KR20220039239A - 히트펌프 시스템의 열교환 장치 - Google Patents

히트펌프 시스템의 열교환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열매체로 해수를 이용하는 히트펌프 시스템에 있어 이중관 구조의 열교환부의 내관에 냉매를 작동시키고, 외관에 열매체인 해수를 작동시키되 외관에 해당하는 메인배관을 금속재로 구성함과 아울러, 메인배관 내주면에 합성수지코팅층을 형성하여 해수로부터 열교환부의 부식을 방지하고 내압성능의 규제를 충족시킬 수 있으며, 또한, 메인배관은 유지보수를 위해 내부를 개방할 수 있는 구조를 갖추되, 메인배관을 개방하여도 냉매는 냉매배관에 밀봉될 수 있는 구조를 갖춰 냉매의 유출을 방지함으로써 열교환부의 유지보수를 보다 안전하고 용이하게 수행할 수 있는 열교환 장치에 관한 것이다.

Description

히트펌프 시스템의 열교환 장치{Heat exchanger for heat pump system}
본 발명은 히트펌프 시스템의 열교환 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열매체로 해수를 이용하는 히트펌프 시스템에 있어 이중관 구조의 열교환부의 내관에 냉매를 작동시키고, 외관에 열매체인 해수를 작동시키되 외관에 해당하는 메인배관을 금속재로 구성함과 아울러, 메인배관 내주면에 합성수지코팅층을 형성하여 해수로부터 열교환부의 부식을 방지하고 내압성능의 규제를 충족시킬 수 있으며, 또한, 메인배관은 유지보수를 위해 내부를 개방할 수 있는 구조를 갖추되, 메인배관을 개방하여도 냉매는 냉매배관에 밀봉될 수 있는 구조로 인해 냉매의 유출을 방지함으로써 열교환부의 유지보수를 보다 안전하고 용이하게 수행할 수 있는 열교환 장치에 관한 것이다.
히트펌프 시스템은 기본적으로, 압축기, 응축기, 감압수단(팽창밸브), 증발기, 다시 압축기를 순서대로 연결하여 압축기에서 압축된 고온 고압의 냉매 기체를 응축기에서 응축시켜 그 응축열을 유체와 열교환시킴으로써 온수를 생성하거나, 실내공기를 가열하여 난방 등을 수행하고, 응축기에서 응축된 고온 고압의 냉매는 감압수단에 의해 교축되어 저온, 저압의 냉매로 된 후 증발기로 유입되 열원에 의해 증발되어 저온, 저압의 냉매 기체가 되며 증발기에서 증발된 저온 저압의 냉매를 이용해 냉수를 생성하거나, 실내의 냉방 등을 수행하고, 다시 압축기로 흡입되는 사이클로 구성된다.
따라서, 이러한 히트펌프 시스템을 이용해 온수 또는 냉수를 생성하거나, 실내를 난방 또는 냉방시킬 수 있다.
일례로, 히트펌프 시스템을 이용해 온수를 생성하는 경우, 압축기에 의해 압축된 고온 고압의 냉매가 응축기에서 응축되면서 열을 방출하고, 방출된 응축열을 열매체와 열교환시켜 열매체를 가열시킨다.
반대로 냉수를 생성하는 경우, 열매체가 증발기 측에서 냉매와 열교환되어 열매체가 냉각될 수 있다.
이때, 이원화된 냉매와 열매체의 열교환을 위해 주로 이중관 형태의 열교환부가 이용되며, 이때, 열매체로는 주로 원수 또는 비용적인 측면을 고려해 해수가 이용되어진다.
일반적으로, 열교환부는 내부로 압축 기체를 작동시켜야 하기 때문에 안전상의 이유로 내압성을 보장해야 하며, 이에 따라 반드시 금속으로 제조되어야 함이 법적으로 규제화되어 있다.
이에 따라, 종래 이중관 형태의 열교환부는 도 1에 도시된 바와 같이 외관은 금속재, 내관은 합성수지재로 구성하고, 해수 열매체에 의한 부식을 방지하기 위해, 내관에 열매체를 작동시키며, 이에 따라 외관에는 냉매가 작동되는 구조로 이루어진다.
이와 같은 종래 구성은 내압성을 보장함과 동시에, 해수에 의한 부식도 막을 수 있어 일반적인 열교환부의 구조로 주로 채택된다.
