KR20130071948A - 터보압축기를 이용한 열펌프시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 새로운 구조의 컴팩트한 구성에 의해 다양한 형태의 에너지원을 생성 및 공급할 수 있는 시스템을 구축할 수 있도록 된 터보압축기를 이용한 열펌프시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 각각에 구비된 다수의 임펠러(14~17)에 의해 유체를 다단 압축하도록 된 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)를 포함하는 터보압축기(10)와; 상기 터보압축기(10)에 연결되어 유체 사이의 열교환이 이루어지도록 된 열교환기(20)와; 상기 터보압축기(10)와 열교환기 중에서 적어도 상기 열교환기(20)를 통과하도록 구비되어 공급처에 유체를 공급하도록 된 공급라인(30)을 포함하여 이루어지며; 상기 공급라인(30)은 상기 열교환기(20)를 통과하도록 연결된 별도의 열교환라인(40)에 의해 열교환이 이루어지거나 또는 상기 공급라인(30) 자체에 의해 열교환이 이루어지도록 연결된 것을 특징으로 하는 터보압축기를 이용한 열펌프시스템이 제공된다.

Description

터보압축기를 이용한 열펌프시스템{Heat pump system using a turbo compressor}
본 발명은 터보압축기를 이용한 열펌프시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 새로운 구조의 컴팩트한 구성에 의해 다양한 형태의 에너지원을 생성 및 공급할 수 있는 시스템을 구축할 수 있도록 된 터보압축기를 이용한 열펌프시스템에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프는 압축기, 응축기, 팽창밸브 그리고 증발기를 포함하여 이루어진 것으로, 각 구성은 냉매라인에 의해 상호 연결되어 사이클을 형성하여 일정하게 순환되는 냉매의 상변화를 통해 열을 흡수 또는 방출하여 온수 또는 냉난방을 공급하도록 된 장치(또는 시스템)이다.
이러한 종래의 히트펌프시스템은 대개 물이나 브라인 또는 특정 물질의 냉매를 열교환 매체로 하여 이를 장치의 각 구성을 순환하도록 한 냉매순환 구조방식으로 이루어진 것으로, 이러한 냉매순환 구조방식의 히트펌프시스템은 환경을 오염시키는 물질을 냉매로 사용함에 따른 친환경적인 시스템을 구축하는 데에 어려움이 따를 수 있을 뿐만 아니라 장치의 구성이 복잡하여 제작 및 유지보수 상의 어려움이 따르는 것이다.
또한 종래의 히트펌프시스템은 냉난방이나 온수을 공급하거나 스팀 또는 제습 등과 같은 다양한 에너지원을 생성하거나 공급하는 시스템을 구축하는 데에 한계가 있는 것이며, 그로 인해 상호 연관성이 적은 구성을 통해 용도에 맞는 냉난방기나 스팀발생기 또는 제습기 등과 같은 개별적 장치 사이의 호환성이 낮아 하나의 기본 구성에 의해 다양한 형태의 시스템을 구축하는 데에 한계가 있는 것이다.
