KR100630361B1 - 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일유닛 히트펌프수단을 사용하여 응축기 및 증발기에서 이송파이프수단으로 열전달하여 냉난방을 동시 운전하는 것과 냉방운전시 얼음을 제빙할 수 있는 빙축열조 탱크를 사용하여 응고열을 저장하였다가 사용하도록 한 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템에 관한 것인 바, 본 발명은 여름에는 냉각탑의 역할을 수행하고 겨울에는 열회수기의 역할을 수행하는 통상의 냉난방시스템에 있어서, 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브들로 이루어져 그 순환매체가 액화와 기화를 반복되는 히트펌프수단과; 상기 히트펌프수단에 연결되며 냉기와 온기를 갖는 유체가 흐르는 복수의 이송관로를 형성하여 이송관로를 흐르는 유체의 온도를 대기중으로 방출하는 휀코일 유니트수단과; 상기 히트펌프수단과 휀코일 유니트 사이에 개별화된 간접제빙방식의 빙축열조 탱크 및 순환매체의 방향을 절환시키는 제1,2방향절환밸브와; 상기 히트펌프수단의 응축기에서 발생되는 배열(排熱)을 지중으로 방출하거나 지중에서 전달된 열을 히트펌프수단의 증발기로 전달하는 지열루프수단과; 상기 히트펌프수단과 지열루프수단을 연결 구성하는 이송파이프수단과; 상기 이송파이프수단의 소정부에 설치되어 순환매체를 강제이송시키는 냉수순환펌프수단, 온수순환펌프수단 및 지열순환펌프수단을 포함하여 이루어져 증발기 및 응축기에서 방출되는 열에너지를 이송파이프수단으로 열전달하여 냉난을 개별 또는 동시 작동이 가능하도록 한 것에 특징이 있다.

Description

지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템{An air-conditioning system using geothermal and chill in ice storage}

도 1은 종래 지열을 이용한 축열식 냉난방시스템의 계통도.

도 2는 본 발명의 기술이 적용된 지중열을 이용하여 동시 작동이 가능한 냉난방시스템의 계통도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 지중열을 이용하여 동시 작동이 가능한 냉난방시스템의 계통도.

도 4a는 도 3도의 구조를 이용하여 야간에 제빙과 난방을 동시에 작동이 가능함을 보여주는 냉난방시스템의 제빙/난방운전 개념도.

도 4b는 냉방운전시의 작동을 보여주는 냉방운전 개념도.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주는 지중열을 이용하여 동시 작동이 가능한 냉난방시스템의 계통도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

100 : 휀코일 유니트수단 200 : 냉수순환펌프

300 : 온수순환펌프 400 : 지열순환펌프

500 : 축열조 탱크 600 : 유체냉각기

700 : 지열루프수단 800 : 히트펌프수단

본 발명은 단일유닛 히트펌프수단을 사용하여 응축기 및 증발기에서 이송파이프수단으로 열전달하여 냉난방을 동시 운전하는 것과 냉방운전시 얼음을 제빙할 수 있는 빙축열조 탱크를 사용하여 응고열을 저장하였다가 사용하도록 한 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프는 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브들로 이루어져 그 순환매체가 액화와 기화를 반복하게 하여 이와 연결된 기타 주변기기들을 통해 냉난방을 수행하게 한다.

이러한 히트펌프는 생활배수의 폐열을 열원으로 사용한 폐열 이용 시스템 또는 지중에 매설된 다수개의 지열교환 파이프를 사용하여 냉난방을 수행하게 한 지열 이용 시스템의 주요 구성요소로 사용되고 있음이 주지된 사실이다.

예컨대, 상기 폐열 이용 시스템은 이 히트펌프를 사용하여 폐열을 갖는 대중 목욕탕 등으로부터 배수되는 생활배수의 그 폐열을 그 히트펌프 증발기의 열원으로 사용하고 응축기를 통해 온열을 생산하게 하여 급탕 등을 공급하도록 되어 있다.

상기 지열 이용 시스템은 난방시 지열교환 파이프로부터의 지열을 이 히트펌프 증발기의 열원으로 사용하고 응축기를 통해 온열을 생산하게 하여 온수를 공급하게 하거나, 냉방시 이 히트펌프에서 발생되는 응축기의 배열(排熱)을 지열교환 파이프를 통해 배출하도록 되어 있다.

