KR100556267B1 - 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템 - Google Patents

지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템 Download PDF

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문종철
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(주)뉴그린테크
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Abstract

본 발명은 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 지열과 공기열을 선택적으로 사용하여 실내를 냉난방 및 급탕용 온수를 공급하고, 지열의 회수성능을 높일 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템은, 지중(G)에 매립되며 그 내부를 순환하는 지열교환매체에 의해 지열을 회수하는 지열교환관(110)과; 그 내부를 따라 흐르는 열교환매체가 상기 지열교환관 내부를 순환하는 지열교환매체와 열교환되도록 하는 지열 교환기(120)와; 상기 지열 열교환기와 병렬로 연결되며 외부의 공기열을 회수하여 그 내부를 순환하는 열교환매체와 열교환되도록 하는 공기열 열교환기(130)와; 상기 지열/공기열 열교환기를 통과한 열교환매체를 고온고압으로 압축하는 압축기(140)와; 상기 압축기에 의해 압축된 열교환매체와 냉난방수와 열교환되도록 하는 냉난방 열교환기(150)와; 상기 압축기에 의해 압축된 열교환매체의 흐름방향을 제어하는 사방밸브(160)와; 상기 냉난방 열교환기를 통과한 열교환매체를 각각 저온저압으로 감압하여 상기 지열/공기열 열교환기에 공급하는 제1,2난방용 팽창밸브(170,180)와; 상기 지열/공기열 열교환기를 통과한 열교환매체를 감압하는 냉방용 팽창밸브(153)와; 상기 팽창밸브들과 각각 함께 설치되어 열교환매체의 흐름을 제어하는 체크밸브(171,181,154)와; 지열/공기열 열교환기(120,130) 중 어느 하나를 압축기(140)에 연결하여 지열과 공기열 중 어느 하나를 이용하는 사이클이 형성되도록 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
히트펌프, 지열, 공기열, 하이브리드, 지열교환관

Description

지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템{Hybrid heat-pump system using geotherm and air-heat}

도 1은 본 발명에 따른 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템에 적용된 지열교환관의 구성도.

도 3 내지 도 7은 각각 본 발명에 따른 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템의 작용상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 지열교환관, 120 : 지열 열교환기

130 : 공기열 열교환기, 140 : 압축기

150 : 냉난방 열교환기, 160 : 사방밸브

153,170,180 : 팽창밸브, 190 : 급탕용 열교환기

본 발명은 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지열과 공기열을 선택적으로 사용하여 실내를 냉난방함과 아울러 급탕용 온수를 공급하며, 지열에 대한 전열성능을 높일 수 있도록 한 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 에너지원으로서 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석 연료를 이용하거나, 또는 핵연료를 이용하는 경우가 대부분이다.

그러나, 화석 연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 환경을 오염시키고, 핵연료는 수질오염 및 방사능과 같은 유해물질을 발생시키는 단점과 함께 이들 에너지원은 매장량의 한계가 있다.

따라서, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.

이러한 대체에너지 중에서도 풍력, 태양열, 지열 등과 같은 자연에너지에 관한 연구가 오래 전부터 진행되어 실질적으로 이를 이용한 냉난방장치가 설치되어 사용되고 있는데, 이들 자연에너지는 환경오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 무한한 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 에너지 밀도가 대단히 낮은 결점으로 인하여 그 밀도를 높여 이용 가능한 형태로 변환하는 것이 자연에너지 기술개발의 핵심관건이라 할 수 있다.

이러한 자연에너지 기술 중의 하나로 각광받고 있는 것이 지열을 열원으로 이용하여 냉난방을 행하는 히트펌프 시스템이 알려져 있다. 지열을 이용한 히트펌 프 시스템은 온도가 10~20℃의 지중의 열을 회수하거나 지중으로 열을 배출할 수 있도록 열교환기를 설치하여 히트펌프의 열원으로 사용하는 기술이다.

일반적으로 히트펌프의 열원으로는 에어컨과 같이 대기중에서 열을 얻거나 배출하는 공기열원방식, 냉각탑을 통해 열을 배출하는 수열원방식 등이 사용된다. 지열원을 이용하면 공기열원과 비교할 때 에너지 효율이 매우 높아지는 장점이 있다.