한국 공개특허공보(특1992-0004800호) 1992. 03. 28.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 터보압축기와 이에 연결되는 열교환기로 이루어지는 간단한 구성과 작동구조에 의해 온수생산을 포함한 냉난방공급이나 제습기능 또는 스팀공급 등과 같은 다양한 형태의 에너지원을 생성 및 공급할 수 있는 시스템을 구축할 수 있는 새로운 구조의 터보압축기를 이용한 열펌프시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따르면, 각각에 구비된 다수의 임펠러(14~17)에 의해 유체를 다단 압축하도록 된 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)를 포함하는 터보압축기(10)와;
상기 터보압축기(10)에 연결되어 유체 사이의 열교환이 이루어지도록 된 열교환기(20)와;
상기 터보압축기(10)와 열교환기 중에서 적어도 상기 열교환기(20)를 통과하도록 구비되어 공급처에 유체를 공급하도록 된 공급라인(30)을 포함하여 이루어지며;
상기 공급라인(30)은 상기 열교환기(20)를 통과하도록 연결된 별도의 열교환라인(40)에 의해 열교환이 이루어지거나 또는 상기 공급라인(30) 자체에 의해 열교환이 이루어지도록 연결된 것을 특징으로 하는 터보압축기를 이용한 열펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 공급라인(30)은 상기 열교환기(20)를 통과하도록 연결된 별도의 열교환라인(40)에 의해 열교환이 이루어지도록 구비되되, 상기 공급라인(30)과 열교환라인(40) 상에는 유체의 흐름 방향을 변경하도록 된 방향절환밸브(50)가 구비되고;
상기 공급라인(30)과 열교환라인(40)은 각각 실내공기와 실외공기를 상기 터보압축기(10)와 열교환기(20)를 통과시켜 냉방 또는 난방을 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 터보압축기를 이용한 열펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 공급라인(30)은 상기 열교환기(20)를 통과하도록 연결된 별도의 열교환라인(40)에 의해 열교환이 이루어지도록 구비되되, 상기 열교환라인(40)은 습증기나 폐기열 또는 온수를 포함한 열원을 상기 터보압축기(10) 또는 열교환기(20)를 통과하도록 연결되고, 상기 공급라인(30)은 응축수를 포함한 유체를 상기 열교환기(20)와 터보압축기(10)를 순차적으로 통과하여 스팀을 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 터보압축기를 이용한 열펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 공급라인(30)은 상기 열교환기(20)를 통과하도록 연결된 별도의 열교환라인(40)에 의해 열교환이 이루어지도록 구비되되, 상기 열교환라인(40)은 실외공기나 폐기열을 포함한 열원을 상기 터보압축기(10)와 열교환기(20)를 순차적으로 통과하도록 연결되고, 상기 공급라인(30)은 냉수나 저온수를 포함한 유체를 상기 열교환기(20)로 통과시켜 온수를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 터보압축기를 이용한 열펌프시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 공급라인(30)은 자체에 의해 열교환이 이루어지도록 연결되되, 습증기나 폐기열을 포함한 유체를 상기 터보압축기(10)의 제1 압축기(12)와 열교환기(20)를 통과시키고, 상기 열교환기(20)를 통과한 유체를 팽창기(53)에 의해 팽창시킨 후에 상기 열교환기(20)와 제2 압축기(13)를 순차적으로 통과시켜 습기가 제거된 기체를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 터보압축기를 이용한 열펌프시스템이 제공된다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 각각 다단 압축을 행하도록 된 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)로 이루어진 터보압축기(10)와, 이 터보압축기(10)에 연결되어 유체 사이의 열교환이 이루어지도록 된 열교환기(20)를 포함하여 구성된 열펌프시스템을 제공함으로써, 종래의 냉매순환 구조방식의 시스템을 배제하여 친환경적이면서도 단순화된 구성에 의해 장치를 컴팩트하게 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 상기 터보압축기(10)와 열교환기(20)를 포함한 구성에 의해 냉난방과 스팀 그리고 온수의 공급이나 제습기능과 같은 다양한 에너지원을 생성하거나 공급하는 시스템을 구축하는 데에 용이할 뿐만 아니라 그로 인해 냉난방기나 스팀발생기 또는 제습기 등과 같은 용도가 다른 장치를 하나의 기본 구성에 의해 다양한 형태의 시스템으로 제작 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예를 도시한 구성도
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 구성도
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성도
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성도
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성도
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 구성도
상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시예를 도시한 것으로, 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 유체를 다단 압축하도록 된 터보압축기(10)와 유체 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기(20)를 포함하는 구성에 의해 유체나 열원이 공급 또는 순환되는 공급라인(30)과 열교환라인(40)에 의해 연결되어 냉방과 난방 그리고 스팀과 온수를 공급하거나 습증기로부터 습기를 제거하는 제습기능을 갖는 다양한 형태의 열펌프시스템을 구축할 수 있다.
