KR20120021907A - 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명 히트펌프시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버려지는 폐해수나 폐온수를 이용하여 압축기에 유입되는 냉매를 일정한 온도로 유지시켜 압축기의 효율 및 에너지 효율을 향상시키는 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템에 의하면, 히트펌프시스템에 있어서,
냉매가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매가스를 온수탱크의 원수와 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기를 통해 원수와 열교환된 냉매가스가 다시 열교환시켜 액상의 냉매로 배출시키는 제1열재생기와, 상기 제1열재생기를 통해 배출되는 냉매를 수액기를 거쳐 저온저압의 액상냉매로 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통해 배출되는 저온저압의 액상냉매가 내부를 통과하고, 폐해수 또는 폐온수가 지속적으로 유입 및 유출되어 유입된 폐해수 또는 폐온수가 액상냉매와 열교환되어 저온저압의 냉매가스로 배출시키는 제2열교환기와, 상기 흡열교환기를 통해 배출되는 냉매가스를 제1열재생기를 통과시켜 온도를 높여 압축기에 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템{.}
본 발명 히트펌프시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버려지는 폐해수나 폐온수를 이용하여 압축기에 유입되는 냉매를 일정한 온도로 유지시켜 압축기의 효율 및 에너지 효율을 향상시키고, 선택적으로 냉?온수를 생산할 수 있는 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템에 관한 것이다.
열펌프 즉, 히트펌프는 직접사용이 어려운 저온?저밀도의 열에너지를 사용가능 한 고온?고밀도의 열에너지 상태로 끌어 올린다는 의미로서, 저온을 고온으로 전환하거나 고온을 저온으로 전환하여 냉방이나 난방을 수행하는 장치를 의미한다.
열은 그 자신만으로는 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동이 불가능하며, 열의 이동에는 반드시 일(Work)이 소요된다.
펌프가 물을 낮은 위치에서 높은 위치로 퍼올리는 기계라는 의미와 마찬가지로, 히트펌프란 열을 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미한다.
현실적으로 적용되는 히트펌프의 원리는 에어콘이라 불리우는 냉방장치의 역사이클로 적용된다. 보다 상세하게, 냉방전용의 에어콘은 실내에 설치된 실내기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실외에 설치된 실외기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리이며, 히트펌프는 반대로 실외기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리다.
그러나, 히트펌프의 특성상 겨울철 에어컨을 거꾸로 돌리다 보면 실내에는 더운바람이 나가고 실외기 쪽으로는 찬바람이 나가므로, 외기온도가 영하권으로 근처에 머무는 겨울엔 실외기에 있는 열교환기 및 압축펌프에 착상, 서리 등으로 동파가 일어나며, 나아가 실외의 온도가 영하 5도 정도만 되면 효율이 40% 정도이고, 아예 작동을 멈추는 경우가 종종 발생하였다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위한 공지의 예로서, 통상의 회로구성에 응축과 증발 과정을 더하여 간헐적으로 제상운전을 수행하나 잦은 제상은 압축기에 무리를 주어 수명 단축을 초래하는 문제점이 발생되었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 버려지는 폐해수나 폐온수를 이용하여 압축기에 유입되는 냉매를 일정한 온도로 유지시켜 압축기의 효율 및 에너지 효율을 향상시키고, 선택적으로 냉?온수를 생산할 수 있는 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 히트펌프시스템에 있어서,
냉매가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기와,
상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매가스를 온수탱크의 원수와 열교환시키는 열교환기와,
상기 열교환기를 통해 원수와 열교환된 냉매가스가 다시 열교환시켜 액상의 냉매로 배출시키는 제1열재생기와,
상기 제1열재생기를 통해 배출되는 냉매를 수액기를 거쳐 저온저압의 액상냉매로 팽창시키는 팽창밸브와,
상기 팽창밸브를 통해 배출되는 저온저압의 액상냉매가 내부를 통과하고, 폐해수 또는 폐온수가 지속적으로 유입 및 유출되어 유입된 폐해수 또는 폐온수가 액상냉매와 열교환되어 저온저압의 냉매가스로 배출시키는 제2열교환기와,
상기 흡열교환기를 통해 배출되는 냉매가스를 제1열재생기를 통과시켜 온도를 높여 압축기에 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환기에서 고온고압의 냉매가스와 열교환된 원수는 일부가 제1열재생기로 유입 및 유출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1열재생기로 유입 및 유출되는 원수를 제어하는 컨트롤밸브가 더 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2열재생기와 제1열재생기 사이에 설치되는 삼방밸브와,
상기 삼방밸브를 통하여 이동이 전환된 냉매는 제2수액기와 제2팽창밸브를 통과하면서 저온저압의 상태로 열교환되는 제2열교환기와,
상기 제2열교환기에서 열교환된 원수를 저장하는 냉수탱크를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 되고, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니다.