특히 사계절의 변화가 뚜렷한 지역의 연중 대기온도는 -20~40℃까지 큰 폭으로 변화하는데 반해, 지중온도는 지하 5m 이하의 경우 연중 10~20℃로 거의 일정하게 유지된다.

따라서, 여름철에 냉방을 하는 경우 공기열원의 온도는 30℃이상으로 냉방열을 배출하기 위해 많은 전력이 소모되는 반면, 지열원은 10~20℃로 원활하게 열을 배출하므로 높은 효율을 나타낸다. 반대로 겨울철에 난방을 하는 경우 공기열원은 최하 -20℃의 온도로 난방에 필요한 열을 공급하기 어려운 반면 지중열원은 10~20℃로 높아 안정적으로 난방열을 히트펌프에 공급할 수 있다.

이와 같은 지열을 이용한 히트펌프 시스템은 모든 냉난방기술 중에서 에너지효율이 가장 높은 것으로 알려져 있다. 따라서 에너지 자원이 부족하고 에너지 비용이 높은 상황에서 반드시 필요한 기술이라 할 수 있다.

지열원을 이용한 히트펌프 시스템의 또다른 장점은 냉방열이나 난방열을 지하에 저장할 수 있다는 점이다. 즉, 땅속의 흙이나 암반은 열전도도가 낮아 열이 쉽게 확산되지 않아 저장되는 성질이 있으므로 여름철의 냉방으로 열교환된 열을 지중으로 배출하면 그 열은 사라지지 않고 지중에 저장된다.

그리고, 지중에 저장된 열을 겨울철에 흡수하여 이용할 수 있으므로 냉난방을 동시에 하는 경우에는 더욱 높은 에너지 효율을 갖게 되는데, 이러한 냉난방은 히트펌프에 설치된 스위치 조작을 통해 냉방과 난방모드를 간단하게 전환시킬 수 있도록 되어있다.

지금까지 설명한 바와 같이 지열을 이용한 냉난방 시스템은 상기한 장점에 반해 다음과 같은 단점이 있다.

지열을 이용하여 적정수준의 열을 회수하기 위해서는 지중에 매설된 지열교환관과 열교환기가 대형화되어야 하기 때문에 부지의 구입, 기기의 제조 등을 위한 초기 설치비가 다른 냉난방 시스템에 비해 비싸지는 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 별도의 보일러나 냉각탑을 설치하여 보조열원으로 이용하는 경우가 있다. 즉, 지열만을 이용하게 되면 초기 투자비용이 많이 소요되므로 지열을 이용한 히트펌프 시스템의 사이즈를 대형화하지 않고 별도의 보조열원을 사용하기 때문에 역시 비용이 많이 들고 관리가 불편한 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초기 설비투자비용을 최소화면서도 지열을 최대로 활용할 수 있고, 보조열원으로 공기열을 이용할 수 있도록 한 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히터펌프 시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템은, 무동력 자원인 지열 및 공기열을 이용하여 냉난방/급탕용 온수를 공급하는 사이클을 구비하며, 상기 2개의 사이클이 선택적으로 가동되도록 구성됨을 특징으로 한다.

바람직하게, 지열의 회수가 효율적으로 이루어지도록 지열교환관은 U형태의 다중튜브로 구성된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

먼저 본 발명의 설명 및 도면에는 설명의 편의를 위하여 필수 및 신규한 구성을 위주로 설명 및 개략적으로 도시하였으며, 펌프, 유량계 등과 같은 구성요소는 본 발명의 요지와 무관한 것이므로 언급하지 않거나 도시하지 않는다.

