KR20160128028A - 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프 냉난방 시스템에 있어서 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 고 접촉 면적의 나선 형상으로 관체 내부에 흐르는 냉수를 온수로 가온시키는 열교환기 기능을 수행하게끔 전류 전도율이 높고 전기 저항이 낮은 도체로서 알루미늄 재질의 금속관체가 각각 구비되어 터빈의 동력으로 전기는 생산하지 않고 바로 열로 전환되게끔 와전류 발열장치를 형성하고 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 배관에 팽창밸브 대신 장착함으로써, 냉매의 팽창력을 이용하여 와전류 발열장치 구동 동력원으로서 팽창 터빈을 구동하여 얻어진 터빈의 회전 동력으로 영구자석이 외주에 구비된 회전자를 회전시키고, 발열체로서 회전자에 구비된 영구 자석의 회전력으로 얻어지는 전자기 유도 와전류(Eddy Current)의 주울열로 회전자 주위에 배치되어 열교환기 기능을 수행하는 열전도율이 높은 알루미늄 금속 관체를 가열하게 되고 따라서 금속 관체에 흐르는 유체에도 열이 이동되어 배관을 흐르는 유체가 단시간에 가열되게 됨으로써 히트펌프 시스템의 열 이동 기능을 원활하게 수행할 수 있게 하여 에너지 절약적이고 환경친화적인 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치에 관한 것이다.

Description

히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치{Turbine-integrated Eddy Current Heater for Heat Pump System using Refrigerants}

본 발명은 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치에 관한 것으로서,

더욱 자세히는 압축기-응축기-팽창밸브-증발기 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 히트 펌프 사이클의 히트펌프 냉난방 시스템에 있어서,

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 열교환기 기능을 수행하게끔 전류 전도율이 높고 전기 저항이 낮은 도체로서 알루미늄 재질의 금속관체가 각각 구비되어 터빈의 동력으로 전기는 생산하지 않고 바로 열로 전환되게끔 와전류 발열장치를 형성하고 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 배관에 팽창밸브 대신 장착함으로써,

팽창밸브 역할을 대신하여 냉매 배관에서 필요한 양의 유체를 누설하지 않고 다음 단에 공급하면서도 냉매 배관에 기체나 액체로 상태가 변하면서 흐르는 냉매의 흐름으로 냉매를 팽창시킬 때 발생하는 냉매의 팽창력을 이용하여 와전류 발열장치 구동 동력원으로서 팽창 터빈을 구동하여 얻어진 터빈의 회전 동력으로 영구자석이 외주에 구비된 회전자를 회전시키고, 발열체로서 회전자에 구비된 영구 자석의 회전력으로 얻어지는 전자기 유도 와전류(Eddy Current)의 주울열로 회전자 주위에 배치되어 열교환기 기능을 수행하는 열전도율이 높은 알루미늄 금속 관체를 가열하게 되고 따라서 금속 관체에 흐르는 유체에도 열이 이동되어 흐르는 유체가 단시간에 가열되게 됨으로써 형성된 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 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치에 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.

특히 대체에너지 중에서도 에너지절약형 열공급원으로 히트 펌프는 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 주는 장치로서 실내의 냉난방에 널리 사용되고 있는데, 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 순환매체가 액화와 기화를 반복하게 하여 이와 연결된 기타 주변기기들을 통해 냉난방을 수행하도록 되어 있는데 에너지의 흐름에서 전기히터를 사용하는 난방 장치보다 효율이 높고 환경문제가 발생하지 않아 고효율 친환경 시스템으로 분류되고 있바와 같이 히트펌프는 초기설치비용이 높으나 운영시의 냉난방비가 매우 저렴하므로 장기적으로는 비용절감의 효과가 있으므로 그 수요가 증가하고 있는 추세이다.

즉 히트펌프의 열교환 사이클은 사이클 내에 봉입된 냉매가 기체와 액체 사이를 상변화하면서 순환하여 열교환되는데 상기한 열 교환 사이클에서 저압 기체상태의 냉매는 압축기(1)에서 단열 압축되어 고압 기체상태의 냉매로 되고 고압 기체상태의 냉매는 응축기(2)에서 주위로 열을 방출하면서 응축되어 액체 상태로 되며 액체상태의 냉매는 팽창밸브(3)에서 단열 팽창되어, 고압 기체 상태로 되고, 증발기(4)에서 주위의 열을 흡수하면서 저압 기체 상태로 되는데 이렇게 기체와 액체 사이를 상변화하면서 순환하는 상기 열교환 사이클은 냉매가 단열 팽창될 때 주위로 열을 흡수하고, 팽창될 때 주위로 열을 방출하면서 열교환을 하는 과정을 반복하게 된다.

