KR20160128027A - 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압축기-응축기-팽창밸브-증발기 4 사이클의 순서로 냉매가 순환하는 냉매라인으로 구성된 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서, 냉매 라인에서 팽창밸브를 대체하고 종래 버려지는 냉매의 팽창력으로 구동 발열되는 유도가열 방식의 열원화 장치로서 팽창터빈부와 와전류 발열부, 그리고 열교환부로 구성된 와전류 발열장치를 냉매 라인 상에 설치하여 고온의 열을 용도별 수요처에 공급하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하되, 상기 와전류 발열장치에 의하여 가열된 가온 보충수가 저장되는 축열조를 더 포함하고, 상기 와전류 발열장치의 열교환부에서 생성된 고온의 온수로 냉매라인에 흐르는 냉매를 가열하여 적상 방지 및 제상 용도의 보충열을 선택적으로 공급하고 축열조로 복귀하는 바이 패스 라인으로서 압축기 전단 입구측에 열적 접촉 상태로 경유하여 냉매에 열을 주고 복귀하는 온수라인이나 응축기 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인을 메인 배관인 냉매 라인에 각각 선택적으로 연장 형성하여 와전류 발열장치에서 공급되는 고온의 온수로 낮은 외부 온도하에서도 압축기가 정상적으로 작동을 할 수 있게 됨으로써 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템
Description
본 발명은 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템에 관한 것으로서,
더욱 자세히는 압축기-응축기-팽창밸브-증발기 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 히트 펌프 사이클의 히트펌프 냉난방 시스템에서,
전기나 화석 연료 등 별도의 추가 에너지 없이도 회전자를 구동시키는 회전 동력원으로서 팽창 터빈과 전자 유도 와전류 발열을 통하여 발생하는 열을 전달하는 발열원으로서 영구 자석이 외주에 구비된 회전자 및 발열원인 회전자 자석의 외주를 일정 간격 이격된 상태로 휘감는 고 접촉 면적의 나선 형상으로 관체 내부에 흐르는 냉수를 온수로 가온시키는 알루미늄 재질의 금속관체로서 열교환부가 일체로 구비되어 히트펌프 냉매배관에 흐르는 냉매운동으로 냉매터빈을 구동하여 발전을 하지 않고 바로 냉매를 가열할 수 있는 열원화 장치로서 와전류 발열장치를 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 배관에 팽창밸브 대신 장착한 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 제공함으로서,
열효율이 매우 높고 가열속도가 빠르며 냉매의 흐름을 방해하지 않고 냉매를 효율적으로 가열할 수 있는 와전류 발열장치로 가열된 고온의 온수를 가정이나 사무실, 비닐하우스, 산업체 등의 히트 펌프 냉난방 시스템용이 구비된 열수요처에 난방수와 급탕수 또는 적상방지 및 제상의 열량 보충용 가온수 등의 다 용도로 공급하게 함으로써 히트펌프 시스템의 열 이동 기능을 원활하게 수행할 수 있게 하여 에너지 절약적이고 환경친화적인 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템에 관한 것이다.
우리나라는 에너지 자원 부족국가의 하나로서 에너지 절약은 필수적인 과제 로서 그리고 석탄과 석유는 연소할 때 대기오염과 지구 온난화의 원인이 되는 CO₂등을 많이 배출하기 때문에 이산화탄소 배출로 인한 지구 온난화, 오존층 파괴 등의 환경 문제와, 화석연료 고갈, 원자력 에너지에 대한 반감 등으로 새로운 에너지로의 전환이 절실히 요구되고 있는 바 이를 해결하기 위한 대안으로 신재생 에너지를 이용한 발전과 고효율 에너지 기자재에 대한 연구가 광범위하게 진행되고 있다.
대체에너지 중에서도 에너지절약형 열공급원으로 히트 펌프는 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 주는 장치로서 실내의 냉난방에 널리 사용되고 있는데, 히트펌프(Heat Pump) 냉난방 시스템은 냉방 및 난방이 선택적으로 이루어지게 시스템을 구성하고, 냉방모드나 난방모드에 따라 시스템을 선택적으로 운전하여 냉매의 흐름이 서로 역방향으로 행하여지면서 선택 모드에 따라 냉방이나 난방, 급탕이 이루어지도록 한 것으로 운전비용이 저렴하고 배열도 이용할 수 있으며 난방성능도 높은 장점이 있다
일반적으로 히트펌프는 도 1에 도시된 바와 같이 압축기(1), 응축기(2), 팽창밸브(3), 증발기(4)로 구성되어 순환하는 냉매가 액화와 기화를 반복하게 하여 이와 연결된 기타 주변기기들을 통해 냉난방을 수행하도록 되어 있는데 히트펌프는 초기설치비용이 높으나 운영시의 냉난방비가 매우 저렴하므로 장기적으로는 비용절감의 효과가 있으므로 그 수요가 증가하고 있는 추세이다.
히트펌프 냉난방 장치의 시스템 구성은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 등으로 일반적으로 냉동사이클의 구성과 동일하게 이루어져 있으며, 내부를 순환하는 냉매의 액화와 기화에 의해 실내와 실외 사이에서 열을 전달함으로써 냉방 또는 난방을 수행하게 되는데 냉방시스템으로 동작하는 경우 냉매가 증발기에서 실내의 열을 흡수하여 응축기를 통해 실외로 열을 방출함으로써 실내를 냉방시키고, 난방시스템으로 작동하는 경우 냉매가 증발기에서 실외의 열을 흡수하여 응축기를 통해 실내로 열을 방출함으로써 실내를 난방시키게 되는 히트펌프 냉난방 시스템 구성으로, 상기 히트펌프 시스템은 사이클 내에 방향전환밸브를 추가시킴으로써 냉매의 순환방향을 정 또는 역방향으로 제어함에 의해 여름철에는 냉방장치로 겨울철에는 난방장치로 작동시킬 수 있으며, 그러한 경우 증발기와 응축기의 역할은 서로 바뀌게 되는데 하절기에는 실내기인 증발기와 실외기인 응축기의 역할과, 동절기에는 실내기인 응축기와 실외기인 증발기의 역할을 사방밸브로 냉매의 증발과 응축을 정반대로 교체하는 방식이며 공기를 대상으로 냉, 난방을 하게 된다.