그러나 상기 폐열 이용 시스템에서, 열원인 생활배수의 온도가 낮아 히트펌프로 급탕 등을 공급할 수 없는 경우에는 별도의 보조 보일러를 더 설치하여 급탕 등을 공급해야만 하므로 비용이 추가적으로 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 지열 이용 시스템에서, 냉방시 히트펌프에서 발생되는 응축기 배열의 과다로 지중에 매설된 지열교환 파이프들이 이를 수용할 수 없는 경우에는 이 지열교환 파이프들의 수를 늘려 이를 수용하게 하거나, 냉각탑을 더 설치해야만 했던 비경제적인 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 대한민국 실용신안등록 제339349호가 선등록 된 바 있으며, 상기 실용신안등록 제339349호의 지중열을 이용한 축열식 히트펌프 냉난방시스템은 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 지열을 열원으로 냉난방을 수행하게 하는 열교환 회로부(10)는 지중에 매설된 다수의 지열교환 파이프(11)들을 통해 냉난방을 수행하도록 되어 있고, 이러한 냉난방은 이 지열교환 파이프(11)들과 순환 사이클을 형성하며 연결된 증발기와 응축기 등을 구비하여 냉난방용 히트펌프(12)로부터 냉온열을 얻은 냉온수는 이 냉난방용 히트펌프(12)와 순환 사이클을 형성하며 연결된 열교환기(미도시)가 설치된 냉난방 장소(13)로 이동되어 외기와의 열교환으로 냉난방을 수행하게 하거나 급탕 등을 공급하게 한다.

참조부호(M1,M2)는 순환모터를 나타낸 것이고, 참조부호(V)는 필요에 따라 상기 냉난방용 히트펌프(12)와 냉난방장소(13)를 순환하는 냉온수의 순환 경로를 변경하기 위한 3방향밸브를 나타낸 것이다.

따라서, 이 구조의 열교환 회로부(10)가 겨울철 등의 시기에 난방시, 순환모 터(M1)의 구동으로 차가운 순환매체 즉, 브라인이 상기 지열교환 파이프(11)들을 통과하게 되면, 그 통과하는 동안에 지중 지열과의 열교환으로 순환매체가 지열을 얻게 된다.

이와 같이 지열을 얻은 순환매체는 상기 냉난방용 히트펌프(12)의 증발기를 통과하면서 얻은 지열을 빼앗기게 되고, 이와 같이 빼앗긴 지열은 상기 냉난방용 히트펌프(12)의 응축기로 다시 방출되어 순환모터(M2)의 구동으로 이 응축기를 통과하며 순환하는 순환매체 즉, 물을 고온으로 데우게 된다.

이러한 과정으로 고온으로 데워진 순환매체는 냉난방 장소(13)로 이동되어 그 냉난방 장소(13)를 난방하거나 급탕 등으로 공급되며, 이러한 과정의 반복으로 상기 열교환 회로부(10)는 지중으로부터 회수한 지열을 난방 등으로 사용하게 한다.

또한 여름철 등의 시기에 냉방시, 상기 냉난방용 히트펌프(12)가 압축, 응축, 팽창, 기화로 이어지는 냉방 사이클을 수행함에 따라, 이 냉난방용 히트펌프 (12)를 순환하는 순환매체 즉, 물이 저온으로 차가워진다. 이와 같이 차가워진 순환매체는 상기 냉난방 장소(13)를 통과하면서 외기와의 열교환으로 냉방을 수행한다.

이때, 상기 냉난방용 히트펌프(12)의 응축기에서 발생되는 고온의 배열(排熱)은 상기 지열교환 파이프(11)들을 순환하는 상기 순환매체 즉, 브라인으로 전열 (傳熱)되어 그 지열교환 파이프(11)들을 통해 지중으로 방출되기 때문에, 기존의 실외기의 사용은 배제된다.

한편, 상기 실용신안등록 제339349호는 냉온수 축열조(20)를 구비하고 있으며 이 냉온수 축열조(20)는 상기 열교환 회로부(10)에서 냉난방용 히트펌프(12)와 냉난방 장소(13)와의 사이에 설치되며, 이러한 냉온수 축열조(20)는 상기 냉난방용 히트펌프(12)로부터의 냉온수를 저장한 후 상기 냉난방 장소(13)로 공급하는 매체의 역할을 한다.