상기한 히트펌프의 열교환 사이클에서 고압 기체상태의 냉매가 단열 팽창되어 저압 기체상태의 냉매로 되는 과정은 실내 냉방에 사용되고, 저압 기체상태의 냉매가 단열 압축되어 고압 기체상태로 되어 액체상태로 응축되는 과정은 실내 난방에 사용될 수 있는데,

예를 들어 상기 히트펌프 시스템의 열교환 사이클은 사이클 내에 방향전환밸브(미도시함)를 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.

그런데 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 개발되었는데,

대한민국 공개특허공보 제10-2006-0066154호에 공개된 "냉매가스 터빈 발전기를 이용한 절전형 히트펌프"는 터빈과 발전기 결합형 발전장치로서 기체의 팽창력을 이용하여 전기를 발생시켜 히트펌프의 효율을 극대화시키는 기술로서 압축기 - 응축기 - 팽창밸브 - 증발기의 냉매순환배관으로 구성되었던 히트펌프 싸이클에서 팽창밸브를 대체하여 냉매가스터빈 발전기를 설치해서 배관에 흐르는 냉매운동으로 회전력을 얻어 발전하는 장치로서 위 냉매가스 터빈 발전기를 이용한 절전형 히트펌프는 냉매가스 터빈 발전기를 구동하여 생산된 전기를 히트펌프에 재공급하게 되면 히트펌프의 에너지 효율을 높일 수 있으나 냉매가스 터빈 발전기에서 생산된 전기를 히트펌프에 재공급하기 위해서는 터빈, 발전기, 인버터, 컨트롤러 등의 여러 장비가 필요하게 되어 각 단계를 거치면서 불필요한 에너지가 소비되어 많은 에너지 손실이 발생할 뿐 아니라 제조 원가가 높아져 제품 경쟁력을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있었다.

즉 터빈에서 발생되는 폐 에너지를 효율적으로 회수하여 열손실을 예방하고 고효율 발전을 수행할 수 있는 터빈의 축 동력으로 전기를 발전하여 재활용하는 신재생에너지장치로서 종래의 냉매가스 터빈 발전기는 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

따라서 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 에너지 낭비를 최소화 할 수 있는 본 발명의 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치를 개발하게 된 것이다.

전술한 바와 같이 종래 기술의 냉매 터빈 구동 결합형 발전장치는 여러 가지 문제점을 가지고 있는바,

냉매의 운동을 기계적인 회전동력으로 전환하는 회전 동력원으로서 냉매 터빈에 에너지 소모적인 발전기를 대체하여 전기 히터 등에 비하여 상대적으로 에너지효율이 좋은 와전류 발열장치가 결합된 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 유도가열 방식의 열원화 장치인 와전류 발열장치를 히트펌프의 냉매 배관 상에 설치함으로써 소모적인 추가 에너지를 발생시키지 않고도 곧 바로 온수나 온풍 등 원하는 열 에너지 형태로 변환하여 에너지 낭비를 최소화 할 수 있어 환경친화적이고 에너지 절약적적인 냉매 가스를 이용하는 열원화 장치로서 용도 요구 특성에 적합한 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치를 창안함으로써 본 발명의 기술적 과제를 해결한 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서,

압축기-응축기-팽창밸브-증발기 순서의 냉매순환배관으로 구성되어 주위온도를 기준으로 저온과 고온의 열을 상대적으로 이용하는 히트 펌프 사이클의 히트펌프 냉난방 시스템에 있어서,

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 열교환기 기능을 수행하게끔 전류 전도율이 높고 전기 저항이 낮은 도체로서 알루미늄 재질의 금속관체가 각각 구비되어 터빈의 동력으로 전기는 생산하지 않고 바로 열로 전환되게끔 와전류 발열장치를 형성하고 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 배관에 팽창밸브 대신 장착함으로써,

팽창밸브 역할을 대신하여 냉매 배관에서 필요한 양의 유체를 누설하지 않고 다음 단에 공급하면서도 냉매 배관에 기체나 액체로 상태가 변하면서 흐르는 냉매의 흐름으로 냉매를 팽창시킬 때 발생하는 냉매의 팽창력을 이용하여 와전류 발열장치 구동 동력원으로서 팽창 터빈을 구동하여 얻어진 터빈의 회전 동력으로 영구자석이 외주에 구비된 회전자를 회전시키고, 발열체로서 회전자에 구비된 영구 자석의 회전력으로 얻어지는 전자기 유도 와전류(Eddy Current)의 주울열로 회전자 주위에 배치되어 열교환기 기능을 수행하는 열전도율이 높은 알루미늄 금속 관체를 가열하게 되고 따라서 금속 관체에 흐르는 유체에도 열이 이동되어 배관을 흐르는 유체가 단시간에 가열되게 됨으로써 형성된 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 난방 . 냉방 . 급탕 및 제상, 적상 방지의 복합부하에 효율적으로 대처할 수 있어 에너지 절약적이고 환경친화적인 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치를 제공하는데 목적이 있다.

