KR20030053986A - 폐열회수 열펌프 유닛 - Google Patents

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주식회사 세기센추리
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Abstract

본 발명은 폐열회수 열펌프 유닛에 관한 것으로, 압축기(30), 응축기(31,32), 및 제1 증발기(33)가 냉매배관(P21)을 매개로 상호 연결되고, 상기 응축기(31,32)의 일측에 온수탱크(36)가 구비되어 상기 응축기(31,32)와 온수탱크(36)가 수배관(P22)을 매개로 상호 연결된 열펌프 유닛에 있어서, 상기 응축기(31,32)의 출구측 냉매배관(P21)에는 방향절환용 3방밸브(V1)가 구비되고, 상기 3방밸브(V1)로부터 냉매배관(P24)이 분기되어 이 냉매배관(P24)이 상기 제1 증발기(33)의 출구측 냉매배관(P21)에 연결되며, 상기 제1 증발기(33)의 출구측 냉매배관(P21)에 방향절환용 2방밸브(V2)가 구비되고, 상기 냉매배관(P24)에는 수냉각 방식의 제2 증발기(37)가 구비되며, 상기 제2 증발기(37)의 일측에는 냉수가 저장된 저온수조(38)가 구비되어 상기 제2 증발기(37)와 저온수조(38)가 수배관(P25)을 매개로 상호 연결되고, 상기 저온수조(38)의 일측에는 냉탕수를 공급하는 냉탕(39)이 구비되어 상기 저온수조(38)와 냉탕(39)이 수배관(P26)을 매개로 상호 연결되며, 상기 저온수조(38)의 다른 일측에는 폐열원을 회수하여 열교환을 통해 저온수조(38) 내부의 물의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 된 폐열회수 열교환기(40)가 구비되어 상기 저온수조(38)와 폐열회수 열교환기(40)가 수배관(P27)을 매개로 상호 연결된 것을 특징으로 하는 폐열회수 열펌프 유닛을 제공한다. 이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 폐열회수 열펌프 유닛은 저온의 폐열, 즉 목욕탕 등에서 버려지는 폐수열을 회수하여 온수생산에 이용할 수 있으며, 폐수열이 부족할 시에는 외기로부터 저온의 열을 회수하여 이를 온수생산에 이용할 수 있어 에너지 소비를 줄일 수 있게 됨은 물론, 필요에 따라 온수 및 냉.온수를 선택적으로 생산할 수 있어 비용절감을 실현할 수 있는 매우 효율적인 장치인 것이다.

Description

폐열회수 열펌프 유닛{Heat Pump Unit using Waste Heat}
본 발명은 열펌프 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 목욕탕이나 생활 및 산업시설에서 버려지는 폐열원을 회수하여 이를 재사용함으로써 에너지 절감을 실현하도록 된 폐열회수 열펌프 유닛에 관한 것이다.
열펌프란 다른 말로 히트펌프(heat pump)라고도 일컫는데, 이러한 열펌프 유닛은 저온의 공기, 물, 폐열을 열원으로 하여 일정한 온도의 열에너지를 얻기 위한 장치이다. 일반적인 저온열원 중 목욕탕이나 온천에서 버리는 폐수의 열은 그 온도가 비교적 안정적이고 효율이 높아 사용하기 편리하고 경제적이므로 열펌프의 열원으로 많이 이용되고 있다.
근래에는 연중 냉.온수 사용이 가능하도록 하는 열펌프 유닛이 많이 보급되고 있는데, 이러한 추세에 발맞추어 열펌프 유닛은 다양한 용도로 개발되고 있으며, 특히 급격히 증가하고 있는 에너지 소비를 절감하기 위해 에너지 절약형 열펌프의 개발에 많은 노력이 집중되고 있다.
첨부도면 도 1은 종래 열펌프 유닛의 일 예를 도시한 계통도로서, 공랭식 열펌프 유닛(H1)의 구성 및 운전모드를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 종래의 공랭식 열펌프 유닛(H1)은 기본적으로 압축기(1), 응축기(2), 증발기(3)로 구성되어 이들 상호간에 냉매가 흐르는 냉매배관(4)을 매개로 연결된 구조를 이루고 있으며, 응축기(2)와 증발기(3) 사이의 상기 냉매배관(4)에는 팽창밸브(5)가 구비되고, 증발기(3)와 압축기(1) 사이의 상기 냉매배관(4)에는 기액분리기(6)가 구비되어 있다. 상기 증발기(3)는 실외기(미도시) 측에 구비된 것으로, 그 일측에 열을 방출하도록 된 실외기팬(3a)이 구비되어 있다.