이와 같은 상기 냉온수 축열조(20)는 값싼 심야전력을 사용하여 소정의 냉온열로 상기 냉난방용 히트펌프(12)로부터 의 냉온수를 가온 또는 냉각하며 저장하도록 되어 있고, 이 가온 또는 냉각하는 냉온열의 온도는 상기 냉난방용 히트펌프(12)로부터의 냉온수의 온도를 유지할 수 있게 하는 정도이면 충분하다.

그러나 상기한 실용신안등록 제339349호도 냉난방을 동시에 작동시킬 수 없는 단점이 있다. 예컨데 그러나 종래의 지열을 열원으로 사용하는 냉난방장치는 냉난방을 동시에 사용할 수가 없어 아이스링크와 같이 냉난방부하가 동시에 존재하는 용도에서는 냉난방 별도의 이중 장비 투자가 이루어질 수밖에 없다. 더구나 여름에는 냉각탑, 겨울에는 열회수기의 역할을 하는 지열교환 파이프의 길이로 인해 지열교환 파이프의 설치면적 및 장비용량, 공사비가 과다하여 비효율적인 문제점이 있었다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 지중열을 이용하여 냉난방 운전비를 절감할 수 있도록 개별 또는 냉난방 동시 운전을 가능케 하는 냉난방시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉난방 운전시 얼음을 제빙할 수 있는 빙축열조 탱크를 사용하여 지열루프수단(지열교환 파이프)의 길이를 감소시키고, 빙축열조 탱크에 저장된 열량을 이용하여 냉방에 사용하는 것이다. 또한 지열루프수단(지열교환 파이프)의 길이를 최소화하기 위해 유체냉각기를 설치하면 냉난방효율을 극대화 시킬 수 있으며 지열루프수단의 길이를 획기적으로 줄임으로서 설치면적과 공사비를 경감시켜 효율적이고 경제적인 냉난방시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은 여름에는 냉각탑의 역할을 수행하고 겨울에는 열회수기의 역할을 수행하는 지열루프수단과 순환매체의 액화와 기화를 반복시켜 주변기기를 통해 냉난방하는 히트펌프로 구성되는 통상의 냉난방시스템에 있어서, 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브들로 이루어져 그 순환매체가 액화와 기화를 반복되는 히트펌프수단과; 냉기와 온기를 방출하는 휀코일 유니트수단과; 상기 히트펌프수단과 휀코일 유니트 사이에 개별화된 간접제빙방식의 빙축열조 탱크 및 순환매체의 방향을 절환시키는 제1,2방향절환밸브와; 히트펌프수단의 응축기에서 발생되는 배열(排熱)을 지중으로 방출하고 또는 지중에서 전달된 열을 히트펌프수단의 증발기로 전달하는 지열루프수단과; 상기 히트펌프수단과 지열루프수단을 연결 구성하는 이송파이프수단과; 상기 이송파이프수단의 소정부에 설치되어 순환매체를 강제 이송시키는 냉수순환펌프수단, 온수순환펌프수단 및 지열순환펌프수단을 포함하여 이루어져 증발기 및 응축기에서 방출되는 열에너지를 이송파이프수단으로 열전달하여 냉난을 개별 또는 동시 작동이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템에 의하여 달성된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템의 계통도로써 이에 따르면 본 발명의 냉난방시스템의 구성은 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브들로 이루어져 그 순환매체가 액화와 기화를 반복하는 히트펌프수단(800)에는 냉기와 온기를 방출하는 휀코일 유니트수단(100)이 연결 설치되어 있다.

이때 상기 히트펌프수단(800)의 설치 수는 용량에 비례하여 설치하여야 하며 휀코일 유니트수단(100)은 냉기와 온기를 갖는 유체가 흐르는 복수의 관로를 형성한 구조가 바람직하다.

한편, 상기 히트펌프수단(800)의 응축기(800b)에서 발생되는 배열(排熱)을 지중으로 방출하고 또는 지중에서 전달된 열을 히트펌프수단(800)의 증발기(800a)로 전달하는 지열루프수단(700)이 히트펌프수단(800)에 연결 설치되며, 상기 히트펌프수단(800)과 지열루프수단(700) 및 휀코일 유니트수단(100)은 이송파이프수단(900a,900b)에 의해 연결 구성된다.

