히트 펌프

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배경

생태 및 환경 문제에 대한 사회의 관심이 높아짐에 따라 열과 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있는 방법에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 열 펌프 산업은 열 에너지를 보다 유용한 위치와 목적으로 대체하기 위해 연중무휴 공간 난방과 같은 기술 발전을 사용합니다. 이 개념은 차가운 공기를 가열된 공기와 교환하면서 국부적 또는 방향 전환된 열을 제공함으로써 달성됩니다.

히트 펌프의 원리는 실제로 에어컨 장치의 기술 및 열역학 원리의 반대입니다. 대부분의 히트 펌프는 겨울에 난방을 제공하고 여름에 냉방을 제공하는 추가 이점을 제공합니다. 이것은 코일을 통해 순환하는 작동 유체의 흐름을 역전시켜 간단히 달성할 수 있습니다. 열 펌프는 전체 열역학 시스템으로 액체 및/또는 기체 매체가 압력 변경의 결과로 위상이 변하는 어셈블리를 통해 펌핑됩니다. 상대적으로 설치 비용이 많이 들지만 열 펌프 시스템은 온도를 제어하고 기존 열 에너지를 재사용하는 보다 경제적이고 효율적인 방법을 제공합니다.

원자재

열 펌프 제조에는 스테인리스강 부품과 알루미늄 튜브가 있는 대형 철 주물을 사용합니다. 펌프 및 모터에 사용되는 주물에는 주물의 기계적 및 내식성을 향상시키기 위해 소량의 니켈, 몰리브덴 및 마그네슘이 포함되는 경우가 많습니다. 더 작은 열 펌프에서 일부 구성 요소는 무게를 줄이기 위해 합금강을 사용해야 합니다. 사용되는 작동 유체 유형(암모니아, 물 또는 염화불화탄소)에 따라 히트 펌프 시스템의 배관에는 내식성 스테인리스강 또는 알루미늄이 필요할 수 있습니다. 열역학적 특성의 일관성이 더 중요한 시스템에서 구리 튜브는 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 대부분의 히트 펌프 구성 요소를 수용하는 케이스는 연탄소 강판으로 제작됩니다. 나머지 배관, 피팅, 밸브 및 커플링은 스테인리스 스틸입니다.

모든 열 펌프는 한 열원에서 다른 열원으로 초과 에너지를 전달하기 위해 작동 유체가 필요합니다. 전통적으로 CFC(클로로플루오로카본)는 우수한 열역학적 특성으로 인해 작동 유체로 사용되었습니다. CFC가 현재 환경에 미치는 유해한 영향으로 인해 점차 생산이 중단되었습니다. 대신 물, 탄화수소 및 암모니아는 일부 열 펌프 설계에서 효율성이 부족함에도 불구하고 열 펌프 시스템에 자주 사용됩니다.

디자인

열 펌프는 모두 동일한 기본 구성 요소를 가지고 있습니다. 이러한 구성 요소는 펌프, 응축기, 증발기 및 팽창 밸브로 구성됩니다. 이러한 구성 요소의 상대적 유사성에도 불구하고 히트 펌프 설계는 펌프의 특정 응용 분야에 따라 크게 다릅니다. 증기 압축과 흡수라는 두 가지 주요 설계는 서로 다른 열역학적 원리를 활용하지만 둘 다 유사한 구성 요소를 포함하고 유사한 시스템 효율성을 제공합니다.

히트 펌프는 작동 유체의 흐름 방향을 단순히 역전시켜 동일한 시스템에서 공조와 난방을 모두 제공하는 놀라운 다용성을 보여줍니다. 이와 관련하여 히트 펌프는 원하는 온도를 유지하기 위해 이중 시스템이 필요하지 않습니다. 그러나 양방향으로 펌핑할 수 있는 시스템이 필요하기 때문에 비용이 많이 듭니다. 극도로 불리한 기후에서 열 펌프는 일부 효율성을 상실하고 추가 열원이 필요할 수 있습니다. 이 추가 열은 지열로 가열된 물이나 전기 히터에서 올 수 있습니다.

일반적인 열 펌프 작동은 작동 유체를 사용하여 증발기에 가까운 소스에서 열을 받습니다. 증발기에서 유체는 저압 증기로 기화됩니다. 펌프에 들어가면 증기는 고압으로 압축되고 응축기로 들어가 증기를 액체로 되돌리고 궁극적으로 저장된 열을 원하는 소스로 방출합니다. 그런 다음 팽창 밸브를 통해 시스템이 저압 액체 상태로 돌아가고 주기가 다시 시작됩니다.