이와 같이 된 본 발명의 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치는 냉매를 이용한 발전 장치보다 에너지 손실은 줄이면서도 원가 상승을 최소화하여 에너지 효율이 높은 히트펌프를 제공할 수 있다.

즉 본 발명은 터빈과 발전기가 일체로 결합되어 형성되는 냉매 터빈 구동 발전장치에서 발전기를 대체하여 와전류 발열 장치가 유기적으로 결합된 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치를 구성하고,

냉매 가스 이용 팽창 터빈으로 발전기 대신 와전류 발열 장치를 구동하여 히트펌프에서 필요한 열원을 직접 생산하여 히트펌프에 공급함으로써, 부대 장치에 뺏기는 에너지 소모가 매우 적으며 고출력의 빠른 응답성으로 효과적인 가온이 가능하여 기존 히트펌프 냉난방 시스템 대비 전체 장치 에너지 이용 효율인 성적 계수(cop)를 향상시키므로 냉매 가스 터빈 발전에 따른 에너지 손실을 줄이고 소형 콤팩트화, 비용의 절감 및 고효율화로 제조 원가 상승을 최소화시키는 열교환 장치로서 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치를 제공하는 것이다.

특히 본 발명의 와전류 발열장치는 발열에 따른 추가 에너지 투입이 없게끔 히트 펌프 시스템 냉매 배관에 팽창 밸브 대신 구비되어 냉매의 팽창력으로 구동되는 팽창 터빈으로 회전자의 회전축을 돌려주는 동력원을 형성하고,

상기 팽창 터빈에 연동되어 구동하여 도체 금속을 발열시키는 발열원으로서 높은 출력 밀도를 가진 영구 자석이 외주에 다수 구비된 회전자를 추가로 구비하여 간단한 구성 높은 전동 효율의 고효율 발열원을 형성한 다음,

열을 이동시키는 열교환기로서 전류 전도율이 높고 전기 저항이 낮은 도체이며 영구 자석과의 인력이 없기 때문에 초기 시동 부하가 필요 없는 알루미늄 재질로 나선 와류 형상의 열교환기를 형성하여 열교환기의 재질과 종래 기술의 직선의 파이프 형태 전열관보다 긴 전열 거리로 동일 면적 대비 발열 면적이 극대화되는 고밀도의 전열 구조로 에너지를 집중시켜 효율적인 급속가열이 가능하며 동시에 자장으로 영구자석을 회전시키는 회전자계형 와전류 발열 장치에 회전자 영구 자석 주위에 파이프 형태 도체가 지그재그 나선 형상으로 분산 형성되는 도체관 배열 구조로 와전류 발열 장치의 회전자 구동시 필연적으로 발생하여 자속의 이동을 방해하는 와전류 브레이크 힘을 감소시키는 도체 배열 구조가 유기적으로 결합되는 복합 상승 효과로 저부하에서도 열이 발생되는 와전류 발열장치를 형성함으로써,

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 된다.

본 발명은 냉매가스터빈으로 발전기 대신 와전류 발열 장치를 구동하여 히트펌프에서 필요한 열원을 직접 생산하여 히트펌프에 공급하는 장치로서 영구자석으로 이루어진 회전자가 회전할 때 회전자 주위에 배치된 도체 표면에 발생하는 와전류가 열에너지로 변환되는 발열 장치인데, 종래의 와전류 발열 장치는 열효율이 높아 모터, 냉매, 스팀, 풍력의 회전력을 이용한 발열 장치로 사용되고 있는 반면에데 무접촉 제동 장치로 광범위하게 사용되고 있을 만큼 초기 구동 토크가 매우 높아 초기에 큰 힘을 필요로 하기 때문에 모터, 냉매, 스팀, 풍력의 회전력을 이용한 발열 장치로 사용하는데 한계가 있는 반면에 본 발명의 와전류 발열 장치는 초기 구동 토크 문제를 해결하여 일반 모터, 혹은 냉매터빈, 스팀터빈, 풍력터빈 등에 의한 회전력만 있으면 낮은 기동토크로도 열에너지를 발생시킬 수 있다

그리고 본 발명의 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치에서 발생한 열에너지는 온풍이나, 온수를 선택적으로 생산할 수 있으며 겨울철 히트 펌프 난방 시 광범위하게 사용되는 보조열원을 대체하고 부족한 열량을 보충함으로써 난방 . 냉방 . 급탕 및 제상, 적상 방지의 복합부하에 효율적으로 대처할 수 있어 히트펌프 시스템 자체의 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

그리고 제상 및 착상 방지용 고열이 계속적으로 요구되는 한냉지형 히트 펌프 시스템에 있어서 종래의 히트 펌프 장치는 영하 15~20℃의 온도에서는 대체열원이 없을 경우 가동이 어려운 문제점이 있는데 본 발명은 이것을 해결하여 외부온도와 상관없이 열원을 만들어서 이 열원으로 제상 및 적상 방지 그리고 냉난방 및 급탕 에 필요한 보충 열원으로 사용할 수 있으며 따라서 외부의 온도와 상관없이 영하 15~20℃의 온도 조건에서도 히트 펌프 성능 저하 없이 정상적인 가동이 되며 결국 전체 시스템 성적계수(cop)가 떨어지지 않고 정상적으로 작동될 수 있다.