그러나 종래의 히트펌프 냉난방 장치의 시스템 구성은 상기와 같이 에너지의 흐름에서 화석연료나 전기히터를 사용하는 난방 장치보다 효율이 높아 효율적 경제적 냉난방이 가능하고 CO2 저감효과가 매우 커서 환경문제가 발생하지 않는 고효율 친환경 시스템인 반면에 동절기 즉, 외부의 온도가 약 -5℃ 이하일때 냉매의 증발이 극도로 저하되어 원활한 난방 기능 수행이 어려운 문제점, 즉 공기의 온도가 크게 내려가는 겨울철의 경우 낮은 공기 온도로부터 열을 흡수하여 실내에 따뜻한 공기를 공급하는 것이 어렵고 실외에 발생하는 서리 때문에 난방기능이 제한되어 히트펌프 보급의 걸림돌이 되어 왔는데,
이는 착상이 발생하면 공기와 냉매의 열저항이 커지고 공기 유동 통로를 서리가 차단(Blocking)하여 대류 열전달 성능이 크게 나빠지게 되며 따라서 그 결과로서 증발기의 증발온도가 저하하고 냉매의 순환 유량이 감소하여 실내측에 위치한 응축기의 응축온도도 낮아져 히트펌프 성능이 급격히 저하되거나 기계적인 손상이 발생되기 때문이다.
따라서 종래 공기열원 히트펌프의 실외 열교환기를 제상(除霜)하기 위해서 전기히터 사용방식, 압축기의 고온고압의 가스를 바이패스시킨 핫가스 운용방식, 냉매사이클을 역으로 운전하는 역사이클 방식 등 다양한 방식을 동원하여 제상을 해결하고자 하였으나 추가 전력사용의 증가, 가용 응축 열원의 감소, 설비비의 증가, 난방운전의 단속 등의 문제가 부가적으로 발생되어 비용이 증가하고 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
즉 난방 순환에서의 제상구조에서 냉매의 순환 사이클을 역으로 순환(냉방 순환)시켜 상기 실외 열교환기의 착상 및 결빙을 제거하는 것은 장시간 제상운전으로 난방 운전을 방해하여 난방효율이 저하되고 난방효율을 고려하여 단시간 제상운전을 수행하는 경우, 실외 열교환기의 착상 및 결빙이 완전하게 제거되지 않아 열교환 효율이 저하되며, 실외 열교환기에 전열 히터를 부설하여서 그 표면에 부착된 서리를 제상하는 것은 성적계수의 개선이 미미하고 별도의 추가 에너지가 필요한 문제점이 있다.
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따라서 종래 기술의 히트 펌프 냉난방 시스템은 여름철과 겨울철의 주위환경 온도변화 특성에 적절히 대응하지 못하는 문제점이 있어 한냉지나 겨울철 낮은 외부 온도 등 극한 조건하에서도 경제적 효율적 환경친화적으로 압축기를 정상 작동시킬 수 있는 히트 펌프 냉난방 시스템의 개발이 절실이 요구되고 있다.
또한 통상의 히트펌프 시스템에서 에너지가 전달되는 순서는 역 랭킨사이클로 냉매압축동력을 가하여 냉매의 상태를 일으키면서 기화열을 냉방용으로 또는 응축열을 난방용으로 이용하는 냉/난방 작용의 열만을 이용하였으며, 종래 히트펌프 운전시에 배관 내부에 흐르는 유체냉매의 운동에너지를 전혀 활용하지 못하고 방치하여 버리는 문제점이 있었다.
따라서 상기 문제점을 개선하여 종래 히트펌프 운전시 배관 내부에 흐르는 유체냉매의 운동에너지를 활용하는 선행 기술들이 다수 개발되었는데,
그 중에서도 터빈에서 발생되는 폐 에너지를 효율적으로 회수하여 열손실을 예방하고 고효율 발전을 수행할 수 있는 터빈의 축 동력으로 전기를 발전하여 재활용하는 신재생에너지장치로서 종래의 냉매가스 터빈 발전기는 추가적인 에너지 소비 없이 생성된 히트 펌프 구동 전력을 환경친화적인 자체 생산 전력으로 상당 부분 충당할 수 있어 최소한의 전력사용 요금으로 구동이 가능한 반면에. 필요로 하는 전기를 얻기 위하여 불필요하게 소모되는 에너지가 자주 발생하게 되고, 또한 발생한 에너지를 전달 또는 변환하기 위한 에너지가 추가로 소모되고, 이러한 에너지는 버려지는 소모성 에너지로서 전체 히트펌프 시스템의 에너지 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다
본 발명자는 상기와 같이 에너지 손실이 많은 종래 기술의 히트펌프 운전시 배관 내부에 흐르는 유체냉매의 운동에너지를 활용하여 전기 에너지를 생산하는 종래 선행 기술이 가지는 과다 에너지 소모의 문제점을 극복하여 입력에너지를 최소화하는 저부하의 터빈 축동력 회전에너지를 열에너지로 변환하되 발전기를 제거하고 와전류 손실을 이용 효율적인 급속가열이 가능한 유도가열 방식의 열원화 장치로서 전기 히터 등에 비하여 상대적으로 에너지효율이 좋은 와전류 발열장치를 이용 소모적인 전기를 발생시키지 않고도 곧 바로 온수나 온풍 등 원하는 열 에너지 형태로 변환하여 폐열을 추가 열원으로 사용하여 에너지 절감을 실현하고 비용효율을 높인 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 신재생에너지장치로서 와전류 발열장치를 개발하고 본 발명에 적용한 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 개발하게 된 것이다.