본 발명에 따른 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템은, 2개의 사이클이 공존하는 것이며, 그 중 하나는 지열을 이용하여 외기 온도가 낮을 때에도 냉난방(및 급탕용 온수 생산)하는 사이클이고, 나머지 하나는 공기열을 이용하여 냉난방(및 급탕용 온수 생산)하는 사이클이다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 지열과 공기열을 이용한 히트펌프 시스템(100)은, 지중(G)에 매립되며 그 내부를 순환하는 지열교환매체에 의해 지열을 회수하는 지열교환관(110)과; 지열교환관(110)을 순환하는 지열교환매체와 열교환하여 그 내부를 순환하는 열교환매체를 증발시키는 지열 열교환기(120)와; 지열 열교환기(120)와 병렬로 연결되며 외부의 공기열을 회수하여 그 내부를 순환하는 열교환매체를 증발시키는 공기열 열교환기(130)와; 지열/공기열 열교환기(120,130)를 통과한 열교환매체를 고온고압으로 압축하는 압축기(140)와; 압축기(140)를 통과한 열교환매체를 응축시키는 냉난방열교환기(150)와; 압축기(140)에 의해 압축된 열교환매체의 흐름방향을 제어하여 냉난방을 수행토록 하는 사방밸브(160)와; 냉난방열교환기(150)를 통과한 열교환매체를 각각 저온저압으로 감압하여 지열/공기열 열교환기(120,130)에 공급하는 제1,2난방용 팽창밸브(170,180)와; 지열/공기열 열교환기(120,130)를 통과한 열교환매체를 감압하는 냉방용 팽창밸브(153)와; 상기 냉난방열교환기(150)의 열교환매체와 열교환하여 냉난방수를 공급하는 냉난방수 공급관과; 그리고, 지열/공기열 열교환기(120,130) 중 어느 하나를 압축기(140)에 연결하여 지열과 공기열 중 어느 하나를 이용하는 사이클이 형성되도록 제어하는 컨트롤러(미도시)를 포함하여 구성된다.

지열교환관(110)은 지중(G)에 매립되면서 그 내부를 순환하는 지열교환매체가 지열 열교환기(120) 내의 열교환매체와 열교환될 수 있도록 지열 열교환기(120)에 연결되며 그 내부의 지열교환매체가 지열을 회수하여 지열 열교환기(120)를 통과하는 열교환매체가 증발되도록 한다.

지열교환관(110)은 그 내부의 지열교환매체가 지중을 순환한 후 지열 열교환기(120)로 귀환 및 다시 지중으로 순환할 수 있도록 U형 튜브로 이루어지며, 여기서, 전열 성능의 향상을 위하여 도 2에서와 같이, 다중 예컨대 이중 U형 튜브로 이루어질 수 있다. 이때, 지열교환관(110)의 서로 근접하는 U형 튜브(111a,111b)들은 그 내부를 따라 흐르는 지열교환매체의 전열저항 등을 감안하여 간격이 적절히 유지된다.

지열 열교환기(120)는 지열을 매체로 하여 그 내부의 열교환매체를 증발시키는 것으로, 열교환매체가 지열교환관(110)의 내부를 순환하는 지열교환매체와 열교환되도록 하여 증발되도록 한다.

공기열 열교환기(130)는 그 내부의 열교환매체가 팬(미도시)에 의해 강제로 순환하는 공기와 열교환하여 증발되도록 한다.

난방용 팽창밸브(170,180)는 난방시 열교환매체가 통과하도록 하고, 냉방시에는 우회하도록 체크밸브(171,181)와 함께 설치되며, 냉방용 팽창밸브(153) 역시 냉방시에만 열교환매체가 통과하고 난방시에는 우회하도록 체크밸브(154)와 함께 설치된다.

컨트롤러는 냉난방수, 온수의 온도(또는 부하율(온도×량))를 근거로 하여 지열 또는 공기열을 이용한 사이클이 작동되도록 제어하며, 이를 위하여 냉난방열교환기(150)를 통과한 온수의 온도를 감지하는 온도센서(미도시)가 더 구비될 수도 있다. 2 개의 사이클을 제어하는 방식은 컨트롤러에 의한 자동 제어뿐만 아니라 작업자의 수작업에 의해 수동으로 제어될 수도 있다.

즉, 본 발명에 따른 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템에 의하면, 도 1에서 보이는 바와 같이, 지열교환관(110)을 통해 집열된 지열교환매체는 지열 열교환기(120) 내의 열교환매체와 열교환되어 열을 빼앗기며, 이로써, 지열 열교환기(120) 내의 열교환매체는 증발되어 압축기(140)를 경유하여 냉난방열교환기(150)를 통과하면서 냉난방열교환기(150) 외부를 순환하는 냉수와 열교환되어 냉난방수 공급한 후 지열 열교환기(120)로 귀환된다.

한편, 외부 공기는 공기열 열교환기(130)를 통과하면서 공기열 열교환기(130) 내의 열교환매체와 열교환되어 열을 빼앗기며, 공기열 열교환기(130)에서 토출된 열교환매체는 압축기(140)를 경유하여 냉난방열교환기(150)를 통과하면서 냉난방열교환기(150) 외부를 순환하는 냉수와 열교환되어 온수를 공급한 후 공기열 열교환기(130)로 귀환된다.