상기 응축기(2)의 일측에는 물이 저장된 온수탱크(7)가 구비되어 있는데, 상기 온수탱크(7)와 응축기(2)는 물이 흐르도록 된 수배관(8)을 매개로 상호 연결되어 이들 상호간에 온수가 순환하는 구조로 이루어져 있으며, 상기 수배관(8)에는 온수탱크(7) 내부의 물을 펌핑하여 응축기(2) 측으로 운반하기 위한 순환펌프(8a)가 구비되어 있다. 또한, 상기 온수탱크(7)에는 내부에 저장된 저장수가 부족할 경우 외부로부터 물이 공급되는 급수관(9)이 연결되어 있다.
이러한 구성으로 이루어진 종래 공랭식 열펌프 유닛의 작동관계를 살펴보면 다음과 같다.
상기 구성으로부터 소개되는 압축기(1), 응축기(2), 증발기(3), 팽창밸브(5) 및 기액분리기(6) 등은 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
압축기(1)로 유입된 기체냉매는 고온고압 상태로 압축되는데, 이 고온고압의 기체냉매에서는 기체 분자간에 거리가 가까워지므로 냉동사이클 작동시 응축기(2)에서 조금만 열을 빼앗아도 쉽게 응축액화가 가능해진다. 상기 압축기(1)에서 압축된 고온고압의 기체냉매는 응축기(2)에 의해 냉각되어 액냉매로 상변화하게 되고, 이 액냉매는 증발기(3) 측으로 유동하게 된다. 이 과정에서, 상기 고온고압의 액냉매는 팽창밸브(5)에 의해 팽창하여 저온저압 상태로 되고, 이 저온저압의 액냉매는 증발기(3)를 통과하게 되는데, 상기 증발기(3)는 열을 외부로부터 흡수하여 상기 저온저압의 액냉매를 다시 기체냉매로 상변화시키게 된다. 상기 상변화된 기체냉매는 기액분리기(6)를 통과하면서 액성분이 완전히 걸러진 순수 기체상태로 다시 압축기(1)에 유입되어 상기와 같은 사이클을 반복하게 된다.
한편, 응축기(2)에서 냉매의 열을 빼앗는데 사용된 온수탱크(7)의 물은 일정온도로 승온된 상태에서 수배관(8)을 통해 다시 온수탱크(7)로 회귀하게 되면서 온수탱크(7) 내부의 물의 온도를 상승시키게 된다.
첨부도면 도 2는 종래 열펌프 유닛의 다른 일 예를 도시한 계통도로서, 수냉식 열펌프 유닛(H2)의 구성 및 운전모드를 도시하고 있다.
이하, 첨부도면 도 1과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 새로운 구성요소에 대해서만 새로운 부호를 부여하여 설명하고, 동일 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도시된 바와 같이, 종래 수냉식 열펌프 유닛(H2)은 도 1의 공랭식 열펌프 유닛(H1)에서 구비된 공랭방식의 증발기(3) 대신 수냉각 방식의 증발기(10)가 구비된 구조로 이루어져 있으며, 상기 증발기(10)는 각종 폐수 등의 폐열원을 회수하여 열교환 작용을 수행한 후, 외부로 배출되는 구조로 이루어져 있다.
이러한 구성을 갖는 종래 수냉식 열펌프 유닛의 작동관계를 살펴보면 다음과 같다.
압축기(1)에 의해 고온고압 상태로 압축된 기체냉매는 응축기(2)에 의해 냉각되어 액냉매로 상변화하게 되고, 이 액냉매는 증발기(10)측으로 유동하게 된다. 이 과정에서, 상기 고온고압의 액냉매는 팽창밸브(5)에 의해 팽창하여 저온저압 상태로 되고, 이 저온저압의 액냉매는 증발기(10)를 통과하면서 폐열원과 열교환하여 다시 기체냉매로 상변화하게 된다. 상변화된 상기 기체냉매는 기액분리기(6)에 의해 액성분이 완전히 걸러진 순수 기체상태로 압축기(1)에 유입되어 상기와 같은 사이클을 반복하게 된다.