본 발명에 따른 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템에 의하면, 버려지는 폐해수나 폐온수를 이용하여 압축기에 유입되는 냉매를 일정한 온도로 유지시켜 압축기의 효율 및 에너지 효율을 향상시키고, 선택적으로 냉?온수를 생산할 수 있는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 구성도.
이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 도면에 걸쳐 기능적으로 동일하거나, 유사한 부분에는 동일한 부호를 부여한다.
먼저, 히트펌프는 열을 흡수하고 방열하는 원리로서 통상 에어콘이라 불리우는 냉방장치의 역사이클로 생각하면 된다.
즉, 냉방전용의 에어콘은 실내에 설치된 실내기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실외에 설치된 실외기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리이며, 히트펌프는 반대로 실외기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리다.
구체적으로 히트펌프의 기본적인 구성요소는 압축기(10), 열교환기(20), 팽창밸브(60)의 요소로 구분되며 작동유체인 냉매는 압축과 팽창에 따라 온도가 상승 및 하강하며, 액체에서 기체로, 기체에서 액체로 변화를 계속하면서 순환한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폐수를 이용한 온수 생산시스템은 압축기(10), 열교환기(20), 온수탱크(30), 팽창밸브(60), 제1?2열재생기(40)(70)를 기본구성으로 하고 있다.
상기 압축기(10)는 냉매를 상온에서도 쉽게 액화될 수 있도록 고온고압의 상태로 압축시키는 역할을 수행한다.
이때, 상기 압축기(10)에서 압축된 고온고압의 냉매가스는 140 ~ 160℃로 가온된다.
상기 압축기(10)에서 압축된 고온고압의 냉매가스는 적절한 압력을 유지하며 열교환기(20)를 통과한다.
상기 열교환기(20)는 온수탱크(30)의 원수가 평균 60 ~ 70℃의 상태가 되도록 온수탱크(30)의 원수가 열교환기(20)에서 열교환되도록 하고, 바람직하게 온수탱크(30)는 보조탱크(32)를 더 포함하고 있으며, 이 보조탱크(32)는 온수탱크(30)와 연결되어 온수탱크(30)에 원수를 공급한다.
이렇게 후술하는 제1열재생기(40), 팽창밸브(60), 제2열재생기(70)를 통과하여 재순환을 반복하는 냉매를 통해 열교환된 원수는 보조탱크(32) 또는 온수탱크(30)로 모여 배관(미도시)을 통해 급탕수 또는 난방수로 공급된다.
다시, 전술한 바와 같이 열교환기(20)를 통해 열교환된 냉매가스는 제1열재생기(40)로 이동하고, 이동된 냉매가스는 액화되어 액상냉매의 상태가 된다.
상기 제1열재생기(40)는 열교환기(20)를 통해 열교환되어 배출된 고온고압의 냉매가스와 다시 열교환시켜 열을 제1열재생기(40)의 내부에 저장하고, 냉매가스를 액체상태의 냉매로 전환시킨다.
이때, 냉매가스와 열교환된 제1열재생기(40)의 내부온도는 평균 20 ~ 30℃가 되고, 열교환된 액상냉매는 평균 40 ~ 60℃의 상태로 유지시키게 된다.
상기 제1열재생기(40)를 통과하며 열교환된 냉매는 수액기(50)를 통해 액상냉매만을 저장하고, 이를 저온저압의 액상냉매로 팽창시키는 팽창밸브(60)에 공급시킨다.
상기 팽창밸브(60)를 통과한 액상냉매는 제2열재생기(70)로 이동된다.
상기 제2열재생기(70)는 내부에 18 ~ 20℃의 폐해수 또는 폐온수가 지속적으로 유입 및 유출되고, 유입된 폐해수 또는 폐온수가 액상냉매와 열교환되어 다시 압축기(10)로 이동되도록 저온저압의 냉매가스로 배출시킨다.
상기 제2열재생기(70)를 통과한 냉매가스는 8 ~ 10℃의 상태로 유지되어 제1열재생기(40)로 이동된다.