그리고, 하절기에 실내를 냉방할 경우 급탕용 온수를 생산하기 위한 급탕용 온수공급 사이클이 더 구성된다.

급탕용 온수공급 사이클은 상술한 압축기(140), 사방밸브(160), 냉난방 열교환기(150)를 공유하며, 여기에 추가로 급탕용 전자밸브(191), 급탕용 열교환기(190)가 더 갖추어진다.

급탕용 열교환기(190)는 응축기의 역할을 하는 것으로 사방밸브(160)의 출구측과 지열 열교환기(120) 및 공기열 열교환기(130)에 각각 직렬로 연결되며, 온수저장탱크(미도시) 내에 급탕용 온수를 공급할 수 있도록 온수저장탱크에서 분기된 온수관이 설치될 수 있다. 이때, 열교환매체가 냉방시 급탕용 열교환기(190)를 거 친 후 지열 열교환기(120) 또는 공기열 열교환기(130)로 보내지며, 급탕용 열교환기(190), 지열 열교환기(120) 및 공기열 열교환기(130) 모두 응축기의 역할을 수행하지만, 급탕용 열교환기(190)에서는 열교환매체의 일부분(대략 30%)정도만 응축되기 때문에 사이클에 이상이 발생되지 않는다.

냉방시 급탕생산은 상시 가동되는 것이 아니라 급탕생산시에만 가동되는 것이므로 급탕용 열교환기(190)는 급탕용 전자밸브(191)에 의해 제어된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템에 의한 작용을 설명한다.

지열은 연중 13~15℃정도로 에너지 자원이 풍부하고, 이 열에 의해 동절기, 하절기에 냉난방 및 급탕용 온수를 공급할 수 있다. 즉, 평상시에는 지열을 이용한 히트펌프 사이클을 가동하고, 지열이 낮을 경우에는 공기열을 이용한 히터펌프 사이클을 가동한다.

온도센서는 냉난방수탱크, 온수탱크에 저장된 냉난방수, 온수(또는 냉난방 열교환기(150), 급탕용 열교환기(190)를 통과한 직후의 물)의 온도를 상시 체크하여 컨트롤러에 입력하며, 컨트롤러는 온도센서에서 입력되는 냉난방수, 온수의 온도를 기준 온도와 비교하여 이 온도가 냉난방 및 급탕에 적합한 온도(예컨대, 60~70℃)이하일 경우에는 공기을 열원으로 전환하여 공기열을 이용하여 적정 온도의 냉난방수, 온수가 상시 공급되도록 하며, 이하, 지열과 공기열을 이용한 히트펌프 시스템별로 작용을 구분하여 설명한다.

1. 지열을 이용한 히트펌프 사이클의 냉난방.

가. 난방시

동절기 지열에 의해 실내를 난방하기 위한 사이클은 도 1에서 보이는 바와 같이, 압축기(140) - 사방밸브(160) - 난방열교환기(150, 동절기에는 난방열교환기의 기능을 수행) - 체크밸브(154) - 액열기(고압)(151) - 수액기(152) - 2합류점(P4) - 1합류점(P3) - 지열용 전자밸브(172) - 제1난방용 팽창밸브(170) - 지열 열교환기(120) - 2분기점(P2) - 사방밸브(160) - 액열기(저압)(151) - 압축기(140)로 이루어지며, 이하, 중요부의 작용설명을 구체적으로 한다.

지열교환관(110)의 내부를 순환하는 지열교환매체는 지열을 회수하여 지열 열교환기(120)의 내부를 순환하는 열교환매체와 열교환되어 그 자신은 온도가 떨어지면서 저온저압의 건포화증기 상태로 상변화되도록 한다.

지열 열교환기(120)를 통과하면서 변화된 열교환매체는 제1열교환매체 순환관(121)(지열을 이용할 경우 공기열원측의 제2열교환매체 순환관(131)은 폐쇄된다)을 통해 압축기(140)에 유입되어 고온고압으로 압축된 후 냉난방열교환기(150)에 유입되며, 이어서, 냉난방열교환기(150) 외부를 통과하는 저온의 냉수와 열교환되어 그 자신은 고온으로 상승되면서 냉난방수를 생산한다.