그러나, 종래 열교환부의 구성은 유지보수에 따른 부품 교체 또는 청소시 외관 내부로 장입된 냉매를 모두 배출시켜야 하는데, 열교환부에 한 번 장입된 냉매는 히트펌프 시스템 전체를 걸쳐 순환하기 때문에 히트펌프 시스템 전체를 철거하기 전까지 열교환부에서만 따로 배출시킬 수 없다는 사용구조상의 문제로 인해 유지보수가 난해하거나 대부분 불가능하였다. 또한, 열교환기에 사용되는 냉매는 대부분 유해물질로 분류되어 소량이라도 유출시 인체에 치명적으로 작용할 수 있다.
이에, 내압 규제를 만족하는 선에서, 해수에 의한 부식이 없고, 유지보수까지 간단하게 수행할 수 있는 열교환부의 기술개발이 적극 요구되고 있는 실정이다.
공개특허 10-2011-0043260
본 발명은 상기 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 열매체로 해수를 이용하는 히트펌프 시스템에 있어 이중관 구조의 열교환부의 내관에 냉매를 작동시키고, 외관에 열매체인 해수를 작동시키되 외관에 해당하는 메인배관을 금속재로 구성함과 아울러, 메인배관 내주면에 합성수지코팅층을 형성하여 해수로부터 열교환부의 부식을 방지하고, 동시에 내압성능의 규제를 충족시킬 수 있는 열교환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 메인배관은 유지보수를 위해 내부를 개방할 수 있는 구조를 갖추되, 메인배관을 개방하여도 냉매는 냉매배관에 밀봉될 수 있는 구조를 갖춰 냉매의 유출을 방지함으로써 열교환부의 유지보수를 보다 안전하고 용이하게 수행할 수 있는 열교환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 메인배관 내부로 급수된 해수에 와류를 발생시켜 메인배관 내에서 해수의 체류시간을 증대시킴으로써 냉매와의 열교환을 보다 효과적으로 유도할 수 있는 열교환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 수단으로, 냉매를 고온·고압으로 압축하는 압축부, 냉매를 응축하는 응축부, 응축된 냉매가 증발되는 증발부, 상기 응축부와 증발부 사이에 배치되고 냉매를 팽창하는 팽창밸브를 포함하는 히트펌프; 및 냉매의 유로상에 설치되어 내부로 급수되는 해수를 냉매와 열교환시키는 열교환부;를 포함하며, 상기 열교환부는, 해수가 유입되는 유입관과 배출관이 각각 형성되며 해수에 의한 부식방지 일환으로 내주면에 합성수지 코팅층이 형성되는 금속재 메인배관; 및 주입된 냉매가 해수와 열교환이 이루어지도록 상기 메인배관 내부를 선회하게 설치되는 합성수지재 냉매배관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인배관의 일단은 개방 형성되고, 개방된 일단 부위에는 커버플랜지가 착탈 가능하게 장착되어 개방된 일단을 폐쇄하며, 상기 커버플랜지에는 상기 냉매배관으로의 냉매주입을 위한 냉매주입구 및 메인배관의 내부에서 해수와 열교환된 냉매가 배출되는 냉매배출구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 메인배관의 내부에는 급수된 해수에 와류를 발생시키는 와류발생부가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉매배관은 복수 개가 메인배관의 일단을 시작으로 타단을 향해 연장된 다음 다시 일단을 향해 선회하는 경로를 가지도록 모듈화되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 와류발생부는 상기 모듈화된 냉매배관의 외측을 나선형으로 감는 코일 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 열매체로 해수를 이용하는 히트펌프 시스템에 있어 이중관 구조의 열교환부의 내관에 해당하는 냉매배관에 냉매를 작동시키고, 외관에 해당하는 메인배관에 열매체인 해수를 작동시키되 이때, 메인배관을 금속재로 구성함과 아울러, 메인배관 내주면에 합성수지코팅층을 형성함으로써, 해수로부터 메인배관의 부식을 방지하고 동시에 내압성능의 규제를 충족시킬 수 있다.