상기 제2열재생기(70)에서 제1열재생기(40)로 이동된 냉매가스는 상기 열교환기(20)를 통과한 고온고압의 냉매가스와 열교환되어 평균 40 ~ 60℃의 상태로 유지되는 제1열재생기(40)에서 다시 열교환되어 압축기(10)로 재인입되고, 전술한 과정을 반복한다.
이때, 제1열재생기(40)를 통과하여 압축기(10)로 인입되는 저온저압의 냉매가스는 8 ~ 10℃에서 10 ~ 15℃로 온도를 상승되어 압축기(10)의 작동효율을 향상시킨다.
바람직하게 상기 제1열재생기(40)의 내부온도를 보정하기 위하여 상기 열교환기(20)에서 고온고압의 냉매가스와 열교환된 원수는 일부가 제1열재생기(40)로 유입 및 유출되며, 이러한 원수의 유입 및 유출을 조절 및 제어하는 컨트롤밸브(80)가 더 형성된다.
본 발명에 따른 폐수를 이용한 온수 생산시스템의 다른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 전술한 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 구성을 모두 포함하며, 상기 제2열재생기(70)와 제1열재생기(40) 사이에는 삼방밸브(90)가 더 설치된다.
상기 삼방밸브(90)는 선택적으로 개폐되어 냉매의 이동을 제어하게 된다.
구체적으로 상기 삼방밸브(90)를 통하여 이동이 전환된 냉매가 제2수액기(100)와 제2팽창밸브(110)를 차례로 통과하면서 저온저압의 상태로 제2열교환기(120)로 이동하여 냉수탱크(130)의 원수와 열교환되어 냉수를 생산한다.
이때, 냉수를 생산하기 위해서 상기 제2열재생기(70)로 유입되는 냉매가 팽창밸브(60)를 거치지 않도록 직접 제2열재생기(70)를 통과하도록 솔레노이드밸브(130)가 더 설치되어 제2열재생기(70)를 통과한 냉매가 제2팽창밸브(110)에서 저온저압의 액상냉매로 팽창된다.
즉, 전기 설명으로부터 명확해지듯이, 이 발명은 버려지는 폐해수나 폐온수를 이용하여 압축기에 유입되는 냉매를 일정한 온도로 유지시켜 압축기의 효율 및 에너지 효율을 향상시키고, 선택적으로 냉?온수를 생산할 수 있다.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.
* 도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명 *
10 : 압축기 20 : 열교환기
30 : 온수탱크 32 : 보조탱크
40 : 제1열재생기 50 : 수액기
60 : 팽창밸브 70 : 제2열재생기
80 : 컨트롤밸브 90 : 삼방밸브
100 : 제2수액기 110 : 제2팽창밸브
120 : 제2열교환기 130 : 냉수탱크
130 : 솔레노이드밸브

Claims (4)

  1. 히트펌프시스템에 있어서,
    냉매가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기와,
    상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매가스를 온수탱크의 원수와 열교환시키는 열교환기와,
    상기 열교환기를 통해 원수가 열교환된 냉매가스가 다시 열교환시켜 액상의 냉매로 배출시키는 제1열재생기와,
    상기 제1열재생기를 통해 배출되는 냉매를 수액기를 거쳐 저온저압의 액상냉매로 팽창시키는 팽창밸브와,
    상기 팽창밸브를 통해 배출되는 저온저압의 액상냉매가 내부를 통과하고, 폐해수 또는 폐온수가 지속적으로 유입 및 유출되어 유입된 폐해수 또는 폐온수가 액상냉매와 열교환되어 저온저압의 냉매가스로 배출시키는 제2열교환기와,
    상기 흡열교환기를 통해 배출되는 냉매가스를 제1열재생기를 통과시켜 온도를 높여 압축기에 공급되는 것을 특징으로 하는 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기에서 고온고압의 냉매가스와 열교환된 원수는 일부가 제1열재생기로 유입 및 유출되는 것을 특징으로 하는 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1열재생기로 유입 및 유출되는 원수를 제어하는 컨트롤밸브가 더 형성된 것을 특징으로 하는 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2열재생기와 제1열재생기 사이에 설치되는 삼방밸브와,
    상기 삼방밸브를 통하여 이동이 전환된 냉매는 제2수액기와 제2팽창밸브를 통과하면서 저온저압의 상태로 열교환되는 제2열교환기와,
    상기 제2열교환기에서 열교환된 원수를 저장하는 냉수탱크를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 폐수를 이용한 냉?온수 생산시스템.
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