이러한 본 발명의 기본 구성은 모터(11)의 양측에 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)가 결합된 터보압축기(10)가 구비되는데, 이 터보압축기(10)는 유입되는 유체를 압축하여 소정의 압력과 온도를 갖는 유체로 배출하는 것으로, 상기 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)는 각각에 구비된 다수의 임펠러(14~17)에 의해 유체를 다단 압축하도록 되어 있으며, 이 압축기(12,13)는 각각 개별적으로 다단 압축을 행하거나 또는 제1 압축기(12)로부터 배출되는 유체를 제2 압축기(13) 측으로 유입되도록 하여 제1 압축기(12)에서 다단 압축된 유체를 제2 압축기(13)에 의해 재차 다단 압축을 행하도록 구비될 수도 있는 것이다.
이러한 터보압축기(10)에는 유체 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기(20)가 구비되는데, 상기 열교환기(20)는 내부가 구획판(22)에 의해 상부챔버(23)와 하부챔버(24)로 구획된 하우징(21)이 구비되고, 이 하우징(21)의 내부에는 상기 구획판(22)을 관통하여 다수개의 히트파이프(25)가 설치되는데, 상기 히트파이프(25)는 비등점이 낮은 열매체가 충전된 상태로 밀폐되어 상기 상부챔버(23)와 하부챔버(24) 간의 열교환을 이루도록 된 것인데, 이러한 열교환기(20)는 전술된 일례에 한정되는 것이 아니라 통상의 판형 열교환기나 상호 다른 유체가 흐르도록 파이프와 이에 감긴 코일관 등으로 구비될 수 있음은 당연한 것이다.
또한 상기 터보압축기(10)와 열교환기(20)에는 공급처에 냉방이나 난방 또는 스팀, 온수 또는 건증기와 같은 유체를 공급하도록 공급라인(30)이 연결되고, 이 공급라인(30)은 상기 터보압축기(10)와 열교환기(20)에 동시에 연결되거나 적어도 상기 열교환기(20)를 통과하도록 연결되어 있다. 이러한 공급라인(30)은 상기 열교환기(20)를 통과하도록 연결된 별도의 열교환라인(40)에 의해 열교환이 이루어지거나 또는 상기 공급라인(20) 자체를 상기 열교환기(40)에서 열교환되도록 연결할 수도 있는데, 이와 같은 본 발명의 구체적인 시스템의 구성과 작동상태 등을 도시된 도면에 의해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 냉방을 공급하기 위한 열펌프시스템을 도시한 것으로, 냉방시스템은모터(11)의 양측에 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)가 각각 구비된 터보압축기(10)와, 상기 제1 압축기(12)에 연결되어 실외공기가 순환되는 열교환라인(40)과, 상기 제2 압축기(13)에 연결되어 실내공기가 순환되는 공급라인(30)과, 상기 열교환라인(40)과 공급라인(30)이 통과되어 실내공기와 실외공기가 열교환되는 열교환기(20)와, 실내공기와 실외공기의 흐름을 방향을 제어하도록 상기 열교환라인(40)과 공급라인(30) 상에 구비되는 3방밸브와 같은 방향절환밸브(50)와, 상기 열교환기(20)로부터 배출되는 유체가 열을 방출함으로 인해 발생된 응축수를 분리하는 수분리기(51)와, 상기 수분리기(51)에 연결되어 응축수를 적절하게 배출시키는 모세관(52)과, 상기 열교환기(20)로부터 배출된 유체의 압력을 낮추는 팽창기(53)와, 상기 열교환기(40)로 유입되는 유체의 압력을 저압으로 유지하기 위한 압력조절밸브(54)를 포함하여 이루어지게 된다.
이러한 구성에 의한 냉방시스템에서, 실내공기는 상기 방향절환밸브(50)를 통과하여 상기 제2 압축기(13)에서 2단 압축되고, 이에 의해 압력과 온도가 상승된 실내의 압축공기는 다른 방향절환밸브(50)를 통해 상기 열교환기(20)에 공급되며, 상기 열교환기(20)에 의해 실외공기와의 열교환을 통해 열을 방출하여 상기 수분리기(51)에 의해 응축수를 제거한 상태로 상기 팽창기(53)에 의해 압력을 낮춤으로 인해 저온으로 실내측에 냉방을 공급하게 되는데, 상기 수분리기(51)에 의해 제거된 응축수는 상기 모세관(52)을 통해 상기 열교환라인(40) 상으로 공급하게 된다.