둘째, 메인배관의 일단은 개방 형성되고, 개방된 일단 부위에는 커버플랜지가 착탈 가능하게 장착되어 개방된 일단을 폐쇄하는 구조를 갖추며 동시에 메인배관을 개방하여도 냉매는 냉매배관에 밀봉될 수 있도록 하여, 냉매의 유출을 일절 방지할 수 있는 선에서 열교환부의 유지보수를 가능케 하고 결과적으로, 열교환부의 유지보수를 위해 상기 커버플랜지를 개방하게 되면, 메인배관 내부를 청소하거나, 하자보수 작업을 쉽게 수행할 수 있고, 특히, 합성수지코팅층의 국부적 손망실 부위를 보다 안전하고 간편하게 보수할 수 있는 효과를 제공한다.
셋째, 메인배관 내부로 급수된 해수에 물리적인 저항을 가해 메인배관 내부에서 해수를 충분히 계류시키도록 모듈화된 냉매배관의 외측을 나선형으로 감는 코일 형태의 와류발생부를 설치함으로써 메인배관 내부로 급수된 해수의 체류시간을 증대시켜 냉매와의 열교환을 보다 효과적으로 유도하고, 복수 개로 이루어진 냉매배관 사이 사이에 해수의 침투가 용이해지게끔 구성하여 냉배배관에 해수가 보다 고루 접촉될 수 있도록 해 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.
도 1은 종래 이중관 형태의 열교환부의 단면 구성을 개념적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 열교환 장치의 전체적인 외관을 도시한 도면.
도 3은 히트펌프의 전체적인 구성을 개념적으로 도시한 도면.
도 4는 열교환부의 전체적인 구성을 도시한 도면.
도 5는 도 4를 기준으로 왼쪽에서 바라본 열교환부를 도시한 도면.
도 6은 냉매배관의 구성을 도시한 도면.
도 7은 도 6을 기준으로 왼쪽에서 바라본 냉매배관을 도시한 도면.
도 8은 메인배관의 종단면 일부분을 도시한 도면.
도 9는 도 4에 도시된 A 부분의 단면구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 커버플랜지와 냉매배관이 메인배관에서 분해되는 상태를 도시한 도면.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환 장치의 전체적인 외관을 도시한 도면이고 도 3은 히트펌프의 전체적인 구성을 개념적으로 도시한 도면이고 도 4는 열교환부의 전체적인 구성을 도시한 도면이고 도 5는 도 4를 기준으로 왼쪽에서 바라본 열교환부를 도시한 도면이고 도 6은 냉매배관의 구성을 도시한 도면이고 도 7은 도 6을 기준으로 왼쪽에서 바라본 냉매배관을 도시한 도면이고 도 8은 메인배관의 종단면 일부분을 도시한 도면이고 도 9는 도 4에 도시된 A 부분의 단면구성을 개략적으로 도시한 도면이고 도 10은 커버플랜지와 냉매배관이 메인배관에서 분해되는 상태를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 히트펌프 시스템의 열교환 장치(이하, 열교환 장치라 함)는 도 2에 도시된 바와 같이 크게, 케이스(10), 히트펌프(20) 및 열교환부(100)를 포함하는 것으로 예시될 수 있다.
먼저, 케이스(10)는 열교환 장치의 전체적인 외관을 구성하며, 히트펌프(20) 및 열교환부(100)가 적소에 내장될 수 있다.
케이스(10)의 전면으로는 해수이송관(11)이 케이스(10)에 내장된 열교환부(100)와 연결되도록 설치될 수 있으며, 일례로, 해수이송관(11)은 열교환부(100)와 도시되지 않은 해수공급탱크를 각각 연결 설치하거나 또는, 열교환부(100)와 저장조를 각각 연결하도록 구성될 수 있다.
해수공급탱크에서 공급되는 해수는 해수이송관(11)을 통해 열교환부(100)로 공급될 수 있으며, 열교환부(100)에서 열교환된 해수는 해수이송관(11)을 통해 저장조로 공급되어 저장조에 저장될 수 있다.
히트펌프(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 냉매를 고온·고압으로 압축하는 압축부(21), 냉매를 응축하는 응축부(22), 응축된 냉매가 증발되는 증발부(23), 상기 응축부(22)와 증발부(23) 사이에 배치되고 냉매를 팽창하는 팽창밸브(24)를 포함하는 것으로 예시될 수 있다.