전술한 바와 같이 종래 기술의 히트 펌프 냉난방 시스템은 여러 가지 문제점을 가지고 있는바,
착상에 따라 저하되는 난방능력을 보상하기 위하여 제상 및 착상 방지용 고열이 계속적으로 요구되는 히트 펌프 시스템에 있어서 제상을 해결하기 위하여 추가 전력사용의 증가, 가용 응축 열원의 감소, 설비비의 증가, 난방운전의 단속 등의 문제가 부가적으로 발생되어 비용이 증가하고 효율이 떨어지는 문제점이 있는 종래 히트펌프 냉난방 시스템이 가지는 단점을 극복하기 위하여.
외기온도가 내려가 부족한 난방능력 보상과 제상 및 착상 방지용 고열이 계속적으로 요구되는 히트 펌프 시스템의 용도 요구 특성에 적합한 보조 열원으로서 에너지 소모적인 종래의 전기 히터 등을 대체하여 종래 버려지는 냉매의 팽창력으로 구동 발열되어 입력에너지를 최소화하는 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 유도가열 방식의 열원화 장치인 와전류 발열장치를 냉매 배관 상에 설치한 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 제공하여 제상 및 착상 방지 용도의 부족한 열량을 보충 공급함으로써 착상에 따라 저하되는 난방능력을 보상하고 신속한 제상으로 외기온도와 상관없이 어떠한 악조건에서도 항상 필요한 열 용량과 효율을 일정하게 유지할 수 있어 히트 펌프 시스템의 무착상 운전 또는 연속난방 운전을 가능하게 하는 본 발명의 기술적 과제를 해결한 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 전술한 종래 기술의 히트 펌프 냉난방 시스템이가지고 있는 저하되는 난방능력을 해결하기 위하여 안출한 것으로서,
압축기-응축기-팽창밸브-증발기 4 사이클의 순서로 냉매가 순환하는 냉매라인()으로 구성된 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서,
상기 4 사이클의 냉매 라인에서 팽창밸브를 대체하고 종래 버려지는 냉매의 팽창력으로 구동 발열되어 입력에너지가 최소화되는 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 유도가열 방식의 열원화 장치로서 팽창터빈부와 와전류 발열부, 그리고 열교환부로 구성된 와전류 발열장치를 냉매 라인 상에 설치하여 고온의 열을 용도별 수요처에 공급하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하되,
상기 와전류 발열장치에 의하여 가열된 가온 보충수가 저장되는 축열조를 더 포함하는 축열식의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 형성하고,
상기 와전류 발열장치(100)의 열교환부(140)에서 생성된 고온의 온수로 냉매라인에 흐르는 냉매를 가열하여 적상 방지 및 제상 용도의 보충열을 선택적으로공급하고 축열조로 복귀하는 가지 배관의 바이 패스 라인으로서 압축기(10) 전단 입구측 냉매 라인 일부 구간에 열적 접촉 상태로 경유하여 냉매에 열을 주고 복귀함으로써 냉매가 가열된 상태로 압축기로 흡입하는 온수라인()이나 압축기와 응축기 사이 응축기 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인()을 메인 배관인 냉매 라인()에 각각 선택적으로 연장 형성하여 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수로 냉매 라인(A)에 흐르는 냉매가 가열된 상태로 압축기로 흡입되게 하여 압축률과 난방능력을 향상시켜 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
이와 같이 된 본 발명의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템은,
압축기-응축기-팽창밸브-증발기 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 히트 펌프 사이클의 히트펌프 냉난방 시스템에서,
전기나 화석 연료 등 별도의 추가 에너지 없이도 회전자를 구동시키는 회전 동력원으로서 팽창 터빈과 전자 유도 와전류 발열을 통하여 발생하는 열을 냉매의 흐름을 방해하지 않고 효율적으로 전달하는 발열원으로서 와전류 발열장치를 공기열원 히트펌프 시스템의 메인 냉매라인에 장착하되 보충열 공급 온수라인을 추가적으로 설치하는 가변형의 냉매 온도 보상 기능 열교환 구조로 착상에 따라 저하하는 난방능력을 보상하고 신속한 제상을 실시하여 종래 히트펌프 시스템이 가지는 외기 온도가 낮은 혹한기 착상에 따라 난방능력이 저하되는 히트 펌프 장치의 단점을 극복하고 동절기 결빙을 방지하고 열교환 능력을 증가시켜 주위 온도변화에 상관 없이 난방능력을 그대로 유지하여 고효율로 운전되는 히트펌프 냉난방 시스템을 구현함으로써,
연속 난방(Non-stop Heating)을 구현하되 난방용 열에너지 공급의 처음에서 마지막 단계에 이르기까지 다목적이고 단계적으로 이용하여 히트펌프 냉난방 시스템 총체적인 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.
특히 본 발명은 열효율이 매우 높고 가열속도가 빠르며 냉매의 흐름을 방해하지 않고 냉매를 효율적으로 가열할 수 있는 와전류 발열장치를 유효 활용하여 가열된 고온의 온수를 가정이나 사무실, 비닐하우스, 산업체 등의 히트 펌프 냉난방 시스템용이 구비된 열수요처에 난방수와 급탕수 또는 적상방지 및 제상의 열량 보충용 가온수 등의 다 용도로 공급하게 함으로써 히트펌프 시스템의 열 이동 기능을 원활하게 수행할 수 있게 하여 에너지 절약적이고 친환경적이다.