상기 이송파이프수단(900a,900b)의 소정부에는 순환매체를 강제 이송시키는 냉수순환펌프수단(200), 온수순환펌프수단(300) 및 지열순환펌프수단(400)을 포함하여 이루어져 상기 증발기 및 응축기에서 방출되는 열에너지를 이송파이프수단으로 열전달하여 냉난을 개별 또는 동시 작동이 가능하도록 한 구조이다.

한편 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프수단(800)과 휀코일 유니트(100) 사이에 개별화된 간접제빙방식의 빙축열조 탱크(500)를 설치하여 사용할 수 있으며, 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프수단(800)과 지열루프수단(700) 사이에 이송되는 순환매체의 온도를 떨어트리기 위해 유체냉각수단(600)을 더 설치하여 사용할 수도 있다.

첨부도면 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로써 히트펌프수단에 복수의 증발기(800a)와 응축기(800b)를 설치하여 휀코일 유니트(100)로 이송된 순환매체와 지중의 열을 흡수 및 지중으로 열을 방출시키는 지열루프수단(700)으로 이송된 순환매체를 폐회로로 구성시켜 각각 조절할 수도 있으며, 도 7은 3방향밸브를 콘트롤하여 순환매체의 온도를 조절할 수도 있다.

도면상 미 설명부호 500-1과 500-2는 방향절환밸브이다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 냉난방시스템의 작동 효과를 설명하면 먼저 본 발명은 냉방운전, 난방운전 및 이들의 동시 작동 순으로 나누어 설명하고자 한다.

난방운전시

이송파이프수단(900a,900b) 내에는 순환매체가 충진되어 있으며 순환매체의 사용 냉매로는 HFC-404A를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 히트펌프수단(800)을 작동시키면 지중의 열이 지열루프수단(700)을 흐르는 순환매체에 전달되어 순환매체가 소정의 열교환이 이루어져 온도를 갖게 되면 상기 순환매체가 갖는 낮은 온도는 지열순환펌프(400)를 통해 히트펌프수단(800)으로 강제 이송되어 진다.

상기 히트펌프수단(800)으로 강제 이송된 순환매체의 소정 온도는 히트펌프수단(800)의 응축기(800b)에 의해 고온화 되어 토출되는데, 이때 토출되는 고온의 순환매체는 온수순환펌프(300)에 의해 이송파이프수단(900b)으로 연결된 휀코일 유니트(100)로 이송되어진다.

상기 휀코일 유니트(100)로 이송된 고온의 순환매체는 대기중으로 고온을 방출하게 되며 본 발명의 휀코일 유니트(100)는 통상의 라디에이터 기능과 유사한 기능으로 설명하고 있지만 사용의 용도에 따라서 난방장소(주택, 경기장, 사무실, 기타)로 이용 될 수 있다.

냉방운전시

상기 히트펌프수단(800)을 작동시키면 휀코일 유니트(100)에 의해 열원을 상실한 소정 온도의 순환매체는 이송파이프수단(900a)을 통해 히트펌프수단(800)으로 공급되어 진다. 상기 히트펌프수단(800)으로 공급되어진 순환매체는 증발기(800a)에서 저온이 되어 토출되는데, 이때 증발기(800a)를 통해 저온화된 순환매체는 냉수순환펌프(200)에 의해 휀코일 유니트(100)로 강제 이송되어 냉기를 방출하게 된다.

냉방/난방 동시운전시

상기 히트펌프수단(800)을 작동시키면 지중의 열이 지열루프수단(700)을 흐르는 순환매체에 전달되어 순환매체가 소정의 온도를 유지하게 되며 지열순환펌프(400)를 통해 히트펌프수단(800)으로 강제 이송된 순환매체는 히트펌프수단(800)의 응축기(800b)에 의해 고온이 되어 이송파이프수단(900b)으로 연결된 휀코일 유니트 (100)을 통해 고온을 방출하여 난방을 실행가게 되며, 상기 작동중인 히트펌프수단(800)의 증발기(800a)를 통해 저온화된 순환매체는 냉수순환펌프(200)에 의해 휀코일 유니트(100)로 강제 이송되어 냉방을 실행하게 되는 것이다.

상기에서와 같이 본 발명은 냉방운전과 난방운전을 동시에 구동시킬 수 있으며 때에 따라서는 선택적으로 개별적 운전상태로 작동시킬 수 있다.

