열부재 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔라 이젝터 냉방기는 가열장치(100), 순환탱크(200) 및 냉방사이클부(300)를 포함한다.

가열장치(100)는 냉방사이클부(300) 내부에서 순환하는 열교환매체를 간접적으로 가열하는 역할을 한다.

그리고, 순환탱크(200)는 가열장치(100)를 통해 가열된 유동매체와 냉방사이클부(300) 내부를 순환하는 열교환매체가 직접적으로 열교환하도록 공간을 제공한다.

아울러, 냉방사이클부(300)는 열교환되어 가열됨에 따라 고온 고압의 기상 상태로 상승하는 열교환매체를 이젝터(310)에 통과시킴으로써 열교환매체에 자연적으로 유동 추진력을 제공하면서 냉방을 실현한다.

더욱 상세히, 가열장치(100)는 태양열을 이용하여 열에너지를 얻어 유동하는 유동매체를 가열하는 기능을 수행한다.

여기서, 유동매체는 유동성을 갖는 성질의 매질로서, 여러 성분의 유체 또는 기체일 수 있는데, 친환경성과 비용성 및 열전달성을 고려할 때 물로 함이 바람직하다.

특히, 가열장치(100)는 집열부재(110) 및 열교환탱크(120)를 포함한다.

집열부재(110)는 유동하는 유동매체에 열에너지를 직접적으로 공급함으로써 유동매체를 가열하는 역할을 한다.

그리고, 열교환탱크(120)는 집열부재(110)로부터 유동하는 유동매체를 저장하며 냉방사이클부(300)측에 직접적으로 공급하는 역할을 한다.

이때, 유동매체는 순환배관(102)에 의해 집열부재(110)와 열교환탱크(120)를 순환 유동하게 된다.

즉, 집열부재(110)와 열교환탱크(120)는 폐곡선을 이루는 순환배관(102)에 형성된다.

이때, 도 7 및 도 8을 참조하면, 일례로써, 집열부재(110)는 집열판(112), 유동채널(114), 유입포트(116) 및 배출포트(118)를 포함한다.

집열판(112)은 전열성을 갖는 재질로 이루어진다. 아울러, 집열판(112)은 다 양한 형상으로 적용 가능하다.

그리고, 유동채널(114)은 집열판(112)의 내측에 형성되고, 양측을 각각 집열판(112)의 외측으로 개방되게 형성함으로써 유동매체의 유동을 안내하는 역할을 한다.

즉, 유동매체는 유동채널(114)을 통해 집열판(112)의 내부를 흐르고, 집열판(112)은 태양열을 받아 유동하는 유동채널(114)에 열에너지를 공급하게 된다.

이때, 집열판(112)은 일측에 유동채널(114)을 함몰 후 덮개(도시하지 않음)로 접합되는 등의 방식으로 마감 처리하는 것과 같이 다양한 방식에 의해 유동채널(114)의 양측을 제외한 부분이 밀폐된다. 아울러, 유동채널(114)은 집열판(112)의 내측에서 지그재그 형상 등 다양하게 궤적을 따라 형성된다.

또한, 유입포트(116)는 유동채널(114)의 일측에 해당되는 집열판(112)에 형성되어 열교환탱크(120)로부터 유동매체를 유입 안내하는 역할을 하고, 배출포트(118)는 유동채널(114)의 타측에 해당되는 집열판(112)에 형성되어 유동채널(114)을 유동하며 가열된 유동매체를 열교환탱크(120) 방향으로 배출 안내하는 역할을 한다.

이때, 유입포트(116)와 배출포트(118)는 집열판(112)에 분리 가능하게 형성될 수도 있고, 일체로 형성될 수도 있다.

더욱 상세히, 유입포트(116)와 배출포트(118) 각각에 연결되는 순환배관(102)은 대략 'T'자 형상의 연결포트(117)를 억지 삽입한다.

이 연결포트(117)는 대응되는 유입포트(116)와 배출포트(118)의 가장자리와 접하게 형성된다.