난방열교환기(150)에서 토출된 열교환매체는 제1난방용 팽창밸브(170)를 거쳐 저온 저압으로 감압된 후 지열 열교환기(120)에 유입되어 지열교환관(110)에 의해 회수된 지열과 열교환한 후 압축기(140)에 유입된다. 이와 같이, 지열 열교환기(120), 압축기(140), 냉난방열교환기(150), 제1난방용 팽창밸브(170)를 연속적으로 재순환하게 된다.

이 과정에서 난방열교환기(150)를 통과하는 난방수가 난방열교환기(150) 내의 열교환매체와 열교환되어 온도가 상승하게 됨으로써 실내를 난방하게 된다.

나. 냉방시

도 3에서와 같이, 냉방시의 사이클은 압축기(140) - 사방밸브(160) - 1분기점(P1) - 2분기점(P2) - 지열 열교환기(120) - 지열용 체크밸브(171) - 지열용 전자밸브(172) - 1합류점(P3) - 2합류점(P4) - 수액기(152) - 액열기(고압)(151) - 냉방용 팽창밸브(153) - 냉방 열교환기(150) - 사방밸브(160) - 액열기(저압)(151) - 압축기(140)로 이루어지며, 이 과정에서 냉방 열교환기(150) 내의 열교환매체와 냉방수 공급관의 냉방수가 열교환을 하게 되어, 냉방수에 의해 실내를 냉방하게 된다.

다. 급탕시

하절기에는 지열을 이용하여 실내를 냉방함과 아울러 급탕용 온수를 공급할 수 있으며, 이 사이클은 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기(140) - 사방밸브(160) - 1분기점(P1) - 급탕용 전자밸브(191) - 급탕용 열교환기(190) - 2합류점(P4) - 수액기(152)로 이루어진다. 즉, 사방밸브(160)를 통과한 열교환매체 중 일부가 급탕용 전자밸브(191)를 통해 급탕용 열교환기(190)에 공급되고 나머지가 지열 열교환기(120)로 공급되어 각각의 사이클을 순환한 후 2합류점(P2)에서 합류되는 것으로, 냉방시 사이클과 급탕용 온수 사이클이 공존하게 되는 것이다.

2. 공기열을 이용한 히트펌프 사이클의 냉난방.

가. 난방시

지열의 온도가 낮아(대략 13℃ 이하) 냉난방 및 급탕용 온수를 공급하지 못할 경우에는 온도센서에서 감지된 온도가 난방 및 급탕에 적합한 온도(60~70℃)이하이기 때문에 지열을 열원으로 사용할 수 없으므로 공기열을 열원으로 사용하도록 컨트롤러에 의해 제어된다.

동절기 공기에 의해 실내를 난방하기 위한 사이클은 도 5에서 보이는 바와 같이, 압축기(140) - 사방밸브(160) - 난방열교환기(150, 동절기에는 난방열교환기의 기능을 수행) - 체크밸브(154) - 액열기(고압)(151) - 수액기(152) - 2합류점(P4) - 1합류점(P3) - 공기열용 전자밸브(182) - 제2난방용 팽창밸브(180) - 공기열 열교환기(130) - 2분기점(P2) - 사방밸브(160) - 액열기(저압)(151) - 압축기(140)로 이루어지며, 이하, 중요부의 작용설명을 구체적으로 한다.

이렇게 되면 팬(미도시)에 의해 외부 공기가 공기열 열교환기(130)를 통과하면서 공기열 열교환기(130) 내부를 통과하는 제2열교환매체와 열교환되며, 이로써, 제2열교환매체가 저온저압의 건포화증기로 변화된다.

공기열 열교환기(130)를 통과한 열교환매체는 압축기(140)를 통해 고온고압으로 압축된 후 난방열교환기(150)에 유입된다.

이 과정에서 냉난방수 공급관을 따라 흐르는 냉난방수가 난방열교환기(150) 내의 열교환매체와 열교환되어 온도가 상승하게 되어 실내를 난방하게 된다.

나. 냉방시

도 6에서와 같이, 냉방시의 사이클은 압축기(140) - 사방밸브(160) - 1분기점(P1) - 2분기점(P2) - 공기열 열교환기(130) - 공기열용 체크밸브(181) - 공기열 용 전자밸브(172) - 1합류점(P3) - 2합류점(P4) - 수액기(152) - 액열기(고압)(151) - 냉방용 팽창밸브(153) - 냉방 열교환기(150) - 사방밸브(160) - 액열기(저압)(151) - 압축기(140)로 이루어지며, 이 과정에서 냉방 열교환기(150) 내의 열교환매체와 냉방수 공급관의 냉방수가 열교환을 하게 되어, 냉방수에 의해 실내를 냉방하게 된다.