한편, 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 냉방과 난방의 사용이 유사할 때에는 히트펌프수단(800)을 다수개 설치하여 사용할 수 있지만 첨부도면 도 3과 같이 냉방의 사용 즉 냉방부하가 많을 때에는 상대적으로 히트펌프수단(800)의 용량을 초가하여 설치되는 설치용량 만큼의 난방효율은 불필요하게 됨으로 필요한 냉방효율을 얻기 위하여 얼음을 제빙할 수 있는 빙축열조 탱크(500)를 더 설치하여 필요한 냉방부하 만큼의 효율을 얻을 수 있다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면 상기 히트펌프수단(800)과 휀코일 유니트(100) 사이의 이송파이프수단(900a) 소정부에는 빙축열조 탱크(500)가 설치되어 있으며 상기 빙축열조 탱크(500)의 구조는 개별화된 간접제빙방식의 구조로 이송파이프수단(900a)이 중공으로 형성된 중앙을 관통하도록 구성되며 빙축열조 탱크(500) 내부에는 통상의 물(이하 매체라고 함)이 충진되어 있다.

상기와 같이 빙축열조 탱크(500)를 더 설치하는 이유는 냉방시 걸리는 부하를 감소시키기 위함으로서 히트펌프수단(800)의 냉방작동에 관련하여 주간의 냉방작동과 야간의 제빙 및 난방작동으로 구별하여 설명하면 우선 야간의 제빙작동은 첨부도면 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 빙축열조 탱크(500)의 선단에 설치된 제 1방향절환밸브(500-1)는 모든 방향이 폐쇄되어 이송파이프수단(900a)의 관로를 폐쇄상태로 콘트롤하며 제2방향절환밸브(500-2)는 휀코일 유니트(100) 방향은 폐쇄시켜 순환매체의 이송방향을 빙축열조 탱크(500) 방향으로 절환시킬 수 있도록 밸브를 콘트롤한다.

상기와 같이 제1방향절환밸브(500-1)와 제2방향절환밸브(500-2)를 콘트롤시킨 다음 히트펌프수단(800)을 작동시키면 증발기(900a)에 의해 열전달 되어 이송파이프수단(900a)의 저온화된 순환매체는 빙축열탱크(500)를 지니게 되며 이때 상기 빙축열탱크(500)의 매체는 연속하여 순환되기 때문에 저온화된 순환매체에 의해 빙축열탱크(500)의 매체가 제빙되는 것이다.

상기와 같이 빙축열탱크(500)의 매체가 제빙된 상태에서 도 4a에 도시된 바와 같이 제빙작동을 하면서 난방작동을 동시에 할 때 첨부도면 도 3의 제빙 작동시와 동일하게 제1방향절환밸브(500-1)와 제2방향절환밸브(500-2)는 그 상태를 유지시키며 상기 난방운전은 지열순환펌프(400)의 작동을 폐쇄시켜 지열루프수단(700)과 히트펌프수단(800)의 연결 작동을 단절시킨다.

결국 지열루프수단(700)의 사용을 제한하는 것이며 따라서 히트펌프수단(800)의 응축기(900b)에 연결된 이송파이프수단(900b)에 열전달되어 순환매체가 고온이 되어 휀코일 유니트수단(100)으로 온수순환펌프(300)에 의해 강제 이송되어 고온의 열을 방출하도록 하여 난방의 효과를 제공하는 것이다.

상기에서와 같이 냉방작동을 하지 않은 야간에는 빙축열조 탱크(500)의 매체를 제빙된 상태로 만들며, 이때 통상적으로 온도가 떨어지는 야간에는 난방을 사용 하기 때문에 난방작동은 제빙작동과 동시에 난방작동 중이며 전자에서 설명한 난방작동시와 동일하게 작동되는 것이며 사용전력은 심야전력을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 도 4b와 같이 주간에 냉방작동을 하여 냉방을 하고자 할 때에는 상기 제2방향절환밸브(500-2)는 휀코일 유니트수단(100)에서 히트펌프수단(800)으로 이송이 가능하도록 개방된 상태를 유지하며 휀코일 유니트수단(100)에서 빙축열탱크(500) 방향쪽의 이송은 폐쇄시킨 상태로 콘트롤하며, 제1방향절환밸브(500-1)는 히트펌프수단(800)에서 휀코일 유니트수단(100)으로 바로 이송되는 것을 방지하고자 히트펌프수단(800)에서 휀코일 유니트수단(100) 쪽 방향의 관로를 폐쇄하고 빙축열탱크(500)에서 휀코일 유니트수단(100) 쪽 방향의 관로는 개방 상태로 콘트롤한다.