그리고, 순환배관(102)은 둘레면에 너트(119)를 구비한다. 이 너트(119)는 대응되는 유입포트(116)와 배출포트(118)의 둘레면과 탭 결합됨이 바람직하다.

특히, 너트(119)가 유입포트(116)와 배출포트(118)에 완전히 결합시, 너트(119)는 연결포트(117)를 집열판(112)에 밀착시키도록 밀게 된다.

물론, 연결포트(117)는 다양한 형상으로 적용 가능하다.

아울러, 순환배관(102)과 유입포트(116) 및 순환배관(102)과 배출포트(118)가 분리 가능하게 연결되는 방식은 다양하게 적용 가능하다.

한편, 순환배관(102)을 순환 유동하는 유동매체는 펌프 등의 외력에 의해 강제적으로 순환될 수 있으나, 자연적으로 순환됨이 바람직하다.

즉, 열교환탱크(120)는 집열부재(110)보다 소정 거리(△h1)만큼 높게 설치됨이 바람직하다.

그래서, 집열판(112)의 유동채널(114)을 통과하는 유동매체는 가열되며 고온 고압 상태가 된다. 그래서, 이 고온 고압 상태의 유동매체는 순환배관(102)을 따라 상승하며 열교환탱크(120) 내부로 유입된다.

열교환탱크(120) 내부로 유입된 유동매체는 냉방사이클부(300)측과 열교환 후 냉각된 상태로 순환배관(102)을 통해 낙하하며 집열판(112) 내부로 유동한다.

이때, 열교환탱크(120)는 내부가 항상 유동매체로 가득 채워져 있다.

따라서, 유동매체는 위치에너지를 운동에너지로 변환시키면서 순환배관(102)을 통해 순환 유동 가능하게 된다.

특히, 순환배관(102)이 열교환탱크(120)에 연결되는 방식은 순환배관(102)과 유입포트(116)를 연결하는 방식과 동일하거나 다른 조인트 방식을 적용할 수도 있다.

한편, 열교환탱크(120)는 저장된 유동매체를 추가적으로 가열하기 위해 보조히팅부재(130)를 구비함이 바람직하다.

이 보조히팅부재(130)는 외부 전원 인가시 발열되는 발열장치로서, 열교환탱크(120)의 둘레면에 감겨서 외부 전원 인가시 유동매체에 간접적으로 열을 공급할 수도 있고, 열교환탱크(120) 내부에 삽입된 채 외부에서 인가되는 전원에 의해 유동매체에 직접적으로 열을 공급할 수도 있다.

즉, 보조히팅부재(130)는 다양한 방식에 의해 열교환탱크(120)에 임시 저장되는 유동매체에 열을 가하게 된다.

특히, 열교환탱크(120)는 내부에, 후술할, 순환탱크(200)를 구비하고, 이 순환탱크(200)는 냉매를 저장한다.

따라서, 순환탱크(200) 내부의 냉매는 열교환탱크(120)의 유동매체와 열교환하게 되는데, 보조히팅부재(130)는 유동매체가 최대한 가열되도록 보조함에 따라 순환탱크(200) 냉매의 온도를 더욱 상승시키는 역할을 한다.

또한, 열교환탱크(120)는 임시 저장되는 유동매체의 열을 외부로 최대한 빼앗기지 않도록 둘레면에 단열부재(140)를 형성함이 바람직하다.

이때, 단열부재(140)는 패드 등 다양한 재질로 적용 가능하고, 열교환탱크(120)의 둘레면을 최대한 감싸게 형성됨이 바람직하다.

아울러, 단열부재(140)는 열교환탱크(120) 둘레면을 감싼 상태로 접착 등의 방식에 의해 고정된다.

한편, 순환탱크(200) 내부에서 가열된 유동매체의 열에너지는 냉방사이클부(300)측에 공급된다.

특히, 냉방사이클부(300)는 가열장치(100)로부터 열에너지를 공급받아 가열된 열교환매체를 냉방사이클을 따라 순환시킴으로써 냉기를 발생시키는 역할을 한다.