한편, 실외공기는 열교환라인(40) 상에 구비된 방향절환밸브(50)와 압력조절밸브(54)를 통과하여 상기 열교환기(20)로 공급되는데, 상기 열교환기(20)에 의해 압력과 온도가 낮은 실외공기가 온도가 높은 실내공기의 열을 흡수한 상태로 배출되고, 상기 열교환기(20)로부터 배출된 실외공기는 방향절환밸브(50)를 통과하여 제1 압축기(12)에서 2단 흡입된 후에 실외로 방출되는데, 이때에 상기 열교환기(20)의 내부는 상기 제1 압축기(12)에 의해 실외공기가 2단 흡입됨으로 인해 압력과 온도가 낮아지게 된다.
이러한 냉방시스템에 의하면, 실내공기는 상기 제2 압축기(13)에 의해 2단으로 압축되므로 압력과 온도가 높아지게 되고, 실외공기는 상기 제1 압축기(12)에 의해 2단으로 흡입되므로 압력과 온도가 낮아지게 되므로, 상기 열교환기(20)에서 실내공기와 실외공기의 열교환이 원활하게 이루어지게 된다.
또한 상기 열교환기(20)에서 열을 방출한 실내공기의 일부는 상변화하여 응축수가 발생될 수 있는데, 이를 상기 수분리기(51)와 모세관(52)을 이용하여 상기 열교환라인(40) 상으로 공급하여 열교환기(20) 내에서 응축수를 증발시킴으로 인해 실내공기의 열을 흡수하는 데에 이용할 수 있으며, 이는 압력이 낮은 열교환기(20) 내부에 증발 가능한 정도로 일정량의 수분을 공급하면 실내의 열을 더욱 효과적으로 흡수하여 냉방효율을 높일 수 있도록 응축수를 열매체로 이용하는 것이다.
도 2는 난방을 공급하기 위한 열펌프시스템을 도시한 것으로, 이 난방시스템은 전술된 냉방시스템의 구성에 동일하게 구비되고, 다만 상기 방향절환밸브(50)에 의해 상기 열교환라인(40)과 공급라인(30) 상의 실외공기 또는 실내공기의 흐름 방향을 변경한 것인데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 열교환라인(40) 상에서 순환되는 실외공기는 방향절환밸브(50)를 통과하여 상기 제1 압축기(12)에서 2단 압축되고, 이에 의해 압력과 온도가 상승된 실외의 압축공기는 다른 방향절환밸브(50)를 통과하여 열교환기(20)에 공급되게 된다. 상기 열교환기(20)에 공급된 실외의 압축공기는 실내공기와의 열교환을 통해 열을 방출한 상태로 배출되고, 상기 열교환기(20)로부터 배출된 실외공기는 수분리기(51)에서 응축수를 제거한 상태로 팽창기(53)를 통해 압력이 저하되어 실외로 배출되며, 상기 수분리기(51)에서 발생된 응축수는 모세관(52)을 통해 공급라인(30) 측으로 공급되게 된다.
한편, 상기 공급라인(30) 측으로 순환되는 실내공기는 열교환기(20)의 내부압력을 제어하는 압력조절밸브(54)를 통과한 후에 상기 열교환기(20)로 공급되는데, 압력과 온도가 낮은 실내공기는 상기 열교환기(20)에서 온도가 높은 실외공기의 열을 흡수한 후에 상기 제2 압축기(13)에 의해 2단으로 압축되어 실내에 난방을 공급하게 된다.
즉, 실외공기는 제1 압축기(12)에 의해 2단 압축된 후에 압력과 온도가 높아진 상태로 상기 열교환기(20)로 공급되고, 실내공기는 상기 열교환기(20)의 내부에서 압력과 온도가 낮아지도록 상기 제2 압축기(13)에 의해 2단 흡입되므로, 상기 열교환기(20)에서 실내공기가 실외공기의 열을 흡수하여 난방이 이루어지는 것이다.