도 1은 종래 기술의 일반적인 히트 펌프 사이클 블록 구성도
도 2는 본 발명의 전체 와전류 발열장치 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 전체 구성을 나타낸 단면 구성도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 팽창 터빈부 구성을 도시한 단면 구성도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 팽창 터빈부 중간 커버(노즐 기능)를 도시한 도면
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 팽창터빈부 구성을 도시한 도면
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 팽창 터빈 구성을 도시한 도면
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 와전류 발열장치의 회전자 구성을 도시한 도면
도 9는 본 발명에 따른 와전류 발열장치를 이용한 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 와전류에 의한 유도 발열원리를 이용하여 알루미늄 재질의 도체를 발열시키고 도체에 냉수를 통과시켜 온수를 생산하는 와전류 발열 장치에 있어서,

압축기-응축기-팽창밸브-증발기 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 4 사이클의 히프펌프 냉난방 사이클 구성에서 히트펌프 냉난방 시스템 냉매 배관에 팽창밸브를 대신하여 장착되어 냉매의 팽창력으로 발열에 따른 추가 에너지 투입 없이 히트 펌프 냉난방 시스템에서 필요한 열원을 직접 생산하여 히트펌프 시스템에 공급하는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치(100)로서,

냉매의 팽창력으로 구동되는 팽창 터빈부(110)로 회전자(132)에 동축상에 연결된 터빈축(126)을 돌려주는 동력원을 형성하고,

상기 팽창 터빈부(110)에 연동되어 구동하며 도체 금속으로 형성된 열교환부(140)를 발열시키는 발열원으로서 높은 출력 밀도를 가진 영구 자석(133)이 외주에 톱니 형상으로 다수개 연속 구비된 원반 형상의 회전자(132)를 추가로 구비하여 간단한 구성 높은 전동 효율의 고효율 발열원으로서 와전류 발열부(130)을 형성한 다음,

온수를 순환시킬 수 있게 입수구와 출수구를 각각 구비한 중공의 가느다란 파이프 형태로 냉수를 통과시켜 이동된 열로 냉수를 가열하여 고온의 온수를 생성하는 열교환부(140)로서 전류 전도율이 높고 전기 저항이 낮은 도체이며 경량 금속으로 영구 자석(133)과의 인력이 발생되지 않기 때문에 초기 시동 부하가 최소화 되게끔 알루미늄 재질로 형성된 나선 와류 형상의 열교환부(140)를 회전자(132)에 구비된 영구 자석 외주를 감싸듯이 장착한 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치(100)이다.

특히 본 발명은 외주에 영구자석(133)이 다수개 구비된 회전자(132)를 구동시키는 회전 동력원이며 히트 펌프 냉난방 시스템에서 자연적으로 발생하되 종래 자연 소멸되는 냉매의 팽창력을 이용한 동력재생장치로서 팽창 터빈부(110),

발열원으로서 와전류 발열장치(130)의 발열부 케이싱(131) 내에 장착되며 높은 출력 밀도로 입력 에너지 대비 발열체 금속의 발열량이 가장 높은 영구자석(133)이 외주에 다수개 구비된 원반 형상 회전자(132)는 재질을 열전달이 용이한 알루미늄으로 그리고 위는 짧은변 아래는 긴변의 밑에서 위로 갈수록 단면적이 커지는 마름모꼴로 영구자석이 다수개 방사상으로 구비된 톱니 형태로 자기력 발생을 극대화시킬 수 있게끔 구성하며,

유체가 흐로도록 하여 영구자석(133)에서 유기되는 와전류로 고온의 줄열을 전달받는 중공의 파이프 형상으로 구성된 열교환부(140)의 재질은 전류 전도율이 높고 전기 저항이 낮으며 무게가 가벼워서 부하를 줄여주는 금속 도체로서 알루미늄, 그리고 열교환부(140) 형상 및 배열구조는 회전자(132) 외주에 약간의 간극을 두고 지그재그 나선 코일 형태로 배열 형성되어 종래 기술의 직선의 파이프 형태 전열관보다 긴 전열 거리로 동일 면적 대비 발열 면적이 극대화되는 고밀도의 전열 구조이면서 분산 배열되어 와전류 발열 장치의 회전자 구동시 필연적으로 발생하여 자속의 이동을 방해하는 와전류 브레이크 힘을 감소시켜 낮은 기동 토크로도 열에너지를 발생시킬 수 있게 하는 도체로서 열교환부 배열 구조로서,

냉매의 팽창력, 회전자 및 경량 소형 영구 자석의 재질과 형태 그리고 열교환부 재질과 전열 및 배열구조가 유기적으로 결합되는 복합 상승 효과로 에너지를 집중시켜 효율적인 급속가열이 가능하고 저부하에서도 열이 발생되며 전기나 화석 연료 등 별도의 발열에 따른 추가 에너지 투입이 필요 없어 환친화적이고 에너지 절약적인 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치임을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면과 같이 상세히 설명한다.