여기서, 열교환매체가 유동매체와 열교환하는 설비가 필요하다.

그래서, 유동매체는 열교환탱크(120) 내외부를 순환하게 되고, 열교환매체는 순환탱크(200) 내외부를 순환하게 된다.

이때, 열교환탱크(120)와 순환탱크(200)는 전열성이 우수한 스틸 등의 재질로 이루어지고 유동매체와 열교환매체의 열교환이 충분히 이루어지도록 최대한 근접되게 위치하거나 외측면끼리 접하게 설치될 수 있으나, 순환탱크(200)가 열교환탱크(120) 내부에 장착됨이 바람직하다.

즉, 순환탱크(200)가 열교환탱크(120) 내부에 설치됨에 따라, 순환탱크(200)는 유동매체로부터 직접적으로 최대한 열기를 전달받게 된다.

이로 인해, 순환탱크(200) 내부에 저장된 열교환매체는 전달되는 열기를 최대한 얻을 수 있어 열손실을 최소화할 수 있게 된다.

특히, 순환탱크(200)는 유동매체와 열교환매체의 혼합이 방지되도록 열교환탱크(120) 내부에서 밀봉되어야 함이 바람직하다.

아울러, 순환탱크(200)에서 가열되어 고온 고압 상태의 기상(氣象)으로 변환된 열교환매체는 냉방사이클부(300)를 거치며 냉기를 발생한 후 순환탱크(200)로 유입된다.

이때, 열교환매체는 유동성을 갖는 성질의 매질로서, 여러 성분의 유체 또는 기체일 수 있는데, 친환경성과 비용성 및 열전달성을 고려할 때 물로 함이 바람직하다.

한편, 냉방사이클부(300)는 이젝터(310), 응축기(320), 팽창밸브(330) 및 증발기(340)를 포함한다.

특히, 순환탱크(200), 이젝터(310) 및 응축기(320)는 폐곡선을 이루는 냉매배관(302)에 연결되어 열교환매체의 순환이 가능하도록 한다.

그리고, 팽창밸브(330)와 증발기(340)는 폐곡선을 이루는 냉매배관(302)을 가로지르는 분기배관(304)에 연결된다.

이때, 도시하지는 않았지만, 냉매배관(302)은 순환탱크(200), 이젝터(310) 및 응축기(320)에 충분히 밀봉 처리 가능한 다양한 방식에 의해 연결된다.

아울러, 도시하지는 않았지만, 분기배관(304)은 팽창밸브(330)와 증발기(340)에 충분히 밀봉 처리 가능한 다양한 방식에 의해 연결된다.

또한, 도시하지는 않았지만, 냉매배관(302)과 분기배관(304)은 서로 분리 가능하게 밀봉 처리되도록 접속될 수도 있고, 용접 등의 방식에 의해 일체로 연결될 수도 있다.

상세하게, 냉매배관(302)은 열교환매체를 순환탱크(200) 내부에서 가열되어 고온 고압의 기상(氣象) 상태인 열교환매체를 순환시키기 위해 폐곡선을 형성하게 된다.

이 열교환매체는 냉매배관(302)을 따라 이젝터(310)로 자연적으로 유동하게 된다.

즉, 순환탱크(200)에서 고온 고압의 기상인 열교환매체는 기체 상태임에 따라 비중이 낮음에 따라 냉매배관(302)을 통해 자연적으로 상승하면서 이젝터(310)로 유입된다.

이때, 순환탱크(200)는 열교환매체로 가득 채워진 상태이다.

그리고, 이젝터(310)는 냉매배관(302)에 형성되어 순환탱크(200)에서 토출된 고온 고압의 기상(氣象)인 열교환매체의 압력에너지를 속도에너지로 변환해서 감압 팽창시키는 역할을 한다.

이때, 이젝터(310)는 증발기(340)를 통과하며 저온 저압의 기상인 열교환매체를 유입하여 고온 고압의 기상인 열교환매체와 혼합 후 토출하는 역할을 한다.