상기 도 1 및 도 2와 같은 종래의 열펌프 유닛에서는 빌딩이나 산업현장에서 발생되는 폐열 특히, 목욕탕이나 숙박시설 등의 폐열원을 회수하여 온수, 냉수, 및 냉.온수를 동시에 생산할 수 있다면 에너지 절감에 큰 기여를 하게 되겠지만 아직 이러한 기술이 보편화되어 있지 못한 실정이다.
또한, 종래의 열펌프 유닛에서는 온수 열교환하는 응축기의 재질이 압력배관용 탄소강관으로 이루어져 있어, 장기간 사용시 부식되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,빌딩이나 산업현장, 특히 목욕탕 등의 생활 근린시설에서 발생되는 폐열원을 회수하여 재활용함으로써 에너지 절감은 물론, 필요에 따라 온수 및 냉.온수를 선택적으로 생산할 수 있도록 된 폐열회수 열펌프 유닛을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 열펌프 유닛의 일 예를 도시한 계통도
도 2는 종래 열펌프 유닛의 다른 일 예를 도시한 계통도
도 3은 본 발명의 열펌프 유닛을 도시한 계통도
도 4는 본 발명의 다른 구조로 된 열펌프 유닛을 도시한 계통도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
H3,H4: 폐열회수 열펌프 유닛20,30 : 압축기
21,31,32 : 응축기22,33,37 : 증발기
23, 34 : 팽창밸브24,35 : 기액분리기
25,36 : 온수탱크26,38 : 저온수조
27,39 : 냉탕28,40 : 폐열회수 열교환기
P11,P21,P24,P28: 냉매배관P13,P23: 급수관
P12,P14,P15,P16,P22,P24,P25,P26,P27: 수배관
P12a,P14a,P15a,P15b,P16a,P22a,P25a,P26a,P26b,P27a : 순환펌프
V1: 3방밸브V2: 2방밸브
P29: 압력감지배관P28a : 캐패시티 레귤레이터
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압축기, 응축기, 및 증발기가 냉매배관을 매개로 상호 연결되고, 상기 응축기의 일측에 온수탱크가 구비되어 상기 응축기와 온수탱크가 수배관을 매개로 상호 연결된 열펌프 유닛에 있어서, 상기 증발기의 일측에 냉수가 저장된 저온수조가 구비되어 상기 증발기와 저온수조가 수배관을 매개로 상호 연결되고, 상기 저온수조의 일측에는 냉탕수를 공급하는 냉탕이 구비되어 상기 저온수조와 냉탕이 수배관을 매개로 상호 연결되며, 상기 저온수조의 다른 일측에는 폐열원을 회수하여 열교환을 통해 상기 저온수조 내부의 물의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 된 폐열회수 열교환기가 구비되어 상기 저온수조와 폐열회수 열교환기가 수배관을 매개로 상호 연결된 것을 특징으로 하는 폐열회수 열펌프 유닛을 제공한다.
또한, 본 발명은 압축기, 응축기, 및 제1 증발기가 냉매배관을 매개로 상호 연결되고, 상기 응축기의 일측에 온수탱크가 구비되어 상기 응축기와 온수탱크가수배관을 매개로 상호 연결된 열펌프 유닛에 있어서, 상기 응축기의 출구측 냉매배관에는 방향절환용 3방밸브가 구비되고, 상기 3방밸브로부터 냉매배관이 분기되어 이 냉매배관이 상기 제1 증발기의 출구측 냉매배관에 연결되며, 상기 제1 증발기의 출구측 냉매배관에 방향절환용 2방밸브가 구비되고, 상기 냉매배관에는 수냉각 방식의 제2 증발기가 구비되며, 상기 제2 증발기의 일측에는 냉수가 저장된 저온수조가 구비되어 상기 제2 증발기와 저온수조가 수배관을 매개로 상호 연결되고, 상기 저온수조의 일측에는 냉탕수를 공급하는 냉탕이 구비되어 상기 저온수조와 냉탕이 수배관을 매개로 상호 연결되며, 상기 저온수조의 다른 일측에는 폐열원을 회수하여 열교환을 통해 저온수조 내부의 물의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 된 폐열회수 열교환기가 구비되어 상기 저온수조와 폐열회수 열교환기가 수배관을 매개로 상호 연결된 것을 특징으로 하는 폐열회수 열펌프 유닛을 제공한다.