제조
프로세스

펌프는 일반적으로 완성된 단위로 조달되고 커플링 및 배관 구성요소와 통합하여 시스템에 설치됩니다. 시스템의 특정 크기 및 유체 요구 사항에 맞게 설계된 펌프는 크기에 따라 설치 장소로 직접 배송될 수 있습니다. 이것은 일반적으로 사무실 건물에 열 및/또는 냉각을 공급하는 대형 상업용 열 펌프에서 발생합니다. 더 작은 주거용 모델에는 응축기, 증발기 및 다양한 배관이 포함된 어셈블리에 펌프가 설치되어 있을 수 있습니다. 판금 상자에 들어 있는 이 장치는 모든 구성 요소를 상자 또는 서로에 볼트로 고정하기 위해 응축기 및 증발기를 위한 다양한 하위 어셈블리로 구성됩니다. 사용된 브래킷 중 일부는 펌프가 금속 팬에 볼트로 고정되고 AC 모터에 연결되는 장치의 베이스를 형성합니다.

케이스

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1 여러 다른 금속 시트로 조립된 케이스 유닛은 전단 프레스에서 크기에 맞게 전단됩니다. 적절한 치수로 절단한 후 CNC(Computer Numerically Controlled) 펀치 프레스를 사용하여 금속에 작은 조립 구멍을 펀칭합니다. 이 펀치 프레스에는 판금을 이동하기 위한 이동식 테이블 또는 금속의 다른 지점에 구멍을 펀칭할 수 있는 이동식 다이가 있습니다. 펀치 프레스는 종종 CAD(Computer-Aided Design) 프로그램을 통해 펀치할 위치를 지정합니다. 다양한 모양의 펀칭 도구가 기계에 저장되어 있어 컴퓨터 프로그램을 변경하기만 하면 필요한 모든 구멍을 펀칭할 수 있습니다.

2 펀칭 후 시트는 NC(Numerically Controlled) 프레스 브레이크로 이동하여 다양한 모양과 구성으로 구부러집니다. 프레스 브레이크는 금형이나 도구를 사용하여 금속을 다양한 모양으로 구부립니다. CNC 펀치 프레스와 달리 프레스 브레이크는 다른 굽힘을 수행하기 위해 툴링을 수동으로 변경해야 합니다. 그런 다음 시트는 다른 시트 및 브래킷에 용접, 리벳 또는 볼트로 고정할 준비가 됩니다. 일단 조립되면 이 시트는 독립 실행형 장치의 안정성을 대부분 제공합니다.

콘덴서 및 증발기

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3 콘덴서와 증발기는 여러 개의 작고 얇은 구리 또는 알루미늄 튜브로 만들어지며 튜브 벤딩 머신에 의해 구부러진 다이 주변으로 구부러집니다. NC 튜브 벤딩 머신은 각 튜브에 정확히 동일한 벤딩을 제공하도록 프로그래밍되어 튜브를 다른 튜브 위에 쌓을 수 있습니다. 그런 다음 이 튜브는 튜브가 통과하고 튜브 확장 또는 조인트 용접을 통해 결합되는 플레이트 또는 핀에 부착됩니다. 이것은 단단히 밀봉된 시스템을 만듭니다. 튜브와 플레이트 어셈블리는 작동 유체가 튜브 내부의 시스템을 통과하도록 하여 열 교환기 역할을 하는 한편, 응축기의 열을 플레이트 사이를 통과하는 다른 유체 매체로 방출하고 튜브를 통해 방출되는 열을 얻습니다. .

4 구성 요소에 강도 또는 연결성을 제공하기 위해 작은 브래킷은 연탄소강으로 펀칭됩니다. 브래킷은 일반적으로 디코일러를 통해 먼저 지속적으로 공급되는 강철 코일로 펀칭됩니다. 한 번 풀면 전단, 구부림 및 하나의 연속 공정으로 형성됩니다. 이것은 스테이션에서 다른 스테이션으로 이동할 때 브래킷이 코일에 부착된 상태로 유지되는 프로그레시브 다이 구성으로 수행됩니다. 역. 각 스테이션은 브래킷에 구멍이나 노치 중 하나를 추가하고 마지막으로 코일에서 잘릴 때까지 다음 스테이션으로 보냅니다. 이 프로세스는 프로그레시브 다이 또는 트랜스퍼 프레스 작업을 전문으로 하고 더 나은 비용 관리를 제공할 수 있는 공급업체에 아웃소싱될 수 있습니다.