특히 본 발명은 냉매가스터빈으로 발전기 대신 와전류 발열 장치를 구동하여 히트펌프에서 필요한 열원을 직접 생산하여 히트펌프에 공급하는 히트 펌프 시스템 장치로서,
본 발명에 채용되는 와전류 발열장치는 영구자석으로 이루어진 회전자가 회전할 때 회전자 주위에 배치된 도체 표면에 발생하는 와전류가 열에너지로 변환되는 발열 장치로서 이 와전류 발열 장치는 초기 구동 토크 문제를 해결하여 일반 모터, 혹은 냉매터빈, 스팀터빈, 풍력터빈 등에 의한 회전력만 있으면 낮은 기동토크로도 열에너지를 발생시킬 수 있어 입력 부하가 최소화되는 효과가 있다.
따라서 본 발명은 제상 및 착상 방지 용도의 부족한 열량을 보충 공급함으로써 겨울철 극한의 저온에서도 냉매가 유동할 수 있는 온도의 환경을 조성하여 착상에 따라 저하되는 난방능력을 보상하고 신속한 제상으로 외기온도와 상관없이 어떠한 악조건에서도 항상 필요한 열 용량과 효율을 일정하게 유지할 수 있어 히트 펌프 시스템의 무착상 운전 또는 연속난방 운전이 가능하다.
도 1은 종래 기술의 일반적인 히트 펌프 시스템 냉난방 사이클 블록 구성도
도 2는 본 발명에 적용되는 와전류 발열장치 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도
도 3은 본 발명의 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 장치 시스템 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도로서
도 3a는 일 실시예의 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 장치 시스템 구성도
도 3b는 다른 실시예의 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 장치 시스템 구성도
도 4는 본 발명에 적용되는 일실시예의 와전류 발열장치 전체 구성을 나타낸 단면 구성도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 팽창터빈부 구성을 도시한 도면
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 열교환부 구성을 도시한 도면
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 팽창 터빈부 중간 커버(노즐 기능)를 도시한 도면
도 8은 본 발명에 따른 와전류 발열장치를 이용한 종합 실시예의 히트 펌프 냉방 시스템 구성을 도시한 블록 구성도
도 2는 본 발명에 적용되는 와전류 발열장치 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도
도 3은 본 발명의 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 장치 시스템 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도로서
도 3a는 일 실시예의 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 장치 시스템 구성도
도 3b는 다른 실시예의 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 장치 시스템 구성도
도 4는 본 발명에 적용되는 일실시예의 와전류 발열장치 전체 구성을 나타낸 단면 구성도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 팽창터빈부 구성을 도시한 도면
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 열교환부 구성을 도시한 도면
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 팽창 터빈부 중간 커버(노즐 기능)를 도시한 도면
도 8은 본 발명에 따른 와전류 발열장치를 이용한 종합 실시예의 히트 펌프 냉방 시스템 구성을 도시한 블록 구성도
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부 도면에 의하여 상세하게 기술하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명은 압축-응축-팽창-증발의 4 사이클 순서로 순서로 냉매가 순환하는 냉매라인으로 구성된 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서,
상기 4 사이클의 냉매 라인에서 팽창밸브를 대신하여 압축기(10)-응축기(20)-와전류 발열장치(100)-증발기(30)로 냉매 라인을 구성한 히트 펌프 냉난방 시스템(200)으로서,
종래 버려지는 냉매의 팽창력으로 구동 발열되어 입력에너지가 최소화되는 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 유도가열 방식의 열원화 장치로서 팽창터빈부(110)와 와전류 발열부(130), 그리고 열교환부(140)로 구성된 와전류 발열장치(100)를 냉매 라인(A) 상에 설치하여 고온의 열을 용도별 수요처에 공급하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하되,
상기 와전류 발열장치(100)에 의하여 가열된 가온 보충수가 저장되는 축열조(50)를 더 포함하는 축열식의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템(200)을 형성하고,
상기 와전류 발열장치(100)의 열교환부(140)에서 생성된 고온의 온수로 냉매라인(A)에 흐르는 냉매를 가열하여 적상 방지 및 제상 용도의 보충열을 선택적으로 공급하고 축열조(50)로 복귀하는 가지 배관의 바이 패스 라인으로서 압축기(10) 전단 입구측 냉매 라인 일부 구간에 열적 접촉 상태로 경유하여 냉매에 열을 주고 복귀함으로써 냉매가 가열된 상태로 압축기(10)로 흡입하는 온수라인(B1)이나 압축기(10) 출구와 응축기(20) 사이 응축기(20) 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인(B2)을 메인 배관인 냉매 라인(A)에 각각 선택적으로 연장 형성하여 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수로 냉매 라인(A)에 흐르는 냉매가 가열된 상태로 압축기(10)로 흡입되게 하는 방법으로 압축률과 난방능력을 향상시켜 압축기에 가해지는 부하를 줄여서 낮은 외부 온도하에서도 압축기가 정상적으로 작동을 할 수 있게 됨으로써 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하여 외기온도와 상관없이 어떠한 악조건에서도 항상 필요한 용량과 효율을 일정하게 유지할 수 있는 효과를 구현하게 된다.