다. 급탕시

하절기에는 공기열을 이용하여 실내를 냉방함과 아울러 급탕용 온수를 공급할 수 있으며, 이 사이클은 도 7에 도시된 바와 같이, 압축기(140) - 사방밸브(160) - 1분기점(P1) - 급탕용 전자밸브(191) - 급탕용 열교환기(190) - 2합류점(P4) - 수액기(152)로 이루어진다. 즉, 사방밸브(160)를 통과한 열교환매체 중 일부가 급탕용 전자밸브(191)를 통해 급탕용 열교환기(190)에 공급되고 나머지가 공기열 열교환기(130)로 공급되어 각각의 사이클을 순환한 후 2합류점(P2)에서 합류되는 것으로, 냉방 사이클과 급탕용 온수 사이클이 공존하게 되는 것이다.

본 발명에 의하면, 평상시에는 지열을 이용하여 냉난방, 급탕용 온수를 공급하고, 지열을 이용하지 못할 경우에는 공기열을 이용함으로써 지열의 이용에 따른 초기 설비투자비용이 절감되고, 기후조건에 상관없이 상시 난방/급탕용 온수를 공급할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 지열과 공기열을 이용한 하이브 리드 히트펌프 시스템에 의하면, 지열을 열원으로 하여 냉난방/급탕용 온수를 생산하며, 특히, 지열을 다중 U 튜브형태의 지열교환관을 통해 회수하여 전열성능을 높일 수 있으며, 보조열원으로 공기열을 사용하여 지열을 집열하기 위한 설비의 사이즈를 무리하게 크게 할 필요가 없으므로 초기 투자비용을 절감할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. U형태의 튜브(111a,111b)로 이루어져 지중(G)에 매립되며 그 내부를 순환하는 지열교환매체에 의해 지열을 회수하는 지열교환관(110)과; 그 내부를 따라 흐르는 열교환매체가 상기 지열교환관 내부를 순환하는 지열교환매체와 열교환되도록 하는 지열 열교환기(120)와; 상기 지열 열교환기와 병렬로 연결되며 외부의 공기열을 회수하여 그 내부를 순환하는 열교환매체와 열교환되도록 하는 공기열 열교환기(130)와; 상기 지열/공기열 열교환기를 통과한 열교환매체를 고온고압으로 압축하는 압축기(140)와; 상기 압축기에 의해 압축된 열교환매체와 냉난방수와 열교환되도록 하는 냉난방 열교환기(150)와; 상기 압축기에 의해 압축된 열교환매체의 흐름방향을 제어하는 사방밸브(160)와; 상기 냉난방 열교환기를 통과한 열교환매체를 각각 저온저압으로 감압하여 상기 지열/공기열 열교환기에 공급하는 제1,2난방용 팽창밸브(170,180)와; 상기 지열/공기열 열교환기를 통과한 열교환매체를 감압하는 냉방용 팽창밸브(153)와; 상기 팽창밸브들과 각각 함께 설치되어 열교환매체의 흐름을 제어하는 체크밸브(171,181,154)와; 지열/공기열 열교환기(120,130) 중 어느 하나를 압축기(140)에 연결하여 지열과 공기열 중 어느 하나를 이용하는 사이클이 형성되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템에 있어서,
    상기 압축기, 냉난방 열교환기, 사방밸브 및 수액기와 각각 연결되어 열을 축적후 공급하는 액열기(151)와; 그리고,
    상기 사방밸브의 출구측에서 분기된 급탕용 전자밸브(191), 일단이 상기 급탕용 전자밸브와 연결되며 타단이 상기 지열 열교환기/공기열 열교환기와 냉난방 열교환기의 사이에 연결되는 급탕용 열교환기(190)로 이루어져, 상기 사방밸브를 거친 일부 열교환매체가 급탕용 온수와 열교환되도록 하여 하절기 실내 냉방시 급탕용 온수를 생산하는 급탕용 사이클이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 지열과 공기열을 이용한 하이브리드 히트펌프 시스템.
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