압축부(21), 응축부(22), 팽창밸브(24) 및 증발부(23)는 냉매유로(25)를 통해 서로 연결구성될 수 있으며, 냉매는 압축부(21), 응축부(22), 증발부(23) 및 팽창밸브(24)를 순환하며 압축-응축-팽창-증발 사이클로 작동된다.
다시 말해, 상기 히트펌프(20)는 냉방 및 난방이 가능한 장치로써, 냉매유로(25)를 따라 유동되는 냉매를 압축하는 압축부(21)와, 냉매유로(25)를 따라 유동되는 냉매를 선택적으로 응축 또는 증발하는 응축부(22) 및 증발부(23)와, 냉매유로(25)를 따라 유동되는 냉매를 팽창하는 팽창밸브(24)를 포함하는 개념으로, 히트펌프(20)의 구조는 기존의 일반적인 히트펌프 구조와 동일하며, 그의 각 구성별 상세 구조에 대한 설명은 생략한다.
열교환부(100)는 전술한 히트펌프(20)의 구성으로부터 분기 설치될 수 있으며, 히트펌프(20)를 순환하는 냉매와 별도 공급되는 해수를 상호 열교환시키는 역할을 담당한다.
열교환부(100)는 케이스(10) 내부에 복수 개가 구비될 수 있으며 복수 개의 열교환부(100) 중 적어도 어느 하나는 응축부(22), 또 다른 하나는 증발부(23)에 각각 연결되거나, 냉매유로(25)의 경로상에 설치되어 냉매를 공급받아 해수와 열교환시킬 수 있다.
응축부(22) 또는 응축부(22)에서 나오는 냉매유로(25)와 연결된 열교환부(100)의 경우 냉매의 응축열로 해수를 가열시키는 작용을 하고, 반대로, 증발부(23) 또는 증발부(23)에서 나오는 냉매유로(25)와 연결된 연열교환부(100)의 경우 냉매의 증발에 따라 주위에서 증발열을 빼앗아 해수를 냉각시키는 작용을 한다.
이하의 설명에서는 가열작용을 하도록 히트펌프(20)에 연결 설치된 열교환부(100)를 기준으로 설명한다.
다시, 열교환부(100)는 내부로 이원화된 냉매와 해수를 각각 공급받아 이 둘을 열교환시킨다.
이를 위해, 열교환부(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 해수가 유출입되는 유입관(112)과 배출관(113)이 각각 형성되며 해수에 의한 부식을 방지하기 위한 일환으로 내주면에 합성수지코팅층(114)이 형성되는 금속재 메인배관(110) 및 주입된 냉매가 해수와 열교환이 이루어지도록 상기 메인배관(110) 내부를 선회하게 설치되는 합성수지재 냉매배관(120)을 포함하는 것으로 예시될 수 있다.
유입관(112)과 배출관(113)은 각각 해수이송관(11)에 연결 설치되어 메인배관(110) 내부로 해수를 전달받거나 또는 메인배관(110) 내부애서 열교환이 완료된 해수를 배출한다.
유입관(112)은 메인배관(110)의 일단부에서 상부를 향해 연장 형성되고 배출관(113)은 메인배관(110)의 타단부에서 하부를 향해 연장 형성될 수 있다.
유입관(112)을 통해 메인배관(110)의 내부로 유입된 해수는 메인배관(110)의 일측에서 타측을 향해 흐른 뒤 배출관(113)을 통해 메인배관(110)의 외부로 배출된다.
이와 같이 해수가 이동되는 와중에 메인배관(110) 내부에 설치된 냉매배관(120)에 접촉되어 냉매배관(120)을 흐르는 냉매와 열교환이 이루어질 수 있다.
메인배관(110)은 바람직하게 금속재로 이루어져 규정화된 내압성을 만족시킬 수 있도록 구성되며 이로 인해 내부로 설치된 냉매배관(120)을 안전하게 밀폐시킨다.
아울러, 메인배관(110) 내주면에 코팅된 합성수지코팅층(114)은 금속재 메인배관(110)이 해수에 직접적으로 노출되는 것을 방지해 메인배관(110)의 부식을 방지한다.
만일, 메인배관(110) 내부에 합성수지코팅층(114)을 마련하지 않게 되면, 해수에 의해 메인배관(110)이 부식되어 내구성이 저하되는 문제가 발생하여 안전기준을 충족시킬 수 없게 된다.