튜빙

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5 펌프를 응축기 및 증발기에 연결하는 데 필요한 나머지 배관을 제공하기 위해 더 많은 튜브가 제작되고 구부러졌습니다. 다양한 피팅 및 연결 부품이 활용됩니다. 일부 배관 라인에 포함된 팽창 밸브는 전체 장치로 구입한 또 다른 구성 요소입니다. 팽창 밸브는 작동 유체의 팽창 및 더 작은 직경의 튜브와 더 큰 직경의 튜브의 연결을 제공하도록 설계된 피팅입니다. 소규모 주거용 유닛에서는 밸브가 메인 박스에 포함되어 있는 반면, 대형 상업용 유닛에서는 배관 시스템의 현장에 설치할 수 있습니다.

페인팅/코팅

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6 구성 요소, 하위 어셈블리, 브래킷 및/또는 플레이트는 내부식성을 위해 도색되거나 분체 코팅됩니다. 그러나 도장 전에 일부 부품은 특수 용제로 처리되어 제조 공정에서 남은 그리스나 오일을 제거합니다. 이것은 일반적으로 솔벤트로 채워진 대형 탱크에 부품을 담근 다음 특수 오븐에서 건조하여 수행됩니다. 아연, 니켈 또는 크롬으로 특수 코팅된 일부 부품은 코팅 용액 탱크에 담그기 전에 산성 수조를 통해 공급됩니다. 청소가 끝나면 부품을 수동으로 트레이에 로드하거나 특별히 설계된 랙에 걸어 페인트 부스에 공급합니다. 페인트는 각 틈새에 페인트를 분사하는 가압 페인트 디스펜서로 도포됩니다.

포장

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7 엄격한 검사를 통과한 히트 펌프는 포장으로 보내지고 시스템은 포장되어 설치 현장으로 배송됩니다.

설치

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8 일반적으로 건설 현장에는 히트펌프가 설치됩니다. 압축기와 증발기는 7.5cm(3인치) 직경의 거대한 튜브로 구성되며 작동 유체가 위상을 변경하는 더 큰 챔버를 갖게 됩니다. 펌프 자체는 콘크리트 패드에 볼트로 고정되어 연결됩니다. 대형 DC 모터 또는 천연 가스 발전기. 피팅 및 밸브는 기존 벽에 고정된 브래킷과 버팀대에 의해 지지되는 동안 배관 시스템에 배송 및 설치됩니다. 이러한 설치에는 상당한 엔지니어링 문제가 있으며 계약자와 히트 펌프 제조업체 간의 협력이 필요한 경우가 많습니다.

품질 관리

외부 공급업체로부터 조달되는 각 구성 요소는 일반적으로 조립되기 전에 치수 준수 여부를 검사합니다. 다른 구성 요소는 품질을 보장하기 위해 제조 중에 검사됩니다. 그런 다음 최종 어셈블리를 적절한 작동 유체로 채우고 시스템을 전원에 연결하여 펌프를 돌려 테스트합니다. 변환기 또는 스위치를 사용하여 여러 단계에서 유체의 온도 및 압력 수준을 측정하여 최종 시스템을 미리 결정된 기준에 따라 확인할 수 있습니다.

미래

에너지 비용이 증가함에 따라 효율적인 히트 펌프에 대한 수요가 증가할 것입니다. 전체 에너지 사용량이 감소함에 따라 높은 초기 비용이 전액 반환됩니다. 다목적 열 펌프는 새로운 기술 개발에 대한 노출을 늘리려는 조직에 도움이 될 것입니다. 기술이 향상됨에 따라 열 펌프는 궁극적으로 보다 비용 효율적인 난방 및 냉방을 생산할 것입니다. 제품 개발은 산업 간 경쟁을 일으키고 높은 제조 비용을 감소시킵니다. 작동 유체 기술은 미래의 환경 문제를 충족시키기 위해 설계된 여러 실험 연구로 인해 계속 확장될 것입니다.