본 발명은 전술한 바와 같이 압축기-응축기-팽창밸브-증발기 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 4 사이클의 히프펌프 냉난방 사이클 구성에서 히트펌프 냉난방 시스템 냉매 배관에 팽창밸브를 대신하여 장착되어 와전류에 의한 유도 발열원리를 이용하여 알루미늄 재질의 도체로서 열교환부(140)를 발열시키고 그 열교환부에 냉수를 통과시켜 온수를 생산하는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치(100)로서,

회전 동력원으로서 냉매의 팽창력을 이용하여 회전자(132)에 구동력을 제공하는 팽창 터빈부, 동일한 회전축 상의 팽창 터빈부의 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.

본 발명은 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 하는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치(100)이다.

본 발명은 전술한 바와 같이 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 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 용도별 열수요처로 공급하는 구성이다.

즉 본 발명에 있어서 상기 팽창 터빈부(110)에 내장되는 터빈 하우징(120)은 유체 분사노즐장치로서 니플로 연결되는 냉매 유입구(122a)가 외주 일측단에 그리고 외곽 방향에 냉매 토출구가 평판형 몸체에 각각 형성되어 고압의 냉매가 통과하게 되는 유로가 형성되는 터빈 하우징 중간 커버(122)가 터빈 하우징 앞 커버(121)와 뒷 커버(123)로 사이로 중첩적으로 구비되며 또한 상기 터빈 하우징(120) 중앙부로는 원주방향으로 톱니 모양의 블레이드(125)가 형성된 터빈 휠(124)이 구비되는 구성으로서,

상기 터빈 휠(124)은 복수 개 베어링(B)을 양측 대칭으로 개재하여 지지되고 고정 너트(N)로 견고하게 진동이나 소음이 발생하지 않도록 결합되며,

상기 저온 고압의 냉매가스는 내부에는 소정공간의 압력실이 형성되는 노즐 기능의 터빈 하우징 중간 커버(122)에 구비되는 냉매 유입구(122a)와 냉매 토출구로 이루어지는 냉매 가스 유로를 통해 통과하면서 원주방향으로 분사되어 팽창되고 터빈 휠(124)을 밀어서 터빈축(126)을 구동시키는 과정에서 저압상태로 변환되어 토출됨으로써 저온 고압의 냉매 가스가 팽창하는 과정에서 축동력을 얻어내는 회전동력변환장치를 구성하게 되는 것으로서 터빈 휠과 터빈 축이 터빈 하우징 내에 체결부재를 이용하여 일체로 견고하게 결합됨으로써 진동이 감소되는 축 체결구조로 구조적 안정성과 회전 역학적 안정성이 좋게 구성되어 있다.

또한 상기 와전류 발열부(130)는 간단한 구성 높은 전동 효율의 고효율 발열원으로서 외주 테두리에 단열재가 충전된 발열부 케이싱(131) 내측으로 상기 팽창 터빈부(110)의 터빈축(126)에 동축상으로 높은 출력 밀도를 가진 영구 자석(133)이 외주에 다수 구비된 회전자(131)를 추가로 구비하여 외주에 약간의 간극을 두고 장착되는 열교환부(140)에 와전류 유기에 의한 줄열을 전달하고 열교환부 내부에 흐르는 유체를 순간적으로 가열하는 구성이다.

상기한 구성에서 간단한 구성 높은 전동 효율의 고효율 발열원으로서 링 형상의 회전자 재질(132)은 회전 부하를 줄여주게끔 무게가 가벼운 경량 금속으로서 알루미늄, 고정 자석은 가볍고 작은 다수개 영구자석(133)으로 형성하되 단위 영구 자석들이 연속 구비된 높은 출력 밀도의 방사상 구조의 톱니형 발열체로 형성하여 에너지를 외부로 발산시킬 수 있게 형성하되 상기 영구자석 형태는 사다리형의 마름모꼴 형태로 삽입 형성함으로써 고속회전 시 영구자석의 이탈이 방지되며 특히 상기 영구자석들은 밑에서 위로 갈수록 단면적이 커지는 저부 짧은 변 상부 긴변의 마름모꼴 구조로 작은 체적으로도 높은 출력을 낼 수 있어 회전부하를 줄여주게끔 형성하게 됨으로써 영구자석의 자기력 발생 면적이 외곽 방향으로 확장되기 때문에.더욱 증폭된 자기력으로 하나로 구성된 자성체로서 자석이나 전자석 등에 비하여 자기력 발생을 극대화시킬 수 있는데 자속 밀도가 높은 영구자석으로 구성된 회전자를 구동할 때 입력 에너지 대비 발열체 금속의 발열량이 가장 높게 되며 특히 회전자에 다수 개의 영구 자석을 극성에 따라 서로 번갈아가면서 배치함으로써 회전시 자속을 매우 빨리 끊어주게 되어 더 많은 출력을 낼 수 있게 된다