특히, 이젝터(310)는 열교환매체의 유동에 따른 추진력을 제공하기 때문에 기존에 냉방사이클을 이루도록 구비된 압축기나 펌프 등 구동수단이 필요치 않게 된다.

아울러, 이젝터(310)는 순환탱크(200)로부터 토출되는 고온 고압의 기상인 열교환매체를 유입하는 축소확대노즐(312), 이 축소확대노즐(312)을 통과한 열교환매체의 초음속 기류에 의해 발생하는 전단작용과 압력강하 작용으로 증발기(340)에서 발생하는 저온 저압의 기상인 열교환매체를 흡입하는 흡입구(314), 고온 고압의 열교환매체와 저온 저압의 열교환매체를 혼합하여 온도를 강하 유도하는 혼합부(316) 및 혼합되어 감온된 열교환매체를 감속시켜 줄어든 압력을 보상하는 디퓨저(318)로 이루어진다.

특히, 이젝터(310)는 다양한 형상 및 다양한 재질로 이루어질 수 있고, 냉매배관(302)과 분기배관(304)을 연결하는 방식을 탭 조임 등 다양하게 적용 가능하다.

또한, 응축기(320)는 냉매배관(302)에 형성되어 이젝터(310)를 통과함으로써 감압 팽창된 열교환매체 열을 상온의 공기 중에 방출하여 응축 액화하는 역할을 한다.

이 후, 응축기(320)를 통과하며 감압 팽창된 열교환매체는 순환탱크(200) 내부로 유입된다.

한편, 분기배관(304)은 응축기(320)의 열교환매체 토출측에서 연장된 냉매배관(302)에서 분기되어 이젝터(310)의 흡입구(314)에 연결된다.

그리고, 팽창밸브(330)는 분기배관(304)에 형성되어 냉매배관(302)에서 응축 액화된 상태로 일부 분기되어 유동하는 열교환매체를 저온, 저압으로 단열 팽창시켜 액화하는 역할을 한다.

아울러, 증발기(340)는 분기배관(304)에 형성되어 팽창밸브(330)로부터 단열 팽창된 열교환매체에서 증발잠열을 흡수하여 냉각작용을 하는 역할을 한다.

더불어, 열을 흡수하여 증발한 저온, 저압의 기상인 열교환매체는 외력에 의해 이젝터(310)의 흡입구(314)를 통해 혼합부(316)로 이송 안내된다.

특히, 열교환매체가 이젝터(310)를 통과 후 순환탱크(200) 내부로 쉽게 순환될 수 있도록 함이 바람직하다.

이때, 열교환매체가 냉방사이클 중 공기보다 비중이 높은 액체 상태로 변환된 상태에서 순환탱크(200) 내부로 쉽게 유입되게 함이 바람직하다.

일례로써, 응축기(320)는 순환탱크(200)보다 소정 거리(△h2)만큼 높게 설치됨이 바람직하다.

즉, 액화 상태의 열교환매체가 냉매배관(302)을 통해 낙하하면서 자연적으로 순환탱크(200) 내부로 빠른 시간 내에 유입된다.

다시 말해서, 순환탱크(200) 내부에서 가열되어 고온 고압의 기상인 열교환매체는 이젝터(310)를 통과하면서 증발기(340)에서 토출되는 저온 저압의 기상인 열교환매체와 혼합된 상태로 감압 팽창된다.

이 후, 열교환매체는 응축기(320)를 통과하면서 열을 상온의 공기 중에 방출함에 따라 응축 액화된다.

응축 액화된 열교환매체 중 일부는 분기배관(304)을 통해 팽창밸브(330)를 통과하면서 저온, 저압으로 단열 팽창된 후 증발기(340)를 통과하면서 증발잠열을 흡수하여 냉각작용을 하게 된다.

응축 액화된 열교환매체 중 나머지는 순환탱크(200) 내부로 유입된다.

그래서, 응축 액화된 열교환매체가 순환탱크(200) 내부로 유입된 후 가열된 유동매체와 열교환함에 따라 다시 고온 고압의 기상으로 상변화하게 된다.