또한 상기 본 발명은 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템으로서,
상기 와전류 발열장치(100) 외부에 별도로 구비된 축열조(50)에 저장된 온수를 다시 응축기(20)에 보내서 응축기의 냉매가스(핫가스)와 열교환하여 생성된 고온 열을 전달받아 복귀하는 저장수 추가 가온 기능의 온수라인(B3),
그리고 와전류 발열 장치의 고온 열을 열손실을 예방하는 축열조에 보내서 식은 열을 보충하는 저장수 추가 가온 기능의 온수라인(B4)을 절환 밸브 작용으로 유동하는 냉매를 최대로 가열할 수 있도록 각각 직렬 또는 병렬로 선택적이고 보충적으로 형성하여 히트 펌프 냉난방 시스템(200)에서 부족한 열을 상호 선택적이고 효율적으로 보충시켜 한냉기 제상이나 적상 부하, 피크 난방 부하 등 겨울철과 여름철의 주위환경 온도변화 특성에 따른 부하 변동과 관계 없이 일정 용량의 히트 펌프 장치로 종래의 히트 펌프 역사이클 제상법 또는 핫가스 바이패스 제상법에 비하여 난방용량의 부족분을 채워주되 평균난방능력과 COP가 획기적으로 향상되어 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 새로운 가열 회로가 부가되어 히트 펌프 시스템의 가동 중단이나 별도의 에너지가 필요 없게 되는 새로운 사이클의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템으로 구성하여 원하는 유로에 선택적이고 상호 보완적으로 냉매를 이송시켜 난방용 열에너지(난방수) 공급의 처음에서 마지막 단계에 이르기까지 다목적이고 단계적으로 이용하여 총체적인 에너지 효율을 높일 수 있게 할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면과 같이 상세히 설명한다.
본 발명은 전술한 바와 같이 압축-응축-팽창-증발의 4 사이클 순서로 순서로 냉매가 순환하는 냉매라인으로 구성된 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서,
상기 4 사이클의 냉매 라인에서 팽창밸브를 대신하여 압축기(10)-응축기(20)-와전류 발열장치(100)-증발기(30)로 냉매 라인을 구성한 히트 펌프 냉난방 시스템(200)으로서,
종래 버려지는 냉매의 팽창력으로 구동 발열되어 입력에너지가 최소화되는 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 유도가열 방식의 열원화 장치로서 팽창터빈부(110)와 와전류 발열부(130), 그리고 열교환부(140)로 구성된 와전류 발열장치(100)를 냉매 라인(A) 상에 설치하여 고온의 열을 제상 적상 방지 등 용도별 수요처에 공급하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 기본적으로 구성하게 된다.
상기 와전류 발열장치(100)는 고효율 회전동력을 발생시키는 회전 동력원으로서 냉매의 팽창력을 이용하여 회전자(132)에 구동력을 제공하는 팽창 터빈부(110), 동일한 회전축 상의 팽창 터빈부(110)의 회전 동력으로 구동되는 발열원으로서 높은 출력 밀도의 영구자석(133)이 외부에 다수개 형성된 톱니 형상 회전자(132)로 구성되어 열교환부(140)에 와전류 유기 줄열을 전달하는 와전류 발열부(130), 팽창 터빈부(110)의 터빈 휠(124)에 일체로 축결합된 터빈축(126)에 연동되어 회전 구동되는 회전자(1320에 구비된 영구 자석(133)의 회전으로 얻어지는 전자기 유도 와전류(Eddy Current)의 주울열로 지그 재그 관체 내부에 흐르는 유체를 순간집중적으로 가열하여 열수요처로 공급하는 열교환부(140)로 구성되어,
짧은 시간 충분한 열량이 공급되어 빠른 가열 시간과 낮은 에너지 소비로 전체적인 장치 에너지 소비를 감소시켜 높은 열변환 효율을 구현하게 되며 장치의 소형화, 고성능화 및 고출력화가 가능하게 형성되어 있다.
와전류는 도체에 흐르는 자속을 시간에 대하여 변화시키면 패러데이의 법칙에 따라 유도되는 기전력에 의하여 흐르는 전류로서 발생한 기전력에 의하여 도체에 전류가 흐르게 되는데 본 발명에서는 회전자(132) 외주에 구비된 다수 개 영구 자석(133)의 회전으로 얻어지는 전자기 유도 와전류(Eddy Current)의 주울열로 회전자 주위에 배치되어 열교환기 기능을 수행하는 열전도율이 높은 알루미늄 금속 관체로서 열교환부(140)에 흐르는 유체를 가열하여 열을 생산하는 자기장에 의한 유도 발열의 원리를 적용 냉매 라인에 흐르는 냉매를 따뜻하게 하여 히트펌프 냉난방 시스템 장치의 난방 능력을 향상시킬 수 있게 되는데 히트 펌프 난방 운전시 압축기(10)가 충분히 따뜻해지지 않고 있을 경우에도 신속한 가열에 의해 압축기로부터 토출하는 냉매 가스의 온도를 신속히 올릴 수 있어 적상 방지 제상 및 난방 능력 부족을 보충할 수 있게 된다.
즉 상기 와전류 발열 장치(100)는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용 전기를 거치지 않고 바로 열로 전환시키는 장치로서 일정 수준 이하의 입력 에너지에서도 정상적으로 열에너지를 생산할 수 있는바,
히트 펌프 냉난방 시스템(200) 냉매 배관에 흐르는 냉매의 팽창력으로 추가적인 에너지 입력 없이 팽창 터빈부(110)의 터빈 휠(124)을 구동하여 회전동력을 생성하고 외주에 다수개의 영구 자석(133)이 구비된 회전자(132)를 회전시켜 전기를 생산하는 것이 아니라 냉수가 흐르는 지그재그 나선 구조 전열관으로서 도체인 알루미늄 재질 열교환부(140)에 흐르는 냉수에 전자기 유도 와전류(Eddy Current)의 줄열을 전달하여 에너지를 집중시키는 급속가열로 열교환부(140) 내부에 흐르는 유체로서 냉수를 가열하여 고온의 온수를 바로바로 생산하여 용도별 열수요처에 공급하게 되는 것으로서 겨울철 히트 펌프 난방 시 히트 펌프의 적상 방지 및 제상 용도 히트 펌프의 열원으로서 또는 냉난방용 보충 열원으로서 광범위하게 이용하여 전체 시스템 열효율(성적계수)를 향상시키게 한다.