합성수지코팅층(114)은 메인배관(110)의 내주면에 바인더(모노머)를 균일하게 분사한 뒤, PP(polypropylene) 폴리머를 바인더에 뿌려 중합시키는 방식으로 구현될 수 있다. 때에 따라서는 메인배관(110) 내부에 합성수지배관을 억지끼움 방식으로 결합시키는 것으로도 합성수지코팅층(114)을 구현할 수 있다.
이 외에도, 다양한 방식으로 메인배관(110) 내주면에 합성수지코팅층(114)을 형성할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
합성수지코팅층(114)은 유입관(112)과 배출관(113) 내부를 아울러 균일하게 형성되는 것이 메인배관(110)의 내부식성을 향상시키기 위한 측면에서 보다 바람직하다.
메인배관(110)은 유지보수를 위해 내부를 개방할 수 있는 구조를 갖춘다. 이를 위해, 상기 메인배관(110)의 일단은 개방 형성되고, 개방된 일단 부위에는 커버플랜지(140)가 착탈 가능하게 장착되어 개방된 일단을 폐쇄하는 구조를 갖춘다.
커버플랜지(140)는 메인배관(110)의 개방된 일단을 폐쇄하여 메인배관(110)의 내부를 밀폐시키며, 메인배관(110)의 일단부위에는 커버플랜지(140)와 볼트(B)로 체결되기 위한 플랜지부재(111)가 형성될 수 있다.
유지보수를 위해 상기 커버플랜지(140)를 개방하게 되면, 메인배관(110)의 내부를 쉽게 개방할 수 있게 되어 메인배관(110) 내부를 청소하거나, 하자보수 작업을 쉽게 수행할 수 있다. 특히, 해수를 열매체로 사용하는 과정에서 해수에서 미처 걸러지지 못한 이물질들이 메인배관(110) 내부 또는 복수의 냉매배관(120) 사이마다 고착될 수 있는데, 메인배관(110)의 개방이 쉽게 이루어질 수 있게 되면 이러한 이물질들을 보다 용이하게 청소해낼 수 있게 된다.
또한, 메인배관(110) 내주면에는 해수의 작동에 의해 외충격이 반복적으로 가해지기 때문에 메인배관(110)의 합성수지코팅층(114)이 부분적으로 손망실되는 경우가 발생할 수도 있다, 이에 따라, 메인배관(110)의 내부를 정기적으로 개방하여 합성수지코팅층(114)을 보수하여야 하는데, 이때, 메인배관(110)을 개방하여도 냉매는 냉매배관(120)에 밀봉되어 있으므로, 냉매의 유출을 일절 방지할 수 있는 선에서 열교환부(100)의 유지보수가 가능해진다.
다시, 커버플랜지(140)에는 상기 냉매배관(120)으로의 냉매주입을 위한 냉매주입구(141) 및 메인배관(110)의 내부에서 해수와 열교환된 냉매가 배출되는 냉매배출구(142)가 형성될 수 있다.
냉매주입구(141)와 냉매배출구(142)는 압축부(21) 또는 압축부(21)에서 나온 냉매유로(25)에 연결 설치되어 히트펌프(20)에서 작동되는 냉매를 열교환부(100)와 주고받을 수 있다.
냉매주입구(141)를 통해 냉매배관(120) 내부로 냉매가 주입되면, 주입된 냉매는 냉매배관(120)의 입구단(121)으로 유입되어 냉매배관(120)의 출구단(122)을 향해 순환한 뒤 열교환되어 냉매배출구(142)로 배출될 수 있다. 냉매배출구(142)로 배출된 냉매는 다시 히트펌프(20)로 복귀된다.
상기 냉매배관(120)은 복수 개가 메인배관(110)의 일단을 시작으로 타단을 향해 연장된 다음 다시 일단을 향해 선회하는 대략 'U'자형의 이동경로를 가지도록 모듈화될 수 있다.