한편, 응축기(320)는 감압 팽창된 열교환매체를 통과시키면서 열을 상온의 공기 중에 방출함으로써 응축 액화하는 기능을 행하는데, 외부에 의해 강제 냉각됨으로써 냉방효율을 향상시킬 수 있게 된다.

일례로써, 도 5를 참조하면, 응축기(320)는 둘레에 액체분사노즐(350)을 구비하고, 이 액체분사노즐(350)은 외부로부터 물과 같은 냉각용 액체를 공급받는 액체유동안내부재(352)를 구비한다.

따라서, 액체유동안내부재(352)를 통해 유동하는 냉각용 액체는 액체분사노즐(350)을 통해 응축기(320) 방향으로 분사된다.

여기서, 액체유동안내부재(352)는 통상적인 파이프로 함이 바람직하다.

도시하지는 않았지만, 액체분사노즐(350)은 응축기(320) 특히, 응축기(320) 내부에 구비된 냉각핀에 액체를 직접적으로 분사됨이 바람직하다.

이때, 액체유동안내부재(352)는 응축기(320)의 둘레면에 고정 설치될 수도 있고, 응축기(320)에 근접되도록 임의의 외부체에 고정 설치될 수도 있다.

아울러, 액체분사노즐(350)은 탭 결합 등 다양한 방식에 의해 액체유동안내부재(352)에 분리 가능하게 연결됨이 바람직하다.

그리고, 액체유동안내부재(352)는 탱크 등 외부로부터 액체를 공급받게 된다.

물론, 액체분사노즐(350)은 냉각용 액체의 분사여부를 단속하도록 자동 제어됨이 바람직하다.

또한, 응축기(320)가 순환탱크(200)보다 소정 높은 위치(△h2)에 구비되고, 이젝터(310)와 응축기(320)는 열손실을 줄이기 위해 최대한 가깝게 배치됨이 바람 직하다. 즉, 응축기(320)에서 생성된 물의 압력을 순환탱크(200) 내부 압력까지 증가시키기 위해서는 순환탱크(200)를 응축기(320) 보다 훨씬 아래에 설치함이 바람직하다.

그러면, 기존의 순환펌프를 사용하지 않고도 가열과 냉방 두 사이클 내부에서 물을 효과적으로 순환시킬 수 있다.

아울러, 분기배관(304)을 유동하는 열교환매체는 유동 추진력을 많이 상실한 상태이다.

따라서, 분기배관(304)을 유동하는 열교환매체가 증발기(340)보다 상부에 위치한 이젝터(310)로 유동하기에 쉽지 않다.

그래서, 분기배관(304)을 유동하는 열교환매체는 외력에 의해 이젝터(310) 내부로 상승되도록 함이 열교환매체의 고른 흐름을 위해 바람직하다.

일례로써, 도 6을 참조하면, 이젝터(310)와 증발기(340) 사이에 해당되는 분기배관(304)에는 펌핑부재(360)가 구비된다.

이 펌핑부재(360)는 분기배관(304) 특히, 증발기(340)를 통과한 열교환매체를 펌핑하여 이젝터(310)의 흡입구(314)로 안정되게 공급될 수 있도록 하는 역할을 한다.

이때, 펌핑부재(360)는 다양한 모델로 적용 가능하고, 다양한 방식에 의해 분기배관(304)을 유동하는 열교환매체를 펌핑한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로 부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

도 1은 일반적인 기계식 냉방사이클의 개념도이다.

도 2는 일반적인 흡수식 냉방사이클의 개념도이다.