상기 와전류 발열장치(100)는 원통 형태로 냉매 가스가 팽창하는 과정에서 동력을 얻어내는 팽창 터빈부(110)와 열교환부(140)가 외주에 구비되고 팽창 터빈부(110)의 터빈 휠(124) 터빈축(126)에 연동된 축동력으로 와전류를 발생시키는 와전류 발열부(120)가 좌우 대칭으로 형성되는데,
냉매를 이용한 회전동력변환장치로서 상기 팽창 터빈부(110)는 저압의 냉매 조건하에서도 고효율의 회전동력을 획득할 수 있게 구성되는데 관통공(114)이 일측면에 구비된 전면 케이싱(111), 중간 케이싱(112), 후면 케이싱(113)이 일체로 결합된 원통 케이싱의 전체 외관을 형성하고 케이싱 내측으로 터빈 하우징(120)이 탭 등의 고정부재(T)로 결합되어 중첩 형성되는 이중 케이싱 구조로서, 상기 터빈 하우징(120)은 양측 대칭의 덮개 기능 앞커버(121)와 뒷커버(123)사이에 냉매 유입구(122a)와 냉매 유출구가 외주 일측에 각각 형성된 유체 분사 노즐 기능의 중간 커버(122)가 샌드 위치 형상으로 장착되고 중심부로는 터빈 축(Shaft)(123)과 터빈축에 심어진 날개로서 냉매의 속도에너지를 직접 회전력으로 변환시키는 톱니 형상 블레이드(Blade)(125)로 구성된 링 형상 터빈 휠(1254)이 후단의 영구 자석(133)이 외주에 다수 구비된 회전자(132)에 터빈축(126)으로 축결합되어,
유체 분사 노즐 기능의 중간 커버(122)에 구비된 냉매 유입구(122a)를 통하여 유입된 저온 고압의 냉매가스가 냉매 유출구를 통하여 빠져나가는 과정에서 얻어지는 냉매의 팽창력으로 터입 휠(124)을 회전 구동하고 이렇게 얻어진 회전 동력으로 터빈축(126)과 동일축 상의 회전자(132)를 구동하고 이렇게 회전자 회전으로 얻어지는 와전류를 도체 재질 관체인 열교환부(140)에 전달하여 열교환부를 흐르는 유체인 냉수를 온수로 급속 가열하여 고온의 열을 공급하게 된다.
상기와 같이 구성된 와전류 발열장치(100)는 전술한 바와 같이 히트 펌프 냉난방 시스템의 냉매 라인 상에 팽창 밸브 대신 설치하여 제상 적상 방지 등의 고온의 열을 공급하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하되 상기 와전류 발열장치에 의하여 가열된 가온 보충수가 저장되는 축열조를 더 포함하는 축열식의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 형성하여 외기온도와 상관없이 어떠한 악조건에서도 항상 필요한 용량과 효율을 일정하게 유지하게 형성된다.
그리고 상기 와전류 발열장치(100)의 열교환부(140)에서 생성된 고온의 온수로 냉매라인에 흐르는 냉매를 가열하여 적상 방지 및 제상 용도의 보충열을 선택적으로 공급하고 축열조로 복귀하는 가지 배관의 바이 패스 라인으로서 압축기(10) 전단 입구측 냉매 라인 일부 구간에 열적 접촉 상태로 경유하여 냉매에 열을 주고 복귀함으로써 냉매가 가열된 상태로 압축기로 흡입하는 온수라인(B1)이나 압축기와 응축기 사이 응축기 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인(B2)을 메인 배관인 냉매 라인(A)에 각각 선택적으로 연장 형성하여 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수로 냉매 라인(A)에 흐르는 냉매가 가열된 상태로 압축기(10)로 흡입되게 하여 압축률과 난방능력을 향상시켜 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 구성한다.
여기서 상기 온수라인(B1)은 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수를 나선상으로 순환시켜 압축기(10) 초기 기동시 냉매를 가열함으로써 냉매압을 상승시켜 압축기에 가해지는 부하를 줄여 주게 되며 압축률과 난방능력을 향상시켜 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 보다 안정적으로 효율적인 연속 난방을 수행하게 되는데 상기 와전류 발열장치(100)의 열교환부는 냉매가 머물지 않고 내부에 냉매가 흐르고 있는 상태이므로 냉매 온도가 이상적으로 상승되는 것이 방지된다.
상기한 상기 히트 펌프 시스템의 메인 배관인 냉매 라인(A)에 온수라인(B1)을 열적으로 접속하게 하는 구성은 압축기(10) 전단 파이프 형태 냉매라인에 코일 형상의 고밀도 전열 구조로 된 파이프 배관의 온수라인을 일정 길이 냉매 배관을 주위를 덮어서 휘감아 감싸게끔 나선 와류 형상 작은 체적 고비표면적 형태로 장착하고 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수가 냉매 라인(A)에 흐르되 저온 조건의 외부증발기(실외기)에서 증발이 이루어지지 않고 액상 상태로 흡입되는 냉매가 가열된 상태로 적절한 온도와 압력으로 압축기로 흡입되게 하여 적상 방지 또는 제상 용도의 부하시에도 보충 열을 공급하고 축열조로 복귀하는 바이 패스 형태의 온수라인(B1)을 형성하게 되는데 이 경우 압축기(10) 입구측 냉매의 증발 온도 및 압력은 상승되고 따라서 부하가 줄게 되어 무리한 구동을 방지되고 따라서 압축기의 출력을 높이지 않더라도 난방 성능과 제상 성능이 향상되어 성적계수도 올라가게 된다.