본 발명은 그 구체적인 예로, 상기 제1 증발기와 제2 증발기, 그리고 상기 제2 증발기에 저온의 열원을 공급하는 냉탕과 폐열회수 열교환기는 각각 상호 택일적으로 작동하며, 이로부터 온수 및 냉.온수를 선택적으로 생산할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 더욱 구체적인 예로, 상기 2방밸브가 제1 증발기의 작동시 개방되고, 제2 증발기의 작동시 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압축기의 출구측 냉매배관과 상기 제1 증발기의 입구측 냉매배관에는 냉매배관이 분기되어 상호 연결되고, 상기 냉매배관에는 저압보상용 캐패시티 레귤레이터가 구비되며, 상기 캐패시티 레귤레이터의 일측에는 제1 증발기의 출구측 압력을 감지하기 위한 압력감지배관이 분기되어 이 압력감지배관이 제1 증발기의 출구측 냉매배관에 연결되되, 상기 캐패시티 레귤레이터는 제1 증발기의 출구측 압력이 일정 압력 이하일 경우, 상기 냉매배관을 개방하여 고온고압의 냉매를 제1 증발기의 입구측 냉매배관으로 절환시키며 상기 제1 증발기의 출구측 압력을 일정 압력수준 이상으로 보상하도록 된 것을 특징으로 하는 폐열회수 열펌프 유닛을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 응축기 및 제2 증발기는 부식성이 없는 동관과 스테인레스 강판 중 적어도 하나의 재질을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
위와 같은 특징을 갖는 본 발명의 폐열회수 열펌프 유닛은 저온의 폐열, 즉 목욕탕 등에서 버려지는 폐수열을 회수하여 온수생산에 이용할 수 있으며, 폐수열이 부족할 시에는 외기로부터 저온의 열을 회수하여 이를 온수생산에 이용할 수 있는 구조를 제공하므로써 에너지 소비를 줄일 수 있게 됨은 물론, 필요에 따라 온수 및 냉.온수를 선택적으로 생산할 수 있어 비용절감을 실현할 수 있는 매우 효율적인 장치인 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명한다.
상기 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 새로운 구성요소에 대해서만 새로운 부호를 부여하여 설명하고, 동일 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
첨부도면 도 3은 본 발명에 따른 폐열회수 열펌프 유닛의 일 실시예를 도시한 것으로, 폐열회수 열펌프 유닛(H3)의 구성 및 운전모드를 도시한 계통도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 도 2의 종래 수냉식 열펌프 유닛(H2)의 구성으로부터 폐열을 회수하여 재활용할 수 있도록 된 구성을 제공한다.
본 발명의 폐열회수 열펌프 유닛(H3)은 기본적으로 압축기(20), 응축기(21), 증발기(22)로 구성되어 이들 상호간에 냉매가 흐르는 냉매배관(P11)을 매개로 연결된 구조를 이루고 있으며, 응축기(21) 출구측의 상기 냉매배관(P11)에는 팽창밸브(23)가 구비되고, 증발기(22) 출구측의 상기 냉매배관(P11)에는 기액분리기(24)가 구비되어 있다.
상기 응축기(21)의 일측에는 물이 저장된 온수탱크(25)가 구비되어 있는데, 상기 온수탱크(25)와 응축기(21)는 물이 흐르도록 된 수배관(P12)을 매개로 상호 연결되어 이들 상호간에 온수가 순환하는 구조로 이루어져 있으며, 상기 수배관(P12)에는 온수탱크(25) 내부의 물을 펌핑하여 응축기(21) 측으로 운반하기 위한 순환펌프(P12a)가 구비되어 있다. 또한, 상기 온수탱크(25)에는 내부에 저장된 저장수가 부족할 경우 외부로부터 물이 공급되는 급수관(P13)이 연결되어 있다.