상기와 같이 각 방향절환밸브가 콘트롤되면 히트펌프수단(800)을 작동시키면 순환매체는 휀코일 유니트(100) → 히트펌프수단(800) → 빙축열조탱크(500) 순으로 이송되면서 야간에 제빙된 저온의 응고열을 이용하여 순환매체에 저온의 열을 공급하게 되는 것이며, 이때 히트펌프수단(800)은 작동되지 않음으로 바이패스 되고 상기 순환을 반복하게 되면 소정시간 경과후 빙축열조 탱크(500)의 매체가 해빙되어 저온의 열원을 공급하지 못하게 될 때에는 히트펌프수단(800)을 작동시킨다.

한편, 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 상기 히트펌프수단(800)과 지열루프수단(700) 사이에 유체냉각수단(600)을 더 설치하여 사용할 수도 있으며, 상기 유체냉각수단(600)을 더 설치하는 주된 이유는 이송되는 순환매체의 온도를 떨어트 리기 위해서이며 온도를 떨어뜨리면 지중의 열을 보다 많이 이용할 수 있기 때문이다.

첨부도면 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로써 히트펌프수단에 복수의 증발기(800a)와 응축기(800b)를 설치하여 휀코일 유니트(100)로 이송된 순환매체와 지중의 열을 흡수 및 지중으로 열을 방출시키는 지열루프수단(700)으로 이송된 순환매체를 폐회로로 구성시켜 각각 조절할 수도 있는 것으로 냉난방동시 운전시 지열루프수단(700)과 연결 구성된 증발기(800a)와 응축기(800b)를 단속하여 순환매체가 나머지 단속되지 아니한 증발기(800a)와 응축기(800b)를 이용하여 응축기→ 휀 코일 유니트(100)→증발기→응축기 순으로 순환하거나 또는 증발기→ 휀코일 유니트(100)→응축기→증발기 순으로 순환하여 작동되며(증발기(800a)와 응축기(800b)는 순환매체가 싸이클 작동에 의해 액화와 기화를 반복하게 하여 이와 연결된 기타 주변기기들을 통해 냉난방을 수행하는 히트펌프수단이다) 지열루프수단(700)에 연결 구성된 증발기(800a)와 응축기(800b)를 단속함으로 열이 지중으로 방출 되는 것을 방지한다.

한편, 도 7은 3way밸브를 콘트롤하여 순환매체의 온도를 조절하는 구조로 이의 작동을 살펴보면, 냉난방 동시 운전시에는 제1밸브와 제2밸브를 단속하여 지열루프수단(700)으로 순환매체가 이송되지 않도록 하여 히트펌프수단(800)을 이용한 열원의 손실을 방지하도록 하는 것이다.

예컨대 증발기(800a)에서 방출되는 저온의 열온을 이송파이프에서 열전달을 받아 순환매체가 저온화되어 냉방의 효과를 제공하는 것이며 반대로 응축기(800b) 에서는 고온화된 열원을 이송파이프에서 열전달을 받아 순환매체가 고온화되어 난방의 효과를 제공하는 것으로 한 싸이클에서 발생되는 열원을 이송파이프를 통해 열전달 받아 상기 버려지는 열원을 제 이용하는 것이다.

냉방운전시의 작동상태는 히트펌프수단(800)의 증발기(800a)를 통해 방출되는 저온의 열원이 이송파이프(900a)에 열을 전달되어 순환매체가 저온이 되면 상기 저온이된 순화매체는 제4밸브를 경유 휀코일 유니트(100)에서 저온의 냉기를 방출하여 냉방의 효과를 제공하며 소정의 온도를 잃어버린 순환매체는 다시 순환하여 제1펌프를 지나 히트펌프수단(800)으로 이송하게 된다. 이때 상기 응축기(800b)와 연결 구성된 제2밸브와 제3밸브는 단속되어 난방라인의 이송파이프(900b)는 이용(작동)이 폐쇄되며 또한 제3 및 제4밸브를 연결하는 라인이 폐쇄되어 있는 상태이며 상기 라인은 히트펌프수단(800)이 작동되지 않을 때 연결되어 바이패스통로 역활을 한다.