또한 열을 방출한 실외공기의 일부는 상변화하여 응축수가 발생될 수 있는데, 이를 상기 수분리기(51)와 모세관(52)을 이용하여 상기 공급라인(30) 상으로 공급하여 열교환기(20) 내에서 응축수를 증발시킴으로 인해 실외공기의 열을 흡수하는 데에 이용할 수 있으며, 이는 압력이 낮은 열교환기(20) 내부에 증발 가능한 정도로 일정량의 수분을 공급하면 실외의 열을 더욱 효과적으로 흡수하여 난방효율을 높일 수 있도록 응축수를 열매체로 이용하는 것이다.
도 3은 굴뚝 등에서 발생되는 폐기열을 이용해 스팀을 생산하도록 된 열펌프시스템으로, 이는 모터(11)의 양측에 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)가 각각 구비된 터보압축기(10)와, 상기 제1 압축기(12)에 연결되어 폐기열이 순환되는 열교환라인(40)과, 상기 제2 압축기(13)에 연결되어 응축수에 의해 스팀을 공급하도록 된 공급라인(30)과, 상기 열교환라인(40)과 공급라인(30)이 통과되어 폐기열과 응축수 사이의 열교환이 이루어지는 열교환기(20)와, 상기 열교환기(20)로부터 배출되는 유체가 열을 방출함으로 인해 발생된 응축수를 분리하는 수분리기(51)와, 상기 수분리기(51)에 연결되어 응축수를 배출시키는 드레인밸브(55)와, 상기 열교환라인(40) 상에 구비되어 유체의 압력을 낮추는 팽창기(53)와, 상기 공급라인(30) 상에 구비되어 상기 열교환기(20) 내부의 압력을 저압으로 유지하기 위한 압력조절밸브(54)를 포함하여 이루어지게 된다.
이러한 구성에 의한 스팀공급시스템은 보일러의 굴뚝이나 주물공장의 용광로 등에서 배출되는 폐기열이 상기 열교환라인(40)을 통해 상기 제1 압축기(12)에 공급되고, 상기 제1 압축기(12)에 공급된 폐기열은 2단 압축되어 압력과 온도가 높아진 상태로 열교환기(20)에 공급하게 되며, 상기 열교환기(20)에서 배출된 폐기열은 팽창기(53)를 통과시켜 낮은 온도로 대기 중에 배출시키게 된다.
이때에 상기 제1 압축기(12)에 의해 압축된 폐기열에 냉수 또는 온수를 적절하게 공급하여 이를 증발시키게 되면, 상기 열교환기(20)에서 열교환을 통해 열을 방출함에 따라 물이 다시 응축되는데, 이를 수분리기(51)에 의해 응축수를 응축하여 드레인밸브(55)로 폐수를 배출함으로 인해 폐기열에 함유된 미세분진 또는 화학물질을 제거할 수 있게 된다.
한편, 상기 공급라인(30)을 통해 상기 압력조절밸브(54)를 통과하여 상기 열교환기(20)로 공급되는 응축수(사용처에서 스팀 등을 사용한 후에 발생되는 응축수) 또는 온수는 상기 제2 압축기(13)에서 2단 흡입됨으로 인해 상기 열교환기(20) 내부에서 압력과 온도가 낮아져 상기 열교환라인(40) 상의 고온 고압인 폐기열로부터 열을 흡수하여 증발되고, 상기 제2 압축기(13)를 통과하는 과정에서 2단 압축된 상태로 배출됨으로 인해 고온 고압의 스팀이 생산하게 된다.
이러한 본 발명의 스팀생산시스템에 의하면, 생산된 스팀을 터빈에 의해 전력을 생산하거나 온수나 난방용 등의 용도로 사용할 수 있는 것이며, 또한 본 발명에 따르면 통상적으로 보일러 굴뚝이나 주물공장의 용광로 등에는 배출되는 폐기열에 포함된 미세분진을 제거하기 위해 구비되는 집진기(사이크론, 멀티크론, 백필터 등)나 공기청정기의 구성으로 대체할 수 있는 것으로, 종래의 집진기나 공기청정기의 단점인 에너지 회수효율이나 설치비용과 설치면적 상의 문제점을 해결할 수 있게 된다.