상기 증발기(22)는 수냉각 구조로 이루어져 있는 바, 일측에 냉수를 저장하는 저온수조(26)가 구비되고, 이 저온수조(26)의 일측에는 냉수를 공급하도록 된 냉탕(27)이 구비되어 있으며, 상기 증발기(22)와 저온수조(26) 그리고 상기 저온수조(26)와 냉탕(27)은 각각 수배관(P14)(P15)을 매개로 상호 연결되어 냉수가 순환하는 구조로 이루어져 있다. 상기 수배관(P14)에는 저온수조(26) 내의 냉수를 펌핑하여 증발기(22) 측으로 순환시키기 위한 순환펌프(P14a)가 구비되고, 상기 수배관(P15)에는 냉탕(27)과 저온수조(26) 사이에 냉수를 순환시키기 위한 복수의 순환펌프(P15a)(P15b)가 구비되어 있다.
또한, 상기 저온수조(26)의 다른 일측에는 목욕탕 폐수나 산업 및 생활폐수 등의 폐열원을 회수하여 열교환 작용을 통해 저온수조(26)의 냉수를 냉각하도록 된 폐열회수 열교환기(28)가 구비되어 있고, 상기 폐열회수 열교환기(28)와 저온수조(26)는 수배관(P16)을 매개로 상호 연결되어 냉수가 순환하는 구조로 이루어져 있으며, 상기 수배관(P16)에는 저온수조(26) 내의 냉수를 펌핑하여 폐열회수 열교환기(28) 측으로 순환시키기 위한 순환펌프(P16a)가 구비되어 있다.
상기와 같은 구성으로 된 본 발명의 폐열회수 열펌프 유닛(H3)의 작동관계를 살펴보면 다음과 같다.
폐열회수 열교환기(28)에서는 버려지는 폐열원을 회수하여 저온수조(26)로부터 운반된 냉수와 열교환시키게 되는데, 상기 열교환된 냉수는 다시 저온수조(26)로 귀환하게 된다. 한편, 팽창밸브(23)에 의해 저온저압 상태로 된 액냉매는 증발기(22)를 통과하는 동안 저온수조(26)으로부터 공급되는 냉수와 열교환하면서 상기 저온저압의 액냉매를 다시 기체냉매로 상변화시키게 된다. 상기 상변화된 기체냉매는 기액분리기(24)를 통과하면서 액성분이 완전히 걸러진 순수 기체상태로 압축기(20)로 유입되어 상기 사이클을 반복하게 된다. 한편, 온수탱크(25)에서는 응축기(21)에서 냉매와 열교환하며 온도가 상승된 일정온도의 물이 귀환하여 혼합되면서 온수를 생산하게 된다.
상기 폐열회수 열펌프 유닛(H3)은 저온수조(26)의 일측에 휀코일유니트(미도시)를 추가로 설치하고 이를 저온수조(26)와 배관 연결하여 실내 냉방에 이용할 수도 있는데, 이 경우 휀코일유니트(미도시)의 입구측 배관에는 저온수조(26)로부터 냉수를 펌핑하여 휀코일유니트 측으로 이송시키기 위해 순환펌프(미도시)가 구비된다.
첨부도면 도 4는 본 발명의 다른 구조로 된 폐열회수 열펌프 유닛의 구성 및 운전모드를 도시한 계통도로서, 본 발명은 종래의 공랭식 열펌프 유닛(H1)과 수냉식 열펌프 유닛(H2)을 조합한 구조로부터 폐열회수 방식을 접목시킨 새로운 구조의 열펌프 유닛(H4)을 제공한다.
상기 폐열회수 열펌프 유닛(H4)은 기본적으로 압축기(30), 복수의 응축기(31,32) 및 증발기(33)(37), 온수탱크(36), 저온수조(38), 폐열회수 열교환기(40) 등으로 구성된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 상기 압축기(30)와, 나란히 배열된 제1,2 응축기(31,32), 그리고 실외기(미도시) 측에 구비된 제1 증발기(33)는 냉매배관(P21)을 매개로 상호 연결된 구조를 이루고 있으며, 제1,2 응축기(31,32) 출구측의 상기 냉매배관(P21)에는 팽창밸브(34)가 구비되고, 증발기(33) 출구측의 상기 냉매배관(P21)에는 기액분리기(35)가 구비되어 있다.
상기 제1,2 응축기(31,32)의 일측에는 온수가 저장된 온수탱크(36)가 구비되는데, 상기 제1,2 응축기(31,32)와 온수탱크(36)는 수배관(P22)을 매개로 상호 연결되어 이들 상호간에 온수가 순환하는 구조로 이루어져 있으며, 상기 수배관(P22)에는 온수탱크(36) 내부의 물을 펌핑하여 제1,2 응축기(31,32) 측으로 순환시키기 위한 순환펌프(P22a)가 구비되어 있다. 또한, 상기 온수탱크(36)는 내부에 저장된 저장수가 부족할 경우 외부로부터 물이 공급되는 급수관(P23)이 연결되어 있다.