이에 냉매배관(120)은 메인배관(110) 내부의 한정된 공간 안에서 해수와의 접촉면적을 크게 확보할 수 있으며 이에 따라 열교환 효율도 향상될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 복수 개의 냉매배관(120)의 단부(입구단(121)과 출구단(122) 부위)는 원통형 디스크(123)에 의해 지지될 수 있으며, 상기 디스크(123)는 커버플랜지(140)와 메인배관(110)의 플랜지부재(111) 사이에 개재될 수 있으며, 볼트(B)가 상기 커버플랜지(140), 플랜지부재(111) 및 디스크(123)를 상호 관통해 체결될 수 있다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이 커버플랜지(140)와 디스크(123)를 상호 기밀하게 접촉한 상태로 커버플랜지(140)를 메인배관(110)에서 제거하면 하면, 냉매배관(120)은 상기 커버플랜지(140)와 일체화된 채로 메인배관(110)에서 분리될 수 있다. 이에 따라, 메인배관(110)의 일단을 개방하더라도 냉매를 항시 밀봉 가능한 상태로 취급할 수 있다.
정리하면, 냉매가 냉매주입구(141)로 주입되면 디스크(123)에 지지된 복수 개의 냉배배관 입구단(121)으로 분배되어 흡입된 다음 냉매배관(120)을 따라 이동하면서 열교환이 되고 냉매배관(120)의 출구단(122)으로 배출된 냉매는 냉매배출구(142)로 모여 배출되어 히트펌프(20)로 순환될 수 있는 구조가 된다.
한편, 본 발명에 따른 열교환 장치는 메인배관(110) 내부로 급수된 해수의 체류시간을 증대시켜 냉매와의 열교환을 보다 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는 구조를 갖춘다.
이를 위해, 상기 메인배관(110)의 내부에는 급수된 해수에 와류를 발생시키는 와류발생부(130)가 설치될 수 있다.
유입관(112)을 통해 메인배관(110) 내부로 급수된 해수는 배출관(113)을 통해 배출되기 전까지 상기 와류발생부(130)에 의해 메인배관(110) 내부에서 소용돌이 치면서 상대적으로 긴 시간동안 체류하여 냉매와 열교환이 충분히 일어날 수 있게 된다.
만일, 메인배관(110)으로 급수된 해수가 메인배관(110) 내부에서 어떠한 저항 없이 메인배관(110)을 통과해 배수되면 그만큼 해수가 냉매배관(120)을 빠르게 통과하게 되어 냉매배관(120)과의 충분한 접점을 형성하지 못하고 결과적으로 열교환이 일어날 충분한 시간을 확보할 수 없게 된다.
이는 메인배관(110) 내부로 급수되는 해수의 유속과도 관계가 있어, 만일 해수를 공급하는 펌프의 출력이 높아 메인배관(110) 내부로 급수되는 해수의 유속이 빨라지게 되면 해수가 메인배관(110) 내부를 빠르게 통과할 수밖에 없는 구조가 되어 그만큼 열교환이 효율적으로 이루어질 수 없게 되는 문제가 있다.
이에, 본 실시예에서는 메인배관(110) 내부로 급수된 해수에 물리적인 저항을 가해 메인배관(110) 내부에서 해수를 충분히 계류시켜 해수와 냉매가 충부한 열교환이 일어날 수 있는 시간을 확보할 수 있다.
그리고, 메인배관(110) 내부에서 해수의 와류가 발생하게 되면 복수 개로 이루어진 냉매배관(120) 사이 사이에 해수의 침투가 용이해져 냉배배관에 해수가 보다 고루 접촉될 수 있어, 열교환 효율이 대폭 상승되는 이점도 있다.
메인배관(110) 내부로 급수된 해수에 와류를 효과적으로 유도하기 위하여, 본 실시예에서의 와류발생부(130)는 모듈화된 냉매배관(120)의 외측을 나선형으로 감는 코일 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 메인배관(110) 내부로 급수된 해수는 배출관(113)으로 향하는 와중에 와류발생부(130)에 저항하여 냉매배관(120)의 외측에서 와류로 변화되어 냉매와 열교환될 수 있다.
열교환부(100)에서 냉매와의 열교환을 통해 적정 온도로 가열된 해수는 해수이송관(11)을 타고 저수조에 저류되며, 저수조에 저류된 온수는 온수를 필요로 하는 곳으로 압송되어 사용되어진 다음, 열에너지를 소모한 해수는 다시 해수공급탱크로 복귀되어 열교환부(100) 측으로 순환되는 구조를 갖출 수 있다.