도 4는 습증기를 이용하여 건증기와 스팀을 생산하기 위한 열펌프시스템을 나타낸 것으로, 이는 전술된 도 3의 폐기열을 이용한 스팀생산 시스템의 구성에 유사하게 구비되어 있다.
통상적으로 건조기는 보일러를 이용하여 스팀을 생산하여 피건조물을 가열하므로 발생된 습증기를 대기 중에 배출하게 되는데, 본 발명은 이러한 건조기에서 발생된 습증기를 이용하여 건증기와 스팀을 생산할 수 있는 시스템으로, 열교환라인(40)을 통해 습증기를 제1 압축기(12)에 공급하여 2단으로 압축하게 되고, 이에 의해 압력과 온도가 상승된 습증기는 열교환기(20)에 공급하여 열교환에 따른 열을 방출하게 된다. 이러한 습증기는 상기 열교환기(20)로부터 배출되어 수분리기(51)에서 응축수를 생성하여 외부로 배출시키게 되고, 수분이 제거된 건증기는 팽창기(53)를 통과하여 건조실로 다시 공급되게 된다.
한편 상기 공급라인(30)을 통해서는 응축수(또는 온수)가 공급되어 제2 압축기(13)에서 2단 흡입되고, 상기 열교환기(20)에서 압력조절밸브(54)로 인하여 저온 저압을 유지하게 되며, 이에 의해 응축수는 증발잠열을 흡수하여 스팀으로 변하게 된다.
즉, 상기 제1 압축기(12)는 건조기에서 발생된 습증기를 압축시켜 고온 고압이 되고, 상기 제2 압축기(13)는 응축수를 흡입하여 저온 저압이 됨으로 인해, 습증기는 응축되고, 응축수는 스팀이 됨으로 인해 배출 또는 낭비되는 에너지를 최소화하는 것이다.
도 5는 온수를 이용하여 스팀을 생산하기 위한 열펌프시스템을 나타낸 것으로, 이는 스팀을 사용한 후 발생된 응축수에 온수를 순환시켜 증발잠열을 공급함으로 인해 스팀을 생산할 수 있는 것이다.
즉, 응축수는 공급라인(30)에 의해 압력조절밸브(54)를 통과하여 열교환기(20)에 공급되는데, 이때에 응축수는 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)를 연속적인 4단 흡입에 따른 상기 열교환기(20)의 내부압력의 저하에 따라 저온 저압이 되고, 상기 열교환기(20)에 의해 열교환이 이루어지도록 연결된 열교환라인(40) 상에는 온수를 순환시켜 증발잠열을 제공받음으로 인해 응축수의 증발이 이루어지며, 이후에 상기 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)를 연속적으로 통과하여 4단 압축에 의해 고온 고압이 되어 스팀이 생산하게 된다.
도 6은 외기나 폐기열을 이용하여 저수조를 가열함으로 인해 온수를 생산할 수 있는 열펌프시스템을 나타낸 것으로, 이는 실외공기 또는 폐기열을 열교환라인(40)을 통해 공급하여 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)에 의해 4단으로 압축하여 압력과 온도가 상승된 압축공기를 형성하게 되고, 이를 열교환기(20)에 공급함으로 인해 공급라인(30)을 통해 순환되는 냉수 또는 저온수를 가열할 수 있으며, 또한 상기 열교환기(20)에서 열교환 후에 배출되는 공기는 수분리기(51)를 통해 응축수를 발생하여 외부로 배출시키게 된다.