상기 제1,2 응축기(31,32)의 출구측 냉매배관(P21)에는 방향절환용 3방밸브(V1)가 구비되되, 상기 3방밸브(V1)로부터 냉매배관(P24)이 분기되어 이 냉매배관(P24)이 상기 제1 증발기(33)의 출구측 냉매배관(P21)에 연결된다. 또한, 상기 제1 증발기(33)의 출구측 냉매배관(P21)에는 방향절환용 2방밸브(V2)가 구비되고, 상기 냉매배관(P24)에는 수냉각 방식의 제2 증발기(37)가 구비된다. 또한, 상기 제2 증발기(37)의 일측에는 냉수가 저장된 저온수조(38)가 구비되어 상기 제2 증발기(37)와 저온수조(38)가 수배관(P25)을 매개로 상호 연결되고, 상기 저온수조(38)의 일측에는 냉탕수를 공급하는 냉탕(39)이 구비되어 상기 저온수조(38)와 냉탕(39)이 수배관(P26)을 매개로 상호 연결되는 바, 상기 수배관(P25)에는 저온수조(38) 내의 냉수를 펌핑하여 제2 증발기(37) 측으로 순환시키기 위한 순환펌프(P25a)가 구비되고, 상기 수배관(P26)에는 냉탕(39)과 저온수조(38) 사이에 냉수를 순환시키기 위한 복수의 순환펌프(P26a)(P26b)가 구비된다.
상기 저온수조(38)의 다른 일측에는 목욕탕 폐수나 산업 및 생활폐수 등의 폐열원을 회수하여 열교환 작용을 통해 저온수조(38) 내부의 물의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 된 폐열회수 열교환기(40)가 구비되는데, 상기 폐열회수 열교환기(40)와 저온수조(38)는 수배관(P27)을 매개로 상호 연결되어 냉수가 순환하는 구조로 이루어져 있으며, 상기 수배관(P27)에는 저온수조(38) 내의 냉수를 펌핑하여 폐열회수 열교환기(40) 측으로 순환시키기 위한 순환펌프(P27a)가 구비된다.
한편, 상기 폐열회수 열펌프 유닛(H4)에서는 상기 압축기(30)의 출구측 냉매배관(P21)에 냉매배관(P28)이 분기되어 이 냉매배관(P28)이 제1 증발기(33)의 입구측냉매배관(P21)에 연결되고, 상기 냉매배관(P28)에는 제1 증발기(33)의 출구측 압력이 일정 압력 이하일 경우, 상기 냉매배관(P28)을 개방하여 고온고압의 냉매를 제1 증발기(33)의 입구측 냉매배관(P21)으로 절환시키며 상기 제1 증발기(33)의 출구측 압력을 일정 압력수준 이상으로 보상하도록 된 저압보상용 캐패시티 레귤레이터(Capacity regulator;P28a)가 구비되며, 상기 캐패시티 레귤레이터(P28a)의 일측에는 제1 증발기(33)의 출구측 압력을 감지하기 위한 압력감지배관(P29)이 분기되어 이 압력감지배관(P29)이 제1 증발기(33)의 출구측 냉매배관(P21)에 연결된다.
또한, 상기 폐열회수 열펌프 유닛(H4)은 종래의 열펌프 유닛(H1)(H2)에서 응축기(2)가 압력배관용 탄소강관을 재질로 하여 구성한 것과 달리, 제1,2 응축기(31,32)와 제2 증발기(38)의 재질을 부식성이 없는 동관 및/또는 스테인레스 강판을 이용하여 구성한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 폐열회수 열펌프 유닛(H4)은 압축기(30)에서 압축된 고온고압의 기체냉매가 응축기(31,32)에 의해 냉각되어 액냉매로 상변화하게 되고, 상변화된 액냉매는 3방밸브(V1)에 의해 제2 증발기(37) 측으로 보내져서 상기 저온수조(38)로부터 운반된 냉수와의 열교환에 의해 저온저압의 기체냉매로 상변화하게 된다. 상기 기체냉매는 기액분리기(35)를 통과하면서 액성분이 완전히 걸러진 순수 기체상태로 다시 압축기(30)에 유입되어 상기와 같은 사이클을 반복하게 된다.