또한 상기 히트 펌프 시스템의 메인 배관인 냉매 라인(A)에는 압축기(10)와 응축기(20) 사이 응축기(20) 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인(B2)을 선택적이고 추가적으로 형성할 수 있는데 응축기 출구측에 장착하여 응축기(20)에서 배출되는 냉매의 온도를 상승시킬 수 있다.
또한 상기 본 발명 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서 부족한 축열조의 열량 보충용도 배관라인을 추가적으로 형성하여 축열수를 예열 및 가열시켜 열을 효율적으로 이동시키게 구성되는데,
상기 와전류 발열장치(100) 외부에 별도로 구비된 축열조(50)에 축열 저장된 축열수로서 온수를 다시 응축기(20)에 보내서 응축기의 냉매가스(핫가스)와 열교환하여 생성된 고온 열을 전달받아 복귀하는 저장수 추가 가온 기능의 온수라인(B3),
그리고 와전류 발열 장치의 고온 열을 열손실이 최소화되게끔 저장하는 축열조에 보내서 식은 열을 보충하는 축열수 추가 가온 기능의 온수라인(B4)을 절환 밸브 작용으로 유동하는 냉매를 최대로 가열할 수 있도록 각각 직렬 또는 병렬로 선택적이고 보충적으로 형성하여 히트 펌프 냉난방 시스템(200)에서 부족한 열을 상호 선택적이고 효율적으로 보충시키게 된다.
상기한 구성에서 축열조(50)는 상변화물질(PCM : Phase Change Material, 잠열축열재)충전된 축열탱크로 형성하여 상변화물질의 상변화에 따른 잠열을 이용한 축열을 시현함으로서 축열조의 체적도 줄이면서 저장 및 축열 효율을 올리는 방법으로 히트 펌프 냉난방 시스템의 종합적인 에너지 이용효율을 향상시킬 수 있으며 와전류 발열장치에서 공급되는 온수 일부는 급탕용으로 사용할 수 있다
위와 같이 본 발명의 히트 펌프 냉난방 시스템(200)은 상호 보완적이고 선택적으로 연결 구성되는 새로운 가온수 사이클의 추가 구성으로 외기온도 저하 등 운전조건에 따라 야기되는 히트펌프 시스템의 성능상 문제점을 극복하고 와전류 발열을 이용하여 고온 온수의 공급 및 환수되어 식은 온수 환수 온도의 적절한 조정으로 부족한 열을 효율적으로 보충할 수 있어 미사용 에너지의 재활용, 열교환능력 향상 등의 복합 상승효과로 제상 및 급탕 등의 복합 부하에 유연하고 탄력적으로 대치할 수 있어 히트펌프 시스템의 종합적인 열효율을 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명의 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치는 전술한 냉수를 가열하는 온수 생산 용도 이외에 장치 외부에 방열팬으로서 링 블로워를 열교환부 유체 유출입 파이프에 연결하여 실외 공기 온도보다 5℃ 이상 가온 시킨 더운 바람을 생산하여 온풍공급용으로도 사용될 수 있는데 이 경우 전체 에너지 소비가 늘어나므로 링 블로워의 회전속도를 증감시키는 경제적인 운전을 수행할 수 있다.
그리고 상기한 배관의 설치 및 순환 구조는 도시와 설명의 편의를 위하여 예시한 바람직한 실시예로서, 설치 조건에 맞춰 본 발명의 기술적 요지의 동일성 범위내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
또한 본 고안의 열교환기로서 응축기 증발기 등의 온도를 감지하는 온도 감지 센서에 연결되는 마이크로 프로세서 등의 컴퓨터 시스템에 연동시켜 사용자 필요에 따라 냉매나 온수 공급 온도와 급탕 온도를 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1:압축기 2:응축기
3:팽창밸브 4:증발기
100:와전류 발열장치
10:압축기 20:응축기
30:증발기 50:축열조
110:팽창 터빈부 111:전면 케이싱
112:중간 케이싱 113:후면 케이싱
114:관통공
120:터빈 하우징 121:앞커버
122:중간 커버 123:뒷커버
124:터빈 휠 125:블레이드
126:터빈 축
130:와전류 발열부 131:발열부 케이싱
132:회전자 133:영구자석
134:회전자 고정부재
140:열교환부
200:히트 펌프 냉난방 시스템
A:냉매라인 B1 B2 B3 B4:온수라인
T:고정부재 N:고정너트
3:팽창밸브 4:증발기
100:와전류 발열장치
10:압축기 20:응축기
30:증발기 50:축열조
110:팽창 터빈부 111:전면 케이싱
112:중간 케이싱 113:후면 케이싱
114:관통공
120:터빈 하우징 121:앞커버
122:중간 커버 123:뒷커버
124:터빈 휠 125:블레이드
126:터빈 축
130:와전류 발열부 131:발열부 케이싱
132:회전자 133:영구자석
134:회전자 고정부재
140:열교환부
200:히트 펌프 냉난방 시스템
A:냉매라인 B1 B2 B3 B4:온수라인
T:고정부재 N:고정너트
Claims (3)
- 압축-응축-팽창-증발의 4 사이클 순서로 순서로 냉매가 순환하는 냉매라인으로 구성된 히트 펌프 냉난방 시스템에 있어서,
상기 4 사이클의 냉매 라인에서 팽창밸브를 대신하여 압축기(10)-응축기(20)-와전류 발열장치(100)-증발기(30)로 냉매 라인을 구성한 히트 펌프 냉난방 시스템(200)으로서,
종래 버려지는 냉매의 팽창력으로 구동 발열되어 입력에너지가 최소화되는 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 유도가열 방식의 열원화 장치로서 팽창터빈부(110)와 와전류 발열부(130), 그리고 열교환부(140)로 구성된 와전류 발열장치(100)를 냉매 라인(A) 상에 설치하여 고온의 열을 용도별 수요처에 공급하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템을 구성하되,