이러한 본 발명의 시스템에 따르면, 폐기열과 외기를 이용하여 온수를 생산하므로 에너지 절감할 수 있을 뿐만 아니라 겨울철에는 온도가 낮은 냉수를 보일러를 사용하지 않고도 대략 20도 정도로 물을 가열하여 사용할 수 있으므로 배관의 동파를 줄일 수 있으며, 여름에는 염색공장이나 목욕탕의 실내공기에서 온수를 대략 50도 정도 상승시킬 수 있으므로 공장냉방 또는 실내공기를 냉각할 수 있어 온수생산과 냉방이 동시에 이루어질 수 있는 것이다.
도 7은 습증기로부터 습기를 제거하여 건증기를 생산하는 제습기능을 갖는 열펌프시스템을 나타낸 것으로, 이는 모터(11)의 양측에 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)가 각각 구비된 터보압축기(10)와, 상기 제1 압축기(12)에 연결되어 습증기가 순환되는 공급라인(30)과, 상기 공급라인(30)이 통과되어 열교환되는 열교환기(20)와, 상기 공급라인(30) 상에 구비되어 상기 열교환기(20)로부터 배출되는 유체가 열을 방출함으로 인해 발생된 응축수를 분리하는 수분리기(51)와, 상기 수분리기(51)에 연결되어 응축수를 배출하는 드레인밸브(55)와, 상기 공급라인(30) 상에 구비되어 유체의 압력을 낮추는 팽창기(53)를 포함하여 이루어지게 된다.
이러한 구성에서 상기 공급라인(30)은 자체에 의해 상기 열교환기(20)에서 열교환이 이루어진 것으로, 이는 습증기가 상기 제1 압축기(12)를 통과하도록 연결된 후에, 상기 열교환기(20)를 통과하여 수분리기(51)와 팽창기(53)를 거쳐 재차 상기 열교환기(20)로 연결되며, 이후에 상기 제2 압축기(13)를 통과하여 건증기를 생산하게 된다.
이러한 시스템에 따르면, 건조기에서 배출된 습증기는 포화증기의 상태가 되어 더 이상 습기를 흡수할 수 없으므로 폐열이 되어 대기 중으로 배출하게 되는데, 이는 에너지낭비는 물론 공해를 오염시키는 주요인이 되는 것이어서, 본 발명은 이 습증기를 효과적으로 응축시키고 열은 다시 공급하여 습기를 흡수함으로 인해 건조효율을 높이고자 하는 것이다.
즉, 건조기에서 발생된 습증기를 제1 압축기(12)에서 2단 압축하여 팽창기(53)의 작용으로 압력과 온도가 높아진 습증기를 열교환기(20)에 공급하여 열을 방출하고, 수분리기(51)에서는 응축수를 생성하여 드레인밸브(55)를 통해 외부로 배출시키게 되며, 상기 팽창기(53)를 통과한 건증기는 제2 압축기(13)의 2단 압축으로 인해 높은 온도의 건증기가 되어 건조기에 공급하게 된다.
이러한 시스템은 건조기 또는 실내의 습도를 낮추는데 이용할 수 있으며, 또한 공기 중에 포함된 미세분진이나 화학물질을 응축시켜 폐수로 방류함으로 인해 냄새를 제거함과 동시에 공장의 환경을 개선시키는데 이용할 수 있는 것이다.
도 8은 액체를 증발시킨 후에 증발된 기체를 응축시키는 열펌프시스템을 나타낸 것으로, 이는 도 7에 도시된 구성과 유사하게 공급라인(30) 자체에 의해 열교환기(20)에서 열교환이 이루어지도록 구비되어 있다.
본 발명의 증발 또는 응축을 위한 열펌프시스템은 공급용기(60)에서 발생된 유체(증발된 기체)가 상기 공급라인(30)을 통해 상기 제1 압축기(12)를 통과하도록 연결된 후에, 상기 열교환기(20)를 통과하여 액분리기(51a)에서 응축액체 또는 정제된 액체를 생산하고, 증발된 기체는 팽창기(53)를 거쳐 재차 상기 열교환기(20)로 공급되어 압축열을 흡수하며, 상기 제2 압축기(13)를 통과하여 상기 공급용기(60)로 공급되어 기포발생기(62) 등에 의해 1차 액체를 증발시키는 열원으로 사용할 수 있는 것이며, 이러한 증발 또는 응축을 위한 열펌프시스템은 해수를 담수화하는 설비나 화학공장, 주정공장 또는 정유설비 등에서 사용 가능한 것이다.