한편, 폐열회수 열교환기(40)에서는 버려지는 폐열원을 회수하여 저온수조(38)로부터 운반된 냉수와 열교환시키게 되는데, 상기 열교환된 냉수는 다시 저온수조(38)로 귀환하게 되어 저온수조(38) 내부의 물의 온도를 일정하게 유지하게 된다.
본 발명의 열펌프 유닛(H4)에서는 폐열원이 부족할 경우, 응축기(31,32)로부터 운반된 액냉매가 3방밸브(V1)에 의해 제1 증발기(33) 측으로 보내질 수 있는데, 상기 배관(P21)에 구비된 2방밸브(V2)는 제1 증발기(33)의 작동시 개방되고, 제2 증발기(37)의 작동시 폐쇄된다. 이러한 작동관계로부터 상기 열펌프 유닛(H4)은 온수 또는 냉.온수를 선택적으로 생산할 수 있게 된다.
한편, 상기 3방밸브(V1)에 의해 제1 또는 제2 증발기(33)(37) 측으로 방향절환된 액냉매는 열교환에 의해 기체냉매로 상변화된 후, 상변화된 기체냉매가 기액분리기(35)를 통과하면서 액성분이 완전히 걸러진 순수 기체상태로 다시 압축기(30)에 유입되어 상기와 같은 사이클을 반복하게 된다.
상기 설명된 바와 같은 본 발명의 폐열회수 열펌프 유닛(H3)(H4)에서는 온수 열교환하게 되는 응축기(21)(31)(32)와 제2 증발기(37)의 재질을 내식성이 있는 동관 및/또는 스테인레스 강판으로 구성함으로써 장기간 사용시 발생할 수 있는 부식을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 상기 폐열회수 열펌프 유닛(H3)(H4)은 주거용이나 상업용 빌딩에 적용이 가능하며 목욕탕, 수영장, 호텔, 온천, 온실, 화학 플랜트 등 온수가 필요한 곳에서는 기존의 급탕설비 유닛 등에 부착하여 사용할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 폐열회수 열펌프 유닛(H3)(H4)은 버려지는 저온의 폐수열을 회수하여 이를 온수생산에 이용할 수 있도록 된 장치로서, 기름을 이용하는 장치에 비해 온수 생산시 약 2.5배 내지 4배 정도의 에너지를 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 폐열에서 열을 회수하므로 온수가열 비용을 약 30% 내지 50%까지 절약할 수 있는 효과가 있으며, 냉방에 있어서도 약 20% 내지 30%의 비용을 절감할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 페열회수 열펌프 유닛(H3)(H4)은 별도의 버너, 보일러 등의 연소설비가 필요없어 설치비가 저렴하고, 전력에 의해 작동하게 되므로 폐기물이나 공해발생의 염려가 없어 안전하고 환경친화적인 설비인 것이다.
위와 같은 특징을 갖는 본 발명의 폐열회수 열펌프 유닛은 저온의 폐열, 즉 목욕탕 등에서 버려지는 폐수열을 회수하여 온수생산에 이용할 수 있으며, 폐수열이 부족할 시에는 외기로부터 저온의 열을 회수하여 이를 온수생산에 이용할 수 있는 구조를 제공하므로써 에너지 소비를 줄일 수 있게 됨은 물론, 필요에 따라 온수및 냉.온수를 선택적으로 생산할 수 있어 비용절감을 실현할 수 있는 매우 효율적인 장치인 것이다.