상기 와전류 발열장치(100)에 의하여 가열된 가온 보충수가 저장되는 축열조(50)를 더 포함하는 축열식의 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템(200)을 형성하고,
상기 와전류 발열장치(100)의 열교환부(140)에서 생성된 고온의 온수로 냉매라인(A)에 흐르는 냉매를 가열하여 적상 방지 및 제상 용도의 보충열을 선택적으로 공급하고 축열조(50)로 복귀하는 가지 배관의 바이 패스 라인으로서 압축기(10) 전단 입구측 냉매 라인 일부 구간에 열적 접촉 상태로 경유하여 냉매에 열을 주고 복귀함으로써 냉매가 가열된 상태로 압축기(10)로 흡입하는 온수라인(B1)이나 압축기(10) 출구와 응축기(20) 사이 응축기(20) 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인(B2)을 메인 배관인 냉매 라인(A)에 각각 선택적으로 연장 형성하여 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수로 냉매 라인(A)에 흐르는 냉매가 가열된 상태로 압축기(10)로 흡입되게 하는 방법으로 압축률과 난방능력을 향상시켜 압축기에 가해지는 부하를 줄여서 낮은 외부 온도하에서도 압축기가 정상적으로 작동을 할 수 있게 됨으로써 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 하는 구성임을 특징으로 하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템 - 제 1항에 있어서,
압축기(10) 전단 입구측 냉매 라인 일부 구간에 열적 접촉 상태로 경유하여 냉매에 열을 주고 복귀함으로써 냉매가 가열된 상태로 압축기(10)로 흡입하는 온수라인(B1)과 압축기(10) 출구와 응축기(20) 사이 응축기(20) 입구측의 냉매 라인 일부 구간을 열적으로 접촉하고 경유하여 고온의 열을 주고 복귀하는 온수라인(B2)에 더하여,
상기 와전류 발열장치(100) 외부에 별도로 구비된 축열조(50)에 저장된 온수를 다시 응축기(20)에 보내서 응축기의 냉매가스(핫가스)와 열교환하여 생성된 고온 열을 전달받아 복귀하는 저장수 추가 가온 기능의 온수라인(B3),
그리고 와전류 발열 장치의 고온 열을 열손실을 예방하는 축열조에 보내서 식은 열을 보충하는 저장수 추가 가온 기능의 온수라인(B4)을 절환 밸브 작용으로 유동하는 냉매를 최대로 가열할 수 있도록 각각 직렬 또는 병렬로 선택적이고 보충적으로 형성하여 히트 펌프 냉난방 시스템(200)에서 부족한 열을 상호 선택적이고 효율적으로 보충시키게 구성됨을 특징으로 하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템 - 제 1항에 있어서,
상기 와전류 발열장치(100)는 원통 형태로 냉매 가스가 팽창하는 과정에서 동력을 얻어내는 팽창 터빈부(110)와 열교환부(140)가 외주에 구비되고 팽창 터빈부(110)의 터빈 휠(124) 터빈축(126)에 연동된 축동력으로 와전류를 발생시키는 와전류 발열부(120)가 좌우 대칭으로 형성되는데,
냉매를 이용한 회전동력변환장치로서 상기 팽창 터빈부(110)는 저압의 냉매 조건하에서도 고효율의 회전동력을 획득할 수 있게 구성되는데 관통공(114)이 일측면에 구비된 전면 케이싱(111), 중간 케이싱(112), 후면 케이싱(113)이 일체로 결합된 원통 케이싱의 전체 외관을 형성하고 케이싱 내측으로 터빈 하우징(120)이 탭 등의 고정부재(T)로 결합되어 중첩 형성되는 이중 케이싱 구조로서, 상기 터빈 하우징(120)은 양측 대칭의 덮개 기능 앞커버(121)와 뒷커버(123)사이에 냉매 유입구(122a)와 냉매 유출구가 외주 일측에 각각 형성된 유체 분사 노즐 기능의 중간 커버(122)가 샌드 위치 형상으로 장착되고 중심부로는 터빈 축(Shaft)(123)과 터빈축에 심어진 날개로서 냉매의 속도에너지를 직접 회전력으로 변환시키는 톱니 형상 블레이드(Blade)(125)로 구성된 링 형상 터빈 휠(1254)이 후단의 영구 자석(133)이 외주에 다수 구비된 회전자(132)에 터빈축(126)으로 축결합되어,
유체 분사 노즐 기능의 중간 커버(122)에 구비된 냉매 유입구(122a)를 통하여 유입된 저온 고압의 냉매가스가 냉매 유출구를 통하여 빠져나가는 과정에서 얻어지는 냉매의 팽창력으로 터입 휠(124)을 회전 구동하고 이렇게 얻어진 회전 동력으로 터빈축(126)과 동일축 상의 회전자(132)를 구동하고 이렇게 회전자 회전으로 얻어지는 와전류를 도체 재질 관체인 열교환부(140)에 전달하여 열교환부를 흐르는 유체인 냉수를 온수로 급속 가열하여 고온의 열을 공급하는 구성임을 특징으로 하는 냉매 팽창터빈 구동 와전류 발열장치를 이용한 히트 펌프 냉난방 시스템
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2015
- 2015-04-28 KR KR1020150059742A patent/KR101678913B1/ko active IP Right Grant
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