정리하면, 본 발명에 따른 열교환 장치는 열매체로 해수를 이용하는 히트펌프 시스템에 있어 이중관 구조의 열교환부의 내관에 해당하는 냉매배관에 냉매를 작동시키고, 외관에 해당하는 메인배관에 열매체인 해수를 작동시키되 이때, 메인배관을 금속재로 구성함과 아울러, 메인배관 내주면에 합성수지코팅층을 형성함으로써, 해수로부터 메인배관의 부식을 방지하고 내압성능의 규제를 충족시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 메인배관의 일단은 개방 형성되고, 개방된 일단 부위에는 커버플랜지가 착탈 가능하게 장착되어 개방된 일단을 폐쇄하는 구조를 갖추며 동시에 메인배관을 개방하여도 냉매는 냉매배관에 밀봉될 수 있도록 하여, 냉매의 유출을 일절 방지할 수 있는 선에서 열교환부의 유지보수를 가능케 하고 결과적으로, 열교환부의 유지보수를 위해 상기 커버플랜지를 개방하게 되면, 메인배관 내부를 청소하거나, 하자보수 작업을 쉽게 수행할 수 있고, 특히, 합성수지코팅층의 국부적 손망실 부위를 보다 안전하고 간편하게 보수할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 메인배관 내부로 급수된 해수에 물리적인 저항을 가해 메인배관 내부에서 해수를 충분히 계류시키도록 모듈화된 냉매배관의 외측을 나선형으로 감는 코일 형태의 와류발생부를 설치함으로써 메인배관 내부로 급수된 해수의 체류시간을 증대시켜 냉매와의 열교환을 보다 효과적으로 유도하고, 복수 개로 이루어진 냉매배관 사이 사이에 해수의 침투가 용이해지게끔 구성하여 냉배배관에 해수가 보다 고루 접촉될 수 있도록 해 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 케이스
20: 히트펌프
100: 열교환부
110: 메인배관
120: 냉매배관
130: 와류발생부
140: 커버플랜지

Claims (5)

  1. 냉매를 고온·고압으로 압축하는 압축부, 냉매를 응축하는 응축부, 응축된 냉매가 증발되는 증발부, 상기 응축부와 증발부 사이에 배치되고 냉매를 팽창하는 팽창밸브를 포함하는 히트펌프; 및
    냉매의 유로상에 설치되어 내부로 급수되는 해수를 냉매와 열교환시키는 열교환부;를 포함하며,
    상기 열교환부는,
    해수가 유출입되는 유입관과 배출관이 각각 형성되며 해수에 의한 부식방지 일환으로 내주면에 합성수지 코팅층이 형성되는 금속재 메인배관; 및
    주입된 냉매가 해수와 열교환이 이루어지도록 상기 메인배관 내부를 선회하게 설치되는 합성수지재 냉매배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 열교환 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인배관의 일단은 개방 형성되고, 개방된 일단 부위에는 커버플랜지가 착탈 가능하게 장착되어 개방된 일단을 폐쇄하며, 상기 커버플랜지에는 상기 냉매배관으로의 냉매주입을 위한 냉매주입구 및 메인배관의 내부에서 해수와 열교환된 냉매가 배출되는 냉매배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 열교환 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인배관의 내부에는 급수된 해수에 와류를 발생시키는 와류발생부가 설치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 열교환 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 냉매배관은 복수 개가 메인배관의 일단을 시작으로 타단을 향해 연장된 다음 다시 일단을 향해 선회하는 경로를 가지도록 모듈화되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 열교환 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 와류발생부는 상기 모듈화된 냉매배관의 외측을 나선형으로 감는 코일 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 열교환 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100854098B1 (ko) * 2007-05-02 2008-08-26 원유진 열교환기
KR20110043260A (ko) 2009-10-21 2011-04-27 김현섭 히트펌프 보일러
KR101309206B1 (ko) * 2013-02-22 2013-09-23 공경석 다단 교차 열교환 방식의 축열탱크형 폐열회수기
KR20150133601A (ko) * 2014-05-20 2015-11-30 박명규 히트 펌프용 열교환기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100854098B1 (ko) * 2007-05-02 2008-08-26 원유진 열교환기
KR20110043260A (ko) 2009-10-21 2011-04-27 김현섭 히트펌프 보일러
KR101309206B1 (ko) * 2013-02-22 2013-09-23 공경석 다단 교차 열교환 방식의 축열탱크형 폐열회수기
KR20150133601A (ko) * 2014-05-20 2015-11-30 박명규 히트 펌프용 열교환기

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