도 3은 일반적인 이젝터 구조를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 구비한 솔라 이젝터 냉방기의 구성도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 구비한 솔라 이젝터 냉방기의 응축기 분무 설비를 보인 개념도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 구비한 솔라 이젝터 냉방기의 펌핑부재를 구비한 상태를 보인 개념도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 구비한 솔라 이젝터 냉방기의 집열부재 사시도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 구비한 솔라 이젝터 냉방기의 집열부재 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100: 가열장치 110: 집열부재

114: 유동채널 120: 열교환탱크

130: 보조히팅부재 140: 단열부재

200: 순환탱크 300: 냉방사이클부

310: 이젝터 320: 응축기

330: 팽창밸브 340: 증발기

350: 액체분사노즐 352: 액체유동안내부재

360: 펌핑부재

Claims

태양열로부터 열에너지를 집열하여 내부를 통과하는 유동매체를 가열하는 집열부재; 및

상기 집열부재와 연결되어 유동매체를 지속적으로 순환 유도함에 따라 저장되는 유동매체의 온도를 고온으로 유지하는 열교환탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 1항에 있어서,

상기 열교환탱크는 상기 집열부재보다 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 1항에 있어서,

상기 열교환탱크는 저장된 유동매체의 추가적으로 가열하기 위해 보조히팅부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 1항에 있어서,

상기 유동매체는 물 인 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 열교환탱크는 둘레면에 단열부재를 형성하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제 5항에 있어서, 상기 집열부재는,

전열성을 갖는 재질인 집열판;

상기 집열판의 내측에 형성되어 유동매체의 유동을 안내하는 유동채널;

상기 유동채널의 일측에 해당되는 상기 집열판에 형성되어 상기 열교환탱크로부터 유동매체를 유입 안내하는 유입포트; 및

상기 유동채널의 타측에 해당되는 상기 집열판에 형성되어 상기 유동채널을 유동하며 가열된 유동매체를 상기 열교환탱크 방향으로 배출 안내하는 배출포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
태양열을 이용하여 유동매체를 가열하는 가열장치;

상기 가열장치에 의해 가열된 유동매체와 혼합되지 않은 채 지속적으로 열교 환되는 열교환매체를 자연 순환 유도하는 순환탱크; 및

열교환되어 가열됨에 따라 순환 안내되는 열교환매체를 통해 열을 회수하여 냉방하는 냉방사이클부를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라 이젝터 냉방기.
제 7항에 있어서, 상기 가열장치는,

태양열로부터 열에너지를 집열하여 내부를 통과하는 유동매체를 가열하는 집열부재; 및

상기 집열부재와 연결되어 유동매체를 지속적으로 순환 유도함에 따라 저장되는 유동매체의 온도를 고온으로 유지하고, 고온 고압으로 변환된 열교환매체를 상기 냉방사이클부측으로 자연 유동 가능하도록 밀봉 처리된 상기 순환탱크를 내포하는 열교환탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라 이젝터 냉방기.
제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 냉방사이클부는,

상기 순환탱크에서 고온 고압의 기상 상태로 자연 유입되는 열교환매체를 통과시 감압 팽창시키며 유동력을 제공하는 이젝터;

감압 팽창된 열교환매체의 열을 상온의 공기 중에 방출하여 응축 액화한 상태로 상기 순환탱크 내부로 유동 안내하는 응축기;

상기 응축기를 통과한 열교환매체의 일부를 저온, 저압으로 단열 팽창시켜 액화하는 팽창밸브; 및

상기 팽창밸브를 통과한 상태에서 열교환매체로부터 증발잠열을 흡수하여 냉각작용을 하고, 상기 이젝터 내부에서 고온 고압의 열교환매체를 더 감압 팽창 유도하기 위해 저온, 저압의 기상으로 변환된 열교환매체를 상기 이젝터로 이송 안내하는 증발기를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라 이젝터 냉방기.
제 9항에 있어서,

상기 열교환매체는 물 인 것을 특징으로 하는 솔라 이젝터 냉방기.
제 9항에 있어서,

상기 응축기는 상기 순환탱크보다 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 솔라 이젝터 냉방기.
제 9항에 있어서,

상기 응축기는 포화온도를 낮추기 위해 표면에 액체를 분사하는 액체분사노즐을 형성하는 것을 특징으로 하는 솔라 이젝터 냉방기.
제 9항에 있어서,

상기 이젝터와 상기 증발기 사이에는 펌핑부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 솔라 이젝터 냉방기.