여기에서, 상기 공급라인(30)을 통해 공급되는 습증기는 상기 공급라인(30)에 연결되는 공급용기(60) 내에 염수나 액상의 화학물질 또는 주류나 원유 등과 같은 1차 액체를 충전하여 가열 또는 자연 증발에 따라 발생될 수 있으며, 상기 액분리기(51a)에 의해 생성되는 응축액체는 상기 공급용기(60)에 충전된 1차 액체에 따른 염분이 제거된 담수나 화학성분이 제거된 정제수 또는 증류된 주류나 정제된 오일 등과 같은 2차 액체로 생산되며, 이는 상기 공급용기(60)에 유사한 수거용기(61) 내로 수거될 수 있으며, 상기와 같이 동일한 방식으로 정제된 2차 액체를 반복적으로 증발시켜 액체로 정제할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims (5)

  1. 각각에 구비된 다수의 임펠러(14~17)에 의해 유체를 다단 압축하도록 된 제1 압축기(12)와 제2 압축기(13)를 포함하는 터보압축기(10)와;
    상기 터보압축기(10)에 연결되어 유체 사이의 열교환이 이루어지도록 된 열교환기(20)와;
    상기 터보압축기(10)와 열교환기 중에서 적어도 상기 열교환기(20)를 통과하도록 구비되어 공급처에 유체를 공급하도록 된 공급라인(30)을 포함하여 이루어지며;
    상기 공급라인(30)은 상기 열교환기(20)를 통과하도록 연결된 별도의 열교환라인(40)에 의해 열교환이 이루어지거나 또는 상기 공급라인(30) 자체에 의해 열교환이 이루어지도록 연결된 것을 특징으로 하는 터보압축기를 이용한 열펌프시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공급라인(30)은 상기 열교환기(20)를 통과하도록 연결된 별도의 열교환라인(40)에 의해 열교환이 이루어지도록 구비되되, 상기 공급라인(30)과 열교환라인(40) 상에는 유체의 흐름 방향을 변경하도록 된 방향절환밸브(50)가 구비되고;
    상기 공급라인(30)과 열교환라인(40)은 각각 실내공기와 실외공기를 상기 터보압축기(10)와 열교환기(20)를 통과시켜 냉방 또는 난방을 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 터보압축기를 이용한 열펌프시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공급라인(30)은 상기 열교환기(20)를 통과하도록 연결된 별도의 열교환라인(40)에 의해 열교환이 이루어지도록 구비되되, 상기 열교환라인(40)은 습증기나 폐기열 또는 온수를 포함한 열원을 상기 터보압축기(10) 또는 열교환기(20)를 통과하도록 연결되고, 상기 공급라인(30)은 응축수를 포함한 유체를 상기 열교환기(20)와 터보압축기(10)를 순차적으로 통과하여 스팀을 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 터보압축기를 이용한 열펌프시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공급라인(30)은 상기 열교환기(20)를 통과하도록 연결된 별도의 열교환라인(40)에 의해 열교환이 이루어지도록 구비되되, 상기 열교환라인(40)은 실외공기나 폐기열을 포함한 열원을 상기 터보압축기(10)와 열교환기(20)를 순차적으로 통과하도록 연결되고, 상기 공급라인(30)은 냉수나 저온수를 포함한 유체를 상기 열교환기(20)로 통과시켜 온수를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 터보압축기를 이용한 열펌프시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 공급라인(30)은 자체에 의해 열교환이 이루어지도록 연결되되, 습증기나 폐기열을 포함한 유체를 상기 터보압축기(10)의 제1 압축기(12)와 열교환기(20)를 통과시키고, 상기 열교환기(20)를 통과한 유체를 팽창기(53)에 의해 팽창시킨 후에 상기 열교환기(20)와 제2 압축기(13)를 순차적으로 통과시켜 습기가 제거된 기체를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 터보압축기를 이용한 열펌프시스템.
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