또한 상기 열교환부(140)는 온수를 흐르게 하는 지그재그 형상의 관형 도체로서 내부 공간에 유체 유입구와 유출구가 각각 형성되어 유체가 흐르도록 하여 고온의 줄열을 전달받는 중공의 가느다란 파이프 형상으로 그 재질은 전류 전도율이 높고 전기 저항이 낮으며 무게가 가벼워서 부하를 줄여주는 금속 도체로서 알루미늄, 그리고 열교환부 형상 및 배열구조는 회전자 외주에 지그재그 나선 코일 형태로 배열 형성되어 종래 기술의 직선의 파이프 형태 전열관보다 이동거리가 긴 전열 거리로 동일 면적 대비 발열 면적이 극대화되어 열변환 효율을 높일 수 있는 고밀도의 전열 구조이면서 회전다 영구 자석과의 접촉 반응 면적이 분산 배열되어 와전류 발열 장치의 회전자 구동시 필연적으로 발생하여 자속의 이동을 방해하는 와전류 브레이크 힘을 감소시켜 낮은 기동 토크로도 열에너지를 발생시킬 수 있게 하여 저부하 구동을 가동하게 하며 부하변동이 심한 피크 부하시에도 부족한 열량을 보충할 수 있게 하는 열교환부 배열 구조이다.

특히 본 발명은 와전류에 의한 브레이크 기능이 최소화되어 정상적인 발열이 가능하며 입력 에너지에 따라서 열에너지가 비례하기 때문에 일정 수준 이하의 입력 에너지에서도 정상적으로 열에너지를 생산할 수 있는 효과가 있는데 영구자석(133)과 대응 결합되는 알루미늄 금속 도체로서 열교환부(140)는 가까울수록 열효율이 높게 되므로 될 수 있는 대로 영구자석(133)과 가깝게 간극을 유지하는 것이 바람직하다.

와전류는 도체에 흐르는 자속을 시간에 대하여 변화시키면 페러데이의 법칙에 따라 유도되는 기전력에 의하여 흐르는 전류로서 발생한 기전력에 의하여 도체에 전류가 흐르게 되는데 그 모양이 맴돌이 형상을 하여 와전류라 부르고 있으며 도체에 전류가 흐르면 주위에 흐르는 자속의 크기애 따라 프래밍의 법칙에 의하여 힘을 받게 된다.

즉 와전류는 도체 내부를 지나는 자기력선속의 변화로 인하여 발생하게 되는데 본 발명은 회전자에 구비된 영구 자석의 회전으로 얻어지는 전자기 유도 와전류(Eddy Current)의 주울열로 회전자 주위에 배치되어 열교환기 기능을 수행하는 열전도율이 높은 알루미늄 금속 관체로서 열교환부에 흐르는 유체를 가열하여 열을 생산하는 자기장에 의한 유도 발열의 원리를 적용하기는 하되 종래 기술의 전기가 별도 소모되는 모터를 이용하거나 무겁고 동력이 많이 소모되는 전자석이나 회전자 배열구조나 열전도율이 낮으며 재질과 배열 구조의 열교환기로 형성되는 종래 기술의 와전류 발열장치를 지양하여,

종래 버려지는 에너지로서 냉매의 팽창력, 회전자 및 경량 소형 영구 자석의 재질과 형태 그리고 열교환부 재질과 전열 및 배열구조가 유기적으로 결합되는 복합 상승 효과로 필요 부위에 에너지를 집중시켜 효율적인 급속가열이 가능하고 저부하에서도 열이 발생되며 전기나 화석 연료 등 별도의 발열에 따른 추가 에너지 투입이 필요 없어 열변환 효율이 매우 높아서 환친화적이고 에너지 절약적인 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치로서 발열체는 와전류를 유기시키는 부재를 사용함으로써 수 초에서 수십 초 내에 고온의 열을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 와전류 발열 장치는 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 본 발명은 전술 한 바와 같이 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치로서 피가열물의 필요한 부분에 에너지를 집중시켜 효율적인 급속가열이 가능한 발열장치인바,