또한, 본 발명의 열펌프 유닛은 구조가 간단하고 사용이 용이하여 이상적인 냉난방 및 급탕환경을 만들 수 있을 뿐 아니라, 전기에 의해 작동하므로 NOX, CO2 등의 폐가스를 일절 배출하지 않아 공해를 방지하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 압축기(20), 응축기(21), 및 증발기(22)가 냉매배관(P11)을 매개로 상호 연결되고, 상기 응축기(21)의 일측에 온수탱크(25)가 구비되어 상기 응축기(21)와 온수탱크(25)가 수배관(P12)을 매개로 상호 연결된 열펌프 유닛에 있어서,
    상기 증발기(22)의 일측에 냉수가 저장된 저온수조(26)가 구비되어 상기 증발기(22)와 저온수조(26)가 수배관(P14)을 매개로 상호 연결되고, 상기 저온수조(26)의 일측에는 냉탕수를 공급하는 냉탕(27)이 구비되어 상기 저온수조(26)와 냉탕(27)이 수배관(P15)을 매개로 상호 연결되며, 상기 저온수조(26)의 다른 일측에는 폐열원을 회수하여 열교환을 통해 상기 저온수조(26) 내부의 물의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 된 폐열회수 열교환기(28)가 구비되어 상기 저온수조(26)와 폐열회수 열교환기(28)가 수배관(P14)을 매개로 상호 연결된 것을 특징으로 하는 폐열회수 열펌프 유닛.
  2. 압축기(30), 응축기(31,32), 및 제1 증발기(33)가 냉매배관(P21)을 매개로 상호 연결되고, 상기 응축기(31,32)의 일측에 온수탱크(36)가 구비되어 상기 응축기(31,32)와 온수탱크(36)가 수배관(P22)을 매개로 상호 연결된 열펌프 유닛에있어서,
    상기 응축기(31,32)의 출구측 냉매배관(P21)에는 방향절환용 3방밸브(V1)가 구비되고, 상기 3방밸브(V1)로부터 냉매배관(P24)이 분기되어 이 냉매배관(P24)이 상기 제1 증발기(33)의 출구측 냉매배관(P21)에 연결되며, 상기 제1 증발기(33)의 출구측 냉매배관(P21)에 방향절환용 2방밸브(V2)가 구비되고, 상기 냉매배관(P24)에는 수냉각 방식의 제2 증발기(37)가 구비되며, 상기 제2 증발기(37)의 일측에는 냉수가 저장된 저온수조(38)가 구비되어 상기 제2 증발기(37)와 저온수조(38)가 수배관(P25)을 매개로 상호 연결되고, 상기 저온수조(38)의 일측에는 냉탕수를 공급하는 냉탕(39)이 구비되어 상기 저온수조(38)와 냉탕(39)이 수배관(P26)을 매개로 상호 연결되며, 상기 저온수조(38)의 다른 일측에는 폐열원을 회수하여 열교환을 통해 저온수조(38) 내부의 물의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 된 폐열회수 열교환기(40)가 구비되어 상기 저온수조(38)와 폐열회수 열교환기(40)가 수배관(P27)을 매개로 상호 연결된 것을 특징으로 하는 폐열회수 열펌프 유닛.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 증발기(33)와 제2 증발기(37), 그리고 상기 제2 증발기(37)에 저온의 열원을 공급하는 냉탕(39)과 폐열회수 열교환기(40)는 각각 상호 택일적으로 작동하며, 이로부터 온수 및 냉.온수를 선택적으로 생산할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 폐열회수 열펌프 유닛.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 2방밸브(V2)는 제1 증발기(33)의 작동시 개방되고, 제2 증발기(37)의 작동시 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 폐열회수 열펌프 유닛.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 압축기(30)의 출구측 냉매배관(P21)과 상기 제1 증발기(33)의 입구측 냉매배관(P21)에는 냉매배관(P28)이 분기되어 상호 연결되고, 상기 냉매배관(P28)에는 저압보상용 캐패시티 레귤레이터(P28a)가 구비되며, 상기 캐패시티 레귤레이터(P28a)의 일측에는 제1 증발기(33)의 출구측 압력을 감지하기 위한 압력감지배관(P29)이 분기되어 이 압력감지배관(P29)이 제1 증발기(33)의 출구측 냉매배관(P21)에 연결되되, 상기 캐패시티 레귤레이터(P28a)는 제1 증발기(33)의 출구측 압력이 일정 압력 이하일 경우, 상기 냉매배관(P28)을 개방하여 고온고압의 냉매를 제1 증발기(33)의입구측 냉매배관(P21)으로 절환시키며 상기 제1 증발기(33)의 출구측 압력을 일정 압력수준 이상으로 보상하도록 된 것을 특징으로 하는 폐열회수 열펌프 유닛.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 응축기(31,32) 및 제2 증발기(37)는 부식성이 없는 동관과 스테인레스 강판 중 적어도 하나의 재질을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 폐열회수 열펌프 유닛.
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