한편 반대로 난방운전시의 작동상태는 히트펌프수단(800)의 응축기(800b)를 통해 방출되는 고온의 열원이 이송파이프(900b)에 열을 전달하여 순환매체가 고온이 되면 상기 고온이된 순화매체는 제3밸브를 경유 휀코일 유니트(100)에서 고온의 열기를 방출하여 난방의 효과를 제공하며 소정의 온도를 잃어버린 순환매체는 다시 순환하여 제2펌프를 지나 히트펌프수단(800)으로 이송하게 된다. 이때 상기 증발기(800a)와 연결 구성된 제1밸브와 제4밸브는 단속되어 난방라인의 이송파이프(900a)는 이용(작동)이 폐쇄되게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 부족한 공기열원에 반하여 년중 균일하고 안정적인 지중온도를 이용할 수 있도록 지열루프수단을 지중에 매설하여 냉난방 운전을 함으로써 고효율의 냉난방을 제공하고 이에 따른 에너지 절감 및 운전 비용 절감 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한 상기 히트펌프는 아이스링크와 같은 냉난방 동시부하가 존재하는 용도에서도 단일유닛으로 냉난방 동시운전이 가능하며, 더구나 냉방부하가 난방부하보다 클 때는 간접제빙방식의 빙축열조 탱크를 설치하여 지열루프수단을 줄일 수가 있고 심야전력을 사용하여 운전비용을 효과적으로 절감시킬 수가 있다.

덧붙여 히트펌프와 지열루프수단의 사이에 설치하며, 지열루프수단으로 들어가는 순환매체의 온도를 관리하는 유체 냉각기를 설치하므로서 지열루프수단의 길이 및 설치 양을 감소시킬 수 있으며, 이러한 구성에 의한 냉난방시스템은 종래의 기술보다 높은 에너지 효율로 설치면적 및 장비용량, 공사비등을 줄일 수 있어 탁월한 경제적 효과를 볼 수 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 여름에는 냉각탑의 역할을 수행하고 겨울에는 열회수기의 역할을 수행하는 지열루프수단과 순환매체의 액화와 기화를 반복시켜 주변기기를 통해 냉난방하는 히트펌프로 구성되는 통상의 냉난방시스템에 있어서,

   증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브들로 이루어져 그 순환매체가 액화와 기화를 반복되는 히트펌프수단과;

   상기 히트펌프수단에 연결되며 냉기와 온기를 갖는 유체가 흐르는 복수의 관로를 형성하여 관로를 흐르는 유체의 온도를 대기중으로 방출하는 휀코일 유니트수단과;

   상기 히트펌프수단과 휀코일 유니트 사이에 개별화된 간접제빙방식의 빙축열조 탱크 및 순환매체의 방향을 절환시키는 제1,2방향절환밸브와;

   상기 히트펌프수단의 응축기에서 발생되는 배열(排熱)을 지중으로 방출하거나 지중에서 전달된 열을 히트펌프수단의 증발기로 전달하는 지열루프수단과;

   상기 히트펌프수단과 지열루프수단을 연결 구성하는 이송파이프수단과;

   상기 이송파이프수단의 소정부에 설치되어 순환매체를 강제 이송시키는 냉수순환펌프수단, 온수순환펌프수단 및 지열순환펌프수단을 포함하여 이루어져 냉방(증발),난방(응축)시 반대 싸이클에서 방열되는 에너지를 상기의 이송파이프수단을 이용하여 냉방 또는 난방의 동시 작동이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 히트펌프수단과 지열루프수단 사이에 이송되는 순환매체의 온도를 떨어트리기 위해 유체냉각수단을 더 설치한 것을 특징으로 하는 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템.
4. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 상기 단일유닛의 히트펌프수단에 복수의 증발기와 응축기를 설치하여 휀코일 유니트로 이송된 순환매체와 지중의 열을 흡수 및 방출시키는 지열루프수단으로 이송된 순환매체를 폐회로로 구성시킨 것을 특징으로 하는 지열 및 빙축열조를 혼합 이용한 냉난방 동시 시스템.

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