압축기(10)-응축기(20)-팽창밸브-증발기(30) 순서의 냉매순환배관(A)으로 구성되는 4 사이클의 히프펌프 시스템 냉난방 사이클 구성에서 히트펌프 냉난방 시스템 냉매 라인(A)에 팽창밸브를 대신에 본 발명의 와전류 발열장치(100)를 장착하여 냉매의 팽창력으로 발열에 따른 추가 에너지 투입 없이 히트 펌프 냉난방 시스템에서 필요한 열원을 직접 생산하여 히트펌프 시스템에 공급함에 있어서,

도 9에 도시된 바와 같이 상기 와전류 발열장치에 의하여 가열된 가온 보충수가 저장되는 축열조를 더 포함하는 축열식 히트 펌프 난방 사이클의 일시예로서 본 발명 와전류 발열장치(100)의 열교환부(140)에서 생성된 고온의 온수를 공급할 수 있게끔 선택적으로 온수 배관 라인을 연장하되 압축기(10) 전단에 코일 형상의 고밀도 전열 구조로 된 파이프 배관의 온수라인을 일정 길이 냉매 배관을 휘감아 감싸게끔 나선 와류 형상 작은 체적 고비표면적 형태로 장착하고 와전류 발열장치(100)에서 공급되는 고온의 온수로 냉매 순환 배관(A)에 흐르는 냉매가 가열된 상태로 압축기로 흡입되게 하여 적상 방지 또는 제상 용도의 부하시에도 보충 열을 공급하고 축열조로 복귀하는 바이 패스 형태의 온수라인(B1)을 추가 형성하거나,

압축기(10)와 응축기(20) 사이에 해당하는 응축기 전단 냉매 배관에 보충 열을 공급하고 축열조로 복귀하는 바이 패스 형태의 온수라인(B2),

또한 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 구성할 수 있다.

위와 같이 본 발명은 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 수행하게 된다.

따라서 영하 15~20℃의 극한 온도에서는 대체열원이 없을 경우 종래 히트펌프 냉난방 시스템에서는 정상 가동이 어려운 반면에 본 발명의 와전류 발열장치가 작용된 히트 펌프 냉난방 시스템은 는 이러한 문제점을 해결하여 극한의 한냉지인 경우에도 추가적인 에너지 입력 없이 외부 온도와 무관하게 제상 및 적상 방지, 난방 및 급탕에 필요한 보충 열원으로 사용할 수 있어 착상에 따라 저하하는 난방능력을 보상하고 신속한 제상을 수행할 수 있으므로 영하 15~20℃에서도 정상적인 히트펌프 시스템이 가동될 수 있어 시스템 대비 성적계수(cop)가 떨어지지 않게 된다.

결국 본 발명은 기존의 히트 펌프 시스템 장치에 연동하여 설치가능하며 고압의 냉매 가스의 팽창에 의해 종래 버리는 팽창 에너지를 재생시키는 동력 재생 장치로서 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치에서 발생한 열에너지는 온수는 물론 온풍도 선택적으로 생산할 수 있는데 겨울철 히트 펌프 난방 시 광범위하게 적상 방지나 제상을 위하여 사용되는 보조열원을 대체할 수 있어 히트펌프 자체의 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

부가적인 구성요소로서 미설명 부호 T는 고정부재이다.

이와 같이 된 본 발명의 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치는 무접촉 제동 장치로 광범위하게 사용되고 있을 만큼 초기 구동 토크가 매우 높아 비경제적인 종래의 와전류 발열장치나 각 단계를 거치면서 많은 에너지 손실이 발생하는 종래 기술의 히트 펌프 냉난방 시스템용 터빈 발전기를 지양하여

냉매 가스 이용 팽창 터빈으로 발전기 대신 냉매의 흐름을 방해하지 않고 흐르는 냉매를 효율적으로 가열할 수 있는 와전류 발열 장치를 장착 구동하여 히트펌프에서 필요한 제상이나 급탕 등에 부족한 보충 열원을 직접 생산하여 히트펌프에 공급함으로써, 부대 장치에 뺏기는 에너지 소모가 매우 적으며 고출력의 빠른 응답성으로 효과적인 가온이 가능하여 기존 히트펌프 냉난방 시스템 대비 전체 장치 에너지 이용효율인 성적계수(cop)를 향상시키므로 냉매 가스 터빈 발전에 따른 에너지 손실을 줄이고 소형 콤팩트화, 비용의 절감 및 고효율화로 제조 원가 상승을 최소화시키는 열교환 장치로서 히트 펌프 시스템에 적용하여 에너지 손실은 줄이면서도 원가 상승을 최소화하여 에너지 효율이 높게 할 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

Claims (5)

1. 와전류에 의한 유도 발열원리를 이용하여 금속 재질의 관체 형상 도체를 발열시키고 도체에 냉수를 통과시켜 온수를 생산하는 와전류 발열 장치에 있어서,
   압축기-응축기-팽창밸브-증발기 순서의 냉매순환배관으로 구성되는 4 사이클의 히프펌프 냉난방 사이클 구성에서 히트펌프 냉난방 시스템 냉매 배관에 팽창밸브를 대신하여 장착되어 냉매의 팽창력으로 발열에 따른 추가 에너지 투입 없이 히트 펌프 냉난방 시스템에서 필요한 열원을 직접 생산하여 히트펌프 시스템에 공급하는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치(100)로서,
   냉매의 팽창력으로 구동되는 터빈휠(124)이 구비된 팽창 터빈부(110)로 회전자(132)에 동축상에 연결된 터빈축(126)을 돌려주는 동력원을 형성하고,
   상기 팽창 터빈부(110)에 연동되어 구동하며 도체 금속으로 형성된 열교환부(140)를 발열시키는 발열원으로서 높은 출력 밀도를 가진 영구 자석(133)이 외주에 톱니 형상으로 다수개 연속 구비된 원반 형상의 회전자(132)를 추가로 구비하여 간단한 구성 높은 전동 효율의 고효율 발열원으로서 와전류 발열부(130)을 형성한 다음,
   온수를 순환시킬 수 있게 입수구와 출수구를 각각 구비한 중공의 가느다란 파이프 형태로 냉수를 통과시켜 이동된 열로 냉수를 가열하여 고온의 온수를 생성하는 열교환부(140)로서 전류 전도율이 높고 전기 저항이 낮은 도체이며 경량 금속으로 영구 자석(133)과의 인력이 발생되지 않기 때문에 초기 시동 부하가 최소화 되게끔 알루미늄 재질로 형성된 나선 와류 형상의 열교환부(140)를 회전자(132)에 구비된 영구 자석 외주를 감싸듯이 장착하는 구성임을 특징으로 하는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치
2. 제 1항에 있어서,
   상기 와전류 발열부(130)의 영구자석(133)이 외주에 다수개 구비된 원반 형상 회전자(132)는 재질을 열전달이 용이한 알루미늄으로 그리고 위는 짧은변 아래는 긴변의 밑에서 위로 갈수록 단면적이 커지는 마름모꼴로 영구자석이 다수개 방사상으로 구비된 톱니 형태로 자기력 발생을 극대화시킬 수 있게끔 구성함을 특징으로 하는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치
3. 제 1항에 있어서,
   상기 열교환부(140)는 유체가 흐르도록 하여 고온의 줄열을 전달받는 중공의 가느다란 파이프 형상으로 그 재질은 전류 전도율이 높고 전기 저항이 낮으며 무게가 가벼워서 부하를 줄여주는 금속 도체로서 알루미늄, 그리고 열교환부 형상 및 배열구조는 회전자 외주에 지그재그 나선 코일 형태로 배열 형성된 고밀도의 전열 구조이면서 분산 배열되어 와전류 발열 장치의 회전자 구동시 필연적으로 발생하여 자속의 이동을 방해하는 와전류 브레이크 힘을 감소시켜 낮은 기동 토크로도 열에너지를 발생시킬 수 있게 하여 저부하 구동을 가동하게 하며 부하변동이 심한 피크 부하시에도 부족한 열량을 보충할 수 있게 하는 열교환부 배열 구조임을 특징으로 하는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치
4. 제 1항에 있어서,
   냉매 라인(A)에 팽창밸브 대신에 와전류 발열장치(100)를 장착하여 냉매의 팽창력으로 발열에 따른 추가 에너지 투입 없이 히트 펌프 냉난방 시스템에서 필요한 열원을 직접 생산하여 히트펌프 시스템에 공급하는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치로서,
   와전류 발열장치(100)의 열교환부(140)에서 생성된 고온의 온수를 공급하는 온수 배관 라인을 압축기(10) 전단 냉매 배관에 코일 형상의 고밀도 전열 구조로 로 장착하여 적상 방지 또는 제상 용도의 피크 부하시에도 보충 열을 공급하고 축열조로 복귀하는 바이 패스 형태의 온수라인(B1),
   압축기(10)와 응축기(20) 사이에 해당하는 응축기 전단 냉매 배관에 보충 열을 공급하고 축열조로 복귀하는 바이 패스 형태의 온수라인(B2),
   또한 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 축열조에 보내서 식은 열을 보충하는 저장수 추가 가온 기능의 온수라인(B4)을 각각 직렬 또는 병렬로 선택적이고 보충적으로 형성하여 히트 펌프 냉난방 시스템(200)에서 부족한 열을 상호 선택적으로 보충시켜 제상효과 및 난방 성능 저하 없이 연속 난방의 최대 경제 운전이 가능하게 새로운 가열 회로가 부가됨을 특징으로 하는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치
5. 제 1항에 있어서,
   상기 와전류 발열장치는 냉수를 가열하는 온수 생산 및 링 블로워를 이용한 더운 바람의 온풍공급용으로 선택적으로 사용됨을 특징으로 하는 히트 펌프 냉난방 시스템용의 냉매 팽창 터빈 구동 회전력을 이용한 와전류 발열장치

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